KR20230109013A - 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents
전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230109013A KR20230109013A KR1020220004876A KR20220004876A KR20230109013A KR 20230109013 A KR20230109013 A KR 20230109013A KR 1020220004876 A KR1020220004876 A KR 1020220004876A KR 20220004876 A KR20220004876 A KR 20220004876A KR 20230109013 A KR20230109013 A KR 20230109013A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat exchanger
- internal heat
- mode
- temperature
- air conditioning
- Prior art date
Links
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 title claims abstract description 113
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 115
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 80
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 129
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 39
- 238000010981 drying operation Methods 0.000 claims description 27
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 3
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H1/3204—Cooling devices using compression
- B60H1/3205—Control means therefor
- B60H1/3213—Control means therefor for increasing the efficiency in a vehicle heat pump
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00735—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models
- B60H1/00807—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models the input being a specific way of measuring or calculating an air or coolant temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00821—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being ventilating, air admitting or air distributing devices
- B60H1/00828—Ventilators, e.g. speed control
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
- B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
- B60H1/00907—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant changes and an evaporator becomes condenser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
- B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
- B60H1/2218—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters controlling the operation of electric heaters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
- B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
- B60H1/2221—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating an intermediate liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H1/3204—Cooling devices using compression
- B60H1/3205—Control means therefor
- B60H1/3207—Control means therefor for minimizing the humidity of the air
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
- B60Y2200/00—Type of vehicle
- B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
- B60Y2200/91—Electric vehicles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
- F25B2313/027—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
- F25B2313/02741—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using one four-way valve
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
본 발명은 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 4방밸브가 적용된 공조 시스템에서 실내 난방 모드로 작동 시 초기 웜업(warm up)을 신속하게 수행하면서 배터리의 전력소모량도 절감시킬 수 있는 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 제어 방법은, 현재의 공조 모드가 냉방 모드 또는 난방 모드로 설정되었는지 여부를 판단하는 단계와; 현재의 공조 모드가 난방 모드로 설정된 경우, 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는지 여부를 판단하는 단계와; 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하는 동시에, 상기 설정온도값에 제2 보상온도값이 추가된 온도를 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터의 PID 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 4방밸브가 적용된 공조 시스템에서 실내 난방 모드로 작동 시 초기 웜업(warm up)을 신속하게 수행하면서 배터리의 전력소모량도 절감시킬 수 있는 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 자동차 내에는 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 공조 시스템이 갖추어져 있다. 이러한 자동차용 공조 시스템은 겨울철에는 온기를 발생시켜 실내를 따뜻하게 유지하고, 여름철에는 냉기를 발생시켜 실내를 시원하게 유지하도록 한다.
일반적인 자동차용 공조 시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기가 냉매배관에 의해 순차적으로 연결되어 있으며, 엔진의 동력에 의해 압축기가 구동하면서 냉매가 순환한다. 이러한 자동차용 공조 시스템은 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가스가 응축기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환하여 액체상태의 냉매로 변환되고, 액화된 냉매는 응축기에 연결된 리시버 드라이어를 통과하면서 불순물이 제거된 후 팽창밸브를 통과하면서 저온의 기체로 변화된다. 그리고, 기화된 저온의 냉매는 증발기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환하면서 냉각되고, 이 냉각된 공기는 송풍기에 의해 자동차 실내로 토출되며, 증발기를 통과한 저온 기체 상태의 냉매는 다시 압축기로 보내져 고온, 고압으로 압축되는 과정을 반복적으로 순환하게 된다.
한편, 최근에는 전기에너지를 동력원으로 이용하는 전기 자동차가 출시되고 있는데, 이러한 전기 자동차에 장착되는 공조 시스템은 배터리에서 공급되는 전원을 통해 물 또는 공기를 가열하여 자동차 실내의 난방을 수행하도록 구성됨에 따라 전기 자동차의 동력성능을 현저하게 저하시키는 단점이 있다.
이에 따라, 전기 자동차의 공조 시스템에는 기존의 내연기관 자동차와 유사하게 히트펌프 시스템을 적용하고 있는데, 이러한 히트펌프 시스템은 냉매의 압축-응축-감압-증발로 이루어지는 사이클을 가역적으로 적용하여 냉방과 난방을 겸하는 냉난방 겸용 시스템이다.
즉, 히트펌프 시스템은 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하여 주위의 열을 빼앗아 기체가 되고, 다시 응축기에서 주위에 열을 방출하면서 액화되는 순환 사이클을 가지기 때문에, 이를 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면 기존 공조 시스템에 부족한 열원을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
이와 같은 히트펌프 시스템을 적용한 종래의 전기 자동차용 공조 시스템은 실내 난방 모드로 작동 시 히트펌프(Heat pump)와 냉각수 히터(Coolant heater)의 2가지 열원을 이용하여 실내 난방을 수행하게 된다. 여기서, 히트펌프는 효율적인 부분이 월등히 뛰어난 장점은 있지만 사용 가능한 외부환경이 제한적이며 외부환경에 따라 최고 성능 편차가 심하다는 단점이 있다. 반면, 냉각수 히터는 어떠한 경우라도 원하는 만큼의 열을 가할 수 있는 장점은 있으나 소비전력량이 크다는 단점이 있다.
따라서, 공조 시스템을 이용한 차량의 실내 난방 시 난방 성능을 신속히 증가시키기 위해 히트펌프와 냉각수 히터의 2개의 열원을 동시에 작동시키면 그만큼 배터리의 전력소모량도 증가되어 차량의 주행거리는 단축될 수밖에 없다. 전기 자동차의 경우 배터리의 전력소모량을 최소화하면서 주행거리를 증가시키는 것을 최선의 목표로 하고 있는 바, 사용자의 편의성을 향상시키기 위한 목표와 주행거리를 향상시키기 위한 목표는 서로 상충될 수밖에 없는 목표이다.
한편, 전기 자동차의 히트펌프 시스템에서는 압축기를 통해 냉매를 압축하고 압축된 냉매를 공조 모드에 따라 외부열교환기 또는 내부열교환기로 전달하여 실내 내,난방을 수행하게 된다. 이때, 사용자가 실내 냉,난방 온도를 설정하면 제어부에서는 HVAC(Heating Ventilation Air Conditioning System) 모듈 내부에 구비된 내부열교환기의 주변 온도를 목표 온도(Target temperature)로 설정하고, 현재의 내부열교환기 주변 온도와 설정된 목표 온도의 온도차가 설정 오차 범위에 수렴될 때까지 PID 제어함으로써 실내 냉,난방을 수행하게 된다.
그러나, 이와 같은 히트펌프 시스템은 온도와 압력에 영향을 받게 되는 냉매의 특성상 차량의 외기온도가 -20도 이하의 저온 환경인 상황에서는, 외기온도에 따른 냉매의 온도 및 압력 변화로 인해 냉매의 특성이 변화되거나, 또는 HVAC 모듈 내의 내부열교환기 및 히터 코어의 위치에 따른 온도 편차(온도 저하량)와, HVAC 모듈 내부의 유로 형상 및 토출 풍량 등의 차이로 인한 온도 편차가 발생되어, 실제 히트펌프 구동 시 설정된 제어 조건으로 구동되더라도 사용자가 느끼는 실내 온도는 어느 정도의 편차가 발생할 수밖에 없다. 이와 같은 상황에도 불구하고 일반 사용자는 외기온도가 낮은 저온의 환경 하에서 차량의 실내 난방 온도를 높이기 위하여 빠른 웜업(Warm up)을 요구하고 있는 상황이기 때문에 이에 대한 대책이 절실하게 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 4방밸브가 적용된 공조 시스템에서 특정 외기온도 환경에서 실내 난방 모드로 작동 시 초기 웜업(Warm up)을 신속하게 수행할 수 있으면서 배터리의 전력소모량을 절감시켜 차량의 주행거리 단축을 최소화할 수 있는 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 제어 방법은, (a) 현재의 공조 모드가 냉방 모드 또는 난방 모드로 설정되었는지 여부를 판단하는 단계와; (b) 현재의 공조 모드가 난방 모드로 설정된 경우, 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는지 여부를 판단하는 단계와; (c) 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하는 동시에, 상기 설정온도값에 제2 보상온도값이 추가된 온도를 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터의 PID 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 제어 방법은, 상기 (b) 단계에서 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우에, 내부열교환기 건조 모드로의 진입 요청이 수신되었는지 여부를 판단하여, 내부열교환기 건조 모드로 진입 요청이 수신된 것으로 확인되면, 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 설정시간 동안 내부열교환기의 건조 동작을 수행하는 단계(b-1);를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 (b-1) 단계의 내부열교환기 건조 모드로 진입 이후에, 제1단계에서 HVAC 모듈 내부의 히터 코어 및 블로워 팬을 일정시간 작동시켜 내부열교환기의 제습과 실내 난방을 수행하고, 제2단계에서 압축기를 설정된 최소 RPM으로 일정시간 동안 작동시켜 내부열교환기의 잔여 수분을 제거할 수 있다.
또한, 상기 (b-1) 단계에서 내부열교환기의 건조 동작을 수행하는 중에, 사용자의 조작이나 설정된 조건에 의해 제상 모드 또는 냉방 모드로 변경되거나, 또는 공조 시스템이 오프(OFF)될 경우 내부열교환기의 건조 동작을 중지할 수 있다.
아울러, 배터리 리셋시 상기 (b-1) 단계의 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기의 건조 동작을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 제어 방법은, 상기 (a) 단계에서 현재의 공조 모드가 냉방 모드로 설정된 것으로 확인된 경우, 설정된 정상 냉방 모드로 동작하는 중에 난방 모드로의 포지션 전환이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계(a-1)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 (a-1) 단계에서 난방 모드로의 포지션 전환이 발생되었는지 여부의 판단은 4방밸브의 포지션 전환 여부로 판단할 수 있다.
그리고, 상기 (a-1) 단계에서 난방 모드로의 포지션 전환이 발생된 것으로 판단되면, 상기 (b-1) 단계의 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기의 건조 동작을 수행하고, 난방 모드로의 포지션 전환이 발생되지 않은 것으로 판단되면, 설정된 정상 냉방 모드로 동작할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템은, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와; 압축기로부터 배출되는 냉매를 공조 모드에 따라 외부열교환기 또는 내부열교환기로 전달하는 4방밸브와; 압축기 또는 내부열교환기로부터 전달되는 냉매를 자동차 외부의 공기와 열교환시키는 외부열교환기와; 외부열교환기에서 전달된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기에서 배출된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키는 내부열교환기와; 내부열교환기 측에 설치되어 내부열교환기 주변의 온도롤 검출하는 제1온도센서와; 내부열교환기로부터 이격된 위치에 설치되어 냉각수 전기히터를 통해 가열된 냉각수가 공급되며, 내부열교환기를 거쳐 토출되는 공기를 가열하는 히터 코어와; 히터 코어 측에 설치되어 히터 코어 주변의 온도를 검출하는 제2온도센서와; HVAC 모듈 내부에 설치되며 내부열교환기로 공기를 송풍하는 블로워 팬과; 제1온도센서 및 제2온도센서로부터 검출된 온도값을 기반으로 압축기와 냉각수 전기히터 및 블로워 팬을 제어하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는, 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 상기 내부열교환기의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 상기 압축기를 PID 제어하는 동시에, 상기 설정온도값에 제2 보상온도값이 추가된 온도를 상기 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터의 PID 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우, 내부열교환기 건조 모드로의 진입 요청이 수신되었는지 여부를 판단하여, 내부열교환기 건조 모드로 진입 요청이 수신된 것으로 확인되면, 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 설정시간 동안 내부열교환기의 건조 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는, 내부열교환기 건조 모드로 진입 후, 제1단계에서 상기 HVAC 모듈 내부의 히터 코어 및 블로워 팬을 일정시간 작동시켜 내부열교환기의 제습과 실내 난방을 수행하도록 제어하고, 제2단계에서 압축기를 설정된 최소 RPM으로 일정시간 동안 작동시켜 내부열교환기의 잔여 수분을 제거하도록 제어할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 내부열교환기의 건조 동작을 수행하는 중에, 사용자의 조작이나 설정된 조건에 의해 제상 모드 또는 냉방 모드로 변경되거나, 또는 공조 시스템이 오프(OFF)될 경우 내부열교환기의 건조 동작을 중지하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 배터리 리셋시 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기의 건조 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
아울러, 상기 제어부는 냉방 모드에서 난방 모드로 포지션 전환이 발생된 것으로 판단되면, 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기의 건조 동작을 수행하도록 제어하고, 냉방 모드에서 난방 모드로 포지션 전환이 발생되지 않은 것으로 판단되면, 설정된 정상 냉방 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 전기 자동차용 공조 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 기존에는 저온의 외기온도 환경에 따른 냉매의 특성 변화나, 내부열교환기와 히터 코어의 설치위치에 따른 온도 편차(온도 저하량), HVAC 모듈 내부의 유로 형상 및 토출 풍량 등의 차이에 따른 온도 편차에 따라 실제 히트펌프 구동 시 설정된 제어 조건에 의해 구동되더라도 사용자가 느끼는 실내 온도에 일정수준의 편차가 발생하였으나, 본 발명의 공조 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 현재 차량의 외기온도가 설정된 온도범위 내에 존재할 경우, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 압축기를 PID 제어하는 동시에, 상기 설정온도값에 상기 제1 보상온도값과 다른 제2 보상온도값이 추가된 온도를 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터를 PID 제어함으로써, 차량의 외기온도가 낮은 저온 환경에서도 단순하고 간단한 제어 로직을 통해 실내 웜업(warm up)을 신속하게 수행할 수 있고, 웜업 이후 PID 제어에 의해 안정화된 상태에서는 내부열교환기 주변 온도가 히터 코어 주변 온도보다 더 높은 온도로 유지되어 냉각수 전기히터가 거의 동작하지 않는 로직을 구현할 수 있기 때문에 전력소모를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 히트펌프 시스템 동작에 따른 여러 제약 조건이나 구동 환경에 관계 없이 단순한 제어 로직을 통해 목표 온도(Target temperature) 온도를 제어할 수 있고, 총 주행거리가 낮은 저온 환경에서도 높은 수준의 저온 연비 달성이 가능해지기 때문에 저온 주행거리를 상온 대비 80% 이상 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 구성을 보여주는 구성도.
도 2는 공조 시스템이 냉방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 3은 공조 시스템이 난방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 4는 공조 시스템이 냉방 모드 및 배터리 냉각 모드로 동시 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 5는 외기온도가 낮은 저온 환경에서 공조 시스템이 난방 모드로 작동될 경우 내부열교환기 및 히터 코어가 동시 작동되어 실내 웜업을 수행하는 것을 보여주는 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 공조 시스템의 제어 방법을 보여주는 플로우 차트.
도 7은 공조 시스템이 난방 모드로 작동 시 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 서로 다른 특정 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기 및 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 압축기 및 냉각수 전기히터의 PID 제어가 이루어지는 것을 수식관계로 나타낸 다이어그램.
도 2는 공조 시스템이 냉방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 3은 공조 시스템이 난방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 4는 공조 시스템이 냉방 모드 및 배터리 냉각 모드로 동시 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 5는 외기온도가 낮은 저온 환경에서 공조 시스템이 난방 모드로 작동될 경우 내부열교환기 및 히터 코어가 동시 작동되어 실내 웜업을 수행하는 것을 보여주는 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 공조 시스템의 제어 방법을 보여주는 플로우 차트.
도 7은 공조 시스템이 난방 모드로 작동 시 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 서로 다른 특정 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기 및 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 압축기 및 냉각수 전기히터의 PID 제어가 이루어지는 것을 수식관계로 나타낸 다이어그램.
아래에서는 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 국한되지 않는다. 또한, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미함을 밝혀둔다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 전체 구성을 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 공조 시스템(100)은, 특정 위치에 배치되어 특정 역할을 수행하는 압축기(110), 4방밸브(120), 외부열교환기(130), 내부열교환기(140), 전장품 냉각회로부(160), 제1팽창밸브(170), 배터리 칠러(190), 제2팽창밸브(191)와, 공조 모드에 따라 상기 압축기(110), 4방밸브(120), 냉각수 전기히터(104), 제1 및 제2팽창밸브(170, 191)를 각각 제어하는 제어부(Electric HVAC vehicle control unit, EHVCU)를 포함하여 구성된다.
압축기(110)는 냉매를 압축하여 토출하는 구성으로, 제어부를 통해 압축기(110)의 RPM을 PID 제어(Proportional Integral Differential Control)할 수 있는 전동식 압축기가 구비된다.
이러한 압축기(110)는 사용자에 의해 실내 온도 조절이 이루어질 경우, 제어부에서는 내부열교환기(140) 주변의 온도를 목표 온도(Target temperature)로 설정하여, 상기 설정된 목표 온도와 온도 센서로부터 측정된 현재 내부열교환기(140) 주변의 온도 차이가 기설정된 오차 범위 내에 수렴될 때까지 피드백(feedback) 제어를 통해 압축기(110)를 PID 제어함으로써 실내 냉방 또는 난방을 수행할 수 있다.
4방밸브(120)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매를 공조 모드에 따라 외부열교환기(130)로 전달하거나 내부열교환기(140)로 전달하는 구성으로, 제어부의 제어를 통해 냉매의 흐름을 특정 방향으로 유도할 수 있다.
외부열교환기(130)는 압축기(110) 또는 내부열교환기(140)로부터 전달되는 냉매를 자동차 외부의 공기와 열교환시키는 기능을 하고, 내부열교환기(140)는 외부열교환기(130)에서 전달된 냉매를 탑승객이 위치한 실내로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기(110)에서 배출된 냉매를 실내로 공급되는 공기와 열교환시키는 기능을 한다.
제1팽창밸브(170)는 내부열교환기(140)로 인입되거나 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매라인 상에 배치되어, 제어부에서 전송되는 제어신호에 따라 작동되어 냉매를 팽창시킬 수 있다. 이때, 상기 제1팽창밸브(170)로는 PID 제어에 의해 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브(Electronic Expansion Valve; EEV)가 사용될 수 있다.
전장품 냉각회로부(160)는 외부열교환기(130)와 인접하여 장착되고, 공조 모드에 따라 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하여 외부로 배출하는 기능을 한다.
상기 전장품 냉각회로부(160)에는 외부열교환기(130)와 4방밸브(120) 사이에 장착되어 상기 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매와 전장품 냉각수 유로(162)를 따라 유동하는 냉각수를 서로 열교환시키는 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 구비된다.
전장품 냉각수 유로(162)는 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)와 전장품 라디에이터(163)를 연결하는 하나의 냉각수 유동 통로를 형성하고 있으며, 전장품냉각수 바이패스 유로(167) 상에는 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하는 전장품 냉각수단(164) 및 냉각수의 일방향 유동을 발생시키는 전장품 냉각수 순환펌프(165)가 장착되고, 전장품 냉각수 유로(162)와 전장품냉각수 바이패스 유로(167)의 교차 지점에는 전장품 냉각용 3방밸브(166)가 장착된다.
그리고, 전장품 라디에이터(163)는 외부열교환기(130)와 인접하게 장착되어 전장품 냉각수 유로(162)를 통해 유동하는 냉각수의 열을 방출시킨다. 이때, 경우에 따라 전장품 냉각회로부(160)를 이용하여 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하여 전장품 라디에이터(163)만으로 방출시킬 수 있으며, 별도의 냉각팬(168)을 설치하여 방열을 촉진시킬 수 있다.
한편, 냉매의 흐름을 특정 방향으로 유도하는 4방밸브(120)는 제1포트(121), 제2포트(122), 제3포트(123) 및 제4포트(124)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 4방밸브의 제1포트(121)는 공조 모드에 관계없이 항상 압축기(120)로부터 배출된 냉매가 인입되는 냉매 유입구이며, 제2포트(122)는 공조 모드에 따라 제1포트(121) 또는 제3포트(123)에 선택적으로 연통되는 냉매 입출구로서, HVAC 모듈(101) 내부에 배치된 내부열교환기(140)와 연결된다.
그리고, 4방밸브의 제3포트(123)는 공조 모드에 따라 제2포트(122)와 제4포트(124)에 선택적으로 연통되는 냉매 출구로서, 냉매 흐름상 압축기(110)의 전단에 배치되는 중간열교환기(180)와 연결된다.
또한, 4방밸브의 제4포트(122)는 공조 모드에 따라 제1포트(121)와 제3포트(123)에 선택적으로 연통되는 냉매 입출구로서, 전장품 냉각회로부의 냉매/전장품냉각수 열교환기(111)와 연결된다.
아울러, 상기 4방밸브의 각 포트들은 제1포트(121)가 제2포트(122)와 연통된 경우에는 제3포트(123)는 제4포트(124)와 연통되고, 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통된 경우에는 제2포트(122)는 제3포트(123)와 연통된다.
이에 따라, 상기 4방밸브의 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통되는 경우에는 압축기(110)로부터 배출된 냉매를 전장품 냉각회로부(160)의 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)로 전달하고, 제4포트(124)가 제3포트(123)와 연통되는 경우에는 전장품 냉각회로부의 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)를 거쳐온 냉매를 냉매 흐름상 압축기(110)의 전단에 배치되는 중간열교환기(180)로 전달한다.
한편, 외부열교환기(130)와 내부열교환기(140) 사이를 연결하는 냉매라인 상에는 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매가 분기되거나 합류되는 제1분기점(181)이 마련되고, 4방밸브(120)의 제3포트(123)와 압축기(110) 사이를 연결하는 냉매라인 상에는 4방밸브(120)를 거쳐 나온 냉매가 분기되거나 합류되는 제2분기점(182)이 마련된다.
이때, 상기 제2분기점(182)은 배터리 칠러(190)에서 나온 냉매의 과열도와 성능을 보다 증가시킬 수 있도록 중간열교환기(180) 이전 위치에 위치시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1분기점(181)과 제2분기점(182)을 연결하는 별도의 냉매분기라인 상에는 배터리 칠러(190)가 장착되며, 공조 모드에 따라 외부열교환기(130)로부터 배출된 냉매를 제2팽창밸브(191)로 유입시켜 배터리 칠러(190)에서 열교환을 통해 배터리를 냉각시킬 수 있다.
이 경우, 상기 배터리 칠러(190) 측에 설치되는 제2팽창밸브(191)는 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 개폐동작만이 가능하고 개도량 조절이 불가능한 팽창밸브가 사용되거나, 또는 상기 내부열교환기(140) 측에 설치되는 제1팽창밸브(170)와 같이 PID 제어에 의해 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브(EEV)가 사용될 수 있다. 그리고, 냉매가 배출되는 배터리 칠러(190)의 출구 측 배관라인 상에는 냉매의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(192)가 장착될 수 있다.
중간열교환기(180)는 IHX(Intermediate Heat Exchanger)로도 약칭되는 구성으로서, 제1팽창밸브(170) 및 내부열교환기(140)를 통과하기 전의 냉매와 통과한 후의 냉매 간의 열교환을 위해 마련되는 구성이다.
이러한 중간열교환기(180)는 외부열교환기(130)와 내부열교환기(140) 사이를 연결하는 냉매라인의 제1분기점(181)과 외부열교환기(130) 사이에 장착되어, 공조 모드에 따라 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨 후 내부열교환기(140)에 전달하거나, 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨 후 외부열교환기(130)에 전달하게 된다.
이 경우, 상기 중간열교환기(180)는 제1팽창밸브(170) 측으로 냉매를 전달하는 외측관로와, 어큐뮬레이터(150)와 압축기(110) 측으로 냉매를 전달하는 내측관로를 포함하는 이중관 형태의 열교환기로 구성될 수 있다. 여기서 제1팽창밸브(170) 측에 연결된 외측관로에는 압력과 온도가 상대적으로 높은 냉매가 유동하며, 내측관로에는 압력과 온도가 상대적으로 낮은 냉매가 유동할 수 있다.
한편, HVAC 모듈(101)의 내부에는 냉각수 전기히터(104)에 의해 가열된 냉각수가 유입되는 히터 코어(103)가 장착된다. 상기 히터 코어(103)는 자동차 실내로 공급되는 공기 유로 내부에 장착되어, 공조 모드가 난방 모드, 제습 모드 또는 제상 모드일 경우 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 가하게 되며, 상기 히터 코어(103)로 공급되는 냉각수의 온도는 제어부에 의한 냉각수 전기히터(104)의 PID 제어를 통해 온도가 조절될 수 있다.
이때, 상기 히터 코어(103) 측에는 히터 코어(103)의 주변의 온도를 검출할 수 있는 제2온도센서(108)가 설치된다. 상기 제2온도센서(108)는 히터 코어(103)가 설치되어 있는 HVAC 모듈(101) 내부 덕트(Duct)의 현재 온도를 검출하여 제어부로 전송하고, 제어부에서는 상기 제2온도센서(108)를 통해 검출된 히터 코어(103) 주변의 온도가 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 오차범위 내로 도달될 때까지 냉각수 전기히터(104)를 PID 제어할 수 있다. 아울러, HVAC 모듈(101)의 내부에는 제어부에 의해 제어되며 내부열교환기(140)로 공기를 송풍시킬 수 있는 블로워 팬(102)이 설치된다.
전장품 냉각회로부(160)는 히트펌프 시스템의 공조 모드가 난방 모드 또는 냉방 모드일 경우 작동하도록 제어되며, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)는 냉방 모드에서는 전장품 냉각수를 이용하여 수냉식 응축기로 작동되고, 난방 모드에서는 전장품에서 발생된 열을 흡수하는 증발기로 작동된다.
한편, 제어부는 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 운용될 경우, 사용자의 온도 설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기(110)를 PID 제어함으로써 실내 냉방을 수행할 수 있다.
즉, 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 작동될 경우 내부열교환기(140)는 증발기로서 기능을 하게 되며, 제어부에서는 증발기 기능을 하는 내부열교환기(140)의 온도를 목표 증발기온으로 설정하고, 내부열교환기(140) 주변에 설치된 온도센서(미도시)를 통해 검출된 현재 증발기온과 상기 목표 증발기온의 차이가 기 설정된 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기(110) RPM에 대한 PID 제어를 수행함으로써 실내 냉방을 수행할 수 있다.
이와 반대로, 공조 시스템(100)이 난방 모드로 작동될 경우에는 내부열교환기(140)는 응축기로서 기능을 하게 되며, 제어부에서는 응축기 기능을 하는 내부열교환기(140)의 온도를 목표 온도로 설정하고, 제1온도센서(107)를 통해 검출된 내부열교환기(140)의 현재 온도와 상기 목표 온도의 차이가 기 설정된 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기(110) RPM에 대한 PID 제어를 수행함으로써 실내 난방을 수행할 수 있다.
아울러, 상기 제어부에서는 히터 코어(103)의 온도를 목표 온도로 설정하고, 제2온도센서(108)를 통해 검출된 히터 코어(103)의 현재 온도와 상기 목표 온도의 차이가 기 설정된 오차 범위에 수렴될 때까지 냉각수 전기히터(104)에 대한 PID 제어를 수행함으로써 실내 난방을 수행할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 각 공조 모드에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4에는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 냉방 모드, 난방 모드, 냉방 및 배터리 냉각 모드 시 각각의 냉매 흐름을 나타내는 냉매 순환 흐름도가 도시되어 있다.
먼저, 도 2에 도시된 냉방 모드의 경우에 대해 설명하기로 한다.
냉방 모드 시 냉매의 흐름은 "압축기(110) - 4방밸브(120) - 전장품 냉각회로부(160, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 수냉식 응축기로 기능) - 외부열교환기(130, 응축기로 기능) - 중간열교환기(180) - 내부열교환기(140, 증발기로 기능) - 4방밸브(120) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)" 순으로 유동하도록 제어된다.
냉방 모드에서 4방밸브(120)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매가 외부열교환기(130)로 인입되고, 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매가 압축기(110)로 인입되도록 4방밸브(120)의 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통되고, 제2포트(122)는 제3포트(123)와 연통된다.
그리고, 내부열교환기(140)는 공조 모드에 따라 외부열교환기(130)에서 전달된 냉매를 자동차의 실내로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기(110)에서 배출된 냉매를 자동차 실내로 공급되는 공기와 열교환시키게 된다.
구체적으로, 내부열교환기(140)의 한쪽 포트는 공조 모드에 따라 HVAC 모듈(101) 내부로 유입된 공기로부터 열을 흡수한 냉매를 배출하거나, 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 제공하기 위한 냉매가 유입되는 통로로서 기능을 하고, 다른 한쪽 포트는 공조 모드에 따라 HVAC 모듈(101) 내부로 유입된 공기로부터 열을 흡수하는 냉매가 유입되거나, 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 제공한 냉매를 배출하는 통로로서 기능을 한다.
여기서, 공조 모드가 냉방 모드로 운용될 경우 내부열교환기(140)는 증발기로서 기능을 하게 되는데, 외부열교환기(130)로부터 전달된 냉매는 제1팽창밸브(170)에서 팽창된 후 저온 상태로 내부열교환기(140) 내부로 인입되어 자동차 실내로 공급되는 공기와 열교환된다.
어큐뮬레이터(150)는 중간열교환기(180)와 압축기(110) 사이에 장착되어, 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매를 4방밸브(120)를 통해 흡수한 후 압축기(110)로 전달한다.
그리고, 전장품 냉각회로부(160)는 공조 모드가 냉방 모드인 경우 작동될 수 있으며, 이 경우 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)는 전장품 냉각수를 이용하여 수냉식 응축기로 작동됨으로써, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161) 내부의 냉매를 더욱 냉각시킬 수 있어, 냉방 성능을 향상시킬 수 있다.
여기서, 도 2에 나타낸 냉방 모드는 배터리 냉각이 필요하지 않은 외기온 조건에서의 운전 모드로서, 제2팽창밸브(191)는 폐쇄(Clsoe)시켜 중간열교환기(180)의 출구 측 냉매라인을 분기시킨 배터리 냉각 유로가 개방되지 않도록 하여, 배터리 칠러(190)로 냉매가 유동되지 않도록 한다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 난방 모드에 대해 설명하기로 한다.
난방 모드일 경우, 냉매의 흐름은 "압축기(110) - 4방밸브(120) - 내부열교환기(140, 응축기로 기능) - 외부열교환기(130, 증발기로 기능) - 전장품 냉각회로부(160, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 증발기로 기능) - 4방밸브(120) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)" 순으로 유동하도록 제어될 수 있다.
4방밸브(120)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매가 내부열교환기(140)로 유입되고, 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매가 압축기(110)로 유입되도록, 4방밸브(120)의 제1포트(121)가 제2포트(122)와 연통되고, 제3포트(122)는 제4포트(123)와 연통될 수 있다.
이와 같이 난방 모드로 운용될 경우에는, 내부열교환기(140)는 응축기로 기능하게 되는데, 압축기(110)로부터 배출된 냉매를 응축시켜 자동차 실내로 공급되는 공기와 열교환시킬 수 있도록, 압축기(110)로부터 배출된 냉매가 내부열교환기(140) 내부로 유입된다.
또한, 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 가할 수 있도록 냉각수 전기히터(104)를 작동시켜 난방 성능을 향상시킬 수 있다. 이때, 도 3에 나타낸 바와 같이 HVAC 모듈(101) 내에 히터 코어(103)를 배치하고, 히터 코어(103)를 순환하는 냉각수 라인을 구성하되, 냉각수 라인 상에 냉각수 전기히터(104), 펌프(105)와 냉각수 리저버 탱크(106)를 배치할 수 있다.
이 경우 어큐뮬레이터(150)는 전장품 냉각회로부(160)로부터 배출되는 냉매를 4방밸브(120)를 통해 흡수한 후 압축기(110)로 전달할 수 있다. 아울러, 전장품 냉각회로부(160)에서는 외부열교환기(130)로부터 배출된 냉매가 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 열교환을 통해 흡수하고, 열을 흡수한 냉매는 4방밸브(120)를 통해 어큐뮬레이터(150)로 전달될 수 있다.
이와 같은 난방 모드가 작동되는 경우는 실외 온도가 낮은 동절기로서, 일반적인 경우에는 배터리를 냉각시킬 필요가 없으므로, 제2팽창밸브(191)을 폐쇄(Close)시켜 배터리 칠러(190) 측으로 냉매가 유동되지 않도록 한다.
이때, 배터리 자체나 주위의 이상으로 인해 배터리 냉각이 필요한 경우에는 배터리 냉각 동작만을 수행하는 배터리 냉각 모드로 전환하여 배터리 냉각을 수행하고, 난방은 냉각수 전기 히터(104)에 의해서만 수행할 수 있다.
또한, 자동차가 운행 중인 경우에는 전장품에서 열이 발생되고, 전장품 냉각회로부(160)에 냉매 유입시, 전장품 냉각회로부(160)의 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 증발기로서 기능하게 되어, 냉매는 전장품에서 발생한 열을 흡수하여 상대적으로 보다 고온 상태에 도달하여 어큐뮬레이터(150) 및 압축기 측으로 유입되고, 이로써 내부열교환기(140)에서의 발열량이 증가되어 난방 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 공조 시스템의 냉방 모드와 배터리 냉각 모드를 동시에 실시하는 경우에 대해 설명하기로 한다.
냉방 모드와 배터리 냉각 모드를 동시에 수행할 경우, 냉매의 흐름은 "압축기(110) - 4방밸브(120) - 전장품 냉각회로부(160, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 수냉식 응축기로 기능) - 외부열교환기(130, 응축기로 기능)- 중간열교환기(180) - 내부열교환기(140, 증발기로 기능) - 4방밸브(120) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)"순으로 유동하도록 제어되고, 중간열교환기(180)와 내부열교환기(140) 사이를 연결하는 냉매라인을 분기시켜 분기된 냉매의 일부가 제2팽창밸브(191)을 거쳐 배터리 칠러(190)로 유입되어 배터리를 냉각시키도록 할 수 있다.
여기서, 공조 시스템이 냉방 모드로 운용되는 경우 내부열교환기(140)는 증발기로서 기능을 하게 되며, 외부열교환기(130)로부터 전달된 냉매는 제1팽창밸브(170)을 통해 팽창된 후 실내열교환기(140) 내부로 유입되어 자동차 실내로 공급되는 공기와 열교환된다.
그리고, 중간열교환기(180)와 압축기(110) 사이에 장착된 어큐뮬레이터(150)는 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매를 4방밸브(120)를 통해 전달받은 후 다시 압축기(110)로 전달하게 된다.
한편, 외부열교환기(130)로부터 배출된 냉매는 제2팽창밸브(191)를 통해 팽창되어 저온 상태가 된 이후 배터리 칠러(190)로 인입되어 배터리(194)를 순환하는 냉각수와 열교환을 통해 배터리(194)를 냉각시킨다.
이 경우, 배터리 칠러(190)와 열교환되는 배터리 냉난방 냉각수회로에는 냉각수 순환펌프(193), 배터리(194), 배터리 히터(195)가 순차적으로 배치되어 냉각수 순환이 이루어지며, 상기 배터리 칠러(190)는 증발기의 역할을 수행하게 된다.
이와 같이 외부열교환기(130)를 지나며 응축된 냉매는 제1팽창밸브(170)와 제2팽창밸브(191)을 거쳐 팽창하여 저온의 냉매로 내부열교환기(140)와 배터리 칠러(190)로 각각 유입됨으로써, HVAC 모듈(101)에 유입된 공기를 냉각시켜 실내 냉방을 수행하는 동시에, 배터리 칠러(190)에 유입된 저온 냉매의 열교환 작용에 의해 배터리(194)를 냉각시킬 수 있다. 그리고, 배터리 칠러(190)에서 열교환된 냉매는 내부열교환기(140)를 거쳐 4방밸브(120)를 지나온 냉매와 제2분기점(182)에서 합류하여 중간열교환기(181)로 유입된다.
이와 같이 냉방 모드가 작동되는 경우는 보통 실외 온도가 높은 하절기로서, 배터리(194)의 온도가 높아져 배터리 효율이 저하되기 때문에, 제2팽창밸브(191)를 개방하여 냉매를 유동시키되 냉매가 팽창되도록 하고, 팽창된 냉매가 증발기로 기능하는 배터리 칠러(190)를 지나면서 배터리 냉난방 냉각수회로의 냉각수를 냉각시키고, 이 냉각수가 배터리팩의 냉각플레이트로 순환되어 배터리팩이 과열되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 공조 시스템(히트펌프 시스템)이 외기온도가 낮은 저온 환경에서 난방 모드로 작동될 경우 내부열교환기 및 히터 코어의 동시 작동을 통해 차량 실내의 웜업(warm up)이 수행되는 것을 보여주는 개념도이다.
4방밸브(120)를 적용하여 히트펌프 시스템을 구성하고 있는 본 발명의 공조 시스템(100)은 도 5에 나타낸 바와 같이 공조 시스템(100)이 난방 모드로 작동될 경우 외부열교환기(130)는 증발기로 기능을 하고, 내부열교환기(140)는 응축기로 기능을 하게 되는데, 차량의 외기온도가 -20도 이하의 저온 환경일 경우 난방 모드로 작동시 빠른 웜업(warm up)을 위해 내부열교환기(140) 및 히터 코어(103)가 동시에 작동되도록 제어될 수 있다.
이 경우, 히트펌프 시스템의 냉매 특성상 외기온도에 영향을 받게 되어 냉매의 특성이 변화되거나, 또는 내부열교환기(140)와 히터 코어(103)의 위치에 따른 온도 편차(온도 저하량)와, HVAC 모듈(101) 내부의 유로 형상 및 토출 풍량 등의 차이로 인해 온도 편차가 발생되어 실제 히트펌프 구동 시 설정된 제어 조건으로 구동되더라도 사용자가 느끼는 실내 온도는 어느 정도의 편차가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 차량의 외기온도가 저온인 환경에서 히트펌프 시스템이 작동되는 경우 실내의 웜업(warm up)이 신속하게 수행되도록 함으로써 탑승자가 실내 온도 편차에 따른 불편감을 느끼지 않고 차량 실내를 쾌적한 온도 환경으로 조성해줄 수 있는 공조 시스템 제어방법을 제공하고 있다.
즉, 본 발명의 공조 시스템 제어방법에서는, 현재 차량의 외기온도가 설정된 온도범위 내에 존재할 경우, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기(140)의 목표온도값(target temperature)으로 설정하여 일정시간 동안 압축기(110)의 RPM을 고출력으로 PID 제어하고, 이와 동시에, 상기 사용자의 설정온도값에 상기 제1 보상온도값과 상이한 또 다른 제2 보상온도값이 추가된 온도를 히터 코어(103)의 목표온도값(target temperature)으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터(104)를 고출력으로 PID 제어함으로써, 차량의 외기온도가 낮은 저온 환경에서도 단순하고 간단한 제어 로직을 통해 실내 웜업(warm up)을 빠르게 수행할 수 있다. 아울러, 상기와 같이 웜업이 이루어진 이후 PID 제어에 의해 실내 온도가 안정화된 상태에서는 내부열교환기(140) 주변 온도가 히터 코어(103) 주변 온도보다 더 높은 온도로 유지됨으로써 냉각수 전기히터(104)가 거의 동작하지 않는 로직으로 구현될 수 있기 때문에 전력소모도 최소화할 수 있다.
한편, 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 작동하는 중에 사용자 난방 모드로 설정을 변경하거나, 또는 제어부에 설정된 동작 조건에 따라 난방 모드로 전환될 경우에는, 냉방 모드에서 증발기 기능을 하던 내부열교환기(140)가 난방 모드에서 응축기 기능으로 갑자기 변경되면서 내부열교환기(140)가 증발기 상태일 때 머금고 있던 물방울(수분)이 급격히 증발하게 되어 차량의 윈드실드(Windshield)에 안개처럼 맺히게 되는 플래시 포깅(Flash-fogging) 현상이 발생될 수 있다. 이러한 플래시 포깅은 차량 운전자의 시야를 가리게 되어 차량 주행 중 안전사고를 유발할 위험이 있으며, 기존의 차량에 4방밸브를 적용한 히트펌프 시스템을 사용하지 못하고 있었던 주된 이유이기도 하다.
본 발명에서는 이와 같이 4방밸브를 적용한 히트 펌프 시스템에서 발생하는 플래시 포깅 현상을 해결하기 위하여, 공조 시스템(100)이 냉방 모드에서 작동 중에 사용자의 설정이나 기타 설정된 동작 조건에 의해 난방 모드로 전환될 경우, 난방 모드로 본격적으로 작동되기 이전에 '내부열교환기 건조 모드(Inner HEX dry mode)'라는 별도의 설정된 모드(mode)로 진입하여 내부열교환기(140)에 머금고 있던 수분을 건조 시키는 동작을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 공조 시스템에 있어서 난방 모드로 작동 시 플래시 포깅 방지를 위한 제어 로직 및 저온의 외기환경에서 신속한 웜업을 위한 제어 로직이 동시 반영된 공조 시스템의 제어 과정을 보여주는 플로우 차트이다. 그리고, 도 7은 도 6의 플로우 차트에서 사용자가 설정한 설정온도값에 특정 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기 및 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 압축기 및 냉각수 전기히터를 PID 제어하는 것을 수식관계로 나타낸 다이어그램이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 공조 시스템 제어 방법은, 먼저, 현재의 공조 모드가 냉방 모드(AC ON) 또는 난방 모드(HEAT ON)로 설정되었는지 여부를 판단한다.(S210)
여기서, 현재의 공조 모드가 난방 모드로 설정된 것으로 확인될 경우에는, 차량의 외기온도가 설정 온도범위 내에 존재하는지 여부를 판단한다.(S221)
이때, 상기 설정 온도범위는 내부열교환기 건조 모드(Inner HEX dry mode)로 진입하기 위한 조건이 되는 외기온도 범위로서, 예를 들어, 상기 외기온도 범위는 -25도 < 외기온도 < 15도가 될 수 있다.
그리고, 현재 차량의 외기온도가 상기 설정 온도범위 내에 존재하는 것으로 확인되면, 다음으로, 내부열교환기 건조 모드(Inner HEX dry mode)로의 진입 요청이 수신되었는지 여부를 판단한다.(S222)
이 경우, 내부열교환기 건조 모드로의 진입 요청은, 냉방 모드에서 난방 모드로 공조 모드 포지션(position)이 전환된 경우나, 전기차의 구동원인 배터리 리셋(Battery reset) 시, 공조 시스템(100)이 난방 모드로 본격적으로 동작되기 전 단계에서 내부열교환기 건조 모드로의 진입 요청이 수신될 수 있다.
이때, 만일 상기 (S221) 단계에서 차량의 현재 외기온도가 설정 온도범위 내에 존재하지 않는 것으로 판단되거나, 상기 (S222) 단계에서 내부열교환기 건조 모드로의 진입 요청이 수신되지 않은 것으로 판단된 경우에는, 내부열교환기 건조 모드로 진입하지 않고, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기(140)의 목표온도값(target temperature)으로 설정하여 일정시간 동안 압축기(110)의 RPM을 고출력으로 PID 제어하는 동시에, 상기 설정온도값에 제2 보상온도값이 추가된 온도를 히터 코어(103)의 목표온도값(target temperature)으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터(104)를 고출력으로 PID 제어함으로써 실내 난방에 따른 웜업을 수행할 수 있다.(S224,S225)
이 경우, 도 6에 도시된 제어 로직과 달리, 상기 (S221) 단계에서 차량의 현재 외기온도가 설정 온도범위 내에 존재하지 않는 것으로 판단되거나, 상기 (S222) 단계에서 내부열교환기 건조 모드로의 진입 요청이 수신되지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 제1 온도보상값과 제2 온도보상값을 적용하지 않은 상태로 압축기(110) 및 냉각수 전기히터(104)를 히트펌프 시스템에 설정된 작동 조건으로 실내 난방을 위한 정상적인 난방 모드 동작을 수행하도록 제어할 수도 있다.
다음으로, 상기 (S222) 단계에서 내부열교환기 건조 모드로 진입 요청이 수신된 것으로 확인될 경우, 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 설정시간 동안 내부열교환기(140)의 건조 동작을 수행하게 된다.(S223)
이때, 내부열교환기 건조 모드로 진입된 이후에 수행되는 내부열교환기 건조 동작은, 예를 들어, 제1단계에서 냉각수 전기히터(104)를 작동시켜 HVAC 모듈(101) 내부에 위치한 히터 코어(103)를 통해 일정시간 동안 내부열교환기(140)의 제습 및 실내 난방을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 히터 코어(103)에 의한 내부열교환기(140)의 제습과 함께 HVAC 모듈(101) 내부에 구비된 블로워 팬(Blower fan; 102)을 2단 이상으로 구동시켜 내부열교환기(140)의 제습 작용을 보조할 수 있다. 이어서, 제2단계에서는 히트펌프 시스템(난방 모드)으로 운용되는 압축기(110)를 최소 RPM으로 일정시간 동안 작동시켜 내부열교환기(140)의 잔여 수분을 제거할 수 있다.(S223)
그리고, 상기 (S223) 단계에서의 내부열교환기 건조 동작이 모두 종료되면, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기(140)의 목표온도값으로 설정하여 압축기(110)의 RPM을 고출력으로 PID 제어하는 동시에, 상기 설정온도값에 제2 보상온도값이 추가된 온도를 히터 코어(103)의 목표온도값으로 설정하여 냉각수 전기히터(104)를 고출력으로 PID 제어함으로써 실내 난방에 따른 웜업을 수행할 수 있다.(S224,S225)
이때, 경우에 따라 상기 (S223) 단계의 내부열교환기 건조 동작이 모두 완료된 이후, 상기 제1 온도보상값과 제2 온도보상값을 적용하지 않은 상태로 압축기(110) 및 냉각수 전기히터(104)를 히트펌프 시스템에 설정된 작동 조건으로 정상적인 난방 모드 동작을 수행하도록 제어할 수도 있다.
한편, 상기 (S210) 단계에서 현재의 공조 모드가 냉방 모드로 설정된 것으로 확인된 경우에는 설정된 냉방 모드 동작 조건에 따라 정상 냉방 모드로 동작하여 실내 냉방을 수행할 수 있다.(S212)
이때, 제어부에서는 실내 냉방 모드로 작동 중에 난방 모드로의 포지션(position) 전환이 발생되었는지의 여부를 판단(S214)하고,
만일, 난방 모드로의 포지션 전환이 발생된 것으로 확인되면, 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기(140)의 건조 동작을 수행하고(S223), 난방 모드로의 포지션 전환이 발생되지 않은 것으로 확인되면, 설정된 정상 냉방 모드로 동작할 수 있다.(S212)
이 경우, 상기 (S214) 단계에서 냉방 모드에서 난방 모드로의 포지션 전환이 발생되었는지 여부의 판단은 4방밸브(120)의 포지션 전환 여부로 판단할 수 있다.
반면, 상기한 냉방 모드에서 난방 모드로의 공조 모드 포지션이 변경되는 상황과는 상관없이, 차량의 배터리 리셋(Battery reset; S226)이 이루어질 경우 상기 (S223) 단계의 내부열교환기 건조 모드로 곧바로 진입하도록 하여 내부열교환기(140)에 대한 제습을 수행할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 공조 시스템(100)이 내부열교환기 건조 모드로 작동되는 중에, 사용자의 조작에 의해 공조 모드가 디프로스트(DEF) 모드 또는 냉방 모드(AC 모드)로 변경되거나 공조 시스템(100)의 작동이 오프(OFF) 될 경우, 현재 진행 중이던 내부열교환기 건조 모드의 동작을 중지시킬 수 있다.
아울러, 상기 (S223) 단계에서 내부열교환기의 건조 동작을 수행하는 중에, 사용자의 조작이나 기타 설정된 동작 조건에 의해 제상 모드(Defrost mode) 또는 냉방 모드로 변경되거나, 또는 공조 시스템(100)의 작동이 오프(OFF)될 경우(S227), 현재 건조 모드에서 작동 중인 내부열교환기(140)의 건조 동작을 중지시킬 수 있다.(S228)
이와 같이 공조 시스템(100)이 냉방 모드에서 난방 모드로 전환되거나, 또는 배터리 리셋 시에 '내부열교환기 건조 모드'로 진입하여 내부열교환기(140)를 히터 코어(103)만으로 일정시간 동안 자연 건조시킨 후, 난방 모드(히트펌프 모드)로 압축기(110)를 최소 RPM으로 일정시간 동안 동작시켜 내부열교환기(140)의 잔여 수분을 완전히 제거하는 동작으로 내부열교환기(140)에 대한 건조작업을 진행하고, 내부열교환기(140)의 건조작업이 모두 완료되면 다시 정상 난방 모드로 작동되도록 제어함으로써, 차량의 윈드실드에 플래시 포깅이 발생하는 현상을 효과적으로 억제할 수 있고, 이를 통해 차량 주행 시 운전 안전성을 제공해줄 수 있다.
아울러, 내부열교환기(140)의 건조작업이 모두 완료되면, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기(140)의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 압축기(110)의 RPM을 고출력으로 PID 제어하는 동시에, 상기 설정온도값에 제2 보상온도값이 추가된 온도를 히터 코어(103)의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터(104)를 고출력으로 PID 제어함으로써, 차량의 외기온도가 낮은 저온 환경에서도 단순하고 간단한 제어 로직을 통해 실내 웜업(warm up)을 신속하게 수행하도록 함으로써 차량 탑승자에게 신속한 실내 난방 환경을 조성하여 저온의 외기환경에서도 탑승자에게 보다 빠른 안락감을 제공해줄 수 있다.
또한, 상기와 같이 일정시간 동안 보상된 온도값으로 압축기(110) 및 냉각수 전기히터(104)의 PID 제어가 이루어져 실내 온도가 안정화된 상태에서는 내부열교환기(140) 주변 온도가 히터 코어(103) 주변 온도보다 더 높은 온도로 유지될 수 있기 때문에 냉각수 전기히터(104)가 거의 동작하지 않는 로직으로 구현될 수 있고, 이를 통해 배터리의 전력소모를 절감시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 공조 시스템 제어 로직에 따르면, 히트펌프 시스템 동작에 따른 여러 제약 조건이나 구동 환경에 구애받지 않고 단순한 제어 로직을 통해 내부열교환기(140) 및 히터 코어(103)의 목표 온도(Target temperature)를 제어할 수 있고, 총 주행거리가 낮은 저온 환경에서도 높은 수준의 저온 연비 달성이 가능하여, 저온 주행거리를 상온 대비 80% 이상 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 기존의 히트펌프 시스템을 장착한 일부 차량에서는 공조 시스템이 오프(OFF) 될 경우마다 항상 내부열교환기 건조 모드로 진입하도록 되어 있었기 때문에 국내 전기차 저온주행거리 인증 시험 기준 공조 전력 소모량이 6.819kwh 정도로 높았지만, 상술한 본 발명의 플래시 포깅 방지를 위한 제어 로직을 사용하게 되면, 판단 조건에 따라 내부열교환기 건조 모드로 선택적 진입을 하여 내부열교환기의 건조작업을 수행할 수 있기 때문에 국내 전기차 저온주행거리 인증 시험 기준 공조 전력 소모량이 5.111kwh 정도로 감소되어, 약 25% 정도의 전력 소모량 감소를 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 공조 시스템(100)에 있어서, 전술된 도 4의 냉방 모드와 배터리 냉각 모드가 동시에 수행되는 경우, 배터리의 냉각은 배터리(194)가 설정 온도 이상으로 과열되면 배터리 제어부(Battery Management System; BMS)로부터 배터리 냉각 요청 신호가 수신되어 실내 냉방과 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 작동 중에 배터리 제어부로부터 배터리 냉각 요청이 수신될 경우 제어부는 제어신호를 송출하여 배터리 칠러(190) 측에 위치한 제2팽창밸브(191)를 개방하고 배터리 칠러(190)로 저온의 냉매를 공급하여 칠러(190)의 열교환 작용을 통해 배터리 냉각을 수행한다.
이때, 배터리 칠러(190) 측에 위치하는 제2팽창밸브(191)가 내부열교환기(140) 측에 위치하는 제1팽창밸브(170)와 같이 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브가 아닌, 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 개폐 구동만이 가능하고 개도량 조절이 불가능한 팽창밸브로 사용될 경우에는, 배터리 냉각 모드로 진입하여 제2팽창밸브(191)가 갑작스럽게 개방되면 외부열교환기(130)에서 내부열교환기(140)로 공급되는 냉매의 일부가 배터리 칠러(190) 측으로 유입되어 내부열교환기(140)로 향하는 냉매 유량이 일시적으로 감소됨에 따라 실내 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명에서는 이를 보완하기 위해 냉방 모드로 작동 중에 배터리 냉각 요청이 들어와 배터리 냉각 모드로 진입하게 되는 경우, 제어부에서 제2팽창밸브(191)를 개방하여 배터리 냉각을 수행하는 동시에, 현재 PID 제어 중인 압축기(110)의 RPM에 배터리(194)의 냉각 부하(배터리 팩의 총 용량)에 상응하는 특정 보상 RPM 값, 즉 배터리(194)의 냉각부하를 보상할 수 있는 기설정된 특정 보상 RPM값을 추가하여 일정시간 동안 고출력으로 압축기(110)의 PID 제어를 수행하도록 제어함으로써 제2팽창밸브(191)의 개방 시 급격한 냉매 변경으로 인한 실내 냉방 성능 저하 현상을 보상해줄 수 있다.
이때, 상기와 같이 배터리 냉각 모드로 진입하게 되는 경우, 상기 배터리 제어부(BMS) 측에서 배터리(194) 냉각 부하를 보상할 수 있는 기설정된 보상 RPM값을 압축기(110) 측으로 전달하여, 추가된 보상 RPM값을 통해 일정시간 동안 고출력으로 압축기(110)의 PID 제어를 수행할 수도 있다.
그리고, 배터리의 냉각이 종료되면, 제어부는 제2팽창밸브(191)를 닫아 냉매의 흐름을 다시 내부열교환기(140) 측으로만 유도할 수 있는데, 이 경우 배터리 냉각 모드에서 특정 보상 RPM 값이 적용된 상태로 압축기(110)가 고출력으로 작동됨에 따라 냉매량이 지속적으로 증가하여 실내 냉방이 과도하게 진행될 수 있다.
따라서, 제어부에서는 배터리의 냉각이 종료될 경우 현재 보상 RPM 값을 적용하여 고출력으로 PID 제어 중인 압축기(110)의 PID 제어 값을 원래의 상태(냉방 모드로만 작동되는 상태)로 복귀하도록 제어함으로써 증발기로 향하는 냉매량을 감소시켜 냉매 경로의 복귀에 따른 실내의 급격한 온도 저하 현상을 최소화할 수 있고, 아울러 압축기(110)의 고출력 구동에 다른 전력소모도 줄일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다
100 : 공조 시스템
101 : HVAC 모듈
102 : 블로워 팬 103 : 히터 코어
104 : 냉각수 전기히터 107 : 제1 온도센서
108 : 제2 온도센서 110 : 압축기
120 : 4방밸브 130 : 외부열교환기
140 : 내부열교환기 150 : 어큐뮬레이터
160 : 전장품 냉각회로부 170 : 제1팽창밸브
180 : 중간열교환기 190 : 배터리 칠러
191 : 제2팽창밸브 194 : 배터리
102 : 블로워 팬 103 : 히터 코어
104 : 냉각수 전기히터 107 : 제1 온도센서
108 : 제2 온도센서 110 : 압축기
120 : 4방밸브 130 : 외부열교환기
140 : 내부열교환기 150 : 어큐뮬레이터
160 : 전장품 냉각회로부 170 : 제1팽창밸브
180 : 중간열교환기 190 : 배터리 칠러
191 : 제2팽창밸브 194 : 배터리
Claims (14)
- (a) 현재의 공조 모드가 냉방 모드 또는 난방 모드로 설정되었는지 여부를 판단하는 단계;
(b) 현재의 공조 모드가 난방 모드로 설정된 경우, 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는지 여부를 판단하는 단계;
(c) 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 내부열교환기의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하는 동시에, 상기 설정온도값에 제2 보상온도값이 추가된 온도를 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터의 PID 제어를 수행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우,
내부열교환기 건조 모드로의 진입 요청이 수신되었는지 여부를 판단하여, 내부열교환기 건조 모드로 진입 요청이 수신된 것으로 확인되면, 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 설정시간 동안 내부열교환기의 건조 동작을 수행하는 단계(b-1);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 (b-1) 단계의 내부열교환기 건조 모드로 진입 후,
제1단계에서 HVAC 모듈 내부의 히터 코어 및 블로워 팬을 일정시간 작동시켜 내부열교환기의 제습과 실내 난방을 수행하고,
제2단계에서 압축기를 설정된 최소 RPM으로 일정시간 동안 작동시켜 내부열교환기의 잔여 수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 (b-1) 단계에서 내부열교환기의 건조 동작을 수행하는 중에, 사용자의 조작이나 설정된 조건에 의해 제상 모드 또는 냉방 모드로 변경되거나, 또는 공조 시스템이 오프(OFF)될 경우 내부열교환기의 건조 동작을 중지하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
- 제2항에 있어서, 배터리 리셋시 상기 (b-1) 단계의 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기의 건조 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 현재의 공조 모드가 냉방 모드로 설정된 것으로 확인되어, 설정된 정상 냉방 모드로 동작하는 중에 난방 모드로의 포지션 전환이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계(a-1)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 (a-1) 단계에서 난방 모드로의 포지션 전환이 발생되었는지 여부의 판단은 4방밸브의 포지션 전환 여부로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 (a-1) 단계에서 난방 모드로의 포지션 전환이 발생된 것으로 판단되면, 상기 (b-1) 단계의 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기의 건조 동작을 수행하고,
난방 모드로의 포지션 전환이 발생되지 않은 것으로 판단되면, 설정된 정상 냉방 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
- 냉매를 압축하여 토출하는 압축기;
상기 압축기로부터 배출되는 냉매를 공조 모드에 따라 외부열교환기 또는 내부열교환기로 전달하는 4방밸브;
상기 압축기 또는 내부열교환기로부터 전달되는 냉매를 자동차 외부의 공기와 열교환시키는 외부열교환기;
상기 외부열교환기에서 전달된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 상기 압축기에서 배출된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키는 내부열교환기;
상기 내부열교환기 측에 설치되어 상기 내부열교환기 주변의 온도롤 검출하는 제1온도센서;
상기 내부열교환기로부터 이격된 위치에 설치되어 냉각수 전기히터를 통해 가열된 냉각수가 공급되며, 상기 내부열교환기를 거쳐 토출되는 공기를 가열하는 히터 코어;
상기 히터 코어 측에 설치되어 상기 히터 코어 주변의 온도를 검출하는 제2온도센서;
상기 HVAC 모듈 내부에 설치되며 상기 내부열교환기로 공기를 송풍하는 블로워 팬;
상기 제1온도센서 및 제2온도센서로부터 검출된 온도값을 기반으로 상기 압축기와 냉각수 전기히터 및 블로워 팬을 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는,
현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우, 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 제1 보상온도값이 추가된 온도를 상기 내부열교환기의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 상기 압축기를 PID 제어하는 동시에, 상기 설정온도값에 제2 보상온도값이 추가된 온도를 상기 히터 코어의 목표온도값으로 설정하여 일정시간 동안 냉각수 전기히터의 PID 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 제어부는, 현재의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는 경우, 내부열교환기 건조 모드로의 진입 요청이 수신되었는지 여부를 판단하여, 내부열교환기 건조 모드로 진입 요청이 수신된 것으로 확인되면, 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 설정시간 동안 상기 내부열교환기의 건조 동작을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 내부열교환기 건조 모드로 진입 후,
제1단계에서 상기 HVAC 모듈 내부의 히터 코어 및 블로워 팬을 일정시간 작동시켜 상기 내부열교환기의 제습과 실내 난방을 수행하도록 제어하고,
제2단계에서 상기 압축기를 설정된 최소 RPM으로 일정시간 동안 작동시켜 상기 내부열교환기의 잔여 수분을 제거하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 내부열교환기의 건조 동작을 수행하는 중에, 사용자의 조작이나 설정된 조건에 의해 제상 모드 또는 냉방 모드로 변경되거나, 또는 공조 시스템이 오프(OFF)될 경우 상기 내부열교환기의 건조 동작을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 제어부는, 배터리 리셋시 상기 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 상기 내부열교환기의 건조 동작을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 제어부는, 냉방 모드에서 난방 모드로 포지션 전환이 발생된 것으로 판단되면, 상기 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기의 건조 동작을 수행하도록 제어하고,
냉방 모드에서 난방 모드로 포지션 전환이 발생되지 않은 것으로 판단되면, 설정된 정상 냉방 모드로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220004876A KR102615343B1 (ko) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220004876A KR102615343B1 (ko) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230109013A true KR20230109013A (ko) | 2023-07-19 |
| KR102615343B1 KR102615343B1 (ko) | 2023-12-19 |
Family
ID=87425847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220004876A KR102615343B1 (ko) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102615343B1 (ko) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09272333A (ja) * | 1996-04-10 | 1997-10-21 | Denso Corp | 車両用空調装置 |
| JPH11301246A (ja) * | 1998-04-17 | 1999-11-02 | Mazda Motor Corp | 車両用空調装置 |
| JP2000211343A (ja) * | 1999-01-21 | 2000-08-02 | Honda Motor Co Ltd | 車両用空調装置 |
| JP2005059760A (ja) * | 2003-08-15 | 2005-03-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 車両用空調装置 |
| KR20130100715A (ko) * | 2012-03-02 | 2013-09-11 | 한라비스테온공조 주식회사 | 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법 및 그 시스템 |
| KR20140097776A (ko) * | 2013-01-30 | 2014-08-07 | 오텍캐리어 주식회사 | 차량용 인버터 에어컨 시스템 |
| KR20170084729A (ko) * | 2016-01-12 | 2017-07-21 | 전주대학교 산학협력단 | 차량용 에어컨 습기 제거장치 및 그 방법 |
| KR101815863B1 (ko) | 2011-08-24 | 2018-01-08 | 한온시스템 주식회사 | 전기자동차용 공조시스템 |
| KR102183499B1 (ko) * | 2020-04-22 | 2020-11-26 | 에스트라오토모티브시스템 주식회사 | 자동차용 히트 펌프 시스템 |
-
2022
- 2022-01-12 KR KR1020220004876A patent/KR102615343B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09272333A (ja) * | 1996-04-10 | 1997-10-21 | Denso Corp | 車両用空調装置 |
| JPH11301246A (ja) * | 1998-04-17 | 1999-11-02 | Mazda Motor Corp | 車両用空調装置 |
| JP2000211343A (ja) * | 1999-01-21 | 2000-08-02 | Honda Motor Co Ltd | 車両用空調装置 |
| JP2005059760A (ja) * | 2003-08-15 | 2005-03-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 車両用空調装置 |
| KR101815863B1 (ko) | 2011-08-24 | 2018-01-08 | 한온시스템 주식회사 | 전기자동차용 공조시스템 |
| KR20130100715A (ko) * | 2012-03-02 | 2013-09-11 | 한라비스테온공조 주식회사 | 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법 및 그 시스템 |
| KR20140097776A (ko) * | 2013-01-30 | 2014-08-07 | 오텍캐리어 주식회사 | 차량용 인버터 에어컨 시스템 |
| KR20170084729A (ko) * | 2016-01-12 | 2017-07-21 | 전주대학교 산학협력단 | 차량용 에어컨 습기 제거장치 및 그 방법 |
| KR102183499B1 (ko) * | 2020-04-22 | 2020-11-26 | 에스트라오토모티브시스템 주식회사 | 자동차용 히트 펌프 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102615343B1 (ko) | 2023-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110505968B (zh) | 车辆用空气调和装置 | |
| WO2020108542A1 (zh) | 车辆热管理***及其控制方法、车辆 | |
| US5316074A (en) | Automotive hair conditioner | |
| CN108790672B (zh) | 车辆用空调装置 | |
| JP7300264B2 (ja) | 車両用空気調和装置 | |
| JP2008308080A (ja) | 自動車の吸放熱システムおよびその制御方法 | |
| CN111032386B (zh) | 车用空调装置 | |
| CN113165477B (zh) | 车辆用空气调节装置 | |
| US20190070933A1 (en) | Vehicle Air Conditioning Device | |
| US20240059125A1 (en) | Air conditioner for vehicle | |
| CN113015638A (zh) | 车用空调装置 | |
| CN110062708B (zh) | 车用空调装置 | |
| EP3798536A1 (en) | Heat pump system | |
| WO2020021840A1 (ja) | 車両用空調装置 | |
| CN109890635B (zh) | 车用空调装置 | |
| CN112384392A (zh) | 车辆用空气调节装置 | |
| US11951805B2 (en) | Heat management system | |
| CN116141922A (zh) | 用于控制车辆hvac***的方法 | |
| WO2021187005A1 (ja) | 車両用空気調和装置 | |
| JP7387520B2 (ja) | 車両用空気調和装置 | |
| KR102615343B1 (ko) | 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법 | |
| KR102478225B1 (ko) | 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법 | |
| KR20220122391A (ko) | 차량용 열관리시스템의 난방 제어방법 | |
| JP2021154849A (ja) | 車両用空調装置 | |
| KR20230109009A (ko) | 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |