하이브리드 자동차의 전동식 워터 펌프 제어방법 document_id A220623019434

본 발명은 자동차의 엔진 냉각수를 히터 코어로 강제로 순환시키는 전동식 워터 펌프를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 특히 엔진과 전동기를 모두 구동원으로 사용하는 하이브리드 자동차에서 배터리의 에너지 소비를 최소화시킬 수 있도록 한 하이브리드 자동차의 전동식 워터 펌프 제어방법에 관한 것이다. 최근 세계 각국에서는 자동차에 의한 환경 오염을 줄이기 위하여 배출의 규제 등이 강화되고 있으며, 연비를 향상시키고자 하는 노력도 한계에 부딪치고 있는 실정이다. 이에 따라 엔진과 전동 모터를 모두 구동체로 이용하는 하이브리드 자동차에 대한 관심이 증대되고 있으며, 도요다 자동차의 경우에는 이미 하이브리드 자동차를 양산하여 북미 시장에서 시판하고 있다. 이에 따라 각국의 자동차 생산업체에서는 앞다투어 하이브리드 자동차 개발에 매진하고 있다. 하이브리드 자동차는 엔진과 전동 모터를 모두 구동원으로 하여 주행하게 되는데, 정차시나 낮은 속도로 주행할 경우에는 전동 모터로만 주행하고, 고속 주행시나 큰 힘이 요구되는 경우에는 엔진을 구동원으로 사용하는 것이 일반적이다. 한편, 대부분의 자동차에서는 엔진을 냉각시키는 냉각수의 일부를 공조장치의 히터 코어로 공급하여 난방이 이루어지도록 하고 있다. 이때, 엔진측의 냉각수 압력이 히터 코어측 보다 높기 때므로, 별도의 냉각수 압송 수단을 구비하지 않고 냉각수가 압력에 의하여 유동되도록 하고 있다. 그러나, 이러한 난방 방식은 엔진이 구동되지 않을 경우에는 냉각수의 온도가 높음에도 불구하고, 냉각수의 유동량이 작아져 난방열이 급속하게 감소하는 문제점이 있다. 이에 따라 엔진측의 냉각수를 히터 코어로 압송하는 방식의 난방장치가 개발되었다. 즉, 엔진이 정지하더라도 전동식 워터 펌프를 이용하여 엔진측의 냉각수를 히터 코어로 공급할 수 있도록 하여, 엔진의 정지 여부에 관계없이 난방이 가능하도록 하는 것이다. 이러한 형식의 자동차용 난방장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(11)으로부터 나온 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(13)와, 초기 시동시에는 냉각수가 상기 라디에이터(13)를 바이패스하도록 하고 냉각수의 온도가 일정 이상일 경우에만 상기 라디에이터(13)로 공급되도록 하는 서모 스탯(12)과, 냉각수를 순환시키기 위한 워터 펌프(14)와, 공조장치에 구비되고 냉각수를 이용하여 공기를 데워주는 히터 코어(20)와, 상기 엔진(11)과 히터 코어(20)를 연결하는 냉각수 관로 상에 설치되어 엔진 정지시 냉각수를 순환시키는 전동식 워터 펌프(25)와, 엔진(11)의 작동 여부에 따라 상기 전동식 워터 펌프(25)를 제어하는 제어부(10)로 구성되어 있다. 상기와 같이 구성된 자동차용 난방장치는 도 2에 도시된 바와 같이 엔진이 정지되었을 때 전동식 워터 펌프의 작동에 의하여 엔진 냉각수가 히터 코어로 공급되어 난방이 이루어지도록 하고 있다. 엔진(11)이 정지되면 난방장치가 온 상태인지를 확인하고, 난방장치가 온 상태이면 전동식 워터 펌프(25)가 작동되어 엔진(11)에 의해 데워진 물을 히터 코어(20)로 공급하여 실내로 공급되는 공기를 데우게 된다. 상기 전동식 워터 펌프(25)는 엔진(11)이 재시동 될 때까지 계속 작동되며, 엔진(11)이 재시동되어 엔진(11)이 작동되면 전동식 워터 펌프(25)가 정지된다. 따라서, 엔진(11)이 정지되더라도 엔진(11)에 의해 가열된 냉각수를 난방용으로 활용할 수 있게 된다. 이러한 구조의 자동차용 난방장치는 일반적인 자동차에서도 유용하지만, 엔진과 함께 전동기를 구동원으로 하는 하이브리드 자동차에 특히 유용하다. 하이브리드 자동차는 구동수단으로서 엔진과 함께 전동기를 사용하고 있는데, 전동기를 구동수단으로 하는 경우에는 냉각수를 이용한 난방이 불가능하다. 이에 따라 하이브리드 자동차에서는 별도의 가열장치, 즉 PTC 히터와 같은 가열장치를 이용하여 전동기 구동시 난방이 이루어지도록 하고 있다. 그러나, 엔진 구동 후에는 냉각수의 온도가 높으므로, 전동기 구동중이라 하더라도 냉각수를 이용한 난방이 가능하다. 따라서, 상기한 난방장치를 하이브리드 자동차에 설치하고, 엔진의 작동 여부에 따라 전동식 워터 펌프를 온/오프 제어함으로써 냉각수를 이용한 난방을 실시하고 있다. 한편, 하이브리드 자동차의 경우에는 배터리를 이용하여 전동기를 작동시키게 되므로, 배터리의 소모 에너지를 최소화하는 것이 매우 중요하다. 그런데, 전동식 워터 펌프를 구비한 난방장치의 경우에는 엔진이 정지되면 자동으로 전동식 워터 펌프가 작동되어 배터리의 에너지 소비가 증가하는 문제점이 있다. 이와 같이 배터리의 에너지가 소모되면 배터리의 충전이 필요하고, 배터리의 충전은 엔진 작동에 의해 이루어지므로, 전동식 워터 펌프가 지속적으로 작동되면 자동차의 연비가 저하된다. 이에 따라 필요에 따라 전동식 워터 펌프를 온/오프 제어하여 에너지 소비를 줄이는 방법이 제시되고 있다. 종래의 하이브리드 자동차의 전동식 워터 펌프 제어방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진이 정지되면 공조제어 상태, 즉 설정온도와 히터 코어 전방의 온도조절도어의 개도를 확인하는 단계와; 설정온도가 특정온도, 예를 들어 24℃ 미만이면 전동식 워터 펌프를 오프시키는 단계와; 온도조절도어의 개도가 90% 이상인 상태, 즉 최대 난방 모드(Max. Hot)이면 상기 전동식 워터 펌프를 온시키는 단계와; 상기 설정온도가 특정온도 이상이고 온도조절도어의 개도가 90% 이하이면서 외기 모드인 경우에는 전동식 워터 펌프를 온시키고, 그렇지 않으면 전동식 워터 펌프를 오프시키는 단계;를 포함한다. 상기한 종래의 하이브리드 자동차의 전동식 워터 펌프 제어방법은 엔진이 정지되었을 때 공조제어 상태에 따라 전동식 워터 펌프를 온/오프 제어하여 에너지 소비를 최소화시키고 있다. 엔진이 정지되면 전동식 워터 펌프가 자동으로 온 되는데, 설정온도가 25℃ 미만이면 난방중이 아닌 것으로 판단하여 전동식 워터 펌프를 오프시켜 배터리의 에너지가 소모되지 않도록 한다. 한편, 공조장치의 히터 코어 전방에 설치된 온도조절도어의 개도가 90% 이상, 즉 최대 난방 모드인 경우에는 많은 난방용량을 요구하는 상태이므로, 전동식 워터 펌프를 온 상태로 유지한다. 또, 상기 설정온도가 25℃ 이상이고 온도조절도어의 개도가 90% 이하이면 난방 상태이지만, 내기 모드의 경우에는 실내온도가 거의 하강하지 않으므로 전동식 워터 펌프를 오프시키고, 외기 모드인 경우에는 외기에 의한 실내온도 저하를 막기 위하여 전동식 워터 펌프를 온 상태로 유지한다. 이상과 같이 난방을 위한 많은 열이 요구되지 않는 경우에는 전동식 워터 펌프를 오프시키게 되면, 배터리의 에너지 소비가 감소되어 전동기를 이용한 주행 거리가 길어지게 된다. 그러나, 상기한 종래의 하이브리드 자동차의 전동식 워터 펌프 제어방법은, 실내온도가 아닌 설정온도를 기준으로 하여 전동식 워터 펌프를 온/오프 제어하므로 배터리의 에너지 소비량을 줄이는데 한계가 있다. 또, 온도조절도어의 개도를 기준으로 하여 전동식 워터 펌프를 온/오프 제어함에 있어서, 최대 난방 모드를 판단 기준으로 함에 따라 냉방시에는 전동식 워터 펌프의 온/오프 제어에 따른 배터리의 에너지 소비량 감축이 어려운 문제점이 있다.