KR101454870B1 - 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템 - Google Patents

듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101454870B1
KR101454870B1 KR1020130043060A KR20130043060A KR101454870B1 KR 101454870 B1 KR101454870 B1 KR 101454870B1 KR 1020130043060 A KR1020130043060 A KR 1020130043060A KR 20130043060 A KR20130043060 A KR 20130043060A KR 101454870 B1 KR101454870 B1 KR 101454870B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
low
electric motor
capacity electric
capacity
inverter
Prior art date
Application number
KR1020130043060A
Other languages
English (en)
Inventor
김인호
Original Assignee
자일대우버스(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 자일대우버스(주) filed Critical 자일대우버스(주)
Priority to KR1020130043060A priority Critical patent/KR101454870B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101454870B1 publication Critical patent/KR101454870B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B60K2006/266Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators with two coaxial motors or generators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 개의 저용량 전기모터와 함께 상기 저용량 전기모터의 출력을 조합하여 변속하는 변속형 기어박스를 적용하여 등판주행시 기어박스를 저단으로 변속하여 주행하도록 제어함에 따라 고용량 전기모터를 적용한 구조와 대등한 등판력을 발휘함으로써 부피를 줄이면서 제조 비용을 절감할 수 있도록 하는 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 연료엔진; 상기 연료엔진에 의해 발생하는 전기에너지를 충전하는 배터리; 상기 배터리에 충전된 전기에너지를 교류전원으로 변환하는 인버터; 상기 인버터에서 변환된 교류전원을 이용하여 구동력을 발생시켜 구동축을 회전시키는 전기모터; 상기 인버터를 통해 전기모터의 구동력을 조절하여 속도와 토크를 제어하는 컨트롤유닛;을 포함하여 구성되되, 상기 전기모터는 제1저용량 전기모터와 제2저용량 전기모터로 구성되어 상기 인버터와 상기 구동축의 사이에 병렬로 설치되고, 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터의 출력단에는 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터의 출력을 조합하면서 다단으로 변속하여 상기 구동축을 회전시키는 변속형 기어박스가 설치되며, 상기 인버터는 제1인버터와 제2인버터로 구성되어 상기 배터리와 제1저용량 전기모터(51)의 사이와 상기 배터리와 제2저용량 전기모터의 사이에 각각 설치됨을 특징으로 하는 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템을 기술적 요지로 한다.

Description

듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템{Driving System of hybrid electric vehicle with dual low power electric motor and shifting type gearbox}
본 발명은 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 개의 저용량 전기모터와 함께 상기 저용량 전기모터의 출력을 조합하여 변속하는 변속형 기어박스를 적용하여 등판주행시 기어박스를 저단으로 변속하여 주행하도록 제어함에 따라 고용량 전기모터를 적용한 구조와 대등한 등판력을 발휘함으로써 부피를 줄이면서 제조 비용을 절감할 수 있도록 하는 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 전기 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)는 연비를 향상시키고 환경오염을 줄이는 효과를 발휘하는 특성을 가진 것으로, 짧은 주행거리와 높은 가격의 문제를 안고 있는 전기 자동차에 대한 대안으로 개발된 것으로, 넓은 의미로 이종의 동력원을 조합으로 구동되는 시스템 구조를 말하지만, 일반적인 의미로 연료엔진과 전기모터의 조합으로 구동되는 시스템 구조를 말한다.
즉, 하이브리드 전기 자동차는 액체 혹은 기체 연료를 사용하는 연료엔진과 전기모터를 함께 사용하여 주행에 필요한 구동력을 발생시키는 시스템 구조의 전기 자동차이다.
이러한 하이브리드 전기 자동차는 동력원의 차량 구동방법에 따라 두 가지로 대별되는데, 하나는 연료엔진으로 발전기를 작동시켜 배터리의 전원을 충전하여 배터리의 전원으로 전기모터를 작동시켜 구동력을 발생시키는 직렬 방식이고, 다른 하나는 연료엔진으로 발전기를 작동시켜 배터리의 전원을 충전하되 연료엔진과 배터리를 독립적으로 작동시켜 구동력을 발생시키는 병렬 방식이다.
전기한 직렬 방식은 구조가 간단하고 제어가 용이하고 유해가스의 배출이 적은 장점이 있다. 후기한 병렬 방식은 동력전달 효율이 높고 연료 소비율이 상대적으로 우수한 장점이다.
여기서, 전기한 직렬 방식의 하이브리드 전기 자동차는 하나의 전기모터의 출력으로부터 구동력을 발생시켜 속도와 토크를 조절하는 구조이므로 다양한 범위에서의 속도와 토크의 제어가 용이하지 못하고 동력손실이 많은 문제점이 있다.
그리고 직렬 방식의 하이브리드 전기 자동차는 하나의 전기모터가 고장으로 작동하지 않을 때는 구동력을 완전히 상실하게 되므로 주행이 불가능한 구조적인 한계가 있는 문제점도 있다.
따라서 직렬 방식의 하이브리드 전기 자동차에 있어서 토크와 속도의 제어가 용이하고 동력 손실을 줄일 수 있으면서 전기모터의 고장에도 주행에 필요한 구동력을 발생시킬 수 있는 구동 시스템에 대한 연구 개발이 절실하다.
국내 공개특허공보 제10-1998-048723호, 1998.09.15.자 공개.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 전기모터의 출력으로 구동력을 발생시키는 직렬 방식의 하이브리드 전기 자동차에 있어서 토크와 속도의 제어가 용이하고 동력손실을 줄일 수 있고 전기모터의 고장에도 구동력을 발생할 수 있도록 하기 위하여, 배터리의 출력단에 두 개의 저용량 전기모터를 병렬로 연결 구성하고 상기 두 개의 저용량 전기모터의 출력단에 변속형 기어박스를 설치하여 주행조건에 따라 한 개의 저용량 전기모터만을 선택적으로 작동시키면서 변속형 기어박스를 저단 또는 고단으로 작동시키거나 두 개의 저용량 전기모터를 동시적으로 작동시키면서 변속형 기어박스를 저단 또는 고단으로 작동시켜 구동력을 발생시키는 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템은, 연료엔진; 상기 연료엔진에 의해 발생하는 전기에너지를 충전하는 배터리; 상기 배터리에 충전된 전기에너지를 교류전원으로 변환하는 인버터; 상기 인버터에서 변환된 교류전원을 이용하여 구동력을 발생시켜 구동축을 회전시키는 전기모터; 상기 인버터를 통해 전기모터의 구동력을 조절하여 속도와 토크를 제어하는 컨트롤유닛;을 포함하여 구성되되, 상기 전기모터는 제1저용량 전기모터와 제2저용량 전기모터로 구성되어 상기 인버터와 상기 구동축의 사이에 병렬로 설치되고, 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터의 출력단에는 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터의 출력을 조합하면서 다단으로 변속하여 상기 구동축을 회전시키는 변속형 기어박스가 설치되며, 상기 인버터는 제1인버터와 제2인버터로 구성되어 상기 배터리와 제1저용량 전기모터의 사이와 상기 배터리와 제2저용량 전기모터의 사이에 각각 설치됨을 특징으로 한다.
상기 컨트롤유닛이 가속페달센서와 차량속도센서를 통해 감지되는 가속페달각도와 차량속도를 입력받아 결정하는 주행모드에 따라, 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터는, 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터의 중의 하나가 단독으로 작동하거나, 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터가 동시에 작동하도록 구성되고, 상기 변속형 기어박스는, 상대적으로 고토크이고 저속인 1단으로 작동하거나, 상대적으로 저토크이고 고속인 2단으로 작동하도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기 주행모드는, 상기 가속페달각도와 상기 차량속도에 따라, 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터가 동시에 작동하고 상기 변속형 기어박스는 1단으로 작동하다가 일정속도 이상에서 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터 중의 하나가 단독으로 작동하고 상기 변속형 기어박스가 2단으로 작동하는 일반주행모드; 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터가 동시에 작동하고 상기 변속형 기어박스가 2단으로 작동하여 속도와 토크를 가변적으로 조절하면서 작동하는 고속주행모드; 및 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터가 동시에 작동하고 상기 변속형 기어박스가 1단으로 작동하여 최대 토크를 발생하도록 작동하는 등판주행모드;로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터는, 상기 컨트롤유닛에 의해 상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터 중의 하나가 고장 상태로 감지되면, 정상 상태인 나머지 하나만이 작동하여 상기 구동축을 회전시켜 주행하는 고장모드로 진입하도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기 제1저용량 전기모터와 상기 제2저용량 전기모터 중의 하나가 단독으로 작동할 때, 동작하지 않는 나머지 다른 하나는 제동시 발생하는 상기 구동축의 동력으로부터 전기에너지를 발생시켜 상기 배터리를 충전하는 회생제동 기능을 하도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의한 본 발명은, 속도와 토크의 변화가 필요한 다양한 주행조건에 맞게 두 개의 저용량 전기모터를 동시 혹은 하나를 단독 작동시킴으로써 속도와 토크를 다양한 범위로 제어할 수 있고 동력손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
그리고 등판 주행시 두 개의 저용량 전기모터를 동시에 작동시킴과 동시에 이들의 출력을 조합하는 변속형 기어박스를 1단으로 작동시킴으로써 고용량 전기모터를 적용한 구조와 대등한 등판력을 발휘할 뿐만 아니라 부피를 줄이고 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 두 개의 저용량 전기모터 중의 하나에 고장이 발생하더라도 나머지 다른 하나를 통해 구동력을 발생시킴으로써 전기모터의 고장으로 인한 주행 불능 상태를 해소할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 작동되지 않는 하나의 저용량 전기모터로는 제동시 발생하는 차륜의 동력으로부터 전기에너지를 발생시켜 배터리를 충전하는 회생제동 기능을 하도록 구성함으로써 연료를 더욱 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템을 도시한 구성도.
본 발명에 따른 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템은, 연료엔진에 의해 발생하는 동력에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 충전하고 배터리에 충전된 전기에너지로 전기모터를 작동시켜 주행 가능한 구동력을 발생시키는 구동 시스템이다.
특히, 본 발명에 따른 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템은, 속도와 토크의 제어가 용이하고 동력손실을 최소화하며 주행 불능 상태를 해소하고 연료 소모를 줄일 뿐만 아니라 고용량 전기모터를 구성한 것과 대등한 토크를 출력할 수 있는 것이 특징이다.
이러한 특징은, 일반적인 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템에 있어서, 저용량 전기모터를 두 개로 구성하여 병렬로 설치하고, 저용량 전기모터에 대응되게 인버터를 두 개로 구성하여 설치하며, 두 개의 저용량 전기모터의 출력단에 전기모터의 출력을 조합하면서 변속하는 변속형 기어박스를 설치한 구성에 의해 달성된다.
따라서 속도와 토크의 변화가 필요한 다양한 주행조건에 맞게 두 개의 저용량 전기모터를 동시 혹은 하나를 단독 작동시킴으로써 속도와 토크를 다양한 범위로 제어할 수 있고 동력손실을 줄일 수 있다.
뿐만 아니라 등판 주행시 두 개의 저용량 전기모터를 동시에 작동시킴과 동시에 이들의 출력을 조합하는 변속형 기어박스를 1단으로 작동시킴으로써 고용량 전기모터를 적용한 구조와 대등한 등판력을 발휘하고 부피를 줄이며 제조 비용을 절감할 수 있다.
그리고 두 개의 저용량 전기모터 중의 하나에 고장이 발생하더라도 나머지 다른 하나를 통해 구동력을 발생시킴으로써 전기모터의 고장으로 인한 주행 불능 상태를 해소할 수 있다.
또한, 작동되지 않는 하나의 저용량 전기모터로는 제동시 발생하는 차륜의 동력으로부터 전기에너지를 발생시켜 배터리를 충전하는 회생제동 기능을 하도록 구성함으로써 연료를 절감할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템을 도시한 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 연료엔진(10), 배터리(20), 인버터(30), 전기모터(50), 컨트롤유닛(60), 및 변속형 기어박스(70)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 연료엔진(10)은, 가솔린, 디젤, LPG, CNG 등의 액체 혹은 기체 연료의 연소로 발생하는 열에너지를 동력에너지로 변환하는 것으로, 이는 연료에 의한 열에너지로부터 변환되는 동력에너지로 발전기를 돌려서 전기에너지를 발생시키는 것이다.
다음으로, 상기 배터리(20)는, 연료엔진(10)의 출력단에 양 단자가 연결 설치되는 것으로, 이는 연료엔진(10)에 의해 발생된 전기에너지를 충전하는 것이다.
다음으로, 상기 인버터(30)는, 배터리(20)의 양 단자에 연결 설치되는 것으로, 이는 배터리(20)에 충전된 전기에너지를 교류전원으로 변환하는 것이다.
다음으로, 상기 전기모터(50)는, 본 발명의 가장 핵심적인 구성으로 인버터(30)의 출력 단자에 연결 설치되는 것으로, 이는 인버터(30)에 의해 변환되는 교류전원으로 작동하여 구동축(40)을 회전시키기 위한 구동력을 발생시키는 것이다.
이때 전기모터(50)는 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)로 구성되어 상기한 인버터(30)와 후술할 변속형 기어박스(70)의 사이에 병렬 형태로 연결 설치된다.
참고로, 종래의 하이브리드 전기 자동차의 전기모터는 240㎾의 고용량 전기모터를 적용한 것으로, 본 발명의 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)는 60㎾의 저용량 전기모터를 적용하면 된다.
단, 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)가 동시 작동하거나 혹은 제1저용량 전기모터(51) 또는 제2저용량 전기모터(52)가 단독 작동하도록 구성된다.
그리고 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)의 출력단에는 고용량 전기모터를 적용한 것과 대등하는 출력을 발생시키도록 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)의 출력을 조합하면서 1단 또는 2단으로 변속하여 구동축(40)으로 전달하는 구동축(40)을 회전시키는 변속형 기어박스(70)가 더 설치된다.
그리고 인버터(30)는 제1저용량 전기모터(51)로 배터리(20)에 충전된 전기에너지를 교류전원으로 변환하여 인가하는 제1인버터(31)와, 제2저용량 전기모터(52)로 배터리(20)에 충전된 전기에너지를 교류전원으로 변환하여 인가하는 제2인버터(32)로 구성된다.
여기서, 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52) 중의 하나가 단독으로 작동할 때, 동작하지 않는 나머지 다른 하나는 제동시 발생하는 구동축(40)의 동력으로부터 전기에너지를 발생시켜 배터리(20)를 충전하는 회생제동 기능을 하도록 구성된다.
다음으로, 상기 컨트롤유닛(60)은 인버터(30)에 연결 설치되어 전기모터(50)의 구동력을 제어하는 것으로, 이는 인버터(30)를 통해 전기모터(50)의 구동력을 조절하여 속도와 토크를 제어하는 것이다.
즉, 컨트롤유닛(60)은 운전자가 가속페달, 브레이크페달, 변속레버 등을 조작할 때 이를 감지하여 인버터(30)를 통해 전기모터(50)를 제어하여 차량의 속도와 토크를 조절하는 것이다.
다시 말해, 컨트롤유닛(60)은 제1인버터(31)와 제2인버터(32)에서 각각 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)로 인가되는 교류전원을 제어함으로써 변속형 기어박스(70)에 의해 조합되는 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)의 구동력을 조절하는 것이다.
여기서, 컨트롤유닛(60)은 가속페달센서(61)에 의해 감지되는 가속페달각도와, 차량속도센서(62)에 의해 감지되는 차량속도에 의해 결정되는 주행모드에 따라 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)가 모두 혹은 하나만이 작동되고, 변속형 기어박스(70)가 상대적으로 고토크이고 저속인 1단 혹은 상대적으로 저토크이고 고속인 2단으로 작동되도록 제어를 한다.
가속페달각도가 제1각도 이하이고 차량속도가 제1속도 이하인 차량에 시동을 걸거나 차량이 저속 주행을 하는 경우에는 일반주행모드로 판단하여 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 저용량 전기모터(52)가 동시에 작동하면서 변속형 기어박스(70)는 1단으로 작동하다가 제1속도 이상에서 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52) 중의 하나가 단독으로 작동하면서 변속형 기어박스(70)가 2단으로 작동하게 된다.
가속페달각도가 제1각도 이상이고 차량속도가 제2속도 이상인 고속 주행을 하는 경우에는 고속주행모드로 판단하여 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)가 동시에 작동하면서 변속형 기어박스(70)가 2단으로 작동하되 속도와 토크가 가변적으로 조절되도록 작동하게 된다.
가속페달각도가 제2각도 이상이고 차량속도가 제1속도 이하인 차량이 등판 주행을 하는 경우에는 등판주행모드로 판단하여 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)가 동시에 작동하면서 변속형 기어박스(70)가 1단으로 작동하되 최대 토크가 발생하도록 작동하게 된다.
그리고 컨트롤유닛(60)에 의해 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52) 중의 하나가 고정 상태로 감지되면 고장모드로 진입하여 정상 상태의 다른 하나만을 작동시켜 구동축(40)을 회전시켜 주행 가능하게 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템은, 종래의 하이브리드 전기 자동차에 적용된 구동 시스템과 달리 저용량 전기모터를 듀얼로 구성하고 그 출력단에 변속형 기어박스를 설치함으로써 고용량 전기모터를 적용한 것과 대등한 등판력을 발휘하며 부피를 줄이고 제조 비용을 절감할 뿐만 아니라 속도와 토크의 제어가 용이하고 동력손실을 최소화하며 주행 불능 상태를 해소하고 연료 소모를 줄일 수 있게 된다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예 뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.
10: 연료엔진 20: 배터리
30: 인버터 31: 제1인버터
32: 제2인버터 40: 구동축
50: 전기모터 51: 제1저용량 전기모터
52: 제2저용량 전기모터 60: 컨트롤유닛
61: 가속페달센서 62: 차량속도센서
70: 변속형 기어박스
100: 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템

Claims (5)

  1. 연료엔진(10);
    상기 연료엔진(10)에 의해 발생하는 전기에너지를 충전하는 배터리(20);
    상기 배터리(20)에 충전된 전기에너지를 교류전원으로 변환하는 인버터(30);
    상기 인버터(30)에서 변환된 교류전원을 이용하여 구동력을 발생시켜 구동축(40)을 회전시키는 전기모터(50);
    상기 인버터(30)를 통해 전기모터(50)의 구동력을 조절하여 속도와 토크를 제어하는 컨트롤유닛(60);을 포함하여 구성되되,
    상기 전기모터(50)는 제1저용량 전기모터(51)와 제2저용량 전기모터(52)로 구성되어 상기 인버터(30)와 상기 구동축(40)의 사이에 병렬로 설치되고,
    상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)의 출력단에는 상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)의 출력을 조합하면서 다단으로 변속하여 상기 구동축(40)을 회전시키는 변속형 기어박스(70)가 설치되며,
    상기 인버터(30)는 제1인버터(31)와 제2인버터(32)로 구성되어 상기 배터리(20)와 제1저용량 전기모터(51)의 사이와 상기 배터리(20)와 제2저용량 전기모터(52)의 사이에 각각 설치되고,
    상기 컨트롤유닛(60)이 가속페달센서(61)와 차량속도센서(62)를 통해 감지되는 가속페달각도와 차량속도를 입력받아 결정하는 주행모드에 따라,
    상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)는,
    상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)의 중의 하나가 단독으로 작동하거나, 상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)가 동시에 작동하도록 구성되고,
    상기 변속형 기어박스(70)는,
    상대적으로 고토크이고 저속인 1단으로 작동하거나, 상대적으로 저토크이고 고속인 2단으로 작동하도록 구성되되,
    상기 주행모드는,
    상기 가속페달각도와 상기 차량속도에 따라,
    상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)가 동시에 작동하고 상기 변속형 기어박스(70)는 1단으로 작동하다가 일정속도 이상에서 상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52) 중의 하나가 단독으로 작동하고 상기 변속형 기어박스(70)가 2단으로 작동하는 일반주행모드;
    상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)가 동시에 작동하고 상기 변속형 기어박스(70)가 2단으로 작동하여 속도와 토크를 가변적으로 조절하면서 작동하는 고속주행모드; 및
    상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)가 동시에 작동하고 상기 변속형 기어박스(70)가 1단으로 작동하여 최대 토크를 발생하도록 작동하는 등판주행모드;로 구성됨을 특징으로 하는 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52)는,
    상기 컨트롤유닛(60)에 의해 상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52) 중의 하나가 고장 상태로 감지되면, 정상 상태인 나머지 하나만이 작동하여 상기 구동축(40)을 회전시켜 주행하는 고장모드로 진입하도록 구성됨을 특징으로 하는 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1저용량 전기모터(51)와 상기 제2저용량 전기모터(52) 중의 하나가 단독으로 작동할 때, 동작하지 않는 나머지 다른 하나는 제동시 발생하는 상기 구동축(40)의 동력으로부터 전기에너지를 발생시켜 상기 배터리(20)를 충전하는 회생제동 기능을 하도록 구성됨을 특징으로 하는 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템.
KR1020130043060A 2013-04-18 2013-04-18 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템 KR101454870B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130043060A KR101454870B1 (ko) 2013-04-18 2013-04-18 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130043060A KR101454870B1 (ko) 2013-04-18 2013-04-18 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101454870B1 true KR101454870B1 (ko) 2014-10-28

Family

ID=51998792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130043060A KR101454870B1 (ko) 2013-04-18 2013-04-18 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101454870B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170001915A (ko) * 2015-06-26 2017-01-05 현대중공업 주식회사 전동기 시스템
KR20200069854A (ko) * 2018-12-07 2020-06-17 호남대학교 산학협력단 전기 차량용 듀얼모터 구동 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100778568B1 (ko) * 2005-06-22 2007-11-22 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 동력 전달계의 제어 방법
KR20110048857A (ko) * 2009-11-03 2011-05-12 (주)브이이엔에스 전기자동차
KR20110063138A (ko) * 2009-12-04 2011-06-10 현대자동차주식회사 하이브리드 전기 자동차용 엔진

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100778568B1 (ko) * 2005-06-22 2007-11-22 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 동력 전달계의 제어 방법
KR20110048857A (ko) * 2009-11-03 2011-05-12 (주)브이이엔에스 전기자동차
KR20110063138A (ko) * 2009-12-04 2011-06-10 현대자동차주식회사 하이브리드 전기 자동차용 엔진

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170001915A (ko) * 2015-06-26 2017-01-05 현대중공업 주식회사 전동기 시스템
KR20200069854A (ko) * 2018-12-07 2020-06-17 호남대학교 산학협력단 전기 차량용 듀얼모터 구동 시스템
KR102133767B1 (ko) * 2018-12-07 2020-07-14 호남대학교 산학협력단 전기 차량용 듀얼모터 구동 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100421979C (zh) 混合动力汽车用的动力耦合装置
CN102815295B (zh) 一种混联式混合动力车辆的动力控制方法
CN102849062B (zh) 一种增程式电动汽车的驱动控制方法
CN102431550B (zh) 一种混合动力汽车控制方法
CN102848913B (zh) 一种采用行星齿轮变速器的增程式电动汽车动力***
EP3034370B1 (en) Hybrid vehicle
CN102874092B (zh) 一种采用双离合两档变速器的增程式电动汽车动力***
CN110861632B (zh) 混合动力车辆的控制装置
CN102815198A (zh) 基于无级变速传动的混合动力汽车驱动***
CN203032364U (zh) 一种采用行星齿轮两挡变速器的增程式电动汽车动力***
KR101500245B1 (ko) 하이브리드 차량의 모드 전환 및 변속시 제어 방법
KR101580773B1 (ko) 하이브리드 자동차의 동력전달구조
CN101544181A (zh) 动力总成***
CN101152837B (zh) 混合动力车驱动装置
CN105774537A (zh) 采用双离合两挡自动变速器的增程式电动汽车动力***
CN103935229B (zh) 混合动力结构及应用其的汽车
CN101934720B (zh) 一种混合动力驱动***及其驱动方法
CN103204156A (zh) 一种插电式四驱混合动力***
KR100737003B1 (ko) 직렬 및 병렬 하이브리드 자동차에서의 최적 운전점결정방법
CN102874107B (zh) 一种采用双离合传动装置的增程式电动汽车动力***
JP2021138309A (ja) 車両
US20100252342A1 (en) Constant-Ratio independent series-parallel hybrid drivetrain for a plug-in electric vehicle
US8845469B2 (en) High efficiency hybrid vehicle with two planetary gear mechanisms for power derivation
KR101454870B1 (ko) 듀얼 저용량 전기모터와 변속형 기어박스를 적용한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템
JP2011073533A (ja) 車両の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171016

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181015

Year of fee payment: 5