KR101958596B1 - 전기자동차용 순환 충전 시스템 - Google Patents

전기자동차용 순환 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 순환 충전 시스템에 관한 것으로서, 전기자동차의 소정 위치에 탑재되되 소정의 구동 전류에 의해 회전하여 상기 전기자동차의 엔진에 구동력을 제공하는 제1 모터와, 상기 전기자동차의 엔진과 연동되는 발전기를 구비한 제2 모터와, 상기 발전기로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 상기 제1 모터의 구동에 필요한 구동 전원을 교대로 공급하는 주 배터리 및 예비 배터리와, 상기 발전기로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 상기 제2 모터를 구동하기 위한 구동력을 공급하는 중앙 저장유닛과, 상기 발전기로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되는 제2 보조 저장유닛과, 상기 주 배터리 및 상기 예비 배터리의 배터리 전원을 교대로 상기 제1 모터의 구동 전원으로 공급하도록 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 주 배터리와 예비 배터리를 교대로 사용하도록 하여, 구동 모터를 구동하기 위한 구동 전원을 안정적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기자동차용 순환 충전 시스템{CIRCULATION CHARGING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차에 구동력을 제공하는 한 쌍의 배터리를 순환 충전시켜 전기자동차의 주행 거리를 연장할 수 있는 전기자동차용 순환 충전 시스템에 관한 것이다.
전기자동차(Electric Vehicle)는 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 이러한 전기자동차는 배터리에 저장된 에너지로 전기 모터를 회전시켜서 자동차를 움직이고, 전기자동차는 내부 또는 외부의 전원으로부터 배터리를 충전한다.
전기자동차의 충전 방식은 크게 두 가지로 나누어지는데, 교류(AC) 전원을 이용하는 완속 충전과 직류(DC) 전원을 이용하는 급속 충전이 있다.
교류 전원을 이용하는 완속 충전은 일반적인 교류 전압인 220V를 전기자동차에 연결하여 전기자동차의 OBC(On-Board Charger) 장치를 통해 380V로 전압을 승압시켜 배터리를 충전한다. 이러한 완속 충전은 일반 가정용 전기를 사용할 수 있어서 충전 비용이 상대적으로 저렴하고 충전기의 크기도 급속 충전기에 비해 작은 장점이 있다.
직류 전원을 이용하는 급속 충전은 전기자동차에 공급되는 직류(DC)를 이용하여 전기자동차 내의 별도의 충전 장치 없이 배터리를 충전한다. 이러한 급속 충전은 빠른 시간 내에 배터리 충전이 가능한 장점이 있으나, 직류 전원을 공급할 수 있는 전기자동차 충전 설비(Electric Vehicle Supply Equipment)를 통해서만 충전이 가능한 단점이 있다.
한편, 전기자동차는 장착된 배터리의 용량이 커질수록 1회 충전 후 이용할 수 있는 거리는 늘어나는 반면, 배터리 충전에 소요되는 시간은 더 길어지게 된다.
이동 수단이라는 전기자동차의 목적을 고려하면 전기자동차에 대용량의 배터리를 장착하여 한번에 먼 거리를 이동할 수 있어야 하나, 배터리의 용량이 커질수록 배터리 충전 시간이 길어지게 되어 전기자동차의 사용이 자유롭지 못한 불편함이 발생하게 되는 문제가 있다.
KR 10-0256737 B1 KR 10-2013-0056597 A
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기자동차의 에너지원으로 이용되는 주 배터리 및 예비 배터리가 순환 충전되도록 하여 주행 거리를 연장할 수 있는 전기자동차용 순환 충전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템은, 전기자동차의 소정 위치에 탑재되되 소정의 구동 전류에 의해 회전하여 상기 전기자동차의 엔진에 구동력을 제공하는 제1 모터와, 상기 전기자동차의 엔진과 연동되는 발전기를 구비한 제2 모터와, 상기 발전기로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 상기 제1 모터의 구동에 필요한 구동 전원을 교대로 공급하는 주 배터리 및 예비 배터리와, 상기 발전기로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 상기 제2 모터를 구동하기 위한 구동력을 공급하는 중앙 저장유닛과, 상기 발전기로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되는 제2 보조 저장유닛과, 상기 주 배터리 및 상기 예비 배터리의 배터리 전원을 교대로 상기 제1 모터의 구동 전원으로 공급하도록 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템은, 전기자동차의 엔진과 연동되는 발전기를 구비한 모터 발전부와, 상기 발전기로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 상기 전기자동차의 구동에 필요한 구동 전원을 교대로 공급하는 주 배터리 및 예비 배터리와, 상기 발전기의 회전 속도를 감지하는 엔코더와, 상기 발전기의 회전 속도가 기설정된 속도 범위 내인지 여부에 따라 상기 발전기의 회전 속도를 증감하도록 제어하는 제어신호를 생성하는 발전기 속도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 주 배터리를 우선하여 사용하다가 주 배터리의 전압이 임계 전압 미만일 경우에만 예비 배터리를 예비로 사용하는 종래와는 달리, 주 배터리와 예비 배터리를 교대로 사용하도록 하여, 구동 모터를 구동하기 위한 구동 전원을 안정적으로 제공할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 주행 중에 주 배터리와 예비 배터리를 발전기에서 발생되는 전기에너지를 제공받아 충전할 수 있으며, 주 배터리와 예비 배터리의 충전 시 순간적으로 과도한 에너지의 변동을 줄일 수 있어, 주 배터리와 예비 배터리의 수명을 연장할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 모터, 변속기, 구동부가 연결되는 구동축으로부터 구동력을 제공받아 발전을 하는 발전기의 동작 속도를 전기자동차의 변속 동작이 있더라도 큰 변동 없이 유지할 수 있다는 이점이 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 제1 모터와 제2 모터를 포함하는 전기자동차용 순환 충전 시스템의 내부 구성의 제1 실시예, 제2 실시예, 제3 실시예 및 제4 실시예를 각각 도시한 회로도이고,
도 5는 본 발명에 따른 모터 발전부를 포함하는 전기자동차용 순환 충전 시스템의 내부 구성의 제5 실시예를 도시한 회로도이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 제1 모터와 제2 모터를 포함하는 전기자동차용 순환 충전 시스템의 내부 구성의 제1 실시예, 제2 실시예, 제3 실시예 및 제4 실시예를 각각 도시한 회로도이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예, 제2 실시예, 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템은 제1 모터(105), 제2 모터(115), 주 배터리(101), 예비 배터리(125), 중앙 저장유닛(111), 제1 보조 저장유닛(129), 제2 보조 저장유닛(133), 제1 인버터(103), 제2 인버터(113), 정류부(118) 및 스위칭 제어부(135)를 포함하여 구성된다.
제1 모터(105)는 전기자동차의 소정 위치에 탑재되되 소정의 구동 전류에 의해 회전하여 전기자동차의 엔진에 구동력을 제공한다.
제2 모터(115)는 전기자동차의 엔진과 연동되는 발전기(117)를 구비한다.
여기서, 발전기(117)는 제2 모터(115)의 회전축에 일체로 형성된 상태이며, 제2 모터(115)의 회전력에 기초한 발전 전압을 생성 및 출력할 수 있다.
이때, 제1 모터(105)와 제2 모터(115)는 교류(AC) 전원에 의해 동작하는 3상 교류 모터인 것이 바람직하다.
중앙 저장유닛(111)은 발전기(117)로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 제2 모터(115)를 구동하기 위한 구동력을 공급한다.
제2 보조 저장유닛(133)은 발전기(117)로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전된다.
여기서, 중앙 저장유닛(111), 제1 보조 저장유닛(129) 및 제2 보조 저장유닛(133)은 축전용량이 큰 슈퍼 캐패시터(Super capacitor)로 마련될 수 있다.
이러한 슈퍼 캐패시터는 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학 반응에 의한 충전 현상을 이용하여 급속 충방전이 가능하고 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성을 가진다.
주 배터리(101) 및 예비 배터리(125)는 발전기(117)로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 제1 모터(105)의 구동에 필요한 구동 전원을 교대로 공급한다.
이때, 주 배터리(101)와 예비 배터리(125) 사이에는, 주 배터리(101)와 예비 배터리(125) 중 적어도 하나로부터 제1 모터(105)의 구동에 필요한 구동 전원이 공급되도록 하는 제1 스위치(137)가 연결된 상태일 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 제1 스위치(137)는 일단은 주 배터리(101)에 연결되고 타단은 예비 배터리(125)에 연결되는 구조로서, 제1 모터(105)와 예비 배터리(125)의 전원 공급 라인 상에 배치된다.
즉, 주 배터리(101)는 제1 모터(105)의 입력단에 직접 연결되는 데 반해, 예비 배터리(125)는 제1 스위치(137)의 개폐 여부에 따라 제1 모터(105)와 간접적으로 연결된다.
이 경우, 주행 중에 주 배터리와 예비 배터리를 발전기에서 발생되는 전기에너지를 제공받아 충전할 수 있으며, 주 배터리와 예비 배터리의 충전 시 순간적으로 과도한 에너지의 변동을 줄일 수 있어, 주 배터리와 예비 배터리의 수명을 연장할 수 있게 된다.
제1 인버터(103)는 제1 모터(105)의 입력단에 연결되되 주 배터리(101)와 예비 배터리(125) 중 어느 하나로부터 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제1 모터(105)에 공급한다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 제1 인버터(103)의 출력단은 제1 모터(105)에 연결되되 제1 인버터(103)의 입력단은 주 배터리(101)의 양단에 연결된다.
이때, 제1 스위치(137)는 일단이 주 배터리(101)의 양극(+) 단자에 연결되고 타단이 예비 배터리(125)의 양극(+) 단자에 연결되게 된다.
제2 인버터(113)는 제2 모터(115)의 입력단에 연결되되 중앙 저장유닛(111)으로부터 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제2 모터(115)에 공급한다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 제2 인버터(113)의 출력단은 제2 모터(115)에 연결되되 제2 인버터(113)의 입력단은 중앙 저장유닛(111)의 양단에 연결된다.
여기서, 제1 인버터(103) 및 제2 인버터(113)는 3쌍으로 마련되어 제1 모터(105) 또는 제2 모터(115)의 3상 코일(U,V,W) 각각에 한 쌍의 스위칭 소자가 직렬 접속되는 반 브리지(half-bridge) 형태의 3상 전압형 인버터일 수 있다.
이때, 상기 스위칭 소자는 트랜지스터(Transistor), MOSFET(MOS field-effect transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중 어느 하나일 수 있다.
정류부(118)는 발전기(117)의 출력단에 연결되어 발전기(117)로부터 출력되는 교류의 발전 전압을 정류한다.
구체적으로, 정류부(118)는 발전기(117)로부터 출력되는 교류 전압을 정류하여 주 배터리(101)로 출력하는 제1 정류기(119)와, 발전기(117)로부터 출력되는 교류 전압을 정류하여 중앙 저장유닛(111)으로 출력하는 제2 정류기(121)와, 발전기(117)로부터 출력되는 교류 전압을 정류하여 예비 배터리(125)로 출력하는 제3 정류기(123)와, 발전기(117)로부터 출력되는 교류 전압을 정류하여 제2 보조 저장유닛(133)으로 출력하는 제4 정류기(131)를 포함한다.
여기서, 제1 정류기(119), 제2 정류기(121), 제3 정류기(123) 및 제4 정류기(131)는 3쌍으로 마련되어 발전기(117)의 3상 코일(U,V,W) 각각에 한 쌍의 일방향성 스위칭 소자가 직렬 접속되는 3상 전파 정류(Three Phase Full-Wave Rectification) 회로일 수 있다.
이때, 상기 일방향성 스위칭 소자는 다이오드(Diode), 사이리스터(Thyristor) 및 GTO(Gate Turn-Off thrystor) 중 어느 하나일 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 제1 정류기(119)는 3쌍의 일방향성 스위칭 소자의 양단이 공통으로 접속하는 공통 노드가 주 배터리(101)의 양단에 연결된 상태이고, 제2 정류기(121)는 3쌍의 일방향성 스위칭 소자의 양단이 공통으로 접속하는 공통 노드가 중앙 저장유닛(111)의 양단에 연결된 상태일 수 있다.
또한, 제3 정류기(123)는 3쌍의 일방향성 스위칭 소자의 양단이 공통으로 접속하는 공통 노드가 예비 배터리(125)의 양단에 연결된 상태이고, 제4 정류기(131)는 3쌍의 일방향성 스위칭 소자의 양단이 공통으로 접속하는 공통 노드가 제2 보조 저장유닛(133)의 양단에 연결된 상태일 수 있다.
한편, 제1 인버터(103)로부터 출력되는 교류 전압을 정류하여 제1 보조 저장유닛(129)으로 출력하는 제5 정류기(127)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 제5 정류기(127)는 3쌍으로 마련되어 제1 모터(105)의 3상 코일(U,V,W) 각각에 대응하는 제1 인버터(103)의 출력단에 한 쌍의 일방향성 스위칭 소자가 직렬 접속되는 3상 전파 정류(Three Phase Full-Wave Rectification) 회로일 수 있다.
이때, 상기 일방향성 스위칭 소자는 다이오드(Diode), 사이리스터(Thyristor) 및 GTO(Gate Turn-Off thrystor) 중 어느 하나일 수 있다.
제2 스위치(141)는 중앙 저장유닛(111)과 제1 보조 저장유닛(129) 사이에 연결되어 제1 보조 저장유닛(129)의 충전 전원의 중앙 저장유닛(111)으로의 공급 여부를 결정한다.
제3 스위치(143)는 중앙 저장유닛(111)과 제2 보조 저장유닛(133) 사이에 연결되어 제2 보조 저장유닛(133)의 충전 전원의 중앙 저장유닛(111)으로의 공급 여부를 결정한다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 제2 스위치(141)는 일단은 제5 정류기(127)의 상단 공통 노드와 제1 보조 저장유닛(129) 사이에 연결되고 타단은 중앙 저장유닛(111)의 양극(+) 단자에 연결되는 구조로서, 제1 보조 저장유닛(129)과 중앙 저장유닛(111) 사이의 전원 공급 라인 상에 배치된다.
또한, 제3 스위치(143)는 일단이 제2 스위치(141)의 타단에 연결되되, 타단이 제4 정류기(131)의 상단 공통 노드와 제2 보조 저장유닛(133)의 일단 사이에 연결되는 구조로서, 제2 보조 저장유닛(133)과 중앙 저장유닛(111) 사이의 전원 공급 라인 상에 배치된다.
스위칭 제어부(135)는 제1 스위치(137), 제2 스위치(141) 및 제3 스위치(143)의 개폐를 제어함으로써, 제1 모터(105)의 구동과 중앙 저장유닛(111)의 충전을 위한 전원의 공급을 제어하는 역할을 한다.
여기서, 스위칭 제어부(135)는, 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125) 각각의 전압값에 기초하여 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125) 중 어느 하나의 배터리 전원을 제1 모터(105)의 구동 전원으로 공급하도록 제1 스위치(137)의 개폐를 제어한다.
구체적으로, 스위칭 제어부(135)는, 주 배터리(101)의 전압값이 기설정된 제1 기준값(V1) 미만이면 주 배터리(101)와 예비 배터리(125) 중 더 높은 전압값을 가지는 배터리의 배터리 전원을 제1 모터(105)로 공급하도록 제1 스위치(137)의 개폐를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스위칭 제어부(135)의 경우, 전술한 특징에만 한정되지 않으며, 주 배터리(101)의 전압값이 기설정된 제1 기준값(V1) 이상인 경우, 주 배터리(101)의 배터리 전원을 제1 모터(105)의 구동전원으로 공급하되 상기 구동전원이 공급되는 동안 발전기(117)로부터 출력되는 전압에 의해 주 배터리(101)보다 예비 배터리(125)가 우선적으로 충전되도록 제어하고, 주 배터리(101)의 전압값이 제1 기준값(V1) 미만이면 예비 배터리(125)의 배터리 전원이 제1 모터(105)의 구동전원으로 공급하도록 제어할 수도 있다.
이 경우, 주 배터리를 우선하여 사용하다가 주 배터리의 전압이 임계 전압 미만일 경우에만 예비 배터리를 예비로 사용하는 종래와는 달리, 주 배터리와 예비 배터리를 교대로 사용하도록 하여, 구동 모터를 구동하기 위한 구동 전원을 안정적으로 제공할 수 있다.
한편, 스위칭 제어부(135)는 중앙 저장유닛(111), 제1 보조 저장유닛(129) 및 제2 보조 저장유닛(133) 각각의 전압값에 기초하여 제1 보조 저장유닛(129) 및 제2 보조 저장유닛(133) 중 어느 하나의 충전 전원을 중앙 저장유닛(111)으로 공급하도록 제2 스위치(141) 및 제3 스위치(143)의 개폐를 제어할 수도 있다.
예컨대, 스위칭 제어부(135)는, 중앙 저장유닛(111)에 충전된 전압값이 기설정된 제2 기준값(V2) 미만이면 제1 보조 저장유닛(129)과 제2 보조 저장유닛(133) 중 더 높은 전압값을 가지는 저장유닛에 충전된 전원으로 중앙 저장유닛(111)을 충전하도록 제2 스위치(141) 및 제3 스위치(143)의 개폐를 제어할 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템은 도 1에 관한 설명에서 전술한 구성들 중 제1 스위치 내지 제3 스위치(137,141,143)와 스위칭 제어부(135)를 제외한 나머지 구성들에 해당하는 제1 모터(105), 제2 모터(115), 주 배터리(101), 예비 배터리(125), 중앙 저장유닛(111), 제1 보조 저장유닛(129), 제2 보조 저장유닛(133), 제1 인버터(103), 제2 인버터(113) 및 정류부(118)를 포함하며, 각 구성들에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 같으므로 생략하도록 한다.
다만, 도 2에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템의 경우, 전술한 도 1에 도시된 제1 스위치(137), 제2 스위치(141) 및 제3 스위치(143) 각각에 대응되는 위치에 제1 다이오드(151), 제2 다이오드(155) 및 제3 다이오드(157)가 배치된다.
이때, 제1 다이오드(151), 제2 다이오드(155) 및 제3 다이오드(157)는 일반적인 다이오드(Diode)뿐만 아니라 사이리스터(Thyristor) 및 GTO(Gate Turn-Off thrystor)도 포함할 수 있다.
여기서, 제1 다이오드(151)는 일단은 주 배터리(101)에 연결되고 타단은 예비 배터리(125)에 연결되는 구조로서, 제1 모터(105)와 예비 배터리(125)의 전원 공급 라인 상에 배치된다.
여기서, 제2 다이오드(155)는 일단은 제5 정류기(127)의 상단 공통 노드와 제1 보조 저장유닛(129) 사이에 연결되고 타단은 중앙 저장유닛(111)의 양극(+) 단자에 연결되는 구조로서, 제1 보조 저장유닛(129)과 중앙 저장유닛(111) 사이의 전원 공급 라인 상에 배치된다.
여기서, 제3 다이오드(157)는 일단이 제2 다이오드(155)의 타단에 연결되되, 타단이 제4 정류기(131)의 상단 공통 노드와 제2 보조 저장유닛(133)의 일단 사이에 연결되는 구조로서, 제2 보조 저장유닛(133)과 중앙 저장유닛(111) 사이의 전원 공급 라인 상에 배치된다.
즉, 이 경우, 중앙 저장유닛(111)에 충전된 전압값과 제1 보조 저장유닛(129) 또는 제2 보조 저장유닛(133) 각각에 충전된 전압값을 상대적으로 비교한 결과에 따라 중앙 저장유닛(111)보다 높은 전압값을 가지는 적어도 하나의 보조 저장유닛으로부터 충전 전원을 공급받아 곧바로 충전하게 된다.
마찬가지로, 주 배터리(101)의 경우에도, 주 배터리(101)의 전압값과 예비 배터리(125)의 전압값을 상대적으로 비교한 결과에 따라 더 높은 전압값을 가지는 배터리 전원을 제1 모터(105)의 구동 전원으로 공급하게 된다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템은 도 1에 관한 설명에서 전술한 구성들을 모두 포함하되, 제4 정류기(131)가 발전기(117)의 출력단에 연결되는 것이 아니라 제2 모터(115)의 입력단에 연결될 수 있다.
여기서, 제4 정류기(131)는 3쌍으로 마련되어 제2 모터(115)의 3상 코일(U,V,W) 각각에 대응하는 제2 인버터(113)의 출력단에 한 쌍의 일방향성 스위칭 소자가 직렬 접속되는 3상 전파 정류(Three Phase Full-Wave Rectification) 회로일 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템은 도 2에 관한 설명에서 전술한 구성들을 모두 포함하되, 도 3에 관한 설명에서 전술한 것과 마찬가지로, 제4 정류기(131)가 발전기(117)의 출력단에 연결되는 것이 아니라 제2 모터(115)의 입력단에 연결될 수 있다.
여기서, 제4 정류기(131)는 3쌍으로 마련되어 제2 모터(115)의 3상 코일(U,V,W) 각각에 대응하는 제2 인버터(113)의 출력단에 한 쌍의 일방향성 스위칭 소자가 직렬 접속되는 3상 전파 정류(Three Phase Full-Wave Rectification) 회로일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 모터 발전부를 포함하는 전기자동차용 순환 충전 시스템의 내부 구성의 제5 실시예를 도시한 회로도이다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템에 대해 설명하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 전기자동차용 순환 충전 시스템은 모터 발전부(200), 주 배터리(101), 예비 배터리(125), 엔코더(252), 발전기 속도 제어부(310) 및 스위칭 제어부(135)를 포함하여 구성된다.
모터 발전부(200)는 전기자동차의 엔진과 연동되는 발전기(117)를 구비한다.
구체적으로, 모터 발전부(200)는, 소정의 구동 전원을 인가받아 회전하는 직류 모터(210)와, 직류 모터(210)의 회전력에 기초한 소정의 발전 전압을 생성 및 출력하는 발전기(250)와, 직류 모터(210)의 회전력을 소정의 기어비에 따라 변속하여 출력하는 변속기(220)와, 변속기(220)로부터 출력된 토크를 전기자동차의 구동축(241)과 발전기(250)에 전달하되, 발전기(250)의 회전 속도가 기설정된 속도 범위 내로 유지되도록 제어하는 종속 모듈(230)을 포함할 수 있다.
여기서, 직류 모터(210)의 양단은 중앙 저장유닛(111)의 양단에 연결될 수 있고, 직류 모터(210)는 브러시리스 직류 모터(BLDC; blushless DC-motor)를 포함할 수 있다.
여기서, 발전기(250)의 출력단에는 제1 정류기(119), 제2 정류기(121), 제3 정류기(123) 및 제4 정류기(131)가 각각 연결될 수 있고, 각각의 정류기(119,121,123,131)는 전술한 바와 같이 3쌍으로 마련되어 발전기(117)의 3상 코일(U,V,W) 각각에 한 쌍의 일방향성 스위칭 소자가 직렬 접속되는 3상 전파 정류(Three Phase Full-Wave Rectification) 회로일 수 있다.
여기서, 종속 모듈(230)은, 변속기(220)로부터 출력된 토크를 전기자동차의 구동축(241)에 전달하는 전달부(232)와, 전달부(232)로부터 상기 출력된 토크를 전달받은 후, 발전기 속도 제어부(310)에 의해 생성된 제어신호를 수신하는 경우, 수신한 제어신호에 기초하여 발전기(250)의 회전 속도가 기설정된 속도 범위 내로 유지되도록 발전기(250)의 회전 속도를 증감하도록 제어하는 속도 유지부(234)를 포함할 수 있다.
예컨대, 속도 유지부(234)는 외부 신호에 따라 기어비 조절이 가능한 감속기 또는 증속기를 포함할 수 있다.
일반적으로, 자동차용 구동 시스템은 '모터-변속기-구동부' 순으로 이루어진 구조를 가지는 데 반해, 본 발명에 따른 전기자동차용 구동 시스템은 변속기(220)와 구동부에 해당하는 구동축(241) 사이에 종속모듈(230)을 구비함에 따라, 종속모듈(230)과 연결되는 발전기(250)로부터 발전된 전기에너지를 이용해 발전기(250)의 회전 속도가 일정 속도 범위 내에 도달할 때까지 상기 회전 속도에 대한 피드백 제어를 반복적으로 수행하는 특징을 가진다.
이 경우, 모터(210), 변속기(220), 구동부가 연결되는 구동축(241)으로부터 구동력을 제공받아 발전을 하는 발전기(250)의 동작 속도를 전기자동차의 변속 동작이 있더라도 큰 변동 없이 유지할 수 있게 된다.
주 배터리(101) 및 예비 배터리(125)는 발전기(250)로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 전기자동차의 구동에 필요한 구동 전원을 교대로 공급한다.
이때, 주 배터리(101)와 예비 배터리(125) 사이에는, 주 배터리(101)와 예비 배터리(125) 중 적어도 하나로부터 상기 구동 전원이 공급되도록 하는 제1 스위치(137)가 연결된 상태일 수 있다.
이때, 제1 인버터(103)는 제1 모터(105)의 입력단에 연결되되 주 배터리(101)와 예비 배터리(125) 중 어느 하나로부터 공급되는 직류(DC) 전압을 3상 교류(AC) 전압으로 변환하여 제1 모터(105)에 공급한다.
예컨대, 도 5를 참조하면, 제1 스위치(137)는 일단은 주 배터리(101)에 연결되고 타단은 예비 배터리(125)에 연결되는 구조로서, 제1 모터(105)와 예비 배터리(125)의 전원 공급 라인 상에 배치되고, 제1 인버터(103)의 출력단은 제1 모터(105)에 연결되되 제1 인버터(103)의 입력단은 주 배터리(101)의 양단에 연결된다.
엔코더(252)는 발전기(250)의 회전 속도를 감지하기 위한 것으로서, 발전기(250)에 부착되되, 발전기(250)의 회전축이 엔코더(252) 안으로 삽입되어 발전기(250)의 회전수를 검출하도록 구비될 수 있다.
발전기 속도 제어부(310)는 엔코더(252)에 의해 감지된 발전기(117)의 회전 속도와 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125) 각각의 전압값에 기초하여 발전기(117)의 회전 속도를 일정하게 유지하도록 제어한다.
이는 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125)는 발전기(117)로부터 출력되는 전압에 의해 충전되므로, 만약 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125)의 전압값이 기설정된 임계값 미만으로 떨어지게 된다면, 발전기(117)에서 출력되는 전력량을 증가시켜야 하므로 발전기(117)의 회전속도를 증가시키게 된다는 점에서, 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125) 각각의 전압값을 고려한 것이다.
여기서, 발전기 속도 제어부(310)는, 엔코더(252)에서 감지된 발전기(250)의 회전 속도가 기설정된 속도 범위 내인지 여부에 따라 발전기(250)의 회전 속도를 증가 또는 감소하도록 하는 제어신호를 생성한 후, 생성한 제어신호를 속도 유지부(234)로 전송할 수 있다.
이때, 발전기 속도 제어부(310)는 엔코더(252)에서 감지된 회전 속도에 대한 정보를 실시간으로 피드백받아 상기 제어신호를 생성하되, 피드백이 반복됨에 따라 제어신호도 순차적으로 반복하여 생성할 수 있다.
스위칭 제어부(135)는 발전기(250)의 회전 속도에 기초하여 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125) 중 적어도 하나의 배터리 전원을 상기 구동 전원으로 공급할지를 제어한다.
여기서, 스위칭 제어부(135)는, 발전기(250)의 회전 속도를 기설정된 기준속도(Vref)와 비교한 결과에 기초하여 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125)의 배터리 전원이 함께 상기 구동 전원으로 공급되도록 제1 스위치(137)의 개폐를 제어한다.
구체적으로, 스위칭 제어부(135)는, 발전기(250)의 회전 속도가 기설정된 기준속도(Vref) 미만인 경우, 주 배터리(101) 및 예비 배터리(125)의 배터리 전원이 함께 상기 구동 전원으로 공급되도록 제1 스위치(137)의 스위치를 도통 상태로 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
특히, 전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 강점을 다소 폭넓게 상술하였으므로, 상술한 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 형상의 설계나 수정의 기본으로써 즉시 사용될 수 있음이 해당 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 상기에서 기술된 실시예는 본 발명에 따른 하나의 실시예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위에 속하는 것으로 전술한 본 발명의 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 주 배터리 103: 제1 인버터
105: 제1 모터 111: 중앙 저장유닛
113: 제2 인버터 115: 제2 모터
117: 발전기 118: 정류부
119: 제1 정류기 121: 제2 정류기
123: 제3 정류기 125: 예비 배터리
127: 제5 정류기 129: 제1 보조 저장유닛
131: 제4 정류기 133: 제2 보조 저장유닛
135: 스위칭 제어부 137: 제1 스위치
141: 제2 스위치 143: 제3 스위치
151: 제1 다이오드 155: 제2 다이오드
157: 제3 다이오드 200: 모터 발전부
210: 직류 모터 220: 변속기
230: 종속모듈 232: 전달부
234: 속도 유지부 241: 구동축
242: 구동휠 250: 발전기
252: 엔코더 310: 발전기 속도 제어부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 전기자동차의 엔진과 연동되는 발전기를 구비한 상태로, 소정의 구동 전원을 인가받아 회전하는 직류 모터와, 상기 직류 모터의 회전력에 기초한 소정의 발전 전압을 생성 및 출력하는 발전기와, 상기 직류 모터의 회전력을 소정의 기어비에 따라 변속하여 출력하는 변속기와, 상기 변속기로부터 출력된 토크를 상기 전기자동차의 구동축과 상기 발전기에 전달하되 상기 발전기의 회전 속도가 기설정된 속도 범위 내로 유지되도록 제어하는 종속 모듈을 포함하는 모터 발전부;
    상기 발전기로부터 출력되는 전압에 기초하여 충전되되 상기 전기자동차의 구동에 필요한 구동 전원을 교대로 공급하는 주 배터리 및 예비 배터리;
    상기 발전기의 회전 속도를 감지하는 엔코더; 및
    상기 발전기의 회전 속도와 상기 주 배터리 및 상기 예비 배터리 각각의 전압값에 기초하여 상기 발전기의 회전 속도를 증감하도록 제어하는 제어신호를 생성하되, 상기 엔코더에서 감지된 회전 속도에 대한 정보를 실시간으로 피드백받아 상기 회전 속도가 기설정된 속도 범위 내에 도달할 때까지 상기 제어신호를 순차적으로 반복하여 생성하는 발전기 속도 제어부;를 포함하며,
    상기 종속 모듈은,
    상기 출력된 토크를 상기 전기자동차의 구동축에 전달하는 전달부; 및
    상기 전달부로부터 상기 출력된 토크를 전달받은 후, 상기 발전기 속도 제어부에 의해 생성된 제어신호를 수신하는 경우, 수신한 제어신호에 따라 상기 전달부와 상기 발전기 사이의 기어비를 조절하여 상기 발전기의 회전 속도가 기설정된 속도 범위 내로 유지되도록 제어하는 속도 유지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 순환 충전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발전기의 회전 속도를 기설정된 기준속도와 비교한 결과에 기초하여 상기 주 배터리 및 상기 예비 배터리 중 적어도 하나의 배터리 전원을 상기 구동 전원으로 공급할지 여부를 제어하는 스위칭 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 순환 충전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주 배터리와 상기 예비 배터리 사이에 연결되어 상기 주 배터리와 상기 예비 배터리 중 적어도 하나로부터 상기 구동 전원이 공급되도록 하는 제1 스위치;를 더 포함하며,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 발전기의 회전 속도가 기설정된 기준속도 미만인 경우, 상기 주 배터리 및 상기 예비 배터리의 배터리 전원이 함께 상기 구동 전원으로 공급되도록 상기 제1 스위치를 도통 상태로 제어하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 순환 충전 시스템.
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