KR20190121482A - 태양광을 이용한 이동수단 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 태양광 패널을 포함하는 전기자동차가 태양광 패널을 통하여 발전된 전기를 전기자동차의 구동과 가정용 전기공급을 선택적으로 사용하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

Description

태양광을 이용한 이동수단 및 그 제어방법 {Vehicle Using Solar And Control Method thereof}
본 발명은 전기제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 태양광을 이용한 전기자동차 및 그 제어방법에 관한 것이다.
석유 등의 연료의 고갈 및 환경 파괴의 문제로 인해 재생 에너지에 관심이 높아지고 있다.
특히, 에너지원으로 풍력, 태양광, 연료전지 등에 관심이 높아지고 있는데, 이들을 이용하는 경우에는, 각각 독립적이고 전용의 전력변환장치와 이를 제어하는 장치를 제조 또는 사용한다.
예를 들어, 풍력을 이용하는 경우에는, 교류-직류 변환장치(AC-직류 Converter, 컨버터)와 직류-교류 변환장치(직류-AC Converter, Inverter, 인버터)를 직렬로 연결하여 부하 또는 전력 계통을 연계하는 전력변환장치와 풍속과 터빈의 속도에 의하여 발생하는 최대전력을 추종하도록 하는 최대 출력점 추종제어를 사용한다.
한편, 연료전지 또는 태양광을 이용하는 경우에는, 직류-직류 변환장치(직류-직류 Converter 또는 직류-직류 Booster)와 직류-교류 변환장치(Inverter)를 이용하여 부하 및 전력 계통을 연계하는 전력변환장치와 운전조건이나 태양광 일사 조건에 따라 얻을 수 있는 최대전력을 출력하기 위한 제어 알고리즘 및 이를 탑재한 제어장치를 사용한다.
나아가, 환경 보호 요구에 부응하여 전기 자동차에 대한 수요 또한 급속하게 증가되었다.
이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 거의 없고 소음이 아주 작은 장점이 있다.
현재는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.
그러나 전기자동차의 경우 전기모터를 구동시키는 배터리를 자주 충전해주어야 하는데, 전기자동차의 배터리를 충전하는데 소요되는 시간은 일반 자동차의 연료급유 시간에 비해 상당히 길고, 사용자는 전기자동차를 충전할 때마다, 충전시스템이 설치되어 있는 곳까지 이동하여서 충전 요청을 해야 하는 문제점이 있다.
그리고, 최근에는 충전된 전기를 가정용 등으로 사용할 필요성이 요구되고 있다.
태양광 패널을 포함하는 전기자동차를 통하여 태양광 패널을 통하여 발전된 전기를 전기자동차의 구동과 가정용 전기공급을 선택적으로 사용하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 전기제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 수소연료전지스택과, 상기 수소연료전지스택과 연결된 고전압 배터리 및 저전압배터리와, 상기 고전압배터리와 연결되며 콘센트를 포함하는 전기공급장치와, 상기 전기공급장치와 연결된 태양광 패널과, 상기 수소연료전지스택 및 상기 전기공급장치를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기공급장치는 상기 제어부의 지시에 따라 상기 콘센트에 플러그 인(IN)/아웃(OUT) 상태를 감지하여 AC 또는 DC 전기 공급을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하는 전기자동차를 제공한다.
그리고, 운전자가 시동 스위치를 ON하면 스마트 키 인증 후 브레이크 신호 및 변속레버 P위치를 확인하는 시동 제어기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부에서 인가되는 구동 모터 토크 제어신호에 따라 스위칭되어 상기 고전압배터리 또는 상기 수소연료전지스택으로부터 공급되는 전원을 변환시켜 모터에 구동 전원으로 공급하는 인버터를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 수소와 산소의 결합으로 발생되는 전기를 이용하여 전기자동차를 구동시키는 수소연료전지스택과, 상기 수소연료전지스택으로부터 충전되는 고전압 배터리 및 저전압 배터리와, 상기 전기자동차 상부에 부착된 태양광 패널과, 상기 태양광 패널로부터 전기를 공급받는 전기공급장치를 포함하는 전기제어방법에 있어서, 상기 전기자동차 상부에 부착된 상기 태양광 패널에서 상기 전기공급장치에 전기를 공급하는 단계와, 상기 전기자동차의 시동이 ON 상태인 경우 상기 수소연료전지스택을 작동하는 단계와, 상기 수소연료전지스택이 작동된 후 상기 전기공급장치에 구비된 콘센트를 통하여 전기가 외부로 공급되고 있는 경우, 상기 전기자동차의 변속레버의 조작 및 구동모터의 작동을 제한하는 단계와, 상기 수소연료전지스택이 작동된 후 상기 전기공급장치에 구비된 콘센트를 통하여 전기가 외부로 공급되고 있지 않는 경우, 상기 전기자동차의 구동모터를 작동하는 단계를 포함하는 전기제어방법을 제공한다.
그리고, 상기 전기자동차의 시동이 OFF 상태인 경우에는 상기 전기공급장치가 상기 콘센트를 통하여 전기공급요청을 판별하는 단계와, 상기 전기공급요청이 있는 경우 상기 전기공급장치가 AC 또는 DC 전기를 상기 콘센트를 통하여 공급하는 단계와, 상기 전기공급요청이 없는 경우 상기 태양광 패널을 통하여 상기 전기공급장치를 충전하는 모드로 진입하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전기공급장치가 AC 또는 DC 전기를 상기 콘센트를 통하여 공급하는 단계는, 상기 전기공급장치의 과방전시에는 상기 태양광 패널을 통하여 상기 전기공급장치를 충전하는 모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 운전자가 시동 스위치를 ON하면 시동 제어기가 스마트 키 인증 후 브레이크 신호 및 변속레버 P위치를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수소연료전지스택 및 상기 전기공급장치 중 적어도 하나로부터 출력되는 전기를 상기 전기자동차에 공급하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 전기자동차의 구동과 가정용 전기공급을 선택적으로 사용하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널을 포함한 전기자동차를 이용한 전기제어방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 구동을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차를 이용한 전기제어방법을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 패널을 포함한 전기자동차를 이용한 전기제어방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명은 수소연료전지스택(101), 제 1 컨버터(102), 고전압배터리(103), 제 2 컨버터(104), 저전압배터리(105), 전기공급장치(106), 태양광패널(107), 제어부(108)를 포함할 수 있다.
수소연료전지스택(101)은 다수의 단위 셀들을 연속적으로 배열한 전기 발생 집합체로 이루어진다. 각각의 단위 셀은 수소 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키며 전기자동차의 구동에 필요한 전기를 제공할 수 있다.
제 1 컨버터(102)와 제 2 컨버터(104)는 전력반도체 스위치 소자인 IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor), FET(Field Effect Transistor) 중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 제어부(108)에서 인가되는 제어신호에 따라 스위칭되어 전압을 승압 혹은 강압시키는 DC/DC컨버팅을 실행할 수 있다.
여기서, 제 1 컨버터(102)는 수소연료전지스택(101)에서 공급되는 전압을 제어부(108)의 제어에 따라 DC/DC컨버팅하여 고전압배터리(103)에 충전전압으로 공급하고, 고전압배터리(103)에서 출력되는 전압을 제어부(108)의 제어에 따라 DC/DC컨버팅하여 고전압으로 승압시킨 다음 인버터에 공급할 수 있다.
고전압배터리(103)는 고전압을 저장하여 모터의 구동에서 안정된 전원을 공급할 수 있다.
제 2 컨버터(104)는 LDC(Low DC/DC Convertor)로 수소연료전지스택(101)에서 공급되는 전압을 제어부(108)의 제어에 따라 DC/DC컨버팅하여 전장부하의 전원을 담당하는 저전압배터리(105)에 충전전압으로 공급할 수 있다.
저전압배터리(103)는 대략 DC 12V 내지 14V의 저전압을 저장하여 전장부하의 구동에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
인버터는 전력반도체 스위치 소자인 IGBT, FET 중 어느 하나로 구성되고, 제어부(108)에서 인가되는 제어신호에 따라 스위칭되어 DC/DC컨버팅으로 승압되어 공급되는 DC전압을 3상 전원으로 변환시켜 모터에 구동 전원으로 공급할 수 있다.
모터의 구동에 대해서는 차후 좀 더 자세히 살펴보도록 한다.
태양광 패널(107)은 전기자동차의 상부에 고정 장착될 수 있으나, 이에
한정되는 것은 아니다.
여기서, 태양광 패널(107)은 태양광에너지를 전기에너지로 변환하여 전압을 발생시키게 되는데, 상기 발전과정은 공지(公知)된 기술내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
태양광 패널(107)로부터 생성된 전기에너지는 전기공급장치(106)에 공급될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전기공급장치(106)은 MCU(Micro Controller Unit) (106a)와 기억장치(106b) 및 콘센트(미도시)를 포함할 수 있다.
MCU(106a)는 고전압 배터리(103) 및 태양광 패널(107)의 전원 입력을 제어할 수 있으며, 제어부(108)를 통하여 전기자동차의 상태정보를 수신할 수 있다
또한, 제어부(108)의 지시에 따라 콘센트에 플러그 인(IN)/아웃(OUT) 상태를 감지하여 AC 또는 DC 전기 공급을 제어할 수 있다.
또한, 기억장치(106b)는 개인의 요구사항 또는 최소 에너지 보유량 등의 정보를 저장할 수 있다.
이를 위해, 전기공급장치(106)는 DC/DC컨버터와, 직류 링크 캐패시터와, DC/AC 컨버터와, 복수의 스위치를 포함할 수 있으며, 태양광 패널(107)로부터 발전된 전기를 저장하는 배터리를 더 포함할 수 있다.
DC/DC컨버터는 태양광 패널(107)로부터 발전된 직류전원의 전압을 승압하여
상기 직류 링크 캐패시터에 출력할 수 있으며, 승압된 직류전원의 전압을 이용하여 고전압배터리(103)를 충전하거나 콘센트를 통하여 외부에 공급할 수 있다.
DC/AC 컨버터는 태양광 패널(107)로부터 발전된 직류전원의 전압을 교류전원으로 변환할 수 있으며, 변환된 교류전원을 콘센트를 통하여 외부에 공급할 수 있다.
배터리는 배터리용 리액터(Lbatt) 및 배터리 내부에 저장된 에너지를 외부로 출력하는 적어도 하나의 IGBT스위칭 소자를 포함하여 이루어질 수 있으며, 여러 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 니켈-카트뮴 전지, 납 축전지, 니켈-수소 전지, 리튬-이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등이 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 구동을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 운전자가 시동 스위치를 ON하면 시동 제어기(115)는 스마트 키 인증 후 브레이크 신호 및 변속레버 P위치를 확인하게 된다.
그리고, 시동제어기(115)는 스마트 키 인증, 브레이크 신호 및 변속레버 P위치를 확인한 후, 시동 요청 신호를 제어부(108)에 전송하게 된다.
그리고, 제어부(108)는 시동제어기(115)부터 시동 요청 신호를 입력 받아 모터 토크 제어와 함께 인버터(116)의 온도를 모니터링하여 구동 모터 토크 제어신호를 인버터(116)에 전송하게 된다.
인버터(116)는 전력반도체 스위치 소자인 IGBT, FET 중 어느 하나로 구성될
수 있고, 제어부(108)에서 인가되는 구동 모터 토크 제어신호에 따라 스위칭되어 고전압배터리(103) 또는 수소연료전지스택(101)으로부터 공급되는 전원을 변환시켜 모터(119)에 구동 전원으로 공급하게 된다.
여기서, 초기 시동 시에는 고전압배터리(103)로부터 공급되는 전원을 이용하며, 초기 시동이 지난 후에는 수소연료전지스택(101)으로부터 공급되는 전원을 이용하여 모터(119)를 구동하게 된다.
또한, 고전압배터리(103)가 방전되면 태양광 패널(107)을 통하여 충전된 전기공급장치(106)를 이용하여 고전압배터리(103)를 충전할 수 있다
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차를 이용한 전기제어방법을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명은 전기자동차 상부에 부착된 태양광 패널에서 생성된 전기에너지를 전기공급장치에 공급하는 할 수 있다. 이를 통하여 솔라 루프 시스템이 작동하게 된다.
그리고, 전기자동차의 시동이 ON 상태인 경우 연료전지를 작동시키게 된다.
여기서, 연료전지는 수소연료전지스택을 포함할 수 있다.
그리고, 수소연료전지스택이 작동된 후 전기공급장치에 구비된 콘센트를 통하여 전기가 외부로 공급되고 있는 경우, 전기자동차의 변속레버의 조작 및 구동모터의 작동을 제한할 수 있다.
반면에, 수소연료전지스택이 작동된 후 전기공급장치에 구비된 콘센트를 통하여 전기가 외부로 공급되고 있지 않는 경우, 전기자동차의 구동모터를 작동할
수 있다.
이를 통하여, 전기자동차의 구동과 가정용 전기공급을 선택적으로 사용할 수 있게 된다.
또한, 전기자동차의 시동이 OFF 상태인 경우에는 전기공급장치가 콘센트를 통하여 전기공급요청을 판별할 수 있다.
그리고, 전기공급요청이 있는 경우 전기공급장치가 AC 또는 DC 전기를 콘센트를 통하여 공급할 수 있다.
반면에, 전기공급요청이 없는 경우 태양광 패널을 통하여 상기 전기공급장치를 충전하는 모드로 전환될 수 있다.
또한, 전기공급장치의 과방전시에도 태양광 패널을 통하여 상기 전기공급장치를 충전하는 모드로 전환시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 태양광 패널을 포함하는 전기자동차를 통하여 태양광 패널을 통하여 발전된 전기를 전기자동차의 구동과 가정용 전기공급을 선택적으로 사용하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101: 수소 연료전지 스택 102: 제 1 컨버터
103: 고전압 배터리 104: 제 2 컨버터
105: 저전압 배터리 106: 전기공급장치
107: 태양광 패널 108: 제어부

Claims (8)

  1. 수소연료전지스택;
    상기 수소연료전지스택과 연결된 고전압 배터리 및 저전압배터리;
    상기 고전압배터리와 연결되며 콘센트를 포함하는 전기공급장치;
    상기 전기공급장치와 연결된 태양광 패널;
    상기 수소연료전지스택 및 상기 전기공급장치를 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 전기공급장치는 상기 제어부의 지시에 따라 상기 콘센트에 플러그 인(IN)/아웃(OUT) 상태를 감지하여 AC 또는 DC 전기 공급을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하는 전기자동차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    운전자가 시동 스위치를 ON하면 스마트 키 인증 후 브레이크 신호 및 변속레버 P위치를 확인하는 시동 제어기를 더 포함하는 전기자동차.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부에서 인가되는 구동 모터 토크 제어신호에 따라 스위칭되어 상기
    고전압배터리 또는 상기 수소연료전지스택으로부터 공급되는 전원을 변환시켜 모터에 구동 전원으로 공급하는 인버터를 더 포함하는 전기자동차.
  4. 수소와 산소의 결합으로 발생되는 전기를 이용하여 전기자동차를 구동시키는 수소연료전지스택과, 상기 수소연료전지스택으로부터 충전되는 고전압 배터리 및 저전압 배터리와, 상기 전기자동차 상부에 부착된 태양광 패널과, 상기 태양광 패널로부터 전기를 공급받는 전기공급장치를 포함하는 전기제어방법에 있어서,
    상기 전기자동차 상부에 부착된 상기 태양광 패널에서 상기 전기공급장치에 전기를 공급하는 단계;
    상기 전기자동차의 시동이 ON 상태인 경우 상기 수소연료전지스택을 작동하는 단계;
    상기 수소연료전지스택이 작동된 후 상기 전기공급장치에 구비된 콘센트를 통하여 전기가 외부로 공급되고 있는 경우, 상기 전기자동차의 변속레버의 조작 및 구동모터의 작동을 제한하는 단계;
    상기 수소연료전지스택이 작동된 후 상기 전기공급장치에 구비된 콘센트를 통하여 전기가 외부로 공급되고 있지 않는 경우, 상기 전기자동차의 구동모터를 작동하는 단계를 포함하는 전기제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기자동차의 시동이 OFF 상태인 경우에는 상기 전기공급장치가 상기 콘센트를 통하여 전기공급요청을 판별하는 단계;
    상기 전기공급요청이 있는 경우 상기 전기공급장치가 AC 또는 DC 전기를 상기 콘센트를 통하여 공급하는 단계;
    상기 전기공급요청이 없는 경우 상기 태양광 패널을 통하여 상기 전기공급장치를 충전하는 모드로 진입하는 단계를 포함하는 전기제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전기공급장치가 AC 또는 DC 전기를 상기 콘센트를 통하여 공급하는 단계는,
    상기 전기공급장치의 과방전시에는 상기 태양광 패널을 통하여 상기 전기공급장치를 충전하는 모드로 전환하는 단계를 더 포함하는 전기제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서
    운전자가 시동 스위치를 ON하면 시동 제어기가 스마트 키 인증 후 브레이크 신호 및 변속레버 P위치를 확인하는 단계를 더 포함하는 전기제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수소연료전지스택 및 상기 전기공급장치 중 적어도 하나로부터 출력되는 전기를 상기 전기자동차에 공급하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 전기제어방법.









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CN112078434A (zh) * 2020-09-29 2020-12-15 武汉海亿新能源科技有限公司 一种氢燃料电池车上下电控制方法和装置

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