KR0140386Y1

KR0140386Y1 - 배터리 과충전 전류 제한 장치

Info

Publication number: KR0140386Y1
Application number: KR2019960059181U
Authority: KR
Inventors: 정승면
Original assignee: 만도기계주식회사
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR19980046039U

Abstract

본 고안은 배터리 과충전 전류 제한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리에 인가되는 전류값을 측정하여 규정치 이상의 과전류가 흐르게 되면 이를 제어하도록 마련된 배터리 과충전 전류 제한 장치에 관한 것이다.

따라서, 본 고안의 구성은 연료를 공급받아 동력에너지를 발생시키는 동력발생장치, 상기 동력발생장치에서 발생된 동력에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지변환장치, 상기 에너지변환장치에서 발생된 전기에너지를 정류하는 정류소자, 상기 정류소자에서 정류된 전기에너지를 충전하고 이를 필요에 따라 방전하는 배터리, 상기 정류기와 상기 배터리 사이에 접속되어 상기 배터리에 흐르는 전류의 크기를 분류하는 션트저항, 상기 션트저항에 의해 분류된 전류의 크기가 일정치 이상이면 상기 정류소자를 오프 제어하는 제어장치로 이루어진다.

이러한 구성에 따른 본 고안은, 션트저항을 통해 배터리에 인가되는 과전류를 검출하여 정류기의 정류소자를 제어함으로써 배터리에 인가되는 과전류를 효과적으로 차단할 수 있게 된다. 따라서, 배터리의 수명사이클을 연장시킬 수 있으며 또한, 과전류에 의한 열화를 막을 수 있어 배터리의 신뢰성 향상에 효과가 있다.

Description

배터리 과충전 전류 제한 장치

일반적인 의미의 엔진-전지 하이브리드방식의 전기자동차(이하 하이브리드 전기자동차라 한다.)는 전기자동차의 실용화보급의 최대의 과제인 주행성능, 항속거리 등 동력성능을 보완하기 위하여, 고정 회전수(RPM) 값을 갖는 내연기관을 탑재하는 자동차를 말하며, 기존 내연기관차량에 비해 열효율이 좋기 때문에 배기가스가 청정하다. 따라서, 저공해차로서의 이점을 가지고 있다. 이러한 특징을 갖는 하이브리드 자동차는 직렬과 병렬방식으로 대별되는데 직렬방식은, 엔진의 동력을 발전기를 통해 전력으로 변환하여 이를 전지에 충전한 후, 충전된 전력으로 전동기를 구동하며, 병렬방식은 엔진, 발전기, 구동계가 기계적으로 직결되어, 엔진주행시에는 여유분의 동력을 전지에 충전하고, 전지에 의한 주행시에는 엔진이 발전기에 동력을 공급하여 전지에 전력을 공급한다.

도 1은 전술한 직렬방식의 하이브리드 자동차의 전원 제어 블럭도로서, 구성요소는 다음과 같다.

내연기관인 엔진(10), 상기 엔진(10)과 기계적으로 직결되어 엔진(10)의 동력을 전기에너지로 변환시키는 발전기(20), 상기 발전기(20)에서 발생된 교류전원을 정류시켜 직류로 변환시키는 정류기(30), 상기 정류기(30)에서 공급된 전기에너지를 기계적 동력에너지 및 타 에너지 형태로 변환하여 소비시키는 부하(40), 상기 발전기(20)에서 발생된 전기에너지중 여분의 전기에너지를 저장하였다가 다시 방전시켜 사용할 수 있는 배터리(50) 등으로 구성된다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 종래의 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 엔진(10)은 현재 사용중인 가솔린 자동차의 내연기관과 동일한 개념으로 제작된 것으로 하이브리드 자동차에 탑재하기 위해 고효율의 고정 회전수를 갖는 엔진으로 제작된다. 이러한 고정 회전수 특성에 힘입어 현재의 가솔린 자동차의 배기가스보다 더 청정한 배기가스를 배출하기 때문에 저공해 자동차로서의 잇점을 구비한다. 이러한 엔진(10)은 발전기(20)와 기계적으로 직결되어 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키게 된다.

상기 발전기(20)는 영구자석((Permanent Magnet)형 발전기로서, 그 대략적인 구조는 발전기 고정자의 소정위치에 고정되어 설치된 전기자 코일, 상기 전기자 코일과 소정간격 이격되어 회전가능하도록 설치된 영구자석을 취부한 회전자로 설명할 수 있다. 이러한 구조에서 영구자석 회전자가 회전하게 되면 상기 전기자 코일과 상기 영구자석 회전자 사이에 플레밍의 오른손 법칙(Fleming's right hand rule)에 의한 기전력이 유기된다. 상기 발전기로부터 발생된 교류전원은 정류기를 통해 직류로 변환하게 된다.

상기 정류기(30)는 정류특성을 구비하고 있는 다이오드에 의해 구성되는바, 발전기(20)의 각상에 전기적으로 결선된 다이오드와 그 캐소드단에 상기 영구자석형 발전기(20)에서 출력되는 교류전압의 위상을 제어하는 다이리스터가 마련되어 교류전원을 직류전원으로 변환한다. 변환된 직류전원은 차량에 소요되는 모든 부하의 전력을 충당하게 된다. 그리고, 여분의 전류는 배터리(50)에 저장함으로써 하이브리드 자동차의 전 시스템에 대한 에너지 효율을 높이는 역할을 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 하이브리드 자동차의 배터리 충전 방식에서는 엔진의 급격한 회전변화에 의해 발전기에서 발생되는 과전류를 효과적으로 제어할 수 없다. 따라서, 이 과전류가 배터리에 직접 인가됨으로써 배터리를 과열시키게 되고, 더 나아가 열화에 의한 배터리 자체의 소손을 일으키는 문제점이 있었다.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발전기에서 발생되는 전원이 과전류인경우 이를 차단하여 배터리를 보호하는 배터리 과충전 전류 제한 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 배터리 충전 블럭도,

도 2는 본 고안에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 과충전 전류 제한 장치.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 엔진 20 : 발전기

30 : 정류기 40 : 부하

50 : 배터리 60 : 션트저항

70 : 제어장치

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 연료를 공급받아 동력에너지를 발생시키는 동력발생장치, 상기 동력발생장치에서 발생된 동력에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지변환장치, 상기 에너지변환장치에서 발생된 전기에너지를 정류하는 정류소자, 상기 정류소자에서 정류된 전기에너지를 충전하고 이를 필요에 따라 방전하는 배터리, 상기 정류기와 상기 배터리 사이에 접속되어 상기 배터리에 흐르는 전류의 크기를 분류하는 션트저항, 상기 션트저항에서 분류된 전류의 크기가 일정치 이상이면 상기 정류소자를 오프 제어하는 제어장치로 구성된다.

이하, 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 고안에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 과충전 보호 장치의 제어 블록도이다.

도 2를 보면, 내연기관인 엔진(10), 상기 엔진(10)과 기계적으로 직결되어 엔진(10)의 동력을 전기에너지로 변환시키는 발전기(20), 상기 발전기(20)에서 발생된 교류전원을 정류시켜 직류전원으로 변환시키는 정류기(30), 상기 정류기(30)에서 공급된 전기에너지를 기계적 동력에너지 및 타 에너지 형태로 변환하여 소비시키는 부하, 발전기(20)에서 발생된 전기에너지중 여분의 전기에너지를 저장하였다가 다시 방전시켜 사용할 수 있는 배터리(50), 상기 배터리(50)에 인가되는 전기에너지의 전류치를 분류하는 션트저항(shunt)(60), 션트저항(60)에서 분류된 전류치를 인가받아 배터리(50)에 인가되는 전기에너지가 과전류로 판단되면, 정류기(30)를 제어하여 배터리(40)에 인가되는 전기에너지를 제어할 수 있는 제어장치(70) 등으로 구성된다.

상기 구성요소중 도 1과 동일한 참조부호는 같은 구성요소를 표시하며 이에 대한 설명은 전술한 내용으로 대신한다.

상기 션트저항(shunt)(60)은 측정하고자 하는 전로에 흐른는 전류치가 큰경우 상기 전로와 병렬로 회로를 구성한 다음, 이에 병렬회로에 설치되어 처음 인가된 전류를 분류하여 전류의 크기를 낮추고, 이를 쉽게 측정하도록 하여 측정된 전류치를 연산하여, 측정하고자 하는 전로의 전류치를 알수 있게 된다.

이와 같이 구성된 하이브리드 자동차용 배터리 과충전 전류 제한 장치의 동작 설명을 하면 다음과 같다.

상기 엔진(10)은 현재 사용중인 가솔린 자동차의 내연기관과 동일한 개념으로 제작된 것으로 하이브리드 자동차에 탑재하기 위해 고정 회전수의 특성을 갖도록 제작된다. 이 엔진(10)은 발전기(20)와 기계적으로 직결되어 있어 기계적에너지를 발전기(20)에 공급하고 발전기(20)로부터 전기적에너지를 출력 받는다. 이 출력된 전기에너지는 교류전원으로서 이를 전기자동차에 효과적으로 사용하기 위해 정류기(30)를 통해 직류전원으로 변환시키게 된다. 즉, 발전기(20)의 영구자석형 회전자가 회전하게 되면 플레밍의 오른손 법칙(Fleming's right hand rule)에 의해 코일권선에 기전력이 유기되는데, 이 기전력이 정류특성을 구비하고 있는 정류소자 회로에 인가되면 이로부터 정류된 직류전원을 얻게 된다. 즉, 상기 정류소자 회로는 다이오드와 실리콘 제어 정류소자(silicon controlled rectifier)로 정류 및 위상제어를 수행하여 직류전원을 얻게 된다. 이 정류된 직류전원은 하이브리드 자동차에서 소요되는 모든 부하(40)에 전원을 공급하고, 여분의 전류를 배터리(50)에 저장한다. 상기 배터리(50)에 저장되는 전기에너지는 션트저항(60)을 통해 배터리(50)로 충전되는데, 션트저항(60)은 측정하고자 하는 전로에 병렬로 회로를 구성한 다음, 병렬회로에 설치된다. 따라서, 전로에 흐르는 전류를 션트저항이 결선된 병렬회로에도 흐르게 하여 전류를 분류시킬 수 있게 된다. 이 병렬회로에 의해 분류된 전류는 션트저항에 의해 전류값이 더욱 작게 되고 이 작은 전류값을 제어장치(70)에 인가하여 정류기(30)를 제어하기 위한 제어신호로 활용한다. 제어장치(70)는 션트저항(60)으로부터 인가된 소정치의 전류값과 미리 입력된 정전류일때의 분류기(60) 출력 전류값을 비교하여 분류기(60)로부터 인가된 소정치의 전류값이 더 클경우 이를 과전류 인가상태로 판단하여 배터리(50)에 인가되는 것을 제어하게 된다. 즉, 제어장치(70)에서 배터리(50)에 인가되는 전류값이 과전류로 판단되면 제어장치(70)는 정류기(30)의 실리콘 제어 정류소자의 게이트 단자에 로우신호를 인가하여 게이트 단자의 전위를 떨어뜨려 실리콘 제어 정류소자를 턴-오프 시킨다. 따라서, 부하 및 배터리에 인가되는 과전류를 효과적으로 차단시킨다. 그리고, 배터리(50)에 인가되는 전원이 정전류 상태로 복귀되면 제어장치(70)는 정류기(30)의 실리콘 제어 정류소자의 게이트 단자에 하이신호를 인가하여 게이트 단자의 전위를 상승시켜 트리거 시킴으로써 실리콘 제어 정류소자를 턴-온 하게 된다. 따라서, 정상적인 직류전원을 부하 및 배터리에 공급할 수 있게 된다.

그밖에 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 변경하여 실시할 수 있다.

이상에서 설명하였듯이 본 고안에 따른 배터리 과충전 전류 제한 장치는, 분류기를 통해 배터리에 인가되는 과전류를 검출하여 정류기의 정류소자를 제어함으로써 배터리에 인가되는 과전류를 효과적으로 차단할 수 있게 된다. 따라서, 배터리의 수명사이클을 연장시킬 수 있으며 또한, 과전류에 의한 열화를 막을 수 있어 배터리의 신뢰성 향상에 효과가 있다.

Claims

연료를 공급받아 동력에너지를 발생시키는 동력발생장치, 상기 동력발생장치에서 발생된 동력에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지변환장치, 상기 에너지변환장치에서 발생된 전기에너지를 정류하는 정류소자, 상기 정류소자에서 정류된 전기에너지를 충전하고 이를 필요에 따라 방전하는 배터리, 상기 정류기와 상기 배터리 사이에 병렬회로를 구성하여 상기 배터리에 흐르는 전류의 크기를 분류하는 션트저항, 상기 션트저항에 의해서 분류된 전류의 크기가 미리 설정된 전류값 이상이면 과전류로 판단하여 상기 정류소자를 오프 제어하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 전류 제한 장치.