KR100213760B1 - 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차부하(즉, 모터부하)가 가변하는 경우에 있어서도, 배터리 충전특성이 좋은 다단계 정전류충전을 행할 수 있는 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템을 제공한다.

이를 위해 본 발명은, 하이브리드 자동차용 배터리(4)와, 하이브리드 자동차에서 배터리(4)를 충전시키기 위한 보조전원장치 구동용 엔진(1), 이 엔진(1)에 의해 구동되는 하이브리드 자동차용 발전기(2), 이 발전기(2)의 전압, 전류를 제어하는 발전기 제어장치(즉, 정전압 제어장치; 3), 하이브리드 자동차용 구동모터(5), 배터리(4)의 상태를 감지하는 배터리 상태 감지기(6), 상기 발전기(2)와 구동모터(5) 사이에 설치되어 발전기(2)로부터의 출력전류를 감지하여 발전기 제어장치(3)의 제어에 따라 다단계 정전류를 흘리는 전류감지기(7), 이 전류감지기(7)의 출력과 배터리(4) 사이에 설치되어 발전기 제어장치(3)의 제어에 따라 정상충전시에는 단락되고 방전시에는 개방되는 제1스위치(8) 및, 상기 배터리(4)와 구통모터(5) 사이에 설치되어 발전기 제어장치(3)의 제어에 따라 정상충전시에는 개방되고 방전시에는 단락되는 제2스위치(9)를 구비하고 있다.

Description

하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템

본 발명은 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템에 관한 것으로, 특히 다단계 정전류충전을 행할 수 있도록 된 배터리 충전시스템에 관한 것이다.

종래, 일반적으로 가장 널리 사용되고 있는 정전압 충전시스템의 하나로서, 하이브리드 자동차용 발전기의 전압을 정전압으로 유지하고, 배터리의 상태를 자동적으로 감지하여 배터리를 충전하는 자동감지 충전방식이 있다.

도 1은 종래의 하이브리드 자동차용 배터리 충전장치의 블럭구성도이다. 동도에 있어서, 도면번호 4는 하이브리드 자동차용 배터리, 1은 하이브리드 자동차에서 배터리(4)를 충전시키기 위한 보조전원장치 구동용 엔진, 2는 엔진(1)에 의해 구동되는 하이브리드 자동차용 발전기, 3은 발전기(2)의 전압, 전류를 제어하는 발전기 제어장치(즉, 정전압 제어장치), 5는 하이브리드 자동차용 구동모터, 6은 배터리(4)의 상태를 감지하는 배터리 상태 감지장치이다.

이러한 종래기술에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전장치의 동작은 다음과 같다. 즉, 종래기술에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전장치는, 배터리 상태 감지장치(6)로 배터리(4)의 상태를 감지하여 규정된 상태 이하인 경우에, 엔진(1)을 구동시켜 발전기(2)를 구동시킨다. 이때, 발전기(2)에서 발전한 전압을 발전기 제어장치(3)에 의해 정전압으로 유지하고, 이 정전압으로 배터리(4)를 충전시킨다. 이 상태에서, 배터리(4)의 상태가 규정된 값 이상이라고 배터리 상태 감지장치(6)에서 감지되면, 엔진(1)을 끄고, 발전기(2)의 구동을 정지함으로써, 충전이 중지된다. 이후는 충전한 배터리(4)에 의해 하이브리드 자동차용 구동모터(5)를 구동시키도록 되어 있다. 도 2는 종래기술에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전장치의 충전개념도를 나타낸다.

그렇지만, 상술한 바와 같은 종래기술에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전장치에서는, 배터리가 규정된 값 이하의 경우, 엔진을 구동시키고 발전기를 구동시켜 배터리를 충전시키도록 되어 있으므로, 초기에는 과도한 충전전류가 흘러 배터리의 수명 및 충전효율면에서 그다지 바람직하지 못하고, 또한 일정한 배터리 상태 이상에서는 충전전류의 양이 상당히 적어지기 때문에 충전시간도 길어지게 되는 등의 문제가 있다. 그리고 이러한 상태가 여러번 반복되면 배터리의 특성이 약화되어 수명이 짧아지게 되는 문제도 있다.

상기한 바와 같이 종래기술에 따른 하이브리드 자동차용 충전장치에서는, 배터리의 수명 및 충전효율면에서 그다지 바람직하지 못하고, 또 충전시간도 길어지며, 배터리의 특성이 약화되어 수명이 짧아지게 되는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은 자동차부하(즉, 모터부하)가 가변하는 경우에 있어서도, 배터리 충전특성이 좋은 다단계 정전류충전을 행할 수 있는 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템을 제공하는데 있다.

제1도는 종래기술에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전장치의 블럭구성도.

제2도는 제1도의 하이브리드 자동차용 배터리 충전장치의 충전개념도.

제3도는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템의 블럭구성도.

제4도는 제3도의 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템의 충전개념도.

제5도는 제3도의 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템의 다른 충전개념도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하이브리드 자동차용 엔진 2 : 하이브리드 자동차용 발전기

3 : 발전기 제어장치(정전압 제어장치) 4 : 하이브리드 자동차용 배터리

5 : 하이브리드 자동차용 구동모터 6 : 배터리 상태 감지장치

7 : 전류감지기 8 : 제1스위치

9 : 제2스위치

상기한 목적을 달성하기 위해 본원의 제1발명에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템은, 배터리와, 이 배터리를 충전시키기 위한 보조전원장치 구동용 엔진, 이 엔진에 의해 구동되는 하이브리드 자동차용 발전기, 이 발전기의 전압, 전류를 제어하는 제어장치, 구동모터 및, 상기 배터리의 상태를 감지하는 배터리 상태 감지기를 갖춘 하이브리드 자동차용 배터리 충전장치에 있어서, 상기 발전기와 상기 구동모터 사이에 설치되어 상기 발전기로부터의 출력전류를 감지하여 상기 제어장치의 제어에 따라 다단계 정전류를 흘리는 전류감지기를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 본원의 제2발명에 따른 하이드리드 자동차용 배터리 충전시스템은, 제1발명에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템에 있어서, 상기 전류감지기의 출력과 상기 배터리 사이에 설치되어 상기 제어장치의 제어에 따라 정상충전시에는 단락되고 방전시에는 개방되는 제1스위치와, 상기 배터리와 상기 구동모터 사이에 설치되어 상기 제어장치의 제어에 따라 정상충전시에는 개방되고 방전시에는 단락되는 제2스위치를 더 구비하고, 상기 제1 및 제2 스위치에 의해 가변하는 모터부하에 따라 배터리의 충·방전경로를 분리하여 상기 다단계 정전류제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템의 블럭구성도, 도 4는 도 3의 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템의 충전개념도, 도 5는 도 3의 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템의 다른 충전개념도이다. 도 3에서, 도 1과 동일한 부분에는 동일한 도면번호를 병기하고, 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템은, 종래와 같은 하이브리드 자동차용 배터리(4)와, 하이브리드 자동차에서 배터리(4)를 충전시키기 위한 보조전원장치 구동용 엔진(1), 이 엔진(1)에 의해 구동되는 하이브리드 자동차용 발전기(2), 이 발전기(2)의 전압, 전류를 제어하는 발전기 제어장치(즉, 정전압 제어장치; 3), 하이브리드 자동차용 구동모터(5), 배터리(4)의 상태를 감지하는 배터리 상태 감지기(6) 외에, 상기 발전기(2)와 구동모터(5) 사이에 설치되어 발전기(2)로부터의 출력전류를 감지하여 발전기 제어장치(3)의 제어에 따라 정전류를 흘리는 전류감지기(7)와, 이 전류감지기(7)의 출력과 배터리(4) 사이에 설치되어 발전기 제어장치(3)의 제어에 따라 정상충전시에는 단락되고 방전시에는 개방되는 제1스위치(8) 및, 배터리(4)와 구통모터(5) 사이에 설치되어 발전기 제어장치(3)의 제어에 따라 정상충전시에는 개방되고 방전시에는 단락되는 제2스위치(9)를 더 구비하고 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 배터리 상태 감지기(6)에서 배터리(4)의 충전상태를 감지한다. 즉, 초기에는 배터리(4)에 의해 모터(5)가 구동되고, 이 상태가 계속되면 배터리(4)의 SOC(state of charge)가 떨어지게 된다. 배터리(4)의 SOC가 계속 떨어져서 규정된 값이하로 되면, 배터리 상태 감지기(6)는 발전기 제어장치(3)로 신호를 보내 이 신호에 따라 엔진(1)을 구동시키게 된다. 이에 따라, 발전기(2)도 구동되어 배터리(4)를 충전시키게 되는데, 초기에는 SOC가 낮으므로 과도한 전류가 흘러 배터리(4)가 고온·과압으로 될 가능성이 있다.

따라서, 이와 같이 배터리(4)가 고온·과압으로 되는 것을 방지하기 위해서, 제4도의 충전개념도에 나타낸 바와 같이 배터리(4)의 SOC에 따른 미리 규정된 적절한 전류, 즉 정전류로 배터리(4)를 충전시키도록 하고 있다. 이 상태에서, SOC 가 증가하면 그에 따른 다른 단계전류(정전류)를 배터리충전에 사용해 배터리(4)의 고온·과압으로 되는 것을 방지하여 배터리의 수명과 충전효율을 증가시키도록 되어 있다. 이러한 정상충전상태에서, 구동모터의 급가속이나 오르막길 주행등과 같이 많은 모터전류가 필요한 경우에는, 발전기(2)의 발전전류가 전부 모터의 부하전류로 되므로 배터리가 방전하게 되는 경우도 생길 수 있다. 이 상태에서는, 배터리 충전전류가 없으므로, 제1스위치(8)는 단락(close)상태, 제2스위치(9)는 개방(open)상태로 한다.

정상충전시의 경우는, 반대로 제1스위치(8)는 개방상태, 제2스위치(9)는 단락상태로 한다. 즉, SOC 가 낮은 상태에서는 SOC 가, 높아짐에 따라 정전류충전을 하기 위해 발전기(2)의 발전전압을 동일 단계내에서는 선형적으로 증가시킨다. 그 다음 단계의 경우는, SOC 의 증가에 따라 충전전류의 양도 줄어 들게 되므로, 그 단계에 맞는 충전전류로 되도록 전압을 조절한 후 발전기의 발전전압을 가변하여 동일 단계내에서는 다시 선형적으로 증가시킨다. 이러한 방법으로, 전압을 조절하여 정전류 다단계 충전을 시킨다(도 4 참조). 이와 같이 해서, 가변하는 부하상태에 따라 다단계 정전류 배터리충전을 행할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 정전압 충전에 의한 배터리 초기 충전시의 배터리의 고온·과압에 따라 배터리의 성능이 약화되는 종래기술의 문제점을 해결하여, 배터리 충전특성을 개선하고, 가변하는 모터 부하전류하에서도 다단계 정전류 배터리충전을 행할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 엔진(1)과, 상기 엔진(1)에 의해 구동되는 발전기(2)와, 상기 발전기(2)에 의해 발전된 전류를 공급받아 충전되는 배터리(4)와, 상기 배터리(4) 및 발전기(2)로부터 출력전류를 공급받아 차륜을 구동하는 구동모터(5)와, 상기 배터리(4)의 충전상태를 감지하는 배터리상태감지기(6)와, 상기 배터리상태감지기(6)로부터 감지된 배터리(4)의 충전상태가 규정값보다 낮아지면 상기 엔진(1)을 구동시키고 상기 발전기(2)의 출력을 제어하는 발전기제어장치(3)를 갖춘 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템에 있어서, 상기 배터리(4) 충전시, 사익 발전기제어장치(3)로부터 상기 배터리(4)의 충전상태에 따른 미리 정해진 정전류제어신호를 인가받아 상기 발전기(2)의 출력전압을 감지하여 상기 배터리(4)의 충전상태에 따라 다단계의 정전류으로 상기 배터리(4)가 충전되도록 상기 발전기(2)와 상기 배터리(4) 사이에 전기적으로 접속된 전류감지기(7)와, 상기 전류감지기(7)와 배터리(4)사이에 설치되며 상기 전류감지기(7)의 출력 전류가 상기 배터리(4)로 충전되도록 상기 발전기제어장치(3)로부터 신호를 인가받아 단락되는 제1스위치(8)와, 상기 배터리(4)와 상기 구동모터 (5)사이에 설치되며 충전시 상기 배터리(4)의 충전전류가 상기 구동모터(5)로 공급되지 않도록 상기 발전기제어장치(3)로부터 신호를 인가받아 개방되는 제2스위치(9)를 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 배터리 충전시스템.