KR100912404B1 - 자전거 및 그의 전력제어방법 - Google Patents

자전거 및 그의 전력제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자전거 및 그의 전력제어방법에 관한 것으로, 충전 및 방전이 가능한 배터리, 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 구동하는 모터, 상기 모터가 구동 중지된 상태에서 페달력을 이용하거나 내리막길 주행시 또는 제동동작시 구동륜에서 발생되는 충전전력을 상기 배터리에 충전하는 충전회로, 상기 배터리의 소비전력 단계 및 상기 배터리를 충전하는 발전전력 단계를 선택하는 선택수단 및 상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행 도중에 상기 선택수단에 의해 선택된 소비전력 단계에 기초하여 상기 모터의 최대 출력을 제한하고, 상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행 도중에 내리막길 주행시 또는 제동동작시 기 설정된 발전전력 단계에 기초하여 상기 배터리의 최대 충전전력을 제한하여 상기 구동륜에서 발생되는 충전전력을 상기 배터리에 충전하며, 페달력을 이용해 상기 배터리를 충전하는 자가발전 주행모드로 주행 도중에 상기 선택수단에 의해 선택된 발전전력 단계에 기초하여 상기 구동륜에서 발생되는 충전전력을 이용해 상기 배터리의 최대 충전전력을 제한하여 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기한 바와 같은 자전거를 이용하는 것에 의하여, 자전거의 배터리에서 공급되는 전력과 배터리를 충전하는 전력을 자전거의 주행환경 및 주행상태에 따라 제어할 수 있다.
Figure R1020090050284
자전거, 모터, 충전전력, 소비전력

Description

자전거 및 그의 전력제어방법{BICYCLE AND METHOD FOR POWER CONTROL THEREOF}
본 발명은 자전거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리로부터 모터에 공급되는 소비전력과 배터리에 충전되는 충전전력을 단계별로 조절하여 제어하는 자전거 및 그의 전력제어방법에 관한 것이다.
자전거는 사용자의 페달링(pedaling)에 의한 페달력을 이용하여 주행하는 것이다. 따라서 평지에서는 그 주행에 어려움이 없으나, 언덕 등의 경사로를 올라갈 때에는 많은 힘이 필요하게 되는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 최근에는 사용자의 페달력에 더해 모터의 구동력을 사용하여 주행할 수 있도록 모터를 장착한 자전거가 개발되었다.
이러한 기술의 일예가 대한민국 공개특허공보 2007-0113523호(2007년 11월 29일 공개)와 2003-0024010호(2003년 3월 26일 공개) 등에 개시되어 있다.
이와 같이, 모터를 장착한 자전거에는 모터의 구동력을 제어하는 제어장치가 구비된다. 상기 제어장치는 주행모드를 선택하는 모드스위치, 모터의 구동력을 선택하는 스로틀 및 페달의 회전을 감지하는 회전감지센서와 같은 각 감지수단의 신호에 따라 모터의 구동을 제어하게 된다.
종래의 자전거는 배터리에서 각 장치로 공급되어 소비되는 소비전력을 제어하는 기능을 제공하지 않았다. 마찬가지로, 종래의 자전거는 제동동작시 또는 내리막길에서 모터가 관성에 의해 회전하면서 발생되는 충전전력을 이용해 배터리를 충전하는 경우, 충전전력을 제어하는 기능을 제공하지 않았다.
이에 따라, 종래의 자전거는 자전거의 주행상태와 무관하게 일정한 소비전력을 소비하고, 일정한 충전전력을 배터리에 충전함으로써, 불필요하게 소비되는 전력이 증가하고, 충전 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 자전거에서 후륜의 관성에 의해 발생되는 충전전력과 배터리의 소비전력을 단계별로 제어하는 자전거 및 그의 전력제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 충전 및 방전이 가능한 배터리, 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 구동하는 모터, 상기 모터가 구동 중지된 상태에서 페달력을 이용하거나 내리막길 주행시 또는 제동동작시 구동륜에서 발생되는 충전전력을 상기 배터리에 충전하는 충전회로, 상기 배터리의 소비전력 단계 및 상기 배터리를 충전하는 발전전력 단계를 선택하는 선택수단 및 상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행 도중에 상기 선택수단에 의해 선택된 소비전력 단계에 기초하여 상기 모터의 최대 출력을 제한하고, 상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행 도중에 내리막길 주행시 또는 제동동작시 기 설정된 발전전력 단계에 기초하여 상기 배터리의 최대 충전전력을 제한하여 상기 구동륜에서 발생되는 충전전력을 상기 배터리에 충전하며, 페달력을 이용해 상기 배터리를 충전하는 자가발전 주행모드로 주행 도중에 상기 선택수단에 의해 선택된 발전전력 단계에 기초하여 상기 구동륜에서 발생되는 충전전력을 이용해 상기 배터리의 최대 충전전력을 제한하여 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 선택수단은 주행에 필요한 작동명령을 입력받고 상기 모터의 작동상태를 표시하는 콘솔에 설치되는 업/다운 키인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 주행모드를 선택하는 단계, 상기 선택한 주행모드가 모터의 구동력을 이용한 주행모드인 경우, 상기 모터의 소비전력 단계를 선택하는 단계, 상기 선택된 소비전력에 기초하여 상기 모터의 최대 출력을 제한하여 상기 모터를 구동하는 단계, 상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행 도중에 내리막길 주행시 또는 제동동작시, 기 설정된 발전전력 단계에 기초하여 구동륜에서 발생되는 충전전력을 이용해 배터리를 충전하는 제 1충전단계, 상기 선택한 주행모드가 페달링을 이용한 자가발전 주행모드인 경우, 발전전력 단계를 선택하는 단계 및 상기 선택된 발전전력 단계에 기초하여 구동륜에서 발생되는 충전전력을 이용해 배터리를 충전하는 제 2충전단계를 포함하고, 상기 제 1충전단계는 상기 배터리의 전압을 검출하고, 검출된 배터리 전압이 불완전충전 상태인 경우, 상기 배터리를 충전하는 단계와 상기 검출된 배터리 전압이 완전충전 상태인 경우, 상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행하는 단계를 포함하며, 상기 제 2충전단계는 상기 배터리의 전압을 검출하고, 검출된 배터리 전압이 불완전충전 상태인 경우, 상기 배터리를 충전하는 단계와 상기 검출된 배터리 전압이 완전충전 상태인 경우, 상기 배터리의 충전을 중지하고 페달링에 의한 일반 주행모드로 주행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 자전거의 배터리에서 공급되는 전력을 자전거의 주행환경 및 주행상태에 따라 단계별로 제어함으로써, 불필요하게 소비되는 전력을 최소화하여 모터의 구동력을 이용한 자전거의 주행거리를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리를 충전하는 전력을 자전거의 주행환경 및 주행상태에 따라 단계별로 제어함으로써, 자전거의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거 및 그의 전력제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거의 구성이 사시도로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 자전거의 구성이 블록 구성도로 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1에 도시된 콘솔의 구성이 평면도로 도시되어 있다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거의 전체 구성을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자전거의 프레임(1)의 선단에는 전륜(2)이 구비되고, 후단에는 후륜(3)이 구비된다. 상기 후륜(3)은 일반적으로 구동륜이 된다. 즉, 상기 후륜(3)은 아래에서 설명할 모터(30)의 구동력 또는 사용자가 페달(7)을 밟는 페달링(pedaling)에 의해 발생되는 페달력에 따라 회전한다. 상기 후륜(3)의 회전축에는 페달링에 의한 페달력을 전달받는 종동스프라켓(3a)이 설치된다.
상기 프레임(1)의 선단 상부에는 핸들(4)이 구비되어 상기 전륜(2)의 주행방 향을 제어할 수 있게 한다. 상기 핸들의 일측에는 상기 자전거의 작동을 위한 명령을 입력하고, 각종 작동상태를 표시하는 콘솔(13)이 설치된다.
상기 프레임(1)의 상부 일측에는 사용자가 앉을 수 있는 안장(5)이 구비된다.
상기 프레임(1)의 중앙부에 구비되는 페달축에는 크랭크(6)와 구동스프라켓(8)이 설치되고, 상기 크랭크(6)의 일단부에는 페달(7)이 구비된다. 상기 페달(7)은 사용자의 페달력을 전달받는 부분이다. 그리고, 상기 페달링에 의한 페달력에 따른 구동스프라켓(8)의 회전을 후륜(3)의 종동스프라켓(3a)으로 전달하는 체인(9)이 구비된다.
상기 안장(5)의 하부에 구비되는 프레임(1)에는 배터리(10) 및 제어모듈(20)이 설치되고, 상기 후륜(3)의 회전축 상에는 상기 배터리(10)로부터 전원을 공급받아 구동력을 발생하는 모터(30)가 설치된다.
상기 구동스프라켓(8)에는 구동스프라켓(8)의 회전속도를 감지하는 회전감지센서(17)가 구비되고, 상기 핸들(4)의 양측에는 상기 자전거를 제동하도록 제동동작을 선택하는 브레이크레버(18)가 구비된다. 상기 회전감지센서(17)와 브레이크레버(18)는 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
다음, 도 2를 살펴보면, 본 발명의 자전거는 배터리(10), 충전회로(11), 모터구동부(12), 콘솔(13), 회전감지센서(17), 브레이크레버(18), 제어모듈(20) 및 모터(30)를 포함하여 구성된다.
배터리(10)는 충전 가능한 배터리이며, 콘솔(13), 제어모듈(20) 및 모터(30) 에 전원을 공급한다.
충전회로(11)는 상기 배터리(10)의 전압을 감지하여 제어모듈(20)로 전달하고, 페달링에 의한 페달력에 의해 회전하거나, 내리막길 주행시 또는 제동동작시 관성에 의해 회전하는 후륜(3)에서 발생하는 충전전력을 상기 배터리(10)에 충전한다.
모터구동부(12)는 모터(30)에 구동신호를 전달하도록 스위칭 역할을 수행하기 위해 3상 풀 브리지(3-Phase Full Bridge) 방식으로 이루어진다. 상기 모터구동부(12)는 3상 풀 브리지를 이루는 6개의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT'라 함)(S1 내지 S6)와 상기 IGBT에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 방열부(Heat Sink)(도면 미도시)를 구비한다.
상기 충전회로(11)와 모터구동부(12) 사이에는 콘덴서(C1)가 병렬로 연결된다. 상기 콘덴서(C1)는 제동동작시 모터(31)에서 발생되는 충전전력을 일시적으로 충전한 후, 충전된 충전전력을 충전회로(11)에 제공한다. 이에 따라, 상기 충전전력이 배터리(10)에 직접 공급됨에 따른 배터리(10)의 손상을 방지할 수 있다.
상기 콘솔(13)은 핸들(4)에 설치되고, 상기 자전거의 작동을 위한 명령을 입력하고, 각종 작동상태를 표시하는 역할을 수행한다.
이를 위해, 상기 콘솔(13)은 주행모드를 선택하는 모드스위치(14), 모터(30)의 구동력을 선택하는 스로틀(15) 및 모터(30)의 주행모드를 포함한 각종 작동상태를 표시하는 표시모듈(16)을 포함하여 이루어진다.
상기 주행모드는 모터(30)의 구동력을 이용한 스로틀 주행모드, 페달링에 의 한 페달력을 이용한 일반 주행모드, 페달링에 의한 페달력을 이용해 후륜(3)을 회전시켜 얻어지는 충전전력을 배터리(10)에 충전하는 자가발전 주행모드 및 페달링에 의한 페달력과 모터(30)의 구동력을 동시에 이용하는 동력보조 주행모드를 포함한다. 상기 콘솔(13)의 구성은 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
회전감지센서(17)는 구동스프라켓(8)의 회전속도를 감지하여 그 감지신호를 제어모듈(20)로 전달한다. 이에 따라, 제어모듈(20)은 구동스프라켓(8)의 회전속도에 기초해서 모터(30)의 구동을 제어하여 모터(30)의 구동력과 페달링에 의한 페달력을 동시에 이용하는 동력보조시스템(Power Assistance System)의 동력보조 주행모드로 주행하도록 제어한다.
브레이크레버(18)는 상기 전륜(2) 및 후륜(3)에 설치된 브레이크모듈(도면 미도시)과 각각 연결되어 상기 핸들(4)의 양측에 설치되고, 상기 자전거를 제동하도록 제동동작을 선택한다.
제어모듈(20)은 상기 모드스위치(14)가 스로틀 주행모드 또는 동력보조 주행모드를 선택하면 배터리(10)의 전원을 모터(30)에 공급하여 모터(30)를 구동하고, 제동동작시와 내리막길 주행시에 모터(30)의 구동을 중지시킨 상태에서 후륜(3)이 관성에 의해 회전하면서 발생하는 충전전력을 배터리(10)에 충전하도록 제어한다. 또한, 제어모듈(20)은 상기 모드스위치(14)가 모터(30)의 자가발전 주행모드를 선택하면 페달링에 의한 페달력을 이용해 배터리(10)를 충전하도록 제어한다. 특히, 제어모듈(20)은 콘솔(13)에 구비된 업/다운 키(51, 52)의 선택에 따라 소비전력 단계 및 발전전력 단계를 설정하여 소모 전류량 및 충전 전류량을 제어한다.
이를 위하여, 상기 제어모듈(20)은 속도산출부(21), 축변환부(22), 속도제어부(23), 약계자제어부(24), 전류제어부(25) 및 전압제어부(26)를 구비한다.
속도산출부(21)는 아래에서 설명할 모터(30)에 구비되는 홀센서(31)의 출력신호에 따라 회전자의 위치를 검출하여 모터(30)의 회전속도(ωM)를 산출한다. 그리고, 축변환부(22)는 홀센서(31)로부터 검출된 회전자의 위치를 이용해 산출된 회전각도(θM)에 따라 모터(30)의 전류감지수단(32)을 통해 감지된 전류(iABC)를 3상에서 2상으로 축변환시켜 전류제어부(25)로 전달한다.
속도제어부(23)는 상기 속도산출부(21)로부터 산출된 회전속도(ωM)를 기반으로 상기 스로틀(15) 또는 회전감지센서(17)에 의해 목표속도를 설정한다. 그리고, 상기 속도제어부(23)는 설정된 목표속도로 모터(30)를 구동하도록 비례적분 제어(Propotional Integral Control)를 수행하여 고정자 전류토크(iq)를 발생시키고, 발생된 고정자 전류토크(iq)를 전류제어부(25)로 전달한다.
약계자제어부(24)는 모터(30)로부터 발생되는 역기전력을 감소시키기 위해 계자전류를 감소시키도록 제어함에 따라 발생되는 자속(id)을 전류제어부(24)로 전달한다. 이와 같은 상기 약계자제어부(24)의 약계자 제어(Flux Weakening)에 의해 모터(30)의 회전속도(ωm)가 상승한다.
전류제어부(25)는 모터(30)의 구동/발전 모드에 따라 전류의 방향을 제어한다. 즉, 모터(30)의 구동모드시, 상기 전류제어부(25)는 상기 모터구동부(12)의 IGBT 제어(Gate On/Off)를 통해 속도제어부(23)로부터 전달된 고정자 전류토크(iq)와 약계자제어부(24)로부터 전달되는 자속(id)의 비례적분 제어를 수행한 고정자 전압토크(vq) 및 자속(vd)을 전압제어부(26)로 전달한다. 그리고, 모터(30)의 발전모드시, 상기 전류제어부(25)는 상기 모터구동부(12)의 IGBT 제어(Gate On/Off)를 통해 후륜(3)에서 발생된 충전전력이 배터리(10)에 충전되도록 전류방향을 콘덴서(C1) 쪽으로 제어한다.
전압제어부(26)는 상기 전류제어부(25)로부터 전달되는 고정자 전압토크(vq)및 자속(vd)을 공간 벡터 펄스폭변조(Space Vector Pulse Width Modulation, 이하 'SVPWM'이라 함) 제어를 수행한 제어신호를 상기 모터구동부(12)로 전달한다.
모터(30)는 내부의 전기자가 고정되고, 영구자석인 계자가 회전하는 외전형(外轉形) 블러시리스 직류모터(Brushless Direct Current Motor)로 구성된다.
상기 모터(30)의 내부에는 회전속도를 감지하는 홀센서(31)와 상기 모터(30)에 공급되는 전류(iABC) 및 후륜(3)에서 발생되는 충전전력의 전류(iABC)를 감지하는 전류감지수단(32)이 구비된다. 상기 전류감지수단(32)은 저항 또는 변류기(Current Transformer)를 사용하는 것이 바람직하다.
이어, 도 3을 참조하여 콘솔(13)의 구성을 상세하게 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 콘솔(13)은 박스 형상으로 형성되고, 하부에는 일체로 형성된 모드스위치(14)와 스로틀(15)이 설치된다.
상기 콘솔(13)의 상면에는 표시모듈(16)이 구비된다. 상기 표시모듈(16)은 콘솔(13)에 고장 또는 에러 발생시 점등되는 에러 표시영역(41)과 해당 고장항목의 에러코드를 표시하는 에러코드 표시영역(42)을 마련하다. 그리고, 상기 표시모듈(16)은 브레이크작동 표시영역(43), 주행속도 표시영역(44), 전류량 표시영역(45), 모터(30)의 발전 여부에 따른 발전/구동 표시영역(46, 47), 구동/발전단계 표시영역(48), 주행모드 표시영역(49) 및 배터리 잔량 표시영역(50)을 마련한다.
또한, 상기 콘솔(13)에는 상기 배터리(10)의 전류 소모량 또는 충전 전류량의 단계를 조절하는 업/다운 키(51, 52)와 상기 표시모듈(16)에 구비되는 백라이트(도면 미도시)를 온/오프하는 조명키(53)가 더 구비된다.
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거의 단계별 전력제어방법을 상세하게 설명한다.
도 4에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거의 단계별 전력제어방법을 설명하는 흐름도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 자전거의 단계별 전력제어방법은 모드스위치(14)가 사용자로부터 주행모드를 선택받으면서 시작된다(S10).
먼저, 모드스위치(14)가 스로틀/동력보조 주행모드로 선택된 경우(S11)에 수행되는 자전거의 단계별 전력제어방법을 설명한다.
만약, 모드스위치(14)가 스로틀 주행모드로 설정된 경우, 스로틀(15)이 사용자에 의해 동작하여 목표속도를 선택받는다. 반면, 모드스위치(14)가 동력보조 주행모드로 설정된 경우, 페달(7)을 밟는 페달링에 의해 구동스프라켓(8)이 회전하 면, 회전감지센서(17)가 동작하여 페달(7)의 회전속도를 감지한다(S12).
그러면, 제어모듈(20)의 속도제어부(23)는 스로틀(15) 또는 회전감지센서(17)의 출력신호에 따라 목표속도를 설정한다. 이때, 제어모듈(20)은 콘솔(13)에 설치된 업/다운 키(51, 52)를 통해 선택되는 소비전력 단계를 설정한다(S13).
이어서, 제어모듈(20)은 단계 S13에서 설정된 목표속도 및 소비전력에 따라 모터(30)를 구동하도록 SVPWM 제어를 수행하여 제어신호를 발생시키고, 상기 제어신호를 모터구동부(12)로 출력한다. 그러면, 모터구동부(12)는 상기 제어신호에 따라 IGBT 제어(Gate On/Off)를 통해 모터(30)를 구동한다.
만약, 단계 S13에서 설정된 소비전력 단계가 1단계이면(S14), 제어모듈(20)은 모터(30)의 최대(max) 출력을 예를 들어 50%로 제한하여 모터(30)를 구동하도록 발생된 제어신호를 모터구동부(12)로 출력한다(S15).
그리고, 상기 설정된 소비전력 단계가 2단계이면(S16), 제어모듈(20)은 모터(30)의 최대 출력을 예들 들어 75%로 제한하여 모터(30)를 구동하도록 발생된 제어신호를 모터구동부(12)로 출력한다(S17).
반면, 상기 설정된 소비전력 단계가 3단계이면, 제어모듈(20)은 모터(30)의 최대 출력을 100%로 설정하여 모터(30)를 구동하도록 발생된 제어신호를 모터구동부(12)로 출력한다(S18).
그러면 모터(30)는 단계 S15, 단계 S17 및 단계 S18에서 각각 설정된 최대 출력 제한에 따라 구동된다(S19).
이와 같이, 본 발명은 소비전력 단계에 따라 최대 출력을 설정하여 배터 리(10)로부터 공급되는 소모 전류량을 조절함으로써, 배터리(10) 전원을 이용해 모터(30)를 구동하는 스로틀/동력보조 주행모드에서 자전거의 주행거리를 연장할 수 있다.
이와 같이 소비전력을 설정하고 모터의 최대 출력을 제어하는 과정에서 내리막길을 주행함에 따라 자전거의 현재속도가 목표속도보다 빠르거나, 브레이크레버(18)가 조작되어 제동동작이 수행된 경우(S20), 제어모듈(20)은 기 설정된 발전전력 단계를 검사한다(S21). 이때, 발전전력 단계는 관리자에 의해 미리 설정되거나 주행 시작시 또는 주행 도중에 사용자에 의해 설정될 수도 있다.
이어서, 충전회로(11)는 배터리(10)가 완전충전상태인가를 검사한다(S22).
만약, 단계 S22의 검사결과, 배터리(10)가 불완전충전 상태인 경우, 제어모듈(20)은 단계 S21의 검사결과에 의한 기 설정된 발전전력 단계에 따라 후륜(3)에서 발생되는 충전전력을 배터리(10)에 충전하도록 충전회로(11)를 제어하고(S23), 배터리(10) 전압이 기준전압보다 높게 충전될 때까지 단계 S22로 진행하여 충전동작을 반복 수행한다.
단계 S22의 비교결과, 배터리(10) 전압이 기준전압보다 높아지도록 배터리(10)의 충전동작이 완료되면, 제어모듈(20)은 주행이 종료되는가를 검사한다(S24). 단계 S24의 검사결과, 주행 종료시 제어모듈(20)은 모터(30)의 구동을 중지하여 주행을 종료하고, 계속 주행시에는 단계 S12로 진행하도록 제어한다.
다음, 모드스위치(14)가 일반/자가발전 주행모드로 선택된 경우(S25)에 수행되는 자전거의 단계별 전력제어방법을 설명한다.
먼저, 모드스위치(14)가 자가발전 주행모드로 선택된 경우(S26), 제어모듈(20)은 콘솔(13)에 구비된 업/다운 키(51, 52)를 통해 선택되는 발전전력 단계를 설정한다(S27). 그러면, 제어모듈(20)의 전류제어부(25)는 페달링에 의한 페달력을 이용해 후륜(3)을 회전시켜 발생되는 충전전력을 배터리(10)에 충전하도록 모터구동부(12)의 IGBT 제어(Gate On/Off)를 통해 전류방향을 제어한다.
이어서, 충전회로(11)는 배터리(10)의 전압을 검출하여 제어모듈(20)로 전달한다. 그러면, 제어모듈(20)은 검출된 배터리(10) 전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 배터리(10)가 완전충전 상태인가를 검사한다(S28).
단계 S28의 검사결과, 배터리(10)의 불완전충전 상태인 경우, 제어모듈(20)은 페달링에 의한 페달력 또는 후륜(3)에서 발생되는 충전전력을 이용하여 배터리(10)를 충전하도록 충전회로(11)를 제어한다.
만약, 단계 S28에서 설정된 발전전력 단계가 1단계이면(S29), 제어모듈(20)은 최대 충전전력을 예를 들어 30%로 제한하여 배터리(10)에 충전되는 충전 전류량을 설정한 상태에서 배터리(10)를 충전하도록 제어한다(S30).
그리고, 상기 설정된 발전단계가 2단계이면(S31), 제어모듈(20)은 최대 충전전력을 60%로 제한하여 상기 충전 전류량을 설정한 상태에서 배터리(10)를 충전하도록 제어한다(S32).
반면, 상기 설정된 발전단계가 3단계이면, 제어모듈(20)은 최대 충전전력 100%를 상기 충전 전류량으로 설정하여 배터리(10)를 충전하도록 제어한다(S33).
이어서, 제어모듈(20)은 단계 S30, 단계 S32 및 단계 S33에서 제한된 최대 충전전력에 의해 충전 전류를 발생시키고, 발생된 충전 전류를 배터리(10)에 충전하도록 충전회로(11)를 제어한다(S34).
즉, 제어모듈(20)은 배터리(10)를 충전하는 경우, 발전전력 단계를 설정하여 최대 충전전력을 제한함으로써, 본 발명은 자전거의 주행상태 및 주행환경에 따라 배터리(10)에 충전되는 충전 전류량을 선택적으로 조절한다.
한편, 단계 S34에서 배터리(10)의 충전동작이 완료되었거나, 단계 S28의 검사결과 배터리(10)가 완전충전 상태이거나 또는 단계 S26에서 모드스위치(14)가 일반 주행모드를 선택한 경우, 제어모듈(20)은 모터(30)의 구동을 중지하고, 자전거는 페달력을 이용해 일반 주행모드로 주행한다(S35).
이후, 제어모듈(20)은 주행이 종료되는가를 검사한다(S36). 단계 S36의 검사결과, 주행 종료시 제어모듈(20)은 자전거의 주행을 종료하고, 계속 주행시에는 단계 S26으로 진행하도록 제어한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 주행상태 및 주행환경에 따라 배터리의 소비전력 단계와 배터리를 충전하는 발전전력 단계를 설정하여 소비 전류량과 충전 전류량을 선택적으로 제어한다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거의 전체 구성을 보인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 자전거의 블록 구성도.
도 3은 도 1에 도시된 콘솔의 구성을 보인 평면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자전거의 단계별 전력제어방법을 설명하는 흐름도.
《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》
10: 배터리 11: 충전회로
12: 모터구동부 13: 콘솔
14: 모드스위치 15: 스로틀
16: 표시모듈 17: 선택키
18: 회전감지센서 19: 브레이크레버
20: 제어모듈 21: 속도산출부
22: 축변환부 23: 속도제어부
24: 약계자제어부 25: 전류제어부
26: 전압제어부 30: 모터
31: 홀센서 32: 전류감지수단
51,52: 업/다운 키

Claims (2)

  1. 충전 및 방전이 가능한 배터리,
    상기 배터리로부터 전원을 공급받아 구동하는 모터,
    상기 모터가 구동 중지된 상태에서 페달력을 이용하거나 내리막길 주행시 또는 제동동작시 구동륜에서 발생되는 충전전력을 상기 배터리에 충전하는 충전회로,
    상기 배터리의 소비전력 단계 및 상기 배터리를 충전하는 발전전력 단계를 선택하는 선택수단 및
    상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행 도중에 상기 선택수단에 의해 선택된 소비전력 단계에 기초하여 상기 모터의 최대 출력을 제한하고, 상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행 도중에 내리막길 주행시 또는 제동동작시 기 설정된 발전전력 단계에 기초하여 상기 배터리의 최대 충전전력을 제한하여 상기 구동륜에서 발생되는 충전전력을 상기 배터리에 충전하며, 페달력을 이용해 상기 배터리를 충전하는 자가발전 주행모드로 주행 도중에 상기 선택수단에 의해 선택된 발전전력 단계에 기초하여 상기 구동륜에서 발생되는 충전전력을 이용해 상기 배터리의 최대 충전전력을 제한하여 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 선택수단은 주행에 필요한 작동명령을 입력받고 상기 모터의 작동상태를 표시하는 콘솔에 설치되는 업/다운 키인 것을 특징으로 하는 자전거.
  2. 주행모드를 선택하는 단계,
    상기 선택한 주행모드가 모터의 구동력을 이용한 주행모드인 경우, 상기 모터의 소비전력 단계를 선택하는 단계,
    상기 선택된 소비전력에 기초하여 상기 모터의 최대 출력을 제한하여 상기 모터를 구동하는 단계,
    상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행 도중에 내리막길 주행시 또는 제동동작시, 기 설정된 발전전력 단계에 기초하여 구동륜에서 발생되는 충전전력을 이용해 배터리를 충전하는 제 1충전단계,
    상기 선택한 주행모드가 페달링을 이용한 자가발전 주행모드인 경우, 발전전력 단계를 선택하는 단계 및
    상기 선택된 발전전력 단계에 기초하여 구동륜에서 발생되는 충전전력을 이용해 배터리를 충전하는 제 2충전단계를 포함하고,
    상기 제 1충전단계는
    상기 배터리의 전압을 검출하고, 검출된 배터리 전압이 불완전충전 상태인 경우, 상기 배터리를 충전하는 단계와
    상기 검출된 배터리 전압이 완전충전 상태인 경우, 상기 모터의 구동력을 이용한 주행모드로 주행하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2충전단계는
    상기 배터리의 전압을 검출하고, 검출된 배터리 전압이 불완전충전 상태인 경우, 상기 배터리를 충전하는 단계와
    상기 검출된 배터리 전압이 완전충전 상태인 경우, 상기 배터리의 충전을 중지하고 페달링에 의한 일반 주행모드로 주행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거의 전력제어방법.
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