KR101056157B1 - 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 구동모터에서 나오는 회생제동 에너지를 에너지 저장부에 먼저 회생 제동 에너지를 저장한 후 적절한 제어신호를 통해 배터리로 충전시킴으로서 시스템의 에너지 효율성과 안전성을 확보할 수 있는 양방향 회생제동 제어 시스템을 제공하기 위한 것으로서, 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터를 구동시키는 전원을 공급하는 배터리 처리부와, 회생제동 에너지를 저장하고, 배터리의 충전상태를 기반으로 저장된 회생제동 에너지를 상기 배터리 처리부로 공급하여 배터리를 충전시키는 회생제동 처리부와, 급전 선로로부터 집전하여 공급받은 에너지를 이용하여 상기 구동모터를 구동하고, 상기 구동모터를 구동하고 남은 잉여 에너지를 상기 배터리 처리부로 공급하여 배터리를 충전하는 비접촉 자기유도 처리부와, 상기 비접촉 자기유도 처리부 또는 배터리 처리부에서 입력되는 구동모터의 제어신호를 통해 구동모터의 구동신호를 출력하는 MCU와, 상기 MCU에서 출력되는 구동신호를 입력으로 상기 비접촉 자기유도 처리부 및 배터리 처리부 중 적어도 하나 이상으로부터 공급되는 전원으로 구동되는 구동모터를 포함하는데 있다.
전기자동차, 회생제동, 양방향, 배터리

Description

비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템{two direction regenerative braking control system of electric vehicle with non contact electromagnetic inductive charging}
본 발명은 전기자동차의 회생제동 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차에서 레귤레이터와 배터리를 통해 양방향에서 회생제동을 제어하는 양방향 회생제동 제어 시스템에 관한 것이다.
경제 발전에 따라 자동차에 대한 수요가 폭발적인 증가세를 보이고 있다. 이와 같이 자동차 수요가 늘어남에 따라 자동차에서 배출되는 배기가스가 환경오염의 주요 원인이 되고 있다.
따라서 자동차의 배출가스를 줄이기 위한 다양한 연구들이 지속적으로 진행되고 있으며, 업계에서는 배출가스를 줄일 수 있는 자동차의 개발이 진행되고 있다. 이러한 연구들과 개발의 결과로서 배출가스를 발생하지 않는 전기자동차의 상용화가 부분적으로 시도되고 있다.
전기자동차는 전기를 전력공급원으로 하여 운행하는 차량을 의미하며, 차량 자체에 전력공급원으로 충전이 가능한 배터리를 탑재하고, 탑재된 배터리에서 공급 되는 전력을 이용하여 운행하는 자동차를 말한다.
이러한 전기자동차의 구성은 크게 일반 자동차와 동일한 구성요소를 갖는 자동차의 기본적인 기능부와 함께, 크게 전기에 의해 구동되어 자동차를 운행시키기 위한 구동모터와, 그 구동모터에 전기를 공급하는 배터리로 구성된다.
그러나 전기자동차에 구성되는 배터리는 충전시간이 오래 걸리며, 또한 한번 충전으로 주행하는 거리가 매우 제한적이다. 따라서 전기자동차는 목적한 이동거리를 확보하기 위해서 자주 충전을 해주어야만 하므로, 전기자동차의 운행에 있어서 이러한 문제점들을 해소하기 위한 충전소의 설치 및 충전시스템은 아주 중요한 기술 분야이다.
현재 제시되고 있는 전기자동차의 충전 시스템은 상용 전원에 연결된 전선을 전기자동차에 직접 연결하여 충전하는 플러그 인 충전 방식을 사용하고 있다. 이러한 플러그 인 충전 방식은 충전 방식은 지정된 장소에서만 충전이 가능하고 충전에 소요되는 시간이 길고, 주행 중에는 충전이 불가하다.
또한, 이러한 플러그 인 충전 방식을 이용한 전기자동차의 충전은 1 ~ 8시간 정도 소요되는데, 이와 같은 긴 충전 시간으로 인해 자동차 운행에 제한을 받게 되며, 긴 충전 시간 동안 차량을 외부환경으로부터 안전하게 보호하기 위해 관리되어야 하기 때문에 충전에 따른 많은 제약과 불편함을 가지게 된다.
따라서 전기 자동차의 상용화를 위해서는 이러한 문제점들을 해소할 수 있는 그에 적합한 충전 시스템이 구축되어야 한다. 즉, 충전 시간, 케이블을 이용한 충전에서의 외부 환경 영향 및 번거로움, 충전 시간 동안의 차량이 점유하는 공간 문 제, 충전 효율 등의 문제가 해결되어야 한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 구동모터에서 나오는 회생제동 에너지를 에너지 저장부에 먼저 회생 제동 에너지를 저장한 후 적절한 제어신호를 통해 배터리로 충전시킴으로서 시스템의 에너지 효율성과 안전성을 확보할 수 있는 양방향 회생제동 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차에서 레귤레이터와 회생제동 측의 양방향에서 배터리로 들어오는 에너지를 제어하여 배터리로 인입되는 과충전 전류(overcharge current)를 해소하여 시스템의 에너지 효율성과 안전성을 확보할 수 있는 양방향 회생제동 제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 경우 레귤레이터와 회생제동 측의 양방향에서 구동모터를 구동시키는 에너지를 제공하는 특성을 이용하여 레귤레이터에서 발생되는 에너지를 먼저 이용하여 구동모터를 구동하고, 이후 구동모터 구동에 부족한 에너지를 배터리에서 추가로 이용하여 배터리의 수명을 증가시키고, 아울러 에너지 효율성을 높일 수 있는 양방향 회생제동 제어 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템의 특징은 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 필요에 따라 충전된 에너지를 방전하여 구동모터를 구동시키는 전원을 공급하는 배터리 처리부와, 구동모터에서 나오는 회생제동 에너지를 저장하고, 배터리의 충전상태를 기반으로 저장된 회생제동 에너지를 상기 배터리 처리부로 공급하여 배터리를 충전시키는 회생제동 처리부와, 급전 선로로부터 집전하여 공급받은 에너지를 이용하여 상기 구동모터를 구동하고, 상기 구동모터를 구동하고 남은 잉여 에너지를 상기 배터리 처리부로 공급하여 배터리를 충전하는 비접촉 자기유도 처리부와, 상기 비접촉 자기유도 처리부 또는 배터리 처리부에서 입력되는 구동모터의 제어신호를 통해 구동모터의 구동신호를 출력하는 MCU(Motor Controller Unit)와, 상기 MCU에서 출력되는 구동신호를 입력으로 상기 비접촉 자기유도 처리부 및 배터리 처리부 중 적어도 하나 이상으로부터 공급되는 전원으로 구동되어 회생제동 에너지를 출력하는 구동모터를 포함하는데 있다.
바람직하게 상기 회생제동 처리부는 구동모터로부터 회생되는 에너지를 승압시키는 DC-DC 컨버터와, 상기 승압된 회생제동 에너지를 저장하는 에너지 저장부와, 상기 배터리의 충전상태에 따라 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지를 배터리 처리부로 공급되도록 제어하는 재생 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 비접촉 자기 유도 처리부는 급전 선로로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하는 집전장치 모듈(pick-up module)과, 상기 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동모터 및 배터리 처리부로 공급하는 레귤 레이터와, 상기 레귤레이터에서 변환된 전류의 공급을 구동모터의 구동상태에 기반하여 제어하는 레귤레이터 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 배터리 처리부는 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터의 구동을 위한 전원을 공급하는 배터리와, 상기 자기유도 처리부와 통신을 하여 자기유도 처리부로부터 공급되는 에너지를 배터리에 적합하게 공급되도록 하여 배터리를 충전시키고, 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리 충/방전 동작을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 회생제동 에너지가 배터리로 바로 인입되지 않고 별도의 에너지 저장부에 먼저 회생 제동 에너지를 저장한 후 적절한 제어신호를 통해 배터리로 충전시킴으로서, 배터리의 충전횟수를 줄이고, 모터를 통해 발생되는 과도한 전류를 배터리로 흐르는 것을 방지할 수 있어 배터리의 수명을 증가시킬 수 있으며, 아울러 시스템의 안전성을 확보할 수 있다.
둘째, 발생되는 회생제동 에너지를 배터리로 바로 인입하지 않고 별도의 에너지 저장부에 저장하고 있어 배터리가 이미 충분히 충전되어 있는 경우에도 버려지는 에너지를 줄일 수 있어 에너지의 효율성을 높일 수 있다.
셋째, 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 경우 레귤레이터와 회생제동 측의 양방향에서 모터 및 배터리로 들어오는 에너지를 적절히 제어함으로써 배터리의 수명을 증가시키고, 에너지의 효율성을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 1과 같이, 양방향 회생제동 제어 시스템은 구동모터(100)와, 회생제동 처리부(200)와, 배터리 처리부(300)와, 자기유도 처리부(400)와, MCU(Motor Controller Unit)(500)로 구성된다.
상기 배터리 처리부(300)는 에너지를 저장하기 위한 배터리(310)를 포함하 고, 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 필요에 따라 충전된 에너지를 방전하여 구동모터(100)를 구동시키는 전원을 공급한다.
상기 회생제동 처리부(200)는 상기 구동모터(100)에서 나오는 회생제동 에너지를 저장하고, 배터리의 충전상태를 기반으로 저장된 회생제동 에너지를 상기 배터리 처리부(300) 내의 배터리(310)로 공급하여 배터리(310)를 충전시킨다.
상기 비접촉 자기유도 처리부(400)는 급전 선로(600)로부터 자기장을 통한 비접촉 방식으로 집전하여 공급받은 에너지를 이용하여 상기 구동모터(100)를 구동하고, 상기 구동모터(100)를 구동하고 남은 잉여 에너지를 상기 배터리 처리부(300) 내의 배터리(310)로 공급하여 배터리(310)를 충전한다.
상기 MCU(500)는 상기 비접촉 자기유도 처리부(400) 또는 배터리 처리부(300)에서 입력되는 구동모터(100)의 제어신호를 통해 구동모터(100)의 구동신호를 출력한다.
상기 구동모터(100)는 상기 MCU(500)에서 출력되는 구동신호를 입력으로 상기 비접촉 자기유도 처리부(400) 및 배터리 처리부(300) 중 적어도 하나 이상으로부터 공급되는 전원으로 구동된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템의 각 구성요소를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 회생제동 처리부(200)는 DC-DC 컨버터(210)와, 에너지 저장부(220)와, 재생 제어기(230)를 포함한다. 이때, 상기 DC-DC 컨버터(210)는 구동모 터(100)로부터 회생되는 에너지를 승압시켜 출력하며, 상기 에너지 저장부(220)는 상기 DC-DC 컨버터(210)에서 승압된 회생제동 에너지를 저장한다. 그리고 상기 재생 제어기(230)는 배터리(310)의 충전상태에 따라 MCU(500)의 제어로 상기 에너지 저장부(220)에 저장된 에너지를 배터리 처리부(300)로 공급되도록 제어한다.
다음으로 상기 비접촉 자기 유도 처리부(400)는 집전장치 모듈(pick-up module)(410)과, 레귤레이터(420)와, 레귤레이터 제어기(430)를 포함한다. 이때, 상기 집전장치 모듈(410)은 급전 선로(600)로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하여 구동모터(100)의 구동에 필요한 에너지를 공급받는다. 그리고 상기 레귤레이터(420)는 상기 집전장치 모듈(410)이 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동모터(100) 및 배터리 처리부(300)로 공급한다. 이때, 상기 레귤레이터 제어기(430)는 구동모터(100)의 구동상태에 따라 MCU(500)의 제어로 상기 레귤레이터(420)에서 변환된 DC 전류의 공급을 제어한다.
이어 상기 배터리 처리부(300)는 배터리(310)와, BMS(Battery Management System)(320)를 포함한다. 이때, 상기 배터리(310)는 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터(100)에 구동을 위한 전원으로 공급한다. 그리고 상기 BMS(320)는 MCU(500)의 제어로 상기 레귤레이터 제어기(430)와 통신을 하여 레귤레이터(420)로부터 공급되는 에너지를 상기 배터리(310)에 적합하게 공급되도록 하여 배터리(310)를 충전시키고, 배터리(310)의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리 충/방전 동작을 제어한다.
참고로 종래에 회생제동에 관한 기술은 회생제동 에너지가 바로 배터리로 인 입되는 시스템이 사용되고 있었고, 또한 에너지가 회생제동 처리부(200)와 자기유도 처리부(400) 양쪽에서 배터리(310)로 충전되는 시스템은 종래에 없었던 시스템이다.
따라서 본 발명과 같이 회생제동 처리부(200)를 통해 구동모터(100)에서 배터리 처리부(300)로 직접 들어오는 에너지를 제어하여 배터리(310)로 들어오는 과충전 전류(overcharge current)를 해소하여 시스템의 안전성을 제공함과 함께, 회생제동 처리부(200) 및 자기유도 처리부(400)의 구성으로 버려지는 잉여 에너지를 효율적으로 확보할 수 있게 된다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템의 구조를 나타낸 블록도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 구동모터 200 : 회생제동 처리부
210 : DC-DC 컨버터 220 : 에너지 저장부
230 : 재생 제어기 300 : 배터리 처리부
310 : 배터리 320 : BMS
400 : 자기유도 처리부 410 : 집전장치 모듈
420 : 레귤레이터 430 : 레귤레이터 제어기
500 : MCU 600 : 급전선로

Claims (4)

  1. 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 상기 충전된 에너지를 방전하여 구동모터를 구동시키는 전원을 공급하는 배터리 처리부와,
    구동모터에서 나오는 회생제동 에너지를 저장하고, 배터리의 충전상태를 기반으로 저장된 회생제동 에너지를 상기 배터리 처리부로 공급하여 배터리를 충전시키는 회생제동 처리부와,
    급전 선로로부터 집전하여 공급받은 에너지를 이용하여 상기 구동모터를 구동하고, 상기 구동모터를 구동하고 남은 잉여 에너지를 상기 배터리 처리부로 공급하여 배터리를 충전하는 비접촉 자기유도 처리부와,
    상기 비접촉 자기유도 처리부 또는 배터리 처리부에서 입력되는 구동모터의 제어신호를 통해 구동모터의 구동신호를 출력하는 MCU(Motor Controller Unit)와,
    상기 MCU에서 출력되는 구동신호를 입력으로 상기 비접촉 자기유도 처리부 및 배터리 처리부 중 적어도 하나 이상으로부터 공급되는 전원으로 구동되어 회생제동 에너지를 출력하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회생제동 처리부는
    구동모터로부터 회생되는 에너지를 승압시키는 DC-DC 컨버터와,
    상기 승압된 회생제동 에너지를 저장하는 에너지 저장부와,
    상기 배터리의 충전상태에 따라 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지를 배터리 처리부로 공급되도록 제어하는 재생 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비접촉 자기 유도 처리부는
    급전 선로로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하는 집전장치 모듈(pick-up module)과,
    상기 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동모터 및 배터리 처리부로 공급하는 레귤레이터와,
    상기 레귤레이터에서 변환된 DC 전류의 공급을 구동모터의 구동상태에 기반하여 제어하는 레귤레이터 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 처리부는
    외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터의 구동을 위한 전원을 공급하는 배터리와,
    상기 자기유도 처리부와 통신을 하여 자기유도 처리부로부터 공급되는 에너지를 배터리에 공급되도록 하여 배터리를 충전시키고, 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리 충/방전 동작을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 양방향 회생제동 제어 시스템.
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