KR101202443B1 - Simulated Resistor Load Control Method for Acquiring Energy Generated from the Pressure Exerted by Passing Vehicles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하중판 위를 통과하는 차량의 하중에 의한 에너지를 발생하는 발전기와, 상기 발전기로부터 발생되는 에너지가 저장되는 커패시터를 포함하는 전력 변환기에서의 차량 하중 발전 에너지 획득 방법으로, 상기 하중판을 통과하는 차량의 차속을 측정하는 단계와, 상기 측정된 차속에서 발생되는 에너지가 최대로 인출되는 모의 부하 저항값을 계산하는 단계와, 상기 계산된 모의 부하 저항값을 가진 가상 부하 저항이 상기 발전기에 연결될 때, 상기 커패시터에 전달되는 충전 전류를 산출하는 단계와, 상기 산출된 충전 전류가 상기 커패시터에 입력되도록 제어하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for acquiring vehicle load generation energy in a power converter comprising a generator for generating energy by a load of a vehicle passing on a load plate, and a capacitor for storing energy generated from the generator. Measuring a vehicle speed of the vehicle passing through the vehicle; calculating a simulated load resistance value at which energy generated at the measured vehicle speed is drawn to the maximum; and a virtual load resistance having the calculated simulated load resistance value is applied to the generator. When connected, calculating a charging current delivered to the capacitor, and controlling the calculated charging current to be input to the capacitor.

Description

모의 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법{Simulated Resistor Load Control Method for Acquiring Energy Generated from the Pressure Exerted by Passing Vehicles}Simulated Resistor Load Control Method for Acquiring Energy Generated from the Pressure Exerted by Passing Vehicles}

본 발명은 재생 에너지 획득 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 제동 장치를 통하여 강제적으로 소모시켜야 할 차량의 운동에너지를 포집하고 저장할 수 있는 차량 하중 발전 에너지 획득 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for obtaining renewable energy, and more particularly, to an apparatus and method for acquiring vehicle load generation energy capable of capturing and storing kinetic energy of a vehicle to be forcibly consumed through a braking device.

전 세계적으로 녹색성장산업이 미래 산업으로 각광을 받고 있는 가운데, 친환경 에너지 활용이 그 어느 때보다 중요한 논의의 주제로 대두되고 있으며 이에 대한 관심이 증폭되고 학문적 연구가 활발해지고 있다.As the green growth industry has been spotlighted as the future industry all over the world, the utilization of eco-friendly energy is more important than ever, and interest in this has been amplified, and academic research is being actively promoted.

전통적인 화석연료는 한번 사용하면 소멸되는 에너지인데 반하여 재생 에너지는 그 에너지원이 끊임없이 발생하므로 계속적으로 사용할 수 있는 에너지이다. 재생 에너지는 태양열, 태양광, 바이오매스(Biomass), 풍력, 수력, 지열, 해양, 폐기물등의 에너지를 지칭하는 것으로 공해발생이 현저하게 감소된 청정에너지를 의미한다.Traditional fossil fuels are energy that can be extinguished once used, whereas renewable energy is an energy that can be used continuously because its energy sources are constantly generated. Renewable energy refers to energy such as solar, sunlight, biomass, wind, hydro, geothermal, ocean, and waste, and means clean energy with significantly reduced pollution generation.

도로상에서 차량 하중을 이용하여 발전하는 차량 하중 발전은 신재생에너지의 요건인 공해물질을 배출하지 않는 청정에너지 요건과 계속적으로 재생 가능한 재생 에너지 요건을 모두 만족한다. 따라서, 차량의 하중을 이용하는 친환경적인 발전 시스템이 선진국을 중심으로 태동하고 있다. 국내에서도 벤처기업을 중심으로 이 시스템의 개발을 추진하려는 움직임이 일어나고 있다.Vehicle load generation, which is generated using vehicle loads on the road, meets both renewable energy requirements and clean energy requirements that do not emit pollutants, a requirement for renewable energy. Therefore, an eco-friendly power generation system using the load of the vehicle is emerging around developed countries. In Korea, there is a movement to promote the development of this system centering on venture companies.

외국의 경우 고속도로 진출로, 톨게이트, 학교 앞, 정류소, 주차시설, 건물의 지하 주차경사로 등에 이러한 발전 장치가 설치되고 있으며 인터넷에서도 이에 대한 몇 개의 업체가 소개되고 있는 실정이다. 이에 따라 신재생 에너지 및 친환경 에너지에 관심을 가지고 있는 관련 업체에서는 이에 대한 산업의 발전 추이를 예의 주시하고 있다. 전 세계적으로 7억대 이상의 차량이 운행되고 있는 점을 고려한다면 새로운 차량 하중 발전 시스템은 업계와 기술계에 큰 파장을 몰고 올 가능성을 가지고 있다.In foreign countries, these power generation devices are installed in highway entrances, toll gates, schools, bus stops, parking facilities, and underground parking slopes of buildings, and several companies have been introduced on the Internet. As a result, related companies interested in renewable energy and eco-friendly energy are closely watching the industry's development. Considering that there are over 700 million vehicles worldwide, the new vehicle load generation system has the potential to bring significant waves to the industry and technology.

차량의 하중발전 시스템은 신재생에너지, 녹색성장, 친환경에너지와 같은 새로운 산업의 흐름 가운데서 태동하고 있는 개념이기 때문에 많은 관심을 끌고 있는 분야이긴 하나, 아직까지는 이에 대한 선행기술이나 관련자료가 미미한 상태이며, 산업계에서 개발하고 있는 기술에 대해서도 공개가 극히 제한되고 있는 실정이다.The vehicle load generation system is an area that is attracting much attention because it is a concept that is emerging in the flow of new industries such as renewable energy, green growth, and eco-friendly energy, but there are still few prior arts and related data. In other words, disclosure is extremely limited for technologies developed by the industry.

이러한 이유로 인하여 차량을 이용한 하중발전 시스템에 대한 연구가 시급히 요구되고 있으며 기구적인 하드웨어와 전자적인 하드웨어 그리고 이 하드웨어를 동작시키는 핵심 소프트웨어와 관리 소프트웨어에 대한 통합적 연구가 필요한 시점이다.For this reason, there is an urgent need for research on a load generation system using a vehicle, and it is time for an integrated study of mechanical hardware, electronic hardware, and core software and management software for operating the hardware.

또한, 차량의 하중 발전 장치를 통하여 발생되는 에너지는 짧은 시간 내에 일어나는 펄스성 에너지이기 때문에 적기에 이를 인출하지 않으면 발생된 에너지를 효율적으로 이용할 수가 없다. 하중 발전 장치를 통하여 발생되는 에너지는 차량의 속도, 질량, 발전 장치의 고유 정수, 전기부하의 조건 등에 따라 인출 및 저장 효율이 크게 변하게 된다. 따라서, 인출 및 저장 효율을 최적화하기 위하여 제어변수들을 동적으로 관리하며, 에너지 흐름의 전 과정을 통하여 에너지의 생성과 저장을 최적화하는 방법을 연구하는 것이 필요하다.
In addition, since the energy generated through the load generating device of the vehicle is pulsed energy occurring within a short time, the generated energy cannot be efficiently used without drawing it out in a timely manner. The energy generated through the load generator is greatly changed in the drawing and storage efficiency according to the speed, mass, intrinsic constant of the generator, electrical load conditions, and the like. Therefore, it is necessary to study the method of optimizing the generation and storage of energy through the whole process of energy flow and managing the control variables dynamically in order to optimize the extraction and storage efficiency.

따라서, 본 발명은 차량 하중 발전에서 발생되는 에너지를 획득하는 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method for obtaining energy generated from vehicle load generation.

또한, 본 발명은 차량 하중 발전에서 제어 변수를 동적으로 관리하여 하중 발전에 따른 최대 에너지를 획득하는 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method of dynamically managing control variables in vehicle load generation to obtain maximum energy according to load generation.

본 발명은 하중판 위를 통과하는 차량의 하중에 의한 에너지를 발생하는 발전기와, 상기 발전기로부터 발생되는 에너지가 저장되는 커패시터를 포함하는 전력 변환기에서의 차량 하중 발전 에너지 획득 방법에 있어서, 상기 하중판을 통과하는 차량의 차속을 측정하는 단계와, 상기 측정된 차속에서 발생되는 에너지가 최대로 인출되는 모의 부하 저항값을 계산하는 단계와, 상기 계산된 모의 부하 저항값을 가진 가상 부하 저항이 상기 발전기에 연결될 때, 상기 커패시터에 전달되는 충전 전류를 산출하는 단계와, 상기 산출된 충전 전류가 상기 커패시터에 입력되도록 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
The present invention provides a method for acquiring vehicle load generation energy in a power converter comprising a generator for generating energy by a load of a vehicle passing on a load plate, and a capacitor for storing energy generated from the generator. Measuring a vehicle speed of the vehicle passing through the vehicle; calculating a simulated load resistance value at which energy generated at the measured vehicle speed is drawn to the maximum; and a virtual load resistance having the calculated simulated load resistance value is generated by the generator. When connected to, characterized in that it comprises the step of calculating the charging current delivered to the capacitor, and controlling the calculated charging current is input to the capacitor.

본 발명은 전력변환기에 가상의 부하 저항을 연결하고, 최대 에너지를 인출할 수 있는 가상의 부하 저항값을 검색한 후, 가상의 부하 저항을 실현하기 위하여 전력변환기 후단에 위치한 커패시터와 같은 저장부의 전류를 정교하게 제어하는 차량 하중 발전에 의한 에너지를 효율적으로 획득할 수 있다는 이점이 있다.
The present invention connects a virtual load resistor to a power converter, retrieves a virtual load resistance value capable of extracting the maximum energy, and then stores current such as a capacitor located at the rear of the power converter to realize the virtual load resistance. There is an advantage that it is possible to efficiently obtain the energy by the vehicle load generation to control the precisely.

도 1은 차량 하중판이 설치된 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 하중 발전 장치의 단순화된 구성도를 도시한 도면이다.
도 3은 하중판의 하강 속도를 나타낸 도면이다.
도 4는 하중판의 하강 가속도를 나타낸 도면이다.
도 5는 부하의 크기와 하강 속도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모의 저항 제어를 이용한 차량 하중 발전 에너지 획득 장치의 회로 구성도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모의 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 램버트 W 함수를 나타낸 도면이다.
도 9는

Figure 112010042458165-pat00001
함수를 나타낸 도면이다.
도 10은 부하저항에 따른 완주 시간 그래프를 도시한 도면이다.
도 11은 부하저항 및 차속에 따른 발생 에너지를 나타낸 도면이다.
도 12는 부하저항에 따른 발생 에너지를 나타낸 도면이다.
도 13은 부하저항 및 차속에 따른 제한된 발생에너지를 나타낸 도면이다.
도 14는 차속과 부하 저항에 따른 최대 발생 에너지를 나타낸 도면이다.
도 15는 차속에 따른 최대 발생 에너지 및 최대 에너지를 발생시키는 부하 저항값을 나타낸 도면이다.
도 16은
Figure 112010042458165-pat00002
=10 일 경우, 고유정수 K에 따른 최대 에너지 인출을 나타낸 도면이다.
도 17은
Figure 112010042458165-pat00003
=8 일 경우, 고유정수 K에 따른 최대 에너지 인출을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라, vco=0 V일 경우의 시스템 변수에 따른 그래프를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라, vco=100 V 일 경우의 시스템 변수에 따른 그래프를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라, vco=0 V 일 경우 에너지 발생량과 저장량을 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라, vco=100 V일 경우 에너지 발생량과 저장량을 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 차속에 따른 저장 에너지를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an example in which a vehicle load plate is installed.
2 is a view showing a simplified configuration of the load generator.
3 is a view showing a descending speed of the load plate.
4 is a view showing a descending acceleration of the load plate.
5 is a view showing the relationship between the magnitude of the load and the falling speed.
6 is a circuit diagram illustrating a vehicle load generation energy obtaining apparatus using simulation resistance control according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method for obtaining vehicle load generation energy through simulation resistance control according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 illustrates a Lambert W function.
9 is
Figure 112010042458165-pat00001
A diagram showing a function.
10 is a graph illustrating a completion time graph according to load resistance.
11 is a view showing generated energy according to load resistance and vehicle speed.
12 is a view showing the generated energy according to the load resistance.
FIG. 13 is a view illustrating limited generated energy according to load resistance and vehicle speed. FIG.
14 is a view showing the maximum generated energy according to the vehicle speed and the load resistance.
15 is a diagram illustrating a maximum generated energy and a load resistance value for generating the maximum energy according to the vehicle speed.
16 is a cross-
Figure 112010042458165-pat00002
In the case of = 10, the drawing shows the maximum energy withdrawal according to the high constant K.
17 is
Figure 112010042458165-pat00003
When = 8, the figure shows the maximum energy withdrawal according to the high constant K.
18 is a diagram illustrating a graph according to a system variable when vco = 0 V according to a preferred embodiment of the present invention.
19 is a diagram illustrating a graph according to a system variable when vco = 100 V according to a preferred embodiment of the present invention.
20 is a view showing an energy generation amount and a storage amount when vco = 0 V according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram illustrating an energy generation amount and a storage amount when vco = 100 V according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a diagram illustrating stored energy according to a vehicle speed according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the embodiments of the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention.

본 발명을 설명하기에 앞서, 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
Prior to describing the present invention, terms used throughout the specification may be sufficiently modified according to the intention, customs, etc. of the user or operator, and the definition of the terms should be made based on the contents throughout the specification of the present invention. will be.

본 발명은 차속 또는 부하의 변동에 동적으로 반응하여 차량 하중 발전을 통해 최대 에너지를 획득하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for obtaining maximum energy through vehicle load generation in response to a change in vehicle speed or load.

이를 위해 본 발명은 전력변환기에 가상의 모의 부하 저항을 연결하고, 최대 에너지를 인출할 수 있는 가상의 모의 부하 저항값을 검색한 후, 가상의 부하 저항을 실현하기 위하여 전력변환기 후단에 위치한 커패시터와 같은 저장부의 전류를 정교하게 제어하는 모의 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법을 제시한다.To this end, the present invention connects a simulated load resistor to a power converter, searches for a simulated load resistance value capable of extracting the maximum energy, and then uses a capacitor located at the rear of the power converter to realize the virtual load resistance. We present a method for acquiring vehicle load generation energy through simulation resistance control to precisely control the current of the same storage unit.

우선 본 발명의 이해를 돕기 위해 차량 하중 발전의 동작 원리에 대해 살펴보기로 한다.First, the operating principle of vehicle load generation will be described to help understanding of the present invention.

일정한 속력으로 주행하는 차량이 감속 또는 정지하기 위해서는 자신이 가지고 있는 운동에너지를 소모시켜야 한다. 즉, 사거리의 정지선이나, 톨게이트, 경사가 심한 내리막길 등에서 차량이 운동에너지를 감소시키기 위하여 제동을 가하며, 제동시 노면과의 마찰에 의해 운동 에너지는 열에너지로 소모되게 한다. In order to decelerate or stop a vehicle traveling at a constant speed, it must consume its kinetic energy. That is, the vehicle applies braking to reduce the kinetic energy at a stop line, a toll gate, or a steep downhill at a range, and the kinetic energy is consumed as thermal energy by friction with the road surface during braking.

따라서, 차량 하중 발전을 위해 도 1에 도시된 바와 같이 제동이 필요한 구간에 진행방향으로 일정한 길이와 일정한 높이를 가지는 과속 방지턱과 같은 에너지 흡수용 하중판을 설치한다. Therefore, an energy absorbing load plate such as an overspeed bump having a predetermined length and a constant height in a traveling direction is installed in a section requiring braking as shown in FIG. 1 for vehicle load generation.

도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 하중판 하부에 설치된 하중 발전 장치의 단순화된 구조의 일 예를 나타낸다.FIG. 2 shows an example of a simplified structure of a load generating device installed under the load plate as shown in FIG. 1.

도 2에 도시된 바와 같이, 하중판은 비선형 용수철의 구조로 지탱되고, 적절한 승차감의 유지를 위하여 너무 높지 않아야 하며, 차량이 하중판을 누르고 통과한 후, 원래대로 복원되는 구조를 가져야 한다. 본 발명에서 하중판을 원위치로 복원시키는데 사용되는 에너지의 크기는 차량의 하중에 의해 발생되는 에너지의 크기에 비하여 무시할 정도로 작다고 가정하고 설명하기로 한다. As shown in Figure 2, the load plate is supported by the structure of the non-linear spring, not too high to maintain a proper ride comfort, and must have a structure that is restored to its original state after the vehicle presses through the load plate. In the present invention, it is assumed that the amount of energy used to restore the load plate to its original position is assumed to be negligibly small compared to the amount of energy generated by the load of the vehicle.

차량은 하중판에 접근함에 따라, 하중판의 높이만큼 그 수직적 위치가 변동되는데, 이때 차량의 운동에너지의 일부가 위치 에너지로 변환된다. 이 위치 에너지는 차량의 무게로 하중판이 낙하함에 따라 하부의 발전 장치를 구동시키는 에너지의 원천이 된다. 그런데, 차량이 짧은 시간 동안 하중판위에 머무르므로 차량 하중 발전 장치에 발생되는 전기에너지는 짧은 펄스폭을 가진 에너지 형태가 된다. As the vehicle approaches the load plate, its vertical position varies by the height of the load plate, where a portion of the kinetic energy of the vehicle is converted into potential energy. This potential energy is a source of energy for driving the lower power generation device as the load plate falls under the weight of the vehicle. However, since the vehicle stays on the load plate for a short time, the electric energy generated in the vehicle load generator is in the form of energy with a short pulse width.

상기 회전형 발전기를 <수학식 1>과 같이 나타내면 선형 직류 발전기 모델로 해석하기에 매우 편리하게 된다. When the rotary generator is represented by Equation 1, it is very convenient to interpret the linear DC generator model.

Figure 112010042458165-pat00004
Figure 112010042458165-pat00004

Figure 112010042458165-pat00005
Figure 112010042458165-pat00005

Figure 112010042458165-pat00006
Figure 112010042458165-pat00006

차량이 하중판에 올라오면 하중판은 직선으로 하강운동을 하며 발전기의 축에 있는 변환 기어를 통하여 발전기를 회전시키게 된다. 이 구조는 하중판에서 볼 때 일정 자기장내에서 직선운동을 하는 도체군을 가진 발전기로 생각할 수 있다. 회전기기의 자계는 회전각도에 따라 변하게 되지만 한 사이클을 기준으로 자속밀도의 실효치를 이용하면 선형직류발전기에서의 시불변 자속 밀도처럼 해석할 수가 있게 된다. 또한, 자속밀도와 도선의 길이, 기어비 등을 고유정수로 하나로 묶어 K로 나타낼 수 있다. When the vehicle is on the load plate, the load plate moves in a straight line and rotates the generator through the conversion gear on the shaft of the generator. This structure can be thought of as a generator with a group of conductors that linearly move in a constant magnetic field when viewed from a load plate. The magnetic field of the rotating machine changes according to the rotation angle, but if the effective value of the magnetic flux density is used based on one cycle, it can be interpreted as the time-invariant magnetic flux density in the linear DC generator. In addition, the magnetic flux density, the length of the conductive wire, the gear ratio, and the like can be expressed as K by tying up a high integer.

<수학식 1>과 <수학식 2>로부터 알 수 있는 바와 같이 선형 직류 발전기의 기전력

Figure 112010042458165-pat00007
Figure 112010042458165-pat00008
를 상수로 하여 하중판의 하강 속도에 비례하며, 발전기를 구동시키는 힘에 반대 방향으로 생기는 유도된 힘
Figure 112010042458165-pat00009
역시
Figure 112010042458165-pat00010
를 상수로 하여 부하전류
Figure 112010042458165-pat00011
에 비례한다. 즉, 외부동력에 의하여 발생한 기전력은 내부 회로로 전력을 공급하고 이 때 돌아오는 부하 전류로 말미암아 플레밍의 왼손법칙에 의하여 외부동력에 반대되는 방향으로 유도된 힘이 작용한다. 외부 동작에 대항하는 힘의 발생으로 외부 동력으로 움직이던 자속을 끊는 도체의 속도는 제한을 받게 되고, 속도가 감소하면서 도체에 발생하는 기전력이 감소하며 기전력의 감소는 부하전류의 감속으로 이어져 전형적인 부궤환 제어가 이루어진다. As can be seen from Equations 1 and 2, the electromotive force of the linear DC generator
Figure 112010042458165-pat00007
The
Figure 112010042458165-pat00008
Induced force generated in the opposite direction to the force driving the generator, proportional to the descending speed of the load plate
Figure 112010042458165-pat00009
Also
Figure 112010042458165-pat00010
Load current with constant
Figure 112010042458165-pat00011
Proportional to That is, the electromotive force generated by the external power supplies power to the internal circuit, and the force induced in the direction opposite to the external power by the Fleming's left-hand law acts due to the return current. The speed of a conductor that breaks the magnetic flux that was moved by external power is limited by the generation of force against external movement, and as the speed decreases, the electromotive force generated in the conductor decreases. Feedback control is made.

하중판 위에 있는 차량은 중력에 의해 하강을 시작하게 된다. 중력으로 압박하는 힘은 하중판과 발전기의 기어를 거쳐 발전장치의 축을 돌리게 된다. 차량이 압박하는 힘은

Figure 112010042458165-pat00012
로 나타난다. 이 힘에 의하여 발전기가 시동하기 시작하면 무부하 상태에서는 저항받는 힘이 없으므로 이론적으로 중력 가속도
Figure 112010042458165-pat00013
에 가까운 속도로 증가하지만 일단 부하가 걸리게 되면 부하전류에 비례상수
Figure 112010042458165-pat00014
를 곱한
Figure 112010042458165-pat00015
에 해당하는 유도된 힘이 반발력으로 나타나 속도의 증가가 둔화된다. 이를 수학식으로 나타내면 하기의 <수학식 3>과 같고, 이를 정리하면 <수학식 4>와 같다.The vehicle on the load plate begins to descend by gravity. The force of gravity presses the shaft of the generator through the load plate and the gear of the generator. The force the vehicle presses
Figure 112010042458165-pat00012
Appears. When the generator starts to be started by this force, there is no force to resist under no load, so theoretically the acceleration of gravity
Figure 112010042458165-pat00013
Increases at a speed close to, but once the load is applied, it is proportional to the load current.
Figure 112010042458165-pat00014
Multiplied by
Figure 112010042458165-pat00015
The induced force corresponding to this is shown as a repulsive force, and the increase in speed is slowed down. This is expressed as Equation 3 below, and summed up as Equation 4 below.

Figure 112010042458165-pat00016
Figure 112010042458165-pat00016

Figure 112010042458165-pat00017
Figure 112010042458165-pat00017

상기 <수학식 3> 및 <수학식 4>에서

Figure 112010042458165-pat00018
은 차량의 질량이고,
Figure 112010042458165-pat00019
는 차량이 하강하는 속도이고,
Figure 112010042458165-pat00020
는 부하전류에 의한 반발력이고,
Figure 112010042458165-pat00021
는 중력 가속도를 의미한다.In <Equation 3> and <Equation 4>
Figure 112010042458165-pat00018
Is the mass of the vehicle,
Figure 112010042458165-pat00019
Is the speed at which the vehicle descends,
Figure 112010042458165-pat00020
Is the repulsive force due to the load current,
Figure 112010042458165-pat00021
Means gravitational acceleration.

차량 하중 발전 장치에 흐르는 전류는 부하의 크기에 따라서 변화한다. 부하 전류의 조정은 외부 조작 등의 인위적인 조정이 가능하나, 부하의 전류 변화는 하강 속도에 영향을 끼쳐 기전력의 크기를 변화시키므로 시스템의 정량적인 분석을 어렵게 만든다. 먼저 능동적 부하보다 수동적 부하인 저항성 부하를 통하여 발전기의 기본 동작 원리를 살펴보고 그 형태를 파악하고자 한다.The current flowing through the vehicle load generating apparatus changes depending on the magnitude of the load. The adjustment of the load current can be made artificially, such as external operation, but the current change of the load affects the speed of descent and changes the magnitude of the electromotive force, making the system quantitatively difficult to analyze. First, the basic operation principle of the generator through the resistive load, which is passive rather than the active load, is examined.

저항성 부하는 전류와 전압관계를 선형적으로 규정하여 주므로 동작 형태를 이해하는데 있어서 편리하며 향후 능동적 조정을 하기 위한 기초지식을 제공해 주므로 발전기의 동작 형태를 분석하는 데에 있어서 필요한 단계로 이해된다. Resistive loads are defined as a linear relationship between current and voltage, which is convenient for understanding the type of operation and provides basic knowledge for future active adjustments. This is a necessary step in analyzing the type of operation of a generator.

기전력

Figure 112010042458165-pat00022
가 발생할 때, 부하전류는 발전기의 내부저항
Figure 112010042458165-pat00023
과 외부의 저항성 부하
Figure 112010042458165-pat00024
을 통하여 흐르므로 부하전류는 <수학식 5>와 같다. Electromotive force
Figure 112010042458165-pat00022
Load current, the internal resistance of the generator
Figure 112010042458165-pat00023
Resistive loads
Figure 112010042458165-pat00024
Since it flows through, the load current is as shown in Equation 5.

Figure 112010042458165-pat00025
Figure 112010042458165-pat00025

<수학식 5>를 <수학식 4>에 대입하면 <수학식 6>과 같이 하강속도를 구할 수 있다. 이때 초기 하강 속도는 일정 높이에서 차량이 낙하를 시작하므로

Figure 112010042458165-pat00026
이다. Substituting <Equation 5> into <Equation 4>, the falling speed can be obtained as shown in <Equation 6>. At this time, the initial descent speed is that the vehicle starts to fall at a certain height
Figure 112010042458165-pat00026
to be.

Figure 112010042458165-pat00027
Figure 112010042458165-pat00027

<수학식 6>의 해를 구하면 하강 속도

Figure 112010042458165-pat00028
는 다음의 <수학식 7>와 같이 표현된다.Solution to Equation 6
Figure 112010042458165-pat00028
Is expressed as Equation 7 below.

Figure 112010042458165-pat00029
Figure 112010042458165-pat00029

한편, K는 발전기의 특성을 나타내는 값으로 발전기에 따라 고유한 값을 가진다. <수학식 7>에서 보는 바와 같이 부하저항이 일정할 때 차량의 하강 속도는 지수함수의 형태로 나타난다. R과 K값에 따라서 하강 속도는 직접 영향을 받으며 본 발명에 따른 에너지 인출량에도 큰 차이를 나타낸다. 그러나, K값의 경우 일정값 이상이 되면 에너지 인출에는 큰 영향을 끼치지 못하는데 이에 대해서는 하기에서 자세히 다루도록 한다. On the other hand, K is a value representing the characteristics of the generator has a value unique to the generator. As shown in Equation 7, when the load resistance is constant, the descending speed of the vehicle appears in the form of an exponential function. Depending on the R and K values, the descending speed is directly affected and also shows a large difference in the amount of energy drawn according to the present invention. However, in the case of K value, if it exceeds a certain value, it does not have a big influence on energy withdrawal.

하강 속도와 기전력은 직접적인 비례관계에 있기 때문에 하강 속도의 변화 추이를 관찰하는 것은 매우 중요하며 전력 인출 및 최대 에너지 인출을 위하여 때로는 하강 속도를 인위적으로 조정할 필요가 있다. 이러한 하강 속도는 차량의 접근 속도와 더불어 궁극적으로 에너지 인출과 직접적인 관계가 있는 가장 중요한 파라미터 중의 하나이므로 향후 이 파라미터를 어떻게 제어하느냐에 따라 에너지의 인출 및 저장 성능이 크게 영향을 받게 된다. 시간이 흐르면 속도가 많이 증가하지 못하고 궁극적으로 정속 운동에 들어가므로 전압이 일정하게 안정되고 전류도 유사한 형태로 안정된다. Since the falling speed and the electromotive force are directly proportional, it is very important to observe the change in the falling speed, and it is sometimes necessary to artificially adjust the falling speed for power drawing and maximum energy drawing. Since the descending speed is one of the most important parameters that are directly related to the vehicle's approach speed and ultimately withdrawal of energy, the withdrawal and storage performance of energy is greatly affected by how the parameter is controlled in the future. As time goes by, the speed does not increase much and ultimately the constant speed motion results in a constant voltage and a similar current.

도 3은 저항성 부하가 선형 직류 발전기에 연결되었을 때, 시간과 하중판 하강 속도와의 관계를 보여 준다. 3 shows the relationship between time and load plate descent speed when a resistive load is connected to a linear direct current generator.

저항성 부하에서 하중판의 하강 가속도는 <수학식 8>과 같이 표현되며, 도 2는 시간과 하중판의 하강 가속도 그래프를 보인다.The falling acceleration of the load plate in the resistive load is expressed as Equation (8), and FIG. 2 shows a graph of the acceleration of falling of the load plate with time.

Figure 112010042458165-pat00030
Figure 112010042458165-pat00030

도 4에서 하중판의 가속도 특성을 보면 시간이 경과됨에 따라 점점 낮아지며 영점에 수렴함을 알 수 있다. 가속도의 값은 항상 양의 값을 가지므로 낙하 속도는 계속 증가하는 단조함수임을 알 수 있다. 즉, 고정 저항성 부하에서는 낙하 속도와 기전력이 감소하지 않고 계속적으로 증가한다. 이러한 특성은 에너지 저장용으로 수퍼커패시터나 배터리를 사용하는 일반적 환경과 잘맞아 떨어지며 보다 간편하게 에너지를 저장할 수 있는 길을 열어준다. 그러나, 모든 고정 저항 부하에서 기전력이 계속하여 증가하므로 낙하를 마치고 지면에 닿거나, 지면을 통과하는 순간 운동에너지의 손실을 가져오며 이는 최대 에너지 포집을 어렵게 만든다. Looking at the acceleration characteristics of the load plate in Figure 4 it can be seen that gradually decreases with time and converges to the zero point. Since the acceleration value is always positive, the drop speed is a monotonically increasing function. In other words, in the fixed resistive load, the drop speed and the electromotive force are continuously increased without decreasing. This characteristic fits well with the typical environment in which supercapacitors or batteries are used for energy storage and open the way for easier energy storage. However, the electromotive force continues to increase at all fixed resistive loads, resulting in the loss of kinetic energy at the end of the drop and upon reaching or passing through the ground, making it difficult to capture maximum energy.

도 5는 부하의 크기에 따른 하중판의 하강 속도를 보여준다. 이러한 저항성 부하를 통한 에너지 포집에는 장점과 단점이 공존하지만 본 발명의 방법으로 효율적으로 에너지를 인출할 수가 있다. 5 shows the descending speed of the load plate according to the size of the load. Although the advantages and disadvantages coexist in energy collection through such a resistive load, energy can be efficiently drawn out by the method of the present invention.

따라서, 각각의 다른 저항성 부하 값에 따라 차량의 하강속도가 어떻게 변할 것인지를 자세히 살펴보는 것은 중요하다. 부하가 작으면 속도가 빨라질 것이라고 예측할 수는 있지만 정량적으로 얼마나 차이가 있는지를 미리 알아보는 것이 필요하다. Therefore, it is important to examine in detail how the descent speed of the vehicle will vary with different resistive load values. It can be predicted that the speed will be faster if the load is small, but it is necessary to know in advance how much the difference is.

무부하일 때에도 하중판에 가해지는 스프링의 저항과 발전장치의 회전자 관성 및 마찰력이 일부 존재 하지만 전술한 바와 같이 상대적으로 낮은 값이므로 이를 무시하면, 중력가속도와 비슷한 값으로 가속되며 부하가 커질수록 정속에 이르는 시간도 짧아지고 최종 속도도 작아지는 것을 알 수 있다.
Although there is some resistance of the spring applied to the load plate and rotor inertia and friction of the power generator even under no load, it is relatively low as mentioned above. It can be seen that the time to reach a shorter time and the final speed also become smaller.

그러면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모의 저항 제어를 이용한 차량 하중 발전 에너지를 획득하기 위한 전력 변환기의 회로 구성을 도 6를 참조하여 살펴보기로 한다.Next, a circuit configuration of a power converter for obtaining vehicle load generation energy using simulation resistance control according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.

전력 변환기는 일단 혹은 다단으로 구성할 수 있으며, 전압제어와 전류제어를 동시에 수행할 수가 있다. 특히 수퍼커패시터가 최종단에 연결되는 전력 변환기는 전류제어를 자유롭게 할 수 있어야 한다. The power converter can be configured in one or multiple stages, and can perform voltage control and current control simultaneously. In particular, the power converter with the supercapacitor connected to the final stage should be able to control the current freely.

전력변환기는 입력 전력에 대해 비선형적인 변환효율과 일정한 입력전압의 문턱치가 존재하지만, 본 발명에서는 이러한 요소는 고려하지 않기로 한다. 그렇더라도 본 발명의 요지에 큰 영향을 미치지 못하며, 실제 응용 시에는 필요에 따라 이에 대한 경계 조건을 설정함으로써 생략된 회로요소로 인하여 발생할 수 있는 문제를 해결할 수 있다. The power converter has a non-linear conversion efficiency and a constant input voltage threshold with respect to the input power, but this factor will not be considered in the present invention. Nevertheless, the present invention does not significantly affect the gist of the present invention, and in practical applications, it is possible to solve a problem that may occur due to omitted circuit elements by setting boundary conditions thereto.

또한, 본 발명은 차량의 하중 발전에 따른 에너지 획득에 관한 것이나, 본 발명의 에너지 인출 과정을 일부 변경하면 차량이 아닌 유사한 하중 발전용으로도 적용이 가능하다. In addition, the present invention relates to the energy acquisition according to the load generation of the vehicle, but if the energy extraction process of the present invention is partially changed, it can be applied to similar load generation other than the vehicle.

또한, 본 발명의 목적은 최적의 부하 조건을 시뮬레이션하여 기발생된 에너지를 최대한으로 인출하려는데 있음으로, 부하를 실시간으로 조정하여 동력원에 대한 투입 에너지를 조절하면서 최대의 효율로 경제적 운전을 목표로 하는 일반적인 방법과는 구분된다. In addition, it is an object of the present invention to simulate the optimal load conditions to withdraw the generated energy to the maximum, to adjust the load in real time to adjust the input energy to the power source while aiming for economic operation with maximum efficiency This is different from the usual method.

하중발전의 경우 차량이 일정한 높이와 일정한 길이를 가진 하중판을 밟고 지나가면서 발생시킬 수 있는 최대 에너지는 이미 정해져 있기 때문에 기발생한 에너지에 대하여 빠른 시간 내에 최대한의 에너지를 획득할 수 있는 방법을 개발해야 한다. In the case of load generation, the maximum energy that can be generated when a vehicle traverses a load plate having a certain height and a certain length is already determined. Therefore, a method for obtaining the maximum energy for the generated energy must be developed in a short time. do.

또한, 본 발명은 그 적용을 위하여 동적으로 얻어야 할 두 가지 선행정보를 필요로 한다. 차속 감지와 차량의 중량정보를 수집하는 것인데 이들 정보를 얻는 방법에 대해서는 본 발명의 요지를 벗어나므로 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다. In addition, the present invention requires two prior information to be obtained dynamically for its application. Detecting vehicle speed and collecting weight information of the vehicle, but the detailed description thereof will be omitted here because the method of obtaining the information is out of the gist of the present invention.

도 6을 참조하면, 전력 변환 장치는 발전부(110)와, 발전부(110)의 보호를 위한 전원 제한부(120)와, 전압 제어부(130), 전류 제어부(140), 수퍼커패시터(150), 제어부(160)로 구성된다. Referring to FIG. 6, the power converter includes a power generator 110, a power limiter 120 for protecting the power generator 110, a voltage controller 130, a current controller 140, and a supercapacitor 150. ), And the control unit 160.

발전부(110)는 선형직류기이며 내부저항

Figure 112010042458165-pat00031
을 가진다. 수퍼커패시터(150)는 등가직렬저항(ESR)
Figure 112010042458165-pat00032
를 가지며,
Figure 112010042458165-pat00033
는 ESR 전압강하를 포함하지 않는 순수한 커패시터에 저장된 전압을 의미한다. The power generation unit 110 is a linear direct current machine and internal resistance
Figure 112010042458165-pat00031
. Supercapacitor 150 has an equivalent series resistance (ESR).
Figure 112010042458165-pat00032
Lt; / RTI &gt;
Figure 112010042458165-pat00033
Denotes the voltage stored in a pure capacitor that does not contain an ESR drop.

또한, 차량용 하중발전에서는 대부분의 경우에 차량이 지나가면서 하중판을 밟아 에너지를 발생시키므로 발전장치에서 발생하는 에너지가 대부분 0.5초 이내의 매우 짧은 시간에 다양한 형태의 펄스성 전압파형으로 나타난다. 따라서 이러한 경우에는 순간적으로 들어오는 큰 값의 펄스성 에너지를 짧은 시간 내에 충전해야 하는 것을 필요로 한다. 상대적으로 짧은 시간 동안 발생하는 에너지에 대한 효율적인 저장을 위해서는 축전지와 같은 화학적 반응을 이용하는 저장 장치 대신 일반 커패시터의 특성을 가지고 있는 수퍼커패시터를 사용함으로 말미암아 이와 같은 요구에 부응할 수 있게 된다.In addition, in most cases of vehicle load power generation, energy is generated by generating power by stepping on a load plate as the vehicle passes by, and most of the energy generated by the power generation device appears in various types of pulsed voltage waveforms in a very short time within 0.5 seconds. In this case, therefore, it is necessary to charge a large amount of instantaneous pulsed energy in a short time. In order to efficiently store energy generated in a relatively short time, it is possible to meet such a demand by using a supercapacitor having the characteristics of a general capacitor instead of a storage device using a chemical reaction such as a battery.

최종단의 전류 제어부(140)는 수퍼커패시터(150)에 입력되는 전류를 제어하는 장치로서 빠른 부궤환 제어와 응답특성을 가진다. The current controller 140 of the final stage is a device for controlling the current input to the supercapacitor 150 has a fast negative feedback control and response characteristics.

모의 저항 R은 실제로 연결되지 않으며 단지 제어시 목표가 되는 값이다. 마치 이곳에 R이란 부하가 실제 연결된 것처럼 본 발명의 방법을 적용해 나가게 된다. 전압제어부(130)와 전류제어부(140)의 입력과 출력측의 전력은 동일하며 이상적인 변환기로 간주한다.The simulated resistor R is not actually connected and is only a target value for control. Here, R is applied to the method of the present invention as if the load is actually connected. The power of the input and output sides of the voltage controller 130 and the current controller 140 is the same and is considered an ideal converter.

제어부(160)는 모의 저항 제어를 통해 최대 에너지를 인출할 수 있는 저항성 부하의 인출점을 찾아낸 후, 이러한 모의 저항 R이 마치 실제로 연결된 것과 같은 효과를 위해 전류 제어부(140)를 제어하여 수퍼커패시터(150)에 입력되는 전류를 제어하도록 한다.The controller 160 finds the withdrawal point of the resistive load capable of drawing the maximum energy through the simulation resistance control, and then controls the current controller 140 to control the current controller 140 for the effect that the simulation resistor R is actually connected. 150 to control the current input.

이러한, 제어부(160)의 동작에 대해서는 후술하는 모의 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법을 통해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.The operation of the control unit 160 will be described in more detail through a method of acquiring vehicle load generation energy through mock resistance control which will be described later.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모의 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법을 설명하기 위한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method for obtaining vehicle load generation energy through simulation resistance control according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모의 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법은 크게 차속에 대응하여 최대 에너지를 인출할 수 있는 모의 저항값을 실시간으로 계산하는 과정과, 상기 계산된 모의 저항값에 대응하여 수퍼커패시터(150)에 입력될 충전 전류를 산출하는 과정으로 구성된다. In accordance with a preferred embodiment of the present invention, a method for acquiring vehicle load generation energy through simulation resistance control includes calculating a simulation resistance value capable of extracting maximum energy in real time corresponding to a vehicle speed, and calculating the simulation resistance value in real time. Corresponding to the process of calculating the charging current to be input to the supercapacitor 150 correspondingly.

도 7을 참조하면, 제어부는 210 단계에서 하중판을 지나가는 차량의 차속을 측정한다. 그리고, 220 단계에서 상기 측정된 차속에서 최대 에너지를 인출할 수 있는 모의 저항값(R)을 결정한다. Referring to FIG. 7, the controller measures the vehicle speed of the vehicle passing through the load plate in step 210. In operation 220, a simulated resistance value R for extracting maximum energy from the measured vehicle speed is determined.

그러면, 차속에 따라 최대 에너지를 인출할 수 있는 모의 저항값(R)을 결정하는 알고리즘을 상세히 설명하기로 한다.Next, an algorithm for determining a simulated resistance value R that can extract the maximum energy according to the vehicle speed will be described in detail.

우선 완주시간에 대해서 살펴보기로 한다. 완주 시간은 차량이 하중판 위에서 지면까지 닿는데 걸리는 시간을 의미하는 것으로, 전술한 바와 같이 차량 하강속도에 있어서 속도와 가속도 둘 다 시간 변수에 선형적이지 않기 때문에 지면까지 완주하는데 걸리는 시간을 용이하게 계산할 수가 없다. 또한, 부하에 따라서 차량이 지면까지 완주할 수도 있고, 차량이 지면에 완주하기 전에 하중판을 신속히 통과할 수도 있기 때문에 하중판을 지나가는 통과 시간과 지면까지 완주하는 완주 시간을 비교하여 시간이 짧은 것을 하강시간으로 선택해야 한다. First, let's look at the completion time. Completion time refers to the time it takes for the vehicle to reach the ground from the load plate, and as described above, the time it takes to complete to the ground is easy because both speed and acceleration are not linear to the time variable in the vehicle descent speed. Can't calculate In addition, depending on the load, the vehicle may complete to the ground, or the vehicle may pass quickly through the load plate before it reaches the ground. It should be chosen as the fall time.

우선, 완주 시간이 통과 시간보다 작은 경우, 즉 차량이 하중판 위에 있는 상태에서 지면에 닿는 경우를 고려하고, 다음으로 통과 시간이 완주 시간보다 작은 경우, 즉 하중판이 지면에 닿지 못하는 경우를 살펴본다.First, consider the case where the completion time is less than the passage time, that is, when the vehicle touches the ground while the vehicle is on the load plate, and then the case where the passage time is less than the completion time, that is, the load plate does not touch the ground. .

한편, 부하에 전달되는 총 에너지를 계산하기 위해서는 전력과 시간이 필요하며 전력은 비교적 간단하게 계산이 되지만 시간을 계산하는 것은 여러 과정을 거친다. 우선 차량의 하강 속도를 이용하여 거리를 계산하고 그 거리를 이용하여 지면까지 완전히 도달하기까지 걸리는 시간을 역산해야 한다. On the other hand, power and time are needed to calculate the total energy delivered to the load. Power is relatively simple, but time is calculated in several processes. First, you need to calculate the distance using your car's descent speed and use that distance to invert the time it takes to reach the ground completely.

지면까지 완주할 수 있는지를 판별하는 것은 부하와 차량의 속도에 따라 결정이 된다. 일반적으로 발전장치에 연결되는 전기부하가 작고, 차량의 지상 이동 속도가 낮을 때 완주가 가능하다. Determining if you can complete the road depends on the load and the speed of the vehicle. In general, it is possible to complete the run when the electric load connected to the power generation device is small and the vehicle's ground moving speed is low.

완주 거리는 <수학식 7>의 하강속도로부터 <수학식 9>과 같이 계산되며, <수학식 9>로부터 완주 시간을 역으로 산출한다.Completion distance is calculated as in <Equation 9> from the falling speed of <Equation 7>, and the completion time is calculated inversely from <Equation 9>.

Figure 112010042458165-pat00034
Figure 112010042458165-pat00034

<수학식 9>에서 h는 하중판의 높이를 의미하는 것으로, 일반적으로 운전자의 안전 및 승차감을 고려하여 35-50mm선에서 결정될 수 있다. 완주시간

Figure 112010042458165-pat00035
는 특정부하에서 지면까지 완주하는 데까지 걸리는 시간을 의미한다. 완주시간
Figure 112010042458165-pat00036
은 발전장치의 고유정수 K와 발전장치에 연결된 전기 부하저항, 발전장치의 내부저항 등에 영향을 받게 된다. 부하 저항값이 작으면 부하가 많이 걸리는 형태이므로 다음의 <수학식 10>에서 알 수 있는 바와 같이 완주하여 지면에 닿는 시간이 길어진다. 완주시간
Figure 112010042458165-pat00037
를 구하면 <수학식 10>과 같다. In Equation (9), h means the height of the load plate, and in general, it may be determined at 35-50 mm in consideration of the driver's safety and riding comfort. Completion time
Figure 112010042458165-pat00035
Means the time it takes to reach the ground from the specified load. Completion time
Figure 112010042458165-pat00036
Is affected by the intrinsic constant K of the generator, the electrical load resistance connected to the generator, and the internal resistance of the generator. If the load resistance value is small, it takes a lot of load, and as shown in Equation 10 below, the time required to reach the ground becomes long. Completion time
Figure 112010042458165-pat00037
The equation is given by Equation 10.

Figure 112010042458165-pat00038
Figure 112010042458165-pat00038

Figure 112010042458165-pat00039
Figure 112010042458165-pat00039

여기서,

Figure 112010042458165-pat00040
는 Lambert W 함수를 의미한다. 도 8 및 도 9는 Lambert W 함수에 대한 도면을 도시하고 있다.here,
Figure 112010042458165-pat00040
Means Lambert W function. 8 and 9 show diagrams for the Lambert W function.

전술한 완주시간

Figure 112010042458165-pat00041
는 후술할 통과 시간과 더불어 본 발명에서 매우 중요하게 다루는 변수이다. 하강하는 차량으로부터 에너지를 인출할 때 완주 시간은 최대에너지를 제한하는 요소가 된다. The finish time mentioned above
Figure 112010042458165-pat00041
In addition to the passing time to be described later is a variable that is very important in the present invention. Completion time is the limiting factor for maximum energy when drawing energy from a descending vehicle.

다음으로 통과 시간에 대해 살펴보기로 한다. Next, let's take a look at the transit time.

하중판의 통과 시간은 전체 에너지 인출 과정에서 가장 중요한 변수 중 하나이다. 통과 시간이 상대적으로 길면, 많은 에너지를 포집할 수 있지만 통과 시간이 짧을 때는 어떠한 인출 알고리즘을 사용하든 그 결과는 미미하다. 이후 어떤 차량속도 이내에서 에너지 인출이 의미가 있는지를 검증할 것이다. 차량의 통과 시간은 <수학식 12>와 같이 구할 수 있다. The transit time of the load plate is one of the most important variables in the overall energy extraction process. If the pass time is relatively long, it can capture a lot of energy, but when the pass time is short, the result is negligible no matter which withdrawal algorithm is used. We will then verify that withdrawal of energy is meaningful within the vehicle speed. The passing time of the vehicle can be obtained as shown in Equation 12.

Figure 112010042458165-pat00042
Figure 112010042458165-pat00042

<수학식 12>에서

Figure 112010042458165-pat00043
는 차량이 주행하는 방향으로 하중판의 길이(m)이며,
Figure 112010042458165-pat00044
는 차량의 수평이동 속도로 단위는 km/h이다.In Equation 12
Figure 112010042458165-pat00043
Is the length of the load plate (m) in the direction in which the vehicle is traveling,
Figure 112010042458165-pat00044
Is the horizontal movement speed of the vehicle, measured in km / h.

다음으로 발생 에너지 산출에 대해 살펴보기로 한다.Next, the generated energy calculation will be described.

지금까지 계산된 시간정보를 이용하여 실제로 부하에 공급되는 에너지를 구하고자 한다. 먼저 부하전류를 구해야 하는데 이값은 <수학식 13>에 의해 산출될 수 있다.Using the time information calculated so far, we want to find the energy actually supplied to the load. First, the load current must be obtained. This value can be calculated by Equation 13.

Figure 112010042458165-pat00045
Figure 112010042458165-pat00045

차량의 짧은 낙하시간 동안 부하에 전달되는 순시 전력을 구해보면 다음의 <수학식 14>와 같이 구할 수 있다.The instantaneous power delivered to the load during the short fall time of the vehicle can be obtained as shown in Equation 14 below.

Figure 112010042458165-pat00046
Figure 112010042458165-pat00046

<수학식 14>를 통해 산출된 순시 전력을 이용하여 인출되는 에너지를 구한다. 중요한 것은 시간 구간인데 하강하는 시간을

Figure 112010042458165-pat00047
라 하면 에너지는 <수학식 15>에 의해 산출될 수 있다. The extracted energy is obtained using the instantaneous power calculated by Equation (14). What's important is the time interval
Figure 112010042458165-pat00047
Then, energy can be calculated by Equation 15.

Figure 112010042458165-pat00048
Figure 112010042458165-pat00048

하강시간

Figure 112010042458165-pat00049
는 전술한 바와 같이 두 가지 경우로 나누어진다. 통과 시간
Figure 112010042458165-pat00050
가 완주시간
Figure 112010042458165-pat00051
보다 작은 경우와 큰 경우이다. 통과 시간이 완주시간보다 짧을 경우에는
Figure 112010042458165-pat00052
=
Figure 112010042458165-pat00053
가 되고, 부하에 전달되는 에너지 발생량은 완주시간에 상관없이 <수학식 15>를 이용하여 차량의 속도
Figure 112010042458165-pat00054
와 부하저항 R의 함수로서 <수학식 16>과 같이 나타난다. Descent time
Figure 112010042458165-pat00049
Is divided into two cases as described above. Transit time
Figure 112010042458165-pat00050
Completion time
Figure 112010042458165-pat00051
Smaller and larger. If the transit time is shorter than the finish time,
Figure 112010042458165-pat00052
=
Figure 112010042458165-pat00053
The amount of energy delivered to the load is determined using the equation (15) regardless of the completion time.
Figure 112010042458165-pat00054
And as a function of load resistance, R,

Figure 112010042458165-pat00055
Figure 112010042458165-pat00055

도 11은 차량의 통과 시간이 완주 시간보다 짧은 경우, 즉 차량이 상대적으로 고속으로 운행할 때 부하에 전달되는 에너지를 표현한다. 도 9에서와 같이 에너지는 차량속도와 부하저항의 함수로 나타난다. FIG. 11 represents the energy delivered to the load when the transit time of the vehicle is shorter than the completion time, ie when the vehicle is traveling at a relatively high speed. As shown in FIG. 9, energy is expressed as a function of vehicle speed and load resistance.

한편, 차량의 통과 시간이 완주 시간보다 긴 경우, 하중판은 지면에 닿거나 지면을 통과하여 지면 아래로 하강하게 되는데, 지면 아래로 내려갈 경우 차량은 다시 에너지를 사용하여 지면으로 올라와야 하므로 결국 지면에 닿거나 지면을 지나는 시간을 하강의 종료 시점으로 본다. 이 경우에는 부하에 전달되는 에너지는 차량의 속도에 무관하고 오직 부하저항 R의 함수로 나타나며, 지면에 도착함으로써 에너지의 전달이 제한되는 형태이므로 부하 에너지는 <수학식 17>과 같이 표현된다. On the other hand, if the transit time of the vehicle is longer than the completion time, the load plate falls down to the ground by touching the ground or through the ground, but when descending to the ground, the vehicle has to use energy again to get to the ground, so eventually The time to reach or cross the ground is seen as the end of the descent. In this case, the energy delivered to the load is independent of the speed of the vehicle and only appears as a function of the load resistance R. Since the energy transfer is limited by reaching the ground, the load energy is expressed as in Equation 17.

Figure 112010042458165-pat00056
Figure 112010042458165-pat00056

도 12는 차량 수평통과시간이 완주시간보다 긴 경우에 볼 수 있는 최대 에너지 전달 곡선이다. 차량의 속도와는 무관하게 부하저항 R의 함수로만 나타나고 있다. 12 is a maximum energy transfer curve that can be seen when the vehicle horizontal passage time is longer than the completion time. Regardless of the speed of the vehicle, it appears only as a function of the load resistance R.

도 13은 차량의 수평통과시간과 완주 시간과의 관계에 따라 발생하는 에너지를 통합적으로 보여준다. 13 shows the energy generated according to the relationship between the horizontal passage time and the completion time of the vehicle.

차속에 따라 최대 에너지를 발생시키는 부하저항값이 변화하며, 차속이 상대적으로 높을 때에는 차량이 지면에 닿지 못하므로 지면에 닿을 때의 에너지 제한선인 ELMT선과 거리를 두고 있다. 이 경우에는 차속이 점점 줄어들 때 부하저항값이 증가하는 방향으로 최대 에너지 인출점을 찾아가고 있음을 알 수 있다. The load resistance value that generates the maximum energy changes according to the vehicle speed. When the vehicle speed is relatively high, the vehicle cannot reach the ground, so it is separated from the ELMT line, which is the energy limiting line when it reaches the ground. In this case, it can be seen that the maximum energy withdrawal point is found in the direction in which the load resistance value increases as the vehicle speed decreases.

그러나, 차량의 수평통과속도가 더욱 감소하여 하중판이 지면에 닿게 되면 ELMT선에 제한을 받아 더 이상 에너지 증가가 일어나지 않는다. However, when the horizontal transverse speed of the vehicle is further reduced and the load plate comes into contact with the ground, the ELMT line is restricted and no further energy increase occurs.

따라서, 본 발명의 요지는 차속에 따라 발생 에너지가 최대가 되는 모의 부하 저항값을 찾아내는 것이다.Therefore, the gist of the present invention is to find the simulated load resistance value at which the generated energy is maximum depending on the vehicle speed.

도 13에서 차속에 따라 에너지가 최대가 되는 모의 부하 저항값은 명확하게 검색될 수 있음을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 13 that the simulated load resistance value at which energy is maximized according to the vehicle speed can be clearly retrieved.

도 14는 차속

Figure 112010042458165-pat00057
와 부하저항 R의 함수로 나타나는 에너지 인출량을 삼차원적인 그래프로 보여준다. 차량이 최대 에너지를 낼 수 있는 지점을 지나 저속으로 운행할 경우에는 모의 부하 저항값을 에너지를 최대로 인출할 수 있는 값에 고정하여 차량속도에 무관하게 제어하는 것이 필요하며 이는 본 발명에서 제시하는 중요한 요소 중의 하나이다.14 is vehicle speed
Figure 112010042458165-pat00057
The three-dimensional graph shows the energy draw as a function of and load resistance R. When the vehicle runs at a low speed past a point that can produce the maximum energy, it is necessary to fix the simulated load resistance value to a value capable of extracting the maximum energy and to control the vehicle speed regardless of the speed of the vehicle. It is one of the important factors.

차속에 따른 최대에너지 인출점을 도 13 및 도 14에서 그래프로 보였지만 정확한 값을 산출하기 위해 좀 더 상세한 과정이 필요하다. Although the maximum energy withdrawal point according to the vehicle speed is shown in the graphs in FIGS. 13 and 14, a more detailed process is required to calculate an accurate value.

도 13에 도시된 바와 같이 통과시간이 완주시간보다 큰 경우에는 차속별 에너지 곡선과 ELMT 곡선이 만나는 지점이 최대에너지 지점이므로 그 점의 모의부하저항값을 최대 에너지 인출점으로 계산하면 된다. 그러나, 통과시간이 완주시간보다 작은 경우에는 최대 에너지 인출점을 구하기 위하여 에너지(E)함수를 미분한 후 도함수의 값이 0이 되는 부분을 찾아야 한다. <수학식 18>은 에너지 (E)함수 <수학식 16>을 모의부하저항 R에 대하여 미분한 결과를 보인다.As shown in FIG. 13, when the passage time is greater than the completion time, the point where the energy curve for each vehicle speed and the ELMT curve meet is the maximum energy point, and the simulated load resistance value of the point may be calculated as the maximum energy draw point. However, if the transit time is less than the completion time, the derivative of the energy (E) function must be found after the derivative of the energy (E) to find the maximum energy draw point. Equation (18) shows the result of differentiating the energy (E) function (Equation 16) with respect to the simulated load resistance R.

Figure 112010042458165-pat00058
Figure 112010042458165-pat00058

각각의 차속

Figure 112010042458165-pat00059
에 대하여 DE=0가 되는 지점을 찾으면 최대 에너지를 인출할 수 있는 모의 부하 저항값을 찾을 수 있다. <수학식 18>로부터 최대에너지 인출을 할 수 있는 모의부하저항을 구하여 도 15에 나타내었다. Each vehicle speed
Figure 112010042458165-pat00059
By finding the point where DE = 0, we find a simulated load resistance that can draw the maximum energy. The simulated load resistance capable of extracting the maximum energy from Equation (18) was obtained and shown in FIG. 15.

도 15의 상단은 차량속도에 대한 인출 가능한 최대 에너지를 도시하고, 하단은 차량 속도에 따라 최대 에너지를 인출할 수 있는 부하 저항값을 도시한다. 하단의 부하저항 곡선에서 부하저항 피크값의 오른쪽은 통과시간이 완주시간보다 짧은 경우이고, 왼쪽은 통과시간이 완주시간보다 더 길어서 하중판이 지면에 닿는 경우를 나타낸다. The upper part of FIG. 15 shows the maximum energy that can be drawn with respect to the vehicle speed, and the lower part shows the load resistance value that can extract the maximum energy according to the vehicle speed. In the lower load resistance curve, the right side of the load resistance peak value shows the case where the transit time is shorter than the finish time, and the left side shows the case where the load plate touches the ground because the transit time is longer than the finish time.

다시 도 7을 참조하면, 제어부는 220 단계에서 전술한 바와 같은 알고리즘을 통해 산출된 도 15를 이용하여 차속에 따라 최대 에너지를 인출할 수 있는 모의 저항값을 결정하게 된다.Referring back to FIG. 7, the controller determines a simulated resistance value capable of extracting the maximum energy according to the vehicle speed using FIG. 15 calculated through the algorithm as described above in operation 220.

한편, 발전장치 고유정수 K가 미치는 영향에 대해 살펴보기로 한다. 최대에너지 인출점을 찾아내는 과정에서 발전장치의 고유정수인 K가 어떤 영향을 미치는지를 알아보는 것은 그 의미가 크다고 할 수 있다. 차속을 일정하게 두고, 부하저항 R과 K를 변경시키면서 에너지 인출에 어떤 영향을 미치는지를 확인한다. 고유정수 K의 영향을 평가하는 것에 있어서 <수학식 17>을 사용하고, 도 16은 그 결과를 나타내고 있다. On the other hand, the influence of the intrinsic constant K of the power generation unit will be described. In finding the maximum energy draw point, it can be said that it is meaningful to find out how K, the intrinsic constant of the power generation device, has an effect. Keep the vehicle speed constant and change the load resistors R and K to see how they affect energy extraction. Equation 17 is used to evaluate the influence of the high constant K, and FIG. 16 shows the result.

Figure 112010042458165-pat00060
Figure 112010042458165-pat00060

도 16에서 보는 바와 같이 발전장치의 고유정수 K는 에너지 인출에 있어서 지나치게 작은 값을 가지고 있지 않는 한, 최대 에너지 인출에 영향을 미치지 못한다.As shown in FIG. 16, the high constant K of the power generation device does not affect the maximum energy extraction unless it has an excessively small value in energy extraction.

도 17에 도시된 바와 같이 차량의 속도를 변경시킨 후, 계산을 시도하여도 결과는 변함이 없다. 즉, K의 값과 최대에너지 인출과는 상관이 없다는 사실을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명은 발전기 자체의 특성값에 의존하지 않고 일반적으로 적용될 수 있다는 의미를 내포한다. After changing the speed of the vehicle as shown in FIG. 17, even if the calculation is attempted, the result does not change. That is, it was confirmed that there is no correlation between the value of K and the maximum energy withdrawal. Therefore, the present invention implies that it can be generally applied without depending on the characteristic value of the generator itself.

지금까지 하중판에 의하여 발생하는 에너지를 모의부하저항을 조절하여 적절하게 인출하는 기법을 제시하였다. Up to now, the technique of properly extracting the energy generated by the load plate by controlling the simulated load resistance has been presented.

다시 도 7을 참조하면, 230 단계에서 상기 210 단계에서 측정된 차속을 이용하여 하강 시간을 계산하는데, 이는 전술한 바와 같은 완주 시간 및 통과 시간을 계산하는 과정이다. 그리고, 240 단계에서 계산된 완주 시간과 통과 시간을 비교하여, 250 단계 및 260 단계에서와 같이 적은 값을 하강 시간으로 설정한다.Referring to FIG. 7 again, in step 230, the fall time is calculated using the vehicle speed measured in step 210, which is a process of calculating the completion time and the passage time as described above. Then, by comparing the completion time and the pass time calculated in step 240, and set as a lower value as in the steps 250 and 260.

다음으로 도 7의 270 단계 내지 290 단계는 인출된 에너지를 전력변환기를 거쳐 수퍼커패시터에 저장하기 위한 것으로 이에 대한 알고리즘을 상세히 설명하기로 한다. Next, steps 270 to 290 of FIG. 7 are to store the extracted energy in the supercapacitor through the power converter, and an algorithm thereof will be described in detail.

그런데, 실제 회로의 구현에서는 적절한 변환효율을 감안해야 하나, 본 발명에서는 알고리즘의 간편한 전개를 위하여 전력변환기의 입출력 효율이 1이 되도록 설정한다. 전력변환기에서 수퍼커패시터에 충전되는 전류를 적절하게 제어함으로써 전력변환기의 입력측이 마치 저항성 부하인 것처럼 보이도록 하여 모의저항에 의한 최대 에너지 인출 메카니즘이 그대로 적용될 수 있도록 한다. However, the actual circuit implementation should take into account the proper conversion efficiency, but in the present invention, the input and output efficiency of the power converter is set to 1 for easy deployment of the algorithm. By properly controlling the current charged to the supercapacitor in the power converter, the input side of the power converter appears as if it is a resistive load so that the maximum energy extraction mechanism by the simulated resistor can be applied as it is.

발전장치에 흐르는 전류는 <수학식 20>과 같으며, 전력변환기에 입력되는 순시전력은 <수학식 21>와 같이 표현된다. The current flowing through the generator is expressed by Equation 20, and the instantaneous power input to the power converter is expressed by Equation 21.

Figure 112010042458165-pat00061
Figure 112010042458165-pat00061

Figure 112010042458165-pat00062
Figure 112010042458165-pat00062

전력변환기의 출력측 전력은 수퍼커패시터의 등가직렬저항(ESR)에 소비된 전력과 커패시터 자체에 저장되는 전력의 합으로 <수학식 22>와 같다.The output power of the power converter is the sum of the power consumed in the equivalent series resistance (ESR) of the supercapacitor and the power stored in the capacitor itself.

Figure 112010042458165-pat00063
Figure 112010042458165-pat00063

입출력 효율을 1이므로 이 된다. 만약 변환효율을 고려하여 시스템 변수에 대한 값을 계산해야 될 경우라면 전력변환기의 효율을 에 곱하여 사용하여야 한다. <수학식 20>을 부하저항에 전달되는 전력으로 고쳐쓰면 <수학식 23>과 같다. 이는 도 7의 270 단계에 해당된다.Since the input / output efficiency is 1, it becomes. If it is necessary to calculate the value for the system variable in consideration of the conversion efficiency, the efficiency of the power converter should be multiplied by. Rewriting Equation 20 into the power delivered to the load resistance is shown in Equation 23. This corresponds to step 270 of FIG. 7.

Figure 112010042458165-pat00064
Figure 112010042458165-pat00064

상기 <수학식 23>을

Figure 112010042458165-pat00065
에 대하여 다시 정리하면, 하기의 <수학식 24>와 같이 나타낼 수 있다.Equation 23 above
Figure 112010042458165-pat00065
Re-arranged with respect to Equation 24, Equation 24 may be used.

Figure 112010042458165-pat00066
Figure 112010042458165-pat00066

커패시터에 저장된 에너지가 감소하지 않고 계속 증가하는 조건, 즉

Figure 112010042458165-pat00067
인 경우에만 관심이 있으므로,<수학식 24>를 <수학식 25>과 같이 표현할 수 있다. Conditions in which the energy stored in the capacitors continues to increase without decreasing, i.e.
Figure 112010042458165-pat00067
Since it is only interested in, Equation 24 may be expressed as Equation 25.

Figure 112010042458165-pat00068
Figure 112010042458165-pat00068

<수학식 25>는 정확해(Exact Solution)가 가능하지 않는 비선형 일차 미분 방정수학식이므로 수치해석법을 도입하여 해를 구하는 방법을 사용한다. 본 발명에서는 미분방정식의 수치해석에 있어서 정확도가 높은 것으로 알려져 있는 4차 룽게-쿠타(4th order Runge-Kutta)방법을 사용할 수 있다. 4차라는 의미는 계산에 사용된 미소구간을 h라 할 때, 전체 누적오차가

Figure 112010042458165-pat00069
, 단계오차가
Figure 112010042458165-pat00070
수준임을 의미한다.Equation 25 is a nonlinear first-order differential equation that does not allow an exact solution, so we use a numerical method to solve the problem. In the present invention, the 4th order Runge-Kutta method, which is known to have high accuracy in numerical analysis of differential equations, can be used. Fourth order means that the total cumulative error is
Figure 112010042458165-pat00069
, Step error
Figure 112010042458165-pat00070
Means level.

Runge_Kutta 방법에 의해 해를 구한 후 최종적인 제어 전류치인 충전전류

Figure 112010042458165-pat00071
를 구하는데, 충전전류
Figure 112010042458165-pat00072
는 <수학식 26>에 의해 산출된다. 이는 도 7의 290 단계에 해당한다.Charging current, the final control current after solving by Runge_Kutta method
Figure 112010042458165-pat00071
To obtain the charging current
Figure 112010042458165-pat00072
Is calculated by Equation 26. This corresponds to step 290 of FIG. 7.

Figure 112010042458165-pat00073
Figure 112010042458165-pat00073

하기의 <표 1>의 시스템 정수를 사용하여 해석한 결과를 그래프로 표현하면 도 18과 같다. 본 발명의 방법은 하중판의 길이와 설치높이에 제한되지 않지만, 설명의 편의를 위해 일반적인 도로에서 사용하고 있는 과속 방지턱 수준을 고려하여 하중판과 차량의 제원을 <표 1>과 같이 설정하도록 하나, 이는 일 실시 예일 뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 18 shows the results of the analysis using the system constants of Table 1 below. The method of the present invention is not limited to the length of the load plate and the installation height, but for convenience of explanation, the load plate and the specifications of the vehicle are set in consideration of the speed bumps used in the general road as shown in Table 1. This is merely an example, and the present invention is not limited thereto.

Figure 112010042458165-pat00074
Figure 112010042458165-pat00074

도 18에서 도시된 바와 같이, 입력측 전압과 전류는 계속하여 증가하며 일정한 값으로 수렴하고 있다. 따라서, 하중판 위에서 하강 속도가 일정한 값으로 수렴하고 더 이상 증가하지 않는 형태로 나타난다. 또한 입력전력이 일정한 값으로 수렴함으로써 충전전압은 에너지의 저장이 계속되는 한 증가하므로 충전 전류가 감소하는 자연스런 모습을 보인다. As shown in FIG. 18, the input voltage and current continue to increase and converge to a constant value. Thus, the rate of descent on the load plate converges to a constant value and appears to no longer increase. In addition, as the input power converges to a constant value, the charging voltage increases as long as energy is stored, and thus the charging current decreases.

도 19는 수퍼커패시터의 초기 전압이 100 V일 때의 파형을 표시한다. 초기 전압이 작은 경우보다 충전 전류가 현저히 줄었음을 알 수 있다. 초기 전압이 높은 수준으로 유지되고 있을 때 에너지의 전달 효율도 좋아지고 최종적인 제어의 대상인 충전 전류도 줄어들어 제어폭이 적은 안정된 제어를 할 수 있게 된다. 19 shows waveforms when the initial voltage of the supercapacitor is 100V. It can be seen that the charging current is significantly reduced than when the initial voltage is small. When the initial voltage is maintained at a high level, the energy transfer efficiency is improved and the charging current, which is the final control target, is also reduced, so that stable control with less control width can be achieved.

다음으로 저장 에너지 산출 과정을 살펴보기로 한다.Next, the storage energy calculation process will be described.

최종적인 충전 전압 및 충전 전류가 구해졌으므로 수퍼커패시터에 저장되는 에너지는 <수학식 27>과 같이 계산된다. <수학식 27>에서 볼 수 있는 바와 같이 최종적으로 저장되는 에너지는 커패시터의 등가직렬저항값에 큰 영향을 받게 된다. Since the final charging voltage and charging current are obtained, the energy stored in the supercapacitor is calculated as shown in Equation 27. As shown in Equation 27, the finally stored energy is greatly influenced by the equivalent series resistance value of the capacitor.

Figure 112010042458165-pat00075
Figure 112010042458165-pat00075

발전장치에 의하여 발생된 에너지와 모의저항에 전달된 에너지는 기전력과 부하전압에 부하전류를 곱하고 이를 시간적으로 적분하여 구한다.The energy generated by the generator and the energy delivered to the simulated resistor are obtained by multiplying the electromotive force and the load voltage by the load current and integrating it over time.

Figure 112010042458165-pat00076
Figure 112010042458165-pat00076

본 발명에 있어서, 최대 에너지 전달에 수퍼커패시터의 전압 초기치가 중요한 변수이므로 전압 초기치 0 V와 100 V에서 에너지 인출 상태를 검증하여 도 20과 도 21에 나타내었다. In the present invention, since the initial voltage of the supercapacitor is an important parameter for maximum energy transfer, the energy extraction states are verified at voltage initial values 0 V and 100 V and are shown in FIGS. 20 and 21.

도 20을 참조하면, 수퍼커패시터의 전압 초기치가 0 V일 때 에너지의 발생량에 비하여 저장량이 현저히 줄어드는 것을 볼 수가 있다. 그러나, 도 21을 참조하면, 전압 초기치를 100 V로 올린 상태에서 계산한 에너지의 저장량은 크게 증가되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 에너지를 저장하고 전달함에 있어서 수퍼커패시터의 에너지를 대용량의 외부 배터리나 타부하로 재전송할 때 가능한 한 수퍼커패시터의 전압레벨을 일정 수준 유지한 상태로 동작시키는 것이 최적에너지 저장을 위하여 유리하다.Referring to FIG. 20, when the initial voltage of the supercapacitor is 0 V, the storage amount is significantly reduced compared to the amount of energy generated. However, referring to FIG. 21, it can be seen that the energy storage amount calculated in the state where the voltage initial value is raised to 100 V is greatly increased. Therefore, in the storage and transfer of energy, it is advantageous for optimal energy storage to operate the supercapacitor at a constant level as much as possible when retransmitting the energy of the supercapacitor to a large capacity external battery or other load.

도 22는 최종적으로 수퍼커패시터에 저장된 에너지 상태를 보여준다. 부하가 알고리즘을 적용하여 최적화된 상태에서 동적으로 변화하는 차속과 커패시터의 초기치에 따른 에너지의 저장 상태를 보여주고 있다. 커패시터의 전압 초기치에 따라 에너지 저장량이 달라지지만 상대적으로 낮은 커패시터의 전압 초기치를 가진 조건에서 모의저항제어법이 우수한 성능을 보여주고 있다. 22 finally shows the energy state stored in the supercapacitor. It shows the storage state of the energy according to the initial value of the capacitor and the vehicle speed that dynamically changes under the optimized load condition. Although the energy storage varies depending on the voltage initial value of the capacitor, the simulated resistance control method shows excellent performance under relatively low voltage initial value of the capacitor.

Claims (3)

하중판 위를 통과하는 차량의 하중에 의한 에너지를 발생하는 발전기와, 상기 발전기로부터 발생되는 에너지가 저장되는 커패시터를 포함하는 전력 변환기에서의 차량 하중 발전 에너지 획득 방법에 있어서,
상기 하중판을 통과하는 차량의 차속을 측정하는 단계와,
상기 측정된 차속에서 발생되는 에너지가 최대로 인출되는 모의 부하 저항값을 계산하는 단계와,
상기 계산된 모의 부하 저항값을 가진 가상 부하 저항이 상기 발전기에 연결될 때, 상기 커패시터에 전달되는 충전 전류를 산출하는 단계와,
상기 산출된 충전 전류가 상기 커패시터에 입력되도록 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 모의 부하 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법.
In the method for acquiring vehicle load generation energy in a power converter comprising a generator for generating energy by the load of the vehicle passing over the load plate, and a capacitor for storing the energy generated from the generator,
Measuring a vehicle speed of the vehicle passing through the load plate;
Calculating a simulated load resistance value at which energy generated at the measured vehicle speed is drawn to the maximum;
Calculating a charging current delivered to the capacitor when the virtual load resistor having the calculated simulated load resistance is connected to the generator;
And controlling the calculated charging current to be input to the capacitor.
제 1항에 있어서, 상기 모의 부하 저항값을 계산하는 단계는
상기 차량의 하중판에서의 낙하 시간 동안 부하에 전달되는 순시 전력을 이용한 하기의 <수학식 29>에 의해 산출되는 에너지를 최대로 하는 모의 부하 저항값을 산출함을 특징으로 하는 모의 부하 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법.
<수학식 29>
Figure 112010042458165-pat00077

여기서,
Figure 112010042458165-pat00078
는 상기 하중판의 하강 시간이고, m은 차량의 질량이고, g는 중력 가속도이고, K는 발전기의 고유정수이고, r은 발전기 내부 저항이고, R은 모의 부하 저항임.
The method of claim 1, wherein calculating the simulated load resistance value
Simulated load resistance control, characterized by calculating the simulated load resistance value maximizing the energy calculated by Equation (29) below using instantaneous power delivered to the load during the fall time at the load plate of the vehicle. Method of acquiring vehicle power generation energy through
<Equation 29>
Figure 112010042458165-pat00077

here,
Figure 112010042458165-pat00078
Is the fall time of the load plate, m is the mass of the vehicle, g is the acceleration of gravity, K is the high constant of the generator, r is the generator internal resistance, and R is the simulated load resistance.
제 1항에 있어서, 상기 충전 전류를 산출하는 단계는
상기 산출된 가상 저항값에 따른 부하 전력을 계산하는 단계와,
상기 계산된 부하 전력을 이용하여 충전 전압을 계산하는 단계와,
상기 계산된 충전 전압으로부터 충전 전류를 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 모의 부하 저항 제어를 통한 차량 하중 발전 에너지 획득 방법.
The method of claim 1, wherein calculating the charging current
Calculating load power according to the calculated virtual resistance value;
Calculating a charging voltage using the calculated load power;
And calculating a charging current from the calculated charging voltage.
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