KR101261570B1 - 전기 오토바이의 에너지 회수 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 제2 측면에 따르면, 전기 오토바이의 주행에 사용되는 에너지를 회수하여 충전하는 방법으로서, 상기 전기 오토바이의 구동부에서의 회수 에너지의 출력을 감지하는 단계; 상기 회수 에너지의 전압을 측정하는 단계; 상기 전압을 배터리의 충전 전압과 비교하는 단계; 상기 전압이 상기 충전 전압과 같거나 높으면 충전하는 단계; 및 상기 전압이 상기 충전 전압보다 낮으면 상기 충전 전압으로 승압하는 단계; 를 포함하는 전기 오토바이의 에너지 회수 방법을 제공한다.
본 발명은, 모터 또는 발전기로서 작용하는 전기 오토바이의 구동부에서 발생되는 회수 에너지의 전압을 배터리의 충전 전압으로 승압시켜 회수 에너지의 사용 효율이 증가되도록 한다.

Description

전기 오토바이의 에너지 회수 방법 및 장치{Apparatus and Method for Recovery Energy in Electrical Bike}
본 발명은 전기 오토바이의 에너지 회수 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 오토바이의 에너지 회수 장치에 승압기를 연결하여 회수 에너지의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 전기 오토바이의 에너지 회수 방법 및 장치에 관한 것이다.
전기 오토바이는 배터리에서 제공되는 전원을 사용하여 모터를 구동하고, 모터가 발생시킨 구동력으로 주행할 수 있도록 된 것으로서, 최근 그 이용 추세가 증가하고 있다.
이러한 전기 오토바이는 일반 자전거와 달리 언덕길을 오르거나 장거리 주행때 배터리와 전기모터의 힘만으로 주행이 가능하다.
전기 오토바이의 구동력을 발생시키는 구성 요소로 사용되는 모터는 전기 오토바이의 주행시는 구동부로서 동작하지만, 제동 조작 등에 의해 주행 속도가 감소하는 경우에는 발전기로서 동작하여 에너지를 회수한다.
여기서, 회생에너지는 감속시에 발생하는 역기전력(BACK EMF)을 저장하는 것으로서 이는 모터 설계시 확정되는 것으로서, 모터의 토크 특성과 밀접한 관계가 있다. EMF는 자속밀도*도체의 길이*회전 속도의 곱에 비례한다. 이는 동일한 체적의 모터 설계에서 회생에너지 량을 크게 하기 위하여서는 도체의 권선수를 늘려야 함을 의미한다. 단, 이 경우 이는 모터의 토크 저하로 이어지는 문제점이 있다.
회수 에너지량을 크게하기 위해서는 모터의 토크 저하라는 문제점이 있지만, 주행 성능에 우선을 두어 모터 토크의 증가를 우선하는 것이 일반적이다. 모터 토크의 증가는 역기전력의 저하로 나타나고 발생된 회수 에너지는 실제 배터리의 전압에도 못미치게 발생하여 회수 에너지의 사용 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모터 또는 발전기로서 작용하는 전기 오토바이의 구동부에서 발생되는 회수 에너지의 전압을 배터리의 충전 전압으로 승압시켜 회수 에너지의 사용 효율이 증가되도록 하는 전기 오토바이의 에너지 회수 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 전기 오토바이의 주행 도중 발생되는 회수 에너지를 저장하는 장치로서, 상기 전기 오토바이의 주행에 필요한 전원을 저장하는 배터리; 상기 배터리에 병렬로 연결되고 상기 전기 오토바이의 가속시 필요한 전원을 공급하는 슈퍼캡; 상기 배터리와 상기 슈퍼캡 사이에 연결되어 턴온(turn on) 또는 턴 오프(turn off)되며 슈퍼캡과 배터리의 충방전이 이루어지도록 하는 다이오드; 상기 전기 오토바이의 구동력을 발생시키고 상기 전기 오토바이의 감속 및 제동시 회수 에너지를 발생시키는 구동부; 상기 구동부에서 출력되는 회수 에너지의 전압 상태를 측정하고 이에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부; 상기 회수 에너지의 전압을 상기 슈퍼캡의 충전 전압으로 승압시키는 승압부; 상기 배터리와 상기 구동부의 전원 연결선 상에 설치되고 상기 제어 신호에 의해 온 또는 오프 동작되는 제1 스위치; 및 상기 슈퍼캡과 상기 구동부의 전원 연결선 상에 설치되고 상기 제어 신호에 의해 온 또는 오프 동작되는 제2 스위치; 를 포함하는 전기 오토바이의 에너지 회수 장치를 제공한다.
상기 배터리와 상기 슈퍼캡의 충전 전압은 서로 동일할 수 있다.
상기 슈퍼캡의 입출력 전류량을 측정하고 이에 해당하는 신호를 출력하는 전류량 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 전기 오토바이의 주행에 사용되는 에너지를 회수하여 충전하는 방법으로서, 상기 전기 오토바이의 구동부에서의 회수 에너지의 출력을 감지하는 단계; 상기 회수 에너지의 전압을 측정하는 단계; 상기 전압을 배터리의 충전 전압과 비교하는 단계; 상기 전압이 상기 충전 전압과 같거나 높으면 충전하는 단계; 및 상기 전압이 상기 충전 전압보다 낮으면 상기 충전 전압으로 승압하는 단계; 를 포함하는 전기 오토바이의 에너지 회수 방법을 제공한다.
상기 슈퍼캡에 충전하는 단계는 슈퍼캡에 충전하는 단계, 상기 슈퍼캡의 충전 상태를 측정하는 단계 및 상기 슈퍼캡이 만충전된 후 회수 에너지는 배터리에 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슈퍼캡의 충전 전압은 상기 배터리의 충전 전압과 동일할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 모터 또는 발전기로서 작용하는 전기 오토바이의 구동부에서 발생되는 회수 에너지의 전압을 배터리의 충전 전압으로 승압시켜 회수 에너지의 사용 효율이 증가되도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 오토바이의 에너지 회수 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 오토바이의 에너지 회수 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 오토바이의 에너지 회수 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 오토바이의 에너지 회수 장치(100)는 배터리(110), 슈퍼캡(120), 전류량 측정부(130), 다이오드(D), 구동부(140), 승압부(160), 제어부(150) 및 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)를 포함한다.
배터리(110)는 주행을 위한 전원을 저장하고 필요시에 방전한다. 배터리(110)는 사용자의 필요에 따라 36V 또는 42V 의 출력 전압을 갖는다. 또한, 배터리(110)는 빠른 출력과 저장 용량을 고려하여 NiMH 배터리가 사용될 수 있으나, 사용자의 필요에 따라 다양한 배터리가 사용될 수 있다.
여기서, 배터리(110)는 짧은 시간에 많은 양의 에너지를 충전하거나 방전하는데 한계가 있고, 상대적으로 낮은 에너지 밀도를 가지며 많은 에너지를 저장할 수 있으나 출력 밀도가 낮아 빈번한 전류의 충방전 및 대전류 입출력을 필요로 하는 운전조건 하에서 배터리의 수명을 보장할 수 없는 단점이 있어, 에너지를 저장하는 용량은 제한적이나 에너지 충전 및 방전 과정에서 화학 반응을 수반하지 않으므로, 대전류의 충전 및 방전이 가능한 장점을 갖는 슈퍼캡(120)이 적용된다.
슈퍼캡(120)은 배터리(110)와 병렬로 연결된다. 그리고, 슈퍼캡(120)과 배터리(110)는 동일한 충전 전압값을 갖는 것이 바람직하다.
슈퍼캡(120)의 입력단측에는 슈퍼캡(120)에 입력되는 전류와 출력되는 전류량을 측정하는 전류량 측정부(130)가 연결된다. 전류량 측정부(130)는 측정 결과에 해당하는 신호를 후술하는 제어부(170)로 출력한다.
다이오드(D)는 후술하는 구동부(140)가 전동 모터 또는 발전기로서의 역할에 따라 턴온(turn on) 또는 턴 오프(turn off)되며 슈퍼캡(120)과 배터리(110)의 충방전이 이루어지도록 한다.
다이오드(D)의 캐소드 단자는 배터리(110)의 + 단자에 연결되고, 애노드 단자는 슈퍼캡(120)의 + 단자에 연결된다.
다이오드(D)는 구동부(140)가 모터로서 동작하여 전기 오토바이가 가속할 때 슈퍼캡(150)의 전원을 배터리(110)의 전원에 추가할 수 있도록 턴 온(Turn-On)된다. 또한, 후술하는 구동부(140)에서 출력되는 회수 에너지가 슈퍼캡(120)과 배터리(110)에 순차적으로 충전될 수 있도록 한다. 그리고, 전기 오토바이의 출발 및 속도 가속 시, 슈퍼캡(120)에서 공급되는 전압이 추가될 수 있다.
구동부(140)는 전동 모터 및 제너레이터로, 전기 오토바이의 주행이 요구되는 경우 모터로 작동되어 슈퍼캡(120)에서 공급되는 전압에 의한 구동으로 가속 성능을 제공하고, 전기 오토바이의 감속 및 제동시 발전기로 작동되어 기계적 에너지를 전기적 에너지로 회수하여 회수 에너지를 발생시킨다.
제어부(150)는 구동부(140)가 회수 에너지를 출력하는 발전기로서 동작할 때 회수 에너지의 전압을 측정하고 이를 기준값과 비교한 후 비교 결과에 따른 제어 신호를 출력한다. 제어부(150)에는 배터리(110)와 슈퍼캡(120)의 충전 전압이 설정되어 있어, 이 충전 전압을 기준값으로 하여 회수 에너지의 전압과 비교한다. 배터리(110)와 슈퍼캡(120)의 충전 전압은 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.
제어부(150)는 기준값과의 비교 결과에 따라 후술하는 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)의 제어 신호를 출력한다.
승압부(160)는 구동부(140)에서 출력되는 회수 에너지의 전압이 충전 전압 보다 낮은 경우, 이를 충전 전압으로 승압시켜 충전이 용이하도록 한다.
승압부(160)는 슈퍼캡(120)의 입력단측에 연결된다.
슈퍼캡(120)의 충방전과 배터리(110)의 충방전 제어를 위해, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 배터리(110)와 구동부(140)의 전원 연결선 상에 설치되되, 배터리(110)와의 사이에는 다이오드(D)의 캐소드가 연결된다. 제2 스위치(SW2)는 슈퍼캡(120)과 구동부(140)의 전원 연결선 상에 설치되되, 슈퍼캡(120)과의 사이에는 다이오드(D)의 애노드가 연결된다. 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 제어부(170)에 의해 온(on), 오프(off)된다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 오토바이의 에너지 회수 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 전기 오토바이의 에너지 회수 방법은 회수 에너지의 출력을 감지하는 단계(S110), 회수 에너지의 전압을 측정하는 단계(S120), 충전 전압과 비교하는 단계(S130), 충전하는 단계(S140) 및 충전 전압으로 승압하는 단계(S140)를 포함한다.
사용자의 조작에 의해 전기 오토바이가 주행을 시작하게 되면, 제어부(150)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 온(On)시켜, 배터리(11010)와 슈퍼캡(20)의 전원이 구동부(140)로 공급되도록 한다.
이후, 전기 오토바이의 주행 상태가 가속, 등속, 감속 여부에 따라 제어부(150)는 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)의 온/오프(On/off) 시켜 전원의 공급 및 회수 에너지의 충전이 이루어지도록 한다.
이때, 전기 오토바이가 주행 도중 감속 또는 제동하게 되면, 구동부(140)는 회수 에너지를 출력한다.
여기서, 전기 오토바이가 내리막길에서 주행하는 경우에는 등속 및 감속 상태에서 회수 에너지를 출력할 수 있고, 오르막길에서 주행하는 경우에는 감속 상태에서만 회수 에너지만이 출력될 수 있다.
제어부(150)는 회수 에너지의 출력을 감지하여(S110), 출력되는 회수 에너지의 전압을 측정한다(S120).
이후, 제어부(150)는 측정된 회수 에너지의 전압을 배터리(110)의 충전 전압과 비교한다(S130).
전기 오토바이의 속도가 높아 회수 에너지의 전압이 배터리(110)에 충전 가능한 경우에는 제1 스위치(SW1)를 오프시키고, 제2 스위치(SW2)는 온시켜 회수에너지가 승압부(160)를 통해 충전된다(S140). 이때, 회수 에너지는 슈퍼캡(120)에 우선 충전된다(S142). 이때, 승압부(160)는 별도의 동작을 수행하지 않는다.
한편, 전기 오토바이의 속도가 낮아 회수 에너지의 전압이 배터리(110)에 충전 가능한 수준보다 낮은 것으로 판단되면, 제어부(150)는 제어 신호를 출력하여 승압부(160)가 동작되도록 한다.
승압부(160)는 회수 에너지의 전압을 배터리(110)와 슈퍼캡(120)의 충전에 적절한 수준으로 승압한 후(S132), 슈퍼캡(120)에 충전한다(S140).
이때, 슈퍼캡(120)에 대한 회수 에너지의 충전은 다음과 같이 진행된다.
승압된 회수 에너지는 우선, 슈퍼캡(120)에 충전된다(S142).
한편, 전류량 측정부(130)는 슈퍼캡(120)의 입출력 전류량을 측정하여 제어부(170)로 입력한다. 제어부(170)는 슈퍼캡(120)의 용량과 입출력 전류량을 비교하여(S144), 슈퍼캡(120)에 충전되는 회수 에너지량이 슈퍼캡(120)의 충전 가능량보다 커지면, 회수 에너지는 다이오드(D)를 통해 배터리(110) 측으로 충전된다(S146).
본 발명은, 모터 또는 발전기로서 작용하는 전기 오토바이의 구동부에서 발생되는 회수 에너지의 전압을 배터리의 충전 전압으로 승압시켜 충전하므로 회수 에너지의 사용 효율이 증가될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 에너지 회수 장치
110: 배터리
120: 슈퍼캡
130: 전류량 측정부
140: 구동부
150: 승압부
160: 제어부
D: 다이오드
SW1, SW2: 제1 및 제2 스위치

Claims (6)

  1. 전기 오토바이의 주행 도중 발생되는 회수 에너지를 저장하는 장치로서,
    상기 전기 오토바이의 주행에 필요한 전원을 저장하는 배터리;
    상기 배터리에 병렬로 연결되고 상기 전기 오토바이의 가속시 필요한 전원을 공급하는 슈퍼캡;
    상기 배터리와 상기 슈퍼캡 사이에 연결되어 턴온(turn on) 또는 턴 오프(turn off)되며 슈퍼캡과 배터리의 충방전이 이루어지도록 하는 다이오드;
    상기 전기 오토바이의 구동력을 발생시키고 상기 전기 오토바이의 감속 및 제동시 회수 에너지를 발생시키는 구동부;
    상기 구동부에서 출력되는 회수 에너지의 전압을 측정하고 이에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부;
    상기 회수 에너지의 전압을 상기 슈퍼캡의 충전 전압으로 승압시키는 승압부;
    상기 배터리와 상기 구동부의 전원 연결선 상에 설치되고 상기 제어 신호에 의해 온 또는 오프 동작되는 제1 스위치;
    상기 슈퍼캡과 상기 구동부의 전원 연결선 상에 설치되고 상기 제어 신호에 의해 온 또는 오프 동작되는 제2 스위치; 및
    상기 슈퍼캡의 입출력 전류량을 측정하고 이에 해당하는 신호를 출력하는 전류량 측정부를 포함하는 전기 오토바이의 에너지 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 슈퍼캡의 충전 전압은 서로 동일한 전기 오토바이의 에너지 회수 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000253508A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Meidensha Corp バッテリー電源電気車両の充電回路

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