KR101305661B1 - 열전발전장치의 전력제어시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

열전발전장치의 전력제어시스템 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 열전발전장치에의 의해 발생된 전력을 관리하기 위한 열전발전장치의 전력제어시스템에 관한 것으로, 상기 열전발전장치의 전력제어시스템은 열전발전장치에 의해 발생된 전력을 저장하기 위한 보조저장장치; 차량의 난방을 위한 히터코어; 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 상기 히터코어로 선택적으로 전달하기 위한 제1 스위치; 및 외부로부터 입력된 차량정보들 중 외기온도가 사전에 정해진 외기온설정치 보다 낮고 상기 차량정보들 중 냉각수온이 사전에 정해진 냉각수온설정치 보다 낮으며 차량의 난방이 작동 중이라는 제1 조건이 충족된 경우, 상기 제1 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 제1 제어모듈을 구비한 엔진제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 본 발명은 히터코어 내의 냉각수를 가열하여 차량의 실내 난방성능을 보조하는 등 열전발전장치에 의해 발생된 전력을 효과적으로 활용할 수 있다.

Description

열전발전장치의 전력제어시스템 및 이의 제어방법{Power control system of thermoelectric generator and control method thereof}
본 발명은 열전발전장치의 전력제어시스템에 관한 것으로, 차량의 엔진 배기열을 이용한 열전발전장치로부터 발생된 전력을 관리 및 활용할 수 있는 열전발전장치의 전력제어시스템에 관한 것이다.
고유가 시대에 맞춰 자동차 메이커들은 내연기관 효율 개선에 노력하고 있다. 그 중 배기가스의 열에너지를 활용하는 열전발전장치는 고온부와 저온부의 온도차에 의해 전기가 발생하는 제베크(Seebeck) 효과를 이용한 장치이다.
열전발전장치는 배기가스의 열에너지를 전기에너지로 회수하는 장치로서 이에 의해 발생된 전력을 활용하여 차량의 연비를 포함한 에너지 효율을 개선할 수 있다.
그러나, 열전발전장치 자체의 발전효율을 개선하기 위한 기술개발의 노력에 비해 열전발전장치에서 이미 발생한 전력의 활용을 통한 차량의 에너지 효율을 높이기 위한 기술개발은 미흡한 실정이다.
KR 10-2011-0077486A, 2011. 07. 07, 도면 1
본 발명의 목적은 차량에 설치된 열전발전장치에 의해 발생된 전력을 효과적으로 활용함으로써 연비와 같은 차량의 에너지 효율을 높일 수 있는 열전발전장치의 전력제어시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량의 열전발전장치에 의해 발생된 전력을 관리하기 위한 열전발전장치의 전력제어시스템에 관한 것으로, 본 열전발전장치의 전력제어시스템은 차량의 엔진 배기열을 이용하여 전력을 발생하는 열전발전장치; 상기 발생된 전력을 저장하기 위한 보조저장장치; 차량의 난방을 위한 히터코어; 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 상기 히터코어로 선택적으로 전달하기 위한 제1 스위치; 및 외부로부터 입력된 차량정보들 중 외기온도가 사전에 정해진 외기온설정치 보다 낮고 상기 차량정보들 중 냉각수온이 사전에 정해진 냉각수온설정치 보다 낮으며 차량의 난방이 작동 중이라는 제1 조건이 충족된 경우, 상기 제1 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 제1 제어모듈을 구비한 엔진제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열전발전장치의 전력제어시스템은, 차량의 변속기 오일을 가열하기 위한 변속기히터; 및 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 상기 변속기히터로 선택적으로 전달하기 위한 제2 스위치;를 더 포함하고, 상기 엔진제어유닛은, 상기 차량정보들 중 오일온도가 사전에 정해진 오일온설정치 보다 낮다는 제2 조건을 충족하는 경우, 상기 제2 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 제2 제어모듈을 더 구비할 수 있다.
상기 제2 제어모듈은 상기 제2 조건을 충족하고, 상기 외기온도가 상기 외기온설정치 이상이거나 상기 냉각수온이 상기 냉각수온설정치 이상이거나 상기 난방이 작동 중이 아닌 경우, 상기 제2 스위치가 온(ON) 되도록 제어할 수 있다.
상기 열전발전장치의 전력제어시스템은, 상기 보조저장장치의 전력 충전량을 감지하기 위한 충전센서; 및 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 전장부로 선택적으로 전달하기 위한 제3 스위치;를 더 포함하고, 상기 엔진제어유닛은 상기 충전센서에 의해 감지된 전력 충전량이 사전에 정해진 충전량설정치 보다 크다는 제3 조건을 충족하는 경우, 상기 제3 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 제3 제어모듈을 더 구비할 수 있다.
상기 제3 제어모듈은 상기 제3 조건을 충족하고, 상기 외기온도가 상기 외기온설정치 이상이거나 상기 냉각수온이 상기 냉각수온설정치 이상이거나 상기 난방이 작동 중이 아닌 경우이고, 상기 차량정보들 중 오일온도가 사전에 설정된 오일온설정치 이상인 경우 상기 제3 스위치가 온(ON) 되도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량의 열전발전장치의 전력을 관리하기 위한 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어방법에 관한 것으로, 본 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어방법은, 있어서, 상기 열전발전장치에 의해 발생된 전력을 보조저장장치로 저장하는 전력저장단계; 외부로부터 입력된 차량정보들 중 외기온도가 사전에 정해진 외기온설정치 보다 낮고 상기 차량정보들 중 냉각수온이 사전에 정해진 냉각수온설정치 보다 낮으며 차량의 난방이 작동 중이라는 제1 조건이 충족되는 지 판단하는 제1 조건판단단계; 및 상기 제1 조건판단단계에 의해 제1 조건이 충족된 것으로 판단한 경우, 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 차량의 난방을 위한 히터코어로 연결하기 위한 제1 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어방법은, 상기 제1 조건이 충족되지 못한 상태에서, 차량정보들 중 오일온도가 사전에 정해진 오일온설정치 보다 낮다라는 제2 조건을 충족한 경우, 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 차량의 변속기 오일을 가열하기 위한 변속기히터로 연결하기 위한 제2 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어방법은 상기 제1 조건 및 제2 조건이 충족되지 못한 상태에서, 상기 보조저장장치의 전력 충전량이 사전에 정해진 충전량설정치 보다 크다는 제3 조건을 충족한 경우, 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 전장부로 연결하기 위한 제3 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템은 히터코어 내의 냉각수를 가열하여 차량의 실내 난방성능을 보조할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템은 변속기 오일을 웜업하여 변속기 마찰을 저감함으로써 연비를 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템은 보조저장장치의 충전상태가 높으면 전장부하의 전기에너지원으로 기능하여 발전기의 부하를 줄임으로써 연비를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어절차도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템 및 이의 제어방법에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템(1)에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템의 블록도이다.
본 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 열전발전장치(10), 보조저장장치(20), 충전센서(30), 히터코어(40), 변속기히터(50), 전장부(60), 제1 스위치(72), 제2 스위치(74), 제3 스위치(76), 엔진제어유닛(80)으로 이루어질 수 있다.
열전발전장치(10)는 차량의 엔진 배기열을 이용하여 전력을 발생하는 장치로서, 고온부가 엔진의 배기가스가 통과하는 배기부에 연결되고, 저온부가 냉각수가 순환하는 순환로에 연결된다. 이와 같이 열전발전장치(10)는 배기가스에 의해 가열된 고온부와 냉각수에 의해 냉각된 저온부의 온도차에 대응하는 전력을 발생한다.
보조저장장치(20)는 열전발전장치(10)에 의해 발생된 전력을 저장하며, 엔진제어유닛(80)의 제어에 의해 저장된 전력을 히터코어(40), 변속기히터(50), 전장부(60)로 공급한다.
충전센서(30)는 보조저장장치(20)의 전력 충전량을 감지하여 엔진제어유닛(80)으로 전달한다.
히터코어(40)는 차량의 난방을 위한 전열부품으로 보조저장장치(20)에 저장된 전력에 의해 작동될 수 있다. 변속기히터(50)는 변속기의 오일을 가열하기 위한 전열부품으로 보조저장장치(20)에 저장된 전력에 의해 작동될 수 있다.
본 실시예에서 전장부(60)는 상술한 바와 같은 히터코어(40) 및 변속기히터(50)와 같은 전열부품과 차량에서 전기 에너지원에 의해 작동하는 차량의 전장부하(62)를 포함한다. 이러한 차량의 전장부하(62)는 도 1에 도시된 바와 같이, 발전기(66)와 배터리(64)에 연결되어 있다.
제1 스위치(72)는 엔진제어유닛(80)의 제어신호에 의해 보조저장장치(20)와 히터코어(40)를 연결한다. 제2 스위치(74)는 엔진제어유닛(80)의 제어신호에 의해 보조저장장치(20)와 변속기히터(50)를 연결한다. 제3 스위치(76)는 엔진제어유닛(80)의 제어신호에 의해 보조저장장치(20)와 차량의 전장부하(62)를 연결한다.
엔진제어유닛(80)은 본 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템(1)의 전반적인 동작을 제어한다. 엔진제어유닛(80)은 차량에 장착된 센서 및 전자기기로부터 수신된 차량정보를 활용하여 열전발전장치(10)에 의해 발생된 전력이 히터코어(40), 변속기히터(50) 및 차량의 전장부하(62)에 공급되도록 제어한다.
엔진제어유닛(80)에 수신된 차량정보는 차량외부의 외기온도, 엔진의냉각수온도, 변속기의 오일온도 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 엔진제어유닛(80)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 제어모듈(82), 제2 제어모듈(84) 및 제3 제어모듈(86)로 이루어질 수 있다.
제1 제어모듈(82)은 사전에 정해진 제1 조건이 충족된 경우, 제1 스위치가 온(ON) 되도록 제어하여 보조저장장치(20)에 저장된 전력을 히터코어(40)로 연결한다. 여기서 제1 제어모듈(82)은 히터코어(40)의 가열을 위해 제1 스위치(72)의 작동 신호를 발생하여 제1 스위치(72)로 출력한다.
제1 조건은 차량정보들 중 외기온도가 사전에 정해진 외기온설정치 보다 낮을 것, 차량정보들 중 냉각수온이 사전에 정해진 냉각수온설정치 보다 낮을 것, 및 차량의 난방이 작동 중일 것이라는 3가지 조건들의 'AND' 논리식으로 표현될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템(1)은 히터코어(40) 내의 냉각수를 가열하여 차량의 실내 난방성능을 보조할 수 있다.
제2 제어모듈(84)은 사전에 정해진 제2 조건이 충족된 경우, 제2 스위치가 온(ON) 되도록 제어하여 보조저장장치(20)에 저장된 전력을 변속기히터(50)로 연결한다. 제2 조건은 차량정보들 중 오일온도가 사전에 정해진 오일온설정치 보다 낮다라는 조건으로 설정될 수 있다.
또한 제2 제어모듈(84)은 상술한 제1 조건을 충족하지 못하는 상태에서, 위의 제2 조건을 충족하는 경우, 제2 스위치(74)가 온(ON) 되도록 제어할 수 있다. 즉 제2 제어모듈(84)은 변속기 히터의 가열을 위해 제2 스위치(74)의 작동 신호를 발생하여 제2 스위치(74)로 출력한다.
제1 조건을 충족하지 못하는 경우는 차량정보 중 외기온도가 외기온설정치 이상이거나 차량정보 중 냉각수온이 냉각수온설정치 이상이거나, 난방이 작동 중이 아닌 경우에 해당한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템(1)은 변속기 오일을 웜업하여 변속기 마찰을 저감함으로써 연비를 개선할 수 있다.
제3 제어모듈(86)은 사전에 정해진 제3 조건이 충족된 경우, 제3 스위치가 온(ON) 되도록 제어하여 보조저장장치(20)에 저장된 전력을 차량의 전장부하(62)로 연결한다.
제3 조건은 충전센서(30)로부터 수신된 전력 충전량이 사전에 정해진 충전량설정치 보다 크다라는 조건으로 설정될 수 있다.
또한 제3 제어모듈(86)은 상술한 제1 조건 및 제2 조건을 충족하지 못하는 상태에서, 위의 제3 조건을 충족하는 경우, 제3 스위치(76)가 온(ON) 되도록 제어할 수 있다. 즉 제3 제어모듈(86)은 전력이 차량의 전장부하(62)로 공급되도록 제3 스위치(76)의 작동 신호를 발생하여 제3 스위치(76)로 출력한다.
제1 조건을 충족하지 못하는 경우는 상술한 바와 같이, 차량정보 중 외기온도가 외기온설정치 이상이거나 차량정보 중 냉각수온이 냉각수온설정치 이상이거나, 난방이 작동 중이 아닌 경우를 의미한다. 제2 조건을 충족하지 못하는 경우는 차량정보들 중 오일온도가 사전에 설정된 오일온설정치 이상인 경우에 해당한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템(1)은 보조저장장치(20)의 충전상태가 높으면 전장부하(62)의 전기에너지원으로 기능하여 발전기(66)의 부하를 줄임으로써 연비를 개선할 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전장치의 전력제어시스템(1)의 동작을 설명한다. 도 2는 보조저장장치(20)에 저장된 전력의 관리를 위한 제어절차를 보여준다.
먼저, 엔진제어유닛(80)은 외부로부터 수신된 차량 정보들 중 외기온도가 사전에 정해진 외기온설정치 보다 낮고, 수신된 차량정보들 중 냉각수온이 사전에 정해진 냉각수온설정치 보다 낮으며, 차량의 난방이 작동 중이라는 제1 조건이 충족되는 지 판단한다(S210).
S210단계의 판단결과, 제1 조건이 충족된 경우, 엔진제어유닛(80)은 보조저장장치(20)에 저장된 전력을 차량의 난방을 위한 히터코어로 연결하기 위해 제1 스위치(72)가 온(ON) 되도록 제어한다(S215). 다음, 엔진이 종료되는 지 판단하고(S218), 엔진이 종료된 경우, 엔진제어유닛(80)은 본 제어절차를 종료하고, S218단계에 의해 엔진이 종료되지 않은 것으로 판단한 경우 S210단계로 돌아가 본 제어절차를 계속 수행한다.
한편, S210단계의 판단결과, 제1 조건이 충족되지 않은 경우, 엔진제어유닛(80)은 수신된 차량정보들 중 변속기의 오일온도가 사전에 정해진 오일온설정치 보다 낮다는 제2 조건을 충족하는 지 판단한다(S220).
즉, 엔진제어유닛(80)은, 차량정보들 중 외기온도가 상기 외기온설정치 이상이거나 차량정보들 중 냉각수온이 상기 냉각수온설정치 이상이거나 차량정보들 중 난방이 작동 중이 아닌 경우와 같이 제1 조건이 충족되지 못한 상태에서, 상술한 제2 조건의 충족여부를 판단한다.
S220단계의 판단결과, 제2 조건이 충족된 경우, 엔진제어유닛(80)은 보조저장장치(20)에 저장된 전력을 변속기히터(50)로 연결하기 위해 제2 스위치(74)가 온(ON) 되도록 제어한다(S225). 그 다음 전술한 S218단계를 수행한다.
한편, S220단계의 판단결과, 제2 조건이 충족되지 않은 경우, 엔진제어유닛(80)은 충전센서(30)에 의해 감지된 보조저장장치(20)의 전력 충전량이 사전에 정해진 충전량설정치 보다 크다는 제3 조건을 충족하는 지 판단한다(S230). S230단계의 판단결과, 제3 조건을 충족하지 못한 경우 엔진제어유닛(80)은 S218단계를 수행한다.
반면, S230단계의 판단결과, 제3 조건이 충족된 경우 엔진제어유닛(80)은 보조저장장치(20)에 저장된 전력을 차량의 전장부하(62)로 연결하기 위해 제3 스위치가 온(ON) 되도록 제어한다(S235). 다음 S218단계를 수행한다.
1: 열전발전장치의 전력제어시스템 10: 열전발전장치
20: 보조저장장치 30: 충전센서
40: 히터코어 50: 변속기히터
60: 전장부 62: 전장부하
64: 배터리 66: 발전기
72: 제1 스위치 74: 제2 스위치
76: 제3 스위치 80: 엔진제어유닛
82: 제1 제어모듈 84: 제2 제어모듈
86: 제3 제어모듈

Claims (8)

  1. 차량의 엔진 배기열을 이용하여 전력을 발생하는 열전발전장치;
    상기 발생된 전력을 저장하기 위한 보조저장장치;
    차량의 난방을 위한 히터코어;
    상기 보조저장장치에 저장된 전력을 상기 히터코어로 선택적으로 전달하기 위한 제1 스위치;
    차량의 변속기 오일을 가열하기 위한 변속기히터;
    상기 보조저장장치에 저장된 전력을 상기 변속기히터로 선택적으로 전달하기 위한 제2 스위치; 및
    외부로부터 입력된 차량정보들 중 외기온도가 사전에 정해진 외기온설정치 보다 낮고 상기 차량정보들 중 냉각수온이 사전에 정해진 냉각수온설정치 보다 낮으며 차량의 난방이 작동 중이라는 제1 조건이 충족된 경우, 상기 제1 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 제1 제어모듈과, 상기 차량정보들 중 오일온도가 사전에 정해진 오일온설정치 보다 낮다는 제2 조건을 충족하는 경우, 상기 제2 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 제2 제어모듈을 구비한 엔진제어유닛;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전장치의 전력제어시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어모듈은 상기 제2 조건을 충족하고, 상기 외기온도가 상기 외기온설정치 이상이거나 상기 냉각수온이 상기 냉각수온설정치 이상이거나 상기 난방이 작동 중이 아닌 경우, 상기 제2 스위치가 온(ON) 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 열전발전장치의 전력제어시스템.
  4. 차량의 엔진 배기열을 이용하여 전력을 발생하는 열전발전장치;
    상기 발생된 전력을 저장하기 위한 보조저장장치;
    차량의 난방을 위한 히터코어;
    상기 보조저장장치에 저장된 전력을 상기 히터코어로 선택적으로 전달하기 위한 제1 스위치;
    상기 보조저장장치의 전력 충전량을 감지하기 위한 충전센서;
    상기 보조저장장치에 저장된 전력을 차량의 전장부하로 선택적으로 전달하기 위한 제3 스위치; 및
    외부로부터 입력된 차량정보들 중 외기온도가 사전에 정해진 외기온설정치 보다 낮고 상기 차량정보들 중 냉각수온이 사전에 정해진 냉각수온설정치 보다 낮으며 차량의 난방이 작동 중이라는 제1 조건이 충족된 경우, 상기 제1 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 제1 제어모듈과, 상기 충전센서에 의해 감지된 전력 충전량이 사전에 정해진 충전량설정치 보다 크다는 제3 조건을 충족하는 경우, 상기 제3 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 제3 제어모듈을 구비한 엔진제어유닛을 포함하고,
    상기 제3 제어모듈은 상기 제3 조건을 충족하고, 상기 외기온도가 상기 외기온설정치 이상이거나 상기 냉각수온이 상기 냉각수온설정치 이상이거나 상기 난방이 작동 중이 아닌 경우이고, 상기 차량정보들 중 오일온도가 사전에 설정된 오일온설정치 이상인 경우 상기 제3 스위치가 온(ON) 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 열전발전장치의 전력제어시스템.
  5. 삭제
  6. 차량의 엔진 배기열을 이용한 열전발전장치의 전력을 관리하기 위한 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 열전발전장치에 의해 발생된 전력을 보조저장장치로 저장하는 전력저장단계;
    외부로부터 입력된 차량정보들 중 외기온도가 사전에 정해진 외기온설정치 보다 낮고 상기 차량정보들 중 냉각수온이 사전에 정해진 냉각수온설정치 보다 낮으며 차량의 난방이 작동 중이라는 제1 조건이 충족되는 지 판단하는 제1 조건판단단계; 및
    상기 제1 조건판단단계에 의해 제1 조건이 충족된 것으로 판단한 경우, 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 차량의 난방을 위한 히터코어로 연결하기 위한 제1 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 조건이 충족되지 못한 상태에서, 차량정보들 중 오일온도가 사전에 정해진 오일온설정치 보다 낮다라는 제2 조건을 충족한 경우, 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 차량의 변속기 오일을 가열하기 위한 변속기히터로 연결하기 위한 제2 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 조건 및 제2 조건이 충족되지 못한 상태에서, 상기 보조저장장치의 전력 충전량이 사전에 정해진 충전량설정치 보다 크다는 제3 조건을 충족한 경우, 상기 보조저장장치에 저장된 전력을 차량의 전장부하로 연결하기 위한 제3 스위치가 온(ON) 되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전장치의 전력제어시스템의 제어방법.
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