KR101318641B1 - 차량용 팬을 이용한 발전 장치 - Google Patents

차량용 팬을 이용한 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 팬을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 본 발명은 전력변환기를 이용하여 전압을 조절함으로써 전력생산량을 최대화할 수 있으며, 구성이 간소하고, 기존의 팬을 제어하기 위한 장치의 변형이 유발되지 않아 생산 및 적용성이 높은 차량용 팬을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.

Description

차량용 팬을 이용한 발전 장치{GENERATION DEVICE USING FAN FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 팬을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 본 발명은 전력변환기를 이용하여 전압을 조절함으로써 전력생산량을 최대화할 수 있으며, 구성이 간소하고, 기존의 팬을 제어하기 위한 장치의 변형이 유발되지 않아 생산 및 적용성이 높은 차량용 팬을 이용한 발전 장치에 관한 것이다.
차량의 엔진룸 전방에는 라디에이터나 응축기 등의 열교환기들이 구비되며, 상기 열교환기들에서는 주변의 공기와 열교환기 내부의 열교환매체 사이에 열교환이 발생된다.
이 때, 열교환기 내부의 냉매 또는 냉각수와 외부 공기 사이의 열교환기 효과적으로 일어나기 위해서는 상기 열교환기에 대해 공기를 강제 송풍할 수 있는 팬이 설치된다.
상기 팬은 차량에 탑재된 엔진제어장치(ECU, Engine Control Unit)에서 발생되는 펄스 신호를 펄스폭 변조하여 모터구동부로 공급함으로써, 차량의 배터리에서 모터로 공급되는 전류를 제어하여 냉각 팬을 회전 또는 정지된다.
한편, 상기 팬은 송풍량이 필요치 않은 상황에서도 주행풍에 의해 회전되며, 상기 회전력을 이용하여 전력을 발생하는 방안이 제안된 바 있다.
상기 팬의 회전력에 의해 발전하는 경우에 충분한 발전 효과를 기대하기 어려운 문제점을 해결하기 위하여 일본공개특허공보 2004-0092401호 제안된 바 있으며, 상기 팬 제어 장치를 도 1에 도시하였다.
상기 도 1에 도시한 팬 제어 장치(10)는 라디에이터(1) 및 콘덴서(2)에 인접하게 위치되는 팬(3); 상기 팬(3)을 구동하기 위한 모터(4); 상기 모터(4)를 구동하기 위한 전원을 공급하는 전원공급부(5); 차량의 엔진 상태를 제어함과 동시에, 모터 제어 신호를 출력하는 엔진제어장치(6); 및 승압모듈이 형성되어 차량 속도가 일정 값 이상일 경우에 상기 모터(4)로부터 유발되는 전압을 승압하는 회생 제어부(7); 를 포함하여 형성된다.
상기 팬 제어 장치는 종래에 비해 저비용으로 구성될 수 있으며 전력생산량 일부를 높일 수 있으나, 회생 전력량이 작아 전력 발생량을 증대하기 어려운 문제점이 있다.
아울러, 차량에 적용할 경우에 기존 시스템의 회로 자체를 변경하여야 하므로 생산성이 저하되며, 복잡한 회로 구성을 가짐에 따라 전자파에 영향을 받을 수 있는 문제점이 있다.
또한, 회생 전력이 얻어지는 것은 80 Km/h 이상의 고속 주행의 경우로 한정되어 전체 전력 생산량이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 팬을 용이하게 제어하면서도, 팬의 작동이 필요치 않은 경우에 주행풍에 의한 전력 생산량을 충분히 확보할 수 있는 팬 제어 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전력변환기를 이용하여 전압을 조절함으로써 전력생산량을 최대화할 수 있으며, 구성이 간소하고, 기존의 팬을 제어하기 위한 장치의 변형이 유발되지 않아 생산 및 적용성이 높은 차량용 팬을 이용한 발전 장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 제어부에 의해 최대 전력을 생산할 수 있는 일정 전압 영역을 갖도록 변환부를 제어함으로써 주행풍에 의한 발전 전력을 최대로 유지할 수 있는 차량용 팬을 이용한 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)는 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)에 있어서, 팬(110)을 구동하기 위한 모터(120); 팬(110) 제어 신호를 감지하는 감지부(131)와, 상기 모터(120)로부터 발생되는 전력의 전류를 검출하는 전류검출부(132)와, 저항을 조절하여 상기 모터(120)로부터 발생되는 전력의 전압을 변환하는 변환부(133)와, 상기 변환부(133)를 통해 변환된 전압이 최대 전력 발생량이 되도록 제어하는 제어부(134)를 포함하는 전력변환기(130); 상기 전력변환기(130)에 연결되는 알터네이터(140) 및 배터리부(150); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터(120)는 상기 전력변환기(130)의 감지부(131)에 팬(110) 제어 신호가 감지되지 않으면, 상기 팬(110)의 회전에 의해 발전되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제어부(134)는 상기 변환부(133)에 의해 전압을 증가 또는 감소하면, 상기 모터(120) 발전에 의한 전력 발생량이 최대가 되도록 상기 변환부(133)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 전력변환기(130)의 변환부(133)는 트랜지스터(T), 인덕터(L), 다이오드(D), 및 커패시터(C)를 포함하는 회로를 갖는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 팬(110)은 차량 전방에 배치되는 냉각용 팬인 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치는 전력변환기를 이용하여 전압을 조절함으로써 전력생산량을 최대화할 수 있으며, 구성이 간소하고, 기존의 팬을 제어하기 위한 장치의 변형이 유발되지 않아 생산 및 적용성이 높은 장점이 있다.
특히, 본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치는 전력변환기의 제어부에 의해 최대 전력을 생산할 수 있는 일정 전압 영역을 갖도록 변환부를 제어함으로써 주행풍에 의한 발전 전력을 최대로 유지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 팬 제어 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 팬을 이용한 발전 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 팬을 이용한 발전 장치의 전력변환기를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 팬을 이용한 발전 장치의 전력변환기 변환부의 일예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 팬을 이용한 발전 장치의 전압 변화에 따른 전류와 전력을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 팬을 이용한 발전 장치의 제어부 작동을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 팬을 이용한 발전 장치의 단계도.
도 8은 본 발명에 따른 차량용 팬을 이용한 발전 장치의 팬 회전에 따른 발전 특성을 나타낸 도면.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)는 모터(120), 전력변환기(130), 알터네이터(140) 및 배터리부(150)를 포함하여 형성된다.
상기 모터(120)는 팬(110)을 구동하기 위한 구성으로서, 상기 배터리부(150)로부터 전력을 공급받아 구동된다.
이 때, 상기 모터(120)는 배터리부(150)와 릴레이부(200)에 의해 연결되어 상기 배터리부(150)로부터 전원을 공급받아 작동되며, 상기 작동은 엔진제어장치(300)의 팬(110) 제어 신호에 의해 조절된다.
상기 팬(110)의 고속/저속 회전 신호를 상기 모터(120)로 안정적으로 전달하기 위하여 상기 릴레이부(200)는 상기 모터(120)에 인가되는 전압을 조절가능하게 형성된다.
그 예로서, 도 2에서 상기 릴레이부(200)는 상기 배터리부(150)의 전압이 상기 모터(120)로 인가될 수 있도록 설치된 제1릴레이(210); 및 상기 배터리부(150)와 모터(120) 사이에 위치하며 소정의 크기를 갖는 저항소자(221)와 직렬로 연결되어 상기 모터(120)로 전달되는 전류의 감쇄하는 제2릴레이(220);를 포함하도록 형성된 예를 도시하였다.
상기 제1릴레이(210)는 상기 엔진제어장치(300)에 의해 스위치가 닫히면, 상기 배터리부(150)를 통해 전압이 모두 모터(120)로 인가되는 구성으로서, 상기 엔진제어장치(300)가 고속의 팬(110) 제어 신호를 전송할 때, 상기 제1릴레이(210)를 통해 배터리부(150)의 전압이 상기 모터(120)로 인가된다.
상기 제2릴레이(220)는 상기 엔진제어장치(300)에 의해 스위치가 닫히면, 상기 배터리부(150)를 통해 전달된 전압 중 일부가 상기 저항소자(221)에 의해 감쇄되어 상기 모터(120)로 인가된다.
이 때, 상기 저항조사는 가변 저항기로서, 그 값을 조절하여 팬(110)의 속도를 조절하게 된다.
즉, 상기 팬(110)은 상기 제1릴레이(210)를 통해 배터리 전압이 인가되는 경우 최대 속도로 회전되며, 상기 제2릴레이(220)를 통해 배터리 전압이 인가되는 경우, 최대 속도보다 낮은 속도로 회전된다.
본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)는 팬(110)의 작동이 필요 없는 시기에 주행풍에 의한 팬(110)의 회전을 발전 동력으로 이용하는 것으로서, 상기 모터(120)는 상기 전력변환기(130)의 감지부(131)에 팬(110) 제어 신호가 감지되지 않을 때, 상기 팬(110)의 회전에 의해 발전된다.
상기 전력변환기(130)는 감지부(131), 전류검출부(132), 변환부(133), 및 제어부(134)를 포함하여 형성된다.
상기 감지부(131)는 차량의 엔진 상태를 제어하는 엔진제어장치(300)의 팬(110) 제어 신호를 감지하는 구성으로서, 상기 엔진제어장치(300)와 연결되거나, 상기 릴레이부(200)에 전송된 팬(110) 제어 신호를 감지하도록 형성될 수 있다.
도 2에서 상기 감지부(131)는 상기 릴레이부(200)에 전송되는 팬(110) 제어 신호를 감지하도록 형성된 예를 도시하였다.
상기 엔진제어장치(300)는 차속, 냉각수 및 냉매의 온도, 압력 등의 요소를 고려하여 팬(110) 제어 신호를 생성하는데, 본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)는 상기 감지부(131)를 통해 팬(110)의 작동이 필요한지 여부를 감지할 수 있다.
상기 전류검출부(132)는 상기 모터(120)로부터 발생되는 전력의 전류를 검출하는 수단이다.
상기 전류검출부(132)는 전류센서가 이용될 수 있다.
상기 변환부(133)는 저항을 조절하여 상기 모터(120)로부터 발생되는 전력의 전압을 변환하는 부분으로서, 트랜지스터(T, Transistor), 인덕터(L, Inductor), 다이오드(D, Diode), 및 커패시터(C, Capacitor)를 포함하는 회로를 갖는다. (도 4 참고)
상기 변환부(133)는 일단이 상기 모터(120)와 연결되어 상기 모터(120)로부터 발생되는 전력을 입력전압으로 입력 전압을 하강시키거나 상승하여 상기 알터네이터(140)로 공급한다.
상기 변환부(133)는 제어부(134)에 의해 제어되는 구성으로서, 상기 제어부(134)는 상기 감지부(131)로부터 엔진제어장치(300)의 팬(110) 제어 신호 감지 여부를 판단하여 발전 장치(100)를 제어한다.
이 때, 상기 제어부(134)는 상기 변환부(133)에 의해 전압을 증가 또는 감소하였을 때, 상기 모터(120) 발전에 의한 전력 발생량이 최대가 되도록 상기 변환부(133)를 제어한다.
도 5는 100Km/h 이상의 속도로 주행할 때, 전압의 변화에 따른 전류 및 전력을 나타낸 그래프로, 상기 도 5를 참조하면 전력은 전류 및 전압에 비례하여 증가되는데, 이 때, 전압과 전류는 서로 반비례 관계이다.
즉, 전압 값에 따라 발생되는 전력 생산량은 0 내지 22 (W) 로 변화된다.
본 발명은 상기 전력변환기(130)를 통해 최대 전력을 생산하도록 전압을 변환함으로써 에너지 생산 효율을 높일 수 있으며, 이에 따라 알터네이터(140)의 발전을 최소화함으로써 연료 소모량을 저감할 수 있는 장점이 있다.
즉, 전압의 변화에 따른 전력량은 특정 구간에서 최댓값을 가지므로, 상기 제어부(134)는 전압을 증가하거나 감소하여 일정 구간에서 최대 전력 생산량을 가지도록 제어한다.
더욱 상세하게, 상기 제어부(134)는 전압을 증가하였을 때 전력을 비교하여 전력이 함께 상승하면 계속 전압을 증가하며, 전압을 증가하였을 때 전력이 하강하면 전압을 감소한다.
아울러, 상기 전압을 감소하였을 때, 전력이 상승하면 계속 전압을 감소하며, 전압을 감소하였을 때 전력이 하강하면 전압을 증가한다.
이를 통해, 상기 전력변환기(130)는 전압을 변환함으로써 생산 전력을 일정 구간을 갖는 최대치로 유지할 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)의 제어부(134) 작동을 나타낸 일 예로서, 전압과 전력과의 관계를 확인하여 생산 전력을 최대치로 유지할 수 있도록 한다.
상기 도 6에 도시한 단계도는 전압을 증가한 후, 전압 증가 전ㆍ후의 전력을 확인하여, 전압 증가에 비례하여 전력이 증가되는 경우에는 계속 전압을 증가하고 위 과정을 반복한다.
만약, 확인된 전력이 전압 증가에 반비례하여 전력이 감소되는 경우에는 전압을 감소한 후, 전압 감소 전ㆍ후의 전력을 확인한다.
이 때, 전압 감소에 따라 전력이 증가되는 경우에는 계속 전압을 감소하고 위 과정을 반복한다.
만약, 확인된 전력이 전압 감소에 따라 전력이 감소되는 경우에는 전압을 증가한 후, 전압 증가 전ㆍ후의 전력을 확인 한다.
즉, 상기 제어부(134)는 전압의 감소 및 증가에 따른 전력의 변화를 감지하여 전력값을 최대화할 수 있도록 한다.
상기 알터네이터(140)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 차량의 전장부에 구동 전압을 공급해 주는 교류발전기로서, 차량에 기본적으로 구성된다.
삭제
다시 말해, 본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)는 도 7에 도시한 바와 같이, 팬(110) 제어 신호가 전달되는지를 확인하여 팬(110)의 구동이 필요치 않은 경우 팬(110) 감지부(131)를 통해 모터(120) 발생 전력의 전류를 검출하고, 변환부(133)를 통해 전압을 변환한 후, 배터리에 저장된다.
도 8은 본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)를 이용하여 주행풍에 의한 팬(110)의 회전(RPM)에 따른 발생 전력을 나타낸 그래프로서, 팬(110)의 회전에 따라 발생 전력이 증가되며, 비교적 낮은 회전수를 갖는 영역에서도 발전 가능한 장점이 있다.
상기 팬(110)은 회전에 의한 발전을 최대화할 수 있도록 차량 전방에 배치되는 냉각용 팬인 것이 바람직하다.
본 발명의 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)는 기존 차량에 구비되는 모터(120), 알터네이터(140), 및 배터리와, 엔진제어장치(300)의 팬(110) 제어 신호 전달 체계는 그대로 유지하면서도 상기 모터(120)와 알터네이터(140) 사이에 전력변환기(130)를 구비하는 간단한 구조로서, 적용성을 보다 향상할 수 있으며, 주행풍에 의한 팬(110)의 회전 시, 발전 전력을 최대로 유지할 수 있어 전력 생산량을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 차량용 팬을 이용한 발전 장치
110 : 팬
120 : 모터
130 : 전력변환기 131 : 감지부
132 : 전류검출부 133 : 변환부
134 : 제어부
140 : 알터네이터
150 : 배터리부
200 : 릴레이부 210 : 제1릴레이
220 : 제2릴레이 221 : 저항소자
300 : 엔진제어장치
T : 트랜지스터
L : 인덕터
D : 다이오드
C : 커패시터

Claims (6)

  1. 차량용 팬을 이용한 발전 장치(100)에 있어서,
    팬(110)을 구동하기 위한 모터(120);
    팬(110) 제어 신호를 감지하는 감지부(131)와, 상기 모터(120)로부터 발생되는 전력의 전류를 검출하는 전류검출부(132)와, 저항을 조절하여 상기 모터(120)로부터 발생되는 전력의 전압을 증가 또는 감소하도록 변환하는 변환부(133)와, 상기 변환부(133)를 통한 전압 변환에 따른 전력 발생량 변화를 비교하여 최대 전력 발생량이 되도록 상기 변환부(133)를 제어하는 제어부(134)를 포함하는 전력변환기(130);
    상기 전력변환기(130)에 연결되는 알터네이터(140) 및 배터리부(150); 를 포함하며,
    상기 전력변환기(130)의 감지부(131)에 팬(110) 제어 신호가 감지되지 않으면, 상기 팬(110)의 회전에 의해 발전되되, 상기 팬(110)의 회전에 의해 모터(120)가 회전되어, 상기 모터(120)에서 발생되는 전력을 변환부(133)를 통해 전압을 변환한 후 배터리부(150)에 저장하는 것을 특징으로 하는 차량용 팬을 이용한 발전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환기(130)의 변환부(133)는 트랜지스터(T), 인덕터(L), 다이오드(D), 및 커패시터(C)를 포함하는 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 팬을 이용한 발전 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 팬(110)은 차량 전방에 배치되는 냉각용 팬인 것을 특징으로 하는 차량용 팬을 이용한 발전 장치.
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