KR101454444B1 - 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 내부에 로터와 스테이터가 마련되는 본체, 상기 본체의 일단에 설치되어 엔진의 크랭크축 풀리와 벨트로 연결되는 풀리 및 상기 풀리 내부에 설치되어 풀리와 로터를 선택적으로 연결하는 연결수단을 포함하고, 상기 연결수단은 전류를 공급받아 자기력을 발생하는 마그네틱 코일 및 상기 마그네틱 코일에서 발생하는 자기력에 의해 상기 풀리와 선택적으로 맞물리는 연결부재를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법을 이용하는 것에 의해, 엔진 작동시 배터리가 만충전 상태이면, 연결수단을 이용해서 발전기 풀리와 로터의 연결을 해제시켜 발전기의 구동을 중지시키고, 계산된 사용시간이 경과하면 다시 발전기의 풀리와 로터를 연결해서 발전을 수행하도록 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법{ELECTRICITY GENERATION CONTROL APPARATUS AND METHOD WITH ALTERNATOR FOR VEHICL}
본 발명은 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 엔진과 선택적으로 연결되어 전원을 발생하는 차량용 발전기를 이용한 차량의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 엔진 구동시 차량에 마련된 전장품을 구동하기 위해 엔진의 동력을 이용해서 전원을 발생하는 발전기(alternator)가 설치된다.
이러한 차량용 발전기는 엔진 시동시 엔진의 크랭크축 풀리와 벨트를 이용해서 연결된다.
즉, 종래의 차량용 발전기는 벨트를 통해 크랭크축 풀리로부터 동력을 전달받는 풀리, 풀리와 연결되어 회전운동하는 로터, 로터 외부에 설치되어 로터의 회전운동에 의한 자기장 변화에 따라 전원을 발생하는 스테이터, 스테이터에서 발생한 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류자와 정류된 전원의 전압을 미리 설정된 전압, 예컨대 12V 또는 24V로 조정하는 레귤레이터를 포함한다.
이와 같이 구성되는 차량용 발전기에서 발생한 전원은 차량의 배터리에 충전되어 차량에 마련된 전장품을 구동하는 동력원으로 사용된다.
최근에는 차량의 연비를 향상시키기 위한 다양한 연비 향상 기술이 개발되고 있다.
이에 따라, 차량의 운전 상태에 발전기의 구동을 제어하여 차량의 연비를 향상시키기 위한 기술의 일 예가 대한민국 특허 등록번호 제10-0957144호(2010년 5월 3일 공고, 이하 '특허문헌 1'이라 함), 대한민국 특허 등록번호 제10-1028456호(2011년 4월 14일 공고, 이하 '특허문헌 2'라 함) 등에 개시되어 있다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2를 포함하는 종래기술에 따른 차량의 발전 제어기술은 배터리의 상태정보, 즉 충전상태, 전류누적량 또는 충전율에 따라 배터리에 충전하고자 하는 목표 전압을 조절해서 발전기의 구동을 제어하여 차량의 연비 효율을 높일 수 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0957144호(2010년 5월 3일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1028456호(2011년 4월 14일 공고)
하지만, 차량용 발전기의 로터 및 풀리와 엔진의 크랭크축 풀리와 벨트에 의해 상시적으로 연결됨에 따라, 종래의 차량용 발전기는 배터리의 만충전 시에도 로터가 상시적으로 회전하면서 엔진의 동력을 불필요하게 소모하게 된다.
실제 차량을 이용한 실험결과에 따르면, 종래의 차량용 발전기는 엔진에서 생성되는 동력 중에서 약 4 내지 5마력을 소모하는 것을 알 수 있었다.
따라서 차량용 발전기의 상시적인 회전 동작으로 인한 엔진 동력의 소모를 최소화하여 차량의 연비를 향상시키는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리의 충전상태 및 전장부하 상태에 기초해서 차량의 엔진과 선택적으로 연결되어 엔진의 동력을 이용하여 전원을 발생하는 차량용 발전기의 구동을 제어하는 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
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상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치는 차량용 발전기에 마련된 연결수단을 연결 또는 해제 동작시키는 구동부, 차량에 마련된 배터리에 충전된 충전전원 및 배터리에서 방전되는 방전전원의 전류 및 전압을 감지하는 전원감지부, 상기 전원감지부의 감지신호를 이용해서 현재 배터리의 충전전력량과 전장부하의 사용전력량을 산출하고 산출된 결과와 차량에 마련된 각 감지수단의 감지신호에 기초해서 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 차량에 마련된 각 감지수단의 감지신호와 상기 전원감지부에서 감지된 전류 및 전압에 기초해서 이용해서 현재 배터리의 충전전력량과 현재 전장부하의 사용전력량을 산출하는 전력량 산출부 및 상기 전력량 산출부에서 산출된 결과를 이용해서 배터리의 충전전원만으로 전장부하에 전원을 공급할 수 있는 사용시간을 계산하는 사용시간 계산부를 포함하여, 상기 사용시간 계산부에서 계산된 시간 동안 상기 발전기의 구동을 중지하도록 제어신호를 발생할 수 있다.
상기 제어부는 배터리 전압이 미리 설정된 설정범위 이내인 경우에만 상기 제어신호를 발생하고, 상기 발전기의 구동을 중지시킨 상태에서 미리 설정된 설정시간마다 상기 사용시간을 산출하여 산출된 결과에 기초해서 상기 발전기의 구동을 제어하며, 상기 설정범위는 배터리의 만충전 상태로 판단하는 제1 설정전압과 배터리의 최대 방전 상태로 판단하는 제2 설정전압 사이로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어방법은 (a) 차량의 배터리로부터 전원을 공급받아 엔진이 작동하는 단계, (b) 엔진의 동력에 의해 발전기를 구동시켜 배터리에 전원을 충전하는 단계, (c) 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 제1 설정전압보다 높으면, 상기 발전기에 마련된 연결수단을 동작시켜 발전기의 풀리와 로터의 연결을 해제해서 발전기의 구동을 중지하는 단계 및 (d) 상기 배터리의 전압이 상기 제1 설정전압보다 낮게 미리 설정된 제2 설정전압 이하이면, 상기 발전기의 풀리와 로터를 연결시켜 발전기를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 (c1) 상기 배터리의 방전전원 및 충전전원의 전류와 전압을 감지해서 전장부하의 사용전력량과 배터리의 충전전력량을 산출하는 단계, (c2) 상기 (c1)단계에서 산출된 사용전력량과 충전전력량을 이용해서 배터리의 충전전원만으로 전장부하를 구동하는 사용시간을 계산하는 단계 및 (c3) 상기 (c2)단계에서 계산된 사용시간 동안 상기 발전기의 구동을 중지시키는 단계를 포함하고, 상기 발전기의 구동을 중지시킨 상태에서 미리 설정된 설정시간마다 상기 (c1)단계 및 (c2)단계를 수행하여 상기 사용시간을 변경할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법에 의하면, 엔진 작동시 배터리가 만충전 상태이면, 연결수단을 이용해서 발전기 풀리와 로터의 연결을 해제시켜 발전기의 구동을 중지시키고, 설정된 사용시간이 경과하면 다시 발전기의 풀리와 로터를 연결해서 발전을 수행하도록 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
특히, 본 발명에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법에 의하면, 전원감지부 및 차량에 마련된 각 감지수단의 감지신호를 이용해서 배터리의 충전상태를 판단해서 발전기를 선택적으로 구동시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법에 의하면, 발전기의 구동을 중지한 상태에서 미리 설정된 설정시간마다 배터리의 충전전력량과 사용전력량을 실시간으로 산출해서 발전기를 즉시 구동하도록 제어할 수도 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법에 의하면, 종래기술에 따른 차량의 발전 제어장치에서 엔진 동작시 상시적으로 발전기를 구동시키기 위해 불필요하게 소모되는 엔진 동력을 최소화하여 연료 소모량을 저감해서 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 차량용 발전기의 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 발전 제어장치의 블록 구성도,
도 4는 차량용 배터리의 방전전류별 방전시간에 따른 단자전압 변화를 보인 그래프,
도 5는 차량용 발전기의 출력 성능 그래프,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여 24V의 정격전압을 갖는 배터리 및 발전기가 적용되는 상용 차량을 이용해서 설명하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 12V의 정격전압을 갖는 배터리 및 발전기가 적용되는 승용 차량에도 사용하도록 변경될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 차량용 발전기의 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 로터(112)와 스테이터(113)가 마련되는 본체(11), 본체(11)의 일단에 설치되어 엔진의 크랭크축 풀리와 벨트로 연결되는 풀리(12) 및 풀리(12) 내부에 설치되어 풀리(12)와 로터(112)를 선택적으로 연결하는 연결수단(13)을 포함한다.
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기(10)는 스테이터(113)에서 발생한 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류자(114)와 정류된 직류전원의 전압을 배터리에 충전할 수 있도록 미리 설정된 전압레벨, 예컨대 24V 이상으로 조정하는 레귤레이터(115)를 더 포함할 수 있다.
본체(11)는 원통 형상으로 형성되는 하우징(111), 하우징(111)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 로터(112) 및 로터(112)의 외측에 설치되는 스테이터(113)를 포함하고, 하우징(111) 내부 공간의 일측에는 정류자(114) 및 레귤레이터(115)가 설치될 수 있다.
풀리(12)는 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙에 로터(112)와 연결된 드라이브 샤프트(16)가 설치되는 설치공간이 마련되어 링 형상으로 형성되고, 풀리(12)의 외주면에는 엔진의 크랭크축 풀리(도면 미도시)와 연결되는 벨트(도면 미도시)가 설치된다.
연결수단(13)은 아래에서 설명할 차량의 발전 제어장치(20)에 마련되는 제어부(23)(도 3 참조)의 제어신호에 따라 로터(112)와 풀리(12)를 선택적으로 연결하는 전자식 클러치로 마련될 수 있다.
즉, 연결수단(13)은 전류를 공급받아 자기력을 발생하는 마그네틱 코일(14) 및 마그네틱 코일(14)에서 발생하는 자기력에 의해 풀리(12)와 맞물리는 연결부재(15)를 포함할 수 있다.
여기서, 로터(112)의 일단에는 드라이브 샤프트(16)가 연결되고, 연결부재(15)는 드라이브 샤프트(16)의 선단에 연결된 샤프트 플레이트(17)에 설치된다.
이러한 연결부재(15)는 마그네틱 코일(14)에서 자기력이 발생하기 이전에는 풀리(12)와 일정 간격만큼 이격된 상태를 유지하고, 자기력이 발생하면 도 2에 도시된 화살표 방향을 따라 풀리(12)를 향해 직선 이동해서 풀리(12)와 맞물리게 된다.
이에 따라, 풀리(12)에 전달된 회전력을 연결부재(15), 샤프트 플레이트(17) 및 드라이브 샤프트(16)를 거쳐 로터(112)로 전달되고, 로터(112)가 회전하게 된다.
한편, 연결부재(15)는 풀리(12)와 샤프트 플레이트(17) 연결시 미끄러짐을 방지할 수 있도록 마찰재 재질로 마련될 수 있다.
이와 같이, 연결수단(13)은 마그네틱 코일(14)에서 발생하는 자기력에 따라 연결부재(15)를 직선 이동시켜 로터(112)와 풀리(12)를 선택적으로 연결할 수 있다.
이에 따라, 스테이터(113)에서는 로터(112)의 회전운동에 의한 자기장 변화에 따라 교류전원이 발생되고, 정류자(114)는 발생한 교류전원을 정류하여 직류전원을 출력하며, 레귤레이터(115)는 직류전원의 전압레벨을 차량에 마련된 배터리의 정격전압, 예컨대 약 25.4V로 조정하여 출력한다.
한편, 연결수단(13)으로 인가되는 제어부(23)의 제어신호가 차단되면, 연결부재(15)는 본래의 위치로 복귀시켜 로터(112)와 풀리(12) 사이의 연결을 해제하다.
이와 같이, 본 발명은 전자식 클러치로 마련되는 연결수단을 이용해서 로터와 풀리를 선택적으로 연결 또는 해제함에 따라, 차량의 엔진에서 발생하는 동력 손실을 최소화할 수 있다.
실험결과에 따르면, 본 발명은 종래의 차량용 발전기에서 소모하는 엔진 동력(약 4 내지 5마력)의 약 5%에 해당되는 약 0.2 내지 0.3 마력만을 소모하는 것을 확인할 수 있었다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 발전 제어장치의 블록 구성도이고, 도 4는 차량용 배터리의 방전전류별 방전시간에 따른 단자전압 변화를 보인 그래프이며, 도 5는 차량용 발전기의 출력 성능 그래프이다.
다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(30)에 충전된 충전전원 및 배터리(30)에서 방전되는 방전전원의 전류 및 전압을 감지하는 전원감지부(21), 발전기(10)에 마련된 연결수단(13)을 연결 또는 해제 동작시키는 구동부(22) 그리고 전원감지부(21)의 감지신호를 이용해서 현재 배터리(30)의 충전전력량과 전장부하의 사용전력량을 산출하고 산출된 결과와 차량에 마련된 각 감지수단(18)의 감지신호에 기초해서 구동부(22)의 구동을 제어하는 제어부(23)를 포함한다.
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 발차량의 발전 제어장치(20)는 차량의 각 감지수단(18), 예컨대 회전수 검출부(181), 차속 감지부(182), 외기온도 감지부(183) 및 냉각수온도 감지부(184) 등과 CAN 통신을 수행하여 감지신호를 수신하는 통신부(24)를 더 포함할 수 있다.
제어부(23)는 차량에 마련된 각 감지수단(18)의 감지신호와 전원감지부(21)에서 감지된 전류 및 전압에 기초해서 이용해서 현재 배터리(30)의 충전전력량과 현재 전장부하의 사용전력량을 산출하는 전력량 산출부(25) 및 전력량 산출부(25)에서 산출된 결과를 이용해서 배터리(30)의 충전전원만으로 전장부하에 전원을 공급할 수 있는 사용시간을 계산하는 사용시간 계산부(26)를 포함할 수 있다.
그리고 제어부(23)는 배터리(30)에서 방전되는 방전전원의 전압(이하 '배터리 전압'이라 함)이 미리 설정된 설정범위에서 연결수단(13)을 동작시켜 로터(112)와 풀리(12)의 연결을 해제하도록 제어신호를 발생해서 구동부(22)로 전달할 수 있다.
여기서, 상기 설정범위는 배터리(30)의 만충전 상태로 판단하는 제1 설정전압과 배터리(30)의 최대 방전 상태로 판단하는 제2 설정전압 사이 범위로서, 제1 설정전압은 약 24.5V로 설정되고, 제2 설정전압은 약 22V로 설정될 수 있다.
한편, 배터리(30)의 단자전압 및 방전시간은 도 4에 도시된 바와 같이, 전장부하에서 소모되는 전류에 따라 변화한다.
예를 들어, 전장부하의 소모전류가 100, 50, 25, 10A인 경우, 각 소모전류별 단자전압이 방전한계전압으로 설정되는 22V에 도달하는 방전시간은 약 1, 3.5, 7.5분, 20시간 이상 등이 될 수 있다.
그리고 발전기(10)는 주변온도 20℃의 냉간 시에 도 5에 도시된 바와 같은 출력 성능을 나타낸다.
즉, 발전기(10)에서 발생하는 발전전원의 전류는 발전기(10)의 분당 회전수(이하 'RPM'이라 함)가 약 4500RPM일 때 약 115A이고, 발전전원의 전압은 약 26V 이상일 수 있다.
상기 4500RPM은 발전기(10)의 풀리(12)와 엔진의 크랭크축 풀리 비가 약 3:1로 설정된 경우, 차량 주행시 평균 RPM인 1500 RPM에 대응되는 회전수이다.
여기서, 발전기를 구동하기 위해 차량의 엔진에 요구되는 요구 동력은 아래의 수학식 1을 이용해서 계산될 수 있다.
Figure 112013010164617-pat00001
여기서, N은 발전기의 실제 측정된 RPM, T는 실제 측정된 토크이다.
그리고 수학식 1을 이용해서 요구 동력을 계산한 결과는 아래의 표 1과 같다.
발전기RPM 측정전압
[V]		 측정전류
[A]		 측정토크[Kgf.m] 요구동력
[KW]		 효율[%] 스펙전류
[A]		 측정시간[sec] 측정 RPM
1000 25.69 -0.8 0.5235 0.49 -4.31 -0.8 5 908
2000 29.06 12.8 0.9005 1.96 19.03 12.9 5 2121
3000 28.68 103.0 4.0265 12.82 23.05 103.9 5 3102
4000 28.70 112.8 3.5053 14.81 21.87 113.8 5 4116
5000 28.71 106.9 2.7662 14.55 21.08 107.8 5 5126
6000 28.70 106.4 2.4733 15.57 19.63 107.3 5 6132
7000 28.70 106.9 2.2104 16.22 18.92 107.8 5 7148
8000 28.70 106.5 2.0755 17.37 17.59 107.4 5 8157
수학식 1을 살펴보면, 발전기(10)가 차량의 엔진 동력을 전달받아 발전을 수행하기 위해서는 표 1에 기재된 각 RPM별 요구 동력이 필요함을 알 수 있다.
이와 같이, 제어부(23)는 배터리(30)의 소모전류별 단자전압 및 방전시간, 발전전원의 전류 및 전압에 기초해서 배터리를 이용한 사용시간을 계산해서 계산된 시간 동안 발전기의 구동을 중지하도록 제어신호를 발생한다.
이와 함께, 제어부(23)는 차량의 주행상태, 예컨대 엔진과 발전기(10) RPM의 변화 및 현재 전장부하의 사용전력량 변화에 실시간으로 대응할 수 있도록 미리 설정된 설정시간, 예컨대 약 1분마다 배터리(30)의 충전전력량과 사용전력량을 비교하여 사용시간을 산출해서 제어신호를 발생할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 엔진 작동시 배터리가 만충전 상태이면, 연결수단을 이용해서 발전기 풀리와 로터의 연결을 해제시켜 발전기의 구동을 중지시키고, 계산된 사용시간이 경과하면 다시 발전기의 풀리와 로터를 연결해서 발전을 수행하도록 제어할 수 있다.
그리고 본 발명은 발전기의 구동을 중지한 상태에서 미리 설정된 설정시간마다 배터리의 충전전력량과 사용전력량을 실시간으로 산출해서 발전기를 즉시 구동하도록 제어할 수도 있다.
이에 따라, 본 발명은 종래기술에 따른 차량의 발전 제어장치에서 엔진 동작시 상시적으로 발전기를 구동시키기 위해 불필요하게 소모되는 엔진 동력을 최소화하여 연료 소모량을 저감해서 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
다음, 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 차량의 이그니션 키가 온 조작되어 차량의 발전 제어장치(20)가 배터리(30)로부터 충전전원을 공급받으면서 시작된다(S10).
S11단계에서 제어부(23)는 통신부(24)를 통해 차량에 마련된 각 감지부(18)의 감지신호, 예컨대 회전수 검출부(181)에서 검출된 엔진 RPM 정보를 이용해서 엔진이 정상적으로 작동되는지 여부를 검사한다.
S11단계의 검사결과 엔진이 미작동된 경우, 제어부(23)는 S20단계로 진행해서 차량의 발전 제어장치(20)의 동작을 중지시키고 종료하도록 제어한다.
반면, S11단계의 검사결과 엔진이 정상적으로 작동된 경우, 제어부(23)는 발전기(10)의 로터(112)와 풀리(12)를 연결시켜 발전기(10)를 구동하도록 제어신호를 발생한다.
그러면, 구동부(22)는 제어부(23)의 제어신호에 따라 마그네틱 코일(14)에 전류를 공급해서 발생하는 자기력을 이용해서 연결부재(15)를 풀리(12)와 맞물리도록 직선 이동시켜 발전기(10)를 구동한다(S12).
이에 따라, 발전기(10)의 로터(112)는 풀리(12), 연결부재(15), 샤프트 플레이트(17) 및 드라이브 샤프트(16)를 거쳐 전달된 회전력에 의해 회전하고, 로터(112) 회전에 의해 스테이터(113)에서 교류전원이 발생한다.
그러면 정류자(114)는 발생한 교류전원을 직류전원으로 정류하고, 레귤레이터(115)는 정류된 직류전원의 전압레벨을 배터리(30)의 정격전압으로 조정한다.
이와 같은 과정을 통해서, 발전기(10)는 배터리(30)의 정격전압에 대응되는 직류전원을 발생시켜 배터리(30)에 충전하게 한다.
S13단계에서 제어부(23)는 전원감지부(21)를 통해 전달되는 감지신호를 이용해서 배터리 전압이 미리 설정된 제1 설정전압, 예컨대 24.5V보다 높은 만충전 상태인지 여부를 검사한다.
만약, S13단계의 검사결과 배터리 전압이 제1 설정전압 이하이면, 제어부(23)는 배터리(30)의 충전이 필요한 상태로 판단하여 배터리 전압이 제1 설정전압 이상이 될 때까지 대기한다.
반면, S13단계의 검사결과 배터리 전압이 제1 설정전압보다 높은 경우, 제어부(23)의 전력량 산출부(25)는 전원감지부(21)에서 감지된 배터리(30)의 방전전원 및 충전전원의 전류 및 전압을 이용해서 사용전력량과 충전전력량을 산출한다(S14).
그리고 사용시간 계산부(26)는 S14단계에서 산출된 사용전력량과 충전전력량을 이용해서 배터리(30)의 충전전원만으로 전장부하에 전원을 공급할 수 있는 사용시간을 계산한다(S15).
이어서 제어부(23)는 계산된 사용시간 동안 발전기 풀리(12)와 로터(112)의 연결을 해제하여 발전기(10) 구동을 중지시키도록 제어신호를 발생한다.
그러면, 구동부(22)는 제어부(23)의 제어신호에 따라 마그네틱 코일(14)에 공급되는 전류를 차단하여 연결부재(15)를 본래 위치로 복귀시킴으로써 발전기 풀리(12)와 로터(112)의 연결을 해제시켜 발전기의 구동을 중지시킨다(S16).
이에 따라, 본 발명은 발전기의 로터 회전으로 인한 엔진의 동력 소모를 최소화하여 연료 소모를 감소시켜 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(23)는 발전기(10)의 구동을 중지시킨 상태에서 미리 설정된 설정시간, 예컨대 약 1분마다 사용전력량과 충전전력량을 실시간으로 산출해서 사용시간을 변경할 수 있다.
S17단계에서 제어부(23)는 배터리 전압이 미리 설정된 제2 설정전압, 예컨대 약 22V보다 낮은 방전상태인지 여부를 검사한다.
만약, S17단계의 검사결과 배터리 전압이 제2 설정전압보다 낮으면, 제어부(23)는 배터리(30)의 충전이 필요한 것으로 판단하여 S12단계로 진행해서 발전기(11)를 재구동시켜 배터리(30)를 충전하도록 제어한다.
반면, S17단계의 검사결과 배터리 전압이 제2 설정전압 이상이면, S18단계에서 제어부(23)는 내부의 타이머를 이용해 계수된 시간이 S15단계에서 계산된 사용시간을 경과 하였는지 여부를 검사하고, 사용시간이 경과할 때까지 S17 내지 S18단계를 반복 수행하도록 제어한다.
S18단계의 검사결과 사용시간이 경과하면, S19단계에서 제어부(23)는 이그니션 키가 오프 조작되어 엔진이 정지되는지 검사하고, 엔진이 정지될 때까지 S12단계 내지 S19단계를 반복 수행하도록 제어한다.
만약, S19단계의 검사결과 엔진 구동이 중지되면, 제어부(23)는 발전기(10) 및 차량의 발전 제어장치(20)의 동작을 중지시키고 종료하도록 제어한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 발전기에 마련된 연결수단을 이용해서 발전기의 풀리와 로터를 연결 또는 해제시켜 배터리의 충전상태에 따라 발전기를 선택적으로 구동할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 발전기에 마련된 연결수단을 이용해서 발전기의 풀리와 로터를 연결 또는 해제시켜 배터리의 충전상태에 따라 발전기를 선택적으로 구동하는 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치 및 제어방법 기술에 적용된다.
10: 차량용 발전기 11: 본체
111: 하우징 112: 로터
113: 스테이터 114: 정류자
115: 레귤레이터 12: 풀리
13: 연결수단 14: 마그네틱 코일
15: 연결부재 16: 드라이브 샤프트
17: 샤프트 플레이트 18: 감지수단
181: 회전수 검출부 182: 차속 감지부
183: 외기온도 감지부 184: 냉각수온도 감지부
20: 차량의 발전 제어장치 21: 전원감지부
22: 구동부 23: 제어부
24: 통신부 25: 전력량 산출부
26: 사용시간 계산부 30: 배터리

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 내부에 로터(112)와 스테이터(113)가 마련되는 본체(11),
    상기 본체(11)의 일단에 설치되어 엔진의 크랭크축 풀리와 벨트로 연결되는 풀리(12) 및
    상기 풀리(12) 내부에 설치되어 풀리(12)와 로터(112)를 선택적으로 연결하는 연결수단(13)을 포함하는 차량용 발전기(10),
    상기 차량용 발전기(10)에 마련된 연결수단(13)을 연결 또는 해제 동작시키는 구동부(22),
    차량에 마련된 배터리(30)에 충전된 충전전원 및 배터리(30)에서 방전되는 방전전원의 전류 및 전압을 감지하는 전원감지부(21),
    상기 전원감지부(21)의 감지신호를 이용해서 현재 배터리(30)의 충전전력량과 전장부하의 사용전력량을 산출하고 산출된 결과와 차량에 마련된 각 감지수단(18)의 감지신호에 기초해서 상기 구동부(22)의 구동을 제어하는 제어부(23)를 포함하고,
    상기 연결수단(13)은 전류를 공급받아 자기력을 발생하는 마그네틱 코일(14) 및
    마찰재 재질로 제작되고 상기 마그네틱 코일(14)에서 발생하는 자기력에 의해 상기 풀리(12)와 선택적으로 맞물리는 연결부재(15)를 포함하여
    엔진 작동시 배터리(30)의 충전전력량 및 전장부하의 사용전력량에 기초해서 선택적으로 구동되는 구동부(22)에 의해 상기 풀리(12)와 로터(112)를 연결 또는 해제하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차량용 발전기(10)는 상기 스테이터(113)에서 발생한 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류자(114)와
    정류된 직류전원의 전압을 배터리에 충전할 수 있도록 미리 설정된 전압레벨로 조정하는 레귤레이터(115)를 더 포함하고,
    상기 로터(112)의 일단에는 드라이브 샤프트(16)가 연결되며,
    상기 연결부재(15)는 상기 드라이브 샤프트(16)의 선단에 연결된 샤프트 플레이트(17)에 설치되고,
    상기 제어부(23)는 차량에 마련된 각 감지수단(18)의 감지신호와 상기 전원감지부(21)에서 감지된 전류 및 전압에 기초해서 이용해서 현재 배터리(30)의 충전전력량과 현재 전장부하의 사용전력량을 산출하는 전력량 산출부(25) 및
    상기 전력량 산출부(25)에서 산출된 결과를 이용해서 배터리(30)의 충전전원만으로 전장부하에 전원을 공급할 수 있는 사용시간을 계산하는 사용시간 계산부(26)를 포함하여,
    상기 사용시간 계산부(26)에서 계산된 시간 동안 상기 발전기(10)의 구동을 중지하도록 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부(23)는 배터리 전압이 미리 설정된 설정범위 이내인 경우에만 상기 제어신호를 발생하고, 상기 발전기(10)의 구동을 중지시킨 상태에서 미리 설정된 설정시간마다 상기 사용시간을 산출하여 산출된 결과에 기초해서 상기 발전기(10)의 구동을 제어하며,
    상기 설정범위는 배터리(30)의 만충전 상태로 판단하는 제1 설정전압과 배터리(30)의 최대 방전 상태로 판단하는 제2 설정전압 사이로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어장치.
  6. (a) 차량의 배터리로부터 전원을 공급받아 엔진이 작동하는 단계,
    (b) 엔진의 동력에 의해 발전기를 구동시켜 배터리에 전원을 충전하는 단계,
    (c) 상기 배터리의 충전상태 및 전장부하 상태에 기초해서 상기 발전기의 풀리와 로터를 연결 또는 해제하여 상기 발전기를 선택적으로 구동하는 단계를 포함하고,
    상기 (c)단계는 (c1) 상기 배터리의 방전전원 및 충전전원의 전류와 전압을 감지해서 전장부하의 사용전력량과 배터리의 충전전력량을 산출하는 단계,
    (c2) 상기 (c1)단계에서 산출된 사용전력량과 충전전력량을 이용해서 배터리의 충전전원만으로 전장부하를 구동하는 사용시간을 계산하는 단계 및
    (c3) 상기 (c2)단계에서 계산된 사용시간 동안 상기 발전기의 구동을 중지시키는 단계를 포함하며,
    상기 발전기의 구동을 중지시킨 상태에서 미리 설정된 설정시간마다 상기 (c1)단계 및 (c2)단계를 수행하여 상기 사용시간을 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기를 이용한 차량의 발전 제어방법.
  7. 삭제
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