KR101585586B1 - Re-ev용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템 - Google Patents

Abstract

RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템가 개시된다. 본 발명은 RE-EV용으로서 가장 효율이 좋은 특정 회전영역과 토크영역에서 발전용 엔진이 운전되도록 하는 동시에 전동발전기에 전류를 공급하는 전력변환장치에 전류센서가 구비되어 특정 토크 또는 회전수를 유지시켜 발전용 엔진에 화석연료 소모를 최소화 하면서 안정된 운행거리 확보를 가능하게 하는 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템을 제공한다.

Description

RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템{HIGH EFFICIENCY POWER GENERATION SYSTEM CONTROLLING APPARATUS OF VEHICLE FOR RE-EV}

본 발명은 엔진제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RE-EV용으로서 발전용 엔진을 가장 효율이 좋은 특정 회전영역과 토크영역에서 운전하도록 하는 동시에 특정 토크 또는 회전수를 유지시키도록 제어하여 안정된 운행거리 확보를 가능하게 하는 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템에 관한 것이다.

원유 가격의 상승과 지구 온난화에 따른 환경규제 강화로 친환경적인 수송수단에 대한 시장 요구가 커지고 있는 상황이며, 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)가 자동차 시장에 등장하기 시작하면서 점차적으로 점유율을 넓혀가고 있다.

전기자동차는 순수 전기자동차(BEV)로부터 하이브리드 자동차까지 다양한 구조로 구성되어 있으며 이산화탄소 발생의 주범인 화석연료를 대체할 수 있는 동력원으로서 가장 바람직한 것은 전기 에너지로, 전기로 구동되는 운송수단은 공해를 발생시키지 않으면서 소음 발생량도 적은 장점이 있다.

그러나 이와 같은 순수 전기자동차(BEV)에서 동력원으로 사용하는 배터리는 반복적으로 급속 충전을 하여야 하고, 충전시 운송수단의 이동에 제한을 주어야 하며며, 또한 충전 횟수가 증가함에 따라 배터리의 성능이 급속히 저하될 뿐만 아니라, 배터리 수명도 빠르게 단축되는 문제점 및 배터리의 충전량에 의해 주행거리가 정해지게 되어 운전자는 항상 충전량을 주위 깊게 체크하여야 하는 불편함이 있었다.

또한 이의 해결을 위해 전기를 직접 생산할 수 있는 연료전지가 개발되었으나, 높은 전압이 요구되는 고속 운전 영역에서는 출력 전압이 급격히 감소하여 구동 모터에 필요로 하는 충분한 전기를 공급하지 못하여 전기자동차의 동력원으로 사용하는데 한계가 있으며, 하이브리드 차량은 엔진을 주 동력원으로 사용함에 따라 여전히 공해를 발생시키는 문제가 있었다.

한편, RE-EV(Range Extended Electric Vehicle)시스템은 전기 자동차(EV)에 발전기를 돌리는 별도의 엔진이 설치되어 주배터리가 방전되었을 때, 상기 엔진으로 발전기를 가동하여 주배터리를 충전시키는 방식을 가지고 있다. 상기 엔진에 의한 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기는 RE-EV의 효율 및 주행거리의 확장에 매우 중요한 요소이다.

즉, RE-EV는 BEV 시스템에 배터리 충전을 위한 발전시스템이 추가적으로 장착되는 구조이며, 이는 보다 복잡한 패키징과 제어를 요구하는 요인이 되지만, 값비싼 배터리를 추가 탑재하지 않고 BEV의 단점인 짧은 주행거리를 확대할 수 있는 장점이 있다. 달리 말하면, 배터리 등을 이용한 에너지 저장시스템은 기본적으로 BEV와 RE-EV에 공통으로 사용이 가능하며, RE-EV의 경우 발전장치가 추가되는 것이다.

이러한 초소형의 엔진발전시스템은 RE-EV시스템의 실현을 위해 필수적인 요소이고 최종 차량개발을 위해서는 에너지 저장시스템, 충전시스템 등과 연계하여 통합개발 되기도 하지만 차량 구성을 위한 핵심 구성 부품으로 분리되어 발전용량별로 개별적인 핵심부품의 성격을 갖기도 한다.

RE-EV의 엔진발전시스템을 구성하고 있는 주요 부품으로는 동력을 발생하는 엔진과 발전기 그리고 엔진 및 발전기의 구동 조건을 만들어 주기위한 구동시스템을 포함한다.

상기 발전기는 주로 Lundell-type Wound-field Synchronous Alternator가 사용되어 왔으나, 이러한 방식은 발전기의 회전자에 배터리로부터의 여자전류를 공급하여야 하고, 이를 위한 브러시의 존재에 따른 복잡성과 유지보수 문제 등으로 최근에는 영구자석을 이용한 발전장치가 고효율 및 소형화를 위해 개발되고 있는 추세이다.

RE-EV는 배터리의 가용잔존용량(State of Charge; 이하 SOC) 상태에 따라 발전시스템 동작을 통한 배터리를 충전시켜, 차량의 총 주행가능 거리를 기존의 내연기관 차량 수준으로 확대시킬 수도 있다.

RE-EV의 작동 구조는 차량 탑재형 충전기를 통해 대용량 배터리를 충전시키고, 일정 SOC까지는 배터리에 충전된 에너지만으로 주행하고, 일정 SOC 이하 영역에서는 소형의 발전용 엔진이 최적의 운전상태에서 기동하여 배터리를 충전시키며 주행거리를 확장하는 메커니즘으로 주행한다.

RE-EV의 엔진은 배터리 충전만을 위해 사용되기 때문에, 전 부하 영역에서 운전해야하는 기존의 내연기관과는 달리 가장 효율이 좋은 특정 운전영역에서 운전되도록 설계, 제어하는 것이 요구된다. 또한 차량 탑재형 발전시스템의 효율을 극대화하기 위해서는 시스템을 구성하는 핵심부품에 대한 고효율화 기술개발이 필요하다.

RE-EV의 엔진시스템의 경우 내연기관 차량용이 아닌 차량용 발전시스템에 대한 독립적 연구는 거의 없으며 5 kW정도의 수소연소 리니어동력시스템을 이용한 소형 발전 시스템 개발에 대한 가능성 연구 등이 수행되었었고, 소형 가스터빈에 대한 기술개발도 이루어졌지만, 가스터빈의 적용 시에 요구되는 고속회전으로 인한 실링문제, 터보기계의 설계 및 제작에 대한 기술수준이 미약하여, 일부 특수 분야에서만 개발이 이뤄지고 있어 적용을 위해서는 많은 기술적 문제점을 가지고 있었다.

또한 종래에 RE-EV의 엔진은 배터리의 충전을 위해 단지 연비의 효율만을 고려하여 엔진의 최대효율로 구동시키는 기술에만 중점을 두었다. 자세하게는 도 1에 도시된 바와 같이, 같은 동일한 힘을 내기 위해 소모되는 연료의 양이 가장 적은 부분인 엔진의 2000rpm 부근으로 한정되어 경제성에만 중점을 둔 기술이 개발되고 있었다.

한국등록특허 제10-1498698호 (2015.02.26)

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 RE-EV용으로서 연비를 향상시키기 위하여 엔진발전제어기와 타 제어기간의 협조제어를 통해 가장 효율이 좋은 특정 회전영역과 토크영역에서 발전용 엔진이 운전되도록 하는 동시에 전동발전기에 전류를 공급하는 전력변환장치에 전류센서가 구비되어 특정 토크 또는 회전수를 유지시켜 전기차의 발전용 엔진에 화석연료 사용을 최소화 하면서 안정된 운행거리 확보를 가능하게 하는 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량제어기와, 엔진제어기가 구비된 발전용 엔진과, 발전기제어기가 구비되고 상기 발전용 엔진의 동력을 전달받아 전기를 생성하는 전동발전기와, 상기 전동발전기에서 생성된 전기를 충전하는 배터리 및 상기 배터리의 전기를 사용하여 휠을 구동하는 구동모터를 포함하는 엔진제어시스템에 있어서, 상기 차량제어기는, 요구 토크값 지령을 엔진제어기의 쓰로틀 콘트롤러에 하달하고, 회전 속도 지령을 상기 발전기제어기에 하달하고, 상기 엔진제어기는, 상기 차량제어기의 요구 토크값 지령과 발전기제어기의 전류센서에서 전송되는 전류값의 보정에 따른 전압을 쓰로틀 개도조절 모터에 인가하는 쓰로틀 콘트롤러와, 입력된 전압값에 따라 쓰로틀의 개도를 조절하는 쓰로틀 개도조절 모터를 포함하고, 상기 발전기제어기는, 상기 차량제어기의 엔진 회전 속도 지령과 전동발전기의 회전속도와의 오차를 입력값으로 받아 목표전류를 발생하는 속도제어기와, 상기 목표전류와 전력변환장치에서 출력되는 실제전류와의 오차를 입력값으로 받아 전력변환장치에 전류를 인가하는 전류제어기와, 상기 전동발전기에 전류를 공급하는 전력변환장치와, 상기 전력변환장치에서 출력되는 전류값을 센싱하여 상기 쓰로틀 컨트롤러에 전송하는 전류센서를 포함하는 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템를 제공한다.

또한 상기 차량제어기는, OOL을 기준으로하여 BSFC의 31%효율 반경이 맞닿는 회전영역과 토크영역에서 요구 토크값 지령을 엔진제어기의 쓰로틀 콘트롤러에 하달하고, 회전 속도 지령을 상기 발전기제어기에 하달할 수 있다.

또한 상기 차량제어기는, 운행에 따른 동작모드를 설정하되, 상기 동작모드는 운행모드와 충전모드를 포함하고, 배터리의 가용 용량을 확인하고, 상기 배터리의 가용 용량이 기 설정된 용량을 상회하면 상기 동작모드를 운행모드로 설정한 후, 발전용 엔진을 오프시키고, 상기 배터리의 가용 용량이 기 설정된 용량을 하회하면, 상기 동작모드를 충전모드로 설정한 후, 발전용 엔진을 가동하도록 하며, 상기 발전용 엔진으로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전하되, OOL을 기준으로하여 BSFC의 33%효율 반경이 맞닿는 회전영역과 토크영역의 범위에서 각 지령을 하달하되, 상기 쓰로틀 컨트롤러에 토크영역의 범위에서 요구 토크값 지령을 하달하고, 발전기제어기에는 회전영역의 범위에서 회전 속도 지령을 하달할 수 있다.

또한 상기 동작모드는 급속충전모드를 더 포함하고, 상기 차량제어기는, 배터리의 가용 용량과, 상기 구동모터의 출력 파워를 동시에 확인하며, 배터리의 가용 용량이 기 설정된 용량을 하회하고, 상기 구동모터의 출력 파워가 기 설정된 파워를 상회하면, 상기 동작모드를 급속충전모드로 설정한 후, 상기 발전용 엔진을 가동하도록 하되, 상기 차량제어기는 상기 발전기제어기에 OOL을 기준으로하여 BSFC의 31%효율 반경이 맞닿는 회전영역의 범위에서 최대 속도를 회전 속도 지령으로 하달하고, 상기 발전용 엔진에는 토크영역의 범위에서 최대 토크를 요구 토크값 지령으로 하달할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템에 의하면 발전용 엔진은 배터리의 충전만을 위해 사용되기 때문에, 전 부하 영역에서 운전해야 하는 기존의 내연기관과 달리 RE-EV용으로서 가장 효율이 좋은 특정 회전영역과 토크영역에서 운전하도록 하는 동시에 특정 토크 또는 회전수를 유지시키도록 제어하여 전기차의 배터리 용량을 최소화 하면서 안정된 운행거리 확보를 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 자동차 엔진의 연료 효율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 의한 엔진제시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 엔진제어시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 발전용 엔진의 특성맵을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원의 "그린전기자동차 차량부품개발 및 연구기반구축사업"의 지원을 받아 수행된 연구결과이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템은 크게 차량제어기(VCU)(100)와, 발전용 엔진(Engine, 200)과, 상기 발전용 엔진(200)의 동력을 전달받아 전기를 생성하는 전동발전기(Motor Generator, 300)와, 상기 전동발전기(300)에서 생성된 전기를 충전하는 배터리(Battery, 400) 및 상기 배터리(400)의 전기를 사용하여 휠을 구동하는 구동모터(500)를 포함한다.

또한 상기 각각의 구성에는 제어기가 구비되는데, 상기 발전용 엔진(200)에는 엔진제어기(ECU)(210), 전동발전기(300)에는 발전기제어기(GCU)(310), 배터리(400)에는 배터리제어기(BCU)(410), 구동모터(500)에는 구동모터제어기(MCU)(510)가 구비될 수 있으며, 각각의 제어기는 상호 CAN통신으로 데이터를 송수신한다.

본 발명의 엔진제어시스템에서는 운행하지 않을 때에는 충전 기능을 갖는 외부 충전기(미도시)를 통하여 상기 배터리(400)를 충전시키고, 운행 중에는 상기 배터리(400)의 기 설정된 SOC(State of Charge, 충전량)까지 배터리(400)에 충전된 에너지만으로 상기 구동모터(500)를 작동시켜 주행하며, 특정 SOC 이하 영역에서는 차량에 탑재되는 소형의 발전용 엔진(200)이 최적의 운전 상태에서 기동하여 상기 배터리(400)를 충전시켜 주행거리를 확장할 수 있게 된다.

또한 상기 발전용 엔진(200)의 연료 소비율은 최소한 가솔린 피스톤 엔진과 비슷해야 하고, 일반 자동차 수준의 비용, 신뢰도 및 내구성이 보장되어야 하며, 컴팩트하게 설계된 저중량으로 차량 기반시설과의 호환성이 보장되어야 하며(CAN 통신 등), 지역에 따른 미래 배기가스 규제를 준수해야 한다.

친환경 녹색정책에 따라 자동차의 연비 효율 개선을 위해 친환경 자동차 개발의 일환으로 개발하는 RE-EV는 발전용 엔진을 탑재한 전기자동차로써 한정된 연료로 주행할 수 있는 전체 거리의 확대가 매우 중요하다.

따라서 상기 발전용 엔진(200)은 배터리(400)의 충전만을 위해 사용되기 때문에, 전 부하 영역에서 운전해야 하는 기존의 내연기관과 달리 RE-EV용으로서 가장 효율이 좋은 특정 회전영역과 토크영역에서 운전되도록 설계된 것으로 자세한 내용은 후술하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 엔진제어기(210)는 쓰로틀 콘트롤러(Throttle Cotroller)(211)와, 쓰로틀 개도조절 모터(212)와, 쓰로틀 위치센서(213)를 포함한다.

또한 상기 차량제어기(VCU)(100)는 자동차의 최상위 컨트롤 유닛으로 요구 토크값 지령을 상기 엔진제어기(210)의 쓰로틀 콘트롤러(221)에 하달하여 발전용 엔진(200)의 토크 또는 회전수(rpm)를 줄이거나 늘리기 위해 쓰로틀(throttle) 입력을 감소시키거나 확장하도록 제어하고, 상기 발전용 엔진(200)의 아이들 상태를 유지시키거나 또는 특정 토크 또는 회전수를 유지시키도록 제어할 수 있다.

상기 쓰로틀 콘트롤러(221)는 차량제어기(100)의 제어 명령에 기초하여 쓰로틀 개도조절 모터(212)에 요구 토크값 지령에 따른 소정의 전압을 인가하게 되고, 상기 쓰로틀 개도조절 모터(212)는 입력된 전압값에 따라 쓰로틀의 개도를 조절하고, 이에 따라 발전용 엔진(200)의 토크 또는 회전 속도가 설정된다. 엔진 토크 또는 회전 속도 지령에 따라 쓰로틀 개도조절 모터(212)에 인가된 전압 값은 모터의 쓰로틀 위치센서(213)를 통해 상기 엔진제어기(210)으로 입력되어 상기 쓰로틀 위치센서(213)를 통한 발전용 엔진(200)의 정밀한 토크 또는 회전수 제어가 가능해진다.

상기 전동발전기(300)은 일반적으로 전기자(armature)와 계자(field frame assembly)로 크게 나누어지고, 전기자는 주전류(main current)가 흐르는 도체들을 포함하는 부분으로, 상기 계자 권선(field windings)은 배터리(400)로부터 전류가 흐르면 강력한 자계를 형성하며, 강력한 영구자석이 고정 자계(stationary magnetic field)를 형성하며, 이에 따라 상기 발전용 엔진(200)를 회전시켜 초기 시동을 가능하게 한다.

또한 상기 전동발전기(300)는 발전용 엔진(200)과 기계적으로 맞물려 있어 함께 회전되므로, 상기 발전용 엔진(200)의 회전에 따라 상기 배터리(400)의 충전도 가능해진다.

한편, 도 4는 발전용 엔진의 특성맵을 설명하기 위한 그래프로서, 쓰로틀 개도량에 따른 토크값과 회전수의 BSFC(brake specific fuel consumption)을 나타낸다. 또한 OOL(optimal operating line)은 등파워(iso-power) 커브에서 엔진의 효율이 가장 좋은 점을 연결한 것으로 각 요구동력에 대하여 발전용 엔진을 OOL에서 운전시키면서 연료소모량을 최소화 할 수 있게 된다.

하이브리드 차량 및 RE-EV(Range Extended Electric Vehicle) 차량에서 가솔린 연료의 연비를 극대화시켜 주행거리를 멀리 할 수 있게 함으로써 차량 상품성이 있도록 하여야 한다. 따라서 도 4의 그래프에서 OOL(Optimize Operating Line)을 따라 주행할 수 있도록 전동발전기(300)와 기계적으로 맞물린 발전용 엔진(400)의 속도와 토크를 제어 하여야만 한다.

일반적으로 발전기의 출력은 고회전일수록 높아지지만 고회전으로 기동되게 되면 효율은 떨어지게 된다. 따라서 출력과 효율이 절충되는 영역을 선정하게 된다. 또한 엔진제어시스템은 각각의 단품별로 보게 되면 이미 상용화 되고 일반화된 기술로 보여질 수 있으나 기존의 차량에 장착되는 엔진의 경우 고회전 영역까지 사용될 수 있도록 안전율을 높게 설계/제작되어있다.

그러나 본 발명의 엔진제어시스템에서는 발전출력이 정격출력으로 나와야 하기 때문에 고회전 영역까지 사용하지 않는데 이는 발전기와의 효율성을 판단하여 회전영역 또는 토크영역이 결정되기 때문이다.

이러한 회전영역 또는 토크영역은 발전용 엔진의 특성맵에 의하여 상기 차량제어기(100)에서 결정하게 되고, 상술한 바와 같이 결정된 회전영역 또는 토크영역에 의해 상기 차량제어기(100)는 상기 발전기제어기(310)에 엔진 회전 속도 지령을 하달하고, 상기 엔진제어기(210)의 쓰로틀 콘트롤러(221)에 요구 토크값 지령을 하달하게 된다.

자세하게는 도 3을 다시 참조하면, 상기 발전기제어기(310)는 차량제어기(100)의 발전용 엔진에 특성맵으로부터 얻어진 엔진 회전 속도 지령을 제어용 기준 속도로 이용하고, 전동발전기(300)의 회전속도와의 오차를 보정하게 된다.

상기 회전수 오차는 속도제어기(311)에 의하여 목표전류를 발생시키고, 전력변환장치(313)에서 출력되는 실제전류와의 오차는 전류제어기(312)에 의해 보정되어 상기 전동발전기(300)에 인가된다. 따라서 상기 전동발전기(300)는 차량제어기(100)의 발전용 엔진에 특성맵으로부터 얻어진 엔진 회전 속도 지령에 매칭되어 오차 발생을 차단하고, 아울러 상기 발전용 엔진(200)과 기계적으로 맞물려 일정하게 회전된다.

한편, 상기 차량제어기(100)에서 쓰로틀 컨트롤러(211)에 요구 토크값 지령을 하달하여도 실제 발전용 엔진(200)의 출력토크는 엔진온도, 공기온도 등 여러 가지 변수에 의하여 오차를 가질 수 있다. 또한 상기 엔진제어기(210)는 토크값을 센싱하는 센서가 구비되지 않아 오차를 보정하기 어려운 문제가 있었다.

따라서 본 발명에 의한 발전기제어기(310)에는 상기 전력변환장치(313)에서 출력되는 전류값을 센싱하는 전류센서(314)가 구비되어 토크값을 센싱할 수 있게 된다. 자세하게는 T = K * (V/f) * I (T:토크, K:상수, V:전압, f:회전수, I:전류)로 표현될 수 있는데, 토크는 전류값과 비례하기 때문이다.

따라서 상기 전류센서(314)에서 측정된 전류값은 실제 토크값으로 대변하여 상기 차량제어기(100) 및 엔진제어기(210)의 쓰로틀 컨트롤러(211)에 CAN통신으로 전송되고, 상기 쓰로틀 컨트롤러(211)에서는 내부에 저장된 요구 토크값과의 차이에 대한 보정을 할 수 있게 되는 것이다.

다르게 기술한다면, 상기 발전기제어기(310)의 전류제어기(312)에 의하여 목표전류를 발생하고, 상기 목표전류는 토크값을 대변해 주기 때문에 상기 엔진제어기(210)와 CAN통신으로 전송하여 토크값의 보정에 사용될 수 있다.

한편 본 발명에서 상기 회전영역과 토크영역은 RE-EV용으로 특화될 수 있는데, 자세하게는 도 4에 도시된 바와 같이, OOL을 기준으로하여 BSFC의 31%효율 반경이 맞닿는 회전영역(B)과 토크영역(D)으로 결정되는 것이 바람직하며, 이에 더하여 OOL을 기준으로하여 BSFC의 33%효율 반경이 맞닿는 회전영역(A)과 토크영역(C)으로 결정되는 것은 더욱 바람직하다.

이 경우 본 발명의 일 실시예로서 상기 차량제어기(100)는 RE-EV 차량의 운행에 따른 동작모드를 설정할 수 있고, 상기 RE-EV의 동작모드는 배터리(400)의 충전 상태에 따라 운행모드와, 충전모드를 포함하여 구분될 수 있는데, 상기 차량제어기(100)는 배터리(400)의 가용 용량을 확인하고, 상기 배터리(400)의 가용 용량이 기 설정된 용량을 상회하면 상기 동작모드를 운행모드로 설정한 후, 발전용 엔진(200)을 오프시키고(Engine off), 배터리(400)에 충전된 가용 전원을 소진(Charge Depletion)하게 하여 연비를 절감하게 된다.

이와 반대로, 상기 차량제어기(100)는 배터리(400)의 가용 용량을 확인하고, 상기 배터리(400)의 가용 용량이 기 설정된 용량을 하회하면, 상기 동작모드를 충전모드로 설정한 후, 발전용 엔진(200)을 가동하도록 하며, 상기 발전용 엔진(200)으로부터 전원을 공급받아 배터리(400)를 충전하게 된다.

또한 상기 충전모드에서 차량제어기(100)는 상기 발전용 엔진(200)과 전동발전기(300)에 OOL을 기준으로하여 BSFC의 33%효율 반경이 맞닿는 회전영역(A)과 토크영역(C)의 범위에서 회전 속도와 요구 토크값 지령을 하달하게 된다. 즉 상기 충전모드에서 차량제어기(100)는 상기 쓰로틀 컨트롤러(211)에 토크영역(C)의 범위에서 요구 토크값 지령을 하달하고, 발전기제어기(310)에는 회전영역(A)의 범위에서 회전 속도 지령을 하달하게 된다.

또한 본 발명의 다른 실시예로서 상기 RE-EV의 동작모드는 급속충전모드를 더 포함할 수 있다. 상기 급속충전모드에서는 상기 차량제어기(100)는 배터리(400)의 가용 용량과, 상기 구동모터(500)의 출력 파워를 동시에 확인하며, 배터리(400)의 가용 용량이 기 설정된 용량을 하회하고, 상기 구동모터(500)의 출력 파워가 기 설정된 파워를 상회하면, 상기 발전용 엔진(200)을 가동하도록 하되, 상기 차량제어기(100)는 상기 발전기제어기(310)에 OOL을 기준으로하여 BSFC의 31%효율 반경이 맞닿는 회전영역(B)의 범위에서 최대 속도를 회전 속도 지령으로 하달하고, 상기 발전용 엔진(200)에는 토크영역(D)의 범위에서 최대 토크를 요구 토크값 지령으로 하달하게 된다.

따라서 상기 회전영역(B)과 토크영역(D)의 범위에서 최대 속도와 그에 대응하는 최대토크로 전동 발전기(300)가 구동되므로, 상기 전동 발전기(300)에서 전원을 공급받아 배터리(400)를 급속충전할 수 있게 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : 차량제어기 200 : 발전용 엔진
210 : 엔진제어기 211 : 쓰로틀 콘트롤러
212 : 쓰로틀 개도조절 모터 213 : 쓰로틀 위치센서
300 : 전동발전기 310 : 발전기제어기
311 : 속도제어기 312 : 전류제어기
313 : 전력변환장치 314 : 전류센서
400 : 배터리 410 : 배터리제어기
500 : 구동모터 510 : 구동모터제어기

Claims (4)

1. 차량제어기(100)와, 엔진제어기(210)가 구비된 발전용 엔진(200)과, 발전기제어기(310)가 구비되고 상기 발전용 엔진(200)의 동력을 전달받아 전기를 생성하는 전동발전기(300)와, 상기 전동발전기(300)에서 생성된 전기를 충전하는 배터리(400) 및 상기 배터리(400)의 전기를 사용하여 휠을 구동하는 구동모터(500)를 포함하는 엔진제어시스템에 있어서,
   상기 차량제어기(100)는,
   요구 토크값 지령을 엔진제어기(210)의 쓰로틀 콘트롤러(221)에 하달하고, 회전 속도 지령을 상기 발전기제어기(310)에 하달하고,
   상기 엔진제어기(210)는,
   상기 차량제어기(100)의 요구 토크값 지령과 발전기제어기(310)의 전류센서(314)에서 전송되는 전류값의 보정에 따른 전압을 쓰로틀 개도조절 모터(212)에 인가하는 쓰로틀 콘트롤러(211)와, 입력된 전압값에 따라 쓰로틀의 개도를 조절하는 쓰로틀 개도조절 모터(212)를 포함하고,
   상기 발전기제어기(310)는,
   상기 차량제어기(100)의 엔진 회전 속도 지령과 전동발전기(300)의 회전속도와의 오차를 입력값으로 받아 목표전류를 발생하는 속도제어기(311)와, 상기 목표전류와 전력변환장치(313)에서 출력되는 실제전류와의 오차를 입력값으로 받아 전력변환장치(313)에 전류를 인가하는 전류제어기(312)와, 상기 전동발전기(300)에 전류를 공급하는 전력변환장치(313)와, 상기 전력변환장치(313)에서 출력되는 전류값을 센싱하여 상기 쓰로틀 콘트롤러(211)에 전송하는 전류센서(314)를 포함하는 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 차량제어기(100)는,
   OOL을 기준으로하여 BSFC의 31%효율 반경이 맞닿는 회전영역(B)과 토크영역(D)에서 요구 토크값 지령을 엔진제어기(210)의 쓰로틀 콘트롤러(221)에 하달하고, 회전 속도 지령을 상기 발전기제어기(310)에 하달하는 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 차량제어기(100)는,
   운행에 따른 동작모드를 설정하되, 상기 동작모드는 운행모드와 충전모드를 포함하고,
   배터리(400)의 가용 용량을 확인하고, 상기 배터리(400)의 가용 용량이 기 설정된 용량을 상회하면 상기 동작모드를 운행모드로 설정한 후, 발전용 엔진(200)을 오프시키고, 상기 배터리(400)의 가용 용량이 기 설정된 용량을 하회하면, 상기 동작모드를 충전모드로 설정한 후, 발전용 엔진(200)을 가동하도록 하며, 상기 발전용 엔진(200)으로부터 전원을 공급받아 배터리(400)를 충전하되, OOL을 기준으로하여 BSFC의 33%효율 반경이 맞닿는 회전영역(A)과 토크영역(C)의 범위에서 각 지령을 하달하되, 상기 쓰로틀 콘트롤러(211)에 토크영역(C)의 범위에서 요구 토크값 지령을 하달하고, 발전기제어기(310)에는 회전영역(A)의 범위에서 회전 속도 지령을 하달하는 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 동작모드는 급속충전모드를 더 포함하고,
   상기 차량제어기(100)는,
   배터리(400)의 가용 용량과, 상기 구동모터(500)의 출력 파워를 동시에 확인하며, 배터리(400)의 가용 용량이 기 설정된 용량을 하회하고, 상기 구동모터(500)의 출력 파워가 기 설정된 파워를 상회하면, 상기 동작모드를 급속충전모드로 설정한 후, 상기 발전용 엔진(200)을 가동하도록 하되, 상기 차량제어기(100)는 상기 발전기제어기(310)에 OOL을 기준으로하여 BSFC의 31%효율 반경이 맞닿는 회전영역(B)의 범위에서 최대 속도를 회전 속도 지령으로 하달하고, 상기 발전용 엔진(200)에는 토크영역(D)의 범위에서 최대 토크를 요구 토크값 지령으로 하달하는 RE-EV용 고효율 엔진발전을 위한 엔진제어시스템.
   

Images