KR101629781B1 - 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법 - Google Patents

전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101629781B1
KR101629781B1 KR1020150106842A KR20150106842A KR101629781B1 KR 101629781 B1 KR101629781 B1 KR 101629781B1 KR 1020150106842 A KR1020150106842 A KR 1020150106842A KR 20150106842 A KR20150106842 A KR 20150106842A KR 101629781 B1 KR101629781 B1 KR 101629781B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
frequency
duty
speed
effective value
Prior art date
Application number
KR1020150106842A
Other languages
English (en)
Inventor
고종선
정성철
Original Assignee
상신브레이크주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 상신브레이크주식회사 filed Critical 상신브레이크주식회사
Priority to KR1020150106842A priority Critical patent/KR101629781B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101629781B1 publication Critical patent/KR101629781B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1415—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with a generator driven by a prime mover other than the motor of a vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/28—Eddy-current braking
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • H02K49/04—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

LC 공진회로의 공진 주파수, 차량의 속도 주파수 및 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값을 연산하는 연산부, 공진 주파수와 속도 주파수를 비교하여 최대 전력 전달 조건을 판단하고 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값과 기설정된 목표전압의 차이를 판단하는 비교판단부 및 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값에 듀티(duty)를 인가하여 출력되는 전압의 실효값을 기설정된 목표전압의 기설정된 오차범위 이내로 근사시키는 PI 듀티 제어부를 포함하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치에 관한 것이다.

Description

전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR VOLTAGE CONTROL FOR ELECTROMAGNETIC RETARDER'S POWER RECOVERY}
본 발명은 전자기형 리타더에 있어서 효율적인 전력회수를 위해 전압을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 사용되는 대형 버스 및 트럭의 경우, 부하가 매우 크다. 또한 내리막길이나 장거리 운행시에 잦은 제동으로 인하여 마찰을 이용한 기존 방식의 브레이크들은 브레이크 파열 및 페이드(fade) 현상 때문에 제동 안전성에 문제가 있다.
상술한 원인으로 인해 마찰을 이용한 브레이크에는 지나치게 큰 제동 부담이 걸리게 되며 이를 분담하기 위하여 대형 차량의 경우 보조브레이크가 필수적으로 장착되게 된다. 이러한 보조브레이크의 예시로는 리타더(retarder)를 들 수 있다. 나아가 이러한 보조브레이크에 있어서 엔진 계통의 보조브레이크가 아닌 비접촉식 브레이크와 같은 친환경 보조브레이크에 대한 요구는 날이 갈수록 늘어나는 추세이다.
친환경 보조브레이크의 예로는 전자기형 리타더를 들 수 있다. 전자기형 리타더는 기계적 에너지를 부하 및 도선등을 이용하여 열에너지로 바꾸어 이를 태워버림으로써 풋 브레이크를 보조하는 역할을 한다. 그러나, 기존의 전자기형 리타더는 차량의 기계적 에너지를 소진시키는 역할만을 하여 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 와전류를 이용하여 전자기형 리타더에서 발생되는 전기에너지를 회수하여 이를 배터리에 다시 저장하여 제동효율 및 연비효율을 동시에 향상시키며, 이러한 과정에 있어서 최대 전력을 얻기 위하여 전압을 제어하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 장치 및 방법이 필요한 실정이다.
한국 공개특허공보 제2013-0016324호(2013.02.14.)
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자기형 리타더 형태의 보조브레이크가 전력을 회수함에 있어서 최대 전압을 유지하도록 제어하여 최대 전력을 회수함과 동시에 제동효율 및 연비효율을 향상시키기 위함이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치는 LC 공진회로의 공진 주파수, 차량의 속도 주파수 및 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값을 연산하는 연산부, 공진 주파수와 속도 주파수를 비교하여 최대 전력 전달 조건을 판단하고, 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값과 기설정된 목표전압의 차이를 판단하는 비교판단부 및 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값에 듀티(duty)를 인가하여 출력되는 전압의 실효값을 기설정된 목표전압의 기설정된 오차범위 이내로 근사시키는 PI 듀티 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 공진 주파수는 수식2를 통해 산출되는 것을 특징으로 한다.
(수식2)
Figure 112015073503211-pat00001
{fLC는 LC 공진회로의 공진주파수, L은 리타더 코일(L1, L2)의 인덕턴스, C는 공진발전용 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스를 의미함}
한편, 속도 주파수는 수식3을 통해 산출되는 것을 특징으로 한다.
(수식3)
Figure 112015073503211-pat00002
{fe는 차량의 속도 주파수, poles는 리타더의 극수,
Figure 112015073503211-pat00003
은 기계각속도로 차량의 모터의 속도를 의미함}
여기서, 비교판단부는 공진 주파수와 속도 주파수가 같은 경우 최대 전압이 출력되는 것으로 판단하며 공진 주파수와 속도 주파수가 다른 경우 최대 전압이 출력되지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
PI 듀티 제어부가 인가하는 듀티는 출력되는 전압의 실효값과 반비례하는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 차량의 속도가 10km/h인 경우 PI 듀티 제어부가 인가하는 듀티는 15%이고 출력되는 전압의 실효값은 300V인 것을 특징으로 한다.
여기서, PI 듀티 제어부는 직류-직류 변환기에 연결되며 직류-직류 변환기는 차량의 속도변동에 따른 출력되는 전압의 실효값의 변동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어방법은 LC 공진회로의 공진 주파수, 차량의 속도 주파수 및 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값을 연산하는 단계; 공진 주파수와 속도 주파수를 비교하여 최대 전력 전달 조건을 판단하고, 상기 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값과 기설정된 목표전압의 차이를 비교 판단하는 단계; 및 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값에 듀티(duty)를 인가하여 출력되는 전압의 실효값을 기설정된 목표전압의 기설정된 오차범위 이내로 근사시키는 PI 듀티 제어 단계;를 포함한다.
여기서, 공진 주파수는 수식2를 통해 산출되는 것을 특징으로 한다.
(수식2)
Figure 112015073503211-pat00004
{fLC는 LC 공진회로의 공진주파수, L은 리타더 코일(L1, L2)의 인덕턴스, C는 공진발전용 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스를 의미함}
나아가, 속도 주파수는 수식3을 통해 산출되는 것을 특징으로 한다.
(수식3)
Figure 112015073503211-pat00005
{fe는 차량의 속도 주파수, poles는 리타더의 극수,
Figure 112015073503211-pat00006
은 기계각속도로 차량의 모터의 속도를 의미함}
비교 판단하는 단계에서 공진 주파수와 속도 주파수가 같은 경우 최대 전압이 출력되는 것으로 판단하며 공진 주파수와 속도 주파수가 다른 경우 최대 전압이 출력되지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
나아가, PI 듀티 제어 단계에서 듀티는 출력되는 전압의 실효값과 반비례하는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 차량의 속도가 10km/h인 경우 듀티는 15%이고 출력되는 전압의 실효값은 300V인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전자기형 리타더를 이용하여 차량을 제동함과 동시에 전력을 회수함에 있어서, 최대 전압을 유지하는 조건을 산출하고 PI 듀티(duty) 제어를 통해 최대 전압을 유지하여 전자기형 리타더가 최대 전력을 전력을 회수할 수 있도록 하고 제동효율을 높이며 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명에 의하면, 전자기형 리타더를 이용하여 차량을 제동하는 경우 발생되는 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 저장함으로써 브레이크와 전자기형 리타더의 온도상승을 막을 수 있고 아울러 에너지 회수로 기타 에어컨, 브레이크 공압장치 등에 쓰여 연비의 증가를 가져온다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 장치, 리타더, 직류-직류 변환기 및 배터리의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 장치에 있어서 LC 공진회로 및 회전자를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어의 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 장치, 리타더, 직류-직류 변환기 및 배터리의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 장치에 있어서 LC 공진회로 및 회전자를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압 제어의 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 보조브레이크 시스템과 이를 통한 전력회수장치는 전자기형 리타더(100), 전압제어장치(200), 직류-직류 변환기(300) 및 배터리(battery, 400)를 포함한다.
여기서 전자기형 리타더(100)가 차량을 제동함에 있어서 생성되는 와류는 직류-직류 변환기(300)를 통하여 배터리(400)에 저장된다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 전압제어장치(200)는 전자기형 리타더(100)에 의해 생성되는 와류를 직류-직류 변환기(300)로 전송함에 있어서, 전자기형 리타더(100)에 의해 생성되는 와류의 전압을 조정하여 최대전압을 유지할 수 있도록 하여, 전력회수의 효율을 높이는 역할을 수행한다.
전자기형 리타더(100)는 부하가 큰 대형 버스나 트럭의 구동축에 장착되어 제동 안전성을 높이기 위한 것으로, 긴 언덕길이나 고속 주행 중에 브레이크를 걸 때 생기는 페이드(fade) 현상을 완화하기 위하여 기계적 에너지의 일부를 맴돌이 전류를 이용하여 전기적 에너지로 전환하는 구성이다. 나아가, 전자기형 리타더(100)는 풋브레이크와 동시에 혹은 별도로 동작하게 된다.
이때, 전자기형 리타더(100)는 잔류자계가 고정자인 LC 공진회로에 전류를 발생시켜 이용하여 회생제동을 수행하며 이러한 회생제동의 원리는 전자(drum)의 잔류자기에 의해 코일에 전압을 유도하고 공진에 의해 3상 교류 전원이 발생되게 되면 이 전류에 의해 회전자계가 생성되고 이러한 회전자계와 회전자 속도 차에 의한 와전류가 회전자에 발생하게 되면 와전류의 전기적 에너지 손실(i2Rc)에 의하여 제동력이 발생되게 되는 것이다.
즉, 회전자에서 발생하는 와전류와 자기장이 결합하여 회전자의 회전방향과 반대방향으로 제동력이 생기게 되는 것이다. 이때, 제동력은 자속밀도, 각속도, 코일의 전류에 비례한다.
전압제어장치(200)는 전자기형 리타더(100)의 LC 공진회로의 공진주파수(fLC) 및 차량 속도에 의한 전압주파수(fe)를 산출하고 회수하기 용이한 전압을 산출하며 이들을 이용하여 PI 듀티 제어를 하여 제어신호를 발생시켜 최대 전압이 직류-직류 변환기(300)에 인가될 수 있도록 제어한다. 전압제어장치(200)에 대한 보다 상세한 설명은 후술하도록 한다.
직류-직류 변환기(300)는 전자기형 리타더(100)에서 발생되는 직류 전류를 전압제어장치(200)의 제어에 따라 배터리(400)에 저장하기 용이한 형태로 변형한다. 보다 상세하게 직류-직류 변환기(300)는 벅부스트(buck-boost) 전압변환기일 수 있다. 전자기형 리타더(100)에서 출력되는 전원에는 직류성분 외에 일부 교류성분이 포함되어 있을 수 있으며, 이를 배터리에 저장하기 위해서는 일정한 직류 전원으로 변환하는 과정이 필요하다. 따라서 벅부스트 전압변환기는 출력되는 전원에 포함된 불필요한 교류 성분을 제거해 이를 배터리에 저장하기 용이한 형태로 변형하는 역할을 수행한다.
나아가 전자기형 리타더(100)가 동작함에 있어서, 차량의 속도 변화에 따라 속도주파수에 큰 변동이 발생하게 되고 이러한 속도 변화에 따른 속도주파수의 변동은 전압변동으로 이어지게 된다. 그 결과, 차량의 속도가 속도 제어의 한계를 초과하게 되면 배터리 충전 전압에 충분히 도달하지 못하게 된다. 이때, 직류-직류 변환기(300)는 속도 제어의 한계를 넘는 전압을 충전에 도달시키기 위하여 광폭가변형일 수 있으며, 직류-직류 변환기(300)는 전기에너지 저장영역을 넓혀 전압제어장치의 효율을 극대화 한다. 즉, 미세한 전압은 전압제어장치(200)에서 1차 제어하게 되고 이후 발생하는 전압변동은 2차적으로 벅부스트 전압변환기가 제어하게 된다.
배터리(400)는 직류-직류 변환기(300)에서 출력되는 직류 전원을 저장하는 역할을 수행한다. 더욱 상세하게 배터리(400)는 환원 반응이 일어나는 캐소드(cathode) 및 산화 반응이 일어나는 애노드(anode) 전극을 각각 이용하여 발생되는 산화-환원 반응으로 전기에너지를 화학에너지로 변환시켜 저장하는 역할을 수행할 수 있다.
나아가 배터리(400)는 전극과 전해액의 경계면에서 축적되는 정전에너지를 이용하는 콘덴서(condenser)형 축전지, 산화 환원 반응을 이용하여 충전 및 방전이 모두 가능한 화학전지, 화학반응을 하지 않고 물리적 에너지를 이용해 직접 전기에너지를 발생하는 물리전지를 비롯하여 전기를 충전하고 방전할 수 있는 장치일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자기형 리타더를 이용한 전력회수 장치는 리타더에 포함되어 있는 회전자(110) 및 전자기형 리타더가 동작함에 따라서 유도전류를 발생시키는 LC 공진회로(120)를 포함한다.
회전자(110)에는 전자기형 리타더가 동작함에 따라서 와전류가 발생되고 이러한 와전류는 LC 공진회로(120)에 유도전류를 발생시키게 된다.
LC 공진회로(120)는 적어도 한 개 이상의 콘덴서(condenser) 공진발전용 커패시터(C1, C2), 발전 및 제동의 역할을 수행하는 적어도 한 개 이상의 리타더 코일(L1, L2) 및 스위치를 포함한다. 한편, 이때 C1과 C2는 같은 커패시턴스(capacitance)를 가질 수 있으며 L1과 L2는 같은 인덕턴스(inductance)를 가질 수 있다.
회전자(110) 및 LC 공진회로(120)의 동작에 대하여 보다 자세히 설명하면, 리타더가 동작함에 따라 회전자(110)는 와전류가 발생되게 되고 이러한 잔류미소자기에 의해 LC 공진회로의 리타더 코일(L1, L2)에는 전압이 유도되게 된다. 리타더 코일(L1, L2)에 유도된 전압에 따라 리타더 코일(L1, L2)에는 전류가 흐르게 되고 이로 인해 자속이 생기게 되며 잔류미소자기는 점점 커지게 된다. 이때, LC 공진회로(120)에는 전원이 발생하게 되고 회전자계가 생성된다. 여기서, 회전자계와 회전자의 속도 차에 의한 와전류가 발생하게 된다. 즉, 회전자(110)에 있는 전류자계가 고정자인 LC 공진회로(120)에 전류를 발생시키고 LC 공진회로(120)에 발생된 전류는 다시 회전자(110)에 전류를 유기시키는 동작을 반복하다가 유도발전기의 발전되는 전압은 포화상태에 이르게 된다. 한편 회전자계의 회전속도는 발전을 위해 회전자의 속도보다는 작게 설정되고 이때 리타더 코일(L1, L2)에 유도되는 전압(VL)은 수식 1과 같이 나타나게 된다.
(수식1)
Figure 112015073503211-pat00007
{
Figure 112015073503211-pat00008
는 자속의 크기이고
Figure 112015073503211-pat00009
는 속도주파수에 의한 각주파수를 의미함}
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치(200)는 측정부(210), 연산부(220), 비교판단부(230), PI 듀티 제어부(240)를 포함한다.
측정부(210)는 LC 공진회로(120)의 공진발전용 커패시터(C1, C2) 각각의 양단 전압을 측정하는 전압계, 차량의 속도를 측정하는 속도 센서, 차량의 모터의 회전 속도(
Figure 112015073503211-pat00010
)를 계산하거나 측정하는 각속도 측정 센서를 포함할 수 있다.
연산부(220)는 LC 공진회로(120)의 공진발전용 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스 및 리타더 코일(L1, L2)의 인덕턴스를 이용하여 LC 공진회로(120)의 공진 주파수(fLC)를 연산하고, 모터의 회전 속도(
Figure 112015073503211-pat00011
)를 이용하여 속도 주파수(fe)를 연산하며, 측정부(210)가 측정한 공진발전용 커패시터(C1, C2) 각각의 양단 전압을 실효값(RMS)으로 변환하고, 산출된 속도 주파수(fe)에 0.9를 곱하여 S/W 주파수를 선정한다.
나아가, 연산부(220)에 의하여 산출된 S/W 주파수는 PI 듀티 제어부(240)에 전송된다.
연산부(220)의 연산에 의해 공진 주파수(fLC)는 수식2를 통해 산출되며 속도 주파수(fe)는 수식3을 통해 산출되게 된다.
(수식2)
Figure 112015073503211-pat00012
{fLC는 LC 공진회로의 공진주파수, L은 리타더 코일(L1, L2)의 인덕턴스, C는 공진발전용 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스를 의미함}
(수식3)
Figure 112015073503211-pat00013
{fe는 차량의 속도 주파수, poles는 리타더의 극수,
Figure 112015073503211-pat00014
은 기계각속도로 차량의 모터의 속도를 의미함}
비교판단부(230)는 회수하기 용이한 전압을 설정하고 회수하기 용이한 전압을 목표전압으로 설정한다. 이때, 회수하기 용이한 전압은 300V일 수 있다. 비교판단부(230)는 연산부(220)가 산출한 공진발전용 커패시터(C1, C2) 각각의 양단 전압의 실효값(RMS)과 설정된 회수하기 용이한 전압을 비교하여 그 오차를 산출하고 이를 PI 듀티 제어부(240)에 전달한다.
나아가 비교판단부(230)는 연산부(220)가 산출한 공진 주파수(fLC) 및 속도 주파수(fe)의 대소관계를 비교하여 이를 PI 듀티 제어부(240)에 전달한다.
예컨대, 공진 주파수(fLC) 및 속도 주파수(fe)가 같은 경우 현재 LC 공진회로(120)에서 발생되고 있는 전압은 최대 전압에 해당되며 공진 주파수(fLC) 및 속도 주파수(fe)가 다른 경우 현재 LC 공진회로(120)에서 발생되고 있는 전압은 최대 전압이 아닌 상태이다.
PI 듀티 제어부(240)는 비교판단부(230)로부터 전송받은 공진발전용 커패시터(C1, C2) 각각의 양단 전압의 실효값(RMS)과 회수하기 용이한 전압의 오차 및 공진 주파수(fLC) 및 속도 주파수(fe)의 대소관계를 기준으로 현재 LC 공진회로(120)에서 발생되고 있는 전압에 어떤 PI 듀티 제어를 해야 할지 결정하고 연산부(220)로부터 전송받은 S/W 주파수를 이용하여 제어신호를 생성하고 PI 듀티 제어를 하여 현재 LC 공진회로(120)에서 발생되고 있는 전압을 회수하기 용이한 전압에 기설정된 오차범위 내로 근사시켜 출력한다.
여기서 PI 듀티 제어는 일정한 주파수(Hz) 동안에 전원이 켜지는 시간의 비율을 제어하는 기술로 이때, 일정한 주파수(Hz) 동안에 전원이 켜지는 시간의 비율은 퍼센트 단위로 나타나게 되며 이를 듀티(duty)라 정의한다. 예컨대, 듀티가 15%라면 일정한 주파수(Hz) 동안 스위치가 켜져 있는 시간은 15%이고 스위치가 꺼져있는 시간은 85%인 것을 의미한다. 즉, PI 듀티 제어부(240)는 일정한 주파수 동안 스위치가 켜져 있는 시간 및 스위치가 꺼져있는 시간의 비율을 조정하여 LC 공진회로(120)에서 발생되고 있는 전압을 회수하기 용이한 전압에 근접시켜 출력한다. 여기서 듀티는 15% 내지 90%의 범위를 가질 수 있다.
예를 들어, 차량의 속도가 20km/h인 경우 이에 대해 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압의 실효값이 300V라 하고 회수하기 용이한 전압이 300V라고 가정한다면, 차량의 속도가 20km/h에 도달하지 못하는 경우 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압의 실효값 또한 300V에 도달하지 못하게 된다. 만약, PI 듀티 제어부(240)가 듀티가 낮을수록 전압이 높게 나오는 성질을 가지고 있다면, PI 듀티 제어부(240)는 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압에 낮은 듀티를 인가하도록 제어신호를 발생시켜 출력되는 전압을 300V에 근사시킨다. 즉, PI 듀티 제어부(240)의 듀티와 LC 공진회로의 커패시터 양단 전압은 반비례한다.
한편, 속도가 20km/h보다 큰 경우 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압의 실효값 또한 300V 보다 크게 된다. 이 경우, PI 듀티 제어부(240)는 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압에 높은 듀티를 인가하도록 제어신호를 발생시켜 출력되는 전압을 300V에 근사시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어방법은 LC 공진회로(120)의 공진발전용 커패시터(C1, C2) 각각의 양단 전압, 차량의 속도 및 차량의 모터의 회전 속도(
Figure 112015073503211-pat00015
)를 측정하는 단계(S100), LC 공진회로(120)의 공진 주파수(fLC), 속도 주파수(fe), 공진발전용 커패시터(C1, C2) 각각의 양단 전압의 실효값(RMS) 및 S/W 주파수를 산출하는 단계(S200), 연산된 파라미터들을 각각 비교하여 판단하는 단계(S300) 및 PI 듀티 제어단계(S400)를 포함한다.
연산된 파라미터들을 각각 비교하여 판단하는 단계(S300)에서 비교판단부(230)는 회수하기 용이한 전압을 설정하고 이를 목표전압으로 설정한다. 그 뒤, 공진 주파수(fLC)와 속도 주파수(fe)의 대소관계를 비교하여 공진 주파수(fLC)와 속도 주파수(fe)가 같은 경우 현재 LC 공진회로(120)에서는 최대 전압이 출력되고 있음을 판단하고, 공진 주파수(fLC)와 속도 주파수(fe)가 다른 경우 현재 LC 공진회로(120)에서 최대 전압이 출력되지 않고 있음을 판단한다.
나아가 연산된 파라미터들을 각각 비교하여 판단하는 단계(S300)에서 비교판단부(230)는 이후 이어지는 PI 듀티 제어단계(S400)에서 PI 듀티 제어부(240)가 LC 공진회로(120)에서 출력되는 전압을 제어하기 위하여, 현재 LC 공진회로(120)에서 출력되고 있는 전압과 미리 설정된 회수하기 용이한 전압의 오차를 산출한다.
PI 듀티 제어단계(S400)에서 PI 듀티 제어부(240)는 현재 차량의 속도가 LC 공진회로(120)에서 최대 전압을 제공할 수 있는 속도인지 여부에 따라 각기 다른 듀티를 인가하여 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압을 제어하는 신호를 발생하고 이를 이용해 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압을 회수하기 용이한 전압에 기설정된 오차범위 이내로 근접시켜 출력한다.
보다 상세하게는, PI 듀티 제어부(240)가 듀티가 낮을수록 전압이 높게 나오는 성질을 가지고 있다면, 현재 차량의 속도가 LC 공진회로(120)에서 최대 전압을 제공할 수 있는 속도보다 낮은 경우 낮은 듀티를 인가하고, 현재 차량의 속도가 LC 공진회로(120)에서 최대 전압을 제공할 수 있는 속도보다 높은 경우 높은 듀티를 인가하여 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압을 회수하기 용이한 전압에 기설정된 오차범위 이내로 근접시킨다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d에 도시된 그래프는 차량의 현재 속도에 따라 인가해야 하는 듀티를 설명하기 위한 도면이다. 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d에 도시된 실시예에 따라, 회수하기 용이한 전압을 300V로 하고, 도 5a는 현재 차량의 속도가 10km/h, 도 5b는 현재 차량의 속도가 30km/h, 도 5c는 현재 차량의 속도가 50km/h, 도 5d는 현재 차량의 속도가 70km/h인 경우를 각각 의미한다.
먼저 도 5a에 도시된 바와 같이, 회수하기 용이한 전압이 300V이고 차량의 현재 속도가 10km/h 인 경우 PI 듀티 제어부(240)는 스위치(switch)가 켜지는 상태가 15% 스위치(switch)가 꺼지는 상태가 85%에 해당하는 15% 듀티를 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압에 인가한다. 그 결과 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압은 지속적으로 상승하게 되고 최종적으로 300V에 근접하게 된다.
마찬가지로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 회수하기 용이한 전압이 300V이고 차량의 현재 속도가 30km/h인 경우 PI 듀티 제어부(240)는 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압에 60% 듀티를 인가할 수 있다. 그 결과 LC 공진 회로(120)에서 발생되는 전압은 지속적으로 상승하는 추세를 보이며 최종적으로 300V에 근접하게 된다.
또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 회수하기 용이한 전압이 300V이고 차량의 현재 속도가 50km/h인 경우 PI 듀티 제어부(240)는 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압에 70% 듀티를 인가할 수 있다. 그 결과 LC 공진 회로(120)에서 발생되는 전압은 300V에 근접하게 된다.
나아가, 도 5d에 도시된 바와 같이, 회수하기 용이한 전압이 300V이고 차량의 현재 속도가 70km/h인 경우 PI 듀티 제어부(240)는 LC 공진회로(120)에서 발생되는 전압에 90% 듀티를 인가할 수 있다. 그 결과 LC 공진 회로(120)에서 발생되는 전압은 300V에 근접하게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 리타더 110: 회전자
120: LC 공진회로 200: 전압제어장치
210: 측정부 220: 연산부
230: 비교판단부 240: PI 듀티 제어부
300: 직류-직류 변환기 400: 배터리

Claims (13)

  1. 공진발전용 커패시터(capacitor)와 발전 및 제동 역할을 수행하는 리타더 코일과 스위치를 포함하고, 전자기형 리타더 회전자의 회전에 의해 유도전류가 발생되는 LC 공진회로;
    상기 LC 공진회로의 공진 주파수, 차량의 속도 주파수 및 상기 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값을 연산하는 연산부;
    상기 공진 주파수와 상기 속도 주파수를 비교하여 최대 전력 전달 조건을 판단하고, 상기 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값과 기설정된 목표전압의 차이를 판단하는 비교판단부; 및
    상기 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값에 듀티(duty)를 인가하여 출력되는 전압의 실효값을 상기 기설정된 목표전압의 기설정된 오차범위 이내로 근사시켜 최대 전압이 직류-직류 변환기로 인가되어 배터리에 저장될 수 있도록 제어하는 PI 듀티 제어부;
    를 포함하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공진 주파수는 수식2를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치.
    (수식2)
    Figure 112015073503211-pat00016

    {fLC는 LC 공진회로의 공진주파수, L은 리타더 코일(L1, L2)의 인덕턴스, C는 공진발전용 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스를 의미함}
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 속도 주파수는 수식3을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치.
    (수식3)
    Figure 112016023897077-pat00017

    {fe는 차량의 속도 주파수, poles는 리타더의 극수,
    Figure 112016023897077-pat00018
    은 기계각속도로 차량의 모터의 속도를 의미함}
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비교판단부는 상기 공진 주파수와 상기 속도 주파수가 같은 경우 최대 전압이 출력되는 것으로 판단하며,
    상기 공진 주파수와 상기 속도 주파수가 다른 경우 최대 전압이 출력되지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 PI 듀티 제어부가 인가하는 상기 듀티는 출력되는 전압의 실효값과 반비례하는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    차량의 속도가 10km/h인 경우,
    상기 PI 듀티 제어부가 인가하는 상기 듀티는 15%이고,
    출력되는 전압의 실효값은 300V인 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 PI 듀티 제어부는 직류-직류 변환기에 연결되며,
    상기 직류-직류 변환기는 차량의 속도변동에 따른 상기 출력되는 전압의 실효값의 변동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치.
  8. 공진발전용 커패시터(capacitor)와 발전 및 제동 역할을 수행하는 리타더 코일과 스위치를 포함하고, 전자기형 리타더 회전자의 회전에 의해 유도전류가 발생되는 LC 공진회로의 공진 주파수, 차량의 속도 주파수 및 상기 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값을 연산하는 단계;
    상기 공진 주파수와 상기 속도 주파수를 비교하여 최대 전력 전달 조건을 판단하고, 상기 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값과 기설정된 목표전압의 차이를 비교 판단하는 단계; 및
    상기 커패시터(capacitor) 양단 전압의 실효값에 듀티(duty)를 인가하여 출력되는 전압의 실효값을 상기 기설정된 목표전압의 기설정된 오차범위 이내로 근사시켜 최대 전압이 직류-직류 변환기로 인가되어 배터리에 저장될 수 있도록 제어하는 PI 듀티 제어 단계;
    를 포함하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 공진 주파수는 수식2를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어방법.
    (수식2)
    Figure 112015073503211-pat00019

    {fLC는 LC 공진회로의 공진주파수, L은 리타더 코일(L1, L2)의 인덕턴스, C는 공진발전용 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스를 의미함}
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 속도 주파수는 수식3을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어방법.
    (수식3)
    Figure 112016023897077-pat00020

    {fe는 차량의 속도 주파수, poles는 리타더의 극수,
    Figure 112016023897077-pat00021
    은 기계각속도로 차량의 모터의 속도를 의미함}
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 비교 판단하는 단계에서 상기 공진 주파수와 상기 속도 주파수가 같은 경우 최대 전압이 출력되는 것으로 판단하며,
    상기 공진 주파수와 상기 속도 주파수가 다른 경우 최대 전압이 출력되지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 PI 듀티 제어 단계에서 상기 듀티는 출력되는 전압의 실효값과 반비례하는 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    차량의 속도가 10km/h인 경우 상기 듀티는 15%이고,
    출력되는 전압의 실효값은 300V인 것을 특징으로 하는 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어방법.
KR1020150106842A 2015-07-28 2015-07-28 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법 KR101629781B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150106842A KR101629781B1 (ko) 2015-07-28 2015-07-28 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150106842A KR101629781B1 (ko) 2015-07-28 2015-07-28 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101629781B1 true KR101629781B1 (ko) 2016-06-13

Family

ID=56191445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150106842A KR101629781B1 (ko) 2015-07-28 2015-07-28 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101629781B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180117988A (ko) * 2017-04-20 2018-10-30 단국대학교 산학협력단 모터를 이용한 전력 회수 장치 및 전력 회수 방법
KR102171078B1 (ko) * 2019-07-15 2020-10-28 단국대학교 산학협력단 전력 회수 시스템 및 전력 회수 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05168102A (ja) * 1991-12-10 1993-07-02 Isuzu Motors Ltd 車両の制動力回収装置
JPH05284606A (ja) * 1992-03-31 1993-10-29 Isuzu Motors Ltd 制動エネルギーの回収装置
JPH0984369A (ja) * 1995-09-12 1997-03-28 Kyocera Corp 超音波モータの周波数制御およびパルス幅制御による速度制御回路
KR20130016324A (ko) 2010-04-07 2013-02-14 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 리타더의 제어장치, 리타더의 제어 방법 및 리타더의 제어장치를 가지는 차량

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05168102A (ja) * 1991-12-10 1993-07-02 Isuzu Motors Ltd 車両の制動力回収装置
JPH05284606A (ja) * 1992-03-31 1993-10-29 Isuzu Motors Ltd 制動エネルギーの回収装置
JPH0984369A (ja) * 1995-09-12 1997-03-28 Kyocera Corp 超音波モータの周波数制御およびパルス幅制御による速度制御回路
KR20130016324A (ko) 2010-04-07 2013-02-14 스미토모 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 리타더의 제어장치, 리타더의 제어 방법 및 리타더의 제어장치를 가지는 차량

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180117988A (ko) * 2017-04-20 2018-10-30 단국대학교 산학협력단 모터를 이용한 전력 회수 장치 및 전력 회수 방법
KR101979080B1 (ko) * 2017-04-20 2019-05-15 단국대학교 산학협력단 모터를 이용한 전력 회수 장치 및 전력 회수 방법
KR102171078B1 (ko) * 2019-07-15 2020-10-28 단국대학교 산학협력단 전력 회수 시스템 및 전력 회수 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9242567B2 (en) Charge apparatus and electric vehicle including the same
US7511447B2 (en) Motor drive apparatus
US9315112B2 (en) Power source apparatus for electrically powered vehicle and control method therefor
US9236760B2 (en) Charging device for electromotive vehicle
US20150108929A1 (en) Power controller
EP2040363A1 (en) Power supply system and vehicle having the same
KR20170015963A (ko) 전동 자동차에서의 유도 전동기의 효율 최적화 방법 및 장치
US20100127665A1 (en) Vehicle charging system
US20150200613A1 (en) Electric vehicle and control method of electric vehicle
JP5987846B2 (ja) ハイブリッド車両
KR20140100338A (ko) 충전 장치, 및 이를 구비하는 전기 차량
US9407187B2 (en) System and method for improving response time of a braking unit
KR20180059841A (ko) 차량용 발전 시스템과 방법
CN105794073A (zh) 充放电系统
KR101629781B1 (ko) 전자기형 리타더의 전력회수를 위한 전압제어장치 및 방법
JP6567046B2 (ja) 誘導電力伝送システムを動作させる方法及び誘導電力伝送システム
JP5260382B2 (ja) 渦電流ブレーキの制御装置
JP2011155788A (ja) 電源システム
JP2011091952A (ja) 電源システム
JP2010178506A (ja) 電池ハイブリッドシステム及びその使用方法
KR101563866B1 (ko) 충전 장치, 및 이를 구비하는 전기 차량
KR20120122751A (ko) 전기자동차용 배터리의 충전장치 및 충전 방법
JP3152027B2 (ja) 電気車制動制御方法および電気車制御装置
JP2013074793A (ja) アクティブなスイッチング周波数変調
KR101563867B1 (ko) 충전 장치, 및 이를 구비하는 전기 차량

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190424

Year of fee payment: 6