KR101665564B1 - 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 부하 회로 및 회생 제동 시스템 - Google Patents

회생 제동 장치의 전력을 제어하는 부하 회로 및 회생 제동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 부하 회로 및 회생 제동 시스템에 관한 것으로서, 전류가 유도되는 코일; 상기 코일에서 유도된 전류가 유입되는 축전지; 및 상기 축전지로 유입되는 전류를 제어하는 부하회로를 구비하고, 상기 부하회로는, 상기 축전지로 유입되는 전류의 일부가 입력되는 정류부; 상기 정류부를 통과한 전류를 전압으로 변환하는 전압 발생부; 상기 전압 발생부의 출력 전압을 분배하여 제어 신호를 생성하는 전압 분배부; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 정류부로 유입되는 전류를 단속하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 회생 제동 장치의 전력을 제어하여 축전지의 과충전을 방지함으로써 회생 제동 시 토크가 유지되는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 아날로그 부하 회로를 이용하여 회생 제동 장치의 전력을 제어함으로써 디지털 제어기에 비해 낮은 제조 단가로 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 이점이 있다.

Description

회생 제동 장치의 전력을 제어하는 부하 회로 및 회생 제동 시스템{REGENERATION BRAKING APPARATUS AND DISTRIBUTING CIRCUIT FOR POWER CONTROL}
본 발명은 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 부하 회로 및 회생 제동 시스템에 관한 것으로서, 특히 부하 회로에 의해서 전력이 제어되는 회생 제동 장치에 관한 것이다.
회생 제동이란, 차량의 제동 시 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기술을 말한다. 회생 제동 기술은 변환된 전기 에너지를 축전지와 같은 에너지 저장 장치에 저장하고, 필요시 저장된 에너지를 이용하여 구동력으로 사용함으로써 차량의 연비를 향상시킨다. 일반적으로 회생 제동은 축전지의 충전 상태와 차량의 속도 정보에 따라 제한을 받게 되는데, 만약 축전지의 충전이 충분하거나 차량의 속도가 일정 속도 이하이면 회생 제동은 제한된다.
축전지의 경우 과충전 또는 과방전 상태가 반복되면 축전지의 수명이 단축되므로 축전지를 일정 상태 이상 충전하지 못하게 하여 축전지를 보호하기 위해서회생 제동의 제한이 이루어진다. 회생 제동 시 축전지의 충전량이 일정 상태가 넘어가면 회생 제동을 제한하는 시스템을 BMS(Batterry Management System)라고 한다. 회생 제동이 제한되는 경우, 토크가 감소하며 제한된 회생 제동만큼 기계적인 브레이크를 이용하여 보충하게 된다. 기계적인 브레이크를 이용하여 보충하는 경우, 제동력이 교차하는 천이 구간이 존재하며 감속도가 변하여 승차감에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다. 관련 종래기술로는 한국등록특허 제10-0331951호 및 제10-1120757호가 있다.
종래에는 회생 제동에 따른 축전지의 과충전을 방지하기 위해서, 축전지로 유입되는 전류 및 전압을 감지하고, 감지된 전류 및 전압이 일정 전력 이상이 될 경우 축전지로 유입되는 전류를 차단하는 디지털 제어기를 사용하였다. 이 경우, 제조 단가가 비싸지는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 회생 제동 장치의 전력을 제어하여 축전지의 과충전 또는 과방전을 방지하는 것을 일 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 낮은 제조 단가로 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 부하 회로에 있어서, 상기 회생 제동 장치에 흐르는 전류의 일부가 유입되는 정류부; 상기 정류부를 통과한 전류를 전압으로 변환하는 전압 발생부; 상기 전압 발생부의 출력 전압을 분배하여 제어 신호를 생성하는 전압 분배부; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 정류부로 유입되는 전류를 단속하는 스위치부를 구비하는 것을일 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 전력이 제어되는 회생 제동 시스템에 있어서, 전류가 유도되는 코일; 상기 코일에서 유도된 전류가 유입되는 축전지; 및 상기 축전지로 유입되는 전류를 제어하는 부하회로를 구비하고, 상기 부하회로는 상기 축전지로 유입되는 전류의 일부가 입력되는 정류부; 상기 정류부를 통과한 전류를 전압으로 변환하는 전압 발생부; 상기 전압 발생부의 출력 전압을 분배하여 제어 신호를 생성하는 전압 분배부; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 정류부로 유입되는 전류를 단속하는 스위치부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 회생 제동 장치의 전력을 제어하여 축전지의 과충전을 방지함으로써 회생 제동 시 토크가 유지되는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 아날로그 부하 회로를 이용하여 회생 제동 장치의 전력을 제어함으로써 디지털 제어기에 비해 낮은 제조 단가로 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템을 나타낸다.
도 2는 부하 회로의 게이트 드라이버의 모습을 나타낸다.
도 3은 회생 제동 시스템의 토크가 유지되는 구간을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 회생 제동 시스템은 차량의 제동 시 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생 제동 장치(1) 및 부하 회로(2)를 구비한다. 부하 회로(2)는 회생 제동 장치(1)에 흐르는 전류를 조절하여 회생 제동 장치(1)의 전력을 제어하도록 구현된다.
회생 제동 장치(1)는 전류가 유도되는 코일(10a, 10b, 10c), 코일(10a, 10b, 10c)과 직렬 연결되는 축전지(30a, 30b, 30c)를 포함하여 3상 회로로 구현될 수 있다. 코일(10a, 10b, 10c)은 회생 제동시 유도 전류를 발생시키고, 발생된 유도 전류는 축전지(30a, 30b, 30c)로 흐르게 되어 축전지(30a, 30b, 30c)를 충전할 수 있다. 이 경우, 코일(10a, 10b, 10c)로부터 출력되는 전류(i1)은 부하 회로(2) 측으로 흐르는 전류(i2)와 축전지(30a, 30b, 30c)로 유입되는 전류(i3)로 분기된다. 부하 회로(2) 측으로 흐르는 전류(i2)와 발생되는 토크의 관계는 후술하게 될 도 3과 같다.
부하 회로(2)는, 정류부(40), 전압 발생부(50), 전압 분배부(60), 스위치부(80) 임피던스부(90) 및 게이트 드라이버(70)를 포함할 수 있다. 정류부(40)는 회생 제동 장치(1)와 연결된다. 보다 상세하게, 정류부(40)의 입력단은 각각의 코일(10a, 10b, 10c)과 축전지(30a, 30b, 30c) 사이에 분기점을 형성하는 라인(L1, L2, L3)에 연결될 수 있다. 정류부(40)는 라인(L1, L2, L3)에 각각 연결된 다이오드를 통해 교류 파형의 전류를 정류할 수 있다.
전압 발생부(50)는 정류부(40)와 직렬로 연결되고, 전압 발생부(50)의 양단에는 출력단이 형성된다. 즉, 외부 부하는 전압 발생부(50)의 양단에 병렬로 연결될 수 있다. 전압 발생부(50)는 커패시터를 포함하여 구성될 수 있고, 출력단의 전압(V1)은 커패시터 양단의 전압이 된다. 이 경우, 커패시터는 전압(V1) 변동을 너무 느리게 하지 않고, 전압(V1)의 리플을 줄이기 위해서 적절한 값이 설정될 수 있다. 본 실시예로 전압 발생부(50)는 제너 다이오드(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제너 다이오드는 커패시터와 직렬로 연결되며, 전압을 일정하게 유지하기 위한 정전압 소자로 이용된다.
전압 분배부(60)는 전압 발생부(50)와 병렬로 연결된다. 보다 상세하게, 전압 분배부(60)는 직렬로 연결되어 전압 분배부(60)에 인가되는 전압(V1)을 분배하는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)으로 구성될 수 있다. 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)은 분배되는 전압(V2)을 조절하기 위해 적절한 값이 설정될 수 있다. 본 실시예로, 제1 저항(R1) 또는 제2 저항(R2) 중 어느 하나는 복수의 저항이 병렬로 연결되어 저항 값이 조절될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 저항(R1) 또는 제2 저항(R2) 중 어느 하나는 가변저항(미도시)이 될 수 있다. 전압 분배부(60)는 분배된 전압(V2)(이하 분배 전압)을 출력하며, 출력되는 분배 전압(V2)은 후술하게 될 스위치부(80)를 제어하는 제어 신호로 이용될 수 있다. 이하, 제어 신호는 분배 전압(V2) 또는 전압 분배부(60)의 출력단으로부터 출력되는 전류가 될 수 있다.
도 2는 부하 회로의 게이트 드라이버(70)의 모습을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 게이트 드라이버(70)의 입력단은 전압 분배부(60)의 노드(N)와 연결되고 출력단은 후술하게 될 스위치부(80)의 베이스(802)와 연결되어, 스위치부(80)를 안정적으로 제어하는 기능을 한다. 본 실시예로, 게이트 드라이버(70)는 포토 커플러를 포함하여 구성될 수 있다. 포토 커플러는 전류가 소정의 값 이상일 때 발광하는 발광 소자(701) 및 광을 감지하여 전류를 발생하는 수광 소자(703)로 구성된다. 이 경우, 전압 분배부(60)의 출력단으로부터 유입되는 전류가 소정의 값 이상이면 포토 커플러는 발광하여 도통되고, 분배 전압(V2)이 소정의 값 이하이면 포토 커플러는 차단된다.
게이트 드라이버(70)는 분배 전압(V2) 및 전류의 범위에 따라 도통 또는 차단되어 스위치부(80)를 안정적으로 제어할 수 있다. 또 다른 실시예로, 게이트 드라이버(70)는 슈미트 트리거 회로(schmitt trigger circuit)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 슈미트 트리거 회로는 게이트 드라이버(70)의 입력단에 연결될 수 있다. 보다 상세하게, 슈미트 트리거 회로는 히스테리시스 특성을 갖는 비교기로서 비교기의 입력 측에 나타나는 잡음이 출력에 영향을 미치지 못하도록 하는 효과가 있다. 따라서, 슈미트 트리거 회로는 게이트 드라이버(70)의 입력신호에 대한 잡음을 제거하는 역할을 할 수 있다.
스위치부(80)는 콜렉터(801), 베이스(802), 이미터(803)을 구비하는 반도체 스위치를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 베이스(802)는 노드(N)에 연결되고 이미터(803)는 접지에 연결될 수 있다. 스위치부(80)는 제어 신호에 따라 베이스(802)와 이미터(803)가 도통 또는 차단되어 라인(L1, L2, L3)으로 유입되는 전류의 양을 조절할 수 있다.
임피던스부(90)는 인덕터 또는 제동 저항 중 어느 하나로 이루어지고, 전압 분배부(60)의 입력단과 스위치부(80)의 콜렉터(801) 사이에 연결되어, 콜렉터(801)로 과도한 전류가 흐르는 것을 방지한다. 본 실시예로, 부하 회로(2)는 임피던스부(90)와 병렬로 연결되는 프리휠링 다이오드(903)를 더 포함할 수 있다. 프리휠링 다이오드(903)는 스위치부(80)가 오프(off)되었을 경우, 트랩 회로를 구성하여 임피던스부(90)에서 발생할 수 있는 스파크를 방지하는 역할을 한다.
도 3는 회생 제동 시스템의 토크가 유지되는 구간을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 부하 회로(2)측으로 유입되는 전류(i2)가 임계점 이하인 경우, 회생 제동 장치(1)에서는 일정량 이상의 토크가 발생되고, 전류(i2)가 임계점 이상인 경우, 토크는 감소하여 회생 제동 장치(1)가 제한된다.
보다 상세하게, 부하 회로(2)는 라인(L1, L2, L3)을 통해 흐르는 전류(i2)가 상승할 경우, 전압 발생부(50)에서 출력되는 전압(V1)은 높아지고, 전압 분배부(60)의 분배 전압(V2)이 상승한다. 분배 전압(V2)이 상승하면 게이트 드라이버(70)로 유입되는 전류가 상승하여 게이트 드라이버(70)가 도통되고, 스위치부(80)는 온(On)되어 베이스(802)와 이미터(803)를 통해 전류가 접지로 흐르게 된다. 그 결과, 축전지(30a, 30b, 30c)로 흐르는 전류는 감소하고 과충전이 방지된다. 이와는 반대로 전류(i2)가 적어지는 경우, 분배 전압(V2)이 감소하여 스위치부(80)는 오프(Off)되고, 축전지(30a, 30b, 30c)에 인가되는 전압은 증가하게 되어 과방전이 방지된다.
부하 회로(2)는 상술한 과정과 같이 전류(i2)를 임계점 이하로 유지함으로써 회생 제동 장치(1)의 전력을 제어하여 축전지(30a, 30b, 30c)의 과충전 및 과방전을 방지하게 된다.
1: 회생 제동 장치 2: 부하 회로
10a, 10b, 10c: 코일 30a, 30b, 30c: 축전지
40: 정류부 50: 전압 발생부
60: 전압 분배부 70: 게이트 드라이버
701: 발광 소자 703: 수광 소자
80: 스위치부 801: 콜렉터
802: 베이스 803: 이미터
903: 프리휠링 다이오드 90: 임피던스부
L1, L2, L3 : 라인 R1: 제1 저항
R2: 제2 저항 N: 노드
V1: 입력 전압 V2: 분배 전압

Claims (14)

  1. 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 부하 회로에 있어서,
    상기 회생 제동 장치에 흐르는 전류의 일부가 입력되는 정류부;
    상기 정류부를 통과한 전류를 전압으로 변환하는 전압 발생부;
    상기 전압 발생부의 출력 전압을 분배하여 제어 신호를 생성하는 전압 분배부; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 정류부로 유입되는 전류를 단속하는 스위치부를 포함하며,
    상기 스위치부는 콜렉터, 베이스 및 이미터를 구비한 트랜지스터를 포함하며, 상기 베이스는 상기 전압 분배부와 전기적으로 연결되며,
    상기 스위치부의 콜렉터와 전기적으로 연결되어 전압분배부의 입력단과 스위치부의 콜렉터 사이에 연결되는 인덕터로 이루어지고, 상기 콜렉터로 입력되는 전류의 크기를 제어하는 임피던스부;를 포함하며,
    상기 임피던스부와 병렬로 연결되어, 상기 스위치부가 오프(off)되었을 경우, 트랩 회로를 구성하여 임피던스부에서 발생하는 스파크를 방지하도록 하는 프리휠링 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스로 유입되는 전류를 제어하는 게이트 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버는 포토 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버의 입력신호에 대한 잡음을 제거하는 슈미트 트리거 회로(schmitt trigger circuit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 발생부는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 발생부는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 분배부는 직렬로 연결된 제1 저항과 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 저항 또는 상기 제2 저항은 복수의 병렬 저항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 저항 또는 상기 제2 저항은 가변저항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 회생 제동 장치의 부하 회로.
  14. 전력이 제어되는 회생 제동 시스템에 있어서,
    전류가 유도되는 코일;
    상기 코일에서 유도된 전류가 유입되는 축전지; 및
    상기 축전지로 유입되는 전류를 제어하는 부하회로를 구비하고,
    상기 부하회로는,
    상기 축전지로 유입되는 전류의 일부가 입력되는 정류부;
    상기 정류부를 통과한 전류를 전압으로 변환하는 전압 발생부;
    상기 전압 발생부의 출력 전압을 분배하여 제어 신호를 생성하는 전압 분배부; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 정류부로 유입되는 전류를 단속하는 스위치부를 포함하며,
    상기 스위치부는 콜렉터, 베이스 및 이미터를 구비한 트랜지스터를 포함하며, 상기 베이스는 상기 전압 분배부와 전기적으로 연결되며,
    상기 스위치부의 콜렉터와 전기적으로 연결되어 전압분배부의 입력단과 스위치부의 콜렉터 사이에 연결되는 인덕터로 이루어지고, 상기 콜렉터로 입력되는 전류의 크기를 제어하는 임피던스부;를 포함하며,
    상기 임피던스부와 병렬로 연결되어, 상기 스위치부가 오프(off)되었을 경우, 트랩 회로를 구성하여 임피던스부에서 발생하는 스파크를 방지하도록 하는 프리휠링 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동 시스템.
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