KR101840783B1 - 주행거리 연장형 전기 자동차 - Google Patents

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푸 진
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테크노로지스 재너두 래저너터리-소라-시스템 씨오 엘티디
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Abstract

주행거리 연장형 전기 자동차를 개시하며, 상기 주행거리 연장형 전기 자동차는 차프레임(12)의 베이스 플레이트에 설치된 터보 샤프트 엔진(1), 터보 샤프트 엔진 제어기(2), 제너레이터(3), 배터리 세트(4), 배터리 제어기(5), 구동 모터(6), 배터리 방열기(7) 및 가스 저장 탱크(9)를 포함하고, 터보 샤프트 엔진(1)의 신호단은 터보 샤프트 엔진 제어기(2)에 연결되고, 전동축(1-6)은 제너레이터(3)의 회전축에 연결되며, 제너레이터(3)에서 출력된 전기 에너지는 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)에 각각 공급되고, 배터리 세트(4)는 구동 모터(6)에 연결되며, 신호단에서 배터리 제어기(5)를 연결하고, 구동 모터(6)의 전동축은 차바퀴(11)에 연결되며, 배터리 방열기(7)의 냉풍 통로는 배터리 세트(4)에 연통되고, 가스 저장 탱크(9)의 가스 수송 라인은 터보 샤프트 엔진(1)의 가스연료 입력 라인에 연결되어, 고효율적이고 안정적이며 환경을 보호에 유리한 시스템을 형성하고, 출력 대 무게 비율이 크고, 출력 소모가 낮으며 배출이 적고 소음 진동이 약하고, 배기 처리 시스템을 사용할 필요가 없으며, 유지 보수가 용이하고 수명이 긴 장점을 가진다.

Description

주행거리 연장형 전기 자동차
본원 발명은 2015년3월24일자로 출원된 발명의 명칭이 "주행거리 연장형 전기 자동차”인 중국 출원 CN201510129254.8의 우선권을 주장한다.
본원 발명은 자동차 분야에 관한 것이고, 더 상세하게는 주행거리 연장형 전기 자동차에 관한 것이다.
공기 품질이 나빠지고 갈수록 많은 사람들이 환경보호에 대한 의식이 높아짐에 따라 새로운 에너지차인 주행거리 연장형 전기 자동차가 여러가지 객관적인 요인의 추진하에 갈수록 많은 사람들의 인기를 끌고 있다.
주행거리 연장형 전기 자동차는 지면 충전 및 차량용 전원 공급 기능을 구비한 순수 전기로만 구동 가능한 전기 자동차를 가리킨다. 다시 말하자면, 주행거리 연장형 전기 자동차는 주행 전반과정에서 전기로만 구동된다. 주행거리 연장형 전기 자동차의 동력 시스템은 동력 배터리 시스템, 동력 구동 시스템, 차량 제어 시스템 및 보조 동력 시스템(APU)으로 구성되고, 완성차 제어기를 이용하여 운행 제어 전략을 완성한다.
기존의 주행거리 연장형 전기 자동차 설계에 있어서, 동력 구동 시스템이 사용하는 제너레이터 세트(generator set)는 피스톤식 내연기관이다. 주행 거리가 비교적 짧은 상황에서, 주행은 단지 차량용 동력 배터리 시스템이 제공하는 전력에 의해서만 완성되고, 주행거리가 비교적 긴 상황에서, 내연기관 또는 퓨어 셀（fuel cell）이 제공하는 별도의 전기 에너지에 의해 차량이 구동된다. 이런 피스톤식 내연기관은 피스톤식 엔진 작동 방식의 제한을 받아 피스톤 에너지가 많이 손실되고, 엔진의 운행 온도가 높고, 발열로 인해 내부 에너지가 많이 소모되는 등 원인으로 전반적인 열효율이 단지 10% 내지 30%밖에 안된다. 보다 싶이 이런 피스톤식 내연기관은 에너지 낭비가 아주 크다.
전통적인 피스톤식 엔진에 기초한 주행거리 연장형 전기 자동차는 충전 시스템의 배출이 일반적인 피스톤식 엔진과 기본상 유사하다. 피스톤식 엔진의 작동 방식은 간헐적 점화 방식이기 때문에 기존의 4행정 피스톤식 엔진은 몇년간의 변천을 거쳐 압축비가 지속적으로 향상되고 연소 방식도 지속적으로 최적화되어 왔지만, 지금까지 불완전 연소 및 배기 산화 부족 등 단점을 여전히 극복하지 못하고 있다. 이러한 문제들로 인해 기존의 주행거리 연장형 전기 자동차가 기존의 피스톤식 엔진이 사용하는 배기 처리 시스템 세트를 여전히 사용해야 하는 문제를 초래한다.
본 발명에 따른 주행거리 연장형 전기 자동차는, 차바퀴 및 차프레임, 차프레임의 베이스 플레이트에 배치된 터보 샤프트 엔진, 터보 샤프트 엔진 제어기, 제너레이터, 배터리 세트, 배터리 제어기, 구동 모터, 배터리 방열기 및 가스 저장 탱크를 포함하고,
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상기 터보 샤프트 엔진의 신호단은 터보 샤프트 엔진 제어기에 연결되고，전동축은 제너레이터의 회전축에 연결되어 제너레이터를 움직여 발전시키고,
제너레이터에서 출력된 전기 에너지는 배터리 세트 및 구동 모터에 각각 공급되고, 배터리 세트은 구동 모터에 연결되며, 신호단에서 배터리 제어기에 연결되고,
구동 모터의 동력 전달축은 차바퀴의 구동축에 연결되며,
배터리 방열기의 냉풍 통로는 배터리 세트에 연통되고,
가스 저장 탱크의 가스 수송 라인은 터보 샤프트 엔진 연소실의 가스연료 입력 라인에 연결되어 터보 샤프트 엔진에 대한 가스연료 공급을 구현한다.
더 나아가, 상기 주행거리 연장형 전기 자동차는 중앙 콘트롤러를 더 포함하고,
상기 제너레이터, 배터리 세트 및 구동 모터의 신호단은 각각 중앙 콘트롤러에 연결되어 제너레이터가 중앙 콘트롤러가 제공한 전기 제어 비율에 따라 정격 출력의 전기 에너지를 배터리 세트 및 구동 모터에 대한 수송하는 것을 구현한다.
더 나아가, 상기 주행거리 연장형 전기 자동차는 배터리 열 에너지 관리 시스템을 더 포함하고,
상기 배터리 열 에너지 관리 시스템은 온도 센서 및 액추에이터를 포함하고, 상기 온도 센서와 액추에이터 사이는 신호선으로 연결되고, 상기 온도 센서는 상기 배터리 세트의 표면에 설치되고, 액추에이터는 상기 터보 샤프트 엔진의 스위치에 연결된다.
더욱 나아가서, 상기 주행거리 연장형 전기 자동차는 열 에너지 회수 장치, 열 에너지 수송관 및 압축 공기 가열기를 더 포함하고,
상기 열 에너지 회수장치는 상기 터보 샤프트 엔진에서 연소되어 생성된 열량을 흡수하도록 상기 터보 샤프트 엔진 연소실의 끝부분에 설치되고,
상기 열 에너지 수송관의 입구단은 상기 열 에너지 회수 장치에 연결되고, 출구단은 상기 압축 공기 가열기에 연결되며,
상기 압축 공기 가열기의 출구에는 두개의 분기관이 설치되고, 그중 하나의 분기관은 상기 터보 샤프트 엔진에 진입하는 공기를 가열하도록 상기 터보 샤프트 엔진 연소실의 공기 입구에 연결되고, 다른 하나의 분기관은 차량에 난방을 제공하도록 차량의 온풍 출구에 연결된다.
더 나아가, 상기 열 에너지 회수 장치는 핀(fin)형 열교환기이다.
더 나아가, 상기 구동 모터는 2개 또는 4개이다.
본 발명은 또 상기 주행거리 연장형 전기 자동차의 충전 방법을 더 제공하는 바, 상기 충전 방법은,
구동 모터가 작동하지 않는 상황에서 중앙 콘트롤러에 의해 제너레이터가 배터리 세트에 대해 충전을 느리게 또는 빠르게 수행하도록 제어하는 정지 충전 모드와,
구동 모터가 표준 출력으로 작동하는 상황에서 중앙 콘트롤러에 의해 제너네이터가 배터리 세트에 대해 전기를 공급하도록 제어하고, 구동 모터가 초고출력（ultra high power）으로 작동하는 상황에서 중앙 콘트롤러에 의해 제너레이터 및 배터리 세트가 동시에 구동 모터에 대해 전기를 공급하도록 제어하는 주행 충전 모드를 포함하고,
배터리가 모두 소모되었지만 고성능 주행을 요구하는 상황에서 중앙 콘트롤러에 의해 제너레이터가 큰 출력으로 직접 구동 모터가 구동하도록 하고, 배터리 세트에 대한 충전을 정지하도록 제어하고, 주행 상황의 에너지 소모가 하강되기를 대기하여 구동 모터가 표준 출력으로 작동할 시 주행 충전 모드로 바뀌고, 차량이 정지되면 자동으로 정지 충전 모드로 바뀐다.
본 발명은 또 터보 샤프트 엔진을 더 제공하는 바, 상기 터보 샤프트 엔진은,
연소실, 압력 조정 노즐, 흡기 터빈, 배기 터빈, 배기 토출관 및 전동축을 포함하고,
상기 흡기 터빈은 부상(suspention) 회전 방식의 터빈 회전자이고, 흡기 터빈은 위에 가이드 베인(vane)이 설치되고, 가이드 베인은 흡기 턱트 입구에 장착되고, 상기 가이드 베인에 의해 진입한 기체를 연소실의 흡기파이프에 도입하고,
연소실의 흡기구는 흡기파이프에 연결되고 끝단에 전동축 및 배기 터빈이 설치되고,
배기 터빈은 부상회전 방식의 터빈 회전자이고, 가이드 베인이 설치되고, 가이드 베인이 소재한 캐비티의 출구는 배기 토출관의 입구에 연결되고, 압력 조정 노즐은 연소실의 흡기구 전단에 설치되어 연소실에 진입하는 기압을 조정한다.
상기 본 발명의 기술적 수단에 따르면, 본 발명은 터보 샤프트 엔진에 의해 전기 자동차를 구동하는 바, 터보 샤프트 엔진이 에너지 소모가 적고, 배출이 적은 장점을 가지고 있기에, 따라서 기존 기술에서 전반적으로 열효율이 비교적 낮은 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 터보 샤프트 엔진의 연소 과정은 지속적이고 중단없이 터보 샤프트 연소실에서 진행되고, 당해 연소실은 일정한 길이를 구비하기에 전체 연소실이 연료가 충분히 연소하는데 소요되는 충분한 시간을 제공할 수 있고, 산소가 충분하여 전체 산화반응이 완전히 진행할 수 있어, 연소가 불충분하고 배기의 산화가 부족한 문제가 존재하지 않기 때문에 배기 가스 처리 시스템을 사용할 필요가 없다.
도1은 본 발명의 터보 샤프트 엔진의 구조 설명도이다.
도2는 본 발명의 주행거리 연장형 전기 자동차의 구조 평면도이다.
도3은 본 발명의 주행거리 연장형 전기 자동차의 구조 정면도이다.
도4는 본 발명의 주행거리 연장형 전기 자동차의 중앙 콘트롤 라인 설명도이다.
도5는 본 발명의 다른 주행거리 연장형 전기 자동차에 증가된 열 에너지 회수 시스템의 구조 설명도이다.
본 발명의 발명인은 헬리콥터, 탱크 및 화력 발전소 등 분야에서 사용될 터보 샤프트 엔진의 열효율이 심지어30% 내지 60%에 달하는 것을 감안하여, 터보 샤프트 엔진을 주행거리 연장형 전기 자동차 동력 구동 시스템에 사용되는 제너레이터 세트로 사용하는 것은 극대화의 우세를 보유하고 있다. 하지만, 주행거리 연장형 전기 자동차는 헬리콥터, 탱크 또는 화력 발전소에 비해 체적이 많이 작기 때문에 상기 분야에서 사용되는 터보 샤프트 엔진을 반드시 축소시켜야만 주행거리 연장형 전기 자동차에 적용할 수 있다. 그러나, 단지 터보 샤프트 엔진의 체적을 축소시키려면 두가지 기술적 난제를 해결하여야 한다.
1. 각각의 부품의 가공 정밀도를 향상시켜야 한다. 하지만 이는 가공 공정의 난이도를 증가시킨다.
2. 각각의 부품의 체적이 감소되기 때문에 동일한 출력 조건을 만족시키는 조건하에서, 엔진의 회전 속도를 증가시켜야 한다. 하지만, 엔진의 회전속도가 높아짐에 따라 소음이 커지고, 온도가 높아지는 등 일련의 문제들을 가져오게 된다. 온도가 높아짐으로 인해 회전자의 윤활 문제를 해결해야 하는 바, 특히 큰 출력 대 무게 비율(power to weight ratio)인 최고속 회전 가스 터빈인 경우, 상대적으로 큰 회전 속도는 거대한 이심력을 생성시켜 윤활제가 회전자에서 뿌리치기에 윤활이 부족하고, 회전자 접촉점의 온도가 상승하고, 작동 조건이 악화되어 엔진의 사용 수명에 심각한 영향을 초래한다.
상기를 종합하면, 헬리콥터, 탱크 또는 화력 발전소 등 분야에 사용되는 터보 샤프트 엔진 구조를 개진하여야만 주행거리 연장형 전기 자동차에 적용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명이 바로 이러한 터보 샤프트 엔진을 설계하고 기타 부품들을 결합시켜 이들를 이용하여 주행거리 연장형 전기 자동차를 구동한다.
하기 도면을 결합하여 본 발명의 기술적 수단에 대해 상세하게 설명한다.
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본 발명은 터보 샤프트 엔진을 제공하는 바, 터보 샤프트 엔진의 구조는 도1에 도시한 바와 같이 연소실(1-1), 압력 조정 노즐(1-2), 흡기 터빈(1-3), 배기 터빈(1-4), 배기 토출관(1-5) 및 전동축(1-6)을 포함한다.
흡기 터빈 (1-3)은 부상 회전 방식의 터빈 회전자인 바, 이는 회전자 가장자리와 엔진 캐비티 내측 벽 사이의 갭이 아주 작기 때문에 강한 기류가 통과할 때 거대한 작용력이 생성되어 부상 회전자의 회전을 추진하며, 회전자 회전 속도가 높을 수록 작용력이 더 크다. 흡기 터빈 (1-3)에 가이드 베인(vane)이 설치되고, 가이드 베인은 연소실(1-1)의 흡기파이프의 입구에 장착되고, 당해 가이드 베인에 의해 들어오는 기체를 연소실(1-1)의 흡기파이프에 도입한다. 연소실 (1-1)은 일정한 길이를 구비하는 바, 기류가 빠르게 유동하여 연소가 더욱 충분하도록 하기 위함이다. 연소실(1-1)의 흡기구는 흡기파이프에 연결되고, 연소실(1-1)의 말단에 전동축(1-6) 및 배기 터빈(1-4)이 설치되고, 배기 터빈 (1-4)도 부상 회전 방식의 터빈 회전자로서 마찬가지로 가이드 베인이 설치되어 있고, 가이드 베인이 소재한 캐비티의 출구는 배기 토출관 (1-5)의 입구에 연결되고, 압력 조정 노즐 (1-2)은 연소실(1-1)의 흡기구 전단에 설치되어 연소실(1-1)에 진입하는 기압을 조정한다.
터보 샤프트 엔진이 부상 회전 방식의 터빈 회전자를 사용하고, 터빈 회전자와 엔진 본체가 아무런 접촉도 없기에 회전 속도가 아무리 높아져도 터빈 회전자의 온도는 영향 받지 않음으로 고속 터빈 회전자의 윤활 문제를 완전히 회피할 수 있다. 이는 터보 샤프트 엔진의 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 당해 터보 샤프트 엔진이 유지 보수 주기가 아주 긴 등 장점을 구비하여 당해 터보 샤프트 엔진이 더욱 안전하고 온정하게 운행할 수 있다.
터보 샤프트 엔진의 연소 과정은 지속적이고 중단없이 연소실(1-1)에서 진행되고 또한 당해 연소실(1-1)이 일정한 길이를 구비하고 있어 전체 연소실(1-1)이 연료가 충분히 연소하는데 소요되는 충분한 시간을 제공할 수 있고, 산소가 충분하여 전체 산화반응이 완전히 진행할 수 있다. 따라서 당해 터보 샤프트 엔진이 연소 배출 산물의 조성은 전통적인 피스톤식 엔진보다 훨씬 우월한 바, 대략 유럽 5표준의 1/10 내지 1/20에 해당된다. 동시에 피스톤식 엔진의 배기 가스 처리 시스템 세트의 사용을 피하여 배기 가스 처리 시스템을 더 유지 보수할 필요가 없다. 이에 따라 차량 배기 처리 시스템이 실효로 인한 환경오염을 기피할 수 있으며 근본적으로 배출을 개선하고 환경보호 기능을 향상시킨다.
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본 발명은 주행거리 연장형 전기 자동차를 더 제공한다. 그의 구성은 도2 및 도3에 도시한 바와 같이, 구체적으로 터보 샤프트 엔진(1), 터보 샤프트 엔진 제어기(2), 제너레이터(3), 배터리 세트(4), 배터리 제어기(5), 구동 모터(6), 배터리 방열기(7)，배터리 열 에너지 관리 시스템(8)(미도시), 가스 저장 탱크(9), 중앙 콘트롤러(10), 차바퀴(11) 및 차프레임(12)을 포함한다.
차프레임(12)은 완성차의 케이스, 베이스 플레이트 및 베이스 플레이트 위에 설치된 조종 장치를 포함하고, 그중 베이스 플레이트 위에는 터보 샤프트 엔진(1), 터보 샤프트 엔진 제어기(2), 제너레이터(3), 배터리 세트(4), 배터리 제어기(5), 구동 모터(6), 배터리 방열기(7), 배터리 열 에너지 관리 시스템(8), 가스 저장 탱크(9) 및 중앙 콘트롤러(10)가 배치된다.
상기 터보 샤프트 엔진(1)의 신호단은 터보 샤프트 엔진 제어기(2)에 연결되고, 터보 샤프트 엔진 제어기(2)는 당해 신호단을 통해 터보 샤프트 엔진(1)의 출력을 제어하고 조정한다.
상기 터보 샤프트 엔진(1)의 전동축(1-6)은 제너레이터(3)의 회전축에 연결되어 제너레이터(3)를 움직여 발전(發電)하도록 하여 완성차에 전력을 제공하는 바, 따라서 또 터보 샤프트 엔진(1) 및 제너레이터(3)를 제너레이터 세트라고 통칭한다. 제너레이터 세트가 출력한 전기 에너지는 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)에 각각 공급된다. 배터리 세트(4)도 구동 모터(6)에 연결되고 신호단에서 배터리 제어기(5)를 연결한다. 배터리 제어기(5)는 배터리 세트(4)의 출력을 조정하고 제어한다.
도4에 도시한 바와 같이, 상기 터보 샤프트 엔진(1) 및 제너레이터(3)로 구성된 제너레이터 세트, 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)의 신호단은 각각 중앙 콘트롤러(10)에 연결된다.
중앙 콘트롤러(10)에 의해 터보 샤프트 엔진(1) 및 제너레이터(3)로 구성된 제너레이터 세트가 제공한 전력 에너지의 흐름 방향은 각각 배터리 세트 및 구동 모터(6)로의 두갈래 경로이다. 이는 구동 모터(6)에 전기 에너지 공급이 없이 배터리 세트(4)에 단독으로 충전할 수 있거나, 또는 중앙 콘트롤러(10)가 제공한 전기 제어비율(중앙 제어 회로의 계산 결과)에 따라 정격 출력의 전기 에너지를 동시에 구동 모터(6) 및 배터리 세트(4)에 전송하거나, 심지어 배터리 세트(4)가 전기 에너지 비축이 없이 최대 출력으로 구동 모터(6)를 사용하는 요구가 있는 상황에서 샤프트 엔진(1) 및 제너레이터(3)로 구성된 제너레이터 세트가 배터리 세트(4)에 대해 잠시 충전하지 않고 모든 전기 에너지를 구동 모터(6)에 제공하여 사용하도록 하여, 최대 동력 기능을 보장한다. 또한 이러한 상황에서도 샤프트 엔진(1) 및 제너레이터(3)로 구성된 제너레이터 세트은 30kw 내지 60kw의 전기 에너지를 구동 모터(6)에 직접 제공하여, 차량이 연료가 완전히 모두 소모될 때까지150km/h 내지 160km/h시속의 주행을 유지할수 있음을 의미한다. 중앙 콘트롤러(10)의 제어를 통하여 본 발명의 주행거리 연장형 전기 자동차는 하기와 같은 세가지 충전 모드에 도달 가능하도록 한다.
1. 정지 충전 모드: 구동 모터(6)가 작동하지 않고 차량이 정지된 상태에서 중앙 콘트롤러(10)에 의해 제너레이터(3)가 배터리 세트(4)에 대해 충전을 느리게 또는 빠르게(사용자의 수요에 의하여 결정됨) 진행하도록 한다.
2. 주행 충전 모드: 구동 모터(6)가 표준 출력으로 작동하는 상황에서 제너레이터(3)가 배터리 세트(4)에 대해 전기를 공급하고, 구동 모터(6)가 초고 출력으로 작동하는 상황에서 제너레이터(3) 및 배터리 세트(4)가 동시에 구동 모터(6)에 전기를 공급하여 순식간에 아주 높은 완성차 성능을 발휘한다.
3. 배터리가 모두 소모되었지만 고성능 주행(고속도로 주행 상황)을 요구하는 상황에서, 제너레이터(3)가 30kw 내지 60kw의 대출력으로 직접 구동 모터(6)가 작동하도록 제어하여 150km/h 내지160km/h의 최고 주행 속도를 제공하며, 이때 배터리 세트(4)에 대한 충전을 정지하고; 주행 상황의 에너지 소모가 하강되기를 대기한 후, 차량이 자동으로 주행 충전 모드로 바꾸고, 차량이 정지되면 자동으로 정지 충전 모드로 바뀐다.
구체적으로 하기와 같은 단계를 포함한다.
S101단계: 중앙 콘트롤러(10)는 구동 모터(6)의 주행 속도에 따라 구동 모터(6)의 상태를 판단한다.
구동 모터(6)가 작동을 정지하면 S102단계, 즉 정지 충전 모드를 실행하는 바, 중앙 콘트롤러(10)가 배터리 세트(4)에 대해 충전을 느리게 또는 빠르게 하도록 제너레이터(3)에 신호를 송신한다.
구동 모터(6)가 표준 출력으로 작동하면, S103단계를 실행하는 바, 즉 중앙 콘트롤러(10)가 배터리 세트(4)에 대해 전기를 공급하도록 제너레이터(3)에 신호를 송신한다.
구동 모터(6)가 초고출력으로 작동하면, S104단계를 실행하는 바, 즉 중앙 콘트롤러(10)는 제너레이터(3) 및 배터리 세트(4)가 동시에 구동 모터(6)에 전기를 공급하도록 제너레이터(3) 및 배터리 세트(4)에 신호를 송신하고, 동시에 중앙 콘트롤러(10)는 배터리 세트(4)가 전기 에너지기가 모두 소모되었는지 여부를 검출한다.
중앙 콘트롤러(10)가 배터리 세트(4)의 전기 에너지가 모두 소모됨을 검출하고, 또한 이때 구동 모터(6)가 여전히 초고출력으로 작동한다고 판단하면 S105단계를 실행하는 바, 즉 중앙 콘트롤러(10)가 제너레이터(3)에 신호를 송신하여30kw 내지 60kw의 대출력으로 직접 구동 모터(6)를 작동하게 하여 150km/h 내지 160km/h의 최고 주행 속도를 제공하고 배터리 세트(4)에 대한 충전을 정지한다.
중앙 콘트롤러(10)가 주행 상황의 에너지 소모가 감소된다고 판단, 즉 구동 모터(6)가 표준 출력으로 작동하면, S103단계를 실행하는 것으로 바뀌고, 중앙 콘트롤러(10)가 구동 모터(6)가 작동 중지상태라고 판단하면 S102단계로 바뀐다.
상기 구동 모터(6)의 동력전달축은 차바퀴(11)의 구동축에 연결된다. 구동 모터(6)는 4개 또는 2개가 있을 수 있다. 구동 모터(6)에 차량 주행 속도, 즉 구동 모터(6)의 작동 속도를 감지하기 위한 센서가 설치되고 상기 센서는 연결선을 통하여 중앙 콘트롤러(10)에 연결되어 당해 구동 모터(6)의 작동 속도를 전송한다. 구동 모터(6)가 4개이면 구동 모터(6)의 동력전달축은 차량 앞뒤 차바퀴(11)의 구동축에 연결되어 4개 차바퀴(11)의 회전을 각각 구동하는데 이용된다. 구동 모터(6)가 2개이면 차량의 앞 차바퀴(11)만 구동하거나 또는 차량 뒷 차바퀴(11)만을 구동한다.
상기 배터리 세트(4)는 빈번하게 충전하는 과정에서 많은 열이 생성된다. 이를 위해, 본 발명은 배터리 방열기(7)를 더 설치하고, 당해 배터리 방열기(7)는 1개 또는 복수개일 수 있다. 배터리 방열기(7)의 냉풍 통로는 직접 배터리 세트(4)에 연통되고 차량 주행 과정에 생성되는 냉풍을 이용하여 배터리 세트(4)에 대해 실시간으로 냉각하여 온도를 하강시킨다.
배터리 열 에너지 관리 시스템(8)(미도시)은 온도 센서 및 액추에이터를 포함하고, 당해 온도 센서와 액추에이터 사이는 신호선를 통하여 서로 연결된다. 그중, 온도 센서는 배터리 세트(4)의 표면에 설치되고, 액추에이터는 터보 샤프트 엔진(1)의 스위치에 연결된다. 배터리 열 에너지 관리 시스템(8)은 온도 센서를 통하여 배터리 세트(4)의 과열 상황을 실시간으로 모니터링하고 배터리 세트(4)의 시간당 발열량이 사전에 설정한 안전 문턱값을 초과하면 액추에이터 오픈을 트리거하여 터보 샤프트 엔진(1)의 스위치를 오프하여 터보 샤프트 엔진(1)이 배터리 세트(4)에 대한 충전을 중지한다.
상기 가스 저장 탱크(9)의 가스 수송 라인은 터보 샤프트 엔진(1)의 연소실의 가스연료 입력 라인에 연결되어 터보 샤프트 엔진(1)에 대한 가스연료 공급을 구현한다.
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본 발명은 다른 주행거리 연장형 전기 자동차를 더 제공하는 바, 상기 실시예의 기초상에서, 도5에 도시한 바와 같은 열 에너지 회수 장치(13), 열 에너지 수송관(14), 압축 공기 가열기(15)를 더 포함한다.
상기 열 에너지 회수 장치(13)는 터보 샤프트 엔진 연소실의 끝부분에 설치되어 터보 샤프트 엔진(1)에서 연소한 후 생성된 열량을 흡수한다. 당해 열 에너지 회수 장치(13)는 핀형 열교환기인 바, 열량을 흡수하는 효과를 더 좋게 한다.
상기 열 에너지 수송관(14)의 입구단은 열 에너지 회수 장치(13)에 연결되고, 출구단은 압축 공기 가열기(15)에 연결된다. 당해 열 에너지 수송관(14)을 통하여 열 에너지 회수 장치(13)가 회수한 열량을 압축 공기 가열기(15)에 전달한다.
압축 공기 가열기(15)의 출구에는 두개 분기관이 설치되고, 그중 하나의 분기관은 터보 샤프트 엔진(1) 연소실의 공기 입구에 연결되어 터보 샤프트 엔진(1)에 진입하는 공기를 가열하고, 이로써 터보 샤프트 엔진(1)의 연소성능을 개선하며, 다른 하나의 분기관은 차량의 온풍 출구에 연결되어 차량에 난방을 제공한다.
상기 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 주행거리 연장형 전기 자동차에 전기 에너지를 제공하는 것은 기존에 없었던 고효율의 터보 샤프트 엔진이고, 혁신과 최적화를 통하여 본 발명은 출력 대 무게 비율이 크고, 출력소모가 낮으며, 배출이 적고, 소음 진동이 약하며 유지 보수가 용이하고 수명이 긴 장점이 있다.
본 발명의 주행거리 연장형 전기 자동차의 전체 디자인 및 배치에 따르면 터보 샤프트 엔진의 장점을 전적으로 발휘하고 제너레이터, 배터리 세트 및 중앙 콘트롤러와 함께 고효율적이고 온정적이며 환경보호에 유리한 시스템 설계 방안을 형성하였다.
설명하고자 하는 것은, 상기에서 구체적인 실시예 및 도면을 결부하여 본 발명에 대하여 구체적인 설명을 진행하였지만, 상기의 설명은 단지 예시적인 설명으로서 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명에 대한 이해를 편리하도록 하기 위한 것이며 도면에 도시된 부품의 구체적인 세부 사항은 본 발명의 보호범위에 대해 한정하지 않는다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 상기 실시예는 본 발명의 예시적인 구현 방식에 대한 해석일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정한 것이 아님으로 이해하여야 한다.
1-1: 연소실, 1-2: 압력 조정 노즐, 1-3: 흡기 터빈, 1-4: 배기 터빈, 1-5: 배기 토출관, 1-6: 전동축, 1: 터보 샤프트 엔진, 2: 터보 샤프트 엔진 제어기, 3: 제너레이터, 4: 배터리 세트, 5: 배터리 제어기, 6: 구동 모터, 7: 배터리 방열기, 8: 배터리 열 에너지 관리 시스템(미도시), 9: 가스 저장 탱크, 10: 중앙 콘트롤러, 11: 차바퀴, 12: 차프레임, 13: 열 에너지 회수 장치, 14: 열 에너지 수송관, 15: 압축공기 가열기.
(13), (14),

Claims (8)

  1. 차바퀴(11) 및 차프레임(12)을 포함하는 주행거리 연장형 전기 자동차에 있어서,
    차프레임(12)의 베이스 플레이트에 배치된 터보 샤프트 엔진(1), 터보 샤프트 엔진 제어기(2), 제너레이터(3), 배터리 세트(4), 배터리 제어기(5), 구동 모터(6), 배터리 방열기(7), 가스 저장 탱크(9), 열 에너지 회수 장치(13), 열 에너지 수송관(14) 및 압축 공기 가열기(15)를 더 포함하고,
    상기 터보 샤프트 엔진(1)의 신호단은 터보 샤프트 엔진 제어기(2)에 연결되고，전동축은 제너레이터(3)의 회전축에 연결되어 제너레이터(3)를 움직여 발전시키고,
    제너레이터(3)에서 출력된 전기 에너지는 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)에 각각 공급되고, 배터리 세트(4)는 구동 모터(6)에 연결되며, 신호단에서 배터리 제어기(5)를 연결하고,
    구동 모터(6)의 동력 전달축은 차바퀴(11)의 구동축에 연결되며,
    배터리 방열기(7)의 냉풍 통로는 배터리 세트(4)에 연통되고,
    가스 저장 탱크(9)의 가스 수송 라인은 터보 샤프트 엔진(1) 연소실의 가스연료 입력 라인에 연결되어 터보 샤프트 엔진(1)에 대한 가스연료 공급을 구현하고,
    상기 열 에너지 회수장치(13)는 상기 터보 샤프트 엔진(1)에서 연소되어 생성된 열량을 흡수하도록 상기 터보 샤프트 엔진(1) 연소실의 끝부분에 설치되고,
    상기 열 에너지 수송관(14)의 입구단은 상기 열 에너지 회수 장치(13)에 연결되고, 출구단은 상기 압축 공기 가열기(15)에 연결되며,
    상기 압축 공기 가열기(15)의 출구에는 두개의 분기관이 설치되고, 그중 하나의 분기관은 상기 터보 샤프트 엔진(1)에 진입하는 공기를 가열하도록 상기 터보 샤프트 엔진(1) 연소실의 공기 입구에 연결되고, 다른 하나의 분기관은 차량에 난방을 제공하도록 차량의 온풍 출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 주행거리 연장형 전기 자동차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주행거리 연장형 전기 자동차는 중앙 콘트롤러(10)를 더 포함하고,
    상기 제너레이터(3), 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)의 신호단은 각각 중앙 콘트롤러(10)에 연결되어 제너레이터(3)가 중앙 콘트롤러(10)가 제공한 전기 제어 비율에 따라 정격 출력의 전기 에너지를 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)에 수송함을 구현하는 것을 특징으로 하는 주행거리 연장형 전기 자동차.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주행거리 연장형 전기 자동차는 배터리 열 에너지 관리 시스템(8)을 더 포함하고,
    상기 배터리 열 에너지 관리 시스템(8)은 온도 센서 및 액추에이터를 포함하고,
    상기 온도 센서와 액추에이터 사이는 신호선으로 연결되고, 상기 온도 센서는 상기 배터리 세트(4)의 표면에 설치되고, 액추에이터는 상기 터보 샤프트 엔진(1)의 스위치에 연결되는 것을 특징으로 하는 주행거리 연장형 전기 자동차.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 에너지 회수 장치(13)는 핀형 열교환기인 것을 특징으로 하는 주행거리 연장형 전기 자동차.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 모터(6)는 2개 또는 4개인 것을 특징으로 하는 주행거리 연장형 전기 자동차.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 터보 샤프트 엔진은 연소실(1-1), 압력 조정 노즐(1-2), 흡기 터빈(1-3), 배기 터빈(1-4), 배기 토출관(1-5) 및 전동축(1-6)을 포함하고,
    상기 흡기 터빈(1-3)은 부상 회전 방식의 터빈 회전자이고, 흡기 터빈(1-3)은 위에 가이드 베인(vane)이 설치되고, 가이드 베인은 연소실(1-1)의 흡기파이프의 입구에 장착되고, 상기 가이드 베인에 의해 진입한 기체를 연소실(1-1)의 흡기파이프에 도입하고,
    연소실(1-1)의 흡기구는 흡기파이프에 연결되고 끝단에 전동축(1-6) 및 배기 터빈(1-4)이 설치되는 것을 특징으로 하는주행거리 연장형 전기 자동차.
  7. 제6항에 있어서,
    배기 터빈(1-4)은 부상 회전 방식의 터빈 회전자이고, 가이드 베인이 설치되고, 가이드 베인이 소재한 캐비티의 출구는 배기 토출관(1-5)의 입구에 연결되고, 압력 조정 노즐(1-2)은 연소실(1-1)의 흡기구 전단에 설치되어 연소실(1-1)에 진입하는 기압을 조정하는 것을 특징으로 하는주행거리 연장형 전기 자동차.
  8. 차바퀴(11) 및 차프레임(12)을 포함하는 주행거리 연장형 전기 자동차를 충전하는 방법에 있어서,
    상기 주행거리 연장형 전기 자동차는,
    차프레임(12)의 베이스 플레이트에 배치된 터보 샤프트 엔진(1), 터보 샤프트 엔진 제어기(2), 제너레이터(3), 배터리 세트(4), 배터리 제어기(5), 구동 모터(6), 배터리 방열기(7) 및 가스 저장 탱크(9)를 더 포함하고,
    상기 터보 샤프트 엔진(1)의 신호단은 터보 샤프트 엔진 제어기(2)에 연결되고，전동축은 제너레이터(3)의 회전축에 연결되어 제너레이터(3)를 움직여 발전시키고,
    제너레이터(3)에서 출력된 전기 에너지는 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)에 각각 공급되고, 배터리 세트(4)는 구동 모터(6)에 연결되며, 신호단에서 배터리 제어기(5)를 연결하고,
    구동 모터(6)의 동력 전달축은 차바퀴(11)의 구동축에 연결되며,
    배터리 방열기(7)의 냉풍 통로는 배터리 세트(4)에 연통되고,
    가스 저장 탱크(9)의 가스 수송 라인은 터보 샤프트 엔진(1) 연소실의 가스연료 입력 라인에 연결되어 터보 샤프트 엔진(1)에 대한 가스연료 공급을 구현하며,
    상기 주행거리 연장형 전기 자동차는 중앙 콘트롤러(10)를 더 포함하고,
    상기 제너레이터(3), 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)의 신호단은 각각 중앙 콘트롤러(10)에 연결되어 제너레이터(3)가 중앙 콘트롤러(10)가 제공한 전기 제어 비율에 따라 정격 출력의 전기 에너지를 배터리 세트(4) 및 구동 모터(6)에 수송함을 구현하는 것을 특징으로 하며,
    상기 방법은,
    구동 모터(6)가 작동하지 않는 상황에서 중앙 콘트롤러(10)에 의해 제너레이터(3)가 배터리 세트(4)에 대해 충전을 느리게 또는 빠르게 수행하도록 제어하는 정지 충전 모드와,
    구동 모터(6)가 표준 출력으로 작동하는 상황에서 중앙 콘트롤러(10)에 의해 제너레이터(3)이 배터리 세트(4)에 대해 전기를 공급하도록 제어하고, 구동 모터(6)가 초고출력으로 작동하는 상황에서 중앙 콘트롤러(10)에 의해 제너레이터(3) 및 배터리 세트(4)가 동시에 구동 모터(6)에 대해 전기를 공급하도록 제어하는 주행 충전 모드를 포함하고,
    배터리가 모두 소모되었지만 고성능 주행을 요구하는 상황에서 중앙 콘트롤러(10)에 의해 제너레이터(3)가 큰 출력으로 직접 구동 모터(6)가 구동하도록 하고, 배터리 세트(4)에 대한 충전을 정지하도록 제어하고, 주행 상황의 에너지 소모가 하강되기를 대기하여 구동 모터(6)가 표준 출력으로 작동할 시, 주행 충전 모드로 바뀌고, 차량이 정지되면 자동으로 정지 충전 모드로 바뀌는 것을 특징으로 하는 주행거리 연장형 전기 자동차 충전방법.
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