KR102139178B1 - 저속 전기차 배터리 재충전 시스템 - Google Patents

저속 전기차 배터리 재충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 내 동력발생부에서 발생되는 동력으로 발전하는 차량의 배터리 재충전 시스템에 있어서, 동력발생부에서 발생되는 동력을 복수의 바퀴로 전달하는 기어부, 상기 기어부 상에 결합되어 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 동력변환부 및 상기 동력변환부로부터 전기에너지를 공급받아 저장하는 배터리부를 포함하여, 동력발생부에서 출력되는 동력의 일부를 배터리부에 저장하여 차량탑재장치를 운용하는 보조 전력으로 사용하거나, 차량의 회생제어 시에 손실되는 동력의 일부를 전력으로 변환하도록 구성되고, 차축의 수가 변화되어도 구조의 확장이 용이한 차량의 기어구조를 제공하는 저속 전기차 배터리 재충전 시스템에 관한 것이다.

Description

저속 전기차 배터리 재충전 시스템{LOW SPEED ELECTRIC CAR BATTERY RECHARGE SYSTEM}
본 발명은 저속 전기차 배터리 재충전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 동력발생부로부터 발생되는 동력의 일부를 배터리에 충전하는 배터리 재충전 시스템에 관한 것이다.
자동차는 원동기에서 발생되는 동력을 통해 장착된 바퀴가 구동되어 지상에서 이동되는 차량이다. 이때 상기 자동차는 용도나 마력, 구동방식 등 여러 기준을 통해 분류된다, 이 중에서 구동방식은 바퀴가 4개인 사륜 차량의 경우, 크게 이륜구동 및 사륜구동으로 나뉠 수 있으며, 상기 이륜구동 또한 전륜구동 및 후륜구동으로 나뉠 수 있다.
일반적으로 자동차는 4개의 바퀴로 구성되며, 동력원에서 발생된 동력이 4개의 바퀴로 모두 전달되는 경우는 사륜구동, 4개 중 전방 또는 후방에 위치한 2개의 바퀴로 전달되는 경우는 이륜구동이라 정의된다. 여기서 사륜구동 방식은 4개의 바퀴 각각에 동력이 나누어지므로, 구동력이 뛰어나 주행성이 향상되는 장점이 있다. 여기서 사륜구동은 세부적으로 4개의 바퀴 각각에 1/4씩 동력이 나누어지는 방식과, 전륜 및 후륜으로 구분하여 동력을 나누는 방식과 이륜구동과 변환이 가능한 방식 등 다양한 방식을 포함할 수 있다. 이 외에도 차량은 바퀴의 수에 따라 이륜, 삼륜, 사륜, 육륜, 다륜 등으로 구분되기도 한다.
이와 같은 차량은 원동기로부터 발생된 동력이 샤프트의 회전력으로 변환되어 각 바퀴에 전달되도록 구성된다. 이때 일본 공개특허공보 제2012-034558호("전기자동차의 전력 공급 기구", 2012.02.16. 공개) 등에서는 샤프트의 회전력을 통해 발전하여 축전지에 저장하도록 마련되는 기술이 개시되어 있다.
위 문헌에 대해서 간략히 설명하자면, 종래 기술에는 전륜 및 후륜에 각각 축전지 1 및 축전지 2가 부착되고, 서로 출력과 발전이 교번되도록 구성될 수 있다. 즉, 축전지 1이 전륜으로 전동력을 출력하면, 축전지 2는 함께 회전하는 후륜의 샤프트 축을 통해 발전이 이루어진다. 그리고 축전지 1의 전력이 부족한 경우에는, 상기 축전지 2가 후륜으로 전동력을 출력하고 축전지 1이 함께 회전하는 전륜의 샤프트 축을 통해 발전하도록 구성된다.
하지만, 위와 같은 기술은, 출력량에서 발전량만큼의 에너지가 저감되어 차량의 운동량이 산출되기 때문에, 실질적으로 차량의 성능에 큰 영향을 주지 않는 단점이 있다. 아울러, 일반적인 차량 구조에서 위 기술을 접목하면, 전륜과 후륜이 서로 별개로 구동되어야 하므로, 적용될 수 있는 차량의 구동방식이 이륜으로만 한정되는 문제점이 있다.
JP 2012-034558 A ("전기자동차의 전력 공급 기구") 2012.02.16. 공개
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 동력발생부로부터 바퀴로 이어지는 기어구조 상에 동력변환부가 설치되어 발전된 전력을 차량탑재장치에 사용하거나, 관통형 기어구조에 연계되어 차축의 수가 변화하여도 접목하기가 보다 용이한 저속 전기차 배터리 재충전 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 차량 내 동력발생부에서 발생되는 동력으로 발전하는 차량의 배터리 재충전 시스템에 있어서, 동력발생부에서 발생되는 동력을 복수의 바퀴로 전달하는 기어부; 상기 기어부 상에 결합되어 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 동력변환부; 및 상기 동력변환부로부터 전기에너지를 공급받아 저장하는 배터리부;를 포함할 수 있다.
이때 상기 기어부는, 동력발생부에서 발생되는 동력을 한 쌍의 바퀴로 분배하는 적어도 하나 이상의 차동기어를 포함하되, 상기 차동기어와 한 쌍의 바퀴는 서로 한 쌍의 액슬로 연결되며, 상기 동력변환부는 복수로 형성되어, 한 쌍의 상기 액슬 각각의 일단 또는 타단에 배치될 수 있다.
또한 본 발명은 복수의 상기 동력변환부 각각과 연결되는 정션박스;를 더 포함하며, 복수의 상기 동력변환부에서 발생된 전력은 상기 정션박스를 중계하여 배터리부로 공급될 수 있다.
여기서 상기 차량은, 한 쌍의 바퀴가 전후 방향으로 복수로 형성되어, 적어도 4개 이상의 바퀴가 구동되며, 상기 정션박스는 한 쌍의 바퀴 사이에 형성되어, 전후 방향으로 복수로 배치될 수 있다.
아울러 본 발명은 복수의 상기 동력변환부 각각과 정션박스 사이를 연결하는 제1케이블; 및 상기 정션박스와 배터리부를 연결하는 제2케이블;을 더 포함할 수도 있다.
그리고 상기 기어부는, 차량의 전후방으로 연장되는 프로펠러샤프트를 포함하며, 상기 동력변환부는, 상기 프로펠러샤프트 상에 배치될 수 있다.
이때 상기 동력변환부는 복수의 형성되어, 상기 프로펠러샤프트의 전후방향 일단 및 타단에 배치될 수 있다.
여기서 상기 동력변환부는, 적어도 하나 이상이 상기 프로펠러샤프트의 중심부에 배치될 수도 있다.
또한 본 발명은, 상기 동력발생부는 구동모터로 이루어지되, 상기 기어부는 상기 구동모터의 일단에 연장된 구동축의 회전력을 복수의 바퀴로 전달하며, 상기 동력변환부는, 상기 구동모터의 타단에 연장된 샤프트 상에 결합될 수도 있다.
이때 본 발명은 상기 동력변환부 및 배터리부를 제어하는 제어부;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 차량의 실시간 주행속도에 따라 상기 동력변환부의 발전량을 제어할 수도 있다.
또한 본 발명은 차량탑재장치로 전원을 공급하도록 차량에 형성되는 메인배터리;를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 메인배터리의 충전량이 설정치 이하인 경우, 상기 배터리부가 상기 차량탑재장치로 전원을 공급하도록 제어할 수도 있다.
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또한 상기 기어부는, 상기 구동모터의 구동축과 나란하게 결합되어 회전력을 전달받는 메인샤프트, 상기 메인샤프트와 연결되어 상기 구동모터와 인접한 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제1차동기어, 및 상기 메인샤프트와 연결되어 다른 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제2차동기어,를 포함할 수 있다.
이때 상기 메인샤프트는, 일단이 상기 구동축과 결합되는 제1샤프트; 일단이 상기 제1샤프트의 타단에 결합되는 추진축; 및 일단이 상기 추진축의 타단에 결합되는 제2샤프트;를 포함하며, 상기 제1샤프트에 기어가 형성되어 상기 제1차동기어로 동력을 전달하고, 상기 제2샤프트에 기어가 형성되어 상기 제2차동기어로 동력을 전달할 수 있다.
여기서 본 발명은 상기 제1샤프트의 기어 및 제2샤프트의 기어와, 상기 제1샤프트 및 제2샤프트 각각의 기어와 맞물리는 상기 제1차동기어 및 제2차동기어의 기어가 헬리컬 기어(Helical Gear)로 형성될 수 있다.
아울러 상기 제1샤프트 및 제2샤프트 각각의 기어는 축 방향을 따라 나선형으로 형성될 수도 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 배터리 재충전 시스템은, 차량 동력발생부의 연장축 또는 기어부 상에 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 동력변환부가 형성되어, 차량에 추가로 구비되는 배터리 상에 발전되는 전력이 저장토록 구성될 수 있다. 이에 따라 차량탑재장치가 많이 장착되는 특수목적의 차량들이 주 배터리와 함께 사용할 수 있는 보조 배터리가 형성되어, 여러 예기치 못한 상황에서도 일정한 전력공급이 가능한 장점이 있다.
또한 본 발명은 차량의 회성제어 시에 손실되는 동력의 일부를 전력으로 수급함과 더불어, 회생제어 시에 속도 저감이 보다 단 시간에 이루어지는 장점이 있다. 또한 본 발명은 차량의 설정된 기존속도 이상으로 주행하는 경우에 발전이 이루어지도록 하여, 급발진이나 과속에 의한 사고 발생을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 동력발생부의 구동축과 나란하게 연결된 메인샤프트 상에 나선형의 헬리컬 기어가 형성되어 차동기어와의 물림율이 높아지는 장점이 있다. 이에 따라 본 발명은 내구성이 향상됨과 더불어 에너지손실 또한 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 하나의 메인샤프트 상에 적어도 다수의 헬리컬 기어가 형성되어 프런트 및 리어 측 바퀴들에 동력을 전달할 수 있으므로, 생산 비용이 절감되고 부품의 경량화를 통해 차체무게 또한 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 메인샤프트의 길이와 상기 메인샤프트에 형성된 헬리컬 기어 및, 정션박스의 수량 조절을 통해 다양한 구동방식의 차량에 보다 용이하게 접목할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 재충전 시스템이 형성된 차량의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 부분확대도.
도 3은 본 발명에 따른 도 2에서 각 동력변환부의 내부를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 동력변환부 및 배터리부를 제거한 차량의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 하나의 차동기어의 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 하나의 차동기어의 측면도,
도 7은 본 발명에 따른 다른 하나의 차동기어의 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 배터리 재충전 시스템의 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 재충전 시스템이 형성된 사륜구동 차량의 평면도.
도 10은 본 발명에 따른 사륜구동 차량의 차동기어 내부를 투영한 평면도.
도 11은 본 발명에 따른 배터리 재충전 시스템이 형성된 육륜구동 차량의 평면도.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 저속 전기차 배터리 재충전 시스템을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 저속 전기차 배터리 재충전 시스템에 관한 것으로, 도 1은 배터리 재충전 시스템이 형성된 차량의 사시도를, 도 2는 도 1의 부분확대도를, 도 3은 도 2에서 각 동력변환부의 내부를 도시한 도면을 각각 나타낸다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 차량은, 동력발생부(10), 바퀴(20) 및 상기 동력발생부(10)에서 출력되는 동력을 바퀴(20)로 전달하는 기어부(100)를 포함할 수 있다. 이때 상기 동력발생부(10)는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 모터를 포함하여 원동기 등 다양한 내연기관으로 구성될 수 있다.
그리고 본 발명은, 상기 차량 상에 설치되어 동력발생부(10)에서 출력되는 기계에너지의 일부를 전기에너지로 변환하는 동력변환부(200)와, 상기 동력변환부에서 발전된 전기에너지를 저장하는 배터리부를 포함하는 충전라인(300)을 더 포함할 수 있다.
이어 도 2를 참조하면, 상기 충전라인(300)은, 전기에너지를 저장하는 배터리부(310), 상기 동력변환부(200) 및 배터리부(310)를 전기적으로 연결해주는 케이블(330)을 포함할 수 있다. 그리고 본 발명은, 전후방향을 따라 복수의 차축이 배치될 수 있으며, 각 차축을 기준으로 케이블(300)로 전달되는 전력을 취합하여, 상기 배터리부(310)로 전력을 송출하는 하나 이상의 정션박스(320)가 더 포함될 수도 있다. 여기서 차축은 본 발명을 보다 명확하게 나타내고자 하나의 액슬이 아닌 한 쌍의 바퀴 사이를 연결하는 차동기어와, 상기 차동기어와 한 쌍의 바퀴를 연결하는 한 쌍의 액슬로 정의한다. 즉, 한 쌍의 바퀴가 복수로 구성되어 전후 방향으로 배치된 경우, 한 쌍의 바퀴가 배치된 축을 하나의 차축으로 정의한다. 물론, 하나의 상기 차축은 하나의 액슬로 연결된 한 쌍의 바퀴로 구성될 수도 있다.
여기서 상기 케이블(330)은, 상기 동력변환부(200)와 정션박스(320)를 연결하는 제1케이블(331) 및, 상기 정션박스(320)와 배터리부(310)를 연결하는 제2케이블(332)을 포함할 수 있다. 이때 상기 동력변환부(200)가 복수 개가 부착되는 경우에는 상기 제1케이블(331)은 복수로 형성될 수 있으며, 상기 정션박스(320)가 전후 방향을 따라 복수 개가 배치된 경우에도 상기 제2케이블(332)이 복수로 형성될 수 있다. 그리고 하나의 상기 정션박스(320)는 하나의 제2케이블(332)을 통해 상기 배터리부(310)와 연결되고, 하나의 상기 정션박스(320)에 복수의 동력변환부(200)가 복수의 제1케이블(331)로 연결될 수도 있다.
이어 도 3을 참조하면, 본 발명의 기어부(100)는, 상기 동력발생부(10)로부터 출력되는 동력을 인가받도록 각 차축마다 배치된 차동기어(110), 상기 차동기어(110)와 동일 차축에 배치된 한 쌍의 바퀴(21,22)를 연결하는 적어도 한 쌍의 액슬(120), 상기 동력발생부(10)에서 출력된 동력을 각 차축으로 전달하는 메인샤프트(130)를 포함할 수 있다.
또한 상기 동력변환부(200)는, 상기 액슬(120) 상에 설치되거나, 상기 메인샤프트(130) 상에 설치될 수 있다. 여기서, 상기 액슬(120)은 양단이 각각 차동기어(110) 및 하나의 바퀴(20)와 연결될 수 있으며, 상기 동력변환부(200)는 상기 액슬(120)의 양단 모두 또는 양단 중 어느 하나의 단에 설치될 수도 있다.
또한 상기 동력발생부(10)는 구동모터로 이루어지되, 일단에 구동축이 형성되어 상기 차동기어(110)로 동력을 전달토록 형성되되, 타단에는 상기 구동축에서 연장된 연장축(12)이 형성될 수 있다. 그리고 동력변환부(200)는, 상기 연장축(12) 상에 결합되어, 연장축(12)의 회전하는 기계에너지로부터 발전이 이루어지도록 제공될 수도 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 저속 전기차 배터리 재충전 시스템에 관한 것으로, 도 4는 동력변환부 및 배터리부를 제거한 차량의 사시도를, 도 5는 제1차동기어의 사시도를, 도 6은 제1차동기어의 측면도를, 도 7은 제2차동기어의 사시도를 각각 나타낸다. 이때 도 4 내지 도 7은, 본 발명의 차량 기어구조 일 실시예를 보다 명확하게 나타내도록 상술한 동력변환부(200) 및 충전라인(300)을 제거한 도면이다.
먼저 도 4를 참조하면, 본 발명의 차량이 사륜구동 방식으로 구성되는 경우, 동력발생부(10)에 인접한 제1바퀴(21) 및 제2바퀴(22)와, 상기 동력발생부(10)에 상대적으로 이격된 제3바퀴(23) 및 제4바퀴(24)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1바퀴(21) 및 제2바퀴(22)는 하나의 차동기어(110)와 한 쌍의 액슬(120)로 각각 연결될 수 있으며, 상기 제3바퀴(23) 및 제4바퀴(24)는 다른 하나의 차동기어(110)와 한 쌍의 액슬(120)로 각각 연결될 수 있다. 또한 본 발명은 상기 동력발생부(10)에서 출력된 동력을, 하나의 차동기어(110) 및 다른 하나의 차동기어(110)로 분배하는 메인샤프트(130)를 더 포함할 수 있다.
상기 하나의 차동기어(110)의 기어케이스를 제거한 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 하나의 차동기어(110)는 링기어(111)를 포함하고, 상기 메인샤프트(130)는 모터로 이루어진 동력발생부(10)의 구동축(11)과 나란하게 연결되는 제1샤프트(131)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1샤프트(131) 상에는 헬리컬 기어(H)가 형성되어 상기 링기어(111)와 치합될 수 있으며, 상기 구동축(11)에서 출력되어 함께 회전하는 제1샤프트(131)가 상기 링기어(111)로 동력을 전달할 수 있다. 여기서, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 차동기어(110)에는 유성기어 및 태양기어 등이 더 포함될 수도 있다. 그리고 상기 헬리컬기어(H)는 웜기어 형태로 상기 제1샤프트(131)의 축방향을 따라서 나선형으로 형성될 수도 있다.
또한 상기 메인샤프트(130)는 상기 제1샤프트(131)와 나란하게 연결되는 프로펠러샤프트(132)를 더 포함할 수 있다. 그리고 본 발명은 상기 프로펠러샤프트(132)를 통해 상대적으로 이격된 위치에 배치된 다른 하나의 차동기어(110)로 동력이 전달할 수 있다.
이어 도 7을 참조하면, 상기 메인샤프트(130)는 프로펠러샤프트(132)와 나란하게 연결되는 제2샤프트(133)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2샤프트(133) 상에도 헬리컬기어(H)가 형성될 수 있으며, 상기 다른 하나의 차동기어(110)의 링기어(111)와 치합되어 동력이 전달되도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 다른 하나의 차동기어(110) 또한 유성기어 및 태양기어를 통해 한 쌍의 액슬(120)로 동력이 분배되도록 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 저속 전기차 배터리 재충전 시스템에 관한 것으로, 도 8은 배터리 재충전 시스템의 개략도를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 상기 동력변환부(200)는 상기 프로펠러샤프트(132) 상에도 설치될 수 있으며, 전후 방향으로 연장되는 프로펠러샤프트(132)의 양단에 각각 설치되거나, 양단 중의 어느 하나의 단부에 설치될 수도 있다. 그리고 상기 프로펠러샤프트(132)의 전후방향으로 장축으로 형성되면, 상기 프로펠러샤프트(132)는 전후방향으로 나란하게 연결되는 제1추진축(132a), 유니버설조인트(132b) 및 제2추진축(132c)을 포함하여 형성될 수 있다. 이때 본 발명은 상기 동력변환부(200)가 복수로 형성되어 상기 제1추진축(132a)의 양단이나 제2추진축(132c)의 양단에 결합될 수 있다.
그리고 상기 정션박스(320)는 상술한 바와 같이 전후방향으로 배치되는 복수의 차축 각각에 설치될 수 있으며, 하나의 차축에 배치된 하나의 정션박스(320)는 인접한 동력변환부(200)로부터 발전된 전기에너지를 공급받을 수 있다. 차량이 사륜구동이라 가정하고 이를 보다 상세히 설명하자면, 상기 동력발생부(10)의 연장축(12)에 배치된 동력변환부(200)와, 상기 동력발생부(10)에 인접한 차동기어(110) 및 한 쌍의 바퀴(21,22) 사이에 배치된 동력변환부(200)는 하나의 정션박스(320)로 연결될 수 있다. 아울러 본 발명은 상기 프로펠러샤프트(132)에서 상기 하나의 정션박스(320)에 인접한 제1추진축(132a) 양단에 설치된 동력변환부(200) 또한 상기 하나의 정션박스(320)에 연결될 수 있다.
그리고 상기 동력발생부(10)와 상대적으로 이격된 차동기어(110) 및 한 쌍의 바퀴(23,24) 사이에 배치된 동력변환부(200)는 다른 하나의 정션박스(320)로 연결될 수 있다. 아울러 본 발명은 상기 프로펠러샤프트(132)에서 상기 다른 하나의 정션박스(320)에 인접한 제2추진축(132c) 양단에 설치된 동력변환부(200)도 상기 다른 하나의 정션박스(320)에 연결되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 정션박스(320)는 구역별로 설치되어 인근에 배치된 동력변환부(200)와 연결되고, 상기 정션박스(320)가 복수 개가 비치되어 배터리부(310)로 동력을 전달함으로써 내부 공간을 보다 효과적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.
여기서 본 발명은, 차량탑재장치에 대해서 전력을 공급하는 메인배터리와, 상기 동력변환부, 배터리부 및 메인배터리를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 메인배터리 및 배터리부(310)가 서로 호환토록 활용하여 보다 효율적으로 차량을 운행할 수 있다. 이에 대해서 보다 구체적으로 기술하자면 다음과 같다.
상기 메인배터리와 배터리부는 각각 SOH(State of Health), SOC(State of Charge) 등의 충전상태를 가지며, 상기 SOC는 SOH를 고려하여 적정 수준의 충전상태가 산출되거나 최대 충전을 기준으로 충전상태가 산출될 수도 있다. 우선, 상기 SOC 기준으로 상기 메인배터리 및 배터리부 각각의 최대 충전량이 산출된다고 가정하고, 최대 충전량을 1(100%)이라 설정한다.
여기서 상기 메인배터리는 1(100%) 내지 0(0%) 사이에서 설정되는 제1제어범위(C1) 및 제2제어범위(C2)를 포함할 수 있으며, 상기 배터리부 또한 1(100%) 내지 0(0%) 사이에서 설정되는 제1설정범위(S1) 및 제2설정범위(S2)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 메인배터리의 제1제어범위(C1)는 제2제어범위(C2) 보다 상한치가 높게 설정될 수 있다. (즉, 1 > C1 > C2 ≥ 0)
먼저, 상기 메인배터리가 상용전원 등을 통해 1 내지 제1제어범위(C1)의 상한치로 충전된 상태에서 차량이 주행하면, 상기 메인배터리의 충전상태는 점차적으로 하락한다. 그리고 상기 메인배터리가 차량탑재장치에 대해서 실시간으로 전력을 공급하는 과정에서 상기 메인배터리의 충전량은 상기 제1제어범위(C1)의 상한치 이하에 도달할 수 있다. 이때 상기 메인배터리의 충전량이 상기 제1제어범위(C1)에 도달하면, 본 발명은 상기 배터리부의 충전량을 측정토록 형성될 수 있다. 여기서 측정은, 실제 배터리부에 형성된 하드웨어를 통해 측정하거나, 소프트웨어를 통해 연산된 결과일 수 있다.
여기서 본 발명은 상기 메인배터리의 충전량이 제1제어범위(C1) 사이인 경우, 상기 배터리부의 충전량은 1 내지 제1설정범위(S1)의 상한치 사이, 제1설정범위(S1), 제2설정범위(S2) 및 제2설정범위(S2)의 하한치와 0 사이인 경우에 각각 별도의 제어과정이 이루어질 수 있다. 먼저, 상기 배터리부의 충전량이 1 내지 제1설정범위(S1)의 상한치 사이인 경우에는, 차량탑재장치에 대해서 상기 배터리부가 전력을 공급토록 제어될 수 있다. 또한, 상기 배터리부의 충전량이 제1설정범위(S1) 및 제2설정범위(S2)인 경우에는, 상기 차량탑재장치에 대한 전력 공급이 메인배터리 및 배터리부가 각각 분배되도록 형성될 수 있다. 여기서 상기 차량탑재장치가 복수의 전자기기로 구성되고, 일부의 전자기기에 대해서는 메인배터리가 전력을 공급하고 다른 일부의 전자기기에 대해서는 상기 배터리부가 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 제1설정범위(S1) 및 제2설정범위(S2)는, 분배 기준이 달리 설정될 수 있으며, 일 예로 10개의 전자기기에 대해서 상기 제1설정범위(S1)는 메인배터리가 7개의 전자기기에 전력을 공급하고 배터리부가 3개의 전자기기에 전력을 공급하되, 상기 제2설정범위(S2)는 메인배터리가 3개의 전자기기에 전력을 공급하고 배터리부가 7개의 전자기기에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 이때 분배되는 비율이나 대상은 전자기기의 수가 아닌 각 전자기기의 전력량을 고려하여 산출될 수도 있다. 여기서, 상기 배터리부의 전력량이 제2설정범위(S2)의 하한치 및 0 사이인 경우에는, 상기 메인배터리가 상기 차량탑재장치에 대해서 전력이 공급할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 메인배터리의 충전량이 제2제어범위(C2) 사이인 경우에도, 상기 배터리부의 충전량은 1 내지 제1설정범위(S1)의 상한치 사이, 제1설정범위(S1), 제2설정범위(S2) 및 제2설정범위(S2)의 하한치와 0 사이인 경우에 각각 별도의 제어과정이 이루어질 수 있다. 먼저, 상기 배터리부의 충전량이 1 내지 제1설정범위(S1)의 상한치 사이인 경우에는, 차량탑재장치에 대해서 상기 배터리부가 전력을 공급토록 제어될 수 있다. 또한, 상기 배터리부의 충전량이 제1설정범위(S1) 및 제2설정범위(S2)인 경우에는, 상기 차량탑재장치에 대한 전력 공급이 메인배터리 및 배터리부가 각각 분배되도록 형성될 수 있으며, 이때의 분배비율은 상기 메인배터리의 충전량이 제1제어범위(C1)인 경우보다 제2제어범위(C2)인 경우가 메인배터리 대비 배터리부의 비중이 높도록 제어될 수 있다.
그리고 상기 배터리부의 전력량이 제2설정범위(S2)의 하한치 및 0 사이인 경우에는, 상기 메인배터리가 상기 차량탑재장치에 대해서 전력이 공급할 수 있다. 이때 상기 제2제어범위(C2)의 하한치가 0인 경우에는, 상기 배터리부의 전력량이 제2설정범위(S2) 또는 제2설정범위(S2)의 하한치 및 0 사이일 때, 상기 제어부가 차량 내 시현장치에 경고문구가 표출되도록 신호를 생성할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 제어부가 차량의 실시간 주행속도에 따라 상기 동력변환부에 대해서 별도의 제어가 이루어질 수도 있다. 일 예로, 상기 동력변환부가 스테이터 코일(Stator Coil)과 자석을 포함하는 경우, 상기 자석이 전자석으로 구성되어 발전 기능이 On/Off되도록 조절될 수 있다. 그리고 전체 또는 일부의 동력변환부는 기준속도보다 낮은 경우에는 발전 기능이 Off되도록 구성되고, 차량의 실시간 주행속도가 상기 기준속도보다 높은 경우에 발전 기능이 가동되도록 제어될 수 있다. 이에 따라 본 발명은 차량이 과속하는 경우에 상기 제어부가 기계에너지의 일부를 전기에너지로 변환하여 속도제어토록 하여 사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
아울러 상기 제어부는, 회생제어에 대한 외부 신호가 도달되면, 전체 또는 일부의 상기 동력변환부의 On/Off 제어가 이루어지도록 형성될 수도 있다. 즉, 운전자가 브레이크 신호를 생성하면, 상기 제어부는 브레이크 신호를 수신받고 상기 동력변환부가 가동되도록 제어할 수 있다. 이에 따라 제동 시에 보다 빠른 속도로 속도가 감소되도록 제공함과 더불어, 손실되는 동력의 일부를 전력으로 변환토록 하여 보다 효율적인 에너지 운용이 가능한 장점이 있다. 여기서, 복수의 동력변환부의 일부는 영구자석으로 다른 일부는 전자석으로 형성되어 부분적으로 제어가 이루어지거나, 상기 복수의 동력변환부 모두 발전 기능에 대한 On/Off 제어가 가능토록 형성될 수도 있다. 그리고 상기 배터리부의 충전량이 낮은 경우에는, 일부의 동력변환부가 속도 또는 외부 신호와는 무관하게 발전이 이루어지도록 제어될 수도 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 저속 전기차 배터리 재충전 시스템에 관한 것으로, 도 9는 배터리 재충전 시스템이 형성된 사륜구동 차량의 평면도를, 도 10은 사륜구동 차량의 차동기어 내부를 투영한 평면도를, 도 11은 배터리 재충전 시스템이 형성된 육륜구동 차량의 평면도를 각각 나타낸다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 차량은 전술한 바와 같이 상기 메인샤프트(130)가 제1샤프트(131), 프로펠러샤프트(132) 및 제2샤프트(133)가 구동모터로 이루어진 동력발생부(10)의 구동축과 나란하도록 결합되되, 상기 제1샤프트(131) 및 제2샤프트(133) 상에 헬리컬기어(H)가 형성되어 해당 차축 차동기어(110)의 링기어(111)와 치합되도록 형성될 수 있다. 이때 본 발명은 상기 메인샤프트(130)가 헬리컬 기어가 형성된 샤프트 및 프로펠러샤프트가 교번되어 육륜 또는 다륜 등 여러 구동방식으로 구성되도록 제공할 수 있다.
그리고 본 발명은 각각의 차륜에 정션박스(320)가 구비되고, 상기 정션박스(320)가 전후 방향을 따라 복수 개가 배치되어 상술한 여러 구동방식으로 설계 변경이 이루어져도 상기 정션박스(320)의 수량 제어를 통해 배터리 재충전 시스템의 접목이 보다 용이하도록 제공될 수 있다. 그리고 상기 동력변환부(200)와 상기 정션박스(320)를 연결하는 케이블과, 상기 정션박스(320)와 배터리부(310)를 연결하는 케이블을 구분하여 전기적 연결 또한 보다 용이하게 이루어질 수 있는 구조를 제공하는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
H : 헬리컬기어
10 : 동력발생부 11 : 구동축
12 : 연장축
20 : 구동바퀴
21~26 : 제1바퀴~제6바퀴
100 : 기어구조
110 ; 차동기어 111 : 링기어
120 : 액슬
130 : 메인샤프트
131 : 제1샤프트 132 : 프로펠러샤프트
132a : 제1추진축 132b : 유니버설조인트
132c : 제2추진축 133 : 제2샤프트
200 : 동력변환부
300 : 충전라인
310 : 배터리부 320 : 정션박스
330 : 케이블
331 : 제1케이블 332 : 제2케이블

Claims (16)

  1. 차량 내 동력발생부에서 발생되는 동력으로 발전하는 차량의 배터리 재충전 시스템에 있어서,
    상기 동력발생부에서 발생되는 동력을 복수의 바퀴로 전달하는 기어부;
    상기 기어부 상에 결합되어 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 동력변환부; 및
    상기 동력변환부로부터 전기에너지를 공급받아 저장하는 배터리부;
    를 포함하며,
    상기 기어부는,
    동력발생부에서 발생되는 동력을 한 쌍의 바퀴로 분배하는 적어도 하나 이상의 차동기어를 포함하되, 상기 차동기어와 한 쌍의 바퀴는 서로 한 쌍의 액슬로 연결되며,
    상기 동력변환부는 복수로 형성되어,
    한 쌍의 상기 액슬 각각의 일단 또는 타단에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 동력변환부 각각과 연결되는 정션박스;
    를 더 포함하며,
    복수의 상기 동력변환부에서 발생된 전력은 상기 정션박스를 중계하여 배터리부로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차량은,
    한 쌍의 바퀴가 전후 방향으로 복수로 형성되어, 적어도 4개 이상의 바퀴가 구동되며,
    상기 정션박스는 한 쌍의 바퀴 사이에 형성되어, 전후 방향으로 복수로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    복수의 상기 동력변환부 각각과 정션박스 사이를 연결하는 제1케이블; 및
    상기 정션박스와 배터리부를 연결하는 제2케이블;
    을 더 포함하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기어부는,
    차량의 전후방으로 연장되는 프로펠러샤프트를 포함하며,
    상기 동력변환부는, 상기 프로펠러샤프트 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동력변환부는 복수의 형성되어, 상기 프로펠러샤프트의 전후방향 일단 및 타단에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동력변환부는,
    적어도 하나 이상이 상기 프로펠러샤프트의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 동력발생부는 구동모터로 이루어지되,
    상기 기어부는 상기 구동모터의 일단에 연장된 구동축의 회전력을 복수의 바퀴로 전달하며,
    상기 동력변환부는, 상기 구동모터의 타단에 연장된 샤프트 상에 결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 동력변환부 및 배터리부를 제어하는 제어부;
    를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    차량의 실시간 주행속도에 따라 상기 동력변환부의 발전량을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 재충전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    차량탑재장치로 전원을 공급하도록 차량에 형성되는 메인배터리;
    를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 메인배터리의 충전량이 설정치 이하인 경우,
    상기 배터리부가 상기 차량탑재장치로 전원을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 재충전 시스템.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 기어부는,
    상기 구동모터의 구동축과 나란하게 결합되어 회전력을 전달받는 메인샤프트, 상기 메인샤프트와 연결되어 상기 구동모터와 인접한 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제1차동기어, 및 상기 메인샤프트와 연결되어 다른 2개의 바퀴로 동력을 전달하는 제2차동기어,를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 재충전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 메인샤프트는,
    일단이 상기 구동축과 결합되는 제1샤프트;
    일단이 상기 제1샤프트의 타단에 결합되는 추진축; 및
    일단이 상기 추진축의 타단에 결합되는 제2샤프트;
    를 포함하며,
    상기 제1샤프트에 기어가 형성되어 상기 제1차동기어로 동력을 전달하고, 상기 제2샤프트에 기어가 형성되어 상기 제2차동기어로 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 재충전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1샤프트의 기어 및 제2샤프트의 기어와,
    상기 제1샤프트 및 제2샤프트 각각의 기어와 맞물리는 상기 제1차동기어 및 제2차동기어의 기어가 헬리컬 기어(Helical Gear)인 것을 특징으로 하는 배터리 재충전 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1샤프트 및 제2샤프트 각각의 기어는 축 방향을 따라 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 재충전 시스템.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070018302A (ko) * 2005-08-09 2007-02-14 현대자동차주식회사 보조 배터리를 이용한 차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법
KR20100011959A (ko) * 2008-07-25 2010-02-03 김월태 프로펠러 샤프트를 이용한 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치
JP2012034558A (ja) 2010-07-31 2012-02-16 Masakazu Irie 電気自動車の電力供給機構
KR20150043154A (ko) * 2013-10-14 2015-04-22 현대자동차주식회사 플러그인 하이브리드 자동차의 충전지향모드 제어장치 및 방법

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