KR19980024521A - 비레일 지탱형 하이브리드 차량을 작동하는 방법 - Google Patents

비레일 지탱형 하이브리드 차량을 작동하는 방법 Download PDF

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래 루이기 델
기안니 프란세스큐토
패트릭 세우리라트
로버트 애프터
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한스피터 랜츠, 쟉크스 뮐러
에쓰엠에이취 메나즈먼트 써비시스 아크티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명에 따른 작동 방법은, 하이브리드 차량의 내연기관(11, Mth)의 회전 속도를 바꿀 때, 구동륜에 전달된 동력 크기에 관계없이, 회전 속도를 가능한 한 신속하게 바꾸고 연료 소모, 공해 물질 방출 및 엔진의 보호에 대하여 최적 작동 상태를 달성하도록 직접 충전되거나 방전되는 배터리(20)를 제시한다.
내연기관(11, Mth)의 동력을 증가시킬 때, 초기 상황에 따라 좀더 많이 방전되거나 좀더 적게 충전되고, 동력을 감소시키는 경우에 좀더 많이 충전되거나 좀더 적게 방전되는 배터리(20, bat)를 제시한다.

Description

비레일 지탱형 하이브리드 차량을 작동하는 방법
본 발명은 청구항 1항의 서두에 따른 비레일 지탱형 하이브리드 차량을 작동하는 방법에 관련된다.
EP 0 556 942에 발표한 방법은 내연기관, 크랭크 축에 연결된 발전기, 배터리, 전기 제어 장치와 적어도 하나의 전기 구동 모터를 구비한 비레일 지탱형 직렬 하이브리드 차량에 관련된다.
운전자가 가스 페달을 좀더 세게 밟을 때 운전자는 차량이 가속되기를 기대하므로, 견인력이 발생하지 않으면서, 지체 없는 구동 토크의 단조 증가 및 이에 대응하는 발전기 토크의 단조 증가가 요구된다(칼럼 5, 33-41줄).
여기에서, 구동부와 발전기 동력은 회전 속도에 의해 증가된 토크와 동력이 동일하게 되는 물리적 관계 때문에 단조 증가한다(칼럼5, 8-15줄과 42-49줄).
EP 0 556 942에서, 내연기관의 동력이 증가하는 경우에, 내연기관의 내부에 발생된 토크의 크기 정도로 발전기에 의해 흡수된 토크를 증가시키지 않는 것이 제안된다(칼럼 5, 15-21줄).
여기에서 발생하는 내연기관의 과다 동력은, 그것의 회전 속도가 더 빨리 증가하도록 하고 공칭 동력을 가능한 한 빨리 이용할 수 있도록 한다(칼럼5, 22-29).
상기 방법의 단점은, 내연기관 회전 속도를 더 빠르게 증가시키려면 차량 가속을 억제하여야 한다는 것이다. 회전 속도의 빠른 증가와 즉각적인 구동 동력의 증가는 서로 제한한다.
비록 회전 속도의 빠른 증가와 내연기관의 목표된 동력을 빠르게 증가시킬 수 있을지라도, 가속되는 동안 차량은 조금밖에 가속되지 않는다. 차량의 요구되는 가속은 공칭 회전 속도에 도달했을 때만 지연 발생한다.
반대로, 차량의 직접 가속은 내연기관의 회전 속도가 천천히 증가하도록 하고 그후 최종 구동 동력은 점진적으로 달성되도록 한다. 이 경우에 발전기가 내연기관에 많은 부하를 건다는 사실 때문에, 토크-속도 특성 곡선에서 최적의 작동점을 선택하는데 좁은 한계가 설정된다. 예를 들면, 가속되는 동안 최소 연료 소모는 거의 가능하지 않다.
내연기관의 동력 감소가 예상되는 경우에, 발전기에 의해 흡수된 토크는, 전술한 경우와는 반대로, 내연기관에 의해 발생된 토크보다 항상 더 크게 유지된다. 이와 유사하게, 내연기관의 새 작동점에 도달할 때까지 발전기 동력은 단조 감소한다(칼럼 5, 50-58줄 및 칼럼 6, 1-6줄). 그러나 작동점에서 변화가 일어나는 동안 과다 발전기 동력을 이용하여 무엇이 일어나는지에 대해서는 언급되지 않는다.
본 발명의 목적은 하이브리드 차량의 내연기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법을 찾는 것인데, 이것은 전환하는 동안, 실제 작동 상태에서 시작하여 공칭 작동 상태로 끝나면서, 적어도 하나의 구동륜에 전달되는 동력의 크기에 관계없이 최적 작동 조건으로 회전 속도를 빠르게 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 청구항 1항의 특징을 설명한 부분에서 알 수 있다.
선호되는 실시예는 종속항에 나타나 있다.
본 발명에 따른 작동 방법은, 에너지 저장 장치의 직접 적용을 통하여 내연기관의 작동 상태를 바꾸는 동안 동력에 대해 내연기관으로부터 구동륜의 완전한 분리를 보장하는데, 이것은,
-한편으로는 요구되는 차량 동력, 즉 구동륜에 전달된 동력의 직접적이고 효율적인 증감, 및
- 다른 한편으로는 내연기관을 최적 작동 상태로 유지하면서 회전 속도를 빠르게 증감할 수 있다는 것을 의미한다.
이와 같은 분리를 통하여, 내연기관은 작동 상태를 바꾸는 동안 구동될 수 있고, 즉 회전 속도를 증감하는 동안 에너지 소모, 공해 물질 방출, 소음 발생 및 엔진 보호에 대해 최적의 상태로 구동될 수 있다. 최적의 에너지 소비, 공해 물질 방출, 소음 발생 및 엔진의 보호 대신에 단순성을 위한 최적의 작동 상태가 언급될 것이다.
이에 대해 보다 정확하게 하기에서 설명될 것이다.
본 발명에 따른 방법은, 다양한 유형의 하이브리드 차량, 특히 직렬 및 병렬 하이브리드 차량과 조합형 하이브리드 차량에 똑같이 유용하게 이용할 수 있다. 내연기관으로 나타낸 열 에너지원으로서 스로틀 밸브나 연료 주입기, 가스 터빈, 연료 셀 등을 구비한 디젤 또는 가솔린 엔진을 원칙적으로 이용할 수 있다.
하기에서 예시로, 본 발명의 해법에 따른 다양한 직렬 및 병렬 차량이 설명될 것이다.
기본적으로 직렬 하이브리드 차량은 열 모터나 내연기관으로 불려지기도 하는 연소 엔진, 크랭크축에 연결된 발전기, 차륜 허브 모터로서 직접 작용하는 하나 이상의 전기 구동 모터 및 내연기관과 함께 제 2 에너지원으로서 작용하는 배터리로 구성된다. 종래 기술에서 배터리는 일정 부하 에너지원으로서만 적용되고, 즉 전기 구동 모터에 공급하는 연속 작용 시에, EP 0 545 390에서 알 수 있듯이 작동상태가 바뀔 때 일시적으로 내연기관을 대신할 수 있는 장치로서 적용된다.
직렬 하이브리드 차량과는 달리, 병렬 하이브리드 차량은, 대부분의 종래의 자동차와 마찬가지로, 내연기관과 구동륜 사이에 클러치와 차동 기어, 기어로 구성된 직접 기계식 연결부로 구성된다. 이 기계식 구동 선과 평행하게, 배터리는 구동륜에 작용하는 전기 구동 모터와 전기 연결된다. WO 91/08123에 따르면 내연기관은 앞 액슬에 작용하고, 전기 구동 모터는 단지 뒤 액슬에만 연결된다. 구동륜 또는 액슬에 전기 구동 모터의 직접 기계식 연결부가 제공되지 않는 다양한 변형예가 발표되었는데, 예로 EP 0 584 090은 내연기관과 기어 또는 기어와 차동 기어 사이에 연결부를 구비한다.
하이브리드 차량은 모터 제어 장치로서 제어 및 조절 회로를 포함하는데 이것은 디젤 모터인 경우에, 가스 페달 위치, 회전 속도, 구동 속도, 연료 온도, 흡입 공기와 냉각수의 온도, 흡입관 압력 등에 따라, 유입량, 유입 시기, 고갈 가스 재순환 등을 결정한다. 또 차량 관리 유닛을 구비하고 있는데 이것은 배터리의 충전 상태, 일반적인 차량 상태, 직렬 하이브리드 차량인 경우에 발전기에 의해 발생된 전압에 대한 정보를 데이터 처리 모터에 가지고 내연기관, 전기 기기, 배터리 등의 작용을 제어하고 감지한다. 모터 제어 장치는 차량 관리 유닛의 필수 성분이다.
이와 함께 전기 구동 모터를 위한 구동 회로가 구비되는데 상기 회로는 배터리에서 발생한 에너지를 전환하고, 직렬 하이브리드 차량인 경우에는 발전기의 에너지를 추가로 전환하고 이것은 에너지를 구동 모터에 안내한다. 이것은 DC/AC변환기의 경우일 수 있다.
또 배터리의 충전 상태를 고려하면서, 충전 또는 방전 전류를 제어하는 배터리 충전 회로를 구비한다. 배터리 충전 회로와 배터리 제어 방법은 이미 많이 공지되어 있고 대부분 본원 방법에 적용될 수 있다. 기본적으로 배터리, 어큐뮬레이터 또는 울트라-커패시터 대신에 전기 구동부를 갖춘 기계식 플라이휠을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 첨부 도면과 직렬 하이브리드 차량을 통하여 설명된다.
도 1은 직렬 하이브리드 차량의 구동 유닛을 나타낸 블록선도.
도 2a는 내연기관의 회전 속도 또는 동력이 증가하는 경우에 제 1 실시예에 따른 동력-시간 그래프를 나타낸 도면.
도 2b는 도 2a에 대하여 토크-회전 속도를 나타낸 그래프.
도 3a는 내연기관의 회전 속도 또는 동력이 증가하는 경우에 제 2 실시예에 따른 동력-시간의 관계를 나타낸 그래프.
도 3b는 도 3a에 대하여 토크-회전 속도를 나타낸 그래프.
도 4a는 내연기관의 회전 속도 또는 동력이 감소하는 경우에 제 3 실시예에 따른 동력-시간의 관계를 나타낸 그래프.
도 4b는 도 4a에 대하여 토크-회전 속도를 나타낸 그래프.
♠ 부호 설명
10 ... 구동 유닛 11 ... 내연기관
12 ... 크랭크 축 13 ... 발전기
15 ... 전기 연결선 16 ... 변환기
17 ... 전기 모터 19 ... 구동륜
20 ... 배터리 21 ... 직류 연결선
23 ... 차량 관리 유닛 24-28... 신호 연결선
도 1에 나타낸 직렬 하이브리드 차량의 구동 유닛(10)은 내연기관(11)(Mth)을 포함하는데, 발전기로서 작동될 수 있는 전기 기기(Gen)(13)는 도면에 나타내지 않은 기어를 경유하여 상기 내연기관의 크랭크 축(12)으로 연결될 수 있다. 내연기관(11)과 발전기(13)로 구성된 내연기관-발전기 유닛은 14로 나타내었다. 전기 연결선(15)과 직렬로 연결된 변환기(16)(conv)를 경유하여, 발전기(13)는 적어도 하나의 전기 기기(Mel)와 에너지 전달 연결되고 이 전기 기기는 모터로서 작동될 수 있고 비동기 기기의 형태로 발전기(13)에 의해 발생된 전동력을 흡수하고 이 전동력을 기계 연결부(18)를 통하여 구동륜(19)에 전달한다. 이 전기 기기(17)는 열 교환을 하는 경우에 발전기로서 역할을 한다.
발전기(13)에 추가로, 전기 에너지 저장 장치(20)(Bat)가 구비되는데 이것은 변환기(16)를 통하여 전기 모터(17)와 에너지 전달 연결된다. 도 1에서 단 하나의 전기 모터(17)와 구동륜(19)이 나타나 있다. 유리한 방법은 여러 구동륜에 직접 장착되는 차륜 허브 모터에 의해 달성된다.
에너지 저장 장치(20)로서 충전가능한 배터리가 구비되고, 발전기(13)와 변환기(16) 사이의 전기 연결부(15) 일부는 일정 전압 U를 가지는 직류 연결기(21)이다. 직류 연결기(21)는 하나의 노드를 포함하는데 이 노드에서 세 전류가 함께 통하는데 이것은 Igen으로 나타낸 발전기(13)의 전류, Ibat로 나타낸 배터리(20)의 전류, Imel로 나타낸 변환기의 전류이다. 대응하는 전류 방향은, 발전기(13)와 배터리(20)가 변환기(16)에 동력을 발생하는 경우에 관련된다.
변환기로서, 비동기 구동 모터(17)인 경우에, DC/AC 변환기가 구비된다. DC/AC 변환기(16)의 출력부에서 전기 연결부(15)는 다상 교류(22)로 형성된다.
차량 관리 유닛(MS)은 23으로 나타내었고 신호 연결선(24-28)을 통하여, 내연기관(11), 발전기(13), 배터리(20), 변환기(16) 및 전기 모터(17)와 연결된다. 차량 관리 시스템에서 모터 제어 장치와 통합될 수 있는데 상기 모터 제어 장치는 내연기관(11)과 배터리를 위한 충전 및 방전 회로를 제어한다. 하이브리드 차량과, 전술한 것과 같은 통합으로 비용면에서 상당히 절감된다.
차량 관리 유닛(23)으로 통하는 신호 연결 경로와 운전자를 위한 여러 가지 작동 유닛은 나타나 있지 않다. 이것은 여러 차종에 대해 가스 페달, 브레이크 페달, 작동 모드 선택 유닛에 관련된다.
신호 연결선(24)을 통하여, 모터의 회전 속도, 연료와 흡입 공기 및 냉각체의 온도, 흡입관 압력 등이 차량 관리 유닛(23)으로 전달되는데 이것은 주입량, 주입 시기 등과 같은 대응하는 매개 변수를 내연기관(11)으로 전달한다.
신호 연결선(25)은, 발전기(13)가 영구 자석이 아닌 경우에 전기장의 제어를 허용한다.
신호 연결선(26)을 통하여, 직류 연결선(21)과 배터리(20)의 전압 U는 차량 관리 유닛(23)으로 전달한다.
신호 연결선(27)을 통하여, 전류 강도 Imel은 차량 관리 유닛(23)으로 전달되고 변환기(16)는 제어된다.
전기 모터(17)는 구동륜(19)에 직접 연결되므로 신호 연결선(28)은 예를 들면 차량 속도에 대한 정보를 제공한다.
본 발명에 따른 해법은, 전술한 대로, 대부분의 하이브리드 차량, 특히 대부분의 구동 유닛에 적용할 수 있다.
도 2a/2b, 3a/3b 및 4a/4b에 나타내고 하기에서 설명되는 내연기관의 동력 변화를 나타낸 예시는 도 1에서 나타낸 예로 든 구동 유닛(10)에 관련된다.
제 1 작동 실시예를 나타낸 도 2a에서, 차량이 가속되고 기울기가 증가함으로써 요구되는, 시간의 경과에 따른 내연기관의 동력 증가는 동력-시간(p/t) 그래프로 나타내었다.
도 2a에는 네 개의 그래프가 나타나 있다 :
-구동 모터(17)에 요구되는 동력 Pmel의 행로,
-내연기관에 의해 내부에 발생되는 동력 Pth-int의 행로,
-내연기관(11)에 의해 발전기(13)에 전달된 동력 Pth-gen의 행로 및
-배터리에 의해 전달된 동력 Pbat의 행로.
단순하게 하기 위해서 내연기관(11), 발전기(13), 변환기(16), 배터리(20) 및 구동 모터(17)를 생략하는 것은 고려되지 않는다. 가속 과정을 설명하는데 필수적인 것은 내연기관에 의해 내부에 발생한 동력 Pth-int와 크랭크축을 통하여 발전기(13)에 전달된 실제 동력 Pth-gen 사이의 차이이다.
t1로 나타낸 것은, 가스 페달을 더많이 밟게 되는 시간, 즉 구동 모터(17)와 구동륜(19)에서 동력의 증가가 기대되는 시간이다.
t1이 될 때까지 일정한 동력 Pmel이 전기 모터(17)에 공급되는 작동 상태를 취하는데 이 동력은 운전자의 기대치 또는 가스 페달 위치에 해당하고, 이것은 t1이 되기 전에 내연기관(11)이 그것의 동력에 대해 평형을 이루는 것을 의미한다. 즉 내부에 발생한 동력 Pth-int와 내연기관에 의해 발전기(13)로 전달된 동력 Pth-gen이 동일한 값을 가지는 것을 의미한다. 이것은 무시할 수 있는 손실이다. 상기 동력값은 실제 동력값으로 불려지고 Pist로 나타내었다.
도 2a에 따르면, 배터리(20)가 일정 부하에 대한 에너지 공급 장치로서 적용되지만 동력 Pmel의 대부분은 내연기관(11)에 의해 발생되는 상황을 가정한다. 따라서 배터리 동력 Pbat와 발전기 동력 Pth-gen으로 이루어진 총 동력은 전기 모터(17)에 공급된다.
t1에서, 가스 페달을 통하여 요구되는 동력의 증가는 차량 관리 유닛(23)에 의해 등록된다. 차종에 따른 운전자의 다른 지시 사항, 배터리의 충전 상태와 같은 차량의 특정 상태, 저장된 상이한 데이터에 따라 이것은 차량 또는 내연기관의 최적 작동 상태를 위한 근거를 마련하고, 도 2b에 나타낸 내연기관(11)의 공칭 작동점 p2와 도 2a에 나타낸 공칭 동력 값 Psoll이 정의된다.
도 2b는 토크-회전 속도 특성 곡선(M/N 특성 곡선)을 나타내는데 t1이 될 때까지 내연기관(11)은 작동점 p1에 놓인다. 이 행로의 작동점 p1과 p2는 내연기관(11)의 최대 동력 곡선 Pth-max 아래에 위치한다.
그 후에 목표 작동점 p2가 공지된 후에, p1에서 p2로 토크-회전 속도 그래프에서 일정 경로가 정해지고 이것은 일정 요구를 이행한다. 전술한 요구 사항들은 회전 속도를 가능한한 빨리 증가시키는 것, 에너지 소비를 최소로 줄이는 것, 공해 물질을 최소 방출하는 것, 소음을 최대한 작게 발생시키는 것, 엔진(11)을 최대한 보호하는 것등이다.
도 2b의 토크-회전 속도 특성 곡선에서 일정한 경로를 선택하기 위해 차량 관리 유닛(23)은 저장된 값을 따르는데 이것은 발전기의 전기장을 제어하기 위한 유닛 또는 모터 제어와 같은 다양한 제어 유닛에 대한 일련의 제어 매개변수 및 가변 명령을 전한다. 이 값은 전술한 대로 차량 관리 유닛(23)에 통합될 수 있다. 상기 모터 제어 장치는 내연기관(11)의 스로틀 밸브 위치를 설정한다.
차량 관리 유닛(23)만 저장된 데이터에 접근하고 가변 명령 및 일련의 제어 변수를 시간 t1에서 다양한 제어 유닛으로 전달하도록 구동 유닛(10)은 만들어진다. 그 후에 다양한 제어 유닛은 독립적으로 작동되지만 목표 작동점 p2에 도달할 때까지 서로 결합될 수 있다.
데이터를 제어 유닛에 공급하여 변환하기 위해서 차량 관리 유닛(23)은 연속적으로 저장된 데이터를 불러올 수 있다. 표의 형식으로 저장된 특성값들은 연속적으로 불러올 수 있다. 조합형이 실용적인 것으로 증명되어 왔다.
도 2a에서 알 수 있듯이, t1에서 구동 모터(17)에 공급된 동력 Pmel은 요구되는 값, 즉 가스 페달의 위치에 해당하는 값으로 곧장 증가하고, 내연기관(11)에 의해 전달된 동력 Pth-gen은 처음에는 감소하고 그 후에 다시 증가한다. 본 발명에 따른 방법은 배터리(20)를 통하여 손실된 동력량을 보상하기 때문에, 배터리에 의해 전달된 동력 Pbat는 급격하게 증가하고 동력 Pth-gen이 증가함에 따라 다시 감소하여서, 페달 위치에 해당하는 공칭 구동 동력 값에 위치한 t1을 경과한 후에 구동륜(19)에 안내된 동력 Pmel은 거의 일정하다.
이와 유사하게 도 2b로부터, p1에서 p2로 내연기관(11)에서 내부에 발생한 토크 Mth-int의 곡선은 발전기의 토크 Mth-gen의 곡선 위에 놓인다. 즉 p1과 p2 사이에서 토크 Mth-int는 토크 Mth-gen보다 항상 더 크다.
곡선 Mth-int에 따르면, 내연기관(11)의 발생 토크는 회전함에 따라 연속적으로 증가하고, 회전 속도가 증가함에 따라 발전기 토크 Mth-gen은 처음에는 감소하고 그 후에 증가한다. 여기에서 발생하는 토크 차이는, 내연기관의 작동 상태가 바뀌는 동안 최적 작동 상태를 만들 정도로, 내연기관/발전기 유닛(14)의 회전 속도를 직선 증가시키는데 사용된다.
t2에서 내연기관(11)은 목표 작동점 p2에 도달한다. 여기에서 엔진은 다시 동력 평형 상태를 이룬다. 즉 Pth-int와 Pth-gen은 동일한 값을 가진다.
Pth-gen으로 나타낸 곡선은 내연기관(11)에서 발전기(13)로 전달되는 동력과 일치한다. 내연 장치에 의해 내부에 발생된 동력 Pth-int은 t1과 t2 사이에서 전달된 동력보다 더 크기 때문에 내연기관(11)은 가속된다.
0.5초의 지연은 거의 인지될 수 없기 때문에 차량은 운전자의 지시에 즉시 따라서는 안된다. 이 시간 간격은 최적 작동 상태를 설정하기 위해, 즉 추가 동력 전달을 해야 하는 배터리(20)없이 내연기관(11)의 작동점을 옮기기 위해 미리 사용될 수 있다. 이것은 배터리의 점진적인 사용을 허용하는데, 이것은 배터리의 유효수명을 증가시킨다. 명료성을 위해, 전술한 지연 현상은 도 2a, 3a와 4a에서 생략된다.
하기에서는, 도 4a와 4b에 나타낸 제 3 작동 실시예 뿐만 아니라, 도 3a와 3b에 나타낸 제 2 작동 실시예에 대하여, 제 1 실시예와 이에 대응하는 도2a와 도 2b에 대한 차이점만 다루었다.
도 2a와는 달리, 도 3a에 나타낸 예시에서는 발전기(13)로 전달된 동력 Pth-gen이 초기에 감소하지 않고 단조 증가한다. 이 경우에도, 배터리(20)의 에너지 전달은 내연기관의 작동 상태에 유리한 변화를 일으킬 수 있다.
도 3b에 따르면, 내연기관(11)에 의해 발생된 토크 Mth-int와 대응하는 동력 Pth-int는, 가솔린 엔진의 스로틀 밸브를 열어줌으로써 초기에 빠르게 증가할 수 있다. 그 후에 동력 증가에 따라, 회전 속도는 연속적으로 증가되고 토크 Mth-int와 동력 Pth-int는 감소된다. 즉 스로틀 밸브의 개봉은 다시 감소된다.
도 4a와 4b는 제 3 작동 실시예를 나타내는데 상기 두 실시예와는 달리 내연기관의 동력이 감소되는 경우도 다루어진다.
도 4a는, 가스 페달의 갑작스런 분리로 요구되는, 시간 t1 이후에 구동륜에 작용하는 동력 Pmel의 급격한 감소를 나타낸다.
배터리(20)의 직접 적용에 의하여, 유해한 가동을 일으킬 수 있는, 기울기가 급하게 감소하는 곡선 Pmel을 따라 내연기관(11)에 의해 발생된 동력 Pth-int 대신에, 최적 상태로 완만하게 감소하는 동력 곡선 Pth-int가 제공될 수 있다. 동력 감소가 실제로 발생하여서, 상기 실시예와 비슷하게, 내연기관(11)의 동력 평형은 단시간동안 상승되어야 하는데, 내연기관(11)에 의해 전달되거나 발전기(13)에 의해 흡수되는 동력 Pth-gen의 곡선은 내부에 발생된 동력 Pth-int 곡선 위에 놓인다.
도 4a의 배터리 동력 Pbat의 곡선에 따르면, 배터리(20)는 Pmel과 Pth-gen의 차이에 해당하는 과다 발생된 동력을 위한 수집 저장 장치로서 사용된다. 또 제 3 실시예에서 t1 이전에 t2를 경과한 후에 배터리(20)의 연속 작용이 이루어지므로, 이것은 방전 상태에서 충전 상태로 빠르게 전환한다.
배터리(20)가 최대 허용 충전 전류를 초과해야 할 정도로 전동력이 초과 발생한다면, 흡수될 수 없는 동력의 성분은 추가 제공되는 저항에 의해 제거된다.
따라서 본 발명에 따른 방법은, 구동 동력을 감소시키면서 내연기관(11)의 최적 작동 상태를 허용한다.
또 상기 세 실시예에서, 배터리(20)의 연속 작용이 가정되므로 t1에 도달하기 전에 t2를 경과한 후에 곡선 Pmel과 Pth-gen은 겹쳐지지 않는다. t1에 도달하기 전과 t2를 경과한 후에 배터리(20)는 어떤 에너지도 전달하지 않는다. 즉 그것은 일정 부하 에너지원으로서 작용하거나, 발전기(13)에 의해 충전될 수 있다. 항상 선택된 작동점에서 내연기관을 작동시키도록 내연기관(11)의 동력을 증감하는 동안 배터리(20)는 에너지를 전달하거나 흡수한다.
하기에서는, 배터리의 적용이 좀더 세밀하게 설명된다. 도 2a에서, 배터리는 대응하는 동력 대체원에 제공하므로, t1과 t2 사이에서 동력 곡선 Pth-gen이 감소할 수 있다는 것을 분명히 알 수 있다. 나타낸 실시예에서, t1 이전에 배터리는 방전 상태로 되어 있으므로 t1과 t2 사이에서 상당한 양의 에너지가 전달되어야 한다.
또다른 배터리의 작동 방법도 고려할 수 있다. 예를 들어 t1에 도달하기 전에 t2를 경과한 후에 배터리의 충전이 상승될 수 있다. 그 사이의 시간 동안 보다 낮은 정도로 충전이 이루어질 수 있다. 또, 방전 모드로 전환될 수 있다.
즉 도 2a, 3a, 4a에 따른 형태이라면, 배터리 동력 Pbat의 그래프는 수직으로 이동할 수 있다는 것을 의미한다.
이것은 내연기관의 회전 속도 또는 동력이 감소하는 경우에 동일하게 적용할 수 있다.
제 3 실시예를 도 4a에 나타내었다. t1 이전에 배터리는 이미 방전 상태이므로, t1과 t2 사이에서 에너지의 전달이 이에 따라 감소되어야 한다. 도 4a에 나타낸 정도로 감소가 이루어지므로 그것은 빠르게 충전 상태로 옮길 수 있어야 한다.
t1에 도달할 때까지 배터리는 많이 충전되고 t1과 t2 사이에서 보다 현저한 충전 현상이 일어나므로 내연기관에 의해 전달된 동력 Pth-gen 흐름은 작동을 유리하게 한다.
또 내연기관의 회전 속도나 동력이 감소하는 경우에, 배터리 동력 Pbat 그래프는 수직으로 이동할 수 있다.
내연기관의 동력이 가스 페달의 작동값으로 증가하는 것은 유용하다. 예를 들면, 비록 구동 동력에서 10% 또는 30% 정도의 증가가 요구될지라도 내연기관의 동력이 20% 정도 증가할 수 있으므로, 부적합한 작동 영역은 피할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의하여, 정지 상태에서 시동을 거는 동안 또는 차량의 행정 동안 내연기관의 완전한 분리가 이루어질 수 있다.
기본적으로 내연기관의 회전 속도 또는 동력을 조절하는데 여러 가지 가능성이 있다:
첫 번째 가능성은 작동 매개변수를 바꾸고 그 후에 발전기를 순차적으로 변경하는 것인데, 예를 들면 먼저 스로틀 밸브 오우프닝과 발전기 전류를 변화시키고 다시 스로틀 밸브 오우프닝을 바꾸는 것이다.
다른 가능성은 내연기관의 작동 매개 변수와 발전기를 동시에 바꾸는 것이다.
또다른 방법은 간단하고 효과적인데, 이것은 내연기관의 회전 속도 또는 동력이 일정 부하로 작용하는 발전기를 통하여서만 제어되는 동안 내연기관의 스로틀 밸브를 완전히 열린 상태로 유지한다. 이 방법으로 스로틀 밸브는 생략될 수 있고 비연속 보호 장치로서 작용하는 단 하나의 스로틀 밸브만 구비될 수 있다.
전술한 대로 본 발명에 따른 방법은, 병렬 하이브리드 차량에도 적합하다. 발전기에서 발생한 전류와 배터리에서 발생한 전류가 더해지는 직렬 하이브리드 차량과 유사하게, 병렬 하이브리드 차량에서는 토크를 통하여 동력이 추가될 수 있다. 내연기관, 클러치, 기어 및 차동 기어로 구성된 기계식 구동 라인을 통하여, 토크는 구동륜에 전달되기도 하고, 배터리에 의해 공급된 전기 모터의 토크가 구동륜에 작용하기도 한다. 도 2a/2b, 3a/3b와 4a/4b에 나타낸 방법은 병렬 하이브리드 차량 또는 조합형에 적용될 수 있다.
본원에서 나타내지 않은 병렬 하이브리드 차량의 내연기관의 회전 속도 또는 동력이 감소하는 경우에, 구동 모터는 발전기로서 작용하고 내연기관에 의해 발생된 과다 동력을 회수하여서 이것을 배터리로 전달한다.
공칭 동력과 실제 동력 또는 공칭 회전 속도와 실제 회전 속도 사이에 상당한 차이가 존재할 때 본 발명에 따른 방법은 특히 유용하다. 아주 미미한 차이가 있을 때에도 본 발명에 따른 방법은 이 차이를 보상할 수 있다. 이것은 배터리의 적용 여부와 적용 방법을 결정하는 차량 관리 유닛이다. 또, 유효 수명에 대하여 배터리의 최적 작동 및 충전 상태가 고려된다.
최적 작동 상태를 유지하기 위하여, 동력 변화가 없는 경우에 내연기관의 작동점을 옮기기 위해 전기 에너지 저장 장치를 적용하는 것은 유용하다. 내연기관의 짧은 방출동안, 동력은 일정하게 유지하면서, 회전 속도는 증가시키고 토크는 감소시킴으로써, 즉 스로틀 밸브 각도를 감소함으로써, 또는 회전 속도를 감소시키고 토크를 증가시킴으로써, 에너지 소모, 공해 물질 방출, 소음 발생 및 엔진의 보호에 대하여 보다 유리한 작동 상태를 달성할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 내연기관의 일정한 동력과 회전 속도의 변화에 유용하다.
본 발명에 따른 방법은, 동력 및 에너지 소모에 대하여 내연기관의 회전 속도, 공해 물질 및 소음의 방출, 엔진의 보호 및 또다른 요구사항을 최적 상태로 빠르게 바꾸어준다.

Claims (8)

  1. 기계적 연결선(18)을 통하여 전달되는 동력(Pmel)의 이동은 지시 사항을 따르고 내연기관(11, Mth) 의 작동 상태가 바뀌는 동안 중간 저장 장치로서 역할을 하는, 전기 에너지 저장 장치(20, Bat)는 동력을 전달하고 흡수하고, 전동력을 전달하기 위한 제 1 전기 기기(17, Mel)와 연결되는 전기 연결선(15, 21, 22)을 가지는 전기 에너지 저장 부품(20, bat)뿐만 아니라, 기동력(Pmel)을 전달하기 위한 적어도 하나의 구동륜(19)을 가지는 적어도 하나의 제 1 전기 기기(17, Mel)로 이루어진 하이브리드 차량 및 기동력(Pth-int)을 발생하는 내연기관(11, Mth)의 작동 상태를 바꾸는 방법에 있어서,
    작동 상태가 바뀌는 동안 내연기관(11, Mth)은 내연기관 특성 곡선에서 한 선택된 작동점을 통하여 안내되고, 상기 작동점은 적어도 하나의 매개 변수, 특히 최소 에너지 소모, 최소 오염 물질 방출, 최소 소음 발생 및 엔진의 최대 보호에 대하여 최적 상태이고 내연기관(11, Mth)에 의해 발생된 동력(Pth-int)의 경로에 특별한 주의를 하지 않으면서, 내연기관(11, Mth)의 회전 속도를 빠르게 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 내연기관(11, Mth)의 회전 속도를 바꾸어 줌으로써 작동 상태를 바꾸어 줄 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 작동 상태를 변경하는 것은 일정한 시간 내에 이루어지고, 이 시간의 초기에는 실제 회전 속도 값을 가지는 실제 작동 상태(p1)가 얻어지고 이 시간의 말기에는 공칭 회전 속도를 가지는 공칭 작동 상태(p2)가 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 내연기관(11, Mth)의 회전 속도를 증가시킴으로써 작동 상태를 바꿀 수 있고 실제 작동 상태(p1)의 시간(t1)과 비교하여 그리고 공칭 작동 상태(p2)와 비교하여 일정 시간동안 전기 에너지 저장 장치(20, Bat)는 좀더 많이 방전되고 좀더 적게 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 내연기관(11, Mth)의 회전 속도를 감소시킴으로써 작동 상태를 바꿀 수 있고 실제 작동 상태(p1)의 시간(t1)과 비교하여 그리고 공칭 작동 상태(p2)와 비교하여 일정 시간동안 전기 에너지 저장 장치(20, Bat)는 좀더 적게 방전되고 좀더 많이 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 상기 청구항에 있어서, 하이브리드 차량은 제 2 전기 기기(13, Gen)로 구성되고 이것은 내연기관(11,Mth)과 연결하는 구동 연결부(12)를 포함하고 발전기로서 작동하고 내연기관(11,Mth)에 의해 전달된 기계식 동력을 전동력으로 변환할 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 방법을 달성하기 위한 직렬 하이브리드 차량.
  7. 상기 청구항에 있어서, 내연기관(11, Mth)은 적어도 하나의 구동륜과 연결하는 기계식 구동 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법을 달성하기 위한 병렬 하이브리드 차량.
  8. 상기 청구항에 있어서, 내연기관(11, Mth)으로서 공기량을 제어할 필요가 없는 가솔린 엔진이 구비되는 것을 특징으로 하는 방법.
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