KR19990017612A - 하이브리드 자동차용 보조전력장치의 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기의 출력 전압 및 전류를 제어하기 위한 제어수단이 마련된 하이브리드 자동차의 보조전력장치의 제어시스템에 관한 것이다.

본 발명은 연료를 공급받아 동력에너지를 발생시키는 엔진, 상기 엔진에서 발생된 동력에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 발전기, 상기 발전기의 출력을 제어하기 위한 제어기, 상기 제어기에 의하여 제어된 상기 발전기의 출력을 공급받아 구동되는 차륜구동수단, 상기 차륜구동수단에 공급되고 남은 전기에너지를 충전하고 이를 다시 필요에 따라 방전하는 배터리로 이루어진 하이브리드 전기자동차의 보조전력장치의 제어시스템에 있어서, 상기 제어기는 상기 차륜구동수단에서 필요로하는 전력값에 따라 상기 발전기에서 출력되는 전력의 전압치 및 전류치를 동시에 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 자동차용 보조전력장치의 제어시스템

본 발명은 하이브리드 자동차의 보조전력장치의 제어시스템에 관한 것으로, 특히 발전기의 출력 전압 및 전류를 제어하기 위한 제어수단이 마련된 하이브리드 자동차의 보조전력장치의 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드(Hybrid) 자동차는 전기자동차의 실용화보급에 최대의 과제인 주행성능, 항속거리 등 동력성능을 보완할 목적으로 내연기관을 탑재하여 이를 발전용 혹은 동력발생용으로 이용하는 것을 지칭하며, 발전용의 경우 발생된 전력을 제어하기 위한 제어기술이 큰 비중을 차지하고 있다.

즉, 도 1은 종래 하이브리드 자동차의 보조전력장치의 제어시스템을 도시한 것으로, 내연기관인 엔진(1), 상기 엔진(1)과 기계적으로 직결되어 엔진(1)의 동력을 전기에너지로 변환시키는 발전기(2), 상기 발전기(2)에서 발생된 교류전원을 정류시켜 일정크기의 전원으로 유지시키는 전압조정기(3), 상기 전압조정기(3)에서 공급된 전기에너지를 공급받아 차륜구동수단을 구동시키기 위한 전동기(4), 그리고 상기 발전기(2)에서 발생된 전기에너지중 여분의 전기에너지를 저장하였다가 다시 방전시켜 사용할 수 있는 배터리(5) 등으로 구성된다.

그러나 종래 하이브리드 자동차의 보조전력장치의 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 부하인 전동기에 걸리는 부하량의 가변에 따라 발전기의 출력이 영향을 받게 되는데, 이때 발전기의 출력을 정전압으로 유지시키기 위하여 전압제어만을 수행하므로서 발전기의 출력을 인위적으로 줄이는 결과를 가져와 전력제어가 효과적이지 못했다. 또한, 정전압만을 유지하여 배터리에 충전전류를 공급하므로서 배터리의 실제적인 충전전하량과는 무관하게 단지 배터리의 전압치에 따라 충전을 수행하므로서 충전효율을 높이는데 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 발전기에서 출력되는 전력의 전압성분 및 전류성분을 제어하므로서 발전기의 출력을 효율적으로 제어하며, 또한 급격한 전력변환을 방지할 수 있는 하이브리드 전기자동차의 보조전력장치의 제어시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 하이브리드 자동차의 보조전력장치의 제어시스템,

도 2는 본 발명에 하이브리드 자동차의 보조전력장치의 제어시스템.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 :엔진 12 :발전기

13 :션트저항 14 :전동기

15 :제어기 16 :배터리

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 연료를 공급받아 동력에너지를 발생시키는 엔진, 상기 엔진에서 발생된 동력에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 발전기, 상기 발전기의 출력을 제어하기 위한 제어기, 상기 제어기에 의하여 제어된 상기 발전기의 출력을 공급받아 구동되는 차륜구동수단, 상기 차륜구동수단에 공급되고 남은 전기에너지를 충전하고 이를 다시 필요에 따라 방전하는 배터리로 이루어진 하이브리드 전기자동차의 보조전력장치의 제어시스템에 있어서, 상기 제어기는 상기 차륜구동수단에서 필요로하는 전력값에 따라 상기 발전기에서 출력되는 전력의 전압치 및 전류치를 동시에 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 보조전력장치의 제어시스템의 블록도로서, 그 구성은 내연기관인 엔진(11), 이 엔진(11)과 기계적으로 직결되며 엔진(11)의 기계적인 동력에너지를 전기적인 에너지로 변환시키기 위한 발전기(12), 발전기(12)의 정격출력을 제어하기 위한 제어기(15), 제어기(15)로부터 제어된 전원을 공급받아 차륜구동수단을 구동시키기 위한 전동기(14), 발전기(12)를 통하여 발전기(12)에서 발생된 전기에너지중 여분의 전기에너지를 저장하였다가 다시 방전시켜 필요한 전기에너지를 공급하기 위한 배터리(16)로 이루어진다.

전술한 구성부중 엔진(11)은, 현재 사용중인 가솔린 자동차의 내연기관과 동일한 개념으로 제작된 것으로 하이브리드 방식의 전기자동차에 탑재하기 위하여 최적 알피엠(rpm), 토크를 고려하여 제작함이 필요하다. 또한, 순간적인 부하변동을 억제한 정속주행 제어로 현재의 가솔린 자동차의 배기가스보다 더 청정한 배기가스를 배출하기 때문에 저공해 자동차로서의 잇점을 구비하고 있다.

그리고 발전기(12)는, 영구자석형 발전기(12)로서 그 대략적인 구조는 발전기 고정자의 소정위치에 고정되어 설치된 전지자 코일, 상기 전기자 코일과 소정간격 이격되어 회전가능토록 설치된 영구자석을 취부한 회전자로 설명할 수 있다. 이러한 구조에서 영구자석 회전자가 회전하게 되면 상기 전기자 코일과 상기 영구자석 회전자 사이에 플레밍의 오른손 법칙에 의한 기전력이 유기된다.

그리고 제어기(15)는 부하 즉, 전동기(14) 및 배터리(16)의 입력전력 사양을 고려하여 발전기(12)의 정격출력을 제어한다. 이를 위하여 발전기(12)의 출력단에 션트저항을 두어 발전기(12)로부터의 출력전류를 감지하고, 또한 전압분배방식을 통한 배터리(16)의 전압을 감지한다. 그리고 감지된 전류 및 전압값에 따라 배터리(16) 및 부하에 일정한 크기의 전력공급을 수행한다. 이때 공급되는 전력은 발전기를 최대효율로 운전시켰을 때 발생된 전력이다.

그리고 차륜구동수단인 전동기(14)는 여러방식이 사용되고 있으며 크게 나누어 직류모터와 교류모터, 그리고 영구자석식 브러쉬리스모터를 들 수 있다. 이 영구자석식 브러쉬리스모터는 모터에 보자력이 높은 히토류자석을 사용하여 인버터에 의해 회전자장을 만들어 회전시키는 것으로 브러쉬가 없기 때문에 회전수의 상한이 높다. 또한 보자력이 높기 때문에 전기, 힘 변환효율도 높다.

그리고 배터리(16)는 발전기(12)에서 발생된 여분의 전류를 충전하고 필요시 방전하게되는데 이는 저전압 용량의 다수개의 배터리(16)를 직렬연결시켜 사용하고 있다.

이 하, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 보조전력장치의 제어시스템의 동작을 전술한 구성부를 참조하여 설명하고자 한다.

먼저, 하이브리드 전기자동차는 배터리(16)가 충전된 상태에서 차량의 운행이 개시되면, 배터리(16)의 방전에 의하여 부하에 전원이 공급된다. 이 후, 배터리(16)의 잔존용량의 상태가 차량의 운행에 따라 계속적으로 방전되어 미리 설정된 소정의 하한치에 이르기 까지는 내연기관인 엔진은 작동되지 않고, 배터리(16)에 의한 순수한 전기적인 에너지에 의해 운행되게 된다. 그리고 계속적인 운행으로 배터리(16)의 잔존용량이 미리 설정된 소정의 하한치에 도달하면 자동으로 내연기관인 엔진이 점화되어 발전기(12)의 구동을 통한 전력을 발생시키게 된다.

그리고 엔진이 점화되어 발전기(12)로부터 출력이 있게 되면 제어기(15)는 발전기(12)의 출력단에 마련된 션트저항을 통하여 발전기(12)로부터의 출력전류의 크기를 감지하고, 또한 전압분배방식을 통한 배터리(16)의 전압의 크기를 검출한다. 이때 발전기(12)에서의 출력이 부하에서 필요로하는 전력량보다 더 클 경우 제어기(15)는 배터리(16)에 충전을 실시하고, 배터리(16)의 전압이 상한치를 넘지 않도록 제어한다. 또한, 과부하로 인하여 부하에서 요구하는 전력치가 발전기(12)의 출력치를 상회할 경우 전압제어만으로는 효율적인 전력제어가 되지 못하므로, 제어기(15)는 전압과 전류제어를 통하여 부하에로의 최대효율이 되는 일정크기의 전력을 공급한다. 즉, 전압이 높게 발생한 경우 출력전류를 낮게 제한하여 배터리(16) 및 부하에 공급하며, 전압이 낮게 발생한 경우 출력전류를 높게 제어하여 배터리(16) 및 부하에 공급하며, 부족분은 배터리(16)의 방전에 의하여 충당된다. 즉, 전력=전압*전류의 관계가 있으므로 발전기(12)에서 출력된 전력은 전압, 전류제어를 통하여 최대 효율이 되는 출력으로 유지 될 수 있게 된다.

이상에서 전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전압 및 전류를 동시에 제어하므로서 발전기의 출력을 효율적으로 제어할 수 있으며, 또한 부하의 급격한 변화에 따른 전력변환을 방지하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 연료를 공급받아 동력에너지를 발생시키는 엔진, 상기 엔진에서 발생된 동력에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 발전기, 상기 발전기의 출력을 제어하기 위한 제어기, 상기 제어기에 의하여 제어된 상기 발전기의 출력을 공급받아 구동되는 차륜구동수단, 상기 차륜구동수단에 공급되고 남은 전기에너지를 충전하고 이를 다시 필요에 따라 방전하는 배터리로 이루어진 하이브리드 전기자동차의 보조전력장치의 제어시스템에 있어서, 상기 제어기는 상기 차륜구동수단의 최대효율이 되는 전력을 일정하게 공급키 위해 상기 발전기에서 출력되는 전력의 전압치 및 전류치를 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 보조전력장치의 제어시스템.