KR20030083515A

KR20030083515A - 연료전지 상용차량의 보조제동장치

Info

Publication number: KR20030083515A
Application number: KR1020020022226A
Authority: KR
Inventors: 송윤섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-10-30

Abstract

본 발명은 연료전지 상용차량의 보조제동장치에 관한 것으로, 연료전지(10)와 콘트롤러(20)와 구동모터(30)로 이루어진 연료전지 차량의 구동시스템에 있어서, 상기 콘트롤러(20)에 히터(60)를 연결하여, 제동시 구동모터(30)에서 발생된 회생전류를 상기 히터(60)로 전달하여 발열시킴으로써 구동모터(30)에서 지속적인 회생제동작용이 발생할 수 있도록 구성된다.

따라서, 연료전지 상용차량에서도 구동모터(30)의 회생제동작용을 이용한 보조제동장치를 구현할 수 있으므로, 고비용 고중량의 와전류 리타더와 같은 보조제동장치를 사용하지 않을 수 있게 되어 비용절감, 차량중량감소 등의 효과가 있다.

또한, 상기 리타더에 비하여 구동모터의 용량이 크기 때문에 제동성능도 향상되는 장점이 있다.

Description

연료전지 상용차량의 보조제동장치{an auxiliary brake system of fuel cell commercial vehicles}

본 발명은 상용차량의 보조제동장치에 관한 것으로, 특히 연료전지를 사용하는 상용차량의 보조제동장치에 관한 것이다.

일반적으로 상용차량은 많은 승객이 탑승하거나 화물이 적재된 상태에서 주행하는 경우가 많아 풋브레이크에 큰 부담이 가해진다. 특히 긴 언덕길을 내려올때와 같이 제동조건이 가혹한 경우에는 마찰재의 마모가 촉진되어 수명이 단축될 뿐만 아니라, 베이퍼록이나 페이드현상에 의해 충분한 제동력을 확보할 수 없어서 안전한 주행을 보장할 수 없게 된다.

따라서, 상용차량에는 제 3의 브레이크인 감속 브레이크가 설치되어 주행중 주브레이크(풋브레이크)의 제동작용을 보조하도록 하고 있으며, 보조 브레이크로서는 엔진 브레이크, 배기 브레이크, 와전류 리타더 등을 사용하고 있다.

한편, 전력을 공급받아 구동되는 모터에 의해 주행하는 전동모터 차량의 경우에는 엔진이 존재치 않으므로 보조 브레이크로서 엔진 브레이크나 배기 브레이크는 사용할 수 없다.

또한, 상기 와전류 리타더는 무게가 매우 무겁고, 제작·설치에 고비용이 소요되는 단점이 있었다.

따라서, 전동모터 차량 중 충전지(battery)를 사용하는 전기자동차에서는 구동모터의 회생제동(regenerative braking)작용을 이용하여 주브레이크의 제동력을 보조하도록 하였다.

상기 전기자동차는 도 1에 도시된 바와 같이, 충전지(10')의 전력을 콘트롤러(20)를 통해 구동모터(30)에 공급함으로써 구동모터(30)가 작동하여 차량이 주행할 수 있도록 되어 있으며, 제동시에는 상기 콘트롤러(20)에 의해 충전지(10')로부터의 전력공급을 중단하고 역으로 구동모터(30)에서 발생한 전력을 충전지(10')로 공급하도록 되어 있다.(콘트롤러(20)의 제동 판단은 가속페달 포지션센서(40)와 브레이크페달 포지션센서(50)를 통해 이루어진다.)

즉, 제동시 상기 구동모터(30)는 주행관성에 의해 회전되어 전력을 발생하는 발전기로서 작용하고, 이 발생 전력은 상기 충전지(10')를 충전시키는데 소모되므로 이 소모량만큼 차량의 운동에너지가 전기에너지로 전환됨으로써 감속작용이 일어나도록 된 것이다.

한편, 전기자동차의 성능(1회 충전에 의한 주행거리)을 만족할 만한 수준으로 끌어 올리기 위한 최대 관건인 충전지 기술의 발전이 지연되면서, 최근에는 수소(수소 직접 주입방식과 휘발유나 메탄올을 연료로 주입한뒤 이로부터 수소를 추출하여 공급하는 방식이 있다.)와 대기중의 산소를 반응시켜 전기를 발생(동시에 수증기가 발생한다. 이는 물의 전기분해의 역작용을 이용하는 것이다.)시키는 연료전지(fuel cell)를 사용하여 구동모터를 작동시키는 연료전지 차량이 주목을 끌고 있다.

그러나, 상기 연료전지 차량은 충전지(10')가 없어서 제동시 구동모터(30)에서 발생한 전력을 소모할 수 없으므로 상기 전기자동차에서와 같은 회생제동작용을 구현할 수 없다는 문제점이 있었다.(단, 보조 동력원으로서 충전지를 갖춘 하이브리드 연료전지차량에는 적용가능하나, 이 경우에도 충전지가 만(滿)충전된 경우에는 발생전력을 소모할 수 없으므로 보조제동력이 발생하지 않게 되는 문제점이 있다.)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연료전지에 의해 전동모터를 작동시키는 방식의 상용차량에서도 회생제동작용에 의한 보조 제동이 가능하도록 된 연료전지 상용차량의 보조제동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 회생제동이 가능한 전기자동차의 구성도,

도 2는 본 발명에 따라 회생제동이 가능한 연료전지 차량의 구성도,

도 3은 본 발명의 작동순서도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 연료전지,20 : 콘트롤러,

30 : 구동모터,40 : 가속페달 포지션센서,

50 : 브레이크페달 포지션 센서,60 : 히터,

70 : 냉각수관.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전력을 발생시키는 연료전지와, 이 연료전지에서 발생된 전력을 구동모터로 공급하는 콘트롤러와, 이 콘트롤러로부터 전력을 공급받아 구동력을 발생시키는 구동모터 및 가속페달과 브레이크페달의 조작상태를 검출하는 가속페달 포지션센서와 브레이크페달 포지션센서를 갖춘 연료전지 상용차량에 있어서, 상기 콘트롤러는 가속페달 포지션센서에서 검출된 가속페달 각도가 0이고 브레이크페달 포지션센서에서 검출된 브레이크페달 각도가 0이 아닐 때 상기 구동모터에서 발생된 회생전류를 자신에 연결되어 있는 히터에 공급하도록 된 것을 특징으로 한다.

따라서, 구동모터에서 발생된 회생전류가 히터에서 열로 전환되면서 소모되므로 구동모터의 지속적 발전이 가능하여 회생제동작용이 일어날 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 회생제동이 가능한 연료전지 차량의 구성도로서, 본 발명은 연료전지(10)와 콘트롤러(20)와 구동모터(30)를 포함하여 이루어진 연료전지 상용차량의 구동시스템에 있어서, 상기 콘트롤러(20)에 히터(60 ; 전류가 흐를 때 저항에 의해 발열한다.)가 연결된 것을 특징으로 하며, 또한 상기 콘트롤러(20)에는 제동상황을 판단할 수 있도록 가속페달 포지션센서(40)와 브레이크페달 포지션센서(50)가 연결된다.

차량이 정상적으로 주행할 때 상기 콘트롤러(20)는 연료전지(10)의 직류전류를 3상 전류로 변환하여 구동모터(30)에 전달하여 구동모터(30)를 작동시킨다.

또한, 콘트롤러(20)에는 상기 가속페달 포지션센서(40)와 브레이크페달 포지션센서(50)로부터 상시 가속페달 각도(작동각도를 의미함)와 브레이크페달 각도의 검출값이 입력되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 가속페달 각도가 0이면서 브레이크페달 각도가 0이 아니면 제동상태로 판단하고 구동모터(30)와 상기 히터(60)를 전기적으로 연결시킨다.

이때 구동모터(30)에서 발생된 회생전류(3상교류)는 콘트롤러(20)에 의해 직류로 전환되어 히터(60)로 전달되며, 이에 히터(60)가 발열함으로써 회생전류가 지속적으로 소모되고, 이에 따라 구동모터(30)에서는 지속적인 회생제동작용이 이루어진다.

또한, 이때 상기 콘트롤러(20)에는 브레이크페달 작동각도에 따른 구동모터(30)의 회생제동량이 맵핑되어 있어서, 브레이크페달 각도 즉, 브레이크페달 작동량에 따라 구동모터(30)의 발전량을 제어하는데, 발전량의 제어는 구동모터(30)의 로터 코일에 공급되는 여자 전류의 세기를 조절함으로써 이루어진다.

즉, 본 발명에서 상기 콘트롤러(20)는 연료전지(10)의 직류를 구동모터(30)에 필요한 교류로 변환하는 인버터 기능과, 제동시 구동모터(30)에서 발전된 교류를 히터(60)에 공급하기 위해 직류로 변환하는 컨버터 기능과, 가속페달 각도와 브레이크페달 각도에 의해 제동상태임을 판단하고 회로를 구동모터(30)로의 전력공급상태에서 구동모터(30)의 회생제동상태로 변환하며 브레이크페달 작동량에 따라 구동모터(30)의 회생제동량(즉, 발전량)을 제어하는 전자제어유니트 기능을 모두 수행한다.

한편, 상기 히터(60)는 연료전지 냉각용 냉각수관(70)의 라디에이터 이전부분에 내장되어 냉각되고, 히터(60)로부터 방출된 열은 연료전지(10)의 방출열과 함께 라디에이터에서 대기중으로 방출된다.

통상 연료전지 냉각시스템의 냉각용량은 구동모터의 최대 발전량보다 크고, 더욱이 제동시에는 연료전지의 출력이 아이들상태이므로 상기 히터(60)가 연료전지(10)의 냉각시스템을 공유하는데는 아무런 문제가 발생하지 않는다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연료전지를 사용하는 상용차량에서도 구동모터의 회생제동작용을 이용한 보조제동장치를 구현할 수 있게 되는 효과가 있다.

따라서, 와전류 리타더와 같이 생산과 설치에 비용이 많이 들고, 차량의 중량을 증가시키는 보조제동장치를 사용할 필요가 없게 되므로 비용절감과 차량의 하중 감소에 효과가 있으며, 또한 와전류 리타더에 비하여 구동모터가 대용량이므로 제동성능도 향상되는 효과가 있다.

Claims

전력을 발생시키는 연료전지(10)와, 이 연료전지(10)에서 발생된 전력을 구동모터(30)로 공급하는 콘트롤러(20)와, 이 콘트롤러(20)로부터 전력을 공급받아 구동력을 발생시키는 상기 구동모터(30) 및 가속페달과 브레이크페달의 조작상태를 검출하는 가속페달 포지션센서(40)와 브레이크페달 포지션센서(50)를 갖춘 연료전지 상용차량에 있어서,

상기 콘트롤러(20)는 가속페달 포지션센서(40)에서 검출된 가속페달 각도가 0이고 브레이크페달 포지션센서(50)에서 검출된 브레이크페달 각도가 0이 아닐 때 상기 구동모터(30)에서 발생된 회생전류를 자신에 연결되어 있는 히터(60)에 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 상용차량의 보조제동장치.
제 1항에 있어서, 상기 콘트롤러(20)는 상기 브레이크페달 포지션센서(50)에서 검출된 브레이크페달 각도에 비례하여 상기 구동모터(30)의 발전량을 조절하도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 상용차량의 보조제동장치.
제 1항에 있어서, 상기 히터(60)는 상기 연료전지(10)를 냉각시키는 냉각수에 의해 냉각되도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 상용차량의 보조제동장치.