KR20030088944A - 전기자동차용 변속충격 완화장치 및 그 제어방법 - Google Patents

전기자동차용 변속충격 완화장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

전기자동차용 변속충격 완화장치 및 그 제어방법이 개시된다. 개시된 전기자동차용 변속충격 완화장치는, 연료전지 전기자동차에 구비된 2속 변속기와; 상기 변속기의 연결 설치되어 구동력을 제공하는 구동모터와; 상기 구동모터와 직렬로 연결 설치되어 상기 구동모터를 유압으로 구속시키도록 하는 제동장치와; 상기 구동모터와 상기 제동장치를 제어하는 제어기와; 상기 제동장치의 유압의 세기를 제어하는 전자제어 유압밸브;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연료전지 스택에 역전류에 의한 손상을 막으면서 변속시 발생하는 변속충격을 효과적으로 완화시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

전기자동차용 변속충격 완화장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR DECREASING SHIFT SHOCK FOR ELECTRIC VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 전기자동차용 변속충격 완화장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 스택(stack)에 역전류에 의한 손상을 막으면서 변속시 발생하는 2속 변속기의 변속충격이 완화되도록 하기 위한 전기자동차용 변속충격 완화장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차는 충전식 전지를 구비하고 있어 외부로부터 전기 에너지를 공급받고, 이렇게 공급받은 전기 에너지를 서서히 방전시킴으로써 차륜과 결합된 모터를 구동시켜 기계적 에너지인 동력을 얻는다. 즉, 전기자동차에서는 대용량의 축전지로부터 공급되는 직류전원을 인버터에 공급하여 이를 가변주파수를 갖는 교류전원으로 변환하여 모터를 구동시키게 된다.
이러한 전기자동차의 모터 감속시의 전기 시스템의 구조가 도 1에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 이는 배터리(11)를 에너지원으로 하는 전기자동차의 전기적 구조로, 전기자동차의 동력성능 향상을 위하여 1단 감속기 대신에 2단 감속기를 사용하는 경우가 있다. 1단 감속기 대신에 2단 감속기를 사용하는 경우에는 등판성능 및 가속성능, 최소속도에 있어서 우수한 성능을 발휘하기 위해서는 1,2단 사이의 변속비가 커지는 경향이 있다. 각 단별 변속비가 커지면 커질수록 변속시 발생되는 충격은 더 커질 수밖에 없다. 도 1에서 참조부호 12는 메인 컨텍터(main contactor)이다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 변속충격을 완화시키기 위하여 변속시 모터의 속도를 변속전의 속도보다 높아지도록 한다. 또한 토크 명령을 높일 경우, 배터리(11) 전류는 변속전 보다 많이 소비하게 되고, 1속에서 2속으로 변속시에는 역 토크 명령을 출력하여 모터의 속도가 변속전의 속도보다 낮아지도록 한다.
이 경우에는 모터의 속도방향과 토크 명령의 방향이 달라져서 모터가 회생 에너지를 발생시키며, 이렇게 발생된 전류는 배터리(11)를 충전시키는데 사용되어진다.
그런데, 연료전지 자동차에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이 연료전지는 배터리(11)와 성질이 달라서 연료전지로 역전류가 흘러 들어갈 경우, 연료전지 스택에 심각한 손상을 주게 된다.
따라서 도 3과 같이 적용된 변속충격완화 방법을 연료전지 전기자동차에 사용할 경우에는 변속시 발생된 역전류로 인해 연료전지 스택에 손상을 주게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 연료전지 스택에 역전류에 의한 손상을 막으면서 변속시 발생하는 변속충격이 완화되도록 한 전기자동차용 변속충격 완화장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 전기자동차의 전기시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.
도 2는 전기자동차의 전기시스템의 제어 타이밍 도면.
도 3은 종래의 기술에 따른 전기자동차의 전기시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.
도 6은 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격의 의 제어 타이밍 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20. 변속기
30. 구동모터
40. 모터제동장치
50. 제어기
60. 전자제어 유압밸브
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 변속충격 완화장치는, 연료전지 전기자동차에 구비된 2속 변속기와; 상기 변속기의 연결 설치되어 구동력을 제공하는 구동모터와; 상기 구동모터와 직렬로 연결 설치되어 상기 구동모터를 유압으로 구속시키도록 하는 제동장치와; 상기 구동모터와 상기 제동장치를 제어하는 제어기와; 상기 제동장치의 유압의 세기를 제어하는 전자제어 유압밸브;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법은, 연료전지가 구비된 전기자동차의 변속충격을 완화하기 위한 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법에 있어서, (a) 상기 전기자동차용 클러치가 작동되고 있는지 그 여부를 판단하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서, 상기 클러치가 작동하고 있는 경우, 상기 전기자동차의 변속기가 1단에서 2단으로의 변속이 이루어지고 있는지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 제동력의 증가 명령을 내리는 단계와; (d) 상기 변속기를 구동하는 구동모터의 속도가 차속을 변속비로 나눈 값과 같은지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, 출력 제동력의 정지 명령을 내리는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4에는 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격 완화장치를 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격 완화장치는, 연료전지 전기자동차에 구비된 2속 변속기(20)와, 이 2속 변속기(20)에 연결 설치되어 구동력을 제공하는 구동모터(30)와, 이 구동모터(30)와 직렬로 연결 설치되어 구동모터(30)를 유압으로 구속시키도록 하는 모터제동장치(40)와, 상기 구동모터(30)와 모터제동장치(40)를 제어하는 제어기(50)와, 상기 모터제동장치(40)의 유압의 세기를 제어하는 전자제어 유압밸브(60)를 포함하여 구성된다.
그리고 본 발명에 따른 장치는 상기 2속 변속기(20)의 변속위치를 검출하는 변속위치 검출기(71)와, 2속 변속기(20)의 구동을 단속하는 클러치(72)가 각각 구비되어 있고, 상기 변속위치 검출기(71)는 제어기(50)에 변속 검출신호를 보내고, 상기 클러치(72)는 제어기(50)에 클러치(72) 온(on)/오프(off) 신호를 보내도록 이루어진다.
한편, 도 4에서 설명되지 않은 참조부호 73은 구동모터(30)에 공급되는 전원을 변환하기 위한 예컨대 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터(inverter)이고, 참조부호 74는 유압을 모터제동장치(40)에 공급하는 유압펌프이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격 완화장치의 제어방법을 설명하기로 한다.
도 5에는 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 플로차트가 개략적으로 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법은, 우선, 연료전지가 구비된 전기자동차의 클러치(72)가 작동(on)되고 있는지 그 여부를 판단한다.(단계 110)
상기 단계 110에서, 상기 클러치(72)가 작동하고 있는 경우, 전기자동차의 2단 변속기(20)가 1단에서 2단으로의 변속이 이루어지고 있는지 판단한다.(단계 120)
상기 단계 120에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 1단에서 2단으로의 변속이 이루어지는 경우, 제동력이 증가되도록 하는 명령을 내린다.(단계 130)
이어서, 2속 변속기(20)를 구동하는 구동모터(30)의 속도가 차속을 변속비로 나눈 값과 같은지 판단한다.(단계 140)
상기 단계 140에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 구동모터(30)의 속도 = 차속/변속비의 관계가 성립하는 경우 출력 제동력이 정지되도록 하는 명령을 내린다.(단계 150)
그리고 상기 단계 140에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 단계 130을 재 수행토록 한다.
한편, 상기 단계 120에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 2속 변속기(20)가 2단에서 1단으로 변속하는지 판단한다.(단계 210)
상기 단계 210에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 2속 변속기(20)가 2단에서 1단으로 변속하는 경우, 토크가 증가되도록 하는 명령을 내린다.(단계 220)
이어서, 상기 구동모터(30)의 속도가 차속과 변속비를 곱한 값과 같은지 판단한다.(단계 230)
상기 단계 230에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 구동모터(30)의 속도= 차속 X 변속비라는 관계식이 성립하면 출력 토크가 정지되도록 하는 명령을 내린다.(단계 240)
한편, 상기 단계 230에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 단계 220을 재 수행토록 한다.
그리고 상기 단계 110 및 210에서의 조건을 만족하지 못하는 경우 처음부터 로직을 재 수행한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 상기 모터제동장치(40)를 이용하여 구동모터(30)의 축을 유압으로 구속시킴으로써 구동모터(30)의 속도를 줄일 수 있도록 한 것이고, 이때 유압의 세기는 전자제어 유압밸브(60)로 제어된다.
도 6에는 연료전지 전기자동차용 변속충격을 완화하기 위한 타이밍도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 전기자동차의 2단 변속기(20)가 2단에서 1단으로 변속시 구동모터(30)의 속도를 증가시키기 위해 기존의 방식과 마찬가지로 구동모터(30)의 토크를 ①만큼 증가시켜서 변속비를 고려한 차속과 같아지도록 함으로써 변속충격을 줄일 수 있다.
그리고 2단 변속기(20)가 1단에서 2단으로의 변속시 구동모터(30)의 속도를 감소시키기 위하여 유압으로 제어되는 모터제동장치(40)를 이용하여 구동모터(30)를 구속시킴으로써 구동모터(30)의 속도를 줄이도록 하였다.
상기 구동모터(30)의 속도를 변속비를 고려한 차속과 같아지도록 토크 명령은 0으로 전달하고, 제동 명령을 ③만큼 전자제어 유압밸브(60)에 전달한다.
상기 전자제어 유압밸브(60)의 압력에 의해 구동모터(30)는 구속되어지고,속도가 줄어들게 되어 변속충격을 줄일 수 있다.
이런 방식으로 구동모터(30)의 속도를 줄이면 회생 에너지가 발생하지 않아서 연료전지 스택으로의 역전류를 발생시키지 않아, 연료전지 스택에 손상을 주지 않게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차용 변속충격 완화장치 및 그 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
연료전지 스택에 역전류에 의한 손상을 막으면서 변속시 발생하는 변속충격을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
그리고 이렇게 변속시 발생되는 변속충격을 완화시켜 승차감을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 연료전지 전기자동차에 구비된 2속 변속기와;
    상기 변속기의 연결 설치되어 구동력을 제공하는 구동모터와;
    상기 구동모터와 직렬로 연결 설치되어 상기 구동모터를 유압으로 구속시키도록 하는 제동장치와;
    상기 구동모터와 상기 제동장치를 제어하는 제어기와;
    상기 제동장치의 유압의 세기를 제어하는 전자제어 유압밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속충격 완화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변속기의 변속위치를 검출하는 검출기와, 상기 변속기의 구동을 단속하는 클러치가 각각 구비되어 있고, 상기 검출기는 상기 제어기에 변속 검출신호를 보내고, 상기 클러치는 상기 제어기에 클러치 온/오프 신호를 보내도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속충격 완화장치.
  3. 연료전지가 구비된 전기자동차의 변속충격을 완화하기 위한 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 전기자동차용 클러치가 작동되고 있는지 그 여부를 판단하는 단계와;
    (b) 상기 단계 (a)에서, 상기 클러치가 작동하고 있는 경우, 상기 전기자동차의 변속기가 1단에서 2단으로의 변속이 이루어지고 있는지 판단하는 단계와;
    (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 제동력의 증가 명령을 내리는 단계와;
    (d) 상기 변속기를 구동하는 구동모터의 속도가 차속을 변속비로 나눈 값과 같은지 판단하는 단계와;
    (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, 출력 제동력의 정지 명령을 내리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 단계 (c)를 재 수행토록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법.
  5. 제3항에 있어서,
    (f) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 변속기가 2단에서 1단으로 변속하는지 판단하는 단계와;
    (g) 상기 단계 (f)에서의 조건을 만족하는 경우, 토크 증가의 명령을 내리는 단계와;
    (h) 상기 구동모터의 속도가 차속과 변속비를 곱한 값과 같은지 판단하는 단계와;
    (i) 상기 단계 (h)에서의 조건을 만족하는 경우, 출력 토크 정지 명령을 내리는 단계;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계 (h)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 상기 단계 (g)를 재 수행토록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 변속충격 완화장치 제어방법.
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