KR20050005696A - 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템 및그 방법 - Google Patents

전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템 및그 방법 Download PDF

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Abstract

전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템 및 그 방법이 개시된다. 개시된 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템은, 전기자동차에 설치되어 제동시 발전기로 이용되는 모터와; 상기 모터에 의해 발생되는 회생에너지를 직류 전류로 변환하는 인버터와; 상기 인버터에 의해 상기 직류 전류가 변환된 충전 전류가 충전되는 배터리와; 상기 전기자동차에 냉난방이 제공되도록 히터 및 에어컨 등이 구비된 공조 시스템과; 상기 회생 전류가 상기 충전 전류보다 큰 경우, 상기 히터 및 상기 에어컨을 제어하여 여분의 전류를 상기 공조 시스템에서 소비시키며, 상기 배터리의 정보, 브레이크 값이 입력되고, 히터신호, 에어컨 신호가 출력되게 구비된 차량 제어기;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 브레이크 성능을 향상시킬 수 있고, 승차감을 향상시킬 수 있으며, 부품이 줄어들고, 고가의 브레이크 제어장치 없이 동일한 성능 발휘하므로 원가절감에 기여할 수 있는 이점이 있다.

Description

전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템 및 그 방법 {REGENERATIVE BRAKING SYSTEM USING AIR CONDITIONING SYSTEM IN ELECTRIC VEHICLE AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 브레이크 성능을 향상시키고, 승차감을 증대시키며, 원가절감에 기여하기 위한 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린 엔진 차량에 엔진브레이크가 있듯이 전기자동차에는 회생 제동으로 차량의 속도를 줄일 수 있다. 다만 엔진브레이크는 엔진의 마찰로 차량의 속도를 줄이지만 전기자동차에서는 모터를 발전기로 사용하여 배터리에 에너지를 충전시키면서 속도를 줄일 수 있다.
제동시 모터를 발전기로 사용하게 되면 이 모터는 역토크를 발생시키므로 차량의 구동력을 감쇠시켜서 차량의 속도가 줄게 된다. 이때 발생되는 회생에너지는 인버터를 통해 직류 전류로 변환(배터리 충전 전류)되어 배터리를 충전시킨다. 이는 전기자동차의 장점 중 하나로써 제동시 발생되는 에너지를 마찰로 없애는 대신 배터리로 충전시켜서 주행거리를 증대시킨다.
그런데, 배터리 충전 전류 제한으로 발생되는 회생 제동량 제한은 운전자에게 브레이크 감을 달리 하게 할 수 있다.
전기자동차 회생 제동으로 인해 운전자가 느끼는 감을 가솔린 엔진과 동일한 성능/느낌으로 구현하기 위해서는 회생 제동의 양을 감지하여 유압브레이크의 압력을 증대 혹은 감쇠시키는 장치는 이미 개발 중이나, 유압브레이크의 압력을 조절하는 장치와 회생 제동과 관련된 제어를 위한 브레이크 제어 유니트(BCU; BrakeControl Unit)가 추가적으로 필요하며, 그에 대한 제어가 용이하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 별도의 브레이크 제어장치(BCU)없이 브레이크 성능을 향상시키고, 운전자가 느끼는 브레이크 감을 일정하게 하도록 한 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1. 배터리
2. 인버터
3. 모터
4. 공조 시스템
5. 차량 제어기
6. 히터
7. 에어컨
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템은, 전기자동차에 설치되어 제동시 발전기로 이용되는 모터와; 상기 모터에 의해 발생되는 회생에너지를 직류 전류로 변환하는 인버터와; 상기 인버터에 의해 상기 직류 전류가 변환된 충전 전류가 충전되는 배터리와; 상기 전기자동차에 냉난방이 제공되도록 히터 및 에어컨 등이 구비된 공조 시스템과; 상기 회생 전류가 상기 충전 전류보다 큰 경우, 상기 히터 및 상기 에어컨을 제어하여 여분의 전류를 상기 공조 시스템에서 소비시키며, 상기 배터리의 정보, 브레이크 값이 입력되고, 히터신호, 에어컨 신호가 출력되게 구비된 차량 제어기;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법은, (a) 전기자동차의 브레이크로부터 브레이크값을 읽는 단계와; (b) 상기 브레이크의 유무를 판정하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 브레이크가 있는 경우, 상기 브레이크값을 기초하여 회생 제동량을 결정하는 단계와; (d) 상기 전기자동차의 배터리로부터 받은 배터리 전류 제한값을 읽는 단계와; (e) 상기 회생 제동량에 따른 회생 전류가 배터리 전류 제한값보다 큰지 판정하는 단계와; (f) 상기 단계 (e)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 배터리의 충전 전류 제한값으로 발생된 여분의 전류를 상기 전기자동차의 공조 시스템에서 소비하도록 하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 회로 블록도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템은, 전기자동차에 설치되어 제동시 발전기로 이용되는 모터(3)와, 이 모터(3)에 의해 발생되는 회생에너지를 직류 전류로 변환하는 인버터(2)와, 이 인버터(2)에 의해 직류 전류가 변환된 충전 전류가 충전되는 배터리(1)와, 전기자동차에 냉난방이 제공되도록 히터(6) 및 에어컨(7) 등이 구비된 공조 시스템(4)과, 회생 전류가 충전 전류보다 큰 경우, 히터(6) 및 에어컨(7)을 제어하여 여분의 전류를 상기 공조 시스템(4)에서 소비시키며, 상기 배터리(1)의 정보, 브레이크값이 입력되고, 히터신호와 에어컨 신호가 출력되게 구비된 차량 제어기(5)를 포함하여 구성된다.
도 1에서 설명되지 않은 참조부호 8과 9는 히터스위치 및 에어컨스위치를 나타내 보인 것이다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 시스템은, 추가적인 브레이크 유압 제어 장치를 부가하지 않고 기존 전기자동차 시스템을 이용하여 회생 제동과 관련된 브레이크 성능을 향상시킨다.
전기자동차의 공조 시스템(4)은 가솔린 엔진 차량과는 달리 전기 구동식으로 되어 있으며 실내의 공기 온도 조절을 위해 운전자의 조작에 의해 동작한다.
즉, 본 발명은 배터리(1)의 충전 전류 제한으로 인해 회생에너지의 양을 줄이는 대신 공조 시스템(4)을 이용하여 회생 에너지를 소비시킴으로써 운전자가 브레이크(10)를 밟을 때 느끼는 감을 항상 같게 만드는데 기초를 둔다.
다시 말해, 발생된 회생 전류가 배터리충전 전류보다 큰 경우에는 히터(6)와 에어컨(7)을 제어하여 여분의 전류를 공조 시스템(4)에서 소비시킨다.
그리고 본 발명에 따른 시스템은, 배터리전류 제한값, 배터리전압과 같은 배터리(1)의 정보와, 브레이크(10)로부터의 브레이크값의 정보를 기초로 하여 히터(6) 및 에어컨(7)을 제어하기 위해 히터신호와 에어컨 신호를 출력한다. 이와 같은 제어는 상기 차량 제어기(5)에서 구현한다.
도 2에는 본 발명에 따른 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법은, 우선, 브레이크(10)로부터 브레이크값(Brake_Depth)을 읽어 들인다.(단계 101)
그런 후, 브레이크(10)의 유무를 판정한다.(단계 102) 이때, 상기 브레이크가 없는 경우에는 회생 제동도 없으므로 본 제어를 종료한다. 즉, 회생에너지 제어를 종료한다.
반면, 상기 단계 102에서 브레이크가 있는 경우에는 회생에너지 제어를 시작한다. 즉, 상기 단계 101에서 읽어들인 브레이크값(Brake_Depth)을 기초로 하여 회생 제동량(Regen_Current)을 결정한다.(단계 103) 상기 단계 103의 회생 제동량 계산법은 공지된 기술로써 설명을 생략한다.
그리고 배터리(1)로부터 받은 배터리 전류 제한값(Current_Limit)을 읽어 들인다.(단계 104)
이어서 회생될 전류(Regen_Current)가 배터리 전류 제한값(Current_Limit)과 비교한다.(단계 105) 이때, 회생될 전류(Regen_Current)가 전류 제한값 (Current_Limit)보다 작을 경우에는 회생될 전류(Regen_Current)를 모두 배터리(1)에 충전이 가능하므로 정상적인 동작으로 판단하고, 본 제어를 종료한다.
그러나, 회생 전류(Regen_Current)가 전류 제한값(Current_Limit)보다 클 경우에는 배터리 충전 전류 제한값으로 발생된 여분의 전류를 공조 시스템(4)에서 소비하도록 한다.
이에 대한 구체적인 예를 들어 설명한다.
우선, 회생 전류(Regen_Current)와 충전 전류치(Current_Limit)와의 차를 구해서 여분의 전류값(Remain_Current)을 구한다.(단계 106)
그리고 배터리의 전압(Battery_Current)을 읽어들이고, 상기 여분의 전력값(Remain_Power)을 구하기 위해 여분의 전류(Remain_Current)와 배터리 전압 (Battery_Voltage)을 곱한다.(단계 107,108)
한편, 히터(6)나 에어컨(7)이 이미 동작하고 있을 때에는 히터(6)나 에어컨 (7)이 소비하고 있는 양만큼의 전력을 사용할 수 없으므로 히터(6)나 에어컨(7)이 얼마만큼의 전력을 소비하고 있는지를 알아야 한다.
따라서 현재 히터(6)가 사용하고 있는 듀티비(Present_Heater_Duty)를 읽어들인다.(단계 109) 이는 운전자가 차량의 상태에 따라 조작된 값으로써 공조제어 시스템 알고리즘으로부터 읽어들인다.
상기 단계 109의 정보를 가지고 히터(6)에서 현재 사용 가능한 전력량 (Available_Heater_Power)을 계산한다.(단계 110)
이 값은 최대 듀티비(100%)에서 현재 사용하고 있는 듀티비 (Present_Heager_Duty)를 뺀값과 히터(6)의 정격 전력량(Heater_Power)을 곱한 값으로 계산이 가능하다.
이어서, 여분의 전력이 히터(6)가 소비 가능한 파워와 비교하여 히터(6)에서 전량 소비가 가능하면, 히터(6)의 듀티비를 계산한다.(단계 111,112)
상기 히터(6)가 출력해야 할 듀티비는, 운전자의 조작에 의해서 만들어진 현재 사용중인 듀티비(Present_Heater_Duty)와 여분의 회생에너지(Reamin_Power)를 소비하기 위한 듀티비 (Reamin_Power/Heater_Power)의 합으로 계산이 된다.
이 듀티비를 히터신호로 출력한다.(단계 113)
그러나 여분의 전력이 히터(6)에서 전량 소비가 불가능한 경우에는 다음의프로세스를 통해서 여분의 전력을 소비한다.
즉, 히터(6)의 듀티비를 100%으로 설정(히터(6)의 정격용량 만큼 다 소비)을 하고, 히터신호로 출력을 한다.(단계 114,115)
그리고 현재 에어컨(7)이 사용하고 있는 듀티비(Present_Heater_Duty)를 읽어 들인다.(단계 116) 이는 운전자가 차량의 상태에 따라 조작된 값으로써 공조제어 시스템 알고리즘으로부터 읽어 들인다.
상기 단계 116의 정보를 가지고 에어컨(7)에서 현재 사용 가능한 전력량 (Available_Aircon_Power)을 계산한다.(단계 117)
이 값은 최대 듀티비(100%)에서 현재 사용하고 있는 듀티비 (Present_Aircon_Duty)를 뺀값과 에어컨(7)의 정격 전력량(Aircon_Power)을 곱한 값으로 계산이 가능하다.
또한 상기 히터(6)에서 소화하지 못한 전력을 계산한다.(단계 118)
상기 에어컨(7)이 출력해야 할 듀티비(Aircon_Duty)는 운전자의 조작에 의해서 만들어진 현재 사용중인 듀티비(Present_Aircon_Duty)와 히터(6)에서 소화하지 못한 전력(Reamin_Power-Heater_Power)을 소비하기 위한 듀티비 (Remain_Power-Heate_Power)/(Heater_Power)의 합으로 계산이 된다.
그리고 계산된 듀티비를 에어컨 신호로 출력한다.(단계 119)
상기와 같은 본 발명에 따른 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법을 적용하게 되면, 운전자는 브레이크 감이 차량의 제어적 측면에 관계없이 일정하게 느끼는 장점과 기계적으로 소비할 수 있는 에너지를 전기적으로 소비함으로써 브레이크 패드의 마모를 줄인다.
또한 히터(6) 및 에어컨(7)을 포함하는 공조 시스템(4)의 동작과 관련하여서는 공조 시스템(4)이 동작할 때에는 본 발명에 따른 방법의 적용이 불가한 경우가 아니라, 히터(6)와 에어컨(7)이 동작하는 전력량을 읽어 들여 공조에 사용된 에너지를 제외한 부분을 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템 및 그 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
회생 제동시 회생에너지 제한 없이 제동을 할 수 있어서 브레이크 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고 회생에너지량을 일정하게 맞추어 운전자가 느끼는 브레이크 감을 일정하게 할 수 있어 승차감을 향상시킬 수 있다.
또한 별도의 브레이크 제어장치(BCU)없이 브레이크 성능을 향상시킬 수 있어서 부품이 줄어들고, 고가의 브레이크 제어장치(가변식 유압 솔레노이드, 브레이크 제어 유니트)없이 동일한 성능 발휘하므로 원가절감에 기여할 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 (8)

  1. 전기자동차에 설치되어 제동시 발전기로 이용되는 모터와;
    상기 모터에 의해 발생되는 회생에너지를 직류 전류로 변환하는 인버터와;
    상기 인버터에 의해 상기 직류 전류가 변환된 충전 전류가 충전되는 배터리와;
    상기 전기자동차에 냉난방이 제공되도록 히터 및 에어컨 등이 구비된 공조 시스템과;
    상기 회생 전류가 상기 충전 전류보다 큰 경우, 상기 히터 및 상기 에어컨을 제어하여 여분의 전류를 상기 공조 시스템에서 소비시키며, 상기 배터리의 정보, 브레이크값이 입력되고, 히터신호, 에어컨 신호가 출력되게 구비된 차량 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 시스템.
  2. (a) 전기자동차의 브레이크로부터 브레이크값을 읽는 단계와;
    (b) 상기 브레이크의 유무를 판정하는 단계와;
    (c) 상기 단계 (b)에서 브레이크가 있는 경우, 상기 브레이크값을 기초하여 회생 제동량을 결정하는 단계와;
    (d) 상기 전기자동차의 배터리로부터 받은 배터리 전류 제한값을 읽는 단계와;
    (e) 상기 회생 제동량에 따른 회생 전류가 배터리 전류 제한값보다 큰지 판정하는 단계와;
    (f) 상기 단계 (e)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 배터리의 충전 전류 제한값으로 발생된 여분의 전류를 상기 전기자동차의 공조 시스템에서 소비하도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (f)의 상기 여분의 전류를 상기 공조 시스템에서의 소비는,
    (g) 상기 회생 전류와 상기 충전 전류치와의 차를 구해서 여분의 전류값을 구하는 단계와;
    (h) 상기 배터리 전압을 읽고, 상기 여분의 전류와 상기 배터리 전압을 곱하여 여분의 전력값을 구하는 단계와;
    (i) 현재 상기 공조 시스템의 히터가 사용하고 있는 듀티비를 읽고, 상기 히터에서 현재 사용 가능한 전력량을 계산하는 단계와;
    (j) 상기 여분의 전력이 상기 히터가 소비 가능한 전력량보다 작은지 판정하는 단계와;
    (k) 상기 단계 (j)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 히터의 듀티비를 계산하는 단계와;
    (l) 상기 단계 (k)에서 계산된 상기 듀티비를 히터 신호로 출력하는 단계;를포함하여 된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (i)에서, 상기 현재 사용 가능한 전력량은, 최대 듀티비(100%)에서 현재 사용하고 있는 듀티비를 뺀값과 상기 히터의 정격 전력량을 곱한 값으로 계산되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (k)에서 상기 히터가 출력해야 할 듀티비는,
    운전자의 조작에 의해서 만들어진 현재 사용중인 듀티비와 여분의 회생에너지를 소비하기 위한 듀티비의 합으로 계산되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (j)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우,
    (m) 상기 히터의 듀티비를 100%으로 설정을 하고, 상기 히터 신호로 출력하는 단계와;
    (n) 현재 에어컨이 사용하고 있는 듀티비를 읽고, 상기 공조 시스템의 에어컨에서 현재 사용 가능한 전력량을 계산하는 단계와;
    (o) 상기 히터에서 소화하지 못한 전력을 계산하고, 에어컨이 출력해야 할 듀티비를 계산하여, 이를 에어컨 신호로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (n)에서 상기 현재 사용 가능한 전력량은, 상기 최대 듀티비 (100%)에서 현재 사용하고 있는 듀티비를 뺀값과 에어컨의 정격 전력량을 곱한 값으로 계산되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (o)에서 상기 듀티비는 운전자의 조작에 의해서 만들어진 현재 사용중인 듀티비(Present_Aircon_Duty)와 히터에서 소화하지 못한 전력을 소비하기 위한 듀티비의 합으로 계산되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 공조 시스템을 이용한 회생 제동 방법.
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