KR20050045023A

KR20050045023A - 전기자동차의 운전 및 전력회생장치

Info

Publication number: KR20050045023A
Application number: KR1020030078954A
Authority: KR
Inventors: 김영호
Original assignee: 김영호
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-05-17

Abstract

본 발명은 전기자동차의 운전및 에너지 회수장치에 관한 것으로서 전기자동차의 운전가능한 시간의 연장은 전기 자동차의 성능인 것이다. 이 문제는 배터리 성능의 향상, 모타의 효율개선 운전계통의 자동변속기등 기계적인 성능향상등으로 어느 정도의 운전시간 연장이 가능하겠으나 결정적인 방법은 소모된 전력의 효과적인 회생장치가 결국은 전기자동차의 운전시간 연장 즉 운전거리를 늘려주게되어 전기자동차 실용화 보급 화에 선진화기 된다고 보겠다. 이러한 이유로 전기자동차의 배터리 회생기술이 다양하게 연구 개발되어 실용화되고 있으나 아직은 결정적인 방법은 볼 수가 없으며 현실로는 복잡하고 고가인 하이브리드 방식만이 실용되고 있는 현실이다. 여기서 종래의 전력회생장치를 살펴보면 공전하는 모타의 기전력을 높이기 위하여 모타의 기전코일을 추가 권선 하기도 하고 회생회로의 승압장치도 설치하나 100-1000A 대의 대전류가 필요하여 고가의 설치비용이 필요하므로 전기자동차의 기본성능을 저해하는 역효과가 발생하게도 된다. 여기서 본 발명은 전기자동차에 전혀 새로운 운전장치와 전력회생장치를 사용하여 임의의 전력회생을 얻을 수 있으며 동시에 유연한 감속과 브레이크 작용을 할 수가 있게 되는 것이다.

Description

전기자동차의 운전 및 전력회생장치{Drive and Regeneration for electric Vehicle}

전기자동차에서 동력원이 되는 배터리의 전력지속 능력은 사전에 한정되 있으나 이 한정된 지속능력을 전기자동차의 운전상태에서 회생시켜보자는 것이 문제의 핵심이 되는 것이다. 종래에는 전기자동차 운전 중에 감속이나 내리막도로에서 모타의 공전을 이용하여 기전 되는 전력으로 전력회생을 이룩하고 있었으며 보다 효율적인 회생을 위하여 모타에 별도의 발전코일을 권선하거나 회생회로에서 승압된 회생전압의 발생 등이 시도되고 있으나 문제점은 회생에 필요한 전류가 100-1000A 단위의 대전류가 필요하다는 점에 있다. 수십 암페어의 소전류량이라면 문제가 없으나 대전류의 경우에는 상기한 방법 등이 시도되고 있기는 하나 전기자동차의 기능에 역효과의 발생이 될 수가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전력회생 즉 배터리에 역 충전을 하려면 회생시켜야 할 배터리의 전압과 발전될 전압의 전위 차가 요구된다 즉 발전 계통 전압의 배터리의 고유전압보다 낮으면 방전(Discharge)현상이 일어나고 높아지면 충전 즉 회생(Regenerating)이 이루어진다. 그러나 전력회생의 원천이 모타이므로 전위 차가 발생되려면 정격 최고 회전을 초과하지 않으면 전력회생에 필요한 전위 차는 얻을 수가 없다. 여기서 본 발명에 대한 방법을 구체적으로 설명하면 배터리의 정격전압을 설명의 필요상 24V정격으로 가정하고 전기자동차에 합당한 출력(마력)도 충분하게 결정하여서 정상출발 및 가속과 최고속 운전이 된다. 여기서 이 전기자동차를 감속하기 위하여 약간의 브레이크 작용을 가하면 전원 배터리가 12V로 절체되면서 모타 운전회로의 전원이 차단되고 순간적으로 전력회생회로가 연결되며 조작에 의하여 회생전류가 무전류(No current)상태로부터 최고전류(Max current)까지 임의로 이루어지는 전력회생상태로 들어간다.

본 발명에 사용되는 콘트롤사이리스터(Q1,Q3,Q4,Q5,Q6) 및 대전류용 다이오드 D6, D7,은 원판(Disc)형태의 캡슐타입(Capsule types)으로 방열판에 밀착되는 방열형으로 회생전류안정기저항(R10)의 발생열과 합하여 전기자동차 내부의 가온작용에도 이용된다.

본 발명의 구성을 도1에 의하여 상세하게 설명하면 전기자동차의 동력 모타및 발전기(1)가 있고 2개의 배터리(5,6)는 직렬로 연결되어 모타및 발전기(1)와 함께 전격전압은 설명의 필요상 가정된 24V를 이루고 있다. 브레이크스윗치(4)의 접점을 도통시키고 있는 리이드가 브레이크스윗치(4)의 하단에 접속되어있고 이를 회로 상으로 보면 배터리직렬연결용콘트롤사이리스터(Q4)의 캐소드는 배터리(6)의 - 단자에 접속되어 있고 배터리직렬연결용콘트롤사이리스터(Q4)의 아노드는 배터리 (5)의 + 단자에 연결되어 있으며 같은 배터리직렬연결용콘트롤사이리스터 (Q4)의 게이트는 저항(R13)을 거쳐서 브레이크스윗치(4)에서 아노드에 접속되어 배터리직렬연결용콘트롤사이리스터(Q4)는 ON 상태에 있어서 배터리(5,6)는 직렬로 되어 12V+12V로 정격전압인 24V로 모타(1)가 운전상태에 있다. 이 운전상태를 도면에서 확인해 보면 배터리(6)의 + 단자에 설치된 모타회전용주전류다이오드(D6)는 모타(1)의 + 단자와 운전제어회로에 연결되어 있고 회전속도 조절도의 운전용레오스타트(2)인 제어저항으로 모타의 회전이 정밀하게 제어된다. 여기서 배터리병렬연결용콘트롤사이리스터(Q5,Q6)는 각기 게이트가 사이리스터게이트저항(R14,R15)을 통하여 브레이크스윗치(4)의 접점에서 각각 케소드에 연결되있어서 OFF상태에 있다. 이때 전력회생용콘트롤사이리스터(Q3)의 전력 회생회로는 전력회로인 배터리 (6)로 전력회생주전류다이오드(D7)를 통하여 결선 되어 있으나 회생전류는 흐르지 못하는 것이 운전중인 모타및발전기(1)의 기전력이 전혀 없으며 가령 모타및발전기 (1)의 공회전이 있었다고 하여도 그 기전력의 전압이 배터리의 전격기본전압인 24V이하이므로 전력회생회로는 동작하지 않는다. 모타가 회전하여도 전위가 정격전압 이하인 이유는 모타및 발전기(1)의 회전시 주전력회로의 저항손실과 회전 시에 발생하는 역기전력(Back electro motive force)및 전기자(Armature)의 발생손실등으로 정격최고회전속도에 도달하여도 회생전압에 미치지 못하기 때문이다. 여기서 본 발명의 전력회생장치의 브레이크폐달(3)과 연동되어있는 브레이크스윗치(4)를 설명하면 이 브레이크스윗치(4)는 마이크로스윗치로서 예민한 동작을 하게되며. 브레이크스윗치(4) 의 작동과 동시에 접속되어있는 접점 등이 도면하단에서 상단으로 이동하여 접점의 접촉이 변하게 된다. 우선 배터리직렬연결용콘트롤사이리스터(Q4)의 게이트는 사이리스터게이트저항(R13)을 통하여 케소드에 접촉되어 ON 상태에 있던 배터리직렬연결용콘트롤사이리스터(Q4)가 OFF 상태가 되고 지금까지 직렬로 연결되어 있던 배터리(5,6)은 독립하게 된다. 다음으로 배터리병렬연결용콘트롤사이리스터 (Q5)가 브레이크스윗치(4)에 의하여 OFF에서 ON 상태가 된다. 이 배터리병렬연결용콘트롤사이리스터(Q5)의 ON 으로 배터리(5,6)는 - 단자가 합쳐지고 배터리병렬연결용콘트롤사이리스터(Q6)의 ON동작으로 배터리(5,6)의 + 단자도 합쳐지게 되어서 배터리(5,6)이 완전하게 병렬결선이 되어서 12V 배터리로 변하게 되고 전력회생의 준비가 될 것이다. 이때에 운전용레오스터트(2)의 페달을 동작시켜도 12V전원으로는 운전 할수가 없고 더욱이 운전 콘트록사이리스터회로도 동작을 하지 못한다.여기서 모터및발전기(1)의 회전으로 발생한 전력은 + 단자측은 전력회생주전류다이오드(D7)로 배터리(5,6)가 + 로 흐르게 되며 모터및발전기(1)의 단자 측은 회생전류안정기저항(R10)을 통하여 콘트롤사이리스터의 캐소드로 와서 회생조절회로가 동작하게 되어서 회생조정이 된다. 브레이크용레오스타트(3) 폐달의 작동으로 전력회생전류는 무전류(NO current)로 시작하여 최대회생전류에 까지 이루게되며 이 전력회생 에너지만으로도 전기자동차의 정지 직전까지의 브레이크 작용을 전담할 수 있게끔 구성된 것이다.

본 발명의 효과를 상세히 설명하면 종래의 브레이크작용은 달리는 자동차의 운동(이동)에너지를 브레이크 라이닝이나 브레이크디스크의 마찰로 발생하는 열 에너지로 전환하여 대기 중에다 방산 하여 버리는 것이 브레이크작용의 이론인 것이다. 본 발명에 사용되는 콘트롤사이리스터(Q1,Q3,Q4,Q5,Q6)및 대전류용 다이오드 D6, D7,은 원판(Disc)형태의 방열판에 밀착되는 방열형 캡슐타입(Capsule types)으로 회생전류안정기저항(R10)의 발생 열과 합하여 전기자동차 내부의 가온작용에 이용한다. 전기자동차 운전 및 전력회생장치는 최종의 정지상태나 급브레이크를 제외하고 일체의 브레이크를 에너지화 하여 전력회생에 이용하게 되므로 전기자동차 운전시간및 운행거리 연장에 유용하게 실용화되게끔 개발한 것으로서 에너지 절약에 일익을 담당할 것이다.

도1 : 본 발명의 동작회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

1:모타및발전기 2:운전용레오스터트 3:부레이크용레오스터트

4:부레이크스윗치 5,6:주전력배터리 Q1:운전용콘트롤사이리스터

Q2:운전제어용트리거사이리스터 Q3:전력회생용콘트롤사이리스터

Q4:배터리직렬연결용콘트롤사이리스터

Q5,Q6:배터리병렬연결용콘트롤사이리스터

D1:모타역전류방지다이오드 D2:Q1의 서지억제다이오드

D3:소프트스터트용다이오드 D4:방전용다이오드 D5:Q3제어용다이오드

D6:모타회전용주전류다이오드 D7:전력회생주전류다이오드

C1:외부서지흡수용콘덴서 C2:소프트스터트용콘덴서 C3:트리거신호용콘덴서

C4:Q3보호용콘덴서 C5:Q3신호발생용콘덴서 C6:바이패스콘덴서

C7:Q3게이트신호방전용콘덴서 R1:외부서지흡수용저항

R2:모타역전류방지용저항 R3:Q1게이트신호조절용저항 R4:Q1서지흡수용저항

R5:모타회전속도제어저항 R6:소프트스터트용저항R7,R8:트리거신호방전용저항

R9:Q3서지보호용저항 R10:회생전류안정기저항 R11:게이트신호발생용저항

R12:부레이크조절저항 R13,R14,R15:사이리스터게이트저항

Claims

전기자동차의 운전과 전력회생에 있어서 동력원인 배터리를 2 집단으로 구분하여 24V정격일 경우 12V + 12V로 구성하고 운전 시에는 직렬로 하여 24V로 운전을 하고 전력회생의 경우에는 12V배터리를 병렬결선하여 충분한 전력회생을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 전기자동차운전 및 전력회생장치.
상기1항의 운전및 전력회생회로의 일체를 콘트롤사이리스터를 사용하여 운전중에는 브레이크 작용이나 회생작용이 폐달작용으로 가능하나 브레이크 작동 중에는 운전폐달이 작동하지 않으며 오작동의 위험성을 완전히 제거하였으며 기계적 고장이 발생하지 않게 한 전자식 무접점으로 구성되었고 브레이크스윗치와 같은 ㎂ 단위의 적은 전류에만 접점 식으로 사용하였고 사고 등의 원인이 될 수 있는 오작동의 가능성을 완전히 방지하는 것을 특징으로 하는 전기자동차운전 및 전력회생장치.
본 발명에 사용되는 콘트롤사이리스터(Q1,Q3,Q4,Q5,Q6)및 대전류용 다이오드 D6, D7,은 원판(Disc)형태의 캡슐타입(Capsule types)으로 방열판에 밀착되는 방열형으로 회생전류안정기저항(R10)의 발생 열과 합하여 전기자동차 내부의 가온작용에 이용하는 것을 특징으로 하는 전기자동차운전 및 전력회생장치.