KR20050119865A - 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치 - Google Patents

직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치 Download PDF

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Abstract

직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치가 개시된다. 개시된 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치는, 직렬형 하이브리드 전기자동차의 엔진과; 상기 엔진에 설치된 실린더와; 상기 실린더의 중앙 일측에 설치된 리니어 모터와; 상기 리니어 모터의 좌우에 각각 연결되어 상기 실린더에 왕복 운동 가능하게 설치된 피스톤과; 상기 실린더 외부의 상기 실린더의 좌우에 각각 설치되어 상기 실린더 내부의 양 단부에서 점화가 일어나도록 하는 점화 플러그;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리 충전의 안정성을 확보할 수 있고, 1회의 에너지 변환이 필요하게 되어 에너지 손실을 줄일 수 있으며, SOC(State of Charge)가 낮게 될 경우 즉시 충전이 가능한 이점이 있다.

Description

직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치{APPARATUS FOR CHARGING BATTERY FOR SERIES HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 충전의 안정성을 확보하고, 에너지 손실을 줄이며, 필요시 즉시 충전이 가능하게 하기 위한 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치에 관한 것이다.
직렬 하이브리드 전기자동차(Series Hybrid Electric Vehicle)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(13)에 의해서 차량이 구동된다. 여기서 엔진(11)의 역할은 구동용 모터(13)의 배터리(Battery)(14)를 충전하기 위해 화학 에너지(Chemical Energy)를 기계 에너지(Mechanical Energy)로 변환한다. 이렇게 변환된 에너지는 제너레이터(Generator)(12)를 통해 전기 에너지(Electric Energy)로 변환되어 배터리(14)에 충전된다.
상기한 바와 같이 직렬 하이브리드 전기자동차(이하, HEV) 시스템에서 엔진(11), 제너레이터(12) 및 기타 기구들의 효율이 좋지 않으므로 엔진(11)에 의해 발생되는 에너지 충전량이 많지 않기에 순간적으로 큰 파워(Power)를 요구할 때, 또는 지속적으로 파워를 필요로 할 때 배터리(14)의 충전량이 감소되어 모터(13)를 구동시킬 수 없는 경우가 발생한다.
또한 전술한 바와 같이 2회에 걸친 에너지 변환에 따른 에너지 손실이 발생하게 된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 종래의 직렬 시스템은, 엔진(11), 제너레이터(12) 및 기타 기구들의 효율이 낮아 입력 에너지 대비 출력 에너지가 좋지 않다. 즉, 입력 에너지가 100이라면, 출력 에너지는 100×0.6×0.85=44가 된다. 따라서 효율은 (44/100)×100=44%가 된다. 이때, 상기한 입력 에너지에 대입된 치수의 근거는 통상 엔진(11)의 효율이 60%이고, 제너레이터(12) 및 기타 기어의 효율이 80∼90% 정도이기 때문이다.
그리고 직렬 HEV에서 엔진(11)은 구동원이 아니고, 배터리(14)에 전기에너지를 공급하는 공급원으로만 사용되며 모터(13)가 차량을 구동시킨다. 또한 직렬 HEV는 모터(13)로만 구동시키기 때문에 가속, 등판시 고출력이 요구되어 큰 과부하 용량이 요구된다.
그리고 기존의 시스템은 엔진(11) -> 제너레이터(12) -> 배터리(14)의 2회의 에너지 변환이 필요하여 그에 따른 에너지 손실도 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 기존의 2회의 에너지 변환을 1회로 함으로써 에너지 손실을 줄임과 동시에 에너지 효율이 향상되도록 한 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치는, 직렬형 하이브리드 전기자동차의 엔진과; 상기 엔진에 설치된 실린더와; 상기 실린더의 중앙 일측에 설치된 리니어 모터와; 상기 리니어 모터의 좌우에 각각 연결되어 상기 실린더에 왕복 운동 가능하게 설치된 피스톤과; 상기 실린더 외부의 상기 실린더의 좌우에 각각 설치되어 상기 실린더 내부의 양 단부에서 점화가 일어나도록 하는 점화 플러그;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2에는 본 발명에 따른 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치는, 직렬형 HEV의 엔진(20)과, 이 엔진(20)에 설치된 실린더(30)와, 이 실린더(30)의 중앙 일측에 설치된 리니어 모터(Linear Motor)(40)와, 이 리니어 모터(40)의 좌우에 각각 연결되어 실린더(30)에 왕복 운동 가능하게 설치된 피스톤(31,31')과, 상기 실린더(30) 외부로 실린더(30)의 좌우에 각각 설치되어 실린더(30) 내부의 양 단부에서 점화가 일어나도록 하는 점화 플러그(51,51')를 포함하여 구성된다.
상기 리니어 모터(40)는, 실린더(30)의 중앙에 설치되고, 양 단부에 상기 피스톤(31,31')에 연결된 샤프트(43)와, 이 샤프트(43)의 외주면에 설치된 다수 개의 영구자석(42)과, 상기 영구자석(42)의 외주면에 일정하게 권선된 코일(41)을 포함하여 구성된다.
그리고 상기 점화 플러그(51,51')의 좌우에는 각각 흡기밸브(52,52')와 배기밸브(53,53')가 설치된다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치는, 차량 주행에 안정성을 위해 피스톤(31,31')에 리니어 모터(40)를 연결하여 직렬 HEV에서 안정된 배터리 충전을 하기 위한 것이다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 리니어 모터(40)를 사용하여 발생되는 에너지를 직접 배터리(60)에 충전시킴으로써 배터리(60) 충전의 안정성과 더불어 직렬 HEV의 구동 시스템의 안정화를 추구한다.
또한 기존과 같은 2회의 에너지 변환 시스템을 1회의 에너지 변환 시스템으로 적용함으로써 에너지 손실도 줄일 수 있다.
그리고 기존 발전기의 기구부 없이 직접 리니어 포스(Linear Force)를 이용할 수 있어 기구부에 의한 마찰력 손실을 감소할 수 있다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 점화플러그(51,51')에 의한 점화로 피스톤(31,31')이 왕복 운동할 때, 리니어 모터(40)의 영구자석(42)과 코일(41)의 상호작용으로 인해 유도 기전력이 발생한다. 이렇게 발생된 유도 기전력은 정류기를 통해 AC에서 DC로 변환된다. 이를 배터리(60)에 충전시키게 되는 것이다.
전술한 바와 같이, 기존의 직렬 HEV의 제너레이터는 효율이 낮은 단점을 가지고 있고, 엔진의 작동점은 차량 상태와 분리시킬 수 있으므로 엔진 운전점 최적화가 유리함에도 제너레이터의 효율이 낮기 때문에 최적의 에너지 충전이 불가능하였으며, 2회 에너지 변환에 따른 에너지 손실이 발생하였다.
이에 따라 지속되는 가속시나 등판시에 엔진에 의해 공급되는 에너지 충전량만으로는 모터(70)를 지속적으로 운전할 수 없는 경우도 발생하기에 본 발명과 같이, 피스톤(31,31')에 리니어 모터(40)를 적용하여 기존의 2회의 에너지 변환을 1회의 에너지 변환으로 시스템을 바꿔 에너지 효율을 증가시키는 한편, 리니어 모터(40)에 의해 발생되는 전기 에너지를 직접 배터리(60)에 충전하는 시스템을 적용하여 에너지 충전의 안정성을 증가시킨다.
예컨대, 입력 에너지를 100이라 하면, 출력 에너지는 100×0.8×0.8=64이다. 따라서 효율은, (64/100)×100=64%이다. 이때, 상기 입력 에너지에 대입된 치수의 근거는 리니어 모터(40)의 효율은 80%이고, 기타 기어의 효율은 80∼90%이기 때문이다. 따라서 본 발명의 직렬 HEV에서 기존 시스템 대비 효율이 향상됨을 알 수 있다.
또한 리니어 모터(40)를 적용한 콤팩트 시스템은 멀티 스택(Multi-Stack)을 할 수 있어 패키징(packaging)면에서도 복잡하지 않게 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
기존 시스템 대비 에너지 효율이 증가하여 배터리 충전의 안정성을 확보할 수 있고, 1회의 에너지 변환이 필요하게 되어 에너지 손실을 줄일 수 있으며, SOC(State of Charge)가 낮게 될 경우 즉시 충전이 가능하다.
그리고 콤팩트한 발전 시스템을 적용할 수 있어 더 큰 용량이 필요할 때 멀티 스택을 할 수 있다.
또한 기존 발전기의 기구부 없이 직접 리니어 포스(Linear Force)를 이용할 수 있어 기구부에 의한 마찰력 손실 감소효과를 얻을 수 있고, 기존의 알터네이터를 사용하지 않으므로 엔진의 크기를 줄일 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.
도 1은 일반적인 직렬 하이브리드 전기자동차의 구성을 개략적으로 나타내 보인 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.
도 3은 본 발명이 적용된 직렬 하이브리드 전기자동차의 구성을 개략적으로 나타내 보인 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20. 엔진
30. 실린더
31. 피스톤
40. 리니어 모터
51,51'. 점화 플러그
60. 배터리
70. 모터

Claims (3)

  1. 직렬형 하이브리드 전기자동차의 엔진과;
    상기 엔진에 설치된 실린더와;
    상기 실린더의 중앙 일측에 설치된 리니어 모터와;
    상기 리니어 모터의 좌우에 각각 연결되어 상기 실린더에 왕복 운동 가능하게 설치된 피스톤과;
    상기 실린더 외부의 상기 실린더의 좌우에 각각 설치되어 상기 실린더 내부의 양 단부에서 점화가 일어나도록 하는 점화 플러그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리니어 모터는,
    상기 실린더의 중앙에 설치되고, 양 단부에 상기 피스톤에 연결된 샤프트와;
    상기 샤프트의 외주면에 설치된 다수 개의 영구자석과;
    상기 영구자석의 외주면에 일정하게 권선된 코일;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 점화 플러그의 좌우에는 각각 흡기밸브와 배기밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 직렬 하이브리드 전기자동차의 배터리 충전장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100906096B1 (ko) * 2007-10-25 2009-07-06 한국에너지기술연구원 초소형 연소기용 점화장치와 이를 이용한 초소형 연소장치
US7671479B2 (en) 2007-03-15 2010-03-02 Korea Institute Of Energy Research Portable power pack, fuel/air supply for the portable power pack, uniflow scavenging micro-engine for the portable power pack and operation method thereof

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