KR20060032813A

KR20060032813A - 엔진 시동 발전기

Info

Publication number: KR20060032813A
Application number: KR1020040081792A
Authority: KR
Inventors: 정상용
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2006-04-18

Abstract

본 발명은 동일 모터로 42V와 14V 기능을 동시에 수행가능 하도록 하여 기존 전압 변동에 따른 개별 모터 설계 및 개발의 한계를 극복할 수 있는 엔진 시동 발전기에 관한 것으로, 결선 구조 변경을 통한 14V 스타터 및 42V 시동 발전기(ISG) 기능을 갖는 모터와; 배터리와 상기 모터의 사이에서 전기적인 회로를 구성하며, 상기 배터리로부터 상기 모터로 공급되는 전원의 흐름을 단속하여 상기 모터의 결선 구조에 해당되는 전기적인 회로를 연결하는 스위치를 포함하여 구성한다.

엔진, 시동, 모터, 시동 발전기

Description

엔진 시동 발전기{INTEGRATED STARTER AND GENERATOR OF ENGINE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 발전기의 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 발전기의 결선 방법을 도시한 도면.

본 발명은 엔진 시동 발전기에 관한 것이다.

통상적으로, 향후 차량은 기존의 14V 파워넷에서 부족한 파워를 42V 정도로 승압시켜 해소하고자 한다.

이때, 크게 대두되고 있는 시스템은 시동 발전기(ISG ; Integrated Starter and Generator, "기동 발전기"라 칭하기도 함)로 기존의 스타팅 기능과 알터네이터 기능을 동시에 수행하며, 일명 마일드 하이브리드 전기 차량 시스템으로 명명된다.

시동 발전기(ISG)의 여러 기능은 여러 가지가 있는데, 기존 알터네이터 기능은 기본적으로 수행하면서, 아이들 스톱 및 기동(Idle Stop and Start), 토크 보조(Torque Assist), 회생 제동(Regenerative Brake) 등의 추가 기능도 수행한다.

한편, 시동 발전기(ISG)의 "스타터(Starter)" 의미는 아이들 스톱(Idle Stop) 기능과 관련이 있는데, 이는 정지시 엔진 아이들링을 제거하는 것으로, 차량이 신호 정지가 되어 아이들링 상태가 되면 엔진은 멈추게 되며(기통 정지, 아이들 스톱(Idle Stop) 기능), 시동 발전기(ISG)가 대신 회전하면서 아이들링을 대신하며, 운전자가 액셀레이터를 밟는 순간 시동 발전기(ISG)가 엔진을 재시동(스타트)하는 기능(Idle Stop and Start)을 의미한다.

또한, 시동 발전기(ISG)는 이름에서 알 수 있듯이, 스타팅 기능 외에도 기존 알터네이터 기능도 함께 수행하는데, 시동 발전기(ISG)가 엔진을 크랭킹(Cranking)만 시키고 나면 곧 바로 알터네이터로 동작하게 된다.

참고로, 42V 시동 발전기(ISG)는 직결형 구조와 밸트형 구조의 두 가지로 구별된다.

42V 시스템에서는 전용 42V 배터리를 사용하는데, 기존 14V 시스템을 병행하여 사용하는 경우 불가피하게 듀얼 파워넷(Dual Power net, 14V & 42V 혼용)을 구현해야한다.

이는 매우 불필요한 시스템으로 가장 대표적인 예가 14V 스타터 모터를 들 수 있겠다.

42V용 시동 발전기(ISG)가 기능하는 스타터(Starter)는 일종의 웜 스타트(Warm Start)로, 엔진이 주행하다가 신호 정지 등에서 아이들 스톱(Idle Stop)한 후 다시 시동을 거는 기능을 의미하며, 대략 100~150Nm가 필요하다.

그러나, 일반 차량용 14V 스타터 모터는 250Nm이상(개발 사양)의 높은 토크가 요구되는데, 이는 냉시동성(극저온에서도 시동을 걸기 위해) 문제 때문이다.

따라서, 42V 시동 발전기(ISG) 자체는 냉시동을 수행하기엔 토크가 많이 부족하여, 42V 차량에서는 시동 발전기(ISG)를 장착함에도 불구 기존 스타터 모터를 추가로 필요하게 된다.

이 경우, 14V 운전을 위한 배터리를 추가로 장착하던지 42V에서 14V로 전압을 감압시키는 DC/DC 컨버터를 설치해야 한다.

무엇보다 가장 큰 문제점은 14V 스타터 모터는 실제로 차량에 키를 꽂은 후 처음 시동 걸때만 사용하고, 운전시에는 전혀 필요 없는 시스템이라는 점이다.

특히, 42V로 승압이 되었음에도 불구하고 스타터 모터를 계속 유지하는 것은 시스템 구성 측면에서도 매우 비효율적일 수밖에 없는데, 그럼에도 냉시동성을 보장하려면 42V 시동 발전기(ISG) 시스템 종류(별첨 참조)에 상관없이 스타터 모터를 사용할 수밖에 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 동일 모터로 42V와 14V 기능을 동시에 수행가능 하도록 하여 기존 전압 변동에 따른 개별 모터 설계 및 개발의 한계를 극복할 수 있는 엔진 시동 발전기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진 시동 발전기에 있어서, 결선 구조 변경을 통한 14V 스타터 및 42V 시동 발전기(ISG) 기능을 갖는 모터(전동기)와; 배터리와 상기 모터의 사이에서 전기적인 회로를 구성하며, 상기 배터리로부터 상기 모터로 공급되는 전원의 흐름을 단속하여 상기 모터의 결선 구조에 해 당되는 전기적인 회로를 연결하는 스위치를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 발전기의 구성을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 발전기의 결선 방법을 도시한 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예는 모터 결선 구조 변경을 통한 14V 스타터 및 42V 시동 발전기(ISG)를 겸용할 수 있는 모터(전동기)와, 배터리와 모터의 사이에서 전기적인 회로를 구성하며, 배터리로부터 모터로 공급되는 전원의 흐름을 단속하여 모터의 결선 구조에 해당되는 전기적인 회로를 연결하는 스위치를 포함하여 구성한다.

이러한 구성으로, 본 발명의 실시예는 42V 시동 발전기(ISG)의 취약점인 냉시동을 위한 고토크 운전을 위하여 14V 스타터 기능을 수행할 수 있으며, 모터(전동기)의 결선 구조 변경을 통하여 동일 모터임에도 두 전압에 모두 동작 가능하도록 할 수 있다.

도 2를 참조하면, 모터의 각 슬롯에 인입되는 개별 코일을 단자대에서 선택적으로, 42V의 경우 3직렬, 14V의 경우 3병렬로 연결시켜(저항비를 전압비의 제곱으로 유지시킴), 전압과 출력을 매칭시킬 수 있어 두 전압 모두 사용 가능해진다.

이는 모터가 42V 전원을 공급받으면서 시동 발전기(ISG) 기능을 기본적으로 수행함과 아울러 불가능했던 기존 14V 스타터 기능도 함께 수행하게 되었음을 의미한다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 발전기의 구성 특징 및 동작을 설명한다.

본 발명의 실시예는 기본적으로 모터 설계/개발은 42V를 기준으로 구성하며, 여기에 기능상 14V 스타터(Starter) 동작을 추가시킨 것이다.

그리고, 결선 구조 변경을 단자대의 스위칭 구조로 구현한다.

14V 스타터(Starter)는 기동시(냉시동 포함)의 고토크 운전시에만 필요하므로, 키온(Key-on, 시동 스위치 IG 위치)의 경우나 시동 버튼(향후, 채택 가능) 누름시에만 순간적으로 작동하도록 할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 본 발명의 실시예는 간단한 스위칭 동작만으로 수행이 가능하다.

그리고, 14V 스타터(Starter) 기능 후 엔진이 크랭킹(Cranking)된 후에는 자동적으로 원 시스템(42V)으로 복귀하도록 할 수 있다.

이후, 시동 발전기(ISG)의 토크 보조(Torque Assist), 회생 제동(Regeneration Brake), 아이들 스톱(Idle Stop)등의 기능은 종래 기술에서와 같은 방법으로 사용할 수 있어 별다른 문제없이 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진 시동 발전기는 42V 시동 발전기(ISG)의 가장 취약한 부분인 냉시동 불가문제로 인한 14V 시동 발전기(ISG) 사용이 불가피한 문제점을 극복할 수 있다.

또한, 모터의 결선 구조 변경이라는 현실성 있는 기술적 아이디어로 적용 타당성이 매우 높으며, 기동시 스위칭 기능으로 간단히 스타터(Starter) 기능을 구현할 수 있다.(IG 스위치나 고급차용 푸쉬 버튼(Push Button) 모두 적용 가능하다.)

그리고, 불가피했던 기존 14V용 스타터(Starter) 및 배터리(또는 DC/DC 컨버터) 사용이 불필요하며, 단자대 결선 변경용 스위칭만 추가하면 되므로 추가적인 복잡한 공정이 불필요하다.

또한, 기존의 14V 스타터와 42V 시동 발전기(ISG)를 모두 사용하지 않고 한 모터만 사용하므로 무게 측면에서 많이 감소된다.

또한, 기존 14V 파워넷에 필요한 구성품(배터리, 스타터, 케이블, 컨버터 등)이 모두 제거되며, 하나의 모터로 결선법만 변경하여 전압을 매칭하므로 원재료값이 상승하지 않는 효과가 있다.

Claims

엔진 시동 발전기에 있어서,

결선 구조 변경을 통한 14V 스타터 및 42V 시동 발전기(ISG) 기능을 갖는 모터와;

배터리와 상기 모터의 사이에서 전기적인 회로를 구성하며, 상기 배터리로부터 상기 모터로 공급되는 전원의 흐름을 단속하여 상기 모터의 결선 구조에 해당되는 전기적인 회로를 연결하는 스위치를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 발전기.
제1항에 있어서, 상기 스위치는 시동키의 스타트(ST) 위치시 14V 스타터가 구동되도록 전기적인 회로를 연결하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 발전기.
제2항에 있어서, 상기 스위치는 시동키의 스타트(ST) 위치에서 이그니션(IG) 위치로 전환시 42V 시동 발전기가 구동되도록 전기적인 회로를 연결하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 발전기.