KR20100034523A - 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법 - Google Patents

직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직렬형 하이브리드 추진 시스템을 적용하는 바이모달 트램 또는 철도 차량에 관한 것으로 특히 별도의 전력변환기기 없이 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩의 충전과 방전을 엔진속도를 조절하여 배터리 정격전압과 충전전압으로 조절하여 효율적으로 처리하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법에 관한 것이다. 본 발명은 직렬형 하이브리드 추진시스템의 충전전압 변동을 위한 별도의 전력변환기기 없이 엔진 속도만을 조절하여 배터리 팩을 방전시 직류단 전압은 배터리의 정격전압을 유지하며, 배터리 팩을 충전시에는 직류단 전압이 배터리 충전전압까지 올려주어 운행중 배터리 팩의 충방전을 처리하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리 충전 방법이다.
엔진, 교류발전기, 배터리 팩, 배터리 관리부, 차량 제어기.

Description

직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법 {Battery pack charging method of series style hybrid propulsion system}
본 발명은 직렬형 하이브리드 추진 시스템을 적용하는 바이모달 트램 또는 철도 차량에 관한 것으로 특히 별도의 전력변환기기 없이 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩의 충전과 방전을 엔진속도를 조절하여 배터리팩 정격전압과 충전전압으로 조절하여 효율적으로 처리하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법에 관한 것이다.
철도는 정해진 궤도를 달리는 교통수단이라는 고정관념을 탈피한 시스템이 바로 바이모달 트램(Bimodal Tram)이다. 바이모달(Bimodal)은 2개의 모드 특성을 갖는 교통시스템이라는 뜻으로 버스와 지하철의 장점을 결합한 새로운 교통수단이다. 예정된 시각에 출발하고 정확한 시각에 도착하는 철도의 장점과, 운행이 유연하고 접근이 쉬운 버스의 장점을 결합했다. 또한 유모차나 휠체어도 쉽게 이용하는 친환경 시스템으로 전용궤도에 4~5m 정도의 간격으로 일정하게 설치된 영구자석을 따라 자동으로 움직인다. 전용궤도에서는 운전자의 조작 없이 자동으로 움직이며, 일반 도로를 운행할 때에만 수동으로 작동되는 탄력적인 운행을 한다. 전자기 안내 방식으로 이루어져 눈ㅇ비 등의 악천후 속에서도 안정적으로 운행할 수 있다.
바이모달 트램은 일반도로에 간단한 시공만으로도 운행이 가능하기 때문에 전용궤도를 반드시 건설해야 하는 지하철의 10분의 1 정도로 건설비가 매우 저렴하다. 더욱이 차체가 복합소재로 이루어져 무게를 감소시킬 수 있기 때문에 연료도 절감할 수 있으며, 대도시 공기오염 문제가 심각해지면서 이산화탄소 총량규제와 같은 환경문제를 해결하는 것이 교통 분야의 새로운 과제이다. 이와 함께 석유 에너지원 고갈에 따른 대체에너지원의 개발과 다변화가 필요하다.
바이모달 트램은 동력원으로 CNG-하이브리드 또는 연료전지 추진시스템을 사용하기 때문에 환경오염이 심각한 수도권 대기환경 개선에 효과적이다. 하이브리드 시스템은 기존 내연기관 대비 50~90%의 배출가스 저감 효과가 있으며 연료전지 추진시스템은 배출가스가 거의 없는 청정시스템으로 차세대 에너지원으로 주목 받고 있다.
우리나라에서는 CNG-하이브리드 추진시스템을 사용한 바이모달 트램 시제차량이 시운전을 시작할 계획이고, 차후에는 수소 연료전지를 추진시스템으로 사용한 바이모달 트램 시제차량이 나올 예정이다. 직렬형 하이브리드 추진 시스템에는 대용량의 배터리 팩이 필요하고, 배터리 팩의 성능, 가격, 수명이 전체 시스템의 실용화에 중요한 사항이며, 운행중의 배터리 팩의 충전과 방전 처리는 운행 효율과 직결되므로 이에 대한 대비책이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결한 것으로, 본 발명은 직렬형 하이브리드 추진시스템의 충전전압 변동을 위한 별도의 전력변환기기 없이 엔진 속도만을 조절하여 배터리 팩을 방전시 직류단 전압은 배터리의 정격전압을 유지시키며, 배터리 팩을 충전시에는 직류단 전압을 배터리 충전전압까지 올려주어 운행중 배터리 팩의 충방전을 처리하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 직렬형 하이브리드 추진시스템의 요구토크값을 파악하고, 배터리 팩의 배터리 상태를 나타내는 SOC(State of charge) 정보를 파악하여 SOC 정보가 하한값 보다 크거나 같은 경우에는 배터리 팩 충전 불필요로 판단하고, SOC 정보가 하한값 보다 작은 경우에는 배터리 팩 충전 필요로 판단하여, 엔진의 최고효율 영역에서 엔진의 속도를 조절하여 배터리 팩을 충전 처리하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 차량을 운행하면 요구토크값을 수신하여 파악하는 단계와, 배터리 팩의 상태 정보를 수신하여 상기 배터리 팩의 현재 상태를 파악하는 단계와, 요구토크값과 상기 배터리 팩의 상태 정보에 근거하여 상기 차량의 엔진의 속도를 제어하는 단계 및 엔진의 속도에 비례하게 교류발전기에서 교류전력을 생산하여 상기 배터리팩의 충방전을 처리하는 단계를 포함 함을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 배터리 팩의 현재 상태를 파악하는 것은 차량이 운행되면 배터리 관리부에서 상기 배터리 팩의 SOC 셋팅값을 수신하여 배터리 상태 결정부로 제공하는 단계와, 배터리 상태 결정부에서 수신되는 상기 SOC 셋팅값의 크기를 비교하여 상기 배터리 팩의 충전 필요 또는 방전 가능 여부를 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 요구토크값과 상기 배터리 팩의 상태 정보에 근거하여 상기 차량의 엔진의 속도를 제어하는 것은, 요구토크값이 기준치 이상이고 상기 배터리 팩의 상태 정보가 충전 필요인 경우 엔진제어기에서 상기 엔진의 속도를 RPM2로 설정하는 단계와, 요구토크값이 기준치 이상이고 상기 배터리 팩의 상태 정보가 방전 가능인 경우 상기 엔진의 속도를 RPM1으로 설정하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 배터리 팩의 상태 정보가 충전 필요인 것은 배터리 상태 결정부에서 수신되는 SOC값이 SOC 셋팅 하한값의 크기보다 작은 경우 배터리 상태 결정부에서 상기 배터리 팩의 충전이 필요한 것으로 판단함을 특징으로 하며, 배터리 팩의 상태 정보가 방전이 가능한 것은 배터리 상태 결정부에서 수신되는 SOC 값의 크기가 SOC 셋팅 하한값 보다 크거나 같은 경우 배터리 상태 결정부에서 상기 방전이 가능한 것으로 판단함을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 엔진의 속도에 비례하게 교류발전기에서 교류전력을 생산하여 상기 배터리팩의 충방전을 처리하는 것은, 차량 운행중 엔진 제어기에서 상기 요구토크값과 상기 배터리 팩의 상태 정보에 근거하여 엔진의 속도를 RPM1으로 설정하면 상기 교류발전기에서 생산된 교류전력이 3상 다이오드 정류기를 통하여 상기 배터리팩이 연결된 직류단에서 정격전압이 V1이 되도록 하여 상기 배터리 팩을 방전시키는 단계와, 엔진 제어기에서 상기 엔진의 속도를 RPM2로 설정하면 상기 교류발전기에서 생산된 교류전력이 3상 다이오드 정류기를 통하여 상기 배터리팩이 연결된 직류단에서 충전전압이 V2가 되도록 하여 상기 배터리 팩을 충전시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 직렬형 하이브리드 추진 시스템을 적용하는 바이모달 트램 또는 철도 차량에서 배터리 팩의 충방전을 엔진의 속도레벨을 2단계로 조절하는 방식으로 간단히 직류단 전압을 배터리팩 충전전압으로 올리고, 배터리팩 방전시는 정격전압으로 조절이 가능하여 매우 효율적인 충방전을 처리하므로 이를 적용한 해당 철도 차량의 성능을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 엔진, 엔진과 직결된 교류발전기, 교류발전기 전력을 직류전력으로 바꾸어주는 3상 다이오드 정류기, 배터리, 배터리관리시스템, 하이브리드 제어기, 추진인버터 및 견인전동기, 회생제동시 높은 전압상승을 방지하는 회생제동초 퍼 및 저항기, 보조전원장치 등을 포함하여 구성된 직렬형 하이브리드 추진 시스템에서 배터리 팩의 충전을 엔진의 속도를 제어하고 별도의 전력변환기기 없이 처리하여 매우 효율적이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 직렬형 하이브리드 추진 시스템은 엔진(31), 교류발전기(33) 3상 다이오드 정류기(35), 배터리팩(37), 배터리 관리부(BMS: battery management system)(39), 배터리상태 결정부(41), 가속페달(43), 제동페달(45), 차량제어기(47), 엔진기준속도 결정부(49), 엔진제어기(51), 전력변환부(53), 견인모터(55), 속도검출부(57) 등으로 구성된다.
엔진제어기(51)는 엔진(31)의 출력을 제어하고, 교류발전기(33)는 엔진(31)과 직결되어 교류전력을 생산하는 것으로 엔진(31)의 속도와 연관되게 교류전력을 생산하여 제공하고, 3상 다이오드 정류기(35)는 교류발전기(33)에서 생산되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 전력변환부(53)로 제공하고, 전력변환부는 교류로 변환하여 견인모터(55)에 전원을 공급한다.
또한 3상 다이오드 정류기(35)를 통하여 변환된 직류전력은 배터리팩(37)을 충전시킨다.
배터리 상태 결정부(41)는 배터리 관리부(BMS)(39)로부터 배터리팩(37)의 SOC(State of charge)정보를 수신하여 배터리 팩(37)의 충전/방전 상태를 결정한다.
SOC(State of charge) 정보는 배터리의 충전상태를 0 ~ 100% 로 나타낸 정보로, 100%는 배터리가 만충전 상태임을 의미하며, 0%는 완전 방전 상태를 의미한다.
차량제어기(47)는 가속페달(43)과 제동페달(45)로부터 요구 토크를 전달받고, 속도검출부(57)로부터 속도를 파악하여 요구출력 및 차량제어신호를 엔진 기준속도 결정부(49)에 제공하고, 엔진 기준속도 결정부(49)는 차량제어기(47)로부터 요구토크 값과 속도 정보, 배터리상태 결정부(41)의 방전 또는 충전상태 신호를 받아 엔진의 동작 속도를 결정한다.
본 발명은 엔진제어기(51)는 엔진 기준속도 결정부(49)의 제어에 의하여 엔진(31)의 적정한 출력속도를 결정하고 출력속도의 고저에 따라서 전원을 공급하기 위한 교류발전기(33)에서 생산하는 교류전력이 변동하도록 하여 배터리팩(37)의 충전이 필요할 때는 엔진(31)의 출력 속도를 향상시켜서 운행중에 배터리 팩(37)을 충전한다.
엔진제어기(51)는 엔진에 장착된 콘트롤러로서, 엔진에 장착된 각종 센서들의 신호를 받아 엔진의 상태를 감시하고, 트로틀 및 속도제어를 수행하는 콘토롤러이다. 엔진제어기(51)는 엔진 기준속도 결정부(49)로부터 엔진의 기준속도(rpm0, rpm1, rpm2)만을 전달받고, 이 기준속도를 추종을 위한 제어는 엔진제어기(51) 내의 트로틀 및 속도제어(도면 미도시함)로 수행된다.
이를 위해 엔진(31)은 최고 효율영역 안에서 배터리 충전 및 방전시에 요구되는 엔진의 기준속도 RPM1, RPM2를 설정하고 속도에 따라 교류발전기(33)에서 생 산된 전력은 직류단에서 V1 또는 V2가 되도록 제어하여 배터리팩(37)의 충방전을 처리한다.
배터리 상태 결정부(41)는 배터리 관리부(BMS: battery management system)(39)로부터 주기적으로 SOC 정보를 수신하며, SOC 값이 하한 셋팅값 이하인 경우에는 배터리팩(37)의 충전이 필요한 것으로 판단하여 엔진기준속도 결정부(49)에 알려주고, 엔진기준속도 결정부(49)에 의하여 엔진제어기(51)는 엔진(31)의 출력 속도를 RPM2로 올려서 교류발전기(33)에서의 교류전력 생산을 늘리도록 하고, 3상 다이오드 정류기(35)에서 생산된 교류전력을 직류전력으로 변환시켜 배터리 충전전압 P2가 되도록 제어하여 배터리 팩(37)을 충전 한다.
또한 배터리 상태 결정부(41)는 배터리 관리부(BMS: battery management system)(39)로부터 주기적으로 SOC 정보를 수신하여, SOC 값이 하한 셋팅값 보다 크거나 같은 경우 배터리팩(37)의 충전이 불필요한 것으로 판단하여 엔진기준속도 결정부(49)에 알려주고, 엔진기준속도 결정부(49)에 의하여 엔진제어기(51)는 엔진(31)의 출력 속도를 RPM1으로 조정하여 교류발전기(33)에서의 교류전력 생산을 제어하고, 3상 다이오드 정류기(35)에서 직류전력으로 변환된 직류단 전력이 배터리의 정격전압인 P1정도가 되도록 제어하여 배터리 팩(37)을 방전시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명은 직렬형 하이브리드 추진시스템에서 배터리팩의 방전시 직류단 전압은 배터리의 정격전압을 유지시키고, 배터리 팩의 충전시에는 직류단 전압을 배터리 충전전압까지 올려주어 운행중 별도의 전력변환기기를 사용하지 않으면서 충방전을 처리한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 요구토크와 엔진속도 및 직류단 전압간의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
차량을 운행중에 가속페달(43)과 제동페달(45)로부터 생성되는 요구토크값과, 배터리 관리부(BMS: battery management system)(39)로부터 제공되는 배터리 팩(37)의 SOC정보를 사용하여 엔진 기준속도 결정부(49)에서 직류단의 기준전압값 V1 또는 V2를 결정하고, 엔진제어기(51)에서 이 값을 만들기 위한 엔진의 기준속도를RPM0, RPM1, RPM2를 설정하여 제어한다.
본 발명에서는 RPM1으로 엔진(31)이 동작할 때 교류발전기(33)의 직류단 출력전압은 V1, 엔진(31)의 출력전력을 P1으로 하고, RPM2로 엔진(31)이 동작할 때 교류발전기(33)의 직류단 출력전압은 V2, 엔진(31)의 출력전력을 P2가 되도록 조정한다.
그래프를 참조하여 설명하면, 요구토크값이 0 보다 크거나 같은 경우에는, 배터리팩의 SOC 정보를 파악하고, SOC가 하한 셋팅 값보다 작은 경우에는 충전이 필요한 것으로 판단하여 엔진제어기(51)는 엔진(31)의 속도는 최고 효율영역안의RPM2로 올려서 직류단의 기준전압값은 V2가 되도록 하여 배터리팩을 운행중에 충전시킨다.
한편, 요구토크값이 0 보다 작은 경우에는 엔진(31)의 속도는 RPM0인 아이들링(idling) 속도가 되도록 제어한다.
또한 요구토크값이 0 보다 크거나 같은 경우, 배터리팩의 SOC 정보를 파악하고, SOC가 하한 셋팅값보다 크거나 같은 경우는 충전이 불필요한 것으로 판단하 여 엔진제어기(51)에서 엔진(31)의 속도를 최고 효율영역안의RPM1으로 조정하고 직류단의 기준전압값은 V1이 되도록 하여 배터리팩을 운행중에 방전시킨다.
참고로, V1=1.35*VLL1, V2=1.35*VLL2이며, VLL1 은 엔진이 RPM1으로 회전시 발전기 출력단 선간전압의 실효값이고, VLL2 는 엔진이 RPM2로 회전시 발전기 출력단 선간전압의 실효값을 나타낸다.
본 발명은 직렬형 하이브리드 추진 시스템을 적용하는 바이모달 트램 또는 철도 차량에서 배터리 팩의 충방전을 엔진의 속도레벨을 조절하는 방식으로 간단히 직류단 전압을 배터리 충전전압으로 올리고, 배터리 방전시는 정격전압으로 조절이 가능하여 매우 효율적이다.
본 발명은 엔진(31)의 효율맵에서 최고의 효율영역안에 존재하는 기준속도값 RPM1과 RPM2를 선정하므로 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 효율을 높이고 배출가스 저감 효과가 매우 크다.
또한 본 발명의 교류발전기(33)는 엔진(31)의 출력속도 RPM1에서는 배터리 팩 정격전압 V1, RPM2에서는 배터리 팩 충전전압 V2를 출력할 수 있도록 설계된다.
도 3은 본 발명에 의한 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리 충전 방법의 동작 순서도이다.
단계 S110에서 본 발명의 직렬형 하이브리드 추진 시스템을 적용하는 바이모달 트램 또는 철도 차량을 시동을 걸면, 단계 S112에서 엔진(31)의 출력속도는 RPM0로 아이들링(idling)을 한다.
단계 S114에서 운전을 위해 가속페달(43)을 밟으면 요구토크값이 차량제어기(47)로 제공되고, 차량제어기(47)에서 엔진기준속도 결정부(49)로 제공된다.
단계 S116에서 배터리 상태 결정부(41)는 요구토크값(T_ref)이 0보다 작은 경우에는 단계 S118로 진행하여 엔진제어기(51)는 엔진(31)의 출력속도는 RPM0을 유지시키도록 제어한다.
단계 S116에서 배터리 상태 결정부(41)는 요구토크값(T_ref)이 0보다 크거나 같은 것으로 판단되면, 단계 S120으로 진행하여 배터리 상태 결정부(41)는 SOC 값을 배터리 관리부(BMS: battery management system)(39)로부터 수신하여 파악한다.
단계 S122에서 배터리 상태 결정부(41)는 SOC 값이 하한 셋팅값(SOC_low)보다 크거나 같은 경우에는 단계 S124에서 배터리 팩(37)의 충전이 불필요한 것으로 판단하고, 단계 S126으로 진행하여 엔진기준속도 결정부(49)는 엔진제어기(51)로 엔진(31)의 출력속도를 RPM1으로 설정되도록 제어한다.
단계 S128에서 엔진(31)의 출력속도를 RPM1으로 설정되면 교류발전기(33)는 직류단 전압이 정격전압 V1이 되도록 발전시켜 배터리팩(37)은 방전한다.
상술한 단계 S122에서 배터리 상태 결정부(41)는 SOC 값이 하한 셋팅값(SOC_low)보다 작은 경우에는 단계 S130으로 진행하여 배터리 팩(37)의 충전이 필요한 것으로 판단하고, 단계 S132로 진행하여 엔진기준속도 결정부(49)는 엔진제어기(51)로 엔진(31)의 출력속도를 RPM2로 설정되도록 제어한다.
단계 S134에서 엔진(31)의 출력속도를 RPM2로 설정하면 교류발전기(33)는 직류단 전압이 충전전압 V2가 되도록 발전시켜 배터리팩(37)은 충전한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 엔진(31)의 출력속도를 효율맵에서 최고의 효율영역안에 존재하는 기준속도값 RPM1과 RPM2를 설정하여 배터리팩(37)을 충방전 제어하여 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 효율을 증가시킨다.
본 발명은 직렬형 하이브리드 추진 시스템을 적용한 바이모달 트램 또는 철도에 적용한다.
지금까지 본 발명의 실시 예의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형을 가할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 요구토크와 엔진속도 및 직류단 전압간의 관계 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리 충전 방법의 동작 순서도.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
31: 엔진 33: 교류발전기
35: 3상 다이오드 정류기 37: 배터리팩
39: 배터리 관리부(BMS: battery management system)
41: 배터리상태 결정부 43: 가속페달
45: 제동페달 47: 차량제어기
49: 엔진기준속도 결정부 51: 엔진제어기
53: 전력변환부

Claims (9)

  1. 차량을 운행하면 요구토크값을 수신하여 파악하는 단계와;
    배터리 팩의 상태 정보를 수신하여 상기 배터리 팩의 현재 상태를 파악하는 단계와;
    상기 요구토크값과 상기 배터리 팩의 상태 정보에 근거하여 상기 차량의 엔진의 속도를 제어하는 단계; 및
    상기 엔진의 속도에 비례하게 교류발전기에서 교류전력을 생산하여 상기 배터리팩의 충방전을 처리하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 요구토크값을 수신하여 파악하는 것은,
    차량을 운행하면 가속페달 또는 제동 페달로부터 요구토크값을 차량제어기에서 수신하여 파악하는 단계와;
    상기 요구토크값이 기준값 이하인 경우 엔진의 속도는 RPM0으로 설정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 현재 상태를 파악하는 것은
    차량이 운행되면 배터리 관리부에서 상기 배터리 팩의 SOC 셋팅값을 수신하여 배터리 상태 결정부로 제공하는 단계와;
    상기 배터리 상태 결정부에서 수신되는 상기 SOC 셋팅값의 크기를 비교하여 상기 배터리 팩의 충전 필요 또는 방전 가능 여부를 판단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 요구토크값과 상기 배터리 팩의 상태 정보에 근거하여 상기 차량의 엔진의 속도를 제어하는 것은,
    상기 요구토크값이 기준치 이상이고 상기 배터리 팩의 상태 정보가 충전 필요 상태인 경우 엔진제어기에서 상기 엔진의 속도를 RPM2로 설정하는 단계와;
    상기 요구토크값이 기준치 이상이고 상기 배터리 팩의 상태 정보가 방전 가능 상태인 경우 상기 엔진제어기에서 상기 엔진의 속도를 RPM1으로 설정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 RPM2는 차량의 상기 엔진의 최고 효율영역 내에서 설정되며 상기 RPM1 보다 고속임을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 상태 정보가 충전 필요 상태는
    배터리 상태 결정부에서 수신되는 SOC 값이 SOC 셋팅 하한값 보다 작은 경우 배터리 상태 결정부에서 상기 배터리 팩의 충전이 필요한 것으로 판단함을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 상태 정보가 방전 가능 상태는
    배터리 상태 결정부에서 수신되는 SOC 값이 SOC 셋팅 하한값 보다 크거나 같은 경우 배터리 상태 결정부에서 상기 배터리 팩의 방전이 가능한 것으로 판단함을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진의 속도에 비례하게 교류발전기에서 교류전력을 생산하여 상기 배터리팩의 충방전을 처리하는 것은,
    차량 운행중 엔진 제어기에서 상기 요구토크값과 상기 배터리 팩의 상태 정보에 근거하여 엔진의 속도를 RPM1으로 설정하면 상기 교류발전기에서 생산된 교류전력이 3상 다이오드 정류기를 통하여 상기 배터리팩이 연결된 직류단에서 정격전압이 V1이 되도록 하여 상기 배터리 팩을 방전시키는 단계와;
    상기 엔진 제어기에서 상기 요구토크값과 상기 배터리 팩의 상태 정보에 근거하여 상기 엔진의 속도를 RPM2로 설정하면 상기 교류발전기에서 생산된 교류전력이 3상 다이오드 정류기를 통하여 상기 배터리팩이 연결된 직류단에서 충전전압이 V2가 되도록 하여 상기 배터리 팩을 충전시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
  9. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량은 직렬형 하이브리드 추진 시스템을 적용한 바이모달 트램 또는 철도를 포함함을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 배터리팩 충전 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140083387A (ko) * 2012-12-26 2014-07-04 현대모비스 주식회사 차량용 고전압 배터리의 충전 상태 확인 장치 및 방법
KR20190136462A (ko) * 2018-05-30 2019-12-10 한국전력공사 전기자동차 방전속도 기반의 변전소 전원 공급 방법 및 이를 이용한 충방전기
CN116021118A (zh) * 2023-03-29 2023-04-28 电王精密电器(北京)有限公司 一种发动机焊机供电控制系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3422461B2 (ja) 1997-12-25 2003-06-30 日野自動車株式会社 ハイブリッド動力装置
JP3728946B2 (ja) 1998-11-10 2005-12-21 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車における電池の充電状態制御方法
KR100440117B1 (ko) * 2001-08-31 2004-07-12 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 배터리 충전 제어방법
US7411371B2 (en) 2003-02-28 2008-08-12 Arizona Public Service Company Battery charger and method of charging a battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140083387A (ko) * 2012-12-26 2014-07-04 현대모비스 주식회사 차량용 고전압 배터리의 충전 상태 확인 장치 및 방법
KR20190136462A (ko) * 2018-05-30 2019-12-10 한국전력공사 전기자동차 방전속도 기반의 변전소 전원 공급 방법 및 이를 이용한 충방전기
CN116021118A (zh) * 2023-03-29 2023-04-28 电王精密电器(北京)有限公司 一种发动机焊机供电控制系统

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