KR20140101628A - 하이브리드 자동차 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 하이브리드 자동차는 엔진; 상기 엔진을 보조하여 크랭크축을 구동하거나, 상기 엔진으로부터 동력을 회수하는 메인모터; 상기 메인모터에 구동전압을 공급받거나 상기 메인모터로부터 충전전압을 공급받는 메인 배터리; 및 상기 엔진이 정지상태일때, 상기 엔진을 구동시키는 시동모터를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차 {Hybrid Vehicle}
본 발명은 하이브리드 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 자동차의 모터 효율을 증가시키는 것에 관한 것이다.
하이브리드 자동차란 엔진과 모터의 동력을 이용하는 것으로서, 종래에는 배터리 기술이 충분히 발전하지 않았기 때문에 엔진에 비해 편의성이 떨어져 주목을 받지못했다. 최근, 배터리 기술이 비약적으로 발전하고 석유자원의 고갈과 환경오염의 방지를 위해 하이브리드 자동차가 주목받고 있다.
도 1은 종래기술에 의한 하이브리드 자동차의 엔진과 모터의 동력전달관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 자동차는 엔진과 트랜스 미션 사이에 모터를 부착하여 엔진의 동력에 모터의 동력을 더하여 사용하는 것이다. 하이브리드 자동차의 구동방식에는 마일드형, 병렬형, 직렬형, 동력분배형이 있다. 마일드형 하이브리드 자동차의 엔진은 주동력원으로서 항상 동작하며, 장착된 모터는 보조동력원으로서 필요에 따라 엔진을 보조하고 보조하지 않는 구간에서는 전기 에너지를 발생시켜 배터리를 충전하는 제너레이터 역할을 한다.
병렬형 하이브리드 자동차의 엔진은 주동력원으로서 항상 동작하며, 장착된 모터는 보조동력원으로서 필요에 따라 클러치 동작상태의 제어를 통해 엔진과 연결되어 엔진을 보조하거나 엔진과 연결이 차단되도록 제어된다. 병렬형 하이브리드 자동차의 구동방식과 마일드형 하이브리드 자동차의 구동방식은 유사하지만, 클러치를 이용하여 엔진에 과부하를 주지 않도록 제어를 할 수 있다는 차이점이 있다.
직렬형 하이브리드 자동차의 모터는 주동력원으로서 항상 동작하며, 장착된 엔진은 단순히 제너레이터를 구동하여 배터리를 충전하는 역할만을 담당하는 방식이다. 최근 비약적인 배터리 기술의 발달로 인하여, 플러그인 방식을 이용하여 직렬형 하이브리드 자동차의 배터리를 집에서도 충전을 할 수 있도록 개발되고 있다.
동력분배형 하이브리드 자동차는 가장 발전한 방식으로, 유성기어를 이용하여 저속구간에서는 모터만으로 구동되며 일정 속도 이상에서는 엔진과 모터가 함께 작동하여 출력을 향상시킬 수 있다. 또한, 주행중에 엑셀을 놓아서 탄력주행을 하는 경우와 제동시에는 엔진은 배터리를 충전하는 제너레이터 역할을 한다.
그러나 종래의 하이브리드 자동차의 모터는 엔진을 보조하여 동력을 공급하거나 엔진으로부터 동력을 회수하는 역할 이외에, 엔진을 시동시키는 역할까지 함께 병행하고 있다. 엔진의 시동단계에서는 주행시보다 높은 토크가 필요하게 되며, 상대적으로 고전압이 필요하게 된다. 따라서 엔진 및 인버터의 용량과 크기가 상승하게 되어 설계 자유도가 떨어지며 모터의 효율성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 메인모터의 크기를 축소하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 메인모터의 효율을 상승시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 메인모터의 회전축과 엔진의 크랭크축을 연결하는 연결부재의 수명을 향상시키는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 엔진; 상기 엔진을 보조하여 크랭크축을 구동하거나, 상기 엔진으로부터 동력을 회수하는 메인모터; 상기 메인모터에 구동전압을 공급받거나 상기 메인모터로부터 충전전압을 공급받는 메인 배터리; 및 상기 엔진이 정지상태일 때, 상기 엔진을 구동시키는 시동모터를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 자동차에 의하면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　메인모터 사이즈를 축소하여 설계자유도가 증가하는 장점이 있다.
둘째,　메인모터와 엔진 간 동력을 전달하는 부재의 수명이 연장되는 장점도 있다.
셋째,　메인모터를 주행에 특화하여 설계하므로 주행 시스템의 효율이 증가하는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 하이브리드 자동차의 엔진과 모터의 동력전달관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 엔진과 그 주변 부품들의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 하이브리드 자동차를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 엔진과 그 주변 부품들의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 자동차는 엔진(100); 및 엔진(100)을 보조하여 크랭크축(120)을 구동하거나, 엔진(100)으로부터 동력을 회수하는 메인모터(160); 메인모터(160)에 구동전압을 공급받거나 메인모터(160)로부터 충전전압을 공급받는 메인배터리(190); 및 엔진(100)이 정지상태일 때 엔진(100)을 구동시키는 시동모터(200)를 포함한다.
하이브리드 자동차는 엔진(100)을 포함한다. 엔진(100)은 내연기관이다. 내연기관은 연료를 기관의 내부에서 연소시켜 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기관이다. 엔진(100)은 트랜스미션(180)과 연결된다. 트랜스미션(180)은 엔진(100)의 구동력을 바퀴에 전달한다. 트랜스미션(180)은 바퀴의 회전수를 조절한다. 트랜스미션(180)은 엔진(100)의 구동횟수를 제어한다.
엔진(100)은 크랭크축(120)과 연결된다. 크랭크축(120)은 트랜스미션(180)과 연결된다. 크랭크축(120)은 메인모터(160)와 연결된다. 크랭크축(120)은 크랭크축풀리(140)와 연결된다. 크랭크축풀리(140)는 벨트(150)와 연결된다.
메인모터(160)는 메인배터리(190)와 연결된다. 메인모터(160)는 인버터와 연결된다. 메인모터(160)는 엔진(100)을 보조하여 크랭크축(120)을 회전시킨다. 메인모터는 엔진(100)으로부터 동력을 회수한다. 메인모터(160)는 크랭크축(120)으로부터 동력을 회수한다. 메인모터(160)는 제동단계일 때 동력을 회수한다. 메인모터(160)는 회수된 동력으로 발전한다. 메인모터(160)는 생산한 전기를 메인배터리(190)에 저장한다. 메인모터(160)는 엔진(100)이 구동중인 경우만 작동한다.
메인모터(160)의 회전축에는 메인모터풀리(170)가 배치된다. 메인모터풀리(170)와 크랭크축풀리(140)는 벨트(150)로 연결된다. 벨트(150)는 메인모터(160)의 구동력을 크랭크축(120)에 전달한다. 벨트(150)는 크랭크축(120)의 구동력을 메인모터(160)에 전달한다. 메인모터(160)는 크랭크축(120)의 구동력을 통해 발전한다. 발전된 전기는 메인배터리(190)에 저장된다.
메인배터리(190)는 메인모터(160)에 구동전압을 공급받거나 메인모터(160)로부터 충전전압을 공급받는다. 메인모터(160)는 크랭크축(120)으로부터 동력을 전달받는다. 전달된 동력은 메인모터(160)를 거쳐 충전전압으로 변한다. 메인배터리(190)는 충전된다.
메인배터리(190)는 메인모터(160)를 구동시키는 구동전압을 제공한다. 메인모터(160)는 크랭크축(120)을 회전시킨다. 메인모터(160)는 벨트(150)를 통해 크랭크축(120)에 구동력을 전달한다. 시동모터(200)는 엔진(100)이 정지상태일 때 엔진(100)을 구동시킨다.
시동모터(200)는 엔진(100)을 회전시킨다. 시동모터(200)는 엔진(100)의 시동단계에서 크랭크축(120)과 연결된다. 시동모터(200)는 크랭크축(120)과 착탈가능하게 연결된다. 시동모터(200)는 메인모터(160)보다 높은 토크를 갖는다. 시동모터(200)는 엔진(100)의 동작시에는 크랭크축(120)과 이격되어 배치된다.
크랭크축(120)은 시동모터(200)와 착탈가능하게 연결된다. 크랭크축(120)은 엔진(100)과 연결되어 구동력을 공급받는다. 크랭크축(120)은 메인모터(160)와 연결된다. 크랭크축(120)은 메인모터(160)와 구동력을 주고받는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 자동차는 전장시스템의 각 부하에 전원을 공급하는 보조배터리(210)를 더 포함하고, 시동모터(200)는 보조배터리(210)로부터 전원을 공급받는다. 보조배터리(210)는 메인배터리(190)보다 낮은 전압을 갖는다. 바람직하게는 보조배터리(210)는 12v 배터리이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 자동차는 메인배터리(190)의 고전압을 저전압으로 변환시켜 보조배터리(210)에 충전 전압을 공급하는 DCDC컨버터(310)를 포함한다. DCDC컨버터(310)는 전압의 크기를 변환한다.
DCDC컨버터(310)는 메인배터리(190)와 연결된다. DCDC컨버터(310)는 시동모터(200)와 연결된다. DCDC컨버터(310)는 보조배터리(210)와 연결된다. DCDC컨버터(310)는 파워스위칭부(320)와 연결된다. DCDC컨버터(310)는 인버터부(300)에 배치될 수 있다. DCDC컨버터(310)는 고전압을 저전압으로 변환한다. DCDC컨버터(310)는 직류전압을 변압한다.
파워스위칭부(320)는 DCDC컨버터(310)와 연결된다. 파워스위칭부(320)는 메인모터(160)와 연결된다. 파워스위칭부(320)는 전압을 스위칭하여 교류전압을 모터에 전달한다. 인버터부(300)는 직류전압을 교류전압으로 변경한다. 인버터부(300)는 DCDC컨버터(310)를 포함한다. 인버터부(300)는 파워스위칭부(320)를 포함한다.
메인모터(160)의 회전축에는 메인모터풀리(170)가 배치된다.
메인모터(160)의 회전 축은 크랭크축(120)의 회전축과 벨트(150)로 연결되어 과 동력을 주고받는다. 크랭크축(120)에는 크랭크축풀리(140)가 연결된다. 크랭크축풀리(140)와 메인모터풀리(170)는 벨트(150)로 연결된다. 시동모터(200)는 크랭크축(120)과 착탈가능하게 연결되어 엔진(100)의 시동단계에서 동력을 전달한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 자동차는 엔진(100)이 정지상태일 때는 크랭크축(120)을 돌려 엔진(100)을 구동시키고, 시동 후에는 엔진(100)을 보조하여 크랭크축(120)을 구동하거나, 엔진(100)으로부터 동력을 회수하는 메인모터(160)를 포함하는 하이브리드 자동차에 있어서, 메인모터(160)는 차량의 시동 후에만 개입하고, 차량의 시동 단계에서는 별도의 시동모터(200)에 의해 엔진(100)이 구동된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 작용을 설명하면 다음과 같다.
운전자가 시동을 걸기 위해 시동버튼을 누르면, 시동모터(200)는 크랭크축(120)과 연결된다. 시동모터(200)는 크랭크축(120)을 회전시킨다. 이때 크랭크축(120)은 정지상태이므로 시동모터(200)는 비교적 큰 토크를 발휘해야 한다. 크랭크축(120)이 회전을 시작하면 엔진(100) 내부에 흡입된 연료는 폭발되고 엔진(100)은 구동을 시작한다.
차량이 주행을 시작하면 메인모터(160)가 개입된다. 메인모터(160)는 크랭크축(120)과 동력을 주고 받는다. 차량이 주행을 시작하면 메인모터(160)는 회전중인 크랭크축(120)과 연동하여 동력을 주고받는다. 메인모터(160)는 시동모터(200)보다 상대적으로 낮은 토크를 발휘할 수 있다. 메인모터(160)는 시동모터(200)보다 낮은 부하를 받는다. 메인모터(160)는 시동모터(200)의 기능이 배제되므로, 종래의 모터(5)와는 달리 낮은 토크 영역으로 차량의 구동을 보조하는 목적을 달성할 수 있다.
따라서 메인모터(160)의 크기는 종래의 모터(5)보다 줄어든다. 또한, 메인모터(160)는 고부 하 및 고 토크가 필요한 엔진(100)의 시동영역에서 배제되므로 시스템 효율이 향상된다. 또한, 시스템효율의 향상으로 연비가 증가한다. 또한, 메인배터리(190)의 수명도 연장된다.
또한, 종래와 같은 모터는 벨트(150)를 통해 크랭크축(120)을 회전시켜 엔진(100)을 스타트시키므로 벨트(150)에 높은 장력이 가해졌으나, 본원발명에 의하면 엔진(100)의 시동은 시동모터(200)가 담당하므로 벨트(150)의 수명이 연장된다. 또한, 메인배터리(190)가 방전되더라도 보조배터리(210)에 의해 엔진(100)을 스타트시킬 수 있어 안전성과 신뢰도가 향상된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1 : 엔진 5: 모터
7: 트랜스미션 9: 배터리
100: 엔진 120: 크랭크축
140: 크랭크축풀리 150: 벨트
160: 메인모터 170: 메인모터풀리
180: 트랜스미션 190: 메인배터리
200: 시동모터 210: 보조배터리
300: 인버터부 310: DCDC컨버터
320: 파워스위칭부

Claims (7)

  1. 엔진;
    상기 엔진을 보조하여 크랭크축을 구동하거나, 상기 엔진으로부터 동력을 회수하는 메인모터;
    상기 메인모터에 구동전압을 공급받거나 상기 메인모터로부터 충전전압을 공급받는 메인 배터리; 및
    상기 엔진이 정지상태일때 상기 엔진을 구동시키는 시동모터를 포함하는 하이브리드 자동차.
  2. 제 1항에 있어서,
    전장시스템의 각 부하에 전원을 공급하는 보조배터리를 더 포함하고,
    상기 시동모터는 상기 보조배터리로부터 전원을 공급받는 하이브리드 자동차.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보조배터리의 전압은 12V인 하이브리드 자동차.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 메인 배터리의 고전압을 저전압으로 변환시켜 상기 보조 배터리에 충전 전압을 공급하는 DCDC컨버터를 더 포함하는 하이브리드 자동차
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 메인모터의 회전 축은 상기 크랭크축과 벨트로 연결되어 동력을 주고받는 하이브리드 자동차.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 시동모터는,
    상기 크랭크축과 착탈가능하게 연결되어 상기 엔진의 시동단계에서 동력을 전달하는 하이브리드 자동차.
  7. 엔진이 정지 상태일때는 크랭크축을 돌려 엔진을 구동시키고, 시동 후에는 상기 엔진을 보조하여 크랭크축을 구동하거나, 상기 엔진으로부터 동력을 회수하는 메인모터를 포함하는 하이브리드 자동차에 있어서,
    상기 메인모터는 차량의 시동 후에만 개입하고, 차량의 시동 단계에서는 별도의 시동모터에 의해 엔진이 구동되는 하이브리드 자동차.
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