KR20160048034A - 자동차를 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차 중의 하나로 변환하기 위한 개조 시스템 - Google Patents

자동차를 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차 중의 하나로 변환하기 위한 개조 시스템 Download PDF

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KR20160048034A
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KR
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vehicle
propeller shaft
motors
eps
torque
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KR1020157033158A
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English (en)
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에스.비. 라비 판디트
테자스 크리쉬나 크샤트리야
이시트 마드후칸트 파텔
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케이피아이티 테크놀로지스 엘티디.
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Abstract

본 발명은 자동차를 하이브리드 전기자동차 또는 전기자동차로 구성하기 위한 개조 시스템을 제공한다. 상기 시스템은, 자동차에 페일 세이프(fail safe) 토크를 제공하고 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하기 위하여 제동 에너지를 동력화하기 위한 하나 또는 다수의 모터들을 포함하는 전원부(EPS), 자동차에 토크를 제공하기 위하여 상기 하나 또는 다수의 모터들을 프로펠러 샤프트에 결합하도록 구성된 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA), 및 자동차를 구동하기 위한 운행 조건에 기초하여 상기 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 동적으로 제어하기 위하여 상기 전원부(EPS)에 결합된 전자 제어장치를 포함한다. 상기 시스템은 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 제어하기 위한 모터 컨트롤러를 포함한다. 상기 모터 컨트롤러는 자동차를 구동하기 위해 필요한 토크와 동력에 기초하여 하나 또는 다수의 모터들을 작동시킨다.

Description

자동차를 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차 중의 하나로 변환하기 위한 개조 시스템{RETROFIT SYSTEM FOR CONVERTING A VEHICLE INTO ONE OF A HYBRID ELECTRIC VEHICLE (HEV) AND ELECTRIC VEHICLE (EV)}
본 발명은 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 자동차를 하이브리드 전기자동차 또는 전기자동차로 변환하기 위한 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 전기자동차(HEV: hybrid electric vehicle) 및 전기자동차(EV: electric vehicle)는 화석연료의 점차적인 고갈과 통상적인 내연기관 차량의 배기가스로부터의 이산화탄소 배출 때문에 그 수요가 현재 증가하고 있다. 전기자동차는 차량에 동력을 제공하기 위하여 배터리에 저장된 전기에너지로 작동되는 전기 구동 모터를 순전히 활용하고 있다. 하이브리드 전기자동차는 차량에 동력을 제공하기 위하여 내연기관 및/또는 전기구동 모터를 활용하고 있다. 하이브리드 자동차는 일반적으로 통상적인 내연기관으로 구동되는 차량들에 대비해 25-40% 효율 향상을 가져오는 연료 경제성을 달성한다.
현재에는, HEV/EV의 개념은 대중교통용 버스 등과 같은 대형(heavy duty) 차량에 적용되고 있다. 16톤의 총차량중량(GVW)을 갖는 대중교통용 버스(전기버스 또는 하이브리드 전기버스)가 전형적으로 시내에서의 일일 이동거리가 약 200킬로미터에 이른다고 가정한다. 버스 정류장에서 버스가 할애하는 평균 시간이 약 1분이라고 가정한다. 또한, 시내 노선에서 두 버스 정류장 사이의 버스 이동 거리가 2km 내지 5km 사이라고 가정한다. 전술한 요건을 만족시키기 위해서는 전기버스 또는 하이브리드 전기버스는 전형적으로 시내운행을 위해서는 그 배터리가 적어도 200km 정도를 지속할 것을 요구할 것이다. 따라서, 전기/하이브리드 버스는 운용비용을 현저하게 증가시킬 수도 있는 200kmh 범위의 대형 배터리 팩을 필요로 할 것이다.
또한, 버스를 구동하기 위한 단일 모터의 사용은 대형의 모터와 무거운 중량을 필요로 한다. 더욱이, 중량의 단일 모터에 대하여, 더 높은 관성은 응답 지연을 야기한다. 단일한 대형 모터는 배터리 소비를 최적화할 수 없을 수도 있다. 또한, 더 높은 운행 속도를 달성하기 위해서는 다단형의 기어장치가 사용될 필요가 있다.
따라서, 자동차를 하이브리드 전기자동차 및/또는 전기자동차로 변환하기 위한 하나 또는 다수의 모터들을 구비하는 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 복수의 모터들을 구비하는 본 발명의 시스템은 자동차를 추진하기 위해 필요한 토크에 따라서 하나 또는 다수의 모터들을 동작시킴으로써 배터리 소비를 최소화하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시예는 자동차를 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차 중의 하나로 변환하기 위해 장착되는 개조(retrofit) 시스템을 개시한다. 본 발명의 시스템으로써, 기존의 차량을 경(mild)-하이브리드, 풀(full)-하이브리드, 완전한 전기자동차, 더 높은 용량의 모터를 갖는 전기자동차 및 대형(heavy duty) 전기자동차로 변환할 수가 있다. 따라서, 본 발명의 시스템으로써, 기존의 자동차가 필요조건에 따라서 기존의 차량 어셈블리에 대한 큰 변형이 없이도 다른 범위의 하이브리드 및 전기자동차로 변환될 수가 있다. 본 시스템은, 자동차에 페일 세이프(fail safe: 고장안전) 토크를 제공하고 또한 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하기 위하여 제동 에너지를 동력화하기 위한 하나 또는 다수의 모터들을 포함하는 전원부(EPS), 자동차에 토크를 제공하기 위하여 상기한 하나 또는 다수의 모터들을 프로펠러 샤프트에 결합하도록 구성된 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리(EPGA), 및 자동차를 구동하기 위한 운행조건에 기초하여 상기한 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 동적으로 제어하기 위하여 상기 전원부(EPS)에 결합된 전자 제어장치를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리들은 수직 위치 및 평행 위치 중의 적어도 하나에서 하나 또는 다수의 전원부들을 프로펠러 샤프트에 연결하도록 구성된다. 전자 제어장치(ECU)는 공기 조절 시스템, 진공 브레이크 시스템 및 공기 브레이크 시스템을 포함하는(그것에 한정되지는 않음) 자동차 서브시스템에 동력을 제공하고 및 통제하도록 구성된다. 하나 또는 다수의 센서들은 전자 제어장치(ECU)에 하나 또는 다수의 신호들을 제공하기 위하여 쓰로틀 센서, 브레이크 센서, 및 속도 센서를 포함한다(그것에 한정되지는 않음). 엔진 관리 시스템(EMU)은 차량 속도, 배기가스, 엔진 온도, 및 가속 등을 포함하는(그것에 한정되지는 않음) 쓰로틀 입력을 받아들임으로써 차량 엔진을 제어한다. 글로벌 이동통신 시스템(GSM)은 차량에 관련되는 정보를 웹 서버에 전송함으로써 웹 서버가 차량의 위치 및 운행조건을 모니터하는 것을 가능하게 만든다. 전자 제어장치에 의해 제어되는 하나 또는 다수의 컨트롤러들은 그 차량의 매 동작점에서의 필요한 토크를 제공하기 위하여 어떤 모터가 동작 될 것인지 그리고 얼마만큼의 양의 동력이 추출될 것인지를 판단하기 위한 로직을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에는 하이브리드 전기자동차를 개시한다. 상기 자동차는, 프로펠러 샤프트를 통해 토크가 인가될 시 자동차를 추진하기 위한 둘 이상의 휠들, 자동차에 페일 세이프 토크를 제공하고 또한 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하기 위해 제동 에너지를 동력화하는 하나 또는 다수의 모터들을 포함하는 전원부(EPS), 자동차에 토크를 제공하기 위하여 프로펠러 샤프트에 하나 또는 다수의 모터들을 연결하도록 구성된 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA), 자동차를 구동하기 위한 운행 조건들에 기초하여 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 동적으로 제어하기 위하여 전원부(EPS)에 연결된 전자 제어장치, 및 전원부(EPS) 및 자동차와 함께 구성된 하나 또는 다수의 전기장치들에 전기에너지를 제공하기 위한 하나 또는 다수의 배터리들을 포함하되, 상기 하나 또는 다수의 배터리들은 상기 전원부(EPS)가 발전기로서 동작하고 있을 때 충전되며, 상기 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 수직 위치 및 평행 위치 중의 적어도 하나에서 하나 또는 다수의 전원부들을 프로펠러 샤프트에 연결하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에는 전기자동차를 개시한다. 상기한 전기자동차는, 프로펠러 샤프트를 통해 토크가 인가될 시 자동차를 추진하기 위한 둘 이상의 휠들, 자동차에 페일 세이프 토크를 제공하고 또한 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하기 위해 제동 에너지를 동력화하는 하나 또는 다수의 모터들을 포함하는 전원부(EPS), 자동차에 토크를 제공하기 위하여 프로펠러 샤프트에 하나 또는 다수의 모터들을 연결하도록 구성된 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA), 자동차를 구동하기 위한 운행 조건들에 기초하여 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 동적으로 제어하기 위하여 전원부(EPS)에 연결된 전자 제어장치, 및 전원부(EPS) 및 자동차와 함께 구성된 하나 또는 다수의 전기장치들에 전기에너지를 제공하기 위한 하나 또는 다수의 배터리들을 포함하되, 상기 하나 또는 다수의 배터리들은 전원부(EPS)가 발전기로서 동작할 때 충전되며, 상기 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 수직 위치 및 평행 위치 중의 적어도 하나에서 하나 또는 다수의 전원부들을 프로펠러 샤프트에 연결하도록 구성된다.
본 발명의 전술한 여러 가지의 측면들과 다른 특징들이 첨부한 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전기자동차 또는 전기자동차(EV)로 자동차를 변환하기 위한 개조 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 구성을 위한 시스템 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)를 그림으로 표현한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량 샤시를 갖춘 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 통합을 그림으로 표현한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA) 케이싱 및 어셈블리를 그림으로 표현한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 하나의 다른 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다.
도 8은 본 발명의 또 하나의 다른 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다.
이제 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 그러나 본 발명은 본 실시예들에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 장치에 있어서의 여러 가지의 구성요소들의 크기, 형상, 위치, 갯수 및 구성 등은 단지 예시적인 것으로서 본 발명의 영역으로부터 벗어남이 없이 당해 기술분야의 전문가에게는 다양한 변형들이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 단지 본 발명의 기술분야에서의 통상의 지식을 갖는 자에게 본 발명을 더욱 명료하게 설명을 하기 위하여 제공되는 것이다. 첨부한 도면들에 있어서, 같은 참조번호들은 같은 구성요소들을 지시하기 위하여 사용된다.
본 명세서는 여러 군데에서 "어떤 실시예", "일 실시예" 또는 "몇몇 실시예" 등과 같은 용어를 지칭할 수도 있다. 이것은 그러한 각각의 언급이 같은 실시예(들)에 대한 것이거나, 또는 그러한 특징이 단지 하나의 실시예에만 적용된다는 것을 필연적으로 의미하지는 않는다. 다른 실시예들의 단일 특징은 또한 다른 실시예들을 제공하기 위해 조합될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 것과 같이, "어느", "일"과 같은 국문법상의 단수적 표현이나 "상기"와 같은 표현은 여기서 달리 명시적으로 기술되지 않는다면 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들은 기술된 특징들, 정수(integer)들, 과정들, 동작들, 구성요소들 및/또는 부품들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수(integer)들, 과정들, 동작들, 구성요소들, 부품들, 및/또는 그의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아니라는 것을 이해하여야 할 것이다. 하나의 구성요소가 또 다른 구성요소와 "연결" 또는 "결합"되는 것으로 언급될 때, 그것은 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합 되거나 아니면 개재하는 구성요소들이 존재할 수도 있는 것으로 이해하여야 할 것이다. 더욱이, 본 명세서에서 사용된 것과 같은 "연결" 또는 "결합"이라는 용어는 동작상으로 연결 또는 결합되는 것을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 "및/또는"이라는 용어는 관련된 열거된 항목들 중의 어느 하나 또는 다수의 임의의 또한 모든 조합들과 배열들을 포함하는 것이다.
달리 정의되지 않는다면, 여기에서 사용된 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함함)은 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 공통적으로 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다. 흔히 사용되는 사전들에서 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술분야의 맥락에서의 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로서 해석되어야만 하며, 또한 여기서 달리 그렇게 정의되지 않는다면 이상적이거나 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지는 않을 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 자동차를 하이브리드 전기자동차 또는 전기자동차로 변환하기 위한 시스템을 기술한다. 상기 시스템은 전력 소비를 최적화하고 제동 에너지를 동력화하기 위하여 단일한 대용량 전원부와는 대조적으로 복수의 전원부들을 포함한다. 부가적으로, 상기 시스템은 고 이용성과 조합된 페일-세이프(fail-safe: 고장 안전) 특징을 갖는데, 즉 복수의 모터들 덕분에 한 모터의 고장이 전체 시스템을 방해하지 않을 것이다. 대형의 단일 모터는 이러한 제한이 없는 더 소형의 복수의 모터들과는 반대로 관성 지연으로 인하여 더 늦은 응답성을 갖기 때문에, 본 시스템은 또한 어떠한 강제식 냉각도 필요가 없는 더 양호한 열 소산, 더 양호한 시동 토크, 및 더 빠른 응답을 제공한다. 임의의 주어진 시점에서의 자동차의 정확한 토크 요건에 따라서, 적절한 수의 모터들이 본 시스템의 제어 로직에 의해 동작 될 것이다. 이것은 모터가 항상 그것의 최상의 효율성 영역에서 동작 되는 것을 보장할 것이다. 부가적으로, 본 시스템은 원격 모니터링, 진단술 및 원격 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 하이브리드 전기자동차로 변환하기 위한 개조(retrofit) 시스템(100)의 블록도를 도시한다. 상기 시스템(100)은 전원부(EPS)(101), 하나 또는 다수의 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA)(도 1에는 미도시), 전자 제어장치(102), 및 배터리 팩(103)을 포함한다. 상기 전원부(EPS)(101)는 자동차에 페일 세이프 토크를 제공하고 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하기 위하여 제동 에너지를 동력화하는 하나 또는 다수의 모터들(101A-101N)을 포함한다. 하나 또는 다수의 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA)은 상기 토크를 자동차에 제공하기 위한 적어도 하나의 프로펠러 샤프트에 상기한 하나 또는 다수의 모터들을 결합하기 위한 부착 가능한 디자인을 갖는다. 전자 제어장치(102)는 전원부(EPS)(101)에 결합된다. 전자 제어장치(ECU)는 자동차를 구동하기 위한 토크 요건과 운행 조건들에 기초하여 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 동적으로 제어하는 제어 로직을 포함한다. 배터리 팩(103)은 하나 또는 다수의 배터리들을 포함하며 화학적 에너지의 형태로 전기에너지를 저장하도록 구성될 수 있다. 배터리 팩(103)은 직류 전류(AC) 전원으로부터 충전된다. 예시적인 일 실시예에 있어서, 배터리 팩(103)은 팬터그래프형 버스트 충전기(pantograph-type burst charger)를 이용하여 충전된다. 또 다른 하나의 실시예에 있어서는, 배터리 팩(103)은 주차 구역에 설치된 충전용 아웃포스트(전초설비)를 이용하여 충전된다. 전원부(EPS)(101)는 당해 기술분야에서 알려진 임의의 형태의 적절한 모터를 포함할 수도 있지만, 바람직하게는 다상(poly-phase) 모터를 포함하여도 좋다.
배터리 팩(103)은 하나 또는 다수의 모터들(101A-101N)을 구동하기 위한 모터 컨트롤러(104)에 전기에너지를 제공한다. 모터 컨트롤러(104)의 제어 로직은 복수의 모터들(101A-101N)의 기능을 제어한다. 몇몇 실시예들에서는 모터 컨트롤러(104)는 자동차를 구동하기 위해 필요한 토크와 동력의 양에 기초하여 하나 또는 다수의 모터들(101A-101N)을 작동시킨다. 예컨대, 모터 컨트롤러(104)는 정지된 위치로부터 자동차를 움직이기 위해서는 모든 모터들을 작동시키고, 이어서 모터들(101A-101N) 중의 하나 또는 다수가 토크 및 동력의 필요조건에 따라서 차단된다. 따라서, 모터들(101A-101N)은 하이브리드/전기 자동차를 작동시키기 위하여 휠들에 동력을 제공한다. 모터들(101A-101N)은 기어들 또는 커플링들을 통해서, 또는 당해 기술분야에서 공지된 임의의 다른 방법들로 휠들에 연결될 수 있다. 자동차에 활용된 모터들(101A-101N)의 수는 최대 부하조건에서의 토크의 양 및 파워 요건, 차량의 종류, 지형 및 차량의 용도 등에 따라 변할 수도 있다는 점을 유념할 수 있을 것이다. 또한, 복수의 모터들(101A-101N)을 사용하는 것은 각 모터의 낮은 관성 때문에 더 빠른 파워 응답성을 구현하는 것에 도움된다. 더욱이, 모터들 중의 하나가 고장 날 때 그 차량의 동작에 영향을 미치지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 구성을 위한 시스템 구조를 도시한다. 하이브리드 전기자동차 또는 전기자동차는 개조 시스템(100)을 포함한다. 자동차는 두 쌍의 휠들, 상기 쌍의 휠들에 토크를 제공하는 샤프트(201), 상기 샤프트(201)를 통해서 상기 쌍의 휠들에 토크를 제공하는 엔진, 하나 또는 다수의 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA)(202)을 이용하여 샤프트(201)에 결합된 하나 또는 다수의 모터들(203), 전자 제어장치(204), 엔진 관리 시스템(EMS)(205), 하나 또는 다수의 3상 AC 모터 컨트롤러(206), 및 배터리 팩(207)을 포함한다.
엔진 관리 시스템(EMS)은, 사용자 요구에 따라서 의존하는 파라미터들, 즉 운전자로부터의 쓰로틀(throttle) 입력, 속도, 배기가스, 엔진 온도, 가속 및 기타 파라미터들을 받아들임으로써 엔진을 제어한다. 이러한 쓰로틀 입력으로부터 EMS는 필요한 동력의 양을 계산하고, 또한 필요한 동력을 제공하기 위해 엔진에 대한 연료의 공급을 제어한다.
전자 제어장치(ECU)(204)는 미리 정의된 구성에 따라서 하나 또는 다수의 명령들을 제공하기 위하여 엔진 관리시스템(EMS)(205)에 연결된다. 자동차는 또한 전자 제어장치에 내장 가능하거나 전자 제어장치(ECU)(204) 외부에 구성될 수 있고 상기 ECU(204)에 의해 제어되는 배터리 관리시스템(BMS)을 포함한다. 배터리 관리시스템은 각 배터리에 대해 배터리 전압, 전류 및 온도를 모니터한다.
3상 AC 모터 컨트롤러(206)는 하나 또는 다수의 모터들을 구동하도록 구성되고 전자 제어장치(ECU)(204)에 의해 제어된다. ECU(204)의 모터 컨트롤러(206)의 제어 로직(control logic)은 미리 정의된 파라미터들과 미리 정의된 명령들에 기초하여 하나 또는 다수의 동작점에서 토크를 제공하기 위하여 상기한 하나 또는 다수의 모터들에 명령들을 제공한다.
상기 자동차는 자동차 보조장치들(208), 하나 또는 다수의 센서들(209), 보호 및 제어 스위치 기어장치(210), 차량 배터리(211), DC-DC 충전기(212), 급속 충전장치(214), 컨트롤러 영역 네트워크(CAN), 글로벌 이동통신 시스템(GSM)을 더 포함하고 있다. 상기 센서들은 쓰로틀 센서, 브레이크 센서, 및 속도 센서 등을 포함하지만, 그것들에만 한정되는 것은 아니다.
자동차 보조장치들(208)은 공기조절 시스템, 진공 또는 공기 브레이크 시스템과 같은 하나 또는 다수의 파워(배터리) 소비 시스템들을 포함한다. 자동차가 EV 모드에서 동작할 때, 이들 구성요소들은 제어와 동력이 필요할 것이다. ECU는 필요에 따라 동력과 제어를 제공하고 차량의 조건에 따라서 이들 장치들을 동작시키기 위한 필요한 제어 로직을 포함한다.
보호 및 제어 스위치 기어장치(210)는 시스템에 손상을 줄 수도 있는 회로 단락, 과전류 및 과전압 현상에 대해 보호를 제공한다.
부가적으로, 자동차는 와이퍼, 전조등, 경적, 오디오 시스템과 같은(이들에만 한정되는 것은 아님) 차량의 전기적 부하를 동작시키기 위한 하나 또는 다수의 더 작은 용량의 배터리들(211)을 구비할 수도 있다. DC-DC 충전기(212)는 배터리 팩으로부터 자동차 배터리에 의해 필요한 전압으로 전압 변환함으로써 자동차 배터리(211)를 충전한다.
레인지 익스텐더(range extender: 주행거리 확장기) 또는 EV 자동차 구성에 있어서 자동차를 구동하기 위하여는 더 큰 용량의 배터리 팩이 필요하고, 이것은 급속 충전 스테이션을 통해 외부에서 충전될 것이다. 이것은 점선으로 도시된 차량의 외부에 있다. 자동차가 정지할 기회를 얻을 때마다, 그것은 15분 미만 동안에 배터리 팩을 빠르게 충전할 수 있을 것이다.
자동차에 구성된 컨트롤러 영역 네트워크(CAN)는 마이크로컨트롤러 및 다른 통신장치들이 자동차 내부에서 서로 통신하는 것을 가능하게 한다. GSM은 자동차의 안전 상태와 위치를 모니터하기 위하여 ECU로부터 웹 서버로 정보를 전송하기 위한 텔레메틱스 장치이다. 이것은 자동차에 있어서의 잠재적인 문제들과 고장들을 미리 판단하고 검출할 수 있도록 하는 진단 알고리즘을 구비하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)를 그림으로 표현한 도면이다. 도 3은 기어 어셈블리를 통해서 샤프트에 연결되는 두 개의 모터들을 도시하고 있다. 각각의 모터는 크라운에 연결된 하나의 피니언(pinion)을 구비하는데, 이것은 샤프트 상에 장착된다. 이러한 배열구성으로써 모터의 동력이 수직형으로 전달된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 샤시를 갖는 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 통합 구조를 그림으로 표현한 도면이다. 도 4는 세 부분의 프로펠러 샤프트(추진축)들, 즉 엔진에 연결된 프론트부(401)(엔진 진동을 받음), 샤시에 부착된 센터부(402) 및 차동장치에 연결된 후방부(403)(도로 진동을 받음)를 도시하고 있다. EPGA는 샤시에 부착되기 때문에 가장 안정된 샤프트인 센터 샤프트에 부착된다. 이러한 견지에서, 프로펠러 샤프트의 센터부의 길이는 자동차에 있어 캐스케이드 방식으로 연결 가능한 EPGA들의 수를 결정하는 주요한 요소이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서 더 짧은 샤프트 길이로써 동력을 증가시키기 위하여 EPS 길이 또는 직경은 동일한 EPGA 케이싱 디자인으로부터 더 큰 동력을 얻도록 증가될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA) 케이싱 및 어셈블리를 그림으로 표현한 도면이다. 본 도면에서 상이한 길이의 두 개의 모터들이 EPGA에 부착되어(도 3 및 4에 개시된 것과 같이) 동력의 가변적인 양을 추출하도록 한다.
일 실시예에 있어서, 본 시스템에 사용되는 EPS들은 하기와 같은 상이한 특성들을 갖는다:
1. 상이한 극(pole), 예컨대,
* 8극 모터는 자동차의 발진 중에 고효율의 더 우수한 시동 토크를 위해 사용 가능함 - 자동차 운행(모터링)과 재생(regeneration) 모두에 적용
* 4극 또는 6극 모터는 중간 주행거리 범위의 운행용으로 사용 가능함
* 2극 모터는 고속 운행용으로 사용 가능함
EPGA를 이용하는 자동차에 부착된 모든 모터들은 기어를 상단 시프트 하지 않고 추월하기 위하여 급가속, 급제동, 가파른 언덕길 오르기와 같은 특별한 운행 요건들에 대해 이용될 수 있다.
2. 모터의 동작 속도에 의존하는 상이한 동력 레이팅(different power rating). 예를 들어, 저속 고토크 모터에 대해서는 낮은 동력 레이팅 및 그 반대도 마찬가지임.
3. 동작 듀티 사이클에 의존하는 EPS의 상이한 크기. 예컨대, 시내 조건하에서 EPS는 높은 듀티 사이클 때문에 가열되는 경향이 있을 것이며, 이에 따라 이러한 모터의 EPS의 디-레이팅(de-rating)은 더 크게 하는 것이 필요할 것이다.
일 실시예에 따르면, 하나의 EPS의 정격 토크(rated torque)를 계산하기 위한 수식은 아래에 주어진다:
- 차동장치에서 필요한 토크 = 휠에서 필요한 토크/차동비
- EPGA에서 필요한 토크 = 차동장치에서 필요한 토크/EPGA 비
- 하나의 EPS에서 필요한 토크 = EPGA에서 필요한 토크/EPS의 수
- 하나의 EPS의 정격 토크 = 하나의 EPS로부터 필요한 토크/최대 토크 계수
예를 들면, 휠에서 필요한 토크가 2의 피크 토크 계수를 갖는 두 EPS들로써 5의 EPGA 비 및 6의 차동비(differential ratio)를 갖는 차량에서 20,000 뉴톤 미터(Nm)라면, 필요한 하나의 ESP의 정격(rated) 토크는 전술한 수식을 사용하면 167Nm이다.
EPGA 구성:
본 발명에 따른 EPGA 구성은 완전한 모듈러 방식의 구성이다. 이러한 모듈러 디자인의 구성으로 인하여, 다양한 배열들을 통해서 복수의 전원들을 함께 연결하는 것이 가능하다. 이러한 배열들의 몇몇에 대하여 아래에서 상세하게 기술된다. EPGA에서, 프로펠러 샤프트에 직각인 모든 EPS들은 흔히 차동 방식으로 사용되는 하이포이드형(hypoid profiled)) 크라운 및 피니언 기어장치들을 통해 연결된다. 그러나 간단한 베벨 기어와 같은, 하이포이드형 크라운 및 피니언 기어 대신에, 직각으로 동력을 전달할 수 있는 임의의 다른 형태의 기어를 이용하는 것도 가능하다. 후술하는 EPGA 구성은 단지 예시적인 것으로서 다수 조합의 구성들이 차량의 필요조건에 따라서 가능하다는 것을 유념하여야 할 것이다. 예를 들면, 임의의 수의 모터들이 모두 직각이거나, 모두 평행이거나, 평행과 직각 배열의 임의의 조합, 및 그것들의 임의의 조합으로 이루어진, 임의의 조합의 구성형태들로 배열될 수도 있다. 게다가, 임의의 길이 및 파워를 갖는 모터, 및 그것들의 임의의 조합을 갖는 복수의 모터들이 필요 사양에 따라서 사용되어도 좋다.
도 6-12는 상이한 배열로 된 상이한 수의 전원(EPS)들을 사용하는 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 다양한 구성들을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다. 본 실시예에서는 두 개의 전원부들(EPS)이 보통 차동형으로 사용되는 하이포이드형(hypoid profiled) 크라운 및 피니언 기어장치를 구비하는 EPGA를 통해서 프로펠러 샤프트에 직각으로 연결된다.
여기서, 유니버셜 조인트들을 통해 결합된 세 개의 프로펠러 샤프트들을 구비하는 장치를 고려해보자. 이러한 장치를 수용하기 위하여, 센터 프로펠러 샤프트는 EPGA를 수용하도록 절삭된다. 이러한 더 작은 용량의 시스템은 미디엄 하이브리드 전기자동차(MHEV)에 적합하다.
상기 시스템은 고 레벨에서 하기의 요소들을 포함한다:
Figure pct00001
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다. 본 실시예에서는, 네 개의 전원부들(EPS)이 보통 차동형으로 사용되는 하이포이드형 크라운 및 피니언 기어장치를 구비하는 EPGA를 통해서 프로펠러 샤프트에 직각으로 연결된다.
이제, 유니버셜 조인트들을 통해 결합된 세 개의 프로펠러 샤프트들을 구비하는 장치를 고려해 보자. 이러한 장치를 수용하기 위하여, 센터 프로펠러 샤프트는 두 개의 EPGA들을 수용하도록 절삭된다. 이러한 더 큰 용량의 시스템은 풀-하이브리드 전기자동차(FullHEV)에 적합하다.
상기 시스템은 고 레벨에서 하기의 요소들을 포함한다:
Figure pct00002
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다. 본 실시예에서는 두 개의 전원부들(EPS)이 보통 차동형으로 사용되는 하이포이드형 크라운 및 피니언 기어장치를 구비하는 EPGA를 통해서 프로펠러 샤프트에 직각으로 연결된다.
도 8에 기술된 실시예는 단지 하나의 피니언을 포함하고 있는 반면, 도 6에 기술된 실시예는 두 개의 피니언들을 포함하고 있다. 이것은 제2 EPS로부터의 직접적인 샤프트의 통합을 수용하도록 하나의 피니언 면(pinion face)을 변형시킴으로써 달성된다. 상기한 통합은 스플라인(splines)들 또는 플랜지(flange) 장치를 통해 수행된다.
일 실시예에 있어서, EPS는 좌우측 부분으로 분할되어 중간에서 하나의 단일 샤프트를 통해 연결된다. 중간에 있는 상기 샤프트는 프로펠러 샤프트 상에서 크라운 휠에 연결되는 기어 장치를 구비한다.
이제, 유니버셜 조인트들을 통해 결합된 세 개의 프로펠러 샤프트들을 구비하는 장치를 고려해 보자. 이러한 장치를 수용하기 위하여, 센터 프로펠러 샤프트는 상기 EPGA를 수용하도록 절삭된다. 이러한 더 작은 용량의 시스템은 미디엄 하이브리드 전기자동차(MHEV)에 적합하다.
상기 시스템은 고 레벨에서 하기의 요소들을 포함한다:
Figure pct00003
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다. 본 실시예에서는, 네 개의 전원부들(EPS)이 두 개는 프로펠러 샤프트에 직각으로 그리고 다른 두 개는 평행하게 프로펠러 샤프트에 연결된다. 두 개의 EPS들은 EPGA의 크라운 및 피니언 기어장치를 통해 프로펠러 샤프트에 연결되고, 그리고 또 다른 두 개의 EPS들은 EPS 디자인에는 거의 변경이 없이 프로펠러 샤프트에 평행하게 연결된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다. 본 실시예에서는, 세 개의 전원부들(EPS)이 두 개는 프로펠러 샤프트에 직각으로 그리고 세 번째 것은 평행하게 유니버셜 조인트를 통해 프로펠러 샤프트에 연결된다. 이러한 장치를 수용하기 위하여, 센터 프로펠러 샤프트는 한 개의 EPS를 수용하도록 절삭된다.
도 9 및 도 10에 기술된 구성들은 더 큰 용량의 시스템이며 풀-하이브리드 전기자동차(FullHEV)에 적합하다.
상기 시스템은 고 레벨에서 하기의 요소들을 포함한다:
Figure pct00004
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다. 본 실시예에서는, 여섯 개의 전원부들(EPS)이 세 개의 EPGA들의 캐스케이드 연결을 통해서 프로펠러 샤프트에 연결된다. EPGA들은 흔히 차동식으로 사용되는 하이포이드형 크라운 및 피니언 기어장치를 갖는다.
이제, 유니버셜 조인트를 통해 결합 되는 세 개의 프로펠러 샤프트들을 구비하는 장치를 고려해 보자. 이러한 장치를 수용하기 위하여, 센터 프로펠러 샤프트는 3개의 EPGA들을 수용하도록 절삭된다. 상기한 세 개의 EPGA들은 모듈러 방식의 디자인을 가지면서 캐스케이드 형태로 함께 연결된다. 이러한 매우 큰 용량의 시스템은 더 작은 용량의 EPS들을 갖고, 또한 트럭 같은 덤프차를 위한 더 높은 용량의 EPS들을 구비하는 풀-하이브리드 전기자동차(FullHEV)에 적합하다.
본 시스템은 고 레벨에서 하기의 요소들을 갖는다:
Figure pct00005
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 파워기어 어셈블리(EPGA)의 구성을 예시한다.
본 실시예에서는, 네 개의 전원부들(EPS)이 하나의 변형된 EPGA를 통해서 프로펠러 샤프트에 평행으로 연결된다. 여기서, 이러한 구성은 전술한 구성의 구성요소들 중의 60%를 넘는 부분이 유지되면서도 EPS들을 평행으로 장착하는 것을 가능하게 해준다.
변형된 디자인에 있어서, 스퍼 또는 헬리컬 형태의 기어장치가 동력을 전달하기에 적합하다. 이러한 대용량 시스템은 FullHEV 또는 EV에 적합하다.
본 시스템은 고 레벨에서 하기의 요소들을 갖는다:
Figure pct00006
시스템 구성:
도 6 내지 12에서 전술한 바와 같은 EPGA 모듈러 디자인 구성은 후술하는 것과 같은 다양한 시스템 구성을 갖는 유연성을 제공한다. 도 6 내지 도 12에서 전술한 구성들의 각각은 상이한 범위의 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차에 대해 필요한 구성요소들의 수를 제공하지만, 그 숫자는 단지 예시적인 것이라는 점을 유념하여야 할 것이다. 예를 들어, 더 긴 길이와 더 고용량의 단지 두 개의 EPS들을 이용하고 필요한 다른 구성요소들의 수를 상응하게 변경함으로써 Full-EV가 디자인될 수도 있다. 따라서 EPS들과 다른 구성요소들의 수는 필요에 따라 기존의 자동차로부터 변환될 하이브리드 자동차 또는 전기자동차의 종류와 범위에 적합하게 만들기 위한 상이한 조합들로 배열될 수가 있다.
본 발명에 따른 상이한 범위의 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차를 위한 시스템 구성과 ECU의 제어 로직은 아래에 설명된다.
시스템 구성 1: 플러그-인 하이브리드 전기자동차 (Plug-in HEV )
일 실시예에 따르면, 플러그-인 하이브리드 전기자동차(PHEV)는 EPS들, EPGA들, 배터리 뱅크, 전자 제어장치, 및 하나 또는 다수의 인버터들 및/또는 충전기들을 구비하는 다상 컨트롤러를 포함한다. 상기 자동차는 전기자동차(EV) 모드에서 40kmph와 같은 중속도까지 운행할 수 있는데, 이것을 넘어서서는 하이브리드 자동차로서 동작할 것이다.
아래의 표 1은 이러한 구성을 위해 필요한 다양한 예시적인 구성요소들과 그 각각의 수량을 나타낸다.
[표 1]
PHEV 구성요소
Figure pct00007
일 실시예에 있어서, 차량 운행은 발진(0 - 20kmph), 가속(Acceleration) 순항(Cruise), 감속(Deceleration), 탄력주행(Momentum) 및 제동(Braking)과 같은 상이한 범주로 소정의 속도에 도달하는 것으로 구분된다.
예를 들면, 전부하로써 또는 과부하 하의 조건으로써 영(제로) 속도로부터 시작하여, 모든 모터들은 완전한 전기 발진 및 무공해를 제공하는 오프 상태에서 엔진에 토크를 제공할 수도 있다. 후속해서, 모터가 차단되고 엔진은 필요에 따라서 동력을 제공할 것이다. 아래의 표 2는 자동차의 상태에 따라서 엔진 및 하나 또는 다수의 모터들의 다양한 작동 지시 모드들을 나타낸다.
에너지 저장 시스템 용량은 이 구성에서는 그리 높지 않을 것이나, 그것은 감속과 제동 중 기회 베이스(opportunity basis)에 추가하여 정기적인 간격으로 추가(top-up) 충전될 것이다. 이것은 배터리 용량이 감소되므로 해결방법의 비용을 현저하게 감소시킨다. 그것은 또한 데드 웨이트(dead weight)가 감소되므로 시스템의 효율을 향상시킨다. 에너지 저장 시스템이 충전되지 않는 경우, 자동차는 엔진으로 동작 가능하고 또한 상기 시스템은 재생된 제동 에너지를 동력화함으로써 마일드형(mild) 하이브리드 전기자동차로서 동작될 수가 있다.
[표 2]
모터 동작 모드
Figure pct00008
이들 모드들은 모터들이 최대 효율 구역(정격 RPM 미만)에서 항상 동작하는 것을 가능하게 하며, 따라서, 전반적인 시스템 효율을 증가시킨다.
시스템 구성 2: 마일드형 하이브리드 전기자동차
일 실시예에 따르면, 마일드형 하이브리드 전기자동차(MildHEV)는 EPS들, EPGA, 배터리 뱅크, 전자 제어장치, 및 하나 또는 다수의 인버터들 및/또는 충전기들을 갖춘 다상 모터 컨트롤러를 포함한다.
아래의 표 3은 이러한 구성을 위해 필요한 다양한 예시적인 구성요소들 및 각각의 수량을 보여준다.
[표 3]
MildHEV 구성요소
Figure pct00009
이제, PHEV와는 달리, MildHEV는 모터의 수가 감소됨에 따라 완전한 전기 발진을 갖지 않는다. 자동차 동작은 발진(0 - 20 kmph), 순항, 가속, 감속, 탄력 및 제동과 같은 상이한 범주에서 소정의 속도에 도달하도록 구분될 수 있다.
아래의 표 4는 자동차의 상태에 따른 엔진 및 하나 또는 다수의 모터들의 다양한 동작 모드들을 보여주고 있다.
[표 4]
모터 동작 모드
Figure pct00010
이 모드들은 모터들이 최대 효율 구역(정격 RPM 미만)에서 항상 동작하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 전반적인 시스템 효율을 증가시킨다.
시스템 구성 3: 풀- 하이브리드 전기자동차
일 실시예에 따르면, 풀-하이브리드 전기자동차(FullHEV)는 EPS들, EPGA들, 배터리 뱅크, 전자 제어장치, 및 하나 또는 다수의 인버터들을 갖춘 다상 컨트롤러를 포함한다.
아래의 표 5는 이러한 구성을 위해 필요한 다양한 예시적인 구성요소들 및 각각의 수량을 보여준다.
[표 5]
FullHEV 구성요소
Figure pct00011
FullHEV는 PHEV와 동일하게 동작되나, FullHEV는 에너지 저장 시스템을 충전하기 위한 외부 충전 기능을 필요로 하지 않는다는 차이점을 갖는다. 대신에, 그것은 에너지 저장 시스템을 충전하기 위한 기회 베이스로 차량 관성을 이용한다. 상기 시스템은 배터리를 충전하기 위하여 하나 또는 다수의 차량 상태, 즉, 제동, 서행, 언덕길 하강, 및 아이들 동작으로부터 재생된 에너지를 이용한다.
이러한 구성에서, 자동차 동작은 발진(0 - 20 kmph), 순항, 가속, 감속, 탄력 및 제동과 같은 상이한 카테고리에서 소정의 속도에 도달하도록 분할된다.
영의 속도로부터 시작할 때, 모든 모터들은 완전한 전기 발진 및 무공해를 제공하면서, 오프 상태 엔진으로써 토크를 제공하며, 그리고 후속해서, 모터가 차단되고 그리고 엔진이 필요에 따라서 작동될 것이다. 아래의 표 6은 자동차의 상태에 따라서 엔진 및 하나 또는 다수의 모터들의 다양한 동작 모드들을 나타낸다.
[표 6]
모터 동작 모드
Figure pct00012
이들 모드들은 모터들이 최대 효율 구역(정격 RPM 미만)에서 항상 동작하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 전반적인 시스템 효율을 증가시킨다.
시스템 구성 4: 전기자동차
본 발명의 일 실시예에서는 전기자동차(EV)가 EPS들, EPGA들, 배터리 뱅크, 전자 제어장치, 및 하나 또는 다수의 인버터들 및/또는 충전기들을 갖춘 다상 컨트롤러를 포함한다.
아래의 표 7은 이러한 구성을 위해 필요한 다양한 예시적인 구성요소들 및 각각의 수량을 보여준다.
[표 7]
EV 구성요소
Figure pct00013
상기한 자동차는 EV 모드에서 최대 속도까지 운행할 수 있다. 이것을 넘어서서는 레인지 익스텐디드(range extended) 모드로서 동작할 것이다.
EV는 단지 휠에서 이용 가능한 전력을 가지며, 비고장 모드(non-failure mode)에서는 어떤 엔진동력을 갖지 않는다. 엔진이 사용되는 경우, 전기에너지 저장 능력을 넘어서서 주행거리를 확장하기(range-extended) 위함일 것이다. 여기서 보통의 주행거리 확장형 전기자동차와의 차이점은 엔진은 에너지 저장 시스템을 충전하기 위하여 사용될 뿐만 아니라 차량을 직접적으로 구동하기 위하여 사용된다는 것이고, 이것은 고장 모드 하에서 그럴 것이다. 충전은 또한 기회 베이스로 자동차의 관성을 통해 수행될 것이다. 상기한 기회들은 제동, 감속, 언덕길 하강, 또는 아이들 상태일 수도 있다.
에너지 저장 시스템의 용량은 본 구성에서는 그리 크지 않으나, 그것은 감속 및 제동 중에 기회 베이스에 추가하여 규칙적인 간격으로 보충형 충전(top-up charging)을 제공한다. 이것은 배터리 용량이 감소됨에 따라서 해결책의 비용을 현저하게 감소시킨다. 이것은 또한 데드 웨이트가 감소되므로 시스템의 효율을 향상시킨다. 에너지 저장 시스템이 충전되지 않는 경우, 자동차는 엔진으로 동작될 수가 있고, 또한 본 시스템은 재생된 제동 에너지를 동력화하므로써 마일드 하이브리드 전기자동차로서 동작 가능하다.
이러한 구성에서, 자동차 동작은 발진(0 - 20 kmph), 순항, 가속, 감속, 탄력 및 제동과 같은 상이한 카테고리에서 소정의 속도에 도달하도록 구분된다.
아래의 표 8은 자동차의 상태에 따라 엔진 및 하나 또는 다수의 모터들의 다양한 동작 모드들을 보여준다.
[표 8]
모터 동작 모드
Figure pct00014
이 모드들은 모터들이 항상 최대 효율 구역(정격 RPM 아래에서)에서 동작하는 것을 가능하게 하며, 따라서 전반적인 시스템 효율을 증가시킨다.
일 실시예에 있어서, 하이브리드 전기자동차로 자동차를 구성하는 시스템은 언덕이 많은 지형을 위하여 기존의 자동차에서 프로펠러 샤프트에 상기 시스템을 개장하여 장착하도록 구성할 수 있는 하나 또는 다수의 전기 파워기어 어셈블리들을 포함한다. 여기서, 본 시스템이 장착되지 않은 자동차는 추가적인 파워 부스팅을 위하여 언덕으로 된 지형에 들어가기 전에 EPGA가 장착될 수도 있다. 이 경우에는, EPGA는 조립 시간을 단축하도록 미리 장착된 변형된 프로펠러 샤프트를 구비할 수도 있을 것이다. 이것은 지체 없이 기존의 프로펠러 샤프트의 제거와 그러한 EPGA를 구비한 새로운 프로펠러의 장착을 가능하게 할 것이다.
본 발명에서 기술된 시스템은 빈번한 기어 교체가 필요치 않게 되고 또한 엔진에 대한 과도한 과부하가 없게 될 것이므로 클러치와 엔진 수명을 증가시킬 것이다. 전기적 제동 작용을 통한 전력의 재생, 즉 전기적 부하를 통한 감속은 클러치 수명의 연장, 브레이크 슈와 브레이크 드럼의 수명 연장, 엔진 수명의 연장 및 브레이크 오일의 절감과 같은 장점들을 제공할 것이다.
이상과 같이 본 발명의 시스템이 첨부한 도면들에 예시된 본 발명의 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 정신과 영역으로부터 벗어남이 없이 그것에 대한 다양한 대체, 수정 및 변경이 이루어질 수도 있음은 당해 기술분야의 전문가에게는 자명할 것이다.

Claims (15)

  1. 자동차를 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차 중의 하나로 변환하기 위한 개조 시스템으로서,
    자동차에 페일 세이프(fail safe) 토크를 제공하고 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하기 위하여 제동 에너지를 동력화하기 위한 하나 또는 다수의 모터들을 포함하는 전원부(EPS);
    자동차에 토크를 제공하기 위하여 상기 하나 또는 다수의 모터들을 프로펠러 샤프트에 결합하도록 구성된 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA); 및
    자동차를 구동하기 위한 운행 조건에 기초하여 상기 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 동적으로 제어하기 위하여 상기 전원부(EPS)에 결합된 전자 제어장치를 포함하는 개조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리들은 수직 위치 및 평행 위치 중의 적어도 하나에서 하나 또는 다수의 전원부들을 프로펠러 샤프트에 연결하도록 구성되는 개조 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 차량 속도, 배기가스, 엔진 온도, 및 가속을 포함하나, 이에 한정되지 않는 쓰로틀 입력을 받아들임으로써 차량 엔진을 제어하는 엔진 관리 시스템(EMS)을 더 포함하는 개조 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차량의 매 동작점에서의 필요한 토크를 제공하기 위하여 어떤 모터가 동작될 것인지 그리고 얼마의 전력량이 추출될 것인지를 제어하기 위하여 상기 전자 제어장치에 의해 제어되는 하나 또는 다수의 모터 컨트롤러들을 더 포함하는 개조 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어장치는 제동 에너지를 이용하여 하나 또는 다수의 충전 장치들이 상기 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하는 것을 가능하게 하도록 구성되는 것인 개조 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 다수의 전기 파워기어 어셈블리들은 자동차에서의 프로펠러 샤프트에 상기 시스템을 장착하도록 구성 가능한 것인 개조 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 적어도 하나의 전원부를 프로펠러 샤프트에 직각으로 연결하도록 구성되는 것인 개조 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 적어도 하나의 하이포이드 형태의 크라운 및 적어도 하나의 피니언 기어 장치를 포함하는 개조 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 그것의 적어도 하나는 EPGA의 크라운을 통해 프로펠러 샤프트에 직각으로 그리고 다른 적어도 하나는 프로펠러 샤프트에 평행으로 배열되되, 적어도 두 개의 전원부들을 상기 프로펠러 샤프트에 연결하도록 구성되는 것인 개조 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 유니버셜 조인트들을 통해 결합된 적어도 두 개의 프로펠러 샤프트들을 연결하도록 구성되는 것인 개조 시스템.
  11. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 그것의 적어도 하나는 프로펠러 샤프트에 직각으로 그리고 다른 적어도 하나는 프로펠러 샤프트에 평행으로 배열되되, 적어도 두 개의 전원부들을 상기 프로펠러 샤프트에 연결하도록 구성되는 것인 개조 시스템.
  12. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 드라이브 구동(drive-driven) 기어들을 이용하여 프로펠러 샤프트에 평행하게 적어도 하나의 전원부를 연결하도록 구성되는 것인 개조 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 자동차에 관련되는 정보를 웹 서버에 전송함으로써 웹 서버가 자동차의 위치 및 운행조건을 모니터하는 것을 가능하게 하는 글로벌 이동통신 시스템(GSM)을 더 포함하는 개조 시스템.
  14. 프로펠러 샤프트를 통해 토크가 전달될 시 자동차를 추진하기 위한 둘 또는 다수의 휠들;
    자동차에 페일 세이프 토크를 제공하고 그리고 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하기 위해 제동 에너지를 동력화하는 하나 또는 다수의 모터들을 포함하는 전원부(EPS);
    자동차에 토크를 제공하기 위하여 프로펠러 샤프트에 상기 하나 또는 다수의 모터들을 연결하도록 구성된 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA);
    자동차를 구동하기 위한 운행 조건들에 기초하여 상기 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 동적으로 제어하기 위하여 상기 전원부(EPS)에 연결된 전자 제어장치; 및
    상기 전원부(EPS) 및 자동차와 함께 구성된 하나 또는 다수의 전기장치들에 전기에너지를 제공하기 위한 하나 또는 다수의 배터리들로서, 상기 전원부(EPS)가 발전기로서 동작할 때 충전되는 상기 하나 또는 다수의 배터리들을 포함하되;
    상기 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 수직 위치 및 평행 위치 중의 적어도 하나에서 상기 하나 또는 다수의 전원부들을 프로펠러 샤프트에 연결하도록 구성되는 것인 하이브리드 전기자동차.
  15. 프로펠러 샤프트를 통해 토크가 전달될 시 자동차를 추진하기 위한 둘 또는 다수의 휠들;
    자동차에 페일 세이프 토크를 제공하고 그리고 하나 또는 다수의 배터리들을 충전하기 위해 제동 에너지를 동력화하는 하나 또는 다수의 모터들을 포함하는 전원부(EPS);
    자동차에 토크를 제공하기 위하여 프로펠러 샤프트에 상기한 하나 또는 다수의 모터들을 연결하도록 구성된 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리들(EPGA);
    자동차를 구동하기 위한 운행 조건들에 기초하여 상기 하나 또는 다수의 모터들의 기능을 동적으로 제어하기 위하여 전원부(EPS)에 연결된 전자 제어장치; 및
    자동차와 함께 구성된 하나 또는 다수의 전기장치들 및 전원부(EPS)에 전기에너지를 제공하기 위한 하나 또는 다수의 배터리들로서, 상기 전원부(EPS)가 발전기로서 동작할 때 충전되는 것인 상기 하나 또는 다수의 배터리들을 포함하되;
    상기 하나 또는 다수의 부착 가능한 전기 파워기어 어셈블리는 수직 위치 및 평행 위치 중의 적어도 하나에서 하나 또는 다수의 전원부들을 프로펠러 샤프트에 연결하도록 구성되는 것인 전기자동차.
KR1020157033158A 2013-08-29 2014-09-01 자동차를 하이브리드 전기자동차 및 전기자동차 중의 하나로 변환하기 위한 개조 시스템 KR20160048034A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210031403A (ko) * 2019-09-10 2021-03-19 도요타 지도샤（주） 하이브리드 차량 및 그 제어 방법

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