KR20190025533A - 차량 복합 에너지 공급 시스템 및 방법, 복합 에너지 차량 - Google Patents

차량 복합 에너지 공급 시스템 및 방법, 복합 에너지 차량 Download PDF

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KR20190025533A
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battery
power
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KR1020187020625A
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치아오홍 밍
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동한 뉴 에너지 오토모티브 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 차량 복합 에너지 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상기 시스템은 태양전지 모듈, 배터리 모듈, 입력 전환 모듈, DC-AC 인버터, 트랙션 모터(traction motor), 플라이휠 모듈, 및 제어 모듈을 포함하고; 차량을 운행할 때, 플라이휠 모듈에 의해 차량에 구동 마력이 공급되고; 제어 모듈은 차량 운행 상태, 플라이휠의 출력 파라미터, 및 태양전지 모듈과 배터리 모듈의 잔여 전기량에 대한 정보를 얻어, 출력 파라미터에 근거하여 플라이휠이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하고, 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 입력 전환 모듈을 제어하여 태양전지 모듈 및/또는 배터리 모듈이 출력하는 직류전원을 DC-AC 인버터에 연결시키며; DC-AC 인버터는 상기 직류전원을 교류전원으로 전환하여 트랙션 모터를 구동한다. 본 발명은 차량에 의한 환경오염을 줄이고, 에너지 사용 효율을 높이며, 차량의 주행거리를 증가시킬 수 있다.

Description

차량 복합 에너지 공급 시스템 및 방법, 복합 에너지 차량
본 발명은 차량 에너지 분야에 대한 것으로, 특히 차량 복합 에너지 공급 시스템 및 방법, 복합 에너지 차량에 대한 것이다.
신재생 에너지 차량은 일반적이지 않은 차량용 연료를 동력원으로 사용하고, 차량의 동력 제어 및 구동 방면의 첨단기술이 종합되어, 형성하는 기술원리가 첨단이고, 새로운 기술 및 구조를 구비한 차량을 지칭한다. 신재생 에너지 차량은 크게 4개의 유형, 즉 하이브리드 차량, 순수 전기 차량(태양광 차량 포함), 연료전지 차량, 기타 신재생 에너지(축전기, 플라이휠(flywheel) 등 고효율 어큐물레이터(accumulate)) 차량을 포함한다.
현재, 전기차 사용의 보급을 제약하는 하나의 주요 요소는 그 주행거리가 짧은 것으로, 회생재동이 에너지를 절약하고, 전기차의 주행거리를 늘리는 것이 관건이고, 현저한 경제적 가치와 사회적 효익을 창출할 수 있다. 또한, 태양 에너지는 가장 청결한 에너지 중 하나로, 석유 연료가 나날이 줄어드는 상황에서, 태양 에너지는 이미 인류가 사용하는 에너지 중 중요한 부분을 차지하고 있고, 나아가 지속적으로 발전하고 있어, 차량이 태양 에너지를 동력으로써 이용하는 것은 환경오염을 야기하지 않고, 전통적인 열기관 구동 차량과 비교할 때, 배출량이 제로에 가깝다고 할 수 있다. 따라서, 어떻게 합리적이고 효율적으로 이러한 에너지를 사용하느냐가 업계에서 광범위한 관심을 보이는 하나의 문제점이다.
본 발명은 한편으로는 차량 복합 에너지 공급 시스템 및 방법을 제공하여, 차량에 의한 환경 오염을 줄이고, 에너지 사용 효율을 높이며, 배터리 사용 수명을 연장시키고, 차량의 주행거리를 증가시키고자 한다.
본 발명은 다른 한편으로 복합 에너지 차량을 제공하여, 차량의 총 배출량을 감소시키고, 에너지를 절약하고 환경을 보호하며, 차량의 주행거리를 증가시키고자 한다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음의 기술 방안을 제공한다.
차량 복합 에너지 공급 시스템은, 태양전지 모듈, 배터리 모듈, 입력 전환 모듈, DC-AC 인버터, 트랙션 모터(traction motor), 플라이휠 모듈, 및 제어 모듈을 포함하고; 상기 태양전지 모듈의 출력단 및 상기 축전기 모듈의 출력단은 상기 입력 전환 모듈을 통해 상기 DC-AC 인버터의 직류출력단과 연결되고, 상기 DC-AC 인버터의 교류출력단은 상기 트랙션 모터와 연결되며; 상기 제어 모듈은 각각 상기 입력 전환 모듈 및 상기 플라이휠 모듈과 신호 연결되고;
차량을 운행할 때, 상기 플라이휠 모듈에 의해 차량에 구동 마력이 공급되고; 상기 제어 모듈은 차량 운행 상태, 상기 플라이휠 모듈의 출력 파라미터, 및 태양전지 모듈과 배터리 모듈의 잔여 전기량에 대한 정보를 얻어, 상기 출력 파라미터에 근거하여 상기 플라이휠이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하고, 상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 상기 입력 전환 모듈을 제어하여 상기 태양전지 모듈 및/또는 상기 배터리 모듈이 출력하는 직류전원을 상기 DC-AC 인버터에 연결시키며; 상기 DC-AC 인버터는 상기 직류전원을 교류전원으로 전환하여 상기 트랙션 모터를 구동한다.
선택 가능하게는, 상기 제어 모듈은 상기 태양전지 모듈 및 상기 배터리 모듈의 잔여 전기량에 근거하여 상기 태양전지 모듈 및 상기 배터리 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하고, 상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요하는 구동 마력보다 낮은 경우, 상기 태양전지 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력과 상기 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력과의 차이값과 같거나 상기 차이값보다 크면, 상기 입력 전환 모듈을 제어하여 상기 태양전지 모듈이 출력하는 직류전원을 상기 DC-AC 인버터에 연결시키고; 아니면, 상기 입력 전환 모듈을 제어하여 상기 태양전지 모듈 및 상기 배터리 모듈이 출력하는 직류전원을 상기 DC-AC 인버터에 연결시킨다.
선택 가능하게는, 차량이 제동상태 또는 감속상태 또는 내리막에 있을 때, 상기 제어 모듈은 모터 피드백 발전 에너지를 이용하여 우선적으로 상기 플라이휠 모듈의 충전을 제어하고, 상기 플라이휠 모듈의 충전이 완료된 후, 다시 상기 입력 전환 모듈을 통해 상기 배터리 모듈을 충전한다.
선택 가능하게는, 상기 태양전지 모듈의 출력단은 상기 입력 전환 모듈을 통해 상기 배터리 모듈에 연결된다.
선택 가능하게는, 상기 플라이휠 모듈은 플라이휠, 플라이휠 모터 및 전력전자 변환장치를 포함하고;
상기 전력전자 변환장치는 상기 트랙션 모터와 연결되고, 상기 트랙션 모터로부터 전기에너지를 입력하는데 사용함으로써, 상기 플라이휠 모터를 구동하여 상기 플라이휠을 회전시키며; 상기 트랙션 모터가 에너지를 필요로 할 때, 상기 플라이휠로 인해 상기 플라이휠 모터가 연동되어 회전하여 생성되는 에너지는 상기 트랙션 모터에 필요한 에너지로 변환된다.
선택 가능하게는, 상기 전력전자 변환장치는 양방향 DC-AC 인버터이다.
선택 가능하게는, 상기 시스템은 속도 센서 및 동력 출력 샤프트(shaft)를 더 포함하고;
상기 동력 출력 샤프트는 상기 트랙션 모터가 출력하는 동력을 차량의 구동휠로 전달하고; 상기 모터의 출력 샤프트는 동력 전달 장치를 통하여 상기 동력 출력 샤프트와 연결되고, 상기 플라이휠 모듈은 상기 동력 출력 샤프트에 설치되며;
상기 속도 센서는 상기 플라이휠 모듈의 회전 속도를 얻는데 사용되고, 상기 회전 속도를 상기 제어 모듈에 전달하며;
상기 제어 모듈은 상기 회전 속도에 근거하여 상기 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정한다.
차량 복합 에너지 공급 방법에 있어서, 상기 복합 에너지는 태양전지, 배터리 및 플라이휠 모듈을 포함하고;
상기 방법은,
차량이 운행 시, 상기 플라이휠 모듈에 의해 차량에 구동 마력을 공급하는 단계;
차량 운행 상태, 상기 플라이휠 모듈의 출력 파라미터, 태양전지 및 배터리의 잔여 전기량을 획득하는 단계;
상기 출력 파라미터에 근거하여 상기 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하는 단계;
상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 상기 태양전지 및/또는 배터리가 차량에 구동 마력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함한다.
선택 가능하게는, 차량이 제동 상태 또는 감속상태 또는 내리막에 있을 때, 모터 피드백 발전 에너지를 이용하여 우선적으로 상기 플라이휠 모듈을 충전하고, 상기 플라이휠 모듈의 충전이 완료된 후에, 다시 상기 배터리를 충전한다.
복합 에너지 차량은, 상기 차량 복합 에너지 공급 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예가 제공하는 차량 복합 에너지 공급 시스템 및 방법은, 다양한 에너지를 종합하여 차량을 구동하는데, 구체적으로, 플라이휠 에너지 저장 유닛의 장점을 이용하여, 차량이 운행하는 때에, 플라이휠 모듈이 차량에 구동 마력을 제공하고, 상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮을 때에는, 태양전지 및/또는 배터리에 의해 에너지를 보충함으로써, 차량의 유해물질 방출을 효율적으로 감소시키고, 차량의 주행거리를 증가시킬 수 있다. 또한, 플라이휠 에너지 저장 유닛은 마력 출력이 높고, 에너지 변환 효율이 높으며, 충전 및 방출이 과도하게 되는 문제가 없는 장점을 갖춰, 차량이 시동, 가속, 오르막을 오를 때의 큰 마력 출력에 대한 요구를 충족시킬 수 있을 뿐 아니라, 차량의 동력 성능 및 경제성을 개선하며, 배터리의 충전 및 방전 전류를 완화시키고, 배터리 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 차량 복합 에너지 공급 시스템을 구비하는 복합 에너지 차량은 차량의 총 배출량을 확연히 줄이고, 에너지를 절약하며, 차량의 운행거리를 증가시킬 수 있다.
본 출원 실시예 또는 종래기술의 기술방안을 좀 더 분명하게 설명하기 위해, 이하에서는 실시예의 설명에 필요하는 도면에 대해 간단히 소개하는데, 분명한 것은, 이하의 기술에서 도면은 단지 본 발명에 기재된 일부의 실시예일뿐, 본 기술분야의 당업자는, 이러한 도면에 근거하여 다른 도면을 도출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 차량 복합 에너지 공급 시스템의 원리를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 복합 에너지 공급 시스템의 구체적 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 복합 에너지 공급 시스템의 구체적 구조를 나타내는 도면이다.
본 기술분야의 당업자가 본 발명 실시예의 방안을 더 잘 이해할 수 있도록, 이하에서는 도면 및 실시예를 결합하여 본 발명의 실시예에 대해 좀 더 자세히 설명한다.
플라이휠은 새로운 에너지 저장 유닛으로, 효율이 높고, 에너지를 절약하며, 사용수명이 길고, 환경오염이 없는 등의 장점으로 인해 큰 관심을 받고 있다. 다른 에너지 저장 기술과 비교할 때, 플라이휠은 에너지 저장 전지로서 에너지 비율이 높고, 마력비율이 높으며, 오염이 없고, 광범위로 적용할 수 있으며, 잡음이 없고, 수명이 길며, 유지관리하기 용이하고, 연속적으로 동작하는 것이 가능하며, 모듈화 설계 제조가 가능하는 장점을 갖춰, 순간적으로 많은 마력이 필요하고 충전 및 방전이 빈번한 상황에 사용하기에 매우 적합하다. 또한, 태양 에너지를 동력으로 이용함으로써 환경 오염을 야기하지 않고, 태양 에너지는 또한 "아무리 가져도 다 가질 수 없고, 아무리 써도 다 쓸 수 없는" 에너지원이다.
따라서, 본 발명은 차량 복합 에너지 공급 시스템 및 방법을 제공하며, 플라이휠 에너지 저장 유닛을 우선적으로 선택하는 에너지원으로서 차량에 구동 동력을 제공하고, 또한 차량에 탑재되는 태양전지가 차량의 고속 주행으로 그 위치가 계속 변화함에 따른, 그 출력 마력의 불안정성을 야기하므로, 배터리를 태양 에너지의 보충 에너지원으로 하고, 다양한 에너지원을 차량에 제공되는 구동 마력으로 종합적으로 이용하여, 플라이휠 에너지 저장 유닛이 제공하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력에 미치지 못하는 경우, 부족한 부분을 태양전지 및 배터리로부터 보충함으로써, 차량이 유해물질을 방출하는 것을 대폭적으로 줄이고, 차량의 주행거리를 증가시킬 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 도 1은 본 발명의 차량 복합 에너지 공급 시스템의 원리를 나타내는 블록도이다.
상기 시스템은 태양전지 모듈(11), 배터리 모듈(12), 입력 전환 모듈(14), DC-AC 인버터(15), 트랙션 모터(10), 플라이휠 모듈(13), 및 제어 모듈(16)을 포함한다. 태양전지 모듈(11)의 출력단 및 배터리 모듈(16)의 출력단은 입력 전환 모듈(14)을 통해 DC-AC 인버터(15)의 직류출력단과 연결되고, DC-AC 인버터(15)의 교류출력단은 트랙션 모터(10)와 연결되며, 제어 모듈(16)은 각각 입력 전환 모듈(14) 및 플라이휠 모듈(13)과 신호 연결된다.
상기 태양전지 모듈(11), 배터리 모듈(12)은 트랙션 모터(10)로 전기 에너지를 출력하고, 각각의 출력은 입력 전환 모듈(14)에 의해 제어된다.
실제 적용에 있어서, 플라이휠 모듈(13)은 다른 형식의 출력 방식을 채택할 수 있는데, 예를 들어 트랙션 모터(10)로 전기 에너지를 출력하거나, 차량의 구동휠로 기계 에너지를 직접 출력할 수 있다. 물론 서로 다른 방식으로 출력되는 플라이휠 모듈(13)은 그 구체적 구조 또한 서로 다를 수 있는데, 이에 대해 후술과 같이 설명한다.
상기 시스템에서, 차량을 운행할 때, 플라이휠 모듈(13)에 의해 차량에 구동 마력이 공급되고; 제어 모듈(16)은 차량 운행 상태, 플라이휠 모듈(13)의 출력 파라미터(예를 들어, 전류, 전압, 회전 속도 등), 및 태양전지 모듈(11)과 배터리 모듈(12)의 잔여 전기량에 대한 정보를 얻고, 플라이휠 모듈(13)의 출력 파라미터에 근거하여 플라이휠 모듈(13)이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하고, 플라이휠 모듈(13)이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 입력 전환 모듈(14)을 제어하여 태양전지 모듈(11) 및/또는 배터리 모듈(12)이 출력하는 직류전원을 DC-AC 인버터(15)에 연결시키며; DC-AC 인버터(15)는 직류전원을 교류전원으로 전환하여 트랙션 모터(10)를 구동한다.
상기 시스템에서, 제어 모듈(16)은 태양전지 모듈(11) 및 배터리 모듈(12)의 잔여 전기량에 근거하여 태양전지 모듈(11) 및 배터리 모듈(12)이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정한다. 태양전지 모듈(11) 및 배터리 모듈(12)의 잔여 전기량은 모두 각자의 전기량 관리 시스템에 인해 실시간으로 산출되고, CAN 버스를 통해 이러한 정보를 실시간으로 제어 모듈(16)에 피드백한다.
플라이휠 모듈(13)이 출력하는 최대 마력은 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 태양전지 모듈(11)이 제공할 수 있는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력과 플라이휠 모듈(13)이 제공할 수 있는 최대 마력과의 차이값과 같거나 상기 차이값보다 크면, 제어 모듈(16)은 입력 전환 모듈(14)을 제어하여 태양전지 모듈(11)이 출력하는 직류전원을 DC-AC 인버터(15)에 연결시키고; 아니면, 입력 전환 모듈(14)을 제어하여 태양전지 모듈(11) 및 배터리 모듈(12)이 출력하는 직류전원을 DC-AC 인버터(15)에 연결시킨다. 물론, 배터리 모듈(12)이 제공할 수 있는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력과 플라이휠 모듈(13)이 제공할 수 있는 최대 마력과의 차이값과 같거나 상기 차이값보다 크면, 제어 모듈(16)은 입력 전환 모듈(14)을 제어하여 배터리 모듈(12)이 출력하는 직류전원만을 DC-AC 인버터(15)에 연결시킬 수도 있고, 이에 대해 본 발명 실시예는 한정하지 않는다.
본 발명 실시예에 따른 차량 복합 에너지 공급 시스템은, 다양한 에너지원을 종합적으로 이용하여 차량을 구동하는데, 구체적으로, 플라이휠 에너지 저장 유닛의 장점을 이용하여, 차량을 운행할 때, 플라이휠 모듈에 의해 차량에 구동 마력을 제공하는데, 상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력에 미치지 못하는 경우, 태양전지 및/또는 배터리에 의해 에너지를 보충함으로써, 효율적으로 차량의 유해물질 방출을 낮추고, 차량의 주행거리를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명 실시예에 따른 차량 복합 에너지 공급 시스템은, 차량의 각종 운행상태의 특징에 근거하여, 적절하게 에너지 공급을 설정하여, 각종 에너지원의 각자의 장점이 최대한 발휘될 수 있도록 하는데, 예를 들어, 차량이 시동, 가속, 오르막을 오를 때, 순간적으로 큰 전류를 필요로 하고, 이때 플라이휠 모듈(13), 태양전지 모듈(11) 및 배터리 모듈(12)이 함께 구동 에너지를 제공하고; 속도가 일정할 때에는, 긴 시간 방전의 필요성을 고려하여, 태양전지 모듈(11) 및 배터리 모듈(12)이 함께 구동 에너지를 제공하고, 플라이휠 모듈(13)은 에너지를 방출하거나, 방출하지 않을 수도 있다. 플라이휠 에너지 저장 유닛은 고마력 출력이 가능하고, 에너지 전환 효율이 높으며, 과방전 및 과충전의 문제가 없는 등의 장점으로 인해, 차량이 시동, 가속, 오르막을 오를 때의 큰 마력 출력에 대한 요구를 모두 비교적 충족시키고, 차량의 동력 성능과 경제성이 개선될 뿐 아니라, 배터리의 충전 및 방전 전류를 완화시키고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.
나아가, 차량이 제동상태 또는 감속상태 또는 내리막에 있을 때, 트랙션 모터는 회동재생 상태에 있고, 제어 모듈(16)은 모터 피드백 발전 에너지를 이용하여 우선적으로 플라이휠 모듈(13)의 충전을 제어하고, 플라이휠 모듈(13)의 충전이 완료된 후, 다시 입력 전환 모듈(14)을 통해 배터리 모듈(12)을 충전한다.
설명이 필요한 것은, 충전 과정에서, 제어 모듈(16)은 실시간으로 플라이휠 모듈(13)의 출력 파라미터를 모니터링하고, 상기 출력 파라미터에 근거하여 플라이휠 모듈(13)이 충전 완료되었는지(예를 들어 플라이휠 모듈(13)의 전기량이 상한값에 도달하였는지, 또는 플라이휠 모듈(13)의 회전 속도가 최대에 도달했는지) 확인해야 한다. 제동 시간이 비교적 길고, 플라이휠 모듈(13)이 충전 완료 시에도 제동이 정지되지 않았다면, 제어 모듈(16)은 입력 전환 모듈(14)을 트리거하여 배터리 모듈(12)의 입력단에 연결시켜, 배터리 모듈(12)이 계속 남은 제동 에너지를 흡수하도록 하게 하고, 배터리 모듈(12)의 전기량도 그 허용되는 상한값에 도달한 후에는, 기계 제동 모드를 가동한다. 기계 제동 모드의 가동은 본 발명 시스템의 제어 모듈(16)에 의해 수행될 수 있고, 차량의 다른 제어 모듈에 의할 수 있으며, 또는 그 다른 제어 모듈 및 본 시스템의 제어 모듈(16)이 같이 배합하여 수행할 수도 있으며, 이에 대해 본 발명 실시예는 한정하지 않는다.
실제 적용에서, 상기 배터리 모듈(12)은 외장 충전기에 의해 충전될 수 있는데, 예를 들어, 트랙션 모터가 회전을 멈추고, 동시에 배터리 모듈의 전기량이 충전 처리에 부족할 때에, 외장 충전 전원에 의해 그 충전이 수행될 수 있다. 또한, 본 발명 시스템의 다른 실시예에 의하면, 상기 입력 전환 모듈(14)을 통해 태양전지 모듈(11)의 출력단을 배터리 모듈(12)에 연결시켜 설정 조건을 만족시키는 상태에서, 태양전지 모듈(11)에 의해 배터리 모듈(12)을 충전할 수 있는데, 예를 들어, 태양광이 충족한 환경에서, 트랙션 모터가 회전을 멈추거나 등속 운행 상태일 때, 태양전지의 남은 에너지를 배터리 모듈(12)에 보충한다. 물론, 배터리 모듈(12)이 외장 충전 전원에 연결된 상태에서는, 외장 충전 전원 및 태양전지 모듈(11)가 공통으로 배터리 모듈을 충전시킬 수도 있다.
설명이 필요한 것은, 실제 적용 시, 차량 운행 상태 및 각 에너지 출력 모듈에 대한 마력 모니터링은 모두 제어 모듈(16)에 의하거나, 이러한 기능은 차량의 부동한 제어 모듈에 의해 수행될 수도 있는데, 예를 들어, 차량 전체의 제어기에 의해 차량의 운행 상태를 모니터링하고, 전지관리 모듈에 의해 각 에너지 출력 모듈의 마력을 모니터링하며, 차량 전체의 제어기 및 전지관리 모듈이 각각 제어 모듈(16)과 CAN을 통해 버스 통신하여, 제어 모듈(16)이 CAN의 버스 메시지에 의해 관련 상태에 대한 정보를 획득한다.
상기 태양전지 모듈(11)은 태양전지 및 태양전지 전압 전환 회로(미도시)를 포함할 수 있는데, 상기 태양전지의 출력단은 상기 태양전지 전압 전환 회로의 입력단과 연결되고, 상기 태양전지 전압 전환 회로의 출력단은 상기 태양전지 모듈의 출력단으로, 즉 상기 태양전지 전압 전환 회로는 태양전지(11)와 출력 제어 모듈(14) 사이에 연결된다. 그 중, 상기 태양전지는 차량의 천장부 또는 둘례에 설치될 수 있고, 태양광을 훨씬 더 잘 흡수할 수 있으며, 태양 에너지의 이용 효율을 높일 수 있다.
상기 배터리 모듈(12)은 배터리와 배터리 전압 전환 회로(미도시)를 포함할 수 있는데, 상기 배터리의 출력단은 상기 배터리 전압 전환 회로의 입력단과 연결되고, 상기 배터리 전압 전환 회로의 출력단은 상기 배터리 모듈의 출력단으로, 즉 상기 태양전지 전압 전환 회로는 태양전지(11)와 출력 제어 모듈(14) 사이에 연결된다.
상기 태양전지 전압 변환 회로는 단방향 DC-DC 변환기이고, 배터리 전압 변환 회로는 양방향 DC-DC 변환기이다.
또한, 설명이 필요한 것은, 실제 적용 시, 제어 모듈(16)은 배터리와 태양전지의 잔여 전기량에 근거하여 그 출력 마력의 크기를 제어할 수 있는데, 예를 들어, 그 남은 전기량이 20%보다 높을 때에는, 전체 마력을 출력하고; 남은 전기량이 20%보다 낮을 때에는, 최대 마력의 50%로 마력을 낮춰 출력하며; 전기량이 10% 미만일 때는, 출력을 중지한다. 구체적인 마력 출력 제어는 종래의 일부 기술을 채택하여 실현할 수 있고, 이에 대해 본 발명 실시예는 한정하지 않는다.
전술한 바와 같이, 실제 적용 시, 플라이휠 모듈(13)은 서로 다른 형식의 출력 방식을 채택할 수 있는데, 이에 대해 이하에서 예를 들어 설명한다.
도 2는 본 발명의 차량 복합 에너지 공급 시스템의 일 실시예에 따른 구조를 도시하고 있다.
이 실시예에서, 플라이휠 모듈(13)은 플라이휠(131), 플라이휠 모터(132) 및 전력전자 변환장치(133)를 포함한다. 그 중, 전력전자 변환장치(133)는 트랙션 모터(10)와 연결되어, 트랙션 모터(10)로부터 전기 에너지를 입력하는데 사용함으로써, 플라이휠 모터(132)를 구동하여 플라이휠(131)을 연동하여 회전시키며; 트랙션 모터(10)가 에너지를 필요로 할 때, 플라이휠(131)에 의해 플라이휠 모터(132)가 연동되어 회전하여 생성되는 에너지는 트랙션 모터(10)에 필요한 에너지로 변환시킬 수 있다. 상기 전력전자 변환장치(133)는 양방향 DC-AC 인버터이다.
도 3은 본 발명의 복합 에너지 공급 시스템의 다른 실시예에 따른 구조를 도시한다.
이 실시예에서, 상기 시스템은 동력 출력 샤프트(21)를 더 포함하고, 상기 동력 출력 샤프트(21)는 트랙션 모터(10)가 출력하는 동력을 차량의 구동휠(22)로 전달하고; 상기 플라이휠 모듈(13)은 동력 출력 샤프트(21)에 설치된다. 구체적으로, 트랙션 모터(10)의 출력 샤프트는 동력 전달 장치를 통해 동력 출력 샤프트(21)와 연결되고, 구동휠(22)은 전륜(즉 전륜 구동)이거나, 후륜(즉 후륜 구동)일 수 있다. 상기 플라이휠 모듈(13)은 동력 출력 샤프트(21)에 의해 연동되어 회전하는 플라이휠일 수 있다.
또한, 이 실시예에서, 상기 시스템은 속도 센서(23)를 더 포함하는데, 상기 속도 센서(23)는 플라이휠 모듈(13)의 회전 속도를 얻는데 사용되고, 상기 회전 속도를 제어 모듈(16)로 전달한다. 따라서, 제어 모듈(16)은 상기 회전 속도에 근거하여 플라이휠 모듈(13)이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정한다. 상기 속도 센서(23)는 구체적으로 상기 플라이휠 모듈(13)의 스탠드에 설치될 수 있다.
본 발명의 차량 복합 에너지 공급 시스템은, 플라이휠 에너지 저장 유닛을 전기차 분야에 적용하고, 태양 에너지 및 배터리를 보조적으로 적용하여, 차량의 운행 상태에 따라 합리적으로 에너지 출력을 분배함으로써, 효율적으로 차량의 유해물질 방출을 줄이고, 차량의 주행거리를 증가시키며, 배터리의 충전 및 방전 전류를 완화시키고, 배터리 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 차량 복합 에너지 공급 시스템은 서로 다른 유형의 차량에 적용될 수 있고, 해당 차량 복합 에너지 공급 시스템을 구비하는 복합 에너지 차량은 현저하게 차량의 총 배출량을 줄이고, 에너지를 절약하며, 차량의 주행거리를 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 차량 복합 에너지 공급 방법도 제공하는데, 상기 복합 에너지는 태양전지, 배터리 및 플라이휠 모듈을 포함하고;
상기 방법은,
차량 운행 시, 상기 플라이휠 모듈에 의해 차량에 구동 마력을 공급하는 단계;
차량 운행 상태, 상기 플라이휠 모듈의 출력 파라미터, 태양전지 및 배터리의 잔여 전기량을 획득하는 단계;
상기 출력 파라미터에 근거하여 상기 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하는 단계;
상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 상기 태양전지 및/또는 배터리가 차량에 구동 마력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 태양전지가 제공할 수 있는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력과 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력과의 차이값과 같거나 이보다 크면, 태양전지가 차량에 구동 마력을 공급하도록 제어하고, 아니면 태양전지 및 배터리가 공통으로 차량에 구동 마력을 공급하도록 제어한다.
또한, 차량이 제동상태 또는 감속상태 또는 내리막에 있을 때, 모터 피드백 발전 에너지를 이용하여 우선적으로 상기 플라이휠 모듈을 충전하고, 상기 플라이휠 모듈의 충전이 완료된 후에, 다시 상기 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명 실시예가 제공하는 차량 복합 에너지 공급 방법은, 다양한 에너지를 종합적으로 이용하며, 구체적으로, 플라이휠 에너지 저장 유닛의 장점을 이용하여, 차량 운행 시, 플라이휠 모듈에 의해 차량에 구동 마력을 공급하고, 상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮을 때, 태양전지 및/또는 배터리가 에너지를 보충함으로써, 효율적으로 차량의 유해물질 배출을 줄일 수 있고, 차량의 주행거리를 증가시킬 수 있다. 또한, 플라이휠 에너지 저장 유닛은 마력 출력이 높고, 에너지 변환 효율이 높으며, 과충전 과방출 문제가 없는 등의 장점을 갖춰, 차량이 시동, 가속, 오르막을 오를 때의 큰 마력 출력에 대한 요구를 모두 충족시킬 수 있을 뿐 아니라, 차량의 동력 성능 및 경제성을 개선하며, 배터리의 충전 및 방전 전류를 완화시키고, 배터리 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
이상에서 본 발명 실시예에 대해 자세하게 소개하고, 본문에서 응용한 구체적 실시 방식으로 본 발명에 대해 서술하였는데, 이상의 실시예의 설명은 본 발명의 방법 및 시스템의 이해를 돕는데 사용될 뿐이고; 동시에, 본 기술분야의 당업자에게 있어, 본 발명의 사상에 근거하여, 구체적 실시 방식 및 응용 범위에 대하여 모두 개량할 수 있는 것으로, 결론적으로, 본 명세서의 내용은 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

Claims (10)

  1. 태양전지 모듈, 배터리 모듈, 입력 전환 모듈, DC-AC 인버터, 트랙션 모터(traction motor), 플라이휠 모듈, 및 제어 모듈을 포함하고; 상기 태양전지 모듈의 출력단 및 상기 축전기 모듈의 출력단은 상기 입력 전환 모듈을 통해 상기 DC-AC 인버터의 직류출력단과 연결되고, 상기 DC-AC 인버터의 교류출력단은 상기 트랙션 모터와 연결되며; 상기 제어 모듈은 각각 상기 입력 전환 모듈 및 상기 플라이휠 모듈과 신호 연결되고;
    차량을 운행할 때, 상기 플라이휠 모듈에 의해 차량에 구동 마력이 공급되고; 상기 제어 모듈은 차량 운행 상태, 상기 플라이휠의 출력 파라미터, 및 태양전지 모듈과 배터리 모듈의 잔여 전기량에 대한 정보를 얻어, 상기 출력 파라미터에 근거하여 상기 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하고, 상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 상기 입력 전환 모듈을 제어하여 상기 태양전지 모듈 및/또는 상기 배터리 모듈이 출력하는 직류전원을 상기 DC-AC 인버터에 연결시키며; 상기 DC-AC 인버터는 상기 직류전원을 교류전원으로 전환하여 상기 트랙션 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 태양전지 모듈 및 상기 배터리 모듈의 잔여 전기량에 근거하여 상기 태양전지 모듈 및 상기 배터리 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하고, 상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 상기 태양전지 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력은 차량에 필요한 구동 마력 및 상기 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력과의 차이값과 같거나 상기 차이값보다 크면, 상기 입력 전환 모듈을 제어하여 상기 태양전지 모듈이 출력하는 직류전원을 상기 DC-AC 인버터에 연결시키고; 아니면, 상기 입력 전환 모듈을 제어하여 상기 태양전지 모듈 및 상기 배터리 모듈이 출력하는 직류전원을 상기 DC-AC 인버터에 연결시키는 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    차량이 제동상태 또는 감속상태 또는 내리막에 있을 때, 상기 제어 모듈은 모터 피드백 발전 에너지를 이용하여 우선적으로 상기 플라이휠 모듈의 충전을 제어하고, 상기 플라이휠 모듈의 충전이 완료된 후, 다시 상기 입력 전환 모듈을 통해 상기 배터리 모듈을 충전하는 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 태양전지의 출력단은 상기 입력 전환 모듈을 통해 상기 배터리 모듈에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라이휠 모듈은 플라이휠, 플라이휠 모터 및 전력전자 변환장치를 포함하고;
    상기 전력전자 변환장치는 상기 트랙션 모터와 연결되고, 상기 트랙션 모터로부터 전기에너지를 입력하는데 사용함으로써, 상기 플라이휠 모터를 구동하여 상기 플라이휠을 회전시키며; 상기 트랙션 모터가 에너지를 필요로 할 때, 상기 플라이휠로 인해 상기 플라이휠 모터가 연동되어 회전하여 생성되는 에너지는 상기 트랙션 모터에 필요한 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전력전자 변환장치는 양방향 인버터인 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 시스템.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 속도 센서 및 동력 출력 샤프트(shaft)를 더 포함하고;
    상기 동력 출력 샤프트는 상기 트랙션 모터가 출력하는 동력을 차량의 구동휠로 전달하고; 상기 모터의 출력 샤프트는 동력 전달 장치를 통하여 상기 동력 출력 샤프트와 연결되고, 상기 플라이휠 모듈은 상기 동력 출력 샤프트에 설치되며;
    상기 속도 센서는 상기 플라이휠 모듈의 회전 속도를 얻는데 사용되고, 상기 회전 속도를 상기 제어 모듈에 전달하며;
    상기 제어 모듈은 상기 회전 속도에 근거하여 상기 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하는 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 시스템.
  8. 차량 복합 에너지 공급 방법에 있어서, 상기 복합 에너지는 태양전지, 배터리 및 플라이휠 모듈을 포함하고; 상기 방법은,
    차량이 운행 시, 상기 플라이휠 모듈에 의해 차량에 구동 마력을 공급하는 단계;
    차량 운행 상태, 상기 플라이휠 모듈의 출력 파라미터, 태양전지 및 배터리의 잔여 전기량을 획득하는 단계;
    상기 출력 파라미터에 근거하여 상기 플라이휠 모듈이 제공할 수 있는 최대 마력을 확정하는 단계;
    상기 플라이휠 모듈이 출력하는 최대 마력이 차량에 필요한 구동 마력보다 낮은 경우, 상기 태양전지 및/또는 배터리가 차량에 구동 마력을 공급하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    차량이 제동 상태 또는 감속상태 또는 내리막에 있을 때, 모터 피드백 발전 에너지를 이용하여 우선적으로 상기 플라이휠 모듈을 충전하고, 상기 플라이휠 모듈의 충전이 완료된 후에, 다시 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 차량 복합 에너지 공급 방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 차량 복합 에너지 공급 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 에너지 차량.
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