KR20190096127A - 차량 이동식 발전 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

차량 이동식 발전 시스템이 개시된다. 차량 이동식 발전 시스템은, 차량내 배터리로부터 전원을 공급받아 교류 전력을 생성하는 인버터, 상기 인버터로부터 상기 교류 전력을 공급받는 모터, 상기 인버터의 출력단에 연결되어 상기 교류 전력을 분기하는 스위치 블록, 및 상기 스위치 블럭에 연결되어 상기 교류 전력을 출력하는 외부 전력 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 이동식 발전 시스템 및 방법{Movable power generating system of vehicle and Method thereof}
본 발명은 차량 이동식 발전 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량을 이용하여 외부로 대용량 전력 공급이 가능한 차량 이동식 발전 시스템 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 차량을 이용하여 외부로 대용량 전력을 공급한다. 예를 들면, 차량에서 배터리 또는 내연기관으로부터 별도의 승압 컨버터 및 전력 변환 장치를 통하여 외부에 교류 전력을 공급한다. 또는, 인버터를 사용하여 그리드로 단상 출력을 한다.
따라서, 교류전력을 만들기 위해 별도의 전력 전자 부품을 추가하는 방식으로 원가 상승이 크다는 단점이 있다. 특히, 어떤 경우 전기 자동차에만 한하며, 단상 출력만 가능하여 소용량의 전력만 전력 그리드로 공급가능하므로 독립 전원으로의 사용성 없다는 문제점이 있다.
또한, 모터와의 전기적 연결을 분리하지 않아 외부 전력 공급 중 차량이 움직이는 위험성이 있다.
1.한국등록특허번호 제10-1706880호(등록일자: 2017.02.08) 2.한국등록특허번호 제10-1619535호(등록일자: 2016.05.02)
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 별도의 전력 전자 부품 추가없이 원하는 전력을 대용량으로 외부에 공급할 수 있는 차량 이동식 발전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 구동 모터와의 분리를 통해 전원 공급 중 차량의 안정성을 확보할 수 있는 차량 이동식 발전 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 별도의 전력 전자 부품 추가없이 원하는 전력을 대용량으로 외부에 공급할 수 있는 차량 이동식 발전 시스템을 제공한다.
상기 차량 이동식 발전 시스템은,
차량내 배터리로부터 전원을 공급받아 교류 전력을 생성하는 인버터;
상기 인버터로부터 상기 교류 전력을 공급받는 모터;
상기 인버터의 출력단에 연결되어 상기 교류 전력을 분기하는 스위치 블럭; 및
상기 스위치 블럭에 연결되어 상기 교류 전력을 출력하는 외부 전력 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 차량의 운전은 상기 스위치 블럭을 상기 모터측으로 전환하는 주행 모드 및 상기 스위치 블럭을 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 외부 전력 제공 모드로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 외부 전력 제공 모드에서 상기 인버터는 입력 요구 출력 전압값에 따라 정전압 출력으로 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 입력 요구 출력 전압값은 미리 설정되는 국가별 기본 전압인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 입력 요구 출력 전압값은 AVN(Audio Visual Navigation) 또는 차량과 연결되는 통신 단말기를 통해 입력되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 인버터, 스위치 블럭 및 모터가 복수개로 이루어지며, 상기 차량의 운전은 복수개의 스위치 블럭을 복수개의 모터측으로 전환하는 전체 주행 모드, 복수개의 스위치 블럭 중 일부를 복수개의 모터중 일부측으로 전환하고 복수개의 스위치 블럭중 나머지를 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 주행과 외부 전력 제공 모드, 및 복수개의 스위치 블럭을 모두 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 외부 전력 제공 모드로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 외부 전력 공급부는 콘센트 또는 외부 그리드에 연결하는 외부 연결 케이블인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 차량내 엔진의 구동에 따라 교류 전력을 생성하고 상기 교류 전력을 인버터에 공급하는 모터; 상기 인버터의 출력단에 연결되어 상기 교류 전력을 분기하는 스위치 블럭; 및 상기 스위치 블럭에 연결되어 상기 교류 전력을 출력하는 외부 전력 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템을 제공할 수 있다.
이때, 상기 차량의 운전은 상기 스위치 블럭을 상기 모터측에 전환하는 주행 모드 및 상기 스위치 블럭을 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 외부 전력 제공 모드로 이루어지며, 상기 외부 전력 제공 모드는 배터리의 충전 상태에 따라 상기 스위치 블럭을 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 배터리 방전 모드 및 상기 스위치 블럭을 상기 모터 및 외부 전력 공급부측에 연결하는 배터리 충전 유지 모드로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배터리 충전 유지 모드는 외부 전력 공급부의 출력 및 배터리의 충전 요구량을 만족하도록 미리 산출되는 엔진 토크 및 엔진 RPM(revolution per minute)으로 상기 엔진을 구동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 엔진의 구동에 따라 산출되는 모터 회생 토크를 통해 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배터리 충전 유지 모드에서 배터리의 충전 요구전력은 영인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 모터 회생 토크는 모터 인버터 회생 효율 및 모터 RPM의 곱 및 외부 전력 제공 부하 및 배터리 충전 요구 전력의 합을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 수 있다.
또한, 상기 엔진 토크는 모터 엔진 변속 효율로 모터 회생 토크를 나눈 값이고, 상기 엔진 RPM은 엔진 모터 변속비로 모터 RPM을 나눈 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 차량내 연료전지의 전원을 공급받아 교류 전력을 생성하는 인버터; 상기 인버터로부터 상기 교류 전력을 공급받는 모터; 상기 인버터의 출력단에 연결되어 상기 교류 전력을 분기하는 스위치 블럭; 및 상기 스위치 블럭에 연결되어 상기 교류 전력을 출력하는 외부 전력 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템을 제공할 수 있다.
이때, 상기 배터리 방전 모드에서는 배터리 단독으로 입력 요구 출력 전압값에 따라 상기 인버터에 전원을 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배터리 충전 유지 모드는 외부 전력 공급부의 출력 및 배터리의 충전 요구량을 만족하도록 상기 연료 전지를 구동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 인버터가 차량내 배터리로부터 전원을 공급받아 교류 전력을 생성하는 단계; 모터가 상기 인버터로부터 상기 교류 전력을 공급받는 단계; 및 상기 인버터의 출력단에 연결되는 스위치 블럭이 상기 교류 전력을 분기하여 상기 스위치 블럭에 연결되는 외부 전력 공급부에 상기 교류 전력을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 모터 인버터를 탑재한 차량을 이용하여 외부로 대용량 전력 공급이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 차량이 이동 수단이 아닌 이동식 발전기로서 동작이 가능하며, 여러 에너지원(배터리, 내연 기관, 연료전지등)으로부터 전기 에너지를 생성하여 외부로 공급하는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 각종 외부 현장에서 대용량의 발전기로서 역할을 수행할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 다수의 모터-인버터를 탑재한 차량의 경우 주행중에도 외부 전력 공급이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 이동 발전 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 모터 및 인버터를 이용한 차량 이동 발전 시스템의 블럭 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 복수의 모터 및 인버터를 이용한 차량 이동 발전 시스템의 블럭 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 경우 이동 발전 시스템의 블럭 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연료전지 차량의 경우 이동 발전 시스템의 블럭 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 모터 및 인버터를 이용한 차량 이동 발전 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 복수의 모터 및 인버터를 이용한 차량 이동 발전 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 하이브리드 차량의 경우 이동 발전 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연료전지 차량의 경우 이동 발전 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 차량을 그리드에 연결하는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연료전지 또는 하이브리드 차량에 복수의 모터 및 인버터가 구성되는 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량 이동식 발전 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 이동 발전 시스템의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 차량 이동식 발전 시스템(100)은, 배터리(110), 이 배터리(110)로부터 전원을 공급받아 교류 전력을 생성하는 인버터(120), 인버터(120)로부터 교류 전력을 공급받아 구동하는 모터(130), 상기 인버터(120)의 출력단에 연결되어 상기 교류 전력을 분기하는 스위치 블럭(140-1,140-2), 스위치 블럭(140-1,140-2)에 연결되어 상기 교류 전력을 출력하는 외부 전력 공급부(10) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(110)는 배터리 셀(111)이 직렬 및/또는 병렬로 구성되며, 이 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리 셀, 리튬 이온 배터리 셀, 리튬 폴리머 배터리 셀, 전고체 배터리 셀 등의 전기 차량용 고전압 배터리 셀이 될 수 있다. 일반적으로 고전압 배터리는 전기 차량을 움직이는 동력원으로 사용하는 배터리로서 100V 이상의 고전압을 말한다. 그러나, 이에 한정되지는 않으며, 저전압 배터리도 가능하다.
배터리 셀은 원통형 셀(cylindrical cell), 각형 셀(prismatic cell), 파우치형 셀 등으로 설계될 수 있다. 파우치형 셀들은 박막으로 구성된 유연한 커버를 포함하고, 상기 커버 내에는 배터리 셀의 전기적 구성 요소들이 배치되어 있다.
하나의 배터리 셀 내에서 최적의 공간 이용을 구현하기 위해서는 특히 파우치형 셀들이 사용된다. 상기 파우치형 셀들은 또한 높은 용량과 더불어 적은 중량을 특징으로 한다.
이러한 전술한 파우치형 셀들의 에지들은 조인트(sealing joint)(미도시)를 포함한다. 부연하면, 상기 조인트는 배터리 셀들의 2개의 박막을 연결하고, 상기 박막들은 그로 인해 형성된 공동부 내에 추가의 부품들을 포함한다.
일반적으로, 파우치형 셀들은 리튬 2차 배터리 또는 니켈-수소 배터리(Nickel-hydrogen battery)등과 같이, 전해질 용액(electrolytic solution)을 내포할 수도 있다.
인버터(120)는 배터리(110)로부터 DC 전원을 교류 전력(즉 3상 전력)으로 변환하여 모터(130)에 제공하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 반도체 소자(121) 등이 구성된다. 인버터(120)의 출력은 수십~수백kW까지 차종별로 다양하며, 원하는 출력전압을 쉽게 제어할 수 있는 장점이 있다. 통상 가전제품(20,40)을 사용하기에는 충분한 전력이다. 또한, 상용차량의 경우 고용량의 인버터/배터리를 탑재하기 때문에 공사현장, 외부 공연시 조명장치(30) 등에 공급할 수 있을 정도의 3상전력 생산이 가능하다.
스위치 블럭은 제 1 스위치(140-1) 및 제 2 스위치(140-2)로 구성된다. 제 1 스위치(140-1)는 인버터(120)의 출력단과 모터(130)의 입력단 사이에 배치되며, 제 2 스위치(140-2)는 인버터(120)의 출력단과 외부 전력 공급부(10) 사이에 배치된다. 인버터(120)의 3상 출력단을 모터(130)측과 외부 전원 공급부(10)로 분기하도록 하고, 분기된 두 개의 3상 배선이 독립적으로 ON/OFF될 수 있도록 구성될 수 있다. 물론, 단상 배선도 가능하다.
스위치(140-1,140-2)는 스위칭 소자로는 파워 릴레이가 사용되나, 이에 한정되지는 않으며, FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET), IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor), 파워 정류 다이오드 등과 같은 반도체 스위칭 소자, 사이리스터, GTO(Gate Turn-Off) 사이리스터, TRIAC(Triode for alternating current), SCR(Silicon Controlled Rectifier), I.C(Integrated Ciruit) 회로 등이 사용될 수 있다. 특히, 반도체 소자의 경우 바이폴라, 전력 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 소자 등이 사용될 수 있다. 전력 MOSFET 소자는 고전압 고전류 동작으로 일반 MOSFET와 달리 DMOS(Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor) 구조를 갖는다.
외부 전력 공급부(10)는 단순하게 콘센트로 구성될 수도 있고, 그리드에 연결하기 위한 연결 케이블로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 모터 및 인버터를 이용한 차량 이동 발전 시스템의 블럭 구성도이다. 도 2를 참조하면, 차량 제어(210)는 모터 구동용 인버터(120)를 제어하는 모터 제어기(220)에 주행 모드와 외부 전력 제공 모드를 구분하여 지령을 내린다. 도 2에서는 이해의 편의를 위해 모터(130) 및 모터 제어기(220)를 분리하여 도시하였으나, 모터(130)와 함께 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 모터 제어기(220)는 주행모드인 경우 스위치 블록(140)을 모터측으로 전환하고, 구동제어를 한다. 물론, 스위치 블록(140)은 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 스위치(140-1) 및 제 2 스위치(140-2)로 구성된다. 외부 전력 제공 모드에서 모터 제어기(220)는 스위치를 외부 전력 공급부(10)측으로 전환하고, 인버터(120)를 요구되는 정전압 출력으로 제어한다.
요구되는 입력 요구 출력 전압값은 국가별 기본 전압이 사용될 수 있으며, 사용자가 차량에 입력할 수 있는 AVN(Audio Visual Navigation) 또는 차량과 연결된 통신 단말기(스마트폰 등)를 통해 입력될 수 있으며, 이는 차량 제어기(210)를 거쳐 모터 제어기(220)에 전달되거나, 직접에 전달될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 복수의 모터 및 인버터를 이용한 차량 이동 발전 시스템의 블럭 구성도이다. 도 3을 참조하면, 차량 제어기(210)는 모터 구동용 제 1 및 제 2 인버터(120-1,120-2)를 제어하는 제 1 및 제 2 모터 제어기(320-1,320-2)에 전체 주행 모드와, 주행과 외부전력제공 모드, 외부 전력 제공 모드를 구분하여 준다.
제 1 및 제 2 모터 제어기(320-1,320-2)는 전체 주행 모드인 경우 제 1 및 제 2 스위치 블럭(340-1,340-2)을 제 1 및 제 2 모터(330-1,330-2)측으로 전환하고, 구동제어만 실시한다.
주행과 외부 전력 제공 모드인 경우, 제1 및 제 2 모터 제어기(320-1,320-2)는 제 1 또는 제 2 스위치 블럭(340-1,340-2)을 외부 전력 공급부(10)측으로 전환하고, 제 1 및 제 2 모터(330-1,330-2) 중 하나에 연결된 제 1 및 제 2 인버터(120-1,120-2) 중 하나는 구동제어를 실시하며, 외부 전력 공급부(10)측으로 연결된 또 다른 인버터는 요구되는 정전압 출력으로 제어한다. 부연하면, 제 1 인버터(120-1), 제 1 스위치 블럭(340-1)은 제 1 모터(330-1)를 구동하고, 제 2 스위치 블럭(340-2)은 전환하여 외부 전력 공급부(10)측에 제 2 인버터(120-2)의 출력을 연결한다.
요구되는 입력 요구 출력 전압값은 국가별 기본 전압이 사용될 수 있으며, 사용자가 차량에 입력할 수 있는 AVN 또는 차량과 연결된 단말기(스마트폰 등)를 통해 입력될 수 있으며, 이는 차량 제어기(210)를 거쳐 제 1 및 제 2 모터 제어기(320-1,320-2)에 전달되거나, 직접 제 1 및 제 2 모터 제어기(320-1,320-2)에 전달될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 하이브리드 차량의 경우 이동 발전 시스템의 블럭 구성도이다. 도 4를 참조하면, 차량 제어기(210)는 모터 구동용 인버터(120)를 제어하는 모터 제어기(220)에 주행모드와 외부 전력제공모드를 구분하여 준다. 외부 전력 제공 모드는 배터리 방전모드와 배터리 충전 유지 모드로 구분하여 준다.
모터 제어기(220)는 주행모드인 경우 스위치 블럭(140)을 모터(130)측으로 전환하고, 구동제어를 한다.
외부 전력 제공 모드의 경우, BMS(Battery Management System)(410)는 배터리(110)의 충전 상태를 차량 제어기(210)에 전달하여 배터리(110)의 충전/ 방전/ 유지 모드를 결정한다. 충전 상태의 정보로는 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health),DOD(Depth Of Discharging) 및 SOF(State Of Function) 등을 들 수 있다.
배터리 방전 모드에서 차량 제어기(210)는 모터 제어기(220)를 통해 스위치 블럭(140)을 외부 전력공급부(10)측으로 전환하고, 인버터(120)를 요구되는 정전압 출력으로 제어한다.
배터리 충전 유지모드의 경우, 차량 제어기(210)는 모터 제어기(220)에 스위치 블럭(140)를 모터(130)와 외부 전력 공급부(10)측 모두에 연결하고, 외부 전력 공급부(10)의 출력과 배터리(110)의 충전 요구량을 만족시키도록 엔진 제어기(440)를 통해 엔진(40)의 엔진 토크 및 엔진 RPM(revolution per minute) 구동한다. 동시에 이에 필요한 모터 회생토크를 계산하여 인버터(120)를 제어하여 외부전력 공급과 동시에 배터리(110)의 충전을 수행한다. 이때 배터리 유지 모드는 배터리(110)의 충전 요구 전력이 0일 수 있다.
요구되는 입력 요구 출력 전압값은 국가별 기본 전압이 사용될 수 있으며, 사용자가 차량에 입력할 수 있는 AVM 또는 차량과 연결된 단말기(스마트폰 등)를 통해 입력될 수 있으며, 이는 차량 제어기(210)를 거쳐 모터 제어기(220)에 전달되거나, 직접 모터 제어기(220)에 전달 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연료전지 차량의 경우 이동 발전 시스템의 블럭 구성도이다. 도 5를 참조하면, 연료전지 차량의 차량 제어기(210)는 모터 구동용 인버터(120)를 제어하는 모터 제어기(220)에 주행모드와 외부 전력제공모드를 구분하여 준다.
모터 제어기(220)는 주행모드인 경우 스위치 블럭(140)를 모터(130)측으로 전환하고, 구동제어를 한다. 외부 전력 제공 모드의 경우, 모터 제어기(220)는 스위치 블럭(140)를 외부 전력 공급부(10)측으로 전환하고, 인버터(120)를 요구되는 정전압 출력으로 제어한다.
요구되는 입력 요구 출력 전압값은 국가별 기본 전압이 사용될 수 있으며, 사용자가 차량에 입력할 수 있는 AVN 또는 차량과 연결된 통신 단말기(스마트폰 등)를 통해 입력될 수 있다. 이는 차량 제어기(210)를 거쳐 모터 제어기(220)에 전달되거나, 직접 모터 제어기(220)에 전달 될 수 있다.
차량 제어기(210)는 배터리(110)의 BMS(410)로부터 충전 상태(예를 들면 SOC)를 받아 배터리 충전/방전/유지 모드를 결정한다.
배터리 방전 모드에서는 배터리(110) 단독으로 인버터(120)에 전원을 공급하여 외부전력을 공급한다.
배터리 충전 유지모드의 경우, 연료전지를 작동하여 외부 전력 공급부(10)의 출력과 배터리(110)의 충전 요구량을 만족시키도록 차량 제어기(510)를 통해 연료전지(520)를 제어한다. 이때 배터리 유지모드는 배터리(110)의 충전 요구 전력이 0일 수 있다. 연료전지(520)와 배터리(110) 사이에는 배터리(110)의 충전 및 방전 제어를 위하여 양방향 직류 컨버터(BHDC: Bidirectional DC/DC converter)(530)가 구성된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 모터 및 인버터를 이용한 차량 이동 발전 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 외부 전력 제공 모드 또는 주행 모드로 구분된다(단계 S610,S620).
주행모드인 경우, 모터 제어기(220)는 스위치 블록(140)을 모터측으로 전환하고, 구동제어를 한다(단계 S621,S623).
이와 달리, 외부 전력 제공 모드인 경우, 모터 제어기(220)는 스위치를 외부 전력 공급부(10)측으로 전환하고, 인버터(120)를 요구되는 정전압 출력으로 제어한다(단계 S611,S613).
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 복수의 모터 및 인버터를 이용한 차량 이동 발전 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 전체 주행 모드와, 주행과 외부전력제공 모드, 외부 전력 제공 모드를 구분한다(단계 S710,S720,S730).
전체 주행 모드인 경우, 제 1 및 제 2 모터 제어기(320-1,320-2)는 제 1 및 제 2 스위치 블럭(340-1,340-2)을 제 1 및 제 2 모터(330-1,330-2)측으로 전환하고, 구동제어만 실시한다(단계 S731,S733).
이와 달리, 주행과 외부 전력 제공 모드인 경우, 제1 및 제 2 모터 제어기(320-1,320-2)는 제 1 또는 제 2 스위치 블럭(340-1,340-2)를 외부 전력 공급부(10)측으로 전환하고, 제 1 및 제 2 모터(330-1,330-2) 중 하나에 연결된 제 1 및 제 2 인버터(120-1,120-2) 중 하나는 구동제어를 실시하며, 외부 전력 공급부(10)측으로 연결된 또 다른 인버터는 요구되는 정전압 출력으로 제어한다(단계 S721,S723).
부연하면, 제 1 인버터(120-1), 제 1 스위치 블럭(340-1)은 제 1 모터(330-1)를 구동하고, 제 2 스위치 블럭(340-2)은 전환하여 외부 전력 공급부(10)측에 제 2 인버터(120-2)의 출력을 연결한다.
이와 달리, 외부 전력 제공 모드인 경우, 제 1 및 제 2 모터 제어기(320-1,320-2)는 제 1 및 제 2 스위치 블럭(340-1,340-2) 모두를 외부 전력 공급부(10)측으로 전환하고, 입력 요구 출력 전압 및 부하에 따라 인버터를 단일 또는 복수로 제어한다(단계 S711,S713).
도 8은 본 발명의 또 다른 하이브리드 차량의 경우 이동 발전 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 외부 전력 제공 모드인지 주행모드인지로 구분된다(단계 S810,S811). 구분 결과, 주행모드인 경우 모터 제어기(220)는 스위치 블럭(140)를 모터(130)측으로 전환하고, 구동제어를 한다(단계 S813,S815).
이와 달리, 외부 전력 제공 모드의 경우, BMS(Battery Management System)(410)는 배터리(110)의 충전 상태를 차량 제어기(210)에 전달하여 배터리(110)의 충전/ 방전/ 유지 모드를 결정한다(단계 S820). 단계 S820에서 결정 결과, 배터리 방전 모드이면, 차량 제어기(210)는 모터 제어기(220)를 통해 스위치 블럭(140)을 외부 전력공급부(10)측으로 전환하고, 인버터(120)를 요구되는 정전압 출력으로 제어한다(단계 S830,S840).
이와 달리, 배터리 충전 유지모드의 경우, 차량 제어기(210)는 모터 제어기(220)에 스위치 블럭(140)를 모터(130)와 외부 전력 공급부(10)측 모두에 연결한다(단계 S821). 이후, 외부 전력 공급부(10)의 출력과 배터리(110)의 충전 요구량을 만족시키도록 엔진 제어기(440)를 통해 엔진(40)의 엔진 토크 및 엔진 RPM(revolution per minute) 구동한다. 동시에 이에 필요한 모터 회생토크를 계산하여 인버터(120)를 제어하여 외부전력 공급과 동시에 배터리(110)의 충전을 수행한다(단계 S823,S825). 부연하면, 외부 전력 제공 모드중 배터리 충전필요시 엔진 및/또는 모터의 제어를 수행한다.
이때 다음 수학식이 사용된다.
Figure pat00001
즉, 모터 회생 토크는 모터 인버터 회생 효율 및 모터 RPM의 곱 및 외부 전력 제공 부하 및 배터리 충전 요구 전력의 합을 이용하여 산출된다.
Figure pat00002
즉, 엔진 토크는 모터 엔진 변속 효율로 모터 회생 토크를 나눈 값이고, 상기 엔진 RPM은 엔진 모터 변속비로 모터 RPM을 나눈 값이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연료전지 차량의 경우 이동 발전 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 외부 전력 제공 모드 또는 주행 모드인지로 구분된다(단계 S910,S911). 구분결과, 주행 모드이면, 모터 제어기(220)는 주행모드인 경우 스위치 블럭(140)를 모터(130)측으로 전환하고, 구동제어를 한다(단계 S913,S915).
이와 달리, 외부 전력 제공 모드의 경우, 모터 제어기(220)는 스위치 블럭(140)을 외부 전력 공급부(10)측으로 전환하고, 인버터(120)를 요구되는 정전압 출력으로 제어한다(단계 S920).
이후, 차량 제어기(210)는 배터리(110)의 BMS(410)로부터 충전 상태(예를 들면 SOC)를 받아 배터리 충전/방전/유지 모드를 결정한다(단계 S930). 단계 S930에서, 배터리 방전 모드의 경우 배터리(110) 단독으로 인버터(120)에 전원을 공급하여 외부전력을 공급한다(단계 S940).
이와 달리, 단계 S930에서, 배터리 충전 유지모드의 경우, 연료전지를 작동하여 외부 전력 공급부(10)의 출력과 배터리(110)의 충전 요구량을 만족시키도록 차량 제어기(510)를 통해 연료전지(520)를 제어한다(단계 S931,S933). 이때 배터리 유지모드는 배터리(110)의 충전 요구 전력이 0일 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 차량을 그리드에 연결하는 개념도이다. 도 10을 참조하면, 교류 전력을 연결 케이블(1010)로 출력을 할 수도 있다. 이때 충전기(미도시)와 차량이 연결되어 그리드(1020)로 전력을 공급할 수 있으나, 본 발명의 외부전력 공급의 의미는 단독의 전기 장치뿐만 아니라 그리드로의 연결도 외부로 전력을 공급하는 것에 포함된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연료전지 또는 하이브리드 차량에 복수의 모터 및 인버터가 구성되는 개념도이다. 도 11을 참조하면, 연료전지, 또는 하이브리드 차량에 복수의 모터 인버터가 탑재된 경우, 복수의 모터/ 인버터를 탑재한 전기 자동차와 유사한 방식으로 구동과 외부 전력 제공을 동시에 수행 가능하다. 또한, 복수의 모터-인버터를 통해 구동과 동시에 외부전력을 공급하는 방법은 동일(내연기관으로 구동, 외부전력은 인버터로 공급 등)하다.
10: 외부 전력 공급부
100: 차량 이동식 발전 시스템
110: 배터리
120: 인버터
130: 모터

Claims (18)

  1. 차량내 배터리로부터 전원을 공급받아 교류 전력을 생성하는 인버터;
    상기 인버터로부터 상기 교류 전력을 공급받는 모터;
    상기 인버터의 출력단에 연결되어 상기 교류 전력을 분기하는 스위치 블럭; 및
    상기 스위치 블럭에 연결되어 상기 교류 전력을 출력하는 외부 전력 공급부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량의 운전은 상기 스위치 블럭을 상기 모터측으로 전환하는 주행 모드 및 상기 스위치 블럭을 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 외부 전력 제공 모드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 전력 제공 모드에서 상기 인버터는 입력 요구 출력 전압값에 따라 정전압 출력으로 제어되는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 입력 요구 출력 전압값은 미리 설정되는 국가별 기본 전압인 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 입력 요구 출력 전압값은 AVN(Audio Visual Navigation) 또는 차량과 연결되는 통신 단말기를 통해 입력되는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터, 스위치 블럭 및 모터가 복수개로 이루어지며, 상기 차량의 운전은 복수개의 스위치 블럭을 복수개의 모터측으로 전환하는 전체 주행 모드, 복수개의 스위치 블럭 중 일부를 복수개의 모터중 일부측으로 전환하고 복수개의 스위치 블럭중 나머지를 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 주행과 외부 전력 제공 모드, 및 복수개의 스위치 블럭을 모두 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 외부 전력 제공 모드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 전력 공급부는 콘센트 또는 외부 그리드에 연결하는 외부 연결 케이블인 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  8. 차량내 엔진의 구동에 따라 교류 전력을 생성하고 상기 교류 전력을 인버터에 공급하는 모터;
    상기 인버터의 출력단에 연결되어 상기 교류 전력을 분기하는 스위치 블럭; 및
    상기 스위치 블럭에 연결되어 상기 교류 전력을 출력하는 외부 전력 공급부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 차량의 운전은 상기 스위치 블럭을 상기 모터측에 전환하는 주행 모드 및 상기 스위치 블럭을 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 외부 전력 제공 모드로 이루어지며, 상기 외부 전력 제공 모드는 배터리의 충전 상태에 따라 상기 스위치 블럭을 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 배터리 방전 모드 및 상기 스위치 블럭을 상기 모터 및 외부 전력 공급부측에 연결하는 배터리 충전 유지 모드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배터리 충전 유지 모드는 외부 전력 공급부의 출력 및 배터리의 충전 요구량을 만족하도록 미리 산출되는 엔진 토크 및 엔진 RPM(revolution per minute)으로 상기 엔진을 구동하며, 상기 엔진의 구동에 따라 산출되는 모터 회생 토크를 통해 상기 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배터리 충전 유지 모드에서 배터리의 충전 요구전력은 영인 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 모터 회생 토크는 모터 인버터 회생 효율 및 모터 RPM의 곱 및 외부 전력 제공 부하 및 배터리 충전 요구 전력의 합을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 엔진 토크는 모터 엔진 변속 효율로 모터 회생 토크를 나눈 값이고, 상기 엔진 RPM은 엔진 모터 변속비로 모터 RPM을 나눈 값인 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  14. 차량내 연료전지의 전원을 공급받아 교류 전력을 생성하는 인버터;
    상기 인버터로부터 상기 교류 전력을 공급받는 모터;
    상기 인버터의 출력단에 연결되어 상기 교류 전력을 분기하는 스위치 블럭; 및
    상기 스위치 블럭에 연결되어 상기 교류 전력을 출력하는 외부 전력 공급부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 차량의 운전은 상기 스위치 블럭을 상기 모터측에 전환하는 주행 모드 및 상기 스위치 블럭을 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 외부 전력 제공 모드로 이루어지며, 상기 외부 전력 제공 모드는 배터리의 충전 상태에 따라 상기 스위치 블럭을 상기 외부 전력 공급부측으로 전환하는 배터리 방전 모드 및 상기 스위치 블럭을 상기 모터 및 외부 전력 공급부측에 연결하는 배터리 충전 유지 모드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배터리 방전 모드에서는 배터리 단독으로 입력 요구 출력 전압값에 따라 상기 인버터에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 배터리 충전 유지 모드는 외부 전력 공급부의 출력 및 배터리의 충전 요구량을 만족하도록 상기 연료 전지를 구동하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 시스템.
  18. 인버터가 차량내 배터리로부터 전원을 공급받아 교류 전력을 생성하는 단계;
    모터가 상기 인버터로부터 상기 교류 전력을 공급받는 단계; 및
    상기 인버터의 출력단에 연결되는 스위치 블럭이 상기 교류 전력을 분기하여 상기 스위치 블럭에 연결되는 외부 전력 공급부에 상기 교류 전력을 출력하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 이동식 발전 방법.
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