KR20050001673A - 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템 - Google Patents

Abstract

차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템이 개시된다. 개시된 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템은, 엔진과; 상기 엔진에 설치되어 상기 엔진을 시동하도록 작동하는 스타터와; 상기 스타터에 전원을 공급하기 위해 설치된 12V 배터리와; 상기 엔진의 일측에 설치되어 상기 스타터를 작동시켜 차량의 초기 시동이 이루어지도록 하는 14V 스타터 모터와; 상기 엔진의 일측에 설치되어 상기 엔진의 발전이 이루어지도록 하는 발전기가 일체형으로 이루어진 42V IGS와; 차량의 상기 엔진과 상기 42V IGS가 연결되어 구동되도록 구동력을 전달하는 벨트-풀리장치와; 상기 42V IGS와 연결되어 상기 42V IGS에 전원을 공급하는 36V 배터리와; 상기 36V 배터리를 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템과; 상기 36V 배터리와 상기 42V IGS에 연결되어 이들의 작동을 제어하는 컴퓨터와; 상기 컴퓨터와 상기 12V 배터리에 연결되어 42V 또는 14V로 각각 변환이 이루어질 수 있도록 구비된 DC/DC 컨버터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전력효율과 연비를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템{42VOLT BELT TYPE INTEGRATED GENERATOR STARTER SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 14V 시스템에서 아이들 스톱 및 고우(idle stop and go) 기능 구현을 위한 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템에 관한 것이다.

앞으로 신기술들이 차량에 적용이 예상됨에 따라 현재 14V 시스템의 발전 용량이 부족하게 될 것으로 예상되고 있다. 예상되는 부하량 증가 및 현재 국내의 차량의 개략적인 소비 전력에 관한 분석은 다음과 같다.

현재 출시되고 있는 국내 차량의 소비전력도 선진업체의 고급 차량에서 소비하고 있는 전력과 비슷한 규모를 갖고 있음을 알 수 있으며, 조만간 신기술의 접목에 따라 발전량이 부족하게 될 수 있다는 사실을 예측할 수 있다.

또한 전력의 부족은 결국 알터네이터(alternator)와 배터리의 용량 증대를 요구하며 와이어링(wiring)/하네스(harness)의 증대 및 차량의 중량 증가를 필요로 하게 된다

일반적으로 14V 시스템으로 공급할 수 있는 최대 전력 용량은 약 2.5kW정도로 예측되고 있으며, 이 이상의 전력이 요구될 경우 새로운 전원체계가 요구된다. 이를 위해 42V 전력 체계가 MIT공대 및 유럽 SICAN Bordnetz등을 위주로 1990년대부터 연구 개발되고 있으며, 구조적으로 하이브리드 전기 자동차와 비슷한 구조를 갖는다고 할 수 있다.

따라서 이러한 구조로 인하여 선진 업체 및 국제 학술 단체에서는 42V 시스템 차량을 Mild-HEV(Hybrid Electric Vehicle) 혹은 Soft-HEV라고 부르고 있다.차량용 42V 시스템 개발 필요성을 요약하면 다음과 같다.

우선, 내적 요인으로 신기술 부품 개발 적용이 확대되어 가고, 이에 따라 전기 소모량이 증가하고 있으며 예컨대, 12V 전원 한계는 약 2.5kW이다. 그리고 외적 요인으로는 연비 및 배기가스 규제 강화 또는 운전의 편의성 향상이 있다.

이와 같이 내적 및 외적 요인은 사용 전압 증대를 요구하고 있으며, 42V 차량 개발이 필요하게 된다. 이에 따라 발전 용량이 증대되고, 연비 개선이 가능이 예측될 수 있다.

한편, 현재의 차량은 14V 발전시스템을 채용하고 있으며 3상 교류 발전기에서 출력되는 교류 전압을 다이오드를 이용해 정류시키는[AC-to-DC 정류기 (rectifier)] 구조의 시스템이다. 또한, 엔진을 기동하기 위한 시스템으로서 스타터를 사용하고 있다.

그런데, 종래의 14V 시스템은 한번 기동 후, 차량을 잠시 신호 대기할 경우 엔진을 정지시킬 수 없다. 만일 정지할 경우 재 출발시에는 엔진 기동 키(key)를 이용해 스타터를 온(on)시켜야만 엔진이 재 시동될 수 있다. 따라서 연비가 떨어진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 연비를 향상시킬 수 있도록 한 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2는 도 1과 비교되는 14V 스타스 시스템의 개략적인 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21. 엔진

22. 스타터

23. 12V 배터리

24. 42V IGS

25. 벨트-풀리장치

26. 36V 배터리

27. 배터리 관리 시스템

28. 컴퓨터

29. DC/DC 컨버터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템은, 엔진과; 상기 엔진에 설치되어 상기 엔진을 시동하도록 작동하는 스타터와; 상기 스타터에 전원을 공급하기 위해 설치된 12V 배터리와; 상기 엔진의 일측에 설치되어 상기 스타터를 작동시켜 차량의 초기 시동이 이루어지도록 하는 14V 스타터 모터와; 상기 엔진의 일측에 설치되어 상기 엔진의 발전이 이루어지도록 하는 발전기가 일체형으로 이루어진 42V IGS와; 차량의 상기 엔진과 상기 42V IGS가 연결되어 구동되도록 구동력을 전달하는 벨트-풀리장치와; 상기 42V IGS와 연결되어 상기 42V IGS에 전원을 공급하는 36V 배터리와; 상기 36V 배터리를 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템과; 상기 36V 배터리와 상기 42V IGS에 연결되어 이들의 작동을 제어하는 컴퓨터와; 상기 컴퓨터와 상기 12V 배터리에 연결되어 42V 또는 14V로 각각 변환이 이루어질 수 있도록 구비된 DC/DC 컨버터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템은, 엔진(21)과, 이 엔진(21)에 설치되어 엔진(21)을 시동하도록 작동하는 스타터(22)와, 이 스타터(22)에 전원을 공급하기 위해 설치된 12V 배터리(23)와, 상기 엔진(21)의 일측에 설치되어 스타터(22)를 작동시켜 차량의 초기 시동이 이루어지도록 하는 14V 스타터 모터(미도시)와, 상기 엔진(21)의 일측에 설치되어 엔진(21)의 발전이 이루어지도록 하는 발전기가 일체형으로 이루어진 42V 통합 발전기 스타터(42 Volt Integrated Generator Starter; 이하 42V IGS라 함)(24)를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템에는, 상기 엔진(21)과 42V IGS(24)가 연결되어 구동되도록 구동력을 전달하는 벨트-풀리장치(25)와, 상기 42V IGS(24)와 연결되어 이 42V IGS(24)에 전원을 공급하는 36V 배터리(26)와, 이 36V 배터리(26)를 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)(27)과, 상기 36V 배터리(26)와 42V IGS(24)에 연결되어 이들의 작동을 제어하는 컴퓨터(또는 컨트롤러)(28)와, 이 컴퓨터(28)와 12V 배터리(23)에 연결되어 전압변환 즉, 36V 또는 14V로 각각 변환이 이루어질 수 있도록 구비된 DC/DC 컨버터(29)가 구비된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템은, 상기 42V IGS(24)에 전원 공급을 위한 36V 배터리(26)가 구비되어 있고, 엔진(21)의 초기 기동은 14V용 스타터(22)를 이용해 냉시동을 수행한다.

그리고 아이들 스톱에 의해 엔진(21)이 정지된 상황에서 이 엔진(21)을 재시동할 때에는 42V IGS(24)를 이용해 엔진(21)을 시동시킨다. 이에 따라 42V IGS(24)를 차량에 적용할 경우 전력 효율이 상당한 수준으로 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템과는 다른 시스템인 14V 스타스(StARS) 시스템을 비교하면서 보다 상세히 설명한다.

도 2에는 14V 스타스 시스템의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 14V 발전기 스타터(11)와, 이에 연결된 12V 배터리(12)가 구비된 14V 스타스 시스템은 주로 아이들 스톱 및 고우 기능이 주목적이고, 기존의 일반적인 시스템에 비해 약 6%의 연비향상률을 기대할 수 있다.

이에 반해 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템은 고전압화 및 고출력화가 됨으로서 아이들 스톱 및 고우 기능과, 회생제동 기능 및 동력보조 기능까지 구현할 수 있다. 따라서 기존의 일반적인 시스템에 비해 약 15%의 연비향상률을 기대할 수 있다.(도요타 크라운 발표)

상기한 회생제동 기능이란, 차량의 브레이크가 작동할 때 42V IGS(24)의 회생 운전을 통하여 배터리에 에너지를 저장하는 기능이다. 따라서 본 발명에 따른 시스템에 이 기능을 채용함으로써, 에너지 소비 절감 및 연비 향상을 도모할 수 있게 된다.

그리고 구조적인 측면을 비교한다.

도 2의 14V 스타스 시스템은 종래의 시스템에 채용된 알터네이터 (alternator) 대신 스타스 머신(StARS machine)을 채용하여 국제적인 규제에 대응할 수 있는 시스템 차량을 개발하는 것이 목적이다.

이에 반해 본 발명의 42V IGS(24) 시스템은, 미래를 위한 전원체계에 그 목적 이 있다. 종래에는 이중전원시스템을 채용하고 있었지만 이로써 42V 단일 전원체계가 확립될 수 있다. 따라서 최종적으로 42V 단일 전원 시스템이 적용될 경우 예컨대, DC/DC컨버터를 제거됨으로써, 원가절감을 이룰 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

아이들 스톱에 의해 엔진이 정지된 경우 이를 재시동할 때에는 42V IGS(24)를 이용해 엔진을 시동시킬 수 있어 전력효율이 상당한 수준으로 향상되고, 연비를 향상시킬 수 있다.

그리고 엔진 시동시 소음 저감으로 쾌적함 향상시킬 수 있고, 신기술 부품이 적용 가능할 수준의 전력(2kW 급) 공급이 가능하고, 신기술 부품이 적용 가능하도록 확장성이 유연해질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (1)

1. 엔진과;

   상기 엔진에 설치되어 상기 엔진을 시동하도록 작동하는 스타터와;

   상기 스타터에 전원을 공급하기 위해 설치된 12V 배터리와;

   상기 엔진의 일측에 설치되어 상기 스타터를 작동시켜 차량의 초기 시동이 이루어지도록 하는 14V 스타터 모터와;

   상기 엔진의 일측에 설치되어 상기 엔진의 발전이 이루어지도록 하는 발전기가 일체형으로 이루어진 42V IGS와;

   차량의 상기 엔진과 상기 42V IGS가 연결되어 구동되도록 구동력을 전달하는 벨트-풀리장치와;

   상기 42V IGS와 연결되어 상기 42V IGS에 전원을 공급하는 36V 배터리와;

   상기 36V 배터리를 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템과;

   상기 36V 배터리와 상기 42V IGS에 연결되어 이들의 작동을 제어하는 컴퓨터와;

   상기 컴퓨터와 상기 12V 배터리에 연결되어 42V 또는 14V로 각각 변환이 이루어질 수 있도록 구비된 DC/DC 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 42볼트 벨트형 통합 발전기 시동기 시스템.