전기 에너지가 우리 생활에 유용하게 사용되는 부분이 정말 많다. 최근에는 자전거 열풍이 불면서 덩달아 전동 자전거 업계에도 호황이 일고 있는데, 21C 기후 변화와 환경오염, 교통체증 등의 문제해결을 위한 저탄소 녹색성장의 인식 전환으로 전동 자전거 이용이 늘어나고 있다. 이는 전동 자전거도 전기 에너지가 사용되고 있다 점이다. 하지만 이런 장점을 가지고 있는 전동 자전거를 많은 사람들이 구입하지 못하는 이유가 있다. 대부분의 이유가 '집에 자전거 1대씩 가지고 있는데, 굳이 비싼 돈을 주고 전동 자전거를 구입해야하나?' 라는 생각을 가지게 된다. 또 다른 이유로는 기존의 전동 자전거가 탈 부착 형식이 아닌 일체형으로 나오기 때문에 다른 신제품의 전동 자전거가 나온다면 기존의 전동 자전거의 부품을 사용하지 못 하고 새로운 자전거를 사야 한다는 단점 때문이다. 따라서 본 논문에서는 탈 부착이 가능한 전기 자전거 시스템을 구현하고자 한다.
본 논문은 친환경 교통수단인 일반적인 체인형 자전거(Bicycle)를 대신할 수 있는 무체인(Chainless) 지능형 파워 보조 시스템(Power Assistant System)을 설계하여 자전거 운전상태에 맞추어 필요한 동력을 지원할 수 있는 전기자전거 모델을 제안 하고자 한다. 무체인 지능형 파워 보조 시스템의 답력 센서(sensor)를 통하여 자전거의 운전상태를 지능적으로 파악 할 수 있는 퍼지제어 알고리즘을 설계하고, 자전거 운전상태에 대한 파워 보조 시스템의 보조 동력을 제어하도록 하였다. 본 논문에서는 사람의 답력에만 의존하는 일반 자전거 시스템에 보조동력을 제공하는 무체인 지능형 전기자전거 모델을 설계하여 제시하였다.
본 논문은 점차 성장하고 있는 전동기를 이용한 교통수단으로써의 전기 자전거에 적용된 위치 센서인 홀 센서의 고장 검출을 위한 방법 제시와 고장 회피를 위한 방법을 제시한다. 전동기를 응용한 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 자동차, 전기 보트 등 다양한 분야에서 전동기의 사용이 점차 넓어지고 있지만 현재는 전동기의 구동 및 제어의 관점에서만 다루어 지고 있는 실정이다. 하지만 전동기의 구동 보다 더 중요한 문제는 사람을 운송하는 분야이기 때문에 높은 구동 안정성이 요구 되고 있다. 따라서 본 논문은 전기 자전거에 적용된 홀 센서의 고장의 종류에 대해 검토하고 고장으로 판단 한 이후 정상적인 구동이 가능 할 수 있도록 센서리스 구동으로의 전환이 가능 하도록 하였다. 이를 모의 실험과 실험을 통해 타당성을 검증 하고자 한다.
본 논문에서는 전기자전거용 BLDC를 구동할 수 있는 구동제어시스템을 설계하였으며, BLDC 전동기와 구동원리에 대해 특성을 파악하였다. 제어보드는 TI사의 TMS320F2808을 이용하여 6-스텝 인버터를 구동하였으며, PI제어를 적용하여 전류제어를 통해 전기자전거용 BLDC 구동장치를 구현 하였다.
최근 전기 구동 시스템을 갖춘 친환경적인 하이브리드 자동차 혹은 전기 자동차에 대한 관심이 늘고 있다. 본 논문에서는 비교적 구조가 간단한 자전거에 쉽게 적용될 수 있는 BLDC 모터를 기준으로, 전기자전거 주행 상황에 있어서의 슈퍼커패시터를 이용한 회생 에너지 제어에 대하여 언급한다. 회생 에너지를 최대한 슈퍼캐패시터에 전달할 수 있는 제어 방법을 제시하고 이를 컴퓨터 모의 실험을 통해 확인한다.
본 논문에서는 전기자전거에 응용할 수 있는 BLDC 전동기의 구동제어시스템을 설계하였으며, 시뮬링크를 이용한 시뮬레이션을 통해 BLDC 전동기와 그 구동제어시스템의 특성파악을 수행 하였다, 모터 컨트롤 전용 16비트 마이크로컨트롤러인 dsPIC30F3010을 탑제하여 시스템을 설계하였으며, 2상 여자 제어법을 적용하여 6-스텝 인버터를 구동하고, PID 연산을 수행, 속도제어 방법을 통하여 전기자전거에 사용할 수 있는 BLDC 전동기의 구동제어시스템을 구현 하였다.
우리나라를 비롯한 선진국 국가의 대부분은 기존의 탄소 자동차 대용으로 전기 자동차, 메탄올 자동차, 수소 자동차 등 저탄소 자동차 개발에 막대한 투자를 계속하고 있다. 그러나, 궁극적이고 현실적인 무공해 교통수단은 자전거가 유일하기 때문에 각국의 중앙 정부 및 지방 정부들은 자전거 전용 도로를 개설하고 공공 임대 서비스 시스템 구축을 서두르고 있다. 현재 운영되고 있는 거의 모든 자전거 관제 시스템들은 자전거 보관소에서의 대여 및 반납과정의 자동화를 이루고 있으나, 보관소를 떠난 자전거의 이동 경로 및 소재를 모니터링하지는 않는다. 이 연구에서는 자전거 공공 임대 서비스를 위해 CDMA 모뎀과 결합된 GPS 단말기 및 이를 사용하는 위치기반 자전거 관제 시스템을 개발한다. 이 관제 시스템은 이동통신을 통하여 자전거에 부착된 GPS 관제 단말기로부터 위치 정보를 수신하고, 그 이동 경로를 GIS 연동 맵에 표시함으로써 자전거의 회수 및 재분배를 용이하게 하고, 도난 및 고의 파손을 최소화 시키며, 이용자들에게는 가까운 곳에 위치한 자전거 보관소를 추천해 줄 수 있다.
현재 우리사회는 친환경을 요구하는 시대로 접어들었다 세계적인 추세도 같은 방향으로 흐르고 있으며, 이미 미국, 영국, 프랑스, 이태리, 일본 등의 선진국에서는 자연 친화적, 경제적 실리 추구 및 편리성을 추구하면서 청정 에너지를 사용하는 "미래형 이동수단"에 큰 관심을 갖고 우리보다 한발 앞서 나가고 있다. 이중 전기자전거는 배터리를 통해 무공해, 무소음이라는 장점을 가지고 있으며, 유지관리비가 거의 들지 않고 교통체증을 완화시켜주며, 주차에 신경쓰지 않아도 되어 교통수단에 혁신을 가져다 줄 것이라 생각된다. 본 논문에서는 소형이동 수단인 전기자전거에 채용되는 고출력 리튬이온 배터리팩의 관리시스템을 개발하였으며, 기존의 MCU를 채용하는 제품에서의 문제점이었던 소비전류는 크게 저감하고 셀 밸런싱(Cell Balancing), 온도보호(OTP, Over Temperature Protection) 등의 추가기능은 충실히 수행할 수 있으면서도 저가의 전기자전거용 배터리관리시스템(BMS, Battery Management System)을 개발하였다.
최근 환경오염, 지구 온난화, 화석 연료 고갈 등이 범지구적 문제가 됨에 따라 녹색 에너지 기술 개발이 주목을 받고 있다. 이런 추세에 따라, 자전거가 다양한 스마트 에너지 기술과 결합하여 친환경 근거리 이동수단으로 발전하고 있다. 스마트 자전거 기술과 관련하여 많은 기술이 개발되고 있는데 이중 PAS(Power Assist System)는 사람의 힘과 전기의 힘을 효과적으로 결합하여 배터리로 구동되는 전기 모터를 제어하는 기술이다. 본 논문은 PAS를 구성하는 핵심 기술인 새로운 토크 센서를 제안한다. 이 기술은 기존 기술들과는 달리 자전거 뒤축에 스트레인 게이지를 부착하여 슬립링의 필요성을 없애고 사람에 의해 가해지는 구동축 토크를 측정 할 뿐 아니라, 현재 작동되는 기어의 위치를 근사적으로 추정 가능하게 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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