KR100878969B1

KR100878969B1 - 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법

Info

Publication number: KR100878969B1
Application number: KR1020060128891A
Authority: KR
Inventors: 최용각
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2009-01-19
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: US7976581B2; US20080147259A1; JP2008150014A; KR20080055494A; JP5022067B2

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법에 관한 것으로서, 고지보정계수를 이용하여 산출된 값에 따라 발전량을 조정하여 엔진의 적정 부하가 유지되도록 하고, 발전 부하량에 따른 소음 및 진동 개선을 위해 에어컨 작동 여부 및 변속단 위치에 따라 발전 부하 및 RPM을 제어하며, 실제 RPM이 목표 충전 RPM에 대비하여 기준값 이하로 떨어질 경우 발전량에 대한 보정값을 입력하여 RPM에 대한 보정을 하게 되는 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 의하면, 별도 센서 추가 없이 차량에 기 장착된 대기압 센서를 이용하여 고지 보정을 하므로 산악 지형이 많은 조건에서 SOC 관리가 향상되고, 과도한 충전으로 인한 연비/배기 성능 악화를 미연에 방지할 수 있으며, 엔진 스톨을 효과적으로 예방할 수 있게 된다.

HEV, 아이들, 충전, 발전 제어, SOC

Description

하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법 {Generation control method for idle charging of hybrid electric vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 발전 제어 과정에서 고지 보정 및 발전 부하량에 따른 목표 충전 RPM 및 충전 토크 산출 과정을 나타낸 순서도.

본 발명은 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고지보정계수를 이용하여 산출된 값에 따라 발전량을 조정하여 엔진의 적정 부하가 유지되도록 하고, 발전 부하량에 따른 소음 및 진동 개선을 위해 에어컨 작동 여부 및 변속단 위치에 따라 발전 부하 및 RPM을 제어하며, 실제 RPM이 목표 충전 RPM에 대비하여 기준값 이하로 떨어질 경우 발전량에 대한 보정값을 입력하여 RPM에 대한 보정을 하게 되는 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력 원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.

최근 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 전기 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.

하이브리드 전기 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 현재까지 연구되고 있는 대부분의 차량은 병렬형이나 직렬형 중에서 하나를 채택하고 있다.

이 중에서 병렬형은 엔진이 배터리를 충전시키기도 하나 전기모터와 함께 차량을 직접 구동시키도록 되어 있는 것으로, 구조가 직렬형보다 상대적으로 복잡하고 제어로직이 복잡하다는 단점은 있지만, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점 때문에 승용차 등에 널리 채택되고 있는 구조이다.

특히, 엔진과 전기모터의 최적 작동영역을 이용하므로 구동 시스템 전체의 연비를 향상시킴은 물론 제동시에는 전기모터로 에너지를 회수하므로 효율적인 에너지의 이용이 가능하다.

그리고, 하이브리드 전기 차량에는 차량 전반의 제어를 담당하는 차량 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)가 탑재되어 있고, 또한 시스템을 구성하는 각 장치별로 제어기를 구비하고 있다.

예컨대, 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU), 전기모터 작동의 전반을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 배터리의 작동을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS), 실내 온도 제어를 담당하는 에어컨 제어기(Full Auto Temperature Controller, FATC) 등이 구비되어 있다.

이러한 제어기들은 상위 제어기인 차량 제어기를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어, 제어기들 상호 간에 정보를 주고받으면서 상위 제어기는 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어 있다.

또한 하이브리드 전기 차량에는 전기모터의 구동전력을 제공하는 고전압 배터리(메인 배터리)가 필수적으로 장착되는데, 차량 운행 중에 고전압 배터리는 충/방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하게 된다.

모터 보조(Motor Assist)시에는 고전압 배터리가 전기에너지를 공급(방전)하고, 회생제동시나 엔진 구동시에 전기에너지를 저장(충전)하며, 이때 BMS는 배터리 충전 상태(State Of Charge; SOC), 가용 충전파워, 가용 방전파워 등을 HCU/MCU에 전송하여 배터리 안전 및 수명 관리 등을 수행한다.

한편, 하이브리드 전기 차량은 산맥 주행 등과 같이 계속적으로 등판도로를 주행할 때 모터 보조를 지속하게 되며, 이에 따라 고전압 배터리의 SOC는 낮아지게 된다.

이때, SOC는 고전압 배터리가 제어 가능한 최저 수준으로 떨어지게 되는데, SOC가 떨어지는 것을 방지하기 위해 발전을 하게 되며, SOC 충전 정도에 따라 모터 보조와 충전을 반복하지만, 최저 수준의 SOC에 도달하면 SOC의 회복을 위해 최소한의 경우를 제외하고는 항상 발전을 하여 SOC를 회복하려 한다.

이에 가능한 빠른 SOC의 회복을 위해 엔진의 최대 능력에 해당하는 동력을 빼앗아 전달하여 고전압 배터리에 공급하게 된다.

그리고, 정차시의 아이들 상태에서도 역시 발전하여 SOC를 회복하게 되는데, 이 경우 아이들 토크의 최대치에 해당하는 동력을 발전용으로 사용하게 된다.

그러나, 종래의 경우에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

엔진은 모터의 필요한 파워를 미리 CAN 통신을 통해 전송받아 모터가 필요한 파워를 생성하게 되며, 평지에서는 엔진이 이러한 파워를 일정한 여유를 가지고 제어하게 된다.

즉, 에어컨이나 기타 부하가 들어와도 충분히 공급 가능한 여유를 가지고 파워를 전달할 수 있다.

문제는 고지 주행의 경우인데, 고지 주행시에는 엔진의 파워가 평지와 같이 생성되지 않는다는 것이다.

예를 들어, 에어컨을 켠 상태라면 더욱 큰 동력이 필요하게 되는데, 이 경우에 평지에서의 발전량을 그대로 적용하여 발전하면 엔진 허용 파워를 넘어가기 때문에 엔진 스톨(stall)이 일어나게 된다.

고지에서는 공기량이 희박해지면 대기압이 떨어져 엔진의 파워가 떨어지게 된다.

이때, 평지에서와 같이 발전을 하게 되면 엔진 출력보다 높은 부하가 걸리게 되어 엔진 스톨 위험에 도달하게 된다.

이에, 하이브리드 전기 차량의 고전압 배터리 충전시에는 엔진 허용 능력 이내에서 발전량을 설정할 필요가 있으며, 특히 고지에서의 발전량 설정 및 충전 제어에 대해 개선할 필요가 있게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 산악 지형이 많은 조건에서 SOC 관리가 향상되고, 과도한 충전으로 인한 연비/배기 성능 악화를 미연에 방지할 수 있으며, 엔진 스톨을 효과적으로 예방할 수 있도록 하는 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 현재의 상태가 아이들 충전 조건을 만족하는지를 판단하는 단계와; 아이들 충전 조건을 만족하면, 에어컨 작동 여부, 현재의 변속단 위치 및 SOC량에 따른 아이들 충전 파워량을 산출하고, 산출된 상기 충전 파워량을 토대로 목표 충전 RPM을 산출하는 단계와; 대기압 센서의 신호를 토대로 현재의 대기압 상태에 따른 고지보정계수를 산출하고, 산출된 고지보정 계수를 상기 충전 파워량에 반영하여 최종 충전 파워량을 산출하는 단계와; 산출된 최종 충전 파워량에 따라 발전량 및 배터리 충전량을 제어하는 단계를 포함하는 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법을 제공한다.

바람직하게는, 현재의 RPM으로부터 상기 목표 충전 RPM값과의 차이값을 구한 뒤 그 차이값에 따른 발전량 보정계수를 산출하고, 산출된 발전량 보정계수를 상기 아이들 충전 파워량에 추가로 반영하여 최종 충전 파워량을 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 최종 충전 파워량과 목표 충전 RPM으로부터 목표 충전 토크값을 산출하는 단계와; 상기 목표 충전 RPM과 상기 목표 충전 토크값을 토대로 발전 부하 및 RPM을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래기술에서 언급한 바와 같이 엔진과 모터를 구동원으로 하는 하이브리드 전기 차량에서는 모터에 전력을 제공하는 고전압 배터리의 충전량, 즉 SOC의 회복을 위해서 엔진의 구동력을 이용하여 고전압 배터리를 충전하게 되는데, 엔진은 고지에서 공기량이 희박해지면 대기압이 떨어져 출력이 떨어지게 된다.

이때, 평지에서와 같이 발전을 하게 되면 엔진 출력보다 높은 부하가 걸리게 되어 엔진 스톨의 위험에 도달하게 된다.

본 발명에서는 상기와 같은 상황을 피하기 위하여 엔진 제어기(이하, ECU라 함)가 엔진에 부착된 대기압 센서의 신호를 토대로 현재의 대기압 상태에 따른 고 지보정계수를 산출하여 산출된 고지보정계수를 차량 제어기(하이브리드 제어기, 이하, HCU라 함)로 전송하고, HCU는 기준값 이하의 고지보정계수가 입력되었을 때 발전량을 조정하여 엔진의 적정 부하가 유지되도록 한다.

또한 본 발명에서는 발전량 부하에 따른 소음 및 진동 개선을 위해 에어컨 온 및 변속단 D/R/L/P/N의 위치에 따라 발전 부하 및 RPM을 조정하며, 이와 더불어 현재의 RPM, 즉 실제 RPM이 목표 RPM에 대비하여 기준값 이하로 떨어질 경우 발전량에 대한 보정값을 입력하여 RPM에 대한 보정을 하게 된다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 발전 제어 과정에서 고지 보정 및 발전 부하량에 따른 목표 충전 RPM 및 충전 토크 산출 과정을 나타낸 순서도이다.

우선, HCU가 현재의 상태가 아이들 충전 조건을 만족하는지를 판단한다.

즉, HCU는 현재의 상태가 아이들 충전이 가능한 상태인가를 판단하게 되고, 아이들 충전 가능한 상태라면 현재의 차속이 아이들 충전이 허용되는 상태, 즉 미리 설정된 허용 임계 차속 이하 상태인지를 판단하게 된다.

여기서, 아이들 충전이 허용되는 차속이라면 현재의 SOC량이 아이들 충전 SOC 상태에 해당하는지를 판단하게 된다.

여기서, SOC량이 설정값 이하인 아이들 충전 SOC 상태임을 판단한 경우에는 부하 작동 여부, 예컨대 에어컨 작동 여부를 판단하게 되며, 현재 에어컨 작동 여부, 현재의 변속단 위치 및 SOC량에 따른 아이들 충전 파워량을 설정 맵을 통해 산출하게 된다.

도 1을 참조하면, 현재의 에어컨 작동 여부에 따라, 즉 에어컨이 온 또는 오 프 상태일 때, 현재의 변속단 위치가 P/N단일 때와 D/R/L단일 때를 구분하여, 현재의 변속단 위치 및 SOC량에 따라 각각 충전 파워량이 산출됨을 보여주고 있다.

이어, 각 상황에 따라 산출된 충전 파워량을 토대로 충전 RPM을 산출하게 되는데, 에어컨 작동 여부와 변속단 위치에 따른 충전 RPM을 산출하게 된다.

도 1을 참조하면, 현재의 에어컨 작동 여부, 즉 에어컨 온 또는 오프 상태일 때, 현재의 변속단 위치가 P/N단일 때와 D/R/L단일 때를 구분하여, 현재의 변속단 위치 및 SOC량에 따른 충전 RPM이 산출됨을 보여주고 있다.

이후, 상기와 같이 산출된 충전 RPM을 목표 충전 RPM으로 하여 이를 ECU로 송부하게 된다.

한편, 본 발명에서는 HCU가 현재의 RPM을 입력받아 앞에서 구한 목표 충전 RPM값과의 차이값을 구한 뒤 그 차이값에 따른 발전량 보정계수를 산출하고, 또한 ECU로부터 입력되는 대기압 센서의 신호를 토대로 고지보정계수를 산출하며, 아이들시 충전 파워량에, 상기 발전량 보정계수와 고지보정계수를 차례로 곱하여 최종 충전 파워량을 산출한다.

HCU는 최종 충전 파워량에 따라 발전량 및 배터리 충전량을 제어하게 된다.

또한 상기와 같이 산출된 최종 충전 파워량과 목표 충전 RPM에 따른 값인 목표 충전 토크값을 최종적으로 산출하게 되며, 이렇게 산출된 목표 충전 토크값은 ECU로 전송되어, ECU는 HCU로부터 전송된 목표 충전 RPM과 목표 충전 토크에 따라 발전 부하 및 RPM을 제어하게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 고지보정계수를 이용하여 산출된 값에 따라 발전량을 조정하여 엔진의 적정 부하가 유지되도록 하고, 발전 부하량에 따른 소음 및 진동 개선을 위해 에어컨 작동 여부 및 변속단 위치에 따라 발전 부하 및 RPM을 제어하며, 실제 RPM이 목표 충전 RPM에 대비하여 기준값 이하로 떨어질 경우 발전량에 대한 보정값을 입력하여 RPM에 대한 보정을 하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 아이들시 충전 방법에 의하면, 고지보정계수를 이용하여 산출된 값에 따라 발전량을 조정하여 엔진의 적정 부하가 유지되도록 하고, 발전 부하량에 따른 소음 및 진동 개선을 위해 에어컨 작동 여부 및 변속단 위치에 따라 발전 부하 및 RPM을 제어하며, 실제 RPM이 목표 충전 RPM에 대비하여 기준값 이하로 떨어질 경우 발전량에 대한 보정값을 입력하여 RPM에 대한 보정을 하게 됨으로써, 다음과 같은 효과가 있게 된다.

별도 센서 추가 없이 차량에 기 장착된 대기압 센서를 이용하여 고지 보정을 하므로 산악 지형이 많은 조건에서 SOC 관리가 향상되고, 과도한 충전으로 인한 연비/배기 성능 악화를 미연에 방지할 수 있으며, 엔진 스톨을 효과적으로 예방할 수 있게 된다.

에어컨 작동 여부 및 변속단 위치에 따라 발전 부하 및 RPM을 제어하므로 차량에서 느끼는 소음 및 진동을 개선할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한 고지 보정에 대한 발전 파워 분배 및 RPM 차이에 보정이 가능해지며, 이는 아이들 충전 제어에 유용하게 적용될 수 있다.

Claims

현재의 상태가 아이들 충전 조건을 만족하는지를 판단하는 단계와;

아이들 충전 조건을 만족하면, 에어컨 작동 여부, 현재의 변속단 위치 및 SOC량에 따른 아이들 충전 파워량을 산출하고, 산출된 상기 충전 파워량을 토대로 목표 충전 RPM을 산출하는 단계와;

대기압 센서의 신호를 토대로 현재의 대기압 상태에 따른 고지보정계수를 산출하고, 산출된 고지보정계수를 상기 충전 파워량에 반영하여 최종 충전 파워량을 산출하는 단계와;

산출된 최종 충전 파워량에 따라 발전량 및 배터리 충전량을 제어하는 단계를 포함하는 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,

현재의 RPM으로부터 상기 목표 충전 RPM값과의 차이값을 구한 뒤 그 차이값에 따른 발전량 보정계수를 산출하고, 산출된 발전량 보정계수를 상기 아이들 충전 파워량에 추가로 반영하여 최종 충전 파워량을 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 최종 충전 파워량과 목표 충전 RPM으로부터 목표 충전 토크값을 산출하는 단계와;

상기 목표 충전 RPM과 상기 목표 충전 토크값을 토대로 발전 부하 및 RPM을 제어하는 단계;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 아이들 충전시 발전 제어 방법.