KR100461273B1 - Method of determining performance index of fuel consumption for a hybrid electric vehicle - Google Patents

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Abstract

하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법이 개시된다. 개시된 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법은, (a) 하이브리드 전기자동차 배터리의 SOC 하한 기준(con_lo_soc) 및 SOC 상한 기준(con_hi_soc)을 세팅하는 단계와; (b) 충전 또는 방전에 따른 상기 하이브리드 전기자동차 엔진의 브레이크 연료 소비율에 대한 최소값(best E-BSFC) 및 최대값(worst E-BSFC)에 의해 결정되는 계수(a_charge, b_charge / a_discharge, b_discharge)를 세팅하는 단계와; (c) 기 정의된 제어 알고리즘에 따라 슬로프(slope)를 세팅하는 단계와; (d) 상기 하이브리드 전기자동차의 전기시스템에 충전이 있었는지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, SOC에 대한 상기 하이브리드 전기자동차 상기 엔진의 브레이크 연료 소비율의 충전 함수식을 아래의 식 1로 구하는 것을 그 특징으로 한다.Disclosed is a method for determining fuel economy performance index of a hybrid electric vehicle. The method for determining a fuel economy performance index of the disclosed hybrid electric vehicle includes: (a) setting an SOC lower limit criterion (con_lo_soc) and an SOC upper limit criterion (con_hi_soc) of the hybrid electric vehicle battery; (b) A coefficient (a_charge, b_charge / a_discharge, b_discharge) determined by a minimum value (best E-BSFC) and a maximum value (worst E-BSFC) for the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine according to charging or discharging is calculated. Setting; (c) setting a slope according to a predefined control algorithm; (d) determining whether the electric system of the hybrid electric vehicle has been charged; (e) When the condition in step (d) is satisfied, the charging function equation of the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine for SOC is obtained by the following equation (1).

[식 1][Equation 1]

Description

하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법{METHOD OF DETERMINING PERFORMANCE INDEX OF FUEL CONSUMPTION FOR A HYBRID ELECTRIC VEHICLE}METHOD OF DETERMINING PERFORMANCE INDEX OF FUEL CONSUMPTION FOR A HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차 주행중 배터리의 충전 수준을 용이하게 하기 위한 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining a fuel efficiency index of a hybrid electric vehicle, and more particularly, to a method for determining a fuel efficiency index of a hybrid electric vehicle for facilitating the charging level of a battery while driving an electric vehicle.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 내연기관 차량에서 연비를 최소화하는 변속 맵이나 주행 알고리즘을 작성할 시에는 엔진의 연료 소모량을 목적함수로 정하고 이를 최소화하는 알고리즘을 사용하는 것이 일반적이다.As shown in FIG. 1, when a shift map or a driving algorithm for minimizing fuel economy in a general internal combustion engine vehicle, an engine fuel consumption is determined as an objective function and an algorithm for minimizing the fuel consumption is generally used.

그러나 도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드 전기자동차의 경우에는 연료와 전기 에너지라는 2가지의 에너지원을 사용하므로 단순히 엔진의 연료 소모량만을 기준으로 해서는 차량 전체의 연비를 최소화시킬 수 없다.However, as shown in FIG. 2, the hybrid electric vehicle uses two energy sources, such as fuel and electric energy, and thus, it is impossible to minimize fuel economy of the entire vehicle based solely on the fuel consumption of the engine.

또한 연료 소모량만을 목적함수로 사용할 경우 차량의 주행은 전기에너지 소모를 최대화하는 방향으로 진행되고, 이 경우 별도의 충전 알고리즘이나, 방전 제한 조건을 주지 않으면 결국 배터리가 방전되는 문제점이 있다.In addition, when only the fuel consumption is used as the objective function, the driving of the vehicle proceeds in the direction of maximizing the electric energy consumption. In this case, there is a problem in that the battery is discharged in the end without providing a separate charging algorithm or a discharge restriction condition.

그리고 하이브리드 전기자동차는 연료와 전기에너지라는 두 가지의 에너지원을 사용하므로 차량 전체의 연료 소모량을 최소로 하는 주행 전략을 개발하기 위해서는 이 두 에너지를 하나의 지수로 표현할 수 있는 연비 성능지수(이하, 성능지수라 함)가 필요하다.In addition, since hybrid electric vehicles use two energy sources, fuel and electric energy, in order to develop a driving strategy that minimizes the fuel consumption of the entire vehicle, the fuel economy performance index that can be expressed as one index (hereinafter, Performance index).

이미 공지된 하이브리드 전기자동차의 연비 최소화 알고리즘 작성을 의한 성능지수의 결정법을 정리하면 다음과 같다.The method of determining performance index by preparing fuel efficiency minimization algorithm of hybrid electric vehicle is well known as follows.

첫째, 엔진의 연료 소모량을 성능지수로 정하고 이를 최소로 하는 알고리즘을 적용하고, 배터리 충전 수준이 낮을 경우 엔진만으로 주행 또는 정지시 엔진의 동력을 이용하여 충전한다.First, the fuel consumption of the engine is determined as a figure of merit and a minimum algorithm is applied. When the battery charge level is low, only the engine is charged using the engine power when driving or stopping.

둘째, 엔진의 연료 소모량을 성능지수로 정하고 이를 최소로 하는 알고리듬을 적용하고, 배터리 충전 수준이 일정 수준 이하로 떨어지면 엔진을 이용하여 주행 중 충전을 실시한다.Second, the fuel consumption of the engine is determined as a figure of merit and a minimum algorithm is applied. When the battery charge level falls below a certain level, the engine is charged while driving.

셋째, 전기에너지의 소모량을 등가의 연료 소모량으로 정의하거나, 반대로 엔진의 연료 소모량을 등가의 전기 에너지 소모량으로 표현한 후, 이 등가지수를 엔진의 연료소모 또는 전동기의 전기에너지 소모량에 더하여 차량 전체의 성능지수로 결정하고, 최종적으로 이 성능지수를 최소화하는 주행 전략을 작성한다.Third, the consumption of electrical energy is defined as equivalent fuel consumption, or conversely, the fuel consumption of the engine is expressed as equivalent electrical energy consumption, and the equivalent index is added to the fuel consumption of the engine or the electrical energy consumption of the motor, and the performance of the entire vehicle. Determine by index and finally create a driving strategy to minimize this figure of merit.

상기한 것 중 첫째의 방식은 본 출원인이 채택한 것이나, 주행중 배터리가 위험 수준 이하로 방전할 가능성이 있으며, 충전에 대한 전략이 정의되지 않으므로 전기 시스템의 에너지 소모를 고려한 실질적인 차량 연비를 최소화할 수는 없다.The first method described above has been adopted by the present applicant, but the battery may discharge below a dangerous level while driving, and since the strategy for charging is not defined, it is possible to minimize the actual vehicle fuel consumption considering the energy consumption of the electrical system. none.

그리고 둘째의 방식은 일본 혼다(HONDA)에서 채택한 것이나, 전동기의 출력이 전적으로 운전자의 액셀 개도에 의해서만 결정되므로 방전과 충전이 실제로 시스템 전체의 효율을 향상시키는 방향으로 이루어지는지는 보장되지 않는다.The second method is adopted by HONDA in Japan, but since the output of the motor is determined solely by the driver's accelerator opening, it is not guaranteed that discharge and charging will actually be directed at improving the overall efficiency of the system.

또한 셋째 방식은 등가 연비 개념으로 미국의 RICARDO, NREL(National Renewable Energy Lab. 등에서 제시한 일명 NREL 방식이나, 배터리 충전 수준이 성능지수의 결정에 포함되지 않기 때문에 주행 중 배터리 충전 수준을 유지하기 위해서는 별도의 충전 알고리듬이 포함되어야 한다.In addition, the third method is the equivalent fuel economy concept, also known as the NREL method proposed by the US RICARDO and NREL (National Renewable Energy Lab.), But the battery charge level is not included in the determination of the performance index. The charging algorithm of must be included.

그리고 이 셋째 방법의 경우는 배터리 충전 수준을 고려하고는 있으나, 특정주행 모드에서의 시험 주행 후에 시험된 주행 모드에만 적용할 수 있는 주행 전략만을 제시한다는 단점이 있다.In the third method, the battery charging level is taken into consideration, but there is a disadvantage in that only the driving strategy applicable to the driving mode tested after the test driving in the specific driving mode is presented.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 등가 연비 개념(NREL 방식)에 의해 정의된 하이브리드 전기자동차의 성능지수 결정에 있어서 종래의 확률적인 방법에 의한 성능지수 결정 대신 배터리의 충전수준을 성능지수 결정의 인수로 사용하여 최적화 기법을 사용하여 성능지수를 결정함으로써 주행 알고리즘만으로 주행중 충전 수준을 유지하는 것과 실질적인 차량전체의 연료 소모량을 최소화하는 것을 가능하게 한 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above problems, and in the determination of the performance index of the hybrid electric vehicle defined by the equivalent fuel efficiency concept (NREL method), instead of the conventional index of performance index determination by the stochastic method, the charge level of the battery Using the optimization technique to determine the performance index using the optimization technique to determine the fuel economy performance index of hybrid electric vehicles, which makes it possible to maintain the charging level while driving alone and to minimize the actual fuel consumption of the entire vehicle. The purpose is to provide a method.

도 1은 일반적인 내연기관 차량의 연료 소모를 설명하기 위해 나타내 보인 도면.1 is a view showing for explaining the fuel consumption of a typical internal combustion engine vehicle.

도 2는 일반적인 하이브리드 전기자동차의 연료 소모를 설명하기 위해 나타내 보인 도면.2 is a view showing for explaining the fuel consumption of a typical hybrid electric vehicle.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.3 is a schematic flowchart sequentially showing a method for determining a fuel economy performance index of a hybrid electric vehicle according to the present invention.

도 4a 및 도 4b는 충전 및 방전시 배터리 SOC변화에 대한 E-BSFC값의 변화를 나타내 보인 그래프.4A and 4B are graphs showing changes in E-BSFC values for battery SOC changes during charging and discharging.

도 5a 및 도 5b는 충전 및 방전시 E-BSFC값의 분포를 나타내 보인 그래프.5A and 5B are graphs showing the distribution of E-BSFC values during charging and discharging.

도 6은 종래의 기술이 적용된 차량의 연비 성능 해석 결과를 나타내 보인 그래프.Figure 6 is a graph showing the fuel efficiency performance analysis results of a vehicle to which the prior art is applied.

도 7은 본 발명이 적용된 차량의 연비 성능 해석 결과를 나타내 보인 그래프.Figure 7 is a graph showing the fuel efficiency analysis results of the vehicle to which the present invention is applied.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법은, (a) 하이브리드 전기자동차 배터리의 SOC 하한 기준(con_lo_soc) 및 SOC 상한 기준(con_hi_soc)을 세팅하는 단계와; (b) 충전 또는 방전에 따른 상기 하이브리드 전기자동차 엔진의 브레이크 연료 소비율에 대한 최소값(best E-BSFC) 및 최대값(worst E-BSFC)에 의해 결정되는 계수(a_charge, b_charge / a_discharge, b_discharge)를 세팅하는 단계와; (c) 기 정의된 제어 알고리즘에 따라 슬로프(slope)를 세팅하는 단계와; (d) 상기 하이브리드 전기자동차의 전기시스템에 충전이 있었는지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, SOC에 대한 상기 하이브리드 전기자동차 상기 엔진의 브레이크 연료 소비율의 충전 함수식을 아래의 식 1로 구하는 것을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, there is provided a method for determining a fuel economy performance index of a hybrid electric vehicle according to the present invention, including: (a) setting an SOC lower limit standard (con_lo_soc) and an SOC upper limit standard (con_hi_soc) of a hybrid electric vehicle battery; (b) A coefficient (a_charge, b_charge / a_discharge, b_discharge) determined by a minimum value (best E-BSFC) and a maximum value (worst E-BSFC) for the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine according to charging or discharging is calculated. Setting; (c) setting a slope according to a predefined control algorithm; (d) determining whether the electric system of the hybrid electric vehicle has been charged; (e) When the condition in step (d) is satisfied, the charging function equation of the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine for SOC is obtained by the following equation (1).

[식 1][Equation 1]

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3에는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 도시되어 있다.3 is a schematic flowchart sequentially showing a method for determining a fuel efficiency performance index of a hybrid electric vehicle according to the present invention.

여기에서는 일반적인 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법의 설명은 생략하고, 본 발명의 특징만을 설명하기로 한다.Here, description of the fuel economy performance index determination method of the general hybrid electric vehicle will be omitted, and only the features of the present invention will be described.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법은, 우선, 하이브리드 전기자동차 배터리의 특성 또는 특징에 따라 이 배터리의 SOC(State Of Charge) 하한 기준(con_lo_soc) 및 SOC 상한 기준(con_hi_soc)을 세팅(setting)한다.(단계 110)특히, 후술하는 바와 같이, 배터리 수명과 용량을 고려하여 배터리 사용영역을 정하면 이에 의해 con_lo_soc, con_hi_soc값이 지정되게 된다.일반적으로, SOC를 0으로 완전 방전하거나 1로 완전 충전할 때에는 배터리 시스템이 물리적인 손상을 입을 수 있으므로 배터리 시스템의 제조사에서는 이를 일정 수준으로 제한해서 쓸 것을 권고한다. 즉, 배터리 사용영역을 SOC 0.4∼0.7로 제한하면 상기한 con_lo_soc는 0.4이고, con_hi_soc는 0.7이 된다.그리고 배터리 제어기를 설계함에 있어 배터리 효율을 고려하여 더 작은 영역으로 배터리 사용 영역을 제한하기도 한다. 예컨대, 배터리 효율이 높은이어서, 충전 또는 방전에 따른 하이브리드 전기자동차 엔진의 브레이크 연료 소비율(제동 비연료 소모량)(Brake Specific Fuel Consumption; 이하, BSFC라 함)에 대한 최소값(best E-BSFC) 및 최대값(worst E-BSFC)에 의해 결정되는 계수(a_charge, b_charge / a_discharge, b_discharge)를 세팅한다.(단계 120)상기한 BSFC를 구체적으로 설명하면, 이 BSFC는 엔진의 효율을 정의하기 위한 값으로, 단위 동력(power)을 생성하는데 연료가 얼마나 소모되는지 표시하는 계수로 이 값이 작을 수록 엔진의 효율이 높은 지점임을 의미한다. 엔진은 작동 상황 예컨대, 엔진속도, 엔진토크에 따라 BSFC값이 달라진다.그리고 E-BSFC(Equivalent Brake Specific Fuel Consumption) 즉, 등가 비 연료 소모량으로, 엔진에만 사용하는 내연기관 자동차의 BSFC개념을 엔진/모터를 동시에 사용하는 하이브리드 전기자동차에 적용시키기 위한 개념으로 후술하는 식 1과 같다. 또한 이 E-BSFC의 개념은 하이브리드 전기자동차의 충전/방전시의 전기에너지/연료를 모두 고려한 것으로, 이하에서 상세히 설명한다.우선, E-BSFC는 BSFC와는 달리 전기에너지와 연료의 등가 개념이 들어가므로 충전 시와 방전 시에 다르게 계산된다. 따라서 E-BSFCcharge와 E-BSFCdischarge의 2가지 값이 필요하다.그리고 E-BSFC는 연료가 전기에너지로 바뀌는 등가량을 추산하는 개념이므로 현재 충전 혹은 방전을 할 가능성이 얼마나 높은가 따라 값이 달라지는 특성을 가지고 있으며, 충전 또는 방전 가능성을 평가하는 지표로 배터리의 SOC(State Of Charge)를 사용하게 된다. 이를 개념적으로 설명하면, 후술하는 식 3과 같다.그리고 기 정의된 제어 알고리즘에 따라 슬로프(slope)를 세팅한다.(단계 130)Referring to the drawings, the method for determining the fuel economy performance index of the hybrid electric vehicle according to the present invention, first, according to the characteristics or characteristics of the hybrid electric vehicle battery SOC (State Of Charge) lower limit (con_lo_soc) and SOC upper limit criteria (con_hi_soc) is set. (Step 110) In particular, as described below, when the battery use area is determined in consideration of battery life and capacity, con_lo_soc and con_hi_soc values are designated by this. Generally, SOC is set to 0. When fully discharged or fully charged to 1, the battery system may be physically damaged, so the manufacturer of the battery system recommends that it be limited to a certain level. That is, if the battery usage area is limited to SOC 0.4 to 0.7, the above con_lo_soc is 0.4 and con_hi_soc is 0.7. In designing the battery controller, the battery use area may be limited to a smaller area in consideration of battery efficiency. For example, since the battery efficiency is high, the minimum value (best E-BSFC) and the maximum for the brake specific fuel consumption (hereinafter referred to as BSFC) of the hybrid electric vehicle engine according to charging or discharging. A coefficient (a_charge, b_charge / a_discharge, b_discharge) determined by the value (worst E-BSFC) is set. (Step 120) The BSFC will be described in detail, and this BSFC is a value for defining engine efficiency. In other words, it is a coefficient indicating how much fuel is consumed to generate unit power. The smaller this value is, the more efficient the engine is. The engine has different BSFC values depending on the operating conditions, for example, engine speed and engine torque, and the BFC concept of internal combustion engine cars used exclusively for the engine with equivalent Brake Specific Fuel Consumption (E-BSFC). As a concept for applying to a hybrid electric vehicle using a motor at the same time as shown in Equation 1 to be described later. In addition, the concept of E-BSFC takes into account both electric energy and fuel during charging / discharging of a hybrid electric vehicle, which will be described in detail below. First, unlike BSFC, E-BSFC has an equivalent concept of electric energy and fuel. Therefore, it is calculated differently during charging and discharging. Therefore, two values, E-BSFCcharge and E-BSFCdischarge, are required, and since E-BSFC is a concept of estimating the equivalent amount of fuel converted into electrical energy, the value varies depending on how high is the possibility of charging or discharging at present. It uses the state of charge (SOC) of the battery as an indicator for evaluating the possibility of charging or discharging. Conceptually, this is the same as Equation 3, which will be described later. Then, a slope is set according to a predefined control algorithm (step 130).

또한 하이브리드 전기자동차의 전기시스템이 충전(charge)을 해야 하는지 판단한다.(단계 140) 여기서 상기한 전기시스템의 충전 여부는 HCU(Hybrid Control Unit)로부터의 제어 신호에 따라 판단한다.In addition, it is determined whether the electric system of the hybrid electric vehicle needs to be charged (step 140). Here, whether the electric system is charged or not is determined according to a control signal from a hybrid control unit (HCU).

상기 단계 140에서의 조건을 만족하는 경우, SOC에 대한 상기 하이브리드 전기자동차 상기 엔진의 브레이크 연료 소비율의 충전(charge) 함수식을 아래의 식 1로 구한다.(단계 150)When the condition at step 140 is satisfied, the charge function equation of the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine for the SOC is obtained by the following equation (step 150).

[식 1][Equation 1]

상기한 식 1에서, 상기 E-BSFC_charge(SOC)는, 충전시 현재의 배터리(SOC)를 기준으로 예측된 모터의 등가 BSFC이고, con_lo_soc는, 배터리 시스템 사양에 따라 결정되는 배터리 충전 수준의 하한값이다. In Equation 1, E-BSFC_charge (SOC) is the equivalent BSFC of the motor predicted based on the current battery (SOC) at the time of charging, and con_lo_soc is the lower limit of the battery charge level determined according to the battery system specification. .

한편, 상기 단계 140에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, SOC에 대한 하이브리드 전기자동차 엔진의 브레이크 연료 소비율의 방전(discharge) 함수식을 아래의 식 2와 같이 구한다.(단계 170)On the other hand, if the condition in step 140 is not satisfied, the discharge function equation of the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine for the SOC is obtained as shown in Equation 2 below (step 170).

상기한 식 2에서, 상기 E-BSFC_discharge(SOC)는, 방전시 현재의 배터리(SOC)를 기준으로 예측된 모터의 등가 BSFC이고, 그리고 con_lo_soc는, 배터리 시스템 사양에 따라 결정되는 배터리 충전 수준의 하한값이다.특히, 식 1, 2에서 상기한 on_lo_soc는, 배터리 시스템 사양에 따라 결정되는 배터리 충전 수준의 하한값이다. In Equation 2, E-BSFC_discharge (SOC) is the equivalent BSFC of the motor predicted based on the current battery (SOC) at the time of discharge, and con_lo_soc is the lower limit value of the battery charge level determined according to the battery system specification. In particular, on_lo_soc described above in Equations 1 and 2 is a lower limit of the battery charge level determined according to the battery system specification.

그리고 엔진의 브레이크 연료 소비율의 계수는 아래의 식 3과 같이 이루어진다.And the coefficient of brake fuel consumption rate of the engine is made as shown in Equation 3 below.

[식 3]E-BSFC=f(SOC, con_lo_soc, con_hi_soc, Best E-BSFC, worst E-BSFC)상기한 식 3을 좀 더 구체적으로 설명한다.즉, 현재 배터리의 충전수준(SOC) 및 배터리 및 배터리 제어 장치 설계자에 의해서 정해지는 변수인 배터리 허용 충전 수준 하/상한 값(con_lo_soc, con_hi_soc), E-BSFC의 최소값(best E-BSFC), E-BSFC의 최대값(worst E-BSFC)로 계산된다.이와 같은 의미는, E-BSFC는 한가지 값으로 결정되는 것이 아니라, 엔진 및 모터의 작동영역에 따라 다수의 값으로 정의되며 이중 어느 값이 연비 성능 지수로 사용되는 지는 제어기가 계산하는 시점에서 차량 배터리의 SOC에 따라서 결정이 된다는 의미이다.그리고 best E-BSFC는 계산된 E-BSFC값 중 가장 좋은 값(최소 값)을 의미하며, worst E-BSFC는 계산된 E-BSFC값 중 가장 나쁜 값(최대 값)을 의미하며, 최소/최대값(best/worst E-BSFC)은 하이브리드 전기자동차에 사용되는 엔진/모터의 효율 특성에 의해서 전술 및 후술된 바와 같이 결정된다.또한 상기 단계 150 및 170을 수행하고, 각각 상기 충전 및 방전에 대한 엔진의 브레이크 연료 소비율을 프린트(print)한다.(단계 160)[Equation 3] E-BSFC = f (SOC, con_lo_soc, con_hi_soc, Best E-BSFC, worst E-BSFC) The above Equation 3 is described in more detail, that is, the current battery charge level (SOC) and battery And lower and upper battery allowable charge levels (con_lo_soc, con_hi_soc), the best value of E-BSFC, and the best value of E-BSFC (worst E-BSFC), which are variables determined by the battery controller designer. This means that the E-BSFC is not determined by one value, but by a number of values depending on the operating area of the engine and motor, of which the value is calculated by the controller. Is determined according to the SOC of the vehicle battery, and the best E-BSFC means the best value (minimum value) of the calculated E-BSFC values, and the worst E-BSFC is the most among the calculated E-BSFC values. Bad value (maximum value) means minimum / maximum value (best / worst E-BSFC) The efficiency characteristics of the engine / motor used in the vehicle are determined as described above and below. Further, steps 150 and 170 are performed, and the brake fuel consumption rate of the engine for the charge and discharge is printed, respectively. (Step 160)

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법은, 전술한 바 있는 등가 연비 개념(NREL 방식)에 의해 정의된 하이브리드 차량의 성능지수 결정에 있어서 종래의 확률적인 방법에 의한 성능지수 결정을 하는 대신에, 배터리 충전 수준을 성능지수 결정의 인수로 사용하여 최적화 기법을 사용하여 성능지수를 결정하는 방법이다.As described above, the method for determining the fuel economy performance index of the hybrid electric vehicle according to the present invention is the performance by the conventional probabilistic method in determining the performance index of the hybrid vehicle defined by the equivalent fuel economy concept (NREL method) described above. Instead of making exponential determinations, we use an optimization technique to determine the figure of merit by using the battery charge level as a factor in determining the figure of merit.

따라서 주행 알고리즘만으로 주행중 충전 수준을 유지하는 것과 실질적인 차량전체의 연료 소모량을 최소화하는 것을 가능하게 한다.Thus, it is possible to maintain the charging level while driving and to minimize the fuel consumption of the entire vehicle with the driving algorithm alone.

전술한 바와 같이, 도 2의 하이브리드 차량에서의 에너지 흐름에서, 화살표의 방향은 동력의 흐름을 의미하며, 전동기에서 에너지가 변속기 쪽으로 흐르고 있으므로 방전 상태를 의미한다. 이에 반해, 충전중이라면 화살표의 방향은 전동기 쪽을 향하게 된다. 이 경우 엔진의 연료 소모량(FC_e)은 아래의 식 4와 같이 정의된다.As described above, in the energy flow in the hybrid vehicle of FIG. 2, the direction of the arrow means the flow of power, and the discharge state because the energy flows toward the transmission in the electric motor. In contrast, when charging, the direction of the arrow points toward the motor. In this case, the engine fuel consumption FC_e is defined as in Equation 4 below.

[식 4][Equation 4]

FC_e = BSFC(We, Te) X PeFC_e = BSFC (We, Te) X Pe

여기서, We는 엔진 작동 속도, Te는 엔진 출력 토크, Pe는 엔진 출력 마력이다.Where We is the engine operating speed, Te is the engine output torque, and Pe is the engine output horsepower.

그리고 전동기에서의 등가 연료 소모량(FC_m)은 아래의 식 5와 같이 정의된다.The equivalent fuel consumption FC_m in the electric motor is defined as in Equation 5 below.

[식 5][Equation 5]

FC_m = E-BSFC(Wm, Tm) X PmFC_m = E-BSFC (Wm, Tm) X Pm

또한 차량 전체의 연료 소모량(FC)은 아래의 식 6과 같이 정의된다.In addition, the fuel consumption (FC) of the entire vehicle is defined as shown in Equation 6 below.

[식 6][Equation 6]

FC = FC_e + FC_mFC = FC_e + FC_m

한편, 상기한 식 5에서 E-BSFC는 하이브리드 차량에서 전기 에너지를 등가의 연료 소모량으로 환산하는 계수이며, 방전 및 충전시 차량 시스템에 따라 식 아래의 식 7 및 8과 같이 결정되는 값이다.Meanwhile, in Equation 5, E-BSFC is a coefficient for converting electric energy into equivalent fuel consumption in a hybrid vehicle, and is determined as Equations 7 and 8 below according to the vehicle system during discharging and charging.

[식 7][Equation 7]

E-BSFC_discharge = 1/EF_md_p X 1/EF_bd_p X 1/EF_mc_l X 1/EF_bc_l X BSFC_lE-BSFC_discharge = 1 / EF_md_p X 1 / EF_bd_p X 1 / EF_mc_l X 1 / EF_bc_l X BSFC_l

[식 8][Equation 8]

E-BSFC_charge = EF_mc_p X EF_bc_p X EF_md_l X EF_bd_l X BSFC_lE-BSFC_charge = EF_mc_p X EF_bc_p X EF_md_l X EF_bd_l X BSFC_l

여기서, E-BSFC_charge는 충전 상태에서의 E-BSFC,Here, E-BSFC_charge is E-BSFC in the charged state,

E-BSFC_discharge는 방전상태에서의 E-BSFC,E-BSFC_discharge is E-BSFC in discharge state,

EF_md_p는 계산 시점에서의 전동기 방전효율,EF_md_p is the motor discharge efficiency at the time of calculation,

EF_mc_p는 계산 시점에서의 전동기 충전효율,EF_mc_p is the motor charging efficiency at the time of calculation,

EF_md_l은 추후 방전 시점에서의 전동기 방전효율,EF_md_l is the motor discharge efficiency at the later discharge time,

EF_mc_p는 추후 충전 시점에서의 전동기 충전효율,EF_mc_p is the motor charging efficiency at a later charging time,

EF_bd_p는 계산 시점에서의 배터리 방전효율,EF_bd_p is the battery discharge efficiency at the time of calculation,

EF_bc_p는 계산 시점에서의 배터리 충전효율,EF_bc_p is the battery charging efficiency at the time of calculation,

EF_bd_l은 추후 방전 시점에서의 배터리 방전효율,EF_bd_l is the battery discharge efficiency at the later discharge time,

EF_bc_p는 추후 충전 시점에서의 배터리 충전효율이다.EF_bc_p is the battery charging efficiency at a later charging time.

그리고 전동기, 배터리 효율 및 엔진의 BSFC값은 동력원의 작동 조건에 의해 결정되므로 상기한 식 7과 8을 함수 형태로 정리하면, 아래의 식 9와 같다.Since the BSFC values of the motor, the battery efficiency, and the engine are determined by the operating conditions of the power source, Equations 7 and 8 described above can be summarized as a function of Equation 9 below.

[식 9][Equation 9]

E-BSFC = f(Te, We, Tm, Wm)E-BSFC = f (Te, We, Tm, Wm)

즉, E-BSFC는 현 계산 시점과 추후 충전 또는 방전시의 동력원의 작동 점에 의해서 결정되는 값이다.In other words, the E-BSFC is a value determined by the operating point of the power source at the time of the present calculation and the subsequent charging or discharging.

여기서, 계산 시점에서의 값들은 엔진 또는 전동기의 작동 조건에 의해서 구해질 수 있으나, 추후 충전 및 방전 시점에서의 값들은 현 시점에서 결정할 수 없으므로 E-BSFC계수를 구하기 위해서는 현재의 작동 조건에서 이를 추정할 수 있는 별도의 추정 알고리즘이 필요하게 된다.Here, the values at the time of calculation may be obtained by the operating conditions of the engine or the motor, but the values at the later charging and discharging time cannot be determined at the present time, so to estimate the E-BSFC coefficient at the present operating conditions. There is a need for a separate estimation algorithm.

따라서 본 발명에서는 상기한 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 충전 수준을 기준으로 E-BSFC 계수를 추정하는 제어를 구성하였다.Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 3, a control for estimating the E-BSFC coefficient is configured based on the battery charge level.

우선, 방전시를 설명하면 다음과 같다.First, the discharge time will be described.

만일, 현재 배터리 충전 수준이 높다면, 현 시점에서 소모한 전기 에너지를 추후 충전 효율이 높은 곳에서 회수할 확률이 높다. 즉, E-BSFC값을 낮게 정함으로써 전기 에너지의 사용을 늘이고 엔진이 고 효율점에서 작동하도록 유도한다.If the current battery charge level is high, there is a high possibility of recovering the electric energy consumed at the present time in a place where charging efficiency is high. That is, setting the E-BSFC value low increases the use of electrical energy and induces the engine to operate at high efficiency points.

반면, 현재 배터리 충전 수준이 낮다면, 현 시점에서 소모한 전기 에너지는 곧 회수하여야 하므로 추후 충전 효율이 낮은 곳에서 회수할 확률이 높다. 즉, E-BSFC값을 높게 측정함으로써 전기 에너지 사용을 줄이고 전기 시스템이 고 효율 점에서 작동하도록 유도한다.On the other hand, if the current battery charge level is low, the electrical energy consumed at this time should be recovered soon, so it is more likely to recover at a later low charging efficiency. In other words, high E-BSFC values reduce electrical energy usage and induce the electrical system to operate at high efficiency.

그리고 충전시를 설명하면 다음과 같다.The charging time is as follows.

만일, 현재 배터리 충전 수준이 낮다면, E-BSFC값을 높게 정함으로써 충전을 유도한다. 반면, 현재 배터리 충전 수준이 높다면, E-BSFC값을 낮게 측정함으로써 충전량을 줄인다.If the current battery charge level is low, charging is induced by setting a high E-BSFC value. On the other hand, if the current battery charge level is high, the charge amount is reduced by measuring the E-BSFC value low.

여기서 방전시 전동기의 동력은 양(+)으로, 충전시 전동기의 동력은 음(-)으로 계산되므로 상기한 식 5에서 차량 전체의 연비에 대한 E-BSFC의 값에 대한 영향은 방전시와 충전시가 반대로 나타나게 된다.Here, the electric power of the motor at the time of discharge is positive and the electric power of the motor at the time of charging is calculated as negative. Poetry is reversed.

이상에 의해서 E-BSFC 계수는 상기한 식 3과 같이 표현된다.As described above, the E-BSFC coefficient is expressed as in Equation 3 above.

즉, 추후 작동 조건인 Te, We, Tm, Wm은 현재 배터리의 충전 상태 및 배터리 사용 제한 계수인 SOC, con_lo_soc, con_hi_soc, best E-BSFC, wort E-BSFC들에 의해 결정되게 된다.That is, later operating conditions Te, We, Tm, and Wm are determined by SOC, con_lo_soc, con_hi_soc, best E-BSFC, and wort E-BSFCs, which are the current state of charge of the battery and the battery usage limit coefficient.

그리고 SOC에 대한 E-BSFC 함수를 정의하면 다음과 같다.And define E-BSFC function for SOC as follows.

SOC에 대한 E-BSFC 함수는 상기에서 정의한 바를 구현할 수 있도록 정의되어야 한다. 그러나 이러한 함수는 특정 주행 패턴이 지정되지 않는 한 보편적으로 최적의 연비 효율을 보장하는 함수의 형태는 결정될 수 없다.The E-BSFC function for the SOC must be defined to implement the above definition. However, such a function can not be universally determined in the form of a function that guarantees optimum fuel efficiency unless a specific driving pattern is specified.

즉, 한 주행 패턴에 대해 최적화된 함수 형태는 다른 주행 패턴에 대해서는 좋지 않은 결과를 나타낼 수도 있다. 따라서 함수의 형태는 상기에서의 정의를 만족하면서 가장 일반적인 형태의 함수로 정의하였다.That is, a function form optimized for one driving pattern may show poor results for another driving pattern. Therefore, the form of the function is defined as the most general form of function while satisfying the above definition.

특히, 본 발명에서는 Log-Sigmode함수를 사용하였으며, 이 Log-Sigmode함수의 특징상 SOC가 일정 수준 이하로 감소하기 전까지는 엔진의 효율이 좋은 영역에서 운행하게 하고, SOC가 일정 수준 이하로 떨어지게 되면 급격하게 충전에 유리한 쪽으로 E-BSFC 계수를 조절하게 되므로 일반적인 선형함수를 사용한 것 보다 좋은 결과를 나타내게 된다.Particularly, in the present invention, the Log-Sigmode function is used. The characteristics of the Log-Sigmode function allow the engine to operate in an area with good engine efficiency until the SOC decreases below a certain level, and when the SOC falls below a certain level. As the E-BSFC coefficient is adjusted rapidly for charging, the result is better than that of the general linear function.

따라서 SOC에 대한 E-BSFC함수는 식 1과(충전시), 식 2와(방전시) 같이 정의하였다. 상기한 식 1, 2에서 a_charge, b_charge, a_discharge, b_discharge 등의 계수는 best E-BSFC, worst E-BSFC값에 의해서 결정된다.상기한 best E-BSFC, worst E-BSFC값에 의해 a_charge, b_charge, a_discharge, b_discharge값을 구하는 과정을 상술하면 다음과 같다.앞서 상술한 바와 같이 식 1은 SOC가 con_lo_soc값이 될 때 E-BSFC_charge가 worst E-BSFC_charge값을 갖도록 한다. 또한 SOC가 con_hi_soc값이 될 때 E-BSFC_charge가 best E-BSFC_charge값을 갖도록 한다. 이상에서 a_charge, b_charge를 결정할 수 있다.그리고 식 2는 SOC가 con_lo_soc값이 될 때 E-BSFC_discharge가 worst E-BSFC_discharge값을 갖도록 한다. 또한 SOC가 con_hi_soc값이 될 때 E-BSFC_discharge가 best E-BSFC_discharge값을 갖도록 한다. 이상에서 a_discharge, b_discharge를 결정할 수 있다.이때, 도 4a 및 도 4b의 그래프를 참조한다.또한 상기한 SOC는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)에서 출력된다.그리고 식 1, 2에 포함된 슬로프(slope) 계수를 구하는 방법을 상술하면 다음과 같다.하이브리드 전기자동차는 엔진/전동기의 조합 및 그 주행 모드에 따라 작동조건이 크게 달라지며, 연비 성능에도 큰 영향을 받게 된다. 따라서 엔진/전동기의 조합 및 그 주행 모드에 따라 성능을 조절/튜닝할 수 있는 계수가 필요한데 본 발명에서는 슬로프(slope) 계수를 도입하였다.하이브리드 차량의 성능을 나타내는 PI_charge, PI_discharge 계수에는 최종적으로 슬로프(slope) 계수만이 미결정 상태로 남게되며, 이는 하이브리드 차량의 성능을 최적화할 대상이 되는 주행모드 상에서의 시험/시뮬레이션 상의 최적화를 통하여 결정되는 튜닝 변수이다.즉, 반복 시험 또는 시뮬레이션을 통해서 슬로프(slope)의 최적값을 결정함으로서 PI_charge, PI_discharge계수가 최종족으로 결정되게 된다.이때 슬로프(slope) 계수를 결정하는 수단으로 사용되는 최적화 기법은 이미 공지된 DOE, SQP등 최적화 기법을 적용하는 것이 가능하다.Therefore, the E-BSFC function for SOC is defined as equation (1) and (2). In Equations 1 and 2, the coefficients of a_charge, b_charge, a_discharge, b_discharge, etc. are determined by the best E-BSFC and worst E-BSFC values. A process of obtaining the values of a, discharge, and b_discharge will be described in detail as follows. As described above, Equation 1 causes the E-BSFC_charge to have the worst E-BSFC_charge value when the SOC becomes the con_lo_soc value. Also, when SOC becomes con_hi_soc value, E-BSFC_charge has the best E-BSFC_charge value. From the above, a_charge and b_charge can be determined, and Equation 2 allows the E-BSFC_discharge to have the worst E-BSFC_discharge value when the SOC becomes the con_lo_soc value. Also, when the SOC becomes the con_hi_soc value, the E-BSFC_discharge has the best E-BSFC_discharge value. In this case, a_discharge and b_discharge may be determined. Referring to the graphs of FIGS. 4A and 4B, the SOC is output from a battery management system (BMS). The method of obtaining the slope coefficient is described in detail as follows. Hybrid electric vehicles have a large operating condition depending on the combination of the engine / motor and its driving mode, and are also affected by fuel efficiency. Therefore, a coefficient that can adjust / tune the performance according to the engine / motor combination and its driving mode is required. In the present invention, a slope coefficient is introduced. The PI_charge and PI_discharge coefficients representing the performance of the hybrid vehicle are finally included in the slope ( Only the slope coefficient remains undetermined, which is a tuning parameter determined through optimization in test / simulation on the driving mode, which is the target of optimizing the performance of the hybrid vehicle, i.e., slope through repeated tests or simulations. The PI_charge and PI_discharge coefficients are determined as the final group by determining the optimal value.) At this time, the optimization technique used as a means of determining the slope coefficient can apply an optimization technique already known, such as DOE and SQP. .

또한 식 1, 2에서 best E-BSFC 및 worst E-BSFC의 결정은 다음과 같이 실시한다.In addition, the determination of the best E-BSFC and the worst E-BSFC in Equations 1 and 2 is carried out as follows.

상기한 best E-BSFC 및 worst E-BSFC는 엔진, 전동기 등 동력원들의 운전 가능 영역에서 가능한 모든 E-BSFC의 계수를 구한 후, 확률 분포에 의해 분포도 95% 이내의 값중 최소값 및 최대값을 취하여 구한다The best E-BSFC and the worst E-BSFC are obtained by calculating the coefficients of all possible E-BSFCs in the operating area of power sources such as engines and motors, and then taking the minimum and maximum values among the values within the distribution of 95% by probability distribution.

도 5a 및 도 5b에는 E-BSFC 값의 분포도를 나타내 보인 그래프가 도시되어 있다.5A and 5B show graphs showing the distribution of E-BSFC values.

그리고 con_lo_soc, con_hi_soc의 결정은, 배터리 수명과 용량을 고려하여 배터리 사용영역을 정하면 이에 의해 con_lo_soc, con_hi_soc값이 지정되게 된다.즉, con_lo_soc 및 con_hi_soc는 각각 배터리 충전 수준의 권장 하한 및 상한을 의미하며, 이 값은 배터리 및 배터리 제어장치의 사양(SPEC)에 의해 결정된다.한편, 6은 종래의 기술을 적용한 차량에서 연비 성능 해석 시뮬레이션 (simulation) 결과를 나타내 보인 그래프이고, 도 7은 도 6과 대비되는 것으로, 본 발명의 성능지수 결정방법을 적용한 차량의 연비 성능 해석 결과를 그래프로 나타낸 것이다.Determining con_lo_soc and con_hi_soc determines the battery usage area in consideration of battery life and capacity, thereby assigning con_lo_soc and con_hi_soc values. This value is determined by the specifications of the battery and the battery controller (SPEC). [0029] Meanwhile, 6 is a graph showing fuel efficiency analysis simulation results in a vehicle employing a conventional technology, and FIG. 7 is compared with FIG. As a result, it shows a graph showing the fuel efficiency performance analysis results of the vehicle to which the performance index determination method of the present invention is applied.

도시된 바와 같이, 종래의 기술이 적용된 차량은, 주행 중 배터리 충전 수준을 잘 유지하지 못하고 있다.As shown, a vehicle to which the prior art is applied does not maintain the battery charge level well while driving.

이에 반해, 본 발명의 성능지수를 사용한 차량은 주행 중 충전 수준을 일정 범위 내로 유지하고 있다. 그리고 방전시에도 엔진의 연비를 향상시키는 쪽으로 E-BSFC의 계수가 결정되므로 차량의 연비도 향상됨을 알 수 있다.In contrast, the vehicle using the performance index of the present invention maintains the level of charge while driving within a certain range. In addition, since the coefficient of the E-BSFC is determined to improve the fuel economy of the engine even during discharge, it can be seen that the fuel economy of the vehicle is also improved.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법은, 하이브리드 차량의 주행중 배터리 충전 수준이 용이하고, 차량의 연비가 향상될 수 있는 효과가 있다.As described above, the method for determining the fuel economy performance index of the hybrid electric vehicle according to the present invention has an effect of easily charging the battery while driving the hybrid vehicle and improving fuel economy of the vehicle.

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.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (3)

(a) 하이브리드 전기자동차 배터리의 SOC 하한 기준(con_lo_soc) 및 SOC 상한 기준(con_hi_soc)을 세팅하는 단계와;(a) setting an SOC lower limit criterion (con_lo_soc) and an SOC upper limit criterion (con_hi_soc) of the hybrid electric vehicle battery; (b) 충전 또는 방전에 따른 상기 하이브리드 전기자동차 엔진의 브레이크 연료 소비율에 대한 최소값(best E-BSFC) 및 최대값(worst E-BSFC)에 의해 결정되는 계수(a_charge, b_charge / a_discharge, b_discharge)를 세팅하는 단계와;(b) A coefficient (a_charge, b_charge / a_discharge, b_discharge) determined by a minimum value (best E-BSFC) and a maximum value (worst E-BSFC) for the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine according to charging or discharging is calculated. Setting; (c) 기 정의된 제어 알고리즘에 따라 슬로프(slope)를 세팅하는 단계와;(c) setting a slope according to a predefined control algorithm; (d) 상기 하이브리드 전기자동차의 전기시스템에 충전이 있었는지 판단하는 단계와;(d) determining whether the electric system of the hybrid electric vehicle has been charged; (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, SOC에 대한 상기 하이브리드 전기자동차 상기 엔진의 브레이크 연료 소비율의 충전 함수식을 아래의 식 1로 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법.(e) When the condition in step (d) is satisfied, the fuel economy performance index of the hybrid electric vehicle is characterized by obtaining the charging function equation of the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine for the SOC by Equation 1 below. How to decide. [식 1][Equation 1] 상기한 식 1에서, 상기 E-BSFC_charge(SOC)는, 충전시 현재의 배터리(SOC)를 기준으로 예측된 모터의 등가 BSFC,In Equation 1, the E-BSFC_charge (SOC), the equivalent BSFC of the motor predicted based on the current battery (SOC) at the time of charging, 그리고 con_lo_soc는, 배터리 시스템 사양에 따라 결정되는 배터리 충전 수준의 하한값.And con_lo_soc is the lower limit of the battery charge level determined by the battery system specification. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, SOC에 대한 상기 하이브리드 전기자동차 상기 엔진의 브레이크 연료 소비율의 방전 함수식을 아래의 식 2로 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법.If the condition in step (d) is not satisfied, the fuel economy performance index determination method of the hybrid electric vehicle, characterized in that to obtain the discharge function equation of the brake fuel consumption rate of the hybrid electric vehicle engine for SOC as . [식 2][Equation 2] 상기한 식 2에서, 상기 E-BSFC_discharge(SOC)는, 방전시 현재의 배터리(SOC)를 기준으로 예측된 모터의 등가 BSFC,In Equation 2, the E-BSFC_discharge (SOC) is the equivalent BSFC of the motor predicted based on the current battery (SOC) at the time of discharge, 그리고 con_lo_soc는, 배터리 시스템 사양에 따라 결정되는 배터리 충전 수준의 하한값.And con_lo_soc is the lower limit of the battery charge level determined by the battery system specification. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 엔진의 브레이크 연료 소비율의 계수는 아래의 식 3과 같이 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 연비 성능지수 결정방법.The coefficient of brake fuel consumption rate of the engine is a fuel economy performance index determination method of the hybrid electric vehicle, characterized in that made as shown in Equation 3. [식 3][Equation 3] E-BSFC = f(SOC, con_lo_soc, con_hi_soc, best E-BSFC, worst E-BSFC)E-BSFC = f (SOC, con_lo_soc, con_hi_soc, best E-BSFC, worst E-BSFC)
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