KR100482607B1 - 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치및 방법 - Google Patents

연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치및 방법 Download PDF

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Abstract

연료 전지 하이브리드 전기 자동차가 EV(Electric Vehicle) 모드 운행되는 경우에 모터에서 사용 가능한 동력을 제한 제어함으로써 배터리의 고장을 방지하고 배터리 수명을 연장하여 운행에 안정성을 제공하도록 하는 것으로,
현재의 동력 제어 모드와 배터리의 SOC, 엑셀 페달의 변위, 현재의 동력 및 차속 등의 정보를 판독하여 각각의 메모리 영역에 저장하며, 현재의 동력 제어 모드가 EV 모드인지를 판단하는 과정과, 현재의 동력 제어 모드가 EV 모드가 아니면 검출되는 엑셀 페달의 변위에 대하여 최대값으로 모터의 토크 및 속도를 제어하는 과정과, 상기 현재의 동력 제어 모드가 EV 모드이면 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이상인지를 판단하는 과정과, 상기 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이상이면 차속에 따라 엑셀 페달의 변위에 대한 최대값을 제한 제어하여 모터에 공급되는 배터리의 출력 전압을 제어하는 과정 및, 상기 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이하이면 SOC의 상태에 따라 엑셀 페달의 변위에 대한 최대값을 제한 제어하여 모터에 공급되는 배터리 출력 전압을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치 및 방법{POWER LIMITED CONTROL SYSTEM OF FUEL CELL HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차가 EV(Electric Vehicle) 모드 운행되는 경우에 모터에서 사용 가능한 동력을 제한 제어함으로써 배터리의 고장을 방지하고 배터리 수명을 연장하여 운행에 안정성을 제공하도록 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지 하이브리드 전기 자동차는 순수 연료 전지 전기 자동차가 갖고 있는 단점인 연료 전지의 효율적 운전 구간이 차량에 이용하기에 적합하지 않고, 응답성이 늦은 관계로 연료 전지의 효율을 높여 차량 전체의 효율을 높이기 위한 방안으로 개발되었다.
즉, 주 동력원으로써 연료 전지를 사용하고 보조 동력원으로 배터리를 추가함으로써 연료 전지와 배터리의 동력을 적절히 조합하여 연료 전지를 효율이 높은 점에서 동작하도록 할 수 있고, 차량 제동시 에너지의 일부를 흡수하여 배터리에 저장함으로써 에너지를 재 사용할 수 있으며, 가속 시 배터리의 에너지를 보조 동력으로 이용함으로써 가속 성능(응답성)을 높일 수 있는 장점을 가지고 있다.
이러한, 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 시스템 구성은 통상적으로 배터리를 충전할 수 있고 직접 구동 모터로 에너지를 전달할 수 있는 연료 전지 시스템과, 연료 전지 시스템 혹은 배터리에서 공급되는 전원으로 동력을 발생하는 구동 모터와, 에너지를 축적할 수 있는 배터리와, 직류 변환 장치, 차량에 장착되는 전체 제어기에 대한 감독과 동력 분배 역할을 담당하는 동력 분배 제어 장치로 구성되어 있다.
상기한 각 구성 요소는 각각의 제어기를 가지고 있으며 이러한 제어기들은 CAN(Control Area Network) 통신을 통하여 서로 정보를 주고 받아 유기적인 동작이 수행될 수 있도록 하여 준다.
상기의 동력 분배 제어 장치(PCU ; Power Control Unit)는 각종 제어기들 중에서 최상위 제어 역할을 담당하는 제어기로써, 각 제어기의 상태를 모니터링 한 다음 구동 모터의 요구 동력과 배터리의 SOC(State Of Charge)에 따라 차량의 운전 모드를 판정하고, 이종의 동력원인 연료 전지와 배터리의 동력 분배 역할을 담당하며, 필요시 구동 모터의 동력 제한을 가하며, 차량 전체의 상태를 감독하여 각 상태에 따라 각각의 제어기를 온/오프 시켜주는 기능을 담당한다.
상기한 기능을 갖는 구성을 포함하여 이루어지는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서 EV(Electric Vehicle)모드는 주 동력원인 연료전지를 기동할 수 없는 상태에서 보조 동력원인 배터리를 이용하여 운전할 수 있는 상태를 말한다.
따라서, 차량 운행 중 연료전지에 문제가 발생한 경우 하이브리드 모드를 중지하고 즉각 EV모드로 전환하여 운전하여야 하는데, EV모드에서는 보조 동력원인 배터리만을 사용할 수 있으므로 차량에서 사용 가능한 동력은 배터리에서 출력할 수 있는 동력으로 제한된다.
그러므로, 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서 EV 모드의 운전시 모터에서 사용 가능한 동력 제한을 하지 않는다면 배터리나 직류 변환 장치에서 출력할 수 있는 최대 동력 이상을 모터에서 가져갈 수 있으므로 배터리에 손상을 입히거나 직류 변환 장치에 고장이 발생하여 궁극적으로 차량을 운행할 수 없는 상태를 만들 수 있는 문제점이 있다.
또한, 배터리의 SOC에 상관없이 동력을 사용한다면 배터리의 고장을 발생시키고, 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 연료전지 하이브리드 전기 자동차가 EV 모드 운행하는 경우 배터리나 직류 변환 장치에서 출력할 수 있는 최대 동력 이상을 모터에서 가져갈 수 없도록 구동 모터에서 사용 가능한 동력을 제한함으로써 운전에 안전성을 제공하도록 한 것이다.
또한, 배터리의 SOC에 따라서 모터의 요구 동력을 제한함으로써 배터리의 고장을 방지하고 배터리 수명을 연장하도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 구동원인 모터와 화학반응을 통해 설정된 용량의 전압을 발생시키는 연료전지와 필요 시 모터에 구동 전압을 공급하고 제동시 발생되는 회생 전압 및 연료 전지에서 공급되는 전압에 의해 충전되는 보조 동력원인 배터리를 포함하는 연료전지 하이브리드 전기 자동차에 있어서, MCU(A4)는 모터 제어기로, 선택된 변속단, 운전자의 감가속 의지, 부하 및 배터리의 SOC에 따라 모터의 구동 속도 및 토크를 제어하는 MCU와; 상위 제어기의 제어신호에 따라 내부 접점이 스위칭 되어 연료 전지에서 출력되는 전압의 연결을 결정하는 제1스위칭수단과; 상위 제어기의 제어신호에 따라 내부 접점이 스위칭 되어 MCU와 연료 전지 혹은 배터리의 전압 연결을 결정하는 제2스위칭수단과; 상기 배터리에 충전을 위해 공급되는 연료 전지의 출력 전압 및 제동시 발생되는 회생 전압을 제어하여 배터리의 충 방전을 조정하는 직류 변화장치와; 상위 제어기의 제어신호에 의해 스위칭 되어 배터리와 직류 변환장치의 전압 연결을 결정하는 제3스위칭수단과; CAN 통신을 통해 상기 각 유닛의 제어기 상태를 감독하고, 상기 모터에 공급되는 연료 전지 및 배터리의 동력 분배를 담당하는 동력분배 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에 있어서, 현재의 동력 제어 모드와 배터리의 SOC, 엑셀 페달의 변위, 현재의 동력 및 차속 등의 정보를 판독하여 각각의 메모리 영역에 저장하며, 현재의 동력 제어 모드가 EV 모드인지를 판단하는 과정과; 현재의 동력 제어 모드가 EV 모드가 아니면 검출되는 엑셀 페달의 변위에 대하여 최대값으로 모터의 토크 및 속도를 제어하는 과정과; 상기 현재의 동력 제어 모드가 EV 모드이면 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이상인지를 판단하는 과정과; 상기 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이상이면 차속에 따라 엑셀 페달의 변위에 대한 최대값을 제한 제어하여 모터에 공급되는 배터리의 출력 전압을 제어하는 과정 및; 상기 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이하이면 SOC의 상태에 따라 엑셀 페달의 변위에 대한 최대값을 제한 제어하여 모터에 공급되는 배터리 출력 전압을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어방법을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치는 연료 전지(A1)와, 제1PDU(Power Disconnection Unit ; A2), 제2PDU(A3), MCU(Motor Control Unit : A4), 모터(A5), 직류변환장치 (A6), 제3PDU(A7), 배터리(A8) 및 동력분배장치(A9)로 구성되는데, 연료 전지(A1)는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 주 동력원으로 화학 반응을 통해 설정된 용량의 전압을 발생시켜 모터(A5)의 구동 전원으로 공급한다.
제1PDU(A2)는 스위칭 소자로, 상위 제어기인 도시되지 않은 HCU(Hybrid Control Unit)에서 인가되는 제어신호에 따라 내부 접점이 스위칭 되어 주 동력원인 연료 전지(A1)에서 출력되는 전압의 연결을 결정한다.
제2PDU(A3)는 스위칭 소자로, 상위 제어기인 도시되지 않은 HCU에서 인가되는 제어신호에 따라 내부 접점이 스위칭 되어 MCU(A4)와 연료 전지(A1) 혹은 배터리(A8) 간의 전압 연결을 결정한다.
MCU(A4)는 모터 제어기로, 선택된 변속단, 운전자의 감가속 의지, 부하 및 배터리(A8)의 SOC에 따라 모터(A5)의 구동에 대한 전반적인 동작을 제어한다.
모터(A5)는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 구동원으로, MCU(A4)에서 인가되는 제어에 의해 구동 토크 및 속도가 조정되어 연료 전지 하이브리드 전기 자동차가 주행될 수 있도록 하여 준다.
직류 변환장치(A6)는 배터리(A8)에 충전을 위해 공급되는 연료 전지(A1)의 출력 전압 및 제동시 발생되는 회생 전압을 제어하여 배터리(A8)의 충 방전 제어를 담당한다.
제3PDU1(A7)은 스위칭 소자로, 상위 제어기인 도시되지 않은 HCU로부터 인가되는 제어신호에 의해 스위칭 되어 배터리(A8)와 직류 변환장치(A6)의 전압 연결을 결정한다.
배터리(A8)는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에 장착되는 보조 동력원으로, 필요 시 모터(A5)에 구동 전압을 공급하고 제동시 발생되는 회생 전압 및 연료 전지(A1)에서 공급되는 전압에 의해 충전된다.
동력 분배 제어장치(A9)는 각 제어기의 상태를 감독하고 구동원인 모터(A5)에 공급되는 연료 전지(A1) 및 배터리(A8)로 구성되는 이종 동력원의 동력 분배 제어 역할을 담당한다
상기의 동력 분배 제어장치(A9)에는 첨부된 도 2와 같은 EV 모드에서 차속과 엑셀 페달의 변위에 따른 동력 분배 제한 제어를 위한 맵 데이터가 설정되어, 검출되는 차속과 엑셀 페달의 변위에 따라 설정된 맵 데이터로 추출되는 엑셀 페달의 최대값을 제한하여 MCU(A4)측에 엑셀 페달의 변위에 지령을 출력하여 모터(A5)에서 사용 가능한 동력을 제한 제어한다.
상기 동력 분배 제어장치(A9)에 설정되는 EV 모드에서의 차속과 엑셀 페달의 변위에 따른 동력 분배 제한 맵은 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 현재 차속이 VS1 이전까지는 저속 영역에서의 등판 능력 향상을 위해 엑셀 페달 지령을 최대까지 허용하고, 현재 차속이 VS1에서 VS2사이에 있다면 엑셀 페달의 최대 지령을 100%에서 AP1%까지 차속에 따라서 감소시키고, 현재 차속이 VS2에서 VS3사이에 있다면 엑셀 페달 지령의 최대값을 AP1으로 유지시키며, 현재 차속이 VS3에서 VS4사이에 있다면 엑셀 페달 지령의 최대값을 AP1에서 AP2까지 차속에 따라서 감소시키고, 현재 차속이 VS4 보다 크면 엑셀 페달 지령의 최대값을 AP2로 유지한다.
또한, 상기 동력 분배 제어장치(A9)에는 첨부된 도 3과 같은 배터리(A8)의 SOC에 따른 엑셀 페달의 허용값에 대한 동력 분배 제한 맵이 설정되는데, 이는 EV 모드에서 모터(A5)의 요구 동력이 제1기준값인 P1 보다 적다면 엑셀 페달 지령의 최대값에 제한을 가하지 않고, 모터(A5)의 요구 동력이 제1기준값인 P1과 제2기준값인 P2 사이에 있다면 배터리(A8)의 SOC에 따라 엑셀 페달 지령의 최대값을 100%에서 0%까지의 사이에서 제한 제어한다.
상기한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서 동력 제한 제어를 수행하는 동작은 다음과 같다.
연료 전지(A1)에서 출력되는 전압을 이용한 모터(A5)의 구동 관계는 통상적인 동작과 동일하게 수행되므로, 이에 대한 설명은 생략하고 EV 모드에서 차속과 엑셀 페달의 변위 및 배터리의 SOC와 엑셀 페달의 변위에 따라 동력 제한 제어를 수행하는 동작에 대해서만 설명한다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 EV모드가 선택되면, 상위 제어기인 HCU의 제어에 의해 제1PDU(A2)의 내부 스위치 접점이 오프되고, 제2PDU(A3) 및 제3PDU(A7)의 내부 스위치 접점이 온으로 형성되어, 연료 전지(A1)와 MCU(A4)간의 동력 연결은 차단되고, 배터리(A8)와 직류 변환장치(A6) 및 직류 변환장치(A6)와 MCU(A4)가 연결되어 배터리(A8)와 모터(A5)간의 동력 연결 패스가 점선과 같이 형성된다.
따라서, 운전자가 엑셀 페달을 밟아서 차량을 가속하고자 한다면 배터리(A8)에서 출력되는 전압은 직류 변환 장치(A6)를 통해 MCU(A4)에 공급되며, MCU(A4)는 운전자의 엑셀 페달 변위 및 차량의 각종 상태 조건에 따라 구동 토크 및 속도를 제어하여 모터(A5)를 구동한다.
또한, 운전자가 운행중에 브레이크 페달을 밟아서 차량을 감속하게 되면 모터(A5)는 발전기로 전환되며, 이때 발생되는 회생 발전 전압은 전술한 동력 흐름의 반대 흐름을 통해 회생 발전 전압이 배터리(A8)로 전달되어 배터리(A8)에 충전된다.
그런데, 연료 전지 하이브리드 전기 자동차는 주 동력원이 대략적으로 75KW의 최대 전력을 갖는 연료전지(A1)이고, 보조 동력원이 대략적으로 30KW의 최대 전력을 배터리(A8)이므로 EV 모드 운전시 모터(A5)에서 사용 가능한 동력을 제한하여야 한다.
따라서, 첨부된 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 연료 전지 하이브리드 전기 자동차가 운행이 개시되면 동력 분배 제어장치(A9)내의 제어기는 동력 제어에 대한 동작 모드(PcuMode)와 배터리(A8)의 SOC 정보(BatSOC), 엑셀 페달의 위치 정보(Accel), 현재 소비 동력(Power) 및 현재 차속(VSpeed)을 판독하여 저장한다(B1).
이때, 현재의 동력 제어의 동작 모드(PcuMode)가 EV 모드(EV_MODE)인지를 검사하여(B2) EV 모드(가 아닌 것으로 판단되면 엑셀 페달의 변위에 대하여 100%를 적용한 구속 속도 및 토크 명령을 출력하여 모터(A5)의 구동이 수행되도록 한다(B19).
그러나, 상기 B2의 판단에서 현재의 동력 제어의 동작 모드가 EV 모드(PcuMode)인 것으로 판단되면 현재 배터리(A8)의 SOC 정보(BatSOC)가 설정된 최소 레벨(LOWER_ LIMIT)보다 큰 상태인지를 판단한다(B3).
상기 B3에서 현재 배터리(A8)의 SOC 정보(BatSOC)가 설정된 최소 레벨(LOWER_LIMIT) 보다 큰 상태를 유지하고 있는 것으로 판단되면 현재 차속(VSpeed)이 설정된 임계 차속인 VS1에서 VS2의 사이에 포함되는지를 판단한다(B4).
상기에서 현재의 차속(VSpeed)이 설정된 임계 차속인 VS1에서 VS2의 사이에 포함되는 것으로 판단되면 첨부된 도 2와 같이 설정되는 맵 테이블로부터 현재 차량의 속도(VSpeed)와 엑셀 페달의 위치(Accel)에 대하여 엑셀 페달 명령의 최대값을 계산하여(CalAccLim) 엑셀 페달 변위에 대하여 모터(A5)가 사용 가능한 동력 제한값(Acc_Lim)을 설정한다(B5).
이후, MCU(A4)를 통해 모터(A5)가 사용하는 동력값이 엑셀 페달 변위와 차속의 관계로부터 상기와 같이 설정한 제한값(Acc_Lim)을 출력하여 모터(A5)의 속도 및 토크를 제어한다(B18).
또한, 상기 B4의 판단에서 현재의 차속이 설정된 임계 차속인 VS1에서 VS2의 사이에 포함되지 않으면 현재의 차속(VSpeed)이 설정된 임계 차속인 VS2에서 VS3의 사이에 포함되는지를 판단한다(B6).
상기에서 현재의 차속(VSpeed)이 설정된 임계 차속인 VS2에서 VS3의 사이에 포함되는 것으로 판단되면 첨부된 도 2와 같이 설정된 맵 테이블에 따라 엑셀 페달 명령의 최대값을 계산하여(CalAccLim)하여 엑셀 페달 변위에 대한 동력 제한값(Acc_Lim)을 설정한다(B7).
이후, MCU(A4)를 통해 모터(A5)가 사용하는 동력값이 엑셀 페달 변위와 차속의 관계로부터 상기와 같이 설정한 제한값(Acc_Lim)을 출력하여 모터(A5)의 속도 및 토크를 제어한다(B18).
이때, 엑셀 페달 지령에 대한 가속 제한의 최대값은 도 2에서 AP1으로 유지한다.
또한, 상기 B6의 판단에서 현재의 차속(VSpeed)이 설정된 임계 차속인 VS2에서 VS3의 사이에 포함되지 않으면 현재의 차속(VSpeed)이 설정된 임계 차속인 VS3에서 VS4의 사이에 포함되는지를 판단한다(B8).
상기에서 현재의 차속이 설정된 임계 차속인 VS3에서 VS4의 사이에 포함되는 것으로 판단되면 도 2와 같이 설정되는 맵 테이블로부터 현재 차량의 속도(VSpeed)와 엑셀 페달의 위치(Accel)에 대하여 엑셀 페달 명령의 최대값을 계산하여 (CalAccLim) 엑셀 페달 변위에 대한 동력 제한값(Acc_Lim)을 설정한다(B9).
이후, MCU(A4)를 통해 모터(A5)가 사용하는 동력값이 엑셀 페달 변위와 차속의 관계로부터 상기와 같이 설정한 제한값(Acc_Lim)을 출력하여 모터(A5)의 속도 및 토크를 제어한다(B18).
또한, 상기 B8의 판단에서 현재의 차속(VSpeed)이 설정된 임계 차속인 VS3에서 VS4의 사이에 포함되지 않는 것으로 판단되면 현재의 차속(VSpeed)가 설정된 임계 차속인 VS4보다는 빠른 상태인지를 판단한다(B10).
상기에서 현재의 차속(VSpeed)이 설정된 임계 차속인 VS4 보다 빠른 것으로 판단되면 첨부된 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 엑셀 페달 명령의 최대값 (Acc_Lim)을 AP2로 제한하고(B11), 현재의 차속(VSpeed)이 상기한 모든 조건에 포함되지 않는 것으로 판단되면 현재의 차속이 설정된 임계 차속인 VS1 보다 느린 상태인 것으로 판단하여 저속 영역에서의 능판 능력 향상을 위해 엑셀 페달의 명령을 100%로 적용하여(B12) 모터(A5)가 사용 가능한 배터리(A8)의 동력을 제한 제어한다(B18).
또한, 상기 B3의 판단에서 배터리(A8)의 SOC 정보(BatSOC)가 설정된 최소 레벨(LOWER_ LIMIT)보다 작은 상태를 유지하고 있는 것으로 판단되면, 현재의 소비 동력(Power), 즉 모터(A5)의 요구 동력이 첨부된 도 3과 같이 설정되는 임계값인 P1보다는 많고 P2보다는 적은 상태인지를 판단한다(B13).
상기에서 현재의 소비 동력(POWER)이 P1보다는 많고 P2보다는 적은 상태를 소비하는 것으로 판단되면 현재의 소비 동력(POWER)에 따라 엑셀 페달 변위에 대한 명령의 최대값을 계산하여(CalAccLim) 엑셀 페달 변위에 대하여 모터(A5)가 사용 가능한 동력 제한값(Acc_Lim)을 설정한다(B14).
이후, MCU(A4)를 통해 모터(A5)가 사용하는 동력값이 엑셀 페달 변위와 차속의 관계로부터 상기와 같이 설정한 제한값(Acc_Lim)을 출력하여 모터(A5)의 속도 및 토크를 제어한다(B18).
그러나, 상기 B13의 판단에서 현재의 소비 동력(POWER)이 설정된 임계값인 P1에서 P2의 범위에 포함되지 않으면 현재의 소비 동력(POWER)이 설정된 임계값인 P2 이상을 소비하고 있는지를 판단한다(B14).
상기에서 현재의 소비 동력(POWER)이 설정된 임계값인 P2 이상을 소비하는 것으로 판단되면 현재의 배터리(A8)에 충전되어 있는 전압으로 엑셀 페달의 변위에 대하여 충전한 동력을 공급할 수 없는 상태인 것으로 판단하여 배터리(A8)의 파손을 방지하기 위하여 모터(A5)에 공급되는 전원을 차단하고, 도시되지 않은 경고등을 통해 운전자에게 경보하여 준다(B17).
그러나, 현재의 소비 동력(POWER)이 설정된 임계값인 P2 이하를 유지하는 것으로 판단되면 상기 B13에서 판단한 조건을 만족하지 않은 상태이므로 현재의 소비 동력(POWER)이 설정된 임계값인 P1 이하를 소비하는 것을 판단하여 가속 페달의 변위에 대한 100%의 동력 공급을 명령하여(B16) 모터(A5)의 토크 및 속도가 유지되도록 제어한다(B18).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 연료전지 하이브리드 전기 자동차에서 EV 모드 운전시 배터리나 직류 변환 장치에서 출력할 수 있는 최대 동력 이상을 모터에서 가져갈 수 없도록 동력을 제한 제어함으로써 안전하게 운전할 수 있게 한다.
또한, 배터리의 SOC에 따라서 모터의 요구 동력을 제한함으로써 배터리의 고장을 방지하고 배터리 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치에 대한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서 차속과 엑셀 페달 변위에 대한 동력 제한 프로파일 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서 배터리의 SOC에 따라 엑셀 페달 변위에 대한 동력 제한 프로파일 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에서 동력 제한 제어를 수행에 대한 일 실시예의 흐름도.

Claims (8)

  1. 구동원인 모터와 화학반응을 통해 설정된 용량의 전압을 발생시키는 연료전지와 필요 시 모터에 구동 전압을 공급하고 제동시 발생되는 회생 전압 및 연료 전지에서 공급되는 전압에 의해 충전되는 보조 동력원인 배터리를 포함하는 연료전지 하이브리드 전기 자동차에 있어서,
    MCU(A4)는 모터 제어기로, 선택된 변속단, 운전자의 감가속 의지, 부하 및 배터리의 SOC에 따라 모터의 구동 속도 및 토크를 제어하는 MCU와;
    상위 제어기의 제어신호에 따라 내부 접점이 스위칭 되어 연료 전지에서 출력되는 전압의 연결을 결정하는 제1스위칭수단과;
    상위 제어기의 제어신호에 따라 내부 접점이 스위칭 되어 MCU와 연료 전지 혹은 배터리의 전압 연결을 결정하는 제2스위칭수단과;
    상기 배터리에 충전을 위해 공급되는 연료 전지의 출력 전압 및 제동시 발생되는 회생 전압을 제어하여 배터리의 충 방전을 조정하는 직류 변화장치와;
    상위 제어기의 제어신호에 의해 스위칭 되어 배터리와 직류 변환장치의 전압 연결을 결정하는 제3스위칭수단과;
    CAN 통신을 통해 상기 각 유닛의 제어기 상태를 감독하고, 상기 모터에 공급되는 연료 전지 및 배터리의 동력 분배를 담당하는 동력분배 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동력분배 제어장치는 EV 모드에서 차속과 엑셀 페달의 변위에 따른 동력 분배 제한 제어를 위한 맵 데이터가 설정되며, 차속과 엑셀 페달의 변위에 대하여 설정된 맵 데이터로 추출되는 엑셀 페달의 최대값을 제한하여 모터가 사용 가능한 동력을 제한 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동력 분배 제어장치는 EV 모드에서 설정된 제1차속 이전까지의 저속 영역에서 등판 능력 향상을 위해 엑셀 페달 지령을 최대까지 허용하고, 설정된 제1차속과 제2차속 사이에서 엑셀 페달의 최대 지령을 100%에서 제1설정값까지 차속에 따라 감소시키고, 제2차속과 제3차속 사이에서 엑셀 페달 지령의 최대값을 제1설정값으로 유지시키며, 제3차속과 제4차속 사이에서 엑셀 페달 지령의 최대값을 제1설정값과 제2설정값의 사이에서 차속에 따라서 감소시키고, 제4차속 이상이면 엑셀 페달 지령의 최대값을 제2설정값으로 제한 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동력 분배 제어장치는 EV 모드에서 배터리의 SOC에 따라 엑셀 페달의 허용값을 결정하는 동력 분배 제한 맵이 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 동력 분배 제어장치의 SOC에 따른 동력 분배 제한 맵은 모터의 요구 동력이 제1기준값 보다 작으면 엑셀 페달 지령의 최대값에 제한을 가하지 않고, 모터의 요구 동력이 제1기준값과 제2기준값의 사이에 포함되면 SOC의 상태에 따라 엑셀 페달 지령의 최대값을 100%에서 0%의 사이에서 제한 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어장치.
  6. 연료 전지 하이브리드 전기 자동차에 있어서,
    현재의 동력 제어 모드와 배터리의 SOC, 엑셀 페달의 변위, 현재의 동력 및 차속 등의 정보를 판독하여 각각의 메모리 영역에 저장하며, 현재의 동력 제어 모드가 EV 모드인지를 판단하는 과정과;
    현재의 동력 제어 모드가 EV 모드가 아니면 검출되는 엑셀 페달의 변위에 대하여 최대값으로 모터의 토크 및 속도를 제어하는 과정과;
    상기 현재의 동력 제어 모드가 EV 모드이면 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이상인지를 판단하는 과정과;
    상기 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이상이면 차속에 따라 엑셀 페달의 변위에 대한 최대값을 제한 제어하여 모터에 공급되는 배터리의 출력 전압을 제어하는 과정 및;
    상기 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이하이면 SOC의 상태에 따라 엑셀 페달의 변위에 대한 최대값을 제한 제어하여 모터에 공급되는 배터리 출력 전압을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기에서 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이상인 상태에서 차속이 설정된 제1차속에 도달되지 않은 경우 등판 능력 향상을 위해 모터에 공급되는 배터리의 출력 전압을 엑셀 페달 지령의 최대값으로 허용하는 단계와;
    차속이 설정된 제1차속과 제2차속 사이에 포함되면 모터에 공급되는 배터리의 출력 전압에 대하여 엑셀 페달 지령의 100%에서 제1설정값의 사이에서 차속과 엑셀 페달의 관계로부터 결정하여 제한 제어하는 단계와;
    차속이 제2차속과 제3차속 사이에 포함되면 엑셀 페달 지령의 최대값을 제1설정값으로 모터에 공급되는 배터리의 출력 전압을 제한 제어하는 단계와;
    차속이 제3차속과 제4차속 사이에 포함되면 모터에 공급되는 배터리의 출력 전압을 엑셀 페달 지령의 제1설정값과 제2설정값의 사이에서 차속과 엑셀 페달의 관계로부터 결정하여 제한 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 배터리의 SOC가 설정된 제한값 이하인 경우 모터의 요구 동력이 제1기준값 보다 작으면 엑셀 페달 지령에 대하여 100%의 출력을 유지하고, 모터의 요구 동력이 제1기준값과 제2기준값의 사이에 포함되면 SOC의 상태에 따라 엑셀 페달 지령의 최대값을 100%에서 0%의 사이에서 제한 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 하이브리드 전기 자동차의 동력 제한 제어방법.
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