KR100812426B1

KR100812426B1 - 하이브리드 차량의 제어방법

Info

Publication number: KR100812426B1
Application number: KR1020070012035A
Authority: KR
Inventors: 테루요시 에고시
Original assignee: 현대자동차주식회사; 현대자동차일본기술연구소; 기아자동차주식회사
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-03-12
Also published as: US20080188997A1; US7684906B2

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량에 탑재되어 모터제너레이터와 전기를 수수하는 배터리의 충전상태를 제어하는 범위를 차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양에 따라 조정함으로써, 차량의 연비를 저감하고, 배터리의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

Description

하이브리드 차량의 제어방법{control method of a hybrid vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어방법을 도시한 순서도,

도 2는 차속에 따른 크리이프토크에 의해 결정되는 동력을 도시한 그래프,

도 3은 차속과 가속페달 밟는 양에 따라 결정되는 동력을 도시한 그래프,

도 4는 배터리 충전상태의 범위를 설명한 도면,

도 5는 배터리 충전상태에 따른 배터리의 충전 가능 전력의 맵을 예시한 도면,

도 6은 배터리 충전상태에 따른 배터리의 방전 가능 전력의 맵을 예시한 도면이다.

본 발명은 하이브리드 차량의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관인 엔진과, 전기의 힘으로 작동되고 발전기로도 사용될 수 있는 모터제너레이터를 사용하는 하이브리드 차량에서, 상기 엔진과 모터제너레이터를 제어함에 있어서 상기 모터제너레이터와 전기를 주고 받는 배터리의 상태를 고려하는 기술에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 회전수가 낮은 영역에서는 내연기관인 엔진에 비하여 토크특성이 우수한 모터제너레이터를 사용하고, 상대적으로 중, 고속의 영역에서는 토크특성이 모터제너레이터에 비하여 우수한 엔진을 사용함으로써, 차량의 주행상태에 따라 효율적인 동력의 제공으로 연비를 향상시킬 수 있으며, 저속 운전시에는 엔진을 사용하지 않아서, 배기유해성분의 배출을 0으로 할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같은 모터제너레이터를 구동하거나, 잉여의 동력으로 상기 모터제너레이터에서 발전된 전기를 저장하기 위해서 배터리가 사용되며, 배터리는 그 충전상태(SOC: State Of Charge)가 적정한 범위 내에 있어야 상기 모터제너레이터를 원활히 구동할 수 있는 전력을 제공할 수 있고, 또한 모터제너레이터에서 발전된 전기를 저장할 수 있으며, 배터리를 적정한 충전상태의 범위를 벗어나서 사용하게 되면, 상기 모터제너레이터를 원하는 상태로 제어하기 어렵고 배터리의 수명도 크게 단축된다.

본 발명은 하이브리드 차량에 탑재되어 모터제너레이터와 전기를 수수하는 배터리를 보다 효율적으로 사용하도록 하고, 배터리의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 차량의 제어방법은

엔진과 모터제너레이터 중 어느 하나 이상의 구동력에 의해 주행하고 상기 모너제너레이터는 배터리와 전기를 수수하는 하이브리드 차량을 제어하는 방법에 있어서,

차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양에 따라 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위를 조정하는 단계와;

상기와 같이 조정된 배터리의 충전상태의 범위에 따라 상기 배터리에서 충전이 가능한 전력과 방전이 가능한 전력을 산출하는 단계와;

상기 모터제너레이터와 수수하는 전력이 상기에서 산출된 배터리의 충전 가능 전력과 방전 가능 전력의 범위 내가 되도록, 상기 엔진과 모터제너레이터의 토크 및 회전수를 제어하는 단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 엔진과 모터제너레이터 중 어느 하나 이상의 구동력에 의해 주행하고 상기 모너제너레이터는 배터리와 전기를 수수하는 하이브리드 차량을 제어하는 방법에 있어서, 차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양(APS)에 따라 상기 배터리의 충전상태(SOC)를 제어하는 범위를 조정하는 단계와; 상기와 같이 조정된 배터리의 충전상태의 범위에 따라 상기 배터리에서 충전이 가능한 전력과 방전이 가능한 전력을 산출하는 단계와; 상기 모터제너레이터와 수수하는 전력이 상기에서 산출된 배터리의 충전 가능 전력과 방전 가능 전력의 범위 내가 되도록, 상기 엔진과 모터제너레이터의 토크 및 회전수를 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 하이브리드 차량의 가감속 여부를 판단하는 방법은 차속에 따른 크리이프토크(Creep torque)에 의해 결정되는 동력과, 차속과 가속페달 밟는 양에 따라 결정되는 동력의 합이 0보다 작으면 감속으로 판단하는 방법에 의한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같은 차속에 따른 크리이프토크에 의해 결정되는 동력에, 도 3에 도시된 바와 같은 차속과 가속페달 밟는 양에 따라 결정되는 동력을 합하였을 때, 그 값이 0이면 차량은 등속상태이고, 0보다 크면 가속상태이며, 0보다 작으면 감속상태로 판단하는 것이다.

상기와 같이 판단한 결과 차량의 감속시에는, 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는, 배터리 충전 제어치(SOC_hi)를 배터리 충전 상한치(SOC_hilmt)로 설정하고, 배터리 방전 제어치(SOC_lo)를 배터리 방전 제한치(SOC_lo1)로 설정함으로써 결정된다.

참고로, 본 실시예에서는 도 4와 같은 기준을 정하고 있는 바, 0 부터 100까지의 백분율을 가로축에 배열한 배터리 충전상태(SOC)의 범위에서, 배터리의 열화, 발화, 온도 및 내압 등과 같은 물리적, 화학적 특성에 의해 정해지는 '배터리 사용 가능 범위'를 표시하고, 이때 배터리 사용 가능 범위의 하한을 '배터리 방전 하한치(SOC_lolmt)', 상한을 '배터리 충전 상한치(SOC_hilmt)'로 명명하며, 이 배터리 사용 가능 범위 내에서도 배터리의 전압이 거의 일정하고 에너지 효율이 높은 일부 영역을 '배터리 상태 안정 영역'으로 표시하고, 상기 배터리 상태 안정 영역 의 하한을 '배터리 방전 제한치(SOC_lo1)', 상한을 '배터리 충전 제한치(SOC_hi1)'로 명명한다.

즉, 차량의 감속시에 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는 배터리 방전 제한치(SOC_lo1)로부터 배터리 충전 상한치(SOC_hilmt)에 이르는 범위가 되도록 하여, 차량이 감속하면서 남는 잉여 동력으로 발전을 하여 얻어지는 회생 전력을 배터리에 효과적으로 충전할 수 있도록 하는 것이다.

차량의 가속 또는 정속 주행시에 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는, 가속페달 밟는 양이 제1판정치(APS1) 이상인 경우에, 배터리 방전 제어치(SOC_lo)를 배터리 방전 하한치(SOC_lolmt)로 설정하고, 배터리 충전 제어치(SOC_hi)를 배터리 충전 제한치(SOC_hi1)로 설정함으로써 결정된다.

여기서, 상기 제1판정치(APS1)는 후술하는 제2판정치(APS2)보다 큰 값으로서, 상기 제1판정치(APS1)와 제2판정치(APS2)는 제어의 빈번한 변화를 방지하기 위하여 히스테리시스를 형성하기 위한 것이며, 물론, 상기 제1판정치(APS1)와 제2판정치(APS2)는 가속페달을 밟지 않은 상태로부터 완전히 밟은 상태까지 사이에서 차량의 실험이나 해석 등에 의해 선정된 두 값이다.

즉, 차량이 감속이 아닌 상태이고, 상기와 같이 가속페달 밟는 양(APS)이 제1판정치(APS1) 이상인 경우에는 차량은 요구되는 구동력이 큰 가속 중일 가능성이 높으며, 이때에는 배터리의 충전상태(SOC)를 제어하는 범위를 배터리 방전 하한치(SOC_lolmt)로부터 배터리 충전 제한치(SOC_hi1)로 선정함으로써, 배터리로 모터 제너레이터를 작동시켜서 필요로 하는 차량의 구동력을 발생하게 할 수 있는 가능성을 확대시키는 것이다.

차량의 가속 또는 정속 주행시에 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는, 가속페달 밟는 양(APS)이 상기 제1판정치(APS1)보다 작은 제2판정치(APS2) 이하인 경우에, 배터리 방전 제어치(SOC_lo)를 배터리 방전 제한치(SOC_lo1)로 설정하고, 배터리 충전 제어치(SOC_hi)를 배터리 충전 제한치(SOC_hi1)로 설정함으로써 결정된다.

즉, 차량이 감속이 아닌 상태이고, 상기와 같이 가속페달 밟는 양(APS)이 제2판정치(APS2) 이하인 경우에는 차량은 요구되는 구동력이 크지 않은 등속 주행 중일 가능성이 높으며, 이때에는 상기 배터리의 충전상태(SOC)를 제어하는 범위를 배터리 방전 제한치(SOC_lo1)로부터 배터리 충전 제한치(SOC_hi1)까지의 사이로 설정하여 배터리의 에너지 효율이 높고 전압이 매우 안정되는 배터리 상태 안정 영역으로 제어함으로써, 효율적인 배터리의 사용으로 차량의 연비를 향상시키고 배터리의 수명 확보에 유리한 상태로 차량이 제어되도록 하는 것이다.

차량이 감속상태가 아니고 가속페달을 밟은 양이 상기 제1판정치(APS1)와 제2판정치(APS2) 사이인 경우에는, 상기 배터리의 충전상태(SOC)를 제어하는 범위를 종전의 판단 결과에 따라 그대로 유지하도록 하여, 빈번한 배터리 충전상태 제어범위의 변경이 방지되는 히스테리시스 특성이 구현되도록 하였다.

상기 배터리의 충전상태의 범위에 따라 상기 배터리에서 충전이 가능한 전력을 산출하는 방법은, 도 5와 같이 배터리 충전상태의 백분율이 증가함에 따라 점차 감소하는 양상의 충전 가능 전력이 결정되어 저장된 맵으로부터, 차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양에 따라 설정된 배터리 충전 제어치에 해당하는 충전 가능 전력의 값을 산출한다.

또한, 상기 배터리의 충전상태의 범위에 따라 상기 배터리에서 방전이 가능한 전력을 산출하는 방법은, 도 6과 같이 배터리 충전상태의 백분율이 증가함에 따라 점차 증가하는 양상의 방전 가능 전력이 결정되어 저장된 맵으로부터, 차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양에 따라 설정된 배터리 방전 제어치에 해당하는 방전 가능 전력의 값을 산출한다.

하이브리드 차량의 컨트롤러는 상기한 바와 같이 구해진 상기 배터리에서 충전이 가능한 전력 및 배터리에서 방전이 가능한 전력을 고려하여, 상기 모터제너레이터와 수수하는 전력이 상기에서 산출된 배터리의 충전 가능 전력과 방전 가능 전력의 범위 내가 되도록, 상기 엔진과 모터제너레이터의 토크 및 회전수를 제어함으로써, 하이브리드 차량이 감속중일 때에는 회생 전력을 충분히 충전해둘 수 있도록 하고, 가속시에는 모터제너레이터에서 충분한 동력을 발생시키도록 하여 차량의 가속성 및 큰 부하에 대한 대응성을 향상시키며, 차량이 등속 주행시에는 배터리를 가장 효율이 좋은 범위 내에서 운용할 수 있도록 함으로써, 차량의 연비를 향상시키고, 배터리의 수명이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 하이브리드 차량에 탑재되어 모터제너레이터와 전기를 수수하는 배터리의 충전상태를 제어하는 범위를 차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양에 따라 조정함으로써, 차량의 연비를 저감하고, 배터리의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

Claims

엔진과 모터제너레이터 중 어느 하나 이상의 구동력에 의해 주행하고 상기 모너제너레이터는 배터리와 전기를 수수하는 하이브리드 차량을 제어하는 방법에 있어서,

차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양에 따라 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위를 조정하는 단계와;

상기와 같이 조정된 배터리의 충전상태의 범위에 따라 상기 배터리에서 충전이 가능한 전력과 방전이 가능한 전력을 산출하는 단계와;

상기 모터제너레이터와 수수하는 전력이 상기에서 산출된 배터리의 충전 가능 전력과 방전 가능 전력의 범위 내가 되도록, 상기 엔진과 모터제너레이터의 토크 및 회전수를 제어하는 단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,

상기 하이브리드 차량의 가감속 여부를 판단하는 방법은

차속에 따른 크리이프토크에 의해 결정되는 동력과, 차속과 가속페달 밟는 양에 따라 결정되는 동력의 합이 0보다 작으면 감속으로 판단하는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,

차량의 감속시에 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는,

배터리 충전 제어치를 배터리 충전 상한치로 설정함으로써 결정되는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 3에 있어서,

차량의 감속시에 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는,

배터리 방전 제어치를 배터리 방전 제한치로 설정함으로써 결정되는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,

차량의 가속 또는 정속 주행시에 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는,

가속페달 밟는 양이 제1판정치 이상인 경우에,

배터리 방전 제어치를 배터리 방전 하한치로 설정함으로써 결정되는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 5에 있어서,

차량의 가속 또는 정속 주행시에 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는,

가속페달 밟는 양이 상기 제1판정치 이상인 경우에,

배터리 충전 제어치를 배터리 충전 제한치로 설정함으로써 결정되는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 5에 있어서,

차량의 가속 또는 정속 주행시에 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는,

가속페달 밟는 양이 상기 제1판정치보다 작은 제2판정치 이하인 경우에,

배터리 방전 제어치를 배터리 방전 제한치로 설정함으로써 결정되는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 7에 있어서,

차량의 가속 또는 정속 주행시에 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 범위는,

가속페달 밟는 양이 상기 제2판정치 이하인 경우에,

배터리 충전 제어치를 배터리 충전 제한치로 설정함으로써 결정되는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,

상기 배터리의 충전상태의 범위에 따라 상기 배터리에서 충전이 가능한 전 력을 산출하는 방법은

배터리 충전상태의 백분율이 증가함에 따라 점차 감소하는 양상의 충전 가능 전력이 결정되어 저장된 맵으로부터, 차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양에 따라 설정된 배터리 충전 제어치에 해당하는 충전 가능 전력의 값을 산출하는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,

상기 배터리의 충전상태의 범위에 따라 상기 배터리에서 방전이 가능한 전력을 산출하는 방법은

배터리 충전상태의 백분율이 증가함에 따라 점차 증가하는 양상의 방전 가능 전력이 결정되어 저장된 맵으로부터, 차량의 가감속 상태와 가속페달의 밟는 양에 따라 설정된 배터리 방전 제어치에 해당하는 방전 가능 전력의 값을 산출하는 것

을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.