KR101028022B1 - 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 속도 및 TPS (Throttle Position Sensor) 또는 APS (Accelerator Pedal Sensor) 값을 읽어 운전 모드 별 승압 전압을 제어하여 모터 및 시스템 효율을 증대할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 차량의 상태에 대한 정보를 감지하는 TPS 및 차속센서와; 출력단자 S1을 갖고 배터리의 출력전압을 승압하여 인버터에 전압을 공급하는 고전압 부스터 변환기와; 출력단자 S2를 갖고 배터리의 출력전압을 승압하여 인버터에 전압을 공급하는 저전압 부스터 변환기와; 상기 TPS 및 차속센서의 감지신호를 입력받아 TPS값이 일정한 문턱 전압값 이상인 경우 차량 속도가 기준 속도 이상이면 상기 출력 단자 S1을 온하고 상기 출력단자 S2를 오프하며, 차량의 속도가 기준 속도 미만이면 상기 출력단자 S2를 온하고 상기 출력단자 S1을 오프하는 HCU; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템을 제공한다.
하이브리드, 모터제어, TPS, APS, 배터리, 부스터, HCU

Description

하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법{Booster system and control method for motor control of hybrid vehicle}
도 1은 종래기술에 따른 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템을 나타내는 장치구성도.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템을 나타내는 장치구성도.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 속도와 인버터에 공급되는 전압관계를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명에 하이브리드 차량의 모터제어용 승압제어방법을 나타내는 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 배터리 11a : 고전압 부스터 변환기
11b : 저전압 부스터 변환기 12 : 모터
13 : 인버터 14 : 커패시터
본 발명은 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 속도 및 TPS (Throttle Position Sensor) 또는 APS (Accelerator Pedal Sensor) 값을 읽어 운전 모드 별 승압 전압을 제어하여 모터 및 시스템 효율을 증대할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
최근 들어 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 전기 차량(HEV:Hybrid Electric Vehicle)에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
상기 하이브리드(hybrid) 자동차는 두 가지의 동력원을 함께 사용하는 차를 의미하고, 일반적으로는 기존 자동차에 사용되던 내연기관 엔진에 전기 모터를 결합한 형태를 일컫는다. 즉, 상기 전기 모터는 차량 내부에 장착된 고전압 배터리로부터 전원을 공급 받고, 배터리는 자동차가 움직일 때 다시 충전되는 시스템이다.
기존 자동차의 에너지 손실은 대부분 교통 혼잡에 따른 공회전 시간과 차량 정지 시 발생하고, 정차시 발생되는 배기가스로 인한 환경오염이 심각한 실정이다.
하이브리드 시스템은 이 같은 가솔린 또는 디젤 엔진의 단점을 보완해 차량의 속도나 주행 상태 등에 따라 엔진과 모터 힘을 적절하게 제어함으로써 효율성을 극대화시킨 것이다.
보다 상세하게는, 자동차가 출발할 때는 전기 모터로 엔진 시동을 건다. 또 통상적인 주행이나 가속시에는 엔진이 주동력원이 되고 모터가 보조 동력원으로 작동한다.
그리고, 브레이크를 밟아 감속할 때는 차량의 운동에너지를 전기에너지로 전환해 배터리를 충전하고, 차를 멈추면 엔진과 모터가 모두 정지한다.
상기 하이브리드 차량 중에서 병렬형 구조를 가지면서 모터와 발전기가 따로 설치되어 각각의 운전 모드에 맞게 모터를 제어하는 시스템이 널리 상용화되어 있다.
이 시스템은 모터를 제어하기 위하여 BMS (Battery Management System)에서 나오는 전압을 부스터(Booster) 변환장치를 통하여 승압(昇壓)하여 이용하고 있다.
종래에 하이브리드 차량에서 모터를 제어하기 위해 전압을 승압시키는 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 배터리(10)의 출력(202V / 288V)를 부스터 변환장치(101)를 통해 전압을 550V 또는 650V로 승압하여 모터(12)의 속도를 제어하고 있다.
그러나, 이러한 시스템은 차량의 운전 모드를 고려하지 않으므로 하이브리드 차량에서 가장 중요한 에너지 효율이 좋지 않을 뿐만 아니라 차량이 저속 상태일 경우에는 고전압으로 모터를 구동하는 데 많이 사용되는 약계자 (Flux weakening) 제어가 필요하여 모터제어가 복잡해지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량 속도 및 TPS / APS 값이 일정한 문턱 전압값이 이상인 상태에서 운전자가 가속하기를 원하고 차량속도가 저속상태(40km/h미만)이면, HCU(Hybrid Control Unit)가 고전압 부스터 변환 장치의 출력단자 S1을 오프하고 저전압 부스터 변환장치의 출력단자 S2를 온하고, 차량 속도가 고속 상태일 경우에는 HCU가 고전압 부스터 변환장치의 출력단자 S1을 온하고 저전압 부스터 변환장치의 출력단자 S2를 오프함으로써, 운전 모드 별 승압 전압을 제어하여 모터 및 시스템 효율을 증대시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템에 있어서,
차량의 상태에 대한 정보를 감지하는 TPS 및 차속센서와; 출력단자 S1을 갖고 배터리의 출력전압을 승압하여 인버터에 전압을 공급하는 고전압 부스터 변환기와; 출력단자 S2를 갖고 배터리의 출력전압을 승압하여 인버터에 전압을 공급하는 저전압 부스터 변환기와; 상기 TPS 및 차속센서의 감지신호를 입력받아 TPS값이 일정한 문턱 전압값 이상인 경우 차량 속도가 기준 속도 이상이면 상기 출력 단자 S1을 온하고 상기 출력단자 S2를 오프하며, 차량의 속도가 기준 속도 미만이면 상기 출력단자 S2를 온하고 상기 출력단자 S1을 오프하는 HCU; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 하이브리드 차량의 모터제어용 승압제어방법에 있어서,
TPS 값이 일정한 문턱 전압값 이상인지 여부를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 일정한 문턱 전압값 이상인 것으로 판단된 경우 차량의 속도가 미리 입력된 기준 속도 이상 또는 기준 속도 이하인지를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 차량의 속도가 기준 속도 이상인 것으로 판단한 경우 HCU가 고전압 부스터 변환기의 출력 단자 S1을 온하고 저전압 부스터 변환기의 출력단자 S2를 오프하는 단계와; 상기 차량의 속도가 기준 속도 미만인 것으로 판단한 경우 HCU가 저전압 부스터 변환기의 출력단자 S2를 온하고 고전압 부스터 변환기의 출력단자 S1을 오프하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템을 나타내는 장치구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 속도와 인버터에 공급되는 전압관계를 나타내는 그래프이며, 도 4는 본 발명에 하이브리드 차량의 모터제어용 승압제어방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 운전모드에 맞게 모터(12)를 제어하는 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템에 관한 것이다.
본 발명은 두개의 부스터 변환기(11a,11b)를 이용하여 HCU가 저속 또는 고속에 따라 인버터(13)에 공급되는 전압을 스위칭하여 바꿔줌으로써, 전체 시스템 효율을 향상시킬 수 있고 저속영역에서 공급 전압이 낮으므로 약계자 제어가 필요하지 않으므로 모터제어가 간단해 지도록 한 점에 주안점이 있다.
전술한 바와 같이, 하이브리드 자동차는 기존 자동차에 사용되던 내연기관 엔진에 전기 모터(12)를 결합한 형태이고, 상기 전기 모터(12)는 차량 내부에 장착된 고전압 배터리(10)로부터 전원을 공급 받고, 배터리(10)는 자동차가 움직일 때 다시 충전되게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터제어용 시스템은 배터리(10)의 출력전압(202V/208V)를 부스터 변환기(11a,11b)에 의해 전압을 550V 또는 650V로 승압한 후 인버터(13)에 전압을 공급하여 모터(12)의 속도를 제어하게 된다.
여기서, 본 발명은 차량의 운전모드에 맞게 HCU가 인버터(13)에 공급되는 전압을 스위칭할 수 있도록 두개의 부스터 변환기(11a,11b)를 제공한다.
상기 부스터 변환기 중 하나는 고전압 부스터 변환기(11a)이고, 다른 하나는 저전압 부스터 변환기(11b)이다.
상기 고전압 부스터 변환기(11a) 및 저전압 부스터 변환기(11b)는 배터리(10)에 병렬로 전기적으로 연결되고 배터리(10)의 출력전압을 승압하여 인버터(13)에 공급하며, 직류전류를 필터링하는 커패시터(14), 및 이 커패시터(14)에 전기적으로 연결되어 고속 또는 저속에 따라 인버터(13)에 공급되는 전압을 스위칭하는 출력단자(S1,S2)를 각각 포함하여 구성된다.
이때, 상기 커패시터(14)는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템이 동작할 만큼의 충분한 에너지를 가지도록 고용량의 커패시터를 구비한다.
상기 인버터(13)는 출력단자(S1,S2), 고전압 부스터 변환기(11a) 및 저전압 부스터 변환기(11b)에 전기적으로 연결되어 상기 고전압 부스터 변환기(11a) 및 저 전압 부스터 변환기(11b)에서 승압된 직류전력을 교류전력으로 전환하여 전기모터(12)로 전달한다.
미설명 도면부호 15는 발전기(GENERATOR)이다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
1) 차량의 상태에 대한 입력정보를 감지한다. 즉, TPS (Throttle Position Sensor) 또는 APS (Accelerator Pedal Sensor) 값이 일정한 문턱 전압값 이상인지 아닌지를 판단한다.
2) 상기 단계에서 TPS 또는 APS값이 일정한 문턱 전압값 이상인 경우 운전자가 가속하기를 원한다면 차량의 속도를 감지하여 기준 속도 예를 들어 40km/h 이상(고속)인지 또는 40km/h 미만(저속)인지를 판단한다.
3) 상기 단계에서 차량 속도가 고속 상태일 경우에는 HCU가 고전압 부스터 변환기(11a)의 출력단자 S1을 온하고, 저전압 부스터 변환기(11b)의 출력단자 S2를 오프한다.
4) 상기 단계에서 차량 속도가 저속 상태일 경우에는 HCU가 전전압 부스터 변환기(11b)의 출력단자 S2를 온하고, 고전압 부스터 변환기(11a)의 출력단자 S1을 오프한다.
이와 같은 제어방법에 의해 운전 모드가 저속 또는 고속에 따라 HCU가 인버터(13)에 공급되는 전압을 스위칭하여 바꾸어 줌으로써, 전체 시스템 효율을 향상시킬 수 있고, 특히 저속 영역에서 공급 전압이 낮으므로 약계자 제어가 필요하지 않으므로 모터제어가 간단하게 되는 장점이 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템 및 제어방법에 의하면, 두개의 부스터 변환기를 이용하여 운전 모드가 저속 또는 고속에 따라 HCU가 인버터에 공급되는 전압을 스위칭 함으로써, 전체 시스템 효율을 향상시킬 수 있고, 특히 저속 영역에서 공급 전압이 낮으므로 약계자 제어가 필요하지 않으므로 모터제어가 간단하게 되는 장점이 있다.

Claims (2)

  1. 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템에 있어서,
    차량의 상태에 대한 정보를 감지하는 TPS 및 차속센서와;
    출력단자 S1을 갖고 배터리의 출력전압을 승압하여 인버터에 전압을 공급하는 고전압 부스터 변환기와;
    출력단자 S2를 갖고 배터리의 출력전압을 승압하여 인버터에 전압을 공급하는 저전압 부스터 변환기와;
    상기 TPS 및 차속센서의 감지신호를 입력받아 TPS값이 일정한 문턱 전압값 이상인 경우 차량 속도가 기준 속도 이상이면 상기 출력 단자 S1을 온하고 상기 출력단자 S2를 오프하며, 차량의 속도가 기준 속도 미만이면 상기 출력단자 S2를 온하고 상기 출력단자 S1을 오프하는 HCU;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터제어용 승압시스템.
  2. 하이브리드 차량의 모터제어용 승압제어방법에 있어서,
    TPS 값이 일정한 문턱 전압값 이상인지 여부를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 일정한 문턱 전압값 이상인 것으로 판단된 경우 차량의 속도가 미리 입력된 기준 속도 이상 또는 기준 속도 이하인지를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 차량의 속도가 기준 속도 이상인 것으로 판단한 경우 HCU가 고전압 부스터 변환기의 출력 단자 S1을 온하고 저전압 부스터 변환기의 출력단자 S2를 오프하는 단계와;
    상기 차량의 속도가 기준 속도 미만인 것으로 판단한 경우 HCU가 저전압 부스터 변환기의 출력단자 S2를 온하고 고전압 부스터 변환기의 출력단자 S1을 오프하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터제어용 승압제어방법.
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