KR101254612B1

KR101254612B1 - 하이브리드 차량용 통합 제어기 및 이를 포함하는 하이브리드 차량

Info

Publication number: KR101254612B1
Application number: KR1020100125830A
Authority: KR
Inventors: 류태규; 고현
Original assignee: 현대자동차주식회사; 주식회사 현대케피코
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2013-04-12
Also published as: KR20120064552A

Abstract

본 발명은 통합 제어기 및 이를 포함하는 하이브리드 차량에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 통합 제어기는, 하나의 보드 및 상기 하나의 보드 상에 실장되어, 차량의 주행 상태에 따라 상기 이종 동력원들 중 어느 하나를 선택 또는 상기 이종 동력원들의 동력 분배 비율을 결정하고, HV(high voltage) 배터리의 전압을 전기모터 구동용 전압으로 변환시키며, 전기모터를 제어하는 통합 제어 모듈을 포함한다.

Description

하이브리드 차량용 통합 제어기 및 이를 포함하는 하이브리드 차량{Combined controller for hybrid vehicle and hybrid vehicle comprising the same}

본 발명은 하이브리드 차량용 통합 제어기 및 이를 포함하는 하이브리드 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하이브리드 차량에서 필요한 제어기능을 하나의 유닛으로 제어가능한 하이브리드 차량용 통합 제어기 및 이를 포함하는 하이브리드 차량에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 2가지의 동력원을 사용하는 차량을 말한다. 예컨대 전기로 동작하는 모터와 휘발유로 동작하는 엔진을 갖는 차량을 하이브리드 차량으로 부른다. 따라서 종래의 하이브리드 차량은 두 개의 동력원을 각각 제어하기 위해 2가지 이상의 제어기들이 별도로 구성되어 있었다.

도 1을 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다. 도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 그 시스템에 따라 다르기는 하나 모터(M)와 엔진(E)의 2가지 동력원으로 구성되어 있고, 엔진(E)을 제어하는 엔진 컨트롤 유닛(Engine Controll Unit, 이하 ECU)(170)과, 모터(M)를 제어하기 위한 모터 컨트롤 유닛(Motor Controll Unit, 이하 MCU라 함)(110)과, ECU(170) 및 MCU(110)의 상위에서 동력원 중 어느 하나를 선택하거나 그 동력분배 비율을 결정하는 하이브리드 제어 유닛(Hybrid Controll Unit, 이하 HCU라 함)(120)과, 고전압(HV) 배터리 전압을 하이브리드 차량의 전기 모터 구동용 전압으로 변환시키는 고전압 DC/DC 컨버터(High voltage DC/DC Converter, 이하 HDC라 함)(130), 고전압(HV) 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS라 함)(180), 그리고 고전압(HV) 배터리(155)에서 AUX(12V) 배터리(145)를 충전하는 저전압 DC/DC 컨버터(Low voltage DC/DC Converter, 이하 LDC라 함)(140)를 포함한다

여기서 HCU는 차량의 상태에 따라 두 개의 동력원, 즉 모터와 엔진간에 동력 분배(또는 선택)을 제어하고, 현재의 차량 상태를 진단하는 기능을 수행한다. 그리고 HCU와, MCU 및 HDC는 각각 마이크로 프로세서를 갖고 각각의 제어기능을 수행한다.

이와 같이 하이브리드 차량에서는 일반 엔진제어 차량과 달리 많은 제어기를 사용함으로써, 각 제어기가 위치할 공간을 확보해야 하고 배선구조도 복잡하게 되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하이브리드 차량에서 주행 상황에 따라 동력원을 선택하고 차량의 전체의 진단기능을 하는 HCU와, 모터 구동을 제어하는 MCU 및 HV 배터리 전압을 하이브리드 차량의 전기 모터 구동용 전압으로 변환시키는 HDC 등의 기능을 하나의 제어기가 제어할 수 있는 통합 제어기 및 이를 포함하는 하이브리드 차량을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 통합 제어기는, 이종의 동력원을 갖는 하이브리드 차량에서 전기동력원 부분을 제어하는 통합 제어기로서, 하나의 보드 및 상기 하나의 보드 상에 실장되어, 차량의 주행 상태에 따라 상기 이종 동력원들 중 어느 하나를 선택 또는 상기 이종 동력원들의 동력 분배 비율을 결정하고, HV(high voltage) 배터리의 전압을 전기모터 구동용 전압으로 변환시키며, 전기모터를 제어하는 통합 제어 모듈을 포함할 수 있다.

또한 상기 보드에 장착되어 상기 보드를 외부와 연결시키는 하나의 커넥터는 외부의 AUX 배터리로부터 상기 통합 제어 모듈의 동작에 필요한 전원을 입력받는 AUX 배터리 단자와, 외부의 센서로부터 전기모터의 위치 및 온도에 대한 센서 신호를 입력받는 센서신호 입력단자와, 외부의 엔진 제어기와 통신하기 위한 CAN 통신 단자를 포함한다.

그리고 상기 통합 제어 모듈은 상기 통합제어기에서 3개의 기능(HCU, MCU, HDC)을 하나의 보드에서 수행하기 위해 3개의 마이크로 프로세서를 사용하지 않고 2개의 마이크로 프로세서만을 사용하여 3개의 기능을 통합 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기존의 하이브리드 차량에서 각각 구성되어 있는 제어기들을 하나의 통합형 제어기로 구현함으로써, 복수의 제어기가 장착될 때의 공간소요 및 차량 배선 공간소요 문제, 각각 제작할 때의 비용 문제 및 각각에 대한 전원 소모 문제 들을 해결할 수 있다.

도 1은 일반적인 하이브리드 차량을 나타내는 개념도 이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 제어기를 나타내는 예시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통합 제어기 및 이를 포함하는 하이브리드 차량을 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량을 나타내는 개념도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 제어기를 나타내는 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 통합 제어기(100)와, AUX 배터리(145)와, HV 배터리(155), ECU(170) 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS라 함)(180), 저전압 DC/DC 컨버터(Low voltage DC/DC Converter, 이하 LDC라 함)(140)를 포함한다.

여기서 하이브리드 차량(10)은 이종의 동력원들, 예컨대 전기모터(M)와 엔진(E)의 2가지 동력원이 구비된 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나 본원발명은 이에 한정되지 않고, 전기모터(M)와 다른 하나 이상의 동력원을 갖는 이종의 동력원들을 구비한 하이브리드 차량에 적용될 수 있다.

통합 제어기(100)는 차량(10)의 주행 상태에 따라 이종 동력원들(전기모터(M)와 엔진(E)) 중 어느 하나를 선택하거나 또는 이종 동력원들(전기모터(M)와 엔진(E))의 구동 비율을 결정하고, HV 배터리(155)의 전압을 모터(M)의 구동용 전압으로 변환시켜며 전기모터(M)를 구동시킨다. 이러한 통합 제어기(100)는 AUX 배터리(145)로부터 전원을 공급받아 동작한다.

HV 배터리(155)는 고전압, 예컨대 180V 또는 270V의 고전압을 출력하는 것이고, BMS(180)는 HV 배터리(155)를 모니터링, 관리 및 제어하며, 배터리 상태에 관한 정보를 통합 제어기(100)에 제공하기도 한다. 한편, ECU(170)는 엔진(E)의 구동을 제어한다.

AUX 배터리(145)는 통합 제어기(100), BMS(180), ECU(170)의 동작에 필요한 전원, 예컨대 12V를 제공한다.

도 3을 더 참조하면, 통합 제어기(100)는 하나의 보드(150)와, 보드(150) 상에 장착되어, 보드(150)와 외부 기기를 연결하는 하나의 커넥터(155) 및 보드(150) 상에 실장된 통합 제어 모듈을 포함한다. 여기서 통합 제어 모듈은, 도 3에서 보드(150) 상에 실장되어, 차량의 주행 상태에 따라 엔진(E)과 전기모터(M) 중 어느 하나를 선택 또는 동력 분배 비율을 결정하는 HCU 기능과, HV 배터리의 전압을 전기모터 구동용 전압으로 변환시키는 HDC 기능 및 전기모터를 제어하는 MCU 기능을 하는 모듈을 의미한다. 그러한 의미에서 통합 제어기(100)는 Hybrid Power Control Unit(HPCU)라 할 수 있다

이러한 통합 제어 모듈은 전기모터(M)를 제어하기 위해 MCU 기능을 수행하는 제1 마이크로프로세서와, 엔진(E)과 전기모터(M) 중 어느 하나를 선택 또는 동력 분배 비율을 결정하는 HCU 기능 및 HV 배터리의 전압을 전기모터 구동용 전압으로 변환시키기 위한 HDC 기능을 수행하는 제2 마이크로프로세서를 포함한다. 즉, 통합 제어 모듈은 일반적인 하이브리드 차량에서 MCU 기능, HCU 기능, HDC 기능을 제각각 수행하던 제어기가 하나로 통합된 것이고, 2개의 마이크로프로세서만이 사용된다.

한편, 커넥터(155)는 외부의 AUX 배터리(145)로부터 통합 제어 모듈의 동작에 필요한 전원을 입력받는 AUX 배터리 단자와, 외부의 센서로부터 전기모터(M)의 위치 및 온도에 대한 센서 신호를 입력받는 센서신호 입력단자와, 외부의 엔진 제어기인 ECU(170) 등의 하이브리드 차량서의 타제어기와 통신하기 위한 CAN 통신 단자를 포함한다.

또한 하나의 보드(150)에는 내부 연결을 위한 커넥터가 더 장착될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 모터1 Drive 커넥터와 모터2 Drive 커넥터는 2개의 전기모터를 구동하는 액츄에이터(Acuator)(IGBT　모듈+Gate drive)에 전기모터를 제어하기 위한 PWM 신호를 주는 커넥터로서, PWM 신호를 출력하고, 전기모터가 구동 이상시에는 이상(fault) 신호를 받는다.

또한 인터락(Interlock) 커넥터는 통합 제어기(100, HPCU)의 하우징의 온도 및 고전압 케이블이 하우징 커넥터에 정상 연결 되어 있는지 확인할 수 있는 커넥터이고, 전류 센서 커넥터는 HEV용 전기 모터(3상)의 PWM 동작 및 토크 제어를 위해 전류 센서 신호를 피드백 받는 커텍터이며, HDC 신호연결 커넥터는 승압(전압 변환)을 하는 액츄에이터(IGBT　모듈+Gate drive)에 PWM 신호를 주는 커넥터이다.

이와 같이 통합 제어기(100)는 기존의 MCU와 HCU와 HDC 기능을 하면서도, 외부 기기(AUX 배터리(145), ECU(170) 및 외부 센서)와는 하나의 커넥터(155)로 연결되므로, 연결에 대한 복잡성이 줄어들고, 따라서 사이즈가 줄어들어 공간소요량이 줄어든다. 또한 컴팩트 해짐으로써, 전력소비도 줄어들 수 있다.

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

이종의 동력원을 갖는 하이브리드 차량에서 전기동력원 부분을 제어하는 통합 제어기로서,
하나의 보드; 및
상기 하나의 보드 상에 실장되며, 차량의 주행 상태에 따라 상기 이종 동력원들 중 어느 하나를 선택하거나, 상기 이종 동력원들의 동력 분배 비율을 결정하는 HCU(Hybrid Control Unit) 기능과, HV(high voltage) 배터리의 전압을 전기모터 구동용 전압으로 변환하는 구동부를 제어하는 HDC(High Volatage DC/DC Convertor) 기능을 수행하는 제1 마이크로프로세서, 및 전기모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit) 기능을 수행하는 제2 마이크로프로세서를 포함하는 통합 제어 모듈을 포함하고,
상기 통합 제어 모듈은, 상기 제1 마이크로프로세서와 상기 제1 마이크로프로세서에 의해 제어될 상기 구동부를 연결하는 제1 커넥터; 및 상기 제2 마이크로 프로세서와 상기 제2 마이크로 프로세서에 의해 제어될 상기 전기모터를 연결하는 제2 커넥터를 더 포함하는 것인
하이브리드 차량의 통합 제어기.
제1항에 있어서, 상기 제2 마이크로프로세서는,
상기 제2 커넥터를 통해 상기 전기모터를 제어하는 PWM 신호를 상기 전기모터로 전달하고, 상기 전기모터의 구동 이상시 이상(fault)신호를 전달받는 것인
하이브리드 차량의 통합 제어기.
제1항에 있어서,
상기 보드에 장착되어 상기 보드를 외부와 연결시키는 하나의 커넥터를 더 포함하고,
상기 커넥터는 외부의 AUX 배터리로부터 상기 통합 제어 모듈의 동작에 필요한 전원을 입력받는 AUX 배터리 단자와, 외부의 센서로부터 전기모터의 위치 및 온도에 대한 센서 신호를 입력받는 센서신호 입력단자와, 외부의 엔진 제어기와 통신하기 위한 CAN 통신 단자를 포함하는 것
인 하이브리드 차량의 통합 제어기.
제1항에 있어서, 상기 통합 제어 모듈은,
상기 하이브리드 차량에 구비된 AUX 배터리로부터 전원을 공급받아 동작하는 것인
하이브리드 차량의 통합 제어기.
제1항에 있어서, 상기 제1 마이크로프로세서는,
상기 제1 커넥터를 통해 PWM 신호를 상기 구동부로 전달하여 상기 구동부의 전압변환을 제어하는 것인
하이브리드 차량의 통합 제어기.