KR101261955B1 - 하이브리드 차량용 시스템 - Google Patents

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KR101261955B1
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송성재
김달철
조성태
김용기
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 엔진과 변속기와 배터리를 포함하는 하이브리드 차량용 시스템에 있어서, 상기 엔진과 상기 변속기를 연결하며 제1부와 제2부로 구성되는 제1클러치와, 상기 제1부와 연결되며 상기 변속기에 직접 연결되는 제2모터제너레이터와, 상기 제2부와 연결되는 제1모터제너레이터 및 상기 제1모터제너레이터와 상기 변속기를 연결하는 제2클러치를 포함하고, 상기 제1부와 제2부는 개별적으로 작동 가능한 클러치인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 원가부담을 줄이면서 전기자동차 주행능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드 차량용 시스템{SYSTEM FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량용 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존 하이브리드 차량에 비해 전기차 주행 능력을 강화할 수 있는 하이브리드 차량용 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차(Hybrid Electric Vehicle)는 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 일컫는다.
최근 연비를 개선하고 보다 친환경적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 차에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 현재까지 연구되고 있는 하이브리드 차량은 병렬형이나 직렬형 중 하나를 채택하고 있다.
상기와 같이 하이브리드 차량은 기본적으로 엔진과 모터, 배터리를 갖는 차량으로서, 배터리의 용량을 종전의 하이브리드 차량보다 크게 만들고 배터리를 외부 전원으로부터 충전하여, 근거리 주행시는 EV 모드로만 주행하고, 배터리가 고갈되면 HEV 모드로 주행하는 플러그인 하이브리드 차량이 개발되고 있다.
즉, 플러그인 하이브리드 차량(Plug In Hybrid Electric Vehicle: PHEV)은 기존의 하이브리드 차량과 같이 휘발유로 구동되는 내연엔진 기관과 배터리 엔진을 동시에 장착하여 둘 중 하나 혹은 양쪽 모두를 이용해 차량을 구동하지만, 대용량의 고전압배터리를 장착해 전기로 충전할 수 있는 차량이다.
이러한 하이브리드 차량은 전기차 주행 능력을 강화해야 하기 때문에 기존의 하이브리드 차량 대비 전기모터의 출력 용량 증대가 필요하다.
그러나 출력 용량을 증대하기 위해서는 재료비 증가가 필수적이므로 원가부담으로 인해 개발이 어려운 문제가 있었다.
특히, 기존 하이브리드 차량용 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 전기차 주행 모드에서 클러치1(Clutch1)을 분리하기 때문에 모터 제너레이터1(MG1)을 구동 출력원으로 사용할 수 없는 문제가 있었다. 따라서 전기차 주행 모드에서 모든 구동출력은 모터 제너레이터2(MG2)가 담당하고 MG1은 엔진 시동 및 일부 발전용으로 사용할 수 밖에 없기 때문에 MG2만으로는 만족스러운 전기차 주행 능력을 기대하기 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기차 주행 능력을 강화하면서도 이를 구현하기 위한 재료비 등의 원가를 절감할 수 있는 하이브리드 차량용 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 하이브리드 차량용 시스템을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 하이브리드 차량용 시스템은, 엔진과 변속기와 배터리를 포함하고, 상기 엔진과 상기 변속기를 연결하며 제1부와 제2부로 구성되는 제1클러치; 상기 제1부와 연결되며 상기 변속기에 직접 연결되는 제2모터제너레이터; 상기 제2부와 연결되는 제1모터제너레이터; 및 상기 제1모터제너레이터와 상기 변속기를 연결하는 제2클러치;를 포함하고, 상기 제1부와 제2부는 개별적으로 작동 가능한 클러치인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템은 전기차 주행 모드인 경우 상기 제1부와 상기 제2부를 오프하고, 제2클러치를 온하여 제1 및 제2모터제너레이터를 구동하여 주행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템은 전기차 주행 중 상기 엔진을 시동 하는 경우 상기 제1부는 오프하여 제2모터제너레이터로 구동하고, 상기 제2부는 온하되 상기 제2클러치는 오프함으로써 상기 제1모터제너레이터로 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템은 하이브리드 주행 모드인 경우 상기 제1부를 온하고 상기 제2부와 상기 제2클러치는 오프함으로써 상기 엔진과 상기 제2모터제너레이터를 구동하여 주행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템은 하이브리드 주행 모드인 경우 상기 제1부를 온하고 상기 제2부를 오프하며, 상기 제2클러치는 온함으로써 상기 엔진과 상기 제1, 제2모터제너레이터를 구동하여 주행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템은 회생 제동시 상기 제1부를 오프함으로써 상기 제2모터제너레이터를 발전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템은 회생 제동시 상기 제1부를 오프함으로써 상기 제2모터제너레이터를 발전하고, 상기 제2클러치를 온함으로써 상기 제1모터제너레이터를 발전하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 제1모터제너레이터와 제2모터제너레이터 모두 변속기에 동력을 제공할 수 있게 되므로 종래기술에 비하여 전기자동차 주행능력이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 시스템은 기존 시스템의 구조를 개선하여 전기자동차의 주행능력을 향상시킨 것으로서, 전기모터의 출력 용량 증대를 위해 별도 개발 비용이나 재료비가 소모되지 않으므로 원가부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 하이브리드 차량용 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다. 이하에서 클러치가 오프(Off)된다는 것은 클러치의 연결이 끊어진 상태가 된 것을 의미하며 클러치가 온(On)된다는 것은 클러치의 연결이 이어진 상태가 된 것을 의미한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 시스템(100)은 크게 엔진(200)과 변속기(300)와 배터리(400)를 포함하고, 상기 엔진(200)과 상기 변속기(300)를 연결하며 제1부(510)와 제2부(520)로 구성되는 제1클러치(500)(Clutch)와, 상기 제1부(510)와 연결되며 상기 변속기(300)에 직접 연결되는 제2모터제너레이터(Motor Generator)(600)와, 상기 제2부(520)와 연결되는 제1모터제너레이터(Motor Generator)(700); 및 상기 제1모터제너레이터(700)와 상기 변속기(300)를 연결하는 제2클러치(800)(Clutch)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 제1부(510)와 제2부(520)는 상기 제1클러치(500)의 구성으로서 개별적으로 작동 가능한 클러치이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 시스템(100)은 특히, 플러그인 하이브리드 차량(Plug In Hybrid Electric Vehicle: PHEV)에 적용될 수 있다.
플러그인 하이브리드 차량(PHEV)은 기존의 하이브리드 차량과 비슷한 구성을 가지지만 대용량의 고전압배터리(400)를 장착해 전기로 충전할 수 있는 차량으로서, 전기차 주행 능력을 강화해야 하기 때문에 기존의 하이브리드 차량 대비 전기모터의 출력 용량 증대가 필요하기 때문이다.
상기 제1클러치(500)는 기본적으로 상기 엔진(200)과 변속기(300)를 연결함으로써 엔진(200)의 동력을 변속기(300)에 전달하거나 끊어주는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 제1클러치(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1부(510)와 제2부(520)의 클러치로 나뉘어지도록 구성된다.
상기 제1부(510) 클러치는 상기 제2모터제너레이터(600)와 연결되어 상기 엔진(200)과 상기 제2모터제너레이터(600)를 상호 연결한다.
상기 제2모터제너레이터(600)는 다시 상기 변속기(300)에 직접 연결되어, 모터 구동에 의한 동력을 변속기(300)에 전달한다.
상기 제2모터제너레이터(600)는 상기 배터리(400)로부터 전원을 공급받게 되며, 상기 제1부(510) 클러치를 오프(Off)한 상태에서 발전하여 상기 배터리(400)를 충전시킨다.
한편, 상기 제1클러치(500)의 상기 제2부(520) 클러치는 상기 제1모터제너레이터(700)와 연결된다.
그리고 상기 제1모터제너레이터(700)는 상기 변속기(300)의 종동축에 별도로 구비되는 제2클러치(800)와 연결되며, 상기 제2클러치(800)를 통해 상기 제1모터제너레이터(700)의 구동에 의한 동력을 상기 변속기(300)로 전달한다.
상기 제1모터제너레이터(700) 역시 상기 배터리(400)로부터 전원을 공급받으며, 상기 제2클러치(800)를 오프(Off)한 상태에서 발전하여 상기 배터리(400)를 충전시킨다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 시스템(100)이 종래기술과 다른 점은 제1모터제너레이터(700)의 동력을 변속기(300)에 전달함으로써 제1모터제너레이터(700)와 제2모터제너레이터(600) 두 개를 동시에 구동 출력으로 사용할 수 있다는 점이다.
즉, 도 1에 도시된 종래기술의 경우 모터제너레이터1(MG1)이 엔진에 벨트로 직접 연결됨으로써 엔진 시동용으로 사용되거나 일부 발전용으로 사용되는데 그치고, 변속기(TM)에 구동 출력을 제공하지는 못한다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 시스템(100)의 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1모터제너레이터(700)를 상기 변속기(300) 측에 위치시키고 상기 제2클러치(800)와 연결함으로써 그 동력을 변속기(300)에 전달할 수 있도록 구성한다. 따라서, 종래기술에서 상기 엔진과 상기 모터제너레이터1(MG1)을 연결하는 밸트와 같은 구성은 삭제된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면 제1모터제너레이터(700)와 제2모터제너레이터(600)를 모두 변속기(300)에 동력을 제공할 수 있게 되므로 종래기술에 비하여 전기자동차 주행능력이 향상된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1모터제너레이터(700)와 상기 엔진(200)은 상기 제2부(520) 클러치로 연결되므로 상기 제1모터제너레이터(700)를 구동하여 상기 엔진(200)을 시동할 수도 있다.
이하에서는 차량의 주행상황에 따라 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 시스템(100)의 동작을 설명한다.
차량이 전기자동차(Electric Vehicle, EV) 주행 상황인 경우 상기 시스템은 상기 제1클러치(500)의 상기 제1부(510)와 제2부(520) 클러치는 모두 오프(Off)하고, 상기 제2클러치(800)는 온(On)한다. 상기 제1클러치(500)가 오프(Off)됨으로써 상기 엔진(200)의 구동력은 변속기(300)에 전달되지 않고, 제2모터제너레이터(600)와 제1모터제너레이터(700)에 의한 구동력이 변속기(300)에 전달된다.
따라서, 이 경우 2개의 모터제너레이터(600, 700)에 의해 동력이 제공되므로 전기자동차 주행능력이 향상된다.
차량이 전기자동차(EV) 주행 중 엔진(200)을 시동하는 경우, 상기 시스템은 상기 제1부(510) 클러치와 상기 제2클러치(800)는 오프하며, 상기 제2부(520) 클러치는 온(On)한다.
제1부(510) 클러치의 오프(Off)에 의해 상기 엔진(200)은 상기 변속기(300)와 분리되고, 상기 제2모터제너레이터(600)에 의한 동력만 변속기(300)에 전달된다. 또한, 상기 제2클러치(800)의 오프(Off)에 의해 상기 제1모터제너레이터(700)와 상기 변속기(300)의 연결은 끊어지게 되고, 제2부(520) 클러치의 온(On)에 의해 제1모터제너레이터(700)와 상기 엔진(200)이 연결된다. 따라서 제1모터제너레이터(700)의 구동에 의해 상기 엔진(200)을 시동할 수 있다.
상기 차량이 하이브리드 주행 모드인 경우, 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 시스템은 상기 제1부(510) 클러치를 온(On)하고 상기 제2부(520) 클러치와 상기 제2클러치(800)는 오프(Off)한다.
이 경우 상기 제1부(510) 클러치의 온(On)에 의해 상기 엔진(200)의 구동력이 상기 변속기(300)에 전달되며, 상기 제2모터제너레이터(600)에 의한 구동력도 함께 변속기(300)에 전달된다. 따라서, 엔진(200)과 제2모터제너레이터(600)를 함께 구동하는 하이브리드 주행이 된다.
이때 상기 제2부(520) 클러치와 상기 제2클러치(800)는 오프(Off)상태가 될 수 있다. 따라서 제1모터제너레이터(700)는 변속기(300)에 동력을 전달하지 않는 상태가 된다.
상기 하이브리드 주행 상황인 경우, 다른 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 시스템은 상기 제1부(510) 클러치를 온(On)하고 상기 제2부(520) 클러치를 오프(Off)하며, 상기 제2클러치(800)는 온(On)할 수 있다.
이 경우 상기 제1부(510) 클러치의 온(On)에 의해 상기 엔진(200)의 구동력이 상기 변속기(300)에 전달되며, 상기 제2모터제너레이터(600)에 의한 구동력과 더불어 상기 제2클러치(800)의 온에 의해 상기 제1모터제너레이터(700)에 의한 구동력까지 변속기(300)에 전달된다.
따라서, 엔진(200)과 제1,2모터제너레이터 모두를 구동하는 하이브리드 주행이 된다.
차량의 제동 상황에서 상기 시스템은 상기 제1부(510)를 클러치를 오프함으로써 엔진(200)과 연결을 끊고 제동에 의해 전달되는 바퀴의 운동에너지를 이용하여 상기 제2모터제너레이터(600)를 발전시킨다. 상기 제2모터제너레이터(600)에 의해 발전된 전기는 상기 배터리(400)를 충전한다.
회생 제동시 상기 시스템은 큰 회생력을 구현하기 위하여 상기 제1부(510) 클러치를 오프(Off)함으로써 상기 제2모터제너레이터(600)를 발전하고, 상기 제2클러치(800)를 온(On)함으로써 상기 제1모터제너레이터(700)를 발전한다.
제동에 의해 상기 제2모터제너레이터(600)를 발전하는 것은 상술한 바와 같다.
아울러, 큰 회생력을 구현하기 위해서 상기 제2클러치(800)를 온(On)함으로써 상기 제1모터제너레이터(700)와 상기 변속기(300)가 연결되도록 한다. 이로 인해 제동에 의해 전달되는 바퀴의 운동에너지가 변속기(300)를 통해 제1모터제너레이터(700)까지 전달된다. 제1모터제너레이터(700)는 이 에너지를 이용하여 발전시키고, 제1모터제너레이터(700)에 의해 발전된 전기는 배터리(400)를 충전한다.
따라서, 이 경우 제1모터제너레이터(700)와 제2모터제너레이터(600) 2개로 배터리(400)를 충전하게 되기 때문에 큰 회생력을 구현할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 하이브리드 차량용 시스템 200: 엔진
300: 변속기 400: 배터리
500: 제1클러치 510: 제1부(클러치)
520: 제2부(클러치) 600: 제2모터제너레이터
700: 제1모터제너레이터 800: 제2클러치

Claims (7)

  1. 엔진과 변속기와 배터리를 포함하는 하이브리드 차량용 시스템에 있어서,
    상기 엔진과 상기 변속기를 연결하며 제1부와 제2부로 구성되는 제1클러치;
    상기 제1부와 연결되며 상기 변속기에 직접 연결되는 제2모터제너레이터;
    상기 제2부와 연결되는 제1모터제너레이터; 및
    상기 제1모터제너레이터와 상기 변속기를 연결하는 제2클러치;를 포함하고,
    상기 제1부와 제2부는 개별적으로 작동 가능한 클러치인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 전기차 주행 모드인 경우 상기 제1부와 상기 제2부를 오프하고, 제2클러치를 온하여 제1 및 제2모터제너레이터를 구동하여 주행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 전기차 주행 중 상기 엔진을 시동 하는 경우 상기 제1부는 오프하여 제2모터제너레이터로 구동하고, 상기 제2부는 온하되 상기 제2클러치는 오프함으로써 상기 제1모터제너레이터로 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 하이브리드 주행 모드인 경우 상기 제1부를 온하고 상기 제2부와 상기 제2클러치는 오프함으로써 상기 엔진과 상기 제2모터제너레이터를 구동하여 주행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 하이브리드 주행 모드인 경우 상기 제1부를 온하고 상기 제2부를 오프하며, 상기 제2클러치는 온함으로써 상기 엔진과 상기 제1, 제2모터제너레이터를 구동하여 주행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 회생 제동시 상기 제1부를 오프함으로써 상기 제2모터제너레이터를 발전하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 회생 제동시 상기 제1부를 오프함으로써 상기 제2모터제너레이터를 발전하고, 상기 제2클러치를 온함으로써 상기 제1모터제너레이터를 발전하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 시스템.
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