KR101360421B1

KR101360421B1 - 하이브리드 차량의 발전제어방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101360421B1
Application number: KR1020110126464A
Authority: KR
Inventors: 임재상; 임성엽
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2014-02-11
Also published as: KR20130060423A

Abstract

HSG(Hybrid Starter-Generator)와 엔진을 통하여 배터리를 충전하는 하이브리드 차량의 발전제어방법으로서, HSG를 냉각시키는 냉각수 온도를 측정하는 측정단계; 상기 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하는 조정단계; 및 상기 냉각수 온도가 제한값 초과일 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 하는 고정단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 발전제어방법 및 시스템이 소개된다.

Description

하이브리드 차량의 발전제어방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING GENERATION FOR HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량(HEV)의 아이들 정지 중에 차량전장 부하로의 양호한 전력공급 및 고전압배터리의 충전효율 개선이 가능하도록 전기동력부품의 냉각수 온도에 따른 HSG의 출력을 연동하는 하이브리드 차량의 발전제어방법 및 시스템에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 엔진과 모터를 통하여 차량을 구동/충전하는 차량이다.

차량의 구동은 모터 또는 모터와 엔진의 합동제어로서 이루어질 수 있으며, 전기차모드에서는 배터리의 전력을 이용한 모터의 구동만으로 주행이 이루어지도록 한다.

그러나 배터리의 용량이 일정부분 감소할 경우에는 엔진과 모터는 배터리의 충전만을 담당하도록 하는데, 이는 근본적으로 엔진의 운전점을 최상의 상태로 유지토록 함으로써 발전을 담당케하고, 이를 통해 전체적인 차량의 연비를 향상시키는데 목적이 있다.

이를 위해 차량에는 HSG(Hybrid Starter-Generator)가 탑재되는데, HSG는 모터제너레이터로서 엔진과 벨트로 연결되어 엔진의 시동을 걸게하고, 엔진이 시동상태에서는 발전을 하고 인버터를 통해 배터리를 충전하도록 한다.

이러한 HSG와 인버터 등의 기구는 고점영역에서 많은 열이 발생하게 되는바, 일반적으로 도시된 바와 같이 이러한 폐열을 이용하여 실내난방을 수행토록 한다. 그리고 이러한 정장부품들을 냉각하게 한다. 따라서, HSG에는 냉각수라인이 연결되도록 한다.

한편, 이러한 HSG는 분명 발전용량의 한계를 가지고 있는바, 엔진의 구동을 통한 발전시 엔진의 rpm을 일정하게 유지하고, HSG의 발전토크 역시 일정하게 유지하여 장시간 엔진의 구동을 통한 배터리의 충전을 수행하였다. 그러나 HSG는 모터의 특성상 일정 온도 이하에서는 좀 더 높은 발전효율을 가질 수 있는바, 이러한 HSG의 온도에 따라 엔진의 rpm 및 HSG의 발전토크를 달리함으로써 발전효율과 시간을 좀 더 단축시킬 필요가 있었던 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래기술과 같이 상시 고정 발전토크를 발생하지 않고 HSG의 냉각수 온도를 감지하여 냉각수 온도제한 설정치 이하일 경우 그 냉각수온에 따라 종래기술의 고정 발전토크보다 큰 HSG의 발전 토크를 발생시키도록 하여 엔진 운전점을 고효율 영역으로 이동시킴과 동시에 배터리 충전시간을 단축시켜 연비 향상 효과를 얻을 수 있는 하이브리드 차량의 발전제어방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 발전제어방법은, HSG(Hybrid Starter-Generator)와 엔진을 통하여 배터리를 충전하는 하이브리드 차량의 발전제어방법으로서, HSG를 냉각시키는 냉각수 온도를 측정하는 측정단계; 상기 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하는 조정단계; 및 상기 냉각수 온도가 제한값 초과일 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 하는 고정단계;를 포함한다.

배터리의 충전량이 일정값 이하인지 체크하는 체크단계;를 더 포함하고, 상기 측정단계는 배터리의 충전량이 일정값 이하인 경우 HSG의 냉각수 온도를 측정할 수 있다.

상기 조정단계는 냉각수 온도가 낮을수록 HSG의 발전토크가 증가되도록 조정할 수 있다.

상기 조정단계는 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하면서 동시에 HSG의 냉각수 온도를 실시간으로 측정하여 냉각수 온도가 제한값을 초과할 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 조정할 수 있다.

한편, 상기 하이브리드 차량의 발전제어방법을 수행하기 위한 하이브리드 차량의 발전제어시스템은, 엔진의 시동 및 엔진의 구동력을 이용하여 발전하는 HSG; 상기 HSG를 냉각하는 냉각수 라인 및 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 HSG 냉각수의 온도를 측정하여, 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하고, 냉각수 온도가 제한값 초과일 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 하는 제어부;를 포함한다.

상기 제어부는 HSG의 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 냉각수 온도가 낮을수록 HSG의 발전토크가 증가되도록 조정할 수 있다.

상기 제어부는 HSG의 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하면서, 동시에 HSG의 냉각수 온도를 실시간으로 체크하여 냉각수 온도가 제한값을 초과할 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 조정할 수 있다.

상기 제어부는 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정할 경우에도 엔진은 회전수(rpm)가 일정하게 유지되는 방향으로 제어할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드 차량의 발전제어방법 및 시스템에 따르면, 종래기술과 같이 상시 고정 발전토크를 발생하지 않고 HSG의 냉각수 온도를 감지하여 냉각수 온도제한 설정치 이하일 경우 그 냉각수온에 따라 종래기술의 고정 발전토크보다 큰 HSG의 발전 토크를 발생시키도록 하여 엔진 운점점을 고효율 영역으로 이동시킴과 동시에 배터리 충전시간을 단축시켜 연비 향상 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래의 하이브리드 차량의 동력전달 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 발전제어방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 발전제어시스템의 구성도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 발전제어방법 및 시스템에 대하여 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 발전제어방법의 순서도로서, 본 발명의 하이브리드 차량의 발전제어방법은, HSG(Hybrid Starter-Generator)와 엔진을 통하여 배터리를 충전하는 하이브리드 차량의 발전제어방법으로서, HSG를 냉각시키는 냉각수 온도를 측정하는 측정단계(S100); 상기 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하는 조정단계(S500); 및 상기 냉각수 온도가 제한값 초과일 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 하는 고정단계(S600);를 포함한다.

그리고, 배터리의 충전량이 일정값 이하인지 체크하는 체크단계(S200);를 더 포함하고, 상기 측정단계(S100)는 배터리의 충전량이 일정값 이하인 경우 HSG의 냉각수 온도를 측정하도록 할 수 있다.

본 발명은 HSG의 냉각수 온도가 낮을 경우 좀 더 높은 효율의 발전제어를 수행함으로써 엔진의 효율도 높이고 좀 더 단시간에 충전을 수행함으로써 결론적으로 연비를 증대시키기 위한 제어방법이다.

이를 위해 먼저, 배터리의 충전량(SOC, State of Charge)을 확인한다(S100). 배터리 충전량이 일정량(A) 이하라면 충전이 필요한 것으로 판단한다(S200). 충전이 필요한 경우라면 HSG의 냉각수의 온도를 측정한다(S300).

그리고, HSG의 냉각수 온도가 일정값(B) 이하라면, 해당 온도에 따라 HSG의 발전토크 목표량을 정격의 고정량보다 좀 더 높인다(S400,S500). 왜냐하면, 냉각수 온도와 엔진 속도에 따른 HSG 출력을 살펴볼 때, 냉각수 온도가 낮을수록 HSG의 출력 정격은 상승하는 것을 알 수 있으며, HSG의 출력 정격은 HSG의 허용가능 최대 운전온도에 따라 결정이 되는데, HSG 냉각수 온도가 낮은 경우 운전가능한 온도 상승폭이 증가하고 이에 따라 HSG의 발전 토크를 증대시킬 수 있기 때문이다.

HSG의 발전토크가 증대하면 동일한 충전량을 얻는 경우에도 좀 더 짧은 시간에 충전량을 확보할 수 있으며(물론, HSG의 냉각수 온도가 점차 증가함에 따라 그 효과는 줄어들 것이다), 그에 따라 엔진의 구동시간이 단축되어 연비가 절감되는 것이다.

더욱이, 엔진 속도와 부하토크에 대한 엔진의 효율성능을 살펴보면, HSG 발전 토크가 증가하게 되면 엔진도 아이들 운전 속도(rpm)를 유지하기 위하여 토크가 증가하게 되어 운전점이 상승하게 되고, 엔진의 효율성능이 증가하는 방향으로 엔진 운전점이 이동하게 되어 연비 향상의 효과가 배가 되는 것이다.

한편, 상기 조정단계(S500)는 냉각수 온도가 낮을수록 HSG의 발전토크가 증가되도록 조정하며, 이는 리니어하게 조정하는 것도 가능하고, 일정 구간으로 나누어 각 구간의 냉각수 온도에 대응되는 발전토크로 나누어 제어하는 것도 가능하다.

또한, 상기 조정단계(S500)는 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하면서 동시에 HSG의 냉각수 온도를 실시간으로 측정하여 냉각수 온도가 제한값을 초과할 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 조정하도록 함이 바람직하다.

물론, 처음부터 측정된 냉각수 온도가 일정값을 넘을 경우에는 처음부터 HSG의 발전토크를 일정한 정격치로 고정하여 운영함이 바람직할 것이다(S600). 또한, HSG의 발전토크를 증대하는 경우에도 엔진의 회전수는 일정하게 유지하는 방향으로 제어함으로써 엔진의 운전점을 고효율 영역으로 향상시키도록 한다(S700). 이러한 과정을 통하여 배터리는 HSG에 의해 충전되는 것이다(S800).

한편, 이러한 하이브리드 차량의 발전제어방법을 수행하기 위한 하이브리드 차량의 발전제어시스템은, 엔진의 시동 및 엔진의 구동력을 이용하여 발전하는 HSG(100); 상기 HSG(100)를 냉각하는 냉각수 라인(120) 및 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서(140); 및 상기 HSG(100) 냉각수의 온도를 측정하여, 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG(100)의 발전토크를 가변적으로 조정하고, 냉각수 온도가 제한값 초과일 경우 HSG(100)의 발전토크를 고정값으로 하는 제어부(600);를 포함한다. HSG는 인버터(400)를 통하여 배터리(500)를 충전하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 발전제어시스템의 구성도로서, 본 발명의 하이브리드 차량의 발전제어시스템은 HSG에서 엔진의 시동 및 발전하는 역할을 수행하고, 온도센서는 HSG(100)를 냉각하는 냉각수 라인(120)에 마련된다.

그리고, 제어부는 HSG(100) 냉각수의 온도를 측정하여, 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG(100)의 발전토크를 가변적으로 조정하고, 냉각수 온도가 제한값 초과일 경우 HSG(100)의 발전토크를 고정값으로 제어하도록 한다.

여기서, 상기 제어부(600)는 HSG(100)의 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 냉각수 온도가 낮을수록 HSG(100)의 발전토크가 증가되도록 조정하며, HSG(100)의 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG(100)의 발전토크를 가변적으로 조정하면서, 동시에 HSG(100)의 냉각수 온도를 실시간으로 체크하여 냉각수 온도가 제한값을 초과할 경우 HSG(100)의 발전토크를 고정값으로 조정하도록 함은 앞서 살핀 바와 같다.

또한, 상기 제어부(600)는 HSG(100)의 발전토크를 가변적으로 조정할 경우에도 엔진(300)은 회전수(rpm)가 일정하게 유지되는 방향으로 제어함으로써, HSG의 발전토크가 증대하더라도 그에 따라 엔진이 회전수를 일정하게 가져가려 함으로써 엔진의 구동토크가 증대되고, 이를 통해 엔진 자체의 운전점도 고효율의 운전점을 유지함으로써 연비상승에 배가효과를 노릴 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드 차량의 발전제어방법 및 시스템에 따르면, 종래기술과 같이 상시 고정 발전토크를 발생하지 않고 HSG의 냉각수 온도를 감지하여 냉각수 온도제한 설정치 이하일 경우 그 냉각수온에 따라 종래기술의 고정 발전토크보다 큰 HSG의 발전 토크를 발생시키도록 하여 엔진 운전점을 고효율 영역으로 이동시킴과 동시에 배터리 충전시간을 단축시켜 연비 향상 효과를 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S100 : 측정단계 S500 : 조정단계
S600 : 고정단계 100 : HSG
300 : 엔진 600 : 제어부

Claims

HSG(Hybrid Starter-Generator)와 엔진을 통하여 배터리를 충전하는 하이브리드 차량의 발전제어방법으로서,
HSG를 냉각시키는 냉각수 온도를 측정하는 측정단계(S100);
상기 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하는 조정단계(S500); 및
상기 냉각수 온도가 제한값 초과일 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 하는 고정단계(S600);를 포함하고,
조정단계(S500)에서는 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정할 경우에도 엔진은 회전수(rpm)가 일정하게 유지되는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 발전제어방법.
청구항 1에 있어서,
배터리의 충전량이 일정값 이하인지 체크하는 체크단계(S200);를 더 포함하고, 상기 측정단계(S100)는 배터리의 충전량이 일정값 이하인 경우 HSG의 냉각수 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 발전제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조정단계(S500)는 냉각수 온도가 낮을수록 HSG의 발전토크가 증가되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 발전제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조정단계(S500)는 HSG의 발전토크를 가변적으로 조정하면서 동시에 HSG의 냉각수 온도를 실시간으로 측정하여 냉각수 온도가 제한값을 초과할 경우 HSG의 발전토크를 고정값으로 조정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 발전제어방법.
엔진의 시동 및 엔진의 구동력을 이용하여 발전하는 HSG(100);
상기 HSG(100)를 냉각하는 냉각수 라인(120) 및 냉각수의 온도를 측정하는 온도센서(140); 및
상기 HSG(100) 냉각수의 온도를 측정하여, 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG(100)의 발전토크를 가변적으로 조정하고, 냉각수 온도가 제한값 초과일 경우 HSG(100)의 발전토크를 고정값으로 하는 제어부(600);를 포함하고,
상기 제어부(600)는 HSG(100)의 발전토크를 가변적으로 조정할 경우에도 엔진(300)은 회전수(rpm)가 일정하게 유지되는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 발전제어시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제어부(600)는 HSG(100)의 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 냉각수 온도가 낮을수록 HSG(100)의 발전토크가 증가되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 발전제어시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제어부(600)는 HSG(100)의 냉각수 온도가 제한값 이하일 경우 HSG(100)의 발전토크를 가변적으로 조정하면서, 동시에 HSG(100)의 냉각수 온도를 실시간으로 체크하여 냉각수 온도가 제한값을 초과할 경우 HSG(100)의 발전토크를 고정값으로 조정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 발전제어시스템.
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