KR101634930B1 - 마일드 하이브리드 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치는 엔진과 연결된 모터 발전기를 포함하는 마일드 하이브리드 장치에 있어서, 모터 발전기에서 회생제동된 전기에너지를 충전하는 고전압 배터리, 고전압 배터리와 모터 발전기 상호간의 전압을 변환하는 인버터, 고전압 배터리에 충전된 전압를 전장 부하에 출력하는 컨버터, 컨버터 및 인버터를 제어하는 전자제어유닛를 포함하고, 컨버터의 용량은 전자 부하의 부하량보다 크게 설계된다.

Description

마일드 하이브리드 장치 및 제어 방법{MILD HYBRID APPARATUS AND CONTROLLING METHOD}
본 발명은 마일드 하이브리드 장치에 관한 것으로써 구체적으로는 종래의 저전압 배터리를 제거하고, 컨버터로 전장 부하에 전압을 공급하는 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
날로 치솟는 유가와 환경에 대한 사회적 관심의 증가는 자동차 업계로 하여금 차량의 연비 향상과 친환경 차량의 개발을 서두르게 하고 있고, 이를 만족시키기 위해 마일드 하이브리드 기술이 개발되고 상품화된 자동차들이 출시되고 있다.
하이브리드 기술의 궁극적인 목적은 고연비의 자동차를 개발하는 것이다.
따라서, 종래에는 엔진과 연결되어 모터와 발전기의 기능을 모두 가지는 모터 발전기가 채용되고 이러한 모터 발전기에 의해 발생된 전력을 충전하거나 또는 모터 발전기를 구동시키기 위하여 일반전으로 48V의 전압을 갖는 고전압 배터리가 채용되게 된다.
또한, 차량의 전장 부하에 전압을 공급해주기 위하여 12V인 저전력 배터리와 DC-DC 컨버터가 채용되게 된다.
하지만, 현재 출시되고 있는 마일드 하이브리드 차량들은 디젤차량에 비해서 월등히 연비가 좋지 못하다. 그 이유는 기존 차량의 12V 전장 부하와 12V 배터리를 그래도 사용하여 하이브리드 시스템을 구성하기 대문에 하이브리드 시스템 전체 무게와 부피가 증가하여 연비향상에 어려움이 있다.
하기 선행문헌은 마일드 하이브리드 차량 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 엔진 크랭크샤프트 풀리, 발전 전동기 제1밸트, 쿨링팬, 클러치, 배터리에 관한 기술적 특징이 개시되어 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 포함하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 10-2010-0017027
본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치 및 방법은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 마일드 하이브리드 장치의 부피 및 무게 감소하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
둘째, 제어방식이 단순하고 신뢰성이 향상된 마일드 하이브리드 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정하지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치는 엔진과 연결된 모터 발전기를 포함하는 마일드 하이브리드 장치에 있어서, 모터 발전기에서 회생제동된 전기에너지를 충전하는 고전압 배터리, 고전압 배터리와 모터 발전기 상호간의 전압을 변환하는 인버터, 고전압 배터리에 충전된 전압를 전장 부하에 출력하는 컨버터, 컨버터 및 인버터를 제어하는 전자제어유닛를 포함하고, 컨버터의 용량은 전자 부하의 부하량보다 크게 설계된다.
전자제어유닛은 엔진 구동 전에 컨버터에 전원을 공급한다.
전자제어유닛은 컨버터에서 출력되는 전압과 미리 설정된 기준전압의 차이가 미리 설정된 전압값 이하로 측정될 경우 컨버터 전장 부하로 전압을 출력하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치 제어 방법은 엔진, 엔진과 연결된 모터 발전기 및 모터 발전기에서 회생제동된 전기에너지를 충전하는 고전압 배터리, 고전압 배터리와 모터 발전기) 상호간의 전압을 변환하는 인버터를 포함하는 마일드 하이브리드 장치의 제어 방법에 있어서, 자제어유닛이 고전압 배터리에 충전된 전압을 전장 부하에 공급하는 컨버터에 전원을 공급하는 단계, 컨버터가 전장 부하에 전압을 출력하는 단계, 전자제어유닛이 인버터에 전원을 공급하여 엔진을 구동시키는 단계를 포함하고, 컨버터의 용량은 전장 부하의 부하량보다 크게 설계된다.
컨버터에 전원을 공급하는 단계와 컨버터가 전장 부하에 전압을 공급하는 단계(S200) 사이에는 컨버터에서 출력되는 전압과 전자제어유닛에 미리 설정된 기준전압의 차이가 미리 설정된 전압값 이하 인지 판단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치 및 제어 방법은 종래의 저전압 배터리를 제거함으로써, 부피 및 무게 감소로 인한 고연비를 실현할 수 있다.
또한, 커버터는 전압제어만으로 동작하기 때문에 제어방식이 단순해져 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 제어 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 제어 방법의 미리 설정된 전압값 이하 인지 판단하는 단계를 추가한 플로우 차트이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠다. 첨부한 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사항이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치는 고전압 배터리(500), 인버터(300), 컨버터(400), 엔진(100), 모터 발전기(200), 전자제어유닛(700)을 포함한다.
모터 발전기(200)는 엔진(100)과 밸트(800)로 연동되는 구성으로써, 엔진(100)의 시동을 위한 스타트 모터와 교류전압을 발전할 수 있는 발전기로서의 동작이 모두 가능한 구성이다. 구체적으로, 스타트 모터로서 기능할 경우, 인버터(300)를 통해서 구동 전원을 공급받아 엔진 동력의 보조 역할을 하고, 발전기로서 기능할 경우, 차량 제동시 발생되는 전기 에너지를 고전압 배터리(500)에 공급한다.
인버터(300)는 모터-발전기(200)에 출입되는 전기에너지를 제어하기 위한 구성으로써, 고전압 배터리(500)에서 공급되는 전기에너지를 변환하여 모터 발전기(200)에 공급하거나, 또는 모터 발전기(200)에서 발전된 전기에너지를 변환하여 고전압 배터리(500)에 공급하는 역할을 수행한다.
즉, 인버터는 고전압 배터리(500)와 상기 모터 발전기(200) 상호간의 전압을 변환한다.
컨버터(400)는 고전압 배터리(500)에 충전된 전압을 강하하여 전장부하(600)에 출력한다.
고전압 배터리(500)는 복수의 슈퍼커패시터가 구성된 슈퍼커페시터 모듈로 이루어진 것이 일반적이며, 차량 감속시 모터 발전기(200)에서 회생제동된 전기에너지를 축전하고, 차량 가속시 모터 발전기(200)에 전기 에너지를 공급하여 엔진 토크를 보조하는 역할을 수행한다.
따라서, 고전압 배터리(500)는 모터 발전기(200)에서 회생제동된 전기에너지를 충전한다.
전자제어유닛(700) 차량에 장착된 각종 센서를 통해 검출된 정보들에 기초하여 마일드 하이브리드 장치의 각 구성을 제어하는 역할을 수행한다.
따라서, 전자제어유닛(700)은 컨버터(400) 및 인버터(300)를 제어한다.
이처럼 종래의 저전압 배터리를 제거함으로써, 부피 및 무게 감소로 인한 고연비를 실현할 수 있다.
또한, 컨버터(400)의 용량은 상기 전자 부하(600)의 부하량보다 크게 설계된다. 즉, 저전압 배터리 없이 컨버터가 직접 부하를 감당하기 위해서는 컨버터용량이 차량의 전장 부하량 보다 크게 설계하면 가능하다.
또한, 저전압 배터리가 있는 종래 하이브리드 시스템의 컨버터는 배터리를 충전하기 위한 충전기 역할을 수행하여야하므로 복잡한 알고리즘들이 필요했다.
본 발명의 커버터는 전압제어만 하기 때문에 제어방식이 단순해져 신뢰성이 향상될 수 있고, 안정된 시스템으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치의 전자제어유닛(700)은 엔진 구동 전에 컨버터(400)에 전원을 공급한다.
운전자가 차량 엔진을 시동 걸기 전에 자동차키를 시동부분에 삽입하고 반만 돌렸을 경우 챠랑에 전원이 공급된다.
위와 같은 경우에서 운전자가 시동 걸기 전에 전장 부하를 사용할 경우 가장 먼저 컨버터만 동작시키면, 종래의 저전압 배터리가 있는 시스템과 동일한 기능을 수행할 수 있으므로 엔진 구동 전에 컨버터에 전원을 먼저 공급한다.
또한, 전자제어유닛(700)은 컨버터(400)에서 출력되는 전압과 미리 설정된 기준전압의 차이가 미리 설정된 전압값 이하로 측정될 경우 컨버터(400)가 상기 전장 부하(600)로 전압을 출력하도록 할 수 있다.
따라서, 전장 부하에 전압을 공급하기 위해서는 컨버터가 전압을 기준전압치까지 전압 강하를 할 수 있다.
기준전압치는 12V로 형성되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 마일드 하이브리드 장치 제어 방법에 대하여 설명하도록 하며, 본 발명의 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치에서의 설명과 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치 제어 방법은 컨버터(400)에 전원을 공급하는 단계(S100), 전장 부하(600)에 전압을 출력하는 단계(S200), 엔진(100)을 구동시키는 단계(S300)를 포함한다.
컨버터(400)에 전원을 공급하는 단계(S100)는 전자제어유닛(700)이 고전압 배터리(500)에 충전된 전압을 전장 부하(600)에 공급하는 컨버터(400)에 전원을 공급하는 단계이다.
전장 부하(600)에 전압을 출력하는 단계(S200)는 컨버터(400)가 전장 부하(600)에 전압을 출력하는 단계이다.
엔진(100)을 구동시키는 단계(S300)는 자제어유닛(700)이 인버터(300)에 전원을 공급하여 엔진(100)을 구동시키는 단계이다.
또한, 컨버터(400)의 용량은 상기 전장 부하(600)의 부하량보다 크게 설계되다.
이처럼 종래의 저전압 배터리를 제거함으로써, 부피 및 무게 감소로 인한 고연비를 실현할 수 있다.
또한, 저전압 배터리가 있는 종래 하이브리드 시스템의 컨버터는 배터리를 충전하기 위한 충전기 역할을 수행하여야하므로 복잡한 알고리즘들이 필요했다.
본 발명의 커버터는 전압제어만 하기 때문에 제어방식이 단순해져 신뢰성이 향상될 수 있고, 안정된 시스템으로 구성될 수 있다.
따라서, 운전자가 시동 걸기 전에 전장 부하를 사용할 경우 가장 먼저 컨버터만 동작시키면, 종래의 저전압 배터리가 있는 시스템과 동일한 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 장치 제어 방법의 컨버터(400)에 전원을 공급하는 단계(S100)와 컨버터(400)가 전장 부하(600)에 전압을 공급하는 단계(S200) 사이에는 컨버터(400)에서 출력되는 전압과 전자제어유닛(700)에 미리 설정된 기준전압의 차이가 미리 설정된 전압값 이하 인지 판단하는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 전장 부하에 전압을 공급하기 위해서는 컨버터가 전압을 기준전압치까지 전압 강하를 할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 엔진 200 : 모터 발전기
300 : 인버터 400 : 컨버터
500 : 고전압 배터리 600 : 전장 부하
700 : 전자제어유닛 800 : 밸트

Claims (5)

  1. 엔진(100)과 연결된 모터 발전기(200)를 포함하는 마일드 하이브리드 장치에 있어서,
    상기 모터 발전기(200)에서 회생제동된 전기에너지를 충전하는 고전압 배터리(500);
    상기 고전압 배터리(500)와 상기 모터 발전기(200) 상호간의 전압을 변환하는 인버터(300);
    상기 고전압 배터리에 충전된 전압를 전장부하(600)에 출력하는 컨버터(400);
    상기 컨버터(400) 및 인버터(300)를 제어하는 전자제어유닛(700);
    를 포함하고,
    상기 컨버터(400)의 용량은 상기 전장 부하(600)의 부하량보다 크게 설계된 마일드 하이브리드 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전자제어유닛(700)은
    상기 엔진 구동 전에 상기 컨버터(400)에 전원을 공급하는 마일드 하이브리드 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전자제어유닛(700)은
    상기 컨버터(400)에서 출력되는 전압과 미리 설정된 기준전압의 차이가 미리 설정된 전압값 이하로 측정될 경우 상기 컨버터(400)가 상기 전장 부하(600)로 상기 전압을 출력하도록 하는 마일드 하이브리드 장치.
  4. 엔진(100), 상기 엔진(100)과 연결된 모터 발전기(200) 및 상기 모터 발전기(200)에서 회생제동된 전기에너지를 충전하는 고전압 배터리(500), 상기 고전압 배터리(500)와 상기 모터 발전기(200) 상호간의 전압을 변환하는 인버터(300)를 포함하는 마일드 하이브리드 장치의 제어 방법에 있어서,
    전자제어유닛(700)이 상기 고전압 배터리(500)에 충전된 전압을 전장 부하(600)에 공급하는 컨버터(400)에 전원을 공급하는 단계(S100);
    상기 컨버터(400)가 전장 부하(600)에 전압을 출력하는 단계(S200);
    상기 전자제어유닛(700)이 인버터(300)에 전원을 공급하여 엔진(100)을 구동시키는 단계(S300);
    를 포함하고,
    상기 컨버터(400)의 용량은 상기 전장 부하(600)의 부하량보다 크게 설계되는 마일드 하이브리드 장치 제어 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 컨버터(400)에 전원을 공급하는 단계(S100)와 상기 컨버터(400)가 전장 부하(600)에 전압을 공급하는 단계(S200) 사이에는
    상기 컨버터(400)에서 출력되는 전압과 상기 전자제어유닛(700)에 미리 설정된 기준전압의 차이가 미리 설정된 전압값 이하 인지 판단하는 단계(S150)를 더 포함하는 마일드 하이브리드 장치 제어 방법.
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