KR101646409B1

KR101646409B1 - 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101646409B1
Application number: KR1020140178109A
Authority: KR
Inventors: 이명준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2016-08-05
Also published as: KR20160070980A

Abstract

본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 엔진이 구동되지 않는 타행(coasting)과 같은 제동 조건에서도 엔진의 구동 없이 BSG(belt driven integrated starter generator)를 구동하여 배터리 충전을 할 수 있도록 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 차량 제동시 엔진과 연결된 BSG를 기계식으로 구동하여 에너지를 회생하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어를 위하여, 엔진과 변속기 사이에 연결을 단속하는 엔진클러치; 상기 변속기와 BSG 사이에 연결을 단속하는 BSG클러치; 상기 엔진클러치와 BSG클러치의 접속 및 접속해제를 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 제동시 회생 제동 모드인지 타행 모드인지 구분하여 엔진클러치 및 BSG클러치의 접합 및 접합해제를 제어하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템을 제공한다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템 및 방법 {System and method for controlling energy regeneration of mild hybrid vehicle}

본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BSG(belt driven integrated starter generator)가 장착된 마일드 하이브리드 차량에서 BSG의 회생 에너지를 극대화하여 연비를 개선하기 위한 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

마일드 하이브리드 차량은 풀타입 하이브리드 차량과 달리 엔진과 연결되어 알터네이터 기능을 구현가능한 모터를 통해 에너지 회생과 토크 어시스트 기능을 하여 차량의 연비를 개선한 차량을 말한다. 이 때문에 마일드 하이브리드 차량은 연비개선 정도가 풀타입 하이브리드 차량보다 떨어지지만 차량 내부에 큰 구조 변화없이 적용할 수 있어 양산체제를 갖추기가 쉽다는 장점이 있다.

도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 마일드 하이브리드 차량은 엔진(10)과 변속기(16)가 클러치(18)를 통해 연결 및 연결해제되고, 상기 엔진(10)에는 벨트(12)를 통해 BSG(belt driven integrated starter generator)(14)가 연결되어 있다.

이러한 종래의 마일드 하이브리드 차량은 회생 제동시에는 엔진(10)과 변속기(16)가 클러치(18)를 통해 연결되어 BSG(14)를 구동하여 회생 에너지를 발전/생성하게 되는데, 타행(Coasting)시에는 엔진(10)을 오프하고 엔진(10)과 변속기(16)를 분리하여 타력 주행거리를 증가하고자 하므로 BSG(14)가 비구동되어 회생 에너지 생성 및 배터리 충전이 불가하게 된다.

좀더 설명하면, 종래의 마일드 하이브리드 차량은 회생 제동시에는 연료 컷(fuel cut)되나 변속기 측에 연결된 엔진이 구동되어 마찰 저항이 발생하며, 또한 BSG의 충전 작동에 따라 저항이 발생하여 차량 주행거리가 감소하게 된다. 그리고 타행시에는 엔진 오프로 인해 주행을 방해하는 마찰은 극히 줄어들게 되나, 엔진이 작동하지 않기 때문에 BSG를 구동해주는 벨트에 의한 구동력이 없어서 배터리 충전이 불가하게 된다.

이와 같이 기존의 BSG는 벨트 구동 방식이기 때문에 엔진의 구동에 종속되어 발전하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 엔진이 구동되지 않는 타행(coasting)과 같은 제동 조건에서도 엔진의 구동 없이 BSG(belt driven integrated starter generator)를 구동하여 배터리 충전을 할 수 있도록 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 차량 제동시 엔진과 연결된 BSG를 기계식으로 구동하여 에너지를 회생하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어를 위하여, 엔진과 변속기 사이에 연결을 단속하는 엔진클러치; 상기 변속기와 BSG 사이에 연결을 단속하는 BSG클러치; 상기 엔진클러치와 BSG클러치의 접속 및 접속해제를 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 제동시 회생 제동 모드인지 타행 모드인지 구분하여 엔진클러치 및 BSG클러치의 접합 및 접합해제를 제어하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어부는 엔진 속도, 차량 속도, 엑셀 개도, 브레이크 조건을 기준으로 차량의 감속시 회생 제동 모드와 타행 모드 중에 주행 모드를 판단하며, 판단 결과 타행 모드로 판단시 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하여 배터리 충전이 필요한 것으로 판단되면 BSG클러치를 접합시켜 BSG와 변속기를 연결되게 하여 타행을 하면서 BSG의 구동에 의한 에너지 회생이 가능하게 한다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어부는 타행 모드로 판단시 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하여, 배터리 충전이 불필요한 것으로 판단되면 BSG클러치를 접합해제하고 주행하게 한다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어부는 회생 제동 모드로 판단시 엔진클러치를 접합시켜 엔진과 변속기를 연결되게 하고, BSG클러치를 접합해제시켜 BSG와 변속기를 연결해제되게 한다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어부는 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하기 위하여, 배터리 SOC를 사전 설정된 기준값과 비교하고, 비교 결과 배터리 SOC가 기준값 이하이면 배터리 충전이 필요한 것으로 판단하고 배터리 SOC가 기준값 이상이면 양호하여 배터리 충전이 불필요한 것으로 판단한다.

또한 본 발명에서는, 차량 제동시 엔진과 연결된 BSG를 기계식으로 구동하여 에너지를 회생하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어를 위하여, 차량의 감속시 회생 제동 모드인지 또는 타행 모드인지 판단하는 과정; 타행 모드인 경우 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하는 과정; 타행 모드시 배터리 충전이 필요하면 BSG와 변속기 사이에 위치한 BSG클러치를 접합시켜 타행을 하면서 BSG의 구동에 의한 회생 에너지 생성을 가능하게 하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템 및 방법에 의하면, 엔진과 변속기 및 변속기와 BSG 간에 클러치를 적용하여 운전자의 요구 감속도 및 배터리 충전상태에 따라 BSG와 변속기 간에 클러치의 접합 및 접합해제를 제어하여 차량의 주행거리를 최대 증대하는 모드로 운전하거나 또는 배터리 충전과 주행거리 증대를 동시에 수행하는 모드로 구분하여 운전함으로써 연비 개선이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 운전자의 요구 감속도가 크거나 배터리 충전이 급한 경우, 기존의 마일드 하이브리드 차량과 같이 확보가능한 주행거리는 짧으나 배터리 충전 효율을 높이는 제어를 통해 회생 제동 에너지를 극대화함으로써 연비를 개선할 수 있다.

도 1은 종래 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시 작동을 설명하기 위한 도면
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 과정을 설명하기 위한 도면

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

도 1을 보면, 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템은 차량 제동시 엔진(10)과 벨트(12)로 연결된 BSG(belt driven integrated starter generator)(14)를 기계식으로 구동하여 에너지를 회생하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어를 위하여, 엔진과 변속기(16) 사이에 연결을 단속하는 엔진클러치(18)와 상기 변속기(16)와 BSG(14) 사이에 연결을 단속하는 BSG클러치(20) 및 상기 엔진클러치(18)와 BSG클러치(20)의 접속 및 접속해제를 제어하는 제어부(22)를 포함하여 구성된다.

상기 엔진(10)에는 차량 제동시 엔진(10)과 벨트(12) 등의 수단을 통해 기계식으로 BSG(14)를 구동하여 에너지를 회생할 수 있는 고전압 배터리 시스템이 갖추어져 있다.

상기 엔진클러치(18)는 엔진(10)과 변속기(16) 사이에 위치하여 엔진(10)의 동력을 연결 및 차단할 수 있는 것으로, 여기서는 제동시 차륜 측에서 변속기(16)를 통해 BSG(14)로 공급되는 동력을 연결 및 차단하게 된다.

상기 BSG클러치(20)는 BSG(14)와 변속기(16) 사이에 위치하여 제동시 차륜 측에서 변속기(16)를 통해 BSG(14)로 공급되는 동력을 연결 및 차단하는 역할을 한다.

상기 제어부(22)는 차량 제동시 회생 제동 모드인지 타행 모드인지 구분하여 엔진클러치(18) 및 BSG클러치(20)의 접합 및 접합해제를 제어하는 역할을 한다.

여기서, 도 2 내지 5를 참조하여 차량 제동시 주행 모드에 따른 에너지 회생 제어를 설명하도록 한다.

먼저, 제어부(22)는 엔진 및 차량 조건, 엑셀 및 제동 조건 등을 기준으로 제동시 주행 모드를 판단한다. 구체적으로 제어부(22)는 엔진 속도, 차량 속도, 엑셀 개도, 브레이크 등의 조건을 기준으로 차량의 감속시 회생 제동 모드와 타행 모드 중에 주행 모드를 판단한다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 판단 결과 회생 제동 모드시, 제어부(22)는 오프 또는 연료 컷 상태가 된 엔진(10)과 변속기(16) 사이의 엔진클러치(18)를 오프(접합)시켜 엔진(10)과 변속기(16)를 연결되게 하고, 변속기(16)와 BSG(14) 사이에 BSG클러치(20)를 온(접합해제)시켜 BSG(14)와 변속기(16)를 연결해제되게 한다.

그럼, 차륜 측에서 변속기(16)를 통해 전달되는 동력이 엔진클러치(18)를 통해 BSG(14)에 공급되고, 그 결과 BSG(14)의 구동에 의해 회생 에너지 생성 및 배터리 충전이 가능하게 된다.

엔진클러치(18)를 접합시킨 경우, 제어부(22)는 배터리 충전이 불필요한 것으로 판단되면 일반 제동 모드로 차량을 운전한다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 판단 결과 타행 모드시, 제어부(22)는 오프 또는 연료 컷 상태가 된 엔진(10)과 변속기(16) 사이의 엔진클러치(18)를 접합해제시켜 엔진(10)과 변속기(16)를 연결해제되게 하고, 변속기(16)와 BSG(14) 사이에 BSG클러치(20)를 접합시켜 변속기(16)와 BSG(14)를 연결되게 한다.

이때 제어부(22)는 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하여, 타행시 배터리 충전이 필요한 것으로 판단되면 BSG클러치(20)를 접합시키고, 타행시 배터리 충전이 불필요한 것으로 판단되면 BSG클러치(20)를 접합해제시킨다.

여기서 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하기 위하여, 제어부(22)는 배터리 SOC(충전상태)를 사전 설정된 기준값과 비교하고, 비교 결과 배터리 SOC가 기준값 이하이면 배터리 충전이 필요한 것으로 판단하고 배터리 SOC가 기준값 이상이면 양호하여 배터리 충전이 불필요한 것으로 판단한다.

BSG클러치(20)를 접합시킨 경우, 차륜 측에서 변속기(16)를 통해 전달되는 동력이 BSG클러치(20)를 통해 BSG(14)에 공급되고, 그 결과 타행 모드로 주행하는 동시에 BSG(14)의 구동에 의해 회생 에너지 생성 및 배터리 충전이 가능하게 된다.

이 경우 엔진(10)이 오프 상태이지만 BSG(14)가 BSG클러치(20)를 통해 변속기(16) 측으로 공급되는 동력을 전달받아 구동됨으로써 배터리 충전이 가능하게 되며, 또한 엔진(10)의 마찰력 영향을 받지 않게 되어 타행에 의한 주행거리 연장이 가능하게 된다.

그리고, BSG클러치(20)를 비접합시킨 경우, 차량은 단순 타행 모드로 운행되어 배터리 충전 없이 연비 위주의 운전을 하여 주행거리를 최대로 연장하게 된다.

또한, 앞서 BSG클러치(20)를 접합시킨 경우에도 배터리 충전이 완료되면 차량은 운행 전환되어 연비 위주의 운전을 하게 된다.

한편, 도 4를 참조하면, 배터리 차징(CHARGING) 요구를 판단시, 제어부(22)는 엔진(10) 온(ON) 및 변속기(16) 중립 조건에서도 벨트 구동에 의해 BSG(14)를 구동시켜 배터리 충전이 가능하다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 엔진
12 : 벨트
14 : BSG
16 : 변속기
18 : 엔진클러치
20 : BSG클러치
22 : 제어부

Claims

차량 제동시 엔진과 연결된 BSG를 기계식으로 구동하여 에너지를 회생하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어를 위하여,
엔진과 변속기 사이에 연결을 단속하는 엔진클러치;
상기 변속기와 BSG 사이에 연결을 단속하는 BSG클러치;
상기 엔진클러치와 BSG클러치의 접속 및 접속해제를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는 제동시 회생 제동 모드인지 타행 모드인지 구분하여 엔진클러치 및 BSG클러치의 접합 및 접합해제를 제어하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 엔진 속도, 차량 속도, 엑셀 개도, 브레이크 조건을 기준으로 차량의 감속시 회생 제동 모드와 타행 모드 중에 주행 모드를 판단하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 타행 모드로 판단시 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하여, 배터리 충전이 필요한 것으로 판단되면 BSG클러치를 접합시켜 BSG와 변속기를 연결되게 하여 타행을 하면서 BSG의 구동에 의한 에너지 회생이 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 타행 모드로 판단시 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하여, 배터리 충전이 필요한 것으로 판단되면 BSG클러치를 접합시켜 BSG와 변속기를 연결되게 하고, 엔진클러치를 접합해제시켜 엔진과 변속기를 연결해제되게 하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 타행 모드로 판단시 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하여, 배터리 충전이 불필요한 것으로 판단되면 BSG클러치를 접합해제하고 주행하게 하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 회생 제동 모드로 판단시 엔진클러치를 접합시켜 엔진과 변속기를 연결되게 하고, BSG클러치를 접합해제시켜 BSG와 변속기를 연결해제되게 하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하기 위하여, 배터리 SOC를 사전 설정된 기준값과 비교하고, 비교 결과 배터리 SOC가 기준값 이하이면 배터리 충전이 필요한 것으로 판단하고 배터리 SOC가 기준값 이상이면 양호하여 배터리 충전이 불필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 시스템.
차량 제동시 엔진과 연결된 BSG를 기계식으로 구동하여 에너지를 회생하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어를 위하여,
차량의 감속시 회생 제동 모드인지 또는 타행 모드인지 판단하는 과정;
타행 모드인 경우 배터리 충전이 필요한지 여부를 판단하는 과정;
타행 모드시 배터리 충전이 필요하면 BSG와 변속기 사이에 위치한 BSG클러치를 접합시켜 타행을 하면서 BSG의 구동에 의한 회생 에너지 생성을 가능하게 하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 에너지 회생 제어 방법.