KR101724721B1 - 차량의 발전제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 발전제어 시스템에 관한 것으로서, 엔진 ECU의 하드웨어 튜닝 및 로직 변경 없이 발전제어 및 ISG 금지 조건을 용이하게 추가할 수 있고, 엔진 ECU와 무관하게 발전제어 및 ISG 금지 조건의 확장이 가능하도록 하여 개발 및 양산 단계에서 비용 및 원가 절감을 달성할 수 있는 동시에 개발자의 공수 및 개발 부담 감소 등이 가능해지는 차량의 발전제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 차량 내 장치의 상태 정보를 입력받기 위한 단자와, 배터리 상태 정보를 입력받기 위한 단자를 갖는 제어기를 추가로 구비하여, 상기 제어기가 차량 내 장치 및 배터리 상태 정보에 기초하여 설정된 발전제어 금지 조건에 해당하는지를 판정하고 판정 결과에 따른 신호를 엔진 ECU에 출력하도록 설정되며, 상기 엔진 ECU가 제어기의 신호 입력을 위한 단자를 갖는 동시에 상기 제어기의 신호에 따라 발전제어 금지를 선택 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 발전제어 시스템이 개시된다.

Description

차량의 발전제어 시스템{System for controlling electricity-generation of vehicle}

본 발명은 발전제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에서 엔진 동력을 소모하는 알터네이터의 출력을 다양한 조건에 따라 제어하여 연비 향상을 도모하는 차량의 발전제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 고유가를 극복하기 위한 방법으로 다양한 연비 향상 기술이 적용되어 있으며, 발전제어 시스템도 연비 향상을 위한 하나의 기술에 포함된다.

차량의 발전제어 시스템은 엔진의 회전력으로 발전을 수행하는 알터네이터의 출력을 배터리 등 상태에 따라 적절히 제어하여 발전 효율을 높이고, 이를 통해 차량 연비를 향상시키게 된다.

차량의 발전제어에 대해 좀더 설명하면, 통상의 발전제어 시스템에서는 배터리의 전극에 장착된 다양한 센서(배터리 센서)로부터 배터리의 전류 및 전압, 온도 등 정보를 엔진 ECU가 읽어들여 이를 기반으로 가속 조건, 감속 조건, 정속 및 아이들 조건 등 차량의 운전조건에 따라 목표 발전 전압을 결정하고, 알터네이터의 구동 정도를 조절하여 발전량을 제어한다.

또한 발전제어 시스템은 감속 중 발생하는 회생에너지를 배터리에 충전하여 저장하고, 가속이나 정속 및 아이들시에 배터리에 충전된 에너지를 사용하여 엔진 동력을 소모하는 알터네이터의 발전량을 줄임으로써 연료 소모가 최소화되도록 한다.

또한 통상적으로 차량에서는 배터리의 충전상태가 양호한 경우에도 배터리가 방전되는 것을 막기 위해 알터네이터가 차량에서 소모되는 전류량 외에 필요 없는 수 암페어의 과잉 전류를 배터리에 공급하고 있는데, 이때 발전제어 시스템은 이러한 과잉 전류를 제로(Zero)에 가깝게 제어하여 불필요한 알터네이터의 발전량을 줄여 준다.

이외에도 차량에서는 다양한 목적을 추구하기 위해 발전제어 시스템이 적용되고 있다.

한편, 연비 향상을 목적으로 알터네이터의 출력 전류를 제한하는 발전제어 시스템이 실제 발전제어를 수행하게 되면, 알터네이터에 직결된 배터리의 전압은 주행상태에 따라 약 1.5V 정도 변동되는 것으로 알려져 있다.

특히, 헤드램프나 와이퍼, 공조장치의 블로워 등이 작동하는 상태에서 발전제어로 인한 배터리의 전압 변동이 발생할 경우 헤드램프의 밝기, 와이퍼의 속도, 블로워의 풍량 등이 사용자가 인지할 수 있는 수준으로 변동하게 된다.

따라서, 통상의 발전제어 시스템에서는 차량 내 장치 및 전기기기 등의 작동상태에 따라 알터네이터에 대한 발전제어를 금지하여 알터네이터의 출력을 정전압 제어하고 있는데, 이때 담당 제어기가 각 전기기기로부터의 신호를 입력받아 이를 기초로 소정의 조건에 해당함을 판정하여 발전제어를 금지하게 된다.

종래에는 개발 비용 및 변경 비용이 막대한 엔진 ECU가 발전제어를 위한 신호의 수집 및 처리를 담당하였으며, 따라서 엔진 ECU에 차량 내 각 장치로부터 발전제어 금지를 판정하기 위한 신호(장치의 사용 및 작동 여부, 작동모드 등의 작동상태에 관한 정보)의 입력이 필요하였다.

그러나, 엔진 ECU의 경우 통상 긴 개발시간을 필요로 하는 부품이면서 한번 개발되고 나면 필요시마다 부분적인 튜닝을 통해 장기간 사용해야 하는 부품이지만, 실제로 엔진 ECU에 추가적인 신호의 입력을 위해 CAN 통신 입력을 추가하거나 핀을 추가하는 간단한 튜닝시에도 막대한 비용이 필요하고, 아예 튜닝 자체가 불가할 수도 있다.

이는 개발 및 양산 단계에서 많은 제약으로 작용하며, 무엇보다 엔진 ECU에 입력되어야 할 신호의 추가(발전제어 금지를 위한 차량 내 장치, 제어기, 전기기기 등의 신호 추가) 등 간단한 변경임에도 큰 비용을 필요로 하고 있으므로 개발비 및 원가 상승의 요인이 되고 있다.

또한 각 자동차 생산 회사에서 ECU 제작 업체에 튜닝을 요구하더라도 ECU 제작 업체가 막대한 비용을 요구하거나 튜닝에 많은 시간을 요구하고 있는 실정이고, 개발 단계에서 시험 및 적용을 위해 매번 엔진 ECU의 튜닝을 요구하여 실제 실행되는 데까지는 비용 및 시간 등에 많은 제약이 있는 것이 사실이다.

이러한 종래의 문제점을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 발전제어 시스템을 나타내는 구성도로서, 기본적으로 엔진 ECU(30)는 배터리에 설치된 센서(LIN 통신 신호 전송)(7)나 배터리 제어기(BMS: Battery Management System)로부터 전압, 전류, 온도 등의 배터리 상태 정보를 입력받아 알터네이터(40)의 출력을 제어하는데 사용하게 된다.

또한 일례로서, 시트벨트(1) 착용 여부, 차량 도어(2) 및 후드(3) 개폐상태 등 정보를 각 스위치로부터 BCM(Body Control Module)(10)이 수집하고, 이를 CAN 통신을 통해 클러스터 제어기(20)가 입력받게 된다.

또한 클러스터 제어기(20)는 헤드램프(4)의 작동 여부, 시트벨트(2) 착용 여부, 도어(3) 및 후드(4) 개폐상태 등 정보를 CAN 통신을 통해 엔진 ECU(30)에 전송하고, 이와 별도로 엔진 ECU(30)가 공조 블로워(5)의 작동모드나 와이퍼(6)의 작동 여부 등 정보를 핀이나 CAN 통신 단자를 통해 입력받게 된다.

이와 같이 엔진 ECU(30)는 차량 내 장치의 작동상태 정보를 다양하게 수집하는 동시에 이를 기초로 발전제어 금지 조건을 판정하고, 소정의 발전제어 금지 조건을 만족하면 알터네이터(40)에 대한 발전제어를 중단하게 된다.

그러나, 도 1에 예시된 차량 내 장치 외에 발전제어 금지가 필요한 새로운 장치가 추가될 경우 그 추가된 장치로부터 작동상태와 관련된 신호를 입력받도록 엔진 ECU(30)에 추가적인 신호입력부(핀 또는 CAN 통신 단자)가 필요하다.

이러한 신호입력부를 새로이 추가하기 위해서는 엔진 ECU를 튜닝해야 하므로 막대한 비용 및 시간이 필요하고, 이는 결국 개발 비용 및 원가 상승을 초래할 뿐만 아니라 개발자의 개발 부담을 증가시키는 요인이 된다.

개발 단계에서 나타난 종래의 문제점을 예로 들면, 엔진 ECU가 블로워의 작동모드를 핀으로 입력받아 발전제어 금지 여부를 판정하는데 사용하였으나, 와이퍼 작동 신호를 추가로 입력받아 와이퍼 작동시 발전제어를 금지하도록 변경하는 사례에서 엔진 ECU에 핀을 추가하는데 어려움이 있었다.

또한 전체 시스템에서 엔진 ECU가 일반 케이블 및 핀 입력 대신 CAN 통신으로 신호를 입력받도록 통일하고자 하였으나, 개조차(F/L: Facelift 모델 차량)나 소형 차량 등 과거의 엔진 ECU(CAN을 사용하지 않음)를 사용하는 차량에서는 CAN 통신 자체가 불가하여 CAN 통신 통일에 제약이 있었다.

또한 상술한 발전제어 외에도 소정의 조건에서 엔진을 끄고 재시동하는 아이들 스탑(ISG) 기능을 갖는 차량에서는 엔진 ECU가 차량 내 장치의 작동상태에 따라 ISG(엔진 정지 및 재시동) 기능을 금지하는 제어 로직을 수행하고 있는바, ISG 기능을 금지하는 차량 내 장치의 추가시(예, 열선 작동 추가) 엔진 ECU에 신호입력부(핀 또는 CAN 통신 단자)를 추가하는데 큰 어려움이 있었고, 구형 ECU에서는 대응 자체가 불가하였다.

이와 같이 종래의 경우 발전제어 및 ISG 시스템 적용에 따른 신호 전송 방식 및 수신 방식, 처리 방식이 차종별로 상이하여 개발 단계에서의 공수 및 비용 낭비가 심하였고, 차종별로 대응할 경우 엔진 ECU의 개발비 손실이 막대하였으며, 금지를 위한 신호 추가시 반영에 많은 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 엔진 ECU의 하드웨어 튜닝 및 로직 변경 없이 발전제어 및 ISG 금지 조건을 용이하게 추가할 수 있고, 엔진 ECU와 무관하게 발전제어 및 ISG 금지 조건의 확장이 가능하도록 하여 개발 및 양산 단계에서 비용 및 원가 절감을 달성할 수 있는 동시에 개발자의 공수 및 개발 부담 감소 등이 가능해지는 차량의 발전제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량 내 장치의 상태 정보를 입력받기 위한 단자와, 배터리 상태 정보를 입력받기 위한 단자를 갖는 제어기를 추가로 구비하여, 상기 제어기가 차량 내 장치 및 배터리 상태 정보에 기초하여 설정된 발전제어 금지 조건에 해당하는지를 판정하고 판정 결과에 따른 신호를 엔진 ECU에 출력하도록 설정되며, 상기 엔진 ECU가 제어기의 신호 입력을 위한 단자를 갖는 동시에 상기 제어기의 신호에 따라 발전제어 금지를 선택 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 발전제어 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 제어기는 차량 내 장치 및 배터리 상태 정보에 기초하여 ISG 금지 조건에 해당하는지를 판정하고 판정 결과에 따른 신호를 엔진 ECU에 출력하도록 설정되며, 상기 엔진 ECU가 제어기의 신호에 따라 ISG 금지를 선택 수행하도록 구성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 발전제어 시스템에서는 신호입력단자를 통해 입력되는 신호에 기초하여 발전제어 및 ISG 기능의 금지 조건을 판정하고 그에 따른 기능 온/오프 신호를 출력하는 전용의 제어기가 추가됨으로써, 제어 로직의 간단한 수정만으로 금지 조건을 용이하게 추가할 수 있고, 확장성을 용이하게 확보할 수 있게 된다.

또한 상기 제어기는 간단한 제어 로직을 수행하는 전용의 부품으로 탑재되므로 엔진 ECU의 튜닝 및 변경에 비해 소요 비용과 시간을 줄일 수 있는 이점을 제공한다.

또한 엔진 ECU의 제작 업체에 하드웨어 변경 요구, 로직 변경 요구 등이 불필요해지므로 비용 및 시간, 개발자의 개발 부담이 줄어들고, 추가되는 제어기가 장치의 상태 정보 및 배터리 상태 정보 등 모든 신호를 담당하므로 엔진 ECU와 상관없이 전 차종에서 활용될 수 있는바, 통일된 신호 적용으로 전 차종 반영 및 부품 공용화, 차종 대응이 용이해진다.

도 1은 종래의 발전제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발전제어 금지 판정 및 온/오프 신호 출력 과정을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전제어 시스템을 나타내는 구성도이다.

본 발명은 차량의 발전제어 시스템에 관한 것으로서, 도시된 바와 같이 차량 내 장치(4,5,6,10)로부터 신호를 입력받아 이를 기초로 발전제어(알터네이터 출력 제어) 및 ISG(엔진 정지 및 재시동) 금지 조건에 해당하는지를 판정한 뒤 판정 결과에 따른 신호, 즉 발전제어 및 ISG 기능 금지를 온(금지)/오프(금지 해제)하기 위한 신호를 엔진 ECU(30)에 인가하는 별도의 제어수단(21)을 구비한 점에 주된 특징이 있다.

상기 제어수단(20)은 차량 내 장치(4,5,6,10)로부터의 신호 입력이 가능하도록 연결되는 복수개의 신호입력단자를 가지면서 차량 내에서 엔진 ECU(30)와는 별도로 구비되는 추가적인 제어기가 될 수 있다.

도 1의 실시예를 참조하면, 발전제어 및 ISG 기능 금지를 판정하고 판정 결과에 따른 신호를 출력하는 전용의 추가적인 제어기(20)가 구비됨을 볼 수 있는데, 이 제어기(20)는 BCM(10)으로부터 시트벨트(1)의 착용 여부, 도어(2) 및 후드(3)의 개폐상태에 대한 정보를 입력받도록 연결됨과 더불어, 헤드램프(4), 공조장치의 블로워(5), 와이퍼(6) 등의 작동상태 신호를 입력받도록 연결된다.

또한 상기 제어기(21)는 배터리 상태 정보를 입력받기 위해 배터리 센서(7)나 배터리 제어기(BMS)와 통신 가능하게 연결되고(예로서, LIN 통신 연결), 엔진 ECU(30)와도 신호 출력이 가능하도록 연결된다.

상기 제어기(21)는 추가적인 장치 연결 및 확장성을 고려하여 핀 단자 및 CAN 통신 단자 등 다양한 종류의 신호입력단자를 각각 복수개로 구비하는 것이 바람직하다.

또한 배터리 센서(7)나 배터리 제어기와의 통신 수행을 위한 단자와, 엔진 ECU(30)에 신호 출력을 위한 신호출력단자를 구비한다.

결국, 복수개의 신호입력단자, 및 이에 연결된 일반 케이블이나 CAN 통신 케이블을 통해 상기 제어기(21)가 각 장치의 상태 신호를 입력도록 연결되는 것이며, 특히 각 장치의 사용 여부, 작동 여부 및 작동모드 등 상태 정보 신호를 입력받는 동시에 배터리 센서(7)나 배터리 제어기로부터 배터리 상태 정보를 입력받아, 그로부터 발전제어 및 ISG 금지 조건에 해당하는지를 판정하게 된다.

이와 같이 상기 제어기(21)는 다양한 종류 및 복수개의 단자를 구비하므로 발전제어 및 ISG 기능 금지에 관계된 차량 내 기존 장치 및 새로운 추가 장치들을 어떠한 제약 없이 다양하게 연결하는 것이 가능하며, 특히 장치를 원하는 만큼 쉽게 추가(금지 조건을 추가)할 수 있는 확장성을 갖게 된다.

또한 상기 제어기(21)는 장치 상태 정보 및 배터리 상태 정보에 기초하여 발전제어 및 ISG 금지 조건에 해당하는지를 판정하고 그 판정 결과에 따라 기능 금지를 온(금지)/오프(금지 해제)하기 위한 신호를 신호출력단자 및 CAN 통신 케이블을 통해 엔진 ECU(30)로 전달하게 된다.

이로써 상기 제어기(21)로부터 인가되는 온/오프 신호에 따라 엔진 ECU(30)가 발전제어 및 ISG 기능을 차속, 토크 등에 기초하여 수행하거나, 이러한 기능이 수행되지 않도록 금지하게 된다.

이와 같이 상기 제어기(21)는 신호입력단자를 통해 입력되는 신호에 기초하여 발전제어 및 ISG 기능의 금지 조건을 판정하고 그에 따른 기능 온/오프 신호를 출력하는 전용의 제어기로서, 금지 조건 판정 및 온/오프 신호 출력을 위한 간단한 제어 로직을 저장하여 수행하는바, 저렴한 비용으로 구비하는 것이 가능하다.

또한 상기 제어기(21)는 복수의 신호입력단자를 구비하는 동시에 코딩 입력을 통해 제어 로직을 쉽고 간편하게 추가 및 변경할 수 있으므로 발전제어 및 ISG 금지를 실행할 장치의 추가(금지 조건의 추가)가 용이하고, 충분한 확장성을 보장하게 된다.

또한 간단한 제어 로직을 수행하는 전용의 부품으로 탑재되므로 개발 단계에서 종래의 엔진 ECU(30)에 비해 하드웨어 튜닝 및 로직 변경에 소요되는 비용과 시간을 줄일 수 있는 이점을 제공한다.

즉, 새로운 장치(금지 조건)를 추가할 경우 장치 연결 및 간단한 로직 변경만으로 추가된 조건에 맞추어 발전제어 및 ISG 기능을 금지하는 것이 가능해지며, 이때 엔진 ECU(30)는 튜닝 및 변경이 불필요하므로 비용과 시간을 크게 절감할 수 있다.

무엇보다 튜닝에 큰 비용 및 시간이 필요한 엔진 ECU(30)가 상기 제어기(21)로부터 발전제어 금지 온/오프 및 ISG 금지 온/오프에 관한 2비트의 신호만을 입력받도록 단자가 설정되고 나면, 장치 및 로직이 추가되더라도 엔진 ECU(30)에서는 튜닝 및 변경이 불필요하고, 이에 비용 및 공수, 시간 낭비가 없어지게 된다.

또한 ECU 제작 업체에 로직 변경 요구, 하드웨어 변경 요구 등이 불필요해지므로 비용 및 시간, 개발자의 개발 부담이 줄어들고, 추가되는 제어기(21)가 장치의 상태 정보 및 배터리 상태 정보 등 모든 신호를 처리 및 담당하므로 엔진 ECU(30)와 상관없이 전 차종에서 활용될 수 있는바, 통일된 신호 적용으로 부품의 공용화 및 차종 대응이 용이해진다.

도 3은 본 발명에 따른 발전제어 시스템에서 금지 조건 판정 및 온/오프 신호 출력의 과정을 나타내는 순서도로서, 차량 내 장치(도 2에서 BCM, 헤드램프, 공조 블로워, 와이퍼, 배터리 센서 등)에서 전송되는 신호로부터 발전제어 및 ISG 금지 조건을 판정하고, 금지 조건을 만족하면 엔진 ECU에 온/오프 신호를 출력하는 과정을 보여주고 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어기는 헤드램프 온(On), 공조 블로워의 최대 회전수 작동(Max. 작동), 와이퍼 작동 온(On), 배터리 충전상태(SOC: State of Charge)가 미리 설정된 기준치1 이하(예, SOC 80% 이하)인 조건 중 어느 하나를 만족하면 발전제어를 금지하기 위한 신호(발전제어 금지 온 신호)를 출력하도록 설정될 수 있다.

또한 공조 블로워의 최대 회전수 작동 또는 열선 작동 온(On) 또는 배터리 충전상태가 미리 설정된 기준치2 이하(기준치2<기준치1)인 조건을 만족하면 발전제어와 ISG를 각각 금지하기 위한 신호를 출력하도록 설정될 수 있다.

또한 시트벨트 미착용 또는 후드 오픈 상태 또는 운전석 도어 오픈 상태일 경우 ISG 기능만을 금지하기 위한 신호를 출력하도록 설정될 수 있다.

이에 엔진 ECU(30)는 온/오프 신호에 따라 발전제어, ISG를 선택적으로 금지시키게 된다.

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 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 시트벨트 2 : 도어
3 : 후드 4 : 헤드램프
5 : 블로워 6 : 와이퍼
7 : 배터리 센서 10 : BCM
20 : 클러스터 제어기 21 : 제어기
30 : 엔진 ECU 40 : 알터네이터

Claims (6)

1. 차량 내 장치의 상태 정보를 입력받기 위한 단자와, 배터리 상태 정보를 입력받기 위한 단자를 갖는 제어기를 추가로 구비하여, 상기 제어기가 차량 내 장치 및 배터리 상태 정보에 기초하여 설정된 발전제어 금지 조건에 해당하는지를 판정하고 판정 결과에 따른 신호를 엔진 ECU에 출력하도록 설정되며,
   상기 엔진 ECU가 제어기의 신호 입력을 위한 단자를 갖는 동시에 상기 제어기의 신호에 따라 발전제어 금지를 선택 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 발전제어 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기는 차량 내 장치와의 연결을 위한 핀 단자와, CAN 통신 연결을 위한 CAN 통신 단자를 복수개 구비하여 장치의 추가 연결이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 발전제어 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기는 헤드램프 온, 공조 블로워의 최대 회전수 작동, 와이퍼 작동 온, 그리고 배터리 충전상태(SOC)가 미리 설정된 기준치1 이하인 조건 중 어느 하나를 만족하면 발전제어를 금지하기 위한 신호를 출력하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전제어 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기는 차량 내 장치 및 배터리 상태 정보에 기초하여 ISG 금지 조건에 해당하는지를 판정하고 판정 결과에 따른 신호를 엔진 ECU에 출력하도록 설정되며, 상기 엔진 ECU가 제어기의 신호에 따라 ISG 금지를 선택 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 발전제어 시스템.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어기는 공조 블로워의 최대 회전수 작동, 열선 작동 온, 배터리 충전상태가 미리 설정된 기준치2 이하인 조건 중 어느 하나를 만족하면 발전제어와 ISG를 금지하기 위한 신호를 출력하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전제어 시스템.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어기는 시트벨트 미착용, 후드 오픈 상태, 운전석 도어 오픈 상태 중 어느 하나를 만족하면 ISG를 금지하기 위한 신호를 출력하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 발전제어 시스템.

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