KR102250108B1 - 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템 및 이를 이용한 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법 - Google Patents

마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템 및 이를 이용한 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전압 배터리에 의해 구동되는 저전압 파워넷과 고전압 배터리에 의해 구동되는 고전압 파워넷을 가지되, LDC(Low voltage Dc-dc Converter)를 통해 저전압 파워넷과 고전압 파워넷 사이에 전력 전달이 가능하며, 고전압 릴레이가 고전압 배터리에서 고전압 파워넷으로의 전력 공급을 단속하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 시동키가 온(on)되면 저전압 배터리의 전압을 승압하여 고전압 파워넷의 전압을 상승시키고 고전압 파워넷의 전압이 기 설정된 설정 전압 이상이 되면 고전압 릴레이를 연결(closed)하는 시스템 온(on) 시퀀스, 및 시동키가 오프(off)되면 저전압 파워넷과 고전압 파워넷 사이의 전력 전달을 중단하고 고전압 파워넷의 전류가 기 설정된 설정 전류 이하가 되면 고전압 릴레이를 개방(open)하는 시스템 오프(off) 시퀀스를 포함한다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템 및 이를 이용한 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법{POWER SUPPLY SYSTEM FOR MILD HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND CONTROL METHOD OF ON/OFF SEQUENCE USING THEREOF}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템 및 이를 이용한 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고전압 파워넷 시스템을 안정적으로 온오프(on/off)할 수 있는 전력 공급 시스템 및 이를 이용한 온오프 시퀀스 제어 방법에 관한 것이다.
마일드 하이브리드 차량은 필요 시 모터를 구동하여 엔진의 출력을 보조하는 타입의 하이브리드 차량이다. 마일드 하이브리드 차량은 모터의 토크만으로 차량을 구동시키는 주행 모드는 없지만, 모터를 이용하여 주행 상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있으며, 회생제동을 통해 배터리(예를 들어, 48V 배터리)를 충전할 수 있다. 즉 엔진 토크에 모터 토크를 더해 운전자 요구 토크에 대응함으로써 바른 응답성과 함께 회생제동으로 얻은 전력을 사용하기 때문에 연비도 향상될 수 있다.
한편, 마일드 하이브리드 차량에는 저전압 파워넷과 고전압 파워넷, 2가지의 전력 공급 요소가 존재한다. 고전압 파워넷은 모터를 구동하거나 각종 시스템 구동에 필요한 전력을 공급하고, 저전압 파워넷은 시동 모터에 전력을 공급한다. 이 때, 고전압 파워넷에는 고전압 릴레이가 설치되어 전력 공급을 단속하게 되는데, 이는 시스템 오프(off)나 비상 시에 전기적인 안전성을 확보하기 위함이다. 예를 들어, 고전압 릴레이를 사용함으로써 사고 발생 시에는 고전압에 의한 감전 사고와 화재 등의 피해를 방지할 수 있고, 고전압 배터리의 암전류를 차단할 수 있다.
따라서, 시스템 온(on) 단계에서는 시스템에 전기적 충격이 가해지지 않도록 고전압 릴레이를 연결(closed)하고, 시스템 오프(off) 단계에서는 안정적으로 고전압 릴레이를 개방(open)시키는 전력 공급 시스템 및 시퀀스 제어 방법이 요구된다.
본 발명의 과제는 전기적 충격 없이 안정적으로 시스템을 온오프(on/off)시킬 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템 및 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법은, 시동키가 온(on)되면 상기 저전압 배터리의 전압을 승압하여 상기 고전압 파워넷의 전압을 상승시키고 상기 고전압 파워넷의 전압이 기 설정된 설정 전압 이상이 되면 상기 고전압 릴레이를 연결(closed)하는 시스템 온(on) 시퀀스, 및 시동키가 오프(off)되면 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이의 전력 전달을 중단하고 상기 고전압 파워넷의 전류가 기 설정된 설정 전류 이하가 되면 상기 고전압 릴레이를 개방(open)하는 시스템 오프(off) 시퀀스를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 시스템 온(on) 시퀀스는, 시동키가 온(on)되면 상기 LDC의 동작 상태를 점검하는 점검 단계, 상기 LDC가 정상 상태이면 상기 LDC에서 상기 저전압 배터리의 전압을 승압하여 상기 고전압 파워넷으로 공급함으로써 상기 고전압 파워넷의 전압을 상승시키는 승압 모드 단계, 상기 고전압 파워넷의 전압이 상기 설정 전압 이상이 되면 상기 고전압 릴레이를 연결(closed)하는 연결 단계, 및 상기 LDC를 통한 전압 상승을 중단하고 상기 고전압 배터리의 전압을 강하하여 상기 저전압 파워넷으로 공급하는 감압 모드 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법은, 상기 고전압 릴레이가 연결되면 상기 고전압 배터리를 이용하여 MHSG(Mild Hybrid Starter Generator)를 작동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법은, 상기 승압 모드 단계 이후 기 설정된 설정 시간이 경과하였음에도 불구하고 상기 고전압 파워넷의 전압이 상기 설정 전압보다 더 작은 경우 시스템 고장 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 시스템 오프(off) 시퀀스는, 시동키가 오프(off)되면 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이의 전력 전달을 중단하고 상기 LDC의 자체 진단을 수행하는 종료 단계, 상기 고전압 파워넷의 전류가 상기 설정 전류 이하가 되면 상기 고전압 릴레이를 개방(open)하는 개방 단계, 및 상기 종료 단계가 완료되면 MHSG(Mild Hybrid Starter Generator)의 작동을 중단시키는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 시스템 오프(off) 시퀀스는, 시동키가 오프(off)된 이후 상기 고전압 파워넷의 전류가 상기 설정 전류 이하로 떨어지지 않더라도 기 설정된 설정 시간 경과 후 상기 고전압 릴레이를 개방(open)할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법은, 시동키가 오프(off)된 이후 시스템이 완전히 오프(off)되기 이전에 시동키가 다시 온(on)된 경우 시스템을 다시 온(on)시키는 시스템 재부팅 시퀀스를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 시스템 재부팅 시퀀스는, 상기 고전압 릴레이의 연결 상태를 판단하는 단계, 및 상기 고전압 릴레이가 연결(closed)된 상태이면 상기 고전압 배터리의 전압을 강하하여 상기 저전압 파워넷으로 공급하고 MHSG(Mild Hybrid Starter Generator)를 작동시키고, 상기 고전압 릴레이가 개방(open)된 상태이면 상기 시스템 온(on) 시퀀스를 다시 수행하는 재부팅 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 저전압 배터리는 12V 전압을 공급하고, 상기 고전압 배터리는 48V 전압을 공급할 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템은, 저전압 배터리에 의해 구동되는 저전압 파워넷, 고전압 배터리에 의해 구동되는 고전압 파워넷, 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이에서 전력 전달을 매개하는 LDC(Low voltage Dc-dc Converter), 상기 고전압 배터리에서 상기 고전압 파워넷으로의 전력 공급을 단속하는 고전압 릴레이, 및 상기 저전압 배터리, 상기 고전압 배터리, 상기 LDC 및 상기 고전압 릴레이의 동작을 제어하는 차량 제어기를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차량 제어기는, 시동키가 온(on)되면 상기 LDC에서 상기 저전압 배터리의 전압을 승압하여 상기 고전압 파워넷의 전압을 상승시키고, 상기 고전압 파워넷의 전압이 기 설정된 설정 전압 이상이 되면 상기 고전압 릴레이를 연결(closed)할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차량 제어기는, 상기 고전압 릴레이가 연결된 이후에는 상기 LDC에서 상기 고전압 배터리의 전압을 강하하여 상기 저전압 배터리로 공급할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차량 제어기는, 시동키가 오프(off)되면 상기 LDC의 동작을 중단시키고, 상기 고전압 파워넷의 전류가 기 설정된 설정 전류 이하가 되면 상기 고전압 릴레이를 개방(open)할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프(on/off) 시퀀스 제어 방법은, 저전압 배터리를 이용하여 고전압 파워넷의 전압을 충분히 상승시킨 이후에 고전압 릴레이를 연결(closed)하고, 고전압 파워넷의 전류가 충분히 감소한 이후에 고전압 릴레이를 개방(open)함으로써, 시스템 온오프(on/off) 시에 전력 공급 시스템에 가해지는 전기적 충격을 최소화할 수 있다. 또한, 시스템 종료 도중 시동키가 다시 온(on)되면, 고전압 릴레이 연결 여부에 따라 최적의 제어를 수행함으로써 안정적이고 빠르게 시스템을 재부팅 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 전력 공급 시스템을 이용하여 시스템을 온(on)하는 시퀀스 제어 방법의 단계들을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2의 단계들에 따른 시스템의 동작 상태를 나타내는 그래프들이다.
도 4는 도 1의 전력 공급 시스템을 이용하여 시스템을 오프(off)하는 시퀀스 제어 방법의 단계들을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 단계들에 따른 시스템의 동작 상태를 나타내는 그래프들이다.
도 6은 시스템 오프(off) 시퀀스 진행 도중 시동키가 on 된 경우 시퀀스 제어 방법의 단계들을 나타내는 순서도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1에서 실선은 제어 신호의 흐름을 나타내고, 점선은 전력의 흐름을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 마일드 하이브리드 차량은 엔진(10) 및 MHSG(20, Mild Hybrid Starter Generator)에서 발생하는 동력에 의해 구동될 수 있다.
엔진(10)은 시동 모터(11)에 의해 시동되며, 시동 이후에는 연료를 연소하여 구동될 수 있다. 시동 모터(11)는 저전압 배터리(30)에 의해 구동될 수 있는데, 상기 저전압 배터리(30)는 예를 들면, 12V 배터리일 수 있다.
MHSG(20)는 고전압 배터리(40)에 의해 구동되며, 엔진(10)을 보조하여 동력을 발생시킬 수 있다. 고전압 배터리(40)의 동작은 배터리 관리부(41)에 의해 제어되며, 고전압 배터리(40)의 전력은 인버터(21)를 통해 MHSG(20)로 공급될 수 있다. 또한, 회생제동 시에는 MHSG(20)에서 생성된 전력이 인버터(21)를 통해 고전압 배터리(40)로 공급될 수 있다.
MHSG(20)의 동작 상태는 OFF 모드, 중립 모드, 작동 모드 등으로 표현될 수 있다. 상기 OFF 모드는 MHSG(20)에 전력 공급이 중단된 상태를 의미할 수 있다. 상기 작동 모드는 차량 운행 중인 상태로서, MHSG(20)가 동력을 생산하거나 또는 회생제동으로 발전을 수행하는 동작 상태를 의미할 수 있다. 또한, 상기 중립 모드는 상기 OFF 모드에서 상기 작동 모드로, 또는 그 역으로 천이하는 중간 단계를 의미할 수 있다
한편, 엔진(10)과 MHSG(20)는 벨트 등으로 동력 축이 서로 연결되어 있기 때문에, 엔진(10)의 출력 토크를 이용하여 MHSG(20)를 구동시킬 수 있다. 이 경우, MHSG(20)는 고전압 배터리(35)를 충전시키는 발전기로서 기능할 수 있다. 이와 같이, 엔진(10)의 출력 토크를 이용하여 고전압 배터리(35)를 충전시키는 것을 회생제동이라 지칭할 수 있다. 이 경우, 고전압 배터리(40)는 충전될 수 있다. MHSG(20)와 인버터(21)의 동작은 MCU(80, Motor Control Unit)에 의해 제어될 수 있다.
배터리 관리부(41)는 고전압 배터리(40)의 충전 상태를 관리할 수 있다. 즉, 배터리 관리부(41)는 고전압 배터리(40)의 충전 상태(SOC, State of Charge)를 파악할 수 있고, 고전압 배터리(40)가 과충전 또는 과방전되지 않도록 충전과 방전을 선택적으로 관리할 수 있다. 상기 배터리 관리부(41)는 예를 들면, BMS(Battery Management System)일 수 있다.
고전압 배터리(40)는 LDC(50, Low voltage Dc-dc Converter)를 통해 저전압 배터리(30)로 전력을 전달함으로써 저전압 배터리(30)를 충전할 수 있다. 상기 고전압 배터리(40)는 예를 들면, 48V 배터리일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템은 저전압 배터리(30)를 중심으로 하는 저전압 파워넷, 고전압 배터리(40)를 중심으로 하는 고전압 파워넷, 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이에서 전력을 전달하는 LDC(50), 및 이들의 동작을 제어하는 차량 제어기(70)를 포함할 수 있다.
상기 저전압 파워넷은 저전압 배터리(30), 전기 저항(31) 등 저전압(예를 들면 12V)에 의해 구동되는 시스템을 의미할 수 있다. 또한, 상기 고전압 파워넷은 고전압 배터리(40), MHSG(20), 인버터(21), 고전압 릴레이(43), 배터리 관리부(41) 등 고전압(예를 들면 48V)에 의해 구동되는 시스템을 의미할 수 있다. 이 때, 고전압 배터리(40)에서 상기 고전압 파워넷으로의 전력 공급은 고전압 릴레이(43)에 의해 단속될 수 있다. 즉, 고전압 릴레이(43)가 연결(closed)되면 고전압 배터리(40)의 전력이 상기 고전압 파워넷으로 공급될 수 있고, 고전압 릴레이(43)가 개방(open)되면 상기 고전압 파워넷으로 공급되는 고전압 배터리(40)의 전력이 차단될 수 있다.
LDC(50)는 상기 고전압 파워넷과 상기 저전압 파워넷 사이의 전력 전달을 매개할 수 있다. 예를 들어, LDC(50)는 승압 모드와 감압 모드를 가질 수 있다. 상기 승압 모드에서, LDC(50)는 상기 저전압 파워넷의 저전압을 승압하여 상기 고전압 파워넷으로 전달할 수 있다. 상기 감압 모드 에서는, LDC(50)는 상기 고전압 파워넷의 고전압을 감압하여 상기 저전압 파워넷으로 전달할 수 있다.
한편, LDC(50)의 동작 상태는 OFF 모드, 테스트 모드, 승압 모드, 감압 모드, 종료 모드 등을 포함할 수 있다. 상기 OFF 모드는 LDC(50)에 전력이 공급되지 않는 동작 상태를 의미할 수 있다. 상기 테스트 모드는 LDC(50)에 전력을 공급하기 이전에 행해지며, LDC(50)의 상태가 정상인지 여부를 검사하는 단계를 의미할 수 있다. 상기 승압 모드는 상기 저전압 파워넷의 저전압을 승압하여 상기 고전압 파워넷으로 전달하는 동작 상태를 의미할 수 있다. 상기 감압 모드는 상기 고전압 파워넷의 고전압을 감압하여 상기 저전압 파워넷으로 전달하는 동작 상태를 의미할 수 있다. 또한, 상기 종료 모드는 상기 감압 모드에서 상기 OFF 모드로 천이하는 중간 단계로서, 자체 진단이나 에러 등을 저장하는 동작들을 수행할 수 있다. 또한 상기 종료 모드에서는 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이의 전력 전달이 중단될 수 있다.
엔진(10)과 MHSG(20)에서 발생한 구동력은 변속기(60)를 거쳐 바퀴(90)로 전달될 수 있다. 이 때, 엔진(10)과 변속기(60) 사이에는 변속기 클러치(61)가 구비되며, 변속기 클러치(61)는 엔진(10)에서 변속기(60)로의 동력 전달을 단속할 수 있다. 즉, 변속기 클러치(61)가 체결되면 엔진(10)의 동력이 변속기(60)를 통해 바퀴(90)로 전달될 수 있고, 변속기 클러치(61)가 해제되면 바퀴(90)로의 동력 전달이 차단될 수 있다.
차량 제어기(70)는 차량의 동작을 제어하는 최상위 제어기로서 엔진(10)과 MHSG(20)의 출력 토크를 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 차랑 제어기(70)는 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다.
차량 제어기(70)는 운전자의 요구 토크와 차량 상태에 따라 엔진(10)과 MHSG(20)를 선택적으로 구동시킬 수 있다. 구체적으로, 차량 제어기(70)는 운전 영역, 운전자의 요구 토크, 배터리의 충전 상태 등에 따라 기 설정된 맵 데이터를 기준으로, 엔진(10)과 MHSG(20)의 토크 분담 비율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 운전자의 요구 토크가 낮을 때는 엔진(10)만을 이용하여 출력을 생산하고, 운전자의 요구 토크가 증가함에 따라 MHSG(20)를 함께 구동하여 출력을 생산할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템은 저전압이 필요한 일단의 구성 요소들과 고전압이 필요한 일단의 구성 요소들에 필요 전력을 공급할 수 있다. 또한 상기 고전압 파워넷은 고전압 릴레이(43)에 의해 전력 공급이 단속될 수 있다. 즉, 차량을 운행 중일 때에는 고전압 릴레이(43)가 연결(closed)되어 고전압 배터리(40)의 전력이 상기 고전압 파워넷으로 공급되고, 시동이 꺼진 이후에는 고전압 릴레이(43)가 개방(open)되어 상기 고전압 파워넷으로의 전력 공급을 차단할 수 있다. 따라서, 시동키가 온(on)되면 고전압 릴레이(43)를 안정적으로 연결(closed)하기 위한 일단의 시퀀스가 요구되고, 마찬가지로 시동키가 오프(off)된 이후 고전압 릴레이(43)를 안정적으로 개방(open)하기 위한 일단의 시퀀스가 요구되는 것이다.
이에 따라, 본 발명에 따른 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법은 시스템이 안정적으로 온오프(on/off)될 수 있도록 시퀀스를 제어할 수 있다. 구체적으로, 시스템 온(on) 시에는, 고전압 릴레이(43)를 연결(closed)하기 이전에 저전압 파워넷을 이용하여 고전압 파워넷의 전압을 상승시키고, 상기 고전압 파워넷의 전압이 안정적으로 상승하면 비로소 고전압 릴레이(43)를 연결(closed)시킬 수 있다. 이와 다르게 시스템 오프(off) 시에는, 고전압 파워넷의 전류가 안정적으로 강하되면 비로소 고전압 릴레이(43)를 개방(open)시킬 수 있다. 이하에서는 상기와 시퀀스 제어 방법에 대하여 각각의 경우를 나누어 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 시스템 온(on) 시퀀스에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 시스템 온(on) 시퀀스 제어 방법의 단계들을 나타내는 순서도이고, 도 3은 도 2의 단계들에 따른 시스템의 동작 상태를 나타내는 그래프들이다.
제1 시점(t1)에 시동키가 온(on) 상태가 되면(S100), 고전압 릴레이(43)가 개방(open) 상태인지 여부를 확인한다(S110). 고전압 릴레이(43)가 이미 연결(closed)되어 있으면 고전압 릴레이(43)를 연결(closed)하기 위한 일련의 과정들이 불필요하기 때문이다.
고전압 릴레이(43)가 개방(open)되어 있는 상태이면, 먼저 LDC(50)의 상태 검사를 수행한다(S120). 시동키가 온(on)될 때부터 LDC(50)의 상태 검사가 시작되기까지는 아주 짧은 시간으로 족하기 때문에, LDC(50)의 상태 검사는 시동키 온(on)과 동시에 시작되는 것으로 볼 수 있다.
구체적으로, 차량 제어기(70)에서 LDC(50)로 테스트 신호를 송신하고, LDC(50)가 상기 테스트 신호에 응답하여 특정한 모드, 예를 들면 테스트 모드로 진입하면 LDC(50)가 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다(S130). 이것이 도 3의 제1 시점(t1)과 제2 시점(t2) 사이에서 이루어지고 있다. 이와 다르게, 차량 제어기(70)가 테스트 신호를 송신하였음에도 불구하고 LDC(50)가 테스트 모드로 진입하지 못하는 경우에는, LDC(50)가 고장 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 시스템 고장으로 진단(S190)하고, 고장 모드로 진입할 수 있다(S191). 상기 고장 모드는 고장과 같은 비상 상황에서 차량을 제한적으로 작동시키기 위한 모드일 수 있다.
LDC(50)가 정상 상태이면 MHSG(20)를 중립 모드로 진입시킨다(S140). 이것이 도 3의 제3 시점(t3)에 도시되어 있다. 즉, 상기 S140 단계는 MHSG(20)를 본격적으로 작동시키기에 앞서서 진행되는 단계로서, MHSG(20)의 동작 상태를 점검하는 단계일 수 있다.
이후 LDC(50)를 승압 모드로 진입시켜 고전압 파워넷의 전압을 상승시킨다(S150). 이것이 도 3의 제4 시점(t4)에서 제5 시점(t5) 사이에 도시되어 있다.
시스템 오프(off) 상태에서는 고전압 릴레이(43)가 개방(open)되어 있다. 따라서, 고전압 배터리(40)의 전력이 상기 고전압 파워넷으로 전달될 수 없고, 상기 고전압 파워넷에는 전압이 형성되지 않는다. 따라서, 저전압 배터리(30)의 전압을 LDC(50)에서 승압한 이후 상기 고전압 파워넷으로 전달함으로써, 상기 고전압 파워넷의 전압을 상승시킬 수 있다.
상기 고전압 파워넷의 전압이 기 설정된 설정 전압 이상으로 상승하면(S160), 전력 공급 시스템이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다(S170).
예를 들면, 도 3(d) 및 도 3(e)에 도시된 바와 같이, LDC(50)가 승압 모드를 수행함에 따라 제5 시점(t5)에서 고전압 파워넷의 전압이 상기 설정 전압(VH)까지 상승하면 전력 공급 시스템이 정상 상태인 것으로 진단할 수 있다. 이때, 상기 설정 전압(VH)은 예를 들면, 48V일 수 있다.
전력 공급 시스템이 정상이면, 고전압 릴레이(43)를 연결(closed)하고(S171), MHSG(20)는 작동 모드로 진입시키고(S172), LDC(50)는 감압 모드로 진입시킬 수 있다(S173). 이와 같이, 상기 고전압 파워넷을 상기 설정 전압(VH)까지 충분히 상승시킨 이후에 고전압 릴레이(43)를 연결(closed)하기 때문에 고전압 인가에 따른 충격을 방지할 수 있다.
한편, LDC(50)를 승압 모드에서 기 설정된 제1 설정 시간 이상으로 충분히 구동하였음에도 불구하고 상기 고전압 파워넷의 전압이 상기 설정 전압 이상으로 상승하지 않으면(S180), 시스템이 고장 상태인 것으로 진단할 수 있다(S190). 이 경우에는 고장 신호를 출력하고 고장 모드로 진입하여(S191) 전력 공급 시스템에 추가 피해가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로 시스템 오프(off) 시퀀스에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 시스템 오프(off) 시퀀스 제어 방법의 단계들을 나타내는 순서도이고, 도 5는 도 4의 단계들에 따른 시스템의 동작 상태를 나타내는 그래프들이다.
전력 공급 시스템 동작 도중 시동키가 오프(off) 상태로 전환되면(S200), LDC(50)는 종료 모드로 진입하고(S210), MHSG(20)는 중립 모드로 천이한다(S220). 이 때, LDC(50)의 종료 모드 진입과 MHSG(20)의 중립 모드 진입은 시동키가 오프(off)된 이후 진행되는 것이지만, 그 시간 간격이 아주 짧기 때문에 동시에 진행되는 것으로 해석할 수 있으며, 이것이 도 5의 제8 시점(t8)에 이루어지고 있다.
이후 상기 고전압 파워넷의 전류가 기 설정된 설정 전류 이하로 떨어지면(S230) 고전압 릴레이(43)를 개방(open)하기 위한 안전 조건이 만족된 것으로 판단한다. 즉, 상기 고전압 파워넷의 전류가 상기 설정 전류 이하가 되면, 고전압 릴레이(43)를 개방(open)하더라도 전력 공급 시스템을 충격 없이 종료시킬 수 있는 것이다.
이에 따라, 제9 시점(t9)에 고전압 릴레이(43)를 개방(open)한다(S240). 이어서 LDC(50)의 종료 모드가 완료되면(S250) MHSG(20)도 OFF 모드로 진입시키고(S260) 시스템을 종료한다. 이 때, LDC(50)의 종료 모드가 완료된다는 것은 자체 진단이나 에러 저장 등 종료 이전에 수행되어야 하는 일련의 행위들이 완료되는 것을 의미할 수 있다.
한편, 시스템 오프(off) 시에는 상기 고전압 파워넷의 전류가 상기 설정 전류 이하로 떨어지지 않더라도, 기 설정된 제2 설정 시간이 경과한 이후에는(S235)는 고전압 릴레이(43)를 개방(open)하고(S240) 시스템을 종료(S250, S260)시킬 수 있다. 시동키 오프(off) 이후에 이미 충분한 시간이 경과하였기 때문에, 전력 공급 시스템에 충격이 없거나 아주 작다고 볼 수 있기 때문이다.
마지막으로 시스템 오프(off) 시퀀스 진행 도중에 시동키가 다시 온(on)된 경우에 대하여 설명한다. 이를 시스템 재부팅 시퀀스라 지칭하기로 한다. 도 6은 시스템 오프(off) 시퀀스 진행 도중 시동키가 on 된 경우 시퀀스 제어 방법의 단계들을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 시동키 오프(off)에 따라(S300) 도 4의 시스템 오프(off) 시퀀스를 순차적으로 진행한다. 구체적으로 LDC(50)는 종료 모드로 진입하여 자체 진단과 에러 저장을 수행하고(S310), MHSG(20)는 중립 모드로 진입(S320)하는 등 시스템 오프(off) 시퀀스를 진행한다(S340).
이와 같이 시스템 오프(off) 시퀀스 진행 도중에 시동키가 다시 온(on) 되면(S330), 고전압 릴레이(43)의 상태에 따라 이후 대처를 달리할 수 있다(S350).
고전압 릴레이(43)가 아직 연결(closed)된 상태이면, LDC(50)는 다시 감압 모드로 재진입하고(S370) MHSG(20)도 작동 모드로 재진입한다(S380). 이에 따라, 신속하게 차량 동작 준비를 완료할 수 있다.
이와 다르게, 고전압 릴레이(43)가 이미 개방(open)된 이후라면, 도 2의 시스템 온(on) 시퀀스를 순차적으로 진행한다(S360). 이에 따라, 전력 공급 시스템에 전기적 충격 없이 차량을 동작 가능한 상태로 준비시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템 온오프(on/off) 시퀀스 제어 방법은, 저전압 배터리를 이용하여 고전압 파워넷의 전압을 충분히 상승시킨 이후에 고전압 릴레이를 연결(closed)하고, 고전압 파워넷의 전류가 충분히 감소한 이후에 고전압 릴레이를 개방(open)함으로써, 시스템 온오프(on/off) 시에 전력 공급 시스템에 가해지는 전기적 충격을 최소화할 수 있다. 또한, 시스템 종료 도중 시동키가 다시 온(on)되면, 고전압 릴레이 연결 여부에 따라 최적의 제어를 수행함으로써 안정적이고 빠르게 시스템을 재부팅 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 엔진 20: MHSG
30: 저전압 배터리 40: 고전압 배터리
43: 고전압 릴레이 50: LDC
60: 변속기 70: 차량 제어기
80: MCU 90: 바퀴

Claims (12)

  1. 저전압 배터리에 의해 구동되는 저전압 파워넷과 고전압 배터리에 의해 구동되는 고전압 파워넷을 가지되, LDC(Low voltage Dc-dc Converter)를 통해 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이에 전력 전달이 가능하며, 고전압 릴레이가 상기 고전압 배터리에서 상기 고전압 파워넷으로의 전력 공급을 단속하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법에 있어서,
    시동키가 온(on)되면 상기 저전압 배터리의 전압을 승압하여 상기 고전압 파워넷의 전압을 상승시키고, 상기 고전압 파워넷의 전압이 기 설정된 설정 전압 이상이 되면 상기 고전압 릴레이를 연결(closed)하는 시스템 온(on) 시퀀스; 및
    시동키가 오프(off)되면 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이의 전력 전달을 중단하고, 상기 고전압 파워넷의 전류가 기 설정된 설정 전류 이하가 되면 상기 고전압 릴레이를 개방(open)하는 시스템 오프(off) 시퀀스를 포함하되,
    상기 시스템 오프(off) 시퀀스는,
    시동키가 오프(off)되면 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이의 전력 전달을 중단하고 상기 LDC의 자체 진단을 수행하는 종료 단계;
    상기 고전압 파워넷의 전류가 상기 설정 전류 이하가 되면 상기 고전압 릴레이를 개방(open)하는 개방 단계; 및
    상기 종료 단계가 완료되면 MHSG(Mild Hybrid Starter Generator)의 작동을 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시스템 온(on) 시퀀스는,
    시동키가 온(on)되면 상기 LDC의 동작 상태를 점검하는 점검 단계;
    상기 LDC가 정상 상태이면, 상기 LDC에서 상기 저전압 배터리의 전압을 승압하여 상기 고전압 파워넷으로 공급함으로써 상기 고전압 파워넷의 전압을 상승시키는 승압 모드 단계;
    상기 고전압 파워넷의 전압이 상기 설정 전압 이상이 되면 상기 고전압 릴레이를 연결(closed)하는 연결 단계; 및
    상기 LDC를 통한 전압 상승을 중단하고, 상기 고전압 배터리의 전압을 강하하여 상기 저전압 파워넷으로 공급하는 감압 모드 단계를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고전압 릴레이가 연결되면 상기 고전압 배터리를 이용하여 MHSG(Mild Hybrid Starter Generator)를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 승압 모드 단계 이후 기 설정된 설정 시간이 경과하였음에도 불구하고 상기 고전압 파워넷의 전압이 상기 설정 전압보다 더 작은 경우 시스템 고장 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 시스템 오프(off) 시퀀스는, 시동키가 오프(off)된 이후 상기 고전압 파워넷의 전류가 상기 설정 전류 이하로 떨어지지 않더라도 기 설정된 설정 시간 경과 후 상기 고전압 릴레이를 개방(open)하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서, 시동키가 오프(off)된 이후 시스템이 완전히 오프(off)되기 이전에 시동키가 다시 온(on)된 경우 시스템을 다시 온(on)시키는 시스템 재부팅 시퀀스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 시스템 재부팅 시퀀스는,
    상기 고전압 릴레이의 연결 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 고전압 릴레이가 연결(closed)된 상태이면 상기 고전압 배터리의 전압을 강하하여 상기 저전압 파워넷으로 공급하고 MHSG(Mild Hybrid Starter Generator)를 작동시키고, 상기 고전압 릴레이가 개방(open)된 상태이면 상기 시스템 온(on) 시퀀스를 다시 수행하는 재부팅 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시스템 온오프 시퀀스 제어 방법.
  9. 저전압 배터리에 의해 구동되는 저전압 파워넷;
    고전압 배터리에 의해 구동되는 고전압 파워넷;
    상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이에서 전력 전달을 매개하는 LDC(Low voltage Dc-dc Converter);
    상기 고전압 배터리에서 상기 고전압 파워넷으로의 전력 공급을 단속하는 고전압 릴레이; 및
    상기 저전압 배터리, 상기 고전압 배터리, 상기 LDC 및 상기 고전압 릴레이의 동작을 제어하는 차량 제어기를 포함하고,
    상기 차량 제어기는,
    시동키가 오프(off)되면 상기 LDC의 동작을 중단시키고, 상기 고전압 파워넷의 전류가 기 설정된 설정 전류 이하가 되면 상기 고전압 릴레이를 개방(open)하는 시스템 오프(off) 시퀀스를 포함하되,
    상기 시스템 오프(off) 시퀀스는,
    시동키가 오프(off)되면 상기 저전압 파워넷과 상기 고전압 파워넷 사이의 전력 전달을 중단하고 상기 LDC의 자체 진단을 수행하는 종료 단계;
    상기 고전압 파워넷의 전류가 상기 설정 전류 이하가 되면 상기 고전압 릴레이를 개방(open)하는 개방 단계; 및
    상기 종료 단계가 완료되면 MHSG(Mild Hybrid Starter Generator)의 작동을 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 차량 제어기는,
    시동키가 온(on)되면 상기 LDC에서 상기 저전압 배터리의 전압을 승압하여 상기 고전압 파워넷의 전압을 상승시키고, 상기 고전압 파워넷의 전압이 기 설정된 설정 전압 이상이 되면 상기 고전압 릴레이를 연결(closed)하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 차량 제어기는,
    상기 고전압 릴레이가 연결된 이후에는 상기 LDC에서 상기 고전압 배터리의 전압을 강하하여 상기 저전압 배터리로 공급하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 전력 공급 시스템.
  12. 삭제
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