KR102501738B1 - 48v 마일드 하이브리드 시스템의 ｅｗｐ 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

48v 마일드 하이브리드 시스템의 ｅｗｐ 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량에서 EWP(Electric Water Pump) 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 48V 마일드 하이브리드 시스템에서 EWP 구동을 위한 충분한 배터리 SOC를 확보하여 엔진 잔열로 인한 요소수 인젝터 단품의 소손을 방지할 수 있는 동시에 EWP의 효율적 구동을 도모할 수 있는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 전동식 워터 펌프 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법은, 차량의 시동키가 오프(OFF)되었는지 여부를 판단하는 단계와; 차량의 시동키가 오프된 것으로 확인되면, 차량을 재시동 후 발전이 필요한지 여부를 판단하는 단계와; 차량의 발전이 필요한 것으로 판단되면, 차량을 재시동하고 LDC의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 최대치로 설정하여 배터리를 충전시키는 단계와; 배터리의 SOC가 충분히 확보되었는지 여부를 확인한 후, 배터리 SOC가 충분히 확보되었으면 시동을 오프시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

48V 마일드 하이브리드 시스템의 ＥＷＰ 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법{Power generating system for driving EWP of 48V mild hybrid system, and control method thereof}
본 발명은 하이브리드 차량에서 EWP(Electric Water Pump) 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 48V 마일드 하이브리드 시스템에서 EWP 구동을 위한 충분한 12V 배터리의 SOC를 확보하여 엔진 잔열로 인한 요소수 인젝터 단품의 소손을 방지할 수 있는 동시에 EWP의 효율적 구동을 도모할 수 있는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 전동식 워터 펌프 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린이나 디젤과 같은 화석연료를 사용하는 내연기관은 배기가스에 의한 환경오염을 유발하게 되며, 특히 버스나 트럭과 같이 디젤엔진을 탑재한 차량의 경우에는 배기가스 중에 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter), 및 질소산화물(NOx) 등과 같은 유해물질이 포함될 수 있다.
이에 따라 디젤 엔진을 장착한 차량의 배기 시스템에는 유해물질의 감소를 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate matter Filter), SCR(Selective Catalyst Reduction) 및 LNT(Lean NOx Trap) 등과 같은 배기가스 후처리장치가 구비된다.
그 중에서 SCR(이하, '선택적 촉매 환원시스템'이라 함)을 적용한 배기가스 후처리장치에서는 배기 파이프의 내부로 요소수 인젝터모듈을 통해 요소수와 같은 환원제를 분사하여 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매반응에 의해 질소산화물이 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원 처리된다.
이러한 요소수 인젝터모듈은 일반적으로 배기 파이프에 장착되어 배기가스에 요소수를 분사하게 되는데, 이 경우 요소수 인젝터모듈은 높은 온도의 배기가스에 쉽게 노출되어 배기가스의 고온의 열에 의해 파손이나 고장이 발생할 수 있기 때문에 지속적인 냉각이 필요하다. 이를 위하여 선택적 촉매 환원시스템이 장착된 차량에서는 요소수 인젝터모듈의 냉각을 위한 전동식 워터 펌프(EWP; Electric Water Pump, 이하 'EWP'라 함)가 장착된다.
이와 같은 EWP는 차량 주행일 때에도 구동이 필요하지만 차량의 주행완료 후 시동키가 오프(OFF)된 상태에서도 엔진 잔열에 의해 요소수 인젝터모듈이 과열되는 것을 방지하기 위하여 차량의 시동키 OFF 후에도 최대 30분 정도의 추가 구동이 필요하다.
이와 같이, 종래에는 차량의 주행이 완료된 이후에도 요소수 인젝터모듈의 냉각을 위해 EWP를 일정시간 구동시켜주어야 했었기 때문에 운전자가 시동키를 OFF한 상황에서도 엔진이 ON 되어 일정시간 동안 아이들(Idle) 상태로 유지됨으로써 추가적인 배기가스를 발생시키게 되고 차량의 연비감소를 유발하게 되는 문제가 있었다. 아울러, 하이브리드 차량의 경우 시동키 OFF 이후에 EWP를 구동하기 위해 12V 배터리의 전원을 사용하게 되는데, 이 경우 배터리가 방전되거나 배터리의 SOC(충전량)가 충분치 않아 EWP의 구동이 불가한 상황이 발생하여 요소수 인젝터모듈을 냉각시키지 못하게 되면 엔진 잔열로 인해 요소수 인젝터모듈 단품의 소손을 발생시키게 되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허등록 제10-1988603호(2019.06.05)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 48V 마일드 하이브리드 시스템이 탑재된 차량에서 48V 배터리를 통해 12V 배터리의 충전 전압을 제어하여 시동키 OFF 이후에도 EWP 구동에 필요한 12V 배터리 SOC가 충분히 확보되도록 함으로써, 엔진 잔열로 인한 요소수 인젝터모듈의 소손을 방지할 수 있고, EWP의 효율적 구동을 도모할 수 있는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 전동식 워터 펌프 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법은, (a) 차량의 시동키가 오프(OFF)되었는지 여부를 판단하는 단계와; (b) 차량의 시동키가 오프된 것으로 확인되면, 차량을 재시동 후 발전이 필요한지 여부를 판단하는 단계와; (c) 차량의 발전이 필요한 것으로 판단되면, 차량을 재시동하고 LDC(Low voltage DC-DC Converter)의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 최대치로 설정하여 12V 배터리를 충전시키는 단계와; (d) 12V 배터리의 SOC가 충분히 확보되었는지 여부를 확인한 후, 배터리 SOC가 충분히 확보되었으면 시동을 오프시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (b) 단계에서는, EWP(Electric Water Pump) 구동에 필요한 잔여 시간이 임계값 이상이거나, 12V 배터리의 SOC가 임계값 이하이거나, 48V 배터리의 SOC가 임계값 이하가 되는 조건들 중 어느 하나 이상의 조건이 만족되는 경우에 차량의 재시동 후 발전이 필요한 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 상기 (b) 단계로부터 차량의 재시동 후 발전이 필요한 것으로 판단될 경우에는, 클러스터(Cluster) 상에 이를 알리는 메시지를 출력할 수 있다.
또한, 상기 (d)단계에서는, 현재 12V 배터리의 SOC와 EWP 구동에 필요한 12V 배터리 SOC의 차가 기설정된 최소 배터리 SOC보다 클 경우에 현재 배터리의 SOC가 충분히 확보된 것으로 판단할 수 있다.
아울러, 상기 (a) 단계에서 시동키가 오프되지 않은 것으로 확인될 경우, EWP 구동이 필요한 상황인지 여부를 판단하고, EWP 구동이 필요한 상황이면 EWP 구동에 필요한 목표 12V 배터리 SOC를 산출하는 단계(e)가 추가적으로 수행될 수 있다.
이때, 상기 (e)단계에서의 목표 12V 배터리 SOC 산출은, EWP 구동에 필요한 시간을 산출하고, 산출된 시간에 EWP 소비전력을 곱하여 12V 배터리 SOC로 환산한 후, 설정된 수준의 배터리 SOC를 더하여 산출할 수 있다.
이 경우, 상기 설정된 수준의 배터리 SOC는 50% 수준의 배터리 SOC가 될 수 있다.
한편, 상기 (e) 단계로부터 목표 12V 배터리 SOC가 산출되면, 현재 12V 배터리 SOC와 산출된 목표 12V 배터리 SOC를 비교하고, 현재 배터리 SOC가 목표 배터리 SOC보다 작으면, LDC의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 증대시키는 단계(f)가 추가적으로 수행될 수 있다.
그리고, 상기 (f) 단계에서 LDC의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 증대시킨 이후에는, SSC(Start-Stop Coasting) 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건을 강화시키는 단계(g)가 추가적으로 수행될 수 있다.
이때, 상기 (g)단계에서 SSC 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건을 강화시키는 방법은, 12V 배터리 SOC 조건을 상기 (e)단계에서 산출된 목표 12V 배터리 SOC 조건으로 대체하는 것을 통해 수행될 수 있다.
또한, 상기 (g) 단계로부터 SSC 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건이 강화된 이후에는, 배터리를 통해 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator)의 토크(Torque)를 보조하는 것을 금지시키도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템은, 차량에 장착된 시동감지센서를 통해 검출된 시동키 온/오프(ON/OFF)의 정보가 제어부로 전송되고, 상기 제어부에서는 시동키가 오프된 것으로 확인되면 차량의 재시동 후 발전이 필요한지 여부를 판단하여, 발전이 필요할 경우 차량을 재시동하고 LDC(Low voltage DC-DC Converter)의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 최대치로 설정하여 12V 배터리를 충전시키고, 상기 12V 배터리의 SOC가 충분히 확보된 것으로 판단될 경우 시동을 오프시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 48V 마일드 하이브리드 시스템이 적용된 차량에서 48V 배터리를 통해 12V 배터리의 충전 전압을 제어하여 차량의 시동키 OFF 이후에도 EWP 구동에 필요한 12V 배터리 SOC가 충분히 확보되도록 함으로써, 엔진 잔열로 인한 요소수 인젝터모듈의 소손을 방지할 수 있고, EWP의 효율적 구동을 보장할 수 있다
또한, 아울러, 기존에는 차량의 주행 후 시동키가 OFF된 상태에서 요소수 인젝터모듈의 냉각을 위하여 EWP를 일정시간 동안 구동하는 데에 필요한 전원을 확보하기 위애 엔진이 아이들(Idle) 상태로 유지됨에 따라 추가적인 배기가스가 생성되는 문제와 연비감소가 발생되는 문제가 있었지만, 본 발명의 경우 48V 배터리를 통한 12V 배터리의 충전 전압 제어를 통해 EWP 구동에 필요한 12V 배터리의 SOC를 충분히 확보할 수 있기 때문에 EWP 구동을 위해 엔진을 가동할 필요가 없게 됨으로써 배기가스 배출을 감소시킬 수 있고, 연비 저감을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 차량에 장착되는 선택적 촉매 환원시스템(SCR)의 주변부 구성을 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템을 탑재한 차량의 발전 제어 시스템의 주요부 구성을 보여주는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 방법을 순차적으로 설명하는 플로우 차트.
아래에서는 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 국한되지 않는다. 또한, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미함을 밝혀둔다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템을 탑재한 차량에서 EWP의 구동을 위한 발전 제어 시스템 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 후처리장치인 SCR 시스템의 주변부 구성을 보여주는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템을 탑재한 차량에서 EWP의 구동을 위한 발전 제어 시스템의 주요부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배기가스 후처리장치인 선택적 촉매 환원 시스템(Selective Catalyst Reduction; SCR, 이하 "SCR"이라 한다)이 장착된 차량에서는 배기 파이프(10)의 내부로 요소수 인젝터모듈(20)을 통해 요소수(환원제)를 분사하여 배기가스 중에 포함된 질소산화물(NOx)과 요소수의 촉매반응을 통해 질소산화물을 질소가스(N2) 및 물(H2O)로 환원처리 함으로써 배기가스 중에 포함된 유해물질을 정화 처리한다.
이 경우, 배기 파이프(10)에 장착된 요소수 인젝터모듈(20)은 배기파이프(10) 내부를 따라 이동되는 배기가스에 환원제인 요소수를 분사하여 질소산화물과 환원반응이 이루어지도록 하는데, 이러한 과정에서 요소수 인젝터모듈(20)은 높은 온도의 배기가스에 쉽게 노출되어 고온의 열에 의해 파손이나 고장이 발생할 수 있다.
이 때문에, SCR 시스템이 장착된 차량에서는 요소수 인젝터모듈(20)을 지속적으로 냉각시킬 수 있도록 EWP(Electric Water Pump; 106)가 장착되며, 상기 EWP(106)는 제어부(107)에서 전송되는 제어신호에 의해 구동이 제어된다.
한편, EWP(106)는 차량이 주행일 때에도 구동이 필요하지만 차량의 주행완료 후 시동키가 오프(OFF)된 상태에서 엔진(101)의 잔열로 인해 요소수 인젝터모듈(20)이 과열되는 것을 방지하기 위해 차량의 시동키 OFF 후에도 최대 30분 정도의 추가 구동이 필요하다.
이와 같이 차량의 주행이 완료된 이후에도 엔진(101) 잔열로 인한 요소수 인젝터모듈(20)의 과열을 방지하기 위하여 EWP(106)를 일정시간 구동시켜야 하기 때문에 차량의 시동키가 OFF된 이후에도 EWP(106)의 구동을 위한 전원을 확보하기 위해 엔진(101)을 일정시간 동안 아이들(Idle) 상태로 유지하여야 하고, 이로 인해 추가적인 배기가스 생성 및 차량의 연비 감소를 유발시키게 되는 문제가 있었다.
아울러, 엔진(101)을 보조하는 모터가 장착된 하이브리드 차량의 경우, 시동키 OFF 후에도 EWP(106)를 구동하기 위해 12V 배터리 전원을 사용하게 되는데, 이때, 배터리가 방전되거나 충전량이 충분치 못한 상황이 발생할 경우 EWP(106)가 요소수 인젝터모듈(20)을 냉각시키지 못하여 결국 엔진 잔열로 인한 요소수 인젝터모듈(20)의 소손을 유발시키는 문제가 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 48V 마일드 하이브리드 시스템이 탑재된 차량에서 차량의 시동키가 OFF된 이후 EWP(106) 구동에 필요한 12V 배터리(105) SOC가 충분히 확보되지 않은 것으로 판단될 경우 LDC(Low voltage DC-DC Converter; 104)의 로우 사이드(Low Side)측 목표 전압을 최대치로 설정하는 제어를 통해 시동키 OFF 후에도 EWP(106) 구동에 필요한 12V 배터리(105) SOC가 충분히 확보되도록 함으로써 엔진을 가동하지 않고서도 EWP(106)를 효율적으로 구동시킬 수 있고, 이에 따라 엔진 잔열로 인한 요소수 인젝터모듈의 소손을 방지하고, 엔진 가동으로 인한 추가적인 배기가스 생성 및 연비감소를 구현할 수 있다.
이를 위한 본 발명의 48V 마일드 하이브리드 시스템이 탑재된 차량에서는 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator;102)의 구동전력을 제공하는 48V 배터리(103)와 함께 EWP(106)에 구동전력을 제공하는 12V 배터리(105)가 탑재되고, 상기 12V 배터리(105)에는 고전압(48V)과 저전압(12V) 사이의 출력변환을 위한 LDC(104)가 연결된다.
여기서, LDC(104)는 차량 내에서 전력을 효율적으로 관리하기 위해 가변적으로 전압을 제어하고 차량의 주행 모드에 따라 배터리를 충전하거나 방전하도록 동작하는 장치로서, 본 발명의 48V 마일드 하이브리드 시스템 차량에서는 48V 배터리(103)로부터 나오는 직류 고전압을 직류 저전압으로 변환하여 12V 배터리(105)를 충전함으로써 EWP(106)의 원활한 구동을 위한 충분한 12V 배터리(105)의 SOC가 확보될 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템에서는 차량에 장착된 시동감지센서(108)를 통해 현재 차량의 시동키 온/오프(ON/OFF) 정보를 검출하여 제어부(107)로 전송하고, 상기 제어부(107)에서는 시동감지센서(108)로부터 검출된 정보를 기반으로 차량의 시동키 ON/OFF 여부를 판단하여, 차량의 시동키가 OFF된 상태로 확인되면, 차량을 재시동(시동 ON)하여 EWP(106) 구동을 위한 발전(Power Generation)을 할 필요가 있는지 여부를 판단하고, 배터리의 SOC(State Of Charge)가 충분치 않아 발전이 필요한 것으로 판단되면, 차량의 시동을 ON하고 LDC(Low voltage DC-DC Converter; 104)의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 최대치로 설정하는 제어를 통해 12V 배터리(105)를 충전시키고, 이후 12V 배터리(105)의 SOC가 충분히 확보된 것으로 판단된 경우에는 다시 차량의 시동을 OFF시키도록 하는 제어를 수행할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템이 탑재된 차량에서 EWP(106) 구동을 위한 발전 제어 방법을 순차적으로 설명하는 플로우 차트를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법은, 먼저, 제어부(107)에서 시동감지젠서(108)로부터 검출된 정보를 통해 차량의 시동키 온/오프(ON/OFF) 여부를 판단한다.(S201)
여기서, 만일 차량의 시동키가 오프(OFF)된 것으로 확인될 경우에는 차량의 시동을 온(ON)시킨 후 12V 배터리(105)의 충전을 위한 발전(Power Generation)이 필요한지 여부를 판단한다.(S202)
이때, 상기 S202 단계에서 차량의 재시동 후 발전이 필요한 것으로 판단하기 위한 기준(조건)은 다음과 같은 몇가지의 조건이 고려될 수 있다.
① EWP 구동에 필요한 잔여시간 > 임계값
② 12V 배터리 SOC < 임계값
③ 48V 배터리 SOC < 임계값
즉, 차량의 주행 중에 12V 배터리(105)의 SOC를 충분히 확보하지 못한 상황에서는 시동키가 OFF된 이후 EWP(106) 구동으로 인해 12V 배터리(105)가 완전히 방전되는 상황이 발생할 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위하여 제어부(107)에서는 배터리(105)의 SOC 확보를 위한 발전이 필요한지 여부를 판단하게 된다.
이 경우, EWP(106) 구동에 필요한 잔여시간이 임계값 이상이거나, 12V 배터리(105)의 SOC가 임계값 이하이거나, 48V 배터리(103)의 SOC가 임계값 이하가 되는 조건들 중 어느 하나 이상의 조건이 만족되는 경우에 차량의 재시동 후 발전이 필요한 것으로 판단할 수 있다.
이때, 48V 배터리(103)의 SOC를 확인하는 이유는 48V 배터리(103)의 SOC가 충분한 경우, 별도의 시동 없이도 48V 배터리(103)에 확보되어 있는 SOC를 통해 12V 배터리(105) 충전 가능하기 때문이다.
다음으로, 상기 S202 단계로부터 차량의 재시동 후 발전이 필요한 것으로 판단되면, 제어부(107)는 대시보드에 위치한 클러스터(Cluster;109)에 신호를 전송하여 차량의 재시동을 알리는 문구를 출력하고(S203), 차량의 시동을 ON한 후(S204), LDC(104)의 로우 사이드(Low Side)의 목표 전압을 최대치로 설정하여 12V 배터리(105)의 충전작업을 수행한다.(S205)
여기서, EWP(106)의 구동을 위한 12V 배터리의 SOC 확보를 위해 차량의 시동을 ON한 후 배터리의 충전을 개시하는 경우, 제어부(107)는 클러스터(109)에 신호를 보내어, 예를 들어, "시스템 손상 방지를 위한 하드웨어 작동을 위해 시동 상태를 유지합니다" 라는 메시지를 출력함으로써, 운전자가 시동키를 OFF한 상태에서 운전자의 의지와 상관없이 시동이 ON되어 운전자에게 위화감을 조성하게 되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 상기와 같이 LDC(104)의 로우 사이드(Low Side)의 목표 전압을 최대치로 설정하는 이유는 마일드 하이브리드 시스템의 손상 방지를 위한 허용 전류를 고려하여 목표 전압을 최대치 설정함으로써, EWP(106) 구동에 필요한 12V 배터리(105)의 SOC를 빠르게 확보하여 운전자의 의지와 상관 없는 시동 ON 상황을 빠르게 종료하기 위함이다.
반면, 차량의 주행 중인 상태에서 LDC(104)의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 최대치로 설정하지 않는 이유는, 일반 주행 상황에서 연료를 소모하여 발전하는 것을 억제하고, 될 수 있는 한 회생발전으로 연료 소모 없이 얻은 에너지로 발전할 수 있도록 하기 위함이다.
이어서, 상기 S205 단계를 통해 12V 배터리(105)의 충전작업이 수행된 이후, 제어부(107)에서는 상기 12V 배터리(105)의 SOC가 충분히 확보되었는지 여부를 판단하고(S206), 12V 배터리(105)의 SOC가 충분하게 확보된 것으로 판단된 경우 차량의 시동을 OFF하고(S207), EWP(106)로 신호를 전송하여 EWP(106)를 구동시킬 수 있다.
이때, 상기 S206 단계에서 12V 배터리(105)의 SOC가 충분히 확보되었는지 여부를 판단하는 판단 기준으로서, 현재 12V 배터리(105)의 SOC와 EWP(106) 구동에 필요한 12V 배터리(105) SOC의 차가 기설정된 최소 배터리 SOC보다 큰 경우에 현재 12V 배터리(105)의 SOC가 충분히 확보된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 현재 배터리 SOC - EWP 구동에 필요한 배터리 SOC > 최소 배터리 SOC를 만족하면, 현재 배터리의 SOC가 충분히 확보된 것으로 판단할 수 있는 것이다.
이때, EWP(106) 구동에 필요한 12V 배터리 SOC의 산출은,
(EWP 소비 전력 * EWP 구동에 필요한 잔여 시간)을 배터리 SOC로 환산하는 방법을 통해 산출될 수 있다.
아울러, 상기의 '최소 배터리 SOC'라 함은 다음 주행 시작 시 안정적으로 시동을 걸 수 있는 수준의 배터리 SOC를 말하며, 예를 들어 20% 수준의 12V 배터리 SOC가 될 수 있다. 이때, 상기의 최소 배터리 SOC를 기준으로 하는 이유는 운전자 의지와 상관없이 진행된 현재의 시동 중인 상황을 빠르게 종료하기 위함이다.
한편, 상기 S201 단계에서 현재 차량의 시동키가 OFF되지 않은 것으로 판단된 경우, 즉, 시동키 ON 상태로 확인된 경우에는, 차량의 시동키 OFF 후 EWP(106)의 구동이 필요한 상황인지 여부를 판단하고(S208), 여기서 만일 현재 12V 배터리(105)의 SOC가 충분치 않아 EWP(106)의 구동이 필요한 상황으로 판단될 경우에는 EWP(106) 구동에 필요한 목표 12V 배터리 SOC를 산출하는 작업을 수행한다.(S209)
이때, 상기 S209 단계에 있어서 EWP(106)의 구동에 필요한 목표 12V 배터리 SOC의 산출은, 먼저, EWP 구동에 필요한 시간을 산출하고, 산출된 시간에 EWP 소비전력을 곱한 것을 12V 배터리 SOC로 환산한 후, 설정된 수준(50% 수준의 배터리 SOC)의 배터리 SOC를 더하는 방식을 통해 산출될 수 있다.
즉, 목표 배터리(12V) SOC 계산 방법은,
(EWP 구동 필요 시간 * EWP 소비 전력)을 12V 배터리 SOC로 환산 후, 설정된(적정) 50% 수준의 배터리 SOC에 더함으로써 산출될 수 있다.
이때, '설정된 적정 수준의 배터리 SOC'라 함은, 차량을 안정적, 효율적으로 운영할 수 있는 수준의 배터리 SOC를 말하며, 이는 50% 수준의 배터리 SOC로 설정될 수 있다.
또한, 상기 EWP 구동에 필요한 시간은, 요소수 인젝터모듈(20)의 온도를 입력 정보로 하는 맵(Map)에서 출력될 수 있으며, 이러한 맵에는 주행시험을 통해, 다양한 요소수 인젝터모듈(20) 온도 조건에서 Key Off 후 적정 수준의 요소수 인젝터모듈(20) 온도를 유지하는 데에 구동한 EWP 시간을 맵핑(Mapping)하여 얻어질 수 있다.
그리고, 상기 S209 단계로부터 EWP(106)의 구동에 필요한 목표 배터리(12V) SOC의 산출작업이 모두 완료되면, 다음으로 현재의 12V 배터리 SOC와 산출된 목표 12V 배터리 SOC를 비교하고(S210), 만일 현재 12V 배터리 SOC가 목표 12V 배터리 SOC보다 작으면, LDC(104)의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 증대시켜 12V 배터리의 충전이 단시간 내에 빠르게 수행될 수 있도록 한다.(S211)
여기서, 본 발명의 48V 마일드 하이브리드 시스템에 있어서, 12V 배터리(105)는 LDC(104)와 48V 배터리(103)에 의해 충전이 이루어지게 되고, 목표로 설정된 LDC(104) Low Side 전압과 12V 배터리(105) 전압의 차이로 충전량을 조절할 수 있도록 제어된다.
아울러, 본 발명에서는 차량의 주행이 완료되기 이전에 목표 12V 배터리 SOC 수준에 도달할 수 있도록 하기 위하여, 일반적인 충전 상황과 달리 LDC(104) Low Side 목표 전압을 증대시킴으로써, 차량의 주행이 끝나기 이전에 단시간 내에 EWP(106) 구동에 필요한 충분한 수준의 배터리 SOC를 확보할 수 있다.
이때, 상기의 LDC(104) Low Side 목표 전압을 증대시키는 방법으로서, 목표 12V 배터리 SOC와 현재 12V 배터리 SOC의 비율과, 차량의 네비게이션(Navigation)으로부터 전달받은 남은 주행 시간을 입력 정보로 하는 맵(Map)에서 출력된 보정 값을 LDC Low Side 목표 전압에 곱하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 S211 단계에서 LDC(104)의 Low Side 목표 전압을 증대시킨 이후에는, SSC(Start-Stop Coasting) 진입을 위한 12V 배터리(105)의 SOC 조건을 강화시킨다.(S212)
일반적으로 48V 마일드 하이브리드 시스템의 경우 타력 주행 시 SSC(Start-Stop Coasting) 혹은 타력주행 구간(Coasting Regen) 중 하나를 선택하여 제어하게 되는데, 이때 상기 SSC를 사용할 경우 차량 관성을 이용한 발전이 불가하기 때문에 추후에 EWP 구동 위한 배터리 SOC 확보를 위하여 엔진의 구동에 따른 연료 소모가 필요하여 연비에 불리할 수 있다.
본 발명에서는 이러한 차량의 연비 감소 문제를 방지하기 위하여, SSC의 진입 조건을 강화함으로써 일반 상황에서 SSC가 사용되었을 구간을 타력주행 구간(Coasting Regen)으로 대체하여 발전량을 높일 수 있다.
이때, SSC 진입 조건을 강화하는 12V 배터리 조건으로, SSC의 경우 일반적으로는 12V & 48V 배터리 SOC가 충분해야 진입하는데, 본 발명은 12V 배터리 SOC 조건을 상기 S209 단계에서 계산했던 목표 12V 배터리 SOC 조건으로 대체하여 SSC 진입 조건을 강화함으로써 연비가 감소되는 문제를 해결할 수 있다.
아울러, EWP(106) 구동을 위한 12V 배터리 SOC 확보가 필요한 상황에서, 배터리 SOC를 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator;102)의 토크(Torque)를 보조하는 전력으로 소모하는 것은 연비에 불리하기 때문에, 이러한 문제를 방지하기 위하여, 상기 S212 단계로부터 SSC 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건이 강화된 이후, 배터리를 통해 MHSG(102)의 토크를 보조하는 것을 금지하도록 제어하고(S213), EWP(106)로 신호를 전송하여 EWP(106)를 구동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 48V 마일드 하이브리드 시스템이 탑재된 차량에서 상기의 본 발명의 제어 로직에 따라 48V 배터리를 통해 12V 배터리의 충전 전압을 제어하여 차량의 시동 OFF 후에도 EWP 구동에 필요한 12V 배터리의 충분한 SOC가 확보될 수 있기 때문에 기존과 같이 시동 OFF 후 12V 배터리의 방전으로 인해 EWP의 구동이 불가하여 요소수 인젝터모듈 단품이 엔진 잔열로 인해 소손되는 폐단을 미연에 방지할 수 있고, 차량의 시동키 ON/OFF 상황과 관계없이 EWP의 구동을 위한 충분한 12V 배터리 SOC의 확보가 가능해짐으로써 펌프의 효율적 구동을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 기존에는 차량의 주행 후 시동키가 OFF된 상태에서 요소수 인젝터모듈의 냉각을 위하여 EWP를 일정시간 동안 구동하는 데에 필요한 전원을 확보하기 위해 엔진이 아이들(Idle) 상태로 유지됨에 따라 추가적인 배기가스가 생성되는 문제와 연비감소가 발생되는 문제가 있었지만, 본 발명의 경우 48V 배터리를 통한 12V 배터리의 충전 전압 제어를 통해 EWP 구동에 필요한 12V 배터리의 SOC를 충분히 확보할 수 있기 때문에 EWP 구동을 위해 엔진을 가동할 필요가 없게 됨으로써 배기가스 배출을 감소시킬 수 있고, 연비 저감을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다
10 : 배기가스 파이프 20 : 요소수 인젝터모듈
40 : SCR 101 : 엔진
102 : MHSG 103 : 48V 배터리
104 : LDC 105 : 12V 배터리
106 : EWP 107 : 제어부
108 : 시동감지센서 109 : 클러스터

Claims (18)

  1. (a) 차량의 시동키가 오프(OFF)되었는지 여부를 판단하는 단계;
    (b) 차량의 시동키가 오프된 것으로 확인되면, 차량을 재시동 후 발전이 필요한지 여부를 판단하는 단계;
    (c) 차량의 발전이 필요한 것으로 판단되면, 차량을 재시동하고 LDC(Low voltage DC-DC Converter)의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 최대치로 설정하여 12V 배터리를 충전시키는 단계;
    (d) 12V 배터리의 SOC(State Of Charge)가 충분히 확보되었는지 여부를 확인한 후, 12V 배터리 SOC가 충분히 확보되었으면 시동을 오프시키는 단계;
    를 포함하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    EWP(Electric Water Pump) 구동에 필요한 잔여 시간이 임계값 이상이거나, 12V 배터리의 SOC가 임계값 이하이거나, 48V 배터리의 SOC가 임계값 이하가 되는 조건들 중 어느 하나 이상의 조건이 만족되는 경우에 차량의 재시동 후 발전이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계로부터 차량의 재시동 후 발전이 필요한 것으로 판단될 경우에는, 클러스터(Cluster) 상에 이를 알리는 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (d)단계에서는,
    현재 12V 배터리의 SOC와 EWP 구동에 필요한 12V 배터리 SOC의 차가 기설정된 최소 12V 배터리 SOC보다 클 경우에 현재 12V 배터리의 SOC가 충분히 확보된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 시동키가 오프되지 않은 것으로 확인될 경우, EWP 구동이 필요한 상황인지 여부를 판단하고, EWP 구동이 필요한 상황이면 EWP 구동에 필요한 목표 12V 배터리 SOC를 산출하는 단계(e)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 (e)단계에서의 목표 12V 배터리 SOC 산출은, EWP 구동에 필요한 시간을 산출하고, 산출된 시간에 EWP 소비전력을 곱하여 배터리 SOC로 환산한 후, 설정된 수준의 배터리 SOC를 더하여 산출하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 설정된 수준의 배터리 SOC는 50% 수준의 배터리 SOC인 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 (e) 단계로부터 목표 12V 배터리 SOC가 산출되면, 현재 12V 배터리 SOC와 산출된 목표 12V 배터리 SOC를 비교하고, 현재 12V 배터리 SOC가 목표 12V 배터리 SOC보다 작으면, LDC의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 증대시키는 단계(f)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (f) 단계에서 LDC의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 증대시킨 이후에는, SSC(Start-Stop Coasting) 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건을 강화시키는 단계(g)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (g)단계에서는 12V 배터리 SOC 조건을 상기 (e)단계에서 산출된 목표 12V 배터리 SOC 조건으로 대체함으로써 SSC 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건을 강화시키는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 (g) 단계로부터 SSC 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건이 강화된 이후에는, 배터리를 통해 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator)의 토크(Torque)를 보조하는 것을 금지시키는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어방법.
  12. 차량에 장착된 시동감지센서를 통해 검출된 시동키 온/오프(ON/OFF)의 정보가 제어부로 전송되고, 상기 제어부에서는 시동키가 오프된 것으로 확인되면 차량의 재시동 후 발전이 필요한지 여부를 판단하여, 발전이 필요할 경우 차량을 재시동하고 LDC(Low voltage DC-DC Converter)의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 최대치로 설정하여 12V 배터리를 충전시키고, 상기 12V 배터리의 SOC가 충분히 확보된 것으로 판단될 경우 시동을 오프시키는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어부는, EWP(Electric Water Pump) 구동에 필요한 잔여 시간이 임계값 이상이거나, 12V 배터리의 SOC가 임계값 이하이거나, 48V 배터리의 SOC가 임계값 이하가 되는 조건들 중 어느 하나 이상의 조건이 만족되는 경우에 차량의 재시동 후 발전이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제어부는, 현재 12V 배터리의 SOC와 EWP 구동에 필요한 12V 배터리 SOC의 차가 기설정된 최소 배터리 SOC보다 클 경우에 현재 12V 배터리의 SOC가 충분히 확보된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제어부에서는 시동키가 오프되지 않은 것으로 확인될 경우, EWP 구동이 필요한 상황으로 판단되면 EWP 구동에 필요한 목표 12V 배터리 SOC를 산출하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제어부는 현재 12V 배터리 SOC와 상기 산출된 목표 12V 배터리 SOC를 비교하고, 현재 12V 배터리 SOC가 목표 12V 배터리 SOC보다 작으면, LDC의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 증대시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어부는 상기 LDC의 로우 사이드(Low Side) 목표 전압을 증대시킨 이후, 12V 배터리 SOC 조건을 상기 산출된 목표 12V 배터리 SOC 조건으로 대체하여, SSC(Start-Stop Coasting) 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건을 강화시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어부는 상기 SSC 진입을 위한 12V 배터리 SOC 조건이 강화된 이후에, 상기 배터리를 통해 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator)의 토크(Torque)를 보조하는 것을 금지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 EWP 구동을 위한 발전 제어 시스템.
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