KR20020058895A

KR20020058895A - 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법

Info

Publication number: KR20020058895A
Application number: KR1020000087027A
Authority: KR
Inventors: 노철원; 정진환
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2002-07-12

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 파워 제한방법에 관한 것이다. 본 발명은 제너레이터, 배터리, 모터와 이를 제어하는 제어장치를 구비한 하이브리드 전기 자동차에서 엔진과 연결된 발전기로부터 주동력원인 밧데리 시스템으로의 충전시 발전기 파워 제한방법으로서, 상기 제너레이터의 제1 최대 파워값과, 상기 제너레이터의 제2 최소 파워값을 산출하는 단계; 상기 제너레이터의 산출된 제1 최대 파워값을 최대값으로 세팅하고, 상기 제너레이터의 산출된 제2 최소 파워값을 최소값으로 세팅하는 단계; 및 상기 제너레이터의 파워가 상기 제2 최소 파워값과 상기 제1 최대 파워값 사이에서 유지시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 배터리의 파워 제한을 만족시키며 운행될 수 있으므로 배터리를 보호할 수 있으며, 모터에서 소비하는 파워와 배터리의 파워 제한으로부터 간단하게 발전기의 출력을 제한할 수 있으며, 배터리의 수명을 연장할 수 있고, 배터리 파손을 미연에 방지할 수 있으므로 배터리의 구매 비용을 절감할 수 있다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법{A GENERATOR POWER LIMITATION METHOD IN THE HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기 자동차에 관한 것으로써, 특히 하이브리드 전기 자동차의 배터리 충전시 발생하는 배터리의 손상을 줄이기 위해 발전 파워를 제한하는 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관 자동차는 가솔린 또는 경유 등의 연료를 사용하여 이를 혼합공기와 동시에 엔진의 내부에 흡입하여 이를 연소시킴으로서 구동력을 발생시켜 자동차의 주행이 이루어지도록 하는 것이다. 그리고, 태양광 자동차는 태양광 에너지를 흡수하여 이를 전기적 에너지로 변환시켜 모터를 구동시킴으로서 자동차의 주행이 이루어지게 되는 것이다.

전기 자동차(electric vehicle)는 배터리 등의 전기 에너지를 이용하여 전동기를 회전시켜 바퀴를 구동시킴으로서 자동차의 주행이 이루어지도록 하는 것이다. 이러한 전기 자동차는 소음 및 배출가스 등의 공해 문제를 해결할 수 있으므로, 새로운 교통수단으로 정착시키기 위하여, 적극적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

일반적으로 전기 자동차는 가솔린 자동차와는 달리 모듈화되어 있는 배터리의 한정된 에너지를 이용하여 주행하는 것으로, 배터리의 한정된 에너지가 소모되면 외부 전원에 의해 배터리를 충전하여야 한다.

상기한 전기 자동차는 샤시와 동력원이 되는 배터리 그리고, 구동수단으로서의 전동기 및 그 제어 장치로 구성되고 있다. 배터리는 차체의 저면 바닥에 설치되며, 다수의 배터리가 삽입되는 배터리 트레이를 설치하여 그 속에 배터리를 내장하게 되는 것이다.

그런데, 직렬형 하이브리드 전기 자동차의 발전기 배터리는 최대 충전 전류 및 방전 전류에 제한이 있으므로, 이를 만족시켜 발전되는 파워를 제한하여야 한다. 또한, 발전기 자체의 용량 제한이 있으므로, 발전기 배터리 전류 제한과 발전기 자체의 용량 제한을 만족시키지 못하면 배터리가 손상을 입게 되어 수명이 단축되는 문제점이 있으며, 심할 경우에는 폭발할 수 있는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 운전 조건에 따라 변화하는 배터리의 출력 제한을 고려하여 실시간으로 발전기의 출력을 제한할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 파워 제한 시스템을 나타내는 구성 블록도이다.

도2는 하이브리드 전기 자동차의 파워의 흐름을 나타내는 도면이다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 파워 제한 조건을 나타내는 그래프이다.

도4a 및 도4b는 도3에 의한 제너레이터의 출력으로 운전 가능한 영역을 보여주는 도면이다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 파워 제한방법을 나타내는 흐름도이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법은,

제너레이터, 배터리, 모터와 이를 제어하는 제어장치를 구비한 하이브리드 전기 자동차에서 엔진과 연결된 발전기로부터 주동력원인 밧데리 시스템으로의 충전시 발전기 파워 제한방법으로서,

상기 제너레이터의 제1 최대 파워값과, 상기 제너레이터의 제2 최소 파워값을 산출하는 단계;

상기 제너레이터의 산출된 제1 최대 파워값을 최대값으로 세팅하고, 상기 제너레이터의 산출된 제2 최소 파워값을 최소값으로 세팅하는 단계; 및

상기 제너레이터의 파워가 상기 제2 최소 파워값과 상기 제1 최대 파워값 사이에서 유지시키는 단계

를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부한 도1에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 파워 제한 시스템은, 동력을 발생하는 제너레이터(또는 발전기,100)의 동작을 제어하며 제너레이터(100)의 토크 및 속도를 제어하는 제너레이터 제어부(400); 배터리(200)의 전압, 전류 및 배터리 충방전을 제어하는 배터리 제어부(500); 모터(300)의 토오크와 모터의 속도에 따른 토오크를 제한하는 모터 제어부(600); 제너레이터 제어부(400)와 배터리 제어부(500)와 모터 제어부(600)로부터 제어신호를 수신하여 파워를 제한하는 제어 로직을 수행하는 전자제어유닛(ECU,700)을 포함한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 파워 제한방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2는 하이브리드 전기 자동차의 파워의 흐름을 나타내는 도면이고, 도3은 본 발명의 실시예에 따른 파워 제한 조건을 나타내는 그래프이며, 도4a 및 도4b는 도3에 의한 제너레이터의 출력으로 운전 가능한 영역을 보여주는 도면이며, 도5는 본 발명의 실시예에 따른 파워 제한방법을 나타내는 흐름도이다.

첨부한 도2는 진행하는 하이브리드 전기 자동차의 속도에 따라 제너레이터 파워, 배터리 파워, 모터의 토오크 및 파워, 전지 잔존 용량(SOC : State Of Charge)의 흐름을 보여준다. 배터리(200)의 파워와 모터(300)의 파워를 더한 값이 제너레이터(100)에서 발생하는 파워와 동일함을 알 수 있다. 다시 말해, 제너레이터(100)에서 발생하는 파워는 배터리(200)를 충전하기 위한 파워와 모터(300)를 구동하기 위한 파워의 합임을 알 수 있다.

도3에서, 배터리(200)의 파워는 -100 kW와 30 kW 의 범위에서, 모터(300)의 파워는 0 kW에서 120 kW 범위내에서 표시하였고, 제너레이터(100)는 항상 파워 제한을 만족시키는 영역 내에서 항상 동작되어야 한다.

첨부한 도4a는 도3을 참조하여 제너레이터(100)의 출력으로 운전 가능한 영역을 평면의 그래프로 표시한 것이다. 도4b에서와 같이, 배터리(200)와 모터(300)의 운전 조건에 따른 출력 제한 범위와 제너레이터(100)의 물리적인 출력 제한 범위의 공통된 범위가 제너레이터(100)의 운전 영역이 된다. 보통의 경우, 배터리(200)의 최대 및 최소 출력은 배터리(200)의 상태에 따라 변동하게 된다. 그러므로, 도4a 및 도4b에서 얻어진 운전 영역을 그대로 사용할 수 없으므로 계속해서 변동되는 배터리(200)의 출력 제한을 고려해야 한다. 제너레이터(100)의 물리적인 출력 제한 범위는 0 kW에서 50kW 범위 이내여야 하고, 제너레이터(100) 파워(Pgen)에서 모터(300)의 파워(Pmot)를 뺀 값이 배터리(200)의 방전 파워 제한 값과 배터리의 충전 파워 제한 값 사이에 존재하도록 한다.

먼저, 배터리 제어부(500)는 배터리(200)의 상태를 감지하여 배터리(200)의 방전 제한 값을 검출한다(S100). 이때, 모터 제어부(500)는 모터(300)의 파워값을 검출한다(S110). 제너레이터 제어부(400)는 배터리 제어부(500)와 모터 제어부(600)로부터 검출된 파워값을 전달받아 제너레이터(100)의 최대 출력 파워 값1을 가산하여 산출한다(S120).

전자 제어 유닛(700)은 제너레이터 제어부(400)로부터 산출된 파워값을 전달받아 제너레이터(100)의 물리적 최대 출력 제한 값이 최대 출력 파워 값1보다 큰지를 판단한다(S130). 만일, 제너레이터(100)의 물리적 최대 출력 제한 값이 최대 출력 파워 값1보다 크면, 전자 제어 유닛(700)은 물리적 최대 출력 제한 값을 제너레이터(100)의 최대값으로 세팅한다(S140). 만일, 제너레이터(100)의 물리적 최대 출력 제한 값이 최대 출력 파워 값1보다 작으면, 산출된 최대 출력 파워 값1을 제너레이터(100)의 최대값으로 세팅한다(S150).

동시에, 배터리 제어부(500)는 배터리(200)의 충전 제한 값을 검출한다(S160). 또한, 모터 제어부(600)는 모터(300)의 파워값을 검출한다(S170).

제너레이터 제어부(400)는 배터리 제어부(500)와 모터 제어부(600)로부터 검출된 파워값을 전달받아 가산한 후 제너레이터(100)의 최소 출력 파워 값1을 산출한다(S180).

전자 제어 유닛(700)은 제너레이터 제어부(400)로부터 산출된 최소 출력 파워 값1을 전달받아 제너레이터(100)의 물리적 최소 출력 제한 값 즉, 제로(0)가 제너레이터(100)의 최소 출력 파워 값1보다 큰 지를 판단한다(S190). 만일, 제너레이터(100)의 물리적 최소 출력 제한 값 즉, 제로(0)가 제너레이터(100)의 최소 출력 파워 값1보다 크면, 전자 제어 유닛(700)은 물리적 최소 출력 제한 값을 제너레이터(100)의 최대값으로 세팅한다(S200). 만일, 제너레이터(100)의 물리적 최소 출력 제한 값 즉, 제로(0)가 제너레이터(100)의 최소 출력 파워 값1보다 작으면, 산출된 최소 출력 파워 값1을 제너레이터(100)의 최소값으로 세팅한다(S210).

전자 제어 유닛(700)은 상기 제너레이터(100)의 세팅된 최대 파워값과 최소 파워 값 사이에 제너레이터(100)의 파워값이 존재할 수 있도록 파워를 제한하고,파워 제한 제어신호를 제너레이터 제어부(400)에 전달하여 운전 중의 파워를 유지하도록 한다(S220).

본 발명의 실시예는 하나의 실시예에 지나지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 구성요소의 많은 변형 및 변경이 가능함은 물론이며, 본 발명이 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

이상에서와 같이, 본 발명의 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법은 배터리의 파워 제한을 만족시키며 운행될 수 있으므로 배터리를 보호할 수 있으며, 모터에서 소비하는 파워와 배터리의 파워 제한으로부터 간단하게 발전기의 출력을 제한할 수 있다.

또한, 배터리의 수명을 연장할 수 있고, 배터리 파손을 미연에 방지할 수 있으므로 배터리의 구매 비용을 절감할 수 있다.

Claims

제너레이터, 배터리, 모터와 이를 제어하는 제어장치를 구비한 하이브리드 전기 자동차에서 엔진과 연결된 발전기로부터 주동력원인 밧데리 시스템으로의 충전시 발전기 파워 제한방법에서,

상기 제너레이터의 제1 최대 파워값과, 상기 제너레이터의 제2 최소 파워값을 산출하는 단계;

상기 제너레이터의 산출된 제1 최대 파워값을 최대값으로 세팅하고, 상기 제너레이터의 산출된 제2 최소 파워값을 최소값으로 세팅하는 단계; 및

상기 제너레이터의 파워가 상기 제2 최소 파워값과 상기 제1 최대 파워값 사이에서 유지시키는 단계

를 포함하는 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법.
제1항에서, 상기 제1 최대 파워값 산출 단계가

상기 배터리의 검출된 방전 제한 값과 상기 모터의 검출된 출력 파워값을 가산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법.
제1항에서, 상기 제1 최소 파워값 산출 단계가

상기 배터리의 검출된 충전 제한 값과 상기 모터의 검출된 출력 파워값을 가산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법.
제1항에서, 상기 세팅 단계가

상기 제너레이터의 제1 최대 출력 값을 상기 제너레이터의 물리적 최대 출력 제한 값과 비교하는 단계;

상기 제너레이터의 제1 최대 출력 값이 상기 제너레이터의 물리적 최대 출력 제한 값보다 크면, 상기 제너레이터의 물리적 최대 출력 제한 값을 상기 제너레이터의 최대값으로 세팅하는 단계;

상기 제너레이터의 제2 최소 출력값을 상기 제너레이터의 물리적 최소 출력 제한 값과 비교하는 단계;

상기 제너레이터의 제2 최소 출력값이 상기 제너레이터의 물리적 최소 출력 제한 값보다 크면, 상기 제너레이터의 물리적 최대 출력 제한 값을 상기 제너레이터의 최소값으로 세팅하는 단계

를 포함하는 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법.
제4항에서, 상기 제너레이터의 제1 최대 출력 값이 상기 제너레이터의 물리적 최대 출력 제한 값보다 작으면, 상기 제너레이터의 제1 최대 출력 값을 상기 제너레이터의 최대값으로 세팅하는 단계;

상기 제너레이터의 제2 최소 출력값이 상기 제너레이터의 물리적 최소 출력제한 값보다 작으면, 상기 제너레이터의 제2 최소 출력값을 상기 제너레이터의 최소값으로 세팅하는 단계

를 포함하는 하이브리드 전기 자동차의 발전기 파워 제한방법.