KR20030089895A - Interface apparatus of on hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 42V 일체형 발전기 및 스타터(IGS ; Integrated Generator Starter)를 적용하여 엔진 시동성을 향상시킴과 동시에 부하 변동을 최소화하며, 14V의 부하계에 안정된 전압 인터페이스가 제공되도록 하는 하이브리드 전기자동차의 인터페이스장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid electric vehicle, and more particularly, by applying a 42V integrated generator starter (IGS) to improve engine startability and minimize load fluctuations, and to a stable voltage interface to a 14V load meter. It relates to an interface device of a hybrid electric vehicle to be provided.
현 14V 차량에는 통상적으로 3상 유도 발전기와 다이오드 정류기 및 트랜지스터로 구성된 14V의 발전 시스템을 적용하고 있는데, 14V의 발전 시스템으로서 공급할 수 있는 최대 전력 용량은 설계에 따라 다소 변동이 있겠으나, 대략 2KW 정도로 예측된다.The current 14V vehicle is typically equipped with a 14V power generation system consisting of a three-phase induction generator, a diode rectifier, and a transistor. The maximum power capacity that can be supplied as a 14V power generation system may vary depending on the design, but it is approximately 2KW. It is predicted.
상기의 14V 발전 시스템을 차량에 적용하는 경우 가격적인 측면에서는 유리하다고 할 수 있으나, 발전 효율이 낮은 단점과 발전량을 부하량에 따라 조절할 수 없는 한계를 갖고 있다.When the 14V power generation system is applied to a vehicle, it may be advantageous in terms of cost, but it has a disadvantage in that the power generation efficiency is low and the amount of power generation cannot be adjusted according to the load.
따라서, 신기술의 개발에 따라 전기식 워터 펌프, 냉각 팬 모터(Radiator Fan Motor, Condenser Fan Motor), 전동식 에어콘 시스템(Electric Air Conditioner System), 냉난방 통풍 시트 등으로 이루어지는 전력 변환장치와, 전동식 파워 스티어링(Rack-assist Electric Power Steering), 액티브 서스펜션 등으로 이루어지는 안전 시스템과, 점화제어장치, 연료분사 제어장치, 엔진밸브 제어장치, 전자식 열촉매장치, 프리 히터(Free Heater) 등으로 이루어지는 정밀전자 제어장치와, 멀티 메디아, 텔레 매틱스, 라이트 비젼, 후방 감시 카메라(Rear View Camera) 등으로 이루어지는 바디 제어장치 등의 적용에 따른 부하량의 증가로 14V의 발전 시스템으로는 발전 용량의 부족이 예상되며, 상기와 같이 신기술의 개발에 따라 적용되는 대용량 전압을 필요로 하는 각종 부하 요소에 안정된 전압을 제공할 수 없는 단점이 발생한다.Therefore, according to the development of new technology, a power converter consisting of an electric water pump, a radiator fan motor, a condenser fan motor, an electric air conditioner system, an air-conditioning ventilation seat, and an electric power steering rack a safety system consisting of an Assist Electric Power Steering, an active suspension, a precision electronic control device comprising an ignition control device, a fuel injection control device, an engine valve control device, an electronic thermal catalyst device, a free heater, etc .; Due to the increase in load due to the application of multi media, telematics, light vision, rear view cameras, and other body control devices, power generation capacity of 14V is expected to be insufficient. To provide stable voltages for various load elements Unavoidable disadvantages arise.
이는 궁극적으로 알터네이터(Alternator)와 배터리(Battery)의 용량 증대를 요구하게 되고, 이로 인하여 와이어링 하네스(Wiring Harness)의 증대 및 차량의 중량을 증가시키게 되는 문제점을 발생시킨다.This ultimately requires an increase in the capacity of the alternator and the battery, which leads to an increase in the wiring harness and the weight of the vehicle.
본 발명은 전술한 바와 같은 제반적인 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 그 목적은 엔진과 트랜스밋션 사이에 일체형 발전기 및 스타터인 IGS를 장착하여 스타터 모터를 별도로 채용하지 않고서 냉 시동성을 향상시키도록 하고, 42V IGS의 적용으로 신기술의 개발에 따라 적용되는 대용량 전압을 필요로 하는 각종 부하 요소에 안정된 전압을 공급할 수 있도록 하며, 14V의 주변회로 및 콘트롤러와의 인터페이스를 안정되게 유지하도록 한 것이다.The present invention has been made in view of the above-described general problems, and an object thereof is to install an integrated generator and a starter IGS between the engine and the transmission to improve cold startability without employing a starter motor separately, By applying 42V IGS, it is possible to supply stable voltage to various load elements requiring large voltage applied with the development of new technology, and to maintain stable interface with 14V peripheral circuit and controller.
또한, 대용량 전압을 필요로 하는 각종 부하 요소가 장착되더라도 구조의 변경에 따른 기존의 와이어 전장 구조의 변경을 최소화하여 와이어링 하네스의 단순화와 차량 중량의 증가를 방지하도록 한 것이다.In addition, even if a variety of load elements that require a large voltage is installed to minimize the change in the existing wire length structure in accordance with the change of structure to simplify the wiring harness and to increase the weight of the vehicle.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 인터페이스장치에 대한 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of an interface device of a hybrid electric vehicle according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 인터페이스장치에서 부하 관리 유닛의 입출력 포트 구성도.Figure 2 is a block diagram of the input and output port of the load management unit in the interface device of the hybrid electric vehicle according to the present invention.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 하이브리드 전기 자동차에 있어서, 엔진과 트랜스밋션의 사이에 장착되어 엔진 시동 온 오프와 주행에 필요한 기동 토오크를 조정하며, 차량의 정상 동작시에 발전기로 동작하고, 브레이크 구동시 회생 제동 에너지를 회수시키는 IGS와; 상기 IGS의 구동에 대한 제반적인 제어와 발전량 및 희생 제동량을 결정하는 MCU와; 하이브리드 전기자동차를 구성하고 있는 각 부하 요소의 제반적인 상태를 제어 관리하는 LMU와; 대용량의 구동 전압이 요구되는 복수개의 부하 요소와; 표준 용량의 구동 전압이 요구되는 복수개의 부하 요소와; 상기 LMU의 부하 관리 제어신호에 따라 ETC를 통해 엔진의 동작이 안정되게 유지하여 주며, 트랜스밋션을 제어하여 구동축에 전달되는 토오크를 조정하는 ECU/TCU와; 상기 LMU의 부하 관리 제어신호에 따라 42V의 전압을 14V의 전압으로 변환하여 14V의 부하계에 전압이 공급될 수 있도록 하는 DC/DC 컨버터와; LMU에서 인가되는 제어신호에 따라 메인 배터리로 사용되고 있는 36V 배터리의충전상태(SOC) 및 온도를 검출하여 배터리를 관리 제어하는 BMS를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to realize the above object, the present invention is a hybrid electric vehicle, mounted between the engine and the transmission to adjust the starting torque required for the engine start on and off and running, and operates as a generator during normal operation of the vehicle, IGS for recovering regenerative braking energy during brake driving; A MCU for determining general control, generation amount, and sacrificial braking amount for driving the IGS; An LMU which controls and manages the general state of each load element constituting the hybrid electric vehicle; A plurality of load elements for which a large driving voltage is required; A plurality of load elements for which a drive voltage of a standard capacity is required; An ECU / TCU that maintains the engine operation stably through the ETC according to the load management control signal of the LMU, and controls the transmission to adjust the torque transmitted to the drive shaft; A DC / DC converter for converting a voltage of 42V into a voltage of 14V according to the load management control signal of the LMU to supply a voltage to a 14V load meter; And a BMS for controlling and controlling the battery by detecting a charge state (SOC) and temperature of the 36V battery used as the main battery according to a control signal applied from the LMU.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 인터페이스장치는 IGS(10)와, MCU(Motor Control Unit : 20), 엔진(ENG : 30), ETC(Electric Throttle Control : 40), 트랜스밋션(50), LMU(Load Management Unit : 60), 42V 부하(70), ECU/TCU(Electric Control Unit/Torque Control Unit : 80), DC/DC 컨버터(90), BMS(Battery Management System : 100), 전동식 에어콘(110), 클러스터(120)로 이루어지는데, IGS(10)는 일체형 발전기/스타터로 동력 발생원인 엔진(30)과 트랜스밋션(50)의 사이에 장착되어 MCU(20)의 제어에 따라 엔진(30) 시동의 온/오프를 제어하고, 주행에 필요한 기동 토오크를 조정하며, 차량의 정상 동작시에 발전기로 동작하고, 브레이크 구동시 회생 제동 에너지를 발생시킨다.As can be seen in Figure 1, the interface device of the hybrid electric vehicle according to the present invention IGS (10), MCU (Motor Control Unit: 20), engine (ENG: 30), ETC (Electric Throttle Control: 40), Transmission (50), LMU (Load Management Unit: 60), 42V Load (70), ECU / TCU (Electric Control Unit / Torque Control Unit: 80), DC / DC Converter (90), BMS (Battery Management System: 100), an electric air conditioner 110, and a cluster 120. The IGS 10 is an integrated generator / starter, which is mounted between the engine 30 and the transmission 50 as a power generation source, According to the control, the on / off of starting of the engine 30 is controlled, the starting torque required for driving is adjusted, the generator operates in the normal operation of the vehicle, and the regenerative braking energy is generated during the brake driving.
MCU(20)는 상기 IGS(10)의 구동에 대한 제반적인 동작의 제어와 관리 및 희생 제동량의 결정을 수행한다.The MCU 20 performs control and management of general operations for the driving of the IGS 10, and determines a victim braking amount.
엔진(30)은 ECU/TCU(80)의 제어를 받는 ETC(40)의 제어에 따라 부하 변동이 최소화되도록 동력을 발생하여 준다.The engine 30 generates power to minimize load fluctuation under the control of the ETC 40 under the control of the ECU / TCU 80.
ETC(40)는 엔진의 구동이 안정되게 유지되도록 제반적인 동작을 제어한다.The ETC 40 controls the general operation so that the driving of the engine is stably maintained.
트랜스밋션(50)은 구동축과 연결되며, ECU/TCU(80)의 구동 토오크 제어신호에 따라 IGS(10)에서 전달되는 동력을 구동축에 전달하여 준다.The transmission 50 is connected to the drive shaft and transmits the power transmitted from the IGS 10 to the drive shaft according to the drive torque control signal of the ECU / TCU 80.
LMU(60)는 최상위 콘트롤러인 부하 관리 유닛으로 하이브리드 전기자동차를 구성하고 있는 부하 요소의 제반적인 상태를 제어하여 차량 관리 제어를 수행한다.The LMU 60 is a load management unit that is a top-level controller and controls the overall state of the load elements constituting the hybrid electric vehicle to perform vehicle management control.
42V 부하(70)는 대용량의 전압이 요구되는 부하 요소로, 윈도우의 개폐를 수행시키는 파워 윈도우 모터(71)와 냉각장치인 쿨링팬 모터(72) 및 전동식 파워 스티어링(73)으로 구성된다.The 42V load 70 is a load element requiring a large voltage, and is composed of a power window motor 71 for performing opening and closing of a window, a cooling fan motor 72 as a cooling device, and an electric power steering 73.
ECU/TCU(80)는 LMU(60)와 통신하여 최적의 연비를 갖도록 엔진과 트랜스 밋션을 제어하고, ETC(40)의 제어를 통해 엔진(30)의 동작이 부하 변동없이 안정되게 동작되도록 유지하여 주며, 트랜스밋션(50)을 제어하여 구동축으로 전달되는 토오크를 제어한다.The ECU / TCU 80 communicates with the LMU 60 to control the engine and the transmission to have an optimal fuel economy, and maintains the operation of the engine 30 stably without load fluctuations through the control of the ETC 40. It controls the torque transmitted to the drive shaft by controlling the transmission (50).
DC/DC컨버터(90)는 LMU(60)의 부하 관리 제어신호에 따라 42V의 전압을 14V의 전압으로 변환하여 12V용 배터리에 충전시켜 14V의 부하계에 전압이 공급될 수 있도록 하며, 42V/14V의 전압 변환을 양방향으로 수행하여 준다.The DC / DC converter 90 converts the voltage of 42V into a voltage of 14V according to the load management control signal of the LMU 60 to charge the 12V battery so that the voltage can be supplied to the 14V load meter. Perform 14V voltage conversion in both directions.
또한, 차량의 배터리가 방전되어 점프 스타트(Jump Start)가 필요할 경우 14V 시스템의 차량을 사용하여 시동이 가능하도록 14V의 전압을 42V의 전압으로 변환할 수 있도록 한다.In addition, when the battery of the vehicle is discharged and a jump start is required, the 14V system can be converted into a voltage of 42V so that the vehicle can be started using a 14V system vehicle.
BMS(100)는 배터리 관리 시스템으로 LMU(60)에서 인가되는 제어신호에 따라 메인 배터리로 사용되고 있는 36V 배터리의 충전상태(State Of Charge : SOC) 및 온도 등을 검출하고 제어하여 차량의 에너지가 최적으로 사용될 수 있도록 배터리를 토탈적으로 관리 제어한다.The BMS 100 is a battery management system that detects and controls the state of charge (SOC) and temperature of a 36V battery that is used as a main battery according to a control signal applied from the LMU 60, thereby optimizing vehicle energy. Total management control of the battery so that it can be used as
전동식 에어콘 시스템(110)은 42V의 전압을 사용하는 부하로, LMU(60)에서인가되는 부하관리 제어신호에 따라 하절기의 운행시 차실내의 온도를 쾌적한 상태로 유지하여 준다.Electric air conditioning system 110 is a load using a voltage of 42V, according to the load management control signal applied from the LMU (60) maintains the temperature in the cabin during the summer operation in a comfortable state.
클러스터(120)는 14V계의 부하요소로 LMU(60)에서 인가되는 부하관리 제어신호에 따라 차량의 상태 정보를 운전자에게 소정의 상태로 지시하여 준다.The cluster 120 instructs the driver in a predetermined state of the vehicle state information according to a load management control signal applied from the LMU 60 as a load element of the 14V system.
상기에서 LMU(60)는 첨부된 도 2와 같은 입출력 단자의 구성을 갖는데, 각각의 포트에 대한 기능은 하기의 표와 같이 된다.In the above, the LMU 60 has a configuration of an input / output terminal as shown in FIG. 2, and the functions for each port are as shown in the following table.
상기한 입출력 포트의 구성을 갖는 LMU(60)의 세부 기능으로는 연비향상 및 배기가스 저감을 위한 아이들 스톱(Idle Stop & Go) 기능과 회생제동(Regenerative Braking), 동력보조(Power Assist) 기능을 수행하며, 각종 42V계 콘크롤러와의 제어신호 전달을 위해 CAN 통신을 사용하고, RS-232C 통신으로 PC를 접속하여 콘트롤러의 내부 파라메터 정보를 DA 출력포트로 출력하여 오실로스코프 등으로 제어값들을 검출한다.Detailed functions of the LMU 60 having the above-described input / output port configuration include idle stop & go, regenerative braking, and power assist functions for fuel economy improvement and exhaust gas reduction. It uses CAN communication to transfer control signals to various 42V controllers, connects a PC through RS-232C communication, and outputs the internal parameter information of the controller to the DA output port to detect control values with an oscilloscope. .
또한, 각종 디지털 입력 정보와 아날로그 입력 정보를 통해 차량의 상태 및 발전량을 제어한다.In addition, the state of the vehicle and the amount of power generation are controlled through various digital input information and analog input information.
디지털 입력 포트의 신호 G는 14V계의 발전 시스템에서 사용되는 신호를 디지털 입력으로 사용하였으며, FR,LAMP는 디지털 출력으로 사용하여 기존 콘트롤러들의 인터페이스 상태를 유지한다.The signal G of the digital input port uses the signal used in the power generation system of the 14V system as the digital input, and the FR and LAMP are used as the digital output to maintain the interface state of existing controllers.
또한, LMU(60)내 입출력 포트에 대해서는 하기의 표 7과 같이 구성한다.In addition, the input / output ports in the LMU 60 are configured as shown in Table 7 below.
전술한 바와 같은 기능으로 설계되는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 인터페이스장치에서 대용량 전압이 요구되는 42V 부하계와 기존의 14V 부하계에 공급되는 전압 제어 및 인터페이스에 대한 동작은 다음과 같다.In the interface device of the hybrid electric vehicle according to the present invention, which is designed with the functions as described above, operations of the voltage control and the interface supplied to the 42V load meter and the existing 14V load meter requiring a large voltage are as follows.
IGS(10)는 일체형 발전기/스타터로 동력 발생원인 엔진(30)과 트랜스밋션(50)의 사이에 장착되어 있는 일체형 발전기/스타터인 IGS(10)가 MCU (20)의 제어에 따라 엔진(30)의 시동을 온하여 주행하게 되면 MCU(20)는 기동 토오크를 조정하며, 차량의 정상 동작시에 발전기로 동작하고, 브레이크 구동시 회생 제동 에너지를 회수하도록 제어한다.The IGS 10 is an integrated generator / starter, and the IGS 10, which is an integrated generator / starter, mounted between the engine 30, which is a power source, and the transmission 50, is controlled by the MCU 20. When the driving of the vehicle is turned on, the MCU 20 adjusts the starting torque, operates as a generator in the normal operation of the vehicle, and controls to recover the regenerative braking energy when the brake is driven.
상기와 같이 IGS(10)의 구동에 따라 42V의 전압이 발전되어 최상위 콘트롤러인 LMU(60)측에 공급되면 LMU(60)는 MCU(20)를 통해 공급되는 전압 검출신호에 따라 하이브리드 전기자동차를 구성하고 있는 부하 요소의 제반적인 상태를 제어하여 차량 관리 제어를 수행한다.As described above, when the voltage of 42 V is generated and supplied to the LMU 60, the highest controller, the LMU 60 generates a hybrid electric vehicle according to the voltage detection signal supplied through the MCU 20. The vehicle management control is performed by controlling the general state of the load elements.
즉, DC/DC컨버터(90)를 통해 발전되는 42V의 전압을 14V의 전압으로 변환하여 12V용 배터리에 충전시켜 14V의 부하계에 전압이 공급될 수 있도록 하며, 42V 부하(70)의 구성 요소인 파워 윈도우 모터(71), 쿨링 팬(72), 전동식 파워 스티어링(73) 및 전동식 에어콘 시스템(110)에 42V의 전압이 공급될 수 있도록 인터페이스를 제공한다.That is, the voltage of 42V generated through the DC / DC converter 90 is converted into a voltage of 14V and charged to the 12V battery so that the voltage can be supplied to the 14V load meter, and the components of the 42V load 70 An interface for supplying a voltage of 42V to the in-power window motor 71, the cooling fan 72, the electric power steering 73, and the electric air conditioner system 110 is provided.
또한, 차량의 배터리가 방전되어 점프 스타트(Jump Start)가 필요할 경우 14V 시스템의 차량을 사용하여 시동이 가능하도록 14V의 전압을 42V의 전압으로 변환할 수 있도록 한다.In addition, when the battery of the vehicle is discharged and a jump start is required, the 14V system can be converted into a voltage of 42V so that the vehicle can be started using a 14V system vehicle.
BMS(100)는 배터리 관리 시스템으로 LMU(60)에서 인가되는 제어신호에 따라메인 배터리로 사용되고 있는 36V 배터리의 충전상태(State Of Charge : SOC) 및 온도 등을 검출하고 제어하여 차량의 에너지가 최적으로 사용될 수 있도록 배터리를 토탈적으로 관리 제어한다.The BMS 100 is a battery management system that detects and controls the state of charge (SOC) and temperature of a 36V battery that is used as a main battery according to a control signal applied from the LMU 60 to optimize the energy of the vehicle. Total management control of the battery so that it can be used as
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하이브리드 전기자동차에서 대용량 부하를 사용하는 장치의 적용에 따른 부하 변동을 최소화하고, 14V계의 부하 요소를 그대로 사용할 수 있도록 LMU의 입출력 인터페이스를 설계함으로써 42V 및 14V의 부하 요소의 전압 공급에 안정성이 제공되고, 기존의 구조를 변경하지 않아 와이어링 하네스 및 배터리의 증대가 방지되어 차량의 경량화 및 단순화를 제공한다.As described above, the present invention minimizes load variation caused by the application of a device using a large load in a hybrid electric vehicle, and designs an input / output interface of the LMU so that the load element of the 14V system can be used as it is. Stability is provided for the voltage supply of the elements, and the existing structure is not altered to prevent the growth of wiring harnesses and batteries, thereby providing lighter weight and simplicity of the vehicle.
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