KR20040071838A - 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치 - Google Patents

하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존 엔진 다이나모 미터로는 시험할 수 없는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치 시험을 실시하여, 차량탑재 전 보조 동력 장치의 성능을 확인하고, 실차에서의 위험한 초기 시험을 미리 시험장치에서 실시하는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치에 관한 것으로, 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치 구동상태를 조절하는 보조 동력 장치 구동 조절부와; 상기 보조 동력 장치 구동 조절부를 통해 구동상태가 조절되는 보조 동력 장치로부터 출력되는 데이터를 시험을 통해 얻어내고, 이 데이터를 통해 기준 데이터(RAW Data)를 만들고, 변경된 하드웨어를 시험장치에 연결하여 데이터를 취득시 캔(CAN) 통신을 통해 전송되는 기준 데이터와 비교하여 상기 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치의 출력을 통해 전체 보조 동력 장치의 효율을 연산하며, 연산된 결과를 표시하도록 표시 제어신호를 발생하는 보조 동력 제어부와; 상기 보조 동력 제어부로부터 공급되는 표시 제어신호의 입력에 따라 구동되어 해당되는 데이터를 표시하는 표시부를 포함하여 구성한다.

Description

하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치{APPARATUS FOR TESTING AUXILIARY POWER FOR A SERIES HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 차량의 보조 동력 시험장치에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치에 관한 것이다.
통상적으로, 가솔린 엔진 다이나모미터는 가솔린 엔진의 성능을 평가하기 위한 장비이다.
가솔린 엔진 다이나모미터를 이용하여 가솔린 엔진의 성능을 평가하는 방법을 설명한다.
먼저, 엔진 다이나모미터의 모든 시스템에 전원을 공급하고, 각 계측장비의 전원을 확인한다.
모든 장비의 전원이 온(On)된 것이 확인되면 연료공급장치에서 연료의 공급을 확인하고, 엔진 냉각장치의 작동을 확인한다.
각 보조장치의 동작이 확인되면 엔진을 시동시킨다.
엔진의 예열을 확인하고, 부하(Load) 조건을 산정하여 엔진의 부하 특성을 시험한다.
엔진 부하특성 시험에는 속도제어 후 부하특성을 확인하는 방법과 부하조건을 먼저 부여한 후 출력을 확인하는 방식 등 여러 가지 상황에 맞는 시험 방법을 부여하여 시험한다.
보조 동력 장치(APU ; Auxiliary Power Unit)는 직렬형 하이브리드 전기 차량이 순수 전기 차량과 차별화 되는 부분이다.
보조 동력 장치는 엔진과 댐퍼, 발전기가 엔진 축을 기점으로 직결되어 있다.
이렇게 직결된 형태를 유지하고 엔진의 동력을 발전기에 전달하기 위해 하우징으로 엔진과 발전기가 연결되어 있어서 다이나모 미터를 엔진 축이나 발전기 축에 연결할 수 없다.
또한, 보조 동력 장치의 시험 목적상 엔진 출력 대비 발전기의 출력을 산출하여 보조 동력 장치의 효율을 측정하는 시험이 요구되므로 기존 가솔린 엔진 다이나모미터로는 시험이 곤란한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 기존 엔진 다이나모 미터로는 시험할 수 없는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치 시험을 실시하여, 차량탑재 전 보조 동력 장치의 성능을 확인하고, 실차에서의 위험한 초기 시험을 미리 시험장치에서 실시하는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치의 구성을 도시한 도면.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치의 구동상태를 시험하는 장치에 있어서, 상기 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치 구동상태를 조절하는 보조 동력 장치 구동 조절부와; 상기 보조 동력 장치 구동 조절부를 통해 구동상태가 조절되는 보조 동력 장치로부터 출력되는 데이터를 시험을 통해 얻어내고, 이 데이터를 통해 기준 데이터(RAW Data)를 만들고, 변경된 하드웨어를 시험장치에 연결하여 데이터를 취득시 캔(CAN) 통신을 통해 전송되는 기준 데이터와 비교하여 상기 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치의 출력을 통해 전체 보조 동력 장치의 효율을 연산하며, 연산된 결과를 표시하도록 표시 제어신호를 발생하는 보조 동력 제어부와; 상기 보조 동력 제어부로부터 공급되는 표시 제어신호의 입력에 따라 구동되어 해당되는 데이터를 표시하는 표시부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치의 구동상태를 시험하는 장치에 있어서, 보조 동력 장치 구동 조절부, 보조 동력 제어부(110), 표시부(120)를 포함하여 구성한다.
참조 번호 (130)는 발전기 제어부(118)(GCU)로 해당되는 전원을 공급하는 펄스 폭 변조 컨버터(Pulse Width Modulation Converter)이다.
보조 동력 장치 구동 조절부는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치 구동상태를 조절한다.
보조 동력 장치 구동 조절부는 하이브리드 전기 차량의 엔진 개도량을 결정하는 스로틀(Throttle)이 전자식으로 작동하는 전자식 엔진 개도량 조절부를 포함하여 구성한다.
전자식 엔진 개도량 조절부는 엔진 스로틀 액추에이터(Engine Throttle Actuator)와 전자 스로틀 제어부(114)(ETC)로 구성한다.
보조 동력 제어부(110)는 보조 동력 장치 구동 조절부를 통해 구동상태가 조절되는 보조 동력 장치로부터 출력되는 데이터를 시험을 통해 얻어내고, 이 데이터를 통해 기준 데이터(RAW Data)를 만들고, 변경된 하드웨어를 시험장치에 연결하여 데이터를 취득시 캔(CAN) 통신을 통해 전송되는 기준 데이터와 비교하여 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치의 출력을 통해 전체 보조 동력 장치의 효율을 연산하며, 연산된 결과를 표시하도록 표시 제어신호를 발생한다.
보조 동력 제어부(110)는 하이브리드 전기 차량의 전반적인 제어동작을 수행하는 하이브리드 제어부(114)(HCU ; Hybrid Control Unit)와; 하이브리드 전기 차량의 엔진 제어동작을 제어하는 엔진 제어부(116)(ECU)와; 하이브리드 전기 차량의 발전기(102) 제어동작을 제어하는 발전기 제어부(118)(GCU)를 포함하여 구성한다.
보조 동력 제어부(110)를 구성하는 각각의 제어부는 상호 캔(CAN) 통신을 통해 각각의 정보를 공유한다.
표시부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 보조 동력 제어부(110)로부터 테스트 패널(122)(Test Panel)을 통해 공급되는 표시 제어신호의 입력에 따라 구동되어 해당되는 데이터를 표시한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 직렬형 하이브리드 전기 차량에서 보조 동력 장치의 시험 평가를 위하여 보조 동력 장치의 엔진 출력(Input) 및 발전기 출력(Output)을 확인하여 전체 보조 동력 장치의 효율을 측정하는 시험장치에 관한 것이다.
기존 보조 동력 시험장치와 다른 점은 캔(CAN ; Controller Area Network)통신이 제어의 기본 통신 프로토콜로 사용된다는 것이다.
가솔린 엔진용 직렬형 하이브리드 보조 동력시험장치는 엔진 개도량을 결정하는 스로틀(Throttle)이 전자식으로 작동하는 타입이다.
전자식 엔진 개도량 조절장치는 엔진 스로틀 액추에이터(Engine Throttle Actuator)와 전자 스로틀 제어부(114)(ETC)로 이루어져 있다.
현재 전자 스로틀 제어부(114)(ETC)는 캔(CAN) 통신만으로 제어되고 작동되기 때문에 제어부간 캔(CAN)통신으로 전 영역의 제어 입출력(I/O ; Input/Output)사양을 전달하여야 한다.
그러므로 캔(CAN)통신을 이용한 데이터를 시험장치를 통해 미리 취득할 수 있게 된 것이다.
따라서, 시험장치는 다음과 같이 사용될 수 있다.
직접 연결된 데이터 취득용 센서의 데이터를 시험을 통해 얻어내고, 이 데이터를 통해 기준 데이터(RAW Data)를 만들고, 이 데이터를 이용하여 각 제어부의 맵(MAP) 데이터로 사용한다.
차후 다른 하드웨어, 즉 발전기(102)나 발전기 제어부(118)(GCU)가 교체되고, 단품을 시험해야 할 경우, 변경된 하드웨어를 시험장치에 연결하여 데이터를 취득하면, 이때 캔(CAN) 통신을 통해 나오는 데이터와 비교가 가능해 지고, 결국 시험장치와 캔(CAN)데이터를 통해 전송되는 기준 데이터와의 비교가 가능해 진다.
이러한 방법을 통하여 발전기(102) 및 발전기 제어부(118)(GCU)의 단품 시험을 진행할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 기존 엔진 다이나모 미터로는 시험할 수 없는 보조 동력 장치의 시험을 실시하여, 차량탑재 전 보조 동력 장치의 성능을 확인하고, 실차에서의 위험한 초기 시험을 미리 시험장치에서 실시할 수 있다.
발전기 제어부(118)(GCU)의 캔(CAN)) 통신을 통하여 전자 스로틀 제어부(114)(ETC)에 목표 개도량을 전송하여 가속 검출부(APS)값을 변동시키면서 발전량을 확인한다.
발전량의 확인은 엔진 출력 대비 발전량의 출력으로 확인하여, 보조 동력 장치의 최대 효율 운전영역을 찾아 낼 수 있다.
또한, 보조 동력 장치의 최대 효율 운전영역에서 취득된 배기가스 데이터를 적산 검토하여, 연비 및 배기 측면에서 최적의 구간을 설정할 수 있다.
연비, 배기의 최적 구간이 설정되면 차량에서 요구되는 파워에 따라 보조 동력 장치가 발전량을 가변시키며, 최적 효율 구간에서 직렬형 하이브리드 전기 차량을 운행 할 수 있게 한다.
초기 시험시 단품 품질의 미확보로 가솔린 엔진(100), 발전기(102), 댐퍼와 같은 부품이 파손되게 된다.
이러한 시험을 차량에서 직접 하게 되면 인명 상해 및 타 부품의 후속 파손이 뒤따르게 된다.
또한 교환도 어렵게 된다.
그러나, 본 발명의 실시예에서와 같이 보조 동력 시험장치를 이용하게 되면 부품의 부득이한 손상에도 인명 및 다른 부품의 손상을 줄일 수 있고, 교환 시간 또한 단축시킬 수 있다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치를 이용한 시험 방법을 설명한다.
먼저, 시험 데이터를 초기화한다.
예를 들어, 가솔린 엔진(100) 단품 성능 시험 데이터를 확보한다.(rpm/APS)
그리고, 발전기(102)와 발전기 제어부(118)(GCU)의 성능 시험 데이터를 확보한다.(rpm 구간별)
이어서, 시뮬레이션을 통하여 예상되는 가솔린 엔진(100) 입력 파워 대비한 발전기(102)의 최종 출력 파워를 연산하여 가솔린 보조 동력시스템의 연료 소모율에 대한 효율 맵(MAP)을 작성한다.
연료 소모율 효율 맵(MAP)을 확인하여 운전 rpm 대역의 배기성능을 예상하고, 연비 측면에서 고효율 대역이면서도 배기 성능이 목표 수준이 나오는 rpm/APS 개도량 구간을 설정한다.
상기한 바와 같이 시험 데이터를 초기화한 상태에서 시스템을 초기화한다.
예를 들어, 가솔린 엔진(100), 발전기(102), 발전기 제어부(118)(GCU)의 베드 인(BED-IN) 작업을 위해 설정 시간동안 시험 운전을 실시한다.
베드 인(BED-IN) 시험을 실시하면서 가솔린 엔진(100) 냉각 시스템의 과부하 여부, 발전 냉각 시스템의 과부하 여부를 확인한다.
그리고, 엔진 제어부(116)(ECU), 전자 스로틀 제어부(114)(ETC), 발전기 제어부(118)(GCU)의 초기 단품 데이터를 로그 인(Log-In)한다.
엔진 제어부(116)(ECU), 전자 스로틀 제어부(114)(ETC), 발전기 제어부(118)(GCU)의 캔(CAN) 데이터 아이디(ID) 체크(Check) 및 데이터 전송상태를 확인한다.
이어서, 가솔린 보조 동력 시스템 기준 데이터를 생성한다.
대기 온도 조건, 가솔린 엔진(100) 운전 온도 조건, 발전기(102) 운전 온도 조건의 기준을 정하고 최적의 운전 조건 상태와 최악의 운전 조건 상태로 나누어 시험한다.
보조 동력 시스템의 베드 인(BED-IN) 작업이 완료되면 가솔린 엔진(100), 발전기(102), 엔진 제어부(116)(ECU), 발전기 제어부(118)(GCU)에 직접 센싱되는 데이터를 rpm/APS 맵(MAP) 형태로 취득한다.
취득된 맵(MAP) 데이터를 각 제어부의 캔(CAN)통신 맵(MAP) 데이터로 변환하여 업로드(Up-Load) 시킨다.
확인 시험을 실시하여, 실측되는 센싱값과 각 제어부의 캔(CAN) 모듈을 통하여 전송되는 데이터가 일치됨을 확인한다.
정해진 오차 범위 내에서 일치되면, 캔(CAN) 통신용 기준 데이터가 완성된다.
상기한 바와 같이 기준 데이터가 완성된 상태에서 단품 시험을 한다.
캔(CAN)통신용 기준 데이터가 완성되었으므로, 가솔린 엔진(100)이나 발전기(102), 발전기 제어부(118)(GCU)의 단품이 변경되어 장착되었을 때 보조 동력 시스템의 전체 성능을 다시 확인할 필요가 있다.
시험을 통해 캔(CAN)통신으로 전송되는 내용과 센싱되어 얻어지는 실측 데이터를 비교하여 단품의 성능을 시험한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치를 이용하여 측정할 수 있는 시험항목은 다음과 같다.
1. 보조 동력 장치(APU ; Auxiliary Power Unit) 체크
하드웨어(H/W) 시스템 구성 확인, 입출력 신호 체크(와이어링(Wiring) 포함), 소프트웨어(S/W) 화면 구성 및 운용 편의성 체크
2. 가솔린 엔진(100) 온/오프(Engine On/Off) 제어성
발전기(102)를 이용하여 가솔린 엔진(100) 시동 시 엔진 회전수 프로파일(Engine RPM Profile)을 측정하여 목표 아이들 회전수(Idle RPM) 대비 오버수트(Overshoot)가 설정값(%) 이하로 제어되는지 시험
3. 가솔린 엔진(100) 시동성
규정된 온도에서 발전기(102)를 이용하여 가솔린 엔진(100) 시동성 확인
4. 출력 제어(고정 부하)고정 부하 상태에서 보조 동력 장치(APU)의 출력 목표치를 단계별로 입력하여 보조 동력 장치(APU)에서 발생하는 출력(전압, 전류)을 측정하여 출력 제어의 정확성을 시험한다.
상기 내용 포함, 가속 검출부(APS) 신호, 연료 분사량 Command, 발전기 출력 단 직류 전압, 직류 전류, 부하장치의 직류 전압 및 전류, 릴레이(Relay) 동작신호, 인히비터(Inhibiter) 스위치 동작신호, 가솔린 엔진(100) 출력 대비 발전 효율
5. 출력 유지(부하 변화)
부하장치를 이용하여 단계별 부하변화를 주면서 보조 동력 장치(APU)에서 발생하는 출력(전압, 전류)을 측정하여 출력 변화 정도를 시험
6. 출력 추종(부하 변화)
부하장치를 이용하여 단계별 부하변화를 주면서 동시에 보조 동력 장치(APU)에 목표 출력을 입력하여 부하장치가 소모하는 파워(Power)와 보조 동력 장치(APU)에서 발생하는 파워(Power)를 측정하여 출력 제어 추종성을 시험.
7. 최고 출력 유지(열 부하 확인)
최고 출력 상태로 설정시간 동안 유지하여 발전기(102) 및 가솔린 엔진(100)의 냉각 라인의 이상유무를 확인.
고정 출력 상태의 최고 출력으로 지속 운전하였을 경우 냉각 계통의 이상 유무를 확인.
가솔린 엔진(100) 냉각수 온도, 발전기(102) 온도, 발전기 제어부(118)(GCU) 온도, 발전기(102) 냉각수 온도, 인터쿨러 입/출력 온도
8. 비상(Emergency)
인위적으로 오류 신호(Fault Signal)를 주었을 때 HGCU 반응 시험(배터리 온도, 전압, 전류, 배터리 충전상태(SOC), 분리 오류(Isolation Fault), 가속 검출부(APS) 신호, 가솔린 엔진(100) 냉각수 온도, 가솔린 엔진(100) 회전수, 모터/발전기(102) 냉각수 온도)
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치는 보조 동력 시험장치로 캔(CAN) 통신을 이용하여 단품 시험을 수행 할 수 있으므로, 별도의 단품 시험장치를 구성 할 필요가 없다.
또한, 차량상태의 시험항목 축소로 시험시간 단축 및 시험시간 단축에 따른 원가절감도 꾀할 수 있다.
또한, 직렬형 하이브리드 전기 차량에서 엔진과 연결하여 사용하는 부품들의 시험도 부수적으로 행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치의 구동상태를 시험하는 장치에 있어서,
    상기 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치 구동상태를 조절하는 보조 동력 장치 구동 조절부와;
    상기 보조 동력 장치 구동 조절부를 통해 구동상태가 조절되는 보조 동력 장치로부터 출력되는 데이터를 시험을 통해 얻어내고, 이 데이터를 통해 기준 데이터(RAW Data)를 만들고, 변경된 하드웨어를 시험장치에 연결하여 데이터를 취득시 캔(CAN) 통신을 통해 전송되는 기준 데이터와 비교하여 상기 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 장치의 출력을 통해 전체 보조 동력 장치의 효율을 연산하며, 연산된 결과를 표시하도록 표시 제어신호를 발생하는 보조 동력 제어부와;
    상기 보조 동력 제어부로부터 공급되는 표시 제어신호의 입력에 따라 구동되어 해당되는 데이터를 표시하는 표시부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조 동력 장치 구동 조절부는 상기 하이브리드 전기 차량의 엔진 개도량을 결정하는 스로틀(Throttle)이 전자식으로 작동하는 전자식 엔진 개도량 조절부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전자식 엔진 개도량 조절부는 엔진 스로틀 액추에이터(Engine Throttle Actuator)와 전자 스로틀 제어부(ETC)로 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보조 동력 제어부는
    상기 하이브리드 전기 차량의 전반적인 제어동작을 수행하는 하이브리드 제어부와;
    상기 하이브리드 전기 차량의 엔진 제어동작을 제어하는 엔진 제어부와;
    상기 하이브리드 전기 차량의 발전기 제어동작을 제어하는 발전기 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보조 동력 제어부를 구성하는 각각의 제어부는 상호 캔(CAN) 통신을 통해 각각의 정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 보조 동력 시험장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109738195A (zh) * 2018-12-28 2019-05-10 成都国营锦江机器厂 Safir辅助动力装置起动试验模拟器及控制方法

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