KR20070023089A - 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치 및 그제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제너레이터의 레이아웃(Layout)에서 발생할 수 있는 열에 의한 손상의 문제와 자체 발전에 의해서 발생하는 과열의 문제를 해결하기 위해서 냉각수를 이용한 냉각방식 이외에, 제너레이터가 한계온도 이상일 경우, 자체 발전을 제어함으로써 과열에 의한 제너레이터의 손상을 방지할 수 있도록 하는 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치 및 그 제어방법을 제공한다.

하이브리드 자동차, 제너레이터, 냉각 제어장치

Description

하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치 및 그 제어방법{A COOLING SYSTEM OF GENERATOR IN HYBRID VEHICLES AND CONTROL METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명이 적용되는 하드 타입의 하이브리드 자동차의 구동계 개념도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치의 구성 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

E; 엔진 2; 제1축

G; 제너레이터 PG; 유성기어셋트

M; 모터 RG; 감속기어유닛

DG; 디프렌셜기어유닛 CL; 냉각수라인

CP; 냉각수펌프 RA; 라디에이터

TS; 온도센서 BMS; 배터리관리시스템

ECU; 엔진제어유닛 HCU; 하이브리드제어유닛

본 발명은 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제너레이터의 레이아웃(Layout)에서 발생할 수 있는 과열 및 자체 발전에 의해서 발생하는 과열로 인하여 제너레이터가 한계온도 이상일 경우, 자체 발전을 제어함으로써 과열에 의한 제너레이터의 손상을 방지할 수 있도록 하는 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

예컨대, 하이브리드 자동차라고 함은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동하는 것을 의미하는 것으로, 대부분의 경우에는 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 전기로 구동 및 발전을 위한 모터와 제너레이터등으로 구성된 시스템으로서, 일명 하이브리드 전기 자동차라고 일컬어지고 있다.

이러한 하이브리드 자동차는 크게 소프트 타입과 하드 타입으로 구분되는데,하드 타입의 경우를 일례로 하여 살펴보면, 다음과 같다.

즉, 하드 타입의 하이브리드 자동차는, 도 1에서와 같이, 엔진(E)으로부터 동력을 전달받는 제1축(입력축: 2)상에 동력분배수단인 유성기어셋트(PG)가 배치되고, 상기 유성기어셋트(PG)의 전후측에는 제네레이터(G)와 모터(M)가 각각 배치되며, 상기 유성기어셋트(PG)의 어느 하나의 작동요소로부터 출력되는 동력은 감속기어유닛(RG) 즉, 제2, 3축(카운트 샤프트:4, 6)에 형성된 기어들에 의해 감속된 상태에서 다시 최종적으로 감속되어 디프렌셜기어유닛(DG)을 통해 제4축(8)상의 휠 (10)로 최종 동력을 전달하는 구동계를 형성하고 있다.

보다 구체적으로 상기 제1축(2)상의 유성기어셋트(PG)는 유성 캐리어(PC)가 제1축(2)과 연결되고, 선기어(S)가 제네레이터(G)의 회전축과 연결되며, 링기어(R)가 모터(M)의 회전축에 연결됨과 동시에 드라이브 스프로켓(12)과도 연결된다.

상기 드라이브 스프로켓(12)은 제2축(4)상의 드리븐 스프로켓(14)과 체인(16)으로 연결되어 제2축(4)으로 동력을 전달하고, 제2축(4)의 카운터 드라이브 기어(18)는 제3축(6)의 카운터 드리븐 기어(20)와 치합되어 기어전동으로 동력을 전달하며, 제3축(6)의 파이널 기어(22)는 디프렌셜 기어(24)와 치합되어 최종적으로 감속이 이루어지면서 디프렌셜기어유닛(DG)을 통해 최종 동력이 드라이브 샤프트인 제4축(8)에 전달되도록 구성된다.

이러한 하이브리드 자동차의 구동계는 상기 모터(M)가 낮은 RPM에서 효율과 토크(Torque)면에서 우수하여 차량의 초기 출발 시, 차량의 주동력원으로 사용되며, 이후 차량이 일정 속도에 이르게 되면 제너레이터(G)가 엔진(E)을 구동하여 엔진(E)의 출력을 직접적으로 차량의 동력으로 이용함과 동시에, 엔진(E)을 시동한 제너레이터(G)는 반대로 엔진(E)의 동력을 이용해 발전을 하여 모터(M)에 에너지를 공급하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 제너레이터(G)는 엔진(E)의 시동 및 엔진(E)의 에너지 전환 역할을 하게 되는 것이다.

이러한 하이브리드 자동차의 구동계는 전륜 구동차량인 경우, 엔진룸 내에서 엔진(E)과 제너레이터(G) 및 모터(M)가 직렬형으로 배치되어 차량 좌표계 상의 T방 향으로 배열된다.

즉, 상기 제너레이터(G)는 엔진(E)과 모터(M) 사이에 위치하며, 상기 제너레이터(G)와 엔진(E) 사이에는 동력전달을 위한 토션 댐퍼(TD)가 상기 제1축(2)인 입력축 상에 구성된다.

이와 같은 제너레이터(G)의 배치에 따라, 상기 제너레이터(G)는 자체의 발전 시 발생하는 열뿐만 아니라 모터(M)에서 방열되는 열과 상기 토션 댐퍼(TD)의 슬립으로 발생되는 열, 및 엔진(E)으로부터 발생된 열에 영향을 받는다.

즉, 모터(M)와는 달리 발전을 위주로 하는 제너레이터(G)는 모터(M)에 비하여 자체적으로 발생하는 열이 더 많으며, 엔진룸이라는 한정된 공간에서 제너레이터(G)의 과열에 대한 문제를 해결하기 위해서 냉각수를 순환하여 라디에이터를 통해 냉각을 하는 구조를 가지고는 있으나, 이상 온도에서 장시간 동작 시, 제너레이터(G)의 효율이 현저히 저하되며 제너레이터(G) 손상의 원인이 될 수 있는 만큼, 제너레이터(G)의 과열 문제에 대한 2차적인 대책이 반드시 필요한 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 한계 및 제너레이터의 과열 문제에 대한 2차적인 대책을 마련하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 제너레이터의 레이아웃(Layout)에서 발생할 수 있는 열에 의한 손상의 문제와 자체 발전에 의해서 발생하는 과열의 문제를 해결하기 위해서 냉각수를 이용한 냉각방식 이외에, 제너레이터가 한계온도 이상일 경우, 자체 발전을 제어함으로써 과열에 의한 제너레이터의 손상을 방지할 수 있도록 하는 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 하이브리드 자동차용 제너레이터의 냉각 제어장치는 엔진의 회전 동력을 전달받는 제1축선상에 제네레이터와 동력분배수단, 및 모터를 배치하고, 상기 동력분배수단으로부터 출력되는 동력을 감속시킨 후 디프렌셜을 통해 구동휠로 전달되도록 구성한 구동계를 갖는 하이브리드 자동차에서,

상기 구동계를 감싸는 하이브리드 트랜스밋션 하우징 내부를 따라 배치되는 냉각수라인; 상기 냉각수라인에 냉각수를 공급하는 냉각수펌프; 상기 냉각수라인 내부의 냉각수를 식히는 라디에이터; 상기 제너레이터의 일측에 구성되어 제너레이터의 온도를 검출하여 그 신호를 출력하는 온도센서; 배터리의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리의 SOC 상태를 관리 제어하는 BMS; 엔진의 제반적인 동작을 제어하는 엔진제어유닛(ECU); 상기 엔진제어유닛과 연계하여 차량의 전반적인 거동 및 모터의 출력 토크 및 속도를 제어하고, 제너레이터의 출력 및 발전을 제어하며, 동시에 상기 온도센서의 검출신호에 따라 상기 냉각수펌프를 제어하는 하이브리드제어유닛(HCU)를 포함한다.

그리고, 상기한 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치의 제어방법은 제너레이터의 발전모드 상태에서 이루어지며, 온도센서를 통하여 제너레이터의 온도를 검출하는 제1단계; 상기 제1단계에서, 검출된 제너레이터의 검출온도가 한계온도 이하인가를 판단하는 제2단계; 상기 제2단계에서, 조건을 만족하면 상기 제 너레이터의 발전 제어상태를 유지하는 제3단계; 상기 제2단계에서, 조건을 만족하지 않으면 냉각수펌프를 구동하는 제4단계; 상기 제4단계에 이어, 상기 온도센서를 통하여 제너레이터의 온도를 재 검출하는 제5단계; 상기 제5단계에서의 제너레이터의 재 검출온도가 최종 검출온도보다 높은가를 판단하는 제6단계; 상기 제6단계에서, 조건을 만족하지 않으면 상기 제2단계로 리턴하며, 상기 조건을 만족하는 경우에는 상기 제너레이터의 발전을 차단하고, 배터리의 충전량을 검출하는 제7단계; 상기 제7단계에서, 검출된 배터리의 충전량이 기준치 이상인가를 판단하는 제8단계; 상기 제8단계에서, 조건을 만족하면 배터리의 전원을 공급하여 상기 제너레이터의 발전량을 보상하는 제9단계; 상기 제8단계에서, 조건을 만족하지 않으면 엔진 출력을 증가하여 상기 제너레이터의 발전량을 보상하는 제10단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치의 구성 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 상기 도 1을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 제너레이터 냉각 제어장치가 적용되는 하이브리드 차량의 구동계 는 엔진(E)의 회전 동력을 전달받는 제1축(2)선상에 제너레이터(G)와 동력분배수단인 유성기어셋트(PG), 및 모터(M)를 배치하고, 상기 유성기어셋트(PG)로부터 출력되는 동력을 감속기어유닛(RG)을 통하여 감속시킨 후, 디프렌셜기어유닛(DG)을 통해 구동휠(10)로 전달하도록 구성된다.

이러한 구성의 하이브리드 자동차의 구동계에서, 본 발명의 실시예에 따른 제너레이터 냉각 제어장치의 구성은 상기 구동계를 감싸는 하이브리드 트랜스밋션 하우징(미도시) 내부를 따라 냉각수라인(CL)이 배치된다.

상기 냉각수라인(CL)은 냉각수펌프(CP)와 연결되어 냉각수를 공급 및 순환시키게 되며, 상기 냉각수라인(CL)의 일측에는 냉각수를 식히기 위한 라디에이터(RA)와 연결된다.

그리고 상기 제너레이터(G)의 일측에는 온도센서(TS)가 구성되어 제너레이터(G)의 온도를 검출하여 그 신호를 출력하도록 이루어진다.

한편, 배터리(BATTERY)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리(BATTERY)의 SOC 상태를 관리 제어하는 배터리관리시스템(BMS, 이하, BMS라 칭함)이 구비되며, 엔진(E)의 제반적인 동작을 제어하는 엔진제어유닛(ECU, 이하, ECU라 칭함)도 구비된다.

그리고 상기 ECU와 연계하여 차량의 전반적인 거동 및 모터(M)의 출력 토크 및 속도를 제어하고, 제너레이터(G)의 출력 및 발전을 제어하며, 동시에 상기 온도센서(TS)의 검출신호에 따라 상기 냉각수펌프(CP)를 제어하는 하이브리드제어유닛(HCU, 이하, HCU라 칭함)이 구성된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성의 제너레이터 냉각 제어장치를 제어하기 위한 제어방법은, 상기 도 2에서 도시한 바와 같이, 먼저 상기 온도센서(TS)를 통하여 제너레이터(G)의 온도를 검출하여 그 신호를 HCU에 인가한다.(S1)

물론, 상기 온도센서(TS)에 의한 제너레이터(G)의 온도 검출은 제너레이터(G)의 발전모드 상태에서 이루어진다.

상기 단계(S1)에 이어서, 상기 HCU는 온도센서(TS)에 의해 검출된 제너레이터(G)의 검출온도가 한계온도 이하인가를 판단한다.(S2)

여기서, 상기 단계(S2)의 조건을 만족하면, HCU는 상기 제너레이터(G)의 발전 제어상태를 그대로 유지하도록 제어한다.(S3)

반면, 상기 단계(S2)에서, 조건을 만족하지 않으면, HCU는 냉각수펌프(CP)를 구동하여 냉각수라인(CL) 내에 냉각수를 순환시키게 된다.(S4)

이와 같이, 상기 단계(S4)에 이어, 상기 온도센서(TS)는 제너레이터(G)의 온도를 재 검출하여 그 신호를 HCU에 다시 인가한다.(S5)

그러면, 상기 HCU는 상기 단계(S5)에서의 제너레이터(G)의 재 검출온도가 최종 검출온도 즉, 온도센서가 검출한 바로 직전의 보다 높은가를 판단한다.(S6)

이어서, HCU는 상기 단계(S6)에서, 조건을 만족하지 않으면 즉, 제너레이터(G)의 재 검출온도가 최종 검출온도보다 낮은 경우, 상위 단계(S2)로 리턴하며, 상기 조건을 만족하는 경우 즉, 제너레이터(G)의 재 검출온도가 최종 검출온도보다 높은 경우, 상기 제너레이터(G)의 발전을 차단제어하고, 이어서 상기 BMS으로부터 배터리의 충전량을 검출한다.(S7)

즉, 상기 HCU는 상기 단계(S7)에서, 검출된 배터리의 충전량이 기준치 이상인가를 판단한다.(S8)

여기서, 상기 검출된 배터리의 충전량이 기준치 이상으로 조건을 만족하면, HCU는 배터리의 전원을 공급하여 상기 제너레이터(G)의 발전량을 보상하도록 전원을 제어하게 된다.(S9)

반면, 상기 검출된 배터리의 충전량이 기준치 이하로 조건을 만족하지 않으면, HCU는 ECU를 통하여 엔진(E)의 출력을 증가하여 상기 제너레이터(G)의 발전량을 보상하도록 엔진(E)을 제어하게 된다.(S10)

따라서 상기한 바와 같이, 제너레이터 냉각 제어장치를 제어하게 되면, 자체 발전으로 발생하는 열이 다른 열 요인에 비하여 큰 제너레이터(G)의 발전제어를 우선적으로 차단하게 되며, 제너레이터(G)는 아무런 부하 없이 공회전하게 되므로 제너레이터(G) 자체적인 내부열의 발생은 없는 상태가 되어 효과적으로 제너레이터(G)의 과열 문제를 해결하는 방법이 될 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치에 의하면, 제너레이터의 레이아웃(Layout)에서 발생할 수 있는 열에 의한 손상의 문제와 자체 발전에 의해서 발생하는 과열의 문제를 해결하기 위해서 냉각수를 이용한 냉각방식 이외에, 제너레이터가 한계온도 이상일 경우, 제너레이터의 발전제어를 우선적으로 차단하여 제너레이터가 아무런 부하 없이 공회전하도록 제어함으로써, 제너레이터 자체적인 내부열의 발생을 배제하며, 이로 인하여 과열에 의한 제너레이터의 손상을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 엔진의 회전 동력을 전달받는 제1축선상에 제네레이터와 동력분배수단, 및 모터를 배치하고, 상기 동력분배수단으로부터 출력되는 동력을 감속시킨 후 디프렌셜을 통해 구동휠로 전달되도록 구성한 구동계를 갖는 하이브리드 자동차에서,

   상기 구동계를 감싸는 하이브리드 트랜스밋션 하우징 내부를 따라 배치되는 냉각수라인;

   상기 냉각수라인에 냉각수를 공급하는 냉각수펌프;

   상기 냉각수라인 내부의 냉각수를 식히는 라디에이터;

   상기 제너레이터의 일측에 구성되어 제너레이터의 온도를 검출하여 그 신호를 출력하는 온도센서;

   배터리의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리의 SOC 상태를 관리 제어하는 BMS;

   엔진의 제반적인 동작을 제어하는 엔진제어유닛(ECU);

   상기 엔진제어유닛과 연계하여 차량의 전반적인 거동 및 모터의 출력 토크 및 속도를 제어하고, 제너레이터의 출력 및 발전을 제어하며, 동시에 상기 온도센서의 검출신호에 따라 상기 냉각수펌프를 제어하는 하이브리드제어유닛(HCU);를 포함하는 하이브리드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치.
2. 제너레이터의 발전모드 상태에서의 제너레이터 냉각 제어장치의 제어방법에 있어서,

   온도센서를 통하여 제너레이터의 온도를 검출하는 제1단계;

   상기 제1단계에서, 검출된 제너레이터의 검출온도가 한계온도 이하인가를 판단하는 제2단계;

   상기 제2단계에서, 조건을 만족하면 상기 제너레이터의 발전 제어상태를 유지하는 제3단계;

   상기 제2단계에서, 조건을 만족하지 않으면 냉각수펌프를 구동하는 제4단계;

   상기 제4단계에 이어, 상기 온도센서를 통하여 제너레이터의 온도를 재 검출하는 제5단계;

   상기 제5단계에서의 제너레이터의 재 검출온도가 최종 검출온도보다 높은가를 판단하는 제6단계;

   상기 제6단계에서, 조건을 만족하지 않으면 상기 제2단계로 리턴하며, 상기 조건을 만족하는 경우에는 상기 제너레이터의 발전을 차단하고, 배터리의 충전량을 검출하는 제7단계;

   상기 제7단계에서, 검출된 배터리의 충전량이 기준치 이상인가를 판단하는 제8단계;

   상기 제8단계에서, 조건을 만족하면 배터리의 전원을 공급하여 상기 제너레이터의 발전량을 보상하는 제9단계;

   상기 제8단계에서, 조건을 만족하지 않으면 엔진 출력을 증가하여 상기 제너레이터의 발전량을 보상하는 제10단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리 드 자동차용 제너레이터 냉각 제어장치의 제어방법.

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