KR20090062278A - 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서의 추가 없이 직류 변환 장치에서 소비하는 전력을 모터를 통해 발전시킬 수 있는 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치는 운전 요구 신호를 검출하는 운전 정보 검출부; 상기 운전 요구 신호를 수신하는 하이브리드 컨트롤 유닛; 상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 전력 공급이 제어되는 메인 배터리; 상기 메인 배터리의 전력을 공급받는 모터를 포함하며, 상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 상기 모터의 동력을 배분하고 상기 모터의 토크를 제어하는 모터 컨트롤 유닛; 상기 모터로부터 발전되는 전압을 상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 공급받는 직류변환장치; 상기 직류변환장치로부터 전압을 공급받아 충전하는 보조 배터리; 및 상기 보조 배터리로부터 전압을 공급받아 동작하는 보조 전장 부하를 포함하며, 상기 하이브리드 컨트롤 유닛은 상기 모터의 사용이 없는 경우 상기 메인 배터리의 전류가 0(Zero)이 되도록 피드백 제어를 하고, PI 제어를 이용하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크를 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for Controlling Electricity-Generation for a Hybrid Electric Vehicle}
본 발명은 센서의 추가 없이 직류 변환 장치에서 소비하는 전력을 모터를 통해 발전시킬 수 있는 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 전기 자동차의 보조전장에 전력을 공급하는 방법에는 엔진동력원을 사용하는 알터네이터 방식과 하이브리드 메인 베터리를 사용하는 직류변환장치(LDC) 방식이 있다. 알터네이터 방식은 엔진의 운전점과 상관없이 보조전장의 부하에 따라 엔진에 부하로 작용하지만 직류변환장치 방식은 메인 베터리의 전력을 이용하여 보조 전장에 전원을 공급하는 방식으로 엔진의 운전점을 선택하는데에 있어서 자유도를 높여주어서 엔진을 효율적으로 제어하는 장점을 가지고 있다.
직류변환장치 방식을 사용하는 하이브리드 전기 자동차에서 직류변환장치의 전원은 메인 배터리가 되며, 이 메인 배터리는 하이브리드 제어 기법에 의해 충전 상태(State Of Charge; SOC)가 일정 수준을 유지토록 한다. 이 메인 베터리의 충전상태(SOC)의 제어 기법은 하이브리드 전기 자동차 제어 로직에서 매우 중요한 요소가 된다. 직류변환장치 방식을 사용하는 하이브리드 전기 자동차에서 직류변환장치의 부하는 보조 전장에 의해 결정이 되어지며 이 보조 전장 부하의 양에 따라 메인 배터리가 방전하게 되고 충전상태(SOC)가 변하게 된다. 이와 같은 메인 배터리의 충방전 상태를 일정하게 유지하도록 보조전장 부하량만큼 모터가 발전하여 직류변환장치에 전력을 공급하게 된다. 이때 메인배터리의 충전상태에 영향을 미치지 않게 하기 위하여 보조전장 부하량의 정확한 측정이 요구되며, 측정된 보조전장 부하량에 해당하는 전력을 엔진의 동력을 이용하여 모터를 발전시켜서 공급하게 된다.
그런데 보조전장 부하량의 정확한 측정을 위해서는 메인 배터리의 충전상태(SOC) 측정을 위한 배터리 전압, 전류 센서 외에 추가적으로 인버터 전류 센서 또는 직류변환장치의 입력 센서가 필요하므로, 이러한 추가적인 센서들로 인해 원가가 상승되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 센서의 추가 없이 직류 변환 장치에서 소비하는 전력을 모터를 통해 발전시킬 수 있는 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치는 운전 요구 신호를 검출하는 운전 정보 검출부; 상기 운전 요구 신호를 수신하는 하이브리드 컨트롤 유닛; 상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 전력 공급이 제어되는 메인 배터리; 상기 메인 배터리의 전력을 공급받는 모터를 포함하며, 상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 상기 모터의 동력을 배분하고 상기 모터의 토크를 제어하는 모터 컨트롤 유닛; 상기 모터로부터 발전되는 전압을 상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 공급받는 직류변환장치; 상기 직류변환장치로부터 전압을 공급받아 충전하는 보조 배터리; 및 상기 보조 배터리로부터 전압을 공급받아 동작하는 보조 전장 부하를 포함하며, 상기 하이브리드 컨트롤 유닛은 상기 모터의 사용이 없는 경우 상기 메인 배터리의 전류가 0(Zero)이 되도록 피드백 제어를 하고, PI 제어를 이용하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 방법 은 운전 정보 검출부, 상기 운전 정보 검출부와 연결된 하이브리드 컨트롤 유닛, 상기 하이브리드 컨트롤 유닛과 연동되는 메인 배터리와 모터 컨트롤 유닛과 직류변환장치, 상기 직류변환장치와 연결되는 보조 배터리, 및 상기 보조 배터리와 연결되는 보조 전장 부하를 포함하며, 상기 모터 컨트롤 유닛에 포함되는 모터의 사용을 중지시키는 토크 출력 금지 명령어를 생성하고, 상기 메인 배터리의 전압 및 전류를 측정하여 상기 직류변환장치의 초기 부하를 산출하는 초기 부하 산출 단계; 상기 모터의 사용이 없는 경우 상기 메인 배터리의 전류와 0(Zero)으로 설정된 추종 전류의 오차를 연산하고, 상기 오차를 PI 제어하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크를 생성하는 발전 제어 부하 산출 단계; 상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크를 디폴트로 부여하는 디폴트 부하 산출 단계; 상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크와 상기 직류변환장치의 디폴트 토크 중 하나를 선택하여 상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크를 생성하는 모터 토크 검출 단계; 상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크에 상기 직류변환장치의 발전 제어 사용 조건을 반영하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크를 결정하는 발전 제어 조건 판단 단계; 및 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크에 상기 모터의 사용이 요구된 모터 요구 토크가 반영된 통합 모터 토크를 생성하고, 상기 통합 모터 토크와 상기 토크 출력 금지 명령에 의해 상기 모터의 최종 출력값을 생성하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 전송하는 모터 토크 통합 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법 은 하이브리드 컨트롤 유닛이 메인 배터리 전류센서에 의해 센싱된 메인 배터리의 전류를 0(Zero)이 되도록 피드백시키고 직류변환장치의 소비 전력을 체크하도록 하여, 기존에 직류변환장치의 소비 전력을 체크하기 위해 추가 요구된 직류변환장치의 입력 전류 센서를 없앰으로써 하이브리드 전기 자동차의 원가를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법은 하이브리드 컨트롤 유닛이 직류변환장치의 소비전력을 모터의 발전을 통해 공급하도록 제어함으로써, 메인 배터리의 충전상태를 일정하게 유지시킬 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치(800)는 운전 정보 검출부(100), 하이브리드 컨트롤 유닛(Hybrid Control Unit; 이하 HCU라 함)(200), 메인 배터리(300), 모터 컨트롤 유닛(Motor Control Unit; 이하 MCU라 함)(400), 직류변환장치(LDC)(500), 보조 배터리(600), 및 보조 전장 부하(700)를 포함한다. 이러한 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치(800)는 HCU(200)를 통해 직류변환장치(500)의 소비 전력을 체크하여, 체크된 직 류변환장치(500)의 소비전력을 모터(미도시)를 통해 발전시킬 수 있다.
상기 운전정보 검출부(100)는 운전자의 출발 및 가속 요구에 대한 신호와 제동 제어하는 브레이크 페달 신호, 변속단 선택에 대한 인히비터 스위치의 신호 등 운전자의 운전 요구신호를 검출한다.
상기 HCU(200)는 상위 제어기로 각 제어기들을 통합 제어하며, 직류변환장치(500)의 소비 전력을 체크하여 체크된 소비 전력을 모터를 통해 발전시킬 수 있도록 상기 MCU(400)를 제어한다. 이러한 HCU(200)의 구체적인 설명은 도 2 내지 도 10을 통해 후술하기로 한다.
상기 메인 배터리(300)는 모터(미도시)에 구동 전압을 공급하며, 제동 제어시 발생되는 회생 발전 에너지 및 상기 MCU(400)와 연결되는 엔진(미도시)의 동작에 의한 발전으로 충전된다.
상기 MCU(400)는 모터(미도시)를 포함하며, 상기 HCU(200)의 제어에 따라 모터의 동력을 배분하여 그에 따른 토크를 제어하며, 모터에 공급되는 전류량을 제한 및 제어한다.
상기 직류변환장치(500)는 상기 보조 전장 부하(700)의 전원 공급을 담당하며, 저전압을 저장하고 있는 상기 보조 배터리(600)의 충전을 위한 장치로서 상기 HCU(200)의 제어에 의해 스위칭 온/오프되어 보조 배터리(600)에 충전 전압을 공급한다.
상기 보조 배터리(600)는 상기 직류변환장치(500)의 전원 공급에 의해 전압을 충전하여 상기 보조 전장 부하(700)에 공급한다.
상기 보조전장 부하(700)는 상기 보조 배터리(600)로부터 전원을 공급받아 동작한다.
다음은 도 2 내지 도 10을 통해 HCU(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 HCU의 내부 구성도이고, 도 3은 도 1에 도시된 HCU의 메인 동작을 보여주는 알고리즘이고, 도 4는 도 2에 도시된 HCU의 동작 과정을 보여주는 흐름도이고, 도 5는 도 4에 도시된 초기 부하 산출 단계의 동작을 보여주는 초기 부하 산출 알고리즘이고, 도 6은 도 4에 도시된 디폴트 부하 산출 단계의 동작을 보여주는 디폴트 부하 산출 알고리즘이고, 도 7은 도 4에 도시된 발전 제어 부하 산출 단계의 동작을 보여주는 발전 제어 부하 산출 알고리즘이고, 도 8은 도 4에 도시된 모터 토크 검출 단계의 동작을 보여주는 모터 토크 검출 알고리즘이고 도 9는 도 4에 도시된 발전 제어 조건 판단 단계의 동작을 보여주는 발전 제어 조건 알고리즘이고, 도 10은 도 4에 도시된 모터 토크 통합 단계의 동작을 보여주는 모터 토크 통합 알고리즘이다.
도 2를 참조하면, 상기 HCU(200)는 초기 부하 산출부(210), 발전 제어 부하 산출부(220), 디폴트(Default) 부하 산출부(230), 모터 토크 검출부(240), 발전 제어 조건부(250), 및 모터 토크 통합부(260)를 포함한다. 또한, 상기 HCU(200)는 하이브리드 전기 자동차의 동력 분배를 수행할 수 있도록 정해진 동력분배 알고리즘(270)을 포함한다.
이러한 HCU(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모터의 사용이 없는 경 우 상기 메인 배터리(300)의 전류센서(미도시)에 의해 센싱된 상기 메인 배터리(300)의 전류(IB)가 0(Zero)이 되도록 피드백 제어를 하고, PI 제어를 이용하여 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 모터 토크(TqMotLdc)를 생성한다. 상기 HCU(200)는 초기 부하 산출 단계(S200), 발전 제어 부하 산출 단계(S220), 디폴트 부하 산출 단계(S230), 모터 토크 검출 단계(S240), 발전 제어 조건 생성 단계(S250), 및 모터 통합 단계(S260)를 통해 동작한다.
먼저, 도 2, 4, 5를 참조하면, 상기 초기 부하 산출부(210)는 스위치(211,212)를 포함하며, 상기 초기 부하 산출 단계(S200)에서 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 산출한다.
구체적으로, 상기 초기 부하 산출부(210)는 하이브리드 전기 자동차의 시동(ST) 초기에 모터가 동력분배 알고리즘(270)에 의해 사용되는 경우 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 산출하지 못하므로 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 산출하기 위하여 스위치(211)를 이용해 모터의 사용을 잠시 중지시키는 토크 출력 금지 명령어(TqMotCmdcut)를 생성하고, 그때 상기 메인 배터리(300)의 전압(VB)과 전류(IB)를 측정하여 스위치(212)를 이용해 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 산출한다. 여기서, 상기 직류변환장치(500)의 초기 부 하(WLdcIni)를 산출시 생성된 토크 출력 금지 명령어(TqMotCmdcut)는 모터 토크 통합부(260)의 입력으로 사용되어 모터 최종 출력값(TqMotCmd)을 0(Zero)로 만드는 명령어이다.
도 5에 도시된 초기 부하 산출 알고리즘에서, S206 내지 S210는 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 산출하기 위해 하이브리드 전기 자동차의 시동(ST) 이후부터 시동 완료 시간(STChk) 이전 동안에 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하 산출 가능 여부 (STini)를 판단하는 로직이며, S211에서 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하 산출이 가능하다고 판단된 경우(STcnt<STchk; STcnt는 시동 시간(ST)부터 카운트되는 시간임)에 S212는 메인 배터리(300)의 전류(IB)와 전압(VB)을 읽어서 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 산출하고 이러한 산출을 위해 모터의 사용을 금지하기 위해 토크 출력 금지 명령어(TqMotCmdcut)를 0(Zero)으로 셋팅한다. 또한, S211에서 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)의 산출이 금지된 경우(STcnt≥STchk)에는 S213은 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 기존값 그대로 유지하며 모터 사용을 허가하기 위해 동력분배 알고리즘(270)을 통해 생성된 통합 모터 토크(TqMotsum)를 토크 출력 금지 명령어(TqMotCmdcut)에 대치시킨다. 이 토크 출력 금지 명령어(TqMotCmdcut)는 상기 모터 토크 통합부(260)에서 사용되 어 모터 최종 출력값(TqMotCmd)을 제한시키는데 사용된다.
도 2, 4, 6을 참조하면, 발전 제어 부하 산출부(220)는, 상기 발전 제어 부하 산출 단계(S220)에서 동력분배 알고리즘(270)에 의해 메인 배터리(300)가 사용되고 있지 않은 경우 메인 배터리(300)의 전류(IB)가 0(Zero)가 되도록 피드백 제어를 시행하여 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크(TqldcBas)를 산출한다.
한편, 동력분배 알고리즘(270)에 의해 메인 배터리(300)가 충방전을 하고 있지 않은 경우, 상기 메인 배터리(300)는 상기 직류변환장치(500)의 전원이 되어 전류를 상기 직류변환장치(500)로 공급한다. 이때 메인 배터리(300)가 공급하는 전류만큼 모터가 발전을 시행하여 상기 직류변환장치(500)로 전원을 공급하게 되면, 메인 배터리(300)의 충방전 전류는 0(Zero)이 되어 보조 전장 부하(700)가 있더라도 메인 배터리(300)의 충방전 상태(SOC)는 변함이 없게 된다.
도 6에 도시된 발전 제어 부하 산출 알고리즘에서, S221은 상기 메인 배터리(300)의 전류(IB)와 추종전류(IBref, 0으로 설정)와의 오차(IBerr)를 연산하고 S222는 이 오차(IBerr)를 PI 제어(221)를 통해 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크(TqLdcBas)를 산출한다.
도 2, 4, 7을 참조하면, 상기 디폴트 부하 산출부(230)는 스위치(231,232)를 포함하며, 상기 디폴트 부하 산출 단계(S230)에서 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크((TqldcBas)를 디폴트로 부여한다.
구체적으로, 상기 디폴트 부하 산출부(230)는 상기 발전 제어 부하 산출부(220)에서 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크((TqldcBas)를 생성하고 있는 도중에 동력분배 알고리즘(270)에 의해 모터를 사용하게 될 경우 모터 사용 직전의 값을 메모리하여 저장하고 있으면서 스위치(232)를 이용하여 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크(TqldcBas)를 디폴트로 부여한다. 즉, 상기 디폴트 부하 산출부(230)는 동력분배 알고리즘(270)에 의해 모터가 발전을 하고 있는 경우 메인 배터리(300)가 사용되고 있기 때문에 상기 발전 제어 부하 산출부(220)에서 정확한 상기 직류변환장치(500)의 부하량(즉, 소비전력)을 측정하지 못하므로 이전에 메모리된 상기 직류변환장치(500)의 디폴트 부하(WLdcDft)에 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크(TqldcBas)를 대치하여 제어한다.
또한, 상기 디폴트 부하 산출부(230)는 상기 초기 부하 산출부(210)에서 산출된 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)의 값을 로딩하고 스위치(232)를 이용하여 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 반영한다. 상기 디폴트 부하 산출부(230)는 마지막에 전력(W)을 토크(Tq)로 변환시키며 이때 엔진 알피엠(RPM)을 이용한다.
도 7에 도시된 디폴트 부하 산출 알고리즘에서, S231은 상기 직류변환장 치(500)의 초기 부하에 대한 산출 비트(STIni)가 1로 셋되어 있으면 S232에서 상기 직류변환장치(500)의 임시 디폴트 부하(WLdcDftTmp)에 상기 초기 부하 산출부(210)에서 산출된 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하(WLdcIni)를 대치시키고 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하 산출 비트(STIni)가 예를 들어 0으로 리셋되어 있으면 S233 내지 S234는 상기 발전 제어 부하 산출부(220)에 의해 산출된 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크(TqLdcBas)와 모터의 각속도(ωMot)를 이용하여 상기 직류변환장치(500)의 임시 디폴트 부하(WLdcDftTmp)를 산출한다. S235에서 현재 모터가 사용되고 있지 않은 것으로 판단되면(즉, TqMotRq값이 0이면) S236은 상기 직류변환장치(500)의 임시 디폴트 부하(WLdcDftTmp)를 상기 직류변환장치(500)의 디폴트 부하(WLdcDft)로 대치시키고, S235에서 현재 모터가 사용되고 있는 것으로 판단되면 S237은 상기 직류변환장치(500)의 디폴트 부하(WLdcDft)를 기존 값 그대로 유지한다. S238은 S236 및 S237에서 산출된 상기 직류변환장치(500)의 디폴트 부하(WLdcDft)를 모터의 각속도(ωMot)를 이용하여 상기 직류변환장치(500)의 디폴트 토크(TqLdcDft)로 변환한다.
도 2, 4, 8을 참조하면, 모터 토크 검출부(240)는 스위치(241)를 포함하며, 상기 모터 토크 검출 단계(S240)에서 동력분배 알고리즘(270)에서 출력된 모터 요구 토크(TqMotRq)의 존재 여부를 판단하여 상기 발전제어 부하 산출부(220)에서 출력된 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크(TqldcBas)와 상기 디폴트 부하 산출부(230)에서 산출된 직류변환장치(500)의 디폴트 토크(TqLdcDft)를 상기 스위치(241)를 통해 선택하여 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크(TqLdcSet)를 생성한다.
이와 같이, 모터 토크 검출부(240)가 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크(TqLdcSet)를 생성하는 이유는, 동력분배 알고리즘(270)에 의해서 모터 요구 토크(TqMotRq)가 나올 경우 메인 배터리(300)를 사용하고 있으므로 상기 발전 제어 부하 산출부(220)에서 산출된 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크(TqldcBas)는 부정확할 수 있기 때문이다.
도 8에 도시된 모터 토크 검출 알고리즘에서, S241에서 현재 모터가 사용되고 있지 않는 경우, 즉 동력분배 알고리즘(270)에서 나온 모터 요구 토크(TqMotRq)가 0이면 S242는 상기 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크(TqLdcSet)를 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 기본 토크(TqLdcBas)로 대치시키고, S241에서 모터가 사용된 경우, 즉 동력분배 알고리즘(270)에서 나온 모터 요구 토크(TqMotRq)가 0이 아니면 S243는 상기 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크(TqLdcSet)를 상기 직류변환장치(500)의 디폴트 토크(TqLdcDft)로 대치시킨다.
도 2, 4, 9를 참조하면, 상기 발전 제어 조건부(250)는 스위치(251)를 포함하며, 상기 발전 제어 조건 판단 단계(S250)에서 상기 모터 토크 검출부(240)로부터 출력된 상기 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크(TqLdcSet)를 동력분배 알고리즘을 통해 생성된 통합 모터 토크(TqMotSum)에 반영하는 조건을 결정한다. 다시 말해서, 상기 발전 제어 조건부(250)는 상기 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크(TqLdcSet)에 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 사용 조건을 반영하여 상기 직류변환장치500)의 발전 제어 모터 토크(TqMotLdc)를 결정한다.
구체적으로, 동력분배 알고리즘(270)에서 나온 모터 요구 토크(TqMotRq)가 양의 값일 때(Motor Asssit 구간)에는 차량의 가속성능을 위하여 상기 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크((TqLdcSet)를 반영하지 않는다. 반면, 동력분배 알고리즘(270)에서 나온 모터 요구 토크(TqMotRq)가 음의 값일 때(Generation 구간)에는 동력분배 알고리즘(270)에서 나온 모터 요구 토크(TqMotRq)에 상기 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크((TqLdcSet)를 반영한다.
또한, 발전 제어에서 미미한 오차로 인해 메인 배터리(300)로 전류가 흘러 들어갈 경우 메인 배터리(300)의 충방전 상태(SOC)가 지속적으로 늘어날 경우를 대비하여 일정한 충방전상태의 이상(SOC Over)에서는 발전제어가 중지된다.
도 9에 도시된 발전 제어 조건 판단 알고리즘에서, S251는 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 사용 조건(LdcGenCnd)을 포함하며, S252에서 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 사용 조건(LdcGenCnd)이 만족되면 S253은 모터에 반영되어야 할 발전 제어 모터 토크(TqMotLdc)를 상기 모터 검출부(240)으로부터 출력된 상기 직류변환장치(500)의 셋팅된 모터 토크(TqLdcSet)로 대치시키고, S252에서 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 사용 조건(LdcGenCnd)이 만족되지 않으면 S254는 모터에 반영되어야 할 발전 제어 모터 토크(TqMotLdc)를 0(Zero)으로 만든다.
도 2, 4, 10을 참조하면, 상기 모터 토크 통합부(260)는 상기 모터 토크 통합 단계(S260)에서 모터의 최종 출력값(TqMotCmd)을 생성하여 상기 MCU(400)로 전송한다. 그럼, 상기 MCU(400)는 상기 모터의 최종 출력값(TqMotCmd)에 따라 상기 직류변환장치(500)의 소비전력을 공급하도록 모터를 발전시키는 것을 제어한다.
구체적으로, 상기 모터 토크 통합부(260)는 동력분배 알고리즘(270)에서 나온 모터 요구 토크(TqMotRq)와 상기 직류변환장치(500)의 발전 제어 모터 토크(TqMotLdc)를 더하여 통합 모터 토크(TqMotsum)를 만들고, 상기 직류변환장치(500)의 초기 부하 측정을 위해 초기부하 산출부(210)에서 토크 출력 금지명령(TqMotCmdCut)을 받아 모터의 최종 출력값(TqMotCmd)을 생성한다.
도 10에 도시된 모터 토크 통합 알고리즘에서, S261은 통합 모터 토크(TqMotsum)를 산출하고 S262는 토크 출력 금지명령(TqMotCmdCut)을 반영하여 모터의 최종 출력값(TqMotCmd)을 생성한다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법은 하이브리드 컨트롤 유닛(200)이 메인 배터리 전류센서에 의해 센싱된 메인 배터리의 전류를 0(Zero)되도록 피드백시키고 직류변환장치(500)의 소비 전력을 체크하도록 하여, 기존에 직류변환장치의 소비 전력을 체크하기 위해 추가 요구된 직류변환장치의 입력 전류 센서를 없앰으로써 하이브리드 전기 자동차의 원가를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치 및 방법은 하이브리드 컨트롤 유닛(200)이 직류변환장치(500)의 소비전력을 모터의 발전을 통해 공급하도록 제어함으로써, 메인 배터리(300)의 충전상태를 일정하게 유지시킬 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 HCU의 내부 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 HCU의 메인 동작을 보여주는 알고리즘이다.
도 4는 도 2에 도시된 HCU의 동작 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 도 4에 도시된 초기 부하 산출 단계의 동작을 보여주는 초기 부하 산출 알고리즘이다.
도 6은 도 4에 도시된 디폴트 부하 산출 단계의 동작을 보여주는 디폴트 부하 산출 알고리즘이다.
도 7은 도 4에 도시된 발전 제어 부하 산출 단계의 동작을 보여주는 발전 제어 부하 산출 알고리즘이다.
도 8은 도 4에 도시된 모터 토크 검출 단계의 동작을 보여주는 모터 토크 검출 알고리즘이다.
도 9는 도 4에 도시된 발전 제어 조건 판단 단계의 동작을 보여주는 발전 제어 조건 알고리즘이다.
도 10은 도 4에 도시된 모터 토크 통합 단계의 동작을 보여주는 모터 토크 통합 알고리즘이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 운전 정보 검출부 200: 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)
300: 메인 배터리 400: 모터 컨트롤 유닛(MCU)
500: 직류변환장치 600: 보조 배터리
700: 보조 전장 부하 800: 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치

Claims (10)

  1. 운전 요구 신호를 검출하는 운전 정보 검출부;
    상기 운전 요구 신호를 수신하는 하이브리드 컨트롤 유닛;
    상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 전력 공급이 제어되는 메인 배터리;
    상기 메인 배터리의 전력을 공급받는 모터를 포함하며, 상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 상기 모터의 동력을 배분하고 상기 모터의 토크를 제어하는 모터 컨트롤 유닛;
    상기 모터로부터 발전되는 전압을 상기 하이브리드 컨트롤 유닛에 의해 공급받는 직류변환장치;
    상기 직류변환장치로부터 전압을 공급받아 충전하는 보조 배터리; 및
    상기 보조 배터리로부터 전압을 공급받아 동작하는 보조 전장 부하를 포함하며,
    상기 하이브리드 컨트롤 유닛은 상기 모터의 사용이 없는 경우 상기 메인 배터리의 전류가 0(Zero)이 되도록 피드백 제어를 하고, PI 제어를 이용하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 컨트롤 유닛은
    상기 모터의 사용을 중지시키는 토크 출력 금지 명령어를 생성하고, 상기 메인 배터리의 전압 및 전류를 측정하여 상기 직류변환장치의 초기 부하를 산출하는 초기 부하 산출부;
    상기 모터의 사용이 없는 경우 상기 메인 배터리의 전류와 0(Zero)으로 설정된 추종 전류의 오차를 연산하고, 상기 오차를 PI 제어하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크를 산출하는 발전 제어 부하 산출부;
    상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크를 디폴트로 부여하는 디폴트 부하 산출부;
    상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크와 상기 직류변환장치의 디폴트 토크 중 하나를 선택하여 상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크를 생성하는 모터 토크 검출부;
    상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크에 상기 직류변환장치의 발전 제어 사용 조건을 반영하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크를 결정하는 발전 제어 조건부; 및
    상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크에 상기 모터의 사용이 요구된 모터 요구 토크가 반영된 통합 모터 토크를 생성하고, 상기 통합 모터 토크와 상기 토크 출력 금지 명령에 의해 모터의 최종 출력값을 생성하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 전송하는 모터 토크 통합부를 포함하는 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모터 컨트롤 유닛은 상기 모터의 최종 출력값에 따라 상기 직류변환장치의 소비전력을 공급하도록 모터를 발전시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 장치.
  4. 운전 정보 검출부, 상기 운전 정보 검출부와 연결된 하이브리드 컨트롤 유닛, 상기 하이브리드 컨트롤 유닛과 연동되는 메인 배터리와 모터 컨트롤 유닛과 직류변환장치, 상기 직류변환장치와 연결되는 보조 배터리, 및 상기 보조 배터리와 연결되는 보조 전장 부하를 포함하는 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 방법에 있어서,
    상기 모터 컨트롤 유닛에 포함되는 모터의 사용을 중지시키는 토크 출력 금지 명령어를 생성하고, 상기 메인 배터리의 전압 및 전류를 측정하여 상기 직류변환장치의 초기 부하를 산출하는 초기 부하 산출 단계;
    상기 모터의 사용이 없는 경우 상기 메인 배터리의 전류와 0(Zero)으로 설정된 추종 전류의 오차를 연산하고, 상기 오차를 PI 제어하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크를 생성하는 발전 제어 부하 산출 단계;
    상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크를 디폴트로 부여하는 디폴트 부하 산출 단계;
    상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크와 상기 직류변환장치의 디폴트 토크 중 하나를 선택하여 상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크를 생성하는 모터 토 크 검출 단계;
    상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크에 상기 직류변환장치의 발전 제어 사용 조건을 반영하여 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크를 결정하는 발전 제어 조건 판단 단계; 및
    상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크에 상기 모터의 사용이 요구된 모터 요구 토크가 반영된 통합 모터 토크를 생성하고, 상기 통합 모터 토크와 상기 토크 출력 금지 명령에 의해 상기 모터의 최종 출력값을 생성하여 상기 모터 컨트롤 유닛에 전송하는 모터 토크 통합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서
    상기 모터 컨트롤 유닛이 상기 모터의 최종 출력값에 따라 상기 직류변환장치의 소비전력을 공급하도록 모터를 발전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 발전 제어 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 초기 부하 산출 단계는
    상기 하이브리드 전기 자동차의 시동 시간부터 시동 완료 시간 이전 동안 상기 직류변환장치의 초기 부하 산출 가능 여부를 판단하며, 가능하면 상기 메인 배터리의 전압과 전류를 읽어 상기 직류변환장치의 초기 부하를 산출하고, 가능하지 않으면 상기 직류 변환 장치의 초기 부하를 기존값 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 발전 제어 부하 산출 단계는
    상기 메인 배터리의 전류와 상기 추종 전류와의 오차를 연산하고 상기 오차를 PI 제어를 통해 상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 방법.
  8. 제 4 항에 있어서
    상기 디폴트 부하 산출 단계는
    상기 직류변환장치의 초기 부하에 대한 산출 비트가 셋되면 상기 직류변환장치의 임시 디폴트 부하를 상기 직류변환장치의 초기 부하로 대치시키고, 상기 직류변환장치의 초기 부하에 대한 산출 비트가 리셋되면 상기 직류변환장치의 임시 디폴트 부하를 상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크와 상기 모터의 각속도를 이용하여 산출하는 과정;
    상기 모터가 사용되지 않는 경우 상기 직류변환장치의 임시 디폴트 부하를 상기 직류변환장치의 디폴트 부하로 대치시키고, 상기 모터가 사용되는 경우 상기 직류변환장치의 디폴트 부하를 기존값 그대로 유지하는 과정; 및
    상기 직류변환장치의 임시 디폴트 부하를 상기 모터의 각속도를 이용하여 상 기 직류변환장치의 디폴트 토크로 변환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 모터 토크 검출 단계는
    상기 모터가 사용되지 않는 경우 상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크를 상기 직류변환장치의 발전 제어 기본 토크로 대치시키는 과정; 및
    상기 모터가 사용되는 경우 상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크를 상기 직류변환장치의 디폴트 토크로 대치시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 발전 제어 조건 판단 단계는 상기 직류변환장치의 발전 제어 사용 조건을 포함하며,
    상기 직류변환장치의 발전 제어 사용 조건이 만족되면, 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크를 상기 직류변환장치의 셋팅된 모터 토크로 대치시키는 과정; 및
    상기 직류변환장치의 발전 제어 사용 조건이 만족되지 않으면, 상기 직류변환장치의 발전 제어 모터 토크를 0(Zero)으로 대치시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 제어 방법.
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