KR20090062589A - 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 냉시동시 ISG로 엔진 기동을 하지 않고, 모터로 엔진 시동을 하여 EV 주행 금지와 함께 엔진에 의한 크리프 주행이 이루어지도록 함으로써, 냉시동시 배터리의 방전을 막고 오히려 배터리 충전이 이루어지도록 하고, ISG용 벨트의 슬립으로 엔진 시동이 걸리지 않는 것을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 배터리 SOC 상태 및 대기온을 판정하는 단계와; 배터리 온도 또는 대기온이 혹한 상태로 결정되면, 배터리에 의하여 모터가 순간 기동되는 단계와; 상기 모터의 기동에 의하여, 모터와 크랭크 축으로 직결된 엔진이 기동되는지를 판정하는 단계와; 엔진이 기동되면, 배터리 전원 공급 차단으로 모터가 정지되는 단계와; 브레이크 해제와 함께 클러치가 접합되어, 엔진 크리프 주행이 이루어지는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법을 제공한다.

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Description

하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법{Method for controlling cold starting of HEV}

본 발명은 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 냉시동시 ISG로 엔진 기동을 하지 않고, 모터로 엔진 시동을 하여 EV 주행 금지와 함께 엔진에 의한 크리프 주행이 이루어지도록 함으로써, 냉시동시 배터리의 방전을 막고 오히려 배터리 충전이 이루어지도록 하고, ISG용 벨트의 슬립으로 엔진 시동이 걸리지 않는 것을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법에 관한 것이다.

배기가스 저감 및 연비 성능 향상을 위한 차세대 하이브리드 차량의 시스템 구성을 간략하게 살펴보면, 첨부한 도 1의 구성도에서 보는 바와 같이, 엔진(10), 모터(20), 자동변속기(30)가 일축상에 직결되어 있고, 엔진(10) 및 모터(20)는 클러치(40)에 의하여 연결되어 있으며, 물론 이들의 동작을 위한 인버터, 벨트에 의하여 엔진의 크랭크 풀리와 직결된 ISG(50, ISG(Integrated Starter Generator ; 일체형 기동 발전기)), 고전압배터리 등을 포함하며, 제어수단으로서 미도시되었지만 HCU(Hybrid Control Unit), MCU(Motor Control Unit), BMS(Battery Management System) 등을 포함하고 있다.

이러한 구성을 기반으로 하는 하이브리드 차량의 주요 주행모드는 주지된 바와 같이, 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 보조모드인 HEV(hybrid electric vehicle)모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 상기 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking)모드를 포함한다.

도 1에 도시된 하이브리드 차량은 EV/HEV 모드가 있는 하이브리드 차량으로서, EV모드에서 HEV모드로 모드 변환시, 엔진 클러치(Engine Clutch)의 결합이 이루어지고, 엔진의 운전점 결정을 위해 자동변속기(Auto Transmission)를 사용하는 타입이다.

또한, 탑재된 배터리는 모터에 주행 전원, ISG에 엔진 기동용 전원을 공급하고, DC/DC 컨버터에 전원을 공급하여 차량에서 필요로 하는 12V전원을 공급하여준다.

초기 기동시, 하이브리드 차량은 항시 메인 배터리(고전압 배터리)를 에너지원으로 하여 탑재된 ISG로 엔진 시동을 걸고, 만약 메인 배터리가 과도하게 방전되었다면 시동 불가가 상태가 되어 메인 배터리의 충전을 필요로 하게 된다.

이에, 메인 배터리가 과도하게 방전되는 것을 방지하기 위하여 BMS(Battery Management System)는 배터리의 SOC(State Of Charge)를 관리하게 되는 바, 배터리의 수명을 위하여 현재 차량은 상위 80%까지 충전을, 하위 30%까지 방전하는 제어를 하고 있다.

이와 같이 차세대 하이브리드 차량의 경우, 배터리시스템은 엔진 기동을 위한 ISG 기동, 차량 주행을 위한 모터 기동, 12V배터리 충전을 위한 DC/DC 컨버터에 대한 전원 공급하는 역할을 한다.

본원 출원인에 의하여 연구되고 있는 하이브리드 차량의 냉시동 규정에 의거, 차량이 -30℃에서 14시간 방치 이후, 시동을 걸 때 배터리의 출력 에너지는 급격히 감소되어 정상적인 시동을 수행할 수 없다(배터리 온도는 -20 ℃).

차세대 하이브리드 차량의 경우, 엔진 시동은 탑재된 대용량 ISG로 시동을 걸지만(12V 스타터 미적용), 이때 필요한 배터리 에너지로서 약 5kW의 방전 에너지가 필요하다.

그러나, 메인 배터리 온도가 -20℃까지 떨어진 상태에서는 아무리 SOC가 높다 하더라도, ISG로 시동을 걸기 위한 5kW의 방전 에너지를 출력할 수 없고, 그에 따라 시동을 수행할 수 없으며, 이에 원활한 시동을 위하여 냉시동시 배터리의 방전제어 로직이 요구되고 있다.

또한, 대기온이 -10℃ 이하로 떨어진 경우, ISG에 의한 엔진 냉시동에 따른 벨트(ISG와 크랭크 축 풀리간을 연결하고 있는 벨트)의 슬립으로 인하여, 엔진 시동이 걸리지 않는 경우가 발생될 수 있으므로, 이를 해결하기 위한 로직이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 냉시동시 배터리의 현재 상태 SOC에 관계없이, 배터리 온도에 비례하여 하위 전압 제한을 일시적으로 풀어주고, 대기온이 -10℃ 이하에서 엔진 기동에 사용하는 ISG를 사용하지 않고, 크랭크 축과 직결되어 있는 모터를 사용하여 엔진 시동을 걸 수 있도록 함으로써, 냉시동에 따른 벨트의 슬립으로 엔진 시동이 걸리지 않는 현상을 방지할 수 있고, 또한 냉시동시 EV 주행에 의한 크리프 주행을 금지시키는 대신에 엔진으로 웜웝 수행하면서 엔진 크리프 주행이 이루어지도록 함으로써, 냉시동시 배터리의 방전을 막고 주행 안정성을 확보할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 배터리 SOC 상태 및 대기온을 판정하는 단계와; 배터리 온도 또는 대기온이 혹한 상태로 결정되면, 배터리에 의하여 모터가 순간 기동되는 단계와; 상기 모터의 기동에 의하여, 모터와 크랭크 축으로 직결된 엔진이 기동되는지를 판정하는 단계와; 엔진이 기동되면, 배터리 전원 공급 차단으로 모터가 정지되는 단계와; 브레이크 해제와 함께 클러치가 접합되어, 엔진 크리프 주행이 이루어지는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 배터리 온도 또는 대기온이 혹한 상태로 결정됨은 배터리 온도 또는 대기온이 -10℃ ~ -20℃ 로 감지된 경우에 내려지는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 클러치 접합과 동시에 엔진 웜업이 이루어져 엔진 크리프 주행이 이루어질 때, ISG는 충전 모드로 변환하여 작동되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 엔진 크리프 주행후, 운전자에 의한 액셀 개도량(APS)의 증가 및 요구 토크 증가시, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle) 주행모드로 전환되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.

하이브리드 차량의 냉시동시(대기온 또는 배터리 온도가 -10℃ 이하)에서 엔진 기동에 사용하는 ISG를 사용하지 않고, 크랭크 축과 직결되어 있는 모터를 사용하여 엔진 시동을 걸 수 있도록 함으로써, 냉시동에 따른 벨트의 슬립으로 엔진 시동이 걸리지 않는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 하이브리드 차량의 냉시동시, 상온시 이루어지는 EV 주행에 의한 크리 프 주행을 금지시키는 대신에 엔진으로 웜웝 수행하면서 엔진 크리프 주행이 이루어지도록 함으로써, EV 주행에 따른 배터리의 방전을 막고 주행 안정성을 확보할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 정상 상태(상온시)에서 하이브리드 차량의 시동 제어 흐름을 설명하면 다음과 같다.

도 2의 순서도와 같이, 배터리 SOC 상태 판정하여, SOC 상태가 양호하면 엔진 기동을 위한 ISG 기동, 차량 주행을 위한 모터 기동을 위한 DC/DC 컨버터에 대한 전원을 공급한다.

운전자가 D 또는 R단으로 변속하고, 브레이크를 해제하게 되면, 모터에 의한 EV 크리프(서행) 주행이 이루어지고, 이후에 운전자에 의하여 APS(액셀 개도량) 증가 또는 요구 토크가 증가되면, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle)모드로 진입된다.

이때, 엔진 기동을 위하여 배터리로부터 공급된 전원에 의하여 ISG가 기동하여 엔진 기동이 이루어진다.

그러나, 배터리 온도가 -20 ℃까지 떨어진 상태에서는 아무리 SOC가 높다 하더라도, 배터리 수명을 위하여 ISG 기동을 위한 5kW의 에너지를 출력할 수 없고, 결국 시동을 수행할 수 없다.

또한, 상기와 같이 차세대 하이브리드 차량은 시동 후, 바로 모터에 의하여 차량이 크리프 주행하기 때문에(D or R단), 배터리의 에너지를 무조건 차량 구동하는데 사용하여 ISG로의 엔진 기동시 배터리 파워 부족을 유발시킬 수 있다.

이에, 본 발명은 냉시동시 원활한 시동을 위하여 시동 제어 로직을 제공하고자 한 것이다.

이를 위해, 냉시동시 배터리 방전을 위하여 현재 상태의 SOC에 관계없이 배터리 온도에 비례하여, 하위 전압 제한을 일시적으로 풀어준다(예를 들어 260V -> 200V로 해제, 2초 이내).

이때, 냉 시동성을 위해 일시적인 배터리 전압 제한 해제는 빈번하지 않고 짧은 순간 방전만을 위한 것으로 수명의 영향은 미비하며, 이때의 배터리 방전은 하기와 같이 엔진 시동을 위한 모터의 순간적인 기동에 집중 사용되도록 한다.

특히, 본 발명은 냉시동시 ISG 기동을 위한 5kW의 에너지를 출력할 수 없으므로, 엔진 기동을 위해 ISG를 사용하지 않고, 엔진의 크랭크 축과 직결되어 있는 모터를 사용하여 엔진 시동을 구현하도록 함으로써, 기존에 냉시동시 ISG용 벨트(ISG와 크랭크 축 풀리를 연결하는 벨트)의 슬립으로 인하여 엔진 시동이 걸리지 않는 현상을 방지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

보다 상세하게는, 본 발명의 냉시동시 시동 제어 방법은 배터리 또는 대기 온도가 -10℃ 이하인 경우, 차량 시동후 운전자가 D단 또는 R단으로 이동함과 함께 브레이크를 해제하게 되면, 엔진 기동을 위해 ISG를 사용하지 않고, 엔진의 크랭크 축과 직결되어 있는 모터를 사용하여 엔진 시동이 안정적으로 걸리도록 함으로써, 기존에 냉시동시 ISG용 벨트(ISG와 크랭크 축 풀리를 연결하는 벨트)의 슬립으로 인하여 엔진 시동이 걸리지 않는 현상을 방지할 수 있고, 또한 EV 크리프 주행에 의한 배터리의 방전을 막고 오히려 ISG가 충전 기능을 수행하도록 함으로써, ISG로의 엔진 기동시 배터리 파워 부족이 유발되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

여기서, 본 발명에 따른 냉시동시 시동 제어 방법을 첨부한 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 냉시동시 하이브리드 차량의 시동 제어 로직을 설명하는 순서도이다.

먼저, 배터리 SOC 상태 및 대기온을 판정하여, 배터리 온도 또는 대기온이 혹한 상태로 결정되면, 배터리에 의하여 모터가 순간 기동되도록 한다.

이때, 상기 배터리 온도 또는 대기온이 혹한 상태로 결정하는 것은 배터리 온도 또는 대기온이 -10℃ ~ -20℃ 로 감지된 경우에 내려진다.

이어서, 상기 모터의 순간적인 기동에 의하여, 모터와 크랭크 축으로 직결된 엔진이 기동되는지를 판정하여 엔진이 기동되면, 배터리 전원 공급 차단으로 모터가 정지되도록 한다.

연이어, 브레이크 해제와 함께 엔진과 클러치가 접합되어, 엔진 기동으로 엔진 크리프 주행이 이루어진다.

이때, 상기 클러치 접합과 동시에 엔진 웜업이 이루어져 엔진 크리프 주행이 이루어질 때, 상기 ISG는 충전 모드로 변환하여 배터리 충전 동작을 수행하게 된다.

이와 같이, 상온 시동시와 달리, ISG를 사용하지 않고 모터로 엔진 기동을 하고, EV 크리프 주행이 아닌 엔진 크리프 주행이 이루어지도록 함으로써, 기존에 냉시동시 ISG용 벨트(ISG와 크랭크 축 풀리를 연결하는 벨트)의 슬립으로 인하여 엔진 시동이 걸리지 않는 현상을 방지할 수 있고, 또한 EV 크리프 주행에 의한 배터리의 방전을 막고 오히려 ISG가 충전 기능을 수행하는 잇점을 제공하게 된다.

한편, 엔진 크리프 주행후, 운전자에 의한 액셀 개도량(APS)의 증가 및 요구 토크 증가시, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle) 주행모드로 전환되며, 계속해서 운전자 요구 토크에 대응하여 주행 모드의 전환이 이루어지게 된다.

도 1은 하이브리드 차량의 시스템 구성도,

도 2는 상온에서 이루어지는 하이브리드 차량의 시동 제어 로직을 설명하는 순서도,

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법을 설명하는 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진 20 : 모터

30 : 자동변속기 40 : 클러치

50 : ISG

Claims (4)

1. 배터리 SOC 상태 및 대기온을 판정하는 단계와;

   배터리 온도 또는 대기온이 혹한 상태로 결정되면, 배터리에 의하여 모터가 순간 기동되는 단계와;

   상기 모터의 기동에 의하여, 모터와 크랭크 축으로 직결된 엔진이 기동되는지를 판정하는 단계와;

   엔진이 기동되면, 배터리 전원 공급 차단으로 모터가 정지되는 단계와;

   브레이크 해제와 함께 클러치가 접합되어, 엔진 크리프 주행이 이루어지는 단계;

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 온도 또는 대기온이 혹한 상태로 결정됨은 배터리 온도 또는 대기온이 -10℃ ~ -20℃ 로 감지된 경우에 내려지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 클러치 접합과 동시에 엔진 웜업이 이루어져 엔진 크리프 주행이 이루어질 때, ISG는 충전 모드로 변환하여 작동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법.
4. 청구항 1에 있어서, 엔진 크리프 주행후, 운전자에 의한 액셀 개도량(APS)의 증가 및 요구 토크 증가시, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle) 주행모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉시동시 시동 제어 방법.

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