KR20090064580A - 하이브리드차량의 전원제어장치 및 전원제어방법 - Google Patents

하이브리드차량의 전원제어장치 및 전원제어방법 Download PDF

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KR20090064580A
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

ECU(40)는, 차량시스템 기동시에 있어서 엔진(ENG) 및 메인 배터리(B1)가 저온일 때에는, 미리 엔진(ENG)을 시동시키고, 엔진시동 완료 후에 주행 허가신호를 출력한다. 이때 ECU(40)는, 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 정지함과 동시에, 전압지령을 보조기기 배터리(B2)의 출력전압보다 낮고, 또한 ECU(40)의 동작전압 하한값 이상의 전압으로 설정하여 DC/DC 컨버터(30)를 피드백제어한다. ECU(40)는, 엔진 시동의 완료에 따라, 전압지령을 보조기기 배터리(B2)의 출력전압 이상의 전압으로 설정하여 DC/DC 컨버터(30)를 피드백제어한다. 그리고 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작의 정지를 해제하여 주행 허가신호를 출력한다.

Description

하이브리드차량의 전원제어장치 및 전원제어방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING ELECTRIC POWER SOURCE FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은, 하이브리드차량의 전원제어장치 및 전원제어방법에 관한 것으로, 특히, 전력의 공급을 받아 내연기관을 시동하기 위한 모터를 구비한 하이브리드차량의 전원제어장치 및 전원제어방법에 관한 것이다.
통상, 환경 문제대책의 일환으로서, 엔진 및 모터의 적어도 어느 한쪽으로부터의 구동력에 의해 주행하는 하이브리드차량이 주목받고 있다. 이와 같은 하이브리드차량에서는, 모터에 전력을 공급하는 고전압의 주행용 배터리가 탑재되어 있다. 이 주행용 배터리에 축적된 전력은, 엔진 시동에도 이용된다. 구체적으로는, 예를 들면 엔진에 연결된 모터 제너레이터에 전력을 공급하고, 모터 제너레이터를 모터로서 구동시켜 엔진을 시동시킨다.
하이브리드차량에는 또한, 주행제어나 차량 탑재의 보조기기류에 전력을 공급하기 위한 저전압의 보조기기 배터리가 탑재되어 있다. 하이브리드차량에서의 보조기기 배터리는, 엔진만에 의하여 주행하는 시스템과 비교하면, 보조기기용 전원으로서 뿐만 아니라, 주행용 배터리를 포함하는 고전압계의 제어용 전원으로서도 기능하는 등, 그 부하의 증대에 따라 중요성이 한층 더 커지고 있다. 그래서, 종 래의 하이브리드차량에서는, 고전압계의 전기 에너지를 저전압으로 변환하여 보조기기 배터리의 충전을 행하는 컨버터회로를 탑재하여, 보조기기 배터리에 대한 전기 에너지 보급에 배려하고 있다(예를 들면 일본국 특개2003-70103호 공보, 특개2003-l89401호 공보 및 특개2001-320807호 공보 참조).
이와 같은 하이브리드차량에서, 차량의 정차시 또는 주행시에 상관없이, 주행용 배터리는 컨버터회로를 거쳐 보조기기류 및 보조기기 배터리에 일정한 전력을 공급하고 있다. 그 때문에, 주행용 배터리가 저온하에 놓여짐으로써 그 출력성능이 현저하게 저하되어 있을 때에는, 모터 제너레이터에 의하여 엔진을 시동시킬 때에 주행용 배터리의 전력을 충분히 모터 제너레이터로 공급할 수 없어, 엔진의 시동성을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.
이와 같은 사태를 회피하기 위하여, 예를 들면 일본국 특개2003-70103호 공보에는, 모터 제너레이터에 의해 엔진을 시동할 때, 컨버터회로의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 제어장치가 개시된다.
일본국 특개2003-70103호 공보에 기재된 하이브리드차량의 제어장치에 의하면, 모터 제너레이터에 의하여 엔진에 구동력을 부여함으로써 엔진의 자동 시동 제어가 행하여진다. 이 때, 고압 배터리의 배터리용량이 저하되어 있으면, 고압 배터리로부터 모터 제너레이터에 엔진을 시동하는 데 필요한 전력을 공급할 수 없어, 시동성이 악화된다. 그래서, 일본국 특개2003-70103호 공보에서는, 모터 제너레이터에 의한 엔진의 시동시에는, DC/DC 컨버터의 구동을 정지시킴으로써, 고압 배터리의 전력이 저압 배터리로 인출되는 것을 회피하여, 엔진의 시동성을 향상시키고 있다.
그러나, 상기 일본국 특개2003-70103호 공보의 하이브리드차량의 제어장치에 의하면, 엔진의 시동시에 있어서는, DC/DC 컨버터의 구동을 정지시킴으로써, 주행용 배터리로부터 보조기기 배터리로의 전력공급이 끊어지게 된다.
통상, 보조기기 배터리나 주행용 배터리 등의 전원은, 충전량(SOC:State of Charge) 외에, 주변 환경에 의하여 그 출력전력이 변화된다. 특히, 보조기기 배터리는, 전조등 등의 큰 전기부하의 연속구동이나, 장시간에 걸치는 방치에 의한 자연방전 등에 의해 출력전력의 저하를 피하는 것이 어렵다. 그 때문에, 보조기기 배터리로부터 전력의 공급을 받아 엔진의 시동을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)에서는, 보조기기 배터리로부터 ECU로의 공급 전압이 ECU의 동작전압을 하회할 염려가 있다.
이와 같은 경우, ECU는 동작이 불가능해지기 때문에, 종래의 하이브리드차량에서는, 보조기기 배터리의 전압이 소정의 문턱값 이하가 되면, 차량 시스템의 기동을 금지(시스템 다운)시키는 안전대책이 채용되어 있다. 따라서, 상기한 하이브리드차량의 제어장치에서는, 시스템 다운의 발생에 의하여, 엔진을 시동시킬 수 없다는 문제가 있었다.
여기서, DC/DC 컨버터의 구동제어에서는, 일본국 특개2003-70103호 공보와 같이, DC/DC 컨버터의 구동을 정지시키는 것 외에, 일본국 특개2003-189401호 공보에 기재되는 바와 같이, 출력전압의 목표값이 서로 다른 2개의 모드로 동작시키는 것이 검토되고 있다.
상세하게는, 일본국 특개2003-189401호 공보에 기재된 하이브리드차량에 있어서, DC/DC 컨버터는, 엔진이 아이들 상태에서 모터 제너레이터의 발전량이 적고, 고전압 배터리의 온도가 규정 하한 온도 이하일 때에는, 입력된 고전압 배터리의 전력을, 제어용 12 V 배터리의 충전이 불가능한 12.0 V 전압의 전력으로 변환하여 출력하는 저전압 모드로 기동한다. 그리고, DC/DC 컨버터의 기동 후에 엔진의 아이들 회전에 영향을 미치지 않는 속도로 발전량을 서서히 증가시킨다. 그리고, 모터 제너레이터에 의한 발전량이 충분히 확보된 상태에서, DC/DC 컨버터의 동작 모드는, 저전압 모드로부터, 입력된 고전압 배터리의 전력을, 제어용 12 V 배터리의 충전이 가능한 전압 14.5 V 전압의 전력으로 변환하여 출력하는 고전압 모드로 변환된다.
이것에 의하면, 엔진의 아이들 회전의 안정을 도모하면서, DC/DC 컨버터 출력에서 소비하는 전력분이 모터 제너레이터의 발전에 의하여 보충된다. 그 결과, DC/DC 컨버터 기동시의 고전압 배터리로부터의 방전을 억제하여, 고전압 배터리의 일시적인 전압 강하를 방지할 수 있다.
그러나, 일본국 특개2003-189401호 공보에 기재된 하이브리드차량과 같이, DC/DC 컨버터를 저전압 모드로 동작시킨 경우, DC/DC 컨버터에 접속되는 제어용 컴퓨터, 보조기기류 및 보조기기 배터리에서 소비되는 전력이 제한되게 된다.
그 한편으로, 엔진이 시동되어 아이들 상태에 있을 때에는, 차량의 주행성능이나 드라이버빌리티를 확보하기 위하여, 모든 제어용 컴퓨터 및 보조기기류가 정상으로 동작 가능한 것이 요구된다. 그런데, 일본국 특개2003-189401호 공보의 하 이브리드차량에 의하면, DC/DC 컨버터가 저전압 모드일 때에는, 제어용 컴퓨터 및 보조기기류에 대한 전력공급이 안정되게 행하여지지 않기 때문에, 이들 모두가 정상으로 동작할 수 없어, 시스템 다운이 발생할 염려가 있다.
그러므로, 본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 저온환경하에서도, 시스템 다운의 발생을 회피하면서, 확실하게 엔진을 시동시킬 수 있는 하이브리드차량의 전원제어장치 및 전원제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 하이브리드차량의 전원제어장치는, 제 1 전원전압을 출력하는 제 1 전원과, 제 1 전원으로부터 전력의 공급을 받아 내연기관을 시동시키는 모터와, 제 1 전원에 대하여 모터와 병렬로 접속되고, 제 1 전원전압을 전압지령에 따라 전압 변환하여 제 1 및 제 2 전원선 사이에 출력하는 전압 변환기와, 제 1 및 제 2 전원선 사이에 접속되고, 제 1 전원전압보다 낮은 제 2 전원전압을 출력하는 제 2 전원과, 제 1 및 제 2 전원선 사이에 접속되고, 전압 변환기 및 상기 제 2 전원의 적어도 한쪽으로부터 전압을 받는 전기부하와, 전압 변환기 및 제 2 전원의 적어도 한쪽으로부터 전압을 받고, 차량 시스템의 기동이 지시된 것에 따라 내연기관의 시동 및 전압변환을 제어하는 제어장치와, 제 1 및 제 2 전원선 사이에 출력할 수 있는 전압이, 전기부하의 정상동작이 보증되는 동작전압의 하한값을 하회한 것에 의거하여, 상기 전기부하의 이상으로 진단하는 이상 진단장치를 구비한다. 제어장치는, 내연기관 및 제 1 전원의 온도의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값 이하인 것에 따라, 전압지령을, 제 2 전원전압보다 낮고, 또한 제어장치의 동작전압 하한값 이상이 되는 제 1 전압으로 설정하여 전압 변환기를 제어하는 제 1 전압변환제어수단과, 전압지령이 제 1 전압으로 설정된 것에 따라, 이상 진단장치의 이상 진단동작을 금지하는 이상진단 금지수단과, 내연기관 및 제 1 전원의 온도의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값 이하인 것에 따라, 모터를 구동제어하여 상기 내연기관을 시동시키는 저온 시동 제어수단과, 내연기관의 시동이 완료된 것에 따라, 전압지령을, 제 2 전원 전압 이상이 되는 제 2 전압으로 설정하여 전압 변환기를 제어하는 제 2 전압변환제어수단과, 전압지령이 제 2 전압으로 설정된 것에 따라, 이상 진단장치의 이상 진단동작의 금지를 해제함과 동시에, 하이브리드차량의 주행 허가를 지시하는 주행 허가수단을 포함한다.
상기한 하이브리드차량의 전원제어장치에 의하면, 차량 시스템의 기동시에 내연기관 및 제 1 전원의 온도가 낮을 때에는, 내연기관을 시동시켜 시동이 완료된 것에 따라 차량의 주행 허가를 출력한다. 이 때, 내연기관의 시동이 완료될 때까지는 전압 변환기를 제 2 전원의 출력전압보다 낮은 전압을 출력하도록 구동함으로써, 제 1 전원으로부터 모터에 대하여 내연기관의 시동에 필요한 전력이 공급된다. 또, 시동제어를 행하는 제어장치에 대해서는, 제 2 전원의 출력부족을 보충하도록 제 2 전원 및 제 1 전원으로부터 전력이 공급된다. 이 때, 시동제어에 관여하지 않는 전기부하의 이상 진단동작은 일시적으로 금지되어 있기 때문에, 전압저하에 의한 시스템 다운의 발생이 회피된다. 그 결과, 본 발명에 의한 전원제어장치에 의하면, 저온환경하에서도, 시스템 다운을 회피하면서 내연기관의 시동성을 향상할 수 있다.
바람직하게는, 제어장치는 제 1 전원의 온도 및 충전량에 의거하여 제 1 전원의 출력 가능한 전력을 추정하는 출력전력 추정수단을 더 포함한다. 제 1 전압변환제어수단은, 추정한 제 1 전원의 출력 가능한 전력이 내연기관을 시동시키는 데 필요한 소정의 전력을 하회할 때, 전압지령을 제 1 전압으로 설정하는 한편으로, 추정한 제 1 전원의 출력 가능한 전력이 소정의 전력 이상일 때, 전압지령을 제 2 전압지령으로 설정한다.
상기한 하이브리드차량의 전원제어장치에 의하면, 내연기관 및 제 1 전원이 저온이어도, 제 1 전원이 내연기관의 시동에 필요한 전력을 출력 가능한 한도에서 전압 변환기를 제 2 전원의 출력전압 이상의 전압을 출력하도록 구동한다. 그 결과, 시동성을 손상하지 않는 범위에서 전기부하의 동작이 불안정해지는 빈도를 저감하는 것이 가능해진다.
바람직하게는, 제 1 전압변환제어수단은, 내연기관을 시동시키는 데 필요한 소정의 전력을 추정할 필요 전력 추정수단을 더 포함한다. 필요 전력 추정수단은, 내연기관의 온도에 의거하여 모터에의 공급 전력을 추정하고, 또 추정한 모터에대한 공급 전력에, 미리 추정한 제어장치의 소비전력 및 제 2 전원의 충전전력을 가산한 전력을 소정의 전력으로 추정한다.
상기한 하이브리드차량의 전원제어장치에 의하면, 내연기관의 온도가 낮고, 모터로의 공급 전력이 증대하는 경우에 있어서도, 모터에는 내연기관의 시동에 충분한 전력이 공급된다. 그 결과, 확실하게 내연기관을 시동할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 전압변환제어수단은, 출력전압이 제 1 전압지령에 일치하도록 전압 변환기를 피드백제어한다.
상기한 하이브리드차량의 전원제어장치에 의하면, 시동제어를 행하는 제어장치에 대해서는, 제 2 전원의 출력부족을 보충하도록 제 1 및 제 2 전원으로부터 전력이 공급되기 때문에, 정상동작이 보증되어, 내연기관을 확실하게 시동하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 의하면 하이브리드차량의 전원제어방법은, 제 1 전원전압을 출력하는 제 1 전원과, 제 1 전원으로부터 전력의 공급을 받아 내연기관을 시동시키는 모터와, 제 1 전원에 대하여 모터와 병렬로 접속되어, 제 1 전원전압을 전압지령에 따라 전압 변환하여 제 1 및 제 2 전원선 사이에 출력하는 전압 변환기와, 제 1 및 제 2 전원선 사이에 접속되고, 제 1 전원전압보다 낮은 제 2 전원전압을 출력하는 제 2 전원과, 제 1 및 제 2 전원선 사이에 접속되고, 전압 변환기 및 제 2 전원의 적어도 한쪽으로부터 전압을 받는 전기부하와, 전압 변환기 및 제 2 전원의 적어도 한쪽으로부터 전압을 받고, 차량 시스템의 기동이 지시된 것에 따라 내연기관의 시동 및 전압변환을 제어하는 제어장치와, 제 1 및 제 2 전원선 사이에 출력되는 전압이, 전기부하의 정상동작이 보증되는 동작전압의 하한값을 하회한 것에 의거하여 전기부하의 이상으로 진단하는 이상 진단장치를 포함하는 하이브리드차량의 제어장치이다. 전원제어방법은, 내연기관 및 제 1 전원의 온도의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값 이하인 것에 따라, 전압지령을, 제 2 직류전압보다도 낮고, 또한 제어장치의 동작전압 하한값 이상이 되는 제 1 전압으로 설정하는 제 1 단계와, 전압지령이 제 1 전압으로 설정된 것에 따라, 이상 진단장치의 이상 진단동작을 금지하는 제 2 단계와, 출력전압이 전압지령에 일치하도록 전압 변환기를 피드백제어함과 동시에, 모터를 구동제어하여 내연기관을 시동시키는 제 3 단계와, 내연기관의 시동이 완료된 것에 따라, 전압지령을, 제 2 전원전압 이상이 되는 제 2 전압으로 설정하여 전압 변환기를 피드백제어하는 제 4 단계와, 전압지령이 제 2 전압으로 설정된 것에 따라, 이상 진단장치의 이상 진단동작의 금지를 해제함과 동시에, 하이브리드차량의 주행 허가를 지시하는 제 5 단계를 포함한다.
상기한 하이브리드차량의 전원제어방법에 의하면, 차량 시스템의 기동시에 내연기관 및 제 1 전원의 온도가 낮을 때에는, 내연기관을 시동시켜 시동이 완료된 것에 따라 차량의 주행 허가를 출력한다. 이 때, 내연기관의 시동이 완료될 때까지는 전압 변환기를 제 2 전원의 출력전압보다 낮은 전압을 출력하도록 구동함으로써, 모터 및 제어장치에는 각각, 내연기관을 시동시키는 데 충분한 전력이 공급된다. 이 때, 시동제어에 관여하지 않는 전기부하의 이상 진단동작은 일시적으로 금지되어 있기 때문에, 전압 저하에 의한 시스템 다운의 발생이 회피된다. 그 결과, 본 발명에 의한 전원제어방법에 의하면, 저온 환경하에서도, 시스템 다운을 회피하면서, 내연기관의 시동성을 향상할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 단계는, 제 1 전원의 온도 및 충전량에 의거하여 제 1 전원의 출력 가능한 전력을 추정하는 제 1 서브 단계와, 추정한 제 1 전원의 출력 가능한 전력이 내연기관을 시동시키는 데 필요한 소정의 전력을 하회할 때, 전압지령을 제 1 전압으로 설정하는 제 2 서브 단계와, 추정한 제 1 전원의 출력 가능한 전력이 소정의 전력 이상일 때, 전압지령을 제 2 전압지령으로 설정하는 제 3 서브 단계를 포함한다.
상기한 하이브리드차량의 전원제어방법에 의하면, 내연기관 및 제 1 전원이 저온이어도, 제 1 전원이 내연기관의 시동에 필요한 전력을 출력 가능한 한도에서, 전압 변환기를 제 2 전원의 출력전압 이상의 전압을 출력하도록 구동한다. 그 결과, 시동성을 손상하지 않는 범위에서 전기부하의 동작이 불안정해지는 빈도를 저감하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 저온 환경하에서도, 시스템 다운의 발생을 회피하면서, 확실하게 엔진을 시동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 하이브리드차량의 전원제어장치가 적용되는 모터 구동장치의 개략 블럭도,
도 2는 도 1에서의 ECU의 제어 블럭도,
도 3은 도 2의 컨버터제어회로의 기능 블럭도,
도 4는 일본국 특개2003-70103호 공보에 기재된 하이브리드차의 제어장치에 서의 엔진 시동시의 전력의 흐름을 설명하기 위한 도,
도 5는 본 발명에 의한 전원제어장치에서의 엔진 시동시의 전력의 흐름을 설명하기 위한 도,
도 6은 엔진 시동에 필요한 전력과 메인 배터리 및 보조기기 배터리로부터의 공급 전력과의 관계를 모식적으로 설명하기 위한 도,
도 7은 본 발명에 의한 전원제어장치의 차량 시스템 기동시의 전원제어를 설명하기 위한 플로우차트,
도 8은 본 발명의 변경예에 의한 전원제어장치의 차량 시스템 기동시의 전원제어를 설명하기 위한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면에서 동일부호는 동일 또는 상당부분을 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 의한 하이브리드차량의 전원제어장치가 적용되는 모터 구동장치의 개략 블럭도이다.
도 1을 참조하여, 모터 구동장치(100)는, 메인 배터리(B1)와, 인버터(20)와, 전압센서(10)와, 전류센서(12, 24)와, 온도센서(14, 26)와, 회전수센서(22, 28)와, ECU(Electrical Control Unit)(40)를 구비한다.
엔진(ENG)은, 가솔린 등의 연료의 연소 에너지를 근원으로 하여 구동력을 발생한다. 엔진(ENG)이 발생하는 구동력은, 도시 생략한 동력 분할기구에 의해 2개의 경로로 분할된다. 한쪽은, 감속기를 거쳐 차륜을 구동하는 구동축에 전달하는 경로이다. 또 한쪽은, 교류모터(M1)로 전달하는 경로이다.
온도센서(26)는, 엔진(ENG)의 윤활유의 온도(이하, 엔진온도라고도 한다)(TE)를 검출하여, 그 검출한 엔진 온도(TE)를 ECU(40)에 출력한다. 회전수센서(28)는, 엔진(ENG)의 회전수(MRNE)를 검출하여, 그 검출한 회전수(MRNE)를 ECU(40)에 출력한다.
교류모터(M1)는, 엔진(ENG)으로 구동되는 발전기의 기능을 가지도록, 그리고, 엔진(ENG)에 대하여 전동기로서 동작하고, 예를 들면 엔진 시동을 행할 수 있는 모터이다.
상세하게는, 교류모터(M1)는, 3상 교류 회전기이고, 가속시에서, 엔진(ENG)을 시동하는 시동기로서 사용된다. 이 때, 교류모터(M1)는 메인 배터리(B1)로부터 전력의 공급을 받아 전동기로서 구동하고, 엔진(ENG)을 크랭킹하여 시동한다. 회전수센서(22)는, 교류모터(M1)의 모터 회전수(MRN)를 검출하고, 그 검출한 모터 회전수(MRN)를 ECU(40)에 출력한다.
또한, 엔진(ENG)의 시동 후에 있어서, 교류모터(M1)는, 동력 분할기구를 거쳐 전달된 엔진(ENG)의 구동력에 의하여 회전되어 발전한다.
교류모터(M1)가 발전한 전력은, 차량의 운전상태나 메인 배터리(B1)의 SOC에 의하여 구분하여 사용된다. 예를 들면, 통상 주행시나 급가속시에 있어서는, 교류 모터(M1)가 발전한 전력은, 그대로 구동축에 연결되는 차량 주행용 모터(도시 생략)를 구동시키는 전력이 된다. 한편, 메인 배터리(B1)의 SOC가 소정의 값보다 낮을 때에는, 교류모터(M1)가 발전한 전력은, 인버터(20)에 의하여 교류전력으로부터 직류전력으로 변환되어 메인 배터리(B1)에 축적된다.
메인 배터리(B1)는, 주행용 배터리로서, 예를들면 니켈 수소전지나, 리튬이온전지 등의 2차 전지셀을 다수 직렬로 접속하여 구성되는 고전압의 배터리이다. 그리고, 메인 배터리(B1)는, 예를 들면 280 V 정도의 직류전압(Vb1)을 출력한다. 또한, 메인 배터리(B1)를, 이들 2차 전지 이외에, 커패시터나 콘덴서 등으로 구성 하여도 된다.
전압센서(10)는, 메인 배터리(B1)로부터 출력되는 전압(Vb1)을 검출하고, 그 검출한 전압(Vb1)을 ECU(40)에 출력한다. 전류센서(12)는, 메인 배터리(B1)의 충방전 전류(Ib1)를 검출하여, 그 검출한 충방전 전류(Ib1)를 ECU(40)에 출력한다. 온도센서(14)는, 메인 배터리(B1)의 온도(이하, 메인 배터리온도라고도 한다)(TB1)를 검출하고, 그 검출한 배터리온도(TB1)를 ECU(40)에 출력한다.
인버터(20)는, 3상 인버터이고, 메인 배터리(B1)로부터 전원라인(LN1) 및 어스라인(LN2)을 거쳐 직류전압(Vb1)이 공급되면, ECU(40)로부터의 제어신호(PWMI)에 의거하여 직류전압(Vb1)을 3상 교류전압으로 변환하여 교류모터(M1)를 구동한다. 이에 따라, 교류모터(M1)는, 토오크지령값(TR)에 의하여 지정된 토오크를 발생하도록 구동된다. 전류센서(24)는, 교류모터(M1)에 흐르는 모터전류(MCRT)를 검출하고, 검출한 모터전류(MCRT)를 ECU(40)에 출력한다.
예를 들면, 엔진 시동시에 있어서는, 인버터(20)는, 메인 배터리(B1)로부터의 직류전압(Vb1)을 신호(PWMI)에 따라 교류전압으로 변환하고, 토오크지령값(TR)에 의하여 지정된 토오크를 출력하도록 교류 모터(M1)를 구동한다. 교류 모터(M1)는, 도시 생략한 동력 분할기구를 거쳐 엔진(ENG)의 크랭크샤프트를 회전시켜 엔진(ENG)을 시동시킨다.
또, 엔진 시동 후에서는, 교류 모터(M1)는, 엔진(ENG)의 회전력에 의하여 발전하는 발전기로서 기능한다. 이 때, 인버터(20)는, 교류모터(M1)가 발전한 교류전압을 신호(PWMI)에 의해 직류전압으로 변환하고, 그 변환한 직류전압을 전원라 인(LNl) 및 어스라인(LN2)에 공급한다.
ECU(40)는, 본 실시형태에 관한 모터 구동장치(100)가 탑재되는 하이브리드차량을 운전자의 지시에 따라 운전시키기 위하여, 차량에 탑재된 기기·회로군의 전체동작을 제어한다. 상세하게는, ECU(40)에 내장되는 도시 생략한 CPU (Central Processing Unit)에 있어서, 차량의 운전상태나 액셀러레이터 밟음량, 액셀러레이터 밟음량의 변화율, 스로틀 개방도, 시프트포지션, 메인 배터리(B1)의 충전량 등의 각종 정보를 소정의 프로그램에 의거하여 연산처리를 행하여, 연산처리결과로서의 제어신호를 기기·회로군에 대하여 출력한다.
일례로서, ECU(40)는, 운전자에 의한 이그니션 스위치의 조작에 의해 차량 시스템의 기동이 요구되면, 보조기기 배터리(B2)로부터 전력의 공급을 받아 그 처리를 개시한다.
이 때, ECU(40)는, 전압센서(16)로부터의 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)에 따라, DC/DC 컨버터(30)의 전압 변환동작을 제어한다. 구체적으로는, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 미리 설정한 소정의 기준 전압을 하회할 때에는, ECU(40)는, DC/DC 컨버터(30)를 동작시켜, 메인 배터리(B1)로부터의 직류전압을 강압하여 ECU(40), 보조기기 부하(60) 및 보조기기 배터리(B2)에 공급한다. 또한, 소정의 기준 전압은, ECU(40) 및 보조기기 부하(60)의 모든 정상동작이 보증되는 전압으로 설정되어 있다.
그리고, ECU(40)는, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 소정의 기준 전압 이상으로까지 상승하면, 전원계통에 문제가 없다고 하여, 이상진단의 결과로서 「정상」이라고 판단하고, 차량의 주행 허가를 나타내는 신호(주행 허가신호) (Ready-ON)를 도시 생략한 표시수단에 출력한다. 이에 의하여, 운전자는, 차량을 주행시킬 수 있다.
이와 같은 차량 시스템의 기동시에서의 일련의 제어에 있어서, ECU(40)는 또한, 온도센서(26)로부터 입력되는 엔진 온도(TE) 및 온도센서(14)로부터 입력되는 메인 배터리 온도(TB1)에 따라, 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력하는 타이밍을 조정한다.
상세하게는, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)가 소정의 문턱값(T_th)보다 높을 때에는, 전원계통의 정상이 판단됨으로써 즉시 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력한다. 한편, 엔진 온도(TE) 및 배터리 온도(TB1)의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값(T_th) 이하일 때에는, 뒤에서 설명하는 방법에 의하여 미리 엔진(ENG)을 시동시키기 위한 처리를 실행하고, 엔진(ENG)의 시동이 완료됨으로써 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력한다. 이 때의 소정의 문턱값(T_th)은, 예를 들면 -10℃ 정도로 설정된다.
이와 같이, 엔진(ENG) 및 메인 배터리(B1)가 저온일 때에 미리 엔진(ENG)을 시동시켜, 엔진 시동 후에 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력하는 구성으로 한 것은, 이하와 같은 이유에 의한다.
즉, 차량이 저온 환경하에 장시간 정차상태로 방치된 후로서, 엔진 온도(TE)가 낮을 때에는, 윤활유의 점성이 높기 때문에 엔진(ENG)을 크랭킹하여 시동하는 교류 모터(M1)에 대한 부하가 높아져, 엔진(ENG)을 시동시키기 위하여 큰 전력이 필요하게 된다. 그 한편으로, 메인 배터리(B1)는, 배터리 온도의 저하에 따라 출력 가능한 전력이 현저하게 저하되어 있다. 그 때문에, 차량의 주행 허가 후에 처음으로 엔진(ENG)을 시동시키는 구성에서는, 메인 배터리(B1)로부터 교류모터(M1)에 공급되는 전력이, 엔진(ENG)을 시동시키기 위하여 필요한 전력을 만족하지 않고, 엔진(ENG)의 시동불량에 빠질 가능성이 있다. 그래서, 이와 같은 불량을 피하기 위하여, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)가 낮을 때에는, 미리 엔진(ENG)을 시동시켜 엔진(ENG)을 난기(暖機)한 후에 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력하는 구성으로 하고 있다.
또한, ECU(40)는, 교류모터(M1)의 구동력에 의하여 엔진(ENG)을 시동시킬 때에, 전압센서(10)로부터 인버터(20)의 입력전압[메인 배터리(B1)의 출력전압에 상당](Vb1)을 받고, 전류센서(24)로부터 모터전류(MCRT)를 받으면, 입력전압(Vb1), 모터전류(MCRT) 및 토오크지령값(TR)에 의거하여, 인버터(20)가 교류모터(M1)를 구동할 때에 인버터(20)의 스위칭소자(도시 생략)를 스위칭제어하기 위한 신호(PWMI)를 생성하고, 그 생성한 신호(PWMI)를 인버터(20)에 출력한다.
모터 구동장치(100)는, 또한 고전압의 메인 배터리(B1)와는 별도로, 보조기기 부하(60) 및 ECU(40)에 전력을 공급하는 보조기기 배터리(B2)와, 메인 배터리(B1)의 전력을 강압하여 보조기기 배터리(B2), ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 공급하기 위한 DC/DC 컨버터(30)와, 전압센서(18)를 구비한다.
DC/DC 컨버터(30)는, 메인 배터리(B1)로부터 전원라인(LN1, LN3) 및 어스라인(LN2, LN4)을 거쳐 공급된 직류전압을 ECU(40)로부터의 신호(MDRS)에 의하여 강 압하고, 그 강압한 직류전압을 ECU(40), 보조기기 부하(60) 및 보조기기 배터리(B2)에 공급한다. 이 경우, DC/DC 컨버터(30)는, 예를 들면, 280 V 정도의 입력전압을 14 V 정도의 전압으로 강압하여 ECU(40), 보조기기 부하(60) 및 보조기기 배터리(B2)에 공급한다. 전압센서(18)는, DC/DC 컨버터(30)의 입력전압(V1)을 검출하여 ECU(40)에 출력한다.
보조기기 배터리(B2)는, 예를 들면 납 축전지이고, 약 12 V 정도의 직류전압을 출력한다. 또, 보조기기 배터리(B2)는, DC/DC 컨버터(30)로부터의 직류전압에 의해 충전된다. 전압센서(16)는, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)을 검출하여, 그 검출한 출력전압(Vb2)을 ECU(40)에 출력한다.
보조기기 부하(60) 및 ECU(40)는, DC/DC 컨버터(30)로부터 공급된 직류전압에 의해 구동된다. 또한, 보조기기 부하(60)로서는, 하이브리드차량에 탑재되는 등화장치, 점화장치, 전동 펌프, 에어컨디셔너, 파워윈도우, 오디오 등이 포함된다.
보조기기 배터리(B2)는, DC/DC 컨버터(30)로부터 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 공급되는 전력이 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에서 소비되는 전력보다 적을 때, 직류전압을 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 공급한다. 즉, ECU(40) 및 보조기기 부하(60)는, DC/DC 컨버터(30) 및/또는 보조기기 배터리(B2)로부터 공급된 직류전압에 의해 구동된다.
ECU(40)는, 차량 시스템의 기동시에 있어서, 전압센서(18)로부터의 입력전압 (V1), 전압센서(16)로부터의 출력전압(Vb2) 및 온도센서(26)로부터의 엔진 온 도(TE)에 의거하여, 뒤에서 설명하는 방법에 의해 DC/DC 컨버터(30)를 제어하기 위한 신호(MDRS)를 생성하고, 그 생성한 신호(MDRS)를 DC/DC 컨버터(30)에 출력한다.
또한, ECU(40)는 보조기기 부하(60)의 정상동작이 가능한지의 여부를 진단하는 이상 진단동작을 실행한다. 상세하게는, ECU(40)는 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이, 보조기기 부하(60)의 정상동작이 보증되는 동작전압의 한계값(이하, 동작전압 하한값이라고도 한다)을 하회하는지의 여부를 판정한다. 보조기기 부하(60)의 동작전압 하한값은, 보조기기류 모두가 정상으로 동작할 수 있는 전압이며, 본 실시형태에서는, 약 11 V로 설정되어 있다.
ECU(40)는, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 보조기기 부하(60)의 동작전압 하한값을 하회한 것에 의거하여, 보조기기 부하(60)의 정상동작이 불가능하다고 판정하여 보조기기 부하(60)의 이상으로 진단한다. 그리고, ECU(40)는, 보조기기 부하(60)의 이상이 진단됨으로써, 차량 시스템을 시스템 다운시키기 위한 처리를 실행한다.
또한, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 ECU(40)의 동작전압 하한값을 하회하고 있으면, ECU(40) 자체가 동작 불가능해지는 것을 생각할 수 있다. 단, ECU(40)의 동작전압 하한값은, 보조기기 부하(60)의 동작전압 하한값보다 낮은 전압으로 설정되어 있고(본 실시형태에서는 약 8 V), 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 이 동작전압 하한값을 하회한 것에 따라, ECU(40)에 내장된 전원감시회로(도시 생략)가 ECU(40)를 리세트상태로 유지한다. 따라서, ECU(40)가 보조기기 부하(60)에 잘못된 신호를 내는 일이 없다.
이와 같은 이상 진단동작은, 통상, 운전자가 이그니션조작에 의해 차량 시스템을 기동시키고 나서 차량 시스템을 종료시키기까지의 기간에 있어서 계속하여 실행된다.
그러나, 본 발명에 의한 전원제어장치는, 뒤에서 설명하는 바와 같이, 엔진(ENG) 및 메인 배터리(B1)의 적어도 한쪽이 저온이고, 엔진(ENG)의 시동 후에 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력하는 경우에는, 엔진(ENG)의 시동이 완료되기까지의 기간에 있어서 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 일시적으로 금지시키는 구성으로 한다. 따라서, 엔진(ENG)의 시동 중에 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 보조기기 부하(60)의 동작전압 하한값을 하회하였을 때에도, 차량 시스템이 시스템 다운하지 않고 동작을 계속하게 된다. 그리고, 엔진 시동이 완료됨으로써 금지가 해제되면, 이상 진단동작의 실행이 재개된다.
도 2는 도 1에서의 ECU(40)의 제어 블럭도이다.
도 2를 참조하여, ECU(40)는 HVECU(42)와, 엔진 ECU(44)와, 배터리 ECU(46)와, 인버터제어회로(48)와, 컨버터제어회로(50)를 포함한다.
HVECU(42)는, 엔진(ENG), 교류 모터(M1) 및 구동용 모터의 회전수나 토오크배분 등의 제어량을 결정하고, 다른 ECU나 제어회로에 각종 요구값을 공급하여, 엔진(ENG), 교류모터(M1) 및 구동용모터를 구동한다.
구체적으로는, HVECU(42)에는, 이그니션조작을 나타내는 이그니션센서로부터의 신호(IG)나, 액셀러레이터 개방도 센서로부터 액셀러레이터 페달의 밟음량을 나타내는 액셀러레이터 개방도나, 시프트포지션 센서로부터의 시프트포지션이 주어진 다. 또한, HVECU(42)에는, 배터리 ECU(46)로부터 메인 배터리(B1)의 충전량(SOC), 배터리 온도가 주어진다. 또한, 신호(IG)는, 차량의 운전자의 조작에 의해 이그니션 스위치가 온(IG-ON)됨으로써 H(논리 하이) 레벨이 되고, 이그니션 스위치가 오프(IG-OFF)됨으로써 L(논리 로우) 레벨이 되는 신호이다.
HVECU(42)는, 이들 입력정보에 의거하여 차량의 구동축에 출력해야 할 요구구동력을 연산한다. 그리고, HVECU(42)는, 차량의 운전상황에 따라, 요구 구동력에 대한 엔진(ENG)의 요구 파워(PE*) 및 교류모터(M1) 및 구동용 모터의 요구 파워(PM*)를 결정한다. HVECU(42)는, 요구 파워(PE*)에 의거하여 엔진(ENG)의 목표회전수(MRNE*)와 목표 토오크(TEreq*)를 설정하고, 그 설정한 목표 회전수(MRNE*) 및 목표 토오크(TEreq*)를 엔진 ECU(44)에 출력한다.
또한, HVECU(42)는, 요구 파워(PM*)와 회전수 센서로부터의 교류모터(M1) 및 구동용 모터의 회전수에 따라, 교류모터(M1) 및 구동용 모터의 각각에 주어지는 토오크지령값을 설정한다. 이 중의 교류모터(M1)의 토오크지령값(TR)에 대해서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 인버터제어회로(48)에 주어진다.
엔진 ECU(44)는, HVECU(42)로부터 주어진 목표회전수(MRNE*)와 실회전수(MRNE)를 일치시키도록, 엔진(ENG)이 출력하는 동력(회전수 × 토오크)을 제어한다. 엔진 ECU(44)로부터는 엔진 회전수(MRNE)가 HVECU(42)로 피드백된다. 또한, 온도센서(26)로 검출된 엔진 온도(TE)가 HVECU(42)에 출력된다.
배터리 ECU(46)는, 전압센서(10)로부터 전압(Vb1)을 받고, 온도센서로부터 메인 배터리 온도(TB1)를 받고, 전류센서(12)로부터 메인 배터리(B1)의 충방전 전 류(Ib1)를 받으면, 이들 입력신호에 의거하여 메인 배터리(B1)의 충전량(SOC1)을 추정한다. 배터리 ECU(46)는, 그 추정한 메인 배터리(B1)의 충전량(SOC1)을, 메인 배터리(B1)의 상태를 나타내는 신호[전압(Vb1), 메인 배터리 온도(TB1)]와 함께 HVECU(42)에 출력한다.
또, 배터리 ECU(46)는, 보조기기 배터리(B2)에 대해서도 마찬가지로, 각종 센서의 입력신호에 의거하여 보조기기 배터리(B2)의 충전량(SOC2)을 추정하고, 그 추정한 충전량(SOC2)을, 보조기기 배터리(B2)의 상태를 나타내는 신호[전압(Vb2),보조기기 배터리온도(TB2)]와 함께 HVECU(42)에 출력한다.
인버터제어회로(48)는, HVECU(42)로부터 토오크지령값(TR)을 받고, 전류센서(24)로부터 모터전류(MCRT)를 받고, 전압센서(10)로부터 메인 배터리(B1)의 출력전압(Vbl)[인버터(20)의 입력전압에 상당]을 받는다. 그리고, 인버터제어회로(48)는, 토오크지령값(TR), 모터전류(MCRT) 및 출력전압(Vb1)에 의거하여, 교류모터(M1)의 구동시, 인버터(20)의 스위칭소자를 온/오프하는 신호(PWMI)를 생성하고, 그 생성한 신호(PWMI)를 인버터(20)에 출력한다.
또, 인버터제어회로(48)는, 토오크지령값(TR), 모터전류(MCRT) 및 출력전압(Vb1)에 의거하여, 엔진(ENG)의 회전력을 받아 교류모터(M1)가 발전한 교류전압을 직류전압으로 변환하기 위한 신호(PWMI)를 생성하여 인버터(20)에 출력한다.
컨버터제어회로(50)는, 전압센서(13)로부터의 DC/DC 컨버터(30)의 입력전압 (Vl)을 받고, 전압센서(16)의 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)을 받는다. 또, 컨버터제어회로(50)는, HVECU(42)로부터 메인 배터리(B1)의 충전량(SOC1) 및 메인 배터리 온도(TB1)와, 엔진 온도(TE) 및 엔진 회전수(MRNE)를 받는다. 또한, HVECU(42)는, 도시 생략한 이그니션 센서로부터의 신호(IG)를 받는다.
그리고, 컨버터제어회로(50)는, 이들 입력신호에 의거하여, 뒤에서 설명하는 방법에 의해 DC/DC 컨버터(30)의 스위칭소자를 온/오프하기 위한 신호(MDRS)를 생성하고, 그 생성한 신호(MDRS)를 DC/DC 컨버터(30)에 출력한다.
또, 컨버터제어회로(50)는, 신호(IG)가 L 레벨에서 H 레벨로 천이한 것, 즉, 차량 시스템이 기동됨으로써, 엔진 온도(TE), 메인 배터리 온도(TB1) 및 메인 배터리(B1)의 충전량(SOC1)에 의거하여, 뒤에서 설명하는 방법에 의해 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 금지시키기 위한 신호(STP)를 생성하고, 그 생성한 신호(STP)를 HVECU(42)에 출력한다.
또한, 컨버터제어회로(50)는, 신호(STP)를 출력한 후에, 엔진 회전수(MRNE) 에 의거하여 엔진(ENG)의 시동이 완료되었다고 판정되면, 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작의 금지를 해제하기 위한 신호(RST)를 생성하여 HVECU(42)에 출력한다.
도 3은, 도 2의 컨버터제어회로(50)의 기능 블럭도이다.
도 3을 참조하여, 컨버터제어회로(50)는, 전압지령 연산부(52)와, 피드백 전압 지령 연산부(54)와, 듀티비 변환부(56)와, 이상 진단 제어부(58)를 포함한다.
전압지령 연산부(52)는, HVECU(42)로부터, 엔진 온도(TE), 엔진 회전수(MRNE), 메인 배터리 온도(TB1) 및 메인 배터리(B1)의 충전량(SOC1)을 받고, 이그니션 스위치로부터 신호(IG)를 받는다.
그리고, 전압지령 연산부(52)는, 신호(IG)가 L 레벨로부터 H 레벨로 상승함 으로써, 차량 시스템의 기동시라고 판정되면, 엔진 온도(TE), 메인 배터리 온도(TB1) 및 충전량(SOC1)에 의거하여 DC/DC 컨버터(30)에서의 동작 모드를 선택하고, 그 선택한 동작 모드에 적응하도록 DC/DC 컨버터(30)의 출력전압의 목표값, 즉 전압지령을 설정한다. 설정된 전압지령은, 피드백 전압 지령 연산부(54) 및 이상진단 제어부(58)에 출력된다.
상세하게는, 차량 시스템 기동시에 있어서의 DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드에는, 전압지령을 상대적으로 높은 값으로 설정하는「고전압 모드」와, 전압지령을 상대적으로 낮은 값으로 설정하는「저전압 모드」가 포함된다.
고전압 모드에 있어서, 전압지령은, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2) (약 12 V) 이상의 전압이며, 예를 들면 약 14 V로 설정된다. DC/DC 컨버터(30)의 구동에 의해 보조기기 배터리(B2)가 충전되는 것을 의도한 것이다.
한편, 저전압 모드에 있어서, 전압지령은, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)보다 낮은 전압이며, 예를 들면 약 10.5 V로 설정된다. 또한, 이 전압지령은, ECU(40)의 동작전압 하한값(약 8 V) 이상이 되도록 설정된다. ECU(40)가 동작불능에 빠지는 것을 방지하기 위함이다.
그리고, 전압지령 연산부(52)는, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)에 의거하여, 상기한 고전압 모드 및 저전압 모드 중 어느 한쪽을 선택한다.
구체적으로는, 전압지령 연산부(52)는, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)가 소정의 문턱값(T_th)(-10℃ 정도)보다 높을 때, 고전압 모드를 선택한다. 그리고, 전압지령 연산부(52)는, 고전압 모드에 대응하는 전압지령 14.0 V를 피드백 전압 지령 연산부(54) 및 이상 진단 제어부(58)에 출력한다.
한편, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값(T_th) 이하일 때에는, 전압지령 연산부(52)는, 저전압 모드를 선택한다. 그리고, 전압지령 연산부(52)는, 저전압 모드에 대응하는 전압지령 10.5 V를 피드백 전압 지령 연산부(54) 및 이상 진단 제어부(58)에 출력한다.
피드백 전압 지령 연산부(54)는, 전압센서(16)로부터의 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)과 전압지령 연산부(52)로부터의 전압지령에 따라, 피드백 전압지령을 연산하고, 그 연산한 피드백 전압지령을 듀티비 변환부(56)에 출력한다.
듀티비 변환부(56)는, 전압센서(18)로부터의 DC/DC 컨버터(30)의 입력전압(V1)과, 전압센서(16)로부터의 출력전압(Vb2)과, 피드백 전압 지령 연산부(54)로부터의 피드백 전압지령에 따라, 전압센서(16)로부터의 출력전압(Vb2)을, 피드백 전압 지령 연산부(54)로부터의 피드백 전압지령으로 설정하기 위한 듀티비를 연산하고, 그 연산한 듀티비에 의거하여 DC/DC 컨버터(30)의 스위칭소자를 온/오프하기 위한 신호(MDRS)를 생성한다. 그리고, 듀티비 변환부(56)는, 생성한 신호(MDRS)를 DC/DC 컨버터(30)의 스위칭소자에 출력한다.
이와 같이 하여, 컨버터제어회로(50)는, DC/DC 컨버터의 출력전압(Vb2)이 전압지령에 일치하도록 DC/DC 컨버터(30)를 피드백제어한다. 이에 의하여, 고전압 모드에서는, DC/DC 컨버터(30)로부터는 약 14 V의 직류전압이 출력되어, ECU(40),보조기기 부하(60) 및 보조기기 배터리(B2)로 공급된다.
한편, 저전압 모드에서는, 출력전압(Vb2)(약 12 V)이 전압지령(약 10.5 V)을 상회하기 때문에, 듀티비 변환부(56)에서는 듀티비가 강제적으로 0으로 설정된다. 따라서, 스위칭소자의 온/오프동작이 정지되어, DC/DC 컨버터(30)는 구동 정지상태가 된다. 그 결과, 저전압 모드에서는, DC/DC 컨버터(30)로부터 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 대한 전력공급이 차단되기 때문에, 보조기기 배터리(B2)가 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에서 소비되는 전력을 공급하게 된다.
마침내, 보조기기 배터리(B2)의 출력전력이 저하하여, 출력전압(Vb2)이 전압지령(약 10.5 V)을 하회하려고 하면, 컨버터제어회로(50)는, DC/DC 컨버터(30)의 출력전압(Vb2)이 전압지령에 일치하도록 피드백제어를 실행한다. 이에 의하여, DC/DC 컨버터(30)로부터는 약 10.5 V의 직류전압이 출력된다. 그 결과, ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에서 소비되는 전력의 부족분이, DC/DC 컨버터(30)로부터 공급된다.
또한, 전압지령 연산부(52)는, 저전압 모드의 선택시에 있어서, 회전수센서(28)로부터 엔진 회전수(MRNE)를 받으면, 엔진 회전수(MRNE)를 미리 설정된 소정의 회전수(예를 들면 아이들 회전수 근방)와의 일치 비교동작을 행하고, 이 비교결과에 의거하여 엔진(ENG)이 완전폭발상태인지의 여부를 판정한다. 이 때, 엔진 회전수(MRNE)가 소정의 회전수 이상이면, 전압지령 연산부(52)는, 엔진(ENG)이 완전폭발상태라고 판정하고, 엔진 시동이 완료된 것으로 판단한다.
전압지령 연산부(52)는, 엔진 시동이 완료되었다고 판단됨으로써, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드를, 저전압 모드로부터 고전압 모드로 변환한다. 그리고, 피드백 전압 지령 연산부(54) 및 이상진단 제어부(58)에, 새롭게 설정한 전압지령(약 14.0 V)을 출력한다.
이상진단 제어부(58)는, 전압지령 연산부(52)로부터 입력되는 전압지령의 크기에 따라, 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 금지시키기 위한 신호(STP)를 생성하여 HVECU(42)에 출력한다.
상세하게는, 이상 진단 제어부(58)는, 전압지령이 10.5 V일 때, 즉, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드가 저전압 모드로 설정되어 있을 때, 신호(STP)를 생성하여 HVECU(42)에 출력한다. 이에 의하여, HVECU(42)는, 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 정지한다. 그 결과, 저전압 모드에 있어서는, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 보조기기 부하(60)의 동작전압 하한값(약 11 V)을 하회하였을 때이어도, 보조기기 부하(60)의 이상으로 진단됨으로써 차량 시스템이 시스템 다운하는 것이 회피된다.
또한, 이상 진단 제어부(58)는, 신호(STP)의 출력 후에 있어서, 전압지령이 10.5 V 내지 14.0 V로 변환된 것, 즉 엔진 시동이 완료된 것에 의하여 DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드가 저전압 모드로부터 고전압 모드로 변환됨으로써, 신호(STP)의 생성을 중지함과 동시에, 이상 진단동작의 금지를 해제하기 위한 신호(RST)를 생성하여 HVECU(42)에 출력한다. 이와 같이 하여 HVECU(42)에 의한 이상 진단동작은, 저전압 모드가 선택되어 있는 기간에 있어서 일시적으로 정지된다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전원제어장치는, 차량 시스템의 기동시부터 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력하기까지의 기간에 있어서, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)에 의거하여, DC/DC 컨버터(30)를, 고전압 모드 및 저전압 모드 중 어느 한쪽에 따라 구동하는 것을 제 1의 특징적인 구성으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 전원제어장치는, 상기 기간 중의 DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드로 저전압 모드가 선택되어 있는 기간에 있어서, 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 일시적으로 정지하는 것을 제 2의 특징적인 구성으로 한다.
이들 특징적인 구성을 구비함으로써, 본 발명에 의한 전원제어장치는, 시스템 다운의 발생을 회피하면서, 엔진(ENG)을 확실하게 시동시키는 것이 가능해진다.
이하에, 종래의 전원제어장치와 비교하면서, 상기한 제 1 및 제 2의 특징적인 구성이 가지는 유리한 효과에 대하여 상세하게 설명한다.
제일 먼저, 본 발명에 의한 전원제어장치에서의 제 1의 특징적인 구성이 가지는 효과에 대하여 설명한다.
도 4는, 일본국 특개2003-70103호 공보에 기재된 하이브리드차의 제어장치에 서의 엔진 시동시의 전력의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는, 본 발명에 의한 전원제어장치에서의 엔진 시동시의 전력의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하여, 일본국 특개2003-70103호 공보의 하이브리드차의 제어장치는, 교류모터(M1)에 의해 엔진(ENG)에 구동력을 부여함으로써, 엔진(ENG)의 자동 시동 제어를 행할 때에, DC/DC 컨버터(30)의 구동을 정지시킨다. 따라서, 메인 배터리(B1)로부터의 전력은 모두, 도면에서의 화살표 A1로 나타내는 바와 같이, 인버터(20)를 거쳐 교류모터(M1)에 공급된다. 이에 의하여, 엔진 시동시에 있어서, DC/DC 컨버터(30)에 의해 메인 배터리(B1)의 전력이 보조기기 배터리(B2)로 인출되 는 것을 회피할 수 있다.
그 한편으로 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 대해서는, 도면에서의 화살표 A2로 나타내는 바와 같이, 메인 배터리(B1)로부터의 전력공급이 차단된다. 그 때문에, ECU(40) 및 보조기기 부하(60)는, 도면에서의 화살표 A3에 나타내는 바와 같이, 보조기기 배터리(B2)로부터 전력의 공급을 받아 구동한다.
그러나, 보조기기 배터리(B2)는, 배터리 온도나 충전량의 저하에 기인하여 출력 가능한 전력이 현저하게 저하하기 때문에, 보조기기 배터리(B2)의 출력 가능전력이 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)로 소비되는 전력을 하회하는 경우가 일어날 수 있다. 이 경우, 도 4와 같이 보조기기 배터리(B2)만을 전력공급원으로 하는 구성에서는, 교류모터(M1)를 구동 제어하는 ECU(40)의 정상동작을 보증할 수 없어, 결과적으로, 엔진(ENG)을 정상으로 시동시킬 수 없을 염려가 있다.
이것에 대하여, 본 발명에 의한 전원제어장치는, 도 5에 나타내는 바와 같이 DC/DC 컨버터(30)를 저전압 모드로 동작시킴으로써, 교류모터(M1)에 필요한 전력을 공급하면서, ECU(40)의 정상동작을 확보하는 것이 가능해진다.
즉, DC/DC 컨버터(30)를 저전압 모드로 동작시킨 경우, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 전압지령(약 10. V)보다 높으면, DC/DC 컨버터(30)는 피드백제어가 작용하여 구동 정지상태가 되기 때문에, 메인 배터리(B1)의 출력전력은 모두 도면에서의 화살표 A7로 나타내는 바와 같이, 인버터(20)를 거쳐 교류모터(M1)에 공급된다. 이 때, ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에서 소비되는 전력은, 도면에서의 화살표 A9에 나타내는 바와 같이 보조기기 배터리(B2)가 공급한다.
그리고, 보조기기 배터리(B2)의 출력전력이 저하하고 출력전압(Vb2)이 전압지령(약 10.5 V)을 하회하려고 하면, DC/DC 컨버터(30)는 피드백제어를 받아 구동을 개시한다. 즉, DC/DC 컨버터(30)는, 메인 배터리(B1)로부터 공급된 약 280 V의 직류전압을 약 10.5 V의 직류전압으로 강압하여 출력한다. 이에 의하여, 도면에서의 화살표 A8에 나타내는 전력경로가 형성되어, DC/DC 컨버터(30)로부터 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 전력이 공급된다.
또한, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)은 약 10.5 V로 유지되기 때문에, 보조기기 배터리(B2)의 충전은 행하여지지 않는다. 따라서, DC/DC 컨버터(30)는, ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 있어서의 소비전력의 부족분만을 보충하게 된다. 그 때문에, 메인 배터리(B1)로부터 교류모터(M1)로 공급되는 전력이 대폭으로 감소한다는 단점은 생기지 않는다.
도 6은, 엔진 시동에 필요한 전력과 메인 배터리(B1) 및 보조기기 배터리(B2)로부터의 공급 전력과의 관계를 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하여, 엔진 시동에 필요한 전력은, 교류모터(M1)로의 공급 전력과, ECU(40)로의 공급 전력과, 보조기기 배터리(B2)의 충전전력과의 합으로 성립되어 있다. 또한, 각 전력의 크기는, 실험 또는 계산을 행함으로써 미리 추정된 것이다.
이 필요전력에 대하여, 메인 배터리(B1) 및 보조기기 배터리(B2)로부터의 전력공급은, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드에 따라 서로 다른 배분에 따라 행하여진다.
상세하게는, 도면에서 (1)과 같이 DC/DC 컨버터(30)를 고전압 모드로 동작시킨 경우, 엔진 시동에 필요한 전력의 모두가 메인 배터리(B1)로부터 공급된다. 따라서 고전압 모드는, 메인 배터리(B1)의 출력 가능 전력이, 엔진 시동에 필요한 전력을 충분히 만족하는 경우에 유효한 것을 알 수 있다.
이것에 대하여, 도 4의 종래예에서 나타낸 바와 같이 DC/DC 컨버터(30)의 구동을 정지시킨 경우에는, 도면에서 (2)와 같이, 교류모터(M1)로의 전력공급은 메인 배터리(B1)가 조달하는 한편으로, ECU(40)로의 전력공급은, 보조기기 배터리(B2)가 모두 조달하게 된다.
이것에 의하면, 메인 배터리(B1)의 전력은, 교류모터(M1)의 구동에만 유효하게 사용된다. 그 한편으로, ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 대한 전력공급원은 보조기기 배터리(B2)만이 되기 때문에, 보조기기 배터리(B2)의 출력성능이 저하함으로써, 엔진(ENG)의 시동이 불가능해질 가능성이 있다.
그리고, DC/DC 컨버터(30)를 저전압 모드로 동작시킨 경우에는, 도면에서 (3)에 나타내는 바와 같이, 메인 배터리(B1)의 전력은, 주로 교류모터(M1)의 구동에 사용된다. 그리고, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 전압지령(약 10.5 V)을 하회하면, DC/DC 컨버터(30)가 구동함으로써, ECU(40)에 대한 공급 전력의 부족분이 메인 배터리(B1)로부터의 전력에 의하여 보충되게 된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 전원제어장치에 의하면, 교류모터(M1)에 엔진 시동에 필요한 전력을 공급하면서, 엔진 시동을 제어하는 ECU(40)의 정상동작이 보증되기 때문에, 엔진(ENG)을 정상으로 시동시킬 수 있다.
다음에, 본 발명에 의한 전원제어장치에서의 제 2의 특징적인 구성이 가지는 효과에 대하여 설명한다.
다시 도 5를 참조하여, DC/DC 컨버터(30)를 저전압 모드로 동작시킨 경우, 보조기기 배터리(B2)가 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)의 소비전력을 공급함으로써, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)은, 통상의 약 12 V로부터 전압지령인 약 10.5 V를 하한으로 하여 저하한다.
이 때, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)이 보조기기 부하(60)의 동작전압 하한값(약 11 V)을 하회하면, ECU(40) 내부의 HVECU(42)는, 보조기기 부하(60)의 정상동작이 불가능하다고 판단하여 보조기기 부하(60)의 이상으로 진단하고, 차량 시스템을 시스템 다운시키기 위한 처리를 실행한다.
그런데, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)은, ECU(40)의 동작전압 하한값(약 8 V)보다 여전히 높기 때문에, ECU(40) 자체는 정상동작이 가능하고, 엔진 시동을 위한 일련의 제어를 적절하게 행할 수 있다.
한편, 보조기기 부하(60)는, 차량 시스템의 기동 후부터 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력하기까지의 기간에서는, 엔진(ENG)의 시동제어에 거의 관여하지 않기 때문에, 정상동작이 요구될 필요성은 낮다고 할 수 있다. 즉, ECU(40)가 정상동작 가능하면, 보조기기 부하(60)가 이상이어도, 엔진 시동을 정상으로 할 수 있다고 판단된다. 그 한편으로, 주행 허가신호(Ready-ON)의 출력 후는, 차량의 주행성능 및 드라이버빌리티의 확보를 위해, 보조기기 부하(60)의 정상동작이 보증될 필요가 있는 것은 물론이다.
그래서, 본 발명에 의한 전원제어장치는, 차량 시스템의 기동 후부터 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력하기까지의 기간에 있어서, DC/DC 컨버터(30)를 저전압 모드로 동작시키는 것에 연동하여, 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 금지시키는 구성으로 한다.
이것에 의하면, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)의 저하에 기인하여 엔진(ENG)의 시동에 관여하지 않는 보조기기 부하(60)가 이상으로 진단됨으로써, 차량 시스템이 시스템 다운하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 엔진 시동이 완료됨으로써, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드가 저전압 모드로부터 고전압 모드로 변환되면, 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작의 금지가 해제된다. 그 후, 주행 허가신호(Ready-ON)가 출력되어 차량이 주행 가능한 상태가 되면, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)은 보조기기 부하(60)의 동작전압 하한값을 상회하는 전압으로 유지되기 때문에, 보조기기 부하(60)의 정상동작이 보증된다. 또, ECU(40)에 의한 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작도 정상으로 행하여지게 된다.
도 7은, 본 발명의 전원제어장치에 의한 차량 시스템 기동시의 전원제어를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 7을 참조하여, 운전자에 의해 이그니션 스위치가 온 위치(IG-ON)로 조작되어 차량 시스템이 기동되면(단계 S01), ECU(40)는, 보조기기 배터리(B2)로부터 전력의 공급을 받아 차량 주행 허가신호(Ready-ON)를 출력하기 위한 일련의 처리를 개시한다.
상세하게는, ECU(40)의 내부에서, 컨버터제어회로(50)는, 온도센서(26)로부터 엔진 온도(TE)를 받고, 배터리 ECU(46)로부터 메인 배터리 온도(TB1)를 받는다(단계 SO2).
제일 먼저, 컨버터제어회로(50)는, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)가 각각 소정의 문턱값(T_th) 이하인지의 여부를 판정한다(단계 S03).
단계 S03에서, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)가 소정의 문턱값(T_th)보다 높다고 판정되면, 컨버터제어회로(50)는, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드를 고전압 모드로 설정한다. 그리고, 컨버터제어회로(50)는, DC/DC 컨버터(30)의 전압지령을 고전압 모드에 대응하는 전압(약 l4.0 V)으로 설정하고, 출력전압이 전압지령에 일치하도록 DC/DC 컨버터(30)를 피드백제어한다(단계 S10). 그리고, HVECU(42)는, 전원계통이 정상이라고 판단하여, 주행 허가신호(Ready-ON)를 도시 생략한 표시수단에 출력한다(단계 S11).
한편, 단계 SO3에서, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값(T_th1) 이하라고 판정되면, 컨버터제어회로(50)는, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드를 저전압 모드로 설정한다. 그리고, 컨버터제어회로(50)는, 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 금지시키기 위한 신호(STP)를 생성하여 HVECU(42)에 출력한다(단계 S04). 이에 의하여 HVECU(42)는 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 정지한다.
또한, 컨버터제어회로(50)에서는, DC/DC 컨버터(30)의 전압지령이 저전압 모드에 대응하는 전압(약 10.5 V)으로 설정되고, 출력전압이 전압지령에 일치하도록 DC/DC 컨버터(30)의 피드백제어가 행하여진다(단계 S05). 이 때, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)의 저하에 따라, ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에서 소비되는 전력의 부족분이 DC/DC 컨버터(30)로부터 공급된다.
또한, 컨버터제어회로(48)에서는, 교류모터(M1)가 엔진 시동에 필요한 구동력을 발생하도록 인버터(20)의 구동제어가 행하여진다. 이에 의하여, 교류모터(M1)는, 메인 배터리(B1)로부터 전력의 공급을 받아 구동하고, 엔진(ENG)을 시동시킨다(단계 S06).
그 후, 컨버터제어회로(50)는, 회전수센서(28)로부터의 엔진 회전수(MRNE)에 의거하여 엔진 완전폭발의 상태인지의 여부를 판정한다(단계 S07). 이 처리는, 엔진 완전폭발의 상태라고 판정될 때까지 반복하여 실행된다. 그리고, 엔진 완전폭발의 상태라고 판정되면, 컨버터제어회로(50)는, 엔진 시동이 완료되었다고 판단하여, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드를 저전압 모드로부터 고전압 모드로 변환한다(단계 S08). 이에 의하여, DC/DC 컨버터(30)는, 메인 배터리(B1)로부터의 직류전압을 약 14.0 V로 강압하여 ECU(40) 및 보조기기 부하(60)에 공급함과 동시에, 보조기기 배터리(B2)를 충전한다.
또한, 컨버터제어회로(50)는, 단계 S04에서 행하여진 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작의 금지를 해제하기 위한 신호(RST)를 생성하여 HVECU(42)로 출력한다(단계 S09).
제일 마지막으로, HVECU(42)는, DC/DC 컨버터(30)가 고전압 모드로 동작하고 있는 것에 따라 전원계통이 정상이라고 판단하여, 주행 허가신호(Ready-ON)를 도시 생략한 표시수단에 출력한다(단계 S11).
이상과 같이, 본 발명의 실시형태에 의하면, 차량 시스템의 기동시에 엔진 및 메인 배터리의 적어도 한쪽이 저온일 때에는, 엔진을 미리 시동시켜, 엔진 시동이 완료됨으로써 차량의 주행 허가를 출력한다. 이 때, 엔진 시동이 완료될 때까지는 DC/DC 컨버터를 저전압 모드로 구동함으로써, 메인 배터리로부터 교류모터에 대하여 엔진을 시동시키는 데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또, 엔진 시동제어를 행하는 ECU에 대해서는, 보조기기 배터리의 출력부족을 보충하도록 보조기기 배터리 및 메인 배터리로부터 전력이 공급되기 때문에, ECU가 동작 불가능에 빠지는 것을 방지할 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터를 저전압 모드로 구동시키는 기간에 있어서, 엔진 시동에 관여하지 않는 보조기기 부하의 이상 진단동작을 일시적으로 정지함으로써, 보조기기 부하의 이상에 기인하여 차량 시스템이 시스템 다운하는 것을 회피할 수 있다.
그 결과, 본 발명에 의한 전원제어장치에 의하면, 저온 환경하에서도 시스템 다운을 회피하면서, 엔진의 시동성을 향상할 수 있다.
[변경예]
또, 본 발명에서는, 이하의 변경예에 나타내는 플로우차트에 따라, 차량 시스템 기동시의 전원제어가 행하여져도 된다.
도 8은, 본 발명의 전원제어장치의 변경예에 의한 차량 시스템 기동시의 전원제어를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 8의 플로우차트는, 도 7에 나타내는 플로우차트의 단계 S03과 단계 S04의 사이에 단계 S031을 삽입함과 함께, 단계 S032 내지 S034를 추가한 것이고, 그 외는 도 7에 나타내는 플로우차트와 동일하다.
도 8을 참조하여 단계 S03에서, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)가 소정의 문턱값(T_th) 이하라고 판정되었을 때, 컨버터제어회로(50)는, 계속해서 메인 배터리(B1)의 출력 가능한 전력(Wout)이 엔진 시동에 필요한 전력(W_std)을 하회하는지의 여부를 판정한다(단계 S031).
이 판정에서, 컨버터제어회로(50)는, 메인 배터리 온도(TB1) 및 충전량(SOC1)에 의거하여 메인 배터리(B1)의 출력 가능한 전력(Wout)을 추정한다. 또한, 이 출력 가능 전력(Wout)의 추정은, 미리 소유하고 있는 메인 배터리 온도(TB1) 및 충전량(SOC1)과 출력 가능 전력(Wout)과의 관계에 의거하여 행하여진다.
또한, 컨버터제어회로(50)는, 엔진 시동에 필요한 전력(W_std)을 추정한다. 엔진 시동에 필요한 전력(W_std)의 추정은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 엔진 온도(TE)에 의거하여 교류모터(M1)에 대한 공급 전력을 추정하고, 그 추정한 전력에, 미리 구해진 ECU(40)에 대한 공급 전력과 보조기기 배터리(B2)의 충전전력을 가산함으로써 행하여진다.
그리고, 컨버터제어회로(50)는, 메인 배터리(B1)의 출력 가능 전력(Wout)과 엔진 시동에 필요한 전력(W_std)과의 대소관계를 비교하여, 메인 배터리(B1)의 출력 가능 전력(Wout)이 엔진 시동에 필요한 전력(W_std)을 하회한다고 판정됨으로 써, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드를 저전압 모드로 설정한다. 그리고, 단계 S04로 진행하여, 상기한 바와 같이 보조기기 부하(60)의 이상 진단동작을 금지시킴 과 동시에, DC/DC 컨버터(30)를 저전압 모드로 구동한다(단계 S04, S05).
한편, 단계 S031에서, 메인 배터리(B1)의 출력 가능 전력(Wout)이 엔진 시동에 필요한 전력(W_std) 이상이라고 판정되면, 컨버터제어회로(50)는, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드를 고전압 모드로 설정한다. 그리고, 컨버터제어회로(50)는, 출력전압이 전압지령(약 14.0 V)에 일치하도록 DC/DC 컨버터(30)를 피드백제어한다(단계 S032).
그리고, 인버터제어회로(48)에서는, 교류모터(M1)가 엔진 시동에 필요한 구동력을 발생하도록 인버터(20)의 구동제어가 행하여진다. 이에 의하여, 교류모터(M1)는, 메인 배터리(B1)로부터 전력의 공급을 받아 구동하여, 엔진(ENG)을 시동시킨다(단계 S033).
그 후, HVECU(42)는, 회전수센서(28)로부터의 엔진 회전수(MRNE)에 의거하여 엔진 완전폭발의 상태인지의 여부를 판정한다(단계 S034). 그리고, 엔진 완전폭발의 상태라고 판정되면, HVECU(42)는, 주행 허가신호(Ready-ON)를 표시수단에 출력한다(단계 S11).
도 8에서 분명한 바와 같이, 본 변경예에 의하면, DC/DC 컨버터(30)는, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온도(TB1)의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값(T_th) 이하이고, 또한 메인 배터리(B1)가 엔진 시동에 필요한 전력을 출력할 수 없을 때에 한하여, 저전압 모드로 동작한다. 바꿔 말하면, 엔진 온도(TE) 및 메인 배터리 온 도(TB1) 중 어느 하나가 소정의 문턱값(T_th) 이하이어도, 메인 배터리(B1)가 엔진 시동에 필요한 전력을 출력 가능할 때에는, DC/DC 컨버터(30)는 고전압 모드로 동작한다.
이와 같이, 엔진(ENG) 및 메인 배터리(B1)의 온도에 더하여 메인 배터리(B1)의 출력성능에 따라, DC/DC 컨버터(30)의 동작 모드를 설정하는 구성으로 한 것은, DC/DC 컨버터(30)가 저전압 모드로 동작하는 빈도를 엔진(ENG)의 시동성을 손상하지 않는 범위에서 줄임으로써, 보조기기 부하(60)의 동작이 불안정해지는 것을 저감하려고 한 것에 의한다.
즉, DC/DC 컨버터(30)를 저전압 모드로 동작시킴으로써, 보조기기 배터리(B2)의 출력전압(Vb2)은, 통상의 약 12 V에서 전압지령과 같은 약 10.5 V로 까지 저하한다. 이 때 출력전압(Vb2)의 저하에 수반하여, 헤드라이트의 명도가 감소하는, 또는 오디오가 리세트된다는 불편이 발생할 가능성이 있다. 이와 같은 불편은, 차량의 운전자에게 불쾌를 줄지도 모른다.
따라서, 본 변경예에서는, 엔진(ENG) 및 메인 배터리(B1)가 저온이어도, 메인 배터리(B1)가 엔진 시동에 필요한 전력을 출력 가능한 한도에서, DC/DC 컨버터(30)를 고전압 모드로 구동시킴으로써, 이와 같은 불량이 발생하는 빈도를 적극 억제하여 운전자에게 주는 불쾌의 경감을 도모하는 것으로 하고 있다.
금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라, 청구범위에 의하여 나타내고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된 다.
본 발명은, 하이브리드차량의 전원제어장치 및 그것을 탑재한 하이브리드차량에 적용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 하이브리드차량의 전원제어장치에 있어서,
    제 1 전원전압을 출력하는 제 1 전원과,
    상기 제 1 전원으로부터 전력의 공급을 받아 내연기관을 시동시키는 모터와,
    상기 제 1 전원에 대하여 상기 모터와 병렬로 접속되어, 상기 제 1 전원전압을 전압지령에 따라 전압 변환하여 제 1 및 제 2 전원선 사이에 출력하는 전압 변환기와,
    상기 제 1 및 제 2 전원선 사이에 접속되어, 상기 제 1 전원전압보다 낮은 제 2 전원전압을 출력하는 제 2 전원과,
    상기 제 1 및 제 2 전원선 사이에 접속되어, 상기 전압 변환기 및 상기 제 2 전원의 적어도 한쪽으로부터 전압을 받는 전기부하와,
    상기 전압 변환기 및 상기 제 2 전원의 적어도 한쪽으로부터 전압을 받고, 차량 시스템의 기동이 지시된 것에 따라 상기 내연기관의 시동 및 상기 전압변환을 제어하는 제어장치와,
    상기 제 1 및 제 2 전원선 사이에 출력되는 전압이, 상기 전기부하의 정상동작이 보증되는 동작전압의 하한값을 하회한 것에 의거하여 상기 전기부하의 이상으로 진단하는 이상 진단장치를 구비하고,
    상기 제어장치는,
    상기 내연기관 및 상기 제 1 전원의 온도의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값 이 하인 것에 따라, 상기 전압지령을, 상기 제 2 전원전압보다 낮고, 또한 상기 제어장치의 동작전압 하한값 이상이 되는 제 1 전압으로 설정하여 상기 전압 변환기를 제어하는 제 1 전압변환제어수단과,
    상기 전압지령이 상기 제 1 전압으로 설정된 것에 따라, 상기 이상 진단장치의 이상 진단동작을 금지하는 이상 진단 금지수단과,
    상기 내연기관 및 상기 제 1 전원의 온도의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값 이하인 것에 따라, 상기 모터를 구동제어하여 상기 내연기관을 시동시키는 저온 시동제어수단과,
    상기 내연기관의 시동이 완료된 것에 따라, 상기 전압지령을, 상기 제 2 전원전압 이상이 되는 제 2 전압으로 설정하여 상기 전압 변환기를 제어하는 제 2 전압변환제어수단과,
    상기 전압지령이 상기 제 2 전압으로 설정된 것에 따라, 상기 이상 진단장치의 이상 진단동작의 금지를 해제함과 동시에, 상기 하이브리드차량의 주행 허가를 지시하는 주행 허가수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 전원제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 제 1 전원의 온도 및 충전량에 의거하여 상기 제 1 전원의 출력 가능한 전력을 추정하는 출력전력 추정수단을 더 포함하고,
    상기 제 1 전압변환제어수단은, 추정한 상기 제 1 전원의 출력 가능한 전력 이 상기 내연기관을 시동시키는 데 필요한 소정의 전력을 하회할 때, 상기 전압지령을 상기 제 1 전압으로 설정하는 한편으로, 추정한 상기 제 1 전원의 출력 가능한 전력이 상기 소정의 전력 이상일 때, 상기 전압지령을 상기 제 2 전압지령으로 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 전원제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 전압변환제어수단은, 상기 내연기관을 시동시키는 데 필요한 소정의 전력을 추정하는 필요 전력 추정수단을 더 포함하고,
    상기 필요 전력 추정수단은, 상기 내연기관의 온도에 의거하여 상기 모터에 대한 공급 전력을 추정하고, 또한 추정한 상기 모터에 대한 공급 전력에, 미리 추정한 상기 제어장치의 소비전력 및 상기 제 2 전원의 충전전력을 가산한 전력을 상기 소정의 전력으로 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 전원제어장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전압변환제어수단은, 출력전압이 상기 제 1 전압지령에 일치하도록 상기 전압 변환기를 피드백제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 전원제어장치.
  5. 하이브리드차량의 전원제어방법에 있어서,
    상기 하이브리드차량은,
    제 1 전원전압을 출력하는 제 1 전원과,
    상기 제 1 전원으로부터 전력의 공급을 받아 내연기관을 시동시키는 모터와,
    상기 제 1 전원에 대하여 상기 모터와 병렬로 접속되어, 상기 제 1 전원전압을 전압지령에 따라 전압 변환하여 제 1 및 제 2 전원선 사이에 출력하는 전압 변환기와,
    상기 제 1 및 제 2 전원선 사이에 접속되어, 상기 제 1 전원전압보다 낮은 제 2 전원전압을 출력하는 제 2 전원과,
    상기 제 1 및 제 2 전원선 사이에 접속되어, 상기 전압 변환기 및 상기 제 2 전원의 적어도 한쪽으로부터 전압을 받는 전기부하와,
    상기 전압 변환기 및 상기 제 2 전원의 적어도 한쪽으로부터 전압을 받고, 차량 시스템의 기동이 지시된 것에 따라 상기 내연기관의 시동 및 상기 전압변환을 제어하는 제어장치와,
    상기 제 1 및 제 2 전원선 사이에 출력되는 전압이, 상기 전기부하의 정상동작이 보증되는 동작전압의 하한값을 하회한 것에 의거하여 상기 전기부하의 이상으로 진단하는 이상 진단장치를 포함하고,
    상기 전원제어방법은,
    상기 내연기관 및 상기 제 1 전원의 온도의 적어도 한쪽이 소정의 문턱값 이하인 것에 따라, 상기 전압지령을, 상기 제 2 직류전압보다 낮고, 또한 상기 제어장치의 동작전압 하한값 이상이 되는 제 1 전압으로 설정하는 제 1 단계와,
    상기 전압지령이 상기 제 1 전압으로 설정된 것에 따라, 상기 이상 진단장치 의 이상 진단동작을 금지하는 제 2 단계와,
    출력전압이 상기 전압지령에 일치하도록 상기 전압 변환기를 피드백제어함 과 동시에, 상기 모터를 구동제어하여 상기 내연기관을 시동시키는 제 3 단계와,
    상기 내연기관의 시동이 완료된 것에 따라, 상기 전압지령을, 상기 제 2 전원전압 이상이 되는 제 2 전압으로 설정하여 상기 전압 변환기를 피드백제어하는 제 4 단계와,
    상기 전압지령이 상기 제 2 전압으로 설정된 것에 따라, 상기 이상 진단장치의 이상 진단동작의 금지를 해제함과 동시에, 상기 하이브리드차량의 주행 허가를 지시하는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 전원제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    상기 제 1 전원의 온도 및 충전량에 의거하여 상기 제 1 전원의 출력 가능한 전력을 추정하는 제 1 서브 단계와,
    추정한 상기 제 1 전원의 출력 가능한 전력이 상기 내연기관을 시동시키는 데 필요한 소정의 전력을 하회할 때, 상기 전압지령을 상기 제 1 전압으로 설정하는 제 2 서브 단계와,
    추정한 상기 제 1 전원의 출력 가능한 전력이 상기 소정의 전력 이상일 때, 상기 전압지령을 상기 제 2 전압지령으로 설정하는 제 3 서브 단계를 포함하는 것 을 특징으로 하는 하이브리드차량의 전원제어방법.
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