KR20150074437A - Hybrid vehicle and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 차량에 있어서, 효율적인 에너지 저장 장치인 울트라캐패시터를 사용하고, 모터 구동시 변속기의 손실을 해소할 수 있는 하이브리드 차량 및 그 제어방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid vehicle using an ultracapacitor, which is an efficient energy storage device, in a hybrid vehicle and capable of eliminating the loss of the transmission when the motor is driven, and a control method thereof.
하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 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)모드 등의 주행모드로 주행이 이루어진다.
Hybrid vehicles are future vehicles that can reduce exhaust gas and improve fuel economy by employing not only an engine but also a motor drive source as an auxiliary power source. The hybrid vehicle includes an EV (electric vehicle) mode, which is a pure electric vehicle mode using only motor power, A hybrid electric vehicle (HEV) mode, which is an auxiliary mode in which the rotational force of the motor is used as an auxiliary power and the braking and inertial energy of the vehicle when the vehicle is driven by braking or inertia, And a regenerative braking (RB) mode for charging the vehicle.
대한민국 특허 공개번호 10-2012-0131727 A에는 슈퍼커패시터를 이용한 전기차 동력장치에 있어서, 부하를 구동시키고 회생제동을 통해 발전하는 모터-발전기; 외부 충전 에너지 및 상기 모터-발전기에 의해 발전된 에너지를 축전하는 슈퍼커패시터; 상기 슈퍼커패시터로부터 전원을 공급받아 저장하고 상기 모터-발전기로 구동전력을 공급하는 배터리; 상기 슈퍼커패시터 및 배터리의 충전량(SoC)이 보조발전 동작점보다 적은 경우에 구동하는 엔진; 및 상기 엔진 구동에 따라 보조발전하고 발전된 에너지를 상기 슈퍼커패시터로 제공하는 발전기; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 전기차 동력장치가 개시된다.
Korean Patent Publication No. 10-2012-0131727 A discloses an electric vehicle power system using a supercapacitor, comprising: a motor-generator for driving a load and generating power through regenerative braking; A supercapacitor for storing external charging energy and energy generated by the motor-generator; A battery for receiving and storing power from the supercapacitor and supplying driving power to the motor-generator; An engine that is driven when the charge amount (SoC) of the supercapacitor and the battery is less than an auxiliary power generation operating point; And a generator for providing energy to the supercapacitor, the energy being assisted and generated according to the driving of the engine; The electric power unit includes a supercapacitor.
그러나, 상기와 같은 특허에서도 용량이 큰 배터리와 모터를 적용함에 따라 차량의 무게가 증가되는 문제가 발생되었으며, 회생 제동시 발전되는 전원을 배터리가 모두 수용하지 못하여, 에너지의 손실이 발생되었다. 또한, 기존의 배터리의 경우 과충전의 위험으로 배터리의 용량에 따라 회생 제동이 제한되어 연비가 저하되었으며 저온 영역에서 배터리의 출력이 제한됨에 따라 냉간시동 성능이 저하되어 엔진 시동이 불가하였다. 따라서, 차량의 주행시 또는 회생 제동시 변속기를 거쳐 동력이 전달됨에 따라 변속기에서 손실이 발생됨으로써 하이브리드 차량의 장점인 연비 성능이 저하되어 차량의 품질 및 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생되었다.
However, in the above-mentioned patent, there is a problem that the weight of the vehicle is increased due to application of a battery and a motor having a large capacity, and energy is lost because the battery can not accommodate the power generated during the regenerative braking. Also, in the case of conventional batteries, the risk of overcharging is limited due to the limitation of the regenerative braking depending on the capacity of the battery, so that the fuel efficiency is lowered and the output of the battery is limited in the low temperature range. Accordingly, when the vehicle is running or when the regenerative braking is performed, power is transmitted through the transmission, and loss is generated in the transmission. As a result, fuel economy performance, which is an advantage of a hybrid vehicle, is deteriorated, resulting in poor quality and reliability of the vehicle.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 변속기로 인한 동력전달 손실 및 회생제동 손실을 해소하고, 효율적인 에너지 저장 장치인 울트라캐패시터를 이용하여 연비가 개선되도록 하는 하이브리드 차량 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve such a problem, and provides a hybrid vehicle and a control method thereof for solving power transmission loss and regenerative braking loss due to a transmission, and improving fuel efficiency by using an ultracapacitor as an efficient energy storage device It has its purpose.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량은 차량의 전륜 구동축과 엔진 사이에 결합되며 변속기 클러치를 포함하는 변속기; 클러치를 사이에 두고 후륜 구동축에 결합되는 구동모터; 상기 구동모터와 전기적으로 연결되는 울트라 캐패시터; 및 클러치를 온/오프 제어하여 구동모터를 구동제어하는 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a hybrid vehicle including: a transmission coupled between a front wheel drive shaft of a vehicle and an engine and including a transmission clutch; A drive motor coupled to the rear wheel drive shaft via a clutch; An ultracapacitor electrically connected to the driving motor; And a controller for controlling the drive motor by controlling on / off of the clutch.
상기 구동모터는 감속기를 거쳐 클러치와 후륜 구동축과 연결될 수 있다.The drive motor may be connected to the clutch and the rear wheel drive shaft via a speed reducer.
상기 감속기를 통해 전달된 구동력은 종감속기어를 통해 후륜 구동축으로 전달될 수 있다.The driving force transmitted through the reduction gear can be transmitted to the rear wheel drive shaft through the longitudinal reduction gear.
상기 엔진에는 제너레이터가 결합될 수 있다.A generator may be coupled to the engine.
상기 회생제동 시 또는 제너레이터로부터 발전된 전기에너지는 울트라 캐패시터에 축전되고, 울트라 캐패시터에 축전된 전기에너지를 차량의 보조배터리에 저장시킬 수 있다.The electric energy generated at the regenerative braking or from the generator is stored in the ultracapacitor, and the electric energy stored in the ultracapacitor can be stored in the auxiliary battery of the vehicle.
상기 제어부는 시리즈 모드 시 클러치를 온한 상태에서 엔진을 구동하여 제너레이터가 전기 발전을 수행하도록 하고, 발전된 전기에너지를 상기 울트라 캐패시터에 충전시키며, 울트라 캐패시터의 전기에너지를 구동모터로 공급하여 구동모터만으로 후륜 구동축을 회전시킬 수 있다.The control unit drives the engine in the series mode to turn on the clutch to cause the generator to perform electric power generation and to charge the electric energy to the ultracapacitor. The electric energy of the ultracapacitor is supplied to the driving motor, The drive shaft can be rotated.
상기 제어부는 EV 모드 시 클러치를 온하고, 울트라 캐패시터의 전기에너지를 구동모터로 공급하여 구동모터만으로 후륜 구동축을 회전시킬 수 있다.The controller turns on the clutch in the EV mode and supplies the electric energy of the ultracapacitor to the driving motor to rotate the rear wheel driving shaft only by the driving motor.
상기 제어부는 회생제동 시 클러치를 온하고, 후륜 구동축의 회전력을 이용하여 구동모터의 전기 발전이 수행되도록 하여 발전된 전기에너지를 상기 울트라 캐패시터에 충전시킬 수 있다.The controller turns on the clutch at the time of regenerative braking and uses the rotational force of the rear wheel drive shaft to perform electric power generation of the drive motor to charge the generated electric energy into the ultracapacitor.
상기 제어부는 HEV 모드 시 클러치와 변속기 클러치를 온 상태로 전환하고, 엔진과 구동모터를 동시에 구동하여 전륜 및 후륜 구동축을 회전시킬 수 있다.In the HEV mode, the control unit turns the clutch and the transmission clutch to the ON state, and simultaneously drives the engine and the drive motor to rotate the front wheel and the rear wheel drive shaft.
상기 제어부는 엔진단독구동 모드 시 변속기 클러치를 온상태로 전환하고, 엔진을 구동하여 전륜 구동축을 회전시킬 수 있다.The control unit switches the transmission clutch to an ON state in the engine only drive mode, and can drive the engine to rotate the front wheel drive shaft.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 하이브리드 차량의 제어방법은 청구항 1항의 하이브리드 차량의 제어방법으로서, EV 모드 시 클러치를 온하고, 울트라캐패시터의 전기에너지를 구동모터로 공급하여 구동모터만으로 후륜 구동축을 회전시키는 제1주행단계; HEV 모드 시 클러치와 변속기 클러치를 온 상태로 전환하고, 엔진과 구동모터를 동시에 구동하여 전륜 및 후륜 구동축을 회전시키는 제2주행단계; 시리즈 모드 시 클러치를 온한 상태에서 엔진을 구동하여 제너레이터가 전기 발전을 수행하도록 하고, 제너레이터에서 발전된 전기에너지로 구동모터를 구동시키는 제3주행단계; 및 엔진단독구동 모드 시 변속기 클러치를 온한 상태에서 엔진을 구동하여 전륜 구동축을 회전시키는 제4주행단계;를 포함한다.A control method of a hybrid vehicle for achieving the above object is the control method for a hybrid vehicle as set forth in claim 1, wherein, in the EV mode, the clutch is turned on and the electric energy of the ultracapacitor is supplied to the drive motor, A first driving step of rotating the first driving step; A second driving step of switching the clutch and the transmission clutch to the ON state in the HEV mode and simultaneously driving the engine and the drive motor to rotate the front wheel and the rear wheel drive shaft; A third running step of causing the generator to perform electric power generation by driving the engine while the clutch is in the series mode, and driving the drive motor with electric energy generated by the generator; And a fourth driving step of rotating the front wheel drive shaft by driving the engine in a state in which the transmission clutch is turned on in the engine only drive mode.
상기 동력전달 제어방법은 회생제동시 후륜 구동축의 회전력을 이용하여 구동모터의 전기 발전이 수행되도록 하고, 발전된 전기에너지를 상기 울트라캐패시터에 충전시키는 충전단계;를 더 포함할 수 있다.
The power transmission control method may further include a charging step of performing electric power generation of the driving motor using the rotational force of the rear wheel drive shaft during regenerative braking and charging the developed electric energy to the ultracapacitor.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드 차량 및 그 제어방법은 종래의 변속기와 엔진 사이에 모터가 구성되는 TMED(Transmission Mounted Electric Device), FMED(Flywheel Mounted Electric Device) 방식의 하이브리드 차량과는 달리 후륜 구동축에 구동모터를 연결하는 방식이다. 이와 같이 간단한 설계상의 변경만으로도 구현할 수 있어 설계 및 레이아웃 변경 시 유리하며, 개발 비용이 저감된다. 또한, EV 모드 주행 및 회생제동 시 변속기로 인한 동력손실이 없어 충방전 효율 및 에너지 회수량이 증가하여 연비가 개선되는 효과가 있다.
The hybrid vehicle having the above-described structure and the control method thereof, unlike the hybrid vehicle of TMED (Transmission Mounted Electric Device) and FMED (Flywheel Mounted Electric Device) type in which a motor is constituted between a conventional transmission and an engine, This is a method of connecting a drive motor. This simple design change can be implemented, which is advantageous in design and layout change, and development cost is reduced. In addition, there is no power loss due to the transmission during the EV mode running and regenerative braking, so that the charging / discharging efficiency and the energy recovery amount are increased and the fuel economy is improved.
본 발명에서는 종래의 일반 고전압 배터리가 아닌 충방전 효율이 높은 울트라 캐패시터를 사용함으로써, 주행에 따른 배터리 손실량이 감소하고, 냉간조건에서 출력 성능이 유리하며 냉시동 시 성능이 향상되는 장점이 있다. 종래 배터리 대비하여 수명이 길고, 오래 사용하여도 배터리의 열화가 없어 성능이 유지되어 차량의 유지비용이 감소하고, 내구성이 증대되는 장점이 있다. 또한, 과충전이 되더라도 과충전에 따른 문제가 없으며 회생제동량이 증가되고 출력 밀도가 높으며 동력 보조 성능 또한 우수하다.In the present invention, by using an ultra capacitor having a high charging / discharging efficiency rather than a conventional general high voltage battery, the battery loss due to running is reduced, the output performance is advantageous in cold condition, and the performance is improved in cold start. There is an advantage that the life of the battery is longer than that of the conventional battery, the battery is not deteriorated even after long use, and the performance is maintained, the maintenance cost of the vehicle is reduced, and the durability is increased. Also, even if overcharged, there is no problem due to overcharging, the regenerative braking amount is increased, the output density is high, and the power assist performance is also excellent.
따라서, 적은 용량의 구동모터와 울트라 캐패시터를 후륜 구동축에 적용하여 변속기 손실을 없애므로써, 회생에너지를 극대화하여 EV 및 어시스트 에너지로 사용하여 EV 주행이 가능한 하드 타입의 하이브리드 구성이 가능해지며, 후륜 구동축에 구동모터를 장착함으로써, 4WD 구현이 가능해진다. 시스템의 변경을 최소화하면서도 높은 연비 이득을 얻을 수 있으며, 등판능력 또한 우수해지는 장점이 있다.
Therefore, by employing a low-capacity drive motor and an ultra-capacitor to the rear-wheel drive shaft, transmission loss is eliminated. Thus, a hybrid type hard-type hybrid vehicle capable of maximizing the regenerative energy and using the EV and assist energy to drive the EV can be realized. By mounting the drive motor, 4WD implementation becomes possible. It is possible to obtain a high fuel consumption gain while minimizing the change of the system, and it is also advantageous in that the backing ability is also excellent.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 구성도.
도 2는 도 1의 EV모드를 나타낸 도면.
도 3은 도 1의 시리즈모드를 나타낸 도면.
도 4는 도 1의 회생제동을 나타낸 도면.
도 5는 도 1의 HEV모드를 나타낸 도면.
도 6은 도 1의 엔진단독구동모드를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어방법의 순서도.1 is a configuration diagram of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention;
2 shows the EV mode of Fig.
Fig. 3 shows the series mode of Fig. 1; Fig.
Fig. 4 is a view showing the regenerative braking of Fig. 1; Fig.
5 shows the HEV mode of FIG. 1;
6 is a view showing the engine only drive mode of FIG. 1;
7 is a flowchart of a control method of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량 및 그 제어방법에 대하여 살펴본다.
Hereinafter, a hybrid vehicle and a control method thereof according to preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 구성도이고, 도 2 내지 도 6은 각 모드별로 구동되 상태를 도시한 도면으로써, 도 2는 EV 모드, 도 3은 시리즈 모드, 도 4는 회생제동, 도 5는 HEV 모드 및 도 6은 엔진단독구동 모드를 도시하였다.
2 is a diagram illustrating a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 to 6 illustrate driving states of the hybrid vehicle. FIG. 2 is an EV mode, FIG. 3 is a series mode, Fig. 5 shows the HEV mode, and Fig. 6 shows the engine only drive mode.
도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하이브리드 차량은 차량의 전륜 구동축(600)과 엔진(100) 사이에 결합되며 변속기 클러치(410)를 포함하는 변속기(400); 클러치(500)를 사이에 두고 후륜 구동축(700)에 결합되는 구동모터(200); 상기 구동모터(200)와 전기적으로 연결되는 울트라 캐패시터(300); 및 클러치(500)를 온/오프 제어하여 구동모터(200)를 구동제어하는 제어부(800);를 포함한다. 또한, 상기 엔진(10)과 변속기(400) 사이에는 토크컨버터(430)가 연결되며, 상기 구동모터(200)는 감속기(510)를 거쳐 클러치(500)와 후륜 구동축(700)과 연결되고, 상기 감속기(510)를 통해 전달된 구동력은 종감속기어(미도시)를 통해 후륜 구동축(700)으로 전달될 수 있다. 상기 엔진(100)에는 제너레이터(110)가 결합된다.
1, a hybrid vehicle according to a preferred embodiment of the present invention includes a
본 발명의 차량은 4WD(4 Wheel Drive)로써, 상황에 따라 전륜 구동축(600)과 후륜 구동축(700)을 모두 사용하여 차량을 구동하게 된다. 특히, 본 실시예에서는 후륜 구동축(700) 측에 구동모터(200)를 장착한 것을 예를 들어 설명하나, 설계나 환경, 차종에 따라서는 구동모터(200)를 전륜 구동축(600)과 직결되도록 형성하고, 엔진(100), 변속기(400), 클러치(500) 등의 위치를 변경하여 구성하는 레이아웃은 얼마든지 설계상 변경가능하다.
The vehicle of the present invention is a 4WD (4-wheel drive), and drives the vehicle using both the front
도 1에서 볼 수 있듯이 본 발명은 후륜 구동축(700)에 클러치(500)와 감속기(510)가 순차적으로 결합되고, 감속기(510)에 구동모터(200)와 울트라 캐패시터(300) 순으로 결합된다. 종래의 하이브리드 차량의 경우 전륜 구동축에는 전륜 구동축에 구동모터와 변속기가 함께 장착되어 구동력의 전달 및 회생제동에 따른 회전력이 모두 변속기를 거침에 따라 손실되는 에너지가 발생되었다.
1, in the present invention, the
그러나, 본 발명은 구동모터(200)를 후륜 구동축(700)에 바로 연결하고, 변속기(400)는 전륜 구동축(600)에 따로 연결하여 변속기(400)와 구동모터(200)를 분리하여 구성함으로써, 구동모터(200)의 구동력이 후륜 구동축(700)에 바로 전달되어 변속기(400)에 의한 에너지 손실을 해소하여 연비가 개선되는 효과를 도출할 수 있는 것이다. 또한, 4륜 구동 시스템을 사용하여, 후륜 구동축(700)에 구동모터(200)를 결합함으로써, 언덕 등의 등판 주행 시 등판 성능이 향상되는 효과가 있다.
However, in the present invention, the
상기 전륜 구동축(600)에는 변속기(400)와 엔진(100)이 변속기(400)의 토크 컨버터(430)를 사이에 두고 결합되며, 변속기(400) 내에는 변속기 클러치(410)가 마련된다. 이러한 내용은 종래에 기 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
The
한편, 엔진(100)에는 제너레이터(110)가 결합될 수 있는데, 제너레이터(110)는 일종의 발전기로써, 시리즈 모드로 구동될 때 제너레이터(100)가 사용된다. 제너레이터(100)는 하이브리드 차량에 통상적으로 마련되는 HSG(Hybrid Starter Generator)로써, 차량의 주행 중 엔진(100) 동력을 연결하는 순간 쇼크의 발생을 방지하기 위해 엔진(100) 회전속도를 증가시켜 구동모터(200)의 회전속도와 동기화되는 시간을 줄이는 역할을 한다.
On the other hand, the
본 발명에서는 구동모터(200) 및 제너레이터(110)와 전기적으로 연결되는 울트라 캐패시터(300)가 구비된다. 울트라 캐패시터(300)는 충방전 효율이 높은 효율적인 저장장치로써, 종래의 하이브리드 차량에 사용되던 고전압 배터리와 다르게 충방전 효율이 높아 많은 용량을 충전할 수 있다. 또한, 출력 밀도가 높아 동력 성능 및 응답성이 우수하며, 수명 면에서도 1만 사이클 이상의 충방전에도 열화가 발생하지 않아 성능저하가 없어 용량감소의 문제가 없는 장점이있고, 낮은 온도에서도 출력 성능이 저하되지 않아 저온 발진 시 성능이 우수한 장점이 있다.
In the present invention, an
이러한 장점과 효과를 갖는 울트라 캐패시터(300)를 본 발명에 적용함으로써, 회생제동 시 발생되는 회생에너지를 효율적으로 저장할 수 있어 엔진(100)의 효율 또한 높일 수 있게 된다. 아울러, 변속기(400)에 의한 동력손실과 같은 외부 손실을 해소함으로써 회생제동 시 충전되는 회생에너지의 효율 또한 더욱 높아짐에 따라 높은 연비 이득을 얻을 수 있는 것이다.
By applying the
위와 같은 구조로 이루어진 본 발명은 제어부(800)를 통해 하이브리드 차량의 주행 시 클러치(500)를 온(ON)/오프(OFF) 제어하여 울트라 캐패시터(300)에 충전된 전기에너지를 이용하여 구동모터(200)를 제어함으로써 차량이 구동모터(200)에 의해 주행되도록 할 수 있는 것이다. 여기서 구동모터(200)는 차량의 후륜 구동축(700)에 직접 결합되기 때문에 구동모터(200)의 구동력이 동력전달의 손실 없이 그대로 전달될 수 있게 된다.
The present invention having the above structure controls the clutch 500 when the hybrid vehicle travels through the
또한, 상기 구동모터(200)는 감속기(510)를 거쳐 클러치(500)와 후륜 구동축(700)과 연결되고, 상기 감속기(510)를 통해 전달된 구동력은 종감속기어(미도시)를 통해 후륜 구동축(700)으로 전달된다. 상기의 감속기(510)는 구동모터(200)의 토크를 증대시키고 회전속도를 감소시킴으로써 가속성능과 등판성능이 향상된다.
The
즉, 감속기(510)를 통해 감속비가 높은 저단일 경우에는 회전속도를 감소시키고 토크를 증대시킴에 따라 등판성능이 향상되는 것이고, 감속비가 낮은 고단인 경우에는 토크는 감소되지만 회전속도가 증가됨에 따라 가속성능이 향상되도록 하는 것이다.
That is, when the speed ratio is high and the speed ratio is high through the
상기와 같이, 구동모터(200)에는 감속기(510)를 장착함으로써 차량의 주행상태 및 주변 환경에 따른 적절한 토크 및 회전속도의 조절을 통해 최적의 주행성능을 확보함과 동시에 연비 향상의 이득을 함께 취할 수 있는 효과가 있다.
As described above, by installing the
또한, 회생제동을 통해 발전된 전기에너지 또는 제너레이터(110)로부터 발전된 전기에너지는 울트라 캐패시터(300)에 저장되고, 울트라 캐패시터(300)에 저장된 전기에너지는 차량의 보조배터리(900)에 저장될 수 있다.
The electric energy generated through the regenerative braking or the electric energy generated from the
통상적으로 하이브리드 차량에도 각종 전장부품에 전원을 제공하기 위한 보조배터리(900)가 구비되고, 이러한 보조배터리(900)는 울트라 캐패시터(300)로부터 전기에너지를 공급받아 저장한다. 따라서, 보조배터리(900)에는 울트라 캐패시터(300)의 전기에너지를 보조배터리(900)에 공급하기 위해 DC-DC컨버터(미도시)가 설치될 수 있다.
Typically, the hybrid vehicle also includes an
상기한 울트라 캐패시터(300)는 회생제동 시 또는 제너레이터(900)로부터 발전된 전기에너지를 충방전하는데, 울트라 캐패시터(300)의 충방전 효율이 높으므로 고효율로 충전되는 전기에너지를 보조배터리(900)에 공급하여 저장함으로써, 보조배터리(900)의 충전상태를 안정적으로 유지할 수 있어 동력 보조 성능을 개선시킴으로써, 각종 전장부품이 안정적으로 구동되게 된다.
Since the charging and discharging efficiency of the
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 각 주행 모드에 관련된 내용을 도면에 따라 서술한다. 참고로 도면에서 동력의 전달 경로는 검정색 화살표로 도시하고, 전기에너지의 전달 경로는 흰색 화살표로 도시하였다.
The contents related to each running mode of the hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. For reference, the transmission path of the power is shown by a black arrow and the transmission path of the electric energy is shown by a white arrow in the figure.
먼저, 도 2는 EV 모드로 주행하는 것을 도시한 도면이다. EV 모드라함은 전기에너지만으로 차량을 주행하는 상태로써, 차량이 시동된 후 초기 주행 시 사용되거나 저속으로 주행 시 저토크만으로 주행이 가능할 때 사용된다.
First, Fig. 2 shows running in the EV mode. The EV mode is a state in which the vehicle travels only with electrical energy. It is used when the vehicle is started after the vehicle is started, or when the vehicle is traveling at a low speed.
따라서, 상기 제어부는 EV 모드 시 클러치(500)를 온하고, 울트라 캐패시터(300)의 전원을 구동모터(200)로 공급하여 구동모터(200)만으로 후륜 구동축(700)을 회전시키도록 한다. 그에 따라, 제어부(800)는 변속기(400) 내의 변속기 클러치(410)는 오프하여 변속기(400) 및 엔진(100)으로부터의 구동력 발생은 없이 오로지 구동모터(200)의 전기에너지만으로 후륜 구동축(700)을 구동하여 차량이 구동되게 된다.
Therefore, the control unit turns on the clutch 500 in the EV mode and supplies the power of the
에너지의 흐름을 설명하면, 울트라 캐패시터(300)로부터 구동모터(200)로 전기에너지가 인가되고, 구동모터(200)의 구동력이 감속기(510)와 클러치(500)를 통해 후륜 구동축(700)으로 바로 전달됨에 따라 변속기(400)에 의한 구동력의 손실이 발생되지 않는다. 전원의 출력밀도가 높은 울트라 캐패시터(300)가 적용됨에 따라 고밀도의 출력에너지를 구동모터(200)로 전달하지 않아도 구동모터(200)를 충분히 구동할 수 있다.
Electric energy is applied from the
도 3은 시리즈(Series) 모드로 주행하는 것을 도시한 도면이다. 시리즈 모드라함은 EV 모드로 주행 시 울트라 캐패시터(300)의 전기에너지 잔량이 기준치 이하인 경우 엔진(100)을 강제로 구동하여 제너레이터(110)를 통해 전기에너지를 발생시켜 울트라 캐패시터(300)에 전달해주는 모드이다. 또한, 차량의 주행이 정지된 상태에서 울트라 캐패시터(300)의 잔량이 기준치 이하일 경우 엔진(100)을 강제 구동하여 제너레이터(300)를 통해 전기에너지를 발전시켜 발전된 전기에너지를 울트라 캐패시터(300)에 저장함으로써 부족한 전원을 충당시킬 때 이용되는 모드이다.
Fig. 3 is a view showing traveling in a series mode. Fig. In the series mode, when the remaining energy of the electric energy of the
따라서, 상기 제어부(800)는 시리즈 모드 시 클러치(500)를 온한 상태에서 엔진(100)을 구동하여 제너레이터(110)가 전기 발전을 수행하도록 하고, 발전된 전기에너지를 상기 울트라 캐패시터(300)에 충전시키며, 울트라 캐패시터(300)의 전기에너지를 구동모터(200)로 공급하여 구동모터(200)만으로 후륜 구동축(700)을 회전시키도록 한다. 그에 따라, 제어부(800)는 변속기(400) 내의 변속기 클러치(410)는 오프하여 변속기(400) 및 엔진(100)으로부터의 구동력 발생은 없이 오로지 구동모터(200)의 전기에너지만으로 후륜 구동축(700)을 구동하여 차량이 구동되게 된다.
Therefore, the
에너지의 흐름을 설명하면, 엔진(100)이 구동되는 기계적에너지에 의해 제너레이터(100)가 발전되어 전기에너지가 발생되고, 발생된 전기에너지가 울트라 캐패시터(300)로 저장된다. 울트라 캐패시터(300)에 저장된 전기에너지가 구동모터(200)를 구동하여 발생된 구동력이 감속기(510)와 클러치(500)를 통해 후륜 구동축(700)으로 바로 전달됨에 따라 시리즈 모드 역시 변속기(400)에 의한 구동력의 손실이 발생되지 않는다.
In the energy flow, the
울트라 캐패시터(300)의 특성상 충방전 효율이 높기 때문에 엔진(100) 구동에 의한 제너레이터(110)의 발전으로 발전된 전기에너지가 울트라 캐피시터(300)에 높은 효율로 충전되기 때문에 짧은 시간의 엔진(100) 구동만으로도 많은 용량을 충전할 수 있게 된다. 이러한 작동에 따라 울트라 캐패시터(300)를 적절하게 사용함으로써, 전기에너지를 엔진(100)과 구동모터(200)의 효율적인 사용을 통해 충방전하여 전기에너지 손실량을 저감하고 동력 보조 성능을 향상시킬 수 있으며 연비가 향상되는 효과가 있게 된다.
Since the charging and discharging efficiency of the
도 4는 회생제동 시를 도시한 도면이다. 회생제동이라함은 하이브리드 차량의 경우 감속이나 제동 시 후륜 구동축(700)에서 남는 회전력에 의한 구동력을 구동모터(200)로 전달하여 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 것을 의미한다.
4 is a view showing the regenerative braking operation. Regenerative braking means that in the case of a hybrid vehicle, the driving force generated by the rotational force remaining in the rear
따라서, 상기 제어부(800)는 회생제동 시 클러치(500)를 온하고, 후륜 구동축(700)의 회전력을 이용하여 구동모터(200)의 전기 발전이 수행되도록 하여 발전된 전기에너지를 상기 울트라 캐패시터(300)에 충전되도록 한다. 상기한 두 모드 시와 마찬가지로 변속기(400) 내의 변속기 클러치(410)는 오프된 상태이다.
The
에너지의 흐름을 설명하면, 후륜 구동축(700)으로부터 남는 구동력이 클러치(500)와 감속기(510)를 통해 구동모터(200)로 전달되고, 구동모터(200)에서 전기에너지로 변환되어 울트라 캐패시터(300)에 저장되는 것이다.
The driving force remaining from the rear
회생제동 시도 변속기(400) 등에 의한 구동력의 손실이 발생되지 않아 구동모터(200)에서 울트라 캐패시터(300)로 전달되는 전기에너지가 증가되어 충전효율이 높아지고, 이에 따라 회생에너지의 충전 효율이 증가되게 된다.
The loss of driving force by the regenerative
도 5는 HEV 모드로 주행하는 것을 도시한 도면이다. HEV 모드는 구동모터(200)와 엔진(100)을 모두 구동시켜 주행하는 것으로써, 가속 시 또는 등판주행 시처럼 순간적으로 고토크가 요구되는 구간에서의 구동력 증대를 위해 사용되는 모드이다.
Fig. 5 is a diagram showing running in the HEV mode. The HEV mode drives both the driving
따라서, 상기 제어부(800)는 HEV 모드 시 클러치(500)와 변속기 클러치(410)를 모두 온 상태로 전환하고, 엔진(100)과 구동모터(200)를 동시에 구동하여 전륜 구동축(600) 및 후륜 구동축(700)을 회전시킨다. 특히, 본 발명이 4륜 구동 시스템이므로 전륜 구동축(600)과 후륜 구동축(700)이 모두 구동이 가능한 것이다. 울트라 캐패시터(300)의 전기에너지로 구동모터(200)를 구동하고, 엔진(100)의 기계(운동)에너지로 전륜 구동축(600)을 구동하여 전륜 구동축(600)과 후륜 구동축(700)에 의해 차량이 구동되게 되는 것이다.
Accordingly, the
에너지의 흐름을 설명하면, 후륜 구동축(700)에서는 울트라 캐패시터로(300)부터 구동모터(200)로 전기에너지가 인가되고, 구동모터(200)의 구동력이 감속기(510)와 클러치(500)를 통해 후륜 구동축(700)으로 바로 전달됨에 따라 변속기(400)에 의한 구동력 손실이 발생되지 않는다. 또한, 전륜 구동축(600)에서는 엔진(100)으로부터 발생된 기계에너지가 토크컨버터(430)와 변속기(400)를 통해 전륜 구동축(600)으로 전달된다. 이 때에는 변속기 클러치(410)도 온 상태이므로 종래에 대비하여 변속기(400)에 의한 구동 손실은 많이 발생하지 않으며 작동성능이 향상되는 효과가 발생한다.
Electric energy is applied from the
도 6은 엔진단독구동 모드로 주행하는 것을 도시한 도면이다. 엔진단독구동 모드에서는 엔진(100)이 단독으로 구동되는 모드로써, 고단에서 고속으로 주행 시 또는 눈길 등과 같은 상황에서 주행 시 이용된다.
Fig. 6 is a diagram showing running in the engine only drive mode. Fig. In the engine independent drive mode, the
따라서, 상기 제어부(800)는 엔진단독구동 모드로 변속기 클러치(410)를 온상태로 전환하고, 엔진(100)을 구동하여 전륜 구동축(600)을 회전시킨다. 엔진(100)에서 발생된 기계에너지에 의한 구동력은 변속기(400)를 통해 전륜 구동축(600)으로 전달되어 전륜 구동축(600)이 구동되어 차량이 구동되게 되고, 에너지의 흐름 또한 동일하다.
Accordingly, the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어방법을 도시한 순서도로써, 본 발명의 하이브리드 차량의 제어방법은 청구항 1항의 하이브리드 차량의 제어방법으로서, EV 모드 시 클러치(500)를 온하고, 울트라 캐패시터(300)의 전기에너지를 구동모터(200)로 공급하여 구동모터(200)만으로 후륜 구동축(700)을 회전시키는 제1주행단계(S100); HEV 모드 시 클러치(500)와 변속기 클러치(410)를 온 상태로 전환하고, 엔진(100)과 구동모터(200)를 동시에 구동하여 전륜 구동축(600) 및 후륜 구동축(700)을 회전시키는 제2주행단계(S300); 시리즈 모드 시 클러치(500)를 온한 상태에서 엔진(100)을 구동하여 제너레이터(110)가 전기 발전을 수행하도록 하고, 제너레이터(110)에서 발전된 전기에너지로 구동모터(200)를 구동시키는 제3주행단계(S500); 및 엔진단독구동 모드 시 변속기 클러치(410)를 온한 상태에서 엔진(100)을 구동하여 전륜 구동축(600)을 회전시키는 제4주행단계(S700);를 포함한다.
7 is a flowchart showing a control method of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention. The control method for a hybrid vehicle according to the present invention is a control method for a hybrid vehicle according to claim 1, A first driving step (S100) of supplying electric energy of the ultracapacitor (300) to the driving motor (200) and rotating the rear wheel driving shaft (700) by only the driving motor (200); In the HEV mode, the clutch 500 and the
또한, 회생제동 시 후륜 구동축(700)의 회전력을 이용하여 구동모터(200)의 전기 발전이 수행되도록 하고, 발전된 전기에너지를 상기 울트라 캐패시터(300)에 충전시키는 충전단계(S900);를 수행한다.
In addition, a charging step (S900) for performing electric power generation of the driving
상기와 같은 하이브리드 차량 및 그 제어방법은 종래의 변속기와 엔진 사이에 모터가 구성되는 TMED(Transmission Mounted Electric Device), FMED(Flywheel Mounted Electric Device) 방식의 하이브리드 차량과는 달리 후륜 구동축에 구동모터를 연결하는 방식이다. 이와 같이 간단한 설계상의 변경만으로도 구현할 수 있어 설계 및 레이아웃 변경 시 유리하며, 개발 비용이 저감된다. 또한, EV 모드 주행 및 회생제동 시 변속기로 인한 동력손실이 없어 충방전 효율 및 에너지 회수량이 증가하여 연비가 개선되는 효과가 있다.
The hybrid vehicle and its control method as described above are different from hybrid vehicles of TMED (Transmission Mounted Electric Device) and FMED (Flywheel Mounted Electric Device) type in which a motor is constituted between a conventional transmission and an engine, . This simple design change can be implemented, which is advantageous in design and layout change, and development cost is reduced. In addition, there is no power loss due to the transmission during the EV mode running and regenerative braking, so that the charging / discharging efficiency and the energy recovery amount are increased and the fuel economy is improved.
본 발명에서는 종래의 일반 고전압 배터리가 아닌 충방전 효율이 높은 울트라 캐패시터를 사용함으로써, 주행에 따른 배터리 손실량이 감소하고, 냉간조건에서 출력 성능이 유리하며 냉시동 시 성능이 향상되는 장점이 있다. 종래 배터리 대비하여 수명이 길고, 오래 사용하여도 배터리의 열화가 없어 성능이 유지되어 차량의 유지비용이 감소하고, 내구성이 증대되는 장점이 있다. 또한, 과충전이 되더라도 과충전에 따른 문제가 없으며 회생제동량이 증가되고 출력 밀도가 높으며 동력 보조 성능 또한 우수하다.In the present invention, by using an ultra capacitor having a high charging / discharging efficiency rather than a conventional general high voltage battery, the battery loss due to running is reduced, the output performance is advantageous in cold condition, and the performance is improved in cold start. There is an advantage that the life of the battery is longer than that of the conventional battery, the battery is not deteriorated even after long use, and the performance is maintained, the maintenance cost of the vehicle is reduced, and the durability is increased. Also, even if overcharged, there is no problem due to overcharging, the regenerative braking amount is increased, the output density is high, and the power assist performance is also excellent.
따라서, 적은 용량의 구동모터와 울트라 캐패시터를 후륜 구동축에 적용하여 변속기 손실을 없애므로써, 회생에너지를 극대화하여 EV 및 어시스트 에너지로 사용하여 EV 주행이 가능한 하드 타입의 하이브리드 구성이 가능해지며, 후륜 구동축에 구동모터를 장착함으로써, 4WD 구현이 가능해진다. 시스템의 변경을 최소화하면서도 높은 연비 이득을 얻을 수 있으며, 등판능력 또한 우수해지는 장점이 있다.
Therefore, by employing a low-capacity drive motor and an ultra-capacitor to the rear-wheel drive shaft, transmission loss is eliminated. Thus, a hybrid type hard-type hybrid vehicle capable of maximizing the regenerative energy and using the EV and assist energy to drive the EV can be realized. By mounting the drive motor, 4WD implementation becomes possible. It is possible to obtain a high fuel consumption gain while minimizing the change of the system, and it is also advantageous in that the backing ability is also excellent.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
100 : 엔진
110 : 제너레이터
200 : 구동모터
300 : 울트라 캐패시터
400 : 변속기
410 : 변속기 클러치
430 : 토크컨버터
500 : 클러치
510 : 감속기
600 : 전륜 구동축
700 : 후륜 구동축
800 : 제어부
900 : 보조배터리
S100 : 제1주행단계
S300 : 제2주행단계
S500 : 제3주행단계
S700 : 제4주행단계
S900 : 충전단계100: engine 110: generator
200: drive motor 300: ultracapacitor
400: Transmission 410: Transmission clutch
430: torque converter 500: clutch
510: Reduction gear 600: Front wheel drive shaft
700: rear wheel drive shaft 800:
900: Secondary battery
S100: First driving step S300: Second driving step
S500: Third driving step S700: Fourth driving step
S900: Charging phase
Claims (12)
클러치를 사이에 두고 후륜 구동축에 결합되는 구동모터;
상기 구동모터와 전기적으로 연결되는 울트라 캐패시터; 및
클러치를 온/오프 제어하여 구동모터를 구동제어하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 차량.A transmission coupled between the front wheel drive shaft of the vehicle and the engine and including a transmission clutch;
A drive motor coupled to the rear wheel drive shaft via a clutch;
An ultracapacitor electrically connected to the driving motor; And
And a control unit for controlling the drive motor by controlling on / off of the clutch.
상기 구동모터는 감속기를 거쳐 클러치와 후륜 구동축과 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.The method according to claim 1,
Wherein the drive motor is connected to the clutch and the rear wheel drive shaft via a speed reducer.
상기 감속기를 통해 전달된 구동력은 종감속기어를 통해 후륜 구동축으로 전달되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.The method of claim 2,
And the driving force transmitted through the reduction gear is transmitted to the rear wheel drive shaft through the longitudinal reduction gear.
상기 엔진에는 제너레이터가 결합되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.The method according to claim 1,
And the generator is coupled to the engine.
상기 회생제동 시 또는 제너레이터로부터 발전된 전기에너지는 울트라 캐패시터에 축전되고, 울트라 캐패시터에 축전된 전기에너지를 차량의 보조배터리에 저장시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.The method of claim 4,
Wherein the electric energy generated at the regenerative braking or from the generator is stored in an ultracapacitor and the electric energy stored in the ultracapacitor is stored in an auxiliary battery of the vehicle.
상기 제어부는 시리즈 모드 시 클러치를 온한 상태에서 엔진을 구동하여 제너레이터가 전기 발전을 수행하도록 하고, 발전된 전기에너지를 상기 울트라 캐패시터에 충전시키며, 울트라 캐패시터의 전기에너지를 구동모터로 공급하여 구동모터만으로 후륜 구동축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.The method of claim 4,
The control unit drives the engine in a series mode to turn on the clutch to cause the generator to perform electric power generation and to charge the developed electric energy to the ultracapacitor and supply the electric energy of the ultracapacitor to the driving motor, And the drive shaft is rotated.
상기 제어부는 EV 모드 시 클러치를 온하고, 울트라 캐패시터의 전기에너지를 구동모터로 공급하여 구동모터만으로 후륜 구동축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.The method according to claim 1,
Wherein the control unit turns on the clutch in the EV mode and supplies the electric energy of the ultracapacitor to the driving motor to rotate the rear wheel driving shaft only by the driving motor.
상기 제어부는 회생제동 시 클러치를 온하고, 후륜 구동축의 회전력을 이용하여 구동모터의 전기 발전이 수행되도록 하여 발전된 전기에너지를 상기 울트라 캐패시터에 충전시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.The method according to claim 1,
Wherein the controller turns on the clutch at the time of regenerative braking and performs electric power generation of the drive motor using the rotational force of the rear wheel drive shaft to charge the generated electric energy into the ultracapacitor.
상기 제어부는 HEV 모드 시 클러치와 변속기 클러치를 온 상태로 전환하고, 엔진과 구동모터를 동시에 구동하여 전륜 및 후륜 구동축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터를 이용한 동력 전달 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit switches the clutch and the transmission clutch to the ON state in the HEV mode and simultaneously drives the engine and the drive motor to rotate the front wheel and the rear wheel drive shaft.
상기 제어부는 엔진단독구동 모드 시 변속기 클러치를 온상태로 전환하고, 엔진을 구동하여 전륜 구동축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.The method according to claim 1,
Wherein the control unit turns the transmission clutch to an ON state in the engine only drive mode and drives the engine to rotate the front wheel drive shaft.
EV 모드 시 클러치를 온하고, 울트라캐패시터의 전기에너지를 구동모터로 공급하여 구동모터만으로 후륜 구동축을 회전시키는 제1주행단계;
HEV 모드 시 클러치와 변속기 클러치를 온 상태로 전환하고, 엔진과 구동모터를 동시에 구동하여 전륜 및 후륜 구동축을 회전시키는 제2주행단계;
시리즈 모드 시 클러치를 온한 상태에서 엔진을 구동하여 제너레이터가 전기 발전을 수행하도록 하고, 제너레이터에서 발전된 전기에너지로 구동모터를 구동시키는 제3주행단계; 및
엔진단독구동 모드 시 변속기 클러치를 온한 상태에서 엔진을 구동하여 전륜 구동축을 회전시키는 제4주행단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법.A control method of a hybrid vehicle according to claim 1,
A first driving step of turning on the clutch at the time of the EV mode, supplying the electric energy of the ultracapacitor to the driving motor, and rotating the rear wheel driving shaft only by the driving motor;
A second driving step of switching the clutch and the transmission clutch to the ON state in the HEV mode and simultaneously driving the engine and the drive motor to rotate the front wheel and the rear wheel drive shaft;
A third running step of causing the generator to perform electric power generation by driving the engine while the clutch is in the series mode, and driving the drive motor with electric energy generated by the generator; And
And a fourth traveling step of rotating the front wheel drive shaft by driving the engine in a state in which the transmission clutch is turned on in the engine only drive mode.
상기 동력전달 제어방법은 회생제동시 후륜 구동축의 회전력을 이용하여 구동모터의 전기 발전이 수행되도록 하고, 발전된 전기에너지를 상기 울트라캐패시터에 충전시키는 충전단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.The method of claim 11,
The power transmission control method further includes a charging step of charging the ultracapacitor with electric power generated by the driving motor by using the rotational force of the rear wheel drive shaft during regenerative braking and charging the generated electric energy to the ultracapacitor. Control method.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |