KR20170079015A - 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

전원을 다르게 사용하는 복수의 모터를 이용하여 겨울철 시동 시 신속하면서도 정숙한 시동이 가능하도록 하여, 시동 성능 향상을 도모하도록 한 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 엔진 시동 버튼이 온(on) 상태로 조작되면, 외기 온도를 측정하는 단계; 상기 측정한 외기 온도와 이중 시동 여부를 판단하기 위해 설정된 기준 온도를 비교하는 단계; 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 클 경우, 시동 벨트 구동을 통해 엔진을 시동시키는 단계; 및 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 작을 경우, 시동 벨트와 플라이 휠을 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키는 단계를 포함하여, 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어방법을 구현함으로써, 냉간 시동 시 시동 시간을 단축하고 연료 소모를 절감하며, 정숙한 시동을 구현할 수 있게 된다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치 및 그 방법{Mild hybrid vehicle start control apparatus and method}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어에 관한 것으로, 특히 전원을 다르게 사용하는 복수의 모터를 이용하여 겨울철 시동 시 신속하면서도 정숙한 시동이 가능하도록 하여 시동 성능 향상을 도모하도록 한 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치 및 그 방법에 관한것이다.
일반적으로, 마일드 하이브리드 차량(mild hybrid electric vehicle)은 이를 위해, 일반적인 하이브리드 차량은 엔진과; 배터리; 상기 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전을 하는 시동 발전기 및 차륜을 포함한다.
이러한 일반적인 마일드 하이브리드 차량은 냉간 시동을 위하여 12V 납축전지와 스타트 모터로 구성된 시동 시스템을 가지고, 시동 시 냉간 시동을 제어한다.
시동과 관련된 하이브리드 차량의 종래기술이 하기의 <특허문헌 1> 및 <특허문헌 2> 에 개시된다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 벨트의 특성 값을 측정하여 저장하는 단계; 상기 벨트의 특성 값 및 엔진 냉각수 온도에 따라 상기 벨트의 슬립을 일으키는 시동 발전기의 슬립 토크 변화율을 측정하여 저장하는 단계; 상기 엔진의 시동 요구가 있는지 판단하는 단계; 상기 엔진의 시동 요구가 있으면, 엔진 냉각수 온도를 검출하는 단계; 상기 검출된 엔진 냉각수 온도에 대응하는 상기 슬립 토크 변화율을 매칭하는 단계; 상기 엔진의 시동 시, 상기 시동 발전기의 토크 변화율이 상기 슬립 토크 변화율 이내에서 제한되도록 상기 시동 발전기를 피드백 구동 제어하는 단계를 포함한다.
이러한 구성을 통해, 하이브리드 차량의 엔진 시동 시 엔진과 시동모터(시동 발전기)를 연결하는 벨트의 슬립을 방지한다.
대한민국 등록특허 10-1338463호(2013.12.02. 등록)(발명의 명칭: 하이브리드 차량의 시동 제어 방법 및 시스템)
그러나 상기와 같은 종래기술 및 일반적인 마일드 하이브리드 차량은 겨울철 의 성능을 위하여 12V 납축전지와 스타트 모터로 이루어진 시동시스템을 이용하고, 벨트로 시동이 가능한 48V 하이브리드 시스템이 적용될 경우에도 냉간 시동을 위해 기존의 스타트 모터를 그대로 차량에 장착해야 하므로, 차량의 구성을 복잡하게 함과 동시에 겨울철 시동 시 다량의 연료분사가 필요하고, 차량의 시동 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 전원을 다르게 사용하는 복수의 모터를 효율적으로 이용하여 겨울철 시동 시 신속하면서도 조용하도록 시동 성능 향상을 구현하도록 한 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치는 외기 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 온도 센서에 의해 측정한 외기 온도에 따라 서로 다른 전압을 사용하는 복수 시동 모터를 제어하여 시동 소음을 억제하면서 시동 시간을 단축하는 시동 제어기; 상기 시동 제어기의 제어에 따라 48V 전원을 이용하여 시동 벨트를 동작시켜 엔진을 시동시키는 48V 모터; 상기 시동 제어기의 제어에 따라 12V 전원을 이용하여 플라이 휠을 동작시켜 엔진을 시동시키는 스타트모터; 48V 배터리에 충전된 전원을 직류-직류 변환하여 12V 배터리를 충전하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 시동 제어기는 외기 온도가 0℃ 이상일 경우, 상기 48V 모터만 기동시켜 엔진을 시동시키고, 상기 외기 온도가 0℃ 미만일 경우 상기 48V 모터와 상기 스타트모터를 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어방법은 (a) 엔진 시동 버튼이 온(on) 상태로 조작되면, 외기 온도를 측정하는 단계; (b) 상기 측정한 외기 온도와 이중 시동 여부를 판단하기 위해 설정된 기준 온도를 비교하는 단계; (c) 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 클 경우, 시동 벨트 구동을 통해 엔진을 시동시키는 단계; (d) 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 작을 경우, 시동 벨트와 플라이 휠을 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키는 단계를 포함한다.
상기에서 (c)단계의 외기온도는 0℃이며, 상기 (c)단계는 48V 모터를 이용하여 엔진을 시동시키고, 상기 (d) 단계는 48V 모터와 스타트모터를 동시에 이용하여 엔진을 시동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 마일드 하이브리드 차량에서 외기 온도에 따라 48V 모터를 이용한 벨트 시동과 스타트모터를 이용한 플라이 휠 시동을 적절히 선택하여 시동을 제어함으로써, 조용한 시동을 구현하고 시동 시간의 단축과 시동 연료 소모를 최소화할 수 있어, 시동 성능 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량에서 시동 제어장치의 개략 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량에서 시동 제어방법을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 차량에서 시동 제어장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치의 개략 구성도이다.
본 발명에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치는 온도 센서(10), 시동 제어기(20), 48V 배터리(31), 12V 배터리(32), 48V 모터(40), 스타트모터(50), 시동 벨트(60), 플라이 휠(70), 엔진(90), DC/DC 컨버터(90)를 포함한다.
온도 센서(10)는 하이브리드 차량의 외기 온도를 측정하여 상기 시동 제어기(20)에 전달하는 역할을 한다. 통상의 서미스터를 이용하는 것이 바람직하다.
시동 제어기(20)는 엔진 시동 버튼이 온(on) 상태로 조작되면, 상기 온도 센서(10)에 의해 측정한 외기 온도에 따라 서로 다른 전압을 사용하는 복수 시동 모터를 제어하여 시동 소음을 억제하면서 시동 시간을 단축하는 역할을 한다. 이러한 시동 제어기(20)는 외기 온도가 0℃ 이상일 경우, 상기 48V 모터만 기동시켜 엔진을 시동시키고, 상기 외기 온도가 0℃ 미만일 경우 상기 48V 모터와 상기 스타트모터를 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키는 것이 바람직하다.
48V 배터리(31)는 고전압을 저장하는 배터리이고, 12V 배터리(32)는 저전압을 저장하는 배터리이며, 상기 48V 모터(40)는 상기 시동 제어기(20)의 제어에 따라 48V 전원을 이용하여 시동 벨트(60)를 동작시켜 엔진을 시동시키는 역할을 하며, 스타트모터(50)는 상기 시동 제어기(20)의 제어에 따라 12V 전원을 이용하여 플라이 휠(70)을 동작시켜 엔진을 시동시키는 역할을 한다.
DC/DC 컨버터(90)는 상기 48V 배터리(31)에 충전된 전원을 직류-직류 변환하여 상기 12V 배터리(32)를 충전하는 역할을 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 마일드 하이브리드 차량의 시동을 걸기 위해 엔진 시동 버튼을 온(on) 상태로 조작하면, 시동 제어기(20)는 온도 센서(10)를 통해 외기 온도를 검출한다. 여기서 온도 센서(10)는 통상의 서미스터와 같은 온도 측정 센서를 이용하여 외기 온도를 측정하고, 측정한 외기 온도 값을 시동 제어기(20)에 전달한다.
상기 시동 제어기(20)는 측정한 외기 온도와 이중 시동(냉시동) 여부를 판단하기 위해 설정된 기준 온도(0℃)를 비교한다. 이 비교 결과 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 클 경우, 웜 시동으로 판단하고, 48V 모터(40)를 구동시킨다. 상기 48V 모터(40)는 48V 배터리(31)로부터 공급되는 48V 전압을 이용하여 시동 벨트(60)를 동작시켜, 엔진(80)을 시동시킨다.
이 경우, 스타트모터(50)에 전력을 공급할 필요가 없어 DC/DC 컨버터(90)의 동작을 최소화할 수 있으며, 엔진(80)의 시동이 성공할 때까지 연료의 분사를 최소화할 수 있게 된다.
이와는 달리 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 작을 경우에는 시동 벨트(60)와 플라이 휠(70)을 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키기 위해, 48V 모터(40)와 스타트모터(50)를 모두 동작시킨다. 상기 48V 모터(40)는 48V 배터리(31)로부터 공급되는 48V 전압을 이용하여 시동 벨트(60)를 동작시켜 엔진(80) 시동 동력을 제공한다. 동시에 스타트모터(50)는 12V 배터리(32)로부터 공급받은 12V 전원을 이용하여 플라이 휠(70)을 동작시켜 엔진(80) 시동 동력을 제공한다. 이때, DC/DC 컨버터(90)는 상기 48V 배터리(31)로부터 방전되는 고전압을 12V 저전압으로 직류/직류 변환하여, 상기 12V 배터리(32)를 충전시킨다.
이와 같이 외기 온도가 영하권으로 떨어지면 시동 벨트를 통한 시동 시 슬립으로 인한 효율성 저하 및 시동의 실패 확률이 높으므로, 기존과 같이 시동 벨트를 이용한 엔진 시동과 스타트모터를 이용한 플라이 휠의 동력 전달을 통한 엔진 시동을 동시에 구현하여, 시동 성능을 향상시키게 되는 것이다.
특히, 냉간 시동 시 시동 벨트의 동작으로 스타트모터의 출력을 감소할 수 있으므로, 엔진룸 패키지 측면의 이득 및 원가절감이 가능하고, 동시에 48V 모터와 함께 스타트모터를 동시에 동작시킴으로써, 시동 시간 단축과 정숙 시동이 가능해지는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 시동 제어방법을 보인 흐름도로서, (a) 엔진 시동 버튼이 온(on) 상태로 조작되면, 외기 온도를 측정하는 단계(S10 ~ S20); (b) 상기 측정한 외기 온도와 이중 시동 여부를 판단하기 위해 설정된 기준 온도(0℃)를 비교하는 단계(S30); (c) 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 클 경우, 시동 벨트 구동을 통해 엔진을 시동시키는 단계(S40 ~ S50); (d) 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 작을 경우, 시동 벨트와 플라이 휠을 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키는 단계(S60 ~ S70)를 포함한다.
상기에서 (c)단계의 외기온도는 0℃이며, 상기 (c)단계는 48V 모터를 이용하여 엔진을 시동시키고, 상기 (d) 단계는 48V 모터와 스타트모터를 동시에 이용하여 엔진을 시동시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 시동 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 단계 S10에서 사용자가 하이브리드 차량의 시동을 걸기 위해 엔진 시동 버튼을 온(on) 상태로 조작하면, 시동 제어기(20)는 단계 S20에서 온도 센서(10)를 통해 외기 온도를 검출한다. 여기서 온도 센서(10)는 통상의 서미스터와 같은 온도 측정 센서를 이용하여 외기 온도를 측정하고, 측정한 외기 온도 값을 시동 제어기(20)에 전달한다.
상기 시동 제어기(20)는 단계 S30에서 측정한 외기 온도와 이중 시동(냉시동) 여부를 판단하기 위해 설정된 기준 온도(0℃)를 비교한다.
이 비교 결과 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 클 경우, 단계 S40 및 S50에서 웜(warm) 시동으로 판단하고, 48V 모터(40)를 구동시킨다. 상기 48V 모터(40)는 48V 배터리(31)로부터 공급되는 48V 전압을 이용하여 시동 벨트(60)를 동작시켜, 엔진(80)을 시동시킨다.
이 경우, 스타트모터(50)에 전력을 공급할 필요가 없어 DC/DC 컨버터(90)의 동작을 최소화할 수 있으며, 엔진(80)의 시동이 성공할 때까지 연료의 분사를 최소화할 수 있게 된다.
이와는 달리 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 작을 경우에는 단계 S60 및 단계 S70에서 시동 벨트(60)와 플라이 휠(70)을 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키기 위해, 48V 모터(40)와 스타트모터(50)를 모두 동작시킨다. 상기 48V 모터(40)는 48V 배터리(31)로부터 공급되는 48V 전압을 이용하여 시동 벨트(60)를 동작시켜 엔진(80) 시동 동력을 제공한다. 동시에 스타트모터(50)는 12V 배터리(32)로부터 공급받은 12V 전원을 이용하여 플라이 휠(70)을 동작시켜 엔진(80) 시동 동력을 제공한다. 이때, DC/DC 컨버터(90)는 상기 48V 배터리(31)로부터 방전되는 고전압을 12V 저전압으로 직류/직류 변환하여, 상기 12V 배터리(32)를 충전시킨다.
이와 같이 외기 온도가 영하권으로 떨어지면 시동 벨트를 통한 시동 시 슬립으로 인한 효율성 저하 및 시동의 실패 확률이 높으므로, 기존과 같이 시동 벨트를 이용한 엔진 시동과 스타트모터를 이용한 플라이 휠의 동력 전달을 통한 엔진 시동을 동시에 구현하여, 시동 성능을 향상시키게 되는 것이다.
특히, 냉간 시동 시 시동 벨트의 동작으로 스타트모터의 출력을 감소할 수 있으므로, 엔진룸 패키지 측면의 이득 및 원가절감이 가능하고, 동시에 48V 모터와 함께 스타트모터를 동시에 동작시킴으로써, 시동 시간 단축과 정숙 시동이 가능해지는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 마일드 하이브리드 차량에서 냉간 시동 시 시동 시간을 단축하고 정숙 시동을 구현하기 위한 기술에 적용된다.
10: 온도 센서 20: 시동 제어기
31: 48V 배터리 32: 12V 배터리
40: 48V 모터 50: 스타트모터
60: 시동 벨트 70: 플라이 휠
80: 엔진 90: DC/DC 컨버터

Claims (4)

  1. 마일드 하이브리드 차량에서 시동을 제어하는 장치로서,
    외기 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 온도 센서에 의해 측정한 외기 온도에 따라 서로 다른 전압을 사용하는 복수 시동 모터를 제어하여 시동 소음을 억제하면서 시동 시간을 단축하는 시동 제어기;
    상기 시동 제어기의 제어에 따라 48V 전원을 이용하여 시동 벨트를 동작시켜 엔진을 시동시키는 48V 모터;
    상기 시동 제어기의 제어에 따라 12V 전원을 이용하여 플라이 휠을 동작시켜 엔진을 시동시키는 스타트모터; 및
    48V 배터리에 충전된 전원을 직류-직류 변환하여 12V 배터리를 충전하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 시동 제어기는 외기 온도가 0℃ 이상일 경우, 상기 48V 모터만 기동시켜 엔진을 시동시키고, 상기 외기 온도가 0℃ 미만일 경우 상기 48V 모터와 상기 스타트모터를 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어장치.
  3. 마일드 하이브리드 차량에서 시동을 제어하는 방법으로서,
    (a) 엔진 시동 버튼이 온(on) 상태로 조작되면, 외기 온도를 측정하는 단계;
    (b) 상기 측정한 외기 온도와 이중 시동 여부를 판단하기 위해 설정된 기준 온도를 비교하는 단계;
    (c) 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 클 경우, 시동 벨트 구동을 통해 엔진을 시동시키는 단계; 및
    (d) 상기 외기 온도가 상기 기준 온도보다 작을 경우, 시동 벨트와 플라이 휠을 동시에 동작시켜 엔진을 시동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어방법.
  4. 청구항 3에서, 상기 (c)단계의 외기온도는 0℃이며, 상기 (c)단계는 48V 모터를 이용하여 엔진을 시동시키고, 상기 (d) 단계는 48V 모터와 스타트모터를 동시에 이용하여 엔진을 시동시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어방법.



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