KR20180069347A - 차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법을 제공한다. 상기 차량 엔진 시동 제어 장치는, 엔진, 상기 엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 1 연결 수단을 통해 연결되어 상기 엔진을 시동하는 제 1 모터, 상기 제 1 모터에 시동 전원을 공급하는 메인 배터리, 상기 엔진에 대한 시동 명령에 따라 차량의 구성품들을 모니터링하여 진단 정보를 생성하고 상기 진단 정보의 판단 결과에 따라 역충전 전원을 상기 메인 배터리에 공급하도록 역충전 제어 명령을 생성하는 차량 제어기, 및 상기 역충전 제어 명령에 따라 상기 메인 배터리에 상기 역충전 전원을 공급하는 보조 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling start of a vehicle engine}
본 발명은 엔진 시동 제어 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 메인 배터리의 충전량 부족으로 인한 엔진 시동이 불가한 상황을 방지하는 차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량의 경우, 전력의 부족은 결국 알터네이터와 배터리의 용량 증대를 요구한다. 따라서, 와이어링(wiring)/하네스(harness)의 증대 및/또는 차량의 중량 증가를 필요로 하게 된다.
일반적으로, 전장부하 등에 전력을 공급하는 보조 배터리(예를 들면 약 12V의 출력 전압을 들 수 있음)로 공급할 수 있는 최대 파워 용량(최대 약 2.5kW가 됨)은 제한적이기 마련이다.
그런데, 내적 요인으로 신기술 부품 개발 적용이 확대되어 가고, 이에 따라 전기 소모량이 증가하고 있다. 또한, 외적 요인으로는 연비 및 배기가스 규제 강화 또는 운전의 편의성 향상이 요구되고 있다.
따라서, 보조 배터리가 제공하는 이상의 전력이 요구될 경우, 보조 배터리외에도 다른 전원 체계(예를 들면 약 41V, 48V등의 출력 전압을 들 수 있음)를 갖는 메인 배터리가 사용되고 있다.
이러한 구조를 갖는 차량을 Mild-HEV(Hybrid Electric Vehicle) 혹은 Soft-HEV라고 한다.
그런데, 이러한 Mild-HEV의 경우, 엔진 시동 요청이 오면 메인 배터리의 상태를 모니터링하여 Mild-HEV용 모터로 시동 가능 여부를 판단한다. 이때, 메인 배터리의 충전량(SOC: State Of Charge) 부족 시 Mild-HEV용 모터로 시동을 걸지 못하고 기존 스타터로 엔진 시동을 수행한다. 따라서, 소음/ 시동 시간 측면에서 상품성 저하가 초래된다.
또한, 메인 배터리의 충전량이 부족하고 기존 스타터로도 엔진 시동이 수행되지 않으면 견인을 통해서만 차량을 움직일 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
따라서, Full HEV와 달리 Mild-HEV의 경우, Mild-HEV용 모터와 메인 배터리는 차량 운행의 보조 수단으로서 차량용 동력 전자 부품(Power Electronic components) 고장시 엔진으로 디폴트 차량 운행이 가능하게 할 필요가 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2005-0045591호(발명의 명칭: 차량의 42Ｖ 시스템용 하이브리드 에너지 저장장치) 2. 한국공개특허번호 제10-2013-0136780호(발명의 명칭: 친환경 차량의 모터토크 제어장치 및 방법)
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 메인 배터리의 충전량이 부족한 경우에도 엔진 시동이 불가한 상황을 방지할 수 있는 차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 엔진 시동시 진동 및/또는 노이즈 저감에 효과가 있는 차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 엔진 시동시 시동 시간을 줄일 수 있는 차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차량용 동력 전자 부품의 고장시에도 차량 운행이 가능하도록 하는 차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 메인 배터리의 충전량이 부족한 경우에도 엔진 시동이 불가한 상황을 방지할 수 있는 차량 엔진 시동 제어 장치를 제공한다.
상기 차량 엔진 시동 제어 장치는,
엔진;
상기 엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 1 연결 수단을 통해 연결되어 상기 엔진을 시동하는 제 1 모터;
상기 제 1 모터에 시동 전원을 공급하는 메인 배터리;
상기 엔진에 대한 시동 명령에 따라 차량의 구성품들을 모니터링하여 진단 정보를 생성하고 상기 진단 정보의 판단 결과에 따라 역충전 전원을 상기 메인 배터리에 공급하도록 역충전 제어 명령을 생성하는 차량 제어기; 및
상기 역충전 제어 명령에 따라 상기 메인 배터리에 상기 역충전 전원을 공급하는 보조 배터리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량 엔진 시동 제어 장치는, 상기 구성품들이 비정상이면 상기 보조 배터리로부터 시동 전원을 공급받으며, 상기 엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 2 연결 수단을 통해 연결되는 제 2 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차량 제어기는, 상기 진단 정보를 생성하는 진단 모듈; 상기 진단 정보를 이용하여 상기 메인 배터리의 충전량을 판단하거나 상기 구성품들의 정상 상태를 판단하는 판단 모듈; 판단 결과에 따라 상기 메인 배터리의 충전량이 부족하면 상기 제 1 모터를 이용하여 상기 엔진을 시동하고 상기 구성품들이 비정상 상태이면 상기 제 2 모터를 이용하여 상기 엔진을 시동하는 시동 명령 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 제 1 모터는 MHSG(Mild Hybrid Starter and Generator)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 모터는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 사용되는 전용 스타터인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 MHSG는 인버터를 갖는 인버터 일체형 MHSG인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 메인 배터리는 슈퍼 캐퍼시터 또는 리튬 이온 배터리이고, 상기 보조 배터리는 납산 배터리(lead acid battery)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 역충전 제어 명령은 상기 메인 배터리의 충전량이 미리 설정되는 제 1 기준값보다 작고, 상기 보조 배터리의 충전량이 미리 설정되는 제 2 기준값보다 크면 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차량 엔진 시동 제어 장치는, 상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리 사이에 배치되어 상기 차량 제어기의 제어에 따라 전원을 조절하여 선택적으로 공급하는 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 컨버터는 양방향 LDC(Low Direct Current Direct Current Converter)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 연결 수단은 벨트일 수 있다.
또한, 상기 구성품들은 차량용 동력 전자 부품인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 차량 제어기가 시동 명령에 따라 차량의 구성품들을 모니터링하는 모니터링 단계; 상기 차량 제어기가 상기 모니터링에 따라 진단 정보를 생성하고 상기 진단 정보의 판단 결과에 따라 역충전 전원을 메인 배터리에 공급하도록 역충전 제어 명령을 생성하는 역충전 제어 명령 생성 단계; 보조 배터리가 상기 역충전 제어 명령에 따라 상기 메인 배터리에 상기 역충전 전원을 공급하는 역충전 전원 공급 단계; 상기 메인 배터리가 상기 제 1 모터에 시동 전원을 공급하는 시동 전원 공급 단계; 및 엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 1 연결 수단을 통해 연결되는 제 1 모터가 엔진을 시동하는 엔진 시동 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 역충전 제어 명령 생성 단계는, 상기 구성품들이 비정상 상태이면 상기 엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 2 연결 수단을 통해 연결되는 제 2 모터가 상기 보조 배터리로부터 시동 전원을 공급받는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 역충전 제어 명령 생성 단계는, 진단 모듈이 상기 진단 정보를 생성하는 단계; 판단 모듈이 상기 진단 정보를 이용하여 상기 메인 배터리의 충전량을 판단하거나 상기 구성품들의 정상 상태를 판단하는 단계; 및 판단 결과에 따라 시동 명령 모듈이 상기 메인 배터리의 충전량이 부족하면 상기 제 1 모터를 이용하여 상기 엔진을 시동하고 상기 구성품들이 비정상 상태이면 상기 제 2 모터를 이용하여 상기 엔진을 시동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 역충전 전원 공급 단계는, 상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리 사이에 배치되는 컨버터가 상기 차량 제어기의 제어에 따라 선택적으로 전원을 조절하여 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 메인 배터리의 충전량이 부족한 경우에도 엔진 시동이 불가한 상황을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 엔진 시동시 진동 및/또는 노이즈 저감에 구현할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 엔진 시동시 시동 시간을 줄일 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 차량용 동력 전자 부품의 고장시에도 차량 운행이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 메인 배터리의 충전량이 부족시에도 토크 보조를 통한 동력 성능 확보가 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 엔진 시동 제어 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량 엔진 시동 제어 장치에 컨버터 및 전장 부하가 구성되는 구성 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 차량 엔진 시동 제어 장치의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 엔진 시동 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량 엔진 시동 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 엔진 시동 제어 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 상기 차량 엔진 시동 제어 장치(100)는, 차량에 설치되는 구성요소간 신호, 데이터를 교환하고 제어하는 차량 제어기(110), 엔진(120), 상기 엔진(120)의 크랭크 샤프트 축과 연결 수단을 통해 연결되어 발전하는 제 1 모터(130), 상기 제 1 모터(130)에 전원을 공급하는 메인 배터리(140), 상기 메인 배터리(140)에 충전량이 부족하면 역충전 전원을 공급하는 보조 배터리(150), 전용 스타터로 동작하는 제 2 모터(160) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
차량 제어기(110)는 상기 엔진(120)에 대한 시동 명령에 따라 차량의 구성품들을 모니터링하여 진단 정보를 생성하고 상기 진단 정보의 판단 결과에 따라 역충전 전원을 상기 메인 배터리(140)에 공급하도록 역충전 제어 명령을 생성하는 기능을 수행한다.
엔진(120)은 가솔린을 연료로하는 CVVT(Continuous Variable Valve Timing), DOHC(Double Over Head Camshaft), CVT(Continuous Valve Timing), GDI(Gasoline Direct Injection), MPI(Multi Point Injection) 엔진, 디젤을 연료로하는 CRDI(Common Rail Direct Injection,), HTI(High direction Turbo Intercooler), VGT(Variable Geometry Turbocharge) 엔진, 가스를 연료로하는 LPi(Liquid Propane inj ection) 엔진 등이 될 수 있다.
제 1 모터(130)는 인버터 일체형의 MHSG(Mild Hybrid Starter and Generator)가 될 수 있다. 부연하면, 제 1 모터(130)는 인버터 기능을 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 모터(130) 내에서 발생하는 3상 교류의 발전 전력을 직류로 변환하여 출력하거나, 역으로 직류를 3상 교류로 변환하여 제 1 모터(130)를 구동하는 것이 가능하다.
특히, 제 1 모터(130)는 FULL HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모터와 달리 영구자석형과 전자석으로 이루어져 있다. 즉, 스테이터(미도시)는 영구자석형이고, 로터(미도시)는 전자석으로 구성된다. 따라서, 제 1 모터(130)를 구동하기 위해서는 먼저 로터의 전자석을 자화(Preflux) 시키기 위한 여자 전류를 흘려 줘야 한다.
그런데, 메인 배터리(140)의 충전량이 부족한 경우, 제 1 모터(130)는 이러한 자화를 위한 여자 전류를 메인 배터리(140)로부터 공급받는 것이 불가능하다. 따라서, 여자 전류가 없으면 제 1 모터(130)의 발전 동작을 수행할 수 없다. 이 경우, 보조 배터리(150)의 충전을 하지 못하는 상태가 지속되며, 보조 배터리(150)가 방전될 수 있다. 결국, 차량의 전장품의 동작은 멈추고, 차량은 더 이상 움직 일 수 없게 된다.
이 문제를 해결하기 위해 메인 배터리(140)가 보조 배터리(150)로부터 역충전 전원을 공급받는다. 따라서, 제 1 모터(130)를 이용한 발전 수행이 가능하다. 이후 지속적인 제 1 모터(130)의 발전을 통해 전장 부하에 대응하고, 엔진 구동에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
부연하면, 메인 배터리(140)의 충전량이 부족한 경우, 보조 배터리(150)가 메인 배터리(140)에 역충전 전원을 공급한다. 따라서, 메인 배터리(140)는 여자 전류를 제 1 모터(130)에 흘려주어 제 1 모터(130)의 로터를 자화시켜 발전 동작을 수행할 수 있다. 물론, 이러한 발전 동작뿐만 아니라 토크 보조 동작을 수행할 수 있다.
엔진(120)과 제 1 모터(130)는 벨트 등과 같은 연결 수단에 의해 연결된다. 따라서, 일반적인 동작 모드의 경우 엔진(120)이 구동되더라도 제 1 모터(130)는 발전이 되지 않는 상태이다. 즉, 여자 전류가 제 1 모터(130)에 인가되어야만 제 1 모터(130)의 로터가 자화되어 발전을 시작한다.
메인 배터리(140)는 슈퍼 캐퍼시터, 리튬 이온 배터리가 될 수 있다. 물론, 이외에도 니켈 메탈 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 전고체 배터리 등의 전기 차량용 고전압 배터리가 될 수 있다. 또한, 메인 배터리(140)는 하나의 배터리 셀이 될 수도 있고, 이러한 배터리 셀이 직렬 및/또는 병렬로 구성되는 배터리 팩이 될 수도 있다.
배터리 셀은 원통형 셀(cylindrical cell), 각형 셀(prismatic cell), 파우치형 셀 등으로 설계될 수 있다. 파우치형 셀들은 박막으로 구성된 유연한 커버를 포함하고, 상기 커버 내에는 배터리 셀의 전기적 구성 요소들이 배치되어 있다.
하나의 배터리 셀 내에서 최적의 공간 이용을 구현하기 위해서는 특히 파우치형 셀들이 사용된다. 상기 파우치형 셀들은 또한 높은 용량과 더불어 적은 중량을 특징으로 한다.
이러한 전술한 파우치형 셀들의 에지들은 조인트(sealing joint)(미도시)를 포함한다. 부연하면, 상기 조인트는 배터리 셀들의 2개의 박막을 연결하고, 상기 박막들은 그로 인해 형성된 공동부 내에 추가의 부품들을 포함한다.
메인 배터리(140)는 출력 전압이 약 48V가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보조 배터리(150)는 일반적으로 납산 배터리(lead acid battery)가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 니켈 메탈 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 리튬이온 배터리가 될 수 있다.
보조 배터리(150)는 메인 배터리(140)로부터 충전 전원을 받아 충전된다. 또한, 메인 배터리(140)가 고장난 경우, 차량 제어기(110)의 제어에 따라 역충전 전원을 메인 배터리(140)에 공급한다.
차량 제어기(110)는 차량내 배치되는 구성품들(components)을 진단하고, 진단 결과에 따라 메인 배터리(140)의 충전량(SOC: State Of Charge) 부족이 발생하면 보조 배터리(150)가 메인 배터리(140)에 역충전 전원을 공급하도록 역충전 제어 명령을 생성하여 보조 배터리(150)를 제어한다. 여기서, 구성품들은 주로 차량용 동력 전자 부품(Power Electronic components)이 된다.
또한, 차량 제어기(110)는 보조 배터리(150)의 보조 배터리 상태 정보 및 메인 배터리(140)의 메인 배터리 상태 정보를 이용하여 충전량을 확인하는 기능을 수행한다.
메인 배터리(140)와 보조 배터리(150)의 충전량이 모두 부족한 경우, 제 1 모터(130)를 이용하지 않고, 제 2 모터(160)를 이용하여 엔진 시동을 실행할 수 있다. 보조 배터리 상태 정보 및/또는 메인 배터리 상태 정보로는 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health),DOD(Depth Of Discharging) 및 SOF(State Of Function) 등을 들 수 있다.
도 1에 도시된 엔진(120)에는 엔진 제어기가 포함되며, 제 1 모터(130)에도 모터 제어기가 포함되어 있는 개념이다.
제 2 모터(160)는 기존 HEV에 사용되는 전용 스타터이다. 또한, 크랭크 샤프트 축과 연결 수단을 통해 연결되어 엔진을 구동한다.
도 2는 도 1에 도시된 차량 엔진 시동 제어 장치에 컨버터 및 전장 부하가 구성되는 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 메인 배터리(140)와 보조 배터리(150) 사이에 컨버터(210)가 구성된다. 컨버터(210)는 양방향 컨버터(Bidirectional converter)로서, 강압 또는 승압을 수행한다. 부연하면, 메인 배터리(140)가 정상적이면 정방향 출력 제어가 수행된다. 따라서, 상기 메인 배터리(140)로부터의 출력 전압을 조절하여 상기 보조 배터리(150)에 공급한다. 예를 들면, 정방향 출력 제어인 경우, 컨버터(210)는 48V를 12V로 변환하여 보조 배터리(150)에 공급한다.
이와 달리, 메인 배터리(140)의 충전량이 부족하면 역방향 출력 제어가 수행된다. 따라서, 상기 보조 배터리로(150)부터의 출력 전압을 조절하여 상기 제 1 모터(130)에 공급한다. 예를 들면, 역방향 출력 제어인 경우, 컨버터(210)는 12V를 48V로 변환하여 제 1 모터(130)에 공급한다.
따라서, 컨버터(210) 양방향 LDC(Low Direct Current Direct Current Converter)가 될 수 있다. 물론, 컨버터(210)에는 부스트 및 벅 회로가 구성된다.
한편, 보조 배터리(150)는 부하(220)에 전원을 공급한다. 부하(220)에는 램프(221) 등과 같은 전장부품들이 될 수 있다.
제 1 모터(130)는 발전을 통해 이러한 메인 배터리(140)로부터 공급받은 전원보다 더 많은 발전 전력을 출력하여 메인 배터리(140)에 제공한다.
도 3은 도 1에 도시된 차량 엔진 시동 제어 장치의 세부 구성도이다. 도 3을 참조하면, 메인 배터리(140) 및/또는 보조 배터리(150)를 관리하기 위한 BMS(Battery Management System)(320)가 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 이해를 위해 BMS(320)가 보조 배터리 및/또는 메인 배터리와 분리되어 도시되어 있으나, 보조 배터리 및/또는 메인 배터리 내에 구성될 수도 있다.
차량 제어기(110)는, 차량에 설치된 구성품들을 모니터링하여 이 모니터링에 따른 진단 정보를 생성하는 진단 모듈(311), 상기 진단 정보를 이용하여 상기 메인 배터리(140)의 충전량을 판단하거나 상기 구성품들의 정상 상태를 판단하는 판단 모듈(312), 판단 결과에 따라 상기 메인 배터리(140)의 충전량이 부족하면 상기 제 1 모터(130)를 이용하여 상기 엔진을 시동하고 상기 구성품들이 비정상 상태이면 상기 제 2 모터(160)를 이용하여 상기 엔진을 시동하는 시동 명령 모듈(313) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
진단 모듈(311)은 메인 배터리(140)를 포함하여 구성품들에 대한 고장을 진단하는 기능을 수행한다.
판단 모듈(312)은 메인 배터리(140)의 충전량에 문제가 발생하여 제 1 모터(130)에 전원을 공급하지 못하여 발전이 되지 않는 상태인지를 확인한다. 또한, 이러한 구성품들이 정상 상태인지 또는 비정상 상태인지를 확인한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 엔진 시동 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 운전자가 차량의 시동을 개시하면, 차량 제어기(110)가 시동 명령에 따라 차량의 구성품들을 모니터링한다(단계 S410). 여기서, 구성품들은 차량용 동력 전자 부품(Power Electronic components)로서, 메인 배터리, 보조 배터리, 컨버터, 인버터 등을 들 수 있다.
이후, 상기 차량 제어기(110)가 상기 모니터링에 따라 진단 정보를 생성하고 상기 진단 정보 중 구성품들이 정상 상태 또는 비정상 상태인지를 확인한다(단계 S420).
확인 결과, 단계 S420에서 구성품들이 정상 상태이면 차량 제어기(110)가 메인 배터리(140)의 충전량(SOC)이 미리 설정된 제 1 기준값(a)보다 작은지를 확인한다(단계 S430). 물론, 메인 배터리(140)의 충전량(SOC)이 미리 설정된 제 1 기준값보다 크면 바로 메인 배터리(140)가 제 1 모터(130)에 시동 전원을 공급하여 엔진(120)의 시동을 실행한다.
확인 결과, 단계 S430에서 메인 배터리(140)의 충전량(SOC)이 미리 설정된 제 1 기준값보다 작으면 차량 제어기(110)는 보조 배터리(140)의 충전량(SOC)이 미리 설정된 제 2 기준값보다 큰지를 확인한다(단계 S440).
확인 결과, 단계 S440에서 보조 배터리(140)의 충전량(SOC)이 미리 설정된 제 2 기준값(B)보다 크면 컨버터(도 2의 210)에 역방향 제어 출력을 요청하여 보조 배터리(140)로부터 메인 배터리(140)로 역충전 전원이 공급된다(단계 S450).
메인 배터리(140)의 충전량에 따른 전압 임계값이 일정 이상이 되면 제 1 모터(130)로 시동 명령을 수행하여 엔진(120)의 시동을 실행한다(단계 S470,S480).
한편, 단계 S420에서 구성품들이 비정상 상태이면 차량 제어기(110)는 전용 스타터인 제 2 모터(160)로 시동 명령을 수행하여 엔진(120)의 시동을 실행한다(단계 S421,S490).
또한, 단계 S440에서 보조 배터리(140)의 충전량(SOC)이 미리 설정된 제 2 기준값보다 작으면 차량 제어기(110)는 전용 스타터인 제 2 모터(160)로 시동 명령을 수행하여 엔진(120)의 시동을 실행한다(단계 S421,S490).
도면에 기재된 "모듈", "제어기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다
100: 차량 엔진 시동 제어 장치 110: 차량 제어기
120: 엔진 130: 제 1 모터
140: 메인 배터리 150: 보조 배터리
160: 제 2 모터
210: 컨버터 220: 부하
221: 램프
320: BMS(Battery Management System)

Claims (20)

  1. 엔진;
    상기 엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 1 연결 수단을 통해 연결되어 상기 엔진을 시동하는 제 1 모터;
    상기 제 1 모터에 시동 전원을 공급하는 메인 배터리;
    상기 엔진에 대한 시동 명령에 따라 차량의 구성품들을 모니터링하여 진단 정보를 생성하고 상기 진단 정보의 판단 결과에 따라 역충전 전원을 상기 메인 배터리에 공급하도록 역충전 제어 명령을 생성하는 차량 제어기; 및
    상기 역충전 제어 명령에 따라 상기 메인 배터리에 상기 역충전 전원을 공급하는 보조 배터리;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성품들이 비정상이면 상기 보조 배터리로부터 시동 전원을 공급받으며, 상기 엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 2 연결 수단을 통해 연결되는 제 2 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차량 제어기는,
    상기 진단 정보를 생성하는 진단 모듈;
    상기 진단 정보를 이용하여 상기 메인 배터리의 충전량을 판단하거나 상기 구성품들의 정상 상태를 판단하는 판단 모듈;
    판단 결과에 따라 상기 메인 배터리의 충전량이 부족하면 상기 제 1 모터를 이용하여 상기 엔진을 시동하고 상기 구성품들이 비정상 상태이면 상기 제 2 모터를 이용하여 상기 엔진을 시동하는 시동 명령 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 모터는 MHSG(Mild Hybrid Starter and Generator)이고, 상기 제 2 모터는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 사용되는 전용 스타터인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 MHSG는 인버터를 갖는 인버터 일체형 MHSG인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 배터리는 슈퍼 캐퍼시터 또는 리튬 이온 배터리이고, 상기 보조 배터리는 납산 배터리(lead acid battery)인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 역충전 제어 명령은 상기 메인 배터리의 충전량이 미리 설정되는 제 1 기준값보다 작고, 상기 보조 배터리의 충전량이 미리 설정되는 제 2 기준값보다 크면 생성되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리 사이에 배치되어 상기 차량 제어기의 제어에 따라 전원을 조절하여 선택적으로 공급하는 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 컨버터는 양방향 LDC(Low Direct Current Direct Current Converter)인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 연결 수단은 벨트이고, 상기 구성품들은 차량용 동력 전자 부품인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 장치.
  11. 차량 제어기가 시동 명령에 따라 차량의 구성품들을 모니터링하는 모니터링 단계;
    상기 차량 제어기가 상기 모니터링에 따라 진단 정보를 생성하고 상기 진단 정보의 판단 결과에 따라 역충전 전원을 메인 배터리에 공급하도록 역충전 제어 명령을 생성하는 역충전 제어 명령 생성 단계;
    보조 배터리가 상기 역충전 제어 명령에 따라 상기 메인 배터리에 상기 역충전 전원을 공급하는 역충전 전원 공급 단계;
    상기 메인 배터리가 상기 제 1 모터에 시동 전원을 공급하는 시동 전원 공급 단계; 및
    엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 1 연결 수단을 통해 연결되는 제 1 모터가 엔진을 시동하는 엔진 시동 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 역충전 제어 명령 생성 단계는, 상기 구성품들이 비정상 상태이면 상기 엔진의 크랭크 샤프트 축과 제 2 연결 수단을 통해 연결되는 제 2 모터가 상기 보조 배터리로부터 시동 전원을 공급받는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 역충전 제어 명령 생성 단계는,
    진단 모듈이 상기 진단 정보를 생성하는 단계;
    판단 모듈이 상기 진단 정보를 이용하여 상기 메인 배터리의 충전량을 판단하거나 상기 구성품들의 정상 상태를 판단하는 단계; 및
    판단 결과에 따라 시동 명령 모듈이 상기 메인 배터리의 충전량이 부족하면 상기 제 1 모터를 이용하여 상기 엔진을 시동하고 상기 구성품들이 비정상 상태이면 상기 제 2 모터를 이용하여 상기 엔진을 시동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 모터는 MHSG(Mild Hybrid Starter and Generator)이고, 제 2 모터는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 사용되는 전용 스타터인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 MHSG는 인버터를 갖는 인버터 일체형 MHSG인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 메인 배터리는 슈퍼 캐퍼시터 또는 리튬 이온 배터리이고, 상기 보조 배터리는 납산 배터리(lead acid battery)인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 역충전 제어 명령은 상기 메인 배터리의 충전량이 미리 설정되는 제 1 기준값보다 작고, 상기 보조 배터리의 충전량이 미리 설정되는 제 2 기준값보다 크면 생성되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 역충전 전원 공급 단계는,
    상기 메인 배터리와 상기 보조 배터리 사이에 배치되는 컨버터가 상기 차량 제어기의 제어에 따라 선택적으로 전원을 조절하여 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 컨버터는 양방향 LDC(Low Direct Current Direct Current Converter)인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 연결 수단은 벨트이고, 상기 구성품들은 차량용 동력 전자 부품인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 시동 제어 방법.
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