KR20190073181A - 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법 - Google Patents

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KR20190073181A
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Abstract

마일드 하이브리드 차량의 제어 방법은, 제어기가 상기 마일드 하이브리드 차량의 시동 발전기에 전력을 공급하는 제1 배터리의 SOC(state of charge)가 기준값을 초과하는 지 여부를 판단하는 단계와, 상기 제1 배터리의 SOC가 상기 기준값을 초과하는 것으로 판단되고 상기 마일드 하이브리드 차량의 엔진의 외기 온도가 온도 기준값을 초과할 때, 상기 제어기가 상기 시동 발전기와 상기 제1 배터리 보다 작은 전압을 저장하는 제2 배터리로부터 전력을 공급받는 스타터를 작동시켜 상기 엔진을 시동시키는 단계를 포함한다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING MILD HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량(hybrid electric vehicle)은 내연기관(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 차량은 내연기관의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
하이브리드 차량은 엔진과 모터의 파워 분담비에 따라 마일드(mild) 타입과 하드(hard) 타입으로 구분할 수 있다. 마일드 타입의 하이브리드 차량(또는 마일드 하이브리드 차량)은 알터네이터(alternator) 대신에 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기(mild hybrid starter & generator; MHSG)를 포함한다. 하드 타입의 하이브리드 차량은 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기와 차량을 구동하는 구동 모터를 각각 별도로 포함한다.
마일드 하이브리드 차량은 MHSG의 토크만으로 차량을 구동시키는 주행 모드는 없지만, MHSG를 이용하여 주행 상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있으며, 회생제동을 통해 배터리(예를 들어, 48 V 배터리)를 충전할 수 있다. 이에 따라, 마일드 하이브리드 차량의 연비가 향상될 수 있다.
관련기술인 미국등록특허번호 US 9,422,906은 엔진의 온도가 소정 온도 이상이고 소정의 회전 속도 이상으로 엔진을 크랭킹(cranking)할 수 있는 경우에 ISG(integrated starter-generator)를 사용할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는, 마일드 하이브리드 차량(또는 마일드 하이브리드 차량의 엔진)의 외기 온도 및 고압 배터리의 SOC(state of charge) 값에 근거하여 스타터(starter) 및 시동 발전기(MHSG(mild hybrid starter & generator))에 의한 엔진의 시동 또는 스타터에 의한 엔진의 시동을 선택적으로 수행시키는 것에 의해 차량의 시동 안정성 및 저압 배터리의 SOC를 향상시킬 수 있는, 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법은, 제어기가 상기 마일드 하이브리드 차량의 시동 발전기에 전력을 공급하는 제1 배터리의 SOC(state of charge)가 기준값을 초과하는 지 여부를 판단하는 단계와, 상기 제1 배터리의 SOC가 상기 기준값을 초과하는 것으로 판단되고 상기 마일드 하이브리드 차량의 엔진의 외기 온도가 온도 기준값을 초과할 때, 상기 제어기가 상기 시동 발전기와 상기 제1 배터리 보다 작은 전압을 저장하는 제2 배터리로부터 전력을 공급받는 스타터를 작동시켜 상기 엔진을 시동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법은, 상기 제어기가 상기 엔진의 외기 온도가 상기 온도 기준값을 초과하는 지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 엔진의 외기 온도가 상기 온도 기준값 이하인 것으로 판단될 때, 상기 제어기는 상기 스타터를 작동시켜 상기 엔진을 시동시킬 수 있다.
상기 엔진을 시동시키는 단계는, 상기 제어기가 상기 시동 발전기를 작동시켜 상기 엔진의 피스톤이 상기 엔진의 상사점으로 이동되도록 상기 엔진의 크랭크샤프트를 회전시키는 단계와, 상기 엔진의 피스톤이 상기 엔진의 상사점으로 이동된 후, 상기 제어기가 상기 시동 발전기와 상기 스타터를 작동시켜 상기 엔진을 시동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시동 발전기는 상기 크랭크샤프트와 벨트를 통해 연결될 수 있다.
상기 스타터의 구동축은 상기 크랭크샤프트에 연결될 수 있다.
상기 제1 배터리의 SOC가 상기 기준값 이하인 것으로 판단될 때, 상기 제어기는 상기 마일드 하이브리드 차량의 릴레이를 제어하여 상기 스타터에 전류 기준값 보다 큰 전류가 인가되도록 하여 상기 스타터를 작동시킬 수 있다.
상기 엔진의 외기 온도가 상기 온도 기준값 이하인 것으로 판단될 때, 상기 제어기는 상기 마일드 하이브리드 차량의 릴레이를 제어하여 상기 스타터에 전류 기준값 보다 큰 전류가 인가되도록 하여 상기 스타터를 작동시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법은, 엔진의 외기 온도 및 고압 배터리의 SOC에 따라 스타터와 시동 발전기에 의한 엔진의 시동 또는 스타터에 의한 엔진의 시동을 선택적으로 수행시킬 수 있으므로, 차량의 시동 안정성 및 저압 배터리의 SOC를 저압 배터리의 SOC를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 시동 발전기(MHSG)와 스타터가 동시에 작동되는 단계를 설명하는 도면들이다.
도 5는 도 1에 도시된 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법이 적용되는 마일드 하이브리드 차량을 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적 또는 기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
관련 기술에 따르면, 가솔린 엔진 또는 디젤엔진에는 ECU(Electronic Control Unit)에 의한 릴레이(relay) 제어를 통하여 스타터에 고전류를 인가하여 차량의 시동을 거는 시스템이 적용되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다. 도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 시동 발전기(MHSG)와 스타터가 동시에 작동되는 단계를 설명하는 도면들이다. 도 5는 도 1에 도시된 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법이 적용되는 마일드 하이브리드 차량을 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 판단 단계(105)에서 제어기(200)는 마일드 하이브리드 차량(또는 엔진(205))의 외부 공기(외기) 온도가 온도 기준값(예, 0(℃))을 초과하는 지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 외기 온도는 상기 마일드 하이브리드 차량의 외기 온도 센서에 의해 검출되어 제어기(200)에 제공될 수 있다.
제어기(200)는 마일드 하이브리드 차량의 전체 동작을 제어할 수 있다. 제어기(200)는, 예를 들어, 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서(microprocessor)(또는 ECU(Electronic Control Unit)) 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어일 수 있고, 상기 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령(instruction)을 포함할 수 있다. 상기 명령은 메모리(미도시)에 저장될 수 있다.
상기 마일드 하이브리드 차량은 엔진(205), 변속기(transmission)(20), 시동 발전기(또는 MHSG(mild hybrid starter and generator))(30), 스타터(starter)(또는 스타터 모터(starter motor))(34), 제1 배터리인 고압 배터리(40), 제2 배터리인 저압 배터리(42), 차동기어장치(differential gear device)(50), 휠(wheel)(60), 및 제어기(200)를 포함한다.
엔진(205)은 연료와 공기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환할 수 있다. 마일드 하이브리드 차량의 동력 전달은 엔진(205)의 토크가 변속기(20)의 입력축에 전달되고, 변속기(20)의 출력축으로부터 출력된 토크가 차동기어장치(50)를 경유하여 차축에 전달될 수 있다. 상기 차축이 휠(60)을 회전시킴으로써 엔진(205)의 토크에 의해 상기 마일드 하이브리드 차량이 주행할 수 있다.
시동 발전기(30)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하거나 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있다. 즉, 시동 발전기(30)는 엔진(205)을 기동하거나 엔진의 출력에 의해 발전할 수 있다. 또한, 시동 발전기(30)는 엔진(205)의 토크를 보조할 수 있다. 상기 마일드 하이브리드 차량은 엔진(205)의 연소 토크를 주동력으로 하면서 시동 발전기(30)의 토크를 보조동력으로 이용할 수 있다. 엔진(205)과 시동 발전기(30)는 벨트(32)(또는 풀리 및 벨트)를 통해 연결될 수 있다.
시동 발전기(30)는 알터네이터, 엔진 토크보조, 또는 회생제동의 기능을 수행하는 부품일 수 있다.
시동 발전기(30)는 차량의(또는 엔진의) 크랭킹 및 토크 제어 모드에서 차량의 엔진을 구동(기동) 제어할 수 있고, 차량의 발전 모드에서는 엔진(205)의 출력에 의해 발전하여 인버터(inverter)를 통해 제1 배터리(또는 고압 배터리)인48V 배터리(40)를 충전할 수 있다. 차량의 주행 상태에 따라, 시동 발전기(30)는 엔진 시동 모드(mode), 모터로 작동하여 엔진(205)의 토크를 보조하는 엔진 토크 보조 모드, 차량의 전기부하(전장 부하)에 전력을 공급하고 LDC(low voltage DC-DC converter)를 통해 48(volt) 배터리에 연결된 제1 배터리(또는 고압 배터리)인 12(volt) 배터리를 충전시키는 48(volt) 배터리를 충전시키는 모드, 48(volt) 배터리를 충전시킬 수 있는 회생 제동 모드, 또는 주행거리를 연장시킬 수 있는 관성 주행 모드와 같은 작동 모드로 동작할 수 있고, 시동 발전기(30)는 상기 차량의 주행 상태에 따라 최적 제어되어 차량의 연비 저감 효과를 극대화시킬 수 있다.
제1 배터리(40)는 시동 발전기(30)에 전기를 공급하거나, 회생제동 모드에서 시동 발전기(30)를 통해 회수되는 전기를 통해 충전될 수 있다. 제1 배터리(40)는 48 V 배터리일 수 있다. 상기 마일드 하이브리드 차량은 제1 배터리(40)로부터 공급되는 전압을 저전압으로 변환하는 LDC(low voltage DC-DC converter)와, 저전압을 사용하는 전장 부하에 저전압을 공급하고 스타터(34)에 전력을 공급하는 제2 배터리인 12 V 배터리를 더 포함할 수 있다.
판단 단계(110)에 따르면, 판단 단계(105)에서 엔진(205)의 외기 온도가 온도 기준값(예, 0(℃))을 초과하는 것으로 판단될 때, 제어기(200)는 상기 마일드 하이브리드 차량의 시동 발전기(30)에 전력을 공급하는 제1 배터리(40)의 SOC(state of charge)가 기준값(기준치)을 초과하는 지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리(40)의 SOC는 상기 마일드 하이브리드 차량의 배터리 센서에 의해 검출되어 제어기(200)에 제공될 수 있다.
단계(115)에 따르면, 판단 단계(110)에서 제1 배터리(40)의 SOC가 상기 기준값을 초과하는 것으로 판단될 때, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제어기(200)는 시동 발전기(30)을 작동시켜 엔진(205)의 피스톤이 엔진의 상사점(TDC, Top Dead Center)(202)으로 이동되도록 엔진의 크랭크 샤프트(crankshaft)(203)를 벨트(32)를 이용하여 회전시킬 수 있다. 엔진의 보기류(auxiliary-machinery)에 포함된 캠샤프트(camshaft)(201)가 벨트(32)를 통해 엔진의 보기류(auxiliary-machinery)에 포함된 크랭크샤프트(203)에 연결될 수 있다. 상사점(202)의 위치는 마일드 하이브리드 차량의 상사점 센서에 의해 검출되어 제어기(200)에 제공될 수 있다.
도 2를 참조하면, 엔진(202)이 정지된 후 사동 발전기(30)의 시동(start)될 때 엔진(205)의 피스톤이 엔진의 상사점(202)으로 이동되어야 한다.
도 3을 참조하면, 제어기(200)는 엔진(205)의 피스톤이 엔진의 상사점(202)으로 이동되도록 시동 발전기(30)을 작동시켜 벨트(32)를 시계방향으로 회전시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 제어기(200)는 엔진(205)의 피스톤이 엔진의 상사점(202)으로 이동되도록 시동 발전기(30)을 작동시켜 벨트(32)를 반시계방향으로 회전시킬 수 있다.
단계(120)에 따르면, 엔진(205)의 피스톤이 엔진의 상사점(202)으로 이동된 후, 제어기(200)는 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 시동 발전기(30)와 스타터(34)가 최대 토크(또는 고 토크)를 발생하도록 작동시켜(제어하여) 엔진을 시동시킬 수 있다. 부연하여 설명하면, 시동 발전기(30)가 벨트(32)를 구동시켜 크랭크샤프트(203)를 회전시키고 동시에 스타터(34)가 크랭크샤프트를 회전시킬 수 있다. 스타터(34)의 구동축은 크랭크샤프트(203)에 연결될 수 있다.
단계(115) 및 단계(120)를 부연하여 설명하면, 제어기(200)는 시동 발전기(30)와, 제1 배터리(40) 보다 작은 전압을 저장하는 제2 배터리(42)로부터 전력을 공급받는 스타터(34)를 작동시켜 엔진(205)을 시동시킬 수 있다.
단계(125)에 따르면, 판단 단계(105)에서 엔진(205)의 외기 온도가 상기 온도 기준값 이하인 것으로 판단될 때 또는 판단 단계(110)에서 제1 배터리(40)의 SOC가 상기 기준값 이하인 것으로 판단될 때, 제어기(200)는 상기 마일드 하이브리드 차량의 릴레이(relay)를 제어하여 스타터(34)에 전류 기준값 보다 큰 전류(또는 고전류)가 인가되도록 하여 스타터를 작동시켜 엔진(205)을 시동시킬 수 있다. 엔진(205)을 시동시킬 때 스타터(34)는 고 토크(예, 2(KW))를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
30: MHSG
34: 스타터
40: 제1 배터리
42: 제2 배터리
200: 제어기
205: 엔진

Claims (7)

  1. 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서,
    제어기가 상기 마일드 하이브리드 차량의 시동 발전기에 전력을 공급하는 제1 배터리의 SOC(state of charge)가 기준값을 초과하는 지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 배터리의 SOC가 상기 기준값을 초과하는 것으로 판단되고 상기 마일드 하이브리드 차량의 엔진의 외기 온도가 온도 기준값을 초과할 때, 상기 제어기가 상기 시동 발전기와 상기 제1 배터리 보다 작은 전압을 저장하는 제2 배터리로부터 전력을 공급받는 스타터를 작동시켜 상기 엔진을 시동시키는 단계;
    를 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법은,
    상기 제어기가 상기 엔진의 외기 온도가 상기 온도 기준값을 초과하는 지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하며,
    상기 엔진의 외기 온도가 상기 온도 기준값 이하인 것으로 판단될 때, 상기 제어기는 상기 스타터를 작동시켜 상기 엔진을 시동시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 엔진을 시동시키는 단계는,
    상기 제어기가 상기 시동 발전기를 작동시켜 상기 엔진의 피스톤이 상기 엔진의 상사점으로 이동되도록 상기 엔진의 크랭크샤프트를 회전시키는 단계; 및
    상기 엔진의 피스톤이 상기 엔진의 상사점으로 이동된 후, 상기 제어기가 상기 시동 발전기와 상기 스타터를 작동시켜 상기 엔진을 시동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시동 발전기는 상기 크랭크샤프트와 벨트를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스타터의 구동축은 상기 크랭크샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리의 SOC가 상기 기준값 이하인 것으로 판단될 때, 상기 제어기는 상기 마일드 하이브리드 차량의 릴레이를 제어하여 상기 스타터에 전류 기준값 보다 큰 전류가 인가되도록 하여 상기 스타터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 엔진의 외기 온도가 상기 온도 기준값 이하인 것으로 판단될 때, 상기 제어기는 상기 마일드 하이브리드 차량의 릴레이를 제어하여 상기 스타터에 전류 기준값 보다 큰 전류가 인가되도록 하여 상기 스타터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
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