KR20200106586A

KR20200106586A - 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법 및 하이브리드 차량

Info

Publication number: KR20200106586A
Application number: KR1020190024817A
Authority: KR
Inventors: 남기훈; 김민수
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-15

Abstract

본 발명의 하이브리드 차량(1)에 적용된 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법은 RDE(Real Driving Emission)의 저 외기온 조건에서 엔진냉각수 온도와 배기온도 및 외기온도로 배터리의 목표 SOC(State Of Charge)를 RDE 목표 SOC로 높여 발전제어를 수행하고, 상기 발전제어에 의한 엔진 가동으로 배기가스의 배기온도를 상승시켜 촉매 활성화 온도에 도달시켜 줌으로써 -7℃의 RDE 저 외기온 조건에서도 후분사 없는 촉매 활성화 온도 도달로 연비, CO, HC 악화가 방지되는 특징을 구현한다.

Description

저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법 및 하이브리드 차량{Method for Optimizing Exhaust Temperature Rise based On Low Ambient Temperature and Hybrid Electric Vehicle Thereof}

본 발명은 배기온 제어에 관한 것으로, 특히 저 외기온(-7℃)에서 후분사에 의한 연비, CO, HC 악화 없이 배기온 승온이 이루어지는 배기 승온 최적화 제어를 구현하는 하이브리드 차량에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle), 특히 마일드 하이브리드 차량(Mild Hybrid Electric Vehicle, 이하 MHEV)은 벨트 타입 MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator), 48V 배터리, 12V 배터리, 48V/12V 스위칭 DC-DC 컨버터(Converter), 배터리 차저(Electric Charger)로 구성된 48V e-PT(electric-Power Train) 시스템을 적용한다.

특히 MHEV는 MHSG 시스템을 통한 MHSG 크랭킹(cranking)으로 엔진 시동이 이루어지나 엔진의 냉시동 조건에서는 MHSG 대신 기존 스타터(예, Conventional Starter)로 시동이 이루어진다. 그 결과 냉시동 조건에서 MHSG 크랭킹시 보기류 벨트 내구력 저하로 발전되는 보기류 벨트 슬립 과다에 의한 동력 손실 및 소음 발생이 방지된다.

그러므로 MHEV는 MHSG 시스템을 소배기량 엔진과 연계함으로써 보다 높은 연비 향상과 함께 배기가스 환경유해물질(예, CO2)의 감소에도 장점을 가질 수 있다.

국내공개특허 10-2010-0063308(2010년06월11일)

하지만 48V e-PT 시스템을 갖춘 MHEV는 최근 강화된 RDE(Real Driving Emission)규정을 충족하지 못함으로써 이에 대한 대책을 필요로 하고 있다.

이러한 이유는 MHEV에 적용된 EMS(Engine Management System) 제어 전략(즉, EGR(Exhaust Gas Recirculation), 부스트(boost), 다단분사 시기(multiport injection time), 압력, 유량 등을 연소제어인자로 한 EMS 매핑 기술)이 저 외기온 조건(예, -7 ~ 35℃)의 실도로 평가 수행 데이터를 포함하지 않고 있기 때문이다.

이로 인해 MHEV는 RDE 충족을 위한 대책을 요구하고 있고, 특히 48V e-PT 시스템을 갖춘 MHEV는 배기가스 정화효율 위해 활성화 온도 이상(예, 200℃ 이상)이 유지되어야 하는 후처리 시스템(예, NOx 정화를 위한 LNT, SCR 등)은 -7℃ 조건에서 후분사를 통한 배기 승온은 연비, CO, HC 등을 악화시킴으로써 후분사 없는 RDE 충족 대책이 요구되고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 엔진 운전점 및 배터리 SOC(State Of Charge) 제어전략을 활용한 배기온 최적 제어를 EMS 제어 전략으로 하여 RDE 저 외기온 조건 충족이 이루어지고, 특히 -7℃의 RDE 저 외기온 조건에서 촉매 활성화를 위한 후분사를 적용하지 않음으로써 저외기온에서 배기 승온 시 발생되던 연비, CO, HC 악화가 방지되는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법 및 하이브리드 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법은 컨트롤러에 의해 엔진냉각수 온도와 배기온도 및 외기온도로 RDE의 저 외기온 조건 판단이 이루어지고, 배터리의 목표 SOC를 RDE 목표 SOC로 높인 상태에서 발전제어로 촉매 활성화 온도 도달을 위한 배기온 승온이 이루어지는 배터리 충방전 제어로직을 활용하는 RDE 배터리 활용 모드가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 저 외기온 조건 판단은 상기 엔진냉각수 온도가 조건 충족된 후 상기 배기온도와 상기 외기온도에 대한 조건 충족으로 이루어진다. 상기 엔진냉각수 온도와 상기 배기온도 및 상기 외기온도의 각각은 임계값이상을 조건 충족으로 하고, 상기 배기온도와 상기 외기온도는 동시적인 조건 충족을 적용한다.

바람직한 실시예로서, 상기 RDE 배터리 활용 모드는 상기 배터리의 SOC를 검출하여 현재 SOC로 확인되는 단계, 상기 현재 SOC를 높여 상기 RDE 목표 SOC가 설정되는 단계, 상기 RDE 목표 SOC에 맞춰 상기 발전제어가 수행되는 단계, 상기 배기온 승온에 의한 상기 촉매 활성화 온도의 도달 시 상기 발전제어가 종료되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 RDE 목표 SOC는 상기 현재 SOC가 SOC 임계값 미만일 때 이루어지고, 상기 RDE 목표 SOC는 엔진 운전점과 배기온도를 함수로 하여 결정되는 SOC 마진이 상기 현재 SOC에 더해져 산출된다.

바람직한 실시예로서, 상기 배기온 승온의 판단은 상기 발전제어 시 검출된 SOC를 현재 SOC로 하여 상기 RDE 목표 SOC 보다 높을 때 이루어진다. 상기 배기온 승온의 판단에 따른 상기 촉매 활성화 온도는 200℃이다.

바람직한 실시예로서, 상기 저 외기온 조건이 판단되지 않으면 상기 배터리가 상기 목표 SOC로 관리되는 배터리 제어 모드를 수행해준다. 상기 배터리 제어 모드는 상기 목표 SOC가 현재 SOC 이상일 때 적용되는 배터리 충전모드, 현재 SOC가 상기 목표 SOC 이상일 때 적용되는 배터리 방전모드로 구분된다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 차량은 RDE의 저 외기온 조건에서 엔진냉각수 온도와 배기온도 및 외기온도로 배터리의 목표 SOC를 RDE 목표 SOC로 높여 발전제어를 수행하고, 상기 발전제어에 의한 엔진 가동으로 배기가스의 배기온도를 상승시켜 촉매 활성화 온도에 도달되도록 하는 컨트롤러가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 외기온, 배기온, 냉각수온, 배터리 SOC의 각각에 대한 판단 신호를 검출하는 RDE 인자 처리부, SOC를 검출하는 배터리 처리부, 엔진 회전수, 연료량, 배기온의 각각을 검출하는 시스템 처리부, 상기 RDE 인자 처리부와 상기 배터리 처리부 및 상기 시스템 처리부와 연계되어 상기 목표 SOC 또는 상기 RDE 목표 SOC를 선택하는 연산자, 상기 목표 SOC 또는 상기 RDE 목표 SOC를 출력하는 배터리 제어부로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 배터리는 48V 배터리이고, 상기 48V 배터리는 48V e-PT 시스템을 구성한다.

이러한 본 발명의 하이브리드 차량에 적용된 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 하이브리드 차량에서도 RDE의 저 외기온 조건(예, -7 ~ 35℃)에 대한 실도로 평가 수행에 적합한 EMS 제어 전략 수립이 가능하다. 둘째, MHEV에서 48V e-PT 시스템 기반 배기승온 제어전략 수립이 이루어짐으로써 NOx 정화를 위한 LNT, SCR 등의 후처리 시스템 효율 개선이 가능하다. 셋째, 48V e-PT 시스템 기반 배기승온 제어전략이 RDE(외부환경)/저 외기온/저 배기온/엔진 저 냉각수온 -> 48V e-PT 기반 운전점 최적 제어(충/방전 제어)-> 48V e-PT 기반 배기 승온으로 이루어짐으로써 후처리 효율 개선과 함께 EM(Emission) 및 연비 개선도 가능하다. 넷째, EMS 제어 전략에 48V e-PT 시스템 기반 배기승온 제어전략이 적용됨으로써 MHEV에서 환경 조건에 따른 48V e-Motor 충방전 제어가 가능하다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법의 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배기온 선도로부터 주요 오버런 구간은 의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어가 구현되는 하이브리드 차량의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 배기온에 따른 모터 충방전 로직 평가 결과이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법은 엔진냉각수 온도와 배기온도 및 외기온으로 RDE의 저 외기온 조건 판단이 이루어지고, 배터리의 목표 SOC 상승을 위한 발전제어로 배기온 승온이 이루어져 촉매 활성화 온도에 도달됨을 특징으로 한다.

이를 위해 상기 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법은 RDE 저외기온 진입 조건에 엔진냉각수 온도와 배기온도 및 외기온을 적용하는 RDE 저외기온 진입조건모드(S20~S40)로부터 RDE 저외기온 상황에 맞춰 배기온 승온을 배터리의 SOC 제어로 수행하는 RDE 배터리 활용 모드(S50~S58)로 전환하거나 또는 RDE 저외기온 상황과 무관하게 배터리의 SOC 제어를 수행하는 배터리 제어 모드(S60~S60-2)로 전환된다. 이 경우 상기 RDE 배터리 활용 모드(S50~S58)는 배터리 충방전 제어로직을 수행한다.

도 3은 하이브리드 차량(예, 디젤 차량)의 배기온 선도로서, 상기 배기온 선도는 WLTC(Worldwide Light0duty Test Cycle) 모드 Phase 1 구간인 냉간영역을 시험 영역으로 할 때 주요 오버런 구간에 의한 배기 온도 저하 현상이 예시된다.

이로부터 차량의 오버런시 후처리 촉매 온도 저하를 가져옴으로써 후처리 촉매 활성화 시간 지연이 발생될 수밖에 없으나, 상기 RDE 배터리 활용 모드(S50~S58)는 저외기온 조건에서 배터리를 활용한 신속한 배기 승온 제어로 오버런 구간에 대한 배기 온도 저하 현상을 해소하여 준다.

그러므로 상기 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법은 하이브리드 차량(예, 디젤 차량)은 물론 48V e-PT 시스템을 갖춘 MHEV이 RDE의 저 외기온 조건(예, -7 ~ 35℃)의 규정 충족을 가능하게 함으로써 최근 강화된 RDE 대책으로 적합함이 증명된다.

한편 도 4는 하이브리드 차량(1)의 예로서, 상기 하이브리드 차량(1)은 48V e-PT 시스템(1-1)과 컨트롤러(10)를 포함한다.

구체적으로 상기 48V e-PT 시스템(1-1)은 e-PT(electric-Power Train)(2), MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator)(3), 48V 배터리(4), 12V 배터리(5), 48V/12V 스위칭 DC-DC 컨버터(Converter)(6) 및 배터리 차저(Electric Charger)(7)로 구성된다.

일례로 상기 e-PT(2)는 엔진/모터/변속기 조합으로 구성되어 MHSG(3) 기반 토크 제어(로드레벨링)/ 충방전 효율 제어를 구현한다. 상기 MHSG(3)는 48V MHSG로서 엔진 시동에 알터네이터를 대체한다. 상기 48V 배터리(4)는 SOC(State of Charge)에 맞춰 충/방전되면서 48V를 공급하고, 상기 12V 배터리(5)는 12V를 공급하며, 상기 48V/12V 스위칭 DC-DC 컨버터(6)는 48V 배터리(4)와 12V 배터리(5)의 전압을 스위칭하고, 상기 배터리 차저(7)는 SOC에 대한 충/방전을 수행한다. 그러므로 상기 48V 배터리(4)와 상기 12V 배터리(5), 상기 48V/12V 스위칭 DC-DC 컨버터(6) 및 상기 배터리 차저(7)는 배터리 통합팩으로 구성된다.

따라서 상기 48V e-PT 시스템(1-1)은 통상적인 48V e-PT 시스템과 동일하다.

구체적으로 상기 컨트롤러(10)는 RDE 인자 처리부(11), 배터리 처리부(12), 시스템 처리부(13), 맵(15), 연산자(17) 및 배터리 제어부(19)를 포함하며, 이에 대한 세부 동작은 이후 상세 설명된다.

특히 상기 컨트롤러(10)는 도로 정체로 인한 잦은 정차, 재가속 및 저속 주행하는 상황, 장 강판 후 재 가속 하는 상황을 주행 조건으로 하여 저 외기온 조건에서 과도한 배기온 저하를 방지하여 NOx 후처리 장치(LNT, SCR)의 효율을 유지하기 위한 로직 컨셉을 구현한다. 이를 위해 상기 로직 컨셉은 발전 제어를 통하여 엔진 운전점 상향으로 배기온 상승이 이루어지는 가속로직 조건, 회생 제동 또는 아이들 충전이 이루어지는 감속/정차 조건을 적용하고, 이로부터 높아진 SOC 활용으로 재 가속 시 모터 토크 보조를 통한 엔진 정지로 NOx 최소화가 이루어지도록 한다.

이하 도 1 및 도 2의 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법이 도 4를 참조로 상세히 설명된다. 이 경우 제어 주체는 컨트롤러(10)이고, 제어 대상은 배터리 SOC 제어에 관여된 48V e-PT 시스템(1-1) 또는 48V 배터리(4) 및 엔진회전수와 연료량 증가가 이루어지는 엔진을 포함한다.

먼저 컨트롤러(10)는 S10의 차량정보 검출을 수행한다. 이 경우 차량정보는 냉각수온, 배기온, 외기온, 엔진회전수(RPM), 배터리 SOC 등을 포함한다.

도 4를 참조하면, 컨트롤러(10)는 RDE 인자 처리부(11)의 외기온 단자(11a)에 의한 외기온 판단 신호, 배기온 단자(11b)에 의한 배기온 판단 신호. 냉각수온 단자(11c)에 의한 냉각수온 판단 신호, 배터리 단자(11d)에 의한 배터리 SOC 판단 신호. 배터리 처리부(12)에 의한 배터리의 현재 SOC 값, 시스템 처리부(13)의 엔진 회전수 단자(13a)에 의한 엔진 회전수 검출 신호, 연료량 단자(13c)에 의한 연료량 검출 신호, 배기온 단자(13c)에 의한 배기온 검출 신호를 읽어 차량정보로 검출하여 준다.

이어 컨트롤러(10)는 RDE 저외기온 진입조건모드(S20~S40)로 진입하고, 상기 RDE 저외기온 진입조건모드(S20~S40)를 S20의 RDE 저외기온 진입 조건 판단 단계에서 차량 정보중 엔진냉각수온과 배기온 및 외기온을 확인한 후 S30의 엔진냉각수온 적용 단계와 S40의 배기온/외기온 적용 단계를 수행한다.

일례로 상기 엔진냉각수온 적용(S30)은 성립조건 판단식을 적용한다.

성립조건 판단식 : 엔진냉각수온 > A ?

여기서 “A"는 냉각수온 임계값(Threshold)으로서 약 50℃로 설정되고, ”>“는 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

이로부터 엔진냉각수온이 약 50℃ 미만인 경우엔 S10의 차량정보 검출을 지속하는 반면 이상인 경우엔 S40의 배기온/외기온 적용 단계로 진입하여 배기온과 외기온을 판단한다.

일례로 상기 배기온/외기온 적용(S40)은 확정조건 판단식을 적용한다.

확정조건 판단식 : 배기온 > B ? and 외기온 > C ?

여기서 ”B"는 배기온 임계값(Threshold)으로서 약 150℃로 설정되며, “C"는 외기온 임계값(Threshold)으로서 약 5℃로 설정되고, ”>“는 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

그 결과 배기온도가 약 150℃ 이상이면서 동시에 외기온도가 약 5℃ 이상인 경우엔 배터리 제어 모드(S60~S60-2)(이후 설명됨)로 전환되는 반면 배기온도가 약 150℃ 미만이면서 동시에 외기온도가 약 5℃ 미만인 경우엔 RDE 배터리 활용 모드(S50~S58)로 진입한다.

그러면 컨트롤러(10)는 상기 RDE 배터리 활용 모드(S50~S58)를 위해 S50의 RDE 배터리 활용 모드로 진입하고, 이어 S51의 배터리 현재 SOC 확인 단계, S52의 현재 SOC 판단 단계, S53의 SOC 마진 결정 단계, S54의 RDE 목표 SOC 설정 단계, S55의 발전제어모드 진입 단계, S56의 현재 SOC 재확인 단계, S57의 배기온 확인 단계, S58의 배기 승온 중단 단계로 수행된다.

도 4를 참조하면, 상기 컨트롤러(10)는 RDE 인자 처리부(11)와 배터리 처리부(12) 및 시스템 처리부(13)에서 읽은 각 신호를 맵(15)과 연산자(17)를 거쳐 배터리 제어부(19)에서 RDE 목표 SOC 값을 출력한다.

일례로 상기 맵(15)은 엔진 회전수와 연료량을 매핑선도와 매칭시켜 가속조건 또는 감속조건 또는 정차조건 신호로 출력하는 엔진 맵(15a), 배기온도를 매핑선도와 매칭시켜 촉매승온신호로 출력하는 배기온 맵(15b)으로 구성된다. 상기 연산자(17)는 RDE 인자 처리부(11)의 외기온 판단 신호/배기온 판단 신호/냉각수온 판단 신호/배터리 SOC 판단 신호를 모아 RDE 인자 값으로 출력하는 수집기(17a), 맵(15)의 가속조건 또는 감속조건 또는 정차조건 신호와 촉매승온신호의 값에 대한 인자를 곱해 배기승온 판단인자 값으로 출력하는 곱셈기(17b), 배기승온 판단인자 값을 배터리 처리부(12)의 현재 SOC 값과 더하여 RDE 목표 SOC 값으로 출력하는 합산기(17c), 현재 SOC 값과 RDE 목표 SOC 값을 선택하는 선택기(17d)로 구성된다.

일례로 상기 배터리 제어부(19)는 현재 SOC 값 또는 RDE 목표 SOC 값을 출력하고, 배터리 제어 모드(S60~S60-2)에서 상기 현재 SOC 값을 이용하는 반면 RDE 배터리 활용 모드(S50~S58)에서 상기 RDE 목표 SOC 값을 이용한다.

따라서 상기 배터리 현재 SOC 확인(S51)은 48V 배터리(4)의 현재 SOC로 이루어지고, 상기 현재 SOC 판단(S52)은 현재 SOC에 대한 배터리 조건 판단식 적용으로 수행된다.

배터리 조건 판단식 : 현재 SOC < D ?

여기서 “D"는 SOC 임계값(Threshold)으로서 배터리의 제조사 별 설정된 특성에 맞춰 적용되므로 특정한 수치 값으로 한정되지 않으나 약 75% 로 설정될 수 있으며, ”<“는 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

이로부터 현재 SOC가 SOC 임계값을 초과한 경우엔 S20의 RDE 저외기온 진입 조건 판단 단계로 피드백하여 이후 단계를 반복하는 반면 SOC 임계값 이하인 경우엔 S53의 SOC 마진 결정 단계로 진입한다.

일례로 상기 SOC 마진 결정(S53)은 SOC 함수를 적용한다.

SOC 함수 : K ∝ 엔진 운전점 및 배기온

여기서 “K"는 SOC 마진이고, “∝”는 “K"가 엔진 운전점 및 배기온의 함수로 결정됨을 의미하고, 상기 엔진 운전점은 현재 SOC가 SOC 임계값 미만으로 판단되는 시점에서 엔진 운전점이며, 상기 배기온은 현재 SOC가 SOC 임계값 미만으로 판단되는 시점에서 검출된 배기온도이다.

그러므로 상기 SOC 마진(K)은 현재 SOC에 따른 엔진 운전점과 배기온도로 결정되므로 특정한 수치 값으로 한정되지 않는다.

이어 상기 RDE 목표 SOC 설정(S54)은 RDE SOC 목표 식을 적용한다.

RDE SOC 목표 식 : 현재 SOC + K

그러므로 상기 RDE 목표 SOC 설정(S54)은 목표 SOC를 현재 SOC 보다 높게 설정하여 준다.

그리고 상기 발전제어모드 진입(S55)은 배기가스 온도로 후처리 촉매의 온도를 승온시키기 위해 엔진 가동이 이루어진다. 이에 따라 배터리(즉, 48V 배터리(4))는 SOC 충전되고, e-PT(2)에서는 모터의 충/방전이 이루어진다.

이어 상기 현재 SOC 재확인(S56)은 SOC 재확인 식을 적용한다.

SOC 재확인 식 : 현재 SOC > RDE 목표 SOC ?

여기서 “현재 SOC”는 발전제어모드 진입 후 검출된 배터리(즉, 48V 배터리(4))의 SOC 값이고, “RDE 목표 SOC”는 발전제어모드 진입 전 RDE 목표 SOC 설정(S54)에서 결정된 값이다.

그 결과 현재 SOC가 RDE 목표 SOC 미만인 경우 S51의 배터리 현재 SOC 확인 단계로 피드백하여 RDE 목표 SOC 설정을 다시하거나 또는 S55의 발전제어모드 진입 단계로 피드백하여 엔진 가동을 지속한다. 반면 현재 SOC가 RDE 목표 SOC 이상인 경우 S57의 배기온 확인 단계로 진입한다.

그러면 상기 배기온 확인(S57)은 배기온 확인 식을 적용한다.

배기온 확인 식 : 배기온 > E ?

여기서 “배기온”은 발전제어모드 진입 후 검출된 배기가스 온도 값이고, “E”는 배기가스 정화효율 위한 후처리 시스템의 촉매 활성화 온도로서 약 200℃ 로 설정된다.

그 결과 배기온이 촉매 활성화 온도(E) 미만인 경우 S55의 발전제어모드 진입 단계로 피드백하여 엔진 가동을 지속한다. 반면 배기온이 촉매 활성화 온도(E) 이상인 경우 S58의 배기 승온 중단 단계로 진입한다.

이어 상기 배기 승온 중단(S58)은 촉매 활성화 온도(E)로 상승된 배기온에서 발전제어모드(S55)의 중단으로 엔진 가동을 중지한다.

한편 도 5는 RDE 배터리 활용 모드(S50~S58)로 배기온에 따른 모터 충방전 평가 선도로서, 이로부터 초기 900초 간 T4(촉매후단 온도)가 최대 20℃ 상승함으로써 T4(촉매후단 온도)와 T5(촉매전단 온도)의 평균 온도가 10~13℃ 상승됨이 실험적으로 증명되었다.

다시 도 1을 참조하면, 배터리 제어 모드(S60~S60-2)는 S60의 배터리 제어모드 진입을 통해 S61의 배터리 목표 SOC 확인 단계, S66-1의 배터리 충전모드 단계, S66-2의 배터리 방전모드 단계로 수행된다.

일례로 상기 배터리 목표 SOC 확인(S61)은 통상적으로 설정된 48V 배터리(4)에서 관리되는 목표 SOC를 확인한다.

일례로 상기 배터리 충전모드(S66-1)는 배터리 충전식으로 48V 배터리(4)의 SOC 충전을 수행하고, 반면 상기 배터리 방전모드(S66-2)는 배터리 방전식으로 48V 배터리(4)의 SOC를 방전함으로써 모터토크를 보조한다.

배터리 충전식 : 목표 SOC > 현재 SOC ?

배터리 방전식 : 목표 SOC < 현재 SOC ?

그러므로 상기 배터리 충전모드(S66-1)는 목표 SOC가 현재 SOC 이상일 때 만 지속되고, 상기 배터리 방전모드(S66-2)는 현재 SOC가 목표 SOC 이상일 때 만 지속된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 하이브리드 차량(1)에 적용된 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법은 RDE(Real Driving Emission)의 저 외기온 조건에서 엔진냉각수 온도와 배기온도 및 외기온도로 배터리의 목표 SOC(State Of Charge)를 RDE 목표 SOC로 높여 발전제어를 수행하고, 상기 발전제어에 의한 엔진 가동으로 배기가스의 배기온도를 상승시켜 촉매 활성화 온도에 도달시켜 줌으로써 -7℃의 RDE 저 외기온 조건에서도 후분사 없는 촉매 활성화 온도 도달로 연비, CO, HC 악화가 방지된다.

1 : 하이브리드 차량 1-1 : 48V e-PT 시스템
2 : e-PT(electric-Power Train)
3 : MHSG(Mild Hybrid Starter & Generator)
4 : 48V 배터리 5 : 12V 배터리
6 : 48V/12V 스위칭 DC-DC 컨버터(Converter)
7 : 배터리 차저(Electric Charger)
10 : 컨트롤러 11 : RDE 인자 처리부
11a : 외기온 단자 11b : 배기온 단자
11c : 냉각수온 단자 11d : 배터리 단자
12 : 배터리 처리부 13 : 시스템 처리부
13a : 엔진 회전수 단자 13b : 연료량 단자
13c : 배기온 단자 15 : 맵
15a : 엔진 맵 15b : 배기온 맵
17 : 연산자 17a : 수집기
17b : 곱셈기 17c : 합산기
17d : 선택기 19 : 배터리 제어부

Claims

RDE(Real Driving Emission)의 저 외기온 조건 판단이 이루어지면, 배터리의 목표 SOC(State Of Charge)를 RDE 목표 SOC로 높인 상태에서 발전제어로 촉매 활성화 온도 도달을 위한 배기온 승온이 이루어지도록 배터리 충방전 제어로직
이 포함되는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 저 외기온 조건 판단은 컨트롤러에 의해 엔진냉각수 온도와 배기온도 및 외기온도를 적용하고, 상기 엔진냉각수 온도가 조건 충족된 후 상기 배기온도와 상기 외기온도에 대한 조건 충족으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 엔진냉각수 온도는 냉각수온 임계값(Threshold) 이상을 조건 충족으로 하는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 배기온도는 배기온 임계값(Threshold) 이상을 조건 충족으로 하며, 상기 외기온도는 외기온 임계값(Threshold)이상을 조건 충족으로 하는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 배기온도와 상기 외기온도는 조건 충족을 동시에 만족하여야 하는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 배터리 충방전 제어로직은 상기 배터리의 SOC를 검출하여 현재 SOC로 확인되는 단계, 상기 현재 SOC를 높여 상기 RDE 목표 SOC가 설정되는 단계, 상기 RDE 목표 SOC에 맞춰 상기 발전제어가 수행되는 단계, 상기 배기온 승온에 의한 상기 촉매 활성화 온도의 도달 시 상기 발전제어가 종료되는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 RDE 목표 SOC는 상기 현재 SOC가 SOC 임계값(Threshold) 미만일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 RDE 목표 SOC는 SOC 마진이 상기 현재 SOC에 더해져 산출되는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 SOC 마진은 엔진 운전점과 배기온도를 함수로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 배기온 승온의 판단은 상기 발전제어 시 검출된 SOC를 현재 SOC로 하여 상기 RDE 목표 SOC 보다 높을 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 배기온 승온의 판단에 따른 상기 촉매 활성화 온도는 200℃인 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 저 외기온 조건이 판단되지 않으면 상기 배터리가 상기 목표 SOC로 관리되는 배터리 제어 모드를 수행해주는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
청구항 12에 있어서, 상기 배터리 제어 모드는 상기 목표 SOC가 현재 SOC 이상일 때 적용되는 배터리 충전모드, 현재 SOC가 상기 목표 SOC 이상일 때 적용되는 배터리 방전모드로 구분되는 것을 특징으로 하는 저 외기온 기반 배기 승온 최적화 제어 방법.
RDE(Real Driving Emission)의 저 외기온 조건에서 엔진냉각수 온도와 배기온도 및 외기온도로 배터리의 목표 SOC(State Of Charge)를 RDE 목표 SOC로 높여 발전제어를 수행하고, 상기 발전제어에 의한 엔진 가동으로 배기가스의 배기온도를 상승시켜 촉매 활성화 온도에 도달되도록 하는 컨트롤러;
가 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
청구항 14에 있어서, 상기 컨트롤러는 외기온, 배기온, 냉각수온, 배터리 SOC의 각각에 대한 판단 신호를 검출하는 RDE 인자 처리부, SOC를 검출하는 배터리 처리부, 엔진 회전수, 연료량, 배기온의 각각을 검출하는 시스템 처리부, 상기 목표 SOC 또는 상기 RDE 목표 SOC를 출력하는 배터리 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
청구항 15에 있어서, 상기 RDE 인자 처리부와 상기 배터리 처리부 및 상기 시스템 처리부는 연산자와 연계되고, 상기 연산자는 상기 목표 SOC 또는 상기 RDE 목표 SOC를 선택하여 배터리 제어부로 제공해주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
청구항 14에 있어서, 상기 배터리는 48V 배터리이고, 상기 48V 배터리는 48V e-PT 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.