KR20220063772A - 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20220063772A
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정석민
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템을 제공한다. 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템은 운전자의 가속 의지를 판정하고 운전자의 요구 토크를 산출하는 운전자 요구 토크 결정부, 고전압배터리를 전원으로 사용하는 전장부품의 기존 소모 전력과 차량 시스템이 요구하는 전장부품의 최소 전력 소모량 간의 차이인 가용 전력량을 산출하는 가용 전력량 산출부 및 운전자의 가속 의지가 판정되는 경우 상기 전장부품에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 가변 제어하는 구동 제어부를 포함한다.

Description

고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템 및 방법{System and method for controlling power consumption of high voltage battery}
본 발명은 최적공연비에 따른 엔진의 제어를 수행하면서 운전자의 가속 요구를 만족시킬 수 있는 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량(hybrid electric vehicle)은 엔진과 구동 모터를 동력원으로 하여 운행되는 차량을 의미한다. 즉, 하이브리드 차량은 내연기관의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다. 이러한 하이브리드 차량은 어떠한 동력계통(Power Train)을 구동하느냐에 따라 두 가지 주행 모드로 동작할 수 있다. 그 중 하나는 구동 모터만으로 주행하는 전기차(EV) 모드이고, 다른 하나는 구동 모터와 엔진을 함께 가동하는 하이브리드 전기차(HEV) 모드이다. 하이브리드 자동차는 주행 중 조건에 따라 두 모드 간의 전환을 수행한다.
하이브리드 차량은 운전자의 가속 요구가 있는 경우 킥 다운(Kick down) 변속 등을 통해서 엔진의 최대 토크와 모터의 가용토크를 합산하여 구동 토크 제어를 수행하고 있다. 근래에는 AECD(Auxiliary Emission Control Device) 규제로 인해서 엔진의 토크를 최대로 사용하는 것이 제한되고 있음에 따라 차량의 가속 성능을 만족하기 위한 연구가 진행되고 있다. 다만, 기존의 하이브리드 차량은 엔진의 최적공연비가 아닌 풀 로드(full load) 제어를 통해 동력성능만 확보하였고, 엔진의 풀 로드 제어에 의해 차량의 연비가 나빠지는 문제점이 있었다.
본 발명의 기술적 과제는 최적공연비에 따른 엔진의 제어를 수행하면서 운전자의 가속 요구를 만족시킬 수 있는 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 전장부품이 소비하는 전력량을 일시적으로 줄이는 것을 통해 획득한 가용 전력량을 구동 모터에 인가함으로써 운전자의 요구 토크를 만족시킬 수 있는 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템을 제공한다. 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템은 운전자의 가속 의지를 판정하고 운전자의 요구 토크를 산출하는 운전자 요구 토크 결정부, 고전압배터리를 전원으로 사용하는 전장부품의 기존 소모 전력과 차량 시스템이 요구하는 전장부품의 최소 전력 소모량 간의 차이인 가용 전력량을 산출하는 가용 전력량 산출부 및 운전자의 가속 의지가 판정되는 경우 상기 전장부품에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 가변 제어하는 구동 제어부를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 구동 제어부는 상기 가용 전력량이 차량의 구동력에 영향을 줄 수 있는 최소 전력량보다 큰 경우에 한해 상기 전장부품에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 가변 제어한다.
일 예에 의하여, 상기 구동 모터의 현재 토크, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 인가되어 산출되는 토크, 및 엔진의 최대 토크의 합이 상기 운전자의 요구 토크 이상인 경우, 상기 구동 제어부는 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시킨다.
일 예에 의하여, 상기 엔진의 최대 토크는 상기 엔진의 rpm에 따라 미리 정의된 상기 엔진의 파트 로드(part-load) 제어 시의 최대 토크를 의미한다.
일 예에 의하여, 상기 구동 제어부는 상기 운전자의 요구 토크에 상기 엔진의 최대 토크를 뺀 값에 대응되는 토크가 상기 구동 모터에서 생성되도록 상기 가용 전력량 중 일부를 상기 구동 모터에 인가하고, 상기 구동 제어부는 상기 가용 전력량 중 잔존 전력을 시동발전모터(HSG)에 일부 인가한다.
일 예에 의하여, 상기 구동 모터의 현재 토크, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 인가되어 산출되는 토크, 및 엔진의 최대 토크의 합이 상기 운전자의 요구 토크 보다 작은 경우, 상기 구동 제어부는 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키고 상기 엔진의 풀 로드(Full-load) 제어를 통해 상기 운전자의 요구 토크를 만족시킨다.
일 예에 의하여, 상기 구동 제어부는 운전자의 가속 의지가 판정되는 경우 상기 전장부품에 상기 최소 전력 소모량에 해당되는 전력을 인가한다.
일 예에 의하여, 상기 운전자 요구 토크 결정부는 운전자의 가속페달의 조작량의 절대값 또는 변화량에 기초하여 운전자의 가속 의지를 판정한다.
일 예에 의하여, 상기 운전자 요구 토크 결정부는 가속페달 조작량이 기설정된 제한값 이상이거나 가속페달 조작량의 시간당 변화량이 기설정된 제한 변화값 이상인 경우 운전자에게 가속 의지가 있다고 판단한다.
일 예에 의하여, 상기 운전자 요구 토크 결정부는 APS 개도량과 차량의 속도에 따라 결정된 구동 토크에 주행도로의 환경에 따른 보정 토크를 고려해서 최종적으로 상기 요구 토크를 결정한다.
일 예에 의하여, 상기 운전자 요구 토크 결정부는 가속페달 조작량이 기설정된 제한값보다 작거나 가속페달 조작량의 시간당 변화량이 기설정된 제한 변화값보다 작은 경우 운전자의 가속 요구가 해제된 것으로 판단한다.
일 예에 의하여, 상기 구동 제어부는 운전자의 가속 요구가 해제된 것으로 판단되면 상기 전장부품의 기존 소모 전력에 해당하는 전력을 상기 전장부품에 인가한다.
일 예에 의하여, 상기 가용 전력량 산출부는 상기 전장부품의 제어를 위한 파라미터의 설정값과 현재값과의 차이에 기초하여 상기 전장부품의 최소 전력 소모량을 산출한다.
본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력 제어 방법을 제공한다. 고전압 배터리의 소비전력 제어 방법은 운전자의 가속 요구 시점을 판정하고 운전자의 요구 토크를 산출하는 단계, 고전압배터리를 전원으로 사용하는 전장부품의 기존 소모 전력과 차량 시스템이 요구하는 전장부품의 최소 전력 소모량을 산출하는 단계, 상기 전장부품의 기존 소모 전력과 상기 전장부품의 최소 전력 소모량 간의 차이인 가용 전력량을 산출하는 단계 및 상기 전장부품의 최소 전력 소모량에 기초하여 상기 전장부품을 제어하고, 상기 가용 전력량에 기초하여 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 제어하는 단계를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 가용 전력량을 산출하는 단계는 상기 가용 전력량이 차량의 구동력에 영향을 줄 수 있는 최소 전력량보다 큰지 여부를 판단하는 것을 포함하고, 상기 가용 전력량이 상기 최소 전력량보다 큰 경우에 한해 상기 전장부품에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 가변 제어하는 단계를 포함한다.
일 예에 의하여, 차량의 상기 구동 모터에 인가되는 전력을 제어하는 단계는 상기 구동 모터의 현재 토크, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 인가되어 산출되는 토크, 및 엔진의 최대 토크의 합이 상기 운전자의 요구 토크 이상인 경우, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키는 단계를 포함하고, 상기 엔진의 최대 토크는 상기 엔진의 rpm에 따라 미리 정의된 상기 엔진의 파트 로드(part-load) 제어 시의 최대 토크를 의미한다.
일 예에 의하여, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키는 단계는 상기 운전자의 요구 토크에 상기 엔진의 최대 토크를 뺀 값에 대응되는 토크가 상기 구동 모터에서 생성되도록 상기 가용 전력량 중 일부를 상기 구동 모터에 인가하는 단계를 포함하고, 상기 가용 전력량 중 잔존 전력을 시동발전모터(HSG)에 일부 인가한다.
일 예에 의하여, 차량의 상기 구동 모터에 인가되는 전력을 제어하는 단계는 상기 구동 모터의 현재 토크, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 인가되어 산출되는 토크, 및 엔진의 최대 토크의 합이 상기 운전자의 요구 토크 보다 작은 경우, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키고 상기 엔진의 풀 로드(Full-load) 제어를 통해 상기 운전자의 요구 토크를 만족시킨다.
일 예에 의하여, 운전자의 가속 요구 시점을 판정하고 운전자의 요구 토크를 산출하는 단계는 가속페달 조작량이 기설정된 제한값 이상이거나 가속페달 조작량의 시간당 변화량이 기설정된 제한 변화값 이상인 경우 운전자에게 가속 의지가 있다고 판단한다.
일 예에 의하여, 운전자의 가속 요구가 해제되는 경우 상기 전장부품에 인가되는 전력 소모량의 기존 소모 전력으로 가변하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 운전자의 요구 토크를 만족시키기 위해 엔진은 최적공연비에 부합하도록 제어하고 전장부품에서 소모하던 전력을 구동 모터로 배분하여 차량의 가속 성능을 향상시킬 수 있다. 엔진은 최적공연비에 부합하도록 제어됨에 따라 차량의 연비가 나빠지는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전장부품에서 소모하던 전력을 무조건적으로 구동 모터로 배분시키는 것이 아니라 전장부품의 최소 전력 소모량은 유지시키되 가용할 수 있는 가용 전력량에 기초하여 구동 모터의 추가적인 토크 생성을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전장부품들을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력을 제어하는 프로세스를 구간별로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 토크 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전장부품들을 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템(1)은 차량의 가속성능 향상을 위해 전장부품(10)이 소모하고 있는 고전압 배터리(50)의 전력을 구동 모터(300)로 분배할 수 있다. 이를 위해, 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템(1)은 차량의 부품들에 대한 다양한 정보를 수집할 수 있고, 수집된 정보들은 제어부(100)에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 하이브리드 제어기(HCU)일 수 있다. 본 발명은 엔진(200)과 구동 모터(300)가 모두 적용되는 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle; HEV) 또는 플러그인 하이브리드 차량(plug-in hybrid electric vehicle; PHEV)에 적용되는 고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템(1)에 관한 것이다.
전장부품(10)은 고전압 배터리(50)의 전원을 소모하는 부품을 통칭하는 것으로, 차량의 구동력 생성에 필요한 구성을 제외한 부품을 의미할 수 있다. 일 예로, 전장부품(10)은 LDC(Low DC-DC Converter, 11), 전동식 오일펌프(electric oil pump; EOP, 12) 및 전자동 온도조절장치(Full Automatic Temperature Control; FATC, 13) 등을 포함할 수 있다.
LDC(11)는 고전압 배터리(50)에서 공급되는 직류 고전압을 직류 저전압으로 변환하여 직류 저전압을 사용하는 복수의 전기 부하에 동작 전원으로 공급할 수 있다. 특히, LDC(11)는 보조배터리(40)의 충전을 수행할 수 있다. LDC(11)는 상기 직류 저전압을 사용하는 복수의 전기 부하의 입력 전압과 입력 전류를 검출하여, 이에 대한 신호를 제어부(100)에 전달할 수 있다. 제어부(100)는 직류 저전압을 사용하는 복수의 전기 부하(보조배터리(40) 포함)에서 소모되는 소모 파워를 산출할 수 있다.
전동식 오일펌프(12)는 엔진 클러치 및 변속기 등을 구동하는데 필요한 오일을 압송하여 공급할 수 있다. 전동식 오일펌프(12)는 고전압 배터리(50)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 전동식 오일펌프(12)의 입력 전압과 입력 전류는 오일펌프 제어기(EOP)에 의해 검출되고, 검출된 신호는 제어부(100)로 전송될 수 있다.
전자동 온도조절장치(13)는 공조 장치의 구동을 제어할 수 있다. 전자동 온도조절장치(13)는 고전압 배터리(50)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 전자동 온도조절장치(13)는 공조 장치의 입력 전압과 입력 전류를 검출하여, 이에 대한 신호를 제어부(100)에 전송될 수 있다.
차속 센서(20)는 차량의 속도에 대한 정보를 측정할 수 있다. 측정된 차량의 속도는 제어부(100)로 전송될 수 있다.
APS(Accelerator Position Sensor, 30)는 운전자가 가속 페달을 누른 정도를 검출할 수 있다. APS(30)는 가속 페달의 위치값(가속 페달이 눌린 정도)을 측정하여 이에 대한 신호를 제어부(100)로 전송할 수 있다.
보조배터리(40)는 하이브리드 차량의 각종 제어기, 오디오, 등화류, 도어록 등에 전원을 공급할 수 있다. 보조배터리(40)는 고전압 배터리(50)로부터 LDC(11)에 의해 변환된 전원에 의해 충전될 수 있다. 보조배터리(40)의 SOC(state of charge)가 높아질수록 LDC(11)로부터 출력되는 목표 출력 전압이 낮추어지도록 설정될 수 있고, 이를 통해 보조배터리(40)의 충전량을 줄일 수 있다. 즉, LDC(11)는 보조배터리(40)의 SOC에 따라 보조배터리(40)의 충전량을 제어할 수 있다.
고전압 배터리(50)는 구동 모터(300)를 동작시키기 위한 전력을 제공할 수 있다. 또한, 고전압 배터리(50)는 본 발명의 전장부품(10)에 전력을 제공할 수 있다. 고전압 배터리(50)는 엔진(200)에 의해 구동되는 시동발전모터(Hybrid Starter Generator; HSG, 400)에 의해 충전되거나, 하이브리드 차량의 회생제동 등에 의해 충전될 수 있다. 만약, 하이브리드 차량이 플러그인 하이브리드 차량이라면, 고전압 배터리(50)는 충전기로부터 직접 충전될 수 있다
제어부(100)는 차량의 다양한 정보들에 기초하여 엔진(200)에 인가되는 토크를 제어할 수 있고, 전장부품(10), 구동 모터(300) 및 시동발전모터(400)에 인가되는 전력량을 제어할 수 있다. 제어부(100)는 고전압 배터리(50)에 저장된 전력을 사용하는 전장부품(10)에 인가되는 전력량의 최소화하고 이를 통해 획득한 가용 전력량을 구동 모터(300)에 인가하는 것을 통해 운전자의 가속 요구를 만족시킬 수 있다. 제어부(100)는 크게 운전자 요구 토크 결정부(110), 가용 전력량 산출부(130) 및 구동 제어부(150)를 포함할 수 있다. 운전자 요구 토크 결정부(110), 가용 전력량 산출부(130) 및 구동 제어부(150)는 제어부(100)의 기능에 따라 구분한 구성일 수 있다.
운전자 요구 토크 결정부(110)는 운전자의 가속 의지를 판정하고 운전자의 요구 토크를 산출할 수 있다. 운전자 요구 토크 결정부(110)는 차량 주행 모드의 변경 또는 운전자의 가속페달의 조작량의 절대값 또는 변화량에 기초하여 운전자의 가속 의지를 판정할 수 있다. 구체적으로, 운전자 요구 토크 결정부(110)는 차량 주행 모드가 에코(eco)/컴포트(comfort)/노멀(nomal) 모드에서 스포츠(Sport) 모드로 변경되는 경우 운전자의 가속 의지가 있다고 판단할 수 있다. 또한, 운전자 요구 토크 결정부(110)는 가속페달 조작량이 기설정된 제한값 이상이거나 가속페달 조작량의 시간당 변화량이 기설정된 제한 변화값 이상인 경우 운전자에게 가속 의지가 있다고 판단할 수 있다. 즉, 운전자 요구 토크 결정부(110)는 운전자가 일정 깊이 이상으로 가속페달을 밟거나 가속페달을 급격하게 밝는 경우 APS(30)로부터 수신된 가속페달의 조작량 또는 가속페달 조작량의 시간당 변화량에 기초하여 운전자의 가속 의지를 판단할 수 있다. 또한, 운전자 요구 토크 결정부(110)는 가속페달 조작량이 기설정된 제한값보다 작거나 가속페달 조작량의 시간당 변화량이 기설정된 제한 변화값보다 작은 경우 운전자의 가속 요구가 해제된 것으로 판단할 수 있다. 즉 운전자가 가속페달에 가한 압력을 해제하는 경우, 운전자 요구 토크 결정부(110)는 운전자의 가속 요구가 해제된 것으로 판단할 수 있다.
운전자 요구 토크 결정부(110)는 APS 개도량과 차량의 속도에 따라 정의되는 차량의 구동 토크 맵에 기초하여 운전자의 요구 토크를 산출할 수 있다. 차량의 구동 토크 맵에 따를 때, APS 개도량과 차량의 속도에 따라 차량의 구동 토크가 결정될 수 있다. 나아가, 운전자 요구 토크 결정부(110)는 구동 토크에 주행도로의 환경에 따른 보정 토크를 고려해서 최종적으로 운전자의 요구 토크를 결정할 수 있다. 예를 들어, 주행도로의 환경은 도로 경사도, 외기온도 등을 의미할 수 있다.
가용 전력량 산출부(130)는 고전압 배터리(50)를 전원으로 사용하는 전장부품(10)의 기존 소모 전력(
Figure pat00001
)과 차량 시스템이 요구하는 전장부품(10)의 최소 전력 소모량(
Figure pat00002
) 간의 차이인 가용 전력량(
Figure pat00003
)을 산출할 수 있다. 이 때, 전장부품(10)은 차량의 구동력 생성과는 무관한 부품일 수 있다.
Figure pat00004
= (
Figure pat00005
)
가용 전력량 산출부(130)는 운전자의 가속 의지가 판단되는 경우 전장부품(10)의 기존 소모 전력(
Figure pat00006
)을 산출할 수 있고, 전장부품(10)의 최소 전력 소모량(
Figure pat00007
)을 산출할 수 있다. 가용 전력량 산출부(130)는 전장부품(10)의 제어를 위한 파라미터의 설정값과 현재값과의 차이에 기초하여 전장부품(10)의 최소 전력 소모량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 가용 전력량 산출부(130)는 전자동 온도조절장치(13)의 설정온도(설정값)와 현재 차량 실내온도(현재값) 간의 차이에 기초하여 전자동 온도조절장치(13)의 최소 전력 소모량을 산출할 수 있다. 가용 전력량 산출부(130)는 가용 전력량(
Figure pat00008
)에 대한 정보를 구동 제어부(150)로 전송할 수 있다.
구동 제어부(150)는 운전자의 가속 의지가 판정되는 경우 전장부품(10)에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터(300)에 인가되는 전력을 가변 제어할 수 있다. 먼저, 구동 제어부(150)는 가용 전력량(
Figure pat00009
)이 차량의 구동력에 영향을 줄 수 있는 최소 전력량보다 큰 경우에 한해 전장부품(10)에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터(300)에 인가되는 전력을 가변 제어할 수 있다. 가용 전력량(
Figure pat00010
)이 매우 작은 값인 경우, 가용 전력량(
Figure pat00011
)을 구동 모터(300)에 추가적으로 인가하더라도 차량의 구동력에는 큰 차이가 없을 수 있다. 따라서, 실질적인 차량의 주행 성능 향상을 위해서는 가용 전력량(
Figure pat00012
)과 최소 전력량과의 비교가 필수적으로 요구된다.
가용 전력량(
Figure pat00013
)과 최소 전력량보다 큰 경우, 구동 제어부(150)는 전장부품(10)에 최소 전력 소모량(
Figure pat00014
)에 해당되는 전력을 인가할 수 있다. 다시 말해, 구동 제어부(150)는 전장부품(10)에서 소비되는 전력량이 최소 전력 소모량(
Figure pat00015
)까지 줄어들도록 제어할 수 있다. 구동 제어부(150)는 전장부품(10)에 전력을 인가하는 LDC(11)를 제어함으로써 전장부품(10)에서 소비되는 전력량을 제어할 수 있다.
구동 제어부(150)는 구동 모터(300)의 현재 토크, 가용 전력량(
Figure pat00016
)을 구동 모터(300)에 인가되어 산출되는 토크 및 엔진(200)의 최대 토크의 합과 운전자의 요구 토크를 비교할 수 있다. 구동 모터(300)의 현재 토크, 가용 전력량(
Figure pat00017
)을 구동 모터(300)에 인가되어 산출되는 토크 및 엔진(200)의 최대 토크의 합이 운전자의 요구 토크 이상인 경우, 구동 제어부(150)는 가용 전력량(
Figure pat00018
)을 구동 모터(300)에 배분하여 구동 모터(300)의 토크를 증가시킬 수 있다. 이 때, 엔진(200)의 최대 토크는 엔진(200)의 rpm에 따라 미리 정의된 엔진(200)의 파트 로드(part-load) 제어 시의 최대 토크를 의미할 수 있다. 차량의 엔진(200)의 운전 모드는 크게 두 가지 모드로 구분될 수 있다. 하나는 파트 로드(part-load) 운전 모드이고, 나머지는 풀 로드(Full-load) 운전 모드이다. 파트 로드 운전 모드는 최적 공연비에 의해 제어가 수행되는 모드로, 일반적으로 연비, 배기물 배출, 토크 정확도가 우수한 특징이 있다. 여기서, 최적공연비란 완전 연소를 위한 공기와 연료의 혼합 중량비를 의미하며, 공기 대 연료의 비율이 14.7 대 1로 보는 것이 일반적이다. 풀로드 운전 모드에서는 엔진(200)의 출력을 우선시하는 모드로, 쓰로틀(throttle)을 완전 개방한 상태로 제어하기 때문에 출력이 향상되나 연비, 배기물 배출, 토크 정확도 측면에서 파트 로드 운전보다 불리하다.
가용 전력량(
Figure pat00019
)을 구동 모터(300)에 배분함에 있어, 구동 제어부(150)는 가용 전력량(
Figure pat00020
)을 구동 모터(300)에 얼만큼 배분해야 운전자의 요구 토크를 만족시킬 수 있는지 결정할 수 있다.
일 예로, 구동 제어부(150)는 운전자의 요구 토크에 엔진(200)의 최대 토크를 뺀 값에 대응되는 토크가 구동 모터(300)에서 생성되도록 가용 전력량(
Figure pat00021
) 중 일부를 구동 모터(300)에 인가할 수 있다. 구동 제어부(150)는 가용 전력량(
Figure pat00022
) 중 잔존 전력을 시동발전모터(400)에 일부 인가할 수 있다. 그 외에, 구동 제어부(150)는 가용 전력량(
Figure pat00023
) 중 잔존 전력을 전장부품(10)에 인가할 수도 있다.
다른 예로, 구동 모터(300)의 현재 토크, 가용 전력량(
Figure pat00024
)을 구동 모터(300)에 인가되어 산출되는 토크 및 엔진(200)의 최대 토크의 합이 운전자의 요구 토크 보다 작은 경우, 구동 제어부(150)는 가용 전력량(
Figure pat00025
)을 구동 모터(300)에 배분하여 구동 모터(300)의 토크를 증가시킬 수 있다. 이 때, 구동 제어부(150)는 엔진(200)의 풀 로드(Full-load) 제어를 통해 운전자의 요구 토크를 만족시킬 수 있다. 구동 모터(300)의 현재 토크, 가용 전력량(
Figure pat00026
)을 구동 모터(300)에 인가되어 산출되는 토크 및 엔진(200)의 최대 토크의 합이 운전자의 요구 토크 보다 작다는 것은 가용 전력량(
Figure pat00027
)을 구동 모터(300)을 추가적으로 인가하더라도 운전자의 요구 토크를 만족시킬 수 없다는 의미일 수 있다. 따라서, 구동 제어부(150)는 연비에서 손해를 보더라도 엔진(200)의 풀 로드(Full-load) 제어를 통해 운전자의 요구 토크를 만족시킬 수 있다. 이 때, 구동 제어부(150)는 가용 전력량(
Figure pat00028
)의 전부를 구동 모터(300)에 인가하거나 가용 전력량(
Figure pat00029
)의 일부만을 구동 모터(300)에 인가할 수도 있다.
구동 제어부(150)는 운전자 요구 토크 결정부(110)에 의해 운전자의 가속 요구가 해제된 것으로 판단된 경우 전장부품(10)의 기존 소모 전력(
Figure pat00030
)에 해당하는 전력을 전장부품(10)에 인가할 수 있다. 즉, 가속 요구 해제에 의해 전장부품(10)에서 소모하던 전력을 구동 모터(300)로 분배하는 제어가 필요하지 않기 때문에, 구동 제어부(150)는 전장부품(10)에서 기존에 소모하였던 전력을 소모하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 운전자의 요구 토크를 만족시키기 위해 엔진(200)은 최적공연비에 부합하도록 제어하고 전장부품(10)에서 소모하던 전력을 구동 모터(300)로 배분하여 차량의 가속 성능을 향상시킬 수 있다. 엔진(200)은 최적공연비에 부합하도록 제어됨에 따라 차량의 연비가 나빠지는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전장부품(10)에서 소모하던 전력을 무조건적으로 구동 모터(300)로 배분시키는 것이 아니라 전장부품(10)의 최소 전력 소모량은 유지시키되 가용할 수 있는 가용 전력량에 기초하여 구동 모터(300)의 추가적인 토크 생성을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력을 제어하는 프로세스를 구간별로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동 모터의 토크 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, ① 구간에서 운전자 요구 토크 결정부(110)는 운전자의 가속 요구가 판단할 수 있다. 운전자 요구 토크 결정부(110)는 운전자의 가속 요구를 판단한 이후에 운전자의 요구 토크를 산출할 수 있다. 또한, 가용 전력량 산출부(130)는 전장부품(10)의 기존 소모 전력(
Figure pat00031
), 전장부품(10)의 최소 전력 소모량(
Figure pat00032
) 및 가용 전력량(
Figure pat00033
)을 산출할 수 있다. ① 구간은 가용 전력량(
Figure pat00034
)의 분배 제어가 수행되기 전이므로, 구동 모터(300)의 출력은 변화되지 않는다 (도 4의 (1) 지점 유지). 즉, 구동 모터(300)의 출력은
Figure pat00035
일 수 있다.
② 구간에서, 구동 제어부(150)는 구동 모터(300)의 토크를 상승시킬 수 있다. 즉, 구동 제어부는 가용 전력량(
Figure pat00036
)을 구동 모터(300)에 배분하여 구동 모터(300)의 토크를 상승시켜 차량의 가속 성능을 향상시킬 수 있다. 구동 제어부(150)는 전장부품(10)이 소모하는 전력량이 최소 전력 소모량(
Figure pat00037
)이 되도록 전장부품(10)에 인가되는 전력을 제어할 수 있다. ② 구간에서 가용 전력량(
Figure pat00038
)의 분배 제어가 수행되어 구동 모터(300)의 출력은 도 4의 (1) 지점에서 (2) 지점으로 변동될 수 있다. 즉, 구동 모터(300)의 출력은
Figure pat00039
에 가용 전력량(
Figure pat00040
)을 더한 값인
Figure pat00041
로 변동될 수 있다.
Figure pat00042
은 구동 모터(300)의 변동된 출력을 의미할 수 있다. 운전자의 가속 요구가 해제되지 않는 한, 구동 모터(300)는 변동된 출력에 기초하여 운전될 수 있다((2) 지점에서 (3) 지점을 따라 운전됨).
② 구간의 끝날 때쯤, 운전자 요구 토크 결정부(110)는 운전자의 가속 요구가 해제된 것을 파악할 수 있다. ③ 구간에서는 운전자의 가속 요구가 해제에 따라 구동 제어부(150)는 구동 모터(300)에 추가적으로 인가된 전력을 다시 전장부품(10)으로 분배할 수 있다. 즉, 구동 제어부(150)는 기존 소모 전력(
Figure pat00043
)에 따라 전장부품(10)에 인가되는 전력량을 제어할 수 있다. 따라서, 구동 모터(300)에 의해 생성되는 토크도 낮아질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리의 소비전력 제어 방법을 설명하는 순서도이다. 설명의 간략을 위해 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 5를 참조하면, 제어부는 운전자가 가속페달을 밟는 정도 및/또는 운전자가 차량의 주행 모드를 변경하는 것을 파악하여 운전자의 가속 요구가 발생되었는지 확인할 수 있다. 운전자의 가속 요구가 발생되지 않은 경우, 구동 모터에 추가적인 전력을 분배하는 제어는 수행되지 않을 수 있다(S100).
운전자의 가속 요구가 발생된 경우, 제어부는 전장부품의 기존 소모 전력을 모니터링할 수 있다. 제어부는 복수의 전장부품들의 총 소모 전력인 기존 소모 전력을 산출할 수 있다(S200).
이후, 제어부는 복수의 전장부품들의 최소 전력 소모량을 산출할 수 있다. 제어부는 전장부품의 기존 소모 전력에서 전장부품의 최소 전력 소모량을 뺀 가용 전력량을 산출할 수 있다. 가용 전력량은 전장부품의 전력 소모량 중 구동 모터로 분배할 수 있는 전력량을 의미할 수 있다(S200, S300).
제어부는 실질적인 차량의 주행 성능 향상을 위해 가용 전력량과 최소 전력량을 비교할 수 있다. 가용 전력량이 최소 전력량과 동일하거나 작은 경우, 가용 전력량을 구동 모터에 추가적으로 인가하더라도 차량의 주행 성능이 향상되기 어렵기 때문에 전력량을 분배하는 제어가 수행되지 않을 수 있다(S500).
가용 전력량이 최소 전력량보다 큰 경우, 제어부는 전장부품이 소비하는 전력을 가변 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 전장부품이 최소한의 전력만을 소비하도록 제어할 수 있다(S600).
제어부는 가용 전력량을 구동 모터에 분배하는 비율을 결정하고 엔진의 제어 방법을 결정하기 위해 엔진의 최대 토크와 구동 모터의 보상 토크의 합과 운전자의 요구토크를 비교할 수 있다. 이 때, 엔진의 최대 토크는 엔진의 rpm에 따라 미리 정의된 엔진의 파트 로드(part-load) 제어 시의 최대 토크를 의미할 수 있다. 구동 모터의 보상 토크는 가용 전력량을 추가로 구동 모터에 인가하였을 때 구동 모터가 생성하는 토크를 의미할 수 있다(S700).
엔진의 최대 토크와 구동 모터의 보상 토크의 합이 운전자의 요구토크 이상인 경우, 제어부는 엔진의 제어 방법을 파트 로드(part-load) 제어로 유지하면서 가용 전력량을 구동 모터에 인가할 수 있다. 즉, 제어부는 차량의 최적공연비에 따른 연비 주행 상태를 유지하면서 운전자의 요구 토크에 부합하는 토크를 구동 모터가 생성하는 토크를 증가시킴으로 만족시킬 수 있다. 이 때, 제어부는 운전자의 요구 토크를 만족시키고 남는 전력량은 전장부품에 다시 인가할 수도 있다. 바람직하게는, 제어부는 가용 전력량 중 운전자의 요구 토크를 만족시킬 수 있는 전력량만 구동 모터에 인가할 수 있다(S800).
엔진의 최대 토크와 구동 모터의 보상 토크의 합이 운전자의 요구토크보다 작은 경우, 제어부는 엔진의 제어 방법을 파트 로드(part-load) 제어에서 풀 로드(Full-load) 제어로 변경할 수 있다. 엔진의 풀 로드(Full-load) 제어로도 운전자의 요구 토크가 만족되지 않는 경우, 제어부는 가용 전력량을 구동 모터에 인가하여 구동 모터가 생성하는 토크를 증가시킬 수 있다(S900).
제어부는 운전자의 가속 요구가 해제되는 것을 지속적으로 모니터링할 수 있다. 운전자의 가속 요구가 해제되는 경우, 구동 모터에 전력을 추가로 분배하는 제어를 중단할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 운전자의 가속 의지를 판정하고 운전자의 요구 토크를 산출하는 운전자 요구 토크 결정부;
    고전압배터리를 전원으로 사용하는 전장부품의 기존 소모 전력과 차량 시스템이 요구하는 전장부품의 최소 전력 소모량 간의 차이인 가용 전력량을 산출하는 가용 전력량 산출부; 및
    운전자의 가속 의지가 판정되는 경우 상기 전장부품에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 가변 제어하는 구동 제어부를 포함하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 제어부는 상기 가용 전력량이 차량의 구동력에 영향을 줄 수 있는 최소 전력량보다 큰 경우에 한해 상기 전장부품에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 가변 제어하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 구동 모터의 현재 토크, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 인가되어 산출되는 토크, 및 엔진의 최대 토크의 합이 상기 운전자의 요구 토크 이상인 경우, 상기 구동 제어부는 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 엔진의 최대 토크는 상기 엔진의 rpm에 따라 미리 정의된 상기 엔진의 파트 로드(part-load) 제어 시의 최대 토크를 의미하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 구동 제어부는 상기 운전자의 요구 토크에 상기 엔진의 최대 토크를 뺀 값에 대응되는 토크가 상기 구동 모터에서 생성되도록 상기 가용 전력량 중 일부를 상기 구동 모터에 인가하고,
    상기 구동 제어부는 상기 가용 전력량 중 잔존 전력을 시동발전모터(HSG)에 일부 인가하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 구동 모터의 현재 토크, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 인가되어 산출되는 토크, 및 엔진의 최대 토크의 합이 상기 운전자의 요구 토크 보다 작은 경우, 상기 구동 제어부는 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키고 상기 엔진의 풀 로드(Full-load) 제어를 통해 상기 운전자의 요구 토크를 만족시키는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 제어부는 운전자의 가속 의지가 판정되는 경우 상기 전장부품에 상기 최소 전력 소모량에 해당되는 전력을 인가하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 운전자 요구 토크 결정부는 운전자의 가속페달의 조작량의 절대값 또는 변화량에 기초하여 운전자의 가속 의지를 판정하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 운전자 요구 토크 결정부는 가속페달 조작량이 기설정된 제한값 이상이거나 가속페달 조작량의 시간당 변화량이 기설정된 제한 변화값 이상인 경우 운전자에게 가속 의지가 있다고 판단하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 운전자 요구 토크 결정부는 APS 개도량과 차량의 속도에 따라 결정된 구동 토크에 주행도로의 환경에 따른 보정 토크를 고려해서 최종적으로 상기 요구 토크를 결정하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 운전자 요구 토크 결정부는 가속페달 조작량이 기설정된 제한값보다 작거나 가속페달 조작량의 시간당 변화량이 기설정된 제한 변화값보다 작은 경우 운전자의 가속 요구가 해제된 것으로 판단하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 구동 제어부는 운전자의 가속 요구가 해제된 것으로 판단되면 상기 전장부품의 기존 소모 전력에 해당하는 전력을 상기 전장부품에 인가하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 가용 전력량 산출부는 상기 전장부품의 제어를 위한 파라미터의 설정값과 현재값과의 차이에 기초하여 상기 전장부품의 최소 전력 소모량을 산출하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 시스템.
  14. 운전자의 가속 요구 시점을 판정하고 운전자의 요구 토크를 산출하는 단계;
    고전압배터리를 전원으로 사용하는 전장부품의 기존 소모 전력과 차량 시스템이 요구하는 전장부품의 최소 전력 소모량을 산출하는 단계;
    상기 전장부품의 기존 소모 전력과 상기 전장부품의 최소 전력 소모량 간의 차이인 가용 전력량을 산출하는 단계; 및
    상기 전장부품의 최소 전력 소모량에 기초하여 상기 전장부품을 제어하고, 상기 가용 전력량에 기초하여 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 제어하는 단계를 포함하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 가용 전력량을 산출하는 단계는,
    상기 가용 전력량이 차량의 구동력에 영향을 줄 수 있는 최소 전력량보다 큰지 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 가용 전력량이 상기 최소 전력량보다 큰 경우에 한해 상기 전장부품에 인가되는 전력과 차량의 구동 모터에 인가되는 전력을 가변 제어하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    차량의 상기 구동 모터에 인가되는 전력을 제어하는 단계는,
    상기 구동 모터의 현재 토크, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 인가되어 산출되는 토크, 및 엔진의 최대 토크의 합이 상기 운전자의 요구 토크 이상인 경우, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키는 단계를 포함하고,
    상기 엔진의 최대 토크는 상기 엔진의 rpm에 따라 미리 정의된 상기 엔진의 파트 로드(part-load) 제어 시의 최대 토크를 의미하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키는 단계는,
    상기 운전자의 요구 토크에 상기 엔진의 최대 토크를 뺀 값에 대응되는 토크가 상기 구동 모터에서 생성되도록 상기 가용 전력량 중 일부를 상기 구동 모터에 인가하고,
    상기 가용 전력량 중 잔존 전력을 시동발전모터(HSG)에 일부 인가하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 방법.
  18. 제14 항에 있어서,
    차량의 상기 구동 모터에 인가되는 전력을 제어하는 단계는,
    상기 구동 모터의 현재 토크, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 인가되어 산출되는 토크, 및 엔진의 최대 토크의 합이 상기 운전자의 요구 토크 보다 작은 경우, 상기 가용 전력량을 상기 구동 모터에 배분하여 상기 구동 모터의 토크를 증가시키고 상기 엔진의 풀 로드(Full-load) 제어를 통해 상기 운전자의 요구 토크를 만족시키는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    운전자의 가속 요구 시점을 판정하고 운전자의 요구 토크를 산출하는 단계는,
    가속페달 조작량이 기설정된 제한값 이상이거나 가속페달 조작량의 시간당 변화량이 기설정된 제한 변화값 이상인 경우 운전자에게 가속 의지가 있다고 판단하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 방법.
  20. 제14 항에 있어서,
    운전자의 가속 요구가 해제되는 경우 상기 전장부품에 인가되는 전력 소모량의 기존 소모 전력으로 가변하는 단계를 더 포함하는,
    고전압 배터리의 소비전력 제어 방법.

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