KR20220153146A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 충전 제어 방법 - Google Patents

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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 원격 시동 수행시 보다 빠른 배터리 충전이 가능한 하이브리드 자동차 및 그를 위한 충전 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진과 구동 모터 사이에 엔진 클러치가 구비된 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법은, 외부로부터 충전 부스트 모드 요청이 수신되면, 목표 충전 상태(SOC)를 판단하는 단계; 상기 목표 충전 상태를 고려하여 충전 운전점을 판단하는 단계; 및 상기 엔진 클러치를 체결하고, 상기 엔진은 상기 판단된 충전 운전점에 따라 구동되며, 상기 모터는 상기 판단된 충전 운전점에 따라 충전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 충전 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF RECHARGING CONTROL FOR THE SAME}
본 발명은 원격 시동 수행시 보다 빠른 배터리 충전이 가능한 하이브리드 자동차 및 그를 위한 충전 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)는 내연 기관, 즉, 엔진)과 구동 모터를 함께 구비하여 주행 환경에 따라 구동력을 발생시키는 동력원을 선택적으로 제어할 수 있다.
한편, 원격 공조 기능은 원격으로 차량에 시동을 걸고 공조 기능을 제한된 시간 범위 내에서 활성화시킬 수 있는 기능으로, 운전자가 탑승하기 전에 실내 온도를 최적화시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 원격 공조 기능이 상술한 하이브리드 자동차에서 수행될 경우, 엔진과 시동발전모터(HSG: Hybrid Starter Generator)를 이용한 아이들(Idle) 제어를 통해 배터리가 충전될 수 있으나, 효율이 좋지 못하다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 모드별 출력 대비 효율을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 구동 모터로만 주행하는 EV(Electric Vehicle) 모드는 저부하 구간에서 효율이 높으며, 엔진을 주로 사용하는 HEV 모드는 고부하 구간에서 효율이 높다. 그런데, 배터리 SOC(State Of Charge)가 극히 낮은(Critical low) 상황에서 EV 모드로 주행하기 위해서는 엔진과 시동발전모터(HSG)를 이용한 시리즈(Series) 충전을 통해 구동 모터에 전력을 공급해야 하므로 효율이 떨어지고, HEV 모드에서는 실질적으로 엔진만 사용해야 한다. 특히, HEV 모드에서 구동 모터의 어시스트를 받을 수 없는 상황이므로 주행 부하가 클 경우 엔진의 최대 부하(full load) 구동으로 인해 효율이 급격히 하락한다.
따라서, 하이브리드 자동차에서 원격 공조 기능을 수행할 경우 아이들 제어를 통해 배터리를 충전하게 되면 효율이 나쁜 저부하 구간에서 엔진이 동작하므로 효율이 나빠진다.
효율의 문제뿐만 아니라, 특히 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)의 경우 완속 충전만 지원하는 경우가 많아 충전속도가 느리며, 전용 충전기도 아닌 ICCB(In Cable Control Box) 케이블을 사용할 경우 그 속도는 더욱 느려진다. 따라서, PHEV 사용자들은 공용 충전기를 사용함에 있어 급속 충전도 가능한 전기차 사용자들의 눈치를 보게 되며, 그로 인해 예약 충전의 활용도가 떨어질 뿐만 아니라 저렴한 시간대 충전 요금의 혜택도 상대적으로 보기 어렵다. 그로 인해 배터리가 충분히 충전된 상태에서 구현 가능한 SOC 밸런싱을 통한 EV 주행을 경험하기 어렵게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 원격 시동 상황에서 보다 빠른 배터리 충전이 가능한 하이브리드 자동차 및 그를 위한 충전 제어 방법을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명은 한정된 시간에 최대한의 SOC를 확보하면서도 높은 에너지 효율을 갖는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 충전 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진과 구동 모터 사이에 엔진 클러치가 구비된 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법은, 외부로부터 충전 부스트 모드 요청이 수신되면, 목표 충전 상태(SOC)를 판단하는 단계; 상기 목표 충전 상태를 고려하여 충전 운전점을 판단하는 단계; 및 상기 엔진 클러치를 체결하고, 상기 엔진은 상기 판단된 충전 운전점에 따라 구동되며, 상기 모터는 상기 판단된 충전 운전점에 따라 충전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 엔진; 구동 모터; 상기 엔진과 상기 구동 모터 사이에 구비된 엔진 클러치; 및 외부로부터 충전 부스트 모드 요청이 수신되면, 목표 충전 상태(SOC)를 판단하고, 상기 판단된 목표 충전 상태를 고려하여 충전 운전점을 판단하면, 상기 엔진 클러치가 체결되도록 하고, 상기 엔진은 상기 판단된 충전 운전점에 따라 구동되며, 상기 모터는 상기 판단된 충전 운전점에 따라 충전이 수행되도록 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 원격 시동 상황에서 구동 모터를 이용하여 보다 빠른 배터리 충전이 가능하다.
또한, 구동 모터와 엔진의 효율을 고려하여 충전을 위한 운전점을 결정하며, 경로 정보를 참조하여 목표 충전 상태를 결정하므로 효율적이다.
아울러, 단시간에 많은 SOC를 확보할 수 있으므로 SOC 밸런싱 및 스케쥴링을 통한 주행 중 효율 상승도 기대될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 모드별 출력 대비 효율을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근접 경로를 고려한 목표 SOC 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 엔진 효율 맵을, 도 6b는 모터 효율 맵을, 도 6c는 일 실시예에 따른 발전 효율 맵을, 도 6d는 다른 실시예에 따른 발전 효율 맵의 일례를 각각 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 충전 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 8은 고부하 주행 상황에서 본 발명의 일 실시예의 효과를 비교례와 비교하기 위한 도면이다.
도 9는 저속 주행 상황에서 본 발명의 일 실시예의 효과를 비교례와 비교하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차 및 그 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)의 구조 및 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 구동 모터(140)와 엔진클러치(EC: Engine Clutch, 130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 자동차에서는 일반적으로 시동 후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우, 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태에서 먼저 배터리의 전력을 이용하여 모터(140)가 구동되고, 모터의 동력이 변속기(150) 및 종감속기(FD: Final Drive, 160)를 거쳐 바퀴가 움직이게 된다(즉, EV 모드). 차량이 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 시동발전 모터(120)가 동작하여 엔진(110)을 구동할 수 있다.
그에 따라 엔진(110)과 모터(140)의 회전속도 차이가 일정 범위 내로 들어오면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 모터(140)가 함께, 또는 엔진(110)이 차량을 구동하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이). 차량이 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(130)가 오픈되고 엔진(110)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 또한, 하이브리드 자동차에서는 제동시 휠의 구동력을 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전할 수 있으며, 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다.
시동발전 모터(120)는 엔진에 시동이 걸릴 때에는 스타트 모터의 역할을 수행하며, 시동이 걸린 후 또는 시동 오프시 엔진의 회전 에너지 회수시에는 발전기로 동작하기 때문에 "하이브리드 스타터 제너레이터(HSG: Hybrid Starter Generator)"라 칭할 수 있으며, 경우에 따라 "보조 모터"라 칭할 수도 있다.
상술한 구조를 바탕으로 하이브리드 자동차의 주행 모드를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
EV 모드는 저속 및 요구토크가 낮은 상황에서 주로 적용되며, 엔진 클러치(130)를 오픈하고 모터(140)만을 동력원으로 사용하여 토크를 휠에 전달한다.
HEV 모드는 고속 및 요구토크가 높은 상황에서 주로 적용되며, 엔진(110)과 모터(140)를 동력원으로 사용하는데, 본 모드는 다시 HEV 시리즈(Series) 모드와 HEV 패러럴(Parallel) 모드로 구분될 수 있다. HEV 시리즈 모드에서는 엔진 클러치(130)가 오픈되며(즉, 엔진(110)과 구동축 간의 연결이 차단됨), 엔진(110)의 동력은 HSG(120)에서 발전을 위해 사용되고 모터(140)만 직접적으로 구동력을 발생시킨다. 이와 달리, HEV 패러럴 모드에서는 엔진 클러치(130)가 체결(Lock)되어 엔진(110)의 구동력과 모터(140)의 구동력이 함께 휠로 전달된다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 시동발전 모터(120) 및 구동 모터(140)는 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit, 220)에 의해 토크가 제어될 수 있으며, 엔진 클러치(130)는 클러치 제어기(230)가 각각 제어할 수 있다. 여기서 엔진 제어기(210)는 엔진 제어 시스템(EMS: Engine Management System)이라도 한다. 또한, 변속기(150)는 변속기 제어기(250)가 제어하게 된다.
각 제어기는 그 상위 제어기로서 모드 전환 과정 전반을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Controller Unit, 240)와 연결되어, 하이브리드 제어기(240)의 제어에 따라 주행 모드 변경, 기어 변속시 엔진 클러치 제어에 필요한 정보, 및/또는 엔진 정지 제어에 필요한 정보를 그(240)에 제공하거나 제어 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 운행 상태에 따라 EV-HEV 모드간 전환 수행 여부를 결정한다. 이를 위해, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압(습식 엔진 클러치인 경우)제어나 토크 용량 제어(건식 엔진 클러치인 경우)를 수행한다. 또한, 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)의 상태(Lock-up, Slip, Open 등)를 판단하고, 엔진(110)의 연료분사 중단 시점을 제어할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기는 엔진 정지 제어를 위해 시동발전 모터(120)의 토크를 제어하기 위한 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하여 엔진 회전 에너지 회수를 제어할 수 있다. 아울러, 하이브리드 제어기(240)는 주행 모드 전환 제어시 모드 전환 조건의 판단 및 전환을 위한 하위 제어기의 제어가 가능하다.
물론, 상술한 제어기간 연결관계 및 각 제어기의 기능/구분은 예시적인 것으로 그 명칭에도 제한되지 아니함은 당업자에 자명하다. 예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 그를 제외한 다른 제어기들 중 어느 하나에서 해당 기능이 대체되어 제공되도록 구현될 수도 있고, 다른 제어기들 중 둘 이상에서 해당 기능이 분산되어 제공될 수도 있다.
모터 제어기(MCU), 하이브리드 제어기(HCU) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
상술한 도 2 및 도 3의 구성은 하이브리드 자동차의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
이하, 상술한 하이브리드 자동차의 구성을 바탕으로, 본 발명의 실시예들에 따른 충전 제어를 설명한다.
운전자가 원격 공조 기능을 사용했다는 것은, 곧 운전자가 출발할 것임을 의미한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 원격 공조 기능을 통해 엔진에 시동이 걸릴 경우, 엔진(110)과 HSG(120)를 통한 아이들 충전 제어가 아닌, 구동 모터(140)를 통해 충전이 수행되도록 할 것을 제안한다. 이하의 기재에서 편의상, 구동 모터(140)를 통한 충전 제어를 "충전 부스트"라 칭하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드 제어기(240)는 충전 부스트 설정 여부와 목적지를 입력 정보로 가질 수 있으며, 목표 SOC 판단부(241)와 충전 운전점 판단부(242)를 포함할 수 있다.
먼저, 목표 SOC 판단부(241)는 충전 부스트가 설정된 원격 공조 요청을 받으면, 목적지를 고려하여 충전 부스트 기능을 통해 도달할 목표 SOC를 설정할 수 있다.
충전 부스트 기능(또는 모드)은 사용자의 단말기(예컨대, 스마트폰)에서 원격 공조 요청을 전송할 때 설정될 수 있으며, 원격 공조 요청은 텔레매틱스 서비스 서버 등을 거쳐 차량의 텔레매틱스 유닛(TMU: Telematics Unit)로 수신될 수 있으며, 텔레매틱스 유닛은 다시 이를 하이브리드 제어기(240)로 전달할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 PHEV 차량의 목표 SOC는 100%를 가지나, 운전자가 원격 시동과 동시에 다음 목적지를 지정한 경우 목표 SOC 판단부(241)는 목표 SOC의 최적화를 진행할 수 있다. 운전자의 명시적 목적지 지정이 없더라도, AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템에서 차량 운행 패턴을 학습하여 목표 SOC 최적화를 위한 목적지가 자동으로 설정될 수도 있다.
최적화 여부는 하이브리드 제어기(240)가 자동으로 결정하거나 운전자가 결정할 수 있다. 다만, 충전 부스트 기능을 설정했다는 것은 운전자의 적극적인 충전 의지를 나타내므로, 최소 SOC를 미리 설정해 두고(예컨대, 80%) 해당 SOC 까지만 보정을 수행할 수도 있다. 물론, 최소 SOC를 100%로 설정해두면 운전자의 보정 의지가 없다는 의미로 볼 수 있다.
목표 SOC의 최적화를 수행할 경우, 설정된 목적지에 따른 이동 경로 중 근접한 경로의 고도가 고려될 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근접 경로를 고려한 목표 SOC 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)와 같이, 출발 위치에서 기 설정된 거리 이내에 내리막이 있는 경우, 상대적으로 높은 출발 위치에서 갖는 위치 에너지를 이용한 회생제동이 가능하기 때문에 목표 SOC 판단부(241)는 이를 고려하여 목표 SOC를 보정할 수 있다. 예컨대, 주차타워의 고층이나 산 정상 등 네비게이션을 통한 출발 직후 이동경로의 고도가 떨어질 경우 이를 고려하여 목표 SOC를 감소 보정할 수 있다.
이와 달리, 도 5의 (b)와 같이 출발 위치에서 내리막이 일정 거리 이내로 근접하지 않은 경우, 그 전에 SOC 밸런싱 등으로 최적 주행이 가능하기 때문에 내리막을 고려한 목표 SOC의 보정은 수행되지 않을 수 있다.
한편, 목표 SOC의 보정을 수행함에 있어, 배기가스 규제 구역(예컨대, 그린존)이 경로에 포함된 경우, 해당 구역을 구동 모터(140)만 이용하여 주행하는데 필요한 에너지까지 고려하여 목표 SOC가 자동 보정될 수도 있다.
충전 운전점 판단부(242)는 원격 공조 기능의 설정 동작 시간, 엔진(110)과 구동 모터(140) 각각의 효율 등을 고려하여 충전 부스트 모드에서 충전을 수행할 운전점을 판단할 수 있다. 이를 위해, 충전 운전점 판단부(242)는 엔진과 모터 각각의 효율을 고려하여, 각 운전점에 대한 충전 파워와 효율을 연산하거나, 엔진과 모터의 스펙에 따라 효율맵 형태로 사전에 구비하여 이를 이용할 수 있다.
효율맵은 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.
도 6a는 엔진 효율 맵을, 도 6b는 모터 효율 맵을, 도 6c는 일 실시예에 따른 발전 효율 맵을, 도 6d는 다른 실시예에 따른 발전 효율 맵의 일례를 각각 나타낸다.
먼저, 도 6a와 도 6b를 참조하면, 엔진(110)과 모터(140) 각각의 스펙에 따라 RPM별로 최대 토크의 제한이 설정되며, 효율이 같은 운전점끼리 등효율 선으로 연결된 형태가 도시된다.
도 6a와 도 6b에 도시된 효율맵을 결합하면, 도 6c와 같은 충전 효율맵이 된다. 도 6c를 참조하면, 충전 부스트 모드에서 이용 가능한 운전점의 집합인 후보 운전점 영역은 모터 토크 제한선, 엔진 토크 제한선 및 최소 충전 파워선으로 정의될 수 있다.
최소 충전 파워선은 최소 충전 파워에 해당하는 운전점들의 집합으로, 최소 충전 파워는 아래 수학식 1과 같이 목표 SOC와 현재 SOC의 차이를 충전 가능 시간으로 나누어 구해질 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 Pboost,min은 최소 충전 파워를, SOCtarget은 목표 SOC를, SOCnow는 현재 SOC를, 분모인 10min은 현행법상 원격 공조 기능의 최대 허용 시간이며 원격 공조 요청시 설정에 따라 더 짧아질 수도 있다. 또한, Pplug는 충전 플러그를 통한 충전이 함께 수행될 경우, 외부 충전 전력을 나타낸다. 목표 SOC와 현재 SOC의 차이를 충전 가능 시간으로 나눈 값에서 Pplug를 차감하는 이유는 그만큼 부스트 모드를 통해 충전되어야 할 SOC가 감소하기 때문이다.
구체적인 충전 운전점 선정에 있어서는, 모터 토크 제한과 엔진 토크 제한 이하이면서, 최소 충전 파워 이상의 충전 파워를 갖는 운전점, 즉, 후보 운전점 영역 내의 운전점 중 충전 효율이 가장 높은 최고 효율 운전점이 충전 운전점으로 선정될 수 있다.
이와 같이 결정된 충전 운전점이 최소 충전 파워 이상일 경우 설정 시간(예컨대, 10분) 이내로 목표 SOC에 도달할 것이며, 목표 SOC를 만족하는 경우 충전은 중단될 수 있다.
만일, 최소 충전 파워가 모터 토크 제한과 엔진 토크 제한보다 높이 위치할 경우, 모터 토크 제한선과 엔진 토크 제한선의 교점인 최대 충전 운전점이 충전 운전점으로 선정될 수 있다. 이러한 경우 설정 시간 이내에 목표 SOC를 만족하지 못할 수도 있다.
이와 달리, 도 6d에 도시된 바와 같이 최대 충전 파워선을 별도로 설정하여 후보 운전점 영역을 결정할 수도 있다. 여기서 최대 충전 파워선은 실내/지하 주차장 등 소음과 배기가스 등의 환경적 요인을 고려하여 설정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 목표 SOC 판단부(241)가 목표 SOC를 설정하고, 충전 운전점 판단부(243)가 원격 공조 설정 시간 내에 목표 SOC를 만족하기 위해 충전 운전점을 결정하면, 하이브리드 제어기(240)는 클러치 제어기(230)에 엔진 클러치(130)의 체결을 지시하고, 엔진 제어기(210)에는 결정된 충전 운전점에 대응되는 구동 요청을, 모터 제어기(220)에는 결정된 충전 운전점에 대응되는 충전 요청을 각각 전달할 수 있다.
지금까지 설명한 충전 부스트 모드에 따른 충전 제어 방법을 순서도로 정리하면 도 7과 같다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 충전 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 부스트 모드 요청이 원격 공조 요청과 함께 전달되면, 하이브리드 제어기(240)는 부스트 모드의 실행 가능 여부를 판단할 수 있다(S710). 예를 들어, 부스트 모드는 엔진 클러치(130)를 체결해야 하므로 엔진 클러치(130) 관련 고장이 있을 경우 실행이 불가하며, SOC가 FULL인 경우 실행할 필요가 없으며, 배기가스 규제 구역(예컨대, 그린존, 실내 차고 등)에 차량이 위치한 경우에도 실행이 불가할 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
부스트 모드의 실행에 문제가 없을 경우(S710의 Yes), 하이브리드 제어기(240)는 목표 SOC를 판단할 수 있다(S720). 목표 SOC의 판단에는 전술한 바와 같이 미리 설정된 최소 SOC, 목적지에 따른 경로에서 출발지로부터 일정 거리 내에 내리막이 존재하는지 여부 등이 고려될 수 있다.
목표 SOC가 판단되면, 하이브리드 제어기는 충전 운전점을 판단할 수 있다(S730). 충전 운전점은 전술한 바와 같이 엔진과 모터 각각의 토크 제한 라인, 최소 충전 파워선, 최대 충전 파워선 중 적어도 하나를 고려하여 최대 효율 운전점 또는 최대 충전 운전점이 충전 운전점으로 선택될 수 있다.
충전 운전점이 판단되면, 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)가 체결되도록 하고, 엔진과 모터 각각이 판단된 충전 운전점에 따라 구동/충전을 수행하도록 제어할 수 있다(S740). 이때, 엔진 클러치(130)의 체결에 의해 엔진(110)과 구동 모터(140)는 직결된 상태가 되나, 구동륜은 회전하지 않도록 변속기(150)는 P단 또는 N단으로 유지되는 것이 바람직하다.
충전 중 목표 SOC에 도달하면(S750의 Yes), 부스트 충전 모드는 종료될 수 있다.
만일, 부스트 모드의 실행이 불가한 경우(S710의 No), 일반적인 원격 공조 제어와 같이 엔진(110)과 HSG(120)를 이용한 아이들 충전 제어가 수행될 수 있다(S760). 또한, 부스트 모드의 실행이 불가함을 나타내는 정보(불가한 이유에 대한 정보도 포함 가능)가 텔레매틱스 서비스 서버 등을 거쳐 운전자의 단말로 전송될 수도 있다.
실시예에 따른 충전 제어의 효과를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 고부하 주행 상황에서 본 발명의 일 실시예의 효과를 비교례와 비교하기 위한 도면이다.
도 8에서는 배터리 SOC가 충분히 확보되지 않았으나 고속도로 주행이 예정되며(예컨대, 현재 위치가 고속도로 휴게소인 경우), 10분 후 출발을 위해 원격 공조를 실행한 상황을 가정한다.
이러한 경우, 일반적인 하이브리드 자동차에 해당하는 비교례에서는 원격 공조를 통해 아이들 충전이 수행되므로 충전량이 미미하여 초기에는 모터 어시스트까지 사용하면서 HEV 모드로 주행이 가능하다. 그러나, 배터리 SOC가 미리 설정된 방전 제한값(SOCMin)까지 소모되면 엔진을 풀로드로 가동해야 하므로 연비가 나빠진다.
이와 달리, 실시예에 따르면 단시간 동안 충전 부스트 모드를 통해 보다 많은 SOC를 확보할 수 있으므로 모터 어시스트 구간이 증대되며, 그로 인해 충분한 출력이 확보됨은 물론 연비 악화도 방지될 수 있다.
도 9는 저속 주행 상황에서 본 발명의 일 실시예의 효과를 비교례와 비교하기 위한 도면이다.
도 9에서는 배터리 SOC가 충분히 확보되지 않았으나 정체 도심과 같은 저속구간 주행이 예정되며, 10분 후 출발을 위해 원격 공조를 실행한 상황을 가정한다.
이러한 경우, 일반적인 하이브리드 자동차에 해당하는 비교례에서는 원격 공조를 통해 아이들 충전이 수행되므로 충전량이 미미하여 초기에는 CD(Charge Depleting) 모드로 주행이 가능하나, 배터리 SOC가 미리 설정된 방전 제한값(SOCMin)까지 소모되면 HSG(120)를 통한 시리즈 충전으로 모터(140)를 구동하거나, 엔진(110)의 구동력을 이용하되 변속기(150)의 클러치 슬립을 통해 주행해야 한다. 결국, 연비도 나빠지면 변속기(150)의 클러치 슬립을 이용할 경우 주행감이 악화된다.
이와 달리, 실시예에 따르면 단시간 동안 충전 부스트 모드를 통해 보다 많은 SOC를 확보할 수 있으므로 CD 모드로 주행 가능한 구간이 확보되어 연비와 주행감 모두에 문제가 없다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 엔진과 구동 모터 사이에 엔진 클러치가 구비된 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법에 있어서,
    외부로부터 충전 부스트 모드 요청이 수신되면, 목표 충전 상태(SOC)를 판단하는 단계;
    상기 목표 충전 상태를 고려하여 충전 운전점을 판단하는 단계; 및
    상기 엔진 클러치를 체결하고, 상기 엔진은 상기 판단된 충전 운전점에 따라 구동되며, 상기 모터는 상기 판단된 충전 운전점에 따라 충전을 수행하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 목표 충전 상태를 판단하는 단계는,
    기 설정된 최소 목표 충전 상태, 목적지에 따른 경로 상에 출발지로부터 일정 거리 이내 회생 제동 가능 여부 및 상기 경로 상에 배기가스 규제 구역의 존재 여부 중 적어도 하나를 고려하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 충전 부스트 모드 요청은 원격 공조 요청을 통해 전송되는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 충전 운전점을 판단하는 단계는,
    RPM과 토크에 따른 효율맵에서 상기 엔진의 토크 제한선, 상기 모터의 토크 제한선 및 상기 목표 충전 상태에 따른 최소 충전 파워선을 고려하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 최소 충전 파워선은,
    상기 원격 공조 요청의 설정 동작 시간, 상기 판단된 목표 충전 상태 및 현재 충전 상태에 따른 최소 충전 파워를 만족하는 운전점으로 구성되는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 최소 충전 파워는,
    상기 판단된 목표 충전 상태와 상기 현재 충전 상태의 차분을 상기 설정 동작 시간으로 나눈 값에서 충전 플러그에 의한 충전 파워를 차감하여 구해지는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 충전 운전점을 판단하는 단계는,
    상기 엔진의 토크 제한선, 상기 모터의 토크 제한선 및 상기 최소 충전 파워선으로 정의되는 후보 운전점 영역 내에서 가장 충전 효율이 높은 운전점을 상기 충전 운전점으로 선택하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 충전 운전점을 판단하는 단계는,
    상기 최소 충전 파워선을 구성하는 최소 충전 파워가 상기 엔진의 토크 제한선과 상기 모터의 토크 제한선보다 높은 경우, 상기 엔진의 토크 제한선과 상기 모터의 토크 제한선의 교점에 해당하는 최대 충전 운전점을 상기 충전 운전점으로 선택하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 충전 운전점을 판단하는 단계는,
    소음과 충전 효율 중 적어도 하나에 따라 미리 설정된 최대 충전 파워선을 더 고려하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 충전 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 엔진;
    구동 모터;
    상기 엔진과 상기 구동 모터 사이에 구비된 엔진 클러치; 및
    외부로부터 충전 부스트 모드 요청이 수신되면, 목표 충전 상태(SOC)를 판단하고, 상기 판단된 목표 충전 상태를 고려하여 충전 운전점을 판단하면, 상기 엔진 클러치가 체결되도록 하고, 상기 엔진은 상기 판단된 충전 운전점에 따라 구동되며, 상기 모터는 상기 판단된 충전 운전점에 따라 충전이 수행되도록 제어하는 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    기 설정된 최소 목표 충전 상태, 목적지에 따른 경로 상에 출발지로부터 일정 거리 이내 회생 제동 가능 여부 및 상기 경로 상에 배기가스 규제 구역의 존재 여부 중 적어도 하나를 고려하여 상기 목표 충전 상태를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 충전 부스트 모드 요청은 원격 공조 요청을 통해 전송되는, 하이브리드 자동차.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    RPM과 토크에 따른 효율맵에서 상기 엔진의 토크 제한선, 상기 모터의 토크 제한선 및 상기 목표 충전 상태에 따른 최소 충전 파워선을 고려하여 상기 충전 운전점을 판단하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 최소 충전 파워선은,
    상기 원격 공조 요청의 설정 동작 시간, 상기 판단된 목표 충전 상태 및 현재 충전 상태에 따른 최소 충전 파워를 만족하는 운전점으로 구성되는, 하이브리드 자동차.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 최소 충전 파워는,
    상기 판단된 목표 충전 상태와 상기 현재 충전 상태의 차분을 상기 설정 동작 시간으로 나눈 값에서 충전 플러그에 의한 충전 파워를 차감하여 구해지는, 하이브리드 자동차.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진의 토크 제한선, 상기 모터의 토크 제한선 및 상기 최소 충전 파워선으로 정의되는 후보 운전점 영역 내에서 가장 충전 효율이 높은 운전점을 상기 충전 운전점으로 선택하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 최소 충전 파워선을 구성하는 최소 충전 파워가 상기 엔진의 토크 제한선과 상기 모터의 토크 제한선보다 높은 경우, 상기 엔진의 토크 제한선과 상기 모터의 토크 제한선의 교점에 해당하는 최대 충전 운전점을 상기 충전 운전점으로 선택하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    소음과 충전 효율 중 적어도 하나에 따라 미리 설정된 최대 충전 파워선을 더 고려하여 상기 충전 운전점을 판단하는, 하이브리드 자동차.
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