WO2017010579A1 - 하이브리드 건설기계의 프리차지 - Google Patents

하이브리드 건설기계의 프리차지 Download PDF

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WO2017010579A1
WO2017010579A1 PCT/KR2015/007211 KR2015007211W WO2017010579A1 WO 2017010579 A1 WO2017010579 A1 WO 2017010579A1 KR 2015007211 W KR2015007211 W KR 2015007211W WO 2017010579 A1 WO2017010579 A1 WO 2017010579A1
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generator
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capacitor
engine
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최동욱
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Volvo Construction Equipment AB
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Volvo Construction Equipment AB
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B60W10/26—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the content disclosed in this application relates to the precharge of construction machinery, in particular to the precharge method of electric hybrid construction machinery.
  • the configuration of a precharge function of a general electric hybrid vehicle is shown in FIG. 1.
  • the electric hybrid vehicle of FIG. 1 includes an energy storage system (ESS), a main relay, a DC capacitor, an engine, an ECU.
  • ESS energy storage system
  • main relay a main relay
  • DC capacitor DC capacitor
  • engine an ECU
  • FIG. 2 illustrates a change in voltage applied to each component when a start signal is input to the electric hybrid vehicle of FIG. 1.
  • the increase in voltage is captured in the following order: precharge relay, negative main relay, capacitor, and positive main relay.
  • the application of voltage is captured almost simultaneously with the negative main relay and capacitor.
  • the existing electric hybrid vehicle When the start signal is input, the existing electric hybrid vehicle is configured to operate the precharge function using the voltage of the energy storage system (ESS).
  • the DC capacitor is charged using the voltage of the energy storage system. After the voltage of the DC capacitor increases and the DC capacitor reaches a predetermined voltage or more, the main relay is operated to complete the precharge operation. Therefore, the general electric hybrid vehicle may start the actual engine cranking after the precharge operation is completed.
  • a general electric hybrid vehicle requires a time for a separate engine cranking in addition to the time for the precharge function to start the vehicle.
  • this requires the driver to delay the time for precharging after the start signal is input, and gives the driver a heterogeneity for the electric hybrid vehicle.
  • the precharge function may not be used and a problem may occur that the starting of the equipment is impossible.
  • the present disclosure provides the operator with a similar starting method to conventional hydraulic excavators by reducing the delay time required for precharge in a hybrid vehicle typical of an electric hybrid construction machine, and provides a faster starting time than a conventional electric hybrid machine. I would like to.
  • An electric hybrid vehicle includes a precharge circuit including an energy storage device (ESS) connected to main relays K1 and K2, at least one resistor R, and a precharge relay K3, and the precharge circuit. And a drive for the generator having a drive relay K4 for switching the connection between the capacitor and the generator.
  • ESS energy storage device
  • An electric hybrid vehicle is a component for controlling the component, and includes an ESS ECU for controlling the main relays K1 and K2, a generator ECU for controlling the generator and a generator, a starter motor, and engine control.
  • the engine ECU may include a main ECU for receiving a key input from a driver and controlling an ECU of a device including an ESS ECU, a generator ECU, and an engine ECU.
  • the main ECU when the main ECU receives a driver's key on signal, the main ECU starts the engine by operating a starter motor through an engine ECU, and the generator ECU Closes the precharge relay K3 and opens the drive relay K4 to control the capacitor to be charged by the proportional voltage Vg generated at the generator in proportion to the engine speed.
  • the generator ECU when cranking is completed when the engine speed becomes higher than a predetermined speed after starting, the generator ECU closes the drive relay K4 and opens the precharge relay K3 to free. The current flow of the charge circuit is blocked, and the generator ECU controls the voltage Vdc of the capacitor to reach the voltage Vs of the ESS by setting the target voltage of the voltage Vdc of the capacitor to the voltage Vs of the ESS. .
  • the ESS ECU closes the main relays K1 and K2 so that the capacitor is charged by the ESS, thereby completing the precharge function.
  • the present invention improves the precharge function of an electric hybrid construction machine having at least one electric work device by implementing the precharge by using a power generation voltage generated by a generator that is mechanically connected to the engine at engine start.
  • the ESS can be disconnected and the precharge function can be performed by using the generator, thus enabling the equipment to be started and increasing the equipment's available time.
  • 1 is a configuration circuit diagram of a conventional electric hybrid construction machine.
  • FIG. 2 is a view showing a control sequence of the precharge function of the conventional electric hybrid construction machine shown in FIG.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of an electric hybrid construction machine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a precharge function according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a flow chart for precharge function control according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a graph illustrating the operation of the precharge function according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of an electric hybrid construction machine according to an embodiment of the present disclosure.
  • An engine and a generator are connected, and a generator is connected to an energy storage device ESS through a converter.
  • Each inverter connected to the ESS is connected to a respective electric motor.
  • Each motor is connected to respective work units (eg gear units, hydraulic pumps, etc.) to transfer power to each work unit.
  • the main ECU is a kind of control device that controls the transmission of power, and controls the connection and disconnection of energy flow between each component.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a precharge function according to an embodiment of the present disclosure.
  • An electric hybrid construction machine includes an energy storage device ESS having main relays K1 and K2.
  • the energy storage device is located on the left side in FIG. 4, and the voltage of the energy storage device is represented by Vs.
  • the electric hybrid construction machine of the present disclosure includes a drive for a generator for controlling a precharge circuit, which can function as a kind of converter.
  • the generator drive includes a precharge circuit (K3, R) comprising a relay (K3) and one or more resistors (R), and includes a drive relay (K4) for switching the connection between the capacitor and the generator.
  • the generator is connected to the engine 10 and the voltage of the generator is represented by Vg.
  • the engine is connected to the starter motor 12.
  • the switching block is located between the generator drive and the generator and generates a proportional voltage (Vg ') proportional to the voltage generated by the generator.
  • the ESS ECU controls the main relays, the generator ECU controls the connection of generators, switching blocks and generator drives, and the engine ECU controls the engine and starter motors. Each of these ECUs is controlled by a main ECU.
  • FIG. 5 is a flow chart for precharge function control according to an embodiment of the present disclosure.
  • the main ECU When the main ECU receives the driver's key on signal, the main ECU starts the engine by operating a starter motor through the engine ECU.
  • the generator ECU closes the precharge relay K3 and opens the drive relay K4.
  • Vg When the generator voltage generated in the generator is Vg, a proportional voltage Vg 'is formed in the switching block in proportion to the generator voltage Vg generated in the generator.
  • the precharge relay K3 is closed and the drive relay K4 is open, the capacitor is charged by the proportional voltage Vg '.
  • the switching block rectifies the power generation voltage Vg generated in the generator and applies it to the capacitor as a proportional voltage Vg '. Since the proportional voltage Vg 'is rectified to a direct current, the capacitor to which the proportional voltage is applied may be considered as a direct current (DC) capacitor. Until the engine cranking is completed, the voltage of the capacitor is increased (charged) by the proportional voltage applied.
  • DC direct current
  • the generator ECU When cranking is completed because the engine speed becomes higher than a predetermined speed after starting, the generator ECU closes the drive relay K4 and opens the precharge relay K3 to block the current flow of the precharge circuit.
  • the generator ECU controls the voltage Vdc of the capacitor to be close to the voltage Vs of the ESS by setting the target voltage of the voltage Vdc of the capacitor to the voltage Vs of the ESS.
  • the ESS ECU closes the main relays K1 and K2 to complete the precharge function.
  • the constant voltage at which the voltage Vdc of the capacitor reaches may be set to 98% of the voltage Vs of the ESS.
  • the generator ECU resets the generator's torque command value to zero. It can be set so that the generator does not participate in engine start.
  • the precharge function according to the present disclosure may confirm that the engine speed, the voltage of the capacitor, the generator control, and the relay control work together.
  • the precharge relay K3 Before the driver key-on, the precharge relay K3 is in an on state, that is, in a closed state, and the drive relay K4 is in an off state, that is, in an open state. Then, when the key is turned on, the generator ECU controls the generator torque to zero so that the generator does not participate in engine starting.
  • the engine speed and capacitor voltage Vdc increase similarly linearly after the key is on and before the drive relay K4 is on.
  • the voltage applied to the capacitor voltage before the drive relay K4 is turned on is similar to the proportional voltage (Vg ') generated in proportion to the generator voltage. Since the voltage of the generator is proportional to the engine speed, it can be said that the voltage of the capacitor (Vdc) is also proportional to the engine speed.
  • the method for precharging an electric hybrid vehicle according to the present disclosure may be performed including the following steps.
  • the main ECU when the main ECU receives the driver's key on signal, the main ECU starts the engine by operating the starter motor through the engine ECU,
  • the generator ECU closes the precharge relay K3 and opens the drive relay K4 to charge the capacitor with a proportional voltage Vg 'proportional to the generator generation voltage Vg,
  • the generator ECU When cranking is completed because the engine speed is over a certain speed after starting, the generator ECU closes the drive relay K4 and opens the precharge relay K3 to block the current flow of the precharge circuit.
  • the generator ECU controls the Vdc to reach Vs by setting the target voltage of the voltage Vdc of the capacitor to the voltage Vs of the ESS.
  • the ESS ECU closes the main relays K1 and K2 to control the capacitor to be charged by the ESS.
  • the constant voltage may be set to 98% of the voltage Vs of the ESS.
  • the method for precharging an electric hybrid vehicle may further include rectifying a power generation voltage Vg generated by the generator and applying the proportional voltage Vg 'to a capacitor by a switching block. .
  • the method for precharging an electric hybrid vehicle includes charging a capacitor with the proportional voltage Vg 'in proportion to the engine speed, and the current flowing through the capacitor is Vg' / R * exp (-t / R * Cdc). This means that the magnitude of the current is limited by the precharge resistor R, and the overcurrent that may occur when the voltage of the capacitor is zero or lower than Vg 'at initial startup may be limited.
  • the generator ECU may set the torque command value of the generator to zero. This is to control the generator not to be involved in engine starting.

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Abstract

본 공개는 하나 이상의 전기식 작업장치를 가지는 전기식 하이브리드 건설기계의 프리차지 기능에 관한 것으로서, 엔진 시동시 엔진과 기계적으로 연결되어 있는 제너레이터에 의해서 발생하는 발전전압을 이용하여 프리차지를 구현함으로서, 일반적인 전기식 하이브리드 장비의 프리차지 기능에서 발생할 수 있는 제어시간을 줄이고 나아가 운전자에게 기존의 유압식 장비와 동일한 시동조건을 제공함으로서 운전자에게 익숙한 시동기능을 제공할 수 있다. 또한, 에너지 저장 시스템(ESS)에서 문제가 발생하여 사용하지 못할 경우에도 제너레이터를 이용하여 프리차지기능을 실행할 수 있으므로, 에너지 저장 시스템(ESS)이 작동하지 못하는 경우에도 안전하게 장비의 시동이 가능하다.

Description

하이브리드 건설기계의 프리차지
본 출원에서 공개되는 내용은 건설 기계의 프리차지, 특히 전기식 하이브리드 건설 기계의 프리차지 방법에 관련된다.
일반적인 전기식 하이브리드 차량의 프리차지 기능(Precharge Function)의 구성은 도 1과 같다. 도 1의 전기식 하이브리드 차량은 에너지 저장 시스템(ESS), 메인 릴레이, DC 커패시터, 엔진, ECU를 포함한다.
도 2에서는 도 1의 전기식 하이브리드 차량에 시동 신호가 입력될 때, 각 구성요소들에 인가되는 전압의 변화를 보여준다. 프리차지 릴레이, (-) 메인릴레이, 커패시터, (+) 메인 릴레이 순으로 전압의 증가가 포착된다. (-) 메인릴레이 및 커패시터에는 거의 동시에 전압의 인가가 포착된다.
시동 신호가 입력되는 경우, 기존 전기식 하이브리드 차량은 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)의 전압을 이용하여 프리차지기능을 동작시키도록 구성된다. 에너지 저장 시스템의 전압을 이용하여 DC 캐패시터를 충전시키며, DC 커패시터의 전압이 증가하여 DC캐패시터가 일정전압 이상에 도달한 후 메인릴레이를 동작시켜 프리차지 동작을 완료한다. 따라서 일반적인 전기식 하이브리드 차량은 프리차지 동작이 완료된 후에 실제 엔진의 시동(Cranking)을 시작할 수 있다. 결론적으로 일반적인 전기식 하이브리드 차량은 차량의 시동을 걸기 위해 프리차지기능을 위한 시간 외에 별도의 엔진 크랭킹(Cranking)을 위한 시간을 필요로 한다.
이는 기존의 차량의 기동과는 달리 시동 신호 입력 후 프리차지를 위한 지연시간을 운전자에게 요구하게 되고, 운전자에게 전기식 하이브리드 차량에 대한 이질감을 갖게 한다.
또한 도 1의 구성을 참조하면, ESS가 고장으로 사용하지 못하게 되는 경우 프리차지 기능을 사용할 수 없게 되고 장비의 시동이 불가능하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
본 공개는 전기식하이브리드 건설기계에서 일반적인 하이브리드차량에서 프리차지기능을 위해 필요한 지연시간을 줄여 기존의 유압식 굴삭기와 유사한 시동방식을 운전자에게 제공하며, 일반적인 전기식하이브리드 장비의 시동시간보다 더 빠른 시동시간을 제공하고자 한다.
또한, ESS에서 문제가 발생하여 장비에서 사용하지 못할 경우에도 제너레이터를 이용하여 프리차지기능을 실행할 수 있도록 구성하여, ESS가 정상적으로 작동하지 못하는 상태에서도 안전하게 장비의 시동을 가능하게 하고자 한다.
본 공개에 따른 전기식 하이브리드 차량은 메인릴레이(K1, K2)와 연결된 에너지저장장치(ESS), 하나 이상의 저항(R) 및 프리차지 릴레이(K3)를 포함하는 프리차지회로, 상기 프리차지회로를 포함하며, 커패시터와 제너레이터 사이의 연결을 스위칭하는 드라이브 릴레이(K4)를 가지는 제너레이터용 드라이브를 포함한다.
본 공개에 따른 전기식 하이브리드 차량은 상기 구성요소를 제어하기 위한 구성요소로서, 메인릴레이(K1, K2) 제어를 위한 ESS ECU, 상기 제너레이터용 드라이브 및 제너레이터 제어를 위한 제너레이터 ECU, 스타터 모터 및 엔진 제어를 위한 엔진 ECU, 운전자의 키 입력을 받고 ESS ECU, 제너레이터 ECU, 엔진 ECU를 포함하는 장비의 ECU를 제어하는 메인(Main) ECU를 포함할 수 있다.
본 공개에 따른 전기식 하이브리드 차량은, 메인 ECU가 운전자의 키 온(Key on) 신호를 수신하는 경우, 메인 ECU는 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 걸며, 상기 제너레이터 ECU는 프리차지 릴레이(K3)를 닫고(close) 드라이브 릴레이(K4)를 오픈하여, 커패시터가 상기 엔진 속도에 비례하여 제너레이터에서 발생되는 비례전압(Vg)에 의해 충전되도록 제어한다.
본 공개에 따른 전기식 하이브리드 차량은, 시동 후 엔진 속도가 일정 속도 이상이 되어 크랭킹(cranking)이 완료되는 경우, 상기 제너레이터 ECU는 드라이브 릴레이(K4)를 닫고 프리차지 릴레이(K3)를 오픈하여 프리차지회로의 전류 흐름을 차단하며, 상기 제너레이터 ECU는 커패시터의 전압(Vdc)의 목표 전압을 ESS의 전압(Vs)으로 설정하여 커패시터의 전압(Vdc)이 ESS의 전압(Vs)에 도달하도록 제어한다.
커패시터의 전압(Vdc)이 일정 전압 이상에 도달하는 경우, ESS ECU는 메인 릴레이(K1, K2)를 닫아 커패시터가 ESS에 의해 충전되도록 함으로써, 프리차지 기능을 완료한다.
본 발명은 엔진시동시 엔진과 기계적으로 연결되어 있는 제너레이터에 의해서 발생하는 발전전압을 이용하여 프리차지를 구현함으로써, 하나이상의 전기식 작업장치를 가지는 전기식 하이브리드 건설기계의 프리차지 기능을 개선한다.
ESS 전압이 아닌 제너레이터 발전 전압을 이용하여 프리차지를 구현하는 경우, 일반적인 전기식하이브리드 장비의 프리차지 기능에서 발생할 수 있는 엔진 크랭킹 전 제어시간을 줄일 수 있으며, 나아가 운전자에게 기존의 유압식 장비와 동일한 시동조건을 제공함으로서 운전자에게 익숙한 시동기능을 제공할 수 있다.
또한 ESS의 고장으로 ESS의 사용이 불가능할 경우, ESS의 연결을 차단하고 제너레이터를 이용하여 프리차지 기능을 수행할 수 있으므로 장비의 시동이 가능하게 되고 장비가용시간을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 전기식 하이브리드 건설기계의 구성 회로도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 종래의 전기식 하이브리드 건설기계의 프리차지 기능의 제어 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 공개의 일 실시예에 따른 전기식 하이브리드 건설기계의 개념도이다.
도 4는 본 공개의 일 실시예에 따른 프리차지 기능의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 공개의 일 실시예에 따른 프리차지 기능 제어를 위한 순서도이다.
도 6은 본 공개의 일 실시예에 따른 프리차지 기능의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3은 본 공개의 일 실시예에 따른 전기식 하이브리드 건설기계의 개념도이다. 엔진(engine) 및 제너레이터가 연결되어 있으며, 제너레이터(generator)는 컨버터(converter)를 통해 에너지 저장 장치(ESS)와 연결되어 있다. ESS와 연결된 각각의 인버터(inverter)는 각각의 전기 모터와 연결된다. 각 모터는 (예를 들어, 기어 유닛, 유압 펌프 같은) 각각의 작업 유닛들과 연결되어 각 작업 유닛에 동력을 전달하게 된다.
메인 ECU(Main ECU)는 이러한 동력 전달을 제어하는 일종의 제어 장치로서 각 구성요소들 사이 에너지 흐름의 연결 및 차단을 제어한다.
도 4는 본 공개의 일 실시예에 따른 프리차지 기능의 구성을 나타낸 개념도이다.
본 공개의 일 실시예에 따른 전기식 하이브리드 건설기계는 메인릴레이(K1, K2)를 갖는 에너지 저장 장치(ESS)를 포함한다. 에너지 저장 장치는 도 4에서 왼쪽에 위치되며, 에너지 저장 장치의 전압은 Vs로 표현된다.
본 공개의 전기식 하이브리드 건설기계는 프리차지 회로를 제어하기 위한 제너레이터용 드라이브를 포함하며, 이는 일종의 컨버터로 기능할 수 있다. 상기 제너레이터용 드라이브는 릴레이(K3)와 하나 이상의 저항(R)을 포함하는 프리차지회로(K3, R)를 포함하며, 커패시터와 제너레이터 사이의 연결을 스위칭하는 드라이브 릴레이(K4)를 포함한다.
제너레이터는 엔진(10)과 연결되며, 제너레이터의 전압은 Vg로 표시된다. 엔진은 스타터모터(12)와 연결되어 있다. 스위칭 블록은 제너레이터 드라이브와 제너레이터 사이에 위치되며 제너레이터가 발생하는 전압에 비례하는 비례전압(Vg’)을 발생시킨다.
ESS ECU는 메인 릴레이를 제어하며, 제너레이터 ECU는 제너레이터 및 스위칭 블록, 제너레이터 드라이브의 연결을 제어하며, 엔진 ECU는 엔진 및 스타터모터를 제어한다. 상기 각 ECU들은 메인 ECU에 의해 제어된다.
도 5는 본 공개의 일 실시예에 따른 프리차지 기능 제어를 위한 순서도이다.
메인 ECU가 운전자의 키 온(Key on) 신호를 수신하는 경우, 메인 ECU는 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 건다. 상기 제너레이터 ECU는 프리차지 릴레이(K3)를 닫고(close) 드라이브 릴레이(K4)를 오픈한다. 제너레이터에서 발생되는 발전전압이 Vg일 때, 스위칭 블록에는 제너레이터에서 발생되는 발전전압(Vg)에 비례하는 비례 전압(Vg’)이 형성된다. 이 때 프리차지 릴레이(K3)가 닫히고 드라이브 릴레이(K4)가 오픈되는 경우 비례 전압(Vg’)에 의해서 커패시터가 충전된다.
상기 스위칭 블록(Switching block)은 상기 제너레이터에 발생되는 발전전압(Vg)을 정류하여 비례 전압(Vg')으로 커패시터에 인가하게 된다. 비례 전압(Vg’)은 직류로 정류되었기 때문에 비례 전압이 인가되는 상기 커패시터는 직류(DC) 커패시터로 생각될 수 있다. 엔진 크랭킹이 완료될 때까지 커패시터의 전압은 인가되는 비례 전압에 의해 증가(충전)되게 된다.
시동 후 엔진 속도가 일정 속도 이상이 되어 크랭킹(cranking)이 완료되는 경우, 상기 제너레이터 ECU는 드라이브 릴레이(K4)를 닫고 프리차지 릴레이(K3)를 오픈하여 프리차지회로의 전류 흐름을 차단하며, 상기 제너레이터 ECU는 커패시터의 전압(Vdc)의 목표 전압을 ESS의 전압(Vs)으로 설정하여 커패시터의 전압(Vdc)가 ESS의 전압(Vs)에 가까워지도록 제어한다.
커패시터의 전압(Vdc)이 일정 전압 이상에 도달하는 경우, ESS ECU는 메인 릴레이(K1, K2)를 닫아 프리차지 기능을 완료하게 된다. 이 때 커패시터의 전압(Vdc)이 도달하는 일정 전압은 ESS의 전압(Vs)의 98% 로 설정될 수 있다.
상기 비례전압 (Vg’)에 의해 커패시터가 충전될 때, 상기 커패시터에 흐르는 전류는 Vg'/R*exp(-t/(R*Cdc)) 으로 설정된다. 이 공식은 프리차지저항 R에 의해 커패시터에 흐르는 전류의 크기가 제한된다는 것을 의미하며, 초기 시동 시 커패시터의 전압이 0 이거나 Vg'보다 낮은 상태에서 발생할 수 있는 과전류가 제한되어 회로를 보호할 수 있다.
본 공개에 따른 전기식 하이브리드 차량의 프리차지 기능에 있어서, 메인 ECU가 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 걸 때, 제너레이터 ECU는 제너레이터의 토크 명령(Torque command) 값을 0으로 설정하여 제너레이터가 엔진시동에 관여하지 않도록 제어할 수 있다.
도 6은 본 공개의 일 실시예에 따른 프리차지 기능의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 본 공개에 따른 프리차지 기능은 엔진의 속도, 커패시터의 전압, 제너레이터 제어, 릴레이 제어가 연동되어 기능하는 것을 확인할 수 있다.
도 6의 가장 아래에는 시간에 따른 릴레이들의 연결상태가 도시된다. 운전자가 키 온(Key on)하기 전, 프리차지 릴레이(K3)는 온(On) 상태, 즉 닫혀져 있는 상태이며, 드라이브 릴레이(K4)는 오프(Off), 즉 열려져 있는 상태이다. 이후 키 온 되는 경우 제너레이터 ECU는 제너레이터의 토크를 0으로 제어하여 제너레이터가 엔진시동에 관여하지 않도록 제어한다. 키 온 후 드라이브 릴레이(K4)가 온(on) 되기 전까지, 엔진 속도 및 커패시터 전압(Vdc)은 선형과 유사하게 증가한다. 키 온 후 드라이브 릴레이(K4)가 온(On) 되기 전까지 커패시터 전압에 걸리는 전압은 제너레이터 전압에 비례하여 발생되는 비례전압(Vg’)과 유사하다. 제너레이터의 전압은 엔진 속도에 비례하므로, 커패시터의 전압(Vdc) 또한 엔진 속도에 비례한다고 말할 수 있다.
시동 후 엔진 속도가 일정 속도 이상이 되어 크랭킹(cranking)이 완료되는 경우, 드라이브 릴레이(K4)가 온(On)되고, 프리차지 릴레이(K3)가 오프된다. 이 때 엔진 속도는 일정 속도를 유지하기 시작하며, 제너레이터는 전압제어모드로 변경되어 커패시터 전압(Vdc)을 ESS의 전압(Vs)에 가까워지도록 충전하게 된다.
이후 커패시터 전압(Vdc)이 Vs의 98%에 도달하는 경우, 메인 릴레이(K1, K2)가 닫히고 커패시터는 ESS와 연결되게 되며, 제너레이터는 작업 모드에 진입하게 된다.
본 공개에 따른 전기식 하이브리드 차량을 프리차지하는 방법은 다음과 같은 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
a) 메인 ECU가 운전자의 키 온(Key on) 신호를 수신하는 경우, 메인 ECU가 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 거는 단계,
b) 제너레이터 ECU가 프리차지 릴레이(K3)를 닫고(close) 드라이브 릴레이(K4)를 오픈하여, 제너레이터 발전전압(Vg)에 비례하는 비례전압(Vg’)으로 커패시터를 충전하는 단계,
c) 시동 후 엔진 속도가 일정 속도 이상이 되어 크랭킹(cranking)이 완료되는 경우, 제너레이터 ECU는 드라이브 릴레이(K4)를 닫고 프리차지 릴레이(K3)를 오픈하여 프리차지회로의 전류 흐름을 차단하고, 상기 제너레이터 ECU는 커패시터의 전압(Vdc)의 목표 전압을 ESS의 전압(Vs)으로 설정하여 Vdc가 Vs에 도달하도록 제어하는 단계,
d) 커패시터의 전압(Vdc)이 일정 전압 이상에 도달하는 경우, ESS ECU는 메인 릴레이(K1, K2)를 닫아 커패시터가 ESS에 의해 충전되도록 제어하는 단계.
여기서 상기 일정 전압은 ESS의 전압(Vs)의 98% 으로 설정될 수 있다.
본 공개에 따른 전기식 하이브리드 차량을 프리차지하는 방법은 스위칭 블록(Switching block)이 상기 제너레이터에서 발생되는 발전전압(Vg)을 정류하여 비례 전압(Vg')으로 커패시터에 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 공개에 따른 전기식 하이브리드 차량을 프리차지하는 방법은 상기 엔진 속도에 비례하여 상기 비례전압(Vg’)으로 커패시터를 충전하는 단계에서, 상기 커패시터에 흐르는 전류는 Vg'/R*exp(-t/R*Cdc) 으로 설정될 수 있다. 이는 프리차지저항 R에 의해 전류의 크기가 제한된다는 것을 의미하며, 초기 시동 시 커패시터의 전압이 0 이거나 Vg'보다 낮은 상태에서 발생할 수 있는 과전류가 제한될 수 있다.
메인 ECU가 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 거는 단계에서, 제너레이터 ECU는 제너레이터의 토크 명령(Torque command) 값을 0으로 설정할 수 있다. 이는 제너레이터가 엔진시동에 관여하지 않도록 제어하기 위한 것이다.
위에서 설명된 내용들은 단지 설명을 위한 하나의 실시예로서 제시된 것뿐이다. 본 출원의 발명의 범위는 상기한 실시예에 한정되지 않으며 해당 기술 분야의 통상의 기술자가 변형, 수정하여 실시할 수 있는 범위까지 그 권리범위가 미친다.

Claims (10)

  1. 메인릴레이(K1, K2)와 연결된 에너지저장장치(ESS);
    하나 이상의 저항(R) 및 프리차지 릴레이(K3)를 포함하는 프리차지회로;
    상기 프리차지회로를 포함하며, 커패시터와 제너레이터 사이의 연결을 스위칭하는 드라이브 릴레이(K4)를 가지는 제너레이터용 드라이브;
    메인릴레이(K1, K2) 제어를 위한 ESS ECU;
    상기 제너레이터용 드라이브 및 제너레이터 제어를 위한 제너레이터 ECU;
    스타터 모터 및 엔진 제어를 위한 엔진 ECU;
    운전자의 키 입력을 받고 ESS ECU, 제너레이터 ECU, 엔진 ECU를 포함하는 장비의 ECU를 제어하는 메인(Main) ECU;를 포함하며,
    메인 ECU가 운전자의 키 온(Key on) 신호를 수신하는 경우,
    메인 ECU는 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 걸며, 상기 제너레이터 ECU는 프리차지 릴레이(K3)를 닫고(close) 드라이브 릴레이(K4)를 오픈하여, 커패시터가 상기 엔진 속도에 비례하여 제너레이터에서 발생되는 발전전압(Vg)에 비례하는 비례전압(Vg’)에 의해 충전되도록 하며,
    시동 후 엔진 속도가 일정 속도 이상이 되어 크랭킹(cranking)이 완료되는 경우, 상기 제너레이터 ECU는 드라이브 릴레이(K4)를 닫고 프리차지 릴레이(K3)를 오픈하여 프리차지회로의 전류 흐름을 차단하며, 상기 제너레이터 ECU는 커패시터의 전압(Vdc)의 목표 전압을 ESS의 전압(Vs)으로 설정하여 Vdc가 Vs에 도달하도록 제어하고,
    커패시터의 전압(Vdc)이 일정 전압 이상에 도달하는 경우, ESS ECU는 메인 릴레이(K1, K2)를 닫아 커패시터가 ESS에 의해 충전되도록 함으로써, 프리차지 기능을 완료하는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제너레이터에 발생되는 발전전압(Vg)을 정류하여 비례 전압(Vg')으로 커패시터에 인가하는 스위칭 블록(Switching block);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비례전압 (Vg’)에 의해 커패시터가 충전될 때, 상기 커패시터에 흐르는 전류는 Vg'/R*exp(-t/(R*Cdc)) 으로 설정되어 프리차지저항 R에 의해 전류의 크기가 제한되며, 초기 시동 시 커패시터의 전압이 0 이거나 Vg'보다 낮은 상태에서 발생할 수 있는 과전류가 제한되는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량.
  4. 제1항에 있어서,
    메인 ECU가 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 걸 때,
    제너레이터 ECU는 제너레이터의 토크 명령(Torque command) 값을 0으로 설정하여 제너레이터가 엔진시동에 관여하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량.
  5. 제1항에 있어서,
    커패시터의 전압(Vdc)이 일정 전압 이상에 도달하는 경우의 상기 일정 전압은 ESS의 전압(Vs)의 98% 로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량.
  6. 엔진, 제너레이터, 에너지 저장장치, 프리차지회로를 포함하는 전기식 하이브리드 차량을 프리차지하는 방법에 있어서,
    메인 ECU가 운전자의 키 온(Key on) 신호를 수신하는 경우, 메인 ECU가 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 거는 단계;
    제너레이터 ECU가 프리차지 릴레이(K3)를 닫고(close) 드라이브 릴레이(K4)를 오픈하여, 엔진 속도에 비례하여 제너레이터 발전전압(Vg)에 비례하는 비례전압(Vg’)으로 커패시터를 충전하는 단계; 및
    시동 후 엔진 속도가 일정 속도 이상이 되어 크랭킹(cranking)이 완료되는 경우, 제너레이터 ECU는 드라이브 릴레이(K4)를 닫고 프리차지 릴레이(K3)를 오픈하여 프리차지회로의 전류 흐름을 차단하고, 상기 제너레이터 ECU는 커패시터의 전압(Vdc)의 목표 전압을 ESS의 전압(Vs)으로 설정하여 Vdc가 Vs에 도달하도록 제어하는 단계;
    커패시터의 전압(Vdc)이 일정 전압 이상에 도달하는 경우, ESS ECU는 메인 릴레이(K1, K2)를 닫아 커패시터가 ESS에 의해 충전되도록 제어하는 단계;를 포함하는, 전기식 하이브리드 차량의 프리차지 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    스위칭 블록(Switching block)이 상기 제너레이터에서 발생되는 발전전압(Vg)을 정류하여 비례 전압(Vg')으로 커패시터에 인가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량의 프리차지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 엔진 속도에 비례하여 상기 비례전압(Vg’)으로 커패시터를 충전하는 단계;에서,
    상기 커패시터에 흐르는 전류는 Vg'/R*exp(-t/(R*Cdc)) 로 설정되어 프리차지저항 R에 의해 전류의 크기가 제한되며, 초기 시동 시 커패시터의 전압이 0 이거나 Vg'보다 낮은 상태에서 발생할 수 있는 과전류가 제한되는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량의 프리차지 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    메인 ECU가 엔진 ECU를 통해 스타터(Starter) 모터를 동작시켜 엔진에 시동을 거는 단계;에서,
    제너레이터 ECU는 제너레이터의 토크 명령(Torque command) 값을 0으로 설정하여 제너레이터가 엔진시동에 관여하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량의 프리차지 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    커패시터의 전압(Vdc)이 일정 전압 이상에 도달하는 경우, ESS ECU는 메인 릴레이(K1, K2)를 닫아 커패시터가 ESS에 의해 충전되도록 제어하는 단계;에서,
    상기 일정 전압은 ESS의 전압(Vs)의 98% 으로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기식 하이브리드 차량의 프리차지 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002271907A (ja) * 2001-03-12 2002-09-20 Mitsubishi Motors Corp ハイブリッド電気自動車の制御装置
JP2008084628A (ja) * 2006-09-27 2008-04-10 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び燃料電池の始動方法
KR20080037941A (ko) * 2006-10-27 2008-05-02 현대자동차주식회사 프리차져를 이용한 하이브리드 연료전지 차량에 있어서에너지 저장장치의 누설전류 측정장치 및 방법
KR20130088284A (ko) * 2012-01-31 2013-08-08 에스케이이노베이션 주식회사 파워 릴레이 어셈블리
KR20150028695A (ko) * 2013-09-06 2015-03-16 삼성에스디아이 주식회사 하이브리드 차량용 제어장치 및 제어 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002271907A (ja) * 2001-03-12 2002-09-20 Mitsubishi Motors Corp ハイブリッド電気自動車の制御装置
JP2008084628A (ja) * 2006-09-27 2008-04-10 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び燃料電池の始動方法
KR20080037941A (ko) * 2006-10-27 2008-05-02 현대자동차주식회사 프리차져를 이용한 하이브리드 연료전지 차량에 있어서에너지 저장장치의 누설전류 측정장치 및 방법
KR20130088284A (ko) * 2012-01-31 2013-08-08 에스케이이노베이션 주식회사 파워 릴레이 어셈블리
KR20150028695A (ko) * 2013-09-06 2015-03-16 삼성에스디아이 주식회사 하이브리드 차량용 제어장치 및 제어 방법

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