KR101498698B1 - 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치는 주행거리 연장형 전기자동차의 연비절감 및 사용자 편의 등을 위해 운행 상황에 따라 주행 모드를 변경할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 자동차 연비를 향상시킬 수 있고, 특히 능동주행제어 알고리즘을 적용함으로써 주행거리 연장이 가능한 이점이 있다. 즉, 고효율의 발전용 엔진을 탑재하고, 도로에 따른 능동 주행제어 알고리즘을 적용하여 주행거리를 크게 확대시킬 수 있다.

Description

주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치{Driving Control Apparatus Changing Driving Mode for Extending Distance}

본 발명은 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기자동차의 운행 상황에 따라 주행 모드를 변경하는 장치에 관한 것이다.

자동차의 주 동력원으로 사용되는 내연기관은 이산화탄소 및 각종 오염 물질의 배출원으로서, 사람이 생활하는 주거 및 활동공간의 대기 오염에도 상당한 영향을 미치고 있다.

따라서, 자동차와 같은 육상 운송 수단의 배출 가스에 대한 규제가 점차 강화되고 있으며, 그에 따라 화석연료가 아닌 다른 동력원을 사용할 수 있는 운송 수단에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.

이산화탄소 발생의 주범인 화석연료를 대체할 수 있는 동력원으로서 가장 바람직한 것은 전기 에너지로, 전기로 구동되는 운송수단은 공해를 발생시키지 않으면서 소음 발생량도 적은 장점이 있다.

이와 같은 전기 자동차에서 동력원으로 사용하는 배터리는 반복적으로 급속 충전을 하여야 하고, 충전시 운송수단의 이동에 제한을 주며, 또한 충전 횟수가 증가함에 따라 배터리의 성능이 급속히 저하될 뿐만 아니라, 배터리 수명도 빠르게 단축되는 문제점이 있다.

이와 같은 운송용 동력원으로서 2차 전지가 갖고 있는 단점들과, 내연기관이 가지고 있는 공해 문제를 한 번에 해결할 수 있는 장치 즉, 2차 전지와 같이 충전을 필요로 하지 않을 뿐 아니라, 화석연료의 직접 연소에 따른 각종 문제점들을 해결하는 동시에, 공해를 거의 발생시키지 않으면서 전기를 직접 생산할 수 있는 연료전지가 개발되었다.

그러나 연료 전지의 경우 높은 전압이 요구되는 고속 운전 영역에서는 출력 전압이 급격히 감소하여 구동 모터에 필요로 되는 충분한 전기를 공급하지 못하여 전기자동차의 동력원으로 사용하는 데 한계가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 엔진과 연료전지를 함께 사용하는 하이브리드 차량이 개발되었으나 엔진을 주 동력원으로 사용함에 따라 여전히 공해를 발생시키는 문제가 있다.

그리고 충전 및 방전 가능한 2차 전지와 연료전지를 같이 전기자동차의 동력원으로 사용하는 방법이 제안되고 있으나, 일반 운송 수단용으로까지는 폭 넓게 사용되지 못하고 특수 목적용으로만 한정된 범위에서 사용되고 있는 것이 현실이다.

한편, 일반적인 RE-EV용(주행거리 연장형) 전기자동차의 운행 동작 모드는 EV모드, HEV모드, Series모드가 있다.

EV모드(일반)는 도 1에 도시된 바와 같이, 메인 배터리(20)로 모터 2(50)를 기동하여 전기자동차를 움직이는 주행 모드로서, 메인 배터리(20)의 SOC(State of Charge)가 모터 2(50)를 기동시킬 수 있을 정도로 충분한 경우, MG2(모터 2, 50)의 요구 Power가 메인 배터리(20)의 최대 출력 Power로 충분한 경우, MG2(50)만 전기자동차를 구동한다.

HEV모드(일반)는 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 배터리(20)로 모터 2(50)를 기동하여 전기자동차를 움직이는 주행모드인 EV모드(일반)에서 요구되는 전력(Power1, 출력)보다 더 큰 전력(Power2)이 요구될 경우 엔진(30)에 의해 모터 1(40)을 기동하여 요구 전력(Power2)에 만족하도록 하는 주행 모드로서, 메인 배터리(20)의 SOC가 일정수준 이하인 경우, 메인 배터리(20)의 최대 출력 Power가 MG2(50)요구Power이하인 경우, 메인 배터리(20)와 엔진(30) Power를 MG2(50)에 공급한다.

시리즈 모드(일반)는 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 배터리(20)에 남은 용량만으로 모터 2(50)를 기동할 수 없는 경우 엔진(30)에 의해 모터 1(40)를 기동하여 전기자동차를 움직이고, 이때 남는 용량으로 메인 배터리(20)를 충전시키는 주행 모드로서, 메인 배터리(20)의 SOC가 일정수준 이하에서 배터리 보호를 위하여 배터리 사용을 OFF로 한 경우, 엔진(30)을 운전하여 MG2(50)의 요구 파워에 해당하는 파워를 공급하고, 남는 파워는 메인 배터리(20)를 충전한다.

본 발명은 상기와 같은 현실을 감안하여 창출한 것으로서, 주행거리 연장형 전기자동차의 연비절감 및 사용자 편의 등을 위해 운행 상황에 따라 주행 모드를 변경할 수 있도록 하는 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치는 주행거리 연장형 전기자동차의 엔진; 상기 엔진의 운전에 의해 기동하여 Power를 출력하는 MG1; 요구 Power를 출력하여 상기 주행거리 연장형 전기자동차를 움직이는 MG2; 주행 모드에 따라 상기 MG2에 출력 Power를 공급하는 메인 배터리; 상기 주행 모드에 따라 상기 MG2에 출력 Power를 공급하는 부 배터리; 및 상기 메인 배터리의 SOC를 확인하고, 상기 메인 배터리, 상기 부 배터리 및 상기 엔진의 최대 출력 Power를 확인하며, 상기 MG2의 요구 파워를 확인하고, 확인결과를 토대로 상기 주행거리 연장형 전기자동차의 연비를 절감하기 위해 상기 주행 모드를 EV모드-2, EV모드-3, HEV모드-2 및 Series모드-2 중 어느 하나의 모드로 전환하며, 상기 메인 배터리의 SOC에 따라 상기 메인 배터리에 충전된 가용 전원을 상기 MG2에 공급, 상기 엔진을 가동시켜 상기 엔진에 의해 생성된 전원을 상기 MG1에 공급 및 상기 전기자동차에 탑재된 전기 그리드 전력(Electric Grid Power)용 충전기를 이용하여 상기 메인 배터리 충전 중 어느 하나를 수행하는 VCU를 포함하고, 상기 VCU는 상기 확인결과, 상기 부 배터리의 최대 출력 Power가 상기 MG2의 요구 Power이하인 경우, 상기 주행 모드를 상기 EV모드-3로 전환하여 상기 부 배터리의 출력 Power가 상기 MG2에 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 자동차 연비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

특히 사용자 편의기능을 추가할 수 있는 이점이 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치에 있어서 주행모드 EV모드-2를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 주행모드 EV모드-3를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 주행모드 HEV 모드-2를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 주행모드 Series 모드-2를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명의 RE-EV용(주행거리 연장형) 전기자동차는 차량 탑재형 충전기를 통해 대용량 배터리를 충전시키고, 특정 SOC(State of Charge, 충전량)까지는 대용량 배터리에 충전된 에너지만으로 주행하며, 특정 SOC 이하 영역에서는 소형의 발전용 엔진이 최적의 운전 상태에서 기동하여 대용량 배터리를 충전시켜 주행거리를 확장한다.

본 발명의 주행거리 연장형 전기자동차의 엔진은 배터리 충전만을 위해 사용되기 때문에, 전 부하 영역에서 운전해야 하는 기존의 내연기관과 달리 가장 효율이 좋은 특정 운전영역에서 운전되도록 설계된 것이다.

본 발명의 주행거리 연장형 전기자동차의 동작 모드는 대용량 배터리의 충전 상태에 따라 Electric Vehicle Mode, Extended Range Mode 및 Charge Mode로 구분된다.

삭제

동작 모드가 Electric Vehicle Mode일 경우, 주행거리 연장형 전기자동차는 대용량 메인 배터리에 가용 전원이 충분하므로, 엔진을 오프시키고(Engine off), 대용량 메인 배터리에 충전된 가용 전원을 소진(Charge Depletion)한다.

동작 모드가 Extended Range Mode일 경우, 주행거리 연장형 전기자동차는 대용량 메인 배터리의 가용 전원을 다 소진하였으므로 엔진을 가동시키고(Engine-Generation on), 엔진으로부터 전원을 공급(Charge Sustaining)받는다.

동작 모드가 Charge Mode일 경우, 주행거리 연장형 전기자동차는 전기 그리드 전력(Electric Grid Power)용 전기 차량탑재형 충전기(Electric On-board Charger)로 대용량 메인 배터리를 충전시킨다.

이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치를 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치에 있어서 주행모드 EV모드-2를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 주행모드 EV모드-3를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 주행모드 HEV 모드-2를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 주행모드 Series 모드-2를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치는 VCU(Vehicle Control Unit, 100), 메인 배터리(Main Battery, 200), 부배터리(Sub-Battery, 300), 엔진(Engine, 400), 전동 발전기1(MG1, Motor Generator 1, 모터 1, 500), 전동 발전기2(MG2, Motor Generator 2, 모터 2, 600) 및 인버터(Invertor, 700)를 포함한다.

본 발명은 RE-EV용(주행거리 연장형) 전기자동차의 일반적인 운행 동작 모드 (EV모드, HEV모드, Series모드)외에 부 배터리를 활용한 4가지 운행 동작 모드를 새롭게 정의하고, 주행거리 연장형 전기자동차가 운행할 때 운행되는 상황에 따라 새롭게 정의된 4가지 운행 동작 모드를 활용하여 연비절감이나 운전자 편의 기능을 제공할 수 있도록 한 것이며, 이때 부 배터리는 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.

EV모드-2는 메인 배터리(200)의 SOC가 기설정된 충전량 이하인 경우, 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하인 경우, 및 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power와 부 배터리(300)의 최대 출력 Power를 합한 Power가 기설정된 출력 Power 이상인 경우, 메인 배터리(200)와 부 배터리(300)의 출력 Power를 MG2(600)에 공급하는 주행 모드이다.

따라서, VCU(100)는 메인 배터리(200)의 충전량을 확인하고, 메인 배터리(200) 및 부 배터리(300)의 최대 출력 Power를 확인하며, 확인결과, 메인 배터리(200)의 충전량이 기설정된 충전량 이하이고, 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하이며, 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power와 부 배터리(300)의 최대 출력 Power를 합한 Power가 기설정된 출력 Power 이상인 경우, 주행 모드를 EV모드-2로 전환하여 메인 배터리(200)와 부 배터리(300)의 출력 Power가 MG2(600)에 공급되도록 한다.

EV모드-2에서는 엔진(400)이 기동하지 않으므로, 연비가 절감된다. 만약 EV모드-2가 존재하지 않을 경우 일반적인 HEV모드로 전환하여 엔진(400)이 기동 되도록 한다.

EV모드-3는 부 배터리(300)의 최대 출력 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하인 경우, 부 배터리(300)의 출력 Power를 MG2(600)에 공급하는 모드이다.

따라서, VCU(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 부 배터리(300)의 최대 출력 Power를 확인하고, 확인결과, 부 배터리(300)의 출력 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하일 경우, 주행 모드를 EV모드-3로 전환하여 부 배터리(300)의 출력 Power가 MG2(600)에 공급되도록 한다.

EV모드-3는 저속 주행시 기설정된 수치 이하로 적은 Power만을 필요로 할 때 활용되는 모드로서, 이 모드에서는 메인 배터리(200)가 소모되지 않으므로 충전 방전 회수가 줄어 메인 배터리(200)의 수명을 연장시킬 수 있다.

HEV 모드-2는 메인 배터리(200)의 충전량이 기설정된 충전량 이하인 경우, 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하인 경우, 부 배터리(300)의 최대 출력 Power와 엔진(400)의 최대 출력 Power를 합한 Power가 MG2(600)의 요구 Power이상인 경우, 및 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power와 부 배터리(300)의 최대 출력 Power를 합한 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하인 경우, 엔진(400)을 운전하여 MG1(500)을 통해 MG2(600)의 요구 Power에 해당하는 Power를 MG2(600)에 공급하고, 남는 파워로 부 배터리(300)를 충전하는 모드이다.

따라서, VCU(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 배터리(200)의 충전량을 확인하고, 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power를 확인하며, 부 배터리(300)와 엔진(400)의 최대 출력 Power를 확인하고, 확인결과, 메인 배터리(200)의 충전량이 기설정된 충전량 이하이고, 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하이며, 부 배터리(300)의 최대 출력 Power와 엔진(400)의 최대 출력 Power를 합한 Power가 MG2(600)의 요구 Power이상이고, 메인 배터리(200)의 최대 출력 Power와 부 배터리(300)의 최대 출력 Power를 합한 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하인 경우, 주행 모드를 HEV 모드-2로 전환하여 엔진(400)을 운전시켜 MG1(500)을 통해 MG2(600)의 요구 Power에 해당하는 Power를 MG2(600)에 공급하도록 하고, 남는 파워로 부 배터리(300)를 충전하도록 한다.

HEV 모드-2에서 VCU(100)는 엔진(400)의 기동시 운영점에 의한 엔진 효율을 분석하고 분석된 결과를 토대로 다른 주행 모드로 전환함으로써 연비를 절감할 수 있도록 한다.

Series모드-2는 메인 배터리(200)의 충전량이 기설정된 충전량 이하에서 메인 배터리(200)를 보호하기 위해 메인 배터리(200)의 사용을 Off한 경우, 및 부 배터리(300)의 최대 출력 Power와 엔진(400)의 최대 출력 Power를 합한 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하인 경우, 부 배터리(300)와, 엔진(400)을 운전하여 MG1(500)을 통해 MG2(600)의 요구 Power에 해당하는 Power를 MG2(600)에 공급하고 남는 파워로 메인 배터리(200)를 충전하는 모드이다.

따라서, VCU(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 메인 배터리(200)의 사용 여부를 확인하고, 부 배터리(300)와 엔진(400)의 최대 출력 Power를 확인하며, 확인결과, 메인 배터리(200)의 충전량이 기설정된 충전량 이하에서 메인 배터리(200)를 보호하기 위해 메인 배터리(200)의 사용을 Off하고, 부 배터리(300)의 최대 출력 Power와 엔진(400)의 최대 출력 Power를 합한 Power가 MG2(600)의 요구 Power이하인 경우, 주행 모드를 Series모드-2로 전환하여 부 배터리(300)와, 엔진(400)을 운전시켜 MG1(500)을 통해 MG2(600)의 요구 Power에 해당하는 Power를 MG2(600)에 공급하도록 하고, 남는 파워로 메인 배터리(200)를 충전하도록 한다.

Series모드-2에서 VCU(100)는 엔진(400)의 기동시 운영점에 의한 엔진 효율을 분석하고 분석된 결과를 토대로 다른 주행 모드로 전환함으로써 연비를 절감할 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자동차 연비를 절감할 수 있는 효과가 있고, 특히 사용자 편의기능을 추가할 수 있는 이점이 있다.

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : VCU 200 : 메인 배터리
300 : 부 배터리 400 : 엔진
500 : MG1 600 : MG2

Claims (4)

1. 주행거리 연장형 전기자동차의 엔진;
   상기 엔진의 운전에 의해 기동하여 Power를 출력하는 MG1;
   요구 Power를 출력하여 상기 주행거리 연장형 전기자동차를 움직이는 MG2;
   주행 모드에 따라 상기 MG2에 출력 Power를 공급하는 메인 배터리;
   상기 주행 모드에 따라 상기 MG2에 출력 Power를 공급하는 부 배터리; 및
   상기 메인 배터리의 SOC를 확인하고, 상기 메인 배터리, 상기 부 배터리 및 상기 엔진의 최대 출력 Power를 확인하며, 상기 MG2의 요구 파워를 확인하고, 확인결과를 토대로 상기 주행거리 연장형 전기자동차의 연비를 절감하기 위해 상기 주행 모드를 EV모드-2, EV모드-3, HEV모드-2 및 Series모드-2 중 어느 하나의 모드로 전환하며, 상기 메인 배터리의 SOC에 따라 상기 메인 배터리에 충전된 가용 전원을 상기 MG2에 공급, 상기 엔진을 가동시켜 상기 엔진에 의해 생성된 전원을 상기 MG1에 공급 및 상기 전기자동차에 탑재된 전기 그리드 전력(Electric Grid Power)용 충전기를 이용하여 상기 메인 배터리 충전 중 어느 하나를 수행하는 VCU를 포함하고,
   상기 VCU는 상기 확인결과, 상기 부 배터리의 최대 출력 Power가 상기 MG2의 요구 Power이하인 경우, 상기 주행 모드를 상기 EV모드-3로 전환하여 상기 부 배터리의 출력 Power가 상기 MG2에 공급되도록 하는 것
   인 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 VCU는 확인결과, 상기 메인 배터리의 충전량이 기설정된 충전량 이하이고, 상기 메인 배터리의 최대 출력 Power가 상기 MG2의 요구 Power이하이며, 상기 메인 배터리의 최대 출력 Power와 상기 부 배터리의 최대 출력 Power를 합한 Power가 기설정된 출력 Power 이상인 경우, 상기 주행 모드를 상기 EV모드-2로 전환하여 상기 메인 배터리와 상기 부 배터리의 출력 Power가 상기 MG2에 공급되도록 하는 것
   인 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 VCU는 확인결과, 상기 메인 배터리의 충전량이 기설정된 충전량 이하이고, 상기 메인 배터리의 최대 출력 Power가 상기 MG2의 요구 Power이하이며, 상기 부 배터리의 최대 출력 Power와 상기 엔진의 최대 출력 Power를 합한 Power가 상기 MG2의 요구 Power이상이고, 상기 메인 배터리의 최대 출력 Power와 상기 부 배터리의 최대 출력 Power를 합한 Power가 상기 MG2의 요구 Power이하인 경우, 상기 주행 모드를 상기 HEV모드-2로 전환하여 상기 엔진을 운전시켜 상기 MG1을 통해 상기 MG2의 요구 Power에 해당하는 Power를 상기 MG2에 공급하도록 하고, 남는 파워로 상기 부 배터리를 충전하도록 하는 것
   인 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 VCU는 확인결과, 상기 메인 배터리의 충전량이 기설정된 충전량 이하이고, 상기 부 배터리의 최대 출력 Power와 상기 엔진의 최대 출력 Power를 합한 Power가 상기 MG2의 요구 Power이하인 경우, 상기 주행 모드를 상기 Series모드-2로 전환하여 상기 메인 배터리를 보호하기 위해 상기 메인 배터리의 사용을 Off하며, 상기 부 배터리와, 상기 엔진을 운전시켜 상기 MG1을 통해 상기 MG2의 요구 Power에 해당하는 Power를 상기 MG2에 공급하도록 하고, 남는 파워로 상기 메인 배터리를 충전하도록 하는 것
   인 주행거리 연장을 위한 주행 모드 변환 주행 제어 장치.

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