KR101525730B1 - 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법 - Google Patents

Abstract

고전압 배터리의 현재 충전량과 차량에 필요한 감속분에 따른 발생 가능한 회생제동 에너지 량을 고려하여 엔진발전을 제어함으로써, 회생제동 에너지를 최대한 흡수할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법에 관한 것으로서, 차량의 감속이 예상되는지를 확인하는 단계; 차량의 감속이 예측되면, 엔진 발전기의 동작 상태를 확인하는 단계; 상기 엔진 발전기가 동작 상태이면 엔진 발전기의 출력을 엔진 출력이 감소하기 이전에 제어하는 단계; 상기 (c) 단계 후 또는 상기 (b)단계의 확인 결과 엔진 발전기가 동작하지 않는 상태이면, 감속 또는 제동이 필요한지를 확인하는 단계; 상기 감속 또는 제동이 필요한 경우, 회생제동 에너지량을 계산하는 단계; 및 상기 회생제동에너지와 배터리가 태생적으로 받을 수 있는 에너지 흡수량을 비교하여, 그 대소 여부에 따라 회생제동을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법{Method for engine generation controlling of hybrid electric vehicle}

본 발명은 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle)의 엔진발전 제어에 관한 것으로, 특히 고전압 배터리의 현재 충전량과 차량에 필요한 감속분에 따른 발생 가능한 회생제동 에너지 량을 고려하여 엔진발전을 제어함으로써, 회생제동 에너지를 최대한 흡수할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주행거리 확장형 전기자동차 혹은 일반적인 하이브리드 전기자동차는 그 형태에 따라 엔진출력이 차량의 구동과는 관련 없이 발전기를 거쳐 구동용 모터에 전기 에너지를 공급하고 여분의 에너지는 고전압 배터리를 충전하는 역할만 수행하는 직렬형 하이브리드 전기자동차, 상기 직렬형 하이브리드 기능 이외에 엔진 출력이 차량 구동을 위한 동력원으로 동작을 하는 혼합형 하이브리드 전기자동차, 그리고 엔진출력은 오직 차량 구동 에너지로만 사용되는 병렬형 하이브리드 전기자동차로 대별된다.

그 중 직렬형 하이브리드 전기자동차는 버스와 같은 대형 차량에 주로 적용되나, 일부 소형 차량에도 적용이 되고 있다. 직렬형 하이브리드 전기자동차는 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(Engine)이 차량 구동에는 관여하지 않고 그 출력을 발전기(Generator)를 거쳐 전기에너지를 만들고, 이 전기 에너지는 차량 바퀴(Drive wheels)에 구름력을 전달하는 구동용 모터(Motor)에 전력을 공급하는 인버터(Inverter)에 공급이 되고, 에너지가 남는 경우 배터리(Battery)를 충전하게 된다. 반대로 엔진 발전기에서 생성되는 전기에너지가 구동용 모터가 필요로 하는 에너지보다 작은 경우 부족한 전기에너지는 배터리로부터 공급하게 된다. 고전압 배터리에 전기에너지가 공급되는 경우 배터리의 충전율(SOC;State of Charging)이 상승하게 되고 반대로 배터리에서 전기에너지가 빠져나가는 경우 배터리의 충전율은 하락하게 된다.

혼합형 하이브리드 전기자동차는 도 2에 도시한 바와 같이, 고전압 배터리(Battery)의 충전율(SOC; State Of Charging)과 차량상태(운전자의 차량에 대한 요구 상태)에 따라 엔진의 출력이 전기에너지로 변환되는 직렬형 하이브리드 모드와 엔진의 출력이 감속기(Reduction)를 통해 차량 바퀴의 구름력으로 작용하는 병렬형 하이브리드 모드로 동작하게 된다. 여기서 직렬형 하이브리드 모드는 상기 직렬형 하이브리드 전기자동차와 동일한 구성과 동일한 방법으로 동작한다. 도 2에서 Power split device는 엔진 출력을 전기에너지 생성을 위해 발전기로 전달하거나 차량 구동을 위해 감속기로 전달하는 역할을 한다.

이러한 직렬형 하이브리드 전기자동차 또는 혼합형 하이브리드 전기자동차의 직렬형 하이브리드 모드 제어장치에서 고전압 배터리와 연결된 부품은 외부의 전력으로부터 배터리를 충전하기 위한 충전기(OBC; On Board Charger), 12V 배터리를 충전하기 위한 LDC(Low voltage DC/DC converter), 차량을 난방하기 위한 PTC(Positive Temperature Coefficient)히터, 차량 난방을 위한 에어컨 컴프레셔(A/CON Compressor), 차량용 구동 모터를 구동하기 위한 인버터, 엔진 출력을 전기에너지로 변환하기 위한 발전기의 전기 에너지를 제어하는 발전기용 인버터이다.

하이브리드 전기자동차가 직렬형 하이브리드 모드로 동작할 때 발전기는 엔진의 크랭크 샤프트(crank shaft)와 직결 또는 기어를 통해 연결이 되며, 엔진의 회전력으로 발전기의 회전자를 회전시켜 전기에너지를 발생시키게 된다.

발전기는 자속(flux)을 발생시키는 자석이나 발전기의 회전자(rotor)코일(Coil)에 전류를 흘러 필요한 자속을 생성하게 된다. 하이브리드 전기자동차용 발전기는 도 3a에 도시한 바와 같이, 통상 3상 코일을 고정자(stator)에 배치하고 회전자(rotor)에 자석이나 자속을 발생할 수 있는 코일(coil)을 권취하여 사용하게 된다. 발전기의 회전자가 자석 등에 의해 자속을 발생시키면서 엔진의 출력에 의해 회전하게 되면 3상 코일이 감겨있는 발전기의 고정자에 도 3b와 같은 3상 전력이 발생하게 된다. 이 발생 전력의 크기는 엔진의 회전속도를 조정하여 제어할 수 있다. 즉, 엔진발전기의 전기에너지를 많이 생성하기 위해서는 높은 속도로 엔진이 회전하여야 하며, 이를 위해 엔진에서는 더 많은 연료의 소비가 필요하게 된다.

엔진발전장치에 장착되어 있는 발전기의 출력은 발전기를 제어하는 발전기용 인버터에서 제어하게 되며 3b와 같은 교류 전력을 배터리를 충전하거나 구동용 모터 등에 고전압 직류 전원을 공급하기 위해 직류로 변환하게 된다.

발전기용 인버터는 엔진과 발전기가 회전하게 되는 상태라도 발전기의 자석에서 나오는 자속과 반대 방향의 자속을 발생시키거나 발전기의 회전자 권선에 공급되는 전류의 크기를 줄이거나 없애는 방법으로 발전기가 회전하는 동안이라도 발전량을 줄이거나 궁극적으로 없앨 수 있다.

이와 같이 발전기와 발전기 에어기는 엔진이 회전하고 있더라도 엔진의 회전속도와 독립적으로 발전기의 발전량을 제어할 수 있다.

아울러 전기자동차용 고전압 배터리는 전기에너지를 충전 및 방전할 수 있는 전기 에너지 저장장치로서 차량이 움직일 수 있게 구동용 모터에 전기에너지를 공급하는 역할을 한다. 이 배터리의 충전률이 일정 이하로 떨어지게 되면 차량 운행이 불가능하기 때문에 주행거리를 연장하기 위해서는 엔진의 동력으로 전기에너지를 생성하여야 한다. 전기자동차용 배터리는 구동용 모터에 에너지를 공급하는 방전 모드와 배터리에 전기에너지를 저장하는 충전 모드로 동작하게 되며 충전과 방전 모드에서 일정 값 이상으로 전기에너지를 방전 혹은 충전할 수 없는 제약을 갖는다. 이 한계치를 초과하여 사용할 경우 배터리에 폭발과 같은 치명적인 고장을 유발할 수 있으며 배터리 수명을 저하하는 요인이 되기도 한다.

이렇게 동작하는 일반적인 직렬형 혹은 혼합형 하이브리드 전기자동차는 고전압 배터리의 충전률이 일정 이하가 되면 차량의 구동을 위해 구동용 모터에 전기에너지를 공급하기 위해 엔진의 동력을 이용하여 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성하게 된다. 아울러 전기자동차가 내리막 길을 주행하거나 속도를 줄이는 경우 차량의 관성 에너지를 브레이크에서 열에너지로 흡수하거나 구동용 모터로 회생 제동을 하여 차량의 관성 에너지를 전기에너지로 흡수하여 고전압 배터리에 저장한다.

여기서 엔진 발전 장치는 차량이 감속 혹은 정지하거나 내리막길을 주행하는 경우, 엔진 발전기가 동작하면 회생제동 에너지 흡수를 높이기 위해 엔진 발전기의 엔진을 시동정지시키거나 엔진에 공기를 공급하는 통로인 스로틀 밸브(Throttle valve)의 제어를 통해 엔진의 출력을 떨어뜨리고, 이를 통해 발전량을 떨어뜨려 전기자동차의 회생제동 흡수를 높이더라도 고전압 배터리에 무리가 가지 않도록 한다.

한편, 하이브리드 자동차의 발전을 제어하기 위한 종래의 기술들이 하기의 <특허문헌 1> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2012-0055422호(2012.05.31. 공개), <특허문헌 2> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0011753호(2013.01.30. 공개), <특허문헌 3> 대한민국 공개특허 10-2013-0025120호(2013.03.11. 공개), <특허문헌 4> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0082360호(2013.07.19. 공개), <특허문헌 5> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0088910호(2013.08.09. 공개) 및 <특허문헌 6> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0095367호(2013.08.28. 공개)에 개시되었다.

<특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 모터가 발전기로 동작하는 회생제동 제어중에 발생할 수 있는 충격을 방지하도록 한 것이다.

<특허문헌 2>에 개시된 종래기술은 차량의 이동방향 경사각, 동적 가속도, APS증가율, 또는 브레이크 작동신호 등을 이용하여 차량의 운전조건을 업힐 또는 다운 힐로 판단하여, 구동모터의 회생률과 변속모드를 제어하여, 연료소모를 줄이고 차량의 가속능력을 향상시킨다.

<특허문헌 3>에 개시된 종래기술은 운행조건 및 전후륜의 조건에 따라 최적의 구동력 배분으로 크리프 제어가 제공되도록 크리프를 제어한다.

<특허문헌 4>에 개시된 종래기술은 전기차 또는 하이브리드 차량용 출력 가변형 컨버터를 가속 성능을 향상시키면서 주행 연비를 향상하도록 제어하기 위한 기술 내용이 개시된다.

<특허문헌 5>에 개시된 종래기술은 하이브리드 차량의 엔진 출력을 진단하는 장치 및 방법이 개시된다.

<특허문헌 6>에 개시된 종래기술은 엔진이 토크 제어를 수행하고, 엔진에 연결된 발전기가 속도 제어를 수행할 수 있도록 하여, 시스템 효율이 변동되더라도 상위 제어기의 명령에 정확히 추종할 수 있는 직렬형 하이브리드 차량의 발전 제어 방법을 제공한다.

대한민국 공개특허 공개번호 10-2012-0055422호(2012.05.31. 공개) 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0011753호(2013.01.30. 공개) 대한민국 공개특허 10-2013-0025120호(2013.03.11. 공개) 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0082360호(2013.07.19. 공개) 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0088910호(2013.08.09. 공개) 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0095367호(2013.08.28. 공개)

그러나 상기와 같은 종래기술은 회생제동 에너지 흡수를 높이기 위해 엔진을 정지시키거나 스로틀 밸브를 닫거나 일정 이하로 개폐를 조정하여 엔진 출력을 제한하는 방법이므로, 기구 적인 관성이 큰 엔진이 정지하거나 속도를 줄이는데 시간이 필요하게 된다. 여기서 운전자가 브레이크 페달을 밟는 순간이 차량의 관성 에너지를 흡수할 수 있는 순간이며 흡수할 수 있는 회생제동에너지가 최대인 순간이다. 하지만, 종래 기술은 기구적으로 관성이 큰 엔진의 반응이 있어야 엔진 발전기의 출력이 떨어지는 단점이 있다. 즉, 종래의 기술로는 최대의 회생제동 에너지를 받을 수 있는 순간을 놓치게 되는 것이다.

또한, 상기와 같은 발전제어기술이 적용되지 않은 전기자동차는 엔진 발전기가 동작하는 동안은 고전압 배터리가 흡수할 수 있는 최대 전기에너지 흡수량에서 엔진 발전기에서 생성되는 전기에너지를 빼고 난 부분까지만 회생제동 에너지를 받을 수 있어 전체적인 전기자동차 시스템의 효율이 떨어지게 되어, 궁극적으로 주행 가능 거리의 축소와 엔진의 연료소비 증가를 야기하게 되는 단점이 있다.

또한, 회생제동 에너지 흡수를 키우기 위해 엔진발전기의 엔진시동을 정지하는 종래기술의 경우, 빈번한 엔진 정지에 따른 NVH저하, 즉 승차감이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 고전압 배터리의 현재 충전량과 차량에 필요한 감속분에 따른 발생 가능한 회생제동 에너지 량을 고려하여 엔진발전을 제어함으로써, 회생제동 에너지를 최대한 흡수할 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법은 (a) 차량의 감속이 예상되는지를 확인하는 단계; (b) 차량의 감속이 예측되면, 엔진 발전기의 동작 상태를 확인하는 단계; (c) 상기 엔진 발전기가 동작 상태이면 엔진 발전기의 출력을 엔진 출력이 감소하기 이전에 제어하는 단계; (d) 상기 (c) 단계 후 또는 상기 (b)단계의 확인 결과 엔진 발전기가 동작하지 않는 상태이면, 감속 또는 제동이 필요한지를 확인하는 단계; (e) 상기 감속 또는 제동이 필요한 경우, 회생제동 에너지량을 계산하는 단계; (f) 상기 회생제동에너지와 배터리가 태생적으로 받을 수 있는 에너지 흡수량을 비교하여, 그 대소 여부에 따라 회생제동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (c)단계는 엔진 발전기의 출력을 감소 또는 엔진 발전기를 정지시키는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a)단계는 전방의 교통량 또는 차량의 가속 페달 신호 또는 브레이크 페달신호 또는 도로 상태 정보 또는 기울기 정보 또는 가속도 정보 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 차량의 감속이 예상되는지를 확인하여 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 발전기의 출력을 엔진의 출력 또는 회전속도가 줄기 이전이라도 먼저 줄임으로써, 회생제동 에너지를 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 직렬형 하이브리드 전기자동차의 시스템 구성도,
도 2는 일반적인 혼합형 하이브리드 전기자동차 시스템 구성도,
도 3a는 종래 하이브리드 전기자동차에 설치된 발전기의 코일 배치도,
도 3b는 종래 하이브리드 전기자동차에 설치된 발전기의 각 코일에서 발생하는 3상 전압 상태도,
도 4는 본 발명이 적용되는 하이브리드 전기자동차의 시스템 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법을 보인 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명이 적용되는 하이브리드 전기자동차의 시스템 구성도로서, 고전압 배터리(1), 외부의 전력으로 상기 고전압 배터리(1)를 충전하기 위한 충전기(OBC; On Board Charger)(2), 12V 배터리(3)를 충전하기 위한 저전압 DC/DC 컨버터(4)(LDC; Low voltage DC/DC converter), 차량용 구동 모터(Motor)(5)를 구동하기 위한 모터 제어 유닛(Inverter)(6), 엔진 발전기(Generator)(7)의 출력을 전기에너지로 변환하기 위한 엔진 발전기 제어 유닛(발전기용 인버터)(8), 엔진 제어를 위한 엔진 제어 유닛(ECU;Engine Control Unit)(9), 도로 상태/교통상황/차량상태를 검출하는 도로 상태/교통상황/차량상태 검출부(10), 상기 도로 상태/교통상황/차량상태 검출부(10)를 통해 도로 상태/교통상황/차량상태를 판단하고, 이를 기초로 회생제동 에너지를 높이기 위해 엔진발전을 제어하는 차량 제어 유닛(VCU;Vehicle Control Unit)(11)을 포함한다.

도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법을 보인 흐름도로서, S는 단계 (Step)를 나타낸다.

본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법은 (a) 차량의 감속이 예상되는지를 확인하는 단계(S11); (b) 차량의 감속이 예측되면, 엔진 발전기의 동작 상태를 확인하는 단계(S12); (c) 상기 엔진 발전기가 동작 상태이면 엔진 발전기의 출력을 엔진 출력이 감소하기 이전에 제어하는 단계(S13); (d) 상기 (c) 단계 후 또는 상기 (b)단계의 확인 결과 엔진 발전기가 동작하지 않는 상태이면, 감속 또는 제동이 필요한지를 확인하는 단계(S14); (e) 상기 감속 또는 제동이 필요한 경우, 회생제동 에너지량을 계산하는 단계(S15); (f) 상기 회생제동에너지와 배터리가 태생적으로 받을 수 있는 에너지 흡수량을 비교하여, 그 대소 여부에 따라 회생제동을 제어하는 단계(S16 ~ S18)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 엔진 발전기의 출력을 엔진의 출력 또는 회전력이 줄기 이전이라도 먼저 줄여, 회생제동 에너지를 높이고자 한 것이다.

먼저, 단계 S11에서와 같이 차량의 감속이 필요한지를 확인해야 한다.

하이브리드 전기자동차의 경우 고전압 배터리의 충전량이 일정 이하, 예를 들어, 30% 이하로 떨어지게 되면 엔진 발전기가 동작을 하여 고전압 배터리의 충전 범위를 일정 범위 내로 유지하면서 차량을 주행시키게 된다. 통상, 고전압 배터리의 용량은 구동용 모터의 용량에 전기에너지를 수초 혹은 수십 초 공급하더라도 고전압 배터리의 충전량은 순간적으로 급격히 변하지 않을 만큼 충분히 크다.

만약, 하이브리드 전기자동차의 차량제어유닛(11)이 도로의 상황을 미리 파악하여 차량의 감속을 예측하고 회생제동에 대비한다면 엔진 발전기의 출력을 운전자의 브레이크 페달이나 가속 페달 조작 이전에 떨어뜨려 회생제동 에너지 흡수를 더욱 높일 수 있다.

이를 위해 본 발명은 차량의 감속 또는 제동이 예상되는지를 예측한다. 여기서 차량의 감속 또는 제동의 예측은 여러 가지가 있을 수 있다. 예컨대, 도로 상태 /교통상황/차량상태 검출부(10)를 통해 도로 상태를 파악하면 된다. 그 예로서, 차량에 장착되어 있는 비전 카메라(vision camera)를 이용하여 전방의 교통량이나 도로 상황을 파악하여 감속을 예측하는 방법, 가속도 센서 등을 이용하여 지표면의 기울기 즉, 내리막길을 감지하여 운전자의 페달 조작 이전에 감속을 예측하는 방법, 내비게이션 신호의 고도 정보(GPS 정보)를 이용하여 내리막길을 파악하여 운전자의 페달 조작을 예측하는 방법이 있을 수 있다. 비전 카메라는 차량에 적용되어 앞차와의 거리가 일정 이하로 좁아지거나 충돌 가능성이 있으면 운전자에게 경보를 주는 기능이 있다. 즉, 카메라를 통해 앞차와의 거리 혹은 장애물을 감지하여 차량이 감속할 것을 예측할 수 있다. 가속도 센서 등 센서를 이용하면 도로의 기울기에 따라 신호를 출력해 주기 때문에 내리막길이 시작되면 운전자가 브레이크 페달을 밟거나 가속 페달에서 발을 떼기 전에 미리 엔진 발전기의 출력을 줄여 회생제동 에너지 흡수를 높일 수 있다. 또한, GPS신호에는 도로의 고도 정보가 포함되어 있으므로 이 GPS신호를 이용하여 차량이 진행하는 앞의 도로의 고도가 지금의 고도보다 일정 이상으로 낮은 길이 일정 길이 이상으로 유지되어 운전자가 브레이크 페달을 밟거나 가속 페달에서 발을 뗄 것이 예상되는 경우 미리 엔진 발전기의 출력을 줄이고 회생제동 에너지 흡수를 최대화할 준비를 할 수 있다.

또한, 본 발명에서 제시하는 기술은 엔진의 출력이나 회전력이 줄기 전에 엔진 발전기의 발전량을 빠르게 줄일 수 있어 운전자가 브레이크 페달을 밟는 신호나 가속 페달에서 발을 뗀 것을 감지 한 직후에 실시해도 충분히 그 효과가 있다.

다양한 예측 방법을 통해 예측한 결과, 차량 감속 또는 제동이 예상되면, 단계 S12로 이동하여 엔진 발전기가 동작중인지를 확인한다.

이 확인 결과 엔진 발전기가 동작 상태이면, 단계 S13으로 이동하여, 엔진 발전기의 출력을 감소시키거나 엔진 발전기를 정지시키게 된다.

즉, 차량의 감속이 필요한 경우, 차량 제어 유닛(11)은 엔진 발전 출력에 대한 명령을 "제로(zero)" 혹은 제어 가능한 수준의 낮은 출력을 받는 경우 엔진을 정지하거나 혹은 엔진 출력을 떨어뜨리기 위해 연료의 분사량을 줄이고 공기의 흡입량을 줄이기 위한 트로틀 밸브를 닫거나 그 개폐량을 조절하는 제어를 한다.

즉, 감속이나 제동을 예측하여 엔진 발전기를 미리 정지하거나 출력을 감소시킨 상태에서, 단계 S14에서와 같이 운전자의 페달 조작 신호를 대기한다. 이때 페달 신호를 기다리는 시간이 일정시간(예를 들어, 10초)보다 길어지면 다시 엔진 발전기의 출력을 고전압 배터리 충전량을 감안하여 상승시키는 것이 바람직하다.

운전자의 페달 조작 신호가 발생하면, 단계 S15에서 기존과 같이 회생제동 에너지량을 계산한다.

그리고 단계 S16에서 상기 회생제동 에너지와 배터리가 태생적으로 받을 수 있는 에너지 흡수량을 비교하여, 회생제동 에너지가 클 경우 단계 S17로 이동하여 배터리 흡수 가능한 범위에서 회생 제동을 수행한다. 이와는 달리 회생 제동 에너지가 작을 경우에는 단계 S18로 이동하여 회생 제동을 수행하게 된다.

여기서 회생제동 에너지와 배터리 흡수 가능한 에너지량을 판단하는 부분은 차량의 필요 감속 분에 따른 발생 가능한 회생제동 에너지와 배터리 시스템이 태생적으로 받을 수 있는 에너지 흡수량을 비교하는 부분이다. 전기자동차용 고전압 배터리는 충전과 방전할 수 있는 전기적인 양에 제한이 있기 때문에, 이것을 고려하기 위함이다.

물론, 상기와 같은 제어기술은 한가지 문제를 야기할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 엔진의 회전력을 줄이기 위해 연료의 분사량을 줄이고 트로틀 밸브의 공기 흡입량을 줄이는 방법은 주지한 바와 같이 엔진의 관성이 크기 때문에 일정 이상의 시간을 필요로 한다. 만약, 본 발명의 기술대로 엔진의 회전력이 줄기 전에 엔진의 크랭크 샤프트와 연결된 발전기의 발전량을 줄이게 되면 엔진의 부하가 줄어들게 되어 회전하는 엔진의 속도가 증가할 수 있다. 이는 엔진의 응답속도보다 발전기의 출력을 제어하는 발전기용 인버터의 응답 속도가 상대적으로 빠르기 때문에 가능하다. 엔진에 공급되는 공기와 연료의 양이 줄어서 엔진의 회전력이 감소하기 전에 엔진의 부하인 발전기의 발전량이 급격히 줄어들어 엔진의 회전 속도가 증가할 수 있지만 뒤이어 엔진의 연료량과 공기 흡입량이 줄어들어 엔진의 회전력이 줄어들어 엔진의 회전 속도는 다시 감소하게 된다. 발전기의 회전자는 앞에서 설명했듯이 엔진의 크랭크 샤프트와 연결이 되어 있으며, 발전기의 회전자 자체가 관성이 있기 때문에 발전기의 출력을 급격히 떨어뜨린다고 해도 엔진의 회전 속도가 지나치게 증가하여 승차감을 떨어뜨리지는 않는다. 엔진의 회전 속도 증가가 지나친 경우 발전기의 출력을 떨어뜨리는 양이나 그 감소 기울기를 일정 이하로 제한하여 승차감의 저하를 막을 수 있다.

결론적으로, 본 발명의 기술인 회생제동 에너지를 최대한 흡수하기 위해 고전압 배터리의 현재 충전량, 차량의 필요한 감속 분에 따른 발생 가능한 회생제동 에너지량 등을 고려하여 발생 가능한 회생제동 에너지의 양이 고전압 배터리가 흡수할 수 있는 전기에너지보다 큰 경우에는 엔진에 공급되는 공기와 연료량을 줄임과 동시에 발전기의 출력을 줄이게 된다. 이로써 엔진의 부하가 급격히 줄어서 엔진의 회전 속도가 증가함으로써 발생 가능한 승차감의 저하는 제한적으로 작으나, 엔진의 회전력을 먼저 줄이고 발전량을 줄이거나 엔진의 회전력에 비례하여 발전량을 줄이거나 엔진을 아예 정지시키는 종래의 기술보다 반응 시간이 빨라 회생제동 에너지량을 많이 받을 수 있고, 승차감의 저하도 엔진을 정지하는 경우보다 적게 됨을 알 수 있다.

예컨대, 본 발명은 다양한 방법을 통하여 운전자가 브레이크나 가속 페달을 조작하기 이전에 엔진 발전기의 출력을 일정 이하로 떨어뜨리거나 출력을 제로로 만들어, 효과적으로 회생제동 에너지를 흡수하게 되며, 엔진 회전 속도의 급격한 변화에 따른 승차감의 저하도 회피할 수 있게 되는 것이다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

1 : 고전압 배터리 7 : 엔진 발전기
8 : 엔진 발전기 제어유닛 9 : 엔진 제어 유닛
10 : 도로 상태 판별부 11 : 차량 제어 유닛

Claims (3)

1. (a) 차량의 감속이 예상되는지를 확인하는 단계;
   (b) 차량의 감속이 예측되면, 엔진 발전기의 동작 상태를 확인하는 단계;
   (c) 상기 엔진 발전기가 동작 상태이면 엔진 발전기의 출력을 엔진 출력이 감소하기 이전에 제어하는 단계;
   (d) 상기 (c) 단계 후 또는 상기 (b)단계의 확인 결과 엔진 발전기가 동작하지 않는 상태이면, 감속 또는 제동이 필요한지를 확인하는 단계;
   (e) 상기 감속 또는 제동이 필요한 경우, 회생제동 에너지량을 계산하는 단계; 및
   (f) 상기 회생제동에너지와 배터리가 태생적으로 받을 수 있는 에너지 흡수량을 비교하여, 그 대소 여부에 따라 회생제동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 (c)단계는 엔진 발전기의 출력을 감소 또는 엔진 발전기를 정지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 (a)단계는 전방의 교통량 또는 도로 상태 정보 또는 도로 경사 정보 또는 가속도 정보 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 차량의 감속 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진발전 제어방법.
   
   

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