KR101558757B1 - 하이브리드 차량의 비상 운전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 비상 운전 방법에 관한 것으로서, 차량 주행 중에 고전압 메인 릴레이가 비정상적으로 오프되었을 경우 차량을 비상 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법을 제공하고자 하는 것이다. 이를 위해, 엔진, 엔진 클러치를 통해 엔진과 연결되고 차량 휠 측과 동력 전달 가능하게 연결된 제1모터, 및 엔진과 직접 동력 전달 가능하게 연결된 제2모터를 가지는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법에 있어서, 차량 주행 중 메인 릴레이가 오프된 경우 차량의 구동에너지 또는 엔진의 동력에 의해 발생되는 제1모터 및 제2모터의 역기전력으로 DC-링크단을 충전하는 단계; 엔진 구동 상태에서 DC-링크단과 제2모터 사이에 연결된 제2인버터를 이용하여 DC-링크단의 전압을 제어하는 전압 제어 단계; 및 전압 제어가 이루어지는 DC-링크단을 차량의 비상 운전을 위한 전원으로 이용하는 단계를 포함하고, 상기 DC-링크단을 전원으로 이용하는 차량의 비상 운전 단계에서, 엔진과 제1모터 사이의 엔진 클러치를 분리한 후, 제1모터의 구동력으로 차량을 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법이 개시된다.

Description

하이브리드 차량의 비상 운전 방법{Method for emergency driving of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 비상 운전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 주행 중에 고전압 메인 릴레이가 비정상적으로 오프되었을 경우 차량을 비상 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 구동원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분은 연료를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리의 전기에너지로 회전력을 얻는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
하이브리드 차량에서는 엔진과 모터를 이용하여 다양한 동력전달 구조를 구성할 수 있으며, 하이브리드 차량의 대부분은 병렬형과 직렬형의 동력전달 구조 중 하나를 채택하고 있다.
또한, 하이브리드 차량은 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 구동원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 최적의 출력 토크를 낼 수 있다.
또한, 하이브리드 차량은 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle; EV) 모드 또는 엔진의 동력과 모터의 동력을 함께 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle; HEV) 모드로 주행한다.
또한, 차량의 제동시 혹은 관성에 의한 타행 주행시에는 제동 및 관성에너지를 모터의 발전을 통해 회수하는 회생제동(Regenerative Braking, RB) 모드가 수행된다.
하이브리드 차량의 통상적인 파워트레인 형태는 엔진과 모터 사이에 엔진클러치를 갖는 타입으로, 엔진, 엔진과 모터 사이에 개재되는 엔진클러치, 모터(구동모터), 변속기가 차례로 배열된 구조를 가지며, 모터에는 전력변환장치인 인버터를 통해 배터리가 충, 방전 가능하게 연결된다.
도 1과 도 2는 두 개의 모터(MG1:3,MG2:5)를 가지는 하이브리드 차량의 주요 구성을 나타내는 도면으로, 차량 구동을 위한 엔진(1)과 제1모터(MG1:3) 사이에 엔진 클러치(2)가 개재되며, 상기 엔진 클러치(2)에 의해 엔진(1)과 제1모터(3)가 동력 전달 가능하게 기계적으로 연결되거나 동력 전달이 차단되도록 분리된다.
또한, 제1모터(3)가 변속기(8)를 통해 차량 휠(Wheel)(9) 측에 동력 전달 가능하도록 기계적으로 연결되고, 이에 엔진(1)과 제1모터(3)가 구동할 경우 변속기(8)를 통해 휠(9) 측으로 동력을 전달할 수 있게 되어 있다.
또한, 동력 전달이 가능하도록 벨트 등을 통해 엔진(1)에 기계적으로 연결되는 제2모터(MG2:5), 제1모터(3)를 구동하기 위한 제1인버터(4), 그리고 제2모터(5)를 구동하기 위한 제2인버터(6)를 포함하며, 제1인버터(4)와 제2인버터(6)는 커패시터(C)를 갖는 DC-링크(DC-Link)단(7)을 통해 고전압 배터리(메인 배터리)(10)에 연결된다.
상기 제1인버터(4)와 제2인버터(6)는 DC-링크단(7)을 통해 모터 회생시 모터(3,5)에 의한 회생 전력을 고전압 배터리(10)에 공급하거나, 모터(3,5)의 구동을 위해 고전압 배터리(10)로부터 DC-링크단(7)을 통해 전력을 공급받도록 되어 있다.
상기 제1인버터와 제2인버터뿐만 아니라, 후술하는 저전압 직류변환장치(LDC)(13)나 에어컨 컴프레서(A/C)(15), 전동식 오일 펌프(EOP)(16) 등의 고전압 부품 역시 DC-링크단(7)을 통해 고전압 전원의 전력을 공급받게 된다.
또한, 고전압 배터리(10)의 전력을 선택적으로 공급/차단하기 위한 메인 릴레이(11)가 설치되고, 상기 메인 릴레이(11)는 고전압 배터리(10)와 DC-링크단(7) 사이에 위치하여 전력의 흐름을 기구적으로 연결 혹은 차단하는 역할을 한다(고전압 배터리와 DC-링크단 사이에서 전력을 단속함).
이러한 메인 릴레이(11)는 BMS(Battery Management System)(12)에 의해 온(On)/오프(Off) 제어되며, 고전압 배터리(10)가 메인 릴레이(11)를 통해 전력을 공급하거나 공급받아 저장하게 된다.
그리고, DC-링크단(7)에는 저전압 직류변환장치(Low voltage DC to DC Converter; LDC)(13)를 통해 저전압(12V) 배터리(보조 배터리)(14) 및 저전압 전장부하(미도시)가 연결되고, 이와 더불어 에어컨 컴프레서(A/C)(15), 전동식 오일 펌프(Electric Oil Pump; EOP)(16) 등의 고전압 부품이 고전압 배터리(10)의 전력을 공급받을 수 있도록 DC-링크단(7)에 연결된다.
상기 저전압 직류변환장치(LDC)(13)는 하이브리드 차량에서 일반 가솔린 차량의 알터네이터와 같은 역할을 하는 장치로서, 고전압 전원과 저전압 전장부하(저전압 배터리나 그 밖의 차량 내 저전압 전장부하) 사이의 전력변환을 담당하며, 고전압 배터리(10) 등 차량 내 고전압 전원의 직류 전압을 강압하여 저전압 배터리(14) 및 그 밖의 저전압 전장부하에 공급한다.
즉, 저전압 직류변환장치(13)가 고전압 배터리(10)로부터 나오는 고전압 직류(DC) 전압, 모터(3,5)에 의한 회생에너지의 고전압 직류 전압을 저전압 직류(DC) 전압으로 변환하여 저전압 배터리(14)를 충전하거나 저전압 전장부하에 공급하는 것이다.
또한, 저전압 직류변환장치(13) 또한 고전압 입력을 받지 못하므로 동작하지 못하며, 저전압 직류변환장치(13)가 동작하지 않으면 저전압(12V) 배터리(14)의 충전이 불가하고, 저전압 직류변환장치(13)가 저전압 전장부하에 전력을 공급해주는 본연의 역할을 수행할 수 없다.
따라서, 저전압(12V) 전장부하가 저전압 배터리(14)의 전력을 계속해서 소비하게 되므로, 결국 저전압 배터리(14)가 방전되어 정상적인 차량 운행에 지장을 주게 되고, 운전자의 안전에도 위협이 따르게 된다.
특히, 차량 운행 중 저전압 배터리(14)의 방전이 일어나게 되면 저전압 배터리(14)로부터 전력을 공급받는 대부분의 차량 내 제어기들이 동작을 멈추게 된다.
일례로, 차량에서 전동식 파워 스티어링(Motor Driven Power Steering; MDPS) 장치는 저전압 배터리(14)가 일정 전압 이하로 방전되면 가장 민감하게 제어 전원이 오프되므로 저전압 배터리(14)의 방전시 핸들이 잠기게 되어 운전자의 안전에 큰 위협이 있게 된다.
또한, 고전압 메인 릴레이(12) 오프시 고전압 배터리(10) 측으로부터 전력을 공급받는 그 밖의 각종 고전압 부품, 예를 들어 에어컨 컴프레서(A/C)(15)나 전동식 오일 펌프(EOP)(16) 등의 작동도 불가능하게 된다.
특히, 전동식 오일 펌프(16)는 변속기(8)에 유압을 공급하도록 설치되는 것으로, 전동식 오일 펌프(16)의 작동이 이루어지지 않을 경우 변속기(8) 내 유압을 형성할 수 없기 때문에 차량 구동이 불가능해지는 문제점이 발생한다.
기계식 오일 펌프와 전동식 오일 펌프를 함께 사용하는 차량과 달리, 고전압 전동식 오일 펌프만을 장착한 차량에서는 주행 중 타 고전압 부품의 페일(Fail)로 인해 메인 릴레이가 오프된 경우, 전동식 오일 펌프 역시 구동 전원을 공급받지 못하므로 변속기 유압을 형성할 수 없고, 차량 구동이 불가해진다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 하이브리드 차량의 고전압 메인 릴레이가 비정상적으로 오프된 상황에서도 고전압으로 구동되는 저전압 직류변환장치 및 전동식 오일 펌프와 같은 고전압 부품이 원활하게 구동될 수 있도록 하고, 이러한 고전압 부품을 탑재한 하이브리드 차량에 대해서 림프 홈 모드(Limp-Home Mode)로 비상 운전이 가능하도록 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 엔진, 엔진 클러치를 통해 엔진과 연결되고 차량 휠 측과 동력 전달 가능하게 연결된 제1모터, 및 엔진과 직접 동력 전달 가능하게 연결된 제2모터를 가지는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법에 있어서, 차량 주행 중 메인 릴레이가 오프된 경우 차량의 구동에너지 또는 엔진의 동력에 의해 발생되는 제1모터 및 제2모터의 역기전력으로 DC-링크단을 충전하는 단계; 엔진 구동 상태에서 DC-링크단과 제2모터 사이에 연결된 제2인버터를 이용하여 DC-링크단의 전압을 제어하는 전압 제어 단계; 및 전압 제어가 이루어지는 DC-링크단을 차량의 비상 운전을 위한 전원으로 이용하는 단계를 포함하고, 상기 DC-링크단을 전원으로 이용하는 차량의 비상 운전 단계에서, 엔진과 제1모터 사이의 엔진 클러치를 분리한 후, 제1모터의 구동력으로 차량을 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 제2인버터의 전압 제어 가능 출력이 DC-링크단과 제1모터 사이에 연결된 제1인버터의 구동 및 고전압 부품의 구동이 가능한 조건인지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 조건을 만족할 경우 상기 제1모터의 구동력으로 차량을 구동시키는 비상 운전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 조건을 만족하지 않을 경우 제2인버터의 전압 제어 가능 출력이 고전압 부품의 구동이 가능한 조건인지를 판단하고, 제2인버터의 전압 제어 가능 출력이 고전압 부품의 구동이 가능한 조건일 경우, 엔진 클러치를 슬립 상태로 제어함과 동시에, DC-링크단 전원을 이용하는 제1모터의 구동력과 엔진 동력으로 차량을 구동시키는 비상 운전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 DC-링크단을 전원으로 이용하는 차량의 비상 운전 단계에서, DC-링크단을 전원으로 이용하여 고전압 부품을 구동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고전압 부품은 엔진 클러치 및 변속기 유압 형성을 전동식 오일 펌프를 포함하는 것임을 특징으로 한다.
또한, '제2인버터 전압 제어 가능 출력(T* e2×ωr2) > 제1인버터 요구 출력(T* e1×ωr1) + 고전압 부품 요구 출력' 인 경우 제1인버터 및 고전압 부품의 구동이 가능한 조건인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
(여기서, T* e2는 제2인버터에 대한 토크 지령, ωr2는 제2모터의 회전각속도, T* e1은 제1인버터에 대한 토크 지령, ωr1은 제1모터의 회전각속도임.)
또한, 상기 전압 제어 단계에서는 전압 제어기로부터 일정 전압을 유지하기 위한 토크 지령을 받아 제2모터에서 상기 토크 지령에 따른 토크가 출력되도록 제2인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압 제어 단계에서 제2인버터의 제어를 위한 토크 지령은 DC-링크단의 전압 목표값과 DC-링크단의 전압 검출값, 제2모터의 회전속도에 따라 산출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압 제어 단계에서 DC-링크단의 전압 검출값이 설정된 DC-링크단의 전압 목표값 보다 작은 경우 회생 토크 지령을 생성하고, DC-링크단의 전압 검출값이 DC-링크단의 전압 목표값 보다 큰 경우 구동 토크 지령을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 비상 운전 방법에 의하면, 제1모터 및 제2모터에서 발생되는 역기전력으로 DC-링크단을 충전하고, 제2인버터를 통해 전압 제어되는 DC-링크단을 전원으로 이용하여 저전압 직류변환장치, 전동식 오일 펌프, 에어컨 컴프레서와 같은 고전압 부품을 구동시키는 것이 가능해진다.
또한, 고전압 부품의 구동과 더불어, DC-링크단을 전원으로 이용하여 제1모터를 구동원으로 하는 차량의 비상 주행이 가능해진다.
도 1과 도 2는 하이브리드 차량의 주요 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 비상 운전시 전력 전달 흐름을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 비상 운전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 제2인버터의 전압 제어 가능 출력, 제1인버터 요구 출력, 그리고 고전압 부품의 요구 출력을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량의 비상 운전 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 차량 주행 중에 고전압 메인 릴레이가 비정상적으로 오프되었을 경우 차량을 림프 홈 모드(Limp-Home Mode)(= 비상 운전 모드)로 비상 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이러한 본 발명이 적용되는 하이브리드 차량의 주요 구성 요소와 각 구성 요소의 역할 및 작용에 대해서는 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 비교하여 차이가 없으며, 따라서 이하 본 명세서에서는 그에 대한 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 비상 운전시 전력 전달 흐름을 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 비상 운전 방법을 나타내는 순서도이다.
다음의 설명에서 하이브리드 차량의 주요 구성에 대해서는 도 1 및 도 2를 함께 참조한다.
또한, 도 5는 제2인버터의 전압 제어 가능 출력, 제1인버터 요구 출력, 그리고 저전압 직류변환장치(LDC), 전동식 오일 펌프(EOP)와 같은 고전압 부품의 요구 출력을 나타내는 도면이다.
먼저, 차량의 주행 중에 고전압 메인 릴레이(11)가 오프되었는지 여부를 판단하며(S11), 메인 릴레이(11)가 오프되지 않은 정상 상태인 경우에는 정상 운전을 유지하고, 메인 릴레이(11)가 비정상적으로 오프된 경우에는 비상 운전 모드(림프 홈 모드)로 진입하여 비상 운전을 실시하게 된다.
여기서, 메인 릴레이(11)의 비정상적인 오프는 메인 릴레이의 자체 고장, 메인 릴레이 제어 관련 부품(BMS 등) 고장, 고전압 부품의 고장 등으로 인해 발생할 수 있다.
또한, 비정상 운전 모드로 진입한 경우, 차량의 구동에너지 혹은 엔진(1)의 동력에 의해 발생되는 제1모터(MG1:3) 및 제2모터(MG2:5)의 역기전력으로 DC-링크단(7)을 충전한다(S12).
비상 운전 모드인 경우에도 차량 주행 중에는 이동하고 있는 차량의 구동에너지 또는 엔진(1)의 동력에 의해 제1모터(3) 및 제2모터(5) 내의 회전자가 회전되고, 이에 제1모터(3)와 제2모터(5)에서는 고정자 코일의 플럭스(Flux) 변화에 의하여 역기전력이 발생하게 된다.
좀더 설명하면, 제1모터(3)는 차량이 이동하고 있는 동안 차량 휠(9)의 회전에 따라 휠(9) 측으로부터 회전력을 전달받을 수 있고, 제2모터(5)는 벨트 등에 의해 엔진(1)에 직접 연결되어 있으므로 엔진(1)이 구동하고 있는 동안(즉, 엔진의 시동이 걸려 있는 동안) 엔진(1)의 회전력을 전달받을 수 있다.
따라서, 메인 릴레이(11)가 비정상적으로 오프된 상황에서도 제1모터(3) 및 제2모터(5)의 회전자가 회전됨에 따라 고정자 코일의 플럭스 변화에 의하여 역기전력이 발생하며, 이러한 역기전력은 다이오드(인버터 내 각 스위칭 소자에 접속된 역병렬 다이오드) 회생을 통해 DC-링크단(7)에 충전된다.
상기 역기전력은 모터의 구동방향에 대해 반대방향의 힘으로서, 모터의 속도에 비례하며(엔진에 벨트 등으로 직결된 제2모터의 역기전력은 엔진 속도와도 비례함), 아래와 같은 수식으로 정의될 수 있다.
E = λpm ×ωr
여기서, E는 역기전력, λpm은 역기전력 상수, ωr은 모터의 회전각속도를 나타낸다.
본 발명에 따른 비상 운전 모드에서는 이러한 역기전력이 DC-링크단(7) 내 커패시터(C)에 충전되고, 역기전력에 의해 충전되는 DC-링크단(7)을 전원으로 이용하는 비상 운전이 실시된다.
다음으로, 엔진(1)이 구동 상태인지(즉, 엔진의 시동이 걸려 있는지)를 판단하고(S13), 엔진이 구동하고 있지 않은 상태라면(메인 릴레이 오프시 EV 모드로의 차량 주행 또는 엔진 시동 불가 상태), 본 발명에 따른 차량의 비상 운전이 이루어질 수 없으므로, 비상 운전 모드를 종료한다.
반면, 엔진(1)이 구동하고 있는 상태라면(메인 릴레이 오프시 HEV 모드로의 차량 주행 및 엔진 클러치 접합 상태), 역기전력에 의한 DC-링크단(7)의 충전과 더불어 제2인버터(6)의 제어가 가능한 상태에서 제2모터(5) 및 제2인버터(6)를 이용하여 DC-링크단(7)의 전압을 제어하는 전압 제어가 수행된다(S14).
본 발명의 비상 운전 모드에서 전원으로 이용되는 DC-링크단(7)의 전압은 고전압 부품의 구동 및 출력의 안정성 등을 고려하여 일정하게 유지됨이 바람직하다.
이를 위해, 전압 제어기(미도시)에 의해 제2인버터(6)를 이용하여 일정한 전압 수준이 유지될 수 있도록 하는 DC-링크단(7)의 전압 제어가 수행되고, 이렇게 전압 제어되는 DC-링크단(7)을 전원으로 하여 고전압 부품이 구동된다.
이때, 전압 제어기에서 생성된 토크 지령에 따라 제2모터(5)에서 해당 토크가 출력되도록 전류 제어를 실시함으로써 DC-링크단(7)의 전압을 제어하게 되며, 전압 제어기가 제2인버터(6)에 요구되는 토크 지령을 출력하여 제2인버터(6)를 제어하게 된다.
여기서, 제2인버터(6)의 제어를 위한 토크 지령은 아래 함수식에서와 같이 DC-링크단(7)의 전압 목표값과 DC-링크단(7)의 실제 전압인 검출값에 따라 산출되는 값이 될 수 있고, 이에 더하여 제2모터(5)의 회전속도 등과 같은 인자를 참조하여 산출될 수 있다.
T* e2 = f(VDC _ ref, VDC, Wrpm)
여기서, T* e2은 제2인버터(6)에 대한 전압 제어기의 토크 지령, VDC _ ref은 DC-링크단(7)의 전압 목표값, VDC은 DC-링크단(7)의 실제 전압 검출값, Wrpm은 제2모터(5)의 회전속도를 나타낸다.
바람직하게는, 전압 제어기는 토크 지령을 생성함에 있어서 DC-링크단(7)의 전압 목표값(VDC_ref)과 DC-링크단(7)의 실제 전압 검출값(VDC)을 비교하여 그 차이에 따라 토크 지령을 가감하도록 구성될 수 있다.
또한, 전압 제어기에서 DC-링크단(7)의 실제 전압 검출값(VDC)이 DC-링크단(7)의 전압 목표값(VDC _ ref) 보다 작은 경우에는 회생 토크를 생성하기 위한 회생 토크 지령을 생성하고, DC-링크단(7)의 실제 전압 검출값이 DC-링크단(7)의 전압 목표값(VDC _ ref) 보다 큰 경우에는 구동 토크를 생성하기 위한 구동 토크 지령을 생성하도록 구성될 수 있다(전압 목표값과 전압 검출값이 같을 경우 토크 지령은 0임).
따라서, 고전압 부품으로 인한 DC-링크단(7) 측의 전압 강하나 입력되는 역기전력의 변화에 능동적으로 대응하여 전압 제어기에서 토크 지령을 조절함으로써 DC-링크단(7)의 전압을 일정하게 유지할 수 있다.
이러한 전압 제어 과정에서 DC-링크단(7)에서의 전압은 고전압 부품의 구동에 적합한 수준으로 유지되어야 하므로 상기 DC-링크단(7)의 전압 목표값은 고전압 부품의 적정 구동 전압 범위 내에서 미리 설정된다.
또한, DC-링크단(7)의 전압 제어시에 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력(파워)이 차량의 비상 운전을 위한 제1인버터(4)의 구동 및 고전압 부품의 구동이 가능한 조건인지를 판단한다(S15).
여기서, 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력이 상기 조건을 만족하는 경우, DC-링크단(7)의 충전 및 전압 제어가 이루어지는 상태에서, 제2인버터(6)에 의해 전압이 제어되는 DC-링크단(7)을 전원으로 이용하여, 고장이 발생하지 않은 저전압 직류변환장치(13), 엔진 클러치(2) 및 변속기(8) 작동 유압을 형성하는 전동식 오일 펌프(16) 등의 미고장 고전압 부품을 재가동한다(S16).
이와 함께 엔진(1)과 제1모터(3) 사이의 엔진 클러치(2)를 분리하고(S17), 엔진(1)이 구동하는 동안 모터의 역기전력으로 충전되는 DC-링크단(7)을 전원으로 이용하면서, 제1인버터(4)를 이용하여 제1모터(3)의 토크를 제어함으로써 차량을 구동시키는 비상 운전을 실시한다(S18,S19).
여기서, 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력이 차량의 비상 운전을 위한 제1인버터(4)의 구동 및 고전압 부품의 구동이 가능한 조건인지를 판별하는 과정에서, 아래와 같이 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력, 제1인버터(4)의 요구 출력(구동 출력), 고전압 부품 요구 출력이 이용될 수 있고, 이들의 예는 도 5에 나타낸 바와 같다.
- 제2인버터의 전압 제어 가능 출력 만족
: 제2인버터 전압 제어 가능 출력(T* e2×ωr2) > 제1인버터 요구 출력(T* e1×ωr1) + 고전압 부품 요구 출력
- 제2인버터의 전압 제어 가능 출력 부족
: 제2인버터 전압 제어 가능 출력(T* e2×ωr2) ≤ 제1인버터 요구 출력(T* e1×ωr1) + 고전압 부품 요구 출력
여기서, T* e2는 제2인버터(6)에 대한 토크 지령, ωr2는 제2모터(5)의 회전각속도, T* e1은 제1인버터(4)에 대한 토크 지령, ωr1은 제1모터(3)의 회전각속도이다.
이와 같이 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력으로 제1인버터(4)의 구동 및 고전압 부품의 구동이 가능할 때(제2인버터의 전압 제어 가능 출력 만족), DC-링크단(7)을 전원으로 이용하는 비상 운전(고전압 부품의 구동 및 제1모터 제어를 통한 차량 구동)이 실시된다(EV 모드 주행).
만약, 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력이 부족한 경우, 본 발명에 따른 차량의 비상 운전이 이루어질 수 없으므로, 비상 운전 모드를 종료한다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 제1모터(3) 및 제2모터(5)에서 발생되는 역기전력으로 DC-링크단(7)을 충전하고, 제2인버터(6)를 통해 전압 제어되는 DC-링크단(7)을 전원으로 이용하여 고전압 부품을 재가동하며, 이후 엔진 클러치(2)를 분리한 상태에서 제1모터(3)를 구동원으로 하여 차량을 구동시키는바, 메인 릴레이(11)의 오프 상황에서도 림프 홈 모드(비상 운전 모드)로 차량의 주행이 가능해진다.
특히, 본 발명에서는 제2인버터(6)를 이용한 DC-링크단(7)의 전압 제어가 수행되는 동안 저전압 직류변환장치(13), 에어컨 컴프레서(15), 전동식 오일 펌프(16)와 같은 고전압 부품의 구동에 필요한 전력이 제공될 수 있고, DC-링크단(7)의 출력을 이용하여 제1인버터(4)의 제어 및 제1모터(3)의 구동이 가능하므로 차량의 비상 주행이 가능해진다.
아울러, 저전압 직류변환장치(13)를 작동시켜 저전압(12V) 배터리(14)의 방전을 방지할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량의 비상 운전 방법을 나타내는 순서도로서, 도 4의 실시예와 비교할 때, 도 6의 실시예는 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력이 부족하여 제1인버터(4)의 구동 및 고전압 부품의 구동 가능 조건을 충족하지 않을 경우 엔진 클러치(2)의 슬립을 통한 차량 주행이 이루어지도록 한 점에 차이가 있다.
좀더 설명하면, 도 4의 실시예에서는 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력이 부족하여 제1인버터(4)의 구동 및 고전압 부품의 구동이 모두 이루어질 수 없을 경우 조건 비상 운전 모드를 종료한다.
반면, 도 6의 실시예에서는, 제2인버터(6)의 제어 가능 출력이 제1인버터(4) 및 고전압 부품의 구동이 모두 가능한 조건이라면, 제1모터(3)에 의한 차량 비상 구동(EV 모드 주행)이 이루어지도록 하지만(S16~S19), 제2인버터(6)의 제어 가능 출력이 부족하여 고전압 부품의 구동만이 가능한 조건이라면, 고전압 부품을 구동한 후(S15',S16') 엔진 클러치의 슬립을 통한 차량 주행이 이루어지도록 한다(S17').
즉, 제2인버터(6)의 제어 가능 출력으로 고전압 부품의 구동만이 가능한 조건에서, 전압 제어되는 DC-링크단(7)을 전원으로 이용하여 전동식 오일 펌프(16) 등의 고전압 부품을 구동시키고, 이어 유압 형성 및 유압 제어를 통해 엔진 클러치(2)를 슬립 제어함과 더불어, 엔진(1) 및 제1모터(3)의 구동력으로 차량을 비상 구동시키는 것이다(HEV 모드 주행).
여기서, 고전압 부품의 구동만이 가능한 조건은 '제1인버터 요구 출력 + 고전압 부품 요구 출력≥제2인버터 전압 제어 가능 출력 > 고전압 부품 요구 출력'으로 정의될 수 있다.
물론, 제2인버터(6)의 전압 제어 가능 출력이 부족하여 고전압 부품의 구동까지 불가한 조건이라면 비상 운전 모드를 종료한다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 엔진 2 : 엔진 클러치
3 : 제1모터 4 : 제1인버터
5 : 제2모터 6 : 제2인버터
7 : DC-링크단 8 : 변속기
9 : 휠 10 : 고전압 배터리
11 : 메인 릴레이 12 : BMS
13 : 저전압 직류변환장치 14 : 저전압 배터리
15 : 에어컨 컴프레서 16 : 전동식 오일 펌프

Claims (9)

  1. 엔진, 엔진 클러치를 통해 엔진과 연결되고 차량 휠 측과 동력 전달 가능하게 연결된 제1모터, 및 엔진과 직접 동력 전달 가능하게 연결된 제2모터를 가지는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법에 있어서,
    차량 주행 중 메인 릴레이가 오프된 경우 차량의 구동에너지 또는 엔진의 동력에 의해 발생되는 제1모터 및 제2모터의 역기전력으로 DC-링크단을 충전하는 단계;
    엔진 구동 상태에서 DC-링크단과 제2모터 사이에 연결된 제2인버터를 이용하여 DC-링크단의 전압을 제어하는 전압 제어 단계; 및
    전압 제어가 이루어지는 DC-링크단을 차량의 비상 운전을 위한 전원으로 이용하는 단계를 포함하고,
    상기 DC-링크단을 차량의 비상 운전을 위한 전원으로 이용하는 단계에서, 엔진과 제1모터 사이의 엔진 클러치를 분리한 후, 제1모터의 구동력으로 차량을 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제2인버터의 전압 제어 가능 출력이 DC-링크단과 제1모터 사이에 연결된 제1인버터의 구동 및 고전압 부품의 구동이 가능한 조건인지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 조건을 만족할 경우 상기 제1모터의 구동력으로 차량을 구동시키는 비상 운전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 조건을 만족하지 않을 경우 제2인버터의 전압 제어 가능 출력이 고전압 부품의 구동이 가능한 조건인지를 판단하고,
    제2인버터의 전압 제어 가능 출력이 고전압 부품의 구동이 가능한 조건일 경우, 엔진 클러치를 슬립 상태로 제어함과 동시에, DC-링크단 전원을 이용하는 제1모터의 구동력과 엔진 동력으로 차량을 구동시키는 비상 운전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 DC-링크단을 차량의 비상 운전을 위한 전원으로 이용하는 단계에서, DC-링크단을 전원으로 이용하여 고전압 부품을 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고전압 부품은 엔진 클러치 및 변속기 유압 형성을 전동식 오일 펌프를 포함하는 것임을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    '제2인버터 전압 제어 가능 출력(T* e2×ωr2) > 제1인버터 요구 출력(T* e1×ωr1) + 고전압 부품 요구 출력' 인 경우 제1인버터 및 고전압 부품의 구동이 가능한 조건인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
    (여기서, T* e2는 제2인버터에 대한 토크 지령, ωr2는 제2모터의 회전각속도, T* e1은 제1인버터에 대한 토크 지령, ωr1은 제1모터의 회전각속도임.)
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 제어 단계에서는 전압 제어기로부터 일정 전압을 유지하기 위한 토크 지령을 받아 제2모터에서 상기 토크 지령에 따른 토크가 출력되도록 제2인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전압 제어 단계에서 제2인버터의 제어를 위한 토크 지령은 DC-링크단의 전압 목표값과 DC-링크단의 전압 검출값, 제2모터의 회전속도에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전압 제어 단계에서 DC-링크단의 전압 검출값이 설정된 DC-링크단의 전압 목표값 보다 작은 경우 회생 토크 지령을 생성하고, DC-링크단의 전압 검출값이 DC-링크단의 전압 목표값 보다 큰 경우 구동 토크 지령을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 비상 운전 방법.
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