KR20090009875A

KR20090009875A - 부하구동장치와 이를 구비한 차량 및 부하구동장치의 제어방법

Info

Publication number: KR20090009875A
Application number: KR1020087028137A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 야구치
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2009-01-23
Also published as: US20090021200A1; EP2011710A4; JP2007290478A; RU2008146058A; CA2642549C; RU2402444C2; EP2011710B1; EP2011710A1; WO2007126038A1; CN101421141A; CN101421141B; CA2642549A1; JP4325637B2; US7821214B2; KR101010293B1

Abstract

ECU는 축전장치의 SOC 및 온도를 토대로 축전장치의 출력가능전력(Pmax)을 추정한다(S40). 상기 ECU는 또한 엔진 시동에 필요한 전력을 토대로 임계전력(Pth)을 산출한다(S50). ECU가 출력가능전력(Pmax)이 임계전력(Pth)보다 낮은 것으로 판정할 때(S60에서 YES), 승압컨버터는 상기 승압컨버터의 승압률이 규정값 이하로 제한되도록 제어된다(S70).

Description

부하구동장치와 이를 구비한 차량 및 부하구동장치의 제어방법{LOAD DRIVE DEVICE, VEHICLE USING THE SAME, AND LOAD DRIVE DEVICE CONTROL METHOD}

본 발명은 부하구동장치, 상기 부하구동장치를 구비한 차량 및 상기 부하구동장치의 제어방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내연기관을 시동가능한 회전전기기계를 구동시키는 부하구동장치의 제어에 관한 것이다.

일본특허공개 제2005-237149호는 차량용 전원장치를 개시하고 있다. 상기 차량용 전원장치는 배터리, 승압컨버터 및 엔진 시동을 위한 스타터유닛을 포함한다. 상기 배터리, 승압컨버터 및 스타터유닛은 전기부하의 전원전압이 공급되는 전원선에 연결된다.

승압컨버터가 비활성화되면, 배터리의 출력전압이 전원선으로 공급된다. 승압컨버터가 활성화되면, 상기 승압컨버터에 의해 승압되는 전압이 전원선으로 공급된다. 상기 승압컨버터는 스타터유닛의 동작 기간에 따라 간헐적으로 동작한다. 구체적으로, 스타터유닛으로 공급되는 전압은 엔진이 스타터유닛에 의해 시동될 때, 상기 차량용 전원장치의 승압컨버터에 의해 승압된다.

승압컨버터가 동작되는 경우, 스타터모터를 구동하도록 지향되는 인버터에서의 손실뿐만 아니라 승압컨버터에서의 손실이 증가될 것이다. 그러므로, 예컨대 온 도가 극히 낮아 배터리 출력이 현저하게 감소되고, 엔진의 크랭킹 저항이 증가되는 경우에는, 엔진 시동시 스타터모터를 구동시키는 전력이 매우 낮아 엔진을 시동시키지 못할 가능성도 있게 된다.

상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 엔진시동전력을 확보하기 위해 전력손실을 저감시킬 수 있는 승압장치를 포함하는 부하구동장치 및 상기 부하구동장치를 탑재한 차량을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 엔진시동전력을 확보하기 위해 전력손실을 저감시킬 수 있는 승압장치를 포함하는 부하구동장치의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 내연기관의 출력축에 결합된 회전축을 구비한 회전전기기계를 구동가능한 부하구동장치는 축전장치, 승압장치, 구동장치 및 제어장치를 포함한다. 상기 승압장치는 상기 축전장치로부터의 전압을 승압가능하도록 구성된다. 상기 구동장치는 상기 승압장치로부터의 출력전압을 받아 상기 회전전기기계를 구동시킨다. 상기 제어장치는 승압장치를 제어한다. 상기 제어장치는 상기 회전전기기계가 구동되어 상기 내연기관을 시동하는 경우, 상기 승압장치에 의한 전압승압률이 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어한다.

상기 규정값은 상기 출력전압이 상기 축전장치로부터의 전압과 실질적으로 같도록 결정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어장치는 상기 내연기관이 시동될 때 상기 승압장치를 정지시키는 것이 바람직하다.

상기 제어장치는, 상기 축전장치로부터의 출력전력이 임계값보다 낮을 때, 상기 전압승압률이 상기 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 임계값은 상기 회전전기기계에 의해 상기 내연기관을 구동하는 데 필요한 전력을 토대로 결정되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제어장치는, 상기 축전장치의 온도가 규정 온도보다 낮을 때, 상기 전압승압률이 상기 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어장치는, 상기 내연기관의 온도가 규정 온도보다 낮을 때, 상기 전압승압률이 상기 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 축전장치는 리튬이온2차전지로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 차량은 내연기관, 상기 내연기관의 출력축에 연결된 회전축을 구비한 회전전기기계, 및 상기 회전전기기계를 구동가능한 부하구동장치를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 부하구동장치의 제어방법은 내연기관의 출력축에 결합된 회전축을 구비한 회전전기기계를 구동가능한 부하구동장치의 제어방법에 관한 것이다. 상기 부하구동장치는 축전장치, 승압장치 및 구동장치를 포함한다. 상기 승압장치는 상기 축전장치로부터의 전압을 승압가능하도록 구성된다. 상기 구동장치는 상기 승압장치로부터의 출력전압을 받아 상기 회전전기기계를 구동시킨다. 상기 제어방법은, 상기 회전전기기계를 구동시켜 상기 내연기관을 시동시키는 요구가 있었는지의 여부를 판정하는 단계, 및 상기 내연기관을 시동시키는 요구가 있었던 것으로 판정이 내려질 때, 상기 승압장치에 의한 전압승압률을 규정값 이하로 제한시키는 단계를 포함한다.

상기 전압승압률을 제한하는 단계에서, 상기 승압장치는 상기 내연기관을 시동시키는 요구가 있었던 것으로 판정이 내려질 때 정지되는 것이 바람직하다.

상기 부하구동장치의 제어방법은 상기 축전장치의 출력전력이 임계값보다 낮은지의 여부를 판정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 출력전력이 상기 임계값보다 낮은 것으로 판정이 내려질 때, 상기 전압승압률은 상기 전압승압률을 제한하는 단계에서 상기 규정값 이하로 제한된다.

상기 임계값은 상기 회전전기기계에 의해 상기 내연기관을 시동하는 데 필요한 전력을 토대로 결정되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 방법은 상기 축전장치의 온도가 규정 온도보다 낮은지의 여부를 판정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 축전장치의 온도가 상기 규정 온도보다 낮은 것으로 판정이 내려질 때, 상기 전압승압률은 상기 전압승압률을 제한하는 단계에서 상기 규정값 이하로 제한된다.

상기 방법은 상기 내연기관의 온도가 규정 온도보다 낮은지의 여부를 판정하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 내연기관의 온도가 상기 규정 온도보다 낮은 것으로 판정이 내려질 때, 상기 전압승압률은 상기 전압승압률을 제한하는 단계에서 상기 규정값 이하로 제한된다.

본 발명에 따르면, 승압장치로부터의 출력전압이 감소되는데, 그 이유는 승압장치에 의한 전압승압률이 회전전기기계가 구동되어 내연기관을 시동하게 될 때, 규정값 이하로 제한되기 때문이다. 이에 따라, 승압장치에서의 손실이 감소된다. 또한, 상기 승압장치로부터의 출력전압을 받는 구동장치에서의 손실 또한 감소되게 된다.

본 발명에 따르면, 내연기관의 시동에 필요한 충분한 전력이 확보될 수 있다. 그 결과, 축전장치의 출력이 현저하게 감소되고, 내연기관의 크랭킹 저항이 증가하는 극히 낮은 온도 상태에서도, 상기 내연기관의 시동에 필요한 전력이 확보될 수 있다. 또한, 상기 축전장치는 본 발명에 따라 크기가 감소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 부하구동장치가 탑재된 차량의 일례로서 대표되는 하이브리드자동차의 전체 블록도;

도 2는 도 1에 도시된 ECU의 기능블록도;

도 3은 축전장치의 온도와 출력 간의 관계를 나타내는 도면;

도 4는 축전장치의 출력과 SOC 간의 관계를 나타내는 도면;

도 5는 도 2의 엔진시동제어유닛의 제어구성을 기술하기 위한 흐름도;

도 6은 도 2에 도시된 컨버터제어유닛의 상세한 기능블록도;

도 7은 제2실시예에 따른 엔진시동모드에서의 승압컨버터의 제어를 기술하기 위한 흐름도;

도 8은 제3실시예에 따른 엔진시동모드에서의 승압컨버터의 제어를 기술하기 위한 흐름도; 및

도 9는 제4실시예에 따른 엔진시동모드에서의 승압컨버터의 제어를 기술하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서, 동일하거나 대응하는 요소들은 동일한 참조부호들이 할당되고, 그 설명은 반복하지 않기로 한다.

[제1실시예]

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 부하구동장치가 탑재된 차량의 일례로서 대표되는 하이브리드자동차의 전체 블록도이다. 도 1을 참조하면, 상기 하이브리드자동차(100)는 차륜(2), 동력분배기구(3), 엔진(4) 및 모터제너레이터(MG1, MG2)를 포함한다. 하이브리드자동차(100)는 축전장치(B), 승압컨버터(10), 인버터(20, 30), 캐패시터(C1, C2), 전원선(PL1, PL2), 접지선(SL), 전자제어유닛(이하, "ECU"라고도 함)(60), 전압센서(70, 72, 74), 전류센서(76, 78, 80) 및 온도센서(82, 84)를 더 포함한다.

동력분배기구(3)는 엔진(4)과 모터제너레이터(MG1, MG2)에 결합되어 그들 간에 동력을 분배하게 된다. 예를 들어, 선기어, 유성캐리어 및 링기어의 세 회전축을 포함하는 유성기어기구가 동력분배기구(3)로서 채택될 수 있다. 이들 세 회전축 은 각각 엔진(4) 및 모터제너레이터(MG1, MG2) 각각의 회전축에 연결된다. 예를 들어, 모터제너레이터(MG1)의 중공 로터의 중심을 통해 엔진(4)의 크랭크축을 지나게 함으로써, 모터제너레이터(MG1, MG2) 및 엔진(4)을 구비한 동력분배기구(3)의 기계적인 연결이 성립될 수 있다.

모터제너레이터(MG2)의 회전축은 도시되지 않은 리덕션기어 또는 차동기어에 의해 차륜(2)에 결합된다. 또한, 모터제너레이터(MG2)의 회전축의 리덕션기어는 동력분배기구(3)에 더욱 통합될 수 있다.

모터제너레이터(MG1)는 엔진(4)을 시동가능한 전동기로서 그리고 엔진(4)이 시동된 후 엔진(4)의 원동력을 이용하여 발전을 행할 수 있는 발전기로서의 기능도 하는 하이브리드자동차(100)에 탑재된다. 모터제너레이터(MG2)는 차륜(2)을 구동가능한 전동기로서의 기능을 하는 하이브리드자동차(100)에 탑재된다.

축전장치(B)는 충방전가능한 직류전원이다. 예를 들어, 니켈수소, 리튬이온 등의 2차전지로 형성된다. 축전장치(B)는 직류전력을 전원선(PL1)에 공급한다. 축전장치(B)는 승압컨버터(10)로부터 충전될 전원선(PL1) 상으로 출력되는 직류전력을 받는다.

전압센서(70)는 축전장치(B)의 전압(VB)을 검출하여, 상기 검출된 전압(VB)을 ECU(60)에 제공하게 된다. 전류센서(80)는 축전장치(B)와 입출력되는 전류(IB)를 검출하여, 상기 검출된 전류(IB)를 ECU(60)에 제공하게 된다. 온도센서(82)는 축전장치(B)의 온도(TB)를 검출하여, 상기 검출된 온도(TB)를 ECU(60)에 제공하게 된다. 전류센서(80)는 전원선(PL1)에 제공될 수도 있다.

캐패시터(C1)는 전원선(PL1)과 접지선(SL)에 연결되어, 전원선(PL1)과 접지선(SL) 간의 전압 변동을 평활화시킨다. 전압센서(72)는 캐패시터(C1)를 가로지르는 전압(VL)을 검출하여, 상기 검출된 전압(VL)을 ECU(60)에 제공하게 된다.

승압컨버터(10)는 npn형 트랜지스터(Q1, Q2), 다이오드(D1, D2) 및 리액터(L)를 포함한다. npn형 트랜지스터(Q1, Q2)는 전원선(PL2)과 접지선(SL) 사이에 직렬로 연결된다. 다이오드(D1, D2)는 각각 npn형 트랜지스터(Q1, Q2)에 역병렬로 연결된다. 리액터(L)는 npn형 트랜지스터(Q1, Q2)의 연결노드와 전원선(PL1) 사이에 연결된다.

승압컨버터(10)는 전원선(PL1)의 전압을 승압시켜 상기 승압된 전압을 ECU(60)로부터의 신호 PWC를 토대로 전원선(PL2) 상으로 제공하게 된다. 구체적으로, 승압컨버터(10)는 npn형 트랜지스터(Q2)가 ON될 때 흐르는 전류를 리액터(L)에서의 자기장에너지로서 저장하고, npn형 트랜지스터(Q2)가 OFF되어 전원선(PL1)의 전압을 승압시키게 될 때, 상기 축전에너지를 다이오드(D1)를 통해 전원선(PL2) 상으로 방전시킨다.

리액터(L)에 축적되는 전력은 npn형 트랜지스터(Q2)의 ON 듀티를 증가시켜 더욱 크게 되므로, 보다 높은 전압의 전력이 얻어질 수 있게 된다. npn형 트랜지스터(Q1)의 ON 듀티를 증가시킴으로써, 전원선(PL2)의 전압이 감소된다. npn형 트랜지스터(Q1, Q2)의 듀티비를 제어함으로써, 적어도 전원선(PL1)에서의 전압의 임의의 전압 레벨로 전원선(PL2)의 전압이 조절될 수 있다.

캐패시터(C2)는 전원선(PL2)과 접지선(SL) 사이에 연결되어, 전원선(PL2)과 접지선(SL) 간의 전압 변동을 평활화시킨다. 전압센서(74)는 캐패시터(C2)를 가로지르는 전압(VH)을 검출하여, 상기 검출된 전압(VH)을 ECU(60)에 제공하게 된다.

인버터(20, 30)는 각각 모터제너레이터(MG1, MG2)에 대응하여 제공된다. 인버터(20)는 ECU(60)로부터의 신호 PWI1을 토대로 모터제너레이터(MG1)를 역행모드 또는 회생모드로 구동시킨다. 인버터(30)는 ECU(60)로부터의 신호 PWI2를 토대로 모터제너레이터(MG2)를 역행모드 또는 회생모드로 구동시킨다.

전류센서(76)는 모터제너레이터(MG1)로 흐르는 모터전류(MCRT1)를 검출하여, 상기 검출된 모터제너레이터(MCRT1)를 ECU(60)에 제공하게 된다. 전류센서(78)는 모터제너레이터(MG2)로 흐르는 모터전류(MCRT2)를 검출하여, 상기 검출된 모터제너레이터(MCRT2)를 ECU(60)에 제공하게 된다. 온도센서(84)는 엔진(4)의 온도 TE를 검출하여, 상기 검출된 온도 TE를 ECU(60)에 제공하게 된다. 온도센서(84)는 엔진(4)의 냉각제의 온도를 검출하여 엔진(4)의 온도를 식별할 수도 있다.

ECU(60)는 전압센서(72, 74)로부터의 전압(VL, VH)을 각각 수신하고, 전류센서(76, 78)로부터 모터전류(MCRT1, MCRT2)를 각각 수신한다. ECU(60)는 또한 도시되지 않은 외부 ECU로부터 모터제너레이터(MG1, MG2)의 모터회전수(MRN1, MRN2)와 토크제어값(TR1, TR2)을 수신한다. ECU(60)는 전압센서(70), 전류센서(80) 및 온도센서(82)로부터의 전압(VB), 전류(IB) 및 온도(TB)를 각각 수신하고, 온도센서(84)로부터 온도(TE)를 추가로 수신한다.

ECU(60)는 신호 PWC, PWI1, PWI2를 생성하여 상기 수신된 신호를 토대로 승압컨버터(10) 및 모터제너레이터(MG1, MG2)를 각각 구동시키고, 상기 생성된 신호 PWC, PWI1, PWI2를 승압컨버터(10) 및 인버터(20, 30)에 각각 제공한다.

도 2는 도 1의 ECU(60)의 기능블록도이다. 도 2를 참조하면, ECU(60)는 엔진시동제어유닛(62), 컨버터제어유닛(64) 및 제1 및 제2인버터제어유닛(66, 68)을 포함한다.

엔진(4)이 시동되면, 엔진시동제어유닛(62)은 축전장치(B)의 온도 TB, 전압 VB 및 전류 IB와 엔진(4)의 온도 TE를 토대로, 축전장치(B)의 출력가능전력이 후술하는 방법에 의해 사전설정된 임계전력 미만인지의 여부를 판정한다. 엔진시동제어유닛(62)이 축전장치(B)의 출력가능전력이 임계전력 미만인 것으로 판정하면, 컨버터제어유닛(64)으로 제공될 신호 CTL이 활성화되어 승압컨버터(10)의 승압률을 규정값 이하로 제한하도록 컨버터제어유닛(64)에 지시하게 된다.

엔진시동제어유닛(62)으로부터의 신호 CTL이 비활성화되면, 컨버터제어유닛(64)은 토크제어값(TR1, TR2), 모터회전수(MRN1, MRN2) 및 전압(VL, VH)을 토대로, 신호 PWC를 생성하여 후술하는 방법에 의해 승압컨버터(10)의 npn형 트랜지스터(Q1, Q2)를 턴 온/오프시킨다. 상기 생성된 신호 PWC는 승압컨버터(10)로 출력된다.

신호 CTL이 활성화되면, 컨버터제어유닛(64)은 신호 PWC를 생성하여, 승압컨버터(10)의 승압률을 규정값 이하로 제한시키고, 생성된 신호 PWC를 승압컨버터(10)에 제공한다. 이러한 규정값은 엔진(4)이 시동될 때 승압컨버터(10)에 의한 승압을 제한할 목적으로 제공된다. 상기 규정값은 1로 설정되거나 또는 1 근처의 값으로 설정된다.

제1인버터제어유닛(66)은 토크제어값(TR1), 모터전류(MCRT1) 및 전압(VH)을 토대로 PWM(펄스폭변조) 신호를 생성하여 인버터(20)를 구동시킴으로써, 상기 생성된 PWM 신호를 신호 PWI1로서 인버터(20)에 제공하게 된다.

제2인버터제어유닛(68)은 토크제어값(TR2), 모터전류(MCRT2) 및 전압(VH)을 토대로 PWM 신호를 생성하여 인버터(30)를 구동시킴으로써, 상기 생성된 PWM 신호를 신호 PWI2로서 인버터(30)에 제공하게 된다.

ECU(60)에서, 승압컨버터(10)의 승압률은, 축전장치(B)의 출력가능전력이 엔진(4)의 시동시 사전설정된 임계전력보다 낮을 때, 승압컨버터(10)에 의한 승압을 제한할 목적으로 규정값 이하로 제한된다. 승압컨버터(10)에 의한 승압이 제한되는 이유는 후술된다.

엔진(4)의 시동에 필요한 전력(Pg)은 하기 수학식으로 표현될 수 있다.

Pg = Pb - Pc - Pg - Pm - Lc - Lg - Lm

여기서, Pb는 축전장치(B)로부터 출력되는 전력을 나타내고, Pc는 캐패시터(C1, C2)로 충전되는 전력을 나타내며, Pg는 모터제너레이터(MG1)의 유효전력을 나타내고, Pm은 모터제너레이터(MG2)의 유효전력을 나타내며, Lc는 승압컨버터(10)에서의 손실을 나타내고, Lg는 인버터(20)에서의 손실을 나타내며, Lm은 인버터(30)에서의 손실을 나타낸다.

승압컨버터(10)에 의해 실행되는 승압을 제한함으로써, 승압컨버터(10)에서의 손실(Lc)이 감소될 수 있다. 캐패시터의 축전에너지가 캐패시터를 가로지르는 전압의 제곱에 비례하므로, 승압컨버터(10)의 승압을 제한하여 전압(VH)의 저감이 캐패시터(C2)의 축전에너지의 저감을 초래할 것이다. 그 결과, 전력 Pc가 감소된다. 전압에 비례하는 인버터에서의 손실의 관점에서, 전압(VH)의 저감은 전압(VH)의 공급을 받는 인버터(20, 30)에서의 손실(Lg, Lm)의 저감을 유도한다.

따라서, 승압컨버터(10)에 의한 승압을 제한하는 것이 엔진(4) 시동에 필요한 전력(Pg) 확보시에 매우 효과적이다. 제1실시예는 축전장치(B)의 출력가능전력이 감소되는 극히 낮은 온도 상태에서 전력(Pg)을 확보하기 위하여 승압컨버터(10)의 승압 동작을 제한하는 것에 관한 것이다.

도 3은 축전장치(B)의 출력과 온도 간의 관계를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 실선은 축전장치(B)의 출력가능전력을 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 축전장치(B)의 출력가능전력은 축전장치(B)의 온도가 낮아짐에 따라 저감된다. 또한, 축전장치(B)의 충전상태(SOC)가 감소되면, 축전장치(B)의 출력이 도 4에 도시된 바와 같이 정격보다 낮게 될 것이다. 그러므로, 축전장치(B)의 출력가능전력 또한 SOC가 낮아진다면 저감될 것이다.

상기의 관점에서, 축전장치(B)의 출력가능전력은 엔진(4)이 시동될 때 제1실시예에서의 축전장치(B)의 온도와 SOC를 토대로 추정된다. 추정된 출력가능전력이 점선으로 표시된 사전설정된 임계전력 Pth보다 낮은 경우, 승압컨버터(10)에 의해 실시될 승압 동작이 제한된다.

임계전력 Pth은 엔진(4)의 시동에 필요한 전력(Pg)을 토대로 사전에 미리 결정된다. 구체적으로는, 엔진(4) 시동에 필요한 전력(Pg)이 엔진(4) 및 모터제너레 이터(MG1)의 크기에 따라 사전에 미리 추정될 수 있으므로, 전력 Pg보다 큰 적절한 값이 상술된 수학식 1을 이용하여 임계전력 Pth으로 설정될 수 있다.

임계전력 Pth가 도 3의 온도의 저감 함수로서 증가되는 이유가 여기에 기술될 것이다. 엔진(4)의 윤활유의 점도는 온도가 낮아짐에 따라 증가되므로, 크랭킹 저항이 증가된다. 이는 엔진(4) 시동에 필요한 전력(Pg)의 증가를 유도한다.

도 5는 도 2에 도시된 엔진시동제어유닛(62)의 제어 구성을 기술하기 위한 흐름도이다. 상기 흐름도의 처리는 사전설정된 조건이 성립될 때마다 또는 일정한 간격으로 실행될 메인루틴이라고 한다.

도 5를 참조하면, 엔진시동제어유닛(62)은 엔진(4)을 시동하기 위한 요구가 있었는지의 여부를 판정한다(단계 S10). 이러한 엔진시동요구는 차량의 주행상태 또는 축전장치(B)의 SOC 등을 토대로 예컨대 도시되지 않은 외부 ECU에서 생성된다. 엔진시동제어유닛(62)이 엔진(4)의 시동요구가 있지 않은 것으로 판정하면(단계 S10에서 NO), 제어는 후술하는 일련의 단계를 실시하지 않고 단계 S80으로 진행된다.

엔진(4)의 시동요구가 단계 S10에서 있었던 것으로 판정이 내려지면(단계 S10에서 YES), 엔진시동제어유닛(62)은 온도센서(82)로부터 축전장치(B)의 온도 TB를 취득한다(단계 S20). 그 후, 엔진시동제어유닛(62)은 축전유닛(B)의 SOC를 산출한다(단계 S30). 축전장치(B)의 SOC는 축전장치(B)의 전류 IB, 전압 VB, 온도 TB 등을 이용하는 잘 알려진 방법에 의해 산출가능하다. 축전장치(B)의 SOC는 상기 SOC가 외부 ECU로부터 엔진시동제어유닛(62)으로 제공가능하도록 외부 ECU에서 산 출될 수 있다.

다음으로, 엔진시동제어유닛(62)은 축전장치(B)의 SOC 및 온도 TB를 토대로 축전장치(B)의 출력가능전력 Pmax를 추정한다(단계 S40). 출력가능전력 Pmax를 추정하는 일 방법으로서, 축전장치(B)의 SOC 및 온도에 대한 축전장치(B)의 출력가능전력의 관계는 예컨대 준비된 맵에 기초한 추정을 실시하기 위하여 도 3 및 도 4에 도시된 관계를 토대로 사전에 미리 맵에 정의될 수 있다.

그 후, 엔진시동제어유닛(62)은 상술된 방법에 의해 엔진(4) 시동에 필요한 전력을 토대로 임계전력 Pth를 산출한다(단계 S50). 엔진시동제어유닛(62)은 축전장치(B)의 출력가능전력(Pmax)이 임계전력 Pth보다 낮은지의 여부를 판정한다(단계 S60).

엔진시동제어유닛(62)이 출력가능전력(Pmax)이 임계전력보다 낮은 것으로 판정하면(단계 S60에서 YES), 컨버터제어유닛(64)으로 출력될 신호 CTL가 활성화된다. 이에 따라, 컨버터제어유닛(64)은 승압컨버터(10)의 승압률이 규정값 이하로 제한되도록 승압컨버터(10)를 제어한다. 따라서, 승압컨버터(10)의 승압률은 규정값보다 낮은 레벨로 제한된다(단계 S70).

출력가능전력(Pmax)이 단계 S60에서 임계전력 Pth 이상인 것으로 판정이 내려지면(단계 S60에서 YES), 엔진시동제어유닛(62)이 단계 S80으로 진행된다. 제어는 메인루틴으로 되돌아간다.

도 6은 도 2에 도시된 컨버터제어유닛(64)의 상세한 기능블록도이다. 도 6을 참조하면, 컨버터제어유닛(64)은 인버터입력전압제어연산유닛(102), 듀티비연산유 닛(104) 및 PWM신호변환유닛(106)을 포함한다.

인버터입력전압제어연산유닛(102)은 도시되지 않은 엔진시동제어유닛(62)으로부터의 신호 CTL이 비활성화될 때, 토크제어값(TR1, TR2) 및 모터회전수(MRN1, MRN2)를 토대로, 인버터입력전압의 최적값(목표값), 즉 전압제어값(Vcom)을 연산한다. 상기 연산된 전압제어값(Vcom)은 듀티비연산유닛(104)으로 출력된다.

인버터입력전압제어연산유닛(102)은 신호 CTL이 활성화될 때 승압컨버터(10)의 승압률이 규정값 이하로 제한되도록 전압제어값(Vcom)을 연산한다. 상기 연산된 전압제어값(Vcom)은 듀티비연산유닛(104)으로 출력된다.

듀티비연산유닛(104)은 인버터입력전압제어연산유닛(102)으로부터의 전압제어값(Vcom) 및 전압센서(72, 74)로부터의 전압(VL, VH)을 토대로 각각 전압(VH)을 전압제어값(Vcom)으로 조절하도록 듀티비를 연산한다. 상기 연산된 듀티비는 PWM신호변환유닛(106)으로 제공된다.

PWM신호변환유닛(106)은 듀티비연산유닛(104)으로부터 수신된 듀티비를 토대로 승압컨버터(10)의 npn형 트랜지스터(Q1, Q2)를 턴 온/오프하도록 PWM 신호를 생성한다. 상기 생성된 PWM 신호는 신호 PWC로서 승압컨버터(10)의 npn형 트랜지스터(Q1, Q2)로 제공된다.

듀티비연산유닛(104)은 엔진시동제어유닛(62)으로부터 수신되는 신호 CTL이 활성화되는 경우에 인버터입력전압제어연산유닛(102)으로부터의 전압제어값(Vcom)에 독립적으로, 승압컨버터(10)의 승압률이 규정값 이하로 제한되도록 사전에 미리 결정된 듀티비를 설정할 수도 있다.

따라서, ECU(60)는 승압컨버터(10)의 승압률이 제1실시예에서의 엔진(4)의 시동모드에서 규정값 이하로 제한되도록 승압컨버터(10)를 제어한다. 그러므로, 승압컨버터(10)의 출력전압(인버터(20, 30)의 입력전압)이 감소될 수 있다. 따라서, 승압컨버터(10)와 인버터(20, 30)에서의 손실이 감소될 수 있고, 캐패시터(C2)로 충전되는 전력 또한 감소될 수 있다. 제1실시예에 따르면, 엔진(4) 시동에 필요한 충분한 전력이 확보될 수 있다. 그 결과, 축전장치(B)의 출력이 현저하게 감소되고 엔진(4)의 크랭킹 저항이 증가되는 극히 낮은 온도 상태에서도 엔진(4) 시동에 필요한 전력이 확보될 수 있게 된다. 나아가, 축전장치(B)의 크기가 감소될 수 있게 된다.

[제2실시예]

상기 제1실시예는 출력가능전력(Pmax)이 임계전력(Pth)보다 낮을 때, 승압컨버터(10)의 승압률이 규정값 이하로 제한되도록 승압컨버터(10)를 제어하는 것에 관한 것이다. 제2실시예에 있어서, 승압컨버터(10)의 동작은 출력가능전력(Pmax)이 임계전력(Pth)보다 낮을 때 정지된다.

도 7은 제2실시예의 엔진시동모드에서의 승압컨버터(10)의 제어를 기술하기 위한 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 상기 흐름도에서의 처리가 도 5의 흐름도에서의 단계 S70 대신에 단계 S72 및 S74를 포함한다.

구체적으로는, 출력가능전력(Pmax)이 단계 S60에서 임계전력(Pth)보다 낮은 것으로 판정이 내려지면(단계 S60에서 YES), 엔진시동제어유닛(62)은 컨버터제어유닛(64)으로 출력되어야 하는 신호 CTL을 활성화시킨다. 이에 따라, 컨버터제어유 닛(64)은 승압컨버터(10)를 정지시킨다(단계 S72). 구체적으로, 컨버터제어유닛(64)은 상부 암에 대응하는 npn형 트랜지스터(Q1)를 일정하게 ON으로 설정하고, 하부 암에 대응하는 npn형 트랜지스터(Q2)를 일정하게 OFF로 설정한다. 이에 따라, 승압컨버터(10)의 승압률은 최저값 1로 설정된다. 전압 VH는 축전장치(B)의 전압(VB)과 동일한 레벨을 획득한다.

출력가능전력(Pmax)이 단계 S60에서 임계전력(Pth) 이상인 것으로 판정이 내려지면(단계 S60에서 NO), 엔진시동제어유닛(62)은 컨버터제어유닛(64)으로 출력되어야 하는 신호 CTL을 비활성화시킨다. 이에 따라, 컨버터제어유닛(64)은 승압컨버터(10)의 동작을 허가한다(단계 S74). 구체적으로, 컨버터제어유닛(64)은 토크제어값(TR1, TR2) 및 모터회전수(MRN1, MRN2)를 토대로 통상적인 방식으로 승압컨버터(10)를 제어한다.

제2실시예에 따르면, 상술된 바와 같이, 승압컨버터(10)의 동작은 엔진(4)이 시동될 때 중지된다. 따라서, 제1실시예와 유사한 장점이 간단한 제어를 통해 제공될 수 있다.

[제3실시예]

도 8은 제3실시예의 엔진시동모드에서 승압컨버터(10)의 제어를 기술하기 위한 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 상기 흐름도에서의 처리는 도 5의 흐름도에서의 단계 S30~S60 대신에 단계 S110을 포함한다. 구체적으로, 단계 S20에서 축전장치(B)의 온도 TB 취득시, 엔진시동제어유닛(62)은 취득한 온도 TB가 소정의 임계값보다 낮은지의 여부를 판정한다(단계 S110). 상기 임계값은 축전장치(B)의 출력의 현저한 감소에 대응하는 적절한 온도로 설정될 수 있다.

엔진시동제어유닛(62)이 온도 TB가 임계값보다 낮은 것으로 판정하면(단계 S110에서 YES), 제어는 단계 S70으로 진행되어, 승압컨버터(10)의 승압률이 규정값 이하로 제한되게 된다. 온도 TB가 단계 S110에서 임계값보다 낮은 것으로 판정이 내려지면(단계 S110에서 NO), 엔진시동제어유닛(62)이 단계 S80으로 진행된다.

따라서, 축전장치(B)의 출력이 저하되는 저온 상태로 승압컨버터(10)의 승압 조절이 제한될 수 있다. 또한, 엔진(4)의 시동시의 제어가 간단하게 이루어질 수 있다.

[제4실시예]

도 9는 제4실시예에 따른 엔진시동모드에서의 승압컨버터(10)의 제어를 기술하기 위한 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 상기 흐름도에 도시된 처리는 도 5의 흐름도에서의 단계 S20~S60 대신에 단계 S210 및 S220을 포함한다. 구체적으로는, 엔진(4)을 시동하기 위한 요구가 단계 S10에서 이루어진 것으로 판정이 내려지면, 엔진시동제어유닛(62)은 온도센서(84)로부터 엔진(4)의 온도 TE를 취득한다(단계 S210).

그 후, 엔진시동제어유닛(62)은 상기 취득한 온도 TE가 소정의 임계값보다 낮은지의 여부를 판정한다(단계 S220). 이러한 임계값은 엔진(4)의 크랭킹 저항의 현저한 증가에 대응하는 적절한 온도로 설정될 수 있다.

엔진시동제어유닛(62)이 온도 TE가 임계값보다 낮은 것으로 판정하면(단계 S220에서 YES), 제어는 단계 S70으로 진행되어, 승압컨버터(10)의 승압률이 규정값 이하로 제한되게 된다. 온도 TE가 단계 S220에서 임계값보다 낮은 것으로 판정이 내려지면(단계 S220에서 NO), 엔진시동제어유닛(62)이 단계 S80으로 진행된다.

제4실시예에 따르면, 승압컨버터(10)의 승압 조절은 엔진(4)의 크랭킹 저항이 증가하는 저온 상태에서 제한될 수 있다. 나아가, 엔진(4) 시동시의 제어가 간단하게 이루어질 수 있다.

상술된 제3실시예 및 제4실시에에 있어서는, 승압컨버터(10)의 승압률이 규정값 이하로 제한되도록 승압컨버터(10)를 제한하기 위한 제어 대신에 제2실시예에서와 같이 승압컨버터(10)가 정지될 수 있다.

상술된 각각의 실시예들은 부하구동장치가 하이브리드자동차에 탑재되는 경우에 기초하고 있지만, 본 발명은 스타터모터에 공급하기 위한 축전장치로부터의 전압을 승압할 수 있는 승압컨버터를 포함하는 일반적인 자동차에도 적용가능하다. 특히, 차량이 스톱라이트에서와 같이 주행하고 있지 않을 때 일시적으로 엔진을 자동으로 정지시킨 다음, 엔진시동조건이 성립될 때 스타터모터에 의하여 엔진을 시동시키는 아이들-스톱(idle-stop) 차량의 경우에는, 엔진 시동이 빈번하게 이루어지므로 전력의 효율적인 사용이 바람직하다. 본 발명은 이러한 아이들-스톱 차량에 적합하다.

상기 설명에서는, 엔진(4)과 모터제너레이터(MG1)가 각각 본 발명의 "내연기관"과 "회전전기기계"에 대응한다. 승압컨버터(10)와 인버터(20)는 각각 본 발명의 "승압장치"와 "구동장치"에 대응한다. 또한, 엔진(60)은 본 발명의 "제어장치"에 대응한다.

본 명세서에 개시된 실시예들은 모든 실시형태에 있어서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 범위는 상기 실시예들의 설명보다는 오히려 청구범위의 항목들에 의해 한정되며, 상기 청구범위의 항목들에 등가인 기술적 사상과 범위 내에서 여하한의 변형예를 포함하고자 한다.

Claims

내연기관의 출력축에 결합된 회전축을 구비한 회전전기기계를 구동가능한 부하구동장치에 있어서,

축전장치,

상기 축전장치로부터의 전압을 승압가능하도록 구성된 승압장치,

상기 승압장치로부터의 출력전압을 받아 상기 회전전기기계를 구동시키는 구동장치, 및

상기 회전전기기계가 구동되어 상기 내연기관을 시동하는 경우, 상기 승압장치에 의한 전압승압률이 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어하는 제어장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.
제1항에 있어서,

상기 규정값은 상기 출력전압이 상기 축전장치로부터의 전압과 실질적으로 같도록 결정되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.
제1항에 있어서,

상기 제어장치는 상기 내연기관이 시동될 때 상기 승압장치를 정지시키는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어장치는, 상기 축전장치로부터의 출력전력이 임계값보다 낮을 때, 상기 전압승압률이 상기 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.
제4항에 있어서,

상기 임계값은, 상기 회전전기기계에 의해 상기 내연기관을 구동하는 데 필요한 전력을 토대로 결정되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어장치는, 상기 축전장치의 온도가 규정 온도보다 낮을 때, 상기 전압승압률이 상기 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어장치는, 상기 내연기관의 온도가 규정 온도보다 낮을 때, 상기 전압승압률이 상기 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.
제1항에 있어서,

상기 축전장치는 리튬이온2차전지로 형성되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.
차량에 있어서,

내연기관,

상기 내연기관의 출력축에 연결된 회전축을 구비한 회전전기기계, 및

상기 회전전기기계를 구동가능한 부하구동장치를 포함하여 이루어지고,

상기 부하구동장치는,

축전장치,

상기 축전장치로부터의 전압을 승압가능하도록 구성된 승압장치,

상기 승압장치로부터의 출력전압을 받아 상기 회전전기기계를 구동시키는 구동장치, 및

상기 회전전기기계가 구동되어 상기 내연기관을 시동하는 경우, 상기 승압장치에 의한 전압승압률이 규정값 이하로 제한되도록 상기 승압장치를 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
내연기관의 출력축에 결합된 회전축을 구비한 회전전기기계를 구동가능한 부하구동장치의 제어방법에 있어서,

상기 부하구동장치는,

축전장치,

상기 축전장치로부터의 전압을 승압가능하도록 구성된 승압장치, 및

상기 승압장치로부터의 출력전압을 받아 상기 회전전기기계를 구동시키는 구동장치를 포함하고,

상기 제어방법은,

상기 회전전기기계를 구동시켜 상기 내연기관을 시동시키는 요구가 있었는지의 여부를 판정하는 단계, 및

상기 내연기관을 시동시키는 요구가 있었던 것으로 판정이 내려지는 경우, 상기 승압장치에 의한 전압승압률을 규정값 이하로 제한시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 부하구동장치의 제어방법.
제10항에 있어서,

상기 규정값은 상기 출력전압이 상기 축전장치로부터의 전압과 실질적으로 같도록 결정되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치의 제어방법.
제10항에 있어서,

상기 승압장치는, 상기 내연기관을 시동시키는 요구가 있었던 것으로 판정이 내려지는 경우 상기 전압승압률을 제한하는 단계에서 정지되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치의 제어방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 축전장치의 출력전력이 임계값보다 낮은지의 여부를 판정하는 단계를 더 포함하여 이루어지고,

상기 전압승압률은, 상기 출력전력이 상기 임계값보다 낮은 것으로 판정이 내려지는 경우, 상기 전압승압률을 제한하는 단계에서 상기 규정값 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치의 제어방법.
제13항에 있어서,

상기 임계값은 상기 회전전기기계에 의해 상기 내연기관을 시동하는 데 필요한 전력을 토대로 결정되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치의 제어방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 축전장치의 온도가 규정 온도보다 낮은지의 여부를 판정하는 단계를 더 포함하여 이루어지고,

상기 전압승압률은, 상기 축전장치의 온도가 상기 규정 온도보다 낮은 것으로 판정이 내려지는 경우, 상기 전압승압률을 제한하는 단계에서 상기 규정값 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치의 제어방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내연기관의 온도가 규정 온도보다 낮은지의 여부를 판정하는 단계를 더 포함하여 이루어지고,

상기 전압승압률은, 상기 내연기관의 온도가 상기 규정 온도보다 낮은 것으로 판정이 내려지는 경우, 상기 전압승압률을 제한하는 단계에서 상기 규정값 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 부하구동장치의 제어방법.