KR20180039564A

KR20180039564A - 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20180039564A
Application number: KR1020170126084A
Authority: KR
Inventors: 안희락; 장인규
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2018-04-18
Also published as: KR102490717B1

Abstract

하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치 및 그 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치는 저전압 배터리 및 고전압 배터리의 충전 상태(SoC; State Of Charge) 및 전장부하의 부하값(LD)을 모니터링하는 모니터링부; 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제1충전 임계값(Th1), 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제2충전 임계값(Th3), 및 전장부하의 부하값(LD)과 부하 임계값(Th2)을 비교하는 비교부; 비교 결과에 따라 컨버터의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단하는 판단부; 및 판단 결과에 따라 저전압 배터리의 전장부하로의 전력 공급량이 증가하도록 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키거나, 컨버터를 통한 전력 공급량이 증가하도록 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 제어값 조정부;를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치 및 그 방법{Apparatus and method for controlling converter in hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로, 특히, 저전압 배터리 및 전장부하에 전력을 공급하는 컨버터를 효율적으로 제어하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알터네이터의 발전제어는 배터리와 차량 상태 정보로부터 알터네이터의 발전량을 제어하는 것을 말한다. 이러한 발전제어에서, 알터네이터가 발전시 많은 연료를 소모하게 되기 때문에, 시동을 켠 후 12V 배터리를 만충전 상태로 유지하던 기존의 발전방식과는 달리, 연료소모가 적은 구간에서 발전량을 증가시키는 발전제어 방식이 최근 폭넓은 차종에 적용되고 있다.

한편, 48V BSG(Belt-driven Startor Generator) 시스템은 기존 차량 시스템에서의 알터네이터의 역할을 대출력 모터로 대체하여 가속 시에 모터링을 통해 토크를 어시스트 하거나 감속 시에 발전기로 작동하고 정차 시엔 축적된 배터리 에너지를 사용함으로써 연비개선을 도모하는 시스템이다.

이러한 시스템은 12V 전장부하를 감당하고 배터리를 충전하는 알터네이터의 역할이 컨버터로 대체된다. 여기서, 컨버터는 인버터의 출력 또는 48V 배터리의 출력을 변환하여 12V 전장부하로 공급한다.

그러나, 이러한 종래의 하이브리드 시스템은 발전된 에너지가 48V 배터리에 충전되고 다시 방전되어 컨버터를 통하여 공급되는 과정에서 연속적인 에너지 손실이 발생하는 문제점이 있다.

KR

10-1241221

B

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 발전시 부하의 전력 공급 경로를 단축하고 미발전시 고전압 배터리의 사용을 감소시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 저전압 배터리 및 고전압 배터리의 충전 상태(SoC; State Of Charge) 및 전장부하의 부하값(LD)을 모니터링하는 모니터링부; 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제1충전 임계값(Th1), 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제2충전 임계값(Th3), 및 상기 전장부하의 부하값(LD)과 부하 임계값(Th2)을 비교하는 비교부; 상기 비교 결과에 따라 컨버터의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단하는 판단부; 및 상기 판단 결과에 따라 상기 저전압 배터리의 상기 전장부하로의 전력 공급량이 증가하도록 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키거나, 상기 컨버터를 통한 전력 공급량이 증가하도록 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 제어값 조정부;를 포함하는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치가 제공된다.

일 실시예에서, 상기 비교결과 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값(Th1)보다 크고, 상기 전장부하의 부하값(LD)이 상기 부하 임계값(Th2)보다 작은 경우, 상기 판단부는 상기 컨버터를 오프시키도록 판단하고, 상기 제어값 조정부는 상기 컨버터를 오프시키도록 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 비교결과, 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값(Th1)보다 크고, 상기 전장부하의 부하값(LD)이 상기 부하 임계값(Th2)보다 큰 경우, 상기 판단부는 상기 컨버터의 출력제어값을 감소하도록 판단하고, 상기 제어값 조정부는 상기 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 비교결과, 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값(Th1)보다 작고, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제2충전 임계값(Th3) 보다 크며, 상기 전장부하의 부하값(LD)이 상기 부하 임계값(Th2)보다 큰 경우, 상기 판단부는 상기 컨버터의 출력제어값을 증가하도록 판단하고, 상기 제어값 조정부는 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 판단부는 모터-발전기가 엔진발전 또는 회생제동인지의 여부를 판단하여 엔진발전 또는 회생제동인 동시에, 상기 비교결과, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제2충전 임계값(Th3) 보다 큰 경우, 상기 판단부는 인버터를 활성화하며 상기 컨버터의 출력제어값을 증가하도록 판단하고, 상기 제어값 조정부는 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 저전압 배터리 및 고전압 배터리의 충전 상태(SoC) 및 전장부하의 부하값(LD)을 모니터링하는 단계; 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제1충전 임계값(Th1), 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제2충전 임계값(Th3), 및 상기 전장부하의 부하값(LD)과 부하 임계값(Th2)을 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 따라 컨버터의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라 상기 저전압 배터리의 상기 전장부하로의 전력 공급량이 증가하도록 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키거나 상기 컨버터를 통한 전력 공급량이 증가하도록 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 조정 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법이 제공된다.

일 실시예에서, 상기 비교하는 단계에서 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값(Th1)보다 크고, 상기 전장부하의 부하값(LD)이 상기 부하 임계값(Th2)보다 작은 경우, 상기 판단하는 단계는 상기 컨버터를 오프시키도록 판단하고, 상기 조정 단계는 상기 컨버터를 오프시키는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 비교하는 단계에서 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값(Th1)보다 크고, 상기 전장부하의 부하값(LD)이 상기 부하 임계값(Th2)보다 큰 경우, 상기 판단하는 단계는 상기 컨버터의 출력제어값을 감소하도록 판단하고, 상기 조정하는 단계는 상기 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 비교하는 단계에서 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값(Th1)보다 작고, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제2충전 임계값(Th3)보다 크며, 상기 전장부하의 부하값(LD)이 상기 부하 임계값(Th2)보다 큰 경우, 상기 판단하는 단계는 상기 컨버터의 출력제어값을 증가하도록 판단하고, 상기 조정 단계는 상기 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 단계;를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법은 모터-발전기가 엔진발전 또는 회생제동인지의 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과, 엔진발전 또는 회생제동인 동시에, 상기 비교하는 단계에서, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제2충전 임계값(Th3) 보다 큰 경우, 인버터를 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 조정 단계는 엔진발전 및 회생발전시 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치 및 그 방법은 발전시 고전압 배터리를 경유하지 않고 컨버터를 통해 직접 전장부하 또는 저전압 배터리에 전력을 공급함으로써, 컨버터를 통해 부하에 공급되는 경로를 단축하여 에너지 손실을 감소시키므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 미발전시 저전압 배터리를 최대한 활용하여 고전압 배터리의 사용을 감소시킴으로써, 엔진발전으로 인한 연료소모 시점을 지연시키므로 연료소모량을 감소시켜 차량의 경제성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법에서 컨버터를 오프시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법에서 컨버터의 출력제어값을 감소시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법에서 컨버터의 출력제어값을 증가시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법에서 엔진발전 및 회생제동시의 동작 순서도이다.
도 8은 도 7에서 컨버터의 출력제어값을 증가시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량(10)은 모터-발전기(11), 인버터(12), 고전압 배터리(13), 전자제어유닛(ECU; Electronic Control Unit)(14), 컨버터(15), 전장부하(16), 및 저전압 배터리(17)를 포함할 수 있다.

이러한 하이브리드 차량(10)은 엔진과 모터-발전기(11)가 벨트를 통하여 연동하는 BSG 시스템일 수 있으며, 고전압 배터리(13)로서 48V 배터리를 사용하는 마일드 하이브리드 시스템일 수 있다.

모터-발전기(11)는 엔진의 시동을 위한 스타트 모터와 교류 전압을 발전할 수 있는 발전기로서 기능할 수 있다. 구체적으로 모터-발전기(11)는 스타트 모터로 기능할 경우, 인버터(12)를 통해 구동 전압을 공급 받아 엔진 동력의 보조 역할을 하고, 발전기로서 기능할 경우, 차량 제동시 발생되는 전기 에너지를 고전압 배터리(13)에 공급하여 충전할 수 있다.

인버터(12)는 교류를 직류로 변환하거나 직류를 교류로 변환하는 양방향 변환기로서, 고전압 배터리(13)로부터 공급되는 전기에너지를 변환하여 모터-발전기(11)에 공급하거나, 모터-발전기(11)에서 발전된 전기에너지를 변환하여 고전압 배터리(13)에 공급하여 충전할 수 있다.

여기서, 고전압 배터리(13)의 충전 과정은 엔진을 통해 연료를 소모하여 충전하는 엔진발전 및 운전자의 가속의지가 없는 코스팅 구간 및 제동구간에서 발생하는 회생발전으로 이루어진다.

고전압 배터리(13)는 복수의 슈퍼커패시터로 구성되며, 차량 감속시 모터-발전기(11)로부터 회생제동된 전기에너지가 공급되어 충전되고, 차량 가속시 엔진 토크를 보조하도록 모터-발전기(11)로 충전된 전기 에너지를 공급할 수 있다. 일례로, 이러한 고전압 배터리(13)는 48V 배터리일 수 있다.

전자제어유닛(14)은 각 구성들을 제어하며, 후술하는 바와 같은 컨버터 제어 장치(100)를 포함할 수 있다.

이러한 전자제어유닛(14)은 하이브리드 차량(10)의 에너지 효율을 향상시키기 위해 고전압 배터리(13) 및 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC) 및 전장부하(16)의 부하값(LD)에 따라 컨버터(15)의 출력제어값을 조정할 수 있다. 여기서, 출력제어값은 컨버터(15)의 출력을 증가시키거나 감소시키기 위한 인자값으로, 컨버터(15)의 PWM 펄스의 전압 크기 및 펄스 폭일 수 있지만, 이에 한정되지 않으며, 컨버터(15)의 출력을 조정하기 위한 인자값이면 특별히 한정되지 않는다.

컨버터(15)는 직류의 레벨을 변환하는 DC-DC 컨버터로서, 발전이 수행되는 경우 인버터(12)의 출력 또는 발전이 수행되지 않는 경우 고전압 배터리(13)의 전압을 변환하여 저전압 배터리(17)로 공급하여 충전하거나, 전장부하(16)로 공급할 수 있다.

전장부하(16)는 하이브리드 차량(10)의 운전중에 사용되는 각종 부하로서, 램프 등과 같은 전력을 소비하는 부품, 또는 전자제어 기능 및 그에 의한 구동 수단을 포함할 수 있다. 이러한 전장부하(16)는 저전압 배터리(17) 또는 고전압 배터리(13)로부터 컨버터(15)를 통하여 전력이 공급된다.

저전압 배터리(17)는 컨버터(15)에 의해 변환된 전기에너지가 공급되어 충전되고, 하이브리드 차량(10)의 전장부하(16)로 충전된 전력을 공급할 수 있다. 일례로, 이러한 저전압 배터리(17)는 12V 배터리일 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치의 블록도이다.

컨버터 제어 장치(100)는 도 1의 전자제어유닛(14)에 의해 구현되고, 모니터링부(110), 비교부(120), 판단부(130) 및 제어값 조정부(140)를 포함할 수 있다.

모니터링부(110)는 고전압 배터리(13), 저전압 배터리(17) 및 전장부하(16)에 연결되어 고전압 배터리(13) 및 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC) 및 전장부하(16)의 부하값(LD)을 모니터링할 수 있다.

여기서, 모니터링부(110)는 고전압 배터리(13) 및 저전압 배터리(17)의 음극에 구비된 IBS(Intelligent Battery Sensor)로부터 고전압 배터리(13) 및 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)를 모니터링할 수 있다.

또한, 모니터링부(110)는 컨버터(15) 및 저전압 배터리(17)의 전력 공급에 따라 IBS 센서로부터 감지되는 전류 또는 별도로 구비된 전류센서로부터 감지된 전류에 의해 전장부하(16)의 부하값(LD), 즉, 전장부하(16)의 구동에 필요한 전력의 크기를 모니터링할 수 있다.

비교부(120)는 컨버터(15)의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단하도록 고전압 배터리(13)와 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC), 및 전장부하(16)의 부하값(LD)을 기준값과 비교할 수 있다.

보다 구체적으로, 비교부(120)는 저전압 배터리(17)의 충전 여부를 판단하기 위해 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)와 제1충전 임계값(Th1)을 비교할 수 있다. 여기서, 제1충전 임계값(Th1)은 저전압 배터리(17)의 충전요구 수준일 수 있다.

또한, 비교부(120)는 저전압 배터리(17)로부터 전장부하(16)로 일정 시간 전력을 공급할 수 있는지의 여부를 판단하기 위해 전장부하(16)의 부하값(LD)과 부하 임계값(Th2)을 비교할 수 있다. 여기서, 부하 임계값(Th2)은 현재의 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)가 제1충전 임계값(Th1)이상을 일정시간 동안 유지할 수 있는 부하값(LD)을 의미한다.

또한, 비교부(120)는 고전압 배터리(13)의 충전을 최소화할 수 있는지를 판단하기 위해 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)와 제2충전 임계값(Th3)을 비교할 수 있다. 여기서, 제2충전 임계값(Th3)은 고전압 배터리(13)의 충전요구 수준일 수 있다.

판단부(130)는 비교부(120)의 비교결과에 따라 컨버터(15)의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 판단부(130)는 고전압 배터리(13)에 충전된 에너지를 절약하기 위해 컨버터(15)의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단할 수 있다.

또한, 판단부(130)는 컨버터(15)를 통한 전력 공급의 경로를 단축하기 위해 컨버터(15)의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 판단부(130)는 모터-발전기(11)가 엔진발전 또는 회생제동인지의 여부를 판단하여 엔진발전 또는 회생제동인 동시에 비교부(120)의 비교결과, 고전압 배터리(17)의 충전이 필요하지 않은 경우, 인버터(12)를 활성화하고 컨버터(15)의 출력제어값을 증가하도록 판단할 수 있다.

제어값 조정부(140)는 판단부(130)의 판단 결과에 따라 저전압 배터리(17)의 전장부하(16)로의 전력 공급량이 증가하도록 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키거나, 컨버터(15)를 통한 전력 공급량이 증가하도록 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시킬 수 있다.

일례로, 제어값 조정부(140)는 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)가 제1충전 임계값(Th1)보다 크고, 전장부하(16)의 부하값(LD)이 부하 임계값(Th2)보다 작은 경우, 즉, 저전압 배터리(17)의 충전이 필요하지 않고, 저전압 배터리(17)에 의해 전장부하(16)에 충분한 전력을 공급할 수 있는 경우, 저전압 배터리(17)만으로 전장부하(16)에 전력을 공급하기 위해 컨버터(15)를 오프하도록 제어할 수 있다.

이와 같이, 제어값 조정부(140)가 컨버터(15)를 오프시킴으로써, 즉, 컨버터(15)를 통하여 전장부하(16)로 공급하는 고전압 배터리(13)의 전력 소비를 차단함으로써, 고전압 배터리(13)에 충전된 에너지를 절약할 수 있기 때문에, 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)를 유지하기 위한 엔진발전의 시점을 지연시킬 수 있고, 따라서, 엔진발전시 필요한 연료소모 시점을 지연시킬 수 있다.

더욱이, 하이브리드 차량(10)의 주행 조건에 따라 엔진발전 진입 이전에 회생제동에 의한 회생발전이 발생하면, 회생발전에 의해 고전압 배터리(13)를 충전할 수 있기 때문에 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)를 유지하기 위한 엔진발전 진입을 더욱 지연할 수 있다.

또한, 제어값 조정부(140)는 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)가 제1충전 임계값(Th1)보다 크고, 전장부하(16)의 부하값(LD)이 부하 임계값(Th2)보다 큰 경우, 즉, 저전압 배터리(17)의 충전이 필요하지 않지만, 전장부하(16)의 요구 전력이 커서 저전압 배터리(17)만으로 전장부하(16)에 일정시간 동안 충분한 전력을 공급하지 못하는 경우, 저전압 배터리(17)에 더하여 고전압 배터리(13)로부터 컨버터(15)를 통한 전력 공급량을 부가하도록 제어할 수 있다. 여기서, 제어값 조정부(140)는 저전압 배터리(17)의 전력을 충분히 활용하기 위해 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시킬 수 있다.

여기서, 컨버터(15)는 정상 제어시, 고전압 배터리(14)의 전력을 이용하여 전장부하(16)가 특정 전압을 유지하기 위해 필요한 전류량을 제공할 수 있다. 이때, 제어값 조정부(140)는 컨버터(15)의 출력제어값을 일정 수준으로 제어한다.

이 경우, 특히, 모터-발전기(11)에 의해 발전이 이루어지지 않는 경우에는, 컨버터(15)의 출력제어값을 일정 수준으로 제어하는 것은 고전압 배터리(13)의 전력을 소비하는 것이기 때문에, 본 발명의 실시예에서는 이와 같이, 컨버터(15)를 통한 고전압 배터리(13)의 전력 소비를 감소시키기 위해 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시의 일정 수준보다 감소시킬 수 있다.

이와 같이, 제어값 조정부(140)가 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시의 일정 수준보다 감소시킴으로써, 전장부하(16)의 필요 전력을 충족하면서도 고전압 배터리(13)에 충전된 에너지의 소비를 최소화할 수 있기 때문에, 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)를 유지하기 위한 엔진발전의 시점을 지연시킬 수 있고, 따라서, 엔진발전시 필요한 연료소모 시점을 지연시킬 수 있다.

또한, 제어값 조정부(140)는 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)가 제1충전 임계값(Th3)보다 작고, 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)가 제2충전 임계값(Th3) 보다 크며, 전장부하의 부하값(LD)이 부하 임계값(Th2)보다 큰 경우, 즉, 저전압 배터리(17)의 충전이 필요하지만 고전압 배터리(13)에 의해 전장부하(16)에 충분한 전력을 공급할 수 있는 경우, 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시킬 수 있고, 따라서, 컨버터(15)를 통해 공급되는 전력량을 증가시킬 수 있다.

이와 같이, 제어값 조정부(140)가 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시의 일정 수준보다 증가시킴으로써, 저전압 배터리(17)에 의한 전장부하(16)로의 전력 공급을 감소시킬 수 있으므로 저전압 배터리(17)를 급속 충전할 수 있다.

또한, 제어값 조정부(140)는 판단부(130)의 판단 결과, 모터-발전기(11)가 엔진발전 또는 회생제동인 동시에 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)가 제2충전 임계값(Th3)보다 큰 경우, 즉, 고전압 배터리(13)를 충전할 필요가 없는 경우, 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시킬 수 있고, 따라서, 컨버터(15)를 통해 공급되는 전력량을 증가시킬 수 있다.

이와 같이, 제어값 조정부(140)가 엔진발전 및 회생발전시 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시의 일정 수준보다 증가시킴으로써, 상술한 바와 같이, 고전압 배터리(13)를 충전한 후 이를 컨버터(15)를 통해 전장부하(16) 또는 저전압 배터리(17)로 공급하지 않고, 인버터(12)의 출력을 직접 컨버터(15)를 통하여 전장부하(16) 또는 저전압 배터리(17)로 공급할 수 있음으로 컨버터(15)를 통한 전력 공급의 경로를 단축할 수 있으므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 구성에 의해 컨버터 제어 장치(100)는 컨버터를 통해 부하에 공급되는 경로를 단축하여 에너지 손실을 감소시키므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 엔진발전으로 인한 연료소모 시점을 지연시키므로 연료소모량을 감소시켜 차량의 경제성을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법에서 컨버터를 오프시키는 예를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법에서 컨버터의 출력제어값을 감소시키는 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법에서 컨버터의 출력제어값을 증가시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.

하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법(300)은 배터리 충전 상태(SoC) 및 전장부하 상태를 모니터링 및 판단하는 단계(S310 내지 S330, S360, S370), 컨버터(15)를 오프시키는 단계(S340), 컨버터(15)의 출력제어값을 감소시키는 단계(S350), 및 컨버터(15)의 출력제어값을 증가시키는 단계(S380)를 포함한다.

보다 상세히 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 고전압 배터리(13), 저전압 배터리(17) 및 전장부하(16)에 연결되어 고전압 배터리(13) 및 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC) 및 전장부하(16)의 부하값(LD)을 모니터링할 수 있다(단계 S310).

다음으로, 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)와 제1충전 임계값(Th1)을 비교하여(S320), 충전 상태(SoC)가 제1충전 임계값(Th1)보다 큰 경우, 즉, 저전압 배터리(17)가 완충 상태이거나 충전할 필요가 없는 경우, 전장부하(16)의 부하값(LD)과 부하 임계값(Th2)을 비교할 수 있다(단계 S330).

단계 S330의 비교 결과, 전장부하(16)의 부하값(LD)이 부하 임계값(Th2)보다 작은 경우, 즉, 저전압 배터리(17)에 의해 전장부하(16)에 충분한 전력을 공급할 수 있는 경우, 컨버터(15)를 통한 고전압 배터리(13)의 전력을 절약하기 위해 저전압 배터리(17) 만으로 전장부하(16)로 전력을 공급하도록 컨버터(15)를 오프시킬 수 있다(단계 S340).

도 4에 도시된 바와 같이, 전장부하(16)는 저전압 배터리(17)로부터만 전력을 공급받기 때문에, 컨버터(15)를 통한 고전압 배터리(13)의 전력 소비가 차단되므로 고전압 배터리(13)에 충전된 에너지를 절약하여 엔진발전의 시점을 지연시킬 수 있고, 따라서, 엔진발전시 필요한 연료소모 시점을 지연시킬 수 있으므로, 연료소모량을 감소시킬 수 있다.

단계 S330의 판단 결과, 전장부하(16)의 부하값(LD)이 부하 임계값(Th2)보다 큰 경우, 즉, 저전압 배터리(17)의 충전이 필요하지 않지만, 전장부하(16)의 요구 전력이 커서 저전압 배터리(17)만으로 전장부하(16)에 일정시간 동안 충분한 전력을 공급하지 못하는 경우, 저전압 배터리(17)에 더하여 고전압 배터리(13)로부터 컨버터(15)를 통한 전력 공급량을 부가하도록 제어할 수 있다. 여기서, 저전압 배터리(17)의 전력을 충분히 활용하기 위해 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시킬 수 있다(단계 S350).여기서, 컨버터(15)의 정상 제어시, 컨버터(15)는 고전압 배터리(14)의 전력을 이용하여 전장부하(16)가 특정 전압을 유지하기 위해 필요한 전류량을 제공할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전장부하(16)는 대부분의 전력을 저전압 배터리(17)로부터 공급받고, 일부만을 고전압 배터리(13)로부터 컨버터(15)를 통하여 공급받기 때문에, 컨버터(15)를 통한 고전압 배터리(13)의 전력 소비가 최소화되므로 고전압 배터리(13)에 충전된 에너지를 절약하여 엔진발전의 시점을 지연시킬 수 있고, 따라서, 엔진발전시 필요한 연료소모 시점을 지연시킬 수 있으므로, 연료소모량을 감소시킬 수 있다.

단계 S330 및 단계 S340과 같이, 컨버터(15)를 오프시키거나 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키면, 저전압 배터리(17)의 전장부하(16)로의 전력 공급량이 증가할 수 있다.

단계 S320의 비교 결과, 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)가 제1충전 임계값(Th1)보다 작은 경우, 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)와 제2충전 임계값(Th3)을 비교하여(단계 S360), 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)가 제2충전 임계값(Th3)보다 큰 경우, 제2충전 전장부하(16)의 부하값(LD)과 부하 임계값(Th32)을 비교할 수 있다(단계 S370)

단계 S370의 비교 결과, 전장부하(16)의 부하값(LD)이 부하 임계값(Th2)보다 큰 경우, 즉, 고전압 배터리(13)의 충전이 필요하지 않은 동시에, 저전압 배터리(17)를 충전할 필요하며, 특히 전장부하(16)가 대전류를 필요로 하여 전장부하(16)의 요구 전력이 비교적 큰 경우, 고전압 배터리(13) 로부터 컨버터(15)를 통해 저전압 배터리(17)를 충전하거나, 전장부하(16)에 전력을 공급하기 위해 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시킬 수 있다(단계 S380).

다시 말하면, 단계 S320의 비교 결과, 저전압 배터리(17)의 충전이 필요하고, 단계 S360의 비교 결과 고전압 배터리(13)의 충전이 필요하지 않으며, 단계 S370 의 비교 결과 전장부하(16)의 부하량(LD)이 큰 경우, 컨버터(15)에 의한 전력 공급량이 증가하도록 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시킬 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 전장부하(16)는 대부분의 전력을 고전압 배터리(13)로부터 컨버터(15)를 통해 공급받고, 일부만을 저전압 배터리(17)로부터 공급받기 때문에, 저전압 배터리(17)에 의한 전장부하(16)로의 전력 공급을 감소시킬 수 있으므로 저전압 배터리(17)를 급속 충전할 수 있다.

단계 S360의 비교 결과, 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)가 제2충전 임계값(Th3)보다 작은 경우, 즉, 고전압 배터리(13)의 충전이 필요한 경우, 또는 단계 S370의 비교 결과, 전장부하(16)의 부하값(LD)이 부하 임계값(Th2)보다 작은 경우, 즉, 전장부하(16)의 전력 공급이 요구되는 경우, 컨버터(15)를 정상적으로 제어할 수 있다(단계 S390).

이때, 고전압 배터리(14)의 전력을 이용하여 전장부하(16)가 특정 전압을 유지하기 위해 필요한 전류량을 제공할 수 있다.

단계 S340, 단계 S350, 단계 S380 및 단계 S390과 같이, 배터리의 충전 상태(SoC) 및 전장부하(16)의 크기에 따른 제어가 완료되면, 하이브리드 차량(10)의 운행이 종료되었는지를 판단하여(단계 S399) 운행이 종료되지 않으면, 단계 S320으로 복귀하여 단계 S320 내지 S390의 컨버터 제어 방법을 반복적으로 수행할 수 있다.

단계 S399의 판단 결과, 하이브리드 차량(10)의 운행이 종료된 경우, 컨버터 제어 방법(300)을 종료할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 컨버터 제어 중에 모터-발전기(11)에 의한 발전이 이루어는 경우, 고전압 배터리(13)를 충전한 후 이를 컨버터(15)를 통해 전장부하(16) 또는 저전압 배터리(17)로 공급하지 않고, 인버터(12)의 출력을 직접 컨버터(15)를 통하여 전장부하(16) 또는 저전압 배터리(17)로 공급할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법에서 엔진발전 및 회생제동시의 동작 순서도이고, 도 8은 도 7에서 컨버터의 출력제어값을 증가시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.

엔진발전 및 회생제동시의 컨버터 제어 방법(400)은 엔진발전 또는 회생제동 여부를 판단하는 단계(S410), 인버터를 활성화하는 단계(S420), 고전압 배터리(13)의 충전 상태를 판단하는 단계(S430), 및 컨버터(15)의 출력제어값을 조정하는 단계(S440)를 포함한다.

보다 상세히 설명하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 먼저, 모터-발전기(11)가 엔진발전 또는 회생 제동 중인지를 판단하여(S410), 엔진발전 또는 회생 제동중이 아닌 경우, 엔진발전 또는 회생 제동에 진입할 때까지 지속적으로 모니터링할 수 있다.

단계 S410의 판단 결과, 모터-발전기(11)가 엔진발전 또는 회생 제동 중인 경우, 고전압 배터리(15)를 충전하기 위해 인버터(12)를 활성화할 수 있다(단계 S420).

다음으로, 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)와 제2충전 임계값(Th3)을 비교하여(단계 S430), 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)가 제2충전 임계값(Th3)보다 큰 경우, 즉, 고전압 배터리(13)를 충전할 필요가 없는 경우, 컨버터(15)에 의한 전력 공급량이 증가하도록 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시킬 수 있다(단계 S440).

도 8에 도시된 바와 같이, 엔진발전 및 회생발전시 인버터(12)는 대부분의 전력을 컨버터(15)를 통하여 저전압 배터리(17)를 충전하거나 전장부하(16)로 공급하고, 일부만을 고전압 배터리(13)의 충전을 위해 공급하기 때문에, 발전된 전력을 인버터(12)로부터 컨버터(15)를 통해 직접 저전압 배터리(17) 및 전장부하(16) 등의 부하에 공급할 수 있으므로, 컨버터(15)를 통해 전장부하(16) 및 저전압 배터리(17)로 전력을 공급하는 경로를 단축할 수 있고, 따라서 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

단계 S430의 비교 결과, 고전압 배터리(13)의 충전 상태(SoC)가 제2충전 임계값(Th3)보다 작은 경우, 즉, 고전압 배터리(13)를 충전할 필요가 있는 경우, 컨버터(15)를 정상적으로 제어할 수 있다(단계 S450)

즉, 고전압 배터리(13) 또는 저전압 배터리(17)의 충전 상태(SoC)를 일정하게 유지하기 위하여 컨버터(15)의 출력제어값을 정상 제어시의 일정 수준으로 제어하면서, 인버터(12)에 의해 고전압 배터리(13)를 충전하고, 필요에 따라 고전압 배터리(13)로부터 컨버터(15)를 통하여 전장부하(16) 또는 저전압 배터리(17)와 같은 부하로 공급할 수 있다. 이때, 저전압 배터리(17)는 컨버터(15)를 통한 전력에 의해 충전되거나 충전된 전력을 전장부하(16)로 공급할 수 있다. 이와 같은 방법에 의해 컨버터를 통해 부하에 공급되는 경로를 단축하여 에너지 손실을 감소시키므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 엔진발전으로 인한 연료소모 시점을 지연시키므로 연료소모량을 감소시켜 차량의 경제성을 향상시킬 수 있다. 상기와 같은 방법들은 도 1에 도시된 바와 같은 전자제어유닛(14) 또는 도 2에 도시된 바와 같은 컨버터 제어 장치(100)에 의해 구현될 수 있고, 특히, 이러한 단계들을 수행하는 소프트웨어 프로그램으로 구현될 수 있으며, 이 경우, 이러한 프로그램들은 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.

이 때, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 판독가능한 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함하며, 예를 들면, ROM, RAM, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등일 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 하이브리드 차량 11 : 모터-발전기
12 : 인버터 13 : 고전압 배터리
14 : 전자제어유닛 15 : 컨버터
16 : 전장부하 17 : 저전압 배터리
100 : 컨버터 제어 장치 110 : 모니터링부
120 : 비교부 130 : 판단부
140 : 제어값 조정부

Claims

저전압 배터리 및 고전압 배터리의 충전 상태(SoC; State Of Charge) 및 전장부하의 부하값을 모니터링하는 모니터링부;
상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제1충전 임계값, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제2충전 임계값, 및 상기 전장부하의 부하값과 부하 임계값을 비교하는 비교부;
상기 비교 결과에 따라 컨버터의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단하는 판단부; 및
상기 판단 결과에 따라 상기 저전압 배터리의 상기 전장부하로의 전력 공급량이 증가하도록 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키거나, 상기 컨버터를 통한 전력 공급량이 증가하도록 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 제어값 조정부;
를 포함하는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 비교결과, 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값보다 크고, 상기 전장부하의 부하값이 상기 부하 임계값보다 작은 경우, 상기 판단부는 상기 컨버터를 오프시키도록 판단하고, 상기 제어값 조정부는 상기 컨버터를 오프시키도록 제어하는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 비교결과, 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값보다 크고, 상기 전장부하의 부하값이 상기 부하 임계값보다 큰 경우, 상기 판단부는 상기 컨버터의 출력제어값을 감소하도록 판단하고, 상기 제어값 조정부는 상기 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 비교결과, 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값보다 작고, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제2충전 임계값 보다 크며, 상기 전장부하의 부하값이 상기 부하 임계값보다 큰 경우, 상기 판단부는 상기 컨버터의 출력제어값을 증가하도록 판단하고, 상기 제어값 조정부는 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 판단부는 모터-발전기가 엔진발전 또는 회생제동인지의 여부를 판단하여 엔진발전 또는 회생제동인 동시에,
상기 비교결과, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제2충전 임계값 보다 큰 경우, 상기 판단부는 인버터를 활성화하며 상기 컨버터의 출력제어값을 증가하도록 판단하고, 상기 제어값 조정부는 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 장치.
저전압 배터리 및 고전압 배터리의 충전 상태(SoC) 및 전장부하의 부하값을 모니터링하는 단계;
상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제1충전 임계값, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)와 제2충전 임계값, 및 상기 전장부하의 부하값과 부하 임계값을 비교하는 단계;
상기 비교 결과에 따라 컨버터의 출력제어값을 조정할지의 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과에 따라 상기 저전압 배터리의 상기 전장부하로의 전력 공급량이 증가하도록 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키거나 상기 컨버터를 통한 전력 공급량이 증가하도록 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 조정 단계;
를 포함하는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 비교하는 단계에서 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값보다 크고, 상기 전장부하의 부하값이 상기 부하 임계값보다 작은 경우, 상기 판단하는 단계는 상기 컨버터를 오프시키도록 판단하고, 상기 조정 단계는 상기 컨버터를 오프시키는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 비교하는 단계에서 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값보다 크고, 상기 전장부하의 부하값이 상기 부하 임계값보다 큰 경우, 상기 판단하는 단계는 상기 컨버터의 출력제어값을 감소하도록 판단하고, 상기 조정 단계는 상기 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 감소시키는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 비교하는 단계에서 상기 저전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제1충전 임계값보다 작고, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제2충전 임계값보다 크며, 상기 전장부하의 부하값이 상기 부하 임계값보다 큰 경우, 상기 판단하는 단계는 상기 컨버터의 출력제어값을 증가하도록 판단하고, 상기 조정 단계는 상기 컨버터의 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법.
제6항에 있어서,
모터-발전기가 엔진발전 또는 회생제동인지의 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과, 엔진발전 또는 회생제동인 동시에, 상기 비교하는 단계에서, 상기 고전압 배터리의 충전 상태(SoC)가 상기 제2충전 임계값 보다 큰 경우, 인버터를 활성화하는 단계;를 더 포함하고,
상기 조정 단계는 상기 컨버터의 상기 출력제어값을 정상 제어시보다 증가시키는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 컨버터 제어 방법.