KR20190080344A - 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법 - Google Patents

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이민규
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허윤찬
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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기차량의 메인 배터리의 상태를 확인하는 단계 및 상기 메인 배터리의 상태를 확인하는 단계에서의 확인 결과, 상기 메인 배터리의 SOC(State of Charge)가 만충 상태거나 충전 제한 상태인 경우, 상기 하이브리드 전기차량의 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계를 포함하는 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법으로서, 본 발명에 의하면, 하이브리드 전기차량에서 메인 배터리의 과충전을 방지하고, 엔진 브레이크의 제동력을 확보할 수 있게 한다.

Description

하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법{ENGINE CONTROL METHOD OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 엔진을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 전기차량의 엔진을 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며 이를 하이브리드 전기차량이라 한다.
이에는 HEV(Hybrid Electric Vehicle)와 PHEV(Plug-in HEV)가 있다.
이러한 HEV 또는 PHEV 차량은 메인 배터리가 만충이나 충전 제한이 되었을 때에는 배터리를 보호하기 위해 더 이상 충전을 하지 않고, HSG(Hybrid Start Generator)를 통해 엔진을 계속 구동시켜 메인 배터리가 최대한 방전을 하게 하여 과충전을 방어하는 데 중점을 두고 있다.
이때, 조금씩이라도 충전을 하게 되면 메인 배터리의 과충전으로 안전상의 문제가 될 수가 있다.
또한, 하이브리드 차량은 모터의 회생제동(regenerative braking)을 이용하여 제동력을 확보하지만, 역시 메인 배터리의 만충이나 충전 제한이 될 때는 회생제동을 이용할 수 없는 바 엔진 브레이크를 통해서 제동력을 확보할 수밖에 없게 되므로, 엔진 브레이크의 제동력을 더 확보하여야만 한다.
즉, 모터의 회생제동이 불가한 상황에서는 운전자의 제동력 요구에 대응하여 모터의 회생제동 대신에 엔진 브레이크의 제동력이 유압 브레이크 제동력과 합쳐져서 전체 제동력이 발생하여야 한다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1765643호 한국등록특허공보 제10-1541711호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 메인 배터리의 과충전을 방지하고, 엔진 브레이크의 제동력을 확보할 수 있는 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법은, 하이브리드 전기차량의 메인 배터리의 상태를 확인하는 단계 및 상기 메인 배터리의 상태를 확인하는 단계에서의 확인 결과, 상기 메인 배터리의 SOC(State of Charge)가 만충 상태거나 충전 제한 상태인 경우, 상기 하이브리드 전기차량의 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계를 포함한다.
상기 메인 배터리의 상태를 확인하는 단계에서의 확인 결과, 상기 메인 배터리의 SOC(State of Charge)가 만충 상태거나 충전 제한 상태인 경우, 엔진 브레이크 요구 여부를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계는, 스로틀 밸브(Throttle valve)를 최소 개방위치로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계는, 캠(CAM)을 최대 지각(Retard)으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법은, 하이브리드 전기차량의 회생제동(Regenerative Braking)이 불가한 상태에서, 엔진 브레이크의 요구 여부를 확인하는 단계 및 상기 엔진 브레이크의 요구 여부를 확인하는 단계에 의해 요구가 발생한 경우, 상기 하이브리드 전기차량의 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계는, 스로틀 밸브(Throttle valve)를 최소 개방위치로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계는, 캠(CAM)을 최대 지각(Retard)으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법에 의하면, 하이브리드 전기차량의 배터리가 만충이거나 충전이 제한되는 경우에 엔진의 효율을 낮추는 제어를 하여 배터리를 방전시킴으로써 배터리가 과충전되지 않게 하고, 그에 따른 안전 문제를 미연에 방지시킬 수가 있다.
그리고, 회생제동이 불가하여 엔진 브레이크가 요구될 때, 부족한 제동력을 엔진 로스가 커지게 하여 큰 제동력을 내게 하여 적절한 제동감을 만들 수 있게 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 엔진 제어 방법의 개념을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 엔진 브레이크의 제동력의 변화를 나타낸 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 엔진 제어 방법의 개념을 설명하기 위해 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법을 도시한 것이다.
이하, 이들 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법을 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 엔진 제어 방법은 HEV 또는 PHEV의 하이브리드 전기차량의 엔진을 제어함으로써 배터리의 과충전을 방지하고, 배터리 만충시 엔진 브레이크의 제동력이 최대한 확보될 수 있게 하기 위한 것으로서, 기존 엔진 제어의 최적점을 사용하여 제어하지 않고 엔진 효율이 좋지 않도록 제어하여 배터리의 방전이 최대가 될 수 있도록 하여 이를 해결하는 것이다.
즉, 도 1, 도 2와 같이 피스톤이 상사점과 하사점 간에 변화할 때 기존에는 엔진 효율을 최대화하기 위해서 캠(CAM)을 가변시켜서 밸브를 조금 열어 피스톤의 저항을 최소화시켜 항상 엔진 효율을 최대화시키게 된다.
그러나, 본 발명은 일정 조건 하에서 스로틀 밸브(Throttle Valve)와 캠(CAM)을 제어함으로써 엔진의 효율이 최소화되도록 엔진을 제어하는 것이다.
즉, 스로틀밸브 센서(TPS, Throttle valve Position Sensor)를 확인하여 스로틀 밸브가 최대한 닫히도록 스로틀 밸브를 제어하고, 캠을 최대한 지각(Retard)시킴으로써 밸브 오버랩(valve overlap)을 최소화하여 도 3과 같이 저항을 극대화시켜 효율을 최소화하고, 엔진의 저항을 크게 하는 것이다.
본 발명은 이와 같이 엔진 효율을 줄이는 제어를 함으로써 배터리 방전량을 늘려 배터리를 과충전으로부터 보호하고, 엔진 브레이크의 제동력이 보다 확보될 수 있게 하는 것이다.
도 4는 이를 순차적으로 나타낸 것으로서, 우선 차량의 엔진이 최적점으로 제어되는 상태에서(S10), 배터리의 SOC(State of Charge)를 감지하여 SOC가 만충 상태이거나 배터리 충전 제한상태인지를 판단한다(S20).
배터리가 만충 상태라면 HSG(Hybrid Starter Generator)를 통해 엔진을 계속 구동시켜 배터리를 최대한 방전시키게 된다.
S20의 판단 결과, 배터리의 SOC가 만충 상태이거나 배터리 충전 제한상태라면, 배터리의 과충전이 문제될 수 있다.
이 같은 경우, 본 발명은 엔진 효율을 최저점으로 제어함으로써(S40), HSG에 의한 최대한 방전을 유도하여 배터리가 과충전되는 것이 미연에 방지되게 제어할 수 있다.
S20 판단 이후, 엔진 브레이크의 요구가 있는지를 확인하여(S30), 엔진 브레이크의 요구가 있으면 엔진 효율을 최저점으로 제어한다(S40).
즉, 배터리의 만충 또는 충전제한에 의해 회생제동이 불가한 상태이므로, 엔진 브레이크의 제동력의 확보가 필요하게 된다.
그렇기 때문에, 엔진 브레이크의 요구가 있으면(S30), 엔진 효율을 최저점으로 제어함으로써(S40), 엔진 브레이크에 의해 더 큰 제동력이 발생될 수 있게 한다.
엔진 효율의 최저점 제어(S40)는 앞서 살펴본 바와 같이, TPS에 의해 스로틀 밸브의 최소 개방위치로 스로틀 밸브를 제어하는 것에 의해 엔진 효율을 떨어뜨린다.
그리고, 캠(CAM)을 최대 지각(Retard)되도록 제어함으로써, 밸브 오버랩을 최소화시켜 엔진 효율을 떨어뜨린다.
도 5는 본 발명에 의한 엔진 브레이크의 제동력의 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 엔진 브레이크시 종래 기술에 의한 제동에 비해 본 발명에 의한 제동의 경우 더 많은 양의 제동력이 확보되는 것을 G-value(가속도 센서를 이용한 가속도)의 변화를 통해 나타낸 것이며, TPS 9ㅀ에서 1ㅀ로의 제어에 의한 결과이다.
메인 배터리가 만충이나 충전 제한이 되지 않았을 경우에는 모터의 회생제동을 통해서 제동력을 확보하지만, 메인 배터리의 만충 또는 충전 제한이 된 상태에서는 더 이상 회생제동이 불가하기 때문에 연료공급을 중지하고 타행으로 엔진이 구동되는 연료 컷 오프 조건(Fuel Cut-Off Condition, 이하 "PUC"라 칭한다.) 상태에서 모터와 엔진이 접합되어 있는 상태에서 엔진 브레이크를 사용하여 제동력을 확보해야 하지만, EPS 및 CAM 등을 엔진 구동의 최적점으로 제어를 하기 때문에 엔진 브레이크를 통한 충분한 제동력의 확보가 어려운 것이다.
따라서, 엔진 브레이크가 요구될 때는 엔진 제어를 최적점이 아닌 효율이 제일 안 좋은 제어를 통해서 엔진 구동에 필요한 에너지가 더 커지게 되면, 엔진 브레이크를 통한 제동력 확보가 엔진 loss가 증가한 만큼 더 증가한다.
또한, SOS가 만충되어 최대한 방전을 해야 되는 상황에서는, HSG로 엔진을 돌려 방전을 하는데, 이때는 어떻게든 최대로 방전을 하는 데 목적이 있기 때문에 엔진을 돌릴 때 최대한 많은 에너지를 사용하는 것이 좋으므로 엔진 효율이 가장 안 좋게 하는 것이 필요하다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
S10 : 엔진 제어 최적점 상태
S20 : SOC 만충 또는 배터리 충전 제한 확인
S30 : 엔진 브레이크 요구 확인
S40 : 엔진 효율 최저점 제어

Claims (7)

  1. 하이브리드 전기차량의 메인 배터리의 상태를 확인하는 단계; 및
    상기 메인 배터리의 상태를 확인하는 단계에서의 확인 결과, 상기 메인 배터리의 SOC(State of Charge)가 만충 상태거나 충전 제한 상태인 경우, 상기 하이브리드 전기차량의 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계를 포함하는,
    하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 배터리의 상태를 확인하는 단계에서의 확인 결과, 상기 메인 배터리의 SOC(State of Charge)가 만충 상태거나 충전 제한 상태인 경우, 엔진 브레이크 요구 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는,
    하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계는,
    스로틀 밸브(Throttle valve)를 최소 개방위치로 제어하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계는,
    캠(CAM)을 최대 지각(Retard)으로 제어하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법.
  5. 하이브리드 전기차량의 회생제동(Regenerative Braking)이 불가한 상태에서, 엔진 브레이크의 요구 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 엔진 브레이크의 요구 여부를 확인하는 단계에 의해 요구가 발생한 경우, 상기 하이브리드 전기차량의 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계를 포함하는,
    하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계는,
    스로틀 밸브(Throttle valve)를 최소 개방위치로 제어하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진 효율을 최저점으로 제어하는 단계는,
    캠(CAM)을 최대 지각(Retard)으로 제어하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 전기차량의 엔진 제어 방법.
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