KR100783937B1 - 이중 전원체계 차량의 시동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 14V/42V의 이중 전원 체계를 가진 차량의 시동 제어기술에 관한 것이다.

이 같은 본 발명은, 외기온도 및 엔진 온도의 모니터링을 통해 14V 또는 42V의 에너지원을 이용하여 36V ISG에 의한 엔진 시동 또는 12V 스타터로 엔진 시동이 이루어질 수 있도록 한 것으로, 이를 통해 14V/42V를 에너지원으로 하는 차량의 소음문제와 시동불량을 개선하면서 연비를 향상시키고, 42V를 에너지원으로 사용시 냉시동을 위한 ISG의 고 토크의 출력 요구조건 없이도 냉시동 불량을 개선 한 것이다

ISG, 스타터, 엔진, 시동

Description

이중 전원체계 차량의 시동 제어 방법{Engine Starting control method for dual voltage system in vehicle}

도 1은 14V/42V의 이중전원체계를 가진 차량의 시스템 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예로 이중전원체계 차량의 시동 제어방법을 보인 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 ; 엔진 2 ; 스타터

3 ; 12V 배터리 4 ; IGS

6 ; 36V 배터리 7 ; 제어부

8 ; DC/DC 컨버터

본 발명은 14V/42V의 이중 전원 체계를 가진 차량의 시동 제어기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외기온도 및 엔진 온도의 모니터링을 통해 36V ISG(Integrated Starter Generator)를 통해 엔진 시동을 하거나 또는 12V 스타터를 통해 엔진 시동이 선택적으로 이루어질 수 있도록 하는 이중 전원체계 차량의 시동 제어방법에 관한 것이다.

주지된 바와같이, 신기술들이 차량에 적용이 예상됨에 따라 현재 14V 시스템의 발전 용량이 부족하게 될 것으로 예상되고 있으며, 예상되는 부하량 증가 및 현재 국내 차량의 개략적인 소비 전력에 관한 분석은 다음과 같다.

현재 출시되고 있는 국내 차량의 소비전력도 선진업체의 고급 차량에서 소비하고 있는 전력과 비슷한 규모를 갖고 있음을 알 수 있으며, 조만간 신기술의 접목에 따라 발전량이 부족하게 될 수 있다는 사실을 예측할 수 있다.

또한 전력의 부족은 결국 알터네이터(alternator)와 배터리의 용량 증대를 요구하며 와이어링(wiring)/하네스(harness)의 증대 및 차량의 중량 증가를 필요로 하게 된다.

일반적으로 12V의 배터리로 공급할 수 있는 최대 전력 용량은 약 2.5kW정도로 예측되고 있으며, 이 이상의 전력이 요구될 경우 새로운 전원체계가 요구된다.

즉, 상기와 같이 12V의 배터리를 에너지원으로 하여 스타터모터를 구동시켜 시동이 이루어지도록 하는 차량은 냉시동에 유리한 장점이 있는 반면, 시동시 소음이 크게 발생하고, 시동 시간이 지연되면서 연비가 불량해지는 단점이 있다.

이에따라, 42V 전력 체계가 MIT공대 및 유럽 SICAN Bordnetz등을 위주로 1990년대부터 연구 개발되고 있으며, 구조적으로 하이브리드 전기 자동차와 비슷한 구조를 갖는다고 할 수 있다.

따라서, 이러한 구조로 인하여 선진 업체 및 국제 학술 단체에서는 42V를 에너지원으로 하는 차량을 Mild-HEV(Hybrid Electric Vehicle) 혹은 Soft-HEV라고 부르고 있으며, 그 구조는 첨부된 도 1과 같이, 엔진(1), 상기 엔진(1)에 설치되어 상기 엔진(1)을 시동하도록 작동하는 스타터(2), 상기 스타터(2)에 전원을 공급하기 위해 설치된 12V 배터리(3), 상기 엔진(1)의 일측에 설치되어 상기 엔진(1)의 시동이 이루어지도록 하며 발전기가 일체형으로 이루어진 IGS(4), 상기 엔진(1)과 상기 IGS(4)가 연결되어 구동되도록 구동력을 전달하는 벨트-풀리장치(5), 상기 IGS(4)와 연결되어 상기 IGS(4)에 전원을 공급하는 36V 배터리(6), 상기 36V 배터리(6)와 상기 IGS(4)에 연결되어 이들의 작동을 제어하는 제어부(MCU+VCU)(7), 상기 제어부(7)와 상기 36V 배터리(6) 및 상기 12V 배터리(3)에 연결되어 42V 또는 14V로 양방향 전력 변환이 이루어질 수 있도록 구비된 DC/DC 컨버터(8)로 구성된다.

이때, 상기 차량용 42V 시스템 개발 필요성을 요약하면 다음과 같다.

우선, 내적 요인으로 신기술 부품 개발 적용이 확대되어 가고, 이에 따라 전기 소모량이 증가하고 있으며 예컨대, 12V 전원 한계는 약 2.5kW이다. 그리고 외적 요인으로는 연비 및 배기가스 규제 강화 또는 운전의 편의성 향상이 있다.

이와 같이 내적 및 외적 요인은 사용 전압 증대를 요구하고 있으며, 42V 차량 개발이 필요하게 된다. 이에 따라 발전 용량이 증대되고, 연비 개선이 가능이 예측될 수 있다.

그러나, 42V를 에너지원으로 사용하는 차량은 저소음 및 신속한 시동과 연비 가 우수한 장점이 있는 반면, 일반적인 ISG 설계 시 냉시동에 불리하므로, 초기 시동시에는 항상 12V의 스타터를 이용하거나, 또는 초기 냉시동시의 문제를 극복하기 위한 과도한 ISG 출력 토크 설계가 필요하다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 외기온도 및 엔진 온도의 모니터링을 통해 14V 또는 42V의 에너지원을 이용하여 36V ISG에 의한 엔진 시동 또는 12V 스타터로 엔진 시동이 이루어질 수 있도록 하는 이중 전원체계 차량의 시동 제어방법을 제공하려는데 그 목적이 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

여기서, 시스템에 대한 구성은 첨부된 도 1을 참조하여 동일부호로 표시하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예로 이중전원체계 차량의 시동 제어방법을 보인 흐름도로서 그 진행단계는, 이그니션 온(IG ON)시 엔진 냉각수의 온도(T1)와 외기온도(T2)를 감지하는 단계; 상기 감지된 엔진 냉각수의 온도(T1) 및 외기온도(T2)를 각각 극저온상태의 기준온도(T_min1)(T_min2)와 비교하는 단계; 상기 비교결과로부터 DC/DC컨버터(8)의 동작모드를 변환시키는 단계; 및, 상기 DC/DC컨버터(8)의 변환된 동작모드로부터 엔진(1)의 초기 시동을 ISG(4) 또는 12V 스타터(2)로 선택적으로 수행하는 단계; 를 포함한다.

즉, 본 발명은 첨부된 도 1 및 도 2에서와 같이, 먼저 이그니션 온시 미도시된 차량내의 엔진 냉각수 감지부와 외기온도 감지부는 엔진 냉각수의 온도(T1)와 외기온도(T2)를 감지한 후 이를 제어부(7)에 출력한다.

이때, 상기 제어부(7)는 상기 감지된 엔진 냉각수의 온도(T1)가 미리 설정된 극저온 상태의 기준온도(T_min1)보다 높고(T1＞T_min1), 상기 외기온도(T2)가 미리 설정된 극저온 상태의 기준온도(T_min2)보다 높을 경우(T2＞T_min2), DC/DC컨버터(8)를 부스트(Boost) 모드로 동작 제어한다.

그러면, 상기 DC/DC컨버터(8)의 부스트 모드로부터 12V의 배터리(3)에서 36V의 배터리(6)로 충전이 이루어지고, 이에따라 이그니션 스타트 신호가 입력될 때, 상기 제어부(7)는 ISG(4)를 제어하여, 상기 ISG(4)를 통해 엔진(1)의 초기 시동을 수행하게 되는 것이다.

한편, 상기 제어부(7)는 상기 감지된 엔진 냉각수의 온도(T1)가 미리 설정된 극저온 상태의 기준온도(T_min1)보다 낮고(T1＜T_min1), 상기 외기온도(T2)가 미리 설정된 극저온 상태의 기준온도(T_min2)보다 낮을 경우(T2＜T_min2), DC/DC컨버터(8)를 벅(Buck) 모드로 동작 제어한다.

그러면, 상기 DC/DC컨버터(8)의 벅모드로부터 36V의 배터리(6)에서 12V의 배터리(3)로 충전이 이루어지고, 이에 따라 이그니션 스타트 신호가 입력될 때, 상기 제어부(7)는 12V 스타터(2)를 제어하여, 상기 12V 스타터(2)를 통해 엔진(1)의 초기 시동을 수행하게 되는 것이다. 이와 같은 DC/DC 컨버터의 동작을 통해 실제 엔진 시동에 필요한 쪽의 배터리 에너지를 보충해 줄 수 있다.

즉, 본 발명은 극저온상태(T1＜T_min1, T2＜T_min2)를 제외한 대부분의 영역에서 저출력의 ISG(4)를 이용하여 엔진(1)의 초기 시동이 가능하도록 하려는데 그 특징이 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 외기온도 및 엔진 온도의 모니터링을 통해 14V 또는 42V의 에너지원을 이용하여 36V ISG에 의한 엔진 시동 또는 12V 스타터로 엔진 시동이 이루어질 수 있도록 한 것으로, 이를 통해 14V/42V를 에너지원으로 하는 차량의 소음문제와 시동불량을 개선하면서 연비를 향상시키고, 42V를 에너지원으로 사용시 냉시동을 위한 ISG의 고 토크의 출력 요구조건 없이도 냉시동 불량을 개선하는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통 상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims (4)

1. 이그니션 온시 엔진 냉각수의 온도와 외기온도를 감지하는 단계;

   상기 감지된 엔진 냉각수의 온도 및 외기온도를 각각 극저온상태의 기준온도와 비교하는 단계;

   상기 비교결과로부터 DC/DC컨버터의 동작모드를 변환시키는 단계; 및,

   상기 DC/DC컨버터의 변환된 동작모드로부터 엔진의 초기 시동을 ISG 또는 12V 스타터를 통해 선택적으로 수행하는 단계; 를 포함하여 진행함을 특징으로 하는 이중 전원체계 차량의 시동 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 DC/DC컨버터는,

   엔진냉각수의 온도와 외기온도가 극저온상태의 기준온도보다 높으면 부스터 모드로 동작하고, 엔진냉각수의 온도와 외기온도가 극저온상태의 기준온도보다 낮으면 벅 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 이중 전원체계 차량의 시동 제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 DC/DC컨버터의 부스터 모드시 ISG에 의해 엔진의 초기 시동이 이루어지도록 12V의 배터리에서 36V의 배터리로 충전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 전원체계 차량의 시동 제어 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 DC/DC컨버터의 벅 모드시 엔진의 초기 시동이 12V 스타터에 의해 이루어지도록 36V의 배터리에서 12V의 배터리로 충전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 전원체계 차량의 시동 제어 방법.

Images