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KR101500119B1 - 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 방법 Download PDF

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KR101500119B1
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converter
low
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battery
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박지열
정석민
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 시동성 확보를 위한 저전압 직류변환 장치 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 하이브리드 차량의 시동 준비시, 보조배터리의 전압이 정상수준 이하인 상태라 하더라도, 이와 무관하게 저전압 직류변환장치를 작동시켜서, 저전압 직류변환장치에서 각종 제어기를 비롯한 전장 부하에 작동전압을 공급할 수 있도록 함으로써, 하이브리드 차량의 시동이 가능한 상태가 되도록 한 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 방법{System and method for controlling LDC of hybrid vehicld}
본 발명은 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 시동성 확보를 위한 저전압 직류변환 장치 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
친환경 차량의 일종인 하이브리드 자동차 및 전기자동차 등은 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 고전압배터리(10)와, 이 고전압배터리(10)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 주행용 모터에 공급하는 인버터(12)와, 시동 시 차량의 전장 부품에 직류 전압을 공급하고 고전압배터리의 메인릴레이를 작동시키는데 필요한 전압을 제공하는 보조배터리(14)와, 고전압배터리로부터 공급받은 직류 전압을 변환하여 보조배터리를 충전하거나 또는 전장 부품에 공급하는 저전압 직류변환장치(16, LDC: Low-voltage DC/DC Converter)를 포함한다.
상기 저전압 직류변환장치(16)는 고전압배터리의 전압을 저전압(+12V)으로 변환하여, 내연기관의 알터네이터와 같이 보조배터리를 충전하는 역할을 하고, 각종 전장 부품(전장 부하)에 공급하는 역할을 한다.
이러한 저전압 직류변환장치는 하이브리드 차량의 시동준비(HEV Ready) 조건을 충족하는 경우에만 동작하여 보조배터리를 충전하거나 전장 부품(각종 제어기 포함)에 전압을 공급한다.
여기서, 하이브리드 차량의 시동시 저전압 직류변환장치의 작동이 이루어지는 종래의 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 2의 순서도에서 보듯이, 보조배터리의 충전전압이 정상인 조건 하에서, 운전자가 이그니션 스타트(IG start)를 시도하는 단계와, 차량 보안을 위한 이모빌라이저 인증 절차가 이루어지는 단계와, 고전압배터리의 메인릴레이가 온되는 단계와, 보조배터리로부터 공급되는 전압에 의하여 각종 제어기를 포함하는 전장 부하가 동작 가능한 상태임을 확인하는 단계 등이 충족되면, 하이브리드 차량의 시동이 가능한 시동 준비(HEV Ready) 완료 상태가 된다.
이때, 상기 저전압 직류변환장치는 하이브리드 차량의 시동준비 완료와 함께 시동이 이루어진 후, 비로소 작동 가능한 상태가 되어, 고전압배터리로부터의 전압을 보조배터리에 충전하거나 각종 전장부하에 전압을 공급하는 역할을 하게 된다.
그러나, 상기 보조배터리의 전압 상태가 겨울철 저온 조건 및 노후에 따른 내구 저하 등의 원인으로 기준전압(정상전압) 이하로 떨어지는 경우, 하이브리드 차량의 시동이 불가능한 상태가 되는 문제점이 있다.
도 3을 참조하면, 보조배터리의 전압이 정상 수준(약 9V 이상) 이하로 떨어진 경우, 이그니션 온(IG ON) 단계와, 메인릴레이 온 단계와, 이그니션 스타트(IG ST)가 이루어지더라도, 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System) 및 모터 제어유니트(MCU, Motor Control Unit) 등과 같은 시동과 관련된 각종 제어기의 작동 전압이 정상 수준 이하로 떨어진 보조배터리의 전압보다 높은 상태가 되어, 결국 하이브리드 차량의 시동이 불가능한 상태가 되고, 물론 시동 불가에 따라 LDC는 작동하지 않는다.
즉, 보조배터리의 전압이 정상 수준 이하로 떨어진 상태에서는 보조배터리가 각 제어기의 작동전압에 맞는 전압을 공급하지 못하는 상태가 되므로, 하이브리드 차량의 시동이 불가능한 상태가 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하이브리드 차량의 시동 준비시, 보조배터리의 전압이 정상수준 이하인 상태라 하더라도, 이와 무관하게 저전압 직류변환장치를 작동시켜서, 저전압 직류변환장치에서 각종 제어기를 비롯한 전장 부하에 작동전압을 공급할 수 있도록 함으로써, 하이브리드 차량의 시동이 가능한 상태가 되도록 한 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 구현예로서, 이그니션 스타트를 시도하는 단계와, 이모빌라이저 인증 절차가 이루어지는 단계와, 고전압배터리의 메인릴레이가 온되는 단계를 포함하는 시동 시도가 이루어진 후, 저전압 직류변환장치를 선행 작동시키는 제어 단계를 실행하여, 저전압 직류변환장치로부터 각종 제어기를 포함하는 전장부하에 작동 전압이 인가되어 차량의 시동이 가능한 상태가 되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 시동 시도가 이루어진 후, 차량 시동이 걸릴 때까지의 시간이 기준시간을 초과하면, 상기 저전압 직류변환장치의 작동을 금지시키는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 시동 시도가 2회 이상 실패하는 경우, 상기 저전압 직류변환장치의 작동을 시동이 걸린 후에 허용하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 시동 시도가 2회 이상 실패하는 경우, 시동 관련 부품에 이상이 있음을 알리는 경고 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다른 구현예로서, 시동 시 차량의 전장 부품에 직류 전압을 공급하고, 고전압배터리의 메인릴레이를 작동시키는데 필요한 전압을 제공하는 보조배터리와; 상기 고전압배터리로부터 공급받은 직류 전압을 변환하여 보조배터리를 충전하거나 또는 전장 부품에 공급하는 저전압 직류변환장치와; 상기 보조배터리의 전압 수준이 정상 수준 이하임을 감지하는 전압 감지부와; 상기 전압 감지부의 신호를 수신하여 시동 시도시 저전압 직류변환장치를 작동시키는 제어를 실시하거나, 시동 시도가 이루어진 후부터 차량 시동이 걸릴 때까지의 시간이 기준시간을 초과하면 저전압 직류변환장치의 작동을 금지시키는 제어를 실시하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 시동 시도가 2회 이상 실패하는 경우, 시동 관련 부품에 이상이 있음을 알리는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 하이브리드 차량의 시동 시 보조배터리의 전압이 정상수준 이하인 상태라 하더라도, 이와 무관하게 저전압 직류변환장치를 작동시켜서, 저전압 직류변환장치에서 각종 제어기를 포함하는 전장 부하에 해당 작동전압을 원활하게 공급할 수 있도록 함으로써, 시동과 관련된 각종 제어기가 동작 가능한 상태가 되고, 그에 따라 하이브리드 차량의 정상 시동이 가능한 상태가 되므로, 기존의 시동불가 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 구동 시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 종래의 하이브리드 차량의 시동 방법을 나타낸 순서도,
도 3은 종래의 하이브리드 차량의 시동 방법을 나타낸 제어도,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 시동 방법 및 저전압 직류변환장치에 대한 제어 방법을 나타낸 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 시동 방법 및 저전압 직류변환장치에 대한 제어 방법을 나타낸 제어도,
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치에 대한 제어 시스템을 나타낸 구성도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 6을 참조하면, 하이브리드 차량 또는 전기자동차는 고전압배터리(10)와, 시동 시 차량의 전장 부품에 직류 전압을 공급하고, 고전압배터리의 메인릴레이를 작동시키는데 필요한 전압을 제공하는 보조배터리(14)와; 상기 고전압배터리(14)로부터 공급받은 직류 전압을 변환하여 보조배터리를 충전하거나 또는 전장 부품에 공급하는 저전압 직류변환장치(16)를 탑재하고 있다.
본 발명은 하이브리드 차량의 시동 과정 중 보조배터리로부터의 적정의 작동전압이 공급되지 않아 시동과 관련된 전장부품들이 작동하지 않고, 그에 따라 하이브리드 차량의 시동이 불가능한 상태가 되는 점을 해결하고자, 보조배터리의 전압이 정상수준 이하인 상태라 하더라도, 이와 무관하게 저전압 직류변환장치를 작동시킴으로써, 차량의 시동이 가능한 상태가 되도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 시동성 향상을 위한 구성으로서, 상기 보조배터리의 전압 상태를 감지하는 전압 감지부(18)와, 전압 감지부(18)의 감지 신호를 수신하여 보조배터리의 전압 상태가 정상 수준 이하인 경우 저전압 직류변환장치(16)를 작동시키는 제어부(20)를 포함한다.
상기 전압 감지부(18)는 보조배터리의 전압 수준이 정상 수준 이하임을 감지하여 제어부(20)에 그 감지신호를 전송하는 역할을 한다.
상기 제어부(20)는 전압 감지부(18)의 신호를 수신하여 시동 시도시 저전압 직류변환장치(16)를 작동시키는 제어를 실시하거나, 시동 시도가 이루어진 후부터 차량 시동이 걸릴 때까지의 시간이 기준시간을 초과하면 저전압 직류변환장치(16)의 작동을 금지시키는 제어를 실시한다.
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 시동성 향상을 위한 구성으로서, 시동 시도가 2회 이상 실패하는 경우, 시동 관련 부품에 이상이 있음을 운전자에게 알려서 정비를 모도할 수 있도록 한 경고부를 더 포함한다.
여기서, 상기한 시스템 구성을 기반으로 하는 본 발명의 하이브리드 차량의 시동 방법 및 저전압 직류변환장치에 대한 제어 방법을 첨부한 도 4 및 도 5를 참조로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자에 의한 시동 시도의 선행 과정으로서, 이그니션 스타트를 시도하는 단계와, 차량 보안을 위한 이모빌라이저 인증 절차가 이루어지는 단계와, 이그니션 온에 따라 고전압배터리의 메인릴레이가 온되는 단계가 진행된다.
이렇게 이그니션 스타트 단계와, 이모빌라이저 인증 단계와, 메인릴레이 온 단계 등을 포함하는 시동 시도의 선행 과정이 진행되면, 시동 불가 조건에 관계없이 저전압 직류변환장치를 작동시킨다.
즉, 보조배터리의 전압이 정상수준 이하인 상태라 하더라도, 이와 무관하게 저전압 직류변환장치를 작동시킨다.
좀 더 상세하게는, 상기 전압 감지부(18)에서 보조배터리 전압을 정상수준 이하로 감지하고, 이를 제어부(20)에 전송하면, 제어부(20)에서 저전압 직류변환장치(16)를 작동시키는 제어를 실시한다.
따라서, 상기 저전압 직류변환장치(16)는 고전압배터리(14)로부터 공급받은 직류 전압을 변환하여 보조배터리(114)를 충전하거나 또는 배터리 관리 시스템(BMS) 및 모터 제어유니트(MCU) 등과 같은 시동과 관련된 전장 부품에 공급하게 된다.
도 5를 참조하면, 이그니션 온(IG ON) 단계와, 메인릴레이 온 단계와, 이그니션 스타트(IG ST)가 이루어지고, 저전압 직류변환장치가 작동됨에 따라, 정상 수준 이하로 떨어진 보조배터리의 전압이 저전압 직류변환장치의 충전 동작에 의하여 정상 수준으로 회복될 수 있고, 특히 시동과 관련된 전장 부품들이 저전압 직류변환장치(16)로부터 적정의 작동 전압을 공급받아 작동 가능한 상태가 된다.
이렇게 배터리 관리 시스템(BMS) 및 모터 제어유니트(MCU) 등과 같은 시동과 관련된 전장 부품이 원활하게 작동하게 되므로, 하이브리드 차량의 시동이 가능한 상태가 되고, 이에 기존과 같이 시동과 관련된 전장부품들이 적정의 작동 전압을 공급받지 못하여 발생하는 시동 불가능 문제를 해결할 수 있다.
한편, 상기 이그니션 스타트 단계와, 이모빌라이저 인증 단계와, 메인릴레이 온 단계 등을 포함하는 시동 시도가 이루어진 시점부터 저전압 직류변환장치가 작동하여 차량 시동이 걸릴 때까지의 시간이 정해진 기준시간을 초과하면, 상기 저전압 직류변환장치의 작동을 금지시키는 제어가 이루어지며, 그 이유는 시동에 필요한 기준시간을 초과하여 시동이 걸리지 않음에도 불구하고 저전압 직류변환장치로 계속 공급되는 고전압배터리의 불필요한 전압 손실을 방지하기 위함에 있다.
또한, 상기 이그니션 스타트 단계와, 이모빌라이저 인증 단계와, 메인릴레이 온 단계 등을 포함하는 시동 시도가 2회 이상 실패하는 경우에는 시동 관련 부품(이그니션 부품, 이모빌라이저 부품, 메인릴레이 등)에 문제가 있는 것으로 판단하여, 저전압 직류변환장치를 작동시키는 제어를 시동이 걸린 후에 허용하도록 하고, 시동 관련 부품에 이상이 있음을 운전자에게 알려서 정비를 도모하게 하는 경고 단계가 진행되도록 한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 하이브리드 차량의 시동 시 보조배터리의 전압이 정상수준 이하인 상태라 하더라도, 저전압 직류변환장치를 선행 작동시켜서, 저전압 직류변환장치에서 전장 부하에 해당 작동전압을 원활하게 공급할 수 있도록 함으로써, 시동과 관련된 각종 전장 부하가 정상 동작하여 하이브리드 차량의 정상 시동이 가능한 상태가 되므로, 기존의 시동불가 문제를 해결할 수 있다.
10 : 고전압배터리
12 : 인버터
14 : 보조배터리
16 : 저전압 직류변환장치
18 : 전압 감지부
20 : 제어부
22 : 경고부

Claims (6)

  1. 이그니션 스타트를 시도하는 단계와, 이모빌라이저 인증 절차가 이루어지는 단계와, 고전압배터리의 메인릴레이가 온되는 단계를 포함하는 시동 시도가 이루어진 후,
    전압 감지부에서 보조배터리 전압을 정상수준 이하로 감지하고, 이를 제어부에 전송하면, 제어부에서 저전압 직류변환장치를 작동시키는 제어 단계를 실행하여, 저전압 직류변환장치로부터 각종 제어기를 포함하는 전장부하에 작동 전압이 인가되어 차량의 시동이 가능한 상태가 되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시동 시도가 이루어진 후, 차량 시동이 걸릴 때까지의 시간이 기준시간을 초과하면, 상기 저전압 직류변환장치의 작동을 금지시키는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시동 시도가 2회 이상 실패하는 경우, 상기 저전압 직류변환장치의 작동을 시동이 걸린 후에 허용하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 시동 시도가 2회 이상 실패하는 경우, 시동 관련 부품에 이상이 있음을 알리는 경고 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 저전압 직류변환장치 제어 방법.
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