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KR101343453B1 - 엔진-발전기 제어방법 및 이를 이용한 직렬형 하이브리드 전투기동장비 - Google Patents

엔진-발전기 제어방법 및 이를 이용한 직렬형 하이브리드 전투기동장비 Download PDF

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KR101343453B1
KR101343453B1 KR1020130103870A KR20130103870A KR101343453B1 KR 101343453 B1 KR101343453 B1 KR 101343453B1 KR 1020130103870 A KR1020130103870 A KR 1020130103870A KR 20130103870 A KR20130103870 A KR 20130103870A KR 101343453 B1 KR101343453 B1 KR 101343453B1
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KR
South Korea
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generator
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output
battery
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Application number
KR1020130103870A
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English (en)
Inventor
정순규
장명언
한규홍
여승태
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 배터리와 구동모터를 구비한 직렬형 하이브리드 전투기동장비를 기동시키기 위해 전력을 공급하는 엔진-발전기 제어방법에 관한 것으로 상기 발명은 (a) 운전자가 요구하는 상기 구동모터의 총 파워인 요구파워 값을 계산하는 단계; (b) 상기 엔진-발전기의 최저 출력부터 최대 출력까지 일정한 간격으로 상기 엔진-발전기의 출력 값을 가정하는 단계; (c) 상기 가정되는 엔진-발전기의 출력의 가정 값과 상기 요구파워 값을 이용하여 운전자가 요구하는 상기 구동모터의 총 파워를 만족시키기 위한 상기 배터리 출력 값을 계산하는 단계; (d) 엔진-발전기 효율 값 및 배터리 효율 값을 각각 계산하는 단계; (e) 엔진-발전기 효율 값과 배터리 효율 값을 이용하여, 엔진-발전기의 출력의 가정 값들 별로, 전투기동장비의 시스템 효율 값을 계산하는 단계; 및 (f) 상기 시스템 효율 값들 중 시스템 효율 값이 가장 높은 경우의 상기 엔진-발전기의 출력의 가정 값을 선정하고 그 선정된 출력의 가정 값을 이용하여 엔진-발전기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 본 발명은 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 운전의 편의성 및 시스템의 내구성을 증대시킬 수 있다.

Description

엔진-발전기 제어방법 및 이를 이용한 직렬형 하이브리드 전투기동장비{Control method for engine-generator and series-type hybrid combat maneuver equipment using the same}
본 발명은 전투기동장비에 적용되는 엔진-발전기 제어방법 및 이를 이용한 직렬형 하이브리드 전투기동장비에 관한 것으로, 구체적으로는 전투기동장비 중 직렬형 하이브리드 전투기동장비에 전기적 동력을 공급하기 위한 엔진-발전기 제어방법 및 이를 이용한 직렬형 하이브리드 전투기동장비에 관한 것이다.
전차, 장갑차와 같은 전투기동장비에 적용되는 엔진-발전기는 가솔린, 디젤 등의 연료에 잠재되어 있는 화학에너지를 기계적인 에너지를 거쳐 전기적인 에너지로 변환하는 장치이다.
일반적으로, 엔진-발전기는 전투기동장비 중 직렬형 하이브리드 전투기동장비에 전기적 동력을 공급하는 기능을 수행한다. 직렬형 하이브리드 전투기동장비는 엔진-발전기로부터 공급되는 전력을 이용하여 구동모터와 같은 구동원이 차량을 구동시킨다.
엔진-발전기에서 발생하는 전기에너지는 전기구동모터에 직접 공급될 수도 있으며 배터리를 충전하는 데에 사용된 후 추후 재사용될 수도 있다.
일반적으로 직렬형 하이브리드 전투기동장비에 적용되는 엔진-발전기 제어방법은 기본적으로 엔진-발전기 효율이 가장 좋은 지점인 OOP(Optimal Operating Point)에서만 동작을 시키고, 배터리의 SOC(State Of Charge)에 따라서 엔진-발전기의 동작 여부를 결정한다.
즉, 이러한 엔진-발전기 제어방법은 배터리의 SOC가 일정 수준 이하로 낮아지면 엔진-발전기를 켜고 일정 수준 이상으로 높아지면 끄며, 엔진-발전기를 항상 OOP 지점에서 동작시키는 방식이다.
그러나 엔진-발전기 제어방법은 엔진-발전기 자체 효율은 높일 수 있지만 배터리 충방전 전류량이 과다하여 시스템 전체 효율이 저하될 수 있다. 이와 같은 배터리 전류량 과다는 배터리 전압의 등락폭을 증가시켜 다양한 전장품에 무리를 줄 수 있다.
또한 엔진-발전기 제어방법은 운전자의 가속페달과 엔진의 운전점이 독립적이어서 운전감이 기존 차량과 매우 상이하여 운전자에게 불쾌감을 줄 수 있고, 통상적으로 OOP 지점이 고출력 지점이므로 엔진이 항상 고출력에서 동작하여 엔진에 무리가 갈 수 있는 단점을 가지고 있다.
또한 엔진-발전기 제어방법은 SOC가 낮아 엔진-발전기가 배터리를 충전하고 있을 때 차량을 정지한 후 시동을 끌 경우 엔진이 급격하게 정지하는 단점을 가지고 있다.
KR 10-1144614 B
본 발명의 목적은 엔진-발전기 및 배터리의 효율을 동시에 고려하고 차량의 정지(Stop) 및 출발(Go)을 고려한 제어를 통해 시스템 전체의 효율을 향상시킴과 동시에, 엔진을 포함한 전장품의 내구성과 운전 편의성을 향상시킬 수 있는 엔진-발전기 제어방법 및 이를 이용한 직렬형 하이브리드 전투기동장비를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 배터리와 구동모터를 구비한 직렬형 하이브리드 전투기동장비를 기동시키기 위해 전력을 공급하는 엔진-발전기 제어방법에 관한 것으로, 본 엔진-발전기 제어방법은 (a) 가속페달 변위 신호와 제동페달 변위 신호를 감지하여 운전자가 요구하는 상기 구동모터의 총 파워인 요구파워 값을 계산하는 단계; (b) 상기 엔진-발전기의 최저 출력부터 최대 출력까지 일정한 간격으로 상기 엔진-발전기의 출력 값을 가정하는 단계; (c) 상기 가정되는 엔진-발전기의 출력의 가정 값과 상기 요구파워 값을 이용하여 운전자가 요구하는 상기 구동모터의 총 파워를 만족시키기 위한 상기 배터리 출력 값을 계산하는 단계; (d) 상기 엔진-발전기의 효율맵을 이용하여 엔진-발전기 효율 값을 계산하고, 상기 배터리 출력 값과 측정된 상기 배터리의 SOC(State Of Charge) 값에 대해 설정된 상기 배터리의 효율맵을 이용하여 배터리 효율 값을 계산하는 단계; (e) 상기 엔진-발전기 효율 값과 상기 배터리 효율 값을 이용하여, 상기 일정한 간격으로 가정되는 상기 엔진-발전기의 출력의 가정 값들 별로, 상기 전투기동장비의 시스템 효율 값을 계산하는 단계; 및 (f) 상기 계산된 시스템 효율 값들 중 시스템 효율 값이 가장 높은 경우의 상기 엔진-발전기의 출력의 가정 값을 선정하고 그 선정된 출력의 가정 값을 이용하여 상기 엔진-발전기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 엔진-발전기 제어방법은 상기 (a)단계 내지 (f)단계의 수행에 의해 상기 선정된 엔진-발전기의 출력의 가정 값을 이용하여 상기 엔진-발전기의 제어가 수행되는 경우, 상기 전투기동장비의 속도가 사전에 정해진 속도기준값 이하이고, 제동페달의 변위가 사전에 정해진 제1 변위기준값 이상이면, 상기 엔진-발전기를 오프(Off)하고 상기 (a)단계 내지 (f)단계를 다시 수행하는 단계; 및 상기 (a)단계 내지 (f)단계의 수행에 의해 상기 선정된 엔진-발전기의 출력의 가정 값을 이용하여 상기 엔진-발전기의 제어가 수행되는 경우, 상기 제동페달의 변위가 사전에 정해진 제2 변위기준값 이하이고, 상기 전투기동장비의 기어의 상태가 전진 또는 후진 상태이고, 상기 선정된 엔진-발전기의 출력의 가정 값이 사전에 정해진 출력기준값 이하이면, 상기 엔진-발전기를 온(On)하고 상기 (a)단계 내지 (f)단계를 다시 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 속도기준값은 1 kph이고, 상기 제1 변위기준값은 5 %이며, 상기 제2 변위기준값은 3 %이고, 상기 출력기준값은 45 kW로 정해질 수 있다.
또한, 운전자가 요구하는 상기 전투기동장비의 속도에 대응하는 상기 구동모터의 회전속도가
Figure 112013079413552-pat00001
[rpm]이고, 운전자의 요구토크가
Figure 112013079413552-pat00002
[Nm]인 경우, 상기 요구파워 값,
Figure 112013079413552-pat00003
[kW]은 수식 1에 의해 계산될 수 있다.
수식 1:
Figure 112013079413552-pat00004
상기 엔진-발전기의 출력의 가정 값,
Figure 112013102743599-pat00047
과 상기 요구파워 값,
Figure 112013102743599-pat00048
을 이용한 배터리 출력값,
Figure 112013102743599-pat00049
은 수식 2에 의해 계산될 수 있다.
수식 2:
Figure 112013079413552-pat00008
상기 엔진-발전기 효율 값이
Figure 112013079413552-pat00009
이고 상기 배터리 효율 값이
Figure 112013079413552-pat00010
인 경우, 상기 시스템 효율 값,
Figure 112013079413552-pat00011
은 수식 3에 의해 계산될 수 있다.
수식 3:
Figure 112013079413552-pat00012
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 직렬형 하이브리드 전투기동장비는, 감속기를 거쳐 차축과 연결되는 구동모터와 그 구동모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)와, 전력을 발생하는 엔진-발전기와, 그 엔진-발전기를 제어하는 GCU(Generator Control Unit)와, 고전압 배터리와, 그 고전압 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)와, 상기 MCU, GCU 및 BMS를 통제하는 HCU(Hybrid Control Unit)을 포함하고, 상기 HCU는 차량의 가속페달, 제동페달 및 기어로부터 전달되는 신호를 이용하여, 전술한 본 발명의 일 측면에 따른 엔진-발전기 제어방법을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해 본 발명은 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가속페달에 따라 엔진 출력이 가변적이고, 배터리의 전압이 일정하게 유지되고 차량이 저속이거나 정지할 경우 엔진-발전기 출력이 감소하여 엔진-발전기를 켜거나 끄기에 무리가 없어, 운전의 편의성 및 시스템의 내구성을 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명은 전투기동장비의 정지 시 엔진-발전기를 오프(Off)함으로써 불필요한 유류 소비량을 줄임과 동시에 소음을 절감시킬 수 있고, 운전자가 차량을 출발할 때 엔진을 다시 온(On)함으로써 에너지 분배의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진-발전기의 효율맵이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 엔진-발전기 제어방법이 적용되는 2WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 엔진-발전기 제어방법이 적용되는 4WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비의 구성도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다. 엔진-발전기는 배터리와 구동모터를 구비하는 직렬형 하이브리드 전투기동장비 형태의 전투기동장비를 기동시키기 위한 전력을 공급하는 기능을 수행한다. 직렬형 하이브리드 전투기동장비는 일반적으로 전기에너지의 저장을 위한 배터리와 전투기동장비의 구동을 위한 구동모터를 구비한다.
도 1을 참조하면, 먼저, 엔진-발전기의 제어를 담당하는 제어기는 가속페달 변위 신호와 제동페달 변위 신호를 감지하여 운전자가 요구하는 구동모터의 총 파워인 요구파워 값을 계산한다(S110).
구동모터의 총 파워는 전투기동장비가 2WD 차량형태인 경우 구동모터 하나의 파워이며 4WD의 경우 모터 두 개의 파워를 합한 파워이다.
운전자가 요구하는 전투기동장비의 속도,
Figure 112013079413552-pat00013
에 대하여 구동모터의 회전속도가
Figure 112013079413552-pat00014
[rpm]이고, 운전자 요구토크가
Figure 112013079413552-pat00015
[Nm]라고 한다면 운전자가 요구하는 요구파워 값,
Figure 112013079413552-pat00016
[kW]은 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure 112013079413552-pat00017
다음 제어기는 엔진-발전기의 최저 출력부터 최대 출력까지 일정한 간격으로 임의의 엔진-발전기 출력 값을 가정한다(S120). 엔진-발전기의 제어방법은 예를들어 엔진-발전기의 최저 출력이 20 kW이고 최대 출력이 120 kW인 경우, 5 kW 간격을 고려한다면 엔진-발전기의 출력의 가정 값은 20 kW, 25 kW, 30 kW, ..., 120 kW로 정해질 수 있다.
다음 제어기는 엔진-발전기의 출력의 가정 값,
Figure 112013079413552-pat00018
과, 요구파워 값
Figure 112013079413552-pat00019
을 이용하여, 배터리와 엔진-발전기를 이용하여 운전자가 요구하는 총 파워를 충당하기 위해서, 배터리 출력 값,
Figure 112013079413552-pat00020
은 수학식 2와 같이 계산할 수 있다(S130).
Figure 112013079413552-pat00021
위 계산 결과 배터리 출력 값이 양수이면 방전이고 음수이면 충전을 의미한다.
다음 제어기는 도 2에 도시된 바와 같은 엔진-발전기의 효율맵에서 효율이 가장 양호한 OOL(Optimal Operating Line) 상에서 엔진-발전기 효율 값,
Figure 112013079413552-pat00022
을 구한다(S140). 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진-발전기의 효율맵이다.
다음 제어기는 배터리 출력 값,
Figure 112013079413552-pat00023
과 측정된 배터리 SOC(State Of Charge)에 대해 설정되는 배터리 효율맵을 이용하여, 배터리 효율 값,
Figure 112013079413552-pat00024
을 구한다(S150).
다음 제어기는 S140단계에서 구한 엔진-발전기 효율 값,
Figure 112013079413552-pat00025
과 S150단계에서 구한 배터리 효율 값,
Figure 112013079413552-pat00026
을 이용하여 전투기동장비의 시스템 효율 값, 을 수학식 3에 의해 구한다(S160).
Figure 112013079413552-pat00028
다음 제어기는 S120단계에서 가정한 엔진-발전기의 출력의 가정 값,
Figure 112013079413552-pat00029
의 각각에 대하여 시스템 효율 값 계산이 완료되는 지 판단하고(S170), 판단 결과 시스템 효율 값 계산이 완료되지 않은 것으로 판단한 경우, S120단계로 돌아간다.
S170단계의 판단 결과, 시스템 효율 값 계산이 완료된 것으로 판단한 경우 제어기는 시스템 효율 값이 가장 높은 경우의 엔진-발전기의 출력의 가정 값을 선정하고(S180), 그 선정된 출력의 가정 값을 이용하여 엔진-발전기를 제어한다(S190).
이와 같이 본 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법에 의하면, 차량 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가속페달에 따라 엔진 출력이 가변적이고, 배터리의 전압이 일정하게 유지되고 차량이 저속이거나 정지할 경우 엔진-발전기 출력이 감소하여 엔진-발전기를 켜거나 끄기에 무리가 없어, 운전의 편의성 및 시스템의 내구성을 증대시킬 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법은 전술한 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법에 엔진-발전기 On/Off 제어를 추가한 것이다. 여기서는 전술한 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법에서 설명한 제어절차에 대한 설명은 생략한다.
먼저 제어기는 시스템이 기동된 경우 전술한 도 1에 따른 제어절차를 수행하여, 전체 시스템의 효율을 고려한 엔진-발전기 제어를 수행한다(S210).
다음, 제어기는 전투기동장비의 속도가 사전에 정해진 속도기준값 이하이고, 제동페달의 변위가 사전에 정해진 제1 변위기준값 이상인 지 판단한다(S220). 여기서 속도기준값은 대략 1 kph이고, 제1 변위기준값은 대략 5 %으로 정해질 수 있다. 이러한 기준값은 사용자에 의해 다른 값으로 변경될 수 있다.
S220단계 판단 결과 전투기동장비의 속도가 속도기준값을 초과하거나 제동페달의 변위가 제1 변위기준값 미만인 것으로 판단한 경우, 제어기는 시스템이 종료되지 않는 한도 내에서(S240), S210단계로 돌아가 전술한 실시예에 따른 엔진-발전기의 최적제어를 수행한다.
반면, S220단계 판단 결과 전투기동장비의 속도가 속도기준값 이하이고, 제동페달의 변위가 제1 변위기준값 이상인 것으로 판단한 경우, 제어기는 엔진-발전기를 오프(Off)하고(S225), 시스템이 종료되지 않는 한도 내에서(S240), S210단계로 돌아가 전술한 실시예에 따른 엔진-발전기의 최적제어를 수행한다.
한편, 제어기는 S220단계를 수행함과 동시에, 제동페달의 변위가 사전에 정해진 제2 변위기준값 이하이고, 전투기동장비의 기어의 상태가 전진 또는 후진 상태이고, 상기 제210단계의 수행에 의해 선정된 엔진-발전기의 출력의 가정 값이 사전에 정해진 출력기준값 이하인지 판단한다(S230). 여기서, 제2 변위기준값은 대략 3 %이고, 출력기준값은 대략 45 kW로 정해질 수 있다.
S230단계 판단 결과 제동페달의 변위가 제2 변위기준값을 초과하거나, 기어의 상태가 전진 및 후진 상태가 아니거나, 엔진-발전기의 출력의 가정 값이 출력기준값을 초과하는 경우, 제어기는 시스템이 종료되지 않는 한도 내에서(S240), S210단계로 돌아가 전술한 실시예에 따른 엔진-발전기의 최적제어를 수행한다.
반면, S230단계 판단 결과 제동페달의 변위가 제2 변위기준값 이하이고, 기어의 상태가 전진 또는 후진 상태이고, 엔진-발전기의 출력의 가정 값이 출력기준값 이하인 경우, 제어기는 엔진-발전기를 온(ON)하고(S235), 시스템이 종료되지 않는 한도 내에서(S240), S210단계로 돌아가 전술한 실시예에 따른 엔진-발전기의 최적제어를 수행한다.
이와 같이 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법은, 전술한 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법에 의해 엔진-발전기 출력을 최적효율에 따라 제어하게 되면 차량이 저속이거나 정지하게 되어 출력이 감소하고, 차량이 완전히 정지하게 되면 시스템 효율은 높으나 엔진 자체효율이 낮은 엔진 저출력 구간에서 운용되는 단점을 보안할 수 있다.
즉 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법은 시스템의 정지 시 엔진-발전기를 오프(Off)함으로써 불필요한 유류 소비량을 줄임과 동시에 소음을 절감시킬 수 있고, 운전자가 차량을 출발할 때 엔진을 다시 온(On)함으로써 에너지 분배의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 엔진-발전기 제어방법이 적용되는 직렬형 하이브리드 전투기동장비에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 엔진-발전기 제어방법이 적용되는 2WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 엔진-발전기 제어방법이 적용되는 4WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 엔진-발전기 제어방법이 적용되는 2WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비(100)는 1개의 구동모터(101)가 감속기(103)를 거쳐 차동기어와 차축으로 연결된다. 구동모터(101)는 MCU(Motor Control Unit)(107)에 의해 제어되고, 기계적으로 연결된 엔진-발전기(110)는 GCU(Generator Control Unit)(112)에 의해 제어된다.
MCU(107), GCU(112), 고전압 배터리(120)는 전력선으로 연결된다. 고전압 배터리(120)는 BMS(Battery Management System)(122)에 의해 관리된다. BMS(122), GCU(112), MCU(107)는 HCU(Hybrid Control Unit)(130)에 의하여 통제된다.
HCU(130)는 하이브리드 추진제어기로서, 가속페달, 제동페달, 기어 등으로부터 전달되는 신호를 이용하여 운전자의 운전의지를 파악하고 그에 대응하는 토크 명령을 생성하여 MCU(107)에 전달하고, 엔진-발전기(110)의 제어를 위한 제어명령을 GCU(112)에 전달하며, 차량 전체를 제어하는 역할을 수행한다.
전술한 실시예들에 따른 엔진-발전기 제어방법()들은 2WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비(100)의 HCU(Hybrid Control Unit)(130)에 의해 수행되며, GCU(112)와 연동하여 엔진-발전기(110)를 제어할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 엔진-발전기 제어방법이 적용되는 4WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비(200)는 2개의 구동모터(201,202)가 각각 전방 및 후방 차축을 구동하기 위해, 모터1(201)은 감속기1(203)을 거쳐 차동기어와 전방 차축으로 연결되고 모터2(202)는 감속기2(204)를 거쳐 차동기어와 후방 차축으로 연결된다.
모터1(201)은 MCU1(207), 모터2(202)는 MCU2(208)에 의해 제어되고 MCU1(207), MCU2(208), 배터리(220)는 고전압 전력선으로 연결된다. GCU(222), MCU1(207), MCU2(208), BMS(222)는 HCU(230)에 의하여 통제된다.
전술한 실시예들에 따른 엔진-발전기 제어방법()들은 4WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비(200)의 HCU(Hybrid Control Unit)(230)에 의해 수행되며, GCU(222)와 연동하여 엔진-발전기(210)를 제어할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 엔진-발전기 제어방법 및 이를 이용한 직렬형 하이브리드 전투기동장비는 엔진-발전기 및 고전압 배터리의 효율을 동시에 고려하여 엔진-발전기의 동작을 제어하고, 차량이 정지(Stop)하면 엔진-발전기를 오프(Off)하고 차량이 출발(Go)하면 엔진-발전기를 온(On)하는 스톱앤고 방법을 적용하여 엔진-발전기의 동작을 제어함으로써, 시스템 전체의 효율을 향상시킴과 동시에, 엔진을 포함한 전장품의 내구성과 운전 편의성을 향상시킴과 더불어 에너지 효율성도 개선시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속함을 이해해야 할 것이다.
100: 2WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비
101: 구동모터
103: 감속기
107: MCU
110: 엔진-발전기
112: GCU
120: 배터리
122: BMS
130: HCU
200: 4WD 직렬형 하이브리드 전투기동장비
201, 202: 구동모터
203, 204: 감속기
207, 208: MCU
210: 엔진-발전기
212: GCU
220: 배터리
222: BMS
230: HCU

Claims (7)

  1. 배터리와 구동모터를 구비한 직렬형 하이브리드 전투기동장비를 기동시키기 위해 전력을 공급하는 엔진-발전기 제어방법에 있어서,
    (a) 가속페달 변위 신호와 제동페달 변위 신호를 감지하여 운전자가 요구하는 상기 구동모터의 총 파워인 요구파워 값을 계산하는 단계;
    (b) 상기 엔진-발전기의 최저 출력부터 최대 출력까지 일정한 간격으로 상기 엔진-발전기의 출력 값을 가정하는 단계;
    (c) 상기 가정되는 엔진-발전기의 출력의 가정 값과 상기 요구파워 값을 이용하여 운전자가 요구하는 상기 구동모터의 총 파워를 만족시키기 위한 상기 배터리 출력 값을 계산하는 단계;
    (d) 상기 엔진-발전기의 효율맵을 이용하여 엔진-발전기 효율 값을 계산하고, 상기 배터리 출력 값과 측정된 상기 배터리의 SOC(State Of Charge) 값에 대해 설정된 상기 배터리의 효율맵을 이용하여 배터리 효율 값을 계산하는 단계;
    (e) 상기 엔진-발전기 효율 값과 상기 배터리 효율 값을 이용하여, 상기 일정한 간격으로 가정되는 상기 엔진-발전기의 출력의 가정 값들 별로, 상기 전투기동장비의 시스템 효율 값을 계산하는 단계; 및
    (f) 상기 계산된 시스템 효율 값들 중 시스템 효율 값이 가장 높은 경우의 상기 엔진-발전기의 출력의 가정 값을 선정하고 그 선정된 출력의 가정 값을 이용하여 상기 엔진-발전기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계 내지 (f)단계의 수행에 의해 상기 선정된 엔진-발전기의 출력의 가정 값을 이용하여 상기 엔진-발전기의 제어가 수행되는 경우, 상기 전투기동장비의 속도가 사전에 정해진 속도기준값 이하이고, 제동페달의 변위가 사전에 정해진 제1 변위기준값 이상이면, 상기 엔진-발전기를 오프(Off)하고 상기 (a)단계 내지 (f)단계를 다시 수행하는 단계; 및
    상기 (a)단계 내지 (f)단계의 수행에 의해 상기 선정된 엔진-발전기의 출력의 가정 값을 이용하여 상기 엔진-발전기의 제어가 수행되는 경우, 상기 제동페달의 변위가 사전에 정해진 제2 변위기준값 이하이고, 상기 전투기동장비의 기어의 상태가 전진 또는 후진 상태이고, 상기 선정된 엔진-발전기의 출력의 가정 값이 사전에 정해진 출력기준값 이하이면, 상기 엔진-발전기를 온(On)하고 상기 (a)단계 내지 (f)단계를 다시 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 속도기준값은 1 kph이고, 상기 제1 변위기준값은 5 %이며, 상기 제2 변위기준값은 3 %이고, 상기 출력기준값은 45 kW로 정해지는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 제어방법.
  4. 제2항에 있어서,
    운전자가 요구하는 상기 전투기동장비의 속도에 대응하는 상기 구동모터의 회전속도가
    Figure 112013079413552-pat00030
    [rpm]이고, 운전자의 요구토크가
    Figure 112013079413552-pat00031
    [Nm]인 경우, 상기 요구파워 값,
    Figure 112013079413552-pat00032
    [kW]은 수식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 제어방법.
    수식 1:
    Figure 112013079413552-pat00033
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엔진-발전기의 출력의 가정 값,
    Figure 112013102743599-pat00034
    과 상기 요구파워 값,
    Figure 112013102743599-pat00035
    을 이용한 배터리 출력값,
    Figure 112013102743599-pat00036
    은 수식 2에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 제어방법.
    수식 2:
    Figure 112013102743599-pat00037
  6. 제4항에 있어서,
    상기 엔진-발전기 효율 값이
    Figure 112013079413552-pat00038
    이고 상기 배터리 효율 값이
    Figure 112013079413552-pat00039
    인 경우, 상기 시스템 효율 값,
    Figure 112013079413552-pat00040
    은 수식 3에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 제어방법.
    수식 3:
    Figure 112013079413552-pat00041
  7. 직렬형 하이브리드 전투기동장비에 있어서,
    감속기를 거쳐 차축과 연결되는 구동모터와 그 구동모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)와, 전력을 발생하는 엔진-발전기와, 그 엔진-발전기를 제어하는 GCU(Generator Control Unit)와, 고전압 배터리와, 그 고전압 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)와, 상기 MCU, GCU 및 BMS를 통제하는 HCU(Hybrid Control Unit)을 포함하고,
    상기 HCU는 차량의 가속페달, 제동페달 및 기어로부터 전달되는 신호를 이용하여, 상기 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 엔진-발전기 제어방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 직렬형 하이브리드 전투기동장비.
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