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KR101628513B1 - Tmed 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법 - Google Patents

Tmed 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법 Download PDF

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KR101628513B1
KR101628513B1 KR1020140152243A KR20140152243A KR101628513B1 KR 101628513 B1 KR101628513 B1 KR 101628513B1 KR 1020140152243 A KR1020140152243 A KR 1020140152243A KR 20140152243 A KR20140152243 A KR 20140152243A KR 101628513 B1 KR101628513 B1 KR 101628513B1
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KR
South Korea
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temperature
output
motor temperature
engine
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조태환
오종범
한동연
박성익
Original Assignee
현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법에 관한 것으로서, TMED 하이브리드 차량의 EV 모드 주행중 주행상황 및 모터의 현재온도를 고려하여 모터출력을 제한하기 전에 엔진을 기동하여 모터의 과온을 방지하고 이를 통해 주행성능을 개선할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 하이브리드 차량의 모터온도를 모니터하는 과정; EV 모드 주행중 상기 모터의 현재모터온도가 제1모터온도 이상이 되면 엔진을 기동시키는 과정; 상기 엔진 기동 후 현재모터온도가 상기 제1모터온도보다 높은 제3모터온도 이상이 되면 모터출력을 제한하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법을 제공한다.

Description

TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법 {Control method of TMED HEV during driving}
본 발명은 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TMED 하이브리드 차량의 EV 모드 주행중 모터 과온으로 인한 성능 저하를 방지하기 위한 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하는 친환경 차량으로서, 일반적으로 차량이 발진하여 일정속도에 도달하기 전까지는 배터리 전원을 이용하여 전기모터로 구동하고, 운전자 의지와 배터리 상태에 따라 모터동력과 엔진동력을 적절히 조합하여 구동하게 된다.
TMED 하이브리드 차량은 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식을 적용한 하이브리드 차량으로서, 전기모터가 변속기에 부착된 형태로 장착된다. 즉, 전기모터가 엔진클러치와 변속기 사이에 배치된다.
이러한 TMED 하이브리드 차량 역시 차량이 발진하여 일정속도에 도달하기 전까지는 배터리 전원을 이용하여 전기모터로 구동하게 되며, 이의 운전 모드는 크게 엔진과 전기 모터가 함께 구동되는 HEV 모드와 전기모터만 구동되는 EV 모드로 구분된다.
한편, 종래의 TMED HEV 및 PHEV의 경우 최적연비 제어를 위하여 배터리의 잔량이 충분한 경우 배터리에 축적되어 있는 전기적 에너지를 활용하여 EV 모드 주행을 하게 된다. 또한, 별도의 구동력이 필요없는 운전조건에서는 고용량의 모터를 활용하여 회생제동을 하게 되며, 이러한 하이브리드 주행을 통하여 기존의 일반차량 대비 고 연비를 달성할 수 있게 된다.
그러나, 전기모터를 통한 고속/고출력 주행시 모터의 발열량이 증가하게 되고, 일정 수준이상 모터의 온도가 상승하게 되면 운전자의 의지와 상관없이 엔진이 기동되거나, 모터의 과열에 의한 출력제한으로 인하여 운전성능도 많은 제약을 받게 된다.
즉, 종래 TMED 하이브리드 차량은 고속/고부하로 EV 모드 주행중 모터가 일정수준이상 과온시 모터시스템을 보호하기 위한 모터 파워 제한이 작동하게 되고, 이로 인하여 모터의 출력이 제한되고, 이때 부족한 동력을 엔진을 통하여 보완하게 된다.
그러나, 운전자의 의지와 관계없이 모터의 출력저하에 의하여 엔진을 갑자기 기동하게 되면 엔진의 구동력이 차륜측에 충분히 전달되기 전까지는 운전자가 요청하는 구동력을 내는 것이 불가하여 선형적인 발진감에 제한을 받게 되며, 일정수준이상 모터가 냉각되기 이전에는 모터출력제한으로 인하여 최대출력으로 주행이 불가한 문제가 발생하게 된다.
특히, PHEV 차량의 경우 기존의 HEV 대비 고용량의 모터 및 배터리를 활용한 고부하의 전기차(EV) 주행 모드로 인하여 모터의 발열량이 더욱 증가하여 주행중 모터의 과온 개선을 위한 대안의 중요성이 더욱 부각된다.
한국공개특허 제2009-0101015호(2009년09월24일)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, EV 모드 주행중 주행상황 및 모터의 현재온도를 고려하여 모터출력을 제한하기 전에 엔진을 기동하여 모터의 과온을 방지하고 이를 통해 주행성능을 개선할 수 있는 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 하이브리드 차량의 모터온도를 모니터하는 과정; EV 모드 주행중 상기 모터의 현재모터온도가 제1모터온도 이상이 되면 엔진을 기동시키는 과정; 상기 엔진 기동 후 현재모터온도가 상기 제1모터온도보다 높은 제3모터온도 이상이 되면 모터출력을 제한하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법을 제공한다.
이때, 상기 모터출력을 제한하는 과정에서는, 제3모터온도에 도달한 현재모터온도를 출력제한요소로 이용하여 최종 모터출력을 결정하고, 결정된 최종 모터출력 이하로 모터출력을 제한한다.
그리고, 회생제동시에는 상기 모터의 현재모터온도가 제1모터온도보다 높고 제3모터온도보다 낮은 제2모터온도 이상이 되면 모터출력을 제한하며, 이때 상기 제2모터온도에 도달한 현재모터온도를 출력제한요소로 이용하여 최종 모터출력을 결정하고, 결정된 최종 모터출력 이하로 모터출력을 제한한다.
또한 상기 현재모터온도는 차량의 외기온이 일정온도 이상이거나 또는 변속기오일온도가 기준온도 이상이면 상기 외기온과 변속기오일온도를 온도보정요소로 이용하여 보정된 모터온도 값이 사용된다.
본 발명에 따른 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법에 의하면, 주행중 모터 온도 상승시 모터가 과열되어 모터출력이 제한되기 전에 엔진을 기동시켜 모터출력이 완만하게 감소할 수 있도록 함으로써 모터 과온을 방지하는 동시에 제동선형성을 확보하고 발진가속성능을 개선할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법을 나타낸 개념도
도 2는 본 발명에 따른 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 과정을 나타낸 개략도
도 3은 본 발명에 따른 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 과정을 나타낸 순서도
도 4는 본 발명에 따른 제어 방법의 엔진 기동 시점 및 모터출력의 변화를 종래기술과 비교하여 나타낸 그래프
이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서는 TMED 하이브리드 차량의 EV 모드 주행중 모터의 온도 상승시 모터의 출력 제한이 필요한 온도에 도달하기 이전에 엔진을 미리 기동하고 모터출력을 완만하게 감소하여 모터 과온을 방지하며, 이를 통해 제동선형성을 확보하는 동시에 발진가속성능을 개선할 수 있도록 한다.
그리고, 배터리 방전에 의한 모터출력(구동토크)의 제한과 배터리 충전을 위한 모터출력(충전토크)의 제한을 구분하고 회생제동 가능량을 축소하여서 회생제동시에도 모터 과열을 방지한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온을 방지하기 위해, EV 모드 주행중 모터의 현재온도를 모니터한다.
이때 차량의 운전조건을 동시 모니터하는데, 모터온도에 영향을 미치는 외기온과 변속기오일온도를 모니터하여 외기온이 일정온도보다 높거나 또는 변속기오일온도가 기준온도보다 높으면 외기온 값과 변속기오일온도 값을 운전조건에 따른 온도보정요소로 이용하여 모터온도 값을 보정하고, 이후 보정된 모터온도 값(현재모터온도)을 기반으로 엔진 기동 여부를 결정한다.
여기서, 상기 변속기오일온도는 모터 후단에 설치된 변속기의 오일온도이다. TMED 하이브리드 차량은 엔진클러치를 통해 엔진과 연결된 모터 후단에 변속기가 연결되어 있다. 즉, 엔진클러치와 변속기 사이에 모터가 연결되어 있다.
차량이 모터 구동에 의해 주행 중이면, 즉 차량이 배터리 방전에 의해 주행하는 EV 모드로 운전중이면, 현재모터온도를 제1모터온도(T1)와 비교하고, 비교 결과 현재모터온도가 제1모터온도(T1) 이상이면 모터제어기는 엔진제어기에 엔진 기동을 요청한다.
모터제어기에서 엔진 기동을 요청받은 엔진제어기는, 엔진토크지령을 발생하여 엔진을 기동시키고, 모터와 엔진 사이의 엔진클러치를 접합시켜 엔진토크를 모터와 연결된 차륜 측에 인가하여 모터출력을 감소하고 주행할 수 있도록 한다.
EV 모드 주행중 엔진 기동시 운전자요구토크(엔진토크+모터토크)에 따라 모터출력이 감소하게 된다.
이때 현재모터온도가 상승하여 제3모터온도(T3) 이상이 되면 모터의 구동토크(방전출력)를 일정값 또는 일정값 이하로 제한하며, 즉 현재모터온도가 제3모터온도(T3) 이상이 되면 배터리 방전에 의한 모터의 출력을 일정값 또는 일정값 이하로 제한하며, 현재모터온도가 제3모터온도(T3) 이하이면 다시 모터온도를 모니터한다.
여기서 모터토크는 제3모터온도(T3) 이상인 현재모터온도를 구동주행에 따른 방전제한요소(출력제한요소)로서 이용하여 제한되며, 현재모터온도를 기반으로 제한된 모터토크 값이 최종 모터토크로서 결정된다.
그리고 차량이 충전주행 중이면, 즉 차량이 배터리 충전을 위해 회생제동 모드로 운전중이면, 현재모터온도를 제2모터온도(T2)와 비교하고, 비교 결과 현재모터온도가 제2모터온도(T2) 이상이면 모터의 충전토크(충전출력)를 일정값으로 제한하고 현재모터온도가 제2모터온도(T2) 이하이면 다시 모터온도를 모니터한다.
현재모터온도가 제2모터온도(T2) 이상일 때 모터의 충전토크는 제2모터온도(T2) 이상인 현재모터온도를 회생제동에 따른 충전제한요소(출력제한요소)로서 이용하여 제한되며, 현재모터온도를 기반으로 제한된 모터토크 값이 최종 모터토크로서 결정된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 모터 출력만을 동력원으로 하여 주행할 때(구동주행시), 현재모터온도(운전조건에 따라 보정된 모터온도) 값이 제1모터온도(T1)에 도달하면 엔진을 기동하여 모터출력 감소(EV 라인 축소)를 시작하고, 현재모터온도 값이 제3모터온도(T3)에 도달하면 모터의 구동토크 제한(모터출력 제한)을 시작한다.
그리고, 회생제동에 의한 모터 출력으로 배터리를 충전할 때(충전주행시)에는, 현재모터온도 값이 제2모터온도(T2)에 도달하면 모터의 충전토크 제한(모터출력 제한)을 시작한다.
여기서, 제1모터온도(T1)는 EV 모드 주행 중 엔진을 기동하여 엔진토크를 차륜 측에 인가하는 시점이고, 제2모터온도(T2)는 모터의 충전토크를 일정값 또는 일정값 이하로 제한하는 시점이고, 제3모터온도(T3)는 모터의 방전토크를 일정값 또는 일정값 이하로 제한하는 시점이다.
이때 상기 제1모터온도(T1)는 제2모터온도(T2)보다 큰 값이고, 상기 제2모터온도(T2)는 제3모터온도(T3)보다 큰 값이며, 제1모터온도(T1)와 제2모터온도(T2) 및 제3모터온도(T3)는 사전에 반복적인 실험을 통해 결정할 수 있다.
이렇게 주행 조건에 따라 출력제한요소(현재모터온도)를 구분하여 모터출력을 제한함으로써, 다시 말해 주행 모드에 따라 서로 다른 값의 현재모터온도를 기반으로 모터출력을 제한함으로써, 차량의 주행성능을 개선할 수 있게 된다.
한편, 도 4를 참조하면, 종래에는 차량의 주행중 일정 온도 이상의 모터 과온 시에만 모터토크를 제한함으로 급속한 모터 발열량의 증가로 갑작스런 엔진 기동이 발생하게 되거나, 또는 모터 과열에 의한 출력제한으로 인해 주행성능이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명에서는 주행중 모터가 과온 상태에 도달하여 모터출력이 제한되기 이전에 먼저 엔진을 기동시킴으로써 모터출력을 서서히 감소시킬 수 있게 되며, 이에 모터 과온을 방지하는 동시에 선형제동성을 확보하고 발진가속성능을 개선할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (5)

  1. 하이브리드 차량의 모터온도를 모니터하는 과정;
    EV 모드 주행중 상기 모터의 현재모터온도가 제1모터온도 이상이 되면 엔진을 기동시키는 과정;
    상기 엔진 기동 후 현재모터온도가 상기 제1모터온도보다 높은 제3모터온도 이상이 되면 모터출력을 제한하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 현재모터온도는 차량의 외기온이 일정온도 이상이거나 또는 변속기오일온도가 기준온도 이상이면 상기 외기온과 변속기오일온도를 온도보정요소로 이용하여 보정된 모터온도 값이 사용되는 것을 특징으로 하는 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    회생제동시 상기 모터의 현재모터온도가 제2모터온도 이상이 되면 모터출력을 제한하며, 상기 제2모터온도는 제1모터온도보다 높고 제3모터온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터출력을 제한하는 과정에서는, 제3모터온도에 도달한 현재모터온도를 출력제한요소로 이용하여 최종 모터출력을 결정하고, 결정된 최종 모터출력 이하로 모터출력을 제한하는 것을 특징으로 하는 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 모터출력을 제한하는 과정에서는, 제2모터온도에 도달한 현재모터온도를 출력제한요소로 이용하여 최종 모터출력을 결정하고, 결정된 최종 모터출력 이하로 모터출력을 제한하는 것을 특징으로 하는 TMED 하이브리드 차량의 주행중 모터 과온 방지를 위한 제어 방법.
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