KR100471551B1

KR100471551B1 - 차재전지의제어장치

Info

Publication number: KR100471551B1
Application number: KR1019970709920A
Authority: KR
Inventors: 이사오 죠코; 데츠오 고이케; 고이치 야마구치; 아츠시 마스다; 구니토시 시미즈
Original assignee: 히노지도샤코교 가부시기가이샤
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 2005-04-14
Also published as: EP0841208B1; DE69728733D1; EP0841208A1; CN1194614A; DE69728733T2; KR19990028598A; CN1065486C; EP0841208A4; WO1997045287A1

Abstract

전지의 충방전을 전지의 상태를 관측하면서 제어하고, 그 효율을 좋게함과 동시에, 전지의 사용수명을 증대시킨다.

프로그램 제어회로가 차속센서가 검출한 차량의 주행속도 및 회전센서가 검출한 내연기관의 회전속도를 받아들여, 내연기관에 연결된 전동발전기와 차량에 탑재된 전지와의 사이의 교류 직류 그렇지 않으면 직류교류 변환을 행하는 인버터를 제어한다. 동시에 전류센서가 검출한 전지의 충방전 전류(i)를 받아들이고, 이 충방전전류(i)에 대하여 그 시간적분치(I)를 연산하고, 이 시간적분치(I)의 함수에 따라 회생 제동시의 전지에의 충전전류 및 주행구동시의 방전전류를 제어한다.

전지의 종합적 수명을 길게하고 브레이크에 의하여 소실하는 에너지를 될 수 있는 대로 많이 회생하고, 단위 전지의 특성에 분산이 있더라도 그것이 확대하는 것을 억지할 수가 있다. 더욱더, 전지코스트를 낮게 하고 보수를 간단화할 수가 있다.

Description

차재전지의 제어장치{Control System for On-vehicle Batteries}

본 발명은 주행동력으로서 전동기를 사용하는 전기 자동차에 이용한다. 본 발명은, 차재(車載)용의 충전가능한 전지의 충방전제어, 상태표시 및 전지교환시기정보의 표시에 관한다. 본 발명은, 주행동력으로서 내연기관 및 전동기를 병용하는 하이브리드·카를 위하여 개발된 것이지만, 충전가능한 전지를 차량에 탑재하고, 이 전지에너지를 주행에 이용하는 자동차에 널리 이용할 수가 있다.

본원 출원인은, HIMR의 명칭으로 내연기관 및 전동기를 병용하는 하이브리드·카를 개발하여 제조판매하고 있다. 이 자동차는, 내연기관의 크랭크축에 전동발전기로서 3상교류의 농형 유도기를 연결하고, 대형의 전지를 차량에 탑재하고, 이 전지와 바구니형 유도기와의 사이를 쌍방향의 인버터에 의하여 결합하고, 이 인버터를 프로그램 제어회로에 의하여 제어하도록 구성된 것이다(WO 88/06107호 참조). 이 장치에서는, 차량이 가속할때에는 이 농형유도기에 부여하는 회전자계를 농형유도기가 전동기로 되도록 제어하고, 차량이 감속할때에는 이 농형유도기에 부여하는 회전자계를 농형유도기가 발전기로 되도록 제어된다. 그리고 농형유도기가 전동기로서 이용될때에는 전지는 방전하고 발전기로서 이용될때에는 전지가 충전하도록 즉 회생 제동이 행해지도록 제어하는 것이다.

이 장치는 대형버스에 탑재되어 시가지의 노선버스 및 환경오염을 극히 작게하는 것이 필요한 지역의 등산버스 등에게 실용되어 호평을 얻고 있다. 한편 근년, 자동차의 내연기관으로부터의 배기에 의한 환경오염은 큰문제로 되고, 자동차의 가격이 여전히 높고, 연료가 다소 고가 이더라도, 도시의 시가지를 주행하는 대부분의 자동차가 전기자동차로 되는 가능성이 논하게 되기까지 되었다.

상기 HIMR은, 차량에 전지실을 설치하고, 대량생산에 의하여 염가로 입수할 수 있는 단자전압 12V의 전지를 단위전지로 하고, 이를 25개 이 전지실에탑재하고, 전기적으로 직렬로 접속하여 전체의 단자전압이 12V×25=300V가 되도록 구성하여 주행용의 에너지를 공급하는 전지로서 이용하고 있다.

여기서 「단위 전지」란, 다수개를 직렬 접속함으로서 주행용의 에너지를 공급하는 전지를 구성하는 단위로 되는 것이다. 예를들면 납전지의 경우는 화학적 성질로부터 최소의 단위 전지의 단자 전압은 2V이지만, 일반으로 이 2V의 전지를 복수개 직렬로 접속하여 케이스에 수용한 전지가 시판되어 있다. 예를들면 납전지의 경우는, 단위 전지의 단자 전압은 2V, 4V, 6V, 12V, 24V등이다. 납전지 이외의 전지에서도, 그의 화학적 성질 및 그의 직렬 접속하는 수에 의하여 단위 전지의 단자 전압이 정해진다.

본원 출원인은 단위 전지의 감시에 대하여, 국제특허출원(PCT/JP96/00966호, WO 96/32651 공보 참조)를 출원하였다.

본원 발명자는, 상기 HIMR의 차량에 대하여 다수의 주행기록 및 보수기록을 얻을 수가 있었다. 전지는 충방전을 반복하면 점차로 열화하기 때문에 어떤시기가 오면 전지를 교환하는 것이 필요하게 되지만, 종래기술에서는 충방전제어에 대하여 전지의 수명을 고려되어 있지 않다. 즉, 종래는 전기 자동차의 전지의 충방전제어를 그의 전기자동차의 주행조건에 의하여 행하도록 구성되어 있어, 그때의 전지의 상태를 제어장치에 받아들이고, 그 전지상태를 고려하여 행하도록 되어 있지는 않았다.

더욱더 상세히 설명하면, 예를들면 전지의 표준단자 전압이 상술하는 바와 같이 300V이라할 때, 회생제동에 의하여 충전을 행하는 경우에는, 종래는, 그의 단자 전압이 소정의 한계치(예를들면 380V)를 초과하면 전지를 파손할 염려가 있으므로 한계치 이상은 되지 않도록 제어한다, 라는 제어는 행해지고 있다. 그러나 이 한계치는 실제로는 전지의 충전량이 클 때 (만복시)의 안전치이고, 충전량이 작을때(공복시)에는 더욱더 단자 전압을 높게하더라도 효율적인 충전을 행할 수가 있다. 이는 브레이크 페달이 밟아져서 제동상태에 있을때에, 브레이크슈의 마찰열로서 방열해 버리는 에너지를 다시 회생제동에 의하여 전지에 충전환원되는 에너지로서 이용할 수 있는 것을 의미한다.

하이브리드 자동차로 액셀페달이 밟아지고 차량이 가속상태에 있을 때에도 꼭같다. 즉, 가속상태에 있을때에는 필요한 토오크를 내연기관과 전동기로 분담하는 것으로 되지만, 같은 액셀페달의 밟을 몫(같은 토오크)일지라도, 그때의 전지의 충전량이 클때(만복시)에는 방전전류를 크게하여 내연기관의 부담을 경감시키도록 제어하고, 전지의 충전량이 작을때(공복시)에는, 전지의 부담을 경감시켜 내연기관의 부담을 크게 하도록 제어할 수 있을 것이다.

더욱 상세한 관측에서, 단위 전지를 예를들면 25개 직렬 접속한 상태에서 방전시키면, 에너지는 25개의 단위 전지로부터 각각 균등하게 방출되는 것은 아님을 알았다. 충전을 행하는 경우도 전부의 단위 전지가 균등하게 충전되는 것은 아니다. 이를 전기적 특성에서 보면, 각각의 단위 전지의 내부저항(R)이 균일하지 않다고 하면 이해하기 쉽다. 직렬 접속이므로 전류(I)는 균일하지만, 충전의 경우도 방전의 경우도 단위 시간당의 충전 혹은 방전의 에너지(I²R)는 균일하게 되지 않는다. 내부저항이 높은 단위전지는 충전시에 단자 전압이 다른 단위전자보다 높고, 방전시에는 역으로 단자 전압이 다른 단위전지보다 낮게 된다. 실제에 있어서 이것을 균일하다고 하여 전체의 표준전압 혹은 정격전압으로 충방전을 반복실행하면, 내부저항이 높은 전지는 충전시에 충전부족으로 되어, 그의 단위전지만을 가속도적으로 열화시키는 것이 된다. 또 내부저항이 높은 단위 전지는, 직렬접속에 의하여 충방전을 행하더라도, 그의 전지온도가 높아져서 다른 단위전지와는 다른 특성으로 되고, 그의 단위전지만이 먼저 열화하여 버리는 것으로 된다.

즉, 충전전류의 최대치 혹은 방전전류의 최대치는, 전지전체의 상황뿐만 아니라, 개개의 단위 전지의 상황에 따라 결정하는 것이 전지수명을 길게 하기 때문에 중요한 요소임을 알았다.

발명자는, 단위 전지의 제조로트가 동일한 것을 하나의 전지실로 수용하는 등 여러 가지 시도를 하였다. 신차중에는 각 단위 전지의 특성이 갖추어졌다하더라도, 차량이 오랫동안 사용되면 특성에 분산이 생겨, 불균일한 열화가 가속되어가는 것을 알았다. 일반적으로, 전지의 교환은 단위전지마다 행하는 것이 아니고 전체를 일제히 교환하기 때문에, 전체를 균일한 조건으로 제어하는 것은, 명백히 전지의 수명을 짧게 하고 있는 원인이다. 전지를 대량으로 사용하고 대량으로 폐기하는 것은 환경오염의 새로운 원인으로 된다.

발명자는, 상술의 국제특허출원(PCT/JP96/00966호)에 있어서 고압전지를 구성하는 각 단위 전지 각각에 검출센서가 내장된 검출유닛을 구비함으로서 개개의 단위 전지에 대한 충전량의 감시가 행해져, 단위 전지의 열화를 초기단계에서 발견하는 것을 가능하게 하였지만, 검출유닛을 부착하는 단위 전지의 수가 많고, 부착작업성의 면에서, 그의 각각 구조에 대하여 더욱더 검토를 진행하였다.

종래, 상술한 하이브리드·카 혹은 전기자동차에 탑재된 전지의 충전 상태는

1) 전지의 단자 전압

2) 전지의 (전압)×(전류)×(시간)

3) 전해액의 비중

등에 의하여 관측되고, 충전량의 상태(만복 혹은 공복)가 표시되어 있었다.

상술한 바와 같이, 고압전지를 구성하는 각 단위 전지 각각에 검출센서가 내장된 검출유닛을 구비함으로서, 개개의 단위 전지에 대한 충전량의 감시가 행해지고 단위 전지의 충전상태를 확인하는 것이 가능하게 되었지만, 이는 충전상태의 감시에 머물고, 즉 이용자에, 연료의 보급과 같이, 주행에너지를 공급하는 전지에 충전의 필요가 있는가 없는가, 이후 어느 정도의 거리를 충전하지 않고 주행할 수 있는가 등의 목표를 부여하는 것으로, 단위 전지에 충전을 행하였을때에, 그의 충전이 정상으로 행해져서 금후의 사용에 견디어 낼 수 있는 것인가, 즉, 전지 그 자체의 수명을 관측하는 것은 아니다.

더욱더 각도를 바꾸어서 설명하면, 단자 전압을 감시하고 있는 한은 전지가 충전상태에 있더라도, 실제에는 그의 전지가 열화하여 있고 실제로 충전되어 있는 용량(암페어·아워)이 작고, 즉 일단 충전한 다음 실제로 주행할 수 있는 거리가 짧고, 노상에서 주행불가능으로 되는 것과 같은 사태가 발생하는 것이 생각하게 된다.

또, 전지의 충전상태를 알기 위하여는 운전자가 운전석을 떠나 개폐문을 개방하여야 하기 때문에 확인조작이 불편하고, 운전석에 표시되는 것이 요망되고 있다.

전지는 충방전을 반복하면 점차로 열화하고, 어떤 시기가 오면 전지를 교환하는 것이 필요로 된다. 보수기록을 상세히 검토하면, 그의 수명은, 비교적 균일한 주행을 행하고 있는 노선 버스 등에 대하여도, 결코 균일하지 않고 큰 분산이 있는 것을 알았다. 또, 단위 전지를 다수직렬로 접속하여, 충전 및 방전을 행하는 것이지만, 이때 개개의 단위전지에는 각각 개별의 특성이 있고, 직렬 접속일지라도 한결같은 충전 및 방전이 행해지고 있지 않음을 깨달았다.

본 발명은 이와 같은 배경에서 행해진 것으로서, 전지의 충방전 전류를 전지의 상태를 관측하면서, 그의 효율을 좋게함과 동시에 전지의 사양수명을 증대시키도록 제어하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 전지의 총합적인 수명을 길게하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 브레이크에 의하여 소실하는 에너지를 될 수 있는 대로 많이 회생하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 다수의 단위 전지가 전기적으로 직렬로 접속하여 사용될때에, 그의 단위 전지의 특성에 분산이 있더라도, 장기간의 사용에 의하여 그의 분산이 확대되는 일이 없이, 전지의 열화가 균일로 되도록 제어할 수 있는 제어장치로 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 전기자동차의 전지코스트를 낮게 하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 전지의 보수를 간단화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 검출유닛의 부착을 간단하게 행할 수가 있고, 동시에 안정한 부착상태를 유지할 수 있는 차재용 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 검출유닛의 착탈공수를 저감할 수 있는 차재용 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 검출유닛을 단위 전지의 케이스내에 매설하고 접속케이블 착탈의 작업성을 잘할 수 있는 차재용 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 전지를 교환할때에 검출유닛을 전지와 함께 폐기하는 일없이 계속 이용할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 운전석에 충전경보 및 충전 잔존량을 표시하는 것외에, 전지 그 자체의 교환시기를 대략 구분하여 표시할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 전지의 교환시기를 운전석에서 항상 감시함으로서 전지교환에 이르기까지 주행가능한 시간 또는 거리를 예측할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 전지교환의 시기를 놓쳐서 노상에서 돌연 차량이 주행을 정지해 버리는 것과 같은 사태를 회피할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 전지의 보수를 빈번하게 받아 전체로서 전지의 수명을 연장시킬수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 전지의 폐기되는 비율을 적게하여 환경오염을 줄이는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명 제1실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도,

도 2는 본 발명 제1실시예에 관한 충전효율을 도시하는 도면,

도 3(a)는 본 발명 제1실시예에 관한 전지의 방전 상황을 설명하는 도면, (b)는 충전량의 변화를 설명하는 도면,

도 4는 본 발명 제1실시예에 있어서 단위 전지 개별로 전지센서를 설치한 경우의 구성을 도시하는 블록도,

도 5는 본 발명 제1실시예에 있어서 단위 전지개별로 전지센서를 설치한 경우의 구성을 도시하는 사시도,

도 6은 본 발명 제1실시예에 있어서 고압전지의 실제장착상태를 도시하는 사시도,

도 7은 본 발명 제2실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도,

도 8은 본 발명 제2실시예에 관한 단위 전지의 구성을 도시하는 사시도,

도 9는 본 발명 제2실시예에 관한 고압전지의 실제장착상태를 도시하는 도면,

도 10은 본 발명 제3실시예의 구성을 도시하는 사시도,

도 11은 본 발명 제3실시예의 구성을 도시하는 부분 단면도,

도 12는 본 발명 제3실시예에 있어서 전지센서의 구성의 일예를 도시하는 도면,

도 13은 본 발명 제4실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도,

도 14는 본 발명 제4실시예에 있어서 표시수단의 배치예를 도시하는 도면,

도 15는 본 발명 제4실시예에 있어서 표시수단의 표시예를 도시하는 도면,

도 16은 본 발명 제4실시예에 관한 전지의 충방전 특성을 도시하는 도면,

도 17은 본 발명 제4실시예에 있어서, 전지정보표시동작의 흐름을 도시하는 순서도,

도 18은 본 발명 제5실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도,

도 19는 본 발명 제5실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도,

도 20은 본 발명 제5실시예에 있어서 표시수단 및 무선수신기의 배치예를 도시하는 사시도,

도 21은 본 발명 제5실시예에 있어서 검출유닛과 무선수신기와의 접속을 도시하는 도면,

도 22는 본 발명 제7실시예의 기본적 개념을 도시하는 도면,

도 23은 본 발명 제7실시예의 요부의 구성을 도시하는도면,

도 24는 본 발명 제7실시예에 사용하는 반도체 스위치 소자의 구성을 도시하는 도면,

도 25는 본 발명 제7실시예에 있어서 단위 전지의 방전특성과 열화(劣化)와의 관계를 도시하는 도면,

도 26은 본 발명 제7실시예에 있어서 단위 전지의 충전특성과 열화와의 관계를 도시하는 도면,

도 27은 본 발명 제7실시예에 있어서 제1설정치 검출부의 동작의 흐름을 도시하는 순서도,

도 28은 본 발명 제7실시예에 있어서 제2설정치 검출부의 동작의 흐름을 도시하는 순서도,

도 29는 본 발명 제7실시예에 있어서 스위치 제어부의 동작의 흐름을 도시하는 순서도,

도 30은 본 발명 제7실시예에 있어서 단위 전지의 구성을 도시하는 사시도,

도 31은 본 발명 제7실시예에 있어서 단위 전지와 자동차에의 탑재예를 도시하는 사시도,

도 32는 본 발명 제7실시예에 있어서 단위 전지의 별도의 구성예를 도시하는 사시도,

도 33은 본 발명 제8실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도,

도 34는 본 발명 제8실시예의 전체구성을 도시하는 블록도,

도 35는 본 발명 제8실시예에 있어서 무선송신기가 송신하는 데이터 신호의 프레임 구성을 도시하는 도면,

도 36은 본 발명 제8실시예에 있어서 프로그램 제어회로의 제1설정치 검출에 관한 동작의 흐름을 도시하는 순서도,

도 37은 본 발명 제8실시예에 있어서 프로그램 제어회로의 제2설정치 검출에 관한 동작의 흐름을 도시하는 순서도,

도 38은 본 발명 제8실시예에 있어서 프로그램 제어회로의 스위치 작동검출에 관한 동작의 흐름을 도시하는 순서도,

도 39는 본 발명 제8실시예에 있어서 단위 전지의 외관예를 도시하는 사시도,

도 40은 본 발명 제8실시예에 있어서 표시기의 배치예를 도시하는 평면도,

도 41은 본 발명 제8실시예에 있어서 표시기의 설치예를 도시하는 도면,

도 42(a) 및 (b)는 전기제동에 의하여 발생한 전기 에너지의 회생을 설명하는 도면,

도 43(a) 및 (b)는 방전에 의하여 구동토오크 발생을 설명하는 도면.

본 발명의 제1의 관점은 차량에 탑재된 개개의 단위 전지의 충방전 상황에 따라서 충전전류의 최대치 혹은 방전전류의 최대치를 설정하고, 그값에 따른 충전제어를 행하는 것을 특징으로 한다.

즉, 차량의 구동축에 연결된 전동발전기와 이 차량에 탑재된 전지와 이 전지와 상기 전동 발전기와의 사이에 설치되어 쌍방향으로 에너지를 전달하는 인버터와 이 인버터를 제어하는 인버터 제어수단과를 구비하고, 상기 전지의 충방전 전류(i)를 포함하는 전지의 상태를 검출하는 전지센서를 구비하고, 상기 충방전 전류(i)에 대하여 그 시간적분치 I

I = ∫idt + C

(다만 C는 초기 충전량에 상당하는 적분정수)

를 연산하는 수단과, 이 시간 적분치의 함수에 따라 회생 제동시의 상기 전지에의 충전전류 및 주행 구동시의 방전전류를 제어하는 수단과를 포함하는 프로그램 제어회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 전동발전기는 다상교류회전기이고, 그 차량의 주행속도를 검출하는 속도센서와 상기 전동 발전기의 회전속도를 검출하는 회전센서와를 구비하고, 상기 인버터 제어수단은, 이 속도센서 및 이 회전센서의 출력 및 운전조작 입력에 따라 상기 인버터에 제어출력을 송출하는 수단을 포함하고, 상기 전지센서에는 상기 전지의 온도(θ)를 검출하는 수단을 포함하고, 상기 적분치의 함수는 전지의 충전효율을 η으로 할 때 ηI이고, 이 효율 η는 상기 온도의 함수(η(θ))인 것이 바람직하다. 더욱이 상기 전지센서와 상기 프로그램 제어회로와의 사이에는, 그 센서출력정보를 무선신호에 의하여 전달하는 인터페이스 회로와를 포함하고, 상기 전지센서는, 단위전지의 단자 전압을 개별로 검출하는 수단을 포함하고, 상기 프로그램 제어회로는 회생제동시의 충전전류를 이 단자 전압에 응하여 제어하는 수단과, 주행구동시의 방전전류를 이 단자전압에 응하여 제어하는 수단과를 포함하는 것이 바람직하다.

인버터 제어수단은 속도센서로 부터의 차량의 주행속도, 회전센서로 부터의 내연기관의 회전속도 및 전류센서로부터의 전지의 충방전 전류(i)를 검출신호로서 받아들이고, 운전조작 입력에 따라 인버터를 제어한다. 인버터는 차량에 탑재된 전지와 내연기관에 연결된 전동발전기와의 사이의 교류 직류 변환 그렇지 않으면 직류 교류 변환을 행한다.

이의 충방전제어의 과정에서, 프로그램 제어회로가 충방전 전류(i)에 대하여 그 시간적분치(I)를 연산하고, 이 시간적분치(I)의 함수에 따라 회생제동시의 전지에의 충전전류 및 주행구동시의 방전전류를 제어한다. 전기자동차의 경우에는 방전전류(i)에 대하여 연산한 시간적분치(I)가 소정치를 초과한 상태에 있으면(예를들면 도 42(a)의 사선으로 도시하는 바와 같이), 제동에 의하여 발생한 전기 에너지를 전지에 많이 회생시킨다. 또, 방전전류(i)에 대하여 연산한 시간적분치(I)가 소정치 이하이면 대략 충전된 상태에 있으므로(예를들면 동도(b)의 사선으로 도시하는 바와 같이), 제동에 의하여 발생한 전기에너지를 과충전이 되지 않을 정도로 제한하고 회생시킨다.

하이브리드 자동차(HIMR)의 경우에는 충전전류(i)에 대하여 연산한 시간적분치(I)가 소정치를 초과한 상태(충전상태)에 있으면 (예를들면 도 43(a)의 사신으로 도시하는 바와 같이), 회생축적된 전기에너지를 전동발전기에 공급하고, 전동기로서 구동토오크의 분담을 크게 한다. 또, 충전전류(i)에 대하여 연산한 시간적분치(I)가 소정치 이하이면(예를들면 동도(b)에 도시하는 바와 같이 충전 부족의 상태에 있도록) 전동발전기에의 전기에너지의 공급을 제한한다.

이와 같이, 전지의 충방전상태를 항상 관측하고, 그 상황에 따라 충방전을 제어함으로서 전지의 수명을 증대시킴과 동시에, 브레이크에 의하여 소실하는 에너지를 될 수 있는 데로 많이 회생할 수가 있다. 또 장기간의 사용에 의하여 단위 전지 개개의 분산이 확대하는 것을 방지할 수가 있다.

전지는 온도에 의하여 그의 특성이 변화하므로, 전지의 온도(θ)를 검출하는 수단을 포함하는 전지센서를 구비하면, 전지의 충전효율(η)을 온도의 함수(η(θ))로서 충방전전류(i)에 대한 시간적분치(I)를 온도변화의 영향을 포함한 제어정보(ηI)로 할 수 있으므로 충방전제어를 더욱더 정확하게 동시에 치밀하게 행할 수가 있다.

단위 전지 각각에 구비된 전지센서에 무선송신기를 구비하고, 이 송신기로부터의 전자파를 수신하는 무선수신기를 구비함으로서 전지 센서가 검출한 전지정보를 무선신호에 의하여 전달할 수가 있다. 전지센서가 단위 전지의 단자 전압을 개별로 검출하여 그 정보를 무선송신하면, 프로그램 제어회로가 그 정보를 무선수신기를 통하여 받아들이고, 회생제동시의 충전전류 및 주행구동시의 방전전류를 그 검출된 단자 전압에 응하여 제어할 수가 있다.

본 발명의 제2의 관점은, 단위 전지에의 전지센서 및 인터페이스 회로의 장치를 간단한 조작으로 확실히 행할수 있는 구조를 특징으로 한다. 즉, 상기 전지센서 및 인터페이스 회로의 적어도 일부가 그 전지의 케이스 내부에 매입되는 하나의 유닛으로 구성되고, 이 유닛이 상기 전지 케이스에 대하여 착탈 자유로이 구성된 것을 특징으로 한다.

전지 케이스의 상면의 일부에 전지 정보를 검출하는 전지센서 및 인터페이스 회로를 수용하는 공간을 설치하고, 이 공간에 단위 전지(+) 단자 및 (-)단자 각각에 케이스 내부에서 전기적으로 접속된 1쌍의 유지구를 매입하고, 이 유지구에 전지센서의 단자를 끼워넣으므로서 유지한다.

검출센서를 하나의 유닛에 수용하고 그의 유닛에 인터페이스회로를 설치하고, 이 인터페이스 회로에 무선신호에 의하여 검출센서의 출력을 전달하는 구성으로 하면, 검출된 전지정보를 전기배선하는 일없이 꺼낼수가 있어, 전지실 혹은 운전석에 있어서 그의 정보를 알 수가 있다. 이는 예를들면, 유닛내에 무선 송신기를 구비함과 동시에, 각 무선송신기로부터의 전자파를 수신하는 무선수신기를 구비하여 이의 무선수신기가 수신한 전지정보를 표시기에 표시함으로서 실현할 수가 있다.

본 발명의 제3의 관점은, 차량에 탑재된 전지의 충전경보 및 충전잔존량을 표시함과 동시에, 전지의 열화(수명)을 관측하고 그의 전지의 교환시기에 관한 정보를 표시하는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 프로그램 제어회로의 출력에 적어도 충전경보, 충전잔존량 및 전지교환시기에 관한 표시수단이 접속된 것을 특징으로 한다.

상기 프로그램 제어회로의 메모리 수단에는 표준적인 충방전 전압전류 특성 및 열화의 정도에 응하여 복수의 충방전 전압전류 특성이 미리 기억되어, 상기 프로그램 제어회로는, 그의 메모리 수단에 기억된 특성을 참조하여 전지의 열화정보를 연산하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

전지의 열화는 단자 전압과 방전전류 또는 충전전류를 감시함으로서 그의 정도를 알수가 있다. 단자 전압과 방전전류의 관계에서는, 도 16의 우측에 도시하는 바와 같이, 충전을 요하는 전압을 제1설정치(V₁)로 하였을때에, 정상의 방전특성(S₁₀)이면 방전전류는 I₁₀이지만, 파선으로 표시하는 교환을 필요로 하는 상태의 방전특성(S₁₃)이면 방전전류 I₁₃(I₁₃<I₁₀)으로 된다. 또, 단자 전압과 충전전류의 관계에서는, 동도좌측에 도시하는 바와 같이 충전완료 전압을 제2설정치(V₂)로 하였을때에, 정상의 충전특성(S₂₀)이면 충전전류(I₂₀)로 되지만, 파선으로 도시하는 교환을 필요로 하는 상태의 방전특성이면 충전전류는 I₂₃(I₂₃<I₂₀)로 된다. 이와 같이 충방전 특성은 열화의 정도에 응하여 변화하고, 열화가 진행됨에 따라 같은 단자전압의 값일지라도 방전전류 및 충전전류는 감소한다.

프로그램 제어회로는, 이와 같은 전지의 전압전류정보를 충전중 혹은 방전중에 계측하여 받아들이고 열화의 정도를 연산하고, 표시수단에 충전경보, 충전잔존량 및 전지교환시기에 관한 정보로서 구분하여 표시한다. 상술한 표준적인 충방전 전압전류 특성 및 열화의 정도에 응한 복수의 충방전 전압전류특성을 미리 프로그램 제어회로의 메모리 수단에 기억하여 둔다. 프로그램 제어회로는 계측에 의하여 받아들인 전압전류치에 대하여 메모리 회로에 기억된 특성을 참조하여 전지의 열화정보를 연산할 수가 있다.

전압정보는 전지를 구성하는 전지 또는 각 단위전지에 부착된 전지센서가 검출하고, 이의 검출출력을 프로그램 제어회로가 받아들인다.

전압정보를 검출하는 전지센서와 프로그램 제어회로와의 사이의 인터페이스 회로에, 그 센서출력정보를 무선신호에 의하여 전달하는 수단을 포함할 수 있다. 예를들면 단위 전지 각각에 무선송신기를 구비하고, 이의 송신기로부터의 전자파를 수신하는 무선수신기를 구비함으로서 전지센서가 검출한 전지정보를 표시수단이 전지수납장소로부터 떨어져 있더라도 무선신호에 의하여 전달하는 것이 가능하게 된다.

상기 표시수단은, 운전석에 설치되어, 상기 전지에 대하여

(1) 충전된 상태

(2) 정상으로 사용되고 있는 상태

(3) 충전을 행하는 것이 바람직한 상태

(4) 충전을 행하는 것이 필요한 상태

를 대략 구분하여 표시하는 수단을 포함함과 동시에, 상기 전지에 대하여

(1) 열화가 없는 상태

(2) 점검을 받는 것이 권장되는 상태

(3) 전지교환이 권장되는 상태

(4) 전지교환이 필요한 상태

를 대략 구분하여 표시하는 수단을 포함하고, 상기점검을 받는 것이 권장되는 상태는, 일부의 단위 전지에 열화가 생기고 있는 것이 검출될 때에 표시할 수가 있다.

이와 같이 전지의 충전상태를 표시할뿐만 아니라 전지열화의 상태, 즉, 그 전지가 충전에 의하여 계속 사용할 수 있는 상태에 있는가, 혹은 열화가 한도를 넘어서 교환을 요하는 상태에 있는가를 운전석에 구분하여 표시함으로서, 운전자는 그 정보에 따라 곧 처치를 취할 수가 있어, 충전 혹은 전지교환의 시기를 놓쳤기 때문에, 노상에 차량을 정지시켜 버리는 것과 같은 사태를 회피할 수가 있다. 더욱 전지의 보수를 빈번히 받아 전체로서 전지의 수명을 연장할 수 있으므로, 전지가 폐기되는 비율을 적게하여 환경오염을 줄일수가 있다.

본 발명의 제4의 관점은, 차량에 탑재된 전지의 상태(수명)을 관측하여 그의 교환시기에 관한 정보를 대략 구분하여 운전석에 표시하는 것을 특징으로 한다.

즉, 운전석에 표시부를 구비하여, 상기 표시수단은 적어도 2구분되어, 그의 제1구분은 전지가 양호한 상태에 있는 것을 표시하는 수단이고, 그 제2구분은 전지를 교환하여야 할 상태에 있는 것을 표시하는 수단인 것을 특징으로 한다.

상기 제1구분과 제2구분과의 사이에 중간적인 구분을 설치하고, 상기 구분에 더하여 전지의 열화의 정도가 큰 것을 표시하는 점등표시수단을 설치하는 것이 바람직하다.

이 표시는 상술한 바와 같이 충전된 상태에 있는가 여부, 충전이 필요한가, 등의 종래로부터 알려져 있는 표시와는 다른 표시이고, 충방전을 반복할 수 있는 전지의 수명이 어느정도 남아 있는가를 운전자에 표시하는 장치이다.

전지의 열화는 단자 전압과 방전전류 또는 충전전류를 감시함으로서 그 정도를 알수가 있다. 일예를 표시하면, 상술한 도 16의 우측에 표시하는 방전특성에서는 전지가 신품일때에는 S₁₀이지만, 열화가 진행됨에 따라 S₁₁, S₁₂로 되고, 수명이 다하여 교환을 필요로 하는 상태에서는 S₁₃와 같이 된다. 더욱이, 단자전압과 방전전류의 관계에서는, 도 16의 우측에 도시하는 바와 같이, 충전을 요하는 전압을 제1설정치(V₁)로 하였을때에는, 정상의 방전특성이 S₁₀에 표시하는 것이면 방전전류는 I₁₀이지만, 파선으로 표시하는 교환을 필요로 하는 상태에서는, 그의 방전특성이 S₁₃와 같이 되고, 제1설정치(V₁)에 대응하는 방전전류는 I₁₃(I₁₃<I ₁₀)로 된다. 또 충전특성은 도 16의 좌측에 도시하는 바와 같이, 전지가 신품일때에는 S₂₀와 같이 되지만 전지가 열화함에 따라 그의 충전특성은 S₂₁,S₂₂와 같이 되고, 교환을 필요로 하는 상태에서는 S₂₃와 같이 된다. 단자 전압과 충전전류의 관계에서는 동도좌측에 도시하는 바와 같이, 충전완료전압을 제2설정치(V₂)로 하였을때에, 신품의 전지로서 정상의 충전특성이 S₂₀이면 충전전류는 I₂₀로 되지만 파선으로 도시하는 교환을 필요로 하는 상태의 전지(거의 사용 수명이 다한 전기)에서는, 충전전류는 I₂₃(I₂₃<I₂₀)으로 된다. 이와 같이 충방전 특성은 열화의 정도에 응하여 변화하고, 열화가 진행됨에 따라 같은 단자전압의 값일지라도 방전전류 및 충전전류는 감소한다.

프로그램 제어회로의 메모리수단에 도 16에 예시하는 전지의 충전특성 및 (또는) 방전특성을 기억하여 두고, 한편, 이와 같은 전지의 전압전류정보를 충전중(회생제동중) 혹은 방전중(전동기 구동중)에 계측하여 프로그램 제어회로에 받아 들이고, 이를 메모리 수단에 기억하고 있는 충전특성 또는 방전특성과 비교함으로서, 전지의 열화의 정도를 연산하고, 표시수단에 충전경보, 충전잔존량 및 전지교환시기에 관한 정보로서 운전석에 표시한다.

그의 표시는, 상술한 바와 같이

(1) 열화가 없는 상태

(2) 점검을 받는 것이 권장되는 상태

(3) 전지교환이 권장되는 상태

(4) 전지교환이 필요한 상태

를 대략 구분하여 표시하는 것이 바람직하다. 이중의 「전지교환이 필요한 상태」는 전지의 열화의 정도가 크고 위험상태에 있는 것을 표시하는 경보이므로, 램프를 점등시키는 것이 바람직하다.

이 전지열화의 상태의 표시는, 전지를 충전하여야 할 시기가 온 것을 표시하는 충방전 표시(연료탱크의 잔존량을 표시하는 연료계에 상당한다)와 병열하여 표시할 수가 있다.

본 발명의 제5의 관점은, 개별로 충전 상황을 관리하고, 충전완료의 규정전압에 도달하는 전지는, 전류 바이패스 통로에 의하여 인접하는 전지와 접속하고 충전상태로부터 해방하는 것을 특징으로 한다. 즉, 단위전지마다, 전류 바이패스 통로와, 이 전류 바이패스 통로와 단위 전지와의 통로 선택을 행하는 전환회로와를 설치하고, 상기 단위전지의 단자 전압을 측정하는 측정회로와, 이 측정회로의 출력정보에 따라 상기 전환회로를 개별로 제어하는 전환 제어회로와를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 전환회로는 반도체 스위치 소자를 포함하고, 상기 전환제어회로는 각 단위 전지마다 개별로 설치되고, 상기 측정회로, 상기 전환회로, 상기 바이패스통로 및 상기 전환제어회로는 하나의 유닛으로 실지로 장치되어, 단위전지의 양음단자에 접속하는 금구가 설치되고, 상기 측정회로는, 단위전지의 단자 전압을 복수 n레벨로 구분하는 출력정보를 송출하는 회로수단을 구비하고, 상기 유닛의 표면에 상기 복수 n레벨로 구분된 출력정보를 표시하는 표시수단을 구비하는 것이 바람직하다. 일반적으로 n는 2가 적당하다.

이로서 복수직렬로 접속된 상태의 단위 전지에 충전을 행하는 경우에, 각각에 설치된 전류 바이패스 통로를 적당히 폐결시키므로서, 단위 전지를 개별로 충전상태로부터 해방시킬수가 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 단위 전지의 특성에 분산이 있고, 각각 충전시간이 다른 경우에도, 충전을 마친 단위전지로부터 순서로 충전상태로부터 해방함으로서, 특성이 다른 단위전지의 각각에 대하여 적정한 충전을 행할 수가 있다.

하나의 수신기와 이의 수신기에 단위전지마다의 상기 출력정보를 받아들이는 인터페이스 회로와를 구비하는 구성으로 할수도 있다. 이 구성의 경우에는, 복수의 단위전지의 정보를 일개소에 받아들이므로서, 전체의 상황을 감시할 수가 있다. 따라서, 복수의 단위 전지의 상황을 일개소에서 집중적으로 관리할 수가 있다.

상기 수신기는 차체에 부착되고, 상기 인터페이스 회로는 무선신호에 의하여 전달하는 수단을 포함할 수 있고, 복수의 단위 전지의 각각에 상기 출력정보를 받아들이기 위한 배선을 행하는 일없이, 단위 전지의 레이아우트의 자유도를 향상시킬수가 있다. 이 경우의 인터페이스 회로는, 예를들면 무선송신기 등이다.

프로그램 제어회로에 상기 수신기에 수신되는 단위 전지마다의 상기 출력정보를 처리하는 수단을 구비한 구성으로 하는 것도 가능하고, 이로서, 복수의 단위 전지의 상황을 일개소에서 집중적으로 관리할 수 있음과 동시에, 프로그램 제어회로에 의하여 데이터 분석을 행하고, 예를들면, 충전 또는 방전의 상황, 전지열화의 상황 등 여러 가지 유용한 정보를 표시시킬수가 있다.

다음에 본 발명 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

(제1실시예)

도 1은 본 발명 제1실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도이다. 본 발명 제1실시예는 차량에 실제 장착된 내연기관(1)의 구동축에 연결된 전동발전기(2)와, 이 차량에 탑재된 전지(3)와, 이의 전지(3)와 전동 발전기(2)와의 사이에 설치되어 쌍방향에 에너지를 전달하는 인버터(4)와, 이 인버터(4)를 제어하는 인버터 제어수단(5)이 구비되어 전지(3)의 충방전 전류(i)를 포함하는 전지(3)의 상태를 검출하는 전지센서(6)가 구비되어, 충방전 전류(i)에 대하여 그의 시간 적분치 I

I = ∫idt + C

(다만 C는 초기 충전량에 상당하는 적분정수)

를 연산하는 수단과, 이 시간 적분치의 함수에 따라 회생제동시의 전지(3)에의 충전전류 및 주행구동시의 방전전류를 제어하는 프로그램 제어회로(7)가 구비된다.

전동발전기(2)는 다상교류회전기이고, 그의 차량의 주행속도를 검출하는 속도센서(8)와 전동발전기(2)의 회전속도를 검출하는 회전센서(9)가 구비되고, 인버터 제어수단(5)에는, 이 속도센서(8) 및 이 회전센서(9)의 출력 및 운전조작 입력에 따라 인버터(4)에 제어출력을 송출하는 수단이 포함된다.

전지센서(6)에는 상기 전지의 온도(θ)를 검출하는 수단이 포함되고, 상기 적분치의 함수는 전지의 충전효율을 η로 할 때 ηI이고, 이 효율(η)는 상기 온도의 함수(η(θ))이다. 인버터(4)의 출력측에는 콘덴서(31)가 접속되어, 전지(3)에는 인버터(4)의 출력전압을 검출하는 전압검출회로(32)가 접속된다. 전지(3)에는 차단스위치(33)를 통하여 DC·DC 컨버터(34)가 접속된다. 전지센서(6)는 온도검출기(서미스터)를 내장하고, 다수의 단위 전지중의 하나의 전지의 함에 첨부된다.

전지센서(6), 속도센서(8), 회전센서(9) 및 전류센서(10) 및 전압검출회로(32)는 인터페이스 회로(30)를 통하여 프로그램 제어회로(7)에 접속된다. 이 프로그램 제어회로(7)에는 도 1에서는 생략되어 있지만, 액셀센서, 기어위치센서, 브레이크센서, 발전기온도센서, 클러치센서가 접속된다.

도 2는 본 발명 제1실시예에 관한 충전효율을 도시하는 도면이다. 전지(3)의 충전효율(η)는 동도에 도시하는 바와 같이 온도에 따라 변화한다. 그 값은 온도가 낮을수록 작고, 상승함에 따라 크게 된다. 따라서 일정시간에 걸쳐 같은 충전전류를 전지(3)에 공급하더라도 그의 충전량은 그때의 온도에 따라 다르다. 본 발명은 다수(예를들면 25개)의 단위 전지가 직렬로 접속된 중의 하나로부터 전지온도를 받아들이고, 이것을 고압전지 전체의 온도로 간주하여, 그의 온도에 있어서 충전효율(η)을 충전전류(i)에 대하여 연산한 시간적분치(I)에 곱한 ηI의 값에 따라 회생제동시의 충전전류 및 주행구동시의 방전전류를 제어한다.

여기서, 이와 같이 구성된 본 발명 제1실시예의 동작에 대하여 설명한다.

차량주행중은, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이 전지(3)로부터의 방전 및 전지(3)에의 충전이 항상 행해지고 동도(b)에 도시하는 바와 같이 전지(3)의 충전량은 시간경과와 더불어 변동한다.

통상, 제동력이 회전계에 발생하는 경우에는, 프로그램 제어회로(7)는 회전센서(9)로 검출된 전동 발전기(2)의 회전자부의 실회전속도보다 작은 속도(예를들면 97%, 슬립 3%)의 회전자계를 전동발전기(2)의 고정자부에 부여하도록 인버터(4)에 대하여 제어신호를 발생시킨다. 이때 전동발전기(2)는 발전기로서 동작하고, 발전된 전기에너지는 인버터(4)에 의하여 직류에너지로 변환되어 전지(3)에 충전전류로서 공급된다.

구동력을 회전계에 부여하는 경우에는, 프로그램 제어회로(7)는 회전센서(9)로 검출된 전동발전기(2)의 회전자부의 실회전속도보다 큰 속도의 회전자계(예를들면 102%, 슬립 + 2%)을 전동발전기(2)의 고정자부에 부여하도록 인버터(4)에 대하여 제어신호를 발생시킨다. 이때에는, 전지(3)로부터 직류전류가 꺼내어지고, 인버터(4)에 의하여 다상교류로 변환되어 전동발전기(2)에 공급되어 전동기로서 내연기관(1)에 보조구동력이 부여된다.

본 발명의 특징으로 하는 바는, 이와 같은 충방전 제어중에 전지(3)의 상태를 관측하면서 충방전 전류를 제어하는 것에 있다. 즉, 프로그램 제어회로(7)는, 전류센서(10)가 검출한 전지(3)의 방전전류(i), 전지센서(6)가 검출한 전지(3)의 온도 및 전압검출회로(32)가 검출한 단자전압(V)을 받아들이고, 전지(3)의 충방전 전류에 대하여 그시간 적분치 I

I = ∫idt + C (암페어·아워)

를 연산한다. C는 초기 충전량에 상당하는 적분 정수를 나타낸다. 충전에너지는

I × V (왓트·아워)

이다.

이시간적분치(I)에 전지온도의 함수인 전지효율(η)을 곱한 ηI의 값에 의하여 회생제동시의 전지(3)에의 충전전류의 공급 및 주행구동시의 전동발전기(2)에의 방전전류의 공급을 정해진 충전량의 허용범위내에서 행하도록 제어한다. 즉 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 전지(3)의 충전량이 허용범위의 상한을 초과하고 있는 경우에는 과충전으로 되므로 충전을 제한하고, 충전량이 허용범위의 하한을 하회하는 경우에는 전동발전기(2)에의 방전을 제한한다.

전지를 구성하는 단위전지의 열화는 각각 다르다. 거기서, 단위전지 각각에 전지센서를 구비하고, 단위 전지 각각에 대하여 그의 충방전 전류(i)를 검출하고, 그 시간 적분치(I)를 연산하여, 그의 시간적분치(I)의 함수에 따라 회생제동시의 전지에의 충전전류 및 주행구동시의 방전전류를 제어할 수가 있다.

여기서, 단위 전지개별로 전지센서를 설치한 경우의 실시예에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명 제1실시예에 있어서 단위 전지 개별로 전지센서를 설치한 경우의 구성을 도시하는 블록도, 도 5는 본 발명 제1실시예에 있어서 단위 전지 개별로 전지센서를 설치한 경우의 단위 전지의 구성을 도시하는 사시도이다.

이 예에서는, 전압 12V의 단위 전지(11)가 다수 n 개(25개) 직렬로 접속되어, 그 단위전지(11)의 (+)단자(11a) 및 (-)단자(11b) 사이에는 1쌍의 접속구(12)를 통하여 전지센서(6)가 접속된다. 각 단위전지 11의 (+)단자(11a) 및 (-)단자(11b)는 접속케이블(14)에 접속된다.

각각의 전지센서(6)에는 상술한 전지온도(θ)를 검출하는 수단, (+)단자 (11a), (-)단자(11b)사이의 전압이 제1의 설정치(V₁)이하일 때 발광표시하는 제1의 발광표시회로(13a) 및 제2의 설정치(V₂)를 초과할때에 제1의 발광표시회로(13a)와는 별도의 색으로 발광표시하는 제2의 발광표시회로(13b)를 포함하는 발광표시회로가 설치된다.

도 6은 본 발명 제1실시예에 있어서 고압전지의 실제장착상태를 도시하는 사시도이다. 상술한 단위전지(11)가 차체의 중앙하부에 설치된 전지실내의 배터리 캐리어(21)에 수납되어, 외부와는 개폐문짝(22)에 의하여 차폐된다.

이 예의 경우는 프로그램 제어회로(7)는 각 단위 전지(11)로부터 검출출력을 받아들이고, 전류센서(10)가 검출한 충방전전류(i)에 대하여 그 시간적분치(I)를 연산하고, 이의 시간적분치(I)의 함수에 따라 단위전지(11)의 온도에 의한 충전효율(η)을 포함한 충방전 전류의 제어를 행한다.

동시에 프로그램 제어회로(7)는, 각각의 단위전지(11)의 단자전압이 제1의 설정치(V₁) 이하일때에는 충전부족하다로 하여 제1의 발광표시회로(13a)를 적색으로 점등시키고 단자 전압이 제2의 설정치(V₂)를 초과할때에는, 충전된 상태에 있다고 하여 제2의 발광표시회로(13b)를 녹색으로 점등시키므로서, 각 단위전지(11)의 충전상태를 표시한다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면, 자동차 주행용의 에너지를 공급하는 전지의 충방전을 전지의 상태를 관측하면서 제어하고 그의 효율을 좋게함과 동시에 전지의 사용수명을 증대시킬수가 있다. 또 브레이크에 의하여 소실하는 에너지를 될 수 있는 대로 많이 회생시킬수가 있고, 단위 전지의 특성에 분산이 있더라도, 장기간의 사용에 의하여 그의 분산이 확대하는 것을 억지할 수가 있다. 더욱더 자동차에 실제장치하는 전지 코스트를 저감함과 동시에 전지의 보수를 간단화할 수가 있다.

(제2실시예)

도 7은 본 발명 제2실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도이다.

본 발명 제2실시예는 제1실시예에 있어서 전지센서(6)와 프로그램 제어회로(7)와의 사이의 인터페이스 회로(30)에 그의 센서출력정보를 무선신호에 의하여 전달하는 수단이 포함되고, 전지센서(6)에는 단위전지(11)의 단자전압을 별개로 검출하는 수단이 포함되어 프로그램 제어회로(7)에는 회생제동시의 충전전류를 이 단자 전압에 응하여 제어하는 수단과, 주행구동시의 방전전류를 이 단자전압에 응하여 제어하는 수단이 포함된다. 무선신호에 의하여 전달하는 수단으로서, 각 단위전지(11) 각각에 송신기(15)가 구비되고, 이 송신기(15)로부터 방사되어 공간을 전반(傳搬)하는 전자파를 수신하고, 전지센서(6)가 검출한 출력을 복조하는 무선수신기(17)가 구비된다.

송신기(15) 및 전지센서(6)는 하나의 검출유닛(20)에 포함되어, 더욱더 이 검출유닛(20)에는, 전지센서(6)의 검출출력에 따라 변조된 전자파를 공간에 방사하는 발진기(16)와, 전지센서(6)의 검출출력에 따라 단위전지(11)의 이상 또는 정상을 표시하는 발광표시회로(13)가 구비된다. 발광표시회로(13)에는 제1실시예와 꼭같이 제1의 발광표시회로(13a) 및 제2의 발광표시회로(13b)가 설치된다. 무선 수신기(17)에는 그의 복조출력을 표시하는 광학적 표시수단(18)이 접속된다.

도 8은 본 발명 제2실시예에 관한 단위전지의 구성을 도시하는 사시도이다. 송신기(15)는 브래킷(19)에 의하여 단위전지(11)에 착탈될 수 있는 상태에서 장착된다. 송신기(15)내의 발전기(16)에는, (+)단자(11a), (-)단자(11b)사이의 전압이 설정치를 초과하고 있을때에는 전자파의 발진을 정지하고, 그의 전압이 설정치 이하로 되었을때에 전자파의 발진을 개시하는 수단이 포함된다.

도 9는 본 발명 제2실시예에 관한 고압전지의 실제장착상태를 도시하는 사시도이다. 단위전지(11)는 직렬로 접속되어 제1실시예와 마찬가지로 차체 중앙 하부에 설치된 전지실에 배터리 캐리어(21)에 의하여 수납된다. 이 배터리 캐리어(21)의 근방에는 무선수신기(17), 광학적 표시수단(18), 차단스위치(33)가 배치되어, 배터리 캐리어(21)와 외부와는 개폐문짝(22)에 의하여 차폐된다. 차단스위치(33)는 작업자가 보수를 행할때에 조작되어 전지와 인버터(4) 및 접지와의 사이의 접속을 단절한다. 무선수신기(17) 및 광학적 표시수단(18)은 운전석에 배치할 수도 있고, 이 경우 무선수신기(17)와 전원과는 안테나 케이블에 의하여 접속된다.

전지센서(6)는, 단위전지(11)의 단자전압을 개별로 검출하고, 단위전지(11)중 어느 것인가의 단자 전압이 소정치 이하를 표시하였을때에 그 검출출력을 발진기(16)에 송출하고, 발진기(16)는 이 검출출력에 따라 전자파를 발진한다. 이 전자파는 무선수신기(17)에 의하여 수신되고, 복조되어 그 출력이 광학적 표시수단(18)에 송출된다. 광학적 표시수단(18)은 이 출력을 받아 적색으로 점등하고 단위전기(11)중 어느 것인가에 이상 상태가 발생한 것을 통지한다. 이때 발광표시회로(13)도 제1실시예와 꼭같이 동작하고, 제1의 발광표시회로(13a), 제2의 발광표시회로(13b)를 점등시킨다.

프로그램 제어회로(7)는, 전지센서(6)로부터의 검출출력을 받아, 회생제동시의 충전전류를 검출된 단자 전압에 응하여 제어함과 동시에, 주행시의 방전전류를 그 단자 전압에 응하여 제어한다.

이와 같이, 전압검출동작이 단위 전지(11)의 각각에 대하여 자동적으로, 동시에 개별로 행해지므로, 광학적 표시수단(18)의 점등에 의하여 통지를 받았을때에는, 개폐문짝(22)을 열뿐이므로, 배터리 캐리어(21)를 인출하는 일 없이, 어느 단위전지(11)가 이상상태로 되었는가를 확인할 수가 있다. 이상 발생의 단위 전지(11)가 교환되면, 단자전압이 소정치를 초과하므로 발진기(16)는 전자파의 발진을 정지한다.

(제3실시예)

도 10은 본 발명 제3실시예의 구성을 도시하는 사시도, 도 11은 본 발명 제3실시예의 구성을 도시하는 부분 단면도이다.

본 발명 제3실시예는, 도 7에 도시하는 제2실시예와 꼭같이, 전지센서(6) 및 인터페이스 회로(30)의 적어도 일부가 검출유닛(20)에 포함되어, 그의 검출유닛(20)이 단위전지(11)의 케이스 내부에 착탈에 자유로이 매입된다. 더욱이 그 인터페이스 회로(30)의 적어도 일부에는 무선신호에 의하여 전지센서(6)의 출력을 전달하는 수단이 포함된다.

그 구조는, 단위전지(11)의 케이스 상면에 검출유닛(20)을 수납하는 수납공간(23)이 형성되어, 그 양단부에는 단위전지(11)의 (+)단자(11a) 및 (-)단자(11b)에 한쪽의 단부가 고정되고 다른쪽의 단부에 유지구(24)가 고정된 한쌍의 접속구(25)가 배치된다. 검출유닛(2)에는 유지구(24)에 대응하는 위치에 접속단자(20a) 및 (20b)가 설치된다. 이 접속단자(20a) 및 (20b)는 금속원통형상으로 형성되어 유지구(24)는 그의 접속단자(20a) 및 (20b)의 외주를 소정의 접촉압력을 갖고 유지하도록 판상의 금속탄성체로 형성되어, 그의 상부에 접속단자(2a) 및 (2b)을 끼워맞춤시키기 위한 개구부가 설치된다.

기타의 구성은 도 7에 도시하는 제2실시예와 꼭같고, 검출유닛(20)에는 전지센서(6)가 구비되고, 인터페이스 회로의 일부로서, 전지센서(6)의 검출출력에 따라 전자파를 발진하는 발진기(16)와, 전자파를 변조하고 송신하는 송신기(15)가 구비된다.

전지센서(6)에는, 동도에 도시하는 바와 같이, 그의 검출출력에 따라 단위전지(11)의 이상 또는 정상을 표시하는 발광표시회로(13)가 접속되어 이의 발광표시회로(13)에는, (+)단자(11a), (-)단자(11b)사이의 전압이 제1의 설정치(V₁)이하일 때 적색으로 발광표시하는 제1의 발광표시회로(13a) 및 제2의 설정치(V₂)를 초과할때에 녹색으로 발광표시하는 제2의 발광표시회로(13b)가 포함된다.

본 제3실시예에 있어서 고압전지의 실제장치상태도 도 9에 도시하는 제2실시예와 꼭같이 배터리 캐리어(21)내에 수용된다.

도 12는 본 발명 제3실시예에 있어서 전지센서의 구성의 일예를 도시하는 도면이다.

전지센서(6)는, 이예에서는, 적색의 발광다이오드(LED1) 및 녹색의 발광다이오드(LED2)가 사용된다. 동도면중 COM1은 제1의 비교기, COM2는 제2의 비교기, ZD는 제너다이오드이다. 더구나, 이 회로구성은 상술한 단자전압의 제1의 설정치(V₁) 및 제2의 설정치(V₂)를 같은 값으로 한 것이지만, 제2의 설정치(V₂)를 제1의 설정치(V₁)이하로 설정할 수도 있다.

여기서, 도 12에 도시하는 전지센서(10)의 표시동작에 대하여 설명한다. 제1의 설정치 V₁=제2의 설정치 V₂=V_Z로 하면, 12V의 단위 전지(11)의 전압이 설정치(V_Z)이상인 경우에는, 제너다이오드(ZD)가 도통하여 전류(A)가 흐르므로 녹색의 발광다이오드(LED2)가 점등하고 이상이 없는 것을 표시한다.

단위전지(11)의 전압이 설정치(V_Z)이상일 때 제1의 비교기(COM1)의 입력측에 인가되는 전압 V_a 및 V_b는 V_a< V_b의 관계에 있으므로, 제1의 비교기(COM1)에 전류(B)가 흘러, 이 때문에 제2의 비교기(COM2)에는 전류(C)는 흐르지 않고, 적색의 발광다이오드(LED1)는 점등하지 않는다.

단위전지(11)의 전압이 설정치(V_Z)이하로 되면, 제너다이오드(ZD)의 도통은 없어지고 따라서 전류(A)는 없어진다. 이때 제1의 비교기(COM1)의 입력측에 인가되는 전압은 V_a>V_b의 관계로 되고, 제1의 비교기(COM1)에 전류(B)가 음방향으로 흐른다. 이 전류(B)의 흐름에 동반하여 제2의 비교기(COM2)에 전류(C)가 흐르고, 이로서 적색의 발광다이오드(LED1)가 점등하고, 단위전지(11)의 전압이 설정치(V_Z)이하로 된 것을 표시한다. 이때 녹색의 발광다이오드(LED2)도 동시에 점등하지만, 이 점등에 의하여 전압의 검출동작이 정상으로 행해진 결과 이상인 것이 표시된다.

이와 같은 전압검출동작은, 25개의 단위전지(11)의 각각에 대하여 자동적으로 개별로 행해지므로, 운전자는 도 6 또는 도 9에 도시하는 개폐문짝(22)을 열기만하면, 배터리 캐리어(21)를 인출하는 일없이 시각적으로 고압전지의 상태를 확인할 수가 있다. 더욱이, 발광다이오드(LED1) 및 (LED2)가 전혀 점등하여 있지 않으면, 접속구(25)의 부착이 불충분하다. 혹은 전지센서(6)등에 이상이 있다고 판정할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명 제3실시예에 의하면, 전지센서가 내장된 검출유닛의 부착을 간단한 조작으로 행할 수가 있고, 동시에 진동에 대하여 안정한 부착상태를 유지할 수가 있다. 이로서 다수의 검출유닛의 착탈에 요하는 공수를 저감할 수 있음과 동시에, 검출유닛이 단위 전지의 케이스내에 매설된 상태로 장치되므로 단위 전지사이를 접속하는 접속케이블 착탈의 작업성을 잘 할 수가 있다. 검출유닛이 착탈가능하므로, 전지의 교환에 있어서 검출유닛을 전지와 함께 폐기해 버리는 헛됨을 줄일 수 있다.

(제4실시예)

도 13은 본 발명 제4실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도이다.

본 발명 제4실시예는, 도 14에 도시하는 바와 같이 운전석에 전지(3)의 정보를 표시하는 표시수단(26)이 배치되어, 프로그램 제어회로(7)에 차량에 탑재된 전지(3)에 대한 충방전의 전압전류 정보를 받아들이고, 전지(3)에 대한 정보를 연산하는 수단과, 메모리 수단(7a)이 구비되어, 이 프로그램 제어회로(7)의 출력에 적어도 충전경보, 충전잔존량 및 전지교환시기에 관한 표시수단(26)이 접속된다.

프로그램 제어회로(7)의 메모리 수단(7a)에는, 표준적인 충방전 전압전류특성 및 열화의 정도에 응한 복수의 충방전 전압전류특성이 미리 기억되고, 프로그램 제어회로(7)에는 메모리 수단(7a)에 기억된 특성을 참조하여 전지의 열화정보를 연산하는 수단이 포함된다. 기타는 제1실시예와 꼭같이 구성된다.

표시수단(26)에는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 단위전지(11)의 열화상태를 표시하는 열화표시부(26a)와 단위전지(11)의 충전상태를 나타내는 충전표시부(26b)가 설치된다. 좌측의 열화표시부(26a)는 전지의 수명에 관한 표시이고, 우측의 충전표시부(26b)는 충전상태 즉 연료계와 동등의 의미를 갖는 표시이다. 충전표시부(26b)의 표시는 종래부터 전기자동차에는 널리 채용되어 있다.

열화표시부(26a)는, 그의 열화의 상태에 의하여 열화가 없는 상태 G(녹색), 점검을 받는 것이 권장되는 상태 Y(황색), 전지교환이 권장되는 상태 R(적색) 및 전지교환이 필요한 상태 E(적색램프점 등 또는 점멸)로 구분된다.

또, 충전표시부(26b)는 정상으로 사용되고 있는 상태 G(녹색) 및 충전을 행하는 것이 필요한 상태(적색)로 구분되고, 더욱더 지침(27b)의 가리키는 위치에 따라, G구역의 「F」마크에 가까운 위치이면, 충전상태(만복상태)에 있는 것이 표시되고, G구역내의 R구역에 가까운 위치이면 충전을 행하는 것이 바람직한 상태(공복상태)인 것이 표시된다.

본 발명의 열화표시에서는, 지침(27a)이 G구역내에 있으면, 단위전지(11)는 정상이고, 충전표시에 따른 충전을 행하므로서 교환하는 일 없이 계속적으로 사용할 수가 있다. 지침(27a)이 Y구역에 있으면 주행을 계속하지 않고 점검을 받을 필요가 있다. 지침(27b)이 R구역에 있으면 신속히 점검을 받아 그의 지시에 따라야 한다. 또, 적색램프의 점등 또는 점멸이 있으면 전지는 완전히 열화하여 있는 것을 나타내고 있으므로 곧 전지교환을 행할 필요가 있다.

도 16은 본 발명 제4실시예에 관한 전지의 충방전 특성을 도시하는 도면이다. 전지의 열화는 사용할 때의 단자 전압과 방전전류 또는 충전전류와의 관계에 의하여 관측할 수가 있다. 단자전압과 방전전류의 관계에서는, 동도 우측에 도시하는 바와 같이, 충전을 요하는 전압을 제1설정치(V₁)로 하였을때에, 전지에 열화가 없으면 그 방전특성은 S₁₀을 표시하고, 단자 전압이 V₁일때의 방전전류는 I₁₀으로 된다. 전지가 약간 열화하고 그의 특성이 S₁₁을 표시하고 있으면 방전전류는 I₁₀보다도 작은 I₁₁로 된다. 전지가 더욱더 열화되고 그의 특성이 S₁₂을 표시하고 있으면 방전전류는 I₁₁보다도 작은 I₁₃으로 된다. 전지가 완전히 열화한 상태에 있으면 그의 방전특성은 S₁₃으로 되고, 같은 단자전압(V₁)에서는, 그의 방전전류는 I₁₂보다도 작은 I₁₃으로 된다.

또, 충전특성에 대하여 설명하면, 단자전압과 충전전류의 관계에서는, 전지가 정상이면 그의 충전특성은 S₂₀로 되고, 단자전압(V₂)일때의 충전전류는 I₂₀로 된다. 전지가 약간 열화하고, 그의 특성이 S₂₁을 나타내고 있으면 단자 전압(V₂)일때의 충전전류는 I₂₀보다도 작은 I₂₁로 된다. 전지가 더욱더 열화하고 그의 특성이 S ₂₂을 나타내고 있으면 같은 단자 전압(V₂)일때의 충전전류는 I₂₁보다도 작은 I ₂₂로 된다. 전지가 완전히 열화한 상태에 있으면 그의 충전특성은 S₂₃을 가리키고, 단자 전압(V₂)일때의 충전전류는 I₂₂보다도 작은 I₂₃로 된다.

여기서 본 발명 제1실시예에 있어서 전지정보 표시동작에 대하여 설명한다. 도 17은 본 발명 제1실시예에 있어서 전지정보 표시동작의 흐름을 도시하는 순서도이다.

우선, 프로그램 제어회로(7)의 메모리수단(7a)에 열화의 정도에 따라 다른 복수의 충방전 특성을 미리 기억하여 둔다. 프로그램 제어회로(7)는 전압검출회로(32) 및 전류센서(10)로부터 전압치 및 전류치를 받아들이고 메모리수단(7a)에 기록된 충방전 특성을 참조하여 전지 전체의 열화정보를 연산한다. 이 연산한 값에 의하여 전지의 양호도의 등급 분류를 행하고, 메모리 수단(7a)에 기록함과 동시에, 표시수단(26)에 표시한다. 그의 표시는, 상술한 바와 같이, 전지의 열화상태와 충전상태로 구분되어 표시된다.

(제5실시예)

도 18은 본 발명 제5실시예의 전체구성을 도시하는 블록도, 도 19는 본 발명 제5실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도이다.

본 발명 제5실시예는, 고압전지를 구성하는 각 단위전지(11) 각각에 무선신호에 의하여 전지정보를 전달하는 수단이 설치된 검출유닛(20)이 구비됨과 동시에, 무선신호를 수신하는 무선수신기(28)가 구비된다. 무선수신기(28) 및 표시수단(26)은, 도 20 및 도 21에 도시하는 바와 같이 운전석에 설치되어 무선수신기(28)와 각 검출유닛(20)과는 안테나 케이블(29)에 의하여 접속된다.

본 제5실시예의 경우는 검출센서(20)가 각 단위전지(11)의 전압정보를 검출하고, 발진기(16)가 이 검출출력에 따라 전자파를 발진하고, 송신기(15)가 검출정보를 송신한다. 송신된 전지정보는 무선수신기(28)에 의하여 수신되어, 프로그램 제어회로(7)가 이 정보를 받아 들이고 메모리 수단(7a)에 기억된 충방전특성을 참조하여 단위전지(11)의 열화정보를 연산한다. 연산된 정보는 표시수단(26)에 표시된다.

제5실시예에서는, 다수(25개)의 각 단위전지(11)로부터 개별로 전지정보가 검출되므로, 단위전지(11)의 전부에 대하여, 제4실시예에서 설명한 도 16에 도시하는 정상인 범위(S₁₀∼S₁₂, S₂₀∼S₂₂)에 있을때에는, 도 15에 도시하는 지침(27a)이 녹색(G)의 영역을 지시하도록 구성된다. 단위전지 25개중, 1개∼5개등 소수개의 상태가 교환을 요하게 되었을때는 지침(27a)이 황색(Y)을 지시한다. 즉, 단위전지(11)중에 열화가 빠른 것이 있으면, 사용을 계속함으로서 더욱더 그의 열화가 진행하는 현상이 있고, 분산은 확대하므로, 빠른 단계에서 그의 열화한 단위전지(11)를 교환하는 것이 바람직하다. 또 많은 단위전지(11)가 열화하였을때에는, 지침이 적색(R)을 지시하도록 표시한다. 긴급등(E)는 더욱더 열화가 진행하고 차량이 주행할 수 없는 상태로 되는 것을 경고한다.

상기 설명에서는 도 15를 예시하여 지침에 의하여 표시하도록 설명하였지만, 발광다이오드, 기타 발광소자를 사용하여 발광부분의 면적이 표시량에 응하여 변화하도록 구성하는 등 기타의 표시수단을 사용할 수가 있다.

이상 설명한 본 제5실시예에 의하면 전기자동차 혹은 하이브리드·카에 탑재하는 고압전지를 구성하는 전지 혹은 각각의 단위전지에 대하여, 그 충전경보, 충전잔존량 및 전지교환시기에 관한 정보를 운전석에 표시할 수가 있다. 이로서, 충전 또는 전지교환에 이르기까지의 주행가능한 시간 또는 거리를 예측할 수가 있고, 노상에서 돌연 정지해 버리는 것과 같은 사태를 회피할 수가 있다. 더욱더, 전지의 보수를 빈번하게 받아 전체로서 전지의 수명을 연장할 수 있으므로, 전지가 폐기되는 비율을 적게하여 환경오염을 줄일 수 있다.

(제6실시예)

본 발명은 제6실시예는, 차량에 실제 장착된 전지의 충전상태 및 교환시기에 관한 정보를 운전석에 표시함으로서, 전지의 열화 때문에 자력주행할 수 없게 되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

그의 표시수단의 구성은 도 20 및 도 21에 도시하는 제5실시예와 꼭같이 구성된다.

본 제6실시예는, 전지의 충전상태를 표시하는 외에, 전지의 열화의 상태, 즉, 그의 전지가 충전 및 방전을 반복함으로서 계속 사용할 수 있는 상태에 있는 것인가, 혹은 열화가 한도를 초과하여서 교환을 요하는 상태에 있는가를 운전석에 구분하여 표시함으로서 운전자는 그의 정보에 따라 곧 처치를 취할 수가 있다. 전지교환의 시기를 놓쳤기 때문에, 노상에서 차량을 정지시켜 버리는 것과 같은 상태를 회피할 수가 있다. 더욱이, 전지의 보수를 빈번히 받아 전체로서 전지의 수명을 연장할 수 있으므로, 전지가 폐기되는 비율을 적게하여 환경오염을 줄일 수가 있다.

또 충전표시는, 정상으로 사용되고 있는 상태 G(녹색) 및 충전을 행하는 것이 필요한 상태 R(적색)으로 구분되고, 더욱더 도 15에 도시하는 지침(27b)의 위치에 의하여, G구역의 상부에 가까운 위치이면 충전된 상태(만복상태)에 있는 것이 표시되고, G구역내의 R구역에 가까운 위치이면 충전을 행하는 것이 바람직한 상태(공복상태)인 것이 표시된다.

또, 열화표시에서는, 지침(27a)이 G구역내에 있으면, 전지는 정상으로서, 충전표시에 따라 충전을 행하므로서 전지를 계속적으로 사용할 수가 있다. 지침(27a)은 Y구역에 있으면 주행을 계속하지 않고 점검을 받는 것이 필요하다. 지침 (27a)이 R구역에 있으면 신속히 점검을 받아 그 지시에 따라야 한다. 또 적색램프의 점등 또는 점멸이 있으면 전지는 최종 수명 가까이 까지 열화하고 있는 것을 표시하고 있는 것이고, 노상 고장의 가능성이 있고 곧 전지교환을 행할 필요가 있다.

전지의 수명의 계측은, 도 16 및 도 17에 도시하는 제5실시예와 꼭같이 행해지고, 꼭같은 효과를 얻을수가 있다.

(제7실시예)

본 발명 제7실시예의 전체구성은 도 1에 도시하는 제1실시예와 꼭같이 구성된다.

도 22는 본 발명 제7실시예의 기본적 개념을 도시하는 도면, 도 23은 본 발명 제7실시예의 요부의 구성을 도시하는 도면, 도 24는 본 발명 제7실시예에 사용하는 반도체 스위치 소자의 구성을 도시하는 도면이다.

본 발명 제7실시예는, 도 22에 도시하는 바와 같이, 단위 전지(11-1∼11-n)마다 전류 바이패스통로(41-1∼41-n)와 이 전류 바이패스통로(41-1∼41-n)와 단위 전지(11-1∼11-n)와의 통로 선택을 행하는 전환회로(42-1∼42-n)가 설치되고, 도 23에 도시하는 바와 같이, 단위 전지(11-1∼11-n)의 단자 전압을 측정하는 측정회로로서 전압측정부(43), 제1설정치 검출부(44), 제2설정치 검출부(45), 이 제1설정치 검출부(44) 및 제2설정치 검출부(45)의 출력정보에 따라 전류방향검출부(46)와의 전환을 행하는 전환회로(42-1∼42-n)를 개별로 제어하는 스위치 제어부(47)가 구비된다.

전환회로(42-1∼42-n)는, 도 24에 도시하는 바와 같이, 반도체 스위치 소자를 포함하고, 스위치 제어부(47)는 각 단위 전지(11-1∼11-n)마다 개별로 설치된다.

다음에 본 발명 제7실시예의 동작을 설명한다. 도 22에 도시하는 바와같이, 단위전지(11-1∼11-n)마다 전류 바이패스통로(41-1∼41-n) 및 전환회로(42-1∼42- n)가 설치되어 있다. n개의 전환회로(42-1∼42-n)가 모두 전지측에 전환되어 있는 경우에는, n개의 단위 전지(11-1∼11-n)는 모두 직렬로 접속되어 있다. 이때, 예를들면 전환회로(42-1)가 전류 바이패스 통로(41-1)측으로 전환된 경우에는, 단위전지(11-1)는 해방되고, n-1개의 단위전지(11-2∼11-n)가 직렬로 접속된다.

본 제7실시예에서는, 단위 전지(11-1∼11-n)의 성능의 분산에 의하여, 충전시간이 다르기 때문에, 앞서 충전완료로 된 단위전지(11-1∼11-n)로부터 해방함으로서, 과충전에 의한 성능 열화를 회피한다. 전환회로(42-1∼42-n)의 전환 조작에 의하여 단위전지(11-1∼11-n)를 해방할 수가 있다. 이에 더하여 단위 전지(11-1∼11-n)의 충방전 상태를 운전자에 알릴수가 있다.

단위전지(11-1∼11-n)에 있어서 충방전 특성과 열화와의 관계를 도 25 및 도 26에 도시한다. 도 25는 단위 전지(11-1∼11-n)의 방전특성과 열화와의 관계를 도시하는 도면이고, 가로축에 방전시간(T)를 취하고, 세로축에 전압(V)을 취한다. 일정의 부하에 있어서 일정의 방전전류를 얻은 경우의 특성이다. 도 26은 단위전지 (11-1∼11-n)의 충전특성과 열화와의 관계를 도시하는 도면이고, 가로축에 충전시간(T)을 취하고, 세로축에 전압(V)을 취한다. 일정의 충전전류에 의하여 충전을 행한 경우의 특성이다. 도 25에 도시하는 바와 같이 열화가 진행함에 따라 방전에 동반하는 전압강하가 급속히 진행하고 있는 것을 알 수 있다. 도 26에 도시하는 바와 같이 열화가 진행함에 따라 단시간내에 전압이 상승하고, 충전완료상태에 추이 하고 있는 것을 알 수 있다.

여기서, 제1설정치 및 제2설정치에 대하여 설명한다. 도 25 및 도 26에 도시하는 바와 같이, 단위 전지(11-1∼11-n)의 전압은 충전 및 방전시의 전류치에 따라 변동하고 있다. 단위전지(11-1∼11-n)의 표준전압을 12V로 하면 어떤 종류의 전지에서는 전지가 정상인 상태에서 충방전을 반복하면, 그의 단자 전압은 11.4V로부터 13.2V사이를 변동하고 있는 것을 알 수 있다. 이로서 예를들면 11.4V를 충전을 요하는 전압(제1설정치)이라하고, 13.2V를 충전이 완료한 전압(제2설정치)로 하는 것이 좋다. 이 2개의 설정치는 전지의 성질에 따라서 또 어떻게 전지를 사용하는가의 여유치를 포함하여 설정하여야할 값이다.

본 발명 제7실시예의 전압측정회로(40)의 동작을 도 27 및 도 28을 참조하여 설명한다. 도27은 제1설정치 검출부(44)의 동작을 도시하는 순서도이다. 도 28은 제2설정치 검출부(45)의 동작을 도시하는 순서도이다. 도 27에 도시하는 순서도에서는 기동시에 우선 지금까지 유지하고 있던 데이터가 리세트 된다(S1). 단위 전지(11-1∼11-n)의 각각 전압치를 검출하고(S2), 제1설정치 이하의 전압치를 검출하였을때에는(S3), 그 결과를 유지하고(S4), 적색램프(R)를 점등한다(S5).

일반적으로, 제1설정치(11.4V) 이하의 전압은 전지로부터 전류를 꺼내고 있을 때, 즉, 단위전지(11-1∼11-n)에 부하가 걸리고 있을때에 검출된다. 이는 자동차가 농형 다상유도기(2)를 사용하여 가속을 행하고, 단위전지(11-1∼11-n)의 부하가 증대하였을 때 생긴다. 따라서, 부하가 경감되면 단자전압치는, 제1설정치를 상회하는 값으로 되기 때문에, 검출이력을 유지하여 두지않으면, 검출결과가 관리데이터로서 활용되기 이전에 검출결과가 소멸하여 버릴가능성이 크다.

즉, 적색램프(R)는 가부하시에 단위 전지(11-1∼11-n)에 과방전상태가 생겨, 제1설정치 이하까지 전압이 저하한 단위 전지(11-1∼11-n)에 대하여는 단자 전압이 다시 상승하더라도 적색램프가 계속하여 점등한다. 그후, 전압이 다시 상승하고, 제2설정치에 도달하면 녹색램프(G)가 점등하지만, 이때에도 적색램프는 점등한채로다.

도 28에 도시하는 순서도에서는 기동시에, 우선, 지금까지 유지하고 있던 데이터가 리세트된다(S11). 단위전지(11-1∼11-n)의 각각 전압치를 검출하고 (S12), 제2설정치 이상의 전압치를 검출하였을때에는 (S13), 그결과를 유지하고(S14), 녹색램프(G)를 점등한다(S15).

녹색램프(G)는, 단위전지(11-1∼11-n)의 단자 전압이 제2설정치를 초과하였을때에 점등한다. 녹색램프(G)도 이 예에서는 점등을 유지한다. 녹색램프(G)는 단위전지(11-1∼11-n)에 과충전상태가 생겼을 경우에 점등한다. 그후, 방전을 행하고, 과충전상태가 해제되더라도 녹색램프(G)는 점등을 유지한다.

이의 적색램프(R) 및 녹색램프(G)는 본 발명과는 직접 관계없지만, 이로서 운전자 또는 관리자는 본 장치를 탑재한 자동차가 업무를 종료한 후에, 단위 전지 (11-1∼11-n)의 상황을 적색램프 및 녹색램프(G)의 점등에 의하여 파악할 수가 있다. 특히, 어떤 단위전지(11-i)에 열화가 진행하면, 그의 단위전지(11-i)의 적색램프 및 녹색램프(G)가 다른 단위전지에 앞서서 점등하기 쉬워지는 경향이 생기기 때문에 관리자는 적색램프 및 녹색램프(G)가 점등한 단위전지(11-i)에 대하여 점검을 행하므로서 효율적으로 점검을 실시할 수가 있다.

본 발명 제7실시예에서는 도 23에 도시하는 스위치 제어부(47)에 의하여 전환회로(42-1∼42-n)를 자동적으로 제어하고 있다. 본 제7실시예의 스위치 제어부(47)의 동작을 도 29를 참조하여 설명한다. 도 29는 스위치 제어부의 동작을 도시하는 순서도이다. 도 29에 도시하는 순서도에서는 단위전지(11-1∼11-n)의 제2설정치를 검출하고 (S21), 제2설정치가 검출된 경우에는 (S22), 전류방향검출부(46)에 의하여 전류방향을 검출한다(S23). 이때의 전류방향이 충전방향(음측에서 양측으로 흐르는 방향) 이면(S24), 전환회로(42)를 전류 바이패스 통로(41)측으로 전환한다(S25). 계속 전류방향검출부(46)에 의하여 전류방향을 검출하고(S26), 전류방향이 방전방향(양측에서 음측으로 흐르는 방향)이면 (S27), 전환회로(42)를 단위전지(11-1∼11-n)측으로 전환되돌리다(S28). 더구나 전류방향검출부(46)는 홀소자를 사용하여 실현하였다.

즉, 단위 전지(11-1∼11-n)의 충전이 완료하면, 단위전지(11-1∼11-n)의 전압은 제2설정치까지 상승한다. 더욱더 전류방향이 충전방향이고 충전이 게속되면, 과충전의 위험이 있으므로, 전환회로(42)를 전류 바이패스통로(41)측에 전환함으로서 과충전을 회피할 수가 있다. 여기서, 전류방향이 방전방향으로 바뀌면, 전환회로(42)는 신속히 단위전지(11-1∼11-n)측으로 전환되돌려진다.

이 예는 도 24를 사용하여 반도체 스위치 소자를 사용하도록 설명하였지만, 반도체 스위치 소자에 흐르는 전류가 크게되고, 반도체스위치 소자로부터의 발열 혹은 히트싱크가 크게 되는 경우에는, 접점스위치를 사용하여 다음과 같이 구성할 수가 있다. 즉, 도 23에 도시하는 전환회로(42)를 접점형 스위치로 하고, 전류방향검출부(46)에서 감시하고 있는 전류치는 거의 영으로 되었을때에, 이의 접점형 스위치의 전환동작을 행한다. 이와 같은 구성에 의하여, 접점형 스위치에 흐르는 전류는 크게 되더라도, 그때에는 접점형 스위치는 안정한 상태이고, 접점 저항치는 작은 상태에 있으므로, 발열 혹은 스위치의 손상은 거의 없어진다.

본 발명 제7실시예의 단위 전지(11)의 외관예를 도 30에 도시하다. 단위전지(11)의 상부에 전압측정회로(40)와 변환회로(42)가 탭재되고, 각각 접속구(12)에 의하여 (+)단자(11a) 및 (-)단자(11b)에 접속된다. 단위전지(11)는 접속케이블(14)에 의하여 인접하는 다른 단위전지(11)에 접속된다.

본 발명 제7실시예의 단위전지(11)의 자동체에의 탑재예를 도 31에 도시한다. 제1실시예와 꼭같이 복수의 단위전지(11)는 배터리 캐리어(21)에 집중적으로 탑재되어 개폐문짝(22)의 내측에 설치되어 있는 전지실에 수납된다. 배터리 캐리어(21)를 인출함으로서 운전자 또는 관리자는 단위전지(11)를 점검할 수가 있다.

본 발명 제7실시예의 단위전지(11)의 별도의 구성예를 도 32에 도시하다. 이예에서는 전압측정회로(40)를 전환회로(42)와 동일의 유닛에 수납한 예이다. 도 30에 도시한 예와 비교하면, 배선 공정 및 설치 스페이스를 저감할 수 있지만, 전환회로(42)의 반도체 스위치소자로부터의 발열이 스위치 제어부(47) 기타의 제어회로에 영향을 부여하지 않도록 방열에 배려하는 것이 요구된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 제7실시예에 의하면, 전지의 사용 수명을 증대시킬수가 있다. 또, 다수의 단위 전지가 전기적으로 직렬로 접속하여 사용될때에는, 이 단위전지의 특성에 분산이 있더라도, 전지의 열화가 균일하게 되도록 제어할 수가 있다. 더욱더, 단위전지의 특성에 분산이 있더라도, 장기간이 사용에 의하여 그의 분산이 확대되는 일이 없는 제어장치를 실혈할 수가 있다. 본 발명은 전기 자동차의 전지코스트를 낮게할 수가 있다. 또, 전지의 보수를 간단화하는 제어장치를 실현할 수가 있다.

(제8실시예)

본 발명 제8실시예의 구성을 도 33 및 도 34를 참조하여 설명한다. 도 33은 본 발명 제8실시예의 요부의 구성을 도시하는 블록도, 도 34는 본 발명 제8실시예의 전체구성을 도시하는 블록도이다. 본 발명 제8실시예에서는, 전압측정회로(40)에 무선송신기(48)를 부가하는 것을 특징으로 한다. 무선송신기(48)는 각 단위전지에 각각 1개 장치된다. 이 실시예에서는 25개 있다. 이에 대하여 무선수신기(28)는 전체로 1개만 설치된다.

무선송신기(48)는 스위치 제어부(47)의 제어상황 및 전압측정부(43)의 전압측정상황을 각각 무선수신기(28)에 대하여 송신한다. 도 34에 도시하는 바와 같이, 무선수신기(28)에는 프로그램 제어회로(7)가 접속되어 있고, 이들의 정보는 프로그램 제어회로(7)에 입력되어, 데이터 처리되어, 표시기(26)에 표시된다.

다음에 본 발명 제8실시예의 동작을 설명한다. 도 35는 무선송신기(48)가 송신하는 데이터 신호의 프레임 구성을 도시하는 도면이다. 무선송신기(48)는 도 35에 도시하는 바와 같은 32bit의 프레임 구성의 데이터 신호를 64kb/s로 주기(t)마다 간헐적으로 송신한다. 헤더부분에는 각 무선송신기(48)마다 개별로 할당된 ID가 송신된다. 따라서, 무선수신기(28)에서는 수신된 프레임이 어느 무선송신기(48)로부터 송신된 것인가를 식별할 수가 있다. 이 장치는 이 실시예에서는 휴대용 전화기의 셀을 개조하여 사용하였다. 상기 주기(t)를 각 무선송신기(48)마다 다른 값에 설정하여 둔다. 1회의 송신시간은 약 20mS이다. 주기(t)는 20 내지 60초 의 범위에서 각 무선송신기(48)마다 약간씩 다르게 하여 설정한다. 이와 같이 구성함으로서, 가령 복수의 무선송신기(48)의 송신의 타이밍이 일치하더라도, 다음 주기에서는 송신의 타이밍이 다르게 되므로, 무선수신기(28)에서는 개별로 각 무선송신기(48)의 신호를 수신할 수가 있다.

가령 주기를 20초로 하면, 1개의 무선송신기(48-i)가 송신하고 있는 시간 20mS는 주기의 천분의 1이다. 따라서, 25개의 단위 전지(11-1∼11-n)에 각각 접속된 무선송신기(48-1∼48-n)가 랜덤인 타이밍으로 송신하면, 충돌의 가능성은 약 400분의 1이다. 가령 충돌하더라도 주기(t)가 각각 다르므로 다음 주기에서는 충돌하는 일없이 개별의 수신이 가능하게 된다.

프로그램 제어회로(7)의 동작을 도 36 내지 도 38를 참조하여 설명한다. 도 36은 프로그램 제어회로(7)의 제1설정치 검출에 관한 동작을 도시하는 순서도이다. 프로그램 제어회로(7)에 제1설정치 검출의 정보가 입력되면(S31), 제1설정치가 검출된 단위 전지의 개수가 임계치 이상인가 여부를 판정한다(S32).

임계치 이상이면, 충전요표시를 표시기(26)에 출력한다(S33). 표시기(26)는 운전석에 설치된 액정표시판이다.

즉, 복수의 단위전지(11)에는, 이미 설명한 바와 같이 성능의 분산이 있고, 열화가 진행하고 있는 단위 전지(11-i)가 다른 단위 전지(11)에 비교하여 조기에 제1설정치까지 전압이 강하하는 것이 알려져 있지만, 전체의 단위 전지수로 보아 큰 비율의 개수의 단위 전지(11)가 제1설정치까지 전압이 강하하여 있으면, 전체적으로 충전이 필요한 상황으로 판단할 수가 있다. 프로그램 제어회로(7)는 이뜻의 정보를 운전자 또는 관리자에 통지하기 위한 표시를 표시기(26)에 출력한다.

도 37은 프로그램 제어회로의 제2설정치 검출에 관한 동작의 흐름을 도시하는 순서도이다. 프로그램 제어회로(7)에 제2설정치 검출의 정보가 입력되면(S41), 제2설정치가 검출된 단위전지의 개수가 임계치 이상인가 여부를 판정한다(S42). 임계치 이상이면 방전요표시를 표시기(26)에 출력한다(S43).

즉, 전체의 단위 전지수로 보아 큰 비율의 개수의 단위전지(11)가 제2설정치까지 전압이 상승하여 있으면 전체적으로 충전이 완료하여 있다고 판단할 수가 있다. 프로그램 제어회로(7)는 이 뜻의 정보를 운전자 또는 관리자에 통지하기 위한 표시를 표시기(26)에 출력한다.

도 38은 프로그램 제어회로의 스위치 작동 검출에 관한 동작의 흐름을 도시하는 플로차아트이다. 프로그램 제어회로(7)에 스위치 작동검출의 정보가 입력되면(S51), 그의 작동시각을 기록한다(S52). 더욱, 복수의 단위전지(11)에 대하여 그의 작동시각의 분산을 검출한다(S53). 그의 분산이 다른 대다수의 단위전지(11)가 포함되어 있는 평균적인 분산범위를 임계치 이상의 크기로 일탈하고 있는 단위 전지(11-i)가 있으면(S54), 그의 단위 전지(11-i)에 대하여 전지열화표시를 행한다(S55).

즉, 열화가 진행한 전지는, 열화하고 있지 않는 전지에 비교하면 충방전시간이 일반적으로 빠르다. 여기서 다른 전지와 비교하여 특히 충전완료시간이 빠른 것에 착안함으로서, 열화가 진행하고 있는 전지를 추출할 수가 있다. 본 실시예에서는, 전환회로(42)의 동작타이밍을 검출함으로서 충전완료시각을 검출할 수 있기 때문에, 이를 이용하여 다른 전지 보다도 현저히 충전완료시간이 빠른 것을 표시기(26)에 표시시키므로서 운전자 혹은 관리자에 특정의 열화전지를 통지할 수가 있다. 더구나, 제2설정치에 도달한 시각을 기록함으로서도 꼭같은 통지를 행할 수가 있다.

본 발명 제8실시예의 단위 전지(11)의 외관예를 도 39에 도시한다. 단위전지(11)의 상부에 무선송신기(48)를 내장한 전압측정회로(40)와 전환회로(42)가 접속구(12)에 의하여 (+)단자(11a) 및 (-)단자(11b)에 접속되어, 브래킷(19)에 의하여 단위 전지(11)의 케이스에 고정되어 구비되어 있다.

본 발명 제8실시예의 표시기(26)의 설치예를 도 40 및 도 41에 도시한다. 도 40에 도시하는 바와 같이, 전지실에 장치된 무선수신기(17), 표시기(49) 및 안테나 케이블(29)을 통하여 운전석에 장치된 무선수신기(28), 표시기(26)에 의하여 운전자 또는 관리자는 단위전지(11)의 상황을 전지실을 여는 일 없이 파악할 수가 있다.

이로서, 단위 전지의 관리를 간단히 동시에 신속히 행할 수가 있다. 특히, 도 41에 도시하는 바와 같이 운전석에 설치된 표시기(26)에 의하면, 운전자는 운전을 행하면서 충전 및 방전의 요 또는 불요를 파악하고, 더욱, 단위전지(11)의 열화상황을 파악할 수가 있다.

Claims

차량의 구동축에 연결된 전동발전기와, 이 차량에 탑재된 전지와, 이 전지와 상기 전동 발전기와의 사이에 설치되어 쌍방향으로 에너지를 전달하는 인버터와, 이 인버터를 제어하는 인버터 제어수단을 구비하고, 상기 전지의 충방전 전류(i)를 포함하는 전지의 상태를 검출하는 전지센서를 구비하고, 상기 충방전 전류(i)에 대하여 그 시간적분치 I

I = ∫idt + C

(다만 C는 초기 충전량에 상당하는 적분정수)

를 연산하는 수단과, 이 시간 적분치의 함수에 따라 회생 제동시의 상기 전지로의 충전전류 및 주행 구동시의 방전전류를 제어하는 수단을 포함하는 프로그램 제어회로를 구비하고,

상기 전지센서는 단위전지의 단자 전압을 개별로 검출하는 수단을 포함하고, 상기 프로그램 제어회로는 회생제동시의 충전전류 및 주행구동시의 방전전류중 적어도 하나의 전류를 이 단자 전압에 응하여 제어하는 수단을 포함하여, 단위 전지마다 충방전 상태를 관측하여 단위 전지별로 충방전 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전동 발전기는 다상교류회전기이고, 그 차량의 주행속도를 검출하는 속도 센서와, 상기 전동 발전기의 회전속도를 검출하는 회전센서와를 구비하고, 상기 인버터 제어수단은, 이 속도센서 및 이 회전센서의 출력 및 운전조작 입력에 따라 상기 인버터에 제어출력을 송출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전지센서에는 상기 전지의 온도(θ)를 검출하는 수단을 포함하고, 상기 적분치의 함수는 전지의 충전효율을 η로 할 때 ηI이고, 이 효율(η)는 상기 온도의 함수(η(θ))인 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전지센서와 상기 프로그램 제어회로와의 사이에는, 그의 센서출력정보를 무선신호에 의하여 전달하는 인터페이스 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
청구항 1항 기재의 전지센서 및 인터페이스 회로의 적어도 일부가 그의 전지의 케이스 내부에 매입된 것을 특징으로 하는 차재전지.
제 5 항에 있어서, 상기 전지센서 및 상기 인터페이스 회로의 적어도 일부는 하나의 유닛으로 구성되어, 이 유닛이 상기 전지 케이스에 대하여 착탈이 자유롭게 구성된 것을 특징으로 하는 차재전지.
제 1 항에 있어서, 상기 프로그램 제어회로의 출력에 적어도 충전경보, 충전 잔존량 및 전지교환시기에 관한 표시수단이 접속된 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 7 항에 있어서, 상기 프로그램 제어회로의 메모리 수단에는 표준적인 충방전 전압전류특성 및 열화의 정도에 응한 복수의 충방전 전압전류 특성이 미리 기억되고, 상기 프로그램 제어회로는 그 메모리 수단에 기억된 특성을 참조하여 전지의 열화정보를 연산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 7 항에 있어서,

상기 표시수단은, 운전석에 설치되어, 상기 전지에 대하여

(1) 충전된 상태

(2) 정상으로 사용되고 있는 상태

(3) 충전을 행하는 것이 바람직한 상태

(4) 충전을 행하는 것이 필요한 상태

를 대략 구분하여 표시하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 7 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 표시수단은 운전석에 설치되어 상기 전지에 대하여

(1) 열화가 없는 상태

(2) 점검을 받는 것이 권장되는 상태

(3) 전지교환이 권장되는 상태

(4) 전지교환이 필요한 상태

를 대략 구분하여 표시하는 수단을 포함하고, 상기 점검을 받는 것이 권장되는 상태는, 일부의 단위 전지에 열화가 생기고 있는 것이 검출될때에 표시되는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 7 항에 있어서, 상기 표시수단은 적어도 2구분되고, 그중 제1구분은 전지가 양호한 상태에 있는 것을 표시하는 수단이고, 그중 제2의 구분은 전지를 교환하여야 할 상태에 있는 것을 표시하는 수단인 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 11 항에 있어서, 상기 제1의 구분과 상기 제2의 구분과의 사이에 중간적인 구분을 설치한 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 12 항에 있어서, 상기 구분에 더하여 전지의 열화의 정도가 큰 것을 나타내는 점등 표시수단을 설치한 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
단위전지마다 전류 바이패스 통로와, 이 전류 바이패스 통로와 단위전지와의 통로 선택을 행하는 전환회로와를 설치하고, 상기 단위전지의 단자전압을 측정하는 측정회로와, 이 측정회로의 출력정보에 따라 상기 전환회로를 개별로 제어하는 전환제어회로와를 구비한 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 14 항에 있어서, 상기 전환회로는 반도체 스위치 소자를 포함하고, 상기 전환 제어회로는 각 단위 전지마다 개별로 설치된 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 15 항에 있어서, 상기 측정회로, 상기 전환회로, 상기 바이패스 통로 및 상기 전환제어회로는 하나의 유닛에 실장되어 단위 전지의 양음단자에 접속하는 접속금구가 설치된 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 측정회로는, 단위전지의 단자전압을 복수 n레벨로 구분하는 출력정보를 송출하는 회로수단을 구비한 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
제 16 항에 있어서, 상기 유닛의 표면에 상기 복수 n레벨로 구분된 출력정보를 표시하는 표시수단을 구비한 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.