KR100508788B1 - 차재전지의제어장치 - Google Patents

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KR100508788B1
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사토시 마스다
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히노지도샤코교 가부시기가이샤
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Abstract

충방전의 여유도나 전지의 열화에 수반하여 변동하는 2차전지회로의 충반전의 상태를 각 단위전지에 접촉하지않고 정확하게 검출하고, 효율적으로 보수 점검을 행할 수 있게 한다.
전지의 충방전 특성을 메모리에 유지하고, 측정한 전압치 및 전류치를 메모리에 유지한 충방전 특성과 비교함에 따라서, 충전전류 및 방전전류의 제어를 행한다. 또, 각단위 전지마다의 전지정보를 무선신호에 의하여 전달하고, 그 내용을 운전석에 표시한다.

Description

차재전지의 제어장치
본 발명은 주행 동력으로서 전동기를 사용하는 전기자동차에 이용한다. 본 발명은, 차재용(車載用)의 충전가능한 전지의 충방전 제어에 관한 것이다. 본 발명은, 주행동력으로서 내연기관 및 전동기를 병용하는 하이브리드·카를 위하여 개발된 것이지만, 충전가능한 전지를 차량에 탑재하고, 그 전지에너지를 주행에 이용하는 자동차에 널리 이용할수가 있다.
본원 출원인은, HIMR의 명칭으로 내연기관 및 전동기를 병용하는 하이브리드·카를 개발하여 제조판매하고 있다. 이 자동차는, 내연기관의 크랭크축에 3상 교류의 농형 유도기를 연결하고, 대형의 전지를 차량에 탑재하고, 이 전지와 농형 유도기와의 사이를 쌍방향의 인버터 회로에 의하여 결합하고, 이 인버터 회로를 프로그램 제어회로에 의하여 제어하도록 구성된 것이다(WO 88/06107 공보참조).
이 장치에서는, 차량이 가속할 때에는 이 농형 유도기에 부여하는 회전자계를 농형 유도기가 전동기가 되도록 제어하고, 차량이 감속할때에는 이 농형 유도기에 부여하는 회전자계를 농형 유도기가 발전기가 되도록 제어한다. 그리고 농형 유도기가 전동기로서 이용될때에는 전지는 방전하고. 발전기로서 이용될때에는 전지가 충전이 되도록, 즉 희생제동이 행해지도록 제어하는 것이다.
이 장치는, 대형 버스에 탑재되고, 시가지의 노선버스 및 환경오염을 극히 작게 하는것이 필요한 지역의 등산 버스등에 실용되고 있다. 한편 근래 자동차의 내연기관으로 부터의 배기에 의한 환경오염은 큰 문제가 되고, 자동차의 가격이 더욱 비싸고 연료가 다소 고가이더라도, 도시의 시가지를 주행하는 대부분의 자동차가 전기 자동차가 될 가능성이 논의되는 데까지 이르렀다.
상기 HIMR는, 차량에 전지실을 설치하고, 대량생산에 의하여 싼값에 입수할 수 있는 단자전압 12V의 전지를 단위전지로 하고, 이것을 25개 이 전지실에 탑재하고, 전기적으로 직렬로 접속하여 전체의 단자전압이 12V×25= 300V가 되도록 구성하여 주행용의 에너지를 공급하는 전지로서 이용하고 있다.
여기서 「단위전지」란, 다수개를 직렬 접속함에 따라서 주행용의 에너지를 공급하는 전지를 구성하는 단위가 되는 것이다. 예컨데 납 전지의 경우는, 화학적 성질에서 최소의 단위전지의 단자전압은 2V이지만, 일반적으로 이 2V의 전지를 복수개 직렬로 접속하여 하나의 케이스에 수용한 전지가 시판되고 있다. 예컨데 납전지의 경우는, 단위전지의 단자전압은 2V, 4V, 6V, 12V, 24V 등이다. 납 전지 이외의 전지에서도, 그 화학적 성질 및 그 직렬 접속하는 수에 의하여 단위 전지의 단자 전압이 결정된다. 본원 출원인은 단위전지의 감시에 관하여, 국제특허출원(PCT/JP96/00966호, WO96/32651 공보참조)를 출원하였다.
농형 유도기를 전동기로서 사용하여 시동 또는 가속을 행할때에는, 전지에서 에너지를 꺼내어 사용하므로 전지는 방전상태에 있다. 농형 유도기를 발전기로서 동작시켜 감속을 행하고 있을때에는 회생제동상태에 있고 전지는 충전을 행하고 있다. 이와같이 충방전을 되풀이 하고있는 전지에서는, 항상 충전과 방전과의 균형이 잡혀 있다고는 할 수 없다.
오르막 언덕이 많은 도로를 주행하는 경우에는 방전시간이 길어지고, 내리막 언덕이 많은 도로를 주행하는 경우에는 충전시간이 길어진다. 전지는 현재에서는 기본적으로 납 축전지가 사용되고 있는 것에서, 과충전 또는 과방전을 행함에 따른 전지의 열화에 배려하는것이 필요하게 된다.
종래는, 이 관리를 단위전지의 단자 전압치를 측정함으로써 행하고 있다. 예컨대, 표준전압 12V 단위 전지에 관하여는, 충전 종료 전압을 13.2V, 방전종료 전압을 11.4V로 정하고. 13.2V를 초과한 경우에는, 과중전 경고를 표시하거나, 자동적으로 충전을 정지하도록 제어된다. 또 11.4V를 하회한 경우에는, 과방전 경고를 표시하기나. 자동적으로 방전을 정지하도록 제어된다.
그러나, 전지는 충방전을 되풀이하고 있는 동안에 열화가 진행되고, 충방전 할수있는 전기량은 감소한다. 즉 열화가 진행된 전지에서는, 충전시에 아직 충분한 충전이 행해지고 있지 않는데도 불구하고, 충전 종료 전압치에 도달하고 만다. 방전시에는 부하를 걸면 전지전압은 방전수료 전압을 하회하고 만다. 따라서, 열화의 상태를 무시하고 단자전압에 의거하여 충방전 제어를 행하면, 아직 충전할 수 있는데도 충전을 제한하거나. 이제는 충전할수 없는데도 다시 충전을 행하여 제어를 행하는 일이 있다.
더욱이 자동차의 주행 에너지를 축적하기위한 전지는, 단위전지를 복수 직렬로 접속하여 사용하지만, 직렬접속된 단위전지는 균일하게 열화하는것이 아니고, 열화에도 편차가 있고, 균일한 충방전을 행하고 있으면 열화의 편차가 확대한다.
종래는, 상술한바와 같이 단자 전압에 의하여 충방전전류를 제어하기 때문에, 그 기준이 되는 충전종료 전압치 및 방전종료 전압치를 단위전지의 열화와 함께 변화시키는 것같은 제어는 하고 있지않다. 열화가 진행된 전지의 과충전 또는 과방전을 회피하는 방책으로서, 미리 충전종료 전압치 및 방전종료 전압치를 열화가 진행된 전지에 맞춰서 설정하는것이 행해지고 있다. 이것은 신품의 전지에서는 그 축전용량을 충분히 활용하고 있지 않는것이 된다.
본원 발명자는, 더욱 실험을 거듭하여 상기 HIMR의 차량에 관하여 다수의 주행기록 및 보수기록을 얻을수가 있었다. 전지는 충방전을 거듭하면 점차 열화하기 때문에 때가 되면 전지를 교환하는것이 필요하지만, 상기의 보수기록을 상세하게 검토하면, 그 수명은, 비교적 균일한 주행을 하고 있는 노선버스 등에 관하여도, 결코 균일하지 않고 큰 편차가 있는것을 알 수 있다. 또, 단위전지를 다수 직렬로 접속하여, 충전 및 방전을 행하는 것이지만, 이때 개개의 단위전지에는 각각 개별의 특성이 있고, 직렬 접속이라도 한결같은 충전 및 방전이 행해지고 있지 않는것을 알 수 있다.
이것을 상세하게 설명하면, 단위전지를 예컨데 25개 직렬로 접속한 상태에서 방전시키면, 에너지는 25개의 단위전지에서 각각 균등하게 방출되는 것은 아니다. 충전을 행하는 경우도 전부의 단위 전지가 균등하게 충전되는 것은 아니다. 이것을 전기적 특성에서 보면, 각각의 단위전지의 내부저항(R)이 균일하지 않다고 하면 이해하기 쉬울 것이다.
직렬접속이기 때문에 전류(1)는 균일하지만, 충전의 경우도 방전의 경우도, 단위 시간당의 충전 혹은 방전의 에너지(I2R)는 균일하게 되지 않는다. 내부저항이 높은 단위전지는 충전시에 단자전압이 다른 단위 전지보다 높고, 방전시에는 역으로 단자전압이 다른 단위 전지보다 낮아진다. 실제로 이것을 균일하다고 하고 전체의 표준전압 혹은 정격전압으로 충방전을 되풀이 실행하면, 내부저항이 높은 전지는, 충전시에 광충전이 되고, 그 단위 전지만을 가속도적으로 열화시키는 것이 된다. 또, 내부저항이 큰 단위 전지는, 직렬접속에 의하여 충방전을 행하여도, 그 전지온도가 높아져서 다른 단위전지와는 다른 특성이 되고, 그 단위 전지만이 먼저 열화하게 된다.
발명자는, 단위전지의 제조로트가 동일한 것을 한 전지실에 수용하는등 여러 가지 시험을 해보았다. 새차일때에는 각 단위전지의 특성이 갖추어져 있어도, 차량을 오래 사용하면 특성에 편차가 생기고, 불균일한 열화가 가속되어 가는 것을 알게 되었다. 일반적으로, 전지의 교환은 단위전지마다 행하는것이 아니라, 전체를 일제히 교환하는것이기때문에, 이것은 명백히 전지의 수명을 짧게 하고 있는 원이다. 전지를 대량으로 사용하여 대량으로 폐기하는 것은 환경오염의 새로운 원이 된다.
따라서, 단위 전기의 보수점검은, 개개의 단위 전지에 관하여 각각 적당한 부하를 접속한 상태에서 전압 및 전류를 측정하고 열화상태의 편차에 따른 적절한 대응을 개개의 단위 전지마다 하는것이 요구된다.
종래기술에서는, 이와같은 고압전지를 보수 점검하는데는 측정장치를 전지의 단자에 접속하는것이 필요하다. 또 다수 직렬로 접속되어 있는 단위전지 가운데 극히 일부의 단위전지에 불량이 발생하고 있다고 생각되는 경우에도, 종래의 고압전지의 보수 점검에서는, 그 불량 단위전지를 발견하기 위하여 각 단위전지 마다의 단자에 측정장치를 접속하여, 다수회의 측정을 행하는 것이 필요하였다. 따라서 이와같은 고압전지의 보수점검은, 일정의 훈련을 받은자가 주의깊게 정해진 안전한 수순으로 행할 수 있도록 정해져 있으므로, 운전자가 멋대로 행할수는 없고, 소정의 자동차 서비스 공장등에 자동차까지 가지고 들어가서 행하게 된다.
따라서, 일상, 자동차에 탑승하고 있는 운전자가 시업 또는 종업시 혹은 운행도중에 점검을 행하는것이 고장을 미연에 방지하는 점에서도 중요한데도 불구하고, 고압전지에 관하여는 그것을 실행할수 없는것이 현상이다.
본발명은 이와같은 배경에서 행해지는 것으로서, 전지의 축전용량을 충분히 활용할수 있는 차재 전지의 제어장치를 제공하는것을 목적으로 한다. 본 발명은 전지의 열화의 상태에 따라서, 충전시의 단자전압 한계치를 적응적으로 제어하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본발명은 전지의 열화의 상태에 따라서, 방전시의 단자전압 한계치를 적응적으로 제어하는 장치를 제공하는것을 목적으로 한다.
본발명은, 전지의 수명을 증대시킬 수가 있는 차재전지의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 복수의 단위전지가 직렬로 접속된 전지에 있어서, 그 단위전지마다에 열화의 상태를 관리할수있는 장치를 제공하는것을 목적으로 한다.
본발명은, 보수점검을 용이하재 할수있는 장치를 제공하는것을 목적으로 한 다. 본 발명은 전지의 보수를 간단화하는 정보 전달 장치를 제공하는것을 목적으로 한다. 본 발명은 보수자가 전지의 활전부에 손대지 않고 측정을 행할수 있는 장치를 제공하는것을 목적으로 한다. 본발명은 전지를 사용하고 있는 상태에서 전지의 열화상태를 알수있는 장치를 제공하는것을 목적으로 한다. 전기 자동차에 탑재한 전지의 상태를 자동차가 주행하는 상태에서 검출할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본발명 제1실시예에 관련한 HIMR의 전체구성을 표시하는 블록도.
도 2는 본발명 제1실시예에 있어서의 인버터 제어회로의 구성을 표시하는 블록도.
도 3은 본발명 제1실시예에 있어서의 2차 전지회로의 충전특성을 표시하는 도.
도 4는 본발명 제1실시예에 있어서의 충전을 행하는 경우의 인버터 제어부의 동작의 흐름을 표시하는 순서도.
도 5는 본발명 제1실시예에 있어서의 2차 전지회로의 방전 특성을 표시하는 도.
도 6은 본발명 제1실시예에 있어서의 방전을 행하는 경우의 인버터 제어부의 동작의 흐름을 표시하는 순서도.
도 7은 본발명 제2실시예의 전체구성을 표시하는 블록도.
도 8은 본발명 제2실시예의 요부의 구성을 표시하는 블록도.
도 9는 본발명 제2실시예에 있어서의 전지센서의 구성을 표시하는 블록구성도.
도 10은 본발명 제2실시예에 있어서의 무선신호의 플레임 구성을 표시하는 도.
도 11은 본발명 제2실시예에 있어서의 인버터 제어부의 동작의 흐름을 표시하는 순서도.
도 12는 본발명 제3실시예와 관련한 HIMR의 전체 구성을 표시하는 순서도.
도 13은 본발명 제3실시예의 전체구성을 표시하는 블록도.
도 14는 본발명 제3실시예에 있어서의 전압검출회로의 구성을 표시하는 순서도.
도 15는 본발명 제3실시예에 사용하는 데이터 신호의 플레임 구성을 표시하는 도.
도 16은 본발명 제3실시예에 있어서의 단위전지의 방전특성과 열화와의 관계를 표시하는 도.
도 17은 본발명 제3실시예에 있어서의 단위전지의 충전특성과 열화와의 관계를 표시하는 도.
도 18은 본발명 제3실시예에 있어서의 제1설정치 검출부의 동작의 흐름을 표시하는 순서도.
도 19는 본발명 제3실시예에 있어서의 제2설정치 검출부의 동작의 흐름을 표시하는 순서도.
도 20은 본발명 제3실시예에 있어서의 프로그램 처리회로의 제1설정치 검출에 관련되는 동작의 흐름을 표시하는 순서도.
도 21은 본발명 제3실시예에 있어서의 프로그램 처리회로의 제2설정치 검출에 관련한 동작의 흐름을 표시하는 순서도.
도 22는 본발명 제3실시예에 있어서의 프로그램 처리회로의 다른 제2설정치 검출에 관련한 동작의 흐름을 표시하는 순서도.
도 23은 본발명 제3실시예에 있어서의 단위전기에의 무선송신기 내장전지센서의 장치를 설명하는 도.
도 24는 본발명 제3실시예에 있어서의 단위전지에 무선 송신기 내장전지 센서를 장치한 상태를 표시하는 도.
도 25는 본발명 제3실시예에 있어서의 단위전지의 자동차에의 탑재상태를 표시하는 도.
도 26은 본발명 제3실시예에 있어서의 표시기의 설치예를 표시하는 도.
도 27은 본발명 제3실시예에 있어서의 표시기의 운전석에의 설치예를 표시하는 도.
도 28은 본발명 제4실시예의 전체구성을 표시한 블록도.
도 29는 본발명 제4실시예에 있어서의 단위 전지의 방전특성과 열화와의 관계를 표시하는 도.
도 30은 본발명 제4실시예에 있어서의 단위전지의 충전특성과 열화와의 관계를 표시하는 도.
도 31은 본발명 제5실시예의 전체구성을 표시하는 블록도.
도 32는 본발명 제5실시예에 있어서의 전지센서의 구성을 표시하는 블록도.
[실시예]
다음에, 본발명 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
(제1 실시예)
본발명 제1실시예의 구성을 도1 및 도2를 참조하여 설명한다. 도 1은 본발명 제1실시예에 관련한 HIMR의 전체구성을 표시하는 블록도이다. 도2는 본발명 제1실시예에 있어서의 인버터 제어회로의 구성을 표시하는 블록도이다.
본 발명은 차재전지의 제어장치이고, 본 발명의 특징으로 하는것은 차량의 구동장치로서의 내연기관(1)에 연결된 다상교류 회전기로서의 농형 다상 유도기(2)와, 차량에 탑재된 2차 전지회로(3)와 이 농형 다상유도기(2)와의 사이에 설치되고 교류직류 혹은 직류교류 변환을 행하는 인버터 회로(4)와, 이 인버터 회로(4)를 제어하는 프로그램 제어회로로서의 인버터 제어회로(5)를 구비하고, 2차 전지회로(3)에 관하여 방전시의 전류 전압 및 충전식의 전류전압을 측정하는 수단으로서의 검출회로(13)를 구비하고, 인버터 제어회로(5)는, 검출회로(13)에 의하여 측정된 전압전류의 정보에 의거하여 2차 전지회로(3)에 인버터 회로(4)를 통하여 행하는 충전전류 및 방전전류 또는 이중 어느하나의 제어를 행하는 수단을 포함하는 것에 있다.
인버터 제어회로(5)에는, 인버터 회로(4)를 제어하는 인버터 제어부(50)와, 방전시의 전류전압(방전 Ⅳ특성) 및 충전시의 전류전압(충전 Ⅳ특성)에 관해서의 정보를 유지하는 메모리(52)를 포함한다.
도 1에 표시한 하이브리드·카(HIMR)에 관하여 설명하면, 이 자동차는, 내연기관(1)의 크랭크축에 3상 교류의 농형 다상 유도기(2)를 연결하고. 대형의 2차전지회로(3)를 차량에 탑재하고, 이 2차 전지회로(3)와 농형 다상유도기(2)와의 사이를 쌍방향으로 교류직류 혹은 직류교류의 변환을 행하는 인버터회로(4)에 의하여 결합하고, 이 인버터회로(4)를 인버터 제어회로(5)에 의하여 제어하도록 구성된 것이다. 검출회로(13)는 2차 전지회로(3)의 전압 및 전류검출기(7)의 전류를 인버터 제어회로(5)에 입력하고 있다. 인버터 제어회로(5)는, 검출회로(13)및 회전센서(6)및 CPU(12)로부터의 입력에 따라서 인버터 회로(4)를 제어하고 있다.
인버터 제어회로(5)는 인버터 회로(4)를 제외하고. 차량이 발차 또는 가속할 때에는 이 농형 다상 유도기(2)에 부여하는 회전자계를 농형 다상유도기(2)가 전동기가 되도록 제어하고, 차량이 감속할때에는 이 농형 유도기(2)에 부여하는 회전자계를 농형 다상유도기(2)가 발전기가 되도록 제어한다. 그리고 농형 다상 유도기(2)가 전동기로서 이용될 때에는 2차전지회로(3)는 방전하고. 발전기로서 이용될 때에는 2차 전지회로(3)가 충전되도록, 즉 회생제동이 행해지도록 제어하는 것이다. 또, 하이브리드·카가 정차하고 있는 상태에서 2차 전지회로(3)의 충전만을 목적으로 한 내열기관(1)의 운전을 행할수도 있다.
다음에, 본발명 제1실시예의 동작을 도3 내지 도6을 참조하여 설명한다. 도 3은 본발명 제1실시예에 있어서의 2차 전지회로의 충전특성을 표시하는 도이고, 가로축에 충전 전류를 잡고, 세로축에 전압을 잡는다. 도 3에 표시하는 충전특성은 인버터 제어회로(5)의 메모리(52)에 유지되어 있다. 도 3에 표시한 바와같이, 곡선(a)은 2차 전지회로(3)의 전지가 새것이고, 또한, 충전량이 작은(공복)상태를 표시한다. 곡선(b)은 2차전지 회로(3)의 전지가 새것이고, 또한, 충전량이 중정도의 상태를 표시한다. 곡선(c)은 2차전지 회로(3)의 전지가 새것이고, 또한, 충전되어있는 (만복)상태를 표시한다. 곡선(d)은 2차 전지회로(3)의 단위전지의 열화가 교환을 요하는 정도로 진행되고 있는 상태를 표시한다. 상한치(MAX)는 본발명 제1실시예의 제어장치가 제어를 행하는 충전종료 전압을 표시하는 값이고, 일점 쇄선에 의하여 표시한 종래예와 비교하면, 도 3에 있어서 우측 상승으로 되어있다. 이것은 전자가 새것이고 또한 공복일때에는 종래보다 큰 충전전류로, 즉 충전시의 단자전압이 높아지도록 제어하는것을 표시한다. 즉 전지의 상태에 따라서 그 능력 있는대로 이용한다. 역으로, 전지의 열화가 교환을 요하는 정도로 진행되고 있는 상태에서는, 충전종료전압을 낮게 설정하고. 큰 충전전류를 공급하여 전지를 더욱 과충전하는일이 없도록 제어한다.
도 4는 본발명 제1실시예에 있어서의 충전을 행하는 경우의 인버터 제어부의 동작의 흐름을 표시하는 순서도이다. 인버터 제어부(50)는 검출회로(13)에서 그 시점의 전류치 및 전압치를 입력한다(S1). 이 전류치 및 전압치에 따라서, 현재의 2차 전지회로(3)의 소속하는 영역(A,B,C)을 특정한다(S2). 즉 메모리(52)에 유지되어 있는 도 3에 표시한 충전특성과, 현재의 전류치 및 전압치를 비교 대조하고, 2차전지회로(3)가 여하한 상태에 있는가를 파악한다. 영역(A)에 속해 있으면, 2차 전지 회로(3)의 단위 전지가 새것이고, 또한, 공복상태이다. 영역(B)에 속해 있으면 2차 전지회로(3)의 단위전지가 새것이고, 또한, 공복이 중간 정도의 상태이다. 영역(C) 속해 있으면, 2차 전지회로(3)의 단위전지의 열화가 교환을 요하는 정도로 진행된 상태이다. 이때, 소속하는 영역(A),(B),(C)에 따라서 외부에 표시를 행하여도 좋다.
즉. 영역(A)에 속해 있으면 「충전요」, 영역(B)에 속해 있으면 「정상」, 영역(C)에 속해 있으면 「전지교환요」등으로 해도 좋다. 또, 어느영역(A.B,C)에 속해있는가에 따라서 상한치(MAX)의 값이 변화한다. 전압치가 소속하는 영역(A,B,C)에 대응하는 상한치(MAX)이상이면(S3), 충전전류치의 증가를 제한하고(S4), 충전 전류치의 증가를 제한함으로써, 전압은 현재치를 보유할 수 있다.
상기의 설명에서는 전지는 「새것이다」와 「교환을 요함」의 둘로 구별하였지만, 실제로 사용되고 있는 전지는 이 사이에 있다. 실제로는 전지의 열화가 시작되면, 도3에 표시한 곡선(a,b,c)은 곡선(d)에 점차 가까워진다. 그에 따라서 영역(A,B,C)도 그 형상이 변화하고, 그 면적은 좁아진다. 본 발명에서는, 충전전류와 충전시의 단자 전압은 동시에 검출함에 따라, 곡선(a,b,c)에 상당하는 그때의 그 전지의 곡선을 2차원적으로 검출할수가 있다. 그러나, 이것만의 측정 결과로는, 가령 곡선이 점차 곡선(C)에 가까이 왔다 해도, 이것은 열화가 진행되고 있는 것인가, 전지가 점차 만복이 되어가고 있는가는 구별이 안되지만, 특히 이것을 구별할 필요가 없다. 하나의 전지에 대응하여 이 곡선(a∼c)을 메모리에 축적해두고, 이 패턴에 따라서 충방전제어를 행하도록 구성해 둔다. 그리고 이 충전전류-전압특성이 곡선(d)이 되었을 때에 전지가 교환요의 상태가 된것을 알고 이것을 표시한다.
충전전류의 제어는, 농형 다상유도기(2)에 부여하는 회전자계의 회전속도를 인버터 회로(4)에 의하여 변화시킴에 따라 행한다. 즉 농형 다상 유도기(2)의 회전자계의 회전속도를 내연기관(1)의 크랭크축의 회전속도보다 작게 하면, 농형 다상 유도기(2)는 발전기로서 동작한다. 충전전류를 제한하기 위해서는, 농형 다상 유도기(2)의 회전 자계의 회전수를 크랭크축의 회전수에 근접시키면, 즉, 슬립량을 작게하면 발전기로서의 농형 다상 유도기(2)의 발전량을 저감시킬수가 있다.
도 5는 본발명 제1실시예에 있어서의 2차 전지회로(3)의 방전특성을 표시하는 도이고, 가로축에 방전전류를 잡고, 세로축에 전압을 잡는다. 이 도5에 표시하는 방전특성은 인버터 제어회로(5)의 메모리(52)에 유지되어 있다. 곡선(e)은 2차전지회로(3)의 단위전지가 새것이고, 또한, 만복의 상태를 표시한다. 곡선(f)은 2차전지회로(3)의 단위 전지가 새것이고, 또한, 공복이 중간 정도의 상태를 표시한다. 곡선 (g)은 2차 전지회로(3)의 단위전지가 새것이고, 또한 공복의 상태를 표시한다. 곡선(h)은 2차 전지회로(3)의 전지의 열화가 교환을 요하는 정도로 진행되고 있는 상태를 표시한다. 하한치(MIN)는 이것을 초과하여 방전시키면 과방전이 될때의 단자전압을 표시한다. 본 발명에서는, 도 5에 표시한 바와같이 이하한치(MIN)는, 일점쇄선에 의하여 표시한 종래예와 비교하면 우측 하강으로 된다. 이것은, 전지가 새것이고, 또한, 만복상태에서는, 방전 한계 전압을 비교적 낮게하여도 된다는 것을 표시하고 있다. 역으로, 전지의 열화가 진행되고 교환을 요하는 정도가 되어있는 상태에서는, 방전 한계전압이 비교적 높은것, 즉 방전전류를 크게할 수 없는것을 표시하고 있다.
도 6끈 본발명 제1실시예에 있어서의 방전을 행하는 경우의 인버터 제어부의 동작의 흐름을 표시하는 순서도이다. 인버터 제어부(50)는 검출회로(13)에서 그 시점의 전류치 및 전압치를 입력한다(S11). 이 전류치 및 전압치에 따라서 , 현재의 2차 전지회로(3)의 소속하는 영역(E.F,G)을 특정한다(S12). 메모리(52)에 유지되어있는 도 5에 표시한 방전특성과, 현재의 전류치 및 전압치를 비교 대조하고, 2차 전지회로(3)의 전지의 열화상태 및 만복 또는 공복의 상태를 검출한다.
지금 검출결과에서, 그전지가 영역(E)에 속해 있으면, 2차 전자회로(3)의 전지가 새것이고. 또한, 만복의 상태이다. 영역(F)에 속해 있으면, 2차 전기회로(3)의 전지가 새것이고, 또한, 공복이 중간정도의 상태이다. 영역(G)에 속해 있으면, 2차 전지회로(3)의 전지의 열화가 교환을 요하는 정도로 진행된 상태이다. 이때 소속하는 영역(E,F,G)에 따라서 외부에 표시를 행해도 좋다. 즉 영역(E)에 속해 있으면 「방전요」영역(F)에 속해있으면 「정상」영역(G)에 속해 있으면 「전지교환요」등으로 해도 좋다. 또 어느 영역(E,F,G)에 속해 있는가로 하한치(MIN)의 값이 변화한다. 전압치가 소속하는 영역(E,F,G)에 대응하는 하한치(MIN) 이하이면(S13), 방전전류의 증가를 제한한다(S14). 방전 전류치의 증가를 제한함으로써, 전압을 현재치를 보유할수가 있다.
이 방전의 경우에도, 전지가 새것이고 공복, 전지가 새것이고 만복, 전지가 교환요, 가 되도록 구분하였지만, 실제의 전지는 새것과 교환요와의 사이에 있다. 즉 곡선(e)은 사용을 계속하고 있으면 점차 곡선(h)에 가까이 온다. 이때 영역(E,F,G)의 형상도 변화한다. 그러나 전지가 열화했는가 그렇지 않으면 전지가 공복이 되었는가는 이것만의 계측으로는 알수 없지만, 전지의 종류마다에 이 특성을 메모리에 미리 축적해 두고, 이 특성에 따라서 전지의 방전전류를 제어한다. 이 곡선(e∼g)은 방전전류와 전압을 동시에 계측함에 따라서 2차원적으로 인식할수가 있다. 따라서. 곡선(h)에 근접했을 때에는, 그 전지는 교환요인것을 표시할수가 있다.
방전전류의 제어는, 농형 다상 유도기(2)에 부여하는 회전자계의 회전속도를 인버터 회로(4)에 의하여 변화시킴으로써 행한다. 즉 농형 다상유도기(2)의 회전자계의 회전속도가 내연기관(1)의 크랭크축의 회전속도보다 클때, 농형 다상 유도기(2)는 전동기로서 동작한다. 방전전류를 제한하기 위해서는, 농형다상유도기(2)의 회전자계의 회전수를 크랭크축의 회전수에 가깝게 하면 즉 슬립량을 작게 함으로써 전동기로서의 농형 다상 유도기(2)의 소비전력을 저감시킬수가 있다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 전지 축전용량을 충분히 활용할수가 있다. 즉, 전지의 열화의 상태에 따라서, 충전시의 단자 전압 상한치를 적응적으로 제어한다. 또 전지의 열화의 상태에 따라서, 방전시의 단자 전압 하한치를 적응적으로 제어한다. 본 발명에 의하면, 전지의 수명을 증대시킬수가 있다. 더욱이, 복수의 단위전지가 직렬로 접속된 전지에 관하여, 그 단위 전지마다에 열화상태를 관리할수가 있다.
(제2 실시예)
본발명 제2실시에를 도 7 내지 도11을 참조하여 설명한다. 도 7은 본발명 제2실시예의 전체구성을 표시하는 블록도이다. 본발명 제2실시예에서는, 2차 전지회로(3)를 구성하는 복수의 단위전지에 관하여 각각 전지 센서를 구비하고, 이 전지 센서는 개개의 단위전지의 단자전압을 검출한다. 이 검출결과는 개개의 전지센서에 부속되어있는 무선송신기(TX1∼TXn)에 의하여 무선신호로서 송신된다. 이 무선신호는 무선 수신기(RX)에 의하여 수신되고, 인버터 제어회로(5)에 개개의 단위 전지의 전압정보로서 입력된다. 인버터 제어회로(5)는, 개개의 단위전지의 전압정보와 전류검출기(7)의 전류정보와에 따라서, 열화가 진행된 단위전지가 있는가 없는가를 판정한다. 그 판정의 결과로서 열화가 진행된 전지가 발견된 경우에는, 그 전지의 특성에 맞춰서 충전 종료 전압치 및 방전 종료 전압치를 설정한다. 이와 같이 하면, 열화가 진행되고 있지 않은 다른 단위전지의 축전용량을 100％, 유효하게 이용할수는 없지만, 열화가 진행되고 있는 단위전지의 열화가 가속도적으로 진행하는 것을 회피할수가 있다. 더욱이, 열화가 진행되고 있는 단위전지의 정보를 외부에 표시함으로써 그 단위전지에 관하여 교환을 촉진할수가 있다.
도 8은 본발명 제2실시예의 요부의 구성을 표시하는 블록도이다. n개의 단위전지(B1∼Bn)가 직렬로 접속되고, 각각에 전지센서(VD1∼VDn)가 설치되어있다. 전지센서(VD1∼VDn)에는, 각각 무선송신기(TX1∼TXn)가 설치되어 있다. 무선송신기(TX1∼TXn)에서 송신되는 무선신호는, 무선수신기(RX)에 의하여 수신된다. 무선수신기(RX)에서 출력되는 각 전지센서(VD1∼VDn)의 전압치는 인버터 제어회로(5)에 입력된다. 또, 전류검출기(7)에 의하여 검출된 전류치는 검출회로(13)를 통하여 인버터 제어회로(5)에 입력된다.
도 9는 본발명 제2 실시예에 있어서의 전지 센서의 구성을 표시하는 블록도이다. 단위전지(B)의 단자 전압을 전압 측정부(V)가 측정한다. 이 측정치는 무선송신기(TX)에 의하여 무선신호로 변환되어, 송신된다.
도 10은 본발명 제2실시예에 있어서의 무선신호의 플레임 구성을 표시하는 도이다. 무선송신기(TX)는 이 도 10에 표시한 바와같은 32bit의 플레임 구성의 데이터 신호를 64 kb/s로 주기(t)마다에 간헐적으로 송신한다. 헤더부분에는 각 송신기(TX)마다에 개별적으로 할당된 ID가 송신된다. 따라서, 수신기(RX)에서는 수신된 플레임이 어느송신기(TX)에서 송신 되었는가를 식별할수가 있다. 이 장치는 이 실시예에서는, 휴대용 전화기의 셀을 개조하여 사용하였다. 상기 주기(t)를 각 무선송신기(TX) 마다에 다른 값으로 설정해둔다. 1회의 송신시간은 약 20ms이다. 주기(t)는 20∼60초의 범위에서 각 송신기(TX)마다에 조금씩 틀리게 설정한다. 이와같이 구성함으로써, 가령 복수의 송신기(TX)의 송신 타이밍이 일치하여도, 다음 주기에서는 송신의 타이밍이 다르게 되기 때문에, 무선 수신기(RX)에서는 개별로 각 무선송신기(TX)의 신호를 수신할수가 있다.
가령 주기를 20초라 한다면, 1개의 무선 송신기(TXi)가 송신하고 있는 시간 20 mS는 주기의 1000분의 1이다. 따라서. 25개의 단위전지(B1∼Bn)에 각각 접속된 무선송신기(TX1∼TXn)가 랜덤 타이밍으로 송신하면, 충돌의 가능성은 약 400분의 1이다. 가령 충돌해도 주기(t)가 각각 상이하기 때문에 다음 주기에서는 충돌함이 없이 개별의 수신이 가능하게 된다.
도 11은 본발명 제2실시예에 인버터의 인버터 제어부의 동작의 흐름을 표시하는 순서도이다. 전류검출기(7)의 전류치는 검출회로(13)를 통하여 인버터 제어부(50)에 입력된다(S21). 개개의 단위전지(B1∼Bn)의 전압치는 전지센서(VD1∼VDn) 무선송신기(TX1∼TXn), 무선수신기(RX)를 통하여 입력된다(S22). 본발명 제1실시예에서 상세하게 설명한 바와같이, 개개의 단위전지(B1∼Bn)의 소속영역이 특정된다(S23). 또, 이 소속영역의 특정 결과는 외부에 표시하는 것이 좋다. 그 결과로서 열화한 전지가 있는가의 여부를 판정한다(S24). 즉 도 3 또는 도 5에 표시한 영역(C) 또는 영역(G)에 들어가는 단위전지(B1∼Bn)가 있는가의 여부를 판정한다. 그 결과로서 열화한 단위전지가 있으면(S24), 열화한 단위전지에 적합한 충방전 제어를 행한다(S25). 즉 2차 전지회로(3)를 구성하는 모든 단위전지(B1∼Bn)에 관하여, 도 3 또는 도 5에 표시한 영역(C) 또는 영역(G)에 포함되는 특성을 갖는다고 봐서 도 4 또는 도 6에 표시한 충방전 제어를 행한다. 이에 따라, 열화가 진행되고 있는 단위전지가 2차전지회로(3)를 구성하는 단위전지(B1∼Bn)속에 포함되어 있어도, 과충전 또는 과방전에 의한 열화의 진행을 회피할 수가 있다. 또, 열화의 상황을 외부에 표시함으로써, 열화가 진행된 단위전지를 조급하게 교환할것을 운전자 혹은 관리자에게 촉구할수가 있다.
이상 설명한 바와같이, 본 제2실시예에 있어서도, 제1실시예와 마찬가지 효과를 얻을수가 있다. 특히 무선신호에 의하여 전압정보가 전달되므로, 고압전지를 관리하기 위하여 고압전지에 직접 손을 대지 않아도 되고 안정성을 높일수가 있다. 더욱이, 전압치에 덧붙여 전류치 및 온도정보를 가미한 정보를 얻을수가 있고 상세한 관리데이터를 얻을수가 있다.
(제3 실시예)
본발명 제3실시예의 구성을 도12 내지 도 15를 참조하여 설명한다. 도 12는 본발명 제3실시예와 관련한 HIMR의 전체 구성을 표시하는 도이다. 도 13은 본 발명 제3실시예의 전체구성을 표시하는 블록도, 도 14는 본발명 제3실시예에 있어서의 전압검출회로의 구성을 표시하는 블록도, 도 15는 본발명 제3실시예에 사용하는 데이터 신호의 플레임 구성을 표시하는 도이다.
도 12에 표시하는 하이브리드·카(HIMR)를 설명하면 이 자동차는, 내연기관(1)의 크랭크축에 삼상교류의 농축다상 유도기(2)를 연결하고, 대형의 2차 전지회로(3)를 차량에 탑재하고, 그 2차 전지회로(3)와 농형 다상 유도기(2)와의 사이를 쌍방향의 인버터 회로(4)에 의하여 결합하고. 이 인버터 회로(4)를 프로그램 제어를 사용한 인버터 제어회로(5)에 의하여 제어하도록 구성된 것이다. 검출회로(13)는 2차전지회로(3) 전압 및 전류검출기(7)의 전류를 인버터 제어회로(5)에 입력하고 있다. 인버터 제어회로(5)는, 검출회로(13) 및 회전 센서(6)및 CPU(12)에서의 입력에 따라서 인버터 회로(4)를 제어하고 있다.
인버터 제어회로(5)는 인버터 회로(4)를 제어하고, 차량이 발차 또는 가속할 때에는 이 농형 다상 유도기(2)에 부여하는 회전 자계를 농형 다상유도기(2)가 전동기가 되도록 제어하고, 차량이 감속할 때에는 이 농형 다상유도기(2)에 부여하는 회전자계를 농형 다상유도기(2)가 발전기가 되도록 제어한다. 그리고 농형 다상유도기(2)가 전동기로서 이용될때에는 2차전지회로(3)는 방전하고, 발전기로서 이용될 때에는 2차전지회로(3)가 충전되도록, 즉 회생제동이 행해지도록 제어하는 것이다. 또, 하이브리드·카가 정차하고 있는 상태에서 2차 전지회로(3)의 충전만을 목적으로만 내연기관(1)의 운전을 행할수도 있다.
실제로 HIMR의 2차 전지회로(3)는, 12V의 자동차용 연전지를 25개 직렬로 접속하고, 300V를 얻어 운용하고 있으나, 여기서는, 12V에 혹은 25개에 한정하지 않고 일반론으로서 알기 쉽게 하기 위하여, n개의 단위전지(B1∼Bn)를 직렬로 접속한 예로 설명한다.
본발명 제3실시예는 차재전지의 정보전달장치이고, 그 특징으로 하는것은, 도 13에 표시한 바와같이, 단위전지(B1∼Bn)에 그 단위전지(B1∼Bn)의 전압정보를 검출하는 센서로서의 전지센서(VD1∼VDn)와, 그 전지센서 VD1∼VDn의 출력에 의하여 변조된 무선신호를 송신하는 무선 송신기(TX1∼TXn)가 각각 장치되어, 전지실 또는 그 근방에 그 무선신호를 수신하는 무선수신기(RX)가 배치되고, 그 무선수신기(RX)에 대하여 단위전지(B1∼Bn)에 관하여 개별의 정보가 수신되는것에 있다. n개의 무선 송신기(TX1∼TXn)에 대하여 무선 수신기(RX)는 이 예에서는 1개이다. 무선수신기 (RX)의 출력은 프로그램 처리 회로(P)를 통하여 표시기(M)에 표시된다.
도 14에 표시한바와 같이 전지센서(VD)는, 단위전지(B)의 전압을 측정하는 전압측정부(V)를 구비하고, 더욱이, 제1설정치 검출부(TH1) 및 제2설정치 검출부(TH2)와, 그에 부수하고 있는 적색 램프(R) 및 녹색 램프(G)를 구비하고 있다.
무선 송신기(TX)는 도 15에 표시하는 바와같은 32 bit의 플레임 구성의 데이터 신호를 64 kb/s로 주기(t)마다 간헐적으로 송신한다. 헤더 부분에는 각 송신기(TX)마다 개별적으로 할당된 ID가 송신된다. 따라서, 수신기(RX)에서는 수신된 플레임이 어느 송신기(TX)에서 송신되었는가를 식별할수가 있다. 이 장치는 이 실시예에서는, 휴대용 전화기의 셀을 개조하여 사용하였다. 그리고 이 주기(t)를 각 무선송신기(TX)마다에 상이한 값으로 설정해 둔다. 도 15에 표시하는 바와같은 플레임을 1회 송신하는 시간은 약 20mS이다. 주기(t)는 20∼60초의 범위에서 각 송신기(TX)마다에 조금씩 틀리게 설정한다. 이와같이 구성함으로써, 가령 복수의 무선송신기(TX)의 송신 타이밍이 일치하더라도, 다음 주기에서는 송신의 타이밍이 다르게 되므로, 무선수신기(TX)에서는 개별로 각 무선송신기(TX)의 신호를 개별로 인식하여 수신할수가 있다.
가령 주기를 20초라 하면, 1개의 무선송신기(TXi)가 송신하고 있는 시간 20mS는 주기의 1000분의 1이다. 따라서 25개의 단위전지(B1∼Bn)에 각각 접속된 무선송신기(TX1∼TXn)가 랜덤 타이밍으로 송신하면 충돌의 가능성은 약 400분의 1이다. 가령 충돌하여도 주기(t)가 각각 다르므로 다음 주기에서는 충돌하지 않고 개별의 수신이 가능하게 된다.
다음에, 본 발명 제3실시예의 전지센서(VD)의 동작들 도 16 내지 도 19를 참조하여 설명한다. 먼저, 단위전지(B1∼Bn)에 있어서의 충방전 특성과 열화와의 관계를 도 16 및 도 17에 표시한다. 도 16은 단위전지(B1∼Bn)의 방전 특성과 열화와의 관계를 표시하는 도이고, 가로축에 방전시간(T)을 잡고, 세로축에 전압(V)을 잡는다. 일정의 부하에 있어서 일정의 방전전류를 얻은 경우의 특성이다. 도 17은 단위전지(B1∼Bn)의 충전 특성과 열화와의 관계를 표시하는 도이고, 가로축에 충전시간(T)을 잡고. 세로축에 전압(V)을 잡는다. 일정의 충전전류에 의하여 충전을 행한 경우의 특성이다. 도 16에 표시한 바와같이, 열화가 진행됨에 따라서 방전에 수반되는 전압강하가 급속하게 진행되고 있음을 알 수 있다. 도 17에 표시하는 바와같이, 열화가 진행됨에 따라서 단시간내에 전압이 상승하고, 충전완료 상태에 추이하고 있음을 알 수 있다.
여기서, 제1설정치 및 제2설정치에 관하여 설명한다. 도16 및 도 17에 표시하는 바와같이, 단위전지(B1∼Bn)의 전압은 충전 및 방전(극성)및 그 전류치에 따라서 변동하고 있다. 단위 전지(B1∼Bn)의 표준전압을 12V라 한다면, 어떤 종류의 전지에서는 전지가 정상적인 상태에 있고 충방전을 되풀이하면. 이 단자전압은 11.4V에서 13.2V의 사이를 변동하고 있는것을 알 수 있다. 이에따라, 예컨대, 11.4V를 충전을 요하는 전압(제1설정치)이라고 하고, 13.2V를 충전이 완료한 전압(제2설정치)으로 하는것이 좋다. 이 2개의 설정치는 전지의 성질에 따라서, 또 어떻게 전지를 사용할것인가의 여유치를 포함하여 설정해야할 값이다.
도 18은, 본발명은 제3실시예에 있어서의 제1설정치 검출부(TH1)의 동작의 흐름을 표시하는 순서도이다. 도 18에 표시하는 순서도에서는, 가동시에, 먼저, 이제까지 유지하고 있던 데이터가 리세트된다(S31). 단위전지(B1∼Bn)의 각각 전압치를 검출하고(S32), 제1설정치 이하의 전압치를 검출했을 때에는(S33), 그 결과를 유지하고(S34), 적색 램프(R)를 점등하고, 무선송신기(TX)에 데이터를 송신한다(S35).
일반적으로, 제1설정치(11.4V)이하의 전압은 전지에서 전류를 빼내고 있을때 즉, 단위전지(B1∼Bn)에 부하가 걸려 있을때 검출된다. 이것은, 자동차가 농형 다상유도기(2)를 사용하여 가속을 행하고, 단위전지(B1∼Bn)의 부하가 증대했을때에 생긴다. 따라서, 부하가 경감되면 단자 전압치는, 제1설정치를 상회하는 값이 되기때문에, 검출이력을 유지해 두지 않으면, 검출 결과가 관리데이터로서 활용되기 이전에 검출결과가 소명할 가능성이 크다.
즉, 적색램프(R)는, 가부하시에 단위전지(B1∼Bn)에 과방전 상태가 생기고, 제1설정치 이하까지, 전압이 저하한 단위전지(B1∼Bn)에 관하여는, 단자전압이 재차 상승하여도 적색 램프가 계속해서 점등한다. 그후, 전압이 다시 상승하고, 제2설정치에 도달하면 녹색 램프(G)가 점등하지만, 이때도 적색램프는 점등된 채로 있다. 또한 무선송신기(TX)에 보내는 데이터에 관하여는, 1회만 보내는 것으로 한다.
도 19는, 본발명 제1실시예의 제2설정치 검출부(TH2)의 동작을 표시하는 순서도이다. 도 19에 표시하는 순서도에서는, 가동시에, 먼저, 지금까지 유지하고 있던 데이터가 리세트된다(S41). 단위전지(B1∼Bn)의 각각 전압치를 검출하고 (S42), 제2 설정치 이상의 전압치를 검출했을때에는(S43), 그 결과를 유지하고(S44), 녹색램프(G)를 점등하고, 무선송신기(TX)에 데이터를 송신한다(S45).
녹색램프(G)는, 단위전지(B1∼Bn)의 단자전압이 제2설정치를 초과했을때 점등한다. 녹색램프(G)도 이 예에서는 점등을 유지한다. 녹색램프(G)는 단위전지(B1∼Bn)에 과충전상태가 생긴 경우에 점등한다. 그후 방전을 행하고, 과충전상태가 해제되어도 녹색램프(G)는 점등을 유지한다. 또한, 무선송신기(TX)에 보내는 데이터에 관하여는, 1회만 보내기로 한다.
이 적색 램프(11)및 녹색 램프(G)는 본 발명과는 직접 관계가 없지만. 이에 따라 운전자 또는 관리자는, 본 장치를 탑재한 자동차가 업무를 종료한 후에, 단위전지(B1∼Bn)의 상황을 적색램프(R)및 녹색램프(G)의 점등에 대하여 파악할 수가 있다. 특히 어느 단위전지(B1)에 열화가 진행되면, 그 단위전지(B1)의 적색램프 및 녹색램프(G)가 다른 단위전지에 앞서 점등하기 쉽게 되는 경향이 생기기 때문에, 관리자는, 적색 램프 및 녹색 램프(G)가 점등한 단위 전지(B1)에 관하여 점검을 행함에 따라서, 효율적으로 점검을 실시할 수 있다.
다음에, 본발명 제3실시예에 있어서의 프로그램 처리회로(P)에 의한 동작을 도 20 내지 도 22를 참조하여 설명한다. 도 20은 본발명 제 3실시예에 있어서의 프로그램 처리회로의 제1설정치 검출에 관련한 동작의 흐름을 표시하는 순서도이다. 프로그램 처리회로(P)에 제1설정치 검출의 정보가 입력되면(S51), 제1설정치가 검출된 단위전지의 개수가 역치 이상인가의 여부를 판정한다(S52). 역치 이상이면, 충전요 표시를 표시기(M)에 출력한다(S53). 표시기(M)는 운전석에 설치된 액정 표시판이다.
즉, 복수의 단위전지(B)에는, 이미 설명한 바와같이 성능의 편차가 있고, 열화가 진행되고 있는 단위 전지(B1)가 다른 단위전지(B)에 비교하여 조기에 제1설정치까지 전압이 강하하는것이 알려져 있지만, 전체의 단위 전지수로 봐서 큰 비율의 개수의 단위전지(B)가 제1설정치까지 전압이 강하하면, 전체적으로 충전이 필요한 상황이라고 판단할수가 있다. 프로그램 처리회로(P)는 이 취지의 정보를 운전자 또는 관리자에게 통지하기 위한 표시를 표시기(M)에 출력한다.
도 21은 본발명 제3실시예에 있어서의 프로그램 처리회로의 제2설정치 검출에 관련한 동작의 흐름을 표시하는 순서도이다. 프로그램 처리회로(P)에 제2설정치 검출의 정보가 입력되면(S61), 제2 설정치가 검출된 단위전지의 개수가 역치이상인가의 여부를 판정한다(S62). 역치 이상이면, 방전요 표시를 표시기(M)에 출력한다(S63).
즉, 전체의 단위 전지수로 봐서 큰 비율의 개수의 단위전지(B)가 제2설정치까지 전압이 상승하고 있으면, 전체적으로 충전이 완료했다고 판단할 수가 있다. 프로그램 처리회로(P)는 이 취지의 정보를 운전자 또는 관리자에게 통지하기 위한 표시를 표시기(M)에 출력한다.
이 표시기(M)의 출력은, 단순히 운전석에 표시하여 운전자의 적절한 운전을 촉구할뿐 아니라, 도 12에 표시하는 CPU(12)에 부여하여, 제어상태를 변경하도록 이용할수가 있다. 즉, 전지의 충전량이 적을 때에는 가속시의 내연기관(1)의 분담 비율을 많게 하고, 전지의 충전량이 클때에는 가속시의 전동기의 분담비율을 많이 하도록 제어한다. 또, 전지의 충전량이 적을 때에는 감속시의 회생제동의 분담비율을 많이하여 제동에너지를 많이 전지를 회생시키고, 전지의 충전량이 많을 때에는 감속시의 회생제동의 분담비율을 많이하여 마찰제동에 의하여 에너지를 소산시키도록 제어한다.
도 22는, 본발명 제3실시예에 있어서의 프로그램 처리회로(P)의 다른 제2설정치 검출에 관련한 동작의 흐름을 표시하는 순서도이다. 프로그램 처리회로(P)에 제2설정치 검출의 정보가 입력되면(S71), 그 검출시각을 기록한다(S72). 더욱이, 복수의 단위전지(B)에 관하여 그 제2설정치 검출시각의 편차를 검출한다(S73). 그 편차가 다른 대다수의 단위전지(B)가 포함되어 있는 평균적인 편차 범위를 역치 이상의 크기로 이탈하고 있는 단위전지(B1)가 있으면(574). 그 단위전지(B1)에 관하여 전지열화표시를 행한다(S75).
즉, 도 17에 표시한 바와같이, 열화가 진행된 전지는, 열화되어 있지 않는 전지에 비교하면 충방전 시간이 일반적으로 빠르다. 그래서 다른 전지와 비교하여 특히 충전완료시간이 빠른것에 착안함에 따라, 열화가 진행되고 있는 전지를 추출할수가 있다. 본 발명에서는, 제2설정치의 검출 타이밍을 기록함으로써 충전완료 시각을 검출할수 있기 때문에, 이것을 이용하여, 다른 전지보다 더 현저하게 충전완료 시간이 빠른것을 표시기(M)에 표시시킴으로써 운전자 혹은 관리자에 특정의 열화전지를 통지할수있다.
본발명 제3실시예의 단위전지(B)의 외관예를 도 23 및 도 24에 표시한다. 도 23은 본발명 제3실시예에 있어서의 단위전지(B)엔 무선송신기 내장 전지센서(TXVD)의 장치를 설명하는 도, 도 24는 본발명 제3실시예에 있어서의 단위전지(B)에 무선송신기 내장 전기센서(TXVD)를 장치한 상태를 표시하는 도이다. 단위전지(B)의 상부에 무선송신기 내장 전지센서(TXVD)와 전환회로(SW)가 접속구(22)에 의하여 단자(21a) 및 (21b)에 접속되고, 브래킷(11)에 의하여 단위전지(B)의 케이스에 고정된다.
본발명 제3실시예의 단위전지(B)의 자동차에서 탑재상태를 도 25에 표시한다. 복수의 단위전지(B)는 배터리 캐리어(31)에 집중적으로 탑재하고, 개폐문짝(32)의 안쪽에 설치되어 있는 전지실에 수납된다. 배터리 캐리어(31)를 인출함으로써 운전자 또는 관리자는 단위전지(B)를 점검할 수가 있다. 또, 개폐문짝(32)에 인접하여 수신기(RX')및 표시기(M')를 설치하고, 단위전지(B)의 상황을 배터리 캐리어(31)를 인출하지 않고 점검할수 있다.
본발명 제3실시예의 표시기(M)의 설치예를 도 26 및 도 27에 표시한다. 도 26에 표시한 바와같이, 전지실에 장치된 무선수신기(RX'), 표시기(M')및 안테나 케이블(24)을 통하여 운전석에 장치된 무선수신기(RX'), 표시기(M)에 의하여 운전자 또는 관리자는 단위전지(B)의 상황을 전지실을 열지 않고 파악할 수 있다.
이에 따라, 단위전지(B)의 관리를 간단하고 또한 신속하게 행할수가 있다. 특히, 도 27에 표시하는 바와같이 운전석에 설치된 표시기(M)에 의하면, 운전자는 운전을 하면서 충전 및 방전의 필요 여부를 파악하고, 더욱이 단위전지(B)의 열화상황을 파악할수가 있다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 보수점검을 용이하게 하고, 전지의 사용 수명을 증대시킬수 있음과 동시에, 전지의 보수를 간단화할수가 있다. 또, 본 발명에 의하면, 보수자가 전지의 활전부에 손대지 않고 측정을 행할수가 있다. 더욱이, 전지를 사용하고 있는 상태에서 전지의 열화상태를 알수가 있다. 즉 전기 자동차에 탑재한 전지의 상태를 자동차가 주행하는 상태에서 검출할수가 있다.
(제4 실시예)
본발명 제4 실시예를 도 28 내지 도 29를 참조하여 설명한다. 도 28은 본 발명 제4실시예 전체구성을 표시하는 블록도이다. 본발명 제4실시예는 전류측 정부(CD)를 설치함으로써, 전압 및 전류의 두개의 파라미터에 의하여, 더욱 상세한 관리를 행할것을 목적으로 한다. 본발명 제4 실시예에서는, 단위전지(B1∼Bn)가 전기적으로 직렬접속이기 때문에, 전류측정부(CD)는 이 직렬접속된 회로에 하나만을 설치하였다. 이 실시예에서는 직렬접속된 회로를 절단하지 않고 전류통로에 접근시켜서 홀 소자를 설치함으로써 측정하는 것은 사용하였다. 이에따라, 전압 및 전류를 측정함에 따라서 단위전지(B1∼Bn)의 열화상태를 검출할수가 있다.
먼저, 단위전지(B1∼Bn)에 있어서의 방전특성과 열화와의 관계를 도 29 및 도 30에 표시한다. 도 29 및 도 30은 전지의 특성을 모식적으로 표시한 도이다. 도 29는 본발명 제4실시예에 있어서의 단위 전지(B1∼Bn)의 방전특성과 열화와의 관계를 표시하는 도이고, 가로축에 방전전류(A)를 잡고, 세로축에 전압(V)을 잡는다. 도 30은 본발명 제4실시예에 있어서의 단위전지(B1∼Bn)의 충전특성과 열화와의 관계를 표시한 도이고, 가로축에 충전전류(A)를 잡고, 세로축에 전압(V)을 잡는다. 도 29에 표시한 바와같이, 열화가 진행됨에 따라서 방전전류의 증가에 수반하여 전압강하가 커진다. 도 30에 표시한 바와같이, 열화가 진행됨에 따라서 충전전류의 증가에 수반하여 전압상승이 커진다. 즉 열화가 진행된 단위전지는, 그 축전용량이 감소하고 있다.
프로그램 처리 회로(P)는, 도 29 및 도 30에 표시한 충방전 특성과 열화와의 관계를 기억하는 메모리를 비치하고, 무선신호로 송신되어오는 제1설정치 또는 제2설정치와, 그때의 전류치와의 관계에서 단위전지(B1∼Bn)의 열화상태를 검출할수가 있다. 그 검출결과를 표시기(M)에 「단위전지(Bi)열화 1」「단위전지 Bj 열화2」「단위전지 Bm 교환요」등으로 표시한다.
단위전지(B)의 실제장치, 표시기(M)의 배치는 제3 실시예와 마찬가지로 행해진다.
(제5 실시예)
본발명 제5실시예를 도 31 및 도 32를 참조하여 설명한다. 도 31은 본발명 제5실시예의 예의 전체구성을 표시한 도, 도 32는 본발명 제5 실시예에 있어서의 전지센서의 구성을 표시하는 블록도이다. 본발명 제5 실시예는, 각 단위전지(B1∼Bn)마다에 온도센서(T1∼Tn)를 설치한것에 특징이 있다. 무선 송신기(TX)가 송신하는 데이터 신호에는, 본발명 제3실시예에서 설명한 전압정보와 함께 온도센서(T)에 의하여 측정된 온도정도가 포함되어 있다.
프로그램 처리회로(P)는, 무선수신기(RX)를 통하여 송신된 이 전압정보 및 온도정보와, 전류측정부(CD)에 의한 전류정보를 따라서, 개개의 단위전지(B1∼Bn)의 열화상태를 검출할수가 있다. 즉, 본발명 제4 실시예에서 표시한 바와같이, 전압 및 전류의 정보를 도 29 및 도 30에 표시한 전압전류 특성과 비교함으로써, 열화상태를 검출할수가 있지만, 도 29 및 도 30에 표시하는 전압전류 특성에 있어서, 동등한 값을 나타내는 복수의 단위전지가 존재할때, 온도정보를 참조하고, 온도가 다른 단위전지 보다 더 높은 단위 전지를 열화가 특히 진행된 단위전지로서 특정할수 가 있다. 그 검출결과를 표시기(M)에 「단위전지 Bi 열화1」「단위전지 Bj 열화2」「단위전지 Bm 교환요」등으로 표시한다.
본발명 제5 실시예의 경우도, 단위전지(B)의 실제장치, 표시기(M)의 배치는 제3실시예와 마찬가지로 행하여진다.
본 발명의 제1의 관점은, 차채전지의 제어장치이고. 그 특징으로 하는것은, 차량의 구동장치에 연결된 다상 교류 회전기와, 차량에 탑재된 전지와 이 다상교류 회전기와의 사이에 설치되고 교류직류 혹은 직류교류 변환을 행하는 인버터 회로와 이 인버터 회로를 제어하는 프로그램 제어회로를 구비하고, 상기 전지에 관하여 방전시의 전류전압 및 충전시의 전류전압을 측정하는 수단을 구비하고, 상기 프로그램 제어회로는 상기 수단에 의하여 측정된 전압전류의 정보에 의거하여, 상기 전지에 상기 인버터 회로를 통하여 행하는 충전전류 및 또는 방전전류의 제어를 행하는 수단을 포함하는 것에 있다.
이에 따라서, 전압치 및 전류치의 쌍방을 가미한 섬세한 충전전류 및 또는 방전전류의 제어를 행할수가 있다.
상기 프로그램 제어 회로에는, 방전시의 전류전압(방전 Ⅳ 특성)및 충전시의 전류전압(충전 Ⅳ 특성)에 관하여서의 정보를 유지하는 메모리 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
이 메모리 수단에는, 전지를 실측하여 얻은 데이터에 의거한 방전 Ⅳ 특성 및 충전 Ⅳ 특성이 유지되고, 이 특성과 현재의 전압치 및 전류치를 비교하면서 충전전류 및 또는 방전전류의 제어를 행할수가 있다.
상기 전지에 단위전지의 단자 전압을 검출하는 전지 센서를 설치하고, 이 전지 센서의 검출출력을 상기 프로그램 제어회로에 받아들이고, 이 프로그램 제어 회로에는, 이 단위전지의 단자전압 정보에 따라서 충전시 및 또는 방전시의 전류를 가감하는 수단을 포함하는 구성으로 할수가 있다.
개개의 단위전지의 단자 전압치를 검출하는 전지센서를 구비함에 따라서, 프로그램 제어회로는 개개의 단위전지의 열화상황을 파악할수가 있다. 복수의 단위 전지가운데 가상 열화가 진행하고 있는 단위전지에 맞춰서 충전종료 전압치 또는 방전 종료 전압치를 설정함으로써, 열화가 진행되고 있는 단위 전지만이 가속도적으로 현상 이상의 열화를 진행하는것을 회피할 수 있다.
본 발명의 제2의 관점은 차재 전지의 정보전달장치이고, 그 특징으로 하는 것은, 단위전지에, 그 단위전지의 전압정보를 포함하는 정보를 검출하는 센서와, 그 센서출력에 의하여 변조된 무선신호를 송신하는 송신기 등이 각각 장치되어. 전지실 또는 그 근방에 그 무선신호를 수신하는 수신기가 배치되고. 그 수신기에 대하여 상기 단위전지에 관하여 개별의 정보가 수신될수 있는 곳에 있다. 이에따라, 고압전지를 관리하기 위한 정보를 고압전지에 직접 접촉하지 않고 얻을수가 있다.
전기 무선신호는 단위전지 마다에 각각 설정된 식별부호를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 복수의 단위전지에서 도래하는 무선신호중에서 개개의 단위전지의 정보를 꺼낼수가 있다.
단위 전지의 전류정보를 포함하는 정보를 검출하는 전류센서를 구비한 구성으로 할수가 있다. 이에 따라 전압치에 더하여 전류치도 가미한 정보를 얻을수가 있기 때문에, 더욱이, 상세한 관리 데이터를 얻을수가 있다.
또, 단위전지의 온도정보를 포함한 정보를 검출하는 온도센서를 구비한 구성으로 할수도 있다. 이에따라 전압치 및 전류치에 더하여 더욱 온도정보도 가미한 정보를 얻을수가 있기때문에, 더욱 상세한 관리데이터를 얻을수가 있다.
상기 정보를 처리하는 프로그램 제어회로를 구비한 구성으로 할수도 있다. 이에따라, 얻어진 정보를 가공한 형태로 순간적으로 상황을 파악할수 있도록 표시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 차량의 구동장치에 연결된 다상교류 회전기와, 차량에 탑재된 전지와 이 다상교류 회전기의 사이에 설치되어 교류직류 또는 직류교류 변환을 행하는 인버터회로와, 이 인버터 회로를 제어하는 프로그램 제어회로를 구비하고,
    상기 전지에 관하여 단위전지마다 방전시의 전류전압 및 충전시의 전류전압을 측정하는 수단을 구비하고,
    상기 프로그램 제어회로는, 상기 측정하는 수단에 의하여 측정된 전압전류의 정보에 의거하여 상기 인버터회로를 통하여 행하는 충전전류 및 방전전류를 열화가 가장 진행된 단위전지를 기준으로 하여 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로그램 제어회로에는, 방전시의 전류전압(방전 IV특성)및 충전시의 전류전압(충전 IV특성)에 관한 정보를 유지하는 메모리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지에 단위전지의 단자전압을 검출하는 전지센서가 설치되어, 이 전지센서의 검출 출력이 상기 프로그램 제어회로에 들어가고, 이 프로그램 제어회로에는, 이 단위전지의 단자 전압정보에 따라서 충전시 및/또는 방전시의 전류를 가감하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 단위전지는, 상기 전지센서와, 이 전지 센서의 출력에 의하여 변조된 무선신호를 송신하는 송신기 등이 각각 장치되어, 상기 단위전지를 수용하는 전지실 또는 그 근방에 그 무선신호를 수신하는 수신기가 배치되고, 그 수신기에 대하여 상기 단위전지에 관하여 개별의 정보가 수신되는 것을 특징으로 하는 차재 전지의 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 무선신호는, 단위전지마다에 각각 설정된 식별부호를 포함하는 것을 특징으로하는 차재전지의 제어장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 전지센서는 단위전지의 전류정보를 포함하는 정보를 검출하는 전류센서를 포함하는 것을 특징으로하는 차재전지의 제어장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 전지센서는 단위전지의 온도정보를 포함하는 정보를 검출하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 차재전지의 제어장치.
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