KR101025145B1 - 배터리 상태 진단 장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 배터리 상태 진단 장치는, 점화 스위치 (80) 가 턴오프된 이후 소정의 시간이 경과한 때에 전력 조타 장치 (1) 의 전기 모터 (15) 에 전기를 서서히 공급한다. 장치는 전기 공급량 및 이에 따라 변동되는 검출된 배터리 전압에 기초하여 배터리 (60) 의 열화된 상태를 진단한다. 전기 모터 (15) 는 브러시없는 DC 모터일 수도 있다. 이러한 경우에, d-q 좌표 시스템에서의 d-축 전기자 전류 Id 만이 흐르도록 전기 모터 (15) 에 전류가 공급되고, 이에 의해 전기 모터 (15) 가 회전하는 것이 방지되어, 안전이 확보된다. 따라서, 배터리 상태는 차량의 상태를 변경하지 않고 전기 모터에 전기를 공급함으로써 정확히 진단될 수 있다.
Figure R1020087011288
배터리 진단 장치, 전기 모터, 전자 제어 장치, 점화 스위치

Description

배터리 상태 진단 장치{BATTERY CONDITION DIAGNOSIS APPARATUS}
본 발명은 차량에 제공된 복수의 전기 제어 시스템에 전력을 공급하는 배터리의 상태를 진단하기 위한 배터리 상태 진단 장치에 관한 것이다.
종래, 전력 조타 장치는 차량에 탑재된 배터리로부터 전력이 공급되는 전기 제어 시스템의 일 예로서 알려져 왔다. 조타 휠의 동작 상태에 따라 전기 모터에 공급되는 전기량을 제어하여 이에 의해 조타 토크를 부여하는 이 전력 조타 장치는 상당히 많은 양의 전력을 소비한다. 따라서, 배터리의 용량이 낮은 경우 (이후, "열화"로 지칭), 조타 토크를 발생시키는 전기 모터에 공급되는 전기량에 대해 제한이 부과되고, 그 결과 모터가 소정의 조타 토크를 발생시키는 것을 실패할 수도 있으며, 동시에 동작하는 다른 전기 제어 시스템에 공급되는 전압의 강하가 발생할 수도 있다.
따라서, 이러한 상황이 발생하기 전에 배터리의 열화를 검출하고 운전자에게 배터리 교환을 촉구하는 것이 중요하다.
차량에 탑재된 배터리의 열화를 검출하는 장치는, 예를 들어, JP2000-190793A 에서 개시된다. 개시된 장치는, 시작 키의 삽입을 검출하는 키 스위치의 턴온과 엔진을 시작하는 점화 스위치의 턴온 사이의 기간 동안에 배터리로부터 소정의 로드까지 전류가 공급되고, 그 때의 배터리 전압의 변화에 기초하여 배터리 상태가 진단되도록 구성된다.
또한, JP2005-28900A 에서 개시된 장치는 휠을 조타하는 2 개의 전기 모터를 포함하고, 배터리로부터 전기 모터로 통전류가 공급되는 경우에 배터리 단자 전압의 강하에 기초하여 배터리 상태를 진단한다.
발명의 개시
그러나, JP2000-190793A 에 기재된 장치의 경우에, 키 스위치의 턴온과 점화 스위치의 턴온 사이의 기간이 짧기 때문에, 정확한 진단이 수행될 수 없다. 따라서, 배터리 교체가 촉구되는 타이밍이 부적절하게, 즉, 너무 빠르거나 너무 늦게 된다. 또한, 배터리의 진단 결과가 전력 조타 장치의 동작을 제한하는데 이용되는 경우에, 전기 모터에 공급되는 전기량에 대한 제한은 과도하게 되고, 그 결과 충분한 조타 토크가 획득될 수 없거나, 또는 공급되는 전기량에 대한 제한이 불충분하게 되고, 그 결과 배터리 전압이 급격히 강하하며, 이는 다른 전기 제어 시스템의 동작에 악영향을 준다.
또한, JP2005-28900A 에 개시된 장치에 있어서, 배터리 상태의 진단 중에 휠의 조타를 방지하기 위해, 2개의 모터 중 하나의 모터는 우측 조타 방향으로 구동되고, 다른 하나의 모터는 좌측 조타 방향으로 구동된다. 따라서, 배터리 진단을 수행하기 위해 2개의 독립적인 전기 모터가 요구되고, 개시된 장치는 이러한 구성을 가지지 않는 일반적인 시스템에 적용될 수 없다.
본 발명은 상술한 문제를 대처하도록 달성되었으며, 본 발명의 목적은 배터리의 상태를 정확히 진단할 수 있고, 차량의 차량 상태 제어 장치가 복수의 전기 모터를 포함하지 않는 경우에도 차량의 상태를 변동시키지 않고 전기 모터에 전기를 공급함으로써 배터리의 상태를 진단할 수 있는 배터리 상태 진단 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 차량에 제공된 복수의 전기 제어 시스템에 전력을 공급하는 배터리의 상태를 진단하는 배터리 상태 진단 장치를 제공하며, 장치는 점화 스위치가 턴오프된 이후 소정의 시간이 경과한 때에 복수의 전기 제어 시스템 중 특정한 하나에 소정의 방식으로 전기를 공급하는 통전 수단; 특정한 전기 제어 시스템을 통해 흐르는 전류량을 전기 공급량으로서 검출하는 전기 공급량 검출 수단; 통전 수단이 특정한 전기 제어 시스템에 전기를 공급하는 경우에 배터리의 전압 변동을 검출하는 전압 변동 검출 수단; 및 검출된 전기 공급량 및 검출된 배터리의 전압 변동에 기초하여 배터리의 상태를 진단하는 배터리 상태 진단 수단을 포함한다.
상술한 대로 구성된 본 발명의 배터리 상태 진단 장치에 따르면, 점화 스위치를 턴오프함으로써 다양한 전기 제어 시스템으로의 전력 공급이 정지된 후에 통전 수단에 의해 특정한 전기 제어 시스템으로 전기가 공급되고, 그 때의 전기 공급량 및 배터리 전압 변동에 기초하여 배터리의 상태가 진단된다. 따라서, 배터리 진단은 나머지 전기 제어 시스템의 동작에 의해 악영향을 받지 않고, 진단에 충분히 긴 시간이 사용될 수 있으므로, 정확한 진단 결과가 획득될 수 있다.
통전 수단은 점화 스위치가 턴오픈된 이후 소정의 시간이 경과한 때에 특정한 전기 제어 시스템의 전기 액추에이터와 같은 전기 부하에 전기가 공급되도록 구성될 수도 있다.
특히, 점화 스위치가 턴오프된 이후 소정 시간이 경과하는지 여부에 관한 결정은 타이머의 사용에 의한 시간 경과를 측정함으로써, 또는 특정 물리 현상을 검출함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 엔진의 주변 온도가 소정의 온도로 감소한 것을 검출함으로써 소정의 시간이 경과한 것으로 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은 통전 수단이 특정한 전기 제어 시스템에 공급되는 전기량을 서서히 증가시킨다는데 있다.
이러한 구성에 의해, 특정한 전기 제어 시스템에 공급되는 전기량은 서서히 증가하며, 이에 의해 배터리 전압의 갑작스런 강하와 같은 문제가 방지될 수 있다. 즉, 배터리가 상당히 열화된 경우, 소정의 방식으로 전기 공급 시에 배터리 전압은 급격히 강하하고, 차량의 전시간 전기 공급 시스템은 실패할 수도 있다. 본 발명의 장치는 이러한 문제의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 특정한 전기 제어 시스템이 조타될 조타가능 휠에 소정의 조타 토크를 부여하는 전기 모터, 및 전류 센서에 의해 전기 모터로 공급되는 전기량을 검출하는 동안에 조타 휠의 동작 상태에 따라 전기 모터를 제어하는 모터 제어 수단을 포함하는 전력 조타 장치인데 있다.
일반적으로, 전력 조타 장치는 전기 모터에 공급되는 전기량을 검출하는 전류 센서 (전기 공급량 검출 수단) 를 포함한다. 따라서, 전류 센서를 효과적으로 이용하여 배터리 상태가 진단될 수 있다. 따라서, 특별한 전류 센서의 추가적인 제공이 필요하지 않고, 배터리 상태가 저비용으로 진단될 수 있다.
또한, 전력 조타 장치에 있어서, 많은 양의 전기가 전기 모터에 공급된다. 따라서, 배터리 진단 시에도, 통전류가 전기 모터로 공급될 수 있으며, 이에 의해 배터리 진단이 충분한 정도로 수행될 수 있다. 즉, 배터리 진단을 수행하기 위해, 통전류가 배터리로부터 취해져야 한다. 이러한 관점에서, 전력 조타 장치가 통전류를 전기 모터에 공급하여 동작하도록 설계되기 때문에, 전력 조타 장치는 배터리 진단에 대한 최적의 부하이다.
본 발명의 다른 특징은 전기 모터가 브러시리스 (brushless) DC 모터인데 있으며; 모터 제어 수단은, 브러시리스 DC 모터의 회전자의 영구 자석에 의해 생성된 자속의 작용축인 d-축과, d-축에 직교한 q-축으로 구성된 d-q 좌표 시스템에서 d-축 전기자 전류만이 흐르고, q-축 전기자 전류가 흐르지 않도록, 배터리 상태 진단 시에 모터에 전기를 공급하도록 통전 수단의 역할을 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 장치에 따르면, 배터리 상태가 진단되는 경우, 모터 제어 수단은, 브러시리스 DC 모터의 d-q 좌표 시스템에서의 d-축 전기자 전류가 흘러서, 회전 토크가 발생하지 않도록, 브러시리스 DC 모터에 전기를 공급한다.
일반적으로, 영구 자석 동기식 모터 형태인 브러시리스 DC 모터의 토크는 d-q 좌표 시스템에서의 전기자-코일 자속 쇄교수 (flux linkage) 와 q-축 전기자 전류의 곱에 비례하고, d-축 전기자 전류에 영향을 받지 않는다.
전기 모터가 배터리 진단 시에 회전하지 않으므로, 조타 토크가 발생하지 않아, 조타 휠이 회전하지 않는다. 따라서, 배터리 상태가 운전자의 안전을 확보하면서 진단될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 모터 제어 수단이 전기 모터에 전기를 단속적으로 (intermittently) 공급하는 데에 있다. 이 구성은 배터리의 전력 소비를 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 특징은 모터 제어 수단이 전기 모터에 전기를 연속적으로 공급하는데 있다. 즉, 전기 모터를 통해 흐르는 전류가 소정의 레벨에 도달하도록, 통전 수단은 단일 통전 동작에서 공급되는 전기량을 서서히 증가시킨다. 이러한 구성에 의해, 통전 시간이 증가하므로, 화학 반응이 배터리 내에서 충분한 정도로 일어나서, 이에 의해 배터리 진단의 정확도가 개선된다. 또한, 배터리 상태가 배터리가 실제로 이용되는 환경에 가까운 상태 하에서 진단되므로, 진단의 정확도가 개선된다.
본 발명의 다른 특징은 배터리 상태 진단 시에 배터리의 전압 변동을 나타내는 배터리 전압 변동 데이터를 저장하는 저장 수단, 및 저장된 과거 배터리 전압 변동 데이터 및 현재 진단 시의 배터리의 전압 변동에 기초하여 배터리의 상태를 진단하는 배터리 상태 진단 수단을 제공하는데 있다.
이러한 구성에 의하면, 실제로 이용되는 배터리에 적절한 방식으로 열화된 조건이 진단될 수 있다. 즉, 배터리가 배터리 특징의 관점에서 개별적인 차이를 가지므로, 배터리 중에서 균일하게 결정된 배터리 전압 변동 기준 값을 기초로 한 진단은 바람직하지 않다. 따라서, 현재 이용되는 배터리의 상태는 배터리의 저장된 과거 배터리 전압 변동 데이터와 현재 진단 시의 배터리의 전압 변동을 비교하여 적절히 진단될 수 있다.
예를 들어, 과거 진단 중에 측정된 배터리 전압 검출값 중 가장 높은 값이 배터리의 초기 상태 (즉, 배터리가 새 것인 경우) 에서의 전압 검출값으로서 저장되고, 초기 상태에서의 전압 검출값은 이 시점에서 측정된 전압 검출값과 비교된다. 이 동작은 배터리의 초기 상태에 관련된 현재의 열화된 상태를 진단하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 특징은 진단된 배터리 상태에 기초하여 전력 조타 장치의 전기 모터에 공급될 수 있는 상한 (upper limit) 전류를 결정하는 상한 전류 결정 수단을 제공하는데 있다.
이러한 구성에 의하면, 상한 전류가 배터리 상태의 정확한 진단에 의해 적절히 설정되므로, 전기 모터에 공급되는 전기량에 대한 과도한 제한이 방지되고, 적절한 조타 조력 토크가 획득될 수 있다. 또한, 전기 모터에 공급되는 상한 전류가 과도하게 높은 레벨로 설정되는 것이 방지되며, 그렇지 않으면 다른 전기 제어 시스템에 공급된 전력량을 과도하게 억제하게 된다. 그 결과, 균형잡힌 방식으로 전기 제어 시스템에 배터리의 한정된 전력이 분배될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 점화 스위치의 턴오프 동작과 점화 스위치의 다음 턴온 동작 사이의 기간이 소정의 시간을 초과하는 경우에 이전 시간까지 수행되는 배터리 상태 진단의 결과가 무효화된다는데 있다.
예를 들어, 차량이 6 개월 동안 이용되지 않는 경우, 시동 시의 배터리의 상태는 6 개월 전 상태와 많이 변동되었으므로, 바로 이전 시간까지의 배터리 전압 변동 데이터는 무시된다. 따라서, 전력 조타 장치의 전기 모터의 상한 전류를 제한하는 것을 피하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 다른 특징은, 통전 수단이 특정 전기 제어 시스템에 전기를 공급하기 전에 배터리 전압을 검출하는 통전전 전압 검출 수단; 및 전기 공급 이전의 배터리 전압이 기준 전압 이상인 경우에만 통전 수단에 의한 전기 공급을 허가하여, 이에 의해 배터리 상태의 진단을 개시하는 통전 진단 허가 수단을 제공하는데 있다.
이러한 구성에 의해, 진단 없이 열화되었다고 결정될 수 있는 배터리, 즉, 통전 이전에도 기준 전압보다 전압이 낮은 배터리의 경우, 진단이 중단될 수 있다. 따라서, 배터리의 잔여 용량이 더 감소되는 것을 방지하는 것이 가능하며, 그렇지 않으면 진단을 위한 통전으로 인해 발생하게 된다.
본 발명의 다른 특징은, 통전 수단에 의해 전기 공급 시에 진단이 개시된 후에, 배터리 전압이 진단 도중에 소정의 전압보다 낮아지는 경우, 배터리 상태 진단 수단은 통전 수단에 의한 전기 공급을 정지하고, 진단을 종료한다는 데 있다.
이러한 구성에 의해, 배터리 전압이 진단 도중에 소정의 전압보다 더 낮아지는 경우에, 배터리는 열화된 상태에 있다고 결정되고, 또한 통전이 수행되지 않는다. 따라서, 배터리의 잔여 용량이 더욱 감소되는 것을 방지하는 것이 가능하며, 그렇지 않으면 계속되는 통전으로 인해 발생하게 된다.
본 발명의 다른 특징은, 통전 수단에 의한 전기 공급 시에 진단을 개시한 후에, 배터리 전압이 전기 공급량에 따라 설정된 소정의 전압 이상인 경우, 배터리 상태 진단 수단은 배터리가 양호한 상태에 있다고 결정하고, 통전 수단에 의한 전기 공급을 정지하고, 진단을 종료하는 데 있다.
이러한 구성에 의해, 특정 전기 제어 시스템에의 전기 공급이 시작한 후에, 배터리 전압이 전기 공급량에 따라 설정된 소정의 전압 이상임이 확인되는 경우에, 배터리는 그 시점에서 양호한 상태에 있다고 결정되고, 진단은 종료된다. 따라서, 특정 전기 제어 시스템에의 과도한 전기 공급이 방지되고, 진단과 관련된 배터리의 전력의 소비가 억제될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은 점화 키의 삽입 및 제거를 검출하는 키 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여, 점화 키가 제거되었음을 확인한 후에 모터 제어 수단이 전력 조타 장치의 전기 모터에 전기를 공급한다는데 있다.
점화 키가 제거되는 경우, 조타 휠은 로크된다. 따라서, 배터리 진단 중에 전기 모터에 전기가 공급되는 경우에도, 조타 휠은 회전하지 않고, 사람이 운전자의 좌석에 앉더라도 안전이 확보될 수 있다. 또한, 조타 휠이 운전자에 의해 조타되지 않으므로, 전기 모터로부터 재생 전력이 발생하지 않아서, 배터리 진단의 결과는 정확하게 된다.
또한, 본 발명은, 전기 모터와 전기 모터를 구동 및 제어하는 모터 제어 수단을 포함하고 차량의 상태를 제어하도록 구성된 차량-상태 제어 수단, 및 차량-상태 제어 수단에 전력을 공급하는 배터리를 포함하는 차량의 배터리 상태 진단 장치를 제공하며, 상기 배터리 상태 진단 장치는 배터리로부터 전기 모터로 전기가 공급되는 경우에 배터리의 전압 변화를 기초로 배터리의 상태를 진단한다. 배터리 상태 진단 장치는, 전기 모터가 브러시리스 DC 모터로 구성되는 것을 특징으로 하고, 모터 제어 수단은 브러시리스 DC 모터의 회전자의 영구 자석에 의해 생성되는 자속의 작용축인 d-축과, d-축에 직교하는 q-축으로 구성된 d-q 좌표 시스템에서 d-축 전기자 전류만 흐르고 q-축 전기자 전류가 흐르지 않도록 배터리 상태 진단 시에 전기 모터에 전기를 공급하는 d-축 통전 제어 수단을 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 장치에 따르면, 배터리 상태가 진단되는 경우, d-축 통전 제어 수단은 브러시리스 DC 모터의 d-q 좌표 시스템에서의 d-축 전기자 전류만이 흐르도록 브러시리스 DC 모터를 통전시키고, 따라서, 회전 토크가 발생하지 않는다.
일반적으로, 영구 자석 동기 모터 형태의 브러시리스 DC 모터의 토크는 d-q 좌표 시스템에서의 전기자-코일 자속 쇄교수와 q-축 전기자 전류의 곱에 비례하고, d-축 전기자 전류에 영향을 받지 않는다.
따라서, 브러시리스 DC 모터의 d-축 전기자 전류가 흐르도록 수행되는 통전에 의해, 차량 상태를 변경하지 않고 배터리로부터 전류가 취해질 수 있다. 배터리 상태 진단 장치는 그 때의 배터리 전압의 변동에 기초하여 배터리의 상태를 진단한다.
그 결과, 종래 장치에서와 같이 복수의 전기 모터를 조합하여 통전할 필요성 없이, 차량 상태를 변경하지 않고 배터리로부터 전류를 취하고 배터리 상태를 진단하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 배터리 상태 진단 장치는 높은 정도의 다목적성을 가진다.
예를 들어, 브러시리스 DC 모터가 3상 동기식 영구 자석 모터로 구성되는 경우에, 바람직하게는, d-축 통전 제어 수단은 d-q 좌표 시스템에서의 2상 지령 전류 (Id*, Iq*) 를 3상 전기자 전류 (Iu, Iv, Iw) 로 변환하는 2상/3상 변환 수단; 및 모터에 공급될 전류의 위상을 결정하는 모터 회전각 (자석 위치) 검출 수단을 포함한다.
또한, 바람직하게는, 배터리 상태의 진단은 배터리로부터 전기 모터로 공급되는 전기 (전류) 량 및 그 때의 배터리 전압의 측정값에 기초하여 수행된다.
본 발명의 다른 특징은, d-축 통전 제어 수단은 d-축 전기자 전류를 소정의 상한 전류값 이하로 제한하는데 있다.
브러시리스 DC 모터의 경우에, 과도하게 큰 d-축 전기자 전류가 흐르는 경우에, 회전자에 제공되는 영구 자석은 감자된다 (demagnetized). 본 발명에 있어서, d-축 전기자 전류에 대해 상한이 설정되므로, 이러한 문제를 피할 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 측정 또는 추정을 통해 브러시리스 DC 모터의 온도를 검출하는 온도 검출 수단, 및 검출된 온도에 기초하여 상한 전류값을 설정하는 d-축 통전 제어 수단을 제공하는데 있다.
브러시리스 DC 모터의 회전자에 제공되는 영구 자석은 자성 재료의 종류에 따라 고온 또는 저온에서 감자되기 쉬운 특성이 있다. 예를 들어, 희토 자석은 고온에서 감자되기 쉽고, 페라이트 (ferrite) 자석은 저온에서 감자되기 쉽다. 이러한 점에서, 본 발명에 있어, 모터의 온도가 검출되고, 검출된 온도에 따라 d-축 전기자 전류의 상한이 설정된다. 따라서, 자석의 감자는 반드시 방지될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 차량 상태 제어 수단이 조타될 조타가능 휠에 소정의 조타력을 부여하도록 조타 휠의 동작 상태에 따라 브러시리스 DC 모터를 구동 및 제어하는 전력 조타 장치인 데에 있다.
전력 조타 장치에 있어서, 다량의 전기가 전기 모터에 공급된다. 따라서, 배터리 진단 시에도, 통전류가 전기 모터에 공급될 수 있고, 이에 의해 배터리 진단이 충분한 정도로 수행될 수 있다. 즉, 배터리 진단을 수행하기 위해, 통전류가 배터리로부터 취해져야 한다. 이러한 관점에서, 전력 조타 장치가 전기 모터에 통전류를 공급하여 동작하도록 설계되기 때문에, 전력 조타 장치는 배터리 진단에 대한 최적의 부하이다.
또한, 일반적으로, 전력 조타 장치는 전기 모터에 공급되는 전기량을 정확히 제어하는 전류 센서를 포함한다. 따라서, 배터리 상태는 전류 센서를 효과적으로 이용함으로써 진단될 수 있다. 따라서, 특별 전류 센서의 추가적인 설비가 필요하지 않고, 배터리 상태는 저비용으로 진단될 수 있다.
또한, 배터리 진단 중에 전기 모터에 전기가 공급되는 경우에도, 전기 모터는 회전하지 않는다. 따라서, 조타 토크가 발생하지 않고, 조타 휠이 회전하지 않는다. 그 결과, 배터리 상태는 운전자의 안전을 확보하면서 진단될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 배터리 상태 진단 장치를 갖춘 전력 조타 장치의 전체 구성을 도시한 다이어그램이다.
도 2 는 전력 조타 장치의 전력 공급 시스템을 주로 도시한 개략적 회로 다이어그램이다.
도 3 은 모터 제어부의 기능을 도시한 기능적 블록 다이어그램이다.
도 4 는 배터리 상태 진단 제어 루틴의 전체를 나타낸 흐름도이다.
도 5 는 진단 개시 상태 체크 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 6 은 진단시간 통전 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 7 은 배터리 상태 결정 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 8 은 점화 스위치가 턴오프된 후의 상태를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 9 는 공급 전류 및 배터리 전압의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10 은 공급 전류의 증가에 따른 배터리 전압의 변동을 나타낸 그래프이다.
도 11 은 최대 (상한) 보조 전류를 계산하는데 이용되는 맵을 나타낸 설명적인 다이어그램이다.
도 12 는 필수 보조 전류를 계산하는데 이용되는 맵을 나타낸 설명적인 다이어그램이다.
도 13 은 보조 제어 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 14 는 다른 실시형태에 따른 진단시간 모터 통전 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 15 는 공급 전류의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 16 은 d-축 전기자 전류 상한을 계산하는데 이용되는 맵을 나타낸 설명적인 다이어그램이다.
도 17 은 d-q 좌표 시스템을 나타낸 설명적인 다이어그램이다.
본 발명을 실시하기 위한 최상의 형태
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 상태 진단 장치를 갖춘 전력 조타 장치를 도면을 참조하여 이하 설명한다. 도 1 은 실시형태에 따른 전력 조타 장치를 개략적으로 나타낸다.
참조부호 1 로 표시한 이 전력 조타 장치는 조타될 조타가능 휠에 조타 보조력을 부여하는 조타 보조 메커니즘 (10); 및 조타 보조 메터니즘 (10) 의 전기 모터 (15) 를 구동 및 제어하는 보조 제어 장치 (30) 로 주로 구성된다.
조타 보조 메터니즘 (10) 은 조타 휠 (11) 의 회전 동작에 의해 야기되는 축 주위의 조타 샤프트 (12) 의 회전을 그 축에 따른 랙 바 (rack bar; 14) 의 운동으로 변환하여, 이에 의해 랙 바 (14) 의 축방향 운동에 따라 좌우 전면 휠 (FW1 및 FW2) 이 조타된다. 전기 모터 (15) 가 랙 바 (14) 에 조립된다. 전기 모터 (15) 는 그 회전에 의해 볼 스크류 메커니즘 (16) 을 통해 랙 바 (14) 를 축방향으로 구동하여, 이에 의해 조타 휠 (11) 의 회전 동작에 따라 이에 보조력을 부여한다. 회전각 센서 (17) 가 전기 모터 (15) 에 부착되고, 조타 토크 센서 (20) 가 조타 샤프트 (12) 의 하단부에 조립된다.
리졸버로 구성된 회전각 센서 (17) 는 전기 모터 (15) 의 회전각을 검출하고, 검출된 회전각을 나타내는 검출 신호를 출력한다. 조타 토크 센서 (20) 는 조타 샤프트 (12) 에 끼워지고 그 상단부 및 하단부가 조타 샤프트 (12) 에 접속된 비틀림 바 (torsion bar; 21), 및 비틀림 바 (21) 의 상단부 및 하단부 각각에 조립된 리졸버 (22 및 23) 로 구성된다. 리졸버 (22 및 23) 는 비틀림 바 (21) 의 상단부 및 하단부 각각의 회전각을 검출하고, 검출된 회전각을 나타내는 각각의 검출 신호를 출력한다.
보조 제어 장치 (30) 는 주요부가 마이크로컴퓨터로 구성되는 전자 제어 장치 (40), 및 전자 제어 장치 (40) 로부터의 제어 신호에 따라 전기 모터 (15) 를 구동 및 제어하는 모터 구동 회로 (50) 로 구성된다. 기능의 면에서, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 진단부 (41) 및 모터 제어부 (42) 를 포함한다.
모터 제어부 (42) 는 회전각 센서 (17), 조타 토크 센서 (20), 및 차량의 속도를 검출하는 차량 속도 센서 (28) 로부터의 검출 신호에 기초하여 전기 모터 (15) 에 공급되는 전기량을 결정하고, 소정의 조타 보조력을 발생시키도록 모터 구동부 (50) 를 제어한다. 또한, 모터 온도 센서 (18) 는 후술할 d-축 전기자 전류의 상한을 설정하도록 모터 제어부 (42) 에 접속된다.
한편, 배터리 진단부 (41) 는 모터 제어부 (42) 를 통해 전기 모터 (15) 에 전기를 공급하고 배터리 (60) 의 상태를 진단한다. 도어의 개구를 검출하는 도어 스위치 (door switch; 81), 도어의 로크된 상태를 검출하는 도어 록 스위치 (door lock switch; 82), 및 점화 키의 삽입 및 제거를 검출하는 키 스위치 (83) 가 진단 개시 조건으로서 차량의 상태를 체크하도록 배터리 진단부 (41) 에 접속된다. 또한, 운전자에게 진단 결과를 통보하는 통보 유닛 (29) 도 배터리 진단부 (41) 에 접속된다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 모터 구동 회로 (50) 는 3상 인버터 회로를 구성하고, 전기 모터 (15) 의 개별 코일 (CLu, CLv, 및 CLw) 에 대응하는 스위칭 소자 (SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, 및 SW32) 를 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 스위칭 소자 (SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, 및 SW32) 의 각각은 MOSFET 으로 형성되고, 모터 제어부 (42) 로부터의 PWM 제어 신호에 따라 턴온 및 턴오프된다. 또한, 모터 구동 회로 (50) 는 전기 모터 (15) 를 통해 흐르는 전류를 검출하도록 각각의 위상에 대해 제공되는 전류 센서 (53a, 53b, 및 53c) 를 포함한다. 여기서, 이들 3 개의 전류 센서 (53a, 53b, 및 53c) 는 "전류 센서 (53)" 로 통칭한다.
다음으로, 전기 모터 (15), 및 전기 모터 (15) 를 구동 및 제어하는 모터 제어부 (42) 를 상술한다.
본 실시형태의 전기 모터 (15) 는 3상 동기식 영구 자석형의 브러시리스 DC 모터이다. 이 전기 모터 (15) 는 하우징 내에 고정되게 배치되는 고정자를 포함한다. 3상 전류 (전기자 전류) 가 고정자에 감겨진 코일 (CLu, CLv, 및 CLw) 에 공급되는 경우, 3상 회전 자기장이 발생하고, 이에 의해 이에 부착된 영구 자석을 포함하는 회전자가 3상 전류에 따라 3상 자기장 내에서 회전한다.
모터 제어부 (42) 는 전기 모터 (15) 의 코일 (CLu, CLv, 및 CLw) 을 통해 흐르는 3상 전류를 제어하고, 도 3 에 도시된 바와 같이, 차량 속도 v 및 이에 입력된 조타 토크 TR 에 기초하여 보조 전류를 계산하고, 피드백 제어부 (42c) 에 지령을 출력하는 보조 전류 지령부 (42a) 를 포함한다.
이 보조 전류 지령부 (42a) 는 조타 토크 TR 에 따라 증가하고 차량 속도 v 의 증가에 따라 감소하는 보조 토크에 대응하는 2상 지령 전류 (Id*, Iq*) 를 계산한다.
도 17 에 도시된 바와 같이, 2상 지령 전류 (Id*, Iq*) 는 전기 모터 (15) 의 회전자 상의 영구 자석 (MG) 에 의해 발생하는 자속과 동일한 방향으로 연장하는 d 축과, d 축에 직교하는 q 축으로 구성된 d-q 좌표 시스템에서의 전기자 전류이다. 즉, 2상 지령 전류 (Id*, Iq*) 는 각각 d-q 좌표 시스템에서의 d-축 상의 d-축 전기자 전류 및 d-q 좌표 시스템에서의 q-축 상의 q-축 전기자 전류이다.
3상 동기식 영구 자석 모터의 형태로 된 브러시리스 DC 모터의 토크는 전기자-코일 자속 쇄교수와 q-축 전기자 전류의 곱에 비례하고, d-q 좌표 시스템에서의 d-축 전기자 전류에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, 보조 제어 중에, 회전 토크를 발생시키는 q-축 전기자 전류 Iq* 만이 흐르도록 전기 공급 지령이 출력되고, d-축 전기자 지령 전류 Id* 는 0 으로 설정된다.
또한, 모터 제어부 (42) 는 후술할 배터리 상태 진단 제어 시에 전기 모터 (15) 에 전기를 공급하는 지령을 출력하는 진단 전류 지령부 (42b) 를 포함한다. 후술할 바와 같이, 전기 모터 (15) 에 소정의 전류를 공급하고 그 때의 배터리 전압에 기초하여 배터리 상태를 진단하도록 배터리 상태 진단 제어가 수행된다. 그 때에 전기 모터 (15) 가 회전하지 않도록 방지하기 위해, 회전 토크를 발생시키지 않는 d-축 전기자 전류만이 d-q 좌표 시스템에서 흐르도록 진단 전류 지령부 (42b) 는 2상 지령 전류 (Id*, Iq*) 를 피드백 제어부 (42c) 에 공급한다. 따라서, 이러한 경우에, q-축 전기자 지령 전류 Iq* 는 0 이 된다.
d-축 전기자 전류가 흐르는 경우, 회전자에 제공된 영구 자석에 반대 방향의 자속이 인가된다. 따라서, d-축 전기자 전류가 과도하게 크고, 영구 자석은 감자된다. 또한, 영구 자석은 자성 재료의 종류에 따라 고온 또는 저온에서 더욱 감자되기 쉽게 되는 특성을 가진다. 예를 들어, 네오디뮴과 같은 희토 자석은 고온에서 감자되기 쉽고, 페라이트 자석은 저온에서 감자되기 쉽다.
상기의 점에서, 본 실시형태에 있어서, 진단 전류 지령부 (42b) 는 전기 모터 (15) 의 온도를 검출하고 검출된 온도에 따라 d-축 전기자 전류의 상한을 설정하는 모터 온도 센서 (18) 로부터 검출 신호를 판독한다. 예를 들어, 고온에서 감자되기 쉬운 희토 자석이 영구 자석으로 채용되는 경우에, 최대 (상한) d-축 전기자 전류 (Idmax) 는 도 16a 에 도시된 바와 같이 검출된 온도에 따라 설정되고; 저온에서 감자되기 쉬운 페라이트 자석이 채용되는 경우에, 최대 d-축 전기자 전류 (Idmax) 는 도 16b 에 도시된 바와 같이 검출된 온도에 따라 설정된다.
모터 온도 센서 (18) 는 전기 모터 (15) 의 하우징의 온도 또는 그 주변 온도를 검출하도록 구성될 수도 있거나, 또는 온도를 직접 검출하기보다 온도를 추정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 모터 온도는 외부 공기의 온도를 검출하 는 외부-공기 온도 센서, 엔진의 흡입 공기의 온도를 검출하는 흡입-공기 온도 센서, 또는 전자 제어 장치 (40) 의 미도시된 회로 기판의 온도를 검출하는 기판 온도 센서와 같은 종래의 온도 센서를 이용하여 검출될 수도 있다. 또한, 모터 온도는 외부-공기 온도 센서, 흡입-공기 온도 센서, 및 기판 온도 센서에 의해 검출된 온도를 획득하고, 검출된 온도의 조합으로부터 모터 온도를 추정하는 프로세스를 통해 추정될 수도 있다.
보조 전류 지령부 (42a) 및 진단 전류 지령부 (42b) 로부터의 지령 신호는 피드백 제어부 (42c) 에 공급된다. 이 피드백 제어부 (42c) 에 또한, 전기 모터 (15) 의 코일 (CLu, CLv, 및 CLw) 을 통해 흐르는 3상 전류 (Iu, Iv, 및 Iw) 의 검출값으로부터 변환된 2상 전류인, 2상 전류 (Id 및 Iq) 의 검출값이 공급된다. 전기 모터 (15) 를 통해 흐르는 3상 전류 (Iu, Iv, 및 Iw) 는 전류 센서 (53) 에 의해 검출되고, 3상/2상 변환부 (42f) 에 의해 2상 전류 (Id 및 Iq) 로 변환된다.
이러한 3상/2상 변환의 경우, 회전각 센서 (17) 에 의해 검출된 모터 회전각을 전기각으로 변환하는 회전각 변환부 (42g) 는 3상/2상 변환부 (42f) 에 접속된다.
피드백 제어부 (42c) 는, 전기 모터 (15) 의 코일 (CLu, CLv, 및 CLw) 을 통해 흐르는 3상 전류 (Iu, Iv 및 Iw) 를 피드백-제어하도록, 2상 지령 전류 (Id* 및 Iq*) 와 2상 검출 전류 (Id 및 Iq) 사이의 차이를 나타내는 차이 신호 (Id*-Id 및 Iq*-Iq) 를 계산한다.
2상 전류 차이 신호 (Id*-Id 및 Iq*-Iq) 는 2상/3상 변환부 (42d) 에 의해 3 상 신호로 변환된 후에 PWM 제어부 (42e) 에 공급된다. 특히, 이러한 2상/3상 변환의 경우, 회전각 변환부 (42g) 로부터 출력된 전기각 신호는 2상/3상 변환부 (42d) 에 공급된다.
PWM 제어부 (42e) 는 2상/3상 변환부 (42d) 로부터의 3상 신호에 기초하여 차이 신호 (Id*-Id 및 Iq*-Iq) 에 대응하는 펄스 폭 변조 (PWM; pulse width modulation) 제어 신호를 발생시키고, 이를 모터 구동 회로 (50) 에 출력한다.
특히, 본 발명에 있어서, 상술한 바와 같이 구성된 모터 제어부 (42) 는 마이크로컴퓨터에 의한 프로그램의 실행을 통해 실현되고, 도 3 은 블록 다이어그램 형태로 각 부의 기능을 도시한다.
본 발명의 d-축 통전 제어 수단은 진단 전류 지령부 (42b), 피드백 제어부 (42c), 2상/3상 변환부 (42d), PWM 제어부 (42e), 3상/2상 변환부 (42f), 및 회전각 변환부 (42g) 에 의해 구성된다.
다음으로, 배터리 (60) 의 전력 공급 라인의 구성을 도 2 를 참조하여 설명한다.
본 실시형태에서 이용된 배터리 (60) 는 12 V의 규격 전압을 가진다.
발전기의 역할을 하는 교류 발전기 (70) 는 배터리 (60) 의 전력 공급 단자 (+단자) 에 접속된 전력 공급 기초 라인 (62) 에 접속된다. 또한, 전력 조타 장치 (1) 및 다른 전기 제어 시스템 (ES) 은 점화 스위치 (80) 를 통해 전력 공급 기초 라인 (62) 에 접속된다.
전력 조타 장치 (1) 에의 전력 공급 라인은 점화 스위치 (80) 의 2차측 (부 하측) 에 접속된 제어 전력 공급 라인 (63), 및 점화 스위치 (80) 의 1차측 (전원측) 에 접속된 구동 전력 공급 라인 (64) 으로 구성된다.
전력 릴레이 (65) 는 구동 전력 공급 라인 (64) 에 배치되고, 제어 전력 공급 라인 (63) 에 접속된 접속 라인 (66) 은 전력 릴레이 (65) 의 부하측에 제공된다. 역류 방지 소자의 역할을 하는 다이오드 (67) 는 전류가 제어 전력 공급 라인 (63) 으로부터 구동 전력 공급 라인 (64) 으로 흐르는 것을 방지하도록 접속 라인 (66) 에 제공된다.
역류 방지 소자의 역할을 하는 다이오드 (68) 는, 전원측으로의 전류의 흐름을 방지하도록 제어 전력 공급 라인 (63) 과 접속 라인 (66) 사이의 접속점에 대해 전원측의 제어 전력 공급 라인 (63) 에 제공된다.
제어 전력 공급 라인 (63) 은 전자 제어 장치 (40) 에의 전력 공급에 이용되고, 구동 전력 공급 라인 (64) 은 모터 구동 회로 (50) 에의 전력 공급에 이용된다.
구동 전력 공급 라인 (64) 에 제공되는 전력 릴레이 (65) 는 전자 제어 장치 (40) 로부터의 신호에 의해 개폐된다. 전력 릴레이 (65) 는 점화 스위치 (80) 가 턴온된 후에 턴온 (폐쇄) 되고, 점화 스위치 (80) 가 턴오프되고 후술할 배터리-상태 진단 제어 루틴이 완료된 후에 턴오프 (개방) 된다. 또한, 구동 전력 공급 라인 (64) 의 전압은 배터리 진단부 (41) 에 의해 배터리 검출 전압으로서 모니터링된다.
다음으로, 전자 제어 장치 (40) 에 의해 수행되는 배터리-상태 진단 제어를 후술한다.
도 4 내지 도 7 은 전자 제어 장치 (40) 에 의해 실행되고, 제어 프로그램으로서 전자 제어 장치 (40) 의 ROM 에 저장된 배터리-상태 진단 제어 루틴을 도시한다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 배터리-상태 진단 제어 루틴은 진단 개시 조건이 만족하는지 여부를 체크하는 진단 개시 조건 체크 루틴 (S1); 전기 모터 (15) 에 전기를 실제로 공급하고 배터리 전압의 강하 레벨을 검출하는 진단-시간 모터 통전 루틴 (S5); 및 배터리 전압 강하 레벨에 기초하여 배터리 (60) 의 상태를 결정하는 배터리 상태 결정 루틴 (S8) 으로 주로 구성된다.
먼저, 진단 개시 조건 체크 루틴을 도 5 를 참조하여 설명한다.
도 5 는 소정의 짧은 간격으로 전자 제어 장치 (40) 에 의해 실행되는 진단 개시 조건 체크 루틴을 도시한다. 진단 개시 조건이 만족하는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 본 루틴을 빠져나가고 단계 S5 의 진단-시간 모터 통전 루틴으로 이동한다. 단계 S5 의 루틴 도중에 배터리 열화가 결정되고 진단이 종료하는 것으로 결정되면, 전자 제어 장치 (40) 는 본 루틴을 빠져나가고, 단계 S8 의 배터리 상태 결정 루틴으로 이동한다.
본 루틴이 시작되는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 먼저 점화 스위치 (IG; 80) 가 턴오프되는지 여부를 결정한다 (S11). 이 결정은 점화 스위치 (80) 가 턴오프될 때까지 계속된다. 점화 스위치 (80) 를 턴오프하는 동작이 검출되는 경우 (S11: 예), 전자 제어 장치 (40) 는 플래그 (F) 가 "0" 인지 여부를 결정한다 (S13). 이 플래그 (F) 는 본 루틴이 시작하는 경우에 "0"으로 설정되고, 후술할 바와 같이, 점화 스위치 (80) 가 턴오프된 이후 소정의 시간이 경과한 때에 "1"로 설정된다.
따라서, 점화 스위치 (80) 가 턴오프된 직후에, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S13 에서 "예" 결정을 하고, 시간 측정용 타이머를 증분한다 (S14). 이 타이머는 점화 스위치 (80) 가 턴오프된 이후 경과된 시간을 측정하고, 단계 S14 가 처음으로 수행되는 경우에 시작된다.
이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 타이머에 의해 측정된 시간이 소정의 시간에 도달하는지 여부를 결정하고 (S15), 측정된 시간이 소정의 시간에 도달할 때까지 이 프로세싱을 반복한다.
소정의 시간이 경과한 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S15 에서 "예" 결정을 한다. 이러한 경우에, 전자 제어 장치 (40) 는 타이머를 0으로 소거하고 (S16), 플래그 (F) 를 "1"로 설정한다 (S17).
상술한 바와 같이 점화 스위치 (80) 가 턴오프된 이후 소정의 시간이 경과한 경우, 도 8 에 도시된 바와 같이, 개별 전자 제어 시스템 (ES) 의 동작은 정지하고, 배터리 (60) 로부터 흐르는 전류는 (암전류에 대응하게) 매우 작아진다. 즉, 타이머에 의해 측정된 소정의 시간은 개별 전자 제어 시스템 (ES) 이 정지하는데 필요한 시간에 대응하도록 설정된다.
이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S18 로 진행하여, 배터리 검출 전압 Vx 을 판독하고, 배터리 검출 전압 Vx 을 최저 기준 전압 (Vmin0)(본 실시형태에서 는, Vmin0 = 11V) 과 비교한다 (S18). Vx<Vmin0 인 경우 (S18: 예), 전자 제어 장치 (40) 는 후술할 배터리 (60) 의 진단을 수행하지 않고 배터리 (60) 가 열화되었다고 결정한다 (S19). 이런 경우에, 전자 제어 장치 (40) 는 진단 종료 신호를 발행하고 (S20), 단계 S8 의 배터리 상태 결정 루틴으로 이동한다.
한편, 단계 S18 에서 배터리 검출 전압 Vx 이 최저 기준 전압 (Vmin0) 이상이라고 결정되는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 또한 다음 3 개의 진단 개시 조건을 체크한다.
즉, 전자 제어 장치 (40) 는 다음 3 개의 진단 개시 조건이 만족하는지 여부: 점화 키가 제거되었는지 여부 (S21); 차량의 도어가 개폐되었는지 여부 (S22); 및 도어가 로크되었는지 여부 (S23) 를 결정한다. 전자 제어 장치 (40) 는 점화 키의 삽입 및 제거 시에 턴온 및 턴오프되는 키 스위치 (83) 로부터의 신호를 판독함으로써 단계 S21 에서 결정한다. 전자 제어 장치 (40) 는 도어가 개폐되는 경우에 턴온 및 턴오프되는 도어 스위치 (81) 로부터의 신호를 판독함으로써 단계 S22 에서 결정한다. 전자 제어 장치 (40) 는 도어가 로크 및 언로크 (unlock) 된 경우에 턴온 및 턴오프되는 도어 로크 스위치 (82) 로부터의 신호를 판독함으로써 단계 S23 에서 결정한다.
3 개의 조건이 만족되는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 운전자가 차량을 빠져나갔다고 추정하고, 배터리 상태의 진단 개시가 허가된다고 결정하고 (S24), 단계 S5 의 진단-시간 모터 통전 루틴으로 진행한다.
한편, 3 개의 조건 중 임의의 것이 만족되지 않는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 진단-시간 모터 통전 루틴의 프로세싱을 개시하지 않고, 반복하여 상술한 프로세싱을 실행한다. 반복되는 프로세싱 중에 점화 스위치 (80) 가 턴온되는 경우 (S11: 아니오), 전자 제어 장치 (40) 는 플래그 (F) 를 "0"으로 재설정한다 (S12). 이러한 방식으로, 점화 스위치 (80) 가 다시 턴오프되는 경우, 상술한 프로세싱이 처음부터 다시 수행된다.
또한, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S21, S22 및 S23 의 3 개의 조건 중 임의의 것이 만족되지 않는 때의 시간을 측정하고 (S25), 이 시간이 소정의 시간에 도달하는 경우 (S26: 예), 전자 제어 장치 (40) 는 본 제어 루틴을 종료한다.
특히, 상술한 단계 S18 및 단계 S24 는 본 발명의 통전전 전압 검출 수단 및 통전 진단 허가 수단에 대응한다.
다음으로, 단계 S5 의 진단-시간 모터 통전 루틴을 설명한다.
도 6 은 소정의 간격으로 전자 제어 장치 (40) 에 의해 실행되는 진단-시간 모터 통전 루틴을 도시한다.
먼저, 전자 제어 장치 (40) 는 플래그 (F) 가 "1"인지 여부를 결정한다 (S51). 플래그 (F) 가 상술한 단계 S17 에서 "1"로 설정되었으므로, 전자 제어 장치 (40) 는 반드시 "예" 결정을 한다. 특히, 플래그 (F) 는, 전기 모터 (15) 에의 전기 공급의 개시 전에 "1"로, 전기 공급 중엔 "2"로, 그리고 전기 공급의 정지 후엔 "3"으로 설정된다.
이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 전기 모터 (15) 에 공급될 수 있는 최대 d- 축 전기자 전류 (Idmax) 가 적어도 후술할 설정 전류 Id3 (도 9 에 도시된 3회째 공급 전류 (I3) 의 3상 내지 2상 변환을 통해 획득되는 d-축 전기자 전류) 인지 여부를 결정한다 (S52). 최대 d-축 전기자 전류 (Idmax) 는 모터 온도 센서 (18) 에 의해 검출된 온도로부터 또는 도 16a 또는 도 16b 에 도시된 맵을 참조하여 계산된다. Idmax ≥ Id3 인 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S53 으로부터 시작하는 전기 공급 프로세싱을 시작한다. 한편, Idmax < Id3 인 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 전기 모터 (15) 의 영구 자석의 감자를 피하기 위해, 배터리 진단에 대한 모터 통전 제어를 종료한다.
단계 S52 에서의 결정이 "예"인 경우, 즉, 최대 d-축 전기자 전류 (Idmax) 가 적어도 설정 전류 Id3 인 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 전기 모터 (15) 에의 제 1 회째 전기 공급을 시작하도록 단계 S53 으로 진행한다. 특히, 단계 S53 에서의 "n"은 진단 개시 시에 "1"로 설정된다.
본 실시형태에 있어서, 도 9 에 도시된 바와 같이, 분리된 방식으로 전기 공급이 3회 수행된다. 이 경우에, 전기 모터 (15) 에 공급되는 전류는, 진단 전류 지령부 (42b) 로부터의 2상 지령 전류 (Id* 및 Iq*) 와 전류 센서 (53) 에 의해 검출된 3상 전류의 3상 내지 2상 변환을 통해 획득되는 2상 검출 전류 (Id 및 Iq) 와의 차이를 나타내는 차이 신호 (Id*-Id 및 Iq*-Iq) 에 기초하여 모터 구동 회로 (50) 의 스위칭 소자 (SW11, SW12, SW21, SW22, SW31 및 SW32) 의 펄스 폭을 조정 하는 PWM 제어부 (42e) 에 의해 소정의 레벨로 조정된다.
이러한 경우에, 전기 모터 (15) 가 전기 공급 시에 회전하는 것을 방지하기 위해, 모터 제어부 (42) 는 d-q 좌표 시스템에서의 d-축 전기자 전류만이 흐르고 q-축 전기자 전류가 흐르지 않도록 모터 구동 회로 (50) 를 제어한다.
따라서, 전기 모터 (15) 는 배터리 진단용 전기 모터 (15) 에 전기가 공급되는 경우에 회전하지 않으므로, 조타 휠 (11) 은 회전하지 않고, 이에 의해 사람이 운전자의 좌석에 앉더라도 안전이 확보될 수 있다.
또한, 전기가 공급될 때마다, 전류는 전기 공급 개시 시에 서서히 증가되고, 전기 공급 종료 시에 서서히 감소되도록 제어된다.
특히, 전기 모터 (15) 가 d-축 전기자 전류만이 흐르도록 수행되는 제어와 상관없이 회전하면, 그 때의 전기 공급을 종료하고 배터리 상태의 진단을 종료하는 것이 바람직하다.
단계 S53 에서 제 1 회째 전기 모터 (15) 에의 전기 공급의 개시 후에, 전자 제어 장치 (40) 는 플래그 (F) 를 "2"로 설정한다 (S54).
전자 제어 장치 (40) 는 이후 통전 시간을 측정하는 통전 타이머를 증분하고 (S55), 통전 타이머에 의해 측정된 통전 시간이 소정의 시간에 도달하였는지 여부를 결정한다 (S56). 전기 모터 (15) 에의 전기 공급은 소정의 시간이 경과할 때까지 계속된다. 이 기간 동안, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 검출 전압 Vx 이 미리 설정한 소정의 전압 (Vmin1)(본 실시형태에서는, Vmin1=9V) 보다 낮게 되었는지 여부를 결정한다 (S57). 배터리 검출 전압 Vx 이 전압 (Vmin1) 보다 낮 게 된 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 (60) 가 열화된 상태에 있다고 결정하고, 이는 배터리 (60) 를 더욱 열화시킬 수도 있기 때문에, 전기 공급을 통해 진단을 계속하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 전자 제어 장치 (40) 는 전기 공급을 정지하고 (S58 및 S59), 단계 S8 의 프로세싱으로 이동한다.
한편, 단계 S57 에서 배터리 검출 전압 Vx 이 소정의 전압 (Vmin1) 이상이라고 결정되는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 또한 배터리 진단 중단 조건이 검출되는지 여부를 결정한다 (S60). 배터리 진단 중단 조건이 검출되면, 전자 제어 장치 (40) 는 전기 공급을 정지하고 (S75), 본 제어 루틴을 종료한다. 즉, 본 제어 루틴의 실행 동안 점화 스위치 (80) 가 턴온되고, 키 스위치가 삽입되고, 도어가 개폐되거나, 또는 도어가 언로크되면 본 제어 루틴은 종료한다.
중단 조건이 검출되지 않는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 본 제어 루틴의 단계 S51 로 복귀한다. 이러한 경우에, 플래그 (F) 가 "2"로 설정되었으므로, 전자 제어 장치 (40) 는 통전 타이머를 증분하도록 단계 S51 에서 단계 S55 로 진행한 후, 소정 시간 동안의 전기 공급이 정지할 때까지 동일한 프로세싱을 반복한다.
통전 타이머가 소정의 시간이 통전 개시로부터 경과되었다고 나타내는 경우, (S56: 예), 전자 제어 장치 (40) 는 통전 타이머를 0 으로 소거하고 (S61), 배터리 검출 전압 Vx 이 정상 기준 전압 (Vn0) 보다 높은지 여부를 결정한다 (S62).
본 제어 루틴에 있어서, 후술할 프로세싱으로부터 이해되는 바와 같이, 분리되 방식으로, 전기 모터 (15) 에 3 회 전기를 공급한다. 따라서, 통전 횟수 (n) 에 따라, 즉, 제 1 회, 제 2 회, 및 제 3 회째 통전 각각의 경우에, 양호한 상태의 배터리 (60) 의 전압 강하 특성에 기초하여, 이 정상 기준 전압 (Vn0) 이 미리 설정된다.
전자 제어 장치 (40) 가 단계 S61 에서 배터리 검출 전압 Vx 이 정상 기준 전압 (Vn0) 보다 높은 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 이 시점에서 이 배터리 (60) 가 양호한 상태에 있다고 결정하고, 전기의 공급을 정지하며 (S63, S64), 단계 S8 의 루틴으로 진행한다.
전자 제어 장치 (40) 가 단계 S62 에서 배터리 검출 전압 Vx 이 정상 기준 전압 (Vn0) 이하라고 결정하는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 전자 제어 장치 (40) 내의 비휘발성 메모리에 배터리 검출 전압 Vx 을 저장하고 (S65), 전기 공급을 정지한다 (S66).
이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 플래그 (F) 를 "3"으로 설정하고 (S67), 정지 타이머를 증분한다 (S68). 이 정지 타이머는 전기 공급이 종료된 이후 경과된 시간을 측정한다. 플래그 (F) 는 이 기간 동안 "3"으로 유지된다. 상술한 단계 S57 및 단계 S60 에서의 결정은 정지 타이머에 의해 측정된 시간이 소정의 시간에 도달할 때까지 반복된다.
정지 타이머가 소정의 시간이 경과하였다고 나타내는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 정지 타이머를 0으로 소거하고 (S71), 플래그 (F) 를 "1"로 설정하며 (S72), 카운터값 n 을 1만큼 증분한다 (S73). 이 카운터값 n 은 통전 횟수를 나타내고, 그 초기값은 1 이다. 따라서, 카운터값 n 은 제 1 회째 통전 이후에 2 로 변경된다.
전자 제어 장치 (40) 는 이후 단계 S74 에서 카운터값 n이 4인지 여부를 결정하고, 카운터값 n이 4 가 될 때까지 상술한 프로세싱을 반복한다. 즉, 도 9 에 도시된 바와 같이, 소정의 전류 (오직 d-축 전기자 전류) 가 전기 모터 (15) 에 분리된 방식으로 3 회 공급되고, 각 전류 공급 동작 중의 배터리 검출 전압 (Vnx) 이 저장된다.
이러한 경우에, 전류가 다음의 이유로 카운터값 n (I1<I2<I3) 과 함께 증가하는 방식으로 단계 S53 에서의 전기 공급이 수행된다. 제 1 회째 통전으로부터 통전류가 갑자기 공급되면, 배터리 (60) 의 상태에 따라, 배터리 전압이 급격히 강하할 수도 있고, 결과적으로 차량의 전시간 전기 공급 시스템이 실패할 수도 있다.
또한, 복수 회에 걸친 분리된 통전에 의해 배터리 (60) 의 전력 소비가 억제될 수 있다. 이러한 경우에, 각 시간에서의 통전 시간은 바람직하게는 1 초 이하이다.
각 통전 기간 동안, 안전을 위해, 공급 전류는 통전 개시시에 서서히 증가하고 (도 9 의 A 부분) 통전의 종료 시에 서서히 감소한다 (도 9 의 B 부분). 즉, 전기 모터 (15) 가 회전 토크를 발생시키더라도, 그 회전은 갑자기 발생하지 않고, 이에 의해 안전이 확보된다.
배터리 상태에 관한 결정이 상술한 진단 프로세싱 도중에 완료되는 경우, 즉, 배터리가 완전히 정상인 경우, 또는 배터리가 상당히 열화된 경우, 이러한 결 정 완료 시에 전기 공급은 정지된다. 따라서, 배터리 (60) 의 전력은 과도하게 소비되지 않는다.
상술한 프로세싱으로, 제 3 회째 통전의 완료 시에, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S8 의 배터리 상태 결정 루틴으로 진행한다.
여기서, 보충적으로 단계 S52 의 프로세싱을 설명한다.
전기 모터 (15) 의 d-q 좌표 시스템에서의 d-축 전기자 전류만이 흐르도록 진단-시간 모터 통전 제어가 수행된다. 그러나, d-축 전기자 전류가 과도하게 크면, 회전자에 제공된 영구 자석은 감자될 수도 있다. 또한, 영구 자석은 그 자성 재료의 종류에 따라 고온 또는 저온에서 감자되기 쉬운 특성이 있다. 이 점에서, 최대 d-축 전기자 전류 (Idmax) 는 검출된 모터 온도에 따라 진단 전류 지령부 (42b) 에서 설정된다.
배터리 진단에 대한 상술한 모터 통전 제어 동안에, 모터 온도에 따라 설정된 최대 d-축 전기자 전류 (Idmax) 는 감소될 수도 있고, 제 3 회째 통전을 위해 미리 설정된 전류 (I3) 의 3상 내지 2상 변환을 통해 획득되는 d-축 전기자 전류 (Id3) 보다 더 작게 될 수도 있다. 이러한 경우에 (S52: 아니오), 영구 자석은 배터리 진단을 위한 통전 결과로서 감자될 수도 있다. 따라서, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S75 로 진행하고, 전기 공급이 현재 수행되면 전기 공급을 정지하며, 배터리 진단을 위한 모터 통전 제어를 종료한다.
그 결과, 배터리 상태의 진단 중에 전기 모터 (15) 의 영구 자석의 감자가 반드시 방지될 수 있다.
다음으로, 전자 제어 장치 (40) 에 의해 실행되는 배터리 상태 결정 루틴을 도 7 을 참조하여 설명한다.
본 루틴이 시작되는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 먼저 배터리 상태에 관한 결정이 완료되었는지 여부를 결정한다 (S81). 즉, 상술한 단계 S63 에서 배터리 (60) 가 양호한 상태에 있다고 결정된 경우 또는 상술한 단계 S19 또는 S58 에서 배터리 (60) 가 열화된 상태에 있다고 결정된 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 상태에 관한 결정이 완료되었다고 결정한다. 다른 경우에, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 상태에 관한 결정이 아직 완료되지 않았다고 결정한다.
배터리 상태에 관한 결정이 아직 완료되지 않은 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S82 로 진행한다. 이 단계에서, 전자 제어 장치 (40) 는 상술한 단계 S65 에서 저장된 배터리 검출 전압 (V3x)(제 3 회째 통전 시의 배터리 검출 전압) 이 과거에 획득된 배터리 검출 전압 (V3x) 의 최대값 (V3i) 보다 높은지 여부를 결정한다. 이번에 획득된 배터리 검출 전압 (V3x) 이 과거에 획득된 배터리 검출 전압 (V3x) 의 최대값 (V3i) 보다 높은 경우, 이번에 획득된 배터리 검출 전압 (V3x) 은 과거에 획득된 배터리 검출 전압 (V3x) 의 최대값 (V3i) 으로서 저장되고, 이에 의해 최대값 (V3i) 이 업데이트된다 (S83). 즉, 초기 상태의 배터리 (60) 의 배터리 전압 특성이 저장된다. 다음의 설명에서, 최대값 (V3i) 은 "초기 배터리 전압 (V3i)"으로 부른다.
특히, 배터리 검출 전압 (V3x) 및 초기 배터리 전압 (V3i) 은 본 발명의 배 터리 전압 변동 데이터에 대응한다.
이어서, 단계 S84 에서, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 (60) 의 열화도 D 를 결정한다. 본 실시형태에 있어서, 열화도 D 는 초기 배터리 전압 (V3i) 에서 현재 시간에서 검출된 배터리 검출 전압 (V3x) 을 뺌으로써 획득된 값 (D=V3i-V3x) 이다.
특히, 본 명세서에 있어서, 배터리 (60) 가 열화된 경우와 배터리 (60) 의 충전율이 낮아진 경우는 서로 구별되지 않는다. 배터리 (60) 가 감소된 양의 전력을 저장하는 경우, 배터리 (60) 는 열화되었다고 간주되고, 저장된 전력의 양이 작을수록, 배터리 (60) 가 열화되었다고 간주되는 열화도 D 가 더 높아진다.
도 10 은 배터리 (60) 의 열화도 D 에 따른 전압의 변동을 도시한다.
이 실시예에서, 곡선 L1 은 초기 상태의 배터리 (60) 의 전압 변동 특성을 나타낸다. 열화도 D 가 클수록, 공급 전류의 증가에 따른 전압 강하의 양이 더 커진다 (그래프에서 글자 "L" 의 접미사의 수가 커질수록, 열화도 D 가 커진다).
따라서, 배터리 (60) 의 열화된 상태는 가장 큰 전류가 공급되는 제 3 회째 통전 시의 배터리 검출 전압 (V3x) 과 초기 배터리 전압 (V3i) 사이의 비교를 통해 정확히 결정된다.
특히, 도 10 에 도시된 실시예에 있어서, 배터리가 곡선 L4 로 나타낸 전압 변동 특성을 가지는 경우, 제 2 회째 통전 시의 배터리 검출 전압 (V2x) 은 소정의 전압 (Vmin1)(9V) 보다 더 낮게된다. 이러한 경우에, 상술한 단계 S58 에서, 열화도는 크다고 결정되고, 이 시점에서 진단이 종료하며, 배터리 검출 전압 (V3x) 이 측정되지 않는다. 그러나, 이러한 경우에, 열화도 D 는 최대값으로 설정된다.
또한, 상술한 단계 S62 에서 배터리 상태가 양호한 것으로 결정되는 경우에, 열화도 D 는 최소값으로 설정된다.
일단 배터리의 열화도 D 가 이러한 방식으로 계산되면, 전자 제어 장치 (40) 는 열화도 D 에 기초하여 최대 (상한) 보조 전류 (Iasmax) 를 결정한다 (S85). 도 11 의 참조 맵에 도시된 바와 같이, 열화도 D 가 클수록, 최대 보조 전류 (Iasmax) 가 설정되는 값이 더 작아진다. 기준 맵은 전자 제어 장치 (40) 의 ROM 에 미리 저장된다.
보조 전류는 소정의 조타 토크를 발생시키도록 전기 모터 (15) 에 공급되는 전류를 지칭하고, 도 12 에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서는 조타 토크 TR 및 차량 속도 v 로부터 결정된다.
최대 보조 전류 (Iasmax) 가 상술한 방식으로 결정된 후에, 본 배터리 상태 결정 루틴이 종료한다.
이 제어 루틴을 통해 획득된 배터리 상태 진단의 결과는 최대 보조 전류 (Iaxmax) 에 반영되고, 바람직하게는 운전자가 차량의 동작을 재개하는 경우에 통보 유닛 (29) 에 의해 운전자에 통보된다. 이 경우에, 운전자는 배터리 상태 진단의 결과를 보고, 적당한 타이밍에서 배터리를 변경한다. 따라서, 전력 조타 장치 (1) 의 조타 보조 기능은 충분히 달성될 수 있고, 다양한 전자 제어 시스 템 (ES) 이 항상 잘 동작한다. 또한, 전자 제어 시스템의 갑작스런 실패가 방지될 수 있다. 또한, 아직 열화되지 않은 배터리의 무용한 교환을 방지하는 것이 가능하다.
특히, 배터리 상태 진단의 경우, 배터리 (60) 로부터 취해진 전류가 정확히 검출되어야 한다. 본 실시형태에 있어서, 배터리 (60) 로부터 취해진 전류는 모터 구동 회로 (50) 의 전류 센서 (53) 에 의해 검출된 전류를 기초로 하여 추정된다.
예를 들어, 배터리 (60) 로부터 취해진 전류는 전류 센서 (53) 에 의해 검출된 전류, 전자 제어 장치 (40) 에서 이용된 전류 (알려짐), 및 다른 전기 제어 시스템 (ES) 에서 이용된 암전류 (알려짐) 를 추가함으로써 추정될 수 있다.
다음으로, 전자 제어 장치 (40) 의 모터 제어부 (42) 에 의해 수행된 보조 제어 프로세싱을 설명한다.
도 13 은 모터 제어부 (42) 에 의해 실행된 보조 제어 루틴을 도시한다. 이 루틴은 제어 프로그램으로서 전자 제어 장치 (40) 의 ROM 에 저장되고, 짧은 간격으로 반복하여 실행된다.
본 제어 루틴이 점화 스위치 (80) 의 턴온에 응답하여 개시되는 경우, 단계 S101 에서, 전자 제어 장치 (40) 는 먼저 차량 속도 센서 (28) 에 의해 검출된 차량 속도 v, 및 조타 토크 센서 (20) 의 리졸버 (22 및 23) 의해 검출된 회전각들 사이의 차이로부터 계산된 조타 토크 TR 을 판독한다.
이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 도 12 에 도시된 보조 전류 맵을 참조하여, 차량 속도 v 및 조타 토크 TR 에 대응하는 필수 보조 전류 (Ias) 를 계산한다 (S102). 보조 전류 맵은, 전자 제어 장치 (40) 의 ROM 에 저장되고, 도 12 에 도시된 바와 같이, 필수 보조 전류 (Ias) 가 조타 토크 TR 에 따라 증가하고 차량 속도 v 가 감소하면서 더 큰 값을 가정하도록 설정된다.
다음으로, 전자 제어 장치 (40) 는 상술한 배터리 상태 진단 제어 루틴에 의해 결정된 최대 보조 전류 (Iasmax) 를 판독한다 (S103).
이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S102 에서 계산된 필수 보조 전류 (Ias) 와 단계 S103 에서 판독된 최대 보조 전류 (Iasmax) 중 더 작은 것을, 전기 모터 (15) 에 공급될 타겟 보조 전류로서 선택한다 (S104). 따라서, 필수 보조 전류 (Ias) 가 최대 보조 전류 (Iasmax) 보다 작은 경우, 필수 보조 전류 (Ias) 는 타겟 보조 전류로서 이용되고; 필수 보조 전류 (Ias) 가 최대 보조 전류 (Iasmax) 보다 큰 경우, 최대 보조 전류 (Iasmax) 는 타겟 보조 전류로서 이용된다.
이러한 경우에, 타겟 보조 전류 (Ias) 에 대응하는 2상 지령 전류 (Id* 및 Iq*) 는 보조 전류 지령부 (42a) 에서 계산된다. 그러나, 2상 지령 전류 (Id* 및 Iq*) 는, d-q 좌표 시스템에서의 q-축 전기자 전류만이 흐르고, d-축 전기자 전류는 흐르지 않도록 계산된다.
이어서, 전기 모터 (15) 를 통해 흐르는 전류가 결정된 타겟 보조 전류와 동일하게 되도록, 전자 제어 장치 (40) 는 전기 모터 (15) 에 전기를 공급하고, 따라 서, 소정의 보조 토크가 발생한다 (S105).
상술한 프로세싱의 반복된 실행을 통해, 배터리 상태에 대응하는 적당한 보조 전류가 전기 모터 (15) 에 공급될 수 있다.
점화 스위치 (80) 가 턴온되는 경우에 보조 제어 루틴이 개시된다. 그러나, 점화 스위치 (80) 의 직전 턴오프와 점화 스위치 (80) 의 현재 턴온 사이의 기간이 소정의 기간 (예를 들어, 6 개월) 보다 더 긴 경우에, 배터리 상태는 크게 변하기 쉽다. 이러한 경우에, 전자 제어 장치 (40) 는 이전 배터리 진단의 상술한 결과 (열화도 D) 를 무효화하고, 열화도 D 에 따라 설정된 최대 보조 전류 (Iasmas) 를 무시한다. 즉, 전자 제어 장치 (40) 는 최대 보조 전류 (Iasmax) 에 의해 보조 전류를 제한하지 않는다. 다른 방법으로는, 최대 보조 전류 (Iasmax) 는 보정될 수도 있다.
본 실시형태의 배터리 상태 진단 장치를 갖춘 상술한 전력 조타 장치 (1) 는 다음의 이로운 효과를 제공한다.
1. 점화 스위치 (80) 를 턴오프함으로써 다양한 전기 제어 시스템 (ES) 에 전력 공급이 정지된 후에, 배터리 상태를 진단하도록 전력 조타 장치 (1) 의 전기 모터 (15) 에 전기를 공급한다. 따라서, 다른 전자 제어 시스템 (ES) 의 동작 또는 교류 발전기 (70) 에 의한 전기 발생에 의해 배터리 진단은 악영향을 받지 않는다. 또한, 진단에 충분히 긴 시간이 이용될 수 있으므로, 정확한 진단 결과가 획득될 수 있다.
2. 배터리 진단 시에, 모터 구동 회로 (50) 에 제공되는 전류 센서 (53) 를 이용하여 전기 모터 (15) 에 소정의 전류를 공급할 수 있다. 따라서, 배터리 진단을 위해 특별한 전류 센서가 제공될 필요가 없고, 이에 의해 비용을 낮출 수 있다.
3. 통전류를 소비하는 전력 조타 장치 (1) 를 이용하여 배터리 진단이 수행되므로, 배터리 진단 시에 통전류가 배터리 (60) 로부터 취해질 수 있어서, 배터리 상태의 진단 정확도가 높아진다.
4. 배터리 진단 중에, 전기 모터 (15) 의 d-q 좌표 시스템에서의 d-축 전기자 전류만이 흐르고, q-축 전기자 전류는 흐르지 않는다. 따라서, 회전 토크가 발생하지 않고, 조타 휠 (11) 이 회전하지 않는다. 따라서, 운전자에 대한 안전을 확보하면서 배터리 상태가 진단될 수 있다.
또한, 종래 장치와 반대 방향으로 복수의 전기 모터를 구동하는 복잡한 구조가 필요하지 않고, 차량의 상태를 변경하지 않고 단순한 구조에 의해 배터리의 상태가 진단될 수 있다. 따라서, 본 장치는 매우 높은 정도의 범용성이 있다.
5. 모터 온도에 대응하는 상한은 d-축 전기자 전류에 대해 설정되고, d-축 전기자 전류는 상한을 초과하지 않도록 제어된다. 따라서, 회전자의 영구 자석의 감자가 반드시 방지될 수 있다.
6. 배터리 진단 시에, 전기 모터 (15) 에 공급된 전류는 서서히 증가한다. 따라서, 차량의 전시간 전기 공급 시스템의 실패를 야기하는 배터리 전압의 갑작스런 강하와 같은 문제가 방지될 수 있다. 또한, 전기 모터 (15) 가 회전 토크 를 발생시키더라도, 전력 조타 장치는 갑작스럽게 동작하지 않아서, 안전이 확보될 수 있다.
7. 전기 모터 (15) 에의 단속적인 전기 공급을 통해, 배터리 (60) 의 전력 소비가 억제될 수 있다. 또한, 전기 모터 (15) 에 공급되는 전류가 통전의 횟수에 따라 증가하므로, 전기 모터 (15) 에의 갑작스런 전기 공급를 피할 수 있고, 배터리 전압이 급격하게 강하되지 않는다. 또한, 통전의 횟수가 소정의 수에 도달하기 전에 배터리 진단이 완료되는 경우, 그 때 전기 공급은 정지하여, 배터리 (60) 의 전력 소비가 더욱 감소될 수 있다.
8. 초기 상태의 실제 배터리의 전압 (검출 전압 (V3i)) 과 진단 시의 전압 (검출 전압 (V3x)) 과의 비교를 통해 배터리 열화에 관한 결정이 수행된다. 또한, 검출 전압 (V3x) 이 과거 측정값보다 높은 경우, 그 값은 초기 상태의 전압 (V3i) 으로서 저장되어, 이에 의해 전압 (V3i) 이 업데이트된다. 따라서, 배터리 (60) 의 개별 편차에 의해 야기되는 전압 특성의 변화에 의해 영향을 받지 않고, 초기 상태에 관한 진단이 항상 수행될 수 있어, 이에 의해 정확한 진단 결과가 획득된다.
9. 보조 전류의 상한이 배터리 열화도 D 에 따라 결정되므로, 전기 모터 (15) 에 공급되는 전기량에 대한 과도한 제한이 방지되고, 적절한 조타 보조 토크가 획득될 수 있다. 또한, 전기 모터 (15) 에 공급되는 최대 (상한) 전류가 과도하게 높은 레벨로 설정되는 것이 방지되며, 그렇지 않으면 다른 전기 제어 시스템 (ES) 에 공급되는 전력량을 과도하게 억제하게 된다. 그 결과, 배터리 (60) 의 제한된 전력은 균형잡힌 방식으로 전기 제어 시스템 (ES) 에 분배될 수 있다.
10. 점화 스위치 (80) 의 턴오프 동작과 점화 스위치 (80) 의 다음 턴온 동작 사이의 기간이 소정의 시간을 초과하는 경우에, 이전 시간까지 수행된 배터리 상태 진단의 결과가 무효화되고, 열화도 D 에 따라 설정된 최대 (상한) 전류 (Iasmax) 가 무시된다. 따라서, 부정확한 진단 결과를 이용한 제어가 방지될 수 있다.
11. 배터리 상태 진단의 개시 조건이 체크되는 경우에 (통전 개시 전에), 배터리 (60) 가 열화되었다고 결정되는 경우, 그 때 진단이 종료한다. 따라서, 진단을 위한 전기 공급에 의해 전력의 소비가 방지될 수 있고, 또한 배터리 (60) 의 열화가 더욱 방지될 수 있다 (S18 내지 S20).
12. 전기 공급을 통해 수행되는 배터리 상태 진단 도중에 배터리 전압이 소정의 전압보다 더 낮아지는 경우에, 배터리 상태는 불량하다고 결정되고, 그 때 전기 공급은 종료된다. 따라서, 배터리의 잔여 용량이 더욱 감소되는 것을 방지하는 것이 가능하며, 그렇지 않으면 계속된 전기 공급으로 인해 발생하게 된다. (S57 내지 S59).
13. 전기 모터 (15) 에의 전기 공급 이후에, 배터리 전압이 전기 공급량에 따라 설정된 소정의 전압 이상이라고 결정되는 경우에, 배터리 (60) 는 그 때에 양호한 상태에 있다고 결정되고, 진단이 종료한다. 따라서, 전기 모터 (15) 에의 과도한 전기 공급이 방지되고, 진단과 관련된 배터리 (60) 의 전력의 소비가 억제 될 수 있다 (S62 내지 S64).
14. 배터리 상태가 진단되는 경우, 점화 키의 제거 동작, 도어의 개폐 동작, 및 도어 로크 상태는 진단 개시 조건으로서 체크되고, 운전자가 차량을 자극한다고 추정되는 상태에서, 전기 모터에 전기가 공급되고, 이에 의해 안전이 확보된다 (S21 내지 S24).
또한, 조타 휠 (11) 이 운전자에 의해 동작하지 않으므로, 전기 모터 (15) 로부터 재생 전력이 발생하지 않아서, 배터리 진단에 악영향이 미치지 않는다.
상기에서, 본 실시형태의 배터리 상태 진단 장치를 갖춘 전력 조타 장치 (1) 를 설명하였다. 다음으로, 상술한 단계 S5 의 진단-시간 모터 통전 루틴에 관한 다른 실시형태를 설명한다.
도 14 는 제 2 실시형태에 따른 진단-시간 모터 통전 루틴을 나타내며, 제어 프로그램으로서 전자 제어 장치 (40) 의 ROM 에 저장되고, 소정의 간격으로 실행된다.
먼저, 전자 제어 장치 (40) 는 플래그 (F) 가 "1"인지 여부를 결정한다. (S501). 플래그 (F) 가 본 루틴이 시작하기 전에 상술한 단계 S17 에서 "1"로 설정되었으므로, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S501 에서 반드시 "예" 결정을 한다. 특히, 플래그 (F) 는 전기 공급 전에 "1" 로 설정되고, 전기 공급 중에는 "2" 로 설정된다.
이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 통전 타이머를 시작하도록 단계 S502 로 진행한다. 이 통전 타이머는 통전 시작 이후 경과된 시간을 측정한다. 통전 타이머의 타이머 값에 대응하는 전류가 전기 모터 (15) 에 공급된다 (S504).
타이머 값에 대응하는 전류는 도 15 의 맵에 기초하여 결정된다. 본 실시형태에서, 통전 시간 Ts 는 5 초로 설정되고, 5 초 경과 후에 d-축 전기자 전류 Ida 가 50 A 가 되도록 서서히 (예를 들어, 경과 시간에 비례하게) 전류가 증가한다.
그러나, 단계 S503 에서, 전자 제어 장치 (40) 는 모터 온도에 대응하여 설정된 최대 d-축 전기자 전류 (Idmax) 가 적어도 5 초 경과 후의 d-축 전기자 전류 Ida 인지 여부를 결정하고, Idmax < Ida 인 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 본 진단-시간 모터 통전 루틴을 종료한다.
전기 모터 (15) 에의 전기 공급량은 전류 센서 (53) 로부터의 신호에 기초하여 수행되는 모터 구동 회로 (50) 의 스위칭 소자 (SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, 및 SW32) 의 PWM 제어를 통해 소정의 레벨로 조정된다. 이 경우에도, 이전에 설명한 실시형태에서와 같이, d-q 좌표 시스템에서의 d-축 전기자 전류만이 흐르고, 따라서 전기 모터 (15) 가 회전하지 않는 방식으로 전기 모터 (15) 에 전류를 공급한다.
이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 플래그 (F) 를 "2" 로 설정한다 (S505).
다음으로, 전자 제어 장치 (40) 는 통전 타이머에 의해 측정된 시간이 소정의 시간 Ts 를 초과하는지 여부를 결정하고 (S506), 측정된 시간이 소정의 시간 Ts 를 초과할 때까지 다음의 프로세싱을 반복하여 수행한다.
먼저, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 검출 전압 Vx 을 판독하고, 검출 전압 Vx 가 전기 공급량에 따라 이전에 설정된 기준 전압 Vt0 보다 높은지 여부를 결정한다 (S507). Vx > Vt0 인 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 (60) 가 정상 상태에 있다고 결정하고 (S508), 통전 타이머를 0으로 소거하고 (S509), 전기 모터 (15) 에의 전기 공급을 정지하며 (S510), 이후 단계 S8 의 배터리 상태 결정 루틴으로 진행한다.
이전에 설정된 이러한 기준 전압 Vt0 은 도 10 의 전압 변동 곡선 L1 에 대응하는 것으로 고려될 수 있다. 즉, 진단된 배터리 (60) 의 전압 변동 곡선이 위치하는 경우, 도 10 의 그래프의 정상 시의 상기 전압 변동 곡선 L1 위에서, 배터리 (60) 는 정상 상태에 있다고 결정된다.
전자 제어 장치 (40) 가 단계 S507 에서 "아니오" 결정을 하는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 검출 전압 Vx 가 미리 설정된 소정의 전압 Vmin1 (본 실시형태에서는, Vmin1=9V) 보다 낮게 되는지 여부를 결정한다 (S511). Vx <Vmin1 인 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 (60) 가 열화된 상태에 있다고 결정하고 (S512), 통전 타이머를 0 으로 소거하고 (S509), 전기 모터 (15) 에의 전기 공급을 정지하며 (S510), 이후 단계 S8 의 배터리 상태 결정 루틴으로 진행한다.
예를 들어, 도 10 에서, 전압 변동 곡선 L4 는 이 경우에 대응된다.
한편, 전자 제어 장치 (40) 가 단계 S511 에서 "아니오" 결정을 하는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 배터리 진단 중단 조건이 검출되는지 여부를 결정한다 (S513). 배터리 진단 중단 조건이 검출되는 경우 (즉, 점화 스위치 (80) 가 턴 온되는 경우, 키 스위치가 삽입되는 경우, 도어가 개폐되는 경우, 또는 도어가 본 제어 루틴의 실행 도중에 언로크되는 경우), 전자 제어 장치 (40) 는 통전 타이머를 0 으로 소거하고 (S514), 전기 모터 (15) 에의 전기 공급을 정지하며 (S515), 본 제어 루틴을 종료한다. 즉, 전자 제어 장치 (40) 는 이 시점에서 배터리 상태 진단을 정지한다.
배터리 진단 중단 조건이 검출되지 않는 경우, 전자 제어 장치 (40) 는 본 루틴의 단계 S501 로 복귀한다. 그러나, 이러한 경우에, 플래그 (F) 가 "2"로 설정되었으므로, 전자 제어 장치 (40) 는 단계 S501 로부터 단계 S503 으로 진행하고, 타이머 값에 따라 전류를 증가시키며, 상술한 프로세싱을 반복한다.
상술한 프로세싱이 반복되고 통전 타이머에 의해 측정된 시간이 소정의 시간 Ts 에 도달하는 경우 (S506: 예), 전자 제어 장치 (40) 는 그 때의 배터리 검출 전압 Vx 을 판독하고, 전자 제어 장치 (40) 에 제공된 비휘발성 메모리에 이를 저장한다 (S516). 이어서, 전자 제어 장치 (40) 는 통전 타이머를 0 으로 소거하고 (S509), 전기 모터 (15) 에의 전기 공급을 정지하고 (S510), 이후 단계 S8 의 배터리 상태 결정 루틴으로 진행한다.
이러한 경우에, 배터리 열화도 D 는 소정의 시간 Ts 경과 후에 판독되는 배터리 검출 전압 Vx 에 기초하여 결정된다. 즉, 이전 실시형태의 배터리 상태 결정 루틴에서의 배터리 검출 전압 V3x 은 본 실시형태의 배터리 검출 전압 Vx 에 대응한다. 또한, 초기 배터리 전압 V3i 에 관하여, 과거의 배터리 검출 전압 Vx 의 최대값은 업데이트를 위해 저장된다.
제 2 실시형태의 진단-시간 모터 통전 루틴에 따르면, 전기 모터 (15) 에 1회의 연속적인 전기 공급을 통해 배터리 상태가 진단된다. 따라서, 화학 반응은 배터리 (60) 내에서 충분한 정도로 발생하고, 배터리가 실제 이용되는 환경에 가까운 상태하에서 배터리 상태가 진단되고, 이에 의해 진단 결과의 정확도가 더욱 개선된다. 즉, 차량의 실제 운동 중에, 전류가 배터리 (60) 로부터 연속적으로 취해진다. 본 실시형태에서, 전류가 장기간 취해지므로, 사용 환경에 가까운 조건하에서 진단이 수행될 수 있어서, 전류 진단 결과가 획득된다.
상기에서, 본 실시형태의 배터리 상태 진단 장치를 갖춘 전력 조타 장치 (1) 를 상술하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시형태에 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 방법으로 변형될 수도 있다.
예를 들어, 상술한 실시형태에서, 점화 스위치 (80) 가 턴오프된 이후 소정의 시간이 경과한 때에 배터리 상태 진단 (전기 공급) 이 개시된다. 그러나, 진단이 개시되는 타이밍은 타이머를 이용하여 시간 경과를 측정하는 것보다 차라리 특정 물리 현상을 검출함으로써 결정될 수도 있다. 예를 들어, 소정의 시간 경과는 점화 스위치 (80) 가 턴오프된 후에 엔진의 주위 온도가 소정의 온도로 감소된 것을 검출함으로써 결정될 수도 있다.
점화 키의 제거 동작, 도어의 개폐 동작, 및 도어 로크 상태는 진단 개시 조건으로서 체크된다. 그러나, 이러한 체크는 반드시 필요한 것은 아니고, 진단 개시 조건의 일부로서 체크될 수도 있다.
본 실시형태에서, 배터리 상태 진단은 전기 제어 조타 장치 (1) 를 이용하여 수행된다. 그러나, 전력 조타 장치 (1) 의 이용은 반드시 필요한 것은 아니다. 예를 들어, 전기제어형 서스펜션 장치 또는 전기제어형 브레이크 장치를 이용하여 진단이 수행될 수 있다.
또한, 모터 구동 회로 (50) 의 전류 센서 (53) 는 전기 모터 (15) 에 공급되는 전류의 측정에 이용하는데 반드시 필요하지 않다. 예를 들어, 전류 센서는 공급 전류를 측정하도록 배터리 단자부 (61) 에 제공될 수도 있다.
본 실시형태에서 전압, 전류, 시간, 및 통전 횟수와 같은 수치는 단지 예시일 뿐이고, 임의적으로 설정될 수도 있다.

Claims (17)

  1. 차량에 제공된 복수의 전기 제어 시스템에 전력을 공급하는 배터리의 상태를 진단하는 배터리 상태 진단 장치로서,
    점화 스위치가 턴오프된 이후 상기 복수의 전기 제어 시스템 중 하나의 특정 전기 제어 시스템에 전기를 공급하는 통전 수단;
    상기 특정 전기 제어 시스템을 통해 흐르는 전류량을 전기 공급량으로서 검출하는 전기 공급량 검출 수단;
    상기 통전 수단이 상기 특정 전기 제어 시스템에 전기를 공급하는 경우에 상기 배터리의 전압 변동을 검출하는 전압 변동 검출 수단; 및
    상기 검출된 전기 공급량 및 상기 배터리의 검출된 전압 변동에 기초하여 상기 배터리의 상태를 진단하는 배터리 상태 진단 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 진단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통전 수단은 상기 특정 전기 제어 시스템에 대한 상기 전기 공급량을 서서히 증가시키는, 배터리 상태 진단 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 전기 제어 시스템은,
    조타될 조타가능 휠에 소정의 조타 토크를 부여하는 전기 모터, 및 전류 센서에 의해 상기 전기 모터에 공급되는 전기량을 검출하면서 조타 휠의 동작 상태에 따라 상기 전기 모터를 제어하는 모터 제어 수단을 포함하는 전력 조타 장치인, 배터리 상태 진단 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전기 모터는 브러시리스 (brushless) DC 모터이고;
    상기 모터 제어 수단은, 상기 브러시리스 DC 모터의 회전자의 영구 자석에 의해 생성되는 자속의 작용축인 d-축과, 상기 d-축에 직교하는 q-축으로 구성된 d-q 좌표 시스템에서 d-축 전기자 전류만이 흐르고, q-축 전기자 전류는 흐르지 않도록, 상기 배터리 상태 진단 시에 상기 모터에 전기를 공급하도록 상기 통전 수단의 역할을 하는, 배터리 상태 진단 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터 제어 수단은 상기 전기 모터에 전기를 단속적으로 (intermittently) 공급하는, 배터리 상태 진단 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터 제어 수단은 상기 전기 모터에 전기를 연속적으로 공급하는, 배터리 상태 진단 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 상태 진단 시에 상기 배터리의 전압 변동을 나타내는 배터리 전압 변동 데이터를 저장하는 저장 수단을 더 포함하며,
    상기 배터리 상태 진단 수단은 저장된 과거 배터리 전압 변동 데이터 및 금회의 진단 시의 상기 배터리의 전압 변동에 기초하여 상기 배터리의 상태를 진단하는, 배터리 상태 진단 장치.
  8. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진단된 배터리 상태에 기초하여, 상기 전력 조타 장치의 상기 전기 모터에 공급될 수 있는 상한 (upper limit) 전류를 결정하는 상한 전류 결정 수단을 더 포함하는, 배터리 상태 진단 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 점화 스위치의 턴오프 동작과 상기 점화 스위치의 다음 턴온 동작 사이의 기간이 소정의 시간을 초과하는 경우, 이전 시간까지 수행된 상기 배터리 상태 진단의 결과는 무효화되는, 배터리 상태 진단 장치.
  10. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통전 수단이 상기 특정 전기 제어 시스템에 전기를 공급하기 전에 상기 배터리 전압을 검출하는 통전전 전압 검출 수단; 및
    상기 전기 공급 전의 상기 배터리 전압이 기준 전압 이상인 경우에만 상기 통전 수단에 의한 상기 전기 공급을 허가하여, 상기 배터리 상태의 진단을 개시하는 통전 진단 허가 수단을 더 포함하는, 배터리 상태 진단 장치.
  11. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통전 수단에 의한 상기 전기 공급으로 상기 진단이 개시된 후에, 상기 배터리 전압이 상기 진단 도중에 소정의 전압보다 낮아지게 되는 경우, 상기 배터리 상태 진단 수단은 상기 통전 수단에 의한 상기 전기 공급을 정지하고 상기 진단을 종료하는, 배터리 상태 진단 장치.
  12. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통전 수단에 의한 상기 전기 공급으로 상기 진단이 개시된 후에, 상기 배터리 전압이 상기 전기 공급량에 따라 설정된 정상 기준 전압 이상인 경우, 상기 배터리 상태 진단 수단은 상기 배터리가 양호한 상태에 있다고 결정하고, 상기 통전 수단에 의한 상기 전기 공급을 정지하고, 그리고 상기 진단을 종료하는, 배터리 상태 진단 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터 제어 수단은, 점화 키의 삽입 및 제거를 검출하는 키 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여, 상기 점화 키가 제거되었음을 확인한 후에 상기 전력 조타 장치의 상기 전기 모터에 전기를 공급하는, 배터리 상태 진단 장치.
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