KR20100044693A - 전원 시스템, 전원측 제어부 및 전동 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 각 축전 디바이스의 온도 상승의 억제 및 각 축전 디바이스의 온도의 변동의 억제에 의해 장치 전체적으로 수명의 단축을 억제하는 동시에, 에러의 발생에 의한 전원 시스템의 정지를 억제할 수 있는 전원 시스템, 전원측 제어부 및 전동 차량을 제공하는 것이다.
전원측 제어부(211)는, NTC(40A) 내지 NTC(40C)에 의해 검출되는 온도가 소정의 온도(TH)보다도 높은 경우에, 스위치 소자[FET(21A/22A) 내지 FET(21C/22C)]의 듀티비, 즉 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태의 시간 비율을 낮추는 듀티비 제어를 행한다. 전원측 제어부(211)는, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 온도 제어 통지를 부하측 제어부(221)에 송신하고, 부하측 제어부(221)는, 온도 제어 통지에 기초하여, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력을 제어한다.
전원측 제어부, NTC, 스위치 소자, 부하측 제어부, 부하

Description

전원 시스템, 전원측 제어부 및 전동 차량{POWER SUPPLY SYSTEM, POWER SUPPLY SIDE CONTROL UNIT AND ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은, 전원 장치를 포함하는 전원 시스템, 전원측 제어부 및 전동 차량에 관한 것이다.
종래, 고용량화나 고출력화를 목적으로 하여, 병렬로 접속된 복수의 축전 디바이스를 구비하는 전원 장치를 포함하는 전원 시스템이 제안되어 있다. 이와 같은 전원 시스템은, 예를 들어 전동 차량 등에 사용된다.
여기서, 각 축전 디바이스에는, 축전 디바이스를 흐르는 것이 허용되는 전류(이하,「허용 전류」라 함)가 정해져 있다. 각 축전 디바이스의 내부 저항의 변동이나 변화 등에 의해, 축전 디바이스를 흐르는 전류가 허용 전류를 초과하면, 축전 디바이스의 열화가 가속된다.
이에 대해, 축전 디바이스를 흐르는 전류가 허용 전류를 초과하지 않도록, 각 축전 디바이스에 흘리는 전류를 제어하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1).
구체적으로는, 전원 장치는, 축전 디바이스에 직렬로 접속된 전류 분배부를 갖는다. 전류 분배부는, 전류 분배부에 마련된 저항의 저항값을 변화시킴으로써 축전 디바이스에 흘리는 전류를 제어한다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-118790호 공보
상술한 바와 같이, 각 축전 디바이스의 내부 저항의 변동이나 변화 등에 의해, 축전 디바이스를 흐르는 전류가 허용 전류를 초과하면, 축전 디바이스의 열화가 가속된다.
또한, 각 축전 디바이스의 위치 관계나 방열성의 차이에 의해, 각 축전 디바이스의 온도의 변동이 크면, 각 축전 디바이스의 열화 정도가 다르다. 가장 열화가 진행된 축전 디바이스의 수명에 따라, 전원 장치 전체의 수명이 결정되기 때문에, 각 축전 디바이스의 열화 정도가 다르면, 전원 장치의 수명이 짧아진다.
상술한 기술에서는, 각 축전 디바이스를 흐르는 전류가 허용 전류를 초과하지 않도록 제어하고 있지만, 각 축전 디바이스의 온도의 변동에 대해서는 고려되고 있지 않다. 즉, 상술한 기술에서는, 각 축전 디바이스의 온도의 변동에 기인하는 전원 장치의 수명의 단축이 충분히 억제되지 않는다.
또한, 각 축전 디바이스를 흐르는 전류가 허용 전류를 초과하지 않도록 제어하는 경우, 또한, 각 축전 디바이스의 온도 변동 억제를 위해 각 축전 디바이스의 최대 출력 전력의 억제를 행하는 경우, 전원 장치는 정격 출력 전력을 발생시킬 수 없다. 즉, 전원 장치가 출력 가능한 전력은, 정격 출력 전력보다도 작아진다. 이와 같은 경우에, 출력 가능한 전력을 초과하는 전력의 출력 요구가 전원 장치에 대해 이루어지면, 전원 시스템 내에 있어서 에러가 발생한 것으로서 전원 시스템이 정지하게 될 우려가 있다.
마찬가지로, 각 축전 디바이스를 흐르는 전류가 허용 전류를 초과하지 않도록 제어하는 경우, 또한, 각 축전 디바이스의 온도 변동 억제를 위해 각 축전 디바이스로의 최대 입력 전력의 억제를 행하는 경우, 전원 장치에 정격 입력 전력에서 축전시킬 수 없다. 즉, 전원 장치에 입력 가능한 전력은, 정격 입력 전력보다도 작아진다. 이와 같은 경우에, 입력 가능한 전력을 초과하는 전력의 입력 요구가 전원 장치에 대해 이루어지면, 전원 시스템 내에 있어서 에러가 발생한 것으로서 전원 시스템이 정지하게 될 우려가 있다.
따라서, 본 발명은, 상술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 각 축전 디바이스의 온도 상승의 억제 및 각 축전 디바이스의 온도 변동의 억제에 의해 장치 전체적으로 수명의 단축을 억제하는 동시에, 에러의 발생에 의한 전원 시스템의 정지를 억제할 수 있는 전원 시스템, 전원측 제어부 및 전동 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 특징에 관한 전원 시스템은, 병렬로 접속된 복수의 축전 디바이스와, 복수의 축전 디바이스 각각의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각에 직렬로 접속되는 스위치 소자를 갖는 전원 장치와, 전원 장치에 전기적으로 접속되는 부하를 구비하는 전원 시스템이며, 스위치 소자의 온(ON) 상태 및 오프(OFF) 상태를 제어하는 전원측 제어부와, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 부하측 제어부를 갖고, 전원측 제어부는, 온도 검출부에 의해 검출되는 온도에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오 프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율을 제어함으로써, 복수의 축전 디바이스 각각의 온도 제어를 실행하고, 전원측 제어부는, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 통지를 부하측 제어부에 송신하고, 부하측 제어부는, 전원측 제어부로부터 수신한 통지에 기초하여, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 것을 요지로 한다.
전원측 제어부는, 이하의 방법 (1) 또는 방법 (2)에 의해 온도 제어를 실행할 수 있다.
(1) 온도 검출부에서 검출되는 온도에 기초하여, 스위치 소자를 온 상태 혹은 오프 상태로 한다. 구체적으로는, 온도 검출부에서 검출되는 온도가 소정의 온도보다도 높은 경우에, 스위치 소자를 오프 상태로 한다.
(2) 온도 검출부에서 검출되는 온도에 기초하여, 스위치 소자에 PWM 신호를 출력하고, PWM 신호의 하이(High) 상태 및 로우(Low) 상태에 따라서 스위치 소자를 온 상태 혹은 오프 상태로 한다. 구체적으로는, 온도 검출부에서 검출되는 온도가 소정의 온도보다도 높은 경우에, PWM 신호에 의한 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태의 시간 비율을 작게 한다.
본 발명의 특징에 관한 전원 시스템에 있어서, 통지는, 전원 장치에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값을 포함하고 있고, 부하측 제어부는, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을, 통지에 포함되는 최대 입출력 전력값을 초과하지 않는 범위로 제어해도 된다. 또한, 최대 입출력 전력값은, 전력의 값(W), 당해 전력의 값(W)의 전원 장치의 정격 입출력 전력값에 대한 비율 (％), 전류의 값(A), 혹은 당해 전류의 값(A)의 정격 입출력 전력의 입출력시에 있어서의 전류값에 대한 비율(％) 등에 의해 나타내어진다.
본 발명의 특징에 관한 전원 시스템에 있어서, 부하측 제어부는, 전원측 제어부로부터 수신한 통지에 의해 나타내어지는 온도 제어의 실행 상태를 사용자에게 통지해도 된다.
본 발명의 특징에 관한 전원 시스템에 있어서, 전원 장치는, 복수의 축전 디바이스 각각의 전압을 검출하는 전압 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각의 전류를 검출하는 전류 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량을 산출하는 잔여 용량 산출부를 갖고, 전원측 제어부는, 잔여 용량 산출부에 의해 산출된 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량을, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 통지에 포함시키고, 부하측 제어부는, 통지에 포함되는 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량과, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율의 지령값을 산출하는 동시에, 지령값을 전원측 제어부에 송신하고, 전원측 제어부는, 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 부하측 제어부로부터 수신한 지령값에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어를 행해도 된다.
본 발명의 특징에 관한 전원 시스템에 있어서, 복수의 축전 디바이스의 적어도 1개는, 직렬로 접속된 복수의 축전 디바이스에 의해 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 특징에 관한 전원측 제어부는, 병렬로 접속된 복수의 축전 디바이 스와, 복수의 축전 디바이스 각각의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각에 직렬로 접속되는 스위치 소자를 갖는 전원 장치와, 전원 장치에 전기적으로 접속되는 부하와, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 부하측 제어부를 구비하는 전원 시스템에 있어서, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태를 제어하는 전원측 제어부이며, 온도 검출부에 의해 검출되는 온도에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율을 제어함으로써, 복수의 축전 디바이스 각각의 온도 제어를 실행하는 동시에, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 통지이며, 부하측 제어부가 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하기 위해 사용하는 통지를 부하측 제어부에 송신하는 것을 요지로 한다.
또한, 전원 장치가, 복수의 축전 디바이스 각각의 전압을 검출하는 전압 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각의 전류를 검출하는 전류 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량을 산출하는 잔여 용량 산출부를 더 갖는 경우, 전원측 제어부는, 온도 제어의 실행 상태 및 잔여 용량 산출부에 의해 산출된 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량을 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 통지에 포함시키고, 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량과 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력에 기초하여 부하측 제어부에 의해 산출되는 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율의 지령값을 부하측 제어부로부터 수신하는 동시에, 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 부하측 제어부로부터 수신한 지령값에 기초하여 스위치 소자 의 온 상태 및 오프 상태의 제어를 행해도 된다.
본 발명의 특징에 관한 부하측 제어부는, 병렬로 접속된 복수의 축전 디바이스와, 복수의 축전 디바이스 각각의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각에 직렬로 접속되는 스위치 소자를 갖는 전원 장치와, 전원 장치에 전기적으로 접속되는 부하와, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태를 제어하는 전원측 제어부를 구비하는 전원 시스템에 있어서, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 부하측 제어부이며, 전원측 제어부가, 온도 검출부에 의해 검출되는 온도에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율을 제어함으로써 실행하는 복수의 축전 디바이스 각각의 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 통지를 전원측 제어부로부터 수신하고, 당해 통지에 기초하여, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 것을 요지로 한다.
또한, 전원 장치가, 복수의 축전 디바이스 각각의 전압을 검출하는 전압 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각의 전류를 검출하는 전류 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량을 산출하는 잔여 용량 산출부를 더 갖는 경우, 부하측 제어부는, 전원측 제어부가 잔여 용량 산출부에 의해 산출된 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량을 포함시킨 통지를 전원측 제어부로부터 수신하고, 당해 통지에 포함되는 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량과, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율의 지령값을 산출하는 동시에, 당해 지령값을 전원측 제어부에 송신함으로써, 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 당해 지령값에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어를 전원측 제어부에 행하게 해도 된다.
본 발명의 특징에 관한 전동 차량은, 상술한 전원 시스템과, 부하에 기계적으로 접속되는 구동륜을 구비하고, 부하는, 전원 장치로부터 출력되는 전력에 의해 구동륜에 전달되는 동력을 발생시키는 전동기, 혹은, 구동륜으로부터 전달되는 동력에 의해 전원 장치에 입력되는 전력을 발생시키는 발전기를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 각 축전 디바이스의 온도 상승의 억제 및 각 축전 디바이스의 온도의 변동의 억제에 의해 장치 전체적으로 수명의 단축을 억제하는 동시에, 에러의 발생에 의한 전원 시스템의 정지를 억제할 수 있는 전원 시스템, 전원측 제어부 및 전동 차량을 제공할 수 있다.
이하에 있어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 전원 장치에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는, 동일 또는 유사의 번호를 부여하고 있다.
단, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 다른 것에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 한다. 또한, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포 함되어 있는 것은 물론이다.
[제1 실시 형태]
(실시 형태의 개요)
이하에 있어서, 실시 형태의 개요에 대해 설명한다.
전원 시스템은, 전원 장치와, 전원 장치에 전기적으로 접속되는 부하를 구비한다.
전원 장치는, 병렬로 접속된 복수의 축전 디바이스와, 복수의 축전 디바이스 각각의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 복수의 축전 디바이스 각각에 직렬로 접속되는 스위치 소자와, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태를 제어하는 전원측 제어부를 갖는다.
부하는, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 부하측 제어부를 갖는다.
전원측 제어부는, 온도 검출부에 의해 검출되는 온도에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율을 제어함으로써, 복수의 축전 디바이스 각각의 온도 제어를 실행한다. 전원측 제어부는, 전원 장치에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값을 포함하고, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 온도 제어 통지를 부하측 제어부에 송신한다.
부하측 제어부는, 전원측 제어부로부터 수신한 통지에 기초하여, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을, 전원 장치에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값을 초과하지 않는 범위로 제어한다.
이와 같이, 실시 형태에서는, 부하측 제어부는, 전원 장치에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값이 온도 제어에 의해 정격 입출력 전력값보다도 작아진 경우에, 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하에 의해 발생되는 전력을, 전원측 제어부로부터 수신한 최대 입출력 전력값을 초과하지 않도록 제어한다. 이에 의해, 각 축전 디바이스의 온도 상승의 억제 및 각 축전 디바이스의 온도의 변동의 억제에 의해 장치 전체적으로 수명의 단축을 억제하면서, 에러의 발생에 의한 전원 시스템의 정지를 억제할 수 있다.
(전동 차량의 구성)
이하에 있어서, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 전동 차량(EV ; Electric Vehicle, HEV ; Hybrid Electric Vehicle)에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 제1 실시 형태에 관한 전동 차량(100)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전동 차량(100)은, 전원 시스템(200)과, 구동륜(101)과, 동력 전달부(102)와, 액셀러레이터(103)와, 브레이크(104)와, 표시부(105)를 구비한다.
전원 시스템(200)은 전원 장치(210)와 부하(220)를 갖는다. 전원 장치(210)는, 전원측 제어부(211)에 의한 제어 하에, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력의 출력과, 부하(220)에 의해 발생되는 전력의 입력을 행한다. 부하(220)는, 부하측 제어부(221)에 의한 제어 하에, 전원 장치(210)에 있어서 축전되는 전력(소위, 회생 전력)의 생성과, 전원 장치(210)로부터 공급되는 전력의 소비와, 구동륜(101)에 전달되는 동력의 수수를 행한다. 또한, 전원 장치(210)와 부하(220)는 전력 케이 블(230)에 의해 접속되어 있고, 전원측 제어부(211)와 부하측 제어부(221)는 통신 케이블(240)에 의해 접속된다. 전원 장치(210)와 부하(220)의 구성에 대해서는 후술한다.
구동륜(101)은, 전동 차량(100)에 설치된 차륜 중 동력 전달부(102)를 통해 부하(220)에 기계적으로 접속된 차륜이다. 구동륜(101)은, 부하(220)로부터 공급되는 동력에 의해 구동한다. 또한, 구동륜(101)은, 예를 들어 전동 차량(100)의 제동시와 같이 부하(220)로부터 동력이 공급되지 않는 경우, 부하(220)에 동력을 전달 가능하다.
액셀러레이터(103)는, 부하(220)로부터 구동륜(101)에 공급되는 동력을 증감시키기 위한 기구이다. 브레이크(104)는, 구동륜(101)에 제동을 걸기 위한 기구이다. 표시부(105)는, 전동 차량의 운전 상태를 표시한다. 본 실시 형태에서는, 표시부(105)는, 전원 시스템(200)에 있어서의 제어 상태를 전동 차량의 운전 상태와 아울러 사용자를 향해 표시한다. 표시부(105)는, 예를 들어 전동 차량(100)의 미터 콘솔이나 센터 콘솔 등이다. 액셀러레이터(103), 브레이크(104) 및 표시부(105) 각각은, 통신 케이블(250)에 의해 부하측 제어부(221)에 접속된다.
(전원 장치의 구성)
이하에 있어서, 제1 실시 형태에 관한 전원 장치에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 2는 제1 실시 형태에 관한 전원 장치(210)를 도시하는 회로도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전원 장치(210)는, 복수의 축전 디바이스[축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C)]와, 복수의 스위치 소자[FET(21A/22A) 내지 FET(21C/22C)]와, 복수의 저항[저항(31A/32A) 내지 저항(31C/32C)]과, 복수의 온도 검출부[NTC(40A) 내지 NTC(40C)]와, 복수의 저항[저항(41A) 내지 저항(41C)]과, 전원측 제어부(211)를 갖는다.
축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C) 각각은, 스위치 소자를 통해 서로 병렬로 접속되고, 또한 전력 케이블(230)을 통해 부하(220)에 접속된다. 또한, 축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C)는, 각각 내부 저항(Ra) 내지 내부 저항(Rc)을 갖고 있다.
여기서, 축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C) 각각에 관한 회로는, 같은 구성을 갖고 있는 것에 유의해야 한다. 이하에 있어서는, 축전 디바이스(10A)에 관한 회로에 대해 예시한다.
축전 디바이스(10A)는, 전하를 축적하는 디바이스이다. 예를 들어, 축전 디바이스(10A)는, 니켈 수소 2차 전지, 리튬 이온 2차 전지, 전기 2중층 캐패시터 등이다. 축전 디바이스(10A)의 정극은, FET(22A)의 드레인에 접속된다. 축전 디바이스(10A)의 부극은, 부하(220)에 접속된다.
FET(21A/22A)는, 게이트, 소스, 드레인을 갖는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)이다. FET(21A/22A)는, 축전 디바이스(10A)에 직렬로 접속되어 있고, 축전 디바이스(10A)와 부하(220)의 접속 상태를 절환한다.
제1 실시 형태에서는, FET(21A/22A)가 "온 상태"인 경우에, 축전 디바이스(10A)가 부하(220)에 접속되고, FET(21A/22A)가 "오프 상태"인 경우에, 축전 디바이스(10A)가 부하(220)로부터 떼어진다.
FET(21A)의 소스는, 저항(31A)의 일단부와 FET(22A)의 소스와 접속된다. FET(21A)의 드레인은, 부하(220)와 접속되어 있다. FET(21A)의 게이트는, 저항(31A)의 타단부와 저항(32A)의 일단부와 접속되어 있다.
FET(22A)의 소스는, 저항(31A)의 일단부와 FET(22A)의 소스와 접속된다. FET(22A)의 드레인은, 축전 디바이스(10A)의 정극측에 접속되어 있다. FET(22A)의 게이트는, 저항(31A)의 타단부와 저항(32A)의 일단부와 접속되어 있다. 또한, 저항(32A)의 타단부는, 전원측 제어부(211)에 접속된다.
NTC(40A)는, 축전 디바이스(10A)의 온도를 검출하는 서미스터이다. 여기서는, 서미스터의 일례로서, NTC(Negative Temperature Coefficient)를 사용한다. 또한, 서미스터로서는, PTC(Positive Temperature Coefficient)를 사용해도 된다.
여기서, 도 3에 나타낸 바와 같이, NTC(40A)의 온도의 상승에 수반하여, NTC(40A)의 저항값은 감소한다. 또한, NTC(40A)는, 축전 디바이스(10A)의 근방에 설치된다. 따라서, NTC(40A)의 온도는, 축전 디바이스(10A)의 온도와 대략 동등하다.
NTC(40A)는, 저항(41A)을 통해 FET(22A)의 드레인에 접속되어 있고, 축전 디바이스(10A)와 병렬로 접속된다. NTC(40A)에 인가되는 전압(VT1)에 의해 NTC(40A)의 저항값이 취득되고, NTC(40A)의 저항값에 의해 NTC(40A)의 온도[즉, 축전 디바이스(10A)의 온도]가 검출된다.
전원측 제어부(211)는, 축전 디바이스(10A)의 온도에 기초하여, 스위치 소 자[FET(21A/22A)]의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율을 제어하고, 온도 제어를 실행한다. 구체적으로는, 전원측 제어부(211)는, NTC(40A)에 인가되는 전압에 의해, 축전 디바이스(10A)의 온도를 측정한다. 또한, 전원측 제어부(211)는, 축전 디바이스(10A)의 온도가 소정의 온도(TH)보다도 높은 경우, 축전 디바이스(10A)에 접속된 스위치 소자의 듀티(Duty)비, 즉 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태의 시간 비율을 낮추는 듀티비 제어를 행한다.
또한, 듀티비는, 단위 시간에 있어서 축전 디바이스(10A)가 부하(220)에 접속되는 시간 비율이다. 즉, 듀티비는, 단위 시간에 있어서 스위치 소자의 온 상태가 점유하는 시간의 비율이다.
또한, 소정의 온도(TH)는, 축전 디바이스(10A)를 안전하게 사용하기 위해 설정되어 있는 허용 온도보다 낮은 것이 바람직하다. 예를 들어, 축전 디바이스(10A)의 허용 온도가 80℃인 경우, 소정의 온도(TH)를 70℃로 설정할 수 있다.
여기서, 전원측 제어부(211)는, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 온도 제어 통지를, 통신 케이블(240)을 통해, 부하측 제어부(221)에 송신한다. 온도 제어 통지는, 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값을 포함한다.
여기서, 최대 입출력 전력값은, 전력값(W), 당해 전력값(W)의 전원 장치의 정격 입출력 전력값에 대한 비율(％), 전류값(A), 혹은 당해 전류값(A)의 정격 입출력 전력의 입출력시에 있어서의 전류값에 대한 비율(％) 등에 의해 나타내어진다. 본 실시 형태에서는, 최대 입출력 전력값은, 정격 입출력 전력값에 대한 비율(％)에 의해 나타내어진다.
예를 들어, 축전 디바이스(10A)만에 대해 듀티비를 70％까지 낮추는 온도 제어를 실행하고 있는 경우에는, 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값은 90％[=(70+100+100)÷3]이다. 한편, 어느 축전 디바이스에 있어서도 온도 제어가 실행되고 있지 않는 경우에는, 최대 입출력 전력값은 100％이다.
(부하의 구성)
이하에 있어서, 제1 실시 형태에 관한 부하에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 4는 제1 실시 형태에 관한 부하(220)를 도시하는 회로도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 부하(220)는, 부하측 제어부(221)와, 모터(222)와, 전력 변환부(223)와, 회전 센서(224)와, 전류 센서(225)를 구비한다.
부하측 제어부(221)는, 액셀러레이터(103)나 회전 센서(224)로부터 얻어지는 정보 등에 기초하여, 지령 토크를 산출한다. 부하측 제어부(221)는, 산출한 지령 토크에 기초하여, 전류 지령값을 산출한다. 부하측 제어부(221)는, 전류 센서(225)로부터 얻어지는 전류값과 산출한 전류 지령값과의 차분에 기초하여, 전력 변환부(223)를 제어한다.
여기서, 부하측 제어부(221)는, 전원측 제어부(211)로부터 온도 제어 통지를 수신하면, 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값에 기초하여, 온도 제어가 실행되고 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 부하측 제어부(221)는, 최대 입출력 전력값이 100％이면 온도 제어가 실행되고 있지 않다고 판정하고, 최대 입출력 전력값이 100％ 미만이면 온도 제어가 실행되고 있다고 판정한다. 부하측 제어부(221)는, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발 생되는 전력을, 최대 입출력 전력을 초과하지 않는 범위로 제어한다. 이 경우, 부하측 제어부(221)는, 최대 입출력 전력값이 100％ 미만인 경우에는, 온도 제어가 실행되고 있는 것을 램프의 점등 등에 의해 표시부(105)에 표시하게 만든다. 또한, 부하측 제어부(221)는, 최대 입출력 전력값을 인디케이터 표시 등에 의해 표시부(105)에 표시하게 만든다.
모터(222)는, 전원 장치(210)로부터 출력된 전력을 소비하여 회전함으로써, 구동륜(101)에 공급되는 동력을 발생시키는 전동기로서 기능한다. 또한, 모터(222)는, 전원 장치(210)로부터 출력된 전력을 소비하지 않는 경우[예를 들어, 브레이크(103) 조작시나 언덕길에서의 타성 주행시 등], 구동륜(101)의 회전을 이용함으로써 전원 장치(210)에 입력되는 전력(소위, 회생 전력)을 발생시키는 발전기로서 기능한다. 또한, 부하(220)가 발전기로서 기능하는 경우, 구동륜(101)의 회전의 이용 정도에 따라서 전동 차량(100)에 제동이 걸린다. 따라서, 부하(220)가 보다 큰 회생 전력을 발생시킬수록, 사용자는 큰 제동감을 받는다.
전력 변환부(223)는, 모터(222)가 구동되는 케이스에서는, 전원 장치(210)로부터 출력되는 전력을, 모터(222)가 필요로 하는 전력으로 변환한다. 또한, 모터(222)가 회생을 행하는 케이스에서는, 전력 변환부(223)는, 모터(222)에 의해 발생되는 전력을 전원 장치(210)에 축전되는 전력으로 변환한다.
회전 센서(224)는, 모터(222)의 회전수를 검출한다. 전류 센서(225)는, 모터(222)에 공급되거나 혹은 모터(222)로부터 회생되는 전류값을 검출한다.
(전원측 제어부의 동작)
이하에 있어서, 제1 실시 형태에 관한 전원측 제어부의 동작에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 전원측 제어부(211)의 온도 제어의 실행 동작을 나타내는 흐름도이다.
우선, 개시시에 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 과거의 온도 데이터(OT1 내지 OT3)에 현재의 온도(T1 내지 T3)를 기록하여 스텝 S101로 이행한다.
스텝 S101에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 온도(T1 내지 T3)의 값을 취득한다. 취득한 온도(T1 내지 T3)와 과거의 온도 데이터(OT1 내지 OT3)의 각각의 차분을 계산하여 소정의 온도 폭을 나타내는 임계값(THd)과 비교한다(S102 내지 S104). 비교한 결과, 차분의 모두가 임계값(THd)보다도 작은 경우에는 스텝 S105로 이행한다. 한편, 비교한 결과, 각 차분 중 하나라도 임계값(THd)보다도 큰 경우에는 스텝 S106으로 이행한다.
스텝 S105, S106에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 전술한 온도의 차분에 기초하여, 축전 디바이스(10A 내지 10C)에 대해 온도 제어, 즉 전류 제한을 개시하는 소정의 온도(TH)를 결정한다. 스텝 S105에서는 급준한 온도의 변화가 없었던 것이라 판단하고, 미리 정해진 트립 온도(TH1)를 TH로 하여 스텝 S107로 이행한다. 스텝 S106에서는 급준한 온도의 변화가 있었던 것이라 판단하고, 미리 정해진 트립 온도(TH1)로부터 소정의 온도(α)를 뺀 값을 TH로 하여 스텝 S107로 이행한다.
스텝 S107 내지 S109에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 스텝 S105 또는 S106에 있어서 결정된 온도(TH)와, 현재의 온도(T1 내지 T3)를 비교한다. T1 내지 T3 의 모두가 TH보다도 낮았던 경우에는, 스텝 S110으로 이행한다. 한편, 현재의 온도(T1 내지 T3) 중 하나라도 온도(TH)보다도 높은 온도가 있는 경우에는 스텝 S111로 이행한다.
스텝 S110에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 온도(T1 내지 T3)가 충분히 낮은 상태라고 판단하고, 축전 디바이스(10A 내지 10C) 각각에 대응하는 각 스위치 소자의 듀티비(D1 내지 D3) 모두를 100％(온도 제어, 즉 전류 제한 없음)로 하여 스텝 S112에서 각 스위치 소자에 있어서의 PWM 제어를 행한다.
스텝 S111에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 온도(T1 내지 T3)가 높아진 상태라고 판단하고, 듀티비(D1 내지 D3)를 계산하고, 스텝 S112에서 계산된 듀티비(D1 내지 D3)를 사용하여 각 스위치 소자를 PWM 제어한다(온도 제어, 즉 전류 제한을 행함). 그 후 스텝 S113으로 이행한다. 스텝 S113에서는, 각각 과거의 온도 데이터(OT1 내지 OT3)에 온도(T1 내지 T3)를 대입하여, 스텝 S101로 복귀한다.
여기서 스텝 S111에 있어서의 듀티비(D1 내지 D3)의 계산 방법의 일례에 대해 서술한다. 듀티비(D1 내지 D3)를 구하기 위해서는 온도(T1 내지 T3)의 값을 비교하여 가장 낮은 온도(TS)를 구하고, TS를 분자로 하고, 각 축전 디바이스의 온도(T1 내지 T3)를 분모로 한 비율로 한다. 즉, 듀티비(D1 내지 D3)는 D1=TS/T1, D2=TS/T2, D3=TS/T3으로 된다. 또한, 이와 같이 하면, 온도(T)가 가장 낮은 축전 디바이스(10)에 관한 듀티비(D)는 100％로 되고, 그것 이외의 축전 디바이스(10)에 관한 듀티비(D)는 100％ 이하의 값으로 된다.
구체적으로, T1<T2<T3=60℃<70℃<80℃이었던 경우, D1은 60/60×100=100％, D2는 60/70×100≒86％, D3은 60/80×100=75％로 된다.
또한, 스텝 S111에서는, 온도(T1 내지 T3)의 변동으로부터 듀티비(D1 내지 D3)를 산출하는 것으로 하였지만, 각 축전 디바이스마다 개별로 듀티비(D1 내지 D3)를 산출해도 된다.
또한, 도 5의 제어 흐름의 스텝 S112 내지 S101로 복귀하는 경우에, 소정의 시간 대기하는 스텝을 넣어도 된다. 소정의 시간은, 예를 들어 축전 디바이스(10)나 전원 장치(210)의 온도 변화의 경향에 따라 다르다. 온도 변화의 경향이 작은 경우에는, 소정의 시간을 크게 설정하면 된다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 전원측 제어부(211)의 온도 제어 통지의 송신 동작을 나타내는 흐름도이다.
우선, 스텝 S201에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 온도 제어를 실행하고 있는지 여부를 판정한다. 온도 제어를 실행하고 있는 경우, 처리는 스텝 S202로 진행한다. 온도 제어를 실행하고 있지 않는 경우, 처리는 스텝 S203으로 진행한다.
스텝 S202에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 상술한 듀티비(D1 내지 D3)에 기초하여, 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값의 정격 입출력 전력값에 대한 비율(％)을 산출한다. 예를 들어, D1=100％, D2≒86％, D3=75％인 경우, 최대 입출력 전력값의 정격 입출력 전력값에 대한 비율은, (100+86+75)/3=87(％)로 된다.
스텝 S203에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값의 정격 입출력 전력값에 대한 비율을 100％로 설정한다.
스텝 S204에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력, 즉, 제1 실시 형태에서는 최대 입출력 전력값의 정격 입출력 전력값에 대한 비율을 포함하고, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 온도 제어 통지를 부하측 제어부(221)에 송신한다. 그 후, 처리는 스텝 S201로 복귀한다.
또한, 전원측 제어부(211)는, 스텝 S201 내지 S204의 처리를 정기적으로 행한다.
(부하측 제어부의 동작)
이하에 있어서, 제1 실시 형태에 관한 부하측 제어부의 동작에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 7은 제1 실시 형태에 관한 부하측 제어부(221)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
스텝 S301에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 전원측 제어부(211)로부터 온도 제어 통지를 수신하였는지 여부를 판정한다. 온도 제어 통지를 수신한 경우, 처리는 스텝 S302로 진행한다. 온도 제어 통지를 수신하지 않는 경우, 처리는 스텝 S301을 반복한다.
스텝 S302에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 온도 제어 통지를 참조하여, 온도 제어가 실행되고 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 부하측 제어부(221)는, 최대 입출력 전력값이 100％이면 온도 제어가 실행되고 있지 않다고 판정하고, 최대 입출력 전력값이 100％ 미만이면 온도 제어가 실행되고 있다고 판정한다. 온도 제어가 실행되고 있는 경우, 처리는 스텝 S303으로 진행한다. 온도 제어가 실행되고 있지 않는 경우, 처리는 스텝 S305로 진행한다.
스텝 S303에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 온도 제어 통지에 포함되는 최대 입출력 전력값을 참조하여, 부하(220)에 있어서 소비되는 소비 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 회생 전력을, 최대 입출력 전력값을 초과하지 않는 범위로 제어한다. 이에 의해, 부하측 제어부(221)는, 전원 장치(210)와 부하(220) 사이에서 최대 입출력 전력값을 초과한 전력의 교환이 행해지지 않도록 한다.
스텝 S304에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 온도 제어가 실행 중인 것을 나타내는 표시를 온으로 한다. 구체적으로는, 부하측 제어부(221)는, 온도 제어가 실행 중인 것을 램프의 점등 등에 의해 표시부(105)에 표시하게 만든다. 또한, 부하측 제어부(221)는, 최대 입출력 전력값을 표시부(105)에 표시하게 만든다.
한편, 스텝 S305에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값을 정격 입출력 전력값으로 제어한다. 즉, 부하측 제어부(221)는, 부하(220)에 있어서 소비되는 소비 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 회생 전력을, 정격 입출력 전력값을 초과하지 않는 범위에서 제어한다.
스텝 S306에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 온도 제어가 실행 중인 것을 나타내는 표시를 오프로 한다. 구체적으로는, 부하측 제어부(221)는, 표시부(105)에 있어서, 온도 제어가 실행 중인 것을 나타내는 램프를 소등한다. 또한, 부하측 제어부(221)는, 정격 입출력 전력값을 최대 입출력 전력값으로 하여 표시부(105)에 표시하게 만든다.
여기서, 스텝 S303에 있어서 부하(220)의 소비 전력을 제어하는 방법에 대해, 2개의 방법을 예로 들어 설명한다. 여기서는, 최대 입출력 전력에 대해서는 최대 출력 전력을 사용하고, 정격 입출력 전력에 대해서는 정격 출력 전력을 사용하여 설명한다.
제1 방법은, 액셀러레이터(103)의 전체 조작 범위 중, 부하(220)의 소비 전력이 최대 출력 전력값을 초과하는 조작 범위에 있어서만, 소비 전력을 최대 출력 전력값으로 고정(억제)하는 방법이다. 따라서, 사용자는, 부하(220)의 소비 전력이 최대 출력 전력값에 도달할 때까지는, 전동 차량(100)이 의도한 가속을 얻을 수 있다.
제2 방법은, 액셀러레이터(103)의 전체 조작 범위에 있어서, 부하(220)의 소비 전력을, 온도 제어가 실행되지 않는 경우와 비교하여, 최대 출력 전력값의 정격 출력 전력값에 대한 비율까지 저하(억제)시키는 방법이다. 따라서, 사용자는, 액셀러레이터(103)의 전체 조작 범위에 있어서, 전동 차량(100)을 가속시킬 수 있지만, 가속의 정도는 최대 출력 전력값의 정격 출력 전력값에 대한 비율까지 저하(억제)된다.
또한, 최대 출력 전력값의 정격 출력 전력값에 대한 비율이 100％인 경우에는, 부하(220)의 소비 전력이 정격 출력 전력값을 초과하는 조작 범위에 있어서만, 소비 전력을 정격 출력 전력값으로 제어하면 된다.
다음에, 스텝 S303에 있어서 부하(220)의 회생 전력을 제어하는 방법에 대해, 2개의 방법을 예로 들어 설명한다. 여기서는, 최대 입출력 전력에 대해서는 최대 입력 전력을 사용하고, 정격 입출력 전력에 대해서는 정격 입력 전력을 사용하여 설명한다.
제1 방법은, 회생 전력이 최대 입력 전력값을 초과하는 경우만, 회생 전력을 최대 입력 전력값으로 고정(억제)하는 방법이다. 따라서, 회생 전력이 최대 입력 전력값을 초과하지 않는 경우, 회생 전력은 제어되지 않는다. 예를 들어, 축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C) 각각의 정격 입력 전압이 36[V], 용량이 2[Ah]이고, 최대 입력 전류를 0.5[C](1[A])로 하는 경우, 전원 장치(210)의 정격 최대 입력 전력은 3×36[V]×1[A]=108[W]로 된다. 따라서, 최대 입력 전력값의 정격 입력 전력값에 대한 비율이(87)％이면, 회생 전력이 최대 입력 전력값을 초과하는 경우, 회생 전력은 86.4(=108[W]×0.8)[W]로 억제된다.
제2 방법은, 상시, 부하(220)의 회생 전력을, 온도 제어가 실행되지 않는 경우와 비교하여, 최대 입력 전력값의 정격 입력 전력값에 대한 비율까지 저하(억제)시키는 방법이다. 따라서, 회생 전력이 최대 입력 전력값을 초과하지 않는 경우라도, 회생 전력은 최대 입력 전력값의 정격 입력 전력값에 대한 비율로 억제된다.
또한, 최대 입력 전력값의 정격 입력 전력값에 대한 비율이 100％인 경우에는, 부하(220)의 회생 전력이 정격 입력 전력값을 초과할 때에만, 회생 전력을 정격 입력 전력값으로 제어하면 된다.
(작용 및 효과)
제1 실시 형태에서는, 전원측 제어부(211)는, NTC(40A) 내지 NTC(40C)에 의해 검출되는 온도가 소정의 온도(TH)보다도 높은 경우에, FET(21A/22A) 내지 FET(21C/22C)의 듀티비, 즉 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태의 시간 비율을 낮추는 듀티비 제어를 행한다.
따라서, 축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C) 각각의 온도가 소정의 온도(TH)보다도 높아지는 것을 억제할 수 있다. 그로 인해, 축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C) 각각에 있어서의 온도 변동의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C) 각각의 열화 정도에 변동이 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 전원 장치(210)의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 전원측 제어부(211)는, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 온도 제어 통지를 부하측 제어부(221)에 송신하고, 부하측 제어부(221)는, 온도 제어 통지에 기초하여, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력을 제어한다. 구체적으로는, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력을, 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력을 초과하지 않는 범위로 제어한다.
따라서, 최대 입출력 전력값을 초과하는 전력의 입출력이 전원 장치(210)에 대해 이루어짐으로써, 전원 시스템(100) 전체가 에러에 의해 정지되게 되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 부하측 제어부(221)는, 온도 제어의 실행 상태를 사용자에게 통지한다. 따라서, 사용자는, 액셀러레이터(103)의 조작량과 모터(222)의 회전수에 부정합이 발생하는, 즉 사용자가 액셀러레이터(103)를 조작해도 의도한 가속을 얻어지지 않는 것을 사전에 인식할 수 있다. 또한, 사용자는, 부하(220)에 있어서 발생되는 회생 전력이 억제됨으로써 차량의 제동감이 작아지는 것을 사전에 인식할 수 있다. 그 결과, 전원 장치(210)가 정격 입출력 전력값의 100％의 전력을 입출력할 수 없는 것에 대한 사용자의 스트레스를 완화시킬 수 있다.
[제2 실시 형태]
이하에 있어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와의 차이점에 대해 주로 설명한다.
구체적으로는, 제2 실시 형태에서는, 축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C)에 있어서의 잔여 용량 변동의 보정을 목적으로 하여, 전원측 제어부에 있어서, 온도 제어가 실행되고 있지 않는 기간에, 부하측 제어부(221)가 생성되는 지령값에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어를 행하는 점이다. 부하측 제어부(221)는, 축전 디바이스(10A) 내지 축전 디바이스(10C) 각각의 잔여 용량에 따라서 지령값을 산출한다.
(전원 장치의 구성)
이하에 있어서, 제2 실시 형태에 관한 전원 장치에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 8은 제2 실시 형태에 관한 전원 장치(210)를 도시하는 회로도이다.
제2 실시 형태에 관한 전원 장치(210)는, 복수의 전류 검출부[전류 검출부(60A) 내지 전류 검출부(60C)]와, 복수의 전압 검출부[전압 검출부(70A) 내지 전압 검출부(70C]와, 복수의 온도 검출부[온도 검출부(80A) 내지 온도 검출부(80C)]와, 잔여 용량 산출부(212)를 구비한다.
각 전류 검출부(60A 내지 60C)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)에 직렬로 접속되어 있고, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)에 흐르는 전류를 검출한다.
각 전압 검출부(70A 내지 70C)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)에 병렬로 설치되어 있고, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 양단부의 전압을 검출한다.
각 온도 검출부(80A 내지 80C)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)에 병렬로 설치되어 있고, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 온도를 검출한다.
잔여 용량 산출부(212)는, 전원측 제어부(211)에 설치되어 있고, 각 전류 검출부(60A 내지 60C), 각 전압 검출부(70A 내지 70C), 각 온도 검출부(80A 내지 80C)에 의해 검출되는 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 전류값, 전압값, 온도 중 적어도 하나에 기초하여, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량을 산출한다.
또한, 전원측 제어부(211)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 각 온도 검출부(80A 내지 80C)에 의해 검출되는 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 온도가 소정의 온도(TH)에 도달한 경우에, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)에 접속된 스위치 소자의 듀티비, 즉 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태의 시간 비율을 낮추는 듀티비 제어를 행한다.
전원측 제어부(211)는, 산출한 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량을 온도 제어 통지에 포함시킨다.
또한, 전원측 제어부(211)는, 온도 제어가 실행되고 있지 않는 기간에 있어서, 듀티비(D11 내지 D31)의 지령값에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어를 행한다. 듀티비(D11 내지 D31)의 지령값은, 각 축전 디바이스(10A 내지 10)의 잔여 용량과, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의 해 발생되는 전력에 기초하여, 부하측 제어부(221)에 의해 산출된다.
(전원 시스템의 동작)
이하에 있어서, 제2 실시 형태에 관한 전원 시스템의 동작에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 9는 제2 실시 형태에 관한 전원 시스템(200)의 동작을 나타내는 시퀸스도이다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 전원측 제어부(211) 및 부하측 제어부(221)는, 제1 실시 형태에서 설명한 제어를 행하고 있는 것을 전제로 한다.
스텝 S401에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 각 전류 검출부(60A 내지 60C), 각 전압 검출부(70A 내지 70C), 각 온도 검출부(80A 내지 80C)에 의해 검출되는 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 전류값, 전압값, 온도 중 적어도 하나에 기초하여, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량을 산출한다.
스텝 S402에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 산출한 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량을 포함하는 온도 제어 통지를 부하측 제어부(221)에 송신한다.
스텝 S403에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량과, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력에 기초하여, 각 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율(이하,「듀티비(D11 내지 D31)」이라 함)의 지령값을 산출한다. 구체적으로는, 부하측 제어부(221)는, 사용자에 의해 액셀러레이터(103)가 조작되고 있는 경우, 즉 부하(220)에 있어서 전력이 소비되는 경우 에는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량에 비례하도록 듀티비(D11 내지 D31)를 산출한다. 예를 들어, 축전 디바이스(10A 내지 10C) 각각의 잔여 용량이 80％, 70％, 60％인 경우, 듀티비는 최대 잔여 용량의 축전 디바이스를 100％로서, D1=80/80=100％, D2=70/80=87.5％, D3=60/80=75％로 된다. 한편, 부하측 제어부(221)는, 사용자에 의해 브레이크(104)가 조작되고 있는 경우나 언덕길에서의 타성 주행을 행하고 있는 경우, 즉 부하(220)에 있어서 회생 전력이 발생되는 경우에는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량에 반비례하도록 듀티비를 산출한다. 예를 들어, 축전 디바이스(10A 내지 10C) 각각의 잔여 용량이 80％, 70％, 60％인 경우, 듀티비는 최소 잔여 용량의 축전 디바이스를 100％로서, D1=60/80=75％, D2=60/70=85.7％, D3=60/60=100％로 된다. 또한, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량이 동등한 경우, 듀티비(D11 내지 D31)는 각각 100％이다.
스텝 S404에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력이, 상술한 듀티비(D11 내지 D31)에 기초하여 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력보다도 큰 지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 예를 들어 부하(220)에 있어서 전력이 소비되고 있을 때를 고려하면, 전원 장치(210)의 정격 출력 전력값=3600W이고, D1=100％, D2=87.5％, D3=75％인 경우, 최대 출력 전력값은 3150W{=[3600×(100+87.5+75)/3]/100}로 된다. 따라서, 부하측 제어부(221)는, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력이 3150W보다도 큰 지 여부를 판정한다. 부하(220)가 전력을 발생시키고 있는 경우, 즉 부하가 회생을 행하고 있는 경우에도, 같은 순서로, 부하(220)에 의해 발생되는 전력 이 최대 입력 전력보다도 큰 지 여부를 판정한다. 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력이 최대 입출력 전력보다도 크지 않는 경우, 전원측 제어부(211)에 있어서 듀티비(D11 내지 D31)에 기초하는 제어가 가능한 것으로 하여, 처리는 스텝 S405로 진행한다. 한편, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력이 최대 입출력 전력보다도 큰 경우, 듀티비(D11 내지 D31) 각각을 100％로 재설정하여, 스텝 S405로 진행한다.
스텝 S405에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 설정된 듀티비(D11 내지 D31)의 지령값을 전원측 제어부(211)에 송신한다.
스텝 S406에 있어서, 부하측 제어부(221)는, 듀티비(D11 내지 D31)에 기초하여 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력을 인디케이터 표시 등에 의해 표시부(105)에 표시하게 만든다.
스텝 S407에 있어서, 전원측 제어부(211)는, 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 부하측 제어부(221)로부터 수신한 지령값을 참조하여, 듀티비(D11 내지 D31) 각각을 갖는 PWM 신호를 생성하고, 각 스위치 소자에 출력한다. 또한, 전원측 제어부(211)는, 온도 제어를 행하고 있는 기간에 있어서는, 제1 실시 형태에서 서술한 온도 제어에 관한 듀티비(D1 내지 D3)를 갖는 PWM 신호를 생성하는 것에 유의해야 한다.
스텝 S408에 있어서, 전원측 제어부(211)는, PWM 신호를 각 스위치 소자에 출력한다.
스텝 S409에 있어서, 각 스위치 소자는, PWM 신호에 따라서 온 상태 혹은 오 프 상태를 절환한다.
(작용 및 효과)
제2 실시 형태에서는, 전원측 제어부(211)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C) 각각의 잔여 용량을 온도 제어 통지에 포함시킨다. 부하측 제어부(221)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량과, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력에 기초하여, 듀티비(D11 내지 D31)의 지령값을 산출하고, 전원측 제어부(211)에 송신한다. 전원측 제어부(211)는, 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 듀티비(D11 내지 D31)의 지령값에 기초하여, 스위치 소자의 온 상태 혹은 오프 상태의 제어를 행한다.
따라서, 전원측 제어부(211)는, 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 온도 제어의 실행에 의해 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량에 발생한 변동을 보정할 수 있다.
또한, 부하측 제어부(221)는, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력을 고려한다. 구체적으로는, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력이, 듀티비(D11 내지 D31)에 기초하여 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력보다도 큰 경우에는, 듀티비(D11 내지 D31) 각각을 100％로 설정하는, 즉 잔여 용량의 변동을 보정하는 제어를 실행하지 않는다.
따라서, 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력의 출력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력의 입력을 행할 수 없 는 사태가 발생하는 것을 억제하여, 전원 시스템(200)이 에러로 정지하는 것을 억제할 수 있다.
[그 밖의 실시 형태]
본 발명은 상술한 실시 형태에 의해 설명하였지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은, 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.
상술한 실시 형태에서는, 전원측 제어부(211)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 온도가 소정의 온도(TH)에 도달한 경우, 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 스위치 소자의 듀티비, 즉 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태의 시간 비율을 낮추는 듀티비 제어를 행하는 것으로 하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전원측 제어부(211)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 온도가 소정의 온도(TH)에 도달한 경우, 스위치 소자를 오프 상태로 제어해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 전원측 제어부(211)가, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)를 일괄하여 제어하는 것으로 하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C) 각각에 전원측 제어부(211)가 설치되어 있어도 된다. 또한, 전원 시스템(200)은, 1개의 부하측 제어부(221)를 구비하는 것으로 하였지만, 복수의 부하측 제어부(221)가 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 각 전원측 제어부와 각 부하측 제어부가, 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 통지와, 각 축전 디바이스의 잔여 용량의 변동을 보정하기 위한 각 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율의 지령값을 송수신한다.
상술한 실시 형태에서는, 전원측 제어부(211)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 온도(T1 내지 T3)의 변동에 기초하여, 축전 디바이스(10A 내지 10C)를 일괄하여 온도 제어하는 것으로 하였지만, 전원측 제어부(211)는, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 온도(T1 내지 T3) 각각에 기초하여, 축전 디바이스(10A 내지 10C) 각각을 개별로 온도 제어해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 전원 장치(210)가 전원측 제어부(211)를 구비하고, 부하(220)가 부하측 제어부(221)를 구비하는 것으로 하였지만, 전원측 제어부(211) 및 부하측 제어부(221)는, 전원 시스템(200) 내에 설치되어 있으면 된다.
상기한 제2 실시 형태에서는, 전원측 제어부(211)가 구비하는 잔여 용량 산출부(212)가, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 잔여 용량을 일괄하여 산출하는 것으로 하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C) 각각에 잔여 용량 산출부(212)가 설치되어 있어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 온도 제어 통지에는, 최대 입출력 전력값이 포함되는 것으로 하였지만, 온도 제어 통지에는, 온도 제어가 실행되고 있는지 여부를 나타내는 데이터가 포함되어 있어도 된다. 예를 들어, 온도 제어가 실행되고 있는지 여부를 나타내는 플래그(플래그가 온인 경우에는 온도 제어 실행 중)가, 온도 제어 통지에 포함되어 있어도 된다.
상기한 제2 실시 형태에서는, 부하측 제어부(221)가, 각 축전 디바이스의 잔 여 용량의 변동의 보정에 사용하는 듀티비(D11 내지 D31)의 지령값을 산출하고, 전원측 제어부(211)에 송신하는 것으로 하였지만, 전원측 제어부(211)가 듀티비(D11 내지 D31)의 지령값을 산출해도 된다. 이 경우, 전원측 제어부(211)는, 듀티비(D11 내지 D31)에 기초하는 제어를 실행하고 있는 경우, 당해 제어의 실행 상태를 부하측 제어부(221)에 통지하는 것이 바람직하다. 부하측 제어부(221)는, 듀티비(D11 내지 D31)에 기초하여, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력을, 전원 장치(210)의 최대 입출력 전력값을 초과하지 않는 범위로 제어할 수 있다. 이에 의해, 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 듀티비(D11 내지 D31)에 기초하는 제어가 실행되는 경우에, 전원 시스템(200)이 에러에 의해 정지하는 것을 억제할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 온도 검출부로서 서미스터를 예시하였지만, 온도 검출부는, 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다.
상술한 실시 형태에서는, 스위치 소자로서 FET를 예시하였지만, 스위치 소자는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 스위치 소자는 바이폴러 트랜지스터라도 된다.
상술한 실시 형태에서는 특별히 언급하고 있지 않지만, 각 축전 디바이스(10)는, 직렬로 접속된 복수의 축전 디바이스를 갖고 있어도 된다. 이에 의해, 전원 장치(210)의 고출력화가 실현된다.
상술한 실시 형태에서는 특별히 언급하고 있지 않지만, 전원측 제어부(211)는, 온도 제어를 실행하기 전에, 온도 제어에 있어서의 듀티비에 기초하여 산출되 는 전원 장치(210)에서 입출력 가능한 최대 입출력 전력값을 부하측 제어부(221)에 송신하고, 부하측 제어부(221)는, 전원측 제어부(211)로부터 수신한 최대 입출력 전력값에 기초하여, 부하(220)에 있어서 소비되는 전력 혹은 부하(220)에 의해 발생되는 전력을 제어해도 된다. 이 경우, 각 축전 디바이스(10A 내지 10C)의 온도 상승을 억제할 수 있기 때문에, 전원측 제어부(211)에 의한 온도 제어가 빈번히 실행되는 것을 억제할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 전원 장치(210)의 회로 구성을 예시한 것에 지나지 않고, 전원 장치(210)의 회로 구성은 적절하게 변경되어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 전원 시스템(200)이 전동 차량(100)에 사용되는 경우에 대해 설명하였지만, 전원 시스템(200)은, 정보 기기를 포함하는 다양한 전기 기기에 사용할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 실시 형태는, 클레임에 나타내어진 기술적 사상의 범위에서, 다양하게 변경 가능하다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 전동 차량(100)의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 전원 장치(210)를 도시하는 회로도.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 NTC(40)의 온도 특성을 나타내는 도면.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 부하(220)를 도시하는 회로도.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 전원측 제어부(211)의 온도 제어의 실행 동작을 나타내는 흐름도.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 전원측 제어부(211)의 온도 제어 통지의 송신 동작을 나타내는 흐름도.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 부하측 제어부(221)의 동작을 나타내는 흐름도.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 전원 장치(210)를 도시하는 회로도.
도 9는 제2 실시 형태에 관한 전원 시스템(200)의 동작을 나타내는 시퀸스도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10A 내지 10C : 축전 디바이스
21A 내지 21C, 22A 내지 22C : FET
31A 내지 31C, 32A 내지 32C, 41A 내지 41C : 저항
40A 내지 40C : NTC
Ra 내지 Rc : 내부 저항
60A 내지 60C : 전류 검출부
70A 내지 70C : 전압 검출부
80A 내지 80C : 온도 검출부
100 : 전동 차량
101 : 구동륜
102 : 동력 전달부
103 : 액셀러레이터
104 : 브레이크
105 : 표시부
200 : 전원 시스템
210 : 전원 장치
211 : 전원측 제어부
212 : 잔여 용량 산출부
220 : 부하
221 : 부하측 제어부
222 : 모터
223 : 전력 변환부
224 : 회전 센서
225 : 전류 센서
230 : 전력 케이블
240, 250 : 통신 케이블

Claims (6)

  1. 병렬로 접속된 복수의 축전 디바이스와, 상기 복수의 축전 디바이스 각각의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 복수의 축전 디바이스 각각에 직렬로 접속되는 스위치 소자를 갖는 전원 장치와,
    상기 전원 장치에 전기적으로 접속되는 부하를 구비하는 전원 시스템이며,
    상기 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태를 제어하는 전원측 제어부와,
    상기 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 상기 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 부하측 제어부를 갖고,
    상기 전원측 제어부는, 상기 온도 검출부에 의해 검출되는 온도에 기초하여, 상기 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율을 제어함으로써, 상기 복수의 축전 디바이스 각각의 온도 제어를 실행하고,
    상기 전원측 제어부는, 상기 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 통지를 상기 부하측 제어부에 송신하고,
    상기 부하측 제어부는, 상기 전원측 제어부로부터 수신한 상기 통지에 기초하여, 상기 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 상기 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통지는, 상기 전원 장치에서 입출력 가능한 최대 입출 력 전력값을 포함하고 있고,
    상기 부하측 제어부는, 상기 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 상기 부하에 의해 발생되는 전력을, 상기 통지에 포함되는 상기 최대 입출력 전력값을 초과하지 않는 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부하측 제어부는, 상기 전원측 제어부로부터 수신한 상기 통지에 의해 나타내어지는 상기 온도 제어의 실행 상태를 사용자에게 통지하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 장치는,
    상기 복수의 축전 디바이스 각각의 전압을 검출하는 전압 검출부와,
    상기 복수의 축전 디바이스 각각의 전류를 검출하는 전류 검출부와,
    상기 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량을 산출하는 잔여 용량 산출부를 갖고,
    상기 전원측 제어부는, 상기 잔여 용량 산출부에 의해 산출된 상기 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량을, 상기 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 상기 통지에 포함시키고,
    상기 부하측 제어부는, 상기 통지에 포함되는 상기 복수의 축전 디바이스 각각의 잔여 용량과, 상기 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 상기 부하에 의해 발생되는 전력에 기초하여, 상기 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서 의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율의 지령값을 산출하는 동시에, 상기 지령값을 상기 전원측 제어부에 송신하고,
    상기 전원측 제어부는, 상기 온도 제어를 행하고 있지 않는 기간에 있어서, 상기 부하측 제어부로부터 수신한 상기 지령값에 기초하여, 상기 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  5. 병렬로 접속된 복수의 축전 디바이스와, 상기 복수의 축전 디바이스 각각의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 복수의 축전 디바이스 각각에 직렬로 접속되는 스위치 소자를 갖는 전원 장치와, 상기 전원 장치에 전기적으로 접속되는 부하와, 상기 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 상기 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하는 부하측 제어부를 구비하는 전원 시스템에 있어서, 상기 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태를 제어하는 전원측 제어부이며,
    상기 온도 검출부에 의해 검출되는 온도에 기초하여, 상기 스위치 소자의 온 상태 및 오프 상태의 제어에 있어서의 온 상태 및 오프 상태의 시간 비율을 제어함으로써, 상기 복수의 축전 디바이스 각각의 온도 제어를 실행하는 동시에, 상기 온도 제어의 실행 상태를 나타내는 통지이며, 상기 부하측 제어부가 상기 부하에 있어서 소비되는 전력 혹은 상기 부하에 의해 발생되는 전력을 제어하기 위해 사용하는 통지를 상기 부하측 제어부에 송신하는 것을 특징으로 하는 전원측 제어부.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전원 시스템과,
    상기 부하에 기계적으로 접속되는 구동륜을 구비하고,
    상기 부하는, 상기 전원 장치로부터 출력되는 전력에 의해 상기 구동륜에 전달되는 동력을 발생시키는 전동기, 혹은, 상기 구동륜으로부터 전달되는 동력에 의해 상기 전원 장치에 입력되는 전력을 발생시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 차량.
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