KR100507909B1 - 하이브리드전기차량의견인배터리모듈의전압균등화방법 - Google Patents

하이브리드전기차량의견인배터리모듈의전압균등화방법 Download PDF

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티모티 마이클 그루
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배 시스템즈 컨트롤즈 인코포레이티드
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Abstract

하이브리드 전기 차량은 다수의 직렬 연결된 모듈들로 구성된 견인 납축전지를 포함한다. 차량이 작동하는 동안, 견인 배터리는 가속을 위해 방전되고, 보조 전원에 의해 충전된다. 동적인 제동으로부터 회생 충전 전류를 받는 견인 배터리의 용량을 최대화하고, 유용한 견인 모터 전류를 발생시키기 위해, 견인 배터리의 모듈들은 하이브리드 전기 차량이 정상적으로 작동하는 동안 균등화된다.

Description

하이브리드 전기 차량의 견인 배터리 모듈의 전압 균등화 방법
본 발명은 하이브리드 전기 차량(hybride electric vehichle)들의 견인 배터리(traction battery)의 충전 상태를 유지하는 방법에 관한 것이다.
하이브리드 전기 차량은 저공해 차량중 가장 실용적인 것으로 간주되고 있다. 하이브리드 전기 차량은, 차량의 바퀴를 구동시키는 전기 견인 모터에 전력을 공급하는 전기 "견인" 배터리를 구비한다. 하이브리드 전기 차량의 "하이브리드" 양상은, 차량이 작동하는 동안, 2차 전기 에너지원 또는 보조 전원을 이용하여 견인 배터리를 재충전하는 데에 있다. 이러한 2차 전기 에너지원은 태양 전지 패널, 연료 전지, 또는 내연 엔진에 의해 구동되는 발전기 등이 될 수 있다. 내연 엔진을 2차 전기 에너지원으로 이용하는 경우, 소량의 연료를 이용해 저공해를 생성하는 비교적 소형의 엔진을 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 소형 내연 엔진은 한정된 RPM 범위에서 구동할 수 있기 때문에, 엔진의 공해 방지 효과가 최적화될 수 있는 장점을 갖는다.
전기 에너지원을 설명하는 데에 이용되는 용어인 "1차" 및 "2차"는 단지 작동 중에 분배되는 에너지의 루트에 관련된 것으로서, 본 발명에는 중요한 의미를 갖지 않는다.
차량의 견인 배터리는 대개, 각각 1개 이상의 상호 연결된 전기 셀들로 된 직렬 연결된 다수의 모듈들로 구성된다. 본 발명에 이용되는 견인 배터리는 550V의 공칭 전압을 가지며, 직렬로 연결된 46개의 12V 모듈들로 이루어진다. 물론, 각 모듈은 1개 이상의 일반 차량용 배터리들로 이루어진다. 하이브리드 전기 차량은, 순수한 전기 차량과는 달리, 작동 중에 적어도 부분적으로 재충전 된다. 즉, 통상의 경우 견인 배터리는 실질적으로 완전 방전된 상태에 이르지 않기 때문에, 급하게 재충전을 할 필요가 없다. 결과적으로, 하이브리드 전기 차량은 통상의 내연 구동차량으로서 많이 이용되는바, 이는 하루 종일 사용하고 주차한 다음, 재충전하지 않고 다음날 아침 발차할 수 있다.
가장 일반적으로 사용되는 재충전가능한 배터리는 통상의 차량용 납축전지(lead-acid battery)인바, 이는 다공성 납 또는 납 조성 플레이트를 사용하며 희석된 황산 전해질을 사용한다. 비용 및 유효성의 이유로, 하이브리드 전기 차량에 이러한 배터리들을 이용하는 것이 바람직하다. 납축전지의 한 단점은 그들의 중량이며, 다른 단점은 사용에 의해 배터리의 충전 용량이 감소한다는 것이다. 충전 용량의 감소는 임피던스의 증가로 명백해지는바, 이는 어떠한 소정의 전압에서 배터리로부터 공급될 수 있는 전류를 감소시킨다. 이러한 충전 용량의 감소는 적어도 부분적으로는, "황산화" 또는 배터리의 납 플레이트 상에 황산염 코팅이 형성되는 것으로부터 일어난다. 이러한 황산화는 배터리가 오랜 기간 동안 부분적으로 충전된 상태로 유지될 때에 일어나는 경향이 있다. 따라서, 하이브리드 전기 차량을 밤새 주차시키는 것을 반복하면, 황산화가 쉽게 일어나며, 결과적으로 견인 배터리의 충전 용량이 없어지게 된다.
따라서, 하이브리드 전기 차량의 배터리를 유지하기 위한 보다 개선된 방법이 필요하다.
본 발명의 방법은 하이브리드 전기 차량의 견인 배터리의 모듈 전압을 균등하게 하는 것을 목적으로 하는바, 여기서 견인 배터리는 다수의 직렬로 연결된 모듈들로 구성된다. 본 발명의 방법은 프로그램된 프로세서에 의해 수행되며, 차량이 작동하는 동안, 과부하 전류 그리고/또는 과충전 전류 등의 선택된 부하 조건에 가까운 조건하에서 각 모듈들의 전압을 검출함으로써, 검출 모듈 전압을 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 검출 모듈 전압은 적어도 일시적으로 저장되어, 저장 검출 모듈 전압을 발생시킨다. 전압들중 적어도 일부는 적어도 1개의 서열 랭킹으로 분류된다. 바람직한 방법에서는, 2개의 서열 랭킹이 있다. 서열 랭킹의 최대치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 적어도 1개의 모듈이 서열 랭킹으로부터 선택되어, 고 모듈(high module)로서 분류된다. 바람직하게는, 선택된 모듈은 최고치의 검출 전압을 갖는다. 서열 랭킹의 최소치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 다른 1개의 모듈이 서열 랭킹으로부터 선택되어, 저모듈(low module)로서 분류된다. 고모듈은 부분적으로 방전되며, 이 부분적인 방전에 의해 이용가능해진 에너지는 저모듈을 충전하는 데에 이용된다. 본 발명의 방법의 일 특정 실시예에 따르면, 고모듈을 방전하는 단계는, 고모듈과 저모듈중 하나의 전압이 선택된 전압에 이를 때 까지 수행된다. 본 발명의 방법의 다른 실시예에 따르면, 상기 선택된 전압은 고모듈 및 저모듈이 아닌, 견인 배터리의 모듈들중 적어도 일부의 전압들의 평균이다. 특히, 본 발명의 방법의 일 실시예에서, 상기 평균은 고모듈 및 저모듈을 포함하는 견인 배터리의 모든 모듈들의 전압의 평균이다. 상기 고모듈을 부분적으로 방전하고, 이 방전에 의해 얻을 수 있는 에너지를 저모듈을 충전하도록 결합하는 단계는, 바람직하게는 보조 배터리로 고모듈을 적어도 부분적으로 방전하고, 저모듈로 보조 배터리를 적어도 부분적으로 방전시킴으로써 수행된다.
모듈의 전압을 서열 랭킹으로 분류하는 본 발명의 단계는, 견인 배터리가 상당히 충전된 상태에 있을 때에 얻어지는 전압의 일부를 제 1 서열 랭킹으로 분류하는 단계와, 견인 배터리가 충분히 방전된 상태에 있을 때에 얻어지는 전압의 적어도 다른 일부를 제 2 서열 랭킹으로 분류하는 단계를 포함한다. 모듈들중 제 1 서열 랭킹의 최대치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 1개의 모듈이 제 1 서열 랭킹으로부터 선택된다. 모듈들중 제 2 서열 랭킹의 최소치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 1개의 모듈이 제 2 서열 랭킹으로부터 선택되어, 저모듈로 분류된다.
도 1은 하이브리드 전기 차량의 전력 시스템을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 전기 차량(10)은 전기 에너지 제어기(16)의 제어하에 1개 이상의 차바퀴들(14a, 14b)을 구동하는 견인 모터(12)를 포함한다. 에너지 제어기(16)는 견인 배터리(18) 상의 다양한 탭들(20a, 20b, 20c, ..., 20n)에 연결되어 있다. 각 탭들(20a, 20b, 20c, ..., 20n)은 다수의 모듈들(22a, 22b, 22c, ..., 22n)의 플러스측 또는 플러스 단자에 연결된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 모듈(22a)은 2개의 직렬 연결된 12V 배터리로 구성되어 있다. 그외 모든 모듈들(22b, ..., 20n) 또한 모듈(22a)과 마찬가지이다.
도 1에서, 운전자가 가속, 제동 및 그 외의 차량 기능을 제어하는 수동 제어부는, 버스(26)에 의해 에너지 제어기(16)에 연결된 블럭(24)으로 도시된다. 디젤 엔진(28)으로 나타낸 내연 엔진은 에너지 제어기(16)로부터 버스(30)를 통해 인가되는 제어 신호에 의해 제어된다. 디젤 엔진(28)은, 전기 발전기(32)에 인가되는 기계적 회전 운동을 발생시킨다. 전기 발전기(32)의 전계 여기 및 그 외의 파라미터는, 버스(30)를 통해 에너지 제어기(16)에 의해 제어된다. 전기 발전기(32)에 의해 발생된 전력은 에너지 제어기(16)에 인가된다. 에너지 제어기(16)는 수동 제어부(24)로부터 운전자의 지령을 받고, 가속을 위해 견인 배터리(18)로부터 견인 모터(12)로 전력을 전달하며, 그리고 회생 제동 동안 에너지를 견인 배터리(18)로 되돌려 보낸다. 에너지 제어기(16)는 또한 엔진(28) 및 발전기(32)에 의한 전력의 발생을 제어하고, 발생된 전력을 적어도 견인 배터리에 전달한다. 이는 공지된 기술이다. 또한, 제어 블럭(16)은, 하기 설명되는 제어를 실시하기 위해, 견인 배터리의 각 모듈들(22a, 22b, 22c, ..., 22n)을 포함하는 모든 전력 처리 장치들과 관련된 다수의 전자적으로 제어되는 전원 스위치들(미도시)을 포함한다. 제어 블럭(16)은 또한 하기 설명되는 직류 직류 변환기(16c)를 포함한다. 차량의 운전이 휴지하고 있는 동안 전자적인 제어를 유지하고, 에너지 제어부의 제어하에서 엔진 시동기기(28s)를 작동시키기 위해, 공통 에너지 저장부로부터 12V 보조 배터리(36)가 에너지 제어기(16)에 연결되어 있다.
상기 설명한 바와 같이, 각 모듈들(22a, 22b, ..., 22n)의 납축전지(들)이 장시간 동안 부분적으로 방전된 상태로 유지되면, 품질이 저하된다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 견인 배터리는 한번에 최대 용량까지 충전되지 않는데, 그 이유는 차량이 이용되고 있을 때, 최대 용량까지 충전된 견인 배터리는 회생 제동이 실행되는 동안 에너지 제어기(16)로부터 에너지를 받아들일 필요가 있기 때문이다. 최대 용량까지 충전된 견인 배터리는 배터리 모듈의 가스 발생을 막기 위해 그 이상의 부하를 받아들여서는 안되기 때문에, 차량이 정지하고 있을 때 견인 배터리는 최대 용량까지 충전되지 않는다. 본 발명의 다른 양상에 따르면, 견인 배터리의 1개 이상의 모듈들(견인 배터리의 모든 모듈들은 아님)은, 이들을 최대 용량까지 충전시킨 다음, 이들을 최대 용량으로 충전되기 이전의 충전 상태로 방전시킴으로써, 주기적으로 유지된다. 이러한 유지 절차가 종종 수행되어, 모듈들이 최대 용량 충전 및 이후의 부분 방전을 위해 선택됨으로써, 궁극적으로 모든 모듈들이 유지될 수 있게 된다. 이러한 유지 절차에 의해, 각 모듈은 황산화를 방지하기 위해 종종 최대 용량까지 충전되며, 견인 배터리 자체는 항상 부분 충전 상태로 그 날의 운전을 시작하며, 결과적으로 과충전이 일어나지 않는다.
본 발명의 일 양상에 따른 유지 절차 또는 방법은 견인 배터리의 각 모듈을 종종 최대 용량까지 충전하는 단계를 포함한다. 단일 모듈을 최대 용량까지 충전하는 데에는 긴 시간을 필요로 하지 않지만, 견인 배터리의 모든 모듈을 최대 용량까지 충전하는 데에는 비교적 긴 시간, 예를 들어 몇 일을 필요로 한다. 유지 절차는 다수의 작은 부분들로 세분화되어 시간적으로 상당히 분리되어 있기 때문에, 최근에 어떤 모듈들이 충전되지 않았는 지를 알기 위한 수단이 필요하다. 이러한 목적으로, 도 1의 에너지 제어기(16)는 본 발명에 따라 어떤 모듈이 최근에 유지되고 있는지, 어떤 모듈이 유지되고 있지 않은 지를 나타내는 공정 로그(log)를 유지하는 메모리를 적어도 포함한다. 제어기가 차량의 일부이며, 제어기가 설치된 특정한 차량에게만 유지 공정을 실행하기 때문에, 차량 확인 번호가 필요없다. 예를 들어 주차장 등에서, 유지 제어기가 차량으로부터 분리되는 경우, 유지 공정이 필요하게 되는 각 차량에 관한 정보를 저장하기 위한 메모리의 저장 위치를 부가적으로 필요로 할 것이다.
도 2a에서, 견인 배터리의 모듈들의 유지를 제어하는 논리는, 시작 블럭(210)에서 시작하여, 차량이 작동중인지 아닌 지를 표시하는 대용으로 선택된 점화 스위치의 상태를 검사하는 결정 블럭(212)으로 진행된다. 물론, 이러한 상태를 나타내는 것으로서, 예를 들어 차바퀴의 회전, 견인 배터리로부터의 전류 유출, 또는 견인 모터로의 전류 흐름과 같은 다른 표시 매체를 이용할 수 있다. 점화 스위치가 "턴온"이 되어, 차량이 작동중임을 나타내면, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블록(212)으로부터 논리 경로(213)를 따라 시작 블록(210)으로 되돌아간다. 따라서, 차량이 작동하고 있는한, 논리는 시작 블럭(210)과 결정 블럭(212)을 포함하는 루프 주위를 순환한다. 궁극적으로, 점화 스위치는 턴오프되어, 차량이 작동중이 아님을 나타낸다. 이 상태가 되면, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(212)을 벗어나, 블럭(214)으로 나타낸 바와 같이 시간 카운터를 개시 또는 시작한다. 이 시간 카운터는 점화 스위치가 오프인 동안 증분되며, 이에 따라 차량이 얼마나 오래 작동하지 않았는 지를 나타낸다. 블럭(214)에서 카운터에 의해 표시되는 시간은 결정 블록(216)에 의해 모니터된다. 블럭(214)에서의 카운터와 관련된 카운트가 결정 블럭(216)이 프로그램된 카운트와 같지 않으면, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(216)을 벗어나, 경로(217) 및 경로(213)를 따라 시작 블럭(210)으로 되돌아간다. 배달용 차량 등이 실시하는 것과 같은, 예를 들어 1시간 정도의 일시 정지를 배제하도록 선택된 시간이 경과한 후, 카운터의 카운트는 결정 블럭(216)에 프로그램된 카운트와 동일해지며, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블럭(216)을 벗어난다. "예" 출력에 의해 결정 블럭(216)을 벗어나는 것은, 차량의 운전이 정지되었음을 시사하는 시간 동안 차량이 작동하지 않았으며, 그리고 모듈의 유지 기간 동안 차량의 운전히 정지되었을 가능성이 있음을 나타낸다. 따라서, 논리가 블럭(218)에 이르렀을 때, 모듈 유지 과정이 시작된다.
도 2a의 결정 블럭(216)의 "예" 출력으로부터, 논리는 견인 배터리의 어떤 모듈이 가장 최근에 유지되고 있었는 지를 결정하기 위해, 유지 로그의 읽기를 나타내는 다음 블럭(218)으로 진행된다. 논리 블럭(219)에서는, 본 발명에 의한 최대 용량 충전 유지로부터 가장 긴 시간이 경과한 현재 간격(current interval) 동안의 유지를 위해 모듈들중 1개가 선택되거나, 또는 1개 이상의 모듈이 유지되는 경우에는, 선택된 모듈들의 그룹으로부터 1개의 모듈이 선택될 것이다. 블럭(219)에서 유지를 위한 모듈을 선택한 후, 선택된 모듈은 필요하다면 도 2a의 논리 블럭(220)으로 제시한 바와 같이, 견인 배터리로부터 분리된다. 단지 1개의 모듈 만이 유지를 위해 선택된 경우, 그리고 견인 배터리가 전기적으로 플로팅(floating) 상태(부유상태)인 경우, 모듈은 견인 배터리로부터 분리될 필요가 없다. 어쨌든, 논리는 유지될 모듈의 전압을 검출하고 메모리에 모듈 전압을 저장함을 나타내는 다음 블럭(221)으로 진행된다. 동시에, 도 1에 도시된 보조 배터리(36)의 전압이 검출되어 메모리에 저장된다. 본원의 모든 경우들에 있어서, 배터리 전압의 측정은 배터리 온도 및 배터리 전류 모두에 대해 보상된다.
도 2a의 논리는, 블럭(221)으로부터 블럭(222)으로 진행되는바, 블럭(222)은 도 1의 보조 배터리(36)로부터의 에너지를 이용하여, 선택된 모듈을 최대 용량의 충전 상태로 충전함을 나타낸다. 이 단계는, 도 1에 도시된 에너지 제어기(16)가 직류 직류 변환기(16c)를 사용할 것을 필요로 하는 바, 이 직류 직류 변환기(16c)는 보조 배터리(36)의 전압을 선택된 모듈을 충전시킬 수 있는 전압으로 변환시킬 수 있다. 이러한 변화기는 널리 알려져있다. 도 2a의 논리는 블럭(222)으로부터, 차량의 점화 스위치의 상태를 모니터하는 결정 블럭(224)으로 진행된다. 점화 스위치가 선택된 모듈이 최대 용량까지 충전하는 기간 동안 언제라도 턴온되면, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 결정 블럭(224)으로부터 논리 노드(B)를 따라 도 2c의 블럭(250)으로 진행되는바, 이 블럭(250)은 선택된 모듈의 충전을 즉시 중단함을 나타낸다. 블럭(252)은 필요한 경우 선택된 모듈을 견인 배터리에 재연결함을 나타내며, 이후 논리는 시작 블럭(210)으로 되돌아가 유지 공정을 조기에 끝낸다. 하기에서 설명되는 바와 같이, 최대 용량까지의 충전 기간의 결과, 선택된 모듈은 이 시점에서 견인 배터리의 다른 모듈의 전압보다 약간 높은 전압을 갖는다. 이러한 약간 높은 전압은 이하 설명되는 본 발명의 다른 특징에 의해 균등화된다.
모듈중에서 선택된 1개의 모듈은, 도 2c와 관련하여 상기 설명한 바와 같이, 점화 스위치가 턴온되어 충전 간격을 조급하게 끝내지 않는 한, 도 2a의 블럭(222)에 의해 지시되는 바와 같이 최대 용량까지 충전을 계속한다. 점화 스위치가 턴온 되지 않는 한, 논리 결정 블럭(224)의 "아니오" 출력에 의해 다른 결정 블럭(226)으로 진행된다. 이 결정 블럭(226)은 모듈의 현시점 또는 현재 시간의 전압을, 선택된 모듈의 최대 용량 충전을 나타내는 기준치와 비교한다. 충전되는 모듈이 최대 용량 충전에 이르지 않는 한, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(226)으로부터 논리 경로(228)를 따라, 충전 절차의 계속을 나타내는 블럭(222)으로 되돌아간다. 따라서, 결정 블럭(226)이 선택된 모듈의 전압이 최대 용량 충전의 기준치에 이르렀음을 확인하지 않는 한, 선택된 모듈은 직류 직류 변환기(16c)를 통해 도 1에 도시된 보조 배터리(36)로부터 에너지를 끌어내어 계속해서 충전된다. 궁극적으로, 모듈 전압은 최대 용량 충전치에 이르게 되고, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(226)으로부터 논리 블럭(230)으로 진행되는바, 블럭(230)은 선택된 모듈의 최대 용량 충전 또는 유지의 완료를 나타내기 위해 유지 로그를 갱신함을 나타낸다. 논리 블럭(230)으로부터, 논리는 논리 노드(A)를 통해 도 2b에 도시된 논리 블럭(240)으로 진행된다.
주목할 사항으로서, 보조 배터리의 전압은 모듈들중 선택된 하나를 충전하는 동안 충전가능한 레벨 이하로 강하할 수 있다. 이러한 경우, 선택된 모듈의 충전은 (미도시된 논리 경로에 의해) 즉시 종료되며, 논리는 견인 배터리로부터 보조 배터리를 재충전함을 나타내는 도 2d의 노드(F)로 즉시 이동한다. 또한, 주목할 사항으로서, 소정 모듈의 충전 절차가, 예를 들어 보조 배터리의 재충전 필요에 의해 중단되는 경우, 영향을 받은 모듈은 보조 배터리의 충전후에는 모듈 유지 과정이 시작되기 전 보다 더 높은 전압을 갖게 되며, 결과적으로 블럭(221)에서 메모리에 처음에 저장되었던 값 보다 더 높은 단자 전압을 갖게 된다. 차량이 다시, 선택된 모듈을 유지 목적을 위해 계속해서 충전할 수 있는 상태가 되면, 새로운 논리 사이클은 제 1 논리 과정과 약간 달라진다. 왜냐하면, 모듈의 최초 충전 상태를 나타내는 최초 저장된 단자 전압이 유지되어, 현재의 단자 전압에 의해 오버라이트될 수 없기 때문이다.
모듈 유지 과정중 이 점에 관련하여, 선택된 모듈은 최대 용량까지 충전되어, 원하던 결과의 제 1 부분, 즉 모듈을 최대 용량까지 충전함으로써 황산화를 줄이는 것과 관련된 부분을 달성한다. 그러나, 선택된 모듈을 최대 용량까지 충전한 결과, 차량의 작동에 의해, 견인 배터리 및 이에 따라 현 시점에서 최대 용량까지 충전된 선택된 모듈에 부가적인 전류를 인가할 수 있다. 이는 모듈의 가스 발생을 일으킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 선택된 모듈은 최대 용량까지 충전된 후, 부분적으로 방전된다. 이러한 부분적인 방전은 상황에 따라 2개의 방법중 하나에 의해 달성된다. 첫 번째 방법은, 보조 배터리(36)를 재충전하기 위해 최대 용량으로 충전된 선택된 모듈로부터의 에너지를 이용하여, 도 1의 직류 직류 변환기(16c)의 동작 방향을 역전시킴으로써 (또는 다른 변환기를 이용함으로써), 선택된 모듈을 그의 최대 충전 용량 상태로부터, 유지 공정에 있어서 최대 용량 충전의 일부를 개시하기 전에 가졌던 전압으로 부분적으로 방전시킨다. 이는 유지 공정 동안 발생하는 불가피한 열 손실을 제외하고는, 차량 전체의 에너지 상태를 유지 공정이 개시되었을 때와 같은 조건으로 한다는 유익한 효과를 갖는다. 최대 용량까지 충전된 선택된 모듈을 부분적으로 방전시키는 두 번째 방법은, 차량의 작동에 의해 최대 용량까지의 충전이 중단되었을 때에 이용된다. 이 경우, 견인 배터리 및 이 견인 배터리의 각 모듈은, 차량이 작동할 때, 발전기의 작동에 의한 견인 배터리의 충전과 자동차의 가속에 의한 부하에 기인하는 방전에 의해, 에너지 상태를 변화시킨다. 에너지 상태의 변화는 견인 배터리의 전압과 이를 구성하는 모듈의 전압 변화를 일으킨다. 따라서, 선택된 모듈의 전압을 나타내는 이전에 메모리된 값이 더 이상 큰 의미를 갖지 않으므로, 모듈중 선택된 1개의 모듈은 직류 직류 변환기(이는 변환기(16c) 또는 어떠한 다른 변환기가 될 수 있음)에 의해 부분적으로 방전되며, 이러한 부분적 방전에 의해 선택된 모듈로부터 얻을 수 있는 에너지는 견인 배터리의 다른 모듈들에 인가되어, 상기 다른 모듈들을 선택된 모듈의 전압에 이를 때 까지 충전시킨다. 따라서, 다시 말해, "과충전된" 선택된 모듈이 방전되어 그의 전압을 감소시키고, 선택된 모듈의 방전으로부터 얻을 수 있는 에너지가 다른 모듈들의 충전에 이용됨으로써 이들의 전압을 상승시킨다. 이때, 선택된 모듈의 방전은 그의 전압이 다른 모듈들의 전압의 어떠한 평균 치와 같아졌을 때 중단된다.
도 2b에서, 논리 블럭(240)은 상기 설명된 "첫 번째" 방법에 대응하는 방법으로, 선택된 모듈로부터 보조 배터리(36)를 충전함을 나타낸다. 논리는 논리 블럭(240)으로부터, 점화 스위치를 연속적으로 모니터하여 방전 과정을 조기에 종료시켜야할 지를 결정하는 결정 블럭(242)으로 진행된다. 점화 스위치가 턴온되면, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블럭(242)으로부터 논리 노드(B)를 따라, 유지 공정을 중단하는 도 2c의 논리로 진행된다. 점화 스위치가 턴온되지 않는 한, 논리 흐름은 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(242)으로부터 다른 결정 블럭(244)로 진행되는바, 이 블럭(244)에서는 방전되고 있는 선택된 모듈의 배터리 전압(VMOD)과 저장된 전압값(VMOD_MEM)을 비교한다. 모듈 전압(VMOD)이 저장된 값(VMOD_MEM)과 일치하지 않으면, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(244)으로부터 논리 경로(246)를 따라 블럭(240)으로 되돌아가, 방전을 계속한다. 모듈 전압(VMOD)이 저장된 값(VMOD_MEM) 보다 작으면, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블럭(244)으로부터 논리 노드(C)를 따라 도 2d의 블럭(258)으로 진행된다.
도 2d의 논리는, 차량의 오프 시간 동안, 견인 배터리로부터 보조 배터리(36a)를 재충전함을 나타낸다. 이러한 재충전은 견인 배터리 전체로부터 이루어지는 것이 아니라, 최고 전압을 갖는 견인 배터리의 모듈들로부터 수행된다. 일반적으로, 재충전은, 모듈중 최고 전압을 갖는 1개의 모듈을 선택하고, 이 1개의 모듈을 보조 배터리로 방전시켜, 최고 전압을 갖는 모듈의 전압을 모듈들의 평균 전압으로 감소시킴과 동시에, 보조 배터리를 적어도 부분적으로 재충전함으로써, 달성된다. 이러한 보조 배터리의 부분적 충전 과정은 원하는 많은 모듈들로부터 수행될 수 있다. 특히, 견인 배터리의 모듈들(22a, 22b, ..., 22n)중 선택된 모듈 또는 모듈들의 유지 충전 및 부분적인 방전 후, 논리는 모듈을 최고 레벨까지 올리는(topping-off) 공정 및 일부 방전 (유지) 공정 동안 발생하는 불가피한 열 손실을 보상하기 위해, 보조 배터리를 재충전하기 위한 도 2d 및 2e의 논리로 진행된다. 특히, 논리가 논리 노드(C)로부터 도 2d의 블럭(258)으로 진행될 때, 모듈중 선택된 모듈로부터의 보조 배터리(36)의 충전은 중단된다. 논리 블럭(260)은, 선택된 1개의 모듈을, 최대 용량 충전 및 일부 방전을 실행하기 위해 분리된 경우, 견인 배터리에 재연결함을 나타낸다. 논리 블럭(260)으로부터, 논리 흐름은 논리 블럭(262)으로 진행되는바, 이 블럭(262)은 견인 배터리의 다양한 모듈들의 전압들을 서로 비교하고, 모듈들중 최고 전압을 갖는 모듈을 선택함을 나타낸다. 블럭(262)은 또한, 필요한 경우, 최고 전압 모듈을 견인 배터리로부터 분리함을 나타낸다. 논리 블럭(262)으로부터, 논리 흐름은 견인 배터리의 모듈중 선택된 1개의 모듈(최고 전압 모듈)로부터 보조 배터리를 충전시킴을 나타내는 블럭(264)로 진행되는바, 이는 에너지를 보조 배터리로 전달함으로써 최고 전압의 모듈을 방전시킨다. 논리는 블럭(264)으로부터 블럭(266)으로 진행되어 카운터를 시작한 다음, 결정 블럭(268)으로 진행된다. 결정 블럭(268)은 점화 스위치의 상태를 모니터하며, 차량이 작동하는 경우에는 유지 절차를 종료하기 위해, 논리 흐름은 노드(B)를 따라 도 2c로 진행된다. 차량이 작동하지 않을 경우, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(268)으로부터 다른 결정 블럭(270)으로 진행되는바, 이 블럭(270)은 보조 배터리(36)의 현시점 또는 현재 시간의 전압과 유지 절차가 시작되기 전에 가졌던 값과 비교한다. 이때, 유지 절차가 시작되기 전에 가졌던 값은 도 2a의 블럭(221)과 관련하여 설명된 바와 같이 메모리에 저장된다. 보조 배터리(36)의 전압이 유지 공정의 개시 전의 그의 최초값 보다 크지 않다면, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(270)으로부터, 최대 충전 시간을 확립하는 것을 돕는 다른 결정 블럭(278)으로 진행된다. 허용된 시간 간격이 만료되기 전에, 보조 배터리의 전압이 미리 저장된 값과 같게 되면, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블럭(270)으로부터, 최고 전압 모듈로부터의 보조 배터리의 충전을 중단함을 나타내는 블럭(274)으로 진행된다. 보조 배터리의 최초의 충전 레벨에 도달하는 것은, 견인 배터리로부터의 보조 배터리의 충전이 중지되어야 하며, 이에 따라 견인 배터리의 모듈들의 전압 균등화가 중지되어야 함을 의미한다. 블럭(276)은 필요한 경우, 모듈을 견인 배터리에 재결합시킴을 나타낸다. 블럭(276)으로부터, 논리는 논리 노드(E)를 따라 도 2e의 블럭(260)으로 진행된다.
보조 배터리가 최대 용량까지 충전되지 않으면서 견인 배터리로부터 충전이 진행되는 경우, 도 2d의 논리는 상기 설명한 바와 같이 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(270)으로부터 다음 결정 블럭(278)으로 진행된다. 블럭(278)은 블럭(266)에 관련된 카운터의 카운트와, 견인 배터리의 모듈로부터 보조 배터리로 에너지를 전달하기 위한 선택된 최대 시간을 나타내는 값을 비교하며, 이후 논리는 "아니오" 출력과 논리 경로(278N)를 통해 블럭(264)으로 되돌아가 충전을 계속한다. 블럭(266)에 관련된 카운터가 예를 들어 10분의 제한 카운트에 이르렀을 때, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블럭(278)으로부터 논리 경로(278Y)를 따라 블럭(262)으로 되돌아와, 선택된 모듈이 여전히 최고 전압 모듈인지를 다시 체크한다. 해당 모듈들이 여전히 최고 전압을 가지고 있으면, 보조 배터리의 충전은 해당 모듈로부터 계속될 수 있다. 따라서, 블럭들(262, 264, 266, 268, 270, 274, 276 및 278)을 포함하는 루프는 견인 배터리의 최고 전압 모듈을 선택하고, 그로부터 보조 배터리를 충전시킨다. 최고 전압 모듈은 여전히 최고 전압을 갖는 모듈인 지를 확인하기 위해 주기적으로 조사되며, 최고 전압 모듈이 아닐 경우, 최고 전압을 갖는 다음 모듈이 선택되어 보조 배터리를 충전하기 위한 에너지를 제공한다. 이러한 과정은, 보조 배터리가 그의 최초 충전에 이를 때 까지 계속되며, 논리는 결정 블럭(270)의 "예" 출력으로부터 블럭들(274 및 276), 논리 노드(E)를 통해, 도 2e의 블럭(280)으로 진행된다.
도 2e의 논리는 차량의 어떠한 비작동 간격으로 유지되는 모듈의 수를 제한한다. 최대 용량 충전과 일부 방전에 의해 유지되는 모듈의 수는, 차량의 각 오프기간에 1개의 모듈, 또는 견인 배터리의 전체 모듈 수 보다 적은 어떠한 다수의 모둘, 또 견인 배터리의 모든 모듈들로 제한될 수 있다. (몇 개의 모듈은 1개의 차량 오프 기간에 2번 유지될 수 있음에 따라), 견인 배터리의 모듈의 수 보다 많은 수로 유지를 수행하는 것이 특별한 가치를 갖는 것은 아니지만, 그 수를 선택할 수는 있다. 논리는 논리 노드(E)로부터 도 2e의 블럭(280)에 도달한다. 블럭(280)은 이전에 0으로 초기화된 카운터의 증분을 나타낸다. 따라서, 도 2a, 2b, 2c 및 2d에 도시된 논리를 통해 논리를 첫 번째로 반복한 후, 블럭(280)에 관련된 모듈 카운터는 1 카운트로서 설정된다. 블럭(280)으로부터, 논리는 결정 블럭(282)으로 진행되는바, 블럭(282)은 모듈 카운터의 현재 카운트와, 상기 언급한 바와 같이 1 또는 그 이상이 될 수 있는 제한수를 비교한다. 제한수에 도달하지 않았으면, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(282)으로부터 논리 노드(D)를 따라 도 2a의 블럭(218)으로 되돌아가서, 유지 로그를 읽고 유지를 위한 다른 모듈을 선택한다. 제한수에 도달했으면, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블럭(282)으로부터, 최대 용량 충전 및 일부 방전에 의해 1개 또는 다수의 모듈의 유지를 위한 논리 과정을 종료시키는 종료 블럭(286)으로 진행된다. 논리 블럭(286)에 이른 후에 가끔 일어나는 일이지만, 팬텀 블럭(288)으로 나타낸 바와 같이, 작동이 초기에 발생하지 않고 논리 과정을 중단한 경우에는, 차량의 작동이 가능한 상태가 된다.
도 3은 본 발명의 다른 양상을 따라, 차량이 작동하는 동안 도 1의 견인 배터리 모듈의 충전 평형을 실행하기 위한 논리 흐름을 나타낸 간략화된 흐름도이다. 본 발명의 이러한 특징에 따르면, 높은 충전 전류를 나타내기 위해, 선택된 전류 레벨로 충전을 실시하는 동안의 모듈 충전 전압의 랭킹을 나타내는 "고(high)" 리스트와, 높은 방전 전류로 방전을 실시하는 동안의 모듈 방전 전압의 랭킹을 나타내는 "저(low)" 리스트가 작성된다. 고충전 전류의 예로는 550V의 견인 배터리에 대한 50A를 들 수 있으며, 고방전 전류는 고충전 전류와 같은 값을 갖거나, 또는 다른 값을 가질 수 있다. 통상적으로, 모듈들은 거의 동일한 특성을 갖는 것이 바람직하다. 도 4는 견인 배터리의 다수의 유사한 모듈들의 충전 및 방전 전류 특성에 대한 부하 전압의 플롯이다. 도 4에 도시된 바와 같이 직선들(410a, 410b, 410c, 410d)로 나타낸 모듈은 고전류 및 저전류에서 조금 다른 전압을 갖지만, 직선들의 경사들로 나타나는 그들의 정지 내부 임피던스들은 거의 같다. 도 4의 플롯에서의 이러한 위치들은 그들의 전압 랭킹을 나타낸다. 직선(410a)이 나타내는 모듈은, 점(412a)에서의 최대 충전 전류와 직선(410a)의 교점으로 나타낸 최고 충전 전압을 갖는다. 유사하게, 직선(410d)과 관련된 모듈은 점(412d)가 의해 나타낸 최저 충전 전압을 갖는다. 충전 전류에 따른 모듈의 랭킹은 단지 모듈을 최대 충전 전류와 교차하는 값에 따라 리스트화한 것이다. 유사하게, 최대 방전 라인과 직선들(410a, 410b, 410c 및 410d)의 교점들은 선택된 방전 전류에서의 다양한 모듈들의 전압들을 나타낸다. 전압들은 최대 충전 전압들과 같은 방법으로 분배된다. 방전 전압들은 같은 방법으로 순위가 매겨진다. 도 4에 나타낸 모듈 전압 차이는 모듈 간의 불가피한 차이의 결과이며, 서로 다른 노화(aging) 응답을 나타낼 가능성이 있다. 도 4의 점선(414)은 직선들(410)로 나타낸 것들 보다 높은 내부 임피던스를 갖는 모듈을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 점선(414)은 직선(410a)이 나타내는 모듈과 거의 같은 고전압을 가지며, 직선(410d)이 나타내는 모듈과 거의 같은 저전압을 갖는다. 점선(414)에 의해 나타낸 응답은 불량 모듈을 나타내는 것으로 간주된다. 이러한 모듈은 다른 모듈과 직렬로 연결될 때, 차량의 연비를 나쁘게 하는 경향이 있다. 왜냐하면 그의 비교적 높은 전압은 재충전할 때 견인 배터리를 통해 인가되는 전류를 제한하는 경향이 있으며, 그리고 모듈들이 손상되는 것을 막기 위해 충전 전류를 제한하는 경향이 있는 전자 제어 또한, "불량" 모듈을 보호함에 있어서 견인 배터리의 충전 전류를 전체적으로 제한하는 경향이 있기 때문이다. "불량" 모듈의 존재는 주어진 시간 내에 견인 배터기가 흡수할 수 있는 에너지량을 감소시키는 경향이 있는바, 이는 격렬한 제동으로부터의 에너지 희생이 "불량" 모듈이 없는 경우 보다 불완전하게 될 수 있음을 의미한다. 마찬가지로, 가속중, 견인 배터리로부터 견인 모터로 에너지가 이동할 때, "불량" 모듈의 높은 내부 임피던스는 정전압(forward voltage)의 경우 그 일부를 오프셋시키는 경향이 있는 역전압(back voltage)을 생성하는바, 이는 주어진 시간 안에 견인 배터리로부터 이동할 수 있는 에너지량을 제한하는 경향이 있다. 따라서, "불량" 모듈의 존재는 희생량을 감소시키고 견인 모터에 이용할 수 있는 에너지량을 감소시키는 경향이 있는바, 이들을 모두 연비의 저하를 야기시킨다. 따라서, 이러한 모듈들을 확인하여 교환될 수 있게 함으로써, 연비를 회복하는 것이 바람직하다. 이러한 "불량" 모듈들의 확인을 돕는 것에 부가하여, 도 3a와 관련된 논리는 또한 모듈들의 전압을 균등화하는 방식으로 모듈들의 에너지를 섞음으로써(shuffle), 제동하는 동안, 그리고 보조 소스(도 1 의 디젤 전기 부분)로부터 충전하는 동안, 회생량이 최대화되어, 견인 모터의 최대 에너지가 공급될 수 있게 된다.
도 3a의 논리는 하이브리드 전기 차량이 동작하는 동안 시작 블럭(310)에서 시작한다. 논리는 시작 블럭(310)으로부터, 견인 배터리의 방전이 특정 레벨(50A)을 초과하는 지와, 방전 리스트가 생성되지 않았는 지를 결정하는 결정 블럭(312)으로 진행된다. 방전 전류가 높고, 리스트가 이미 생성되었다면, 논리는 결정 블럭(312)의 "아니오" 출력에 의해 경로(312N)를 따라 다음 결정 블럭(318)으로 진행된다. 방전 전류가 높고, 방전 리스트가 생성되지 않았다면, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블럭(318)으로부터 블럭(314)으로 진행된다. 블럭(314)은 현시점에서의 견인 배터리의 모듈 전압(VMOD_DIS)을 검출하고, 검출된 전압을 저장하며, 그리고 전압을 최대에서 최소로 순위를 매김하는 방전 리스트를 형성함을 나타낸다. 논리는 블럭(314)으로부터 블럭(316)으로 진행되는 바, 블럭(316)은 모든 견인 배터리 모듈의 방전 전압들을 평균하여, 이러한 방전 사이클에 대한 방전 평균 전압(VAVG_DIS)을 형성함을 나타낸다. 이에 의해 방전 리스트의 생성이 완료된다. 논리는 블럭(316)으로부터, 또는 블럭(312)으로부터 논리 경로(312N)를 따라 블럭(318)으로 진행된다. 결정 블럭(318)은 견인 배터리가 선택된 고전류로 충전되고 있는 지와, 충전 리스트가 아직 생성되지 않았는 지를 결정한다. 고전류가 존재하고, 충전 리스트가 생성되었다면, 논리는 "아니오" 출력에 의해 블럭(318)으로부터 논리 경로(318N)를 따라 결정 블럭(324)으로 진행된다. 고전류가 존재하고, 충전 리스트가 아직 생성되지 않았으면, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(318)으로부터 블럭(320)으로 진행된다. 블럭(320)은, 충전하는 동안 견인 배터리 모듈 전압(VMOD_CHG)을 검출하고, 검출된 전압을 저장하며, 그리고 저장된 전압을 순위 매김하여 충전 리스트를 형성함을 나타낸다. 블럭(320)으로부터, 논리는 이러한 충전 사이클에 대한 평균 견인 배터리 모듈 전압(VAVG_CHG)의 계산을 나타내는 블럭(322)으로 진행된다. 이로써, 충전 리스트와 평균 충전의 생성이 완료된다. 블럭(322)으로부터, 또는 블럭(318)으로부터 논리 경로(318N)를 따라, 논리는 블럭(324)으로 진행된다. 결정 블럭(324)은 단지 충전 리스트와 방전 리스트 모두가 생성되었는 지를 판단하여, 리스트들이 작성되었으면, 논리는 다음 공정으로 진행되고, 리스트들이 작성되지 않았으면, 논리는 다시 블럭(310)으로 되돌아감을 나타낸다.
도 3a의 논리는 블럭(324)으로부터 논리 노드(A)를 따라 블럭(326)으로 진행된다. 이 블럭(326)은 충전 리스트에서 최고 전압 모듈을 선택한다. 이러한 선택은 점선(414)에 대응하는 모듈("불량" 모듈)을 선택하거나, 어떠한 불량 모듈도 없는 경우에는, 직선(410a)에 대응하는 모듈을 선택하는 것에 해당한다. 블럭(326)으로부터, 논리는 3개의 결정 블럭들(328, 330 및 332)로 진행되는바, 이들은 블럭(326)에 의해 선택된 최고 전압 모듈이 결함이 있거나 "불량" 모듈인지를 판단한다. 블럭(328)은 최고 전압 모듈의 충전 전압과 모듈의 평균 충전 전압의 차이(VMOD_CHG)-(VCHG_AVG)를 임계값과 비교한다. 예를 들어, 14V - 13V = 1V이다. 이러한 임계값을 선택함으로써, 1V 이상의 충전 차이를 갖는 최고 전압 모듈은 결함 모듈의 특징을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 블럭(326)에서 선택된 최고 전압 모듈이 결함이 있는 지에 대한 결정은, 결함 모듈의 3가지 특징들을 다 가질 때에만 이루어진다. 최고 전압 모듈의 충전 전압과 모듈의 평균 충전 전압의 차이 (VMOD_CHG)-(VCHG_AVG)가 작아 기준값을 넘지 않으면, 모듈은 결함이 없는 것으로 간주되어, "아니오" 출력에 의해 블럭(328)으로부터 블럭(336)으로 바로 진행된다. 차이 (VMOD_CHG)-(VCHG_AVG)가 임계값을 초과하면, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(328)으로부터 다음 블럭(330)으로 진행된다. 결정 블럭(330)은 모듈의 평균 방전 전압(VDIS_AVG)과 블럭(326)에서 선택된 최고 전압 모듈의 방전 전압(VMOD_DIS)의 차이와, 임계값을 비교한다. 평균보다 현저히 낮은 방전 전압은 결함 모듈의 특징이다. 방전 전압 차이 (VDIS_AVG) -(VMOD_DIS)가 임계값(예를 들어, 1V) 보다 크지 않으면, 최고 전압 모듈은 결함이 없다고 간주되며, 논리는 "아니오" 출력에 의해 블럭(330)으로부터 블럭(336)으로 진행된다. 한편, 최고 전압 모듈의 방전 전압 차이가, 어떤 값이 됐든, 선택된 임계값보다 크면, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(330)으로부터 블럭(332)으로 진행된다. 결정 블럭(332)은 방전 리스트의 랭킹에 있어서의 특정한 견인 모듈의 위치를 검사하고, 문제의 모듈의 리스트의 선택된 일부, 예를 들어 방전 리스트의 하부 3분의 1의 범위 내의 방전값을 갖는 경우, 모듈은 결함이 있는 것으로 간주된다. 검사중인 모듈의 랭킹이 방전 리스트의 선택된 부분 보다 위에 있는 경우, 모듈은 결함이 없는 것으로 간주되며, 논리는 "아니오" 출력에 의해 블럭(332)으로부터 블럭(336)으로 진행된다. 한편, 문제의 모듈이, 그의 랭킹이 방전 리스트의 선택된 하부 부분 내에 있는 지의 기준을 포함하는 3개의 기준을 못미치는 경우, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(332)으로부터 블럭(334)으로 진행된다. 블럭(334)은 교환을 필요로 하는 모듈들의 리스트에 해당 모듈을 기록함을 나타낸다. 블럭(334)으로부터, 또는 블럭들(328, 330 및 332)들중 어느 하나로부터의 "아니오" 출력으로부터, 논리는 블럭(326)으로 진행된다.
도 3b의 블럭(336)은, 도 4의 플롯(410d) 또는 "불량" 모듈이 있는 경우에는 플롯(414)에 대응하여, 방전 리스트의 모듈들로부터 최저 전압 모듈을 선택함을 나타낸다. 도 3b의 블럭(336)으로부터, 논리는 논리 노드(B)를 따라 도 3c의 일련의 3개의 결정 블록들(338, 340 및 342)로 진행되는바, 이들은 방전 리스트로부터 선택된 최저 전압 모듈이 "불량" 모듈인지를 판단한다. 일반적으로, 불량 모듈은 평균 충전 전압 보다 훨씬 높은 충전 전압과, 평균 방전 전압보다 훨씬 낮은 방전 전압을 갖는바, 이때 상기 충전 전압은 충전 리스트의 상부, 이 경우에서는 상위 3분의 1의 선택된 범위를 갖는다. 구체적으로, 블럭(338)은 방전 리스트로부터 선택된 최저 전압 모듈의 충전 전압과 다른 모듈의 평균 충전 전압의 차이 (VMOD_CHG)-(VCHG_AVG)를 임계값과 비교한다. 최저 전압 모듈의 충전 전압과 모듈의 평균 충전 전압의 차이가 임계값 보다 작으면, 모듈은 양호한 것으로 간주되며, 논리는 "아니오" 출력에 의해 블럭(338)으로부터 논리 경로(338N)를 따라 블럭(346)으로 진행된다. 상기 차이 (VMOD_CHG) -(VCHG_AVG)가 임계값을 넘으면, 모듈은 불량 모듈로 간주되며, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(338)으로부터 다음 블럭(340)으로 진행된다. 결정 블럭(340)은 모듈의 평균 방전 전압과 방전 리스트에서 선택된 최저 전압 모듈의 방전 전압의 차이 (VDIS_AVG)-(VMOD_DIS)를 취하여, 이를 임계값을 비교한다. 그 차이가 임계값을 넘지 않는 경우, 모듈은 양호한 것으로 간주되며, 논리는 "아니오" 출력에 의해 블럭(340)으로부터 경로(338N)를 따라 블럭(346)으로 진행된다. 상기 차이가 임계값을 넘는 경우, 모듈은 불량 모듈로 간주되며, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(340)으로부터 블럭(342)으로 진행된다. 결정 블럭(342)은 방전 리스트로부터 선택된 최저 전압 모듈의 충전 전압과 충전 리스트 상의 다른 모듈들의 충전 전압을 비교하여, 그것이 상부, 예를 들어 충전 리스트의 상부 3분의 1 내에 있는 경우, 모듈은 불량 모듈의 표시를 갖는 것으로 간주된다. 선택된 모듈이 충전 리스트의 상부 3분의 1 내에 있지 않는 경우, 모듈은 양호한 상태로 간주되며, 논리는 "아니오" 출력에 의해 블럭(342)으로부터 블럭(346)으로 진행된다. 한편, 선택된 모듈이 충전 리스트의 상부 3분의 1 내에 있는 경우, 이는 불량 모듈의 하나의 표시로서 간주되며, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(342)를 벗어나는바, 이로써 불량 모듈의 3개의 지표들을 다 포함함을 나타낸다. 결정 블럭(342)의 "예" 출력으로부터, 논리는 교환을 필요로 하는 불량 모듈의 기록에 해당 모듈을 리스트함을 나타내는 블럭(344)로 진행된다. 일반적으로, 불량 모듈들은 이러한 방식으로 확인된다.
일반적으로, 도 3c 및 도 3d의 논리는 최고 전압 모듈로부터 최저 전압 모듈을 충전한다. 도 3c의 블럭들(346, 348, 350 및 352)은 특정 모듈이 충전 리스트의 최고 전압 및 방전 리스트의 최저 전압을 갖는(이에 따라, 결함이 있을 가능성이 있는) 상황을 고려한다. 따라서, 최저 전압 모듈은, 최고 전압 모듈로부터 최종적으로 얻어지는 에너지에 의해 충전될 수 없는바(최저 전압 모듈의 실제 충전은 보조 배터리로부터의 에너지에 의해 수행된다), 그 이유는 이들이 1개의 같은 모듈이기 때문이다. 특히, 도 3c의 블럭(346)은 최고 전압 모듈과 최저 전압 모듈이 동일한 지를 비교하여, 같지 않으면, 논리는 "아니오" 출력에 의해 블럭(346)으로부터 논리 노드(C)를 따라 도 3d의 블럭(354)으로 진행된다. 한편, 블럭(346)이 고전 압모듈이 또한 저전압 모듈이라고 판단하는 경우, 이는 불량 모듈의 특성으로 간주되며, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(348)으로부터 블럭(348)으로 진행된다. 결정 블럭(348)은 고전압 모듈 및 저전압 모듈이 동일 모듈인 상황으로부터 어떠한 의미를 이끌어내려 시도한다. 모듈이 불량일 가능성은 있지만, 이는 현시점에서는 견인 배터리 내에 있으며, 그리고 불량으로 추정되는 모듈을 이용하여, 견인 배터리의 조건을 현재의 상황으로 최적화해야 한다. 도 4 를 참조하여, 점선(414)은 고전압 모듈 및 저전압 모듈인 모듈의 특성을 나타낸다. 하지만, 주목할 사항으로서, 고수치(414a)와 다른 모듈들의 평균 고수치(418b)의 차이(대괄호(416b)로 나타냄)는, 문제의 모듈의 저전압(414b)과 모든 모듈들의 평균 저전압(418b)의 차이(대괄호(416b)로 나타냄) 보다 크다. 일반적으로, 1개 또는 다른 대괄호가 커지는 것은, 다시 말해 고차이 또는 저차이가 커짐을 의미한다. 견인 배터리의 용량을 최대화하기 위해, 이러한 괄호들에 의해 표현되는 차이들을 균등화하고자 시도하는 것은 의미있는 일이다. 이러한 목적을 위해, 블럭(348)은 선택된 모듈의 충전 전압과 평균 충전 전압의 차이 (VMOD_CHG)-(VDIS_AVG)를, 선택된 모듈의 방전 전압과 평균 방전 전압의 차이 (VDIS_AVG)-(VMOD_DIS)와 비교한다. 괄호(416a)로 나타낸 "상부" 차이가 괄호(416b)로 나타낸 "하부" 차이 보다 크면, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(348)으로부터, 방전을 위한 모듈을 식별하는 플래그를 설정함을 나타내는 블럭(352)으로 진행된다. 반면, 괄호(416b)로 나타낸 "하부" 차이가 더 큰 경우, 논리는 "아니오" 출력에 의해 블럭(348)으로부터 블럭(350)으로 진행된다. 블럭(350)은 충전을 위한 플래그를 설정한다. 논리는 블럭(350) 또는 블럭(352)으로부터, 도 3d의 블럭(354)으로 진행된다.
명확히 도시되지는 않은 추가적인 고려 사항으로서, 결정 블럭(346)의 "예" 출력에 의해, 동일한 블럭이 최고 전압 모듈 및 최저 전압 모듈임이 결정되고, 이 특정한 결함 모듈이 충전 또는 방전되어야 함이 결정되면, 모듈들중 다음 최고 전압 모듈 또는 다음 최저 전압 모듈을 각각 선택할 필요가 있는데, 이들은 각각 충전을 위한 에너지원 또는 방전을 위한 싱크가 된다. 상기에서 언급한 바와 같이, 견인 배터리의 모듈들의 충전 및 방전은 모두 보조 보조 배터리(또는 다른 어떠한 배터리)를 이용하여 수행된다.
도 3d의 논리는 일반적으로, 상기와 같이 결정되거나 또는 주어지는 전압 차이를 평가하여, 이들이 현저한지의 여부와, 모듈 전압 균등화를 위한 충전 및 방전의 다음 단계들이 필요한 지를 확인한다. 즉, 논리의 이전 단계들 동안 실제로 차이가 존재하는 것으로 발견된다고 하더라도, 이는 어떠한 실행도 이루어지지 않게 할 정도로 작은 수도 있는바, 도 3d의 논리는 이러한 결정을 한다. 구체적으로, 도 4의 결정 블럭(354)은 도 4의 괄호(416b)가 나타내는 하부 전압 차이 (VDIS_AVG)-(VMOD_DIS)와 임계값을 비교하며, 하부 전압 차이(416b)가 임계값 보다 작으면, "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(354)을 벗어난다. 이는 어떠한 조처도 이루어지지 않음을 의미하며, 논리는 블럭(354)의 "아니오" 출력으로부터 논리 경로(354N)를 따라 다른 결정 블럭(360)으로 진행된다. 반면, 전압 차이(416b)가 임계값을 초과하면, 이는 어떠한 조처가 필요함을 의미하며, 논리는 다음 결정 블럭(356)으로 진행된다. 결정 블럭(365)은 방전 플래그의 상태를 검사하는바, 여기서 상기 방전 플래그는 블럭(352)에서 설정되는 것으로서, 이것이 설정되면, 모듈의 방전 만이 바람직함을 나타낸다. 방전 플래그가 설정되면, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(356)으로부터 결정 블럭(360)으로 진행된다. 반면, 방전 플래그가 설정되지 않음으로써, 모듈이 충전될 수 있음을 나타내면, 논리는 "예" 출력에 의해 결정 블럭(356)으로부터 블럭(358)으로 진행된다. 블럭(3580)은 보조 배터리로부터 최저 전압 모듈을 충전함을 나타낸다. 블럭(358)으로부터, 논리는 결정 블럭(360)으로 진행된다.
도 3d의 블럭(360)은 도 4의 대괄호(416a)로 나타낸 고전압 차이와 임계값을 비교한다. 전압 차이가 임계값보다 작으면, 어떠한 조처도 필요없으며, 논리는 "아니오" 출력에 의해 결정 블럭(360)으로부터 논리 노드(D)를 따라 도 3e의 결정 블럭(374)으로 진행된다. 반면, 대괄호(416a)로 나타낸 고전압 차이가 임계값보다 크면, 논리는 "예" 출력에 의해 블럭(360)으로부터 블럭(362)으로 진행된다. 블럭(362)은 도 3c의 블럭(350)에서 설정되었을 수 있는 충전 플래그의 상태를 검사한다. 플래그가 설정된 경우, 논리는 "예" 출력 및 노드(D)를 통해 도 3e의 블럭(374)으로 진행된다. 반면, 플래그가 설정되어 있지 않으면, 모듈은 방전될 수 있으며, 논리는 블럭(362)의 "아니오" 출력으로부터 블럭(364)으로 진행된다. 블럭(364)은 문제의 모듈로부터 보조 배터리를 충전함을 나타낸다. 블럭들(360, 362 또는 364)중 어느 하나로부터, 논리는 도 3e의 블럭(374)으로 진행된다.
도 3e의 논리는 도 3a, 3b, 3c 및 3d의 논리에 의해 분석된 전압 균등화를 실제로 명령한다. 구체적으로, 도 3e의 블럭(374)은 균등화가 시작되었는 지를 결정하며, 시작된 경우, 논리는 블럭(374)의 "예" 출력으로부터 논리 경로(374Y)를 따라, 도 5와 관련하여 설명되는 최종 균등화 과정의 시작을 나타내는 블럭(376)으로 진행된다. 반면, 이전 논리에 의해 아직 균등화가 요구되지 않은 경우에는, 도 3a의 시작 블럭(310)으로 되돌아감으로써, 도 3a, 3b, 3c 및 3d에 의해 실행된 평가가 다시 시작된다. 최종적으로, 도 3a, 3b, 3c 및 3d의 논리는 균등화가 요구되는 지를 판단하여, 균등화를 수행한다. 균등화가 시작된 후 논리가 도 3e로 되돌아가면, 도 3e의 논리는 최종 균등화 공정을 시작한다.
도 5의 논리는 견인 배터리 모듈 유지의 최종 과정, 즉 모듈 전압의 균등화를 수행한다. 논리는 도 3e의 블럭(376)에서 시작 블럭(510)으로 진행된다. 도 5의 시작 블럭(510)으로부터, 논리는 결정 블럭(512)으로 진행된다. 결정 블럭(512)은, 최저 전압 모듈이 현재 충전되고 있으며, 견인 배터리로부터의 방전 전류가 특정한 값, 특정한 예에서는 50A를 넘는 지를 결정한다. 모듈 충전 장치가 견인 배터리의 최대 충전 및 방전 전류 보다 훨씬 낮은 전류로 모듈을 충전할 수 있다는 가정에 주목하는 것이 유용하다. 다시 말해, 견인 배터리가 50A로 방전되고 있고 모듈 충전기에 최대 10A의 성능이 있으면, 예를 들어 모듈은 충전기가 그의 10A를 공급하고 있으므로 "충전"되고 있지만, 모듈은 견인 배터리의 50A 방전으로 인해 순(net) 40A의 방전을 하게 된다. 최저 전압 모듈이 충전되지 않거나, 견인 배터리의 방전이 설정량(본 예에서는, 50A)을 넘지 않으면, 논리는 블럭(512)으로부터 논리 경로(512N)를 따라 블럭(518)으로 진행된다. 견인 배터리 방전 전류가 50A를 넘고, 최저 전압 모듈이 충전되면(이것이 실제 순 방전임), 논리는 블럭(512)에서 "예" 출력으로부터 블럭(514)으로 진행된다. 블럭(514)은 이 사이클에 대한 평균 견인 배터리 모듈 방전 전압(VDIS_AVG)을 결정함을 나타낸다. 논리는 블럭(514)으로부터 결정 블럭(516)으로 진행된다. 블럭(516)은 평균 모듈 방전 전압(VDIS_AVG)과 충전되고 있는 모듈의 (순) 방전 전압(VMOD_DIS)의 차이인 (VDIS_AVG)-(VMOD_DIS)을 결정한 다음, 이 차이와 임계값을 비교한다. 이는, 실제 동작 조건들과 매우 가까운 조건들에서 이루어진 측정들이 전압 균등을 나타낼 때 까지, 모듈 전압의 균등화를 위한 충전 과정이 계속될 수 있게 하는 측정 기준을 제공한다. 주목할 사항으로서, 전압 측정과 관련하여, 전압 측정은 통상적으로 온도 변화와 충전 또는 방전 전류 모두에 대해 보상되며, 이러한 측정에 있어서, 평균 내부 임피던스는 모든 모듈들에 적용가능한 것으로 간주된다. 현재 충전되는 있는 모듈 전압이 평균 모듈 방전 전압의 임계값 내에 있으면, 전압 균등화 과정이 종료된 것으로 간주되며, 논리는 블럭(516)의 "예" 출력으로부터 블럭(524)으로 진행된다. 블럭(524)은 충전 또는 방전 하위 절차의 종료, 또는 양쪽 모두가 진행중인 경우에는 양쪽 모두의 하위 절차들을 중지함을 나타내며, 논리는 블럭(526)에서 끝난다. 블럭(524)이 수행하는 바와 같이, 고모듈 또는 저모듈중 1개가 평균값의 지정된 허용 범위 내에 있을 때, 저모듈로의 고모듈의 방전을 중지하는 결정은, 그 시점에서 허용 범위 내에 없는 모듈들중 1개가 무시됨을 의미하는 것은 아니다. 그 대신, 처리되고 있는 2개의 모듈들중 1개가 허용 범위 내에 있을 때의 중지 결정은, 논리가 도 3a의 블럭(310)에서 재시작할 수 있게 함으로써, 어떤 모듈들이 현재 최고 및 최저 전압 모듈인지와, 보정을 계속할지에 대한 새로운 결정을 한다.
최저 전압 모듈의 충전에 의해 모듈이 평균 모듈 방전 전압의 임계값 범위 내에 있지 않을 경우, 논리는 도 5의 블럭(516)의 "아니오" 출력으로부터 결정 블럭(518)으로 진행된다. 결정 블럭(518)은, 충전 리스트로부터의 최고 전압 모듈이 충전 전류와 동시에, 예를 들어 50A 이상으로 견인 배터리로 방전되고 있는 지에 대해 결정함을 나타낸다. 만일 그렇지 않으면, 논리는 블럭(518)의 "아니오" 출력"으로부터 논리 경로(518N)을 따라 시작 블럭(510)으로 되돌아간다. 반면, 상기 2개의 조건들이 충족되면, 논리는 블럭(518)의 "예" 출력으로부터 블럭(520)으로 진행된다. 블럭(520)은 이러한 충전 사이클을 위한 평균 견인 배터리 모듈 전압(VCHG_AVG)의 계산을 나타낸다. 블럭(520)으로부터, 논리는 결정 블럭(522)으로 진행된다. 결정 블럭(522)은 충전 리스트로부터의 최고 전압 모듈의 충전 전압(이는, 견인 배터리가 50A로 충전되는 동안, 방전 전류는 예를 들어 10A 밖에 없기 때문에, 순 충전이 됨)과 다른 모듈들의 평균 충전 전압(VMOD_CHG) 간의 차이를, 임계값과 비교한다. 차이가 임계값 보다 작은 경우, 모둘 전압 균등화 절차는 끝난 것으로 간주되며, 논리는 결정 블럭(522)의 "예" 출력으로부터 블럭(524)으로 진행된다. 반면 차이가 임계값 보다 큰 경우, 논리는 블럭(522)의 "아니오" 출력으로부터 논리 경로(522N)를 따라 시작 블럭(510)으로 되돌아간다.
도 6은 다수의 모듈들을 포함하는 견인 배터리를 도시한다. 도 6은 또한, 고전압 모듈의 방전과 동시에 저전압 모듈의 충전을 수행하기 위해, 전자기적으로 절연된 직류 직류 변환기들에 의해 모듈들의 쌍들이 서로 어떻게 연결되는 지를 직류 직류 변환기 수단에 의해 서로 어떻게 연결되는 지를 간략하게 도시한다. 도 6에서, 상기 설명된 방법들은 모듈(22(n-2))이 최고 전압 모듈이고 모듈(22c)이 최저 전압 모듈임을 이미 결정했다. 도 6의 제어 블럭(16)은, 제 1 직류 직류 변환기(16c1)가 저전압 모듈(22c)에 연결되고 제 2 직류 직류 변환기(16c2)가 고전압 모듈(22(n-1))에 연결되는 방식으로 그의 스위치들(개벽적으로 도시하지 않음)을 구성한다. 이 변환기들은 또한 보조 배터리(36)에 결합되어 있다. 각 변환기들(16c1 및 16c2) 내의 변압기 기호로 시사되는 바와 같이, 변환기들은 자기 결합과 같은 공지된 방법으로 서로 전기적으로 절연된 그들의 입력 및 출력 단자들을 갖는다. 도시된 변환기 연결에 의해, 에너지는 고전압 모듈(22(n-1))로부터 변환기(16c2)를 통해, 변환기(16c1)의 단자들과 평행한 보조 배터리(36)로 구성된 부하에 인가되도록 결합될 수 있다. 변환기(16c1)는 저전압 모듈(22c)을 충전하는바, 그 전류는 고전압 모듈(22(n-1))의 방전에 의해 발생되는 전류와 같거나 다를 수 있다. 변환기(16c2)를 나오는 전류와, 이와 동시에 변환기(16c1)로 들어가는 전류간의 차이에 의해, 보조 배터리(36)가 충전 또는 방전된다.
본 발명의 다른 실시예들이 당업자들에게 명백할 것이다. 예를 들어, 견인 배터리가 "양" 전압을 발생시키는 것으로 도시되었으나, 적절한 제어에 의해 용이하게 반대로 연결될 수 있다. 즉, 탭들(20a, 20b, 20c,..., 20n)이 모듈들의 음 단자들이 된다. 도 1의 모듈들(22a, 22b,..., 22n)은 직렬 연결된 2개의 12V 배터리를 포함하고 있으나, 다른 수의 배터리들로 구성된 모듈이 이용될 수 있으며, 그리고 단일의 12V 배터리를 갖는 모듈들은 제어기를 간단하게 한다. 도 1에서는 전자 장치를 살린 채로 엔진을 시동시키기 위해 보조 배터리(36)의 이용을 설명했지만, 보조 배터리는, 견인에는 이용되지 않는, 라이트, 라디오 등에 사용되는 통상의 차량용 점화 전지가 될 수 있다. 보존 배터리는 상기 설명한 바와 같이 차량에 대해 모듈들 간에 에너지를 섞는 수단을 제공하는 것 이외의 목적으로 목적으로 이용될 수 있지만, 보조 배터리는 필요하다면, 이러한 에너지 경로를 제공하는 것 이외의 차량 기능으로부터 완전히 독립될 수 있다. 모듈들의 충전은 정전류, 전류 경사(ramp), 또는 모듈의 충전 상태에 의해 제어되는 단계적인(stepped) 전류에 의해 달성될 수 있다. 최대 용량 충전과 일부 충전 상태의 결정은 전압 모니터링에 의해 수행되는 것으로서 상기에서 설명되었지만, 배터리 분야의 당업자라면 충전 상태를 결정하는 데에 전압, 내부 임피전스 또는 모듈 온도를 포함하는 다른 기준들이 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이때, 이러한 기준들중 어느 하나 또는 어떠한 조합에 의해 결정이 이루어질 수 있다. 임계값들은 도면에서 "결정되는 것"(TBD)으로서 도시되어 있는데, 그 이유는 이들이. 예를 들어 견인 배터리의 모듈들이 용량과 같이 실시예에 특정되는 다양한 고려 사항들에 의존하기 때문이다. 단일의 견인 모터가 설명되었지만, 본 발명은 견인 모터들의 수에 의존하지 않는다. 견인 모터들의 수는 2개(2개의 구동 차바퀴들에 대해 각각 1개), 4개(각 차바퀴에 대해 1개) 또는 어떠한 다른 수가 될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법을 이용하게 되면, 유지 공정, 특히 모듈 전압 균등화 공정에 대해, 차량으로부터 떨어진(off-vehicle) 에너지원(예를 들어, 벽의 콘센트)에 접속할 필요없이, 최적의 충전 용량에 대해 그의 배터리들을 자율적으로 유지할 수 있는 차량을 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 하이브리드 전기 차량(10)의 견인 배터리(18)의 직렬 연결된 모듈들(22a, 22b, ..., 22n)의 전압들을 균등화한다. 이 방법은 프로그램된 프로세서(16)에 의해서 수행되며, 그리고 차랴이 작동하는 동안(도 3a, 3b, 3c, 3d 및 3e는 전압 측정 동안의 작동을 가정한다), 과부하 전류(312) 그리고/또는 과충전 전류(318) 등의 선택된 부하 조건에 가까운 조건들하에서 각 모듈들(22a, 22b, ..., 22n)의 전압들을 측정하여, 측정된 모듈 전압들을 발생시키는 단계(314, 320)를 포함한다. 검출된 모듈 전압들은 적어도 일시적으로 저장되어(314, 320), 저장 검출 모듈 전압을 발생시킨다. 적어도 일부 전압들은 적어도 1개의 서열 랭킹으로 분류된다(314, 320). 바람직한 방법에서는, 2개의 서열 랭킹들(블럭(314)의 방전 리스트 및 블럭(320)의 충전 리스트)이 있다. 모듈들중 서열 랭킹의 최대치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 적어도 1개의 모듈이 서열 랭킹으로부터 선택되어(326), 고모듈로서 분류된다. 바람직하게는, 선택된 모듈은 최고 검출 전압을 갖는다. 또한, 모듈들중 서열 랭킹의 최소치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 다른 1개의 모듈이 적어도 1개의 서열 랭킹으로부터 선택되어(336), 저모듈로 분류된다. 고모듈은 부분적으로 방전되며(364), 이러한 부분적인 방전에 의한 이용가능해진 에너지는 저모듈을 충전하는 데에 이용된다(358). 본 발명의 방법의 특정 실시예에서, 고모듈의 방전은, 고모듈과 저모듈중 1개의 전압이 선택된 전압에 이를 때 까지 수행된다(516, 522). 본 발명의 방법의 다른 실시예에서, 선택된 전압은 견인 배터리의 모듈들중 고모듈 및 저모듈이 아닌 적어도 일부의 모듈들의 평균이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 이러한 평균은 고모듈 및 저모듈을 포함하는 견인 배터리의 모든 모듈들의 전압들의 평균이다(316, 322). 고모듈을 부분적으로 방전하고, 방전에 의해 이용가능해진 에너지를 저전압 모듈을 충전시키도록 결합시키는 단계는, 바람직하게는 고모듈을 보조 배터리(36)로 적어도 부분적으로 방전시키고, 보조 배터리를 저모듈로 적어도 부분적으로 방전시킴으로써 수행된다.
모듈의 전압들을 서열 랭킹으로 분류하는 본 발명의 단계는, 견인 배터리가 상당한 충전 상태에 있을 때 얻어지는 전압들의 적어도 일부를 제 1 서열 랭킹으로 분류하는 단계(320)와, 그리고 견인 배터리가 상당한 방전 상태에 있을 때 얻어지는 적어도 나머지 전압들을 제 2 서열 랭킹으로 분류하는 단계(314)를 포함한다. 모듈들중 제 1 서열 랭킹의 최고치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 1개의 모듈이 제 1 서열 랭킹으로부터 선택된다(326). 모듈들중 제 2 서열 랭킹의 최저치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 1개의 모듈이 제 2 서열 랭킹으로부터 선택되어(336), 저모듈로 분류된다.
도 1은 하이브리드 전기 차량의 전력 및 제어 부분들을 도시하는 매우 단순화된 블럭선도.
도 2a, 2b, 2c, 2d 및 2e는, 본 발명의 일 양상에 따라, 도 1에 배열된 견인 배터리 모듈의 충전 용량을 유지하기 위해, 하이브리드 전기 차량이 작동하지 않는 시간 간격들 동안 견인 배터리 모듈들의 충전 상태를 제어하는 논리 흐름을 도시한 단순화된 흐름도.
도 3a, 3b, 3c 및 3e는 본 발명의 일 양상에 따라, 견인 배터리의 모듈들의 전압을 다양한 조건하에서 분류함으로써 모듈들을 평가하고, 불량한 모듈들을 분류하며, 모듈의 전압들을 균등화하는 방식으로 모듈들 간에 에너지를 섞는 논리 흐름을 도시한 단순화된 흐름도.
도 4는 불량한 모듈이 양질의 모듈과 어떻게 다른 지에 대한 이해를 돕기 위해, 모듈 전류에 대해 모듈 전압을 나타낸 도면.
도 5는 견인 배터리의 모듈의 전압을 균등화하는 방식으로 모듈들 간에 에너지를 섞음으로써, 하이브리드 전기 차량의 연료 절약을 최대화하는 논리 흐름을 도시한 단순화된 흐름도.
도 6은 다수의 모듈들을 포함하는 견인 배터리와, 그리고 고전압 모듈의 방전과 동시에 저전압 모듈의 충전을 수행하기 위해, 자기적으로 절연된 직류 직류 변환기에 의해 모듈들의 쌍이 어떻게 서로 연결되는 지를 도시한 단순화된 블럭선도.

Claims (12)

  1. 프로그램된 프로세서에 의해 수행되는, 하이브리드 전기 차량의 견인 배터리-상기 견인 배터리는 다수의 직렬 연결된 모듈들로 구성된다-의 모듈들의 전압을 균등화하는 방법으로서,
    상기 차량이 작동하는 동안, 선택된 부하 조건에 가까운 조건들하에서 상기 모듈들 각각의 전압을 검출하여, 검출 모듈 전압을 발생시키는 단계와;
    상기 검출 모듈 전압들의 표시를 적어도 일시적으로 저장하여, 저장 검출 모듈 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 전압들중 적어도 일부를 적어도 1개의 서열 랭킹으로 분류하는 단계와;
    상기 적어도 1개의 서열 랭킹으로부터, 상기 모듈들중 상기 랭킹의 최대치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 1개의 모듈을 선택하여, 고모듈로 분류하는 단계와;
    상기 적어도 1개의 서열 랭킹으로부터, 상기 모듈들중 상기 랭킹의 최소치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 다른 1개를 선택하여, 저모듈로 분류하는 단계와; 그리고
    상기 고모듈을 부분적으로 방전시키고, 상기 부분적인 방전에 의해 이용가능해진 에너지를 상기 저모듈을 충전하도록 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고모듈을 방전시키는 단계는, 상기 고모듈 및 상기 저모듈중 1개의 전압이 선택된 전압에 이를 때 까지 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택된 전압은, 상기 고모듈 및 상기 저모듈이 아닌 상기 견인 배터리의 모듈들의 전압들의 평균인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고모듈을 부분적으로 방전시키고, 상기 부분적인 방전에 의해 이용가능해진 에너지를 상기 저모듈을 충전하도록 결합하는 단계는, 상기 고모듈을 보조 배터리로 적어도 부분적으로 방전시키고, 상기 보조 배터리를 상기 저모듈로 적어도 부분적으로 방전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압들중 적어도 일부를 적어도 1개의 서열 랭킹으로 분류하는 단계는;
    상기 견인 배터리가 상당한 충전 상태에 있을 때 얻어지는 상기 전압의 적어도 일부를 제 1 서열 랭킹으로 분류하고, 상기 견인 배터리가 상당한 방전 상태에 있을 때 얻어지는 상기 전압들중 적어도 나머지들을 제 2 서열 랭킹으로 분류하는 단계와;
    제 1 서열 랭킹으로부터, 상기 모듈들중 상기 제 1 서열 랭킹의 최대치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 1개의 모듈을 선택하여, 고모듈로 분류하는 단계와; 그리고
    제 2 서열 랭킹으로부터, 상기 모듈들중 상기 제 2 서열 랭킹의 최대치에 가까운 저장 검출 전압을 갖는 다른 1개를 선택하여, 저모듈로 분류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 가변 전류에 의해 간헐적인 방전 부하 및 간헐적인 충전 부하가 되는 배터리내에 직렬 연결되는 모듈이 결함이 있는 지를 결정하는 방법으로서,
    상기 배터리가 그의 최대 부하 용량의 상당 부분의 부하 전류를 공급하는 동안, 상기 모듈들 각각의 전압들을 측정하여, 측정 모듈 방전 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 검출 모듈 방전 전압들의 표시를 적어도 일시적으로 저장하여, 저장 모듈 방전 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 저장 모듈 방전 전압들의 적어도 일부를 제 1 서열 랭킹으로 분류하는 단계와;
    상기 배터리가 충전 용량을 받는 동안, 상기 모듈들 각각의 전압들을 측정하여, 검출 모듈 충전 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 검출 모듈 충전 전압들의 표시를 적어도 일시적으로 저장하여, 저장 모듈 충전 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 저장 모듈 충전 전압들의 적어도 일부를 제 2 서열 랭킹으로 분류하는 단계와;
    상기 제 1 서열 랭킹으로부터, 상기 모듈들중 상기 제 1 서열 랭킹의 최소치에 가까운 저장 방전 전압을 갖는 1개의 모듈을 선택하여, 저모듈로 분류하는 단계와;
    상기 저장 모듈 방전 전압들을 평균하여, 평균 모듈 방전 전압을 발생시키는 단계와;
    상기 저장 모듈 충전 전압들을 평균하여, 평균 모듈 충전 전압을 발생시키는 단계와;
    상기 저모듈의 상기 저장 방전 전압과 상기 평균 모듈 방전 전압 간의 차이를 취하여, 저모듈 방전 전압 차이를 발생시키는 단계와;
    상기 저모듈 방전 전압 차이와 임계값을 비교하여, 상기 저모듈 방전 전압 차이가 상기 임계값을 넘는 경우, 상기 저모듈이 불량 모듈의 제 1 표시를 갖는 것으로 간주하는 단계와;
    상기 저모듈의 상기 저장 충전 전압과 상기 평균 모듈 충전 전압 간의 차이를 취하여, 저모듈 충전 전압 차이를 발생시키는 단계와;
    상기 저모듈 충전 전압 차이와 임계값을 비교하여, 상기 저모듈 충전 전압 차이가 상기 임계값을 넘는 경우, 상기 저모듈이 불량 모듈의 제 2 표시를 갖는 것으로 간주하는 단계와;
    상기 제 2 랭킹 내에서, 상기 저모듈의 상기 저장 충전 전압이 발생하는 곳을 결정하고, 이것이 상기 랭킹의 지정된 영역 내에서 발생하는 경우, 상기 저모듈이 불량 모듈의 제 3 표시를 갖는 것으로 간주하는 단계와; 그리고
    상기 불량 모듈의 제 1, 2 및 3 표시들이 모두 존재하는 경우, 상기 저모듈을 결함이 있는 모듈로 간주하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 저모듈이 결함이 있는 것으로 간주함을 나타내는 신호를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 가변 전류에 의해 간헐적인 방전 부하 및 간헐적인 충전 부하가 되는 배터리 내에 직렬 연결되는 모듈이 결함이 있는 지를 결정하는 방법으로서,
    상기 배터리가 그의 최대 부하 용량의 상당 부분의 부하 전류를 공급하는 동안, 상기 모듈들 각각의 전압들을 측정하여, 측정 모듈 방전 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 검출 모듈 방전 전압들의 표시를 적어도 일시적으로 저장하여, 저장 모듈 방전 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 저장 모듈 방전 전압들의 적어도 일부를 제 1 서열 랭킹으로 분류하는 단계와;
    상기 배터리가 그의 최대 충전 용량의 상당 부분의 충전 전류를 받는 동안, 상기 모듈들 각각의 전압들을 측정하여, 검출 모듈 충전 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 검출 모듈 충전 전압들의 표시를 적어도 일시적으로 저장하여, 저장 모듈 충전 전압들을 발생시키는 단계와;
    상기 저장 모듈 충전 전압들의 적어도 일부를 제 2 서열 랭킹으로 분류하는 단계와;
    상기 제 2 서열 랭킹으로부터, 상기 모듈들중 상기 랭킹의 최대치에 가까운 저장 충전 전압을 갖는 다른 1개의 모듈을 선택하여, 고모듈로 분류하는 단계와;
    상기 저장 모듈 방전 전압들을 평균하여, 평균 모듈 방전 전압을 발생시키는 단계와;
    상기 저장 모듈 충전 전압들을 평균하여, 평균 모듈 충전 전압을 발생시키는 단계와;
    상기 고모듈의 상기 저장 방전 전압과 상기 평균 모듈 방전 전압 간의 차이를 취하여, 고모듈 방전 전압 차이를 발생시키는 단계와;
    상기 고모듈 방전 전압 차이와 임계값을 비교하여, 상기 고모듈 방전 전압 차이가 상기 임계값을 넘는 경우, 상기 고모듈이 불량 모듈의 제 1 표시를 갖는 것으로 간주하는 단계와;
    상기 고모듈의 상기 저장 충전 전압과 상기 평균 모듈 충전 전압 간의 차이를 취하여, 고모듈 충전 전압 차이를 발생시키는 단계와;
    상기 고모듈 충전 전압 차이와 임계값을 비교하여, 상기 고모듈 충전 전압 차이가 상기 임계값을 넘는 경우, 상기 고모듈이 불량 모듈의 제 2 표시를 갖는 것으로 간주하는 단계와;
    상기 제 1 랭킹 내에서, 상기 고모듈의 상기 저장 방전 전압이 발생하는 곳을 결정하고, 이것이 상기 제 1 랭킹의 지정된 영역 내에서 발생하는 경우, 상기 고모듈이 불량 모듈의 제 3 표시를 갖는 것으로 간주하는 단계와; 그리고
    상기 불량 모듈의 제 1, 2 및 3 표시들이 모두 존재하는 경우, 상기 고모듈을 결함이 있는 모듈로 간주하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 고모듈이 결함이 있는 것으로 간주함을 나타내는 신호를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 전기 모터에 의해 적어도 부분적으로 구동되는 차량의 견인 배터리의 직렬 연결된 모듈들의 전압을 균등화하는 방법으로서,
    상기 견인 배터리의 상기 모듈들중에서, 어떠한 부하 조건하에서 최고 전압을 갖는 1개의 모듈을 결정하는 단계와;
    상기 견인 배터리의 상기 모듈들중에서, 상기 부하 조건하에서 최고 전압을 갖는 1개의 모듈을 결정하는 단계와;
    상기 최고 전압을 갖는 모듈을 부분적으로 방전시키고, 상기 최고 전압을 갖는 모듈의 상기 부분적인 방전으로부터 얻을 수 있는 에너지의 적어도 일부를, 상기 차량에 의해 보유되지만 상기 견인 배터리의 일부는 아닌 보조 배터리를 충전하는 데에 이용하는 단계와;
    상기 보조 배터리를 부분적으로 방전하는 단계와; 그리고
    상기 보조 배터리를 부분적으로 방전하는 단계로부터 얻을 수 있는 에너지의 적어도 일부를 상기 최저 전압을 갖는 모듈을 충전하는 데에 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 보조 배터리를 부분적으로 방전하는 단계는, 상기 최고 전압을 갖는 모듈을 부분적으로 방전하는 단계 보다 앞서는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 최고 전압을 갖는 모듈을 부분적으로 방전하는 단계는, 상기 보조 배터리의 부분적인 방전으로부터 얻을 수 있는 에너지의 적어도 일부를 상기 최저 전압을 갖는 모듈을 충전하는 데에 이용하는 단계와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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