KR101135656B1 - 전원시스템 및 그것을 구비한 차량 및 충방전 제어방법 - Google Patents

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Abstract

차량은, 먼저 EV 주행 모드로 주행을 개시한다(시각 t1). 여기서 제 1 축전부에 대한 리세트 요구(SOC1 리세트 요구)가 발생되면, 제 1 축전부를 적극적으로 방전하도록 전류제어가 행하여진다. 외부 전원에 의하여 충전 가능한 상태가 되는 시각 t2 이후에서는, 리세트 대상의 제 1 축전부의 방전 전류가 일정 전류값으로 유지됨과 함께, 리세트 대상이 아닌 제 2 축전부는, 적어도 제 1 축전부의 방전 전류를 포함하는 충전 전류로 충전된다. 그 후, 시각 t3에서 제 1 축전부의 전지전압(방전전압)에 특징점이 나타났다고 하면, 이 시각 t3의 타이밍에서, 제 1 축전부의 SOC의 추정값은, 미리 정해진 기준값으로 리세트된다.

Description

전원시스템 및 그것을 구비한 차량 및 충방전 제어방법{POWER SUPPLY SYSTEM, VEHICLE HAVING SAME, AND CHARGE/DISCHARGE CONTROL METHOD}
본 발명은, 충방전 가능한 복수의 축전부를 탑재한 전원시스템 및 그것을 구비하는 차량, 및 그 전원시스템에 대한 충방전 제어방법에 관한 것으로, 특히 충전 상태값의 추정 정밀도를 고정밀도로 유지하기 위한 구성에 관한 것이다.
최근, 환경 문제를 고려하여, 엔진과 전동기를 효율적으로 조합시켜 주행하는 하이브리드 차량이 실용화되고 있다. 이와 같은 하이브리드 차량은, 충방전 가능한 축전부를 탑재하고, 발진 시나 가속 시 등에 전동기에 전력을 공급하여 구동력을 발생하는 한편으로, 내리막길이나 제동 시 등에 차량의 운동 에너지를 전력으로서 회수한다.
이와 같은 하이브리드 차량에서, 탑재하는 축전부를 상용전원 등의 외부 전원으로부터의 전력에 의해 충전하기 위한 구성이 제안되어 있다. 이와 같이 외부 전원에 의해 축전부를 미리 충전함으로써, 통근이나 쇼핑 등의 비교적 단거리 주행 이면, 엔진을 정지상태로 유지한 채로 주행할 수 있기 때문에, 종합적인 연료 소비효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 이와 같은 주행 모드는, EV(Electric Vehicle) 주행 모드라고도 한다.
이와 같은 EV 주행 모드에서의 주행 성능을 높이기 위해서는, 축전부의 충방전 능력을 더욱 높이는 것이 바람직하다. 축전부의 충방전 능력을 높이기 위한 하나의 방법으로서, 복수의 축전부를 탑재하는 구성이 제안되어 있다. 이와 같은 구성에서는, 각 축전부의 충방전 전류를 제어하기 위한 전력 변환부(컨버터 등)가 각 축전부에 대응지어져 설치된다. 이것은, 각 축전부에 대한 충방전을 독립으로 행함으로써 각각을 적정한 충전 상태값(SOC : State Of Charge ; 이하, 단지「SOC」라고도 한다)으로 유지하고, 과방전이나 과충전 등을 회피하기 위함이다.
각 축전부에 대한 충방전을 독립으로 실행 가능한 구성의 일례로서, 일본국 특개2002-010502호 공보에는, 복수의 축전지(축전부)의 충전과 방전을 동시에 행하는 것이 가능한 축전지용 충방전장치가 개시되어 있다.
그런데, 각 축전부의 SOC의 추정방법으로서, 축전부의 SOC가 개방단 전압과 일정한 관계를 가지는 것을 이용하는 방법이 알려져 있다. 더욱 구체적으로는, 대상이 되는 축전부의 개방단 전압을 측정하고, 미리 실험적으로 취득된 관계특성을 참조하여, 측정된 개방단 전압에 대응하는 SOC를 결정하는 방법이다.
그러나, 하이브리드 차량에 탑재되는 축전부의 대표예인 니켈 수소전지 등에서는, 실용범위의 SOC에서의 개방단 전압의 변화가 상대적으로 작다. 즉, 축전부의 SOC의 변화와 비교하여 개방단 전압의 변화가 적다. 그 때문에, 개방단 전압의 측정만으로는 충분한 추정 정밀도를 얻을 수 없다.
그래서, SOC의 추정 정밀도를 더욱 높이기 위하여, 상기와 같은 개방단 전압의 측정에 의해 얻어진 SOC를, 축전부의 충방전량의 적산값에 의거하여 차례로 보정하는 것이 흔히 행하여지고 있다.
한편, 이와 같이 축전부의 충방전량의 적산값으로 차례로 보정하면, 센서 오차 등에 기인하여 원래의 SOC로부터 서서히 어긋나는 경우가 있다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 축전부의 SOC의 추정 정밀도를 높일 수 있는 전원시스템 및 그것을 구비하는 차량, 및 충방전 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 소정의 국면을 따르는 전원시스템은, 복수의 축전부와, 복수의 축전부에 각각 대응지어진 복수의 전압 변환부와, 복수의 전압 변환부가 서로 병렬 접속된 전력선쌍과, 충전부와, 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을 추정하는 상태 추정부와, 제어부를 포함한다. 충전부는, 외부 전원으로부터의 전력을 받아 복수의 축전부를 충전한다. 상태 추정부는, 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을, 각 축전부의 충방전량의 적산값에 의거하여 차례로 연산하고, 제어부는, 복수의 전압 변환부에서의 전압 변환동작을 제어한다. 또한, 제어부는, 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 복수의 축전부 중 제 1 축전부가 방전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어함과 함께, 잔여 축전부가 적어도 제 1 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어한다. 상태 추정부는, 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태인 기간에, 제 1 축전부에 의거하여 제 1 축전부의 충전 상태값을 기준값으로 리세트한다.
본 발명에 의하면, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 대응하는 전압 변환부를 제어하여, 제 1 축전부로부터 소정 전류를 방전한다. 그리고, 이 방전 전류에 의해 생기는 제 1 축전부의 전압값에 의거하여, 상태 추정부에서 차례로 연산되는 제 1 축전부의 충전 상태값이 기준값으로 리세트된다. 이 때문에, 가령 제 1 축전부의 충전 상태값에 충방전량의 적산값에 기인하는 오차가 생겨도, 외부 충전 전으로 리세트(교정)를 행할 수 있다. 이에 의하여, 축전부의 SOC의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
바람직하게는, 상태 추정부는, 제 1 축전부의 방전전압의 시간적 변화에 의거하는 소정 타이밍으로, 제 1 축전부의 충전 상태값을 기준값으로 리세트한다.
바람직하게는, 제어부는, 상태 추정부가 제 1 축전부의 충전 상태값을 기준값으로 리세트한 후, 제 1 축전부가 충전부로부터의 충전전류로 충전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어함과 함께, 제 1 축전부에 대한 충전 전류가 잔여 축전부에 대한 충전 전류와 비교하여 커지도록 대응하는 전압 변환부를 제어한다.
바람직하게는, 충전부는, 제 1 축전부와 제 1 축전부에 대응하는 전력 변환부의 사이에 전기적으로 접속된다.
바람직하게는, 전원시스템은, 제 1 축전부의 충방전 빈도에 의거하여, 제 1 축전부에 대한 리세트 요구를 발생하는 요구 발생부를 더 포함한다. 제어부는, 리세트 요구에 응답하여, 외부 전원에 의한 충전 중에 제 1 축전부로부터의 방전을 개시한다.
더욱 바람직하게는, 요구 발생부는, 복수의 축전부의 각각의 충전 빈도에 의거하여, 리세트 요구의 대상으로 하는 축전부를 선택 가능하다.
또 더욱 바람직하게는, 전원시스템은, 전력선쌍을 거쳐 전기적으로 접속된 부하장치(MG2)에 전력을 공급 가능하게 구성되고, 제어부는, 리세트 요구에 응답하여, 복수의 축전부에 대한 외부 전원에 의한 충전의 개시 전에 축전부로부터 부하장치로의 방전 전류가 잔여 축전부의 각각으로부터 부하장치에 대한 방전 전류와 비교하여 많아지도록, 복수의 전력 변환부를 제어한다.
본 발명의 다른 국면에 따르는 차량은, 엔진과, 복수의 축전부와, 복수의 축전부에 각각 대응지어진 복수의 전압 변환부와, 복수의 전압 변환부가 서로 병렬 접속된 전력선쌍과, 충전부와, 전동기와, 발전부와, 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을 추정하는 상태 추정부와, 제어부와, 요구 발생부를 포함한다. 충전부는, 외부 전원으로부터의 전력을 받아 복수의 축전부를 충전한다. 전동기는, 전력선쌍에 접속되고, 복수의 축전부로부터의 전력을 받아 구동력을 발생 가능하다. 발전부는, 전력선쌍에 접속되고, 엔진으로부터의 구동력을 받아 발전 가능하다. 상태 추정부는, 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을, 각 축전부의 충방전량의 적산값에 의거하여 차례로 연산한다. 제어부는, 복수의 전압 변환부에서의 전압 변환동작을 제어한다. 요구 발생부는, 복수의 축전부의 충방전 빈도에 의거하여, 복수의 축전부 중 하나의 축전부에 대한 리세트 요구를 발생한다. 차량은, 발전부에 의한 복수의 축전부에 대한 충전이 제한되는 제 1 주행 모드와, 각 축전부의 충전 상태값이 소정의 범위 내로 유지되도록 발전부에 의한 복수의 축전부에 대한 충전을 제어하는 제 2 주행 모드를 선택하여 주행 가능하다. 또한, 제어부는, 리세트 요구가 발생되면, 제 1 주행 모드로 주행 중에, 리세트 요구가 발생된 대상의 축전부로부터 전동기에 대한 방전 전류가 잔여 축전부의 각각으로부터 전동기로의 방전 전류와 비교하여 많아지도록, 복수의 전력 변환부를 제어한다. 또, 제어부는, 리세트 요구가 발생되면, 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 대상의 축전부가 방전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어함과 함께, 잔여 축전부가 적어도 대상의 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어한다. 상태 추정부는, 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태인 기간에, 대상의 축전부의 전압값에 의거하여 대상의 축전부의 충전 상태값을 기준값으로 리세트한다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 복수의 축전부를 포함하는 전원시스템의 충방전 제어방법을 제공한다. 전원시스템은, 복수의 축전부에 각각 대응지어진 복수의 전압 변환부와, 복수의 전압 변환부가 서로 병렬 접속된 전력선쌍과, 외부 전원으로부터의 전력을 받아 복수의 축전부를 충전하기 위한 충전부를 포함한다. 충방전 제어방법은, 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을, 각 축전부의 충방전량의 적산값에 의거하여 차례로 연산하는 단계와, 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 복수의 축전부 중 제 1 축전부로부터 방전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어함과 함께, 잔여 축전부가 적어도 제 1 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어하는 단계와, 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태인 기간에, 제 1 축전부의 전압값에 의거하여 제 1 축전부의 충전 상태값을 기준값으로 리세트하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 축전부의 SOC의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따르는 전원시스템을 구비하는 차량에 대하여 외부 전원에 의한 충전을 행하기 위한 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 따르는 전원시스템을 구비하는 차량의 개략 구성도,
도 3은 본 발명의 실시형태에 따르는 제어장치에서의 제어구조를 나타내는 블록도,
도 4는 도 3에 나타내는 요구 발생부에서의 더욱 상세한 제어구조를 나타내는 블럭도,
도 5는 도 3에 나타내는 상태 추정부에서의 더욱 상세한 제어구조를 나타내는 블럭도,
도 6은 도 5에 나타내는 검출부가 검출하는 전지전압의 특징적인 변화의 일례를 나타내는 도,
도 7a 및 도 7b는 리세트 동작 중의 전류의 흐름을 설명하기 위한 도,
도 8은 축전부의 SOC의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도,
도 9는 도 8에 대응하는 축전부의 전지전류의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도,
도 10은 본 발명의 실시형태에 따르는 리세트 동작의 처리순서를 나타내는 플로우차트이다.
본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면에서의 동일 또는 상당부분에 대해서는, 동일부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
(전체구성)
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따르는 전원시스템을 구비하는 차량(100)에 대하여 외부 전원에 의한 충전을 행하기 위한 전체 구성도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따르는 차량(100)은, 대표적으로 하이브리드 차량이며, 뒤에서 설명하는 바와 같이 엔진과 전동기(모터제너레이터)를 탑재하고, 각각으로부터의 구동력을 최적의 비율로 제어하여 주행한다. 또한 차량(100)은, 이 모터제너레이터에 전력을 공급하기 위한 복수의 축전부를 탑재한다. 이들 축전부는, 차량(100)의 시스템 기동상태(이하, 「IG 온상태」라고도 기재한다)에서, 엔진의 작동에 의해 생기는 동력을 받아 충전 가능함과 함께, 차량(100)의 시스템 정지 중(이하, 「IG 오프상태」라고도 기재한다)에서, 커넥터부(350)를 거쳐 외부 전원과 전기적으로 접속되어 충전 가능하다. 이하의 설명에서는, 각각의 충전동작을 구별하기 위하여, 외부 전원에 의한 축전부의 충전을「외부 충전」이라고도 기재하고, 엔진의 작동에 의한 축전부의 충전을「내부 충전」이라고도 기재한다.
커넥터부(350)는, 대표적으로 상용전원 등의 외부 전원을 차량(100)에 공급하기 위한 연결기구를 구성하고, 캐브 타이어 케이블 등으로 이루어지는 전력선 (PSL)을 거쳐 충전스테이션(300)과 접속된다. 그리고, 커넥터부(350)는, 외부 충전 시에 차량(100)과 연결되어, 외부 전원과 차량(100)에 탑재된 충전부(도시 생략)를 전기적으로 접속한다. 한편, 차량(100)에는, 커넥터부(350)와 연결되어, 외부 전원을 받아들이기 위한 커넥터 도입부(도시 생략)가 설치된다.
충전스테이션(300)은, 상용전원 공급선(PS)을 거쳐 주택(302)에 공급되는 상용전원의 일부를 커넥터부(350)에 공급한다. 충전스테이션(300)은, 커넥터부(350)의 수납기구나 커넥터부(350)와 연결되는 전력선(PSL)의 권취기구(모두 도시 생략)를 포함고 있어도 된다. 또, 충전스테이션(300)에는, 사용자에 대한 세큐리티(security)기구나 과금기구 등을 포함하고 있어도 된다. 또한, 충전스테이션(300)은, 차량(100)과의 사이에서 통신을 하기 위한 기구를 포함하고 있어도 된다.
또한, 커넥터부(350)를 거쳐 차량(100)에 공급되는 외부 전원은, 상용전원 대신, 또는 이것에 더하여 주택(302)의 지붕 등에 설치된 태양전지 패널에 의한 발전전력 등이어도 된다.
(차량의 개략 구성)
도 2는, 본 발명의 실시형태에 따르는 전원시스템을 구비하는 차량(100)의 개략 구성도이다. 또한, 도 2에는, 복수의 축전부를 구비하는 차량의 대표예로서, 2개의 축전부(4-1, 4-2)를 구비하는 차량(100)을 나타낸다. 또한, 이하의 설명에서는, 축전부(4-1, 4-2)를 각각 BAT1 및 BAT2라고도 기재한다.
도 2를 참조하여, 차량(100)은, 엔진(ENG)(18)과, 제 1 모터제너레이터(MG1)와, 제 2 모터제너레이터(MG2)를 구동력원으로서 구비하고, 이들은 동력 분할기구(22)를 거쳐 기계적으로 연결된다. 그리고, 차량(100)의 주행상황에 따라, 동력 분할기구(22)를 거쳐 상기 3자의 사이에서 구동력의 분배 및 결합이 행하여지고, 그 결과로서 구동륜(24F)이 구동된다.
차량(100)의 주행 시(즉, 비외부 충전 시)에 있어서, 동력 분할기구(22)는, 엔진(18)의 작동에 의해 발생하는 구동력을 2분할하여, 그 한쪽을 제 1 모터제너레이터(MG1)측으로 배분함과 함께, 나머지부를 제 2 모터제너레이터(MG2)로 배분한다. 동력 분할기구(22)로부터 제 1 모터제너레이터(MG1)측으로 배분된 구동력은 발전동작에 사용되는 한편, 제 2 모터제너레이터(MG2)측으로 배분된 구동력은, 제 2 모터제너레이터(MG2)에서 발생한 구동력과 합성되어, 구동륜(24F)의 구동에 사용된다.
이때, 모터제너레이터(MG1, MG2)에 각각 대응지어진 제 1 인버터(INV1)(8-1)및 제 2 인버터(INV2)(8-2)는, 직류전력과 교류전력을 서로 변환한다. 주로, 제 1 인버터(8-1)는, 제어장치(2)로부터의 스위칭 지령(PWM1)에 따라, 제 1 모터제너레이터(MG1)에서 발생하는 교류전력을 직류전력으로 변환하고, 정모선(MPL) 및 부모선(MNL)에 공급한다. 한편, 제 2 인버터(8-2)는, 제어장치(2)로부터의 스위칭 지령(PWM2)에 따라, 정모선(MPL) 및 부모선(MNL)을 거쳐 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여, 제 2 모터제너레이터(MG2)에 공급한다. 즉, 차량(100)은, 부하장치로서, 축전부(4-1, 4-2)로부터의 전력을 받아 구동력을 발생 가능한 제 2 모터제너레이터(MG2)를 구비함과 함께, 엔진(18)으로부터의 구동력을 받아 발전 가능한 발전부인 제 1 모터제너레이터(MG1)를 구비한다.
제 1 축전부(4-1) 및 제 2 축전부(4-2)는, 모두 충방전 가능한 전력 저장 요소이고, 대표적으로 리튬 이온전지나 니켈 수소전지 등의 2차 전지, 또는 전기 2중층 커패시터 등의 축전소자로 구성된다. 제 1 축전부(4-1)와 제 1 인버터(8-1)의 사이에는, 직류전압을 양 방향으로 전압 변환 가능한 제 1 컨버터(CONV1)(6-1)가 배치되어 있고, 축전부(4-1)의 입출력 전압과, 정모선(MPL)과 부모선(MNL) 사이의 선간전압을 서로 승압 또는 강압한다. 마찬가지로, 제 2 축전부(4-2)와 제 2 인버터(8-2)의 사이에는, 직류전압을 양 방향으로 전압 변환 가능한 제 2 컨버터(CONV2)(6-2)가 배치되어 있고, 축전부(4-2)의 입출력 전압과, 정모선(MPL)과 부모선(MNL) 사이의 선간전압을 서로 승압 또는 강압한다. 즉, 컨버터(6-1, 6-2)는, 전력선쌍인 정모선(MPL) 및 부모선(MNL)에 대하여 병렬 접속된다. 컨버터(6-1, 6-2)에서의 승강압 동작은, 제어장치(2)로부터의 스위칭 지령(PWC1, PWC2)에 따라 각각 제어된다.
제어장치(2)는, 대표적으로, CPU(Central Processing Unit)와, RAM(Random Access Memory)이나 R0M(Read Only Memory) 등의 기억부와, 입출력 인터페이스부를 주체로 하여 구성된 전자제어장치(ECU : Electronic Control Unit)로 이루어진다. 그리고, 제어장치(2)는, 미리 ROM 등에 저장된 프로그램을 CPU가 RAM으로 판독하여 실행함으로써, 차량 주행(내부 충전을 포함한다) 및 외부 충전에 관한 제어를 실행한다.
제어장치(2)에 입력되는 정보의 일례로서, 도 2에는, 플러스선(PL1, PL2)에 각각 개재하여 삽입된 전류센서(10-1, 10-2)로부터의 전지전류(Ibat1, Ibat2), 플러스선(PL1)과 마이너스선(NL1)의 선 사이에 배치된 전압센서(12-1)로부터의 전지전압(Vbat1), 플러스선(PL2)과 마이너스선(NL2)의 선 사이에 배치된 전압센서(12-2)로부터의 전지전압(Vbat2), 축전부(4-1, 4-2)에 근접하여 각각 배치된 온도센서(11-1, 11-2)로부터의 전지온도(Tbat1, Tbat2), 정모선(MPL)에 개재하여 삽입된 전류센서(14)로부터의 모선 전류(IDC), 정모선(MPL)과 부모선(MNL)의 선 사이에 배치된 전압센서(16)로부터의 모선 전압(VDC)을 예시한다.
또, 제어장치(2)는, 축전부(4-1, 4-2)의 각각의 충전상태(SOC : State Of Charge ; 이하, 단지「SOC」라고도 한다)를 연속적으로 추정한다. SOC는, 축전부의 충전량의 절대값(단위[A?h] 등)으로서도 나타낼 수 있으나, 본 명세서에서는, SOC는 축전부의 충전용량에 대한 실제의 충전량의 비율(0～100%)로서 나타낸다. 더욱 구체적으로는, 제어장치(2)는, 축전부(4-1)의 충방전량의 적산값에 의거하여 축전부(4-1)의 SOC를 차례로 연산함과 함께, 축전부(4-2)의 충방전량의 적산값에 의거하여 축전부(4-2)의 SOC를 차례로 연산한다. 또한, 충방전량의 적산값은, 대응하는 축전부의 전지전압과 전지전류의 곱(전력)을 시간적으로 적분함으로써 얻어진다.
차량(100)은, 축전부(4-1, 4-2)를 외부 충전하기 위한 구성으로 하여, 커넥터 도입부(150)와, 충전부(30)를 더 구비한다. 축전부(4-1, 4-2)에 대하여 외부 충전을 행하는 경우에는, 커넥터부(350)가 커넥터 도입부(150)에 연결됨으로써, 정충전선(CPL) 및 부충전선(CNL)을 거쳐 외부 전원으로부터의 전력이 충전부(30)에 공급된다. 또, 커넥터 도입부(150)는, 커넥터 도입부(150)와 커넥터부(350)의 연결상태를 검출하기 위한 연결 검출 센서(150a)를 포함하고 있고, 이 연결 검출 센서(150a)로부터의 연결신호(CON)에 의하여 제어장치(2)는, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 된 것을 검출한다. 또한, 본 실시형태에서는, 외부 전원으로서 단상교류의 상용전원이 사용되는 경우에 대하여 예시한다.
또, 본 명세서에서, 「외부 전원에 의해 충전 가능한 상태」란, 대표적으로, 커넥터부(350)가 커넥터 도입부(150)에 물리적으로 삽입되어 있는 상태를 의미한다. 또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 구성 대신, 외부 전원과 차량을 비접촉 그대로 전자적으로 결합하여 전력을 공급하는 구성을 채용할 수도 있다. 구체적으로는, 외부 전원측에 1차 코일을 설치함과 함께, 차량측에 2차 코일을 설치하고, 1차 코일과 2차 코일 사이의 상호 인덕턴스를 이용하여 전력공급을 행하는 구성을 채용할 수도 있고, 이 구성에서는, 「외부 전원에 의해 충전 가능한 상태」란, 1차 코일과 2차 코일이 위치 맞춰진 상태를 의미한다.
충전부(30)는, 외부 전원으로부터의 전력을 받아 축전부(4-1, 4-2)를 외부 충전하기 위한 장치이고, 플러스선(PL1) 및 마이너스선(NL1)과 정충전선(CPL) 및 부충전선(CNL)의 사이에 배치된다. 즉, 충전부(30)는, 제 1 축전부(4-1)와 제 1 축전부(4-1)에 대응하는 제 1 컨버터(6-1)의 사이에 전기적으로 접속된다.
또, 충전부(30)는, 전류제어부(30a)와, 전압 변환부(30b)를 포함하고, 외부 전원으로부터의 전력을 축전부(4-1, 4-2)의 충전에 적합한 전력으로 변환한다. 구체적으로는, 전압 변환부(30b)는, 외부 전원의 공급전압을 축전부(4-1, 4-2)의 충전에 적합한 전압으로 변환하기 위한 장치이고, 대표적으로 소정의 변압비를 가지는 권선형의 변압기나, AC-AC 스위칭 레귤레이터 등으로 이루어진다. 또, 전류 제어부(30a)는, 전압 변환부(30b)에 의한 전압 변환 후의 교류전압을 정류하여 직류전압을 생성함과 함께, 제어장치(2)로부터의 충전 전류지령(Ich*)에 따라, 축전부(4-1, 4-2)에 공급하는 충전 전류를 제어한다. 전류 제어부(30a)는, 대표적으로 단상의 브리지회로 등으로 이루어진다. 또한, 전류 제어부(30a) 및 전압 변환부(30b)로 이루어지는 구성 대신, AC-DC 스위칭 레귤레이터 등에 의해 충전부(30)를 실현하여도 된다.
특히, 본 실시형태에 따르는 제어장치(2)는, 축전부(4-1, 4-2)의 각각의 충방전 빈도에 의거하여, 축전부(4-1, 4-2)에 대한 리세트 요구(이하, 각각「SOC1 리세트 요구」 및 「SOC2 리세트 요구」라고도 기재한다)의 발생 필요 여부를 판단한다. 그리고, 축전부(4-1, 4-2) 중 어느 하나의 SOC를 리세트할 필요가 있다고 판단되면, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태에 있는 기간 중에, SOC의 리세트 동작을 실행한다. 구체적으로는, 제어장치(2)는, 리세트 대상의 축전부[예를 들면, 제 1축전부(4-1)]가 방전되도록 대응하는 컨버터[예를 들면, 제 1 컨버터(6-1)]를 제어함과 함께, 잔여 축전부[예를 들면, 제 2 축전부(4-2)]가 적어도 리세트 대상의 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 컨버터[예를 들면, 제 2 컨버터(6-2)]를 제어한다. 또한, 잔여 축전부의 충전 허용 전류값이 리세트 대상의 축전부로부터의 방전 전류값보다 큰 경우에는, 그 차분을 보상하도록 충전부(30)로부터 충전 전류를 공급하도록 하여도 된다. 그리고, 제어장치(2)는, 상기 리세트 대상의 축전부의 전압에 의거하여, 상기 리세트 대상의 축전부에 대한 SOC를 기준값(예를 들면, 5%)으로 리세트한다. 더욱 구체적으로, 리세트 대상의 축전부에서의 방전 전압의 시간적 변화에 의거하는 소정 타이밍으로, SOC가 기준값으로 리세트된다. 이 방전 전압의 시간적 변화의 일례로서는, 뒤에서 설명하는 바와 같이, 축전부의 방전에 따라 변화(저하)하는 전지전압의 특징점이다. 이것 대신, 리세트 대상의 축전부의 전압이 미리 정해진 문턱값을 하회한 시점에서, SOC를 기준값으로 리세트하여도 된다.
또한, 이 기준값은, 축전부의 특성값 등에 의거하여 미리 설정하여 두어도 되고, 전지의 사용상황 등에 따라 동적으로 설정하여도 된다.
이와 같이, 각 축전부의 SOC를 소정 빈도로 리세트함으로써, 전류센서(10-1, 10-2)나 전압센서(12-1, 12-2) 등에 있어서의 검출 오차의 영향을 배제하여, SOC를 고정밀도로 추정할 수 있다.
또한, 리세트 대상 축전부의 SOC가 미리 정해진 기준값으로 리세트되면, 제어장치(2)는, 리세트 대상 축전부를 충전부(30)로부터의 충전 전류로 충전(외부 충전)을 행함과 함께, 그 충전 전류가 잔여 축전부에 대한 충전 전류와 비교하여 커지도록 대응하는 컨버터를 제어한다. 이것은, 축전부(4-1, 4-2)를 거의 동시에 외부 충전을 완료할 수 있도록, 각각에 대한 충전 전류를 최적화하는 것이다.
그런데, 본 실시형태에 따르는 차량(100)은 하이브리드 차량이고, 엔진(18)으로부터의 구동력에 의해, 주행 및 축전부(4-1, 4-2)의 충전이 가능하다. 한편, 축전부(4-1, 4-2)를 외부 충전하여 사용하는 형태에서는, 엔진(18)을 가능한 한 정지상태로 유지하여 주행하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 차량(100)은, EV (Electric Vehicle) 주행 모드와, HV(Hybrid Vehicle) 주행 모드를 선택하여 주행가능하게 구성된다.
즉, EV 주행 모드에서는, 차량(100)은, 축전부(4-1, 4-2)의 각각의 SOC가 소정값을 하회하기까지의 사이, 주로 제 2 모터제너레이터(MG2)로부터의 구동력만으로 주행한다. 이 EV 주행 모드에서는, 엔진(18)의 구동력을 사용한 제 1 모터제너레이터(MG1)에서의 발전동작은 행하여지지 않고, 축전부(4-1, 4-2)에 대한 내부 충전이 제한된다. 또한, EV 주행 모드는, 엔진(18)을 정지상태로 유지하여 연료 소비 효율을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있으나, 운전자로부터 급가속 등의 구동력 요구가 주어진 경우, 촉매 난기 시나 공조 요구 등의 구동력 요구와는 무관한 요구가 주어진 경우, 및 그 밖의 조건이 성립한 경우 등에 있어서는, 엔진(18)을 시동하여도 된다.
EV 주행 모드 중에 축전부(4-1, 4-2)의 각각의 SOC가 소정값을 하회하면, 주행 모드는 HV 주행 모드로 변환된다. HV 주행 모드에서는, 차량(100)은, 축전부(4-1, 4-2)의 SOC가 어느 것이나 미리 정해진 제어 중심값을 중심으로 하는 소정의 범위 내에 유지되도록, 제 1 모터제너레이터(MG1)에 의한 발전동작이 제어된다. 이 제 1 모터제너레이터(MG1)에서의 발전동작에 따라, 엔진(18)도 작동을 개시한다. 또한, 엔진(18)의 작동에 의해 생기는 구동력의 일부는 차량(100)의 주행에도 사용된다.
그런데, 외부 충전에 요하는 시간을 단축하기 위해서는, 상기한 리세트 동작의 개시 전에 미리 리세트 대상의 축전부를 저충전 상태로 하여 두는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시형태에 따르는 제어장치(2)는, 어느 하나의 축전부를 리세트할 필요가 있다고 판단되면, 외부 충전 전의 차량(100)이 EV 주행 모드로 주행 중에, 리세트 대상의 축전부를 적극적으로 방전시킨다. 구체적으로는, 제어장치(2)는, 리세트 대상의 축전부로부터 제 2 모터제너레이터(MG2)로의 방전 전류가, 잔여 축전부로부터 제 2 모터제너레이터(MG2)로의 방전 전류와 비교하여 많아지도록 각 컨버터를 제어한다. EV 주행 모드에서는, 기본적으로 축전부(4-1, 4-2)로부터 전력이 방전되기 때문에, 어느 한쪽의 축전부를 우선적으로 방전함으로써, 리세트동작을 더욱 신속화할 수 있다.
도 2에 나타내는 본 발명의 실시형태와 본원 발명의 대응관계에 대해서는, 축전부(4-1, 4-2)가 「복수의 축전부」에 상당하고, 컨버터(6-1, 6-2)가 「복수의 전압 변환부」에 상당하며, 정모선(MPL) 및 부모선(MNL)이 「전력선쌍」에 상당하고, 충전부(30)가 「충전부」에 상당하며, 제 2 모터제너레이터(MG2)가 「부하장치」 및 「전동기」에 상당하고, 엔진(ENG)(18)이 「엔진」에 상당하며, 제 1 모터제너레이터(MG1)가「발전부」에 상당한다. 또, 「EV 주행 모드」가 「제 1 주행 모드」에 상당하고, 「HV 주행 모드」가 「제 2 주행 모드」에 상당한다.
(제어구조)
다음에, 도 3을 참조하여, 본 실시형태에 따르는 전원시스템에서의 리세트 동작을 실현하기 위한 제어구조에 대하여 설명한다.
도 3은, 본 발명의 실시형태에 따르는 제어장치(2)에서의 제어구조를 나타내는 블록도이다. 도 3에 나타내는 각 기능 블록은, 대표적으로 제어장치(2)가 미리 저장된 프로그램을 실행함으로써 실현되나, 그 기능의 일부 또는 전부를 전용 하드웨어로서 실장하여도 된다.
도 3을 참조하여, 제어장치(2)는, 요구 발생부(202)와, 상태 추정부(204)와, 종합 출력 연산부(206)와, 배분부(208)와, 컨버터제어부(210)와, 인버터 제어부(212)를 그 기능으로서 포함한다.
요구 발생부(202)는, 축전부(4-1, 4-2)의 각각의 충전 빈도에 의거하여, 축전부(4-1, 4-2)에 대한 리세트 요구를 발생한다.
도 4는, 도 3에 나타내는 요구 발생부(202)에서의 더욱 상세한 제어구조를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하여, 요구 발생부(202)는, 제 1 축전부(4-1)에 대한 SOC1 리세트 요구를 발생하기 위한 기능 블록으로서, 리세트 요구 판단부(221)와 적산부(222)를 포함한다. 또, 요구 발생부(202)는, 축전부(4-2)에 대한 SOC2 리세트 요구를 발생하기 위한 기능 블록으로서, 리세트 요구 판단부(231)와 적산부(232)를 포함한다.
리세트 요구 판단부(221)는, 대표적으로 외부 충전 개시의 적산 횟수나 주행거리에 의거하여, SOC1 리세트 요구를 발생할지의 여부를 판단한다. 구체적으로는, 연결 검출 센서(150a)(도 2)로부터의 연결신호(CON)에 의거하는 외부 충전개시의 신호가 적산부(222)에서 적산되고, 그 적산 횟수가 리세트 요구 판단부(221)에 입력된다. 또, 리세트 요구 판단부(221)는, 도시 생략한 차속센서 등으로부터 주행거리가 입력된다. 그리고, 리세트 요구 판단부(221)는, 전회의 SOC1 리세트 요구를 발생하고 나서의 적산 횟수나 주행거리가 소정의 문턱값(예를 들면, 외부 충전 10회나 100 km 주행 등)을 초과하고 있는지의 여부를 판단하여, 소정의 문턱값을 초과하고 있으면 SOC1 리세트 요구를 발생한다.
이것은, 축전부의 SOC에 대한 오차는 충전 횟수가 커질수록 축적되기 때문에, 리세트 요구 판단부(221)는, 외부 충전의 적산 횟수에 의거하여 외부 충전에 의한 오차의 영향을 반영함과 함께, 주행거리에 의거하여 내부 충전에 의한 오차의 영향을 반영한다.
또, 리세트 요구 판단부(231) 및 적산부(232)에서의 동작에 대해서도 동일하기 때문에, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 또한, SOC1 리세트 요구와 SOC2 리세트 요구가 동시에 발생하지 않도록, 리세트 요구 판단부(221)와 리세트 요구 판단부(231) 사이에서 협조 동작하도록 하여도 된다. 또한, SOC1 리세트 요구와 SOC2 리세트 요구가 교대로 발생하도록 하여도 된다.
다시 도 3을 참조하여, 상태 추정부(204)는, 전지온도(Tbat1, Tbat2), 전지전류(Ibat1, Ibat2), 전지전압(Vbat1, Vbat2) 등에 의거하여, 축전부(4-1, 4-2)의 각각에 대한 SOC를 추정한다. 더욱 상세하게는, 상태 추정부(204)는, 제 1 축전부(4-1)의 SOC1를 연산하는 SOC1 연산부(204a)와, 제 2 축전부(4-2)의 SOC2를 연산하는 SOC2 연산부(204b)를 포함한다.
도 5는, 도 3에 나타내는 상태 추정부(204)에서의 더욱 상세한 제어구조를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하여, SOC1 연산부(204a)는, 곱셈부(241)와, 적산부(242)와, 나눗셈부(243)와, 가산부(244)와, 레지스터(245)와, 지연부(246)와, 검출부(247)를 포함한다. 또, SOC2 연산부(204b)는, 곱셈부(251)와, 적산부(252)와, 나눗셈부(253)와, 가산부(254)와, 레지스터(255)와, 지연부(256)와, 검출부(257)를 포함한다. SOC1 연산부(204a) 및 SOC2 연산부(204b)는, 각각 대응하는 축전부의 충방전량의 적산값에 의거하여, 각각의 축전부의 SOC를 차례로 연산한다.
구체적으로는, 곱셈부(241)가 전지전압(Vbat1)과 전지전류(Ibat1)를 곱셈하여 축전부(4-1)의 순간의 충방전량(전력)을 연산하고, 적산부(242)가 이 충방전량을 연산주기(Δt)에 걸쳐 적분한다. 또한, 나눗셈부(243)가 이 적산부(242)에서 적분된 충방전량의 적산값(∫Ibat1?Vbat1?Δt)을 축전부(4-1)의 충전용량(Cb1)으로 제산한다. 즉, 나눗셈부(243)로부터 출력되는 연산결과는, 바로 가까이의 연산주기(Δt)에서의 SOC1의 변화율을 의미한다.
한편, 레지스터(245)는, 각 연산주기에서의 축전부(4-1)의 SOC인 SOC1(t)을 유지 출력한다. 또, 지연부(246)는, 이 레지스터(245)로부터 유지 출력되는 SOC1(t)을 연산주기(Δt)만큼 지연시킨 SOC1(t-Δt)을 유지 출력한다. 그리고, 가산부(244)가 나눗셈부(243)로부터 출력되는 SOC1의 변화율에, 1 연산주기 전의 SOC1(t-Δt)을 가산함으로써, 금회의 연산주기에서의 SOC1(t)을 연산한다.
이와 같이, S0C1 연산부(204a)는, 제 1 축전부(4-1)의 충방전량의 적산값에 의거하여 제 1 축전부(4-1)의 SOC1을 차례로 연산한다. 또, SOC2 연산부(204b)에 대해서도 SOC1 연산부(204a)와 마찬가지로, 제 2 축전부(4-2)의 충방전량의 적산값에 의거하여 제 2 축전부(4-2)의 SOC2를 차례로 연산한다.
또한, 검출부(247)는, 요구 발생부(202)(도 3)로부터의 SOC1 리세트 요구에 응답하여, 제 1 축전부(4-1)의 전지전압(Vbat1)(방전 시)의 시간적 변화에 의거하는 소정 타이밍으로, 차례로 연산하는 SOC1을 미리 정해진 기준값인 SOC1(기준)로 리세트한다. 더욱 구체적으로는, SOC1 리세트 요구가 발생되면, 제 1 축전부(4-1)에 대한 적극적인 방전이 개시되기 때문에, 제 1 축전부(4-1)의 전지전압(Vbat1)은 시간적으로 저하한다. 검출부(247)는, 이 전지전압(Vbat1)이 시간적으로 저하할 때에 생기는 특징적인 변화를 검출하여, SOC1(기준)을 레지스터(245)에 강제적으로 입력한다.
또, 검출부(257)에 대해서도 마찬가지로, 요구 발생부(202)(도 3)로부터의 SOC2 리세트 요구에 응답하여, 제 2 축전부(4-2)의 전지전압(Vbat2)(방전 시)의 시간적 변화에 의거하는 소정 타이밍으로, 차례로 연산하는 SOC2를 미리 정해진 기준값인 SOC2(기준)로 리세트한다.
도 6은, 도 5에 나타내는 검출부(247, 257)가 각각 검출하는 전지전압 (Vbat1, Vbat2)의 특징적인 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 6에서는, 전지전압(Vbat1, Vbat2)을 총칭하여 「Vbat」라고 기재하고, SOC1 및 SOC2를 총칭하여 「SOC」라고 기재한다.
도 6을 참조하여, 대표적으로 니켈 수소전지 등으로 이루어지는 축전부(4-1, 4-2)에서의 SOC와 전지전압(Vbat)의 사이에는, 일정한 대응관계를 가진다. 특히 니켈 수소전지 등에서는, SOC의 변화에 대하여 전지전압(Vbat)의 변화가 작은 평탄영역(280)이 존재한다. 이 평탄영역(280)은, 상기한 HV 주행 모드에서 축전부(4-1, 4-2)의 SOC를 유지해야 할 범위인 HV 제어범위와 중복된다. 그 때문에, 이 평탄영역(280)에서는, 축전부(4-1, 4-2)의 특징적인 변화를 검출하는 것이 어렵다.
이것에 대하여, SOC가 상대적으로 낮은 영역(과방전측)에서, SOC의 변화에 대하여 전지전압(Vbat)이 상대적으로 크게 변화하는 영역[특징영역(270)]이 나타난다. 이 특징영역(270)은 항상 대략 동일한 SOC에서 생기기 때문에, 미리 실험적으로 이 특징영역(270)에 대응하는 SOC를 취득해 둠으로써 축전부(4-1, 4-2)의 SOC를 적절하게 리세트 할 수 있다.
더욱 구체적으로는, 검출부(247, 257)는, 각각 대응하는 축전부(4-1, 4-2)의 방전에 의해 시간적으로 변화하는 전지전압(Vbat1, Vbat2)을 연속적으로 감시함과 함께, 전지전압(Vbat1, Vbat2)의 시간적인 변화량을 수시 연산한다. 그리고, 수시 연산되는 전지전압(Vbat1, Vbat2)의 시간적인 변화량이 소정의 음의 문턱값을 하회하면, 즉 전지전압(Vbat1, Vbat2)이 급격하게 감소를 개시하면, 검출부(247, 257)는, 그 타이밍에서 대응하는 SOC1 및 SOC2를 각각 대응하는 SOC(기준)로 리세트한다.
또한, 뒤에서 설명하는 바와 같이, 전지전압(Vbat1 또는 Vbat2)의 특징적인 변화를 더욱 정확하게 검출하기 위하여, 축전부(4-1 또는 4-2)로부터의 방전 전류는 일정값인 것이 바람직하다.
다시, 도 3을 참조하여, 종합 출력 연산부(206)는, 운전자 요구 및 주행상황에 따라, 차량(100)의 주행에 필요한 종합 출력을 연산한다. 또한, 운전자 요구에는, 액셀러레이터 페달의 밟음량, 브레이크 페달의 밟음량, 시프트 레버의 포지션(모두 도시 생략) 등이 포함된다. 또, 주행상황에는, 차량(100)이 가속 중 또는 감속 중인 것을 나타내는 정보 등이 포함된다. 그리고, 종합 출력 연산부(206)는, 종합 출력을 제공하기 위하여 필요한 엔진(18)의 구동력에 따라, 엔진 회전수 등을 결정한다. 또, 종합 출력 연산부(206)에서의 연산결과는, 배분부(208)에도 전달된다.
배분부(208)는, 종합 출력 연산부(206)로부터의 연산결과에 따라, 모터제너레이터(MG1, MG2)의 토오크나 회전수를 연산하고, 그 제어지령을 인버터 제어부(212)로 출력함과 동시에, 차량(100) 내에서의 전력 수급에 따른 제어지령을 컨버터 제어부(210)로 출력한다.
인버터 제어부(212)는, 배분부(208)로부터의 제어지령에 따라, 모터제너레이터(MG1, MG2)를 구동하기 위한 스위칭 지령(PWM1, PWM2)을 각각 생성한다. 이 스위칭 지령(PWM1, PWM2)은, 각각 인버터(INV1, INV2)에 출력된다.
컨버터 제어부(210)는, 배분부(208)로부터의 제어지령에 따라, 축전부(4-1, 4-2)로부터 제 2 모터제너레이터(MG2)로 소정의 방전 전력이 공급되도록, 상태 추정부(204)에서 연산되는 SOC1 및 SOC2를 참조하여, 방전 전력의 분담 비율을 결정한다. 그리고, 컨버터 제어부(210)는, 축전부(4-1, 4-2)로부터 각각 분담해야 할 전력이 방전되도록, 스위칭지령(PWC1, PWC2)을 각각 생성한다. 이 스위칭지령 (PWC1, PWC2)에 따라, 각각 컨버터(6-1, 6-2)가 전압 변환동작을 행함으로써 축전부(4-1, 4-2)의 방전 전력(방전 전류)이 제어된다.
특히, 컨버터 제어부(210)는, 축전부(4-1 또는 4-2)에서의 리세트 동작의 실행 시에, 컨버터(6-1, 6-2)에서의 전압 변환동작을 제어한다. 구체적으로는, 요구 발생부(202)에서 SOC1 리세트 요구 또는 SOC2 리세트 요구가 발생하면, 컨버터 제어부(210)는, 리세트 요구의 대상이 된 축전부를 적극적으로 방전시킨다.
리세트 동작 중에서는, 컨버터 제어부(210)는, 먼저, 리세트 대상의 축전부로부터 적정한 양의 전류가 방전되도록 대응하는 컨버터를 제어함과 함께, 잔여 축전부가 적어도 당해 리세트 대상의 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 컨버터를 제어한다.
도 7a 및 도 7b는, 리세트 동작 중의 전류의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는, SOC1 리세트 요구가 발생한 경우를 나타낸다.
도 7b는, SOC2 리세트 요구가 발생한 경우를 나타낸다.
도 7a를 참조하여, SOC1 리세트 요구가 발생하고, 또한 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 제 1 컨버터(6-1)는, 적어도 제 1 축전부(4-1)로부터의 방전 전류(Idis1)에 의해 제 2 축전부(4-2)가 충전되도록 전압 변환동작을 행한다. 즉, 제 1 컨버터(6-1)는, 방전 전류(Idis1)를 전류 목표값으로 하여 승압 동작을 행한다. 한편, 제 2 컨버터(6-2)는, 제 1 컨버터(6-1)를 흐르는 전류값과 실질적으로 동일한 전류값이 제 2 축전부(4-2)에 공급되도록, 강압동작을 행한다.
이와 같이 하여, 제 1 축전부(4-1)는, 그 전지전압(Vbat1)에 특징적인 시간적 변화가 생길 때까지, 즉 SOC1이 리세트 될 때까지 방전을 계속한다. 또한, 제 2 축전부(4-2)의 충전 허용 전류값이 방전 전류(Idis1)보다 큰 경우에는, 그 차분을 충전부(30)로부터의 충전 전류(Ich)로 보상하여도 된다. 이 경우에는, 충전부(30)가 충전 전류(Ich)를 공급함과 동시에, 제 1 컨버터(6-1)가 (Idis1 + Ich)를 전류 목표값으로 하여 승압동작을 행한다. 여기서, (Idis1 + Ich)는, 제 2 축전부(4-2)의 충전 허용 전류값에 상당한다. 이에 의하여, 제 2 축전부(4-2)는, (Idis1 + Ich)로 충전된다.
또, 도 7b를 참조하여, SOC2 리세트 요구가 발생하고, 또한 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 제 2 컨버터(6-2)는, 적어도 제 2 축전부(4-2)로부터의 방전 전류(Idis2)에 의해 제 1 축전부(4-1)가 충전되도록 전압 변환동작을 행한다. 즉, 제 2 컨버터(6-2)는, Idis2를 전류 목표값으로 하여 승압동작을 행한다. 한편, 제 1 컨버터(6-1)는, 제 2 컨버터(6-2)를 흐르는 전류값과 실질적으로 동일한 전류값이 제 1 축전부(4-1)에 공급되도록, 강압동작을 행한다.
이와 같이 하여, 제 2 축전부(4-2)는, 그 전지전압(Vbat2)에 특징적인 시간적 변화가 생길 때까지, 즉 SOC2가 리세트 될 때까지 방전을 계속한다. 또한, 도 7a와 마찬가지로, 제 1 축전부(4-l)의 충전 허용 전류값이 방전 전류(Idis2)보다 큰 경우에는, 그 차분을 충전부(30)로부터의 충전 전류(lch)로 보상하여도 된다.
또한, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 바와 같이, 리세트 동작 중에서는, 제 1 축전부(4-1)의 충전 전력이 제 2 축전부(4-2)로 이동하고, 또는 제 2 축전부(4-2)의 충전 전력이 제 1 축전부(4-1)로 이동한다. 그 때문에, 제 1 축전부(4-1)와 제 2 축전부(4-2)의 합계의 SOC가 100% 이하인 것을 리세트 동작의 개시조건으로 하여도 된다. 즉, 리세트 대상의 축전부의 잔존하는 충전 전력이 잔여 축전부에 축적되는 것이 가능하다는 조건 하에서, 리세트 동작을 개시하도록 하여도 된다. 이것은, 리세트 대상의 축전부의 충전 전력이 잔여 축전부에서 충전할 수 없으면, 무엇인가의 부하로 소비하지 않으면 안되기 때문이다. 또한, 이와 같은 경우에는, 예를 들면 차실 내의 공기조화 등으로 전력을 소비하도록 하여도 된다.
다시, 도 3을 참조하여, 이와 같이 리세트 대상의 축전부가 리세트 된 후, 축전부(4-1, 4-2)에 대한 외부 충전이 개시된다. 구체적으로는, 컨버터 제어부(210)는, 각각의 축전부의 외부 전원에 의한 충전 완료가 대략 동시가 되도록, 당해 리세트 대상의 축전부가 충전부(30)로부터의 충전 전류로 충전되도록 대응하는 컨버터를 제어함과 함께, 그 충전 전류가 잔여 축전부에 대한 충전 전류와 비교하여 커지도록 대응하는 컨버터를 제어한다. 즉, 컨버터 제어부(210)는, 리세트 후에 있어서, 리세트 대상의 축전부를 더욱 많은 충전 전류로 충전함으로써, 리세트 대상이 아니었던 잔여 축전부와의 사이에서 충전 완료시간에 차가 생기는 것을 억제한다.
이것에 대하여, 차량(100)의 주행 중에 SOC1 리세트 요구 또는 SOC2 리세트 요구가 발생하고, 그 때의 차량(100)이 EV 주행 모드인 경우에는, 컨버터 제어부(210)는, 리세트 대상의 축전부로부터의 방전 전류가 잔여 축전부로부터의 방전전류와 비교하여 많아지도록, 컨버터(6-1, 6-2)를 제어한다. 이것은, 외부 충전 개시 시에, 미리 리세트 대상의 축전부의 SOC를 저하시켜 둠으로써 리세트 동작을 신속하게 행하기 위함이다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 상기한 EV 주행 중, 리세트 동작 중, 및 리세트 동작 후에 있어서의 축전부(4-1, 4-2)에서의 충방전 동작에 대하여 설명한다.
도 8은, 축전부(4-1, 4-2)의 SOC의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 8에 대응하는, 축전부(4-1, 4-2)의 전지전류의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하여, 먼저 시각 t1에서 차량(100)의 주행이 개시되었다고 하자. 이 시각 t1에서는, 축전부(4-1, 4-2)가 모두 충분히 외부 충전되어 있고, 어느 쪽의 SOC도 만충전이 되어 있는 것으로 한다. 그렇게 하면, 차량(100)은, 먼저 EV 주행 모드로 주행을 개시한다(시각 t1 ～ 시각 t2).
여기서, 제 1 축전부(4-1)에 대한 리세트 요구(SOC1 리세트 요구)가 발생되면, 제 1 축전부(4-1)를 적극적으로 방전하도록 전류제어가 행하여진다. 구체적으로는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 시각 t1 ～ 시각 t2의 기간에서, 제 1 축전부(4-1)의 방전 전류의 목표값은 IdisC로 설정되고, 제 2 축전부(4-2)의 방전 전류의 목표값은 IdisA로 설정된다. 여기서, ｜IdisC｜ > ｜IdisA｜이다.
그렇게 하면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제 1 축전부(4-1)의 SOC는, 제 2축전부(4-2)의 SOC와 비교하여 더욱 큰 감소량을 나타낸다.
계속해서, 시각 t2에서, 차량(100)의 주행이 종료하고, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되었다고 하자. 이 시각 t2에서는, 전지전압에 특징점이 나타나는 기준의 SOC(예를 들면, 5%)보다 높은 SOC로 유지된다. 이것은, 리세트 동작 자체는, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태에 있는 기간 동안에 실행되도록 하기 위함이며, 예를 들면, EV 주행 모드 중, 또는 EV 주행 모드로부터 HV 주행 모드로 변환한 후에는, 리세트 대상의 축전부[이 경우에는, 제 1 축전부(4-1)]의 SOC는 기준의 SOC보다 높은 상태로 유지된다.
외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 된 시각 t2 이후에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이 리세트 대상의 제 1 축전부(4-1)의 방전 전류가 일정 전류값(disB)으로 유지됨과 동시에, 리세트 대상이 아닌 제 2 축전부(4-2)는, 적어도 제 1 축전부(4-1)의 방전 전류(IdisB)를 포함하는 충전 전류(IchB)로 충전된다. 또한, 이 충전 전류(IchB)에는, 제 1 축전부(4-1)로부터의 방전 전류(IdisB)에 더하여, 충전부(30)로부터의 충전 전류도 포함되어도 된다.
이와 같이 제 1 축전부(4-1)에 대하여 일정 전류값(disB)으로 방전을 계속하면, 시각 t3에서 제 1 축전부(4-1)의 전지전압(방전 전압)에 특징점이 나타났다고 하자. 그렇게 하면, 이 시각 t3의 타이밍에서, 제 1 축전부(4-1)의 SOC의 추정값은, 미리 정해진 기준값(예를 들면, 5%)으로 리세트된다.
이 리세트 동작 후(시각 t3 이후), 원래의 외부 충전이 개시된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제 1 축전부(4-1)는 충전 전류(IchC)로 충전됨과 동시에, 제 2 축전부(4-2)의 충전 전류는 IchB로부터 IchA로 변경된다. 여기서, ｜IchC｜ > ｜IchA｜이고, 충전 전류(IchC, IchA)의 값은, 축전부(4-1, 4-2)가 모두 시각 t4에서 충전 완료(만충전 상태)가 되도록 미리 연산된다.
이와 같이, 시각 t3 ～ 시각 t4의 기간에 있어서, 제 1 축전부(4-1)가 충전전류(IchC)로 충전을 계속하고, 제 2 축전부(4-2)가 충전 전류(IchA)로 충전을 계속함으로써, 양자는 시각 t4에서, 대략 동시에 외부 충전을 완료할 수 있다.
도 3에 나타내는 본 발명의 실시형태와 본원 발명의 대응관계에 대해서는, 상태 추정부(204)가 「상태 추정부」에 상당하고, 컨버터 제어부(210)가 「제어부」에 상당하며, 요구 발생부(202)가 「요구 발생부」에 상당한다.
이상의 처리는, 도 10에 나타내는 바와 같은 처리 플로우로 정리할 수 있다.
(플로우 차트)
도 10은, 본 발명의 실시형태에 따르는 리세트 동작의 처리순서를 나타내는 플로우 차트이다. 또한, 도 10에 나타내는 각 단계의 처리는, 제어장치(2)(도 2)가 도 3에 나타내는 각 제어블록으로서 기능함으로써 실현된다.
도 3 및 도 10을 참조하여, 요구 발생부(202)로서 기능하는 제어장치(2)는, 축전부(4-1, 4-2)의 각각의 충전 빈도에 의거하여, 축전부(4-1 또는 4-2)에 대한 리세트 요구의 발생이 필요한지의 여부를 판단한다(단계 S100).
축전부(4-1, 4-2) 중 어느 것에 대해서도 리세트 요구의 발생이 필요없을 경우(단계 S100에서 NO의 경우)에는, 처리는 최초로 되돌아간다.
이것에 대하여, 축전부(4-1 또는 4-2)에 대하여 리세트 요구의 발생이 필요한 경우(단계 S100에서 YES의 경우)에는, 요구 발생부(202)로서 기능하는 제어장치(2)는, 리세트 대상의 축전부를 특정하여 리세트 요구를 발생한다(단계 S102).
다음에, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 차량(100)이 EV 주행 중인지의 여부를 판단한다(단계 S104). 차량(100)이 EV 주행 중인 경우(단계 S104에서 YES인 경우)에는, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 리세트 대상의 축전부로부터의 방전 전력의 분담비율을 잔여 축전부로부터의 방전 전력의 분담 비율과 비교하여 크게 설정한다(단계 S106). 그리고, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 단계 S106에서 설정한 분담 비율에 따라, 컨버터(6-1 및 6-2)에서의 전압 변환동작을 제어한다(단계 S108).
또한, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 차량(100)이 정지상태(IG 오프상태)가 되었는지의 여부를 판단한다(단계 S110). 차량(100)이 정지상태(IC 오프상태)가 아닌 경우(단계 S110에서 N0의 경우)에는, 처리는 단계 S104로 되돌아간다.
이것에 대하여, 차량(100)이 정지상태(IG 오프상태)가 된 경우(단계 S110에 서 YES인 경우)에는, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 커넥터부(350)가 차량(100)에 연결될 때까지 기다린다(단계 S112). 그리고, 커넥터부(350)가 차량(100)에 연결되면, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 된다고 판단하여, 리세트 대상의 축전부가 소정 전류로 방전되도록 대응하는 컨버터를 제어함과 함께, 잔여 축전부가 적어도 리세트 대상의 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 컨버터에서의 전압 변환동작을 제어한다(단계 S114). 또한, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 리세트 대상의 축전부의 전지전압(방전 전압)에 특징적인 시간적 변화가 생겼는지의 여부를 판단한다(단계 S116).
리세트 대상의 축전부의 전지전압(방전 전압)에 특징적인 시간적 변화가 생겨 있지 않은 경우(단계 S116에서 NO인 경우)에는, 처리는 단계 S114로 되돌아간다.
이것에 대하여, 리세트 대상의 축전부의 전지전압(방전 전압)에 특징적인 시간적 변화가 생긴 경우(단계 S116에서 YES인 경우)에는, 상태 추정부(204)로서 기능하는 제어장치(2)는, 차례로 연산하는 리세트 대상의 축전부의 SOC를 미리 정해진 기준값으로 리세트한다(단계 Sl18).
이 리세트 동작 후, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 모든 축전부에 대한 충전이 거의 동시에 완료하도록, 각 축전부에 대한 충전 전류의 비율을 결정하고(단계 S120), 당해 결정한 전류 비율에 따라, 컨버터(6-1, 6-2)에서의 전압 변환동작을 제어한다(단계 S122).
또한, 컨버터 제어부(210)로서 기능하는 제어장치(2)는, 상태 추정부(204)에서 차례로 연산되는 SOC에 의거하여, 각 축전부의 외부 충전이 완료되었는지의 여부를 판단한다(단계 S124). 어느 하나의 축전부의 외부 충전이 완료되어 있지 않은 경우(단계 S124에서 NO인 경우)에는, 처리는 단계 S122로 되돌아간다.
이것에 대하여, 모든 축전부에 대한 외부 충전이 완료된 경우(단계 S124에서 YES인 경우)에는, 리세트 동작에 관한 처리는 종료한다.
또한, 상기한 설명에서는, 복수의 축전부를 구비하는 차량의 대표예로서, 2개의 축전부(4-1, 4-2)를 구비하는 차량(100)에 대하여 예시하였으나, 본원 발명은, 3개 이상의 축전부를 구비하는 차량에 대해서도 적용할 수 있는 것은 자명하다.
또, 상기한 설명에서는, 기본적으로 각 축전부의 충전용량이 거의 동일한 경우에 대하여 예시하였으나, 본원 발명은 각 축전부의 충전 용량이 서로 다른 경우이어도 적용할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태인 기간 동안에, 대응하는 컨버터를 제어하여 리세트 대상의 축전부를 방전한다. 그리고, 이 방전전류에 의해 생기는 리세트 대상의 축전부에서의 방전 전압의 시간적 변화에 의거하여, 상태 추정부에서 차례로 연산되는 당해 리세트 대상의 축전부의 충전 상태값(SOC)의 추정값을 소정 타이밍으로 미리 정해진 기준값으로 리세트한다. 이 때문에, 가령 리세트 대상의 축전부의 SOC에 충방전량의 적산값에 기인하는 오차가 생겨도, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태인 기간 중에 리세트(교정)를 행할 수 있다. 이에 의하여, 각 축전부의 SOC의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 의하면, 외부 충전 전에 리세트 요구가 발생하고 있는 경우에는, 차량이 EV 주행 모드로 주행 중에, 리세트 대상의 축전부를 적극적으로 방전시킨다. 이에 의하여, 차량의 주행이 종료되고, 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 된 시점에서, 리세트 대상의 축전부의 SOC를 잔여 축전부의 SOC와 비교하여 낮은 값으로 유지할 수 있다. 이에 의하여, 리세트 대상의 축전부에 대한 리세트 동작을 신속하게 행할 수 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 의하면, 리세트 동작의 종료 후에 있어서, 잔여 축전부에 대한 충전 전류와 비교하여 많은 충전 전류로 리세트 대상의 축전부를 외부 충전한다. 이에 의하여, 리세트 동작의 종료 시점에서 상대적으로 SOC가 낮아져 있는 리세트 대상의 축전부에 대한 외부 충전을 잔여 축전부에 대한 외부 충전의 종료와 거의 동시에 완료할 수 있다. 그 때문에, 리세트 대상의 축전부와 잔여 축전부 사이에서, 충전상태가 언밸런스(불균형)가 되는 것을 억제할 수 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 의하면, 리세트 동작에 따라 대상의 축전부가 충분히 방전되기 때문에, SOC의 추정 정밀도를 높일 수 있음과 동시에, 축전부 자체의 리프레시를 행할 수도 있다.
금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각해야만 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라, 특허청구범위에 의해 나타내고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (9)

  1. 복수의 축전부(4-1, 4-2)와,
    상기 복수의 축전부에 각각 대응지어진 복수의 전압 변환부(6-1, 6-2)와,
    상기 복수의 전압 변환부가 서로 병렬 접속된 전력선쌍(MPL, MNL)과,
    외부 전원으로부터의 전력을 받아 상기 복수의 축전부를 충전하기 위한 충전부(30)와,
    상기 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을 추정하는 상태 추정부(2 ; 204)를 구비하고, 상기 상태 추정부는, 상기 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을, 각 축전부의 충방전량의 적산값에 의거하여 차례로 연산하고,
    상기 복수의 전압 변환부에서의 전압 변환동작을 제어하는 제어부(2 ; 210)를 더 구비하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 상기 복수의 축전부 중 제 1 축전부가 방전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어함과 함께, 잔여의 상기 축전부가 적어도 상기 제 1 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어하고,
    상기 상태 추정부는, 상기 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태인 기간에, 상기 제 1 축전부에 의거하여 상기 제 1 축전부의 충전 상태값을 기준값으로 리세트하는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상태 추정부는, 상기 제 1 축전부의 방전 전압의 시간적 변화에 의거하는 소정 타이밍으로, 상기 제 1 축전부의 충전 상태값을 상기 기준값으로 리세트하는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 상태 추정부가 상기 제 1 축전부의 충전 상태값을 상기기준값으로 리세트한 후, 상기 제 1 축전부가 상기 충전부로부터의 충전 전류로 충전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어함과 동시에, 상기 제 1 축전부에 대한 충전전류가 잔여의 상기 축전부에 대한 충전 전류와 비교하여 커지도록 대응하는 전압 변환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 충전부는, 상기 제 1 축전부와 상기 제 1 축전부에 대응하는 전압 변환부의 사이에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전원시스템은, 상기 제 1 축전부의 충방전 빈도에 의거하여, 상기 제 1 축전부에 대한 리세트 요구를 발생하는 요구 발생부(2 ; 202)를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 리세트 요구에 응답하여, 외부 전원에 의한 충전 중에 상기 제 1 축전부로부터의 방전을 개시하는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 요구 발생부는, 상기 복수의 축전부의 각각의 충전 빈도에 의거하여, 상기 리세트 요구의 대상으로 하는 축전부를 선택 가능한 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전원시스템은, 상기 전력선쌍을 거쳐 전기적으로 접속된 부하장치(MG2)에 전력을 공급 가능하게 구성되고,
    상기 제어부는, 상기 리세트 요구에 응답하여, 상기 복수의 축전부에 대한 외부 전원에 의한 충전의 개시 전에, 상기 제 1 축전부로부터 상기 부하장치로의 방전 전류가 상기 잔여 축전부의 각각으로부터 상기 부하장치로의 방전 전류와 비교하여 많아지도록, 상기 복수의 전압 변환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  8. 차량에 있어서,
    엔진(ENG)과,
    복수의 축전부(4-1, 4-2)와,
    상기 복수의 축전부에 각각 대응지어진 복수의 전압 변환부(6-1, 6-2)와,
    상기 복수의 전압 변환부가 서로 병렬 접속된 전력선쌍(MPL, MNL)과,
    외부 전원으로부터의 전력을 받아 상기 복수의 축전부를 충전하기 위한 충전부(30)와,
    상기 전력선쌍에 접속되고, 상기 복수의 축전부로부터의 전력을 받아 구동력을 발생 가능한 전동기(MG2)와,
    상기 전력선쌍에 접속되고, 상기 엔진으로부터의 구동력을 받아 발전 가능한 발전부(MG1)와,
    상기 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을 추정하는 상태 추정부(2 ; 204)를 구비하고, 상기 상태 추정부는, 상기 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을, 각 축전부의 충방전량의 적산값에 의거하여 차례로 연산하고, 또한
    상기 복수의 전압 변환부에서의 전압 변환동작을 제어하는 제어부(2 ; 210)와,
    상기 복수의 축전부의 충방전 빈도에 의거하여, 상기 복수의 축전부 중 하나의 축전부에 대한 리세트 요구를 발생하는 요구 발생부(2 ; 202)를 구비하고,
    상기 차량은, 상기 발전부에 의한 상기 복수의 축전부에 대한 충전이 제한되는 제 1 주행 모드와, 각 축전부의 충전 상태값이 소정의 범위 내에 유지되도록 상기 발전부에 의한 상기 복수의 축전부에 대한 충전을 제어하는 제 2 주행 모드를 선택하여 주행 가능하고,
    상기 제어부는, 상기 리세트 요구가 발생되면,
    상기 제 1 주행 모드로 주행 중에, 상기 리세트 요구가 발생된 대상의 축전부로부터 상기 전동기로의 방전 전류가 잔여의 축전부의 각각으로부터 상기 전동기로의 방전 전류와 비교하여 많아지도록, 상기 복수의 전압 변환부를 제어하고,
    상기 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 상기 대상의 축전부가 방전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어함과 함께, 잔여의 상기 축전부가 적어도 상기 대상의 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어하고,
    상기 상태 추정부는, 상기 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태인 기간에, 상기 대상의 축전부의 전압값에 의거하여 상기 대상의 축전부의 충전 상태값을 기준값으로 리세트하는 것을 특징으로 하는 차량.
  9. 복수의 축전부(4-1, 4-2)를 구비하는 전원시스템의 충방전 제어방법에 있어서,
    상기 전원시스템은,
    상기 복수의 축전부에 각각 대응지어진 복수의 전압 변환부(6-1, 6-2)와,
    상기 복수의 전압 변환부가 서로 병렬 접속된 전력선쌍(MPL, MNL)과,
    외부 전원으로부터의 전력을 받아 상기 복수의 축전부를 충전하기 위한 충전부(30)를 구비하고,
    상기 충방전 제어방법은,
    상기 복수의 축전부의 각각의 충전 상태값을, 각 축전부의 충방전량의 적산값에 의거하여 차례로 연산하는 단계(241, 242, 243, 244, 245, 246 ; 251, 252, 253, 254, 255, 256)와,
    상기 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되면, 상기 복수의 축전부 중 제 1 축전부로부터 방전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어함과 함께, 잔여의 상기 축전부가 적어도 상기 제 1 축전부로부터의 방전 전류로 충전되도록 대응하는 전압 변환부를 제어하는 단계(S114)와,
    상기 복수의 축전부가 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태인 기간에, 상기 제 1 축전부의 전압값에 의거하여 상기 제 1 축전부의 충전 상태값을 기준값으로 리세트하는 단계(S116, S118)를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어방법.
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