KR101488866B1 - 전동 차량용 축전 시스템 - Google Patents

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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명에 따른 전동 차량용 축전 시스템은, 복수의 축전 소자를 직렬로 접속하여 구성되는 축전 소자열을 복수 구비하고, 이들 축전 소자열을 선택하여 병렬로 접속하고, 전동 차량에 탑재된 전기 부하에의 접속과 분리를 축전 소자열마다 행하는 병렬 접속 스위치와, 병렬 접속 스위치를 제어하는 병렬 접속 스위치 제어부와, 차량 요구 전력을 산출하는 차량 요구 전력 산출부와, 축전 소자열의 잔량을 검출하는 잔량 검출부와, 축전 소자열의 전압을 검출하는 전압 검출부와, 차량 요구 전력과 축전 소자열의 잔량 및 상기 축전 소자열의 전압을 기초로 상기 병렬 접속 스위치를 제어하는 축전 시스템 제어 장치를 구비한다.

Description

전동 차량용 축전 시스템{ELECTRIC VEHICLE BATTERY SYSTEM}
본 발명은 전동 차량용 축전 시스템에 관한 것으로, 특히 축전 소자열을 복수 병렬로 접속한 전동 차량용 축전 시스템에 관한 것이다.
자동차의 구동원의 일부에 모터를 이용한 전동 차량(하이브리드 자동차, 전기 자동차 등)에서는, 전력 공급원으로서 고(高)용량의 배터리가 탑재되어 있다. 환경 부하 저감을 위해, 내연 기관이 아니라, 모터만으로의 구동 거리의 연장이 요구되고 있다. 이를 위해서는, 배터리의 고용량화가 필수이다. 전지 셀(이후, 축전 소자라고 함)을 고용량화하고, 직렬 접속하여 축전 소자열로 했을 경우, 이 축전 소자열의 축전 소자간에서 온도 편차가 발생하거나, 혹은 축전 소자열의 전지 셀이 하나라도 고장나서 출력이 저하했을 때에는, 안전성을 고려하여, 모터에의 전력 공급이 차단된다는 문제가 생긴다. 그래서, 고용량화를 위해 축전 소자열을 복수 병렬 접속한 시스템(이후, 병렬 접속 축전 시스템이라고 함)이 개발되어 있다.
병렬 접속 축전 시스템은, 일부의 축전 소자가 고장났을 때에, 고장난 축전 소자가 속하는 축전 소자열만을 분리함으로써, 모터에의 전력 공급이 차단된다는 문제에도 대처하는 것이 가능해진다. 또한, 고장난 축전 소자를 포함하는 축전 소자열만을 교환하므로, 전지 교환시의 전지의 비용을 저감하는 것이 가능해진다.
그러나, 축전 소자열을 병렬로 접속한 병렬 접속 축전 시스템에서는, 배선 이상에 의한 리크 전류, 신품 전지에의 교환 등에 의해 축전 소자간에서 전하량이나 내부 저항에 편차가 생길 경우가 있으며, 그것에 기인하여, 축전 소자열간에 전압차가 생기고, 전압차에 따라 축전 소자열간에 전류(횡류)가 흐른다. 축전 소자에 의해 정해지는 허용 전류 이상의 횡류가 발생했을 경우, 이상 발열이나 수명 열화(劣化)가 생긴다. 또한, 축전 소자열간에 전하량의 편차가 존재하면, 축전 소자열마다 축전 소자 사용 범위의 하한치에 이르는 타이밍이 다르기 때문에, 가장 출력이 저하한 축전 소자열에 의해, 모터에의 전력 공급이 제한되는 등의 문제도 발생한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 특허문헌 1에 있어서는, 축전 소자열마다, 전류 제어 소자를 설치하여, 축전 소자열간의 과대한 횡류의 발생이나 축전 소자의 온도 편차가 발생하지 않도록 축전 소자열의 전류를 제어하는 방법이 행해지고 있지만, 전류 제어 소자를 축전 소자열의 수만큼 설치할 필요가 있기 때문에, 시스템 비용이 상승한다. 또한, 특허문헌 2에는, 축전 소자열마다 스위치를 설치하여, 축전 소자열간의 전압차가 일정치 이하인 것만 스위치를 투입함으로써, 접속시에 발생하는 횡류에 기인하는 문제점을 방지하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에서는, 복수의 축전 소자열 중, 축전 잔량이 다른 축전 소자열보다 소정치 이상 낮은 축전 소자열은, 병렬 축전 소자열 시스템으로부터 분리되므로, 이에 따라 모터에의 공급 가능한 전력이 제한되어, 주행중에 구동력 부족 등이 발생할 가능성이 있다.
일본국 특개2010-29015호 공보 일본국 특개2009-33936호 공보
종래의 병렬 축전 시스템에서는, 전동 차량의 주행중에서의 드라이브의 액셀러레이터 조작으로부터 산출된 차량 요구 전력에 대응하며, 또한 각 축전 소자열의 전압, 잔량 및 충방전 가능 전력에 의거하여, 필요한 수만큼 축전 소자열을 접속하도록, 각 축전 소자열에 설치된 접속 스위치를 제어할 수 없다.
본 발명의 제1 태양에 의하면, 복수의 축전 소자를 직렬로 접속하여 구성되는 축전 소자열을 복수 구비한, 전동 차량에 탑재되는 전동 차량용 축전 시스템으로서, 축전 소자열을 선택하여 병렬로 접속하고, 전동 차량에 탑재된 전기 부하에의 접속과 분리를 축전 소자열마다 행하는 병렬 접속 스위치와, 병렬 접속 스위치를 제어하는 병렬 접속 스위치 제어부와, 차량 요구 전력을 산출하는 차량 요구 전력 산출부와, 축전 소자열의 잔량을 검출하는 잔량 검출부와, 축전 소자열의 전압을 검출하는 전압 검출부와, 차량 요구 전력과 축전 소자열의 잔량 및 축전 소자열의 전압을 기초로 병렬 접속 스위치를 제어하는 축전 시스템 제어 장치를 구비한다.
본 발명의 제2 태양에 의하면, 제1 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 병렬 접속 스위치 제어부는, 차량 요구 전력이 영 이상일 경우, 잔량이 큰 축전 소자열로부터 순서대로 전기 부하에 접속하고, 차량 요구 전력이 영 미만일 경우, 잔량이 작은 축전 소자열로부터 순서대로, 전기 부하에 접속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 태양에 의하면, 제2 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 전기 부하에 접속되는 축전 소자열은, 이미 전기 부하에 접속되어 있는 축전 소자열의 전체 전압과 축전 소자열의 전압의 차가 소정치 미만인 축전 소자 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제4 태양에 의하면, 제3 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 전기 부하에 접속되는 축전 소자열은, 차량 요구 전력이 영보다 클 경우에는, 접속하는 축전 소자열의 잔량이 소정의 하한치보다 큰 축전 소자열 중에서 선택되고, 차량 요구 전력이 영보다 작을 경우에는, 접속하는 축전 소자열의 잔량이 소정의 상한치보다 작은 축전 소자열 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제5 태양에 의하면, 제1 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 병렬 접속 스위치 제어부는, 차량 요구 전력이 영 이외이며, 또한 차량 속도가 영 이외일 경우, 차량 요구 전력과 축전 소자열의 충방전 가능 전력을 기초로 축전 소자열 접속 필요수 이하의 축전 소자열을 전기 부하에 접속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제6 태양에 의하면, 제5 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 축전 소자열의 충방전 가능 전력은, 축전 소자열이 흘리는 것이 가능한 전류 및 전기 부하에 접속된 모든 축전 소자열 전체의 출력 전압을 기초로 산출하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제7 태양에 의하면, 제1 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 차량 요구 전력 산출부는, 차량 요구 전력과 요구 공조(空調) 전력을 이용하여 차량 요구 전력을 산출하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제8 태양에 의하면, 제7 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 드라이버의 액셀러레이터 페달 및 브레이크 페달 밟는 양을 기초로 드라이버의 요구 토크를 산출하는 요구 토크 산출부와, 모터 회전수를 검출하는 모터 회전수 검출부를 구비하고, 차량 요구 전력은, 드라이버의 요구 토크와 모터 회전수를 기초로 축전 시스템 제어 장치에 의해 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제9 태양에 의하면, 제7 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 요구 공조 전력은, 공조 장치의 설정 온도, 차내 온도, 차량 속도 중 적어도 하나를 이용하여 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제10 태양에 의하면, 제7 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 요구 공조 전력은, 차량 요구 전력이 영 이외이며, 또한 차량 속도가 영 이외일 경우, 전체 축전 소자열의 잔량의 분산치가 클수록, 작아지도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제11 태양에 의하면, 제7 태양의 전동 차량용 축전 시스템에 있어서, 요구 공조 전력은, 차량 요구 전력이 영이며, 또한 차량 속도가 영일 경우, 공조 장치의 설정 온도와 차내 온도의 차가 소정치 내일 경우, 축전 소자열간의 잔량차가 클수록, 커지도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 병렬 접속 축전 시스템은, 전동 차량으로부터 요구되는 차량 요구 전력에 최적인 전력을 공급하고, 또한, 전동 차량의 주행 성능의 저하를 방지하면서, 축전 소자열간의 잔량의 편차를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템을 구비한 전동 차량의 전체 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 도 1의 전동 차량 전체의 제어 시스템의 개략을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 제1 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템의 구성을 설명하는 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 전동 차량용 병렬 접속 축전 시스템에서의 제어 처리 플로우를 나타내는 플로우 차트.
도 5는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템의 각 축전 소자열에의 지표 부착을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 1의 전동 차량의 역행(力行)시에 있어서의, 병렬 접속 축전 시스템의 처리 플로우를 나타내는 플로우 차트.
도 7은 도 1의 전동 차량의 회생시에 있어서의, 병렬 접속 축전 시스템의 처리 플로우를 나타내는 플로우 차트.
도 8은 본 발명에 따른 제1 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템의 출력 가능 토크 산출 플로우를 나타내는 플로우 차트.
도 9는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 전동 차량을 주행시켰을 경우의 차량 요구 토크와 각 축전 소자열의 잔량과 각 축전 소자열의 접속 상태의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 전동 차량용 병렬 접속 축전 시스템의 제어 플로우를 나타내는 플로우 차트.
도 11은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템을 구비한 전동 차량에 있어서의 공조 전력 지령치와 축전 소자열 분산치의 관계를 나타내는 그래프.
도 12는 본 발명에 따른 제2 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템을 구비한 전동 차량의 정지중에 있어서의 공조 전력의 제어 플로우를 나타내는 플로우 차트.
도 13은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템을 구비한 전동 차량의 정지중에 있어서의 공조 전력 목표치와 축전 소자열간 잔용량차의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명에 따른 제2 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템을 구비한 전동 차량의 공조 전력 지령치와 온도차의 관계를 나타내는 그래프.
<제1 실시형태>
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시형태의 병렬 접속 축전 시스템을 구비한 전동 차량(101)의 전체 구성을 나타내는 개략도이다. 전동 차량(101)은, 구동륜(102a, 102b)에 구동력을 출력하는 주행용 모터(103)와, 모터(103)의 구동력을 제어하는 인버터(104)와, 인버터(104)를 통해 모터(103)에 전력을 공급하는 병렬 접속 축전 시스템(105)과, 병렬 접속 축전 시스템(105) 내의 축전 소자를 충전하기 위해, 외부 전원으로부터 공급된 전력을 변환하는 충전기(106)와, 공조 장치(107)와, 병렬 접속 축전 시스템(105)의 전력을 공조 장치(107)가 사용할 수 있는 전압으로 변압시키기 위한 전력 변환기(108)와, 전동 차량(101)의 차내 온도를 측정할 수 있는 차내 온도 측정 장치(111)와, 전동 차량(101)을 제어하기 위한 통합 제어 장치(109)를 구비한다.
인버터(104)는, 예를 들면 6개의 반도체 스위칭 소자를 갖는 인버터 회로로서 구성되어 있으며, 반도체 스위칭 소자의 스위칭에 의해 병렬 접속 축전 시스템(105)으로부터 공급되는 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환한 후에, 모터(103)의 삼상 코일에 전력을 공급한다. 모터(103)에는, 모터의 회전수를 측정하는 센서(도시 생략)가 부착되어 있다.
다음으로, 상기에 서술한 전기 컴포넌트를 제어하기 위한 통합 제어 장치(109)에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 전동 차량 전체의 제어 시스템의 블록도이다.
전동 차량 전체의 제어 시스템은 인버터(104) 및 모터(103)를 제어하기 위한 모터 제어 장치(201), 병렬 접속 축전 시스템(105)을 제어하는 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202), 공조 장치(107)를 제어하는 공조 제어 장치(203), 충전기(106)를 제어하기 위한 충전기 제어 장치(204)를 구비하고, 또한, 상기 제어 장치들을 통합하여 제어하는 통합 제어 장치(109)를 구비하고 있다.
모터 제어 장치(201)는, 통합 제어 장치(109)로부터의 토크 지령치 및 모터 회전수 등을 기초로 전류 지령치를 산출하고, 인버터(104)에서는, 전류 지령치 및 병렬 접속 축전 시스템(105)의 전압을 기초로, 스위칭을 행한다. 또한 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202)에 대해서는 후술한다. 충전기 제어 장치(204)는 외부 전원(110)으로부터 공급되는 전력을 원하는 전압, 전류로 변환하도록 충전기(106)에 지령을 준다.
다음으로, 병렬 접속 축전 시스템(105)의 내부 구조의 예에 대해서, 도 3을 사용하여 설명한다.
병렬 접속 축전 시스템(105)은 복수개(N개)의 축전 소자열(ROW(1)∼ROW(N))을 구비하고, 각각의 축전 소자열은 복수개의 축전 소자(Bat)로 구성되어 있다. 예를 들면 도 3의 예에서는, 병렬 접속 축전 시스템(105)은 2개의 축전 소자열로 구성되고, ROW(1)는 2개의 축전 소자 Bat_11, Bat_12가 직렬 접속되어 구성되어 있다.
축전 소자열 ROW가 N병렬(도 3에서는 ROW(1) 및 ROW(2)의 2병렬)되고, 이 축전 소자열 ROW(1)로부터 ROW(N)에는 각각 직렬로 병렬 접속 스위치 SW(1) 내지 SW(N)이 접속되어 있다. 축전 소자 Bat는 충방전 가능한 2차 전지이면 된다. 예를 들면 니켈 수소 전지나 리튬 이온 전지를 생각할 수 있다. 또한 ROW(1)∼ROW(N)에는, 각각의 전압, 전지 잔량, 충방전 가능 전력을 검출할 수 있는 축전 소자열 상태 검출 장치 SN(1)∼SN(N)이 접속되어 있어, 그들의 검출 신호는 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202)에 전송된다. 여기에서, 축전 소자열의 충방전 가능 전력이란, 축전 소자열이 흘리는 것이 가능한 전류 및 축전 소자열의 총전압을 기초로 산출되고, 이 예에서는 축전 소자열이 그 순간에 충방전을 할 수 있는 전력의 상한치를 나타낸다.
병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202)는 통합 제어 장치(109)로부터의 신호에 의거하여, SW(1)∼SW(N)의 제어를 행한다. 통합 제어 장치(109)에 의한 이들 스위치의 제어는, 이들 스위치를 온／오프하는 플래그인 병렬 접속 스위치 플래그 F_SW(1)∼F_SW(N)을, 통합 제어 장치(109)로부터 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202)에 송신함으로써 행해진다. 단 F_SW(j)＝1 또는 0(j＝1∼N의 자연수)이며, 즉, F_SW(j)＝1일 경우에는 스위치 SW(j)를 온으로 하고, F_SW(j)＝0일 경우에는 스위치 SW(j)를 오프로 하는 것을 나타낸다. 이하, 이 신호를 병렬 접속 스위치 플래그라고 한다. 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202)는 통합 제어 장치(109)로부터 병렬 접속 스위치 플래그를 수신했을 때에, SW(1)∼SW(N)의 온·오프 조작을 실행한다.
스위치 SW(1)∼SW(N)을 온으로 함으로써, 축전 소자열 ROW(1)∼ROW(N)은 전기 부하(인버터(104))에 접속되고, 인버터(104)는 접속된 축전 소자열 ROW로부터의 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환하여 모터(103)에 공급한다.
다음으로, 실시형태의 전동 차량(101)의 동작, 특히 차량 주행중의 병렬 접속 축전 시스템(105)의 동작에 대해서, 도 4∼8을 사용하여 설명한다. 여기에서 차량 주행중이란, 키 온으로부터 키 오프 동안의 상태를 가리킨다.
전동 차량이 키 온(스텝 S401)되면, 키 온 상태가 계속하고 있을 동안에는 도 4의 플로우 차트에 따라서 전동 차량의 병렬 접속 축전 시스템(105)은 제어된다. 키 온 후, 스텝 S402의 각 축전 소자열 상태 검출에 있어서, 축전 소자열 상태 검출 장치 SN(1)∼SN(N)에 의해 축전 소자열 ROW의 전압, 잔량 및 충방전 가능 전력이 검출된다. 스텝 S403의 차량 요구 토크 T_d 산출에 있어서, 드라이버의 액셀러레이터 페달 및 브레이크 페달 밟는 양에 따라, 차량 요구 토크의 산출을 행한다. 그리고, 스텝 S404의 차량 요구 전력 산출에 있어서, 스텝 S403에서 산출한 차량 요구 토크 T_d를 구동용 모터에 의해 출력하기 위해 필요한 전력(구동 요구 전력)을, 통합 제어 장치(109)에 저장되어 있는 맵 데이터로부터 산출하고, 이 결과를 차량 요구 전력으로 한다.
스텝 S405의 축전 소자열 접속 필요수 n 산출에 있어서, 각 축전 소자열의 상태(전압, 전지 잔량, 충방전 가능 전력)를 기초로, 스텝 S404의 차량 요구 전력을 충족시키기 위해 필요한 축전 소자열 접속 개수 n을 산출한다. 스텝 S406에서, 차량 요구 토크 T_d가 제로 이상이면 스텝 S407로 진행되고, 역행시 처리를 실행한다. 토크 T_d가 제로 미만이면, 스텝 S408로 진행되고, 회생시 처리를 실행한다. 스텝 409에서, 스텝 407 혹은 스텝 408에서 설정된(각각의 설정 방법에 대해서는 후술), 축전 소자열을 접속한다. 그리고, 스텝 S410의 출력 가능 토크 산출에 있어서, 전동 차량에 탑재된 모터 및 보기(補機)의 부하(이하, 전기 부하)에 접속되어 있는 축전 소자열에 의해 출력 가능한 토크의 산출을 행한다. 그리고, 스텝 S411에서, 전동 차량이 키 오프인지의 여부가 판정되고, 키 오프가 아니면, 다시 스텝 S402로 돌아간다.
스텝 S402의 각 축전 소자열 상태 검출에 대해서 도 5를 사용하여 설명한다. 각 축전 소자열 ROW(i)∼ROW(N)은 잔량이 많은 순번으로 L(1)로부터 L(N)까지 각 축전 소자열에 지표 부착이 행해진다. 즉, L(1)은 가장 잔량이 많은 축전 소자열의 번호를 나타내고, L(N)은 가장 잔량이 적은 축전 소자열의 번호를 나타낸다. 따라서, k번째(k는 1부터 N까지의 자연수)에 잔량이 많은 축전 소자열 ROW(L(k))의 잔량을 「잔량(L(k))」으로 나타낸다.
스텝 S405에서는 축전 소자열 접속 필요수 n이 산출된다. 우선, 스텝 S404에서 산출되는 차량 요구 토크 T_d를 구동용 모터에 의해 출력하기 위해 필요한 전력(구동 요구 전력)을, 통합 제어 장치(109)의 내부에 저장되어 있는 맵 데이터로부터 산출한다. 그리고, 스텝 S402의 각 축전 소자열 상태 검출에 의해 얻어진 각 축전 소자열 ROW(1)∼ROW(N)의 전압, 잔량 및 충방전 가능 전력으로부터, 몇 개의 축전 소자열을 ROW(1)∼ROW(N)으로부터 접속하면 구동 요구 전력을 충족시킬 수 있을지를 산출하고, 그 개수를 축전 소자열 접속 필요수 n으로 한다. 즉, 스텝 S405에서, L(1)∼L(n)번째의 축전 소자열 ROW(L(1))∼ROW(L(n))의 충방전 가능 전력의 합이 구동 요구 전력이 되는 n을 결정한다.
도 4의 스텝 S407의 역행시 처리에 대해서 이하에 설명한다. 도 6은 도 4의 스텝 S407에서의 처리의 상세 플로우를 나타낸다.
역행시 처리가 개시되면, 스텝 S601에서, 모든 병렬 접속 스위치 플래그 F_SW(1)∼F_SW(N)을 0으로 한다. 그 후 스텝 S602에서, 변수 i에 1을 대입한다. 스텝 S603에서, i와, 스텝 S404에서 산출한 n을 비교하여, i＞n이면 스텝 S407에서의 처리는 종료가 되고, i≤n이면 스텝 S604로 진행된다.
스텝 S604에서, 전기 부하에 접속되어 있는 병렬 접속 축전 시스템(105) 전체의 전압 Volt(system)와 축전 소자열 ROW(L(i))의 전압 Volt(L(i))의 차를 구하여, 소정치 ΔVolt 미만이면 스텝 S605로 진행되고, 소정치 ΔVolt 이상이면 스텝 S407에서의 처리는 종료가 된다. 소정치 ΔVolt는 축전 소자의 충방전 가능 전력과 내부 저항과 축전 소자열간의 배선 저항에 의해 결정된다. 이 처리는, 접속하고자 하고 있는 축전 소자열의 전압이, 병렬 접속 축전 시스템(105) 전체의 전압 Volt(system)와의 차가 클 경우, 그 전압차, 내부 저항 및 배선 저항에 의해 정해지는 횡류가 축전 소자열간에 발생하여, 축전 소자의 충방전 가능 전력을 초과하는 전류가 흐르는 것에 의한 열화나 발열이 생길 가능성이 있기 때문에, 그것을 방지하기 위한 처리이다.
스텝 S605에서, 잔량(L(i))과 축전 소자열 ROW(L(i))를 구성하는 축전 소자에 의해 결정되는 잔량_min(L(i))과 비교하여, 잔량(L(i))≥잔량_min(L(i))이면, 스텝 S606으로 진행되고, 잔량(L(i))＜잔량_min(L(i))이면 스텝 S407에서의 처리는 종료가 된다. 한편, 잔량_min(i)은 축전 소자열 ROW(i)가 사용할 수 있는 하한치이며, ROW(i)를 구성하는 복수의 축전 소자의 상태를 축전 소자열 상태 검출 장치SN(i)에 의해 검출하고, 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202)에 의해 축전 소자열마다 설정된다. 이 스텝 S605는 이 하한치의 잔량_min(L(i))을 하회하는 축전 소자열 ROW(L(i))를 접속시키지 않기 위한 처리이다.
S606에서, F_SW(L(i))를 1로 한다. 즉 잔량이 많은 축전 소자열로부터, 그 병렬 접속 스위치 플래그 F_SW(L(i))를 1로 한다. 그리고 스텝 S607에서, i＝i+1로 하고, 다시 스텝 S603으로 돌아간다.
다음으로, 도 4의 스텝 S408의 회생시 처리에 대해서 이하에 설명한다. 도 7은 도 4의 스텝 S408에서의 처리의 상세 플로우를 나타낸다.
역행시 처리와 같이, 스텝 S601에서, 모든 병렬 접속 스위치 플래그 F_SW(1)∼F_SW(N)을 0으로 한다. 그 후 스텝 S701에서, 변수 i에 1을 대입한다. 스텝 S703에서, i와 스텝 S404에서 산출한 축전 소자열 접속 필요수 n을 비교하여, i＞n이면 스텝 S408에서의 처리는 종료하고, i≤n이면 스텝 S704로 진행된다.
스텝 S704에서, 전기 부하(인버터(104))에 접속되어 있는 병렬 접속 축전 시스템(105) 전체의 전압 Volt(system)와 축전 소자열 ROW(L(N-i+1)의 전압 Volt(L(N-i+1))의 차를 구하여, 소정치 ΔVolt 미만이면 스텝 S705로 진행되고, 소정치 ΔVolt 이상이면 스텝 S408에서의 처리는 종료가 된다. 소정치 ΔVolt는 축전 소자의 충방전 가능 전력과 내부 저항과 축전 소자열간의 배선 저항에 의해 결정된다. 그리고, 스텝 S705에서, 잔량(L(N-i+1))과 축전 소자열 ROW(L(N-i+1))를 구성하는 축전 소자에 의해 결정되는 잔량_min(L(N-i+1))과 비교하여, 잔량(L(N-i+1))＜잔량_max(L(N-i+1))이면, 스텝 S706으로 진행되고, 잔량(L(N-i+1))≥잔량_max(L(N-i+1))이면 스텝 S408에서의 처리는 종료가 된다. 한편, 잔량_max(i)은 축전 소자열 ROW(i)를 충전할 때의 상한치이며, ROW(i)를 구성하는 복수의 축전 소자의 상태를 축전 소자열 상태 검출 장치 SN(i)에 의해 검출하고, 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202)에 의해 축전 소자열마다 설정된다. 이 스텝 S705는 이 상한치 잔량_max(L(i))을 초과하는 축전 소자열 ROW(L(i))를 접속시키지 않기 위한 처리이다.
스텝 S706에서, F_SW(N-i+1)를 1로 한다. 스텝 S707에서, i＝i+1로 하고, 다시 스텝 S703으로 돌아간다.
도 4로 돌아가, 도 6 및 도 7에서 설명한 스텝 S407 또는 스텝 S408이 종료하면, 스텝 S409로 진행된다.
스텝 S409의 접속 지령에서는, 스텝 S407 혹은 스텝 S408에서의 병렬 접속 스위치 플래그 F_SW(1)∼F_SW(N)의 설정치에 의거하여, 통합 제어 장치(109)로부터 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치(202)에 대하여 스위치 SW(1)∼SW(N)의 전환이 행해진다.
다음으로, 스텝 S410의 출력 가능 토크 산출에 대해서 이하에 설명한다. 도 8은 도 4의 스텝 S410에서의 처리의 상세 플로우를 나타낸다. 스텝 S4101의 축전 소자열 ROW(i)∼ROW(N)의 접속 개수 확인에 있어서, 현재 접속되어 있는 축전 소자열 접속 개수를 확인한다. 그리고, 스텝 S4102의 충방전 가능 전력 산출에 있어서, 도 4의 스텝 S402의 각 축전 소자열 상태 검출에 의해 얻어진 전지 상태에 의거하여, 전기 부하에 접속 상태에 있는 축전 소자열에 의해 입출력할 수 있는 전력의 산출을 행한다. 스텝 S4103에서, 그 전력에 의거하여 최대 토크치를 산출하고, 그 값을 통합 제어 장치(109)로 송신한다. 도 4∼8의 제어 플로우 차트에 의거하여, 축전 소자열 ROW가 3병렬된 병렬 접속 축전 시스템(105)을 탑재한 전동 차량을 주행시켰을 경우의 차량 요구 토크와 축전 소자열 ROW(1)∼ROW(3)의 잔량과 각 축전 소자열의 접속 상태의 추이의 예를 도 9에 모식적으로 나타낸다.
도 9의 (a)에는, 전동 차량 주행중의 차량 요구 토크가 나타나 있고, 각 요구 토크에 따라 상태 1부터 상태 4까지의 경우로 구분이 되어 있다. 도 9의 (b)에는, 각 축전 소자열 ROW(1)∼ROW(3)의 잔량의 추이가 나타나 있다. 도 9의 (c)에는, 각 축전 소자열의 접속 상태, 즉 이들 축전 소자열의 병렬 접속 스위치 SW(1)∼SW(3)가 닫힌 상태가 되어 있는 기간을 나타내고 있다.
상태 1의 역행시에는 큰 요구 토크가 생기고 있다. 또한 축전 소자의 내부 저항이나 열화 상태 등의 영향 때문에, ROW(1)는 ROW(2) 및 ROW(3)보다 잔량이 줄어드는 편이 작다. 상태 2에서는 요구 토크가 작아져, 잔량이 많은 축전 소자열 ROW(1)만이 접속된 상태가 된다. 그 후, 상태 3에서는 회생 토크가 생겼기 때문에, 잔량이 적은 축전 소자열 ROW(2)와 ROW(3)가 전기 부하(인버터(104))에 접속되어, 축전 소자열 ROW(1)는 분리된다. 상태 2 및 상태 3에서는, 차량 요구 토크를 충족시키면서, 각 축전 소자열간의 편차가 해소되고 있다. 상태 4에서는, 다시 큰 요구 토크가 생겼기 때문에, 모든 축전 소자열을 접속한다.
한편, 이해를 용이하게 하기 위해, 각 축전 소자열의 내부 저항이 거의 동등하고, 차량의 역행 개시시에 각 축전 소자열 ROW(1)∼ROW(3)의 잔량이 거의 동등하게 하면, 도 9의 (b)에 나타내는 축전 소자열 ROW(1)∼ROW(3)의 잔량의 변화는 거의 동등해진다. 즉, 예를 들면 ROW(1)의 잔량 변화 곡선이 3개 근접해 있는 상태가 된다.
또한, 각 축전 소자열의 내부 저항이 거의 동등할 경우에는, 축전 소자열의 방전 가능 전력(잔량)은 각 축전 소자열의 SOC(전압)에 비례한다. 따라서, 예를 들면 상기의 설명에서의 축전 소자열의 상한 잔량치는, 이 축전 소자열이 과충전이 되는 전압에 비례한다.
상기에서 설명한, 본 발명에 따른 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치의 동작, 즉 도 4에서 나타내는 동작 플로우의 스텝 S402 내지 스텝 S410은 차량의 상황에 따라 적당히 실행되어도 된다. 예를 들면 고속 도로 등에서 정속 운전 상태에 있을 경우에는, 차량 요구 토크에 변화가 없으므로, 이 동작 플로우는 빈번하게 실행되지 않는다. 그러나 시가지에서의 주행에서는 발진·정지가 빈번하며, 이를 위한 필요 토크는 변화하므로, 축전 소자열 상태에 의거하여 접속하는 축전 소자열의 조정을 세밀하게 행할 필요가 있고, 예를 들면 1초 정도의 사이클로 실행된다.
이와 같은 동작 플로우의 실행 사이클 시간은, 운전자에 의해 변경되어도 되고, 또한 내비게이션 장치 및 도로 정보 등으로부터, 주행 상황을 예측하여 변경하도록 해도 된다.
<제2 실시형태>
본 실시형태가 제1 실시형태와 다른 것은, 차속이 대략 영 이외일 때의 상기 축전 소자열간의 잔량 편차가 소정치 이상 발생했을 경우에, 공조 장치(107)에의 전력 지령치를 저하시키는 제어를 하는 것, 축전 소자열의 접속 필요수를 산출할 때에 공조 전력을 고려하는 것, 및 차량 속도가 대략 영일 때에 공조 전력을 각 축전 소자열의 잔량 및 드라이버가 지정한 상기 전동 차량의 설정 차내 온도 T_0에 따라 제어하는 것이다. 본 실시형태의 차량 주행중의 병렬 접속 축전 시스템(105)의 동작에 대해서, 도 10∼도 14의 플로우 차트를 사용하여 설명한다.
제2 실시형태에 있어서는, 공조 전력의 제어도 행해지므로, 도 10에서는 도 4에 비해, 이 공조 전력에 관련된 스텝 S803∼S807이, 스텝 S802 뒤에 추가되어 있다.
도 10에서, 전동 차량이 키 온(스텝 S801)되면, 키 온 상태가 계속하고 있을 동안, 도 10의 플로우 차트에 따라서 전동 차량의 병렬 접속 축전 시스템이 제어된다. 키 온 후, 스텝 S802의 각 축전 소자열 상태 검출에 있어서, 축전 소자열 상태 검출 장치 SN에 의해 축전 소자열 ROW의 전압, 잔량 및 충방전 가능 전력이 검출된다.
다음으로, 스텝 S803에서, 차량이 정지해 있는지를 판정한다. 여기에서 차량이 정지한다는 것은, 차량 속도가 대략 영이며, 또한 차량 요구 토크가 대략 영임을 나타낸다. 차량이 정지해 있을 경우, 스텝 S806으로 진행되고, 그 이외의 경우에는, 스텝 S804로 진행된다.
스텝 S804에서, 드라이버가 지정한 전동 차량의 설정 차내 온도 T_0을 실현하기 위해 필요한 전력(통상 공조 전력 목표치)이 산출된다. 다음으로, 스텝 S805에서, 스텝 S802에서 검출한 각 축전 소자열의 잔량의 분산치(이하, 축전 소자열 분산치라고 함)를 계산하여, 그 양에 따라 스텝 S804에서 산출한 통상 공조 전력 목표치를 도 11에 나타내는 바와 같이 보정하고, 공조 전력 지령치를 산출하여, 공조 제어 장치(203)에 그 값을 전송한다. 공조 전력 지령치는, 축전 소자열 분산치가 커짐에 따라, 작아지도록 설정함으로써, 전동 차량 정지시에 사용할 수 있는 공조 전력을 늘릴 수 있고, 그 결과, 축전 소자열 분산치를 낮출 수 있다.
스텝 S808의 차량 요구 토크 T_d 산출에 있어서, 드라이버의 액셀러레이터 페달 및 브레이크 페달 밟는 양에 따라, 차량 요구 토크 T_d의 산출을 행한다. 그리고, 스텝 S809의 차량 요구 전력 산출에 있어서, 스텝 S805에서 산출한 공조 전력 지령치와 스텝 S808에서 산출한 차량 요구 토크 T_d를 구동용 모터에 의해 출력하기 위해 필요한 구동용 전력의 합을 차량 요구 전력으로서 산출한다.
스텝 S810의 축전 소자열의 접속 필요수 n의 산출에 있어서, 각 축전 소자열 상태를 기초로 스텝 S808에서 산출한 차량 요구 전력을 충족시키기 위해 필요한 축전 소자열의 접속수 n을 산출한다. 스텝 S406에서, 차량 요구 토크 T_d가 제로 이상이면 스텝 S812, T_d가 제로 미만이면, 스텝 S813으로 진행된다. 그리고, 스텝 S814의 접속 지령에 의해, SW(1)∼SW(N)의 전환 지령이 행해지고, 스텝 S815의 출력 가능 토크 산출에 있어서, 전기 부하에 접속되어 있는 축전 소자열 SW(1)∼SW(n)에 의해 출력 가능한 토크의 산출을 행한다. 그리고, 스텝 S816에서, 상기 전동 차량이 키 오프인지의 여부가 판정되고, 키 오프가 아니면, 다시 스텝 S802로 돌아간다.
스텝 S806에서, 차내 온도 측정 장치(111)에 의해 측정된 전동 차량 차내 온도 T와 드라이버가 지정한 상기 전동 차량의 설정 차내 온도 T_0의 차가 소정치 T_th 이내일 경우, 스텝 S807로 진행되고, 그 이외일 경우에는, 스텝 S816으로 진행된다.
도 10의 정지중 공조 전력 제어에 대해서 이하에 설명한다.
도 12는 도 10의 정지중 공조 전력 제어 스텝 S807에서의 처리의 상세 플로우를 나타낸다.
스텝 S901 내지 스텝 S903은 제1 실시형태(도 6)와 같은 처리이다. 스텝 S903에서, i가 축전 소자열의 접속수 n 이하일 때에는 스텝 S904로 진행되고, 그 이외일 때에는, 스텝 S908로 진행된다. 스텝 S904의 정지중 공조 전력 목표치 산출에 있어서, 축전 소자열간 잔량차에 따라 정지중 공조 전력 목표치를 결정한다.
여기에서 축전 소자열간 잔량차란, 현재 전기 부하에 접속되어 있는 축전 소자열과 전축전 소자열의 평균 잔량의 차임을 나타낸다. 도 13은 축전 소자열간 잔량차와 정지중 공조 전력 목표치의 관계를 나타낸 것이다. 축전 소자열간 잔량차가 클 경우에는, 현재 접속되어 있는 축전 소자열의 충방전 가능 전력을 상한으로 하여 정지중 공조 전력 목표치를 크게 해 간다. 이에 따라, 축전 소자열간에 잔량차가 있을 경우에, 잔량이 많은 축전 소자열로부터 먼저 공조 전력용으로 사용함으로써 조기(早期)에 축전 소자열간의 잔량차를 해소할 수 있다.
다음으로, 스텝 S908의 정지중 공조 전력 보정에 있어서, 차내 온도 측정 장치(111)에 의해 측정된 전동 차량 차내 온도 T와 드라이버에 의해 설정된 설정 차내 온도 T_0의 차(온도차)에 따라, 스텝 S904에서 산출된 정지중 공조 전력 목표치를 도 14에 나타내는 바와 같이 보정하고, 공조 전력 지령치로서 산출한다. 그 값을 공조 제어 장치(203)에 전송한다. 공조 전력 지령치는, 드라이버가 지정한 상기 전동 차량의 설정 차내 온도 T_0를 실현하기 위해 필요한 전력(통상 공조 전력 목표치)을 하한치, 정지중 공조 전력 목표치를 상한치로 하여, 온도차가 커짐에 따라, 커지도록 설정한다. 온도차가 소정치보다 작아졌을 때에는, 공조 전력 지령치를 작게 함으로써, 차내 온도가 소정 온도로부터 크게 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시형태 1 및 실시형태 2에서는 본 제어 장치를 통합 제어 장치에 실장했을 경우에 대해서 설명했지만, 본 제어 장치를 다른 제어 장치, 예를 들면 병렬 접속 축전 시스템 제어 장치에 실장해도 된다.
본 발명의 특징을 손상시키지 않는 한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각할 수 있는 그 밖의 형태에 대해서도, 본 발명의 범위 내에 포함된다.

Claims (11)

  1. 복수의 축전 소자를 직렬로 접속하여 구성되는 축전 소자열을 복수 구비한, 전동 차량에 탑재되는 전동 차량용 축전 시스템으로서,
    상기 축전 소자열을 선택하여 병렬로 접속하고, 상기 전동 차량에 탑재된 전기 부하에의 접속과 분리를 상기 축전 소자열마다 행하는 병렬 접속 스위치와,
    상기 병렬 접속 스위치를 제어하는 신호를 생성하는 병렬 접속 스위치 제어부와,
    차량 요구 전력을 산출하는 차량 요구 전력 산출부와,
    상기 축전 소자열의 잔량을 검출하는 잔량 검출부와,
    상기 축전 소자열의 전압을 검출하는 전압 검출부와,
    상기 차량 요구 전력과 상기 축전 소자열의 잔량을 기초로 생성된 상기 신호에 의거하여 상기 병렬 접속 스위치를 제어하는 축전 시스템 제어 장치를 구비하고,
    상기 병렬 접속 스위치 제어부는, 상기 차량 요구 전력이 영 이상일 경우, 잔량이 큰 축전 소자열로부터 순서대로 상기 전기 부하에 접속하고,
    상기 차량 요구 전력이 영 미만일 경우, 잔량이 작은 축전 소자열로부터 순서대로, 전기 부하에 접속하도록 상기 신호를 생성하는 전동 차량용 축전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기 부하에 접속되는 축전 소자열은, 이미 상기 전기 부하에 접속되어 있는 축전 소자열의 전체 전압과 상기 축전 소자열의 전압의 차가 소정치 미만인 축전 소자 중에서 선택되는 전동 차량용 축전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전기 부하에 접속되는 축전 소자열은, 상기 차량 요구 전력이 영보다 클 경우에는, 접속하는 상기 축전 소자열의 잔량이 소정의 하한치보다 큰 축전 소자열 중에서 선택되고, 상기 차량 요구 전력이 영보다 작을 경우에는, 접속하는 상기 축전 소자열의 잔량이 소정의 상한치보다 작은 축전 소자열 중에서 선택되는 전동 차량용 축전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 병렬 접속 스위치 제어부는, 차량 요구 전력이 영 이외이며, 또한 차량 속도가 영 이외일 경우, 차량 요구 전력과 축전 소자열의 충방전 가능 전력을 기초로 축전 소자열 접속 필요수 이하의 축전 소자열을 전기 부하에 접속하도록 상기 신호를 생성하는 전동 차량용 축전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축전 소자열의 충방전 가능 전력은, 상기 축전 소자열이 흘리는 것이 가능한 전류 및 상기 전기 부하에 접속된 모든 축전 소자열 전체의 출력 전압을 기초로 산출하는 전동 차량용 축전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차량 요구 전력 산출부는, 구동 요구 전력과 요구 공조(空調) 전력을 이용하여 상기 차량 요구 전력을 산출하는 전동 차량용 축전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    드라이버의 액셀러레이터 페달 및 브레이크 페달 밟는 양을 기초로 드라이버의 요구 토크를 산출하는 요구 토크 산출부와, 모터 회전수를 검출하는 모터 회전수 검출부를 구비하고, 상기 차량 요구 전력은, 상기 드라이버의 요구 토크와 상기 모터 회전수를 기초로 상기 축전 시스템 제어 장치에 의해 산출되는 전동 차량용 축전 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 요구 공조 전력은, 공조 장치의 설정 온도, 차내 온도, 차량 속도 중 적어도 하나를 이용하여 산출되는 전동 차량용 축전 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 요구 공조 전력은, 차량 요구 전력이 영 이외이며, 또한 차량 속도가 영 이외일 경우, 전체 축전 소자열의 잔량의 분산치가 클수록, 작아지도록 설정되는 전동 차량용 축전 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 요구 공조 전력은, 차량 요구 전력이 영이며, 또한 차량 속도가 영일 경우, 공조 장치의 설정 온도와 차내 온도의 차가 소정치 내일 경우, 축전 소자열간의 잔량차가 클수록, 커지도록 설정되는 전동 차량용 축전 시스템.
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