KR20030011284A - 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기위한 시스템 및 방법 - Google Patents

전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지(20)에 의하여 구동되어지는 전기 모터(35)를 사용하고 상기 자동차의 기계적 힘을 사용하여 전지들을 재충전하는 전류를 발생하는 재생 시스템(10)을 갖는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
재생 시스템의 출력은 최대 전류값을 공급하도록 제어되어져 펄스 또는 연속 방전이 종료되는 즉시 전지들을 재충전 하는 최대 전류값을 공급하여 방전 전류의 많은 부분을 확보하고(도3) 전지 전압은 재충전 기관에 모니터 되어지고 전압은 충전중에 제어되어 전지 가스 방출이 발생하는 특정값을 초과하지 않도록 하여(도2) 전지가 상대적으로 높은 충전상태로 충전되어지도록 하는 것이다.

Description

전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OPTIMAL BATTERY USAGE IN ELECTRIC AND HYBRID VEHICLES}
전기자동차는 전지와 연료셀을 에너지원으로써 사용하는 전기모터를 구동원으로 가지고 있다. 하이브리드 자동차는 일반적으로 자동차를 구동하기 위한 두개의 상이한 구동원을 가지고 있는데, 일반적으로 그 하나는 내연기관이고 다른 하나는 전지와 같은 에너지원에 의하여 구동되어지는 전기모터이다.
전지는 충전가능한 타입이다. 슈퍼 축적기와 같은 다른 유형의 에너지원도 사용되어질 수 있다. 또한 상기 두 가지 유형의 자동차는 자동차의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 재생시스템을 구비하여, 하나 이상의 전지로 구성되어지는 에너지원을 재충전한다. 예를들어 자동차가 제동되어지면 제동력은 자동차의 전기모터가 발전기로써 동작하도록 구동하고, 또는 전기에너지(전류)를 발생하여 전지를 재충전하도록 하는데 사용되어진다. 재생시스템에 의하여 발생되는 전기에너지는 자동차 전지에 저장되고 필요한 경우 자동차 전기모터를 구동하도록 하는데 사용되어진다.
전지가 전기 또는 하이브리드 자동차에 사용되어지는 경우에 있어서, 전지는 전지의 내부저항(IR)이, 특히 충전상태에서, 작은 충전상태(SOC) 범위에서 유지되어진다. 그것은 과도한 가열이 발생하는 것을 방지하고, 재생 제동시스템으로 부터 충전이 고효율로 이루어지는 것을 목적으로 한다. 여기서 고효율충전이라고 하는 것은, 대부분의 에너지가 충전에 사용되어지고 매우 적은 에너지만이 전지의 높은 임피던스로 인하여 가열되어 낭비되어지는 것을 의미한다. 예를들어, 전기 및 하이브리드 자동차에 통상 사용되어지는 산연(lead-acid)전지는 약 60-65%의 상대적으로 낮은 SOC 레벨에서 유지되어 진다. 그러나 전지는 완전히 충전되지 않는(저 SOC) 조건에서 계속적으로 사용되어지는 것에 의하여 빠르게 열화되어진다. 예를들어 산연전지는 황산염화되어지고 그것에 의하여 전지수명은 단축되어진다.
일반적으로, 종래기술에 있어서는 전기 또는 하이브리드 자동차전지가 70% SOC인 경우에서의 충전은 바람직하지 않은 과도한 가스 방출 반응을 수반한다고 알려져 있다. 특히 그러한 현상은 산연전지에 있어서는 현저하다. 본 발명의 발명자는 전지가 평형상태에 도달하도록 허용되어진 후에 충전되어진 경우에만 그러한 상태가 발생한다고 판단하였다. 산연전지에 있어서, 예를들어 약 2-3시간동안 휴식(충전 또는 방전하지 않는 상태)상태에 있는 후에 전지는 평형상태에 도달한다. 종전에 전류 전압특성을 갖는 전지를 관찰하는 것에 의하여 전지가 평형상태에 있는지 여부를 판단할 수 있다. 그러한 판단은 전류가 흐르는지, 또는 전류값이 양 또는 음인지, 또는 전지가 평형상태에 있는지 여부에 의하여 판단되어진다. 또한 전압이 상위 제한값 보다 더 크던지 또는 하위 제한값 보다도 적은 경우에는 평형상태가 아니다.
전기 또는 하이브리드 자동차에 있어서, 재생에너지는 전지가 평형상태에 있지 않는 경우에는 전지로 보내어(충전)진다. 일반적으로, 제동이 가해지는 순간까지 또한 재생에너지가 전지로 충전되는 시간까지는 전기모터를 구동하기 위하여 사용되어지기 때문에 전지는 계속 방전되어 진다. 일반적으로, 종래기술에 있어서는 전기 또는 하이브리드 자동차의 전지는 재생시스템에 의한 자동차에 있어서는 평형상태에 도달하기 전에는 충전되어지지만, SOC 값은 약 65%로 고정되어진다. 즉, 종래기술에 의해서는 전지를 충전하기 위해서 제공되어지는 재생에너지의 크기는, 전지 SOC가 65% 초과하지 않도록 전지 SOC에 함수로써 제어되어진다.
따라서, 종래기술에 있어서는 전기 또는 하이브리드 자동차의 전지의 충전을 더 높은 SOC 값에 두고 그것을 유지하도록 제어하는 필요성이 존재한다.
본 발명은 전기및 하이브리드 자동차의 전지 충전을 최적화하기 위한 시스템및 방법에 관한 것이다.
도 1은 전기 또는 하이브리드 자동차의 전지 성능을 최적화하기 위해서 사용되어지는 장치의 다이아그램이다.
도 2는 전지의 가스발생점 및 충전시간에 관련된 전지셀 전압 및 임피던스를 도시하는 그래프이다.
도 3은 방전기간중의 전지 전압와 전류, 및 즉시 재충전을 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 동작을 나타내는 플로우챠트이다.
발명자는 펄스타입방전 또는 연속방전 바로 후에 전지가 충전되는 경우 매우 높은 효율성을 갖고 충전될 수 있다는 것을 발견하였다. 전기 또는 하이브리드 자동차에 있어서, 연속방전에 의하여 긴 시간동안 전기를 구동력으로 사용하여 자동차의 전기모터를 구동한다. 펄스는 자동차 전기모터의 순간적인 사용이다. 전지가 전류펄스 또는 연속전류에 의하여 방전된 경우에 방전시 소비되는 에너지의 약 80%까지 순간적으로 충전되어질 수 있다는 것은 알려진 사실이다. 즉, 방전이 정지되는 경우 전지 SOC가 80%인 경우에도 충전되어 질 수 있다. 또한, 현재 전기 및 하이브리드자동차에 사용되어지는 65% SOC 값보다 더 높은 SOC 값으로 전지가 충전되어질 수 있다는 것이 알려졌다.
본 발명에 따르면, 방전이 종료되는 순간 전지를 즉시 충전하도록 재생시스템이 동작한다. 충전은 가능한 최대 크기로 수행되어지고, 충전전류의 한계값은 배선 및 다른 부품에 전류전달 용량등의 전지 충전시스템의 회로특성에 의해서 결정되어진다. 전지 충전시스템에 있어서 하드웨어 제어소자는 충전전류가 안정레벨이상값으로 상승하는 것을 억제하기 위하여 제공된다. 일반적으로 충전전류는 전지 전압이 적정레벨로 제어되는 경우에는 안전 한계값 보다 적은 값으로 자동적으로 제한되어 진다.
전지가 충전되는 경우에는 어떠한 시스템에 있어서도 시스템의 SOC는 시간경과에 따라 증가한다. 그러므로 전지는 충전시간을 계속하는 것에 의하여 높은 SOC 값으로 충전되어 질 수 있다. 본 발명에 있어서는, 재생에너지를 충전을 위하여 전지로 보내는 것은 종래에 시스템에서 종전에 사용되어지고 있는 65% SOC보다도 더 높은 레벨을 달성하고 유지하기 위하여 사용되어지는 SOC 대신에 전지충전전류 및 전지전압의 요소에 의하여 제어되어진다.
본 발명의 한 실시예에 있어서는 더 높은 SOC가 얻어진다. 충전동안 어떤 시점에서는 전지는 가스의 방출을 시작한다는 것이 알려져 있다. 본 발명의 발명자는 충전중의 전지의 전류및 전압과 가스발생점에 도달하는 시간사이에는 관련이 있다고 판단하였다. 본 발명의 하나의 실시예에 따르면 충전전압은 lgas 및 Vgas와 같은 전지가스 발생점의 특성에 의거하여 모니터되어지고 제한되어진다. 가스 발생점에서, 적어도 산연(lead-acid)전지에 있어서는, SOC는 65%보다 크고, 전지구조에 따라 80% 내지 90% 범위에 있다. 이때 충전은 제한되어지거나, 가스발생점에 도달하기 전에 종료되어진다. 가스발생점 파라메터는 종래의 전류, 전압특성이 아닌 다른 전지 파라메터로 부터 결정되어 질 수 있다. 예를들면 충전중의 전지 전압 또는 전지 내부 인피턴스의 변화율이 개스발생점을 감지하기 위하여 사용되어 질 수 있다.
상기에 기재된 가이드라인에 의거하여, 전기 및 하이브리드 자동차 전지는 평형상태가 아닌 또는 약 80% SOC, 또는 90% SOC에 이르기까지의 고레벨 SOC에서 동작하는 경우에 매우 효율적으로 충전되어 질 수 있다. 이것은 종전에의 하이브리드 및 전기자동차에 사용되어지는 60%-65% SOC와 구별되어 진다. 이러한 고 SOC 레벨로 동작하는 것에 의하여, 하이브리드 자동차의 경우에 있어서는 전지의 수명이 연장되고 양호한 연료효율을 갖게 된다.
본 발명의 목적은 전기 및 하이브리드 자동차에 있어서 전지를 적절한 SOC 값으로 충전하도록 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기 및 하이브리드 자동차에 있어서, 전지가 동적운전 상태하에서 펄스방전되어지거나 또는 연속방전후에, 충전중의 전지 전압레벨에 의하여 높은 전류레벨로 판단되어지는 높은 SOC레벨까지 충전하는 전지의 충전 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은, 전기 또는 하이브리드 자동차에 있어서 전지가 상대적으로 높은 레벨 SOC를 갖도록 충전을 제어하는 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은, 전기 또는 하이브리드의 자동차에 있어서, 전지의 가스발생점을 초과하지 않고 전기를 상대적으로 높은 레벨 SOC로 충전하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 명백하게 되어진다.
도 1에 도시된 바와같이 본 발명의 시스템은 재생에너지원 소자(regenerative energy source component)(10)을 포함한다. 이 소자는 제동 동작중에 자동차에서 낭비되어지는 운동에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 디바이스이다. 예를들어, 그것은 바퀴가 제동되어지는 경우에 바퀴에 의하여 구동되어지는 별도의 전기 발전기일 수 있다. 또한 그것은 자동차의 제동페달이 눌러지는 경우에, 전기 발전기로서 동작하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 전기모터일 수 있다. 상기 재생소자(10)는 브레이크 및/또는 바퀴와 같은 자동차의 기계 에너지 시스템에 적절하게 결합되어 진다. 센서(미도시)는 자동차 제동이 일어나는 경우 소자(10)를 구동하기 위하여 제공되어 진다.
재생소자(10)으로부터 출력되어지는 전기에너지(전류)는 전류-전압 제어기(15)(CV제어기)에 의하여 적절한 전압 및 전류레벨로 조절되어진다. CV 제어기(15)는 일시적으로 적당한 양의 에너지를 저장하고 출력을 제어하기 위하여 케페스터-인덕터와 같은 필요한 부품을 갖는다. CV제어기(15)는 재생소자(10)으로 부터 에너지를 받아서 자동차에 적재되어지는 전지뱅크(20)의 하나 이상의 전지를 충전하는 전류로 공급되어진다. 뱅크의 전지는 일반적으로, 산연전지 또는 amp 시간에 의하여 평가 되어지는 바람직한 용량을 갖는 적절한 일반적인 전지로 구성되어진다. 뱅크(20)의 각각의 전지는 여러개의 셀을 갖고, 전지는 적절한 전류 및 전압출력을 얻기 위하여 직렬 병렬 배열 상태로 연결되어진다.
CV 제어기의 동작은 마이크로제어기(25)로 부터의 명령에 의하여 제어된다. 마이크로제어기(25)는 프로그램가능하고, 필요한 메모리(ROM 및 RAM) 및 연산논리유닛을 갖는 적절한 마이크로 프로세스 타입 디바이스로 구성되어진다. 마이크로 제어기(25)는 직렬버스등에 의하여 외부 소스로부터 프로그램되어질 수 있다. 마이크로 제어기(25)는 아날로그를 디지털로, 디지털을 아날로그로 변환하는 변환기와 같은 회로를 갖는다. 마이크로제어기(25)는 CV제어기(15)로 부터 아날로그 데이타를 받고, CV 제어기(15)를 동작시키기 위해서 동작명령신호 데이타를 CV제어기(15)에 공급한다. 또한 마이크로제어기(25)는 전지뱅크(20)의 각각의 전지 또는 전체뱅크의 전압으로 부터, 충전중의 전압 및 개방회로 전압과 같은 데이타를 수신한다. 또한 마이크로제어기(25)는 분로(미도시) 양단에서 측정되어진 전지 뱅크로 부터 나오거나 전지 뱅크에 충전되는 전류 및 적절한 센서로 부터의 전지 케이스 온도에 관한 데이타를 수신하다. 마이크로제어기(25)는 제어프로그램 및 알고리즘을 저장한다.
전지 뱅크(20)은, 모터 부하 제어기(30)를 통하여, 전지뱅크(20)로 부터 출력되는 에너지를 사용하는 자동차 전지모터(35)에 연결되어진다. 모터(35)는 또한 이중기능 디바이스로 동작하여서 재생소자(19)로 사용되어질 수 있다.
CV제어기(15)를 통하여 전지뱅크의 전지들에 입력되어지는, 또한 모터부하제어기(30)을 통하여 출력되어지는 전압 및 전류는 마이크로제어기(25)에 의하여 연속적으로 모니터 되어진다. 부품(15,30,35)의 출력, 뱅크(20)의 개별전지 및 전체전지뱅크(20)의 전압은 마이크로 제어기에 의하여 모니터되어진다.
마이크로제어기(25)에 제공되어지는 데이타로부터, 마이크로제어기(25)는 전기모터(35)의 동작중 또는 부하가 없는 상태에서, 전지가 충전 또는 방전되는지 여부, 충전 또는 방전되는 크기, 또는 전지 전압출력의 크기를 판단한다. 마이크로 제어기(25)는, 구해지는 데이타로부터, 전지내부 저항(임피던스)및 SOC와 같은 다양한 팩터를 계산하기 위한 프로그램 및 알고리즘을 저장한다. 마이크로 제어기(25)는 프로그램되어진 알고리즘에 대하여 얻어지는 데이타를 추적하여 전지가 특정조건에 도달하는 시간을 판단한다. 이러한 것들은 도 2 및 도 3을 참조하여설명되어진다.
마이크로제어기(25)로 부터의 명령에 응답하여, CV 제어기(15)는 제어되어지는 전기에너지(전류의 양)를 출력하여 전지뱅크(20)의 전지, 또는 슈퍼 캐패시터와 같은 다른 저장 디바이스의 전지를 충전하여 에너지를 저장한다.
재생소자(10)가 마이크로 제어기(25)에 의하여 동작 및 제어되어지는 CV 제어기(15) 및 전지뱅크(20)사이의 전지에 공급되어지는 에너지를 갖지 않는 경우에는 CV 제어기(15)로 전지가 방전되어지는 것을 방지하는 스위치(미도시)가 있을 수 있다. 선택적으로 CV 제어기(15)는 스위치로 동작하는 원격제어가능한 구동기를 포함할 수 있다.
전지(20)의 충전은 예를들어 약 80%의 상태적으로 높은 SOC 레벨을 달성하고 또한 상대적으로 고효율레벨에서 전지를 재충전할 수 있도록 제어되어진다. 그러한 동작은 다음에서 설명되어진다.
도 2는 셀이 일정한 전류에서 충전되어지는 충전시간의 함수로 산연 셀 전압및 임피던스의 동작을 설명하고 있다. 니켈카드뮴 및 니켈메탈 하이드라이드 전지와 같은, 다른 유형의 저장 전지에 대해서도 동일한 곡선이 얻어진다. 이러한 관계는 본 발명의 양수인에게 양도되어지고 본 발명의 참고문헌으로 본 출원에 병합되어지는 미국특허 제 4,745,349에 상세하게 설명되어있다.
도 2는 약 2.0-2.65V의 범위의 전압을 갖는 산연 전지의 싱글셀을 도시한다. 셀이 직렬로 연결되어지면, 그것은 단위셀 값이다. 자동차의 전지(20) 크기 및 전지의 종류에 관련된, 도 2의 곡선의 데이타는 마이크로 제어기(25)에 프로그램되어져서 뱅크(20)의 전지가 충전 또는 방전됨에 따라서, 뱅크(20)의 전지로 부터 얻어지는 데이타와 비교되어진다.
도 2에 도시된 바와같이, 분 단위의 시간경과에 따라 일정전류 충전이 전지셀에 인가되어짐에 따라서 실선(42)에 의하여 도시되어진 전지셀 전압V는 점선(45)에 도시된 바와같이, 셀전압응답에 있어서 전지충전 가스발생점(C)에서 급격한 상승을 나타낸다. 전압에 있어서 증가는 가스방출반응의 시작에 기인하여 가스발생점(C)에서 발생한다.
시간경과에 따라 전지가 충전됨에 따라서 전지의 결함이 없다고 가정하면 전지의 SOC는 증가할 것이다. 그러므로 전지충전중에 전압및 임피던스(A)값은 전지 SOC에 관련되어진다. 가스발생점(C) 이후에 어떤 시각 또는 전지 전압이 가스발생점(C)에서 상승되는 전압값 보다 더 큰 시점에서 충전전류는 충전반응에 있어서 셀이 수용할 수 있는 것보다 더 크다. 그러한 과도전류는 실제적으로 전지에 가스를 방출한다.
도 2에는 셀 임피던스(A)가 가스 방출이 시작되어지는 발생점(C)로 부터 시간동안 높다는 것이 선(44)에 도시되어진다. 사실 셀 임피던스(A)는 셀 전압부위가 상승되어지기 얼마전에 급격히 상승되어지는 것을 나타낸다. 임피던스(A)는 전지 전압부위가 선(42)의 포인트(O)에 있는 경우에는 천천히 상승하기 시작하고 전압포인트(M)에 있을 경우에는 급격히 상승하기 시작한다. 셀전압에 증가와 비교하여 셀임피던스의 증가가 일찍나타나는 것은 셀포인트의 표면에 가스가 흡착되어지기 때문이다.
도 2에 도시 되어진 바와같이 전기가스 발생점은 충전기간동안 전지 임피던스 또는 전지전압 각각 또는 양자를 측정함에 의하여 결정되어질 수 있다. 이러한 파라메터들은 마이크로제어기(25)에 의하여 측정되어지고 연속적으로 모니터되어질 수 있다.
셀임피던스의 증가는 추가적인 셀내부 저항(IR) 가열에 기인하여 셀온도가 상승되어지게 된다. 그때문에 충전전류 및 충전전압은 충전기간 동안 가스방출 반응이 발생하지 않도록 제어되어져야 한다. 도 2에 도시되어진 바와같이 포인트(M)은 상부전압 한도보다 커서 가스방출을 방지한다. 이것은 산연전지에 있어서 2.4 V/Cell에 해당한다. 2.35V/Cell에 해당하는 포인트(O)에서 전압 한계값을 갖는 것이 바람직하다. 즉 충전전압은 2.35 /Cell를 초과해서는 안되고, 다시말하면 재생시스템으로 부터의 충전전류는 도 2에 도시된 약 150분 이후의 시간에 해당하는 시점에서 감소되어지거나 종료되어져야 한다. 가스방출이 발생하는 값 이하로 전지 전압을 모니터하고 유지하는 것에 의하여 전지는 더 높은 SOC 레벨로 충전되어질 수 있다.
산업용 산연전지(후막 플레이트구조)에 있어서 포인트(M)은 약 80%충전상태에서 발생한다. 자동차전지(각막 플레이트구조)에서는 포인트(M)은 90%충전상태에 근접하여 발생한다. 이러한 값들은 종래의 전기 및 하이브리드 자동차전지의 동작에 사용되어지는 65% 충전상태보다도 더 높다. 충전전류를 최대화하고 충전시간을 신속하게 하는 것에 의하여 80% 또는 90% SOC 값은 얻어질 수 있다.
본 발명에 의하면 전지가 부품(10)에 의하여 재충전되는 경우에 인가되어지는 충전전류의 크기는 자동차배선 및 다른 부품에 안전한계값을 초과하지 않고 충전이 시작될 때 가능한한 높은것이 바람직하다. 이것은 도 3을 참조하여 설명되어진다.
도 3은 모형자동차 시동프로세스 동안에 완전히 충전된 12V 자동차 산연전지의 동작을 전류(I), 선(46) 및 전압(V), 선(48)에 의하여 도시한다. 이것은 본 발명의 양수인에게 양도되어지고 본 발명의 레퍼런스로 병합되어지는 미국특허 제 4,937,528호에 상세하게 설명되어져 있다. 도시되어진 바와같이 전지를 시동하기 바로 전에는 약 12.7V 및 0 amp의 전지 전류의 OCV(개방전류전압)을 갖는다. 시동점에는, 그래프의 수직축에서 도시되어진 바와같이, 전지로 부터 큰 전류방전이 발생한다. 그러한 특성은 자동차 모터 및 다른 시스템을 시동하기 위해서 출력되어지는 전류에 기인한다. 전류방전펄스는 약 5초의 지속시간을 갖고, 그 이후 자동차의 교류기/제어기와 같은 충전시스템에 의하여 재충전되어진다. 재충전은 약 175초의 기간동안 교류기 및 제너다이오드와 같은 다양한 디바이스 구조에 의하여 정하여지는 선(V)의 14.1V의 전압의 제한을 갖는 것을 도시한다. 이것은 2.35 V/Cell과 동등하고 도 2에서 최적포인트(O)에 해당한다.
도 3에 있어서 두개의 중요한 포인트가 나타나져 있다. 전류(I), 선(46)은 시간 포인트(L)까지, 전지에 공급되어지고, 전지에 의하여 입력되어지는 전류는 교류기(alternator) 및 그것의 부품들의 크기 및 자동차 배선 등의 충전시스템의 전류 출력한계값에 의해서만 한정되어진다.
전압제한점 14.1V는 도 3의 있어서 약 65초 시간점에서 발생하는 곡선(48)의포인트(N)에서 발생한다. 이 시점에서 전압포인트(N)에 해당하는 전류충전입력은 방전펄스 크기의 약 80% 보다 크다. 따라서, 이러한 펄스시험으로 부터 전지는 바로 앞에서 방전되어지는 동안 출력되는 충전의 80% 보다도 더 큰 값으로 신속하게 다시 충전되어질 수 있는 것이 명확하다. 이것은 본 발명에서 도시되어진 바와같이 전지의 SOC가 시작점에서 약 100%인 경우에도 그렇게 동작한다.
일반적으로 방전펄스 직후의 충전전류가 클수록 2.35 V/Cell 이하의 전압에서는 충전효율이 더 향상되어진다. 즉 공급되어지는 전류의 크기가 더 클수록 전지가 적정한 2.35 V/Cell 한계값에 도달하는데 걸리는 시간은 짧아진다. 유사하게, 전지를 개방회로 상태에 두지않고 재충전을 더 빨리 할수록 충전효율은 상승되어진다. 도 2에 도시되어진 바와같이 2.35 V/Cell 전압이상에서는 충전효율은 전지의 가스 및 전지 IR 가열을 발생하기 위하여 사용되어지는 에너지때문에 감소한다. 그 결과로 전지는 가열되어지고 전지수명은 짧아진다.
종래의 기술에 있어서는 전기 및 하이브리드 자동차 전지는 임피던스 및 충전효율은 SOC의 약 60%-65% 상태에서 양호하기 때문에 그 SOC값에서 동작한다. 그러나, 위에서 설명되어진 바와같이, 본 발명의 발명자는 전지가 평형상태에 도달하여지는 경우에만 그렇게 동작한다는 것을 발견하였다. 전지가 전기모터 부하에 의하여 발생하는 방전 및 그 부하를 제거한 직후의 재생에너지를 보내는 것에 의하여 발생하는 재충전과 같은 동적상황에 있는 경우에는 상당한 비율의 에너지가 가스를 방출하지 않고 전기로 공급되어진다.
중요한 특징은 (1) 가능하면 큰 크기의 전류로, 또한, 가능하면, 신속하게재생에너지를 보내는 것이고, 또한 (2) 전압을 2.35-2.4 V/Cell로 제한하는 것이다. 이러한 전압 한계값을 사용하는 것에 의해서 약 80-90% SOC에 도달하는 것을 가능하게 한다. 이러한 전압 제한점은 대기온도에 따라서 조절되어진다. 일반적으로 전지온도가 낮을수록 전압제한점은 더 높다.
따라서 도 1의 시스템은 다음과 같은 일반적인 방법에 의하여 도달한다. 도 3을 참조하면 마이크로제어기(25)는 전기모터(35)의 사용이 정지되거나 또는 자동차 제동이 발생한 것과 같은, 실제적으로 연속 또는 펄스타입으로 전지 방전의 종료를 감지하도록 프로그램된다(S1).
그러한 방전이 종료된 후 연속 또는 펄스타입으로 자동차 기계시스템에 의하여 구동되어지는 재생부품(10)이 구동되어져 CV 제어기(15)에 공급되어지는 전류를 발생한다(S2). 마이크로제어기(25)는 전지뱅크(20)으로의 CV 제어기로 부터의 전기출력을 제어하여 다음의 두가지 요구조건을 만족한다. 첫째, 최대전류량은 자동차배선 및 다른 부품의 안정 한계값보다 더 적어야 하고(S3), 둘째 전지전압 또는 전지 임퍼던스 데이타는 충전기간 중에 모니터 되어진다(S4). 이러한 데이타는 전류충전이 (도 2을 참조) 가스포인트가 발생하는 시간, 또는 그시간보다 약간 이전까지만 발생하도록 제어하기 위하여 사용되어진다(S5). 가스 발생의 한계점에 도달하는 경우에는 전지 충전은 재생 소자(10)가 출력을 발생하지 않도록, 예를들면 재생소자가 제동시스템으로 부터 기계적으로 단절되도록 하거나(S5), 또는 전지뱅크(20)에 출력이 발생되지 않도록 CV 제어기(15)를 동작하는 것에 의하여 마이크로제어기(25)에 의하여 종료되어진다. 또한 충전속도는 도 3의 2.35 V/Cell값이 초과하지 않도록 제한되어진다. 다른 전압값은 다른 종류의 전지에 대하여 사용되어진다. 전지에 보내지는 재생에너지의 속도 및 크기는 높은 상태의 충전조건에서 방전 및 충전프로세스 사이의 경과시간에 의하여 제어되어질 수 있다. 이러한 제어는 전압을 지시기로 사용하는 것에 의하여 주로 달성되어진다. 전지로 보내지는 전류는 전지의 전압이 미리 정하여진 값, 산연전지에 있어서는 2.35 V/Cell, 보다도 더 크게 증가하지 않도록 유지되어진다.
전지가 자동차에 탑재되어지거나 전지 판매소에 있는 동안에, 주기적으로 최대용량으로 충전되어지는 것이 또한 바람직하다. 그렇게 함으로 해서 전지가 지속적으로 최대용량으로 충전되지 않는 상태로 사용되는 동안 전지에 형성된 황산염화(sulfation)를 어느 정도 탈황산염화시킨다.
본 발명의 특징을 도시하기 위하여 하나 이상의 도면을 참조하여 설명되어 졌지만 그러한 것들은 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자에 의해서 본 발명에 다른 실시예는 도출되어질 수 있고 본 본 발명의 청구범위에 의하여 한정되어지지 않는다.

Claims (14)

  1. 전지로부터의 전류를 사용하는 모터 및 재생전류 공급시스템을 구비하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법에 있어서 상기 방법은;
    상기 모터가 상기 전지로 부터 전류를 인출하는 것을 중지하는 경우 상기 회 생 시스템으로부터 상기 전지로 재충전전류를 제공하는 단계; 및
    가스 방출의 발생 이전의 시점에서 상기 전지의 충전을 계속하는 단계를 포함하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법.
  2. 상기 제 1항에 있어서,
    상기 재충전 전류를 제공하는 단계는 시스템의 부품및 배선에 적합한 최대전류값을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법.
  3. 상기 제 2항에 있어서,
    상기 재충전 전류를 제공하는 단계는 상기 전지의 방전이 중지되는 시점 바로 후에 수행되어지는 것을 특징으로하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법.
  4. 상기 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 전지 전압및 내부 인피던스를 모니터하여 가스 방출시점을 판단하는 단계를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법.
  5. 상기 제 4항에 있어서,
    충전중의 상기 전지 전압을 모니터링하고 가스 방출이 발생하는 값이하로 상기 전지 전압을 연속하여 충전하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법.
  6. 상기 제 4항에 있어서,
    상기 전지는 산연(lead-acid)타입으로 구성되어지고, 충전중에 상기 전지 전압을 모니터링하고 상기 전지 전압을 실제적으로 약 2.35 내지 2.4V/cell 로 한정하는 단계를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법.
  7. 상기 제 4항에 있어서,
    상기 시스템 부품 및 배선에 적합한 최대 전류값으로 충전 전류를 인가하는 단계; 및
    적어도 하나의 전지 전압 및 내부 인피던스를 모니터링하여 가스 방출 시점을 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법.
  8. 상기 제 7항에 있어서,
    가스 방출이 발생하는 이하의 값으로 전지 전압으로 충전을 계속하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 방법.
  9. 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템에 있어서;
    상기 자동차의 기계부품으로 부터 제공된 에너지로부터 상기 전지를 재충전하기 위한 전류를 발생하기위한 재생 소자;
    상기 전지로부터 전류를 방전하여 자동차를 동작시키는, 상기 전지에 연결된 전지 모터; 및
    전지 방전의 종료를 감지하고 전지 방전의 종료에 응답하여 상기 재생 소자를 구동시키고 상기 재생 소자로부터 전류를 공급하여 상기 전지를 재충전 하고 전지 가스방출이 발생하는 시점 전까지 재충전을 계속하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템.
  10. 상기 제 9항에 있어서,
    상기 제어수단은 재충전중에 적어도 하나에 전지 전압 및 인피던스를 모니터링하고 상기 전지 전압 및 인피던스에 응답하여 전지 가스 방출이 발생하기 전 시점으로 전류 재 충전을 제한하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템.
  11. 상기 제 10항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 재생 소자및 상기 전지 사이에 연결되어 상기 전지에 공급된 상기 전류를 제어하기 위하여 동작하는 부하 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템.
  12. 상기 제 11항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 전지 전압의 데이터를 수신하여 전류를 방전하고 충전하는 마이크로 제어기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템.
  13. 상기 제 12항에 있어서,
    상기 마이크로 제어기는 상기 전지 가스 방출점을 표시하고 상기 전지로 부터 얻어지는 상기 데이터에 응답하여 동작하여 상기 부하 제어기를 제어하는 알고리즘으로 프로그램 되어지는 것을 특징으로 하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템.
  14. 상기 제 12항에 있어서,
    상기 마이크로 제어기는 상기 부하 제어기를 동작하여 전지 충전중에 상기 전지 전압을 특정 레벨 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 전기 또는 하이브리드 자동차 전지의 충전을 최적화하기 위한 시스템.
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