KR20110041994A - 전원 장치 및 이것을 구비한 차량, 및 전원 장치의 충방전 제어 방법 - Google Patents

전원 장치 및 이것을 구비한 차량, 및 전원 장치의 충방전 제어 방법 Download PDF

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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

적절한 타이밍으로 충방전 전류 제한값을 변경하여 조전지로의 부담 저감을 도모한다.
전지 용량 연산 수단(15)에서 추정된 잔용량이, 미리 설정된 소정의 제어 상한값보다도 높은 경우는 충전을 금지하는 충전 금지 모드로 하고, 이 제어 상한값보다도 낮게 설정된 소정의 제어 하한값보다도 낮은 경우는 방전을 금지하는 방전 금지 모드로 하고, 이 제어 상한값과 제어 하한값의 사이에 설정된 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위의 상한값보다도 높은 경우는 소정 시간내의 방전량이 충전량을 상회하는 충방전을 허용하도록 충방전 전류 제한값을 규정하는 허용 모드로 하고, 이 일정 범위의 상한값보다도 낮은 경우는 이 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위내에 잔용량을 유지하도록 충방전 전류를 제한하는 제한 모드로 하도록, 조전지(10)로의 충방전을 제어하기 위한 충방전 제어 수단(13)이 충방전을 제어하는 제어 모드를 전환한다.

Description

전원 장치 및 이것을 구비한 차량, 및 전원 장치의 충방전 제어 방법{POWER SUPPLY AND A VEHICLE HAVING THE SAME, AND METHOD FOR CONTROLLING CHARGE AND DISCHARGE OF POWER SUPPLY}
본 발명은 2차 전지를 복수개 조합해서 구성되는 조전지(assembled battery)와 부하 사이의 접속 상태를 제어하는 전원 장치 및 이것을 구비한 차량, 및 전원 장치의 충방전 제어 방법에 관한 것으로, 특히 전기 자동차(PEV), 하이브리드식 전기 자동차(HEV), 연료 전지와 2차 전지를 갖는 하이브리드식 전기 자동차 등의 전동 차량에 탑재되는 구동용 동력원인 조전지로부터의 직류 전력을 인버터에 의해 교류 전력으로 변환하여 모터에 공급해 주행하는 전동 차량에 있어서, 조전지와 인버터 사이의 접속 상태를 제어하는 기술에 관한 것이다.
근래에, 환경 문제를 고려하여, 내연기관(엔진)과 전동기(모터)를 효율적으로 조합해서 주행하는 하이브리드 차량이 실용화되고 있다. 이와 같은 하이브리드 차량은, 충방전 가능한 조전지를 탑재해서 발진시나 가속시 등에 모터에 전력을 공급하여 구동력을 발생하는 한편, 내리막길이나 제동시 등에 차량의 운동 에너지를 전력으로서 회수한다.
이와 같은 하이브리드 차량에 있어서, 탑재하는 조전지를 상용 전원 등의 외부 전원으로부터의 전력에 의해서 충전하기 위한 구성이 제안되고 있다. 이와 같이, 외부 전원에 의해 조전지를 미리 충전함으로써, 통근이나 쇼핑 등의 비교적 단거리 주행이면, 내연기관을 정지상태로 유지하면서 주행할 수 있기 때문에, 종합적인 연료 소비 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 이와 같은 주행 모드는 EV(Electric Vehicle) 주행 모드라고도 칭해진다.
이와 같은 EV 주행 모드에 있어서, 주행 성능을 높이기 위해서는 조전지의 충방전 능력을 보다 높이는 것이 바람직하다. 조전지는 과방전이나 과충전 등에 의해서 열화하기 때문에, 조전지를 적정한 잔용량(State Of Charge(SOC)나 전지의 충전량, 충전 상태값으로도 불림. 이하 "SOC"라고도 함)으로 유지하는 것이 중요해진다.
축전지의 SOC의 추정 정밀도를 높이는 방법으로서, 특허 문헌 1이 제안되고 있다. 이 기술에 의하면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 차량은 우선 EV 주행 모드로 주행을 개시한다(시각 t1). 여기에서, 제 1 축전부(BAT1)에 대한 리셋트 요구(SOC1 리셋트 요구)가 발생되면, 제 1 축전부(BAT1)를 적극적으로 방전하도록 전류 제어가 행해진다. 외부 전원에 의해 충전 가능한 상태가 되는 시각 t2 이후에는, 리셋트 대상인 제 1 축전부(BAT1)의 방전 전류가 일정 전류값으로 유지됨과 더불어, 리셋트 대상이 아닌 제 2 축전부(BAT2)는 적어도 제 1 축전부(BAT1)의 방전 전류를 포함한 충전 전류로 충전된다. 그 후, 시각 t3 에 있어서 제 1 축전부(BAT1)의 전지 전압(방전 전압)으로 특징점이 나타나면, 이 시각 t3의 타이밍에 있어서, 제 1 축전부(BAT1)의 SOC의 추정값은 미리 정해진 기준값으로 리셋트된다. 이와 같은 제어에 의해서, 축전부의 SOC의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특개 제2OO8-312381호 공보
그렇지만, SOC의 추정에는 한도가 있기 때문에, 연산된 SOC에만 의거하여 EV 주행 모드와 HEV 주행 모드를 전환하는 것에는 정밀도에 한계가 있다. 특히, SOC의 연산 추정값과 실제의 SOC의 오차가 적더라도, 장기간의 사용에 의해서 오차가 축적되어 커진다. SOC의 연산치의 오차가 커지면, 정확한 제어가 곤란해지는 결과, 조전지에 부담이 커지는 충방전 제어가 행해질 우려도 있어, 전지 수명을 해치는 리스크도 높아진다.
본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 주된 목적은, 적절한 타이밍으로 충방전 전류 제한값을 변경하여 조전지로의 부담 저감을 도모하는 것이 가능한 전원 장치 및 이것을 구비한 차량, 및 전원 장치의 충방전 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 충방전 가능한 조전지와, 상기 조전지로의 충방전을 제어하기 위한 충방전 제어 수단과, 상기 조전지를 통전(通電)하는 충방전 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단과, 상기 전류 검출 수단에서 검출된 충방전 전류에 기초하여 상기 조전지의 잔용량을 추정하기 위한 전지 용량 연산 수단을 구비하고, 상기 전지 용량 연산 수단에서 추정된 잔용량이, 미리 설정된 소정의 제어 상한값보다도 높은 경우에는 충전을 금지하는 충전 금지 모드로 하고, 이 제어 상한값보다도 낮게 설정된 소정의 제어 하한값보다도 낮은 경우에는 방전을 금지하는 방전 금지 모드로 하고, 이 제어 상한값과 제어 하한값 사이에 설정된 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위의 상한값보다도 높은 경우에는 소정 시간 내의 방전량이 충전량을 상회하는 충방전을 허용하도록 충방전 전류 제한값을 규정하는 허용 모드로 하고, 이 일정 범위의 상한값보다도 낮은 경우에는 이 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위 내에 잔용량을 유지하도록 충방전 전류를 제한하는 제한 모드로 하도록, 상기 충방전 제어 수단이 충방전을 제어하는 제어 모드를 전환할 수 있다. 이것에 의해, 잔용량에 따라 충방전 전류를 제어하는 제어 모드를 전환함으로써, 적절한 동작을 실시하면서, 조전지를 과충전, 과방전으로부터 보호하여 오랜 수명화를 도모할 수 있다.
또, 제 2 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 충방전 제어 수단은 상기 허용 모드에 있어서 충방전 전류 제한값으로서 소정 시간 내의 방전 전류의 적산값(積算値)이 충전 전류의 적산값보다도 커지는 전류값을 허용할 수 있다. 이것에 의해, 허용 모드에 있어서 방전이 충전보다도 커지는 제어를 허용하여, 조전지가 과충전, 과방전이 되지 않는 범위 내에서 전력을 유효하게 이용할 수 있다.
추가로, 제 3 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 충방전 제어 수단은 상기 허용 모드에 있어서 방전 전류의 시간 변화량이 충전 전류의 시간 변화량보다도 커지도록 충방전 제어할 수 있다. 이것에 의해, 허용 모드에 있어서 방전이 충전보다도 커지는 제어를 허용하여, 조전지가 과충전, 과방전이 되지 않는 범위 내에서 전력을 유효하게 이용할 수 있다.
이에 더하여, 제 4 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 충방전 제어 수단은 상기 허용 모드에 있어서 방전 전류의 시간 변화량보다도, 제한 모드에 있어서 방전 전류의 시간 변화량을 작게 하기 위한 충방전 제어할 수 있다. 이것에 의해, 제한 모드에 있어서 방전량을 허용 모드 보다도 억제해서 과방전을 방지하여, 조전지를 보호할 수 있다.
이에 더하여, 제 5 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 전지 용량 연산 수단에서 추정된 상기 조전지의 잔용량에 기초하여 상기 충방전 전류 제한값을, 전력 공급 대상 기기 측에 대하여 통신하기 위한 전원측 통신 수단을 더 구비할 수 있다. 이것에 의해, 전원 장치측의 제어 모드의 변경에 따라서, 이용 가능한 전류를 전력 공급 대상 기기 측에 통지할 수 있다. 예를 들면, 잔용량이 일정 범위의 상한값보다도 낮은 상태를 검출한 후에는, 이 규정 상태값을 유지할 수 있는 낮은 충방전 전류 제한값으로 제한되는 것을 전력 공급 대상 기기 측에 통지한다.
이에 더하여, 제 6 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 조전지를 외부의 충전 장치와 전기적으로 접속 가능한 외부 접속 스위치를 더 구비할 수 있다. 이것에 의해, 조전지의 충전을 내부의 조전지 뿐만 아니라, 외부의 전원 장치로부터도 행하는 것이 가능해진다.
이에 더하여, 제 7 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 전원 장치가 차량용의 전원 장치이며, 상기 허용 모드를 EV 주행 모드, 상기 제한 모드를 HEV 주행 모드로 할 수 있다. 이것에 의해, 이른바 플러그인(plug-in)식 하이브리드 카에 있어서 EV 주행 모드와 HEV 주행 모드의 전환을, 조전지에 부하를 걸지 않도록 하는 적절한 타이밍에 행할 수 있어서, 오랜 기간에 걸쳐서 신뢰성 높게 이용할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
이에 더하여, 제 8 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 제어 상한값을 상기 조전지의 만충전(滿充電) 상태의 8O% 이상으로 할 수 있다.
이에 더하여, 제 9 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 규정 상태값을 상기 조전지의 만충전 상태의 5O% 이하로 할 수 있다. 이것에 의해, 특히 HEV 주행 모드에 있어서 바람직한 SOC 약 5O% 에서 주행 모드를 전환하는 것이 가능해져서, EV·플러그인 제어에 효과적이 된다.
이에 더하여, 제 10 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 제한 상한값을 2O Ah ~ 6O Ah로 할 수 있다.
이에 더하여, 제 11 측면에 관한 전원 장치에 의하면, 상기 규정 상태값을 2 Ah ~ 1O Ah로 할 수 있다.
이에 더하여, 제 12 측면에 관한 전원 장치를 구비한 차량에 의하면, 상기 전원 장치를 구비할 수 있다.
이에 더하여, 제 13 측면에 관한 전원 장치의 충방전 제어 방법에 의하면, 충방전 가능한 조전지와, 상기 조전지로의 충방전을 제어하기 위한 충방전 제어 수단과, 상기 조전지를 통전하는 충방전 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단과, 상기 전류 검출 수단에서 검출된 충방전 전류에 기초하여 상기 조전지의 잔용량을 추정하기 위한 전지 용량 연산 수단을 구비한 전원 장치의 충방전 제어 방법으로서 ,상기 전지 용량 연산 수단에서 추정된 잔용량과, 미리 설정된 소정의 제어 상한값을 비교하여, 이 제어 상한값보다도 높은 경우에는 충전을 금지하는 공정과; 이 잔용량과, 이 제어 상한값보다도 낮게 설정된 소정의 제어 하한값을 비교하여, 이 제어 하한값보다도 낮은 경우에는 방전을 금지하는 공정과; 이 잔용량과, 이 제어 상한값과 제어 하한값의 사이에 설정된 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위의 상한값을 비교하여, 이 일정 범위의 상한값보다도 높은 경우에는 소정 시간 내의 방전량이 충전량을 상회하는 충방전을 허용하는 충방전 제어를 행하는 공정과; 이 일정 범위의 상한값보다도 낮은 경우는 이 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위내에 잔용량을 유지하도록 충방전 전류를 제한하는 공정을 포함할 수 있다. 이것에 의해, 잔용량에 따라 충방전 전류를 제어하는 제어 모드를 변환함으로써, 적절한 동작을 행하면서, 조전지를 보호하여 오랜 수명화를 도모할 수 있다.
이에 더하여, 제 14 측면에 관한 전원 장치의 충방전 제어 방법에 의하면, 전력 공급 대상 기기의 정지 중에, 외부의 충전 장치와 전기적으로 접속하여 상기 조전지의 충전을 행하는 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 관한 전원 장치 및 이것을 갖춘 차량, 및 전원 장치의 충방전 제어 방법은, EV 주행 모드와 HEV 주행 모드를 전환 가능한 플러그인식 하이브리드 전기 자동차나 하이브리드식 전기 자동차, 전기 자동차 등의 충방전 제어 방법으로서 바람직하게 이용할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 관한 전원 장치를 구비한 차량을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 상세를 나타내는 블록도이다.
도 3은 전원 장치의 충방전 제어 방법에 따른 SOC의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 충방전 제어 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 소정의 제한값의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 6은 엔진과 모터로 주행하는 하이브리드 카에 전원 장치를 탑재한 예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 모터만으로 주행하는 전기 자동차에 전원 장치를 탑재한 예를 나타내는 블럭도이다.
도 8은 종래의 SOC 시간 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 다만, 이하에 나타내는 실시 형태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 전원 장치 및 이것을 구비한 차량, 및 전원 장치의 충방전 제어 방법을 예시하는 것으로서, 본 발명은 전원 장치 및 이것을 구비하는 차량, 및 전원 장치의 충방전 제어 방법을 이하의 것으로 특정하지 않는다. 또한, 특허 청구 범위에 나타나는 부재를, 실시 형태의 부재에 특정하는 것은 결코 아니다. 특히, 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부재의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니고 간단한 설명예에 지나지 않는다. 또한, 각 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은 설명을 명확하게 하기 위해서 과장되기도 한다. 더하여, 이하의 설명에 있어서, 동일 명칭, 동일 부호에 대해서는 동일 부재 또는 동질 부재를 나타내고 있어, 상세 설명을 적당히 생략한다. 또한, 본 발명을 구성하는 각 요소는 복수의 요소를 동일 부재로 구성하여 하나의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 모양으로 해도 좋고, 반대로 하나의 부재의 기능을 복수의 부재로 분담해서 실현할 수도 있다. 또, 일부의 실시예, 실시 형태에 있어서 설명된 내용은, 다른 실시예, 실시 형태 등에 이용 가능한 것도 있다.
도 1 ~ 도 5에 기초하여, 실시예 1에 관한 전원 장치와 충방전 제어 방법을 설명한다. 이 예에서는, 전원 장치를 차량(하이브리드 카)에 적용한 예를 설명한다. 이러한 도면에 있어서, 도 1은 실시예 1에 관한 전원 장치를 구비한 차량의 블록도, 도 2는 도 1의 상세를 나타내는 블록도, 도 3은 전원 장치의 충방전 제어 방법에 따른 SOC의 시간 변화를 나타내는 그래프, 도 4는 충방전 제어 방법을 나타내는 플로우차트, 도 5는 소정의 제한값의 관계를 나타내는 모식도를, 각각 나타내고 있다. 이러한 도면에서 나타내는 전원 장치(1OO)는 충방전 가능한 조전지(10)와, 전원장치(100)를 제어하기 위한 전원 콘트롤러(12)를 구비한다. 이 전원장치(100)는 차량(CA)의 모터(3)에 구동 전력을 공급하는 배터리 시스템을 구성한다.
전원 콘트롤러(12)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 조전지(10)로의 충방전을 제어하기 위한 충방전 제어 수단(13)과, 조전지(10)를 통전하는 충방전 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단(14)과, 전류 검출 수단(14)에서 검출된 충방전 전류에 기초하여 조전지(10)의 잔용량을 추정하기 위한 전지 용량 연산 수단(15)과, 전지 용량 연산 수단(15)에서 추정된 조전지(10)의 잔용량에 기초하여 충방전 전류 제한값을, 전력 공급 대상 기기, 즉 차량 본체 측에 대하여 통신하기 위한 전원측 통신 수단(16)으로서 기능한다.
또 차량(CA)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 전원장치(100)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(5)와, 인버터(5)를 통해서 변환된 교류 전력 및 엔진(6)의 동력으로 구동되는 모터(3)와, 모터(3) 및 차바퀴를 구동하기 위한 엔진(6)과, 엔진(6)의 동작을 제어하는 엔진 콘트롤러(7)와, 차량(CA)의 동작을 제어하는 차량 콘트롤러(8)을 구비하고 있다.
(차량 콘트롤러(8))
차량 콘트롤러(8)는 출력 요구에 기초하여 가솔린 엔진 출력과 전원장치(100) 출력의 배분을 제어한다. 또 차량 콘트롤러(8)는 전원 콘트롤러(12)와 통신 가능하게 접속되고 있어, 전원 콘트롤러(12)로부터 조전지(10)의 SOC(배터리 SOC 값)나 이용 가능한 충방전 전류 제한값 등의 정보를 받아들임과 더불어, 전원 콘트롤러(12)에 대하여 출력의 요구 등을 송출한다. 차량 콘트롤러(8)는 배터리 SOC 값이 높을 때는, 전원장치(100)로의 출력 배분을 높게 취한다. 이때에는, 엔진의 구동을 억제한 EV 주행 모드로 되어, 전원 콘트롤러(12)가 조전지(10)의 방전 전류량이 충전 전류량을 상회하는 방전 과다를 허용하는 제어를, SOC 값이 소정 값 이하로 될 때까지 행한다. 그리고 SOC 값이 소정 값까지 저하한 것이 전원 콘트롤러(12)에서 검출되면, 일정 SOC 값을 유지하도록 하는 충방전 제어로 전환됨과 더불어, 차량 콘트롤러(8) 측에 제어 모드 변경 및/또는 충방전 전류 제한값 변경의 정보가 전달되고, 차량 콘트롤러(8)는 배터리 구동과 엔진 구동을 병용(倂用)하는 HEV 주행 모드로 전환한다. HEV 주행 모드에서는, SOC가 소정 값을 중심으로 한 일정 범위 내에 들어가도록 하는 충방전 전류로 제어된다. 만약 SOC가 낮아져서 소정의 하한 제어값에 도달하면, 방전을 금지하는 방전 금지 모드로 된다.
(조전지 1O)
조전지(10)로서는, 충방전 가능한 2차 전지인 소(素)전지(전지 셀)를 복수 직렬 및/또는 병렬로 접속한 것을 이용할 수 있다. 2차 전지로서는, 리튬 이온 배터리나 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 또 이러한 것들 이외의 전력 저장 요소로서, 전기 이중층 캐패시터 등의 축전 소자를 이용할 수도 있어서, 본 명세서에서는 이러한 전력 저장 요소를 포함하여 조전지라고 칭한다.
도 2에 나타내는 예에서는, 다수의 소전지를 직렬로 접속해서 조전지(10)가 구성된다. 소전지는 온도 센서와 접속되어 있고, 온도 센서로 검출된 온도 신호가 전원 콘트롤러(12) 측에 송출된다. 온도 센서는 모든 소전지에 마련하는 것 이외에, 일부의 소전지에만 마련하여 전지 온도를 대표시켜도 좋다. 조전지(10)는 콘택터(contactor)를 통하여 인버터(5)와 접속된다. 또 조전지(10)의 정극(positive electrode) 측에는 프리차지용 저항과 콘택터가 접속된다. 이 예에서는, 인버터(5)는 차량 본체 측에 마련된다. 그러나, 전원 장치 측에 인버터를 마련하는 구성으로 해도 좋다. 인버터(5)는 조전지(10)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 모터(3)에 공급한다.
한편, 조전지(10)는 외부 충전 장치(CD)와 전기적으로 접속하기 위한 외부 접속 스위치(SW)와 접속하고 있다. 차량(CA)의 정지 중에 외부 접속 스위치(SW)를 닫은 상태(ON)로 함으로써, 외부 전원으로부터 조전지(10)를 충전할 수 있다. 충전 완료 후에는, 외부 접속 스위치(SW)를 열린 상태(OFF)로 하여 충전 장치(CD)를 전원 장치(100)로부터 분리시킨다. 이와 같은 외부 충전장치(CD)로서는, 상용 전원이나 충전 스테이션 등을 이용할 수 있다. 전형적으로는, 가정용 단상교류의 상용 전원으로 충전하는 플러그인 하이브리드카를 들 수 있다. 이와 같이 하여, 조전지(10)에 충전된 전기량을 이용하여, 전원장치(100)는 차량 구동용 전력을 공급한다.
도 2에 나타내는 전원 콘트롤러(12)는, 조전지(10)에 접속된 온도 센서로부터 출력을 받는 온도 센서 입력 수단과, 전지 전압의 센서 출력을 받는 전압 센서 입력 수단과, 전류 검출 수단(14)에 상당하는 전류 센서의 센서 출력을 받는 전류 센서 입력 수단과, 전지의 잔용량을 연산하는 전지 용량 연산 수단(15)과, 조전지(10)로의 충방전 전류를 제어하기 위한 충방전 제어 수단(13)과, 차량 콘트롤러(8)와의 통신을 행하기 위한 통신 인터페이스인 전원측 통신 수단(16)을 구비한다.
(전지 용량 연산 수단(15))
전지 용량 연산 수단(15)은 축전지의 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 연속적으로 추정한다. SOC는 조전지의 충전량의 절대값(단위 [A·h] 등)이나 조전지의 충전 용량에 대한 충전량의 비율(O~1OO%)로서 나타낼 수 있다. 여기에서 전지 용량 연산 수단(15)은, 조전지의 충방전량의 적산값에 기초하여 SOC를 순차연산한다. 충방전량의 적산값은, 대응하는 조전지의 전지 전압과 전지 전류의 곱(전력)을 시간적으로 적분하여 얻을 수 있다.
(충방전 제어 수단(13))
(제어 모드)
충방전 제어 수단(13)은 조전지(10)로의 충방전 전류를 충방전 전류 제한값 이하가 되도록 제어한다. 이 충방전 제어 수단(13)은 미리 설정된 소정의 잔용량과, 전지 용량 연산 수단(15)에서 연산된 잔용량을 비교하여 제어 모드를 전환한다. 충방전 전류 제한값은 제어 모드에 따라 변경된다. 이 상황을, 도 5의 제한값을 나타내는 그래프 및 도 4의 플로우차트에 기초하여 설명한다.
우선 스텝(S1)에서 조전지의 잔용량, 즉 SOC가 제어 상한값 이상인지 아닌지를 판정한다. SOC가 제어 상한값보다도 높은 경우는, 스텝(S1-2)으로 진행하여 충전을 금지하는 충전 금지 모드로 한다. 이 경우는 충방전을 중지하고 처리를 종료하고, 예를 들면 전지 이상으로 판정하여 경고 표시나 서비스 콜 등을 실시한다.
한편 SOC가 제어 상한값보다도 낮은 경우는 스텝(S2)으로 진행하여, SOC가 제어 하한값 이하인지 아닌지를 판정한다. 이하인 경우는 스텝(S2-2)으로 진행하어, 방전을 금지하는 방전 금지 모드로서 처리를 종료한다.
또 SOC가 제어 하한값보다도 큰 경우는 스텝(S3)으로 진행하여, SOC가 규정 상태값 근방, 구체적으로는 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위(±α의 범위)의 상한값(규정 상태값 +α : 범위 상한값이라고 칭함) 이상인지 아닌지를 판정한다. 범위 상한값 이상인 경우는 스텝(S3-2)으로 진행하여, 소정 시간 내의 방전 전류량이 충전 전류량을 상회하는 충방전을 허용하는 허용 모드로 한다. 이 모드에서는 방전 과다가 허용되므로 SOC는 서서히 저하하게 된다.
SOC가 규정 상태값 근방보다도 낮아지면 스텝(S4)으로 진행하여, 잔용량을 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위내(범위 상한값에서부터 범위 하한값)으로 유지하도록 충방전 전류 제한값을 감소시켜서, 충방전 전류를 이 제한값 이하로 제한하는 제한 모드로 한다.
도 3에, 이와 같은 제어 모드의 전환 결과, SOC가 시간 변화하는 상황의 그래프를 나타낸다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 우선 차량의 구동 전에 조전지의 충전을 실시해 둔다. 충전은 외부 접속 스위치(SW)를 ON 함으로써 외부의 충전 장치(CD)로부터 행한다. 또, 비상시 등에는 차량의 발전기를 구동해 충전해도 좋다.
충전이 완료되어 SOC가 제어 상한값에 도달하면, 충전을 금지한다. 그리고 차량이 구동되어, SOC가 제어 상한값보다도 낮아지면 허용 모드로 이행한다. 허용 모드에 있어서는, 방전 전류가 충전 전류보다도 과다해지는 것을 허용한다. 구체적으로는, 소정 시간내의 방전 전류의 적산값이 상시 충전 전류의 적산값보다도 커지는 충방전 제어를 허용한다. 또는, 허용 모드에 있어서의 방전 전류의 시간 변화량이 충전 전류의 시간 변화량보다도 커지도록 충방전 제어를 하거나, 혹은 허용 모드에 있어서 방전 전류의 시간 변화량보다도, 제한 모드에 있어서의 방전 전류의 시간 변화량을 작게 하도록 충방전 제어한다. 이 상태에서는, 주로 전원 장치로 구동하는 EV주행 모드가 된다.
그리고, SOC가 낮아진 상태, 구체적으로는 범위 상한값 이하가 검출되면, 이번에는 HEV 주행 모드로 전환하여 방전 전류량을 억제함으로써, 조전지의 과방전을 방지하고, 전지로의 부담을 경감할 수 있다. 또 이와 같은 제어 모드의 전환이나 충방전 전류 제한값의 제한을 차량 측에 통지하고, 모터나 엔진의 구동 제어를 적절한 모드로 변경한다. 이것에 의해, 이른바 플러그인식 하이브리드 카에 있어서의 바람직한 EV 주행 모드와 HEV 주행 모드의 전환을 실현할 수 있어서, 조전지를 장기에 걸쳐 신뢰성 높게 이용할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
제어 상한값의 예로서는, 사용하는 전지의 종류나 수, 접속 형태 등에 따라서, 예를 들면 조전지의 만충전 상태의 8O% 이상이나 2OAh ~ 6OAh 등으로 설정할 수 있다. 또 규정 상태값도 동일하게, 전지 조건 등에 따라서 결정할 수 있지만, 바람직하게는 조전지의 만충전 상태의 5O% 이하 또는 2Ah ~ 1OAh로 설정한다. 이것에 의해, 특히 HEV 주행 모드에 있어서의 바람직한 SOC 약 5O% 에서 주행 모드를 전환하는 것이 가능해져서, EV·플러그인 제어에 효과적이 된다. 또 제어 상한값과 제어 하한값, 규정 상태값을 비율로 규정할 수도 있어서, 예를 들면 제어 하한값에서 제어 상한값까지의 사이를 O ~ 1OO으로 한 경우, 소정 기준치를 5 ~ 3O, 바람직하게는 8 ~2O의 위치로 설정할 수도 있다. 소정 기준치를 중심으로 하는 일정 범위는, 예를 들면 ± (SOC의 5~1O%) 혹은 1Ah ~ 5Ah 등으로 설정할 수 있다.
이상의 전원 장치는, 차량용의 배터리 시스템으로서 이용할 수 있다. 전원 장치를 탑재하는 차량으로서는, 엔진과 모터의 양방향으로 주행하는 하이브리드 카나 플러그인 하이브리드카, 또는 모터만으로 주행하는 전기 자동차 등의 전동 차량을 이용할 수 있어서, 이러한 차량의 전원으로서 사용된다.
도 6에, 엔진과 모터의 양쪽으로 주행하는 하이브리드 카에 전원 장치를 탑재한 예를 나타낸다. 이 도면에 나타내는 전원 장치를 탑재한 차량(HV)은, 차량(HV)를 주행시키는 엔진(96) 및 주행용 모터(93)와, 모터(93)에 전력을 공급하는 배터리 시스템(1OOB)과, 배터리 시스템(1OOB)의 전지를 충전하는 발전기(94)를 구비하고 있다. 배터리 시스템(1OOB)은 DC/AC 인버터(95)를 통하여 모터(93)와 발전기(94)에 접속하고 있다. 차량(HV)은 배터리 시스템(1OOB)의 전지를 충방전하면서 모터(93)와 엔진(96)의 양쪽으로 주행한다. 모터(93)는 엔진 효율의 나쁜 영역, 예를 들어 가속시나 저속 주행시에 구동되어 차량을 주행시킨다. 모터(93)는 배터리 시스템(1OOB)으로부터 전력이 공급되어 구동한다. 발전기(94)는 엔진(96)에 의해 구동되고, 또는 차량에 브레이크를 걸 때의 회생 제동에 의해 구동되어, 배터리 시스템(1OOB)의 전지를 충전한다.
또 도 7에, 모터만으로 주행하는 전기 자동차에 전원 장치를 탑재한 예를 나타낸다. 이 도면에 나타내는 전원 장치를 탑재한 차량(EV)은, 차량(EV)을 주행시키는 주행용 모터(93)와, 이 모터(93)에 전력을 공급하는 배터리 시스템(1OOC)과, 이 배터리 시스템(1OOC)의 전지를 충전하는 발전기(94)를 구비하고 있다. 모터(93)는 배터리 시스템(1OOC)으로부터 전력이 공급되어 구동한다. 발전기(94)는 차량(EV)을 회생 제동할 때의 에너지에 의해 구동되어, 배터리 시스템(1OOC)의 전지를 충전한다.
1OO : 전원 장치 1OOB, 1OOC :배터리 시스템
3 : 모터 5 : 인버터
6 : 엔진 7 : 엔진 콘트롤러
8 : 차량 콘트롤러 1O : 조전지
12 : 전원 콘트롤러 13 : 충방전 제어 수단
14 : 전류 검출 수단 15 : 전지 용량 연산 수단
16 : 전원측 통신 수단 93 : 모터
94 : 발전기 95 : DC/AC인버터
96 : 엔진 CA, EV, HV : 차량
SW : 외부 접속 스위치 CD : 충전 장치

Claims (14)

  1. 충방전 가능한 조전지와,
    상기 조전지로의 충방전을 제어하기 위한 충방전 제어 수단과,
    상기 조전지를 통전(通電)하는 충방전 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단과,
    상기 전류 검출 수단에서 검출된 충방전 전류에 기초하여 상기 조전지의 잔용량을 추정하기 위한 전지 용량 연산 수단을 구비하고,
    상기 전지 용량 연산 수단에서 추정된 잔용량이,
    미리 설정된 소정의 제어 상한값보다도 높은 경우는 충전을 금지하는 충전 금지 모드로 하고,
    상기 제어 상한값보다도 낮게 설정된 소정의 제어 하한값보다도 낮은 경우는 방전을 금지하는 방전 금지 모드로 하고,
    상기 제어 상한값과 제어 하한값의 사이에 설정된 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위의 상한값보다도 높은 경우는 소정 시간내의 방전량이 충전량을 상회하는 충방전을 허용하도록 충방전 전류 제한값을 규정하는 허용 모드로 하고,
    상기 일정 범위의 상한값보다도 낮은 경우는 상기 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위내에 잔용량을 유지하도록 충방전 전류를 제한하는 제한 모드로 하도록,
    상기 충방전 제어 수단이 충방전을 제어하는 제어 모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충방전 제어 수단은 상기 허용 모드에 있어서의 충방전 전류 제한값으로서, 소정 시간내의 방전 전류의 적산값이 충전 전류의 적산값보다 커지는 전류값을 허용하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 충방전 제어 수단은 상기 허용 모드에 있어서의 방전 전류의 시간 변화량이 충전 전류의 시간 변화량보다도 커지도록 충방전 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충방전 제어 수단은 상기 허용 모드에 있어서의 방전 전류의 시간 변화량보다도, 제한 모드에 있어서의 방전 전류의 시간 변화량을 작게 하기 위한 충방전 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지 용량 연산 수단에서 추정된 상기 조전지의 잔용량에 기초하여 상기 충방전 전류 제한값을, 전력 공급 대상 기기 측에 대하여 통신하기 위한 전원측 통신 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조전지를 외부의 충전 장치와 전기적으로 접속 가능한 외부 접속 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 장치가 차량용 전원 장치이며,
    상기 허용 모드가 EV주행 모드,
    상기 제한 모드가 HEV 주행 모드인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 상한값이 상기 조전지의 만충전 상태의 8O% 이상인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 규정 상태값이 상기 조전지의 만충전 상태의 5O% 이하인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제한 상한값이 2OAh ~ 6OAh 인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 1O 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 규정 상태값이 2Ah ~ 1OAh 인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 전원 장치를 구비한 차량.
  13. 충방전 가능한 조전지와,
    상기 조전지로의 충방전을 제어하기 위한 충방전 제어 수단과,
    상기 조전지를 통전하는 충방전 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단과,
    상기 전류 검출 수단에서 검출된 충방전 전류에 기초하여 상기 조전지의 잔용량을 추정하기 위한 전지 용량 연산 수단을 구비하는 전원 장치의 충방전 제어 방법으로서,
    상기 전지 용량 연산 수단에서 추정된 잔용량과 미리 설정된 소정의 제어 상한값을 비교하여, 상기 제어 상한값보다도 높은 경우는 충전을 금지하는 공정과,
    상기 잔용량과, 상기 제어 상한값보다도 낮게 설정된 소정의 제어 하한값을 비교하여, 상기 제어 하한값보다도 낮은 경우는 방전을 금지하는 공정과,
    상기 잔용량과, 상기 제어 상한값과 제어 하한값의 사이에 설정된 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위의 상한값을 비교하여, 상기 일정 범위의 상한값보다도 높은 경우는 소정 시간내의 방전량이 충전량을 상회하는 충방전을 허용하는 충방전 제어를 행하는 공정과,
    상기 일정 범위의 상한값보다도 낮은 경우는, 상기 규정 상태값을 중심으로 하는 일정 범위내에 잔용량을 유지하도록 충방전 전류를 제한하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치의 충방전 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    전력 공급 대상 기기의 정지중에, 외부의 충전 장치와 전기적으로 접속하여 상기 조전지의 충전을 행하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치의 충방전 제어 방법.
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