(57)【要約】  本発明は、セルバランシングシステム及び方法に係り、更に詳しくは、別設された２つの充電電圧源を介して充電電圧を供給し、セルバランシングを行う必要がある場合、各セルに個別的に設けられたスイッチを介して当該セルに適正な充電電圧を供給して安定的にセルバランシングを行うことのできるセルバランシングシステム及び方法に関する。
2019503640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上のバッテリセルにより構成されたバッテリパックと、
前記バッテリパックを充電する間に前記２つ以上のバッテリセルの電圧をモニタリングして、他のバッテリセルと所定値以上の電圧偏差を有するバッテリセルがある場合、当該バッテリセルに対してセルバランシングを行う旨を指令するＢＭＳ（バッテリマネジメントシステム）と、
前記ＢＭＳのセルバランシングを行う旨の指令に従って、前記バッテリパックを充電していたパック充電電圧をバッテリセルを充電するためのセルバランシング電圧に切り換えて前記バッテリパックに接続する充電電圧切換え部と、
前記セルバランシング電圧が各セルに供給されることを個別的にオン／オフ制御するセルスイッチング部と、
を備えることを特徴とするセルバランシングシステム。
【請求項２】
前記充電電圧切換え部は、
外部電源から供給される入力電圧をパック充電電圧に変換してパック充電電圧を出力するパック充電電圧源と、
外部電源から供給される入力電圧をセルバランシング電圧に変換してセルバランシング電圧を出力するセルバランシング電圧源と、
前記ＢＭＳから伝送されてきたセルバランシングを行う旨の指令に従って、バッテリパックを充電するパック充電電圧の前記バッテリパックへの供給を解除し、セルバランシング電圧に切り換えて供給するように制御するＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）と、
前記ＭＣＵの制御に従って回路を切り換えて、外部から入ってくる入力電圧をセルバランシング電圧源に供給する回路切換えスイッチング部と、
前記回路切換えスイッチング部により切り換えられた回路を介して前記入力電圧を供給されて当該セルにセルバランシング電圧を供給するセルバランシング電圧源と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のセルバランシングシステム。
【請求項３】
前記充電電圧切換え部は、前記ＢＭＳからセルバランシングを行う旨の指令が伝送されない場合、パック充電電圧源を介して前記バッテリパックを充電するように前記回路切換えスイッチング部を制御することを特徴とする請求項２に記載のセルバランシングシステム。
【請求項４】
前記回路切換えスイッチング部は、前記ＭＣＵ及びコンバータと接続される複数のスイッチにより構成されることを特徴とする請求項２に記載のセルバランシングシステム。
【請求項５】
前記セルスイッチング部は、セルの正（＋）電極と前記ＢＭＳとセルバランシング電圧源と接続される第１のスイッチ、及び、セルの負（−）電極と前記ＢＭＳとグランドと接続される第２のスイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載のセルバランシングシステム。
【請求項６】
バッテリパックに組み込まれている２つ以上のバッテリセルのバランシングを行う方法において、
前記バッテリパックの充電を行うバッテリパック充電ステップと、
前記バッテリパック充電ステップにおいて充電中であるバッテリパック内のバッテリセルに電圧バラツキが生じてセルバランシングを行う必要があるか否かを診断するセルバランシング診断ステップと、
前記セルバランシング診断ステップにおいて、セルバランシングを行う必要があると診断された場合、当該バッテリセルにセルバランシング電圧が供給されるように回路を切り換えてパック充電電圧源と接続されていた電源供給回路をセルバランシング電圧源と接続する回路切換えステップと、
前記回路切換えステップにおいて切り換えられた回路を介して入ってくるセルバランシング電圧をセルバランシングを行う必要があるセルに供給するように当該セルのセルスイッチをオンにするセルスイッチ制御ステップと、
を含んでなることを特徴とするセルバランシング方法。
【請求項７】
前記セルバランシング診断ステップは、
前記２つ以上のバッテリセルの各電圧を周期的に測定するセル電圧測定ステップと、
前記セル電圧測定ステップにおいて測定された２つ以上のバッテリセル電圧を用いてセル間の電圧偏差を演算する電圧偏差演算ステップと、
前記電圧偏差演算ステップにおいて演算されたセル間の電圧偏差と、既に設定された所定の範囲の電圧偏差とを比較する電圧偏差比較ステップと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載のセルバランシング方法。
【請求項８】
前記電圧偏差比較ステップにおいて、セル間の電圧偏差が既に設定された所定の範囲の電圧偏差よりも大きい場合、前記回路切換えステップを行うことを特徴とする請求項７に記載のセルバランシング方法。
【請求項９】
前記回路切換えステップにおいては、前記パック充電電圧源と接続されるスイッチをオフにし、前記セルバランシング電圧源と接続されるスイッチをオンにして回路を切り換えることを特徴とする請求項６に記載のセルバランシング方法。
【請求項１０】
前記セルスイッチ制御ステップにおいては、セルスイッチがオンになることにより、セルスイッチング部のグランド端子と、充電電圧切換え部内にあるグランド端子とが電気的に接続されることを特徴とする請求項６に記載のセルバランシング方法。
【請求項１１】
セルバランシングの終了後に、前記バッテリパックに追加的な充電を行う必要があると判断した場合、セルバランシングを行うために前記セルバランシング電圧源と接続されたスイッチをオフにし、再びバッテリパック充電回路と電源供給回路とが接続されるように前記パック充電電圧源と接続されたスイッチをオンにすることを特徴とする請求項６に記載のセルバランシング方法。
【請求項１２】
セルバランシングの終了後に、前記バッテリパックの充電が完了したと判断した場合、セルバランシングを行うために前記セルバランシング電圧源と接続されたスイッチをオフにすることを特徴とする請求項６に記載のセルバランシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルバランシングシステム及び方法に係り、更に詳しくは、別設された２つの充電電圧源を介して充電電圧を供給し、セルバランシングを行う必要がある場合、各セルに個別的に設けられたスイッチを介して当該セルに適正な充電電圧を供給して安定的にセルバランシングを行うことのできるセルバランシングシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などのバッテリは、多種多様な電子機器の電力源として用いられている。一般に、バッテリ（パック）は、複数の単位セル（ｃｅｌｌ）からなり、複数のセルは、使用による時間の経過に伴い、クーロン効率及び容量に起因する個別的な動的状態の違いによって充電電圧が異なってくるという現象が生じる。
【０００３】
これにより、少なくとも１つ以上のセルが他のセルよりも遥かに低い状態の充電電圧を有する場合、バッテリ全体の放電能力が永久的に制限されてしまうという問題を引き起こす虞がある。
【０００４】
また、少なくとも１つ以上のセルが他のセルよりも遥かに高い充電電圧を有する場合、バッテリ全体の充電量が永久的に制限されてしまうという問題を引き起こす虞がある。
【０００５】
もし、１つのセルが最低の充電電圧の限界値を有する状態であり、もう１つのセルが最高の充電電圧の限界値を有する状態であれば、たとえ他の全てのセルが適当な充電電圧を有しているとしても、前記バッテリは充電だけではなく、放電をも行えないという問題が生じる可能性がある。
【０００６】
更に、バッテリセルの充放電を繰り返し行う場合であっても、セル電圧の間にバラツキが生じ、これにより、バッテリの寿命が短縮され、バッテリセルのエネルギー効率が低下してしまう。
【０００７】
更にまた、完製品の状態でセル電圧のバラツキが生じると、各セルに対するアフターサービスを行い難く、バッテリパックそれ自体を取り換えることを余儀なくされるためコストの損失が生じる。
【０００８】
この理由から、バッテリパックはセルバランシングを必要とするが、一般に、セルバランシングの方式には、パッシブ（Ｐａｓｓｉｖｅ）方式及びアクティブ（Ａｃｔｉｖｅ）方式がある。
【０００９】
パッシブ方式は、高いレベルを有するセルの電圧を抵抗に流すことにより熱エネルギーで電圧を消耗して他のセルとの電圧偏差を減らす。
【００１０】
また、アクティブ方式は、インダクタ及びキャパシタなどエネルギーを貯蔵する素子を用いて高いレベルを有するセルの電圧を低いレベルを有するセルに移動させて全体のセルに均一な値を持たせる。
【００１１】
しかしながら、パッシブ方式は、バランシングにかかる時間が比較的に短いのに対し、バッテリの電圧が下がる方向にしかバランシングが行われないため、時間の経過に伴い、バッテリの出力が持続的に減り続けて再充電サイクル（Ｃｙｃｌｅ）が短いという問題があり、抵抗を用いて熱エネルギーを生成するため、バッテリパックの内部温度が上がってしまうという欠点がある。
【００１２】
更に、アクティブ方式は、パッシブ方式よりも電気エネルギーの消耗が少ないため再充電サイクルが比較的に長いとはいえ、１つのセルにある電圧を他のセルに移動させるため、セルバランシングにかかる時間が長引いてしまうという問題がある。
【００１３】
したがって、アクティブ方式の長い再充電サイクルを有し、しかも、パッシブ方式の高速でセルバランシングが行える技術の開発が切望されているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１４−００３４０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、バッテリ電圧を消耗せず、高速でセルバランシングを行うことのできるセルバランシングシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の実施形態に係るセルバランシングシステムは、２つ以上のバッテリセルにより構成されたバッテリパックと、前記バッテリパックを充電する間に前記２つ以上のバッテリセルの電圧をモニタリングして、他のバッテリセルと所定値以上の電圧偏差を有するバッテリセルがある場合、当該バッテリセルに対してセルバランシングを行う旨を指令するＢＭＳと、前記ＢＭＳのセルバランシングを行う旨の指令に従って、前記バッテリパックを充電していたパック充電電圧をバッテリセルを充電するためのセルバランシング電圧に切り換えて前記バッテリパックに接続する充電電圧切換え部と、前記セルバランシング電圧が各セルに供給されることを個別的にオン／オフ制御するセルスイッチング部と、を備えてなる。
【００１７】
前記充電電圧切換え部は、外部電源から供給される入力電圧をパック充電電圧に変換してパック充電電圧を出力するパック充電電圧源と、外部電源から供給される入力電圧をセルバランシング電圧に変換してセルバランシング電圧を出力するセルバランシング電圧源と、前記ＢＭＳから伝送されてきたセルバランシングを行う旨の指令に従って、バッテリパックを充電するパック充電電圧の前記バッテリパックへの供給を解除し、セルバランシング電圧に切り換えて供給するように制御するＭＣＵと、前記ＭＣＵの制御に従って回路を切り換えて、外部から入ってくる入力電圧をセルバランシング電圧源に供給する回路切換えスイッチング部と、前記回路切換えスイッチング部により切り換えられた回路を介して前記入力電圧を供給されて当該セルにセルバランシング電圧を供給するセルバランシング電圧源と、を備えてなる。
【００１８】
前記充電電圧切換え部は、前記ＢＭＳからセルバランシングを行う旨の指令が伝送されない場合、パック充電電圧源を介して前記バッテリパックを充電するように前記回路切換えスイッチング部を制御する。
【００１９】
前記回路切換えスイッチング部は、前記ＭＣＵ及びコンバータと接続される複数のスイッチにより構成される。
【００２０】
前記セルスイッチング部のそれぞれは、セルの正（＋）電極と、ＢＭＳ及びセルバランシング電圧源と接続される第１のスイッチ及びセルの負（−）電極と、ＢＭＳ及びグランドと接続される第２のスイッチを備えてなる。
【００２１】
本発明の実施形態に係るセルバランシング方法は、バッテリパックに組み込まれている２つ以上のバッテリセルのバランシングを行う方法において、前記バッテリパックの充電を行うバッテリパック充電ステップと、前記バッテリパック充電ステップにおいて充電中であるバッテリパック内のバッテリセルに電圧バラツキが生じてセルバランシングを行う必要があるか否かを診断するセルバランシング診断ステップと、前記セルバランシング診断ステップにおいて、セルバランシングを行う必要があると診断された場合、当該バッテリセルにセルバランシング電圧が供給されるように回路を切り換えてパック充電電圧源と接続されていた電源供給回路をセルバランシング電圧源と接続する回路切換えステップと、前記回路切換えステップにおいて切り換えられた回路を介して入ってくるセルバランシング電圧をセルバランシングを行う必要があるセルに供給するように当該セルのセルスイッチをオンにするセルスイッチ制御ステップと、を含んでなる。
【００２２】
前記セルバランシング診断ステップは、前記２つ以上のバッテリセルの各電圧を周期的に測定するセル電圧測定ステップと、前記セル電圧測定ステップにおいて測定された２つ以上のバッテリセル電圧を用いてセル間の電圧偏差を演算する電圧偏差演算ステップと、前記電圧偏差演算ステップにおいて演算されたセル間の電圧偏差と、既に設定された所定の範囲の電圧偏差とを比較する電圧偏差比較ステップと、を含む。
【００２３】
前記電圧偏差比較ステップにおいて、セル間の電圧偏差が既に設定された所定の範囲の電圧偏差よりも大きい場合、前記回路切換えステップを行う。
【００２４】
前記回路切換えステップにおいては、前記パック充電電圧源と接続されるスイッチをオフにし、前記セルバランシング電圧源と接続されるスイッチをオンにして回路を切り換える。
【００２５】
前記セルスイッチ制御ステップは、セルのグランド端子に充電電圧切換え部内にあるグランド端子を電気的に接続するグランド接続ステップを更に含む。
【００２６】
セルバランシングの終了後に、前記バッテリパックに追加的な充電を行う必要があると判断した場合、セルバランシングを行うために前記セルバランシング電圧源と接続されたスイッチをオフにし、再びバッテリパック充電回路と電源供給回路とが接続されるように前記パック充電電圧源と接続されたスイッチをオンにする。
【００２７】
セルバランシングの終了後に、前記バッテリパックの充電が完了したと判断した場合、セルバランシングを行うために前記セルバランシング電圧源と接続されたスイッチをオフにする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の実施形態に係るセルバランシングシステム及び方法は、各セルにスイッチを設けてセルの電圧バラツキが生じる場合、セルを充電するセルバランシング電圧をスイッチを介して当該セルに供給することにより、高速且つ効率よいセルバランシングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るセルバランシングシステムのブロック図。
【図２】本発明の実施形態に係るセルバランシングシステム内のセルスイッチング部のブロック図。
【図３】本発明の実施形態に係るセルバランシング方法の手順図。
【図４】本発明の実施形態に係るセルバランシング方法におけるセルバランシング診断ステップの手順図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態として実現され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。
【００３１】
また、第１、第２などのように序数を含む用語は、様々な構成要素を説明するのに使用可能であるが、これらの構成要素は、これらの用語により何等限定されない。これらの用語は、単にある構成要素を他の構成要素から識別する目的で用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲内において、第１の構成要素は第２の構成要素と称してもよく、同様に、第２の構成要素もまた第１の構成要素と称してもよい。本出願において用いられた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈からみて、別途に断りのない限り、複数の表現を含む。
【００３２】
本発明において用いられる用語は、本発明における機能を考慮して、できる限り現在用いられる通常の用語を選択したが、これは、当分野に携わる技術者の意図又は判例、新たな技術の出現などに応じて異なる。なお、特定の場合には出願人が任意に選定した用語もあり、この場合、当該発明の説明の欄において詳細にその意味を記載する筈である。よって、本発明において用いられる用語は、単なる用語の名称ではなく、その用語が有する意味及び本発明の全般に亘っての内容に基づいて定義されるべきである。
【００３３】
１．本発明の実施形態に係るセルバランシングシステム
本発明のセルバランシングシステムは、各セルにスイッチを設けてセルの電圧バラツキが生じる場合、スイッチを介してセルバランシング電圧を供給されて当該セルのみを充電することにより、高速且つ効率よいセルバランシングを行うことができる。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態に係るセルバランシングシステムのブロック図である。
【００３５】
図１を参照すると、本発明の実施形態に係るセルバランシングシステム１００は、２つ以上のバッテリセルにより構成されたバッテリパックと、前記バッテリパックを充電する間に前記２つ以上のバッテリセルの電圧をモニタリングして他のバッテリセルと所定値以上の電圧偏差を有するバッテリセルがある場合、当該バッテリセルに対してセルバランシングを行う旨を指令するＢＭＳ（バッテリマネジメントシステム）１１０と、前記ＢＭＳ１１０のセルバランシングを行う旨の指令に従って、前記バッテリパックを充電していたパック充電電圧をバッテリセルを充電するためのセルバランシング電圧に切り換えて前記バッテリパックに接続する充電電圧切換え部１２０及び前記セルバランシング電圧が各セルに供給されることを個別的にオン／オフ制御するセルスイッチング部１３０を備えてなる。
【００３６】
以下、充電電圧切換え部１２０の詳細について説明する。
【００３７】
図１を参照すると、前記充電電圧切換え部１２０は、互いに異なる電圧を供給する２つの電圧源を介して充電電圧を供給することにより、外部から入ってくる交流入力電源を収容する入力部１２１と、前記入力部１２１から入ってくる交流入力電源をバッテリパックの充電が行えるように直流入力電源に変換するコンバータ１２２と、前記コンバータ１２２において変換された直流入力電源の電圧を前記２つの電圧源のうちのどちらか一方の電圧源に伝える旨を指令するＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）１２３及び前記ＭＣＵ１２３の指令に従って、前記２つの電圧源のうちのどちらか一方の電圧源回路と接続して直流入力電源の電圧をバッテリに伝える回路切換えスイッチング部１２４を備えてなる。
【００３８】
前記２つの電圧源は、パック充電電圧源１２５及びセルバランシング電圧源１２６であるが、前記回路切換えスイッチング部１２４は、コンバータ１２２を介して入力される外部電源を前記ＭＣＵ１２３の指令に従ってパック充電電圧源１２５又はセルバランシング電圧源１２６に選択的に印加する。
【００３９】
したがって、ＭＣＵ１２３は、前記ＢＭＳ１１０からセルバランシングを行う旨の指令が伝送されれば、外部から入ってくる入力電圧がセルバランシング電圧源１２６に供給されるように指令し、ＭＣＵ１２３の指令に従って、回路切換えスイッチング部１２４は、パック充電電圧源１２５に接続されていた回路をセルバランシング電圧源１２６に接続されるように切り換える。
【００４０】
前記回路切換えスイッチング部１２４により接続された回路を介して、セルバランシング電圧源１２６は、セルバランシングが行われるように当該セルにセルバランシング電圧を供給する。
【００４１】
ここで、前記ＢＭＳ１１０からセルバランシングを行う旨の指令が伝送されない場合、前記充電電圧切換え部１２０は、外部電源から供給される入力電圧をパック充電電圧源１２５に接続してバッテリパックにパック充電電圧を供給することにより、バッテリパックを充電する。
【００４２】
また、コンバータ１２２は、グランドと電気的に接続される。
【００４３】
また、前記バッテリパックのセルは並列に接続されてバッテリパックの容量を高め、一定の電圧を有することができる。
【００４４】
一方、以下、前記充電電圧切変え部１２０の構成について詳細に説明する。
【００４５】
前記２つの電圧源とは、バッテリパックが充電されるようにパック充電電圧を供給するパック充電電圧源１２５及び前記バッテリパックを構成する多数のバッテリセルのうちセルバランシングを行う必要があるセルが充電されるようにセルバランシング電圧を供給するセルバランシング電圧源１２６を意味する。
【００４６】
ここで、前記パック充電電圧は、一実施形態によれば、１６．８Ｖに設定するが、これに何ら限定されない。
【００４７】
また、前記セルバランシング電圧は、一実施形態によれば、５Ｖに設定するが、これに何ら限定されない。
【００４８】
更に、パック充電電圧源１２５及びセルバランシング電圧源１２６は、直流入力電源の電圧をそれぞれの適正な出力電圧に降下させる構成要素を更に備える。
【００４９】
したがって、前記パック充電電圧源１２５は、入力される外部電源をバッテリパックの充電に必要な電圧に降下させて出力する。このために、パック充電電圧源１２５は、外部入力電圧を受け入れてこれをパック充電電圧に降下させる電圧降下回路を備えてなることが好ましい。
【００５０】
更にまた、前記セルバランシング電圧源１２６は、入力される外部電源をバッテリセルのバランシングに必要な電圧に降下させて出力する。このために、セルバランシング電圧源１６０は、外部の入力電圧を受け入れてこれをセルバランシング電圧に降下させる電圧降下回路を備えてなることが好ましい。
【００５１】
加えて、前記パック充電電圧源１２５及びセルバランシング電圧源１２６の出力は、電圧出力部１２７を介してバッテリパック又は多数のバッテリセルに出力してもよい。
【００５２】
また、ＭＣＵ１２３は、ＢＭＳ１１０によって制御され、前記ＭＣＵ１２３及びバッテリマネージメントシステム１１０は、通信を用いて相互間の通信を行う。前記通信は、Ｉ２Ｃ、ＳＭＢｕｓ、ＣＡＮ、ＵＡＲＴ及びＳＰＩなどの内部通信方式を用いて指令を伝送してもよい。
【００５３】
例えば、ＢＭＳ１１０においてセルバランシングを行う必要があると判断した場合、ＢＭＳ１１０は、ＭＣＵ１２３へのパック充電電圧の供給を中止し、パック充電電圧をセルバランシング電圧に切り換えて供給する旨の指令を伝送する。
【００５４】
更に、セルバランシングの終了後に、ＢＭＳ１１０において追加的なパック充電電圧の供給を行う必要があると判断した場合、ＢＭＳ１１０は、ＭＣＵ１２３へのセルバランシング電圧の供給を中止し、セルバランシング電圧をパック充電電圧に切り換えて供給する旨の指令を伝送する。
【００５５】
更にまた、前記回路切換えスイッチング部１２４は、前記コンバータ１２２とパック充電電圧源１２５又はセルバランシング電圧源１２６とが接続されたり接続解除されたりするように前記ＭＣＵ１２３と接続されて制御される複数のスイッチにより構成されており、スイッチをオン／オフにして回路を切り換える。
【００５６】
例えば、前記ＭＣＵ１２３からセルバランシングを行う旨の指令を受け取る場合、前記パック充電電圧源１２５とコンバータ１２２とが接続されている回路のスイッチをオフにし、セルバランシング電圧源１２６とコンバータ１２２とが接続されているスイッチをオンにして、前記コンバータ１２２から変換済みの直流充電電源の電圧が供給できるようにする。これにより、本発明のセルバランシング装置は、セルバランシングを行う必要があるとき、セルバランシング電圧源１２６によりセルバランシング電圧が前記２つ以上のバッテリセルに印加され、セルバランシングを行う必要がなく、且つ、バッテリパックを充電する必要がある場合、パック充電電圧源１２５によりパック充電電圧がバッテリパックに印加される。
【００５７】
ここで、前記回路切換えスイッチング部１２４のスイッチ素子としては、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラジャンクション  トランジスタ（ＢＪＴ：Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが使用可能である。
【００５８】
このような回路切換えスイッチング部１２４から切り換えられた回路に流れるセルバランシング電圧は、セルスイッチング部１３０を介してセルバランシングを行う必要がある当該セルに供給されるが、セルスイッチング部１３０についての詳細な説明は、図２に基づいて行う。
【００５９】
図２は、本発明の実施形態に係るセルバランシングシステム内のセルスイッチング部のブロック図である。
【００６０】
図２を参照すると、前記セルバランシングシステム内のセルスイッチング部１３０は、一端が前記ＢＭＳ１１０と接続されて信号を受信し、二端が前記セルバランシング電圧源１２６から入ってくる電圧の経路と接続され、三端が前記バッテリセルの正（＋）電極と接続される第１のスイッチ１３１及び一端が前記ＢＭＳ１１０と接続されて信号を受信し、二端がグランドと接続され、三端が前記バッテリセルの負（−）電極と接続される第２のスイッチ１３２を備えてなる。
【００６１】
また、セルバランシングが行われる場合、前記ＢＭＳ１１０の信号により第２のスイッチ１３２がオンになることにより、前記セルスイッチング部１３０のグランド端子は前記充電電圧切換え部１２０内にあるグランド端子と電気的に接続される。
【００６２】
このようなセルスイッチング部１３０は、個別のバッテリセル毎にそれぞれ割り当てられるように多数配備される。
【００６３】
以下、このようなセルスイッチング部１３０を用いたセルバランシングシステムの駆動方法の詳細について説明する。
【００６４】
前記セルバランシングシステム１００は、前記入力部１２１を介して外部から入ってくる交流入力電源を収容し、収容された交流入力電源は、前記コンバータ１２２により直流入力電源に変換される。前記パック充電電圧源１２５を介して充電中であるバッテリパックのセルに電圧バラツキが生じる場合、前記ＢＭＳ１１０は、セルバランシングを診断し、セルバランシングを行う必要があれば、前記ＭＣＵ１２３にセルバランシングを行う旨の指令を伝送する。
【００６５】
また、ＢＭＳ１１０は、バランシングを行う必要があるセルのセルスイッチング部１３０にセルバランシングを行う旨の信号を印加する。
【００６６】
前記ＢＭＳ１１０からセルバランシングを行う旨の指令を受け取ったＭＣＵ１２３は、回路切換えスイッチング部１２４を介して回路を切り換え、前記コンバータ１２２において変換された直流入力電源の電圧をセルバランシング電圧源１２６に供給する。ここで、回路切換えスイッチング部１２４のパック充電電圧源１２５と接続されたスイッチはオフになり、セルバランシング電圧源１２６と接続されたスイッチはオンになる。
【００６７】
前記ＢＭＳ１１０からセルバランシングを行う旨の信号を受け取ったセルスイッチング部１３０は、第１のスイッチ１３１及び第２のスイッチ１３２をオンにしてセルバランシング電圧源１２６から入ってくるセルバランシング電圧が供給できるようにする。このとき、第２のスイッチ１３２の一端は前記コンバータ１２２と接続されたグランドと接続される。
【００６８】
また、前記セルバランシング電圧源１２６を介して充電されていたセルのバランシングが完了した場合、前記ＢＭＳ１１０は、バッテリパックの充電を再び行うか、或いは、充電を中止するかを判断する。
【００６９】
前記ＢＭＳ１１０において、バッテリパックの充電を行う必要があると判断した場合、前記ＢＭＳ１１０は、前記ＭＣＵ１２３にバッテリパックの充電を再開する旨の指令を伝送し、前記セルスイッチング部１３０にはセルバランシングを中止する旨信号を印加する。
【００７０】
バッテリパックの充電を再開する旨の指令を受け取った前記ＭＣＵ１３０は、前記セルバランシング電圧源１２６と接続されていた回路を再び前記パック充電電圧源１２５と接続するように回路切換えスイッチング部１２４を制御して回路を切り換える。ここで、セルバランシング電圧源１２６と接続されたスイッチはオフになり、パック充電電圧源１２５と接続されたスイッチはオンになる。
【００７１】
また、前記ＢＭＳ１１０からセルバランシングを中止する旨の信号が印加されたセルスイッチング部１３０は、第１のスイッチ１３１及び第２のスイッチ１３２をオフにする。このとき、第２のスイッチ１３２の前記グランドとの接続は解除される。
【００７２】
一方、前記ＢＭＳ１１０において、バッテリパックの充電及びセルバランシングが完了して充電を中止する必要があると判断した場合、前記ＢＭＳ１１０は、前記ＭＣＵ１３０にバッテリパックの充電を中止する旨の指令を伝送し、前記セルスイッチング部１３０にはセルバランシングを中止する旨の信号を印加する。
【００７３】
また、前記ＢＭＳ１１０から充電を中止する旨の指令を受け取ったＭＣＵ１３０は、回路切換えスイッチング部１２４を制御して、前記パック充電電圧源１２５及びセルバランシング電圧源１２６の回路の接続を解除する。ここで、スイッチング部１２４のセルバランシング電圧源１２６と接続されたスイッチはオフになる。
【００７４】
別の駆動方法は、セルバランシングの要否をリアルタイムにて判断する方法であり、同方法は、リアルタイムにて電圧を測定して判断しなければならないため、アルゴリズムが複雑になるという欠点がある。
【００７５】
したがって、別の駆動方法は、バッテリパックの充電を完了した後、セルバランシングを行う方法である。
【００７６】
前記パック充電電圧源１２５を介したバッテリパックの充電が完了した場合、前記ＢＭＳ１１０は、バッテリパックの各セルの電圧を測定し、測定されたセル電圧値を既に設定された所定の電圧値と比較する。
【００７７】
電圧値を比較した結果、セルバランシングを行う必要がある場合、前記ＢＭＳ１１０は、前記ＭＣＵ１２３にセルバランシングを行う旨の指令を伝送し、セルスイッチング部１３０にはセルバランシングを行う旨の信号を印加する。
【００７８】
前記ＭＣＵ１２３は、前記回路切換えスイッチング部１２４を制御して、前記パック充電電圧源１２５と接続されていた回路を、前記セルバランシング電圧源１２６と接続されるように切り換える。ここで、回路切換えスイッチング部１２４のパック充電電圧源１２５と接続されたスイッチはオフになり、セルバランシング電圧源１２６と接続されたスイッチはオンになる。
【００７９】
また、前記セルバランシング電圧源１２６と接続された回路には、コンバータ１２２において変換された直流入力電源の電圧が供給されるようにする。
【００８０】
更に、前記ＢＭＳ１１０からセルバランシングを行う旨の信号が印加されたセルスイッチング部１３０は、第１のスイッチ１３１及び第２のスイッチ１３２をオンにして、当該セルにセルバランシング電圧が供給されるようにする。このとき、第２のスイッチ１３２は、前記コンバータ１２２と接続されたグランドと接続される。
【００８１】
更にまた、前記セルバランシング電圧源１２６を介して充電されていたセルのセルバランシングが完了した場合、前記ＢＭＳ１１０は、前記ＭＣＵ１３０にバッテリパックの充電を中止する旨の指令を伝送し、前記セルスイッチング部１３０にはセルバランシングを中止する旨の信号を印加する。
【００８２】
前記ＢＭＳ１１０から充電を中止する旨の指令を受け取ったＭＣＵ１２３は、回路切換えスイッチング部１２４を制御して、前記パック充電電圧源１２５及びセルバランシング電圧源１２６の回路の接続を解除する。ここで、スイッチング部１２４のセルバランシング電圧源１２６と接続されたスイッチはオフになる。
【００８３】
加えて、ＢＭＳ１１０からセルバランシングを中止する旨の信号を印加したセルスイッチング部１３０は、前記第１のスイッチ１３１及び第２のスイッチ１３２をオフにする。このとき、第２のスイッチ１３２の前記グランドとの接続は解除される。
【００８４】
２．本発明の実施形態に係るセルバランシング方法
本発明のセルバランシング方法は、バッテリパックの充電に際してセルバランシングを行う必要がある場合、回路に供給されていたパック充電電圧をセルバランシング電圧に切り換え、前記セルバランシング電圧が供給されるようにセルバランシングを行う必要がある当該セルのスイッチを制御してセルバランシングを行う方法である。
【００８５】
図３は、本発明の実施形態に係るセルバランシング方法の手順図である。
【００８６】
図３を参照すると、本発明の実施形態に係るセルバランシング方法は、まず、外部電源から供給される入力電圧からバッテリパックの充電を行い（バッテリパック充電ステップ）（Ｓ３１０）、充電中のバッテリパックのバッテリセルにおいて電圧バラツキが生じる場合、当該バッテリセルがセルバランシングを行う必要があるものであるか否かを診断する（セルバランシング診断ステップ）（Ｓ３２０）。前記セルバランシング診断ステップ（Ｓ２２０）において、セルバランシングを行う必要があると診断された場合、当該バッテリセルにセルバランシング電圧が供給されるように回路を切り換えてパック充電電圧源１２５と接続されていた電源供給回路をセルバランシング電圧源１２６と接続する（回路切換えステップ）（Ｓ３３０）。
【００８７】
また、前記回路切換えステップ（Ｓ３３０）において切り換えられた回路を介して入ってくるセルバランシング電圧をセルバランシングを行う必要があるセルに供給するように当該バッテリセルのセルスイッチ（１３１、１３２）をオンにする（セルスイッチ制御ステップ）（Ｓ３４０）。このとき、第２のスイッチ１３２は、前記コンバータ１２２と接続されたグランドと接続される。
【００８８】
ここで、前記回路切換えステップ（Ｓ３３０）における回路の切換え方法は、コンバータ１２２とパック充電電圧源１２５とを接続するスイッチをオフにし、コンバータ１２２とセルバランシング電圧源１２６とを接続するスイッチをオンにして回路を切り換える方法である。
【００８９】
また、バッテリパックを充電する充電電圧は、一実施形態によれば、１６．８Ｖに設定するが、これに何ら限定されない。
【００９０】
更に、前記セルバランシング電圧は、前記バッテリセルにおいて用いられる電圧の大きさであり、一実施形態によれば、５Ｖに設定するが、これに何ら限定されない。
【００９１】
一方、セルバランシングの終了後に、ＢＭＳは、バッテリパックの追加的な判断を行う必要があるか、或いは、充電を中止するかをセルバランシング済みのセル電圧を基準として判断する。
【００９２】
もし、前記バッテリパックに追加的な充電を行う必要があると判断された場合、セルバランシングを行うために接続された回路を再びバッテリパック充電回路に接続するようにセルバランシング電圧源１６０と接続されたスイッチをオフにし、パック充電電圧源１５０と接続されたスイッチをオンにする。
【００９３】
また、セルバランシングを行って各バッテリセルの第１のスイッチ１３１及び第２のスイッチ１３２もオフにする。このとき、第２のスイッチ１３２の前記グランドとの接続は解除される。
【００９４】
これに対し、セルバランシングの終了後に、前記バッテリパックの充電が完了した場合には、それ以上充電を行う必要がないため、セルバランシングを行うために前記セルバランシング電圧源１６０と接続されたスイッチをオフにし、セルバランシングを行って各バッテリセルの第１のスイッチ１３１及び第２のスイッチ１３２もオフにする。このとき、第２のスイッチ１３２の前記グランドとの接続は解除される。
【００９５】
一方、前記セルバランシング診断ステップ（Ｓ３２０）の詳細については、図４に基づいて説明する。
【００９６】
図４は、本発明の実施形態に係るセルバランシング方法におけるセルバランシング診断ステップの手順図である。
【００９７】
図４を参照すると、前記２つ以上のバッテリセルの各電圧を周期的に測定し（セル電圧測定ステップ：Ｓ３２１）、前記セル電圧測定ステップ（Ｓ３２１）において測定された２つ以上のバッテリセル電圧を用いて、セル間の電圧偏差を演算する（電圧偏差演算ステップ：Ｓ３２２）。
【００９８】
また、前記電圧偏差演算ステップ（Ｓ３２２）において演算されたセル間の電圧偏差と既に設定された所定の範囲の電圧偏差とを比較する（電圧偏差比較ステップ：Ｓ３２３）。
【００９９】
前記電圧偏差比較ステップ（Ｓ３２３）において、セル間の電圧偏差が既に設定された所定の範囲の電圧偏差よりも大きい場合、前記回路切換えステップ（Ｓ３３０）を行う。
ここで、周期は、ユーザが任意に設定した周期であり、その間隔をバッテリパックの充電効率が低下しない範囲内に設定する。
【０１００】
また、電圧偏差の演算方法は、各バッテリセルにおいて測定された電圧の最高値を用いて、最高値から各セルの電圧値を差し引く方法である。
【０１０１】
更に、既に設定された所定の範囲の電圧偏差は、少量のセルバランシング電圧であり、セルバランシングを行う必要があるバッテリセルが充電される時間を短縮させながら効率よいバッテリパックの充電が行えるような範囲に設定する。
【０１０２】
別の実施形態は、セルバランシングの要否をリアルタイムにて判断する方法であり、同方法は、リアルタイムにて電圧を測定して判断しなければならないため、アルゴリズムが複雑になるという欠点がある。
【０１０３】
したがって、別の実施形態は、バッテリパックの充電を完了した後、セルバランシングを行う方法である。
【０１０４】
まず、外部電源から供給される入力電源を用いてバッテリパックの充電を完了し、２つ以上のバッテリセルの各電圧を測定する。
【０１０５】
また、前記測定されたセル電圧を既に設定された所定の電圧とそれぞれ比較して、前記測定されたセル電圧が既に設定された所定の電圧未満である場合、当該セルは、セルバランシングを行う必要があると判断する。前記セルバランシングの要否の判断に基づいて、既存のバッテリパックを充電するために接続された回路からセルバランシングを行う回路に接続されるように回路を切り換え、セルスイッチング部１３０においては、前記スイッチ１３１及び第２のスイッチ１３２をオン制御して前記セルバランシングを行う回路から電圧が供給できるようにする。このとき、第２のスイッチ１３２は、前記コンバータ１２２と接続されたグランドと接続される。
【０１０６】
セルバランシングの終了後に、バッテリパックの充電が完了したため、セルバランシングを行うためにセルバランシング電圧源１２６と接続された回路のスイッチをオフにし、セルバランシング電圧が供給されていた前記スイッチ１３１及び第２のスイッチ１３２もオフにする。このとき、第２のスイッチ１３２の前記グランドとの接続は解除される。
【０１０７】
一方、本発明の技術的な思想は、前記実施形態を挙げて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものに過ぎず、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野において通常の知識を有する者であれば、叙述した特許請求の範囲の技術内において種々の実施形態が採用可能である筈である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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