(57)【要約】  本発明は、省エネルギー及び速いセルバランシングが可能な充電制御装置及び方法を開示する。本発明によれば、複数のバッテリーセルのうちいずれか一つが満充電状態に達すれば、充電を一時中止する。また、充電状態が最も低いバッテリーセルが補助充電対象として決定され、残りのバッテリーセルが強制放電対象として決定される。続いて、補助充電及び強制放電を含むセルバランシングが行われる。強制放電されるバッテリーセルのうち補助充電されるバッテリーセルと充電状態が同一なバッテリーセルの数が基準ナンバー以上になれば、セルバランシングが中断され、充電が再開される。このようなセルバランシング過程は、複数のバッテリーセルのうちいずれか一つが満充電状態に達する度に繰り返される。本発明は、強制放電によるセルバランシング過程において、エネルギーの無駄使いを減らし、満充電状態までの充電に要する時間を短縮することができる。  【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続した第１〜第ｎバッテリーセルから構成された高電圧バッテリーの充電を制御する充電制御装置であって、
前記第１〜第ｎバッテリーセルに各々接続した第１〜第ｎ放電回路と、
前記第１バッテリーセルと前記第ｎバッテリーセルに高電圧充電電源を印加し、高電圧充電スイッチ部を含む高電圧充電ラインと、
低電圧充電電源が印加される補助充電ラインと、
前記補助充電ラインを前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち少なくとも一つと選択的に接続できるように前記第１〜第ｎバッテリーセルと各々接続した第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路と、
前記高電圧充電スイッチ部、前記第１〜第ｎ放電回路及び前記第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路と電気的に結合した制御ユニットと、を備えてなり、
前記制御ユニットが、
（ａ）前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電状態を計算し、
（ｂ）前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電が行われる間、前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち少なくとも一つが満充電状態に達すれば、前記高電圧充電スイッチ部をターンオフし、
（ｃ）前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち充電状態が最も低い少なくとも一つのバッテリーセルを補助充電対象として決定し、残りのバッテリーセルを強制放電対象として決定し、
（ｄ）前記強制放電対象として決定された各バッテリーセルと接続した放電回路を動作させて該当のバッテリーセルを強制放電すると共に、前記補助充電対象として決定されたバッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させて該当のバッテリーセルを補助充電ラインに接続して補助充電し、
（ｅ）強制放電されるバッテリーセルのうち補助充電されるバッテリーセルと充電状態が同一なバッテリーセルができれば、該当のバッテリーセルと接続した放電回路の動作を中断させ、該当のバッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させるように構成されてなることを特徴とする、充電制御装置。
【請求項２】
前記第１〜第ｎ放電回路の各々が、放電スイッチ及び放電抵抗を含み、
前記第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路の各々が、充電スイッチを含むことを特徴とする、請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項３】
前記制御ユニットが、（ｆ）強制放電及び補助充電を行う過程で充電状態が同一なバッテリーセルの数が基準ナンバー以上になれば、全ての放電回路及び全ての補助充電スイッチ回路の動作を中断させ、前記高電圧充電スイッチ部をターンオンするように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項４】
前記制御ユニットが、前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電状態が満充電状態になるまで前記（ａ）〜前記（ｆ）の制御ロジッグを繰り返すように構成されたことを特徴とする、請求項３に記載の充電制御装置。
【請求項５】
前記制御ユニットが、補助充電の対象になるバッテリーセルの数が増加するにつれ、前記基準ナンバーを増加させるように構成されたことを特徴とする、請求項３に記載の充電制御装置。
【請求項６】
前記第１〜第ｎバッテリーセルの電圧を測定する電圧測定部と、前記第１〜第ｎバッテリーセルに対する充電電流または放電電流の大きさを測定する電流測定部と、前記第１〜第ｎバッテリーセルの温度を測定する温度測定部と、を備え、
前記制御ユニットは、前記第１〜第ｎバッテリーセルの電圧測定値、電流測定値及び温度測定値を用いて、各バッテリーセルの充電状態を計算してモニターするように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項７】
充電電源部と結合し、前記高電圧充電ラインと前記補助充電ラインとが接続したコネクター部をさらに備え、
前記補助充電ラインが、前記コネクター部によって印加される充電電圧を降圧する変圧器を含むことを特徴とする、請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項８】
前記コネクター部は、前記充電電源部から延びた高電圧充電ケーブルが接続する入力端子と、前記高電圧充電ラインが接続する第１出力端子と、前記補助充電ラインが接続する第２出力端子と、を備えてなることを特徴とする、請求項７に記載の充電制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の充電制御装置を備えてなる、バッテリー管理システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の充電制御装置を備えてなる、バッテリーパック。
【請求項１１】
直列接続した第１〜第ｎバッテリーセルを含む高電圧バッテリーの充電を制御する方法であって、
前記第１バッテリーセルと前記第ｎバッテリーセルに高電圧充電電源を印加して高電圧バッテリーを充電する第１段階と、
前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電状態を計算してモニターする第２段階と、
前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電が行われる間、前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち少なくとも一つが満充電状態に達すれば、前記高電圧充電電源の印加を中止する第３段階と、
前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち充電状態が最も低い少なくとも一つのバッテリーセルを補助充電対象として決定し、残りのバッテリーセルを強制放電対象として決定する第４段階と、
前記強制放電対象として決定された各バッテリーセルと接続した放電回路を動作させて該当のバッテリーセルを強制放電すると共に、前記補助充電対象として決定された各バッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させて該当のバッテリーセルを補助充電ラインに接続して補助充電する第５段階と、
強制放電されるバッテリーセルのうち補助充電されるバッテリーセルと充電状態が同一なバッテリーセルを識別する第６段階と、
前記識別されたバッテリーセルと接続した放電回路の動作を中断させ、該当のバッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させる第７段階と、を含むことを特徴とする、充電制御方法。
【請求項１２】
強制放電と補助充電とを共に行う過程で、充電状態が同一なバッテリーセルの数が基準ナンバー以上になれば、全ての放電回路及び全ての補助充電スイッチ回路の動作を中断させる第８段階と、
前記高電圧充電電源の印加を再開する第９段階と、をさらに含んでなることを特徴とする、請求項１１に記載の充電制御方法。
【請求項１３】
前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電状態が満充電状態になるまで前記第１段階〜前記第９段階を繰り返すことを特徴とする、請求項１２に記載の充電制御方法。
【請求項１４】
補助充電の対象になるバッテリーセルの数が増加するにつれ、前記基準ナンバーを増加させる段階をさらに含んでなることを特徴とする、請求項１２に記載の充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のバッテリーセルからなる高電圧バッテリーを満充電状態まで充電するときに伴われるセルバランシング過程において、省エネルギー及び速いバランシング効果を期待することができる充電制御装置及び方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１７年１月１０日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００３７５９号及び２０１８年１月８日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０００２５０８号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、全て本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
バッテリーは、携帯電話、ラップトップコンピューター、スマートフォン、スマートパッドなどのモバイルデバイスのみならず、電気で駆動する自動車（ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や大容量電力貯蔵装置（ＥＳＳ）などの分野にまでその用途が急速に拡散しつつある。
【０００４】
電気自動車に搭載される高電圧バッテリーは、直列で接続した複数のバッテリーセルを含む。場合によって、各バッテリーセルは並列で接続した複数の単位セルから構成され得る。
【０００５】
本明細書において、バッテリーセルは、単位セル一つまたは並列接続した複数の単位セルを含み得る。単位セルは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例で、パウチ型リチウムポリマーセル一つが単位セルとして見なされ得る。
【０００６】
高電圧バッテリーを構成するバッテリーセルは、電気化学的特性が同一でない。また、高電圧バッテリーの充放電サイクル数が増加すれば、各バッテリーセルごとに劣化程度が異なるので、バッテリーセル性能のばらつきはさらに大きくなる。したがって、高電圧バッテリーが満充電状態まで充電される間、各バッテリーセルの充電状態は相異なる速度で上昇する。
【０００７】
ここで、充電状態は、バッテリーセルの満充電容量を基準で現在まで充電された容量の相対比率を数値で示したパラメーターである。前記充電状態は％で表すか、０〜１間の数で表す。満充電容量は、バッテリーセルの充放電サイクル数が増加するほど徐々に減少する。
【０００８】
高電圧バッテリーに対して満充電状態まで充電が行われるとき、劣化したバッテリーセルは、容量劣化が相対的に少ないバッテリーセルに比べて充電状態の増加速度が速い。劣化したバッテリーセルは、劣化していないバッテリーセルよりも、満充電容量が減少した状態にあるためである。したがって、高電圧バッテリーが充電される間に各バッテリーセルの充電状態には差が生じるようになる。
【０００９】
従来の高電圧バッテリー充電技術は、バッテリーセルが相互間の充電状態のばらつきを解消するために、充電を一時中断してセルバランシングを行う過程を含む。
【００１０】
セルバランシング技術には様々があるが、回路構成が簡単であるという利点から充電状態が相対的に高いバッテリーセルを強制に放電させるバック（ＢＵＣＫ）バランシングが主に用いられる。
【００１１】
ところが、バックバランシングは、セルバランシング過程でエネルギーが無駄遣いされる問題がある。また、バックバランシングを行えば、全体バッテリーセルの充電状態が低くなるため、満充電までの所要時間がその分長くなるという問題がある。
【００１２】
図１は、従来のバックバランシング技術が有する問題点を説明するための概念図である。
【００１３】
図１を参照すれば、ｎ個のバッテリーセルが高電圧バッテリーを構成するために直列で接続している。高電圧バッテリーは、充電のために充電電源部１０に接続している。
【００１４】
各バッテリーセルには、スイッチＳ1〜Ｓnと放電抵抗Ｒ1〜Ｒnを含む放電回路が個別的に接続している。ある一つの放電回路のスイッチがターンオンされれば、該当の放電回路と接続したバッテリーセルが放電しながら充電状態が低くなる。
【００１５】
図１において、各バッテリーセルの右側に表された数値は、充電状態を示す。１番セルとｎ番セルは充電状態が１００％であり、２番セルは充電状態が９０％、ｎ−１番セルは充電状態が８０％である。ｎ個のバッテリーセルのうち、充電状態はｎ−１番目のバッテリーセルが最も低い。各バッテリーセルに表されたハッチング領域の高さは充電状態の大きさを示し、以下においても同様である。
【００１６】
高電圧バッテリーが充電される間、図１に示したように、１番セルとｎ番セルの充電状態が１００％になれば充電が一時中断され、強制放電によるバックバランシング過程が行われる。充電が続けば、１番セルとｎ番セルが過充電（ｏｖｅｒ−ｃｈａｒｇｅ）されるためである。
【００１７】
バックバランシングは、充電状態が１００％である１番セル及びｎ番セルと、充電状態が９０％である２番セルとの充電状態が、ｎ−１番セルの最低充電状態になるまで行われる。
【００１８】
バックバランシングが行われる間、１番セル、２番セル及びｎ番セルと接続した放電回路に含まれたスイッチＳ1、Ｓ2、Ｓnがターンオン状態を維持し、各セルの充電状態は８０％まで低くなる。
【００１９】
このような過程において、１番セルとｎ番セルに対しては、２０％の充電状態に相当のエネルギーが無駄使いされ、２番セルに対しては、１０％の充電状態に相当のエネルギーが無駄使いされる。また、全体バッテリーセルの充電状態が８０％に低くなったため、全てのバッテリーセルが満充電になるまでの所要時間がその分長くなる。全てのバッテリーセルの充電状態が８０％に低くなったので、１番セル、２番セル及びｎ番セルの充電状態と満充電状態（１００％）との差がバックバランシングが行われる前よりも増加したためである。
【００２０】
一方、全てのバッテリーセルの充電状態が８０％になれば、充電が再開される。しかし、充電を再開した以後にも特定のバッテリーセルの充電状態が１００％に先に到達する状況が再現される。
【００２１】
したがって、充電状態が最も低いセルを除いた残りのセルを再度放電させ、充電状態を下位平準化するバックバランシング過程が繰り返される。この過程で前述の問題点がまた発生するようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高電圧バッテリーを満充電状態まで充電する間、強制放電によって各バッテリーセルの充電状態をバランシングする過程において、エネルギーの無駄使いを減らし、満充電までの所要時間を短縮することができる、改善した充電制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の課題を達成するため、本発明による高電圧バッテリー充電制御装置は、直列接続した第１〜第ｎバッテリーセルから構成された高電圧バッテリーの充電を制御する装置である。
【００２４】
本発明による充電制御装置は、前記第１〜第ｎバッテリーセルに各々接続した第１〜第ｎ放電回路と、前記第１バッテリーセルと前記第ｎバッテリーセルに高電圧充電電源を印加し、高電圧充電スイッチ部を含む高電圧充電ラインと、低電圧充電電源が印加される補助充電ラインと、前記補助充電ラインを前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち少なくとも一つと選択的に接続できるように前記第１〜第ｎバッテリーセルと各々接続した第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路と、前記高電圧充電スイッチ部、前記第１〜第ｎ放電回路及び前記第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路と電気的に結合した制御ユニットと、を含む。
【００２５】
望ましくは、前記制御ユニットは、（ａ）前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電状態を計算し、（ｂ）前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電が行われる間、前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち少なくとも一つが満充電状態に達すれば、前記高電圧充電スイッチ部をターンオフし、（ｃ）前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち充電状態が最も低い少なくとも一つのバッテリーセルを補助充電対象として決定し、残りのバッテリーセルを強制放電対象として決定し、（ｄ）前記強制放電対象として決定された各バッテリーセルと接続した放電回路を動作させて該当のバッテリーセルを強制放電すると共に、前記補助充電対象として決定されたバッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させて該当のバッテリーセルを補助充電ラインに接続して補助充電し、（ｅ）強制放電されるバッテリーセルのうち補助充電されるバッテリーセルと充電状態が同一なバッテリーセルができれば、該当のバッテリーセルと接続した放電回路の動作を中断させ、該当のバッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させるように構成される。
【００２６】
一例で、前記第１〜第ｎ放電回路の各々は、放電スイッチ及び放電抵抗を含み、前記第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路の各々は、充電スイッチを含み得る。
【００２７】
他面によれば、前記制御ユニットは、（ｆ）強制放電及び補助充電を行う過程で充電状態が同一なバッテリーセルの数が基準ナンバー以上になれば、全ての放電回路及び全ての補助充電スイッチ回路の動作を中断させ、前記高電圧充電スイッチ部をターンオンするように構成され得る。
【００２８】
さらなる他面によれば、前記制御ユニットは、前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電状態が満充電状態になるまで前記（ａ）〜前記（ｆ）の制御ロジッグを繰り返すように構成され得る。
【００２９】
望ましくは、前記制御ユニットは、補助充電の対象になるバッテリーセルの数が増加するにつれ、前記基準ナンバーを増加させるように構成され得る。
【００３０】
望ましくは、本発明による制御装置は、前記第１〜第ｎバッテリーセルの電圧を測定する電圧測定部と、前記第１〜第ｎバッテリーセルに対する充電電流または放電電流の大きさを測定する電流測定部と、前記第１〜第ｎバッテリーセルの温度を測定する温度測定部と、を含み、前記制御ユニットは、前記第１〜第ｎバッテリーセルの電圧測定値、電流測定値及び温度測定値を用いて、各バッテリーセルの充電状態を計算してモニターするように構成され得る。
【００３１】
望ましくは、本発明による充電制御装置は、充電電源部と結合し、前記高電圧充電ラインと前記補助充電ラインとが接続したコネクター部をさらに含み、前記補助充電ラインは、前記コネクター部によって印加される充電電圧を降圧する変圧器を含み得る。
【００３２】
前記変圧器は、前記コネクター部の内部に含まれることを制限しない。
【００３３】
望ましくは、前記コネクター部は、前記充電電源部から延びた高電圧充電ケーブルが接続する入力端子と、前記高電圧充電ラインが接続する第１出力端子と、前記補助充電ラインが接続する第２出力端子と、を含み得る。
【００３４】
前記技術的課題を達成するための本発明による高電圧バッテリー充電制御方法は、直列接続した第１〜第ｎバッテリーセルを含む高電圧バッテリーの充電を制御する方法であって、前記第１バッテリーセルと前記第ｎバッテリーセルに高電圧充電電源を印加して高電圧バッテリーを充電する第１段階と、前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電状態を計算してモニターする第２段階と、前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電が行われる間、前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち少なくとも一つが満充電状態に達すれば、前記高電圧充電電源の印加を中止する第３段階と、前記第１〜第ｎバッテリーセルのうち充電状態が最も低い少なくとも一つのバッテリーセルを補助充電対象として決定し、残りのバッテリーセルを強制放電対象として決定する第４段階と、前記強制放電対象として決定された各バッテリーセルと接続した放電回路を動作させて該当のバッテリーセルを強制放電させると共に、前記補助充電対象として決定された各バッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させて該当のバッテリーセルを補助充電ラインに接続して補助充電する第５段階と、強制放電されるバッテリーセルのうち補助充電されるバッテリーセルと充電状態が同一なバッテリーセルを識別する第６段階と、前記識別されたバッテリーセルと接続した放電回路の動作を中断させ、該当のバッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させる第７段階と、を含み得る。
【００３５】
他面によれば、本発明による充電制御方法は、強制放電と補助充電とを共に行う過程で、充電状態が同一なバッテリーセルの数が基準ナンバー以上になれば、全ての放電回路及び全ての補助充電スイッチ回路の動作を中断させる第８段階と、前記高電圧充電電源の印加を再開する第９段階と、をさらに含み得る。
【００３６】
望ましくは、本発明による充電制御方法は、前記第１〜第ｎバッテリーセルの充電状態が満充電状態になるまで前記第１段階〜前記第９段階を繰り返し得る。
【００３７】
さらなる他面において、本発明による充電制御方法は、補助充電の対象になるバッテリーセルの数が増加するにつれ、前記基準ナンバーを増加させる段階をさらに含み得る。
【００３８】
本発明の技術的な課題は、本発明による充電制御装置を含むバッテリーパック及びバッテリー管理システムによっても達成することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、時間の経過につれ、補助充電の対象になるバッテリーセルが増加する一方、強制放電の対象になるバッテリーセルは減少する。そして、結局は全てのバッテリーセルの充電状態が１００％に収斂するようになる。また、セルバランシングが行われる過程で、強制放電と補助充電とが共に行われるため、全体バッテリーセルの充電状態が平均的に増加しながらセルバランシングが行われる。したがって、セルバランシング過程において強制放電によって消耗するエネルギー量を減少させることができ、満充電までの所要時間も短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【図１】従来のバックバランシング技術が有する問題点を説明するための概念図である。
【図２】本発明の一実施例による高電圧バッテリーの充電制御装置の一実施例を示したブロックダイヤグラムである。
【図３】本発明の実施例によって制御ユニットが高電圧バッテリーの充電を制御する方法を具体的に示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想の全てを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００４２】
以下に説明する実施例において、バッテリーセルは、リチウム二次電池を指す。ここで、リチウム二次電池とは、充電と放電が行われる間、リチウムイオンが作動イオンとして作用して正極と負極で電気化学的反応を誘発する二次電池を総称する。
【００４３】
一方、リチウム二次電池に用いられた電解質や分離膜の種類、二次電池の包装に使われた包装材の種類、リチウム二次電池の内部または外部の構造などによって二次電池の名称が変更されても、リチウムイオンが作動イオンとして使われる二次電池であれば、全て前記リチウム二次電池の範疇に含まれると解釈すべきである。
【００４４】
本発明は、リチウム二次電池以外の他の二次電池にも適用可能である。したがって、作動イオンがリチウムイオンではないとしても、本発明の技術的思想が適用できる二次電池であれば、その種類を問わず全て本発明の範疇に含まれるものとして解釈すべきである。
【００４５】
また、バッテリーセルは、一つの単位セルまたは並列接続した複数の単位セルを指称し得ることを予め明らかにしておく。
【００４６】
図２は、本発明の一実施例による高電圧バッテリーの充電制御装置の一実施例を示したブロックダイヤグラムである。
【００４７】
図２を参照すれば、本発明の実施例による充電制御装置２０は、直列接続した第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnから構成された高電圧バッテリー２１の充電を制御する装置である。
【００４８】
一面において、充電制御装置２０は、コネクター部３０を含む。コネクター部３０は、外部の充電電源部３１に脱着可能である。
【００４９】
一例において、高電圧バッテリー２１が電気自動車に搭載されたバッテリーである場合、コネクター部３０は、電気自動車に備えられた充電用コネクターであり得る。そして、充電電源部３１は、電気自動車用充電器であり得る。
【００５０】
望ましくは、コネクター部３０は、充電電源部３１から出力される高電圧充電電力が印加される入力端子３２を含む。
【００５１】
また、コネクター部３０は、高電圧バッテリー２１の充電時、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnを同時に充電できる高電圧充電電力を出力する第１出力端子３３を含む。
【００５２】
また、コネクター部３０は、高電圧バッテリー２１を満充電状態まで充電する過程でセルバランシングが行われるとき、強制放電が行われない少なくとも一つのバッテリーセルを補助的に充電できる補助充電電力を出力する第２出力端子３４を含む。前記第１出力端子３３には高電圧充電ライン２３が接続し、前記第２出力端子３４には補助充電ライン２４が接続する。
【００５３】
一面において、第１出力端子３３及び第２出力端子２４から出力される充電電力は、その大きさが同一であり得る。この場合、補助充電ライン２４は、少なくとも一つのバッテリーセルを補助的に充電できる水準に充電電力を減少させる変圧器３５を選択的にさらに含み得る。変圧器３５の電力変換比は、補助充電ライン２４によって補助充電しようとするバッテリーセルの数に応じて予め決定できる。補助充電が可能なバッテリーセルの数は、１〜ｎ−１の範囲で選択することができる。ここで、ｎは、バッテリーセルの総数である。
【００５４】
前記変圧器３５は、図示とは相違に、コネクター部３０の内部に含まれ得る。この場合、変圧器３５は、入力端子３２と第２出力端子３４との間に電気的に接続し、入力端子３２を介して供給される充電電力を補助充電電力に変換することができる。
【００５５】
充電制御装置２０は、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnに各々接続した第１〜第ｎ放電回路Ｄ1、Ｄ2、…、Ｄn-1、Ｄnを含む。
【００５６】
望ましくは、第１放電回路Ｄ1は、放電スイッチＳ1及び放電抵抗Ｒ1を含む。類似に、第１放電回路Ｄ2は、放電スイッチＳ2及び放電抵抗Ｒ2を含む。類似に、第ｎ−１放電回路Ｄn-1は、放電スイッチＳn-1及び放電抵抗Ｒn-1を含む。類似に、第ｎ放電回路Ｄnは、放電スイッチＳn及び放電抵抗Ｒnを含む。図示していないが、第３放電回路Ｄ3〜第ｎ−２放電回路Ｄn-2も同一構成を有する。
【００５７】
また、充電制御装置２０は、第１バッテリーセルＢ1と前記第ｎバッテリーセルＢnに高電圧充電電源を印加し、高電圧充電スイッチ部２２を含む高電圧充電ライン２３を含む。高電圧充電ライン２３は、コネクター部３０の第１出力端子３３と電気的に結合する。
【００５８】
また、充電制御装置２０は、強制放電方式でセルバランシングが行われる過程で強制放電が行われない少なくとも一つのバッテリーセルを補助的に充電できる補助充電ライン２４を含む。補助充電ライン２４は、コネクター部３０の第２出力端子３４と電気的に結合する。
【００５９】
また、充電制御装置２０は、補助充電ライン２４を前記第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnより選択された一つまたは複数のバッテリーセルと選択的に接続できるように第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnと各々接続した第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路Ｃ1、Ｃ2、…、Ｃn-1、Ｃnを含む。
【００６０】
望ましくは、第１補助充電スイッチ回路Ｃ1は、第１バッテリーセルＢ1の正極及び負極に各々接続した第１スイッチＣ1,1及び第２スイッチＣ1,2を含む。類似に、第２補助充電スイッチ回路Ｃ2は、第１スイッチＣ2,1及び第２スイッチＣ2,2を含む。類似に、第ｎ−１補助充電スイッチ回路Ｃn-1は、第１スイッチＣn-1,1及び第２スイッチＣn-1,2を含む。類似に、第ｎ補助充電スイッチ回路Ｃnは、第１スイッチＣn,1及び第２スイッチＣn,2を含む。図示していないが、第３補助充電スイッチ回路Ｃ3〜第ｎ−２補助充電スイッチ回路Ｃn-2も同一構成を有する。
【００６１】
また、充電制御装置２０は、高電圧充電スイッチ部２２、第１〜第ｎ放電回路Ｄ1、Ｄ2、…、Ｄn-1、Ｄn及び第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路Ｃ1、Ｃ2、…、Ｃn-1、Ｃnと電気的に結合した制御ユニット２５を含む。
【００６２】
ここで、電気的結合とは、制御ユニット２５が高電圧充電スイッチ部２２、第１〜第ｎ放電回路Ｄ1、Ｄ2、…、Ｄn-1、Ｄn及び第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路Ｃ1、Ｃ2、…、Ｃn-1、Ｃnの動作を能動的に制御できるように前記高電圧充電スイッチ部２２、第１〜第ｎ放電回路Ｄ1、Ｄ2、…、Ｄn-1、Ｄn及び第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路Ｃ1、Ｃ2、…、Ｃn-1、Ｃnと電気的に結合した場合をいう。
【００６３】
望ましくは、制御ユニット２５は、高電圧充電スイッチ部２２のターンオンまたはターンオフを制御する信号を出力する。また、制御ユニット２５は、第１〜第ｎ放電回路Ｄ1、Ｄ2、…、Ｄn-1、Ｄnに含まれた放電スイッチＳ1、Ｓ2、…、Ｓn-1、Ｓnのターンオンまたはターンオフを個別的に制御できる信号を出力する。また、制御ユニット２５は、第１〜第ｎ補助充電スイッチ回路Ｃ1、Ｃ2、…、Ｃn-1、Ｃnに含まれた第１スイッチＣ1,1、Ｃ2,1、…、Ｃn-1,1、Ｃn,1及び第２スイッチＣ1,2、Ｃ2,2、…、Ｃn-1,2、Ｃn,2のターンオンまたはターンオフを個別的に制御できる信号を出力する。
【００６４】
望ましくは、充電制御装置２０は、保存部２９を含み得る。保存部２９は、情報を記録して消去できる保存媒体であれば、その種類は特に制限されない。
【００６５】
一例で、保存部２９は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスター、フラッシュメモリー、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体であり得る。
【００６６】
また、保存部２９は、制御ユニット２５によって接近できるよう、例えば、データバスなどを介して制御ユニット２５と電気的に接続し得る。
【００６７】
また、保存部２９は、制御ユニット２５が行う各種制御ロジッグを含むプログラム、及び／または制御ロジッグが実行されるときに発生するデータを保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。
【００６８】
保存部２９は、論理的に２つ以上に分割可能であり、制御ユニット２５内に含まれることを制限しない。
【００６９】
望ましくは、充電制御装置２０は、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnに対する電圧を測定する電圧測定部２６と、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnに対する充電電流または放電電流の大きさを測定する電流測定部２７と、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの温度を測定する温度測定部２８と、を含む。
【００７０】
電圧測定部２６は、電気的信号を交換できるよう制御ユニット２５と電気的に結合する。電圧測定部２６は、制御ユニット２５の統制下に、時間間隔を置いて各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの正極と負極との間に印加される電圧を測定し、測定された電圧の大きさを示す信号を制御ユニット２５に出力する。制御ユニット２５は、電圧測定部２６より出力される信号から各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの電圧を決定し、決定された電圧値を保存部２９に保存する。
【００７１】
電圧測定部２６は、当業界で通常使用する電圧測定回路、例えば、差動増幅器（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）から構成され得る。各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの電圧を測定するための電圧測定部２６の回路構成は、当業者に自明であるため、詳しい説明は省略する。
【００７２】
電流測定部２７は、電気的信号を交換できるように制御ユニット２５と電気的に結合する。電流測定部２７は、制御ユニット２５の統制下に時間間隔を置いて各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電電流または放電電流の大きさを繰り返して測定し、測定された電流の大きさを示す信号を制御ユニット２５に出力する。制御ユニット２５は、電流測定部２７より出力される信号から電流の大きさを決定し、決定された電流値を保存部２９に保存する。
【００７３】
電流測定部２７は、当業界で通常使用されるホールセンサーまたはセンス抵抗から構成され得る。ホールセンサーまたはセンス抵抗は、電流が流れる線路、例えば、高電圧充電ライン２３に設けられ得る。バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnが直列接続しているため、制御ユニット２５は、電流測定部２７を用いて高電圧測定ライン２３に流れる充電電流または放電電流を測定することで、測定された電流値をバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電電流または放電電流として決定できる。電流測定部２７は、各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電電流または放電電流の大きさを測定するための電流測定部２７の回路構成は、当業者にとって自明なので、詳しい説明は省略する。
【００７４】
温度測定部２８は、電気的信号を交換できるように制御ユニット２５と電気的に結合する。温度測定部２８は、時間間隔を置いて各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの温度を繰り返して測定し、測定された温度の大きさを示す信号を制御ユニット２５に出力する。制御ユニット２５は、温度測定部２８より出力される信号から各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの温度を決定し、決定された温度値を保存部２９に保存する。
【００７５】
温度測定部２８は、当業界で通常使用される熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）から構成され得る。各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの温度を測定するための温度測定部２８の回路構成は、当業者に自明であるので、詳しい説明は省略する。
【００７６】
望ましくは、制御ユニット２５は、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnが充電または放電する間、各々の充電状態（ＳＯＣ）を計算してモニタリングすることができる。
【００７７】
一面において、制御ユニット２５は、保存部２９に保存された各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電電流及び放電電流を積算し、各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態を推正できる。
【００７８】
各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電または放電が開始されるとき、充電状態の初期値は、充電または放電が開始される前に測定した各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの電圧を用いて決定することができる。充電または放電が開始される前に測定した電圧は、開放電圧（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）となる。
【００７９】
このために、保存部２９は、開放電圧ごとに充電状態を定義した開放電圧−充電状態ルックアップテーブルを含み、制御ユニット２５は、ルックアップテーブルから各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの開放電圧に対応する充電状態をマッピングできる。マッピングされた充電状態は、各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態に対する初期値として設定できる。
【００８０】
他面において、制御ユニット２５は、拡張カルマンフィルターを用いて各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態を算出することができる。拡張カルマンフィルターとは、バッテリーセルの電圧、電流及び温度を用いてバッテリーセルの充電状態を適応的に推正する数学的アルゴリズムを称する。
【００８１】
拡張カルマンフィルターを用いた充電状態の推定は、一例として、グレゴリー・エル・プレット（Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｌ．  Ｐｌｅｔｔ）氏の論文「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｋａｌｍａｎ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  ＬｉＰＢ−ｂａｓｅｄ  ＨＥＶ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｐａｃｋｓ  Ｐａｒｔｓ  １，  ２  ａｎｄ  ３」（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ  １３４、２００４、２５２−２６１）を参照することができ、本明細書の一部として上記論文が含まれることがある。
【００８２】
各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態は、前述の電流積算法または拡張カルマンフィルターの外にも、各バッテリーセルの電圧、温度及び電流を選択的に活用して充電状態を推定できる他の公知の方法によっても決定することができる。
【００８３】
保存部２９には、各バッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの満充電容量に関するデータが保存してあり得る。満充電容量は、充電状態の計算に使われる。満充電容量は、高電圧バッテリーが完全放電状態から満充電状態まで充電される過程で制御ユニット２５によって計算されて保存部２９に保存され得る。満充電容量は、電流積算法によって決定することができる。
【００８４】
代案として、満充電容量は、本発明が属した技術分野における公知の他の方法によって決定することができる。具体的に、制御ユニット２５は、充電状態が予め設定した基準パーセント（％）だけ変化する間、電流測定部２７によって電流積算量を決定する。そして、制御ユニット２５は、決定された電流積算量を充電状態変化量が１００％であるときを基準にして換算した上、換算された電流積算量を満充電容量として決定できる。
【００８５】
制御ユニット２５は、コネクター部３０が充電電源部３１に結合すれば、高電圧バッテリー２１の充電を開始し、満充電状態まで充電を行う過程で、以下に説明するセルバランシングを共に並行する。
【００８６】
図３は、本発明の実施例によって制御ユニット２５が高電圧バッテリーの充電を制御する方法を具体的に示したフローチャートである。
【００８７】
図３に示したように、段階Ｓ１０において、制御ユニット２５は、充電が開始されれば、高電圧充電ライン２３に設けられた高電圧充電スイッチ部２２をターンオンする（Ｓ１０）。そうすれば、充電電流が第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnを通して流れ、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電が開始される。
【００８８】
充電の開始は、充電電源部３１から伝送される充電開始要求信号に応じて行われ得る。充電開始要求信号の受信のために、コネクター部３０は、通信インターフェース（図２の３６）を含んでもよく、制御ユニット２５は、通信インターフェース３６を介して電気的信号を送受信できるように電気的に結合してもよい。代案的に、充電の開始は、制御ユニット２５が、コネクター部３０が充電電源部３１に結合したことを認識することによって行われることも可能である。
【００８９】
制御ユニット２５は、段階Ｓ２０で高電圧バッテリー２１の充電が行われる間、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態を計算してモニタリングする。充電状態は、電流積算法または拡張カルマンフィルターを用いて計算可能である。
【００９０】
充電状態の計算のために、制御ユニット２５は、電圧測定部２６、電流測定部２７及び温度測定部２８を制御し、一定の時間間隔で第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの電圧、電流及び温度データを得て、保存部２９に周期的に記録できる。そして、制御ユニット２５は、得られたデータを用いて電流積算法または拡張カルマンフィルターを用いて第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態を計算して保存部２９に記録できる。
【００９１】
制御ユニット２５は、段階Ｓ３０において、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電が行われる間、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態を参照し、第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnのうち少なくとも一つが満充電状態（１００％）に達したかを判別する。
【００９２】
もし、段階Ｓ３０の判断結果が「はい」であれば、制御ユニット２５は、段階Ｓ４０で高電圧充電スイッチ部２２をターンオフして充電を一時中断する。一方、段階Ｓ３０の判断結果が「いいえ」であれば、制御ユニット２５は、段階Ｓ５０へ進んで高電圧バッテリー２１の充電状態を維持しつづける。
【００９３】
制御ユニット２５は、段階Ｓ４０で充電が一時中断されれば、段階Ｓ６０で第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態を相互比較し、充電状態が最も低いバッテリーセルを補助充電対象として決定し、残りのバッテリーセルを強制放電対象として決定する。
【００９４】
図２に示した例において、第１バッテリーセルＢ1、第２バッテリーセルＢ2、第ｎ−１バッテリーセルＢn-1及び第ｎバッテリーセルＢnの充電状態が各々  １００％、９０％、８０％及び１００％であると仮定すれば、第ｎ−１バッテリーセルＢn-1が補助充電対象として決定され、残りの第１バッテリーセルＢ1、第２バッテリーセルＢ2及び第ｎバッテリーセルＢnが強制放電対象として決定され得る。
【００９５】
続いて、制御ユニット２５は、段階Ｓ７０で強制放電対象として決定されたバッテリーセルと接続した放電回路を動作させ、該当のバッテリーセルを強制放電する。放電回路の動作のために、制御ユニット２５は、放電回路に含まれた放電スイッチをターンオンする。
【００９６】
同時に、制御ユニット２５は、段階Ｓ８０で補助充電対象として決定されたバッテリーセルと接続した補助充電スイッチ回路を動作させ、該当のバッテリーセルを補助充電ライン２４に接続して補助充電を行う。補助充電スイッチ回路の動作のために、制御ユニット２５は、補助充電スイッチ回路に含まれた充電スイッチをターンオンする。
【００９７】
段階Ｓ７０及びＳ８０において、強制放電と補助充電とが共に行われれば、強制放電されるバッテリーセルの充電状態は低くなり、補助充電されるバッテリーセルの充電状態は増加する。
【００９８】
段階Ｓ７０及びＳ８０の後、制御ユニット２５は、段階Ｓ９０で時間を計数し、予め決定された時間が経過したかを判別する。段階Ｓ９０の判断結果が「はい」であれば、次のプロセスへ進み、段階Ｓ９０の判断結果が「いいえ」であれば、プロセスの進行をホールドする。ここで、前記予め決定された時間は、制御ユニット２５が充電状態を反復的に計算する周期となってもよく、数〜数十ｍｓｅｃに設定され得る。
【００９９】
段階Ｓ９０で「はい」として判別されれば、制御ユニット２５は、段階Ｓ１００で、電圧測定部２６、電流測定部２７及び温度測定部２８から第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの電圧、電流及び温度データを得て保存部２９に記録し、電流積算法、拡張カルマンフィルターなどを用いて第１〜第ｎバッテリーセルＢ1、Ｂ2、…、Ｂn-1、Ｂnの充電状態を計算してモニタリングする。
【０１００】
続いて、制御ユニット２５は、段階Ｓ１１０で強制放電されるバッテリーセルのうち、補助充電されるバッテリーセルと充電状態が同一なバッテリーセルがあるかを判別する。
【０１０１】
もし、段階Ｓ１１０で「はい」として判別されれば、制御ユニット２５は、プロセスを段階Ｓ１２０へ進める。逆に、段階Ｓ１１０で「いいえ」として判別されれば、プロセスを段階Ｓ９０へ進め、強制放電と補助充電を行い続ける。
【０１０２】
段階Ｓ１１０で「はい」として判別されれば、制御ユニット２５は、段階Ｓ１２０で充電状態が同一なバッテリーセルの数が基準ナンバー以上であるか否かを判別する。現段階で、充電状態が同一なバッテリーセルの数は２である。一つは、最初に補助充電対象として決定されたバッテリーセルであり、他の一つは、強制放電過程で充電状態が補助充電されたバッテリーセルと同一となったバッテリーセルである。基準ナンバーは、変圧器３５の性能を考慮して２〜ｎ−１の範囲で選択される。ここで、ｎは、全体バッテリーセルの数量である。望ましくは、基準ナンバーは、固定してもよく、段階Ｓ６０で決定される補助充電対象になるバッテリーセルの数が増加するにつれて共に増加するように設定してもよい。一例で、基準ナンバーは、補助充電対象になるバッテリーセルの数よりも少なくとも１が大きく設定され得る。基準ナンバーが可変する場合、基準ナンバーは、バランシング過程が進むほど次第に増加し得る。基準ナンバーは、制御ユニット２５０によって可変し得る。
【０１０３】
もし、段階Ｓ１２０の判断結果が「いいえ」であれば、制御ユニット２５は、段階Ｓ１４０で全てのバッテリーセルの充電状態を計算し、プロセスを段階Ｓ６０へ進める。一方、段階Ｓ１２０の判断結果が「はい」であれば、段階Ｓ１３０へ進む。段階Ｓ１４０において、充電状態計算は、前述の方式が使われ得る。一方、段階Ｓ１１０及び段階Ｓ１２０が行われる時間が充電状態の反復計算周期よりも短ければ、段階Ｓ１４０で計算される全てのバッテリーセルの充電状態は、段階Ｓ１００で計算される全てのバッテリーセルの充電状態そのままに設定され得る。
【０１０４】
段階Ｓ１２０において、基準ナンバーが２であれば、制御ユニット２５は、補助充電対象になるバッテリーセルの充電状態と、強制放電対象になるバッテリーセルのうちいずれか一つの充電状態とが相互同一になれば、プロセスをＳ１３０段階へ進める。
【０１０５】
制御ユニット２５は、段階Ｓ１４０の後、段階Ｓ６０で強制放電対象と補助充電対象を再度決定する。したがって、段階Ｓ１１０において、強制放電されるバッテリーセルのうち補助充電されるバッテリーセルと、充電状態が同一となったバッテリーセルとが、補助充電対象として追加で指定される。この場合、基準ナンバーは３として増加し得る。この基準ナンバーは、補助充電対象になるバッテリーセルの数である２よりも１が大きい。
【０１０６】
図２に示した例の場合、段階Ｓ７０及びＳ８０において、第ｎ−１バッテリーセルＢn-1が補助充電され、第１バッテリーセルＢ1、第２バッテリーセルＢ2及び第ｎバッテリーセルＢnが強制放電される。この際、第２バッテリーセルＢ2の充電状態が最も先に補助充電される第ｎ−１バッテリーセルＢn-1の充電状態と同一となる。したがって、段階Ｓ６０が再度行われれば、第２バッテリーセルＢ2及び第ｎ−１バッテリーセルＢn-1が補助充電対象として決定され、第１バッテリーセルＢ1及び第ｎバッテリーセルＢnが強制放電対象として決定される。
【０１０７】
続いて、制御ユニット２５は、前述したことと実質的に同一に強制放電と補助充電を行う（Ｓ７０、Ｓ８０）。また、制御ユニット２５は、一定時間間隔を置いて全てのバッテリーセルの充電状態を計算してモニタリングする（Ｓ１００）。また、制御ユニット２５は、強制放電対象になるバッテリーセルのうち充電状態が補助充電対象になるバッテリーセルと同一なセルがあるかを判別する（Ｓ１１０）。また、制御ユニット２５は、充電状態が同一なバッテリーセルの数が基準ナンバー以上であるか否かを判別する（Ｓ１２０）。もし、段階Ｓ１２０の判断結果が「いいえ」であれば、プロセスは段階Ｓ６０に進む。したがって、強制放電及び補助充電を行う過程で充電状態が同一なバッテリーセルの数が基準ナンバーに達するまで、前述の段階が繰り返される。基準ナンバーは、一つの値に固定されるか、段階Ｓ６０で決定される補助充電対象になるバッテリーセルの数に１を足した値に可変させることができる。
【０１０８】
一方、段階Ｓ１２０の判断結果が「はい」であれば、制御ユニット２５は、段階Ｓ１３０で全てのバッテリーセルの充電状態が１００％であるかを判別する。
【０１０９】
もし、段階Ｓ１３０の判断結果が「はい」であれば、制御ユニット２５は、高電圧バッテリーが満充電状態に達したと判断して充電プロセスを終了する。一方、段階Ｓ１３０の判断結果が「いいえ」であれば、制御ユニット２５は、プロセスを段階Ｓ１０へ進めて高電圧充電スイッチ部２２をターンオンして全体バッテリーセルの充電を再度開始する。したがって、いずれか一つのバッテリーセルが満充電状態に達したとき、本発明による強制放電と補助充電とを並行したセルバランシングが再度行われる。
【０１１０】
本発明によれば、時間が経過するにつれ、補助充電の対象になるバッテリーセルが増加する一方、強制放電の対象になるバッテリーセルは減少する。そして、結局は、全てのバッテリーセルの充電状態が１００％に収斂するようになる。
【０１１１】
また、セルバランシングが行われる過程で、強制放電と補助充電とが共に行われるため、全体バッテリーセルの充電状態が平均的に増加しながらセルバランシングが行われる。したがって、セルバランシング過程で強制放電によって消耗するエネルギー量を減少させることができ、満充電までの所要時間も短縮することができる。
【０１１２】
具体的な例として、四つのバッテリーセルを充電するとき、特定の時点でバッテリーセルの充電状態が各々１００％、９０％、８０％及び８５％である状況を仮定する。
この場合、従来のセルバランシング方式は、全てのバッテリーセルの充電状態を８０％に合わせるために、充電状態が１００％、９０％及び８５％であるセルを全て強制放電させる。したがって、この過程で充電状態の総変化量３５％となるエネルギーの無駄遣いが伴われる。消耗するエネルギーは、放電回路で熱に転換される。また、全体バッテリーセルの充電状態が８０％に低くなったので、満充電状態との差が平均的に増加して満充電までの所要時間がその分長くなる。
【０１１３】
これに対し、本発明の実施例によれば、充電状態が８０％であるバッテリーセルは、補助充電され、充電状態が１００％、９０％及び８５％であるバッテリーセルは、強制放電される。そして、補助充電されるバッテリーセルの充電状態と充電状態が同一なバッテリーセルができれば、該当のバッテリーセルも強制放電を中断して補助充電が行われる。また、時間が経過すれば、補助充電されるバッテリーセルと充電状態が同一な更なるバッテリーセルができ、該当のバッテリーセルに対しても強制放電を中断して補助充電が行われる。このような過程によって充電状態が同一になったバッテリーセルの数が基準ナンバーに達すれば、強制放電及び補助充電が中断され、全体バッテリーセルに対する充電が再開される。このような過程は、充電中に満充電状態に達するバッテリーセルができる度に繰り返され、結果的に全てのバッテリーセルの充電状態が１００％に収斂するようになる。
【０１１４】
本発明において、制御ユニット２５は、上述の多様な制御ロジッグを実行するために当業界において知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスター、通信モデム、データ処理装置などを含むことができる。また、前記制御ロジッグがソフトウェアとして具現されるとき、制御部２５は、プログラムモジュールの集合により具現することができる。ここで、プログラムモジュールは、メモリー部に保存され、プロセッサーによって実行され得る。前記メモリーは、プロセッサーの内部または外部に存在し得、よく知られた多様なコンピューター部品によってプロセッサーに接続し得る。また、前記メモリーは、本発明の保存部２９に含まれ得る。また、前記メモリーは、デバイスの種類に関係なく、情報が保存されるデバイスを総称するものであって、特定のメモリーデバイスを指称することではない。
【０１１５】
また、制御ユニット２５の多様な制御ロジッグは、少なくとも一つ以上が組み合わされ、組み合わされた制御ロジッグは、コンピューターが読出可能なコード体系で作成され、コンピューター可読記録媒体に収録され得る。前記記録媒体は、コンピューターに含まれたプロセッサによって接近可能なものであれば、その種類は特に制限されない。一例で、前記記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスター、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気デープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群より選択された少なくとも一つ以上を含む。また、前記コード体系は、ネットワークによって接続したコンピューターに分散して保存され実行され得る。また、前記組み合わされた制御ロジッグを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野におけるプログラマーによって容易に推論できる。
【０１１６】
上述の本発明による充電制御装置は、バッテリー管理システムに含まれ得る。バッテリー管理システムは、バッテリーの充放電に係わる全般的な動作を制御するものであって、当業界において、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ）と呼ばれるコンピュータシステムである。
【０１１７】
また、本発明による充電制御装置は、バッテリーパックに含まれ得る。バッテリーパックは、少なくとも直列接続している複数のバッテリーセルと、これらを内部に収納するハウジングと、前記充電制御装置が設けられるフレームと、を含む。前記バッテリーパックに含まれた複数のバッテリーセルは、本発明による充電制御装置によって満充電状態まで充電される過程で充電状態が効果的にバランシングされる。
【０１１８】
本発明の多様な実施様態を説明するに際し、「〜部」または「〜ユニット」と命名された構成要素は、物理的に区分される構成要素と言うより、機能的に区分される構成要素として理解されるべきである。したがって、各々の構成要素は、他の構成要素と選択的に統合されるか、分割され得る。しかし、構成要素が統合または分割されるとしても機能の同一性が認められれば、統合または分割された構成要素も、本発明の範囲内にあると解釈されるべきであることは当業者にとって自明である。
【０１１９】
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明によれば、時間が経過するにつれ、補助充電の対象になるバッテリーセルが増加する一方、強制放電の対象になるバッテリーセルは減少する。そして、結局は、全てのバッテリーセルの充電状態が１００％に収斂されるようになる。また、セルバランシングが行われる過程で強制放電と補助充電とが共に行われるので、全体バッテリーセルの充電状態が平均的に増加しながらセルバランシングが行われる。したがって、セルバランシングの過程で強制放電によって消耗するエネルギー量を減少させることができ、満充電までの所要時間も短縮することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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