(57)【要約】【課題】リレーのターンオフ（開放）時にアークおよびスパーク現象を防止してリレーの溶着現象を防止できるバッテリー管理システムおよびそのスイッチング方法を提供する。【解決手段】バッテリーパックと負荷の間に連結された第１メインリレー、前記第１メインリレーに並列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第１サブリレー素子を含む第１サブリレー、および、前記第１メインリレーおよび前記第１サブリレーを制御するようにするコントローラーを含み、前記コントローラーは、前記バッテリーパックが前記負荷から電気的に分離する時、前記第１サブリレーがターンオンされた場合にだけ前記第１メインリレーがターンオフされるように前記第１メインリレーおよび前記第１サブリレー素子を制御することを特徴とするバッテリー管理システム。【選択図】図１
2019180235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーパックと負荷の間に連結された第１メインリレー、
前記第１メインリレーに並列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第１サブリレー素子を含む第１サブリレー、および、
前記第１メインリレーおよび前記第１サブリレーを制御するようにするコントローラーを含み、
前記コントローラーは、前記バッテリーパックが前記負荷から電気的に分離する時、前記第１サブリレーがターンオンされた場合にだけ前記第１メインリレーがターンオフされるように前記第１メインリレーおよび前記第１サブリレー素子を制御することを特徴とするバッテリー管理システム。
【請求項２】
前記第１サブリレー素子は前記第１サブリレーに直列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項３】
前記コントローラーは前記第１メインリレーをターンオフする前に前記第１サブリレーをターンオンするようにすることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項４】
前記コントローラーは前記第１メインリレーのターンオフ以降に前記第１サブリレーをターンオフするようにすることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項５】
前記バッテリーパックは第１、第２電極を含み、
前記第１メインリレーは第１電極と前記負荷の間に連結され、
前記バッテリー管理システムは前記第２電極と前記負荷の間に連結された第２メインリレーをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項６】
前記コントローラーは前記第２メインリレーを制御するようにし、
前記コントローラーは前記第１サブリレーがターンオンされ前記第１メインリレーがターンオフされた場合にだけ前記第２メインリレーをターンオフするように、前記第１メインリレー、前記第１サブリレー素子および前記第２メインリレーを制御するようにすることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー管理システム。
【請求項７】
第２サブリレーを含む第２サブリレー素子を含み、
前記第２サブリレー素子は前記第２メインリレーに並列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー管理システム。
【請求項８】
前記第２サブリレー素子は、
前記第２サブリレーに直列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のバッテリー管理システム。
【請求項９】
前記コントローラーは第２メインリレーおよび第２サブリレーを制御するようにし、
前記コントローラーは前記第２サブリレーがターンオンされた場合にだけ前記第２メインリレーがターンオフされるように前記第２メインリレーおよび前記第２サブリレー素子を制御することを特徴とする請求項８に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１０】
前記負荷はインバータを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１１】
前記負荷は前記インバータに連結されたモータジェネレータを含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１２】
前記コントローラーはインバータコントローラー、前記バッテリーパックの動作状態をモニタするようにするマスターバッテリー管理システム、またはエアバッグコントローラーを含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１３】
前記バッテリーパックは正極および陰極を含み、
前記第１メインリレーは前記正極と前記負荷の間に連結され、
前記第１サブリレーは前記正極と前記負荷の間に連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１４】
前記バッテリーパックは正極および陰極を含み、
前記第１メインリレーは前記陰極と前記負荷の間に連結され、
前記第１サブリレーは前記陰極と前記負荷の間に連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１５】
前記陰極と前記負荷の間に連結される第２メインリレーを含むことを特徴とする請求項１３に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１６】
前記正極と前記負荷の間に連結される第２メインリレーを含むことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１７】
バッテリーパックと負荷の間に連結された第１メインリレーをターンオンする段階、
前記第１メインリレーに並列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第１サブリレー素子内の第１サブリレーをターンオンする段階、および
前記第１サブリレーのターンオフ以前に前記第１メインリレーをターンオフする段階を含むことを特徴とするスイッチング方法。
【請求項１８】
前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第２メインリレーをターンオンする段階、および
前記第１メインリレーのターンオフ以降と前記第１サブリレーのターンオフ以前に前記第２メインリレーをターンオフする段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載のスイッチング方法。
【請求項１９】
前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第２メインリレーをターンオンする段階、
前記第２メインリレーに並列に前記バッテリーパックおよび前記負荷の間に連結された第２サブリレー素子内の第２サブリレーをターンオンする段階、および
前記第２サブリレーのターンオフ以前に前記第２メインリレーをターンオフする段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載のスイッチング方法。
【請求項２０】
前記負荷はインバータを含み、
前記第１サブリレーのターンオフ以前に前記第１メインリレーのターンオフ段階は、前記インバータを制御するようにするインバータコントローラーまたはエアバッグを制御するようにするエアバッグコントローラーからの信号によって前記第１サブリレーのターンオフ以前に前記第１メインリレーをターンオフすることを特徴とする請求項１７に記載のスイッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー管理システムおよびそのスイッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンやディーゼルを燃料として使用する内燃エンジンを利用する自動車は大気汚染など公害発生に深刻な影響を与えている。したがって、最近は公害発生を減らすために、電気自動車またはハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）自動車の開発に多くの努力をしている。
【０００３】
電気自動車はバッテリーから出力される電気エネルギーによって動作するモータを利用する自動車である。このような電気自動車は充放電が可能な多数の２次電池（バッテリーセル）が一つのパック（ｐａｃｋ）に形成されたバッテリーパックを主動力源として利用するので排気ガスが全くないし、騒音が小さい長所がある。また、ハイブリッド自動車ということは内燃エンジンを利用する自動車と電気自動車の中間段階の自動車であって、２種以上の動力源、例えば内燃エンジンおよびバッテリーを使用する自動車である。
【０００４】
このように電気エネルギーを利用する自動車ではバッテリーの性能が自動車の性能に直接的な影響を及ぼすので、各バッテリーセルの性能に優れるだけでなく、各バッテリーセルの電圧、全体バッテリーパックの電圧、電流および温度などを測定して各バッテリーセルの充電および放電を効率的に管理できるバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、このようなバッテリー管理システムはバッテリーの電源をモータに供給したり、ジェネレータの電源をバッテリーに供給したり、または危険状況で電源を遮断するための複数のリレーを有する。このようなリレーは特性上、電流が流れない状況より電流が流れる状況でターンオフ（開放）される場合、相対的にもっと大きなストレスを受ける。特に、電流が流れる状況でリレーがターンオフされる場合、リレーにアークおよびスパークが発生しながらリレーが溶着する場合が多い。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、リレーのターンオフの際、アークおよびスパーク現象を防止してリレーの溶着現象を防止できるバッテリー管理システムおよびそのスイッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、バッテリーパックと負荷の間に連結された第１メインリレー、前記第１メインリレーに並列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第１サブリレー素子を含む第１サブリレー、および、前記第１メインリレーおよび前記第１サブリレーを制御するようにするコントローラーを含み、前記コントローラーは、前記バッテリーパックが前記負荷から電気的に分離する時、前記第１サブリレーがターンオンされた場合にだけ前記第１メインリレーがターンオフされるように前記第１メインリレーおよび前記第１サブリレー素子を制御することを特徴とするバッテリー管理システムが提供される。
【０００８】
前記第１サブリレー素子は前記第１サブリレーに直列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された抵抗をさらに含んでもよい。
【０００９】
前記コントローラーは前記第１メインリレーをターンオフする前に前記第１サブリレーをターンオンしてもよい。
【００１０】
前記コントローラーは前記第１メインリレーのターンオフ以降に前記第１サブリレーをターンオフしてもよい。
【００１１】
前記バッテリーパックは第１、第２電極を含み、前記第１メインリレーは第１電極と前記負荷の間に連結され、前記バッテリー管理システムは前記第２電極と前記負荷の間に連結された第２メインリレーをさらに含んでもよい。
【００１２】
前記コントローラーは前記第２メインリレーを制御するようにし、前記コントローラーは前記第１サブリレーがターンオンされ前記第１メインリレーがターンオフされた場合にだけ前記第２メインリレーをターンオフするように、前記第１メインリレー、前記第１サブリレー素子および前記第２メインリレーを制御してもよい。
【００１３】
第２サブリレーを含む第２サブリレー素子を含み、前記第２サブリレー素子は前記第２メインリレーに並列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結されてもよい。
【００１４】
前記第２サブリレー素子は、前記第２サブリレーに直列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された抵抗をさらに含んでもよい。
【００１５】
前記コントローラーは第２メインリレーおよび第２サブリレーを制御するようにし、前記コントローラーは前記第２サブリレーがターンオンされた場合にだけ前記第２メインリレーがターンオフされるように前記第２メインリレーおよび前記第２サブリレー素子を制御してもよい。
【００１６】
前記負荷はインバータを含んでもよい。
【００１７】
前記負荷は前記インバータに連結されたモータジェネレータを含んでもよい。
【００１８】
前記コントローラーはインバータコントローラー、前記バッテリーパックの動作状態をモニタするようにするマスターバッテリー管理システム、またはエアバッグコントローラーを含んでもよい。
【００１９】
前記バッテリーパックは正極および陰極を含み、前記第１メインリレーは前記正極と前記負荷の間に連結され、前記第１サブリレーは前記正極と前記負荷の間に連結されてもよい。
【００２０】
前記バッテリーパックは正極および陰極を含み、前記第１メインリレーは前記陰極と前記負荷の間に連結され、前記第１サブリレーは前記陰極と前記負荷の間に連結されてもよい。
【００２１】
前記陰極と前記負荷の間に連結される第２メインリレーを含んでもよい。
【００２２】
前記正極と前記負荷の間に連結される第２メインリレーを含んでもよい。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、バッテリーパックと負荷の間に連結された第１メインリレーをターンオンする段階、前記第１メインリレーに並列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第１サブリレー素子内の第１サブリレーをターンオンする段階、および前記第１サブリレーのターンオフ以前に前記第１メインリレーをターンオフする段階を含むことを特徴とするスイッチング方法が提供される。
【００２４】
前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第２メインリレーをターンオンする段階、および前記第１メインリレーのターンオフ以降と前記第１サブリレーのターンオフ以前に前記第２メインリレーをターンオフする段階を含んでもよい。
【００２５】
前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された第２メインリレーをターンオンする段階、前記第２メインリレーに並列に前記バッテリーパックおよび前記負荷の間に連結された第２サブリレー素子内の第２サブリレーをターンオンする段階、および前記第２サブリレーのターンオフ以前に前記第２メインリレーをターンオフする段階を含んでもよい。
【００２６】
前記負荷はインバータを含み、前記第１サブリレーのターンオフ以前に前記第１メインリレーのターンオフ段階は、前記インバータを制御するようにするインバータコントローラーまたはエアバッグを制御するようにするエアバッグコントローラーからの信号によって前記第１サブリレーのターンオフ以前に前記第１メインリレーをターンオフしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように本発明によれば、リレーのターンオフの際、アークおよびスパーク現象を防止してリレーの溶着現象を防止できるバッテリー管理システムおよびそのスイッチング方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施例によるバッテリー管理システムの構成を示すブロック図である。
【図３】リレーの負荷電流とリレーの寿命との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を示すフローチャートである。
【図５ａ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を順次に示す図である。
【図５ｂ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を順次に示す図である。
【図５ｃ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を順次に示す図である。
【図５ｄ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を順次に示す図である。
【図５ｅ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を順次に示す図である。
【図６ａ】メインリレーをターンオフした場合の時間と電流間の関係を示すグラフである。
【図６ｂ】サブリレーをターンオンした以後メインリレーをターンオフした場合の時間と電流間の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を示すフローチャートである。
【図８ａ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムでリレーのターンオフの順序を示す図である。
【図８ｂ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムでリレーのターンオフの順序を示す図である。
【図８ｃ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムでリレーのターンオフの順序を示す図である。
【図８ｄ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムでリレーのターンオフの順序を示す図である。
【図８ｅ】本発明の一実施例によるバッテリー管理システムでリレーのターンオフの順序を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３０】
以下、添付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。
【００３１】
本発明の実施例は該当技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これら実施例は本開示をより充実かつ完全になるようにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
【００３２】
また、本明細書で用いられたように、‘および／または’という用語は該当記載された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。
【００３３】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施例を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数型は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数型を含むことができる。また、本明細書で用いられる‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）’および／または‘含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）’は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
【００３４】
本明細書で第１、第２などの用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために用いられるが、これら部材、部品、領域、層および／または部分は、前記用語によって限定されてはならないということは明らかであろう。前記用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分から区別する目的にのみ用いられる。したがって、以下に説明する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の思想を外れなくても第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。
【００３５】
また、本明細書で説明される‘リレー’という用語は電磁気リレーであって、一例として、ＤＣ電磁気リレー、ＡＣ電磁気リレー、マグネチック−ラッチング（ｌａｔｃｈｉｎｇ）リレー、有極（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）リレー、リード（ｒｅｅｄ）リレーなどを含む。さらに、本明細書で使用される‘リレー’は相対的に小さい電気的信号によって相対的に大きい電気的信号を制御できる装置を含む概念であり、本明細書でリレーの種類を限定するものではない。
【００３６】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリー管理システムの構成を示すブロック図である。
【００３７】
図１に示されているように、本発明によるバッテリー管理システム１０１は多数のバッテリーパック１１０、多数のスレーブバッテリー管理部１２０、マスターバッテリー管理部１３０、電流センサー１３１、第１メインリレー１４１、第１サブリレー素子を含む第１サブリレー１４２および第２メインリレー１５１を含む。また、本発明は安全スイッチ１６１および安全ヒューズ１６２を含むことができる。さらに、本発明は制御部１７０（またはインバータ制御部）、インバータ１８０およびモータジェネレータ１９０をさらに含むことができる。スレーブバッテリー管理部はスレーブバッテリー管理システム（図において、スレーブＢＭＳ）と、マスターバッテリー管理部はマスターバッテリー管理システム（図において、マスターＢＭＳ）と指称することができる。また、インバータおよびモータジェネレータは負荷（ｌｏａｄ）と指称することができる。
【００３８】
多数のバッテリーパック１１０それぞれは多数のバッテリーセル１１１を含む。このようなバッテリーセル１１１は直列および／または並列に連結される。また、多数のバッテリーパック１１０も直列および／または並列に連結される。このようなバッテリーセル１１１はリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池およびその等価物からなるグループから選択された一つであることができ、本発明はこれに限定されるものではない。さらに、本発明ではバッテリーパック１１０以外にも燃料電池、太陽電池または風力発電機などを利用することもできる。
【００３９】
多数のスレーブバッテリー管理部１２０それぞれは対応するバッテリーパック１１０に電気的に連結されてバッテリーパック１１０の電圧および／または温度をセンシングし、バッテリーパック１１０の充電、放電および／またはセルバランシングなどを管理する。もちろん、一つのスレーブバッテリー管理部１２０は一つのバッテリーパック１１０を管理する。さらに、このようなスレーブバッテリー管理部１２０はカン（ＣＡＮ）方式で相互間電気的に連結されることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。一例として、シリアル通信の一種であるＲＳ２３２、ＲＳ４２２またはＩＥＥＥ１３９４方式で相互間電気的に連結されることもできる。
【００４０】
マスターバッテリー管理部１３０はスレーブバッテリー管理部１２０に電気的に連結されて、各スレーブバッテリー管理部１２０から転送されたバッテリーパック１１０の電圧および／または温度を利用してすべてのバッテリーパック１１０の全体的な充電、放電および／またはパックバランシングなどを管理する。さらに、このようなマスターバッテリー管理部１３０は電流センサー１３１から得られた電流値を利用して、バッテリーパック１１０に過電流が入力されたりまたはバッテリーパック１１０から過電流が出力されないように管理する。さらに、このようなマスターバッテリー管理部１３０は下記する第１メインリレー１４１、第１サブリレー１４２、第２メインリレー１５１、第２サブリレー１５２（図２参照）のターンオンおよび／またはターンオフ状態を直接制御する。
【００４１】
電流センサー１３１はバッテリーパック１１０と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間に電気的に連結されて、バッテリーパック１１０に入力（充電）される電流および／または出力（放電）される電流を感知し、これをマスターバッテリー管理部１３０に伝達する。電流センサー１３１はホールセンサー、シャント抵抗およびその等価物からなるグループから選択されたいずれか一つであることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４２】
第１メインリレー１４１はバッテリーパック１１０の正極と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間に電気的に連結される。このような第１メインリレー１４１はバッテリーパック１１０の正常状態でターンオン状態を維持するが、バッテリーパック１１０の過充電、過放電および／または過電流のような非正常状態でターンオフされる。このために、第１メインリレー１４１はマスターバッテリー管理部１３０の制御信号によってターンオンおよび／またはターンオフされる。さらに、このような第１メインリレー１４１はインバータ１８０を制御するインバータ制御部１７０、エアバッグを制御するエアバッグ制御部（図示せず）の制御信号によってターンオンおよび／またはターンオフされることができる。実際に、第１メインリレー１４１は、１次にインバータ制御部１７０によってターンオンおよび／またはターンオフされ、このようなインバータ制御部１７０が故障した場合、２次にマスターバッテリー管理部１３０によってターンオンおよび／またはターンオフされる。もちろん、第１メインリレー１４１はエアバッグ制御部の制御信号によって、いつでもターンオンおよび／またはターンオフされることができる。言い換えれば、第１メインリレーを制御するための制御部はマスターバッテリー管理部１３０、インバータ制御部１７０およびエアバッグ制御部を含む。
【００４３】
第１サブリレー素子は抵抗Ｒをさらに含み、第１メインリレー１４１に並列に連結される。抵抗Ｒは第１サブリレー１４２に直列に連結される。このような第１サブリレー１４２はバッテリーパック１１０の正常状態でターンオフ状態を維持するが、第１メインリレー１４１のターンオフ前に一定時間の間、まず、ターンオン状態を維持する。実際に、このような第１サブリレー１４２はバッテリーパック１１０が過放電された状態でバッテリーパック１１０が予備充電されるように、まず、ターンオン状態を維持することもできる。もちろん、予備充電が完了した状態で第１サブリレー１４２はターンオフされ、第１メインリレー１４１がターンオンされる。前述したように、第１サブリレー１４２もマスターバッテリー管理部１３０の制御信号によってターンオンおよび／またはターンオフされる。
【００４４】
さらに、前述したように、第１サブリレー１４２はインバータ１８０を制御するインバータ制御部１７０、エアバッグを制御するエアバッグ制御部の制御信号によってターンオンおよび／またはターンオフされることができる。
【００４５】
また、第１サブリレー１４２は、一次にインバータ制御部１７０によってターンオンおよび／またはターンオフされ、インバータ制御部１７０が故障した場合、２次にマスターバッテリー管理部１３０によってターンオンおよび／またはターンオフされることができる。もちろん、第１サブリレー１４２はエアバッグ制御部の制御信号によって、いつでもターンオンおよび／またはターンオフされることができる。言い換えれば、第１サブリレーを制御するための制御部はマスターバッテリー管理部１３０、インバータ制御部１７０およびエアバッグ制御部を含む。
【００４６】
第２メインリレー１５１はバッテリーパック１１０の陰極と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間に電気的に連結される。このような第２メインリレー１５１はバッテリーパック１１０の正常状態でターンオン状態を維持するが、バッテリーパック１１０の過充電、過放電および／または過電流状態のような非正常状態でターンオフされる。このために、第２メインリレー１５１はマスターバッテリー管理部１３０の制御信号によってターンオンおよび／またはターンオフされる。さらに、このような第２メインリレー１５１はインバータ１８０を制御するインバータ制御部１７０、エアバッグを制御するエアバッグ制御部の制御信号によってターンオンおよび／またはターンオフされることができる。実際に、第２メインリレー１５１は一次にインバータ制御部１７０によってターンオンおよび／またはターンオフされ、インバータ制御部１７０が故障した場合、２次にマスターバッテリー管理部１３０によってターンオンおよび／またはターンオフされる。もちろん、第２メインリレー１５１はエアバッグ制御部の制御信号によって、いつでもターンオンおよび／またはターンオフされることができる。言い換えれば、第２メインリレーを制御するための制御部はマスターバッテリー管理部１３０、インバータ制御部１７０およびエアバッグ制御部を含む。
【００４７】
安全スイッチ１６１はバッテリーパック１１０の間に電気的に連結され、これはバッテリー管理システム１０１の故障修理や点検の際、作業者によってターンオフされることができる。したがって、故障修理および点検の際、安全スイッチ１６１がターンオフされていると、作業者に高電流が流れる危険を防止することができる。
【００４８】
安全ヒューズ１６２はバッテリーパック１１０と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間に連結されて基準値以上の過電流が流れると溶融して電流を遮断し、これによってバッテリー管理システム１０１の損傷を防止することができる。
【００４９】
制御部１７０はマスターバッテリー管理部１３０に電気的に連結されて、マスターバッテリー管理部１３０から得られた情報に基づいてインバータ１８０を制御する。もちろん、このような制御部１７０には使用者によるアクセルペダルの開放角度情報および／またはブレーキペダルの開放角度情報が入力されてインバータ１８０が制御されるようにするが、これは本発明の内容と関連が少ないので、これに対する説明は省略する。一方、このような制御部１７０はモータコントロールユニット（ｍｏｔｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）またはハイブリッドコントロールユニット（ｈｙｂｒｉｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）といわれることもある。
【００５０】
インバータ１８０は第１メインリレー１４１、第１サブリレー１４２および第２メインリレー１５１に電気的に連結されて、自動車の加速時にバッテリーパック１１０からの電源を一定のレベルに変換してモータジェネレータ１９０に伝達したり、または自動車の減速時にモータジェネレータ１９０から得られた電源をバッテリーパック１１０に伝達する。つまり、インバータ１８０は両方向に動作する。
【００５１】
モータジェネレータ１９０はインバータ１８０に電気的に連結されて自動車に推進力を提供したり、または自動車の減速時にバッテリーパック１１０に電源を提供する。
【００５２】
図２は本発明の他の実施例によるバッテリー管理システムの構成を示すブロック図である。
【００５３】
実質的に、図２に示されたバッテリー管理システム１０２は、図１に示されたバッテリー管理システム１０１と比較して、サブリレーの連結位置が相異するだけである。つまり、図２に示されているように、バッテリー管理システム１０２はバッテリーパック１１０の陰極と負荷（ここでは、インバータ１８０）の間に第２メインリレー１５１が電気的に連結され、このような第２メインリレー１５１に並列に第２サブリレー１５２が電気的に連結される。もちろん、第２サブリレー１５２には抵抗Ｒが直列に連結される。第２サブリレーおよび抵抗Ｒが第２サブリレー素子を形成する。
【００５４】
図３はリレーの負荷電流とリレーの寿命との関係を示すグラフである。
【００５５】
図３においてＸ軸（水平軸）は負荷電流Ａであり、Ｙ軸（垂直軸）はリレーの推定寿命（サイクル）である。ここで、サイクルとは、リレーのターンオンおよび／またはターンオフ回数を意味する。
【００５６】
図３に示されているように、同じ容量のリレーであるとしても、負荷電流が大きいほど推定寿命は小さくなることがわかる。もちろん、負荷電流が小さいほど推定寿命は増加することがわかる。したがって、リレーの寿命を増加させるためには、リレーのターンオンおよび／またはターンオフの際、負荷電流を減少させる必要がある。特に、リレーのターンオン時よりはリレーのターンオフ時にリレーにストレスが相対的に大きく印加されるので、リレーのターンオフ時に負荷電流を減少させる必要がある。
【００５７】
図４は本発明の一実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を示すフローチャートである。ここで、図４は図１に示されたバッテリー管理システム１０１のスイッチング方法を示す図である。また、スイッチング方法とは、バッテリーパック１１０と負荷（ここでは、インバータ１８０）が電気的に連結された状態から電気的に分離された状態に切換する方法を意味する。
【００５８】
図４に示されているように、本発明は第１、第２メインリレーのターンオン段階（Ｓ１）、第１サブリレーのターンオン段階（Ｓ２）、第１メインリレーのターンオフ段階（Ｓ３）、第２メインリレーのターンオフ段階（Ｓ４）および第１サブリレーのターンオフ段階（Ｓ５）を含む。
【００５９】
図５ａ乃至図５ｅは本発明の一実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を順次に示す図である。図４も共に参照して、本発明によるバッテリー管理システム１０１のスイッチング方法を説明する。ここで、制御の主体は制御部１７０、マスターバッテリー管理部１３０またはエアバッグ制御部である。実質的に、制御部１７０が主制御権を有し、制御部１７０が制御できない場合、マスターバッテリー管理部１３０が主制御権を有する。さらに、エアバッグが動作すれば、即刻にエアバッグ制御部が主制御権を有する。
【００６０】
第１、第２メインリレーのターンオン段階（Ｓ１）では、図５ａに示されているように、第１メインリレー１４１および第２メインリレー１５１をターンオンさせることによって、バッテリーパック１１０と負荷（ここでは、インバータ１８０）が電気的に連結されるようにする。もちろん、このとき、第１サブリレー１４２はターンオフされた状態を維持する。このような状態はバッテリーパック１１０が正常に充電および／または放電される間に維持される。
【００６１】
第１サブリレーのターンオン段階（Ｓ２）では、図５ｂに示されているように、第１サブリレー１４２をターンオンさせることによって、第１メインリレー１４１を通した電流が減少するようにする。つまり、第１サブリレー１４２がターンオンされる前に電流は第１メインリレー１４１だけを通じて流れたが、第１サブリレー１４２がターンオンされることによって、第１メインリレー１４１を通した電流は減少することになる。このような状態はバッテリーパック１１０が非正常的に充電および／または放電されたり、基準電流より大きい過電流が流れたり、またはエアバッグが動作したときに始まる。
【００６２】
第１メインリレーのターンオフ段階（Ｓ３）では、図５ｃに示されているように、第１サブリレー１４２に並列に連結された第１メインリレー１４１をターンオフする。ここで、第１メインリレー１４１に並列に連結された第１サブリレー１４２がターンオンされた状態であるため、第１メインリレー１４１をターンオフするとしても、バッテリーパック１１０の正極と負荷（ここでは、インバータ１８０）の間の電流が急激に減少しなくなる。つまり、第１メインリレー１４１がターンオフするとしても、抵抗Ｒを有する第１サブリレー１４２がターンオンされた状態であるので、このような第１サブリレー１４２を通じて一定のレベルの電流が流れることになる。
【００６３】
第２メインリレーのターンオフ段階（Ｓ４）では、図５ｄに示されているように、第２メインリレー１５１をターンオフさせることによって、バッテリーパック１１０の陰極と負荷（ここでは、インバータ１８０）の間の電気的経路が遮断されることになる。
【００６４】
第１サブリレーのターンオフ段階（Ｓ５）では、図５ｅに示されているように、第１サブリレー１４２をターンオフさせることによって、バッテリーパック１１０の正極と負荷（ここでは、インバータ１８０）の間の電気的経路が遮断されるようにする。このようにして、バッテリーパック１１０と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間の電気的経路は完全に遮断される。
【００６５】
このようにして、本発明によるバッテリー管理システム１０１およびそのスイッチング方法は、バッテリーパック１１０の正極と負荷の間に連結された第１メインリレー１４１のターンオフ（開放）時に電流が徐々に減少するようにしてアークおよびスパーク現象を防止し、これによって第１メインリレー１４１の溶着現象を効率的に防止することができる。つまり、本発明は第１メインリレー１４１のターンオフ（開放）前に抵抗Ｒを有する第１サブリレー１４２をターンオン（閉鎖）し、次いで第１メインリレー１４１をターンオフし、最後に第１サブリレー１４２をターンオフすることによって、電流が段階的に減少するようにして、第１メインリレー１４１でのアークおよびスパーク現象を防止し、これによって第１メインリレー１４１の溶着現象を防止できることになる。
【００６６】
図６ａはメインリレーをターンオフした場合、時間と電流との関係を示すグラフであり、図６ｂはサブリレーをターンオンした以後、メインリレーをターンオフした場合の時間と電流との関係を示すグラフである。
【００６７】
図６ａに示されているように、サブリレーがない状態でメインリレーを直接ターンオフ（開放）した場合、一定時間の間に電流が急激に減少することによって、メインリレーでアークおよびスパークが発生する危険が大きくなり、これによってメインリレーが溶着することができる。
【００６８】
しかし、図６ｂに示されているように、サブリレーがターンオンされた状態でメインリレーがターンオフされ、最後にサブリレーがターンオフされる場合、一定時間の間に電流が段階的に減少することによって、メインリレーでアークおよびスパークが発生する危険が少なくなり、これによってメインリレーが溶着する確率が少なくなる。
【００６９】
図７は本発明の他の実施例によるバッテリー管理システムのスイッチング方法を示すフローチャートである。つまり、図７は図２に示されたバッテリー管理システム１０２のスイッチング方法を示す図である。
【００７０】
図７に示されているように、本発明は第１、第２メインリレーのターンオン段階（Ｓ１１）、第２サブリレーのターンオン段階（Ｓ１２）、第２メインリレーのターンオフ段階（Ｓ１３）、第１メインリレーのターンオフ段階（Ｓ１４）および第２サブリレーのターンオフ段階（Ｓ１５）を含む。
【００７１】
図８ａ乃至図８ｅは本発明の一実施例によるバッテリー管理システムでリレーのターンオフ順序を示す図である。図７も共に参照して、本発明によるバッテリー管理システム１０２のスイッチング方法を説明する。
【００７２】
第１、第２メインリレーのターンオン段階（Ｓ１１）では、図８ａに示されているように、第１メインリレー１４１および第２メインリレー１５１をターンオンさせることによって、バッテリーパック１１０と負荷（ここでは、インバータ１８０）が電気的に連結されるようにする。もちろん、このとき、第２サブリレー１５２はターンオフされた状態を維持する。
【００７３】
第２サブリレーのターンオン段階（Ｓ１２）では、図８ｂに示されているように、第２サブリレー１５２をターンオンさせることによって、第２メインリレー１５１を通した電流が減少するようにする。つまり、第２サブリレー１５２がターンオンする前に電流は第２メインリレー１５１だけを通じて流れていたが、第２サブリレー１５２がターンオンすることによって、第２メインリレー１５１を通した電流は減少することになる。
【００７４】
第２メインリレーのターンオフ段階（Ｓ１３）では、図８ｃに示されているように、第２サブリレー１５２が並列に連結された第２メインリレー１５１をターンオフする。ここで、第２メインリレー１５１に並列に連結された第２サブリレー１５２がターンオンされた状態であるので、第２メインリレー１５１をターンオフするとしても、バッテリーパック１１０と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間の電流が急激に減少しなくなる。つまり、第２メインリレー１５１がターンオフされるとしても、抵抗Ｒを有する第２サブリレー１５２がターンオンされた状態であるため、このような第２サブリレー１５２を通じて依然として電流が流れるためである。
【００７５】
第１メインリレーのターンオフ段階（Ｓ１４）では、図８ｄに示されているように、第１メインリレー１４１をターンオフさせることによって、バッテリーパック１１０の正極と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間の電気的経路が遮断されるようにする。
【００７６】
第２サブリレーのターンオフ段階（Ｓ１５）では、図８ｅに示されているように、第２サブリレー１５２をターンオフさせることによって、バッテリーパック１１０の陰極と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間の電気的経路が遮断されるようにする。このようにして、バッテリーパック１１０と負荷（ここでは、インバータ１８０）との間の電気的経路は完全に遮断される。
【００７７】
このようにして、本発明によるバッテリー管理システム１０２およびそのスイッチング方法は、バッテリーパック１１０の陰極と負荷の間に連結された第２メインリレー１５１のターンオフ（開放）時に電流が徐々に減少するようにしてアークおよびスパーク現象を防止し、これによって第２メインリレー１５１の溶着現象を効率的に防止することができる。つまり、本発明は第２メインリレー１５１のターンオフ（開放）前に抵抗Ｒを有する第２サブリレー１５２をターンオン（閉鎖）し、次いで第２メインリレー１５１をターンオフし、最後に第２サブリレー１５２をターンオフすることによって、電流が段階的に減少するようにして、第２メインリレー１５１でのアークおよびスパーク現象を防止し、これによって第２メインリレー１５１の溶着現象を防止できることになる。
【００７８】
一方、前述のように、第１メインリレーに抵抗を有する第１サブリレーが並列に連結された場合と、第２メインリレーに抵抗を有する第２サブリレーが並列に連結された場合をそれぞれ説明したが、本発明では前記の各場合が一つの回路で同時に具現されることもできる。
【００７９】
つまり、第１メインリレーに抵抗を有する第１サブリレーが並列に連結されると同時に、第２メインリレーに抵抗を有する第２サブリレーが並列に連結された回路も可能である。もちろん、この場合、第１サブリレーがターンオンされた以後に第１メインリレーがターンオフされ、また、第２サブリレーがターンオンされた以後に第２メインリレーがターンオフされることができる。さらに、第２サブリレーがターンオンされた以後に第２メインリレーがターンオフされ、また、第１サブリレーがターンオンされた以後に第１メインリレーがターンオフされることができる。さらに、このような動作以降は、第１、第２サブリレーがターンオフされることによって、第１、第２メインリレーでのアーク、スパークおよび溶着現象を防止することができる。
【００８０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８１】
１０１、１０２  本発明によるバッテリー管理システム
１１０  バッテリーパック
１１１  バッテリーセル
１２０  スレーブバッテリー管理部
１３０  マスターバッテリー管理部
１３１  電流センサー
１４１  第１メインリレー
１４２  第１サブリレー
１５１  第２メインリレー
１５２  第２サブリレー
１６１  安全スイッチ
１６２  安全ヒューズ
１７０  制御部
１８０  インバータ
１９０  モータジェネレータ
【図１】
2019180235.tif 000003
【図２】
2019180235.tif 000004
【図３】
2019180235.tif 000005
【図４】
2019180235.tif 000006
【図５ａ】
2019180235.tif 000007
【図５ｂ】
2019180235.tif 000008
【図５ｃ】
2019180235.tif 000009
【図５ｄ】
2019180235.tif 000010
【図５ｅ】
2019180235.tif 000011
【図６ａ】
2019180235.tif 000012
【図６ｂ】
2019180235.tif 000013
【図７】
2019180235.tif 000014
【図８ａ】
2019180235.tif 000015
【図８ｂ】
2019180235.tif 000016
【図８ｃ】
2019180235.tif 000017
【図８ｄ】
2019180235.tif 000018
【図８ｅ】
2019180235.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月3日(2019.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーパックの第１電極と負荷の間に電気的及び物理的に連結された第１メインリレー、
前記第１メインリレーに並列に前記バッテリーパックの第１電極と前記負荷の間に電気的及び物理的に連結された第１サブリレーを含む第１サブリレー素子、及び
前記第１メインリレーおよび前記第１サブリレーを互いに対して独立に制御するようにする第１コントローラー及び前記第１コントローラーと異なる第２コントローラーを含み、
前記第１及び第２コントローラーの一方が、
前記バッテリーパックが前記負荷に電気的に接続されるとき、前記第１サブリレーがオフ状態のときに前記第１メインリレーをオン状態に切り替え、
前記バッテリーパックが前記負荷から電気的に分離されるとき、前記第１サブリレーがオン状態のときに第１メインリレーをオフ状態に切り替えるように、
前記第１及び第２コントローラーが構成されたことを特徴とするバッテリー管理システム。
【請求項２】
前記第１サブリレー素子は前記第１サブリレーに直列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項３】
前記第１コントローラー及び前記第２コントローラーはそれぞれ、前記第１メインリレーをターンオフする前に前記第１サブリレーをターンオンするようにすることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項４】
前記第１コントローラー及び前記第２コントローラーはそれぞれ、前記第１メインリレーのターンオフ以降に前記第１サブリレーをターンオフするようにすることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項５】
第２メインリレーをさらに含み、
前記第２メインリレーは前記バッテリーパックの第２電極と前記負荷との間に連結されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項６】
前記第１コントローラー及び前記第２コントローラーはそれぞれさらに、前記第２メインリレーを制御するようにし、
前記第１コントローラー及び前記第２コントローラーはそれぞれ、前記第１サブリレーがターンオンされ前記第１メインリレーがターンオフされた場合にだけ前記第２メインリレーをターンオフするように、前記第１メインリレー、前記第１サブリレー素子および前記第２メインリレーを制御するようにすることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー管理システム。
【請求項７】
第２サブリレーを含む第２サブリレー素子をさらに含み、
前記第２サブリレー素子は前記第２メインリレーに並列に前記バッテリーパックの前記第２電極と前記負荷の間に連結されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリー管理システム。
【請求項８】
前記第２サブリレー素子は、
前記第２サブリレーに直列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のバッテリー管理システム。
【請求項９】
前記第１コントローラー及び前記第２コントローラーはそれぞれさらに、第２メインリレーおよび第２サブリレーを制御するようにし、
前記第１コントローラー及び前記第２コントローラーはそれぞれ、前記第２サブリレーがターンオンされた場合にだけ前記第２メインリレーがターンオフされるように前記第２メインリレーおよび前記第２サブリレー素子を制御することを特徴とする請求項８に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１０】
前記負荷はインバータを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１１】
前記負荷は前記インバータに連結されたモータジェネレータを含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１２】
前記第１コントローラーはインバータを制御するように構成されたインバータコントローラーであり、前記第２コントローラーはエアバッグコントローラーであることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１３】
前記第１電極は正極であり、
前記第１メインリレーは前記正極と前記負荷の間に連結され、
前記第１サブリレーは前記正極と前記負荷の間に連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１４】
前記第１電極は陰極であり、
前記第１メインリレーは前記陰極と前記負荷の間に連結され、
前記第１サブリレーは前記陰極と前記負荷の間に連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１５】
前記正極と前記負荷の間に連結される第２メインリレーをさらに含み、
前記バッテリーパックの第２電極は陰極であることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１６】
前記陰極と前記負荷の間に連結される第２メインリレーをさらに含み、
前記バッテリーパックの前記第１電極は正極であることを特徴とする請求項１４に記載のバッテリー管理システム。
【請求項１７】
第１サブリレー素子内の第１サブリレーがオフ状態にあるときに、バッテリーパックと負荷の間に連結された第１メインリレーをオン状態に切り替える段階であって、前記第１サブリレー素子が前記第１メインリレーに並列に前記バッテリーパックと前記負荷の間に連結された、第１メインリレーをオン状態に切り替える段階、
前記第１メインリレーをオン状態に切り替えた後であって、前記第１メインリレーがオン状態にあるときに前記第１サブリレーをオン状態に切り替える段階、
前記第１サブリレーがオン状態にあるときに前記第１メインリレーをオフ状態に切り替える段階、
前記バッテリーパックと前記負荷との間に連結された第２メインリレーをオン状態に切り替える段階、及び
前記第１メインリレーをオフ状態に切り替えた後であって、前記第１サブリレーがオン状態にある間に前記第２メインリレーをオフ状態に切り替える段階を含む、
バッテリー管理システム内におけるスイッチング方法。
【請求項１８】
第１サブリレー素子内の第１サブリレーがオフ状態にあるときに、バッテリーパックと負荷との間に連結された第１メインリレーをオン状態に切り替える段階であって、前記第１サブリレーが、前記第１メインリレーと並列に前記バッテリーパックと前記負荷との間に連結される、第１メインリレーをオン状態に切り替える段階、
前記第１メインリレーをオン状態に切り替えた後であって、前記第１メインリレーがオン状態にあるときに、前記第１サブリレーをオン状態に切り替える段階、
前記第１サブリレーをオフ状態に切り替える前に前記第１メインリレーをオフ状態に切り替える段階、
前記バッテリーパックと前記負荷との間に連結された第２メインリレーをオン状態に切り替える段階、
第２サブリレー素子内の第２サブリレーをオン状態に切り替える段階であって、前記第２サブリレーが、前記第２メインリレーと並列に前記バッテリーパックと前記負荷との間に連結された、第２サブリレーをオン状態に切り替える段階、及び
前記第２サブリレーをオフ状態に切り替える前であって、前記第２サブリレーがオン状態にあるときに、前記第２メインリレーをオフ状態に切り替える段階を含む、
バッテリー管理システム内におけるスイッチング方法。
【請求項１９】
前記負荷はインバータを含み、
前記第１サブリレーがオン状態にあるときに前記第１メインリレーをオフ状態に切り替える段階は、前記インバータを制御するようにするインバータコントローラーまたはエアバッグを制御するようにするエアバッグコントローラーからの信号によって、前記インバータコントローラーまたは前記エアバッグコントローラーからの信号に従って前記第１サブリレーをオフ状態に切り替える前に、前記第１メインリレーをオフ状態に切り替える段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載のスイッチング方法。