(57)【要約】  本発明は、複数のバッテリーセル各々のバランシング抵抗が設けられた基板の基板温度を基準温度以下に維持しながら、複数のバッテリーセル各々の充電状態間のバランシングを行うバッテリー管理装置に関する。本発明によると、バランシングスイッチのデューティサイクルが制御され、基板温度が基準温度以下に維持されることで、バランシング過程で発生する熱によってバッテリー管理装置に含まれた部品が過熱されて焼損する現象を防止することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリーセルの各々と電気的に接続した複数のバランシング抵抗と、前記複数のバッテリーセルと前記複数のバランシング抵抗の各々とを電気的に接続する複数のバランシング経路と、前記複数のバランシング経路を通電または遮断する複数のバランシングスイッチと、を備えるバランシング回路部と、
前記複数のバッテリーセルの各々の充電状態に基づいて前記複数のバッテリーセルのうちバランシング対象バッテリーセルを決定し、前記バランシング対象バッテリーセルと電気的に接続したバランシング抵抗が設けられた基板の基板温度と基準温度との比較結果に基づいて、前記バランシング対象バッテリーセルと対応するバランシング抵抗を電気的に接続させるバランシング経路を通電または遮断するバランシング対象スイッチを選択し、選択されたバランシング対象スイッチの動作状態を制御してバランシング抵抗に流れるバランシング電流を調節することで、前記基板温度を前記基準温度以下に維持するプロセッサと、を含む、バッテリー管理装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、
前記バランシング対象バッテリーセルが決定されると、前記基板温度と前記基準温度との比較の結果、前記基板温度が前記基準温度未満であれば、前記バランシング電流が最大になるように前記バランシング対象スイッチの動作状態を制御する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、
前記バランシング対象スイッチのデューティサイクルが最大になるように前記バランシング対象スイッチの動作状態を制御する、請求項２に記載のバッテリー管理装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、
前記バランシング対象バッテリーセルが決定されると、前記基板温度と前記基準温度との比較の結果、前記基板温度が前記基準温度と同一であれば、前記バランシング対象バッテリーセルと電気的に接続したバランシング抵抗の消費電力が前記基板から外部へ伝達される熱伝達量と同一となるように、前記バランシング対象スイッチの動作状態を制御する、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、
前記消費電力と前記熱伝達量とが同一になる前記バランシング対象スイッチのデューティサイクルを算出し、前記算出されたデューティサイクルで前記バランシング対象スイッチの動作状態を制御する、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、
前記バランシング対象バッテリーセルが決定されると、前記基板温度と前記基準温度との比較の結果、前記基板温度が前記基準温度を超過すれば、前記バランシング対象バッテリーセルと電気的に接続したバランシング抵抗の消費電力が前記基板から外部へ伝達される熱伝達量未満になるように、前記バランシング対象スイッチの動作状態を制御する、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、
前記消費電力が前記熱伝達量未満になる前記バランシング対象スイッチのデューティサイクルを算出し、前記算出されたデューティサイクルで前記バランシング対象スイッチの動作状態を制御する、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
【請求項８】
前記プロセッサは、
基準時間内に前記基板温度が前記基準温度未満になるようにバランシング対象スイッチのデューティサイクルを算出し、前記算出されたデューティサイクルで前記バランシング対象スイッチの動作状態を制御する、請求項６または７に記載のバッテリー管理装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含む、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー管理装置に関し、より詳しくは、複数のバッテリーセル各々のバランシング抵抗が設けられた基板の基板温度を基準温度以下に維持しながら、複数のバッテリーセル各々の充電状態の間でバランシングを行うバッテリー管理装置に関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年１０月１９日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０１２５５３９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、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
最近、化石エネルギーの枯渇と環境汚染によって、化石エネルギーを使用することなく電気エネルギーを用いて駆動できる電気製品に対する関心が高まりつつある。
【０００４】
これによって、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電力貯蔵装置、無停電電源装置などに関わる技術開発と需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急増しつつある。したがって、多様な要求に応じて二次電池についての研究が盛んに行われている。
【０００５】
通常、二次電池の種類には、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などが挙げられる。このような二次電池は、リチウム系電池とニッケル水素系電池に分けられる。リチウム系電池は、デジタルカメラ、Ｐ−ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、 携帯ゲーム機、パワーツール及び電動自転車などの小型製品に主に適用され、ニッケル水素系電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車のような高出力が要求される大型製品に適用されて使用されている。
【０００６】
一方、電気自動車やハイブリッド電気自動車が走行するためには、高出力を要求する電動モーターを駆動させなければならない。また、建物や一定の地域に電力を供給する電力貯蔵装置の場合、電力の需要を満たすに足りる電力を供給しなければならない。このように、高出力または大容量の電力を提供するために、単位セル集合体からなるバッテリーを直列または並列に複数接続して所望する出力または電力が供給されるようにしている。
【０００７】
ところが、複数の単位セルが接続しているバッテリーの場合、充放電を繰り返すと、各単位セルの充電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）にばらつきが発生するようになる。このように充電状態の不均衡な状態でバッテリーの放電が続けられると、充電状態の低い特定の単位セルが過放電され、バッテリーの安定的な動作が困難となる。逆に、このように充電状態が不均衡な状態でバッテリーの充電が続けられると、充電状態の高い特定の単位セルが過充電されてバッテリーの安全性を阻害する。充電状態の不均衡は、一部の単位セルを過充電状態または過放電状態にし、このような問題によって負荷（例えば、電動モーター、電力網）に安定的に電力を供給できないという問題が発生するようになる。
【０００８】
上述したような問題を解決するために、バッテリーセルの充電状態を持続的にモニターして各バッテリーセルの充電状態を一定なレベルにバランシングする多様な形態の回路が使われている。
【０００９】
特に、充電状態が他の単位セルよりも高い特定のセルをバランシング抵抗に接続して放電させるパッシブバランシング回路は、迅速にバランシング可能であるという長所がある。しかし、バランシング過程でバランシング抵抗に熱が発生して、バランシング抵抗が設けられた基板が過熱される現象が発生する。これによって、基板に設けられたＩＣ、メモリ、スイッチなどのような素子まで過熱されて焼損するという問題点がある。
【００１０】
そこで、バランシング抵抗が設けられた基板を過熱させず、かつ複数のバッテリーセル各々の充電状態をバランシングすることができるバランシング技術が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、バランシング対象バッテリーセルとバランシング抵抗とを電気的に接続させるバランシングスイッチのデューティサイクルを制御してバランシング対象バッテリーセルのバランシング抵抗が設けられた基板の基板温度を基準温度以下に維持することができるバッテリー管理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の目的は以上で言及した目的に制限されず、言及されていない本発明の他の目的及び長所は下記の説明によって理解され得、本発明の実施例によってより明らかに理解されるだろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示した手段及びその組合せによって実現できる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一面によるバッテリー管理装置は、複数のバッテリーセル各々と電気的に接続した複数のバランシング抵抗、複数のバッテリーセルと複数のバランシング抵抗各々とを電気的に接続させる複数のバランシング経路、及び複数のバランシング経路を通電または遮断する複数のバランシングスイッチを備えるバランシング回路部と、複数のバッテリーセル各々の充電状態に基づいて複数のバッテリーセルのうちバランシング対象バッテリーセルを決定し、バランシング対象バッテリーセルと電気的に接続したバランシング抵抗が設けられた基板の基板温度と基準温度との大小を比較し、比較結果に基づいて複数のバランシングスイッチのうちバランシング対象バッテリーセルと対応するバランシング抵抗を電気的に接続するバランシング経路を通電または遮断するバランシング対象スイッチを選択し、選択されたバランシング対象スイッチの動作状態を制御してバランシング対象バッテリーセルと電気的に接続したバランシング抵抗に流れるバランシング電流を調節することで、基板温度を基準温度以下に維持するプロセッサと、を含み得る。
【００１４】
望ましくは、プロセッサは、バランシング対象バッテリーセルが決定されると、基板温度と基準温度との大小を比較し、比較の結果、基板温度が基準温度未満であれば、バランシング電流が最大になるようにバランシング対象スイッチの動作状態を制御し得る。
【００１５】
望ましくは、プロセッサは、バランシング対象スイッチのデューティサイクルが最大になるようにバランシング対象スイッチの動作状態を制御し得る。
【００１６】
望ましくは、プロセッサは、バランシング対象バッテリーセルが決定されると、基板温度と基準温度との大小を比較し、比較の結果、基板温度が基準温度と同一であれば、バランシング対象バッテリーセルと電気的に接続したバランシング抵抗の消費電力が基板から外部へ伝達される熱伝達量と同一となるように、バランシング対象スイッチの動作状態を制御し得る。
【００１７】
望ましくは、プロセッサは、消費電力と熱伝達量とが同一になるバランシング対象スイッチのデューティサイクルを算出し、算出されたデューティサイクルでバランシング対象スイッチの動作状態を制御し得る。
【００１８】
望ましくは、プロセッサは、バランシング対象バッテリーセルが決定されると、基板温度と基準温度との大小を比較し、比較の結果、基板温度が基準温度を超過すれば、バランシング対象バッテリーセルと電気的に接続したバランシング抵抗の消費電力が基板から外部へ伝達される熱伝達量未満になるように、バランシング対象スイッチの動作状態を制御し得る。
【００１９】
望ましくは、プロセッサは、消費電力が熱伝達量未満になるバランシング対象スイッチのデューティサイクルを算出し、算出されたデューティサイクルでバランシング対象スイッチの動作状態を制御し得る。
【００２０】
望ましくは、プロセッサは、基準時間内に基板温度が基準温度未満になるようにバランシング対象スイッチのデューティサイクルを算出し、算出されたデューティサイクルでバランシング対象スイッチの動作状態を制御し得る。
【００２１】
本発明の他面によるバッテリーパックは、バッテリー管理装置を含み得る。
【００２２】
本発明のさらに他面による自動車は、バッテリー管理装置を含み得る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、バランシング対象バッテリーセルとバランシング抵抗とを電気的に接続させるバランシングスイッチのデューティサイクルが制御され、基板温度が基準温度以下に維持されることで、バランシング過程で発生する熱によってバッテリー管理装置に含まれた部品が過熱されて焼損することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリー管理装置及びこれを含むバッテリーパックの構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施例によるバッテリー管理装置及びこれを含むバッテリーパックの接続構成を概略的に示す回路図である。
【図３】本発明の一実施例によるバッテリー管理装置がバランシングを行う前の複数のバッテリーセルの充電状態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装置がバランシングを行う間における複数のバッテリーセルの充電状態を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施例によるバッテリー管理装置及びこれを含むバッテリーパックの接続構成を概略的に示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
上述の目的、特徴及び長所は、添付された図面及び以下の詳細な説明を通じてより明らかになり、それによって本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者が本発明の技術的思想を容易に実施することが可能であろう。なお、本発明の説明にあたり、本発明に関連する公知技術ついての具体的な説明が、不要に本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その詳細な説明を略する。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。図面において同じ参照符号は、同一または類似の構成要素を指す。
【００２６】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００及びこれを含むバッテリーパックの構成を概略的に示すブロック図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００及びこれを含むバッテリーパックの接続構成を概略的に示す回路図である。図３は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００がバランシングを行う前における複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４の充電状態を示すグラフである。図４は、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００がバランシングを行う間における複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４の充電状態を示すグラフである。
【００２７】
図１〜図４を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４を備えるバッテリーパックに含まれ、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４のバランシングを行い得る。例えば、バッテリー管理装置１００は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４の充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ，ＳＯＣ）に基づいてバランシングを行い得る。
【００２８】
複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４は、バッテリーパックに含まれた充放電スイッチＳＷ２の動作状態によって充放電され得る。例えば、充放電スイッチＳＷ２がターンオン状態であれば、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４は、バッテリーパックに接続した負荷から充電電流を受けて充電されるか、または外部の負荷に放電電流を出力して放電され得る。そして、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４は、充放電スイッチＳＷ２がターンオフ状態であれば、バッテリーパックに接続した負荷との接続が遮断され得る。
【００２９】
ここで、充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）とは、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の最大充電容量に対して現在充電された容量の割合であり得る。また、バランシングは、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々が充放電される過程で充電状態が変わった場合、充電状態が同一になるように複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４のうちバランシング対象バッテリーセとして決定されたバッテリーセルを放電させる過程を意味する。
【００３０】
このために、本発明の一実施例によるバッテリー管理装置１００は、バランシング回路部１１０、センシング部１２０、メモリ部１３０、プロセッサ１４０及び通知部１５０を含み得る。
【００３１】
バランシング回路部１１０は、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４、複数のバランシング経路Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄ、複数のバランシングスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄを備え得る。
【００３２】
複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、複数のバランシング経路Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄを通じて複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４のうち対応するバッテリーセルと電気的に接続し得る。
【００３３】
即ち、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、複数のバランシング経路Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄを通じて複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４のうち対応するバッテリーセルと各々直列接続し得る。
【００３４】
複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、前述したバッテリー管理装置の構成要素が設けられた基板ＰＣＢに共に設けられ得る。これによって、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４に複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の放電電流が出力される場合、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４で発生する抵抗熱が基板ＰＣＢに伝導され得る。したがって、基板ＰＣＢのみならず、基板ＰＣＢに設けられたバッテリー管理装置の構成要素まで過熱され得る。
【００３５】
一実施例で、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、図２に示したように、一つの基板ＰＣＢに設けられ得る。
【００３６】
図２を参照すれば、第１バランシング経路Ｌ１ａには、第１バッテリーセルＣ１、第１バランシングスイッチＳＷ１ａ及び第１バランシング抵抗Ｒ１が備えられ得る。第２バランシング経路Ｌ１ｂには、第２バッテリーセルＣ２、第２バランシングスイッチＳＷ１ｂ及び第２バランシング抵抗Ｒ２が備えられ得る。第３バランシング経路Ｌ１ｃには、第３バッテリーセルＣ３、第３バランシングスイッチＳＷ１ｃ及び第３バランシング抵抗Ｒ３が備えられ得る。第４バランシング経路Ｌ１ｄには、第４バッテリーセルＣ４、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄ及び第４バランシング抵抗Ｒ４が備えられ得る。
【００３７】
複数のバランシングスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄ各々は、複数のバランシング経路Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄのうち対応するバランシング経路に備えられ、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４と複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の電気的接続を通電または遮断し得る。
【００３８】
このような複数のバランシングスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄは、プロセッサ１４０から出力される制御信号に応じて動作状態がターンオン状態またはターンオフ状態に制御され得る。
【００３９】
複数のバランシングスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄの動作状態がターンオン状態に制御されると、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４に複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の放電電流が出力され得る。
【００４０】
逆に、複数のバランシングスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄの動作状態がターンオフ状態に制御されると、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４と複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の電気的接続は遮断され得る。
【００４１】
センシング部１２０は、プロセッサ１４０と動作可能に結合し得る。即ち、センシング部１２０は、プロセッサ１４０に電気的信号を送信するか、またはプロセッサ１４０から電気的信号を受信できるようにプロセッサ１４０に接続し得る。
【００４２】
センシング部１２０は、予め設定された周期ごとに複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の両端電圧を測定することで、セル電圧を反復的に測定し得る。
【００４３】
センシング部１２０は、予め設定された周期ごとに複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々に入力または出力されるセル電流を反復的に測定し得る。
【００４４】
センシング部１２０は、予め設定された周期ごとに複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４が設けられた基板ＰＣＢの基板温度及びバッテリーパックの内部温度を反復的に測定し得る。
【００４５】
センシング部１２０は、測定されたセル電圧、セル電流、基板温度及び内部温度を示す測定信号をプロセッサ１４０に提供し得る。
【００４６】
このために、センシング部１２０は、セル電圧を測定するように構成された電圧センサーと、セル電流を測定するように構成された電流センサーと、基板温度及び内部温度を測定するように構成された温度センサーと、を含み得る。
【００４７】
プロセッサ１４０は、センシング部１２０から測定信号が受信されると、信号処理によって、セル電圧、セル電流、基板温度及び内部温度各々のデジタル値を決定し、メモリ部１３０に保存し得る。
【００４８】
メモリ部１３０は、半導体メモリ素子であって、プロセッサ１４０によって生成されるデータを、記録、消去及び更新し得る。そして、メモリ部１３０は、プロセッサ１４０によって駆動される複数のプログラムコードを保存し得る。例えば、複数のプログラムコードには、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４の充電状態を推定するためのコードと、バランシング対象バッテリーセルを決定するためのコードと、基板温度に対応して複数のバランシングスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄを制御するために設けられたコードと、が含まれ得る。また、メモリ部１３０は、本発明を実施するときに使用される予め決められた各種パラメーターの事前設定値を保存し得る。
【００４９】
メモリ部１３０は、データを、記録、消去及び更新可能な半導体メモリ素子であれば、その種類は特に制限されない。一例として、メモリ部１３０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリー、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどであり得る。メモリ部１３０は、プロセッサ１４０の制御ロジッグを定義したプログラムコードを保存している保存媒体をさらに含み得る。保存媒体は、フラッシュメモリーやハードディスクのような不揮発性記憶素子を含む。メモリ部１３０は、プロセッサ１４０と物理的に分離していてもよく、プロセッサ１４０と一体に統合していてもよい。
【００５０】
まず、プロセッサ１４０は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々に入出力されるセル電流に基づいて複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４の充電状態を推定し得る。
【００５１】
プロセッサ１４０は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々のセル電流を積算する電流積算法を用いて複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の充電状態を推定し得る。
【００５２】
プロセッサ１４０は、電流積算法を用いて複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の充電状態を推定するものとして説明したが、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の充電状態が推定可能であれば、その方法は限定されない。
【００５３】
プロセッサ１４０は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の充電状態に基づいて複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４のうちバランシング対象バッテリーセルを決定し得る。
【００５４】
より具体的に、プロセッサ１４０は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の充電状態の差を算出し、算出された充電状態の差が予め設定された基準差値以上であるか否かを確認し得る。
【００５５】
この際、プロセッサ１４０は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の充電状態のうち最小の充電状態と他の充電状態との差を充電状態の差として算出し得る。
【００５６】
図３に示したように、複数のバッテリーセル「Ｃ１」、「Ｃ２」、「Ｃ３」及び「Ｃ４」各々の充電状態が、「５０％」、「５６％」、「５３％」及び「６０％」である場合、プロセッサ１４０は、充電状態が最小である第１バッテリーセル「Ｃ１」の充電状態「５０％」と残りのバッテリーセル「Ｃ２」、「Ｃ３」及び「Ｃ４」各々の充電状態「５６％」、「５３％」及び「６０％」との充電状態の差を算出し得る。これによって、プロセッサ１４０は、第１バッテリーセル「Ｃ１」の充電状態と残りのバッテリーセル「Ｃ２」、「Ｃ３」及び「Ｃ４」各々の充電状態との充電状態の差を、「６％」、「３％」及び「１０％」として算出し得る。
【００５７】
その後、プロセッサ１４０は、算出された充電状態の差が予め設定された基準差値以上であるか否かを確認し、確認した結果、算出された充電状態の差が予め設定された基準差値以上であれば、充電状態が最大であるバッテリーセルをバランシング対象バッテリーセとして決定し得る。
【００５８】
例えば、予め設定された基準差値が「５％」である場合、プロセッサ１４０は、第２バッテリーセル「Ｃ２」及び第４バッテリーセル「Ｃ４」の充電状態の差が、予め設定された基準差値以上であることを確認し、第２バッテリーセル「Ｃ２」及び第４バッテリーセル「Ｃ４」のうち充電状態が最大である第４バッテリーセル「Ｃ４」をバランシング対象バッテリーセとして決定し得る。
【００５９】
プロセッサ１４０は、バランシング対象バッテリーセルＣ４と電気的に接続した第４バランシング抵抗Ｒ４が実装された基板ＰＣＢの基板温度と基準温度との大小を比較し得る。そして、プロセッサ１４０は、比較結果に基づいて、複数のバランシングスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄのうち第４バランシング経路Ｌ１ｄを通電または遮断する第４バランシングスイッチＳＷ１ｄをバランシング対象スイッチとして選択し得る。そして、プロセッサ１４０は、バランシング対象スイッチとして選択された第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御し得る。
【００６０】
ここで、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄは、複数のバランシングスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄのうちバランシング対象バッテリーセルＣ４と第４バランシング抵抗Ｒ４とを電気的に接続させる第４バランシング経路Ｌ１ｄを通電または遮断するスイッチであり得る。
【００６１】
ここで、基準温度は、基板ＰＣＢに設けられたバランシング抵抗などのような電子部品が高温で焼損しない最大温度であり得る。即ち、基板温度が基準温度以上であれば、高温によって基板ＰＣＢに実装された電子部品が焼損し得る。
【００６２】
プロセッサ１４０は、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御して、バランシング対象バッテリーセルＣ４と電気的に接続した第４バランシング抵抗Ｒ４に流れるバランシング電流を調節することで、基板温度を基準温度以下に維持し得る。
【００６３】
より具体的に、プロセッサ１４０は、バランシング対象バッテリーセルＣ４が決定されると、バランシング対象バッテリーセルＣ４と電気的に接続した第４バランシング抵抗Ｒ４が実装された基板ＰＣＢの基板温度と基準温度との大小を比較し得る。そして、プロセッサ１４０は、比較の結果、基板温度が基準温度未満であれば、第４バランシング抵抗Ｒ４に流れるバランシング電流が最大になるように第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御し得る。
【００６４】
この際、プロセッサ１４０は、基板温度が基準温度未満であれば、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルが最大になるように第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御し得る。
【００６５】
例えば、図３に示したように、プロセッサ１４０は、基板温度が基準温度未満であれば、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルが「１００％」になるように連続的にターンオン制御信号を出力し得る。
【００６６】
このような本発明によれば、基板温度が、部品が高温に焼損しない基準温度未満であれば、バランシング抵抗から発生する熱が最大になるとしてもバランシングスイッチのデューティサイクルを最大に制御することで、バランシング対象バッテリーセルの電力を最大に消費して迅速にバランシングを行うことができる。
【００６７】
プロセッサ１４０は、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルが最大になるように第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御した時点以後またはバランシング対象バッテリーセルＣ４が決められた時点以後の基板温度と基準温度との大小を比較し得る。そして、プロセッサ１４０は、基板温度が基準温度と同一であれば、バランシング対象バッテリーセルＣ４と電気的に接続した第４バランシング抵抗Ｒ４の消費電力が基板ＰＣＢから基板ＰＣＢの外部に伝達される熱伝達量と同一になるように、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御し得る。
【００６８】
このために、プロセッサ１４０は、基板温度が基準温度と同一であれば、第４バランシング抵抗Ｒ４の消費電力が基板ＰＣＢから基板ＰＣＢの外部へ伝達される熱伝達量と同一になる第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルを算出し得る。
【００６９】
この際、プロセッサ１４０は、下記の数式１を用いて第４バランシング抵抗Ｒ４の消費電力が基板ＰＣＢから基板ＰＣＢの外部へ伝達される熱伝達量と同一になる第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルを算出し得る。
【００７０】
【数１】
2021524224.tif 000003
【００７１】
ここで、Ｄは、バランシング抵抗の消費電力が基板から基板の外部へ伝達される熱伝達量と同一になるバランシングスイッチのデューティサイクルであり、ｈは基板の対流熱伝達係数［Ｗ／（ｍ２Ｋ）］でり、Ａは基板の面積［ｍ２］であり、Ｒはバランシング抵抗の抵抗値［Ω］であり、Ｔｅは基板の外部温度［℃］（即ち、バッテリーパックの内部温度）であり、Ｔｐは基板温度［℃］であり、Ｖはバランシング対象バッテリーセルのセル電圧［Ｖ］である。
【００７２】
例えば、対流熱伝達係数ｈが０．４Ｗ／ｍ２Ｋであり、基板の面積Ａが０．０２ｍ２であり、バランシング抵抗の抵抗値Ｒが２０Ωであり、基板の外部温度Ｔｅが５５℃であり、基板温度Ｔｐが２５℃であり、バッテリーセルのセル電圧Ｖが３．７Ｖであると仮定する。この場合、数式１を参照すれば、プロセッサ１４０は、バランシングスイッチのデューティサイクルを「３５％」として算出し得る。
【００７３】
プロセッサ１４０は、算出されたデューティサイクルで第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御することで、基板温度が基準温度を維持した状態でバランシング対象バッテリーセルＣ４を放電させることができる。
【００７４】
例えば、プロセッサ１４０は、基板温度が基準温度と同一であれば、図４に示したように、バランシング対象バッテリーセルＣ４と電気的に接続した第４バランシング抵抗Ｒ４の消費電力が基板ＰＣＢから基板ＰＣＢの外部へ伝達される熱伝達量と同一になるように、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄにターンオン制御信号とターンオフ制御信号を同じ時間の間に出力し得る。例えば、図４の実施例において、プロセッサ１４０は、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルが「５０％」になるようにターンオン制御信号及びターンオフ制御信号を交互に出力し得る。
【００７５】
このような本発明によると、基板温度が基準温度と同一であれば、接続している第４バランシング抵抗Ｒ４から発生する熱量と基板ＰＣＢから外部へ放出される熱量とが同一になる第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルを算出して、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御することで、基板温度が基準温度を維持した状態でバランシング対象バッテリーセルＣ４を放電させることができる。
【００７６】
一方、プロセッサ１４０は、バランシング対象バッテリーセルＣ４が決められた時点以後に基板温度と基準温度との大小を比較した結果、基板温度が基準温度を超過すると、バランシング対象バッテリーセルＣ４と電気的に接続した第４バランシング抵抗Ｒ４の消費電力が基板ＰＣＢから基板ＰＣＢの外部へ伝達される熱伝達量未満になるように、第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を制御し得る。
【００７７】
このために、プロセッサ１４０は、基板温度が基準温度を超過すると、第４バランシング抵抗Ｒ４の消費電力が基板ＰＣＢから基板ＰＣＢの外部へ伝達される熱伝達量未満になる第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルを算出し得る。
【００７８】
この際、プロセッサ１４０は、第４バランシング抵抗Ｒ４の消費電力が基板ＰＣＢから基板ＰＣＢの外部へ伝達される熱伝達量と同一になる第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクル未満にデューティサイクルを再算出し得る。
【００７９】
例えば、プロセッサ１４０は、第４バランシング抵抗Ｒ４の消費電力が基板ＰＣＢから基板ＰＣＢの外部へ伝達される熱伝達量と同一になる第４バランシングスイッチＳＷ１ｄのデューティサイクルを「５０％」に算出した場合、「５０％」未満にデューティサイクルを再算出し得る。
【００８０】
その後、プロセッサ１４０は、再算出されたデューティサイクルで第４バランシングスイッチＳＷ１ｄの動作状態を予め設定された制御時間の間に制御することで、基準温度を超過した基板温度を減少させながらバランシング対象バッテリーセルＣ４を放電させることができる。
【００８１】
図５は、本発明の他の実施例によるバッテリー管理装置１００とこれを含むバッテリーパックの接続構成を概略的に示す回路図である。
【００８２】
図５を参照すれば、他の実施例によるバッテリー管理装置１００のプロセッサ１４０'は、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４が複数の基板ＰＣＢ１'、ＰＣＢ２'に設けられた場合、複数のバランシング抵抗Ｒ１〜Ｒ４各々の抵抗識別コードと複数の基板ＰＣＢ１'、ＰＣＢ２'各々の基板識別コードとがマッピングされた識別コードデータを用いて、バランシング対象バッテリーセルを決定し得る。ここで、識別コードデータは、抵抗識別コードに当たるバランシング抵抗が設けられた基板の基板識別コードと抵抗識別コードとがマッピングされたデータであり得る。
【００８３】
例えば、図５に示したように、バランシング抵抗「Ｒ１」と「Ｒ２」各々の抵抗識別コードは、基板「ＰＣＢ１'」の基板識別コードとマッピングされ、バランシング抵抗「Ｒ３」と「Ｒ４」各々の抵抗識別コードは、基板「ＰＣＢ２'」の基板識別コードとマッピングされ得る。
【００８４】
その後、他の実施例によるプロセッサ１４０'は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の充電状態同士の差を算出し、充電状態差が、予め設定された基準差値以上であるか否かを確認し得る。
【００８５】
他の実施例によるプロセッサ１４０'は、複数のバッテリーセルＣ１〜Ｃ４各々の充電状態のうち最小の充電状態と他の充電状態との差を充電状態の差として算出し得る。
【００８６】
上述した例のように、複数のバッテリーセル「Ｃ１」、「Ｃ２」、「Ｃ３」及び「Ｃ４」各々の充電状態が、「５０％」、「５６％」、「５３％」及び「６０％」である場合、他の実施例によるプロセッサ１４０'は、充電状態が最小である第１バッテリーセル「Ｃ１」の充電状態「５０％」と、残りのバッテリーセル「Ｃ２」、「Ｃ３」及び「Ｃ４」各々の充電状態「５６％」、「５３％」及び「６０％」の充電状態との差を算出し得る。これによって、他の実施例によるプロセッサ１４０'は、第１バッテリーセル「Ｃ１」の充電状態と残りのバッテリーセル「Ｃ２」、「Ｃ３」及び「Ｃ４」各々の充電状態との充電状態の差を、「６％」、「３％」及び「１０％」として算出し得る。
【００８７】
その後、他の実施例によるプロセッサ１４０'は、算出された充電状態の差が予め設定された基準差値以上であるか否かを確認し、確認した結果、算出された充電状態の差が、予め設定された基準差値以上であれば、当該バッテリーセルと電気的に接続したバランシング抵抗の抵抗識別コードにマッピングされた基板識別コードを読み出し得る。
【００８８】
前述した例をさらに説明すると、他の実施例によるプロセッサ１４０'は、充電状態の差が予め設定された基準差値以上である第２バッテリーセル「Ｃ２」及び第４バッテリーセル「Ｃ４」と電気的に接続した第２バランシング抵抗「Ｒ２」及び第４バランシング抵抗「Ｒ４」の抵抗識別コード各々にマッピングされた基板識別コードを読み出し得る。
【００８９】
他の実施例によるプロセッサ１４０'は、読み出された基板識別コードに対応する基板ＰＣＢ１'、ＰＣＢ２'ごとに充電状態の差が最大であるバッテリーセルをバランシング対象バッテリーセルＣ２、Ｃ４として決定し得る。
【００９０】
これによって、他の実施例によるプロセッサ１４０'は、基板「ＰＣＢ１'」に設けられた第１バランシング抵抗「Ｒ１」及び第２バランシング抵抗「Ｒ２」と各々電気的に接続した第１バッテリーセル「Ｃ１」及び第２バッテリーセル  「Ｃ２」のうち充電状態の差が予め設定された基準差値以上であり、充電状態が最大である第２バッテリーセル「Ｃ２」を、バランシング対象バッテリーセルＣ２として決定し得る。
【００９１】
また、他の実施例によるプロセッサ１４０'は、基板「ＰＣＢ２'」に設けられた第３バランシング抵抗「Ｒ３」及び第４バランシング抵抗「Ｒ４」と各々電気的に接続した第３バッテリーセル「Ｃ３」及び第４バッテリーセル「Ｃ４」のうち充電状態の差が予め設定された基準差値以上であり、充電状態が最大である第４バッテリーセル「Ｃ４」を、バランシング対象バッテリーセルＣ４として決定し得る。
【００９２】
その後、他の実施例によるプロセッサ１４０'は、一実施例によるプロセッサ１４０と同様にデューティサイクルを算出し、基板ＰＣＢ１'、ＰＣＢ２'各々の基板温度が基準温度以下になるように維持しながら、バランシングを行い得る。
【００９３】
図１〜図４をさらに参照すれば、通知部１５０は、プロセッサ１４０からバランシング対象バッテリーセルの決定結果を受けて外部へ出力し得る。より具体的に、通知部１５０は、上述したバランシング対象バッテリーセルの決定結果を記号、数字及びコードのいずれか一つ以上を用いて示すディスプレイ部、及び音で出力するスピーカー装置の一つ以上を備え得る。
【００９４】
一方、本発明によるバッテリーパックは、複数のバッテリーセルの外にも、バッテリーセルを収納するためのケース、カートリッジ及びバスバーなどをさらに含み得る。特に、本発明によるバッテリーパックは、バッテリー管理装置を含んでバランシング抵抗を用いて複数のバッテリーセル各々の充電状態間のバランシングを行うことができる。
【００９５】
本発明によるバッテリー管理装置は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用可能である。即ち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリー管理装置を含み得る。
【００９６】
上述した本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者にとって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施例及び添付された図面によって限定されない。
【符号の説明】
【００９７】
１００    バッテリー管理装置
１１０    バランシング回路部
１２０    センシング部
１３０    メモリ部
１４０、１４０'    プロセッサ
１５０    通知部
【図１】
2021524224.tif 000004
【図２】
2021524224.tif 000005
【図３】
2021524224.tif 000006
【図４】
2021524224.tif 000007
【図５】
2021524224.tif 000008
【国際調査報告】
2021524224.tif 000009
2021524224.tif 000010
2021524224.tif 000011
2021524224.tif 000012