(57)【要約】【課題】バッテリー管理システムおよびその作動方法を提供する。【解決手段】バッテリー管理システムはセンシング部およびＭＣＵを含む。センシング部はバッテリー電圧を測定する。ＭＣＵはバッテリー電圧の充電および放電を制御して、バッテリー電圧の充放電パルスパターン波形を生成して、パルスパターン波形で少なくともひとつのパルスパターンの電圧値を測定して、電圧値を平均した結果をＯＣＶに設定する。これにより、走行中に正確なＯＣＶを設定できて正確にＳＯＣを推定でき、ＳＯＣ推定の時にも誤差を防止することによって、バッテリーの過充電および過放電を防止できる。【選択図】図３
2008116433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー電圧を測定するセンシング部；および
前記バッテリー電圧の充電および放電を制御して、バッテリー電圧の充放電パルスパターン波形を生成して、前記パルスパターン波形で少なくともひとつのパルスパターンの電圧値を測定して、前記電圧値を平均した結果をＯＣＶに設定するＭＣＵ
を含むことを特徴とする、バッテリー管理システム。
【請求項２】
前記ＭＣＵは、
完全充電または完全放電後、バッテリーＳＯＣが所定レベルになれば、前記バッテリー電圧の充電および放電を制御して、バッテリー充放電パルスパターン波形を生成する機能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３】
前記バッテリー充放電パルスパターン波形は、
バッテリーの充電および放電を一回ずつ繰り返して、生成される複数のパルスパターンで構成された波形であることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリー管理システム。
【請求項４】
前記ＭＣＵは、
前記複数のバッテリーパルスパターンをカウントして、前記カウントした複数のバッテリーパルスパターンのうちの少なくとも最後のパルスを含む検出パルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧を貯蔵するパルスパターン制御部；および
前記検出パルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧の平均値を算出して、算出された平均値をＯＣＶに設定するＯＣＶ設定部
を含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリー管理システム。
【請求項５】
バッテリー管理システムの作動方法であって、
ａ）完全放電および完全充電を判断して、バッテリーのＳＯＣが一定したレベルになる段階；
ｂ）バッテリーの充放電を制御して、複数のバッテリー充放電パルスパターンを生成してカウントする段階；および
ｃ）前記段階ｂ）で複数のバッテリー充放電パルスパターンのうち少なくとも最後のパルスを含む検出パルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧の平均値を求めて、前記平均値をＯＣＶに設定する段階
を含むことを特徴とする、バッテリー管理システムの作動方法。
【請求項６】
前記バッテリー充放電パルスパターン波形は、
バッテリーの充電および放電を一回ずつ繰り返して、生成される複数のパルスパターンで構成された波形であ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の作動方法。
【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に係り、特に、電気エネルギーを用いる自動車に適用できるバッテリー管理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンや重油を主燃料として使う内燃エンジンを用い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、動作するバッテリーエンジンを用いる自動車である。このような電気自動車は充放電が可能な多数の２次電池が一つのパックに形成されたバッテリーを主動力源として用いるので排気ガスが全くなくて、騒音が非常に小さい長所がある。
【０００４】
一方、ハイブリッド自動車ということは内燃エンジンを用いる自動車と電気自動車を合成した自動車として、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エンジンを使う自動車である。現在は、内燃エンジンの他に、バッテリーや燃料電池を用いるバッテリーエンジンなどが混用された形態のハイブリッド自動車が開発されている。
【０００５】
このように電気エネルギーを用いる自動車では、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、各電池セルの性能に優れるだけでなく、各電池セルの電圧、バッテリー全体としての電圧および電流などを測定して、各電池セルの充放電を効率的に管理できるバッテリー管理システムが必要である。
【０００６】
一般に、バッテリー管理システムは正確なＳＯＣ（充電状態の指標）を算出するためにはＯＣＶ（無負荷電圧）を正確に測定できるべきである。バッテリーに充電あるいは放電が持続した後、無負荷状態になった場合、短時間には内部抵抗およびバッテリーの分極現象によって、正確なＯＣＶを測定できない。正確なＯＣＶを測定するためには内部抵抗およびバッテリーの分極現象が全て解消される時間が必要である。しかしながら、ハイブリッド自動車運行において、このような時間をいつも保障するのは不可能である。したがって、短時間内に測定されたＯＣＶに含まれている誤差はＳＯＣの誤差を発生させる原因になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、従来より正確で誤差が少ないＯＣＶを推定して、正確にＳＯＣを設定できるバッテリー管理システムおよびその作動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一特徴によるバッテリー管理システムは、使用するバッテリーのＯＣＶを測定するシステムであって、バッテリー電圧を測定するセンシング部；および前記バッテリー電圧の充電および放電を制御して、バッテリーの電圧の充放電パルスパターン波形を生成して、前記パルスパターン波形で少なくともひとつのパルスパターンの電圧値を測定して、前記電圧値を平均した結果をＯＣＶとして設定するＭＣＵ；を含む。そして前記ＭＣＵは、完全充電又は完全放電後、バッテリーのＳＯＣが所定レベルになれば、前記バッテリー電圧の充電および放電を制御して、バッテリー充放電パルスパターン波形を生成する機能を含む。ここで前記バッテリー充放電パルスパターン波形は、バッテリーの充電および放電を一回ずつ繰り返して、生成される複数のパルスパターンで構成された波形であることを特徴とする。そして前記ＭＣＵは、前記複数のバッテリーパルスパターンをカウントして、前記カウントした複数のパルスパターンのうちの少なくとも最後のパルスを含む検出パルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧を貯蔵するパルスパターン制御部、および前記検出パルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧の平均値を算出して、算出された平均値をＯＣＶとして設定するＯＣＶ設定部を含む。
【０００９】
本発明の他の特徴によるバッテリー管理システムで使用されるバッテリーのＯＣＶを設定する作動方法であって、ａ）完全放電および完全充電を判断して、バッテリーのＳＯＣが一定したレベルになる段階、ｂ）バッテリーの充放電を制御して、複数のバッテリー充放電パルスパターンを生成してカウントする段階、およびｃ）前記段階ｂ）で複数のパルスパターンのうちの少なくとも最後のパルスを含む検出パルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧の平均値を求めて、前記平均値をＯＣＶに設定する段階を含む。そして前記バッテリー充放電パルスパターン波形は、バッテリーの充電および放電を一回ずつ繰り返して、生成される複数のパルスパターンで構成された波形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の特徴によれば、走行中に正確なＯＣＶを設定できて、これにより正確にＳＯＣを推定できる。
【００１１】
そしてＯＣＶ設定時発生する誤差を減少させて、ＳＯＣ推定の時にも誤差を防止することによって、バッテリーの過充電および過放電を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について当業者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかしながら、本発明は多様に異なる形態で実現できるので、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略した。明細書全体を通じて類似した部分については同一図面符号で示すものとする。
【００１３】
明細書全体で、どのようなな部分が他の部分と“連結”されているという時、これは“直接的に連結”されている場合だけでなく、その中間に他の素子を間において“電気的に連結”されている場合も含む。また、どんな部分がどんな構成要素を“含む”とする時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【００１４】
図１は本発明の実施形態によるハイブリッド自動車システムの構成を簡略に示す図面である。
図１に示すように、自動車システムは、バッテリー管理システム１、バッテリー２、電流センサー３、冷却ファン４、ヒュ−ズ５、メインスイッチ６、ＭＴＣＵ（Ｍｏｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７、インバータ８およびモータジェネレーター９を含む。
【００１５】
まず、バッテリー２は複数の電池セルが互いに直列に連結された複数のサブパック（２ａ〜２ｈ）、出力端子（２＿ＯＵＴ１）、出力端子（２＿ＯＵＴ２）およびサブパック（２ｄ）とサブパック（２ｅ）との間に備えられる安全スイッチ（２＿ＳＷ）を含む。ここでサブパック（２ａ〜２ｈ）は例示的に８個で表示されてサブパックは複数の電池セルを一つのグループで表示したことに過ぎなく、これに限定されるものではない。また安全スイッチ（２＿ＳＷ）はサブパック（２ｄ）とサブパック（２ｅ）との間に備えられるスイッチとしてバッテリーを交替したり、バッテリーに対する作業を遂行する時作業者の安全のために受動的にオン・オフできるスイッチである。本発明による実施形態ではサブパック（２ｄ）とサブパック（２ｅ）との間に安全スイッチ（２＿ＳＷ）が備えられるが、本発明はこれに限定されるものではない。出力端子（２＿ＯＵＴ１）および出力端子（２＿ＯＵＴ２）はインバータ８と連結される。
【００１６】
電流センサー３は、バッテリー２に流れる電流量を測定してバッテリー管理システム１のセンシング部１０に出力する。具体的には、電流センサー３はホール素子を用いて、電流を測定し、測定された電流に対応するアナログ電流信号として出力するホールＣＴ（電流トランス）であるか、或いはバッテリーと負荷の間の電線に位置したシャント抵抗を通じて、電流を数式によって変換した電圧信号である。
【００１７】
冷却ファン４は、バッテリー管理システム１の制御信号に基づいて、バッテリー２の充放電によって、発生する熱を排出冷却して、温度上昇によるバッテリー２の劣化および充放電効率の低下を防止する。
【００１８】
ヒュ−ズ５は、バッテリー２の断線または短絡によって、過電流がバッテリー２に伝えられることを防止する。つまり、過電流が発生すればヒュ−ズ５は断線されて、過電流がバッテリー２に伝えられることを防止する。
【００１９】
メインスイッチ６は過電圧、過電流、高温など異常現象が発生すればバッテリー管理システム１または自動車のＭＴＣＵ７の制御信号に基づいて、バッテリー２をオン／オフする。
【００２０】
バッテリー管理システム１はセンシング部１０、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０、内部電源供給部３０、セルバランシング部４０、貯蔵部５０、通信部６０、保護回路部７０、パワーオンリセット部８０および外部インターフェース９０を含む。
【００２１】
センシング部１０は、バッテリー電圧を測定してＭＣＵ２０に伝達する。以下、バッテリーの出力端子の電圧をバッテリー電圧という。
【００２２】
ＭＣＵ２０は、センシング部１０から伝達されたバッテリー電圧に基づいて、バッテリー２のＯＣＶを設定して、バッテリー２の状態を知らせる情報を生成する。そしてＭＣＵ２０は、バッテリー２の状態を知らせる情報を自動車のＭＴＣＵ７に伝達する。またＭＣＵ２０は、正確なＯＣＶを測定するためにバッテリーの充電および放電を制御して、バッテリー２の電圧が所定回数のバッテリー充放電パルスパターン波形を有するようにする。バッテリー２が充電および放電を繰り返して、生成された所定回数のパルスパターン波形は内部抵抗およびバッテリー２の分極現象が全て解消し、バッテリー充放電パルスパターン波形のバッテリー電圧値に対応する正確なＯＣＶを設定する。したがって、ＭＣＵ２０は自動車走行中に生成された所定回数のバッテリー充放電パルスパターン波形のバッテリー電圧値を測定して、演算することによってＯＣＶを設定する。
【００２３】
内部電源供給部３０は、一般に補助バッテリーを用いてバッテリー管理システム１に電源を供給する装置である。セルバランシング部４０は各セルの充電状態の均衡を合わせる。つまり、充電状態が比較的高いセルは放電させて、充電状態が比較的低いセルは充電させることができる。貯蔵部５０はバッテリー管理システム１の電源がオフされる時、現在のＳＯＣ、ＳＯＨなどのデータを貯蔵する。
【００２４】
通信部６０は、自動車のＭＴＣＵ７と通信を行う。保護回路部７０はファームウエアを用いて、外部の衝撃、過電流、低電圧などからバッテリー２を保護するための回路である。パワーオンリセット部８０はバッテリー管理システム１の電源が点灯されれば全体システムをリセットする。外部インターフェース９０は冷却ファン４、メインスイッチ６等バッテリー管理システムの補助装置をＭＣＵ２０に連結するための装置である。本実施形態では冷却ファン４およびメインスイッチ６だけが示されたが、これに限定されるものではない。
【００２５】
ＭＴＣＵ７は、車両のアクセレレーター、ブレーキ、車両速度などの情報に基づいて、トルク程度を決めて、モータジェネレーター９の出力がトルク情報に合うように制御する。つまり、ＭＴＣＵ７はインバータ８のスイッチングを制御して、モータジェネレーター９の出力がトルク情報に合うように制御する。またＭＴＣＵ７は、バッテリー管理システム１の通信部６０によってＭＣＵ２０から伝えられるバッテリー２のＳＯＣを伝達されて、バッテリー２のＳＯＣが目標値（例えば５５％）になるように制御する。例えば、ＭＣＵ２０から伝えられたＳＯＣが５５％以下であれば、インバータ８のスイッチを制御して、電力がバッテリー１０方向に入力されるようにしてバッテリー２を充電させて、この時バッテリー電流は‘−’値で設定する。一方、ＳＯＣが５５％以上であれば、インバータ８のスイッチを制御して、電力がモータジェネレーター９方向に出力されるようにしてバッテリー２を放電させて、この時バッテリー電流は‘＋’値で設定する。
【００２６】
インバータ８は、ＭＴＣＵ７の制御信号に基づいて、バッテリー２が充電および放電されるようにする。モータジェネレーター９は、バッテリー２の電気エネルギーを用いてＭＴＣＵ７から伝えられるトルク情報に基づいて自動車を作動する。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態によるバッテリー管理システムのＭＣＵ２０を概略的に示す図面である。
図２に示すようにＭＣＵ２０はパルスパターン制御部２１０およびＯＣＶ設定部２２０を含む。
【００２８】
パルスパターン制御部２１０は、完全充電および完全放電を判断して、完全充電であれば１Ｃ  ＲａｔｅでＳＯＣ６０％まで放電させて、完全放電であれば１Ｃ  ＲａｔｅでＳＯＣ６０％まで充電させる。ここで、１Ｃ  Ｒａｔｅは単位時間当りバッテリー容量全体を充電または放電できる電流の大きさである。パルスパターン制御部２１０は１Ｃ  ＲａｔｅでＳＯＣ６０％まで充電または放電を行い、バッテリー２の充電および放電を制御して、バッテリー２の電圧が複数のパルスパターン波形を有するように制御する。この時、複数のパルスパターン波形はバッテリーの充電および放電を一回ずつ繰り返して、生成される複数のパルスパターンで構成されている。そしてパルスパターン制御部２１０でバッテリー充放電パルスパターン波形はバッテリー２に関係している内部抵抗およびバッテリー２の分極現象を除去する。
【００２９】
パルスパターン制御部２１０は、完全充電および完全放電時バッテリーのＳＯＣを一定したレベルで制御した後、複数のバッテリーパルスパターンが生成されるようにバッテリーの充放電を制御する。具体的には、パルスパターン制御部２１０は完全充電および完全放電を判断して、完全充電であれば１Ｃ  ＲａｔｅでＳＯＣ６０％まで放電して、完全放電であれば１Ｃ  ＲａｔｅでＳＯＣ６０％まで充電する。そして、パルスパターン制御部２１０は充電または放電後に、バッテリー充放電パルスパターン波形を制御する。この時、本発明の実施形態による複数のバッテリー充放電パルスパターン波形は充電および放電を一回ずつ繰り返す１０個のパルスパターンに形成された波形である。パルスパターン制御部２１０は１番目パルスから１０番目パルスまで１０個のパルスで形成された波形をカウントして、１０番目カウントした後にはカウンターを中止する。この時、パルス波形が８番以上になれば、パルスパターン制御部２１０は検出パルスパターンのバッテリー電圧のうち上限ピーク電圧および下限ピーク電圧を貯蔵する。ここで、検出パルスパターンは複数のパルスパターンのうちの少なくとも最後のパルスを含む。
【００３０】
ＯＣＶ設定部２２０は、パルスパターン制御部２１０から伝達された８番カウンターから１０番カウンター値まで検出パルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧を加えて平均値を算出し、算出された平均値をＯＣＶに設定する。
【００３１】
本発明のＯＣＶ設定方法に関するバッテリー管理システムで、ＯＣＶ設定部２２０は少なくとも最後のパルスを含む検出パルスパターンの電圧を積算して、時間に分けてＯＣＶを設定できる。つまり、本発明によるＯＣＶ設定部２２０は複数のパルスパターンのうち検出パルスパターンで３個のパルスの上限ピーク電圧および下限ピーク電圧値の平均をＯＣＶに設定する方式に限定されなくて、複数のパルスパターンのうち最後のパルスまたは最後のパルスとその直前パルスなどを使ってＯＣＶを設定できる。また本発明は多様な形態で実現され、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００３２】
図３は、本発明の実施形態によりバッテリー管理システムの作動方法を示すフローチャートである。
まず、バッテリー管理システム１のＭＣＵ２０は完全放電および完全充電を判断する（Ｓ１００）。段階（Ｓ１００）でバッテリー２が完全充電であれば、完全充電状態の１Ｃ  ＲａｔｅでＳＯＣ６０％まで放電させる（Ｓ２００）。一方、段階（Ｓ１００）でバッテリー２が完全放電であれば、完全放電状態の１Ｃ  ＲａｔｅでＳＯＣ６０％まで充電させる（Ｓ３００）。ここで、１Ｃ  Ｒａｔｅは単位時間当りバッテリー容量全体を充電または放電できる電流の大きさである。
【００３３】
ＳＯＣ６０％に設定した後に、ＭＣＵ２０はバッテリー電圧を複数のバッテリー充放電パルスパターン波形で制御する（Ｓ４００）。この時、本発明の実施形態によるバッテリー充放電パルスパターン波形はバッテリー２が充電および放電をそれぞれ一回ずつ繰り返して、生成された１０個のパルスパターンで構成された波形である。ＭＣＵ２０は、バッテリー充放電パルスパターンをカウントする（Ｓ５００）。段階（Ｓ５００）でＭＣＵ２０はカウントされたパルスパターンが８回以上であるかを判断する（Ｓ６００）。段階（Ｓ６００）で判断結果、カウント値が８番未満であれば、パルスパターンをカウントする（Ｓ７００）。そして再び段階（Ｓ４００）から開始する。
【００３４】
一方、段階（Ｓ６００）で判断結果、カウントされたパルスパターンが８番以上であれば、８番目パルスパターンから１０番目パルスパターンを検出パルスパターンに設定して、検出パルスパターンの各パルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧を貯蔵する（Ｓ８００）。そしてカウントしたパルスパターンが１０番になったかを判断する（Ｓ９００）。段階（Ｓ９００）判断結果、カウントしたパルスパターンが１０番未満であれば、パルスパターンカウンターをもう一度実行する（Ｓ７００）。そして再び段階（Ｓ４００）から開始する。
【００３５】
段階（Ｓ９００）判断結果、パルスパターンカウンターが１０番であれば貯蔵された検出パルスパターンのバッテリー電圧のうち上限ピーク電圧と下限ピーク電圧の平均値を求めてＯＣＶに設定する（Ｓ１０００）。
【００３６】
このように、本発明の実施形態による検出パルスパターンを用いたＯＣＶ設定方法に関するバッテリー管理システムおよびその作動方法によれば、完全放電および完全充電を判断して、判断結果それぞれ１Ｃ  ＲａｔｅでＳＯＣ６０％まで充電および放電を行わせる。そしてバッテリーの充放電パルスパターン波形を制御して、パルスパターンをカウントし始める。カウントされたパルスパターンの上限ピーク電圧と下限ピーク電圧を貯蔵し、貯蔵された上限ピーク電圧と下限ピーク電圧のうちの８番カウンターから１０度カウンターまで検出パルスパターンに相当する上限ピーク電圧値と下限ピーク電圧値の平均値を求める。そして算出された平均値をＯＣＶに設定する。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これもまた本発明の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態によるバッテリー、バッテリー管理システムおよびバッテリー管理システムの周辺装置を概略的に示す図面である。
【図２】本発明の実施形態によるバッテリー管理システムのＭＣＵを概略的に示す図面である。
【図３】本発明の実施形態によりバッテリー管理システムの作動方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１  バッテリー管理システム
２  バッテリー
２０  ＭＣＵ
【図１】
2008116433.tif 000003
【図２】
2008116433.tif 000004
【図３】
2008116433.tif 000005