(57)【要約】【課題】過充電を防止するバッテリー管理システムおよびその駆動方法を提供する。【解決手段】バッテリー電流、バッテリー電圧およびバッテリー温度を測定するセンシング部と、バッテリー電流およびバッテリー電圧を用いて充電状態リセット時点を判断するＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）とを含み、ＭＣＵは、充電状態リセット時点以後の電流積算結果を用いて過充電を判断するバッテリー管理システムが提供される。【選択図】図２
2008099541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー電流、バッテリー電圧およびバッテリー温度を測定するセンシング部と;
前記バッテリー電流およびバッテリー電圧を用いて充電状態リセット時点を判断するＭＣＵと；
を含み、
前記ＭＣＵは、前記充電状態リセット時点以後の電流積算結果を用いて過充電を判断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】
前記充電状態リセット時点は、バッテリー電流およびバッテリー電圧に対応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３】
前記ＭＣＵは、
前記充電状態リセット時点を感知し、前記充電状態リセット時点における現在電流積算値を伝達するＳＯＣ算出部と;
前記現在電流積算値と、前記バッテリー電流とを用いて電流積算し、電流積算により算出された電流積算値が、設定されたバッテリー正格容量に到達した場合に過充電と判断する完全充電判断部と；
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４】
前記完全充電判断部において過充電と判断された場合にメインスイッチを遮断し、前記バッテリーと動力装置との連結をカットオフする保護回路部をさらに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駆動方法であって：
充電状態リセット時点を感知するステップと;
前記充電状態リセット時点を感知するステップにおいて、前記充電状態リセット時点が感知された場合には、前記充電状態リセット時点に対応する電流積算値と、バッテリー電圧とを用いて電流積算するステップと;
前記電流積算するステップにおいて算出された電流積算値と、予め設定されたバッテリー正格容量とを比較するステップと;
前記比較するステップにおいて、前記電流積算値が前記バッテリー正格容量以上である場合に過充電と判断するステップと；
を有することを特徴とする、バッテリー管理システムの駆動方法。
【請求項６】
前記比較するステップにおいて過充電と判断された場合において、バッテリーの充電を停止するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
【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、およびバッテリー管理システムの駆動方法に係り、特に、電気エネルギーを用いる自動車に用いることができる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駆動方法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、近年、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が行われている。
【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で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、また騒音がとても小さいという長所がある。
【０００４】
一方、ハイブリッド自動車というのは内燃エンジンを用いる自動車と電気自動車との中間段階の自動車として、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モータを使う自動車である。現在は、内燃エンジンと水素と酸素を連続的に供給しながら化学反応を起こして、直接電気エネルギーを得る燃料電池を用いたり、また、バッテリーと燃料電池を用いるなど混合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、性能がよい電池セルだけでなく、各電池セルの電圧、バッテリー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】
しかしながら、従来のバッテリー管理システムでは、バッテリー保護方法として、主にバッテリー電圧と臨界電圧範囲を比較して過充電を判断したので、バッテリー電圧検出回路に異常が発生した場合、持続的な過充電が生じてしまうという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、急激なバッテリー電圧変化、またはバッテリー電圧検出回路に故障が発生した場合のバッテリーの状態を考慮することにより正確に過充電を検出し、バッテリーを保護することが可能な、新規かつ改良されたバッテリーの管理システムおよびその駆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】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、バッテリー電流、バッテリー電圧およびバッテリー温度を測定するセンシング部と、上記バッテリー電流およびバッテリー電圧を用いて充電状態リセット時点を判断するＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）とを含み、上記ＭＣＵは、上記充電状態リセット時点以後の電流積算結果を用いて、過充電を判断するバッテリー管理システムが提供される。
【０００９】
また、上記充電状態リセット時点は、バッテリー電流およびバッテリー電圧に対応するとしてもよい。
【００１０】
また、上記ＭＣＵは、上記充電状態リセット時点を感知し、上記充電状態リセット時点における現在電流積算値を伝達するＳＯＣ算出部と、上記現在電流積算値と、上記バッテリー電流とを用いて電流積算し、電流積算により算出された電流積算値が、設定されたバッテリー正格容量に到達した場合に過充電と判断する完全充電判断部とを含むとしてもよい。
【００１１】
また、上記完全充電判断部において過充電と判断された場合にメインスイッチを遮断し、上記バッテリーと動力装置との連結をカットオフする保護回路部をさらに含むとしてもよい。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２の観点によれば、バッテリー管理システムの駆動方法であって、充電状態リセット時点を感知するステップと、上記充電状態リセット時点を感知するステップにおいて、上記充電状態リセット時点が感知された場合には、上記充電状態リセット時点に対応する電流積算値と、バッテリー電圧とを用いて電流積算するステップと、上記電流積算するステップにおいて算出された電流積算値と、予め設定されたバッテリー正格容量とを比較するステップと、上記比較するステップにおいて、上記電流積算値が上記バッテリー正格容量以上である場合に過充電と判断するステップとを有するバッテリー管理システムの駆動方法が提供される。
【００１３】
また、上記比較するステップにおいて過充電と判断された場合において、バッテリーの充電を停止するステップをさらに含むとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一特徴によれば、電流積算値を用いて過充電を判断できる。したがって、バッテリー電圧検出回路の異常、または急激なバッテリー電圧変化による持続的な過充電を防止することができる。
【００１５】
また、安定的であり、正確にバッテリーの過充電を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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、本明細書および図面において、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。
【００１７】
また、以下において説明する、一の部分と他の部分とが「連結」されるとは、“直接的に連結”されている場合だけでなく、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、以下において、一の部分が構成要素を「含む」とは、特に限定する記載がない限り、明記されていない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。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る自動車システムの概略を示す説明図である。ここで、図１は、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している。
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る自動車システムは、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。
【００２０】
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）の間に備えられる安全スイッチ（２＿ＳＷ）を含む。ここで、図１では、８つのサブパック（２ａ〜２ｈ）が示されているが、本発明の実施形態に係るサブパックが８つに限定されるものではないことは、言うまでもない。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。なお、図１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）が設けられているが、本発明の実施形態は、図１の構成に限られない。出力端子（２＿ＯＵＴ１）および出力端子（２＿ＯＵＴ２）はインバータ８に連結される。
【００２１】
電流センサー３は、バッテリー２の出力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、例えば、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に出力するホールＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）とすることができる。
【００２２】
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される熱を冷却し、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。
【００２３】
ヒュ−ズ５は、バッテリー２の断線または短絡によって生じる過電流がバッテリー２に流れることを防止する。つまり、過電流が発生した場合、ヒュ−ズ５は断線し、バッテリー２への過電流の伝達を遮断する。
【００２４】
メインスイッチ６は過充電、過放電および高温など異常現象が発生した場合、バッテリー管理システム１、自動車のＭＴＣＵ７の制御信号に基づいて遮断され、バッテリー２とモータジェネレーター９との連結を遮断する。以下、バッテリー２とモータジェネレーター９との連結を遮断することをカットオフという。
【００２５】
バッテリー管理システム１はセンシング部１０、ＭＣＵ２０、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。
【００２６】
センシング部１０は、バッテリー電流、バッテリー電圧および温度を測定してＭＣＵ２０および保護回路部７０に伝達する。以下、バッテリーの充放電電流を簡略にバッテリー電流という。また、バッテリーの出力端子の電圧はバッテリー電圧という。また、バッテリーは複数のセルを含んでおり、センシング部１０は、各セルの温度を測定して平均値を算出する。上記平均値をバッテリー温度という。
【００２７】
ＭＣＵ２０は、センシング部１０から伝達されたバッテリー電流およびバッテリー電圧に基づいて、バッテリー２の充電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｉｎｇ；以下、「ＳＯＣ」という）を推定して、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保護回路部７０に伝達する。この時、ＭＣＵ２０は、充電状態リセット条件（以下、「ＳＯＣリセット条件」という。）を満足した場合、バッテリーの電流積算値を用いて過充電を判断し、バッテリーの充電状態を制御するカットオフ信号を保護回路部７０に伝達する。ここでＳＯＣリセット条件は、バッテリー電流、バッテリー電圧、ＳＯＣおよびバッテリー温度に対応する。
【００２８】
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、充電状態が比較的に高いセルは放電させ、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の電源が消える時、現在のＳＯＣ、ＳＯＨなどのデータを貯蔵する。通信部６０は自動車のＭＴＣＵ７と通信を行う。
【００２９】
保護回路部７０は、充電を制御する信号に応じて過充電を判断し、過充電からバッテリー２を保護するための回路である。保護回路部７０は判断結果により、メインスイッチ６を遮断させる。メインスイッチ６が遮断されることにより、自動車動力装置のモータジェネレーター９とバッテリー２の連結がカットオフされる。以下、バッテリー２とハイブリッド自動車の動力装置の連結を遮断することをカットオフという。本発明の実施形態によるハイブリッド自動車の動力装置はモータジェネレーター９である。
【００３０】
パワーオンリセット部８０は、バッテリー管理システム１の電源がオンされた場合、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。なお、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。
【００３１】
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から伝達されるバッテリー２のＳＯＣに基づいて、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から伝達された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２方向に入力されるようにしてバッテリー２を充電させ、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、この時バッテリー電流は‘−’値で設定する。
【００３２】
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駆動する。
【００３３】
以下、図２および図３を参照して本発明の実施形態によるバッテリーの電圧検出過程を具体的に説明する。
【００３４】
図２は、本発明の実施形態に係るバッテリー管理システムのＭＣＵ２０および保護回路部７０を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、ＭＣＵ２０は、ＳＯＣ算出部２１０および完全充電判断部２２０を含む。また、図３は、本発明の実施形態に係る時間とＳＯＣ関係を概略的に示す説明図であり、以下では、図２を説明するために用いる。
【００３５】
ＳＯＣ算出部２１０は、ＳＯＣリセット条件（例えば、バッテリー電流、バッテリー電圧、ＳＯＣおよびバッテリー温度）を感知して判断し、判断の結果リセットが必要な場合は、完全充電判断部２２０に判断時点（以下、「判断結果リセット時点」という。）の電流積算値を伝達する。ここで、本発明の実施形態に係るＳＯＣ算出部２１０は、例えば、センシング部１０から伝達されたバッテリー電流を電流積算する方法でＳＯＣを算出し、伝達されたバッテリー電流、バッテリー電圧、温度などを感知してＳＯＣリセット条件に相当するものであるかを判断する。
【００３６】
より具体的に説明すると、本発明の実施形態に係るＳＯＣは、例えば、現在の電流積算値をバッテリーが完全充電であるときの総容量で割った値とすることができる。また、本発明の実施形態に係るＳＯＣリセット条件は、例えば、電流積算によって発生する誤差を補正するために設定されるバッテリーの温度、電圧、および電流などに関する条件とすることができる。ＳＯＣ算出部２１０は、バッテリーの温度、電圧、および電流などが特定の値になった場合には、現在まで推定されたＳＯＣを無視し、これらの値に対応するＳＯＣを新たなＳＯＣに設定することができる。
【００３７】
図３を参照すると、ＳＯＣ８５％になる時点ａ（a  point）は、ＳＯＣリセット条件を満足する時点である。ＳＯＣリセット条件が満足されると、ＳＯＣ算出部２１０は、電流積算による推定誤差を補正するためにＳＯＣを強制的にリセットして、電流積算値を求める。例えば、ＳＯＣ算出部２１０は、ＳＯＣ算出部２１０において現在推定されたＳＯＣが８７％であり、当該時点でＳＯＣ８５％リセット条件を満足した場合、現在推定された８７％を無視して８５％に対応するＳＯＣを新たに設定することができる（なお、ＳＯＣがリセットされた場合には、現在まで推定された電流積算値もリセットすることができる。）。そして、ＳＯＣ算出部２１０は、判断結果リセット時点を超過すると、算出した電流積算値（現在電流積算値；リセットされない電流積算値）を完全充電判断部２２０に伝達する。
【００３８】
完全充電判断部２２０は、ＳＯＣ算出部２１０から伝達される現在電流積算値と、センシング部１０から伝達されたバッテリー電流とを用いて電流積算をして電流積算値を算出し、積算した電流積算値が設定されたバッテリー正格容量に到達しているか否かを判定する。そして完全充電判断部２２０は、電流積算値が設定されたバッテリー正格容量に到達した場合は、充電を制御するカットオフ信号を保護回路部７０に伝達する。ここで、バッテリー正格容量はバッテリーを完全充電した後、特定電流１Ｃ−ｒａｔｅで放電した時放電した電荷量をいう。また、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させることができる電流の強度を意味する。
【００３９】
本発明の実施形態に係る完全充電判断部２２０は、ＳＯＣ算出部２１０から現在電流積算値を伝達され、現在電流積算値と、センシング部１０から伝達されるバッテリー電流とを電流積算する方法で電流積算値を設定する。そして、図３に示すようにＳＯＣ１００％になる時点ｂ（b  point）のバッテリー正格容量に到達した場合、過充電と判断する。そして、完全充電判断部２２０は、バッテリー容量を保護するために、充電を制御するカットオフ信号を保護回路部７０に伝達する。
【００４０】
保護回路部７０は、完全充電判断部２２０からカットオフ信号を伝達された場合、メインスイッチ６を遮断させる。保護回路部７０がメインスイッチ６を遮断させることにより、自動車動力装置のモータジェネレーター９とバッテリー２の連結がカットオフされる。
【００４１】
上述したように、本発明の実施形態に係るバッテリー保護方法に関するバッテリー管理システムおよびその駆動方法によれば、ＳＯＣを算出してバッテリー電流、バッテリー電圧、温度などを感知して充電状態リセット（ＳＯＣリセット）時点に相当するものであるかを判断する。そしてリセット条件を満足した場合、充電状態リセット時点の現在電流積算値と、バッテリー電流とを用いて電流積算し、算出された電流積算値がバッテリー正格容量に到達すれば、過充電と判断してバッテリーを保護する。したがって、本発明の実施形態に係るバッテリー保護方法に関するバッテリー管理システムでは、バッテリー電圧検出回路の異常および急激なバッテリー電圧変化による持続的な過充電を防止することができる。
【００４２】
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説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、そ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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る自動車システムの概略を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るバッテリー管理システムのＭＣＵおよび保護回路部を概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る時間とＳＯＣ関係を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
２      バッテリー
６      メインスイッチ
９      モータジェネレーター
１０    センシング部
２０    ＭＣＵ
７０    保護回路部
２１０  ＳＯＣ算出部
２２０  完全充電判断部
【図１】
2008099541.tif 000003
【図２】
2008099541.tif 000004
【図３】
2008099541.tif 000005