(57)【要約】  バッテリーパックに含まれる複数のセルスタックの各々を過充電から保護するための装置及び方法が提供される。本発明の一面による過充電防止装置は、大電流の経路内で相互直列接続した複数のセルスタックの過充電を防止するためのものである。前記過充電防止装置は、前記各セルスタックの電圧を測定し、測定された電圧を示す第１モニタリング信号を生成する電圧測定部と、前記各セルスタックにバイパス経路を選択的に提供するように構成された電流調整部と、前記電圧測定部及び前記電流調整部と通信可能に接続するコントローラと、を含む。前記コントローラは、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号に基づき、前記電流調整部を制御する。
2020502969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大電流の経路内で相互直列接続した複数のセルスタックの過充電を防止するための装置であって、
前記各セルスタックの電圧を測定し、測定された電圧を示す第１モニタリング信号を生成する電圧測定部と、
前記各セルスタックにバイパス経路を選択的に提供するように構成された電流調整部と、
前記電圧測定部及び前記電流調整部と通信可能に接続するコントローラと、を含み、 
前記コントローラが、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号に基づき、前記電流調整部を制御する過充電防止装置。
【請求項２】
前記コントローラが、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号に基づき、前記複数のセルスタックのうち過充電されたセルスタックが存在するかを判定し、
過充電されたセルスタックが存在する場合、過充電されたセルスタックにバイパス経路を提供するように前記電流調整部を制御する請求項１に記載の過充電防止装置。
【請求項３】
前記電流調整部が、複数のバイパス回路を含み、
前記各バイパス回路が、前記各セルスタックに並列接続した複数のバイパススイッチを含む請求項１または２に記載の過充電防止装置。
【請求項４】
前記コントローラが、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号に基づき、前記複数のセルスタックのうち過充電されたセルスタックが存在するかを判定し、
過充電されたセルスタックが存在する場合、前記過充電されたセルスタックに並列接続した複数のバイパススイッチのうち少なくとも一つをオン状態に制御する請求項３に記載の過充電防止装置。
【請求項５】
前記各セルスタックに供給される充電電流を測定し、測定された充電電流を示す第２モニタリング信号を生成する電流測定部をさらに含む請求項４に記載の過充電防止装置。
【請求項６】
前記コントローラが、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号及び前記電流測定部からの第２モニタリング信号に基づき、前記複数のセルスタックのうち少なくとも一つの内部抵抗値を算出する請求項５に記載の過充電防止装置。
【請求項７】
前記コントローラが、前記過充電されたセルスタックに並列接続した複数のバイパススイッチうち、前記過充電されたセルスタックの内部抵抗値に対応する個数のバイパススイッチをオン状態に制御し、残りのバイパススイッチをオフ状態に制御する請求項６に記載の過充電防止装置。
【請求項８】
前記各セルスタックを冷却するように構成された冷却部をさらに含み、
前記冷却部が、各々前記各セルスタックに提供されたバイパス経路を通して供給される充電電流によって動作し、前記各セルスタックを冷却する複数の冷却素子を含む請求項１から７のいずれか一項に記載の過充電防止装置。
【請求項９】
前記各冷却素子が、吸熱部及び放熱部を有し、前記吸熱部が前記放熱部よりも前記各セルスタックに隣接するように配置されたペルチェ素子である請求項８に記載の過充電防止装置。
【請求項１０】
前記電圧測定部が、各々前記各セルスタックに並列接続した複数の電圧センサーを含む請求項１から９のいずれか一項に記載の過充電防止装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の過充電防止装置と、
相互直列接続する複数のセルスタックと、を含み、
前記過充電防止装置は、前記各セルスタックに対する過充電防止動作を行うバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過充電防止装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーパックに含まれる複数のセルスタックの各々を過充電から保護するための装置及び方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１７年４月１７日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００４９３７２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、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能バッテリーについての研究が活発に進行しつつある。
【０００４】
現在、商用化したバッテリーとしては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムバッテリーなどがあり、このうち、リチウムバッテリーは、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
【０００５】
電気自動車などに搭載されるバッテリーパックは、相互直列または並列に接続する複数のセルスタックを含むことが通常である。この際、各セルスタックは、一つまたは相互直列接続した二つ以上の電池セルを含む。
【０００６】
このようなバッテリーパックに含まれた各々のセルスタックの状態は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）が搭載されたコントローラによってモニタリングされる。コントローラは、各セルスタックからモニタリングされた状態に基づき、バランシング動作、冷却動作、充電動作、放電動作などを制御するための信号を出力し得る。
【０００７】
バッテリーパックに充電電流が供給されることによって、各セルスタックの電圧は、だんだん上昇して過充電され得る。過充電によってセルスタックが爆発するなどの危険状況が発生し得ることから、過充電を防止するための従来技術として特許文献１が存在する。下記の特許文献１によるバッテリーパックは、バッテリー（前記セルスタックに対応）及び電流遮断装置を含み、バッテリーに過電圧が発生する場合、電流遮断装置がバッテリーを大電流経路から電気的に分離する。
【０００８】
ところが、バッテリーの過充電時に単にバッテリーを大電流経路から電気的に分離してしまう場合、問題が発生し得る。例えば、電気自動車に搭載されるバッテリーパックのバッテリーが大電流経路から電気的に分離する場合、電気自動車が急に停止してしまう危険がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１４−００１７０４３号公報（２０１４年２月１１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーパックに含まれた一部のセルスタックが過充電された場合、充電電流が過充電された一部のセルスタックをバイパスして残りのセルスタックに供給されるようにする装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を達成するため、本発明の多様な実施例は次のようである。
【００１３】
本発明の一面による過充電防止装置は、大電流の経路内で相互直列接続した複数のセルスタックの過充電を防止するためのものである。前記過充電防止装置は、前記各セルスタックの電圧を測定し、測定された電圧を示す第１モニタリング信号を生成する電圧測定部と、前記各セルスタックにバイパス経路を選択的に提供するように構成された電流調整部と、前記電圧測定部及び前記電流調整部と通信可能に接続するコントローラと、を含む。前記コントローラは、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号に基づき、前記電流調整部を制御する。
【００１４】
また、前記コントローラは、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号に基づき、前記複数のセルスタックのうち過充電されたセルスタックが存在するかを判定し、過充電されたセルスタックが存在する場合、過充電されたセルスタックにバイパス経路を提供するように前記電流調整部を制御し得る。
【００１５】
また、前記電流調整部は、複数のバイパス回路を含む。前記各バイパス回路は、前記各セルスタックに並列接続した複数のバイパススイッチを含み得る。
【００１６】
また、前記コントローラは、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号に基づき、前記複数のセルスタックのうち過充電されたセルスタックが存在するかを判定し、過充電されたセルスタックが存在する場合、前記過充電されたセルスタックに並列接続した複数のバイパススイッチのうち少なくとも一つをオン状態に制御し得る。
【００１７】
また、前記各セルスタックに供給される充電電流を測定し、測定された充電電流を示す第２モニタリング信号を生成する電流測定部をさらに含み得る。
【００１８】
また、前記コントローラは、前記電圧測定部からの第１モニタリング信号及び前記電流測定部からの第２モニタリング信号に基づき、前記複数のセルスタックのうち少なくとも一つの内部抵抗値を算出し得る。
【００１９】
また、前記コントローラは、前記過充電されたセルスタックに並列接続した複数のバイパススイッチうち、前記過充電されたセルスタックの内部抵抗値に対応する個数のバイパススイッチをオン状態に制御し、残りのバイパススイッチをオフ状態に制御し得る。
【００２０】
また、前記各セルスタックを冷却するように構成された冷却部をさらに含み得る。前記冷却部は、各々前記各セルスタックに提供されたバイパス経路を通して供給される充電電流によって動作し、前記各セルスタックを冷却する複数の冷却素子を含み得る。
【００２１】
また、前記各冷却素子は、吸熱部及び放熱部を有し、前記吸熱部が前記放熱部よりも前記各セルスタックに隣接するように配置されたペルチェ素子であり得る。
【００２２】
また、前記電圧測定部は、各々前記各セルスタックに並列接続した複数の電圧センサーを含み得る。
【００２３】
本発明の他面によるバッテリーパックは、前記過充電防止装置と、相互直列接続する複数のセルスタックと、を含む。前記過充電防止装置は、前記各セルスタックに対する過充電防止動作を行う。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の実施例によれば、バッテリーパックに含まれた複数のセルスタックのうち一部が過充電された場合、充電電流の少なくとも一部が過充電された各セルスタックをバイパスして残りのセルスタックに供給され得る。したがって、一部のセルスタックが過充電状態に至るとしても、過充電されていない残りのセルスタックを継続的に充電することができる。
【００２５】
また、バッテリーパックに含まれた複数のセルスタックのうち、過充電されたセルスタックを大電流経路から電気的に分離し得る。ここで、大電流経路から電気的に分離した各セルスタックの代わりに大電流経路を構成するバイパス経路がバッテリーパック内に提供される。したがって、一部のセルスタックが大電流経路から電気的に分離しても、過充電されていない残りのセルスタックを充放電することができる。
【００２６】
また、大電流経路から電気的に分離した各セルスタックの代わりに大電流経路を構成する各バイパス経路の抵抗値を調節することができる。この場合、各バイパス経路の抵抗値が大電流経路から電気的に分離した各セルスタックの内部抵抗値によって調節されることで、大電流経路に電気的に接続したままで残っている各セルスタックに過電流が供給されないようにすることができる。
【００２７】
本発明の効果は前述の課題に制限されず、言及していないさらに他の効果は、請求範囲の記載から当業者にとって明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
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。
【００２９】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーパックの概略的な構成を示す図である。
【００３０】
【図２】図１に示したバッテリーパックの一具現例を示す。
【００３１】
【図３】図２に示したバイパス回路の相異なる具現例を示す図である。
【００３２】
【図４】図２に示したバイパス回路の相異なる具現例を示す図である。
【００３３】
【図５】図２に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。
【００３４】
【図６】図２に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。
【００３５】
【図７】図２に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。
【００３６】
【図８】図１に示したバッテリーパックの相異なる具現例を示す。
【００３７】
【図９】図１に示したバッテリーパックの相異なる具現例を示す。
【００３８】
【図１０】図９に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。
【００３９】
【図１１】図９に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。
【００４０】
【図１２】図９に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。
【００４１】
【図１３】図９に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。
【００４２】
【図１４】図１に示したバッテリーパックの相異なる具現例を示す。
【００４３】
【図１５】図１に示したバッテリーパックの相異なる具現例を示す。
【００４４】
【図１６】図１に示したバッテリーパックの相異なる具現例を示す。
【００４５】
【図１７】本発明の他の実施例による過充電防止方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
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。
【００４７】
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すべ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。
【００４８】
また、本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。
【００４９】
第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちいずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。
【００５０】
なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の「制御ユニット」のような用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。
【００５１】
さらに、明細書全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（接続）」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に（接続）」されている場合も含む。
【００５２】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパック１の概略的な構成を示す図である。
【００５３】
図１を参照すれば、バッテリーパック１は、バッテリーモジュール１０及び過充電防止装置１００を含む。バッテリーモジュール１０は、複数のセルスタック２０を含む。過充電防止装置１００は、基本的に、電圧測定部１１０、電流調整部１２０及びコントローラ１７０を含み、選択的に、断路部１４０、電流測定部１５０及び冷却部１６０のうち少なくとも一つをさらに含み得る。また、過充電防止装置１００が断路部１４０を含む場合、放電誘導部１８０が追加され得る。
【００５４】
複数のセルスタック２０は、相互直列接続し、バッテリーパック１の二つの電源端子の間の大電流経路上に設置される。
【００５５】
電圧測定部１１０は、各セルスタック２０の電圧を測定し、測定された電圧を示す第１モニタリング信号を生成する。電圧測定部１１０によって生成した第１モニタリング信号は、コントローラ１７０に伝送される。
【００５６】
電流調整部１２０は、各セルスタック２０に並列接続するバイパス経路を選択的に提供するように構成される。即ち、電流調整部１２０は、複数のセルスタック２０に個別的にバイパス経路を提供できる。即ち、電流調整部１２０は、一部のセルスタック２０のみにバイパス経路を提供し、残りのセルスタック２０にはバイパス経路を提供しないことが可能である。
【００５７】
各バイパス経路を通して充電電流の一部または全部が流れるようになる。したがって、バッテリーパック１に充電電流が供給される間に、バイパス経路が提供されたセルスタック２０の充電は中止するか、または非常に遅く進む。
【００５８】
また、電流調整部１２０は、各バイパス経路の抵抗値を調節し得る。これによって、各バイパス経路を通して流れる電流は、各バイパス経路の抵抗値によって調節される。例えば、バイパス経路の抵抗値が増加するほど該バイパス経路を通して流れる充電電流は、減少し得る。
【００５９】
断路部１４０は、各セルスタック２０をバッテリーパック１から選択的に分離するように構成される。即ち、断路部１４０は、大電流経路から各スタック２０を電気的に分離する。コントローラ１７０によって、電流調整部１２０と断路部１４０とは、連動して動作できる。例えば、断路部１４０によって大電流経路からいずれか一つのセルスタック２０が分離した場合、電流調整部１２０は、分離したセルスタック２０のみにバイパス経路を提供し得る。分離したセルスタック２０に提供されたバイパス経路は、分離したセルスタック２０の代わりに大電流経路を構成するようになる。
【００６０】
電流測定部１５０は、各セルスタック２０に供給される充電電流を測定し、測定された充電電流を示す第２モニタリング信号を生成する。電流測定部１５０によって生成した第２モニタリング信号は、コントローラ１７０に伝送される。電流測定部１５０は、大電流経路に設置されるシャント抵抗を含み、充電電流によってシャント抵抗に発生した電圧から充電電流を測定することができる。
【００６１】
冷却部１６０は、複数のセルスタック２０を個別的に冷却するように構成される。より詳しくは、冷却部１６０は、各セルスタック２０に提供されたバイパス経路を通して流れる充電電流によって少なくとも部分的に活性化する。活性化した冷却部１６０は、所定範囲の領域を冷却する。
【００６２】
放電誘導部１８０は、バッテリーパック１の二つの電源端子を介して充電電流が供給される間、断路部１４０によって大電流経路から電気的に分離されている各セルスタック２０に放電経路を提供するように構成される。放電誘導部１８０は、断路部１４０によって提供されるバイパス経路を通して流れる充電電流に応答して自然に活性化するように構成され得る。
【００６３】
コントローラ１７０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、その他の機能の実行のための電気的ユニットのうち少なくとも一つを用いて具現され得る。コントローラ１７０は、電流調整部１２０、電圧測定部１１０、電流測定部１５０及び／または冷却部１６０と通信可能に接続し、これらの動作を全般的に制御する。ここで、相異なる二つの構成要素が通信可能に連結されるということは、ある一つの構成要素が他の構成要素に信号やデータを伝送できるように有線及び／または無線で連結されることを意味する。
【００６４】
コントローラ１７０は、複数のセルスタック２０に対する過充電防止動作を行うように構成される。特に、コントローラ１７０は、電圧測定部１１０からの第１モニタリング信号及び／または電流測定部１５０からの第２モニタリング信号に基づき、電流調整部１２０を制御する。コントローラ１７０からの制御信号に応じて、電流調整部１２０は各セルスタック２０にバイパス経路を提供するか、または、既に提供されたバイパス経路を遮断し得る。また、コントローラ１７０は、少なくとも一つのセルスタック２０に提供されるバイパス経路各々の抵抗値を所定の範囲内で調節するよう、電流調整部１２０を制御し得る。
【００６５】
以下では、理解を助けるために、相互直列接続する３つのセルスタック２０−１〜２０−３がバッテリーパック１に含まれると仮定する。  
【００６６】
図２は、図１に示したバッテリーパック１の一具現例を示す。
【００６７】
バッテリーパック１に含まれた複数のセルスタック２０は、バッテリーパック１の二つの電源端子（＋，−）の間の大電流経路に設置される。
【００６８】
図１及び図２を参照すれば、各セルスタック２０は、少なくとも一つのバッテリーセル２１を含む。各セルスタック２０に複数のバッテリーセル２１が含まれた場合、直列または並列に接続し得る。また、各セルスタック２０は、これに含まれる各バッテリーセル２１を少なくとも部分的に覆う構造を有するケース２２を含み得る。ケース２２は、効率的な熱放出のために金属材質からなり得る。
【００６９】
電圧測定部１１０は、複数の電圧センサー１１１を含み得る。電圧センサー１１１の個数は、セルスタック２０の個数と同一であり得る。この場合、各セルスタック２０ごとに電圧センサー１１１が提供され得る。即ち、電圧センサー１１１は、セルスタック２０に１：１対応し得る。
【００７０】
各電圧センサー１１１は、各セルスタック２０に並列接続する。即ち、第１電圧センサー１１１−１、第２電圧センサー１１１−２及び第３電圧センサー１１１−３の各々は、第１セルスタック２０−１、第２セルスタック２０−２及び第３セルスタック２０−３に並列接続する。各電圧センサー１１１は、それに並列接続したいずれか一つのセルスタック２０の電圧を測定する。複数の電圧センサー１１１によって測定された各セルスタック２０の電圧を示す第１モニタリング信号は、コントローラ１７０に伝送される。
【００７１】
電流調整部１２０は、複数のバイパス回路１３０−１〜１３０−３を含み得る。バイパス回路１３０の個数は、セルスタック２０の個数と同一であり得る。この場合、各セルスタック２０ごとにバイパス回路１３０が一つずつ提供され得る。即ち、バイパス回路１３０とセルスタック２０とは、１：１対応し得る。
【００７２】
各バイパス回路１３０は、各セルスタック２０に並列接続し得る。即ち、第１バイパス回路１３０−１、第２バイパス回路１３０−２及び第３バイパス回路１３０−３の各々は、第１セルスタック２０−１、第２セルスタック２０−２及び第３セルスタック２０−３に並列接続し得る。
【００７３】
複数のバイパス回路１３０−１〜１３０−３のうち少なくとも一つがコントローラ１７０によって活性化した場合、活性化したバイパス回路１３０は、それに並列接続したセルスタック２０にバイパス経路を提供する。
【００７４】
コントローラ１７０は、電圧測定部１１０からの第１モニタリング信号に基づき、複数のセルスタック２０−１〜２０−３のうち過充電されたものが存在するかを判定する。また、コントローラ１７０は、電圧測定部１１０からの第１モニタリング信号に基づき、過充電されたセルスタックの個数を算出できる。このために、コントローラ１７０は、各セルスタック２０から測定された電圧を第１基準電圧及び／または第２基準電圧と比較する。この際、第２基準電圧は、第１基準電圧よりも高い。
【００７５】
第１基準電圧及び第２基準電圧の各々は、各セルスタック２０の過充電有無を判定するための基準として活用される。即ち、コントローラ１７０は、第１基準電圧と同一またはより高い電圧まで充電されたセルスタック２０を過充電状態にあると判定する。また、コントローラ１７０は、第１基準電圧と同一またはより高く、かつ第２基準電圧よりは低い電圧まで充電されたセルスタック２０には充電電流の一部のみが供給されるように電流調整部１２０を制御する。以下では、第１基準電圧と同一またはより高く、かつ第２基準電圧よりは低い電圧まで充電された状態を第１過充電状態とする。
【００７６】
また、コントローラ１７０は、第２基準電圧と同一またはより高い電圧まで充電されたセルスタック２０には、充電電流が供給されないように電流調整部１２０及び断路部１４０を制御する。以下では、第２基準電圧と同一またはより高い電圧まで充電された状態を第２過充電状態とする。
【００７７】
図３及び図４は、図２に示したバイパス回路１３０の相異なる具現例を示す図である。
【００７８】
先ず、図３を参照すれば、図１に示した各バイパス回路１３０は、一つまたは互いに並列接続する二つ以上のバイパススイッチ１３１を含み得る。各バイパススイッチ１３１は、リレーやＭＯＳＦＥＴなどのように外部からの信号に応答してオンオフ制御可能であるものであれば差し支えない。
【００７９】
図３には、３つのバイパススイッチ１３１−１〜１３１−３が各バイパス回路１３０に含まれるように示されているが、これは一つの例示に過ぎず、二つまたは四つ以上のバイパススイッチ１３１が各バイパス回路１３０に含まれ得る。各バイパス回路１３０に含まれた少なくとも一つのバイパススイッチ１３１がオン状態になった場合、各バイパス回路１３０に並列接続したセルスタック２０にバイパス経路が提供される。
【００８０】
各バイパススイッチ１３１は、オン状態で所定の抵抗値を有し得る。この際、各バイパス回路１３０に含まれる複数のバイパススイッチ１３１−１〜１３１−３の抵抗値は、相互同一または相違し得る。各バイパススイッチ１３１のオンオフ組合せによって、バイパス経路の抵抗値が調節される。
【００８１】
仮に、第１〜第３バイパススイッチ１３１−１〜１３１−３が相互同一の抵抗値Ｒを有するとしよう。もし、第１〜第３バイパススイッチ１３１−１〜１３１−３のうちいずれか一つのみがオン状態であり、かつ残りがオフ状態である間、セルスタック２０に提供されるバイパス経路の抵抗値はＲである。もし、第１〜第３バイパススイッチ１３１−１〜１３１−３のうちいずれか二つのみがオン状態であり、かつ残りがオフ状態である間、第１スタック２０に提供されるバイパス経路の抵抗値はＲ／２となる。もし、第１〜第３バイパススイッチ１３１−１〜１３１−３のいずれもがオン状態である間、セルスタック２０に提供されるバイパス経路の抵抗値はＲ／３となる。即ち、各バイパス回路１３０内でオン状態になるバイパススイッチ１３１の個数が増加するほど、それに並列接続するセルスタック２０に提供されるバイパス経路の抵抗値は減少する。
【００８２】
次に、図４を参照すれば、図３と比較すると、各バイパス回路１３０は一つまたは二つ以上のバイパス抵抗１３２をさらに含み得る。各バイパス抵抗１３２は、複数のバイパススイッチ１３１−１〜１３１−３のうちいずれか一つに直列接続する。即ち、各バイパス回路１３０内で、一つのバイパススイッチ１３１と一つのバイパス抵抗１３２とが直列接続し得る。この際、各バイパス回路１３０に含まれる二つ以上のバイパス抵抗１３２の抵抗値は、相互同一または相違し得る。
【００８３】
仮に、第１セルスタック２０−１に対応する第１バイパス回路１３０−１に含まれた第１〜第３バイパススイッチ１３１−１〜１３１−３が相互同じ抵抗値Ｒを有し、第１バイパス抵抗１３２−１、第２バイパス抵抗１３２−２及び第３バイパス抵抗１３２−３各々の抵抗値は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３であり、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３であるとしよう。もし、第１バイパス回路１３０−１に含まれた第１バイパススイッチ１３１−１のみがオン状態である場合、第１セルスタック２０−１に提供されるバイパス経路の抵抗値はＲ＋Ｒ１である。もし、第１バイパス回路１３０−１に含まれた第１及び第２バイパススイッチ１３１−１、１３１−２のみがオン状態である間、第１セルスタック２０−１に提供されるバイパス経路の抵抗値はＲ＋Ｒ１とＲ＋Ｒ２との組合せにより、｛（Ｒ＋Ｒ１）×（Ｒ＋Ｒ２）｝／｛（２×Ｒ）＋Ｒ１＋Ｒ２｝となる。
【００８４】
一方、図３及び図４を参照して既に説明された各バイパス回路１３０は、図５〜図１２を参照して後述する実施例による過充電防止装置１００に適用され得る。
【００８５】
図５〜図７は、図２に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。説明の便宜のために、各バイパス回路１３０は、図３のように構成され、全てのバイパススイッチ１３１の抵抗値はＲとして同一であると仮定する。
【００８６】
先ず、図５は、第１〜第３セルスタック２０−１〜２０−３が全て過充電されていない場合の動作を例示する。この場合、コントローラ１７０は、第１〜第３バイパス回路１３０−１〜１３０−３の全てのバイパススイッチ１３１をオフするように電流調整部１２０を制御する。これによって、バッテリーパック１内には如何なるバイパス経路も存在しないため、充電電流は各セルスタック２０に順次供給される。
【００８７】
次に、図６は、第１〜第３セルスタック２０のうち第１セルスタック２０−１のみが第１過充電状態である場合の動作を例示する。この場合、第１セルスタック２０−１に供給される充電電流を低くする必要がある。このために、コントローラ１７０は、第２及び第３バイパス回路１３０−２、１３０−３の全てのバイパススイッチ１３１をオフ状態に制御する。これと共に、コントローラ１７０は、第１バイパス回路１３０−１に一つ以上のバイパススイッチ１３１をオン状態に制御する。
【００８８】
もし、第１バイパス回路１３０−１のいずれか一つのバイパススイッチ１３１−１のみがオン状態に制御された場合、第１バイパス回路１３０−１が第１セルスタック２０−１に提供するバイパス経路の抵抗値はＲとなる。これによって、バッテリーパック１の電源端子（＋，−）を介して供給される充電電流の一部は、第１セルスタック２０−１を通して第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３に供給され、残りの充電電流は、第１セルスタック２０−１に提供されたバイパス経路を通して第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３に供給される。結果的に、第１セルスタック２０−１は第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３よりも遅く充電される。
【００８９】
続いて、図７は、第１セルスタック２０−１が第２過充電状態であり、かつ第２セルスタック２０−２が第１過充電状態となった場合の動作を例示する。この場合、第３バイパス回路１３０−３の全てのバイパススイッチ１３１−１〜１３１−３は、コントローラ１７０によってオフ状態に維持される。一方、コントローラ１７０は、第２バイパス回路１３０−２に含まれた一つ以上のバイパススイッチ１３１をオン状態に制御する。これと共に、コントローラ１７０は、第１バイパス回路１３０−１によって第１セルスタック２０−１に提供されるバイパス経路の抵抗値がＲよりも小くなるように制御する。
【００９０】
例えば、図７に示したように、第２バイパス回路１３０−２に含まれた一つのバイパススイッチ１３１−１のみがオン状態になり、第１バイパス回路１３０−１に含まれた二つのバイパススイッチ１３１−１、１３１−２がオン状態になり得る。これによって、第１及び第２バイパス回路１３０−１、１３０−２によって提供される二つのバイパス経路の抵抗値は、各々Ｒ／２とＲとなり、バッテリーパック１に供給される充電電流の少なくとも一部は、二つのバイパス経路を順次通過して第３セルスタック２０−３に供給される。結果的に、第１及び第２セルスタック２０−１、２０−２は、第３セルスタック２０−３よりも遅く充電される。
【００９１】
図６と比較すれば、第１セルスタック２０−１に提供されるバイパス経路の抵抗値がＲからＲ／２に低くなったことから、第１セルスタック２０−１に供給される充電電流は、図６よりも低くなる。
【００９２】
図８は、図１に示したバッテリーパック１の他の具現例を示す。図２に示した具現例と比較すれば、図８に示した具現例による過充電防止装置１００は、断路部１４０をさらに含むことのみが相違している。したがって、同一の構成要素に対しては同一の参照符号を付与し、各々についての反復的な説明は省略する。
【００９３】
図１及び図８を参照すれば、断路部１４０は、複数の断路スイッチ１４１を含み得る。断路スイッチ１４１の個数は、セルスタック２０の個数と同一であり得る。各断路スイッチ１４１は、リレーやＭＯＳＦＥＴなどのように外部からの信号に応答してオンオフ制御可能であるものであれば、差し支えない。各断路スイッチ１４１は、各セルスタック２０に直列接続し、コントローラ１７０によってオンオフが制御される。一つのセルスタック２０と一つの断路スイッチ１４１が直列接続した回路は、各バイパス回路１３０に並列接続する。
【００９４】
一例で、図８のように、第１断路スイッチ１４１は、第１セルスタック２０−１に直列接続し、第１セルスタック２０−１及び第１断路スイッチ１４１は、第１バイパス回路１３０に並列接続する。
【００９５】
図９は、図１に示したバッテリーパック１の他の具現例を示し、図１０〜図１３は、図９に示した具現例による過充電防止装置の動作の説明に参照される図である。説明の便宜のために、各バイパス回路１３０は、図３のように構成され、全てのバイパススイッチ１３１の抵抗値は、Ｒとして同一であると仮定する。図８に示した具現例と比較すれば、図９に示した具現例による過充電防止装置１００は、電流測定部１５０をさらに含むことのみが相違している。したがって、同一の構成要素に対しては同一の参照符号を付与し、各々についての反復的な説明は省略する。
【００９６】
コントローラ１７０は、第２過充電状態であると判定された各セルスタック２０に直列接続した断路スイッチ１４１をオフ状態に制御する。逆に、コントローラ１７０は、第２過充電状態であると判定されなかった各セルスタック２０に直列接続した断路スイッチ１４１をオン状態に制御する。オフ状態を有する断路スイッチ１４１に直列接続したセルスタック２０、即ち、第２過充電状態のセルスタック２０は、大電流経路から電気的に完全に分離される。
【００９７】
図９を参照すれば、電流測定部１５０は、大電流の経路上に設置され、コントローラ１７０と通信可能に接続する。電流測定部１５０は、充電電流の大きさを測定し、測定された充電電流を示す第２モニタリング信号を生成する。第２モニタリング信号は、コントローラ１７０に伝送される。
【００９８】
コントローラ１７０は、電圧測定部１１０からの第１モニタリング信号及び電流測定部１５０からの第２モニタリング信号に基づき、複数のセルスタック２０のうち少なくとも一つの内部抵抗値を算出する。望ましくは、コントローラ１７０は、各セルスタック２０が過充電されていない状態である間、各セルスタック２０の内部抵抗値を算出した方が良い。また、コントローラ１７０は、各セルスタック２０の内部抵抗値を周期的にアップデートする。内部抵抗値を算出する技法は周知であるので、これについての詳細な説明は省略する。
【００９９】
また、コントローラ１７０は、第２過充電状態である各セルスタック２０に並列接続した複数のバイパススイッチ１３１−１〜１３１−３のうち、第２過充電状態であるセルスタック２０の内部抵抗値に対応する個数のバイパススイッチ１３１のみをオン状態に制御する。
【０１００】
まず、図１０は第１〜第３セルスタック２０が全て過充電されていない場合の動作を例示する。この場合、コントローラ１７０は、第１〜第３バイパス回路１３０の全てのバイパススイッチ１３１をオフするように電流調整部１２０を制御する。これと共に、コントローラ１７０は、断路部１４０に含まれた全ての断路スイッチ１４１をオンするように断路部１４０を制御する。これによって、バッテリーパック１内に如何なるバイパス経路も提供されず、かつ如何なるセルスタック２０も大電流経路から電気的に分離しないため、充電電流の全部は各セルスタック２０に順次供給される。
【０１０１】
一方、第１〜第３セルスタック２０のうち少なくとも一つが第２過充電状態であると判定された場合、コントローラ１７０は、第２過充電状態である各セルスタック２０の内部抵抗値に基づき、第２過充電状態である各セルスタック２０に並列接続したバイパス回路１３０を制御する。
【０１０２】
図１１は、第１セルスタック２０−１のみが第２過充電状態であると判定され、第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３は第１及び第２過充電状態であると判定されなかった場合の動作を例示する。コントローラ１７０は、第１断路スイッチ１４１−１をオフ状態に制御し、第２及び第３断路スイッチ１４１−２、１４１−３はオン状態に制御する。これによって、第１セルスタック２０−１のみが大電流経路から電気的に完全に分離する。即ち、第１セルスタック２０−１には充電電流が一切供給されない。
【０１０３】
これと共に、コントローラ１７０は、最も最近に算出された第１セルスタック２０−１の内部抵抗に基づき、第１バイパス回路１３０−１に含まれた一つ以上のバイパススイッチ１３１をオン状態に制御する。この際、コントローラ１７０は、第１セルスタック２０−１の内部抵抗値が大きいほどオン状態に制御するバイパススイッチ１３１の個数を減少させることができる。
【０１０４】
仮に、Ｒａ＜Ｒｂとしよう。もし、第１セルスタック２０−１の内部抵抗値がＲａよりも小さければ、コントローラ１７０は、図１１に示したように第１  バイパス回路１３０−１に含まれた全てのバイパススイッチ１３１−１〜１３１−３をオン状態に制御する。この場合、第１バイパス経路の抵抗値はＲ／３となる。もし、第１セルスタック２０−１の内部抵抗値がＲａよりも大きくてＲｂより小さければ、コントローラ１７０は、第１バイパス回路１３０−１に含まれたいずれか二つのバイパススイッチ（例えば、１３１−１、１３１−２）をオン状態に制御し、残りの一つのバイパススイッチ（例えば、１３１−３）はオフ状態に制御する。この場合、第１セルスタック２０−１に提供されるバイパス経路の抵抗値はＲ／２となる。もし、第１セルスタック２０−１の内部抵抗値がＲｂよりも大きければ、コントローラ１７０は、第１バイパス回路１３０−１に含まれた一つのバイパススイッチ（例えば、１３１−１）のみをオン状態に制御し、残りのバイパススイッチ（例えば、１３１−２、１３１−３）はオフ状態に制御する。この場合、第１バイパス経路の抵抗値はＲとなる。
【０１０５】
即ち、コントローラ１７０は、第２過充電状態を有する各セルスタック２０の抵抗値が増加するほど、第２過充電状態を有する各セルスタック２０に提供されるバイパス経路の抵抗値を増加させることで、過充電されていない残りのセルスタック２０に供給される充電電流の大きさを低めることができる。
【０１０６】
図１２は、第１セルスタック２０−１が第２過充電状態であると判定され、第２セルスタック２０−２は第１過充電状態であると判定され、第３セルスタック２０−３が過充電されなかった場合を例示する。説明の便宜のために、第１セルスタック２０−１の内部抵抗値がＲｂよりも大きくなったと仮定する。
【０１０７】
コントローラ１７０は、Ｒｂよりも大きい内部抵抗値を有する第１セルスタック２０−１に提供されるバイパス経路の抵抗値が、第１セルスタック２０−１の内部抵抗値に最も近接するように、第１バイパス回路１３１−１のいずれか一つのバイパススイッチ（例えば、１３１−１）のみをオン状態に制御する。
【０１０８】
また、コントローラ１７０は、充電電流の一部のみが第２セルスタック２０−２に供給されるよう、第２バイパス回路１３１−２に一つ以上のバイパススイッチ（例えば、１３１−１）をオン状態に制御する。
【０１０９】
これによって、充電電流の一部は、第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３を介して流れ、残りの充電電流は、第１及び第２セルスタック２０−１、２０−２に提供された二つのバイパス経路を通して流れるようになる。
【０１１０】
一方、複数のセルスタックが直列接続しているため、一部のセルスタック２０が大電流経路から電気的に完全に分離すれば、残りのセルスタック２０に充電電流が集中し得る。例えば、第２基準電圧が２１Ｖであり、第１〜第３セルスタック２０−１〜２０−３の電圧が各々、２２Ｖ、２０Ｖ、１８Ｖとして測定されれば、第１セルスタック２０−１は第２過充電状態が判定されることによって、大電流経路から電気的に分離する。この場合、第１セルスタック２０−１の電圧２２Ｖに対応するだけに、充電電流の急な上昇が瞬間的に惹起され、第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３が損傷し得る。
【０１１１】
そこで、過充電防止装置１００は、第２過充電状態ではなく規定値を超える充電電流が各セルスタック２０に供給されないよう動作する必要がある。
【０１１２】
図１３は、第１及び第２セルスタック２０−１、２０−２が第２過充電状態であると判定され、第３セルスタック２０−３は第２過充電状態であると判定されなかった場合の動作を例示する。この際、第３セルスタック２０−３は、第１過充電状態であるか、または過充電されていない状態であり得る。
【０１１３】
コントローラ１７０は、電流測定部１５０からの第２モニタリング信号に基づき、第２過充電状態である第１及び第２セルスタック２０−１、２０−２を大電流経路から電気的に分離する場合、第２過充電状態ではなく第３セルスタック２０−３に供給される充電電流の最小値を予測することができる。ここで、第３セルスタック２０−３に供給される充電電流の最小値は、第１及び第２セルスタック２０−１、２０−２に提供されるバイパス経路各々の抵抗値が最大値に調節された間に流れるようになる電流の大きさに対応する。
【０１１４】
もし、第２過充電状態ではない第３セルスタック２０−３に供給される充電電流の最小値が規定値を超過すると予測された場合、コントローラ１７０は、第１及び第２断路スイッチ１４１−１、１４１−２は勿論、第３断路スイッチ１４１−３までもオフ状態に制御し得る。これと共に、コントローラ１７０は、第１〜第３バイパス回路１３０−１〜１３０−３に含まれた全てのバイパススイッチ１３１をオフ状態に制御する。
【０１１５】
これによって、図１３のように、第１及び第２セルスタック２０−１、２０−２は勿論、第３セルスタック２０−３までも大電流経路から電気的に完全に分離しながら、如何なるバイパス経路も提供されない。即ち、バッテリーパック１内で充電電流が遮断される。
【０１１６】
図１４は、図１に示したバッテリーパック１の他の具現例を示す。図１４に示した具現例による過充電防止装置１００は、図２、図８または図９に示した具現例に冷却部１６０がさらに含まれたものであり得る。冷却部１６０は、バッテリーパック１に含まれた一つまたは二つ以上のセルスタック２０を同時にまたは個別的に冷却するように構成される。既に説明された同一の構成要素に対しては同一の参照符号を付与し、各々についての反復的な説明は省略する。
【０１１７】
図１４に示した具現例は、図８に示した具現例に冷却部１６０が加えられた過充電防止装置１００を例示する。
【０１１８】
冷却部１６０は、複数の冷却素子１６１を含む。各冷却素子１６１は、各バイパス回路１３０に直列接続する。詳しくは、一つのバイパス回路１３０と一つの冷却素子１６１とが直列接続した回路は、各セルスタック２０に並列接続する。または、一つのバイパス回路１３０と一つの冷却素子１６１とが直列接続した回路は、一つのセルスタック２０と一つの断路スイッチ１４１とが直列接続した回路に並列接続する。これによって、各冷却素子１６１は、各バイパス経路の一部を構成し、充電電流によって動作する。
【０１１９】
望ましくは、冷却素子１６１は、ペルチェ素子である。図１４を参照すれば，  各ペルチェ素子１６１は、吸熱部１６２及び放熱部１６３を有する。ペルチェ効果が発生する間、吸熱部１６２に吸収された熱は放熱部１６３を通して抜け出る。したがって、各セルスタック２０の冷却のために、各ペルチェ素子の吸熱部１６２は、放熱部１６３よりも各セルスタック２０に隣接するように配置され得る。例えば、各ペルチェ素子の吸熱部１６２は、各セルスタック２０のケース２２に少なくとも部分的に接触し得る。
【０１２０】
通常、セルスタック２０の電圧と温度とはほぼ比例する。
【０１２１】
各バイパス経路は、過充電されたセルスタック２０のみに提供され、各ペルチェ素子１６１は、自身が設置されたバイパス経路を通して充電電流が流れる場合のみにペルチェ効果を発生させる。したがって、各ペルチェ素子１６１の吸熱部１６２が過充電されたセルスタック２０からの熱を吸収するので、過充電されたセルスタック２０の発熱を抑制することができる。
【０１２２】
一方、冷却素子１６１はペルチェ素子に限定されず、冷却ファンなどであってもよい。冷却素子１６１が冷却ファンである場合、冷却ファンは、自身が設置されたバイパス経路を通して供給される充電電流を用いて回転動作することで、空気のような冷却媒体を各セルスタック２０に提供することができる。
【０１２３】
一方、バッテリーパック１に充電電源が接続しない間、コントローラ１７０は、第１モニタリング信号に基づいて各バイパス回路１３０を選択的に制御し、過充電された各セルスタック２０のＳＯＣを低めることで、複数のセルスタック２０同士の電圧偏差を緩和することができる。即ち、電流調整部１２０は、複数のセルスタック２０のための電圧バランシング動作を行うこともできる。
【０１２４】
図１５は、図１に示したバッテリーパック１の他の具現例を示す。図１５に示した具現例による過充電防止装置１００は、図８、図９または図１４に示した具現例に複数の電磁気コンタクター１８１がさらに含まれたものであり得る。複数の電磁気コンタクター１８１は、放電誘導部１８０に含まれるものである。
【０１２５】
図１５に示した具現例は、図８に示した具現例に複数の電磁気コンタクター１８１が加えられた過充電防止装置１００を例示する。望ましくは、一つの電磁気コンタクター１８１が一つのセルスタック２０に対応するように、電磁気コンタクター１８１の個数は、セルスタック２０の個数と同一であってもよい。 即ち、第１電磁気コンタクター１８１−１は第１セルスタック２０−１に対応し、第２電磁気コンタクター１８１−２は第２セルスタック２０−２に対応し、第３電磁気コンタクター１８１−３は第３セルスタック２０−３に対応する。
【０１２６】
具体的に、第１電磁気コンタクター１８１−１は、第１セルスタック２０−１が大電流経路から電気的に分離している期間の間、少なくとも一時的に第１セルスタック２０−１に放電経路を提供する。また、第２電磁気コンタクター１８１−２は、第２セルスタック２０−２が大電流経路から電気的に分離している期間の間、少なくとも一時的に第２セルスタック２０−２に放電経路を提供する。また、第３電磁気コンタクター１８１−３は、第１セルスタック２０−３が大電流経路から電気的に分離している期間の間、少なくとも一時的に第１セルスタック２０−３に放電経路を提供する。
【０１２７】
各電磁気コンタクター１８１は、コイル１８２と接点１８３を含む。接点１８３は、所定の抵抗値を有していずれか一つのセルスタック２０に並列接続可能に構成される。
【０１２８】
具体的に、各コイル１８２は、いずれか一つのセルスタック２０に対応するバイパス経路に設置される。即ち、各コイル１８２は、各バイパス回路１３０に直列接続する。各コイル１８２は、自身が設置されたバイパス経路を通して充電電流が流れる間に活性化し、磁力を発生する。バイパス経路を通して流れる充電電流が高いほど、該バイパス経路に設置されたコイル１８２が発生させる磁力も大きくなる。
【０１２９】
各接点１８３の一端は、各セルスタック２０の第１電極（例えば、正極）に接続し、他端は、各セルスタック２０の第２電極（例えば、負極）に接続し得る。接点１８３は、常時（例えば、コイル１８２からの磁力のレベルが所定値未満であるとき）はオフ状態を有する。
【０１３０】
各コイル１８２で発生する磁力が所定のレベル以上となれば、接点１８３はコイル１８２の磁力によってオン状態に転換される。オン状態に転換された接点１８３に並列接続したセルスタック２０には放電経路が提供される。
【０１３１】
理解を助けるために、図１１のように第１〜第３セルスタック２０−１〜２０−３のうち第１セルスタック２０−１のみが第２過充電状態になった場合を基準で電磁気コンタクター１８１の動作を説明する。
【０１３２】
大電流経路から第１セルスタック２０−１が電気的に分離すれば、充電電流の全部が第１バイパス回路１３０−１と第１電磁気コンタクター１８１のコイル１８２を通して流れるようになる。これによって、第１電磁気コンタクター１８１の接点１８３をオン状態に転換するのに十分な磁力が第１電磁気コンタクター１８１のコイル１８２から発生する。
【０１３３】
一方、第２バイパス回路１３０−２を通しては充電電流の一部のみが流れ、第３バイパス回路１３０−３には充電電流が流れないため、第２及び第３電磁気コンタクター１８１各々の接点１８３をオン状態に転換するのに十分な磁力が第２及び第３電磁気コンタクター１８１各々のコイル１８２から発生しない。これによって、第２電磁気コンタクター１８１の接点１８３及び第３電磁気コンタクター１８１の接点１８３は、オフ状態に維持される。
【０１３４】
オン状態に転換された第１電磁気コンタクター１８１の接点１８３によって第１セルスタック２０−１に放電経路が提供される。一方、第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３には放電経路が提供されない。
【０１３５】
結果的に、充電電流の全部が第１バイパス回路１３０−１と第１電磁気コンタクター１８１のコイル１８２を通して流れる間、第１セルスタック２０−１に貯蔵された電気エネルギーが第１電磁気コンタクター１８１の接点１８３によって消耗することで、第１セルスタック２０−１の電圧が徐々に下降してある程度の時間が経てば、第２過充電状態から脱け出すことができる。即ち、第１セルスタック２０−１の放電と第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３の充電とが同時に行われる。
【０１３６】
図１５の具現例によれば、複数のセルスタック２０のうち大電流経路から電気的に分離した各セルスタック２０に提供される放電経路とバイパス経路とは、複数の電磁気コンタクター１８１によって相互完壁に絶縁（ｉｓｏｌａｔｅ）する。したがって、大電流経路から電気的に分離した各セルスタック２０の放電過程と大電流経路から電気的に分離していない各セルスタック２０の充電過程とが相互独立して同時に行われる。
【０１３７】
図１６は、図１に示したバッテリーパック１の他の具現例を示す。図１６に示した具現例による過充電防止装置１００は、図８、図９または図１４に示した具現例に複数のオプトカプラ１８５がさらに含まれたものであり得る。複数のオプトカプラ１８５は、放電誘導部１８０に含まれるものである。
【０１３８】
図１６に示した具現例は、図８に示した具現例に複数のオプトカプラ１８５が加えられた過充電防止装置１００を例示する。望ましくは、一つのオプトカプラ１８５が一つのセルスタック２０に対応するように、オプトカプラ１８５の個数は、セルスタック２０の個数と同一であってもよい。即ち、第１オプトカプラ１８５−１は第１セルスタック２０−１に対応し、第２オプトカプラ１８５−２は第２セルスタック２０−２に対応し、第３オプトカプラ１８５−３は第３セルスタック２０−３に対応する。
【０１３９】
具体的に、第１オプトカプラ１８５−１は、第１セルスタック２０−１が大電流経路から電気的に分離している期間の間、少なくとも一時的に第１セルスタック２０−１に放電経路を提供する。また、第２オプトカプラ１８５−２は、第２セルスタック２０−２が大電流経路から電気的に分離している期間の間、少なくとも一時的に第２セルスタック２０−２に放電経路を提供する。また、第３オプトカプラ１８５−３は、第１セルスタック２０−３が大電流経路から電気的に分離している期間の間、少なくとも一時的に第１セルスタック２０−３に放電経路を提供する。
【０１４０】
各オプトカプラ１８５は、発光素子１８６及び光検出素子１８７を含む。光検出素子１８７としては、フォトダイオードやフォトトランジスタが用いられ得る。発光素子１８６としては、ガリウム、ヒ素、または発光ダイオードが使われ得る。図１５の具現例と比較すれば、光検出素子１８７は、接点１８３を代わりにし、発光素子１８６はコイル１８２を代わりにする。
【０１４１】
具体的に、各発光素子１８６は、いずれか一つのセルスタック２０に対応するバイパス経路に設置される。即ち、各発光素子１８６は、各バイパス回路１３０に直列接続する。各発光素子１８６は、自身が設置されたバイパス経路を通して充電電流が流れる間に活性化し、光信号を出力する。バイパス経路を通して流れる充電電流が高いほど、該バイパス経路に設置された発光素子１８６から出力される光信号のレベルも高くなる。
【０１４２】
光検出素子１８７は、所定の抵抗値を有し、いずれか一つのセルスタック２０に並列接続可能に構成される。各光検出素子１８７の一端は、各セルスタック２０の第１電極（例えば、正極）に接続し、他端は、各セルスタック２０の第２電極（例えば、負極）に接続し得る。光検出素子１８７は、平常（即ち、発光素子１８６からの光信号のレベルが所定値未満であるとき）は、オフ状態を有する。
【０１４３】
各発光素子１８６が出力する光信号のレベルが所定値以上となれば、光検出素子１８７は、発光素子１８６の光信号に応答してオン状態に転換される。オン状態に転換された光検出素子１８７に並列接続したセルスタック２０には、放電経路が提供される。
【０１４４】
理解を助けるために、図１１のように第１〜第３セルスタック２０−１〜２０−３のうち第１セルスタック２０−１のみが第２過充電状態になった場合を基準でオプトカプラ１８５の動作を説明する。
【０１４５】
大電流経路から第１セルスタック２０−１が電気的に分離すれば、充電電流の全部が第１バイパス回路１３０−１及び第１オプトカプラ１８５の発光素子１８６を介して流れるようになる。これによって、第１オプトカプラ１８５の光検出素子１８７をオン状態に転換するのに十分なレベルの光信号が第１オプトカプラ１８５の発光素子１８６から出力される。
【０１４６】
一方、第２バイパス回路１３０−２を介しては充電電流の一部のみが流れ、第３バイパス回路１３０−３には充電電流が流れないことから、第２及び第３オプトカプラ１８５各々の光検出素子１８７をオン状態に転換するのに十分なレベルを有する光信号が第２及び第３オプトカプラ１８５各々の発光素子１８６から出力されない。これによって、第２オプトカプラ１８５の光検出素子１８７及び第３オプトカプラ１８５の光検出素子１８７は、オフ状態に維持される。
【０１４７】
オン状態に転換された第１オプトカプラ１８５の光検出素子１８７によって第１セルスタック２０−１に放電経路が提供される。これに対し、第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３には放電経路が提供されない。
【０１４８】
結果的に、充電電流の全部が第１バイパス回路１３０−１及び第１オプトカプラ１８５の発光素子１８６を介して流れる間、第１セルスタック２０−１に貯蔵された電気エネルギーが第１オプトカプラ１８５の光検出素子１８７によって消耗することで、第１セルスタック２０−１の電圧が徐々に下降してある程度の時間が経てば、第２過充電状態から脱け出すことができる。即ち、第１セルスタック２０−１の放電と第２及び第３セルスタック２０−２、２０−３との充電とが同時に行われる。
【０１４９】
図１６の具現例によれば、複数のセルスタック２０のうち大電流経路から電気的に分離した各セルスタック２０に提供される放電経路とバイパス経路とは、複数のオプトカプラ１８５によって相互完壁に絶縁する。したがって、図１５の具現例と同様に、大電流経路から電気的に分離した各セルスタック２０の放電過程と大電流経路から電気的に分離していない各セルスタック２０の充電過程とが相互独立的に同時に行われる。
【０１５０】
図１７は、本発明の他の実施例による過充電防止方法を示すフローチャートである。
【０１５１】
図１７を参照すれば、段階Ｓ１７１において、コントローラ１７０は、各セルスタック２０の電圧を示す第１モニタリング信号を受信する。コントローラ１７０によって受信される第１モニタリング信号は、電圧測定部１２０から出力されたものである。
【０１５２】
段階Ｓ１７２において、コントローラ１７０は、第１モニタリング信号に基づき、バッテリーパック１内に過充電されたセルスタックが存在するかを判定する。段階１５２の結果が「はい」である場合、段階Ｓ１７３へ進む。一方、段階Ｓ１７２の結果が「いいえ」である場合、段階Ｓ１７１に戻る。
【０１５３】
段階Ｓ１７３において、コントローラ１７０は、過充電されたセルスタックに並列接続した複数のバイパススイッチのうち少なくとも一つをオン状態に制御し、過充電されたセルスタックにバイパス経路を提供する。この際、コントローラ１７０は、過充電されたセルスタックに並列接続した複数のバイパススイッチのうち、過充電されたセルスタックの内部抵抗値に対応する個数のみをオン状態に制御し、残りはオフ状態に制御し得る。
【０１５４】
以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じて具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。
【０１５５】
以上、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ず、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。
【０１５６】
また、上述の本発明は、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よ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、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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