JP2013201890A - バッテリーパック - Google Patents

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Ri-A Ju
利亞 朱
Hyun Kim
賢 金
Suk-Kyum Kim
錫謙 金
Seok-Gyun Woo
錫均 禹
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Abstract

【課題】バッテリーパックを提供する。
【解決手段】第１端子と、第２端子と、第１端子と第２端子との間に接続され、充電状態(Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ)を有するバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールのスウェリングを測定してスウェリングデータ値を生成するセンサー部と、スウェリングデータ値及びＳＯＣによってバッテリーモジュールの充放電を制御して、バッテリーモジュールのスウェリング率を低減させるか、またはバッテリーモジュールのスウェリングを矯正するバッテリー管理システムと、を備えるバッテリーパックである。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーパックに関する。
一般的に、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池である。二次電池は、適用される外部機器の種類によって、単一の電池の形態で使われることができ、複数の電池を接続して、一つの単位にまとめた電池モジュールの形態で使われることもできる。
従来は、エンジン始動のための電源供給装置として、鉛蓄電池を使用してきた。最近は、燃費改善のために、 アイドリングストップ・ゴー(Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ ＆ Ｇｏ：ＩＳＧ)システムが適用されており、次第に拡大してきている。空転制限装置であるＩＳＧシステムを支援する電源供給装置は、エンジン始動のための高出力を出せる出力特性と、頻繁な始動にもかかわらず、充放電特性が強固に維持され、長寿命が保証されねばならない。しかし、既存の鉛蓄電池は、ＩＳＧシステム下で頻繁にエンジンの中止及び再始動が繰り返されるため、充放電特性が劣化し、長時間使用できないという問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、ＩＳＧシステムに適しており、バッテリーのスウェリング(ｓｗｅｌｌｉｎｇ)現象を矯正できるバッテリーパックを提供することである。
前記課題を達成するために、本発明の望ましい一実施形態によるバッテリーパックは、第１端子と、第２端子と、前記第１端子と第２端子との間に接続され、充電状態(Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ)を有するバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールのスウェリングを測定し、スウェリングデータ値を生成するセンサー部と、前記スウェリングデータ値及び前記ＳＯＣによって、前記バッテリーモジュールの充放電を制御して、前記バッテリーモジュールのスウェリング率を低減させるか、または前記バッテリーモジュールのスウェリングを矯正するバッテリー管理システムと、を備える。
前記バッテリー管理システムは、充電限界値と放電限界値との間で、前記バッテリーモジュールの充放電を制御する。
前記バッテリーパックは、前記第１端子とバッテリーモジュールとの間に接続される切替部をさらに備え、前記切替部は、複数の入力端子と、前記第１端子に接続された出力端子と、スイッチ制御信号によって、前記複数の入力端子を前記出力端子に選択的に接続するスイッチと、を備え、前記バッテリー管理システムは、前記スイッチ制御信号を生成して、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達した場合は、前記バッテリーモジュールに接続された前記複数の入力端子のうちの一つを、前記出力端子に接続させないようにする。
前記バッテリーパックは、前記第１端子とバッテリーモジュールとの間に接続される切替部と、前記切替部と第２端子との間に接続される補助バッテリーモジュールと、をさらに備え、前記切替部は、複数の入力端子と、前記第１端子に接続された出力端子と、前記バッテリー管理システムによって生成されたスイッチ制御信号によって、前記複数の入力端子を前記出力端子に選択的に接続するスイッチと、を備え、前記複数の入力端子は、前記バッテリーモジュールに接続された第１入力端子と、前記補助バッテリーモジュールに接続された第２入力端子と、前記バッテリーモジュール及び前記補助バッテリーモジュールに接続されていない第３入力端子と、を含み、前記スイッチは、前記スイッチ制御信号によって、前記出力端子を前記第１ないし第３入力端子のうち少なくとも一つに選択的に接続される。
前記バッテリー管理システムは、前記スイッチ制御信号を生成して、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、前記第２入力端子を前記出力端子に接続させる。
前記切替部は、前記第１入力端子と並列接続端子との間に接続された第１可変抵抗と、前記第２入力端子と前記並列接続端子との間に接続された第２可変抵抗と、をさらに含み、前記スイッチは、前記スイッチ制御信号によって、前記出力端子を前記並列接続端子及び前記第３入力端子のうち一つに選択的に接続し、前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値及び前記ＳＯＣによって、前記第１及び第２可変抵抗を調節して、前記バッテリーモジュールへ流入または前記バッテリーモジュールから出力される充放電電流の流れと、前記補助バッテリーモジュールへ流入または前記補助バッテリーモジュールから出力される充放電電流の流れとの間の比率を調節する。
前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、繰り返して前記バッテリーモジュールを充放電させる。
前記第１端子と第２端子との間に電気負荷が接続され、前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、前記電気負荷を通じて前記バッテリーモジュールを放電させる。
前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値を受信して、スウェリング程度がスウェリング基準値以上か否かを決定するスウェリング感知部と、前記バッテリーモジュールのＳＯＣを充電限界値と放電限界値との間の帯域内に制限する帯域制限部と、前記ＳＯＣが充電限界値以上である時に前記バッテリーモジュールを放電させ、前記ＳＯＣが放電限界値以下である時に前記バッテリーモジュールを充電させる矯正部と、を備える。
本発明の望ましい一実施形態によるバッテリーモジュールを含むバッテリーパックを動作させる方法は、前記バッテリーモジュールがスウェリングかどうかを感知するステップと、前記バッテリーモジュールの充電状態(ＳＯＣ)をモニタリングするステップと、前記バッテリーモジュールの状態が充電状態であるか、または放電状態であるかを決定するステップと、前記バッテリーモジュールの状態が充電状態ならば、前記ＳＯＣが充電限界値以上であるか否かを決定するステップと、前記バッテリーモジュールの状態が放電状態ならば、前記ＳＯＣが放電限界値以下であるか否かを決定するステップと、前記バッテリーモジュールの状態、前記バッテリーモジュールのＳＯＣ及び前記バッテリーモジュールがスウェリングかどうかによって、前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御するステップと、を含む。
前記バッテリーパックの動作方法は、前記充電限界値と放電限界値との間であるＳＯＣ帯域内で、前記バッテリーモジュールを充電または放電させるステップをさらに含む。
前記バッテリーパックは、前記バッテリーモジュールのバッテリースウェリング測定値を測定するセンサー部をさらに備え、前記バッテリーパックの動作方法は、前記バッテリーモジュールがスウェリングされ、前記ＳＯＣが充電限界値以上であるか、または放電限界値以下であれば、前記バッテリーモジュールと外部装置との接続を切断して、前記バッテリーモジュールの充電または放電を中断させ、前記バッテリースウェリング測定値が基準バッテリースウェリング値以上であるならば、前記バッテリーモジュールがスウェリングされると感知される。
前記バッテリーパックは、補助バッテリーモジュールをさらに含み、前記バッテリーパックの動作方法は、前記バッテリーモジュールと外部装置との接続をカットして、前記バッテリーモジュールの充電が中断されれば、前記補助バッテリーモジュールを外部装置と接続して、前記補助バッテリーモジュールの充電を開始するステップと、前記バッテリーモジュールと外部装置との接続を切断して、前記バッテリーモジュールの放電が中断されれば、前記補助バッテリーモジュールを外部装置と接続して、前記補助バッテリーモジュールの放電を開始するステップと、をさらに含む。
前記バッテリーパックは、前記バッテリーモジュールのバッテリースウェリング測定値を測定するセンサー部及び補助バッテリーモジュールをさらに含み、前記バッテリーパックの動作方法は、前記バッテリースウェリング測定値を測定するステップと、前記バッテリーモジュールの状態が充電状態ならば、前記バッテリースウェリング測定値及び前記バッテリーモジュールのＳＯＣによって、前記バッテリーモジュールに供給される充電電流と、前記補助バッテリーモジュールに供給される充電電流との比率を調節するステップと、前記バッテリーモジュールの状態が放電状態ならば、前記バッテリースウェリング測定値及び前記バッテリーモジュールのＳＯＣによって、前記バッテリーモジュールから供給される放電電流と前記補助バッテリーモジュールから供給される放電電流との間の比率を調節するステップと、をさらに含む。
前記バッテリーパックの動作方法は、前記バッテリーモジュールの状態が充電状態である時、前記バッテリーモジュールがスウェリングされ、前記ＳＯＣが充電限界値以上ならば、前記バッテリーモジュールの放電を開始し、前記バッテリーモジュールの状態が放電状態である時は、前記バッテリーモジュールがスウェリングされ、前記ＳＯＣが放電限界値以下ならば、前記バッテリーモジュールの充電を開始するステップをさらに含む。
本発明の望ましい一実施形態による車両の空転制限(Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ＆ Ｇｏ)システムは、正極バスと、負極バスと、前記正極バスと負極バスとの間に接続された発電モジュールと、前記正極バスと負極バスとの間に接続されたスターターモーターと、前記正極バスと負極バスとの間に接続された電気負荷と、メイン制御信号を生成するメイン制御部と、バッテリーパックと、を備え、前記バッテリーパックは、前記正極バスに接続された第１端子と、前記負極バスに接続された第２端子と、前記第１端子と第２端子との間に接続され、充電状態(ＳＯＣ)を有するバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールのスウェリングを測定し、スウェリングデータ値を生成するセンサー部と、前記メイン制御信号を受信し、前記スウェリングデータ値、前記ＳＯＣ及び前記メイン制御信号のうち少なくとも一つによって、前記バッテリーモジュールのスウェリング率を低減させるか、または前記バッテリーモジュールのスウェリングを矯正するように、前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御するバッテリー管理システムと、を備える。
前記バッテリーパックは、前記第１端子と前記バッテリーモジュールとの間に接続された切替部と、前記切替部と第２端子との間に接続される補助バッテリーモジュールと、をさらに備え、前記切替部は、複数の入力端子と、前記第１端子に接続された出力端子と、前記バッテリー管理システムによって生成されたスイッチ制御信号によって、前記複数の入力端子を前記出力端子に選択的に接続するスイッチと、を備え、前記複数の入力端子は、前記バッテリーモジュールに接続された第１入力端子と、前記補助バッテリーモジュールに接続された第２入力端子と、前記バッテリーモジュール及び前記補助バッテリーモジュールに接続されていない第３入力端子と、を備え、前記スイッチは、前記スイッチ制御信号によって、前記出力端子を前記第１ないし第３入力端子のうち少なくとも一つに選択的に接続させる。
前記切替部は、前記第１入力端子と並列接続端子との間に接続された第１可変抵抗と、前記第２入力端子と前記並列接続端子との間に接続された第２可変抵抗と、をさらに含み、前記スイッチは、前記スイッチ制御信号によって、前記出力端子を前記並列接続端子及び前記第３入力端子のうち一つに選択的に接続させる。
前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、繰り返して前記バッテリーモジュールを充放電させる。
前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、前記電気負荷を通じて前記バッテリーモジュールを充放電させる。
本発明は、リチウムイオン電池を含むことによって、エンジンの中止及び再始動が繰り返されるＩＳＧシステムに好適に適用される。また、本発明は、バッテリーの充電状態(ＳＯＣ)を一定の充放電帯域内に制限して、スウェリング進行速度を減らすか、または充放電帯域内で繰り返して充放電を実施して、スウェリング現象を矯正することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む車両の構造を示す図面である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの構造を示す図面である。 本発明の一実施形態によるＢＭＳの内部構成を示す図面である。 本発明の他の一実施形態による切替部を示す図面である。 一般的なバッテリーのＳＯＣグラフを示す値である。 本発明の一実施形態において、充放電帯域幅を制限してバッテリーモジュールを充電または放電することを示すグラフである。 本発明の他の実施形態によるバッテリーパックを含む車両の構造を示す図面である。 本発明の一実施形態によってスウェリング現象を矯正する場合のバッテリーのＳＯＣ状態を示すグラフである。 バッテリーのＳＯＣ値を充放電帯域幅内に制限して、スウェリング現象の進行速度を減らす過程を示すフローチャートである。 バッテリーを充放電帯域幅内で充放電して、スウェリング現象を矯正する過程を示すフローチャートである。
後述する本発明についての詳細な説明は、本発明が実施される特定の実施形態を例示として示す添付図面を参照する。このような実施形態は、当業者が本発明を十分に実施できるように詳細に説明される。本発明の多様な実施形態は、互いに異なるが、相互排他的である必要はないということが理解されねばならない。例えば、本明細書に記載されている特定形状、構造及び特性は、本発明の精神及び範囲を逸脱せず、かつ一実施形態から他の実施形態へ変更されて実現される。また、それぞれの実施形態内の個別的な構成要素の位置または配置も、本発明の精神及び範囲を逸脱せずに変更されるということが理解されねばならない。したがって、後述する詳細な説明は、限定的な意味として実施されるものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲、及びそれと同等なすべての範囲を包括すると理解せねばならない。図面で、類似した参照符号は、多様な側面で同一か、または類似した構成要素を示す。
以下、当業者が、本発明を容易に実施できるようにするために、本発明の多様な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００ａを含む車両の構造を示す図面である。
前記バッテリーパック１００ａは、発電モジュール２１０及びスターターモーター２２０と電気的に接続され、第１端子Ｐ１及び第２端子Ｐ２を通じて発電モジュール２１０及びスターターモーター２２０と並列接続されている。第１端子Ｐ１は、以下において、外部装置接続端子とする。
さらに詳細には、前記バッテリーパック１００ａは、発電モジュール２１０から生成される充電電力を保存し、スターターモーター２２０に放電電力を供給する。例えば、前記発電モジュール２１０は、エンジン(図示せず)と動力接続され、エンジンの駆動軸と接続されて、回転動力を電気的な出力に変換する。この時、発電モジュール２１０から生成された充電電力は、バッテリーパック１００の第１端子Ｐ１及び第２端子Ｐ２を通じて、後述するバッテリーモジュール１１０に保存される。例えば、前記発電モジュール２１０は、ＤＣ発電機(図示せず)またはＡＣ発電機(図示せず)と整流装置(図示せず)を備え、約ＤＣ １５Ｖ、さらに具体的に、ＤＣ １４.６Ｖ〜１４.８Ｖの電圧を供給する。
例えば、前記バッテリーパック１００ａは、燃費改善のために、ＩＳＧ(Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ ＆ Ｇｏ：ＩＳＧ)機能が実現されたＩＳＧシステムのエンジン始動のための電源装置に適用される。ＩＳＧシステムでは、エンジンの停止及び再始動が頻繁に繰り返されて、バッテリーパック１００ａの充放電が繰り返される。
従来、ＩＳＧシステムに適用される鉛蓄電池は、充放電動作が頻繁に繰り返されるので、耐久寿命が短縮され、充放電特性が低下する問題があり、例えば、充放電の反復によって充電容量が減少してエンジンの始動性が低下し、鉛蓄電池の交換周期が短縮する問題がある。
例えば、本発明のバッテリーモジュール１１０は、鉛蓄電池に比べて、充放電特性が比較的一定に維持され、経時的な劣化が少ないリチウムイオン電池を有することによって、エンジンの停止及び再始動が繰り返されるＩＳＧシステムに好適に適用される。また、同じ充電容量の鉛蓄電池に比べて、軽量化が可能であるので、燃費改善の効果が期待でき、鉛蓄電池より小さい体積でも、同じ充電容量を実現できるので、搭載空間を節約するという長所がある。但し、本発明のバッテリーモジュール１１０としては、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル−水素電池(ＮｉＭＨ：Ｎｉｃｋｅｌ Ｍｅｔａｌ Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｂａｔｔｅｒｙ)が適用される。
本発明の一実施形態において、バッテリーパック１００ａは、バッテリーのスウェリング現象が感知された場合、バッテリーの充電状態(Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ)を一定の(既定の)充放電帯域内に制限して、スウェリングの進行速度(スウェリング率)を減らすか、または充放電帯域内で反復的に充放電を実施して、スウェリング現象を矯正する。バッテリーパック１００ａの内部の詳細な構造及び動作については、後述する。
また、メイン制御部２４０は、バッテリーパック１００ａが装着された車両の全体動作を制御する制御部である。メイン制御部２４０は、バッテリーパック１００ａと第３端子Ｐ３を通じて接続されて制御信号を交換し、バッテリーパック１００ａの状態をモニタリングし、バッテリーパック１００ａの動作を制御する。
発電モジュール２１０は、車両のオルタネーター(ａｌｔｅｒｎａｔｏｒ)を含む概念である。オルタネーターは、バッテリーパック１００ａに充電電力を供給するだけでなく、エンジンが稼動中に、後述する電気負荷２３０に電力を供給することもできる。
スターターモーター２２０は、車両の始動時に稼動し、エンジンの駆動軸を回転させる初期回転動力を提供する。例えば、前記スターターモーター２２０は、バッテリーパック１００ａの第１端子Ｐ１及び第２端子Ｐ２を通じて保存された電力を供給され、エンジンの始動時またはアイドリングストップ以後のエンジンの再始動時に駆動軸を回転させて、エンジンを再稼動する。また、スターターモーター２２０は、後述するように、ＢＭＳ１２０からの駆動信号によって駆動される。
一方、前記バッテリーパック１００ａには、発電モジュール２１０及びスターターモーター２２０と共に、電気負荷２３０が接続される。前記電気負荷２３０は、バッテリーパック１００ａに保存された電力を消費するものであって、第１端子Ｐ１及び第２端子Ｐ２を通じて保存された放電電力が供給され、各種の電装品を含んでいる。
図２は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００ａの構造を示した図面である。
図２を参照すれば、バッテリーパック１００ａは、バッテリーモジュール１１０、補助バッテリー１１１、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）１２０、センサー部１３０、及び切替部１４０ａを含む。
バッテリーモジュール１１０及び補助バッテリー１１１は、直並列に接続された複数のバッテリーセル(図示せず)を含み、本発明において、バッテリーモジュール１１０は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２との間に接続されて、充電電力を供給され、放電電力を出力する。
バッテリーモジュール１１０は、複数のバッテリーサブユニットを備える構造体を通称する名称である。例えば、バッテリーパック１００ａが複数のバッテリートレーを含むバッテリーラックである場合、前記バッテリーラックをバッテリーモジュール１１０と見なす。同様に、バッテリートレーが複数のバッテリーセルを含む場合、バッテリートレーをバッテリーモジュール１１０と見なすこともできる。
前述したように、本発明において、バッテリーモジュール１１０は、リチウムイオン電池、ニッケル−水素電池で実現される。これとは異なり、補助バッテリー１１１は、バッテリーモジュール１１０の特性を補完するために、既存の鉛蓄電池で実現される。
バッテリーモジュール１１０は、充放電を繰り返すため、過充電または高温放置時、内部圧力の上昇によって、バッテリーモジュール１１０内のバッテリーセルが膨張するバッテリースウェリング現象が起こる。特に、バッテリーモジュール１１０がリチウムイオン電池を含む場合、バッテリースウェリング現象は、バッテリーパック１００ａのケースの外形を変形させ、このような変形によって、バッテリーパック１００ａの安定性が問題となる。
このようなバッテリースウェリング現象が進む速度は、バッテリーを過充電または過放電を繰り返す場合に深刻化する。したがって、本発明の一実施形態においては、バッテリーのＳＯＣ値を一定の充放電帯域内に制限して、バッテリーモジュール１１０のスウェリング進行速度を減らす。また、本発明の他の実施形態においては、さらに積極的にスウェリング現象を矯正するために、充放電帯域内で繰り返してバッテリーモジュール１１０の充放電を行える。
本発明において、ＢＭＳ１２０は、前記のようなバッテリースウェリングの進行速度の低減またはスウェリング現象の矯正のために、バッテリーモジュール１１０の充放電プロセスを制御する役割を行う。
また、ＢＭＳ１２０は、バッテリーモジュール１１０に接続され、バッテリーモジュール１１０の充電及び放電動作を制御する。また、ＢＭＳ１２０は、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セルバランシング(Ｃｅｌｌ Ｂａｌａｎｃｉｎｇ)機能を行うことができる。このために、ＢＭＳ１２０は、バッテリーモジュール１１０から電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、ＳＯＣを測定する測定手段を含み、測定結果に基づいて制御信号を生成して、外部機器、すなわち、本発明でスターターモーター２２０、発電モジュール２１０を制御する。
ＢＭＳ１２０の内部構成及び各構成の役割については、バッテリーパック１００ａの他の構成要素と共に、下記の図３を参照して説明する。
センサー部１３０は、バッテリーモジュール１１０のスウェリング程度を測定する役割を担う。本発明の一実施形態において、センサー部１３０は、圧電素子を利用して、バッテリーモジュール１１０が正常状態に比べて膨張した程度を測定する。圧電素子を利用する場合、バッテリーモジュール１１０の微細な変化も精密に測定できるという長所がある。センサー部１３０は、測定結果をＢＭＳ１２０に伝送する。
次いで、切替部１４０ａは、ＢＭＳ１２０の制御信号によって、第１端子Ｐ１と端子ａ,ｂまたはｃとの間で選択的に回路を接続する役割を行う。切替部１４０ａは、スイッチング素子(スイッチ)を含む。切替部１４０ａは、スイッチを端子aに配置させて、外部装置との接続端子である第１端子Ｐ１をバッテリーモジュール１１０に接続するか、端子ｂに位置させて補助バッテリー１１１に接続でき、または端子ｃに位置させてバッテリーパック１００ａ内のいかなる装置にも接続されないようにもできる。
以下では、ＢＭＳ１２０の内部構成及びＢＭＳ１２０がバッテリーモジュール１１０のスウェリング現象の進行速度を減らすか、またはスウェリング現象を矯正する方法について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるＢＭＳ１２０の内部構成を示す図面である。
図３を参照すれば、ＢＭＳ１２０は、スウェリング感知部１２１、帯域制限部１２２、矯正部１２３を含む。まず、スウェリング感知部１２１は、センサー部１３０からバッテリースウェリング測定値を伝達されて、スウェリングの程度が基準値を超えるか否かを判断する。例えば、センサー部１３０の圧電素子が、測定したバッテリーモジュール１１０のスウェリングの程度が一定基準値以上である場合、スウェリング感知部１２１は、バッテリーモジュール１１０にスウェリング現象が起こったので、スウェリング速度の低減または矯正が必要であると判断する。
次いで、帯域制限部１２２は、本発明の一実施形態によって、バッテリーモジュール１１０のＳＯＣを充電限界値と放電限界値との間の充放電帯域内に制限して、スウェリング進行速度を減らす役割を行う。
再び、図２を参照すれば、充放電時において帯域制限部１２２は、バッテリーモジュール１１０のＳＯＣ値が放電限界値または充電限界値となるか否かを判定して、放電限界値となる場合、スイッチを端子ｂに選択することによって、補助バッテリー１１１から外部装置が電力を供給されるか、または外部装置電力が補助バッテリー１１１に電力を供給可能にする。
また、帯域制限部１２２は、バッテリーモジュールのＳＯＣ値が放電限界値または充電限界値となる場合、スイッチを端子ｃに選択して、外部装置からバッテリーパック１００ａへの接続を遮断する。
図４は、本発明の他の一実施形態による切替部１４０ｂを示した図面である。
図４を参照すれば、切替部１４０ｂの内部には、バッテリーモジュール接続端子ａと補助バッテリー接続端子ｂとが、それぞれ可変抵抗Ｒ１,Ｒ２に接続されて並列接続端子ａｂに接続されるということが分かる。バッテリーパック１００ａの内部に、図４の切替部１４０ｂがある場合、帯域制限部１２２は、可変抵抗Ｒ１,Ｒ２を利用して、バッテリーモジュール１１０及び補助バッテリー１１１に流入される電流の量を調節して、充放電帯域を制御する。
すなわち、帯域制限部１２２は、バッテリーモジュール１１０のＳＯＣが放電限界値または放電限界値付近である場合には、スイッチを端子ａ及びｂに選択し、可変抵抗Ｒ１を可変抵抗Ｒ２より大きくして、バッテリーモジュール１１０より補助バッテリー１１１にさらに多い放電電流または充電電流を流す。
帯域制限部１２２のスウェリング進行速度の低減プロセスを、下記の図５及び図６を参照して補充説明する。
図５は、一般的なバッテリーのＳＯＣグラフを示した値である。
図５でのように、バッテリーのＳＯＣが１００％または０％となる満充電あるいは満放電を発生させないために、本発明において、ＢＭＳ１２０は、充電限界値あるいは放電限界値を設定する。例えば、充電限界値はＳＯＣの最大値の７０％とすることができ、放電限界値はＳＯＣ最大値の３０％とすることができる。
図６は、本発明の一実施形態において、充放電帯域を制限した際のバッテリーモジュールの充電または放電を示したグラフである。
帯域制限部１２２は、図６に示したように、バッテリーモジュール１１０が電気負荷２３０によって、放電時にＳＯＣ値が放電限界値Ｌとなれば、それ以上放電を起こさせない。同様に、バッテリーモジュール１１０の充電時、ＳＯＣ値が充電限界値Ｈとなれば、それ以上発電モジュール２１０から電力が供給されない。
図７は、本発明の他の実施形態によるバッテリーパック１００ｂを含む車両の構造を示す図面である。
ＢＭＳ１２０は、バッテリーのＳＯＣ値を充放電帯域内に制限するだけでなく、積極的に充放電帯域内で繰り返して充放電して、スウェリング現象を矯正する。すなわち、電気負荷２３０または発電モジュール２１０でバッテリーを充放電する時、バッテリーのＳＯＣ値が制限され、車両が運行していない場合にも、積極的に反復的な充放電を通じて、スウェリングされたバッテリーが矯正される。
図７を参照すれば、バッテリーパック１００ｂのＢＭＳ１２０は、端子Ｐ３を通じて発電モジュール２１０、スターターモーター２２０及び／または電気負荷２３０に信号を伝達する。
本発明の実施形態によって、車両エンジンの停止後にバッテリーモジュール１１０のスウェリング現象が感知される場合、ＢＭＳ１２０の矯正部１２３は、スターターモーター２２０の駆動のための信号を伝達する。すなわち、ユーザが車両エンジンを始動せずとも、スターターモーター２２０は、ＢＭＳ１２０の駆動信号によって稼動され、エンジンがスターターモーター２２０によって始動される時、発電モジュール２１０は、充電電力をバッテリーモジュール１１０に供給する。したがって、バッテリーモジュール１１０の充電が行われる。
バッテリーモジュール１１０が充電されて、バッテリーのＳＯＣ値が充電限界値となった場合、矯正部１２３は、発電モジュール２１０の動作を中止させ、電気負荷２３０を駆動させて、バッテリーモジュール１１０を放電させる。すなわち、エンジンが停止される時にも、ＢＭＳ１２０は、強制的に電気負荷２３０を駆動させることによって、バッテリーモジュール１１０で放電を発生させる。電気負荷２３０は、例えば、照明、ラジオ、ファン、エア・コンディショナーを含む。
バッテリーモジュール１１０が放電されて、バッテリーのＳＯＣ値が放電限界値となる場合、ＢＭＳ１２０の矯正部１２３は、電気負荷２３０の駆動を中止させる信号を伝達し、スターターモーター２２０の駆動のための信号を伝達する。これにより、発電モジュール２１０は、充電電力をバッテリーモジュール１１０に供給する。
バッテリーモジュール１１０の充電または放電は、前述したように、充放電帯域内で繰り返され、これにより、バッテリーモジュール１１０のスウェリング現象を矯正する。センサー部１３０が、バッテリーモジュール１１０のスウェリング現象が矯正されたと判断されれば、ＢＭＳ１２０は、バッテリーモジュール１１０の充電または放電を中止させる。
図８は、本発明の一実施形態によって、スウェリング現象を矯正する場合のバッテリーのＳＯＣ状態を示したグラフである。
図８に示したように、矯正部１２３は、バッテリーモジュール１１０を充電させてＳＯＣが充電限界値Ｈとなる場合には、直ぐにバッテリーモジュール１１０を放電させ、逆に、バッテリーモジュール１１０を放電させてＳＯＣが放電限界値Ｌとなる場合には、直ぐバッテリーモジュール１１０を充電させる。
このような方法を通じて、矯正部１２３は、積極的にバッテリーモジュール１１０のスウェリング現象を矯正する。
図９は、バッテリーのＳＯＣ値を充放電帯域内に制限して、スウェリング現象の進行速度を減らす過程を示したフローチャートである。
まず、ＢＭＳは、センサー部から伝送された情報を利用して、バッテリーがスウェリングかどうかを感知する(Ｓ１１)。
次いで、ＢＭＳは、バッテリーモジュールのＳＯＣ状態をモニタリングして、ＳＯＣが放電限界値または充電限界値となる瞬間を感知する(Ｓ１２)。そして、ＢＭＳは、バッテリーモジュールのＳＯＣ値が放電限界値または充電限界値に達するか否かを決定する(Ｓ１３)。
バッテリーモジュールのＳＯＣが放電限界値または充電限界値となった場合、切替部は、外部装置接続端子、すなわち、Ｐ１端子を補助バッテリーに接続する。あるいは、切替部は、外部装置接続端子とバッテリーとの接続を開放(ｏｐｅｎ)させる(Ｓ１４)。
もし、バッテリーモジュールのＳＯＣが放電限界値または充電限界値となっていない場合には、続けてバッテリーモジュールのＳＯＣ状態を感知する。
最後に、バッテリーモジュールは、充電限界値と放電限界値との間の充放電帯域内で充放電が行われる(Ｓ１５)。
図１０は、バッテリーを充放電帯域内で充放電して、スウェリング現象を矯正する過程を示したフローチャートである。
まず、車両のエンジンが停止したとき、ＢＭＳ１２０は、センサー部１３０から伝送された情報を利用して、バッテリーがスウェリングかどうかを感知し、矯正部１２３を稼動させて、バッテリーの充放電を行う(Ｓ２１)。
次いで、ＢＭＳ１２０は、バッテリーモジュール１１０のＳＯＣ状態をモニタリングして、ＳＯＣが放電限界値または充電限界値となる瞬間を感知する(Ｓ２２)。ＢＭＳは、バッテリーモジュールのＳＯＣ値が放電限界値または充電限界値に達するか否かを決定する(Ｓ２３)。
バッテリーモジュールのＳＯＣ値が放電限界値となる場合、ＢＭＳは、駆動信号をスターターモーター２２０に伝達して、オルタネーターがバッテリーモジュールの充電電力を生成させることによって(Ｓ２４)、バッテリーモジュール１１０を充電させる(Ｓ２５)。
あるいは、バッテリーモジュールのＳＯＣ値が充電限界値となる場合、ＢＭＳ１２０は、駆動信号を電気負荷に伝達して、電気負荷を強制的に動作させることによって(Ｓ２６)、バッテリーモジュール１１０を放電させる(Ｓ２７)。
スウェリング現象が矯正されていない場合、バッテリーの充電または放電は、繰り返される。
以上、本発明が、具体的な構成要素のような特定事項、限定された実施形態及び図面によって説明されたが、これは、本発明のさらに全般的な理解を助けるために提供されたものであり、本発明は、前記実施形態に限定されず、当業者ならば、これから多様な修正及び変更が可能であるということが分かる。
したがって、本発明の思想は、前記説明された実施形態に限定されて決定されてはならず、特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等な、または、これらと等価的に変更されたすべての範囲は、本発明の思想の範疇に属すると言うことができる。
本発明は、電池関連の技術分野に好適に適用可能である。
１００ バッテリーパック
１１０ バッテリーモジュール
１２０ ＢＭＳ
１２１ スウェリング感知部
１２２ 帯域制限部
１２３ 矯正部
１３０ センサー部
１４０ 切替部
１５０ 可変抵抗部
２１０ 発電モジュール
２２０ スターターモーター
２３０ 電気負荷

Claims (20)

  1. 第１端子と、
    第２端子と、
    前記第１端子と第２端子との間に接続され、充電状態(Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ)を有するバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールのスウェリングを測定し、スウェリングデータ値を生成するセンサー部と、
    前記スウェリングデータ値及び前記ＳＯＣによって、前記バッテリーモジュールの充放電を制御して、前記バッテリーモジュールのスウェリング率を低減させるか、または前記バッテリーモジュールのスウェリングを矯正するバッテリー管理システムと、を備えるバッテリーパック。
  2. 前記バッテリー管理システムは、充電限界値と放電限界値との間で前記バッテリーモジュールの充放電を制御することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記第１端子とバッテリーモジュールとの間に接続される切替部をさらに備え、
    前記切替部は、
    複数の入力端子と、
    前記第１端子に接続された出力端子と、
    スイッチ制御信号によって、前記複数の入力端子を前記出力端子に選択的に接続するスイッチと、を備え、
    前記バッテリー管理システムは、前記スイッチ制御信号を生成して、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達した場合は、前記バッテリーモジュールに接続された前記複数の入力端子のうちの一つを、前記出力端子に接続させないようにことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  4. 前記第１端子とバッテリーモジュールとの間に接続される切替部と、
    前記切替部と第２端子との間に接続される補助バッテリーモジュールと、をさらに備え、
    前記切替部は、
    複数の入力端子と、
    前記第１端子に接続された出力端子と、
    前記バッテリー管理システムによって生成されたスイッチ制御信号によって、前記複数の入力端子を前記出力端子に選択的に接続するスイッチと、を備え、
    前記複数の入力端子は、
    前記バッテリーモジュールに接続された第１入力端子と、
    前記補助バッテリーモジュールに接続された第２入力端子と、
    前記バッテリーモジュール及び前記補助バッテリーモジュールに接続されていない第３入力端子と、を備え、
    前記スイッチは、前記スイッチ制御信号によって、前記出力端子を前記第１ないし第３入力端子のうち少なくとも一つに選択的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  5. 前記バッテリー管理システムは、前記スイッチ制御信号を生成して、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、前記第２入力端子を前記出力端子に接続させることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーパック。
  6. 前記切替部は、
    前記第１入力端子と並列接続端子との間に接続された第１可変抵抗と、
    前記第２入力端子と前記並列接続端子との間に接続された第２可変抵抗と、をさらに備え、
    前記スイッチは、前記スイッチ制御信号によって、前記出力端子を前記並列接続端子及び前記第３入力端子のうち一つに選択的に接続し、
    前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値及び前記ＳＯＣによって前記第１及び第２可変抵抗を調節して、前記バッテリーモジュールに流入され、または前記バッテリーモジュールから出力される充放電電流の流れと、前記補助バッテリーモジュールに流入され、または前記補助バッテリーモジュールから出力される充放電電流の流れとの比率を調節することを特徴とする請求項４に記載のバッテリーパック。
  7. 前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、繰り返して前記バッテリーモジュールを充放電させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  8. 前記第１端子と第２端子との間に電気負荷が接続され、
    前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、前記電気負荷を通じて、前記バッテリーモジュールを放電させることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
  9. 前記バッテリー管理システムは、
    前記スウェリングデータ値を受信して、スウェリング程度がスウェリング基準値以上であるか否かを決定するスウェリング感知部と、
    前記バッテリーモジュールのＳＯＣを充電限界値と放電限界値との間の帯域内に制限する帯域制限部と、
    前記ＳＯＣが充電限界値以上である時に前記バッテリーモジュールを放電させ、前記ＳＯＣが放電限界値以下である時に前記バッテリーモジュールを充電させる矯正部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  10. バッテリーモジュールを含むバッテリーパックを動作させる方法において、
    前記バッテリーモジュールがスウェリングかどうかを感知するステップと、
    前記バッテリーモジュールの充電状態(ＳＯＣ)をモニタリングするステップと、
    前記バッテリーモジュールの状態が充電状態であるか、または放電状態であるかを決定するステップと、
    前記バッテリーモジュールの状態が充電状態ならば、前記ＳＯＣが充電限界値以上であるか否かを決定するステップと、
    前記バッテリーモジュールの状態が放電状態ならば、前記ＳＯＣが放電限界値以下であるか否かを決定するステップと、
    前記バッテリーモジュールの状態、前記バッテリーモジュールのＳＯＣ及び前記バッテリーモジュールがスウェリングかどうかのうち少なくとも一方によって、前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御するステップと、を含むバッテリーパックの動作方法。
  11. 前記充電限界値と放電限界値との間であるＳＯＣ帯域内で、前記バッテリーモジュールを充電または放電させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパックの動作方法。
  12. 前記バッテリーパックは、前記バッテリーモジュールのバッテリースウェリング測定値を測定するセンサー部をさらに備え、
    前記方法は、
    前記バッテリーモジュールがスウェリングされ、前記ＳＯＣが充電限界値以上であるか、または放電限界値以下であれば、前記バッテリーモジュールと外部装置との接続を切断して、前記バッテリーモジュールの充電または放電を中断させ、
    前記バッテリースウェリング測定値が基準バッテリースウェリング値以上ならば、前記バッテリーモジュールがスウェリングされると感知されることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパックの動作方法。
  13. 前記バッテリーパックは、補助バッテリーモジュールをさらに含み、
    前記方法は、
    前記バッテリーモジュールと外部装置との接続をカットして、前記バッテリーモジュールの充電が中断されれば、前記補助バッテリーモジュールを外部装置と接続して、前記補助バッテリーモジュールの充電を開始するステップと、
    前記バッテリーモジュールと外部装置との接続を切断して、前記バッテリーモジュールの放電が中断されれば、前記補助バッテリーモジュールを外部装置と接続して、前記補助バッテリーモジュールの放電を開始するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーパックの動作方法。
  14. 前記バッテリーパックは、前記バッテリーモジュールのバッテリースウェリング測定値を測定するセンサー部及び補助バッテリーモジュールをさらに含み、
    前記方法は、
    前記バッテリースウェリング測定値を測定するステップと、
    前記バッテリーモジュールの状態が充電状態ならば、前記バッテリースウェリング測定値及び前記バッテリーモジュールのＳＯＣによって、前記バッテリーモジュールに供給される充電電流と、前記補助バッテリーモジュールに供給される充電電流との比率を調節するステップと、
    前記バッテリーモジュールの状態が放電状態ならば、前記バッテリースウェリング測定値及び前記バッテリーモジュールのＳＯＣによって、前記バッテリーモジュールから供給される放電電流と、前記補助バッテリーモジュールから供給される放電電流との比率を調節するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパックの動作方法。
  15. 前記バッテリーモジュールの状態が充電状態である時、前記バッテリーモジュールがスウェリングされ、前記ＳＯＣが充電限界値以上ならば、前記バッテリーモジュールの放電を開始し、
    前記バッテリーモジュールの状態が放電状態である時、前記バッテリーモジュールがスウェリングされ、前記ＳＯＣが放電限界値以下ならば、前記バッテリーモジュールの充電を開始するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパックの動作方法。
  16. 正極バスと、
    負極バスと、
    前記正極バスと負極バスとの間に接続された発電モジュールと、
    前記正極バスと負極バスとの間に接続されたスターターモーターと、
    前記正極バスと負極バスとの間に接続された電気負荷と、
    メイン制御信号を生成するメイン制御部と、
    バッテリーパックと、を備え、
    前記バッテリーパックは、
    前記正極バスに接続された第１端子と、
    前記負極バスに接続された第２端子と、
    前記第１端子と第２端子との間に接続され、充電状態(ＳＯＣ)を有するバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールのスウェリングを測定し、スウェリングデータ値を生成するセンサー部と、
    前記メイン制御信号を受信し、前記スウェリングデータ値、前記ＳＯＣ及び前記メイン制御信号のうち少なくとも一つによって、前記バッテリーモジュールのスウェリング率を低減させるか、または前記バッテリーモジュールのスウェリングを矯正するように、前記バッテリーモジュールの充電及び放電を制御するバッテリー管理システムと、を備える車両の空転制限（Ｉｄｌｅ Ｓｔｏｐ ＆ Ｇｏ）システム。
  17. 前記バッテリーパックは、
    前記第１端子と前記バッテリーモジュールとの間に接続された切替部と、
    前記切替部と第２端子との間に接続される補助バッテリーモジュールと、
    をさらに備え、
    前記切替部は、
    複数の入力端子と、
    前記第１端子に接続された出力端子と、
    前記バッテリー管理システムによって生成されたスイッチ制御信号によって、前記複数の入力端子を前記出力端子に選択的に接続するスイッチと、を備え、
    前記複数の入力端子は、
    前記バッテリーモジュールに接続された第１入力端子と、
    前記補助バッテリーモジュールに接続された第２入力端子と、
    前記バッテリーモジュール及び前記補助バッテリーモジュールに接続されていない第３入力端子と、を備え、
    前記スイッチは、前記スイッチ制御信号によって、前記出力端子を前記第１ないし第３入力端子のうち少なくとも一つに選択的に接続することを特徴とする請求項１６に記載の車両の空転制限システム。
  18. 前記切替部は、
    前記第１入力端子と並列接続端子との間に接続された第１可変抵抗と、
    前記第２入力端子と前記並列接続端子との間に接続された第２可変抵抗と、をさらに含み、
    前記スイッチは、前記スイッチ制御信号によって、前記出力端子を前記並列接続端子及び前記第３入力端子のうち一つに選択的に接続することを特徴とする請求項１７に記載の車両の空転制限システム。
  19. 前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、繰り返して前記バッテリーモジュールを充放電させることを特徴とする請求項１６に記載の車両の空転制限システム。
  20. 前記バッテリー管理システムは、前記スウェリングデータ値が基準バッテリースウェリング値以上であり、前記ＳＯＣが限界値に達すれば、前記電気負荷を通じて、前記バッテリーモジュールを充放電させることを特徴とする請求項１９に記載の車両の空転制限システム。
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