JP2015154711A - バッテリー管理システム - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、バッテリー管理システムに関する。
【解決手段】本発明は、複数の電池セルを含むバッテリーパックと、バッテリーパックと負荷とを接続する第1外部端子および第2外部端子と、バッテリーパックの第1出力端子と第1外部端子との間に配置されたリダンダンシー抵抗素子と、バッテリーパックの第2出力端子と第2外部端子との間に配置された抵抗素子と、リダンダンシー抵抗素子および抵抗素子を利用してバッテリーパックに流れる過電流を検出する制御部とを含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、バッテリー管理システムに関する技術である。
一般に、二次電池(rechargeable battery)は、充電および放電が可能な電池で、ニッケル−水素(Ni−MH)電池やリチウム(Li)イオン電池などが使用される。二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気などのエネルギー源として使用され、適用される機器の種類によって多様な形態で使用される。
低容量の二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯が可能な小型電子機器に用いられ、大容量の二次電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として用いられることができる。
このような二次電池は、充電および放電を制御するバッテリー管理システムと共にバッテリーパックを構成し、バッテリーパックの外部端子を通じて充電と放電とが行われる。一般にバッテリー管理システムは、バッテリーパックと外部端子との間に配置されたシャント抵抗を利用してバッテリーパックに流れる電流を測定する。
バッテリー管理システムは、シャント抵抗の両端の電圧値を電流値に変換してバッテリーパックに過電流が流れるか否かを判断する。バッテリーパックに過電流が流れる場合、バッテリーパックが爆発する可能性が高いため、バッテリーパックに流れる電流を測定することは非常に重要である。しかし、シャント抵抗自体に異常が発生した場合、バッテリーパックに流れる電流を測定することができない。そこで、シャント抵抗以外にホール(Hall)素子を含む電流センサーを追加して、バッテリーパックに流れる電流を測定する方法を利用する。このような方法は、バッテリーパックの全体体積および重量が増加し、部品の追加による費用が増加する。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、別途の部品の追加なしにバッテリーパックの過電流を測定することができるバッテリー管理システムを提供することにある。
上記問題点を解決するために、本発明の実施形態に係るバッテリー管理システムは、複数の電池セルを含むバッテリーパックと、前記バッテリーパックと負荷とを接続する第1外部端子および第2外部端子と、前記バッテリーパックの第1出力端子と前記第1外部端子との間に配置されたリダンダンシー抵抗素子と、前記バッテリーパックの第2出力端子と前記第2外部端子との間に配置された抵抗素子と、前記リダンダンシー抵抗素子および前記抵抗素子を利用して前記バッテリーパックに流れる過電流を検出する制御部と、を含む。
また、前記リダンダンシー抵抗素子は、前記第1出力端子と前記第1外部端子との間に直列接続されたバスバーおよびリレーを含む。また、前記リダンダンシー抵抗素子は、前記第1出力端子と前記第1外部端子との間に直列接続されたバスバーおよびヒューズを含む。
また、前記抵抗素子の抵抗値と前記抵抗素子の両端の電圧値とを利用して、前記抵抗素子に流れる第1充放電電流値を演算する電流検出部をさらに含む。また、前記制御部は、前記リダンダンシー抵抗素子の抵抗値と前記リダンダンシー抵抗素子の両端の電圧値とを利用して、前記リダンダンシー抵抗素子に流れる第2充放電電流値を演算し、前記第1充放電電流値および第2充放電電流値を比較して前記抵抗素子の異常の有無を判断する。
また、前記制御部は、前記抵抗素子の異常発生時に、前記第2充放電電流値を利用して前記バッテリーパックに流れる過電流を検出する。また、前記リダンダンシー抵抗素子の両端の電圧を増幅する増幅部をさらに含む。また、前記第1出力端子は、前記バッテリーパックの正極端子に接続されており、前記第2出力端子は、前記バッテリーパックの負極端子に接続されている。
また、本発明の実施形態に係るバッテリー管理システムは、複数の電池セルを含むバッテリーパックと、前記バッテリーパックと負荷とを接続する第1外部端子および第2外部端子と、前記バッテリーパックの負極端子と前記第2外部端子との間に配置された第1抵抗素子と、前記バッテリーパックの正極端子と前記第1外部端子との間に配置されたバスバーおよび第2抵抗素子と、前記第1抵抗素子に流れる第1充放電電流値と前記バスバーおよび前記第2抵抗素子に流れる第2充放電電流値とを利用して、前記バッテリーパックに流れる過電流を検出する制御部と、を含む。
また、前記第2抵抗素子は、前記バスバーに直列接続されたリレーを含む。また、前記第2抵抗素子は、前記バスバーに直列接続されたヒューズを含む。そして、前記第1抵抗素子の両端の電圧を検出し、前記第1抵抗素子の抵抗値および前記第1抵抗素子の両端の電圧値を利用して前記第1充放電電流値を演算する電流検出部をさらに含む。
また、前記バスバーおよび前記第2抵抗素子の両端の電圧を増幅する増幅部をさらに含む。また、前記制御部は、前記バスバーおよび前記第2抵抗素子それぞれの抵抗値と前記増幅部から出力された電圧値とを利用して前記第2充放電電流値を演算し、前記第1充放電電流値および第2充放電電流値のいずれか一つにより前記バッテリーパックの過電流を検出する。
また、前記制御部は、前記第1充放電電流値および第2充放電電流値の間の差が予め設定された範囲以内の場合、前記第1充放電電流値を利用して前記バッテリーパックの過電流を検出し、前記第1充放電電流値および第2充放電電流値の間の差が予め設定された範囲以上の場合、前記第2充放電電流値を利用して、前記バッテリーパックの過電流を検出する。また、前記制御部は、前記バッテリーパックに過電流が流れれば前記バッテリーパックと前記第1外部端子および第2外部端子との間の接続を遮断させる。
本発明の実施形態によれば、バッテリーパックと外部端子との間に配置されたバスバーおよび抵抗素子を利用して、シャント抵抗に異常が発生してもバッテリーパックの過電流を測定することができる。
本発明の実施形態に係るバッテリー管理システムを示した図面である。
以下、添付の図面を参考として本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現でき、以下で説明する実施形態に限定されない。図面で本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略した。明細書全体にわたって類似の部分については類似の図面符号を適用する。
明細書全体において、ある部分が他の部分と「接続」されているとするとき、これは、「直接的に接続」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「電気的に接続」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、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。
以下、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる実施形態を添付の図面を参照して詳しく説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るバッテリー管理システムを示した図面である。
図1を参照すると、本発明の実施形態に係るバッテリー管理システム1は、バッテリーパック10、シャント抵抗20、電流検出部30、バスバー40、リレー50、ヒューズ60、増幅部70、制御部80、第1外部端子P1および第2外部端子P2を含む。バッテリーパック10は、互いに直列接続された複数の電池セルC1〜Cn、第1出力端子O1および第2出力端子O2を含む。
複数の電池セルC1〜Cnのそれぞれは、セパレータを挟んで、セパレータの両側に配置された正極板および負極板を含む電極組立体と、電極組立体を収容するケースと、電極組立体の正極板に電気的に接続された正極端子と、負極板に電気的に接続された負極端子と、を含む構造で形成される。
複数の電池セルC1〜Cnのそれぞれは、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー電池などで形成される。バッテリーパック10の正極端子は第1出力端子O1に接続され、負極端子は第2出力端子O2に接続されている。
バッテリーパック10の第1出力端子O1および第2出力端子O2のそれぞれは、第1外部端子P1および第2外部端子P2と電気的に接続され、第1外部端子P1および第2外部端子P2を通じて外部負荷(図示せず)と電気的に接続される。ここで、外部負荷は、充電器、モータなどを含む。本発明の実施形態に係るバッテリーパック10は、電気自動車、電気自転車などに用いられる。
シャント抵抗20は、バッテリーパック10の第2出力端子O2と第2外部端子P2との間の大電流経路上に配置され、一定の大きさの抵抗値を有する。電流検出部30は、シャント抵抗20に流れる第1充放電電流を検出して制御部80に伝達する。ここで、電流検出部30は、シャント抵抗20の抵抗値とシャント抵抗20の両端の電圧値とを利用して第1充放電電流を演算する。
本発明の実施形態に係るバスバー40、リレー50およびヒューズ60は、第1出力端子O1と第1外部端子P1との間の大電流経路上に配置され、互いに直列接続されている。バスバー40、リレー50およびヒューズ60のそれぞれは、一定の大きさの内部抵抗値を有する抵抗素子であり、シャント抵抗20と共に大電流経路上に流れる電流を測定するためのリダンダンシー抵抗素子として作用する。
ここで、本発明の実施形態では、バスバー40、リレー50およびヒューズ60を全てリダンダンシー抵抗素子として利用するが、本発明はこれに限定されず、リレー50およびヒューズ60の少なくともいずれか一つを省略してもよい。また、バスバー40、リレー50およびヒューズ60間の接続の順序は変更されてもよい。
バスバー40は、第1出力端子O1と第1外部端子P1とを電気的に接続する。バスバー40は、導電性物質で形成される。リレー50は、制御部80によって制御されてバッテリーパック10の第1出力端子O1と第1外部端子P1とを選択的に接続する。ヒューズ60は、バッテリーパック10の第1出力端子O1および第1外部端子P1の間に予め設定されたレベル以上の大電流が流れれば溶断されて大電流経路を遮断させる。
増幅部70は、バスバー40、リレー50およびヒューズ60の両端の電圧を増幅して制御部80に伝達する。一方、本発明の実施形態はこれに限定されず、バッテリー管理システム1がリレー50およびヒューズ60のいずれか一つが省略された構成である場合、増幅部70は、バスバー40およびリレー50の両端の電圧、またはバスバー40およびヒューズ60の両端の電圧を増幅して制御部80に伝達することができる。
制御部80は、増幅部70を通じて増幅されたバスバー40、リレー50およびヒューズ60の両端の電圧値とバスバー40、リレー50およびヒューズ60のそれぞれの抵抗値とを利用して、バスバー40、リレー50およびヒューズ60に流れる第2充放電電流値を演算する。
制御部80は、第1充放電電流値と第2充放電電流値とを比較してシャント抵抗20の異常の有無を判断する。具体的には、制御部80は、第1充放電電流値と第2充放電電流値との間の差が予め設定された範囲以内であるか否かにより、シャント抵抗20の異常の有無を判断することができる。
例えば、第1充放電電流値と第2充放電電流値との間の差が予め設定された範囲以内の場合、制御部80は、シャント抵抗20の状態を正常であると判定し、シャント抵抗20に流れる第1充放電電流値でバッテリーパック10に過電流が流れているか否かを検出することができる。
一方、第1充放電電流値と第2充放電電流値との間の差が予め設定された範囲以上の場合、制御部80は、シャント抵抗20の状態を正常でないと判定し、バスバー40、リレー50およびヒューズ60に流れる第2充放電電流値でバッテリーパック10に過電流が流れているか否かを検出することができる。
シャント抵抗20が正常な状態の場合、制御部80は、第1充放電電流値が予め設定されたレベル以上であるか否かを判断し、第1充放電電流値が予め設定されたレベル以上の場合、バッテリーパック10に過電流が流れていると判断する。
同様に、シャント抵抗20が正常でない状態の場合、制御部80は、第2充放電電流値が予め設定されたレベル以上であるか否かを判断し、第2充放電電流値が予め設定されたレベル以上の場合、バッテリーパック10に過電流が流れていると判断する。
制御部80は、バッテリーパック10に過電流が流れれば、バッテリーパック10と第1外部端子P1および第2外部端子P2との間の電気的な接続を遮断させる。例えば、制御部80は、リレー50を通じてバッテリーパック10の第1出力端子O1と第1外部端子P1との間の接続を電気的に遮断させることができる。
また、シャント抵抗20が正常でない状態の場合、制御部80は、外部インターフェース(図示せず)を通じてユーザにシャント抵抗20の交換が必要であると知らせることができる。
つまり、本発明の実施形態に係る制御部80は、シャント抵抗20の代わりにバスバー40、リレー50およびヒューズ60をリダンダンシー抵抗素子として利用してバッテリーパック10に流れる充放電電流値を測定することで、シャント抵抗20に異常が発生してもバッテリーパック10の過電流を検出することができる。
以上で本発明の実施形態について詳しく説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、下記の請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
1 バッテリー管理システム
10 バッテリーパック
20 シャント抵抗
30 電流検出部
40 バスバー
50 リレー
60 ヒューズ
70 増幅部
80 制御部

Claims (16)

  1. 複数の電池セルを含むバッテリーパックと、
    前記バッテリーパックと負荷とを接続する第1外部端子および第2外部端子と、
    前記バッテリーパックの第1出力端子と前記第1外部端子との間に配置されたリダンダンシー抵抗素子と、
    前記バッテリーパックの第2出力端子と前記第2外部端子との間に配置された抵抗素子と、
    前記リダンダンシー抵抗素子および前記抵抗素子を利用して前記バッテリーパックに流れる過電流を検出する制御部と、
    を含むバッテリー管理システム。
  2. 前記リダンダンシー抵抗素子は、
    前記第1出力端子と前記第1外部端子との間に直列接続されたバスバーおよびリレーを含む請求項1に記載のバッテリー管理システム。
  3. 前記リダンダンシー抵抗素子は、
    前記第1出力端子と前記第1外部端子との間に直列接続されたバスバーおよびヒューズを含む請求項1に記載のバッテリー管理システム。
  4. 前記抵抗素子の抵抗値と前記抵抗素子の両端の電圧値とを利用して、前記抵抗素子に流れる第1充放電電流値を演算する電流検出部をさらに含む請求項1に記載のバッテリー管理システム。
  5. 前記制御部は、
    前記リダンダンシー抵抗素子の抵抗値と前記リダンダンシー抵抗素子の両端の電圧値とを利用して、前記リダンダンシー抵抗素子に流れる第2充放電電流値を演算し、前記第1充放電電流値および前記第2充放電電流値を比較して前記抵抗素子の異常の有無を判断する請求項4に記載のバッテリー管理システム。
  6. 前記制御部は、
    前記抵抗素子の異常発生時に、前記第2充放電電流値を利用して前記バッテリーパックに流れる過電流を検出する請求項5に記載のバッテリー管理システム。
  7. 前記リダンダンシー抵抗素子の両端の電圧を増幅する増幅部をさらに含む請求項1に記載のバッテリー管理システム。
  8. 前記第1出力端子は、前記バッテリーパックの正極端子に接続されており、前記第2出力端子は、前記バッテリーパックの負極端子に接続されている請求項1に記載のバッテリー管理システム。
  9. 複数の電池セルを含むバッテリーパックと、
    前記バッテリーパックと負荷とを接続する第1外部端子および第2外部端子と、
    前記バッテリーパックの負極端子と前記第2外部端子との間に配置された第1抵抗素子と、
    前記バッテリーパックの正極端子と前記第1外部端子との間に配置されたバスバーおよび第2抵抗素子と、
    前記第1抵抗素子に流れる第1充放電電流値と前記バスバーおよび前記第2抵抗素子に流れる第2充放電電流値とを利用して、前記バッテリーパックに流れる過電流を検出する制御部と、
    を含むバッテリー管理システム。
  10. 前記第2抵抗素子は、
    前記バスバーに直列接続されたリレーを含む請求項9に記載のバッテリー管理システム。
  11. 前記第2抵抗素子は、
    前記バスバーに直列接続されたヒューズを含む請求項9に記載のバッテリー管理システム。
  12. 前記第1抵抗素子の両端の電圧を検出し、前記第1抵抗素子の抵抗値および前記第1抵抗素子の両端の電圧値を利用して、前記第1充放電電流値を演算する電流検出部をさらに含む請求項9に記載のバッテリー管理システム。
  13. 前記バスバーおよび前記第2抵抗素子の両端の電圧を増幅する増幅部をさらに含む請求項9に記載のバッテリー管理システム。
  14. 前記制御部は、
    前記バスバーおよび前記第2抵抗素子それぞれの抵抗値と前記増幅部から出力された電圧値とを利用して前記第2充放電電流値を演算し、前記第1充放電電流値および前記第2充放電電流値のいずれか一つにより前記バッテリーパックの過電流を検出する請求項13に記載のバッテリー管理システム。
  15. 前記制御部は、
    前記第1充放電電流値および前記第2充放電電流値の間の差が予め設定された範囲以内の場合、前記第1充放電電流値を利用して前記バッテリーパックの過電流を検出し、前記第1充放電電流値および前記第2充放電電流値の間の差が予め設定された範囲以上の場合、前記第2充放電電流値を利用して前記バッテリーパックの過電流を検出する請求項14に記載のバッテリー管理システム。
  16. 前記制御部は、
    前記バッテリーパックに過電流が流れれば前記バッテリーパックと前記第1外部端子および前記第2外部端子との間の接続を遮断させる請求項15に記載のバッテリー管理システム。
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