JP2019536216A

JP2019536216A - バッテリーパックの温度制御方法及び装置

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Publication number: JP2019536216A
Application number: JP2019524928A
Authority: JP
Inventors: スン・ファン・キム; ドン・ヒョン・キム
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2019-12-12
Also published as: EP3531497B1; WO2018230812A1; US20190386352A1; US11114708B2; EP3531497A1; CN110785889A; CN110785889B; KR102196265B1; KR20180135675A; EP3531497A4

Abstract

本発明は、バッテリーパックの温度制御方法及び装置に係り、更に詳しくは、充／放電時にバッテリーパックが極低温状態である場合、温度が昇温するにつれて増やされるデューティ比の値を有するＰＷＭ信号を出力して、発熱部を間歇的に駆動することにより、安定してバッテリーパックの温度が昇温できるようにするバッテリーパックの温度制御方法及び装置に関する。

Description

通常のバッテリーパックは、充／放電可能な二次電池により構成されており、このような二次電池は、複数の単位セル（ｃｅｌｌ）からなるアセンブリー（ａｓｓｅｍｂｌｙ）が複数設けられてなる。

また、前記セルは、正極集電体、セパレーター、活物質、電解液、アルミニウム薄膜層などにより構成され、バッテリーパックの充／放電は、電気化学的な反応により行われるので、バッテリーパックは、周りの温度条件の環境に影響を受けることになる。

一般に、バッテリーパックは、約−２０℃〜５０℃で運用されることが推奨されているが、冬場の山など−２０℃以下の環境下でもバッテリーパックは運用される必要がある。

しかしながら、このような極低温状態で、バッテリーパックは電解液の粘度が高くなるにつれて内部抵抗が増え、充／放電時に移動するリチウムのイオンの動きが遅くなることにより、実質的に使用可能なバッテリーパックの容量が減らされてしまうという不具合が生じ、バッテリーパックの寿命や安定性、駆動性能が低下してしまうという不具合が生じる。

上述したようなバッテリーパックの内部温度の低下の問題を解消するために、従来より、単にＬｉ‐ｉｏｎバッテリーパックに発熱部品を取り付けて、バッテリーパックの内部温度値を増やした後、充／放電を行ってきた。

しかしながら、前記発熱部品は、前記バッテリーパックを駆動源として駆動されることにより、極低温時に充／放電のために発熱部品を駆動する場合、極低温により減らされたバッテリー容量により既に設定されたバッテリーパックの最小放電電圧以下まで使用されることがある。

これにより、バッテリーパックには永久的な損傷が生じ、その結果、爆発及び発火などの危険な状況に陥る虞があった。

これを解消する方案として、バッテリーパック内のＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ，バッテリーマネジメントシステム）を用いて、バッテリーパックの最小放電電圧以下の使用を制限する制御を行うことが講じられたが、十分に熱がバッテリーパックの全体に伝えられていない状態で最小放電電圧による発熱部品の駆動が中断されてしまうというさらなる不具合が生じた。

したがって、極低温状態で充／放電を行う前に、発熱部品の駆動によりバッテリーパックの容量が最小放電電圧未満で使用されないことから、安定してバッテリーパックを使用できるようにする技術への取り組みが望まれる。

韓国特許出願公開第１０−２０１６−０１１２０７３号公報

本発明は、極低温時に駆動される発熱部品の発熱を制御して、安全且つ安定してバッテリーパックを使用することのできるバッテリーパックの温度制御方法及び装置を提供する。

本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法は、バッテリーパックの温度値を制御する方法において、充／放電を行う前にバッテリーパックの温度値を測定するバッテリーパック温度測定ステップと、前記バッテリーパック温度測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度値が既に設定された第２の基準温度値未満である場合、発熱部が間歇的に駆動されるように、発熱部スイッチを所定の第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号でオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御する発熱部初期駆動ステップと、前記発熱部初期駆動ステップにおいて発熱部が駆動された後、バッテリーパックの温度が第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、前記発熱部初期駆動ステップにおける第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を第２のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号として出力して、前記発熱部スイッチをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）にする発熱部持続時間増加ステップと、前記発熱部持続時間増加ステップ後に、バッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、発熱部が連続して駆動されるように、前記第２のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号のデューティ比を１００％にして、発熱部スイッチを連続してオン（ＯＮ）にする発熱部連続駆動ステップと、を含んでなり、前記第２のデューティ比は、前記第１のデューティ比よりも大きい。

前記発熱部初期駆動ステップは、バッテリーパックの温度が低いほど、第１のデューティ比を小さく設定する。

前記発熱部持続時間増加ステップは、前記発熱部初期駆動ステップ後に、前記第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号によりオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御される発熱部から加熱されたバッテリーパックの温度値を周期的に測定するバッテリーパック温度再測定ステップと、前記バッテリーパック温度再測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度値を既に設定された第２の基準温度値と比較するバッテリーパック温度比較ステップと、前記バッテリーパック温度比較ステップにおける比較の結果、測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値以上である場合、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号の第１のデューティ比を第２のデューティ比に増やして出力する補正済みパルス変調（ＰＷＭ）信号出力ステップと、を含んでなる。

前記バッテリーパック温度測定ステップ後に、前記バッテリーパック温度測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度が、既に設定された第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号の第２のデューティ比を初期駆動デューティ比に設定して、発熱部スイッチをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）にする。

前記バッテリーパック温度測定ステップ後に、前記バッテリーパック温度測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、パルス変調（ＰＷＭ）信号の初期駆動デューティ比を１００％にして、発熱部スイッチを連続してオン（ＯＮ）にする。

本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御装置は、複数のバッテリーセルにより構成されたバッテリーパックの温度制御装置において、前記バッテリーパックを包むように形成された発熱部と、前記発熱部に電流供給をオン／オフにする発熱部スイッチ部と、前記バッテリーパックの温度に応じて発熱部スイッチ部をオン／オフ制御するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力するＢＭＳと、を備えてなり、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号のデューティ比は、前記バッテリーパックの温度に応じて決定される。

前記ＢＭＳは、前記バッテリーパックの温度値を測定するバッテリーパック温度測定部と、前記バッテリーパック温度測定部において測定された温度値を既に設定された複数の基準温度値と比較する温度比較部と、前記温度比較部の比較結果に基づいて、それぞれの所定のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力するパルス変調（ＰＷＭ）信号出力部と、を備えてなる。

前記パルス変調（ＰＷＭ）信号出力部は、前記バッテリーパック温度測定部において測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値未満である場合、所定の第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力し、前記バッテリーパック温度測定部において測定されたバッテリーパックの温度が、既に設定された第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、発熱部の駆動時間が延びるように前記第１のデューティ比よりも増やされた所定の第２のデューティ比を有する補正済みパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力し、前記バッテリーパック温度測定部において測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、前記発熱部が持続的に駆動されるように、発熱部スイッチ部を連続してオンにする第３のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力する。

前記パルス変調（ＰＷＭ）信号出力部は、バッテリーパックの温度が低いほど、第１のデューティ比を小さく設定してパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力する。

前記ＢＭＳは、前記発熱部スイッチ部のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）スイッチング制御信号を出力するスイッチオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）信号出力部を更に備えてなり、前記スイッチオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）信号出力部は、パルス変調（ＰＷＭ）信号出力部を迂回して前記発熱部スイッチを直接的に制御する。

本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法及び装置は、極低温状態で所定のデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力し、昇温する温度に応じてデューティ比を増やしてバッテリーパックの温度が安定して昇温できるようにする。

本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法の手順図。本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法における発熱部持続時間増加ステップの手順図。本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法におけるＰＷＭ信号のグラフ。本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御装置のブロック図。

以下、添付図面に記載の内容に基づいて、本発明の実施形態を詳述する。但し、本発明が実施形態により制限されたり限定されたりすることはない。単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。

「第１の」、「第２の」など序数を含む言い回しは、様々な構成要素を説明するうえで使用可能であるが、前記構成要素は、前記言い回しによって何等限定されない。前記言い回しは、ある構成要素を他の構成要素から区別する目的でしか使えない。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないつつも、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてもよく、同様に、第２の構成要素もまた第１の構成要素と命名されてもよい。本出願において用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。

本発明において用いられる用語としては、本発明における機能を考慮したうえで、できる限り現在汎用されている通常の用語を選択したが、これは、当分野に携わっている技術者の意図又は判例、新たな技術の出現などに応じて異なる。なお、特定の場合、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合、対応する発明の説明の部分において詳しくその意味を記載する。したがって、本発明において用いられる用語は、単なる用語の名称ではなく、その用語が有する意味と本発明の全般に亘たっての内容に基づいて定義されるべきである。

＜実施形態１＞
次いで、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法について説明する。

本発明のバッテリーパックの温度制御方法は、バッテリーパックが低温である状態で充／放電を行う場合、所定のデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力して発熱部を駆動した後、昇温するバッテリーパックの温度に応じて出力されたＰＷＭ信号のデューティ比を増やしてバッテリーパックの温度値を安定して増加させる。

図１は、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法の手順図である。

図１を参照すると、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法は、充／放電を行う前に、バッテリーパックの温度値を測定し（バッテリーパック温度測定ステップ：Ｓ１１０）、測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値未満である場合、発熱部が間歇的に駆動されるように、発熱部スイッチを所定の第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号でオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御する（発熱部初期駆動ステップ：Ｓ１２０）。

前記発熱部初期駆動ステップ（Ｓ１２０）において発熱部が駆動された後、バッテリーパックの温度が第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、前記発熱部初期駆動ステップ（Ｓ１２０）における第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を第２のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号として出力して前記発熱部スイッチをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）にし（発熱部持続時間増加ステップ：Ｓ１３０）、発熱部持続時間増加ステップ後に、バッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、発熱部が連続して駆動されるように、前記第２のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号のデューティ比を１００％にして発熱部スイッチを連続してオン（ＯＮ）にする（発熱部連続駆動ステップ：Ｓ１４０）。ここで、第２のデューティ比は、前記第１のデューティ比よりも大きな値である。

本発明は、極低温状態で充／放電を行うために、バッテリーパックの温度値を増加させるものである。一般に、充電時のバッテリーパックの適正な駆動温度は０〜４５℃であり、放電時のバッテリーパックの適正な駆動温度は−２０〜６０℃であり、バッテリーパックは、このような適正な駆動温度値を保たなければならない。

したがって、一実施形態によれば、前記既に設定された第２の基準温度値は、極低温状態の基準値である−２０℃に設定する。

また、前記既に設定された第１の基準温度値は、一実施形態によれば、低温状態で減らされたバッテリーパックの容量が所定の範囲に修復された温度である−１０℃に設定する。

更に、以下、前記バッテリーパックの温度制御方法の各ステップについて、更に詳しく説明する。

前記バッテリーパック温度測定ステップ（Ｓ１１０）は、充／放電を行う前にバッテリーパックの温度値を測定するステップであって、バッテリーパックに用いられるバッテリーセルが温度に大きな影響を受けるリチウム系バッテリーセルであるため、充／放電を行う前にバッテリーパックの状態が充／放電が行える状態であるか否かを確認するために温度値を測定する。

前記リチウム系バッテリーセルは、一般に、極低温状態で、バッテリーパックは、電解液の粘度が高くなるにつれて内部抵抗が増え、充／放電時に移動するリチウムのイオンの動きが遅くなるため、実質的に使用可能なバッテリーパックの容量が減らされる。これにより、充電又は放電を既に設定された最小放電電圧値未満で行う場合、バッテリーパック内に永久的な損傷が生じ、発火及び爆発の危険に陥る。

これを改善すべく、バッテリーパックを徐々に加熱することが講じられ、このようなステップが、前記発熱部初期駆動ステップ（Ｓ１２０）である。

前記発熱部初期駆動ステップ（Ｓ１２０）は、前記バッテリーパック温度測定ステップ（Ｓ１１０）において測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値未満である場合、発熱部が間歇的に駆動されるように、発熱部スイッチを所定の第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号でオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御するステップであって、発熱部に用いられる電圧を制御して、極低温状態で減らされたバッテリーパックの使用可能な容量に応じて最小放電電圧未満にバッテリーパックの電圧が落ち込まないようにする。

前記発熱部初期駆動ステップ（Ｓ１２０）は、所定の第１のデューティ比を有する初期のパルス変調（ＰＷＭ）信号を前記発熱部スイッチの制御信号として出力する。

ここで、前記第１のデューティ比は、既に設定された第２の基準温度値未満の状態における最小放電電圧により定められる。

これにより、一実施形態によれば、第１のデューティ比は、３０％未満に設定して、最小限のバッテリーパックの電力を用いて前記発熱部を駆動できるようにする。

より具体的に、第１のデューティ比は、バッテリーパックの温度が低いほど、小さく設定する。

これは、バッテリーパックの温度が降温するにつれて、バッテリーパックの放電可能な容量もまた次第に減らされるため、第２の基準温度値未満の状態では、各温度区間別に第１のデューティ比が別々に設定されて効率よい制御が行えるようにする。

例えば、−４２℃〜−４０℃では第１のデューティ比を３０％に設定し、−４４℃〜−４２℃では第１のデューティ比を２５％に設定するなど、異なる値に調整してもよい。

また、前記発熱部持続時間増加ステップ（Ｓ１３０）は、前記発熱部初期駆動ステップ（Ｓ１２０）において発熱部が駆動された後、バッテリーパックの温度が第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、前記発熱部初期駆動ステップ（Ｓ１２０）における第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を第２のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号として出力して前記発熱部スイッチをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）にするステップであって、これについて、図２に基づいて更に詳しく説明する。

図２は、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法における発熱部持続時間増加ステップの手順図である。

図２を参照すると、前記発熱部持続時間増加ステップ（Ｓ１３０）は、前記発熱部初期駆動ステップ（Ｓ１２０）後に、前記第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号によりオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御される発熱部から加熱されたバッテリーパックの温度値を周期的に測定し（バッテリーパック温度再測定ステップ：Ｓ１３１）、測定されたバッテリーパックの温度値を既に設定された第２の基準温度値と比較する（バッテリーパック温度比較ステップ：Ｓ１３２）。

前記バッテリーパック温度比較ステップ（Ｓ１３２）における比較の結果、前記測定された発熱部の温度が既に設定された第２の基準温度値以上である場合、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号の第１のデューティ比を第２のデューティ比に増やして出力する（補正済みパルス変調（ＰＷＭ）信号出力ステップ：Ｓ１３３）。

より具体的に、前記バッテリーパック温度再測定ステップ（Ｓ１３１）は、前記発熱部初期駆動ステップ後に、前記第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号によりオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御される発熱部から加熱されたバッテリーパックの温度値を周期的に測定するステップであって、バッテリーパックの温度値を持続的にモニターリングできるようにする。

ここで、前記バッテリーパック温度再測定ステップ（Ｓ１３１）は、前記測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値以上になるまで繰り返し行う。

また、前記バッテリーパック温度比較ステップ（Ｓ１３２）は、前記バッテリーパック温度再測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度値を既に設定された第２の基準温度値と比較するステップであって、前記所定の初期デューティ比を有する初期パルス変調（ＰＷＭ）信号により駆動された発熱部によりバッテリーパックの温度がバッテリーパックの所定の容量を確保できる温度まで昇温したか否かを確認するために行う。

前記補正済みパルス変調（ＰＷＭ）信号出力ステップ（Ｓ１３３）は、前記バッテリーパック温度第１比較ステップにおける比較の結果、前記測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値以上である場合、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号の第１のデューティ比を第２のデューティ比に増やして出力するステップであって、速やかなバッテリーパックの運用のために発熱部において発生する熱が増大できるようにする。

ここで、増やされる第２のデューティ比は、一実施形態によれば、３０％〜６０％以内の値に設定するが、これに限定されない。

更に、前記発熱部連続駆動ステップ（Ｓ１４０）は、前記発熱部持続時間増加ステップ（Ｓ１３０）後に、バッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、発熱部が連続して駆動されるように、前記第２のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号のデューティ比を１００％にして発熱部スイッチを連続してオン（ＯＮ）にするステップであって、これは、バッテリーパックの容量が所定の正常範囲に修復される状態であるので、これにより、発熱部が完放電から安全且つ高速にバッテリーパックを加熱することができる。

更にまた、前記補正済みパルス変調（ＰＷＭ）信号出力ステップ及び発熱部連続駆動ステップ（Ｓ１４０）において増やされるＰＷＭ信号のデューティ比は、漸増するようにしてもよい。

これらに加えて、前記バッテリーパック温度測定ステップ（Ｓ１１０）において測定されたバッテリーパックの温度が、既に設定された第２の基準温度値以上、且つ、第２の基準温度値未満である場合、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号の第２のデューティ比を初期駆動デューティ比に設定して発熱部スイッチをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）にし、前記バッテリーパック温度測定ステップ後に、前記バッテリーパック温度測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、パルス変調（ＰＷＭ）信号の初期駆動デューティ比を１００％にして発熱部スイッチを連続してオン（ＯＮ）にする。

上記の発熱部駆動方法については、図３に基づいて更に詳しく説明する。

図３は、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御方法におけるＰＷＭ信号のグラフである。

図３を参照すると、図３の（ａ）は、前記バッテリーパック温度測定ステップ（Ｓ１１０）において測定されたバッテリーパックの温度が−２０℃未満である場合、発熱部スイッチに出力される第１のデューティ比を有するＰＷＭ信号のグラフである。

これは、極低温により既存のバッテリーパックの容量よりも低い状態であるため、発熱部が最小限に駆動されてバッテリーパックの完放電を防ぐ。

前記ＰＷＭ信号は、一実施形態によれば、３０％に設定して、発熱部の駆動が３０％のみ行われるようにする。

また、図３の（ｂ）は、前記バッテリーパック温度再測定ステップ（Ｓ１３１）において測定されたバッテリーパックの温度が−２０℃以上である場合、前記図３の（ａ）において出力されたＰＷＭ信号のデューティ比よりも増やされて発熱部スイッチに出力された第２のデューティ比を有する信号のグラフである。

これは、現在のバッテリーパックの容量が前記極低温状態のバッテリーパックの容量よりは高いが、既存のバッテリーパックの容量よりは低い状態であるため、発熱部は、前記図３の（ａ）よりは頻繁に駆動されてバッテリーパックの内部温度が昇温できるようにする。

前記ＰＷＭ信号は、一実施形態によれば、５５％に設定して、発熱部の駆動が５５％のみ行われるようにする。

更に、図３の（ｃ）は、周期的に測定されたバッテリーパックの温度が−１０℃以上である場合、前記図３の（ｂ）において出力されたＰＷＭ信号のデューティ比が増やされて出力されるか、あるいは、別設された発熱部オン／オフ信号出力部によりオン信号が出力された信号のグラフである。

これは、現在のバッテリーパックの容量が正常のバッテリーパックの容量にほとんど修復されたので、安定してバッテリーパックを使用するために、発熱部を持続的に駆動する。

前記ＰＷＭ信号は、１００％であるため、発熱部の駆動が正常に行われる。

更にまた、前記バッテリーパック温度測定ステップ（Ｓ１１０）において測定されたバッテリーパックの温度が、−２０℃以上、且つ、−１０℃未満である場合、前記図３の（ｂ）のデューティ比が５５％であるＰＷＭ信号を初期信号として出力して、既存の発熱部の駆動よりはバッテリーパックの電力の消耗が抑えられるようにする。

これらに加えて、前記デューティ比制御ステップの構成の他にも、温度に応じて更に細かくデューティ比制御ステップを分類して、より精度よい制御が行えるようにする。

＜実施形態２＞
次いで、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御装置について説明する。

本発明のバッテリーパックの温度制御装置は、極低温時にバッテリーパックに取り付けられた発熱部が間歇的にオン／オフになるように発熱部スイッチを制御して、安全且つ安定してバッテリーパックの充／放電が行えるようにする。

図４は、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御装置のブロック図である。

図４を参照すると、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの温度制御装置３００は、複数のバッテリーセルにより構成されたバッテリーパック３２０を包むように形成された発熱部３３０、発熱部３３０への電流の供給をオン／オフにする発熱部スイッチ部３４０及び前記発熱部スイッチ部３４０をオン／オフ制御するＰＷＭ信号を出力するＢＭＳ３１０を備えてなる。

また、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号のデューティ比は、前記バッテリーパックの温度に応じて決定される。

更に、以下、前記発熱部３３０の駆動を制御するＢＭＳ３１０について、更に詳しく説明する。

前記ＢＭＳ３１０は、前記バッテリーパック３２０の温度値を測定するバッテリーパック温度測定部３１１、バッテリーパック温度測定部３１１において測定された温度値を既に設定された複数の基準温度値と比較する温度比較部３１２及び温度比較部３１２の比較結果に基づいて、それぞれの所定のデューティ比を有するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号出力部３１３を備えてなる。

以下、前記ＢＭＳ３１０の構成について更に詳しく説明する。

また、前記ＢＭＳ３１０は、内部に温度センサーを装着して、ＢＭＳ３１０内にある素子の温度をも感知可能なようにＢＭＳ温度測定部を更に備えてなる。このような構成要素は、前記バッテリーパック温度測定部３１１に置き換わったり、既存の構成要素に付設されたりして、バッテリーパックの温度の制御の正確性を高める。

前記バッテリーパック温度測定部３１１は、バッテリーパックの温度値を測定する構成要素であって、より厳密に述べると、それぞれの構成要素において温度が測定できるように指令する構成要素である。

前記バッテリーパック３２０は、全体のバッテリーパックの電流が流れる経路に温度センサーを取り付けて、前記バッテリーパック温度測定部３１１の指令に従って温度センサーにおいて温度値を感知し、感知された温度値をバッテリーパック温度測定部３１１に伝送する。

このようにしてバッテリーパック温度測定部３１１に伝送された温度値は、温度比較部３１２に転送されて、既に設定された複数の基準温度値と比較して、ＰＷＭ信号の出力有無を判断できるようにする。

更に、一般に、充電時のバッテリーパックの適正な駆動温度は０〜４５℃であり、放電時のバッテリーパックの適正な駆動温度は−２０〜６０℃であるため、一実施形態によれば、前記既に設定された第２の基準温度値は、前記極低温状態の基準値である−２０℃を意味する。

更にまた、前記既に設定された複数の基準温度値のうち第１の基準温度値は、低温状態で減らされたバッテリーパックの容量が所定の範囲に修復された温度である−１０℃を意味する。

これらに加えて、前記ＰＷＭ信号出力部３１３は、温度比較部の比較結果に基づいて、それぞれの所定のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力する構成要素であって、前記バッテリーパック温度測定部３１１において測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値未満である場合、前記発熱部スイッチ部３４０をオンにする第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力して、バッテリーパック３２０の完放電を防ぐ。

これは、極低温状態である場合、使用可能なバッテリーパックの容量が非常に制限されるため、バッテリーパックの電圧を用いて駆動する発熱部によりバッテリーパックが完放電状態にならないようにする。

また、前記ＰＷＭ信号出力部３１３は、バッテリーパックの温度が低いほど、第１のデューティ比を小さく設定して、パルス変調（ＰＷＭ）信号を出力できるようにする。

これは、バッテリーパックの完放電を防ぎながら、速やかにバッテリーパックの温度が昇温できるようにするためである。

更に、前記バッテリーパック温度測定部３１１において測定された温度が、既に設定された第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、発熱部の駆動時間が延びるように前記第１のデューティ比よりも増やされた所定の第２のデューティ比を有する補正済みパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力し、前記バッテリーパック温度測定部において測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、前記発熱部が持続的に駆動されるように、発熱部スイッチ部３４０を連続してオンにする第３のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力する。

ここで、前記第１のデューティ比は、一実施形態によれば、３０％に設定し、前記所定の第２のデューティ比は、５０％に設定することにより、第２のデューティ比は、第１のデューティ比よりも増やされて、前記発熱部３３０が極低温である状態よりは更に長く駆動できるようにする。

更にまた、前記第３のデューティ比は、一実施形態によれば、１００％に設定して、前記発熱部３３０にオフ信号が受信されるまで持続的にバッテリーパック１１０が駆動できるようにする。

これらに加えて、前記発熱部３３０のオン／オフのみが制御できるように、オン／オフ信号を出力する別途のスイッチオン／オフ信号出力部が更に設けられてもよい。

これは、前記ＰＷＭ信号出力部３１３のアルゴリズムよりも、前記オン／オフ信号出力部のアルゴリズムの方が更に簡単であるため、バッテリーパックの適正な駆動温度以上となる場合、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号出力部を迂回して前記発熱部スイッチが直接的に制御できるようにする。

前記バッテリーパック３２０は、複数のバッテリーセルが直／並列に連結された構成要素であって、ここに用いられるバッテリーセルは、温度に大きな影響を受けるリチウム系バッテリーセルである。

一般に、リチウム系バッテリーセルは、極低温状態で、バッテリーパックは、電解液の粘度が高くなるにつれて内部抵抗が増え、充／放電時に移動するリチウムのイオンの動きが遅くなるため、実質的に使用可能なバッテリーパックの容量が減らされる。

これにより、充／放電を持続的に行う場合、減らされた容量により最小放電電圧値未満に減らされて、バッテリーパック内に永久的な損傷が生じ、発火及び爆発の危険に陥る。

これを解消すべく、前記発熱部３３０は、前記バッテリーパック３２０を包む形状に形成されて、バッテリーパックが充／放電が行われ易い適正な温度に保たれるように熱を加える構成要素であって、パッド、熱線、液体ヒーター又は金属ヒーターが使用可能である。

また、前記発熱部３３０は、前記バッテリーパック３２０の上部、下部、上下部又はセルの側面に取り付けるタイプに実現されてもよい。

更に、前記発熱部スイッチ部３４０は、前記発熱部への電流の供給をオン／オフにする構成要素であって、前記ＰＷＭ信号出力部３１３やオン／オフ信号出力部から出力される信号によりオン／オフ制御される。

更にまた、第２の基準温度値未満の状態で最小放電電圧値は次第に増加するため、これにより、各温度区間別に第１のデューティ比が別途に設定されて効率よい制御が行えるようにする。

例えば、−４２℃〜−４０℃では第１のデューティ比を３０％に設定し、−４４℃〜−４２℃では第１のデューティ比を２５％を設定するなど、異なる値に調整してもよい。

一方、以下では、バッテリーパックの温度制御装置３００の駆動方法について詳しく説明する。

バッテリーパックの温度制御装置３００は、充／放電を行う前にバッテリーパック温度測定部３１１においてバッテリーパックの温度値を測定し、温度測定部３１１において測定されたバッテリーパックの温度は、温度比較部３１２において比較される。

前記温度比較部３１２において比較されたバッテリーパックの温度値が既に設定された第２の基準温度値未満である場合、ＰＷＭ信号出力部３１３を用いて発熱部３３０に電流を供給する発熱部スイッチ３４０に第１のデューティ比制御信号を出力する。

次いで、バッテリーパック温度測定部３１１は、周期的にバッテリーパック３２０の温度値を測定し、温度比較部３１２を用いて比較する。

このとき、再測定されたバッテリーパック３２０の温度値が既に設定された第２の基準温度値以上である場合、前記ＰＷＭ信号出力部３１３は、前記第１のデューティ比制御信号よりも増やされた第２のデューティ比のＰＷＭ信号を前記発熱部スイッチ３４０に出力する。

また、バッテリーパック温度測定部３１１を用いて周期的にバッテリーパック３２０の温度値を測定し、測定されたバッテリーパック３２０の温度値が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、前記ＰＷＭ信号出力部３１３を用いて１００％のデューティ比を有する第３のデューティ比のＰＷＭ信号を出力するか、あるいは、付設されたオン／オフ信号出力部を用いてオン制御信号を出力する。

３００：バッテリーパックの温度制御装置
３１０：ＢＭＳ
３１１：バッテリーパック温度測定部
３１２：温度比較部
３１３：ＰＷＭ信号出力部
３２０：バッテリーパック
３３０：発熱部
３４０：発熱部スイッチ部

Claims

バッテリーパックの温度値を制御する方法において、
充／放電を行う前にバッテリーパックの温度値を測定するバッテリーパック温度測定ステップと、
前記バッテリーパック温度測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度値が既に設定された第２の基準温度値未満である場合、発熱部が間歇的に駆動されるように、発熱部スイッチを所定の第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号でオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御する発熱部初期駆動ステップと、
前記発熱部初期駆動ステップにおいて発熱部が駆動された後、バッテリーパックの温度が第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、前記発熱部初期駆動ステップにおける第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を第２のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号として出力して、前記発熱部スイッチをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）にする発熱部持続時間増加ステップと、
前記発熱部持続時間増加ステップ後に、バッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、発熱部が連続して駆動されるように、前記第２のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号のデューティ比を１００％にして、発熱部スイッチを連続してオン（ＯＮ）にする発熱部連続駆動ステップと、
を含んでなり、
前記第２のデューティ比は、前記第１のデューティ比よりも大きなことを特徴とするバッテリーパックの温度制御方法。
前記発熱部初期駆動ステップは、バッテリーパックの温度が低いほど、第１のデューティ比を小さく設定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の温度制御方法。
前記発熱部持続時間増加ステップは、
前記発熱部初期駆動ステップ後に、前記第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号によりオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）制御される発熱部から加熱されたバッテリーパックの温度値を周期的に測定するバッテリーパック温度再測定ステップと、
前記バッテリーパック温度再測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度値を既に設定された第２の基準温度値と比較するバッテリーパック温度比較ステップと、
前記バッテリーパック温度比較ステップにおける比較の結果、測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値以上である場合、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号の第１のデューティ比を第２のデューティ比に増やして出力する補正済みパルス変調（ＰＷＭ）信号出力ステップと、
を含んでな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の温度制御方法。
前記バッテリーパック温度測定ステップ後に、前記バッテリーパック温度測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度が、既に設定された第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、前記パルス変調（ＰＷＭ）信号の第２のデューティ比を初期駆動デューティ比に設定して、発熱部スイッチをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）に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の温度制御方法。
前記バッテリーパック温度測定ステップ後に、前記バッテリーパック温度測定ステップにおいて測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、パルス変調（ＰＷＭ）信号の初期駆動デューティ比を１００％にして、発熱部スイッチを連続してオン（ＯＮ）に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の温度制御方法。
複数のバッテリーセルにより構成されたバッテリーパックの温度制御装置において、
前記バッテリーパックを包むように形成された発熱部と、
前記発熱部に電流供給をオン／オフにする発熱部スイッチ部と、
前記バッテリーパックの温度に応じて発熱部スイッチ部をオン／オフ制御するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力するＢＭＳと、
を備えてなり、
前記パルス変調（ＰＷＭ）信号のデューティ比は、前記バッテリーパックの温度に応じて決定されることを特徴とするバッテリーパックの温度制御装置。
前記ＢＭＳは、
前記バッテリーパックの温度値を測定するバッテリーパック温度測定部と、
前記バッテリーパック温度測定部において測定された温度値を既に設定された複数の基準温度値と比較する温度比較部と、
前記温度比較部の比較結果に基づいて、それぞれの所定のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力するパルス変調（ＰＷＭ）信号出力部と、
を備えてなる請求項６に記載のバッテリーパックの温度制御装置。
前記パルス変調（ＰＷＭ）信号出力部は、
前記バッテリーパック温度測定部において測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第２の基準温度値未満である場合、所定の第１のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力し、
前記バッテリーパック温度測定部において測定されたバッテリーパックの温度が、既に設定された第２の基準温度値以上、且つ、第１の基準温度値未満である場合、発熱部の駆動時間が延びるように前記第１のデューティ比よりも増やされた所定の第２のデューティ比を有する補正済みパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力し、
前記バッテリーパック温度測定部において測定されたバッテリーパックの温度が既に設定された第１の基準温度値以上である場合、前記発熱部が持続的に駆動されるように、発熱部スイッチ部を連続してオンにする第３のデューティ比を有するパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力す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の温度制御装置。
前記パルス変調（ＰＷＭ）信号出力部は、バッテリーパックの温度が低いほど、第１のデューティ比を小さく設定してパルス変調（ＰＷＭ）信号を出力することを特徴とする請求項８に記載のバッテリーパックの温度制御装置。
前記ＢＭＳは、
前記発熱部スイッチ部のオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）スイッチング制御信号を出力するスイッチオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）信号出力部を更に備えてなり、
前記スイッチオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）信号出力部は、パルス変調（ＰＷＭ）信号出力部を迂回して前記発熱部スイッチ部を直接的に制御することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパックの温度制御装置。