JP2020501492A - バッテリパックの通信システム、及びそれを含むバッテリパック - Google Patents

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Abstract

バッテリパックの通信システム、及びそれを含むバッテリパックが開示され、該バッテリパックの通信システムは、バッテリパックからの通信信号を外部装置に伝送する送信部と、外部装置からの通信信号を受信する受信部と、を含むバッテリパックの通信システムであり、該送信部は、前記バッテリパックのＢＭＳ（battery management system）で出力される第１通信信号に対応してスイッチング動作する第１トランジスタ、第１トランジスタのスイッチング動作に対応してスイッチング動作する第２トランジスタ、並びに前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのスイッチング動作に対応し、第１通信信号を外部装置に伝達する第１ダイオードを含み、該受信部は、前記外部装置から受信される第２通信信号に対応してスイッチング動作する第３トランジスタ、第３トランジスタのスイッチング動作に対応してスイッチング動作する第４トランジスタ、並びに第３トランジスタ及び第４トランジスタのスイッチング動作に対応し、第２通信信号をＢＭＳに伝達する第２ダイオードを含む。

Description

本発明は、バッテリパックの通信システム、及びそれを含むバッテリパックに係り、さらに具体的には、ローサイドＦＥＴが適用されるバッテリパックにおいて、バッテリパックと外部システムとの通信がなされる場合、通信部での過電流消費と過電圧とによる焼損問題を解決するために、通信部のバッテリ接地と外部システム接地とを物理的に分離するバッテリパックの通信システム、及びそれを含むバッテリパックに関する。
バッテリパックは、バッテリ管理システム（ＢＭＳ：battery management system）を含み、該ＢＭＳは、バッテリＩＣ（integrated circuit）の種類により、保護用ＦＥＴをハイサイドまたはローサイドに適用することができる。
ハイサイドＦＥＴは、バッテリＩＣ内部のチャージポンピング回路を利用し、バッテリ電源対比で、保護用ＦＥＴのゲートを制御する構造を意味する。また、ローサイドＦＥＴは、バッテリ接地電圧対比で、保護用ＦＥＴのゲートを制御する構造を意味する。
バッテリＩＣが通信可能であり、バッテリパックと連結される外部装置または外部システムと通信する場合、前記保護用ＦＥＴの位置（ハイサイドまたはローサイド）により、前記保護用ＦＥＴがターンオフ（turn-off）されたとき、通信可能いかんが決定される。
図１は、従来技術によるバッテリパックの通信システムを概略的に示し、図１を参照すれば、バッテリＩＣ（battery ＩＣ）は、パック送信端（pack ＴＸ）とパック受信端（pack ＲＸ）とを介して、外部システムの受信端ＳＥＴ ＲＸ及び送信端ＳＥＴ ＴＸと通信を行う。
図１に図示されるバッテリパックに、ローサイドＦＥＴが適用される場合、過電流が流れる問題が発生し、バッテリパックが放置される場合、低電圧不良が発生し、場合によっては、ＢＭＳ及びシステムハードウェア不良を誘発してしまう。
本発明は、ローサイドＦＥＴが適用されるバッテリパックにおいて、バッテリパックと外部システムとの通信がなされる場合、通信部での過電流消費と過電圧とによる焼損問題を解決することができるバッテリパックの通信システム、及びそれを含むバッテリパックを提供することを目的とする。
本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムは、バッテリパックからの通信信号を外部装置に伝送する送信部と、前記外部装置からの通信信号を受信する受信部と、を含むバッテリパックの通信システムであり、前記送信部は、前記バッテリパックのＢＭＳで出力される第１通信信号に対応してスイッチング動作する第１トランジスタ、前記第１トランジスタのスイッチング動作に対応してスイッチング動作する第２トランジスタ、並びに前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのスイッチング動作に対応し、前記第１通信信号を前記外部装置に伝達する第１ダイオードを含み、前記受信部は、前記外部装置から受信される第２通信信号に対応してスイッチング動作する第３トランジスタ、前記第３トランジスタのスイッチング動作に対応してスイッチング動作する第４トランジスタ、並びに前記第３トランジスタ及び前記第４トランジスタのスイッチング動作に対応し、前記第２通信信号を前記ＢＭＳに伝達する第２ダイオードを含む。
また、前記第１トランジスタ及び前記第３トランジスタは、Ｐ型トランジスタであり、前記第２トランジスタ及び前記第４トランジスタは、Ｎ型トランジスタでもある。
また、前記第１トランジスタのエミッタは、前記第１ダイオードのアノードと連結され、前記第１ダイオードのカソードは、前記第２トランジスタのコレクタとも連結される。
また、前記第１トランジスタのコレクタは、前記第２トランジスタのベースと連結され、前記第１トランジスタは、ハイレベルの前記第１通信信号によってターンオフされ、前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタがターンオフされれば、それに対応してターンオフされ、前記第１ダイオードは、ハイレベルの前記第１通信信号を前記外部装置に伝達することができる。
また、前記ＢＭＳで出力されるローレベルの前記第１通信信号は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタを介して、前記外部装置にも伝送される。
また、前記バッテリパックの接地と前記外部装置の接地は、電気的に互いに分離される。
また、前記第３トランジスタのコレクタは、前記第４トランジスタのベースと連結され、前記第３トランジスタは、ハイレベルの前記第２通信信号によってターンオフされ、前記第４トランジスタは、前記第３トランジスタがターンオフされれば、それに対応してターンオフされ、前記第２ダイオードは、ハイレベルの前記第２通信信号を前記ＢＭＳに伝達することができる。
また、前記外部装置で出力されるローレベルの前記第２通信信号は、前記第３トランジスタ及び前記第４トランジスタを介して、前記ＢＭＳにも伝送される。
一方、本発明の一実施形態によるバッテリパックは、本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システム、充放電可能な複数のバッテリセル、前記複数のバッテリセルの（−）端子に連結される充放電制御スイッチ及び前記複数のバッテリセルの状態をモニタリングし、前記充放電制御スイッチのスイッチング動作を制御し、前記通信システムに通信信号を出力するバッテリ管理システムを含む。
本発明は、ローサイドＦＥＴが適用されるバッテリパックにおいて、バッテリパックと外部システムとの通信がなされる場合、通信部での過電流消費と過電圧とによる焼損問題を解決することができるバッテリパックの通信システム、及びそれを含むバッテリパックを提供することができる。
従来技術によるバッテリパックの通信システムを概略的に示す図面である。 本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムが適用されるバッテリパックの構成を概略的に示す図面である。 本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムの構成を概略的に示す図面である。
ここで、例示的な実施形態について、添付図面を参照して、以下でさらに詳細に説明する。しかし、さまざまな形態に具体化され、本明細書で説明される実施形態に限定されると見なされてはならない。そのような実施形態は、本開示が完全であって完璧になり、例示的な具現例は、本技術分野の当業者に完全に伝達するように提供されるものである。
本明細書で使用された用語は、ただ、特定実施形態について説明するために使用されたものであり、本発明を限定する意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」というような用語は、明細書上に記載された特徴、数、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせが存在するということを指定するものであり、１、またはそれ以上の他の特徴、数、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらの組み合わせの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではないと理解されなければならない。第１、第２のような用語は、多様な構成要素についての説明に使用されるが、該構成要素は、前記用語によって限定されるものではない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみに使用される。
以下、例示的な実施形態が図示される添付図面を参照し、さらに完璧に実施形態について説明する。全体的に、同一参照番号は、同一構成要素を示す。図面において、同一であるか、あるいは対応する構成要素には、同一図面符号が付され、それについて重複して説明することはない。
図２は、本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムが適用されるバッテリパックの構成を概略的に示す図面である。
図２を参照すれば、前記バッテリパックは、複数のバッテリセルを含み、前記複数のバッテリセルの状態をモニタリングするバッテリ管理システム（ＢＭＳ：batttery management system）を含む。該ＢＭＳは、また充電制御用ＦＥＴ ＣＦＥＴと、放電制御用ＦＥＴ ＤＦＥＴとのスイッチング動作を制御することにより、前記バッテリパックの充放電動作を制御する。
前記バッテリパックは、前記複数のバッテリセルに対応する１つの（＋）端子（pack＋）と、１つの（−）端子（pack−）と、を含み、前記バッテリパックは、前記端子を介して、外部装置とも連結される。そして、前記外部装置は、前記バッテリパックから電力を供給される負荷、または前記バッテリパックに電力を供給し、前記複数のバッテリセルを充電する充電装置でもある。
該ＢＭＳは、バッテリＩＣ（battery ＩＣ）とＭＣＵ（micro controller unit）とを含み、該ＭＣＵは、本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムの機能を遂行することができる。該ＭＣＵは、通信システムの送信端ＴＸと受信端ＲＸとに連結され、前記外部装置からの通信信号を受信したり、前記外部装置に通信信号を伝送したりすることができる。
一方、本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムが適用される前記バッテリパックは、ローサイドＦＥＴが適用されるが、前記ローサイドＦＥＴは、図２に図示されているように、充電制御用ＦＥＴ ＣＦＥＴ及び放電制御用ＦＥＴ ＤＦＥＴが、前記複数のバッテリセルの（−）端子側に連結される構造を意味する。
バッテリパック保護動作として、前記放電制御用ＦＥＴ ＤＦＥＴがターンオフされる場合、前記バッテリパックは、バッテリグラウンド（battery ＧＮＤ）対比で通信を行い、前記外部装置の場合、pack−端子対比で通信を行う。そのような場合、前記バッテリパックと前記外部装置は、互いに通信されない。
一方、前記pack−端がフローティングレベルになり、前記外部装置内部のキャパシタ電圧がいずれも放電されれば、前記pack−及び通信端ＴＸ，ＲＸが、いずれもpack＋端電圧レベルまで上昇し、前記バッテリパック側の前記通信端ＴＸ，ＲＸは、グラウンド対比で一定レベルの電圧（例えば、３．３Ｖ）に連結されているために、過電圧がかかることになる。
一方、図１を再び参照すれば、バッテリパックと、外部装置の通信端との間には、抵抗及びツェナーダイオードが適用され、図１に図示される前記抵抗とツェナーダイオードは、図２の前記バッテリパックと前記外部装置との間に適用される通信端にも適用される。
前記抵抗と前記ツェナーダイオードとには、過電圧が印加され、それによる消費電流が生じてしまう。もし前記抵抗と前記ツェナーダイオードとの特性値が適切に設定されない場合には、過消費電流が生じ、前記バッテリパック放置時、低電圧不良が発生し、場合によっては、ＢＭＳと全体システムとのハードウェア不良を誘発してしまう。
図３は本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムの構成を概略的に示す図面である。
図３を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムは、バッテリパックと、前記バッテリパックに連結される外部装置との間に適用される通信システムにおいて、前記バッテリパックの接地ＧＮＤと、前記外部装置の接地とを分離する構成を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態によるバッテリパックの通信システムは、バッテリパックからの通信信号を外部装置に伝送する送信部１１０と、前記外部装置からの通信信号を受信する受信部１２０と、を含む。図３において、前記通信システムは、送信部１１０、受信部１２０を含め、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）の一部構成を含んでも構成される。
一方、前記バッテリパックは、複数のバッテリセル（battery cells）を含み、前記複数のバッテリセル（battery cells）は、互いに直列に連結されるか、あるいは直列に連結された複数のセルの並列連結の組み合わせを介して、バッテリモジュールを構成することができる。
前記ＢＭＳは、前記複数のバッテリセル（battery cells）の状態をモニタリングし、前記バッテリパックの充放電動作を制御する。一方、本発明によるバッテリパックの通信システムが適用されるバッテリパックは、ローサイドＦＥＴが適用されるバッテリパックであり、図３に図示されているように、前記バッテリパックの（Ｐ−）端子に、放電制御ＦＥＴ ＤＦＥＴが適用されていることを確認することができる。
前記バッテリパックは、前記放電制御ＦＥＴ ＤＦＥＴ及び充電制御ＦＥＴ（図示せず）を含み、前記充電制御ＦＥＴは、前記放電制御ＦＥＴ ＤＦＥＴと、直列または並列に連結され、前記ＢＭＳにより、スイッチング動作が制御される。
一方、送信部１１０は、第１トランジスタＴＲ１、第２トランジスタＴＲ２及び第１ダイオードＤ１を含む。前記第１トランジスタＴＲ１は、前記バッテリパックのＢＭＳで出力される第１通信信号に対応してスイッチング動作し、前記第２トランジスタＴＲ２は、前記第１トランジスタＴＲ１のスイッチング動作に対応してスイッチング動作する。
例えば、ハイレベルの前記第１通信信号が、前記ＢＭＳから出力される場合、前記ハイレベルの第１通信信号により、前記第１トランジスタＴＲ１は、ターンオフされ、それに対応し、前記第２トランジスタＴＲ２も、ターンオフされる。
前記第１ダイオードＤ１は、前記第１トランジスタＴＲ１及び前記第２トランジスタＴＲ２のスイッチング動作に対応し、前記第１通信信号を、前記外部装置に伝達することができる。
一実施形態において、前記第１ダイオードＤ１は、前記第１トランジスタＴＲ１及び前記第２トランジスタＴＲ２がターンオフされれば、前記第１通信信号を前記外部装置に伝達する。このとき、前記第１通信信号は、前記ＢＭＳから、前記第１ダイオードＤ１を経て、前記外部装置の受信端ＳＥＴ ＲＸにも伝送される。
また、前記第１トランジスタＴＲ１は、ハイレベルの前記第１通信信号によってターンオフされるように、Ｐ型トランジスタでもある。そして、前記第２トランジスタＴＲ２は、ターンオフされた前記第１トランジスタＴＲ１によってターンオフされるように、Ｎ型トランジスタでもある。
前記第１トランジスタＴＲ１と前記第２トランジスタＴＲ２とが、それぞれＰ型トランジスタとＮ型トランジスタとである場合、前記ＢＭＳにおいて、ローレベルの第１通信信号が出力されれば、前記第１トランジスタＴＲ１は、ターンオンされ、それに対応し、前記第２トランジスタＴＲ２も、ターンオンされる。従って、前記ローレベルの第１通信信号は、前記第１トランジスタＴＲ１と前記第２トランジスタＴＲ２とを介して、前記外部装置の受信端ＳＥＴ ＲＸにも伝送される。
一方、前記第１トランジスタＴＲ１のエミッタは、前記第１ダイオードＤ１のアノードと連結され、前記第１ダイオードＤ１のカソードは、前記第２トランジスタＴＲ２のコレクタとも連結される。また、前記第１トランジスタＴＲ１のベースは、前記ＢＭＳに連結され、前記ＢＭＳで出力される前記第１通信信号を受信することができる。そして、前記第１トランジスタＴＲ１のコレクタは、前記第２トランジスタＴＲ２のベースとも連結される。
一方、受信部１２０は、第３トランジスタＴＲ３、第４トランジスタＴＲ４及び第２ダイオードＤ２を含む。前記第３トランジスタＴＲ３は、前記外部装置から受信される第２通信信号に対応してスイッチング動作し、前記第４トランジスタＴＲ４は、前記第１トランジスタＴＲ３のスイッチング動作に対応してスイッチング動作する。
例えば、ハイレベルの前記第２通信信号が前記ＢＭＳから出力される場合、前記ハイレベルの第２通信信号により、前記第３トランジスタＴＲ３は、ターンオフされ、それに対応し、前記第４トランジスタＴＲ４も、ターンオフされる。
前記第２ダイオードＤ２は、前記第３トランジスタＴＲ３及び前記第４トランジスタＴＲ４のスイッチング動作に対応し、前記第２通信信号を、前記ＢＭＳに伝達することができる。
一実施形態において、前記第２ダイオードＤ２は、前記第３トランジスタＴＲ３及び前記第４トランジスタＴＲ４がターンオフされれば、前記第２通信信号を、前記ＢＭＳに伝達する。このとき、前記第２通信信号は、前記外部装置の送信端ＳＥＴ ＲＸから、前記第２ダイオードＤ２を経て、前記ＢＭＳに伝送される。
また、前記第３トランジスタＴＲ３は、ハイレベルの前記第２通信信号によってターンオフされるように、Ｐ型トランジスタでもある。そして、前記第４トランジスタＴＲ４は、ターンオフされた前記第３トランジスタＴＲ３によってターンオフされるように、Ｎ型トランジスタでもある。
前記第３トランジスタＴＲ３と前記第４トランジスタＴＲ４とが、それぞれＰ型トランジスタとＮ型トランジスタとである場合、前記外部装置の送信端ＳＥＴ ＴＸにおいて、ローレベルの第２通信信号が出力されれば、前記第１トランジスタＴＲ３は、ターンオンされ、それに対応し、前記第４トランジスタＴＲ４も、ターンオンされる。従って、前記ローレベルの第２通信信号は、前記第３トランジスタＴＲ３と前記第４トランジスタＴＲ４とを介して、前記ＢＭＳにも伝送される。
一方、前記第３トランジスタＴＲ３のエミッタは、前記第２ダイオードＤ２のカソードと連結され、前記第２ダイオードＤ２のアノードは、前記第４トランジスタＴＲ４のコレクタとも連結される。また、前記第３トランジスタＴＲ３のベースは、前記外部装置の送信端ＳＥＴ ＴＸに連結され、前記外部装置の送信端ＳＥＴ ＴＸで出力される前記第２通信信号を受信することができる。そして、前記第３トランジスタＴＲ３のコレクタは、前記第４トランジスタＴＲ４のベースとも連結される。
以上、図３を参照して説明したように、ローレベルの通信信号は、送信部１１０または受信部１２０に含まれるトランジスタを介して、前記バッテリパックと、前記外部装置の通信端ＳＥＴＴＸまたはＳＥＴＲＸとの間で伝送される。同様に、ハイレベルの通信信号は、送信部１１０または受信部１２０に含まれるダイオードを介して、前記バッテリパックと、前記外部装置の通信端ＳＥＴＴＸまたはＳＥＴＲＸとの間で伝送される。
また、本発明によるバッテリパックの通信システムによれば、バッテリ側接地と前記バッテリパックに連結される外部装置の通信端接地とが、物理的に互いに分離されるので、バッテリパックの通信部での電流消費、高電圧によるハードウェアの焼損可能性を低くする効果を提供することができる。
本明細書においては、本発明について、限定された実施形態を中心に説明したが、本発明の範囲内において、多様な実施形態が可能である。また、説明されていないが、均等な手段も、また本発明にそのまま結合されると言うことができるのである。従って、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって決められるものである。
本発明は、バッテリパックの通信システム、及びそれを含むバッテリパックに係り、さらに具体的には、ローサイドＦＥＴが適用されるバッテリパックにおいて、バッテリパックと外部システムとの通信がなされる場合、通信部での過電流消費と過電圧とによる焼損問題を解決するために、通信部のバッテリ接地と外部システム接地とを物理的に分離するバッテリパックの通信システム、及びそれを含むバッテリパックを提供することができる。

Claims (9)

  1. バッテリパックからの通信信号を外部装置に伝送する送信部と、前記外部装置からの通信信号を受信する受信部と、を含むバッテリパックの通信システムにおいて、
    前記送信部は、
    前記バッテリパックのＢＭＳ（battery management system）で出力される第１通信信号に対応してスイッチング動作する第１トランジスタと、
    前記第１トランジスタのスイッチング動作に対応してスイッチング動作する第２トランジスタと、
    前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのスイッチング動作に対応し、前記第１通信信号を前記外部装置に伝達する第１ダイオードと、を含み、
    前記受信部は、
    前記外部装置から受信される第２通信信号に対応してスイッチング動作する第３トランジスタと、
    前記第３トランジスタのスイッチング動作に対応してスイッチング動作する第４トランジスタと、
    前記第３トランジスタ及び前記第４トランジスタのスイッチング動作に対応し、前記第２通信信号を前記ＢＭＳに伝達する第２ダイオードと、を含むバッテリパックの通信システム。
  2. 前記第１トランジスタ及び前記第３トランジスタは、Ｐ型トランジスタであり、前記第２トランジスタ及び前記第４トランジスタは、Ｎ型トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの通信システム。
  3. 前記第１トランジスタのエミッタは、前記第１ダイオードのアノードと連結され、前記第１ダイオードのカソードは、前記第２トランジスタのコレクタと連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの通信システム。
  4. 前記第１トランジスタのコレクタは、前記第２トランジスタのベースと連結され、
    前記第１トランジスタは、ハイレベルの前記第１通信信号によってターンオフされ、前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタがターンオフされれば、それに対応してターンオフされ、
    前記第１ダイオードは、ハイレベルの前記第１通信信号を前記外部装置に伝達することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの通信システム。
  5. 前記ＢＭＳで出力されるローレベルの前記第１通信信号は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタを介して、前記外部装置に伝送されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの通信システム。
  6. 前記バッテリパックの接地と、前記外部装置の接地は、電気的に互いに分離されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの通信システム。
  7. 前記第３トランジスタのコレクタは、前記第４トランジスタのベースと連結され、
    前記第３トランジスタは、ハイレベルの前記第２通信信号によってターンオフされ、前記第４トランジスタは、前記第３トランジスタがターンオフされれば、それに対応してターンオフされ、
    前記第２ダイオードは、ハイレベルの前記第２通信信号を前記ＢＭＳに伝達することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの通信システム。
  8. 前記外部装置で出力されるローレベルの前記第２通信信号は、前記第３トランジスタ及び前記第４トランジスタを介して、前記ＢＭＳに伝送されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの通信システム。
  9. 請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載のバッテリパックの通信システムと、
    充放電可能な複数のバッテリセルと、
    前記複数のバッテリセルの（−）端子に連結される充放電制御スイッチと、
    前記複数のバッテリセルの状態をモニタリングし、前記充放電制御スイッチのスイッチング動作を制御し、前記通信システムに通信信号を出力するバッテリ管理システムと、を含むバッテリパック。
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