JP2021515510A - バッテリー管理システム、バッテリーパック及び電気車両 - Google Patents

バッテリー管理システム、バッテリーパック及び電気車両 Download PDF

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Abstract

本発明によるバッテリー管理システムは、電気負荷側に設けられたキャパシタに対するプレチャージが完了する前、第１バッテリーと電気負荷との間に接続した充放電経路を開閉するメインコンタクターを突入電流から保護する。前記バッテリー管理システムは、前記キャパシタの両端にかかった電圧及び前記メインコンタクターの両端にかかった電圧に基づいて、前記キャパシタのプレチャージが完了したか否かを二重に確認する。前記バッテリー管理システムは、前記キャパシタの両端にかかった電圧が第１臨界電圧未満であるか、または前記メインコンタクターの両端にかかった電圧が第２臨界電圧以上である場合、前記メインコンタクターのコンタクトを開動作位置に維持する。

Description

本発明は、バッテリーと電気負荷との間に接続した充放電経路を開閉するメインコンタクターを突入電流から保護するための技術に関する。
本出願は、２０１８年１１月２０日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０１４３７８０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、すべて本出願に組み込まれる。
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二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
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、リチウム二次電池などがあり、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。
電源システムにおいて、バッテリーと電気負荷との間にはメインコンタクターが設けられることが通常である。バッテリーと電気負荷との間の電力伝達のために、バッテリー管理システムは、メインコンタクターをオンオフ制御する。バッテリーと電気負荷との電圧差が大きい状態でメインコンタクターが閉められる場合、瞬間的な高電流が流れてメインコンタクターが損傷してしまう場合がある。このような問題を防止するためには、メインコンタクターを閉める前に電気負荷側のキャパシタを充電するプレチャージ過程が要求される。
ところが、実際にキャパシタのプレチャージが完了する前であるにも拘わらず、キャパシタのプレチャージが完了したと間違って処理される可能性があり、この場合、メインコンタクターを通して突入電流が流れてしまい、メインコンタクターが損傷し得る。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、詳しくは、電気負荷側に設けられたキャパシタのプレチャージが完了したか否かを二重に確認することで、突入電流によるメインコンタクターの損傷を防止することができるバッテリー管理システム及びそれを含むバッテリーパック、並びに該バッテリーパックを含む電気車両を提供することを目的とする。
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。
本発明の一面によるバッテリー管理システムは、第１バッテリーの第１端子と第２端子との間の第１電圧を検出するように構成された第１電圧センサーと、電気負荷側に設けられたキャパシタの第１端と第２端との間の第２電圧を検出するように構成された第２電圧センサーと、前記第１バッテリーの第１端子と前記キャパシタの第１端との間に設けられたメインコンタクターに含まれたコンタクターコイルの第１端に接続するハイサイドドライバーと、前記コンタクターコイルの第２端に接続するローサイドドライバーと、前記コンタクターコイルの第１端と前記ハイサイドドライバーとの間、または前記コンタクターコイルの第２端と前記ローサイドドライバーとの間に設けられる安全スイッチを含む誤動作防止回路と、前記ハイサイドドライバー、前記ローサイドドライバー、前記第１電圧センサー、前記第２電圧センサー及び前記誤動作防止回路に動作可能に結合する制御回路と、を含む。前記制御回路は、前記第１電圧に基づいて第１臨界電圧を決定するように構成される。前記第２電圧が前記第１臨界電圧以上である場合、第１ハイレベル信号を出力するように構成される。前記誤動作防止回路は、前記メインコンタクターの第１端と第２端との間の第３電圧が第２臨界電圧未満である場合、前記第１ハイレベル信号に応じて、前記安全スイッチに第２ハイレベル信号を出力するように構成される。前記安全スイッチは、前記第２ハイレベル信号によってターンオンされる。
前記制御回路は、前記第１電圧に第１スケーリング値を掛けて前記第１臨界電圧を決定するように構成され得る。前記第１スケーリング値は、０より大きくかつ１より小さい。
前記制御回路は、前記第１電圧から所定の基準電圧を差し引いて前記第１臨界電圧を決定するように構成され得る。
前記制御回路は、前記第２電圧が前記第１臨界電圧未満である場合、第１ローレベル信号を出力するように構成され得る。前記誤動作防止回路は、前記第１ローレベル信号に応じて、前記安全スイッチに第２ローレベル信号を出力するように構成され得る。前記安全スイッチは、前記第２ローレベル信号によってターンオフされる。
前記誤動作防止回路は、前記第１バッテリーの第１端子と前記メインコンタクターの第１端との間の第１共通ノードに接続する第１入力ピン、前記キャパシタの第１端と前記メインコンタクターの第２端との間の第２共通ノードに接続する第２入力ピン及び第１出力ピンを備える電圧比較器と、前記第１出力ピンに接続する第３入力ピン、前記制御回路に接続する第４入力ピン及び前記安全スイッチに接続した第２出力ピンを備える検証回路と、をさらに含み得る。前記電圧比較器は、前記第１入力ピンと前記第２入力ピンとの間に印加される前記第３電圧が前記第２臨界電圧未満である場合、前記第１出力ピンから第３ハイレベル信号を出力するように構成され得る。前記検証回路は、前記第３入力ピン及び前記第４入力ピンに前記第３ハイレベル信号と前記第１ハイレベル信号が各々入力される場合、前記第２出力ピンから前記第２ハイレベル信号を出力するように構成され得る。
前記電圧比較器は、前記第３電圧が前記第２臨界電圧以上である場合、前記第１出力ピンから第３ローレベル信号を出力するように構成され得る。前記検証回路は、前記第３入力ピンに前記第３ローレベル信号が入力されるか、または前記第４入力ピンに前記第１ローレベル信号が入力される場合、前記第２出力ピンから前記第２ローレベル信号を出力するように構成され得る。
本発明の他面によるバッテリー管理システムは、第１バッテリーの第１端子と第２端子との間の第１電圧を検出するように構成された第１電圧センサーと、電気負荷側に設けられたキャパシタの第１端と第２端との間の第２電圧を検出するように構成された第２電圧センサーと、前記第１バッテリーの第１端子と前記キャパシタの第１端との間に設けられたメインコンタクターに含まれたコンタクターコイルの第１端に接続するハイサイドドライバーと、前記コンタクターコイルの第２端に接続するローサイドドライバーと、前記コンタクターコイルの第１端と前記ハイサイドドライバーとの間、または前記コンタクターコイルの第２端と前記ローサイドドライバーとの間に設けられる安全スイッチを含む誤動作防止回路と、前記ハイサイドドライバー、前記ローサイドドライバー、前記第１電圧センサー、前記第２電圧センサー及び前記誤動作防止回路に動作可能に結合する制御回路と、を含む。前記制御回路は、前記第１電圧に基づいて第１臨界電圧を決定するように構成される。また、前記制御回路は、前記第２電圧が前記第１臨界電圧以上である場合、第１ハイレベル信号を出力するように構成される。前記誤動作防止回路は、前記メインコンタクターに並列接続したプレチャージ回路の抵抗素子の第１端と第２端との間の第３電圧が第２臨界電圧未満である場合、前記第１ハイレベル信号に応じて、前記安全スイッチに第２ハイレベル信号を出力するように構成される。前記安全スイッチは、前記第２ハイレベル信号によってターンオンされる。
前記誤動作防止回路は、前記抵抗素子の第１端に接続する第１入力ピン、前記抵抗素子の第２端に接続する第２入力ピン及び第１出力ピンを備える電圧比較器と、前記第１出力ピンに接続する第３入力ピン、前記制御回路に接続する第４入力ピン及び前記安全スイッチに接続した第２出力ピンを備える検証回路と、をさらに含み得る。前記電圧比較器は、前記第１入力ピンと前記第２入力ピンとの間に印加される前記第３電圧が前記第２臨界電圧未満である場合、前記第１出力ピンから第３ハイレベル信号を出力するように構成され得る。前記検証回路は、前記第３入力ピン及び前記第４入力ピンに前記第３ハイレベル信号と前記第１ハイレベル信号が各々入力される場合、前記第２出力ピンから前記第２ハイレベル信号を出力するように構成され得る。
本発明の他面によるバッテリーパックは、前記バッテリー管理システムを含む。
本発明のさらに他面による電気車両は、前記バッテリーパックを含む。
前記電気車両は、第２バッテリーと、前記制御回路からの第４ハイレベル信号に応じて、前記第２バッテリーの電圧を昇圧した後、前記昇圧された電圧を前記キャパシタの第１端と第２端との間に印加するように構成されたコンバータと、をさらに含み得る。前記制御回路は、前記第２電圧が前記第１臨界電圧未満である場合、前記コンバータに前記第４ハイレベル信号を出力するように構成され得る。
本発明の実施例によれば、電気負荷側に設けられたキャパシタのプレチャージが完了したか否かを二重に確認する。これによって、メインコンタクターが突入電流によって損傷する可能性を低減させることができる。
本発明の効果は上述の効果に限定されず、言及していない効果は、本明細書及び添付の図面から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明確に理解されるだろう。
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。
本発明の第１実施例による電気車両の構成を例示した図である。 本発明の第２実施例による電気車両の構成を例示した図である。 本発明の第３実施例による電気車両の構成を例示した図である。
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。
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。
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、本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その説明を省略する。
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。
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、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。
さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとすると、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。
図１は、本発明の第１実施例による電気車両１０の構成を例示した図である。
図１を参照すれば、電気車両１０は、バッテリーパック２０、インバータ４０、キャパシタ５０及び電気負荷６０を含む。
インバータ４０は、バッテリーパック２０からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換した後に電気負荷６０に供給するか、または充電器からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換した後にバッテリーパック２０に供給するように構成される。インバータ４０は、インバータ４０の二つの端子の間における電圧変動を平滑化するためのキャパシタ５０を含む。
バッテリーパック２０は、バッテリー３０、メインコンタクター１１０、メインコンタクター１２０、プレチャージ回路１５０及びバッテリー管理システム２００を含む。
バッテリー３０は、少なくとも一つの単位セルを含む。単位セルは、例えば、リチウムイオンセルのように再充電可能なものであれば、種類は特に制限されない。バッテリー３０が複数の単位セルを含む場合、各単位セルは、他の単位セルに電気的に直列または並列に接続し得る。図１は、バッテリー３０の端子３１が正極端子であり、バッテリー３０の端子３２が負極端子である場合を示したが、その逆であってもよい。
メインコンタクター１１０は、バッテリー３０の端子３１とキャパシタ５０の端子５１との間に設けられる。メインコンタクター１１０は、コンタクターコイル１１１及びコンタクト１１２を含む。コンタクターコイル１１１に電源が供給されると、コンタクターコイル１１１によって生成された磁気力によってコンタクト１１２は閉動作位置へ移動する。コンタクターコイル１１１に電源が遮断されると、コンタクト１１２は、開動作位置へ移動する。コンタクターコイル１１１に電源が供給されるということは、コンタクターコイル１１１が導通状態になるということを意味する。
メインコンタクター１２０は、バッテリー３０の端子３２とキャパシタ５０の端子５２との間に設けられる。メインコンタクター１２０は、コンタクターコイル１２１及びコンタクト１２２を含む。コンタクターコイル１２１に電源が供給されると、コンタクターコイル１２１によって生成された磁気力によってコンタクト１２２は閉動作位置へ移動する。コンタクターコイル１２１に電源が遮断されると、コンタクト１２２は開動作位置へ移動する。コンタクターコイル１２１に電源が供給されるということは、コンタクターコイル１２１が導通状態になるということを意味する。
プレチャージ回路１５０は、メインコンタクター１１０に並列接続する。プレチャージ回路１５０は、相互に直列接続するプレチャージコンタクター１３０及び抵抗素子１４０を含む。プレチャージコンタクター１３０は、コンタクターコイル１３１及びコンタクト１３２を含む。コンタクターコイル１３１に電源が供給されると、コンタクターコイル１３１によって生成された磁気力によってコンタクト１３２は閉動作位置へ移動する。コンタクターコイル１３１に電源が遮断されると、コンタクト１３２は開動作位置へ移動する。コンタクターコイル１３１に電源が供給されるということは、コンタクターコイル１３１が導通状態になるということを意味する。
バッテリー管理システム２００は、電圧センサー２１０、電圧センサー２２０、ハイサイドドライバー２３１、ローサイドドライバー２３２、ハイサイドドライバー２３３、ローサイドドライバー２３４、ハイサイドドライバー２３５、ローサイドドライバー２３６、制御回路２４０及び誤動作防止回路３００を含む。
電圧センサー２１０は、バッテリー３０の両端にかかった電圧（以下、「バッテリー電圧」とも称する。）を検出し、バッテリー電圧を示す電圧信号Ｖ１を生成するように構成される。電圧センサー２１０は、バッテリー３０に並列接続し得る。
電圧センサー２２０は、キャパシタ５０の両端にかかった電圧（以下、「キャパシタ電圧」とも称する。）を検出し、キャパシタ電圧を示す電圧信号Ｖ２を生成するように構成される。電圧センサー２２０は、キャパシタ５０に並列接続し得る。
ハイサイドドライバー２３１は、コンタクターコイル１１１の第１端と制御回路２４０の制御ピンＣＴ１との間に接続する。ハイサイドドライバー２３１は、制御ピンＣＴ１からの制御信号Ｓ１に応じて、コンタクターコイル１１１の第１端に所定の動作電圧（例えば、１２Ｖ）を供給するように構成される。
ローサイドドライバー２３２は、コンタクターコイル１１１の第２端と制御回路２４０の制御ピンＣＴ２との間に接続する。ローサイドドライバー２３２は、制御ピンＣＴ２からの制御信号Ｓ２に応じて、コンタクターコイル１１１の第２端に接地電圧（例えば、０Ｖ）を供給するように構成される。
ハイサイドドライバー２３３は、コンタクターコイル１２１の第１端と制御回路２４０の制御ピンＣＴ３との間に接続する。ハイサイドドライバー２３３は、制御ピンＣＴ３からの制御信号Ｓ３に応じて、コンタクターコイル１２１の第１端に所定の動作電圧を供給するように構成される。
ローサイドドライバー２３４は、コンタクターコイル１２１の第２端と制御回路２４０の制御ピンＣＴ４との間に接続する。ローサイドドライバー２３４は、制御ピンＣＴ４からの制御信号Ｓ４に応じて、コンタクターコイル１２１の第２端に接地電圧を供給するように構成される。
ハイサイドドライバー２３５は、コンタクターコイル１３１の第１端と制御回路２４０の制御ピンＣＴ５との間に接続する。ハイサイドドライバー２３５は、制御ピンＣＴ５からの制御信号Ｓ５に応じて、コンタクターコイル１３１の第１端に所定の動作電圧を供給するように構成される。
ローサイドドライバー２３６は、コンタクターコイル１３１の第２端と制御回路２４０の制御ピンＣＴ６との間に接続する。ローサイドドライバー２３６は、制御ピンＣＴ６からの制御信号Ｓ６に応じて、コンタクターコイル１３１の第２端に接地電圧を供給するように構成される。
制御回路２４０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）、その他の機能遂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。制御回路２４０には、メモリーデバイスが内蔵され得、メモリーデバイスとしては、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスター、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体を用い得る。メモリーデバイスは、制御回路２４０によって実行される各種制御ロジックを含むプログラム、及び／または前記制御ロジックが実行されるときに発生するデータを保存、更新及び／または消去し得る。
制御回路２４０は、電圧センサー２１０、電圧センサー２２０、ハイサイドドライバー２３１、ローサイドドライバー２３２、ハイサイドドライバー２３３、ローサイドドライバー２３４、ハイサイドドライバー２３５、ローサイドドライバー２３６及び誤動作防止回路３００に動作可能に結合する。
制御回路２４０は、制御ピンＣＴ１、制御ピンＣＴ２、制御ピンＣＴ３、制御ピンＣＴ４、制御ピンＣＴ５、制御ピンＣＴ６、センシングピンＳＳ１及びセンシングピンＳＳ２を備える。
センシングピンＳＳ１は、電圧センサー２１０に接続し、電圧信号Ｖ１を受信する。センシングピンＳＳ２は、電圧センサー２２０に接続し、電圧信号Ｖ２を受信する。
制御回路２４０は、制御信号Ｓ１を制御ピンＣＴ１に選択的に出力するように構成される。制御回路２４０は、制御信号Ｓ２を制御ピンＣＴ２に選択的に出力するように構成される。制御回路２４０は、制御信号Ｓ３を制御ピンＣＴ３に選択的に出力するように構成される。制御回路２４０は、制御信号Ｓ４を制御ピンＣＴ４に選択的に出力するように構成される。制御回路２４０は、制御信号Ｓ５を制御ピンＣＴ５に選択的に出力するように構成される。制御回路２４０は、制御信号Ｓ６を制御ピンＣＴ６に選択的に出力するように構成される。各々の制御信号Ｓ１〜Ｓ６は、ハイレベル（例えば、５Ｖ以上）の電圧信号であり得る。
制御回路２４０が制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を出力する間、コンタクト１１２が閉動作位置へ移動し、これによってコンタクト１１２を介してバッテリー３０の端子３１とキャパシタ５０の端子５１とが相互に電気的に接続する。制御回路２４０が制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２の少なくとも一つの出力を中断する間、コンタクト１１２は開動作位置へ移動する。
制御回路２４０が制御信号Ｓ３及び制御信号Ｓ４を出力する間、コンタクト１２２が閉動作位置へ移動し、これによってコンタクト１２２を介してバッテリー３０の端子３２とキャパシタ５０の端子５２とが相互に電気的に接続する。制御回路２４０が制御信号Ｓ３及び制御信号Ｓ４の少なくとも一つの出力を中断する間、コンタクト１２２が開動作位置へ移動し、これによってバッテリー３０の端子３２とキャパシタ５０の端子５２とが相互に電気的に分離する。
制御回路２４０が制御信号Ｓ５及び制御信号Ｓ６を出力する間、コンタクト１３２が閉動作位置へ移動し、これによってコンタクト１３２及び抵抗素子１４０を介してバッテリー３０の端子３１とキャパシタ５０の端子５１とが相互に電気的に接続する。制御回路２４０が制御信号Ｓ５及び制御信号Ｓ６の少なくとも一つの出力を中断する間、コンタクト１３２が開動作位置へ移動する。
コンタクト１１２及びコンタクト１３２の少なくとも一つが閉動作位置にある間、バッテリー３０の端子３１とキャパシタ５０の端子５１とは、相互に電気的に接続する。コンタクト１１２及びコンタクト１３２の両方が共に開動作位置にある間、バッテリー３０の端子３１とキャパシタ５０の端子５１とが相互に電気的に分離する。
制御回路２４０が制御信号Ｓ１の出力を中断するということは、ハイレベル（例えば、５Ｖ）の代わりにローレベル（例えば、０Ｖ）の信号を制御ピンＣＴ１から出力するということを意味する。制御回路２４０が制御信号Ｓ２の出力を中断するということは、ハイレベルの代わりにローレベルの信号を制御ピンＣＴ２から出力するということを意味する。制御回路２４０が制御信号Ｓ３の出力を中断するということは、ハイレベルの代わりにローレベルの信号を制御ピンＣＴ３から出力するということを意味する。制御回路２４０が制御信号Ｓ４の出力を中断するということは、ハイレベルの代わりにローレベルの信号を制御ピンＣＴ４から出力するということを意味する。制御回路２４０が制御信号Ｓ５の出力を中断するということは、ハイレベルの代わりにローレベルの信号を制御ピンＣＴ５から出力するということを意味する。制御回路２４０が制御信号Ｓ６の出力を中断するということは、ハイレベルの代わりにローレベルの信号を制御ピンＣＴ６から出力するということを意味する。
制御回路２４０は、メインコンタクター１１０、メインコンタクター１２０及びプレチャージコンタクター１３０を次のような手順に制御することができる。
先ず、制御回路２４０は、コンタクト１２２を閉動作位置へ移動させるために、制御信号Ｓ３及び制御信号Ｓ４を出力する。その次、制御回路２４０は、キャパシタ電圧が第１臨界電圧未満である場合、コンタクト１３２を閉動作位置へ移動させるために制御信号Ｓ５及び制御信号Ｓ６を出力する。その次、制御回路２４０は、キャパシタ電圧に基づいてキャパシタ５０のプレチャージが完了したかを判定する。制御回路２４０は、キャパシタ電圧が第１臨界電圧以上である場合、キャパシタ５０のプレチャージが完了したと判定する。制御回路２４０は、キャパシタ電圧が第１臨界電圧未満である場合、キャパシタ５０のプレチャージがまだ完了する前であると判定し、制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２の少なくとも一つの出力を保留するように構成される。一方、キャパシタ５０のプレチャージが完了したと判定された場合、制御回路２４０は、コンタクト１１２を閉動作位置へ移動させるために制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を出力する。その次、制御回路２４０は、コンタクト１３２を開動作位置へ移動させるために制御信号Ｓ５及び制御信号Ｓ６の少なくとも一つの出力を中断する。
第１臨界電圧は、バッテリー３０の電圧範囲を考慮して予め決められていてもよく、例えば、９５Ｖであり得る。または、制御回路２４０は、バッテリー電圧に第１スケーリング値を掛けた値と同一に第１臨界電圧を決定し得る。第１スケーリング値は、０より大きくかつ１より小さい。例えば、バッテリー電圧が１００Ｖであり、第１スケーリング値が０．９５であれば、９５Ｖが第１臨界電圧として制御回路２４０によって決定される。または、制御回路２４０は、バッテリー電圧から所定の基準電圧（例えば、５Ｖ）を差し引いて第１臨界電圧を決定し得る。
誤動作防止回路３００は、キャパシタ５０のプレチャージが実際には完了する前であるにも拘わらず、制御回路２４０の誤動作、電圧信号Ｖ１のエラーまたは電圧信号Ｖ２のエラーなどによって、コンタクト１１２が閉動作位置へ移動する問題を防止するように提供される。
誤動作防止回路３００は、安全スイッチ３１０、電圧比較器３２０及び検証回路３３０を含む。
安全スイッチ３１０は、コンタクターコイル１１１の第１端とハイサイドドライバー２３１との間、またはコンタクターコイル１１１の第２端とローサイドドライバー２３２との間に設けられる。理解を助けるために、図１では、安全スイッチ３１０がコンタクターコイル１１１の第２端とローサイドドライバー２３２との間に接続したことに示した。安全スイッチ３１０がターンオフされている間には、制御回路２４０によって制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２が出力されても、コンタクターコイル１１１は非導通状態に維持されるので、コンタクト１１２は開動作位置に維持される。
安全スイッチ３１０としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴのような半導体スイッチを用い得る。安全スイッチ３１０の制御端子（例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート）は、検証回路３３０の出力ピンＯＵＴ２に接続し得る。安全スイッチ３１０は、出力ピンＯＵＴ２からの信号がハイレベルであることに応じて、ターンオンされる。安全スイッチ３１０は、出力ピンＯＵＴ２からの信号がローレベルであることに応じて、ターンオフされる。
電圧比較器３２０は、入力ピンＩＮ１、入力ピンＩＮ２及び出力ピンＯＵＴ１を備える。入力ピンＩＮ１は、ノードＮ１に接続する。ノードＮ１は、バッテリー３０の端子３１とメインコンタクター１１０の第１端とを接続する充放電経路内における特定の箇所または領域である。入力ピンＩＮ２は、ノードＮ２に接続する。ノードＮ２は、キャパシタ５０の端子５１とメインコンタクター１１０の第２端とを接続する充放電経路内における特定の箇所または領域である。出力ピンＯＵＴ１は、検証回路３３０の入力ピンＩＮ３に接続する。
電圧比較器３２０は、入力ピンＩＮ１と入力ピンＩＮ２との間の電圧（以下、「第１検証電圧」と称することがある。）を第２臨界電圧と比較する。第１検証電圧は、バッテリー電圧とキャパシタ電圧との電圧差を示す。
第２臨界電圧は、３Ｖのように第１臨界電圧より小さく予め決められたものであり得る。または、制御回路２４０は、バッテリー電圧に第２スケーリング値を掛けた値と同一に第２臨界電圧を決定し得る。第２スケーリング値は、第１スケーリング値より小さくてもよい。例えば、バッテリー電圧が１００Ｖであり、第２スケーリング値が０．０５であれば、５Ｖが第２臨界電圧として制御回路２４０によって決定される。または、制御回路２４０は、１から第１スケーリング値を差し引いて第２スケーリング値を決定し得る。
電圧比較器３２０は、第１検証電圧が第２臨界電圧未満である場合、出力ピンＯＵＴ１にハイレベル信号を出力するように構成される。即ち、制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２とは独立的に、キャパシタ５０のプレチャージが完了したことを示すハイレベル信号が出力ピンＯＵＴ１から出力され得る。一方、電圧比較器３２０は、第１検証電圧が第２臨界電圧以上である場合、出力ピンＯＵＴ１にローレベル信号を出力するように構成される。出力ピンＯＵＴ１から出力されるローレベル信号は、キャパシタ５０のプレチャージがまだ完了する前であることを示す。
検証回路３３０は、入力ピンＩＮ３、入力ピンＩＮ４及び出力ピンＯＵＴ２を備える。入力ピンＩＮ３は、電圧比較器３２０の出力ピンＯＵＴ１に接続する。入力ピンＩＮ４は、制御ピンＣＴ１及び制御ピンＣＴ２の少なくとも一つに接続し得る。これによって、ハイサイドドライバー２３１及びローサイドドライバー２３２の少なくとも一つが、制御回路２４０からハイレベルの信号を受けるようになれば、入力ピンＩＮ４もハイレベルの信号を受けるようになる。または、入力ピンＩＮ４は、制御回路２４０に備えられた別途の制御ピン（図示せず）に接続し、該制御ピンからのハイレベル信号を受信することもできる。理解を助けるために、図１では、入力ピンＩＮ４が制御ピンＣＴ２に接続したことに示した。
検証回路３３０は、ハードウェア的に、ＡＮＤゲートを含むように具現され得る。検出回路は、入力ピンＩＮ３によって受信される信号及び入力ピンＩＮ４によって受信される信号の少なくとも一つがローレベルである場合、出力ピンＯＵＴ２からローレベル信号を出力するように構成され得る。検証回路３３０は、入力ピンＩＮ３によって受信される信号及び入力ピンＩＮ４によって受信される信号が両方ともハイレベルである場合、出力ピンＯＵＴ２からハイレベル信号を出力するように構成され得る。即ち、誤動作防止回路３００は、キャパシタ電圧と共に第１検証電圧に基づき、プレチャージの完了有無を二重に確認する。これによって、キャパシタ電圧及び第１検証電圧が両方ともプレチャージ完了を示す場合のみに、検証回路３３０が安全スイッチ３１０をターンオンするためのハイレベル信号を出力ピンＯＵＴ２から出力することで、コンタクターコイル１１１が導通可能な状態になる。
図２は、本発明の第２実施例による電気車両１０の構成を例示した図である。
図２に示した電気車両１０については、図１を参照して前述の第１実施例と共通する内容についての反復的な説明は省略し、相違点を中心にして説明する。
第２実施例の電気車両１０と第１実施例の電気車両１０との相違点は、電圧比較器３２０の入力ピンＩＮ１及び入力ピンＩＮ２が、メインコンタクター１１０の第１端及び第２端に各々接続する代わりに、抵抗素子１４０の第１端及び第２端に各々接続するという点である。即ち、入力ピンＩＮ１は抵抗素子１４０の第１端に、そして入力ピンＩＮ２は抵抗素子１４０の第２端に接続する。これによって、第１実施例とは異なり、第１検証電圧の代わりに抵抗素子１４０の両端にかかった電圧（以下、「第２検証電圧」と称することがある。）が電圧比較器３２０によって第３臨界電圧と比較される。
電圧比較器３２０は、第２検証電圧が第３臨界電圧未満の場合、出力ピンＯＵＴ１からハイレベル信号を出力するように構成される。一方、電圧比較器３２０は、第２検証電圧が第３臨界電圧以上である場合、出力ピンＯＵＴ１にローレベル信号を出力するように構成される。第３臨界電圧は、第１実施例における第２臨界電圧と同一であり得る。
図３は、本発明の第３実施例による電気車両１０の構成を例示した図である。
図３に示した電気車両１０については、図１を参照して前述の第１実施例と共通する内容についての反復的な説明は省略し、相違点を中心にして説明する。
第３実施例の電気車両１０と第１実施例の電気車両１０との相違点は、（ｉ）バッテリーパック２０からプレチャージ回路１５０、ハイサイドドライバー２３５及びローサイドドライバー２３６が除去され、（ｉｉ）バッテリー１６０及びコンバータ１７０が加えられ、（ｉｉｉ）制御回路２４０から制御ピンＣＴ５及び制御ピンＣＴ６が除去され、（ｉｖ）制御回路２４０に制御ピンＣＴ７が加えられるという点である。
バッテリー１６０及びコンバータ１７０は、プレチャージ回路１５０の代わりに、キャパシタ５０をプレチャージするためのものである。バッテリー１６０の正格電圧は、バッテリー３０の正格電圧より低くてもよい。
制御回路２４０は、制御ピンＣＴ７を介してコンバータ１７０に動作可能に結合する。コンバータ１７０に設けられた一対の電圧入力端子は、バッテリー１６０の両端１６１、１６２に一つずつ接続し、バッテリー１６０の電圧を受ける。コンバータ１７０に設けられた一対の電圧出力端子は、キャパシタ５０の両端５１、５２に一つずつ接続する。
コンバータ１７０は、制御ピンＣＴ７からの制御信号Ｓ７に応じて、バッテリー１６０の電圧を昇圧した後、昇圧された電圧をキャパシタ５０の両端に印加するように構成される。制御信号Ｓ７は、ハイレベル信号であり得る。コンバータ１７０は、制御ピンＣＴ７からのローレベル信号に応じて、バッテリー１６０の電圧の昇圧を中断する。キャパシタ５０は、制御回路２４０によって制御信号Ｓ７が出力される間、コンバータ１７０によって昇圧された電圧にプレチャージされる。
制御回路２４０は、メインコンタクター１１０、メインコンタクター１２０及びコンバータ１７０を、次のように制御することができる。
先ず、制御回路２４０は、コンタクト１２２を閉動作位置へ移動させるために、制御信号Ｓ３及び制御信号Ｓ４を出力する。その次、制御回路２４０は、キャパシタ電圧が第１臨界電圧未満である場合、キャパシタ５０をプレチャージするために制御ピンＣＴ７から制御信号Ｓ７を出力する。その次、制御回路２４０は、キャパシタ５０のプレチャージが完了したかを判定する。制御回路２４０は、キャパシタ電圧が第１臨界電圧以上である場合、キャパシタ５０のプレチャージが完了したと判定する。制御回路２４０は、キャパシタ電圧が第１臨界電圧未満である場合、キャパシタ５０のプレチャージがまだ完了する前であると判定する。キャパシタ５０のプレチャージが完了したと判定された場合、制御回路２４０は、コンタクト１１２を閉動作位置へ移動させるために制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を出力する。その次、制御回路２４０は、コンバータ１７０の動作を停止するために制御信号Ｓ７の出力を中断する。
一方、前述した第１実施例、第２実施例及び第３実施例において、メインコンタクター１２０が電気車両１０から除去されてもよく、バッテリー３０の端子３２とキャパシタ５０の端子５２とは相互に直接接続するか、または導電体（例えば、電気ケーブル）によって接続し得る。この場合、ハイサイドドライバー２３３、ローサイドドライバー２３４、制御ピンＣＴ３及び制御ピンＣＴ４がバッテリー管理システム２００から除去され得る。
前述した実施例によれば、キャパシタ５０のプレチャージが完了したか否かを二重に確認することで、高電流がメインコンタクター１１０を流れることによるメインコンタクター１１０の損傷を防止することができる。
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。
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。
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。

Claims (11)

  1. 第１バッテリーの第１端子と第２端子との間の第１電圧を検出するように構成された第１電圧センサーと、
    電気負荷側に設けられたキャパシタの第１端と第２端との間の第２電圧を検出するように構成された第２電圧センサーと、
    前記第１バッテリーの第１端子と前記キャパシタの第１端との間に設けられたメインコンタクターに含まれたコンタクターコイルの第１端に接続するハイサイドドライバーと、
    前記コンタクターコイルの第２端に接続するローサイドドライバーと、
    前記コンタクターコイルの第１端と前記ハイサイドドライバーとの間、または前記コンタクターコイルの第２端と前記ローサイドドライバーとの間に設けられる安全スイッチを含む誤動作防止回路と、
    前記第１電圧センサー及び前記第２電圧センサーの検出結果に基づいて信号を出力する制御回路と、を含み、
    前記制御回路は、
    前記第１電圧に基づいて第１臨界電圧を決定し、
    前記第２電圧が前記第１臨界電圧以上である場合、第１ハイレベル信号を出力するように構成され、
    前記誤動作防止回路は、
    前記メインコンタクターの第１端と第２端との間の第３電圧が第２臨界電圧未満である場合、前記第１ハイレベル信号に応じて、前記安全スイッチに第２ハイレベル信号を出力するように構成され、
    前記安全スイッチは、
    前記第２ハイレベル信号によってターンオンされる、バッテリー管理システム。
  2. 前記制御回路は、前記ハイサイドドライバー、前記ローサイドドライバー、前記第１電圧センサー、前記第２電圧センサー及び前記誤動作防止回路に動作可能に結合され、
    前記制御回路は、
    前記第１電圧に第１スケーリング値を掛けて前記第１臨界電圧を決定し、
    前記第１スケーリング値は、０より大きくかつ１より小さい、請求項１に記載のバッテリー管理システム。
  3. 前記制御回路は、
    前記第１電圧から所定の基準電圧を差し引いて前記第１臨界電圧を決定するように構成される、請求項１に記載のバッテリー管理システム。
  4. 前記制御回路は、
    前記第２電圧が前記第１臨界電圧未満である場合、第１ローレベル信号を出力するように構成され、
    前記誤動作防止回路は、
    前記第１ローレベル信号に応じて、前記安全スイッチに第２ローレベル信号を出力するように構成され、
    前記安全スイッチは、前記第２ローレベル信号によってターンオフされる、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー管理システム。
  5. 前記誤動作防止回路は、
    前記第１バッテリーの第１端子と前記メインコンタクターの第１端との間の第１共通ノードに接続する第１入力ピン、前記キャパシタの第１端と前記メインコンタクターの第２端との間の第２共通ノードに接続する第２入力ピン及び第１出力ピンを備える電圧比較器と、
    前記第１出力ピンに接続する第３入力ピン、前記制御回路に接続する第４入力ピン及び前記安全スイッチに接続した第２出力ピンを備える検証回路と、をさらに含み、
    前記電圧比較器は、
    前記第１入力ピンと前記第２入力ピンとの間に印加される前記第３電圧が前記第２臨界電圧未満である場合、前記第１出力ピンから第３ハイレベル信号を出力するように構成され、
    前記検証回路は、
    前記第３入力ピン及び前記第４入力ピンに前記第３ハイレベル信号と前記第１ハイレベル信号が各々入力される場合、前記第２出力ピンから前記第２ハイレベル信号を出力するように構成される、請求項４に記載のバッテリー管理システム。
  6. 前記電圧比較器は、
    前記第３電圧が前記第２臨界電圧以上である場合、前記第１出力ピンから第３ローレベル信号を出力するように構成され、
    前記検証回路は、
    前記第３入力ピンに前記第３ローレベル信号が入力されるか、または前記第４入力ピンに前記第１ローレベル信号が入力される場合、前記第２出力ピンから前記第２ローレベル信号を出力するように構成される、請求項５に記載のバッテリー管理システム。
  7. 第１バッテリーの第１端子と第２端子との間の第１電圧を検出するように構成された第１電圧センサーと、
    電気負荷側に設けられたキャパシタの第１端と第２端との間の第２電圧を検出するように構成された第２電圧センサーと、
    前記第１バッテリーの第１端子と前記キャパシタの第１端との間に設けられたメインコンタクターに含まれたコンタクターコイルの第１端に接続するハイサイドドライバーと、
    前記コンタクターコイルの第２端に接続するローサイドドライバーと、
    前記コンタクターコイルの第１端と前記ハイサイドドライバーとの間、または前記コンタクターコイルの第２端と前記ローサイドドライバーとの間に設けられる安全スイッチを含む誤動作防止回路と、
    前記第１電圧センサー及び前記第２電圧センサーの検出結果に基づいて信号を出力する制御回路と、を含み、
    前記制御回路は、
    前記第１電圧に基づいて第１臨界電圧を決定し、
    前記第２電圧が前記第１臨界電圧以上である場合、第１ハイレベル信号を出力するように構成され、
    前記誤動作防止回路は、
    前記メインコンタクターに並列接続したプレチャージ回路の抵抗素子の第１端と第２端との間の第３電圧が第２臨界電圧未満である場合、前記第１ハイレベル信号に応じて、前記安全スイッチに第２ハイレベル信号を出力するように構成され、
    前記安全スイッチは、前記第２ハイレベル信号によってターンオンされる、バッテリー管理システム。
  8. 前記誤動作防止回路は、
    前記抵抗素子の第１端に接続する第１入力ピン、前記抵抗素子の第２端に接続する第２入力ピン及び第１出力ピンを備える電圧比較器と、
    前記第１出力ピンに接続する第３入力ピン、前記制御回路に接続する第４入力ピン及び前記安全スイッチに接続した第２出力ピンを備える検証回路と、をさらに含み、
    前記電圧比較器は、
    前記第１入力ピンと前記第２入力ピンとの間に印加される前記第３電圧が前記第２臨界電圧未満である場合、前記第１出力ピンから第３ハイレベル信号を出力するように構成され、
    前記検証回路は、
    前記第３入力ピン及び前記第４入力ピンに前記第３ハイレベル信号と前記第１ハイレベル信号が各々入力される場合、前記第２出力ピンから前記第２ハイレベル信号を出力するように構成される、請求項７に記載のバッテリー管理システム。
  9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のバッテリー管理システムを含む、バッテリーパック。
  10. 請求項９に記載のバッテリーパックを含む、電気車両。
  11. 第２バッテリーと、
    前記制御回路からの第４ハイレベル信号に応じて、前記第２バッテリーの電圧を昇圧した後、前記昇圧された電圧を前記キャパシタの第１端と第２端との間に印加するように構成されたコンバータと、をさらに含み、
    前記制御回路は、前記第２電圧が前記第１臨界電圧未満である場合、前記コンバータに前記第４ハイレベル信号を出力するように構成される、請求項１０に記載の電気車両。
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