JP2022532225A - ヒーティングパッド制御装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、バッテリーパックの温度及びバッテリーパックに流れる電流に基づいてヒーティングパッドの動作状態を制御することで、バッテリーパックが高温状態に維持されることを防止できるヒーティングパッド制御装置を提供することを目的とする。本発明の一態様によれば、バッテリーパックの温度が一定水準以上に上昇することが防止される。したがって、バッテリーパックの温度が一定水準に維持されるため、バッテリーパックに備えられた素子の損傷が低減し、バッテリーパックの使用効率が向上することができる。

Description

本発明は、ヒーティングパッド制御装置に関し、より詳しくは、バッテリーパックに備えられたヒーティングパッドの動作状態を制御するヒーティングパッド制御装置に関する。
本出願は、２０１９年１０月１０日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１２５４８１号に基づく優先権を主張し、当該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。
近年、ノートパソコン、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激に伸び、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て、繰り返して充放電可能な高性能バッテリーに対する研究が活発に行われている。
現在、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、リチウムバッテリーなどのバッテリーが商用化しているが、中でもリチウムバッテリーはニッケル系列のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、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。
一方、バッテリー及びバッテリーが含まれたバッテリーパックは通常密閉構造であるため、内部で発生した熱によって火事または爆発事故が生じる危険がある。したがって、バッテリーパックを安全に使用するためには、バッテリーパックの温度が一定水準以上になれば、発熱要因を解消してバッテリーパックの温度を下げる必要がある。
特許文献１は、バッテリーに導通する電圧値及びバッテリーを通じて発散される熱の温度を感知してヒューズを短絡させる一体化された能動ヒューズモジュール及びそれを通じた過電圧防止方法を開示している。
ただし、特許文献１は、使い捨てヒューズを短絡させる構成を開示しているため、バッテリーパックを再使用することができない。すなわち、特許文献１は、バッテリーパックが再使用できない温度になれば、バッテリーパックのヒューズを切断する構成を開示しているだけで、バッテリーパックの温度を上昇させる発熱因子自体の問題は解消できないという問題がある。
韓国特許公開第１０－２０１８－０１１６６２５号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーパックの温度及びバッテリーパックに流れる電流に基づいてヒーティングパッドの動作状態を制御することで、バッテリーパックが高温状態に維持されることを防止できるヒーティングパッド制御装置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、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態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。
本発明の一態様によるヒーティングパッド制御装置は、メイン充放電経路でバッテリーモジュールの正極端子とバッテリーパックの正極端子との間に配置されたメインリレーと、メイン充放電経路に接続されたヒーティングラインに配置され、電流が印加されれば発熱するヒーティングパッドと、ヒーティングラインに配置され、動作状態によってヒーティングラインに流れる電流の流れを制御するヒーティングリレーと、が備えられたバッテリーパックと接続されてヒーティングパッドの動作状態を制御するヒーティングパッド制御装置である。
本発明の一態様によるヒーティングパッド制御装置は、バッテリーパックの温度を測定し、測定されたバッテリーパックの温度に対応する測定温度信号を出力するように構成された測定部と、予め設定された基準温度に対応する基準温度信号を出力するように構成されたプロセッサと、測定部から測定温度信号を受信し、プロセッサから基準温度信号を受信し、メインリレーの両端電圧、測定温度信号及び基準温度信号に基づいてヒーティングリレーの動作状態を制御する制御信号を出力することで、ヒーティングパッドの動作状態を制御するように構成されたヒーティング制御部と、を含む。
ヒーティングリレーは、ヒーティング制御部からターンオン制御信号が出力されれば、動作状態がターンオン状態に切り換えられてメイン充放電経路とヒーティングパッドとを連結させるように構成され得る。
ヒーティングパッドは、メインリレー及びヒーティングリレーの動作状態がターンオン状態に制御されれば、バッテリーモジュールから出力された電流の印加を受けるように構成され得る。
ヒーティング制御部は、メインリレーの一端電圧及び他端電圧の入力をそれぞれ受け、入力されたメインリレーの両端電圧の差に対応する電圧比較信号を出力するように構成された第１比較器と、入力された測定温度信号の大きさと基準温度信号の大きさとを比べた結果に対応する温度比較信号を出力するように構成された第２比較器と、電圧比較信号及び温度比較信号の入力を受け、電圧比較信号及び温度比較信号の値に対応する制御信号を出力するように構成された制御信号出力器と、を含み得る。
第１比較器は、両端電圧の差が所定の大きさ未満である場合、第１電圧比較信号を出力するように構成され、両端電圧の差が所定の大きさ以上である場合、第２電圧比較信号を出力するように構成され得る。
第２比較器は、測定温度信号に対応する値が基準温度信号に対応する値以上である場合、第１温度比較信号を出力するように構成され、測定温度信号に対応する値が基準温度信号に対応する値未満である場合、第２温度比較信号を出力するように構成され得る。
制御信号出力器は、第１比較器から第１電圧比較信号の入力を受け、第２比較器から第１温度比較信号の入力を受けた場合、ヒーティングリレーの動作状態をターンオフ状態に切り換えるターンオフ制御信号を出力するように構成され得る。
プロセッサは、測定部から測定温度信号を受信し、測定部が測定した測定温度と設定された基準温度とを比べた結果に基づいてヒーティングリレーの動作状態を制御するように構成され得る。
本発明の他の態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様によるヒーティングパッド制御装置を含む。
本発明のさらに他の態様による自動車は、本発明の一態様によるヒーティングパッド制御装置を含む。
本発明の一態様によれば、バッテリーパックの温度が一定水準以上に上昇することを防止することができる。したがって、バッテリーパックの温度が一定水準に維持されるため、バッテリーパックに備えられた素子の損傷が低減し、バッテリーパックの使用効率が向上することができる。
また、本発明の一態様によれば、ヒーティング制御部及びプロセッサを用いてバッテリーパックの温度が基準温度以上に上昇することが二重に防止されるため、バッテリーパックの温度上昇による事故発生の危険を著しく低減させることができる。
本発明の効果は上記の効果に制限されず、他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、発明の詳細な説明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ものであるため、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。
本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置が含まれたバッテリーパックの例示的構成を示した図である。 本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置を概略的に示した図である。 バッテリーパックに流れる電流に対する第１例を示した図である。 本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置が含まれたバッテリーパックに負荷が接続された例示的構成を示した図である。 バッテリーパックに流れる電流に対する第２例を示した図である。 本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置が含まれたバッテリーパックの他の例示的構成を示した図である。
本明細書及び特許請求の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形態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形態に過ぎず、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、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
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ある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書に記載されたプロセッサ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意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００が含まれたバッテリーパック１の例示的構成を示した図である。
図１を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリーモジュール１０、メインリレー２０、ヒーティングパッド３０、ヒーティングリレー４０及びヒーティングパッド制御装置１００を含むことができる。
ここで、バッテリーモジュール１０には、一つ以上のバッテリーセルが直列及び／または並列で接続されて備えられ得る。そして、バッテリーセルは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルをバッテリーセルとして見なし得る。
具体的には、バッテリーパック１は、メイン充放電経路ＭＬでバッテリーモジュール１０の正極端子とバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋との間に配置されたメインリレー２０を含み得る。例えば、図１を参照すると、メイン充放電経路ＭＬは、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋とバッテリーモジュール１０とバッテリーパック１の負極端子Ｐ－とを連結する大電流経路であり得る。一端はバッテリーモジュール１０に接続され、他端はバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋に接続されるように、メインリレー２０がメイン充放電経路ＭＬに接続され得る。
ヒーティングパッド３０は、メイン充放電経路ＭＬに接続されたヒーティングラインＨＬに配置され、電流が印加されれば発熱するように構成され得る。例えば、図１を参照すると、ヒーティングラインＨＬは、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋及び負極端子Ｐ－に並列で接続され得る。
そして、ヒーティングラインＨＬには、動作状態によってヒーティングラインＨＬに流れる電流の流れを制御するヒーティングリレー４０が備えられ得る。例えば、図１を参照すると、ヒーティングリレー４０の動作状態がターンオン状態に制御されれば、メイン充放電経路ＭＬを流れる電流がヒーティングパッド３０に印加され得る。他の例として、ヒーティングリレー４０の動作状態がターンオフ状態に制御されれば、ヒーティングパッド３０には電流が印加されなくなり得る。
本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００は、バッテリーパック１に接続され、バッテリーパック１に備えられたヒーティングパッド３０の動作状態を制御するように構成され得る。
図２は、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００を概略的に示した図である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００は、測定部１１０、プロセッサ１２０及びヒーティング制御部１３０を含むことができる。
測定部１１０は、バッテリーパック１の温度を測定するように構成され得る。
例えば、測定部１１０は、一般的な温度センサを備え、バッテリーパック１の温度を測定することができる。また、図１を参照すると、測定部１１０は、バッテリーモジュール１０に接続され、バッテリーモジュール１０の温度を測定することもできる。
測定部１１０は、測定されたバッテリーパック１の温度に対応する測定温度信号を出力するように構成され得る。
具体的には、測定部１１０は、測定したバッテリーパック１の温度をデジタル信号に変換することができる。そして、測定部１１０は、変換したデジタル信号を出力端子に接続されたラインを通じて出力することができる。
例えば、図１の実施形態において、測定部１１０が測定したバッテリーパック１の温度に対応する測定温度信号は、第３ラインＬ３を通じて出力され得る。
プロセッサ１２０は、予め設定された基準温度に対応する基準温度信号を出力するように構成され得る。
ここで、予め設定された基準温度とは、バッテリーパック１に対して予め設定された正常温度範囲のうち上限温度を意味し得る。すなわち、予め設定された基準温度は、バッテリーパック１が正常に動作可能な臨界温度であり得る。
具体的には、プロセッサ１２０は、予め設定された基準温度を示す基準温度信号を生成し、生成した基準温度信号を出力することができる。
例えば、図１の実施形態において、プロセッサ１２０が生成した基準温度信号は、第４ラインＬ４を通じて出力され得る。
ヒーティング制御部１３０は、測定部１１０から測定温度信号を受信するように構成され得る。また、ヒーティング制御部１３０は、プロセッサ１２０から基準温度信号を受信するように構成され得る。
具体的には、ヒーティング制御部１３０は、測定部１１０及びプロセッサ１２０にそれぞれ接続され得る。例えば、図１を参照すると、ヒーティング制御部１３０は、第３ラインＬ３を通じて測定部１１０に接続され、第４ラインＬ４を通じてプロセッサ１２０に接続され得る。
そして、ヒーティング制御部１３０は、第３ラインＬ３を通じて測定部１１０から測定温度信号を受信し、第４ラインＬ４を通じてプロセッサ１２０から基準温度信号を受信することができる。
ヒーティング制御部１３０は、メインリレー２０の両端電圧、測定温度信号及び基準温度信号に基づいてヒーティングリレー４０の動作状態を制御する制御信号を出力することで、ヒーティングパッド３０の動作状態を制御するように構成され得る。
具体的には、ヒーティング制御部１３０は、バッテリーパック１のメイン充放電経路ＭＬに配置されたメインリレー２０の両端電圧、測定部１１０から受信した測定温度信号、及びプロセッサ１２０から受信した基準温度信号に基づいてヒーティングリレー４０の動作状態を制御する制御信号を出力することができる。
ここで、ヒーティング制御部１３０で出力する制御信号は、ヒーティングリレー４０の動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御する信号であり得る。すなわち、ヒーティングリレー４０は、ヒーティング制御部１３０から出力された制御信号を受信すれば、動作状態がターンオン状態またはターンオフ状態に切り換えられ得る。
また、ヒーティングリレー４０の動作状態が制御されることで、ヒーティングパッド３０の動作状態が制御され得る。
例えば、図１の実施形態において、ヒーティングリレー４０の動作状態がターンオン状態であり、メイン充放電経路ＭＬに電流が流れる場合であれば、ヒーティングパッド３０に電流が印加されてヒーティングパッド３０が動作し得る。すなわち、ヒーティングパッド３０が発熱し得る。
他の例として、ヒーティングリレー４０の動作状態がターンオフ状態であれば、メイン充放電経路ＭＬに電流が流れるか否かにかかわらず、ヒーティングパッド３０が動作しなくなり得る。したがって、ヒーティングリレー４０の動作状態がターンオフ状態に制御されれば、ヒーティングパッド３０が動作しないため、バッテリーパック１の温度が徐々に低くなり得る。
すなわち、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００は、バッテリーパック１の状態（例えば、メインリレー２０の両端電圧及びバッテリーパック１の温度）に基づいてヒーティングパッド３０の動作状態を制御することができる。
したがって、バッテリーパック１の温度が一定水準に維持されるため、バッテリーパック１の内部構成要素が高温に晒されることを防止することができる。特に、バッテリーパック１の温度が基準温度以上に維持されて高温によってバッテリーパック１内部のライン、リレーまたは抵抗などが損傷されることを防止することができる。また、バッテリーパック１の温度によってバッテリーモジュール１０の温度が上昇することが防止されるため、バッテリーモジュール１０の爆発のような事故を防止することができる。
一方、ヒーティングパッド制御装置１００に備えられたプロセッサ１２０は、本発明で実行される多様な制御ロジックを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。また、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、プロセッサ１２０はプログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存され、プロセッサ１２０によって実行され得る。メモリはプロセッサ１２０の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段でプロセッサ１２０と接続され得る。
ヒーティングリレー４０は、ヒーティング制御部１３０からターンオン制御信号が出力されれば、動作状態がターンオン状態に切り換えられてメイン充放電経路ＭＬとヒーティングパッド３０とを連結させるように構成され得る。
図１を参照すると、ヒーティングラインＨＬの一端は、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋とメインリレー２０の他端との間に接続され得る。すなわち、ヒーティングラインＨＬの一端は、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋とメインリレー２０の他端との間の第２ノードＮ２に接続され得る。また、ヒーティングラインＨＬの他端は、バッテリーパック１の負極端子Ｐ－とバッテリーモジュール１０の負極端子との間に接続され得る。したがって、ヒーティングラインＨＬは、バッテリーパック１のメイン充放電経路ＭＬにバッテリーモジュール１０と並列で接続され得る。
また、ヒーティングラインＨＬには、ヒーティングパッド３０とヒーティングリレー４０とが直列で接続され得る。
例えば、図１を参照すると、ヒーティングラインＨＬ上で、バッテリーパック１の正極端子Ｐ＋側にヒーティングリレー４０の一端が接続され、ヒーティングパッド３０の一端とヒーティングリレー４０の他端とが直接接続され得る。そして、ヒーティングラインＨＬ上で、バッテリーパック１の負極端子Ｐ－側にヒーティングパッド３０の他端が接続され得る。
したがって、ヒーティングリレー４０の動作状態がターンオン状態に制御されれば、メイン充放電経路ＭＬとヒーティングパッド３０とが電気的に接続される。
そして、ヒーティングパッド３０は、メインリレー２０及びヒーティングリレー４０の動作状態がターンオン状態に制御されれば、バッテリーモジュール１０から出力された電流の印加を受けるように構成され得る。
ここで、メインリレー２０の動作状態は、プロセッサ１２０によって制御され得る。例えば、図１の実施形態において、プロセッサ１２０は、第９ラインＬ９を通じてメインリレー２０と電気的に接続され得る。そして、プロセッサ１２０は、メインリレー２０の動作状態を制御する信号を、第９ラインＬ９を通じて出力することで、メインリレー２０の動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御することができる。
図３は、バッテリーパック１に流れる電流に対する第１例を示した図である。図３において、矢印はバッテリーモジュール１０から出力された電流が流れる方向を示す。
図３を参照すると、メインリレー２０及びヒーティングリレー４０の動作状態がターンオン状態に制御されれば、バッテリーモジュール１０、メインリレー２０、ヒーティングリレー４０及びヒーティングパッド３０を通る閉回路が形成され得る。
すなわち、バッテリーモジュール１０から出力された電流は、メインリレー２０及びヒーティングリレー４０を通過してヒーティングパッド３０に印加され得る。この場合、電流の印加を受けたヒーティングパッド３０は、発熱してバッテリーパック１の温度を上昇させ得る。
図１及び図３を参照すると、ヒーティング制御部１３０は、第１比較器１３１、第２比較器１３２及び制御信号出力器１３３を含むことができる。
第１比較器１３１は、メインリレー２０の一端電圧及び他端電圧の入力をそれぞれ受けるように構成され得る。
具体的には、第１比較器１３１は、二つの入力端子を備えることができる。第１比較器１３１の第１入力端子は、メインリレー２０の一端とバッテリーモジュール１０との間のノードに接続され、メインリレー２０の一端電圧の入力を受けることができる。そして、第１比較器１３１の第２入力端子は、メインリレー２０の他端とバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋との間のノードに接続され、メインリレー２０の他端電圧の入力を受けることができる。
例えば、図１の実施形態において、第１比較器１３１は、第２ラインＬ２を通じて第１ノードＮ１に接続され得る。そして、第１比較器１３１は、第２ラインＬ２を通じてメインリレー２０の一端電圧の入力を受け得る。また、第１比較器１３１は、第１ラインＬ１を通じて第２ノードＮ２に接続され得る。そして、第１比較器１３１は、第１ラインＬ１を通じてメインリレー２０の他端電圧の入力を受け得る。
第１比較器１３１は、入力されたメインリレー２０の両端電圧の差に対応する電圧比較信号を出力するように構成され得る。すなわち、第１比較器１３１は、一つの出力端子を備えることができる。
例えば、図１の実施形態において、第１比較器１３１の出力端子は、第５ラインＬ５と接続され得る。したがって、第１比較器１３１は、メインリレー２０の一端電圧と他端電圧との差に対応する電圧比較信号を、第５ラインＬ５を通じて出力することができる。ここで、出力された電圧比較信号は、第５ラインＬ５を通じて制御信号出力器１３３に入力され得る。
第２比較器１３２は、入力された測定温度信号の大きさと基準温度信号の大きさとを比べた結果に対応する温度比較信号を出力するように構成され得る。
具体的には、第２比較器１３２は、第１比較器１３１と同様に二つの入力端子を備えることができる。第２比較器１３２の第１入力端子は、測定部１１０に接続され、測定部１１０から測定温度信号の入力を受けることができる。そして、第２比較器１３２の第２入力端子は、プロセッサ１２０に接続され、プロセッサ１２０から基準温度信号の入力を受けることができる。
例えば、図１の実施形態において、第２比較器１３２は、第３ラインＬ３を通じて測定部１１０と接続され得る。第２比較器１３２は、第３ラインＬ３を通じて測定部１１０から出力された測定温度信号の入力を受け得る。また、第２比較器１３２は、第４ラインＬ４を通じてプロセッサ１２０に接続され得る。第２比較器１３２は、第４ラインＬ４を通じてプロセッサ１２０から出力された基準温度信号の入力を受け得る。
また、第２比較器１３２は、入力された測定温度信号の大きさと基準温度信号の大きさとを比べた結果に対応する温度比較信号を、第６ラインＬ６を通じて出力することができる。望ましくは、第２比較器１３２は、一つの出力端子を備えることができる。
例えば、図１の実施形態において、第２比較器１３２の出力端子は、第６ラインＬ６と接続され得る。したがって、第２比較器１３２は、温度比較信号を、第６ラインＬ６を通じて出力し得る。ここで、出力された温度比較信号は、第６ラインＬ６を通じて制御信号出力器１３３に入力され得る。
制御信号出力器１３３は、電圧比較信号及び温度比較信号の入力を受け、電圧比較信号及び温度比較信号の値に対応する制御信号を出力するように構成され得る。
制御信号出力器１３３は、二つの入力端子を備えることができる。制御信号出力器１３３の第１入力端子は、第１比較器１３１から出力された電圧比較信号の入力を受けることができる。そして、制御信号出力器１３３の第２入力端子は、第２比較器１３２から出力された温度比較信号の入力を受けることができる。
例えば、図１の実施形態において、制御信号出力器１３３には第５ラインＬ５を通じて電圧比較信号が入力され、第６ラインＬ６を通じて温度比較信号が入力され得る。
そして、制御信号出力器１３３は、出力端子を備えることができる。制御信号出力器１３３は、備えられた出力端子を通じてヒーティングリレー４０に対する制御信号を出力することができる。
例えば、図１の実施形態において、制御信号出力器１３３の出力端子には第７ラインＬ７が接続され得る。そして、第７ラインＬ７は、ヒーティングリレー４０にも接続され得る。したがって、制御信号出力器１３３から出力された制御信号が第７ラインＬ７を通じてヒーティングリレー４０に伝送され、ヒーティングリレーの動作状態を制御信号に対応する動作状態に制御することができる。
第１比較器１３１、第２比較器１３２及び制御信号出力器１３３は、プロセッサ１２０の別途の制御がなくても、入力される信号に対応する信号を出力するように構成され得る。すなわち、第１比較器１３１は、プロセッサ１２０の制御がなくても、入力されるメインリレー２０の両端電圧に対応する電圧比較信号を出力し得る。また、第２比較器１３２は、プロセッサ１２０の制御がなくても、入力される測定温度信号の大きさと基準温度信号の大きさとを比べた結果に対応する温度比較信号を出力し得る。また、制御信号出力器１３３は、プロセッサ１２０の制御がなくても、入力される電圧比較信号及び温度比較信号のレベルに対応する制御信号を出力し得る。したがって、プロセッサ１２０による別途の制御がなくても、バッテリーパック１の状態によってヒーティングパッド３０の動作状態が自動的に制御されるため、バッテリーパック１の温度が一定水準以上に上昇することを予め防止することができる。
以下、ヒーティング制御部１３０が備えられず、プロセッサ１２０によってヒーティングリレー４０の動作状態が制御されるバッテリーパック１の問題点について説明する。バッテリーパック１のメインリレー２０及びヒーティングリレー４０の動作状態がターンオン状態であって、プロセッサ１２０のソフトウェアの問題またはプロセッサ１２０とヒーティングリレー４０との間の接続問題が発生した場合を仮定する。この場合、バッテリーモジュール１０から出力された電流がヒーティングパッド３０に継続的に印加されるため、バッテリーパック１の温度が上昇し続け、バッテリーパック１が爆発するなどの事故につながるおそれがある。
一方、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００が備えられたバッテリーパック１は、プロセッサ１２０のソフトウェアの問題またはプロセッサ１２０とヒーティングリレー４０との間の接続問題が発生しても、ヒーティング制御部１３０によってヒーティングリレー４０の動作状態を制御することができる。すなわち、ヒーティング制御部１３０は、プロセッサ１２０の制御がなくても印加される信号に対応する信号を出力するように構成されたため、上述した問題が発生してもヒーティングパッド３０の動作状態を制御することができる。
したがって、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００によれば、バッテリーパック１の温度が一定水準以上に上昇することを防止することができる。また、バッテリーパック１の温度が一定水準に維持されるため、バッテリーパック１に備えられた素子の損傷が低減し、バッテリーパック１の使用効率が向上することができる。
第１比較器１３１は、両端電圧の差が所定の大きさ未満である場合、第１電圧比較信号を出力するように構成され得る。そして、第１比較器１３１は、両端電圧の差が所定の大きさ以上である場合、第２電圧比較信号を出力するように構成され得る。
ここで、所定の大きさとは、バッテリーモジュール１０の電圧と同一に設定され得る。望ましくは、所定の大きさは、バッテリーモジュール１０の電圧及びメインリレー２０の内部抵抗を考慮して、バッテリーモジュール１０の電圧よりも小さく設定され得る。ただし、以下では、説明の便宜上、メインリレー２０の内部抵抗を考慮せず、所定の大きさがバッテリーモジュール１０の電圧と同一に設定されたとして説明する。
例えば、バッテリーモジュール１０の電圧が１０［Ｖ］であって、所定の大きさが１０［Ｖ］に設定されたと仮定する。メインリレー２０の一端電圧が１０［Ｖ］であって、他端電圧が９．９［Ｖ］であれば、メインリレー２０の両端電圧の差は０．１［Ｖ］である。すなわち、メインリレー２０の両端電圧の差（０．１［Ｖ］）が所定の大きさ（１０［Ｖ］）未満であるため、第１比較器１３１は第１電圧比較信号を出力し得る。
他の例として、メインリレー２０の一端電圧が１０［Ｖ］であって、他端電圧が０［Ｖ］であれば、メインリレー２０の両端電圧の差（１０［Ｖ］）が所定の大きさ（１０［Ｖ］）と同じであるため、第１比較器１３１は第２電圧比較信号を出力し得る。
さらに他の例として、メインリレー２０の一端電圧が１０［Ｖ］であって、他端電圧が７［Ｖ］であれば、メインリレー２０の両端電圧の差（３［Ｖ］）が所定の大きさ（１０［Ｖ］）未満であるため、第１比較器１３１は第１電圧比較信号を出力し得る。このような場合は、図４及び図５を参照して説明する。
図４は、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００が含まれたバッテリーパック１に負荷２が接続された例示的構成を示した図である。図５は、バッテリーパック１に流れる電流に対する第２例を示した図である。図５において、矢印は負荷２から出力された電流が流れる方向を示す。
図４及び図５を参照すると、メインリレー２０の動作状態がターンオフ状態であっても、バッテリーパック１と負荷２とが接続されていれば、第２ノードＮ２には負荷２の電圧が印加され得る。そして、この場合、ヒーティングリレー４０の動作状態がターンオン状態であれば、負荷２、ヒーティングリレー４０及びヒーティングパッド３０が閉回路を形成し、負荷２から出力された電流がヒーティングパッド３０に印加され得る。したがって、ヒーティングパッド３０は、負荷２から出力された電流によって発熱し得る。
また、例えば、バッテリーパック１の内部には、電圧レベルを一定にするための平滑用キャパシタがさらに含まれ得る。このようなキャパシタには、バッテリーモジュール１０に対応する電圧が貯蔵され得る。すなわち、メインリレー２０の動作状態がターンオフ状態に切り換えられてバッテリーモジュール１０とキャパシタとの間の接続が解除されれば、キャパシタに貯蔵された電流が放出され得る。このような場合、メインリレー２０の動作状態のみに基づいてヒーティングリレー４０の動作状態を制御すれば、キャパシタから出力される電流によってヒーティングパッド３０が発熱し得るという問題がある。
一方、第１比較器１３１は、メインリレー２０の動作状態のみを考慮して対応する電圧比較信号を出力するのではなく、メインリレー２０の両端電圧の差を考慮して対応する電圧比較信号を出力することができる。すなわち、ヒーティングパッド３０がバッテリーモジュール１０から電流の印加を受ける場合と、バッテリーモジュール１０以外のものから電流の印加を受ける場合とにおいて、ヒーティングリレー４０の動作状態は同様に制御されるようになる。
したがって、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００は、メインリレー２０の両端電圧の差を考慮することで、バッテリーモジュール１０だけでなく、バッテリーモジュール１０以外のものから印加される電流によるヒーティングパッド３０の予期せぬ発熱を効果的に防止することができる。
第２比較器１３２は、測定温度信号に対応する値が基準温度信号に対応する値以上である場合、第１温度比較信号を出力するように構成され得る。また、第２比較器１３２は、測定温度信号に対応する値が基準温度信号に対応する値未満である場合、第２温度比較信号を出力するように構成され得る。
ここで、基準温度信号に対応する値とは、バッテリーパック１の正常温度範囲の上限温度であり得る。例えば、バッテリーパック１の正常温度範囲の上限温度は６０℃に設定され得る。したがって、基準温度信号は６０℃に対応する信号であり、基準温度信号に対応する値は６０℃であり得る。
すなわち、第２比較器１３２は、測定部１１０によって実際に測定されたバッテリーパック１の温度が予め設定されたバッテリーパック１の上限温度以上であれば、第１温度比較信号を出力するように構成され得る。逆に、第２比較器１３２は、測定されたバッテリーパック１の温度が予め設定されたバッテリーパック１の上限温度未満であれば、第２温度比較信号を出力するように構成され得る。
制御信号出力器１３３は、第１比較器１３１から第１電圧比較信号の入力を受け、第２比較器１３２から第１温度比較信号の入力を受けた場合、ヒーティングリレー４０の動作状態をターンオフ状態に切り換えるターンオフ制御信号を出力するように構成され得る。
具体的には、制御信号出力器１３３が第１電圧比較信号の入力を受けた場合は、ヒーティングパッド３０に電流が印加される場合であり得る。このとき、ヒーティングパッド３０は、バッテリーモジュール１０またはバッテリーモジュール１０以外の電圧源から電流の印加を受け得る。また、制御信号出力器１３３が第１温度比較信号の入力を受けた場合は、測定されたバッテリーパック１の温度が基準温度以上である場合であり得る。したがって、制御信号出力器１３３は、バッテリーパック１の温度が予め設定された上限温度以上であり、ヒーティングパッド３０に電流が印加される場合に、ヒーティングリレー４０の動作状態をターンオフ状態に切り換えるターンオフ制御信号を出力することができる。
例えば、図１を参照すると、制御信号出力器１３３は、第７ラインＬ７を通じてターンオフ制御信号を出力し得る。出力されたターンオフ制御信号は、第７ラインＬ７を通じてヒーティングリレー４０に送信され得る。
制御信号出力器１３３から出力された制御信号について、下記の表１を参照して説明する。
Figure 2022532225000002
表１は、入力された電圧比較信号及び温度比較信号によって制御信号出力器１３３が出力する制御信号を示した表である。
表１を参照すると、制御信号出力器１３３は、第１比較器１３１から第１電圧比較信号の入力を受け、第２比較器１３２から第１温度比較信号の入力を受けた場合に限って、ターンオフ制御信号を出力し得る。すなわち、この場合のみに、制御信号出力器１３３から出力された制御信号によってヒーティングリレー４０の動作状態がターンオフ状態に制御され得る。
例えば、制御信号出力器１３３は、ＮＡＮＤ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ－ＡＮＤ）ゲート素子から構成され得る。ここで、ＮＡＮＤゲートは、すべての入力が真（ｔｒｕｅ）であるとき、偽（ｆａｌｓｅ）を出力する論理回路である。すなわち、論理回路的な面で見れば、第１電圧比較信号及び第１温度比較信号は真であり、第２電圧比較信号及び第２温度比較信号は偽であり得る。また、ターンオフ制御信号は偽であり、ターンオン制御信号は真であり得る。
本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００は、バッテリーパック１の温度が基準温度以上であり、バッテリーモジュール１０または他の電圧源からヒーティングパッド３０が電流の印加を受ける場合、プロセッサ１２０による別途の制御がなくてもヒーティングパッド３０に印加される電流を遮断することができる。
したがって、ヒーティングパッド制御装置１００は、所定の条件を満足さえすればヒーティングパッド３０に印加される電流を遮断することで、バッテリーパック１の温度が一定水準以上に上昇することを防止することができる。
プロセッサ１２０は、測定部１１０から測定温度信号を受信するように構成され得る。
測定部１１０から出力された測定温度信号は、第２比較器１３２だけでなく、プロセッサ１２０にも入力され得る。
例えば、図１を参照すると、測定部１１０は、第３ラインＬ３を通じてプロセッサ１２０と接続され得る。すなわち、第３ラインＬ３は、測定部１１０とプロセッサ１２０とを接続する単位ライン、及び測定部１１０と第２比較器１３２とを接続する単位ラインから構成され得る。したがって、プロセッサ１２０は、第３ラインＬ３を通じて測定部１１０から測定温度信号を受信することができる。
プロセッサ１２０は、測定部１１０が測定した測定温度と設定された基準温度とを比べた結果に基づいてヒーティングリレー４０の動作状態を制御するように構成され得る。
具体的には、ヒーティングリレー４０の動作状態は、ヒーティング制御部１３０だけでなく、プロセッサ１２０によっても制御され得る。すなわち、ヒーティング制御部１３０とプロセッサ１２０とは相互補完的な関係であって、ヒーティングリレー４０の動作状態を制御することでヒーティングパッド３０の動作状態を制御することができる。したがって、ヒーティング制御部１３０及びプロセッサ１２０によるヒーティングパッド３０の動作状態の制御によって、バッテリーパック１の高温状態が持続されることを効果的に防止することができる。
例えば、図１の実施形態において、プロセッサ１２０は、第３ラインＬ３を通じて測定部１１０から測定温度信号を受信し、受信した測定温度信号を読み取って測定部１１０が測定したバッテリーパック１の温度を決定することができる。そして、プロセッサ１２０は、決定したバッテリーパック１の温度と予め設定された基準温度とを比較してヒーティングリレー４０の動作状態を制御する信号を、第８ラインＬ８を通じて出力することができる。ここで、プロセッサ１２０は、決定されたバッテリーパック１の温度が予め設定された基準温度以上であれば、ヒーティングリレー４０の動作状態をターンオフ状態に制御する信号を、第８ラインＬ８を通じて出力することができる。逆に、プロセッサ１２０は、決定されたバッテリーパック１の温度が予め設定された基準温度未満であれば、ヒーティングリレー４０の動作状態をターンオン状態に制御する信号を、第８ラインＬ８を通じて出力することができる。
したがって、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００は、ヒーティング制御部１３０及びプロセッサ１２０を用いてバッテリーパック１の温度が基準温度以上に上昇することを二重に防止するため、バッテリーパック１の温度上昇による事故発生の危険を著しく低減させることができる。
ヒーティングリレー４０の具体的な構成については図６を参照して説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００が含まれたバッテリーパック１の他の例示的構成を示した図である。
図６を参照すると、ヒーティングリレー４０は、第１リレー４１、第２リレー４２、インダクタ４３、第３リレー４４及び電圧源４５から構成され得る。
例えば、第１リレー４１及び第２リレー４２は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）であり得る。そして、第３リレー４４は、接点と鉄片を含み得る。すなわち、インダクタ４３に電流が流れるときに発生する磁力によって鉄片が動いて、鉄片と接点とが接触すれば、第３リレー４４の動作状態がターンオン状態になり得る。
第１リレー４１は第７ラインＬ７を通じて制御信号出力器１３３に接続され、第２リレー４２は第８ラインＬ８を通じてプロセッサ１２０と接続され得る。ただし、第１リレー４１、第２リレー４２、制御信号出力器１３３及びプロセッサ１２０の接続関係は、図示されたものに限定されず、第１リレー４１がプロセッサ１２０に接続され、第２リレー４２が制御信号出力器１３３に接続されてもよい。すなわち、第１リレー４１は制御信号出力器１３３及びプロセッサ１２０のいずれか一方に接続され、第２リレー４２は制御信号出力器１３３及びプロセッサ１２０の他方に接続され得る。以下では図６に示されたように、第１リレー４１と制御信号出力器１３３とが接続され、第２リレー４２とプロセッサ１２０とが接続されたとして説明する。
第１リレー４１は、第７ラインＬ７を通じて制御信号出力器１３３から制御信号の入力を受け、入力された制御信号に対応するように動作状態が切り換えられ得る。そして、第２リレー４２は、第８ラインＬ８を通じてプロセッサ１２０から信号の入力を受け、入力された信号に対応するように動作状態が切り換えられ得る。
すなわち、第１リレー４１は、プロセッサ１２０の制御によらず、バッテリーパック１の状態によるヒーティング制御部１３０によって動作状態が切り換えられ得る。
例えば、ヒーティングリレー４０に第１リレー４１が備えられておらず、第２リレー４２の動作状態がターンオン状態であるとき、第８ラインＬ８の損傷でプロセッサ１２０と第２リレー４２との間の接続が遮断されたと仮定する。この場合、ヒーティングラインＨＬを通じて電流が流れるため、ヒーティングパッド３０に継続的に電流が印加され得る。また、図５のように負荷２が接続された場合は、プロセッサ１２０によってメインリレー２０の動作状態がターンオフ状態に制御されても、負荷２を通じてヒーティングパッド３０に電流が印加され得る。したがって、ヒーティングパッド３０は発熱し続け、バッテリーパック１の温度は基準温度以上に上昇する。すなわち、第２リレー４２のみが備えられた場合は、プロセッサ１２０と第２リレー４２との間の接続またはプロセッサ１２０自体の欠陥発生によってバッテリーパック１が故障し得るという問題がある。
一方、本発明のようにヒーティングリレー４０に第１リレー４１及び第２リレー４２がともに備えられた場合、第８ラインＬ８の損傷でプロセッサ１２０と第２リレー４２との間の接続が遮断されたと仮定する。この場合、ヒーティングラインＨＬに電流が流れれば、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との電圧差が所定の大きさ未満であり得る。したがって、第１比較器１３１は真の値である第１電圧比較信号を、第５ラインＬ５を通じて制御信号出力器１３３に出力することができる。そして、バッテリーパック１の温度が基準温度以上になれば、第２比較器１３２は真の値である第１温度比較信号を、第６ラインＬ６を通じて制御信号出力器１３３に出力することができる。表１を参照すると、第１電圧比較信号及び第１温度比較信号の入力を受けた制御信号出力器１３３は、ターンオフ制御信号を、第７ラインＬ７を通じて出力することができる。この場合、第１リレー４１の動作状態はターンオフ状態に切り換えられ、ヒーティングパッド３０に電流が印加されることを遮断することができる。
逆に、ヒーティング制御部１３０に内部欠陥が発生して制御信号出力器１３３が表１による制御信号を正常に出力できない場合、プロセッサ１２０が第２リレー４２の動作状態を制御することで、バッテリーパック１が高温状態に維持されることを防止することができる。
したがって、本発明の一実施形態によるヒーティングパッド制御装置１００は、相互補完的なプロセッサ１２０及びヒーティング制御部１３０をともに備えることで、バッテリーパック１が高温状態に維持されることを効果的に防止することができる。
本発明によるヒーティングパッド制御装置１００は、バッテリーパック１に備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック１は、上述したヒーティングパッド制御装置１００及び一つ以上のバッテリーセルを含むことができる。また、バッテリーパック１は、電装品（リレー、ヒューズなど）及びケースなどをさらに含むことができる。
また、本発明によるヒーティングパッド制御装置１００は、自動車に備えられ得る。望ましくは、本発明によるヒーティングパッド制御装置１００は、電気自動車に備えられ得る。より望ましくは、本発明によるヒーティングパッド制御装置１００が備えられたバッテリーパック１が電気自動車に備えられ得る。したがって、ヒーティングパッド制御装置１００は、バッテリーパック１が高温状態に維持されることを防止して、自動車の内部部品の損傷を最小化することができる。
上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態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も具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、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、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
１：バッテリーパック
２：負荷
１０：バッテリーモジュール
２０：メインリレー
３０：ヒーティングパッド
４０：ヒーティングリレー
４１：第１リレー
４２：第２リレー
４３：インダクタ
４４：第３リレー
４５：電圧源
１００：ヒーティングパッド制御装置
１１０：測定部
１２０：プロセッサ
１３０：ヒーティング制御部
１３１：第１比較器
１３２：第２比較器
１３３：制御信号出力器

Claims (10)

  1. メイン充放電経路でバッテリーモジュールの正極端子とバッテリーパックの正極端子との間に配置されたメインリレーと、前記メイン充放電経路に接続されたヒーティングラインに配置され、電流が印加されれば発熱するヒーティングパッドと、前記ヒーティングラインに配置され、動作状態によって前記ヒーティングラインに流れる電流の流れを制御するヒーティングリレーと、が備えられたバッテリーパックと接続されて前記ヒーティングパッドの動作状態を制御するヒーティングパッド制御装置であって、
    前記バッテリーパックの温度を測定し、測定された前記バッテリーパックの温度に対応する測定温度信号を出力するように構成された測定部と、
    予め設定された基準温度に対応する基準温度信号を出力するように構成されたプロセッサと、
    前記測定部から前記測定温度信号を受信し、前記プロセッサから前記基準温度信号を受信し、前記メインリレーの両端電圧、前記測定温度信号及び前記基準温度信号に基づいて前記ヒーティングリレーの動作状態を制御する制御信号を出力することで、前記ヒーティングパッドの動作状態を制御するように構成されたヒーティング制御部と、を含む、ヒーティングパッド制御装置。
  2. 前記ヒーティングリレーは、
    前記ヒーティング制御部からターンオン制御信号が出力されれば、動作状態がターンオン状態に切り換えられて前記メイン充放電経路と前記ヒーティングパッドとを連結させるように構成された、請求項１に記載のヒーティングパッド制御装置。
  3. 前記ヒーティングパッドは、
    前記メインリレー及び前記ヒーティングリレーの動作状態がターンオン状態に制御されれば、前記バッテリーモジュールから出力された電流の印加を受けるように構成された、請求項２に記載のヒーティングパッド制御装置。
  4. 前記ヒーティング制御部は、
    前記メインリレーの一端電圧及び他端電圧の入力をそれぞれ受け、入力された前記メインリレーの両端電圧の差に対応する電圧比較信号を出力するように構成された第１比較器と、
    入力された測定温度信号の大きさと基準温度信号の大きさとを比べた結果に対応する温度比較信号を出力するように構成された第２比較器と、
    前記電圧比較信号及び前記温度比較信号の入力を受け、前記電圧比較信号及び前記温度比較信号の値に対応する制御信号を出力するように構成された制御信号出力器と、を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のヒーティングパッド制御装置。
  5. 前記第１比較器は、
    前記両端電圧の差が所定の大きさ未満である場合、第１電圧比較信号を出力するように構成され、
    前記両端電圧の差が前記所定の大きさ以上である場合、第２電圧比較信号を出力するように構成された、請求項４に記載のヒーティングパッド制御装置。
  6. 前記第２比較器は、
    前記測定温度信号に対応する値が前記基準温度信号に対応する値以上である場合、第１温度比較信号を出力するように構成され、
    前記測定温度信号に対応する値が前記基準温度信号に対応する値未満である場合、第２温度比較信号を出力するように構成された、請求項５に記載のヒーティングパッド制御装置。
  7. 前記制御信号出力器は、
    前記第１比較器から第１電圧比較信号の入力を受け、前記第２比較器から第１温度比較信号の入力を受けた場合、前記ヒーティングリレーの動作状態をターンオフ状態に切り換えるターンオフ制御信号を出力するように構成された、請求項６に記載のヒーティングパッド制御装置。
  8. 前記プロセッサは、
    前記測定部から前記測定温度信号を受信し、前記測定部が測定した測定温度と前記設定された基準温度とを比べた結果に基づいて前記ヒーティングリレーの動作状態を制御するように構成された、請求項１から７のいずれか一項に記載のヒーティングパッド制御装置。
  9. 請求項１から８のうちいずれか一項に記載のヒーティングパッド制御装置を含むバッテリーパック。
  10. 請求項１から８のうちいずれか一項に記載のヒーティングパッド制御装置を含む自動車。
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