JP2022541005A - バッテリー管理装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、マイクロコントローラユニットをウェークアップするための部品の電力消耗が効果的に減少するバッテリー管理装置を開示する。本発明によるバッテリー管理装置は、ウェークアップユニットと、第１電源供給経路と、第１レギュレータと、第１スイッチング素子と、フィードバックモジュールと、ウェークアップユニットからウェークアップ信号を受けてスリープモードからウェークアップモードに切換え可能に構成され、フィードバックモジュールに接続して第１スイッチング素子をターンオフするように構成されたマイクロコントローラユニットと、を含む。

Description

本発明は、バッテリー管理技術に関し、より詳しくは、バッテリーパックに備えられた部品に供給される電源を効果的に管理可能なバッテリー管理技術に関する。
本出願は、２０２０年１月３日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００００９９６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。
バッテリーは、スマートフォン、スマートパッド、ノートブックＰＣなどのモバイルデバイスのみならず、家電、モーターサイクル、自動車（ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や大容量電力貯蔵装置（ＥＳＳ）などの分野にまでその適用分野が急速に拡散しつつある。
このようなバッテリーの最も重要な構成の一つは、充電及び放電によってエネルギーを貯蔵及び放出する二次電池であるといえる。通常、バッテリーパックには一つ以上の二次電池（バッテリーセル）が含まれる。特に、最近には、出力や容量の確保のために、複数の二次電池が直列及び／または並列で接続した形態で使用される場合が多い。
また、バッテリーには、このような二次電池のみならず、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を含めて多数の集積回路（ＩＣ）など、多様な部品の含まれる場合が多い。特に、マイクロコントローラユニットは、バッテリーパックに通常に含まれる制御部品であって、バッテリーパックと負荷、またはバッテリーパックと充電装置との間で充電及び放電が行われるとき、そのような充電と放電を制御する中枢的な役割を果たす。例えば、マイクロコントローラユニットは、バッテリーパックの充放電電流や電圧の大きさなどが正常であるかを判断して、バッテリーパックの充放電経路に位置したスイッチのオンオフを制御し得る。
マイクロコントローラユニットは、電源の消耗を減らすなどの理由で、特定の状況でスリープモードにあり得る。例えば、バッテリーパックが長期間使用されていない場合や、バッテリーパックが製造された後に販売先まで運送される状態では、マイクロコントローラユニットがスリープモードにあり得る。但し、スリープモードにあるマイクロコントローラユニットは、適切な時点でウェークアップされる必要がある。そして、このようにマイクロコントローラユニットをウェークアップするためには、マイクロコントローラユニットの外部に存在する他の構成要素からウェークアップ信号が供給されなければならない。バッテリーパックにおいては、代表的に、ＲＴＣとも呼ばれるリアルタイムクロック（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）及びＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）トランシーバ（ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）がマイクロコントローラユニットにウェークアップ信号を供給する場合が多い。
ところが、従来のバッテリーパックにおいては、マイクロコントローラユニットがスリープモードにある状態であるとしても、マイクロコントローラユニットをウェークアップするためのモジュール、例えば、リアルタイムクロック及びＣＡＮトランシーバには動作電源が続いて供給されなければならない。したがって、従来のバッテリーパックにおいては、バッテリーパックが長期間使用されない状態においてもこれらの部品によって電流が持続的に消耗する問題が発生した。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、マイクロコントローラユニットをウェークアップするのための部品の電力消耗を効果的に減少させることができるバッテリー管理装置及びそれを含むバッテリーパック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理解されるであろう。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。
上記の課題を達成するための、本発明によるバッテリー管理装置は、バッテリーセルが備えられたバッテリーパックを管理する装置であって、ウェークアップ信号を生成して送信するウェークアップユニットと、バッテリーセルとウェークアップユニットとの間に備えられ、バッテリーセルからウェークアップユニットに第１動作電源を供給するように構成された第１電源供給経路と、第１電源供給経路に備えられ、バッテリーセルから供給される第１動作電源の電圧の大きさをウェークアップユニットの使用電圧の大きさに調節するように構成された第１レギュレータと、第１電源供給経路に備えられ、第１電源供給経路で第１動作電源の流れをオンオフするように構成された第１スイッチング素子と、第１レギュレータから第１スイッチング素子にオンオフ信号を供給するように構成されたフィードバックモジュールと、ウェークアップユニットからウェークアップ信号を受けてスリープモードからウェークアップモードに切換え可能に構成され、フィードバックモジュールに接続して第１スイッチング素子をターンオフするように構成されたマイクロコントローラユニットと、を含む。
ここで、ウェークアップユニットは、リアルタイムクロック及びＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）トランシーバを含み得る。
また、第１スイッチング素子は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）として具現され、フィードバックモジュールは、第１スイッチング素子のゲート端子にオンオフ信号を供給するように構成され得る。
また、フィードバックモジュールは、第１レギュレータから第１スイッチング素子に動作信号が供給されるように構成されたフィードバック経路と、フィードバック経路に備えられ、フィードバック経路をターンオンまたはターンオフするように構成されたフィードバックスイッチング素子と、を備え得る。
また、マイクロコントローラユニットは、フィードバックスイッチング素子がターンオフされるように制御信号を供給するように構成され得る。
また、フィードバックモジュールは、フィードバック経路に位置し、第１レギュレータから供給される動作信号と、マイクロコントローラユニットから供給される制御信号と、を受けて第１スイッチング素子に出力信号を提供するように構成されたＯＲゲート素子をさらに備え得る。
また、バッテリーセルとマイクロコントローラユニットとの間に備えられ、バッテリーセルからマイクロコントローラユニットに第２動作電源を供給するように構成された第２電源供給経路と、第２電源供給経路に備えられ、バッテリーセルから供給される第２動作電源の電圧の大きさをマイクロコントローラユニットの使用電圧の大きさに調節するように構成された第２レギュレータと、第２電源供給経路に備えられ、第２電源供給経路で第２動作電源の流れをオンオフするように構成された第２スイッチング素子と、をさらに含み、ウェークアップユニットは、ウェークアップ信号を生成して第２スイッチング素子に供給することで、第２スイッチング素子をターンオンするように構成され得る。
また、マイクロコントローラユニットは、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子をターンオフするように構成され得る。
また、マイクロコントローラユニットは、バッテリーセルの充電状態が基準値未満である場合、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を順次にターンオフするように構成され得る。
なお、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリー管理装置を含む。
また、上記の課題を達成するための本発明による電子デバイスは、本発明によるバッテリー管理装置を含む。
本発明によると、バッテリーパックに備えられたマイクロコントローラユニットにウェークアップ信号を供給するウェークアップモジュールの電力消耗を減らすことができる。
特に、本発明の一実施形態によると、リアルタイムクロック及びＣＡＮトランシーバに供給される電源がマイクロコントローラユニットによって制御可能である。
したがって、本発明のこのような面によると、マイクロコントローラユニットがスリープモードに入るか、それとも電力消耗をさらに低減可能なディープスリープモードに入るかを決定することができる。
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形態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。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置の機能的構成を概略的に示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置の一部構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置の構成をより具体的に示した図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリー管理装置の構成を概略的に示した図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリー管理装置の一部構成を概略的に示した図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリー管理装置の構成を概略的に示した図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、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。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置の機能的構成を概略的に示したブロック図である。また、図２は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置の一部構成を概略的に示した図である。
本発明によるバッテリー管理装置は、バッテリーパックを管理する装置であって、バッテリーパックには、バッテリーセル１０が備えられ得る。ここで、バッテリーセル１０は、充電及び放電を直接行う二次電池であって、バッテリーパックに一つ以上含まれ得る。特に、このようなバッテリーセル１０は、バッテリーパックの出力及び／または容量を増大させるため、直列及び／または並列で接続し得る。バッテリーセルは、バッテリーパックに備えられた充放電経路Ｐに接続し、充放電経路Ｐを通して、充電電流を受けるか、または放電電流を供給することで充電及び放電を行うように構成され得る。
図１及び図２を参照すると、本発明によるバッテリー管理装置は、ウェークアップユニット１１０、第１電源供給経路１２０、第１レギュレータ１３０、第１スイッチング素子１４０、フィードバックモジュール１５０及びマイクロコントローラユニット１６０を含む。
ウェークアップユニット１１０は、ウェークアップ信号を生成して他の構成要素に送信し得る。特に、ウェークアップユニット１１０は、ウェークアップ信号を生成してマイクロコントローラユニット１６０に伝送し得る。ここで、ウェークアップ信号は、マイクロコントローラユニット１６０のような構成要素を覚ますための信号、即ち、スリープモードから解除するための信号であり得る。
第１電源供給経路１２０は、バッテリーセル１０とウェークアップユニット１１０との間に備えられ得る。そして、第１電源供給経路１２０は、バッテリーセル１０からウェークアップユニット１１０に、第１動作電源が供給される経路を提供するように構成され得る。したがって、ウェークアップユニット１１０は、第１電源供給経路１２０を通して供給される第１動作電源によってその機能または動作を行い得る。
第１レギュレータ１３０は、第１電源供給経路１２０に備えられ得る。そして、第１レギュレータ１３０は、バッテリーセル１０から供給される第１動作電源の電圧の大きさを調節するように構成され得る。特に、第１電源供給経路１２０に供給される第１動作電源は、ウェークアップユニット１１０に供給されるため、第１レギュレータ１３０は、バッテリーセル１０から第１電源供給経路１２０を通して供給される電源の電圧の大きさを、ウェークアップユニット１１０が使用可能な電圧の大きさに変更可能に構成され得る。例えば、第１レギュレータ１３０は、バッテリーセル１０から電源を受け、５Ｖの電圧で電源を出力するように構成され得る。ここで、第１レギュレータ１３０は、ＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐ Ｏｕｔ，低ドロップアウト）レギュレータとして具現され得る。
第１スイッチング素子１４０は、第１電源供給経路１２０に備えられ得る。そして、第１スイッチング素子１４０は、第１電源供給経路１２０で第１動作電源の流れをオンオフするように構成され得る。例えば、第１スイッチング素子１４０は、ターンオンされて第１電源供給経路１２０を通して第１動作電源がウェークアップユニット１１０に供給されるように経路を提供し得る。または、第１スイッチング素子１４０は、ターンオフされて第１電源供給経路１２０を通して第１動作電源がウェークアップユニット１１０に供給されないように当該経路を遮断し得る。
フィードバックモジュール１５０は、第１レギュレータ１３０から第１スイッチング素子１４０にオンオフ信号を供給するように構成され得る。
特に、フィードバックモジュール１５０は、第１レギュレータ１３０から電源を受け、第１スイッチング素子１４０がターンオンされるようにする信号を第１スイッチング素子１４０に供給し得る。さらに、フィードバックモジュール１５０は、マイクロコントローラユニット１６０が終了してスリープモードに入るとしても、第１レギュレータ１３０から第１スイッチング素子１４０にターンオン信号が供給し続けられるようにし得る。したがって、マイクロコントローラユニット１６０がスリープモードにある状態でも、ウェークアップユニット１１０へは第１動作電源の供給が維持されるようにし得る。
また、フィードバックモジュール１５０は、第１スイッチング素子１４０をターンオフして、第１動作電源のウェークアップユニット１１０への供給を遮断し得る。この場合、ウェークアップユニット１１０は、動作電源が供給されないため、少なくとも一部の機能を中断し得る。例えば、ウェークアップユニット１１０は、動作電源が供給されないとき、正常に動作を行わず全体機能または少なくとも一部の機能を行わない状態に入り得る。
マイクロコントローラユニット１６０は、ＭＣＵともいい、一般的にバッテリーパックのバッテリー管理装置で各種制御や演算作業を行い得る。通常、バッテリーパックにはバッテリー管理システム（ＢＭＳ）が含まれ得るが、マイクロコントローラユニット１６０は、チップの形態としてこのようなバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に搭載され、プロセッサとしての各種処理動作を行い得る。例えば、マイクロコントローラユニット１６０は、バッテリーパックの過電圧または過電流の有無、充電スイッチ及び放電スイッチの制御、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ，充電状態）やＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ，劣化状態）の推定などの作業を行い得る。このようなマイクロコントローラユニット１６０は、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ，特定用途向け集積回路）のように多様な製品として具現され得る。
マイクロコントローラユニット１６０は、ウェークアップユニット１１０からウェークアップ信号を受け得る。そして、マイクロコントローラユニット１６０は、スリープモードでウェークアップ信号を受けた場合、スリープモードからウェークアップモードに切換え可能に構成され得る。一般的に、マイクロコントローラユニット１６０の動作状態は、正常に機能を行うウェークアップモードと、その機能を行うことなく待機状態にあるスリープモードと、に分けられ得る。ここで、ウェークアップ信号は、マイクロコントローラユニット１６０をスリープモードからウェークアップ状態に切り換える信号であるといえる。即ち、ウェークアップ信号がウェークアップユニット１１０からマイクロコントローラユニット１６０に伝送されると、スリープモード状態にあったマイクロコントローラユニット１６０は、正常に動作可能なウェークアップモード状態に切り換えられ得る。
特に、本発明によるバッテリー管理装置において、マイクロコントローラユニット１６０は、フィードバックモジュール１５０に接続し得る。そして、マイクロコントローラユニット１６０、第１スイッチング素子１４０のオンオフを制御するように構成され得る。さらに、マイクロコントローラユニット１６０は、フィードバックモジュール１５０に信号を伝送して第１スイッチング素子１４０がターンオフされるように構成され得る。そして、このように第１スイッチング素子１４０がターンオフされると、ウェークアップユニットに供給される第１動作電源が遮断され、ウェークアップユニットの全体または一部の動作が中断され得る。
本発明のこのような構成によると、ウェークアップユニット１１０に供給される電源を遮断することでウェークアップユニット１１０によって電力が無駄に消耗されることを防止することができる。例えば、バッテリーパックが長期間使用されない場合などには、ウェークアップユニット１１０による電力消耗が起こらないようにすることで、バッテリーパックのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を一定の水準以上に確保し得る。
図３は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置の構成をより具体的に示した図である。
図３を参照すると、ウェークアップユニット１１０は、リアルタイムクロック１１１（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ；ＲＴＣ）及びＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）トランシーバ１１２（ＣＡＮ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）を含み得る。ここで、リアルタイムクロック１１１は、設定された時刻にインターラプトを起こして信号を他の構成要素に伝送するように構成され得る。特に、本発明においてリアルタイムクロック１１１は、マイクロコントローラユニット１６０にウェークアップ信号を伝送し得る。また、ＣＡＮトランシーバ１１２は、ＣＡＮコントローラ（ＣＡＮ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とＣＡＮバスレベルとの間でデータストリームを変換し得る。ここで、ＣＡＮコントローラは、マイクロコントローラユニット１６０などに内蔵され得る。ＣＡＮトランシーバ１１２は、ＣＡＮコントローラを保護するための電気回路などを備え得る。特に、ＣＡＮトランシーバ１１２は、マイクロコントローラユニット１６０にウェークアップ信号を伝送し得る。本発明によるバッテリー管理装置は、リアルタイムクロック１１１やＣＡＮトランシーバ１１２の具体的な構成によって制限されず、本発明の出願時点における公知の多様なリアルタイムクロック１１１やＣＡＮトランシーバ１１２が採用可能であるので、これについての詳細な説明を省略する。
また、図３に示したように、第１スイッチング素子１４０は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ、図３で第１ＦＥＴで表示）として具現され得る。そして、フィードバックモジュール１５０は、第１ＦＥＴのゲート端子にオンオフ信号を供給するように構成され得る。即ち、第１スイッチング素子１４０として第１ＦＥＴのゲート端子は、フィードバックモジュール１５０と接続し得る。そして、第１ＦＥＴのドレイン端子及びソース端子は、第１電源供給経路１２０に接続し得る。例えば、フィードバックモジュール１５０は、第１スイッチング素子１４０のゲート端子にしきい電圧以上の電圧値を信号で供給し、第１スイッチング素子１４０をターンオンし得る。または、フィードバックモジュール１５０は、第１スイッチング素子１４０のゲート端子にしきい電圧以上の電圧値を信号で供給しないことで、第１スイッチング素子１４０をターンオフし得る。この場合、リアルタイムクロック１１１やＣＡＮトランシーバ１１２に第１動作電源が供給されないことで、リアルタイムクロック１１１やＣＡＮトランシーバ１１２のようなウェークアップユニット１１０は、動作を止めてスリープモードに入り得る。
また、図３を参照すると、フィードバックモジュール１５０は、フィードバック経路１５１及びフィードバックスイッチング素子１５２を備え得る。
ここで、フィードバック経路１５１は、第１レギュレータ１３０から第１スイッチング素子１４０に動作信号が供給されるように構成され得る。即ち、図３に示したように、フィードバック経路１５１の一端が第１レギュレータ１３０であるＬＤＯに接続し、フィードバック経路１５１の他端が第１スイッチング素子１４０である第１ＦＥＴに接続し得る。これによって、第１レギュレータ１３０から第１スイッチング素子１４０に動作信号が供給できる。そして、このような動作信号に応じて、第１スイッチング素子１４０はターンオンまたはターンオフできる。
フィードバックスイッチング素子１５２は、フィードバック経路１５１に備えられ、フィードバック経路１５１をターンオンまたはターンオフするように構成され得る。即ち、フィードバックスイッチング素子１５２は、ターンオンされてフィードバック経路１５１を通して動作信号が第１レギュレータ１３０から第１スイッチング素子１４０に供給されるようにし得る。この場合、第１スイッチング素子１４０は、ターンオンされるか、またはターンオン状態を維持し得る。または、フィードバックスイッチング素子１５２は、ターンオフされてフィードバック経路１５１を通して動作信号が第１レギュレータ１３０から第１スイッチング素子１４０に供給されないようにし得る。この場合、第１スイッチング素子１４０は、ターンオフされるか、またはターンオフ状態を維持し得る。
望ましくは、マイクロコントローラユニット１６０は、フィードバックスイッチング素子１５２のオンオフ制御のための制御信号を供給するように構成され得る。即ち、図３に示したように、マイクロコントローラユニット１６０は、フィードバックスイッチング素子１５２に接続し、フィードバックスイッチング素子１５２をターンオンまたはターンオフする制御信号を供給するように構成され得る。特に、マイクロコントローラユニット１６０は、フィードバックスイッチング素子１５２がターンオフされるように制御信号を供給し得る。ここで、フィードバックスイッチング素子１５２がターンオフされると、第１ＦＥＴ１４０はターンオフされ、第１電源供給経路１２０を通して供給されていた第１動作電源は、これ以上ＲＴＣ１１１やＣＡＮトランシーバ１１２のようなウェークアップユニット１１０に供給されない。したがって、ＲＴＣ１１１やＣＡＮトランシーバ１１２は、正常の動作を行わず、スリープモードとして動作を止めるか、または一部動作のみを行い得る。
本発明のこのような実施構成によると、マイクロコントローラユニット１６０によってフィードバック経路１５１を通した信号供給が制御できる。したがって、マイクロコントローラユニット１６０によってＲＴＣ１１１やＣＡＮトランシーバ１１２のようなウェークアップユニット１１０の動作が中断可能になる。これによって、ＲＴＣ１１１やＣＡＮトランシーバ１１２によって電力が無駄に消耗される問題を防止または減少させることができる。
図４は、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理装置の構成を概略的に示した図である。本実施形態では、前述した実施形態との相違点を中心にして説明し、前述した実施形態と同一または類似の説明が適用可能な部分については詳細な説明を省略する。
図４を参照すると、フィードバックモジュール１５０は、ＯＲゲート素子１５３をさらに備え得る。ここで、ＯＲゲート素子１５３は、フィードバック経路１５１に位置し、第１レギュレータ１３０（ＬＤＯ）から供給される動作信号及びマイクロコントローラユニット１６０（ＭＣＵ）から供給される制御信号を受けるように構成され得る。そして、ＯＲゲート素子１５３は、このような二つの入力信号に基づいて出力信号を生成して第１スイッチング素子１４０に出力するように構成され得る。したがって、ＯＲゲート素子１５３の二つの入力端子のいずれか一つは、フィードバックＦＥＴ１５２や第１スイッチング素子１４０に接続し、ＯＲゲート素子１５３の他の一つの入力端子は、ＭＣＵ１６０に接続し得る。
図５は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリー管理装置の一部構成を概略的に示した図である。特に、図５の構成は、本発明によるバッテリー管理装置に含まれたフィードバックモジュールの構成をより具体的に示した回路構成である。本実施形態では、前述した実施形態との相違点を中心にして説明し、前述した実施形態と同一または類似の説明が適用可能な部分については詳細な説明を省略する。
図５を参照すると、フィードバックモジュールは、ＯＲゲート素子１５３を含み、ＯＲゲート素子１５３の二つの入力端子側に各々相異なるＦＥＴ素子１５２、１５４を含み得る。ここで、一つのＦＥＴ素子は、前述したフィードバックスイッチング素子１５２であり得、他の一つのＦＥＴ素子は、フィードバック制御スイッチング素子１５４であり得る。
フィードバック制御スイッチング素子１５４は、一端、特に、電流が流れ出す出力側端子がＯＲゲート素子１５３の入力端子側に接続し得る。また、フィードバック制御スイッチング素子１５４は、電流が流れ出す出力側端子がフィードバックスイッチング素子１５２のゲート端子に接続し得る。したがって、フィードバック制御スイッチング素子１５４のオンオフによって、フィードバックスイッチング素子１５２のオンオフが制御可能になる。
フィードバック制御スイッチング素子１５４は、ＰチャンネルＦＥＴであり得る。そして、このようなフィードバック制御スイッチング素子１５４のドレイン端子は、フィードバックスイッチング素子１５２のゲート端子及びＯＲゲート素子１５３の入力端子に共に接続し、フィードバック制御スイッチング素子１５４のソース端子は、第１レギュレータ１３０側に接続し得る。この場合、フィードバック制御スイッチング素子１５４のソース端子に第１レギュレータ１３０の電源、例えば、５Ｖがフィードバック電源に供給され得る（Ｆｅｅｄｂａｃｋ＿５Ｖ）。また、フィードバック制御スイッチング素子１５４のゲート端子は、マイクロコントローラユニット１６０側に接続し、マイクロコントローラユニット１６０から制御信号を受け得る（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）。特に、ＰチャンネルＦＥＴの特性上、ゲート端子の電圧がしきい電圧以下、例えば、０Ｖであるとき、フィードバック制御スイッチング素子１５４のソース端子からドレイン端子に電流が流れ得る。一方、フィードバックスイッチング素子１５２は、ＮチャンネルＦＥＴであり得る。そして、フィードバックスイッチング素子１５２のドレイン端子は、第１レギュレータ１３０側に接続し、第１レギュレータ１３０からフィードバック電源が供給され得る（Ｆｅｅｄｂａｃｋ＿５Ｖ）。また、フィードバックスイッチング素子１５２のソース端子は、ＯＲゲート素子１５３の入力端子に接続し得る。特に、ＮチャンネルＦＥＴの特性上、ゲート端子の電圧がしきい電圧以上、例えば、５Ｖであるとき、フィードバックスイッチング素子１５２のドレイン端子からソース端子に電流が流れ得る。
また、フィードバックモジュール１５０は、ＯＲゲート素子１５３の出力端子側にフィードバック出力スイッチング素子１５５を含み得る。特に、このようなフィードバック出力スイッチング素子１５５は、ＮチャンネルＦＥＴであり得る。この場合、フィードバック出力スイッチング素子１５５のドレイン端子は、ＯＲゲート素子１５３の出力端子と直接接続し、フィードバック出力スイッチング素子１５５のソース端子は、接地に直接接続し得る。また、フィードバック出力スイッチング素子１５５のゲート端子は、マイクロコントローラユニット１６０側に接続し、制御信号を受け得る（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）。
一方、ＯＲゲート素子１５３の入力電源は、第１レギュレータ１３０から供給され得る（Ｆｅｅｄｂａｃｋ＿５Ｖ）。
本発明のこのような構成によると、第１レギュレータ１３０から第１スイッチング素子１４０に供給されるフィードバック電源がマイクロコントローラユニット１６０によって制御され得る。例えば、第１レギュレータ１３０からフィードバックモジュール１５０に５Ｖの電源（Ｆｅｅｄｂａｃｋ＿５Ｖ）が供給される場合、このような５Ｖの電源は、フィードバックスイッチング素子１５２のドレイン端子、フィードバック制御スイッチング素子１５４のソース端子及びＯＲゲート素子１５３の電源端子に入力され得る。この際、ＭＣＵからフィードバックモジュール１５０に制御信号（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が入力されると、フィードバック出力スイッチング素子１５５のターンオンによって、ＯＲゲート素子１５３の出力端子側電圧は０Ｖであり得る。この場合、第１電源供給経路１２０側に備えられた第１スイッチング素子１４０は、ターンオフされ得る。
一方、第１レギュレータ１３０からフィードバックモジュール１５０にフィードバック電源、例えば、５Ｖの電源が供給される状況で、ＭＣＵ１６０からフィードバックモジュール１５０に制御信号が入力されないと、フィードバック出力スイッチング素子１５５はターンオフされ、フィードバック制御スイッチング素子１５４はターンオンされ得る。この場合、フィードバックスイッチング素子１５２のゲート端子に５Ｖの電源が供給され、フィードバックスイッチング素子１５２はターンオンされ得る。したがって、ＯＲゲート素子１５３の二つの入力端子側には５Ｖの電源が供給されるので、ＯＲゲート素子１５３は出力端子（ｏｕｔｐｕｔ）側に５Ｖの電源を出力し得る。そして、このようなＯＲゲート素子１５３の電源出力によって、第１スイッチング素子１４０はターンオンされ得る。
このように、実施構成によると、簡単な回路構成で、マイクロコントローラユニット１６０によってウェークアップユニット１１０への電源の供給可否が制御され得る。即ち、マイクロコントローラユニット１６０は、状況によって、ウェークアップユニット１１０はウェークアップされており、自身１６０のみがスリープモードになる単なるスリープモード状態になるようにすることができ、自身１６０とウェークアップユニット１１０とが共にスリープモードになるようにするディープスリープモード状態になるようにすることもできる。
さらに、図５の実施構成によると、ＦＥＴとＯＲゲート素子を用いて、信号動作にディレー（ｄｅｌａｙ）を付与することで安定性が向上できる。即ち、実施構成によると、ＭＣＵ１６０から提供された制御信号がパワーアップまたはパワーダウン時に安定的ではないという問題が解消できる。但し、実施構成の外に他の多様な方式で、ＭＣＵ１６０の制御信号に応じてウェークアップユニット１１０への電源供給が制御される構成が具現され得る。
一方、マイクロコントローラユニット１６０及びウェークアップユニット１１０が共にスリープモード状態になるディープスリープモードにおいては、使用者が受動でマイクロコントローラユニット１６０をウェークアップし得る。例えば、ディープスリープモードで、使用者は第１レギュレータ１３０及び／または後述する第２レギュレータを受動でターンオンすることで、ウェークアップユニット１１０及び／またはマイクロコントローラユニット１６０をスリープモードからウェークアップモードに切り換えることができる。
図６は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリー管理装置の構成を概略的に示した図である。本実施形態においても前述した実施形態との相違点を中心にして説明する。
図６を参照すると、本発明によるバッテリー管理装置は、第２電源供給経路１７０、第２レギュレータ１８０及び第２スイッチング素子１９０をさらに含み得る。
第２電源供給経路１７０は、バッテリーセル１０とマイクロコントローラユニット１６０との間に備えられ、バッテリーセル１０からマイクロコントローラユニット１６０に第２動作電源が供給される経路を提供するように構成され得る。
また、第２レギュレータ１８０は、第２電源供給経路１７０に備えられ、バッテリーセル１０から供給される第２動作電源の電圧の大きさを調節し得る。特に、第２レギュレータ１８０は、マイクロコントローラユニット１６０が使用する電圧の大きさに第２動作電源の大きさを調整し得る。例えば、第２レギュレータ１８０はＬＤＯとして具現され、低電圧、例えば、５Ｖの大きさに電圧を落とした後、マイクロコントローラユニット１６０に電源が供給されるようにし得る。
第２スイッチング素子１９０は、第２電源供給経路１７０に備えられ得る。そして、第２スイッチング素子１９０は、第２電源供給経路１７０で第２動作電源の流れをオンオフするように構成され得る。例えば、第２スイッチング素子１９０は、ターンオンされて第２電源供給経路１７０を通して第２動作電源がマイクロコントローラユニット１６０に供給されるようにし得る。または、第２スイッチング素子１９０は、ターンオフされて第２電源供給経路１７０を通して第２動作電源がマイクロコントローラユニット１６０に供給されないように当該経路を遮断し得る。
このような実施構成において、ウェークアップユニット１１０は、ウェークアップ信号を生成して第２スイッチング素子１９０へ供給し得る。そして、このようなウェークアップ信号の提供によって、第２スイッチング素子１９０は、ターンオンされ得る。即ち、ウェークアップユニット１１０は、ウェークアップ信号を応じて第２スイッチング素子１９０をターンオンするように構成され得る。そして、第２スイッチング素子１９０がターンオンされると、マイクロコントローラユニット１６０にマイクロコントローラを動作させる第２動作電源が供給され得る。
一方、マイクロコントローラユニット１６０は、第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０を共に制御するように構成され得る。特に、マイクロコントローラユニット１６０は、第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０を共にターンオフするように構成され得る。
例えば、マイクロコントローラユニット１６０は、第２スイッチング素子１９０がターンオン状態を維持し続けるようにホールド（Ｈｏｌｄ）信号を第２スイッチング素子１９０に伝送し得る。また、マイクロコントローラユニット１６０は、第２スイッチング素子１９０がターンオフされるようにして、自身に対する第２動作電源の供給が遮断されるようにし得る。また、マイクロコントローラユニット１６０は、第１スイッチング素子１４０をターンオフして、ウェークアップユニット１１０への第１動作電源の供給が遮断されるようにし得る。
本発明のこのような構成によると、マイクロコントローラユニット１６０によって、自身は勿論、リアルタイムクロック１１１やＣＡＮトランシーバ１１２のようなウェークアップユニット１１０に対して電源が供給されないようにすることで、電力消耗を適切に制御できる。例えば、マイクロコントローラユニット１６０は、マイクロコントローラユニット１６０のみがスリープモードに入ってもよい状態であるか、または自身とウェークアップユニット１１０とが共にスリープモードに入ってもよい状態であるかを判断し得る。そして、マイクロコントローラユニット１６０のみがスリープモードに入ってもよい状態と判断した場合、マイクロコントローラユニット１６０は、第１スイッチング素子１４０をターンオフすることなく第２スイッチング素子１９０のみがターンオフされるようにし得る。一方、マイクロコントローラユニット１６０とウェークアップユニット１１０が共にスリープモードに入ってもよい状態と判断した場合、マイクロコントローラユニット１６０は、第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０が共にターンオフされるようにし得る。この場合、マイクロコントローラユニット１６０とウェークアップユニット１１０による電力消耗が全て制限されるので、バッテリーパックの電力浪費が防止される。
特に、マイクロコントローラユニット１６０は、バッテリーセル１０の充電状態を考慮して、第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０のオンオフを制御するように構成され得る。
より具体的には、マイクロコントローラユニット１６０は、バッテリーセル１０の充電状態（ＳＯＣ）が基準ＳＯＣ未満である場合、第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０が順次にターンオフされるように構成され得る。例えば、所定のバッテリーパックの基準ＳＯＣが１０％である場合、実際の充電状態がこれより高い値、例えば、１２％である場合、マイクロコントローラユニット１６０は第２スイッチング素子１９０のみがターンオフされるようにし得る。一方、実際の充電状態が基準ＳＯＣよりも小さい値、例えば、８％である場合、マイクロコントローラユニット１６０は、第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０が共にターンオフされるようにし得る。この場合、マイクロコントローラユニット１６０とウェークアップユニット１１０のいずれにも動作電源が供給されなくなるので、過多な電力消耗が防止される。
ここで、マイクロコントローラユニット１６０は、第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０を共にターンオフするとき、第１スイッチング素子１４０が先にターンオフされるようにしてから、その後に第２スイッチング素子１９０がターンオフされるように構成され得る。第２スイッチング素子１９０が先にターンオフされると、マイクロコントローラユニット１６０に供給される第２動作電源が遮断され、マイクロコントローラユニット１６０による第１スイッチング素子１４０のターンオフ動作がまともに行われない恐れがある。そこで、マイクロコントローラユニット１６０は、第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０を共にターンオフさせようとする場合、第１スイッチング素子１４０が先にターンオフされるようにした後に、第２スイッチング素子１９０がターンオフされるようにターンオフ動作を行い得る。
一方、実施形態において、マイクロコントローラユニット１６０は、第２スイッチング素子１９０のみをターンオフするか、それとも第１スイッチング素子１４０及び第２スイッチング素子１９０を共にターンオフするかの基準になる基準値である基準ＳＯＣは、マイクロコントローラユニット１６０に内蔵されたメモリー部やマイクロコントローラユニット１６０の外部に位置するメモリーユニットに予め保存され得る。
さらに、マイクロコントローラユニット１６０は、基準ＳＯＣを状況によって変更するように構成され得る。
例えば、マイクロコントローラユニット１６０は、温度に応じて基準ＳＯＣを変更するように構成され得る。例えば、温度が基準温度範囲から外れる場合、マイクロコントローラユニット１６０は、基準ＳＯＣを増加または減少させるように構成され得る。
より具体的な例として、バッテリーパックの温度が基準温度範囲よりも低い低温状態の場合、マイクロコントローラユニット１６０は、基準ＳＯＣが増加するようにし得る。例えば、基準温度範囲以内では、基準ＳＯＣが１０％の場合、マイクロコントローラユニット１６０は、低温状態で基準ＳＯＣを１５％に増加させ得る。この場合、低い温度状況でバッテリーパックがより速やかに放電される問題が減少し得る。即ち、低温状況では、バッテリーパックが速やかに放電され得、この場合、基準ＳＯＣを高めることで、ウェークアップユニット１１０に供給される電源がより高いＳＯＣで遮断されるようにし得る。
一方、実施構成において、本発明によるバッテリー管理装置は、温度測定ユニットをさらに含み得る。温度測定ユニットは、バッテリーセル１０やバッテリーパック周辺の温度を測定するように構成され得るが、本発明の出願時点における公知の多様な温度測定装置が採用され得る。例えば、温度測定ユニットは、多様な温度センサーによって具現され得る。
本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリー管理装置を含み得る。このようなバッテリーパックには、バッテリー管理装置と共に、バッテリーセル１０、パックケースなどをさらに含み得る。また、バッテリーパックには、バッテリーセル１０とパック端子との間における充放電電流が流れる大電流経路に、充電スイッチ及び放電スイッチなどをさらに備え得る。このように本発明によるバッテリー管理装置の他にバッテリーパックに含まれ得る多様な構成要素は、本願発明の出願時点における公知の多様な構成が採用され得るので、これについての詳細な説明を省略する。
また、本発明によるバッテリー管理装置は、自動車に適用可能である。したがって、本発明による自動車は、上述したバッテリー管理装置を含み得る。特に、本発明によるバッテリー管理装置は、バッテリーパックに含まれ、自動車に搭載され得る。さらに、ハイブリッド自動車を含む電気自動車や一般自動車の場合にも、バッテリーパックが含まれるのが通常であり、駐車や運送中のような状況では、マイクロコントローラユニット１６０及び／またはウェークアップユニット１１０がスリープモード状態にあり得る。特に、本発明によるバッテリー管理装置が適用される場合、自動車用バッテリーパックの満放電または過放電される問題が効果的に防止できる。
また、本発明によるバッテリー管理装置は、電子デバイスに適用可能である。即ち、本発明による電子デバイスは、上述したバッテリー管理装置を含み得る。このような電子デバイスは、バッテリーから電力、特に、駆動電力を受けるように構成された装置であり得る。例えば、電子デバイスは、家電製品、電動工具、携帯端末などの装置であり得る。
以上、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。
１０ バッテリーセル
１１０ ウェークアップユニット
１１１ リアルタイムクロック
１１２ ＣＡＮトランシーバ
１２０ 第１電源供給経路
１３０ 第１レギュレータ
１４０ 第１スイッチング素子
１５０ フィードバックモジュール
１５１ フィードバック経路
１５２ フィードバックスイッチング素子
１５３ ＯＲゲート素子
１５４ フィードバック制御スイッチング素子
１５５ フィードバック出力スイッチング素子
１６０ マイクロコントローラユニット
１７０ 第２電源供給経路
１８０ 第２レギュレータ
１９０ 第２スイッチング素子

Claims (11)

  1. バッテリーセルが備えられたバッテリーパックを管理する装置であって、
    ウェークアップ信号を生成して送信するウェークアップユニットと、
    前記バッテリーセルと前記ウェークアップユニットとの間に備えられ、前記バッテリーセルから前記ウェークアップユニットに第１動作電源を供給するように構成された第１電源供給経路と、
    前記第１電源供給経路に備えられ、前記バッテリーセルから供給される第１動作電源の電圧の大きさを前記ウェークアップユニットの使用電圧の大きさに調節するように構成された第１レギュレータと、
    前記第１電源供給経路に備えられ、前記第１電源供給経路で第１動作電源の流れをオンオフするように構成された第１スイッチング素子と、
    前記第１レギュレータから前記第１スイッチング素子にオンオフ信号を供給するように構成されたフィードバックモジュールと、
    前記ウェークアップユニットから前記ウェークアップ信号を受けてスリープモードからウェークアップモードに切換え可能に構成され、前記フィードバックモジュールに接続して前記第１スイッチング素子をターンオフするように構成されたマイクロコントローラユニットと、を含むことを特徴とする、バッテリー管理装置。
  2. 前記ウェークアップユニットは、リアルタイムクロック及びコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）トランシーバを含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記第１スイッチング素子が、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として具現され、前記フィードバックモジュールが、前記第１スイッチング素子のゲート端子にオンオフ信号を供給するように構成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記フィードバックモジュールは、前記第１レギュレータから前記第１スイッチング素子に動作信号が供給されるように構成されたフィードバック経路と、前記フィードバック経路に備えられ、前記フィードバック経路をターンオンまたはターンオフするように構成されたフィードバックスイッチング素子と、を備えることを特徴とする、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装置。
  5. 前記マイクロコントローラユニットは、前記フィードバックスイッチング素子がターンオフされるように制御信号を供給するように構成されたことを特徴とする、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記フィードバックモジュールは、前記フィードバック経路に位置し、前記第１レギュレータから供給される動作信号と、前記マイクロコントローラユニットから供給される制御信号と、を受けて前記第１スイッチング素子に出力信号を提供するように構成されたＯＲゲート素子をさらに備えることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記バッテリーセルと前記マイクロコントローラユニットとの間に備えられ、前記バッテリーセルから前記マイクロコントローラユニットに第２動作電源を供給するように構成された第２電源供給経路と、
    前記第２電源供給経路に備えられ、前記バッテリーセルから供給される第２動作電源の電圧の大きさを前記マイクロコントローラユニットの使用電圧の大きさに調節するように構成された第２レギュレータと、
    前記第２電源供給経路に備えられ、前記第２電源供給経路で第２動作電源の流れをオンオフするように構成された第２スイッチング素子と、をさらに含み、
    前記ウェークアップユニットは、前記ウェークアップ信号を生成して前記第２スイッチング素子に供給することで、前記第２スイッチング素子をターンオンするように構成されたことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記マイクロコントローラユニットは、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をターンオフするように構成されたことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリー管理装置。
  9. 前記マイクロコントローラユニットは、前記バッテリーセルの充電状態が基準値未満である場合、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を順次にターンオフするように構成されたことを特徴とする、請求項８に記載のバッテリー管理装置。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含む、バッテリーパック。
  11. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含む、電子デバイス。
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