JP2022542913A - バッテリー管理装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置は、バッテリーセルに接続され、内部に備えられた複数のスイッチの動作状態によってバッテリーセルから出力される直流電流が交流電流に変換されて出力されるように構成されたインバータと、インバータで変換された交流電流が出力される診断ラインに接続され、診断ラインの電圧を測定し、測定結果を出力するように構成された測定部と、診断ラインに接続される複数のキャパシタが備えられ、複数のスイッチの動作状態を制御し、測定部から出力された測定結果を受信し、受信した測定結果に基づいて複数のキャパシタの状態を診断するように構成された制御部と、を含む。

Description

本発明は、バッテリー管理装置に関し、より詳しくは、制御部の内部に備えられたキャパシタの状態を診断するバッテリー管理装置に関する。
本出願は、２０１９年１０月４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１２３４０３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、バッテリーが含まれたバッテリーパックには、バッテリーから出力される直流電源を平滑化するためのキャパシタが備えられ得る。すなわち、このキャパシタは直流リンクキャパシタまたは平滑用キャパシタであって、直流電源を一定レベルに平滑化することができる。
ただし、このような平滑用キャパシタは劣化による故障が頻繁に生じるため、平滑用キャパシタの状態を正確に診断することが重要である。
従来、電源提供部から電動機に提供される直流電源を一定の大きさに制御し、直流リンク電圧が所定電圧に到達した場合、電動機の抵抗で消耗する電力、電源提供部で消耗する電力及びインバータのスイッチング損失電力を考慮して直流リンクキャパシタンスの変化率を推定し、それを用いて直流リンクキャパシタの劣化程度を診断する発明が開示されている（特許文献１）。
しかし、特許文献１によれば、キャパシタンスを測定するため電動機を通じて直流リンクキャパシタを放電するが、そのために電動機を停止させ、インバータに対する電源を遮断するためにシステムを停止しなければならないため、キャパシタの劣化を頻繁に測定し難いという問題がある。また、キャパシタンスの初期値を測定した後、電動機が他の電動機に交換されれば、負荷で消耗する電力が変わるため、誤差が発生し得るという問題がある。
韓国特許第１０－１３２７５９１号公報
本発明は、交流電流を印加して制御部の内部に備えられたキャパシタの状態を診断するバッテリー管理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バッテリー管理装置は、バッテリーセルに接続され、内部に備えられた複数のスイッチの動作状態によってバッテリーセルから出力される直流電流が交流電流に変換されて出力されるように構成されたインバータと、インバータで変換された交流電流が出力される診断ラインに接続され、診断ラインの電圧を測定し、測定結果を出力するように構成された測定部と、診断ラインに接続される複数のキャパシタが備えられ、複数のスイッチの動作状態を制御し、測定部から出力された測定結果を受信し、受信した測定結果に基づいて複数のキャパシタの状態を診断するように構成された制御部と、を含む。
インバータは、バッテリーセルが接続され、複数のスイッチ及び複数の１次コイルが直列に配置された第１単位回路と、診断ラインに接続され、複数の１次コイルに対応する２次コイルが配置された第２単位回路と、を含むように構成され得る。
複数のスイッチは、第１スイッチ及び第２スイッチを含み得る。
制御部は、所定の周期毎に第１スイッチの動作状態と第２スイッチの動作状態とを交互に制御するように構成され得る。
測定部は、制御部から測定命令を受信すれば、診断ライン上に備えられたシャント抵抗の両端電圧を測定し、測定された両端電圧間の差を算出するように構成され得る。
制御部は、動作状態によって複数のキャパシタのうち診断ラインに接続されるキャパシタが選択されるように形成された第３スイッチを含み、第３スイッチの動作状態を制御して複数のキャパシタのそれぞれの状態を診断するように構成され得る。
制御部は、受信した測定結果と参照値とに所定の差がある場合、第３スイッチの動作状態を制御するように構成され得る。
制御部は、複数のキャパシタのうち所定のキャパシタが診断ラインに接続されるように第３スイッチの動作状態を制御した後、交流電流が出力されるように複数のスイッチの動作状態を制御し、測定部から受信した再測定結果に基づいて所定のキャパシタの状態を診断するように構成され得る。
バッテリーセルは、複数で備えられ得る。
本発明の他の態様によるバッテリー管理装置は、複数のバッテリーセルとインバータとの間に接続され、制御部から受信したセル選択命令に従って複数のバッテリーセルのうちインバータに接続されるバッテリーセルを選択するように構成されたセル選択部をさらに含み得る。
制御部は、複数のキャパシタをそれぞれ含む複数のスレーブ制御部と、複数のスレーブ制御部に接続され、セル選択部にセル選択命令を送信するマスター制御部と、を含み得る。
本発明のさらに他の態様によるバッテリー管理装置は、インバータと複数のスレーブ制御部との間に接続され、マスター制御部から受信したスレーブ選択命令に従って複数のスレーブ制御部のうち診断ラインを通じてインバータに接続されるスレーブ制御部を選択するように構成されたスレーブ選択部をさらに含み得る。
バッテリーセルは、複数で備えられ、インバータは、複数のバッテリーセルのそれぞれに対応するように複数で備えられ得る。
制御部は、複数のインバータのそれぞれに対応し、複数のキャパシタがそれぞれ備えられるように構成された複数のスレーブ制御部と、複数のスレーブ制御部に接続され、複数のスレーブ制御部のうち備えられた複数のキャパシタの状態を診断するスレーブ制御部を指定するように構成されたマスター制御部と、を含むように構成され得る。
本発明の他の一態様によるＢＭＳは、本発明によるバッテリー管理装置を含む。
本発明のさらに他の態様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。
本発明の一態様によれば、特別な測定装置を備えなくても、制御部の内部に備えられたキャパシタの状態を診断することができる。
また、本発明の一態様によれば、バッテリーパック内部の簡単な回路構成によって電流を出力するバッテリーセル及び診断対象キャパシタを選択できるため、バッテリーパックの製造時間及びコストを節減することができる。
また、本発明の一態様によれば、制御部の内部に複数のキャパシタが備えられ、制御部に入力される信号の損失を効果的に防止することができる。
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バッテリー管理装置が含まれたバッテリーパック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インバータ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制御部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制御部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制御部の例示的構成を示した図である。 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。 本発明の他の実施形態によるバッテリー管理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。 本発明の他の実施形態によるバッテリー管理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制御部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バッテリー管理装置１００が含まれたバッテリーパック１を概略的に示した図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置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及び図２を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリーセル１０及びバッテリー管理装置１００を含むことができる。ここで、バッテリーセル１０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１０として見なし得る。
バッテリー管理装置１００は、インバータ１１０、測定部１２０及び制御部１３０を含むことができる。
インバータ１１０は、バッテリーセル１０に接続され、内部に備えられた複数のスイッチの動作状態によってバッテリーセル１０から出力される直流電流が交流電流に変換されて出力されるように構成され得る。
例えば、インバータ１１０は、バッテリーセル１０から出力される直流電流を交流電流に変換するＤＣ－ＡＣインバータ１１０であり得る。
具体的には、インバータ１１０は、複数の入力端子及び複数の出力端子を備え得る。インバータ１１０は、複数の入力端子に接続されたラインを通じてバッテリーセル１０に接続され得る。そして、複数の出力端子に接続されたラインを通じて交流電流を出力することができる。
例えば、図２を参照すると、インバータ１１０は、第１入力端子ｉ１に接続された第１ラインＬ１を通じてバッテリーセル１０の正極端子に接続され、第２入力端子ｉ２に接続された第２ラインＬ２を通じてバッテリーセル１０の負極端子に接続され得る。また、インバータ１１０の第１出力端子Ｏ１に接続された第１診断ラインＤＬ１及び第２出力端子Ｏ２に接続された第２診断ラインＤＬ２を通じてインバータ１１０によって変換された交流電流が出力され得る。
測定部１２０は、インバータ１１０で変換された交流電流が出力される診断ラインに接続されるように構成され得る。
また、測定部１２０は、診断ラインの電圧を測定し、測定結果を出力するように構成され得る。例えば、測定部１２０は、診断ライン上に配置された所定の素子両端の電圧を測定し、測定した結果を出力することができる。
制御部１３０は、診断ラインに接続される複数のキャパシタを備えるように構成され得る。
具体的には、電圧が入力される制御部１３０の入力端側に複数のキャパシタが配置され得る。ここで、複数のキャパシタのそれぞれは、互いに直列で接続され得る。すなわち、複数のキャパシタは、制御部１３０に入力される電圧に含まれたノイズを除去して、入力される電圧を平滑化するように構成され得る。
例えば、図２を参照すると、制御部１３０の内部には第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２が備えられ得る。第１キャパシタＣ１の一端は第１診断ラインＤＬ１に接続され、他端は第２キャパシタＣ２の一端に接続され得る。第２キャパシタＣ２の他端は第２診断ラインＤＬ２に接続され得る。ただし、図２の実施形態は、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の状態を診断するため、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２に診断ラインのみが接続された例である。すなわち、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２には、診断ラインだけでなく、バッテリーパック１の内部または外部から制御部１３０に電圧を印加するために制御部１３０の入力端に接続されたラインであれば制限なく接続され得、制御部１３０に入力される電圧を平滑化することができる。
また、制御部１３０の内部には複数のキャパシタが備えられることで、複数のキャパシタのうちいずれか一つの状態が正常状態ではなくても、制御部１３０に入力される電圧を安定化することができる。したがって、制御部１３０は、複数のキャパシタを通じて安定的な電圧の入力を受けることができる。
制御部１３０は、複数のスイッチの動作状態を制御するように構成され得る。
具体的には、制御部１３０は、インバータ１１０の内部に備えられた複数のスイッチにそれぞれ接続され、接続されたラインを通じて複数のスイッチそれぞれに制御命令を送信することができる。この場合、制御部１３０から制御命令を受信したスイッチの動作状態がターンオン状態またはターンオフ状態に制御される。
制御部１３０は、測定部１２０から出力された測定結果を受信するように構成され得る。
望ましくは、制御部１３０と測定部１２０とは有線で連結され得る。そして、制御部１３０は、測定部１２０が測定した測定結果を連結されたラインを通じて受信することができる。
例えば、図２の実施形態において、制御部１３０は、測定部１２０と接続されたラインを通じて、測定部１２０が診断ラインの電圧を測定した測定結果を受信するように構成され得る。
制御部１３０は、受信した測定結果に基づいて複数のキャパシタの状態を診断するように構成され得る。
具体的には、測定部１２０は、測定した結果をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号を制御部１３０に送信することができる。制御部１３０は、測定部１２０から変換されたデジタル信号を受信し、それを読み取って測定部１２０が測定した測定結果を取得することができる。そして、制御部１３０は、取得した測定結果に基づいて複数のキャパシタの状態が正常状態であるか否かを診断することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、特別な測定装置を備えなくても、制御部１３０の内部に備えられたキャパシタの状態を診断することができる。また、バッテリー管理装置１００は、複数のキャパシタを用いて、制御部１３０に印加される電圧をより効果的に安定化させることができる。
図３は、本発明の一実施形態によるインバータ１１０の例示的構成を示した図である。
図３を参照すると、インバータ１１０は、第１単位回路１１１及び第２単位回路１１２を含むように構成され得る。例えば、図３に示されたように、第１単位回路１１１及び第２単位回路１１２は、物理的に分離されるように形成され得る。
第１単位回路１１１は、バッテリーセル１０に接続されるように形成され得る。
具体的には、第１単位回路１１１は、インバータ１１０の第１入力端子ｉ１に接続され、インバータ１１０の第１入力端子ｉ１にバッテリーセル１０の正極端子と接続された第１ラインＬ１が接続され得る。また、第１単位回路１１１は、インバータ１１０の第２入力端子ｉ２に接続され、インバータ１１０の第２入力端子ｉ２にバッテリーセル１０の負極端子と接続された第２ラインＬ２が接続され得る。したがって、第１単位回路１１１は、インバータ１１０の第１入力端子ｉ１及び第２入力端子ｉ２を通じて第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２と接続され得る。結果的に、第１単位回路１１１はバッテリーセル１０と接続され得る。
第１単位回路１１１は、複数のスイッチ及び複数の１次コイル（ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｉｌ）が直列に配置されるように構成され得る。
すなわち、複数のスイッチ及び複数の１次コイルは、一つの閉回路を形成することができる。また、複数の１次コイルは同じ方向に巻き取られ得る。
具体的には、図３を参照すると、第１スイッチＳＷ１の一端は第２スイッチＳＷ２の一端に接続され、他端は第１の１次コイルＰＣ１の一端に接続され得る。そして、第１の１次コイルＰＣ１の他端は第２の１次コイルＰＣ２の一端に接続され得る。第２の１次コイルＰＣ２の他端は第２スイッチＳＷ２の他端に接続され得る。
また、第１の１次コイルＰＣ１の他端と第２の１次コイルＰＣ２の一端との間に連結されたラインがインバータ１１０の第１入力端子ｉ１に連結され、第１ラインＬ１と接続され得る。すなわち、第１の１次コイルＰＣ１の他端と第２の１次コイルＰＣ２の一端との間に連結されたラインがバッテリーセル１０の正極端子と接続され得る。
また、第２スイッチＳＷ２の一端と第１スイッチＳＷ１の一端との間に連結されたラインがインバータ１１０の第２入力端子ｉ２に連結され、第２ラインＬ２と接続され得る。すなわち、第１スイッチＳＷ１の一端と第２スイッチＳＷ２の一端との間に連結されたラインがバッテリーセル１０の負極端子と接続され得る。
このような回路的接続構成を通じて、インバータ１１０に備えられた第１単位回路１１１がバッテリーセル１０と接続されるように構成され得る。
第２単位回路１１２は、診断ラインと接続されるように構成され得る。
具体的には、第２単位回路１１２は、インバータ１１０の第１出力端子Ｏ１に接続され、第１出力端子Ｏ１に連結された第１診断ラインＤＬ１と接続され得る。また、第２単位回路１１２は、インバータ１１０の第２出力端子Ｏ２に接続され、インバータ１１０の第２出力端子Ｏ２に連結された第２診断ラインＤＬ２と接続され得る。したがって、第２単位回路１１２は、インバータ１１０の第１出力端子Ｏ１及び第２出力端子Ｏ２を通じて第１診断ラインＤＬ１及び第２診断ラインＤＬ２と接続され得る。結果的に、第２単位回路１１２は、制御部１３０の内部に備えられた複数のキャパシタと接続され得る。
第２単位回路１１２には、複数の１次コイルに対応する２次コイルＳＣが配置され得る。
図３の実施形態を参照すると、複数の１次コイルと２次コイルＳＣとは互いに対向するように配置され得る。
具体的には、２次コイルＳＣは、複数の１次コイルによって起電力が誘導できるように、複数の１次コイルと対向して第２単位回路１１２に配置され得る。すなわち、複数の１次コイルに電流が流れれば、１次コイルで発生する磁場によって２次コイルＳＣに起電力が誘導できる。
望ましくは、第２単位回路１１２に配置された２次コイルＳＣの長さは、第１単位回路１１１に配置された１次コイルの長さよりも長く形成され得る。例えば、図３に示されたように、第２単位回路１１２に配置された２次コイルＳＣの両端間の長さは、第１単位回路１１１に配置された第１の１次コイルＰＣ１の中央から第２の１次コイルＰＣ２の中央までの長さ以上であり得る。
または、望ましくは、第２単位回路１１２に配置された２次コイルＳＣの長さは、第１単位回路１１１に配置された複数の１次コイルの長さの和よりも長く形成され得る。例えば、第２単位回路１１２に配置された２次コイルＳＣの両端間の長さは、第１単位回路１１１に配置された第１の１次コイルＰＣ１の一端から第２の１次コイルＰＣ２の他端までの長さ以上であり得る。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、複数のスイッチ及び複数のコイルを含む簡単な回路構造のインバータ１１０を含むことで、バッテリーパック１の内部構成を簡素化でき、バッテリーセル１０から出力された直流電流を交流電流に容易に変換することができる。
図３の実施形態を参照すると、インバータ１１０に備えられた複数のスイッチは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を含むことができる。
そして、制御部１３０は、所定の周期毎に第１スイッチＳＷ１の動作状態と第２スイッチＳＷ２の動作状態とを交互に制御するように構成され得る。
例えば、制御部１３０によって第１スイッチＳＷ１の状態がターンオン状態に制御されれば、バッテリーセル１０から出力された直流電流が第１の１次コイルＰＣ１及び第１スイッチＳＷ１に流れる。この場合、第１の１次コイルＰＣ１で発生した磁場によって２次コイルＳＣに誘導起電力が発生し得る。そして、発生した誘導起電力によって２次コイルＳＣから直流電流が第１診断ラインＤＬ１に向かって出力され得る。
また、制御部１３０によって第１スイッチＳＷ１の状態がターンオフ状態に制御され、第２スイッチＳＷ２の状態がターンオン状態に制御されれば、バッテリーセル１０から出力された直流電流が第２の１次コイルＰＣ２及び第２スイッチＳＷ２に流れる。この場合、第２の１次コイルＰＣ２で発生した磁場によって２次コイルＳＣに誘導起電力が発生し得る。そして、発生した誘導起電力によって２次コイルＳＣから直流電流が第２診断ラインＤＬ２に向かって出力され得る。
すなわち、第１の１次コイルＰＣ１と第２の１次コイルＰＣ２とが互いに同じ方向に巻き取られているため、２次コイルＳＣで発生した電流は相異なる方向に出力され得る。
したがって、制御部１３０は、所定の周期毎に第１スイッチＳＷ１の動作状態と第２スイッチＳＷ２の動作状態とをターンオン状態とターンオフ状態とに交互に制御することで、複数のキャパシタに交流電流を印加することができる。ここで、所定の周期とは、予め設定された周期であって、複数のキャパシタの状態を正確に診断するためバッテリーパック１またはバッテリー管理装置１００の状態によって変動しない固定値であり得る。
例えば、一周期は、第１スイッチＳＷ１の動作状態がターンオフ状態からターンオン状態に制御された後、再びターンオフ状態になり、第２スイッチＳＷ２の動作状態がターンオフ状態からターンオン状態に制御された後、再びターンオフ状態になる時間を意味し得る。すなわち、一周期は、第１スイッチＳＷ１が一回閉じられてから開かれ、その後、第２スイッチＳＷ２が一回閉じられてから開かれる時間を意味し得る。したがって、制御部１３０は、所定の周期に合わせて第１スイッチＳＷ１の状態と第２スイッチＳＷ２の状態とを交互に制御し、バッテリーセル１０から出力された直流電流を交流電流に変換することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、別途の交流電源が備えられなくても、複数のスイッチの動作状態を制御することで、複雑ではない構成を用いて直流電流を交流電流に変換することができる。
測定部１２０は、制御部１３０から測定命令を受信すれば、診断ライン上に備えられたシャント抵抗ＳＲの両端電圧を測定し、測定された両端電圧間の差を算出するように構成され得る。
シャント抵抗ＳＲは、第１診断ラインＤＬ１及び第２診断ラインＤＬ２の少なくとも一つに配置され得る。以下では、説明の便宜上、シャント抵抗ＳＲが第１診断ラインＤＬ１上に配置されたとして説明する。そして、シャント抵抗ＳＲの抵抗値は所定の値であって、制御部１３０の内部または制御部１３０が参照可能なメモリに予め保存され得る。
測定部１２０は、制御部１３０と接続されたラインを通じて測定命令を受信することができる。例えば、制御部１３０は、第１スイッチＳＷ１の動作状態と第２スイッチＳＷ２の動作状態とを交互に制御する途中で、測定部１２０に測定命令を送信することができる。制御部１３０から測定命令を受信すれば、測定部１２０は、シャント抵抗ＳＲの一端の電圧及び他端の電圧を測定することができる。
そして、測定部１２０は、測定されたシャント抵抗ＳＲの一端の電圧と他端の電圧との差を求め、シャント抵抗ＳＲによる電圧降下値を算出することができる。
制御部１３０は、動作状態によって複数のキャパシタのうち診断ラインに接続されるキャパシタが選択されるように形成された第３スイッチＳＷ３を含むことができる。
例えば、制御部１３０は、複数のキャパシタをそれぞれ診断ラインに連結させる第３スイッチＳＷ３を備え、第３スイッチＳＷ３の動作状態を制御して複数のキャパシタまたは複数のキャパシタそれぞれの状態を診断するように構成され得る。
他の例として、制御部１３０は、より簡単に構成された第３スイッチＳＷ３を備え、第３スイッチＳＷ３の動作状態を制御することで、複数のキャパシタまたは複数のキャパシタのうち一部のキャパシタの状態を診断するように構成され得る。この場合、制御部１３０は、複数のキャパシタの状態を診断した診断結果と複数のキャパシタのうち一部のキャパシタの状態を診断した結果とを比べて、診断ラインに接続されなかったキャパシタの状態を診断するように構成され得る。
第３スイッチＳＷ３については図４～図６を参照して具体的に説明する。
図４～図６は、本発明の一実施形態による制御部１３０の例示的構成を示した図である。
具体的には、図４は、第３スイッチＳＷ３に含まれた導電体が第１端子ｔ１及び第２端子ｔ２の何れにも接続されていない例を示した図である。図５は、第３スイッチＳＷ３に含まれた導電体が第１端子ｔ１に接続された例を示した図である。図６は、第３スイッチＳＷ３に含まれた導電体が第２端子ｔ２に接続された例を示した図である。ここで、第３スイッチＳＷ３に含まれた導電体は導電性を有するものであって、例えば、扁平な形態の鉄板であり得る。
図５を参照すると、制御部１３０は、導電体が第１端子ｔ１に当接するように第３スイッチＳＷ３の動作状態を制御し、診断ラインに第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２をともに接続させることができる。
また、図６を参照すると、制御部１３０は、導電体が第２端子ｔ２に当接するように第３スイッチＳＷ３の動作状態を制御し、診断ラインに第１キャパシタＣ１を接続させることができる。
そして、制御部１３０は、第３スイッチＳＷ３の動作状態を制御して複数のキャパシタのそれぞれの状態を診断するように構成され得る。
例えば、図５を参照すると、制御部１３０は、導電体を第１端子ｔ１に当接するように制御することで、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の状態をともに診断することができる。
他の例として、図６を参照すると、制御部１３０は、導電体を第２端子ｔ２に当接するように制御することで、第１キャパシタＣ１の状態を診断することができる。この場合、制御部１３０は、図５の実施形態で診断した第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の診断結果と、図６の実施形態で診断した第１キャパシタＣ１の診断結果とを比べて、第２キャパシタＣ２の状態を診断することができる。
すなわち、上述したように、制御部１３０は、第３スイッチＳＷ３、特に、第３スイッチＳＷ３に備えられた導電体の動作状態を制御することで、複数のキャパシタのうち一部または全部を診断ラインに接続させることができる。そして、制御部１３０は、インバータ１１０に備えられた複数のスイッチの動作状態を制御することで、診断ラインに接続されたキャパシタの状態を診断することができる。
したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、複数のキャパシタのそれぞれに対する診断ラインを備えなくても、第３スイッチＳＷ３のような比較的に簡単な構成を通じて、複数のキャパシタのそれぞれの状態を簡便に診断することができる。
制御部１３０は、受信した測定結果と参照値とに所定程度の差がある場合、第３スイッチＳＷ３の動作状態を制御するように構成され得る。
ここで、参照値は、診断ラインに接続されたキャパシタの数に応じて設定され得る。すなわち、参照値は、正常状態である一つ以上のキャパシタが診断ラインに接続されているとき、測定部１２０によって測定されたシャント抵抗ＳＲによる電圧降下値であり得る。したがって、制御部１３０は、参照値と受信した測定結果とに所定程度の差がある場合、内部に備えられたキャパシタの状態を診断することができる。
また、ここで、所定程度の差とは、バッテリーパック１の内部または外部の要因によって測定部１２０の測定した値が正確ではない場合に備えて設けられた所定のマージン区間であり得る。
例えば、所定程度の差は、参照値の５％に設定され得る。参照値を３［ｕＶ］と仮定する。診断ラインに複数のキャパシタが接続されており、測定結果が参照値と０．１５［ｕＶ］以上の差を有する場合であれば、制御部１３０は、診断ラインに接続された複数のキャパシタの状態が正常状態ではないと判断することができる。
一方、シャント抵抗ＳＲによる電圧降下値は、下記の数式１によって説明され得る。
［数式１］
Ｖｄ＝Ｉ×Ｒｓｒ
ここで、Ｖｄはシャント抵抗ＳＲによる電圧降下値であり、Ｉはシャント抵抗ＳＲに流れる電流値であり、Ｒｓｒはシャント抵抗ＳＲの抵抗値である。
すなわち、測定部１２０は、シャント抵抗ＳＲの両端電圧を測定し、測定した両端電圧の差を算出して、シャント抵抗ＳＲによる電圧降下値（Ｖｄ）を測定することができる。そして、制御部１３０は、測定部１２０からシャント抵抗ＳＲによる電圧降下値（Ｖｄ）を受信することができる。
ここで、シャント抵抗ＳＲに流れる電流値（Ｉ）は、下記の数式２によって説明され得る。
［数式２］
Ｉ＝Ｖｂ÷Ｘｃ
ここで、Ｉはシャント抵抗ＳＲに流れる電流値であり、Ｖｂはバッテリーセル１０の電圧値であり、Ｘｃは診断ラインに接続されたキャパシタのリアクタンスである。シャント抵抗ＳＲの抵抗値は、キャパシタのリアクタンスよりも非常に小さい値であるため、シャント抵抗ＳＲに流れる電流値（Ｉ）を算出するとき影響を与えない。
すなわち、シャント抵抗ＳＲに流れる電流値（Ｉ）は診断ラインに接続されたキャパシタのリアクタンス（Ｘｃ）に影響を受けるため、制御部１３０は、測定部１２０によって測定されたシャント抵抗ＳＲによる電圧降下値に基づいて内部に備えられたキャパシタの状態を診断することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００によれば、シャント抵抗ＳＲによる電圧降下値に基づいて、複数のキャパシタの状態を迅速且つ簡便に測定することができる。
制御部１３０は、複数のキャパシタのうち所定のキャパシタが診断ラインに接続されるように、第３スイッチＳＷ３の動作状態を制御するように構成され得る。
例えば、図６の実施形態のように、制御部１３０は、導電体が第２端子ｔ２に当接するように第３スイッチＳＷ３の動作状態を制御して、第１キャパシタＣ１を診断ラインに接続させることができる。
その後、制御部１３０は、交流電流が出力されるように、複数のスイッチの動作状態を制御するように構成され得る。すなわち、制御部１３０は、診断ラインに接続された所定のキャパシタの状態を診断するため、インバータ１１０に備えられた複数のスイッチの動作状態を再度制御することができる。
そして、制御部１３０は、測定部１２０に測定命令を送信することができる。その後、制御部１３０は、測定部１２０から受信した再測定結果に基づいて所定のキャパシタの状態を診断するように構成され得る。
図７は、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理装置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７を参照すると、バッテリーパック１の内部において、バッテリーセル１０は複数で備えられ得る。例えば、バッテリーパック１は、一つ以上のバッテリーセル１０が直列及び／または並列で接続されたバッテリーモジュールを含むことができる。
そして、バッテリー管理装置１００は、複数のバッテリーセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃとインバータ１１０との間に接続されるセル選択部１４０をさらに含むことができる。すなわち、セル選択部１４０は、バッテリーモジュールとインバータ１１０との間に接続され得る。
例えば、図７の実施形態において、セル選択部１４０は、第１センシングラインＳＬ１及び第２センシングラインＳＬ２を通じて第１バッテリーセル１０ａに接続され、第２センシングラインＳＬ２及び第３センシングラインＳＬ３を通じて第２バッテリーセル１０ｂに接続され、第３センシングラインＳＬ３及び第４センシングラインＳＬ４を通じて第３バッテリーセル１０ｃに接続され得る。
また、セル選択部１４０は、第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２を通じてインバータ１１０に接続され得る。
そして、セル選択部１４０は、制御部１３０から受信したセル選択命令に従って複数のバッテリーセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうちインバータ１１０に接続されるバッテリーセル１０を選択するように構成され得る。
したがって、バッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１の内部に複数のバッテリーセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃが備えられても、複数のバッテリーセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃのそれぞれとインバータ１１０とを連結可能なセル選択部１４０をさらに含むことができる。したがって、バッテリー管理装置１００は、キャパシタ状態診断に要求される電流を複数のバッテリーセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうち選択されたバッテリーセル１０から受けることができるため、バッテリーセル１０の容量状態に基づいてキャパシタの状態診断を行うことができる。
図８は、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理装置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８を参照すると、制御部１３０は、複数のキャパシタをそれぞれ含む複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃと、複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃに接続され、セル選択部１４０にセル選択命令を送信するマスター制御部１３２と、を含むように構成され得る。ここで、マスター制御部１３２は、複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃをそれぞれ制御するように構成され得る。
そして、バッテリー管理装置１００は、インバータ１１０と複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃとの間に接続されるスレーブ選択部１５０をさらに含むことができる。
例えば、図８の実施形態において、スレーブ選択部１５０は、第５センシングラインＳＬ５及び第６センシングラインＳＬ６を通じて第１スレーブ制御部１３１ａに接続され、第７センシングラインＳＬ７及び第８センシングラインＳＬ８を通じて第２スレーブ制御部１３１ｂに接続され、第９センシングラインＳＬ９及び第１０センシングラインＳＬ１０を通じて第３スレーブ制御部１３１ｃに接続され得る。
スレーブ選択部１５０は、マスター制御部１３２から受信したスレーブ選択命令に従って複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃのうち診断ラインを通じてインバータ１１０に接続されるスレーブ制御部を選択するように構成され得る。また、図８の実施形態において、セル選択部１４０は、マスター制御部１３２から受信したセル選択命令に従って複数のバッテリーセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうちインバータ１１０に接続されるバッテリーセル１０を選択するように構成され得る。
すなわち、マスター制御部１３２は、スレーブ選択部１５０を通じて内部に備えられたキャパシタを診断可能なスレーブ制御部を選択し、セル選択部１４０を通じてキャパシタ診断に要求される直流電流を供給するバッテリーセル１０を選択することができる。
したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１の内部に複数のバッテリーセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃが含まれても、一つのインバータ１１０を用いて複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃの内部に備えられた複数のキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６の状態を効率的に診断することができる。
図９は、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理装置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９を参照すると、バッテリーセル１０は、複数で備えられ、インバータ１１０は、複数のバッテリーセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃのそれぞれに対応するように複数で備えられ得る。
すなわち、バッテリーパック１の内部にはバッテリーセル１０とインバータ１１０とが同じ個数で備えられ、互いに一つずつ対応するように構成され得る。
制御部１３０は、複数のインバータ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのそれぞれに対応し、複数のキャパシタがそれぞれ備えられるように構成された複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃを含むことができる。すなわち、バッテリーパック１の内部には、バッテリーセル１０、インバータ１１０及びスレーブ制御部が同一個数で備えられ得る。
例えば、図９の実施形態において、第１インバータ１１０ａは、第１入力端子ｉ１、第２入力端子ｉ２、第１出力端子Ｏ１及び第２出力端子Ｏ２を含み得る。そして、第２インバータ１１０ｂは、第３入力端子ｉ３、第４入力端子ｉ４、第３出力端子Ｏ３及び第４出力端子Ｏ４を含み得る。また、第３インバータ１１０ｃは、第５入力端子ｉ５、第６入力端子ｉ６、第５出力端子Ｏ５及び第６出力端子Ｏ６を含み得る。
また、第１ラインＬ１は第１入力端子ｉ１に接続され、第２ラインＬ２は第２入力端子ｉ２及び第３入力端子ｉ３に接続され得る。第３ラインＬ３は第４入力端子ｉ４及び第５入力端子ｉ５に接続され、第４ラインＬ４は第６入力端子ｉ６に接続され得る。
また、制御部１３０は、複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃに接続され、複数のスレーブ制御部１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃのうち備えられた複数のキャパシタの状態を診断するスレーブ制御部を指定するように構成されたマスター制御部１３２を含むように構成され得る。
この場合、マスター制御部１３２は、指定したスレーブ制御部に接続された診断ライン上に備えられたスイッチの動作状態を制御して、指定したスレーブ制御部の内部に備えられた複数のキャパシタの状態が診断されるように構成され得る。
例えば、図９の実施形態において、マスター制御部１３２が第１スレーブ制御部１３１ａを指定すれば、マスター制御部１３２は、第１スレーブ制御部１３１ａと接続された診断ライン上に備えられた第４スイッチＳＷ４の動作状態をターンオン状態に制御することができる。このとき、マスター制御部１３２によって第５スイッチＳＷ５及び第６スイッチＳＷ６の動作状態はターンオフ状態に制御され得る。
本発明によるバッテリー管理装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリー管理システム）に適用され得る。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリー管理装置１００を含むことができる。このような構成において、バッテリー管理装置１００の各構成要素のうち少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完するか又は追加することで具現され得る。例えば、インバータ１１０、測定部１２０及び制御部１３０などはＢＭＳの構成要素として具現され得る。
また、本発明によるバッテリー管理装置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、上述したバッテリー管理装置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み得る。
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
１０：バッテリーセル
１００：バッテリー管理装置
１１０：インバータ
１１１：第１単位回路
１１２：第２単位回路
１２０：測定部
１３０：制御部
１４０：セル選択部
１５０：スレーブ選択部

Claims (11)

  1. バッテリーセルに接続され、内部に備えられた複数のスイッチの動作状態によって前記バッテリーセルから出力される直流電流が交流電流に変換されて出力されるように構成されたインバータと、
    前記インバータで変換された交流電流が出力される診断ラインに接続され、前記診断ラインの電圧を測定し、測定結果を出力するように構成された測定部と、
    前記診断ラインに接続される複数のキャパシタが備えられ、前記複数のスイッチの動作状態を制御し、前記測定部から出力された測定結果を受信し、受信した測定結果に基づいて前記複数のキャパシタの状態を診断するように構成された制御部と、を含む、バッテリー管理装置。
  2. 前記インバータは、
    前記バッテリーセルが接続され、前記複数のスイッチ及び複数の１次コイルが直列に配置された第１単位回路と、
    前記診断ラインに接続され、前記複数の１次コイルに対応する２次コイルが配置された第２単位回路と、を含むように構成された、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記複数のスイッチは、第１スイッチ及び第２スイッチを含み、
    前記制御部は、所定の周期毎に前記第１スイッチの動作状態と前記第２スイッチの動作状態とを交互に制御するように構成された、請求項１または２に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記測定部は、
    前記制御部から測定命令を受信すれば、前記診断ライン上に備えられたシャント抵抗の両端電圧を測定し、測定された両端電圧間の差を算出するように構成された、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. 前記制御部は、
    動作状態によって前記複数のキャパシタのうち前記診断ラインに接続されるキャパシタが選択されるように形成された第３スイッチを含み、前記第３スイッチの動作状態を制御して前記複数のキャパシタのそれぞれの状態を診断するように構成された、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記受信した測定結果と参照値とに所定の差がある場合、前記第３スイッチの動作状態を制御するように構成された、請求項５に記載のバッテリー管理装置。
  7. 前記制御部は、
    前記複数のキャパシタのうち所定のキャパシタが前記診断ラインに接続されるように前記第３スイッチの動作状態を制御した後、前記交流電流が出力されるように前記複数のスイッチの動作状態を制御し、前記測定部から受信した再測定結果に基づいて前記所定のキャパシタの状態を診断するように構成された、請求項６に記載のバッテリー管理装置。
  8. 前記バッテリーセルは、複数で備えられ、
    複数のバッテリーセルと前記インバータとの間に接続され、前記制御部から受信したセル選択命令に従って前記複数のバッテリーセルのうち前記インバータに接続されるバッテリーセルを選択するように構成されたセル選択部をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  9. 前記制御部は、
    前記複数のキャパシタをそれぞれ含む複数のスレーブ制御部と、
    前記複数のスレーブ制御部に接続され、前記セル選択部に前記セル選択命令を送信するマスター制御部と、を含み、
    前記インバータと前記複数のスレーブ制御部との間に接続され、前記マスター制御部から受信したスレーブ選択命令に従って前記複数のスレーブ制御部のうち前記診断ラインを通じて前記インバータに接続されるスレーブ制御部を選択するように構成されたスレーブ選択部をさらに含む、請求項８に記載のバッテリー管理装置。
  10. 前記バッテリーセルは、複数で備えられ、
    前記インバータは、複数のバッテリーセルのそれぞれに対応するように複数で備えられ、
    前記制御部は、
    複数のインバータのそれぞれに対応し、前記複数のキャパシタがそれぞれ備えられるように構成された複数のスレーブ制御部と、
    前記複数のスレーブ制御部に接続され、前記複数のスレーブ制御部のうち備えられた複数のキャパシタの状態を診断するスレーブ制御部を指定するように構成されたマスター制御部を含むように構成された、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
  11. 請求項１から１０のうち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。
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