JP2023521902A - バッテリーパック及びバッテリーパックの制御方法 - Google Patents

バッテリーパック及びバッテリーパックの制御方法 Download PDF

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Abstract

本開示は、バッテリーパック及びバッテリーパックの制御方法に関するものであって、負荷に電源を供給するバッテリーモジュール、バッテリーモジュールの電圧を測定する電圧測定部、バッテリーモジュールから負荷に出力される電流を測定する電流測定部、及びバッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、及び特定の時間区間の間に電流測定部が測定した電流値が負荷の電流プロファイルを満たすか否かに基づいて、負荷に発生したエラーの原因が負荷であるかバッテリーパックであるかを決定する制御部を含むバッテリーパックを提供する。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２０年９月１６日に出願された韓国特許出願第１０－２０２０－０１１９５０３号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として含まれる。
本開示は、バッテリーパック及びバッテリーパックの制御方法に関する。特に、本開示は、バッテリーパックが取り付けられた負荷で発生したエラーの正確な原因を把握することが可能なバッテリーパック及びバッテリーパックの制御方法に関する。
最近、スマートフォンなど電子機器の普及と電気自動車の開発に伴い、電力供給源としての二次電池に対する研究も活発に行われている。二次電池は、複数のバッテリーセルが直列及び／又は並列に連結されたバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールの動作を管理するバッテリー管理システム（ＢＭＳ、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を含むバッテリーパックの形態で提供される。
このようなバッテリーパックが取り付けられる車両などの負荷でエラーが発生した際に、負荷の制御システムがバッテリーパックを誤用してエラーが発生したか、若しくはバッテリーパックがエネルギーを十分に提供しなくてエラーが発生したか区分することができなかった。負荷の制御システムがバッテリーパックを誤用する場合は、バッテリーパックで許容可能な出力以上にバッテリーパックを充電及び／又は放電させる場合である。バッテリーパックがエネルギーを十分に提供しない場合は、負荷の出力要求条件である電流プロファイルなどをバッテリーパックが満たさない場合である。すなわち、負荷でバッテリーパックに関するエラーが発生した際に、その原因がバッテリーパックに存在するか負荷に存在するか区分することが困難であった。
本開示は、このような問題を鑑みて行われたものであって、負荷で安全問題が発生した際に、その根本的な原因がバッテリーパックであるか負荷であるかを区分するバッテリーパック及びその制御方法の提供を目的とする。
前記のような技術的課題を解決するために、本開示による実施形態の一側面によれば、負荷に電源を供給するバッテリーモジュール、バッテリーモジュールの電圧を測定する電圧測定部、バッテリーモジュールから負荷に出力される電流を測定する電流測定部、及びバッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、及び特定の時間区間の間に電流測定部が測定した電流値が負荷の電流プロファイルを満たすか否かに基づいて、負荷に発生したエラーの原因が負荷であるかバッテリーパックであるかを決定する制御部を含むバッテリーパックを提供する。
このような本開示による実施形態の他の特徴によれば、制御部は、バッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、及び特定の時間区間の間に電流測定部が測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパックであるかを決定してよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、制御部は、バッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、及び特定の時間区間の間にバッテリーモジュールから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパックであるかを決定してよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、制御部は、バッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、特定の時間区間の間に電流測定部が測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否か、及び特定の時間区間の間にバッテリーモジュールから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパックであるかを決定してよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、制御部は、警告信号が発生した場合、エラーの原因が負荷であると決定してよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、制御部は、警告信号が発生せず、最大値が基準電流値以下であり、電流量が基準電流量以下の場合、エラーの原因がバッテリーパックであると決定してよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、制御部は、警告信号が発生しなかったが、最大値が基準電流値を超えたか電流量が基準電流量を超えた場合、エラーの原因が負荷であると決定してよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、電流プロファイルは、所定のイベント発生時にバッテリーパックから負荷に出力されなければならない電流の最低条件を示してよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、警告信号及びエラーの原因に対応するエラーコードを格納する格納部をさらに含んでよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、格納部は、格納された警告信号を特定の時間区間が経過すると削除してよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、制御部は、電圧が基準電圧未満になることが予想される場合、警告信号を発生させてよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、バッテリーモジュールのＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部をさらに含み、制御部は、バッテリーモジュールの電圧がバッテリーモジュールのＳＯＣに基づいて基準電圧未満になることが予想される場合、警告信号を発生させてよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、バッテリーモジュールの温度を測定する温度測定部をさらに含み、制御部は、バッテリーモジュールの電圧がバッテリーモジュールの温度に基づいて基準電圧未満になることが予想される場合、警告信号を発生させてよい。
本開示による実施形態のさらに他の特徴によれば、負荷は、電気自動車であってよい。
前記のような技術的課題を解決するために、本開示による実施形態の他の側面によれば、負荷に電源を供給するバッテリーモジュールの電圧を測定する段階と、バッテリーモジュールから負荷に出力される電流を測定する段階と、バッテリーモジュールの電圧が基準電圧未満になることが予想される場合、警告信号を発生させる段階と、特定の時間区間の間に測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否かを判断する段階と、特定の時間区間の間にバッテリーモジュールから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かを判断する段階と、警告信号が発生したか否か、最大値が基準電流値を超えたか否か、及び特定の時間区間の間にバッテリーパックから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパックであるかを決定する段階を含むバッテリーパックの制御方法を提供する。
前記のような構成により、負荷でエラー発生時にその根本的な原因がどこにあるか正確に把握することができるので、エラー発生後にバッテリーパックに対して適切な対処を行うことができるようになる。
本開示の一実施形態によるバッテリーパックの構成を示す図である。 本開示の一実施形態によるバッテリー管理システムの機能構成を示すブロック図である。 電流プロファイルの一例を概略的に示す図である。 本開示の一実施形態による、バッテリーパックで警告信号を生成する動作を示すフローチャートである。 本開示の他の実施形態によるバッテリーパックで警告信号を生成する動作を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態によるバッテリーパックの制御方法を示すフローチャートである。 エラーの原因を決定する方法を説明するための図である。 エラーの原因を決定する方法を説明するための図である。 エラーの原因を決定する方法を説明するための図である。 本開示の他の実施形態によるバッテリーパックの制御方法を示すフローチャートである。 本開示の他の実施形態によるバッテリーパックの制御方法を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態によるバッテリー管理システムのハードウェア構成を示す図である。
以下、図を参照しつつ、本発明の多様な実施形態に対して詳細に説明する。本文書で図上の同一の構成要素に対しては同一の参照符号を使用し、同一の構成要素に対して重複した説明は省略する。
本文書に開示されている本発明の多様な実施形態に対して、特定の構造的又は機能的説明は、単に本発明の実施形態を説明するための目的として例示されたものであって、本発明の多様な実施形態は、多様な形態で実施可能であり、本文書に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはいけない。
多様な実施形態で用いられる「第１」、「第２」、「第一」、又は「第二」などの表現は、多様な構成要素を順序及び／又は重要度に関係なく修飾することができ、当該構成要素を限定しない。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてよく、同様に、第２の構成要素も第１の構成要素に変えて命名されてよい。
本文書で用いられる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、他の実施形態の範囲の限定を意図するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味がない限り、複数の表現を含んでよい。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１の構成を示す図である。
図１を参照すれば、バッテリーパック１は、一つ以上のバッテリーセル１１からなり、充放電可能なバッテリーモジュール１０と、バッテリーモジュール１０の＋端子側又は－端子側に直列に連結されてバッテリーモジュール１０の充放電電流の流れを制御するためのスイッチング部３０と、バッテリーセル１１及び／又はバッテリーモジュール１０の電圧、電流、温度などをモニタリングして、過充電及び過放電などを防止するように制御管理するバッテリー管理システム２０（以下、「ＢＭＳ」と記す）とを含む。また、バッテリーパック１は、バッテリー保護ユニット（ＢＰＵ、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）をさらに含んでよい。
バッテリーモジュール１０は、充放電可能な一つ以上のバッテリーセル１１を含む。バッテリーモジュール１０は、求められるバッテリーパック１の仕様に従って、複数のバッテリーセル１１が互いに直列及び／又は並列に連結されてよい。すなわち、バッテリーセル１１の個数及び連結形態は、求められるバッテリーパック１の出力（電圧、電流など）により決定されてよい。バッテリーモジュール１０の出力電圧は、出力端子であるＰＡＣＫ（＋）端子及びＰＡＣＫ（－）端子を介してパック電圧として外部に供給される。バッテリーセル１１は、リチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）電池、リチウムイオンポリマー（Ｌｉ－ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）電池、ニッケルカドミウム（Ｎｉ－Ｃｄ）電池、ニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）電池などであってよく、充電可能な電池であれば、これに限定されない。
ＢＭＳ２０は、バッテリーパック１の全般的な動作を制御及び管理する。ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０の充放電動作を制御するためにスイッチング部３０の動作を制御してよい。また、ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０及び／又はバッテリーモジュール１０に含まれた各バッテリーセルの電圧、電流、温度などをモニタリングしてよい。そして、ＢＭＳ２０によるモニタリングのために図示していないセンサーや各種測定モジュールが、バッテリーモジュール１０や充放電経路、又はバッテリーパック１などの任意の位置にさらに設置されてよい。ＢＭＳ２０は、モニタリングした電圧、電流、温度などの測定値に基づいて、バッテリーモジュール１０の状態を示すパラメーター、例えば、ＳＯＣやＳＯＨなどを算出してよい。すなわち、ＢＭＳ２０は、後述する電圧測定部２１、電流測定部２２、及び制御部２３としての機能を行ってよい。
ＢＭＳ２０は、バッテリーパック１の全般的な動作の制御及び管理のための命令であるコンピュータープログラムを格納するメモリ、プログラムを実行させてＢＭＳ２０の全体動作を制御するコントローラとしてのマイコンと、センサーや測定手段などの入出力装置、その他の周辺回路など多様な構成を含んでよい。さらにＢＭＳ２０は、前述したように、バッテリーセルの電圧、電流、温度などをモニタリングするための回路構成を含んでよい。
スイッチング部３０は、バッテリーモジュール１０の充電又は放電に対する電流の流れを制御するための構成である。スイッチング部３０は、リレーやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子が用いられてよい。スイッチング部３０は、ＢＭＳ２０によりオンオフ動作が制御されてよい。
バッテリーパック１は、さらに外部の上位制御器２と通信可能に連結されてよい。すなわち、ＢＭＳ２０は、上位制御器２にバッテリーパック１に対する各種データを伝送し、上位制御器２からバッテリーパック１の動作に関する制御信号を受信してよい。上位制御器２は、負荷に設けられた制御システムであってよい。負荷は、電気自動車、電気自転車などバッテリーパック１が取り付けられてバッテリーパック１が供給する電力を使用して動作する任意の装置であってよい。バッテリーパック１が電気自動車に搭載された場合、上位制御器２は、車両の運行を制御するための車両制御器であってよい。
バッテリー保護ユニット４０は、バッテリーパック１の安定的な動作のための構成を含んでよい。バッテリー保護ユニット４０は、バッテリーパック１内の温度を制御するための冷却ファンなどの冷却手段を含んでよい。また、バッテリー保護ユニット４０は、短絡発生などの理由により過電流が発生する際に、電流の経路を遮断するためのヒューズを含んでよい。
本開示によるＢＭＳ２０は、負荷に発生したエラーに対して、エラーの原因がバッテリーパック１側に存在するか、負荷側に存在するかを決定してよい。すなわち、ＢＭＳ２０は、負荷に発生したエラーの根本的な原因を把握することができる。以下では、本開示によるバッテリーパック１で負荷に発生したエラーの根本的な原因を把握する具体的な方法について説明する。
図２は、本開示の一実施形態によるＢＭＳ２０の機能構成を示すブロック図である。
図２を参照すれば、ＢＭＳ２０は、電圧測定部２１、電流測定部２２、制御部２３、タイマー２４、及び格納部２５を含んでよい。
電圧測定部２１は、バッテリーモジュール１０及び／又はバッテリーセル１１の電圧を測定するように構成される。電圧測定部２１が測定したバッテリーモジュール１０の電圧は、バッテリーパック１の電圧に対応することができる。以下では、電圧測定部２１がバッテリーモジュール１０の電圧を測定することで説明する。
電圧測定部２１は、周期的にバッテリーモジュール１０の電圧を測定してよい。電圧測定部２１は、タイマー２４により提供されるクロック信号に基づいて、所定の時間間隔でバッテリーモジュール１０の電圧を測定してよい。例えば、電圧測定部２１は、０．１秒、１秒、２秒、又は任意の時間間隔で電圧を測定してよい。
電圧測定部２１が測定する電圧値は、後述する格納部２５に格納されてよい。格納部２５に格納される電圧値は、特定の時間区間の間に測定された電圧値であってよい。時間の経過に伴い格納部２５に格納される電圧値は、最近の特定の時間区間の間に測定された電圧値に更新されてよい。すなわち、特定の時間区間の長さを有するムービングウィンドウ内の電圧値が格納部２５に格納されてよい。格納部２５に特定の時間区間の間に測定された電圧値のみを格納することにより、不要に格納空間を浪費することを防止することができる。
電流測定部２２は、バッテリーモジュール１０から負荷に出力される電流を測定するように構成される。電流測定部２２は、周期的にバッテリーモジュール１０から負荷に出力される電流を測定してよい。電流測定部２２は、タイマー２４により提供されるクロック信号に基づいて、所定の時間間隔でバッテリーモジュール１０の電圧を測定してよい。例えば、電流測定部２２は、０．１秒、１秒、２秒、又は任意の時間間隔で電流を測定してよい。
電流測定部２２が測定する電流値は、後述する格納部２５に格納されてよい。格納部２５に格納される電流値は、特定の時間区間の間に測定された電流値であってよい。また、格納部２５には、特定の時間区間の間に測定された電流値に基づいて算出された、バッテリーパック１から負荷に出力された特定の時間区間の間の電流量が格納されてよい。時間の経過に伴い格納部２５に格納される電流値及び電流量値は、最近の特定の時間区間の間に測定された電流値及び算出された電流量値に更新されてよい。すなわち、特定の時間区間の長さを有するムービングウィンドウ内の電流値及び電流量値が格納部２５に格納されてよい。格納部２５に特定の時間区間の間に測定された電流値及び電流量値のみを格納することにより、不要に格納空間を浪費することを防止することができる。
制御部２３は、バッテリーモジュール１０の電圧による警告信号が発生したか否か、及び特定の時間区間の間に電流測定部２２が測定した電流値が負荷の電流プロファイルを満たすか否かに基づいて、負荷に発生したエラーの原因が負荷であるかバッテリーパック１であるかを決定する制御部を含むバッテリーパック１を提供する。電流プロファイルは、所定のイベント発生時にバッテリーパック１から負荷に出力されなければならない電流の最低条件を示してよい。そして、負荷に発生したエラーは、バッテリーパック１（又は、バッテリーモジュール１０）から出力される電圧が基準電圧未満になることを意味してよい。
図３は、電流プロファイルの一例を概略的に示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流の大きさを示す。図３は、電気自動車での電流プロファイルの一例を示す。
図３の電流プロファイルによれば、電気自動車は、所定の状況発生時にバッテリーパック１が第１基準電流で第１基準時間の間に出力することを求める。また、電気自動車は、所定の状況発生時にバッテリーパック１が第２基準電流で第２基準時間の間に出力することを求める。また、自動車は、所定の状況発生時にバッテリーパック１が第３基準電流で第３基準時間の間に出力することを求める。第１基準電流は７０Ａであり、第１基準時間は３０秒であってよい。第２基準電流は１２０Ａであり、第２基準時間は４秒であってよい。第３基準電流は１７５Ａであり、第３基準時間は０．１秒であってよい。それぞれの基準電流及び基準時間の値は例示的なものであり、これに限定されるものではない。
制御部２３は、前記のように電流プロファイルが提供される際に、バッテリーモジュール１０の電圧による警告信号が発生したか否か、及び特定の時間区間の間に電流測定部２２が測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパック１であるかを決定してよい。図３を参照すれば、制御部２３は、警告信号が発生したか否か、及び電流測定部２２が測定した電流値のうちの最大値が第３基準電流を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパック１であるかを決定してよい。ここで、特定の時間区間は、例えば、１０秒、２０秒、３０秒、１分、又は任意の長さであってよい。特定の時間区間は、電流プロファイルで求める基準時間のうちの最も長い基準時間よりも長い値であってよい。
他の例として、制御部２３は、前記のように電流プロファイルが提供される際に、バッテリーモジュール１０の電圧による警告信号が発生したか否か、及び特定の時間区間の間にバッテリーモジュール１０から出力された電流量が基準電流量を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパック１であるかを決定してよい。図３を参照すれば、制御部２３は、警告信号が発生したか否か、及びバッテリーモジュール１０から出力された電流量が（第１基準電流＊第１基準時間）＋（第２基準電流＊第２基準時間）＋（第３基準電流＊第３基準時間）で決定される基準電流量を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパック１であるかを決定してよい。
さらに他の例として、制御部２３は、前記のように電流プロファイルが提供される際に、バッテリーモジュール１０の電圧による警告信号が発生したか否か、特定の時間区間の間に電流測定部２２が測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否か、及び特定の時間区間の間にバッテリーモジュール１０から出力された電流量が基準電流量を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパック１であるかを決定してよい。図３を参照すれば、制御部２３は、警告信号が発生したか否か、電流測定部２２が測定した電流値のうちの最大値が第３基準電流を超えたか否か、及びバッテリーモジュール１０から出力された電流量が（第１基準電流＊第１基準時間）＋（第２基準電流＊第２基準時間）＋（第３基準電流＊第３基準時間）で決定される基準電流量を超えたか否かに基づいて、エラーの原因が負荷であるかバッテリーパック１であるかを決定してよい。
これと関して、制御部２３は、バッテリーモジュール１０の電圧による警告信号を生成してよい。特に、制御部２３は、バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧未満になることが予想される場合、警告信号を生成してよい。
この際、制御部２３は、バッテリーモジュール１０のＳＯＣを算出し、バッテリーモジュール１０の電圧が算出したＳＯＣに基づいて基準電圧未満になることが予想される場合、警告信号を発生させてよい。このために、ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０のＳＯＣを算出するように構成されるＳＯＣ算出部（未図示）をさらに含んでよい。
代案的には、制御部２３は、バッテリーモジュール１０の温度を測定し、バッテリーモジュール１０の電圧が測定した温度に基づいて基準電圧未満になることが予想される場合、警告信号を発生させてよい。このために、ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０の温度を測定するように構成される温度測定部（未図示）をさらに含んでよい。
制御部２３は、警告信号が発生した場合、エラーの原因が負荷であると決定してよい。
また、制御部２３は、警告信号が発生しなかったが、電流測定部２２が測定した最大値が基準電流値を超えたか、バッテリーモジュール１０から出力された電流量が基準電流量を超えた場合、エラーの原因が負荷であると決定してよい。
一方に、制御部２３は、警告信号が発生せず、電流測定部２２が測定した最大値が基準電流値以下であり、バッテリーモジュール１０から出力された電流量が基準電流量以下の場合、エラーの原因がバッテリーパック１であると決定してよい。
タイマー２４は、制御部２３にクロック信号を提供するように構成される。タイマー２４は、制御部２３にクロック信号を提供して、電圧測定部２１及び電流測定部２２が周期的にバッテリーモジュール１０の電圧及び電流を測定できるようにする。
格納部２５は、電圧測定部２１及び電流測定部２２が測定した電圧値及び電流値を格納する。格納部２５は、電圧値及び電流値において、特定の時間区間の間の電圧値及び電流値のみを格納してよい。制御部２３は、時間の経過に伴い特定の時間区間以前の電圧値及び電流値は格納部２５から削除し、新たに測定された電圧値及び電流値をさらに格納することにより、格納されたデータを持続的に更新することができる。
格納部２５は、制御部２３が生成した警告信号と制御部２３が判断したエラーの原因に対応するエラーコードを格納するように構成されてよい。この際、格納部２５は、警告信号も特定の時間区間が経過すると削除することができる。エラーコードは、バッテリーパック１がエラーの原因であることを示す第１エラーコードと負荷がエラーの原因であることを示す第２エラーコードを含んでよい。
以上のように、ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０の電圧及び電流を周期的にモニタリングし、モニタリングした値、バッテリーモジュール１０の予想電圧に基づいて生成される警告信号、そして電流プロファイルに基づいて、エラーの原因がバッテリーパック１側に存在するか負荷側に存在するかを決定してよい。正確なエラーの原因を把握することができるので、発生したエラーに対して正確な対処が可能となる。
図４は、本開示の一実施形態による、バッテリーパック１で警告信号を生成する動作を示すフローチャートである。
図４を参照すれば、制御部２３は、電圧測定部２１及び電流測定部２２を介して周期的にバッテリーモジュール１０の電圧及び電流を測定する（Ｓ１０）。また、制御部２３は、温度測定部を介してバッテリーモジュール１０の温度を測定する（Ｓ１１）。
制御部２３は、バッテリーモジュール１０の現在電圧とバッテリーモジュール１０の温度に基づいて、バッテリーモジュール１０が一定の時間後に出力すると期待される電圧を予想する（Ｓ１２）。すなわち、制御部２３は、予想電圧を算出する。
その後、制御部２３は、予想バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧未満であるかを判断する（Ｓ１３）。予想バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧未満の場合（Ｓ１３のＹｅｓ）、バッテリーパック１の出力電圧が基準電圧未満に下がる虞があるので、警告信号を生成する（Ｓ１４）。そして、生成した警告信号を格納部２５に格納する（Ｓ１５）。警告信号は、格納部２５に特定の時間区間の間のみ格納され、その後に削除されてよい。
一方、予想バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧以上の場合（Ｓ１３のＮｏ）、バッテリーパック１の出力電圧が基準電圧未満に下がる虞がないので、警告信号を生成せず、さらにＳ１０段階に戻る。
図５は、本開示の他の実施形態による、バッテリーパック１で警告信号を生成する動作を示すフローチャートである。
図５を参照すれば、制御部２３は、電圧測定部２１及び電流測定部２２を介して周期的にバッテリーモジュール１０の電圧及び電流を測定する（Ｓ２０）。また、制御部２３は、ＳＯＣ算出部を介してバッテリーモジュール１０のＳＯＣを算出する（Ｓ２１）。
制御部２３は、バッテリーモジュール１０の現在電圧とバッテリーモジュール１０のＳＯＣに基づいて、バッテリーモジュール１０が一定の時間後に出力すると期待される電圧を予想する（Ｓ２２）。すなわち、制御部２３は、予想電圧を算出する。
その後の段階は、図４のＳ１３～Ｓ１５段階と同一である。
図４及び図５では、バッテリーモジュール１０の電圧を予想するに当たり、バッテリーモジュール１０の温度又はバッテリーモジュール１０のＳＯＣ中の一つのみを考慮したが、これに限定されるものではない。例えば、制御部２３は、バッテリーモジュール１０の現在電圧に温度及びＳＯＣを全て考慮して予想電圧を算出してよい。また、温度及びＳＯＣ外に他の変数をさらに考慮してもよい。
図６は、本開示の一実施形態によるバッテリーパックの制御方法を示すフローチャートである。
図６を参照すれば、制御部２３は、電圧測定部２１及び電流測定部２２を介して周期的にバッテリーモジュール１０の電圧及び電流を測定する（Ｓ３０）。そして、バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧未満になったかを判断する（Ｓ３１）。バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧以上の場合（Ｓ３１のＮｏ）、バッテリーパック１と関連して負荷にエラーが発生しない。したがって、この場合、続いてバッテリーモジュール１０の電圧及び電流を測定する。
バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧未満の場合（Ｓ３１のＹｅｓ）、バッテリーパック１と関連して負荷にエラーが発生する。制御部２３は、発生したエラーの原因がバッテリーパック１側に存在するか負荷側に存在するかを決定しなければならない。したがって、制御部２３は、先ず格納部２５に特定の時間区間内に発生した警告信号が格納されているか判断する（Ｓ３２）。
格納部２５に格納されている警告信号がない場合（Ｓ３２のＮｏ）、バッテリーパック１に異常があると判断する。すなわち、負荷に発生したエラー（バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧未満になること）の原因がバッテリーパック１であると決定する。これは、バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧未満になると予想される場合、事前に警告信号が生成されて負荷側に伝達されなければならないが、そうではなかったからである。
格納部２５に格納されている警告信号がある場合（Ｓ３２のＹｅｓ）、特定の時間区間の間に測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否かを判断する（Ｓ３３）。すなわち、電流プロファイルで求める最大基準電流値よりも大きい値をバッテリーパック１が出力するようにしたかを判断する。
特定の時間区間の間に測定した電流値のうちの最大値が基準電流値以下の場合（Ｓ３３のＮｏ）、特定の時間区間の間にバッテリーモジュール１０から出力された電流量が基準電流量を超えたか否かを判断する（Ｓ３４）。基準電流量は、電流プロファイルで求める最大限度まで出力した電流量であってよい。
特定の時間区間の間にバッテリーモジュール１０から出力された電流量が基準電流量以下の場合（Ｓ３４のＮｏ）、バッテリーモジュール１０から出力された電流の範囲は、電流プロファイルで求められる範囲以内になる。したがって、負荷は、バッテリーモジュール１０から適切な大きさ及び量の電流出力を求めたものであるので、エラーの原因がバッテリーパック１であると決定する（Ｓ３６）。
一方、特定の時間区間の間に測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えた場合（Ｓ３３のＹｅｓ）、及び特定の時間区間の間にバッテリーモジュール１０から出力された電流量が基準電流量を超えた場合（Ｓ３４のＹｅｓ）、エラーの原因が負荷であると決定する（Ｓ３５）。すなわち、電流プロファイルで求める以上にバッテリーモジュール１０から電流を出力することにしたので、エラーの原因がバッテリーパック１ではなく負荷側に存在すると決定する。
Ｓ３５段階又はＳ３６段階において、負荷又はバッテリーパック１の異常であると決定すると、当該決定内容に対応するエラーコードを格納部２５に格納する。したがって、エラーの原因がバッテリーパック１側に存在するか負荷側に存在するかをエラーコードに基づいて把握することができるので、エラーに対する適切な対処が可能となる。
図７ａ～図７ｃは、エラーの原因を決定する方法を説明するための図である。図７ａ～図７ｃは、電流測定部２２が測定した電流値を示している。図７ａ～図７ｃでは、警告信号が生成されて格納されている場合に限定する。電流プロファイルは、第１基準電流ｉ１、第２基準電流ｉ２、及び第３基準電流ｉ３を出力することを求めている。
図７ａを参照すれば、バッテリーモジュール１０から出力される電流は、電流プロファイルで求める第１基準電流ｉ１、第２基準電流ｉ２、及び第３基準電流ｉ３から電流を出力する。また、第１基準電流ｉ１が出力される時間であるｔ１～ｔ２、ｔ５～ｔ６の長さの合計は第１基準時間未満である。第２基準電流ｉ２が出力される時間であるｔ２～ｔ３、ｔ４～ｔ５の長さの合計は第２基準時間未満である。また、第３基準電流ｉ３が出力される時間であるｔ３～ｔ４の長さは第３基準時間未満である。
このように、電流が出力される状況で、バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧Ｖ１未満に下がることから、負荷でエラーが発生する。
この場合、バッテリーモジュール１０から出力される電流は、電流プロファイルで求める範囲以内であるので、エラーの原因は、バッテリーパック１側に存在すると決定する。これは、図６で、Ｓ３３のＮｏ及びＳ３４のＮｏによりバッテリーパック１の異常であると判断することに対応する。
図７ｂを参照すれば、バッテリーモジュール１０から出力される電流は、電流プロファイルで求める第１基準電流ｉ１及び第３基準電流ｉ３で電流を出力する。ただし、時間ｔ１３～ｔ１４区間で、第２基準電流ｉ２を超える電流が出力される。
また、第１基準電流ｉ１が出力される時間であるｔ１１～ｔ１２、ｔ１５～ｔ１６の長さの合計は第１基準時間未満である。第２基準電流ｉ２が出力される時間であるｔ１２～ｔ１３、ｔ１４～ｔ１５の長さの合計は第２基準時間未満である。また、第３基準電流ｉ３が出力される時間であるｔ１３～ｔ１４の長さは第３基準時間未満である。
このように電流が出力される状況で、バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧Ｖ１未満に下がることから、負荷でエラーが発生する。
この場合、バッテリーモジュール１０から出力される最大電流は、電流プロファイルで求める基準電流を超えるので、電流プロファイルで求める範囲以外になる。したがって、エラーの原因は、負荷側に存在すると決定する。これは、図６で、Ｓ３３のＹｅｓにより負荷の異常であると判断することに対応する。
図７ｃを参照すれば、バッテリーモジュール１０から出力される電流は、電流プロファイルで求める第１基準電流ｉ１、第２基準電流ｉ２、及び第３基準電流ｉ３から電流を出力する。第１基準電流ｉ１が出力される時間であるｔ２１～ｔ２２、ｔ２５～ｔ２６の長さの合計は第１基準時間未満である。第３基準電流ｉ３が出力される時間であるｔ２３～ｔ２４の長さは第３基準時間未満である。しかし、第２基準電流ｉ２が出力される時間であるｔ２２～ｔ２３、ｔ２４～ｔ２５の長さの合計は第２基準時間よりも長い。
このように電流が出力される状況で、バッテリーモジュール１０の電圧が基準電圧Ｖ１未満に下がることから、負荷でエラーが発生する。
この場合、バッテリーモジュール１０から出力される最大電流は、電流プロファイルで求める電流量を超えるので、電流プロファイルで求める範囲以外になる。したがって、エラーの原因は、負荷側に存在すると決定する。これは、図６で、Ｓ３４のＹｅｓにより負荷の異常であると判断することに対応する。
以上のように、ＢＭＳ２０は、バッテリーモジュール１０の電圧及び電流を周期的にモニタリングし、モニタリングした値、バッテリーモジュール１０の予想電圧に基づいて生成される警告信号、そして、電流プロファイルに基づいて、エラーの原因がバッテリーパック１側に存在するか負荷側に存在するか決定してよい。正確なエラーの原因を把握することができるので、発生したエラーに対して正確な対処が可能となる。
図８は、本開示の他の実施形態によるバッテリーパック１の制御方法を示すフローチャートである。
本実施形態では、制御部２３が、警告信号が存在するか否かを判断する段階（Ｓ４２）、及び特定の時間区間の間に測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否かを判断する段階（Ｓ４３）のみを含む。すなわち、本実施形態では、特定の時間区間の間にバッテリーモジュールから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かを判断する段階は省略した点で、図６の実施形態と異なる。
本実施形態による場合にも、図６による実施形態と同様に、正確なエラーの原因を把握することができる。
図９は、本開示の他の実施形態によるバッテリーパック１の制御方法を示すフローチャートである。
本実施形態では、制御部２３が、警告信号が存在するか否かを判断する段階（Ｓ５２）、及び特定の時間区間の間にバッテリーモジュールから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かを判断する段階（Ｓ５３）のみを含む。すなわち、本実施形態では、特定の時間区間の間に測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否かを判断する段階は省略した点で、図６の実施形態と異なる。
本実施形態による場合にも、図６による実施形態と同様に、正確なエラーの原因を把握することができる。
図１０は、本開示の一実施形態によるＢＭＳ２０のハードウェア構成を示す図である。
図１０を参照すれば、ＢＭＳ２０はコントローラ（ＭＣＵ）２００、メモリ２１０、通信インターフェース２２０、及び入出力インターフェース２３０を含んでよい。
ＭＣＵ２００は、ＢＭＳ２０内の各種動作及び演算の処理と各構成の制御を行う。
メモリ２１０には、運営体制プログラム及びＭＣＵ２００の機能を行うためのプログラムが記録される。メモリ２１０は、揮発性メモリ及び非揮発性メモリを含んでよい。例えば、メモリ２１０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリなどの半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどの各種格納媒体のうちの少なくともいずれか一つが使用されてよい。メモリ２１０は、ＭＣＵ２００に内蔵したメモリであってもよく、ＭＣＵ２００とは別途に設置された追加的なメモリであってもよい。
通信インターフェース２２０は、外部と有線及び／又は無線で通信可能な構成である。
入出力インターフェース２３０は、各種入力信号及び出力信号の入出力を行う。
ＭＣＵ２００がメモリ２１０に格納されたプログラムを行うことにより、ＢＭＳ２０の制御部２３、ＳＯＣ算出部などの機能を行ってよい。また、ＭＣＵ２００がメモリ２１０に格納されたプログラムと入出力インターフェース２３０を介して受信される各種測定信号に基づいて、電圧測定部２１、電流測定部２２、及び電圧測定部としての機能を行ってよい。
メモリ２１０は、格納部２５としての機能を行ってよい。また、ＭＣＵ２００が通信インターフェース２２０とともに動作して上位制御器２と通信する通信手段としての機能を行ってよい。
以上に記載された「含む」、「構成する」又は「有する」などの用語は、特に反対の記載がない限り、当該構成要素が内在し得ることを意味するので、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでよいと解釈されなければならない。技術的や科学的な用語を含む全ての用語は、特に定義されない限り、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有すると解釈されてよい。辞書に定義された用語のように一般的に用いられる用語は、関連技術の文脈上の意味と一致すると解釈されなければならず、本発明で明らかに定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味として解釈されない。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲により解釈されなければならず、それと同等の範囲内の全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

Claims (15)

  1. 負荷に電源を供給するバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールの電圧を測定する電圧測定部と、
    前記バッテリーモジュールから前記負荷に出力される電流を測定する電流測定部と、
    前記バッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、及び特定の時間区間の間に前記電流測定部が測定した電流値が前記負荷の電流プロファイルを満たすか否かに基づいて、前記負荷に発生したエラーの原因が前記負荷であるかバッテリーパックであるかを決定する制御部と、を含むバッテリーパック。
  2. 前記制御部は、前記バッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、及び前記特定の時間区間の間に前記電流測定部が測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否かに基づいて、前記エラーの原因が前記負荷であるか前記バッテリーパックであるかを決定する、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記制御部は、前記バッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、及び前記特定の時間区間の間に前記バッテリーモジュールから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かに基づいて、前記エラーの原因が前記負荷であるか前記バッテリーパックであるかを決定する、請求項１または２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記制御部は、前記バッテリーモジュールの電圧による警告信号が発生したか否か、前記特定の時間区間の間に前記電流測定部が測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否か、及び前記特定の時間区間の間に前記バッテリーモジュールから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かに基づいて、前記エラーの原因が前記負荷であるか前記バッテリーパックであるかを決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  5. 前記制御部は、
    前記警告信号が発生した場合、前記エラーの原因が前記負荷であると決定する、請求項４に記載のバッテリーパック。
  6. 前記制御部は、
    前記警告信号が発生せず、前記最大値が前記基準電流値以下であり、前記電流量が前記基準電流量以下の場合、前記エラーの原因が前記バッテリーパックであると決定する、請求項４または５に記載のバッテリーパック。
  7. 前記制御部は、
    前記警告信号が発生しなかったが、前記最大値が前記基準電流値を超えたか前記電流量が前記基準電流量を超えた場合、前記エラーの原因が前記負荷であると決定する、請求項４から６のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  8. 前記電流プロファイルは、所定のイベント発生時に前記バッテリーパックから前記負荷に出力されなければならない電流の最低条件を示す、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  9. 前記警告信号及び前記エラーの原因に対応するエラーコードを格納する格納部と、をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  10. 前記格納部は、格納された前記警告信号を前記特定の時間区間が経過すると削除する、請求項９に記載のバッテリーパック。
  11. 前記制御部は、
    前記電圧が基準電圧未満になることが予想される場合、前記警告信号を発生させる、請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  12. 前記バッテリーモジュールのＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部をさらに含み、
    前記制御部は、前記バッテリーモジュールの電圧が、前記バッテリーモジュールのＳＯＣに基づいて前記基準電圧未満になることが予想される場合、前記警告信号を発生させる、請求項１１に記載のバッテリーパック。
  13. 前記バッテリーモジュールの温度を測定する温度測定部をさらに含み、
    前記制御部は、前記バッテリーモジュールの電圧が、前記バッテリーモジュールの温度に基づいて前記基準電圧未満になることが予想される場合、前記警告信号を発生させる、請求項１１または１２に記載のバッテリーパック。
  14. 前記負荷は、電気自動車である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  15. 負荷に電源を供給するバッテリーモジュールの電圧を測定する段階と、
    前記バッテリーモジュールから前記負荷に出力される電流を測定する段階と、
    前記バッテリーモジュールの電圧が基準電圧未満になることが予想される場合、警告信号を発生させる段階と、
    特定の時間区間の間に前記測定した電流値のうちの最大値が基準電流値を超えたか否かを判断する段階と、
    前記特定の時間区間の間に前記バッテリーモジュールから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かを判断する段階と、
    前記警告信号が発生したか否か、前記最大値が前記基準電流値を超えたか否か、及び前記特定の時間区間の間にバッテリーパックから出力された電流量が基準電流量を超えたか否かに基づいて、前記負荷に発生したエラーの原因が前記負荷であるか前記バッテリーパックであるかを決定する段階と、を含むバッテリーパックの制御方法。
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