JP2023551119A - バッテリー装置、バッテリー管理システム、およびプリチャージ期間設定方法 - Google Patents

バッテリー装置、バッテリー管理システム、およびプリチャージ期間設定方法 Download PDF

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Abstract

【要約】バッテリー装置のプロセッサーは複数のサイクルそれぞれにおいてプリチャージ期間の目標時間を推定し、複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された目標時間に基づいて複数のサイクルの次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間を設定する。

Description

関連出願との相互引用
本出願は２０２１年１１月１日付大韓民国特許出願第１０－２０２１－０１４７８９６号に基づいた優先権の利益を主張し、当該大韓民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。
開示内容は、バッテリー装置、バッテリー管理システム、およびプリチャージ期間設定方法に関するものである。
電気自動車またはハイブリッド自動車は主にバッテリーを電源として用いてモーターを駆動することによって動力を得る車両であって、内燃自動車の公害およびエネルギー問題を解決することができる代案という点から研究が活発に行われている。また、充電の可能なバッテリーは車両以外に多様な外部装置で使用されている。
最近、高い出力と大きい充電容量を有するバッテリーが要求されるにつれて複数のバッテリーセルが直列または並列に連結されているバッテリーパックが使用されている。また、出力と容量が増えるにつれてバッテリーパックの潜在的な危険が増加している。特に、バッテリーパックに過電流が流れる時、これを診断できない場合、過電流によって外部装置に問題が発生することがある。
このような過電流のうちの駆動初期に発生する突入電流（ｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）を防止するためにプリチャージ回路が使用されている。プリチャージ回路は、駆動初期にプリチャージ抵抗を通じて外部装置のインバータなどに連結されているキャパシタを先に充電することによって突入電流を防止することができる。しかし、キャパシタをプリチャージする時間が十分でなければ、キャパシタに電圧が十分に充電されていない状態でメインスイッチが閉じられることがある。この場合、バッテリーパックの電圧とキャパシタの電圧の間の差によってメインスイッチが損傷を受けることがある。
一実施形態は、メインスイッチの損傷を最少化することができるバッテリー装置、バッテリー管理システム、およびプリチャージ期間設定方法を提供することができる。
一実施形態によれば、外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を有するバッテリー装置を提供することができる。前記バッテリー装置は、バッテリーパック、正極メインスイッチ、プリチャージスイッチ、およびプロセッサーを含むことができる。前記正極メインスイッチは、前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結できる。前記プリチャージスイッチは、前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結され、前記外部装置のキャパシタのプリチャージ動作を制御することができる。前記プロセッサーは、複数のサイクルそれぞれにおいてプリチャージ期間の目標時間を推定し、前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間に基づいて前記複数のサイクルの次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間を設定することができる。
一実施形態で、前記プロセッサーは、前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間のうちの最大値を前記次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間に設定することができる。
一実施形態で、前記プロセッサーは、各サイクルにおいて、前記プリチャージ期間の間に前記プリチャージスイッチを閉じてプリチャージを行い、前記プリチャージ期間以後に前記正極メインスイッチを閉じ、前記正極メインスイッチを閉じる直前の前記正極連結端子の第１電圧と前記正極メインスイッチを閉じた直後の前記正極連結端子の第２電圧に基づいて前記目標時間を推定することができる。
一実施形態で、前記バッテリー装置は、前記プリチャージスイッチが閉じられる時、前記正極端子と前記正極連結端子の間に連結されるプリチャージ抵抗をさらに含むことができる。
一実施形態で、前記プリチャージスイッチと前記プリチャージ抵抗は直列に連結できる。
一実施形態で、前記プロセッサーは、前記第１電圧と前記第２電圧に基づいて前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数を推定し、前記時定数の所定倍数を前記目標時間と推定することができる。
一実施形態で、前記所定倍数は５であってもよい。
一実施形態で、前記プリチャージ期間の時間が設定されていないサイクルにおいて、前記プロセッサーはプリチャージ期間で前記正極連結端子の電圧が所定電圧に到達するのにかかった時間に基づいて当該サイクルの前記プリチャージ期間の時間を設定することができる。
一実施形態で、前記所定電圧は、前記バッテリーパックの電圧の所定比率に該当する電圧であってもよい。
一実施形態で、前記所定比率は、前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数の所定倍数に基づいて決定できる。
一実施形態で、前記プリチャージ期間の時間が設定されていないサイクルにおいて、前記プロセッサーは前記プリチャージ期間で前記正極連結端子の電圧が所定電圧に到達するのにかかった時間に基づいて前記時定数を推定し、前記時定数の所定倍数を当該サイクルの前記プリチャージ期間の時間に設定することができる。
一実施形態で、前記所定倍数は６であってもよい。
他の実施形態によれば、バッテリーパックおよび外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を含むバッテリー装置のプリチャージ期間設定方法を提供することができる。前記プリチャージ期間設定方法は、複数のサイクルそれぞれのプリチャージ期間でプリチャージ抵抗を通じて前記正極連結端子と前記負極連結端子に連結されるキャパシタをプリチャージするプリチャージ動作を行う段階、前記複数のサイクルそれぞれにおいて前記プリチャージ期間の目標時間を推定する段階、そして前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間に基づいて前記複数のサイクルの次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間を設定する段階を含むことができる。
一実施形態で、前記プリチャージ期間の時間を設定する段階は、前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間のうちの最大値を前記次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間に設定する段階を含むことができる。
一実施形態で、前記目標時間を推定する段階は、前記プリチャージ動作を行った後に、前記正極連結端子に前記バッテリーパックの電圧を印加する段階、前記バッテリーパックの電圧を印加する直前に前記正極連結端子の電圧を第１電圧として測定する段階、前記バッテリーパックの電圧を印加した直後に前記正極連結端子の電圧を第２電圧として測定する段階、そして前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて前記目標時間を推定する段階を含むことができる。
一実施形態で、前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて前記目標時間を推定する段階は、前記第１電圧と前記第２電圧に基づいて前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数を推定する段階、そして前記時定数の所定倍数を前記目標時間と推定する段階を含むことができる。
一実施形態で、前記プリチャージ期間設定方法は、プリチャージ期間の時間が設定されていないサイクルの前記プリチャージ期間で、前記正極連結端子の電圧が所定電圧に到達するのにかかった時間に基づいて当該サイクルの前記プリチャージ期間の時間を設定する段階をさらに含むことができる。
また他の実施形態によれば、バッテリーパックおよび外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を含むバッテリー装置のバッテリー管理システムを提供することができる。前記バッテリー管理システムは、正極メインスイッチ、プリチャージスイッチ、およびプロセッサーを含むことができる。前記正極メインスイッチは、前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結できる。前記プリチャージスイッチは、前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結され、前記外部装置のキャパシタのプリチャージ動作を制御することができる。前記プロセッサーは、複数のサイクルそれぞれにおいてプリチャージ期間の目標時間を推定し、前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間に基づいて前記複数のサイクルの次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間を設定することができる。
一実施形態によれば、メインスイッチの損傷を最少化することができるプリチャージ期間を設定することができる。
一実施形態によるバッテリー装置を示す図である。 一実施形態によるバッテリー装置でのスイッチングタイミングを示す図である。 一実施形態によるバッテリー装置でのプリチャージ期間設定方法の一例を示すフローチャートである。 一実施形態によるバッテリー装置においてプリチャージ期間での等価回路の一例を示す図である。 一実施形態によるバッテリー装置において正極連結端子の電圧の一例を示す図である。 時定数の倍数による電圧比率を示す図である。 他の実施形態によるバッテリー装置においてプリチャージ時間の初期値を設定する方法の一例を示すフローチャートである。
以下では添付した図面を参照して本発明の実施形態につい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が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面で本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似の部分については類似の図面符号を付けた。
ある構成要素が他の構成要素に"連結されて"いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解されなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に"直接連結されて"いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。
以下の説明で単数として記載された表現は"一つ"または"単一"などの明示的な表現を使用しない以上、単数または複数に解釈できる。
図面を参照して説明したフローチャートで、動作順序は変更でき、様々な動作が併合されるか、ある動作が分割されてもよく、特定動作は行われなくてもよい。
図１は一実施形態によるバッテリー装置を示す図であり、図２は一実施形態によるバッテリー装置でのスイッチングタイミングを示す図である。
図１を参照すれば、バッテリー装置１００は、正極連結端子ＤＣ（＋）と負極連結端子ＤＣ（－）を通じて外部装置１０に電気的に連結できる構造を有する。外部装置が負荷である場合、バッテリー装置１００は負荷に電力を供給する電源として動作して放電される。負荷として動作する外部装置１０は例えば、電子装置、移動手段またはエネルギー貯蔵システム（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ、ＥＳＳ）であってもよく、移動手段は例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車またはスマートモビリティー（ｓｍａｒｔ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）であってもよい。
バッテリー装置１００は、バッテリーパック１１０、スイッチ回路、プリチャージ回路、感知回路１４０、およびプロセッサー１５０を含む。
バッテリーパック１１０は複数のバッテリーセル（図示せず）を含み、正極端子ＰＶ（＋）と負極端子ＰＶ（－）を有する。一実施形態で、バッテリーセルは、充電可能な二次電池であってもよい。一実施形態で、バッテリーパック１１０において所定個数のバッテリーセルが直列連結されてバッテリーモジュールを構成して所望の電力を供給することができる。他の実施形態で、バッテリーパック１１０において所定個数のバッテリーモジュールが直列または並列連結されて所望の電力を供給することができる。
スイッチ回路は、バッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の間に連結されている正極メインスイッチ１２１およびバッテリーパック１１０の負極端子ＰＶ（－）とバッテリー装置１００の負極連結端子ＤＣ（－）の間に連結されている負極メインスイッチ１２２を含む。一実施形態で、スイッチ１２１、１２２はそれぞれリレーから形成されるコンタクタであってもよい。他の実施形態で、スイッチ１２１、１２２はそれぞれトランジスタなどの電気的スイッチであってもよい。一実施形態で、スイッチ回路はスイッチ１２１、１２２をそれぞれ制御する駆動回路（図示せず）をさらに含むことができる。
プリチャージ回路はバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の間に連結されており、プリチャージ期間の間に連結端子ＤＣ（＋）、ＤＣ（－）に連結される外部装置１０のキャパシタ１１を先に充電することができる。一実施形態で、プリチャージ回路は、プリチャージ抵抗１３１と、プリチャージスイッチ１３２を含むことができる。プリチャージスイッチ１３２が閉じられる場合、プリチャージ抵抗１３１はバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の間に連結できる。これにより、プリチャージ回路はプリチャージ抵抗１３１を通じて外部装置１０のキャパシタ１１を先に充電することができる。一実施形態で、プリチャージ抵抗１３１とプリチャージスイッチ１３２は、バッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の間に直列に連結できる。一実施形態で、プリチャージスイッチ１３２は、リレーから形成されるコンタクタであってもよい。他の実施形態で、プリチャージスイッチ１３２は、トランジスタなどの電気的スイッチであってもよい。一実施形態で、プリチャージ回路は、プリチャージスイッチ１３２を制御する駆動回路（図示せず）をさらに含むことができる。
感知回路１４０は、バッテリー装置１００で所定地点の電圧を感知する。一実施形態で、感知回路１４０は、バッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を感知することができる。一実施形態で、感知回路１４０は、正極連結端子ＤＣ（＋）と接地端子の間に直列に連結される複数の抵抗（図示せず）を含むことができる。この場合、感知回路１４０は、複数の抵抗によって正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧が分圧された電圧を正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧として感知することができる。一実施形態で、感知回路１４０は、複数の抵抗によって分圧された電圧をデジタル信号に変換してプロセッサー１５０に伝達するアナログデジタル変換器をさらに含むことができる。
プロセッサー１５０は、スイッチ１２１、１２２、１３２の動作を制御することができる。また、プロセッサー１５０は、感知回路１４０に感知された電圧に基づいてプリチャージ期間を設定することができる。一実施形態で、プロセッサー１５０は感知回路１４０に感知された電圧に基づいてキャパシタ１１のキャパシタンスを診断することができる。一実施形態で、プロセッサー１５０は例えばマイクロ制御装置（ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）であってもよい。
一実施形態で、感知回路１４０とプロセッサー１５０はバッテリー装置のバッテリー管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）に含まれる。
図２を参照すれば、バッテリー装置の初期駆動時に、プロセッサー１５０は負極メインスイッチ１２２を先に閉じる。その次に、プロセッサー１５０は負極メインスイッチ１２２を閉じた状態でプリチャージスイッチ１３２を閉じる。これにより、バッテリーパック１１０からプリチャージ抵抗１３１を通じて外部装置１０のキャパシタ１１にプリチャージ電流が供給されてキャパシタ１１が充電できる。プリチャージスイッチ１３２を閉じてキャパシタ１１を充電する期間をプリチャージ期間といえる。
その次に、外部装置１０のキャパシタ１１を充電した後に、プロセッサー１５０はバッテリーパック１１０の電圧を外部装置１０に伝達するために正極メインスイッチ１２１を閉じる。この場合、プリチャージが完了したので、プロセッサー１５０はプリチャージスイッチ１３２を開けることができる。したがって、外部装置１０のキャパシタ１１に充電された電圧によって外部装置１０にバッテリーパック１１０の電圧を供給する時に突入電流が発生するのを防止することができる。スイッチの閉鎖はスイッチオン（ｏｎ）といえ、スイッチの開放はスイッチのオフ（ｏｆｆ）といえる。
次に、多様な実施形態によるプリチャージ期間設定方法について図３～図６を参照して説明する。
図３は一実施形態によるバッテリー装置でのプリチャージ期間設定方法の一例を示すフローチャートであり、図４は一実施形態によるバッテリー装置においてプリチャージ期間での等価回路の一例を示す図である。図５は一実施形態によるバッテリー装置において正極連結端子の電圧の一例を示す図であり、図６は時定数の倍数による電圧比率を示す図である。
図３を参照すれば、バッテリー装置のプロセッサー（例えば、図１の１５０）は負極メインスイッチ（例えば、図１の１２２）を閉じ（Ｓ３１０）、プリチャージスイッチ（例えば、図１の１３２）を閉じる（Ｓ３２０）。これにより、プリチャージ期間が開始され外部装置のキャパシタ（例えば、図１の１１）が充電できる。
プリチャージ動作を行った後に（例えば、プリチャージ期間が終了する時）、プロセッサー１５０は正極メインスイッチ（例えば、図１の１２１）を閉じる（Ｓ３４０）。プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じて正極連結端子ＤＣ（＋）にバッテリーパック１１０の電圧を印加することができる。正極メインスイッチ１２１を閉じる直前に（例えば、正極連結端子ＤＣ（＋））にバッテリーパック１１０の電圧を印加する直前に）、プロセッサー１５０は感知回路（例えば、図１の１４０）が感知したバッテリー装置の正極連結端子（例えば、ＤＣ（＋））の電圧を測定する（Ｓ３３０）。また、正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に（例えば、正極連結端子ＤＣ（＋）にバッテリーパック１１０の電圧を印加した直後に）、プロセッサー１５０は感知回路１４０が感知したバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を測定する（Ｓ３５０）。一実施形態で、プロセッサー１５０は正極メインスイッチ１２１を閉じた後に、プリチャージスイッチ１３２を開けることができる（Ｓ３４０）。
プロセッサー１５０は正極メインスイッチ１２１を閉じる直前に測定したバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧と正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に測定したバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に基づいてプリチャージ期間の目標時間（これから"目標プリチャージ時間"という）を推定する（Ｓ３６０）。一実施形態で、プロセッサー１５０は推定した目標プリチャージ時間を現在サイクルにおける目標プリチャージ時間として保存することができる。
プロセッサー１５０は目標プリチャージ時間に基づいて次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間（これから"プリチャージ時間"という）を設定する（Ｓ３７０、Ｓ３８０）。一実施形態で、複数のサイクルにおける目標プリチャージ時間に基づいて次のサイクルにおけるプリチャージ時間を設定することができる。このために、プロセッサー１５０は所定回数のサイクルにおける目標プリチャージ時間がそれぞれ推定されたかを判断することができる（Ｓ３７０）。所定回数のサイクルにおける目標プリチャージ時間が推定されていない場合（Ｓ３７０）、プロセッサー１５０は次のサイクルが開始される時、Ｓ３１０からの過程を繰り返すことができる。所定回数のサイクルにおける目標プリチャージ時間が推定された場合（Ｓ３７０）、プロセッサー１５０は所定回数のサイクルにおいて推定された目標プリチャージ時間に基づいて次のサイクルにおけるプリチャージ時間を設定することができる（Ｓ３８０）。一実施形態で、プロセッサー１５０は所定回数のサイクルにおいて推定された目標プリチャージ時間のうちの最大値を次のサイクルにおけるプリチャージ時間に設定することができる（Ｓ３８０）。一実施形態で、所定回数は５回であってもよい。
一方、図４に示したように、プリチャージスイッチ１３２を閉じると、バッテリーパック１１０、プリチャージ抵抗１３１、およびキャパシタ１１によって形成されるＲＣ等価回路が形成できる。そうすると、キャパシタ１１の電圧、即ち、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧ＶＤＣはＲＣ等価回路４１０の時定数τに基づいて図５に示したように増加する。キャパシタ１１の電圧ＶＤＣは例えば（数１）式のように変動できる。
Figure 2023551119000002
（数１）式中、時定数τはプリチャージ抵抗１３１の抵抗値ＲＰとキャパシタ１１のキャパシタンスＣＥＸの積と定義される。
図５に示したように、正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧はバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴに変更される。正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に測定した正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧はバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴに該当する。したがって、プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧ＶＤＣ（プリチャージ期間の終了時のキャパシタ１１の電圧）と正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧ＶＢＡＴ（バッテリーパック１１０の電圧）に基づいて時定数を推定することができる。例えば、（数１）式でＶＤＣを正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に、ＶＢＡＴを正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に、ｔを現在サイクルにおけるプリチャージ期間の時間に設定して、時定数τが計算できる。
したがって、プロセッサー１５０は、時定数τに基づいて目標プリチャージ時間を設定することができる。一実施形態で、プロセッサー１５０は、時定数のｎ倍を目標プリチャージ時間に設定することができる（ｎは正の実数）。図６に示したように、図４に示した等価回路で、時定数の１倍（τ）でのキャパシタ１１の電圧ＶＤＣはバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴの６３％に該当し、時定数の２倍（２τ）でのキャパシタ１１の電圧ＶＤＣはバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴの８６％に該当し、時定数の３倍（３τ）でのキャパシタ１１の電圧ＶＤＣはバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴの９５％に該当し、時定数の４倍（４τ）でのキャパシタ１１の電圧ＶＤＣはバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴの９８％に該当し、時定数の５倍（５τ）でのキャパシタ１１の電圧ＶＤＣはバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴの９９％に該当する。例えば、プロセッサー１５０は、キャパシタ１１の電圧ＶＤＣはバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴの９９％になる時定数の５倍（５τ）を目標プリチャージ時間に設定することができる。時定数の５倍（５τ）を目標プリチャージ時間に設定する場合、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧ＶＤＣがバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴの９９％に到達する時に正極メインスイッチ１２１が閉じられるので、正極メインスイッチ１２１の損傷が最少化できる。また、一実施形態で、複数のサイクルの目標プリチャージ時間のうちの最大値が選択される場合、複数のサイクルにおける測定偏差を考慮して正極メインスイッチ１２１の損傷が最少化できる時間が選択できる。
以上で説明した実施形態によれば、所定回数のサイクルにおいて推定した目標プリチャージ時間に基づいてプリチャージ時間に設定することによって、正確なプリチャージ時間を設定することができる。この場合、キャパシタのキャパシタンスが変わってもプリチャージ時間が適応的に設定できる。また、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前と正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を測定するため、二つの電圧測定時点の差を最少化することができる。即ち、二回の電圧測定が実質的に同一な環境で行われるので、電圧測定に関連する素子の誤差を最少化し、これにより、時定数が正確に推定できる。
前述のように、プロセッサー１５０は、所定回数のサイクルにおいてそれぞれ推定された目標プリチャージ時間に基づいて次のサイクルにおいてプリチャージ時間を設定することができる。したがって、現在サイクルにおけるプリチャージ時間は、所定回数の以前サイクルにおいてそれぞれ推定された目標プリチャージ時間に基づいて設定できる。例えば、ｉ番目サイクルにおけるプリチャージ時間は、（ｉ－５）番目から（ｉ－１）番目サイクルにおいてそれぞれ推定された目標プリチャージ時間に基づいて設定できる。一方、現在サイクルにおけるプリチャージ時間を設定するのに必要な所定回数の以前サイクルにおける目標プリチャージ時間が保存されていない場合が存在することがある。例えば、最初サイクルにおいては以前サイクルが行われなかったので、以前サイクルにおける目標プリチャージ時間が存在しないことがある。また、二番目から五番目サイクルにおいても所定回数の以前サイクルが行われなかったので、所定回数の以前サイクルにおける目標プリチャージ時間が存在しないことがある。この場合、現在サイクルにおけるプリチャージ時間が設定されないことがある。
以下では、現在サイクルにおけるプリチャージ時間が設定されていない場合、プリチャージ時間を設定する実施形態について図７を参照して説明する。
図７は、他の実施形態によるバッテリー装置においてプリチャージ時間の初期値を設定する方法の一例を示すフローチャートである。
図７を参照すれば、バッテリー装置のプロセッサー（例えば、図１の１５０）は負極メインスイッチ（例えば、図１の１２２）を閉じ（Ｓ７１０）、プリチャージスイッチ（例えば、図１の１３２）を閉じる（Ｓ７２０）。これにより、プリチャージ期間が開始され外部装置のキャパシタ（例えば、図１の１１）が充電される。一実施形態で、プロセッサー１５０は、プリチャージ期間が開始される時にタイマーを稼動してプリチャージ期間の経過時間を測定することができる。例えば、プロセッサー１５０は、プリチャージスイッチ１３２を閉じる時点からタイマーを稼動することができる。
プロセッサー１５０は、現在サイクルにおけるプリチャージ時間が設定されているかを判断する（Ｓ７３０）。一実施形態で、プロセッサー１５０は、所定回数の以前サイクルにおける目標プリチャージ時間に基づいて現在サイクルにおけるプリチャージ時間が設定されたかを判断することができる（Ｓ７３０）。一実施形態で、プロセッサー１５０は、目標プリチャージ時間が推定された以前サイクルの数と所定回数を比較することができる（Ｓ７３０）。
現在サイクルにおけるプリチャージ時間が設定されていない場合（Ｓ７３０）、プロセッサー１５０は感知回路（例えば、図１の１４０）を通じてバッテリー装置の正極連結端子（例えば、ＤＣ（＋））の電圧ＶＤＣをモニタリングする（Ｓ７４０）。プロセッサー１５０は、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧ＶＤＣをモニタリングしながら、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧と所定電圧を比較する（Ｓ７５０）。所定電圧は、バッテリーパック（例えば、図１の１１０）の電圧ＶＢＡＴに基づいて決定された電圧である。一実施形態で、感知回路１４０がバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）の電圧を感知してプロセッサー１５０がバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴを測定することができる。一実施形態で、所定電圧は、バッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴと時定数のｍ倍に基づいて設定できる（ｍは正の実数）。一実施形態で、バッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴに対する所定電圧の比率が図４に示した等価回路において時定数のｍ倍に該当するプリチャージ時間が経過した後のバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴに対するキャパシタ１１の電圧の比率になるように所定電圧が設定できる。例えば、時定数の２倍に基づいて所定電圧がバッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴの８６％、即ち、０．８６ＶＢＡＴに設定できる。
正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧が所定電圧に到達する場合（Ｓ７５０）、プロセッサー１５０は、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧が所定電圧に到達するのにかかった時間に基づいて現在サイクルにおけるプリチャージ時間（初期プリチャージ時間）を設定する（Ｓ７６０）。一実施形態で、プロセッサー１５０は、バッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴが所定電圧に到達するのにかかった時間と所定電圧の設定に使用される時定数のｍ倍に基づいて初期プリチャージ時間を設定することができる（Ｓ７６０）。一実施形態で、プロセッサー１５０は、バッテリーパック１１０の電圧ＶＢＡＴが所定電圧に到達するのにかかった時間のｋ倍を初期プリチャージ時間に設定することができる（ｋは正の実数）。この場合、初期プリチャージ時間は時定数の（ｋ＊ｍ）倍に設定できる。一実施形態で、（ｋ＊ｍ）は、前述の目標プリチャージ時間の設定に使用される時定数の倍数（ｎ）より大きく設定できる。例えば、目標プリチャージ時間が時定数の５倍に設定され（ｎ＝５）、所定電圧が時定数の２倍に基づいて設定される（ｍ＝２）場合、初期プリチャージ時間は時定数の６倍に設定できる（ｋ＝３）。このように、初期プリチャージ時間を長く設定することによって、電圧測定誤差による正極メインスイッチ（例えば、図１の１２１）の損傷を最少化することができる。
初期プリチャージ時間を設定した場合（Ｓ７６０）、プリチャージ期間が開始された時点からＳ７６０で設定した初期プリチャージ時間が経過した後に、プロセッサー１５０は正極メインスイッチ１２１を閉じる（Ｓ７７０）。プリチャージ時間が既に設定されている場合（Ｓ７３０）、プリチャージ期間が開始された時点から設定されたプリチャージ時間が経過した後に、プロセッサー１５０は正極メインスイッチ１２１を閉じる（Ｓ７７０）。これにより、プリチャージ期間が終了する。一実施形態で、プロセッサー１５０は正極メインスイッチ１２１を閉じた後に、プリチャージスイッチ１３２を開けることができる（Ｓ７７０）。
一実施形態で、プロセッサー１５０は、図３を参照して説明したように正極メインスイッチ１２１を閉じる直前にバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を測定し、正極メインスイッチ１２１を閉じた直後にバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を測定することができる。プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前に測定したバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧と正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に測定したバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に基づいて現在サイクルにおける目標プリチャージ時間を推定することができる。
以上で説明したように、以前サイクルにおける目標プリチャージ時間が推定されていない場合に初期プリチャージ時間を設定することができる。
以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

Claims (18)

  1. 外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を有するバッテリー装置であって、
    バッテリーパックと、
    前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結される正極メインスイッチと、
    前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結され、前記外部装置のキャパシタのプリチャージ動作を制御するプリチャージスイッチと、
    複数のサイクルそれぞれにおいてプリチャージ期間の目標時間を推定し、前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間に基づいて前記複数のサイクルの次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間を設定するプロセッサーと
    を含むバッテリー装置。
  2. 前記プロセッサーは、前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間のうちの最大値を前記次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間に設定する、請求項１に記載のバッテリー装置。
  3. 前記プロセッサーは、各サイクルにおいて、
    前記プリチャージ期間の間に前記プリチャージスイッチを閉じてプリチャージを行い、
    前記プリチャージ期間以後に前記正極メインスイッチを閉じ、
    前記正極メインスイッチを閉じる直前の前記正極連結端子の第１電圧と前記正極メインスイッチを閉じた直後の前記正極連結端子の第２電圧に基づいて前記目標時間を推定する
    請求項１または２に記載のバッテリー装置。
  4. 前記プリチャージスイッチが閉じられると前記正極端子と前記正極連結端子の間に連結されるプリチャージ抵抗をさらに含む、請求項３に記載のバッテリー装置。
  5. 前記プリチャージスイッチと前記プリチャージ抵抗は直列に連結される、請求項４に記載のバッテリー装置。
  6. 前記プロセッサーは
    前記第１電圧と前記第２電圧に基づいて前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数を推定し、
    前記時定数の所定倍数を前記目標時間と推定する
    請求項４に記載のバッテリー装置。
  7. 前記所定倍数は５である、請求項６に記載のバッテリー装置。
  8. 前記プリチャージ期間の時間が設定されていないサイクルにおいて、前記プロセッサーはプリチャージ期間で前記正極連結端子の電圧が所定電圧に到達するのにかかった時間に基づいて当該サイクルの前記プリチャージ期間の時間を設定する、請求項４に記載のバッテリー装置。
  9. 前記所定電圧は前記バッテリーパックの電圧の所定比率に該当する電圧である、請求項８に記載のバッテリー装置。
  10. 前記所定比率は、前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数の所定倍数に基づいて決定される、請求項９に記載のバッテリー装置。
  11. 前記プリチャージ期間の時間が設定されていないサイクルにおいて、前記プロセッサーは前記プリチャージ期間で前記正極連結端子の電圧が所定電圧に到達するのにかかった時間に基づいて前記時定数を推定し、前記時定数の所定倍数を当該サイクルの前記プリチャージ期間の時間に設定する、請求項６に記載のバッテリー装置。
  12. 前記所定倍数は６である、請求項１１に記載のバッテリー装置。
  13. バッテリーパックおよび外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を含むバッテリー装置のプリチャージ期間設定方法であって、
    複数のサイクルそれぞれのプリチャージ期間でプリチャージ抵抗を通じて前記正極連結端子と前記負極連結端子に連結されるキャパシタをプリチャージするプリチャージ動作を行う段階と、
    前記複数のサイクルそれぞれにおいて前記プリチャージ期間の目標時間を推定する段階と、
    前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間に基づいて前記複数のサイクルの次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間を設定する段階と
    を含むプリチャージ期間設定方法。
  14. 前記プリチャージ期間の時間を設定する段階は、前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間のうちの最大値を前記次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間に設定する段階を含む、請求項１３に記載のプリチャージ期間設定方法。
  15. 前記目標時間を推定する段階は、
    前記プリチャージ動作を行った後に、前記正極連結端子に前記バッテリーパックの電圧を印加する段階と、
    前記バッテリーパックの電圧を印加する直前に前記正極連結端子の電圧を第１電圧として測定する段階と、
    前記バッテリーパックの電圧を印加した直後に前記正極連結端子の電圧を第２電圧として測定する段階と、
    前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて前記目標時間を推定する段階と
    を含む、請求項１３または１４に記載のプリチャージ期間設定方法。
  16. 前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて前記目標時間を推定する段階は、
    前記第１電圧と前記第２電圧に基づいて前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数を推定する段階と、
    前記時定数の所定倍数を前記目標時間と推定する段階と
    を含む、請求項１５に記載のプリチャージ期間設定方法。
  17. プリチャージ期間の時間が設定されていないサイクルの前記プリチャージ期間で、前記正極連結端子の電圧が所定電圧に到達するのにかかった時間に基づいて当該サイクルの前記プリチャージ期間の時間を設定する段階をさらに含む、請求項１３または１４に記載のプリチャージ期間設定方法。
  18. バッテリーパックおよび外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を含むバッテリー装置のバッテリー管理システムであって、
    前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結される正極メインスイッチと、
    前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結され、前記外部装置のキャパシタのプリチャージ動作を制御するプリチャージスイッチと、
    複数のサイクルそれぞれにおいてプリチャージ期間の目標時間を推定し、前記複数のサイクルにおいてそれぞれ推定された前記目標時間に基づいて前記複数のサイクルの次のサイクルにおけるプリチャージ期間の時間を設定するプロセッサーと
    を含むバッテリー管理システム。
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