JP2024088578A - バッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパック - Google Patents
バッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパック Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024088578A JP2024088578A JP2023143730A JP2023143730A JP2024088578A JP 2024088578 A JP2024088578 A JP 2024088578A JP 2023143730 A JP2023143730 A JP 2023143730A JP 2023143730 A JP2023143730 A JP 2023143730A JP 2024088578 A JP2024088578 A JP 2024088578A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- cell
- battery modules
- soc
- control device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000007726 management method Methods 0.000 title claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 27
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 68
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Abstract
【課題】交換されたバッテリーモジュールと既存のバッテリーモジュールとの間の状態バランシングを迅速に行う。
【解決手段】複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック10のバッテリー管理装置は、複数のバッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの状態情報を検出する検出装置、そして少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換されると交換モードに進入して、複数のバッテリーモジュールに対するバランシングを行い、交換モードで動作する間は各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を行う第1保護機能を活性化する制御装置を含む。制御装置は、第1保護機能が活性化すると、状態情報に基づいて複数のバッテリーモジュールの夫々に対してセル電圧又はSOCの不均衡状態を検出し、複数のバッテリーモジュールのうち、不均衡状態が既設定された第1条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると保護動作を実行させる。
【選択図】図1
【解決手段】複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック10のバッテリー管理装置は、複数のバッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの状態情報を検出する検出装置、そして少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換されると交換モードに進入して、複数のバッテリーモジュールに対するバランシングを行い、交換モードで動作する間は各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を行う第1保護機能を活性化する制御装置を含む。制御装置は、第1保護機能が活性化すると、状態情報に基づいて複数のバッテリーモジュールの夫々に対してセル電圧又はSOCの不均衡状態を検出し、複数のバッテリーモジュールのうち、不均衡状態が既設定された第1条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると保護動作を実行させる。
【選択図】図1
Description
本開示は、バッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパックに関する。
二次バッテリー(secondary battery)は、充電および放電が繰り返され得るという点で、化学物質の電気エネルギーへの非可逆的変換のみを提供する一次バッテリー(primary battery)とは異なる。低容量の二次バッテリーは、携帯電話、ノートパソコン、およびカムコーダーのような小型電子装置の電源装置として使用され、高容量の二次バッテリーは、ハイブリッド自動車などの電源装置として使用される。
一般的に、二次バッテリーセルは、正極、負極、および正極と負極との間に介されたセパレータを含む電極組立体、電極組立体を収容するケース、そして電極組立体と電気的に連結されている電極端子を含む。正極、負極、および電解質溶液の電気化学的反応を通じてバッテリーセルの充放電を可能にするために、ケースに電解液が注入される。円筒形または長方形のようなケースの形状はバッテリーセルの用途により異なる。
バッテリーセルは、互いに直列および/または並列連結されて高いエネルギー密度を有するバッテリーモジュールを構成することができる。バッテリーパックは、要求される仕様によりこのようなバッテリーモジュールを一つ以上含めて構成され得る。
従来はバッテリーパックを構成するバッテリーセルまたはバッテリーモジュールのうちのいずれか一つに故障が発生してもバッテリーパック全体を交換しなければならないため、交換費用が過度に発生するという問題があった。そのために、最近は故障が発生したバッテリーセルまたはバッテリーモジュールのみを交換するための試みが続いている。
本開示を通じて解決しようとする課題は、故障が発生したバッテリーモジュールのみを交換することが可能であり、バッテリーモジュールが交換される場合、交換されたバッテリーモジュールと既存のバッテリーモジュールとの間の電圧または容量などの状態バランシングが迅速に行われ得るバッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパックを提供することにある。
前記課題を解決するための一実施形態による複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリー管理装置は、前記複数のバッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの状態情報を検出する検出装置、そして前記複数のバッテリーモジュールのうちの少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換されると交換モードに進入して前記複数のバッテリーモジュールに対するバランシングを行い、前記交換モードで動作する間には各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を行う第1保護機能を活性化する制御装置を含むことができる。前記制御装置は、前記第1保護機能が活性化されると、前記状態情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対してセル電圧またはSOC(state of charge)の不均衡状態を検出し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記不均衡状態が既設定された第1条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させることができる。
前記制御装置は、前記第1保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、セル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記電圧差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させることができる。
前記制御装置は、前記第1保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、SOCが最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルとのSOC差を獲得し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記SOC差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させることができる。
前記制御装置は、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換される前、または前記交換モードで前記複数のバッテリーモジュールに対するバランシングが完了した後にはノーマルモードで動作し、前記ノーマルモードで動作する間には前記バッテリーパック内での状態不均衡により前記保護動作を行う第2保護機能を活性化し、前記第2保護機能が活性化されると、前記状態情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはSOCの不均衡状態を検出し、前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはSOCの不均衡状態が既設定された第2条件を満たすと前記保護動作を実行させることができる。
前記制御装置は、前記第2保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュール全体でセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得し、前記電圧差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させることができる。
前記制御装置は、前記第2保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュール全体でSOC(state of charge)が最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルとのSOC差を獲得し、前記SOC差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させることができる。
前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第2保護機能を非活性化させることができる。
前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第2保護機能を行う関数を実行しないことによって前記第2保護機能を非活性化させることができる。
前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第2条件を構成する臨界値を上方調整して前記保護動作が実行されないようにすることによって前記第2保護機能を非活性化させることもできる。
前記制御装置は、前記ノーマルモードで動作する間、前記第1保護機能を非活性化させることができる。
前記制御装置は、入力装置、外部端末または上位制御器のうちの少なくとも一つから受信される交換情報に基づいてバッテリーモジュールの交換を検出することができる。
前記制御装置は、前記複数のバッテリーモジュールから受信される識別情報と既保存された識別情報とを比較してバッテリーモジュールの交換を検出することもできる。
前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュールに対して充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容することができる。
一実施形態によるバッテリーパックは、互いに直列連結される複数のバッテリーモジュール、前述した特徴のうちの少なくとも一つを含むバッテリー管理装置を含むことができる。
一実施形態によるバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリー管理方法は、バッテリーモジュールの交換が検出されることによって交換モードに転換する段階、前記交換モードで動作する間、充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容した状態で前記複数のバッテリーモジュールのバランシングを行う段階、そして前記交換モードで動作する間、各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を実行させる第1保護機能を行う段階を含むことができる。前記第1保護機能を行う段階は、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対してセル電圧またはSOCの第1不均衡状態を獲得する段階、そして前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記第1不均衡状態が既設定された第1条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると前記保護動作を実行させる段階を含むことができる。
前記第1不均衡状態を獲得する段階は、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、セル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得する段階、または前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、SOCが最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルとのSOC差を獲得する段階を含むことができる。前記保護動作を実行させる段階は、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記電圧差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる段階、または前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記SOC差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる段階を含むことができる。
前記バッテリー管理方法は、バッテリーモジュールの交換が検出されないと、ノーマルモードで動作する段階、前記ノーマルモードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュールの状態により前記複数のバッテリーモジュールの充放電を制御する段階、そして前記ノーマルモードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュール全体での状態不均衡により前記保護動作を実行させる第2保護機能を行う段階をさらに含むことができる。前記第2保護機能を行う段階は、前記複数のバッテリーモジュール全体に対してセル電圧またはSOCの第2不均衡状態を獲得する段階、そして前記第2不均衡状態が既設定された第2条件を満たすと前記保護動作を実行させる段階を含むことができる。
前記第2不均衡状態を獲得する段階は、前記複数のバッテリーモジュール全体でセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得する段階、または前記複数のバッテリーモジュール全体でSOCが最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルとのSOC差を獲得する段階を含むことができる。前記保護動作を実行させる段階は、前記電圧差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる段階、または前記SOC差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる段階を含むことができる。
前記バッテリー管理方法は、前記交換モードで動作する間、前記第2保護機能を非活性化させる段階をさらに含むことができる。
前記非活性化させる段階は、前記第2保護機能を行う関数を実行しないことによって前記第2保護機能を非活性化させる段階、または前記第2条件を構成する臨界値を上方調整して前記保護動作が実行されないようにすることによって前記第2保護機能を非活性化させる段階を含むことができる。
前記バッテリー管理方法は、入力装置、外部端末または上位制御器のうちの少なくとも一つから受信される交換情報に基づいてバッテリーモジュールの交換を検出する段階をさらに含むことができる。
前記バッテリー管理方法は、前記複数のバッテリーモジュールから受信される識別情報と既保存された識別情報とを比較してバッテリーモジュールの交換を検出する段階をさらに含むことができる。
本開示によれば、故障が発生したバッテリーモジュールのみを交換することが可能であり、バッテリーモジュールが交換される場合、交換されたバッテリーモジュールと既存のバッテリーモジュールとの間のバランシングが迅速に行われ得る。
また、バッテリーモジュールの交換によりバランシングが行われる間にはパック単位の保護動作を制限することによって不必要な保護動作が行われることを防止することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。以下、添付した図面を参照して実施形態の効果および特徴、そしてその具現方法を詳しく説明する。図面において、同一の参照符号は同一の構成要素を示し、それに関する重複する説明は省略される。しかし、本発明は、多様な形態に具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されると解釈されてはならない。むしろ、これら実施形態は本開示が徹底かつ完全になることができるように例として提供され、通常の技術者に本発明の様態および特徴を十分に伝達する。
したがって、本発明の様態および特徴の完全な理解のために、当業者に必要でないと考慮されるプロセス、要素、および技術は説明されないことがある。図面において、素子、層、および領域の相対的な大きさは明確性のために誇張され得る。
本文書で「および/または」という用語は、関連して列挙された複数の項目の全ての組み合わせまたは任意の組み合わせを含む。本発明の実施形態を記述する時、「~することができる」を使用することは、「本発明の一つ以上の実施形態」を意味する。本発明の実施形態に関する以下の説明において、単数の形態の用語は、文脈に異なるように明示されない限り、複数の形態を含むことができる。
「第1」および「第2」の用語は、多様な構成要素を説明することに使用されるが、これら構成要素はこの用語により限定されない。この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱せずに第2構成要素は第1構成要素と命名されてもよく、同様に第1構成要素も第2構成要素と命名されてもよい。
本文書で、一つの構成要素または層が他の構成要素または層に対して「上に」、「連結された」、または「結合された」と記載される場合において、「上に」、「連結された」および「結合された」とは、直接、または一つ以上の他の構成要素または層を介して形成されることを全て含む。また、一つの構成要素または層が2個の構成要素または層の「間」にあると記載される場合、2個の構成要素または層の間の唯一の構成要素または層であるか、一つ以上の介された他の要素または層が存在すると理解されなければならない。
本文書で、2個の構成要素を「電気的に連結」するということは、2個の構成要素を直接(directly)連結する場合だけでなく、2個の構成要素の間に他の構成要素を経て連結する場合も含むことができる。他の構成要素は、スイッチ、抵抗、キャパシタなどを含むことができる。実施形態を説明するに当たり、「連結」するという表現は、直接連結するという表現がない場合には、電気的に連結することを意味する。
以下、必要な図面を参照して一実施形態によるバッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパックについて詳しく説明する。
図1は一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示す。
図1を参照すれば、一実施形態によるバッテリーパック10は、バッテリー11と、バッテリー11のバランシングを管理するためのバッテリー管理装置を含むことができる。また、バッテリー管理装置は、検出装置12、バランシング装置13および制御装置14を含むことができる。
バッテリー11は、互いに直列連結される複数のバッテリーモジュール111を含むことができる。複数のバッテリーモジュール111は、互いに直列または並列連結され得る。各バッテリーモジュール111は、互いに直列または並列連結される複数のセル(図示せず)を含むことができる。
検出装置12は、バッテリー11の状態(電圧、電流、温度など)を感知して、バッテリー11の状態を示す状態情報を検出することができる。検出装置12は、バッテリー11を構成する各セルまたは各バッテリーモジュール111の電圧を検出することができる。検出装置12は、バッテリーモジュール111またはバッテリー11を構成する各バッテリーモジュール111を流れる電流を検出することもできる。検出装置12は、バッテリー11の少なくとも一地点での温度を検出することもできる。
バランシング装置13は、バッテリー11を構成するバッテリーセルのバランシング動作を行うことができる。
制御装置14は、検出装置12からバッテリーモジュール111の状態情報(電圧、電流、温度)を受信することができる。制御装置14は、検出装置12から受信された状態情報に基づいてバッテリーモジュール111の状態(電圧、電流、温度、充電状態(State of charge、SOC)、寿命(State Of Health、SOH)など)をモニタリングすることができる。また、制御装置14は、状態モニタリング結果に基づいて、制御機能(例えば、温度制御、バランシング制御、充放電制御など)、保護機能(例えば、過放電、過充電、過電流防止など)などを行うこともできる。また、制御装置14は、バッテリーパック10の外部装置(例えば、上位制御器など)との通信機能を行うこともできる。
制御装置14は、バッテリー11を構成するバッテリーモジュール111の交換の有無を検出し、バッテリーモジュール111の交換が検出されると交換されたバッテリーモジュール111と既存のバッテリーモジュール111との間の電圧不均衡(imbalance)が迅速に解消され得るようにバッテリー11の充放電動作および保護動作を制御することもできる。このために、制御装置14は、交換検出部141、充放電制御部142、バランシング制御部143、および保護部144を含むことができる。
交換検出部141は、バッテリー11を構成するバッテリーモジュール111の交換を検出することができる。バッテリーモジュール111の交換検出動作は多様な方式により行われ得る。
例えば、バッテリーモジュール111の交換情報は、バッテリーパック10の交換作業を行った作業者により制御装置14の交換検出部141に入力され得る。作業者は、入力装置(図示せず)を通じて交換されたバッテリーモジュール111の識別情報、位置情報などを入力し、入力された情報は入力装置から制御装置14の交換検出部141に伝達され得る。作業者は、作業者端末(図示せず)またはバッテリーパック10の上位制御器に交換されたバッテリーモジュール111の識別情報、位置情報などを入力し、入力された情報は有無線通信を通じて作業者端末または上位制御器から制御装置14の交換検出部141に伝達されることもできる。
また、例えば、交換検出部141は、バッテリー11を構成するバッテリーモジュール111から各バッテリーモジュール111を識別するための固有の識別情報(例えば、シリアル番号など)を受信し、これに基づいてバッテリーモジュール111の交換を検出することもできる。交換検出部141は、バッテリーパック10の内部メモリ(図示せず)に既保存されたバッテリーモジュール111の識別情報と、バッテリーモジュール111から新たに受信された識別情報とを比較し、少なくとも一つのバッテリーモジュール111からメモリに保存された識別情報と異なる識別情報が受信された場合、対応するバッテリーモジュール111が交換されたと判断することができる。
交換検出部141により少なくとも一つのバッテリーモジュール111の交換が検出されると、制御装置14は、ノーマルモード(normal mode)から交換モード(retrofit mode)に転換され得る。ノーマルモードは、バッテリーモジュール111の交換が発生していない状態での制御装置14の動作モードであり、交換モードは、少なくとも一つのバッテリーモジュール111が交換された状態での制御装置14の動作モードを示す。
充放電制御部142は、バッテリー11の充放電を制御することができる。ノーマルモードでは、バッテリー11の充電および放電が全て許容され得る。ノーマルモードで、充放電制御部142は、バッテリー11の状態などによりバッテリー11が充電または放電されるように制御することができる。交換モードでは、バッテリーモジュール111の充電および放電のうちの一つの動作のみが許容され得る。例えば、充放電制御部142は、制御装置14が交換モードで動作すれば、バッテリー11の充電のみを許容し、バッテリー11の放電を制限することができる。また、例えば、充放電制御部142は、制御装置14が交換モードで動作すれば、バッテリー11の放電のみを許容し、バッテリー11の充電を制限することもできる。このように交換モードで充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容する場合、バッテリーモジュール111の交換による電圧不均衡を迅速に解消することができる。交換モードで充電および放電のうちのいずれの動作を行うのかは使用者により予め設定され得、充放電制御部142は既設定された設定情報により充電および放電のうちのいずれか一つの動作のみを許容することができる。
バランシング制御部143は、検出装置12を通じて受信されるバッテリー11の状態情報に基づいてバランシング装置13のバランシング動作を制御することができる。バランシング制御部143は、既設定された設定情報により、トップバランシング(top balancing)およびボトムバランシング(bottom balancing)方式のうちの少なくとも一つの方式でバッテリーセルのバランシングが行われるようにバランシング装置13を制御することができる。トップバランシングは、バッテリーセルのセル電圧が高い領域で均等化されるようにするバランシング方式であり、ボトムバランシングは、バッテリーセルのセル電圧が低い領域で均等化されるようにするバランシング方式である。トップバランシングの場合、バランシング制御部143は、バッテリー11が充電される間またはバッテリー11が満充電状態に到達して待機中である状態でバランシングが行われるようにバランシング装置13を制御することができる。ボトムバランシングの場合、バランシング制御部143は、バッテリー11が放電される間またはバッテリー11が満放電状態に到達して待機中である状態でバランシングを行うようにバランシング装置13を制御することができる。
交換モードでバッテリー11の充電のみが許容された場合、バランシング制御部143はトップバランシング方式でバッテリーセルのバランシングを行うようにバランシング装置13を制御することができる。交換モードでバッテリー11の放電のみが許容された場合、バランシング制御部143はボトムバランシング方式でバッテリーセルのバランシングを行うようにバランシング装置13を制御することができる。
交換モードでバッテリーセルのバランシングが完了されると、制御装置14は交換モードを解除し、ノーマルモードへ復帰することができる。
保護部144は、バッテリー11を構成するバッテリーセルの不均衡状態を検出し、これによる保護動作を行うことができる。保護部144は、モジュール不均衡保護(module imbalance protection)機能とパック不均衡保護(pack imbalance protection)機能を行うことができる。
モジュール不均衡保護機能は、各バッテリーモジュール111別にバッテリーセルの不均衡状態を検出し、少なくとも一つのバッテリーモジュール111でバッテリーセルの不均衡状態が所定条件を満たすと保護動作(例えば、バッテリー11の充放電遮断)を行う機能である。つまり、モジュール不均衡保護機能は、バッテリーモジュール単位でバッテリーセルの不均衡状態を検出し、これによる保護動作を行うための機能である。例えば、モジュール不均衡保護機能が活性化されると、保護部144はバッテリー11を構成する各バッテリーモジュール111別にセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルを検出し、このように検出された最大セル電圧と最小セル電圧との電圧差(△V)が臨界値以上であるバッテリーモジュール111が存在すれば保護動作を行うことができる。また、例えば、モジュール不均衡保護機能が活性化されると、保護部144はバッテリー11を構成する各バッテリーモジュール111別にSOCが最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルを検出し、このように検出された最大SOCと最小SOCとのSOC差(△SOC)が臨界値以上であるバッテリーモジュール111が存在すれば保護動作を行うこともできる。
パック不均衡保護機能は、バッテリー11を構成するバッテリーセル全体の不均衡状態を検出し、バッテリーセル全体で検出された不均衡状態が所定条件を満たすと保護動作(例えば、バッテリー11の充放電遮断)を行う機能である。つまり、パック不均衡保護機能は、バッテリーパック単位でバッテリーセルの不均衡状態を検出し、これによる保護動作を行うための機能である。例えば、パック不均衡保護機能が活性化されると、保護部144はバッテリー11を構成するバッテリーセル全体のうちのセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルを検出し、このように検出された最大セル電圧と最小セル電圧との電圧差(△V)が臨界値以上である場合、保護動作を行うことができる。また、例えば、パック不均衡保護機能が活性化されると、保護部144はバッテリー11を構成するバッテリーセル全体のうちのSOCが最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルを検出し、このように検出された最大SOCと最小SOCとのSOC差(△SOC)が臨界値以上である場合、保護動作を行うこともできる。
バッテリー11を構成する一部のバッテリーモジュール111の交換時、パック不均衡保護機能が活性化された状態であれば、交換されたバッテリーモジュール111のバッテリーセルと既存のバッテリーモジュール111のバッテリーセルとの間の状態不均衡により保護動作が必須で行われ得る。このような保護動作はセルバランシング動作の遂行にも影響を与え得る。したがって、保護部144は、制御装置14の動作モードによりパック不均衡保護機能およびモジュール不均衡保護機能の活性化を制御することができる。例えば、制御装置14がノーマルモードで動作すれば、保護部144はパック不均衡保護機能のみ活性化したり、パック不均衡保護機能とモジュール不均衡保護機能を全て活性化することができる。また、例えば、制御装置14が交換モードで動作すれば、保護部144はパック不均衡保護機能を非活性化し、モジュール不均衡保護機能のみ活性化することもできる。このように、保護部144は交換モードでパック不均衡保護機能を非活性化させることによって不必要な保護動作の遂行を防止してバランシング速度を向上させることができる。反面、保護部144は交換モードでモジュール不均衡保護機能を活性化することによって安全性を確保することができる。
保護部144は、各保護機能(パック不均衡保護機能、モジュール不均衡保護機能)で電圧差(△V)/SOC差(△SOC)と比較される臨界値を非常に高い値に上方調整して、各保護機能を非活性化することができる。保護部144は、各保護機能(パック不均衡保護機能、モジュール不均衡保護機能)を行う関数を呼び出さないことによって、各保護機能を非活性化することもできる。
前述した構成の制御装置14は、バッテリーパック10のバッテリー管理システム(battery management system、BMS)により具現され得る。
以下、図2乃至図4を参照して一実施形態によるバッテリー管理方法について詳しく説明する。図2乃至図4に示された方法は、図1を参照して説明した制御装置14により行われ得る。
図2は一実施形態によるバッテリーパック10のバッテリー管理方法を概略的に示す。
図2を参照すれば、制御装置14は、ノーマルモードで動作中(S11)、バッテリー11を構成する少なくとも一つのバッテリーモジュール111の交換が検出されると(S12)、交換モードに転換することができる(S13)。
段階S12で、制御装置14は、多様な方式によりバッテリーモジュール111の交換を検出することができる。例えば、制御装置14は、入力装置(図示せず)を通じて作業者からバッテリーモジュール111の交換情報の入力を受けたり、有無線通信を通じて外部端末または上位制御器からバッテリーモジュール111の交換情報を受信することができる。また、例えば、制御装置14は、バッテリー11を構成するバッテリーモジュール111から各バッテリーモジュール111を識別するための固有の識別情報(例えば、シリアル番号など)を受信し、これに基づいてバッテリーモジュール111の交換を検出することもできる。
制御装置14は、交換モードで動作することによってパック不均衡保護機能を非活性化し、モジュール不均衡保護機能を活性化することができる(S14)。モジュール不均衡保護機能は、バッテリーモジュール111単位でバッテリーセルの不均衡状態による保護動作を行う機能であり、パック不均衡保護機能は、バッテリーパック10を構成するバッテリーセル全体の不均衡状態による保護動作を行う機能である。モジュール不均衡保護機能を行う方法とパック不均衡保護機能を行う方法については、以下で図3および図4を参照して詳しく説明される。
制御装置14は、交換モードで動作することによって充電および放電のうちのいずれか一つの動作のみを許容することができる(S15)。例えば、制御装置14は、バッテリー11の充電のみを許容し、バッテリー11の放電を遮断することができる。また、例えば、制御装置14は、バッテリー11の放電のみを許容し、バッテリー11の充電を遮断することもできる。
制御装置14は、充電および放電のうちのいずれか一つの動作のみが許容された状態でバランシング装置13を制御してバッテリー11のセルバランシングを行うことができる(S16)。例えば、交換モードでバッテリー11の充電のみが許容された場合、制御装置14はバッテリー11の充電中または満充電後の待機時間の間、トップバランシング方式でバッテリーセルのバランシングを行うようにバランシング装置13を制御することができる。また、例えば、交換モードでバッテリー11の放電のみが許容された場合、制御装置14は、バッテリー11の放電中または満放電後の待機時間の間、ボトムバランシング方式でバッテリーセルのバランシングを行うようにバランシング装置13を制御することもできる。
交換モードでバッテリーセルのバランシングが完了されると(S17)、制御装置14は交換モードを解除し、再びノーマルモードで動作することができる。
図3は一実施形態によるバッテリーパック10のモジュール不均衡保護機能を行う方法を概略的に示す。
図3を参照すれば、制御装置14は、各バッテリーモジュール111に対して最大セル電圧および最小セル電圧、または最大SOCおよび最小SOCをそれぞれ獲得することができる(S21)。
段階S21で、制御装置14は、検出装置12を通じて各バッテリーモジュール111を構成するバッテリーセルのセル電圧を検出し、各バッテリーモジュール111別に検出されたセル電圧のうちの最大セル電圧および最小セル電圧を選択することができる。また、制御装置14は、検出装置12を通じて検出された状態情報に基づいて各バッテリーモジュール111を構成するバッテリーセルのSOCを検出し、各バッテリーモジュール111別に検出されたSOCのうちの最大SOCおよび最小SOCを選択することもできる。
以降、制御装置14は、各バッテリーモジュール111に対して最大セル電圧と最小セル電圧との電圧差(△V)、または最大SOCと最小SOCとのSOC差(△SOC)を算出することができる(S22)。制御装置14は、少なくとも一つのバッテリーモジュール111で段階S22を通じて算出された電圧差(△V)、またはSOC差(△SOC)が臨界値以上である場合(S23)、保護動作が必要であると判断して保護動作を行うことができる(S24)。例えば、制御装置14は、バッテリー11に対する充電および放電を遮断することができる。
図4は一実施形態によるバッテリーパック10のパック不均衡保護機能を行う方法を概略的に示す。
図4を参照すれば、制御装置14は、バッテリーパック10を構成するバッテリーモジュール111全体で最大セル電圧および最小セル電圧、または最大SOCおよび最小SOCをそれぞれ獲得することができる(S31)。
段階S31で、制御装置14は、検出装置12を通じてバッテリーモジュール111を構成するバッテリーセルのセル電圧を検出し、検出されたセル電圧のうちの最大セル電圧および最小セル電圧を選択することができる。また、制御装置14は、検出装置12を通じて検出された状態情報に基づいてバッテリーモジュール111全体を構成するバッテリーセルのSOCを検出し、検出されたSOCのうちの最大SOCおよび最小SOCを選択することもできる。
以降、制御装置14は、バッテリーモジュール111全体に対して最大セル電圧と最小セル電圧との電圧差(△V)、または最大SOCと最小SOCとのSOC差(△SOC)を算出することができる(S32)。制御装置14は、段階S32を通じて算出された電圧差(△V)、またはSOC差(△SOC)が臨界値以上である場合(S33)、保護動作が必要であると判断して保護動作を行うことができる(S34)。例えば、制御装置14は、バッテリー11に対する充電および放電を遮断することができる。
前述した実施形態によれば、バッテリーモジュール111を交換する前に新規なバッテリーモジュールと既存のバッテリーモジュールとの間の状態不均衡を解消するための事前バランシング作業を行う必要なしに、バッテリーモジュールの交換が可能である。また、バッテリーモジュールが交換される場合、迅速にバッテリーモジュールの不均衡状態を解消することができる。
ここで説明された本発明の実施形態による電子または電気装置および/または任意の他の関連装置または構成要素は、任意の適したハードウェア、ファームウエア(例えば、 特定用途向け集積回路(application-specific integrated circuit))、ソフトウェア、またはソフトウェア、ファームウエアおよびハードウェアの組み合わせを利用して具現され得る。例えば、これら装置の多様な構成要素は、一つの集積回路(IC)チップ上にまたは個別のICチップ上に形成され得る。また、これら装置の多様な構成要素は、フレキシブルプリント回路フィルム(flexible printed circuit film)、テープキャリアパッケージ(TCP:tape carrier package)、プリント回路基板(PCB:printed circuit board)または一つの基板上に具現され得る。本明細書に記載された電気的連結または相互連結は、例えば、PCBまたは他の種類の回路キャリア上の配線または伝導性素子により具現され得る。伝導性素子は、例えば表面金属化(surface metallizations)のような金属化、および/またはピン(pin)を含むことができ、伝導性重合体(conductive polymers)またはセラミック(ceramics)を含むことができる。
また、これら装置の多様な構成要素は、ここで説明された多様な機能を行うために一つ以上のプロセッサー上で実行され、一つ以上のコンピューティング装置内で実行され、コンピュータプログラム命令を実行し、他のシステム構成要素と相互作用するプロセスまたはスレッドであり得る。コンピュータプログラム命令は、例えばランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)のような、標準メモリ装置を使用するコンピューティング装置で具現され得るメモリに保存される。コンピュータプログラム命令はまた、例えばCD-ROM、フラッシュドライブなどのような他の非一時的(non-transitory)コンピュータ読み取り可能媒体に保存され得る。
また、当業者は、多様なコンピューティング装置の機能が単一のコンピューティング装置に結合または統合され得るか、または特定のコンピューティング装置の機能が本発明の例示的な実施形態の範囲を逸脱せずに一つ以上の他のコンピューティング装置にわたって分散され得ることを認識しなければならない。
10:バッテリーパック
11:バッテリー
111:バッテリーモジュール
12:検出装置
13:バランシング装置
14:制御装置
141:交換検出部
142:充放電制御部
143:バランシング制御部
144:保護部
11:バッテリー
111:バッテリーモジュール
12:検出装置
13:バランシング装置
14:制御装置
141:交換検出部
142:充放電制御部
143:バランシング制御部
144:保護部
Claims (22)
- 複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリー管理装置であって、
前記複数のバッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの状態情報を検出する検出装置、そして
前記複数のバッテリーモジュールのうちの少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換されると交換モードに進入して前記複数のバッテリーモジュールに対するバランシングを行い、前記交換モードで動作する間には各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を行う第1保護機能を活性化する制御装置を含み、
前記制御装置は、前記第1保護機能が活性化されると、前記状態情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対してセル電圧またはSOC(state of charge)の不均衡状態を検出し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記不均衡状態が既設定された第1条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる、バッテリー管理装置。 - 前記制御装置は、前記第1保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、セル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記電圧差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる、請求項1に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、前記第1保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、SOCが最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルとのSOC差を獲得し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記SOC差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる、請求項1に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、
前記少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換される前、または前記交換モードで前記複数のバッテリーモジュールに対するバランシングが完了した後にはノーマルモードで動作し、
前記ノーマルモードで動作する間には前記バッテリーパック内での状態不均衡により前記保護動作を行う第2保護機能を活性化し、
前記第2保護機能が活性化されると、前記状態情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはSOCの不均衡状態を検出し、前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはSOCの不均衡状態が既設定された第2条件を満たすと前記保護動作を実行させる、請求項1に記載のバッテリー管理装置。 - 前記制御装置は、前記第2保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュール全体でセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得し、前記電圧差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる、請求項4に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、前記第2保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュール全体でSOC(state of charge)が最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルとのSOC差を獲得し、前記SOC差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる、請求項4に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第2保護機能を非活性化させる、請求項4に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第2保護機能を行う関数を実行しないことによって前記第2保護機能を非活性化させる、請求項7に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第2条件を構成する臨界値を上方調整して前記保護動作が実行されないようにすることによって前記第2保護機能を非活性化させる、請求項7に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、前記ノーマルモードで動作する間、前記第1保護機能を非活性化させる、請求項4に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、入力装置、外部端末または上位制御器のうちの少なくとも一つから受信される交換情報に基づいてバッテリーモジュールの交換を検出する、請求項1に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、前記複数のバッテリーモジュールから受信される識別情報と既保存された識別情報とを比較してバッテリーモジュールの交換を検出する、請求項1に記載のバッテリー管理装置。
- 前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュールに対して充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容する、請求項1に記載のバッテリー管理装置。
- 互いに直列連結される複数のバッテリーモジュール、そして
請求項1乃至13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。 - 複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリー管理方法であって、
バッテリーモジュールの交換が検出されることによって交換モードに転換する段階、
前記交換モードで動作する間、充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容した状態で前記複数のバッテリーモジュールのバランシングを行う段階、そして
前記交換モードで動作する間、各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を実行させる第1保護機能を行う段階を含み、
前記第1保護機能を行う段階は、
前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対してセル電圧またはSOCの第1不均衡状態を獲得する段階、そして
前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記第1不均衡状態が既設定された第1条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると前記保護動作を実行させる段階を含む、バッテリー管理方法。 - 前記第1不均衡状態を獲得する段階は、
前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、セル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得する段階、または
前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、SOCが最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルとのSOC差を獲得する段階を含み、
前記保護動作を実行させる段階は、
前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記電圧差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる段階、または
前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記SOC差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる段階を含む、請求項15に記載バッテリー管理方法。 - バッテリーモジュールの交換が検出されないと、ノーマルモードで動作する段階、
前記ノーマルモードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュールの状態により前記複数のバッテリーモジュールの充放電を制御する段階、そして
前記ノーマルモードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュール全体での状態不均衡により前記保護動作を実行させる第2保護機能を行う段階をさらに含み、
前記第2保護機能を行う段階は、
前記複数のバッテリーモジュール全体に対してセル電圧またはSOCの第2不均衡状態を獲得する段階、そして
前記第2不均衡状態が既設定された第2条件を満たすと前記保護動作を実行させる段階を含む、請求項15に記載バッテリー管理方法。 - 前記第2不均衡状態を獲得する段階は、
前記複数のバッテリーモジュール全体でセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得する段階、または
前記複数のバッテリーモジュール全体でSOCが最大のバッテリーセルとSOCが最小のバッテリーセルとのSOC差を獲得する段階を含み、
前記保護動作を実行させる段階は、
前記電圧差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる段階、または
前記SOC差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる段階を含む、請求項17に記載のバッテリー管理方法。 - 前記交換モードで動作する間、前記第2保護機能を非活性化させる段階をさらに含む、請求項17に記載のバッテリー管理方法。
- 前記非活性化させる段階は、
前記第2保護機能を行う関数を実行しないことによって前記第2保護機能を非活性化させる段階、または
前記第2条件を構成する臨界値を上方調整して前記保護動作が実行されないようにすることによって前記第2保護機能を非活性化させる段階を含む、請求項19に記載のバッテリー管理方法。 - 入力装置、外部端末または上位制御器のうちの少なくとも一つから受信される交換情報に基づいてバッテリーモジュールの交換を検出する段階をさらに含む、請求項15に記載のバッテリー管理方法。
- 前記複数のバッテリーモジュールから受信される識別情報と既保存された識別情報とを比較してバッテリーモジュールの交換を検出する段階をさらに含む、請求項15に記載のバッテリー管理方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2022-0179661 | 2022-12-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024088578A true JP2024088578A (ja) | 2024-07-02 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI776155B (zh) | 電池系統及其控制方法 | |
US7928691B2 (en) | Method and system for cell equalization with isolated charging sources | |
EP3800762A1 (en) | Battery system and method for controlling battery system | |
US10326288B2 (en) | Method and device for the voltage-controlled self-deactivation of electronic components or battery cells | |
KR102523045B1 (ko) | 고장 셀 검출 장치 및 방법 | |
US20060097700A1 (en) | Method and system for cell equalization with charging sources and shunt regulators | |
KR20190137683A (ko) | 배터리 시스템 | |
US10788539B2 (en) | Battery monitoring device and battery system using same | |
US10444295B2 (en) | Battery balance management circuit | |
JP2008043009A (ja) | 電池パックおよび制御方法 | |
US11316210B2 (en) | Control unit for a battery module or system | |
EP3579006B1 (en) | Validation of a temperature sensor of a battery cell | |
KR102360012B1 (ko) | 배터리 시스템 및 배터리 시스템 제어 방법 | |
KR102327001B1 (ko) | 전지 시스템용 제어 시스템, 전지 시스템, 차량, 및 전지 시스템의 동작 방법 | |
JP2024088578A (ja) | バッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパック | |
EP4398443A1 (en) | Battery management method, battery management device and battery pack performing the same | |
US20240204537A1 (en) | Battery management method, battery management device and battery pack performing the same | |
KR102586100B1 (ko) | 전지 시스템, 그리고 전지 시스템을 위한 제어 유닛 및 dc-dc 컨버터 | |
KR20240097530A (ko) | 배터리 관리 방법, 및 이를 수행하는 배터리 관리 장치 및 배터리 팩 | |
KR20180090145A (ko) | 배터리 팩, 배터리 관리 시스템 및 그 방법 | |
JP2024077587A (ja) | 異常セル検出方法、異常セル検出装置およびバッテリーパック | |
EP4375686A1 (en) | Method and system for determining state of charge, and battery system | |
CN210404724U (zh) | 均衡失效保护电路、电池及电池组 | |
US20230032370A1 (en) | Storage battery control device, energy storage system, and storage battery control method | |
JP2024072817A (ja) | バッテリー診断方法、そしてこれを遂行するバッテリー診断装置およびバッテリーパック |