JP2024513371A - 電池管理装置および方法 - Google Patents

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Abstract

本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置は、複数の電池パックそれぞれのリンク電圧を測定する測定部と、前記複数の電池パックそれぞれに備えられたスイッチング回路を制御し、前記スイッチング回路の駆動状態に応じた前記複数の電池パックのリンク電圧に基づいて前記複数の電池パックの連結状態を判断する判断部と、を含んでよい。

Description

本明細書で開示される実施形態は、2021年6月17日付けの韓国特許出願第10-2021-0078979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る全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
本明細書に開示される実施形態は、電池管理装置および方法に関する。
二次電池は、一般的に複数の電池セルが直列および/または並列に連結された電池モジュールを含む電池パックとして用いられる。そして、電池パックは、電池管理システムにより、状態および動作が管理および制御される。
このような電池パックのうちスタンドアロン(standalone)電池パックの場合、内部にFETを内蔵し、自己の保護機能を有している電池パックである。このような電池パックの場合、従来は並列連結のみが可能であったが、新しいモデルからは同時遮断技術およびフリーホイール(freewheeling)ダイオードを介して直列連結も可能な電池パックが生産されている。
このように、電池パックが並列連結される場合と直列連結される場合とではそれぞれ電池パックの制御方式が異なり得るため、電池パックの連結状態を検知することが非常に重要である。
本明細書で開示される実施形態は、複数の電池パックのうち基準電池パックのプリチャージ回路を駆動させ、残りの電池パックのリンク電圧を測定することで、別の追加構成がなくても電池パックの直列または並列連結状態を把握することができる電池管理装置および方法を提供することを1つの目的とする。
本明細書に開示される実施形態の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及していないまた他の技術的課題は、下記の記載から当業者に明確に理解できるものである。
本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置は、複数の電池パックそれぞれのリンク電圧を測定する測定部と、複数の電池パックそれぞれに備えられたスイッチング回路を制御し、スイッチング回路の駆動状態に応じた複数の電池パックのリンク電圧に基づいて複数の電池パックの連結状態を判断する判断部と、を含んでよい。
一実施形態に係る、判断部は、複数の電池パックのうち基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧に基づいて、複数の電池パックの連結状態を判断することができる。
一実施形態に係る、判断部は、複数の電池パックのうち基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第1閾値以上である場合、複数の電池パックが並列連結されていると判断することができる。
一実施形態に係る、判断部は、基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第1閾値よりも小さい第2閾値未満である場合、複数の電池パックが直列連結されていると判断することができる。
一実施形態に係る、判断部は、基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第2閾値以上第1閾値未満である場合、複数の電池パックの並列連結に異常があると判断することができる。
一実施形態に係る、判断部は、基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第1閾値よりも小さい第2閾値未満である場合、基準電池パックを除いた残りの電池パックのスイッチング回路を駆動させることができる。
一実施形態に係る、判断部は、複数の電池パックに備えられたスイッチング回路が全て駆動された場合、インバータからスイッチング完了信号を受信することができる。
一実施形態に係る、判断部は、インバータからスイッチング完了信号を受信した場合、複数の電池パックが直列連結されていると判断することができる。
一実施形態に係る、判断部は、インバータからスイッチング完了信号を受信できなかった場合、複数の電池パックの直列連結に異常があると判断することができる。
一実施形態に係る、スイッチング回路は、プリチャージ(precharge)回路を含んでよい。
本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理方法は、複数の電池パックそれぞれのリンク電圧を測定するステップと、複数の電池パックそれぞれに備えられたスイッチング回路の駆動状態に応じた複数の電池パックのリンク電圧に基づいて複数の電池パックの連結状態を判断するステップと、を含んでよい。
本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置および方法は、複数の電池パックのうち基準電池パックのプリチャージ回路を駆動させ、残りの電池パックのリンク電圧を測定することで、別の追加構成がなくても電池パックの直列または並列連結状態を把握することができる。
本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置を含む電池制御システムの構成を概略的に示す図である。 本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置の構成を示すブロック図である。 本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置における電池パックの並列連結状態を判断することを説明するための図である。 本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置における電池パックの直列連結状態を判断することを説明するための図である。 本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理方法を示すフローチャートである。 本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理方法を実現するコンピューティングシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。
以下、添付図面を参照して本明細書に開示される多様な実施形態について詳しく説明する。本明細書において、図面上の同一の構成要素に対しては同一の参照符号を付し、同一の構成要素に対して重複した説明は省略する。
本明細書に開示されている多様な実施形態に対し、特定の構造的ないし機能的説明は、単に実施形態を説明するための目的で例示されたものであり、本明細書に開示される多様な実施形態は、種々の形態で実施されてもよく、本明細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ならない。
多様な実施形態で用いられた「第1」、「第2」、「1番目」、または「2番目」などの表現は、多様な構成要素を、順序および/または重要度に関係なく修飾してもよく、当該構成要素を限定しない。例えば、本明細書に開示される実施形態の権利範囲から逸脱せずに、第1構成要素は第2構成要素と命名してもよく、それと同様に、第2構成要素も第1構成要素に変更して命名してもよい。
本明細書で用いられた用語は、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を限定しようとするものではない。単数の表現は、文脈上、明らかに他を意味しない限り、複数の表現を含んでもよい。
技術的または科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、本明細書に開示される実施形態の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してもよい。一般的に用いられる辞書に定義された用語は、関連技術の文脈上の意味と同一または類似の意味を有するものと解釈されてもよく、本明細書において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。場合によっては、本明細書で定義された用語であっても、本明細書に開示される実施形態を排除するように解釈されてはならない。
図1は、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置を含む電池制御システムの構成を概略的に示す図である。
図1を参照すると、電池制御システム1は、電池パック10および上位制御器20を含んでよい。また、電池パック10は、複数の電池モジュール12、センサ14、スイッチング部16、および電池管理装置(BMS)100を含んでよい。この際、電池パック10には、電池モジュール12、センサ14、スイッチング部16、および電池管理装置100が複数備えられることができる。また、電池パック10は、直列または並列に連結され、外部に備えられた上位制御器20と通信することができる。
複数の電池モジュール12は、充放電可能な1つ以上の電池セルを含んでよい。この際、複数の電池モジュール12は、直列または並列に連結され得る。センサ14は、電池パック10に流れる電流を検出することができる。この際、電流の検出信号は、電池管理装置100に伝達され得る。スイッチング部16は、電池モジュール12の(+)端子側と(-)端子側に直列に連結され、電池モジュール12の充放電電流の流れを制御することができる。例えば、スイッチング部16は、電池パック10の仕様に応じて少なくとも1つのスイッチ、リレー、電磁接触器などを用いることができる。特に、スイッチング部16は、電池パック10に急激な電流が流入するのを防止するためのプリチャージ(precharge)回路を含んでよい。
電池管理装置100は、電池パック10の電圧、電流、温度などをモニターし、過充電および過放電などを防止するように制御および管理することができ、例えば、電池管理装置100は、パックBMSであってもよい。
電池管理装置100は、各種パラメータを測定した値の入力を受けるインターフェースであり、複数の端子、およびこれらの端子と連結され、入力を受けた値の処理を行う回路などを含んでよい。また、電池管理装置100は、スイッチング部16、例えば、スイッチ、リレー、または接触器などのON/OFFを制御することもでき、複数の電池モジュール12に連結され、電池セルの状態を監視することができる。
一方、本明細書に開示される電池管理装置100は、複数の電池パック10それぞれのリンク電圧を測定し、複数の電池パック10それぞれに備えられたプリチャージ回路を制御することができる。また、電池管理装置100は、プリチャージ回路の駆動状態に応じた電池パック10それぞれのリンク電圧の変化に基づいて、複数の電池パック10の連結状態が直列または並列連結であるかを判断することができる。これについては、図2において詳しく後述する。
上位制御器20は、電池管理装置100に電池モジュール12に対する各種制御信号を伝送することができる。これにより、電池管理装置100は、上位制御器20から印加される信号に基づいて動作が制御され得る。一方、本開示の電池セルは、電気自動車に用いられる電池モジュール12に含まれた構成であってもよい。ただし、図1の電池パック10は、このような用途に限定されるものではなく、例えば、図1の電池パック10の代わりにESSの電池ラックが含まれることができる。
図2は、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置の構成を示すブロック図である。
図2を参照すると、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置100は、測定部110および判断部120を含んでよい。
測定部110は、複数の電池パックそれぞれのリンク電圧を測定することができる。例えば、測定部110は、複数の電池パックのうち任意に選定された基準電池パック(例えば、プリチャージ回路が駆動された電池パック)を除いた残りの電池パックに対するリンク電圧を測定することができる。
判断部120は、複数の電池パックそれぞれに備えられたスイッチング回路を制御することができる。また、判断部120は、スイッチング回路の駆動状態に応じた複数の電池パックのリンク電圧の変化に基づいて、複数の電池パックの連結状態を判断することができる。例えば、スイッチング回路は、電池パックそれぞれに備えられたプリチャージ回路を含んでよい
また、判断部120は、複数の電池パックのうち基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させることができる。この場合、判断部120は、測定部110を介して測定された複数の電池パック(例えば、基準電池パックを除いた残りの電池パック)それぞれのリンク電圧に基づいて、複数の電池パックの連結状態を判断することができる。
具体的に、判断部120は、複数の電池パックのうち基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第1閾値以上である場合、複数の電池パックが並列連結されていると判断することができる。
また、判断部120は、基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第1閾値よりも小さい第2閾値未満である場合、複数の電池パックが直列連結されていると判断することができる。
一方、判断部120は、基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第2閾値以上第1閾値未満である場合、複数の電池パックの並列連結に異常があると判断することができる。
また、判断部120は、基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第2閾値未満である場合、基準電池パックを除いた残りの電池パックのスイッチング回路を駆動させることができる。この場合、判断部120は、複数の電池パックに備えられたスイッチング回路が全て駆動された場合、インバータからスイッチング完了信号を受信することができる。この際、インバータのプリチャージ完了信号は、電池パックそれぞれまたは主制御電池パックから受信した信号であり、電池パックのプリチャージ回路の駆動可否を示す信号であってもよい。
仮に、判断部120は、インバータからスイッチング完了信号を受信した場合には、複数の電池パックが直列連結されていると判断することができる。しかし、判断部120は、インバータからスイッチング完了信号を受信できなかった場合には、複数の電池パックの直列連結に異常があると判断することができる。
このように、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置100は、複数の電池パックのうち基準電池パックのプリチャージ回路を駆動させ、残りの電池パックのリンク電圧を測定することで、別の追加構成がなくても電池パックの直列または並列連結状態を把握することができる。
図3は、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置における電池パックの並列連結状態を判断することを説明するための図である。また、図4は、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置における電池パックの直列連結状態を判断することを説明するための図である。
図3および4を参照すると、電池パックそれぞれは、電池モジュール12a、12b、12c、およびプリチャージ回路210a、210b、210cを含んでよい。また、複数の電池パックは、インバータ220と連結され得る。
例えば、複数の電池パックのうち1つの電池パックは、主制御電池パックに決められることができる。この際、主制御電池パックは、残りの電池パックを統合して管理し、インバータ220と通信連結されることで各種信号を送受信することができる。しかし、初めには、主制御電池パックは、電池パック間の連結状態を知ることができない。したがって、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置100においては、以下の方法により、主制御電池パックが複数の電池パック間の連結状態を把握するようにすることができる。
本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置100は、例えば複数の電池パックが図3に示したように並列に連結された場合、電池パックそれぞれに備えられたプリチャージ回路210a、210b、210cのうち1つを駆動することができる。例えば、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置100は、プリチャージ回路210a、210b、210cのうち最下部のプリチャージ回路210cを駆動させることができる。この場合、電池管理装置100は、残りの電池パックのリンク電圧Link_Vを測定することができる。仮に、電池パックのリンク電圧がセンシング可能である場合(例えば、リンク電圧が第1閾値以上である場合)、電池管理装置100は、電池パックが並列連結されていると判断することができる。
一方、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置100は、複数の電池パックが図4に示したように直列に連結された場合、電池パックそれぞれに備えられたプリチャージ回路210a、210b、210cのうち1つを駆動することができる。例えば、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置100は、プリチャージ回路210a、210b、210cのうち最下部のプリチャージ回路210cを駆動させることができる。この場合、電池管理装置100は、残りの電池パックのリンク電圧Link_Vを測定することができる。仮に、電池パックのリンク電圧が測定されない場合(例えば、リンク電圧が第2閾値未満である場合)、電池管理装置100は、電池パックが直列連結されていると判断することができる。
このように、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理装置100は、プリチャージ回路の機能を介して電池パックの連結状態を確認することで、電池パックの連結状態に合う動作方式を決めることができる。
図5は、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理方法を示すフローチャートである。
図5を参照すると、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理方法は、先ず、複数の電池パックのうち基準電池パックのプリチャージ回路を駆動することができる(S105)。そして、複数の電池パックそれぞれのリンク電圧を測定することができる(S110)。この際、基準電池パックを除いた残りの電池パックのリンク電圧を測定することができる。
仮に、電池パックのリンク電圧が第1閾値以上である場合(S115)、電池パックが並列連結であると判断することができる(S120)。これに対し、電池パックのリンク電圧が第1閾値未満である場合(S115)、電池パックのリンク電圧が第2閾値未満であるかを判断する(S125)。仮に、電池パックのリンク電圧が第2閾値以上である場合には、電池パックの並列連結に異常が発生したと判断する(S130)。
一方、電池パックのリンク電圧が第2閾値未満である場合には、基準電池パックを除いた残りの電池パックのプリチャージ回路を駆動する(S135)。そして、電池管理装置100は、インバータからプリチャージ完了信号を受信したか否かを判断する(S140)。この際、インバータのプリチャージ完了信号は、電池パックそれぞれまたは前述した主制御電池パックから受信した信号であり、電池パックのプリチャージ回路の駆動可否を示す信号であってもよい。
仮に、電池管理装置100が、インバータからプリチャージ完了信号を受信した場合には、電池パックが直列連結であると判断することができる(S145)。これに対し、電池管理装置100が、インバータからプリチャージ完了信号を受信できなかった場合には、電池パックの直列連結に異常が発生したと判断することができる(S150)。
このように、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理方法は、複数の電池パックのうち基準電池パックのプリチャージ回路を駆動させ、残りの電池パックのリンク電圧を測定することで、別の追加構成がなくても電池パックの直列または並列連結状態を把握することができる。
図6は、本明細書に開示される一実施形態に係る電池管理方法を実現するコンピューティングシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。
図6を参照すると、本明細書に開示される一実施形態に係るコンピューティングシステム1000は、MCU1010、メモリ1020、入出力I/F1030、および通信I/F1040を含んでよい。
MCU1010は、メモリ1020に格納されている各種プログラム(例えば、電池のプリチャージ制御プログラム、電池の連結診断プログラムなど)を実行させ、このようなプログラムを介して電池パックのリンク電圧などを含む各種データを処理し、前述した図2に示した電池管理装置の機能を行うようにするプロセッサであってもよい。
メモリ1020は、電池のプリチャージ回路の制御や連結状態の診断などに関する各種プログラムを格納することができる。また、メモリ1020は、電池パックのリンク電圧などの各種データを格納することができる。
このようなメモリ1020は、必要に応じて複数備えられてもよい。メモリ1020は、揮発性メモリであってもよく、不揮発性メモリであってもよい。揮発性メモリとしてのメモリ1020は、RAM、DRAM、SRAMなどが用いられることができる。不揮発性メモリとしてのメモリ1020は、ROM、PROM、EAROM、EPROM、EEPROM、フラッシュメモリなどが用いられることができる。上記で列挙したメモリ1020の例は単なる例示にすぎず、これらの例に限定されるものではない。
入出力I/F1030は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置(図示せず)と、ディスプレイ(図示せず)などの出力装置と、MCU1010との間を連結してデータを送受信できるようにするインターフェースを提供することができる。
通信I/F1040は、サーバと各種データを送受信できる構成であり、有線または無線通信を支援できる各種装置であってもよい。例えば、通信I/F1040を介して、別に備えられた外部サーバから電池のプリチャージ回路の制御や連結状態の診断のためのプログラムや各種データなどを送受信することができる。
このように、本明細書に開示される一実施形態に係るコンピュータプログラムは、メモリ1020に記録され、MCU1010により処理されることで、例えば、図2に示した各機能を行うモジュールとして実現されてもよい。
以上、本明細書に開示される実施形態を構成する全ての構成要素が1つに結合するかまたは結合して動作するものと説明されたからといって、本明細書に開示される実施形態が必ずしもこのような実施形態に限定されるものではない。すなわち、本明細書に開示される実施形態の目的の範囲内であれば、その全ての構成要素が1つ以上に選択的に結合して動作してもよい。
また、以上に記載された「含む」、「構成する」、または「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できることを意味するため、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もよいものと解釈されなければならない。技術的または科学的な用語を含む全ての用語は、他に定義しない限り、本明細書に開示される実施形態が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。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ものと解釈されなければならず、本明細書において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。
以上の説明は本明細書に開示される技術思想を例示的に説明したものにすぎず、本明細書に開示される実施形態が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、本明細書に開示される実施形態の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な修正および変形が可能である。したがって、本明細書に開示される実施形態は本明細書に開示される実施形態の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであって、このような実施形態により本明細書に開示される技術思想の範囲が限定されるものではない。本明細書に開示される技術思想の保護範囲は後述の請求範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本明細書の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
1 電池制御システム
10 電池パック
12a 電池モジュール
12b 電池モジュール
12c 電池モジュール
14 センサ
16 スイッチング部
20 上位制御器
100 電池管理装置
110 測定部
120 判断部
210a プリチャージ回路
210b プリチャージ回路
210c プリチャージ回路
220 インバータ
1000 コンピューティングシステム
1010 MCU
1020 メモリ
1030 入出力I/F
1040 通信I/F

Claims (11)

  1. 複数の電池パックそれぞれのリンク電圧を測定する測定部と、
    前記複数の電池パックそれぞれに備えられたスイッチング回路を制御し、前記スイッチング回路の駆動状態に応じた前記複数の電池パックのリンク電圧に基づいて前記複数の電池パックの連結状態を判断する判断部と、
    を含む、電池管理装置。
  2. 前記判断部は、前記複数の電池パックのうち基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された前記複数の電池パックそれぞれのリンク電圧に基づいて、前記複数の電池パックの連結状態を判断する、請求項1に記載の電池管理装置。
  3. 前記判断部は、前記複数の電池パックのうち基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された前記複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が第1閾値以上である場合、前記複数の電池パックが並列連結されていると判断する、請求項1に記載の電池管理装置。
  4. 前記判断部は、前記基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された前記複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が前記第1閾値よりも小さい第2閾値未満である場合、前記複数の電池パックが直列連結されていると判断する、請求項3に記載の電池管理装置。
  5. 前記判断部は、前記基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された前記複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が前記第2閾値以上前記第1閾値未満である場合、前記複数の電池パックの並列連結に異常があると判断する、請求項4に記載の電池管理装置。
  6. 前記判断部は、前記基準電池パックに備えられたスイッチング回路を駆動させた場合に測定された前記複数の電池パックそれぞれのリンク電圧が前記第1閾値よりも小さい第2閾値未満である場合、前記基準電池パックを除いた残りの電池パックのスイッチング回路を駆動させる、請求項3に記載の電池管理装置。
  7. 前記判断部は、前記複数の電池パックに備えられたスイッチング回路が全て駆動された場合、インバータからスイッチング完了信号を受信する、請求項6に記載の電池管理装置。
  8. 前記判断部は、前記インバータからスイッチング完了信号を受信した場合、前記複数の電池パックが直列連結されていると判断する、請求項7に記載の電池管理装置。
  9. 前記判断部は、前記インバータからスイッチング完了信号を受信できなかった場合、前記複数の電池パックの直列連結に異常があると判断する、請求項7に記載の電池管理装置。
  10. 前記スイッチング回路は、プリチャージ(precharge)回路を含む、請求項1から9のうちのいずれか一項に記載の電池管理装置。
  11. コンピューティングシステムにより実行される電池管理方法であって、
    複数の電池パックそれぞれのリンク電圧を測定するステップと、
    前記複数の電池パックそれぞれに備えられたスイッチング回路の駆動状態に応じた前記複数の電池パックのリンク電圧に基づいて前記複数の電池パックの連結状態を判断するステップと、
    を含む、電池管理方法。
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