JP4445531B2 - バッテリー管理システム及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリー管理システムに係り、特に、電気エネルギーを用いる自動車に使用できるバッテリー管理システム及びその駆動方法に関するものである。
ガソリンや重油を主燃料として使用する内燃エンジンを用いる自動車は大気汚染など公害発生に深刻な影響を与えている。従って最近は公害発生を減らすために、電気自動車又はハイブリッド自動車の開発に多くの努力をしている。
電気自動車は、バッテリーから出力される電気エネルギーによって、動作するバッテリーエンジンを用いる自動車である。このような電気自動車は充放電が可能な多数の２次電池（ｃｅｌｌ）が一つのパックで形成されたバッテリーを主動力源として用いるので排気ガスが全くなくて、騒音がとても小さい長所がある。
一方、ハイブリッド自動車ということは内燃エンジンを用いる自動車と電気自動車の中間段階の自動車として、２種類以上の動力源、例えば内燃エンジン及びバッテリーエンジンを使用する自動車である。現在には、内燃エンジンと水素と酸素を連続的に供給しながら化学反応を起こして、直接電気エネルギーを得る燃料電池を用いたり、バッテリーと燃料電池を用いるなど混合された形態のハイブリッド自動車が開発されている。
このようにバッテリーエンジンを用いる自動車は動力源向上のために２次電池の数が次第に増加しており、連結された多数のセルを効率的に管理できるセルバランシング制御方法がバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；以下、ＢＭＳ）に必要である。
特に、ＢＭＳを制御するコントロールユニットはバッテリーのセル個数が増加することによってより多くの入出力ポートを備えなければならず、それによりコントロールユニットの生産コストが増加して、ＢＭＳは従来より更に大きい面積が必要である。
本発明の課題は、 複数のセルを含むバッテリーのセルの個数が増加することによって、より効率的にバッテリーのセルを管理できるバッテリー管理システム及びその駆動方法を提供することにある。
本発明の一特徴による複数のセルを含むバッテリーを管理するバッテリー管理システムであって、前記複数のセルそれぞれのセル電圧を測定するセンシング部、前記測定された複数のセル電圧によりセルバランシングが必要なセルを検出して、前記検出されたセルのセルバランシングを制御する複数のセル電圧信号を生成するＭＣＵ、及び前記複数のセル電圧信号により前記セルをセルバランシングさせるセルバランシング部を含み、前記複数のセル電圧信号は前記複数のセルの個数より少なく、前記セルバランシング部は前記複数のセル電圧信号にそれぞれ対応して、複数のセルバランシング信号を生成し、前記複数のセル電圧信号のうちの少なくとも一つは複数のセルのうちの少なくとも二つのセルをセルバランシングする。そして、前記ＭＣＵは、複数のセル電圧信号のうちの少なくとも二つのセルをセルバランシングするセル電圧信号に対応して、前記セルバランシング部に共に伝えられる制御信号を更に生成し、前記セルバランシング部は、前記制御信号に応答して前記セル電圧信号が伝達される。また、前記少なくとも二つのセルをセルバランシングする前記セル電圧信号は前記少なくとも二つのセルのうちの一つのセルに対応して生成され、第１時間間隔後に他のセルに対応して生成される。そして、前記セルバランシング部は、前記セル電圧信号によりセルバランシングを制御する第１及び第２セルバランシング信号を生成して、前記制御信号に応答して前記少なくとも二つのセルにそれぞれ第１及び第２セルバランシング信号を伝達する。この時、前記セルバランシング部は、前記第１セルバランシング信号及び第２セルバランシング信号を前記制御信号により第１時間間隔だけ間隔を置いて生成する。そうすれば、前記セルバランシング部は、前記第１又は第２セルバランシング信号により、前記第１及び第２セルバランシング信号それぞれに対応するセルを放電させる。
本発明の他の特徴による複数のセルを含むバッテリーを管理するバッテリー管理システムであって、前記複数のセルのうちセルバランシングが必要なセルのセルバランシングを制御する複数のセル電圧信号及び制御信号を生成して、複数の出力端子に出力するＭＣＵ、前記ＭＣＵに連結されて、前記制御信号により前記複数のセル電圧信号のうちの少なくとも二つの第１及び第２セル電圧信号を受信して、前記少なくとも二つのセル電圧信号によるセルバランシング信号を生成する第１セルバランシング制御部、前記ＭＣＵに連結されて、前記制御信号により前記複数のセル電圧信号のうちの少なくとも二つの第３及び第４セル電圧信号を受信して、前記少なくとも二つのセル電圧信号によるセルバランシング信号を生成する第２セルバランシング制御部、及び前記第１及び第２セルバランシング制御部に連結されて、前記少なくとも二つのセルバランシング信号を受信して、前記セルバランシング信号に対応するセルのセルバランシングを遂行するセルバランシング駆動部を含み、前記第１及び第２セル電圧信号のうちの何れか一つと前記第３及び第４セル電圧信号のうちの何れか一つが、前記ＭＣＵの同一な出力端子から出力される。そして、前記第１セル電圧信号及び第２セル電圧信号のうちの何れか一つと前記第３セル電圧信号及び第４セル電圧信号のうちの何れか一つが前記ＭＣＵの同一な出力端子から出力されれば、前記同一な出力端子から出力されたセル電圧信号は前記制御信号により第１時間間に前記第１及び第２セルバランシング制御部に伝えられ、前記第１及び第２セルバランシング制御部は前記第１時間間隔に伝えられたセル電圧信号によりセルバランシング信号を生成して、セルバランシング駆動部に伝達する。この時、前記第１セルバランシング制御部は、前記ＭＣＵの同一出力端子から出力された前記セル電圧信号に対応する前記第１及び第２セルバランシング信号のうちの何れか一つを出力し、前記第２セルバランシング制御部は、第１時間間隔後、前記ＭＣＵの同一出力端子から出力された前記セル電圧信号に対応する前記第３及び第４セルバランシング信号のうちの何れか一つを出力する。そして、前記セルバランシング駆動部は、両端が前記複数のセルのうち前記第１乃至第４セルバランシング信号それぞれに対応するセルの両端に連結されている複数のスイッチを含み、前記スイッチは前記伝えられた第１乃至第４セルバランシング信号それぞれに応答して導通する。また、前記伝えられた第１乃至第４セルバランシング信号に応答して発光する複数のフォトダイオード、及び前記複数のフォトダイオードとフォトカップリングされている複数の第１トランジスタを更に含み、前記スイッチは前記第１トランジスタに流れる電流に応答して導通する。この時、前記スイッチは両端に対応する第１電極及び第２電極を有して、前記第１トランジスタに流れる電流に対応する電圧が印加される制御電極を有する第２トランジスタであり、前記第２トランジスタの第１電極に一端が連結され、前記セルの一端に他端が連結されている第１抵抗、及び前記第２トランジスタの制御電極に一端が連結され、前記セルの他端に他端が連結されている第２抵抗を更に含む。
本発明のまた他の特徴による複数のセルのうちの少なくとも二つのセルを含む第１グループ及び前記複数のセルのうち前記少なくとも二つのセルと異なる少なくとも二つのセルを含む第２グループを含むバッテリーのバッテリー管理システムの駆動方法であって、ａ）前記第１グループ及び第２グループの複数のセルのうちセルバランシングが必要なセルを検出する段階、ｂ）前記第１グループのセルのうちセルバランシングが必要な第１セルと前記第２グループのセルのうちセルバランシングが必要な第２セルが互いに対応するセルであるか判断する段階、ｃ）前記ｂ）判断の結果互いに対応するセルの場合、前記第１セル及び第２セルのセルバランシング制御のための一つのセル電圧信号を生成する段階、ｄ）前記ｂ）判断の結果互いに対応しないセルの場合、前記第１セル及び第２セルそれぞれのセル電圧信号を生成する段階、及びｅ）前記セル電圧信号により前記第１セル及び第２セルのセルバランシングを遂行する段階を含む。そして、前記段階 ａ）は、現在バッテリーの各セル電圧を合算して、全体セルの個数で割ってバッテリーの平均電圧を算出する段階、及び前記算出されたバッテリーの平均電圧と前記第１及び第２グループセルの電圧の差が基準電圧レベル以上であるセルを検出する段階を含む。また、前記段階ｃ）で、前記セル電圧信号は前記第１セルに対応して生成されて、第１時間間隔後に第２セルに対応して生成され、前記段階ｅ）は前記セル電圧信号により前記第１時間間隔に対応する第２時間間隔に前記第１セル及び第２セルそれぞれのセルバランシング信号を生成する段階、及び前記セルバランシング信号により前記第１セル及び第２セルのセルバランシングを遂行する段階を更に含む。
本発明によれば、ＭＣＵは制限された入出力ポートを用いて、バッテリーのセルの個数より少ないセル電圧信号を生成して、生成されたそれぞれのセル電圧信号はセルバランシング部に伝えられて、少なくとも二ケ以上のセルのセルバランシングを行うことによって、ＭＣＵの制限された入出力ポートを用いて、次第に増加するバッテリーのセルのセルバランシングを効率的に管理することができる。
従って、従来はバッテリーのセルの個数が増加することによってより多くの入出力ポートを備えなければならなかったためにＭＣＵの生産コストが増加してＢＭＳも更に大きい面積を要求したが、本発明は従来ＭＣＵの制限された入出力ポートを用いるのでＭＣＵのコストの増加を防ぐことができて従来より更に大きいＢＭＳの面積が要求されなくてより効率的に増加するバッテリーのセルのセルバランシングを管理することができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例について当業者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかしながら、本発明は多様に異なる形態で実現できるので、ここで説明する実施例に限定されるものではない。図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略した。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号で示すものとする。
明細書全体である部分が他の部分と“連結”されているという時、これは“直接的に連結”されている場合だけでなく、その中間に他の素子を間において“電気的に連結”されている場合も含む。またある部分が何らかの構成要素を“含む”とする時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素を更に包含できるものを意味する。
図１は、本発明の実施例によるバッテリー、ＢＭＳ及びＢＭＳの周辺装置を概略的に示す図面である。
図１に示すように、自動車システムは、ＢＭＳ１、バッテリー２、電流センサー３、ＭＴＣＵ（ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）４、インバータ５及びモータジェネレーター６を含む。
まず、バッテリー２は複数の電池セルが互いに直列に連結された複数のサブパック（（２ａ〜２ｈ）で構成される。ここでサブパック（２ａ〜２ｈ）は例えば８個に表示されてサブパックは複数の電池セルを一つのグループで表示したことに過ぎないことであり、これに限定されるものではない。バッテリーの出力端子はインバータ５と連結される。
電流センサー３は、バッテリー２の出力電流量を測定してＢＭＳ１のセンシング部１０に出力する。具体的には、電流センサー３はホール素子を用いて電流を測定し、測定された電流に対応するアナログ電流信号として出力するホールＣＴ（Ｈａｌｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であったり、負荷接続線上に挿入された抵抗を通じて流れる電流値に対して電圧信号を出す抵抗器であってもよい。
ＢＭＳ１は、セルバランシング部１０、センシング部２０及びＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）３０を含む。
セルバランシング部１０は、各セルの充電状態の均衡を合わせる。つまり、充電状態が比較的高いセルは放電させて充電状態が比較的低いセルは充電される。
センシング部２０はバッテリーの電圧（Ｖ）、バッテリー電流（ｉ）及びバッテリー温度（Ｔ）を測定してＭＣＵ３０に伝達する。
ＭＣＵ３０は、センシング部２０から伝達されたバッテリー２の各セルの電圧を合算して、バッテリー２の全体セルの個数で割って全体セルの平均電圧を算出して、算出された全体セルの平均電圧と各セルの電圧を比較して、基準電圧以上の差が発生すれば、セルバランシング部１０に制御信号を伝達してセルバランシングを行う。本発明の実施例による制御信号はセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）、第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）であり、ＭＣＵ３０はセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）、第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）を生成して、３５個の入出力ポートを用いて、セルバランシング部１０に伝達する。また、ＭＣＵ３０はセンシング部２０からバッテリーの電圧（Ｖ）、バッテリー電流（ｉ）及びバッテリー温度（Ｔ）を用いて、バッテリーの充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｉｎｇ；以下、ＳＯＣ）及び健康状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ；以下、ＳＯＨ）を推定して、バッテリーの充電及び放電を制御する。
ＭＴＣＵ４は、自動車のアクセル、ブレーキ、自動車速度などの情報に基づいて、現在の自動車の運行状態を把握して、必要なトルク程度などの情報を決定する。具体的には、現在自動車の運行状態とは、始動を指示するキーオン、駆動を取消すキーオフ、従属運行及び加速度運行などをいう。ＭＴＣＵ４は、モータジェネレーター６の回転出力がトルク情報に合うように制御する。つまり、ＭＴＣＵ４は、インバータ５のスイッチングを制御して、モータジェネレーター６の回転出力がトルク情報に合うように制御する。またＭＴＣＵ４はＭＣＵ３０から伝えられるバッテリー２のＳＯＣを伝達して、バッテリー２のＳＯＣが目標値（例えば、５５％）になるように制御する。例えば、ＭＣＵ３０から伝えられたＳＯＣが５５％以下であれば、インバータ５のスイッチを制御して、電気出力がバッテリー２方向に出力されるようにしてバッテリー２を充電させて、この時バッテリー電流‘＋’値に設定することができる。一方、ＳＯＣが５５％以上であれば、インバータ５のスイッチを制御して、バッテリー２の出力電力がモータジェネレーター６方向に出力されるようにしてバッテリー２を放電させて、この時バッテリー電流は‘−’値に設定することができる。
インバータ５は、ＭＴＣＵ４の制御信号に基づいて、バッテリー２が充電又は放電されるようにする。
モータジェネレーター６はバッテリー２の電気エネルギーを用いてＭＴＣＵ４から伝えられるトルク情報に基づいて自動車を駆動する。
結局、ＭＴＣＵ４はＳＯＣに基づいて、充放電できるパワーだけ充放電することによってバッテリー２が過充電や過放電されることを防止して、バッテリー２を効率的に長い間使えるようにする。しかしながら、バッテリー２が自動車に装着された後にはバッテリー２の実際ＳＯＣを測定することは難しいので、ＢＭＳ１はセンシング部１０でセンシングしたバッテリー電圧、バッテリー電圧及び温度などを用いてＳＯＣを正確に推定してＭＴＣＵ４に伝達しなければならない。
図２は、本発明の実施例によりＭＣＵ３０からセルバランシング部１０に伝えられるセルバランシング制御信号（Ｄ１〜Ｄ３２、Ｓ０、Ｓ１及びＳ２）の生成及び伝達過程を示す図面である。本発明の実施例によるバッテリー２は４０個のセルを含み、ＭＣＵ３０はセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）、第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）を３５個の入出力ポートを用いて、セルバランシング部１０に伝達することと説明したが、本発明はこれに限定されなくて、セルの個数によりセル電圧信号及び制御部選択信号の個数を別にできる。そして、本発明の実施例によるセルバランシング活性化信号（ＳＯ）、第１制御部選択信号（Ｓ１）、第２制御部選択信号（Ｓ２）、セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）及びセルバランシング信号（ＣＢ１〜ＣＢ４０）はセルバランシング制御及び遂行のために一定のレベルの電圧を有する信号である。
図２に示すように、ＭＣＵ３０はバッテリー平均電圧算出部３１０、セルバランシング判断部３２０、セルバランシング制御信号生成部３３０及びセルバランシング制御信号伝達部３３１を含み、全３５個の制御信号を生成してセルバランシング部１０に伝達する。
バッテリー平均電圧算出部３１０はセンシング部２０から伝達された各セルの電圧を合算して、全体４０個セルの個数に分けて全体セルの平均電圧を算出する。
セルバランシング判断部３２０はセンシング部２０から伝達された各セルの電圧とバッテリー平均電圧算出部３１０から伝達された全体セルの平均電圧を比較する。そして、セルバランシング判断部３２０はバッテリー２のセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ４０）のうち全体セルの平均電圧より基準電圧以上高い電圧を有するセルを検出して、検出されたセル情報をセルバランシング制御信号生成部３３０に伝達する。本発明の実施例でのセルの情報とは、バッテリー２の４０個のセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ４０）のうち全体セルの平均電圧より基準電圧以上高いセルを識別するための情報でセルの位置を含む。
セルバランシング制御信号生成部３３０はセルバランシング制御信号伝達部３３１を含み、セルバランシング判断部３２０から検出されたセル情報に基づいて、３２個のセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）、第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）を生成する。
具体的には、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）はセルバランシングのための制御信号（Ｄ１〜Ｄ３２、Ｓ１及びＳ２）をＭＣＵ３０から伝達されるようにセルバランシング部１０を制御する信号である。そして、第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）は３５個の入出力ポート数より多い４０個セルのセルバランシングを効率的に管理するための信号である。本発明の実施例によるＢＭＳ１は複数のセルのうちセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ３２）を第１グループ及びセル（ＣＥＬＬ３３〜ＣＥＬＬ４０）を第２グループにそれぞれ区分して、第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）はそれぞれ第１グループ及び第２グループに対応する。つまり、第１制御部選択信号（Ｓ１）はセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ３２）のうちセルバランシングが必要なセルが決定されれば、そのセルのセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）と一緒にセルバランシング部１０に伝えられる。そうすれば、セルバランシング部１０は第１制御部選択信号（Ｓ１）を感知して、全体４０個のセルのうちセルバランシングが必要なセルが第１グループのセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ３２）のうちの一つであることを認識して、共に伝えられたセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）によって正確にどんなセルであるか判断する。同様に、第２制御部選択信号（Ｓ２）はセル（ＣＥＬＬ３３〜ＣＥＬＬ４０）のうちセルバランシングが必要なセルが決定されれば、そのセルのセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ８）と一緒にセルバランシング部１０に伝えられる。そうすれば、セルバランシング部１０は第２制御部選択信号（Ｓ２）を感知して、全体４０個のセルのうちセルバランシングが必要なセルが第２グループのセル（ＣＥＬＬ３３〜ＣＥＬＬ４０）のうちの一つであることを認識して、共に伝えられたセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ８）によって正確にどんなセルであるか判断する。
セルバランシング制御信号伝達部３３１はセルバランシングのために、セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）、第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）をセルバランシング部１０に伝達する。特に、セルバランシング制御信号伝達部３３１は第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）を一定時間間隔差に伝達する。従って、全体４０個のセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ４０）のうち第１グループのセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ３２）にセルバランシングが必要なセルが存在すれば、セルバランシング制御信号伝達部３３１は第１制御部選択信号（Ｓ１）を伝達する間の、セルバランシングが必要なセルのセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）を共にセルバランシング部１０に伝達する。同様に、第２グループのセル（ＣＥＬＬ３３〜ＣＥＬＬ４０）にセルバランシングが必要なセルが存在すれば、セルバランシング制御信号伝達部３３１は第２制御部選択信号（Ｓ２）を伝達する間の、セルバランシングが必要なセルのセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ８）をセルバランシング部１０に伝達する。
以下、本発明の実施例によるセルバランシング部１０を具体的に説明する。
図３は、本発明の実施例によるセルバランシングが必要なセルのセルバランシング遂行のためのセルバランシング部１０の構成要素を示す図面である。
セルバランシング部１０は第１セルバランシング制御部１１０、第２セルバランシング制御部１２０及びセルバランシング駆動部１３０を含む。そしてセルバランシング部１０はセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）、第１制御部選択信号（Ｓ１）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）、全３５個の制御信号をＭＣＵ３０から伝達される。本発明の実施例によるセルバランシング部１０の第１セルバランシング制御部１１０及び第２セルバランシング制御部１２０はセルバランシング活性化信号（Ｓ０）がハイレベルからローレベルに変更されるフォーリングエッジタイミングが発生する時、セルバランシングが必要なセルのセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）、第１及び第２制御部選択信号（Ｓ１、Ｓ２）を伝達されるために制御される。
第１セルバランシング制御部１１０は、４個のセルバランシング信号生成部１１１〜１１４を含み、３２個のセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）及び第１制御部選択信号（Ｓ１）をＭＣＵ３０から伝達されて、セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）に対応するセルバランシング信号（ＣＢ１〜ＣＢ３２）を生成する。具体的には、第１セルバランシング制御部１１０はセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）及び第１制御部選択信号（Ｓ１）を伝達されるようにセルバランシング活性化信号（ＳＯ）によって制御される。そして、第１セルバランシング制御部１１０は第１制御部選択信号（Ｓ１）がハイレベルの電圧を有する区間の間セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）を伝達されて、セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）に対応するセルバランシング信号（ＣＢ１〜ＣＢ３２）を生成して、セルバランシング駆動部１３０に伝達する。
第２セルバランシング制御部１２０は１個のセルバランシング信号生成部１２１を含み、８個のセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ８）、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）をＭＣＵ３０から伝達されて、セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ８）に対応するセルバランシング信号（ＣＢ３３〜ＣＢ４０）を生成する。具体的には、第２セルバランシング制御部１２０セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ８）及び第２制御部選択信号（Ｓ２）を伝達されるようにセルバランシング活性化信号（ＳＯ）によって制御される。そして第２セルバランシング制御部１２０は、第２制御部選択信号（Ｓ２）がハイレベルの電圧を有する区間間のセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ８）を伝達されて、セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ８）に対応するセルバランシング信号（ＣＢ３３〜ＣＢ４０）を生成して、セルバランシング駆動部１３０に伝達する。
本発明の実施例ではセルの数が４０個に制限されていて第１セルバランシング制御部１１０とは違って第２セルバランシング制御部１２０が一つのセルバランシング信号生成部１２１を含んだが、本発明はこれに限定されず、バッテリー２を構成する全セルの個数により第２セルバランシング制御部１２０は増加できる。もし第２セルバランシング制御部１２０が第１セルバランシング制御部１１０と同一な構成を有すれば、最大６４個のセルを制御することができる。つまり、ＭＣＵ３０は３５個の入出力ポートを用いて、最大６４個セルのセルバランシングを制御することができる。また、バッテリー２の直列セルの数が実施例のセルの数である６４個を超過すれば、セル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）の数を減らし、セルバランシング部１０のセルバランシング制御部の数を増加させてＭＣＵ３０の制限された入出力ポートで増加されたセルを効率的に管理することができる。
次に、図３を参照して、本発明の実施例によりセルバランシング遂行のために必要なセルバランシング制御信号のタイミング図（図４及び図５）について説明する。
図４は、本発明の実施例によるセルバランシング部１０の第１セルバランシング制御部１１０で処理されるセルバランシング制御信号の波形で、バッテリー２のセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ４０）のうちＣＥＬＬ８とＣＥＬＬ１５が全体セルの平均電圧より基準電圧以上高い電圧状態である時、各セルのセルバランシング制御信号の波形を示した図面である。
セルバランシング部１０の第１セルバランシング制御部１１０はＣＥＬＬ８及びＣＥＬＬ１５のセルバランシングのために、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）、第１モジュール選択信号（Ｓ１）及びセル電圧信号（Ｄ８、Ｄ１５）をＭＣＵ３０から伝達されて、各セルのセル電圧信号（ＣＢ８、ＣＢ１５）を生成する。
第１セルバランシング制御部１１０の第１セルバランシング信号生成部１１１はセルバランシング活性化信号（Ｓ０）が印加される時点（Ｔ１）で第１モジュール選択信号（Ｓ１）及びセル電圧信号（Ｄ８）を伝達されるために制御される。そして、第１制御部選択信号（Ｓ１）がハイレベルのパルスに印加される区間（Ｍ１ｏｎ＿１）間の、ハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ８）を感知する。そうすれば、第１セルバランシング信号生成部１１１はセル電圧信号（Ｄ８）のフォーリングタイミングが発生する時点（Ｔ１１）で、ローレベルのセルバランシング信号（ＣＢ８）を生成する。同様に、第１セルバランシング制御部１１０の第２セルバランシング信号生成部１１２はセルバランシング活性化信号（Ｓ０）が印加される時点（Ｔ１）で第１モジュール選択信号（Ｓ１）及びセル電圧信号（Ｄ１５）を伝達されるために制御される。そして、第１制御部選択信号（Ｓ１）がハイレベルのパルスに印加される区間（Ｍ１ｏｎ＿１）間の、ハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ１５）を感知する。そうすれば、第２セルバランシング信号生成部１１２はセル電圧信号（Ｄ１５）のフォーリングタイミングが発生する時点（Ｔ２１）で、ローレベルのセルバランシング信号（ＣＢ１５）を生成する。この時、ＭＣＵ３０はセルバランシング遂行中であるセルと全体セルの平均電圧との差が基準電圧以下になれば、ハイレベルパルス区間（Ｍ１ｏｎ＿２、Ｍ１ｏｎ＿３）を有する第１制御部選択信号（Ｓ１）及びハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ８及びＤ１５）を生成して、セルバランシング部１０に伝達してセルバランシングを終了する。ＣＥＬＬ８のセルバランシングが完了されれば、第１セルバランシング信号生成部１１１は第１制御部選択信号（Ｓ１）がハイレベルのパルスに印加される区間（Ｍ１ｏｎ＿２）間のハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ８）を感知する。そして、セル電圧信号（Ｄ８）のフォーリングタイミングが発生する時点（Ｔ１２）で、ハイレベルのセルバランシング信号（ＣＢ８）を生成してセルバランシングを終了する。同様に、ＣＥＬＬ１５のセルバランシングが完了されれば、第２セルバランシング信号生成部１１２は第１制御部選択信号（Ｓ１）がハイレベルのパルスに印加される区間（Ｍ１ｏｎ＿３）間のハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ１５）を感知する。そしてセル電圧信号（Ｄ１５）のフォーリングタイミングが発生する時点（Ｔ２２）で、ハイレベルのセルバランシング信号（ＣＢ１５）を生成してセルバランシングを終了する。
図５は、本発明の実施例によるセルバランシング部１０の第１セルバランシング制御部１１０及び第２セルバランシング制御部１２０で処理されるセルバランシング制御信号の波形で、バッテリー２のセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ４０）のうちＣＥＬＬ８とＣＥＬＬ４０が全体セルの平均電圧より基準電圧以上高い電圧状態である時、各セルのセルバランシング制御信号の波形を示した図面である。
セルバランシング部１０の第１セルバランシング制御部１１０及び第２セルバランシング制御部１２０はＣＥＬＬ８とＣＥＬＬ４０のセルバランシングのために、セルバランシング活性化信号（Ｓ０）、第１制御部選択信号（Ｓ１）、第２制御部選択信号（Ｓ２）及びセル電圧信号（Ｄ８）をＭＣＵ３０から伝達されて、各セルのセル電圧信号（ＣＢ８、ＣＢ４０）を生成する。
第１セルバランシング制御部１１０の第１セルバランシング信号生成部１１１はセルバランシング活性化信号（Ｓ０）が印加される時点（Ｔ１'）で第１モジュール選択信号（Ｓ１）及びセル電圧信号（Ｄ８）を伝達されるために制御される。そして、第１制御部選択信号（Ｓ１）がハイレベルのパルスに印加される区間（Ｍ１ｏｎ＿１'）間の、ハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ８）を感知する。そうすれば、第１セルバランシング信号生成部１１１はセル電圧信号（Ｄ８）のフォーリングタイミングが発生する時点（Ｔ１１'）で、ローレベルのセルバランシング信号（ＣＢ８）を生成する。同様に、第２セルバランシング制御部１２０の第５セルバランシング信号生成部１２１はセルバランシング活性化信号（Ｓ０）が印加される時点（Ｔ１'）で第２モジュール選択信号（Ｓ２）及びセル電圧信号（Ｄ８）を伝達されるために制御される。そして、一定時間間隔後に伝えられた第２制御部選択信号（Ｓ２）がハイレベルのパルスに印加される区間（Ｍ２ｏｎ＿１'）間の、ハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ８）を感知する。そうすれば、第５セルバランシング信号生成部１２１はセル電圧信号（Ｄ８）のフォーリングタイミングが発生する時点（Ｔ２１'）で、ローレベルのセルバランシング信号（ＣＢ４０）を生成する。この時、ＭＣＵ３０はセルバランシング遂行中であるセルと全体セルの平均電圧との差が基準電圧以下になれば、ハイレベルパルス区間（Ｍ１ｏｎ＿２'）を有する第１制御部選択信号（Ｓ１）、ハイレベルのパルス区間（Ｍ２ｏｎ＿２'）を有する第２制御部選択信号（Ｓ２）及びハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ８）を生成して、セルバランシング部１０に伝達して、セルバランシングを終了する。ＣＥＬＬ８のセルバランシングが完了されれば、第１セルベロンシン制御部１１０の第１セルバランシング信号生成部１１１は第１制御部選択信号（Ｓ１）がハイレベルのパルスに印加される区間（Ｍ１ｏｎ＿２'）間のハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ８）を感知する。そしてセル電圧信号（Ｄ８）のフォーリングタイミングが発生する時点（Ｔ１２'）で、ハイレベルのセルバランシング信号（ＣＢ８）を生成し、セルバランシングを終了する。同様に、ＣＥＬＬ４０のセルバランシングが完了されれば、第２セルバランシング制御部１２０の第５セルバランシング信号生成部１２１は第２制御部選択信号（Ｓ２）がハイレベルのパルスに印加される区間（Ｍ２ｏｎ＿２'）間のハイレベルのパルスを有するセル電圧信号（Ｄ８）を感知する。そしてセル電圧信号（Ｄ８）のフォーリングタイミングが発生する時点（Ｔ２２'）で、ハイレベルのセルバランシング信号（ＣＢ４０）を生成して、セルバランシングを終了する。
図６は、本発明の実施例によるセルバランシング部１０のセルバランシング駆動部１３０で、第１セルバランシング制御部１１０及び第２セルバランシング制御部１２０から出力されるセルバランシング信号（ＣＢ１〜ＣＢ４０）を伝達して、セルバランシングを制御する回路面である。そして、セルバランシング駆動部１３０のセルバランシング駆動回路はバッテリー２の各セル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ４０）の負の端子（−）及び正の端子（＋）に連結され、セルバランシング信号（ＣＢ１〜ＣＢ４０）を伝達してセルバランシングを行う。
セル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ４０）のうちＣＥＬＬ８が全体セルの平均電圧より基準電圧以上高い電圧状態である時、セルバランシング部１０のセルバランシング駆動部１３０は第１セルバランシング制御部１１０からセルバランシング信号（ＣＢ８）を伝達してＣＥＬＬ８のセルバランシングを行う。
具体的には、セルバランシング信号（ＣＢ８）がフォーリング（図５、時点Ｔ１１'）されてローレベルの区間（Ｔ１１'〜Ｔ１２'）間の、セルバランシング駆動部１３０のＶＤＤとセルバランシング信号（ＣＢ８）の電位差によって、フォトダイオード（ＰＤ）がバイアスされて発光する。そしてフォトダイオード（ＰＤ）によって生成された光電流に対応して、トランジスタ（Ｑ２）が導通する。そうすれば、ＣＥＬＬ８の正の端子（＋）から出力された部分電流が導通したトランジスタ（Ｑ２）を通じて、抵抗（Ｒ３）に印加され、抵抗（Ｒ３）で発生した電圧差によって、トランジスタ（Ｑ１）が導通する。従って、ＣＥＬＬ８は抵抗Ｒ２を経て導通したトランジスタ（Ｑ１）のコレクター（Ｃ）からエミッタ（Ｅ）に形成される放電経路によりセルバランシングが行われる。
本発明の実施例により図５及び図６に示すように、４０個セル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ４０）のうちＣＥＬＬ８及びＣＥＬＬ４０が全体セルの平均電圧より基準電圧以上高い電圧状態であれば、セルバランシング部１０の第１及び第２セルバランシング制御部は一つのセル電圧信号（Ｄ８）をＭＣＵ３０から伝達し、各セルのセルバランシング信号（ＣＢ８、ＣＢ４０）を生成して、セルバランシングを行う。従って、バッテリー２のセルの数が４０個より超過しても、それぞれのセル電圧信号（Ｄ１〜Ｄ３２）は少なくとも二つのセルのセルバランシングを制御することができるので、ＭＣＵ３０の制限された入出力ポートを用いて、増加されたセルのセルバランシングを効率的に管理することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これもまた本発明の範囲に属することは当然である。
本発明の実施例によるバッテリー、ＢＭＳ及びＢＭＳの周辺装置を概略的に示す図面である。 本発明の実施例によるＭＣＵを概略的に示す図面である。 本発明の実施例によるセルバランシング部の構成要素を概略的に示す図面である。 本発明の実施例によるセルバランシング部の第１セルバランシング制御部で処理される波形を概略的に示すタイミング図である。 本発明の実施例によるセルバランシング部のそれぞれのセルバランシング制御部で処理される波形を概略的に示すタイミング図である。 本発明の実施例によるセルバランシング部のセルバランシング駆動部を概略的に示す回路面である。
符号の説明
２ バッテリー
１０ セルバランシング部
１１０ 第１セルバランシング制御部
１１１〜１１４ セルバランシング信号生成部
１２０ 第２セルバランシング制御部
１２１ セルバランシング信号生成部
１３０ セルバランシング駆動部

Claims (16)

  1. 複数のセルを含むバッテリーを管理するバッテリー管理システムであって、
    前記複数のセルそれぞれのセル電圧を測定するセンシング部、
    前記測定された複数のセル電圧によりセルバランシングが必要なセルを検出して、前記検出されたセルのセルバランシングを制御する複数のセル電圧信号を生成するＭＣＵ、及び
    前記複数のセル電圧信号により前記セルをセルバランシングさせるセルバランシング部を含み、
    前記複数のセル電圧信号は前記複数のセルの個数より少なく、前記セルバランシング部は前記複数のセル電圧信号にそれぞれ対応して、複数のセルバランシング信号を生成し、前記複数のセル電圧信号のうちの少なくとも一つは複数のセルのうちの少なくとも二つのセルをセルバランシングする、バッテリー管理システム。
  2. 前記ＭＣＵは、複数のセル電圧信号のうちの少なくとも二つのセルをセルバランシングするセル電圧信号に対応して、前記セルバランシング部に共に伝えられる制御信号を更に生成し、
    前記セルバランシング部は、
    前記制御信号に応答して前記セル電圧信号が伝達される、請求項１に記載のバッテリー管理システム。
  3. 前記ＭＣＵは、
    前記少なくとも二つのセルをセルバランシングする前記セル電圧信号は前記少なくとも二つのセルのうちの一つのセルに対応して生成されて、第１時間間隔後に他のセルに対応して生成される、請求項２に記載のバッテリー管理システム。
  4. 前記セルバランシング部は、
    前記セル電圧信号によりセルバランシングを制御する第１及び第２セルバランシング信号を生成して、
    前記制御信号に応答して前記少なくとも二つのセルにそれぞれ第１及び第２セルバランシング信号を伝達する、請求項３に記載のバッテリー管理システム。
  5. 前記セルバランシング部は、
    前記第１セルバランシング信号及び第２セルバランシング信号を前記制御信号により第１時間間隔だけ間隔を置いて生成する、請求項４に記載のバッテリー管理システム。
  6. 前記セルバランシング部は、
    前記第１又は第２セルバランシング信号により、前記第１及び第２セルバランシング信号それぞれに対応するセルを放電させる、請求項５に記載のバッテリー管理システム。
  7. 複数のセルを含むバッテリーを管理するバッテリー管理システムであって、
    前記複数のセルのうちセルバランシングが必要なセルのセルバランシングを制御する複数のセル電圧信号及び制御信号を生成して、複数の出力端子に出力するＭＣＵ、
    前記ＭＣＵに連結されて、前記制御信号により前記複数のセル電圧信号のうちの少なくとも二つの第１及び第２セル電圧信号を受信して、前記少なくとも二つのセル電圧信号によるセルバランシング信号を生成する第１セルバランシング制御部、
    前記ＭＣＵに連結されて、前記制御信号により前記複数のセル電圧信号のうちの少なくとも二つの第３及び第４セル電圧信号を受信して、前記少なくとも二つのセル電圧信号によるセルバランシング信号を生成する第２セルバランシング制御部、及び
    前記第１及び第２セルバランシング制御部に連結されて、前記少なくとも二つのセルバランシング信号を受信して、前記セルバランシング信号に対応するセルのセルバランシングを遂行するセルバランシング駆動部を含み、
    前記第１及び第２セル電圧信号のうちの何れか一つと前記第３及び第４セル電圧信号のうちの何れか一つが、前記ＭＣＵの同一な出力端子から出力される、バッテリー管理システム。
  8. 前記第１セル電圧信号及び第２セル電圧信号のうちの何れか一つと前記第３セル電圧信号及び第４セル電圧信号のうちの何れか一つが前記ＭＣＵの同一な出力端子から出力されれば、
    前記同一な出力端子から出力されたセル電圧信号は前記制御信号により第１時間間隔に前記第１及び第２セルバランシング制御部に伝えられ、
    前記第１及び第２セルバランシング制御部は、前記第１時間間隔に伝えられたセル電圧信号によりセルバランシング信号を生成して、セルバランシング駆動部に伝達する、請求項７に記載のバッテリー管理システム。
  9. 前記第１セルバランシング制御部は、
    前記ＭＣＵの同一出力端子から出力された前記セル電圧信号に対応する前記第１及び第２セルバランシング信号のうちの何れか一つを出力し、
    前記第２セルバランシング制御部は、
    第１時間間隔後、前記ＭＣＵの同一出力端子から出力された前記セル電圧信号に対応する前記第３及び第４セルバランシング信号のうちの何れか一つを出力する、請求項８に記載のバッテリー管理システム。
  10. 前記セルバランシング駆動部は、両端が前記複数のセルのうち前記第１乃至第４セルバランシング信号それぞれに対応するセルの両端に連結されている複数のスイッチを含み、
    前記スイッチは前記伝えられた第１乃至第４セルバランシング信号それぞれに応答して導通する、請求項９に記載のバッテリー管理システム。
  11. 前記伝えられた第１乃至第４セルバランシング信号に応答して発光する複数のフォトダイオード、及び
    前記複数のフォトダイオードとフォトカップリングされている複数の第１トランジスタを更に含み、
    前記スイッチは、前記第１トランジスタに流れる電流に応答して導通する、請求項１０に記載のバッテリー管理システム。
  12. 前記スイッチは、両端に対応する第１電極及び第２電極を有して、前記第１トランジスタに流れる電流に対応する電圧が印加される制御電極を有する第２トランジスタ、
    前記第２トランジスタの第１電極に一端が連結され、前記セルの一端に他端が連結されている第１抵抗、及び
    前記第２トランジスタの制御電極に一端が連結され、前記セルの他端に他端が連結されている第２抵抗を更に含む、請求項１１に記載のバッテリー管理システム。
  13. 複数のセルのうちの少なくとも二つのセルを含む第１グループ及び前記複数のセルのうち前記少なくとも二つのセルと異なる少なくとも二つのセルを含む第２グループを含むバッテリーのバッテリー管理システムの駆動方法であって、
    ａ）前記第１グループ及び第２グループの複数のセルのうちセルバランシングが必要なセルを検出する段階、
    ｂ）前記第１グループのセルのうちセルバランシングが必要な第１セルと前記第２グループのセルのうちセルバランシングが必要な第２セルが互いに対応するセルであるか判断する段階、
    ｃ）前記ｂ）判断の結果互いに対応するセルの場合、前記第１セル及び第２セルのセルバランシング制御のための一つのセル電圧信号を生成する段階、
    ｄ）前記ｂ）判断の結果互いに対応しないセルの場合、前記第１セル及び第２セルそれぞれのセル電圧信号を生成する段階、及び
    ｅ）前記セル電圧信号により前記第１セル及び第２セルのセルバランシングを遂行する段階を含む、バッテリー管理システムの駆動方法。
  14. 前記段階ａ）は、
    現在バッテリーの各セル電圧を合算して、全体セルの個数で割ってバッテリーの平均電圧を算出する段階、及び
    前記算出されたバッテリーの平均電圧と前記第１及び第２グループセルの電圧の差が基準電圧レベル以上であるセルを検出する段階を含む、請求項１３に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
  15. 前記段階ｃ）で前記セル電圧信号は前記第１セルに対応して生成されて、第１時間間隔後に第２セルに対応して生成される、請求項１４に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
  16. 前記段階ｅ）は、
    前記セル電圧信号により前記第１時間間隔に対応する第２時間間隔に前記第１セル及び第２セルそれぞれのセルバランシング信号を生成する段階、及び
    前記セルバランシング信号により前記第１セル及び第２セルのセルバランシングを遂行する段階を更に含む、請求項１５に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
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