JP4733079B2

JP4733079B2 - バッテリー管理システム及びその駆動方法

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Publication number: JP4733079B2
Application number: JP2007184747A
Authority: JP
Inventors: 龍準太; 水石崔; 永兆李; 韓碩尹; 世旭徐; 啓鐘林; 範奎金; 呼泳朴
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-07-13
Also published as: US20080061764A1; EP1901412B1; JP2008066288A; EP1901412A2; KR100846710B1; EP1901412A3; CN101141076A; KR20080022676A; US7728599B2; CN101141076B

Description

本発明は、バッテリー管理システム（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）に関し、特に、電気エネルギーを利用する自動車に用いることが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。

ガソリンや重油を主燃料に使用する内燃エンジンを利用す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、電気自動車またはハイブリッド自動車の開発に多くの力を入れている。

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利用する自動車である。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利用するため、排気ガスが全くなく、騒音が殆どない長所がある。

一方、ハイブリッド自動車は、内燃エンジンを利用す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。現在では、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利用したり、バッテリーと燃料電池を利用す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利用する自動車は、動力源の性能向上のために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及びパック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（ＢＭＳ）に必要である。

特にバッテリーの電圧を測定するために差動増幅器を用いた差動増幅段を利用している。このような差動増幅段は一つ以上の抵抗体を含み、差動増幅段の入力端子に入力される電圧差を一つ以上の抵抗体の抵抗値に対応するゲインにより増幅して、バッテリーの電圧を検出している。

バッテリーの電圧を検出する電圧検出部はバッテリーのセルに各々連結される。このように、バッテリーのセルに各々連結される電圧検出部は、セルの数が増加するにつれて増加しなければならない。従って、従来バッテリーの電圧検出部を利用して、バッテリーの電圧を検出する時、電圧検出部はセルの数に従って増加するため、それに伴う費用も増加する問題があって、バッテリーのセルと各々連結された電圧検出部で発生する微細な電流の漏れ及び複雑な回路の構成によるバッテリーの電圧検出部の回路の異常有無を正確に判断できない問題が生じる。

本発明が目的とする技術的課題は、電圧検出部の回路の異常有無を簡単な構成で判断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である。

本発明の一つの特徴による複数のセル及び前記複数のセル各々に連結する複数のセルリレーの中、第１セルリレーを含むバッテリー管理システムにおいて、前記第１セルリレーが導通すると、前記複数のセル中前記導通した第１セルリレーに対応する第１セルに連結し、キーオン及び停車時に補助電源部に連結する３接点リレー対、前記３接点リレー対を通して伝えられた入力電圧に対応する第１電圧を伝達されて、前記第１電圧に対応する第２電圧を生成する電圧検出部、及び前記入力電圧に対する第２電圧の比に対応して、有効ゲインを算出しながら、前記３接点リレー対の連結を制御するＭＣＵを含む。そして、前記電圧検出部は前記第１電圧をゲインにより増幅して、前記第２電圧を生成する差動増幅段を含む。また、前記電圧検出部は前記第１電圧を伝達して、前記第１電圧と同じ前記第２電圧を伝達する電圧追従部を含む。この時、前記３接点リレー対は前記キーオン及び停車時に前記補助電源部に連結して、基準電圧を前記電圧検出部に伝達しながら、前記ＭＣＵは前記伝えられた基準電圧に対する前記第２電圧の比に対応して、有効ゲインを算出する。そして、前記ＭＣＵは、前記キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインを比較して、前記キーオン時に算出された有効ゲインと前記キーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一でなければ、前記電圧検出部の回路に異常があると判断する。また、前記ＭＣＵは、前記停車時に算出された有効ゲインと直前有効ゲインを比較して、前記停車時に算出された有効ゲインと前記直前有効ゲインが同一でなければ、前記電圧検出部の回路に異常があると判断する。この時、前記センシング部は、前記電圧検出部の出力端から伝えられた出力電圧を変換し、前記ＭＣＵに伝達するＡ／Ｄコンバータを含む。

本発明の他の特徴による複数のセル及び前記複数のセル各々に連結する複数のセルリレーの中、第１セルリレーを含むバッテリー管理システムにおいて、前記第１セルリレーが導通すると、前記導通した第１セルリレーに対応する第１セルに連結し、キーオン及び停車時に補助電源部に連結する３接点リレー対、前記３接点リレー対を通して伝えられた入力電圧に対応する第１電圧を貯蔵する蓄電器、前記蓄電器に貯蔵された前記第１電圧を伝達されて前記ゲインにより増幅して第２電圧を生成する差動増幅段、及び前記蓄電器と前記差動増幅段を連結する制御リレーを含む。そして、前記キーオン及び停車時に、前記３接点リレー対と前記補助電源部を連結しながら、前記３接点リレー対を通して伝えられた基準電圧に対する前記第２電圧の比に対応して、有効ゲインを算出するＭＣＵをさらに含む。

本発明の他の特徴による複数のセル及び前記複数のセル各々に連結する複数のセルリレー中第１セルリレーを含むバッテリー管理システムにおいて、前記第１セルリレーが導通すると、前記導通した第１セルリレーに対応する第１セルに連結し、キーオン及び停車時に補助電源部に連結する３接点リレー対、前記３接点リレー対を通して伝えられた入力電圧に対応する第１電圧を貯蔵する蓄電器、前記蓄電器に貯蔵された前記第１電圧を伝達されて前記第１電圧と同じ第２電圧を伝達する電圧追従部、及び前記蓄電器と前記電圧追従部を連結する制御リレーを含む。そして、前記キーオン及び停車時に、前記３接点リレー対と前記補助電源部を連結しながら、前記３接点リレー対を通して伝えられた基準電圧に対する前記第２電圧の比に対応して、有効ゲインを算出するＭＣＵをさらに含む。

本発明の他の特徴による複数のセル及び補助電源部を含み、キーオン及び停車時に前記補助電源部と連結する３接点リレー対、前記３接点リレー対を通して伝えられた基準電圧を利用して出力電圧を生成する電圧検出部を含むハイブリッド自動車のバッテリー管理システムの駆動方法において、
ａ）前記キーオン及び停車時に、前記３接点リレー対を通して伝えられた前記基準電圧を前記電圧検出部に伝達する段階、
ｂ）前記基準電圧に対応する第１電圧を伝達されて、前記第１電圧に対応する出力電圧を生成する段階、
ｃ）前記基準電圧に対する前記出力電圧の比に対応して、有効ゲインを算出する段階、及び
ｄ）前記キーオン及び停車時に算出された有効ゲインをキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインまたは直前有効ゲインと比較する段階を含む。

そして、前記ｂ）段階は、前記第１電圧をゲインにより増幅して前記出力電圧を生成する段階を含む。また、前記ｂ）段階は前記第１電圧を伝達されて前記第１電圧と同じ前記出力電圧を伝達する段階を含む。この時、前記ｄ）段階の比較結果、前記キーオン時に算出された有効ゲインと前記キーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一でなければ、前記電圧検出部の回路に異常があると判断する段階を含む。そして、前記ｄ）段階の比較結果、前記停車時に算出された有効ゲインと前記直前有効ゲインが同一でなければ、前記電圧検出部の回路に異常があると判断する段階を含む。

本発明の特徴によるバッテリー管理システム及びその駆動方法は、キーオン及び停車時に基準電圧を利用して、電圧検出部の回路の異常有無を判断できる。

本発明の他の特徴によるバッテリー管理システム及び駆動方法は、従来電圧検出回により単純に回路を構成できる。

そのために、単純な回路の構成によって電圧検出部の回路異常有無を判断して、費用の節減及びバッテリーの微細な電流の漏れを防止できる。

以下、添付図を参照して、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様な形態に具現され、ここで説明する実施形態に限られない。図面で本発明を明確に説明するために説明上不要な部分は省略した。明細書全体にわたって類似する部分については同一図面符号を付けた。

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、ある部分がある構成要素を”含む“するという時、これは特に反対の記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

図１は、本発明の実施形態によるバッテリー、ＢＭＳ及びＢＭＳの周辺装置を概略的に示した図である。

図１に示したように、自動車システムは、ＢＭＳ１、バッテリー２、電流センサー３、冷却ファン４、ヒューズ５、メインスイッチ６、ＭＴＣＵ（ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）７、インバータ８及びモータゼネレータ９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連結された複数のサブパック２ａ〜２ｈ、出力端子（２_ＯＵＴ１）、出力端子（２_ＯＵＴ２）及びサブパック２ｄとサブパック２ｅの間に備えられる安全スイッチ（２_ＳＷ）を含む。ここでサブパック２ａ〜２ｈは、例えば８個に表示されサブパックは複数の電池セルを一つのグループに示したことに過ぎず、これに限定されるのではない。また、安全スイッチ（２_ＳＷ）はサブパック２ｄとサブパック２ｅの間に備えられるスイッチであり、バッテリーを交換したり、バッテリーに対する作業を遂行する時、作業者の安全のために受動的にキーオフできるスイッチである。本発明による実施形態では、サブパック２ｄとサブパック２ｅの間に安全スイッチ（２_ＳＷ）を含んでいるが、本発明はこれに限定されるのではない。出力端子（２_ＯＵＴ１）及び出力端子（２_ＯＵＴ２）はインバータ８に連結される。

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。具体的に電流センサー３は、ホール素子を利用して電流を測定し、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変流器（Ｈａｌｌｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）とかロードライン（Ｌｏａｄｌｉｎｅ）上に挿入された抵抗を通して流れる電流値に対して電圧信号を出力するシャント抵抗器（ＳｈｕｎｔＲｅｓｉｓｔｏｒ）でありうる。

冷却ファン４は、ＢＭＳ１の制御信号に基づいて、バッテリー２の充放電によって、発生する熱を冷却して、温度上昇によるバッテリー２の劣化及び充放電効率の低下を防止する。

ヒューズ５は、バッテリー２の断線または短絡によって、過電流がバッテリー２に伝えられるのを防止する。つまり、過電流が発生するとヒューズ５は断線して、過電流がバッテリー２に伝えられるのを遮断する。

メインスイッチ６は、過電圧、過電流、高温など異常が発生すると、ＢＭＳ１または自動車のＭＴＣＵ７の制御信号に基づいて、バッテリー２をオン／オフする。

ＢＭＳ１は、センシング部１０、ＭＣＵ２０、内部電源供給部３０、セルバランシング部４０、貯蔵部５０、通信部６０、保護回路部７０、パワーオンリセット部８０及び外部インターフェース９０を含む。

センシング部１０は、バッテリー全体パック電流（以下、‘パック電流’）、バッテリー全体パック電圧（以下、‘パック電圧’）、パック温度及びセル周辺温度を測定してＭＣＵ２０に伝達する。

ＭＣＵ２０は、キーオン及び停車時に基準電圧（Ｖｒｅｆ）を利用して、電圧検出部１１６の回路の異常有無を判断する。本発明の実施形態による電圧検出部１１６の回路の異常は、電圧検出部１１６の構成要素の間で発生できる短絡及び断線による回路上のエラーを含む包括的な意味である。そして、本発明に実施形態による“停車”は、自動車の運行においてバッテリーに流れる電流が０（Ｚｅｒｏ）である状態が一定時間持続したことを意味する。キーオン時、ＭＣＵ２０は、制御信号を３接点リレー対１１３に伝達する。そうすると、３接点リレー対１１３は、伝えられた制御信号に応答して補助電源部１１２と連結され、補助電源部１１２から印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を電圧検出部１１６に伝達する。この時、電圧検出部１１６は、伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する出力電圧を生成する。そうすると、ＭＣＵ２０は、出力電圧を基準電圧（Ｖｒｅｆ）で割り算して、キーオン時の有効ゲインを算出して、算出されたキーオン時の有効ゲインをキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインと比較する。比較結果、キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一であれば、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路に異常がないと判断する。しかし、キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一でなければ、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路に異常があると判断する。本発明の実施形態による３接点スイッチ対は、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の出力端、補助電源部１１２及び電圧検出部１１６の蓄電器（Ｃ１）との間に位置し、ＭＣＵ２０の制御信号に応答して補助電源部１１２またはセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の出力端と連結される。停車時のＭＣＵ２０は、キーオン時の有効ゲインの算出過程と同様に停車時の有効ゲインを算出して、算出された停車時の有効ゲインと直前有効ゲインを比較する。比較結果、停車時の有効ゲインと直前有効ゲインが同一であれば、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路に異常がないと判断する。しかし、停車時の有効ゲインと直前有効ゲインが同一でなければ、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路に異常があると判断する。

内部電源供給部３０は、一般に補助バッテリーを利用してＢＭＳ１に電源を供給する装置である。セルバランシング部４０は、各セルの充電状態の均衡を取る。つまり、充電状態が比較的に高いセルは放電させ、充電状態が比較的低いセルは充電させる。貯蔵部５０は、ＢＭＳ１の電源がオフされる時、現在のＳＯＣ、ＳＯＨなどのデータを貯蔵する。ここで貯蔵部５０は、電気的に使って消せる非揮発性貯蔵装置として、ＥＥＰＲＯＭでありうる。通信部６０は、自動車のＭＴＣＵ７と通信を行う。ＢＭＳ１からＭＴＣＵ７にＳＯＣ及びＳＯＨに関する情報を伝送したり、ＭＴＣＵ７から自動車状態に関する情報を受信してＭＣＵ２０に伝送する。保護回路部７０は、ハードウェア素子を使って、過電流、過電圧などからバッテリー２を保護するために２次的に付けた回路である。その以前にＭＣＵ内部にあるファームウエアで１次的な保護動作をする。パワーオンリセット部８０は、ＢＭＳ１の電源が点灯されると、全体システムをリセットする。外部インターフェース９０は、冷却ファン４、メインスイッチ６等ＢＭＳの補助装置をＭＣＵ２０に連結するための装置である。本実施形態には冷却ファン４及びメインスイッチ６だけ示されたが、これに限定されるのではない。

ＭＴＣＵ７は、自動車のアクセラレーター、ブレーキ、自動車速度などの情報に基づいて、現在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、始動をかけるキーオン、始動を消すキーオフ、従属運行及び加速度運行などをいう。ＭＴＣＵ７は、自動車状態に関する情報をＢＭＳ１の通信部６０に伝送する。ＭＴＣＵ７は、モータゼネレータ９の出力をトルク情報に合わせて制御する。つまり、ＭＴＣＵ７は、インバータ８のスイッチングを制御して、モータゼネレータ９の出力をトルク情報に合わせて制御する。また、ＭＴＣＵ７は、ＢＭＳ１の通信部６０を通してＭＣＵ２０から伝えられるバッテリー２のＳＯＣの伝達を受けて、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、ＭＣＵ２０から伝えられたＳＯＣが５５％以下であれば、インバータ８のスイッチを制御して電力がバッテリー１０の方向に出力されるようにし、バッテリー２を充電させ、この時バッテリーの電流を‘−’値に設定できる。一方、ＳＯＣが５５％以上であれば、インバータ８のスイッチを制御して、電力がモータゼネレータ９の方向に出力されるようにし、バッテリー２を放電させ、この時バッテリー電流を‘＋’値に設定できる。

インバータ８は、ＭＴＣＵ７の制御信号に基づいて、バッテリー２が充電または放電されるようにする。

モータゼネレータ９は、バッテリー２の電気エネルギーを利用してＭＴＣＵ７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。

つまり、ＭＴＣＵ７は、ＳＯＣに基づいて充放電できるパワーほど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のを防止し、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、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ため、ＢＭＳ１はセンシング部１０でセンシングしたパック電圧、パック電圧及びセル温度などを利用してＳＯＣを正確に推定してＭＴＣＵ７に伝達しなければならない。

以下、図２、図３及び図４を参照して、本発明の実施形態によるバッテリーの電圧検出部１１６の回路の異常有無判断過程を具体的に説明する。

図２は、本発明の実施形態１によるセンシング部１０の電圧検出部１１６を概略的に示した図である。

図２に示したように、センシング部１０は、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）、補助電源部１１２及び電圧検出部１１６を含み、ＭＣＵ２０から制御信号の伝達を受ける。以下、ＭＣＵ２０で生成されてセンシング部１１０に伝えられる制御信号に関して具体的に説明する。まず、ＭＣＵ２０は、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）を制御するために第１制御信号を生成して伝達する。そうすると、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）は、第１制御信号に応答してバッテリーの複数のセルと電圧検出部１１６を順に連結する。そして、ＭＣＵ２０は、一対の３接点リレーが同期的に作動する３接点リレー対１１３を制御するために第２制御信号を生成して伝達する。そうすると、３接点リレー対１１３は、第２制御信号に応答して補助電源部１１２またはセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の出力端と連結される。また、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の制御リレー１１４を制御するために第３制御信号を生成して伝達する。そうすると、電圧検出部１１６の制御リレー１１４は、第３制御信号に応答して蓄電器（Ｃ１）に貯蔵された電圧を差動増幅段１１５に伝達する。本発明の実施による差動増幅段１１５で“増幅”の意味は、電圧の“増加及び減少”を含む包括的な意味である。そして、差動増幅段１１５の出力電圧は、ゲインの値により“増加及び減少”することができ、分圧抵抗比（ゲイン）と入力差動電圧の積を出力できる、いわゆるアナログ掛け算器の一種であるが、理解を助けるために通常使用する“差動増幅”という用語を使った。また、差動回路を用いる理由は、測定する電池セルの接続位置によって平均電位が著しく変化するので、電位変動に比して微小なセル電圧を精密に測定するためである。そして、一つ以上の抵抗体を含む差動増幅段１１５は、抵抗体の抵抗値の比によって入力電圧を増幅して、出力電圧を生成するが、以下、本発明の実施形態による差動増幅段１１５の抵抗体の抵抗比は“ゲイン”と定義して用い、電圧検出部１１６の出力電圧を入力電圧で割り算して算出された値、つまり、入力電圧（Ｖｉｎ）に対する出力電圧（Ｖｏｕｔ）の比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）として算出された値は“有効ゲイン”と定義して用いる。

セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）は、バッテリーの各セルの正の端子及び負の端子に各々連結される。そして、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）は、ＭＣＵ２０の第１制御信号に応答してバッテリーのセルの電圧を電圧検出部１１６の３接点リレー対１１３に伝達する。具体的には、３接点リレー対１１３に伝えられた第２制御信号によって、リレー対の一方である３接点_スイッチ１（１１３１）の第２接点（Ｓ２）が蓄電器（Ｃ１）の第１電極に連結し、リレー対の他方である３接点_スイッチ２（１１３２）の第２接点（Ｓ４）が蓄電器（Ｃ１）の第２電極に連結すると、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）はバッテリーのセルの電圧を３接点リレー対１１３で伝達する。

補助電源部１１２は、３接点_スイッチ１（１１３１）の第１接点（Ｓ１）に連結して、基準電圧を３接点リレー対１１３に印加する。具体的には、３接点リレー対１１３に伝えられた第２制御信号によって、３接点_スイッチ１（１１３１）の第１接点（Ｓ１）が蓄電器（Ｃ１）の第１電極に連結し、３接点_スイッチ２（１１３２）の第１接点（Ｓ３）が蓄電器（Ｃ１）の第２電極に連結すると、補助電源部１１２は基準電圧（Ｖｒｅｆ）を３接点リレー対１１３で伝達する。

電圧検出部１１６は、３接点リレー対１１３、蓄電器（Ｃ１）、制御リレー１１４及び差動増幅段１１５を含む。そして、電圧検出部１１６はバッテリーのセルと各々連結されたセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）と順次に連結する共通回路端であり、バッテリーのセルの電圧及び基準電圧（Ｖｒｅｆ）を伝達されて、ゲインにより増幅して、出力電圧を生成する。

以下、電圧検出部１１６を構成する３接点リレー対１１３、蓄電器（Ｃ１）、制御リレー１１４及び差動増幅段１１５について具体的に説明する。

３接点リレー対１１３は、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の出力端、補助電源部１１２及び電圧検出部１１６の蓄電器（Ｃ１）の間に位置する。そして、３接点リレー対１１３は、蓄電器（Ｃ１）の第１電極と連結された３接点_スイッチ１（１１３１）及び蓄電器（Ｃ１）の第２電極と連結された３接点_スイッチ２（１１３２）を含む。この時、３接点_スイッチ１（１１３１）の第１接点（Ｓ１）と蓄電器（Ｃ１）の第１電極が連結すると、３接点_スイッチ２（１１３２）の第１接点（Ｓ３）は蓄電器（Ｃ１）の第２電極と連結される。そして、３接点_スイッチ１（１１３１）の第２接点（Ｓ２）と蓄電器（Ｃ１）の第１電極が連結すると、３接点_スイッチ２（１１３２）の第２接点（Ｓ４）は蓄電器（Ｃ１）の第２電極と連結される。以下、ＭＣＵ２０から伝えられた第２制御信号に応答して動作する３接点リレー対１１３について具体的に説明する。本発明の実施形態による３接点リレー対１１３は、第２制御信号の電圧レベルにより異なって動作する。３接点リレー対１１３は、第２制御信号が第１電圧レベルであれば、３接点_スイッチ１（１１３１）の第１接点（Ｓ１）と蓄電器（Ｃ１）の第１電極を連結して、３接点_スイッチ２（１１３２）の第１接点（Ｓ３）と蓄電器（Ｃ１）の第２電極を連結して、印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を蓄電器（Ｃ１）に伝達する。また、３接点リレー対１１３は、第２制御信号が第２電圧レベルであれば、３接点_スイッチ１（１１３１）の第２接点（Ｓ２）と蓄電器（Ｃ１）の第１電極を連結して、３接点_スイッチ２（１１３２）の第２接点（Ｓ４）と蓄電器（Ｃ１）の第２電極を連結して、印加されたバッテリーのセルの電圧を蓄電器（Ｃ１）に伝達する。本発明の実施形態による３接点リレー対１１３は、キーオン及び停車時に、電圧検出部１１６の回路の異常有無を判断するために補助電源部１１２と連結され、補助電源部１１２から印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を電圧検出部１１６の蓄電器（Ｃ１）に伝達する。また、３接点リレー対１１３は、バッテリーのセルの電圧を検出する時はセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の出力端と連結して、バッテリーのセルの電圧を蓄電器（Ｃ１）に伝達する。そうすると、制御リレー１１４は、蓄電器（Ｃ１）に貯蔵された電圧を差動増幅段１１５に伝達しながら、この時、３接点_スイッチ１（１１３１）の第１接点（Ｓ１）及び第２接点（Ｓ２）は、蓄電器（Ｃ１）の第１電極と連結しないでフローティングされ、３接点_スイッチ２（１１３２）の第１接点（Ｓ３）及び第２接点（Ｓ４）また蓄電器（Ｃ１）の第２電極と連結しないでフローティングされる。

蓄電器（Ｃ１）は、３接点リレー対１１３から伝えられたバッテリーのセルの電圧及び基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する電圧を貯蔵して、この時、蓄電器（Ｃ１）に貯蔵される電圧は、蓄電器（Ｃ１）の容量によって決定される。

制御リレー１１４は、ＭＣＵ２０の第３制御信号に応答して蓄電器（Ｃ１）に貯蔵された電圧を差動増幅段１１５に伝達する。

差動増幅段１１５は、蓄電器（Ｃ１）から伝えられた電圧を一つ以上の抵抗体の抵抗比に対応するゲインにより増幅して、出力電圧を生成しながら、生成された出力電圧をＡ／Ｄコンバータ１１７に伝達する。

Ａ／Ｄコンバータ１１７は、差動増幅段１１５から伝えられた出力電圧をＭＣＵ２０が認識できるように変換してＭＣＵ２０に伝達する。

以下、補助電源部１１２と連結された３接点リレー対１１３を通して伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）を利用して、回路の異常有無を判断する過程を具体的に説明する。キーオン及び停車時に、３接点リレー対１１３は、第２制御信号に応答して３接点_スイッチ１（１１３１）の第１接点（Ｓ１）と蓄電器（Ｃ１）の第１電極を連結して、３接点_スイッチ２（１１３２）の第１接点（Ｓ３）と蓄電器（Ｃ１）の第２電極を連結して、補助電源部１１２から印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を蓄電器（Ｃ１）に伝達する。そうすると、蓄電器（Ｃ１）は、伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する電圧を貯蔵する。そうすると、制御リレー１１４は、ＭＣＵ２０から伝えられた第３制御信号に応答して蓄電器（Ｃ１）に貯蔵された基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する電圧を差動増幅段１１５に伝達する。そうすると、差動増幅段１１５は伝えられた電圧をゲインにより増幅して、出力電圧を生成しながら、ＭＣＵ２０は生成された出力電圧を基準電圧（Ｖｒｅｆ）に分けて、有効ゲインを算出する。この時に算出された有効ゲインがキーオン時に伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）によって算出されたとすると、ＭＣＵ２０はキーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインを比較する。比較結果、キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一でなければ、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路に異常があると判断する。そして、算出された有効ゲインが停車時に伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）によって算出されたとすると、ＭＣＵ２０は停車時に算出された有効ゲインと直前有効ゲインを比較する。比較結果、停車時に算出された有効ゲインと直前有効ゲインが同一でなければ、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路に異常があると判断する。

図３は本発明の実施形態２によるセンシング部１０の電圧検出部１１６を概略的に示した図である。実施形態２により３接点リレー対１１３を通して伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）を利用して、回路の異常有無を判断する過程及び電圧検出部の構成要素の動作は類似しているため、相異する部分についてだけ説明する。

図３に示したように、実施形態２の電圧検出部１１６は電圧追従部１１５’を含む。この時、電圧追従部１１５’は基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する蓄電器（Ｃ１）に貯蔵された電圧の伝達を受けて、伝えられた電圧をそのまま出力するバッファーの機能を遂行する。そうすると、ＭＣＵ２０は、実施形態１と同じ過程で算出された有効ゲインをキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインまたは直前有効ゲインと比較して、電圧検出部１１６の回路の異常有無を判断する。

本発明の実施形態１及び２による電圧検出部１１６の回路の異常有無判断は、キーオン及び停車時に、伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）を利用して、算出された有効ゲインで判断したが、本発明はこれに限定されず、基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応して生成された他の値によっても電圧検出部１１６の異常有無を判断できる。そして、バッテリーのセルと各々連結されたセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の回路の異常有無は回路を変更して判断するのではなく、検出されたセルの電圧を合算した電圧とバッテリーの全体電圧を比較して、回路の異常有無を判断するため、費用節減及び回路の単純化の効果が得られる。

図４は、本発明の実施形態によるバッテリー管理システムの駆動方法に関するものである。具体的には、バッテリー管理システムの電圧検出部１１６の回路の異常有無を判断する過程を示したフローチャートである。

図４に示したように、キーオン及び停車時に、電圧検出部１１６は伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する出力電圧を生成する。そうすると、ＭＣＵ２０は生成された出力電圧を基準電圧（Ｖｒｅｆ）に分けて、算出された有効ゲインを利用して、電圧検出部１１６の回路の異常有無を判断する。以下、その過程を具体的に説明する。

まず、ＭＣＵ２０は、キーオンになったのか判断する（Ｓ１００）。

Ｓ１００段階での判断結果、キーオンであれば、ＭＣＵ２０は第１制御信号を伝達して、電圧センシング部１１０のセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）をオフさせる（Ｓ１２０）。そして、ＭＣＵ２０は第２制御信号を３接点リレー対１１３に伝達する。そうすると、３接点リレー対１１３は第２制御信号に応答して３接点_スイッチ１（１１３１）の第１接点（Ｓ１）と蓄電器（Ｃ１）の第１電極を連結して、３接点_スイッチ２（１１３２）の第１接点（Ｓ３）と蓄電器（Ｃ１）の第２電極を連結する（Ｓ１３０）。この時、３接点リレー対１１３は基準電圧（Ｖｒｅｆ）を電圧検出部１１６に伝達する（Ｓ１４０）。そうすると、電圧検出部１１６は伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する出力電圧を生成する（Ｓ１５０）。この時、ＭＣＵ２０は生成された出力電圧を基準電圧（Ｖｒｅｆ）に分けて、キーオン時の有効ゲインを算出する（Ｓ１６０）。そして、ＭＣＵ２０はキーオン時の有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインを比較する（Ｓ１７０）。

Ｓ１７０段階での比較結果、キーオン時の有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一であれば、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路に異常がないと判断する。

しかし、Ｓ１７０段階での比較結果、キーオン時の有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一でなければ、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路の異常と判断する（Ｓ１９０）。そして、ＭＣＵ２０は第１制御信号を伝達して、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）をオフさせる（Ｓ２００）。

Ｓ１００段階での判断結果、キーオンでなければ、ＭＣＵ２０は停車中であるか否かを判断する。Ｓ１１０、Ｓ１１０段階での判断結果、停車中でなければ、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路の異常有無を判断しない。本発明の実施形態による電圧検出部１１６の回路の異常有無の判断はキーオン及び停車時に行われる。Ｓ１１０段階での判断結果、停車中であれば、ＭＣＵ２０は第１制御信号を伝達して、電圧センシング部１１０のセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）をオフさせる（Ｓ１２０）。そして、ＭＣＵ２０は第２制御信号を３接点リレー対１１３に伝達する。そうすると、３接点リレー対１１３は第２制御信号に応答して３接点_スイッチ１（１１３１）の第１接点（Ｓ１）と蓄電器（Ｃ１）の第１電極を連結して、３接点_スイッチ２（１１３２）の第１接点（Ｓ３）と蓄電器（Ｃ１）の第２電極を連結する（Ｓ１３０）。この時、３接点リレー対１１３は基準電圧（Ｖｒｅｆ）を電圧検出部１１６に伝達する（Ｓ１４０）。そうすると、電圧検出部１１６は伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する出力電圧を生成する（Ｓ１５０）。この時、ＭＣＵ２０は生成された出力電圧を基準電圧（Ｖｒｅｆ）に分けて、停車時の有効ゲインを算出する（Ｓ１６０）。そして、ＭＣＵ２０は停車時の有効ゲインと直前有効ゲインを比較する（Ｓ１８０）。

Ｓ１８０段階での比較結果、停車時の有効ゲインと直前有効ゲインが同一であれば、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路に異常がないと判断する。

しかし、Ｓ１８０段階での比較結果、停車時の有効ゲインと直前有効ゲインが同一でなければ、ＭＣＵ２０は電圧検出部１１６の回路の異常と判断する（Ｓ１９０）。そして、ＭＣＵ２０は第１制御信号を伝達して、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）をオフさせる（Ｓ２００）。

本発明の実施形態によるバッテリーは、セルの数が４０個に制限されていて、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の数が４０個に制限されたが、本発明はこれに限定されるのではなく、バッテリーを構成する総セルの個数に対応して、セルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の数は調節できる。また、全体セルの個数に対応するセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）の出力端は互いに連結され、基準電圧（Ｖｒｅｆ）を伝達する補助電源部１１２及び電圧検出部１１６は、共通端としてセルリレー（１１１_１〜１１１_４０）と順に連結される。この時、電圧検出部１１６の入力端は３接点リレー対１１３であり、他のスイッチとの連結なしに３接点リレー対１１３を通して、バッテリーのセルの電圧及び基準電圧（Ｖｒｅｆ）を伝達できる。従って、従来電圧検出回路より単純に回路を構成できるため、バッテリーの微細な電流漏れを防止できて、キーオン及び停車時の３接点リレー対１１３を通して伝えられた基準電圧（Ｖｒｅｆ）を利用して、電圧検出部１１６の回路の異常有無を判断できるため、より安全にバッテリーを使用することができる。

以上、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、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。

本発明の実施形態によるバッテリー、ＢＭＳ及びＢＭＳの周辺装置を概略的に示した図である。本発明の実施形態１によるセンシング部１０の電圧検出部１１６を概略的に示した図である。本発明の実施形態２によるセンシング部１０の電圧検出部１１６を概略的に示した図である。本発明の実施形態による電圧検出部１１６の回路の異常有無を判断する過程を示したフローチャートである。

符号の説明

１ＢＭＳ
２バッテリー
３電流センサー
４冷却ファン
５ヒューズ
６メインスイッチ
７ＭＴＣＵ
８インバータ
９モータゼネレータ
１０センシング部
２０ＭＣＵ
３０内部電源供給部
４０セルバランシング部
５０貯蔵部
６０通信部
７０保護回路部
８０パワーオンリセット部
９０外部インターフェース
１１２補助電源部
１１５差動増幅段
１１６電圧検出部
１１３３接点リレー対
２ａ〜２ｈサブパック
（２_ＯＵＴ１）、（２_ＯＵＴ２）出力端子
（１１１_１〜１１１_４０）セルリレーの出力端、
（２_ＳＷ）安全スイッチ
（Ｃ１）蓄電器

Claims

複数のセル及び前記複数のセル各々に連結する複数のセルリレーの中、第１セルリレーを含むバッテリー管理システムにおいて、
前記第１セルリレーが導通すると、前記複数のセルの中、前記導通した第１セルリレーに対応する第１セルに連結し、キーオン及び停車時に補助電源部に連結する３接点リレー対、前記３接点リレー対を通して伝えられた入力電圧に対応する第１電圧を伝達されて、前記第１電圧に対応する第２電圧を生成する電圧検出部、及び
前記入力電圧に対する第２電圧の比に対応する有効ゲインを算出し、前記算出した有効ゲインに基づいて、前記３接点リレー対の連結を制御するＭＣＵを含み、
前記電圧検出部は、前記３接点リレー対によって前記第１セルの電圧、又は前記補助電源部から印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）のいずれかが入力電圧として択一的に選択され、
前記ＭＣＵが、キーオン時及び停車時に、前記３接点リレー対によって前記補助電源部から印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を前記電圧検出部の入力電圧として選択し、当該基準電圧（Ｖｒｅｆ）と、当該基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する電圧検出部の出力電圧との比である有効ゲインを算出し、キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前の停車時の有効ゲインとを比較し、又は、停車時に算出された有効ゲインと停車直前のキーオン時の有効ゲインとを比較し、両者が同一でなければ、電圧検出部の回路に異常があると判断する
ことを特徴とするバッテリー管理システム。
前記電圧検出部は、
前記第１電圧をゲインにより増幅して前記第２電圧を生成する差動増幅段を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
前記電圧検出部は、
前記第１電圧の印加を受けて、前記第１電圧と同じ前記第２電圧を伝達する電圧追従部を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー管理システム。
前記３接点リレー対は、キーオン及び停車時に前記補助電源部に連結して、基準電圧を前記電圧検出部に伝達し、
前記ＭＣＵは、
前記伝えられた基準電圧に対する前記第２電圧の比に対応して有効ゲインを算出する
ことを特徴とする請求項２または３に記載のバッテリー管理システム。
前記ＭＣＵは、
前記キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインを比較して、前記キーオン時に算出された有効ゲインと前記キーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一でなければ、前記電圧検出部の回路に異常があると判断する
ことを特徴とする請求項４に記載のバッテリー管理システム。
前記停車時に算出された有効ゲインと直前有効ゲインを比較して、前記停車時に算出された有効ゲインと前記直前有効ゲインが同一でなければ、前記電圧検出部の回路に異常があると判断する
ことを特徴とする請求項５に記載のバッテリー管理システム。
前記センシング部は、
前記電圧検出部の出力端から伝えられた出力電圧を変換して、前記ＭＣＵに伝達するＡ／Ｄコンバータを含む
ことを特徴とする請求項６に記載のバッテリー管理システム。
複数のセル及び前記複数のセル各々に連結する複数のセルリレーの中、第１セルリレーを含むバッテリー管理システムにおいて、
前記第１セルリレーが導通すると、前記導通した第１セルリレーに対応する第１セルに連結し、キーオン及び停車時に補助電源部に連結する３接点リレー対、
前記３接点リレー対を通して伝えられた入力電圧に対応する第１電圧を貯蔵する蓄電器、
前記蓄電器に貯蔵された前記第１電圧を伝達されて、前記ゲインにより増幅して第２電圧を生成する差動増幅段、及び
前記蓄電器と前記差動増幅段を連結する制御リレーを含み、
前記第１セルリレーの導通時には、第１セルの電圧が第１電圧として前記蓄電器に貯蔵され、一方、キーオン及び停車時には、前記補助電源部から印加された前記基準電圧（Ｖｒｅｆ）が第１電圧として前記蓄電器に貯蔵され、
バッテリー管理システムが電圧検出部を備え、ＭＣＵが、キーオン時及び停車時に、３接点リレー対によって補助電源部から印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を電圧検出部の入力電圧として選択し、当該基準電圧（Ｖｒｅｆ）と、当該基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する電圧検出部の出力電圧との比である有効ゲインを算出し、キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前の停車時の有効ゲインとを比較し、又は、停車時に算出された有効ゲインと停車直前のキーオン時の有効ゲインとを比較し、両者が同一でなければ、電圧検出部の回路に異常があると判断する
ことを特徴とするバッテリー管理システム。
キーオン及び停車時に、前記３接点リレー対と前記補助電源部を連結しながら、前記３接点リレー対を通して伝えられた基準電圧に対する前記第２電圧の比に対応して、有効ゲインを算出するＭＣＵを更に含む
ことを特徴とする請求項８に記載のバッテリー管理システム。
複数のセル及び前記複数のセル各々に連結する複数のセルリレーの中、第１セルリレーを含むバッテリー管理システムにおいて、
前記第１セルリレーが導通すると、前記導通した第１セルリレーに対応する第１セルに連結し、キーオン及び停車時に補助電源部に連結する３接点リレー対、
前記３接点リレー対を通して伝えられた入力電圧に対応する第１電圧を貯蔵する蓄電器、
前記蓄電器に貯蔵された前記第１電圧を伝達されて、前記第１電圧と同じ第２電圧を伝達する電圧追従部、及び
前記蓄電器と前記電圧追従部を連結する制御リレーを含み、
前記第１セルリレーの導通時には、前記第１セルの電圧が第１電圧として前記蓄電器に貯蔵され、キーオン及び停車時には、前記補助電源部から印加された前記基準電圧（Ｖｒｅｆ）が第１電圧として前記蓄電器に貯蔵され、
バッテリー管理システムが電圧検出部を備え、ＭＣＵが、キーオン時及び停車時に、３接点リレー対によって補助電源部から印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を電圧追従部の入力電圧として選択し、当該基準電圧（Ｖｒｅｆ）と、当該基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する電圧追従部の出力電圧との比である有効ゲインを算出し、キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前の停車時の有効ゲインとを比較し、又は、停車時に算出された有効ゲインと停車直前のキーオン時の有効ゲインとを比較し、両者が同一でなければ、電圧追従部の回路に異常があると判断する
ことを特徴とするバッテリー管理システム。
キーオン及び停車時に、前記３接点リレー対と前記補助電源部を連結しながら、前記３接点リレー対を通して伝えられた基準電圧に対する前記第２電圧の比に対応して、有効ゲインを算出するＭＣＵを更に含む
ことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリー管理システム。
複数のセル及び補助電源部を含み、キーオン及び停車時に前記補助電源部と連結する３接点リレー対、前記３接点リレー対を通して伝えられた基準電圧を利用して、出力電圧を生成する電圧検出部を含むハイブリッド自動車のバッテリー管理システムの駆動方法において、
ａ）キーオン及び停車時に、前記３接点リレー対を通して伝えられた前記基準電圧を前記電圧検出部に伝達する段階、
ｂ）前記基準電圧に対応する第１電圧を伝達されて、前記第１電圧に対応する出力電圧を生成する段階、
ｃ）前記基準電圧に対する前記出力電圧の比に対応して、有効ゲインを算出する段階、及び
ｄ）前記キーオン及び停車時に算出された有効ゲインをキーオン直前のキーオフ時の有効ゲインまたは直前有効ゲインと比較する段階を含み、
キーオン時及び停車時に、前記３接点リレー対によって前記補助電源部から印加された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を前記電圧検出部の入力電圧として選択し、当該基準電圧（Ｖｒｅｆ）と、当該基準電圧（Ｖｒｅｆ）に対応する電圧検出部の出力電圧との比である有効ゲインを算出し、キーオン時に算出された有効ゲインとキーオン直前の停車時の有効ゲインとを比較し、又は、停車時に算出された有効ゲインと停車直前のキーオン時の有効ゲインとを比較し、両者が同一でなければ、電圧検出部の回路に異常があると判断する
ことを特徴とするバッテリー管理システムの駆動方法。
前記ｂ）段階は、
前記第１電圧をゲインにより増幅して、前記出力電圧を生成する段階を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
前記ｂ）段階は、
前記第１電圧を伝達されて、前記第１電圧と同じ前記出力電圧を伝達する段階を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
前記ｄ）段階での比較結果、
前記キーオン時に算出された有効ゲインと前記キーオン直前のキーオフ時の有効ゲインが同一でなければ、前記電圧検出部の回路に異常があると判断する段階を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
前記ｄ）段階での比較結果、
前記停車時に算出された有効ゲインと前記直前有効ゲインが同一でなければ、前記電圧検出部の回路に異常があると判断する段階を含む
ことを特徴とする請求項１５に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。