JP5259338B2 - 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及びその駆動方法に関する。
ガソリンや重油を主燃料として使用する内燃エンジン自動車は、大気汚染等公害発生の大きな原因となっている。このような公害発生を抑えるため、最近では、電気自動車又はハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）自動車が開発されている。
電気自動車は、バッテリー（ｂａｔｔｅｒｙ）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、充電及び放電が可能な複数の２次電池（ｃｅｌｌ）が１つのパック（ｐａｃｋ）に形成されたバッテリーを主動力源とするので、排気ガスが発生せず、騒音が少ないというメリットがある。
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の自動車であって、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。現在は、内燃エンジン及び酸素と水素を連続的に供給して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するなど、バッテリーと燃料電池を混合した形態のハイブリッド自動車が開発されている。
このようなバッテリーエンジンを利用する自動車は、動力源向上のためにバッテリーを構成する複数のバッテリーセル数が次第に増加されており、複数のバッテリーセルを効率的に管理できるバッテリー管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）が必要である。
そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、複数のバッテリーセルを効率的に管理す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を提供することである。
上記目的を達成するためになされた本発明によるバッテリー管理システムは、バッテリーの情報を測定し、動作状態によって活性化信号を生成する少なくとも１つのサブバッテリー管理システムと、前記活性化信号を受信して、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムの動作状態を判断し、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムが正常動作状態であれば、同期化信号を生成して前記サブバッテリー管理システムに伝達するメインバッテリー管理システムとを含み、前記少なくとも１つのサブバッテリー管理システムは、前記同期化信号によって前記バッテリー情報を測定する。
本発明の他の特徴による少なくとも２つのサブバッテリー管理システムを含むバッテリー管理システムの駆動方法において、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムが動作状態によって活性化信号を生成する段階と、前記活性化信号を受信して、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムの動作状態を判断し、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムが正常動作状態であれば同期化信号を生成する段階と、前記同期化信号を前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムに伝達する段階と、及び前記同期化信号によって前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムで測定されたバッテリー情報を受信する段階とを含む。
以上のように、本発明によれば、複数のバッテリー管理システム駆動時に、各バッテリー管理システムにおける同期化動作ができ、これによってより正確なバッテリー情報を取得することができる。
本発明の実施例によるバッテリー管理システムでは、サブバッテリー管理システムのパワーオン及びパワーオフを判断した結果に従って同期化信号（ＣＬＫ）を生成し、サブバッテリー管理システムに伝達する。すると、サブバッテリー管理システムは、生成された同期化信号（ＣＬＫ）を基本クロック信号として設定し、バッテリーのセル電圧、バッテリーの電流等のバッテリーの情報を測定することで、複数のバッテリー管理システムを利用することによって発生し得るバッテリー管理システム間の非同期性を除去し、より正確なバッテリーの情報を取得することができる。
添付した図面を用いながら、本発明の実施形態を、本発明が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細に説明する。しかし、本発明は、多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、説明上不要な部分は説明を省略する。
明細書全体を通じてある部分が他の部分と接続されているとするとき、これは直接接続されている場合に限らず、その中間に更に他の部分を介在して電気的に接続されている場合も含む。また、ある部分が他の構成要素を含むとするとき、これは特に断らない限り、その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場合を意味する。
本発明の実施例によるバッテリー管理システム及びその駆動方法は、複数のバッテリーセルを管理するために、複数のバッテリーセルのうち該当セルを管理する複数のサブバッテリー管理システムを含む。複数のサブバッテリー管理システムが動作する間、複数のサブバッテリー管理システム間の同期化が必要である。複数のサブバッテリー管理システム間の同期化が行われない場合、バッテリーに対する情報間の同期化が行われない。ここで、バッテリーに対する情報は、バッテリーのセル電圧及びバッテリー電流に対する情報を含む。以下、図面を参照して本発明の実施例によるバッテリー管理システム及びその駆動方法について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例によるバッテリー、バッテリー管理システム及びその周辺装置を示す概略図である。図２は図１におけるバッテリー管理システムの構成を示す概略図である。本発明の第１実施例は、バッテリーを利用する自動車システムを示す。
図１に示すように、自動車システムは、バッテリー１００、電流センサー２００、冷却ファン３００、ヒューズ４００、メインスイッチ５００、ＭＴＣＵ（ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）６００、インバータ７００、モータジェネレータ８００及びバッテリー管理システム９００を含む。本発明の実施例によるバッテリー管理システム９００は、複数のサブバッテリー管理システムを含む。
バッテリー１００は、複数の電池セルが互いに直列に接続された複数のサブパック（ａ〜ｈ）、出力端子（Ｂｏｕｔ１，Ｂｏｕｔ２）及びサブパック（ｄ）とサブパック（ｅ）との間に位置する安全スイッチ（ＢＳＷ）を含む。ここで、サブパック（ａ〜ｈ）として８個を示し、複数の電池セルを１グループとして示したが、これに限定されるものではない。また、安全スイッチ（ＢＳＷ）は、バッテリーを交換するなどバッテリー作業を行う際に、作業者の安全のために手動でオン／オフさせることができる。安全スイッチ（ＢＳＷ）の位置は、本発明の実施例に限定されず、複数のサブパック（ａ〜ｈ）間であれば良い。
電流センサー２００は、バッテリー１００に流れる電流量を測定して、バッテリー管理システム９００に伝達する。具体的に電流センサー２００は、ホール（Ｈａｌｌ）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Ｈａｌｌ ＣＴ（Ｈａｌｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であるか、バッテリー電流が流れる線路に抵抗を接続して、バッテリーの電流に対応する電圧信号を生成するシャント抵抗（ｓｈｕｎｔ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）で実現される。
冷却ファン３００は、バッテリー１００の充電及び放電によって熱が発生すれば、発生熱を冷却する。冷却ファン３００は、充放電によって発生した熱によるバッテリー１００の劣化及び充放電効率の低下を防止する。
ヒューズ４００は、バッテリー１００の断線や短絡によって過電流がバッテリー１００に伝達されるのを防止する。即ち、過電流が発生するとヒューズ４００が断線し、過電流がバッテリー１００に伝達されるのを遮断する。
メインスイッチ５００は、過電圧、過電流、高温等の異常現象が発生すると、バッテリー管理システム９００又は自動車のＭＴＣＵ６００の制御信号に基づいてバッテリー１００をオン・オフする。
ＭＴＣＵ６００は、自動車のアクセラレーター（ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）、ブレーキ（ｂｒａｋｅ）、自動車速度等の情報に基づいて現在の自動車の運行状態を把握し、必要なトルクを算出し、算出されたトルク及びバッテリーの充電状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：以下、ＳＯＣという）に基づいて、バッテリー１００とモータジェネレータ８００との間の電力伝達を制御する。ここで、現在の自動車の運行状態は、始動をかけるキーオン（ｋｅｙ ｏｎ）、始動をオフさせるキーオフ（ｋｅｙ ｏｆｆ）、従属運行及び加速度運行等が含まれる。インバータ７００は、ＭＴＣＵ６００の制御によりバッテリー１００を充電及び放電させる。具体的にＭＴＣＵ６００は、インバータ７００を制御して、モータジェネレータ８００の出力が算出されたトルクに合うように制御する。また、ＭＴＣＵ６００は、自動車状態に関する情報をバッテリー管理システム９００に転送し、バッテリー管理システム９００から伝達されるバッテリー１００のＳＯＣを受信して、バッテリー１００のＳＯＣが目標値（例えば５５％）になるように、バッテリー１００とモータジェネレータ８００との間の電力伝達を制御する。例えば、バッテリー管理システム９００から伝達されたＳＯＣが５５％以下であれば、ＭＴＣＵ６００はインバータ７００を制御してモータジェネレータ８００の電力がバッテリー１００方向に伝達されるようにする。これによってバッテリー１００が充電され、この際、バッテリーの電流は＋値と設定することができる。一方、ＳＯＣが５５％以上であれば、ＭＴＣＵ６００はインバータ７００を制御して、電力がバッテリー１００からモータジェネレータ８００方向に伝達されるようにする。これによってバッテリー１００が放電され、この際バッテリーの電流を−値と設定することができる。
モータジェネレータ８００は、バッテリー１００の電気エネルギーを利用して、ＭＴＣＵ６００から伝達されるトルク情報に基づいて自動車を駆動する。
バッテリー管理システム９００は、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）及び複数のサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）を含む。サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）は、バッテリーのセル電圧（Ｖ）、バッテリーの電流（Ｉ）及び温度（Ｔ）等を測定して、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）に伝達する。そして、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）は、各活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）をメインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）に伝達して、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）の動作状態をメインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）に伝達する。サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）の動作状態は、パワーオン（ｐｏｗｅｒ-ｏｎ）及びパワーオフ（ｐｏｗｅｒ-ｏｆｆ）を含み、パワーオンは正常動作状態であって、サブバッテリー管理システムに正常に電力が供給される状態を意味し、パワーオフは異常動作状態であってサブバッテリー管理システムに正常に電力が供給されていない状態を意味する。このとき、活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）のパワーオン又はパワーオフ状態を示し、サブバッテリーシステム（９００_Ｓ１-９００_ＳＮ）がパワーオンであればハイレベルとして設定され、サブバッテリーシステム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）がパワーオフであればローレベルとして設定される。
メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、バッテリーのセル電圧（Ｖ）、バッテリーの電流（Ｉ）及び温度（Ｔ）等を受信して、バッテリーの充電状態（ＳＯＣ）及び健康状態（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ：以下、ＳＯＨという）を推定する。そして、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、ＳＯＣ及びＳＯＨに基づいてバッテリーの充電及び放電を制御する。また、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、各サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）から活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）を受信すれば、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）の全てが正常動作可能状態であると判断し、同期化信号（ＣＬＫ）を生成する。そして、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、各サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）に同期化信号（ＣＬＫ）を伝達し、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）は、同じ同期化信号（ＣＬＫ）によって動作する。即ち、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は同期化信号（ＣＬＫ）を利用して、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）を駆動させて、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）を同期化させる。
本発明の実施例によるメインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）及びサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）の各々は、図２に示すように、ハードウェア（ｈａｒｄｗａｒｅ）的に同一の構成要素を含む。但し、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）及びサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）に含まれるスイッチ（図示せず）の状態又は識別子の設定によって異なるプログラムが設定されて、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）で動作するか、或いはサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）で動作する。即ち、設定されるプログラムによりバッテリー管理システムは、メインバッテリー管理システムで動作することも可能であり、サブバッテリー管理システムで動作することも可能である。
具体的には図２に示すように、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、センシング部（９１０_Ｍ）、ＭＣＵ（ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）（９２０_Ｍ）、内部電源供給部（９３０_Ｍ）、セルバランシング部（９４０_Ｍ）、格納部（９５０_Ｍ）、通信部（９６０_Ｍ）、保護回路部（９７０_Ｍ）、パワーオンリセット部（９８０_Ｍ）及び外部インターフェース（９９０_Ｍ）を含む。
センシング部（９１０_Ｍ）は、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）から制御信号を受けて、制御信号に基づいてバッテリーのセル電圧（Ｖ）、バッテリーの電流（Ｉ）及び温度（Ｔ）等を測定する。この際、バッテリーのセル電圧（Ｖ）、バッテリーの電流（Ｉ）及びバッテリー温度（Ｔ）は、アナログ値で測定される。センシング部（９１０_Ｍ）は、アナログ値を有するバッテリーのセル電圧（Ｖ）、バッテリーの電流（Ｉ）及びバッテリー温度（Ｔ）をそれぞれデジタル値に変換してＭＣＵ（９２０_Ｍ）に伝達する。ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、センシング部（９１０_Ｍ）からバッテリーのセル電圧（Ｖ）、バッテリーの電流（Ｉ）及び温度（Ｔ）を受信して、バッテリーのＳＯＣ及びＳＯＨを推定する。
内部電源供給部（９３０_Ｍ）は、一般に補助バッテリーを利用して、バッテリー管理システム９００に電源を供給する装置である。
セルバランシング部（９４０_Ｍ）は、各セルの充電状態のバランスを取る。即ち、充電状態が比較的高いセルは放電し、充電状態が比較的低いセルは充電する。
格納部（９５０_Ｍ）は、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）の電源がオフになる時、現在のＳＯＣ、ＳＯＨ等のデータ情報を格納する。ここで、格納部（９５０_Ｍ）は、電気的に書込み／消去可能な不揮発性メモリ、例えばＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）である。
通信部（９６０_Ｍ）は、自動車のＭＴＣＵ６００と通信を行う。即ち、通信部（９６０_Ｍ）は、ＭＴＣＵ６００にＳＯＣ及びＳＯＨに関する情報を転送し、ＭＴＣＵ６００から自動車状態に関する情報を受信してＭＣＵ（９２０_Ｍ）に転送する。
保護回路部（９７０_Ｍ）は、ハードウェア素子を使用して過電流、過電圧等からバッテリー１００を保護するための第２の付加回路である。
パワーオンリセット部（９８０_Ｍ）は、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）の電源がオンになると、全体システムをリセットする。
外部インターフェース（９９０_Ｍ）は、冷却ファン３００及びメインスイッチ５００を（ＭＣＵ９２０_Ｍ）に接続するための装置である。
本発明の実施例による複数のサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）の構成要素もメインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）の構成要素と同様に設定されているので説明は省略する。
以下、図３乃至図６を参照して、本発明の実施例によるバッテリー管理システムにおける同期制御方法について具体的に説明する。
図３は本発明の実施例によるバッテリー管理システムを示す概略図である。図４は図３におけるバッテリー管理システムのセンシング部を具体的に示す図である。図５は図４におけるセンシング部の電圧検出部を具体的に示す図である。図６は図３におけるバッテリー管理システムの駆動波形を示す図である。
図３に示したように、本発明の実施例によるバッテリー管理システム９００は、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）及び複数のサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）を含む。本発明の実施例では説明のために、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、構成要素のうちＭＣＵ（９２０_Ｍ）のみを図示し、複数のサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）は、構成要素のうちＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）及びセンシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）のみを図示して同期制御方法を説明する。図３及び本発明の実施例におけるセンシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）は、バッテリーのセル電圧（Ｖ）及びバッテリーの電流（Ｉ）を測定する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。この際、バッテリーのセル電圧（Ｖ）は、各センシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）で測定されたセル電圧（Ｖ１〜ＶＮ）が含まれる。
メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）及びスイッチ（ＳＷ１）を含む。
ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、同期化信号（ＣＬＫ）を生成するタイマー９２１を含み、活性化入力端子（ＡＴＩＮ）を通じて各サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）から伝達される活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）が入力される。ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）により同期化信号（ＣＬＫ）を生成し、生成された同期化信号（ＣＬＫ）を、同期化信号出力端子（ＳＯＵＴ）を通じて各々のサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）に出力する。ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、データ入力端子（ＤＩＮ）を通じてサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）のＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）で取得したバッテリーの情報、例えばバッテリーのセル電圧（Ｖ）を受ける。そして、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）で同期化信号（ＣＬＫ）によってバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定する時点に同期させて電流センサー２００を制御してバッテリーの電流（Ｉ）を測定する。ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、バッテリーの情報を利用して、バッテリーのＳＯＣ及びＳＯＨを推定する。
具体的には、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）の各々から活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）が入力される。この際、入力端子（ＡＴＩＮ）は、ＡＮＤゲート（ＡＮＤ Ｇａｔｅ）の出力端に接続されており、ＡＮＤゲートの複数の入力端子の各々には対応する活性化信号が入力される。１つの活性化入力端子（ＡＴＩＮ）を介して各サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）から伝達される活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）を受信して処理することができる。本発明はこれに限定されず、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、複数のサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）の各々に対応する活性化入力端子（ＡＴＩＮ）を介して活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）を受信することも可能である。活性化入力端子（ＡＴＩＮ）を介してハイレベルの活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）が全て入力されると、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）はタイマー９２１を利用して同期化信号（ＣＬＫ）を生成する。そして、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）のＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）に同期化信号（ＣＬＫ）を伝達する。
スイッチ（ＳＷ１）は、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）で認識できるように値が設定され、使用者の設定に応じて異なる値を有する。
サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）は、バッテリーの情報を測定するセンシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）と、活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）を出力し、バッテリーの情報を取得するＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）及びスイッチ（ＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎ）とを含む。
ＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）は、各活性化出力端子（ＡＴＯＵＴ）を介して活性化信号（ＳＡＴ１〜ＳＡＴＮ）をメインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）に伝達し、同期化信号入力端子（ＳＩＮ）を介して同期化信号（ＣＬＫ）を受信する。ＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）は、バッテリーの情報を測定するために、同期化信号（ＣＬＫ）に同期するように制御信号、例えば電圧制御信号（ＳＶ１〜ＳＶＮ）をそれぞれ生成してセンシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）に伝達する。そして、ＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）は、各センシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）で測定されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を、データ出力端子（ＤＯＵＴ）を介してメインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）のＭＣＵ（９２０_Ｍ）に伝達する。
センシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）は、伝達された制御信号によってバッテリーの情報を測定してＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）に伝達する。具体的には図４に示したように、本発明の実施例によるセンシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）は、各々電圧検出部（９１１_Ｓ１〜９１１_ＳＮ）及びＡ／Ｄコンバータ（９１２_Ｓ１〜９１２_ＳＮ）を含むことができる。
電圧検出部（９１１_Ｓ１〜９１１_ＳＮ）は、各ＭＣＵ（９２０_Ｓ１〜９２０_ＳＮ）から電圧制御信号（ＳＶ１〜ＳＶＮ）を受信する。電圧検出部（９１１_Ｓ１〜９１１_ＳＮ）は、電圧制御信号（ＳＶ１〜ＳＶＮ）によりバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定して、Ａ／Ｄコンバータ（９１２_Ｓ１〜９１２_ＳＮ）に伝達する。本発明の実施例によるセンシング部（９１０_Ｓ１〜９１０_ＳＮ）の電圧検出部（９１１_Ｓ１）の構成は同一であるので、電圧検出部（９１１_Ｓ１〜９１１_ＳＮ）のうちの１つである電圧検出部（９１１_Ｓ１）を利用して構成を説明する。
具体的には図５に示すように、電圧検出部（９１１_Ｓ１）は、複数のセルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）、リレー（ＲＬ１，ＲＬ２）及びキャパシタ（Ｃ１）を含む。本発明の実施例による電圧検出部（９１１_Ｓ１）に伝達される電圧制御信号（ＳＶ１）には複数のセルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）を制御するためのセルリレー制御信号（ＳＳＲ１〜ＳＳＲ２０）及びリレー（ＲＬ１，ＲＬ２）を制御するためのリレー制御信号（ＳＲＬ１，ＳＲＬ２）を含む。セルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）は、セルリレー制御信号（ＳＳＲ１〜ＳＳＲ２０）がハイレベルであるときにターンオンし、ローレベルであるときにターンオフする。リレー（ＲＬ１，ＲＬ２）は、各リレー制御信号（ＳＲＬ１，ＳＲＬ２）がハイレベルであるときに各々ターンオンし、ローレベルであるときに各々ターンオフする。そして、バッテリーのセルの数を４０個に制限して、セルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ４０）の数が４０個に制限されたが、本発明はこれに限定されず、バッテリーを構成する総セルの個数によってセルリレーの数が調節される。
複数のセルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）の各々は、バッテリー１００の複数のセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０）の各々の正極端子及び負極端子に接続されている。複数のセルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）は、セルリレー制御信号（ＳＳＲ１〜ＳＳＲ２０）によってターンオン及びターンオフを決定し、複数のセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０）の各電圧をリレー（ＲＬ１）に伝達する。以下、リレー（ＲＬ１）は、リレー制御信号（ＳＲＬ１）によってターンオン及びターンオフを決定し、複数のセルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）から各々伝達されるバッテリーのセル電圧を受信してキャパシタ（Ｃ１）に伝達する。複数のセルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）は、複数のセルリレー制御信号（ＳＳＲ１〜ＳＳＲ２０）によってターンオン又はターンオフする。ターンオンされたセルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）を介して複数のセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０）のうちターンオンされたセルリレーに対応するバッテリーのセル電圧がターンオンされたリレー（ＲＬ１）を介してキャパシタ（Ｃ１）に伝達される。セルリレー制御信号（ＳＳＲ１〜ＳＳＲ２０）によってターンオンされたセルリレー及びリレー制御信号（ＳＲＬ１）によってターンオンされたリレー（ＲＬ１）を介してバッテリーの複数のセルのうち対応するセルとキャパシタ（Ｃ１）が電気的に接続される。以下、ターンオンされたセルリレー及びリレー（ＲＬ１）を含む経路を通じてバッテリーのセル電圧に対応する検出電圧がキャパシタ（Ｃ１）に格納される。キャパシタ（Ｃ１）にバッテリーセル電圧に対応する検出電圧が充電された後、所定の遅延期間の後にリレー（ＲＬ２）はリレー制御信号（ＳＲＬ２）によってターンオンされて、キャパシタ（Ｃ１）に格納された電圧をＡ／Ｄコンバータ（９１２_Ｓ１）に伝達する。
Ａ／Ｄコンバータ（９１２_Ｓ１）は、アナログに伝達されるバッテリーのセル電圧（Ｖ）をデジタルデータに変換してＭＣＵ（９２０_Ｓ１）に伝達する。
電圧検出部（９１１_Ｓ２）もまた電圧検出部（９１１_Ｓ１）と同じ構成及び方法で動作する。同一の同期化信号（ＣＬＫ）によって電圧検出部（９１１_Ｓ２）の動作が制御されるので、電圧検出部（９１１_Ｓ２）のセルリレー制御信号（ＳＳＲ２１〜ＳＳＲ４０）、リレー制御信号（ＳＲＬ３、ＳＲＬ４）は、電圧検出部（９１１_Ｓ１）の制御信号に同期される。
再び、図３を参照すれば、スイッチ（ＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）で認識できるように値が設定され、使用者の設定に応じて異なる値を有する。本発明の実施例では、スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎ）を利用して、メインバッテリー管理システムとサブバッテリー管理システムを区別したが、識別子を利用してメインバッテリー管理システムとサブバッテリー管理システムを区別することもできる。
以下、このような複数のバッテリー管理システムで同期を制御する動作例として、バッテリーの情報を取得する過程を図３乃至図６を参照して説明する。
本発明の実施例では、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１〜９００_ＳＮ）のＮを２とする。ここで、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１）は、各セル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定し、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ２）は、各セル（ＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定する動作を行い、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、バッテリーの電流（Ｉ）を測定する動作を行う。
メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）のＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１、９００_Ｓ２）からハイレベルの活性化信号を受信する。以下、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、ハイレベルの活性化信号を参照して、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１、９００_Ｓ２）がパワーオン状態であると判断する。この際、すべての活性化信号（ＳＡＴ１、ＳＡＴ２）がハイレベルで入力されたので、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、タイマー９２１を利用して同期化信号（ＣＬＫ）を生成する。そして、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１、９００_Ｓ２）のＭＣＵ（９２０_Ｓ１、９２０_Ｓ２）に同期化信号（ＣＬＫ）を伝達する。すると、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１、９００_Ｓ２）のＭＣＵ（９２０_Ｓ１、９２０_Ｓ２）は、同期化信号（ＣＬＫ）を基本クロック信号として設定してバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定する。この際、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）のＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１、９００_Ｓ２）でバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定する時点に同期させて、バッテリーの電流（Ｉ）を測定する。
具体的にはサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１）は、基本クロック信号に同期してセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０）の電圧を測定できるように電圧制御信号（ＳＶ１）を生成し、センシング部（９１０_Ｓ１）の電圧検出部（９１１_Ｓ１）に伝達する。すると、電圧検出部（９１１_Ｓ１）は、セルリレー（ＳＲ１〜ＳＲ２０）を順次にターンオンさせてバッテリーのセル電圧を測定する。
まず、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１）でセル（ＣＥＬＬ１）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定するために、電圧検出部（９１１_Ｓ１）のセルリレー（ＳＲ１）にハイレベルのセルリレー制御信号（ＳＳＲ１）が基本クロック信号に同期して伝達され、リレー（ＲＬ１）にハイレベルのリレー制御信号（ＳＲＬ１）が基本クロック信号に同期して伝達されると、セル（ＣＥＬＬ１）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）は、セルリレー（ＳＲ１）及びリレー（ＲＬ１）を通じてキャパシタ（Ｃ１）に格納される。
リレー（ＲＬ１）をターンオフさせるためのローレベルのリレー制御信号（ＳＲＬ１）が伝達される時点（Ｔ１１）から所定の遅延期間後に、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１）のＭＣＵ（９２０_Ｓ１）は、リレー（ＲＬ２）にハイレベルのリレー制御信号（ＳＲＬ２）を伝達してリレー（ＲＬ２）をターンオンさせる。リレー（ＲＬ２）が完全にターンオンする時点（Ｔ２１）で、センシング部（９１０_Ｓ１）の電圧検出部（９１１_Ｓ１）は、キャパシタ（Ｃ１）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）に対応する検出電圧を測定してＡ／Ｄコンバータ（９１２_Ｓ１）に伝達する。Ａ／Ｄコンバータ（９１２_Ｓ１）は、アナログに伝達されるバッテリーのセル電圧（Ｖ）をデジタルに変換してＭＣＵ（９２０_Ｓ１）に伝達する。すると、ＭＣＵ（９２０_Ｓ１）は、変換されたバッテリーのセル電圧（Ｖ１）に対応する検出電圧をメインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）のＭＣＵ（９２０_Ｍ）に伝達する。
これと同時に、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ２）でも基本クロック信号に同期してセル（ＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０）の電圧が測定できるように電圧制御信号（ＳＶ２）を生成して、センシング部（９１０_Ｓ２）の電圧検出部（９１１_Ｓ２）に伝達する。以下、電圧検出部（９１１_Ｓ２）は、セルリレー（ＳＲ２１〜ＳＲ４０を順次にターンオンしてバッテリーのセル電圧を測定する。
まず、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ２）でセル（ＣＥＬＬ２１）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定するために、電圧検出部（９１１_Ｓ２）のセルリレー（ＳＲ２１）にハイレベルのセルリレー制御信号（ＳＳＲ２１）が基本クロック信号に同期して伝達され、リレー（ＲＬ３）にハイレベルのリレー制御信号（ＳＲＬ３）が基本クロック信号に同期して伝達されると、セル（ＣＥＬＬ２１）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）は、セルリレー（ＳＲ２１）及びリレー（ＲＬ３）を介してキャパシタ（Ｃ２）に格納される。
リレー（ＲＬ３）をターンオフするためのローレベルのリレー制御信号（ＳＲＬ３）が伝達される時点（Ｔ１１）で所定の遅延期間後に、セル（ＣＥＬＬ２１）にサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ２）のＭＣＵ（９２０_Ｓ２）は、リレー（ＲＬ４）にハイレベルのリレー制御信号（ＳＲＬ４）を伝達してリレー（ＲＬ４）をターンオンさせる。リレー（ＲＬ４）が完全にターンオンする時点（Ｔ２１）で、センシング部（９１０_Ｓ２）の電圧検出部（９１１_Ｓ２）は、キャパシタ（Ｃ２）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）に対応する検出電圧を測定してＡ／Ｄコンバータ（９１２_Ｓ２）に伝達する。Ａ／Ｄコンバータ（９１２_Ｓ２）は、アナログに伝達されるバッテリーのセル電圧（Ｖ）をデジタルに変換してＭＣＵ（９２０_Ｓ２）に伝達する。すると、ＭＣＵ（９２０_Ｓ２）は変換されたバッテリーのセル電圧（Ｖ２）に対応する検出電圧をメインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）のＭＣＵ（９２０_Ｍ）に伝達する。
この際、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）のＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１、９００_Ｓ２）の電圧検出部（９１１_Ｓ１、９１１_Ｓ２）で測定するバッテリーのセル電圧が各々キャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）に格納完了する時点（Ｔ１１）で電流センサー２００を制御するための電流制御信号（ＳＩ）を伝達してバッテリーの電流（Ｉ）を測定する。時点Ｔ１１でローレベルのリレー制御信号（ＳＲＬ１、ＳＲＬ３）がリレー（ＲＬ１、ＲＬ３）の各々に伝達されて、リレー（ＲＬ１、ＲＬ３）がターンオフする。そして、ＭＣＵ（９２０_Ｍ）は、バッテリーの電流（Ｉ）とバッテリーのセル電圧（Ｖ）を利用して、バッテリーのＳＯＣ及びＳＯＨを推定する。
このような手順でサブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１、９００_Ｓ２）の各ＭＣＵ（９２０_Ｓ１、９２０_Ｓ２）は、同期化信号（ＣＬＫ）によってセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０）及びセル（ＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を順次に測定する。即ち、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１）で同期化信号（ＣＬＫ）によってセル（ＣＥＬＬ１）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定する間、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ２）でも同期化信号（ＣＬＫ）によってセル（ＣＥＬＬ２０）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定し、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１）で同期化信号（ＣＬＫ）によってセル（ＣＥＬＬ２）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定する間、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ２）でも同期化信号（ＣＬＫ）によってセル（ＣＥＬＬ２１）に格納されたバッテリーのセル電圧（Ｖ）を測定する。このような方法で、サブバッテリー管理システム（９００_Ｓ１、９００_Ｓ２）は、同期化信号（ＣＬＫ）によってセル（ＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０）及びセル（ＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０）の電圧を順次に同時に測定できる。そして、メインバッテリー管理システム（９００_Ｍ）は、同期化信号（ＣＬＫ）によってバッテリーのセル電圧（Ｖ）のキャパシタへの充電が完了する格納完了時点にバッテリーの電流（Ｉ）を測定する。このように、本発明はバッテリーのセル電圧（Ｖ）とバッテリーの電流（Ｉ）の測定時点を同期化させてバッテリーのセル電圧（Ｖ）の測定時点とバッテリーの電流（Ｉ）の測定時点との偏差による誤差を防止し、正確な情報を得ることができる。
以上、本発明の好ましい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ず、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ものである。
本発明の実施例によるバッテリー、バッテリー管理システム及びその周辺装置を示す概略図である。 図１におけるバッテリー管理システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施例によるバッテリー管理システムを示す概略図である。 図３におけるバッテリー管理システムのセンシング部を示す詳細図である。 図４におけるセンシング部の電圧検出部を示す詳細図である。 図３におけるバッテリー管理システムの駆動波形を示す図である。
符号の説明
１００…バッテリー
２００…電流センサー
３００…冷却ファン
４００…ヒューズ
５００…メインスイッチ
６００…ＭＴＣＵ
７００…インバータ
８００…モータジェネレータ
９００…バッテリー管理システム

Claims (10)

  1. バッテリーの情報を測定し、動作状態によって活性化信号を生成する少なくとも２つのサブバッテリー管理システムと、
    前記活性化信号を受信して、少なくとも２つの前記サブバッテリー管理システムの動作状態を判断し、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムが正常動作状態であれば、同期化信号を生成して前記サブバッテリー管理システムに伝達するメインバッテリー管理システムとを含み、
    前記メインバッテリー管理システムは、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムから前記正常動作状態に対応する第１レベルを有する前記活性化信号が前記メインバッテリー管理システムに伝達されると、前記同期化信号を生成し、
    前記メインバッテリー管理システムは、前記生成された同期化信号により前記サブバッテリー管理システムを同期させ、バッテリーの電流の測定を行い、
    前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムは、前記同期化信号を基本クロック信号として使用することによって前記バッテリーの情報を測定するバッテリー管理システム。
  2. 前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムは、前記同期化信号によって前記バッテリーの情報を測定するセンシング部を含む請求項１に記載のバッテリー管理システム。
  3. 前記バッテリーの情報は、前記バッテリーのセル電圧を含み、
    前記センシング部は、前記バッテリーのセル電圧を測定する請求項２に記載のバッテリー管理システム。
  4. 前記センシング部は、前記バッテリーのセル電圧を測定する電圧検出部を含み、
    前記電圧検出部は、前記バッテリーの複数のセルに各々接続される複数のセルリレーと、
    前記複数のセルリレーのうちの１つに接続され、前記バッテリーのセル電圧を伝達する第１リレーと、
    前記第１リレーを通じて伝達される前記バッテリーのセル電圧に対応する検出電圧を格納するキャパシタと、
    前記キャパシタの両端に接続された第２リレーと、
    前記第２リレーを通じて伝達される前記検出電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータとを含む請求項３に記載のバッテリー管理システム。
  5. 前記メインバッテリー管理システムは、前記検出電圧が前記キャパシタへの格納が完了する格納完了時点で前記バッテリーの電流を測定し、
    前記第２リレーは、前記格納完了時点から所定期間遅延した時点でターンオンする請求項４に記載のバッテリー管理システム。
  6. 少なくとも２つのサブバッテリー管理システムを含むバッテリー管理システムの駆動方法において、
    前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムが動作状態によって活性化信号を生成する段階と、
    メインバッテリー管理システムが、前記活性化信号を受信して、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムの動作状態を判断し、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムが正常動作状態であれば同期化信号を生成する段階と、
    前記同期化信号を前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムに伝達する段階と、
    前記同期化信号を基本クロック信号として使用することによって前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムで測定されたバッテリー情報を受信する段階とを含み、
    前記同期化信号を生成する段階は、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムから前記正常動作状態に対応する第１レベルを有する前記活性化信号が前記メインバッテリー管理システムに伝達されると、前記同期化信号を生成する段階を含み、
    前記メインバッテリー管理システムは、前記生成された同期化信号により前記サブバッテリー管理システムを同期させ、バッテリーの電流の測定を行うことを特徴とするバッテリー管理システムの駆動方法。
  7. 前記バッテリーの情報は前記バッテリーのセル電圧を含み、
    前記バッテリーの情報を測定する段階は、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムが前記バッテリーのセル電圧を測定する段階を含む請求項６に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
  8. 前記バッテリーの情報を測定する段階は、
    前記バッテリーの複数のセルに各々接続される複数のセルリレーのうちの１つに接続された第１リレーを通じて前記バッテリーのセル電圧を伝達する段階と、
    前記第１リレーを通じて伝達される前記バッテリーのセル電圧に対応する検出電圧をキャパシタに格納する段階と、
    前記キャパシタの両端に接続された第２リレーを通じて前記検出電圧をＡ／Ｄコンバータに伝達してデジタル信号に変換する段階とをさらに含む請求項７に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
  9. 前記バッテリーの情報を受信する段階は、前記検出電圧が前記キャパシタへの格納が完了する格納完了時点で前記バッテリーの電流を測定する段階と、
    前記格納完了時点から所定期間遅延した時点で前記第２リレーをターンオンさせる段階を含む請求項８に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
  10. 前記活性化信号を生成する段階は、前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムのパワーオン又はパワーオフ状態によって前記活性化信号を生成する段階と、
    前記少なくとも２つのサブバッテリー管理システムから前記活性化信号を受信する段階とを含む請求項６に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
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