JP5330397B2 - 電圧センサーと均等充電装置とが結合されたバッテリー管理 - Google Patents

電圧センサーと均等充電装置とが結合されたバッテリー管理 Download PDF

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Description

本発明は、直列に接続されたバッテリーストリングにおいて、電圧を測定するためのセンサーと、個別バッテリー(セル)のバランスを取るための均等充電装置とが結合されたバッテリー管理システムに関する。
リチウムイオン電池を動力源として使用するハイブリッド自動車のように、単位バッテリー(セル)の基本電位より高い電位が必要な場合、多数の単位バッテリーを直列接続して使用することが通常的である。しかしながら、通常的な製造方法により製造されたバッテリーは、同一な陽極、陰極及び電解質物質を利用して同一な構造で製造されたとしても、直列接続されたバッテリーのそれぞれの充電または放電(及び自己放電)特性に差が存在してしまう。
したがって、直列接続されたバッテリーの使用時、単位バッテリーの電位差が存在し、これにより直列接続された単位バッテリーの中、他のバッテリーの電位にかかわらず、一つのバッテリーが完全放電された場合でも、全体電圧(直列接続されたバッテリーの全体電圧)が０となり、再充電が必要となって、再充電時も、それぞれのバッテリーの電位が異なっていることから、一定電圧に先に到達したバッテリーの過充電問題、及び一定電圧にまだ到達していないバッテリーが存在し、効率が落ちてしまう問題がある。
なお、充放電回数が多くなると、バッテリーを構成する物質のdegradationが発生し、バッテリーの特性が変わって、このような老化現象は、個別電池間の偏差をさらに深化させる結果につながる。
したがって、このような問題点を解決するために、直列に接続されたバッテリーの充放電を制御するための多様なバッテリー管理システムが活発に提案されている実情である。
その一例として、大韓民国特許公開２００３−００９６９７８号には、複数個との単位セル、充電手段、放電手段、直列並列切換スイッチを含んで構成されて、複数個の単位セルをそれぞれ均等に放電させた後、放電された単位セルを直列に接続させて充電を行うシステムを提案されており、大韓民国特許公開２００７−００６４２４４号には、電池部、電池部に接続されたＦＥＴ部、ＦＥＴ部に接続された増幅部、増幅部の出力信号を制御するマルチフレクサー部、電池部の電圧信号の偏差を比較判断する比較部、比較部の出力をデジタル信号に変換させるＡ/Ｄ変換部、Ａ/Ｄ変換部から出力された信号を入力されて、充放電条件に該当する信号を出力するマイコン部、マイコン部の信号に応じて動作し、バッテリー均衡電流を供給するスイッチング部、及び公知の充放電部を含んで構成されるシステムが提案されている。
また、日本特開１９９８−０３２９３６号には、複数個の電池要素、各電池要素の残存容量検出手段、各電池要素の充電と放電を行う電池要素切換手段、各電池要素の充電と放電を個別に制御する制御手段、及び各電池要素個別の充電と放電を行う直流/直流変換器を含んで構成されるシステムが提案されており、日本特開２００４−１９４４１０には、二つ以上の単位セルグループ、第一のセルグループ及び第二のセルグループのそれぞれを流れる電流の差を検出する電流差検出手段、電流の差を用いてセルグループの充放電電流を制御する手段を含んで構成されるシステムが提案されている。米国特許公開２００７−０１４５９４６号には、複数個の単位セル、ＤＣ−ＤＣコンバーターを含む電荷均等化回路、電圧状態をモニターして個別セルの電圧を制御する制御回路を含んで構成されるシステムが提案されている。
前記従来の技術は、図１で示すことができるが、電圧センサーとセル均等装置が分離されたバッテリー管理システムを示したものである。Ｎ個のバッテリーが直列に接続されており、バッテリーの右側には、スイッチブロックがある。このスイッチブロックは、特定バッテリ(セル)を選択して、次の段のキャパシターと電流経路を提供する機能を担当する。そして、キャパシターに貯蔵された電位は、Ａ/Ｄコンバータを介して読み出され、その値は、マイクロプロセッサーに入力される。入力されたバッテリー電圧情報は、マイクロプロセッサーでバッテリーを管理するための情報として使用されて、もし特定バッテリーが低充電あるいは過充電された場合、マイクロプロセッサーは、それぞれのバッテリーに並列接続された均等充電装置(セル均等装置)を駆動させ、全体バッテリーの均等充電を行うシステムである。
図２から分かるように、従来の電圧センサーとセル均等装置とが分離されたバッテリー管理システムでは、直列接続されたバッテリーストリングにおいて、それぞれのバッテリー(セル)が同一な機能をする個別均等充電装置(セル均等装置)を有しており、電圧センサーで個別バッテリーの電圧を読み取るためのスイッチモジュールと、均等充電装置を制御するためのスイッチモジュールとが別に分離されて、バッテリー管理システムの体積が大きくなる短所があり、直列接続されたバッテリーストリング全体をスイッチモジュールで制御することにより、スイッチの電圧ストレスが大きい短所がある。
上述の問題点を解決するための本発明の目的は、二つ以上のバッテリーが直列接続されたバッテリーストリング(string)を有するバッテリー管理装置において、それぞれのバッテリーが独立的な均等充電装置を有することを避け、時間分割方式に制限された均等充電装置を共有することにより、全体の均等充電装置の体積を減らし、且つ、制限された均等充電装置をそれぞれのバッテリーが占有する過程で、既存の電圧センサーで具現されているスイッチモジュールを共有することにより、全体のバッテリー管理システムの体積を減らして、また直列接続されたバッテリーの数が増加するにつれて、全体バッテリー電位が高い場合、予想されるスイッチモジュール内のスイッチの高い電圧ストレスを克服できるバッテリー管理装置及び方法を提供することにある。
本発明のバッテリー管理装置は、直列接続された複数個のバッテリーを含むバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールに並列に接続されたスイッチモジュールと、バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーの電圧を測定する電圧センサーと、バッテリーを充電、放電または充・放電させる均等充電装置と、前記電圧センサーで測定された電圧値を入力され、バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーの充電または放電を判断し、前記スイッチモジュールを制御するマイクロプロセッサーと、を含んで構成され、前記電圧センサー及び前記均等充電装置は、同一な前記スイッチモジュールにより、前記バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーと接続される特徴がある。前記スイッチモジュールが前記マイクロプロセッサーにより時間分割方式で制御されて、前記バッテリーモジュールに含まれた一つのバッテリーが前記電圧センサー及び前記均等充電装置と並列接続される。
前記電圧センサーは、キャパシター及びＡ/Ｄコンバーターを含んで構成されることが好ましい。
前記スイッチモジュールは、電界効果トランジスター(FET；Field Effect Transistor)、双極子トランジスター(BJT；Bipolar Junction Transistor)及びリレー(relay)を含む両方向電流移動が可能な素子から構成されることが好ましい。
前記均等充電装置は、電界効果トランジスター(FET；Field Effect Transistor)、双極子トランジスター(BJT；Bipolar Junction Transistor)、リレー(relay)及びダイオードを含む群から一つ以上選択された能動素子と、インダクター、変圧器及びキャパシターを含む群から一つ以上選択された受動素子と、を含んで構成された放電回路、充電回路または充・放電回路である特徴があり、前記均等充電装置は、充電型のＤＣ/ＤＣコンバーター、放電型のＤＣ/ＤＣコンバーター、またはこれらの組み合わせから構成されることが好ましい。
ここで、前記充電型のＤＣ/ＣＤコンバーターは、前記バッテリーモジュールの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置を入力として、前記放電型のＤＣ/ＣＤコンバーターは、前記バッテリーモジュールの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置を出力とすることが好ましい。
前記均等充電装置は、抵抗を含んで構成された放電回路であることが好ましい。
前記バッテリー管理装置は、二つ以上の前記バッテリーモジュールから構成され、バッテリーモジュール別に前記スイッチモジュール、前記電圧センサー及び前記均等充電装置が備えられることが好ましい。
本発明のバッテリー管理方法は、直列接続された複数個のバッテリーで構成されたバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールに並列に接続されたスイッチモジュールと、バッテリーモジュールを構成する各バッテリーの電圧を測定する電圧センサーと、バッテリーを充電、放電または充・放電させる均等充電装置と、前記スイッチモジュールを制御するマイクロプロセッサーと、を含んで構成されたバッテリー管理装置のバッテリー管理方法であって、(ａ)前記バッテリーモジュールを構成するバッテリーのそれぞれに対して、バッテリーと前記電圧センサーが前記スイッチモジュールにより一定時間接続され、それぞれのバッテリーの電圧値が前記マイクロプロセッサーに入力される段階と、(ｂ)前記マイクロプロセッサーに入力された電圧値を基準に選択された、充電または放電される単一のバッテリーと、前記均等充電装置とが前記スイッチモジュールにより接続され、前記単一のバッテリーが充電または放電される段階と、を含んで行われる特徴がある。さらに、前記(ａ)段階において、前記スイッチモジュールは、前記バッテリーモジュールに含まれた個々のバッテリーの電圧値が前記マイクロプロセッサーに入力されるように時間分割方式で制御され、前記(ｂ)段階において、前記スイッチモジュールは、前記バッテリーモジュールに含まれた個々のバッテリーの充電または放電が行われるように時間分割方式で制御される。
ここで、前記均等充電装置が、充・放電させる均等充電装置である場合、前記マイクロプロセッサーにより前記均等充電装置の充電または放電を選択する段階をさらに含んで前記(ｂ)段階が行われることが好ましい。
前記(ｂ)段階の前記均等充電装置による個別バッテリーの充電時、前記均等充電装置の入力は、前記直列接続されたバッテリーの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置であり、放電時、前記均等充電装置の出力は、前記直列接続されたバッテリーの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置であることが好ましい。
前記バッテリー管理方法は、二つ以上の前記バッテリーモジュールから構成されて、バッテリーモジュール別に前記スイッチモジュール、前記電圧センサー及び前記均等充電装置が備えられ、前記(ａ)及び(ｂ)段階が前記バッテリーモジュール別に独立して進行されることができる。
本発明では、電圧センサーと均等充電装置とが、個別バッテリーを選択するために使用されるスイッチモジュールを共有することにより、全体バッテリー管理システムの体積が画期的に減少される長所があり、個別バッテリーに均等充電装置が備えられたものではなく、モジュール別に単一な均等充電装置が備えられて、スイッチモジュールにより時間分割方式で、モジュールを構成する個別バッテリーと均等充電装置とが接続されて充電または放電を行うことにより、全体バッテリー管理システムの体積が減少される長所がある。また全体直列接続されたバッテリーをモジュール単位に分け、それぞれのモジュール別に電圧センサー、均等充電装置及びスイッチモジュールを具現することにより、スイッチモジュールに使用されるスイッチの電圧ストレスを減らすことができる長所がある。
従来の直列接続されたバッテリーストリングを有するバッテリー管理システムの構成図である。 本発明のバッテリー管理装置の一構成例である。 本発明のバッテリー管理装置に使用される均等充電装置の構成例である。 本発明のバッテリー管理装置の他の構成例である。 本発明のバッテリー管理方法の一順序図である。
以下、添付の図面を参照し、本発明のバッテリー管理装置及び方法を詳細に説明する。以下紹介される図面は、当業者に本発明の思想が十分伝えられるようにするために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下提示される図面に限定されず、他の形態で具体化されることもできる。また、本明細書において、同一な参照符号は、同一な構成要素を示す。
ここで使用される技術用語及び科学用語に当たって、他に定義がなければ、この発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を有し、下記の説明及び添付図面において、本発明の要旨を曖昧にするような公知機能及び構成に対する説明は省く。なお、下記の説明において、説明の明確性のために、二つ以上のバッテリーが直列接続されたバッテリーモジュールを構成する任意の単一なバッテリーをセルと称する。
図２は、本発明の電圧センサーと均等充電装置とが結合されたバッテリー管理システムの一構成図である。Ｎ個のバッテリーが直列接続されたバッテリーモジュール１１０と、前記バッテリーモジュールの各バッテリーと並列に接続されたスイッチモジュール１２０がある。このスイッチモジュール１２０は、バッテリーの電位をセンシングする過程では、特定セルを選択して電圧センサー１３０と接続させる役割をすると同時に、均等充電過程では、低充電あるいは過充電された特定セルを均等充電装置１４０と接続させる役割を担当する。したがって、本発明のバッテリー管理システムは、一つのバッテリーモジュール１１０に対して、単一の電圧センサー１３０及び単一の均等充電装置１４０が備えられる。この際、マイクロプロセッサー１５０は、スイッチモジュール１２０を制御して、バッテリーモジュール１１０を構成する各セルの電位を電圧センサー１３０を通じて測定し、過充電または低充電された特定セルを選択して、スイッチモジュール１２０を制御し、前記選択された特定セルと均等充電装置１４０を接続させる。また、前記均等充電装置１４０が充電及び放電型で構成された場合、マイクロプロセッサー１５０は、前記均等充電装置１４０を制御して充電または放電機能を行うようにする。このような制御機能は、図２及び図４において点線で接続された矢印で示した。
セルの電位を測定する電圧センサー１３０は、通常的に使用するあらゆる電圧測定装置が使用でき、図２では、個別セルと並列に接続されるキャパシター１３１を使用してセルの電位を測定し、アナログ−デジタルコンバーター(ADC)１３２を使用して、キャパシターの電位をデジタル値に変換させてマイクロプロセッサー１５０に入力する電圧センサー１３０の一例が示されている。即ち、キャパシター１３１に電荷が充電されて、充電された電位をアナログ−デジタルコンバーター１３２が読み取る形式でバッテリー電位を測定する。
また、特定セルは、スイッチモジュール１２０により均等充電装置１４０と並列に接続されるが、ここではスイッチモジュール１２０を通じて接続された均等充電装置１４０は、特定セルが低充電あるいは過充電された場合、特性セルにエネルギーを充電するか、該当セルからエネルギーを放電させる機能を担当する。
前記均等充電装置１４０は、図３(ａ)乃至図３(ｅ)に示したように、充電形態、放電形態、あるいは充電と放電が同時に可能な均等充電装置を使用することができる。
詳細には、図３(ａ)に示した均等充電装置１４０は、抵抗を含んで構成されている。このような均等充電装置１４０では、直列接続されたバッテリーにおいて特性セルが過充電された場合、当該セルを、スイッチモジュール１２０を通じて抵抗Ｒ１に接続することにより、過充電されたセルから抵抗にエネルギーを消費する方式で均等充電をなすことになる。
図３(ｂ)に示した均等充電装置１４０は、放電型均等充電装置であって、簡単なflybackコンバーターが具現されており、いかなる他のＤＣ/ＤＣコンバーターが使用されてもよい。このような放電形態の均等充電装置１４０は、入力として、過充電セルがスイッチモジュール１２０を介して並列接続されて、出力１４１として、全体バッテリーパック電位(直列接続されたバッテリーの全体電位)あるいは外部エネルギー貯蔵装置が接続される。詳細には、もし直列接続バッテリーにおいて特定セルが過充電された場合、当該セルは、スイッチモジュール１２０を通じて、図３(ｂ)に示した放電形態の均等充電装置１４０の入力に接続される。この場合、スイッチＱ１がオンになると、スイッチモジュール１２０を通じて接続されたセルからエネルギーが流れ出し、変圧器の磁化インダクター(magnetizing inductor)に貯蔵されて、その後スイッチＱ１がオフになると、２次側の整流ダイオードＤ１を通じて予め接続されたエネルギー貯蔵装置(直列接続バッテリーパックあるいは外部エネルギー貯蔵装置)１４１にエネルギーが流れ込むようになる。
図３(ｃ)に示した均等充電装置１４０は、充電型均等充電装置であって、簡単なflybackコンバーターが具現されており、いかなる他のＤＣ/ＤＣコンバーターが使用されてもよい。このような充電形態の均等充電装置１４０は、入力として、全体バッテリーパック電位(直列接続されたバッテリーの全体電位)あるいは外部エネルギー貯蔵装置が並列接続されて、出力として、低充電された任意のセルがスイッチモジュール１２０を介して並列接続される。詳細には、スイッチＱ２がオンになると、予め接続されたエネルギー貯蔵装置(直列接続バッテリーパックあるいは外部エネルギー貯蔵装置)１４１からエネルギーが流れ出し、変圧器の磁化インダクター(magnetizing inductor)に貯蔵されて、その後スイッチＱ２がオフになると、２次側の整流ダイオードＤ２を通過して、スイッチモジュール１２０を通じて接続された当該セルにエネルギーが流れ込むようになる。
図３(ｄ)に示した均等充電装置１４０は、エネルギー消費的(放電型)均等充電装置と充電型均等充電装置とが並列接続された均等充電装置(図３(ａ)及び図３(ｃ)の並列接続組合せ)であって、このような均等充電装置では、直列接続バッテリーモジュールの特定セルが過充電あるいは低充電された場合、効率的な均等充電が可能であるという長所を有する。詳細には、まず直列接続バッテリーモジュールにおいて任意のセルが過充電あるいは低充電された場合、該当セルは、スイッチモジュール１２０を通じて、図３(ｄ)の均等充電装置１４０に並列接続される。そして接続されたセルがもし過充電された場合、スイッチＱ３が駆動されて、抵抗Ｒ２にエネルギーを消費する形態で均等充電がなされて、接続されたセルが低充電された場合、充電形態の均等充電装置を駆動させ、均等充電を達成するようになる。充電型が駆動される場合、スイッチＱ４がオンになると、予め接続されたエネルギー貯蔵装置(直列接続バッテリーパックあるいは外部エネルギー貯蔵装置)１４１からエネルギーが流れ出し、変圧器の磁化インダクター(magnetizing inductor)に貯蔵されて、その後スイッチＱ４がオフになると、２次側の整流ダイオードＤ３を通じて該当セルにエネルギーが流れ込むようになる。
図３(ｅ)に示した均等充電装置１４０は、放電型均等充電装置と充電型均等充電装置が並列接続された均等充電装置であって、図３(ｅ)のような均等充電装置１４０では、直列接続バッテリーモジュールの特定セルが過充電あるいは低充電された場合、効率的な均等充電性能を有することが長所である。まず、直列接続バッテリーモジュールの任意のセルが過充電された場合、当該セルは、スイッチモジュール１２０を通じて、図３(ｅ)の均等充電装置１４０に並列接続される。この場合、スイッチＱ５がオンになると、過充電されたセルからエネルギーが流れ出し、変圧器の磁化インダクター(magnetizing inductor)に貯蔵されて、その後スイッチがオフになると、２次側の整流ダイオードＤ４を通過して、予め接続されたエネルギー貯蔵装置(直列接続バッテリーパックあるいは外部エネルギー貯蔵装置)１４１にエネルギーが流れ込むようになる。そして、接続されたセルが低充電された場合、充電形態の均等充電装置を駆動させ、均等充電を達成するようになる。この場合、スイッチＱ６がオンになると、予め接続されたエネルギー貯蔵装置(直列接続バッテリーパックあるいは外部エネルギー貯蔵装置)１４１からエネルギーが流れ出し、変圧器の磁化インダクター(magnetizing inductor)に貯蔵されて、その後スイッチＱ６がオフになると、２次側の整流ダイオードＤ５を通じて、低充電された該当セルにエネルギーが流れ込むようになる。
図４は、電圧センサー１３０と均等充電装置１４０とが結合されたバッテリー管理システムにおいて、スイッチモジュール１２０の電圧ストレスを低めるために、全体の直列接続されたバッテリーストリングを、ｎ個のバッテリーが直列接続されたｋ個のバッテリーモジュールに分けて、モジュール１１０単位で電圧センサー１３０と均等充電装置１４０が具現されている全体構成図の一例である(ｎ及びｋは、それぞれ独立して２以上である)。ここで、各モジュール(module 1乃至module k)を構成するバッテリーの数(ｎ)は、スイッチモジュール１２０に使用されるスイッチの電圧ストレスを考慮して設計される。それぞれのモジュール内で電圧をセンシングして均等充電を行う過程は、図２乃至図３に基づいて説明したことと同一である。但し、図４のモジュール化されたバッテリー管理装置では、モジュール単位で電圧の測定及び均等充電が独立して動作できるため、モジュールの数だけ(図４の例では、ｋ個)同時に電圧をセンシングしたり、あるいはモジュール内に過充電あるいは低充電された特定セルを同時に均等充電させたりすることが可能である。
上述のような本発明のバッテリー管理装置のバッテリー管理方法において、(ａ)前記バッテリーモジュールを構成するバッテリーのそれぞれに対して、バッテリーと前記電圧センサーが前記スイッチモジュールにより一定時間接続され、それぞれのバッテリーの電圧値が前記マイクロプロセッサーに入力される段階と、(ｂ)前記マイクロプロセッサーに入力された電圧値を基準に選択された、充電または放電される単一のバッテリーと、前記均等充電装置とが前記スイッチモジュールにより接続され、前記単一のバッテリーが充電または放電される段階と、を含んで行われることを特徴とする。
詳細には、図５の順番図に示したように、マイクロプロセッサー１５０によりスイッチモジュール１２０が制御され(ｓ１０)、バッテリーモジュール１１０を構成する特定セルと電圧センサー１４０とが一定時間接続されて、特定セルの電位が測定されてマイクロプロセッサー１５０に入力(ｓ２０)されるようになるが、この際、バッテリーモジュール１１０を構成する全てのセルのそれぞれに対して前記電位測定段階(ｓ２０)が行えて、モジュールを構成する一定区域のセルだけを測定することができる。これを、直列接続されたバッテリー全体の使用状態、充・放電状態などに基づいてマイクロプロセッサー１５０で判断するようになる(ｓ３０)。この際、好ましくは、バッテリーモジュール１１０を構成する全てのセルのそれぞれに対して、時間分割方式でスイッチモジュール１２０が調節されてセルの電位がマイクロプロセッサーに入力されることが好ましい。
セルの電位測定が完了した後(ｓ３０)、マイクロプロセッサー１５０により低充電または過充電された特定セルが選択されて(ｓ４０)、スイッチモジュール１２０を制御し、選択されたセルと均等充電装置１４０とを並列接続(ｓ５０)して、選択されたセルの充電または放電が一定時間行われて(ｓ６０)、マイクロプロセッサー１５０により既入力されたセルの電位に基づいて再び過充電または低充電された特定セルを選択し、均等充電を行うか(ｓ７０)あるいはセルの電位を再測定するか(ｓ８０)を決定する。
この際、均等充電装置１５０が充電と放電が可能な充・放電均等充電装置である場合、前記マイクロプロセッサー１５０により前記均等充電装置１５０の充電または放電を制御する段階が行われた後、前記均等充電段階(ｓ６０)が行われることが好ましい。
前記バッテリーモジュール１１０を構成する個々のバッテリーの電圧値が測定されて、前記マイクロプロセッサー１５０に入力される段階(ｓ１０及びｓ２０)は、マイクロプロセッサー１５０により、スイッチモジュール１２０が時間分割方式で制御されて行われることが好ましい。
充電または放電される前記バッテリーモジュール１１０を構成する特定バッテリーの均等充電段階(ｓ６０)は、前記スイッチモジュール１２０が時間分割方式で制御されて行われることが好ましい。
この際、前記均等充電段階(ｓ６０)において、前記均等充電装置１４０による個別バッテリーの充電時、前記均等充電装置１４０の入力は、前記直列接続されたバッテリーの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置であり、放電時、前記均等充電装置１４０の出力は、前記直列接続されたバッテリーの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置である。
本発明のバッテリー管理方法は、二つ以上の前記バッテリーモジュール１１０から構成されて、バッテリーモジュール別に前記スイッチモジュール１２０、前記電圧センサー１３０及び前記均等充電装置１４０が備えられて、前記図５の段階と類似したバッテリー管理方法が、前記バッテリーモジュール別に独立して進行されることができる。
本発明によるバッテリー管理方法は、多様なコンピューター手段を通じて行えるプログラム命令形態に具現され、コンピューター判読可能媒体に記録できる。前記コンピューター判読可能媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計されて構成されたものであるか、コンピューターソフトウェア当業者に公知されて使用可能なものであってもよい。コンピューター判読可能記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体(magnetic media)、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体(optical media)、フロプティカルディスク(floptical disk)のような磁気−光媒体(magneto-optical media)、及びロム(ROM)、ラム(RAM)、フラッシュメモリーなどのようなプログラム命令を蓄積して行うように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。前記媒体は、プログラム命令、データ構造などを指定する信号を伝送する搬送波を含む光または金属線、導波管などの伝送媒体であってもよい。プログラム命令の例には、コンパイラにより作られるような機械語コードだけではなく、インタプリタなどを使用してコンピューターにより実行できる高級言語コードを含む。上記のハードウェア装置は、本発明の動作を行うために、一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成することができて、その逆も同様である。
以上のように、本発明では、具体的な構成素子などのような特定の事項と限定された実施例及び図面を参照して説明したが、これらは、本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたもので、本発明がこれらに限定されるものではなく、本発明の属する分野で通常の知識を有する者なら、このような記載から多様な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の思想は、説明された実施例に局限して定められてはならず、添付の特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なあるいは等価的な変形のあるあらゆるものは、本発明の思想の範疇に属すると言える。
本発明を利用すれば、二つ以上のバッテリーが直列接続されたバッテリーストリング(string)を有するバッテリー管理装置において、それぞれのバッテリーが独立的な均等充電装置を有することを避け、時間分割方式に制限された均等充電装置を共有することにより、全体の均等充電装置の体積を減らし、且つ、制限された均等充電装置をそれぞれのバッテリーが占有する過程で、既存の電圧センサーで具現されているスイッチモジュールを共有することにより、全体のバッテリー管理システムの体積を減らして、また直列接続されたバッテリーの数が増加するにつれて、全体バッテリー電位が高い場合、予想されるスイッチモジュール内のスイッチの高い電圧ストレスを克服できるバッテリー管理装置及び方法を得ることができる。
１１０ 二つ以上のバッテリーが直列接続されたバッテリーモジュール
１２０ スイッチモジュール
１３０ 電圧センサー
１４０ 均等充電装置
１５０ マイクロプロセッサー

Claims (13)

  1. 直列接続された複数個のバッテリーを含むバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールに並列に接続されたスイッチモジュールと、
    前記バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーの電圧を測定する電圧センサーと、
    前記バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーを充電、放電または充・放電させる均等充電装置と、
    前記電圧センサーで測定された電圧値に応じて、前記バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーの充電または放電を判断し、前記スイッチモジュールを制御するマイクロプロセッサーと、を含んで構成されて、
    前記電圧センサー及び前記均等充電装置は、同じスイッチモジュールにより、前記バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーと並列接続され、
    前記スイッチモジュールが前記マイクロプロセッサーにより時間分割方式で制御されて、前記バッテリーモジュールに含まれた一つのバッテリーが前記電圧センサー及び前記均等充電装置と並列接続されることを特徴とするバッテリー管理装置。
  2. 前記電圧センサーは、キャパシター及びＡ／Ｄコンバーターを含んで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  3. 前記スイッチモジュールは、電界効果トランジスター(FET；Field Effect Transistor)、双極子トランジスター(BJT；Bipolar Junction Transistor)及びリレー(relay)を含む両方向電流移動が可能な素子から構成されたことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  4. 前記均等充電装置は、電界効果トランジスター(FET；Field Effect Transistor)、双極子トランジスター(BJT；Bipolar Junction Transistor)、リレー(relay)及びダイオードを含む群から一つ以上選択された能動素子と、
    インダクター、変圧器及びキャパシターを含む群から一つ以上選択された受動素子と、を含んで構成された放電回路、充電回路または充・放電回路であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  5. 前記均等充電装置は、充電型のＤＣ／ＤＣコンバーター、放電型のＤＣ／ＤＣコンバーター、またはこれらの組み合わせから構成されたことを特徴とする、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
  6. 前記充電型のＤＣ／ＣＤコンバーターは、前記バッテリーモジュールの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置を入力と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装置。
  7. 前記放電型のＤＣ／ＣＤコンバーターは、前記バッテリーモジュールの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置を出力と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装置。
  8. 前記均等充電装置は、抵抗を含んで構成された放電回路であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  9. 前記バッテリー管理装置は、二つ以上の前記バッテリーモジュールから構成され、バッテリーモジュール別に前記スイッチモジュール、前記電圧センサー及び前記均等充電装置が備えられたことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
  10. 直列接続された複数個のバッテリーを含むバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールに並列に接続されたスイッチモジュールと、バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーの電圧を測定する電圧センサーと、バッテリーを充電、放電または充・放電させる均等充電装置と、前記スイッチモジュールを制御するマイクロプロセッサーと、を含んで構成されたバッテリー管理装置のバッテリー管理方法であって、
    (ａ)前記バッテリーモジュールに含まれたバッテリーのそれぞれに対して、バッテリーと前記電圧センサーが前記スイッチモジュールにより一定時間接続され、それぞれのバッテリーの電圧値が前記マイクロプロセッサーに入力される段階と、
    (ｂ)前記マイクロプロセッサーに入力された電圧値を基準に選択された、充電または放電される単一のバッテリーと、前記均等充電装置とが前記スイッチモジュールにより接続され、前記単一のバッテリーが充電または放電される段階と、
    を含み、
    前記(ａ)段階において、前記スイッチモジュールは、前記バッテリーモジュールに含まれた個々のバッテリーの電圧値が前記マイクロプロセッサーに入力されるように時間分割方式で制御され、
    前記(ｂ)段階において、前記スイッチモジュールは、前記バッテリーモジュールに含まれた個々のバッテリーの充電または放電が行われるように時間分割方式で制御されることを特徴とする、バッテリー管理方法。
  11. 前記均等充電装置が、充・放電させる均等充電装置である場合、前記マイクロプロセッサーにより前記均等充電装置の充電または放電を選択する段階をさらに含んで前記(ｂ)段階が行われることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリー管理方法。
  12. 前記(ｂ)段階の前記均等充電装置による個別バッテリーの充電時、前記均等充電装置の入力は、前記直列接続されたバッテリーの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置であり、放電時、前記均等充電装置の出力は、前記直列接続されたバッテリーの全体電位または外部のエネルギー貯蔵装置であることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリー管理方法。
  13. 前記バッテリー管理方法は、二つ以上の前記バッテリーモジュールを含み、バッテリーモジュール別に前記スイッチモジュール、前記電圧センサー及び前記均等充電装置が備えられ、前記(ａ)及び(ｂ)段階が前記バッテリーモジュール別に独立して進行されることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリー管理方法。
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