JP5858306B2

JP5858306B2 - バッテリーパック連結制御装置及び方法

Info

Publication number: JP5858306B2
Application number: JP2014500978A
Authority: JP
Inventors: ジョン−ミン・パク; ウー−ジュン・キム; ウン−ヨン・キム
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: CN103430353A; EP2675001A1; WO2012128445A1; KR20120107302A; EP2675001B1; KR101367875B1; JP2014514692A; EP2675001A4; CN103430353B; US8933667B2; US20120268070A1

Description

本発明は、バッテリーパックを管理する技術に関し、より詳しくは、複数のバッテリーパックを並列で連結するとき、バッテリーパック間の連結を制御する装置及び方法に関する。

本出願は、２０１１年３月２１日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−００２４９２５号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

近来、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に増し、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化されるにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。

現在、常用化された二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、その中でもリチウム二次電池は、ニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起らないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所から最も脚光を浴びている。

一方、炭素エネルギーが徐々に枯渇し、環境に対する関心が高まるにつれて、米国、欧州、日本、韓国を始めとして全世界的にハイブリッド自動車と電気自動車に対する需要が徐々に増加している。このようなハイブリッド自動車や電気自動車は、バッテリーパックの充放電エネルギーを用いて車両駆動力を得るため、エンジンのみを用いる自動車に比べて燃費が優れ、公害物質を排出しないか又は減少できるという点で多くの消費者に良い反応を得ている。したがって、ハイブリッド自動車や電気自動車の核心的部品である車両用バッテリーにより多くの関心と研究が集中されている。

また、近年最も脚光を浴びている技術の１つが、スマートグリッドシステム（ＳｍａｒｔＧｒｉｄＳｙｓｔｅｍ）のようにエネルギーを貯蔵する技術である。スマートグリッドシステムとは、電力の生産、運搬、消費の過程に情報通信技術を組み合わせることで、電力供給と消費との相互作用を通じて電力使用の効率性を高めようとする知能型電力網システムである。このようなスマートグリッドシステムを構築するための重要な構成要素の１つが、電力を貯蔵するバッテリーパックである。

このように、バッテリーは多様な分野で用られる。特に、近年バッテリーが多く用いられる電気自動車やハイブリッド自動車、スマートグリッドシステムのような分野では、大きい容量を要する場合が多い。バッテリーパックの容量を増加させるためには、単一バッテリーパック自体の容量を増加させる方法があり得るが、この場合、容量増大の効果が低く、バッテリーパックの大きさ拡張に物理的な制限があり、管理が不便であるという短所を有する。したがって、通常は複数のバッテリーパックを並列で連結して高容量バッテリーシステムを構築する方式が多く用いられる。

ところが、このようにバッテリーパックを並列で連結する場合、バッテリーパック間のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）、すなわち充電状態が異なれば、電気的なスパークなどが発生する恐れがある。特に、近年多く使用されるリチウム二次電池の場合、他の電池に比べて放電電流が非常に高いため、ＳＯＣの異なるバッテリーパックを並列で連結する場合、バッテリーパックに含まれているバッテリーセルや各種回路などが破損される恐れがあり、さらに、スパークなどの発生でバッテリーパックを連結するユーザ（設置者）の安全を害する恐れもある。

また、複数のバッテリーパックが並列で連結された後も、バッテリーパックの貯蔵容量を増やすか又は一部のバッテリーパックが破損し入れ替えを要する場合があり得るが、このときは並列で連結されている既存のバッテリーパックに１つ以上のバッテリーパックを追加して連結しなければならない。このような状況で、追加して連結されるバッテリーパックのＳＯＣが並列で連結されている既存のバッテリーパックのＳＯＣと異なり得るが、このときにも電気的スパークが発生してユーザの安全を害するだけでなく、バッテリーパックのセルや各種回路部品などを損傷させるという問題が発生し得る。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリーパックを相互並列で連結するか又は複数のバッテリーパックが並列で連結された状態で、バッテリーパックを追加して並列連結する場合、バッテリーパックの破損やユーザの安全事故の恐れなく、安定的に連結できるバッテリーパック連結制御装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現できることを容易に分かるであろう。

上記の課題を達成するため、本発明による複数のバッテリーパック連結制御装置は、前記バッテリーパックそれぞれの充放電経路上に備えられて前記充放電経路を選択的に開閉するスイッチング部；前記バッテリーパックそれぞれに備えられて各バッテリーパックのＳＯＣを測定し、前記スイッチング部の開閉を制御する第１制御部；及び前記第１制御部からそれぞれのバッテリーパックに対するＳＯＣ測定値を受信し、所定誤差範囲以内のＳＯＣ値を有するバッテリーパック同士をグループ化して、最多数のバッテリーパックが含まれたグループを選び、選ばれたグループ内のバッテリーパックを相互並列で連結して、前記並列連結されたバッテリーパックを充電または放電して前記並列連結されたバッテリーパックと並列で連結されていないバッテリーパックとの間のＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるようにした後、前記並列で連結されていないバッテリーパックを追加して並列連結させる第２制御部を含む。

望ましくは、前記第１制御部は、各バッテリーパックのＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）によって具現される。

また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパック連結制御装置は、並列で連結された２つ以上のバッテリーパックに対するバッテリーパックの追加連結を制御する装置であって、前記バッテリーパックそれぞれの充放電経路上に備えられて前記充放電経路を選択的に開閉するスイッチング部；前記バッテリーパックそれぞれに備えられて各バッテリーパックのＳＯＣを測定し、前記スイッチング部の開閉を制御する第１制御部；及び前記第１制御部からそれぞれのバッテリーパックに対するＳＯＣ測定値を受信して、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣ差が所定範囲から外れる場合、前記連結されている既存のバッテリーパックを充電または放電することで連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるようにした後、前記バッテリーパックを追加して並列連結させる第２制御部を含む。

望ましくは、前記第１制御部は各バッテリーパックのＢＭＳによって具現される。

また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは上述したバッテリーパック連結制御装置を含む。

また、上記の課題を達成するため、本発明による複数のバッテリーパック連結制御方法は、前記バッテリーパックそれぞれのＳＯＣを測定する段階；前記測定されたＳＯＣ値を比べて、所定誤差範囲以内のＳＯＣ値を有するバッテリーパック同士をグループ化する段階；最多数のバッテリーパックが含まれたグループを選び、選ばれたグループ内のバッテリーパックを並列で連結する段階；前記並列連結されたバッテリーパックと並列で連結されていないバッテリーパックとの間のＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるように前記並列連結されたバッテリーパックを充電または放電する段階；及び前記並列で連結されていないバッテリーパックを追加して並列連結する段階を含む。

望ましくは、前記バッテリーパックそれぞれのＳＯＣの測定は、各バッテリーパックに備えられたＢＭＳによって行われ得る。

また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパック連結制御方法は、並列で連結された２つ以上のバッテリーパックに対するバッテリーパックの追加連結を制御する方法であって、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックそれぞれのＳＯＣを測定する段階；連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣを比べる段階；連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣ差が所定範囲から外れる場合、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるように連結されている既存のバッテリーパックを充電または放電する段階；及び前記バッテリーパックを追加して連結する段階を含む。

望ましくは、前記バッテリーパックそれぞれのＳＯＣの測定は、各バッテリーパックに備えられたＢＭＳによって具現される。

本発明によれば、高容量特性を達成するために複数のバッテリーパックを相互並列で連結する場合、バッテリーパック間のＳＯＣが異なっても、バッテリーパックを連結するユーザの安全を害するか又はバッテリーパックに含まれたバッテリーセルまたは回路などが破損及び損傷する恐れがない。

したがって、複数のバッテリーパックを並列で連結して高容量バッテリーシステムを安定的に構築することができる。

のみならず、複数のバッテリーパックが相互並列で連結されている状態でバッテリーシステムの管理及び保持、容量変更などのため、バッテリーパックを追加して並列連結する場合、バッテリーパックの損傷や破損、安全事故などの発生可能性を大きく低減させることができる。

特に、リチウム二次電池のように高性能及び高効率バッテリーを使用する場合にも、本発明によれば、安定的に高容量バッテリーシステムを構築でき、バッテリーシステムの容量増大及び減少、メインテナンスなどを容易に行うことができる。したがって、従来の鉛蓄電池などで構成されたエネルギー貯蔵システムのバッテリーパックをリチウム二次電池に入れ替えることも容易に行うことができる。

また、バッテリーシステムの設計者とバッテリーパックの供給者との間の標準化されたインターフェースを通じて並列構成用バッテリーパックの量産化を容易に実現することができる。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

本発明の望ましい一実施例による複数のバッテリーパック連結制御装置の機能的構成を示したブロック図である。本発明の望ましい一実施例によるバッテリーパック連結制御装置の各構成要素が、３つのバッテリーパックで連結された構成を示した概略図である。本発明の一実施例によるバッテリーパック連結制御装置によってＳＯＣの異なる複数のバッテリーパックが並列で連結される過程を示した概略図である。本発明の一実施例によるバッテリーパック連結制御装置によってＳＯＣの異なる複数のバッテリーパックが並列で連結される過程を示した概略図である。本発明の一実施例によるバッテリーパック連結制御装置によってＳＯＣの異なる複数のバッテリーパックが並列で連結される過程を示した概略図である。本発明の一実施例によるバッテリーパック連結制御装置によってＳＯＣの異なる複数のバッテリーパックが並列で連結される過程を示した概略図である。本発明の他の実施例によるバッテリーパック連結制御装置によって、２つ以上のバッテリーパックが並列連結された状態で追加してバッテリーパックが連結される過程を示した概略図である。本発明の他の実施例によるバッテリーパック連結制御装置によって、２つ以上のバッテリーパックが並列連結された状態で追加してバッテリーパックが連結される過程を示した概略図である。本発明の他の実施例によるバッテリーパック連結制御装置によって、２つ以上のバッテリーパックが並列連結された状態で追加してバッテリーパックが連結される過程を示した概略図である。本発明の一実施例による複数のバッテリーパック連結制御方法を示したフロー図である。本発明の他の実施例によるバッテリーパック追加連結制御方法を示したフロー図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。

したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図１は、本発明の望ましい一実施例による複数のバッテリーパック連結制御装置の機能的構成を示したブロック図である。また、図２は、本発明の望ましい一実施例によるバッテリーパック連結制御装置の各構成要素が３つのバッテリーパックで連結された構成を示した概略図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明によるバッテリーパック連結制御装置は、スイッチング部１３０、第１制御部１１０、及び第２制御部１２０を含む。

前記スイッチング部１３０は、バッテリーパックそれぞれに対して充放電経路上に備えられた構成要素であって、充放電経路を選択的に開閉する。すなわち、それぞれのバッテリーパックでスイッチング部１３０がターンオンされている場合、該当バッテリーパックに対する電流の入出力が許容されるが、スイッチング部１３０がターンオフされていれば、該当バッテリーパックに対する電流の入出力が許容されない。

図２の実施例を参照すれば、スイッチング部１３０は第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００全てに備えられ、各バッテリーパックの充放電経路を選択的に開閉する。

このようなスイッチング部１３０は、通常、バッテリーパック保護装置に含まれる構成要素であり得る。例えば、前記スイッチング部１３０はバッテリーパックの充放電経路上に備えられている充放電スイッチであり得る。

望ましくは、前記スイッチング部１３０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やリレー（Ｒｅｌａｙ）、またはＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で具現され得る。ただし、本発明が必ずこのようなスイッチング部１３０の特定種類によって制限されることはなく、本発明の出願時公知された多様な電流経路の開閉構成を本発明のスイッチング部１３０として採用することができる。

前記第１制御部１１０は、バッテリーパックそれぞれに備えられ、各バッテリーパックに対するＳＯＣを測定する。図２に示されたように、バッテリーパックには１つ以上のバッテリーセル１０が含まれているが、前記第１制御部１１０はこのように各バッテリーパックに含まれているバッテリーセル１０のＳＯＣを測定する。第１制御部１１０が各バッテリーパックのＳＯＣを測定する方法としては多様な方式が用いられ得るが、代表的には電流積算法が挙げられる。電流積算法とは、バッテリーの入出力電流を積算して初期容量から加減することでバッテリーのＳＯＣを求める方式である。しかし、本発明は第１制御部１１０の具体的なＳＯＣ測定方式によって制限されず、第１制御部１１０は多様な方式でＳＯＣを測定し得る。このような第１制御部１１０のＳＯＣ測定技術は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者に周知されているため、詳しい説明は省略する。

また、前記第１制御部１１０は、前記スイッチング部１３０の開閉を制御する。すなわち、第１制御部１１０は、該当バッテリーパックの充放電経路上に備えられたスイッチング部１３０に接続され、電気的な信号を送受信することができ、それを通じてスイッチング部１３０のオンオフを制御することができる。

図２の実施例を参照すれば、第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００それぞれに含まれた第１制御部１１０は、第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００それぞれに含まれたバッテリーセル１０のＳＯＣを測定し、第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００それぞれに含まれたスイッチング部１３０と連結されてその開閉を制御する。

望ましくは、前記第１制御部１１０はＢＭＳで具現され得る。ここで、ＢＭＳとは、バッテリーパックの充放電動作を全般的に制御するバッテリー管理装置を意味し、このようなＢＭＳはバッテリーパック保護装置に通常含まれる構成要素である。しかし、本発明が必ずこのような第１制御部１１０の具体的な実施形態によって限定されることはなく、第１制御部１１０をＢＭＳとは異なる別の構成要素で具現することもできる。また、第１制御部１１０を従来バッテリーパックに備えられていない別の素子で具現することもできる。

前記第２制御部１２０は、第１制御部１１０と電気的に接続され、電気的信号を送受信することができる。特に、前記第２制御部１２０は並列連結が要請されたそれぞれのバッテリーパックに対し、それに備えられている第１制御部１１０から各バッテリーパックのＳＯＣ測定値を受信する。また、このように各バッテリーパックに対するＳＯＣ測定値を受信すれば、前記第２制御部１２０は並列で連結される各バッテリーパックに対するＳＯＣ値を比べる。

ここで、既存に並列で連結されているバッテリーパックが存在しない場合、すなわち複数のバッテリーパックを並列で連結し始める場合、前記第２制御部１２０は所定誤差範囲以内のＳＯＣ値を有するバッテリーパック同士をグループ化する。ここで、所定誤差範囲とは、バッテリーパックが相互並列で連結されても電気的なスパークやバッテリーパックの破損などの問題が発生しない程度のバッテリーパック間のＳＯＣの誤差範囲であり、状況に応じて、例えばバッテリーパックの種類や容量、その他の特性などに応じて異なる範囲として定められ得る。

例えば、図２の実施例のように、並列で連結されるバッテリーパックが第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００と３つ存在し、第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００に対するＳＯＣが６９％、７１％、７８％であると仮定する。このとき、前記第２制御部１２０は、ＳＯＣ間の誤差が所定範囲以内、例えばＳＯＣの差が３％以内であるバッテリーパック同士をグループ化することができ、この場合、第２制御部１２０はＳＯＣ間の誤差が２％である第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００を第１グループに、第３バッテリーパック３００を第２グループに分類する。ただし、複数のバッテリーパックをグループ化する基準は多様に存在し得、本発明がこのような特定のグループ化方式によって制限されることはない。例えば、上記の実施例において、６１〜７０％のＳＯＣを有する第１バッテリーパック１００を１つのグループに、７１〜８０％のＳＯＣを有する第２バッテリーパック２００及び第３バッテリーパック３００を他のグループに分類することもできる。

一方、前記第２制御部１２０は、ＳＯＣ値が同じバッテリーパック同士をグループ化することもできる。ただし、ＳＯＣが正確に同じ場合は多くないはずなので、上述したように、一定範囲以内のＳＯＣの差を有するバッテリーパック同士をグループ化することが望ましい。

このように複数のバッテリーパックに対するグループ化が完了すれば、前記第２制御部１２０は最多数のバッテリーパックが含まれたグループを選び、選ばれたグループ内のバッテリーパックを相互並列で連結する。

例えば、上記の実施例のように、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００を第１グループに、第３バッテリーパック３００を第２グループに分類した場合、前記第２制御部１２０は第１グループ及び第２グループのうち最多数のバッテリーパックが含まれている第１グループを選んで、それに含まれたバッテリーパック、すなわち第１バッテリーパック１００と第２バッテリーパック２００とを並列で連結する。

このようなバッテリーパックの並列連結は、スイッチング部１３０の開閉によって達成され得る。例えば、第２制御部１２０は、第１バッテリーパック１００の第１制御部１１０及び第２バッテリーパック２００の第１制御部１１０に各スイッチング部１３０のターンオンを指示する信号を伝送する。すると、第１バッテリーパック１００の第１制御部１１０は第１バッテリーパック１００のスイッチング部１３０をターンオンさせ、第２バッテリーパック２００の第１制御部１１０は第２バッテリーパック２００のスイッチング部１３０をターンオンさせる。それにより、第１バッテリーパック１００と第２バッテリーパック２００とが相互並列で連結される。ここで、第１バッテリーパック１００と第２バッテリーパック２００間のＳＯＣの差は、一定範囲以内の値を有するため、２つのバッテリーパックが相互並列で連結されても電気的なスパークの発生やバッテリーパックの損傷などが発生する恐れがなく、安定的な並列連結が可能になる。

一方、上記の実施例では、第２制御部１２０が各バッテリーパックの第１制御部１１０を制御して各バッテリーパックのスイッチング部１３０を開閉する構成として説明されたが、第２制御部１２０が各バッテリーパックのスイッチング部１３０と直接連結され、それぞれのスイッチング部１３０を直接制御する構成にすることもできる。

このように初期の並列連結グループとして選ばれたグループ内のバッテリーパックが相互並列で連結されれば、第２制御部１２０はまだ連結されていないバッテリーパックと既に連結されたバッテリーパックとの間のＳＯＣ差が所定範囲以内になるように、並列連結されたバッテリーパックを充電または放電させる。ここで、所定範囲とは、バッテリーパックが追加して並列連結されても、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとの間に電気的スパークやバッテリーパックの破損などの問題が発生しない程度のバッテリーパック間のＳＯＣの差の範囲である。このような所定範囲は、上述した第２制御部１２０がバッテリーパックをグループ化するときに用いた所定誤差範囲と同じ値でもあり得、異なる値でもあり得る。

例えば、上記の実施例のように、第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００のうち第１バッテリーパック１００と第２バッテリーパック２００とが既に並列で連結されており、第３バッテリーパック３００を追加して連結する場合、前記第２制御部１２０は、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００を充電または放電させ、そのＳＯＣが第３バッテリーパック３００のＳＯＣのレベルになるようにする。すなわち、上記の実施例で、第３バッテリーパック３００のＳＯＣは７８％であり、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００のＳＯＣは６９％及び７１％であるため、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００を充電させることで、そのＳＯＣが第３バッテリーパック３００のＳＯＣである７８％程度になるようにする。このとき、第２制御部１２０は、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００のＳＯＣと第３バッテリーパック３００のＳＯＣとの間の差が所定範囲以内、例えば３％以内になると、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００に対する充電を終了させる。

ここで、充電または放電するバッテリーパックは、スイッチング部１３０がターンオンされて既に充放電経路が形成されているため、並列で連結されているバッテリーパックの共通の入出力端に充電機または負荷を連結さえすれば、充電または放電が行われ得る。例えば、上記の実施例の場合、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００は、既にスイッチング部１３０がターンオンされた状態で並列連結されているため、その入出力端に充電機を連結さえすれば、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００を充電することができる。

このように並列で連結されたバッテリーパックを充電または放電することで、並列で連結されていないバッテリーパックとのＳＯＣの差が所定範囲以内になれば、前記第２制御部１２０は並列で連結されていないバッテリーパックを追加して並列連結させる。

例えば、図２の実施例において、第１バッテリーパック１００と第２バッテリーパック２００とが並列連結された状態で、第１バッテリーパック１００と第２バッテリーパック２００とを充電することでそのＳＯＣが第３バッテリーパック３００のＳＯＣのレベルになれば、前記第２制御部１２０は第３バッテリーパック３００の第１制御部１１０にスイッチング部１３０のターンオンを指示する。すると、第３バッテリーパック３００の第１制御部１１０は、それに連結されたスイッチング部１３０をターンオンさせ、第３バッテリーパック３００と第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００との間を並列で連結する。

このとき、追加して連結される第３バッテリーパック３００は、第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００の充電で第１バッテリーパック１００及び第２バッテリーパック２００と同じレベルのＳＯＣ値を有しているため、並列で連結されても、電気的スパークやバッテリーパックの損傷などの問題点が発生しない。

望ましくは、前記第２制御部１２０は、並列で連結しようとする複数のバッテリーパックに対する並列連結が完了した後、並列連結された全体のバッテリーパックを充電することができる。

例えば、図２の実施例において、第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００全てが並列で連結されれば、前記第２制御部１２０は第１ないし第３バッテリーパック１００、２００、３００全てを充電機に連結させて充電することができる。

それにより、複数のバッテリーパックが並列連結されたバッテリーシステムが直ちに使用可能な最適の状態になる。

図３ａないし図３ｄは、本発明の一実施例によるバッテリーパック連結制御装置によってＳＯＣの異なる複数のバッテリーパックが並列で連結される過程を示した概略図である。

図３ａを参照すれば、並列で連結されるためのバッテリーパック、すなわち並列連結が要請されたバッテリーパックがＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの５つ存在する。各バッテリーパックのＳＯＣは点線の高さで表される。例えば、バッテリーパックに表示された点線がバッテリーパックの下側に近いほど該当バッテリーパックのＳＯＣが低いことを意味し、バッテリーパックに表示された点線がバッテリーパックの上側に近いほど該当バッテリーパックのＳＯＣが高いことを意味する。また、２つのバッテリーパックに対する点線の位置がほぼ同じ場合、２つのバッテリーパックに対するＳＯＣのレベルが類似することを意味する。このようなバッテリーパックのＳＯＣの測定が、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥのバッテリーパックにそれぞれ備えられた第１制御部１１０によって行われることは上述したようである。

前記第２制御部１２０は、第１制御部１１０から受信した各バッテリーパックに対するＳＯＣを比べ、ＳＯＣ間の格差が所定誤差範囲以内のバッテリーパック、すなわちＳＯＣが類似するバッテリーパック同士をグループ化する。図３ａにおいて、第２制御部１２０はバッテリーパックＡ、Ｂ及びＥが類似するＳＯＣ値を有するため、これらを１つのグループとしてグループ化することができる。また、これらと著しく異なるＳＯＣ値を有するバッテリーパックＣ及びＤをそれぞれ異なるグループにグループ化する。このとき、Ａ、Ｂ及びＥが属したグループは３つのバッテリーパックが含まれ、最多数のバッテリーパックが含まれたグループになるため、第２制御部１２０はバッテリーパックＡ、Ｂ及びＥを初期並列連結グループとして選ぶ。

その後、第２制御部１２０は、図３ｂに示されたように、初期並列連結グループとして選ばれたバッテリーパックＡ、Ｂ及びＥに対し、それぞれに備えられたスイッチング部１３０を通じて３つのバッテリーパックを相互並列で連結させる。次いで、第２制御部１２０は、図３ｂの矢印で示されたように、並列で連結されたバッテリーパックＡ、Ｂ及びＥのＳＯＣがバッテリーパックＣのＳＯＣと類似になるようにバッテリーパックＡ、Ｂ及びＥを放電させる。

このような放電により、バッテリーパックＡ、Ｂ及びＥのＳＯＣとバッテリーパックＣのＳＯＣとの差が所定範囲以内になれば、第２制御部１２０は、図３ｃに示されたように、バッテリーパックＣのスイッチング部１３０をターンオンさせ、バッテリーパックＣとバッテリーパックＡ、Ｂ及びＥとを相互並列で連結する。その後、第２制御部１２０は既に連結されたバッテリーパックＡ、Ｂ、Ｃ及びＥのＳＯＣと、まだ連結されていないバッテリーパックＤのＳＯＣとの差が所定範囲以内になるように、図３ｃの矢印で示されたように、バッテリーパックＡ、Ｂ、Ｃ及びＥを充電する。

このような充電を通じてバッテリーパックＡ、Ｂ、Ｃ及びＥのＳＯＣとバッテリーパックＤのＳＯＣとの差が所定範囲以内になれば、第２制御部１２０は、図３ｄに示されたように、バッテリーパックＤのスイッチング部１３０をターンオンさせてバッテリーパックＤとバッテリーパックＡ、Ｂ、Ｃ及びＥとを相互並列で連結する。

これで、並列連結が要請された複数のバッテリーパックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの並列連結は完了する。

望ましくは、並列連結が要請された複数のバッテリーパックに対して並列連結が完了すれば、第２制御部１２０は、図３ｄに示されたように、全体バッテリーパックを充電して、複数のバッテリーパックが並列で連結されたバッテリーシステムを使用に最適な状態にすることができる。

一方、図３ａないし図３ｄの実施例では、バッテリーパックＡ、Ｂ及びＥが始めて並列連結された後、そこにＣがＤより先に連結される形態を説明したが、これは一実施例に過ぎず、Ａ、Ｂ及びＥが連結された後、ＣよりＤが先に連結される形態にすることもできる。

また、図３ａないし図３ｄの実施例では、５つのバッテリーパックが並列で連結される場合を説明したが、これは一実施例に過ぎず、本発明がこのようなバッテリーパックの並列連結個数によって制限されないという点は、本発明の当業者にとって自明である。

このように、本発明によるバッテリーパック連結制御装置は、複数のバッテリーパック全体を新たに並列で連結するバッテリーシステム構築の初期段階や、バッテリーシステム構築後、それに含まれたバッテリーパック全体を連結し直す段階などにおいて、バッテリーパック間のＳＯＣが同一でなくても、電気的スパークの発生やバッテリーパックに含まれたバッテリーセル１０または回路の破損なく、複数のバッテリーパックを相互安定的に連結することができる。

また、本発明によるバッテリーパック連結制御装置は、２つ以上のバッテリーパックが既に並列で連結されている状態で、さらに他のバッテリーパックを追加して並列連結するとき、このような並列連結の拡張を安定的に行えるようにする。

この場合、本発明によるバッテリーパック連結制御装置は、並列で連結された２つ以上のバッテリーパックに対するバッテリーパックの追加連結を制御する装置であって、スイッチング部１３０、第１制御部１１０及び第２制御部１２０を含むことができる。

上述したように、スイッチング部１３０は、バッテリーパックそれぞれの充放電経路上に備えられ、充放電経路を選択的に開閉する。また、第１制御部１１０は、バッテリーパックそれぞれに備えられてバッテリーパックのＳＯＣを測定し、スイッチング部１３０の開閉を制御する。

特に、第２制御部１２０は、第１制御部１１０からそれぞれのバッテリーパックに対するＳＯＣ測定値を受信し、既存に連結されているバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣの差が所定範囲から外れる場合、連結されている既存のバッテリーパックを充電または放電することで、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣの差が所定範囲以内に収まるようにする。その後、前記第２制御部１２０は、バッテリーパックを追加して並列連結させる。

図４ａないし図４ｃは、本発明の他の実施例によるバッテリーパック連結制御装置によって、２つ以上のバッテリーパックが並列連結された状態で追加してバッテリーパックが連結される過程を示した概略図である。図４ａないし図４ｃでは図３ａないし図３ｄと同様に、点線の高さをもって各バッテリーパックのＳＯＣ状態を表す。

図４ａを参照すれば、バッテリーパックＰ及びＱが並列で連結された状態でバッテリーパックＲを追加して並列連結しようとする。このとき、第２制御部１２０は、追加して連結されるバッテリーパックＲのＳＯＣと既存に連結されているバッテリーパックＰ及びＱのＳＯＣとを各バッテリーパックの第１制御部１１０から受信し、受信されたＳＯＣを比べる。

図４ａでは、バッテリーパックＰ及びＱのＳＯＣとバッテリーパックＲのＳＯＣとが著しく異なるため、第２制御部１２０は、図４ｂの矢印で示されたように、既存に連結されているバッテリーパックＰ及びＱを充電または放電させ、そのＳＯＣを追加して連結されるバッテリーパックＲのＳＯＣと一定誤差範囲以内になるようにする。

その後、第２制御部１２０は、図４ｃに示されたように、バッテリーパックＲのスイッチング部１３０をターンオンさせ、バッテリーパックＲをバッテリーパックＰ及びＱと並列で連結する。

このような実施例によれば、バッテリーパックを追加して連結してバッテリーパックの並列連結を拡張する場合、既存に連結されているバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとの間のＳＯＣ差が所定範囲を超える場合であっても安定的に連結でき、ユーザの安全を害するか又はバッテリーパックに損傷を起こすことを防止することができる。

一方、図４ｃには示していないが、バッテリーパックＲが追加して連結された後、第２制御部１２０はバッテリーパックＰ、Ｑ及びＲの共通入出力端に充電電源を供給し、バッテリーパックＰ、Ｑ及びＲの全てを充電することができる。

また、図４ａないし図４ｃの実施例では、２つのバッテリーパックに１つのバッテリーパックが追加して連結される場合が示されたが、本発明はこのようなバッテリーパックの個数によって制限されない。例えば、既存に連結されているバッテリーパックが３つ以上であるか、または、追加して連結されるバッテリーパックが２つ以上の場合も勿論可能である。

のみならず、図４ａないし図４ｃの実施例において、２つのバッテリーパックに１つのバッテリーパックが追加されるのではなく、２つのバッテリーパックのうち１つのバッテリーパックが入れ替えられる場合にも、上記のような説明を適用することができる。例えば、既存に連結されているバッテリーパックＰ及びＱに対し、ＱをＲに入れ替えようとする場合、本発明によるバッテリーパック連結制御装置が上述したような動作を行うことができる。すなわち、まずＰからＱの連結を切った後、ＰのＳＯＣをＲのＳＯＣのレベルに調節し、ＰとＲとを並列連結することができる。この場合、Ｑを除去するとき、第２制御部１２０はＱのスイッチング部１３０をまずターンオフした後、ＱをＰと分離することで、ユーザの安全を保障することができる。

一方、本発明によるバッテリーパック連結制御装置は、バッテリーパックに含まれた形態で具現され得る。したがって、本発明によるバッテリーパックは、上述したバッテリーパック連結制御装置の実施例を全て含むことができる。特に、この場合、第１制御部１１０及び／または第２制御部１２０はバッテリーパックのＢＭＳによって具現され得る。

図５は、本発明の一実施例による複数のバッテリーパック連結制御方法を示したフロー図である。

図５を参照すれば、本発明によって複数のバッテリーパックの連結を制御するため、まず、並列で連結しようとするバッテリーパックそれぞれのＳＯＣを第１制御部１１０によって測定する（Ｓ１１０）。ここで、バッテリーパックのＳＯＣは、各バッテリーパックに備えられたＢＭＳで測定することができる。次いで、第２制御部１２０はこのように測定されたＳＯＣ値を比べて、一定範囲以内、すなわち、所定の誤差範囲以内のＳＯＣ値を有するバッテリーパック同士をグループ化する（Ｓ１２０）。次いで、第２制御部１２０は、最多数のバッテリーパックが含まれたグループをバッテリーパックの初期並列連結グループとして選び、選ばれたグループ内のバッテリーパックを相互並列で連結する（Ｓ１３０）。次いで、第２制御部１２０は、このように並列連結されたバッテリーパックと未だ並列連結されていないバッテリーパックとの間のＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるように、並列連結されたバッテリーパックを充電または放電させる（Ｓ１４０）。その後、前記第２制御部１２０は並列で連結されていないバッテリーパックを追加して並列連結させる（Ｓ１５０）。

望ましくは、図５に示されたように、第２制御部１２０はＳ１５０段階の後に、並列で連結された全体バッテリーパックを充電することができる（Ｓ１６０）。

一方、Ｓ１３０段階及びＳ１５０段階においてバッテリーパックに対する連結開閉は、各バッテリーパックに備えられたＦＥＴ、リレーまたはＩＧＢＴで具現することができる。

図６は、本発明の他の実施例によるバッテリーパック追加連結制御方法を示したフロー図である。

図６を参照すれば、並列で連結された２つ以上のバッテリーパックに対して他のバッテリーパックを追加して並列連結する場合、既存に連結されているバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣを第１制御部１１０によって測定する（Ｓ２１０）。ここで、バッテリーパックのＳＯＣは各バッテリーパックに備えられたＢＭＳによって測定することができる。次いで、第２制御部１２０は連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣを比べ（Ｓ２２０）、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣの差が所定範囲から外れる場合、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣの差が所定範囲以内に収まるよう、連結されている既存のバッテリーパックを充電または放電する（Ｓ２３０）。それにより、既存に連結されているバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとの間のＳＯＣ差が所定範囲以内になれば、第２制御部１２０はバッテリーパックを追加連結する（Ｓ２４０）。

望ましくは、図６に示されたように、第２制御部１２０はＳ２４０段階の後に、並列で連結された全体バッテリーパックを充電することができる（Ｓ２５０）。

一方、Ｓ２４０段階においてバッテリーパックの連結開閉は、各バッテリーパックに備えられたＦＥＴ、リレーまたはＩＧＢＴで具現することができる。

以上のように、本発明が限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

一方、本明細書において「部」という用語を使用したが、これは論理的な構成単位を表すものであって、必ずしも物理的に分離される構成要素を表すものではないという点は、本発明が属する技術分野の当業者にとっては自明である。

１０バッテリーセル
１１０第１制御部
１２０第２制御部
１３０スイッチング部
１００第１バッテリーパック
２００第２バッテリーパック
３００第３バッテリーパック

Claims

複数のバッテリーパックの連結を制御する装置であって、
前記バッテリーパックそれぞれの充放電経路上に備えられて前記充放電経路を選択的に開閉するスイッチング部と、
前記バッテリーパックそれぞれに備えられて各バッテリーパックのＳＯＣを測定し、前記スイッチング部の開閉を制御する第１制御部と、
前記第１制御部からそれぞれのバッテリーパックに対するＳＯＣ測定値を受信し、所定誤差範囲以内のＳＯＣ値を有するバッテリーパック同士をグループ化して、複数のグループのうち最多数のバッテリーパックが含まれた１つのグループを選び、選ばれたグループ内のバッテリーパックを相互並列で連結して、前記並列連結されたバッテリーパックと並列で連結されていないバッテリーパックとの間のＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるように前記並列連結されたバッテリーパックを充電または放電した後、前記並列で連結されていないバッテリーパックを追加して並列連結させる第２制御部と、を含むことを特徴とするバッテリーパック連結制御装置。
前記第２制御部が、前記複数のバッテリーパックの連結が完了した後、前記並列連結された全体バッテリーパックを充電することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック連結制御装置。
前記第１制御部が、各バッテリーパックのＢＭＳによって具現されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック連結制御装置。
前記スイッチング部が、ＦＥＴ、リレーまたはＩＧＢＴで具現されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック連結制御装置。
請求項１に記載のバッテリーパック連結制御装置を含むバッテリーパック。
並列で連結された２つ以上のバッテリーパックに対するバッテリーパックの追加連結を制御する装置であって、
前記バッテリーパックそれぞれの充放電経路上に備えられて前記充放電経路を選択的に開閉するスイッチング部と、
前記バッテリーパックそれぞれに備えられて各バッテリーパックのＳＯＣを測定し、前記スイッチング部の開閉を制御する第１制御部と、
前記第１制御部からそれぞれのバッテリーパックに対するＳＯＣ測定値を受信して、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣ差が所定範囲から外れる場合、前記連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるように前記連結されている既存のバッテリーパックを充電または放電した後、前記バッテリーパックを追加して並列連結させる第２制御部と、を含むことを特徴とするバッテリーパック連結制御装置。
前記第２制御部が、前記バッテリーパックの追加並列連結が完了した後、前記並列連結された全体バッテリーパックを充電することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック連結制御装置。
前記第１制御部が、各バッテリーパックのＢＭＳによって具現されることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック連結制御装置。
前記スイッチング部が、ＦＥＴ、リレーまたはＩＧＢＴで具現されることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック連結制御装置。
請求項６に記載のバッテリーパック連結制御装置を含むバッテリーパック。
複数のバッテリーパックの連結を制御する方法であって、
前記バッテリーパックそれぞれのＳＯＣを測定する段階と、
前記測定されたＳＯＣ値を比べて、所定誤差範囲以内のＳＯＣ値を有するバッテリーパック同士をグループ化する段階と、
前記グループ化する段階でグループ化された複数のグループのうち最多数のバッテリーパックが含まれたグループを選び、選ばれた１つのグループ内のバッテリーパックを並列で連結する段階と、
前記並列連結されたバッテリーパックと並列で連結されていないバッテリーパックとの間のＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるように前記並列連結されたバッテリーパックを充電または放電する段階と、
前記並列で連結されていないバッテリーパックを追加して並列連結する段階と、を含むことを特徴とするバッテリーパック連結制御方法。
前記バッテリーパックを追加して並列で連結する段階の後、前記並列連結された全体バッテリーパックを充電する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーパック連結制御方法。
前記バッテリーパックそれぞれのＳＯＣの測定は、各バッテリーパックに備えられたＢＭＳによって行われることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーパック連結制御方法。
前記バッテリーパックの連結開閉は、各バッテリーパックに備えられたＦＥＴ、リレーまたはＩＧＢＴで行われることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーパック連結制御方法。
並列で連結された２つ以上のバッテリーパックに対するバッテリーパックの追加連結を制御する方法であって、
連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックそれぞれのＳＯＣを測定する段階と、
連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣを比べる段階と、
連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣ差が所定範囲から外れる場合、連結されている既存のバッテリーパックと追加して連結されるバッテリーパックとのＳＯＣ差が所定範囲以内に収まるように、連結されている既存のバッテリーパックを充電または放電する段階と、
前記バッテリーパックを追加して連結する段階と、を含むことを特徴とするバッテリーパック連結制御方法。
前記バッテリーパックを追加して並列で連結する段階の後、前記並列連結された全体バッテリーパックを充電する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のバッテリーパック連結制御方法。
前記バッテリーパックそれぞれのＳＯＣの測定は、各バッテリーパックに備えられたＢＭＳによって行われることを特徴とする請求項１５に記載のバッテリーパック連結制御方法。
前記バッテリーパックの連結開閉は、各バッテリーパックに備えられたＦＥＴ、リレーまたはＩＧＢＴで行われることを特徴とする請求項１５に記載のバッテリーパック連結制御方法。