JP5893224B2 - マルチｂｍｓ起動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＢＭＳを起動させる信号を伝達する装置に関し、より詳しくは、マルチＢＭＳ構造を有するバッテリーパックのマスターＢＭＳから出力された起動信号を各スレーブＢＭＳに伝達する装置に関する。
本出願は、２０１２年１０月４日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−０１１０１３２号に基づく優先権を主張するものであり、該当韓国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。

製品群に合わせた適用性に優れ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）、電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に削減できるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で、環境に優しく、かつ、エネルギー効率の向上のための新たなエネルギー源として注目されている。

このような二次電池は、正極及び負極集電体、セパレータ、活物質、電解液などを含み、構成要素間の電気化学的反応によって繰り返し充放電することができる。一例として、広く使用されるリチウムポリマー二次電池の場合、約３．７Ｖ〜４．２Ｖの動作電圧を有する。したがって、前記電気自動車などに適用される高出力バッテリーパックを得るためには、複数の単位二次電池セルを直列に接続してバッテリーパックを構成する。
このような基本的構造に加えて、前記バッテリーパックには、モーターなどの駆動負荷に対する電力供給の制御、電流または電圧などの電気的特性値の測定、充放電制御、電圧の平滑化（ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）制御、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の推定などのためのアルゴリズムが適用され、二次電池の状態をモニタリングし制御するバッテリーマネジメントシステム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ）などが更に含まれて構成される。

一方、近年、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造の必要性が高まるにつれて、複数の二次電池セルを含むバッテリーモジュールを集合させたマルチモジュール構造のバッテリーパックに対する需要が増加している。
このようなマルチモジュール構造のバッテリーパックは、複数の二次電池セルを含んでいるため、一つのＢＭＳを使用して全ての二次電池セルの充放電状態を制御するには限界がある。したがって、最近は、バッテリーパックに含まれているバッテリーモジュール毎にＢＭＳを設け、これらをスレーブＢＭＳとして指定した後、スレーブＢＭＳを制御するマスターＢＭＳを更に設けるマスター−スレーブ方式にしたがって、各バッテリーモジュールの充放電を制御する技術が用いられている。このようなスレーブＢＭＳは、普段はスリープ（ｓｌｅｅｐ）状態で待機し、マスターＢＭＳの制御信号によって起動を開始する。

図１は、従来技術により、マスターＢＭＳ１１から出力された起動信号をスレーブＢＭＳ１２に伝達する起動装置１３を概略的に示した回路図である。
図１を参照すれば、複数のバッテリーモジュール１４が直列に接続されてバッテリーパック１５を構成し、各バッテリーモジュール１４にはスレーブＢＭＳ１２が接続されている。そして、マスターＢＭＳ１１から出力された起動信号をそれぞれのスレーブＢＭＳ１２に伝達する起動装置１３として、オプトカプラ（ｏｐｔｏ−ｃｏｕｐｌｅｒ）が接続されていることが確認できる。

オプトカプラとは、発光源（入力）と光検出器（出力）とからなるスイッチング素子である。一般に、発光源としては、赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用され、光検出器としては、光を受ければターンオンされるフォトダイオードやフォトトランジスタが使用される。したがって、入力側に電流を流せば、発光源から光を発し、出力側素子であるフォトダイオードやフォトトランジスタがターンオンされる。すなわち、電気的カップリングではなく、光によってターンオンまたはターンオフされるスイッチング素子である。

前記オプトカプラ１３の入力側は、マスターＢＭＳ１１に接続されており、出力側は、スレーブＢＭＳ１２に接続されている。したがって、マスターＢＭＳ１１から起動信号を出力すれば、前記オプトカプラ１３を介してスレーブＢＭＳ１２に起動信号が伝達される。
前記オプトカプラ１３を使用してマスターＢＭＳ１１とスレーブＢＭＳ１２とを接続する場合、前記マスターＢＭＳ１１とスレーブＢＭＳ１２とが電気的に絶縁されるという長所がある。したがって、起動信号を伝達する役割を果たすと共に、バッテリーパック１５の高電圧電流がマスターＢＭＳ１１側に流れる逆電流を防止でき、バッテリーパック１５の充放電過程で発生する電磁波の影響を減らすことができる。

しかしながら、図１に示されたように、マスターＢＭＳ１１とスレーブＢＭＳ１２との間の絶縁状態を維持しながら、スレーブＢＭＳ１２を起動させるためには、スレーブＢＭＳ１２の個数分のオプトカプラ１３が必要である。オプトカプラ１３は、半導体素子であって、あまり安価ではないため、複数のオプトカプラ１３の使用は、ＢＭＳまたはバッテリーパック全体のコスト上昇の要因となる。したがって、マスターＢＭＳ１１とスレーブＢＭＳ１２との絶縁状態を維持しながらも、スレーブＢＭＳ１２を起動させることができる起動装置に対する研究が求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みて案出されたものであり、マルチＢＭＳを起動させる信号を伝達するＢＭＳ起動装置を提供することをその目的とする。

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のマルチＢＭＳ起動装置は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックにおいて、それぞれのバッテリーモジュールを管理するＮ個のスレーブＢＭＳを起動させるように、マスターＢＭＳから出力された起動信号を前記Ｎ個のスレーブＢＭＳに伝達する装置であって、前記バッテリーパックの高電位端子と前記バッテリーパックの低電位端子との間に接続されて前記起動信号を伝達する直列ラインと、前記直列ラインに接続され、前記マスターＢＭＳから出力された起動信号によってターンオンされる絶縁素子と、前記直列ラインに前記絶縁素子よりも高電位側に接続され、ベース端子を除いた残り２つの端子が前記直列ラインに接続され、前記ベース端子が前記Ｎ個のバッテリーモジュールのうちのＮ−１個のバッテリーモジュールの各低電位端子に接続されるＮ−１個のトランジスタと、前記絶縁素子と前記バッテリーモジュールの高電位端子との間、または、各トランジスタと各バッテリーモジュールの高電位端子との間に接続され、前記各トランジスタまたは前記絶縁素子のターンオン動作にしたがって、前記Ｎ個のスレーブＢＭＳを起動させる起動信号を伝達するスイッチ部とを含む。

本発明の一実施態様によれば、前記絶縁素子はオプトカプラであり、入力側端子がマスターＢＭＳに接続され、出力側端子が前記直列ライン側に接続される。
本発明の一実施態様によれば、前記トランジスタはＮＰＮ型トランジスタであり、エミッタ（Ｅｍｉｔｔｅｒ）端子が前記直列ラインの低電位側に接続される。この場合、本発明によるバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置は、前記トランジスタのベース端子と前記トランジスタのエミッタ端子との間に接続された抵抗素子を更に含むことができる。
本発明によるバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置は、前記直列ラインに接続され、前記トランジスタまたは前記絶縁素子を過電流から保護する過電流保護抵抗素子を更に含むことができる。

本発明によるバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置は、前記直列ラインに順方向に接続されて逆電流を防止するダイオードを更に含むことができる。
本発明の一実施態様によれば、前記スイッチ部は、ソース端子及びゲート端子が各バッテリーモジュールの高電位端子から出力された電圧が印加されるように接続され、前記トランジスタまたは前記絶縁素子がターンオンされたとき、ドレイン端子が前記起動信号を前記スレーブＢＭＳに伝達できるように接続されたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むことができる。この場合、本発明によるバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置は、前記ソース端子と前記ゲート端子との間に接続された抵抗素子を更に含むことができる。

本発明によるバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置は、バッテリー管理システムの一構成要素になり得る。
本発明によるバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置は、バッテリー管理システムと、複数のバッテリーモジュールとを含むバッテリーパックの一構成要素になり得る。

本発明の一態様によれば、少数の絶縁素子を用いて複数のスレーブＢＭＳを起動させる信号を伝達することができる。したがって、ＢＭＳまたはバッテリーパックのコストを抑えることができる。
本発明の別の態様によれば、マスターＢＭＳがスレーブＢＭＳの個数に対応する数の入出力端子を必要としないため、マスターＢＭＳを小さくすることができ、製造が簡単である。
本発明の更に別の態様によれば、マスターＢＭＳとスレーブＢＭＳとが電気的に絶縁されているため、バッテリーパックの高電圧電流がマスターＢＭＳ側に流れる逆電流の流入現象を防止でき、バッテリーパックの充放電過程で発生する電磁波の影響を減らすことができる。

本明細書に添付される以下の図面は、本発明の望ましい実施形態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ものに過ぎず、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。

従来技術によってマスターＢＭＳから出力された起動信号をスレーブＢＭＳに伝達する起動装置を概略的に示した回路図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置の構成を概略的に示した回路図である。 ＭＯＳＦＥＴを含むスイッチ部の構造を概略的に示した回路図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲で使用される用語や単語は、通常的または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形態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形態に過ぎず、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形態があり得ることを理解せねばならない。

図２は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置（以下、「ＢＭＳ起動装置」と称する）の構成を概略的に示した回路図である。
図２を参照すれば、本発明によるＢＭＳ起動装置１００は、マスターＢＭＳ１１０とスレーブＢＭＳ１２０との間に接続される。そして、前記スレーブＢＭＳ１２０は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のバッテリーモジュール１２１を含むバッテリーパック１２２に接続されている。

前記スレーブＢＭＳ１２０には、前記バッテリーモジュール１２１の充放電電流または電圧などの電気的特性値の測定、充放電制御、電圧の平滑化制御、ＳＯＣの推定などのためのアルゴリズムが適用され、バッテリーモジュール１２１に含まれた二次電池の状態をモニタリングし、制御する。そして、前記マスターＢＭＳ１１０は、前記スレーブＢＭＳ１２０から各バッテリーモジュール１２１に対する情報を収集し、それに基づいて前記バッテリーパック１２２に接続された負荷に対する電力供給の制御、スレーブＢＭＳ１２０を起動させる信号の出力などを制御する。そのため、前記マスターＢＭＳ１１０とスレーブＢＭＳ１２０との間には、データ通信のための既知の通信規約に従う通信網が接続され得る。但し、図面の簡素化のため、前記通信網は図示されていない。その他、前記マスターＢＭＳ１１０及びスレーブＢＭＳ１２０の機能及び役割については、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者にとって既知であるため、詳しい説明は省略する。

前記それぞれのバッテリーモジュール１２１は、一つ以上の二次電池セルを含むものであり、二次電池セルの種類は特に限定されず、再充電可能なリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などの二次電池から構成することができる。そして、前記バッテリーパック１２２は、Ｎ個のバッテリーモジュール１２１が接続され構成されている。前記バッテリーモジュール１２１の個数（Ｎ）は、バッテリーパック１２２に求められる出力電圧及び容量によって多様であり得る。また、図２に示されたバッテリーパック１２２は、Ｎ個のバッテリーモジュール１２１がすべて直列に接続された実施形態を示しているが、前記バッテリーモジュール１２１の接続は並列または直／並列でなされても良い。

また、前記バッテリーパック１２２には、バッテリーパック１２２から電力の供給を受ける負荷が接続され得、負荷の種類は特に限定されない。一例として、ビデオカメラ、携帯電話、携帯用パソコン、ＰＭＰ、ＭＰ３プレーヤーなどのような携帯電子機器、電気自動車やハイブリッド自動車のモーター、ＤＣ−ＤＣコンバータのような電力変換器などで負荷を構成することができる。しかしながら、負荷の種類によって本発明が限定されることはない。

本発明によるＢＭＳ起動装置１００は、直列ライン１３０、絶縁素子１４０、トランジスタ１５０、及びスイッチ部１６０を含む。
前記直列ライン１３０は、前記バッテリーパック１２２の高電位端子と低電位端子との間に接続される。前記直列ライン１３０は、マスターＢＭＳ１１０から出力された起動信号を伝達する役割をし、前記直列ライン１３０を介して前記トランジスタ１５０、絶縁素子１４０、及びスイッチ部１６０が互いに接続される。

また、説明の便宜上、本明細書では、バッテリーパック１２２内で低電位側に位置したバッテリーモジュール１２１から順に、第１バッテリーモジュール１２１−１、第２バッテリーモジュール１２１−２、第３バッテリーモジュール１２１−３、……、第Ｎバッテリーモジュール１２１−Ｎと称する。そして、それぞれのバッテリーモジュール１２１を管理するスレーブＢＭＳ１２０も、第１スレーブＢＭＳ１２０−１、第２スレーブＢＭＳ１２０−２、第３スレーブＢＭＳ１２０−３、……、第ＮスレーブＢＭＳ１２０−Ｎと称する。また、本明細書では、それぞれのスレーブＢＭＳ１２０にそれぞれ対応するスイッチ部１６０を、第１スイッチ部１６０−１、第２スイッチ部１６０−２、第３スイッチ部１６０−３、……、第Ｎスイッチ部１６０−Ｎと称する。また、本明細書では、それぞれのバッテリーモジュール１２１に接続されたトランジスタ１５０を、第２トランジスタ１５０−２、第３トランジスタ１５０−３、……、第Ｎトランジスタ１５０−Ｎと称する。

前記絶縁素子１４０は、オプトカプラであり得る。オプトカプラは、フォトカフラ（ｐｈｏｔｏ ｃｏｕｐｌｅｒ）またはフォトモスリレー（ｐｈｏｔｏ ＭＯＳ ｒｅｌａｙ）とも称されるが、その名称によって前記絶縁素子１４０の機能または構成が影響を受けることはない。オプトカプラに対する構成及び作動原理については、先に詳しく記載したため、繰り返しの説明は省略する。前記オプトカプラの入力側（発光ダイオード）はマスターＢＭＳ１１０に接続され、出力側（フォトトランジスタ）は前記直列ライン１３０側に接続される。

前記トランジスタ１５０は、各スレーブＢＭＳ１２０に対応するように、Ｎ−１個が備えられる。一般のバイポーラ接合トランジスタ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、コレクター、ベース、及びエミッタの３つの端子から構成される。この３つの端子のうち、ベース端子Ｂを除いた残り２つの端子は、前記直列ライン１３０に接続され、ベース端子Ｂは、前記トランジスタ１５０にそれぞれ対応するバッテリーモジュール１２１の各低電位端子に接続される。

本発明の一実施形態によれば、前記トランジスタ１５０は、ＮＰＮ型トランジスタであり得る。この場合、図２に示されたように、エミッタ端子Ｅが前記直列ライン１３０の低電位側に接続される（図中では、直列ライン１３０の接地方向）。
また、前記トランジスタ１５０のベース端子Ｂとエミッタ端子Ｅとの間に抵抗素子Ｒ１が接続され得る。前記抵抗素子Ｒ１は、ベース端子Ｂとエミッタ端子Ｅとの間で電位差を発生させる役割をする。

前記スイッチ部１６０は、前記絶縁素子１４０と前記第１バッテリーモジュール１２１−１の高電位端子との間、または、前記第２〜第Ｎトランジスタ１５０−２〜１５０−Ｎと第２〜第Ｎバッテリーモジュール１２１−２〜１２１−Ｎの高電位端子との間に接続される。したがって、前記それぞれのトランジスタ１５０または前記絶縁素子１４０がターンオンされれば、前記スイッチ部１６０に電流が流れるように、閉回路（ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）が構成される。閉回路が構成され、各バッテリーモジュール１２１から出力された電流が前記スイッチ部１６０に流れれば、前記Ｎ個のスレーブＢＭＳ１２０を起動させる起動信号が伝達される。

前記スイッチ部１６０から伝達された起動信号により、各スレーブＢＭＳ１２０は起動を開始する。このとき、前記起動信号は、各スレーブＢＭＳ１２０内に含まれた電源管理部（図示せず）または中央制御部（図示せず）に入力され得る。スレーブＢＭＳ１２０内に含まれた電源管理部または中央制御部は、前記起動信号に反応し、スレーブＢＭＳ１２０をスリープ状態からアウェイク状態（ａｗａｋｅ ｓｔａｔｅ）に変更及び動作させる構成要素である。一例として、前記電源管理部または中央制御部は、プログラムされたコードを実行可能なマイクロプロセッサで構成することができる。但し、図２では、マスターＢＭＳ１１０及びスレーブＢＭＳ１２０の具体的な内部構成は、図面の簡素化のため示していない。

なお、本発明によるＢＭＳ起動装置１００は、マスターＢＭＳ１１０及び／またはスレーブＢＭＳ１２０の内部に装置の一部として含まれてよく、または、外部に別途構成されてもよい。図２では、前記ＢＭＳ起動装置１００の殆どがスレーブＢＭＳ１２０の内部に含まれているが、本発明が図面に示された実施形態によって限定されることはない。

以下、本発明によるＢＭＳ起動装置１００が動作する過程を説明する。
前記絶縁素子（オプトカプラ）１４０は、入力側に電流（信号）が流れる前にはターンオフ状態であるため、出力側には電流が流れない。したがって、第１バッテリーモジュール１２１−１から出力された電圧が前記第１スイッチ部１６０−１に印加されているだけで、前記第１スイッチ部１６０−１の内部には電流が流れない。

その後、マスターＢＭＳ１１０が、スリープ状態にあるスレーブＢＭＳ１２０を起動させるために、前記絶縁素子１４０の入力側に起動信号を入力する。起動信号は、前記絶縁素子１４０をターンオンさせ、それによって第１バッテリーモジュール１２１−１、第１スイッチ部１６０−１、及び絶縁素子１４０からなる閉回路が構成される。したがって、前記第１スイッチ部１６０−１には電流が流れるようになり、第１スイッチ部１６０−１は第１スレーブＢＭＳ１２０に起動信号を伝達する。

また、第２トランジスタ１５０−２をみれば、第２トランジスタ１５０−２のコレクター端子Ｃとベース端子Ｂとの間には、第２バッテリーモジュール１２１−２から出力された電圧が印加されている。しかしながら、前記絶縁素子１４０がターンオンされる前には、エミッタ端子Ｅが前記直列ライン１３０の低電位端子（図中では、直列ライン１３０の接地）に接続されていないため、第２トランジスタ１５０−２もターンオフ状態である。

その後、前記絶縁素子１４０がターンオンされると、前記第２トランジスタ１５０−２のエミッタ端子Ｅが、直列ライン１３０の低電位端子に接続される。それにより、第２トランジスタ１５０−２がターンオンされ、第２バッテリーモジュール１２１−２、第２スイッチ部１６０−２、及び第２トランジスタ１５０−２からなる閉回路が構成される。したがって、前記第２スイッチ部１６０−２にも電流が流れるようになり、第２スイッチ部１６０−２は第２スレーブＢＭＳ１２０−２に起動信号を伝達する。

同様に、第３トランジスタ１５０−３をみれば、前記絶縁素子１４０及び第２トランジスタ１５０−２がターンオンされる前には、第３トランジスタ１５０−３のエミッタ端子Ｅが前記直列ライン１３０の低電位端子（図中では、直列ライン１３０の接地）に接続されていないため、第３トランジスタ１５０もターンオフ状態である。その後、前記絶縁素子１４０及び第２トランジスタ１５０−２が順にターンオンされながら、前記第３トランジスタ１５０−３のエミッタ端子Ｅが直列ライン１３０の低電位端子（図中では、直列ライン１３０の接地）に接続される。それにより、第３トランジスタ１５０−３がターンオンされ、第３バッテリーモジュール１２１−３、第３スイッチ部１６０−３、及び第３トランジスタ１５０−３からなる閉回路が構成される。したがって、前記第３スイッチ部１６０−３には電流が流れるようになり、第３スイッチ部１６０−３は第３スレーブＢＭＳ１２０−３に起動信号を伝達する。

その後、同様に、前記直列ライン１３０の高電位端子側に向かいながら順に前記トランジスタ１５０がターンオンされると同時に、ターンオンされたトランジスタ１５０に対応する各スイッチ部１６０に電流が流れるようになる。そして、各スイッチ部１６０は、それぞれのスレーブＢＭＳ１２０に起動信号を伝達する。最後に、前記直列ライン１３０で最も高電位側に位置する第Ｎトランジスタ１５０−Ｎがターンオンされ、第ＮスレーブＢＭＳ１２０−Ｎが起動することで、本発明によるＢＭＳ起動装置１００が動作を終了する。

前記起動信号は、１回限りの信号であって、全てのトランジスタ１５０がターンオンされる時間、及び全てのスイッチ部１６０が各スレーブＢＭＳ１２０に起動信号を伝達する時間を考慮して維持され得る。そして、起動を開始したスレーブＢＭＳ１２０に、再び起動信号が入力される場合、各スレーブＢＭＳ１２０は、再びスリープ状態に戻るための信号として認識し得る。一方、前記スレーブＢＭＳ１２０が、起動信号の入力が維持される間のみに動作するＢＭＳである場合、スレーブＢＭＳ１２０の持続的な起動のため、前記絶縁素子１４０及びトランジスタ１５０がターンオン状態を維持するように、前記マスターＢＭＳ１１０は連続的に起動信号を出力することもできる。すなわち、起動信号の入力回数、起動信号の持続時間、起動信号の入力タイミングによるスレーブＢＭＳ１２０の動作などは、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者であれば、容易に設定できるものであり、多様な設計変更が可能である。

本発明によるＢＭＳ起動装置１００は、前記直列ライン１３０に接続され、前記絶縁素子１４０または前記トランジスタ１５０を過電流から保護する過電流保護抵抗素子Ｒ２を更に含むことができる。前記絶縁素子１４０及びトランジスタ１５０は、各バッテリーモジュール１２１の電圧に耐えられるように、耐電圧性能を考慮して選択され得る。しかしながら、大容量のバッテリーパック１２２の場合、各バッテリーモジュール１２１の出力電圧が相当高い場合がある。この場合、高い出力電圧によって前記絶縁素子１４０またはトランジスタ１５０が損傷を受けることを防止するため、過電流保護抵抗素子Ｒ２を接続することができる。前記過電流保護抵抗素子Ｒ２の抵抗値及び個数は、バッテリーモジュール１２１の出力電圧と、前記絶縁素子１４０またはトランジスタ１５０の耐電圧性能とにしたがって適切に設定できることは、当業者にとって自明である。

また、本発明によるＢＭＳ起動装置１００は、前記直列ライン１３０に順方向に接続され、前記バッテリーモジュール１２１から出力された電流が逆方向（直列ライン１３０の高電位方向）に流れることを防止するダイオード１７０を更に含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、前記スイッチ部１６０は、ＭＯＳＦＥＴを含んで構成され得る。ＭＯＳＦＥＴは、ソース、ゲート、及びドレインの３つの端子からなる半導体素子である。ＭＯＳＦＥＴの構造及び具体的な動作原理については、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者にとって既知であるため、詳しい説明は省略する。

図３は、ＭＯＳＦＥＴ１６１を含むスイッチ部１６０の構造を概略的に示した回路図である。
図３を参照すれば、図２に示されたスイッチ部１６０において、第１スイッチ部１６０−１の内部のみが一例として示されている。前記ＭＯＳＦＥＴ１６１のソース端子Ｓ及びゲート端子Ｇは、第１バッテリーモジュール１２１−１の高電位端子から出力された電圧が印加されるように接続される。そして、ドレイン端子Ｄは、前記絶縁素子１４０がターンオンされたとき、前記起動信号を前記第１スレーブＢＭＳ１２０−１に伝達できるように接続されている。そして、前記ソース端子Ｓとゲート端子Ｇとの間に、電圧差を発生させることができる抵抗素子Ｒ３が接続されている。

前記ＭＯＳＦＥＴ１６１は、前記絶縁素子１４０がターンオンされる前には前記第１スイッチ部１６０−１を含む閉回路が構成されないため、前記ＭＯＳＦＥＴ１６１のソース端子Ｓ及びゲート端子Ｇには、第１バッテリーモジュール１２１−１の電圧が印加され、印加された電圧値が同一である。したがって、前記ＭＯＳＦＥＴ１６１はターンオフ状態を維持する。

その後、前記絶縁素子１４０がターンオンされると同時に、前記第１スイッチ部１６０−１を含む閉回路が構成されるため、前記ＭＯＳＦＥＴ１６１のソース端子Ｓ及びゲート端子Ｇには電流が流れるようになる。同時に、前記ＭＯＳＦＥＴ１６１のソース端子Ｓ及びゲート端子Ｇで電圧差が発生し、それにより、前記ＭＯＳＦＥＴ１６１がターンオンされる。その結果、前記ＭＯＳＦＥＴ１６１のドレイン端子Ｄに電流が流れるようになる。このとき、ドレイン端子Ｄに流れる電流は、第１スレーブＢＭＳ１２０−１を起動させる起動信号として機能する。

前記第１スイッチ部１６０−１として示された構成は、他のスイッチ部１６０にも同様に適用される。また、前記スイッチ部１６０の構成は、本発明の一実施形態に過ぎず、上述した例示によって本発明の権利範囲が限定されることはない。また、前記スイッチ部１６０は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、絶縁素子１４０またはトランジスタ１５０のターンオンによって起動信号を伝達する回路をすべて含むと理解せねばならない。

また、本発明によるＢＭＳ起動装置１００は、バッテリーパック１２２の負荷に対する電力供給の制御、電流または電圧などの電気的特性値の測定、充放電制御、電圧の平滑化制御、ＳＯＣの推定などのためのアルゴリズムが適用され、二次電池の状態をモニタリングし制御するバッテリー管理システムの一構成要素になり得る。
更に、本発明によるＢＭＳ起動装置１００は、前記バッテリー管理システム及び複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックの一構成要素になり得る。

本発明によれば、少数の絶縁素子を用いて複数のスレーブＢＭＳを起動させる信号を伝達することができる。したがって、ＢＭＳまたはバッテリーパックのコストを抑えることができる。また、マスターＢＭＳが、スレーブＢＭＳの個数に対応する数の入出力端子を必要としないため、マスターＢＭＳを小さくでき、製造が簡単である。さらに、マスターＢＭＳとスレーブＢＭＳとが電気的に絶縁されているため、バッテリーパックの高電圧電流がマスターＢＭＳ側に流れる逆電流の流入現象を防止でき、バッテリーパックの充放電過程で発生する電磁波の影響を減らすことができる。

以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、これらによって限定されず、本発明が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。

１００ ＢＭＳ起動装置
１１０ マスターＢＭＳ
１２０−１ 第１スレーブＢＭＳ
１２０−２ 第２スレーブＢＭＳ
１２０−３ 第３スレーブＢＭＳ
１２０−Ｎ 第ＮスレーブＢＭＳ
１２１−１ 第１バッテリーモジュール
１２１−２ 第２バッテリーモジュール
１２１−３ 第３バッテリーモジュール
１２１−Ｎ 第Ｎバッテリーモジュール
１２２ バッテリーパック
１３０ 直列ライン
１４０ 絶縁素子
１５０−２ 第２トランジスタ
１５０−３ 第３トランジスタ
１５０−Ｎ 第Ｎトランジスタ
１６０−１ 第１スイッチ部
１６０−２ 第２スイッチ部
１６０−３ 第３スイッチ部
１６０−Ｎ 第Ｎスイッチ部
１６１ ＭＯＳＦＥＴ
１７０ ダイオード

Claims (10)

1. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックにおいて、それぞれのバッテリーモジュールを管理するＮ個のスレーブＢＭＳを起動させるように、マスターＢＭＳから出力された起動信号を前記Ｎ個のスレーブＢＭＳに伝達する、バッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置であって、
   前記バッテリーパックの高電位端子と前記バッテリーパックの低電位端子との間に接続され、前記起動信号を伝達する直列ラインと、
   前記直列ラインに接続され、前記マスターＢＭＳから出力された起動信号によってターンオンされる絶縁素子と、
   前記直列ラインに前記絶縁素子よりも高電位側に接続され、ベース端子を除いた残り２つの端子が前記直列ラインに接続され、前記ベース端子が前記Ｎ個のバッテリーモジュールのうちのＮ−１個のバッテリーモジュールの各低電位端子に接続されるＮ−１個のトランジスタと
   前記絶縁素子と前記バッテリーモジュールの高電位端子との間、または、各トランジスタと各バッテリーモジュールの高電位端子との間に接続され、前記各トランジスタまたは前記絶縁素子のターンオン動作にしたがって、前記Ｎ個のスレーブＢＭＳを起動させる起動信号を伝達するスイッチ部と
   を含むことを特徴とするバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置。
2. 前記絶縁素子がオプトカプラであり、入力側端子が前記マスターＢＭＳに接続され、出力側端子が前記直列ライン側に接続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のマルチＢＭＳ起動装置。
3. 前記トランジスタがＮＰＮ型トランジスタであり、エミッタ端子が前記直列ラインの低電位側に接続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のマルチＢＭＳ起動装置。
4. 前記トランジスタのベース端子と前記トランジスタのエミッタ端子との間に接続された抵抗素子を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置。
5. 前記直列ラインに接続され、前記トランジスタまたは前記絶縁素子を過電流から保護する過電流保護抵抗素子を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置。
6. 前記直列ラインに順方向に接続され、逆電流を防止するダイオードを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置。
7. 前記スイッチ部は、ソース端子及びゲート端子が各バッテリーモジュールの高電位端子から出力された電圧が印加されるように接続され、前記トランジスタまたは前記絶縁素子がターンオンされたとき、ドレイン端子が前記起動信号を前記スレーブＢＭＳに伝達するように接続されたＭＯＳＦＥＴを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置。
8. 前記ソース端子と前記ゲート端子との間に接続された抵抗素子を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のバッテリーパックのマルチＢＭＳ起動装置を含むバッテリー管理システム。
10. 請求項９に記載のバッテリー管理システムと、
    複数のバッテリーモジュールと
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。

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