JP5951595B2 - バッテリパック及びバッテリパックの充電方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリパック及びバッテリパックの充電方法に関する。

ノートパソコンと携帯電話機などの電子機器と自動車は、バッテリによって必要なエネルギーの供給を受ける。このようなバッテリは、バッテリセル（ｃｅｌｌ）と各種回路を含むバッテリパックに製作される。バッテリパックは外部充電器を通してバッテリセルを充電し、電子機器や自動車のような外部負荷に電圧及び電流を供給する放電を繰り返す。

今までのバッテリパックは、バッテリセルを直列に連結した後、一つの外部充電器で全体セルを充電する。この時、セルが均等に充電されたり放電されることができなくて、充電偏差または放電偏差が発生しうる。バッテリパックはこのような偏差を正すために、セルバランシング（ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）を行うが、このセルバランシングに多くの時間がかかるため、バッテリパックの充電を終わらせるまで時間がかかる。

本発明の目的は、バッテリ管理システムによって各セルモジュールをモニターして制御し、外部充電器を利用してバッテリパックに一定のエネルギーを急速充電し、残りのバッテリパックが足りないエネルギーは、セルモジュールのセル充電器を利用してバッテリセルを個別充電して、セル間の偏差なしに速い時間で満充電するバッテリパック及びバッテリパックの充電方法を提供することにある。

本発明の一実施例によるバッテリパックは、複数のバッテリセルをそれぞれ内蔵する複数のセルモジュール、及び前記複数のセルモジュールそれぞれから内蔵されたバッテリセルの状態情報を受信し、前記複数のバッテリセルそれぞれの状態情報に基づいて、前記複数のセルモジュールのうちの少なくとも一つのセルモジュールに充電に関する制御信号を伝送し、外部充電器から前記複数のセルモジュールに供給される電流を前記状態情報に基づいて制御するバッテリ管理システムを含み、前記複数のセルモジュールは、内蔵されたバッテリセルの一定の容量を前記外部充電器と連結して充電し、内蔵されたバッテリセルの残りの容量を前記制御信号によって個別的に充電可能に構成され、前記各セルモジュールは、内蔵されたバッテリセルの状態をモニターして、モニターした前記状態情報を前記バッテリ管理システムに伝送し、前記制御信号を受信する制御部、及び前記制御部の制御によって内蔵されたバッテリセルを充電するセル充電部をさらに含み、前記複数のセルモジュールそれぞれは、個別的なセルトレイ（ｃｅｌｌ ｔｒａｙ）に実装され、複数のセルトレイが積層されてスタックを形成し、前記スタックはセルトレイの着脱によってセルモジュール単位の交替が可能に構成され、前記バッテリ管理システムは、前記複数のセルモジュールの性能をチェックして、前記複数のセルモジュールのうち任意セルモジュールの交替可否を判断する構成としている。

前記各セルモジュールは、内蔵されたバッテリセルの状態をモニターして、モニターした前記状態情報を前記バッテリ管理システムに伝送し、前記制御信号を受信する制御部、及び前記制御部の制御によって内蔵されたバッテリセルを充電するセル充電部をさらに含むことができる。

前記制御部は、内蔵されたバッテリセルの電圧、電流、及び温度をモニターすることができる。

前記バッテリパックは、前記複数のバッテリセルが極性によって直列に連結され、直列に連結された前記複数のバッテリセルの一端と前記一端に対応する前記外部充電器の極の間に位置したスイッチをさらに含み、前記バッテリ管理システムは前記スイッチの開放と閉鎖を制御することができる。

前記バッテリ管理システムは、前記状態情報に基づいて前記複数のセルモジュールのうちのいずれか一つのセルモジュールが充電終止電圧に到達すれば、前記スイッチを制御して前記外部充電器から前記複数のバッテリセルに供給される電流を遮断することができる。

前記バッテリ管理システムは、前記外部充電器から前記複数のバッテリセルに供給される電流を遮断する場合、前記状態情報に基づいて各セルモジュールの状態を分析して、該当のセルモジュールのセル充電部が残った充電容量を個別的に充電するように各セルモジュールに制御信号を伝送することができる。

前記バッテリ管理システムは、電圧、電流、及び温度のうちの少なくとも一つに基づいて前記複数のセルモジュールの正常動作範囲を設定し、前記状態情報に基づいて前記複数のセルモジュールのうちの少なくとも一つのセルモジュールが前記正常動作範囲を満たさなければ、前記スイッチを制御して前記外部充電器から前記複数のバッテリセルに供給される電流を遮断することができる。

前記バッテリ管理システムは、前記複数のセルモジュールから受信した状態情報を管理し、前記複数のセルモジュールの性能をチェックしてセルモジュールの交替の要否を判断することができる。

前記状態情報は温度情報を含み、前記バッテリ管理システムは、温度情報を含み、前記状態情報に基づいて各セルモジュールの温度と基準温度を比較して、基準温度より低いセルモジュールに加熱マットを稼動するようにする制御信号を伝送し、基準温度より高いセルモジュールがあれば冷却装置を稼動することができる。

本発明の他の実施例によるバッテリパックのバッテリ管理システムが複数のバッテリセルをそれぞれ含む複数のセルモジュールを充電する方法は、外部充電器から供給された電流を利用して、前記複数のバッテリセルを同時に充電する段階、前記複数のセルモジュールの状態をモニターして、前記複数のセルモジュールのうちのいずれか一つのセルモジュールが充電終止電圧に到達するのか判断する段階、充電終止電圧に到達するセルモジュールがある場合、前記充電を中断する段階、各セルモジュールの状態情報を分析して、各セルモジュールがバッテリセルの残った充電容量を個別的に充電するように各セルモジュールに制御信号を伝送する段階、及び前記複数のセルモジュールの性能をチェックして、前記複数のセルモジュールのうち任意セルモジュールの交替可否を判断する段階を含み、前記各セルモジュールは、内蔵されたバッテリセル、内蔵されたバッテリセルに連結され内蔵されたバッテリセルを充電するセル充電部、及び内蔵されたバッテリセルの状態をモニターして、モニターした前記状態情報を前記バッテリ管理システムに伝送し、前記バッテリ管理システムから受信した前記制御信号に基づいて、前記セル充電部の個別充電を制御する制御部、を含み、前記複数のセルモジュールそれぞれは、個別的なセルトレイ（ｃｅｌｌ ｔｒａｙ）に実装され、複数のセルトレイが積層されてスタックを形成し、前記スタックはセルトレイの着脱によってセルモジュール単位の交替が可能に構成される。

前記充電終止電圧に到達するのか判断する段階は、前記複数のセルモジュールそれぞれから受信したバッテリセルの電圧情報に基づいて判断することができる。

前記充電を中断する段階は、前記外部充電器を制御して供給電流を減らす段階、及び前記外部充電器と前記複数のセルモジュールの間に位置したスイッチを制御して、前記外部充電器から前記複数のバッテリセルに供給される電流を遮断する段階を含むことができる。

本発明の実施例によれば、バッテリセルとセル充電器を含むセルモジュールを連結してバッテリパックを作るので、セルモジュール単位で交替が可能で、バッテリパックの不良セルの交替が容易である。また、本発明の実施例によれば、バッテリ管理システムとセルモジュールは、各セルモジュールの状態をモニターして情報を送受信し、外部充電器以外にセルモジュールはセルモジュールに含まれているセル充電器によってバッテリセルを個別的に充電する。したがって、本発明の実施例によれば、外部充電中に発生するか、または放電中に発生したセル間の偏差を減らすセルバランシングが必要なく、バッテリパックの満充電が速い時間で終わらせられる。

本発明の一実施例によるバッテリパックのブロック図を示す図面である。 本発明の一実施例によるセルモジュールのブロック図である。 本発明の一実施例によるセルモジュールの構造図である 本発明の一実施例によるセルモジュールの構造図である。 本発明の一実施例によるバッテリパックの斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリパックの電力及び制御信号の系統図である。 本発明の他の実施例によるバッテリパックの電力及び制御信号の系統図である。 本発明の一実施例によるバッテリパックの連結関係を示す図面である。 本発明の一実施例によるバッテリパックの連結関係を示す図面である。 本発明の一実施例によるバッテリパックの充電方法を示すフローチャートである。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について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できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施例に限られない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって類似する部分に対しては類似する図面符号を付けた。

明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

次に、図面を参照して、本発明の実施例によるバッテリパック及びバッテリパックの充電方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリパックのブロック図を示す図面である。

図１を参照すれば、バッテリパック１００は、セルモジュール２００とバッテリ管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）３００を含む。この時、バッテリパック１００は、複数個のセルモジュール２００を直列、並列、そして直列と並列の混合形態のいずれか一つの形態に連結して積んで、セルモジュールそれぞれはバッテリ管理システム３００と連結される。バッテリパック１００は、外部充電器４００から電流の供給を受けてバッテリセルを充電し、外部負荷（図示せず）に電流を供給して放電する。バッテリパック１００は、外部充電器４００とセルモジュール２００の間のスイッチ５００、バッテリパック１００を冷却させる冷却装置６００、及びバッテリパック１００に流れる電流を感知する電流感知器７００をさらに含むことができる。

セルモジュール２００は、バッテリセル２１０、制御部２３０、セル充電部２５０、温度センサー２７０、及び熱マット（ｈｅａｔｉｎｇ ｍａｔ）２８０を含む。セルモジュール２００は、バッテリ管理システム３００と通信して信号を送受信する。そして、セルモジュール２００は電源の供給を受けて制御部２３０とセル充電部２５０を駆動し、この時、外部充電器４００から電源の供給を受けられる。

バッテリセル（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ）２１０は電流が充電される装置であって、放電すれば再充電して使用できる。バッテリセル２１０は外部充電器４００から直接電流の供給を受けて充電でき、セル充電部２５０からバッテリセル２１０の状態に適した電流の供給を受けて個別的に充電できる。この時、バッテリセル２１０が充電される方式は多様であり、例えば、ＣＣ／ＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ／Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）方式やバッテリ管理システム３００が指定した方式で充電可能である。

制御部（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２３０は、バッテリセル２１０の状態をモニターして、モニターした状態情報を周期的にバッテリ管理システム３００で伝送する。この時、制御部２３０はバッテリセル２１０の電圧、電流、及び温度をモニターする。制御部２３０は、バッテリ管理システム３００から受信した制御信号に基づいて、セル充電部２５０を制御する。制御部２３０は、バッテリ管理システム３００からバッテリセル２１０を個別充電するようにする制御信号を受信すれば、セル充電部２５０を制御して、バッテリセル２１０の残りの容量を充電するようにする。この時、制御部２３０は、バッテリセル２１０の状態に合うようにバッテリセル２１０を満充電（ｆｕｌｌ ｃｈａｒｇｅ）するように、セル充電部２５０を制御する。

セル充電部２５０は、制御部２３０の制御によってバッテリセル２１０を充電する。セル充電部２５０は、バッテリセル２１０の状態に合うようにバッテリセル２１０を満充電する。この時、セル充電部２５０は電源の供給を受けてバッテリセル２１０を充電し、この時の電源は外部充電器４００から供給される。

温度センサー２７０と熱マット２８０は、バッテリセル２１０の温度を基準範囲で動作させるようにする装置である。温度センサー２７０は、バッテリセル２１０の温度を測定して制御部２３０に伝達し、熱マット２８０は、制御部２３０の制御によって稼動してバッテリセル２１０の温度を高められる。この時、温度センサー２７０は、電気抵抗が温度に関する素子であるＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）温度センサーとすることができる。

バッテリ管理システム３００は、セルモジュール２００と通信するセルモジュールインターフェース部３１０、管理部３３０、及び外部インターフェース部３５０を含む。

セルモジュールインターフェース部３１０は、セルモジュール２００と通信してセルモジュール２００から受信したバッテリセル２１０の状態情報を受信し、セルモジュール２００に各種制御信号を伝送する。

管理部３３０は、セルモジュールインターフェース部３１０から受信した情報に基づいて、セルモジュール２００及び各種連結装置を管理する。

管理部３３０は、スイッチ５００を制御して外部充電器４００から供給される電流を制御する。例えば、管理部３３０は、複数のセルモジュールのいずれか一つのセルモジュールが充電終止電圧に到達すれば、外部充電器４００から複数のバッテリセルに直接供給される電流を遮断する。以降、管理部３３０は、セルモジュールの状態情報である電圧と電流に基づいて充電方式を判断して、残った充電容量を個別的に充電するようにする制御信号を当該セルモジュールに伝送する。

管理部３３０は、セルモジュール２００から受信したバッテリセル２１０の状態情報に基づいて、セルモジュール２００をモニターする。管理部３３０は、複数のセルモジュールのうちの少なくとも一つのセルモジュールに充電に関する制御信号を伝送する。この時、管理部３３０は、バッテリセル２１０の温度が基準温度より高ければ、バッテリパック１００を冷却させる冷却装置６００の稼動することができる。そして、管理部３３０は、バッテリセル２１０の温度が基準温度より低ければ、熱マット２８０を稼動するようにする制御信号を当該セルモジュールに伝送することができる。

そして、管理部３３０は、電流感知器７００を通じてバッテリパック１００の過放電、過充電、または安全温度を外れることを感知する。つまり、管理部３３０は、外部充電器４００からバッテリパック１００に流れる電流やバッテリパック１００から外部負荷（図示せず）に流れる電流が安全範囲を外れる場合、スイッチ５００を制御してバッテリパック１００を保護する。

また、管理部３３０は、組み立てられたセルモジュールの固有番号に基づいて、各セルモジュールの履歴を管理する。そして、管理部３３０はバッテリパック１００の生産過程でエイジング（ａｇｉｎｇ）を行い、各バッテリセルの充電及び放電容量に基づいてバッテリセルを評価して、基準に達しない不良バッテリセルを選り分ける。管理部３３０は、使用中のバッテリセルの可用容量の変化、耐抵抗、充放電回数などに基づいて計算して、各バッテリセルの残存寿命を計算した後、寿命が終わったバッテリセルのセルモジュールを交替するように示して報知することができる。

外部インターフェース部３５０は、バッテリパック１００の外部装置と通信できるようにする。例えば、外部インターフェース部３５０は、ＴＣＰ／ＩＰポット、ＵＳＢポット、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信ポット、外装メモリ連結部などを含むことができる。

スイッチ５００は、バッテリ管理システム３００の制御によって開かれたり閉じたりする。スイッチ５００は電力制御の可能な素子であって、絶縁ゲート正極性トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）やパワーＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を利用することができる。そして、スイッチ５００は電子接触器（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ、ＭＣ）タイプに具現される。

電流感知器７００は、ホールセンサ（ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）やシャント抵抗（ｓｈｕｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）などに具現される。

図２は、本発明の一実施例によるセルモジュールのブロック図である。

図２を参照すれば、セルモジュール２００は、バッテリセル２１０、制御部２３０、セル充電部２５０、温度センサー２７０、及び熱マット２８０を含む。そして、セルモジュール２００は、正極連結端子２９０と負極連結端子２９１を通じて他のバッテリセルと連結されるか、または外部充電器に連結して充電する。セルモジュール２００は、バッテリ管理システム３００と通信する通信連結端子２９４と、セルモジュール２００の電源が連結される電源連結端子２９５をさらに含む。バッテリセル２１０は、正極連結端子２９０と負極連結端子２９１を通じて外部充電器４００から直接電流の供給を受けて充電でき、セル充電部２５０からバッテリセル２１０の状態に適した電流の供給を受けて個別的に充電できる。

制御部２３０は、バッテリセル２１０のバッテリセル２１０の電圧と充電電流を測定し、温度センサー２７０によって温度をモニターする。制御部２３０は、モニターした状態情報を周期的にバッテリ管理システム３００に伝送する。この時、制御部２３０は、バッテリセル２１０が基準温度より低ければ、熱マット２８０を稼動してバッテリセル２１０の温度を高められる。制御部２３０は、バッテリ管理システム３００から受信した制御信号に基づいてセル充電部２５０を制御する。制御部２３０は、バッテリ管理システム３００からバッテリセル２１０を個別充電するようにする制御信号を受信すれば、セル充電部２５０を制御してバッテリセル２１０の残りの容量を充電するようにする。

セル充電部２５０は、制御部２３０の制御によってバッテリセル２１０を充電する。セル充電部２５０は、バッテリセル２１０の状態に合うようにバッテリセル２１０を満充電する。この時、セル充電部２５０は電源の供給を受けてバッテリセル２１０を充電する。この時、セル充電部２５０はセル充電電源を電源連結端子２９５を通じて供給を受け、セル充電電源はＡＣ電源であるか、またはＤＣ電源である。

図３及び図４それぞれは、本発明の一実施例によるセルモジュールの構造図である。

図３を参照すれば、セルモジュール２００は、制御部２３０とセル充電部２５０を具現した制御ボード２９２、バッテリセル２１０、温度センサー２７０、及びバッテリセル２１０の上または下に配置した熱マット２８０をセルトレイ（ｃｅｌｌ ｔｒａｙ）２９３に実装してモジュール単位で形成する。セルトレイ２９３は、正極連結端子２９０、負極連結端子２９１、通信連結端子２９４、及び電源連結端子２９５をさらに含む。

図４を参照すれば、セルモジュール２００は、制御部２３０とセル充電部２５０を具現した制御ボード２９２、バッテリセル２１０、温度センサー２７０、及びバッテリセル２１０の上または下に配置した熱マット２８０をセルトレイ（ｃｅｌｌ ｔｒａｙ）２９３に実装してモジュール単位で形成する。

図５は、本発明の一実施例によるバッテリパックの斜視図である。

図５を参照すれば、バッテリパック１００はセルモジュール２００を複数個含み、この時、複数個のセルモジュール２００は直列、並列、及び直列と並列の混合形態のいずれか一つの形態で連結でき、このように積もったセルモジュールそれぞれはバッテリ管理システム３００と連結される。セルモジュール２００を積む方法は多様であり、例えば、図５に示すように、一層に一つのセルモジュールを入れて積むことができ、一層に二つ以上のセルモジュールを入れて積むことも可能である。

今までは、バッテリパックを作る時、バッテリセルを先ず一つの塊に組み立てた後、ここに各種回路を連結するため、不良バッテリセルの交替が困難であった。しかし、このようにセルモジュール２００を利用したバッテリパック１００は、不良セルを容易に交替することができて、バッテリパック１００を長く使用することができる。また、バッテリパック１００は、セルモジュール２００が個別的に満充電するので、低い電圧のバッテリセルにバランシングして、バッテリパックの電圧を下げるセルバランシング過程を経る必要がない。したがって、バッテリパック１００は、外部充電器４００で充電後、電圧を下げることなく、バッテリパック１００の最大充電電圧まで充電する満充電が可能なので、バッテリパックの可用容量を高めることができる。

図６は、本発明の一実施例によるバッテリパックの電力及び制御信号の系統図である。

図６を参照すれば、バッテリパック１００は、セルモジュール２００が複数個積層されたセルモジュールスタック８００とバッテリ管理システム３００によってバッテリセルを充電し放電する。そして、バッテリ管理システム３００は、スイッチ５１０、５３０によってセルモジュールスタック８００と外部充電器４００の間の電流流れを制御する。この時、スイッチ５３０は回路によって省略することができる。

バッテリパック１００に外部充電器４００が連結される場合、外部充電器４００からセルモジュールスタック８００に電流が供給される（Ｓ５１０）。

セルモジュールスタック８００の各セルモジュールは、内蔵されたバッテリセルの電圧、電流、温度情報をバッテリ管理システム３００に伝達する（Ｓ５２０）。

バッテリ管理システム３００は、複数のセルモジュールのいずれか一つのセルモジュールが充電終止電圧に到達すれば、外部充電器４００から複数のバッテリセルに直接供給される電流を遮断するためにスイッチ５１０に制御命令を伝送する（Ｓ５３０）。

または、バッテリ管理システム３００は、スイッチ５１０を開く前に、外部充電器４００が供給電流を減らすように外部充電器４００に制御信号を送信することができる（Ｓ５４０）。

バッテリ管理システム３００は、残った充電容量を各セルモジュールの状態に基づいて各バッテリセルを個別的に充電するようにセルモジュールスタック８００に制御信号を送信する（Ｓ５５０）。バッテリ管理システム３００はＣＣ／ＣＶ方式などで充電するように制御信号を送信するができる。

この時、バッテリ管理システム３００は、スイッチ５３０を閉じて、外部充電器４００から各セルモジュールに電源が供給されるようにすることができる（Ｓ５６０）。この時、セルモジュールは、並列、直列、及び直列と並列の混合形態のいずれか一つの形態で連結されて、スイッチ５３０によって電源の供給を受けられる。

図７は、本発明の他の実施例によるバッテリパックの電力及び制御信号の系統図である。

図７を参照すれば、バッテリパック１００に外部負荷９００が連結される場合、セルモジュールスタック８００から外部負荷９００に電流が流れる（Ｓ６１０）。

バッテリ管理システム３００は、セルモジュールスタック８００から外部負荷９００に流れる電流を電流感知器７００を通じてモニターする（Ｓ６２０）。

バッテリ管理システム３００は、電流感知器７００で感知された電流が安全範囲を外れる場合、スイッチ５１０で制御信号を送って電流を制御する（Ｓ６３０）。

そして、セルモジュールスタック８００の各セルモジュールは、内蔵されたバッテリセルの電圧、電流、温度情報をバッテリ管理システム３００に伝達する（Ｓ６４０）。

バッテリ管理システム３００は、セルモジュールスタック８００から伝達された情報に基づいて各セルモジュールの状態を分析し、セルモジュールスタック８００に制御信号を送信することができる（Ｓ６５０）。

図８及び図９それぞれは、本発明の一実施例によるバッテリパックの連結関係を示す図面である。

図８を参照すれば、バッテリパック１００は外部装置と連結される複数の端子１１０、１２０、１３０、１４０、１５０を含む。

端子１１０、１２０は、バッテリパック１００の入出力端子であって、外部充電器４００や外部負荷（図示せず）が連結される。

端子１３０は、外部充電器４００に制御信号を送信する端子である。

端子１４０は、バッテリ管理システム３００に外部から電源が入力される端子である。設計によって、バッテリ管理システム３００はバッテリパック１００の内部から電源の供給を受けることもできる。

端子１５０は、バッテリ管理システム３００が外部装置と通信及び制御信号を送受信する端子である。バッテリ管理システム３００は、端子１５０を通じて外部インバータなどの各種装備と通信して信号を送受信することができる。また、バッテリ管理システム３００は、バッテリ管理システム３００の動作状態と各セルモジュールの状態を外部装置に伝達することができる。例えば、バッテリ管理システム３００は、バッテリ関連情報である充電状態情報（ＳＴＡＴＥ ＯＦ ＣＨＡＲＧＥ、ＳＯＣ）と健康状態情報（ＳＴＡＴＥ ＯＦ ＨＥＡＬＴＨ、ＳＯＨ）などを端子１５０に連結された外部装置に伝送することができる。

電流感知器７００は、端子１１０、１２０とセルモジュールが連結される少なくとも一つの線に位置する。

Ｎ個（Ｎは、自然数）のセルモジュール２００は連結され、各セルモジュールは、バッテリセル２１０、及び制御部２３０とセル充電部２５０が具現された制御ボード２９２を含む。Ｎ個のバッテリセルは極性に合わせて直列に連結されるが、直列に連結されたバッテリセルの負極はスイッチ５１０によって端子１１０と連結され、直列に連結されたバッテリセルの正極はスイッチ５１０によって端子１２０と連結される。また、各セルモジュールは端子１１０、１２０に並列に連結されて電源の供給を受けられる。各セルモジュールと端子１１０／１２０の間にスイッチ５３０を配置することができる。各セルモジュールはバッテリ管理システム３００と連結される。セル充電部２５０は、電源の供給を受けてバッテリセル２１０を充電するが、各モジュールのセル充電電源はＡＣ電源であるか、またはＤＣ電源であり、スイッチ５３０によってセルモジュールにＤＣ電源が供給され、ＡＣ電源（図示せず）によってセル充電部がバッテリセルを満充電することができる。

バッテリ管理システム３００は、Ｎ個のセルモジュール２００、スイッチ５１０、５３０、電流感知器７００、端子１３０、１４０、１５０と連結されて通信する。

図９を参照すれば、バッテリパック１００は、外部装置と連結される複数の端子１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、バッテリ管理システム３００、及び電流感知器７００を含む。

Ｎ個（Ｎは、自然数）のセルモジュール２００は連結され、各セルモジュールは、バッテリセル２１０、制御部２３０、及びセル充電部２５０を含む。Ｎ個のバッテリセルは極性に合わせて直列に連結されるが、直列に連結されたバッテリセルの負極はスイッチ５１０によって端子１１０と連結され、直列に連結されたバッテリセルの正極はスイッチ５１０によって端子１２０と連結される。また、各セルモジュールは直列に連結され、直列に連結されたセルモジュールの一端が端子１１０に連結され、直列に連結されたセルモジュールの他の一端が端子１２０に連結されて、電源の供給を受けられる。各セルモジュールと端子１１０／１２０の間にスイッチ５３０を配置することができる。各セルモジュールはバッテリ管理システム３００と連結される。

バッテリ管理システム３００は、Ｎ個のセルモジュール２００、スイッチ５１０、５３０、電流感知器７００、端子１３０、１４０、１５０と連結されて通信する。

図８及び図９においては、並列と直列連結について説明したが、設計によって直列と並列が混合された形態で複数のセルモジュールを連結することができる。

図１０は、本発明の一実施例によるバッテリパックの充電方法を示すフローチャートである。

図１０を参照すれば、バッテリパック１００のバッテリ管理システム３００は、外部充電器４００から供給された電流を利用して複数のバッテリセルを充電する（Ｓ８１０）。この時、複数のバッテリセルは同時に充電される。バッテリ管理システム３００は、スイッチ５１０を閉じて外部充電器４００から複数のバッテリセルに直接電流が供給されるようにする。この時、バッテリ管理システム３００はＣＣ／ＣＶ方式でバッテリセルを充電することができる。

バッテリ管理システム３００は、各セルモジュールから状態情報を受信する（Ｓ８２０）。状態情報は、バッテリセルの電圧、電流、及びて温度情報を含む。

バッテリ管理システム３００は、複数のセルモジュールのいずれか一つのセルモジュールが充電終止電圧に到達するのか判断する（Ｓ８３０）。

バッテリ管理システム３００は、充電終止電圧に到達するセルモジュールがある場合、外部充電器４００を制御して供給電流を減らすようにする（Ｓ８４０）。バッテリ管理システム３００は、セルモジュールの最大充電電流によって、減らす供給電流量を異なって設定することができる。これによって、バッテリ管理システム３００は、最も先に充電されたバッテリセルの電圧が充電終止電圧以上に上昇するのを防止して、バッテリセルを保護する。

以降、バッテリ管理システム３００は、外部充電器４００と複数のセルモジュールの間に位置したスイッチ５１０を開けて、外部充電器４００から複数のバッテリセルに供給される電流を遮断する（Ｓ８５０）。または、バッテリ管理システム３００は、充電終止電圧に到達するセルモジュールがある場合、外部充電器４００を制御して供給電流を減らす段階を経ずに直ちにスイッチ５１０を開けて、外部充電器４００から複数のバッテリセルに供給される電流を遮断することができる。

バッテリ管理システム３００は、各セルモジュールから受信した状態情報に基づいて各セルモジュールがバッテリセルの残った充電容量を個別的に充電するように、各セルモジュールに制御信号を伝送する（Ｓ８６０）。バッテリ管理システム３００は、各セルモジュールの電圧、電流、温度などの情報を分析して、各セルモジュールに適した充電方式を決定して、当該セルモジュールに制御信号を伝送することができる。

以降、各セルモジュールは、バッテリ管理システム３００から受信した制御信号によって、内蔵されたセル充電部２５０がバッテリセルを個別的に充電する。この時、各セルモジュールは、内蔵されたバッテリセルの電圧、充電電流、温度をモニターして、内蔵されたバッテリセルの状態に合うように満充電する。したがって、バッテリパック１００は低い電圧のバッテリセルにバランシングして、バッテリパックの電圧を下げるセルバランシング過程を経る必要がなく、バッテリパック１００の最大充電電圧まで充電する満充電が可能で、バッテリパックの可用容量を高めることができる。

以上、本発明の実施例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ことではなく、次の請求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種々の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。

１００ バッテリパック
１３０、１４０、１５０ 端子
２００ セルモジュール
２１０ バッテリセル
２３０ 制御部
２５０ セル充電部
２７０ 温度センサー
２８０ 熱マット
３００ バッテリ管理システム
３１０ セルモジュールインターフェース部
３３０ 管理部
３５０ 外部インターフェース部
４００ 外部充電器
５００、５１０、５３０ スイッチ
６００ 冷却装置
７００ 電流感知器
８００ セルモジュールスタック
９００ 外部負荷

Claims (10)

1. 複数のバッテリセルをそれぞれ内蔵する複数のセルモジュール、及び
   前記複数のセルモジュールそれぞれから内蔵されたバッテリセルの状態情報を受信し、前記複数のバッテリセルそれぞれの状態情報に基づいて、前記複数のセルモジュールのうちの少なくとも一つのセルモジュールに充電に関する制御信号を伝送し、外部充電器から前記複数のセルモジュールに供給される電流を前記状態情報に基づいて制御するバッテリ管理システムを含み、
   前記複数のセルモジュールは、内蔵されたバッテリセルの一定の容量を前記外部充電器と連結して充電し、内蔵されたバッテリセルの残りの容量を前記制御信号によって個別的に充電可能に構成され、
   前記各セルモジュールは、
   内蔵されたバッテリセルの状態をモニターして、モニターした前記状態情報を前記バッテリ管理システムに伝送し、前記制御信号を受信する制御部、及び
   前記制御部の制御によって内蔵されたバッテリセルを充電するセル充電部
   をさらに含み、
   前記複数のセルモジュールそれぞれは、個別的なセルトレイ（ｃｅｌｌ ｔｒａｙ）に実装され、複数のセルトレイが積層されてスタックを形成し、前記スタックはセルトレイの着脱によってセルモジュール単位の交替が可能に構成され、
   前記バッテリ管理システムは、
   前記複数のセルモジュールの性能をチェックして、前記複数のセルモジュールのうち任意セルモジュールの交替可否を判断するバッテリパック。
2. 前記制御部は、
   内蔵されたバッテリセルの電圧、電流、及び温度をモニターする、請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記複数のバッテリセルが極性によって直列に連結され、直列に連結された前記複数のバッテリセルの一端と、前記一端に対応する前記外部充電器の極の間に位置したスイッチをさらに含み、
   前記バッテリ管理システムは前記スイッチの開放と閉鎖を制御する、請求項１に記載のバッテリパック。
4. 前記バッテリ管理システムは、
   前記状態情報に基づいて前記複数のセルモジュールのうちのいずれか一つのセルモジュールが充電終止電圧に到達すれば、前記スイッチを制御して前記外部充電器から前記複数のバッテリセルに供給される電流を遮断する、請求項３に記載のバッテリパック。
5. 前記バッテリ管理システムは、
   前記外部充電器から前記複数のバッテリセルに供給される電流を遮断する場合、前記状態情報に基づいて各セルモジュールの状態を分析して、該当のセルモジュールのセル充電部が残った充電容量を個別的に充電するように各セルモジュールに制御信号を伝送する、請求項４に記載のバッテリパック。
6. 前記バッテリ管理システムは、
   電圧、電流、及び温度のうちの少なくとも一つに基づいて前記複数のセルモジュールの正常動作範囲を設定し、前記状態情報に基づいて前記複数のセルモジュールのうちの少なくとも一つのセルモジュールが前記正常動作範囲を満たさなければ、前記スイッチを制御して前記外部充電器から前記複数のバッテリセルに供給される電流を遮断する、請求項３に記載のバッテリパック。
7. 前記状態情報は温度情報を含み、
   前記バッテリ管理システムは、
   温度情報を含み、前記状態情報に基づいて各セルモジュールの温度と基準温度を比較して、基準温度より低いセルモジュールに加熱マットを稼動するようにする制御信号を伝送し、基準温度より高いセルモジュールがあれば冷却装置を稼動する、請求項１に記載のバッテリパック。
8. バッテリパックのバッテリ管理システムが複数のバッテリセルをそれぞれ含む複数のセルモジュールを充電する方法であって、
   外部充電器から供給された電流を利用して、前記複数のバッテリセルを同時に充電する段階、
   前記複数のセルモジュールの状態をモニターして、前記複数のセルモジュールのうちのいずれか一つのセルモジュールが充電終止電圧に到達するのか判断する段階、
   充電終止電圧に到達するセルモジュールがある場合、前記充電を中断する段階、
   各セルモジュールの状態情報を分析して、各セルモジュールがバッテリセルの残った充電容量を個別的に充電するように各セルモジュールに制御信号を伝送する段階、及び
   前記複数のセルモジュールの性能をチェックして、前記複数のセルモジュールのうち任意セルモジュールの交替可否を判断する段階
   を含み、
   前記各セルモジュールは、
   内蔵されたバッテリセル、
   内蔵されたバッテリセルに連結され内蔵されたバッテリセルを充電するセル充電部、及び
   内蔵されたバッテリセルの状態をモニターして、モニターした前記状態情報を前記バッテリ管理システムに伝送し、前記バッテリ管理システムから受信した前記制御信号に基づいて、前記セル充電部の個別充電を制御する制御部、
   を含み、
   前記複数のセルモジュールそれぞれは、個別的なセルトレイ（ｃｅｌｌ ｔｒａｙ）に実装され、複数のセルトレイが積層されてスタックを形成し、前記スタックはセルトレイの着脱によってセルモジュール単位の交替が可能に構成されるバッテリパックの充電方法。
9. 前記充電終止電圧に到達するのか判断する段階は、
   前記複数のセルモジュールそれぞれから受信したバッテリセルの電圧情報に基づいて判断する、請求項８に記載のバッテリパックの充電方法。
10. 前記充電を中断する段階は、
    前記外部充電器を制御して供給電流を減らす段階、及び
    前記外部充電器と前記複数のセルモジュールの間に位置したスイッチを制御して、前記外部充電器から前記複数のバッテリセルに供給される電流を遮断する段階
    を含む、請求項８に記載のバッテリパックの充電方法。

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