JP5960361B2 - 二次電池セルの充電量バランシング作業を制御する装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池セルの充電量バランシング作業を制御する装置及び方法に関し、より詳しくは、二次電池セルの使用状態を考慮して、充電量バランシング作業を開始するタイミングを制御する装置及び方法に関する。
本出願は、２０１２年１１月０９日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−０１２６９３８号に基づく優先権を主張するものであり、当該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。
近年、化石エネルギーの枯渇と環境汚染により、化石エネルギーを使用せず、電気エネルギーを利用して駆動できる電気製品に対する関心が高まりつつある。これによって、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電力貯蔵装置、無停電電源装置などに対する技術開発と需要が増加し、それにつれてエネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加し、その形態も多様化している。したがって、多様な要求に応えられるように二次電池に対する研究が活発に行われている。
一般に、二次電池の種類としては、ニッケル‐カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、及びリチウムイオンポリマー電池などが挙げられる。このような二次電池は、リチウム系列電池とニッケル水素系列の電池とに分類される。リチウム系列電池は、デジタルカメラ、Ｐ−ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、携帯型ゲーム機（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、パワーツール、Ｅ−ｂｉｋｅなどの小型製品に主に適用され、ニッケル水素系列電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車のように、高出力が求められる大型製品に適用され使用されている。
一方、電気自動車やハイブリッド電気自動車が走行するためには、高出力を要する電動モーターを駆動させねばならない。また、建物や一定地域に電力を供給する電力貯蔵装置の場合、電力需要を充足できるほどの大電力を供給せねばならない。このように高出力または大容量の電力を提供するため、単位二次電池セル（以下、「単位セル」とする）が直列または並列で複数連結されたバッテリーパックを用いて所望の出力または電力量を供給している。
しかしながら、複数の単位セルが連結されたバッテリーパックの場合、充放電を繰り返すようになれば、各単位セルの充電量に差が生じる。このように充電量が不均衡な状態でバッテリーパックが放電し続ければ、充電量が低い特定の単位セルが過放電され、バッテリーパックの安定性を阻害する。逆に、充電量が不均衡な状態でバッテリーパックが充電され続ければ、充電量が高い特定の単位セルが過充電され、バッテリーパックの安全性を阻害する。充電量の不均衡は、一部の単位セルを過充電状態または過放電状態にする恐れがあり、このような問題により負荷（例えば、電動モーター、電力網）に安定的に電力を供給できないという問題が発生する。上記のような問題を解決するため、単位セルの充電量を持続的にモニタリングし、各単位セルの充電量を一定レベルにバランシングする充電量バランシング作業が必要である。
このような充電量バランシング作業は、基準充電量よりも高い充電量の単位セルを、放電回路（ｂｕｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して基準充電量に到達するまで放電するか、または、基準充電量よりも低い充電量の単位セルを、充電回路（ｂｏｏｓｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して基準充電量に到達するまで充電する方式によって行われる。
しかしながら、二次電池の特性上、充電または放電には多少時間が掛かり、充電量または放電量が多い程、またバランシング作業を要する単位セルの個数が多い程、前記バランシング作業の完了には多少の時間を要する。また、単位セルのバランシング作業が行われる間、バッテリーパックの使用が制限されるため、バランシング作業を開始するタイミングを制御することが必要である。
本発明は、上記のような従来技術を鑑みて案出されたものであり、二次電池セルの充電量バランシング作業を制御する装置及び方法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、本発明によるバランシング制御装置は、バッテリーパックに含まれた少なくとも２つの二次電池セルの充電量バランシングを制御する装置であって、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から受信した信号を利用して、前記バッテリーパックの現在の地理的位置データを出力するＧＰＳモジュールと、現在時間を保存するリアルタイムクロックと、前記ＧＰＳモジュールから受信した前記バッテリーパックの現在の地理的位置データが、予め設定された少なくとも１つの地理的位置情報のうちのいずれか１つに対応し、かつ前記バッテリーパックを管理及び制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）がスリープ（ｓｌｅｅｐ）モードである場合、前記リアルタイムクロックを利用して前記ＢＭＳのスリープモード持続時間を算出し、算出された前記ＢＭＳのスリープモード持続時間が予め設定された基準時間以上である場合、前記バッテリーパックに含まれた二次電池セルの充電量バランシング作業のための制御信号を出力する制御部とを含む。
本発明の一実施態様によれば、前記制御部から出力される制御信号は、前記ＢＭＳをスリープモードから起動モードに切り換える信号である。
本発明の別の実施態様によれば、前記制御部から出力される制御信号は、前記二次電池セルの充電量をバランシングする装置を制御する信号である。
本発明による前記制御部は、前記地理的位置データが前記地理的位置情報に対応するか否かを、前記地理的位置情報を基準に予め設定された半径内に前記地理的位置データが含まれるか否かによって判断することができる。
本発明の一実施態様によれば、予め設定された地理的位置情報は、前記バッテリーパックのユーザがユーザインターフェースを通じて入力した情報であり得る。
本発明の別の実施態様によれば、予め設定された地理的位置情報は、前記バッテリーパックが充電される場所と連携された位置情報であり得る。
前記予め設定された地理的位置情報が、前記バッテリーパックが充電される場所と連携された位置情報である場合、前記制御部は、前記バッテリーパックが充電されるとき、前記ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、該保存された充電位置データから同一地域における充電回数を算出し、該算出された充電回数のうち、予め設定された回数を超過する充電位置データを前記地理的位置情報として設定することができる。また、前記制御部は、前記バッテリーパックが充電されるとき、前記ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、該保存された充電位置データから同一地域における充電比率を算出し、該算出された充電比率のうち、予め設定された比率を超過する充電位置データを前記地理的位置情報として設定することもできる。また、前記制御部は、前記バッテリーパックが充電されるとき、前記ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、該保存された充電位置データから同一地域における充電比率を算出し、該算出された充電比率のうち、予め設定された個数の上位の比率に該当する充電位置データを前記地理的位置情報として設定することもできる。
本発明の一実施態様によれば、前記制御部は、前記ＢＭＳがスリープモードに切り換えられる前に出力した充電量バランシング要求信号を受信した場合、前記ＧＰＳモジュールから受信した前記バッテリーパックの現在の地理的位置データが、予め設定された少なくとも１つの地理的位置情報に対応するか否かを判断するか、または、前記ＢＭＳのスリープモード持続時間を算出する。
本発明によるバランシング制御装置は、前記地理的位置データ、予め設定された地理的位置情報、及び予め設定された基準時間を保存するメモリ部を更に含むことができる。
本発明によるバランシング制御装置は、バッテリー管理システムの一構成要素になり得る。また、前記バッテリー管理システム及び少なくとも２つの二次電池セルを含むバッテリーパックの一構成要素になり得る。
上記の技術的課題を達成するため、本発明による充電量バランシング制御方法は、バッテリーパックに含まれた少なくとも２つの二次電池セルの充電量バランシングを制御する方法であって、（ａ）ＧＰＳモジュールから受信した前記バッテリーパックの現在の地理的位置データが、予め設定された少なくとも１つの地理的位置情報のうちのいずれか１つに対応するか否かを判断する段階と、（ｂ）前記地理的位置データが前記地理的位置情報に対応する場合、前記バッテリーパックを管理及び制御するＢＭＳがスリープモードであるか否か判断する段階と、（ｃ）前記ＢＭＳがスリープモードである場合、前記ＢＭＳのスリープモード持続時間を算出し、算出された前記ＢＭＳのスリープモード持続時間が予め設定された基準時間以上であるか否かを判断する段階と、（ｄ）前記ＢＭＳのスリープモード持続時間が予め設定された基準時間以上である場合、前記二次電池セルの充電量バランシング作業のための制御信号を出力する段階とを含む。
本発明の一態様によれば、充電量バランシング作業に好適な環境条件を考慮して充電量バランシング作業を開始するため、二次電池セルの充電量バランシング作業のための時間を十分に確保することができる。したがって、バランシング作業が途中で中断される可能性を低下させることができる。
本発明の別の態様によれば、二次電池セルの充電量バランシング作業を行える時間を十分に確保できるため、効率的なバランシング作業を行うことができる。よって、二次電池セル間の充電量偏差を一層減らすことができる。
本明細書に添付される添付の図面は、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ためのものに過ぎず、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。
本発明の一実施形態によるバランシング制御装置の構成を示したブロック図である。 本発明の別の実施形態によるバランシング制御装置の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。 本発明の別の実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。 本発明の別の実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。 本発明の更に別の実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である 本発明の更に別の実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。 本発明の更に別の実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。 本発明の更に別の実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。 本発明の更に別の実施形態によるバランシング制御方法の流れ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形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲で使用さ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、本発明の一実施形態によるバランシング制御装置１００の構成を示したブロック図である。
本発明によるバランシング制御装置１００は、バッテリーパック１１０に含まれた、少なくとも２つの二次電池セル１１１の充電量バランシング作業を制御する装置である。前記バッテリーパック１１０は、１つ以上の二次電池セル１１１を含むものであり、二次電池セル１１１の種類は特に限定されない。それぞれの二次電池セル１１１は、再充電可能であり、充電または放電電圧が考慮される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から構成され得る。また、前記バッテリーパック１１０に含まれる二次電池セル１１１の個数は、求められる出力電圧または充放電容量に合わせて多様に設定され得る。しかしながら、本発明が、二次電池セル１１１の種類、出力電圧、充放電容量などによって限定されることはない。また、図１には、前記二次電池セル１１１がすべて直列で連結された実施形態を示したが、本発明は二次電池セル１１１の連結方法によって限定されない。
前記バッテリーパック１１０の高電位端子（＋）と低電位端子（−）との間には、前記バッテリーパック１１０から出力された電力の供給を受ける負荷（図示せず）が連結され得る。前記負荷は、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動モーター、ＤＣ−ＤＣコンバーターなどから構成され得、前記負荷の種類によって本発明が限定されることはない。
このような基本的構造に加え、前記バッテリーパック１１０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、電圧平滑化（ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）の制御、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の推定などのためのアルゴリズムが適用され、二次電池セル１１１の状態をモニタリングして制御するバッテリー管理システム１２０（以下、「ＢＭＳ」とする）などが更に含まれて構成される。図１には、前記バッテリーパック１１０の高電位端子（＋）に連結されたスイッチ素子１１２を通じて前記ＢＭＳ１２０が負荷に供給される電力を制御する実施形態を示したが、これは例示に過ぎないということを理解せねばならない。
前記ＢＭＳ１２０は、前記バッテリーパック１１０を制御するか、または、電気的特性値などを測定する必要がない場合、スリープ状態で待機し、前記ＢＭＳ１２０を制御する中央制御システム（図示せず）または前記ＢＭＳ１２０を制御する上位ＢＭＳ（図示せず）の制御信号によって起動を開始する。そのため、前記ＢＭＳ１２０は、中央制御システムまたは上位ＢＭＳとの制御信号の送受信及び二次電池セル１１１の状態に関するデータ通信のため、既知の通信規約に従う通信網を介して互いに連結され得る。但し、図面の簡素化のため、ＢＭＳ１２０の具体的な構成、前記ＢＭＳ１２０を制御する中央制御システム及び通信網は示していない。その他、前記ＢＭＳ１２０、中央制御システム及び通信網の構成、機能及び役割については、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者にとって周知であるため、これ以上の詳しい説明は省略する。
一方、前記各二次電池セル１１１には、充電量を調節できるように、バランシング装置１３０が連結されている。前記バランシング装置１３０は、充電回路または放電回路になり得る。充電回路または放電回路については、当業者に周知された既知の技術であるため、詳しい説明は省略する。但し、図１には、図面の簡素化及び理解の便宜上、前記バランシング装置１３０を抵抗素子Ｒと、該抵抗素子Ｒを各二次電池セル１１１の両端に連結するスイッチ素子Ｓとから構成された簡単な放電回路として示した。しかしながら、本発明は、前記バランシング装置１３０の種類、構成、個数などによって限定されることはない。
本発明によるバランシング制御装置１００は、ＧＰＳモジュール１４０、リアルタイムクロック１５０、及び制御部１６０を含む。
前記ＧＰＳモジュール１４０は、ＧＰＳ衛星から受信した信号を利用して、前記バッテリーパック１１０の現在の地理的位置に対するデータを出力する。以下、前記ＧＰＳモジュール１４０が出力するデータを「地理的位置データ」と称する。ＧＰＳによる位置測定は、ＧＰＳ衛星の軌道距離、衛星から発せられる電波の遅延時間を計算及び測定して現在の地理的位置を求める方法である。前記ＧＰＳモジュール１４０は、前記バッテリーパック１１０の地理的位置を緯度と経度とで表したデータを出力でき、前記「地理的位置データ」をリアルタイム、周期的、または求められる時点に出力することができる。ＧＰＳ技術については、既知の技術であるため、詳しい説明は省略する。
前記リアルタイムクロック１５０は、現在の時間を保存する。一例として、前記リアルタイムクロック１５０は、ＲＴＣ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）素子であり得る。ＲＴＣは、電気エネルギーによって動作する時計であって、一般に時間を測定する装置として広く使用される。ＲＴＣは、メモリを含んでいるが、前記メモリに保存される値は、年、月、曜日、時間、分、及び秒で構成され得る。したがって、前記制御部１６０は、前記ＲＴＣから現在時間を読み込むことができる。
前記制御部１６０は、特定の条件を満足する場合、二次電池セル１１１の充電量バランシング作業のための制御信号を出力する。上述したように、二次電池セル１１１の充電量をバランシングするためには、多少の時間が必要であり、バランシング作業が行われる間、前記バッテリーパック１１０の使用が多少制限される。したがって、二次電池セル１１１の充電量バランシング作業のための好適な環境が整ったとき、前記制御部１６０は充電量バランシング作業を開始できるように制御信号を出力する。
また、本発明によるバランシング制御装置１００は、メモリ部１６０を含むことができる。前記メモリ部１６０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどのデータを記録し消去できることが知られた既知の半導体素子や、ハードディスクのような大容量記録媒体であって、デバイスの種類に構わず情報が記録されるデバイスを総称するものであり、特定のメモリデバイスを称するものではない。前記メモリ部１６０の役割については、詳しくは後述する。
前記制御部１６０の制御アルゴリズムの説明において、理解の便宜上、前記バッテリーパック１１０は電気自動車に搭載された電力供給装置であり、前記電気自動車は通勤用であると仮定して説明する。この場合、前記二次電池セル１１１の充電量バランシング作業を行える時間的余裕があるときは、出勤後に会社の駐車場に駐車したときまたは退勤後に家の付近に駐車したときである。以下、このような仮定状況を中心に、前記制御部１６０の制御アルゴリズムを説明する。
前記制御部１６０は、前記ＧＰＳモジュール１４０から前記バッテリーパック１１０の地理的位置データを受信する。そして、前記制御部１６０は、前記地理的位置データを予め設定された地理的位置情報と比較する。本明細書において「地理的位置情報」とは、前記制御部１６０がバランシング作業を制御する信号を出力するための特定位置の値であり、前記メモリ部１７０に保存され得る。前記地理的位置情報は、少なくとも１つ以上であり、複数の地理的位置が設定及び保存され得る。
このとき、前記地理的位置情報は、ユーザがユーザインターフェースを通じて入力した情報であり得る。すなわち、ユーザが会社または家の位置を充電量バランシング作業に好適な条件として判断し、直接入力することができる。そのため、前記制御部１６０は、前記ユーザインターフェースから地理的位置情報を設定及び保存できるように、入出力端子（Ｔｘ、Ｒｘ）を更に含むことができる。前記仮定状況に当て嵌めれば、前記制御部１６０は、前記ＧＰＳモジュール１４０から受信した地理的位置データが予め入力されたユーザの家の位置に該当するか否かを比較する。
前記制御部１６０は、前記予め設定された地理的位置情報と、前記ＧＰＳモジュール１４０から受信した地理的位置データとを比較するとき、必ず同一如何のみを判断することではない。現在、ＧＰＳ技術は、１ｍの誤差範囲内で地理的位置を区別することができる。したがって、地理的位置の同一性のみを判断する場合、前記電気自動車が予め設定された地理的位置情報に対応する場所（例えば、会社または家）に到達していても、地理的位置条件を満足していないと判断する恐れがある。したがって、前記制御部１６０は、前記地理的位置情報を基準に予め設定された半径内に、地理的位置データが該当するか否かを判断することができる。このとき、前記予め設定された半径は、前記バッテリーパック１１０が使用される装置の特性、周辺環境などを考慮して多様に設定され、前記メモリ部１７０に保存され得る。
そして、前記制御部１６０は、前記ＢＭＳ１２０がスリープモードであるか否かを確認する。二次電池セル１１１の充電量バランシング作業を行うための好適な環境のうちの１つは、バッテリーパック１１０を管理及び制御するＢＭＳ１２０がスリープモードになったときである。前記ＢＭＳ１２０がスリープモードになったということは、現在、バッテリーパック１１０を充電又は放電していない状況、すなわちバッテリーパック１１０が使用されていない状況を意味する。前記仮定状況に当て嵌めれば、ユーザは家に到着すると、電気自動車の動力を完全にターンオフ（ｔｕｒｎ ｏｆｆ）するはずである。この場合、電気自動車の中央制御装置は、前記バッテリーパック１１０を管理するＢＭＳ１２０に、電気自動車の運行が終わったからスリープモードに切り換えるように、制御信号を出力することができる。このとき、前記ＢＭＳ１２０は、前記制御部１６０にスリープモードに切り換えられたことを知らせることができる。あるいは、前記制御部１６０が前記ＢＭＳ１２０の状態を持続的にモニタリングし、前記ＢＭＳ１２０がスリープモードに切り換えられたことを知ることもできる。また、前記制御部１６０は、前記ＢＭＳ１２０の状態をモニタリングする中央制御装置から、前記ＢＭＳ１２０のスリープモード如何に関する情報を受信することもできる。
そして、前記制御部１６０は、バッテリーパック１１０を管理するＢＭＳ１２０がスリープモードに切り換えられたとき、前記リアルタイムクロック１５０から現在時間を読み込み、前記メモリ部１６０に保存する。このとき、前記制御部１６０は、前記リアルタイムクロック１５０から読み込んだ現在時間を、「ＢＭＳがスリープモードに切り換えられた時間」として前記メモリ部１６０に保存することができる。そして、持続的に前記リアルタイムクロック１５０から現在時間を読み込み、読み込んだ現在時間と、前記「ＢＭＳがスリープモードに切り換えられた時間」との比較を通じて、前記ＢＭＳのスリープモードが持続する時間である「スリープモード持続時間」を算出する。
そして、前記制御部１６０は、算出されたＢＭＳ１２０のスリープモード持続時間が、予め設定された基準時間以上である場合、二次電池セル１１１の充電量バランシング作業を開始する制御信号を出力する。前記基準時間は、バッテリーパック１１０と連結された負荷の使用環境などを考慮して、多様に設定され得る。一例として、前記仮定状況として示された電気自動車が夕方に走行を終えて家の前に駐車された後、翌朝に再び始動が行われるとする。この場合、電気自動車が駐車された時間、すなわち走行しない間にバランシング作業が行われるように、前記基準時間を設定することができる。このとき、前記基準時間は前記メモリ部１６０に保存され得る。
前記位置条件と時間条件を満足する場合、前記制御部１６０が出力する制御信号は、前記ＢＭＳ１２０を起動させる信号になり得る。前記起動信号は、スリープモードに切り換えられたＢＭＳ１２０が再び作動（ｗａｋｅ−ｕｐ）するように制御する信号である。前記制御部１６０により再び起動を開始したＢＭＳ１２０は、予め設定されたバランシングアルゴリズムによって、前記二次電池セル１１１の充電量バランシング作業を行うことができる。
本発明によれば、前記制御部１６０は、前記バッテリーパック１１０が充電される場所と連携されたデータに基づいて、前記地理的位置情報を設定することができる。二次電池セル１１１の充電量バランシング作業は、バッテリーパック１１０の充放電中にも、また充放電の終了後にも可能である。しかしながら、上述したように、前記二次電池セル１１１の充電量バランシング作業を行うための時間的余裕は、充電が終了した後に生じる可能性が高い。したがって、前記バッテリーパック１１０の充電が行われる場所を前記地理的位置情報として設定する場合、前記二次電池セル１１１の充電量をバランシングするための時間的余裕を有し得る。
本発明の一実施形態によれば、前記制御部１６０は、前記バッテリーパック１１０が充電されるとき、前記ＧＰＳモジュール１４０から受信した地理的位置データを「充電位置データ」として前記メモリ部１７０に保存する。前記バッテリーパック１１０の充電回数が増加するほど、前記メモリ部１７０に保存される充電位置データも増加する。すると、前記制御部１６０は、前記保存された充電位置データから同一地域における充電回数を算出する。このとき、同一地域とは、前記保存された充電位置データのうちのいずれか１つの充電位置データを中心に、予め設定された半径に含まれる充電位置データを同一地域として算出することができる。そして、前記算出された充電回数のうち、予め設定された回数を超過する充電位置データを、前記地理的位置情報として設定することができる。前記予め設定された回数は、前記バッテリーパック１１０の使用環境、充電周期などを考慮して多様に設定され、前記メモリ部１７０に保存され得る。
本発明の別の実施形態によれば、前記制御部１６０は、前記保存された充電位置データから同一地域における充電比率を算出する。そして、前記算出された充電比率のうち、予め設定された比率を超過する充電位置データを、前記地理的位置情報として設定することができる。前記予め設定された比率は、前記バッテリーパック１１０の使用環境、充電周期などを考慮して多様に設定され、前記メモリ部１７０に保存される。
本発明の更に別の実施形態によれば、前記制御部１６０は、前記保存された充電位置データから同一地域における充電比率を算出する。そして、前記算出された充電比率のうち、予め設定された個数の上位の比率に該当する充電位置データを、前記地理的位置情報として設定することができる。前記予め設定された個数は、少なくとも１個以上であり、前記バッテリーパック１１０の使用環境、充電周期などを考慮して多様に設定され、前記メモリ部１７０に保存される。
また、本発明の更に別の実施形態によれば、前記制御部１６０は、前記ＢＭＳ１２０が、スリープモードに切り換えられる前に出力した「充電量バランシング要求信号」を受信した場合、上述した前記制御部１６０のアルゴリズムを実行する。本明細書では、二次電池セル１１１の充電量バランシング作業が必要であると判断された場合、前記ＢＭＳ１２０が前記制御部１６０に出力する信号を「充電量バランシング要求信号」と称する。前記ＢＭＳ１２０に予め設定された充電量バランシングアルゴリズムは、前記二次電池セル１１１の充電量を算出し、該算出された充電量をもって充電量バランシング作業の必要如何を判断することができる。前記ＢＭＳ１２０は、充電量バランシング作業の必要如何を判断するアルゴリズムを、前記制御部１６０によってスリープモードから再び起動された後に実行することもできるが、スリープモードに切り換えられる前にも、充電量バランシング作業の必要如何を判断するアルゴリズムを実行することができる。したがって、前記ＢＭＳ１２０は、二次電池セル１１１の充電量バランシング作業が必要な場合のみに、前記制御部１６０が上述した制御アルゴリズムを実行するように制御することができる。この場合、前記制御部１６０が、不要に前記充電量バランシング作業のための制御信号を出力するためのアルゴリズムを実行することを防止することができる。
本発明の更に別の実施形態によれば、前記制御部１６０が出力する前記制御信号は、前記バランシング装置１３０を直接制御する信号にもなり得る。
図２は、本発明の別の実施形態によるバランシング制御装置１００の構成を示したブロック図である。
図２を参考すれば、各構成は、図１に示された実施形態とほぼ同一であるが、前記制御部１６０が前記バランシング装置１３０に直接制御信号を出力することが確認できる。この場合、前記スリープ状態のＢＭＳ１２０を再び起動させず、前記制御部１６０がバランシング作業を制御する。そのため、前記制御部１６０には、二次電池セル１１１の充電量をバランシングするアルゴリズムが更に含まれ、前記各二次電池セル１１１の充電量を測定できるように電圧センサー、電流センサーなどが更に備えられて前記制御部１６０と連結され得る。但し、図面の簡素化のため、前記二次電池セル１１１の充電量を測定する電圧センサー、電流センサーなどは図示していない。
本発明によるバランシング制御装置１００は、図１及び図２に示されたように、前記ＢＭＳ１２０と区別される別途の装置から構成され得るが、前記ＢＭＳ１２０に含まれる装置にもなり得る。後者の場合、前記制御部１６０は、前記バッテリーパック１１０の管理及び制御を担当するマイクロプロセッサまたはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の一部として含まれ得、アルゴリズムとして具現されて前記マイクロプロセッサまたはＡＳＩＣに含まれることもできる。
また、本発明によるバランシング制御装置１００は、ＢＭＳ１２０及び少なくとも２つの二次電池セル１１１を含むバッテリーパック１１０の一構成要素になり得る。
前記制御部１６０は、上述した多様な制御ロジックを実行するため、本発明が属する技術分野において既知のプロセッサ、ＡＳＩＣ、他のチップセット、論理回路、レジスター、通信モデム、データ処理装置などを含むことができる。また、上述した制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、前記制御部１６０は、プログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールは、メモリに保存され、プロセッサによって実行され得る。ここで、メモリは、プロセッサの内部または外部にあり得、周知された多様な手段でプロセッサと連結され得る。メモリは、デバイスの種類に構わず情報が保存されるデバイスを総称するものであって、特定のメモリデバイスを称するものではない。
以下、上述した装置の動作メカニズムに該当するバランシング制御方法を説明する。但し、上述したバランシング制御装置１００に含まれた構成要素が再び言及される場合、該構成要素の機能などについての説明は繰り返しとなるため省略する。
図３は、本発明の一実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。
まず、段階Ｓ３００において、前記制御部１６０は、前記メモリ部１７０に地理的位置情報及び基準時間を保存する。前記地理的位置情報及び基準時間については、上述したため説明は省略する。また、前記地理的位置情報は、ユーザがユーザインターフェースを利用して直接入力した実施形態と仮定する。
次に、段階Ｓ３１０において、前記制御部１６０は、前記ＧＰＳモジュール１４０から地理的位置データを受信する。前記地理的位置データは、リアルタイム、周期的、または要求される時点に、前記制御部１６０に受信されるように設定することができる。そして、受信された地理的位置データは、前記メモリ部１７０に保存され得る。上述したように、前記制御部１６０は、前記予め設定された地理的位置情報と、前記ＧＰＳモジュール１４０から受信した地理的位置データとを比較するとき、必ず同一であるか否かのみを判断することはない。前記制御部１６０は、前記地理的位置情報を基準に予め設定された半径内に、地理的位置データが該当するか否かを判断することができる。このとき、前記半径も、前記メモリ部１７０に予め設定されて保存され得る。
次に、段階Ｓ３２０において、前記制御部１６０は、前記地理的位置データが前記地理的位置情報に対応するか否かを判断する。
前記地理的位置データが前記地理的位置情報に対応しない場合（Ｓ３２０の「いいえ」）、前記制御部１６０は、プロセスを段階Ｓ３１０に戻して新たな地理的位置データを受信する。一方、前記地理的位置データが前記地理的位置情報に対応する場合（Ｓ３２０の「はい」）、前記制御部１６０はプロセスを段階Ｓ３３０に移行する。
段階Ｓ３３０において、前記制御部１６０は、前記ＢＭＳ１２０がスリープモードに切り換えられたか否かを判断する。前記ＢＭＳ１２０がスリープモードに切り換えられていなければ（Ｓ３３０の「いいえ」）、前記制御部１６０は、プロセスを段階Ｓ３１０に戻して新たな地理的位置データを受信する。一方、前記ＢＭＳ１２０がスリープモードに切り換えられていれば（Ｓ３１０の「はい」）、充電量バランシング作業を行うための環境が整ったと判断し、前記制御部１６０はプロセスを段階Ｓ３４０に移行する。
段階Ｓ３４０において、前記制御部１６０は、前記リアルタイムクロック１５０に保存された現在時間を読み込む。このとき、前記制御部１６０は、前記リアルタイムクロック１５０から読み込んだ現在時間を、「ＢＭＳがスリープモードに切り換えられた時間」として前記メモリ部１６０に保存することができる。そして、持続的に前記リアルタイムクロック１５０から現在時間を読み込み、読み込んだ現在時間と前記「ＢＭＳがスリープモードに切り換えられた時間」とを比較し、前記ＢＭＳ１２０のスリープモード持続時間を計算する。
次の段階Ｓ３５０において、前記制御部１６０は、算出されたＢＭＳのスリープモード持続時間と前記予め設定された基準時間とを比較する。ＢＭＳのスリープモード持続時間が基準時間よりも短ければ（Ｓ３５０の「いいえ」）、前記制御部１６０はプロセスを段階Ｓ３３０に戻す。そして、前記ＢＭＳ１２０のスリープモードが持続することを確認し、再びＢＭＳのスリープモード持続時間を算出する。このように繰り返している中に、前記ＢＭＳ１２０のスリープモードが解除されれば、前記制御部１６０はプロセスを段階Ｓ３１０に移行する。
一方、ＢＭＳのスリープモード持続時間が基準時間よりも長ければ（Ｓ３５０の「はい」）、充電量バランシング作業を行うための条件を満足したと判断し、前記制御部１６０はプロセスを段階Ｓ３６０に移行する。
段階Ｓ３６０において、前記制御部１６０は、充電量バランシング作業を制御する信号を出力する。このとき、出力される制御信号は、上述したように、前記ＢＭＳ１２０を起動させる信号になり得、前記バランシング装置１３０を直接制御する信号にもなり得る。
図４〜図９は、本発明の別の実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。
図４〜図９に示された実施形態は、前記地理的位置情報が前記バッテリーパック１１０が充電される場所と連携されて設定された実施形態である。したがって、図３に比べて、段階Ｓ３００が段階Ｓ３０１〜段階Ｓ３０７に代替され、以後の段階Ｓ３１０〜段階Ｓ３６０は、同一であることが確認できる。したがって、図４〜図９に示された実施形態では、図３に示された実施形態から変更された部分を中心に説明する。
図４及び図５を参照すれば、まず段階Ｓ３０１で前記制御部１６０は、前記メモリ部１７０に基準時間を保存する。図３に示された実施形態に比べて、前記地理的位置情報が段階Ｓ３０１で設定及び保存されない点が異なる。
次に、段階Ｓ３０２で前記制御部１６０は、前記バッテリーパック１１０が充電されるとき、前記ＧＰＳモジュール１４０から受信した地理的位置データを充電位置データとして前記メモリ部１７０に保存する。そして、段階Ｓ３０３で前記メモリ部１７０に保存された充電位置データから、同一地域における充電回数を算出する。上述したように、同一地域とは、前記保存された充電位置データのうちのいずれか１つの充電位置データを中心に、予め設定された半径内に含まれる充電位置データを意味し得る。
そして、前記制御部１６０は、段階Ｓ３０４で前記算出された充電回数のうち、予め設定された回数を超過する充電位置データを、前記地理的位置情報として設定する。前記予め設定された回数は、前記バッテリーパック１１０の使用環境、充電周期などを考慮して多様に設定され、前記メモリ部１７０に保存され得る。
前記制御部１６０は、段階Ｓ３０４のプロセスを終えて段階Ｓ３１０に移行する。段階Ｓ３１０以後のプロセスでは、図３に示された実施形態と同様である。
図６及び図７に示された実施形態は、図４及び図５に示された実施形態に比べて、段階Ｓ３０１及び段階Ｓ３０２が同一であり、図４及び図５に示された段階Ｓ３０３及び段階Ｓ３０４が段階Ｓ３０５及び段階Ｓ３０６に代替されている。前記制御部１６０は、段階Ｓ３０５で同一地域における充電比率を算出する。図３に示された実施形態の段階Ｓ３０３で充電回数を算出することとは異なる。そして、前記制御部１６０は、段階Ｓ３０６で前記算出された充電比率のうち、予め設定された比率を超過する充電位置データを前記地理的位置情報として設定及び保存する。
前記制御部１６０は、段階Ｓ３０６のプロセスを終えて段階Ｓ３１０に移行する。段階Ｓ３１０以後のプロセスでは、図３に示された実施形態と同様である。
図８及び図９に示された実施形態は、図６及び図７に示された実施形態に比べて、段階Ｓ３０１、段階Ｓ３０２、段階Ｓ３０５が同一であり、図４及び図５に示された段階Ｓ３０６が段階Ｓ３０７に代替されている。前記制御部１６０は、段階Ｓ３０７で前記算出された充電比率のうち、予め設定された個数の上位比率に該当する充電位置データを、前記地理的位置情報として設定及び保存する。
前記制御部１６０は、段階Ｓ３０７のプロセスを終えて段階Ｓ３１０に移行する。段階Ｓ３１０以後のプロセスは、図３に示された実施形態と同様である。
図１０は、本発明の更に別の実施形態によるバランシング制御方法の流れを示したフロー図である。
図１０に示された実施形態は、上述した図３に示された実施形態に比べて、段階Ｓ３０８が段階Ｓ３００と段階Ｓ３１０との間に追加されているため、追加された段階Ｓ３０８についてのみ説明し、残りの同一の段階については繰り返される説明を省略する。
段階Ｓ３０８において、前記制御部１６０は、前記ＢＭＳ１２０がスリープモードに切り換えられる前に出力した充電量バランシング要求信号を受信したか否かを判断する。前記充電量バランシング要求信号は、上述したように、二次電池セル１１１の充電量バランシング作業が必要であると判断された場合、前記ＢＭＳ１２０が前記制御部１６０に出力する信号である。したがって、充電量バランシング要求信号を受信していない場合（段階Ｓ３０８の「いいえ」）、充電量バランシング作業を行う必要がないためプロセスを終了する。一方、充電量バランシング要求信号を受信した場合（段階Ｓ３０８の「はい」）、前記制御部１６０は、プロセスを段階Ｓ３１０に移行する。段階Ｓ３１０以後のプロセスは、図３に示された実施形態と同様である。
本発明によれば、充電量バランシング作業に好適な環境条件を考慮して充電量バランシング作業を開始するため、二次電池セルの充電量バランシング作業のための時間を十分に確保することができる。したがって、バランシング作業が途中で中断される可能性を低下させることができる。また、二次電池セルの充電量バランシング作業を行える時間を十分に確保できるため、効率的なバランシング作業を行うことができる。したがって、二次電池セル間の充電量偏差を一層減らすことができる。
一方、本発明の説明において、図１及び図２に示された本発明によるバランシング制御装置の各構成は、物理的に区別される構成要素というよりは論理的に区別される構成要素として理解されねばならない。
すなわち、それぞれの構成は、本発明の技術思想を実現するための論理的な構成要素に該当するため、それぞれの構成要素が統合または分離されても、本発明の論理構成による機能を実現できれば、本発明の範囲内であると解釈されねばならず、同一または類似の機能を果たす構成要素であれば、その名称の一致如何とは関係なく、本発明の範囲内であると解釈されねばならない。
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 バランシング制御装置
１１０ バッテリーパック
１１１ 二次電池セル
１１２ スイッチ素子
１２０ バッテリー管理システム（ＢＭＳ）
１３０ バランシング装置
１４０ ＧＰＳモジュール
１５０ リアルタイムクロック
１６０ 制御部
１７０ メモリ部

Claims (24)

  1. バッテリーパックに含まれた少なくとも２つの二次電池セルの充電量バランシングを制御する装置であって、
    ＧＰＳ衛星から受信した信号を利用して、前記バッテリーパックの現在の地理的位置データを出力するＧＰＳモジュールと、
    現在時間を保存するリアルタイムクロックと、
    前記ＧＰＳモジュールから受信した前記バッテリーパックの現在の地理的位置データが、予め設定された少なくとも１つの地理的位置情報のうちのいずれか１つに対応し、かつ前記バッテリーパックを管理及び制御するバッテリー管理システム（ＢＭＳ）がスリープモードである場合、前記リアルタイムクロックを利用して前記ＢＭＳのスリープモード持続時間を算出し、算出された前記ＢＭＳのスリープモード持続時間が予め設定された基準時間以上である場合、前記バッテリーパックに含まれた二次電池セルの充電量バランシング作業のための制御信号を出力する制御部と
    を含むことを特徴とするバランシング制御装置。
  2. 前記制御部から出力される制御信号が、前記ＢＭＳをスリープモードから起動モードに切り換える信号であることを特徴とする請求項１に記載のバランシング制御装置。
  3. 前記制御部から出力される制御信号が、前記二次電池セルの充電量をバランシングする装置を制御する信号であることを特徴とする請求項１に記載のバランシング制御装置。
  4. 前記制御部は、前記地理的位置データが前記地理的位置情報に対応するか否かを、前記地理的位置情報を基準に予め設定された半径内に前記地理的位置データが含まれるか否かによって判断することを特徴とする請求項１に記載のバランシング制御装置。
  5. 予め設定された地理的位置情報は、前記バッテリーパックのユーザがユーザインターフェースを通じて入力した情報であることを特徴とする請求項１に記載のバランシング制御装置。
  6. 予め設定された地理的位置情報は、前記バッテリーパックが充電される場所と連携された位置情報であることを特徴とする請求項１に記載のバランシング制御装置。
  7. 前記制御部は、前記バッテリーパックが充電されるとき、前記ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、保存された前記充電位置データから同一地域における充電回数を算出し、算出された前記充電回数のうち、予め設定された回数を超過する充電位置データを前記地理的位置情報として設定することを特徴とする請求項６に記載のバランシング制御装置。
  8. 前記制御部は、前記バッテリーパックが充電されるとき、前記ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、保存された前記充電位置データから同一地域における充電比率を算出し、算出された前記充電比率のうち、予め設定された比率を超過する充電位置データを前記地理的位置情報として設定することを特徴とする請求項６に記載のバランシング制御装置。
  9. 前記制御部は、前記バッテリーパックが充電されるとき、前記ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、保存された前記充電位置データから同一地域における充電比率を算出し、算出された前記充電比率のうち、予め設定された個数の上位の比率に該当する充電位置データを前記地理的位置情報として設定することを特徴とする請求項６に記載のバランシング制御装置。
  10. 前記制御部は、前記ＢＭＳがスリープモードに切り換えられる前に出力した充電量バランシング要求信号を受信した場合、前記バッテリーパックの現在の地理的位置データが、前記予め設定された少なくとも１つの地理的位置情報のうちいずれか１つに対応するか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載のバランシング制御装置。
  11. 前記地理的位置データ、予め設定された地理的位置情報、及び予め設定された基準時間を保存するメモリ部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバランシング制御装置。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のバランシング制御装置を含むことを特徴とするバッテリー管理システム。
  13. 請求項１２に記載のバッテリー管理システムと、
    少なくとも２つの二次電池セルと
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。
  14. バッテリーパックに含まれた少なくとも２つの二次電池セルの充電量バランシングを制御する方法であって、
    （ａ）ＧＰＳモジュールから受信した前記バッテリーパックの現在の地理的位置データが、予め設定された少なくとも１つの地理的位置情報のうちのいずれか１つに対応するか否かを判断する段階と、
    （ｂ）前記地理的位置データが前記地理的位置情報に対応する場合、前記バッテリーパックを管理及び制御するバッテリー管理システム（ＢＭＳ）がスリープモードであるか否かを判断する段階と、
    （ｃ）前記ＢＭＳがスリープモードである場合、前記ＢＭＳのスリープモード持続時間を算出し、算出された前記ＢＭＳのスリープモード持続時間が予め設定された基準時間以上であるか否かを判断する段階と、
    （ｄ）前記ＢＭＳのスリープモード持続時間が予め設定された基準時間以上である場合、前記二次電池セルの充電量バランシング作業のための制御信号を出力する段階と
    を含むことを特徴とするバランシング制御方法。
  15. 前記二次電池セルの充電量バランシング作業のための制御信号が、前記ＢＭＳをスリープモードから起動モードに切り換える信号であることを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  16. 前記二次電池セルの充電量バランシング作業のための制御信号が、前記二次電池セルの充電量をバランシングする装置を制御する信号であることを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  17. 前記（ａ）段階が、前記地理的位置情報を基準に予め設定された半径内に前記地理的位置データが含まれるか否かを判断する段階であることを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  18. 予め設定された地理的位置情報は、前記バッテリーパックのユーザがユーザインターフェースを通じて入力した情報であることを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  19. 予め設定された地理的位置情報は、前記バッテリーパックが充電される場所と連携された位置情報であることを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  20. 前記バッテリーパックが充電されるとき、ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、保存された前記充電位置データから同一地域における充電回数を算出し、算出された前記充電回数のうち、予め設定された回数を超過する充電位置データを前記地理的位置情報として設定する段階を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  21. 前記バッテリーパックが充電されるとき、ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、保存された前記充電位置データから同一地域における充電比率を算出し、算出された前記充電比率のうち、予め設定された比率を超過する充電位置データを前記地理的位置情報として設定する段階を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  22. 前記バッテリーパックが充電されるとき、ＧＰＳモジュールから受信した地理的位置データを充電位置データとして保存し、保存された前記充電位置データから同一地域における充電比率を算出し、算出された前記充電比率のうち、予め設定された個数の上位の比率に該当する充電位置データを前記地理的位置情報として設定する段階を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  23. 前記（ａ）段階の以前に、前記ＢＭＳが、スリープモードに切り換えられる前に出力した充電量バランシング要求信号を受信したか否かを判断する段階を更に含み、
    前記（ａ）段階は、前記受信したか否かを判断する段階で、前記充電量バランシング要求信号を受信した場合に行われることを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
  24. 前記地理的位置データ、予め設定された地理的位置情報、及び予め設定された基準時間を保存する段階を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載のバランシング制御方法。
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