JP6009409B2 - バッテリーセルの電圧検出方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明はバッテリー管理システムに関し、より詳しくは、バッテリーパックを構成する多数のバッテリーセルを連結する導線のインピーダンスを考慮してバッテリーセルの電圧を検出する方法及び装置に関する。

一般に、バッテリー管理システムにおいて、バッテリーセルに対する電圧及び電流の検出はそれぞれ別に行われ、それら検出の精度を高めるための努力が続けられている。

特に、前記バッテリーセルの電流検出技術はハードウェアにアルゴリズムが付け加えられ精度が向上しているが、前記バッテリーセルの電圧検出技術はハードウェア技術の開発のみに留まっているのが実情である。

前記バッテリー管理システムにおいて、最も重要なファクターは正確な電流検出によるバッテリー残存容量の算出である。前記残存容量は放電終了電圧の近くで容量補償が行われ、このような補償の時期は基準電圧によって決定されるため、バッテリーセルの正確な電圧検出はバッテリー残存容量の算出に必須のものである。

従来のバッテリー管理システムの構成を図１を参照して説明する。

図１を参照すれば、従来のバッテリー管理システムは、複数のバッテリーセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３を直列または並列で連結して構成したバッテリーパック、前記バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の電圧を検出する電圧検出部１０１、前記バッテリーパックを通じて流れる充／放電電流を検出する抵抗１０２、前記抵抗１０２の両端に流れる電流を検出する電流検出部１０３、前記電圧検出部１０１と電流検出部１０３を通じて検出された電圧及び電流を累算して制御する制御部１０４、前記制御部１０４と外部器機間の通信を担当する通信部１０５から構成される。前記電圧検出部１０１、電流検出部１０３、制御部１０４、通信部１０５はワンチップ化された燃料ゲージングＩＣに含まれる。

直列に接続された複数のバッテリーパックの正極（＋）は電源出力端子のうちプラス端子Ｂ＋と接続され、負極（−）は電源出力端子のうちマイナス端子（Ｂ−）と接続される。また、前記バッテリーパックの正極（＋）、負極（−）、及び前記バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の間の接点は電圧検出部１０１とそれぞれ接続される。

前記電圧検出部１０１は、直列に接続された複数のバッテリーセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの接点に接続され、該バッテリーセルを連結する導線のインピーダンスを考慮せず、それぞれの接点間の電圧を検出する。従って、電圧検出部１０１が測定した電圧には前記導線のインピーダンスによる電圧の降下／上昇値程度の誤差が含まれる。

このように、従来は、バッテリーセルを連結する導線のインピーダンスを考慮せずに電圧を検出することによって、前記導線のインピーダンスによる誤差が含まれる問題があった。

このような誤差は、実際にバッテリーの残存容量算出の精度を低下させ、バッテリーパックの使用期間の短縮や非正常的な保護動作の原因になった。

さらに、前述した誤差はバッテリーパックに流れる電流が増加するほど大きくなる問題があった。

本発明は、前述した従来の問題点を克服するためのものであり、バッテリーパックを構成する多数のバッテリーセルを連結する導線のインピーダンスを考慮してバッテリーセルの電圧を検出する方法及び装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成して従来技術の問題点を解決するための本発明によれば、１つ以上のバッテリーセルが導線を介して連結されるバッテリーパックのバッテリーセル電圧の検出方法は、１つ以上のバッテリーセルそれぞれに対し、前記導線のうち各バッテリーセルの電圧測定のために電圧検出部と連結された部分から該当バッテリーセルと連結された部分までの導線のインピーダンスを保存するステップと、前記バッテリーパックの電流を検出するステップと、前記１つ以上のバッテリーセルそれぞれに対し、該当バッテリーセルに対応する導線のインピーダンスに前記電流を乗じて各バッテリーセルに対する補正値を算出するステップと、前記１つ以上のバッテリーセルの電圧をそれぞれ検出するステップと、前記１つ以上のバッテリーセルの電圧それぞれを前記各バッテリーセルに対する補正値に基づいて補正するステップと、を含むことを特徴とする。

そして、１つ以上のバッテリーセルが導線を介して連結されるバッテリーパックのバッテリーセル電圧の検出装置は、前記１つ以上のバッテリーセルの電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、１つ以上のバッテリーセルそれぞれに対し、前記導線のうち各バッテリーセルの電圧測定のために前記電圧検出部と連結された部分から該当バッテリーセルと連結された部分までの導線のインピーダンスを保存するメモリ部と、前記バッテリーパックの電流を検出する電流検出部と、前記１つ以上のバッテリーセルそれぞれに対し、該当バッテリーセルに対応する導線のインピーダンスに前記電流を乗じて各バッテリーセルに対する補正値を算出し、前記１つ以上のバッテリーセルの電圧それぞれを前記各バッテリーセルに対する補正値に基づいて補正する制御部と、を含むことを特徴とする。

従来のバッテリー管理システムの構成図である。 本発明の望ましい実施例によるバッテリー管理システムの構成図である。 本発明の望ましい実施例によるバッテリーセルの電圧検出方法のフロー図である。

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について詳しく説明する。

図２は、本発明の望ましい実施例によるバッテリー管理システムの構成図である。

前記バッテリー管理システム２００に備えられるバッテリーパックは第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３から構成され、第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３は第１ないし第４導線Ａ１〜Ａ４を介して直列に連結される。また、前記バッテリーパックの主電流は、第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３及び第１ないし第４導線Ａ１〜Ａ４を通じて流れる。

第１導線Ａ１は、第１バッテリーセルＢＣ１の正極（＋）と電圧検出部２０２の第１端子と連結される。前記第１端子と第１導線Ａ１は第１リード線で連結され、前記第１リード線にはバッテリーパックの主電流が流れないので、前記第１リード線によるインピーダンスは考慮しなくても良い。

第２導線Ａ２は、第１バッテリーセルＢＣ１の負極（−）と第２バッテリーセルＢＣ２の正極（＋）間に連結される。特に、第２導線Ａ２と第１バッテリーセルＢＣ１の負極（−）の連結地点は電圧検出部２０２の第２端子と第２リード線で連結され、前記第２リード線にはバッテリーパックの主電流が流れないので、前記第２リード線によるインピーダンスは考慮しなくても良い。

第３導線Ａ３は、第２バッテリーセルＢＣ２の負極（−）と第３バッテリーセルＢＣ３の正極（＋）間に連結される。特に、第３導線Ａ３と第３バッテリーセルＢＣ３の正極（＋）の連結地点は電圧検出部２０２の第３端子と第３リード線で連結され、前記第３リード線にはバッテリーパックの主電流が流れないので、前記第３リード線によるインピーダンスは考慮しなくても良い。

第４導線Ａ４は、第３バッテリーセルＢＣ３と電圧検出部２０２の第４端子と連結される。前記第４端子と第４導線Ａ４は第４リード線で連結され、前記第４リード線にはバッテリーパックの主電流が流れないので、前記第４リード線によるインピーダンスは考慮しなくても良い。

第１バッテリーセルＢＣ１に対して電圧検出部２０２は、第１導線Ａ１の終端部分と第１バッテリーセルＢＣ１の負極間の電圧を測定する。この場合、第１バッテリーセルＢＣ１の電圧には、第１導線Ａ１のインピーダンスによる電圧降下または上昇が考慮されなければならない。

また、第２バッテリーセルＢＣ２に対して電圧検出部２０２は、第１バッテリーセルＢＣ１の負極と第３バッテリーセルＢＣ２の正極間の電圧を測定する。この場合、第２バッテリーセルＢＣ２の電圧には、第２導線Ａ２及び第３導線Ａ３のインピーダンスによる電圧降下または上昇が考慮されなければならない。

また、第３バッテリーセルＢＣ３に対して電圧検出部２０２は、第３バッテリーセルＢＣ３の正極と第４導線Ａ４の終端部分間の電圧を測定する。この場合、第３バッテリーセルＢＣ３の電圧には、第４導線Ａ４のインピーダンスによる電圧降下または上昇が考慮されなければならない。

このように、電圧検出部２０２は第１ないし第３バッテリーＢ１〜Ｂ３の電圧を検出し、その結果を制御部２０４に提供する。

電流検出部２０３は電流検出抵抗２０２を通じて流れる電流を検出し、その結果を制御部２０４に提供する。

制御部２０４は、電圧検出部２０２及び電流検出部２０３を通じて測定されたバッテリーセルの電圧測定値及び電流測定値に基づいてバッテリーパック制御のための各種情報を生成する。特に、本発明の望ましい実施例によれば、制御部２０４はメモリ部２０６に保存された第１ないし第３バッテリーＢＣ１〜ＢＣ３にそれぞれ対応する導線のインピーダンス測定値を用いてバッテリーセルの電圧測定値を補正する。

通信部２０５は外部器機と制御部２０４間の通信を担当し、特に、前記第１ないし第３バッテリーＢＣ１〜ＢＣ３にそれぞれ対応する導線のインピーダンス測定値の入力を受けて制御部２０４に提供する。

メモリ部２０６は制御部２０４の処理プログラムを含む多様な情報を保存し、特に、本発明の望ましい実施例によれば、表１に示したように第１ないし第３バッテリーＢＣ１〜ＢＣ３にそれぞれ対応する導線のインピーダンス測定値を保存する。

表１によれば、第１インピーダンスＩｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１は第１導線Ａ１のインピーダンスであり、第２インピーダンスＩｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２は第２導線Ａ２及び第３導線Ａ３のインピーダンスの和であり、第３インピーダンスＩｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３は第４導線Ａ４のインピーダンスの和である。

ここで、前記第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３に対応する第１インピーダンスＩｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１、第２インピーダンスＩｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２、及び第３インピーダンスＩｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３は、ミリオームメータ（図示せず）を通じて測定され、通信部２０５を通じて制御部２０４に提供され、制御部２０４は前記インピーダンスをメモリ部２０６に保存する。

また、前述した電圧検出部２０２、電流検出部２０３、制御部２０４、通信部２０５、メモリ部２０６は、ワンチップ化された燃料ゲージングＩＣに含まれることができる。

以下、前記バッテリー管理装置に適用可能なバッテリーセル電圧の測定方法を図３のフロー図を参照して説明する。

制御部２０４は、電圧検出部２０２を通じてバッテリーパックを構成する第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３の電圧を測定する。前記測定された電圧は表２に示したようであり、これはメモリ部２０６に一時的に保存される（ステップ３００）。

その後、制御部２０４は電流検出部２０３を通じてバッテリーパックの電流を測定し（ステップ３０２）、メモリ部２０６に予め保存された第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３に対応する第１ないし第３インピーダンスＩｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１、Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２、Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３を読み出す（ステップ３０４）。

次いで、制御部２０４は電流検出部２０３を通じて検出された電流値にメモリ部２０６に保存された第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３に対応する第１ないし第３インピーダンスＩｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１、Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２、Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３をそれぞれ乗じて、第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３それぞれに対する補正値を生成する。ここで、前記補正値の生成は数式１による。
（数式１）
第１インピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１）×電流
＝第１バッテリーセルＢＣ１に対する補正値
第２インピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２）×電流
＝第２バッテリーセルＢＣ２に対する補正値
第３インピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３）×電流
＝第３バッテリーセルＢＣ３に対する補正値

前記数式１によって補正値の生成が完了すると、制御部２０４は電流検出部２０３を通じて検出した電流値に基づき充電状態であるかまたは放電状態であるかをチェックする（ステップ３０８）。

前記電流値に基づいてチェックした結果、放電状態であれば、制御部２０４は測定された第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３の電圧それぞれに算出された第１バッテリーセルＢＣ１に対する補正値、第２バッテリーセルＢＣ２に対する補正値、第３バッテリーセルＢＣ３に対する補正値を加算して、第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３に対する最終電圧を算出する（ステップ３１０）。ここで、最終バッテリーセル電圧の生成式は下記数式２のようになる。 （数式２）
第１バッテリーセルＢＣ１の測定電圧（Ｒｅａｌ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１）＋第１バッテリーセルＢＣ１の補正値＝第１バッテリーセルＢＣ１の最終電圧（Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１）
第２バッテリーセルＢＣ２の測定電圧（Ｒｅａｌ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２）＋第２バッテリーセルＢＣ２の補正値＝第２バッテリーセルＢＣ２の最終電圧（Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２）
第３バッテリーセルＢＣ３の測定電圧（Ｒｅａｌ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３）＋第３バッテリーセルＢＣ３の補正値＝第３バッテリーセルＢＣ３の最終電圧（Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３）

前述したステップ３０８で前記電流値に基づいてチェックした結果、充電状態であれば、制御部２０４は測定された第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３の電圧それぞれから算出された第１バッテリーセルＢＣ１に対する補正値、第２バッテリーセルＢＣ２に対する補正値、第３バッテリーセルＢＣ３に対する補正値を減算して第１ないし第３バッテリーセルＢＣ１〜ＢＣ３に対する最終電圧を算出する。ここで、充電時の最終バッテリーセル電圧の生成式は下記数式３のようになる。
（数式３）
第１バッテリーセルＢＣ１の測定電圧（Ｒｅａｌ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１）−第１バッテリーセルＢＣ１の補正値＝第１バッテリーセルＢＣ１の最終電圧（Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ１）
第２バッテリーセルＢＣ２の測定電圧（Ｒｅａｌ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２）−第２バッテリーセルＢＣ２の補正値＝第２バッテリーセルＢＣ２の最終電圧（Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ２）
第３バッテリーセルＢＣ３の測定電圧（Ｒｅａｌ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３）−第３バッテリーセルＢＣ３の補正値＝第３バッテリーセルＢＣ３の最終電圧（Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｖｏｌｔａｇｅ＿Ｂ３）

前述したように、本発明はバッテリーセルを連結する導線のインピーダンスによる電圧降下または上昇を考慮してバッテリーセルの電圧を補正することで、バッテリーセルの電圧を正確に測定することができるようにする。

本発明の実施例は多様なコンピューターで具現される動作を行うためのプログラム命令を含むコンピューター可読媒体を含む。前記コンピューター可読媒体は、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。前記媒体のプログラム命令は、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、または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り得る。

（産業上の利用可能性）
前述したように、本発明はバッテリーパックを構成する多数のバッテリーセルを連結する導線のインピーダンスを考慮してバッテリーセルの電圧を検出することで、バッテリーの残存容量の測定などバッテリー管理のための各種情報を推定するときに、推定値の信頼性が向上する利点がある。

以上、本発明を限定された実施例及び図面によって説明したが、本発明は前述した実施例に限定されることなく、本発明が属する分野で通常の知識を持った者にとっては、特許請求の範囲の技術的思想の範囲内で多様な修正及び変形が可能である。

Claims (4)

1. ３つのバッテリーセル、すなわち、バッテリーパックの正極と負極との間に直列連結された第１バッテリーセル、第２バッテリーセル及び第３バッテリーセルと、前記第１バッテリーセルの正極に連結された第１導線、前記第１バッテリーセルの負極と前記第２バッテリーセルの正極間に連結された第２導線、前記第２バッテリーセルの負極と前記第３バッテリーセルの正極間に連結された第３導線及び前記第３バッテリーセルの負極に連結された第４導線と、を備えた前記バッテリーパックのバッテリーセル電圧の検出方法であって、
   ミリオームメータを通じて測定された前記第１導線ないし前記第４導線のインピーダンスを通信部を通じて提供を受けてメモリ部に保存するステップと、
   前記バッテリーパックの電流を検出するステップと、
   前記第１導線のインピーダンスに前記電流を乗じて前記第１バッテリーセルの第１電圧補正値を算出し、前記第２導線のインピーダンスと前記第３導線のインピーダンスとの和に前記電流を乗じて前記第２バッテリーセルの第２電圧補正値を算出し、前記第４導線のインピーダンスに前記電流を乗じて前記第３バッテリーセルの第３電圧補正値を算出するステップと、
   前記第１バッテリーセルの負極と前記第１導線の終端を通じて前記第１バッテリーセルの電圧を検出し、前記第１バッテリーセルの負極と前記第３バッテリーセルの正極間で前記第２バッテリーセルの電圧を検出し、前記第３バッテリーセルの正極と前記第４導線の終端を通じて前記第３バッテリーセルの電圧を検出するステップと、
   前記バッテリーパックの充電または放電状態に応じて充電時には前記第１ないし第３バッテリーセルの電圧から前記第１ないし第３電圧補正値をそれぞれ減算し、放電時には前記第１ないし第３バッテリーセルの電圧に前記第１ないし第３電圧補正値をそれぞれ加算するようにして、各バッテリーセルの電圧を補正するステップとを含んでなることを特徴とする、バッテリーパックのバッテリーセル電圧の検出方法。
2. 前記バッテリーセルの充電または放電状態が、前記検出された電流に基づいて検出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バッテリーセル電圧の検出方法。
3. ３つのバッテリーセル、すなわち、バッテリーパックの正極と負極との間に直列連結された第１バッテリーセル、第２バッテリーセル及び第３バッテリーセルと、前記第１バッテリーセルの正極に連結された第１導線、前記第１バッテリーセルの負極と前記第２バッテリーセルの正極間に連結された第２導線、前記第２バッテリーセルの負極と前記第３バッテリーセルの正極間に連結された第３導線及び前記第３バッテリーセルの負極に連結された第４導線と、を備えた前記バッテリーパックのバッテリーセル電圧の検出装置であって、
   前記第１バッテリーセルの負極と前記第１導線の終端を通じて前記第１バッテリーセルの電圧を検出し、前記第１バッテリーセルの負極と前記第３バッテリーセルの正極間で前記第２バッテリーセルの電圧を検出し、前記第３バッテリーセルの正極と前記第４導線の終端を通じて前記第３バッテリーセルの電圧を検出する電圧検出部と、
   ミリオームメータから前記第１導線ないし第４導線のインピーダンスの提供を受ける通信部と、
   前記通信部を通じて提供された前記第１導線ないし第４導線のインピーダンスを保存しているメモリ部と、
   前記バッテリーパックの電流を検出する電流検出部と、
   前記第１導線のインピーダンスに前記電流を乗じて前記第１バッテリーセルの第１電圧補正値を算出し、前記第２導線のインピーダンスと前記第３導線のインピーダンスとの和に前記電流を乗じて前記第２バッテリーセルの第２電圧補正値を算出し、前記第４導線のインピーダンスに前記電流を乗じて前記第３バッテリーセルの第３電圧補正値を算出し、前記バッテリーパックの充電または放電状態に応じて充電時には前記第１ないし第３バッテリーセルの電圧から前記第１ないし第３電圧補正値をそれぞれ減算し、放電時には前記第１ないし第３バッテリーセルの電圧に前記第１ないし第３電圧補正値をそれぞれ加算して各バッテリーセルの電圧を補正する制御部とを含んでなることを特徴とする、バッテリーパックのバッテリーセル電圧の検出装置。
4. 前記制御部が、
   前記バッテリーパックの電流に基づいて前記バッテリーセルの充電または放電状態を検出することを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパックのバッテリーセル電圧の検出装置。
   
   

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