JP6414951B2 - バッテリシステム及びバッテリシステムの管理方法 - Google Patents

バッテリシステム及びバッテリシステムの管理方法 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリシステム、バッテリシステムを含むエネルギー保存システム及び運送装置、並びにバッテリシステムの管理方法に関する。
環境破壊、資源枯渇などが深刻な問題として提起されるにつれて、エネルギーを保存し、保存されたエネルギーを効率的に活用することができるシステムへの関心が高まっている。また、それと共に、発電過程で殆ど汚染を発生しないような新再生エネルギーへの関心も高まっている。
韓国公開特許第2011−0035247号公報 韓国公開特許第2012−0004768号公報 韓国公開特許第2011−0107626号公報 韓国公開特許第2009−0052532号公報 韓国公開特許第2011−0013747号公報 韓国公開特許第2011−0021798号公報
本発明が解決しようとする課題は、バッテリシステム、バッテリシステムを含むエネルギー保存システム及び運送装置、並びにバッテリシステムの管理方法を提供するところにある。
前記課題を解決するために、本発明の一実施形態は、バッテリ管理システムに係わるものである。前記バッテリ管理システムは、複数のスレーブ・コントローラ、及び前記複数のスレーブ・コントローラに連結されたマスター・コントローラを含む。前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、対応するバッテリ・モジュールに連結され、対応するスレーブ・コントローラ識別子を有する。前記スレーブ・コントローラ識別子は、前記複数のスレーブ・コントローラによって遂行されるスレーブ・コントローラ識別子割り当て動作によって割り当てられる。前記マスター・コントローラは、前記スレーブ・コントローラから、前記スレーブ・コントローラ識別子を受信する。
前記複数のスレーブ・コントローラは、前記スレーブ・コントローラの連結順序により、前記スレーブ・コントローラ識別子を割り当てることができる。
前記複数のスレーブ・コントローラは、直列信号線を含み、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれが、前記直列信号線によって順次に連結される。
前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、前記直列信号線で制御信号を順次に受信し、遅延後に、前記制御信号を次のスレーブ・コントローラに出力することができる。
前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、前記それぞれのスレーブ・コントローラによって受信される制御信号の遅延により、前記直列信号線に沿って相対的位置を決定することができる。
前記制御信号は、それぞれのスレーブ・コントローラによって漸進的に遅延され、順次に連結される前記複数のスレーブ・コントローラのうち最後のスレーブ・コントローラは、前記複数のスレーブ・コントローラのうち最も遅れて前記制御信号を受信することができる。
前記それぞれのスレーブ・コントローラは、駆動時間タイマを含み、前記駆動時間タイマは、前記制御信号が前記スレーブ・コントローラによって受信されるとき、カウンティングを始めることができる。
前記駆動時間タイマは、前記スレーブ・コントローラ内のマイクロプロセッサによって制御され、前記マイクロプロセッサは、前記スレーブ・コントローラが前記制御信号を受信するとき、前記駆動時間タイマを動作させることができる。
それぞれのスレーブ・コントローラは、前記制御信号を遅延させるための遅延回路を含み、前記遅延回路は、抵抗・キャパシタ(RC)遅延回路、抵抗・インダクタ(RL)遅延回路及びバッファ回路からなるグループから選択される回路を含んでもよい。
前記複数のコントローラは、第1スレーブ・コントローラ、及び少なくとも1つの後続スレーブ・コントローラを含み、前記後続スレーブ・コントローラは、直前スレーブ・コントローラから、遅延後に、制御信号を受信することができる。それぞれのスレーブ・コントローラは、前記受信された制御信号によって活性化される駆動時間カウンタを含んでもよい。前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、前記複数のスレーブ・コントローラの少なくとも1つの他のスレーブ・コントローラから駆動時間値を受信し、前記受信された駆動時間値と、自体の駆動時間カウンタからの駆動時間値とを比較することができる。
前記比較結果、前記受信された駆動時間値がさらに大きい値である場合、前記スレーブ・コントローラは、自体のスレーブ・コントローラ識別子を増分し、前記第1スレーブ・コントローラが最も低いスレーブ・コントローラ識別子を有し、後続するスレーブ・コントローラは、連続して大きいスレーブ・コントローラ識別子を有することができる。
前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、自体のスレーブ・コントローラ識別子を設定し、前記設定されたスレーブ・コントローラ識別子を前記マスター・コントローラに提供することができる。
前記課題を解決するために、本発明の他の一実施形態は、電力変換システム、負荷及び系統の間に連繋され、前記バッテリ管理システムを含むエネルギー保存システムに係わるものである。
前記課題を解決するために、本発明の他の一実施形態は、前記バッテリ管理システムを含む運送装置に係わるものである。
前記課題を解決するために、本発明の他の一実施形態は、順次に連結される複数のスレーブ・コントローラ及びマスター・コントローラを含むバッテリシステムの管理方法に係わるものである。前記バッテリシステムの管理方法は、前記マスター・コントローラにおいて、前記複数のスレーブ・コントローラのうち第1スレーブ・コントローラに制御信号を伝送する段階、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記制御信号を受信し、前記制御信号に応答し、対応する駆動時間カウンタを動作開始させ、遅延後に、前記制御信号を、前記複数のスレーブ・コントローラのうち次のスレーブ・コントローラに出力する段階、前記マスター・コントローラにおいて、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれに、スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令を同時に伝送する段階、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令に応答し、駆動時間カウンタ値を保存する段階、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記複数のスレーブ・コントローラのうち他のスレーブ・コントローラから受信された少なくとも1つの他の駆動時間カウンタ値と、前記保存された駆動時間カウンタ値とを比較する段階、及び前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記比較された駆動時間カウンタ値を基に、スレーブ・コントローラ識別子を設定する段階を含む。
前記マスター・コントローラにおいて、前記スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令を伝送した後、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれから、前記設定されたスレーブ・コントローラ識別子を受信する段階をさらに含んでもよい。
前記比較する段階で、前記受信された駆動時間カウンタ値がさらに大きい値である場合、前記スレーブ・コントローラは、自体のスレーブ・コントローラ識別子を増分させる。
前記順次に連結されるスレーブ・コントローラのうち第1スレーブ・コントローラは、最も低いスレーブ・コントローラ識別子を設定し、連続的なスレーブ・コントローラは、連続してさらに大きいスレーブ・コントローラ識別子を設定することができる。
前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、自体の保存された駆動時間カウンタ値を、前記複数のスレーブ・コントローラのうちあらゆる他のスレーブ・コントローラに伝送することができる。
前記課題を解決するために、本発明の他の一実施形態は、マスター・コントローラ及び前記マスター・コントローラに順次に連結される複数のスレーブ・コントローラを含むバッテリシステムの管理方法に係わるものである。前記バッテリシステムの管理方法は、前記マスター・コントローラにおいて、前記複数のスレーブ・コントローラに駆動電源を順次に供給する段階、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記駆動電源を受信することによって動作を順次に開始し、対応する駆動時間カウンタを順次に活性化する段階、前記マスター・コントローラにおいて、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれに、スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令を同時に伝送する段階、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令に応答し、駆動時間カウンタ値を保存する段階、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記複数のスレーブ・コントローラのうち他のスレーブ・コントローラから受信された少なくとも1つの他の駆動時間カウンタ値と、前記保存された駆動時間カウンタ値とを比較する段階、及び前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記比較された駆動時間カウンタ値を基に、スレーブ・コントローラ識別子を設定する段階を含む。
本発明によれば、スレーブ・コントローラは、物理的連結順序と一致する識別子を割り当てるために、物理的連結順序を検出するための別途の回路を追加したり、あるいは一つ一つ別途に、ハードウェア的にまたはソフトウェア的に管理したりする必要がない。スレーブ・コントローラは、本発明の実施形態による方法によって、自ら自体の物理的連結順序を把握することができ、物理的連結順序に対応する識別子を割り当てることができる。従って、スレーブ・コントローラは、互いに全くの制約なしに、手軽く互換して使用することができ、追加回路による製造コストの増加が招かれず、別途に管理する手間も要求されない。
例示的な実施形態によるエネルギー保存システムを示すブロック図である。 例示的な実施形態によるバッテリシステムを示すブロック図である。 例示的な実施形態によるバッテリラックを示すブロック図である。 例示的な実施形態による電気自動車を概略的に示すブロック図である。 例示的な実施形態による電気自動車のバッテリシステムを示すブロック図である。 例示的な実施形態によって、マスター・スレーブ構造を有する通信システムを示すブロック図である。 CAN通信プロトコルのフレーム構造を示す図面である。 例示的な実施形態による通信システムを示すブロック図である。 例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラを示すブロック図である。 他の例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラを示すブロック図である。 他の例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラを示すブロック図である。 例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラに含まれる遅延回路を示す回路図である。 例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラに含まれる遅延回路を示す回路図である。 例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラに含まれる遅延回路を示す回路図である。 例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラに含まれる遅延回路を示す回路図である。 例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラに含まれる遅延回路を示す回路図である。 例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラに含まれる遅延回路を示す回路図である。 例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラに含まれる遅延回路を示す回路図である。 例示的な実施形態によって、図8Aの遅延回路を採用したスレーブ・コントローラを示すブロック図である。 例示的な実施形態によって、図9に図示されたスレーブ・コントローラが連結された場合の電力配線対の等価回路図を示す図面である。 図9に図示された等価回路に駆動電圧が供給された場合の電圧V1〜VNのグラフである。 例示的な実施形態によって、図6に図示された通信システムで、スレーブ・コントローラが自体の物理的連結順序に対応し、固有識別子を割り当てる方法を説明するためのタイミング図である。 例示的な実施形態によって、図6に図示された通信システムでのマスター・コントローラの動作フローチャートである。 例示的な実施形態によって、図6に図示された通信システムでのスレーブ・コントローラの動作フローチャートである。 例示的な実施形態によって、図6に図示された通信システムでのスレーブ・コントローラが識別子を算出する過程を示すフローチャートである。
例示的な実施形態について、添付図面を参照しつつ、以下でさらに詳細に説明する。しかし、例示的な実施形態は、多様な形態に具体化され、本明細書に提示される実施形態に限定されると見なされるものではない。かような実施形態は、本開示が、本技術分野の当業者に、本発明の範囲をさらに徹底して完全に伝達するために提供される。図面で、寸法は、明確な図示のために誇張されていることがある。同一の図面番号は、明細書全体にわたって同一の構成要素を指す。
本明細書で使用される用語は、ただ特定実施形態について説明するための目的にのみ使用され、例示的な実施形態に限定するための意図で使用されるものではない。本明細書で使用される単数形態の記載は、文脈上明確に規定のない限り、複数形態を含むものと意図される。本明細書で使用される「含む」、「含むところの」、「有する」及び/または「有するところの」のような用語は、羅列された特徴、数字、段階、動作、構成要素及び/または部品の存在を示し、他の一つ以上の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、及び/またはそれらのグループの存在または付加を排除するものではない。
本明細書で、「第1」、「第2」のような用語が、多様な構成要素について説明するために使用されるが、かような構成要素は、かような用語によって限定されるものではない。かような用語は、ただ1つの構成要素を他の構成要素と区別するためにのみ使用される。図1は、例示的な実施形態によるエネルギー保存システムを示すブロック図である。
図1に図示された例示的な実施形態によれば、エネルギー保存システム1は、発電システム2及び系統(grid)3と連繋し、負荷4に電力を供給する。
本例示的な実施形態によれば、発電システム2は、エネルギー源から電力を生産するシステムである。発電システム2は、生産した電力をエネルギー保存システム1に供給することができる。発電システム2は、例えば、太陽光発電システム、風力発電システム及び潮力発電システムなどのうち少なくとも一つを含んでもよい。例えば、太陽熱や地熱のような新再生エネルギー(new generation energy)を利用して電力を生産するあらゆる発電システムが発電システム2に含まれる。例えば、太陽光を利用して電力を生産する太陽電池は、家庭や工場に容易に設置されるので、家庭や工場のエネルギー保存システム1と共に使用される。発電システム2は、電力を生産することができる多数の発電モジュールを並列に配することにより、大容量エネルギーシステムを構成することができる。
系統3は、発電所、変電所、送電線などを含んでもよい。系統3が正常状態である場合、系統3は、エネルギー保存システム1、すなわち、負荷4及びバッテリシステム20のうち少なくとも一つに電力を供給したり、あるいはエネルギー保存システム1、すなわち、バッテリシステム20から電力を供給されたりする。系統3が正常ではない状態である場合、系統3とエネルギー保存システム1との間の電力供給は、中断される。
負荷4は、発電システム2で生産された電力、バッテリシステム20に保存された電力、または系統3から供給された電力を消費する。家庭や工場の電気装置が、負荷4の例である。
本例示的な実施形態によれば、エネルギー保存システム1は、発電システム2で生産した電力を、バッテリシステム20に保存したり、あるいは系統3に供給することができ、例えば、エネルギー保存システム1は、バッテリシステム20に保存された電力を、系統3に供給したり、あるいは系統3から供給された電力を、バッテリシステム20に保存することもできる。また、エネルギー保存システム1は、発電システム2で生産された電力や、バッテリシステム20に保存されている電力を、負荷4に供給することができる。また、エネルギー保存システム1は、系統3が正常ではない状態である場合、例えば、停電が発生した場合に、UPS(uninterruptible power supply)機能を遂行し、発電システム2で生産された電力や、バッテリシステム20に保存されている電力を、負荷4に供給することができる。
本例示的な実施形態によれば、エネルギー保存システム1は、電力を変換する電力変換システム(PCS:power conversion system)10を含み、バッテリシステム20、第1スイッチ30及び第2スイッチ40を含んでもよい。
本例示的な実施形態によれば、PCS 10は、発電システム2、系統3及びバッテリシステム20から提供される電力を、適切な形態の電力に変換し、必要なところに供給することができる。PCS 10は、電力変換部11、DC(direct current)リンク部12、インバータ13、コンバータ14、統合コントローラ15を含んでもよい。
電力変換部11は、発電システム2とDCリンク部12との間に連結される電力変換装置でもあり、発電システム2で生産した電力を、直流リンク電圧に変換してDCリンク部12に伝達することができる。
電力変換部11は、発電システム2の種類によって、コンバータ回路、整流回路のような電力変換回路を含んでもよい。発電システム2が直流電力を生産する場合、電力変換部11は、発電システム2が生産した直流電力を他の直流電力に変換するためのDC・DCコンバータ回路を含んでもよい。発電システム2が交流電力を生産する場合、電力変換部11は、交流電力を直流電力に変換するための整流回路を含んでもよい。
発電システム2が太陽光発電システムである場合、電力変換部11は、日射量、温度などの変化によって、発電システム2で生産する電力を最大に得ることができるように、最大電力ポイント追跡(MPPT:maximum power point tracking)制御を行うMPPTコンバータを含んでもよい。また、発電システム2で生産される電力がないときには、電力変換部11の動作が停止されることによって、コンバータや整流回路のような電力変換装置で消費する電力が最小化または低減される。
直流リンク電圧が、コンバータ14とインバータ13との正常動作のために、安定していることが望ましいが、発電システム2または系統3での瞬時電圧降下、または負荷4でのピーク負荷発生のような問題によって、直流リンク電圧が不安定になることがある。本例示的な実施形態によれば、DCリンク部12は、電力変換部11とインバータ13との間に連結され、直流リンク電圧を一定に、あるいは実質的に一定に維持することができる。DCリンク部12の一例として、大容量キャパシタを含んでもよい。
インバータ13は、DCリンク部12と第1スイッチ30との間に連結される電力変換装置でもある。インバータ13は、発電システム2及びバッテリシステム20のうち少なくとも一つから出力される直流リンク電圧を、系統3の交流電圧に変換して出力するインバータを含んでもよい。また、インバータ13は、充電モードで、系統3の電力をバッテリシステム20に保存するために、系統3からの交流電圧を直流電圧に変換し、直流リンク電圧を出力する整流回路を含んでもよい。インバータ13は、入力と出力との方向が変わる双方向インバータでもある。
インバータ13は、系統3に出力される交流電圧から高調波(harmonic wave)を除去するためのフィルタを含んでもよい。また、インバータ13は、無効電力の発生を抑制または制限するために、インバータ13から出力される交流電圧の位相と、系統3の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループ(PLL)回路を含んでもよい。また、インバータ13は、電圧変動範囲制限、力率(power factor)改善、直流成分除去、過渡現象(transient phenomena)の保護または低減のような機能を遂行することができる。
コンバータ14は、DCリンク部12とバッテリシステム20との間に連結される電力変換装置でもある。コンバータ14は、放電モードで、バッテリシステム20に保存された電力を適切な電圧レベルの直流リンク電圧にDC・DC変換し、インバータ13に出力するDC・DCコンバータを含んでもよい。また、コンバータ14は、充電モードで、電力変換部11から出力される電力や、インバータ13から出力される電力の電圧を適切な電圧レベル、すなわち、バッテリシステム20の充電電圧レベルにDC・DC変換し、バッテリシステム20に出力するDC・DCコンバータを含む。コンバータ14は、入力と出力との方向が変わる双方向コンバータでもある。バッテリシステム20の充電または放電が行われない場合には、コンバータ14の動作が中断されることにより、電力消費が最小化または低減される。
本例示的な実施形態によれば、統合コントローラ15は、発電システム2、系統3、バッテリシステム20及び負荷4の状態をモニタリングすることができる。例えば、統合コントローラ15は、系統3に停電が発生したか否かということ、発電システム2で電力が生産されるか否かということ、発電システム2で電力が生産される場合に生産される電力量、バッテリシステム20の充電状態、負荷4の消費電力量及びその電力消費時間などをモニタリングすることができる。
本例示的な実施形態によれば、統合コントローラ15は、モニタリング結果及び既定のアルゴリズムにより、電力変換部11、インバータ13、コンバータ14、バッテリシステム20、第1スイッチ30、第2スイッチ40の動作を制御することができる。例えば、系統3に停電が発生する場合、統合コントローラ15は、バッテリシステム20に保存された電力、または発電システム2で生産された電力が、負荷4に供給されるように制御することができる。また、統合コントローラ15は、負荷4に十分な電力が供給されない場合に、負荷4の電気装置に対して優先順位を決め、優先順位が高い電気装置に電力を供給するように、負荷4を制御することもできる。また、統合コントローラ15は、バッテリシステム20の充電及び放電を制御することができる。
本例示的な実施形態によれば、第1スイッチ30及び第2スイッチ40は、インバータ13と系統3との間に直列で連結され、統合コントローラ15の制御によってオン/オフ動作を遂行し、発電システム2と系統3との間の電流フローを制御する。発電システム2、系統3及びバッテリシステム20の状態によって、第1スイッチ30と第2スイッチ40とのオン/オフ状態が決定される。
例えば、発電システム2及びバッテリシステム20のうち少なくとも一つからの電力を、負荷4に供給したり、あるいは系統3からの電力を、バッテリシステム20に供給したりする場合、第1スイッチ30は、オン状態になる。発電システム2及びバッテリシステム20のうち少なくとも一つからの電力を、系統3に供給したり、あるいは系統3からの電力を、負荷4及びバッテリシステム20のうち少なくとも一つに供給したりする場合には、第2スイッチ40は、オン状態になる。
系統3で、停電が発生した場合には、第2スイッチ40は、オフ状態になり、第1スイッチ30は、オン状態になる。従って、発電システム2及びバッテリシステム20のうち少なくとも一つからの電力を、負荷4に供給する同時に、負荷4に供給される電力が、系統3側に流れることを防止する。このように、エネルギー保存システム1を、単独運転システム(stand alone system)で動作させることにより、系統3の電力線などで作業する作業員が発電システム2またはバッテリシステム20からの電力によって感電する事故を防止することが可能になる。
第1スイッチ30及び第2スイッチ40は、強電流に耐えることができたり、あるいは強電流を処理することができたりするリレー(relay)のようなスイチング装置を含んでもよい。
本例示的な実施形態によれば、バッテリシステム20は、発電システム2及び系統3のうち少なくとも一つから電力を供給されて保存し、保存している電力を、負荷4及び系統3のうち少なくとも一つに供給することができる。バッテリシステム20は、電力を保存する部分と、それを制御及び保護する部分とを含んでもよい。バッテリシステム20の充電及び放電は、統合コントローラによって制御される。
次に、図2Aを参照し、バッテリシステム20について、さらに具体的に説明する。
図2Aは、例示的な実施形態によるバッテリシステムを示すブロック図である。
図2Aに図示された例示的な実施形態によれば、バッテリシステム20は、システムBMS(battery management system)200、複数のバッテリラック210−1〜210−l、及びデータ通信のための第1バスライン250を含む。
複数のバッテリラック210−1〜210−lは、外部、すなわち、発電システム2及び/または系統3から供給された電力を保存し、保存している電力を、系統3及び/または負荷4に供給することができる。複数のバッテリラック210−1〜210−lは、ラック220、ラックBMS 230、ラック保護回路240をそれぞれ含んでもよい。
ラック220は、電力を保存し、直列、並列、または直列と並列との組み合わせに連結された少なくとも1つのトレイ222(図2B)を含む。ラック220は、ラックBMS 230によって、充電動作及び放電動作が制御される。それぞれのラック220は、要求される出力電圧によって、直列または並列に連結される。図2Aで、バッテリラック210−1〜210−lのラック220が、並列に連結されるように図示されているが、バッテリシステム20の要求により、ラック220は、直列に連結されたり、あるいは直列と並列との組み合わせに連結されもする。
ラックBMS 230は、対応するバッテリラック210−1〜210−lの全般的な動作をそれぞれ制御することができる。ラックBMS 230は、ラック保護回路240を制御することによって、ラック220の充電動作及び放電動作を制御することができる。例えば、過電流が流れたり、あるいは過放電されたりした場合、ラックBMS 230は、保護回路240のスイッチを開放させ、ラック220と入出力端子との電力伝達を遮断することができる。また、ラックBMS 230は、ラック220の状態、例えば、温度、電圧、電流などをモニタリングし、測定されたデータを、システムBMS 200に伝送することができる。また、ラックBMS 230は、測定されたデータ及び既定のアルゴリズムによって、ラック220に含まれたバッテリセルのセルバランシング動作を制御することができる。
ラック保護回路240は、ラックBMS 230からの制御によって、電力供給のために、スイッチを短絡させたり、あるいは電力供給を遮断したりすることができる。また、ラック保護回路240は、ラック220の出力電圧及び出力電流、及びスイッチ及びヒューズの状態などを、ラックBMS 230に提供することができる。
ラック220から出力される電力は、ラック保護回路240を介して、コンバータ14(図1)に供給され、コンバータ14から供給された電力は、ラック保護回路240を介して、ラック220に保存される。ラック保護回路240から延長される電力線は、ラック220から出力される電力量、ラック220の出力電圧の大きさなどによって、並列、直列、または直列及び並列の混合形態に構成される。
ラックBMS 230は、ラック220及びラック保護回路240からデータを収集することができる。ラック保護回路240から収集されるデータには、出力電流値、出力電圧値、スイッチ状態及びヒューズの状態などが含まれ、ラック220から収集されるデータには、バッテリセルの電圧及び温度などが含まれる。
ラックBMS 230は、収集されたデータから、残余電力量、寿命、充電状態(SOC:state of charge)などを算出したり、あるいはラック220に異常が発生したか否かということを判断したりすることができる。例えば、過充電、過放電、過電流、過電圧、過熱、バッテリセル・インバランシング、バッテリセルの劣化のような異常が発生したか否かということを判断することができる。異常が発生した場合、ラックBMS 230は、内部のアルゴリズムによって決められた動作を遂行することができる。例えば、ラックBMS 230は、ラック保護回路240を動作させることができる。
第1バスライン250は、システムBMS 200とラックBMS 230との間で、データや命令を伝送する経路である。システムBMS 200とラックBMS 230との間の通信プロトコルとして、CAN(controller area network)通信、またはバスラインを使用して、データや命令を伝送する他の通信プロトコルが使用される。
ラックBMS 230は、ラック220及びラック保護回路240から収集したデータを、第1バスライン250を介して、システムBMS 200に提供することができる。ラックBMS 230は、異常発生の有無、異常発生形態に係わる情報も、システムBMS 200に提供することができる。その場合、システムBMS 200は、ラックBMS 230を制御することもできる。例えば、システムBMS 200が、バッテリラック210−1〜210−lのラック保護回路240が動作するように、制御命令をラックBMS 230に送信することができる。
システムBMS 200は、ラックBMS 230から収集されたデータを、図1の統合コントローラ15に伝送することができる。システムBMS 200は、バッテリラック210−1〜210−lの異常発生の有無、異常発生形態に係わる情報も、統合コントローラ15に提供することができる。また、統合コントローラ15は、PCS 10の状態、例えば、コンバータ14の状態に係わる情報を、システムBMS 200に提供することができる。例えば、統合コントローラ15は、コンバータ14と入出力端子とが開放されているということや、コンバータ14の電流フローに係わる情報を、システムBMS 200に提供することができる。システムBMS 200は、統合コントローラ15から提供された情報を基に、バッテリシステム20の動作を制御することができる。例えば、システムBMS 200は、PCS 10の状態によって、バッテリラック210−1〜210−lがオンになるように、制御命令をラックBMS 230に送信することができる。
次に、バッテリラック210−1〜210−lの一例として、第1バッテリラック210−1について、図2Bを参照して具体的に説明する。
図2Bは、例示的な実施形態によるバッテリラックを示すブロック図である。
図2Bに図示された例示的な実施形態によれば、バッテリラック210−1は、複数のバッテリトレイ221−1〜221−m、ラックBMS 230、及びデータ通信のための第2バスライン224を含んでもよい。また、バッテリラック210−1は、ラック保護回路240(図2A)を含んでもよい。
複数のバッテリトレイ221−1〜221−mは、ラックの下位構成であり、系統3及び/または発電システム2から供給された電力を保存し、保存している電力を、系統3及び/または負荷4に供給する。かようなバッテリトレイ221−1〜221−mは、トレイ222、及びトレイBMS 223をそれぞれ含んでもよい。
トレイ222は、電力を保存する部分であり、直列、並列、または直列と並列との組み合わせに連結される少なくとも1つのバッテリセルを含んでもよい。トレイ222に含まれるバッテリセルの個数は、要求される出力電圧によって決定される。前記バッテリセルは、充電可能な二次電池を含んでもよい。例えば、前記バッテリセルは、ニッケル・カドミウム電池(nickel-cadmium battery)、鉛蓄電池、ニッケル・水素電池(NiMH:nickel metal hydride battery)、リチウムイオン電池(lithium ion battery)、リチウムポリマー電池(lithium polymer battery)などを含んでもよい。
トレイ222は、トレイBMS 223によって充電動作及び放電動作が制御される。また、複数のトレイ222は、互いに直列に連結され、ラック220に要求される出力電圧を生成することができる。また、直列に連結されたトレイ222のうち両端トレイ222から電力線が延長され、ラック保護回路240を介して、コンバータ14(図1)に電力が供給される。
トレイBMS 223は、トレイ222の充電動作及び放電動作を制御することができる。また、トレイBMS 223は、トレイ222の状態、例えば、温度や電圧、流れる電流などをモニタリングし、測定されたデータを、ラックBMS 230に伝送することができる。
第2バスライン224は、ラックBMS 230とトレイBMS 223との間でデータや命令を伝送する経路である。ラックBMS 230とトレイBMS 223との間の通信プロトコルとして、CAN通信、またはバスラインを使用してデータや命令を伝送する他の通信プロトコルが使用される。
一実施形態によれば、システムBMS 200とラックBMS 230との間の通信プロトコル、及びラックBMS 230とトレイBMS 223との間の通信プロトコルがいずれもバスラインを使用する。他の具現例によれば、システムBMS 200とラックBMS 230との間の通信プロトコル、及びラックBMS 230とトレイBMS 223との間の通信プロトコルのうち少なくとも一つは、バスラインを使用する通信プロトコルを使用することができる。
図3Aは、例示的な実施形態により、運送手段、例えば、電気自動車50を概略的に示すブロック図である。
図3Aに図示された例示的な実施形態によれば、電気自動車50は、ECU(electronic control unit)51、インバータ・コントローラ52、インバータ53、モータ(M)54及びバッテリシステム300を含む。バッテリシステム300は、BMS 301及びバッテリパック302を含む。
バッテリパック302は、電気自動車50の駆動時、モータ54に電圧を供給し、モータ54の出力パワーを支援し、制動時、発電機で動作するモータ54の回生(regeneration)制動エネルギーを回収して保存することができる。バッテリパック302は、電力充電所の電力変換システム、またはエネルギー保存システムのようなDC充電部55から供給されるDC電力を充電することができる。
また、バッテリパック302は、商用電源のようなAC(alternating current)充電部57から供給されるAC電力を充電することもできる。そのために、電気自動車50は、電力変換部56を含んでもよく、バッテリパック302は、電力変換部56に連結され、電力変換部56は、AC充電部57から供給されるAC電力をDC電力に変換することができる。
BMS 301は、バッテリパック302の電圧、電流、温度などの情報を検出し、バッテリパック302の充電状態(SOC)を診断及び管理することができる。BMS 301は、電気自動車50の通信ライン、例えば、CAN通信ラインを介して、ECU 51に、バッテリパック302の電圧、電流、温度、充電状態(SOC)、診断情報のような情報を提供することができる。
ECU 51は、電気自動車50の車両状態や走行モードなどを全般的に制御し、BMS 301から提供されるバッテリパック302の情報を参照し、安定した車両運行を可能にさせる。ECU 51は、インバータ・コントローラ52を介して、インバータ53を制御することができる。インバータ53は、バッテリパック302から提供されたDC電力をAC電力に変換し、モータ54を駆動するためのAC電力を供給することができる。また、インバータ53は、制動時モータ54から提供されるAC電力をDC電力に変換し、バッテリパック302に提供することもできる。
図3Aに図示された電気自動車50は、単に一例のみであり、当該実施形態は、ハイブリッド自動車、電気自転車、電気バイクのような、電気を利用した多種の運送手段、またはバッテリシステムを含む多種の装置及びシステムに適用される。
図3Bは、例示的な実施形態による電気自動車のバッテリシステム300を示すブロック図である。
図3Bに図示された例示的な実施形態によれば、バッテリシステム300は、BMS 301及びバッテリパック302を含む。
バッテリパック302は、複数のバッテリ・モジュール330−1〜330−nを含んでもよい。
バッテリ・モジュール330−1〜330−nは、電力を保存する部分であり、バッテリ・モジュール330−1〜330−nそれぞれは、直列、並列、または直列と並列との組み合わせに連結される少なくとも1つのバッテリセルを含んでもよい。バッテリ・モジュール330−1〜330−nに含まれるバッテリセルの個数は、要求される出力電圧によって決定される。前記バッテリセルは、充電可能な二次電池を含んでもよい。例えば、前記バッテリセルは、ニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル・水素電池(NiMH)、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池などを含んでもよい。
BMS 301は、マスターBMS 310と、複数のスレーブBMS 320−1〜320−nとを含んでもよい。マスターBMS 310と、複数のスレーブBMS 320−1〜320−nは、第3バスライン340を介して、通信可能に連結される。
マスターBMS 310は、バッテリパック302全体を管理して制御することができ、複数のスレーブBMS 320−1〜320−nから収集された情報を基に、バッテリパック302の情報、例えば、電圧、電流、温度、充電状態(SOC)などを算出し、それをECU 51に提供することができる。
複数のスレーブBMS 320−1〜320−nは、バッテリ・モジュール330−1〜330−nをそれぞれ管理して制御することができる。スレーブBMS 320−1〜320−nは、対応するバッテリ・モジュール330−1〜330−nに含まれるバッテリセルのセル電圧、バッテリ・モジュール330−1〜330−nの温度などを収集し、バッテリセルに対して、セルバランシング動作を遂行することができる。スレーブBMS 320−1〜320−nは、収集したセル電圧、温度のような情報を、第3バスライン340を介して、マスターBMS 310に提供することができる。
バッテリ・モジュール330−1〜330−nは、複数のスレーブBMS 320−1〜320−nによって、それぞれ充電動作及び放電動作が制御される。また、バッテリ・モジュール330−1〜330−nは、互いに直列に連結され、バッテリパック302に要求される出力電圧を生成することができる。また、直列に連結されたバッテリ・モジュール330−1〜330−nのうち、両端に位置したバッテリ・モジュール330−1,330−nから電力線が延長され、インバータ53(図3A)に電力が供給される。図3Bで、バッテリ・モジュール330−1〜330−nは、直列に連結されるが、それは、一例であるのみ、バッテリ・モジュール330−1〜330−nは、並列、または直列と並列との組み合わせに連結されもする。
第3バスライン340は、マスターBMS 310と、複数のスレーブBMS 320−1〜320−nと間でデータや命令を伝送する経路である。マスターBMS 310と、複数のスレーブBMS 320−1〜320−nとの間の通信プロトコルとして、CAN通信、またはバスラインを使用してデータや命令を伝送する他の通信プロトコルが使用される。
以下、図2A及び図2B、並びに図3A及び図3Bで説明したマスター・スレーブ構造について説明する。
図4は、例示的な実施形態によって、マスター・スレーブ構造を有する通信システム400を示すブロック図である。
図4に図示された例示的な実施形態によれば、通信システム400は、マスター・コントローラ410、複数のスレーブ・コントローラ420−1〜420−n及び第4バスライン430を含む。
マスター・コントローラ410は、第4バスライン430に、コマンドを含むフレーム信号Csを伝送することができる。第1スレーブ・コントローラ420−1〜第nスレーブ・コントローラ420−nは、前記フレーム信号Csを受信し、フレーム信号Csに含まれたコマンドに対応する動作を遂行することができる。フレーム信号Csは、ID(identification)割り当て命令を含んでもよく、ブロードキャスト方式で、あらゆるスレーブ・コントローラ420−1〜420−nに伝送される。フレーム信号Csは、スレーブ・コントローラ420−1〜420−nを制御するための命令を含んでもよく、識別子(ID)を使用して、特定スレーブ・コントローラ420−1〜420−nに伝送される。
また、各スレーブ・コントローラ420−1〜420−nは、データを含むフレーム信号D1〜Dnを、第4バスライン430に伝送することができる。第1スレーブ・コントローラ420−1〜第nスレーブ・コントローラ420−nは、データの衝突を防止するために、自体のIDを含むフレーム信号D1〜Dnを、マスター・コントローラ410に伝送することができる。マスター・コントローラ410は、伝送されたフレーム信号D1〜Dnを受信し、必要な処理を行うことができる。
フレーム信号D1〜Dnは、マスター・コントローラ410だけではなく、スレーブ・コントローラ420−1〜420−nにも伝送される。例えば、第1スレーブ・コントローラ420−1が送信したフレーム信号D1は、ブロードキャスト方式で、残りのスレーブ・コントローラ420−2〜420−nに伝送される。フレーム信号D1〜Dnには、駆動時間カウンタ値を示すデータ、及びID割り当て完了信号が含まれる。
マスター・コントローラ410は、図2AのシステムBMS 200に対応し、第1スレーブ・コントローラ420−1〜第nスレーブ・コントローラ420−nは、図2AのラックBMS 230に対応する。マスター・コントローラ410は、図2BのラックBMS 230に対応し、第1スレーブ・コントローラ420−1〜第nスレーブ・コントローラ420−nは、図2BのトレイBMS 223に対応する。
マスター・コントローラ410は、図3BのマスターBMS 310に対応し、第1スレーブ・コントローラ420−1〜第nスレーブ・コントローラ420−nは、図3BのスレーブBMS 320−1〜320−nに対応する。
次に、かようなマスター・スレーブ構造の通信システム400で、データを伝送する方法について説明する。
図5は、CAN通信プロトコルのフレーム構造を示す図面である。CANは、自動車産業分野に適用するために、ボッシュ(BOSCH)社で開発された通信プロトコルであり、最近では、自動車分野だけではなく、多様な産業分野で適用されており、ISO 11898規格(specification)の速度に規定された多重(multi-master)メッセージ方式の直列(serial)ネットワーク通信方式である。
図5を参照すれば、「SOF(start of frame)」でもって、メッセージフレームの開始を表示する。「SOF」は、メッセージフレームの最優先に位置し、デフォルトとして、優性(dominant)ビットである「0」値を有する。
「arbitration field」は、IDと遠隔伝送要求(RTR:remote transmission request)ビットを有する。RTRビットは、メッセージフレームがデータフレームであるか、あるいは遠隔フレームであるかということを示す。現在メッセージフレームがデータを伝送するデータフレームである場合、RTRビットは、「0」値(すなわち、優性ビット)を有する。一方、現在メッセージフレームがデータ伝送を要請する遠隔フレームである場合、RTRビットは、「1」値(すなわち、劣勢ビット)を有する。
「control field」は、6ビットからなる。そのうち2ビットは、予約されている(reserved)予備領域であり、残りの4ビットは、データフィールドのバイト数を示すデータ長コード(data length code)領域である。
「data field(データフィールド)」は、データフレームで伝送するデータを含む。「data field」の大きさは、0〜8バイトであり、それぞれのバイトは、8ビットを含む。そのとき、データは、各バイトでは、MSB(most significant bit)0から伝送される。
「CRC(cyclic redundancy code) field」は、周期的な重複確認コードを示す。「CRC field」は、「CRC sequence」、及び「1」値を有する「CRC delimiter」からなる。
「ACK field」は、2ビットから構成され、「ACK slot」と「ACK delimiter」とからなる。最初のビットである「ACK slot」は、「0」値を有し、2番目のビットである「ACK delimiter」は、「1」値を有する。しかし、「ACK slot」は、メッセージを成功して受信した他のノードから伝送された「1」値として記録されもする。
「EOF(end of frame)」は、いずれも1の値を有する7ビットから構成され、メッセージフレーム終了を示す。
「interframe space」は、「intermission」及び「bus idle」を含み、以前または次のメッセージフレームと現在メッセージフレームとを区分する。
次に、例示的な実施形態によって、マスター・コントローラと、複数のスレーブ・コントローラとを含む通信システムにおいて、スレーブ・コントローラの物理的連結順序に対応してIDを割り当てる方法について説明する。
図6は、例示的な実施形態による通信システムを示すブロック図である。
図6に図示された例示的な実施形態によれば、通信システム600は、マスター・コントローラ610、及び複数のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nを含む。容易な理解のために、図6の実施形態で、マスター・コントローラ610と、複数のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nとがCAN通信方式で通信を行うが、他種の通信方法も同一の原理で使用可能である。
マスター・コントローラ610とスレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、製1配線対651−1〜651−n、及び第2配線対653を介して、通信可能に連結される。マスター・コントローラ610からの制御信号は、第1配線対651−1〜651−nを介して、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nに順次に伝達される。
マスター・コントローラ610からの通信信号は、第2配線対653を介して、複数のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに、実質的に同時に伝達される。複数のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nからの通信信号も、第2配線対653を介して、マスター・コントローラ610及び/または他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに伝達される。
図6に図示された例示的な実施形態で、CAN通信が使用される。従って、制御信号が、第1配線対651−1〜651−nを介して伝送され、通信信号が、第2配線対653を介して伝送される。制御信号は、単一ラインを介して伝送されるか、あるいは光通信方式または無線方式で送信されもする。また、通信信号も第2配線対653を通じる直列通信方式外に、複数の配線を利用した並列通信方式、光通信方式、または無線通信方式で伝送されもする。
前記制御信号は、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nに電源を供給する電源信号でもある。マスター・コントローラ610は、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの駆動電源を生成し、前記駆動電源を、第1配線対651−1〜651−nを介して、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nに供給することができる。第1配線対651−1〜651−nのうち一つは、電源電圧VCC(図7A)を伝達し、第1配線対651−1〜651−nのうち残りの一つは、接地電圧GND(図7A)を伝達することができる。
前記制御信号は、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nを活性化させるためのデジタル制御信号でもある。例えば、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、活性化されたデジタル制御信号に応答して活性化され、デジタル制御信号が非活性化されれば、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、非活性化される。一例によれば、デジタル制御信号は、シングルエンド信号(single-ended signal)でもあり、第1配線対651−1〜651−nのうち一つは、信号がローディングされる信号ラインであり、第1配線対651−1〜651−nのうち残りの一つは、接地の役割を行う接地ラインでもある。他の例によれば、デジタル制御信号は、差動信号でもあり、その場合、第1配線対651−1〜651−nのうち一つには、信号がローディングされ、残りの一つには、反転信号がローディングされる。以下では、容易な理解のために、デジタル制御信号がシングルエンド信号である場合を中心に説明するが、同一の発明的原理が、差動信号としてデジタル制御信号が伝送される場合にも適用される。
第1配線対651−1〜651−nは、デイジーチェーン方式で、マスター・コントローラ610と、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nとの間に連結される。従って、第1−1配線対651−1は、マスター・コントローラ610と、第1スレーブ・コントローラ620−1との間に連結され、第1−2配線対651−2は、第1スレーブ・コントローラ620−1と、第2スレーブ・コントローラ620−2との間に連結され、第1−3配線対651−3は、第2スレーブ・コントローラ620−2と、第3スレーブ・コントローラ620−3との間に連結される。かような方式で、第1−n配線対651−nは、第n−1スレーブ・コントローラ620−(n−1)と、第nスレーブ・コントローラ620−nとの間に連結される。
第2配線対653は、マスター・コントローラ610と、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nとの間に連結される。しかし、それは、例示的な実施形態であり、通信方式によって、第2配線対653もデイジーチェーン方式のような他の方式で連結されもする。
スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、それぞれ遅延回路630及びMPU(micro processor unit)640を含んでもよい。遅延回路630は、第1−n配線対651−nを介して入力される制御信号を、所定時間の間遅延させた後、遅延された制御信号、を第1−(n+1)配線対651−(n+1))を介して出力することができる。第1配線対651−1〜651−nは、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの遅延回路630によって連結される。
遅延回路630は、通信方式によって多様に設計される。例えば、制御信号がアナログ信号である場合、遅延回路630は、抵抗、キャパシタまたはコイルを含んでもよい。制御信号がデジタル信号である場合、遅延回路630は、直列に連結されたバッファを含んでもよい。
MPU 640は、対応するスレーブ・コントローラ620−1〜620−nの全般的な動作を制御することができる。スレーブ・コントローラ620−1〜620−nが、図2Aに図示されたラックBMS 230、または図2Bに図示されたトレイBMS 223に対応する場合、MPU 640は、ラックBMS 230またはトレイBMS 223のバッテリ管理動作を制御することができる。MPU 640は、受信された制御信号に応答して活性化され、第2配線対653を介した通信信号の送受信を制御することができる。MPU 640は、第2配線対653を介して受信された通信信号に含まれたマスター・コントローラ610からの制御命令に応答し、前記制御命令に対応する動作を遂行することができ、遂行結果を含む通信信号を、第2配線対653を介して伝送することができる。
例えば、MPU 640は、受信された制御信号に応答して活性化されれば、内部の駆動時間カウンタ(図示せず)を動作させることができる。MPU 640は、マスター・コントローラ610からID割り当て命令を受信し、前記ID割り当て命令に応答し、前記駆動時間カウンタの駆動時間カウンタ値を保存することができる。MPU 640は、保存された駆動時間カウンタ値を、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに伝送することができる。MPU 640は、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nから受信された駆動時間カウンタ値と、自体が保存した駆動時間カウンタ値とを比較し、自体のIDを算出することができ、算出されたIDをフレーム信号に含め、マスター・コントローラ610に伝送することができる。
次に、複数のスレーブ・コントローラについて詳細に説明する。容易な理解のために、マスター・コントローラと複数のスレーブ・コントローラとがCAN通信方式で通信すると仮定して説明する。
図7Aは、例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラを示すブロック図である。
図7Aに図示された例示的な実施形態によれば、スレーブ・コントローラ620aは、MPU 640、遅延回路630、及び端子661,662,663を含む。MPU 640は、駆動時間カウンタ645を含む。
スレーブ・コントローラ620aのMPU 640は、マスター・コントローラ610(図6)から供給される駆動電力を利用して駆動される。スレーブ・コントローラ620aは、以前スレーブ・コントローラまたはマスター・コントローラ610から伝達される駆動電力が入力される電力入力端子661、次のスレーブ・コントローラに駆動電力を伝達するための電力出力端子662、及び通信信号を送受信するための通信信号端子663を含んでもよい。
電力入力端子661は、第1電力配線対671に連結され、電力出力端子662は、第2電力配線対672に連結される。第1電力配線対671を介して、電力入力端子661に入力される駆動電力は遅延回路630に入力される。遅延回路630は、入力された駆動電力を遅延させた後、電力出力端子662を介して、第2電力配線対672に伝達する。第1電力配線対671は、電源電圧VCCが供給される配線Vin+と、接地電圧GNDが供給される配線Vin−とを含んでもよい。第2電力配線対672は、電源電圧VCCが伝達される配線Vout+と、接地電圧GNDが伝達される配線Vout−とを含んでもよい。
通信信号端子663は、通信配線対673に連結され、通信配線対673は、第1配線CAN_H及び第2配線CAN_Lを含んでもよい。
電力入力端子661を介して供給された駆動電力は、MPU 640に提供され、MPU 640は、供給された駆動電力を利用して駆動を始める。図7Aには、MPU 640に、遅延回路630から出力される遅延された駆動電力が供給されると図示されているが、それは例示的なものであり、遅延回路630に入力される遅延されていない駆動電力がMPU 640に印加される。従って、MPU 640は、電力出力端子662に連結されていると図示されているが、MPU 640は、電力入力端子661に連結されもする。
MPU 640は、駆動開始と同時に、駆動時間カウンタ645を動作させることができる。通信信号端子663を介してID割り当て命令が受信されれば、MPU 640は、駆動時間カウンタ645の値を保存し、保存された駆動時間カウンタ値を、通信信号端子663を介して出力することができる。MPU 640は、他のスレーブ・コントローラから受信される駆動時間カウンタ値を受信することができ、保存された駆動時間カウンタ値と、受信された駆動時間カウンタ値とを比較し、自体のIDを算出することができる。MPU 640は、算出されたIDをフレーム信号に含め、マスター・コントローラ610に提供することができる。
図7Bは、他の例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラを示すブロック図である。
図7Bに図示された例示的な実施形態によれば、スレーブ・コントローラ620bは、MPU 640、遅延回路630、電力供給部680、及び端子661’,662’,663,664を含む。MPU 640は、駆動時間カウンタ645を含む。
本例示的な実施形態によれば、スレーブ・コントローラ620bのMPU 640は、マスター・コントローラ610(図6)から提供される駆動電力を利用して駆動されるものではなく、別途の電源部から供給される電力を利用して駆動される。前記別途の電源部は、スレーブ・コントローラ620bの外部に設置されたバッテリまたはパワーサプライでもある。他の例によれば、スレーブ・コントローラ620bは、電源部を含んでもよい。図7Bに図示された実施形態では、スレーブ・コントローラ620bのMPU 640は、外部の電源部(図示せず)から駆動電力を供給されて駆動するとして説明するが、それは、例示的なものであり、多様な形態に変形される。
電力配線対674は、電力入力端子664を、前記外部の電源部に連結することができる。電力供給部680は、電力入力端子664、制御信号入力端子661’及びMPU 640に連結される。電力供給部680は、電力入力端子664を介して供給される駆動電力を受信し、活性化された制御信号に応答し、受信された電力をMPU 640に供給することができる。電力供給部680は、制御信号に応答して動作を始める電力回路を含んでもよい。前記電力回路は、例えば、LDO(low drop out)のようなレギュレータ回路またはコンバータを含んでもよい。電力供給部680は、制御信号に応答し、電力入力端子664とMPU 640とを連結するスイッチを含んでもよい。
スレーブ・コントローラ620bは、以前スレーブ・コントローラまたはマスター・コントローラ610から伝達される制御信号が、制御信号入力端子661’、次のスレーブ・コントローラに制御信号を伝達するための制御信号出力端子662’、及び通信信号を送受信するための通信信号端子663を含んでもよい。
制御信号入力端子661’は、第1制御配線対671’に連結され、第1制御配線対671’は、第1配線Sin+と第2配線Sin−とを含んでもよい。制御信号出力端子662’は、第2制御配線対672’に連結され、第2制御配線対672’は、第1配線Sout+と第2配線Sout−とを含んでもよい。通信信号端子663は、通信配線対673に連結され、通信配線対673は、第1配線CAN_H及び第2配線CAN_Lを含んでもよい。
第1制御配線対671’を介して制御信号入力端子661’に入力される制御信号は、遅延回路630に入力される。遅延回路630は、入力された制御信号を遅延させた後、遅延された制御信号を、制御信号出力端子662’を介して、第2制御配線対672’に伝達する。
制御信号入力端子661’から供給された制御信号は、電源供給部680に提供され、電源供給部680は、活性化された制御信号に応答し、MPU 640に駆動電力を供給することができる。MPU 640は、電源供給部680から供給された駆動電力を利用して駆動を始める。図7Bには、電源供給部680が制御信号入力端子661’に入力された制御信号に応答するに図示されているが、それは、例示的なものであり、電源供給部680は、遅延回路630から出力される遅延された制御信号に応答して動作することもできる。
MPU 640は、駆動開始と同時に、駆動時間カウンタ645を動作させることができる。通信信号端子663を介して、ID割り当て命令が受信されれば、MPU 640は、駆動時間カウンタ645の値を保存し、保存された駆動時間カウンタ値を、通信信号端子663を介して出力することができる。MPU 640は、他のスレーブ・コントローラから、通信信号端子663を介して受信される駆動時間カウンタ値を受信することができ、保存された駆動時間カウンタ値と、受信された駆動時間カウンタ値とを比較し、自体のIDを算出することができる。MPU 640は、通信信号端子663を介して、算出されたIDをフレーム信号に含め、マスター・コントローラ610に提供することができる。
図7Cは、他の例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラを示すブロック図である。
図7Cに図示された例示的な実施形態によれば、スレーブ・コントローラ620cは、MPU 640、遅延回路630、電力供給部680、及び端子661,662,663を含む。MPU 640は、駆動時間カウンタ645を含む。
スレーブ・コントローラ620cのMPU 640は、マスター・コントローラ610から供給される駆動電力を利用して駆動される。スレーブ・コントローラ620cは、以前スレーブ・コントローラまたはマスター・コントローラ610(図6)から伝達される駆動電力が入力される電力入力端子661、次のスレーブ・コントローラに駆動電力を伝達するための電力出力端子662、及び通信信号を送受信するための通信信号端子663を含んでもよい。
電力入力端子661は、第1電力配線対671に連結され、第1電力配線対671は、電源電圧VCCが供給される配線Vin+と、接地電圧GNDが供給される配線Vin−とを含んでもよい。電力出力端子662は、第2電力配線対672に連結され、第2電力配線対672は、電源電圧VCCが伝達される配線Vout+と、接地電圧GNDが伝達される配線Vout−とを含んでもよい。第1電力配線対671を介して、電力入力端子661に入力される駆動電力は、遅延回路630に入力される。遅延回路630は、入力された駆動電力を遅延させた後、電力出力端子662を介して、第2電力配線対672に伝達する。
通信信号端子663は、通信配線対673に連結され、通信配線対673は、第1配線CAN_H及び第2配線CAN_Lを含んでもよい。
電力供給部680は、電力入力端子661、電力出力端子662及びMPU 640に連結される。電力供給部680は、電力入力端子661を介して供給される駆動電力を受信することができる。遅延回路630から出力される遅延された駆動電力は、活性化された制御信号として、電力供給部680に提供される。電力供給部680は、遅延回路630から出力される活性化された制御信号に応答し、電力入力端子661を介して供給される駆動電力を、MPU 640に供給することができる。
電力供給部680は、前記活性化された制御信号に応答し、動作を始めることができ、LDOのようなレギュレータ回路またはコンバータを含んでもよい。電力供給部680は、前記活性化された制御信号に応答し、電力入力端子661とMPU 640とを連結するスイッチを含んでもよい。
電力入力端子661を介して供給された駆動電力は、電力供給部680を経てMPU 640に提供され、MPU 640は、供給された駆動電力を利用して駆動を始めることができる。
MPU 640は、駆動開始と同時に、駆動時間カウンタ645を動作させることができる。通信信号端子663を介してID割り当て命令が受信されれば、MPU 640は、駆動時間カウンタ645の値を保存し、保存された駆動時間カウンタ値を、通信信号端子663を介して出力することができる。MPU 640は、他のスレーブ・コントローラから通信信号端子663を介して受信される駆動時間カウンタ値を受信することができ、保存された駆動時間カウンタ値と、受信された駆動時間カウンタ値とを比較し、自体のIDを算出することができる。MPU 640は、通信信号端子663を介して、算出されたIDをフレーム信号に含め、マスター・コントローラ610に提供することができる。
次に、遅延回路について詳細に説明する。
図8Aないし図8Gは、多様な例示的な実施形態によるスレーブ・コントローラに含まれる遅延回路を示す回路図である。
図8Aを参照すれば、遅延回路630aは、第1入力端子in+と、第1出力端子out+との間に連結された抵抗R;及び第1出力端子out+と、第2出力端子out−との間に連結されたキャパシタC;を含んでもよい。第2入力端子in−と、第2出力端子out−は、互いに連結される。
第1入力端子in+と、第2入力端子in−は、図7Aあるいは図7Cに図示された入力端子661に対応し、第1出力端子out+と、第2出力端子out−は、図7Aあるいは図7Cに図示された出力端子662に対応する。
マスター・コントローラ610(図6)から駆動電力が、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nに伝達される場合、第1入力端子in+には、電源電圧VSS(図7A)が印加され、第2入力端子in−には、接地電圧GND(図7B)が印加される。第1出力端子out+には、遅延された電源電圧VSSが出力され、第2出力端子in−には、接地電圧GNDが出力される。実際、ユニットパルス(unit pulse)形態で、電源電圧VSS(図11)が第1入力端子in+に印加される場合、第1出力端子out+には、緩慢に増加する電源電圧波形が示される。第1入力端子in+に電源電圧VSSが印加された後、第1出力端子out+の電圧は、所定時間ほど遅延され、MPU 640が駆動する駆動電圧Vth(図11)に逹する。前記所定時間は、抵抗R及びキャパシタCの値によって決定される。前記所定時間は、抵抗RとキャパシタCとを乗じた時定数RCによって決定される。
マスター・コントローラ610から、デジタル制御信号が、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nが伝達される場合、第1入力端子in+には、デジタル制御信号がローディングされる信号ラインが連結され、第2入力端子in−には、接地ラインが連結される。
図8Bを参照すれば、遅延回路630bは、第1入力端子in+と、第1出力端子out+との間に連結された抵抗R;及び第1入力端子in+と、第2入力端子in−との間に連結されたキャパシタC;を含む。第2入力端子in−と、第2出力端子out−は、互いに連結される。
図8Cを参照すれば、遅延回路630cは、第1入力端子in+と、第1出力端子out+との間に直列に連結された2個の抵抗R;直列に連結された2個の抵抗R間のノードNと、第2入力端子in−との間に連結されたキャパシタC;を含む。第2入力端子in−と、第2出力端子out−は、互いに連結される。
図8Dを参照すれば、遅延回路630dは、第1入力端子in+と、第1出力端子out+との間に連結された抵抗R;第2入力端子in−と、第2出力端子out−との間に連結された抵抗R;及び第1出力端子out+と、第2出力端子out−との間に連結されたキャパシタC;を含む。遅延回路630dは、マスター・コントローラ610から、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nに伝送されるデジタル制御信号が差動信号である場合に、特に有用である。キャパシタCは、第1出力端子out+と、第2出力端子out−との間に連結されず、第1入力端子in+と、第2入力端子in−との間に連結されもする。また、第1出力端子out+と、キャパシタCとの間に、抵抗Rがさらに連結され、第2出力端子out−と、キャパシタCとの間に、抵抗Rがさらに連結されてもよい。
図8Eを参照すれば、遅延回路630eは、第1入力端子in+と、第1出力端子out+との間に直列に連結された抵抗R;及びコイルL;を含む。第2入力端子in−と、第2出力端子out−は、互いに連結される。
図8Fを参照すれば、遅延回路630fは、第1入力端子in+と、第1出力端子out+との間に直列に連結された抵抗R;及びコイルL:並びに第2入力端子in−と、第2出力端子out−との間に直列に連結された抵抗R;及びコイルL:を含む。遅延回路630fは、マスター・コントローラ610から、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nに伝送されるデジタル制御信号が、差動信号である場合に、特に有用である。
図8Gを参照すれば、遅延回路630gは、第1入力端子in+と、第1出力端子out+との間に連結されたバッファを含む。第2入力端子in−と、第2出力端子out−は、互いに連結される。前記バッファは、直列に連結された偶数個のインバータによって構成される。遅延回路630gは、マスター・コントローラ610から、デジタル制御信号がスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに伝送される場合に、有用である。前記デジタル制御信号が差動信号である場合、遅延回路630gは、第2入力端子in−と、第2出力端子out−との間に連結されたバッファをさらに含んでもよい。
図9は、例示的な実施形態によって、図8Aの遅延回路を採用したスレーブ・コントローラを示すブロック図である。
図9に図示された例示的な実施形態によれば、第kスレーブ・コントローラ620k、と第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1が図示される。
第kスレーブ・コントローラ620kと、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1は、それぞれ図8Aに図示された遅延回路630a、及びMPU 640(図7A)を含む。また、第kスレーブ・コントローラ620kと、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1は、それぞれ入力端子665及び出力端子666を含む。
第kスレーブ・コントローラ620kの入力端子665は、4本の配線を介して、第(k−1)スレーブ・コントローラ(図示せず)の出力端子に連結される。前記4本の配線は、駆動電力が伝送される第1電力配線Vin+及び第2電力配線Vin−、並びにCAN通信方式の通信信号が伝送される第1通信配線CAN_H及び第2通信配線CAN_Lを含む。
第kスレーブ・コントローラ620kの出力端子666は、4本の配線を介して、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1の入力端子665に連結される。前記4本の配線も、駆動電力が伝送される第1電力配線Vin+及び第2電力配線Vin−、並びにCAN通信方式の通信信号が伝送される第1通信配線CAN_H及び第2通信配線CAN_Lを含む。
また、第k+1スレーブ・コントローラ620k+1の出力端子666は、4本の配線を介して、第(k+2)スレーブ・コントローラ(図示されず)の入力端子に連結される。図9に図示される例示的な実施形態で、第kスレーブ・コントローラ620kと、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1は、マスター・コントローラ610から提供される駆動電力を利用して動作すると仮定して説明する。しかし、それは、例示的なものであり、第kスレーブ・コントローラ620kと、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1は、多様な形態を有することができる。
第kスレーブ・コントローラ620k内で、入力端子665に連結された第1通信配線CAN_Hと、第2通信配線CAN_Lは、それぞれ内部配線を介して、出力端子666に連結された第1通信配線CAN_Hと、第2通信配線CAN_Lとに直接連結される。また、入力端子665に連結された第1通信配線CAN_Hと、第2通信配線CAN_Lは、それぞれ内部配線を介して、MPU 640の通信端子に連結される。
第kスレーブ・コントローラ620k内で、入力端子665に連結された第2電力配線Vin−は、接地され、内部配線を介して、出力端子666に連結された第2電力配線Vin−に直接連結される。
入力端子665に連結された第1電力配線Vin+は、遅延回路630aに連結される。出力端子666に連結された第1電力配線Vin+は、遅延回路630aのノードNに連結される。遅延回路630aは、入力端子665に連結された第1電力配線Vin+とノードNとの間に連結された抵抗R;及びノードNと接地GNDとの間のキャパシタC;を含む。ノードNは、MPU 640の電源端子VCCに連結され、MPU 640の接地端子GNDは、接地される。MPU 640の電源端子VCCには、ノードNの電圧が印加される。
第kスレーブ・コントローラ620kの入力端子665に連結された第1電力配線Vin+を介して、電源電圧が印加される場合、キャパシタCによって、ノードNの電圧が徐々に上昇する。従って、入力端子665に連結された第1電力配線Vin+に電源電圧が印加される時点に比べて、所定の時間が過ぎた後、第kスレーブ・コントローラ620kのMPU 640が駆動を始める。
また、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1のノードCにも、キャパシタCが連結されるので、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1のノードNの電圧は、第kスレーブ・コントローラ620kのノードNの電圧よりも徐々に上昇する。従って、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1のMPU 640は、第kスレーブ・コントローラ620kのMPU 640が駆動を始めた後、所定時間が過ぎた後になって初めて駆動を始める。
従って、第kスレーブ・コントローラ620kのMPU 640が先に活性化され、第(k+1)スレーブ・コントローラ620k+1のMPU 640が後に活性化される。
図10は、例示的な実施形態によって、図9に図示されたスレーブ・コントローラが連結された場合の電力配線対の等価回路図を示している。
図10を参照すれば、第1電力端子Vin+と、第2電力端子Vin−は、マスター・コントローラ610(図6)に連結され、マスター・コントローラ610は、第1電力端子Vin+と、第2電力端子Vin−とを介して、駆動電力をスレーブ・コントローラ620−1〜620−n(図6)に供給することができる。
第1スレーブ・コントローラ620−1は、第1ノードN1の電圧V1を駆動電力として使用し、第2スレーブ・コントローラ620−2は、第2ノードN2の電圧V2を駆動電力として使用することができる。第nスレーブ・コントローラ620−nは、第nノードNNの電圧VNを駆動電力として使用することができる。第2電力端子Vin−には、接地電圧GNDが印加される。
第1電力端子Vin+と、第NノードNNとの間に、n個の抵抗Rが直列に連結され、抵抗R間のノードが、それぞれ第1ノードN1ないし第(n−1)ノードN(N−1)に対応することによって、等価的に表現される。また、第1ノードN1ないし第NノードNNと、第2電力端子Vin−との間には、キャパシタCがそれぞれ連結されることによって、等価的に表現される。
図11は、図9に図示された等価回路に駆動電圧が供給された場合の電圧V1〜VNのグラフを図示している。
図11に図示された例示的な実施形態によれば、第2電力端子Vin−は、接地され、電源電圧VSSが、時間t0で第1電力端子Vin+に印加される。駆動電圧Vthは、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nのMPU 640が駆動を始める電圧である。
第1ノードN1の第1電圧V1は、時間t1で駆動電圧Vthに逹し、第1スレーブ・コントローラ620−1のMPU 640は、時間t1で活性化される。第2ノードN2の第2電圧V2は、時間t2で駆動電圧Vthに逹し、第2スレーブ・コントローラ620−2のMPU 640は、時間t2で活性化される。第3ノードN3の第3電圧V3は、時間t3で駆動電圧Vthに逹し、第3スレーブ・コントローラ620−3のMPU 640は、時間t3で活性化される。かような方式で、第nノードNNの第n電圧VNは、時間tnで駆動電圧Vthに逹し、第nスレーブ・コントローラ620−NのMPU 640は、時間tnで活性化される。例えば、図10の等価回路図で、抵抗Rが10Ωであり、キャパシタCが1μFである場合、時間t0〜tnの時間間隔は、それぞれ約20μsである。また、図10の等価回路図で、抵抗Rが10ΩであってキャパシタCが0.1μFである場合、時間t0〜tnの時間間隔は、それぞれ約2msである。抵抗RとキャパシタCは、前記時間間隔を、MPU 640内の駆動時間カウンタ645が感知することが可能なように設定する。
図12は、例示的な実施形態によって、図6に図示された通信システムで、スレーブ・コントローラが自体の物理的連結順序に対応し、固有IDを割り当てる方法について説明するためのタイミング図である。
図12に図示された例示的な実施形態によれば、マスター・コントローラ610が、時間t0が制御信号を活性化させれば、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、前記活性化された制御信号に応答して順次に活性化される。
図11のグラフに図示されているように、マスター・コントローラ610が、時間t0で、制御信号をハイレベルに遷移したとしても、遅延回路630によって、第1スレーブ・コントローラ620−1の電圧V1は、時間t1で駆動電圧Vthに逹する。また、第2スレーブ・コントローラ620−2の電圧V2は、時間t2で駆動電圧Vthに逹する。かような方式で、第nスレーブ・コントローラ620−nの電圧VNは、時間tNで駆動電圧Vthに逹する。従って、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nのMPU 640は、対応するスレーブ・コントローラ620−1〜620−nの物理的連結順序によって、順次に活性化される。スレーブ・コントローラ620−1〜620−nのMPU 640が活性化されれば、MPU 640の駆動時間カウンタ645が動作し始める。駆動時間カウンタ645は、MPU 640が活性化された時点以後の時間をカウントすることができる。
マスター・コントローラ610は、既定の時間s0で、ID割り当て命令を行う。既定の時間s0は、あらゆるスレーブ・コントローラ620−1〜620−nのMPU 640が活性化されるように決定されなければならない。ID割り当て命令は、通信信号として、あらゆるスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに同時に提供される。ID割り当て命令は、ブロードキャスト方式で提供される。
スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、時間s1で、ID割り当て命令を受信し、駆動時間カウンタ645のカウント値を保存することができる。スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、第1スレーブ・コントローラ620−1から第nスレーブ・コントローラ620−nまで順次に活性化されるので、同一時点で、第1スレーブ・コントローラ620−1のカウント値が最も大きく、第nスレーブ・コントローラ620−nのカウント値が最も小さい。
例えば、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、ID割り当て命令を受信した時間s1で、第1スレーブ・コントローラ620−1のカウント値が1,300であり、第2スレーブ・コントローラ620−2のカウント値が1,200であり、第3スレーブ・コントローラ620−3のカウント値が1,100であり、第nスレーブ・コントローラ620−nのカウント値が600でもある。
時間s2で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、時間s1で保存したカウント値を、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに、通信信号として伝送することができる。スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、時間s2で、実質的に同時にカウント値を伝送するが、MPU 640内の通信コントローラによって、優先順位よって、伝送順序が決定される。優先順位は、IDによって決定され、そのために、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、保存されたカウント値を、臨時IDとして使用して、カウント値を含む通信信号を出力することができる。
時間s3で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nのカウント値をいずれも受信し、自体のカウント値と、受信したカウント値とを比較し、自体のIDを決定することができる。自体のカウント値と、受信したカウント値とを比較し、自体のIDを決定する方法は、図15を参照して詳細に説明する。
時間s4で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、自体のIDが割り当てられたことを示すID割り当て完了メッセージを送信することができる。マスター・コントローラ610は、前記ID割り当て完了メッセージを受信し、割り当てられたIDを基に、通信を行うことができる。
図13は、例示的な実施形態による、図6に図示された通信システムでのマスター・コントローラの動作フローチャートである。
図13に図示された例示的な実施形態によれば、段階(S131)で、マスター・コントローラ610は、制御信号を出力する。図12に図示されたように、マスター・コントローラ610は、時間t0で、活性化された制御信号を出力することができる。活性化された制御信号は、遅延回路630によって、順次にスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに逹する。活性化された制御信号が逹した順序によって、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nが活性化される。
段階(S132)で、マスター・コントローラ610は、あらゆるスレーブ・コントローラ620−1〜620−nが活性化されるように、所定時間待機する。
段階(S133)で、マスター・コントローラ610は、ID割り当て命令を、あらゆるスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに伝送する。ID割り当て命令には、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数に係わる情報が含まれる。マスター・コントローラ610は、ID割り当て命令以外に、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数に係わる情報が含まれたメッセージを伝送することもできる。
スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、ID割り当て命令を受信し、内部駆動時間カウンタの駆動時間カウンタ値を利用して、IDを割り当てる。スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、ID割り当てが終われば、ID割り当て終了メッセージを送信する。
段階(S134)で、マスター・コントローラ610は、あらゆるスレーブ・コントローラ620−1〜620−nから、ID割り当て終了メッセージを受信したか否かということを判断し、あらゆるスレーブ・コントローラ620−1〜620−nから、ID割り当て終了メッセージを受信すれば、新たに割り当てられたIDを利用して、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nと通信を行う。
図14は、例示的な実施形態による、図6に図示された通信システムでのスレーブ・コントローラの動作フローチャートである。
図14に図示された例示的な実施形態によれば、段階(S141)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、マスター・コントローラ610から出力された制御信号を受信する。前述のように、制御信号は、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの遅延回路により、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、順次に制御信号を受信する。
段階(S142)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、受信した制御信号に応答し、駆動時間カウンタを動作させる。駆動時間カウンタは、制御信号を受信した時点以後の時間をカウントする。
段階(S143)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、ID割り当て命令を受信するまで駆動時間カウンタの駆動時間カウンタ値を増加させる。
段階(S144)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nが、ID割り当て命令を受信すれば、駆動時間カウンタの駆動時間カウンタ値を保存する。ID割り当て命令に、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数に係わる情報が含まれているか、あるいはスレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数に係わる情報を含むメッセージを受信した場合、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数に係わる情報を得ることができる。
段階(S145)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、保存した駆動時間カウンタ値を、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nに伝送する。
段階(S146)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nから、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nのカウント値を受信する。
段階(S147)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、自体の保存された駆動時間カウンタ値と、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nから受信したカウント値とを比較し、自体のIDを算出する。
段階(S148)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、算出されたIDを自ら割り当て、ID割り当て完了メッセージを、マスター・コントローラ610に伝送する。
図15は、例示的な実施形態による、図6に図示された通信システムでのスレーブ・コントローラが、IDを算出する過程を示すフローチャートである。
図15に図示された例示的な実施形態によれば、段階(S151)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、臨時IDを1に初期化し、メッセージカウンタを1に初期化する。前述のように、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数に係わる情報を、マスター・コントローラ610から得ることができる。また、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、段階(S144)(図14)で、自体の駆動時間カウンタ値を保存している。
段階(S152)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nからカウント値を受信する。
段階(S153)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nからカウント値を受信すれば、メッセージカウンタを1ほど増加させる。
段階(S154)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、段階(S152)で受信したカウント値と、段階(S144)で保存した自体のカウント値とを比較する。
段階(S155)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、段階(S152)で受信したカウント値が、段階(S144)で保存した自体のカウント値より大きい場合、臨時IDを1ほど増加させる。一方、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、段階(S152)で受信したカウント値が、段階(S144)で保存した自体のカウント値より大きくない場合、臨時IDを増加させず、段階(S156)に進む。
段階(S156)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、メッセージカウンタが、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数と一致するか否かということを判断する。メッセージカウンタが、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数と一致する場合、段階(S157)に進み、メッセージカウンタが、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数と一致しない場合、段階(S152)に進む。
段階(S157)で、メッセージカウンタが、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数と一致するので、それ以上受信する他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−nのカウント値がないので、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、臨時IDをIDとして設定する。それにより、ID割り当てが完了し、段階(S148)で、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、ID割り当て完了メッセージを、マスター・コントローラ610に伝送する。
スレーブ・コントローラ620−1〜620−nの総個数が8であり、第1スレーブ・コントローラ620−1ないし第8スレーブ・コントローラ620−8のカウント値が、それぞれ800、700、600、500、400、300、200及び100であると仮定する。
第5スレーブ・コントローラ620−5の場合、保存したカウント値が400である。第5スレーブ・コントローラ620−5は、第1スレーブ・コントローラ620−1ないし第4スレーブ・コントローラ620−4のカウント値(800,700,600,500)が受信されるとき、臨時IDを増加させる。臨時IDが1に初期化されたので、臨時IDは、1ほど回増加される。他のスレーブ・コントローラ620−1〜620−4,620−6〜620−8からカウント値をいずれも受信した場合、臨時IDは、5になる。従って、第5スレーブ・コントローラ620−5は、自体の物理的連結順序と同一のIDを有することになる。
従って、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、物理的連結順序と一致するIDを割り当てるために、物理的連結順序を検出するための別途の回路を追加したり、あるいは一つ一つ別途にハードウェア的にまたはソフトウェア的に、管理したりする必要がない。スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、例示的な実施形態による方法によって、自ら自体の物理的連結順序を把握することができ、物理的連結順序に対応するIDを割り当てることができる。従って、スレーブ・コントローラ620−1〜620−nは、互いにいかなる制約もなしに、簡便に互換して使用することができ、追加回路による製造コストの増加が招来されず、別途に管理する手間も要求されない。
要約すれば、エネルギー保存システムは、新再生エネルギーを生成する発電システム、電力を保存するバッテリシステム、そして既存の系統を連繋させるシステムに具現される。
該エネルギー保存システムで、バッテリシステムは、バッテリシステムによって電力が供給される負荷の負荷量によって、多様に設計される。バッテリシステムは、外部から電力を供給されて電力を保存することができ、保存されている電力を外部に供給することができる。すなわち、バッテリシステムは、充電動作及び放電動作を遂行することができる。
該バッテリシステムは、安定的な動作のために、内部状態をモニタリングし、モニタリングによって測定されたデータを集めることができる。該バッテリシステムは、マスター・スレーブ構造を有する多様なバッテリ管理部を含んでもよい。スレーブに該当するバッテリ管理部(または、スレーブ・コントローラ)は、マスターに該当するバッテリ管理部(または、マスター・コントローラ)で測定されたデータを伝送することができ、マスター・コントローラは、データをいずれも受信して集めることができる。
スレーブ・コントローラは、それぞれ固有識別子(ID)を有し、マスター・コントローラは、固有IDを介して、スレーブ・コントローラを識別することができる。管理の容易性のために、固有IDは、スレーブ・コントローラの連結順序に対応するように決定される。しかし、スレーブ・コントローラが、連結順序に対応する固有IDをそれぞれ有するため、スレーブ・コントローラの連結順序または位置を検出することができる別途の回路、または装置が追加されなければならないとしたら、製品のコストが上昇するであろう。別途の追加回路または装置を追加せずに、スレーブ・コントローラに連結順序に対応する固有IDを割り当てるために、スレーブ・コントローラのハードウェアを異なってセッティングしたり、あるいは他のソフトウェアをアップロードしなければならないが、その方法は、スレーブ・コントローラごとに、ハードウェアまたはソフトウェアを別途に開発して管理したりしなければならないという問題がある。
詳細な説明または特許請求の範囲で使用される「前記」の用語、及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数のいずれにも該当するものである。また、範囲(range)が記載された場合、矛盾する記載がない限り、前記範囲に属する個別的な値が記載されたものであると解釈されなければならない。方法を構成する段階の順序が明確に記載されていないのであれば、前記段階は、適切な順序で実行されるのである。実施形態は、動作の順序に係わる説明に限定されるものではない。あらゆる例示または例示的な用語(例えば、「など」)は、単に例示的な実施形態について説明するためのものである。
例示的な実施形態が本明細書に提示され、特定用語が使用されたとしても、限定を目的に使用されたものではなく、ただ一般的なものであり、説明のためのものであると解釈されなければならない。一部例において、本明細書の出願時の当業者に自明なことであろうが、特定実施形態と係わって記述された特徴、特性及び/または構成要素は、明示上な特定する記載がない限り、単独で使用されもし、他の実施形態と係わって記述された他の特徴、特性及び/または構成要素と組み合わせて使用されもする。従って、本発明の思想は、前述の実施形態に限って決められるものではなく、特許請求の範囲だけではなく、その特許請求の範囲と均等であるか、あるいはそれから等価的に変更されたあらゆる範囲が本発明の思想の範疇に属するものである。
本発明のバッテリシステム及びバッテリシステムの管理方法は、例えば、エネルギー活用関連の技術分野に効果的に適用可能である。
1 エネルギー保存システム
2 発電システム
3 系統
4 負荷
10 電力変換システム
11,56 電力変換部
12 DCリンク部
13 インバータ
14 コンバータ
15 統合コントローラ
20,300 バッテリシステム
200 システムBMS
210−1ないし210−I バッテリラック
220 ラック
221−1ないし221−m バッテリトレイ
222 トレイ
223 トレイBMS
224 第2バスライン
230 ラックBMS
240 ラック保護回路
250 第1バスライン
30 第1スイッチ
40 第2スイッチ
50 電気自動車
51 ECU
52 インバータ・コントローラ
53 インバータ
54 モータ
55 DC充電部
57 AC充電部
301 BMS
302 バッテリパック
310 マスターBMS
320−1ないし320−n スレーブBMS
330−1ないし
330−n バッテリ・モジュール
340 第2バスライン
400,600 通信システム
410,610 マスター・コントローラ
420−1ないし420−n,620−1ないし620−n,620a,620b,620c スレーブ・コントローラ
430 第4バスライン
620k 第kスレーブ・コントローラ
620k+1 第(k+1)スレーブ・コントローラ
630,630a,630b,630c,630d,630e,630f,630g 遅延回路
640 MPU
645 カウンタ
651−1ないし651−n 第1配線対
653 第2配線対
661,664 電力入力端子
661’ 制御信号入力端子
662,664 電力出力端子
662’ 制御信号出力端子
663 通信信号端子
665 入力端子
666 出力端子
671 第1電力配線対
671’ 第1制御配線対
672 第2電力配線対
672’ 第2制御配線対
673 通信配線対
680 電力供給部

Claims (16)

  1. 複数のスレーブ・コントローラ、及び前記複数のスレーブ・コントローラに連結されたマスター・コントローラを含み、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、対応するバッテリ・モジュールに連結され、対応するスレーブ・コントローラ識別子を有し、
    前記スレーブ・コントローラ識別子は、前記複数のスレーブ・コントローラによって遂行されるスレーブ・コントローラ識別子割り当て動作によって割り当てられ、
    前記マスター・コントローラは、前記スレーブ・コントローラから、前記スレーブ・コントローラ識別子を受信し、
    前記複数のコントローラは、第1スレーブ・コントローラ、及び少なくとも1つの後続スレーブ・コントローラを含み、前記後続スレーブ・コントローラは、直前スレーブ・コントローラから、遅延後に、制御信号を受信し、
    それぞれのスレーブ・コントローラは、前記受信された制御信号によって活性化される駆動時間カウンタを含み、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、前記複数のスレーブ・コントローラの少なくとも1つの他のスレーブ・コントローラから駆動時間値を受信し、前記受信された駆動時間値と、自体の駆動時間カウンタからの駆動時間値とを比較し、
    前記比較の結果、前記受信された駆動時間値がさらに大きい値である場合、前記スレーブ・コントローラは、自体のスレーブ・コントローラ識別子を増分し、前記第1スレーブ・コントローラが最も低いスレーブ・コントローラ識別子を有し、後続するスレーブ・コントローラは、連続して大きいスレーブ・コントローラ識別子を有することを特徴とするバッテリ管理システム。
  2. 前記複数のスレーブ・コントローラは、前記スレーブ・コントローラの連結順序により、前記スレーブ・コントローラ識別子を割り当てることを特徴とする請求項1に記載のバッテリ管理システム。
  3. 前記複数のスレーブ・コントローラは、直列信号線を含み、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれが、前記直列信号線によって順次に連結されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリ管理システム。
  4. 前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、前記直列信号線で制御信号を順次に受信し、遅延後に、前記制御信号を、次のスレーブ・コントローラに出力することを特徴とする請求項3に記載のバッテリ管理システム。
  5. 前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、前記それぞれのスレーブ・コントローラによって受信される制御信号の遅延により、前記直列信号線に沿って、相対的位置を決定することを特徴とする請求項4に記載のバッテリ管理システム。
  6. 前記制御信号は、それぞれのスレーブ・コントローラによって漸進的に遅延され、順次に連結される前記複数のスレーブ・コントローラのうち最後のスレーブ・コントローラは、前記複数のスレーブ・コントローラのうち最も遅れて前記制御信号を受信することを特徴とする請求項4に記載のバッテリ管理システム。
  7. それぞれのスレーブ・コントローラは、前記制御信号を遅延させるための遅延回路を含み、前記遅延回路は、抵抗・キャパシタ(RC)遅延回路、抵抗・インダクタ(RL)遅延回路及びバッファ回路からなるグループから選択される回路を含むことを特徴とする請求項4に記載のバッテリ管理システム。
  8. 前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、自体のスレーブ・コントローラ識別子
    を設定し、前記設定されたスレーブ・コントローラ識別子を、前記マスター・コントロー
    ラに提供することを特徴とする請求項1に記載のバッテリ管理システム。
  9. 電力変換システム、負荷及び系統の間に連繋され、請求項1ないしのうち、いずれ
    か1項に記載のバッテリ管理システムを含むエネルギー保存システム。
  10. 請求項1ないしのうち、いずれか1項に記載のバッテリ管理システムを含む運送装
    置。
  11. 順次に連結される複数のスレーブ・コントローラ及びマスター・コントローラを含むバ
    ッテリシステムの管理方法であって、
    前記マスター・コントローラにおいて、前記複数のスレーブ・コントローラのうち、第
    1スレーブ・コントローラに制御信号を伝送する段階と、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記制御信号を受信し、前記制御信号に応答し、対応する駆動時間カウンタを動作開始させ、遅延後に、前記制御信号を、前記複数のスレーブ・コントローラのうち、次のスレーブ・コントローラに出力する段階と、
    前記マスター・コントローラにおいて、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれに、スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令を同時に伝送する段階と、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令に応答し、駆動時間カウンタ値を保存する段階と、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記複数のスレーブ・コントローラのうち、他のスレーブ・コントローラから受信された少なくとも1つの他の駆動時間カウンタ値と、前記保存された駆動時間カウンタ値とを比較する段階と、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記比較された駆動時間カウンタ値を基に、スレーブ・コントローラ識別子を設定する段階と、を含むバッテリシステムの管理方法。
  12. 前記マスター・コントローラにおいて、前記スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令を伝送した後、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれから、前記設定されたスレーブ・コントローラ識別子を受信する段階をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載のバッテリシステムの管理方法。
  13. 前記比較する段階で、前記受信された駆動時間カウンタ値がさらに大きい値である場合、前記スレーブ・コントローラは、自体のスレーブ・コントローラ識別子を増分させることを特徴とする請求項11に記載のバッテリシステムの管理方法。
  14. 前記順次に連結されるスレーブ・コントローラのうち第1スレーブ・コントローラは、最も低いスレーブ・コントローラ識別子を設定し、連続的なスレーブ・コントローラは、連続してさらに大きいスレーブ・コントローラ識別子を設定することを特徴とする請求項13に記載のバッテリシステムの管理方法。
  15. 前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれは、自体の保存された駆動時間カウンタ値を、前記複数のスレーブ・コントローラのうち、あらゆる他のスレーブ・コントローラに伝送することを特徴とする請求項11に記載のバッテリシステムの管理方法。
  16. マスター・コントローラ及び前記マスター・コントローラに順次に連結される複数のスレーブ・コントローラを含むバッテリシステムの管理方法であって、
    前記マスター・コントローラにおいて、前記複数のスレーブ・コントローラに駆動電源を順次に供給する段階と、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記駆動電源を受信することによって動作を順次に開始し、対応する駆動時間カウンタを順次に活性化する段階と、
    前記マスター・コントローラにおいて、前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれに、スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令を同時に伝送する段階と、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記スレーブ・コントローラ識別子割り当て命令に応答し、駆動時間カウンタ値を保存する段階と、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記複数のスレーブ・コントローラのうち、他のスレーブ・コントローラから受信された少なくとも1つの他の駆動時間カウンタ値と、前記保存された駆動時間カウンタ値とを比較する段階と、
    前記複数のスレーブ・コントローラそれぞれで、前記比較された駆動時間カウンタ値を基に、スレーブ・コントローラ識別子を設定する段階を含むバッテリシステムの管理方法。
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