JP6759513B2 - 無線バッテリー管理システム及びこれを含むバッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、無線バッテリー管理システムに関し、より詳しくは、複数のバッテリーモジュール間の残存容量の差を低減する無線バッテリー管理システム及びこれを含むバッテリーパックに関する。

本出願は、２０１７年７月２０日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００９２１５１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、全て本出願に援用される。

最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。

現在、商用化した二次電池としては、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、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。

電気車両などに適用されるバッテリーパックは通常相互直列に接続した複数のバッテリーモジュール及び複数のＢＭＳを含む。各ＢＭＳは、自分が管理するバッテリーモジュールの状態をモニター及び制御する。最近は、大容量かつ高出力のバッテリーパックが要求されることによって、バッテリーパックに含まれるバッテリーモジュールの個数も増加しつつある。このようなバッテリーパックに含まれた各バッテリーモジュールの状態を効率的に管理するために、シングルマスター−マルチスレーブ構造が開示されている。シングルマスター−マルチスレーブ構造は、各バッテリーモジュールに設えられる複数のスレーブＢＭＳ及び前記複数のスレーブＢＭＳを全般的に管制するマスターＢＭＳを含む。この際、複数のスレーブＢＭＳとマスターＢＭＳとの通信が無線方式で行われ得る。

複数のスレーブＢＭＳ各々は、自分が設けられたバッテリーモジュールの電気エネルギーを用いて、マスターＢＭＳに無線信号を送信するか、マスターＢＭＳからの無線信号を受信する。

一方、バッテリーパックの動作環境や個別バッテリーモジュール自体の電気化学的な特性により、複数のバッテリーモジュール間には残存容量の差が発生する。複数のバッテリーモジュール間の残存容量の差を抑制するためには、バランシング制御が必要である。

しかし、バランシングに関わる従来技術は、複数のスレーブＢＭＳ及びマスターＢＭＳがケーブルのような有線手段によって通信するように設計されたシステムに適用するためのものがほとんどである。

本発明は、複数のバッテリーモジュールのうち少なくとも一つの電気エネルギーを用いて、非通信用の無線チャンネルを通じてＲＦ信号を送信することで、複数のバッテリーモジュール間の残存容量の差を減少させるためのモジュールバランシングを行うことができる無線バッテリー管理システム及びこれを含むバッテリーパックを提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。

上記の課題を達成するための本発明の多様な実施例は、次のようである。

本発明の一面による無線バッテリー管理システムは、状態検出命令を含む第１ＲＦ信号を第１無線チャンネルを通じて送信するように構成されたマスターＢＭＳと、複数のバッテリーモジュールに１対１で設けられるものであって、前記第１ＲＦ信号に応答し、自分が設けられたバッテリーモジュールの状態情報を検出し、前記バッテリーモジュールの状態情報を示す第２ＲＦ信号を前記第１無線チャンネルを通じて送信するように構成された複数のスレーブＢＭＳと、を含む。前記マスターＢＭＳは、前記第２ＲＦ信号に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に対する無線バランシング時間を決定し、前記無線バランシング時間を示すモジュールバランシング命令を含む第３ＲＦ信号を前記第１無線チャンネルを通じて前記複数のスレーブＢＭＳに送信する。前記複数のスレーブＢＭＳ各々は、前記第３ＲＦ信号に含まれた前記モジュールバランシング命令に応じて、前記無線バランシング時間の間、自分が設けられたバッテリーモジュールの電気エネルギーを用いて第２無線チャンネルを通じて第４ＲＦ信号を送信する。

また、前記第１無線チャンネルは、予め決められた第１周波数帯域を有し得る。この場合、前記第２無線チャンネルは、前記第１周波数帯域とは分離した予め決められた第２周波数帯域を有し得る。

また、前記マスターＢＭＳは、前記第２ＲＦ信号に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に保存されたモジュール残存容量を演算し、前記複数のバッテリーモジュール各々のモジュール残存容量に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に対する前記無線バランシング時間を決定し得る。

また、前記マスターＢＭＳは、前記複数のバッテリーモジュールのうちいずれか一つのモジュール残存容量を第１ターゲット残存容量に設定し、前記第１ターゲット残存容量と残りのモジュール残存容量各々との差に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に対する前記無線バランシング時間を決定し得る。

また、前記バッテリーモジュールの状態情報は、前記バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーセルの状態情報を含み得る。前記マスターＢＭＳは、前記第２ＲＦ信号に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に含まれた各バッテリーセルのセル残存容量を演算し、前記複数のバッテリーモジュール各々に含まれた各バッテリーセルのセル残存容量に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に対する前記無線バランシング時間を決定し得る。

また、前記マスターＢＭＳは、前記複数のバッテリーモジュールに含まれた全てのバッテリーセルのセル残存容量のうち最も少ないものを第２ターゲット残存容量に決定し、前記第２ターゲット残存容量と残りの各バッテリーモジュールの最少セル残存容量各々との差にさらに基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に対する前記無線バランシング時間を決定し得る。

また、前記マスターＢＭＳは、前記複数のバッテリーモジュール各々の最少セル残存容量と残りの各セル残存容量との差に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に含まれた各バッテリーセルに対する有線バランシング時間を決定し得る。この場合、前記第３ＲＦ信号が、前記有線バランシング時間を示すセルバランシング命令をさらに含み得る。

また、前記複数のスレーブＢＭＳ各々は、自分が設けられたバッテリーモジュールに含まれた各バッテリーセルの両端の間に電気的に接続した有線バランシング部を含み得る。この場合、前記第３ＲＦ信号に含まれた前記セルバランシング命令に応じて、前記有線バランシング回路を制御し、自分が設けられたバッテリーモジュールに含まれた各バッテリーセルのセル残存容量をバランシングし得る。

本発明の他面によるバッテリーパックは、前記無線バッテリー管理システムと、前記複数のバッテリーモジュールと、を含む。

本発明の実施例の少なくとも一つによれば、複数のバッテリーモジュールのうち少なくとも一つの電気エネルギーを用いて、非通信用の無線チャンネルを通じてＲＦ信号を送信することで、複数のバッテリーモジュール間の残存容量の差を減少させるためのモジュールバランシングを行うことができる。

また、本発明の実施例の少なくとも一つによれば、各バッテリーモジュールから状態情報を検出する期間中にもモジュールバランシングを行うことで、モジュールバランシング及びセルバランシングが完了するまでの時間を短縮することができる。

また、本発明の実施例の少なくとも一つによれば、各バッテリーモジュールの最少セル残存容量に基づいてモジュールバランシングを行った上でセルバランシングを行うことで、セルバランシングに使用可能な時間を確保することができる。

本発明の効果が、上述の効果に制限されず、言及されていないさらに他の効果は、請求範囲の記載から当業者にとって明確に理解されるであろう。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例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、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。

本発明の一実施例による無線バッテリー管理システム及びこれを含むバッテリーパックの構成を概略的に示す図である。 図１に示したスレーブＢＭＳの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施例による有線バランシング部の構成を概略的に示す図である。 図１に示したマスターＢＭＳの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施例による無線バッテリー管理システムが第１バランシングルールによって複数のバッテリーモジュールをバランシングする動作を説明するのに参照される図である。 本発明の一実施例による無線バッテリー管理システムが第１バランシングルールによって複数のバッテリーモジュールをバランシングする動作を説明するのに参照される図である。 本発明の一実施例による無線バッテリー管理システムが第２バランシングルールによって複数のバッテリーモジュールをバランシングする動作を説明するのに参照される図である。 本発明の一実施例による無線バッテリー管理システムが第２バランシングルールによって複数のバッテリーモジュールをバランシングする動作を説明するのに参照される図である。

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を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使わ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例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例に過ぎず、本発明の技術的な思想の全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。

また、本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その説明を省略する。

第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちいずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。

なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、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み得ることを意味する。また、明細書に記載の「制御ユニット」のような用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。

さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（接続）」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に（接続）」されている場合も含む。

本発明において全般的に使われる用語である「ＢＭＳ」とは、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍの略語であることを予め明らかにしておく。

図１は、本発明の一実施例による無線バッテリー管理システム３０及びこれを含むバッテリーパック１０の構成を概略的に示す図である。

図１を参照すれば、バッテリーパック１０は、複数のバッテリーモジュール２０及び無線バッテリー管理システム３０を含む。各バッテリーモジュール２０は、少なくとも一つのバッテリーセル（図２の「２１」参照）を含み得る。無線バッテリー管理システム３０は、複数のスレーブＢＭＳ１００及び少なくとも一つのマスターＢＭＳ２００を含む。バッテリーパック１０は、電気自動車に搭載され、電気自動車の電気モーターの駆動に要求される電力を供給することができる。

以下では、説明の便宜のために、バッテリーパック１０が相互直列接続した三つのバッテリーモジュール２０を含み、各バッテリーモジュール２０は、相互直列接続した三つのバッテリーセル２１を含み、無線バッテリー管理システム３０は、三つのスレーブＢＭＳ１００及び単一のマスターＢＭＳ２００を含むと仮定する。但し、本発明の範囲はこれに限定されない。例えば、バッテリーパック１０は、二つのバッテリーモジュール２０のみを含むか、四つ以上のバッテリーモジュール２０を含み得る。勿論、無線バッテリー管理システム３０は、二つのスレーブＢＭＳ１００または四つ以上のスレーブＢＭＳ１００を含み得、二つ以上のマスターＢＭＳ２００が含まれ得る。

複数のスレーブＢＭＳ１００は、バッテリーパック１０に含まれた複数のバッテリーモジュール２０に１対１で対応するように設けられる。

複数のスレーブＢＭＳ１００各々は、複数のバッテリーモジュール２０のうち自分が設けられたいずれか一つのバッテリーモジュール２０と電気的に接続する。複数のスレーブＢＭＳ１００各々は、自分と電気的に接続したバッテリーモジュール２０の全般的な状態（例えば、電圧、電流、温度）を検出し、バッテリーモジュール２０の状態を調節するための各種制御機能（例えば、充電、放電、バランシング）を実行する。この際、各制御機能は、スレーブＢＭＳ１００がバッテリーモジュール２０の状態に基づき直接実行するか、またはマスターＢＭＳ２００からの命令に応じて実行するものであり得る。

図２は、図１に示したスレーブＢＭＳ１００の構成を概略的に示す図であり、図３は、本発明の一実施例による有線バランシング部１４０の構成を概略的に示す図である。

図２を参照すれば、各スレーブＢＭＳ１００は、スレーブメモリー１１０、スレーブ通信部１２０、スレーブセンシング部１３０、スレーブ電源供給部１５０及びスレーブ制御部１６０を含み得る。各スレーブＢＭＳ１００は、選択的に、有線バランシング部１４０をさらに含み得る。

スレーブメモリー１１０には、スレーブＢＭＳに予め割り当てられていたＩＤが保存されている。ＩＤは、スレーブメモリー１１０を含むスレーブＢＭＳ１００の製造時に予め割り当てられたものであり得る。ＩＤは、各スレーブＢＭＳ１００がマスターＢＭＳ２００との無線通信を行うのに用いられ得る。この際、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３のうちいずれか一つに予め割り当てられたＩＤは、残りのスレーブＢＭＳ各々に予め割り当てられたＩＤとは相違し得る。

各ＩＤは、マスターＢＭＳ２００が各スレーブＢＭＳ１００を残りのスレーブＢＭＳ１００から区分するのに用いられ得る。また、各ＩＤは、それが予め割り当てられたスレーブＢＭＳ１００が複数のバッテリーモジュール２０のうちいずれに設けらされたかを示すものであり得る。

スレーブメモリー１１０は、データを、記録、消去、更新及び読出可能であると知られた公知の情報保存手段であれば、その種類は特に制限されない。一例として、スレーブメモリー１１０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリー、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどであり得る。スレーブメモリー１１０は、スレーブ制御部１６０によって実行可能なプロセスが定義されたプログラムコードを保存し得る。

一方、スレーブメモリー１１０は、スレーブ制御部１６０と物理的に分離していてもよく、チップなどにスレーブ制御部１６０と一体で集積化していてもよい。

スレーブ通信部１２０は、スレーブアンテナ１２１及びスレーブ通信回路１２２を含む。スレーブアンテナ１２１及びスレーブ通信回路１２２は、相互動作可能に接続する。スレーブ通信回路１２２は、スレーブアンテナ１２１によって受信された無線信号を復調する。また、スレーブ通信回路１２２は、スレーブ制御部から提供された信号を変調した後、スレーブアンテナ１２１に提供し得る。スレーブアンテナ１２１は、スレーブ通信回路１２２によって変調された信号に対応する無線信号を他のスレーブＢＭＳまたはマスターＢＭＳ２００に同時にまたは選択的に送信し得る。

スレーブセンシング部１３０は、バッテリーモジュール２０の状態情報を検出するように構成される。例えば、スレーブセンシング部１３０は、バッテリーモジュール２０の電圧を検出する電圧測定回路を含み、選択的にバッテリーモジュール２０の電流を検出する電流測定回路、またはバッテリーモジュール２０の温度を検出する温度検出回路をさらに含み得る。スレーブ制御部１６０は、検出されたバッテリーモジュール２０の状態情報をスレーブ制御部１６０に提供する。スレーブセンシング部１３０は、電圧検出回路及び温度検出回路が内蔵された少なくとも一つの注文型半導体（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ，ＡＳＩＣ）を含み得る。

有線バランシング部１４０は、各バッテリーモジュール２０に含まれた複数のバッテリーセル２１間の残存容量の差を抑制するように構成される。有線バランシング部１４０は、セルバランシングを行う。

例えば、有線バランシング部１４０は、他のバッテリーセル２１よりも相対的に高い残存容量を有するバッテリーセル２１を放電させることで、複数のバッテリーセル２１間の残存容量を均一化する。

図３を参照すれば、有線バランシング部１４０は、複数のバランシング抵抗Ｒｃ及び複数のバランシングスイッチＳＷを含む。一つのバランシング抵抗Ｒｃ及び一つのバランシングスイッチＳＷの直列回路は、各バッテリーセル２１の両端の間に接続する。したがって、バッテリーモジュール２０当たりのバッテリーセル２１の個数は、各有線バランシング部１４０に含まれるバランシング抵抗Ｒｃの個数とバランシングスイッチＳＷの個数と同一であり得る。

いずれか一つのバッテリーセル２１の電圧または残存容量が残りのバッテリーセル２１に比べて高い場合、前記いずれか一つのバッテリーセル２１の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷがターンオンされることで、前記いずれか一つのバッテリーセル２１の電気エネルギーがバランシング抵抗Ｒｃによって消費される。

一方、図２において、Ｒ_ａは診断抵抗であり、有線バランシング部１４０内の故障の検出に用いられる。有線バランシング部１４０内の故障には、例えば、断線やバランシングスイッチＳＷの誤動作などが挙げられる。また、図２において、Ｒ_ｂ及びＣは、各々保護抵抗及び保護キャパシタであって、ＲＣフィルターとして動作する。ＲＣフィルターは、センシング部１３０に流入するノイズ（例えば、急激な電流変化）のフィルタリングに用いられる。

スレーブ電源供給部１５０は、バッテリーモジュール２０から供給される電力を用いて、予め決められた少なくとも一つのレベルを有する電源電圧を生成する。スレーブ電源供給部１５０によって生成した電源電圧は、スレーブメモリー１１０、スレーブ通信部１２０、スレーブセンシング部１３０及び／または有線バランシング部１４０に個別的に提供され得る。また、スレーブ電源供給部１５０によって生成した電源電圧は、スレーブ制御部１６０に含まれた各プロセッサに提供され得る。例えば、スレーブ電源供給部１５０によって生成した第１電源電圧は、有線バランシング部１４０及びスレーブ制御部１６０に含まれた各プロセッサの動作電源として用いられ、スレーブ電源供給部１５０によって生成した第２電源電圧は、スレーブメモリー１１０、スレーブ通信部１２０及び／またはスレーブセンシング部１３０各々の動作電源に用いられ得る。

スレーブ電源供給部１５０は、スレーブ制御部１６０の命令に応じて、スレーブ通信部１２０と共にバッテリーモジュール２０のモジュールバランシングを行い得る。

スレーブ制御部１６０は、少なくとも一つのプロセッサを含み、スレーブメモリー１１０、スレーブ通信部１２０及びスレーブ電源供給部１５０に動作可能に接続する。スレーブ制御部１６０は、自分を含むスレーブＢＭＳ１００の全般的な動作を管理するように構成される。

スレーブ制御部１６０は、スレーブセンシング部１３０によって検出されたバッテリーモジュール２０の状態情報をスレーブ通信部１２０に提供する。これによって、スレーブ通信部１２０は、バッテリーモジュール２０の状態情報を示す無線信号をスレーブアンテナ１２１を通じてマスターＢＭＳ２００に送信するようになる。

スレーブ制御部１６０に含まれた各プロセッサは、多様な制御ロジッグを実行するために当業界に知られたプロセッサ、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選択的に含み得る。スレーブ制御部１６０の多様な制御ロジッグは少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジッグは、コンピュータが読出可能なコード体系で作成され、コンピュータが読出可能な記録媒体に収録され得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサによってアクセス可能なものであれば、その種類は特に制限されない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスター、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群より選択された少なくとも一つ以上を含む。また、コード体系は、キャリア信号に変調されて特定の時点に通信キャリアに含まれ得、ネットワークによって接続したコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジッグを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野におけるプログラマーによって容易に推論できる。

図４は、図１に示したマスターＢＭＳ２００の構成を概略的に示す図である。

図４を参照すれば、マスターＢＭＳ２００は、マスターメモリー２１０、マスター通信部２２０、マスター電源供給部２３０及びマスター制御部２４０を含み得る。

マスターメモリー２１０には、ＩＤテーブルが予め保存されていてもよい。ＩＤテーブルは、複数のスレーブＢＭＳに予め割り当てられていた各々のＩＤを含む。

マスターメモリー２１０は、データを、記録、消去、更新及び読出が可能であると知られた公知の情報保存手段であれば、その種類は特に制限されない。一例として、マスターメモリー２１０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリー、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターであり得る。マスターメモリー２１０は、マスター制御部２４０によって実行可能なプロセスが定義されたプログラムコードを保存し得る。

一方、マスターメモリー２１０は、マスター制御部２４０と物理的に分離していてもよく、チップなどにマスター制御部２４０と一体で集積化していてもよい。

マスター通信部２２０は、マスターアンテナ２２１及びマスター通信回路２２２を含む。マスターアンテナ２２１及びマスター通信回路２２２は、相互動作可能に接続する。マスター通信回路２２２は、マスターアンテナ２２１を通じて受信された無線信号を復調し得る。マスター通信回路２２２は、また各スレーブＢＭＳ１００に送信しようとする信号を変調した後、変調された信号をマスターアンテナ２２２を通じて無線で送信し得る。マスターアンテナ２２１は、マスター通信部２２０によって変調された信号に対応する無線信号を複数のスレーブＢＭＳ１００の少なくとも一つに選択的に送信し得る。

マスター電源供給部２３０は、少なくとも一つのバッテリーモジュール２０、外部電源または自分に備えられた電源から供給される電気エネルギーを用いて、少なくとも一つの電源電圧を生成する。マスター電源供給部２３０によって生成した電源電圧は、マスターメモリー２１０及びマスター通信部２２０に提供され得る。また、マスター電源供給部２３０によって生成した電源電圧は、マスター制御部２４０に含まれた各プロセッサに提供され得る。

マスター制御部２４０は、少なくとも一つのプロセッサを含み、マスターメモリー２１０及びマスター通信部２２０に動作可能に接続する。マスター制御部２４０は、マスターＢＭＳ２００の全般的な動作を管理するように構成される。また、マスター制御部２４０は、マスターアンテナ２２１を通じて受信される無線信号のうち、複数のスレーブＢＭＳ１００各々のセンシング情報に対応する無線信号に基づき、複数のスレーブＢＭＳ１００各々のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）及び／またはＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）を演算し得る。また、マスター制御部２４０は、演算されたＳＯＣ及び／またはＳＯＨに基づき、複数のスレーブＢＭＳ１００各々の充電、放電及び／またはバランシングを制御するための情報を生成した後、マスターアンテナ２２１及びマスター通信部２２０を通じて複数のスレーブＢＭＳ１００のうち少なくとも一つに選択的に送信し得る。

マスター制御部２４０に含まれた各プロセッサは、多様な制御ロジッグを実行するために当業界に知られたプロセッサ、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選択的に含み得る。マスター制御部２４０の多様な制御ロジッグは、少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジッグは、コンピュータが読出可能なコード体系として作成され、コンピュータが読出可能な記録媒体に収録され得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサによってアクセス可能なものであれば、その種類は別に制限されない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスター、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群より選択された少なくとも一つ以上を含む。また、コード体系は、キャリア信号に変調されて特定の時点に通信キャリアに含まれ得、ネットワークによって接続したコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジッグを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野におけるプログラマーによって容易に推論できる。

図１〜図４を参照すれば、マスターＢＭＳ２００は、状態検出命令を含む無線信号（以下、「第１ＲＦ信号」する。）を複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３に送信する。

各スレーブＢＭＳ１００は、所定の週期ごとにまたは第１ＲＦ信号に応答して、自分が設けられたバッテリーモジュール２０の状態情報を検出する。この際、バッテリーモジュール２０の状態情報は、バッテリーモジュール２０の電圧、電流及び／または温度を示す。選択的に、バッテリーモジュール２０の状態情報は、バッテリーモジュール２０に含まれた各バッテリーセル２０の状態情報をさらに含み得る。バッテリーセル２０の状態情報は、バッテリーセル２０の電圧、電流及び／または温度を示す。

各スレーブＢＭＳ１００は、バッテリーモジュール２０の状態情報を示す無線信号（以下、「第２ＲＦ信号」とする。）をマスターＢＭＳ２００に送信するように構成される。

マスターＢＭＳ２００は、マスターアンテナ２２１を通じて、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々から第２ＲＦ信号を受信する。マスターＢＭＳ２００は、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々から受信された第２ＲＦ信号に基づき、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々のモジュール残存容量を演算する。モジュール残存容量は、バッテリーモジュール２０の充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ，ＳＯＣ）を示す。

選択的に、マスターＢＭＳ２００は、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々から受信された第２ＲＦ信号に基づき、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に含まれた各バッテリーセル２１のセル残存容量を演算し得る。セル残存容量は、バッテリーセル２１の充電状態を示す。

次に、マスターＢＭＳ２００は、第１バランシングルール及び第２バランシングルールのいずれか一つによって、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間を決定する。第１バランシングルールは、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々のモジュール残存容量に基づき、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間を決定するものであり得る。第２バランシングルールは、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に含まれた各バッテリーセル２０のセル残存容量に基づき、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間を決定するものであり得る。

マスターＢＭＳ２００は、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３ 各々に対して決定された無線バランシング時間をマスターメモリー２１０に保存し得る。これと共にまたは別に、マスターＢＭＳ２００は、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々に対して決定された無線バランシング時間を示すモジュールバランシング命令を生成する。次に、マスターＢＭＳ２００は、モジュールバランシング命令を含む無線信号（以下、「第３ＲＦ信号」とする。）を複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３に送信し得る。

複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々は、スレーブアンテナ１２１を通じて第３ＲＦ信号を受信する。複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々は、受信された第３ＲＦ信号に含まれたモジュールバランシング命令に応じて、マスターＢＭＳ２００によって自分に決定された無線バランシング時間をスレーブメモリー１１０に保存する。また、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々は、マスターＢＭＳ２００によって自分に決定された無線バランシング時間の間、自分が設けられたバッテリーモジュール２０の電気エネルギーを用いて、無線信号（以下、「第４ＲＦ信号」とする。）を送信する。この場合、第４ＲＦ信号は、スレーブアンテナ１２１によって予め決められた最大電力で送信され得る。

前記第１〜第３ＲＦ信号各々は、第１無線チャンネルを通じて送受信される無線信号である。一方、前記第４ＲＦ信号は、第２無線チャンネルを通じて各スレーブＢＭＳ１００が送信する無線信号である。この際、第１無線チャンネルは、通信用チャンネルであって、予め決められた第１周波数帯域を有する。一方、第２無線チャンネルは、非通信用のチャンネルであって、第１周波数帯域とは分離した予め決められた第２周波数帯域を有する。各スレーブＢＭＳ１００のスレーブ通信部１２０は、第１及び第２無線チャンネルに選択的に接続可能に設計される。一方、マスターＢＭＳ２００のマスター通信部１２０は、第１及び第２無線チャンネルのうち第１無線チャンネルのみに接続可能に設計され得る。これによって、第４ＲＦ信号は、マスターＢＭＳ２００の動作に影響を及ぼさないことが可能となる。

以下では、マスターＢＭＳ２００が複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３を制御し、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３間のモジュール残存容量の差と、各バッテリーモジュール２０に含まれた複数のバッテリーセル２０間のセル残存容量の差と、を低減する実施例各々について具体的に説明する。各実施例では、モジュールバランシング及びセルバランシング以外の動作によって各バッテリーモジュール２０から消耗する電気エネルギーは、モジュールバランシング及びセルバランシングによって各バッテリーモジュール２０から消耗する電気エネルギーに比べて無視できるほどに小さいと仮定する。

図５及び図６は、本発明の一実施例による無線バッテリー管理システム３０が、第１バランシングルールによって複数のバッテリーモジュールをバランシングする動作を説明するのに参照される図である。

図５は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間が決定される前の状態を例示する。

図５を参照すれば、第１バッテリーモジュール２０−１に含まれた三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３各々のセル残存容量は、３．０ｋＡｈ、３．１ｋＡｈ、３．０ｋＡｈであり、第２バッテリーモジュール２０−２に含まれた三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６各々のセル残存容量は、３．３ｋＡｈ、３．１ｋＡｈ、３．０ｋＡｈであり、第３バッテリーモジュール２０−３に含まれた三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９各々のセル残存容量は、 ３．２ｋＡｈ、３．２ｋＡｈ、３．３ｋＡｈである。したがって、第１バッテリーモジュール２０−１のモジュール残存容量は９．１ｋＡｈ、第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量は９．４ｋＡｈ、第３バッテリーモジュール２０−３のモジュール残存容量は９．７ｋＡｈである。ここで、ｋＡｈとは、ｋｉｌｏ ａｍｐｅｒｅ ｈｏｕｒの略字であって、残存容量を示す単位の一つである。

マスターＢＭＳ２００は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３のいずれか一つのモジュール残存容量を第１ターゲット残存容量に設定する。第１バランシングルールにおいて、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３のモジュール残存容量、９．１ｋＡｈ、９．４ｋＡｈ、９．７ｋＡｈのうち最も少ない９．１ＫＡｈを第１ターゲット残存容量に設定し得る。

マスターＢＭＳ２００は、第１ターゲット残存容量９．１ｋＡｈと、残りのモジュール残存容量９．４ｋＡｈ、９．７ｋＡｈ各々との差に基づき、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間を決定する。詳しくは、マスターＢＭＳ２００は、第１ターゲット残存容量９．１ｋＡｈと第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量９．４ｋＡｈとの差０．３ｋＡｈに基づき、第２バッテリーモジュール２０−２に対する無線バランシング時間を決定する。また、マスターＢＭＳ２００は、第１ターゲット残存容量９．１ｋＡｈと第３バッテリーモジュール２０−３のモジュール残存容量９．７ｋＡｈとの差０．６ＫＡｈに基づき、第３バッテリーモジュール２０−３に対する無線バランシング時間を決定する。

この際、各バッテリーモジュール２０のモジュール残存容量と第１ターゲット残存容量との差が大きいほど、各バッテリーモジュール２０に対して決定される無線バランシング時間は、増加し得る。例えば、第３バッテリーモジュール２０−３に対して決定される無線バランシング時間（図６の「Ｄ３」）は、第２バッテリーモジュール２０−２に対して決定される無線バランシング時間（図６の「Ｄ２」）よりも長い。

一方、第１ターゲット残存容量９．１ｋＡｈと同じモジュール残存容量を有する第１バッテリーモジュール２０−１に対するモジュールバランシングは、不要である。したがって、マスターＢＭＳ２００は、第１ターゲット残存容量 ９．１ｋＡｈと同じモジュール残存容量を有する第１バッテリーモジュール２０−１に対する無線バランシング時間を基準時間（例えば、０秒）と同一に決定し得る。

図６は、無線バッテリー管理システム３０が図５に示した複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３をバランシングする動作を説明するためのタイミングチャートである。

図６を参照すれば、時点Ｔ１とＴ２との間で、マスターＢＭＳ２００は、第１ＲＦ信号６０１を第１無線チャンネルを通じて複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３に送信する。この際、時点Ｔ１前に、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３のモジュール残存容量のうち、最も少ないものと二番目で少ないものとの差が第１臨界値未満であり得る。複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３のモジュール残存容量のうち、最も少ないものと二番目で少ないものとの差が第１臨界値未満である場合、モジュールバランシングは、中断され得る。

時点Ｔ２と時点Ｔ３との間で、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々は、第１ＲＦ信号６０１に応答し、自分が設けられたバッテリーモジュール２０の状態情報を検出する。

時点Ｔ３と時点Ｔ４との間で、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々は、自分が設けられたバッテリーモジュール２０−１、２０−３、２０−３から検出された状態情報（図５参照）を示す第２ＲＦ信号６１１、６２１、６３１を第１無線チャンネルを通じてマスターＢＭＳ２００に送信する。

時点Ｔ４と時点Ｔ５との間で、マスターＢＭＳ２００は、第２ＲＦ信号６１１、６２１、６３１に基づき、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間を決定する。

時点Ｔ５と時点Ｔ６との間で、マスターＢＭＳ２００は、第１ＲＦ信号６０２及び第３ＲＦ信号６０３を第１無線チャンネルを通じて複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３に送信する。第３ＲＦ信号６０３は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対して決定された無線バランシング時間を示すモジュールバランシング命令を含む。

前述のように、第１バッテリーモジュール２０−１に対する無線バランシング時間は、０秒であり得る。したがって、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、第１バッテリーモジュール２０−１に対するモジュールバランシングを行わない。時点Ｔ６と時点Ｔ７との間で、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、第１ＲＦ信号６０２に応答し、第１バッテリーモジュール２０−１の状態情報を検出する。この場合、時点Ｔ７までの第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量は、９．１ｋＡｈに維持され得る。その後、時点Ｔ７と時点Ｔ９との間で、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、第１バッテリーモジュール２０−１の状態情報を示す第２ＲＦ信号６１２を第１無線チャンネルを通じてマスターＢＭＳ２００に送信する。

時点Ｔ６と時点Ｔ８との間で、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、第３ＲＦ信号６０３に含まれたモジュールバランシング命令に応じて、無線バランシング時間Ｄ２の間、第２バッテリーモジュール２０−２の電気エネルギーを用いて、第２無線チャンネルを通じて第４ＲＦ信号６２２を送信する。これによって、第４ＲＦ信号６２２の送信前よりも送信後に、第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量は、第１ターゲット残存容量９．１ｋＡｈに近くなる。例えば、無線バランシング時間Ｄ２の間のモジュールバランシングによって、三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６各々のセル残存容量が０．１ｋＡｈずつ減少した３．２ｋＡｈ、３．０ｋＡｈ、２．９ｋＡｈになるため、時点Ｔ８における第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量は、第１ターゲット残存容量９．１ｋＡｈと同一になり得る。

時点Ｔ６と時点Ｔ８との間または時点Ｔ８において、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、第２バッテリーモジュール２０−２の状態情報を検出し得る。時点Ｔ６から時点Ｔ８までは、第２バッテリーモジュール２０−２に含まれたバッテリーセル２１−４〜２１−６に対するセルバランシングが行われない。即ち、時点Ｔ６から時点Ｔ８までは、第２スレーブＢＭＳ１００−２の有線バランシング部１４０の全てのバランシングスイッチＳＷがターンオフされる。したがって、第２スレーブＢＭＳ１００−２のスレーブセンシング部１３０は、第２バッテリーモジュール２０−２の状態情報を検出することができる。

時点Ｔ８と時点Ｔ１０との間で、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、第２バッテリーモジュール２０−２の状態情報を示す第２ＲＦ信号６２３を第１無線チャンネルを通じてマスターＢＭＳ２００に送信する。

時点Ｔ６と時点Ｔ１１との間で、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、第３ＲＦ信号６０３に含まれたモジュールバランシング命令に応じて、無線バランシング時間Ｄ３の間、第３バッテリーモジュール２０−３の電気エネルギーを用いて、第２無線チャンネルを通じて第４ＲＦ信号６３２を送信する。これによって、第４ＲＦ信号６３２の送信前よりも送信後に、第３バッテリーモジュール２０−３のモジュール残存容量は、第１ターゲット残存容量９．１ｋＡｈに近くなる。例えば、無線バランシング時間Ｄ３の間のモジュールバランシングによって、三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９各々のセル残存容量が図５でよりも０．２ｋＡｈずつ減少した３．０ｋＡｈ、３．０ｋＡｈ、３．１ｋＡｈになるので、時点Ｔ１１における第３バッテリーモジュール２０−３のモジュール残存容量は、第１ターゲット残存容量９．１ｋＡｈと同一になり得る。

時点Ｔ６と時点Ｔ１１との間または時点Ｔ１１において、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、第３バッテリーモジュール２０−３の状態情報を検出し得る。時点Ｔ６から時点Ｔ１１までは、第３バッテリーモジュール２０−３に含まれたバッテリーセル２１−７〜２１−９に対するセルバランシングが行われない。即ち、時点Ｔ６から時点Ｔ１１までは、第３スレーブＢＭＳ１００−３の有線バランシング部１４０の全てのバランシングスイッチＳＷがターンオフされる。したがって、第３スレーブＢＭＳ１００−３のスレーブセンシング部１３０は、第３バッテリーモジュール２０−３の状態情報を検出することができる。

時点Ｔ１１と時点Ｔ１２との間で、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、第３バッテリーモジュール２０−３の状態情報を示す第２ＲＦ信号６３３を第１無線チャンネルを通じてマスターＢＭＳ２００に送信する。

一方、第３ＲＦ信号６０３のモジュールバランシング命令は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３のモジュール残存容量の差を抑制するためのものであるが、共通するバッテリーモジュール２０に含まれた複数のバッテリーセル２１のセル残存容量の差を抑制するためのものではない。これは、図５などのように、同じバッテリーモジュール２０内で相互直列接続した複数のバッテリーセル２０のうちいずれか一つが放電すれば、残りの各バッテリーセルも同程度に放電するためである。

複数のバッテリーセル２１のセル残存容量の差を抑制するために、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３に含まれた少なくとも一つのバッテリーセル２１に対する有線バランシング時間を決定し得る。この際、各バッテリーセル２１に対して決定される有線バランシング時間は、各バッテリーセル２１のセル残存容量と各バッテリーセル２１が含まれたバッテリーモジュール２０の最少セル残存容量との差に基づくものであり得る。

例えば、バッテリーセル２１−２のセル残存容量３．１ｋＡｈと、バッテリーセル２１−２が含まれた第１バッテリーモジュール２０−１の最少セル残存容量３．０ｋＡｈとの差０．１ｋＡｈに基づき、バッテリーセル２１−２に対する有線バランシング時間が決定され得る。他の例で、バッテリーセル２１−４のセル残存容量３．３ｋＡｈと、バッテリーセル２１−４が含まれた第２バッテリーモジュール２０−２の最少セル残存容量３．０ｋＡｈとの差０．３ｋＡｈに基づき、バッテリーセル２１−４に対する有線バランシング時間が決定され得る。

マスターＢＭＳ２００は、第３ＲＦ信号６０３にセルバランシング命令をさらに含ませ得る。セルバランシング命令は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３に含まれた少なくとも一つのバッテリーセル２１に対する有線バランシング時間を示し得る。

第１スレーブＢＭＳ１００−１は、第３ＲＦ信号６０３のセルバランシング命令によって、有線バランシング部１４０を制御し、三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３に対する選択的なセルバランシングを行い得る。時点Ｔ９の後から、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、有線バランシング部１４０のバランシングスイッチＳＷを制御し、三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３のの少なくとも一つを放電し得る。時点Ｔ１３は、マスターＢＭＳ２００が新しい第３ＲＦ信号を第１無線チャンネルを通じて送信する時点であり得る。

例えば、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、バッテリーセル２１−２のセル残存容量が０．１ｋＡｈだけ低くなるように、バッテリーセル２１−２の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオンし、残りのバッテリーセル２１−１、２１−３各々の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、ターンオフし得る。この際、バッテリーセル２１−２の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、バッテリーセル２１−２に対して決定された有線バランシング時間だけターンオンされ得る。これによって、時点Ｔ９以後の任意の時点で、三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３のセル残存容量が、３．０ｋＡｈとして全部同一になり得る。即ち、第１バッテリーモジュール２０−１のモジュール残存容量は、９．０ｋＡｈになり得る。

第２スレーブＢＭＳ１００−２は、第３ＲＦ信号６０３のセルバランシング命令に応じて、有線バランシング部１４０を制御し、三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６に対する選択的なセルバランシングを行い得る。時点Ｔ１０と時点Ｔ１３との間の少なくとも一部時間の間、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、有線バランシング部１４０のバランシングスイッチＳＷを制御し、三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６の少なくとも一つを放電し得る。例えば、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、バッテリーセル２１−４のセル残存容量が０．３ｋＡｈだけ低くなるようにバッテリーセル２１−４の両端に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオンし、バッテリーセル２１−５のセル残存容量が０．１ｋＡｈだけ低くなるようにバッテリーセル２１−５の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオンし、残りのバッテリーセル２１−６の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷはターンオフし得る。この際、バッテリーセル２１−４の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、バッテリーセル２１−４に対して決定された有線バランシング時間だけターンオンされ得る。また、バッテリーセル２１−５の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、バッテリーセル２１−５に対して決定された有線バランシング時間だけターンオンされ得る。これによって、時点Ｔ１０ 以後の任意の時点で、三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６のセル残存容量が２．９ｋＡｈとして全部同一になり得る。即ち、第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量は、８．７ｋＡｈになり得る。

第３スレーブＢＭＳ１００−３は、第３ＲＦ信号６０３のセルバランシング命令に応じて、有線バランシング部１４０を制御し、三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９に対する選択的なセルバランシングを行い得る。時点Ｔ１２と時点Ｔ１３との間における少なくとも一部時間の間、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、有線バランシング部１４０のバランシングスイッチＳＷを制御し、三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９の少なくとも一つを放電し得る。例えば、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、バッテリーセル２１−８の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオフし、バッテリーセル２１−９のセル残存容量が０．１ｋＡｈだけ低くなるようにバッテリーセル２１−９の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオンし、残りのバッテリーセル２１−７の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷはターンオフし得る。この際、バッテリーセル２１−９の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、バッテリーセル２１−９に対して決定された有線バランシング時間だけターンオンされ得る。これによって、時点Ｔ１２以後の任意の時点では、三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９のセル残存容量が３．０ｋＡｈに全部同一になり得る。即ち、第３バッテリーモジュール２０−３のモジュール残存容量は９．０ｋＡｈになり得る。

一方、図示していないが、時点Ｔ１３の後には、第１及び第３スレーブＢＭＳ１００−１、１００−３がマスターＢＭＳ２００からの新しい第３ＲＦ信号に含まれたモジュールバランシング命令に応じて、第１及び第３バッテリーモジュール２０−１、２０−３各々のモジュール残存容量を０．３ｋＡｈだけ減少させ得る。これによって、第１〜第３バッテリーモジュール２０−１〜２０−３のモジュール残存容量が８．７ｋＡｈとして全部同一となる。

図７及び図８は、本発明の一実施例による無線バッテリー管理システム３０が第２バランシングルールによって複数のバッテリーモジュールをバランシングする動作を説明するのに参照される図である。

図７は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間が決定される前の状態を示す。

図７を参照すれば、図５とは違って、第１バッテリーモジュール２０−１に含まれた三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３各々のセル残存容量は、３．０ｋＡｈ、３．１ｋＡｈ、３．０ｋＡｈであり、第２バッテリーモジュール２０−２に含まれた三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６各々のセル残存容量は、３．２ｋＡｈ、３．０ｋＡｈ、２．９ｋＡｈであり、第３バッテリーモジュール２０−３に含まれた三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９各々のセル残存容量は、３．１ｋＡｈ、３．２ｋＡｈ、３．１ｋＡｈである。したがって、第１バッテリーモジュール２０−１のモジュール残存容量は９．１ｋＡｈ、第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量は９．１ｋＡｈ、第３バッテリーモジュール２０−３のモジュール残存容量は９．４ｋＡｈである。

マスターＢＭＳ２００は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３に含まれた全てのバッテリーセル２１−１〜２１−９のうちいずれか一つを第２ターゲット残存容量に設定する。第２バランシングルールにおいて、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３に含まれた全てのバッテリーセル２１−１〜２１−９のうち最も少ないものを第２ターゲット残存容量に決定し得る。図７においては、バッテリーセル２１−６のセル残存容量２．９ｋＡｈが第２ターゲット残存容量として設定される。

また、マスターＢＭＳ２００は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々の最少セル残存容量を決定する。図７のような状態では、第１バッテリーモジュール２０−１の最少セル残存容量は、バッテリーセル２１−１またはバッテリーセル２１−３のセル残存容量である３．０ｋＡｈに決定され、 第２バッテリーモジュール２０−２の最少セル残存容量は、バッテリーセル２１−６のセル残存容量である２．９ｋＡｈに決定され、第３バッテリーモジュール２０−３の最少セル残存容量は、バッテリーセル２１−７またはバッテリーセル２１−９のセル残存容量である３．１ｋＡｈに決定される。

マスターＢＭＳ２００は、第２ターゲット残存容量と残りの各バッテリーモジュール２０の最少セル残存容量各々との差に基づき、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間を決定し得る。

詳しくは、マスターＢＭＳ２００は、第２ターゲット残存容量２．９ｋＡｈと第１バッテリーモジュール２０−１の最少セル残存容量３．０ｋＡｈとの差０．１ｋＡｈに基づき、第１バッテリーモジュール２０−１に対する無線バランシング時間を決定する。

また、マスターＢＭＳ２００は、第２ターゲット残存容量２．９ｋＡｈと、第３バッテリーモジュール２０−３の最少セル残存容量３．１ｋＡｈとの差０．２ｋＡｈに基づき、第３バッテリーモジュール２０−３に対する無線バランシング時間を決定する。

この際、各バッテリーモジュール２０の最少セル残存容量と第２ターゲット残存容量との差が大きいほど、各バッテリーモジュール２０に対して決定される無線バランシング時間は増加し得る。例えば、第１バッテリーモジュール２０−１に対する無線バランシング時間は、差０．１ｋＡｈに、第１バッテリーモジュール２０−１に含まれたバッテリーセル２１の個数である３を掛けた０．３ｋＡｈに対応し、第３バッテリーモジュール２０−３に対する無線バランシング時間は、差０．２ｋＡｈに、第３バッテリーモジュール２０−３に含まれたバッテリーセル２１の個数である３を掛けた０．６ｋＡｈに対応し得る。

したがって、図７のような状態で、第３バッテリーモジュール２０−３に対する無線バランシング時間（図８の「Ｄ１３」）は、第１バッテリーモジュール２０−１に対する無線バランシング時間（図８の「Ｄ１１」）よりも長い。

一方、第２ターゲット残存容量２．９ｋＡｈと第２バッテリーモジュール２０−１の最少セル残存容量２．９ｋＡｈとは、相互同一である。この場合、マスターＢＭＳ２００は、第２バッテリーモジュール２０−１に対する無線バランシング時間を基準時間（例えば、０秒）と同一に決定し得る。

図８は、無線バッテリー管理システム３０が図７に示した複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３をバランシングする動作を説明するためのタイミングチャートである。

図８を参照すれば、時点Ｔ２１とＴ２２との間で、マスターＢＭＳ２００は第１ＲＦ信号７０１を第１無線チャンネルを通じて複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３に送信する。この際、時点Ｔ２１の前に、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３の最少セル残存容量のうち、最も少ないものと二番目で少ないものとの差が、第２臨界値未満であり得る。複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３の最少セル残存容量のうち最も少ないものと二番目で少ないものとの差が第２臨界値未満である場合、モジュールバランシングは中断され得る。

時点Ｔ２２と時点Ｔ２３との間で、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々は、第１ＲＦ信号７０１に応答し、自分が設けられたバッテリーモジュール２０の状態情報を検出する。

時点Ｔ２３と時点Ｔ２４との間で、複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３各々は、自分が設けられたバッテリーモジュール２０−１、２０−３、２０−３から検出された状態情報（図７参照）を示す第２ＲＦ信号７１１、７２１、７３１を第１無線チャンネルを通じてマスターＢＭＳ２００に送信する。

時点Ｔ２４と時点Ｔ２５との間で、マスターＢＭＳ２００は、第２ＲＦ信号７１１、７２１、７３１に基づき、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対する無線バランシング時間を決定する。

時点Ｔ２５と時点Ｔ２６との間で、マスターＢＭＳ２００は、第１ＲＦ信号７０２及び第３ＲＦ信号７０３を第１無線チャンネルを通じて複数のスレーブＢＭＳ１００−１〜１００−３に送信する。第３ＲＦ信号７０３は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３各々に対して決定された無線バランシング時間を示すモジュールバランシング命令を含む。

時点Ｔ２６と時点Ｔ２８との間で、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、第３ＲＦ信号７０３に含まれたモジュールバランシング命令に応じて、無線バランシング時間Ｄ１１の間、第１バッテリーモジュール２０−１の電気エネルギーを用いて、第２無線チャンネルを通じて第４ＲＦ信号７１２を送信する。これによって、第４ＲＦ信号７１２の送信前よりも送信後に、第１バッテリーモジュール２０−１の最少セル残存容量は、第２ターゲット残存容量２．９ｋＡｈに近くなる。例えば、無線バランシング時間Ｄ１１の間のモジュールバランシングによって、三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３各々のセル残存容量が０．１ｋＡｈずつ減少した、２．９ｋＡｈ、３．０ｋＡｈ、２．９ｋＡｈになるので、時点Ｔ２８における第１バッテリーモジュール２０−１の最少セル残存容量は、第２ターゲット残存容量２．９ｋＡｈと同一になり得る。

時点Ｔ２６と時点Ｔ２８との間または時点Ｔ２８において、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、第１バッテリーモジュール２０−１の状態情報を検出し得る。時点Ｔ２６から時点Ｔ２８までは、第１バッテリーモジュール２０−１に含まれたバッテリーセル２１−１〜２１−３に対するセルバランシングが行われない。即ち、時点Ｔ２６から時点Ｔ２８までは、第１スレーブＢＭＳ１００−１の有線バランシング部１４０の全てのバランシングスイッチＳＷがターンオフされる。したがって、第１スレーブＢＭＳ１００−１のスレーブセンシング部１３０は、第１バッテリーモジュール２０−１の状態情報を検出することができる。

時点Ｔ２８と時点Ｔ３０との間で、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、第１バッテリーモジュール２０−１の状態情報を示す第２ＲＦ信号７１３を第１無線チャンネルを通じてマスターＢＭＳ２００に送信する。

前述のように、第２バッテリーモジュール２０−２に対する無線バランシング時間は、０秒であり得る。したがって、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、第２バッテリーモジュール２０−２に対するモジュールバランシングを行わない。時点Ｔ２６と時点Ｔ２７との間で、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、第１ＲＦ信号７０２に応答し、第２バッテリーモジュール２０−２の状態情報を検出する。この場合、時点Ｔ２７まで第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量は、９．１ｋＡｈに維持され得る。その後、時点Ｔ２７と時点Ｔ２９との間で、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、第２バッテリーモジュール２０−２の状態情報を示す第２ＲＦ信号７２２を第１無線チャンネルを通じてマスターＢＭＳ２００に送信する。

時点Ｔ２６と時点Ｔ３１との間で、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、第３ＲＦ信号７０３に含まれたモジュールバランシング命令に応じて、無線バランシング時間Ｄ１３の間、第３バッテリーモジュール２０−３の電気エネルギーを用いて、第２無線チャンネルを通じて第４ＲＦ信号７３２を送信する。これによって、第４ＲＦ信号７３２の送信前よりも送信後に、第３バッテリーモジュール２０−３の最少セル残存容量は、第２ターゲット残存容量２．９ｋＡｈに近くなる。例えば、無線バランシング時間Ｄ１３の間のモジュールバランシングによって、三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９各々のセル残存容量が図７でよりも０．２ｋＡｈずつ減少した２．９ｋＡｈ、３．０ｋＡｈ、２．９ｋＡｈになるので、時点Ｔ３１における第３バッテリーモジュール２０−３の最少セル残存容量は、第２ターゲット残存容量２．９ｋＡｈと同一になり得る。

時点Ｔ２６と時点Ｔ３１との間または時点Ｔ３１において、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、第３バッテリーモジュール２０−３の状態情報を検出し得る。時点Ｔ２６から時点Ｔ３１までは、第３バッテリーモジュール２０−３に含まれたバッテリーセル２１−７〜２１−９に対するセルバランシングが行われない。即ち、時点Ｔ２６から時点Ｔ３１までは、第３スレーブＢＭＳ１００−３の有線バランシング部１４０の全てのバランシングスイッチＳＷがターンオフされる。したがって、第３スレーブＢＭＳ１００−３のスレーブセンシング部１３０は、第３バッテリーモジュール２０−３の状態情報を検出することができる。

時点Ｔ３１と時点Ｔ３２との間で、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、第３ バッテリーモジュール２０−３の状態情報を示す第２ＲＦ信号７３３を第１無線チャンネルを通じてマスターＢＭＳ２００に送信する。

一方、第３ＲＦ信号７０３のモジュールバランシング命令は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−３の最少セル残存容量を相互一致させるためのものであるが、共通するバッテリーモジュール２０に含まれた複数のバッテリーセル２１のセル残存容量の差を抑制するためのものではない。これは、図７などのように、同じバッテリーモジュール２０内で相互直列接続した複数のバッテリーセル２０のうちいずれか一つが放電すれば、残りの各バッテリーセルも同程度に放電するためである。

各バッテリーモジュール２０ごとにそれに含まれた複数のバッテリーセル２１のセル残存容量の差を抑制するために、マスターＢＭＳ２００は、第３ＲＦ信号７０３にセルバランシング命令をさらに含ませ得る。

第１スレーブＢＭＳ１００−１は、第３ＲＦ信号７０３のセルバランシング命令に応じて、有線バランシング部１４０を制御し、三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３に対する選択的なセルバランシングを行い得る。時点Ｔ３０と時点Ｔ３３との間の少なくとも一部時間の間、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、有線バランシング部１４０のバランシングスイッチＳＷを制御し、三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３のうち少なくとも一つを放電させ得る。時点Ｔ３３は、マスターＢＭＳ２００が新しい第３ＲＦ信号を第１無線チャンネルを通じて送信する時点であり得る。

例えば、第１スレーブＢＭＳ１００−１は、バッテリーセル２１−２のセル残存容量が０．１ｋＡｈだけ低くなるよう、バッテリーセル２１−２の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオンし、残りのバッテリーセル２１−１、２１−３各々の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷはターンオフし得る。この際、バッテリーセル２１−２の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、バッテリーセル２１−２に対して決定された有線バランシング時間だけターンオンされ得る。これによって、時点Ｔ３０以後の任意の時点で、三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３のセル残存容量が ２．９ｋＡｈとして全部同一になり得る。即ち、第１バッテリーモジュール２０−１のモジュール残存容量は、８．７ｋＡｈになり得る。

第２スレーブＢＭＳ１００−２は、第３ＲＦ信号７０３のセルバランシング命令に応じて、有線バランシング部１４０を制御し、三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６に対する選択的なセルバランシングを行い得る。時点Ｔ２９と時点Ｔ３３との間の少なくとも一部時間の間、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、有線バランシング部１４０のバランシングスイッチＳＷを制御し、三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６のうち少なくとも一つを放電し得る。

例えば、第２スレーブＢＭＳ１００−２は、バッテリーセル２１−４のセル残存容量が０．３ｋＡｈだけ低くなるようにバッテリーセル２１−４の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオンし、バッテリーセル２１−５のセル残存容量が０．１ｋＡｈだけ低くなるようにバッテリーセル２１−５の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオンし、残りのバッテリーセル２１−６の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、ターンオフし得る。この際、バッテリーセル２１−４の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、バッテリーセル２１−４に対して決定された有線バランシング時間だけターンオンされ得る。また、バッテリーセル２１−５の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、バッテリーセル２１−５に対して決定された有線バランシング時間だけターンオンされ得る。これによって、時点Ｔ２９以後の任意の時点で、三つのバッテリーセル２１−４〜２１−６のセル残存容量が２．９ｋＡｈとして全部同一になり得る。即ち、第２バッテリーモジュール２０−２のモジュール残存容量は、８．７ｋＡｈになり得る。

第３スレーブＢＭＳ１００−３は、第３ＲＦ信号７０３のセルバランシング命令に応じて、有線バランシング部１４０を制御し、三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９に対する選択的なセルバランシングを行い得る。時点Ｔ３２と時点Ｔ３３との間の少なくとも一部時間の間、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、有線バランシング部１４０のバランシングスイッチＳＷを制御し、三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９のうち少なくとも一つを放電し得る。

例えば、第３スレーブＢＭＳ１００−３は、バッテリーセル２１−８のセル残存容量が０．２ｋＡｈだけ低くなるようにバッテリーセル２１−８の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷをターンオンし、残りのバッテリーセル２１−７、２１−９各々の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷはターンオフし得る。この際、バッテリーセル２１−８の両端の間に接続したバランシングスイッチＳＷは、バッテリーセル２１−８に対して決定された有線バランシング時間だけターンオンされ得る。これによって、時点Ｔ３２以後の任意の時点では、三つのバッテリーセル２１−７〜２１−９のセル残存容量が ２．９ｋＡｈとして全部同一になり得る。即ち、第３バッテリーモジュール２０−３のモジュール残存容量は、８．７ｋＡｈになり得る。

一方、図５〜図８を参照してセルバランシング動作よりもモジュールバランシング動作を先に行う実施例を基準で説明したが、本発明の範囲はこれに限定されない。即ち、無線バッテリー管理システム３０は、セルバランシング動作を先に行った後にモジュールバランシングを行い得る。

例えば、図７のような状態で、セルバランシング動作が先に行われれば、第１バッテリーモジュール２０−１の全てのバッテリーセル２１−１〜２１−３の残存容量は３．０ｋＡｈになり、第２バッテリーモジュール２０−２の全てのバッテリーセル２１−４〜２１−６の残存容量は２．９ｋＡｈになり、第３バッテリーモジュール２０−３の全てのバッテリーセル２１−７〜２１−９の残存容量は３．１ｋＡｈになる。セルバランシング動作は、各バッテリーモジュール２０の最少セル残存容量で残りの全てのバッテリーセル２１をバランシングするためである。次に、モジュールバランシング動作が行われれば、第１バッテリーモジュール２０−１の全てのバッテリーセル２１−１〜２１−３の残存容量が０．１ｋＡｈずつ減少し、第３バッテリーモジュール２０−３の全てのバッテリーセル２１−７〜２１−９の残存容量が０．２ｋＡｈずつ減少する。これによって、全てのバッテリーモジュール２０−１〜２０−３間のモジュール残存容量の差は勿論、全てのバッテリーセル２１−１〜２１−９間のセル残存容量の差が除去される。

以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じて具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の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ことは言うまでもない。

また、上述の本発明は、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よって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。

１０ バッテリーパック
２０ バッテリーモジュール
３０ 無線バッテリー管理システム
１００ スレーブＢＭＳ
１１０ スレーブメモリー
１２０ スレーブ通信部
１３０ スレーブセンシング部
１４０ 有線バランシング部
１５０ スレーブ電源供給部
１６０ スレーブ制御部
２００ マスターＢＭＳ
２１０ マスターメモリー
２２０ マスター通信部
２４０ マスター制御部

Claims (5)

1. 無線バッテリー管理システムであって、
   状態検出命令を含む第１ＲＦ信号を第１無線チャンネルを通じて送信するように構成されたマスターＢＭＳと、
   複数のバッテリーモジュールに１対１で設けられるものであって、前記第１ＲＦ信号に応答し、自分が設けられたバッテリーモジュールの状態情報を検出し、前記バッテリーモジュールの状態情報を示す第２ＲＦ信号を前記第１無線チャンネルを通じて送信するように構成された複数のスレーブＢＭＳと、を含み、
   各バッテリーモジュールは、直列接続した複数のバッテリーセルを含み、
   前記バッテリーモジュールの状態情報が、前記バッテリーモジュールに含まれた各バッテリーセルの状態情報を含み、
   前記マスターＢＭＳは、
   前記第２ＲＦ信号に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に含まれた各バッテリーセルのセル残存容量を演算し、
   前記複数のバッテリーモジュールに含まれた全てのバッテリーセルのセル残存容量のうち最も少ないものをターゲット残存容量に決定し、
   前記ターゲット残存容量と各バッテリーモジュールの最少セル残存容量との差に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に対する無線バランシング時間を決定し、
   前記無線バランシング時間を示すモジュールバランシング命令を含む第３ＲＦ信号を前記第１無線チャンネルを通じて前記複数のスレーブＢＭＳに送信し、
   前記複数のスレーブＢＭＳ各々は、
   前記第３ＲＦ信号に含まれた前記モジュールバランシング命令に応じて、前記無線バランシング時間の間、自分が設けられたバッテリーモジュールの電気エネルギーを用いて第２無線チャンネルを通じて第４ＲＦ信号を送信する、無線バッテリー管理システム。
2. 前記第１無線チャンネルが、予め決められた第１周波数帯域を有し、
   前記第２無線チャンネルが、前記第１周波数帯域とは分離した予め決められた第２周波数帯域を有することを特徴とする請求項１に記載の無線バッテリー管理システム。
3. 前記マスターＢＭＳが、
   前記複数のバッテリーモジュール各々の最少セル残存容量と残りの各セル残存容量との差に基づき、前記複数のバッテリーモジュール各々に含まれた各バッテリーセルに対する有線バランシング時間を決定し、
   前記第３ＲＦ信号が、
   前記有線バランシング時間を示すセルバランシング命令をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の無線バッテリー管理システム。
4. 前記複数のスレーブＢＭＳ各々が、
   自分が設けられたバッテリーモジュールに含まれた各バッテリーセルの両端の間に電気的に接続した有線バランシング部を含み、
   前記第３ＲＦ信号に含まれた前記セルバランシング命令に応じて、前記有線バランシング部を制御し、自分が設けられたバッテリーモジュールに含まれた各バッテリーセルのセル残存容量をバランシングすることを特徴とする請求項３に記載の無線バッテリー管理システム。
5. 請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の前記無線バッテリー管理システムと、
   前記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。

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