JP6820056B2 - バッテリーモジュール均等化装置、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーモジュール均等化装置、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、複数のバッテリーモジュールが含まれたバッテリーパックでバッテリーモジュールの電荷を均等化する技術に関する。
本出願は、２０１７年９月２７日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１２５２４３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、すべて本出願に組み込まれる。
近来、ノートパソコン、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激に伸び、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て、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
現在、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の二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、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。
バッテリーは多様な分野で用いられているが、電気駆動車両またはスマートグリッドシステムのようにバッテリーが多く使用される分野では大きい容量を必要とする。バッテリーパックの容量を増加させるためには、二次電池、すなわちバッテリーセル自体の容量を増加させる方法が考えられるが、容量増大の効果が大きくなく、二次電池の大きさを拡張するには物理的に制限があり、管理が不便であるという短所を有する。したがって、多数のバッテリーモジュールを直列及び並列で連結したバッテリーパックが広く用いられている。
このようなバッテリーパックを構成する多数のバッテリーモジュールでは、使用時間の経過とともに本質的な特性または製造環境の相違、システム適用の多元性などによって電池同士の間で容量性能の差が生じ、これは充放電による該当モジュール端子電圧の差異またはＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の差異につながる。
また、このように相対的な電気的特性の差異を有する多数のバッテリーモジュールが１つのバッテリーパックとして駆動する場合、性能が低下したバッテリーモジュールによってバッテリーパック全体の充電または放電能力が制限され、バッテリーパックが劣化し、過電圧などの問題が生じ得る。
バッテリーモジュール間の端子電圧を均等に調節することをモジュールバランシングまたはモジュール間電荷均等化という。ところが、モジュール間電荷均等化の従来技術では、多数のバッテリーモジュールからモジュールバランシングが必要な特定のバッテリーモジュールを個別的に選択し難いという問題があった。特に、特定バッテリーモジュールを個別的に選択する電荷均等化回路を具現するためには、回路の構造が複雑になり、配線束（ｗｉｒｅ ｈａｒｎｅｓｓ）の個数や体積が増加するなどの問題があった。このような問題のため、モジュール均等化装置の製造が容易でなく、製造に時間がかかり、不良率も高くなった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、構造が簡単であって、モジュール間のバランシングを効果的に行うことができるバッテリーモジュール均等化装置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、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置は、１つ以上の二次電池を備え、互いに直列で連結される複数のバッテリーモジュール間の電荷を均等化する装置であって、上記複数のバッテリーモジュールにそれぞれ電気的に連結され、上記複数のバッテリーモジュールの電圧値を測定し、それぞれのバッテリーモジュールを充電及び放電させる電流が流れるように構成されたスレーブ充放電経路を備える複数のスレーブコントローラ；及び上記複数のスレーブコントローラから各バッテリーモジュールの電圧値を受信し、受信した電圧値に基づいて上記複数のスレーブコントローラのうち少なくとも１つのスレーブコントローラを選択し、選択された少なくとも１つのスレーブコントローラに充電または放電命令を伝達し、上記少なくとも１つのスレーブコントローラに供給される充電電流及び上記少なくとも１つのスレーブコントローラから供給された放電電流が流れるように構成されたマスター充放電経路を備えるマスターコントローラを含む。
また、１つ以上の二次電池を備え、上記マスターコントローラに電気的に連結され、上記マスター充放電経路に充電電源を供給するか又は上記マスター充放電経路から放電電源の供給を受けるシステム電源モジュールをさらに含むことができる。
また、直列で連結された上記複数のバッテリーモジュールと上記システム電源モジュールとの間に位置し、電圧を変更するシステムコンバータをさらに含むことができる。
また、上記少なくとも１つのスレーブコントローラと上記マスターコントローラとの間を電気的に連結し、充電電流及び放電電流が流れるように構成された均等化線路をさらに含むことができる。
また、上記均等化線路は、上記複数のスレーブコントローラのうち相異なる２つのスレーブコントローラを電気的に連結する単位線路を複数備えることができる。
また、上記複数のスレーブコントローラは、上記複数のバッテリーモジュールのうち直列連結順で奇数番目に位置するバッテリーモジュールに連結された奇数スレーブ、及び上記複数のバッテリーモジュールのうち直列連結順で偶数番目に位置するバッテリーモジュールに連結された偶数スレーブを備え、上記単位線路は、上記奇数スレーブに備えられたそれぞれのコネクタの間を連結する奇数線路、及び上記偶数スレーブに備えられたそれぞれのコネクタの間を連結する偶数線路を備えることができる。
また、上記マスターコントローラは、上記マスター充放電経路上に位置し、複数のスイッチを備えて上記マスター充放電経路を開閉するスイッチング部を含み、各バッテリーモジュールの電圧値に基づいて上記スイッチング部に含まれた複数のスイッチのうち少なくとも１つのスイッチを開閉することができる。
また、上記複数のスレーブコントローラは、上記スレーブ充放電経路上に位置し、複数のスイッチを備えて上記スレーブ充放電経路を開閉するスイッチング部を含むことができる。
また、上記マスターコントローラは、上記複数のバッテリーモジュールのうち均等化対象になる少なくとも１つのバッテリーモジュールを選択し、選択されたバッテリーモジュールに直接連結されたスレーブコントローラで上記スイッチング部を制御することができる。
また、上記複数のスレーブコントローラは、上記複数のバッテリーモジュールのうち一側で相互に直列で連結された２つ以上のバッテリーモジュールに連結された第１グループスレーブ、及び上記第１グループスレーブに連結されたバッテリーモジュールと相互直列で連結された他の２つ以上のバッテリーモジュールに連結された第２グループスレーブを備え、上記マスターコントローラは、上記第１グループスレーブと連結される第１モジュールコネクタ、及び上記第２グループスレーブと連結される第２モジュールコネクタを備えることができる。
また、上記マスターコントローラは、上記第１グループスレーブと上記第２グループスレーブの一方のグループに属したスレーブコントローラから他方のグループに属したスレーブコントローラに充放電電源を伝達するように構成できる。
また、上記マスター充放電経路は、上記第１モジュールコネクタと連結される第１単位経路、及び上記第２モジュールコネクタと連結される第２単位経路を備え、上記第１単位経路と上記第２単位経路とは互いに並列で連結できる。
また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置を含む。
また、上記の課題を達成するため、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置を含む。
本発明によれば、バッテリーモジュール間の電荷均等化のため充放電が必要なバッテリーモジュールを個別的に選択する構成において、コネクタを単純化し、配線束の体積を減らすことができるため、バッテリーパックの製造が容易であって、大きさを減少させ易いという長所がある。
また、バッテリーモジュールを個別的に選択する構成において、バッテリーモジュールに連結される配線の構造が簡単になって、バッテリーモジュール間の電荷均等化の速度を速くすることができる。
また、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置によれば、外部電源を連結しなくても、バッテリーモジュールの間でエネルギーを容易に伝達することで、電荷均等化回路を単純化することができる。
本発明の効果は、上述した効果に限定されることなく、その他の効果は本明細書及び添付された図面によって本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者に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バッテリーモジュール均等化装置の構成を概略的に示したブロック図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置の連結構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施例によるマスターコントローラの詳細構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による第１マスタースイッチング部の構成を概略的に示した回路図である。 本発明の一実施例による第２マスタースイッチング部の構成を概略的に示した回路図である。 本発明の一実施例によるスレーブコントローラの詳細構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による複数のバッテリーグループとマスターコントローラとの連結構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置によって一部バッテリーモジュールが充電される過程を概略的に示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置によって一部バッテリーモジュールが放電する過程を概略的に示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置によって、充放電電源を相異なるスレーブコントローラの間で送受信する過程を概略的に示した図である。
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、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置の構成を概略的に示したブロック図である。
図１を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置が適用されるバッテリーパックＰには、バッテリーモジュール１０が１つ以上含まれる。特に、バッテリーパックＰには、多数のバッテリーモジュール１０が備えられ、各バッテリーモジュール１０は電気的に直列及び／または並列で連結される。したがって、このようなバッテリーモジュール１０の電気的連結によってバッテリーパックＰの出力及び／または容量を増大させることができる。
ここで、各バッテリーモジュール１０には、１つ以上の二次電池が備えられる。特に、各バッテリーモジュール１０には複数の二次電池が備えられるが、この場合、各バッテリーモジュール１０に備えられた複数の二次電池は、相互電気的に連結され、バッテリーモジュール１０の出力及び／または容量を増大させることができる。
また、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置が適用されるバッテリーパックＰは、車両に搭載され得る。すなわち、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置が採用されるバッテリーパックＰは車両用バッテリーパックＰであり得る。ここで、車両は、バッテリーパックＰによって運行のための駆動電源が供給されるか又はオーディオやエアコンなどの電装品を作動させるための作動電源が供給される自動車である。
特に、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置が適用される自動車は、バッテリーパックＰから駆動電源が供給される自動車、例えばＥＶと表される電気自動車又はＨＥＶ、ＰＨＥＶと表されるハイブリッド自動車であり得る。
本発明によるバッテリーモジュール均等化装置は、図１に示されたように、スレーブコントローラ２００及びマスターコントローラ１００を含むことができる。
上記スレーブコントローラ２００は、バッテリーパックＰに含まれた複数のバッテリーモジュール１０にそれぞれ電気的に連結される。すなわち、スレーブコントローラ２００は、それぞれのバッテリーモジュール１０毎にそれぞれ備えられて連結され得る。したがって、スレーブコントローラ２００はバッテリーモジュール均等化装置に複数含まれ得る。特に、スレーブコントローラ２００は、バッテリーモジュール１０に対して一対一で対応する形態で備えられ得る。
例えば、図１に示されたように、相互直列で連結された複数のバッテリーモジュール１０、すなわち第１バッテリーモジュールＢ１、第２バッテリーモジュールＢ２及び第３バッテリーモジュールＢ３が存在する場合、各バッテリーモジュール１０にはそれぞれ別途のスレーブコントローラ２００がそれぞれ１つずつ電気的に連結される形態で構成され得る。すなわち、第１スレーブコントローラＳ１が第１バッテリーモジュールＢ１に連結され、第２スレーブコントローラＳ２が第２バッテリーモジュールＢ２に連結され、第３スレーブコントローラＳ３が第３バッテリーモジュールＢ３に連結され得る。
スレーブコントローラ２００は、このように、少なくとも１つのバッテリーモジュール１０に連結されることで、連結されたバッテリーモジュール１０、すなわち、対応するバッテリーモジュール１０から情報を得るか、又は、対応するバッテリーモジュール１０の制御動作を行うことができる。
さらに、スレーブコントローラ２００は、該当スレーブコントローラ２００に連結されたバッテリーモジュール１０、すなわち、対応するバッテリーモジュール１０の電圧値を測定することができる。
例えば、図１の構成において、第１スレーブコントローラＳ１はそれに連結された第１バッテリーモジュールＢ１の電圧値を測定し、第２スレーブコントローラＳ２はそれに連結された第２バッテリーモジュールＢ２の電圧値を測定する。ここで、スレーブコントローラ２００は、バッテリーモジュール１０の全体電圧を測定しても良く、バッテリーモジュール１０に備えられた各バッテリーセル、すなわち、各二次電池の両端電圧を測定しても良い。
特に、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置において、スレーブコントローラ２００は、スレーブ充放電経路を備えることができる。ここで、スレーブ充放電経路は、該当スレーブコントローラ２００に連結されたバッテリーモジュール１０に対して充電及び放電電流が流れるように構成された経路である。
スレーブコントローラ２００は、バッテリーモジュールの充放電を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）のような電子装置として具現され得る。このようなスレーブコントローラ２００は、ＣＭＣ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｄｕｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）のような他の多様な用語で称され得る。
本発明の一実施例によれば、バッテリーモジュール均等化装置は、複数のバッテリーモジュール１０及び複数のバッテリーモジュール１０にそれぞれ連結された複数のスレーブコントローラ２００で構成されたバッテリーグループＧを含むことができる。バッテリーグループＧについての詳しい説明は後述する。
上記マスターコントローラ１００は、バッテリーグループＧと電気的に連結される。特に、マスターコントローラ１００は、バッテリーグループＧに含まれた複数のスレーブコントローラ２００と通信信号または電源を送受信することができる。
マスターコントローラ１００は、複数のスレーブコントローラ２００から各バッテリーモジュール１０の電圧値を受信することができる。すなわち、それぞれのスレーブコントローラ２００が対応するバッテリーモジュール１０の電圧値を測定すれば、測定された情報は各スレーブコントローラ２００からマスターコントローラ１００に伝送される。ここで、マスターコントローラ１００は、スレーブコントローラ２００から受信した電圧値に基づいてＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を演算することもできる。
このとき、マスターコントローラ１００は、複数のスレーブコントローラ２００にそれぞれ連結されたバッテリーモジュール１０の電圧値またはＳＯＣに基づいて、均等化対象になるバッテリーモジュール１０に連結されたスレーブコントローラ２００を選択することができる。
例えば、図１の構成において、複数のバッテリーモジュール１０のうち第１バッテリーモジュールＢ１及び第３バッテリーモジュールＢ３の電圧値が５Ｖであって、第２バッテリーモジュールＢ２の電圧値が３Ｖである場合、マスターコントローラ１００は第２バッテリーモジュールＢ２を均等化対象として選定し、第２バッテリーモジュールＢ２に連結された第２スレーブコントローラＳ２を選択する。
また、複数のバッテリーモジュール１０のうち第１バッテリーモジュールＢ１及び第３バッテリーモジュールＢ３の電圧値が５Ｖであって、第２バッテリーモジュールＢ２の電圧値が７Ｖである場合、マスターコントローラ１００は第２バッテリーモジュールＢ２を均等化対象として選定し、第２バッテリーモジュールＢ２に連結された第２スレーブコントローラＳ２を選択する。
マスターコントローラ１００は、このように各バッテリーモジュール１０の電圧値に基づいて一部スレーブコントローラ２００を選択すれば、選択された少なくとも１つのスレーブコントローラ２００に充電または放電命令を伝達することができる。
例えば、均等化対象として第２バッテリーモジュールＢ２が選定された実施例のうち、第２バッテリーモジュールＢ２の電圧値が３Ｖである一番目実施例の場合、他のバッテリーモジュールに比べて第２バッテリーモジュールＢ２の電圧値が低いため、マスターコントローラ１００は第２バッテリーモジュールＢ２を充電が必要な均等化対象として選定する。そして、マスターコントローラ１００は第２スレーブコントローラＳ２に充電命令を伝達する。
また、均等化対象として第２バッテリーモジュールＢ２が選定された実施例のうち、第２バッテリーモジュールＢ２の電圧値が７Ｖである二番目実施例の場合、他のバッテリーモジュールに比べて第２バッテリーモジュールＢ２の電圧値が高いため、マスターコントローラ１００は第２バッテリーモジュールＢ２を放電が必要な均等化対象として選定する。そして、マスターコントローラ１００は第２スレーブコントローラＳ２に放電命令を伝達する。
このようにマスターコントローラ１００が均等化対象バッテリーモジュール１０に対する充電または放電命令を少なくとも１つのスレーブコントローラ２００に伝達する場合は、複数のスレーブコントローラ２００と有線または無線通信網を用いることができる。
特に、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置において、マスターコントローラ１００は、マスター充放電経路を備えることができる。ここで、マスター充放電経路は、少なくとも１つのスレーブコントローラ２００に供給される充電電流及び少なくとも１つのスレーブコントローラ２００から供給される放電電流が流れるように構成された経路である。
マスターコントローラ１００は、スレーブコントローラ２００を制御する構成であって、ＢＭＳまたはＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）のような電子装置として具現され得る。また、マスターコントローラ１００は、ＢＭＣ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）のような他の多様な用語で称され得る。
望ましくは、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置は、図１に示されたように、システム電源モジュール４００をさらに含むことができる。上記システム電源モジュール４００には１つ以上の二次電池が備えられる。
例えば、システム電源モジュール４００は、車両のオーディオやエアコンなどの電装品を作動させるための作動電源を供給する１２Ｖまたは２４Ｖの鉛蓄電池またはリチウム二次電池を含み得る。
特に、システム電源モジュール４００は、マスターコントローラ１００に電気的に連結され、マスターコントローラ１００と充放電電源を送受信することができる。すなわち、システム電源モジュール４００は、マスターコントローラ１００に備えられたマスター充放電経路に充電電源を供給するか、又は、マスター充放電経路から放電電源の供給を受けることができる。
このとき、システム電源モジュール４００は、マスターコントローラ１００に備えられたマスター充放電経路及びスレーブコントローラ２００に備えられたスレーブ充放電経路を通じて充電対象であるバッテリーモジュール１０に充電電源を供給することができる。
また、システム電源モジュール４００は、マスター充放電経路及びスレーブ充放電経路を通じて放電対象であるバッテリーモジュール１０から放電電源の供給を受けることができる。
また望ましくは、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置は、図１に示されたように、システムコンバータ５００をさらに含むことができる。
上記システムコンバータ５００は、電圧を変更することができる。特に、システムコンバータ５００は、直列及び／または並列で連結された複数のバッテリーモジュール１０とシステム電源モジュール４００との間に位置し、バッテリーモジュール１０とシステム電源モジュール４００との間の電圧を変更することができる。
システムコンバータ５００は、直列で連結された複数のバッテリーモジュール１０を含むバッテリーグループＧの両端とシステム電源モジュール４００との間で、直流電圧を変更できる。例えば、システムコンバータ５００は、直列連結された複数のバッテリーモジュールの両端電圧の大きさを減少させてシステム電源モジュール４００に伝達することができる。
または、システムコンバータ５００は、システム電源モジュール４００の電圧の大きさを増加させて複数のバッテリーモジュールの両端に伝達することができる。より具体的に、システムコンバータ５００は、バッテリーグループ電圧４００Ｖとシステム電源モジュール電圧１２Ｖとの間で電圧を変更することができる。
システムコンバータ５００は、本願の出願時点で公知の、電圧を変更可能な多様な装置として具現され得る。例えば、システムコンバータ５００は、直流電圧を変更するシステム絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータを含む形態で具現され得る。
図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置の連結構成を概略的に示した図である。
図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置は均等化線路３００をさらに含むことができる。
上記均等化線路３００は、複数のバッテリーモジュール１０にそれぞれ連結された複数のスレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００との間を直接電気的に連結する。したがって、均等化線路３００は、複数のスレーブコントローラ２００のうち少なくとも１つとマスターコントローラ１００との間で電源を伝達することができる。
均等化線路３００は、マスターコントローラ１００から充電対象バッテリーモジュール１０と連結されたスレーブコントローラ２００に流れ込む充電電流、及び放電対象バッテリーモジュール１０と連結されたスレーブコントローラ２００からマスターコントローラ１００へと流れ出る放電電流が流れるように構成される。
マスターコントローラ１００及びスレーブコントローラ２００は、このような均等化線路３００と接続するための端子としてコネクタを備えることができる。
例えば、図２の実施例において、マスターコントローラ１００は、均等化線路３００と接続するための端子としてモジュールコネクタ１４０を備えることができる。また、スレーブコントローラ２００は、均等化線路３００と接続するための端子としてスレーブコネクタ２４０を備えることができる。
望ましくは、均等化線路３００は、複数の単位線路を備えることができる。ここで、単位線路は、複数のスレーブコントローラ２００のうち相異なる２つのスレーブコントローラ２００を電気的に連結する線路である。ここで、均等化線路３００は、相異なる２つのスレーブコントローラ２００を直接連結し、最後に連結されるスレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００とを直接連結する。
例えば、図２に示されたように、バッテリーパックに５つのバッテリーモジュール１０が含まれたとき、バッテリーパックの正極Ｐａｃｋ＋側から負極Ｐａｃｋ−に向かってそれぞれ第１〜第５バッテリーモジュールＢ１〜Ｂ５とする。そして、第１〜第５バッテリーモジュールにそれぞれ連結されたスレーブコントローラ２００を第１〜第５スレーブコントローラＳ１〜Ｓ５とする。この場合、均等化線路３００のうち１つの単位線路は、相異なる２つのスレーブコントローラ２００である第１スレーブコントローラＳ１と第３スレーブコントローラＳ３とを直接連結し、他の１つの単位線路は、第３スレーブコントローラＳ３と第５スレーブコントローラＳ５とを直接連結する。また、さらに他の１つの単位線路は、最後に連結された第５スレーブコントローラＳ５とマスターコントローラ１００とを直接連結する。
また、均等化線路３００のうちさらに他の１つの単位線路は、第２スレーブコントローラＳ２と第４スレーブコントローラＳ４とを直接連結し、他の１つの単位線路は最後に連結された第４スレーブコントローラＳ４とマスターコントローラ１００とを直接連結する。
本発明の一実施例によれば、複数のスレーブコントローラ２００は、複数のバッテリーモジュール１０のうちバッテリーパックの正極Ｐａｃｋ＋側から直列連結順で奇数番目に位置するバッテリーモジュール１０に連結された奇数スレーブ、及び複数のバッテリーモジュール１０のうちバッテリーパックの正極Ｐａｃｋ＋側から直列連結順で偶数番目に位置するバッテリーモジュール１０に連結された偶数スレーブを備えることができる。
例えば、図２の実施例において、奇数スレーブは、バッテリーパックの正極Ｐａｃｋ＋側から直列連結順で奇数番目に位置する第１、第３及び第５バッテリーモジュールＢ１、Ｂ３、Ｂ５に直接連結された第１、第３及び第５スレーブコントローラＳ１、Ｓ３、Ｓ５を含む。また、偶数スレーブは、バッテリーパックの正極Ｐａｃｋ＋側から直列連結順で偶数番目に位置する第２及び第４バッテリーモジュールＢ２、Ｂ４に直接連結された第２及び第４スレーブコントローラＳ２、Ｓ４を含む。
このような構成において、上記単位線路は、上記奇数スレーブに備えられた各スレーブコネクタ２４０の間を連結する奇数線路３１０、及び上記偶数スレーブに備えられた各スレーブコネクタ２４０の間を連結する偶数線路３３０を備えることができる。
すなわち、奇数線路３１０は、奇数番目スレーブコントローラ２００同士の間、または、奇数番目スレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００との間を連結する線路である。そして、偶数線路３３０は、偶数番目スレーブコントローラ２００同士の間、または、偶数番目スレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００との間を連結する線路である。ここで、奇数線路３１０及び偶数線路３３０は、それぞれ複数備えられ得る。
例えば、奇数線路３１０は、第１スレーブコントローラＳ１の第１スレーブコネクタＣ１と第３スレーブコントローラＳ３の第３スレーブコネクタＣ３とを直接連結し、第３スレーブコントローラＳ３の第３スレーブコネクタＣ３と第５スレーブコントローラＳ５の第５スレーブコネクタＣ５とを直接連結する２つの単位線路を含む。また、奇数線路３１０は、第５スレーブコネクタＣ５とマスターコントローラ１００に備えられたモジュールコネクタ１４０とを直接連結し得る。
一方、偶数線路３３０は、第２スレーブコントローラＳ２の第２スレーブコネクタＣ２と第４スレーブコントローラＳ４の第４スレーブコネクタＣ４とを直接連結する１つの単位線路を含む。また、偶数線路３３０は、第４スレーブコネクタＣ４とマスターコントローラ１００に備えられたモジュールコネクタ１４０とを直接連結し得る。
特に、奇数線路３１０及び偶数線路３３０は、各スレーブコネクタ２４０に備えられた複数のコネクタ端子のうち負極端子に接続される。ここで、負極端子は、バッテリーモジュール１０の負極（−）と連結されている線路に接続されたコネクタ端子である。すなわち、奇数線路３１０及び偶数線路３３０の一端はスレーブコネクタ２４０の負極端子に連結される。そして、奇数線路３１０及び偶数線路３３０の他端は、他のスレーブコントローラ２００の負極端子またはマスターコントローラ１００のモジュールコネクタ１４０に接続される。このとき、マスターコントローラ１００のモジュールコネクタ１４０は、それぞれ相異なる線路に連結された複数のコネクタ端子を２つ以上備え、奇数線路３１０と偶数線路３３０はこのようなモジュールコネクタ１４０の相異なるコネクタ端子にそれぞれ連結され得る。
また、均等化線路３００は、第１スレーブコントローラＳ１に備えられた第１スレーブコネクタＣ１とマスターコントローラ１００に備えられたモジュールコネクタ１４０とを直接連結する補助線路３５０を含むことができる。すなわち、補助線路３５０は、奇数線路３１０または偶数線路３３０を通じてマスターコントローラ１００と連結されたスレーブコントローラ２００のうち、電気的にマスターコントローラ１００から最も遠く位置したスレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００とを連結する線路である。
例えば、図２の構成において、相互直列で連結された第１〜第５バッテリーモジュールＢ１〜Ｂ５にそれぞれ連結された第１〜第５スレーブコントローラＳ１〜Ｓ５のうち、第５スレーブコントローラＳ５は奇数線路３１０を通じてマスターコントローラ１００に直接連結され、第４スレーブコントローラＳ４は偶数線路３３０を通じてマスターコントローラ１００に直接連結される。一方、第１スレーブコントローラＳ１は、奇数線路３１０を通じて、第３スレーブコントローラＳ３及び第５スレーブコントローラＳ５を経由してマスターコントローラ１００に間接的に連結される。したがって、第１スレーブコントローラＳ１の第１スレーブコネクタＣ１には補助線路３５０の一端が接続され、補助線路３５０の他端はマスターコントローラ１００のモジュールコネクタ１４０に接続され得る。
特に、補助線路３５０は、奇数線路３１０及び偶数線路３３０と異なって、スレーブコネクタ２４０に備えられた複数のコネクタ端子のうち正極端子に接続される。ここで、正極端子は、バッテリーモジュール１０の正極（＋）と連結されている線路に接続されたコネクタ端子である。すなわち、本実施例において、補助線路３５０は、一端が第１スレーブコネクタＣ１の正極端子に連結され得る。また、補助線路３５０は、他端がモジュールコネクタ１４０に備えられた複数のコネクタ端子のうち、奇数線路３１０及び偶数線路３３０と接続されていない他のコネクタ端子に接続され得る。
このような構成によって、奇数線路３１０、偶数線路３３０及び補助線路３５０は、少なくとも１つのスレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００との間で電源を伝達することができる。
例えば、奇数線路３１０、偶数線路３３０または補助線路３５０には、充電対象バッテリーモジュール１０と連結されたスレーブコントローラ２００に流れ込む充電電流が流れることができる。また、奇数線路３１０、偶数線路３３０または補助線路３５０には、放電対象バッテリーモジュール１０と連結されたスレーブコントローラ２００から流れ出る放電電流が流れることができる。
図３は、本発明の一実施例によるマスターコントローラの詳細構成を概略的に示した図である。
図３を参照すれば、本発明の一実施例によるマスターコントローラ１００は、マスター制御部１２０、マスター電圧測定部１１０、マスター通信部１３０、システムコネクタ１７０、モジュールコネクタ１４０、コンバータ１６０、マスター充放電経路Ｌ１及びマスタースイッチング部１５０（第１マスタースイッチング部１５１及び第２マスタースイッチング部１５２）を含むことができる。
上記システムコネクタ１７０及び上記モジュールコネクタ１４０は、マスターコントローラ１００外部の電気装置または電線とマスターコントローラ１００との間を電気的に連結することができる。
例えば、システムコネクタ１７０には、マスターコントローラ１００とシステム電源モジュール４００との間を直接連結する電線が電気的に接続される。また、モジュールコネクタ１４０には、複数のスレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００とを連結する均等化線路３００、すなわち、奇数線路３１０、偶数線路３３０及び補助線路３５０が電気的に接続される。
特に、モジュールコネクタ１４０は、３つ以上のコネクタ端子を備えることができる。そして、それぞれのコネクタ端子は均等化線路３００に備えられた単位線路に連結される。
例えば、モジュールコネクタ１４０は、奇数端子１４０＿２、偶数端子１４０＿１及び補助端子１４０＿３を備える。そして、それぞれのコネクタ端子には均等化線路３００のそれぞれの線路が連結される。すなわち、奇数端子１４０＿２には奇数線路３１０が連結され、偶数端子１４０＿１には偶数線路３３０が連結され、補助端子１４０＿３には補助線路３５０が連結される。
一方、このようなコネクタ端子には、マスター充放電経路Ｌ１の端部が連結される。すなわち、モジュールコネクタ１４０に３つのコネクタ端子が備えられた場合、それぞれのコネクタ端子にはマスター充放電経路Ｌ１に備えられた相異なる電流経路が連結され得る。
例えば、図３に示されたように、マスター充放電経路Ｌ１は奇数経路Ｌ１＿２、偶数経路Ｌ１＿１及び補助経路Ｌ１＿３を備え、奇数経路Ｌ１＿２が奇数端子１４０＿２に連結され、偶数経路Ｌ１＿１が偶数端子１４０＿１に連結され、補助経路Ｌ１＿３が補助端子１４０＿３にそれぞれ連結される。
上記マスター充放電経路Ｌ１は、スレーブコントローラ２００とシステム電源モジュール４００との間で充放電電流を流すことができる。また、マスター充放電経路Ｌ１は、相異なる２つのスレーブコントローラ２００の間で充放電電流を流すことができる。より具体的に、マスター充放電経路Ｌ１は、マスターコントローラ１００内のモジュールコネクタ１４０とシステムコネクタ１７０との間で充放電電源を供給可能な電流経路を提供することができる。
さらに、マスター充放電経路Ｌ１は、上述したように、奇数経路Ｌ１＿２、偶数経路Ｌ１＿１及び補助経路Ｌ１＿３を備えることができる。特に、このような奇数経路Ｌ１＿２、偶数経路Ｌ１＿１及び補助経路Ｌ１＿３はモジュールコネクタ１４０に連結される。
上記マスター制御部１２０は、マスターコントローラ１００に含まれたそれぞれの構成要素と通信し、マスターコントローラ１００に含まれた各構成要素を制御することができる。例えば、マスター制御部１２０は、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）を含み、このような動作を行うことができる。
上記マスター通信部１３０は、スレーブコントローラ２００と通信して各種のデータを送受信することができる。このとき、マスター通信部１３０は、各種の有線または無線通信網を用いてスレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００とを連結することができる。
例えば、マスター通信部１３０は、スレーブコントローラ２００から受信したバッテリーモジュール１０の電圧値をマスター制御部１２０に伝達し、マスター制御部１２０から受信した充電命令または放電命令を、マスター制御部１２０から選択された少なくとも１つのスレーブコントローラ２００に伝達することができる。このとき、マスター制御部１２０は、スレーブコントローラ２００から受信したバッテリーモジュール１０の電圧値またはＳＯＣに基づいて、均等化対象になる少なくとも１つのスレーブコントローラ２００を選択することができる。
上記コンバータ１６０は、電圧を変更することができる。そのため、コンバータ１６０は、電圧を変更するための各種の電子装置や素子を含むことができる。例えば、コンバータ１６０は直流電圧を変更する絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータを含み得る。
このとき、コンバータ１６０は、システムコネクタ１７０に電気的に直接連結され、システム電源モジュール４００から伝達された電源を充電対象バッテリーモジュール１０に伝達するため、直流電圧を変更することができる。また、コンバータ１６０は、放電対象バッテリーモジュール１０から伝達された電源をシステム電源モジュール４００に伝達するため、直流電圧を変更することができる。
上記マスター充放電経路Ｌ１は、マスター充放電経路Ｌ１上にノードを備えることができる。すなわち、上記ノードは、マスターコントローラ１００内部の構成要素の間を連結する２つ以上の経路が接続する接点である。
例えば、図３の実施例において、マスター充放電経路Ｌ１は、マスター充放電経路Ｌ１上に第１ノードｎ１、第２ノードｎ２、第３ノードｎ３及び第４ノードｎ４を備える。ここで、第１ノードｎ１及び第３ノードｎ３は、偶数経路Ｌ１＿１上に備えられ、特に、第１ノードｎ１は補助経路Ｌ１＿３と偶数経路Ｌ１＿１とが接する接点である。また、第２ノードｎ２及び第４ノードｎ４は、奇数経路Ｌ１＿２上に備えられる。
上記マスタースイッチング部１５０は、上記マスター充放電経路Ｌ１上に備えられ、電気経路を開閉することができる。特に、マスタースイッチング部１５０は、第１マスタースイッチング部１５１及び第２マスタースイッチング部１５２を備えることができる。
例えば、図３に示されたように、第１マスタースイッチング部１５１は補助経路Ｌ１＿３上に備えられ、補助端子１４０＿３と第１ノードｎ１との間で流れる充放電電流の流れを開閉することができる。
また、第２マスタースイッチング部１５２には第１ノードｎ１、第２ノードｎ２、第３ノードｎ３及び第４ノードｎ４と連結される４つの経路が一側に連結され、第２マスタースイッチング部１５２とコンバータ１６０との間を連結する経路が他側に連結される。このような構成において、第２マスタースイッチング部１５２は、第１ノードｎ１、第２ノードｎ２、第３ノードｎ３及び第４ノードｎ４からそれぞれ連結される４つの経路を流れる充放電電流の流れを開閉することができる。
特に、本発明によるバッテリーモジュール均等化装置において、第１ノードｎ１、第２ノードｎ２、第３ノードｎ３及び第４ノードｎ４から第２マスタースイッチング部１５２にそれぞれ繋がる４つの経路は、第２マスタースイッチング部１５２を通って２つの経路に統合されてコンバータ１６０に連結される。すなわち、第１ノードｎ１及び第２ノードｎ２から繋がる２つの経路が１つの経路に統合され、第３ノードｎ３及び第４ノードｎ４から繋がる２つの経路が１つの経路に統合され得る。
第１マスタースイッチング部１５１及び第２マスタースイッチング部１５２は、電気線路を開閉するスイッチを備えることができる。ここで、このようなマスタースイッチング部１５０のスイッチング動作は、マスター制御部１２０から受信した開閉命令に従って行われる。すなわち、マスター制御部１２０は、スレーブコントローラ２００から受信したバッテリーモジュール１０の電圧値またはＳＯＣに基づいて、第１マスタースイッチング部１５１及び第２マスタースイッチング部１５２に開閉命令を伝達することができる。
上記マスター電圧測定部１１０は、均等化線路３００の電圧を測定することができる。すなわち、マスター電圧測定部１１０は、マスター充放電経路Ｌ１上に備えられ、均等化線路３００、すなわち、奇数線路３１０、偶数線路３３０及び補助線路３５０とそれぞれ連結される奇数経路Ｌ１＿２、偶数経路Ｌ１＿１及び補助経路Ｌ１＿３の電圧を測定することができる。
例えば、図３の実施例において、マスター電圧測定部１１０は奇数経路Ｌ１＿２及び偶数経路Ｌ１＿１と連結される。すなわち、奇数経路Ｌ１＿２は奇数端子１４０＿２とマスター電圧測定部１１０との間を連結し、偶数経路Ｌ１＿１は偶数端子１４０＿１とマスター電圧測定部１１０との間を連結し得る。
このような構成において、マスター電圧測定部１１０は、マスタースイッチング部１５０のスイッチング構成によって電流が流れる状況に応じて、偶数経路Ｌ１＿１、奇数経路Ｌ１＿２及び補助経路Ｌ１＿３の電圧を測定することができる。例えば、マスター電圧測定部１１０は、第１ノードｎ１及び第３ノードｎ３の１つと、第２ノードｎ２及び第４ノードｎ４の１つと間の電圧を測定することで、偶数経路Ｌ１＿１、奇数経路Ｌ１＿２及び／または補助経路Ｌ１＿３の電圧を測定することができる。このとき、マスター電圧測定部１１０は、このような測定情報をマスター制御部１２０に伝達することができる。すると、マスター制御部１２０は、マスター電圧測定部１１０によって測定された均等化線路３００の電圧を用いて均等化線路３００の正常動作如何を診断することができる。
図４は、本発明の一実施例による第１マスタースイッチング部の構成を概略的に示した回路図である。例えば、このような図４の構成は、図３に含まれた第１マスタースイッチング部１５１に適用され得る。
図４を参照すれば、本発明の一実施例による第１マスタースイッチング部１５１は、メイン線路ｍ、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）７１、ダイオード７３及びスイッチング制御部７０を含むことができる。
上記メイン線路ｍは、第１方向線路ａと第２方向線路ｂとの間で充放電電流が流れるように構成される。すなわち、充放電電流は、第２方向線路ｂから第１マスタースイッチング部１５１に流れ込んだ後、メイン線路ｍを通って第１方向線路ａに流れ得る。
また、充放電電流は、第１方向線路ａから第１マスタースイッチング部１５１に流れ込んだ後、メイン線路ｍを通って第２方向線路ｂに流れ得る。ここで、第１方向線路ａ、第２方向線路ｂ及びメイン線路ｍは、図３に示された補助経路Ｌ１＿３であり得る。
第１マスタースイッチング部１５１は、第１方向線路ａ及び第２方向線路ｂを通じてマスターコントローラ１００に備えられた他の構成要素と連結され得る。
第１マスタースイッチング部１５１は、少なくとも１つのＦＥＴ７１を含むことができる。すなわち、上記ＦＥＴ７１は、メイン線路ｍ上に備えられて電流の導通を調節することができる。例えば、図４に示されたように、第１マスタースイッチング部１５１は、第１方向線路ａとメイン線路ｍとを連結する第１方向ＦＥＴ７１＿ａ、及び第２方向線路ｂとメイン線路ｍとを連結する第２方向ＦＥＴ７１＿ｂを含む。ここで、第１方向ＦＥＴ７１＿ａは、メイン線路ｍと第１方向線路ａとの間に流れる充放電電流の導通を調節することができる。また、第２方向ＦＥＴ７１＿ｂは、メイン線路ｍと第２方向線路ｂとの間に流れる充放電電流の導通を調節することができる。
第１方向ＦＥＴ７１＿ａ及び第２方向ＦＥＴ７１＿ｂは、選択的にターンオンまたはターンオフされ得る。第１方向ＦＥＴ７１＿ａ及び第２方向ＦＥＴ７１＿ｂは、ゲート、ドレーン及びソース端子を備えたＦＥＴ素子であって、ゲート端子とソース端子との間に印加された電圧によるチャンネル形成如何によってターンオンまたはターンオフされる。一例として、ＦＥＴ７１は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり得る。
第１方向ＦＥＴ７１＿ａ及び第２方向ＦＥＴ７１＿ｂには、それぞれ第１方向ダイオード７３＿ａ及び第２方向ダイオード７３＿ｂが備えられる。ダイオード７３は、ＦＥＴ７１と並列で連結され、一方向に電流を導通させる整流作用をする。
例えば、図４に示されたように、第１方向ダイオード７３＿ａは、第１方向ＦＥＴ７１＿ａと並列で連結され、メイン線路ｍから第１方向線路ａの方向に電流を導通させることができる。また、第２方向ダイオード７３＿ｂは、第２方向ＦＥＴ７１＿ｂと並列で連結され、メイン線路ｍから第２方向線路ｂの方向に電流を導通させることができる。
上記スイッチング制御部７０は、第１方向ＦＥＴ７１＿ａ及び第２方向ＦＥＴ７１＿ｂを制御することができる。具体的に、スイッチング制御部７０は、予め決められた電圧を第１方向ＦＥＴ７１＿ａまたは第２方向ＦＥＴ７１＿ｂに印加して、第１方向ＦＥＴ７１＿ａ及び第２方向ＦＥＴ７１＿ｂを選択的にターンオンまたはターンオフさせる。このとき、図３に示されたマスター制御部１２０は、スイッチング制御部７０に第１方向ＦＥＴ７１＿ａ及び第２方向ＦＥＴ７１＿ｂに対する開閉命令を伝達することができる。
例えば、図４の実施例において、スイッチング制御部７０は、第１方向ＦＥＴ７１＿ａをターンオンし、第２方向ＦＥＴ７１＿ｂをターンオフする開閉命令を受信すれば、第１方向ＦＥＴ７１＿ａを閉鎖し、第２方向ＦＥＴ７１＿ｂを開放する。これによって、第１マスタースイッチング部１５１は、第１方向線路ａから第１方向ＦＥＴ７１＿ａ、メイン線路ｍ及び第２方向ダイオード７３＿ｂを通って第２方向線路ｂに電流が流れる電流方向を調節することができる。
また、スイッチング制御部７０は、第１方向ＦＥＴ７１＿ａをターンオフし、第２方向ＦＥＴ７１＿ｂをターンオンする開閉命令を受信すれば、第１方向ＦＥＴ７１＿ａを開放し、第２方向ＦＥＴ７１＿ｂを閉鎖する。これによって、第１マスタースイッチング部１５１は、第２方向線路ｂから第２方向ＦＥＴ７１＿ｂ、メイン線路ｍ及び第１方向ダイオード７３＿ａを通って第１方向線路ａに電流が流れる電流方向を調節することができる。
図５は、本発明の一実施例による第２マスタースイッチング部の構成を概略的に示した回路図である。例えば、このような図５の構成は、図３に含まれた第２マスタースイッチング部１５２に適用され得る。
図５を参照すれば、本発明の一実施例による第２マスタースイッチング部１５２は、複数のスイッチングモジュールｓｗを備えることができる。このとき、上記複数のスイッチングモジュールｓｗは、第２マスタースイッチング部１５２を通過する複数の線路を開閉することができる。すなわち、複数のスイッチングモジュールｓｗは、上記複数の線路上にそれぞれ位置し、上記複数の線路を開閉することができる。
例えば、図５に示されたように、第２マスタースイッチング部１５２は、４つのスイッチングモジュールｓｗを備える。このとき、スイッチングモジュールｓｗは、第２マスタースイッチング部１５２を通過する４つの線路上にそれぞれ位置する。
ここで、第２マスタースイッチング部１５２を通過する４つの線路は、図３に示された第１ノードｎ１、第２ノードｎ２、第３ノードｎ３及び第４ノードｎ４と第２マスタースイッチング部１５２とを連結する４つの線路であり得る。また、複数のスイッチングモジュールｓｗは、それぞれ図４に示された第１マスタースイッチング部１５１と類似の形態で構成され得る。したがって、このような第２マスタースイッチング部１５２の各スイッチングモジュールｓｗについては、上述した図４の説明が同一または類似に適用され得るため、詳細な説明は省略する。
第２マスタースイッチング部１５２は、複数のスイッチングモジュールｓｗを選択的にターンオンまたはターンオフさせる。すなわち、第２マスタースイッチング部１５２は、複数のスイッチングモジュールｓｗを選択的にターンオンまたはターンオフして、複数の線路を選択的に開閉することができる。
ここで、それぞれのスイッチングモジュールｓｗにおける電流導通及び電流方向の調節過程についての詳しい説明は、図４の第１マスタースイッチング部１５１における説明が同様に適用され得る。
図６は、本発明の一実施例によるスレーブコントローラの詳細構成を概略的に示した図である。
図６を参照すれば、本発明の一実施例によるスレーブコントローラ２００は、スレーブ制御部２２０、スレーブ電圧測定部２１０、スレーブ通信部２３０、スレーブコネクタ２４０、スレーブ充放電経路Ｌ２、スレーブスイッチング部２５０及びヒューズ２６０を含むことができる。
上記スレーブ制御部２２０は、スレーブコントローラ２００に含まれた各構成要素と通信し、スレーブコントローラ２００に含まれた各構成要素を制御することができる。例えば、スレーブ制御部２２０は、ＭＣＵを含み、このような動作を行うことができる。
上記スレーブ電圧測定部２１０は、スレーブコントローラ２００に直接連結されたバッテリーモジュール１０の電圧値を測定する。例えば、スレーブ電圧測定部２１０は、バッテリーモジュール１０の全体電圧を測定しても良く、バッテリーモジュール１０に備えられた各バッテリーセル、すなわち、各二次電池の両端電圧を測定しても良い。また、スレーブ電圧測定部２１０は、バッテリーモジュール１０の電圧値またはバッテリーセルの電圧値をスレーブ制御部２２０に伝達する。このとき、スレーブ制御部２２０は受信した電圧値に基づいてバッテリーモジュール１０のＳＯＣを演算することもできる。
上記スレーブ通信部２３０は、マスターコントローラ１００と通信して各種のデータを送受信する。すなわち、スレーブ通信部２３０は、各種の有線または無線通信網を用いてスレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００とを連結することができる。これによって、スレーブ通信部２３０は、スレーブ制御部２２０から受信したバッテリーモジュール１０の電圧値またはＳＯＣをマスターコントローラ１００に伝達し、マスターコントローラ１００から受信した充電命令または放電命令をスレーブ制御部２２０に伝達することができる。
上記スレーブコネクタ２４０は、スレーブコントローラ２００外部の電気装置または電線とスレーブコントローラ２００との間を電気的に連結する。例えば、スレーブコネクタ２４０は、スレーブコントローラ２００が均等化線路３００に直接連結されるように端子を提供する。したがって、スレーブコネクタ２４０は、均等化線路３００を通じてスレーブコントローラ２００とマスターコントローラ１００との間を電気的に連結することができる。
特に、スレーブコネクタ２４０は、３つ以上のコネクタ端子を備えることができる。そして、それぞれのコネクタ端子は均等化線路３００に備えられた複数の単位線路に連結される。
例えば、スレーブコネクタ２４０は、正極端子２４０＿１、第１負極端子２４０＿２及び第２負極端子２４０＿３を備える。そして、それぞれのコネクタ端子には均等化線路３００のそれぞれの線路が連結される。すなわち、正極端子２４０＿１には補助線路３５０が連結され、第１負極端子２４０＿２及び第２負極端子２４０＿３には奇数線路３１０または偶数線路３３０が連結される。
一方、このようなコネクタ端子には、スレーブ充放電経路Ｌ２の端部が連結される。すなわち、スレーブコネクタ２４０に３つのコネクタ端子が備えられた場合、それぞれのコネクタ端子にはスレーブ充放電経路Ｌ２に備えられた電流経路が連結され得る。
例えば、図６に示されたように、スレーブ充放電経路Ｌ２はスレーブコネクタ２４０に電気的に接続される。すなわち、スレーブ充放電経路Ｌ２は、バッテリーモジュール１０の両端とスレーブコネクタ２４０に備えられた複数のコネクタ端子との間を電気的に連結することができる。
特に、スレーブ充放電経路Ｌ２は、一端がバッテリーモジュール１０の正極（＋）に連結された電流経路と、一端がバッテリーモジュール１０の負極（−）に連結された電流経路を備えることができる。ここで、上記一端がバッテリーモジュール１０の正極（＋）に連結された電流経路は、正極端子２４０＿１に接続される。また、上記一端がバッテリーモジュール１０の負極（−）に連結された電流経路は、第１負極端子２４０＿２及び第２負極端子２４０＿３に接続される。このような構成において、スレーブ充放電経路Ｌ２にはバッテリーモジュール１０を充電または放電させるための電流が流れ得る。
上記スレーブスイッチング部２５０は、スレーブ充放電経路Ｌ２上に備えられ、電気経路を開閉する。すなわち、スレーブスイッチング部２５０は、スレーブ制御部２２０から受信した開閉命令に従ってスレーブ充放電経路Ｌ２を開閉することができる。特に、スレーブスイッチング部２５０は、一端がバッテリーモジュール１０の負極（−）に連結された電流経路上に備えられ、バッテリーモジュール１０の負極（−）側と第１負極端子２４０＿２及び第２負極端子２４０＿３との間を連結するスレーブ充放電経路Ｌ２に流れる充放電電流の電流開閉又は方向調節を行うことができる。
ここで、スレーブスイッチング部２５０についての詳しい説明は、上述した図４の第１マスタースイッチング部１５１についての説明と同様である。すなわち、スレーブスイッチング部２５０は、第１マスタースイッチング部１５１と同一または類似の形態で構成され得る。また、スレーブ充放電経路Ｌ２は、図４に示された第１方向線路ａ、第２方向線路ｂ及びメイン線路ｍであり得る。
上記ヒューズ２６０は、スレーブ充放電経路Ｌ２上に備えられ、過電流が流れる場合、線路を遮断する。すなわち、ヒューズ２６０は、スレーブ充放電経路Ｌ２上に備えられたバッテリーモジュール１０及びスレーブスイッチング部２５０を過電流から保護することができる。特に、ヒューズ２６０は、バッテリーモジュール１０の負極（−）とスレーブスイッチング部２５０との間に備えられ得る。
図７は、本発明の一実施例による複数のバッテリーグループとマスターコントローラとの連結構成を概略的に示した図である。
図７を参照すれば、本発明の一実施例によるマスターコントローラ１００は、複数のバッテリーグループ、すなわち、第１バッテリーグループＧ１、第２バッテリーグループＧ２、及び第ｎバッテリーグループＧｎとそれぞれ連結される。ここで、第１バッテリーグループＧ１、第２バッテリーグループＧ２、及び第ｎバッテリーグループＧｎは、図１に示されたバッテリーグループＧと同じ構成要素を含み得る。
例えば、図７の実施例において、マスターコントローラ１００は、第１バッテリーグループＧ１、第２バッテリーグループＧ２、及び第ｎバッテリーグループＧｎとそれぞれ個別的に連結される。このとき、複数のバッテリーグループは、バッテリーグループ同士が互いに直列及び／または並列で連結され得る。したがって、このようなバッテリーグループ間の電気的連結によってバッテリーパックＰの出力及び／または容量を増大させることができる。
本発明の一実施例において、マスターコントローラ１００は、複数のバッテリーグループのうち放電対象バッテリーモジュール１０を含むバッテリーグループから電源の伝達を受け、伝達された電源を、充電対象バッテリーモジュール１０を含むバッテリーグループに伝達することができる。ここで、マスターコントローラ１００は、各バッテリーモジュール１０の電圧値またはＳＯＣに基づいて放電対象バッテリーモジュール１０及び充電対象バッテリーモジュール１０を選定することができる。
図８は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置によって一部バッテリーモジュールが充電される過程を概略的に示した図である。説明の便宜上、図８では上述した実施例の構成で充電電流が通る経路を中心に図示及び説明する。
図８を参照すれば、第２バッテリーモジュールＢ２の電圧値が他のバッテリーモジュール１０、すなわち、第１バッテリーモジュールＢ１及び第３バッテリーモジュールＢ３に比べて低い場合、マスターコントローラ１００は、第２バッテリーモジュールＢ２を充電対象バッテリーモジュール１０として選定する。このとき、第２バッテリーモジュールＢ２は、システム電源モジュール４００から電源の供給を受けて充電される。
この場合、マスターコントローラ１００は、第１スレーブコントローラＳ１及び第２スレーブコントローラＳ２を選択する。すなわち、マスターコントローラ１００は、第２バッテリーモジュールＢ２の両端に充電電流が流れるように、第１スレーブコントローラＳ１及び第２スレーブコントローラＳ２に開閉命令を伝達する。このとき、第１スレーブコントローラＳ１及び第２スレーブコントローラＳ２は、マスターコントローラ１００から受信した開閉命令に従って、それぞれのスレーブ充放電経路Ｌ２に電流を流しながらその方向を調節することができる。
具体的に、第１スレーブコントローラＳ１及び第２スレーブコントローラＳ２は、第１スレーブスイッチング部２５１及び第２スレーブスイッチング部２５２をターンオンさせるが、電流が流れる方向を制御することができる。特に、第１スレーブコントローラＳ１及び第２スレーブコントローラＳ２は、それぞれの充放電経路のうち負極側経路（すなわち、対応するバッテリーモジュール１０の負極端子とスレーブコネクタ２４０の負極端子との間の経路）で相互逆方向に充電電流を流すことで、第２バッテリーモジュールＢ２の正極（＋）に充電電流を流すことができる。
例えば、図８に示されたように、第１スレーブコントローラＳ１は、第１スレーブスイッチング部２５１に備えられたスイッチを制御して、充電電流が第１スレーブコネクタＣ１から第１バッテリーモジュールＢ１の負極端子側に流れるように電流方向を調節する。これによって、第１スレーブコネクタＣ１を通じて第１スレーブコントローラＳ１の負極側充放電経路に流れ込んだ充電電流は、第１スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ１上の第１スレーブスイッチング部２５１を通って第２バッテリーモジュールＢ２の正極（＋）に流れる。
また、第２スレーブコントローラＳ２は、第２スレーブスイッチング部２５２に備えられたスイッチを制御して、充電電流が第２バッテリーモジュールＢ２の負極端子から第２スレーブコネクタＣ２側に流れるように電流方向を調節する。これによって、第２バッテリーモジュールＢ２の負極（−）から第２スレーブコントローラＳ２の負極側充放電経路に流れ込んだ充電電流は、第２スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ２上の第２スレーブスイッチング部２５２を通って第２スレーブコネクタＣ２に流れる。
一方、マスターコントローラ１００は、第３スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ３上に充電電流が流れないように、第３スレーブコントローラＳ３に開閉命令を伝達する。このとき、第３スレーブコントローラＳ３は、マスターコントローラ１００から受信した開閉命令に従って、第３スレーブスイッチング部２５３をターンオフさせることができる。
例えば、図８に示されたように、第３スレーブコントローラＳ３の第３スレーブスイッチング部２５３は開放状態に維持され、第３スレーブコントローラＳ３の充放電経路には電流が流れない。ただし、第３スレーブコントローラＳ３は、第３スレーブコネクタＣ３を通じて、単位線路同士を接続することができる。すなわち、第３スレーブコネクタＣ３を通じて第３スレーブコントローラＳ３に流れ込んだ充電電流は、第３スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ３に流れず、第３スレーブコネクタＣ３を通じて均等化線路３００に流れる。
ここで、第１スレーブスイッチング部２５１、第２スレーブスイッチング部２５２及び第３スレーブスイッチング部２５３で電流導通及び電流方向を調節する過程についての詳しい説明は、図４の第１マスタースイッチング部１５１についての上述した説明が同様に適用され得る。
または、上記のような構成において、第３スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ３に電流が流れないようにする構成は、マスターコントローラ１００が別に命令しない形態としても具現され得る。すなわち、すべてのスレーブスイッチング部２５０はまずターンオフ状態であり、マスターコントローラ１００がターンオンされるスレーブスイッチング部２５０のみに対して別途命令することができる。例えば、上記の構成において、第１〜第３スレーブスイッチング部２５１〜２５３は基本的にターンオフ状態であり、マスターコントローラ１００が第１スレーブコントローラＳ１及び第２スレーブコントローラＳ２のみにスレーブスイッチング部２５０のターンオン命令を伝達し得る。
このとき、マスターコントローラ１００は、ターンオンされるスレーブスイッチング部２５０を備えた少なくとも１つのスレーブコントローラ２００を選択することができる。すなわち、上記のような構成において、マスターコントローラ１００は第１スレーブコントローラＳ１及び第２スレーブコントローラＳ２を選択することができる。
また、マスターコントローラ１００は、第２マスタースイッチング部１５２に含まれた複数のスイッチを選択的に開閉する。すなわち、第２マスタースイッチング部１５２は、第２マスタースイッチング部１５２を通過する複数の線路それぞれに対する電流方向を調節することができる。
例えば、図８に示されたように、第２マスタースイッチング部１５２は、第２マスタースイッチング部１５２を通過する４つの線路にそれぞれ備えられた複数のスイッチを制御して、充電電流が流れる電流方向を調節することができる。
特に、第２マスタースイッチング部１５２は、４つのスイッチを備えることができる。このとき、これらスイッチは、説明の便宜上、図面を基準に上部から下方に第１〜第４スイッチと称する。ここで、第１スイッチは一端（図面の右側端部）が第１ノードｎ１に連結され、第２スイッチは一端が第２ノードｎ２に連結される。そして、第３スイッチは一端が第３ノードｎ３に連結され、第４スイッチは一端が第４ノードｎ４に連結される。すなわち、第１スイッチと第３スイッチは偶数経路Ｌ１＿１に直接連結され、第２スイッチと第４スイッチは奇数経路Ｌ１＿２に直接連結される。そして、第１スイッチと第２スイッチとは他端（図面の左側端部）が相互直接連結され、第３スイッチと第４スイッチとは他端が相互直接連結される。そして、第１スイッチと第２スイッチとの連結端部、及び第３スイッチと第４スイッチとの連結端部は、それぞれマスター充放電経路Ｌ１の相異なる極性側経路に接続される。
具体的に、第２マスタースイッチング部１５２は、モジュールコネクタ１４０に備えられた３つのコネクタ端子のうちマスター充放電経路Ｌ１上の第１ノードｎ１及び第３ノードｎ３と連結されたコネクタ端子を通じてマスターコントローラ１００の外部に充電電流が流出できるように、２つの経路Ｌ１＿ｎ１、Ｌ１＿ｎ３に対する電流方向を調節することができる。
すなわち、第２マスタースイッチング部１５２は、第１経路Ｌ１＿ｎ１では、第２マスタースイッチング部１５２から第１ノードｎ１に充電電流が流れるようにし、第３経路Ｌ１＿ｎ３では、第３ノードｎ３から第２マスタースイッチング部１５２に充電電流が流れないようにする。そのため、本実施例において、第２マスタースイッチング部１５２は、偶数経路Ｌ１＿１に連結された２つのスイッチのうち、第１スイッチはターンオンさせ、第３スイッチはターンオフさせる。このような構成によって、第２マスタースイッチング部１５２は、コンバータ１６０から伝達された充電電流を、第１ノードｎ１を経由してモジュールコネクタ１４０を通じて均等化線路３００に伝達することができる。
また、第２マスタースイッチング部１５２は、モジュールコネクタ１４０に備えられた３つのコネクタ端子のうちマスター充放電経路Ｌ１上の第２ノードｎ２及び第４ノードｎ４と連結されたコネクタ端子を通じてマスターコントローラ１００の外部から充電電流が流入できるように、他の２つの経路Ｌ１＿ｎ２、Ｌ１＿ｎ４に対する電流方向を調節することができる。
すなわち、第２マスタースイッチング部１５２は、第４経路Ｌ１＿ｎ４では、第４ノードｎ４から第２マスタースイッチング部１５２に充電電流が流れるようにし、第２経路Ｌ１＿ｎ２では、第２ノードｎ２から第２マスタースイッチング部１５２に充電電流が流れないようにする。そのため、本実施例において、第２マスタースイッチング部１５２は、奇数経路Ｌ１＿２に連結された２つのスイッチのうち、第４スイッチはターンオンさせ、第２スイッチはターンオフさせる。このような構成によって、第２マスタースイッチング部１５２は、モジュールコネクタ１４０から第４ノードｎ４を経由して伝達された充電電流をコンバータ１６０に伝達することができる。
これによって、図８の実施例では、第２バッテリーモジュールＢ２が充電される場合、システム電源モジュール４００の正極（＋）から流れた充電電流が、システムコネクタ１７０、コンバータ１６０、第２マスタースイッチング部１５２及びモジュールコネクタ１４０を連結するマスター充放電経路Ｌ１を通じて均等化線路３００に流れる。また、上記充電電流は、均等化線路３００を通じて第１スレーブコントローラＳ１の第１スレーブコネクタＣ１に伝達され、第１スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ１を通じて第２バッテリーモジュールＢ２の正極（＋）に流れる。このとき、上記充電電流は、第２バッテリーモジュールＢ２を充電することができる。そして、第２バッテリーモジュールＢ２の負極端子から流れた充電電流は、第２スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ２、第２スレーブコネクタＣ２及び均等化線路３００を経由してモジュールコネクタ１４０に伝達される。そして、モジュールコネクタ１４０に伝達された電流は、第４ノードｎ４、第２マスタースイッチング部１５２、コンバータ１６０及びシステムコネクタ１７０を経由するマスター充放電経路Ｌ１を通じてシステム電源モジュール４００に流れる。
図９は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置によって一部バッテリーモジュールが放電する過程を概略的に示した図である。説明の便宜上、上述した実施例と同一または類似の説明が適用され得る部分に対しては詳細な説明を省略し、相違する部分を主に説明する。一方、図９には、放電電流が通る経路を中心に図示し、放電電流が通らない一部充放電経路は図示を省略する。
図９を参照すれば、第１バッテリーモジュールＢ１の電圧値が他のバッテリーモジュール１０、すなわち、第２バッテリーモジュールＢ２及び第３バッテリーモジュールＢ３に比べて高い場合、マスターコントローラ１００は、第１バッテリーモジュールＢ１を放電対象バッテリーモジュール１０として選定する。このとき、第１バッテリーモジュールＢ１は放電して、システム電源モジュール４００に電源を供給する。
この場合、マスターコントローラ１００は、第１スレーブコントローラＳ１を選択する。すなわち、マスターコントローラ１００は、第１バッテリーモジュールＢ１の両端に放電電流が流れるように、第１スレーブコントローラＳ１に開閉命令を伝達する。このとき、第１スレーブコントローラＳ１は、マスターコントローラ１００から受信した開閉命令に従って、放電電流を流しながらその方向を調節することができる。
具体的に、第１スレーブコントローラＳ１は、第１スレーブスイッチング部２５１から第１バッテリーモジュール１０の負極（−）に放電電流を流すことができる。
例えば、図９に示されたように、第１スレーブコントローラＳ１は、第１スレーブスイッチング部２５１に備えられたスイッチを制御して、第１バッテリーモジュールＢ１を放電させる放電電流が流れるようにする。これによって、第１バッテリーモジュールＢ１を放電させる放電電流は、第１バッテリーモジュールＢ１の正極端子から第１スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ１を通って第１スレーブコネクタＣ１の正極端子に伝達される。そして、このような放電電流は、均等化線路３００（補助線路）を経由してマスターコントローラ１００に伝達される。
そして、マスターコントローラ１００から均等化線路３００を経由して第１スレーブコネクタＣ１の負極端子を通じて第１スレーブコントローラＳ１に流れ込んだ放電電流は、第１スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ１上の第１スレーブスイッチング部２５１を通って第１バッテリーモジュールＢ１の負極（−）に流れる。
一方、マスターコントローラ１００は、第２スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ２及び第３スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ３上に放電電流が流れないように、第２スレーブコントローラＳ２及び第３スレーブコントローラＳ３に開閉命令を伝達する。このとき、第２スレーブコントローラＳ２及び第３スレーブコントローラＳ３は、マスターコントローラ１００から受信した開閉命令に基づいて第２スレーブスイッチング部２５２及び第３スレーブスイッチング部２５３をターンオフさせることができる。
例えば、図９に示されたように、第２スレーブコントローラＳ２の第２スレーブスイッチング部２５２は開放状態に維持され、第２スレーブコントローラＳ２の充放電経路には電流が流れない。これによって、第１スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ１に流れる放電電流は、第２バッテリーモジュールＢ２の正極（＋）には流れない。
また、第３スレーブコントローラＳ３は第３スレーブスイッチング部２５３を開放状態に維持し、第３スレーブコントローラＳ３の充放電経路に電流が流れないようにする。これによって、第３スレーブコネクタＣ３を通じて第３スレーブコントローラＳ３に流れ込んだ放電電流は、第３スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ３に流れず、第３スレーブコネクタＣ３を通じて均等化線路３００に流れる。
ただし、第３スレーブコントローラＳ３は、第３スレーブコネクタＣ３を通じて、マスターコントローラ１００と第１スレーブコントローラＳ１との間の単位線路同士を接続することができる。
ここで、第１スレーブスイッチング部２５１、第２スレーブスイッチング部２５２及び第３スレーブスイッチング部２５３で電流導通及び電流方向を調節する過程についての詳しい説明は、図４の第１マスタースイッチング部１５１についての上述した説明が同様に適用され得る。
または、上記のような構成において、第２スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ２及び第３スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ３に電流が流れないようにする構成は、マスターコントローラ１００が別に命令しない形態としても具現され得る。すなわち、本実施例において、第１〜第３スレーブスイッチング部２５１〜２５３は基本的にターンオフ状態であり、マスターコントローラ１００が第１スレーブコントローラＳ１のみに第１スレーブスイッチング部２５１のターンオン命令を伝達し得る。
このとき、マスターコントローラ１００は、ターンオンされるスレーブスイッチング部２５０を備えたスレーブコントローラ２００を選択することができる。すなわち、上記のような構成において、マスターコントローラ１００は第１スレーブコントローラＳ１を選択することができる。
また、マスターコントローラ１００は、第１マスタースイッチング部１５１及び第２マスタースイッチング部１５２にそれぞれ含まれた少なくとも１つのスイッチを選択的に開閉する。すなわち、第１マスタースイッチング部１５１は、第１マスタースイッチング部１５１を通過する１つの線路に対する導通と電流方向を調節することができる。また、第２マスタースイッチング部１５２は、第２マスタースイッチング部１５２を通過する複数の線路それぞれに対する導通と電流方向を調節することができる。
例えば、図９に示されたように、第１マスタースイッチング部１５１は、第１マスタースイッチング部１５１を通過する１つの線路に備えられたスイッチを制御して、放電電流のオンオフまたは電流方向を調節することができる。また、第２マスタースイッチング部１５２は、第２マスタースイッチング部１５２を通過する４つの線路にそれぞれ備えられた複数のスイッチを制御して、放電電流が流れる経路及び電流方向を調節することができる。このとき、第２マスタースイッチング部１５２に備えられた４つのスイッチは、上述した図８の実施例と同様に、第１ノードｎ１、第２ノードｎ２、第３ノードｎ３及び第４ノードｎ４に連結されたスイッチをそれぞれ第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ及び第４スイッチと称する。
具体的に、第２マスタースイッチング部１５２は、モジュールコネクタ１４０に備えられた３つのコネクタ端子のうちマスター充放電経路Ｌ１上の第２ノードｎ２及び第４ノードｎ４と連結されたコネクタ端子を通じてマスターコントローラ１００の外部に放電電流が流出できるように、２つの経路Ｌ１＿ｎ２、Ｌ１＿ｎ４に対する電流方向を調節することができる。
すなわち、第２マスタースイッチング部１５２は、第４経路Ｌ１＿ｎ４では、第２マスタースイッチング部１５２から第４ノードｎ４に放電電流が流れるようにし、第２経路Ｌ１＿ｎ２では、第２ノードｎ２から第２マスタースイッチング部１５２に放電電流が流れないようにする。そのため、上記第２マスタースイッチング部１５２は、奇数経路Ｌ１＿２に備えられた２つのスイッチのうち、第４スイッチをターンオンさせ、第２スイッチをターンオフさせる。このような構成によって、第２マスタースイッチング部１５２は、コンバータ１６０から伝達された放電電流を、モジュールコネクタ１４０を通じて均等化線路３００に伝達することができる。
また、第１マスタースイッチング部１５１及び第２マスタースイッチング部１５２は、モジュールコネクタ１４０に備えられた３つのコネクタ端子のうちマスター充放電経路Ｌ１上の第１マスタースイッチング部１５１と連結されたコネクタ端子を通じてマスターコントローラ１００の外部から充放電電流が流入できるように、他の２つの経路Ｌ１＿ｎ１、Ｌ１＿ｎ３に対する電流方向を調節することができる。
すなわち、第１マスタースイッチング部１５１は、モジュールコネクタ１４０から第１マスタースイッチング部１５１に放電電流が流れるようにする。また、第２マスタースイッチング部１５２は、第１経路Ｌ１＿ｎ１では、第１ノードｎ１から第２マスタースイッチング部１５２に放電電流が流れるようにし、第３経路Ｌ１＿ｎ３では、第３ノードｎ３から第２マスタースイッチング部１５２に放電電流が流れないようにする。そのため、上記第２マスタースイッチング部１５２は、偶数経路Ｌ１＿１に備えられた２つのスイッチのうち、第１スイッチはターンオンさせ、第３スイッチはターンオフさせる。このような構成によって、第１マスタースイッチング部１５１及び第２マスタースイッチング部１５２は、モジュールコネクタ１４０から伝達された放電電流をコンバータ１６０に伝達することができる。
これによって、図９の実施例では、第１バッテリーモジュールＢ１が放電する場合、第１バッテリーモジュールＢ１の正極（＋）から流れた放電電流が、第１スレーブコントローラＳ１の第１スレーブ充放電経路Ｌ２＿Ｓ１を通じて第１スレーブコネクタＣ１に伝達される。また、上記放電電流は、均等化線路３００（補助線路）を通じてマスターコントローラ１００のモジュールコネクタ１４０に伝達され、第１マスタースイッチング部１５１、第２マスタースイッチング部１５２、コンバータ１６０及びシステムコネクタ１７０を連結するマスター充放電経路Ｌ１を通じてシステム電源モジュール４００の正極（＋）に流れる。このとき、上記放電電流は、システム電源モジュール４００を充電させることができる。そして、この場合電流は、システム電源モジュール４００の負極（−）からシステムコネクタ１７０、コンバータ１６０、第２マスタースイッチング部１５２及びモジュールコネクタ１４０を経て均等化線路３００（奇数経路）に供給される。
図１０は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール均等化装置によって、充放電電源を相異なるスレーブコントローラの間で送受信する過程を概略的に示した図である。説明の便宜上、図１０では上述した実施例と同じ構成を省略し、充放電電流が通る経路を中心に説明する。
図１０を参照すれば、本発明の一実施例によるマスターコントローラ１００は、バッテリーパックＰの正極（＋）から相互直列で連結された２つ以上のバッテリーモジュール１０にそれぞれ連結された複数のスレーブコントローラ２００を含む第１グループスレーブＧＳ１と電気的に直接連結され得る。また、マスターコントローラ１００は、バッテリーパックＰの負極（−）から相互直列で連結された他の２つ以上のバッテリーモジュール１０にそれぞれ連結された複数のスレーブコントローラ２００を含む第２グループスレーブＧＳ２と電気的に直接連結され得る。
例えば、図１０に示されたように、第１グループスレーブＧＳ１は、第１バッテリーモジュールＢ１、第２バッテリーモジュールＢ２及び第３バッテリーモジュールＢ３にそれぞれ連結された第１スレーブコントローラＳ１、第２スレーブコントローラＳ２及び第３スレーブコントローラＳ３を含む。また、第２グループスレーブＧＳ２は、第４バッテリーモジュールＢ４、第５バッテリーモジュールＢ５及び第６バッテリーモジュールＢ６にそれぞれ連結された第４スレーブコントローラＳ４、第５スレーブコントローラＳ５及び第６スレーブコントローラＳ６を含む。すなわち、上記マスターコントローラ１００は、複数のグループスレーブと連結され得る。ここで、それぞれのグループスレーブの間は、互いに直列で連結され得る。
特に、第１グループスレーブＧＳ１及び第２グループスレーブＧＳ２はマスターコントローラ１００にそれぞれ連結される。そのため、マスターコントローラ１００は、第１グループスレーブＧＳ１及び第２グループスレーブＧＳ２とマスターコントローラ１００との間を連結する線路とそれぞれ接続される第１モジュールコネクタ１４１及び第２モジュールコネクタ１４２を備えることができる。すなわち、上記マスターコントローラ１００は、複数のモジュールコネクタ１４０を備えることができる。
マスターコントローラ１００に備えられたマスター充放電経路Ｌ１は、複数の単位経路、すなわち、第１単位経路ｄ１及び第２単位経路ｄ２を含むことができる。ここで、第１単位経路ｄ１は、第１モジュールコネクタ１４１に接続されて充放電電流が流れる経路である。また、第２単位経路ｄ２は、第２モジュールコネクタ１４２に接続されて充放電電流が流れる経路である。
特に、第１単位経路ｄ１と第２単位経路ｄ２とは互いに並列で連結される。すなわち、第１単位経路ｄ１と第２単位経路ｄ２とは、それぞれ単位ノードに連結され、互いに並列で連結され得る。ここで、上記単位ノードは、第１単位経路ｄ１及び第２単位経路ｄ２がそれぞれ接続するマスター充放電経路Ｌ１上の接点である。
例えば、図１０に示されたように、マスター充放電経路Ｌ１は、２つの単位ノード、すなわち、システム電源モジュール４００の正極（＋）から連結される線路が接続される第１単位ノードｎｄ１、及びシステム電源モジュール４００の負極（−）から連結される線路が接続される第２単位ノードｎｄ２を備える。
ここで、第１単位経路ｄ１及び第２単位経路ｄ２は、第１単位ノードｎｄ１及び第２単位ノードｎｄ２を通じて互いに並列で連結され得る。すなわち、第１単位経路ｄ１及び第２単位経路ｄ２にそれぞれ備えられた２つの線路が、第１単位ノードｎｄ１及び第２単位ノードｎｄ２で互いに並列で接続され得る。
このような構成によって、マスターコントローラ１００は、第１グループスレーブＧＳ１と第２グループスレーブＧＳ２の一方のグループに属したスレーブコントローラ２００から他方のグループに属したスレーブコントローラ２００に充放電電源を伝達することができる。すなわち、マスターコントローラ１００は互いに並列で連結された第１単位経路ｄ１及び第２単位経路ｄ２を通じて、第１モジュールコネクタ１４１と第２モジュールコネクタ１４２との間で充放電電源を伝達することができる。このとき、マスターコントローラ１００は、一方のグループに属した１つのバッテリーモジュール１０から流れた充放電電源を他方のグループに属した他の１つのバッテリーモジュール１０に伝達することができる。
例えば、図１０の実施例において、第４バッテリーモジュールＢ４から流れた放電電流は、マスターコントローラ１００に備えられた第２モジュールコネクタ１４２、第２単位経路ｄ２、第１単位ノードｎｄ１、第１単位経路ｄ１、第１モジュールコネクタ１４１及び均等化線路３００を通じて第２バッテリーモジュールＢ２に流れる。そして、第２バッテリーモジュールＢ２を充電して流れ出た電流は、均等化線路３００を通じて第１モジュールコネクタ１４１、第１単位経路ｄ１、第２単位ノードｎｄ２、第２単位経路ｄ２及び第２モジュールコネクタ１４２を経由する方向に流れる。ここで、各バッテリーモジュール１０から充放電電流が流れる過程については、図８及び図９を参照して詳しく上述した。
以上のように、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るものではなく、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。
一方、本明細書において、「スイッチング部」、「電圧測定部」、「通信部」及び「制御部」などのように「部」という用語が使われているが、これは論理的な構成単位を意味するものであって、それぞれ物理的に分離可能であるか又は物理的に分離されるべき構成要素を意味するものではない。また、それぞれの構成単位が物理的に１つの素子又は装置で具現されることに限定されないことは自明である。

Claims (15)

  1. １つ以上の二次電池を備え、互いに直列で連結される複数のバッテリーモジュール間の電荷を均等化する装置であって、
    前記複数のバッテリーモジュールにそれぞれ電気的に連結され、前記複数のバッテリーモジュールの電圧値を測定し、それぞれのバッテリーモジュールを充電及び放電させる電流が流れるように構成されたスレーブ充放電経路を備える複数のスレーブコントローラと、
    前記複数のスレーブコントローラから各バッテリーモジュールの電圧値を受信し、受信した電圧値に基づいて前記複数のスレーブコントローラのうち少なくとも１つのスレーブコントローラを選択し、選択された少なくとも１つのスレーブコントローラに充電または放電命令を伝達し、前記少なくとも１つのスレーブコントローラに供給される充電電流及び前記少なくとも１つのスレーブコントローラから供給された放電電流が流れるように構成されたマスター充放電経路を備えるマスターコントローラと、
    １つ以上の二次電池を備え、前記マスターコントローラに電気的に連結され、前記マスター充放電経路に充電電源を供給するか又は前記マスター充放電経路から放電電源の供給を受けるシステム電源モジュールと、
    直列で連結された前記複数のバッテリーモジュールと前記システム電源モジュールとの間に位置し、電圧を変更するシステムコンバータと、を含む、
    バッテリーモジュール均等化装置。
  2. 前記少なくとも１つのスレーブコントローラと前記マスターコントローラとの間を電気的に連結し、充電電流及び放電電流が流れるように構成された均等化線路をさらに含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  3. 前記均等化線路は、前記複数のスレーブコントローラのうち相異なる２つのスレーブコントローラを電気的に連結する単位線路を複数備える、請求項２に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  4. 前記複数のスレーブコントローラは、前記複数のバッテリーモジュールのうち直列連結順で奇数番目に位置するバッテリーモジュールに連結された奇数スレーブ、及び前記複数のバッテリーモジュールのうち直列連結順で偶数番目に位置するバッテリーモジュールに連結された偶数スレーブを備え、
    前記単位線路は、前記奇数スレーブに備えられたそれぞれのコネクタの間を連結する奇数線路、及び前記偶数スレーブに備えられたそれぞれのコネクタの間を連結する偶数線路を備える、請求項３に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  5. １つ以上の二次電池を備え、互いに直列で連結される複数のバッテリーモジュール間の電荷を均等化する装置であって、
    前記複数のバッテリーモジュールにそれぞれ電気的に連結され、前記複数のバッテリーモジュールの電圧値を測定し、それぞれのバッテリーモジュールを充電及び放電させる電流が流れるように構成されたスレーブ充放電経路を備える複数のスレーブコントローラと、
    前記複数のスレーブコントローラから各バッテリーモジュールの電圧値を受信し、受信した電圧値に基づいて前記複数のスレーブコントローラのうち少なくとも１つのスレーブコントローラを選択し、選択された少なくとも１つのスレーブコントローラに充電または放電命令を伝達し、前記少なくとも１つのスレーブコントローラに供給される充電電流及び前記少なくとも１つのスレーブコントローラから供給された放電電流が流れるように構成されたマスター充放電経路を備えるマスターコントローラと、を含み、
    前記マスターコントローラは、前記マスター充放電経路上に位置し、複数のスイッチを備えて前記マスター充放電経路を開閉するスイッチング部を有し、各バッテリーモジュールの電圧値に基づいて前記スイッチング部に備えられた複数のスイッチのうち少なくとも１つのスイッチを開閉する、バッテリーモジュール均等化装置。
  6. 前記マスターコントローラは、前記マスター充放電経路上に位置し、複数のスイッチを備えて前記マスター充放電経路を開閉するスイッチング部を有し、各バッテリーモジュールの電圧値に基づいて前記スイッチング部に備えられた複数のスイッチのうち少なくとも１つのスイッチを開閉する、請求項１から４のうちいずれか１項に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  7. １つ以上の二次電池を備え、互いに直列で連結される複数のバッテリーモジュール間の電荷を均等化する装置であって、
    前記複数のバッテリーモジュールにそれぞれ電気的に連結され、前記複数のバッテリーモジュールの電圧値を測定し、それぞれのバッテリーモジュールを充電及び放電させる電流が流れるように構成されたスレーブ充放電経路を備える複数のスレーブコントローラと、
    前記複数のスレーブコントローラから各バッテリーモジュールの電圧値を受信し、受信した電圧値に基づいて前記複数のスレーブコントローラのうち少なくとも１つのスレーブコントローラを選択し、選択された少なくとも１つのスレーブコントローラに充電または放電命令を伝達し、前記少なくとも１つのスレーブコントローラに供給される充電電流及び前記少なくとも１つのスレーブコントローラから供給された放電電流が流れるように構成されたマスター充放電経路を備えるマスターコントローラと、を含み、
    前記複数のスレーブコントローラは、前記スレーブ充放電経路上に位置し、複数のスイッチを備えて前記スレーブ充放電経路を開閉するスイッチング部を有する、バッテリーモジュール均等化装置。
  8. 前記複数のスレーブコントローラは、前記スレーブ充放電経路上に位置し、複数のスイッチを備えて前記スレーブ充放電経路を開閉するスイッチング部を有する、請求項１から６のうちいずれか１項に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  9. 前記マスターコントローラは、前記複数のバッテリーモジュールのうち均等化対象になる少なくとも１つのバッテリーモジュールを選択し、選択されたバッテリーモジュールに直接連結されたスレーブコントローラで前記スイッチング部を制御する、請求項７または８に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  10. １つ以上の二次電池を備え、互いに直列で連結される複数のバッテリーモジュール間の電荷を均等化する装置であって、
    前記複数のバッテリーモジュールにそれぞれ電気的に連結され、前記複数のバッテリーモジュールの電圧値を測定し、それぞれのバッテリーモジュールを充電及び放電させる電流が流れるように構成されたスレーブ充放電経路を備える複数のスレーブコントローラと、
    前記複数のスレーブコントローラから各バッテリーモジュールの電圧値を受信し、受信した電圧値に基づいて前記複数のスレーブコントローラのうち少なくとも１つのスレーブコントローラを選択し、選択された少なくとも１つのスレーブコントローラに充電または放電命令を伝達し、前記少なくとも１つのスレーブコントローラに供給される充電電流及び前記少なくとも１つのスレーブコントローラから供給された放電電流が流れるように構成されたマスター充放電経路を備えるマスターコントローラと、を含み、
    前記複数のスレーブコントローラは、前記複数のバッテリーモジュールのうち一側で相互に直列で連結された２つ以上のバッテリーモジュールに連結された第１グループスレーブ、及び前記第１グループスレーブに連結されたバッテリーモジュールと相互直列で連結された他の２つ以上のバッテリーモジュールに連結された第２グループスレーブを備え、
    前記マスターコントローラは、前記第１グループスレーブと連結される第１モジュールコネクタ、及び前記第２グループスレーブと連結される第２モジュールコネクタを備える、バッテリーモジュール均等化装置。
  11. 前記複数のスレーブコントローラは、前記複数のバッテリーモジュールのうち一側で相互に直列で連結された２つ以上のバッテリーモジュールに連結された第１グループスレーブ、及び前記第１グループスレーブに連結されたバッテリーモジュールと相互直列で連結された他の２つ以上のバッテリーモジュールに連結された第２グループスレーブを備え、
    前記マスターコントローラは、前記第１グループスレーブと連結される第１モジュールコネクタ、及び前記第２グループスレーブと連結される第２モジュールコネクタを備える、請求項１から９のうちいずれか１項に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  12. 前記マスターコントローラは、前記第１グループスレーブと前記第２グループスレーブの一方のグループに属したスレーブコントローラから他方のグループに属したスレーブコントローラに充放電電源を伝達するように構成された、請求項１０または１１に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  13. 前記マスター充放電経路は、前記第１モジュールコネクタと連結される第１単位経路、及び前記第２モジュールコネクタと連結される第２単位経路を備え、
    前記第１単位経路と前記第２単位経路とは互いに並列で連結される、請求項１０から１２のうちいずれか１項に記載のバッテリーモジュール均等化装置。
  14. 請求項１から１３のうちいずれか１項に記載のバッテリーモジュール均等化装置を含むバッテリーパック。
  15. 請求項１から１３のうちいずれか１項に記載のバッテリーモジュール均等化装置を含む自動車。
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