JP6884975B2 - 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

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Description

本発明は、無線ネットワークを用いて複数のバッテリーモジュールを管理する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９月１９日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１２０３８０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。
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バッテリー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。
電気車などに適用されるバッテリーパックは、通常、相互直列及び／または並列に接続した複数のバッテリーモジュール及び複数のスレーブコントローラを含む。各スレーブコントローラは、自分が管理するように指定された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を効率的に管理するために、マルチスレーブ構造が開示されている。マルチスレーブ構造は、各バッテリーモジュールに設けられる複数のスレーブコントローラと、上記複数のスレーブコントローラを全般的に管制するマスターコントローラと、を含む。
マルチスレーブ構造を有するバッテリーパックにおいて、マスターコントローラが複数のスレーブコントローラから複数のバッテリーモジュールの状態情報を収集し、複数のスレーブコントローラに複数のバッテリーモジュールについての制御命令を伝達するためには、各スレーブコントローラが自分の管理するバッテリーモジュールの物理的または電気的位置を示すＩＤを受けなければならない。
特許文献１には、複数のスレーブコントローラに順次にＩＤを割り当てる技術が開示されている。特許文献１は、マスターコントローラが各スレーブコントローラと有線で連結された状態でＩＤを割り当てる方式を提案している。ところが、特許文献１によるＩＤ割当て方式は、マスターコントローラと各スレーブコントローラとの有線連結を前提にするため、電線の断線などの恐れが存在し、空間の制約が大きい。また、各スレーブコントローラのハードウェア的な位置順にＩＤを設定するためには、各スレーブコントローラが管理するバッテリーによる電位差を測定する過程が必須に先行されなければならない。
韓国公開特許公報第１０−２０１１−００１３７４７号 （２０１１年０２月１０日公開）
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、マルチスレーブ構造において、複数のスレーブコントローラ各々の位置を決定し、決定された位置に基づいて複数のスレーブコントローラに相異なる正規ＩＤを割り当てることができる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、下記のようである。
本発明の一面によるバッテリー管理システムは、複数のバッテリーモジュールに一対一で電気的に結合し、複数の領域に一対一で配置される複数のスレーブコントローラと、上記複数の領域に一対一で配置される複数の温度センサーと、有線ネットワークによって上記複数の温度センサーに通信可能に接続し、無線ネットワークによって上記複数のスレーブコントローラに通信可能に接続するマスターコントローラと、を含む。上記各スレーブコントローラは、上記無線ネットワークを介して、自分に既に割り当てられた臨時ＩＤを上記マスターコントローラに伝送する。上記マスターコントローラは、上記複数のスレーブコントローラから受信された複数の臨時ＩＤのうちいずれかの一つを選択する。上記マスターコントローラは、上記無線ネットワークを介して、予め決められた動作命令を上記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラに伝送する。上記マスターコントローラは、上記動作命令の伝送後、上記有線ネットワークを介して上記複数の温度センサーからの複数の温度測定信号を受信する。上記マスターコントローラは、上記複数の温度測定信号に基づき、上記複数の領域のうち上記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラが配置された領域を決定する。
上記各スレーブコントローラは、自分が結合したバッテリーモジュールに含まれた複数のバッテリーセルに電気的に結合し、上記複数のバッテリーセルのうち少なくとも一つを選択的に放電するように構成されたバランシング部を含み得る。この場合、上記動作命令は、強制バランシング信号を含み得る。上記各スレーブコントローラは、上記無線ネットワークを介して上記強制バランシング信号を受信するとき、自分に含まれた上記バランシング部を活性化し得る。上記バランシング部は、活性化されたとき、自分に電気的に結合した複数のバッテリーセルのうち少なくとも一つを放電する。
また、上記マスターコントローラは、上記複数の温度測定信号に基づき、上記複数の領域各々の温度値を決定し、上記複数の領域のうち最大温度値を有する領域に、上記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラが配置されたと決定し得る。
上記有線ネットワークは、上記複数の温度センサーと上記マスターコントローラに設けられた複数の入力ポートとの間に一対一で電気的に結合する複数のセンシングラインを含み得る。
また、上記マスターコントローラは、上記決定された領域に対応する位置情報に基づき、上記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラの正規ＩＤを設定し得る。上記マスターコントローラは、上記無線ネットワークを介して、上記正規ＩＤを上記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラに伝送し得る。
本発明の態様によるバッテリーパックは、上記バッテリー管理システムを含む。
本発明のさらなる態様による電気自動車は、上記バッテリーパックを含む。
本発明の実施例の少なくとも一つによれば、マルチスレーブ構造において、バッテリーパック内における相異なる複数の領域に分散して配置された複数の温度センサーによって測定される各領域の温度値に基づいて、複数のスレーブコントローラ各々の位置を決定することができる。これによって、相異なる位置情報にマッピングされた正規ＩＤを複数のスレーブコントローラに割り当てることができる。
また、本発明の実施例の少なくとも一つによれば、複数のスレーブコントローラに個別的に割り当てられた正規ＩＤを用いて、バッテリーパック内の相異なる位置に装着された複数のバッテリーモジュール各々の状態を示すデータを収集し、収集されたデータに基づいて各バッテリーモジュールの故障の有無を診断することができる。
なお、本発明の効果は前述の効果に制限されず、言及し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に示したスレーブコントローラの構成を概略的に示す図である。 図１に示したマスターコントローラの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施例によってマスターコントローラが複数のスレーブコントローラ各々に相異なる正規ＩＤを割り当てるのに用いるＩＤ割当表を示す。 本発明の一実施例によってスレーブコントローラに含まれたバランシング部の構成を示す。 本発明の一実施例によるマスターコントローラが複数のスレーブコントローラに相異なる正規ＩＤを割り当てる方法を示すフローチャートである。
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。
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。
本明細書においては、同じ名称を有する構成を区別するために、符号「−ｋ」を使用した。
図１は、本発明の一実施例による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、電気自動車などのように電気エネルギーを使用する多様な装置に搭載され得る。バッテリーパック１０は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−ｎ及びバッテリー管理システム３０を含む。この際、各バッテリーモジュール２０は、相互直列及び／または並列で電気的に接続した複数のバッテリーセルを含む。バッテリー管理システム３０は、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−ｎ、複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−ｎ及びマスターコントローラ２００を含む。
以下では、説明の便宜のために、図１に示したように、バッテリーパック１０に四つのバッテリーモジュール２０−１〜２０−４が含まれ、バッテリー管理システム３０に四つのスレーブコントローラ１００−１〜１００−４と四つの温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４が含まれると仮定する。
複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４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２０−１〜２０−４に一対一で対応するように設けられる。複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４各々は、複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−４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と電気的に結合する。例えば、第１スレーブコントローラ１００−１は、第１バッテリーモジュール２０−１に電気的に結合し、第２スレーブコントローラ１００−２は、第２バッテリーモジュール２０−２に電気的に結合し、第３スレーブコントローラ１００−３は、第２バッテリーモジュール２０−３に電気的に結合し、第４スレーブコントローラ１００−４は、第１バッテリーモジュール２０−４に電気的に結合する。
各スレーブコントローラ１００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、各スレーブコントローラ１００がバッテリーモジュール２０の状態に基づいて直接実行するものであるか、または、マスターコントローラ２００からの命令に応じて実行するものであり得る。
バッテリーパック１０内には、複数の領域１１−１〜１１−４が設けられる。複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４と複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４は、バッテリーパック１０内に設けられた複数の領域１１−１〜１１−４に一対一で配置され得る。即ち、図１のように、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４と複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４は、複数の領域１１−１〜１１−４各々に一つずつ順次配置され得る。例えば、各温度センサーＴＳは、各スレーブコントローラ１００の表面に脱着可能に結合し得る。
マスターコントローラ２００は、有線ネットワークによって複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４に通信可能に接続する。また、マスターコントローラ２００は、無線ネットワークによって複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４に通信可能に接続する。有線ネックワークは、複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４とマスターコントローラ２００に設けられた複数の入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４との間に一対一で電気的に結合する複数のセンシングラインＳＬ−１〜ＳＬ−４を含む。
図２は、図１に示したスレーブコントローラ１００の構成を概略的に示す図である。
図２を参照すれば、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４各々は、スレーブメモリー１１０、スレーブアンテナ１２０、スレーブ通信部１３０、スレーブ制御部１４０及びバランシング部１５０を含み得る。
スレーブメモリー１１０には、臨時ＩＤが既に保存されている。臨時ＩＤは、スレーブコントローラ１００がバッテリーパック１０に設けられる前に既に割り当てられたものである。臨時ＩＤは、後述する正規ＩＤが割り当てられる前までの間、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４各々がマスターコントローラ２００と無線通信を行うのに用いられ得る。この際、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４のうちいずれか一つに既に割り当てられた臨時ＩＤは、残りのスレーブコントローラに既に割り当てられた臨時ＩＤとは相異し得る。各臨時ＩＤは、正規ＩＤがスレーブコントローラ１００に割り当てられる前、マスターコントローラ２００が各スレーブコントローラ１００を残りのスレーブコントローラ１００から区分するのに用いられ得る。但し、各臨時ＩＤは、それが既に割り当てられているスレーブコントローラ１００が複数の領域１１−１〜１１−４のうちどこに設けられたかを示すものではない。したがって、各臨時ＩＤが後述する正規ＩＤに代替されればこそ、マスターコントローラ２００は、各スレーブコントローラ１００が複数のバッテリーモジュール２０−１〜２０−４のいずれに設けられたかを判定し、それによって各スレーブコントローラ１００を選択的に制御するか、各スレーブコントローラ１００と選択的に通信する動作が可能となる。
スレーブメモリー１１０は、データを記録、消去、更新及び読出し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。一例で、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１４０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１４０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１４０と一体で集積化していてもよい。
スレーブアンテナ１２０及びスレーブ通信部１３０は、相互動作可能に連結される。スレーブ通信部１３０は、スレーブアンテナ１２０によって受信された無線信号を復調する無線回路を含む。また、スレーブ通信部１３０は、スレーブアンテナ１２０を介してマスターコントローラ２００に送信しようとする信号を変調した後、スレーブアンテナ１２０に提供し得る。スレーブアンテナ１２０は、スレーブ通信部１３０によって変調された信号に対応する無線信号をマスターコントローラ２００に送信し得る。
スレーブ制御部１４０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及びスレーブ通信部１３０に動作可能に連結される。スレーブ制御部１４０は、自分を含むスレーブコントローラ１００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１４０は、バッテリーモジュール２０の状態を検出するように構成されたセンシング部を含み得る。例えば、センシング部は、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、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及び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の少なくとも一つを含み得る。
スレーブ制御部１４０は、センシング部によって検出されたバッテリーモジュール２０の状態を示すセンシング情報をスレーブ通信部１３０に提供する。これによって、スレーブ通信部１３０は、スレーブアンテナ１２０を用いて、センシング情報に対応する無線信号を、無線ネックワークを介してマスターコントローラ２００に送信する。
スレーブ制御部１４０は、電源回路１４１をさらに含み得る。電源回路１４１は、スレーブコントローラ１００が設けられたバッテリーモジュール２０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。電源回路１４１によって生成された電源電圧は、スレーブメモリー１１０、スレーブアンテナ１２０及びスレーブ通信部１３０に提供され得る。また、電源回路１４１によって生成された電源電圧は、スレーブ制御部１４０に含まれた各プロセッサに提供され得る。
スレーブ制御部１４０は、スレーブアンテナ１２０及びスレーブ通信部１３０を用いて、スレーブメモリー１１０に保存された臨時ＩＤを、無線ネットワークを介してマスターコントローラ２００に伝送し得る。
スレーブ制御部１４０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（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、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１４０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で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。
バランシング部１５０は、活性化されたとき、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の少なくとも一つを選択的に放電することで、複数のバッテリーセル間の電圧及び／または残存容量のばらつきを抑制するように構成される。スレーブ制御部１４０は、マスターコントローラ２００からのバランシング信号に応じて、バランシング部１５０を活性化する制御信号を出力し得る。バランシング部１５０については、図５を参照して、以下で詳しく説明する。
図３は、図１に示したマスターコントローラ２００の構成を概略的に示す図である。
図３を参照すれば、マスターコントローラ２００は、マスターメモリー２１０、マスターアンテナ２２０、マスター通信部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は、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４から無線で伝送された臨時ＩＤを保存する。また、マスターメモリー２１０は、ＩＤ割当表を保存する。ＩＤ割当表は、複数の位置情報及び複数の正規ＩＤを含む。複数の位置情報は、複数の正規ＩＤに一対一で対応するようにマッピングされている。
複数の位置情報は、複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４各々がバッテリーパック１０内のどの位置にあるかを示す情報である。即ち、複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４と複数の領域１１−１〜１１−４との関係を定義するものであり得る。但し、マスターコントローラ２００は、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４に正規ＩＤが割り当てられる前までは、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４各々が複数の位置情報のいずれに対応するかを判定できない。
マスターメモリー２１０は、データを記録、消去、更新及び読出し可能であると知られている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、レジスターなどであり得る。マスターメモリー２１０は、スレーブ制御部１４０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。
マスターアンテナ２２０及びマスター通信部２３０は、相互動作可能に連結される。マスター通信部２３０は、マスターアンテナ２２０によって受信された無線信号を復調する無線回路２３１を含む。また、マスター通信部２３０は、スレーブコントローラ１００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２２０を用いて無線ネックワークを介して伝送し得る。マスターアンテナ２２０は、マスター通信部２３０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コントローラ１００−１〜１００−４の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は、電源回路２４１をさらに含み得る。マスター制御部２４０の電源回路２４１は、バッテリーモジュール２０、外部電源Ｖｃｃ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。マスター制御部２４０の電源回路２４１によって生成された電源電圧は、マスターメモリー２１０、マスターアンテナ２２０及びマスター通信部２３０に提供され得る。また、マスター制御部２４０の電源回路２４１によって生成された電源電圧は、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、自分に備えられた複数の入力端子（図１のＩＮ１〜ＩＮ４）に個別的に印加される信号に基づいて、複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４各々によって検出された温度値を決定できる。
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２３０に動作可能に連結される。マスター制御部２４０は、マスターコントローラ２００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２２０によって受信される無線信号のうち、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４各々によって生成されたセンシング情報に対応する無線信号に基づき、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４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に基づいて、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４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２２０とマスター通信部２３０によって複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４の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（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、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で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、本発明の一実施例によってマスターコントローラ２００が複数のスレーブコントローラ１００各々に相異なる正規ＩＤを割り当てるのに用いられるＩＤ割当表を示す。
図４を参照すれば、ＩＤ割当表４００は、メモリー２１０に予め保存されるものであって、複数のデータ配列４１０、４２０、４３０、４４０を含む。この際、データ配列の個数は、複数の領域１１−１〜１１−４の個数と同一であり得る。上記で複数の領域１１−１〜１１−４を四つとして仮定したことから、ＩＤ割当表に含まれるデータ配列も四つにした。
各データ配列は、基本的に複数の領域１１−１〜１１−４のいずれかの一つを示す位置情報及び正規ＩＤを含む。例えば、第１位置情報Ｌ１は、第１温度センサーＴＳ−１が配置された位置１１−１を示し、第２位置情報Ｌ２は、第２温度センサーＴＳ−２が配置された位置１１−２を示し、第３位置情報Ｌ３は、第３温度センサーＴＳ−３が配置された位置１１−３を示し、第４位置情報Ｌ４は、第４温度センサーＴＳ−４が配置された位置１１−４を示し得る。同じデータ配列に含まれた位置情報と正規ＩＤとは相互マッピングされている。例えば、第１位置情報Ｌ１はＩＤ１とマッピングされ、第２位置情報Ｌ２はＩＤ２とマッピングされ、第３位置情報Ｌ３はＩＤ３とマッピングされ、第４位置情報Ｌ４はＩＤ４とマッピングされる。
図５は、本発明の一実施例によってスレーブコントローラ１００に含まれたバランシング部１５０の構成を示す。説明の便宜のために、各バッテリーモジュール２０には、三つのバッテリーセル２１−１〜２１−３が含まれると仮定する。
図５を参照すれば、バランシング部１５０は、バッテリーモジュール２０とスレーブ制御部１４０との間に電気的に接続する。スレーブ制御部１４０は、複数の入力端子ｉｎ０、ｉｎ１、ｉｎ２、ｉｎ３を介して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２１−１〜２１−３の電圧に対応するセンシング信号を収集し、収集されたセンシング信号に基づいて複数のバッテリーセル２１−１〜２１−３各々の電圧を決定する。例えば、入力端子ｉｎ０と入力端子ｉｎ１との電位差に基づき、バッテリーセル２１−１の電圧を決定し得る。
バランシング部１５０は、複数のバランシング回路１５１−１〜１５１−３を含む。バランシング回路１５１の個数は、バッテリーモジュール２０に含まれたバッテリーセル２１の個数と同一である。
複数のバランシング回路１５１−１〜１５１−３各々は、バランシング抵抗Ｒｃ及びバランシングスイッチＳＷを含む。複数のバランシング回路１５１−１〜１５１−３各々は、ダイオードＤ、キャパシタＣ１、電圧分配器ＶＤ及びツェナーダイオードＺＤの少なくとも一つをさらに含み得る。電圧分配器ＶＤは、直列接続した二つの抵抗Ｒ１、Ｒ２を含む。
ダイオードＤ、バランシング抵抗Ｒｃ及びバランシングスイッチＳＷの直列回路は、複数のバッテリーセル２１−１〜２１−３各々の両端の間に接続する。ダイオードＤは、バランシング抵抗Ｒｃ及びバランシングスイッチＳＷに直列に接続し、逆方向の電流を遮断できる。ツェナーダイオードＺＤは、ダイオードＤ、バランシング抵抗Ｒｃ及びバランシングスイッチＳＷの直列回路とは独立的に複数のバッテリーセル２１−１〜２１−３各々の両端の間に接続する。
バランシングスイッチＳＷは、スレーブ制御部１４０に設けられた複数の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３のうち自分と電気的に接続したものからの制御信号に応じて、ターンオンまたはターンオフされ得る。例えば、出力端子ＯＵＴ２が所定のレベルの第１電圧を有する制御信号を出力する間、第１電圧は、電圧分配器ＶＤによって第２電圧に減少し、バランシング回路１５１−２のバランシングスイッチＳＷは、第２電圧によってターンオンされ得る。
バランシングスイッチＳＷはＭＯＳＦＥＴであってもよく、ＭＯＳＦＥＴのゲートは、電圧分配器ＶＤに含まれた二つの抵抗Ｒ１、Ｒ２の共通ノードに接続し得る。この場合、キャパシタＣ１は、ＭＯＳＦＥＴのドレインとソースとの間に接続し、スレーブ制御部１４０からの制御信号に対応する電圧は、電圧分配器ＶＤによって分配され、ＭＯＳＦＥＴのゲートに印加され得る。
バッテリーセル２１−１が残りのバッテリーセル２１−１、２１−２に比べて高い電圧または残存容量を有する場合、バランシング回路１５１−１のバランシングスイッチＳＷがターンオフ状態からターンオン状態に変更されることで、バッテリーセル２１−１の電気エネルギーがバランシング回路１５１−１のバランシング抵抗Ｒｃによって消耗される。
一方、図５において、Ｒａは診断抵抗であって、バランシング部１５０の故障検出に用いられる。バランシング部１５０の故障とは、例えば、バランシング部１５０内にある電線の断線やバランシングスイッチＳＷの誤動作などであり得る。また、図５において、Ｒｂ及びＣ２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フィルターによって、スレーブコントローラ１００のセンシング部に流入するノイズ（例えば、急激な電流変化）が緩和する。
図６は、本発明の一実施例によるマスターコントローラが複数のスレーブコントローラに相異なる正規ＩＤを割り当てる方法を示すフローチャートである。
図６を参照すれば、段階Ｓ６１０において、マスターコントローラ２００は、マスターメモリー２１０に保存された複数の臨時ＩＤのいずれか一つを選択する。この場合、マスターコントローラ２００は、正規ＩＤがまだ設定されていないスレーブコントローラの臨時ＩＤのうち一つを選択し得る。
メモリー２１０に保存された複数の臨時ＩＤは、段階Ｓ６１０に先立って無線ネックワークを介して複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４から伝送されたものであり得る。以下では、理解を助けるために、段階６１０においてスレーブコントローラ１００−２の臨時ＩＤが選択されたと仮定する。
段階Ｓ６２０において、マスターコントローラ２００は、無線ネットワークを介して、段階６１０で選択された臨時ＩＤが既に割り当てられたスレーブコントローラ１００−２に予め決められた動作命令を伝送する。これによって、スレーブコントローラ１００−２は、段階６２０で伝送された動作命令に対応する機能を実行できる。例えば、動作命令に強制バランシング信号が含まれた場合、スレーブコントローラ１００−２は、強制バランシング信号に応じて自分に含まれたバランシング部１５０を活性化する。この際、強制バランシング信号は、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２１−１〜２１−３の間の残存容量の差が一定値未満である場合であっても、少なくとも一つのバランシング回路１５１のバランシングスイッチＳＷのターンオンを誘導する信号であり得る。スレーブコントローラ１００は、強制バランシング信号によってバランシング部１５０が活性化した場合、自分が電気的に結合した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のうちＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）が最も高いものを放電し得る。
マスターコントローラ２００からの動作命令に従ってスレーブコントローラ１００−２によってバランシングなどの機能が実行される場合、スレーブコントローラ１００−２のバランシング部１５０などの発熱が行われるため、スレーブコントローラ１００−２が配置された領域１１−２の温度は、残りの領域１１−１、１１−３、１１−４の温度よりも高くなる。
段階Ｓ６３０において、マスターコントローラ２００は、複数のセンシングラインＳＬ−１〜ＳＬ−４を含む有線ネットワークを介して複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４から複数の温度測定信号を受信する。複数の温度センサーＴＳ−１〜ＴＳ−４は、図１のように、バッテリーパック１０内の相異なる複数の領域１１−１〜１１−４に分散して配置されている。
段階Ｓ６４０において、マスターコントローラ２００は、段階６３０において受信された複数の温度測定信号に基づいて、複数の領域１１−１〜１１−４のうち段階６１０で選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラ１００−２が配置された領域を決定する。
具体的に、マスターコントローラ２００は、複数の温度測定信号に基づき、上記複数の領域１１−１〜１１−４各々の温度値を決定する。この場合、マスターコントローラ２００は、複数の領域１１−１〜１１−４のうち最大温度値を有する領域にスレーブコントローラ１００−２が配置されたと決定し得る。または、マスターコントローラ２００は、複数の領域１１−１〜１１−４のうち段階６２０の後に温度増加量が最大である領域にスレーブコントローラ１００−２が配置されたと決定し得る。段階Ｓ６２０で伝送された動作命令は、スレーブコントローラ１００−２のみによって受信されることから、段階Ｓ６４０によってスレーブコントローラ１００−２が領域１１−２に配置されたと決定されるということは当業者であれば容易に理解できるだろう。
段階Ｓ６５０において、マスターコントローラ２００は、段階Ｓ６４０によって決定された領域１１−２に対応する位置情報に基づいて、スレーブコントローラ１００−２の正規ＩＤを設定する。この場合、マスターコントローラ２００は、図４に示したＩＤ割当表４００を用い得る。例えば、領域１１−２は、ＩＤ割当表４００のデータ配列４２０に保存された位置情報Ｌ２に対応するため、マスターコントローラ２００は、位置情報Ｌ２にマッピングされ、ＩＤ２をスレーブコントローラ１００−２の正規ＩＤとして設定し得る。
段階Ｓ６６０において、マスターコントローラ２００は、無線ネットワークを介して、段階６１０で選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラ１００−２に、段階６５０で設定された正規ＩＤ（ＩＤ２）を伝送し得る。これによって、スレーブコントローラ１００−２は、マスターコントローラ２００から伝送された正規ＩＤ（ＩＤ２）を自分のスレーブメモリー１１０に保存できる。選択的に、スレーブコントローラ１００−２は、自分の臨時ＩＤを正規ＩＤ（ＩＤ２）に代替し得る。
段階Ｓ６７０において、マスターコントローラ２００は、メモリー２１０に保存された複数の臨時ＩＤ各々に対応する全てのスレーブコントローラ１００−１〜１００−４に対する正規ＩＤの設定が完了したかを判定する。もし、段階Ｓ６７０の結果が「いいえ」である場合、マスターコントローラ２００は、段階６１０に戻る。段階６１０に戻る場合、スレーブコントローラ１００−２を除いた残り１００−１、１００−３、１００−４のうち一つの臨時ＩＤが選択されるということは、当業者にとって自明である。もし、段階Ｓ６７０の結果が「はい」である場合、マスターコントローラ２００は、複数のスレーブコントローラ１００−１〜１００−４に対する正規ＩＤの設定を終了する。
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のみ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 バッテリー管理システム
１００ スレーブコントローラ
２００ マスターコントローラ

Claims (8)

  1. 複数のバッテリーモジュールに一対一で電気的に結合し、複数の領域に一対一で配置される複数のスレーブコントローラと、
    前記複数の領域に一対一で配置される複数の温度センサーと、
    有線ネットワークによって前記複数の温度センサーに通信可能に接続し、無線ネットワークによって前記複数のスレーブコントローラに通信可能に接続す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の各スレーブコントローラは、
    自分が結合したバッテリーモジュールに含まれた複数のバッテリーセルに電気的に結合し、前記複数のバッテリーセルのうち少なくとも一つを選択的に放電するように構成されたバランシング部を有し、
    前記無線ネットワークを介して、自分に既に割り当てられた臨時ＩＤを前記マスターコントローラに伝送し、
    前記マスターコントローラは、
    前記複数のスレーブコントローラから受信された複数の臨時ＩＤのうちいずれかの一つを選択し、
    前記無線ネットワークを介して、強制バランシング信号を含む動作命令を前記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラに伝送し、
    前記動作命令の伝送後、前記有線ネットワークを介して前記複数の温度センサーからの複数の温度測定信号を受信し、
    前記複数の温度測定信号に基づき、前記複数の領域のうち前記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラが配置された領域を決定し、
    前記各スレーブコントローラは、
    前記無線ネットワークを介して前記強制バランシング信号を受信するとき、自分に含まれた前記バランシング部を活性化する、バッテリー管理システム。
  2. 前記バランシング部は、
    活性化されたとき、自分に電気的に結合した複数のバッテリーセルのうち少なくとも一つを放電する、請求項１に記載のバッテリー管理システム。
  3. 前記マスターコントローラは、
    前記複数の温度測定信号に基づき、前記複数の領域における各々の温度値を決定し、
    前記複数の領域のうち最大温度値を有する領域に、前記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラが配置されたと決定する、請求項１または２に記載のバッテリー管理システム。
  4. 前記有線ネットワークは、
    前記複数の温度センサーと前記マスターコントローラに設けられた複数の入力ポートとの間に一対一で電気的に結合する複数のセンシングラインを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー管理システム。
  5. 前記マスターコントローラは、
    前記決定された領域に対応する位置情報に基づき、前記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラの正規ＩＤを設定する、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー管理システム。
  6. 前記マスターコントローラは、
    前記無線ネットワークを介して、前記正規ＩＤを前記選択された臨時ＩＤが既に割り当てられているスレーブコントローラに伝送する、請求項５に記載のバッテリー管理システム。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のバッテリー管理システムを含む、バッテリーパック。
  8. 請求項７に記載のバッテリーパックを含む、電気自動車。
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