JP6926229B2 - 無線バッテリー管理システム及びそれを用いてバッテリーパックを保護する方法 - Google Patents

無線バッテリー管理システム及びそれを用いてバッテリーパックを保護する方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線バッテリー管理システム及び該無線バッテリー管理システムを用いてバッテリーパックを保護する方法に関する。
本出願は、２０１７年１１月２４日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１５８５３９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。
近年、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、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。
電気車両などに適用されるバッテリーパックは、通常、互いに直列で接続された複数のバッテリーモジュール及び複数のバッテリーコントローラを含む。それぞれのバッテリーコントローラは自らが管理するバッテリーモジュールの状態をモニタリング及び制御する。最近、大容量且つ高出力のバッテリーパックが求められるにつれて、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ている。このようなバッテリーパックに含まれたそれぞれのバッテリーモジュールの状態を効率的に管理するため、シングルマスター−マルチスレーブ構造が提示されている。シングルマスター−マルチスレーブ構造は、それぞれの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、及び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を含む。
このとき、複数のスレーブコントローラとマスターコントローラとの間の通信が無線方式で行われる、無線バッテリー管理システムが提供され得る。無線バッテリー管理システムによってバッテリーモジュールを保護するためには、それぞれのスレーブコントローラがバッテリーモジュールの状態に対するモニタリングの結果を示す信号をマスターコントローラに適切に無線で伝送できなければならない。マスターコントローラと無線通信するために各スレーブコントローラの無線通信機能を担当するＲＦ−ＳＯＣ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ）などが誤動作すれば、各スレーブコントローラによってバッテリーモジュールの状態が適切にモニタリングされても、モニタリングの結果を示す信号をマスターコントローラに伝送することができない（特許文献１）。
［先行技術文献］
［特許文献］
特許文献１ 国際公開第２０１５／１２１９７９号
本発明は、複数のスレーブコントローラと、マスターコントローラとが無線通信可能に結合される無線バッテリー管理システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、スレーブコントローラの無線通信部が誤動作しても、バッテリーパックに含まれたバッテリーモジュールを過電圧（ｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ）、低電圧（ｕｎｄｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ）及び／または過熱（ｏｖｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）から保護できる無線バッテリー管理システム及びそれを用いたバッテリーパックの保護方法を提供することを他の目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の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。
上記の目的を達成するための本発明の多様な実施形態は次のようである。
本発明の一実施形態による、複数のバッテリーモジュール及び少なくとも一つのリレーを含むバッテリーパックを保護するための無線バッテリー管理システムは、上記複数のバッテリーモジュールに一対一で電気的に結合される複数のスレーブコントローラと、上記スレーブコントローラのそれぞれに無線通信可能に結合されるマスターコントローラとを含む。上記スレーブコントローラのそれぞれは、上記バッテリーモジュールの動作パラメータを測定するように構成されたセンシング部と、上記バッテリーモジュールに貯蔵された電気エネルギーを用いて、駆動電圧を出力するように構成された電源供給部と、上記駆動電圧を用いて、上記測定された動作パラメータを示すセンシング信号を上記マスターコントローラに無線で伝送するように構成された無線通信部と、上記センシング部、上記電源供給部及び上記無線通信部に動作可能に結合された制御部とを含む。上記制御部は、上記測定された動作パラメータが所定の正常範囲から外れた場合、上記無線通信部に第１制御信号を出力するように構成される。上記無線通信部は、上記制御部から上記第１制御信号を受信した場合、フォールト信号を上記マスターコントローラに無線で伝送するように構成される。上記マスターコントローラは、上記スレーブコントローラのそれぞれから上記フォールト信号を受信した場合、上記少なくとも一つのリレーをターンオフさせるように構成される。
上記制御部は、上記測定された動作パラメータが所定の安全範囲から外れた場合、上記電源供給部に第２制御信号を出力するように構成され得る。上記安全範囲は上記正常範囲より広くても良い。
上記電源供給部は、上記制御部から上記第２制御信号を受信した場合、上記マスターコントローラとの無線通信機能を非活性化するため、上記駆動電圧の出力を中断するように構成され得る。上記電源供給部は、上記バッテリーモジュールのモジュール電圧を上記駆動電圧に変換するように構成されるコンバータと、上記コンバータと上記無線通信部との間に電気的に結合され、ターンオン状態で上記コンバータからの上記駆動電圧を上記無線通信部に供給するように構成されたスイッチとを含み得る。上記スイッチは、上記第２制御信号に応じてターンオフされ得る。
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のうち上記マスターコントローラとの無線通信が可能なスレーブコントローラの個数を算出するように構成され得る。上記マスターコントローラは、上記算出された個数が臨界個数以下である場合、上記少なくとも一つのリレーをターンオフさせるように構成され得る。
上記マスターコントローラは、上記スレーブコントローラのそれぞれの無線通信機能が非活性化していると判断される度に、上記スレーブコントローラのそれぞれのためのカウントを増加させるように構成され得る。上記マスターコントローラは、上記増加されたカウントが臨界カウントより大きい場合、上記少なくとも一つのリレーをターンオフさせるように構成され得る。
上記マスターコントローラは、上記算出された個数が上記臨界個数より大きい場合、上記算出された個数に基づいて、上記臨界カウントを決定するように構成され得る。
上記動作パラメータは、上記バッテリーモジュールの温度、または、上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セル電圧であり得る。
本発明の他の実施形態によるバッテリーパックは、上記無線バッテリー管理システムを含む。
本発明のさらに他の実施形態による、複数のバッテリーモジュール及び少なくとも一つのリレーを含むバッテリーパックを保護するための方法は、スレーブコントローラのそれぞれが上記バッテリーモジュールの動作パラメータを測定する段階と、上記スレーブコントローラのそれぞれが上記バッテリーモジュールに貯蔵された電気エネルギーを用いて、上記測定された動作パラメータを示すセンシング信号をマスターコントローラに無線で伝送する段階と、上記スレーブコントローラのそれぞれが、上記測定された動作パラメータが所定の正常範囲から外れた場合、フォールト信号を上記マスターコントローラに無線で伝送する段階と、上記スレーブコントローラのそれぞれが上記測定された動作パラメータが所定の安全範囲−上記安全範囲は上記正常範囲より広い−から外れた場合、無線通信機能を非活性化する段階と、上記マスターコントローラが上記スレーブコントローラのそれぞれから上記フォールト信号を受信した場合、または、上記スレーブコントローラのそれぞれの無線通信機能が臨界カウントに対応する時間以上非活性化した場合、上記少なくとも一つのリレーをターンオフさせる段階とを含む。
本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、複数のスレーブコントローラと、マスターコントローラとの間の有線通信のために従来求められた物理的部品（例えば、ケーブル）を除去することで、バッテリーパックの空間効率性を増大させるとともに、物理的部品の欠陥による故障を減らすことができる。
また、本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、スレーブコントローラの無線通信部が誤動作しても、バッテリーパックに含まれたバッテリーモジュールを過電圧、低電圧及び／または過熱から保護することができる。
本発明の効果は、上述した効果に制限されることなく、その他の効果は特許請求の範囲の記載から当業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無線バッテリー管理システム及びそれを含むバッテリーパックの例示的構成を概略的に示した図である。
図１に示されたスレーブコントローラの例示的構成を概略的に示した図である。
図１に示されたマスターコントローラの例示的構成を概略的に示した図である。
本発明の他の実施例によるバッテリーパックを保護するための例示的なプロセスを示したフロー図である。
本発明の他の実施例によるバッテリーパックを保護するための例示的なプロセスを示したフロー図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。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、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
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ある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載された「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意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されるとするとき、これは「直接的な連結」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結」も含む。
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及びそれを含むバッテリーパック１０の例示的構成を概略的に示した図である。
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、少なくとも一つのリレーＲｅｌａｙ１、Ｒｅｌａｙ２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の部材番号２１）を含むことができる。無線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１００１〜１００ｎ及びマスターコントローラ２００を含む。バッテリーパック１０は、電気自動車に搭載されて、電気自動車の電気モーターの駆動に必要な電力を供給することができる。
複数のスレーブコントローラ１００１〜１００ｎ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２０１〜２０ｎに一対一で電気的に結合される。
スレーブコントローラ１００ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、複数のバッテリーモジュール２０１〜２０ｎのうち自分が電気的に結合されているバッテリーモジュール２０ｉと電気的に連結される。スレーブコントローラ１００ｉは、バッテリーモジュール２０ｉの状態と関連する動作パラメータ（例えば、モジュール電圧、セル電圧、温度）を測定し、バッテリーモジュール２０ｉの状態を制御するための各種の機能（例えば、バランシング）を実行する。動作パラメータは「特性値」とも称し得る。このとき、各機能は、スレーブコントローラ１００ｉがバッテリーモジュール２０ｉの状態に基づいて直接実行するものであるか、それとも、マスターコントローラ２００からの命令に従って実行するものであり得る。
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１００１〜１００ｎのそれぞれに無線通信可能に結合される。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１００１〜１００ｎから無線で伝送されるセンシング信号またはフォールト信号を受信する。また、マスターコントローラ２００は、上記センシング信号に基づいて、複数のスレーブコントローラ１００１〜１００ｎのうち少なくとも一つの状態を制御するための命令を無線で伝送する。また、マスターコントローラ２００は、上記フォールト信号に基づいて、少なくとも一つのリレーＲｅｌａｙ１、Ｒｅｌａｙ２をターンオン状態からターンオフ状態に切り換えることができる。
図２は、本発明の一実施例によるスレーブコントローラの例示的構成を概略的に示した図である。
図２を参照すれば、スレーブコントローラ１００ｉは、センシング部１１０、無線通信部１２０、電源供給部１３０及び制御部１４０を含むことができる。
センシング部１１０は、バッテリーモジュール２０ｉの動作パラメータを測定するように構成される。そのため、センシング部１１０は、電圧測定回路及び温度測定回路のうち少なくとも一つを含む。電圧測定回路は、バッテリーモジュール２０ｉのモジュール電圧及び／またはバッテリーモジュール２０ｉに含まれた各バッテリーセル２１のセル電圧を測定するように構成される。上記モジュール電圧は、バッテリーモジュール２０ｉの最高電位と最低電位との差に対応する。温度測定回路は、温度センサー１１１を用いてバッテリーモジュール２０ｉの温度を測定するように構成される。
無線通信部１２０は、アンテナ１２１及び無線通信回路１２２を含む。アンテナ１２１と無線通信回路１２２とは互いに動作可能に連結される。無線通信回路１２２は、アンテナ１２１によって受信した無線信号を復調する。また、無線通信回路１２２は、制御部から提供された信号を変調した後、アンテナ１２１に提供することができる。アンテナ１２１は、無線通信回路１２２によって変調された信号に対応する無線信号をマスターコントローラ２００に伝送することができる。
電源供給部１３０は、バッテリーモジュール２０ｉに貯蔵された電気エネルギーを用いて、駆動電圧（例えば、３．３Ｖ）を出力する。電源供給部１３０は、コンバータ１３１及びスイッチ１３２を含む。スイッチ１３２は、コンバータ１３１と無線通信部１２０との間に電気的に結合され、コンバータ１３１から無線通信部１２０への電源供給経路を選択的に開閉するように構成される。コンバータ１３１は、バッテリーモジュール２０ｉのモジュール電圧を駆動電圧に変換する。コンバータ１３１によって生成された駆動電圧は、スイッチ１３２を通じて無線通信部１２０に出力され得る。具体的に、スイッチ１３２がターンオンされている間は、コンバータ１３１からの駆動電圧がスイッチ１３２を通じて無線通信部１２０に提供され、無線通信部１２０は駆動電圧を用いて活性化する。一方、スイッチ１３２がターンオフされている間は、コンバータ１３１からの駆動電圧をスイッチ１３２を通じて無線通信部１２０に提供することができず、無線通信部１２０は非活性化する。勿論、電源供給部１３０によって生成された駆動電圧は、スイッチ１３２がターンオフされている間にもセンシング部１１０及び制御部１４０に提供され得る。
制御部１４０は、少なくとも一つのプロセッサ１４１及びメモリ１４２を含み、センシング部１１０、無線通信部１２０及び電源供給部１３０に動作可能に連結される。制御部１４０は、自分を含むスレーブコントローラ１００ｉの全般的な動作を管理するように構成される。
制御部１４０に含まれたメモリ１４２には、スレーブコントローラ１００ｉに予め割り当てられたＩＤが保存されている。上記ＩＤは、スレーブコントローラ１００ｉがマスターコントローラ２００との無線通信を行うときに用られる。このとき、複数のスレーブコントローラ１００ｉに予め割り当てられたＩＤは、他のスレーブコントローラに予め割り当てられたＩＤと相異なり得る。これによって、上記ＩＤは、マスターコントローラ２００がスレーブコントローラ１００ｉを他のスレーブコントローラと区分するときに用いられ得る。
制御部１４０に含まれたメモリ１４２は、データを記録、消去、更新及び読出できると知られた公知の情報記憶手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、制御部１４０に含まれたメモリ１４２は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ１２０、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどであり得る。制御部１４０に含まれたメモリ１４２は、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することができる。
一方、制御部１４０に含まれたメモリ１４２は、制御部１４０と物理的に分離されていてもよく、チップなどに制御部１４０と一体して集積化されていてもよい。
制御部１４０は、センシング部１１０からのセンシング信号を無線通信部１２０に提供する。上記センシング信号は、センシング部１１０によって測定されたバッテリーモジュール２０ｉの動作パラメータを示すものである。これによって、無線通信部１２０は、センシング部１１０からのセンシング信号に対応する無線信号をアンテナ１２１を通じてマスターコントローラ２００に伝送することができる。
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、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。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可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。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に特に制限がない。一例として、記録媒体はＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、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から選択された少なくとも１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、ネットワークで連結され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のプログラマによって容易に推論され得る。
図３は、図１に示されたマスターコントローラ２００の例示的構成を概略的に示した図である。
図３を参照すれば、マスターコントローラ２００は、リレー駆動部２１０、通信部２２０、電源供給部２３０及び制御部２４０を含むことができる。
リレー駆動部２１０は、バッテリーパック１０に含まれた少なくとも一つのリレーＲｅｌａｙ１、Ｒｅｌａｙ２を個別的に制御する。図示されたように、バッテリーパック１０の正極端子Ｐ＋側の大電流経路にリレーＲｅｌａｙ１が設けられ、負極端子Ｐ−側の大電流経路にリレーＲｅｌａｙ２が設けられ得る。リレー駆動部２１０は、各リレーのためのリレー駆動回路２１１、２１２を含むことができる。リレー駆動回路２１１は、制御部２４０からの命令に対応するデューティサイクルを有するスイッチング信号Ｓ１をリレーＲｅｌａｙ１に出力することで、リレーＲｅｌａｙ１をターンオンまたはターンオフさせる。リレー駆動回路２１２は、制御部２４０からの命令に対応するデューティサイクルを有する他のスイッチング信号Ｓ２をリレーＲｅｌａｙ２に出力することで、リレーＲｅｌａｙ２をターンオンまたはターンオフさせる。
通信部２２０は、アンテナ２２１、無線通信回路２２２及び有線通信回路２２３を含む。無線通信回路２２２は、アンテナ２２１及び有線通信回路２２３とそれぞれ動作可能に連結される。無線通信回路２２２は、アンテナ２２１を通じて受信した無線信号を復調することができる。また、無線通信回路２２２は、スレーブコントローラ１００ｉに伝送しようとする信号を変調した後、変調された信号をアンテナ２２１を通じて無線で伝送することができる。アンテナ２２１は、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スレーブコントローラ１００ｉに伝送することができる。有線通信回路２２３は、外部デバイス２と両方向通信可能に結合される。有線通信回路２２３は、外部デバイス２から受信した信号を制御部２４０に有線で伝送する。また、有線通信回路２２３は、制御部２４０から受信した信号を外部デバイス２に有線で伝送する。このとき、有線通信回路２２３と外部デバイス２とは、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅａ）を用いて通信することができる。
電源供給部２３０は、外部電源３（例えば、電気自動車の鉛蓄電池）から供給される電気エネルギーを用いて、駆動電圧を生成する。電源供給部２３０によって生成された駆動電圧は、リレー駆動部２１０、通信部２２０及び／または制御部２４０に提供される。
制御部２４０は、少なくとも一つのプロセッサ２４１及びメモリ２４２を含み、通信部２２０に動作可能に連結される。制御部２４０に含まれたメモリ２４２にはＩＤテーブルが予め保存されていても良い。ＩＤテーブルは、複数のスレーブコントローラに予め割り当てられたそれぞれのＩＤを含む。メモリ２４２はデータを記録、消去、更新及び読出できると知られた公知の情報記憶手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、メモリ２４２は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ１２０、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどであり得る。メモリ２４２は、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することができる。
一方、制御部２４０に含まれたメモリ２４２は、制御部２４０と物理的に分離されていてもよく、チップなどに制御部２４０と一体して集積化されていてもよい。
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、制御部２４０は、アンテナ２２１を通じて受信される無線信号のうち、複数のスレーブコントローラ１００１〜１００ｎのそれぞれから無線で受信したセンシング信号に対応する無線信号に基づいて、複数のスレーブコントローラ１００１〜１００ｎそれぞれのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）及び／またはＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）を演算することができる。また、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１００１〜１００ｎそれぞれの充電、放電及び／またはバランシングを制御するための命令を決定した後、決定された命令を複数のスレーブコントローラ１００１〜１００ｎに個別的に伝送することができる。
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、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。制御部２４０の多様な制御ロジッグは少なくとも一つが組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジッグはコンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。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に特に制限がない。一例として、記録媒体はＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、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から選択された少なくとも１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、ネットワークで連結され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のプログラマによって容易に推論され得る。
図４及び図５は、本発明の他の実施例によるバッテリーパックを保護するための例示的なプロセスを示したフロー図である。図４及び図５に示されたプロセスは所定時間毎に繰り返して実行されるものであり得る。
図４を参照すれば、段階Ｓ４００において、スレーブコントローラ１００ｉは、バッテリーモジュール２０ｉの動作パラメータを測定する。上述したように、上記動作パラメータは、バッテリーモジュール２０ｉに含まれた各バッテリーセルのセル電圧またはバッテリーモジュール２０ｉの温度であり得る。
段階Ｓ４１０において、スレーブコントローラ１００ｉは、上記測定された動作パラメータが所定の正常範囲内であるか否かを判断する。上記正常範囲は、バッテリーモジュール２０ｉに含まれた各バッテリーセル２１の寿命に一定水準以上の悪影響を及ぼすことなく使用可能な範囲であって、実験を通じて予め定められている。一例として、上記セル電圧が第１上限電圧より高い場合（すなわち、過電圧）、または、上記第１上限電圧より低い第１下限電圧より低い場合（すなわち、低電圧）は、上記測定された動作パラメータが上記正常範囲から外れたと判断され、その他の場合は上記正常範囲内であると判断される。他の例として、バッテリーモジュール２０ｉの温度が第１上限温度より高い場合、または、上記第１上限温度より低い第１下限温度より低い場合は、上記測定された動作パラメータが上記正常範囲から外れたと判断され、その他の場合は上記正常範囲内であると判断される。段階Ｓ４１０の値が「はい」である場合、段階Ｓ４２０に進む。一方、段階Ｓ４１０の値が「いいえ」である場合、段階Ｓ４４０に進む。
段階Ｓ４２０において、スレーブコントローラ１００ｉは、バッテリーモジュール２０ｉのための状態フラグに第１値（例えば、「０」）を割り当てる。第１値は、バッテリーモジュール２０ｉが故障（例えば、過電圧、低電圧、過熱）なく使用されていることを示す。上記第１値が割り当てられた上記状態フラグは、制御部１４０に含まれたメモリ１４２に保存される。
段階Ｓ４３０において、スレーブコントローラ１００ｉは、上記測定された動作パラメータを示すセンシング信号をマスターコントローラ２００に無線で伝送する。このとき、スレーブコントローラ１００ｉは、上記センシング信号をマスターコントローラ２００に無線で伝送するのに必要な電気エネルギーの供給をバッテリーモジュール２０ｉから受けてもよい。
段階Ｓ４４０において、スレーブコントローラ１００ｉは、バッテリーモジュール２０ｉのための状態フラグに割り当てられた値が第２値（例えば、「１」）と同一であるか否かを判断する。上記状態フラグに上記第２値が割り当てられているということは、図４による以前のプロセスで測定された動作パラメータが上記正常範囲から既に外れたことを意味する。段階Ｓ４４０の値が「はい」の場合、段階Ｓ４５０に進む。一方、段階Ｓ４４０の値が「いいえ」の場合、段階Ｓ４７０に進む。参考までに、段階Ｓ４４０の値が「いいえ」ということは、上記状態フラグに割り当てられている値が上記第１値であることを意味する。
段階Ｓ４５０において、スレーブコントローラ１００ｉは、上記測定された動作パラメータが所定の安全範囲内であるか否かを判断する。上記安全範囲は、バッテリーモジュール２０ｉに含まれた各バッテリーセル２１を爆発の危険なく使用する範囲として定義され、実験を通じて予め定められている。上記安全範囲は、上記正常範囲より広い。すなわち、上記正常範囲は上記安全範囲の一部分に該当し得る。一例として、上記セル電圧が上記第１上限電圧より高い第２上限電圧より高い場合、または、上記第１下限電圧より低い第２下限電圧より低い場合は、上記測定された動作パラメータが上記安全範囲から外れたと判断される。他の例として、バッテリーモジュール２０ｉの温度が上記第１上限温度より高い第２上限温度より高い場合、上記測定された動作パラメータが上記安全範囲から外れたと判断される。段階Ｓ４５０の値が「はい」の場合、段階Ｓ４６０に進む。一方、段階Ｓ４５０の値が「いいえ」の場合、段階Ｓ４８０に進む。
一方、図４による以前のプロセスで測定された動作パラメータが上記正常範囲から既に外れており、さらに、上記正常範囲より広い上記安全範囲からも外れた場合のみ、段階Ｓ４５０の値が「いいえ」になる。このような問題は、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信部１２０が誤動作して、後述する段階Ｓ４６０においてフォールト信号がスレーブコントローラ１００ｉからマスターコントローラ２００に無線で伝送されない状況で発生し得る。
段階Ｓ４６０において、スレーブコントローラ１００ｉは、フォールト信号をマスターコントローラ２００に無線で伝送する。上記フォールト信号は、バッテリーモジュール２０ｉが非正常的に動作中であることを示すものである。具体的に、制御部１４０は、段階Ｓ４５０の値が「はい」の場合、第１制御信号を出力する。無線通信部１２０は制御部１４０から上記第１制御信号を受信した場合、電源供給部１３０からの駆動電圧を用いて、上記フォールト信号をマスターコントローラ２００に無線で伝送する。上記フォールト信号は、バッテリーモジュール２０ｉの動作パラメータが上記正常範囲内になるまで周期的にマスターコントローラ２００に無線で伝送され得る。
段階Ｓ４７０において、スレーブコントローラ１００ｉは、バッテリーモジュール２０ｉのための上記状態フラグに上記第２値を割り当てる。これは、段階Ｓ４１０において、上記測定された動作パラメータが上記正常範囲から外れたと判断されたためである。段階Ｓ４７０の後、段階Ｓ４６０に進む。
段階Ｓ４８０において、スレーブコントローラ１００ｉは、無線通信機能を非活性化する。上述したように、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信部１２０が誤動作中である可能性が高いためである。
具体的に、スレーブコントローラ１００ｉの制御部１４０は、電源供給部１３０に第２制御信号を出力する。電源供給部１３０は、制御部１４０から第２制御信号を受信した場合、マスターコントローラ２００との無線通信機能を非活性化するため、無線通信部１２０に対する駆動電圧の出力を中断する。例えば、スイッチ１３２が上記第２制御信号に応じてターンオフされることで、コンバータ１３１から無線通信部１２０への電源供給経路が遮断される。無線通信部１２０は、電源供給部１３０から駆動電圧が出力されなければ駆動できないため、段階Ｓ４８０によってスレーブコントローラ１００ｉはマスターコントローラ２００に無線で接続できなくなる。
図５を参照すれば、段階Ｓ５００において、マスターコントローラ２００は、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信機能が活性化しているか否かを判断する。例えば、マスターコントローラ２００は、スレーブコントローラ１００ｉに確認信号を無線で伝送した後、上記確認信号に対する応答信号をスレーブコントローラ１００ｉから無線で受信した場合に、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信機能が活性化していると判断し得る。段階Ｓ５００の値が「はい」の場合、段階Ｓ５０５に進む。一方、段階Ｓ５００の値が「いいえ」の場合、段階Ｓ５４０に進む。
段階Ｓ５０５において、マスターコントローラ２００は、スレーブコントローラ１００ｉのための通信フラグに第３値（例えば、０）を割り当てることができる。上記第３値は、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信機能が活性化していることを示す。
段階Ｓ５１０において、マスターコントローラ２００は、スレーブコントローラ１００ｉのためのカウントを初期化する。上記カウントは、図５による以前のプロセスを通じてメモリ２４２に予め保存されていても良い。初期化されたカウントは０であり得る。初期化される前のカウントが１以上であることは、図５による以前のプロセス段階Ｓ５００でスレーブコントローラ１００ｉとの無線通信が不可能であると判断されたことがあることを意味する。
段階Ｓ５２０において、マスターコントローラ２００は、スレーブコントローラ１００ｉから上記フォールト信号を受信したか否かを判断する。段階Ｓ５２０の値が「はい」の場合、段階Ｓ５３０に進む。一方、段階Ｓ５２０の値が「いいえ」の場合、図５によるプロセスは終了する。
段階Ｓ５３０において、マスターコントローラ２００は、少なくとも一つのリレーＲｅｌａｙ１、Ｒｅｌａｙ２がターンオフされるように、少なくとも一つのリレーＲｅｌａｙ１、Ｒｅｌａｙ２を制御する。例えば、制御部２４０は、リレーＲｅｌａｙ１またはリレーＲｅｌａｙ２に出力されるスイッチング信号のデューティサイクルを０％に設定することで、バッテリーパック１０の正極端子Ｐ＋または負極端子Ｐ−からすべてのバッテリーモジュール２０１〜２０ｎを電気的に分離することができる。それにより、バッテリーパック１０に含まれたすべてのバッテリーモジュール２０１〜２０ｎの充放電が同時に中断されるため、過充電、過放電及び過熱からバッテリーモジュール２０ｉを保護することができる。
段階Ｓ５４０において、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１００１〜１００ｎのうちマスターコントローラ２００との無線通信が可能なスレーブコントローラの個数を算出する。例えば、ｎ＝１０、すなわち、スレーブコントローラが合計１０個であり、現在マスターコントローラ２００との無線通信が中断されたスレーブコントローラが３個である場合、マスターコントローラ２００と無線通信が可能な状態にあるスレーブコントローラは７個である。制御部２４０は、各スレーブコントローラのための通信フラグのうち上記第３値が割り当てられている通信フラグの個数をマスターコントローラ２００との無線通信が可能なスレーブコントローラの個数として決定することができる。
段階Ｓ５５０において、マスターコントローラ２００は、上記算出された個数が臨界個数より大きいか否かを判断する。上記臨界個数は予め定められたものであり、上記臨界個数を示すデータがメモリ２４２に予め保存されていても良い。段階Ｓ５５０の値が「はい」の場合、段階Ｓ５６０に進む。一方、段階Ｓ５５０の値が「いいえ」の場合、段階Ｓ５３０に進む。当業者であれば、段階Ｓ５５０の値が「いいえ」ということが上記算出された個数が上記臨界個数以下であることを意味することを容易に理解できるであろう。
段階Ｓ５６０において、マスターコントローラ２００は、臨界カウントを決定する。制御部２４０は、上記算出された個数に基づいて、上記臨界カウントを決定することができる。上記算出された個数と上記臨界カウントとは比例関係であり得る。例えば、上記算出された個数がＡである場合、上記臨界カウントはａであり、上記算出された個数がＡより大きいＢである場合は、上記臨界カウントはａより大きいｂであり得る。制御部２４０のメモリ２４２には、上記算出された個数と上記臨界カウントとの相関関係が予め定義されているルックアップテーブルが保存されていてもよく、制御部２４０は上記ルックアップテーブルを参照して上記算出された個数から上記臨界カウントを決定し得る。
一方、マスターコントローラ２００は、制御部２４０に含まれたメモリ２４２に予め保存されている既定の固定値を上記臨界カウントとして用いることもでき、この場合、段階Ｓ５６０は省略できる。
段階Ｓ５７０において、マスターコントローラ２００は、スレーブコントローラ１００ｉのための上記カウントを所定値（例えば、「１」）だけ増加させる。これは、段階Ｓ５００でスレーブコントローラ１００ｉの無線通信機能が非活性化していると判断されたためである。すなわち、制御部２４０は、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信機能が非活性化していると判断される度に、スレーブコントローラ１００ｉのための上記カウントを増加させることができる。
段階Ｓ５８０において、マスターコントローラ２００は、上記増加されたカウントが上記臨界カウントより大きいか否かを判断する。図４及び図５によるそれぞれのプロセスは上記所定時間毎に繰り返されるものであるため、上記増加されたカウントが上記臨界カウントより大きいということは、上記臨界カウントに対応する時間より長い時間スレーブコントローラ１００ｉの無線通信機能が持続的に非活性化していることを意味する。段階Ｓ５８０の値が「はい」の場合、段階Ｓ５９０に進む。一方、段階Ｓ５８０の値が「いいえ」の場合、図５によるプロセスは終了する。
段階Ｓ５９０において、マスターコントローラ２００は、スレーブコントローラ１００ｉのための上記通信フラグに第４値（例えば、「１」）を割り当てることができる。上記第４値は、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信部１２０が誤動作中である可能性が高く、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信機能がスレーブコントローラ１００ｉによって強制的に非活性化していることを示す。上記第３値及び上記第４値のいずれか一つが割り当てられた上記通信フラグはメモリ２４２に保存され得る。段階Ｓ５９０の後、段階Ｓ５３０に進む。
もし、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信部１２０が外部からのノイズなどによって一時的に誤動作した場合は、段階Ｓ５８０の値が「いいえ」のはずである。これによって、スレーブコントローラ１００ｉの無線通信機能が非活性化したことにマスターコントローラ２００が過度に敏感に反応し、少なくとも一つのリレーＲｅｌａｙ１、Ｒｅｌａｙ２を必要以上に頻繁にターンオフさせることを防止するという長所がある。
上述した本発明の実施例は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、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も具現され得、このような具現は上述した実施例の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。
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。
また、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施例及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施例の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
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：スレーブコントローラ
２００：マスターコントローラ

Claims (12)

  1. 複数のバッテリーモジュール、端子、及び前記複数のバッテリーモジュールと前記端子との間の少なくとも一つのリレーを含むバッテリーパックを保護するための無線バッテリー管理システムであって、
    前記複数のバッテリーモジュールに一対一で電気的に結合され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のそれぞれに無線通信可能に結合され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それぞれは、
    前記複数のバッテリーモジュールのうち、結合されるバッテリーモジュールの動作パラメータを測定し、
    前記測定された動作パラメータが所定の正常範囲から外れた場合、前記マスターコントローラにフォールト信号を無線で伝送し、
    前記測定された動作パラメータが前記正常範囲より広い所定の安全範囲から外れた場合、該当するスレーブコントローラの無線通信機能を非活性化し、
    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が無線通信機能を非活性化しているかを判断し、
    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フォールト信号を受信した場合、または前記スレーブコントローラが無線通信機能を非活性化している場合に、前記少なくとも一つのリレーをターンオフさせる、
    無線バッテリー管理システム。
  2. 前記複数のスレーブコントローラのそれぞれは、
    前記バッテリーモジュールの前記動作パラメータを測定するように構成されたセンシング部と、
    前記バッテリーモジュールに貯蔵された電気エネルギーを用いて、駆動電圧を出力するように構成された電源供給部と、
    前記駆動電圧を用いて、前記測定された動作パラメータを示すセンシング信号を前記マスターコントローラに無線で伝送するように構成された無線通信部と、
    前記センシング部、前記電源供給部及び前記無線通信部に動作可能に結合された制御部と、を含み、
    前記制御部は、前記測定された動作パラメータが所定の正常範囲から外れた場合、前記無線通信部に第１制御信号を出力するように構成され、
    前記無線通信部は、前記制御部から前記第１制御信号を受信した場合、フォールト信号を前記マスターコントローラに無線で伝送するように構成され、
    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のそれぞれから前記フォールト信号を受信した場合、前記少なくとも一つのリレーをターンオフさせるように構成された、請求項１に記載の無線バッテリー管理システム。
  3. 前記制御部は、前記測定された動作パラメータが前記安全範囲から外れた場合、前記電源供給部に第２制御信号を出力するように構成され、
    前記電源供給部は、前記制御部から前記第２制御信号を受信した場合、前記マスターコントローラとの無線通信機能を非活性化するため、前記駆動電圧の出力を中断するように構成された、請求項２に記載の無線バッテリー管理システム。
  4. 前記電源供給部は、
    前記バッテリーモジュールのモジュール電圧を前記駆動電圧に変換するように構成されたコンバータと、
    前記コンバータと前記無線通信部との間に電気的に結合され、ターンオン状態で前記コンバータからの前記駆動電圧を前記無線通信部に供給するように構成されたスイッチとを含み、
    前記スイッチは、前記第２制御信号に応じてターンオフされる、請求項３に記載の無線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、前記複数のスレーブコントローラのうち前記マスターコントローラとの無線通信が可能なスレーブコントローラの個数を算出するように構成され、前記算出された個数が臨界個数以下である場合、前記少なくとも一つのリレーをターンオフさせるように構成された、請求項１から４のいずれか一項に記載の無線バッテリー管理システム。
  6. 複数のバッテリーモジュール、端子、及び前記複数のバッテリーモジュールと前記端子との間の少なくとも一つのリレーを含むバッテリーパックを保護するための無線バッテリー管理システムであって、
    前記複数のバッテリーモジュールに一対一で電気的に結合され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のそれぞれに無線通信可能に結合され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それぞれは、
    前記複数のバッテリーモジュールのうち、結合されるバッテリーモジュールの動作パラメータを測定し、
    前記測定された動作パラメータが所定の正常範囲から外れた場合、前記マスターコントローラにフォールト信号を無線で伝送し、
    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のうち前記マスターコントローラとの無線通信が可能なスレーブコントローラの個数を算出するように構成され、
    前記スレーブコントローラから前記フォールト信号を受信した場合、または前記算出された個数が臨界個数以下である場合に、前記少なくとも一つのリレーをターンオフさせる、無線バッテリー管理システム。
  7. 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のそれぞれの無線通信機能が非活性化していると判断される度に、前記複数のスレーブコントローラのそれぞれのためのカウントを増加させるように構成され、前記増加されたカウントが臨界カウントより大きい場合、前記少なくとも一つのリレーをターンオフさせるように構成された、請求項５または６に記載の無線バッテリー管理システム。
  8. 前記マスターコントローラは、前記算出された個数が前記臨界個数より大きい場合、前記算出された個数に基づいて、前記臨界カウントを決定するように構成された、請求項７に記載の無線バッテリー管理システム。
  9. 前記動作パラメータは、前記バッテリーモジュールの温度、前記バッテリーモジュールのモジュール電圧または前記バッテリーモジュールに含まれる各バッテリーセルのセル電圧である、請求項１から８のいずれか一項に記載の無線バッテリー管理システム。
  10. 請求項１から９のうちいずれか一項に記載の無線バッテリー管理システムを含む、バッテリーパック。
  11. 複数のバッテリーモジュール、端子、及び前記複数のバッテリーモジュールと前記端子との間の少なくとも一つのリレーを含むバッテリーパックのための無線バッテリー管理システムであり、前記無線バッテリー管理システムが前記複数のバッテリーモジュールに一対一で電気的に結合され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のそれぞれに無線通信可能に結合されるマスターコントローラと、を備える無線バッテリー管理システムを用いて、前記バッテリーパックを保護するための方法であって、
    前記複数のスレーブコントローラのそれぞれが、前記複数のバッテリーモジュールのうち、結合されるバッテリーモジュールの動作パラメータを測定する段階と、
    前記複数のスレーブコントローラのそれぞれが、前記バッテリーモジュールに貯蔵された電気エネルギーを用いて、前記測定された動作パラメータを示すセンシング信号を前記マスターコントローラに無線で伝送する段階と、
    前記複数のスレーブコントローラのそれぞれが、前記測定された動作パラメータが所定の正常範囲から外れた場合、フォールト信号を前記マスターコントローラに無線で伝送する段階と、
    前記複数のスレーブコントローラのそれぞれが、前記測定された動作パラメータが前記正常範囲より広い所定の安全範囲から外れた場合、無線通信機能を非活性化する段階と、
    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が無線通信機能を非活性化しているかを判断し、前記複数のスレーブコントローラのそれぞれから前記フォールト信号を受信した場合、または、前記スレーブコントローラのそれぞれの無線通信機能が非活性化した場合、前記少なくとも一つのリレーをターンオフさせる段階と、を含む、方法。
  12. 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のそれぞれの無線通信機能が非活性化していると判断される度に、前記複数のスレーブコントローラのそれぞれのためのカウントを増加させる段階と、
    前記複数のスレーブコントローラのそれぞれの無線通信機能が臨界カウントに対応する時間以上非活性化した場合、前記少なくとも一つのリレーをターンオフさせる段階と、
    を備える、請求項１１に記載の方法。
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