JP7176621B2 - バッテリー制御装置 - Google Patents

Description

関連出願との相互引用

本出願は、２０１８年１２月５日付韓国特許出願第１０－２０１８－０１５５２９１号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。

本発明は、バッテリー制御装置に関する。

一般にＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）は、リレー（ｒｅｌａｙ）に含まれているコイルに電流が流れるようになると磁場が発生して磁場の力によりリレーが動作する。具体的にリレーは、励磁（ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ）または消磁（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ）されるコイルおよびこのようなコイルが励磁された時に磁力によりクローズ（ｃｌｏｓｅ）され、当該コイルが消磁された時にオープン（ｏｐｅｎ）されるスイッチを含むように構成される。このようなスイッチがバッテリーの非正常状況などによりオープンされる場合、コイルには逆起電力（ｒｅｖｅｒｓｅ ｓｕｒｇｅ）が発生するようになるが、このような逆起電力はバッテリーシステムを構成するマイクロコンピュータ、半導体素子のような電子部品を損傷させ得るという問題がある。

従来はこのような逆起電力を相殺させるために還流ダイオード（ｆｒｅｅｗｈｅｅｌｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）またはツェナーダイオード（ｚｅｎｅｒ ｄｉｏｄｅ）などを利用したが、このようなダイオードを利用する場合、バッテリーシステムの部品数が増加してバッテリーシステムの単価が高くなるという問題がある。

本発明は、前述した問題点を克服するためのものであって、バッテリー制御装置で発生する逆起電力を効果的に相殺することに目的がある。

本発明が目的とする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていない他の技術的課題は本発明の記載から当該分野における通常の知識を有する者に明確に理解され得る。

本発明は、バッテリー制御装置を提供し、このようなバッテリー制御装置は、第１制御端子、第１ノードに連結された第１センシング端子、第２制御端子、第３制御端子、第２ノードに連結された第２センシング端子、第４制御端子を含み、第１ノードおよび第２ノードの電圧変化をセンシングするＭＣＵ；第１ノードと第２ノードの間に連結された、コイルおよびスイッチを含むリレー；および第１制御端子に連結された第１ゲート、第１ノードに連結された第１端を含む第１トランジスター、および第２制御端子に連結された第２ゲート、第１ノードに連結された第１端および第２ノードに連結された第２端を含む第２トランジスターから構成された第１低減回路を含み、ＭＣＵは、第１ノードの電圧変化がない場合、第１トランジスターがオンされ、第２トランジスターがオフされるように第１ゲートおよび第２ゲートをそれぞれ制御するように構成される。

また、実施例によるバッテリー制御装置のＭＣＵは、第１ノードの電圧が第１電圧から第２電圧に変わる場合、第２トランジスターを経由する第１経路を形成するように第２ゲートを制御する。

また、実施例によるバッテリー制御装置のＭＣＵは、第１ノードの電圧が第１電圧から接地電位に変わる場合、第２トランジスターを経由する第１経路を形成するように第２ゲートを制御するように構成される。

また、実施例によるバッテリー制御装置は、第３制御端子に連結された第３ゲート、第１ノードに連結された第１端および第２ノードに連結された第２端を含む第３トランジスター、および第４制御端子に連結された第４ゲート、第２ノードに連結された第１端および接地に連結された第２端を含む第４トランジスターから構成された第２低減回路をさらに含む。

また、実施例によるバッテリー制御装置のＭＣＵは、第２ノードの電圧変化がない場合、第３トランジスターがオフされ、第４トランジスターがオフされるように第３ゲートおよび第４ゲートをそれぞれ制御するように構成される。

また、実施例によるバッテリー制御装置のＭＣＵは、第２ノードの電圧が第２電圧から第１電圧に変わる場合、第３トランジスターを経由する第２経路を形成するように第３ゲートを制御する。

また、実施例によるバッテリー制御装置のＭＣＵは、第１ノードおよび第２ノードの電圧変化がない場合、第１トランジスターと４トランジスターがオンされ、第２トランジスターと第３トランジスターがオフされるように第１ゲートから第４ゲートをそれぞれ制御するように構成される。

また、実施例によるバッテリー制御装置のＭＣＵは、第１ノードの電圧が第１電圧から第２電圧に変わり、第２ノードの電圧が第２電圧から第１電圧に変わる場合、第２トランジスターおよび第３トランジスターを経由する第３経路を形成するように第２ゲートおよび第３トランジスターをそれぞれ制御する。

また、実施例によるバッテリー制御装置のスイッチは、コイルに発生する磁場によりオン／オフされる。

また、実施例によるバッテリー制御装置の第１電圧は、第２電圧より高電圧である。

本発明によるバッテリー制御システムは、逆起電力を効果的に相殺することができる。

実施例によるバッテリー制御装置の構成である。 実施例による逆起電力が低減される第１経路を示したものである。 他の実施例による逆起電力が低減される第２経路を示したものである。 他の実施例による逆起電力が低減される第３経路を示したものである。

以下、添付した図面を参照して本明細書に開示された実施例を詳細に説明するが、同一または類似の構成要素には同一または類似の図面符号を付与し、これについての重複説明は省略する。以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞「モジュール」および「部」は、明細書作成の容易さだけが考慮されて付与されたり混用されたりするものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を果たすものではない。また、本明細書に開示された実施例を説明するに当たり、関連した公知技術に対する具体的な説明が本明細書に開示された実施例の要旨を不明確にし得ると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付した図面は、本明細書に開示された実施例を容易に理解できるようにするためのものに過ぎず、添付した図面により本明細書に開示された技術的な思想が制限されず、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物または代替物を含むものと理解されなければならない。

第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素を説明することに使用され得るが、構成要素は用語により限定されない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、または「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていることもできるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解されなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか、または「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。

単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。

本出願で、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。

以下、図１を参照して実施例によるバッテリー制御装置について説明する。

図１を参照すれば、実施例によるバッテリー制御装置１は、リレー１０、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０、第１低減回路３０、および第２低減回路４０を含み、バッテリー制御装置１は、リレー１０で発生する逆起電力が消滅するように第１低減回路３０および／または第２低減回路４０を制御して所定の逆起電力低減経路を形成する。

リレー１０は、コイルｃおよびスイッチｓを含む。コイルｃは、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２の間に連結されている。コイルｃにリレー駆動電流が流れるとコイル周辺に磁場が発生し、このような磁場の力によりスイッチｓはオン（ｏｎ）またはオフ（ｏｆｆ）される。スイッチｓにはメインバッテリー（図示せず）、バッテリー充電器（図示せず）、および負荷（ｌａｏｄ）（図示せず）などが連結され得るが、実施例がこれに限定されるのではない。

ＭＣＵ２０は、第１制御端子ｔ１、第２制御端子ｔ２、第３制御端子ｔ３、第４制御端子ｔ４、第１ノードｎ１に連結された第１センシング端子ｓ１、および第２ノードｎ２に連結された第２センシング端子ｓ２を含む。ＭＣＵ２０は、第１ノードｎ１の電圧をセンシングし、第１ノードｎ１の電圧により第１ゲート信号および第２ゲート信号を生成する。

ＭＣＵ２０は、リレー１０で発生する逆起電力を相殺するための第１経路ｒｏ１（図２参照）が形成されるように、第１ゲート信号および第２ゲート信号により第１低減回路２０を制御する。

ＭＣＵ２０は、実施例によるバッテリー制御装置１の動作モードを決定する。具体的に、ＭＣＵ２０は、リレー１０に連結されたバッテリーの状態を把握し、初期モード（Ｉ）、第１正常モード（Ｎ１）、第２正常モード（Ｎ２）、第１安全モード（Ｓｅ１）、第２安全モード（Ｓｅ２）、および第３安全モード（Ｓｅ３）のうちのいずれか一つモードでスイッチｓがオンまたはオフされるように制御する。

初期モード（Ｉ）は、バッテリー制御装置１が初期に動作するモードとして、ＭＣＵ２０はスイッチｓがオフされるように制御する。

ＭＣＵ２０は、バッテリーの状態が正常範囲に含まれる場合、第１正常モード（Ｎ１）でスイッチｓがオンされるように制御し、第２正常モード（Ｎ２）でＭＣＵ２０はスイッチがオンからオフされるように制御する。

ＭＣＵ２０は、リレー１０に連結されたバッテリーの電流が過電流であるか、電圧が過電圧であるか、温度が所定の温度を超える場合、バッテリーに火災が発生し得ると判断し、第１安全モード（Ｓｅ１）でスイッチｓがオフされるように制御する。また、ＭＣＵ２０は、第１ノードＮ１の電位が、接地電位がなれば第２安全モード（Ｓｅ２）でスイッチｓがオフされるように制御し、第２ノードｎ２の電位がリレー１０に連結されたバッテリーと等電位になれば第３安全モード（Ｓｅ３）でスイッチｓがオフされるように制御する。

ＭＣＵ２０は、第２ノードｎ２の電圧をセンシングし、第３ゲート信号および第４ゲート信号を生成する。ＭＣＵ２０は、第２ノードｎ２の電圧により、リレー１０で発生する逆起電力を相殺するための第２経路ｒｏ２（図３参照）が形成されるように、第３ゲート信号および第４ゲート信号により第２低減回路４０を制御する。

第１低減回路３０は、第１トランジスターｓｗ１、第２トランジスターｓｗ２、第１抵抗ｒ１、および第２抵抗ｒ２を含む。第１トランジスターｓｗ１は、第１抵抗ｒ１を通じて第１制御端子ｔ１に連結されたゲート、リレー１０の駆動電圧（例えば、１２Ｖ）を印加する補助バッテリー（Ａｕｘ Ｂａｔｔｅｒｙ）ａｂに連結された一端、および第１ノードｎ１に連結された他端を含み、イネーブルレベルの第１ゲート信号によりオン／オフされる。第２トランジスターｓｗ２は、第２抵抗ｒ２を通じて第２制御端子ｔ２に連結されたゲート、第１ノードｎ１に連結された一端、および第２ノードｎ２に連結された他端を含み、イネーブルレベルの第２ゲート信号によりオン／オフされる。

第２低減回路４０は、第３トランジスターｓｗ３、第４トランジスターｓｗ４、第３抵抗ｒ３、および第４抵抗ｒ４を含む。第３トランジスターｓｗ３は、第３抵抗ｒ３を通じて第３制御端子ｔ３に連結されたゲート、第１ノードｎ１に連結された一端、および第２ノードに連結された他端を含み、イネーブルレベルの第３ゲート信号によりオン／オフされる。第４トランジスターｓｗ４は、第４抵抗ｒ４を通じて第４制御端子ｔ４に連結されたゲート、第２ノードｎ２に連結された一端、および接地に連結された他端を含み、イネーブルレベルの第４ゲート信号によりオン／オフされる。

以下、図２を参照して実施例による逆起電力が低減される経路を説明する。図２は実施例による逆起電力が低減される第１経路ｒｏ１を示したものであり、第２低減回路４０と連結された構成は省略された。

初期モード（Ｉ）で、第１制御端子ｔ１、第２制御端子ｔ２、および第１センシング端子ｓ１の電圧はディスエーブルレベル（例えばロー（Ｌ：Ｌｏｗ））であり、スイッチｓはオフに維持されてコイルｃに逆起電力は発生しない。

第１正常モード（Ｎ１）で、スイッチｓはオンに維持されて第１ノードｎ１の電圧変化がないため、コイルｃに逆起電力は発生しない。ＭＣＵ２０は、第１ノードｎ１の電圧をセンシングして第１正常モード（Ｎ１）に判断し、イネーブル（例えばハイ（Ｈ：Ｈｉｇｈ））レベルの第１制御端子ｔ１信号およびディスエーブルレベルの第２端子信号ｔ２を生成する。したがって、第１トランジスターｓｗ１はオンされ、第２トランジスターｓｗ２はオフされて第１経路ｒｏ１は生成されない。

第２正常モード（Ｎ２）および第１安全モード（Ｓｅ１）で、スイッチｓがオンからオフになればコイルｃに逆起電力が発生して第１ノードｎ１の電圧はハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）になる。また、第１ノードｎ１の電位が接地電位になれば第２安全モード（Ｓｅ２）でスイッチｓがオフされ、逆起電力が発生して第１ノードｎ１の電圧はハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）になる。

ＭＣＵ２０は、第１ノードｎ１の電圧をセンシングしてコイルｃに逆起電力が発生したと判断し、ディスエーブルレベル（Ｌ）の第１制御端子ｔ１信号およびイネーブルレベル（Ｈ）の第２制御端子ｔ２信号を生成する。したがって、第１トランジスターｓｗ１はオフされ、第２トランジスターｓｗ２はオンされて第２トランジスターｓｗ２を通じて第１経路ｒｏ１が形成される。逆起電力は第１経路ｒｏ１を通じて接地に抜け出ることによって低減される。

前述した実施例による第１経路ｒｏ１が生成される場合を整理すれば、以下の表１のとおりである。

以下、図３を参照して他の実施例による逆起電力が低減される経路を説明する。図３は他の実施例による逆起電力が低減される第２経路ｒｏ２を示したものであって、第１低減回路３０と連結された構成は省略された。図３を参照すれば、他の実施例によるバッテリー制御装置の第１ノードｎ１は補助バッテリーａｂが連結され得る。

初期モード（Ｉ）で、第３制御端子ｔ３、第４制御端子ｔ４、および第２センシング端子ｓ２の電圧はディスエーブルレベル（Ｌ）であり、スイッチｓはオフに維持されてコイルｃに逆起電力は発生しない。

第１正常モード（Ｎ１）で、スイッチｓはオンに維持されて第２ノードｎ２の電圧変化がないため、コイルｃに逆起電力は発生しない。ＭＣＵ２０は、第２ノードｎ２の電圧をセンシングして第１正常モード（Ｎ１）に判断し、ディスエーブルレベル（Ｌ）の第３端子信号ｔ３およびイネーブル（Ｈ））レベルの第４制御端子ｔ４信号を生成する。したがって、第３トランジスターｓｗ３はオフされ、第４トランジスターｓｗ４はオンされて第２経路ｒｏ２は生成されない。

第２正常モード（Ｎ２）および第１安全モード（Ｓｅ１）で、スイッチｓがオンからオフになればコイルｃに逆起電力が発生して第２ノードｎ２の電圧はロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）になる。また、第３安全モード（Ｓｅ３）でスイッチｓがオフされ、第２ノードｎ２の電位がリレー１０に連結されたバッテリー（図示せず）と等電位がなれば、コイルｃに逆起電力が発生して第２ノードｎ２の電圧はロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）になる。

ＭＣＵ２０は、第２ノードｎ２の電圧をセンシングしてコイルｃに逆起電力が発生したと判断し、イネーブルレベル（Ｈ）の第３制御端子ｔ３信号およびディスエーブルレベル（Ｌ）の第４制御端子ｔ４信号を生成する。したがって、第３トランジスターｓｗ３はオンされ、第４トランジスターｓｗ４はオフされて第３トランジスターｓｗ３を通じて第２経路ｒｏ２が形成される。

第２経路ｒｏ２に沿って流れる逆起電力は、第３トランジスターｓｗ３の内部抵抗成分により電圧降下が発生する。したがって、発生した逆起電力は第２経路ｒｏ２を通過しながら低減される。

前述した実施例による第２経路ｒｏ２が生成される場合を整理すれば、以下の表２のとおりである。

以下、図４を参照してまた他の実施例による逆起電力が低減される経路を説明する。図４はまた他の実施例による逆起電力が低減される第３経路ｒｏ３を示したものである。図４を参照すれば、第１トランジスターｓｗ１の一端には補助バッテリーａｂが連結され得る。

初期モード（Ｉ）で、第１から第４制御端子ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４および第１または第２センシング端子ｓ１、ｓ２の電圧はディスエーブルレベル（Ｌ）であり、スイッチｓはオフが維持されてコイルｃに逆起電力は発生しない。

第１正常モード（Ｎ１）で、スイッチｓはオンに維持されて第１ノードｎ１および第２ノードｎ２の電圧変化がないため、コイルｃに逆起電力は発生しない。ＭＣＵ２０は、第１ノードｎ１および第２ノードｎ２の電圧をセンシングして第１正常モード（Ｎ１）に判断し、イネーブル（Ｈ）レベルの第１制御端子ｔ１と第４制御端子ｔ４信号、およびディスエーブルレベルの第２端子信号ｔ２と第３端子信号ｔ３を生成する。したがって、第１トランジスターｓｗ１と第４トランジスターｓｗ４はオンされ、第２トランジスターｓｗ２と第３トランジスターｓｗ３はオフされて第３経路ｒｏ３は生成されない。

第２正常モード（Ｎ２）および第１安全モード（Ｓｅ１）でスイッチｓがオンからオフになればコイルｃに逆起電力が発生して第１ノードｎ１の電圧はハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）になり、第２ノードｎ２の電圧のロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）になる。また、第２安全モード（Ｓｅ２）でスイッチｓがオフされ、第１ノードｎ１の電位が接地電位になれば逆起電力が発生して第１ノードｎ１の電圧はハイ（Ｈ）からロー（Ｌ）になる。また、第３安全モード（Ｓｅ３）でスイッチｓがオフされ、第２ノードｎ２の電位がリレー１０に連結されたバッテリー（図示せず）と等電位になれば、コイルｃに逆起電力が発生して第２ノードｎ２の電圧はロー（Ｌ）からハイ（Ｈ）になる。

ＭＣＵ２０は、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２の電圧をセンシングしてコイルｃに逆起電力が発生したと判断し、ディスエーブルレベル（Ｌ）の第１制御端子ｔ１信号と第４制御端子ｔ４信号およびイネーブルレベル（Ｈ）の第２制御端子ｔ２信号と第３制御端子ｔ３信号を生成する。したがって、第１トランジスターｓｗ１と第４トランジスターｓｗ４はオフされ、第２トランジスターｓｗ２と第３トランジスターｓｗ３はオンされて第２トランジスターｓｗ２と第３トランジスターｓｗ３を通じて第３経路ｒｏ１が形成される。

第３経路ｒｏ３に沿って流れる逆起電力は、第２トランジスターｓｗ２と第３トランジスターｓｗ３の内部抵抗成分により電圧降下が発生する。したがって、発生した逆起電力は経路ｒｏ３を通過しながら低減される。

前述した実施例による第３経路ｒｏ３が生成される場合を整理すれば、以下の表３のとおりである。

以上で、説明の便宜のために、第１から第４トランジスターｓｗ１－ｓｗ４をｎＭＯＳトランジスターとして説明したが、実施例はこれに限定されず、ｎチャンネルタイプの他の種類のトランジスター、またはｐチャンネルタイプのトランジスターで具現され得る。

本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。したがって、の詳細な説明は全ての面で制限的に解釈されてはならず、例示的なものに考慮されなければならない。本発明の範囲は、添付された請求項の合理的解釈により決定されなければならず、本発明の等価的範囲内での全ての変更は本発明の範囲に含まれる。

Claims (8)

1. バッテリー制御装置であって、
   第１制御端子、第１ノードに連結された第１センシング端子、第２制御端子、第３制御端子、第２ノードに連結された第２センシング端子、第４制御端子を含み、前記第１ノードおよび前記第２ノードの電圧変化をセンシングするＭＣＵと、
   前記第１ノードと前記第２ノードの間に連結された、コイルおよびスイッチを含むリレーと、
   前記第１制御端子に連結された第１ゲート、前記第１ノードに連結された第１端を含む第１トランジスターと、前記第２制御端子に連結された第２ゲート、前記第１ノードに連結された第１端および前記第２ノードに連結された第２端を含む第２トランジスターと、で構成された第１低減回路と、
   を備え、
   前記ＭＣＵは、前記第１ノードの電圧変化がない場合、前記第１トランジスターがオンされ、前記第２トランジスターがオフされるように前記第１ゲートおよび前記第２ゲートをそれぞれ制御し、
   前記ＭＣＵは、前記第１ノードの電圧が第１電圧から第２電圧に変わる場合、前記第２トランジスターを経由する第１経路を形成するように前記第２ゲートを制御するように構成され、
   前記第１電圧は、前記第２電圧より高電圧である、バッテリー制御装置。
2. 前記ＭＣＵは、前記第１ノードの電圧が第１電圧から接地電位に変わる場合、前記第２トランジスターを経由する第１経路を形成するように前記第２ゲートを制御するように構成された、請求項１に記載のバッテリー制御装置。
3. 前記バッテリー制御装置は、
   前記第３制御端子に連結された第３ゲート、前記第１ノードに連結された第１端および前記第２ノードに連結された第２端を含む第３トランジスターと、前記第４制御端子に連結された第４ゲート、前記第２ノードに連結された第１端および接地に連結された第２端を含む第４トランジスターと、で構成された第２低減回路と、
   をさらに含む、請求項１または２に記載のバッテリー制御装置。
4. 前記ＭＣＵは、前記第２ノードの電圧変化がない場合、前記第３トランジスターがオフされ、前記第４トランジスターがオンされるように前記第３ゲートおよび前記第４ゲートをそれぞれ制御するように構成された、請求項３に記載のバッテリー制御装置。
5. 前記ＭＣＵは、前記第２ノードの電圧が前記第２電圧から前記第１電圧に変わる場合、前記第３トランジスターを経由する第２経路を形成するように、前記第３ゲートを制御する、請求項４に記載のバッテリー制御装置。
6. 前記ＭＣＵは、前記第１ノードおよび前記第２ノードの電圧変化がない場合、前記第１トランジスターと前記第４トランジスターがオンされ、前記第２トランジスターと前記第３トランジスターがオフされるように前記第１ゲートから前記第４ゲートをそれぞれ制御するように構成された、請求項３から５のいずれか一項に記載のバッテリー制御装置。
7. 前記ＭＣＵは、前記第１ノードの電圧が前記第１電圧から前記第２電圧に変わり、前記第２ノードの電圧が前記第２電圧から前記第１電圧に変わる場合、前記第２トランジスターおよび前記第３トランジスターを経由する第３経路を形成するように前記第２ゲートおよび前記第３トランジスターをそれぞれ制御する、請求項６に記載のバッテリー制御装置。
8. 前記スイッチは、前記コイルで発生する磁場によりオン／オフされる、請求項７に記載のバッテリー制御装置。

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