JP7287618B2 - バッテリー管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリー管理装置に関し、より詳しくは、複数のバッテリーセルそれぞれの退化を判断するバッテリー管理装置に関する。

本出願は、２０１９年９月２７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１１９９１７号に基づく優先権を主張し、当該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バッテリー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、リチウムバッテリーなどのバッテリーが商用化しているが、中でもリチウムバッテリーはニッケル系のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、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。

一方、バッテリーは多様な要因で退化し得る。バッテリーの退化程度を推定可能な尺度の一つはバッテリーの内部抵抗である。従来、バッテリー内部抵抗を用いてバッテリーの老化を推定する方法が提案されている。

一例として、特許文献１は、バッテリー老化診断方法及びシステムに関し、バッテリーを電圧源、内部抵抗及びワールブルク（Ｗａｒｂｕｒｇ）インピーダンスから構成された等価回路モデルをモデリングし、モデリングされたバッテリーの内部抵抗に基づいてバッテリーの老化を診断する。

ただし、特許文献１の構成では、外部抵抗の有無に応じてバッテリーの老化を診断する方法が異なるため、バッテリーの老化／退化を診断する前に外部抵抗の有無を判断する別途の過程が必要である。また、特許文献１は、循環最小自乗法などを用いてモデリングされたバッテリーの内部抵抗に基づいてバッテリーの老化を診断するため、老化診断に時間がかかりシステム資源を必要とする問題がある。

韓国特許公開第１０－２０１９－００３５４４１号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリーセルを充電及び放電させる過程でバッテリーセルそれぞれの内部抵抗に応じた退化を判断することができるバッテリー管理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、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態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。

本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、複数のバッテリーセルそれぞれの電圧を測定するように構成された測定部と、複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルと接続され、内部に備えられたスイッチの動作状態に応じて接続されたバッテリーセルの間の充放電経路を形成するように構成されたコンバータと、測定部から複数のバッテリーセルそれぞれの電圧値を受信し、コンバータに備えられたスイッチの動作状態を制御し、スイッチの動作状態を制御することでコンバータによって充電される充電セルの電圧変化率を算出し、算出した電圧変化率に基づいて充電セルの退化を判断するように構成された制御部と、を含む。

制御部は、測定部から充電セルの初期電圧値を取得し、所定の時間における初期電圧値に基づいた充電セルの電圧変化率を算出し、算出した電圧変化率と基準比率とを比較した結果に応じて充電セルの退化を判断するように構成され得る。

コンバータは、複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルと接続されるように複数個備えられ得る。

制御部は、複数のコンバータのそれぞれに備えられたスイッチの動作状態を制御し、複数のコンバータによって充電される充電セルそれぞれの退化を判断するように構成され得る。

制御部は、複数のコンバータに備えられたスイッチの動作状態を順次にターンオン状態に制御し、複数のバッテリーセルそれぞれの退化を判断するように構成され得る。

制御部は、所定の時間毎に複数のコンバータのうち一つの対象コンバータを選択し、選択された対象コンバータに備えられたスイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。

コンバータは、スイッチと充電セルに対応する放電セルと第１インダクタとが直列で接続された第１回路と、充電セルと第１インダクタに対応する第２インダクタとが直列で接続された第２回路と、を含み得る。

第２回路は、スイッチの動作状態がターンオン状態に制御された場合、第１インダクタによって誘導された第２インダクタの誘導起電力を用いて充電セルを充電するように構成され得る。

第２回路は、第２インダクタと充電セルとの間に直列で接続された第３インダクタをさらに含み、スイッチの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に変更された場合、第２インダクタの誘導起電力の変化によって誘導された第３インダクタの誘導起電力を用いて充電セルを充電するように構成され得る。

測定部は、充電セルに対する充電電流を測定するように構成され得る。

制御部は、測定部によって測定された充電電流の大きさが所定の電流範囲内に含まれるようにスイッチの動作状態を制御するように構成され得る。

本発明の他の一態様によるバッテリー管理装置は、複数のバッテリーセルとコンバータとの間に接続され、制御部からセル選択命令を受信し、受信したセル選択命令に従って複数のバッテリーセルのうち一部のバッテリーセルをコンバータに接続させるように構成されたセル選択部をさらに含む。

本発明の他の態様によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリー管理装置を含む。

本発明の一態様によれば、複数のバッテリーセルそれぞれの退化如何だけでなく、内部抵抗値が推定され、退化判断の正確度及び信頼度を向上させることができる。

また、本発明の一態様によれば、複数のインダクタを用いることで充電電流の急激な変化が防止され、充電電流の急激な変化によるバッテリーセルの退化を予め防止することができる。

本発明の効果は上記の効果に制限されず、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できるであろう。

本明細書に添付される次の図面は、発明の詳細な説明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ものであるため、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。

本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックを概略的に示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックの構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックを概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置のコンバータとバッテリーセルとの接続構成を示した図である。 図４の接続構成において、第１回路に備えられたスイッチの動作状態がターンオン状態であるときの電流の流れを示した図である。 図４の接続構成において、第１回路に備えられたスイッチの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に変更されたときの電流の流れを示した図である。 図５及び図６に示された電流の流れの例示において、時間に応じた電流の変化を示した図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックを概略的に示した図である。 図８に示されたバッテリーパックにおいて、電流の流れの例示を示した図である。

本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や事前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形態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形態に過ぎず、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部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（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１を概略的に示したブロック図である。図２は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１の構成を概略的に示した図である。図３は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１を概略的に示した図である。

図１及び図２を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリーモジュール１０及びバッテリー管理装置１００を含むことができる。

バッテリーモジュール１０は、一つ以上のバッテリーセルが含まれたセルアセンブリーであり得る。ここで、バッテリーセルとは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルをバッテリーセルとして見なし得る。

バッテリーモジュール１０に複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３が含まれた場合、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３は直列及び／または並列で接続され得る。例えば、図１を参照すると、バッテリーモジュール１０には第１バッテリーセルＢ１、第２バッテリーセルＢ２及び第３バッテリーセルＢ３が含まれ得る。バッテリーモジュール１０に含まれるバッテリーセルの個数には制限がないが、以下、説明の便宜上、バッテリーモジュール１０に第１バッテリーセルＢ１、第２バッテリーセルＢ２及び第３バッテリーセルＢ３が含まれたことに限定して説明する。

また、図２を参照すると、バッテリーモジュール１０の正極端子は、バッテリーパック１の正極端子（Ｐ＋）側に接続され得る。バッテリーモジュール１０の負極端子は、バッテリーパック１の負極端子（Ｐ－）側に接続され得る。

図１を参照すると、バッテリー管理装置１００は、測定部１１０、コンバータ１２０及び制御部１３０を含むことができる。

測定部１１０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３の電圧をそれぞれ測定するように構成され得る。

具体的には、測定部１１０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの両端電位を測定し、測定した両端電位の差を算出することで、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの電圧を測定することができる。

例えば、図３の実施形態において、測定部１１０は、接続された複数のセンシングラインを通じて複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれに接続され得る。具体的には、測定部１１０は、第１センシングラインＳＬ１及び第２センシングラインＳＬ２を通じて第１バッテリーセルＢ１と接続され、第２センシングラインＳＬ２及び第３センシングラインＳＬ３を通じて第２バッテリーセルＢ２と接続され得る。また、測定部１１０は、第３センシングラインＳＬ３及び第４センシングラインＳＬ４を通じて第３バッテリーセルＢ３と接続され得る。

また、測定部１１０は、第１センシングラインＳＬ１を通じて第１バッテリーセルＢ１の正極電位を測定し、第２センシングラインＳＬ２を通じて第１バッテリーセルＢ１の負極電位を測定する。そして、測定部１１０は、測定した第１バッテリーセルＢ１の正極電位と負極電位との差を算出し、第１バッテリーセルＢ１の電圧を測定することができる。このような方式で、測定部１１０は第２バッテリーセルＢ２の電圧及び第３バッテリーセルＢ３の電圧を測定することができる。

コンバータ１２０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のうち対応するバッテリーセルと接続されるように構成され得る。ここで、コンバータ１２０は、ＤＣ電流の入力を受けて変換し、変換されたＤＣ電流を出力するＤＣ－ＤＣコンバータであり得る。すなわち、コンバータ１２０は、ＤＣ電流の入力を受けるためのバッテリーセル及び変換されて出力されたＤＣ電流が印加されるバッテリーセルと接続され得る。

例えば、コンバータ１２０は、図１に示された複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のうち第１バッテリーセルＢ１及び第２バッテリーセルＢ２と接続され得る。この場合、コンバータ１２０は、第１バッテリーセルＢ１からＤＣ電流の入力を受け、入力されたＤＣ電流を変換し、第２バッテリーセルＢ２に変換されたＤＣ電流を出力できる。

また、コンバータ１２０は、内部に備えられたスイッチの動作状態に応じて接続されたバッテリーセルの間の充放電経路を形成するように構成され得る。

コンバータ１２０は、コンバータ１２０の動作状態をターンオン／ターンオフするためのスイッチを内部に備え得る。

例えば、上述した実施形態のように、コンバータ１２０が第１バッテリーセルＢ１及び第２バッテリーセルＢ２に接続されたと仮定する。コンバータ１２０は、内部に備えられたスイッチの動作状態がターンオン状態であるときのみ、第１バッテリーセルＢ１からＤＣ電流の入力を受けることができる。その後、コンバータ１２０は、第１バッテリーセルＢ１から入力されたＤＣ電流を変換することができる。そして、コンバータ１２０は、変換されたＤＣ電流を第２バッテリーセルＢ２に出力することができる。この過程で、第１バッテリーセルＢ１は放電し、第２バッテリーセルＢ２は充電される。

制御部１３０は、測定部１１０から複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの電圧値を受信するように構成され得る。

具体的には、制御部１３０は、測定部１１０と電気的に接続され得る。すなわち、制御部１３０は、測定部１１０と有線及び／または無線で接続され、互いに通信可能に構成され得る。したがって、制御部１３０は、測定部１１０から測定部１１０が測定した測定値を受信することができる。

例えば、図３の実施形態を参照すると、測定部１１０と制御部１３０とは有線ラインを通じて接続され得る。測定部１１０は、複数のセンシングラインを通じて複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの電圧を測定し、測定した電圧に対する電圧値をデジタル信号の形態で制御部１３０に送信できる。制御部１３０は、測定部１１０からデジタル信号を受信し、それを解釈して測定部１１０が測定した複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの電圧値を取得することができる。

また、制御部１３０は、コンバータ１２０に備えられたスイッチの動作状態を制御するように構成され得る。

具体的には、制御部１３０は、測定部１１０だけでなく、コンバータ１２０にも電気的に接続され得る。コンバータ１２０は、別途の動作電源を必要とせず、内部に備えられたスイッチの動作状態に従ってターンオン／ターンオフされ得る。したがって、制御部１３０は、コンバータ１２０の内部に備えられたスイッチと電気的に接続され得る。すなわち、制御部１３０は、コンバータ１２０の内部に備えられたスイッチに信号を送信し、スイッチの動作状態をターンオンまたはターンオフ状態に制御することができる。

また、制御部１３０は、スイッチの動作状態を制御することでコンバータ１２０によって充電される充電セルの電圧変化率を算出するように構成され得る。

ここで、充電セルは、コンバータ１２０から出力されるＤＣ電流が印加されるバッテリーセルであり得る。すなわち、上述した実施形態では第２バッテリーセルＢ２が充電セルに該当する。

具体的には、測定部１１０は、充電セルが充電される間、充電セルの電圧を継続的に測定することができる。そして、制御部１３０は、測定部１１０が測定した充電セルの電圧値を受信し、充電セルが充電される間の電圧変化率を算出することができる。

ここで、電圧変化率は、充電時間中に充電セルの電圧が変化した比率であり得る。例えば、制御部１３０は、測定部１１０で測定した充電セルの電圧値に基づいて、充電セルの電圧が充電初期に比べてどれくらい増加したかを示す電圧変化率を算出することができる。

最後に、制御部１３０は、算出された電圧変化率に基づいて充電セルの退化を判断するように構成され得る。

望ましくは、制御部１３０は、算出された電圧変化率の絶対値に基づいて、充電セルが退化したか否かを判断することができる。

オームの法則（Ｏｈｍ'ｓ ｌａｗ）によれば、バッテリーセルの充電過程でバッテリーセルの電圧変化率の絶対値が増加する場合は、充電過程でバッテリーセルに印加される電流の量が増加した場合及び／またはバッテリーセルの内部抵抗が増加した場合である。したがって、制御部１３０は、算出された電圧変化率に基づいて充電セルの退化を判断することで、充電セルの内部抵抗の増加を判断し、充電セルの内部抵抗値を推定することができる。

バッテリー管理装置１００は、コンバータ１２０を通じてバッテリーセルを充電及び放電させる簡単な回路構成を用いて、バッテリーセルの退化を判断できるだけでなく、バッテリーセルの内部抵抗値を推定することができる。

したがって、バッテリーセルの内部抵抗を測定するための別途の測定装置を備えなくても、バッテリー管理装置１００はバッテリーセルの内部抵抗を簡単に推定することができる。

一方、バッテリー管理装置１００に備えられた制御部１３０は、本発明で実行される多様な制御ロジックを実行するため、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。また、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、制御部１３０は、プログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存され、制御部１３０によって実行され得る。

ここで、メモリは、制御部１３０がバッテリーセルの退化を判断するのに必要なプログラム及びデータなどを保存し得る。すなわち、メモリは、バッテリー管理装置１００の各構成要素が動作及び機能を実行するのに必要なデータやプログラム、または、動作及び機能の実行過程で生成されるデータなどを保存し得る。メモリは、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、情報記憶手段には、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、レジスタなどが含まれ得る。また、メモリは、制御部１３０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。メモリは、制御部１３０の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段で制御部１３０と接続され得る。

制御部１３０は、測定部１１０から充電セルの初期電圧値を取得するように構成され得る。

制御部１３０は、充電セルが充電される間、充電セルの電圧変化率を算出するため、充電セルの初期電圧値を取得することができる。望ましくは、制御部１３０は、コンバータ１２０の内部に備えられたスイッチにターンオン命令を送信した後、測定部１１０から充電セルの初期電圧値を取得することができる。より望ましくは、制御部１３０は、スイッチにターンオン命令を送信し、ターンオン命令がスイッチに到達するまでの時間が経過した直後、測定部１１０から充電セルの初期電圧値を取得することができる。

制御部１３０は、所定の時間における初期電圧値に基づいた充電セルの電圧変化率を算出するように構成され得る。

すなわち、制御部１３０は、取得した初期電圧値を基準にして、所定の時間における充電セルの電圧変化率を算出することができる。例えば、制御部１３０が取得した充電セルの初期電圧値が３．０Ｖであり、所定の時間が経過した後の充電セルの電圧が３．３Ｖであれば、制御部１３０は電圧変化率を１０％と算出し得る。

また、制御部１３０は、算出した電圧変化率と基準比率とを比較した結果に応じて充電セルの退化を判断するように構成され得る。

ここで、基準比率は、制御部１３０または別途の保存ユニットに保存された値であって、退化が進行していないＢＯＬ（Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）状態のバッテリーセルが所定の時間充電されたときの電圧変化率として予め設定された比率であり得る。したがって、制御部１３０は、基準比率と電圧変化率とを比較することで、バッテリーセルの退化を判断することができる。

さらに、制御部１３０は、基準比率と測定した電圧変化率とを比較し、基準比率を設定するときの電流変化量と充電セルを充電するときの電流変化量とを比較することで、ＢＯＬ状態のバッテリーセルの内部抵抗に対する充電セルの内部抵抗増加率を推定することができる。

例えば、予め設定された基準比率が８％であり、上述した実施形態のように制御部１３０が算出した充電セルの電圧変化率が１０％であると仮定する。そして、基準比率が設定されるときの所定の時間における電流変化量と、充電セルが充電されるときの所定の時間における電流変化量とが同一であると仮定する。この場合、制御部１３０は、充電セルの内部抵抗がＢＯＬ状態のバッテリーセルの内部抵抗より２％ほど増加したと推定し得る。したがって、制御部１３０は、ＢＯＬ状態のバッテリーセルの内部抵抗が既知であれば、充電セルの充電中の電圧変化率に基づいて充電セルの現在の内部抵抗を推定することができる。

すなわち、バッテリー管理装置１００は、基準比率と算出した電圧変化率とを比較して充電セルの退化を判断するため、充電セルを満充電せず、所定の時間のみ充電するだけで迅速に充電セルの退化を判断することができる。また、バッテリー管理装置１００は、コンバータ１２０によって充電されるバッテリーセルの退化進行如何だけでなく、内部抵抗値を簡単に推定することもできる。

コンバータ１２０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のうち対応するバッテリーセルと接続されるように複数個備えられるように構成され得る。

複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃは、それぞれ、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のうち対応するバッテリーセルに接続され得る。望ましくは、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃそれぞれは、ＤＣ電流の印加のためのバッテリーセルと変換されたＤＣ電流を出力するためのバッテリーセルとに接続され得る。すなわち、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３は、二つずつ対を成して複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのうちいずれか一つに接続され得る。

例えば、図３を参照すると、バッテリーモジュール１０に含まれた複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３の個数に対応して、バッテリー管理装置１００には第１コンバータ１２０ａ、第２コンバータ１２０ｂ及び第３コンバータ１２０ｃが含まれ得る。

第１コンバータ１２０ａは、第１バッテリーセルＢ１及び第２バッテリーセルＢ２と接続され得る。具体的には、第１コンバータ１２０ａは、第１ラインＣＬ１及び第２ラインＣＬ２を通じて第１バッテリーセルＢ１と接続され、第３ラインＣＬ３及び第４ラインＣＬ４を通じて第２バッテリーセルＢ２と接続され得る。ここで、第１コンバータ１２０ａは、第１ラインＣＬ１及び第２ラインＣＬ２を通じて第１バッテリーセルＢ１からＤＣ電流の印加を受け、変換されたＤＣ電流を第３ラインＣＬ３及び第４ラインＣＬ４を通じて第２バッテリーセルＢ２に出力するように構成され得る。

同様に、第２コンバータ１２０ｂは、第５ラインＣＬ５及び第６ラインＣＬ６を通じて第２バッテリーセルＢ２と接続され、第７ラインＣＬ７及び第８ラインＣＬ８を通じて第３バッテリーセルＢ３と接続され得る。

また、第３コンバータ１２０ｃは、第９ラインＣＬ９及び第１０ラインＣＬ１０を通じて第３バッテリーセルＢ３と接続され、第１１ラインＣＬ１１及び第１２ラインＣＬ１２を通じて第１バッテリーセルＢ１と接続され得る。

制御部１３０は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのそれぞれに備えられたスイッチの動作状態を制御するように構成され得る。

具体的には、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのそれぞれにはコンバータ１２０の動作状態にターンオン／ターンオフするスイッチが備えられ得る。制御部１３０は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのそれぞれに備えられたスイッチと電気的に接続され、ターンオン命令またはターンオフ命令を送信することができる。

例えば、図３の実施形態において、制御部１３０は、第１命令ラインＣ１を通じて第１コンバータ１２０ａの内部に備えられたスイッチに信号を送信し得る。また、制御部１３０は、第２命令ラインＣ２を通じて第２コンバータ１２０ｂの内部に備えられたスイッチに信号を送信し得る。また、制御部１３０は、第３命令ラインＣ３を通じて第３コンバータ１２０ｃの内部に備えられたスイッチに信号を送信し得る。

ここで、制御部１３０が第１命令ラインＣ１及び第３命令ラインＣ３を通じてターンオフ信号を出力し、第２命令ラインＣ２を通じてターンオン信号を出力したと仮定する。第２コンバータ１２０ｂの動作状態のみがターンオンされ、第５ラインＣＬ５及び第６ラインＣＬ６を通じて第２バッテリーセルＢ２の電流が第２コンバータ１２０ｂに印加され得る。そして、第２コンバータ１２０ｂは、変換された電流を第７ラインＣＬ７及び第８ラインＣＬ８を通じて第３バッテリーセルＢ３に出力し得る。この場合、第２バッテリーセルＢ２は放電し、第３バッテリーセルＢ３は充電され得る。すなわち、第２バッテリーセルＢ２は放電セルであり、第３バッテリーセルＢ３は充電セルであり得る。

制御部１３０は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃによって充電される充電セルそれぞれの退化を判断するように構成され得る。

例えば、図３の実施形態において、制御部１３０は、第１命令ラインＣ１、第２命令ラインＣ２及び第３命令ラインのうちどのラインを通じてターンオン命令を送信するかによって、バッテリーモジュール１０に備えられたすべてのバッテリーセルを放電及び充電することができる。この場合、制御部１３０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３がそれぞれ充電される過程で、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの退化を判断することができる。

具体的には、図３の実施形態において、制御部１３０は、第１命令ラインＣ１を通じてターンオン命令を送信し得る。そして、制御部１３０は、充電セルである第２バッテリーセルＢ２の退化を判断し得る。その後、制御部１３０は、第３命令ラインＣ３を通じてターンオン命令を送信し得る。そして、制御部１３０は、充電セルである第１バッテリーセルＢ１の退化を判断し得る。

すなわち、バッテリー管理装置１００は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのそれぞれに備えられたスイッチの動作状態を制御することで、複雑な回路構成がなくても、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの退化を判断することができる。

また、バッテリー管理装置１００は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃに備えられたスイッチを独立的に制御できるため、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの退化を選択的且つ独立的に判断することができる。

制御部１３０は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃに備えられたスイッチの動作状態を順次にターンオン状態に制御するように構成され得る。

制御部１３０は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃの識別番号順に複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃに備えられたスイッチの動作状態を制御することができる。例えば、制御部１３０は、第１命令ラインＣ１、第２命令ラインＣ２及び第３命令ラインＣ３を通じて第１コンバータ１２０ａ、第２コンバータ１２０ｂ及び第３コンバータ１２０ｃに備えられたスイッチの動作状態を順次に制御することができる。

また、制御部１３０は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃが重複して制御されないように、順次に制御することができる。すなわち、この場合の順次的な制御とは、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのそれぞれに備えられたスイッチが重ならずに一回ずつ制御されることを意味し得る。例えば、図３の実施形態において、制御部１３０が第１命令ラインＣ１を通じてターンオン命令を数回送信し、第２命令ラインＣ２及び第３命令ラインＣ３を通じてターンオン命令を１回のみ送信したと仮定すれば、第１バッテリーセルＢ１と第２バッテリーセルＢ２と第３バッテリーセルＢ３との間で容量及び退化程度がばらつくことになる。したがって、制御部１３０は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのそれぞれに備えられたスイッチに対して、１回ずつ重ならないようにターンオン命令を送信するように構成され得る。

望ましくは、図３の実施形態において、制御部１３０は、第１命令ラインＣ１を通じてターンオン信号を出力し、第１コンバータ１２０ａに備えられたスイッチの動作状態をターンオン状態に制御し得る。そして、制御部１３０は、所定の時間が経過した後、第１命令ラインＣ１を通じてターンオフ信号を出力し、第１コンバータ１２０ａに備えられたスイッチの動作状態をターンオフ状態に制御し得る。

その後、制御部１３０は、第２命令ラインＣ２を通じてターンオン信号を出力し、第２コンバータ１２０ｂに備えられたスイッチの動作状態をターンオン状態に制御し得る。そして、制御部１３０は、所定の時間が経過した後、第２命令ラインＣ２を通じてターンオフ信号を出力し、第２コンバータ１２０ｂに備えられたスイッチの動作状態をターンオフ状態に制御し得る。

最後に、制御部１３０は、第３命令ラインＣ３を通じてターンオン信号を出力し、第３コンバータ１２０ｃに備えられたスイッチの動作状態をターンオン状態に制御し得る。そして、制御部１３０は、所定の時間が経過した後、第３命令ラインＣ３を通じてターンオフ信号を出力し、第３コンバータ１２０ｃに備えられたスイッチの動作状態をターンオフ状態に制御し得る。

すなわち、制御部１３０は、所定の時間間隔を置いてそれぞれ異なる命令ラインを通じてターンオン信号を連続的に出力することで、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのそれぞれに備えられたスイッチの動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御することができる。

このように、制御部１３０が複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃに備えられたスイッチの動作状態を順次に制御する場合、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のそれぞれは少なくとも１回ずつ充電及び放電を行うことができる。すなわち、制御部１３０による順次制御によって、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３の充電及び放電回数が同等に維持されるため、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３の性能のバラツキを最小化することができる。

また、制御部１３０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの退化を判断するように構成され得る。

具体的には、制御部１３０は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃの内部に備えられたスイッチの動作状態を順次に制御し、対応する充電セルの退化を判断することができる。

例えば、上述した実施形態のように、制御部１３０が第１命令ラインＣ１を通じてターンオン信号を出力した場合、第１コンバータ１２０ａによって第２バッテリーセルＢ２が充電されるため、制御部１３０は第２バッテリーセルＢ２の退化を判断し得る。そして、制御部１３０は、第１命令ラインＣ１を通じてターンオフ信号を出力し得る。

その後、制御部１３０が所定の時間間隔を置いて、第２命令ラインＣ２を通じてターンオン信号を出力した場合、第２コンバータ１２０ｂによって第３バッテリーセルＢ３が充電されるため、制御部１３０は第３バッテリーセルＢ３の退化を判断し得る。そして、制御部１３０は、第２命令ラインＣ２を通じてターンオフ信号を出力し得る。

最後に、制御部１３０が所定の時間間隔を置いて、第３命令ラインＣ３を通じてターンオン信号を出力した場合、第３コンバータ１２０ｃによって第１バッテリーセルＢ１が充電されるため、制御部１３０は第１バッテリーセルＢ１の退化を判断し得る。そして、制御部１３０は、第３命令ラインＣ３を通じてターンオフ信号を出力し得る。

すなわち、制御部１３０は、複数の命令ラインを通じてターンオン信号を順次に出力することで、バッテリーモジュール１０に備えられた複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの退化を順次に判断することができる。

バッテリー管理装置１００は、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのそれぞれに備えられたスイッチを制御する信号を順次に出力し、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３の性能のバラツキを最小化しながら、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの退化を独立的に判断することができる。

制御部１３０は、所定の時間毎に複数のコンバータのうち一つの対象コンバータを選択するように構成され得る。

すなわち、制御部１３０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３全体に対する退化判断が終了する前に、一部のバッテリーセルに対する退化判断が重複して行われないように、対象コンバータを選択することができる。

例えば、制御部１３０は、別途のフラグを設定して、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃのうち退化が判断されたコンバータを確認し、退化が判断されていないコンバータから対象コンバータを選択するように構成され得る。具体的には、制御部１３０は、退化が判断されていないコンバータに対するフラグを０に設定し、退化が判断されたコンバータに対するフラグを１に設定し得る。そして、制御部１３０は、フラグが０に設定されたコンバータのうち対象コンバータを選択することができる。

そして、制御部１３０は、選択された対象コンバータに備えられたスイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。

例えば、図３の実施形態において、第１コンバータ１２０ａ、第２コンバータ１２０ｂ及び第３コンバータ１２０ｃがいずれも予め選択されなかったと仮定する。制御部１３０は、第１コンバータ１２０ａ、第２コンバータ１２０ｂ及び第３コンバータ１２０ｃのうち、任意またはコンバータ識別番号によって、第１コンバータ１２０ａを対象コンバータとして選択し得る。そして、制御部１３０は、対象コンバータである第１コンバータ１２０ａに対応する第１命令ラインＣ１を通じてターンオン信号を送信することで、第１コンバータ１２０ａに備えられたスイッチの動作状態をターンオン状態に制御し得る。

バッテリー管理装置１００は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３の退化を判断するとき、それぞれのバッテリーセルの充電及び放電回数を同等に維持するため、複数のコンバータ１２０ａ～１２０ｃを同じ回数で制御することができる。したがって、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３間の性能のバラツキが少なくなり、最終的にはバッテリーモジュール１０の効率を最大に発揮することができる。

以下、図４を参照して、コンバータの内部構成について具体的に説明する。

図４は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００のコンバータ１２０とバッテリーセルとの接続構成を示した図である。

具体的には、図４は、第１バッテリーセルＢ１と第２バッテリーセルＢ２と第１コンバータ１２０ａとが接続された接続構成を示した図である。

より具体的には、図４を参照すると、第１コンバータ１２０ａは、第１ラインＣＬ１を通じて第１バッテリーセルＢ１の正極端子と接続され、第２ラインＣＬ２を通じて第１バッテリーセルＢ１の負極端子と接続され得る。また、第１コンバータ１２０ａは、第３ラインＣＬ３を通じて第２バッテリーセルＢ２の正極端子と接続され、第４ラインＣＬ４を通じて第２バッテリーセルＢ２の負極端子と接続され得る。

コンバータ１２０は、スイッチＳＷと充電セルに対応する放電セルと第１インダクタＬ１とが直列で接続された第１回路を含むように構成され得る。

例えば、図４の実施形態において、第１バッテリーセルＢ１とスイッチＳＷと第１インダクタＬ１とが直列で接続された閉回路が第１回路であり得る。すなわち、第１回路に接続された第１バッテリーセルＢ１は、ＤＣ電流を第１コンバータ１２０ａに出力する放電セルであり得る。

図４の実施形態を参照すると、スイッチＳＷの一端は第１バッテリーセルＢ１の正極端子に直接接続され、他端は第１インダクタＬ１の一端に直接接続され得る。そして、第１インダクタＬ１の他端は第１バッテリーセルＢ１の負極端子に直接接続され、第１回路は閉回路を形成し得る。ただし、図４の実施形態は、第１回路の一例であるため、スイッチＳＷは第１インダクタＬ１と第１バッテリーセルＢ１の負極端子との間に配置されることもあり得る。

また、コンバータ１２０は、充電セルと第１インダクタＬ１に対応する第２インダクタＬ２とが直列で接続された第２回路を含むように構成され得る。

すなわち、図４の実施形態において、第２バッテリーセルＢ２と第２インダクタＬ２とが接続された回路が第２回路であり得る。

具体的には、第２回路には、第２インダクタＬ２で発生する誘導起電力による電流の流れを制御するための第１ダイオードＤ１が備えられ得る。ここで、第１ダイオードＤ１は、第２インダクタＬ２と第２バッテリーセルＢ２の正極端子との間で、第２バッテリーセルＢ２の正極端子側を順方向にして第２回路上に配置され得る。

第２回路は、スイッチＳＷの動作状態がターンオン状態に制御された場合、第１インダクタＬ１によって誘導された第２インダクタＬ２の誘導起電力を用いて充電セルを充電するように構成され得る。

例えば、第１インダクタＬ１は１次コイルであり、第２インダクタＬ２は２次コイルであり得る。したがって、１次コイルである第１インダクタＬ１を流れる電流の変化によって２次コイルである第２インダクタＬ２に誘導起電力が誘導され得る。第２回路は、第２インダクタＬ２の誘導起電力によって発生した電流を用いて充電セルを充電することができる。

具体的には、第１回路のスイッチＳＷの動作状態がターンオン状態に制御されれば、第１回路に備えられたバッテリーセルは放電し得る。この場合、バッテリーセルから出力された電流が第１インダクタＬ１に流れ、第１インダクタＬ１の周辺には磁場が形成され得る。第１インダクタＬ１と第２インダクタＬ２とは相互の周辺に形成される磁場の影響を受けることができる距離に配置され得る。

したがって、第１インダクタＬ１の周辺に形成された磁場が第２インダクタＬ２に影響を及ぼすため、第２インダクタＬ２には誘導起電力が誘導され得る。そして、誘導された第２インダクタＬ２の誘導起電力によって第２回路には電流が流れることになる。このとき、第２回路に流れる電流の方向は第１ダイオードＤ１の順方向であり得る。したがって、誘導された第２インダクタＬ２の誘導起電力によって発生した電流は、第２バッテリーセルＢ２の正極端子側に印加され、第２バッテリーセルＢ２を充電することができる。

第１回路に備えられたスイッチＳＷの動作状態に応じて第１回路及び第２回路に流れる電流方向について、図５を参照してより具体的に説明する。

図５は、第１回路に備えられたスイッチＳＷの動作状態がターンオン状態であるときの電流の流れを示した図である。

図５を参照すると、第１回路のスイッチＳＷの動作状態がターンオン状態に制御されれば、第１回路に備えられた第１バッテリーセルＢ１は放電し得る。この場合、バッテリーセルから出力された電流が第１インダクタＬ１に流れ、第１インダクタＬ１の周辺には磁場が形成され得る。

第１回路の電流方向を参照すれば、第１インダクタＬ１の周辺に形成された磁場の方向は第１回路に流れる電流方向であり得る。すなわち、第１バッテリーセルＢ１の負極端子と接続された第１インダクタＬ１の他端の磁性がＮであり、スイッチＳＷの他端と接続された第１インダクタＬ１の一端の磁性がＳであり得る。

第１インダクタＬ１の周辺に形成された磁場によって第２インダクタＬ２の周辺にも磁場が形成され得る。

そして、第２インダクタＬ２には、第１インダクタＬ１の周辺に形成された磁場の影響を受けて、誘導起電力が誘導され得る。

すなわち、図５を参照すると、第１回路には第１バッテリーセルＢ１から出力された放電電流が流れ得る。そして、第２回路には、第２インダクタＬ２の誘導起電力によって発生して第２バッテリーセルＢ２を充電する充電電流が流れ得る。この場合、充電電流は第２バッテリーセルＢ２の正極端子に向かって流れ得る。

また、第２回路は、第２インダクタＬ２で発生する誘導起電力による電流を平滑化するためのキャパシタＣ及び複数の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ_ｏｕｔを含むことができる。ここで、キャパシタＣは、第２バッテリーセルＢ２または第２インダクタＬ２と並列で接続され得る。また、複数の抵抗のうちＲ１、Ｒ２は、第２バッテリーセルＢ２または第２インダクタＬ２と並列で接続され得る。そして、Ｒ_ｏｕｔは第２バッテリーセルＢ２に直列で接続され得る。

本発明のこのような構成によれば、第２回路に備えられたキャパシタＣ及び複数の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ_ｏｕｔによって第２回路を流れる電流が平滑化され、第２回路に流れる電流に含まれたノイズを除去することができる。

結論的に、第２回路は、第２インダクタＬ２の誘導起電力によって発生した電流を用いて、第１ダイオードＤ１を通って第２バッテリーセルＢ２を充電することができる。

第２回路は、第２インダクタＬ２と充電セルとの間に直列で接続された第３インダクタＬ３をさらに含むように構成され得る。

図４の実施形態において、第３インダクタＬ３の一端は第１ダイオードＤ１の他端に接続され、第３インダクタＬ３の他端は第２バッテリーセルＢ２の正極端子側に接続され得る。

したがって、図５を参照すると、第１回路に備えられたスイッチＳＷがターンオン状態に制御された場合、第３インダクタＬ３には第３インダクタＬ３の一端から他端方向に電流が流れ得る。望ましくは、第２インダクタＬ２のインダクタンスは、第３インダクタＬ３のインダクタンス以上であり得る。より望ましくは、第２インダクタＬ２のインダクタンスは、第３インダクタＬ３のインダクタンスよりも大きいものであり得る。

また、第２回路は、スイッチＳＷの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に変更された場合、第２インダクタＬ２の誘導起電力の変化によって誘導された第３インダクタＬ３の誘導起電力を用いて充電セルを充電するように構成され得る。

具体的には、第１回路に備えられたスイッチＳＷの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に変更されれば、第１回路に電流が流れないため、第１インダクタＬ１の周辺に形成された磁場が消える。この場合、電磁的慣性によって第２インダクタＬ２の誘導起電力が変化し、第１ダイオードＤ１によって第２インダクタＬ２の誘導起電力による電流が第２回路を流れなくなり得る。

そして、電磁的慣性によって第３インダクタＬ３の誘導起電力が誘導され得る。第２回路は、誘導された第３インダクタＬ３の誘導起電力による電流を充電セルの正極端子に印加することで、充電セルを充電することができる。すなわち、スイッチＳＷの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に変更されれば、第３インダクタＬ３は保存した電力を充電セルに出力することができる。したがって、第２回路は第３インダクタＬ３の誘導起電力を用いて充電セルを充電することができる。

第１回路に備えられたスイッチＳＷの動作状態に応じて電流が第１回路及び第２回路を流れる構成について、図６を参照してより具体的に説明する。

図６は、図４の接続構成において、第１回路に備えられたスイッチＳＷの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に変更されたときの電流の流れを示した図である。

図６を参照すると、第２回路は、第２ダイオードＤ２をさらに含むことができる。第２ダイオードＤ２は、第１ダイオードＤ１の他端と第３インダクタＬ３の一端と間に一端が接続され、第２インダクタＬ２の他端と第２バッテリーセルＢ２の負極端子との間に他端が接続され得る。すなわち、第２ダイオードＤ２は第２インダクタＬ２及び第２バッテリーセルＢ２と並列で接続され、第２ダイオードＤ２の順方向は第３インダクタＬ３及び第２バッテリーセルＢ２の正極端子に向かう方向であり得る。

第１回路に備えられたスイッチＳＷがターンオフ状態に変更された場合、第１回路には電流が流れなくなる。そして、電磁的慣性によって、第２インダクタＬ２の誘導起電力の高電位と低電位とが互いに変わり得る。すなわち、第１ダイオードＤ１の一端に接続された第２インダクタＬ２の一端側が低電位に、第２インダクタＬ２の他端側が高電位に切り換えられ得る。この場合、第１ダイオードＤ１によって、第２インダクタＬ２の誘導起電力による電流が第２回路上に流れなくなり得る。

一方、スイッチＳＷの動作状態がターンオン状態であるとき、第３インダクタＬ３には第３インダクタＬ３の一端から他端方向に電流が流れ得る。その後、スイッチＳＷの動作状態がターンオフ状態に変更され、第２インダクタＬ２の誘導起電力による電流が第２回路に流れなくなった場合、電磁的慣性によって第３インダクタＬ３の誘導起電力が誘導され得る。この場合、第１ダイオードＤ１の他端と接続された第３インダクタＬ３の一端側が低電位であり、第３インダクタＬ３の他端側が高電位であり得る。したがって、第３インダクタＬ３は、保存した電力を第２バッテリーセルＢ２に出力でき、このときの電流の方向は、図６に示されたように、第２ダイオードＤ２の順方向と同じ方向であり得る。

このように、第１回路のスイッチＳＷがターンオフ状態に制御されても、第３インダクタＬ３によって電流を充電セルに供給することができる。すなわち、図６の実施形態において、第３インダクタＬ３の誘導起電力による電流が第２バッテリーセルＢ２の正極端子に印加され、第２バッテリーセルＢ２が充電できる。ただし、スイッチＳＷの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に変更された場合、スイッチＳＷの動作状態がターンオン状態である場合より、第２バッテリーセルＢ２に印加される充電電流の大きさは徐々に減少し得る。

本発明のこのような実施構成によるバッテリー管理装置１００によれば、複数のインダクタＬ１～Ｌ３及び誘導起電力を用いて充電セルが充電されるため、充電電流の急激な変化を防止することができる。したがって、急激に変化する充電電流の印加によって充電セルが退化することを防止することができる。

また、本発明のこのような実施構成によるバッテリー管理装置１００は、充電電流の急激な変化を防止することで、充電セルの退化判断の正確度及び信頼度を向上させることができる。

測定部１１０は、充電セルに対する充電電流を測定するように構成され得る。

例えば、図４の実施形態において、測定部１１０は、第２回路に備えられた抵抗Ｒ_ｏｕｔの両端電圧を測定し得る。そして、測定部１１０は、抵抗Ｒ_ｏｕｔの抵抗値及び抵抗Ｒ_ｏｕｔの両端電圧差に基づいて、第２バッテリーセルＢ２に印加される充電電流を算出し得る。

他の例として、図４の実施形態において、測定部１１０は、第２回路に備えられた第２抵抗Ｒ２の両端電圧を測定し得る。そして、測定部１１０は、第２抵抗Ｒ２の抵抗値及び第２抵抗Ｒ２の両端電圧差に基づいて、第２バッテリーセルＢ２に印加される充電電流を算出し得る。

さらに他の例として、図４の実施形態において、第２回路には電流計がさらに備えられ得る。望ましくは、電流計は、抵抗Ｒ_ｏｕｔと第２バッテリーセルＢ２の正極端子との間に直列で接続され得る。測定部１１０は、第２回路に備えられた電流計を通じて、第２バッテリーセルＢ２に印加される充電電流を測定し得る。

制御部１３０は、測定部１１０によって測定された充電電流の大きさが所定の電流範囲内に含まれるようにスイッチＳＷの動作状態を制御するように構成され得る。

図５及び図６を参照してスイッチＳＷの動作状態に応じて充電セルに印加される充電電流の流れを上述した。

以下、図７を参照して、スイッチＳＷの動作状態に応じた充電電流の変化量を説明する。

図７は、図５及び図６に示された電流の流れの例示において、時間に応じた電流の変化を示した図である。

図７を参照すると、０（ｓ）は制御部１３０が命令ラインを通じてスイッチＳＷにターンオン命令を送信した時点に該当する。

０（ｓ）からｔ１（ｓ）の間の電流の大きさの変化は、スイッチＳＷの動作状態がターンオフ状態からターンオン状態に制御された後の充電電流の大きさ変化に該当する。すなわち、制御部１３０が０（ｓ）の時点で命令ラインを通じてスイッチＳＷにターンオン命令を送信すれば、充電セルに印加される充電電流の大きさは０［Ａ］からＩ_ｍａｘ［Ａ］まで徐々に増加する。

すなわち、０（ｓ）からｔ１（ｓ）の間の電流の大きさの変化は、図５に示された実施形態における充電電流の大きさ変化に対応し得る。

ｔ１（ｓ）は、制御部１３０が命令ラインを通じてスイッチＳＷにターンオフ命令を送信した時点に該当する。

ｔ１（ｓ）からｔ２（ｓ）の間の電流の大きさの変化は、スイッチＳＷの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に制御された場合の充電電流の大きさ変化に該当する。すなわち、制御部１３０がｔ１（ｓ）の時点で命令ラインを通じてスイッチＳＷにターンオフ命令を送信すれば、充電セルに印加される充電電流の大きさはＩ_ｍａｘ［Ａ］からＩ_ｍｉｎ［Ａ］まで徐々に減少する。

すなわち、ｔ１（ｓ）からｔ２（ｓ）の間の電流の大きさの変化は、図６に示された実施形態における充電電流の大きさ変化に対応し得る。

ｔ２（ｓ）は、制御部１３０が命令ラインを通じてスイッチＳＷにターンオン命令を送信した時点に該当する。

ｔ２（ｓ）からｔ３（ｓ）の間の電流の大きさの変化は、スイッチＳＷの動作状態がターンオフ状態からターンオン状態に制御された場合の充電電流の大きさ変化に該当する。すなわち、制御部１３０が命令ラインを通じてスイッチＳＷにターンオン命令を送信すれば、充電セルに印加される充電電流の大きさはＩ_ｍｉｎ［Ａ］からＩ_ｍａｘ［Ａ］まで徐々に増加する。

図７の実施形態を参照すると、制御部１３０は、充電セルに印加される充電電流の大きさが所定の電流範囲内、例えば、Ｉ_ｍｉｎ［Ａ］～Ｉ_ｍａｘ［Ａ］の範囲内に含まれるように、コンバータ１２０の内部に備えられたスイッチＳＷの動作状態を制御することができる。

望ましくは、制御部１３０は、充電電流の大きさが所定の電流範囲内に含まれて一定の大きさを維持するように、充電電流の大きさが所定の電流範囲の上限値（Ｉ_ｍａｘ）に到達すれば、命令ラインを通じてスイッチＳＷにターンオフ命令を送信し得る。また、制御部１３０は、充電電流の大きさが所定の電流範囲の下限値（Ｉ_ｍｉｎ）に到達すれば、命令ラインを通じてスイッチＳＷにターンオン命令を送信し得る。すなわち、備えられた複数のインダクタＬ１～Ｌ３によって、スイッチＳＷの状態がターンオンまたはターンオフに制御されても、充電電流の大きさが緩く増減するため、充電電流の大きさが所定の電流範囲内に含まれ得る。

このように、制御部１３０は、コンバータ１２０の内部に備えられたスイッチＳＷの動作状態を制御することで、充電電流の大きさを一定範囲内で一定に維持することができる。また、充電電流の大きい変化が防止されて一定範囲内に維持されるため、制御部は、電流変化率は考慮せず、所定の時間における充電セルの電圧変化率を算出することで、充電セルの内部抵抗値、換言して退化率を容易に把握することができる。

オームの法則によれば、充電電流の大きさが一定に維持される状況で、電圧は抵抗値に比例する。したがって、充電セルの内部抵抗値が増加すれば、充電セルの電圧変化率も基準比率より増加したと判断し得る。

したがって、制御部１３０は、充電電流の大きさを比較的に一定に維持することで、測定される充電セルの電圧変化率を基準比率と比較し、その結果に基づいて充電セルの内部抵抗値を推定することができる。例えば、充電電流の大きさが一定に維持され、基準比率が８％であると仮定する。所定の時間にわたって測定された充電セルの電圧変化率が１０％であれば、制御部１３０は、充電セルが退化し、充電セルの内部抵抗値がＢＯＬ状態のバッテリーセルよりも約２％ほど増加したと推定し得る。

したがって、バッテリー管理装置１００は、複数のインダクタＬ１～Ｌ３を備えることで、充電電流の急激な変化を防止することができる。

また、バッテリー管理装置１００は、充電電流の大きさが一定に維持されるようにスイッチＳＷを制御することで、別途の装置を備えなくても、バッテリーセルの電圧変化量を通じてバッテリーセルの内部抵抗値を推定することができる。したがって、バッテリーセルの退化を判断できるだけでなく、バッテリーセルの内部抵抗値が一緒に推定され、バッテリーセルの退化判断の正確度及び信頼度を向上させることができる。

図８は、本発明の他の実施形態によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１を概略的に示した図である。

以下、上述したバッテリー管理装置１００と区別される部分について説明し、重なる説明は省略する。

一方、図８に示された第４コンバータ１２０ｄは、上述した第１コンバータ１２０ａ、第２コンバータ１２０ｂ及び第３コンバータ１２０ｃと区別されるコンバータを称するものである。したがって、図８の実施形態によるバッテリー管理装置１００には、上述した第１コンバータ１２０ａ、第２コンバータ１２０ｂ及び第３コンバータ１２０ｃが備えられなくてもよい。同様に、第１３ラインＣＬ１３、第１４ラインＣＬ１４、第１５ラインＣＬ１５及び第１６ラインＣＬ１６も上述した第１ラインＣＬ１～第１２ラインＣＬ１２と区別されるラインを称するものである。また、同様に、第４命令ラインＣ４も、上述した第１命令ラインＣ１～第３命令ラインＣ３と区別されるラインを称するものである。

図１及び図８を参照すると、バッテリー管理装置１００は、セル選択部１４０をさらに含むことができる。

セル選択部１４０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３とコンバータ１２０との間に接続されるように構成され得る。

セル選択部１４０は、一側にバッテリーモジュール１０に備えられた複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３がそれぞれ接続され、他側にコンバータ１２０が接続され得る。この場合、バッテリー管理装置１００には一つのコンバータ１２０が含まれ得る。

望ましくは、セル選択部１４０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれに対して少なくとも２本のラインを通じて接続され得る。すなわち、セル選択部１４０は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの正極端子及び負極端子とそれぞれ接続され得る。

例えば、図８の実施形態において、セル選択部１４０は、第１セル選択ラインＣＳ１及び第２セル選択ラインＣＳ２を通じて第１バッテリーセルＢ１の正極端子及び負極端子と接続され得る。そして、セル選択部１４０は、第３セル選択ラインＣＳ３及び第４セル選択ラインＣＳ４を通じて第２バッテリーセルＢ２の正極端子及び負極端子と接続され得る。そして、セル選択部１４０は、第５セル選択ラインＣＳ５及び第６セル選択ラインＣＳ６を通じて第３バッテリーセルＢ３の正極端子及び負極端子と接続され得る。

また、図８を参照すると、セル選択部１４０は、第４コンバータ１２０ｄと総４本のラインを通じて接続され得る。ここで、２本のラインは第４コンバータ１２０ｄの第１回路と接続され、残り２本のラインは第２回路と接続され得る。具体的には、セル選択部１４０は、第１３ラインＣＬ１３及び第１４ラインＣＬ１４を通じてコンバータ１２０の第１回路と接続され、第１５ラインＣＬ１５及び第１６ラインＣＬ１６を通じて第４コンバータ１２０ｄの第２回路と接続され得る。

セル選択部１４０は、制御部１３０からセル選択命令を受信するように構成され得る。

図８を参照すると、制御部１３０は、セル選択命令ラインＳを通じてセル選択部１４０にセル選択命令を送信することができる。

例えば、制御部１３０は、セル選択命令ラインＳを通じて、放電セルとして第１バッテリーセルＢ１を接続し、充電セルとして第２バッテリーセルＢ２を接続する旨の命令をセル選択部１４０に送信し得る。

セル選択部１４０は、受信したセル選択命令に従って複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のうち一部バッテリーセルをコンバータ１２０に接続するように構成され得る。

具体的には、セル選択部１４０は、内部に複数の接続スイッチを含むことができる。セル選択部１４０は、受信したセル選択命令に従って複数の接続スイッチの動作状態をそれぞれ制御し、セル選択命令に対応する一部バッテリーセルをコンバータ１２０に接続させることができる。

例えば、上述した実施形態のように、制御部１３０が放電セルとして第１バッテリーセルＢ１を接続し、充電セルとして第２バッテリーセルＢ２を接続する旨のセル選択命令をセル選択部１４０に送信したと仮定する。この場合、セル選択部１４０は、第４コンバータ１２０ｄの第１回路に第１バッテリーセルＢ１を接続するため、内部的に第１３ラインＣＬ１３と第１セル選択ラインＣＳ１とを接続し、第１４ラインＣＬ１４と第２セル選択ラインＣＳ２とを接続し得る。そして、セル選択部１４０は、第４コンバータ１２０ｄの第２回路に第２バッテリーセルＢ２を接続するため、内部的に第１５ラインＣＬ１５と第３セル選択ラインＣＳ３とを接続し、第１６ラインＣＬ１６と第４セル選択ラインＣＳ４とを接続し得る。

セル選択部１４０によって第１バッテリーセルＢ１及び第２バッテリーセルＢ２がコンバータ１２０に接続された場合の電流の流れについて、図９を参照して説明する。

図９は、図８に示されたバッテリーパック１において、電流の流れの例示を示した図である。

図９を参照すると、第４コンバータ１２０ｄの第１回路に接続された第１バッテリーセルＢ１は放電し、第４コンバータ１２０ｄの第２回路に接続された第２バッテリーセルＢ２は第１バッテリーセルＢ１の放電によって誘導された起電力によって充電される。

その後、制御部１３０は、第４命令ラインＣ４を通じて第４コンバータ１２０ｄの内部に備えられたスイッチＳＷの動作状態をターンオンまたはターンオフに制御し、充電セルである第２バッテリーセルＢ２の退化を判断できる。また、制御部１３０は、充電電流の大きさを所定の電流範囲内に含まれるように維持することで、第２バッテリーセルＢ２の内部抵抗値を推定することもできる。

すなわち、バッテリー管理装置１００は、セル選択部１４０をさらに含むことで、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のうち制御部１３０によって選択されたバッテリーセルをコンバータ１２０に接続させ得る。すなわち、バッテリー管理装置１００は、予め決められたバッテリーセルの順序に従って複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のそれぞれをコンバータ１２０に接続せず、放電セル及び充電セルに対する多様な組合せを選択して対応するバッテリーセルとコンバータ１２０とを接続させ得る。

したがって、バッテリー管理装置１００は、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のうち一部バッテリーセルの退化を選択的に判断できるため、バッテリーセルの退化判断を弾力的に行うことができる。

本発明によるバッテリー管理装置１００は、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）に適用され得る。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリー管理装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリー管理装置１００の各構成要素のうち少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完又は追加することで具現され得る。例えば、測定部１１０、コンバータ１２０、制御部１３０及びセル選択部１４０はＢＭＳの構成要素として具現され得る。また、ＢＭＳはバッテリー管理装置１００の各構成要素のうち少なくとも一つ以上を用いて、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３のバランシングを行うか、または、複数のバッテリーセルＢ１～Ｂ３それぞれの絶縁抵抗を診断し得る。

また、本発明によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１に備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック１は、上述したバッテリー管理装置１００を含み得る。ここで、バッテリーパック１は、一つ以上のバッテリーセルが含まれたバッテリーモジュール１０、バッテリー管理装置１００、電装品（リレー、ヒューズなど）及びケースなどを含み得る。

上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態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形態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形態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、上述した実施形態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形態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。

１：バッテリーパック
１０：バッテリーモジュール
１００：バッテリー管理装置
１１０：測定部
１２０：コンバータ
１２０ａ：第１コンバータ
１２０ｂ：第２コンバータ
１２０ｃ：第３コンバータ
１２０ｄ：第４コンバータ
１３０：制御部
１４０：セル選択部
Ｂ１：第１バッテリーセル
Ｂ２：第２バッテリーセル
Ｂ３：第３バッテリーセル

Claims (8)

1. 複数のバッテリーセルそれぞれの電圧を測定するように構成された測定部と、
   前記複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルと接続され、内部に備えられたスイッチの動作状態に応じて接続されたバッテリーセルの間の充放電経路を形成するように構成されたコンバータと、
   前記測定部から前記複数のバッテリーセルそれぞれの電圧値を受信し、前記コンバータに備えられたスイッチの動作状態を制御し、前記スイッチの動作状態を制御することで前記コンバータによって充電される充電セルの電圧変化率を、前記受信した電圧値に基づいて算出し、算出した電圧変化率に基づいて前記充電セルの退化を判断するように構成された制御部と、を含み、
   前記コンバータは、
   前記スイッチと前記充電セルに対応する放電セルと第１インダクタとが直列で接続された第１回路と、前記充電セルと前記第１インダクタに対応する第２インダクタとが直列で接続された第２回路と、を含み、
   前記第２回路は、
   前記スイッチの動作状態がターンオン状態に制御された場合、前記第１インダクタによって誘導された前記第２インダクタの誘導起電力を用いて前記充電セルを充電するように構成され、
   前記第２回路は、
   前記第２インダクタと前記充電セルとの間に直列で接続された第３インダクタをさらに含み、
   前記スイッチの動作状態がターンオン状態からターンオフ状態に変更された場合、前記第２インダクタの誘導起電力の変化によって誘導された第３インダクタの誘導起電力を用いて前記充電セルを充電するように構成された
   バッテリー管理装置。
2. 前記制御部は、
   前記測定部から前記充電セルの初期電圧値を取得し、所定の時間における前記初期電圧値に基づいた前記充電セルの電圧変化率を算出し、算出した電圧変化率と基準比率とを比較した結果に応じて前記充電セルの退化を判断するように構成された、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
3. 前記コンバータは、
   前記複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルと接続されるように複数個備えられ、
   前記制御部は、
   複数のコンバータのそれぞれに備えられたスイッチの動作状態を制御し、前記複数のコンバータによって充電される充電セルそれぞれの退化を判断するように構成された、請求項１または２に記載のバッテリー管理装置。
4. 前記制御部は、
   前記複数のコンバータに備えられたスイッチの動作状態を順次にターンオン状態に制御し、前記複数のバッテリーセルそれぞれの退化を判断するように構成された、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
5. 前記制御部は、
   所定の時間毎に前記複数のコンバータのうち一つの対象コンバータを選択し、選択された対象コンバータに備えられたスイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成された、請求項４に記載のバッテリー管理装置。
6. 前記測定部は、
   前記充電セルに対する充電電流を測定するように構成され、
   前記制御部は、
   前記測定部によって測定された充電電流の大きさが所定の電流範囲内に含まれるように前記スイッチの動作状態を制御するように構成された、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
7. 前記複数のバッテリーセルと前記コンバータとの間に接続され、前記制御部からセル選択命令を受信し、受信したセル選択命令に従って前記複数のバッテリーセルのうち一部のバッテリーセルを前記コンバータに接続させるように構成されたセル選択部をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含むバッテリーパック。

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