JP7368062B2

JP7368062B2 - 充電管理装置、充電管理方法及び電気車両

Info

Publication number: JP7368062B2
Application number: JP2022546374A
Authority: JP
Inventors: リー、サン－レ
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2041-10-07
Also published as: US20230050979A1; EP4105069A4; KR20220055366A; CN115038612A; EP4105069A1; JP2023511753A; WO2022092612A1; CN115038612B

Description

本発明は、バッテリーの充電プロセスを管理する技術に関する。

本出願は、２０２０年１０月２６日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１３９７５８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。

内燃機関車両では、特定機能（例えば、冷却）を担当する電気負荷（例えば、冷却器）の駆動のためにはエンジンからの回転力が必須である。例えば、内燃機関を用いる冷凍トラックの場合、エンジンの回転力によって圧縮機が冷媒を圧縮することで、冷却機能を発揮することができる。したがって、内燃機関車両のエンジンが止まった状態では特定機能も遮断される。

電気車両は、通常の運用状況では、自体的に備えられたバッテリーパックから供給される電力を用いて電気負荷を駆動することで、エンジンが止まった間にも特定機能が可能であるため、上述した内燃機関車両の短所を解消することができる。

電気車両が充電器に接続される場合、バッテリーパックの充電が開始されると同時に、電気負荷はバッテリーパックの代わりに充電器から供給される電力によって駆動される。充電中に特定機能の維持のためには、充電器からの電力が電気負荷に継続的に供給されなければならない。ただし、バッテリーパックが完全に充電された後にも充電器が電力を供給し続ける場合、バッテリーパックの過充電のおそれがある。バッテリーパックの過充電を防止しようとしてバッテリーパックを充電器から分離すると、バッテリーパックの電圧がそれ以上検出されないため、充電器は電力供給を中断し、結果的に電気車両に備えられた電気負荷の特定機能が維持できなくなる。
［先行技術文献］
［特許文献］
[特許文献１] 韓国公開特許公報１０－２０１８－００９３３２２号
[特許文献２] 韓国公開特許公報１０－２０１６－００９９３５７号
[特許文献３] 韓国公開特許公報１０－２０１４－０１０９０８６号
[特許文献４] 米国出願公開公報第２０１５／０２３１９７６号明細書
[特許文献５] 特開２０１６－１６３５３４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、電気車両と充電器との接続状態で、バッテリーパックと充電器とを連結する電力ラインの抵抗値を調節することで、バッテリーパックの過充電を防止しながらも電気車両に備えられた電気負荷の特定機能が維持されるように、電気負荷に持続的な充電電力を供給する充電管理装置、充電管理方法及び電気車両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充電管理装置は、充電器に着脱可能に提供される充電コネクタ、バッテリーパック及び前記充電コネクタに接続される電気負荷を含む電気車両のためのものである。前記充電管理装置は、前記バッテリーパックの正極端子と前記充電コネクタの第１充電端子との間に接続される第１メインリレーと、互いに直列で接続されるプリチャージリレー及び抵抗調節回路を備え、前記第１メインリレーに並列で接続される電流調節器と、前記バッテリーパックの電圧を測定するように構成される電圧センサと、前記バッテリーパックの電流を測定するように構成される電流センサと、コントローラと、を含む。前記コントローラは、前記充電コネクタを通じて受信される前記充電器からの充電開始信号に応えて、前記第１メインリレーをターンオフ状態に制御し、前記抵抗調節回路を第１抵抗値に設定し、前記プリチャージリレーをターンオン状態に制御する第１充電プロセスを行うように構成される。前記コントローラは、前記第１充電プロセスの実行中に測定された電圧及び電流のうち少なくとも一つが第１切換条件を満足する場合、前記第１メインリレーをターンオン状態に制御し、前記プリチャージリレーをターンオフ状態に制御する第２充電プロセスを行うように構成される。前記コントローラは、前記第２充電プロセスの実行中に測定された電圧及び電流のうち少なくとも一つが第２切換条件を満足したことに応えて、前記抵抗調節回路を前記第１抵抗値と異なる第２抵抗値に設定し、前記プリチャージリレーをターンオン状態に制御し、前記第１メインリレーをターンオフ状態に制御する第３充電プロセスを行うように構成される。

前記抵抗調節回路は、一端が前記第１充電端子に接続され、前記第１抵抗値を有する第１抵抗素子と、一端が前記第１充電端子に接続され、前記第２抵抗値を有する第２抵抗素子と、前記第１抵抗素子と前記プリチャージリレーとの間に接続される第１選択スイッチと、前記第２抵抗素子と前記プリチャージリレーとの間に接続される第２選択スイッチと、を含み得る。前記コントローラは、前記第１充電プロセスの実行中に、前記第１選択スイッチをターンオン状態に制御し、前記第２選択スイッチをターンオフ状態に制御するように構成され得る。前記コントローラは、前記第３充電プロセスの実行中に、前記第１選択スイッチをターンオフ状態に制御し、前記第２選択スイッチをターンオン状態に制御するように構成され得る。

前記コントローラは、前記第１充電プロセスの実行中に、前記バッテリーパックの電圧が臨界電圧に到達したことに応えて、前記第１切換条件が満足されたと判断するように構成され得る。前記コントローラは、前記第２充電プロセスの実行中に、前記バッテリーパックの電流が臨界電流に到達したことに応えて、前記第２切換条件が満足されたと判断するように構成され得る。

前記充電管理装置は、前記バッテリーパックの負極端子と前記充電コネクタの第２充電端子との間に接続される第２メインリレーをさらに含み得る。

前記コントローラは、前記第１充電プロセス、前記第２充電プロセス及び前記第３充電プロセスの実行中に、前記第２メインリレーをターンオン状態に制御するように構成され得る。

前記充電管理装置は、前記バッテリーパックの電圧が過充電を示す上限電圧に到達するとき、前記電流調節器を通じて流れる充電電流が抑制されるように、前記第１充電端子と前記第２充電端子との間に電流経路を形成するように構成される保護回路をさらに含み得る。

前記保護回路は、ツェナーダイオードと、前記バッテリーパックの正極端子と負極端子との間で前記ツェナーダイオードに直列で接続される第３抵抗素子と、第４抵抗素子と、前記第１充電端子と前記第２充電端子との間で前記第４抵抗素子に直列で接続されるＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）と、を含み得る。前記ツェナーダイオードと前記第３抵抗素子との接続ノードは、前記ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され得る。

前記第２抵抗値は、前記第１抵抗値よりも大きくなり得る。

本発明の他の一態様による電気車両は、上述した充電管理装置を含む。

本発明のさらに他の一態様による充電管理方法は、バッテリーパックの正極端子と充電コネクタの第１充電端子との間に接続される第１メインリレーと、互いに直列で接続されるプリチャージリレー及び抵抗調節回路を備え、前記第１メインリレーに並列で接続される電流調節器と、前記バッテリーパックの電圧を測定するように構成される電圧センサと、前記バッテリーパックの電流を測定するように構成される電流センサと、コントローラと、を含む充電管理装置を用いる。前記充電管理方法は、前記コントローラが、前記充電コネクタを通じて受信される前記充電器からの前記充電開始信号に応えて、前記第１メインリレーをターンオフ状態に制御し、前記抵抗調節回路を第１抵抗値に設定し、前記プリチャージリレーをターンオン状態に制御する第１充電プロセスを行う段階と、前記コントローラが、前記第１充電プロセスの実行中に測定された電圧及び電流のうち少なくとも一つが第１切換条件を満足したことに応えて、前記第１メインリレーをターンオン状態に制御し、前記プリチャージリレーをターンオフ状態に制御する第２充電プロセスを行う段階と、前記コントローラが、前記第２充電プロセスの実行中に測定された電圧及び電流のうち少なくとも一つが第２切換条件を満足したことに応えて、前記抵抗調節回路を前記第１抵抗値と異なる第２抵抗値に設定し、前記プリチャージリレーをターンオン状態に制御し、前記第１メインリレーをターンオフ状態に制御する第３充電プロセスを行う段階と、を含む。

本発明の一態様のうち少なくとも一つによれば、電気車両と充電器との接続状態で、バッテリーパックと充電器とを連結する電力ラインの抵抗値を調節することで、バッテリーパックの過充電を防止しながらも電気車両に備えられた電気負荷の特定機能が維持されるように、電気負荷に持続的な充電電力を供給することができる。

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、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、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。

本発明の第１実施例による充電管理装置を含む電気車両の構成を例示的に示した図である。図１に示された電流調節回路の具現例を示した図である。本発明の第２実施例による充電管理装置を含む電気車両の構成を例示的に示した図である。第１実施例及び第２実施例による充電管理装置によって実行可能な充放電管理方法を例示的に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形態を詳しく説明する。これに先立ち、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辞典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。

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「部（ｕｎｉｔ）」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。

図１は本発明の第１実施例による充電管理装置１００を含む電気車両１の構成を例示的に示した図であり、図２は図１に示された電流調節回路１１１の具現例を示した図である。

図１を参照すると、電気車両１は、バッテリーパック１０、充電コネクタ２０、電気負荷３０及び充電管理装置１００を含む。

バッテリーパック１０は、直列、並列または直並列で接続される複数のバッテリーセル１１を含む。バッテリーセル１１は、例えばリチウムイオンバッテリーセルであり得る。勿論、繰り返して充放電できるものであれば、バッテリーセル１１の種類は特に限定されない。

充電コネクタ２０は、第１充電端子２１、第２充電端子２２及び通信端子２３を備える。充電コネクタ２０は、充電所に設けられた充電器２に着脱可能に提供される。充電器２が充電コネクタ２０に接続すると、充電器２のプラス端子Ｐ＋、マイナス端子Ｐ－及び通信端子Ｃが第１充電端子２１、第２充電端子２２及び通信端子２３にそれぞれ電気的に接続される。

電気負荷３０は、バッテリーパック１０の電力を用いて駆動中に、特定機能を行うように構成される。例えば、電気負荷３０は、圧縮機及び凝縮器を備える冷却装置であり得る。冷却装置は、駆動中に電気車両１の特定空間の温度を所定温度範囲内の低温状態に維持するように構成される。

充電管理装置１００は、第１メインリレーＳＰ、電流調節器１１０、電圧センサ１２０、電流センサ１３０及びコントローラ１４０を含む。充電管理装置１００は、第２メインリレーＳＮをさらに含み得る。

電気車両１は、インバータ及び電気モータを備える追加的な電気負荷（図示せず）をさらに含み得る。インバータは、バッテリーパック１０から供給される直流電力を交流電力に変換して電気モータに供給する。

第１メインリレーＳＰは、バッテリーパック１０の正極端子と第１充電端子２１との間を接続する電力ラインに設けられる。すなわち、第１メインリレーＳＰの第１端と第２端は、バッテリーパック１０の正極端子と第１充電端子２１にそれぞれ連結される。

第２メインリレーＳＮは、バッテリーパック１０の負極端子と第２充電端子２２との間を接続する電力ラインに設けられる。すなわち、第２メインリレーＳＮの第１端と第２端は、バッテリーパック１０の負極端子と第２充電端子２２にそれぞれ連結される。第２メインリレーＳＮは、充電管理装置１００から選択的に省略可能であり、この場合、バッテリーパック１０の負極端子は電気ケーブルなどによって第２充電端子２２に連結された状態で維持される。

電流調節器１１０は、第１メインリレーＳＰまたは第２メインリレーＳＮに並列で接続される。電流調節器１１０は、コントローラ１４０からの命令に従って、電流調節器１１０の両端にかかった抵抗を少なくとも二つの値の間で変更するように構成される。以下では、電流調節器１１０が第１メインリレーＳＰに並列で接続されたと仮定する。

電流調節器１１０は、プリチャージリレーＳＣ及び抵抗調節回路１１１を含む。プリチャージリレーＳＣと抵抗調節回路１１１とは互いに直列で接続される。プリチャージリレーＳＣの一端と他端は、それぞれ抵抗調節回路１１１とバッテリーパック１０の正極端子に連結される。

電圧センサ１２０は、バッテリーパック１０の正極端子と負極端子とに電気的に接続される。電圧センサ１２０は、バッテリーパック１０の両端にかかった電圧を測定し、測定された電圧を示す信号をコントローラ１４０に出力するように構成される。

電流センサ１３０は、バッテリーパック１０と充電コネクタ２０とを連結する電力ラインを通じてバッテリーパック１０に直列で接続される。電流センサ１３０は、バッテリーパック１０を通じて流れる電流を測定し、測定された電流を示す信号をコントローラ１４０に出力するように構成される。

コントローラ１４０は、充電コネクタ２０、第１メインリレーＳＰ、第２メインリレーＳＮ及び電流調節器１１０に動作可能に結合され得る。コントローラ１４０は、電気負荷３０に追加的に動作可能に結合され得る。二つの構成が動作可能に結合されるとは、片方向または両方向に信号を送受信可能に二つの構成が直間接的に接続されていることを意味する。

コントローラ１４０は、制御回路を含み得る。制御回路は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサ、その他の機能を実行するための電気的ユニットのうち少なくとも一つを含んで具現され得る。

コントローラ１４０は、ドライバーＩＣ（ｄｒｉｖｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｈｉｐ）を含み得る。ドライバーＩＣは、制御回路の命令に従って、第１メインリレーＳＰ、第２メインリレーＳＮ及びプリチャージリレーＳＣをそれぞれオンオフ制御するためのスイッチング信号を出力し得る。ドライバーＩＣは、制御回路の命令に従って、抵抗調節回路１１１の各スイッチ（図２のＳＷ１、ＳＷ２）をオンオフ制御するためのスイッチング信号を出力し得る。

コントローラ１４０は、メモリを含み得る。メモリには、後述する方法の実行に必要なプログラム及び各種のデータが保存され得る。メモリは、例えばフラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｄｉｓｋ）、ＳＤＤ（ｓｉｌｉｃｏｎｄｉｓｋｄｒｉｖｅ）、マルチメディアマイクロカード、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃＲＡＭ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）のうち少なくとも一つの形態の保存媒体を含み得る。

コントローラ１４０は、通信回路を含み得る。通信回路は、充電コネクタ２０の通信端子２３に接続され得る。通信回路は、制御回路と充電器２との間の両方向通信のための通信ネットワーク（例えば、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ））を提供する。

コントローラ１４０は、バッテリーパック１０の充電中に、電圧センサ１２０及び電流センサ１３０を用いて、バッテリーパック１０の電圧及び電流を設定時間毎に繰り返して検出し得る。

コントローラ１４０は、充電開始時点から充電中断時点まで第１充電プロセス、第２充電プロセス及び第３充電プロセスを順次に実行し得る。

第１充電プロセスは、充電器２からの充電開始信号に応えて開始される。コントローラ１４０は、第１充電プロセスの実行中、第１メインリレーＳＰをターンオフ状態に制御し、抵抗調節回路１１１を第１抵抗値（例えば、４０Ω）に設定し、プリチャージリレーＳＣをターンオン状態に制御する。充電器２は、第１充電プロセスの実行中、所定の電流レートを有する第１定電流または所定の電圧レベルを有する第１定電圧をバッテリーパック１０に供給し得る。第１抵抗値に設定された抵抗調節回路１１１によって、充電器２からバッテリーパック１０への電流が抑制される。

第２充電プロセスは、第１充電プロセスの実行中、第１切換条件が満足される場合に開始される。すなわち、第１切換条件が満足される場合、第１充電プロセスから第２充電プロセスに切り換えられる。コントローラ１４０は、第２充電プロセスの実行中、第１メインリレーＳＰをターンオン状態に制御し、プリチャージリレーＳＣをターンオフ状態に制御する。プリチャージリレーＳＣがターンオフ状態であるため、抵抗調節回路１１１の抵抗値はバッテリーパック１０の充電に影響を与えない。充電器２は、第２充電プロセスの実行中、所定の電流レートを有する第２定電流または所定の電圧レベルを有する第２定電圧をバッテリーパック１０に供給し得る。第２定電流は第１定電流と同一であってもよく、より大きくてもよい。第２定電圧は第１定電圧と同一であってもよく、より大きくてもよい。第１切換条件は、バッテリーパック１０の安全な充電のために適切に決められ得る。一例として、コントローラ１４０は、第１充電プロセスの実行中、バッテリーパック１０の電圧が所定の臨界電圧に到達する場合、第１切換条件が満足されたと判断し得る。他の例として、コントローラ１４０は、第１充電プロセスが開始された時点からの経過時間が所定の臨界時間に到達する場合、第１切換条件が満足されたと判断し得る。

第３充電プロセスは、第２充電プロセスの実行中、第２切換条件が満足される場合に開始される。すなわち、第２切換条件が満足される場合、第２充電プロセスから第３充電プロセスに切り換えられる。コントローラ１４０は、第３充電プロセスの実行中、抵抗調節回路１１１を第１抵抗値と異なる第２抵抗値（例えば、２０ＭΩ）に設定し、プリチャージリレーＳＣをターンオン状態に制御する。充電器２は、第３充電プロセスの実行中、所定の電流レートを有する第３定電流または所定の電圧レベルを有する第３定電圧をバッテリーパック１０に供給し得る。第３定電流は第２定電流と同一であってもよく、より小さくてもよい。第３定電圧は第２定電圧と同一であってもよく、より大きくてもよい。第２抵抗値に設定された抵抗調節回路１１１によって、充電器２からバッテリーパック１０への電流が抑制される。第２切換条件は、バッテリーパック１０の安全な充電のために適切に決められ得る。一例として、コントローラ１４０は、第２充電プロセスの実行中、バッテリーパック１０の電流が所定の臨界電流に到達する場合、第２切換条件が満足されたと判断し得る。バッテリーパック１０の電流が所定の臨界電流に到達したことは、バッテリーパック１０が完全充電された状態であることを示し得る。

第２抵抗値は、第１抵抗値より大きくてもよい。したがって、第３充電プロセスの実行中、充電器２からの電力を電気負荷３０に持続的に供給できると同時に、バッテリーパック１０の過充電を効果的に抑制することができる。

図２を参照すると、抵抗調節回路１１１は、第１抵抗素子Ｒ１、第２抵抗素子Ｒ２、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を含み得る。第１抵抗素子Ｒ１は第１抵抗値を有する。第１抵抗素子Ｒ１の一端は第１充電端子２１に連結される。第２抵抗素子Ｒ２は、第１抵抗値とは異なる第２抵抗値を有する。第２抵抗素子Ｒ２の一端は第１充電端子２１に連結される。第１スイッチＳＷ１は、第１抵抗素子Ｒ１とプリチャージリレーＳＣとの間に連結される。第２スイッチＳＷ２は、第２抵抗素子Ｒ２とプリチャージリレーＳＣとの間に連結される。

コントローラ１４０は、第１充電プロセスの実行中に、第１スイッチＳＷ１をターンオン状態に制御し、第２スイッチＳＷ２をターンオフ状態に制御し得る。これにより、第１充電端子２１は、第１抵抗素子Ｒ１、第１スイッチＳＷ１及びプリチャージリレーＳＣを通じてバッテリーパック１０の正極端子に接続される。

コントローラ１４０は、第３充電プロセスの実行中に、第１スイッチＳＷ１をターンオフ状態に制御し、第２スイッチＳＷ２をターンオン状態に制御し得る。これにより、第１充電端子２１は、第２抵抗素子Ｒ２、第２スイッチＳＷ２及びプリチャージリレーＳＣを通じてバッテリーパック１０の正極端子に接続される。

図３は、本発明の第２実施例による充電管理装置１００を含む電気車両１の構成を例示的に示した図である。

図３を参照すると、第２実施例による充電管理装置１００は、第１実施例による充電管理装置１００に保護回路１５０が付け加えられた点のみが相違する。したがって、他の共通する構成要素についての説明は省略する。

保護回路１５０は、バッテリーパック１０の電圧がバッテリーパック１０の過充電を示す上限電圧に到達するとき、電流調節器１１０を通じてバッテリーパック１０に流れる充電電流が抑制されるように、第１充電端子２１と第２充電端子２２との間に電流経路を形成するように提供される。上限電圧は、臨界電圧よりも大きく予め決められている。

保護回路１５０は、ツェナーダイオードＺ、第３抵抗素子Ｒ３、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｆ及び第４抵抗素子Ｒ４を含む。

第３抵抗素子Ｒ３は、バッテリーパック１０の正極端子と負極端子との間で、前記ツェナーダイオードＺに直列で接続される。ツェナーダイオードＺと第３抵抗素子Ｒ３との直列回路は、バッテリーパック１０の正極端子と負極端子との間に接続される。ツェナーダイオードＺと第３抵抗素子Ｒ３との直列回路の両端にかかった電圧が上限電圧以上になる場合、ツェナーダイオードＺの降伏電圧以上の逆電圧がツェナーダイオードＺの両端にかかることで、ツェナーダイオードＺは導通状態になる。

第４抵抗素子Ｒ４とＭＯＳＦＥＴＦは、第１充電端子２１と第２充電端子２２との間で互いに直列で接続される。すなわち、ＭＯＳＦＥＴＦのドレインＤは第４抵抗素子Ｒ４の一端に連結され、ＭＯＳＦＥＴＦのソースＳは第２充電端子２２に連結される。ＭＯＳＦＥＴＦのゲートＧは、ツェナーダイオードＺと第３抵抗素子Ｒ３との接続ノードに接続される。ツェナーダイオードＺが導通状態になれば、第３抵抗素子Ｒ３の両端にかかった電圧がＭＯＳＦＥＴＦのゲートＧ－ソースＳ電圧として提供され、ＭＯＳＦＥＴＦのドレインＤとソースＳとの間に電流経路が形成（すなわち、ターンオン状態）になる。

第３充電プロセスにおいて、ＭＯＳＦＥＴＦがターンオン状態である間、充電器２からの充電電流の一部は電流調節器１１０を通じて流れ、残りの充電電流は第４抵抗素子Ｒ４を通じて流れるようになる。すなわち、充電電流は、電流調節器１１０によって１次的に抑制され、保護回路１５０によって２次的に抑制される。

図４は、第１実施例及び第２実施例による充電管理装置１００によって実行可能な充放電管理方法を例示的に示したフロー図である。図４の方法は、充電器２が充電コネクタ２０から分離されるか、または、電気車両１のユーザーが充電中断を要請する場合に終了され得る。

図１～図４を参照すると、段階Ｓ４００において、コントローラ１４０は、充電コネクタ２０を通じて充電器２からの充電開始信号が受信されたか否かを判断する。段階Ｓ４００の値が「はい」である場合、段階Ｓ４１０に進む。

段階Ｓ４１０において、コントローラ１４０は、第１充電プロセスを行う。第１充電プロセスは、第１メインリレーＳＰをターンオフ状態に制御し、抵抗調節回路１１１を第１抵抗値に設定し、プリチャージリレーＳＣをターンオン状態に制御するものである。

段階Ｓ４２０において、コントローラ１４０は、第１切換条件が満足されたか否かを判断する。段階Ｓ４２０の値が「はい」である場合、段階Ｓ４３０に進む。

段階Ｓ４３０において、コントローラ１４０は、第２充電プロセスを行う。第２充電プロセスは、第１メインリレーＳＰをターンオン状態に制御し、プリチャージリレーＳＣをターンオフ状態に制御するものである。

段階Ｓ４４０において、コントローラ１４０は、第２切換条件が満足されたか否かを判断する。段階Ｓ４４０の値が「はい」である場合、段階Ｓ４５０に進む。

段階Ｓ４５０において、コントローラ１４０は、第３充電プロセスを行う。第３充電プロセスは、抵抗調節回路１１１を第２抵抗値に設定し、プリチャージリレーＳＣをターンオン状態に制御し、第１メインリレーＳＰをターンオフ状態に制御するものである。

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。

Claims

充電器に着脱可能に提供される充電コネクタ、バッテリーパック及び前記充電コネクタに接続される電気負荷を含む電気車両のための充電管理装置であって、
前記バッテリーパックの正極端子と前記充電コネクタの第１充電端子との間に接続される第１メインリレーと、
互いに直列で接続されるプリチャージリレー及び抵抗調節回路を備え、前記第１メインリレーに並列で接続される電流調節器と、
前記バッテリーパックの電圧を測定するように構成される電圧センサと、
前記バッテリーパックの電流を測定するように構成される電流センサと、
前記充電コネクタを通じて受信される前記充電器からの充電開始信号に応えて、前記第１メインリレーをターンオフ状態に制御し、前記抵抗調節回路を第１抵抗値に設定し、前記プリチャージリレーをターンオン状態に制御する第１充電プロセスを行うように構成されるコントローラと、を含み、
前記コントローラは、
前記第１充電プロセスの実行中に測定された電圧及び電流のうち少なくとも一つが第１切換条件を満足したことに応えて、前記第１メインリレーをターンオン状態に制御し、前記プリチャージリレーをターンオフ状態に制御する第２充電プロセスを行い、
前記第２充電プロセスの実行中に測定された電圧及び電流のうち少なくとも一つが第２切換条件を満足したことに応えて、前記抵抗調節回路を前記第１抵抗値と異なる第２抵抗値に設定し、前記プリチャージリレーをターンオン状態に制御し、前記第１メインリレーをターンオフ状態に制御する第３充電プロセスを行うように構成される、充電管理装置。
前記抵抗調節回路は、
一端が前記第１充電端子に接続され、前記第１抵抗値を有する第１抵抗素子と、
一端が前記第１充電端子に接続され、前記第２抵抗値を有する第２抵抗素子と、
前記第１抵抗素子と前記プリチャージリレーとの間に接続される第１選択スイッチと、
前記第２抵抗素子と前記プリチャージリレーとの間に接続される第２選択スイッチと、を含み、
前記コントローラは、
前記第１充電プロセスの実行中に、前記第１選択スイッチをターンオン状態に制御し、前記第２選択スイッチをターンオフ状態に制御し、
前記第３充電プロセスの実行中に、前記第１選択スイッチをターンオフ状態に制御し、前記第２選択スイッチをターンオン状態に制御するように構成される、請求項１に記載の充電管理装置。
前記コントローラは、
前記第１充電プロセスの実行中に、前記バッテリーパックの電圧が臨界電圧に到達したことに応えて、前記第１切換条件が満足されたと判断し、
前記第２充電プロセスの実行中に、前記バッテリーパックの電流が臨界電流に到達したことに応えて、前記第２切換条件が満足されたと判断するように構成される、請求項１又は２に記載の充電管理装置。
前記バッテリーパックの負極端子と前記充電コネクタの第２充電端子との間に接続される第２メインリレーをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の充電管理装置。
前記コントローラは、
前記第１充電プロセス、前記第２充電プロセス及び前記第３充電プロセスの実行中に、前記第２メインリレーをターンオン状態に制御するように構成される、請求項４に記載の充電管理装置。
前記バッテリーパックの電圧が過充電を示す上限電圧に到達するとき、前記電流調節器を通じて流れる充電電流が抑制されるように、前記第１充電端子と前記第２充電端子との間に電流経路を形成するように構成される保護回路をさらに含む、請求項４又は５に記載の充電管理装置。
前記保護回路は、
ツェナーダイオードと、
前記バッテリーパックの正極端子と負極端子との間で前記ツェナーダイオードに直列で接続される第３抵抗素子と、
第４抵抗素子と、
前記第１充電端子と前記第２充電端子との間で前記第４抵抗素子に直列で接続されるＭＯＳＦＥＴと、を含み、
前記ツェナーダイオードと前記第３抵抗素子との接続ノードは前記ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続される、請求項６に記載の充電管理装置。
前記第２抵抗値は、前記第１抵抗値よりも大きい、請求項１から７のいずれか一項に記載の充電管理装置。
請求項１から８のうちいずれか一項に記載の充電管理装置を含む電気車両。
バッテリーパックの正極端子と充電コネクタの第１充電端子との間に接続される第１メインリレーと、互いに直列で接続されるプリチャージリレー及び抵抗調節回路を備え、前記第１メインリレーに並列で接続される電流調節器と、前記バッテリーパックの電圧を測定するように構成される電圧センサと、前記バッテリーパックの電流を測定するように構成される電流センサと、コントローラと、を含む充電管理装置を用いた充電管理方法であって、
前記コントローラが、前記充電コネクタを通じて受信される充電器からの充電開始信号に応えて、前記第１メインリレーをターンオフ状態に制御し、前記抵抗調節回路を第１抵抗値に設定し、前記プリチャージリレーをターンオン状態に制御する第１充電プロセスを行う段階と、
前記コントローラが、前記第１充電プロセスの実行中に測定された電圧及び電流のうち少なくとも一つが第１切換条件を満足したことに応えて、前記第１メインリレーをターンオン状態に制御し、前記プリチャージリレーをターンオフ状態に制御する第２充電プロセスを行う段階と、
前記コントローラが、前記第２充電プロセスの実行中に測定された電圧及び電流のうち少なくとも一つが第２切換条件を満足したことに応えて、前記抵抗調節回路を前記第１抵抗値と異なる第２抵抗値に設定し、前記プリチャージリレーをターンオン状態に制御し、前記第１メインリレーをターンオフ状態に制御する第３充電プロセスを行う段階と、を含む、充電管理方法。