JP7450893B2 - バッテリ管理システム（ｂｍｓ）のウェイクアップ装置及び方法 - Google Patents

バッテリ管理システム（ｂｍｓ）のウェイクアップ装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、外部からの電源の供給なしにバッテリそのものの電源を用いてバッテリ管理システム（ＢＭＳ）をウェイクアップする装置及び方法に関する。
近年になって、ノート型パソコン、ビデオカメラ、携帯電話などの携帯型電子機器の需要が急増し、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ことに伴い、繰り返し充放電可能な高性能二次電池への取り組みが盛んに行われている。
現在商用化されている二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池及びリチウム二次電池などが挙げられるが、中でも、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効果がほとんど起こらないことから、充放電が自由自在であり、自己放電率が非常に低い他、エネルギー密度が高いなどのメリットがあるため、多くの脚光を浴びている。
バッテリパックは、多種多様な分野において用いられるが、電気駆動車両又はスマートグリッドシステムのように大容量を必要とする場合が多い。バッテリパックの容量を増やすための方法としては、二次電池、すなわち、バッテリセルそのものの容量を増やす方法が挙げられるが、この方法の場合、容量の増大効果が高くなく、二次電池の大きさの拡張に物理的な制限があるという欠点を有する。したがって、通常、多数のバッテリモジュールが直列及び並列に接続されたバッテリパックが広く用いられる。
このようなバッテリパックは、バッテリモジュールを管理するバッテリ管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を備える場合が多い。さらに、ＢＭＳは、バッテリモジュールの温度、電圧及び電流などをモニタリングし、モニタリングされたバッテリモジュールの状態（ステータス）に基づいて、バッテリパックのバランシング動作、冷却動作、充電動作又は放電動作などを制御する。
特に、相当数のバッテリパック、いわば１２Ｖのリチウムバッテリパックに配備されたＢＭＳは、当該バッテリパックに組み込まれているバッテリモジュールから電源を供給されて作動することができる。ところが、このような構成の場合、ＢＭＳの消費電流によってたとえその値が小さいとしても、バッテリパックの電力を消費してしまうという不都合がある。
このような不都合を解決するために、ＢＭＳが常にオンになっておらず、その動作が必要である場合に限ってオンになっているようにする技術が提案されている。しかしながら、この場合、ＢＭＳの動作が必要であるとき、いわば外部装置に接続された場合にＢＭＳをウェイクアップする技術が必要である。
しかし、ＢＭＳのウェイクアップ技術が実現された従来の回路としては、外部から別途の電源を供給するために、１２ＶのＡｕｘ関連回路、コネクタ及びチャージポンプなどといった複雑な回路が用いられるというデメリットがある。
したがって、本発明では、このようなデメリットを解決するために、バッテリが外部装置に接続されたとき、バッテリそのものの電源だけでＢＭＳをウェイクアップする装置及び方法を提案する。
韓国公開特許第１０－２０１９－００５１４７７号公報
本発明は、バッテリが外部装置に接続されたとき、バッテリそのものの電源だけでＢＭＳをウェイクアップする装置及び方法を提供する。
本発明の実施形態に係るバッテリパックは、バッテリパックの（＋）出力端と、バッテリパックの（－）出力端と、前記（－）出力端とバッテリパックを構成するバッテリセルの（－）端子とを接続する（－）ラインと、前記（－）ラインの上に配備されるプレチャージ（ｐｒｅ‐ｃｈａｒｇｅ）ＦＥＴと、外部システムの接続有無を確認するシステム接触端と、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と、前記ＢＭＳの制御を受けてバッテリパックの充電又は放電を行う充放電ＦＥＴと、を備えてなり、前記プレチャージＦＥＴと充放電ＦＥＴとは、互いに並列に接続されていることを特徴とする。
前記バッテリパックは、前記バッテリパックと前記外部装置とが接続されれば、前記外部装置に配備されるショート部材によって前記バッテリパックの（＋）出力端と前記バッテリパックのシステム接触端とが電気的に接続されてもよい。
前記バッテリパックは、前記ショート部材を介して、前記（＋）出力端と前記システム接触端とが接続（ショート）されれば、前記プレチャージＦＥＴがオンになり、前記プレチャージＦＥＴがオンになると、前記（＋）出力端と前記プレチャージＦＥＴを介してバッテリパックの電圧が前記ＢＭＳに印加されてＢＭＳがウェイクアップされてもよい。
前記ＢＭＳは、前記ＢＭＳがウェイクアップされた後、前記プレチャージＦＥＴをオフにしてもよい。
前記ＢＭＳは、前記ＢＭＳがウェイクアップされた後、バッテリの電圧、電流、温度をチェックし、電圧、電流、温度にいずれも異常がない場合、前記充放電ＦＥＴをオンにしてもよい。
前記外部装置は、前記バッテリパックが搭載される携帯電話、タブレットパソコン、ノート型パソコン、パワーツール、ウェアラブル電子機器及び電力貯蔵装置のうちのいずれか一種であってもよい。
本発明の実施形態に係るバッテリパックのＢＭＳをウェイクアップする方法は、バッテリパックが外部装置に接続される外部装置接続ステップと、前記バッテリパックが外部装置に接続されるとともに、前記バッテリパックの（＋）端とバッテリパックのシステム接触端とが接続（ショート）されるシステム接触端接続ステップと、前記システム接触端接続ステップにおいてバッテリパックの（＋）端とシステム接触端とが接続されてプレチャージＦＥＴをオンにするプレチャージＦＥＴオンステップと、前記バッテリパックのプレチャージＦＥＴがオンになると、バッテリパックの出力が（＋）端からプレチャージＦＥＴを介してＢＭＳに供給されてＢＭＳがウェイクアップされるＢＭＳウェイクアップステップと、を含んでなることを特徴とする。
前記システム接触端接続ステップは、前記外部装置に配備されているショート部材によりバッテリパックの（＋）端とバッテリパックのシステム接触端とが接続されてもよい。
前記ＢＭＳウェイクアップステップにおいてＢＭＳがウェイクアップされた後、前記ＢＭＳは、プレチャージＦＥＴをオフにするプレチャージＦＥＴオフステップを行ってもよい。
前記ＢＭＳウェイクアップステップにおいてＢＭＳがウェイクアップされた後、前記ＢＭＳは、バッテリパックの電圧、電流、温度を測定するバッテリ状態測定ステップを行って、前記バッテリ状態測定ステップにおいて測定されたバッテリパックの電圧、電流、温度が正常範囲である場合、充放電ＦＥＴをオンにする充放電ＦＥＴオンステップを行ってもよい。
本発明は、バッテリが外部装置に接続されたとき、バッテリそのものの電源だけでＢＭＳをウェイクアップすることができることから、別途のウェイクアップ回路が不要である。
また、本発明は、別途のウェイクアップ回路が不要であることから、バッテリの内部空間の活用性が高まる。
本発明の実施形態に係るバッテリパックを示す図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリパックを示す図である。 本発明の実施形態に係るバッテリパックのＢＭＳをウェイクアップする方法を示す手順図である。
以下では、添付図面に基づいて、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態について詳しく説明する。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態に具体化可能であり、ここで説明する実施形態に何ら限定されるものではない。なお、図中、本発明を明確に説明するために、説明とは無関係な部分は省略し、明細書の全般に亘って、類似の部分には類似の図面符号を付している。
「第１の」、「第２の」などのように序数を含む言い回しは、様々な構成要素を説明するうえで使用可能であるが、前記構成要素は、前記言い回しによって何等限定されない。前記言い回しは、ある構成要素を他の構成要素から区別する目的でしか使えない。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲内において第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてもよく、同様に、第２の構成要素もまた第１の構成要素と命名されてもよい。本出願において用いた用語は、単に特定の実施の形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。
明細書の全般に亘って、ある部分が他の部分と「連結」されているとか、「接続」されているとか、と言及された場合、これは、前記ある部分が前記他の部分に「直接的に連結されたり接続」されたりする場合だけではなく、これらの間に他の素子を間に挟んで「電気的に連結されたり接続」されたりする場合をも含む。なお、ある部分がある構成要素を「備える」としたとき、これは、特に断りのない限り、他の構成要素を除外するわけではなく、他の構成要素をさらに備えていてもよいことを意味する。本発明の明細書の全般に亘って用いられる度合いの言い回しである「～（する）ステップ」又は「～のステップ」は、「～のためのステップ」を意味するものではない。
本発明において用いられる用語としては、本発明における機能を考慮しつつ、できる限り現在汎広く用いられている一般的な用語を選択したが、これは、当分野に携わっている技術者の意図又は判例、新たな技術の出現などによって異なる。なお、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合に、該当する発明の説明の部分の欄において詳しくその意味を記載する。よって、本発明において用いられる用語は、単なる用語の名称ではなく、その用語が有する意味と本発明の全般に亘っての内容を踏まえて定義されるべきである。
１．本発明の実施形態に係るバッテリパック
図１は、本発明の実施形態に係るバッテリパックを示す図である。
以下では、図１に基づいて、本発明の実施形態に係るバッテリパックについて説明する。
本発明の実施形態に係るバッテリパックは、バッテリパックの（＋）出力端１０、バッテリパックの（－）出力端２０、前記（－）出力端２０とバッテリパックを構成するバッテリセルの（－）端子とを接続する（－）ライン２、前記（－）ライン２の上に配備されるプレチャージ（ｐｒｅ‐ｃｈａｒｇｅ）ＦＥＴ ２１０、外部システムの接続有無を確認するシステム接触端３０、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）１００及び前記ＢＭＳ １００の制御を受けてバッテリパックの充電又は放電を行う充放電ＦＥＴ ２２０を備えてなってもよい。
具体的に、本発明の実施形態に係るバッテリパックは、バッテリパックと外部装置とが接続されれば、前記外部装置に配備されるショート部材３００によって前記バッテリパックの（＋）出力端１０と前記バッテリパックのシステム接触端３０とが電気的に接続（ショート）されてＢＭＳ １００がウェイクアップされ得る。
例えば、前記外部装置に配備されるショート部材３００は、伝導性材質の棒状に形成されており、ショート部材の一方の端はバッテリパックの（＋）出力端１０と接触され、他方の端はバッテリパックのシステム接触端３０と接触されてもよい。一方、前記ショート部材の一方の端及び他方の端を除いた残りの部分は、絶縁部材で囲まれていてもよい。
一方、本発明の実施形態に係るバッテリパックは、外部装置に配備される前記ショート部材３００を介してバッテリパックの（＋）出力端１０とシステム接触端３０とが接続（ショート）されれば、前記プレチャージＦＥＴ ２１０がオンになり得る。
また、前記プレチャージＦＥＴ ２１０がオンになると、前記（＋）出力端１０と前記プレチャージＦＥＴ ２１０を介してバッテリパックの電圧が前記ＢＭＳ １００に印加されてＢＭＳ １００がウェイクアップされ得る。
換言すれば、ショート部材３００を介してバッテリパックの（＋）出力端１０とシステム接触端３０とが接続（ショート）されれば、バッテリパックの（＋）出力端１０→ショート部材３００→システム接触端３０→プレチャージＦＥＴ ２１０→ＢＭＳ １００へとつながる電源経路が形成されて、別途の外部電源なしにもＢＭＳ １００をウェイクアップすることができる。
一方、前記外部装置は、前記バッテリパックが搭載される携帯電話、タブレットパソコン、ノート型パソコン、パワーツール、ウェアラブル電子機器及び電力貯蔵装置のうちのいずれか一種であってもよい。
一方、前記ＢＭＳ １００は、前記ＢＭＳ １００がウェイクアップされた後、前記プレチャージＦＥＴ ２１０をオフしてもよい。
また、前記ＢＭＳ １００は、前記ＢＭＳがウェイクアップされた後、バッテリの電圧、電流、温度をチェックし、電圧、電流、温度にいずれも異常がない場合、前記充放電ＦＥＴ ２２０をオンにしてもよい。
これにより、バッテリパックは、外部からの別途の電源の供給なしにもウェイクアップされ、正常に充放電を行うことができる。
２．本発明の他の実施形態に係るバッテリパック
図２は、本発明の他の実施形態に係るバッテリパックを示す図である。
以下では、図２に基づいて、本発明の他の実施形態に係るバッテリパックについて説明する。
本発明の他の実施形態に係るバッテリパックは、上述した本発明のバッテリパックの構成要素をいずれも備えてなり、ショート部材をバッテリパックの内部に組み込んでなる。
具体的に、本発明の実施形態に係るバッテリパックは、バッテリパックの（＋）出力端１０、バッテリパックの（－）出力端２０、前記（－）出力端２０とバッテリパックを構成するバッテリセルの（－）端子とを接続する（－）ライン２、前記（－）ラインの上に配備されるプレチャージ（ｐｒｅ‐ｃｈａｒｇｅ）ＦＥＴ ２１０、外部システムの接続有無を確認するシステム接触端３０、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）１００、前記ＢＭＳ １００の制御を受けてバッテリパックの充電又は放電を行う充放電ＦＥＴ ２２０及びショート部を備えてなってもよい。
一方、本発明の他の実施形態に係るバッテリパックにおいて、ショート部を除いた残りの構成要素及び動作は、上述した本発明の実施形態に係るバッテリパックと同様であるため、それらについての詳しい説明は省略する。
以下では、本発明の他の実施形態に係るバッテリパックのショート部材の構造及び動作についてのみ説明する。
本発明の他の実施形態に係るショート部は、前記バッテリパックの（＋）出力端の隣に位置する第１の支持竿４１０、システム接触端の隣に位置する第２の支持竿４２０及び前記第１及び第２の支持竿により支持され、伝導性素材からなるショートバー４３０を備えてなってもよい。
前記第１及び第２の支持竿４１０、４２０は、外部の押し圧力により伸縮可能な素材から形成されて、外部から押し圧力が加えられる場合、前記ショートバー４３０の一方の端が前記バッテリパックの（＋）出力端１０に接触され、前記ショート部材の他方の端が前記システム接触端３０に接触され得る。
例えば、前記第１の支持竿は第１のばねから構成されて、第１のばねの一方の端は、バッテリパックの（＋）出力端が形成されているバッテリパックケースの周りに固定され、他方の端は、ショートバーの一方の端に接続されており、前記第２の支持竿は第２のばねから構成されて、第２のばねの一方の端は、前記システム接触端が形成されているバッテリパックケースの周りに固定され、他方の端は、ショートバーの他方の端に接続されていてもよい。
一方、前記ショートバーは、バッテリが外部装置に接続されて、外部装置によりショートバー４３０に押し圧力が加えられれば、第１及び第２の支持竿が縮まり、これによって、ショートバーがバッテリパックの（＋）出力端１０及びシステム接触端３０に接触される。
換言すれば、ショートバー４３０を介してバッテリパックの（＋）出力端１０とシステム接触端３０とが接続（ショート）されれば、バッテリパックの（＋）出力端１０→ショートバー４３０→システム接触端３０→プレチャージＦＥＴ ２１０→ＢＭＳ １００へとつながる電源経路が形成されて、別途の外部電源なしにもＢＭＳ １００をウェイクアップすることができる。
一方、ショートバー４３０は、前記バッテリパックの（＋）出力端に対応する部分及びシステム接触端に対応する部分を除いた残りの部分は、絶縁部材で囲まれていてもよい。
３．本発明の実施形態に係るバッテリパックのＢＭＳのウェイクアップ方法
図３は、本発明の実施形態に係るバッテリパックのＢＭＳのウェイクアップ方法を示す手順図である。
以下では、図３に基づいて、本発明の実施形態に係るバッテリパックのＢＭＳのウェイクアップ方法について説明する。
本発明の実施形態に係るバッテリパックのＢＭＳのウェイクアップ方法は、バッテリパックが外部装置に接続される外部装置接続ステップ（Ｓ１００）、前記バッテリパックが外部装置に接続されるとともに、前記バッテリパックの（＋）端とバッテリパックのシステム接触端とが接続（ショート）されるシステム接触端接続ステップ（Ｓ２００）、前記システム接触端接続ステップにおいてバッテリパックの（＋）端とシステム接触端とが接続されてプレチャージＦＥＴをオンにするプレチャージＦＥＴオンステップ（Ｓ３００）、前記バッテリパックのプレチャージＦＥＴがオンになると、バッテリパックの出力が（＋）端からプレチャージＦＥＴを介してＢＭＳへと供給されてＢＭＳがウェイクアップされるＢＭＳウェイクアップステップ（Ｓ４００）を含んでなってもよい。
具体的に、前記システム接触端接続ステップ（Ｓ２００）は、ショート部材によりバッテリパックの（＋）端とバッテリパックのシステム接触端とが接続されるステップである。
例えば、前記ショート部材は、伝導性材質の棒状に形成されており、ショート部材の一方の端はバッテリパックの（＋）出力端と接触され、他方の端はバッテリパックのシステム接触端と接触されてもよい。なお、前記一方の端及び他方の端を除いた残りの部分は、絶縁部材で囲まれていてもよい。
また、前記ショート部材を介してバッテリパックの（＋）出力端とシステム接触端とが接続（ショート）されれば、前記プレチャージＦＥＴオンステップが行われてもよい。
さらに、前記プレチャージＦＥＴオンステップ（Ｓ３００）が行われれば、前記（＋）出力端と前記プレチャージＦＥＴを介してバッテリパックの電圧が前記ＢＭＳに印加されてＢＭＳがウェイクアップされるＢＭＳウェイクアップステップが行われてもよい。
換言すれば、ショート部材を介してバッテリパックの（＋）出力端とシステム接触端とが接続（ショート）されれば、バッテリパックの（＋）出力端→システム接触端→プレチャージＦＥＴ→ＢＭＳへとつながる電源経路が形成されてＢＭＳがウェイクアップされ得る。
一方、前記ＢＭＳウェイクアップステップ（Ｓ４００）においてＢＭＳがウェイクアップされた後、前記ＢＭＳは、プレチャージＦＥＴをオフにするプレチャージＦＥＴオフステップを行ってもよい。
また、前記ＢＭＳウェイクアップステップ（Ｓ４００）においてＢＭＳがウェイクアップされた後、前記ＢＭＳは、バッテリパックの電圧、電流、温度を測定するバッテリ状態測定ステップを行って、前記バッテリ状態測定ステップにおいて測定されたバッテリパックの電圧、電流、温度が正常範囲である場合、充放電ＦＥＴをオンにする充放電ＦＥＴオンステップを行ってもよい。
一方、本発明の技術的思想は、前記実施形態に基づいて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が実施可能であるということが理解できる筈である。
１：バッテリケース
２：（－）ライン
１０：（＋）出力端
２０：（－）出力端
３０：システム接触端
１００：ＢＭＳ
２１０：プレチャージＦＥＴ
２２０：充放電ＦＥＴ
３００：ショート部材
４１０：第１の支持竿
４２０：第２の支持竿
４３０：ショートバー

Claims (8)

  1. 外部装置と接続された後にバッテリ管理システムがウェイクアップされるバッテリパックにおいて、
    前記バッテリパックは、
    バッテリパックの（＋）出力端と、
    バッテリパックの（－）出力端と、
    前記（－）出力端とバッテリパックを構成するバッテリセルの（－）端子とを接続する（－）ラインと、
    前記（－）ラインの上に配備されるプレチャージ電界効果トランジスタと、
    外部装置の接続有無を確認するシステム接触端と、
    バッテリ管理システムと、
    前記バッテリ管理システムの制御を受けてバッテリパックの充電又は放電を行う充放電電界効果トランジスタと、
    を備え、
    前記プレチャージ電界効果トランジスタと前記充放電電界効果トランジスタとは、互いに並列に接続され、
    前記バッテリパックと前記外部装置とが接続されれば、前記外部装置に配備されているショート部材によって前記バッテリパックの（＋）出力端と前記バッテリパックのシステム接触端とが電気的に接続され、
    前記ショート部材を介して、前記（＋）出力端と前記システム接触端とが接続されれば、前記システム接触端と前記プレチャージ電界効果トランジスタが電気的に接続されて、前記プレチャージ電界効果トランジスタがオンになり、
    前記プレチャージ電界効果トランジスタがオンになると、前記（＋）出力端と前記プレチャージ電界効果トランジスタを介して前記バッテリパックの電圧が前記バッテリ管理システムに印加されて前記バッテリ管理システムがウェイクアップされることを特徴とするバッテリパック。
  2. 前記バッテリ管理システムは、
    前記バッテリ管理システムがウェイクアップされた後に、前記プレチャージ電界効果トランジスタをオフにすることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
  3. 前記バッテリ管理システムは、
    前記バッテリ管理システムがウェイクアップされた後に、前記バッテリパックの電圧と電流と温度をチェックし、前記電圧と電流と温度にいずれも異常がない場合に、前記充放電電界効果トランジスタをオンにすることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリパック。
  4. 前記外部装置は、
    前記バッテリパックが搭載される携帯電話、タブレットパソコン、ノート型パソコン、パワーツール、ウェアラブル電子機器及び電力貯蔵装置のうちのいずれか一種であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリパック。
  5. バッテリパックのバッテリ管理システムをウェイクアップする方法において、
    バッテリパックが外部装置に接続される外部装置接続ステップと、
    前記バッテリパックが外部装置に接続されるとともに、前記バッテリパックの（＋）端とバッテリパックのシステム接触端とが接続されるシステム接触端接続ステップと、
    前記システム接触端接続ステップにおいてバッテリパックの（＋）端とシステム接触端とが接続されて、前記システム接触端とプレチャージ電界効果トランジスタが電気的に接続されて、前記プレチャージ電界効果トランジスタをオンにするプレチャージ電界効果トランジスタオンステップと、
    前記バッテリパックのプレチャージ電界効果トランジスタがオンになると、バッテリパックの出力が（＋）端からプレチャージ電界効果トランジスタを介してバッテリ管理システムに供給されてバッテリ管理システムがウェイクアップされるバッテリ管理システムウェイクアップステップと、
    を含むことを特徴とするバッテリ管理システムのウェイクアップ方法。
  6. 前記システム接触端接続ステップにおいて、
    前記外部装置に配備されているショート部材によりバッテリパックの（＋）端とバッテリパックのシステム接触端とが接続されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリ管理システムのウェイクアップ方法。
  7. 前記バッテリ管理システムウェイクアップステップにおいてバッテリ管理システムがウェイクアップされた後に、
    前記バッテリ管理システムは、前記プレチャージ電界効果トランジスタをオフにするプレチャージ電界効果トランジスタオフステップを行うことを特徴とする請求項５又は６に記載のバッテリ管理システムのウェイクアップ方法。
  8. 前記バッテリ管理システムウェイクアップステップにおいてバッテリ管理システムがウェイクアップされた後に、
    前記バッテリ管理システムは、バッテリパックの電圧と電流と温度を測定するバッテリ状態測定ステップを行い、
    前記バッテリ状態測定ステップにおいて測定されたバッテリパックの電圧と電流と温度が正常範囲である場合に、充放電電界効果トランジスタをオンにする充放電電界効果トランジスタオンステップを行うことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のバッテリ管理システムのウェイクアップ方法。
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