KR20130031271A - 배터리 셀 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

배터리 셀 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 셀 제어 시스템 및 방법에서, 조립 배터리에 포함된 배터리 셀에 접속되고, 전원으로서 배터리 셀로 동작되며, 배터리 셀의 상태를 모니터링하도록 구성된 모니터링부가 제공되고, 배터리 셀의 전압에 따라 모니터링부에 의해 소비되는 배터리 셀의 제1 소비량이 배터리 셀의 전압을 사용하여 추정된다.

Description

배터리 셀 제어 시스템 및 방법{BATTERY CELL CONTROL SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 배터리 셀 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
2007년 9월 20일 공개된 일본 특허 출원 공개 (tokkai) 2007-244058호는 조립 배터리를 구성하는 복수의 배터리 셀들 사이의 용량 조정을 수행하는 이전에 제안된 용량 조정 시스템을 예시한다. 상술한 바와 같은 이러한 이전에 제안된 용량 조정 시스템에서, 각 전류 소비 디바이스가 전압원으로서 특정한 배터리 셀의 전압으로 동작되는 복수의 전류 소비 디바이스들 사이의 소비 전류의 차이가 전류 소비 디바이스들 중 대응하는 하나를 구성하는 광-커플러의 유무에 따라 계산되고, 셀들 중 하나 이상은 상술한 소비 전류에서의 차이에 기초하여 셀들 중 대응하는 하나 이상의 용량을 조정하도록 방전된다.
그러나, 상술한 이전에 제안된 용량 조정 시스템에서, 전류 소비 디바이스들 사이의 소비 전류에서의 차이는 광-커플러의 유무 이외의 임의의 요인들로 인해 나타난다. 따라서, 소비 전류에서의 차이에 기초한 계산에 대한 충분한 계산 정확도가 달성되지 못할 가능성이 높다.
따라서, 본 발명의 목적은 전원으로서 복수의 접속된 배터리 셀들로 동작되는 모니터링부에서 소비(전력 소비(양))를 정확하게 계산할 수 있는 배터리 셀 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 배터리 셀의 전압에 따라 모니터링부에 의해 소비된 (조립 배터리에 포함되는) 배터리 셀의 제1 소비량을 추정함으로써 상술한 과제를 해결한다. 본 발명에 따르면, 모니터링부에서의 소비량이 모니터링부의 전원을 제공하는 셀의 전압에 따라 추정되기 때문에, 그 소비량이 셀이 전압에 따라 변하는 경우에서도 소비량은 정확하게 추정될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 양태에 따르면, 조립 배터리에 포함되는 배터리 셀에 접속되고 전원으로서 배터리 셀로 동작되며, 배터리 셀의 상태를 모니터링하도록 구성된 모니터링부; 및 배터리 셀의 전압을 사용하여 배터리 셀의 전압에 따라 모니터링부에 의해 소비된 배터리 셀의 제1 소비량을 추정하도록 구성된 추정부를 포함하는 배터리 셀 제어 시스템이 제공된다.
즉, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 배터리 셀의 상태를 모니터링하기 위해 조립 배터리에 포함되는 배터리 셀에 접속되고 전원으로서 배터리 셀로 동작되는 모니터링 수단; 및 배터리 셀의 전압을 사용하여 배터리 셀의 전압에 따라 모니터링 수단에 의해 소비된 배터리 셀의 제1 소비량을 추정하는 추정 수단을 포함하는 배터리 셀 제어 장치가 제공된다.
즉, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 조립 배터리에 포함되는 배터리 셀에 접속되고 전원으로서 배터리 셀로 동작되며, 배터리 셀의 상태를 모니터링하도록 구성된 모니터링부를 제공하는 단계; 및 배터리 셀의 전압을 사용하여 배터리 셀의 전압에 따라 모니터링부에 의해 소비된 배터리 셀의 제1 소비량을 추정하는 단계를 포함하는 배터리 셀 제어 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 배터리 셀 제어 시스템의 회로 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 셀 제어기(CC2)를 나타내는 회로 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 셀들 각각의 검출된 전압(v)에 관한 SOC의 특징을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 셀 제어기들 각각에 관한 소비 용량의 특징을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 셀 제어 시스템의 제어 절차를 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 도 1에 도시된 배터리 셀들의 용량들에서의 변화를 설명하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 더 양호한 이해를 용이하게 하기 위해 도면들을 참조한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 배터리 셀 제어 시스템의 회로 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 셀 제어기(CC2)를 나타내는 상세 블록도이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서의 배터리 셀 제어 시스템은 유닛으로 직렬 접속된 m(m은 임의의 양의 정수를 나타내고, 도 1의 예에서는, m=4)개의 배터리 셀들(1)의 배터리 셀(1)을 갖는 셀 모듈들(M1, M2, ---, Mn)(n은 임의의 양의 정수); 및 배터리 셀 모듈들(M1, M2, ---, Mn)의 배터리 셀 용량(구체적으로는, 각각의 단위 셀들의 전압들(VC1 내지 VC4))을 모니터링하는 n개의 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn)을 포함한다. 조립 전지(3)는 배터리 셀 모듈들(M1, M2, ---, Mn)을 포함한다. 배터리 셀 모듈들(M1, M2, ---, Mn) 각각은 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 중 대응하는 하나에 접속된다.
n개의 배터리 셀 모듈들(M1 내지 Mn)은 함께 직렬로 접속되고, 전기 자동차와 같은 전기 모터인 배터리 부하(2)가 인버터(미도시)와 같은 전력 변화 디바이스를 통해 셀 모듈들(M1 내지 Mn)의 양단에 접속된다. 릴레이 스위치(4)가 조립 배터리(또는 배터리 팩)(3)와 배터리 부하(2) 사이에 접속된다. 배터리 제어기(10)가 광-커플러(PC1) 등을 통해 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn)에 접속된다.
셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각은 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 중 대응하는 하나에 접속된 개별 배터리 셀들(1)의 (또는 그 양단의) 전압들을 검출하여 저장하고, 검출된 전압들을 배터리 제어기(10)에 송신한다. 또한, 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각은 배터리 제어기(10)로부터의 신호에 기초하여 접속되는 배터리 셀들(1) 각각의 셀 용량을 조정한다. 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각은 접속되는 배터리 셀들(1)로부터의 전원에 응답하여 동작된다. 즉, 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각은 그것의 전원으로서 접속되는 배터리 셀들(1)을 제공한다. 셀 용량의 조정에 대해서는, 그 상세한 설명이 후술된다는 것에 유의해야 한다.
배터리 제어기(10)는 배터리 셀들(1) 각각을 제어하기 위한 제어부이며 배터리 셀 용량 계산부(11) 및 전력 소비량 추정부(12)를 포함한다. 배터리 셀 용량 계산부(11)는 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각으로부터 송신된 배터리 셀들(1) 각각 양단의 검출된 전압을 사용하여 배터리 셀들(1) 각각의 셀 용량을 계산한다. 소비량 추정부(12)는 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각에 접속된 배터리 셀들(1) 각각의 소비량을 계산한다. 배터리 제어기(10)는 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn)을 통해 배터리 셀들(1) 각각의 상태를 관리하고, 배터리 셀들(1) 각각의 전압을 검출하기 위한 커맨드 신호 및 배터리 셀들(1) 각각의 용량을 조정하기 위한 제어 신호를 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn)에 송신한다. 또한, 배터리 제어기(10)는 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn)로부터의 배터리 셀들(1) 각각의 검출된 전압을 판독하고, 조립 배터리(3)에 접속된 전류 센서(미도시)로부터의 검출된 전류에 대한 정보를 추가하여 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 중 대응하는 하나에 접속된 배터리 셀들(1) 각각의 충전 상태(SOC)를 계산한다. 이하, 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량의 계산 방법이 설명된다는 것에 유의해야 한다.
광-커플러(PC1) 및 광-커플러(PC2)가 배터리 제어기(10)와 제1 및 최종 셀 제어기들(CC1, CCn) 사이에 접속된다. 배터리 제어기(10)와 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 사이의 통신은 이들 광-커플러들(PC1, PC2)을 통해 수행된다. 광-커플러(PC1)는 배터리 제어기(10)에 접속된 송신측 포토-다이오드(PD1), 및 셀 제어기(CC1)에 접속되는 수신측 포토-트랜지스터(PT1)를 포함한다. 한편, 광-커플러(PC2)는 배터리 제어기(10)에 접속된 수신측 포토-다이오드(PD2), 및 최종 셀 제어기(CCn)에 접속되는 송신측 포토-트랜지스터(PT2)를 포함한다. 그 후, 통신 배선이 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 사이에 접속된 저항들(R11, R12, R21, R22, R31, 및 R33)을 통해 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각 사이에 수행된다. 즉, 배터리 제어기(10)와 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 사이의 전기적 절연이 이루어지고, 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn)은 캐스케이드 접속으로 접속된다. 그 후, 신호가 광-커플러(PC1)를 통해 배터리 제어기(10)로부터 셀 제어기(CC1)로 송신된다. 이러한 신호는 제1 셀 제어기(CC1)로부터 최종 셀 제어기(CCn)로 순차적으로 송신되고, 배터리 제어기(10)는 최종 셀 제어기(CCn)로부터 송신된 신호를 수신한다. 따라서, CCn을 통한 배터리 제어기(10)와 셀 제어기(CC1) 사이의 통신이 확립되어 수행된다.
전력이 n개의 배터리 셀 모듈(M1 내지 Mn)로부터 배터리 부하(2)로 공급될 때, 제조 관점으로부터 각각의 배터리 셀들(1)에서의 생산 개체 차이로 인한 배터리 셀의 편차가 발견된다. 따라서, 스위칭 엘리먼트(6)를 폐쇄하기 위한 커맨드가 배터리 제어기(10)로부터 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각으로 송신되고, 배터리 셀 용량이 비교적 높은 임의의 하나 이상의 배터리 셀들(1)의 전력이 용량 조정 저항(5)(도 2 참조)으로 공급된다. 따라서, 배터리 셀 용량이 소정의 타이밍에서 조정될 수 있다.
제어부(100)가 릴레이 스위치(릴레이 스위치들)(4)의 온/오프(ON/OFF) 동작을 제어하고 배터리 제어기(10)로부터의 신호에 기초하여 조립 배터리(3)의 상태에 따라 배터리 부하(2)를 포함하는 전체 차량의 제어를 수행한다. 제어부(100)는 조립 배터리(3)에서 과도한 방전이 발생할 가능성이 높은 경우에, 대응하는 배터리 셀(1)의 과도한 방전을 방지하기 위해 인버터에 대한 제어를 통해 모터(배터리 부하(2))의 출력 토크에 제한을 둔다.
도 2는 (제2) 셀 제어기(CC2)의 내부 구조를 도시한다. 제2 셀 제어기(CC2)와 다른 셀 제어기들(CC1, CCn) 각각의 기본 구조가 제2 셀 제어기(CC2)의 기본 구조와 동일하지만, 광-커플러들(PC1 및 PC2)이 셀 제어기들(CC1 및 CCn)에 각각 접속된다는 것이 다른 점이라는 것에 유의해야 한다.
제2 셀 제어기(CC2)는 4개의 배터리 셀들(1)에 의해 구성된 대응하는 배터리 셀 모듈(M2)의 각각의 배터리 셀들(1)의 전압들이 입력되는 입력 단자들(VC1 내지 VC4), 그것의 접지 단자(GND), 전압 검출부(21), 및 CPU(중앙 처리 유닛)(22)를 포함한다. 전압 검출부(21)는 입력 단자들(VC1 내지 VC4) 각각에 입력되는 전압값을 검출하여 홀딩하고, 전압값 정보를 CPU(22)에 송신한다. CPU(22)는 제1 셀 제어기(CC1)로부터의 신호를 수신하여 그 신호를 인접한 제3 셀 제어기(CC3)에 송신한다. 제1 셀 제어기(CC1)로부터 송신된 신호는 배터리 제어기(10)로부터 송신된 신호이고, 제2 셀 제어기(CC2)는 전압 검출부(21)에 의해 모듈(M2)에서 각 배터리 셀(1)의 전압의 검출을 수행하고, 후술하는 바와 같은 스위칭 엘리먼트(6)의 온/오프 제어에 따라 배터리 셀 용량의 조정을 수행한다. 또한, 제2 셀 제어기(CC2)는 전압 검출 회로(21)에 의한 검출 전압들에 대한 데이터의 신호상의 기록시에 다음의 셀 제어기(CCn)(즉, 제2 셀 제어기(CC2)에 인접한 제3 셀 제어기(CC3))에 신호를 송신한다.
또한, 양자가 직렬로 함께 접속되는 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 엘리먼트(6)는 배터리 셀들(1) 각각의 단자들 양자에 접속된다. 스위칭 엘리먼트(6)(온/오프 제어)는 CPU(22)에 의해 제어된다. 스위칭 엘리먼트(6)가 턴 온 상태일 때, 전류가 배터리 셀들(1) 중 대응하는 하나로부터 접속된 용량 조정 저항(5)으로 흐르게 되어, 배터리 셀들(1) 중 대응하는 하나의 용량이 조정되고 배터리 셀들(1) 중 대응하는 하나를 가로지르는 전압이 강하된다.
따라서, 그 용량이 임의의 다른 배터리 셀들(1) 보다 높은 배터리 셀들(1) 중 대응하는 하나의 전력이 용량 조정 저항(5)으로 소비된다. 배터리 셀들(1) 각각의 출력 전압을 강하시키는 기능이 대응하는 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 엘리먼트(6)에 제공된다.
용량 조정 저항(5) 및 스위칭 엘리먼트(6)가 (제2 배터리 셀 모듈(M2)의) 최상위 스테이지에 배치되는 배터리 셀들(1) 중 하나 이외의 배터리 셀들(1) 각각에 또한 접속된다는 것에 유의해야 한다. 도 2에서, 대응하는 배터리 셀 모듈(도 2에서, M2)의 최상위 스테이지에 배치된 배터리 셀(1)에 접속될 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 엘리먼트(6)가 도시되어 있지만, 다른 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 엘리먼트(6)는 생략되어 있다. 도 1에서, 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 엘리먼트(6)의 기재가 생략되어 있다. 또한, 제2 셀 제어기(CC2) 이외의 임의의 다른 셀 제어기들(CC1, CCn)에 대해, 용량 조정 저항(5) 및 스위칭 엘리먼트(6)는 배터리 셀들(1) 각각의 양자의 단자들 양단에 유사하게 접속된다.
다음으로, 배터리 제어기(10)와 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각 사이의 통신이 여기에 설명될 것이다. 배터리 제어기(10)로부터 송신된 신호는 개별 셀 제어기들(CC1, CC2, ---, CCn) 각각에 할당된 어드레스, 및 배터리 셀들(1) 각각에 할당된 어드레스를 저장한다. 또한, 예를 들어, 제2 셀 제어기(CC2)의 CPU(22)는 수신 신호가 셀 제어기(CC2) 자체의 어드레스 및 제2 셀 제어기(CC2)에 접속된 배터리 셀들(1) 각각의 어드레스를 포함하는지를 결정한다.
그 후, 수신 신호가 대응하는 어드레스들을 포함하면, 수신 신호에 포함된 제어 커맨드에 기초하여 소정의 제어가 수행된다. 예를 들어, 제어 커맨드가 용량 조정이 수행되어야 한다는 취지의 커맨드를 포함하는 경우에서, CPU(22)는 어드레스에 기초하여 용량 조정될 배터리 셀들(1) 중 하나 이상을 식별하고, 용량 조정될 배터리 셀들(1) 중 하나 이상에 접속된 스위칭 엘리먼트(6) 또는 스위칭 엘리먼트들(6)을 제어한다. 스위칭 엘리먼트(6)가 턴 온되는 지속기간은 배터리 제어기(10)로부터 송신된 신호에 포함된다. 그 후, CPU(22)는 그 지속기간 동안 대응하는 스위칭 엘리먼트(6)를 턴 온한다. 그 결과, CPU(22)는 식별된(또는 특정한) 배터리 셀 또는 배터리 셀들(1)에 대한 용량 조정을 수행한다.
다음으로, 바람직한 실시예에서 배터리 셀 제어 장치에서의 배터리 용량 조정의 방법을 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명할 것이다. 도 3은 배터리 셀(1)의 SOC(충전 상태: %)에 관한 전압(V)을 나타내는 특성 그래프를 도시하고, 도 4는 셀 제어기들(CC1, CC2, CC3, ---, CCn) 각각에 관한 소비 용량(Ah)을 도시한다. 셀 제어기들의 번호는, 최상위 스테이지에 위치된 셀 제어기기들(CC1) 중 하나가 제1 셀 제어기로서 그리고 최하위 스테이지에 위치된 셀 제어기들(CCn) 중 최종의 셀 제어기가 n번째 셀 제어기로서 할당된다는 것에 유의해야 한다.
먼저, 각각의 배터리 셀들(1)의 셀 용량들(배터리 셀들(1) 각각의 잔존 용량)을 계산하는 방법을 여기에 설명할 것이다.
셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각은 소정의 샘플링 주기에서, 접속되어 있는 셀들(1) 각각의 (단자) 전압을 검출한다. 상술한 배터리 셀들(1) 각각의 전압의 검출은 적어도 부하가 조립 배터리(3)에 인가되기 이전에 시작되고, 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각은 접속된 배터리 셀들(1) 각각에 무부하 인가시의 전압을 검출한다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 해당 셀(1)에 무부하 인가시의 (단자) 전압과 해당 셀(1)의 충전 상태(이하, SOC(%)로 칭함) 사이의 소정의 관계가 확립된다는 것이 공지되어 있다. 따라서, 배터리 제어기(10)는 배터리 셀들(1) 각각의 검출된 전압과 그것의 SOC 사이의 대응관계를 나타내는 표로서 도 3에 도시된 관계를 저장하고, 배터리 셀들(1) 각각의 무부하시의 전압을 검출하며, 셀 제어기(CCn)로부터 송신된 제어 신호에 응답하여 검출된 전압에 대응하는 SOC를 유도한다. 해당 배터리 셀(1)의 풀 충전시의 배터리 셀 용량(Ahm)은 사용된 셀의 특징에 따라 사전결정된다. 따라서, 전압 검출시의 배터리 셀들(1) 각각의 셀 용량(Ah0)은 아래의 수학식(식 1)으로부터 유도된다.
Ah0= SOC (%) × Ahm (식 1)
풀 충전시의 셀 용량(Ahm)이 대응하는 셀(1)의 에이징(열화)에 따라 변하기 때문에, 셀 용량(Ahm)은 초기 스테이지에서의 셀(1)의 풀 충전 용량에 열화도를 가산함으로써 결정될 수도 있다.
다음으로, 각 배터리 셀(1)의 현재의 배터리 셀 용량(Aht)을 후술할 것이다. 배터리 셀 용량(Aht)은 배터리 셀 부하(2)를 구동시킴으로써 변한다. 이러한 실시예에서, 해당 배터리 셀(1)이 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에 대한 전원을 제공함으로써, 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)은, 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)을 구동시킴으로써 소비된 용량이 용량의 계산에 반영될 필요가 있도록 구동된다.
여기서, 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)을 구동시킴으로써 배터리 셀들(1) 각각에 의해 소비된 소비 용량(Ahc)을 도 4를 참조하여 설명할 것이다. 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에서의 소비 용량(Ahc)은 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 중 대응하는 하나에 대한 전원을 제공하는 해당 배터리 셀(1)의 전압에 따라 다르고, 해당 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 사이에서도 다르다. 예를 들어, 제1 셀 제어기(CC1)에 대해, 제1 셀 제어기(CC1)에 접속될 복수의 배터리 셀들(1)의 검출 전압이 V1인 경우에서 소비 용량은 Ah1을 나타내고, 검출 전압이 V2인 경우에서 소비 용량은 Ah2를 나타내며, 검출 전압이 V3인 경우에서 소비 용량은 Ah3을 나타낸다. V1 < V2 < V3인 경우에, Ah1 < Ah2 < Ah3임에 유의해야 한다. 그 후, 소비 용량(Ahc)은 접속된 복수의 배터리 셀들(1)의 검출 전압에 따라 상이하다. 즉, 다른 셀 제어기들(CC2 내지 CCn)에 대해, 소비 용량(Ahc)은 다른 셀 제어기들(CC2 내지 CCn) 중 대응하는 하나에 접속될 복수의 셀들(1)의 검출 전압에 따라 상이하다. 즉, 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 중 대응하는 하나에 접속될 셀들(1) 각각의 검출 전압과 소비 용량(Ahc)은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 설계의 스테이지에서 이전에 결정된 관계를 확립한다. 따라서, 이러한 실시예에서, 검출 전압에 대한 소비 용량(Ahc)은 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에 대해 사전설정된다. 이러한 실시예에서, 도 4에 도시된 소비 용량의 시간 성분(Ah)이 샘플링 주기에 대응한다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 제1 셀 제어기(CC1)에 대해, 셀 제어기(CC1)에 접속된 복수의 배터리 셀들(1)의 전압이 V1인 경우에서, 대응하는 배터리 셀들(1)은 샘플링 주기 동안 용량(Ah1)을 소비한다.
이러한 실시예에서, 배터리 제어기(10)는 배터리 셀(1)의 검출 전압과 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에 대한 소비 용량(Ahc) 사이의 대응관계를 나타내는 표로서 도 4에 도시된 관계를 저장한다. 그 후, 배터리 제어기(10)는 셀 제어기(CCn)로부터 송신된 제어 신호에 응답하여 각 셀(1)의 전압을 검출한다. 소비 용량 추정부(12)는 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에서의 검출 전압에 대응하는 소비 용량(Ahc)을 추정하기 위해 표를 참조한다.
통신용 저항들(R11, R12, R31, R31) 및 광-커플러들(PC1, PC2)이 제1 및 최종 셀 제어기들(CC1 및 CCn)에 접속된다. 통신용 저항들(R21, R22)는 다른 셀 제어기들(CC2 내지 CCn-1) 각각에 접속된다. 따라서, 해당 배터리 셀(1)의 배터리 셀 용량(Aht)이 계산될 때, 광-커플러들(PC1, PC2) 및 통신용 저항들(R11, R12, R21, R22, R31, R32) 등과 같은 각각의 셀 제어기들에 접속된 회로 구조에 따른 소비량은, 해당 배터리 셀(1)의 배터리 셀 용량(Aht)이 계산될 때 가산되는 것이 권장된다.
셀 제어기들 각각에 접속된 회로 구조에 따라 소비된 해당 배터리 셀(1)의 소비 용량(Ahp)은 사용된 회로 컴포넌트에 따라 결정되고 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에 대해 사전설정된다.
이러한 실시예에서, 용량 조정은 해당 배터리 셀(1)로 하여금 방전되게 한다. 따라서, 배터리 셀 소비량은 바람직하게는 용량 계산에 반영된다. 용량 조정에 따른 해당 배터리 셀(1)의 소비 용량(Aha)은 배터리 셀들(1) 각각의 편차에 따라 배터리 제어기(10)에 의해 각 배터리 셀(1)에 접속된 스위칭 엘리먼트(6)의 온 지속기간 및 해당 배터리 셀(1)에 접속된 스위칭 엘리먼트(6)의 저항값에 따라 결정된다. 용량 조정의 특정한 방법이 후술된다는 것에 유의한다.
또한, 배터리 셀 용량(Ah0)이 유도된 이후의 현재의 배터리 셀 용량(Aht), 다시 말해, 초기 무부하 인가시의 해당 배터리 셀(1)의 전압 이후에 샘플링 주기에 대응하는 시간의 경과시의 배터리 셀 용량(Aht)이 아래의 식(식 2)으로부터 유도된다.
Aht = Ah0 - Ahc -Ahp - Aha (식 2)
다시 말해, 배터리 제어기(10)는 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각으로부터의 신호에 응답하여 무부하 인가시에 해당 배터리 셀(1)의 전압을 검출하고, 배터리 셀 용량 계산부(11)는 배터리 셀 용량 계산부(11)에 의해 검출 전압에 따라 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량(Ah0)을 계산한다. 배터리 제어기(10)는 다음의 주기에서 검출될 전압을 검출하고, 소비 추정부(12)를 통해 검출 전압으로부터 소비 용량(Ahc)을 추정하며, 상술한 식 (2)에 기초하여 현재의 배터리 셀 용량(Aht)을 계산한다.
다음으로, 배터리 제어기(10)에 의해 계산된 배터리 셀 용량(Aht)을 사용하여 배터리 셀들(1) 각각의 용량 조정의 방법을 후술한다.
상술한 바와 같이, 조립 배터리(3)에 포함된 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량(Aht)은 배터리 용량 계산부(11) 및 소비 추정부(12)를 통해 계산된다. 배터리 제어기(10)는 조립 배터리(3)에 포함된 해당 배터리 셀들(1)의 배터리 셀 용량들(Aht) 중에서 배터리 셀 용량이 가장 작은(가장 낮은) 배터리 셀들(1) 중 하나를 식별한다. 그 후, 식별된 배터리 셀(1)의 배터리 셀 용량(Aht)과 다른 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량(Aht) 사이의 용량차가 계산되어 소정의 임계값과 비교된다.
소정의 임계값은 용량들의 편차의 크기에 대응하고, 편차 조건은 임계값을 감소시킴으로써 더욱 엄격해지고 편차 조건은 임계값을 크게 함으로써 느슨해지는 이러한 임계값이 사전설정된다는 것에 유의해야 한다. 이러한 실시예에서, 소정의 임계값은 고정적으로 사전설정되지만, 이러한 임계값은 임의의 변화될 수도 있다.
셀 용량들 사이의 차이가 소정의 임계값 보다 큰 경우에서, 배터리 제어기(10)는 상술한 편차가 크다는 것을 결정하고 용량 조정될 배터리 셀들(1)의 하나 이상을 식별한다. 용량의 조정량은 배터리 셀들(1) 각각의 방전 시간에 따라 조정된다. 따라서, 배터리 제어기(10)는 용량 조정의 시간 지속기간에 대응하는 시간 지속기간 만큼 스위칭 엘리먼트(6)를 턴 온하여, 편차가 비교적 큰 배터리 셀들(1) 중 하나가 방전된다. 스위칭 엘리먼트(6)가 턴 온되는 시간 지속기간은 조정될 배터리 셀들(1) 중 하나의 용량과 배터리 셀 용량이 가장 낮은 배터리 셀들(1) 중 하나의 용량 사이의 차이 및 용량 조정 저항(5)의 저항값을 사용하여 계산된다. 상술한 바와 같이, 배터리 제어기(10)는 배터리 셀 용량 계산부(11)에 의해 계산된 배터리 셀 용량(Aht)과 소정의 임계값 사이의 비교에 의해 용량 조정될 배터리 셀들(1) 중 하나 이상을 식별하고, 대응하는 스위칭 엘리먼트(6)가 턴 온되는 시간 지속기간을 설정하며, 설정된 시간 지속기간 동안 대응하는 스위칭 엘리먼트(6)를 턴 온한다. 따라서, 이것은 편차가 충분히 큰 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량이 조정되게 하여 각각의 배터리 셀들(1)의 편차를 제거한다.
이러한 실시예에서, 배터리 셀 용량 조정은 배터리 셀 용량의 가장 낮은 배터리 셀들 중 하나로부터의 배터리 셀 용량에서의 차이에 따라 수행된다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 기준으로서 배터리 셀들(1)의 배터리 셀 용량들의 평균값으로, 평균값 보다 높은 배터리 셀들(1) 중 하나 이상의 용량이 조정될 수도 있다. 또한, 용량 조정은 널리 공지되어 있는 방법을 사용하여 이루어질 수도 있다.
다음으로, 이러한 실시예에서의 배터리 셀 제어 시스템의 제어 절차를 도 5를 참조하여 후술할 것이다. 도 5는 이러한 실시예의 배터리 셀 제어 시스템의 제어 절차를 나타내는 플로우차트를 도시한다.
즉, 단계 S1에서, 배터리 제어기(10)는 제어 신호를 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)로 송신하여 배터리 셀들(1) 각각의 전압을 검출한다. 단계 S2에서, 배터리 제어기(10)는 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량(Ah0) 또는 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량(Aht)이 계산되었는지를 결정한다. 예를 들어, 무부하 인가의 상태에서, 배터리 셀들(1) 중 하나의 전압이 초기에 검출된 경우에서, 배터리 셀 용량(Ah0)은 배터리 셀 용량 계산부(11)에 의해 아직 계산되지 않았고, 후술하는 바와 같은 단계 S7에서 배터리 셀 용량(Aht)이 아직 계산되지 않았다. 따라서, 루틴은 단계 S1으로부터 단계 S3으로 진행한다. 단계 S3에서, 배터리 셀 용량 계산부(11)는 검출 전압과 SOC 사이의 대응관계를 나타내는 상술한 표를 참조하고(이 표는 도 3에 대응함), 단계 S1에서 검출된 검출 전압을 사용하여, 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량(Ahm)을 계산하고, 식 (1)(식 1)을 사용하여 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량(Ah0)을 계산한다. 그 후, 루틴은 단계 S1으로 복귀한다.
한편, 단계 S2에서, 배터리 셀 용량(Ah0) 또는 배터리 셀 용량(Aht)이 계산된 경우(예), 루틴은 단계 S4로 진행한다. 그 후, 단계 S4에서, 소비량 추정부(수단)(12)은 단계 S1에서 검출된 대응하는 전압을 사용하여 배터리 셀들(1) 중 대응하는 하나의 검출 전압에 따라 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각의 소비 용량(Ahc)을 추정하기 위해 도 4에 대응하는 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각의 검출 전압과 소비 용량(Ahc) 사이의 대응관계를 나타내는 표를 참조한다. 단계 S5에서, 배터리 제어기(10)는 배터리 셀 용량 계산부(11)에서 소비 용량(Ahp)을 계산한다. 상술한 바와 같이, 소비 용량(Ahp)은 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에 대해 사전설정된다. 소비 용량(Ahp)은 단계 S1의 샘플링 주기 동안 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에서의 통신에 따라 결정된 소비 용량이다. 총 전압 센서, 전류 센서 등(미도시)가 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에 접속되고 이들 센서들이 배터리 셀들(1) 각각의 전력에 의해 구동되는 경우에서, 이들 센서들의 구동에 의한 전력 소비가 소비 용량(Ahp)에 포함된다는 것에 유의해야 한다.
단계 S6에서, 배터리 제어기(10)의 배터리 셀 용량 계산부(11)는 소비 용량(Aha)을 계산한다. 소비 용량(Aha)은 용량 조정에 따라 배터리 셀들(1) 각각의 방전 용량에 대응하고, 후술하는 바와 같이 단계 S11에서, 스위칭 엘리먼트(6)의 온 지속기간 및 용량 조정 저항(5)의 저항값을 사용하여 설정된다. 단계 S7에서, 상술한 식 (2)(식 2)를 사용하여 최소의 배터리 셀 용량 중인 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량(Aht)을 계산한다.
다음으로, 단계 S8에서, 배터리 제어기(10)는 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량들(Aht)로부터 가장 작은(최소 또는 가장 낮은) 배터리 셀 용량을 갖는 배터리 셀(1)을 식별한다. 단계 S9에서, 배터리 제어기(10)는 단계 S8에서 식별된 셀들(1) 중 하나의 셀 용량에 관하여 배터리 셀들(1) 각각의 용량의 차이를 계산한다. 단계 S10에서, 배터리 제어기(10)는 단계 S9에서의 배터리 셀 용량의 차이를 (사전설정된) 소정의 임계값과 비교한다. 단계 S10에서 배터리 셀 용량의 차이가 사전설정된 임계값 보다 크면(예), 단계들 S11 및 S12에서의 프로세스들이 수행된다. 단계 S10에서 배터리 셀 용량의 차이가 사전설정된 임계값 이하이면(아니오), 제어 프로세스는 종료된다.
단계 S11에서, 배터리 제어기(10)는 단계 S10을 통해 배터리 셀 용량에서의 차이에 따라 대응하는 스위칭 엘리먼트(6)의 온 시간 지속기간을 설정한다. 단계 S12에서, 배터리 제어기(10)는 용량 조정될 배터리 셀(1)의 어드레스와 온 시간 지속기간 사이의 대응시에 용량 조정이 이루어져야 한다는 취지의 제어 신호를 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에 송신한다. 제어 신호를 수신한 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각은 그 제어 신호를 분석한다. 용량 조정은 배터리 제어기(10)로부터의 커맨드에 응답하여 턴 온된 스위칭 엘리먼트(6)로 이루어진다. 그 후, 상술한 일련의 프로세싱이 배터리 셀들(1)에 대해 종료되면, 루틴은 다시 단계 S1으로 복귀된다.
다음으로, 바람직한 실시예에서 배터리 셀 제어 시스템에서의 배터리 셀들(1) 각각의 용량 변동을 도 6을 참조하여 설명할 것이다.
도 6은 배터리 셀들(1) 각각에 대한 배터리 셀 용량의 특징을 도시하고 전압 검출의 타이밍에 따른 배터리 셀 용량에서의 변동을 나타낸다. 도 6은 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에서 검출 전압의 샘플링시의 배터리 셀 용량을 도시한다. 셀1 1은 제1 셀 제어기(CC1)에 접속될 최상위 스테이지에 위치되는 배터리 셀들(1) 중 하나를 나타내고, 셀12는 제1 셀 제어기(CC1)에 접속될 제2 최상위 스테이지에 위치된 배터리 셀들(1) 중 제2 셀을 나타내고, 셀n1은 최종 셀 제어기(CCn)에 접속될 최상위 스테이지에 위치된 배터리 셀들(1) 중 하나를 나타내며, 셀n2는 최종 셀 제어기(CCn)에 접속될 제2 최상위 스테이지에 위치된 배터리 셀들(1) 중 제2 셀을 나타낸다는 것에 유의해야 한다. 배터리 셀들(1) 각각의 검출이 수행되는 타이밍에 대해, T1은 배터리 셀들(1) 각각에 대한 검출이 먼저 이루어지는 타이밍을 나타내고, T2는 배터리 셀들(1) 각각에 대한 검출이 타이밍 T1으로부터 샘플링 주기의 경과 이후에 2번째로 이루어지는 타이밍을 나타내며, T3은 배터리 셀들(1) 각각에 대한 검출이 타이밍 T1로부터 샘플링 주기의 경과 이후에 이루어지는 타이밍을 나타낸다. TX는 타이밍 T3 이후의 타이밍을 나타내고 소정의 검출 타이밍을 나타내며, TY는 TX 이후의 소정의 검출 타이밍을 나타낸다. 첨자들 X 및 Y는 자연수들을 나타낸다는 것에 유의한다.
그 후, 도 6의 가로축은 각 스위칭 엘리먼트들(6) 및 셀들(셀11 내지 셀nn)의 온 또는 오프 상태를 나타내고, 도 6의 세로축은 배터리 셀들(1) 각각의 잔존 용량인 배터리 셀 용량(Aht)을 나타낸다. 소비 용량(Ahp)에 대응하는 감소량이 생략되었다는 것에 유의해야 한다.
도 6에 도시된 T1의 시간에서 검출될 배터리 셀(1)은 무부하 상태에 있다. 그러나, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 배터리 셀들(1)의 배터리 셀 용량들은 개별 배터리 셀(1)의 에이징 영향(열화)으로 인해 어느 정도 편차를 갖는다.
그 후, 배터리 셀 용량들은 각각의 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)에 접속될 배터리 셀들(1)의 전압들에 따라 소비된다. 검출 전압들에 따라 소비된 소비량은 소비 용량들(Ahc)에 대응한다. 동일한 용량들 및 동일한 소비량이 동일한 제어기들(CC1 내지 CCn)에 접속된 각각의 셀들(1) 사이에서 이루어지기 때문에, 셀11 및 셀1 2의 소비 용량들(Ahc)은 상호 동일하다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 소비 용량(Ahc)은 셀 제어기들(CC1 내지 CCn) 각각에 대해 상이하다. 도 6에서, T2의 시간에서의 소비 용량(Ahc)은 셀 제어기(CC1)와 셀 제어기(CCn) 사이에서 상이하다. 즉, 배터리 제어기(10)는 시간 T1으로부터 시간 T2까지 소비되는 소비 용량(Ahc)을 시간 T2에서 검출된 각 배터리 셀(1)의 검출 전압으로부터 계산한다. 그 후, 배터리 제어기(10)는 시간 T2에서의 검출 전압에 기초하여 배터리 셀 용량(Aht)으로부터 소비 용량(Ahc)을 감산하여 시간 T2에서의 배터리 셀 용량(Aht)을 계산한다. 배터리 제어기(10)는 시간 T2에서의 배터리 셀 용량(Aht)으로부터 용량 조정될 배터리 셀들(1) 중 하나 이상을 식별하고 대응하는 스위칭 엘리먼트(6)의 온 시간 지속기간을 설정한다. 도 6에서, 셀n2의 용량이 가장 작기(가장 낮기) 때문에, 셀11, 셀12, 및 셀n1의 용량들은 셀n2의 용량을 기준으로서 셀n2의 용량과 동일해지도록 조정된다.
소비 용량(Ahc)은 시간 T2로부터 시간 T3까지 각각의 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)에 의해 소비된다. 여기서, 시간 T3에서의 검출 전압이 시간 T2에서의 검출 전압 보다 낮기 때문에, 시간 T2로부터 시간 T3까지의 소비 용량(Ahc)이 시간 T1로부터 시간 T2까지의 소비 용량(Ahc) 보다 작다는 것에 유의해야 한다. 또한, 용량 조정이 시간 T2로부터 시간 T3까지의 시간 간격 동안 시간 T2의 시점에서 식별되는 배터리 셀들(1) 중 하나에 대해 이루어지기 때문에, 소비 용량(Aha)이 소비된다. 즉, 시간 T3에서의 배터리 셀(1)의 배터리 셀 용량(Aht)은 시간 T2에서 배터리 셀들(1) 각각의 셀 용량(Aht)으로부터, 시간 T2로부터 시간 T3까지의 시간 간격 사이의 소비 용량(Ahc) 및 시간 T2로부터 시간 T3까지의 시간 간격 사이의 소비 용량(Aha)을 감산한 용량이다. 그 후, 용량 조정될 배터리 셀들(1) 중 하나 이상이 시간 T3에서의 배터리 셀 용량(Aht)으로부터 식별된다. 도 6에서, 셀n2는 배터리 셀 용량이 가장 작은(가장 낮은) 배터리 셀들 중 하나이다. 셀11은 셀n2로부터의 용량 차이가 작기 때문에 조정되지 않고, 셀12 및 셀n1은 이들이 셀n2로부터 큰 용량 차이를 갖기 때문에 용량 조정될 배터리 셀들 중 2개이다.
시간 TX에서의 셀 용량(Ahc)은 시간 TX -1에서의 배터리 셀 용량으로부터, 시간 TX-1 및 TX에서의 배터리 셀 용량 사이에서 소비된 소비 용량(Ahc) 및 소비 용량(Aha)을 감산한 용량값이다. 도 6에서, 셀n2가 가장 작은(가장 낮은) 용량 셀이기 때문에, 셀n2는 용량 조정에 대한 기준 배터리 셀(1)을 제공한다. 셀11 및 셀n1이 셀n2로부터 작은 용량 차이들을 갖기 때문에, 이들은 용량 조정될 배터리 셀들이 아니고, 셀12가 셀n2로부터 큰 용량 차이를 갖기 때문에, 이러한 셀은 용량 조정될 배터리 셀이다.
시간 TY에서의 셀 용량(Ahc)은 시간 TY -1에서의 배터리 셀 용량으로부터, 시간 TY-1로부터 TY까지의 시간 간격 동안 소비된 소비 용량(Ahc) 및 소비 용량(Aha)을 감산한 값인 용량값이다. 도 6에서, 셀12는 용량이 가장 작은(가장 낮은) 배터리 셀들(1) 중 하나이고, 이러한 셀은 용량 조정에 대한 기준 배터리 셀(1)을 제공한다. 또한, 셀11, 셀n1, 및 셀n2는 이들이 셀12에 대해 작은 용량 차이들을 갖기 때문에 용량 조정될 배터리 셀들이 아니다.
상술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 대응하는(해당) 배터리 셀(1)의 검출 전압에 따라 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)에 의해 소비되는 해당 배터리 셀(1)의 (Ahc에 대응하는) 소비량이 추정된다. 따라서, 배터리의 전압에 따른 모니터링 수단(부)의 소비량이 변화되는 경우에서도, 상술한 소비량은 정확하게 추정될 수 있다. 그 결과, 배터리 셀들(1) 각각의 제어 정확도가 증가될 수 있다.
이러한 실시예에서, 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량은 (Ahc에 대응하는) 소비량을 사용하여 계산되고, 배터리 셀들(1) 각각은 계산된 배터리 셀 용량에 따라 제어된다. 예를 들어, 도 4 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)은, 대응하는 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)에 접속된 배터리 셀들(1)이 배터리 셀들(1) 각각의 샘플링 주기 동안 대응하는 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)에 대한 전원을 제공하기 때문에, 배터리 셀 용량들을 소비한다. 이러한 경우에서, 해당 배터리 셀(1)의 (전력) 소비량은 배터리 셀(1)의 검출 전압에 따라 변화된다. 따라서, 이러한 실시예에서, (전력) 소비량은 해당 배터리 셀(1)의 검출 전압에 따라 추정되고 배터리 셀 용량이 계산된다. 이에 의해, 이러한 실시예에서, 배터리 셀들 각각의 잔존 용량이 높은 정확도로 파악되기 때문에, 조립 배터리(3)를 구성하는 배터리 셀들(1)의 제어 정확도가 개선될 수 있다.
또한, 이러한 실시예에서, 배터리 셀들(1) 각각에 대한 용량 조정은 (Ahc에 대응하는) (전력) 소비량을 사용하여 계산된 배터리 셀들(1) 중 대응하는 하나의 배터리 셀 용량(Aht)을 사용하여 이루어진다. 따라서, 용량 조정이 (Ahc에 대응하는) 소비량이 반영되는 배터리 셀 용량에 기초하여 이루어지기 때문에, 용량 조정이 정확하게 이루어질 수 있고 상술한 편차의 발생이 방지될 수 있다.
이러한 실시예에서, Tn의 타이밍에서의 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량은 Tn -2(n은 자연수임)의 타이밍에서 계산된 배터리 셀 용량으로부터, Tn -1의 타이밍에서 검출된 검출 전압에 대응하는 (Ahc에 대응하는) (전력) 소비량 및 Tn의 타이밍에서 검출된 검출 전압에 대응하는 (Ahc에 대응하는) 전력 소비량을 감산함으로써 계산되고, T는 샘플링 주기에 대응한다. 예를 들어, n=1인 경우에, T는 도 6에서 T1에 대응하고, n=X의 T는 TX에 대응한다. 따라서, 시간 T2 이후에, 배터리 셀 용량(Aht)은 배터리 셀들(1) 각각의 배터리 셀 용량 자체를 직접 계산하지 않고 검출 전압에 따른 전력 소비량을 감산함으로써 계산된다. 따라서, 계산 부하가 감소될 수 있다. 그 후, 배터리 제어는 높은 정확도로 수행될 수 있다. 이러한 경우에서, 용량 조정이 Tn -2로부터 Tn까지의 시간 간격 동안 이루어지는 경우에서, 배터리 셀 용량의 계산은 (Aha에 대응하는) 전력 소비량을 포함할 수도 있고, (Ahp에 대응하는) 소비량을 배터리 셀 용량의 계산에 가산할 수도 있다.
또한, 이러한 실시예에서, 전력 소비량(Aht)은 각각의 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)의 통신으로 인해 소비된 (Ahp에 대응하는) 소비량을 사용하여 계산된다. 그 결과, 배터리 셀들(1) 각각의 소비량이 배터리 셀들(1) 각각의 용량 계산에 반영될 수 있기 때문에, 계산 정확도가 더욱더 증가될 수 있다.
또한, 이러한 실시예에서, 배터리 제어기(12)의 전력 소비량 추정부(12)는 배터리 셀(1)의 검출 전압과 소비 용량 사이의 대응관계를 나타내는 표를 사전에 저장하지만, 검출 전압에 따라 소비 전류를 추정할 수도 있고 전력 소비량을 추정할 수도 있다. 이러한 경우에서, 소비량 추정부(12)는 검출 전압과 소비 전류 사이의 대응관계를 나타내는 표를 저장할 수도 있다. 소비 용량(Ahc)이 검출 전압에 따른 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)에 소비된 소비 전류와 샘플링 주기의 승산에 대응하기 때문에, 소비량 추정부(12)는 검출 전압에 따라 소비 전류를 추정함으로써 소비 용량(Ahc)을 계산할 수 있다. 그 후, 소비 전류는 검출 전압에 따라 설계 스테이지에서 사전설정된다.
시간 T2에서의 소비 용량(Ahc)이 예를 들어, 시간 T2에서의 검출 전압에 따라 추정되더라도, 이것은 시간 T1에서의 검출 전압에 따라 추정될 수도 있거나 시간 T1으로부터 시간 T2까지의 검출 전압의 변동량에 따라 추정될 수도 있다는 것에 유의해야 한다. 시간 Tn에서의 소비 용량(Ahc)은 시간 Tn에서의 검출 전압에 따라 추정된다. 그러나, 소비 용량(Ahc)은 시간 Tn -1에서의 검출 전압에 따라 추정될 수도 있거나 시간 Tn -1로부터 시간 Tn까지의 시간 간격에서의 검출 전압의 변동량에 따라 추정될 수도 있다.
이러한 실시예에서의 셀 제어기들(CC1 내지 CCn)은 청구항들에서 정의된 "모니터링부(수단)"에 대응하고, 이러한 실시예에서의 소비량 추정부(12)는 청구항들에서 정의된 "추정부(수단)"에 대응하고, 이러한 실시예에서의 배터리 셀 용량 계산부(11)는 청구항들에서 정의된 "용량 계산부(수단)"에 대응하고, 이러한 실시예에서의 배터리 제어기(10)는 청구항들에서 정의된 "제어 수단(부)"에 대응하며, 바람직한 실시예에서의 용량 조정 저항(5)은 청구항들에서 정의된 "용량 조정 저항"에 대응한다. 또한, 본 발명에 따른 제1 타이밍이 바람직한 실시예에서 Tn -2이면, 제2 타이밍은 바람직한 실시예에서Tn -1에 대응하고, 제3 타이밍은 바람직한 실시예에서 Tn에 대응한다.
본 발명에 따른 제1 타이밍이 바람직한 실시예에서 T1에 대응하면, 제2 타이밍은 바람직한 실시예에서 T2에 대응하고, 제3 타이밍은 바람직한 실시예에서 T3에 대응한다.
또한, 바람직한 실시예에서의 소비 용량(Ahc)은 청구항들에서 정의된 제1 소비량에 대응하고, 바람직한 실시예에서의 소비 용량(Aha)은 청구항들에서 정의된 제2 소비량에 대응하고, 바람직한 실시예에서의 소비 용량(Ahp)은 청구항들에서 정의된 제3 소비량에 대응한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "소비량"은 소비 용량과 동일한 의미를 갖는다.
본 출원은 2010년 6월 4일 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-128449호에 기초한다. 본 발명이 본 발명의 특정한 실시예들을 참조하여 상술되었지만, 본 발은 상술한 실시예들에 제한되지 않는다. 상술한 실시예들의 변형예들 및 변동예들이 상기 교시의 관점에서 당업자에게 상기될 것이다. 본 발명의 범위는 아래의 청구항들을 참조하여 정의된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 따른 배터리 셀 제어 시스템 및 방법은 전기 자동차 등에서의 전기 모터와 같은 부하의 전기 구동 시스템 및 방법에 적용가능하다.
1 : 전지 셀 M1, M2, ---, Mn : 배터리 셀 모듈
2 : 배터리 부하 3 : 조립 배터리
4 : 릴레이 스위치 5 : 용량 조정 저항
6 : 스위칭 엘리먼트
10 : 배터리 제어기 11 : 배터리 용량 계산부 12 : 소비량 추정부
CC1, CC2, CCn : 셀 제어기 R11, R12 : 통신 저항
R21, R22 : 통신 저항 R31, R32 : 통신 저항
PC1, PC2 : 광-커플러 PD1, PD2 : 포토-다이오드
PT1, PT2 : 포토-트랜지스터 21 : 전압 검출부
22 : CPU 100 : 제어부

Claims (11)

  1. 배터리 셀 제어 시스템으로서,
    조립 배터리에 포함된 배터리 셀에 접속되고, 전원으로서 상기 배터리 셀로 동작되며, 상기 배터리 셀의 상태를 모니터링하도록 구성된 모니터링부; 및
    상기 배터리 셀의 전압을 사용하여, 상기 배터리 셀의 상기 전압에 따라 상기 모니터링부에 의해 소비되는 상기 배터리 셀의 제1 소비량을 추정하도록 구성된 추정부
    를 포함하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀 제어 시스템은,
    상기 배터리 셀의 상기 전압 및 상기 제1 소비량을 사용하여 상기 배터리 셀의 용량을 계산하도록 구성된 용량 계산부; 및
    상기 배터리 셀의 상기 용량에 따라 상기 조립 배터리를 제어하도록 구성된 제어부
    를 더 포함하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모니터링부는 소정의 타이밍에서 상기 배터리 셀의 상기 전압을 검출하고, 상기 용량 계산부는 제1 타이밍에서 상기 모니터링부에 의해 검출된 상기 배터리 셀의 상기 전압을 사용하여 상기 배터리 셀의 제1 배터리 셀 용량을 계산하고, 상기 제1 배터리 셀 용량으로부터 상기 제1 소비량을 감산함으로써 상기 배터리 셀의 제2 배터리 셀 용량을 계산하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 추정부는 제2 타이밍에서 상기 모니터링부에 의해 검출된 상기 배터리 셀의 상기 전압을 사용하여 상기 제1 소비량을 추정하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 추정부는 제2 타이밍에서 상기 모니터링부에 의해 검출된 상기 배터리 셀의 상기 전압을 사용하여 첫 번째의 상기 제1 소비량을 추정하고, 제3 타이밍에서 상기 모니터링부에 의해 검출된 상기 배터리 셀의 상기 전압을 사용하여 두 번째의 상기 제1 소비량을 추정하고, 상기 용량 계산부는 상기 배터리 셀의 상기 제1 용량으로부터, 상기 첫 번째의 제1 소비량 및 상기 두 번째의 상기 제1 소비량을 감산함으로써 상기 배터리 셀의 제2 소비량을 계산하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 모니터링부는 상기 조립 배터리에 포함된 대응하는 복수의 배터리 셀들에 접속되고 대응하는 배터리 셀들의 전압들을 검출하도록 구성된 복수의 모니터링부들에 의해 구성되고, 상기 추정부는 각각의 모니터링부들에 대응하는 상기 배터리 셀들의 전압들을 사용하여 상기 모니터링부들 각각에 의해 소비된 상기 제1 소비량을 추정하고, 상기 용량 계산부는 상기 제1 타이밍에서 상기 복수의 모니터링부들에 의해 검출된 상기 각각의 배터리 셀들의 상기 전압들을 사용하여 상기 각각의 모니터링부들에 대응하는 상기 배터리 셀들 각각의 상기 제1 배터리 셀 용량을 계산하며, 상기 제1 배터리 셀 용량으로부터 상기 제1 소비량을 감산함으로써 상기 각각의 모니터링부들에 대응하는 상기 배터리 셀들 각각의 상기 제2 배터리 셀 용량을 계산하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 배터리 셀 용량을 사용하여 상기 배터리 셀을 방전시킴으로써 상기 배터리 셀 용량을 조정하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 셀 제어 시스템은 상기 배터리 셀들 각각에 접속된 용량 조정 저항을 더 포함하고, 상기 용량 계산부는 상기 제1 배터리 셀 용량으로부터, 전류가 상기 제어부에 의해 용량 조정될 상기 배터리 셀들 중 하나로부터 상기 용량 조정 저항으로 흐르게 될 때 소비되는 제2 소비량을 감산하여, 용량 조정될 상기 배터리 셀의 상기 제2 배터리 셀 용량을 계산하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 모니터링부는 상기 조립 배터리에 포함된 대응하는 복수의 배터리 셀들에 접속된 복수의 모니터링부들에 의해 구성되고, 상기 제어부는 상기 복수의 모니터링부들 중에서 적어도 하나의 상기 모니터링부와 통신하고, 상기 용량 계산부는 상기 제1 배터리 셀 용량으로부터 상기 제어부와 상기 모니터링부 사이의 통신에 의해 소비된 제3 소비량을 감산하여 상기 제어부와 통신하는 상기 모니터링부들 중 대응하는 하나에 접속된 상기 배터리 셀들 각각의 상기 제2 배터리 셀 용량을 계산하는, 배터리 셀 제어 시스템.
  10. 배터리 셀 제어 장치로서,
    조립 배터리에 포함된 배터리 셀에 접속되고, 상기 배터리 셀의 상태를 모니터링하기 위해 전원으로서 상기 배터리 셀로 동작되는 모니터링 수단; 및
    상기 배터리 셀의 전압을 사용하여, 상기 배터리 셀의 전압에 따라 상기 모니터링 수단에 의해 소비되는 상기 배터리 셀의 제1 소비량을 추정하는 추정 수단
    을 포함하는, 배터리 셀 제어 장치.
  11. 배터리 셀 제어 방법으로서,
    조립 배터리에 포함된 배터리 셀에 접속되고, 전원으로서 상기 배터리 셀로 동작되며, 상기 배터리 셀의 상태를 모니터링하도록 구성된 모니터링부를 제공하는 단계; 및
    상기 배터리 셀의 전압을 사용하여, 상기 배터리 셀의 전압에 따라 상기 모니터링부에 의해 소비되는 상기 배터리 셀의 제1 소비량을 추정하는 단계
    를 포함하는, 배터리 셀 제어 방법.
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