KR20190009367A - 전지 시스템 - Google Patents

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오토모티브 에너지 서플라이 가부시키가이샤
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Abstract

고확장성의 전지 시스템을 제공하는 것이다. 전지 시스템(1)을 구성하는 각 전지 팩은, 1 이상의 전지의 물리량을 취득하고, 취득한 물리량에 기초하여 전지 상태 정보를 산출하고, 다른 전지 팩과의 사이에서 통신을 행한다. 어느 것의 전지 팩이 마스터 전지 팩 MP로, 마스터 전지 팩(MP) 이외가 슬레이브 전지 팩(SP)으로 설정된다. 슬레이브 전지 팩(SP)은 마스터 전지 팩(MP)에 대해 전지 상태 정보를 송신하고, 마스터 전지 팩(MP)은 각 전지 팩의 전지 상태 정보에 기초하여 통합 전지 정보를 산출한다.

Description

전지 시스템
본 발명은 전지 시스템에 관한 것이다.
근년, 전기 모터에 의해 주행하는 전기 자동차나, 내연 기관과 전동 모터를 동력원으로서 구비한 하이브리드 자동차의 보급이 진행되고 있다. 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등, 전동기를 주행 구동을 위해 사용하는 차량(이하, 「전동 차량」이라 함)에는, 전동기를 구동하는 전력을 축적하기 위한 충방전 가능한 전지 팩이 탑재되어 있다. 그리고, 전동 차량에 따른 전지 용량을 확보하기 위해 복수의 전지 팩이 부하에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 전지 용량을 더 증가시키고 싶은 경우에는, 추가의 전지 팩을 병렬 접속(이하, 「병렬 증설」이라 함)시키게 된다.
전동 차량에 있어서 복수의 전지 팩의 각각의 상태를 감시하고, 제어하기 위해, 복수의 전지 팩의 외부에 복수의 전지 팩 전체를 통괄하는 시스템 제어부를 설치하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 특허문헌 1에서는, 전지 팩으로서의 전지 유닛이 전지 제어부를 갖고, 각 전지 제어부와 시스템 제어부 사이에서 폴링 방식에 의해 통신을 행한다. 구체적으로는, 시스템 제어부가 전지 제어부에 대하여, 전지의 전압, 전류, 온도 등의 제어 정보의 송신을 요구하고, 당해 요구에 따라서 전지 제어부가 시스템 제어부에 대하여 제어 정보를 송신한다. 시스템 제어부는, 각 전지 제어부로부터 제어 정보를 수신하면, 각 전지 유닛의 SOC(State Of Charge; 충전율) 등의 상태 정보를 산출한다.
또한, 복수의 전지 팩 전체를 통괄하는 시스템 제어부가, 각 전지 유닛의 상태 정보(상기 SOC 등)에 대하여 통계 처리 등의 소정의 처리를 행함으로써, 통합 전지 정보를 산출하는 경우가 있다. 이와 같은 통합 전지 정보는, 더 상위의 시스템(예를 들어, 차량 제어 유닛 등)으로 송신된다.
일본 특허 공개 제2010-207029호 공보
상술한 종래의 전지 시스템에는, 이하의 과제가 있다. 병렬 증설 등에 의해 시스템 제어부와 통신을 행하는 전지 팩의 수(즉, 전지 제어부의 수)가 증가되면, 시스템 제어부에서 각 전지 팩의 상태 정보의 산출을 행하기 위한 전지 제어부로부터의 통신량이 증가하여, 확장성이 높은 전지 시스템을 구축하는 데 있어서 장해가 될 수 있다.
따라서, 종래보다도 확장성이 높은 전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 관한 전지 시스템은, 복수의 전지 팩을 갖는 전지 시스템이며, 복수의 전지 팩의 각각은, 1개 또는 복수의 전지와, 당해 1개 또는 복수의 전지의 물리량을 취득하는 취득 수단과, 취득한 물리량에 기초하여 1개 또는 복수의 전지의 상태에 관한 정보인 전지 상태 정보를 산출하는 산출 수단과, 다른 전지 팩과의 사이에서 통신을 행하는 통신 수단을 포함하고, 복수의 전지 팩 중 어느 것의 전지 팩이 마스터 전지 팩으로 설정되고, 마스터 전지 팩 이외의 전지 팩이 슬레이브 전지 팩으로 설정되어 있고, 슬레이브 전지 팩은 마스터 전지 팩에 대하여, 산출한 전지 상태 정보를 송신하고, 마스터 전지 팩은, 복수의 전지 팩의 각각의 전지 상태 정보에 기초하여, 복수의 전지 팩의 통합적인 정보인 통합 전지 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
종래보다도 확장성을 높일 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 전지 시스템의 개략 회로도이다.
도 2는 실시 형태에 관한 슬레이브 전지 팩의 개략 회로도이다.
도 3은 실시 형태에 관한 마스터 전지 팩의 개략 회로도이다.
도 4는 실시 형태에 관한 슬레이브 전지 팩의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 실시 형태에 관한 마스터 전지 팩의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 실시 형태에 관한 전지 시스템에 있어서 주요한 처리에 관한 타이밍 차트이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지 시스템(1)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 전지 시스템(1)은 전동 차량에 탑재되는 전동기의 동력원이 되는 복수의 전지 팩이 포함된다.
(1) 전지 시스템(1)의 전체 구성
우선, 도 1을 참조하여, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)의 전체 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 관한 전지 시스템(1)의 개략 회로도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 전지 시스템(1)에서는, 소정의 전지 용량을 확보하기 위해 복수의 전지 팩(3-1 내지 3-3)이 부하 L에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 도 1에 도시한 전지 시스템(1)에서는, 설명의 간략화를 위해 3개의 전지 팩이 부하 L에 접속되어 있지만, 접속되는 전지 팩의 수는 2개여도 되고 4개 이상이어도 상관없다.
부하 L은, 예를 들어 인버터 등의 전력 변환 장치이다. 인버터는, 각 전지 팩의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 차량의 주행 구동에 사용되는 교류 전동기(예를 들어 삼상 교류 전동기)에 공급하고, 교류 전동기의 회생 시에 교류 전동기에서 발전한 전력을 각 전지 팩에 공급한다. 또한, 전동 차량의 감속 시에는, 교류 전동기의 회생 전력에 의한 각 전지 팩에 대한 충전이 행해진다.
전동 차량에서는 필요에 따라서, 복수의 전지 팩을 충전하는 충전 장치나, 복수의 전지 팩의 직류 전압을 소정의 직류 전압으로 승압 또는 강압하는 DC/DC 컨버터 등이 복수의 전지 팩에 접속되는 경우가 있다. 충전 장치나 DC/DC 컨버터는 전동 차량에 탑재해도 되고 외부에 있어도 된다.
각 전지 팩은, 복수의 전지 셀을 적층하여 구성된 전지 모듈이 수용되어 있다. 또한, 각 전지 팩에 복수의 전지 셀이 포함되어 있는 경우에 한정되지 않고, 단일의 전지 셀만이 포함되어 있어도 된다.
본 실시 형태의 전지 시스템(1)에서는, 복수의 전지 팩 중 어느 1개의 전지 팩이, 마스터가 되는 전지 팩인 마스터 전지 팩 MP로 설정되고, 마스터 전지 팩 MP 이외의 전지 팩이, 슬레이브가 되는 슬레이브 전지 팩 SP로 설정된다. 복수의 전지 팩 중 마스터 전지 팩 MP는, 차량 제어 유닛(VCU : Vehicle Control Unit)(2)과 통신을 행하는 전지 팩이다. 도 1에 도시한 예에서는, 전지 팩(3-1)이 마스터 전지 팩 MP로 설정되고, 전지 팩(3-2, 3-3)이 슬레이브 전지 팩 SP로 설정되어 있다.
이하의 설명에서는, 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2에 공통의 사항에 대하여 설명할 때에는, 슬레이브 전지 팩 SP라 호칭한다.
본 실시 형태의 전지 시스템(1)에 있어서, 메인 릴레이(6, 7)는 각각 부하 L에 접속된 고압측 라인 C2, 저압측 라인 C1에 배치되고, 차량 제어 유닛(2)에 의해 제어된다. 예를 들어, 차량 제어 유닛(2)은 이그니션 스위치(5)에 연동하여 메인 릴레이(6, 7)를 온 또는 오프시킨다. 즉, 이그니션 스위치(5)가 온 상태 또는 오프 상태로 된 것에 연동하여 메인 릴레이(6, 7)가 폐쇄되거나, 또는 개방된다. 그것에 의해, 각 전지 팩의 전압이 부하 L에 인가되거나, 또는 인가되지 않게 되기 때문에, 전동 차량의 주행 상태가 차량 제어 유닛(2)에 의해 제어된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 전지 팩(3-1 내지 3-3)의 각각에는 제어 유닛(CU : Control Unit)이 내장되어 있다. 각 전지 팩에는 전동 차량의 12V 전지(4)가 접속되어 있고, 12V 전지(4)에 의해 각 전지 팩 내의 제어 유닛은 동작한다. 12V 전지(4)는 예를 들어 납 축전지이다.
본 실시 형태의 전동 차량에는, 차량 제어 유닛(2)과 차량 내의 주요한 제어 유닛(도시하지 않음) 사이의 데이터 통신에 사용되는 차량계 CAN 버스(100)와, 복수의 전지 팩(3-1 내지 3-3) 사이의 데이터 통신에 사용되는 전지계 CAN 버스(200)(로컬 버스)가 실장되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에서는, 복수의 전지 팩 중 마스터 전지 팩 MP만이 차량계 CAN 버스(100)를 통해 차량 제어 유닛(2)과 통신을 행한다.
CAN(Controller Area Network) 버스에 송신되는 데이터 프레임에는, 데이터의 내용을 포함하는 데이터 필드와, 송신 노드(본 실시 형태에서는, 전지 팩(3-1 내지 3-3), 차량 제어 유닛(2) 중 어느 것)를 특정하기 위한 ID가 포함되어 있다. 이 ID는 통신 조정을 위해서도 사용된다. 즉, 동시에 버스에 데이터 프레임이 송출된 경우, ID의 값에 따라 버스에 대한 송출 데이터의 우선 순위가 결정되어, 상이한 ID에 의한 데이터의 충돌이 회피된다.
전지계 CAN 버스(200)를 사용한 통신에서는, 송신 노드는 리모트 프레임을 사용하지 않고 데이터 프레임만을 CAN 버스에 송출하고, 수신 노드(본 실시 형태에서는, 전지 팩(3-1 내지 3-3), 차량 제어 유닛(2) 중 어느 것)는 데이터 프레임 내의 ID에 기초하여, 자신 앞으로의 데이터 프레임을 CAN 버스로부터 수신한다. 요컨대, 전지 팩간의 통신은 프로듀서ㆍ컨슈머 방식에 의해 행해진다.
차량계 CAN 버스(100)를 사용한 마스터 전지 팩 MP와 차량 제어 유닛(2) 사이의 통신은, 폴링 방식에 의해 행해도 되고, 프로듀서ㆍ컨슈머 방식에 의해 행해도 된다.
(2) 전지 팩의 전체 구성
다음에, 전지 시스템(1)에 포함되는 전지 팩의 구성에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 슬레이브 전지 팩 SP의 개략 회로도이다. 도 3은 본 실시 형태에 관한 마스터 전지 팩 MP의 개략 회로도이다.
도 2를 참조하면, 슬레이브 전지 팩 SP는, 전지 모듈(10), 제어 유닛(20), 전압 센서(22), 온도 센서(32), 전류 센서(34) 및 릴레이(36, 38)를 포함한다.
전지 모듈(10)은 복수의 전지 셀(10-1 내지 10-8)이 직렬로 접속되어 구성되어 있다. 또한, 전지 모듈(10)의 전지 셀은, 직렬 접속에 한하지 않고, 병렬 접속한 복수의 전지 셀을 직렬로 접속해도 된다. 또한, 사이에 차단 기능을 설치하거나 하면 직렬 접속한 전지 셀을 병렬 접속으로 할 수도 있다. 제어 유닛(20)은 마이크로컨트롤러를 주체로 하여 구성되고, 도시되어 있는 전압 센서(22) 및 버퍼 메모리(24) 외에, 도시하지 않은 CAN 트랜시버, 릴레이(36, 38)를 구동하는 릴레이 구동 회로를 포함한다.
전압 센서(22)는 제어 유닛(20)에 내장되어 있고, 전지 모듈(10)의 단자간 전압을 검출한다. 온도 센서(32)는 전지 모듈(10)에 설치되거나, 또는 전지 모듈(10)의 근방에 배치되며, 전지 모듈(10)의 온도를 검출한다. 전류 센서(34)는 전지 모듈(10)의 일단에 접속된 라인 상에 설치되어 있으며, 당해 라인을 흐르는 전류(즉, 전지 모듈(10)을 흐르는 전류)의 양을 검출한다.
제어 유닛(20)은 전압 센서(22), 전류 센서(34) 및 온도 센서(32)의 아날로그값을 A/D 변환하고, 전압, 전류 및 온도의 디지털값을 순차적으로, 버퍼 메모리(24)에 기록한다.
제어 유닛(20)은 소정의 타이밍에, 버퍼 메모리(24)에 기록된 전압, 전류 및 온도의 디지털값을 판독하여, 전지 모듈(10)의 전지 상태 정보(SOX)를 산출한다. 또한, 본 실시 형태의 설명에 있어서 전지 상태 정보 SOX는, 예를 들어 전지 모듈(10)의 SOC, SOP(State Of Power; 충방전 가능 전력), SOH(State Of Health; 건전도), 내부 저항 중 어느 것의 추정값, 또는 2 이상의 추정값의 조합이지만, 전지의 상태의 지표가 되는 정보이면 다른 정보여도 된다.
제어 유닛(20)의 마이크로컨트롤러는 CAN 트랜시버를 제어하여, 미리 설정된 타이밍에(예를 들어, 소정의 인터벌로), 산출한 전지 모듈(10)의 전지 상태 정보 SOX를 포함하는 데이터 프레임을 전지계 CAN 버스(200)에 송출한다. 이때, 데이터 프레임에는, 송신 노드인 슬레이브 전지 팩(즉, 전지 팩(3-2, 3-3) 중 어느 것)을 특정하는 ID가 포함된다. 여기서, 타이밍의 설정 정보(인터벌의 시간의 값 등)는 제어 유닛(20) 내의 메모리(도시하지 않음)에 보존되어 있다.
도 3을 참조하면, 마스터 전지 팩 MP는, 제어 유닛(20A) 외에, 슬레이브 전지 팩 SP와 마찬가지로, 전지 모듈(10), 전압 센서(22), 온도 센서(32), 전류 센서(34) 및 릴레이(36, 38)를 포함한다.
제어 유닛(20A)은, 마이크로컨트롤러를 주체로 하여 구성되며, 도시되어 있는 전압 센서(22) 및 버퍼 메모리(24A) 외에, 도시하지 않은 CAN 트랜시버, 릴레이(36, 38)를 구동하는 릴레이 구동 회로를 포함한다.
마스터 전지 팩 MP의 제어 유닛(20A)의 구성은, 대략 슬레이브 전지 팩 SP의 제어 유닛(20)과 동일하지만, 제어 유닛(20A)은 제어 유닛(20)과는 이하의 점에서 상이하다.
제어 유닛(20A)은, CAN 트랜시버를 제어하여, 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2의 각 전지 모듈(10)의 상태 정보를 전지계 CAN 버스(200)로부터 수신한다. 제어 유닛(20A)은, 마스터 전지 팩 MP의 전지 모듈(10)의 상태 정보와, 수신한 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2의 각 전지 모듈(10)의 상태 정보에 기초하여, 통합 전지 정보를 산출한다.
통합 전지 정보는, 전지 팩(3-1 내지 3-3)의 각 전지 모듈(10)의 전지 상태 정보 SOX를 통합한 정보이며, 전지 시스템(1)에 포함되는 모든 전지 모듈(10)의 전지 특성의 종합적인 지표가 되는 정보이다. 통합 전지 정보는, 예를 들어 각 전지 모듈(10)의 SOC의 평균값 등의, 전지 상태 정보의 통계 정보나, 각 전지 모듈(10)의 SOP의 총합 등의, 상호의 전지 상태 정보를 연산한 정보, 혹은, 복수의 전지 팩의 각 SOP 중 최솟값에 전지 팩의 수를 곱한 값 등의, 전지 상태 정보의 최솟값에 관련된 정보 등이다.
제어 유닛(20A)은, 미리 설정된 타이밍에(예를 들어, 소정의 인터벌로), 산출한 통합 전지 정보를 포함하는 데이터 프레임을 차량계 CAN 버스(100)에 송출한다. 이때, 데이터 프레임에는, 송신 노드인 마스터 전지 팩(즉, 전지 팩(3-1))을 특정하는 ID가 포함된다.
또한, 상술한 슬레이브 전지 팩 SP 및 마스터 전지 팩 MP에 있어서, 전압 센서(22), 온도 센서(32) 및 전류 센서(34)는 각각 취득부의 일례이다. 제어 유닛(20, 20A)은, 산출부 및 통신부의 일례이다. 전지 모듈(10)의 온도, 전지 모듈(10)의 단자간 전압, 및, 전지 모듈(10)을 흐르는 전류는, 각각 전지 모듈(10)의 물리량의 일례이다.
(3) 전지 시스템(1)의 동작
다음에, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)의 동작에 대하여 설명한다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 슬레이브 전지 팩 SP의 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 5는 본 실시 형태에 관한 마스터 전지 팩 MP의 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 6은 본 실시 형태에 관한 전지 시스템(1)에 있어서 주요한 처리에 대한 타이밍 차트이다. 도 5 및 도 6에 도시한 각 처리는 주로, 각각 슬레이브 전지 팩 SP의 제어 유닛(20) 및 마스터 전지 팩 MP의 제어 유닛(20A)의 마이크로컨트롤러에 의해 실행된다.
슬레이브 전지 팩 SP의 제어 유닛(20)은 전압 센서(22), 전류 센서(34) 및 온도 센서(32)로부터 입력되는 전압, 전류 및 온도의 아날로그값을 A/D 변환하고, 전압, 전류 및 온도의 디지털값(전압 데이터, 전류 데이터 및 온도 데이터)을 버퍼 메모리(24)에 순차적으로 기록하고 있다. 각 센서의 검출값의 샘플링 간격은 불문하지만, 예를 들어 10㎳ 전후이다.
도 4에 있어서, 본 실시 형태의 슬레이브 전지 팩 SP의 제어 유닛(20)은 자신의 전지 모듈(10)의 전압, 전류 및 온도의 판독 타이밍에 도달한 경우(스텝 S10 : "예"), 버퍼 메모리(24)로부터 전압 데이터, 전류 데이터 및 온도 데이터를 판독한다(스텝 S12). 판독 타이밍은 불문하지만, 예를 들어 100㎳마다의 타이밍이다. 다음에, 제어 유닛(20)은 판독한 전압 데이터, 전류 데이터 및 온도 데이터에 기초하여, 전지 상태 정보 SOX를 산출하고(스텝 S14), 버퍼 메모리(24)에 기록한다(스텝 S16).
또한, 전압 데이터, 전류 데이터 및 온도 데이터에 기초하여 전지 모듈(10)의 전지 상태 정보 SOX를 산출하는 방법은, 이미 공지된 어떠한 방법도 채용할 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(10)의 내부 저항은 온도 데이터 및 전압 데이터로부터 산출해도 되고, 전지 모듈(10)의 SOC 추정값은 전류 데이터와 내부 저항을 곱한 값을 전압 데이터에 가감산하거나 하여 산출해도 된다. 또한, 소위 전류를 적산하는 클론 카운트 방법에 의해 산출해도 된다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에 있어서 전지 팩간의 통신은, 프로듀서ㆍ컨슈머 방식에 의해 행해지기 때문에, 각 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2가 전지 상태 정보 SOX를 마스터 전지 팩 MP에 송신하는 타이밍은, 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2끼리에서 서로 의존하는 일은 없고 각각 개별로 설정되어 있다.
예를 들어, 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2에 있어서 500㎳마다 전지 상태 정보 SOX를 송신하는 타이밍으로 설정되어 있는 경우, 슬레이브 전지 팩 SP1의 제어 유닛(20)은 전회의 송신 타이밍으로부터 500㎳ 경과할 때까지는 대기하고(스텝 S18 : "아니오"), 전회의 송신 타이밍으로부터 500㎳ 경과하면(스텝 S18 : "예"), 슬레이브 전지 팩 SP2의 송신 타이밍과는 무관계로, 스텝 S16에서 버퍼 메모리(24)에 기록된 전지 상태 정보 SOX를 마스터 전지 팩 MP로 송신한다(스텝 S20).
한편, 마스터 전지 팩 MP의 제어 유닛(20A)은, 슬레이브 전지 팩 SP의 제어 유닛(20)과 마찬가지로, 마스터 전지 팩 MP 내의 각 센서의 검출값에 기초하는 전압, 전류 및 온도의 디지털값(전압 데이터, 전류 데이터 및 온도 데이터)을 버퍼 메모리(24A)에 순차적으로 기록하고 있다. 각 센서의 검출값의 샘플링 간격은 불문하지만, 예를 들어 10㎳ 전후이다.
도 5에 있어서, 본 실시 형태의 마스터 전지 팩 MP의 제어 유닛(20A)은, 자신의 전지 모듈(10)의 전압, 전류 및 온도의 판독 타이밍에 도달한 경우(스텝 S30 : "예"), 버퍼 메모리(24A)로부터 전압 데이터, 전류 데이터 및 온도 데이터를 판독한다(스텝 S32). 판독 타이밍은 불문하지만, 예를 들어 100㎳마다의 타이밍이다. 다음에, 제어 유닛(20A)은, 판독한 전압 데이터, 전류 데이터 및 온도 데이터에 기초하여, SOC나 SOP 등의 전지 상태 정보 SOX를 산출하고(스텝 S34), 버퍼 메모리(24A)에 기록한다(스텝 S36). 또한, 전압 데이터, 전류 데이터 및 온도 데이터나 산출한 SOC나 SOP 등의 전지 상태 정보 SOX는 버퍼 메모리(24A)가 아니라 도시하지 않은 RAM에 기록해도 된다.
도 5에는 도시하지 않지만, 마스터 전지 팩 MP의 제어 유닛(20A)은 전지계 CAN 버스(200)로부터, 슬레이브 전지 팩(즉, 전지 팩(3-2, 3-3) 중 어느 것)이 송신 노드인 것을 나타내는 ID를 포함하는 데이터 프레임을 수신하고, 당해 데이터 프레임에 포함되는 전지 상태 정보 SOX를, 송신원인 전지 팩과 관련지어 버퍼 메모리(24A)에 기록한다. 즉, 마스터 전지 팩 MP는, 각 슬레이브 전지 팩 SP에 있어서 설정되어 있는 전지 상태 정보 SOX의 송신 타이밍에 따라서 순차적으로, 각 슬레이브 전지 팩 SP의 전지 상태 정보 SOX를 포함하는 데이터 프레임을 수신하고, 당해 전지 상태 정보 SOX를 송신원인 전지 팩과 관련지어 버퍼 메모리(24A)에 기록한다.
또한, 슬레이브 전지 팩 SP에서 설정되어 있는 송신 타이밍의 인터벌은, 후술하는 통합 전지 정보 IBD의 산출 타이밍의 인터벌보다도 짧아, 통합 전지 정보 IBD의 산출 타이밍에 도달할 때까지의 동안에는 슬레이브 전지 팩 SP의 전지 상태 정보 SOX가 버퍼 메모리(24A) 내에서 순차적으로 덮어쓰기되어 간다.
이상 설명한 바와 같이, 마스터 전지 팩 MP의 제어 유닛(20A)은, 소정의 타이밍에 자신의 전지 모듈(10)의 전지 상태 정보 SOX를 산출하여 도시하지 않은 RAM(RANDOM ACCESS MEMORY) 또는 버퍼 메모리(24A)에 기록함과 함께, 각 슬레이브 전지 팩 SP의 전지 모듈(10)의 전지 상태 정보 SOX를, 전지계 CAN 버스(200)를 통해 취득하여 버퍼 메모리(24A)에 기록한다.
그리고, 미리 정해진 통합 전지 정보(이하, 적절히 「IBD」라 함)의 산출 타이밍에 도달하면(스텝 S38 : "예"), 제어 유닛(20A)은, 버퍼 메모리(24A)로부터 자신 및 각 슬레이브 전지 팩 SP의 전지 상태 정보 SOX를 판독하여(스텝 S40), 통합 전지 정보 IBD를 산출한다(스텝 S42).
통합 전지 정보 IBD의 산출 타이밍에 도달하지 않은 경우에는(스텝 S38 : "아니오"), 스텝 S30으로 되돌아간다. 즉, 마스터 전지 팩 MP의 제어 유닛(20A)은, 통합 전지 정보 IBD의 산출 타이밍의 인터벌 동안에는, 자신의 전지 상태 정보 SOX를 산출하여 순차적으로 버퍼 메모리(24A)에 덮어쓰기해 간다. 또한, 제어 유닛(20A)은, 통합 전지 정보 IBD의 산출 타이밍에 도달하기 전에 각 슬레이브 전지 팩 SP로부터 수신한 전지 상태 정보 SOX를, 순서대로 버퍼 메모리(24A)에 기록, 덮어쓰기해 간다. 따라서, 스텝 S42에서는, 마스터 전지 팩 MP 및 각 슬레이브 전지 팩 SP의 전지 모듈(10)의 최신의 전지 상태 정보 SOX에 기초하여, 통합 전지 정보 IBD가 산출된다.
통합 전지 정보 IBD를 산출한 후, 제어 유닛(20A)은 CAN 트랜시버를 제어하여, 산출한 통합 전지 정보 IBD를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 차량계 CAN 버스(100)에 송출한다. 즉, 제어 유닛(20A)은, 통합 전지 정보 IBD를 차량 제어 유닛(VCU)(2)으로 송신한다(스텝 S44). 차량 제어 유닛(VCU)(2)은, 전동 차량의 사용자에 대하여 전지 상태를 고지하기 위해 미터 등을 이용하여 표시하거나, 방전 말기에서의 방전의 제한을 하는 제어에 이용하거나, 방전을 정지하는 타이밍에 이용하거나 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 각 슬레이브 전지 팩 SP에 의한 전지 상태 정보 SOX의 송신으로부터, 차량 제어 유닛(2)이 통합 전지 정보 IBD를 수신할 때까지의 타이밍이 도시되어 있다. 도 6에 있어서, (a)는 슬레이브 전지 팩 SP1이 전지 상태 정보 SOX를 송신하는 타이밍, (b)는 슬레이브 전지 팩 SP2가 전지 상태 정보 SOX를 송신하는 타이밍, (c)는 마스터 전지 팩 MP에 있어서 버퍼 메모리(24A)가 갱신되는 타이밍, (d)는 마스터 전지 팩 MP가 통합 전지 정보 IBD를 산출하여 차량 제어 유닛(2)으로 송신하는 타이밍, (e)는 차량 제어 유닛(2)이 통합 전지 정보 IBD를 수신하는 타이밍을 각각 나타내고 있다.
도 6의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2에서는, 각각 전지 상태 정보 SOX의 송신 타이밍이 미리 설정되어 있다. 도 6의 (a), (b)의 예에서는, 송신 타이밍의 인터벌이 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2에서 동일하고, 교대로 송신 타이밍이 설정되어 있는 예가 도시되어 있지만, 그것에 한정되지 않는다. 각 슬레이브 전지 팩 SP로부터의 송신 타이밍은 임의로 설정 가능하고, 설령 송신 타이밍이 중복되었다고 해도 데이터 프레임의 ID에 기초하여 CAN 프로토콜에서 규정된 통신 조정이 행해진다.
도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 마스터 전지 팩 MP는, 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2로부터 데이터 프레임이 전지계 CAN 버스(200)에 송출되면, 당해 데이터 프레임에 포함되는 ID에 기초하여 송신 노드가 슬레이브 전지 팩인 것을 인식하여 당해 데이터 프레임을 수신하고, 당해 데이터 프레임에 포함되어 있는 전지 상태 정보 SOX를, 송신원인 슬레이브 전지 팩(전지 팩(3-2, 3-3) 중 어느 것)과 관련지어 버퍼 메모리(24A)를 갱신한다.
버퍼 메모리(24A)의 갱신 처리는, 제어 유닛(20A) 내의 다른 처리(예를 들어, 도 6의 (d)에 도시한 통합 전지 정보 IBD의 산출 처리)와는 독립하여(즉, 병렬적으로) 실행된다. 그 때문에, 예를 들어 통합 전지 정보 IBD를 산출하여 송신하는 처리를 실행하는 데, 버퍼 메모리(24A)의 갱신 처리가 완료될 때까지 대기할 필요가 없다. 또한, 이와 같은 병렬 처리는, 제어 유닛(20A) 내의 마이크로컨트롤러에 DMA(Direct Memory Access) 제어부를 내장함으로써 용이하게 실현될 수 있다.
마스터 전지 팩 MP에서는, 통합 전지 정보 IBD를 산출하고, 송신하는 타이밍이 미리 정해져 있고, 당해 타이밍이 되면, 도 6의 (d)에 도시한 바와 같이, 버퍼 메모리(24A)로부터, 자신과 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2의 최신의 전지 상태 정보 SOX를 판독하여, 통합 전지 정보 IBD를 산출한다. 이어서 마스터 전지 팩 MP는, 산출한 통합 전지 정보 IBD를 포함하는 데이터 필드와, 송신 노드인 마스터 전지 팩 MP(전지 팩(3-1))를 특정하는 ID를 포함하는 데이터 필드를 생성하고, 차량계 CAN 버스(100)에 송출한다.
도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 마스터 전지 팩 MP의 버퍼 메모리(24A)는 순차적으로 갱신되고 있기 때문에, 도 6의 (d)의 통합 전지 정보 IBD의 산출 및 송신 타이밍은, 임의의 타이밍으로 설정할 수 있다.
도 6의 (e)에 도시한 바와 같이, 차량 제어 유닛(2)은 마스터 전지 팩 MP로부터 차량계 CAN 버스(100)로 송출된 데이터 프레임을 순차적으로 수신한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)은 부하 L에 대하여 병렬로 접속된 복수의 전지 팩(3-1 내지 3-3)을 갖고, 복수의 전지 팩은 각각 전지 모듈(10)을 포함한다. 또한, 복수의 전지 팩은 마스터 전지 팩 또는 슬레이브 전지 팩 중 어느 것으로 설정되어 있다. 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2는, 전지 모듈(10)의 전압, 전류 및 온도를 검출하여 전지 모듈(10)의 전지 상태 정보 SOX를 산출하고, 산출한 전지 상태 정보 SOX를 마스터 전지 팩 MP로 송신한다. 마스터 전지 팩 MP는, 자신이 산출한 전지 상태 정보 SOX와, 슬레이브 전지 팩 SP1, SP2의 각각으로부터 수신한 전지 상태 정보 SOX에 기초하여, 복수의 전지 팩의 통합 전지 정보 IBD를 산출한다.
즉, 슬레이브 전지 팩 SP가, 검출한 전지 모듈(10)의 전압, 전류 및 온도의 값을 마스터 전지 팩 MP로 송신하고, 마스터 전지 팩 MP가 각 전지 팩의 전지 상태 정보 SOX를 산출하는 것이 아니라, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에서는, 각 전지 팩에 있어서 자신의 전지 상태 정보 SOX를 산출한다. 그 때문에, 모든 전지 팩의 전지 상태 정보 SOX를 산출하는 처리 부하가 마스터 전지 팩 MP에 집중되지 않고, 시스템 내의 복수의 전지 팩에 분산되게 된다. 따라서, 산출된 전지 상태 정보가 슬레이브 전지 팩으로부터 송신되기 때문에, 통신량이 저감되어, 전지 시스템(1)의 확장성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에서는, 전지 팩간의 통신은, 프로듀서ㆍ컨슈머 방식에 의해 행해진다. 즉, 각 슬레이브 전지 팩 SP가 마스터 전지 팩 MP에 대하여 전지 상태 정보 SOX를 송신할 때에는, 마스터 전지 팩 MP로부터의 송신 요구를 받지 않고, 각 슬레이브 전지 팩 SP에 있어서 미리 설정된 타이밍에 송신을 행하기 때문에, 전지 시스템(1) 내에 수용 가능한 전지 팩수를 증가시키는 것에 기여한다. 이하, 그 이유에 대하여 설명한다.
만약, 마스터 전지 팩 MP와 각 슬레이브 전지 팩 SP 사이의 통신이 폴링 방식에 의해 행해졌다고 하면, 마스터 전지 팩 MP가 슬레이브 전지 팩 SP에 대하여 송신 요구를 행하고 나서 데이터를 수신할 때까지의 처리 시간이 슬레이브 전지 팩 SP의 수만큼 필요로 되기 때문에, 슬레이브 전지 팩 SP의 수를 증가시킴에 따라, 모든 슬레이브 전지 팩 SP의 전지 상태 정보 SOX를 수신하기 위한 통신 시간이 길어진다. 그 때문에, 슬레이브 전지 팩 SP의 수의 증가에 따라서 차량 제어 유닛(2)에 통합 전지 정보 IBD를 송신할 때의 인터벌을 길게 해야만 한다.
그것에 대하여 본 실시 형태에서는, 마스터 전지 팩 MP로부터 각 슬레이브 전지 팩 SP로의 송신 요구가 불필요하여, 각 슬레이브 전지 팩 SP로부터 개별의 타이밍에 버스에 송출되는 전지 상태 정보 SOX의 데이터를 순차적으로, 마스터 전지 팩 MP가 수신하는 구성으로 하고 있다. 그 때문에, 슬레이브 전지 팩 SP의 수가 증가해도, 모든 슬레이브 전지 팩 SP의 전지 상태 정보 SOX를 수신하는 데 요하는 시간의 증가를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 전지 팩의 전지 상태 정보 SOX의 산출을 시스템 내의 복수의 전지 팩에 분산하고 있기 때문에, 마스터 전지 팩의 부하가 저감됨으로써, 처리 속도도 증가된다. 따라서, 전지 시스템(1) 내에 수용 가능한 전지 팩수를 증가시킬 수 있다. 즉, 전지 시스템(1)의 확장성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에서는, 전지 팩의 전지 상태 정보 SOX의 산출을 시스템 내의 복수의 전지 팩에 분산하고, 또한 각 슬레이브 전지 팩 SP가 마스터 전지 팩 MP에 대하여 전지 상태 정보 SOX를 송신할 때에는, 마스터 전지 팩 MP로부터의 송신 요구를 받지 않고, 각 슬레이브 전지 팩 SP에 있어서 미리 설정된 타이밍에 송신을 행하고 있기 때문에, 마스터 전지 팩의 기능을 저감할 수 있고, 이에 의해 전지 팩 전체를 통괄하는 시스템 제어부를 복수의 전지 팩 중 어느 것으로 통합할 수 있어, 시스템 제어부를 배치하는 전동 차량 내의 스페이스의 저감 및 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에서는, 마스터 전지 팩 MP가 자신의 전지 모듈(10)에 관한 전압이나 온도 등의 정보 수집과, 슬레이브 팩 SP의 전지 모듈(10)에 관한 정보 수집 및 그것들에 기초하는 통합 전지 정보 IBD의 산출을 겸용하고 있기 때문에, 복수의 전지 팩 전체를 통괄하는 시스템 제어부가 복수의 전지 팩과 별체인 경우와 비교하여 비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전지 시스템(1)에서는 전술한 바와 같이 처리 부하가 복수의 팩에 분산되기 때문에 마스터 전지 팩 MP의 처리 부하를 억제할 수 있으므로, 데이터 처리에 관련되는 비용을 저감할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 슬레이브 전지 팩 SP의 수가 증가해도 모든 슬레이브 전지 팩 SP의 전지 상태 정보 SOX를 수신하는 데 요하는 시간의 증가를 억제할 수 있으므로, 데이터 처리에 관련되는 비용을 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 전지 시스템의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 전지 시스템은 상기의 실시 형태에 한정되지 않는다. 또한, 상기의 실시 형태는, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 개량이나 변경이 가능하다.
예를 들어, 마스터 전지 팩으로부터의 송신 요구를 받지 않고 슬레이브 전지 팩이 전지 상태 정보를 송신하는 한, 마스터 전지 팩과 슬레이브 전지 팩 사이의 통신 방식은, 특정한 통신 방식에 한정되는 것은 아니고, 프로듀서ㆍ컨슈머 방식 이외의 통신 방식을 채용해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 본 발명의 전지 시스템을 전동 차량에 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 그것에 한정되지 않는다. 본 발명의 전지 시스템은, 차량 이외의 기기에 적용해도 된다. 그 경우에도, 전지 팩과는 독립된 시스템 제어부를 저장하는 스페이스가 불필요하게 된다는 공간 절약성 및 접속되는 전지 팩수를 증가시켜 시스템의 확장성을 높게 할 수 있는 장점이 얻어지는 것은 물론이다.
전지 상태 정보의 종류에 따라, 시스템이 성립할 수 있는 범위 내에서 각 슬레이브 전지 팩의 전지 상태 정보의 송신 타이밍을 변화시켜도 된다. 예를 들어, SOH의 송신 빈도를 SOC, SOP, 내부 저항 중 어느 것의 송신 빈도보다도 낮게 해도 된다. 또한, 상황에 따라서 슬레이브 전지 팩에 의한 전지 상태 정보의 송신 타이밍을 가변으로 해도 된다. 예를 들어, 전지 상태 정보의 송신 타이밍은 일정한 인터벌마다의 타이밍이 아니라, 부정기의 타이밍(예를 들어, SOC 등의 추정값의 연산 결과가 얻어진 시점)이어도 된다. 또한, 슬레이브 전지 팩별로 송신 타이밍의 인터벌이 상이해도 된다.
각 슬레이브 전지 팩은, 각각 개별로, 전지 상태 정보의 송신 타이밍을 결정해도 된다. 그 경우, 각 슬레이브 전지 팩에서 송신 타이밍이 부정기로 되어도 된다.
이상의 실시 형태 및 그 변형예로부터 명백해지는 바와 같이, 전지 팩을 증설한 경우에 발생하는, 시스템 제어부의 부하의 집중이라는 과제에 관해서는, 시스템 제어부의 기능을 각 전지 팩에 분산시킴으로써 해결할 수 있고, 또한 시스템 제어부와 전지 팩의 통신량의 증가는, 기능의 분산 및 전지 팩 자체의 타이밍에서 송신하는 방식으로 함으로써 해결할 수 있다. 또한, 시스템 제어부가 별체인 것에 의한 스페이스의 확보에 대해서는, 각 전지 팩에의 기능의 분산에 의해 시스템 제어부의 부하가 저감됨으로써, 비용을 증가시키지 않고 마스터 제어부에 시스템 제어부의 기능을 통합시킴으로써 해결할 수 있다.
1 : 전지 시스템
2 : 차량 제어 유닛(VCU)
3-1 내지 3-3 : 전지 팩
4 : 12V 전지
5 : 이그니션 스위치
6, 7 : 메인 릴레이
10 : 전지 모듈
10-1 내지 10-8 : 전지 셀
100 : 차량계 CAN 버스
200 : 전지계 CAN 버스
SP1, SP2(SP) : 슬레이브 전지 팩
MP : 마스터 전지 팩
10 : 전지
20, 20A : 제어 유닛(CU)
22 : 전압 센서
24, 24A : 버퍼 메모리
32 : 온도 센서
34 : 전류 센서
36, 38 : 릴레이
L : 부하

Claims (3)

  1. 복수의 전지 팩을 갖는 전지 시스템이며,
    상기 복수의 전지 팩의 각각은, 1개 또는 복수의 전지와, 당해 1개 또는 복수의 전지의 물리량을 취득하는 취득 수단과, 취득한 물리량에 기초하여 상기 1개 또는 복수의 전지의 상태에 관한 정보인 전지 상태 정보를 산출하는 산출 수단과, 다른 전지 팩과의 사이에서 통신을 행하는 통신 수단을 포함하고,
    상기 복수의 전지 팩 중 어느 것의 전지 팩이 마스터 전지 팩으로 설정되고, 마스터 전지 팩 이외의 전지 팩이 슬레이브 전지 팩으로 설정되어 있고,
    슬레이브 전지 팩은, 마스터 전지 팩에 대하여, 산출한 전지 상태 정보를 송신하고, 마스터 전지 팩은, 상기 복수의 전지 팩의 각각의 전지 상태 정보에 기초하여, 상기 복수의 전지 팩의 통합적인 정보인 통합 전지 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 전지 팩은, 상기 마스터 전지 팩으로부터 송신 요구를 받지 않고, 상기 전지 상태 정보를 미리 설정된 타이밍에 송신하는 전지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전지의 물리량은, 적어도 상기 1개 또는 복수의 전지의 단자간 전압과 상기 1개 또는 복수의 전지를 흐르는 전류이며,
    상기 전지 상태 정보는, 상기 전지의 SOC(State Of Charge), SOP(State Of Power), SOH(State Of Health) 및 내부 저항 중 적어도 어느 하나인 전지 시스템.
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