JP2010011721A - バッテリー管理システムおよびその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のバッテリー管理システムは、センシング部およびMCUを含む。センシング部は複数のバッテリーセル中、第1バッテリーのセル電圧に対応する検出電圧を保存し、検出電圧の保存完了時点においてバッテリーの電流を測定する。MCUは検出電圧の保存完了時点においてセンシング部がバッテリーの電流を測定するように制御する。
【選択図】図6
Description
電気自動車はバッテリーから出力される電気エネルギーによって動作するバッテリーエンジンを利用する自動車である。このような電気自動車は、充電および放電が可能な多数の2次電池が一つのパックとして形成されたバッテリーを主動力源として利用するため、排気ガスが全くなく、騒音がとても小さいという長所がある。
一方、ハイブリッド自動車とは、内燃エンジンを利用する自動車と電気自動車の中間段階の自動車であり、2種類以上の動力源、例えば内燃エンジンおよびバッテリーエンジンを使用する自動車である。現在は、内燃エンジンおよび酸素と水素を連続的に供給しながら化学反応を起こして直接電気エネルギーを得る燃料電池を利用したり、バッテリーと燃料電池を混合したりする形態のハイブリッド自動車が開発されている。
特にバッテリー管理システムは、自動車を始動させるキーオン時に開放回路電圧(以下、「OCV」という)および電流値を測定して、バッテリーの充電状態(以下、「SOC」という)および健康状態(以下、「SOH」という)を推定する。この時、OCVおよび電流値を測定するためにスイッチング素子を用いることができる。
このようにスイッチング素子を用いてOCVおよび電流値を測定する場合、スイッチング素子の導通または遮断によってOCVおよび電流値を測定する時点が異なる場合もありうる。例えば、スイッチング素子が導通および遮断される時間によって、バッテリーの電流値を測定する時点がOCVを測定する時点より所定時間だけ早くなると、バッテリー管理システムは所定時刻以前の電流値を測定するようになることがある。このように、スイッチング素子の導通または遮断動作によって、OCVと電流値を測定する時点が変わるという問題が生じる。
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に逆の記載がない限り他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むこともできることを意味する。
図1は、本発明の実施形態によるバッテリー、バッテリー管理システムおよびその周辺装置を概略的に示した図である。図2は図1に示したバッテリー管理システムの構成を概略的に示した図である。本発明の実施形態においてはバッテリーを利用する自動車システムについて具体的に説明する。
図1に示したように、自動車システムは、バッテリー100、電流センサー200、冷却ファン300、ヒューズ400、メインスイッチ500、MTCU(モータ制御部)600、インバータ700、モータゼネレータ800およびバッテリー管理システム900を含む。
電流センサー200は、バッテリー100に流れる電流を測定して、バッテリー管理システム900に伝達する。具体的な電流センサー200は、ホール(Hall)素子を用いて電流を測定し、測定された電流に対応するアナログ電流信号として出力するHall CT(ホール変圧計)、または負荷接続線上に挿入された抵抗を介して流れる電流値に対して電圧信号を出力する測定用シャント抵抗でもよい。
ヒューズ400は、バッテリー100の断線または短絡によって過電流がバッテリー100に伝送されることを防止する。つまり、過電流が発生すると、ヒューズ400は断線されて過電流がバッテリー100に伝送されることを遮断する。
メインスイッチ500は、過電圧、過電流、高温など異常現象が発生するとバッテリー管理システム900または自動車のMTCU600の制御信号によって、バッテリー100を導通/遮断する。
モータゼネレータ800は、バッテリー100の電気エネルギーを用いて、MTCU600から伝送されるトルク情報に基づいて自動車を駆動する。
バッテリー管理システム900は、バッテリー100の電圧、電流および温度などを測定してバッテリーのSOCおよびSOHを推定する。そして、バッテリー管理システム900は、SOCおよびSOHに基づいて、バッテリーの充電および放電を制御する。
センシング部910は、MCU920の制御によりバッテリーのセル電圧V、バッテリーの電流Iおよび温度Tを測定する。センシング部910は、MCU920から制御信号を受信し、制御信号に基づいてバッテリーのセル電圧V、バッテリーの電流Iおよび温度Tを測定する。この時、バッテリーのセル電圧V、バッテリーの電流Iおよび温度Tはアナログ値として測定される。センシング部910は、アナログ値を有するバッテリーのセル電圧V、バッテリーの電流Iおよび温度Tを各々デジタル値に変換してMCU920に伝達する。
内部電源供給部930は、一般に補助バッテリーを用いて、バッテリー管理システム900に電源を供給する装置である。
セルバランシング部940は各セルの充電状態の均衡を取らせる。つまり、充電状態が比較的に高いセルは放電させ、充電状態が比較的低いセルは充電させる。
保存部950は、バッテリー管理システム900の電源が遮断される時、現在のSOC、SOHなどのデータを保存する。ここで保存部950は、電気的に読み換えできる非揮発性保存装置、例えば半導体メモリのEPROM、EEPROMでよい。
保護回路部970は、ハードウェア素子を使って、過電流、過電圧などからバッテリー100を保護するために2次的に附加された回路である。
パワーオンリセット部980は、バッテリー管理システム900の電源がオンされると全体システムをリセットする。
外部インターフェース990は、冷却ファン300、メインスイッチ500等のバッテリー管理システム900の補助装置をMCU920に連結させるための装置である。本発明の実施形態では冷却ファン300およびメインスイッチ500だけを示したが、これに限定されない。
図3は本発明の実施形態によるセンシング部およびMCUを概略的に示した図であり、図4は図3に示したセンシング部の電圧検出部を具体的に示した図である。図5は本発明の実施形態によるバッテリーのセル電圧およびバッテリーの電流を測定するための時点を示したタイミング図である。図6は本発明の実施形態によるバッテリーのセル電圧およびバッテリーの電流を測定する過程を示したフローチャートである。
具体的には、MCU920は、バッテリーのセル電圧Vに対応する検出電圧が電圧検出部912に充電された否かを判断する。MCU920は、検出電圧の充電が完了する時点においてバッテリーの電流Iを測定するように電流検出部911を制御する。つまり、MCU920は、検出電圧保存完了時点において電流制御信号SIを生成して、電流検出部911に伝達する。そして、MCU920は、所定の遅延期間Td後に充電された検出電圧を測定するための電圧制御信号SVを生成して電圧検出部912に伝達する。
電流検出部911は、MCU920から伝送される電流制御信号SIにより電流センサー200がバッテリー電流を測定するように制御する。電流検出部911は、電流センサー200が測定したバッテリーの電流Iに関するアナログデータの入力を受ける。そして、電流検出部911は、バッテリーの電流Iに関するアナログデータをA/Dコンバータ913に伝達する。
電圧検出部912は、電圧制御信号SVによりバッテリーのセル電圧Vに対応する検出電圧を充電し、所定の遅延期間Td後に、電圧制御信号SVによりA/Dコンバータ913に充電された検出電圧を伝達する。
図4に示したように、電圧検出部912は、複数のセルリレーSR1〜SR40、リレーRL1,RL2およびキャパシタCを含む。
本発明の実施形態ではバッテリーのセルの数を40個に制限し、セルリレーSR1〜SR40の数が40個に制限されたが、本発明はこれに限定されることなく、バッテリーを構成する全てのセルの数に応じてセルリレーの数は調節できる。この時、電圧検出部912に伝送される電圧制御信号SVは、複数のセルリレーSR1〜SR40を制御するためのセルリレー制御信号SSR1〜SSR40およびリレーRL1,RL2を制御するためのリレー制御信号SRL1,SRL2を含む。セルリレーSR1〜SR40は、セルリレー制御信号SSR1〜SSR40がハイレベル時に導通され、ローレベル時に遮断される。リレーRL1,RL2は、各リレー制御信号SRL1,SRL2がハイレベル時に各々導通され、ローレベル時に各々遮断される。
再び図3を参照すると、A/Dコンバータ913は、電流検出部911および電圧検出部912から送信されたアナログデータをデジタルデータに変換してMCU920に伝送する。
リレーRL1にローレベルを示すリレー制御信号SRL1が伝送されて、リレーRL1が完全に遮断される時点T1、つまり、キャパシタCにバッテリーのセル電圧Vに対応する検出電圧の保存が完了される時、MCU920はバッテリーの電流Iを測定するために電流制御信号SIを生成して電流検出部911に伝達する。電流検出部911は電流制御信号SIにより電流センサー200からバッテリーの電流Iを受信してA/Dコンバータ913に伝達する(S620)。
A/Dコンバータ913は、アナログで伝送されるバッテリーの電流Iおよびバッテリーのセル電圧Vをデジタルデータに変換してMCU920に伝達する。
同じ過程において他の複数のセルリレーSR2〜SR40のバッテリーの電流Iおよびバッテリーのセル電圧Vを測定できる。
200 電流センサー
300 冷却ファン
400 ヒューズ
500 メインスイッチ
600 MTCU
700 インバータ
800 モータゼネレータ
900 バッテリー管理システム
910 センシング部
911 電流検出部
912 電圧検出部
913 A/Dコンバータ
920 MCU
930 内部電源供給部
940 セルバランシング部
950 保存部
960 通信部
970 保護回路部
980 パワー−オンリセット部
990 外部インターフェース
Claims (11)
- 複数のバッテリーセルを含むバッテリーを管理するバッテリー管理システムにおいて、
前記複数のバッテリーセルのうち第1バッテリーのセル電圧に対応する検出電圧を保存し、前記検出電圧の保存完了時点において前記バッテリーの電流を測定するセンシング部と、
前記検出電圧の保存完了時点において前記センシング部が前記バッテリーの電流を測定するように制御するMCUと、を含むことを特徴とするバッテリー管理システム。 - 前記センシング部は、前記保存完了時点から所定期間遅延された時点までの間、前記検出電圧に対応するデジタル信号を生成し始めることを特徴とする請求項1に記載のバッテリー管理システム。
- 前記MCUは、前記センシング部を制御するための第1ないし第3制御信号を生成して前記センシング部に出力し、
前記センシング部は、
前記第1制御信号によって前記検出電圧の保存を開始および完了し、
前記第2制御信号によって前記バッテリーの電流を測定し、
前記第3制御信号によって前記検出電圧に対応するデジタル信号を生成することを特徴とする請求項2に記載のバッテリー管理システム。 - 前記バッテリーの電流を測定する電流センサーをさらに含み、
前記センシング部は、
前記第2制御信号によって前記電流センサーが前記バッテリーの電流を測定するように制御する電流検出部と、
前記第3制御信号によって前記検出電圧を測定する電圧検出部と、を含むことを特徴とする請求項3に記載のバッテリー管理システム。 - 前記センシング部は、前記検出電圧および前記バッテリーの電流をデジタルデータに変換させるA/Dコンバータをさらに含むことを特徴とする請求項4に記載のバッテリー管理システム。
- 複数のセルおよび前記複数のセルに各々連結される複数のセルリレーを含むバッテリー管理システムにおいて、
前記バッテリーの電流をセンシングする電流センサーと、
前記複数のセルリレーのうちいずれか一つを介して伝送される前記バッテリーのセル電圧に対応する検出電圧を保存し、前記検出電圧の保存が完了する保存完了時点において前記電流センサーを用いて前記バッテリーの電流を測定するセンシング部と、
前記保存完了時点において前記センシング部が前記バッテリー電流を測定するように制御するMCUと、を含み、
前記センシング部は、前記保存完了時点から所定期間遅延された時点までの間、前記検出電圧に対応するデジタル信号を生成することを特徴とするバッテリー管理システム。 - 前記MCUは、前記センシング部を制御するための電流制御信号および電圧制御信号を生成して前記センシング部に出力し、
前記センシング部は、
前記電流制御信号によって前記電流センサーが前記バッテリーの電流を測定するように制御する電流検出部と、
前記電圧制御信号によって前記検出電圧を測定する電圧検出部と、
前記電流検出部および前記電圧検出部から伝送される前記検出電圧および前記バッテリーの電流をデジタルデータに変換させるA/Dコンバータと、を含むことを特徴とする請求項6に記載のバッテリー管理システム。 - 前記電圧検出部は、
前記複数のセルリレーに順次に一端が連結され、前記バッテリーのセル電圧を伝達する第1リレーと、
前記第1リレーの他端に一端が連結され、前記検出電圧を保存するキャパシタと、
前記キャパシタの他端に一端が連結され、前記キャパシタに保存された検出電圧を前記A/Dコンバータに伝達する第2リレーと、をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のバッテリー管理システム。 - 複数のセルおよび前記複数のセルに各々連結される複数のセルリレーを含むバッテリー管理システムの駆動方法において、
前記複数のセルリレーのうちいずれか一つを介して伝送される前記バッテリーのセル電圧に対応する検出電圧をキャパシタに保存する段階と、
前記検出電圧の保存が完了する保存完了時点において前記バッテリーの電流を測定する段階と、
前記保存完了時点から所定期間遅延された時点までの間、前記検出電圧を測定する段階と、を含むことを特徴とするバッテリー管理システムの駆動方法。 - 前記検出電圧および前記バッテリーの電流の測定時点を制御するための制御信号を生成する段階を含むことを特徴とする請求項9に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
- 前記検出電圧および前記バッテリーの電流をデジタルデータに変換させる段階を含むことを特徴とする請求項10に記載のバッテリー管理システムの駆動方法。
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