JP2013516954A - バッテリー制御装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、バッテリー制御装置及び方法に関する。本発明によれば、メインバッテリーパックに電源を印加する外部充電端子と、前記外部充電端子の電圧を測定する第１電圧測定部と、前記外部充電端子と前記メインバッテリーパックとの連結をスイッチングする非常充電スイッチと、を備えてなる非常充電手段；コンタクタを介して車両に電源を印加する補助バッテリー連結端子と、前記補助バッテリー連結端子の電圧を測定する第２電圧測定部と、前記補助バッテリー連結端子と前記コンタクタとの連結をスイッチングする補助バッテリースイッチと、を備えてなる補助バッテリー連結手段；及び前記第１電圧測定部から電圧が測定されれば、前記非常充電スイッチを連結し、前記第２電圧測定部から電圧が測定されれば、前記補助バッテリースイッチを連結する非常制御手段；を含むバッテリー制御装置が提供される。

Description

関連出願
本出願は、２０１０年０１月０６日出願の韓国特許出願第１０−２０１０−００００９２８号及び２０１１年０１月０６日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−０００１４６７号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、全て本出願に援用される。
技術分野
本発明は、バッテリーパックの制御技術に関し、より詳しくは、車両用バッテリーパックのフル放電時、外部電源供給手段と連結される非常状態でバッテリーを制御する方法及びシステムに関する。
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増大し、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につれて、繰り返して充放電できる高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
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、リチウム二次電池などが挙げられる。これらのうちリチウム二次電池は、ニッケル系列の二次電池に比べてメモリー効果が殆ど起きないため、充電及び放電が自由であって、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いとの長所から脚光を浴びている。
特に、近年、炭素エネルギーの枯渇に対する関心が高まると共に、米国、欧州、日本、韓国を含めて全世界的にハイブリッド自動車と電気自動車に世間の耳目が集められている。このようなハイブリッド自動車や電気自動車において、最も核心的部品は車両モーターに駆動力を与えるバッテリーである。ハイブリッド自動車や電気自動車は、バッテリーを充放電することで車両の駆動力が得られるため、エンジンのみを使用する自動車に比べて燃費が優れ、公害物質を排出しないか又は減少できるという点で、需要者が大幅に増加している実情である。
このようなハイブリッド自動車や電気自動車で使用される車両用バッテリーの場合、車両運転中のバッテリー消耗によって充電残量が枯渇するか、停車中のバッテリーの自然消耗又は不注意による車両電源の漏れによって充電残量が枯渇することがある。このように、バッテリーの充電残量が枯渇することをフル放電状態とするが、このときはバッテリーから電源が供給されず、電気車両または該バッテリーを装着した機器の動作が制限される。
普通、バッテリーがフル放電されるか又はフル放電状態に近くなるときは、バッテリー充電所やバッテリー充電装置などを用いてバッテリーを充電する。しかし、車両用バッテリーの場合は、車両が充電所に位置していないのにバッテリーのフル放電状態になれば、車両が動作しないため、やむを得ず非常充電をしなければならない状況が生じ得る。このような状況では、緊急車両や他の車両による非常充電を試みるか、または、フル放電されたバッテリーの代わりに非常用補助バッテリーを使用し、充電所まで移動することがある。
このように、非常状況に備え、車両用バッテリーに臨時充電端子を設けて臨時充電機能を付加したバッテリーや、補助バッテリー装着空間が設けられたバッテリーなどが開発されている。さらに、非常充電機能と補助バッテリー装着機能を兼ね備える兼用バッテリーが、多様な非常状況に備えるための非常に有用な対処手段になり得る。
しかし、非常充電機能と補助バッテリー装着機能を兼ね備えるバッテリーは、それぞれの状況に応じてバッテリー内部で行われるバッテリー制御に対する研究が未だ足りない。さらに、近年の車両用バッテリーは、その内部に複雑な制御システムを取り備えており、多様な安全手段も備えられている。したがって、単に非常充電機能と補助バッテリー装着機能のみをバッテリーに付加する場合、バッテリー内部制御システムにおいて円滑に制御処理できない問題があり、またバッテリー自体の安全性にも重大な問題が生じ得る。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、非常充電機能と補助バッテリー装着機能が兼ね備えられたバッテリーパックにおいて、非常状況に各機能の使用を自動で感知し、該当機能に応じたバッテリー制御処理が行えるバッテリー制御システム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、後述される説明により理解することができ、本発明の実施例を通じて一層明確に分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は特許請求の範囲に示した手段及びその組合せによって実現することができることは言うまでもない。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリー制御装置は、非常充電及び補助バッテリー装着が可能な車両用バッテリーパックに備えられて非常時にバッテリーパックを制御する装置であって、メインバッテリーパックに電源を印加する外部充電端子と、前記外部充電端子の電圧を測定する第１電圧測定部と、前記外部充電端子と前記メインバッテリーパックとの連結をスイッチングする非常充電スイッチと、を備えてなる非常充電手段；コンタクタを介して車両に電源を印加する補助バッテリー連結端子と、前記補助バッテリー連結端子の電圧を測定する第２電圧測定部と、前記補助バッテリー連結端子と前記コンタクタとの連結をスイッチングする補助バッテリースイッチと、を備えてなる補助バッテリー連結手段；及び前記第１電圧測定部で電圧を測定するときは、前記非常充電スイッチを連結して非常充電モードに切り換え、前記第２電圧測定部で電圧を測定するときは、前記補助バッテリースイッチを連結して補助バッテリー連結モードに切り換える非常制御手段；を含む。
また、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリー管理システムは、前記バッテリー制御装置を含む。
また、上記の課題を達成するための本発明による自動車は、前記バッテリー制御装置を含む。
また、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリー制御機能を有するバッテリーパックは、非常状況において非常充電及び補助バッテリーの装着によってバッテリーを運用できる車両用バッテリーパックであって、１つ以上のバッテリーセルが組合せされたメインバッテリーパック；前記メインバッテリーパックのセル電圧を測定し、前記メインバッテリーパックを制御するバッテリー管理システム；前記バッテリー管理システムの制御に従って前記メインバッテリーパックの充放電電源をスイッチングする充放電制御スイッチ；前記メインバッテリーパックに連結されて直接充電電源を印加できる外部充電端子が備えられた非常充電モジュール；メイン電源ラインのコンタクタに連結されて直接車両に電源を印加する補助バッテリー連結端子が備えられた補助バッテリー連結モジュール；及び前記非常充電モジュールの外部充電端子から電圧が感知されれば、非常充電モードに切り換え、前記補助バッテリー連結モジュールの補助バッテリー連結端子から電圧が感知されれば、補助バッテリー連結モードに切り換える非常制御モジュール；を含む。
また、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリー制御方法は、非常充電及び補助バッテリーの装着が可能な車両用バッテリーパックに備えられる非常制御システムで非常状況にバッテリーを運用する制御方法であって、（ａ）メインバッテリーパックに連結されて充電電源を印加する外部充電端子と、コンタクタに連結されて車両に電源を印加する補助バッテリー連結端子と、に電圧が印加されたか否かを判別する段階；（ｂ）前記外部充電端子に電圧が印加された場合は、非常充電モードに切り換え、前記外部充電端子を介して供給される電源で前記メインバッテリーパックを充電する段階；及び（ｃ）前記補助バッテリー連結端子に電圧が印加された場合は、補助バッテリー連結モードに切り換え、連結された補助バッテリーから供給される電源で前記メイン電源ラインを介して車両に電源を供給する段階；を含む。
本発明によれば、非常状況において、車両用バッテリーパックに非常充電を試みるか又は補助バッテリーの装着を試みる場合、バッテリーパックの非常制御システムでその状況を自動で感知して、非常充電時はバッテリーの主電源を遮断した後バッテリーを充電し、補助バッテリー装着時はバッテリーセルへの充電ラインを遮断して車両にのみ補助バッテリーの電源が供給されるように制御することで、非常時、多様な試みにもバッテリーパックを安全に制御することができる。
したがって、非常状況が発生し、バッテリーパックに多様な対処を試みる場合にも、バッテリー自体に負担をかけず故障を減らすことができ、バッテリー内部における誤動作を防止することができる。
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例を例示するものであり、発明の詳細な説明と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。
本発明の一実施例による制御機能を有するバッテリーパックの主要構成を示した図である。 本発明の一実施例による制御機能を有するバッテリーパック内部の主要回路構成を示した回路図である。 本発明の一実施例によるバッテリー制御方法の手順を示したフロー図である。 本発明の一実施例によるバッテリー制御方法において、非常充電モードの場合、バッテリーパック内で行われる制御処理の手順を示したフロー図である。 本発明の一実施例によるバッテリー制御方法において、補助バッテリー連結モードの場合、バッテリーパック内で行われる制御処理の手順を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例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書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例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例に過ぎず、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。
図１は、本発明の一実施例による制御機能を有するバッテリーパックの主要構成を示した図である。
図１を参照すれば、本発明による制御機能を有するバッテリーパックは、メインバッテリーパック２１０、充放電制御スイッチ２２０、メイン充電端子２３０、バッテリー管理システム２５０、パック筐体（図示せず）、及びバッテリー制御システム構成である非常充電モジュール１１０、補助バッテリー連結モジュール１２０、非常制御モジュール１５０などを含む。
前記メインバッテリーパック２１０は、複数のバッテリーセルが連結されて組合せされた構造であって、各バッテリーセルは電気エネルギーを充電／放電する。前記メインバッテリーパック２１０のバッテリーセルはそれぞれ直列で連結され、バッテリーパックを使用する電動装置の電圧容量を充足させる。また、前記メインバッテリーパック２１０は、車両側の車両電源入力端３１０に連結され、充電された電源を車両に供給する。さらに、前記メインバッテリーパック２１０には、バッテリーパックの電圧、温度及びその他状態情報を測定するための手段が設けられ、測定される情報は後述するバッテリー管理システム２５０に伝達される。
前記充放電制御スイッチ２２０は、前記メインバッテリーパック２１０の過充電及び過放電を防止する。前記充放電制御スイッチ２２０は、後述するバッテリー管理システム２５０の制御に応じてターンオン／ターンオフされ、過充電を防止するためのＣ＿ＦＥＴトランジスタと、過放電を防止するためのＤ＿ＦＥＴトランジスタなどを備えてなる。さらに、前記充放電制御スイッチ２２０は、前記メインバッテリーパック２１０と車両電源入力端３１０との間のメイン電源供給ラインＬ上に設けられる。
前記メイン充電端子２３０は、後述するバッテリー管理システム２５０の制御に従って前記メインバッテリーパック２１０に充電電源を印加する電源入力端子である。
前記バッテリー管理システム（ＢＭＳ；Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）２５０は、前記メインバッテリーパック２１０のバッテリーセルの電圧、温度などの状態を測定し、測定された情報に基づいて前記メインバッテリーパック２１０及び全体バッテリーを制御して管理する。特に、前記充放電制御スイッチ２２０を制御し、前記メインバッテリーパック２１０の状態に応じて過充電及び過放電を防止し、過電流の流入を遮断する役割を果たす。また、車両に搭載された車両コンピューティングシステム３５０に、前記メインバッテリーパック２１０の状態情報及び全体バッテリーの多様な情報を伝送する。
前記非常充電モジュール１１０は、前記メインバッテリーパック２１０に連結される外部充電端子を備え、非常時、外部から直接充電電源の供給を受けて前記メインバッテリーパック２１０を充電する。前記非常充電モジュール１１０には、前記メイン充電端子２３０の外に非常時使用できる別途の外部充電端子が備えられる。すなわち、前記メイン充電端子２３０は充電所などで定められた規格の端子と接続することで充電が行われるが、前記非常充電モジュール１１０に備えられた外部充電端子は、非常時にバッテリーを臨時充電できるように設計される。
より詳しくは、前記非常充電モジュール１１０は、前記メインバッテリーパックに連結される外部充電端子、前記外部充電端子の電圧を測定する第１電圧測定部、及び前記外部充電端子と前記メインバッテリーパックとの連結をスイッチングする非常充電スイッチなどを備えてなる。前記第１電圧測定部は前記外部充電端子の電圧を測定し、後述する非常制御モジュール１５０に測定値を伝達することによって、前記外部充電端子を介して非常充電が行われるか否かを確認することができる。
さらに、前記非常充電スイッチは、前記外部充電端子と前記メインバッテリーパック２１０との電気的連結をスイッチングする。前記非常充電スイッチは、後述する非常制御モジュール１５０の制御によってターンオン／ターンオフされる。すなわち、一般状態では、前記非常充電モジュール１１０の外部充電端子と前記メインバッテリーパック２１０との電気的連結を遮断し、前記非常充電モジュール１１０を通じて非常充電が行われるときは、後述する非常制御モジュール１５０の制御に従って前記メインバッテリーパック２１０への連結ラインを電気的に接続させる。
前記補助バッテリー連結モジュール１２０は、前記メインバッテリーパックから車両電源入力端に連結されたメイン電源ラインＬのコンタクタに連結される補助バッテリー連結端子を備え、非常時に補助バッテリーを装着、連結して車両に直接電源を供給する役割を果たす。前記補助バッテリー連結モジュール１２０は、補助バッテリー連結端子、第２電圧測定部、及び補助バッテリースイッチなどを備えてなる。前記補助バッテリー連結端子は、前記メイン電源ラインＬのコンタクタに連結され、外部から装着される補助バッテリーの電源出力端に電気的に接続されるコネクタを備える。前記第２電圧測定部は、前記第１電圧測定部と同様に、前記補助バッテリー連結端子の電圧を測定し、後述する非常制御モジュール１５０に測定値を伝達する。これによって、前記補助バッテリー連結端子を介して補助バッテリーから電源が供給されるか否かを確認することができる。
さらに、前記補助バッテリースイッチは、前記補助バッテリー連結端子と前記メイン電源ラインＬとの電気的連結をスイッチングする。前記補助バッテリースイッチは、後述する非常制御モジュール１５０の制御によってターンオン／ターンオフされる。すなわち、一般状態では、前記補助バッテリー連結モジュール１２０の補助バッテリー連結端子と前記コンタクタとの電気的連結を遮断し、前記補助バッテリー連結モジュール１２０を通じて補助バッテリーから電源が供給されるときは、後述する非常制御モジュール１５０の制御に従って前記コンタクタとの連結ラインを電気的に接続させる。
前記非常制御モジュール１５０は、前記バッテリー管理システム２５０に組み込まれてもよく、前記非常充電モジュール１１０及び前記補助バッテリー連結モジュール１２０などを制御して非常状況でバッテリーを制御する。前記非常制御モジュール１５０は、前記非常充電モジュール１１０及び前記補助バッテリー連結モジュール１２０で電圧が測定されるか否かによって、それぞれのモジュールで非常充電が行われるか、あるいは、補助バッテリーが装着されて電源を供給するかを自動で感知する。
このようにして外部からの非常手段が感知されれば、バッテリーパックを非常モードに切り換える処理が行われる。まず、前記非常充電モジュール１１０の第１電圧測定部で電圧が感知されれば、前記外部充電端子を介して非常充電電源が印加されると判断し、前記非常制御モジュール１５０は非常充電モードに切り換えた後、前記非常充電モジュール１１０の非常充電スイッチをターンオンし、前記メインバッテリーパック２１０に電源を供給して充電が行われるように制御する。これと同時に、前記充放電制御スイッチ２２０はターンオフし、充電中に車両に電源が流れ込まないように制御する。
また、前記非常制御モジュール１５０では、非常充電モードに切り換えられて前記メインバッテリーパックが充電中である場合、前記メインバッテリーパックの電圧を測定し、所定基準値に充電電圧が達するまで充電動作を維持するように制御する。所定基準値に充電電圧が達した場合は、前記非常充電モジュール１１０の非常充電スイッチをターンオフして外部充電端子の電源を遮断し、非常充電を中断するように制御する。
また、前記非常制御モジュール１５０は、前記補助バッテリー連結モジュール１２０の第２電圧測定部で電圧が感知されれば、前記補助バッテリー連結端子を介して補助バッテリーから車両で使用される補助電源が供給されると判断し、補助バッテリー連結モードに切り換えた後、前記補助バッテリー連結モジュール１２０の補助バッテリースイッチをターンオンし、前記メイン電源ラインＬを通じて車両に電源が供給されるように制御する。これと同時に、前記充放電制御スイッチ２２０をターンオフし、車両に補助電源を供給する間は前記メインバッテリーパック２１０に補助電源が流れ込まないように制御する。
さらに、前記非常制御モジュール１５０では、補助バッテリー連結モードに切り換えられて補助バッテリーから車両に電源を供給している場合、前記補助バッテリー連結モジュール１２０を通じて連結された補助バッテリーの電圧を測定し、測定された電圧から補助バッテリーの充電残量（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出して車両コンピューティングシステム３５０に伝送する。
また、前記非常制御モジュール１５０では、非常充電モードまたは補助バッテリー連結モードに切り換えられる場合、前記車両コンピューティングシステム３５０にモード転換情報を伝送し、車両のユーザーが現在車両のバッテリーパックがどのモードで動作中であるかを把握できるようにする。
前記パック筐体は図示していないが、前記メインバッテリーパック２１０、前記充放電制御スイッチ２２０、前記メイン充電端子２３０、前記バッテリー管理システム２５０、及びバッテリー制御システム構成である非常充電モジュール１１０、補助バッテリー連結モジュール１２０、非常制御モジュール１５０などの組立体が内部に組み込まれる外部ケースである。
図２は、本発明の一実施例による制御機能を有するバッテリーパック内部の主要回路構成を示した回路図である。
図２を参照して本発明の一実施例による制御機能を有するバッテリーパック及びバッテリー制御システム内部の回路動作を詳しく説明する。
図面を見れば、本発明によるバッテリーパック内部回路は、メインバッテリーパック２１０の両端に高電位ラインＰａｃｋ＋と低電位ラインＰａｃｋ−がそれぞれ配置される。このように配置された高電位ラインと低電位ラインは車両電源入力端にそれぞれ連結される。また、高電位ライン上または低電位ライン上にＣ＿ＦＥＴトランジスタとＤ＿ＦＥＴトランジスタを備えてなる充放電制御スイッチ２２０が設けられ、前記充放電制御スイッチ２２０は非常制御モジュール１５０を含むバッテリー管理システム２５０（以下、制御部と称する）に連結されてスイッチング動作が制御される。
また、非常充電モジュール１１０は、前記メインバッテリーパック２１０付近の高電位ラインと低電位ラインの両端に連結される。前記非常充電モジュール１１０には外部充電端子１１５が備えられ、非常充電スイッチＥＳが高電位ラインと低電位ラインの連結部にそれぞれ設けられる。
また、補助バッテリー連結モジュール１２０は、高電位ラインと低電位ライン上に、充放電制御スイッチ２２０と車両電源入力端３１０との間に位置したコンタクタに電気的に連結される。前記補助バッテリー連結モジュール１２０には補助バッテリー連結端子１２５が備えられ、補助バッテリースイッチＳＳが高電位ラインと低電位ラインの連結部にそれぞれ設けられる。
さらに、前記メインバッテリーパック２１０、前記非常充電モジュール１１０、及び前記補助バッテリー連結モジュール１２０には、それぞれメインバッテリーパック電圧測定部Ｓ、第１電圧測定部Ｓ１、第２電圧測定部Ｓ２が設けられ、前記制御部２５０にそれぞれ連結されて前記メインバッテリーパックの電圧Ｖｃ、前記外部充電端子の電圧Ｖ１、及び前記補助バッテリー連結端子の電圧Ｖ２を測定して提供する。
また、前記制御部２５０は、車両コンピューティングシステムの通信ポート（ＣＯＭ ｐｏｒｔ）と通信連結され、車両側に各種信号及び情報データを伝送する。
以下、前記制御部２５０で非常制御が行われるとき、上記のように構成された回路の動作を説明する。
まず、非常充電モジュール１１０を通じて非常充電が行われる場合は、外部の充電電源が外部充電端子１１５に連結され、前記第１電圧測定部Ｓ１では外部充電端子１１５に印加される電圧を測定して前記制御部２５０に伝送する。制御部２５０では受信した電圧測定値に基づいて非常充電が行われていることを感知し、非常充電モードに切り換えた後、非常充電スイッチＥＳをターンオンさせて充放電制御スイッチ２２０はターンオフさせる処理を行う。
このようになれば、外部充電端子１１５を通じて供給される充電電源は非常充電スイッチＥＳを通じてメインバッテリーパック２１０に印加されて充電が行われ、充放電制御スイッチ２２０が遮断されることで車両電源入力端側への電源供給は遮断される。これと共に、制御部２５０ではメインバッテリーパック電圧測定部Ｓを通じてメインバッテリーパックの電圧を測定し、所定基準値に達した場合、非常充電が完了したと判断して非常充電スイッチをターンオフさせて非常充電を完了する。勿論、充電が完了した後は、充放電制御スイッチ２２０をターンオンさせてメインバッテリーパック２１０の電源を車両電源入力端側に供給する。
次いで、補助バッテリー連結モジュール１２０を通じて補助バッテリーの電源が供給される場合を説明する。この場合は、外部の非常用補助バッテリーが補助バッテリー連結端子１２５に電気的に接続され、前記第２電圧測定部Ｓ２では補助バッテリー連結端子１２５に印加される電圧を測定して制御部２５０に伝送する。制御部２５０では受信した電圧測定値に基づいて補助バッテリーから電源が供給されていることを感知し、補助バッテリー連結モードに切り換えた後、補助バッテリースイッチＳＳをターンオンさせて充放電制御スイッチ２２０をターンオフさせる処理を行う。
これによって、メインバッテリーパック２１０に連結される高電位ラインと低電位ラインは充放電制御スイッチ２２０の開放によって断絶され、補助バッテリー連結端子１２５と高電位ラインＰａｃｋ＋と低電位ラインＰａｃｋ−のコンタクタは補助バッテリースイッチＳＳの閉鎖によって連結される。したがって、補助バッテリー連結端子１２５は車両電源入力端３１０と電気的接続状態が維持され、メインバッテリーパック２１０への接続は遮断される。この状態で、補助バッテリー連結端子１２５から流れ込む補助バッテリーの電源は、メインバッテリーパック２１０ではなく、車両電源入力端３１０のみに流れ込むようになる。
さらに、制御部２５０では、このような補助バッテリー連結モードによって車両に電源を供給すると同時に、前記第２電圧測定部Ｓ２を通じて連結された補助バッテリーの電圧を測定して補助バッテリーの充電残量を算出する。このように、補助バッテリー連結モードでは、補助バッテリーの充電残量を算出し、通信ラインを通じて車両コンピューティングシステムにバッテリー残量情報を伝送する処理が行われる。
ここで、一般にバッテリー残量を算出する方法は、バッテリーの電圧、温度、及び抵抗の３つの変数を有する関数を用いるが、このようなバッテリー残量（ＳＯＣ）算出方法に関しては公知されているので、詳しい説明は省略する。
しかし、前記補助バッテリーが連結された場合は、前記補助バッテリー連結モジュール１２０に備えられた第２電圧測定部Ｓ２を通じて測定された補助バッテリーの電圧測定値しか用いることができないため、補助バッテリーの充電残量を算出するとき、一般に公知された方法を用いることができない。したがって、本発明のように、補助バッテリーの電圧測定値のみをもって補助バッテリーの充電残量を算出する。このときは、車両で使用できる補助バッテリーのフル充電時の電圧を１００％とし、車両で使用できない補助バッテリーのフル放電時の電圧を０％に設定し、補助バッテリーで測定される電圧値をこの比率に基づいて百分率に換算することで補助バッテリーの充電残量を算出する。
他の実施例としては、補助バッテリー自体に充電残量算出モジュールが設けられている場合、前記制御部２５０では補助バッテリーから算出された充電残量情報を受信し、これを車両コンピューティングシステムに伝送することができる。
また、多様な情報を車両コンピューティングシステムに伝達するとき、前記制御部２５０はＣＡＮ通信のような車両用通信プロトコルを用い得る。また、車両コンピューティングシステムの通信ポートを通じて制御部２５０から伝送される情報には、非常モード切換状態情報が含まれ得る。すなわち、現在非常充電モードであるか、補助バッテリー連結モードであるか、又は、正常モードであるかなどのモード状態情報を伝送し、車両のユーザーにその事実を認知させる。
上述した動作を行う制御部２５０は、本発明によるバッテリー制御方法をプログラム化したコードを実行できるマイクロプロセッサーで構成することもでき、本発明によるバッテリー制御方法の制御フローを論理回路で具現した半導体チップで構成することもできるが、これらに限定されることはない。
一方、上述した本発明によるバッテリー制御装置は、バッテリーパックを管理するバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に組み入れて使用することができる。
また、本発明は、化石燃料自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車のようにバッテリーが装着された各種動力装置と組み合わせて使用することができる。
さらに、本発明によるバッテリー制御装置をＰＣＢ回路または注文型半導体回路（ＡＳＩＣ）にモジュール化してバッテリーパック内に実装できることは、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者にとって自明である。
図３は、本発明の一実施例によるバッテリー制御方法の手順を示したフロー図である。
図面を参照すると、本発明による制御方法によれば、先ず、各種非常処理手段に備えられた電圧測定部がチェックされる。すなわち、非常充電手段や補助バッテリー連結手段などに備えられた電圧測定部から受信される測定値を確認するモニタリング段階が行われる（Ｓ１０）。
次いで、電圧測定部をチェックする間、非常充電手段側に備えられた第１電圧測定部Ｓ１で測定される電圧であるＶ１値が０Ｖより大きいか否かを判別する。すなわち、非常充電手段の外部充電端子に０Ｖより大きい電圧が印加される場合は、外部から非常充電のための手段が前記外部充電端子に電気的に接続されたときである。一方、非常充電手段の外部充電端子に０Ｖの電圧が印加される場合は、外部から何ら電気的な接続がなされていないときである（Ｓ２０）。
したがって、前記第１電圧測定部で０Ｖより大きい電圧が測定されれば、外部から非常充電が行われていると判断し、制御部ではバッテリーパックに非常充電するための非常充電モードに切り換える処理が行われる。非常充電モードに切り換えられれば、制御部は非常充電手段から供給される電源をメインバッテリーパックに印加して充電し、メインバッテリーパックから車両に供給されるメイン電源ラインは遮断する（Ｓ４０）。
一方、前記第１電圧測定部で０Ｖの電圧が測定されれば、外部からの非常充電は行われないと判断し、補助バッテリー連結手段側に備えられた第２電圧測定部Ｓ２で測定される電圧であるＶ２値が０Ｖより大きいか否かを判別する。すなわち、補助バッテリー連結手段の補助バッテリー連結端子に０Ｖより大きい電圧が印加される場合は、外部から補助バッテリーが装着されて前記補助バッテリー連結端子に電源が印加されるときである。しかし、補助バッテリー連結手段の補助バッテリー連結端子に０Ｖの電圧が印加される場合は、外部に補助バッテリーが連結されていないときである（Ｓ３０）。
上記の段階で前記第２電圧測定部で０Ｖより大きい電圧が測定されれば、外部から補助バッテリーが装着されたと判断し、制御部では車両に補助バッテリーの電源を供給して車両を非常動作させるための補助バッテリー連結モードに切り換える処理が行われる。補助バッテリー連結モードに切り換えられれば、制御部は車両と連結されたメイン電源ラインに補助バッテリーから供給される電源を印加して車両に非常電源を供給し、メインバッテリーパックに非常供給される電源が流れ込まないように遮断する（Ｓ６０）。
また、段階Ｓ２０と段階Ｓ３０ともに電圧が０Ｖと測定される場合は、非常充電手段及び補助バッテリー連結手段のいずれも連結されていない状態であると判断し、一般モードを維持する。すなわち、メインバッテリーパックから車両に電源を供給する一般的な処理が行われる（Ｓ５０）。
図４は、本発明の一実施例によるバッテリー制御方法において、非常充電モードの場合、バッテリーパック内で行われる制御処理の手順を示したフロー図である。
図４を参照すれば、まず非常充電モジュールで０Ｖより大きい電圧が測定されれば、制御部では非常充電モードに切り換える処理が行われる（Ｓ４１）。
非常充電モードに切り換えれば、車両コンピューティングシステムにモード切換を知らせる情報を伝送する。このとき、車両用通信ポートを通じて車両用通信プロトコルに基づいて非常充電モード切換情報を車両コンピューティングシステムに伝送する。これにより、車両ユーザーはコンピューティングシステムに表示される非常充電モードアラームを確認し、非常充電中であることを認知することができる（Ｓ４２）。
次いで、制御部ではメインバッテリーパックと車両電源入力端との間に設けられた充放電制御スイッチを遮断する処理を行う。これにより、非常充電が行われるとき、車両電源入力端に非常充電電源が流れ込まないようにする（Ｓ４３）。
これと同時に、メインバッテリーパックと非常充電モジュールの外部充電端子との間に設けられた非常充電スイッチを連結する。これにより、外部充電手段から供給される充電電源がメインバッテリーパックに伝達される（Ｓ４４）。
このようにして、外部充電手段からメインバッテリーパックに充電電源が印加されれば、メインバッテリーパックが充電される（Ｓ４５）。
制御部では、メインバッテリーを充電している間、メインバッテリーパック側に設けられた電圧測定部Ｓを通じて充電電圧Ｖｃをチェックする（Ｓ４６）。
このとき、制御部では、充電電圧Ｖｃが所定の基準値以上になったか否かを判別する処理が行われる。ここで、充電電圧Ｖｃが所定の基準値に達していない場合は、段階Ｓ４５の充電処理が維持されるように制御する（Ｓ４７）。
一方、充電電圧Ｖｃが所定基準値以上になった場合は、メインバッテリーパックの充電が完了したと判断し、非常充電モジュールに備えられた非常充電スイッチを遮断して外部充電手段からの充電電源供給を中断する（Ｓ４８）。
さらに、制御部では、車両コンピューティングシステムに非常充電完了情報を伝送する処理が行われる。これにより、車両には非常充電完了アラームが表示され、ユーザーは非常充電が完了したことを認知することができる。このとき、車両コンピューティングシステムはユーザーに音声やメッセージで非常充電完了事実を表示することができる（Ｓ４９）。
図５は、本発明の一実施例によるバッテリー制御方法において、補助バッテリー連結モードの場合、バッテリーパック内で行われる制御処理の手順を示したフロー図である。
図５を参照して、補助バッテリー連結モード時、バッテリー管理システムで行われる制御処理を説明する。
まず、制御部では、補助バッテリー連結手段に備えられた第２電圧測定部を通じ、補助バッテリー連結端子に０Ｖより大きい電圧が印加されたと測定されれば、外部から補助バッテリーが連結されたと判断し、補助バッテリー連結モードに切り換える処理を行う（Ｓ６１）。
補助バッテリー連結モードへの切換が行われれば、車両コンピューティングシステムにモード切換を知らせる情報を伝送する。このとき、車両用通信ポートを通じて車両用通信プロトコルに基づいて補助バッテリー連結モード切換情報を車両コンピューティングシステムに伝送する。これにより、車両ユーザーはコンピューティングシステムに表示される補助バッテリー連結モードアラームを確認し、補助バッテリーを通じて車両の電源が供給されていることを認知することができる（Ｓ６２）。
次いで、制御部ではメイン電源ラインとメインバッテリーパックとの間に設けられた充放電制御スイッチを遮断する処理を行う。これにより、補助バッテリーから電源が供給されるとき、メインバッテリーパックに電源が流れ込まないようにする（Ｓ６３）。
これと同時に、制御部では、車両電源入力端に連結されたメイン電源ラインと補助バッテリー連結モジュールの補助バッテリー連結端子との間に設けられた補助バッテリースイッチをターンオンする処理を行う。このようにして、補助バッテリースイッチがターンオンされれば、補助バッテリーから供給される補助電源がコンタクタを介してメイン電源ラインに伝達され、伝達された補助電源はメイン電源ラインに連結された車両電源入力端に流れ込む。このときは、段階Ｓ６３でメイン電源ラインからメインバッテリーパックへの連結ラインがターンオフされたため、補助バッテリーから供給される電源は、メインバッテリーパックに流れ込まず、車両のみに伝達される（Ｓ６４）。
このように、補助バッテリーから車両電源入力端に補助電源が印加されれば、メインバッテリーパックの代わりに車両駆動部及び電源を要する機器に補助電源が供給され、車両の駆動及びその他機器が動作できるようにする（Ｓ６５）。
その後、制御部では、車両に補助電源が供給されている間、補助バッテリー連結手段に備えられた第２電圧測定部Ｓ２を通じて補助バッテリーの電圧Ｖ２をチェックする（Ｓ６６）。
補助バッテリーの電圧が測定されれば、測定された電圧を用いて補助バッテリーの現在充電残量を算出する処理が行われる。電圧を用いて補助バッテリーの充電残量を算出する方法は、上述したので、省略する（Ｓ６７）。
このようにして補助バッテリーの充電残量が算出されれば、算出された充電残量情報を車両コンピューティングシステムに伝送する。これにより、車両ユーザーはコンピューティングシステムから表示される補助バッテリーの充電残量情報を確認でき、補助バッテリーから供給される補助電源で後どれくらい車両を運行できるかを認知することができる（Ｓ６８）。
以上、本発明は、限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明がこれによって限定されることはなく、本発明が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。

Claims (21)

  1. 非常時にバッテリーパックを制御する装置であって、
    非常充電及び補助バッテリー装着が可能な車両用バッテリーパックに備えられてなるものであり、
    メインバッテリーパックに電源を印加する外部充電端子と、前記外部充電端子の電圧を測定する第１電圧測定部と、前記外部充電端子と前記メインバッテリーパックとの連結をスイッチングする非常充電スイッチとを備えてなる非常充電手段と、
    コンタクタを介して車両に電源を印加する補助バッテリー連結端子と、前記補助バッテリー連結端子の電圧を測定する第２電圧測定部と、前記補助バッテリー連結端子と前記コンタクタとの連結をスイッチングする補助バッテリースイッチとを備えてなる補助バッテリー連結手段と、及び
    前記第１電圧測定部で電圧を測定するとき、前記非常充電スイッチを連結して非常充電モードに切り換え、前記第２電圧測定部で電圧を測定するとき、前記補助バッテリースイッチを連結して補助バッテリー連結モードに切り換える非常制御手段とを備えてなる、バッテリー制御装置。
  2. 前記非常制御手段が、
    前記非常充電モードまたは前記補助バッテリー連結モードに切り換えるとき、前記メインバッテリーパックに連結された充放電制御スイッチの連結を遮断するものである、請求項１に記載のバッテリー制御装置。
  3. 前記非常制御手段が、
    前記非常充電モードに切り換えるとき、前記メインバッテリーパックの電圧を確認し、充電電圧が所定基準値に達した場合、前記非常充電スイッチの連結を遮断するものである、請求項１に記載のバッテリー制御装置。
  4. 前記非常制御手段が、
    非常充電が完了し、前記非常充電スイッチの連結が遮断される場合、車両コンピューティングシステムに非常充電完了アラーム信号を伝送するものである、請求項３に記載のバッテリー制御装置。
  5. 前記非常制御手段が、
    前記補助バッテリー連結モードに切り換えるとき、前記第２電圧測定部を通じて連結された補助バッテリーの電圧を測定して補助バッテリーの充電残量情報を算出し、該情報を車両コンピューティングシステムに伝送するものである、請求項１に記載のバッテリー制御装置。
  6. 前記非常制御手段が、
    前記補助バッテリー連結モードに切り換えるとき、連結された補助バッテリーから充電残量情報を受信し、該情報を車両コンピューティングシステムに伝送するものである、請求項１に記載のバッテリー制御装置。
  7. 前記非常制御手段が、
    前記非常充電モードまたは前記補助バッテリー連結モードに切り換えるとき、車両コンピューティングシステムにモード切換情報を伝送するものである、請求項１に記載のバッテリー制御装置。
  8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のバッテリー制御装置を備えてなる、バッテリー管理システム。
  9. 請求項１〜７の何れか一項に記載のバッテリー制御装置を備えてなる、自動車。
  10. 車両用バッテリーパックであって、
    非常状況において非常充電及び補助バッテリーの装着によってバッテリーを運用するものであり、
    １つ以上のバッテリーセルが組合せされたメインバッテリーパックと、
    前記メインバッテリーパックのセル電圧を測定し、前記メインバッテリーパックを制御するバッテリー管理システムと、
    前記バッテリー管理システムの制御に従って前記メインバッテリーパックの充放電電源をスイッチングする充放電制御スイッチと、
    前記メインバッテリーパックに連結されて直接充電電源を印加できる外部充電端子が備えられた非常充電モジュールと、
    メイン電源ラインのコンタクタに連結されて直接車両に電源を印加する補助バッテリー連結端子が備えられた補助バッテリー連結モジュールと、及び
    前記非常充電モジュールの外部充電端子から電圧が感知されれば、非常充電モードに切り換え、前記補助バッテリー連結モジュールの補助バッテリー連結端子から電圧が感知されれば、補助バッテリー連結モードに切り換える非常制御モジュールと備えてなる、制御機能を有するバッテリーパック。
  11. 前記非常制御モジュールが、
    前記充電モードまたは前記補助バッテリー連結モードに切り換えるとき、前記充放電制御スイッチの連結を遮断するものである、請求項１０に記載の制御機能を有するバッテリーパック。
  12. 前記充放電制御スイッチが、
    前記メインバッテリーパックと前記車両電源入力端とを連結するメイン電源ライン上に位置する、請求項１１に記載の制御機能を有するバッテリーパック。
  13. 前記補助バッテリー連結モジュールの補助バッテリー連結端子が、
    前記メイン電源ライン上に前記充放電制御スイッチと前記車両電源入力端との間に位置するコンタクタに連結される、請求項１２に記載の制御機能を有するバッテリーパック。
  14. 前記バッテリー管理システムの制御に従って前記メインバッテリーパックに充電電源を印加するメイン充電端子と、及び
    前記メインバッテリーパック、前記バッテリー管理システム、前記充放電制御スイッチ、前記非常充電モジュール、前記補助バッテリー連結モジュール、前記非常制御モジュール及び前記メイン充電端子の組立体が内部に組み込まれるパック筐体とをさらに備えてなる、請求項１０に記載の制御機能を有するバッテリーパック。
  15. 非常制御システムにより非常状況にバッテリーを運用する制御方法であって、
    非常充電及び補助バッテリー装着が可能な車両用バッテリーパックに備えられてなるものであり、
    （ａ）メインバッテリーパックに連結されて充電電源を印加する外部充電端子と、コンタクタに連結されて車両に電源を印加する補助バッテリー連結端子と、に電圧が印加されたか否かを判別する段階と、
    （ｂ）前記外部充電端子に電圧が印加された場合は、非常充電モードに切り換え、前記外部充電端子を介して供給される電源で前記メインバッテリーパックを充電する段階と、及び
    （ｃ）前記補助バッテリー連結端子に電圧が印加された場合は、補助バッテリー連結モードに切り換え、連結された補助バッテリーから供給される電源で前記メイン電源ラインを介して車両に電源を供給する段階とを含んでなる、バッテリー制御方法。
  16. 前記段階（ｂ）または前記段階（ｃ）において、
    非常充電モードまたは補助バッテリー連結モードに切り換えるときは、車両コンピューティングシステムにモード切換を知らせる情報を伝送する、請求項１５に記載のバッテリー制御方法。
  17. 前記段階（ｂ）が、
    （１）前記外部充電端子に電圧が印加された場合、非常充電モードに切り換え、前記メインバッテリーパックの充放電制御スイッチをターンオフさせる段階と、
    （２）前記外部充電端子に設けられた外部充電スイッチをターンオンさせ、前記メインバッテリーパックに充電電源を供給する段階と、
    （３）前記メインバッテリーの充電電圧をチェックして所定基準値に達するまで充電する段階と、及び
    （４）前記メインバッテリーの充電電圧が所定基準値に達した場合、前記外部充電スイッチをターンオフさせて非常充電を完了する段階とを含んでなる、請求項１５に記載のバッテリー制御方法。
  18. 前記段階（４）の後に、
    車両コンピューティングシステムに非常充電完了を知らせる情報を伝送する、請求項１７に記載のバッテリー制御方法。
  19. 前記段階（ｃ）が、
    （５）前記補助バッテリー連結端子に電圧が印加された場合、補助バッテリー連結モードに切り換え、前記メインバッテリーパックの充放電制御スイッチをターンオフさせる段階と；及び
    （６）前記補助バッテリー連結端子に設けられた補助バッテリースイッチをターンオンさせ、連結された補助バッテリーから供給される電源を前記メイン電源ラインを介して車両に供給する段階とを含んでなる、請求項１５に記載のバッテリー制御方法。
  20. 前記段階（６）の後に、
    （７）前記補助バッテリーの電圧をチェックして充電残量を算出する段階と、及び
    （８）前記補助バッテリーから算出された充電残量情報を車両コンピューティングシステムに伝送する段階とをさらに含んでなる、請求項１９に記載のバッテリー制御方法。
  21. 前記段階（６）の後に、
    （９）前記補助バッテリーから充電残量情報を受信する段階と、及び
    （１０）受信された前記補助バッテリーの充電残量情報を車両コンピューティングシステムに伝送する段階とをさらに含んでなる、請求項１９に記載のバッテリー制御方法。
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