JP5733648B2 - バッテリーシステム管理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーシステムを管理する技術に関し、より詳しくは、直列連結された複数のバッテリーセルが含まれたバッテリーシステムで性能の低下したバッテリーセルやバッテリーモジュールが存在する場合、そのようなバッテリーシステムを管理する装置及び方法に関する。

本出願は、２０１０年１２月２８日出願の韓国特許出願第１０−２０１０−０１３６３５０号及び２０１１年１２月２７日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−０１４２９６７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、すべて本出願に援用される。

現代社会にいて、バッテリーはノートパソコン、カメラ、携帯電話、ＭＰ３などのような携帯用電子製品から自動車、ロボット、衛星までの各種装置に幅広く用いられている。バッテリーは一次電池と二次電池とに分けられるが、そのうち二次電池は繰り返して充放電できるという面だけでなく、エネルギーの貯蔵が可能であると面で大きい長所を有し広く使用される。

現在、商用化された二次電池としては、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あり、その中でも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効果が殆ど起らないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度は高いという長所から脚光を浴びている。

このような二次電池は、１つのバッテリーセルを単独で用いることもできるが、１つのバッテリーシステム内で多数のバッテリーセルを相互直列連結した状態で用いることで、より高い電力を出力及び貯蔵することができる。特に、近年、炭素エネルギーが徐々に枯渇して環境に対する関心が高まるとともに、二次電池を使用したバッテリーシステムが大型装備に用いられる場合が多くなっている。さらに、このように大型装備に用いられるバッテリーシステムは高出力を要するため、多数のバッテリーセルが直列連結された状態で用いられる。

このように多数のバッテリーセルが直列で連結された状態で含まれた大型バッテリーシステムが用いられる一例として、スマートグリッドシステム（Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ）が挙げられる。

スマートグリッドシステムとは、電力の生産、運搬、消費の過程に情報通信技術を組み合わせることで、電力供給と消費との相互作用を通じて電力使用の効率性を高めようとする知能型電力網システムである。消費者が使用する電力量は常に一定なものではなく、随時変動する。代表的に、夏季の午後には冷房装置の使用で電力使用量が急激に増加し、夜間には電力使用量が急激に減少することが挙げられる。このように電力を消費する側からは電力消費量が一定でなく頻りに変動し得るが、電力を供給する側からは、ある程度電力生産量を調節するとしても頻りに変動する電力消費量に合わせることは現実的に難しい。したがって、このような電力の供給と消費との不均衡により電力供給過剰または電力供給不足が起り得るが、スマートグリッドシステムはこのような問題を解決しようとして、電力使用現況をリアルタイムで把握し、電力供給量を弾力的に調節する。このようなスマートグリッドシステム構築のための重要な構成要素の１つが、電力を貯蔵する電力貯蔵用バッテリーシステムである。このような電力貯蔵用バッテリーシステムには、一般的な電子装備や携帯用電子製品に用いられるバッテリーシステムより遥かに多くのバッテリーセルが直列で連結される。

このように多くのバッテリーセルが直列連結された状態で用いられるバッテリーシステムは、スマートグリッドシステムだけでなく、マイクログリッドシステム（Ｍｉｃｒｏ Ｇｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ）、電気自動車に充電電力を供給する電気自動車充電所のような他の様々な分野にも用いられ得る。のみならず、スマートグリッドシステムやマイクログリッドシステム、電気自動車充電所ほどではないが、ハイブリッド自動車や電気自動車用バッテリーパックにも、車両駆動力を得るために高い出力を要するため、複数のバッテリーセルが直列で連結されたバッテリーシステムが用いられる。

しかし、このように複数のバッテリーセルが直列で連結されたバッテリーシステムで、一部バッテリーセルの性能が低下することがあり得る。すなわち、バッテリーシステムに含まれた殆どのバッテリーセルは正常に作動するが、一部バッテリーセルのみが正常に作動しない場合が生じ得る。このような場合、従来技術によれば、大半のバッテリーセルが使用できるにもかかわらず、性能の低下した一部のバッテリーセルにより該当バッテリーシステム全体の性能が低下し、バッテリーシステム自体の使用を中断することになり得る。のみならず、場合によっては、正常なバッテリーセルが多数存在するにもかかわらず、バッテリーセルが相互直列で連結されているという特性上、バッテリーシステム自体を入れ替えることにもなり、コスト及び時間が不要に無駄になるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、直列連結された複数のバッテリーセルが含まれたバッテリーシステムで、一部バッテリーセルの性能が低下しても、該当バッテリーセルの使用のみを中断し、残り正常なセルは継続して使用できるようにするバッテリーシステム管理装置及び方法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、下記する説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。

上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーシステム管理装置は、直列連結された複数のバッテリーセルが備えられたバッテリーシステムを管理する装置であって、前記バッテリーセルそれぞれの性能を測定する性能測定部；前記バッテリーセルそれぞれに対して他のバッテリーセルとの連結をターンオンまたはターンオフさせるセルスイッチング部；及び前記性能測定部によって測定されたそれぞれのバッテリーセルの性能を基準性能と比べ、測定された性能が基準性能以下のバッテリーセルが存在する場合、該当バッテリーセルに対して他のバッテリーセルとの連結が遮断されるように前記セルスイッチング部を制御する制御部を含む。

望ましくは、前記バッテリーセルの性能は、前記バッテリーセルの電圧、電流、抵抗及び容量のうち１つ以上である。

また、望ましくは、前記セルスイッチング部は３接点スイッチで構成される。

上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーシステム管理方法は、直列連結された複数のバッテリーセルが備えられたバッテリーシステムを管理する方法であって、前記バッテリーセルそれぞれの性能を測定する段階；前記測定されたそれぞれのバッテリーセルの性能と基準性能を比べる段階；及び測定された性能が基準性能以下のバッテリーセルが存在する場合、該当バッテリーセルに対して他のバッテリーセルとの連結を遮断する段階を含む。

望ましくは、前記バッテリーセルの性能は、前記バッテリーセルの電圧、電流、抵抗及び容量のうち１つ以上である。

また、望ましくは、前記バッテリーセルの連結を遮断する段階は３接点スイッチを用いて行われる。

また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーシステム管理装置は、直列連結された複数のバッテリーモジュールが備えられたバッテリーシステムを管理する装置であって、前記バッテリーモジュールそれぞれの性能を測定する性能測定部；前記バッテリーモジュールそれぞれに対して他のバッテリーモジュールとの連結をターンオンまたはターンオフさせるモジュールスイッチング部；及び前記性能測定部によって測定されたそれぞれのバッテリーモジュール性能を基準性能と比べ、測定された性能が基準性能以下のバッテリーモジュールが存在する場合、該当バッテリーモジュールに対して他のバッテリーモジュールとの連結が遮断されるように前記モジュールスイッチング部を制御する制御部を含む。

望ましくは、前記バッテリーモジュールの性能は、前記バッテリーモジュールの電圧、電流、抵抗及び容量のうち１つ以上である。

また、望ましくは、前記モジュールスイッチング部は３接点スイッチで構成される。

本発明の一態様によれば、複数のバッテリーセルが直列で連結されたバッテリーシステムで一部バッテリーセルの性能が低下した場合、バッテリーシステムの全体電流経路が性能の低下したバッテリーセルを迂回して形成されるようにすることで、バッテリーシステムを継続して使用することができる。

したがって、複数のバッテリーセルのうち一部バッテリーセルに問題が発生しても、正常な大半のバッテリーセルは継続して使用することができる。したがって、一部のバッテリーセルに発生した問題により、正常な大半のバッテリーセルが使用できずに入れ替えられ、コスト及び時間などが無駄になる要素を防止することができる。

のみならず、一部バッテリーセルの性能低下により、バッテリーシステム全体の使用が中断されることを防止できるので、バッテリーシステムを使用するユーザまたは消費者の不便を防止することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、性能の低下したバッテリーセルの個数が所定の個数を超えるとき、警告情報をユーザに提供するか、または、性能の低下したバッテリーセルの位置情報、性能情報及び数量情報などをユーザに提供する。したがって、ユーザはバッテリーシステムのメインテナンスまたは入替の際、このような情報を参考して適切に対処することができる。

さらに、本発明の他の態様によれば、複数のバッテリーモジュールが直列で連結されたバッテリーシステムで一部バッテリーモジュールの性能が低下した場合、電流経路が該当バッテリーモジュールを迂回するようにすることで、バッテリーシステムを無理なく継続して使用することができる。

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形態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。

本発明の望ましい一実施形態によるバッテリーシステム管理装置の機能的構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーシステム管理装置がバッテリーシステム内で連結された構成の一例を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーシステム管理装置のセルスイッチング部が３接点スイッチからなる場合、図２のＡ部分を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーシステム管理装置のセルスイッチング部が２接点スイッチからなる場合、図２のＡ部分を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーシステムで、セルスイッチング部が制御部によって制御された状態のそれぞれ異なる実施形態を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーシステムで、セルスイッチング部が制御部によって制御された状態のそれぞれ異なる実施形態を示した図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーシステム管理装置の構成を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーシステム管理方法を示したフロー図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーシステム管理装置の構成を示した概略図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。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形態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形態に過ぎず、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は本発明の望ましい一実施形態によるバッテリーシステム管理装置の機能的構成を示したブロック図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリーシステム管理装置がバッテリーシステム内で連結された構成の一例を示した概略図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明によるバッテリーシステム管理装置は、性能測定部１００、セルスイッチング部２００及び制御部３００を含む。このようなバッテリーシステム管理装置は、直列連結された複数のバッテリーセル１０を含むバッテリーシステムに適用することができる。図２には、説明の便宜上、ｂ１ないしｂ４の４つのバッテリーセル１０のみが示されているが、本発明はバッテリーセル１０の具体的な個数によって制限されない。特に、本発明は、スマートグリッドシステムの電力貯蔵用バッテリーシステムのように数十ないし数百個の多くのバッテリーセル１０が含まれたバッテリーシステムに適用することがより適する。

前記性能測定部１００は、バッテリーシステムで相互直列で連結された状態で含まれたバッテリーセル１０それぞれの性能を測定する。ここで、バッテリーセル１０の性能とは、バッテリーセル１０がバッテリーシステムで正常に動作できるか否かの状態を表すバッテリー特性情報を意味する。

バッテリーセル１０の性能は、バッテリーセル１０の電圧、電流、抵抗及び容量のうち１つ以上を表すことが望ましい。したがって、前記性能測定部１００は、各バッテリーセル１０に対して電圧、電流、抵抗または容量を測定することができる。勿論、前記性能測定部１００はこれらのうち２つ以上を測定することもできる。これは１つのバッテリーセル１０に対する電圧、電流、抵抗または容量がバッテリーセル１０の性能を判別できる最も良い尺度になるためであり、バッテリーセル１０の電圧、電流、抵抗または容量が非正常に変化したなら、該当バッテリーセル１０の性能が低下したと見なすことができる。例えば、バッテリーシステム内に含まれた複数のバッテリーセル１０のうち、他のバッテリーセル１０に比べて特定バッテリーセル１０の電圧、電流または容量が過度に低くなったり、抵抗が過度に増加した場合、該当バッテリーセル１０の性能が低下したと見なすことができる。

一方、前記性能測定部１００は、多様な方式でバッテリーセル１０の電圧、電流、抵抗または容量を測定することができる。例えば、前記性能測定部１００は、バッテリーセル１０の両端に電圧計を並列で設けてバッテリーセル１０の電圧を測定することができる。また、前記性能測定部１００はバッテリーセル１０と直列で電流計を連結し、バッテリーセル１０の電流を測定することができる。他にも、本発明の出願時に公知された多様なバッテリーセル性能測定技術を本発明に採用することができる。

上記のように、本発明において、バッテリーセル１０の性能はバッテリーセル１０の電圧、電流、抵抗、容量、またはこれらの組合せを意味すると見ることが望ましい。しかし、本発明は必ずしもこのような点に限定されることはない。すなわち、バッテリーセル１０の性能は、バッテリーセル１０の電圧、電流、抵抗及び容量の外にも他の要素をもって判別し得る。

例えば、バッテリーセル１０に対する温度、膨張（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）如何、またはガス発生如何を性能判別の基準にすることができる。例えば、特定バッテリーセル１０のみの温度が過度に増加したり、膨張が生じた場合、または特定バッテリーセル１０でガスが発生した場合、該当バッテリーセル１０の性能が低下したと見なすことができる。この場合、前記性能測定部１００は、バッテリーセル１０の温度や膨張可否、ガス発生可否などを測定することができる。

前記セルスイッチング部２００は、バッテリーセル１０のそれぞれに対して他のバッテリーセル１０との連結をターンオンまたはターンオフさせる。すなわち、図２に示されたように、バッテリーシステムでバッテリーセル１０が相互直列で連結されているとき、前記セルスイッチング部２００はそれぞれのバッテリーセル１０と他のバッテリーセル１０との間に配置され、各バッテリーセル１０間の連結を選択的にオン／オフさせることができる。

前記セルスイッチング部２００は３接点スイッチで構成されることが望ましい。

図３は、本発明の一実施形態によるバッテリーシステム管理装置のセルスイッチング部２００が３接点スイッチからなる場合、図２のＡ部分を示した図である。

図３を参照すれば、バッテリーシステム管理装置のセルスイッチング部２００は、ｃ１、ｃ２、ｃ３の３つの接点を有する３接点スイッチからなる。このようなセルスイッチング部２００で接点ｃ１と接点ｃ２とが連結されれば、矢印Ｐ１で示したように、バッテリーセルｂ１を通過するように電流経路が形成されるため、バッテリーセルｂ１とそれに隣接する他のバッテリーセル１０とが相互連結される。一方、セルスイッチング部２００で接点ｃ１と接点ｃ３とが連結されれば、電流経路は矢印Ｐ２で示したように、バッテリーセルｂ１を経由しないように形成される。したがって、この場合、バッテリーセルｂ１と他のバッテリーセル１０との連結はターンオフ、すなわち遮断される。このように、セルスイッチング部２００が３接点スイッチで構成される場合、１つのスイッチに対する一回の操作でバッテリーセル１０と他のバッテリーセル１０との連結または遮断を選択的に制御することができる。

一方、図３の実施形態ではセルスイッチング部２００が３接点スイッチからなる場合の一例を説明したが、本発明は必ずしもこのようなセルスイッチング部２００の具体的な形態によって限定されるものではない。例えば、セルスイッチング部２００は２接点スイッチでも構成され得る。

図４は、本発明の一実施形態によるバッテリーシステム管理装置のセルスイッチング部２００が２接点スイッチからなる場合、図２のＡ部分を示した図である。

図４を参照すれば、バッテリーシステム管理装置のセルスイッチング部２００は、ｓ１とｓ２の２つの２接点スイッチで構成される。この場合、図面に示されたように、ｓ１がターンオンされｓ２がターンオフされれば、電流経路がバッテリーセルｂ１を通過するように形成されるため、バッテリーセルｂ１は他のバッテリーセル１０と連結される。しかし、ｓ１がターンオフされｓ２がターンオンされれば、電流経路がバッテリーセルｂ１を通過しないように形成され、バッテリーセルｂ１は他のバッテリーセル１０との連結が遮断される。

一方、図２の実施形態では、４つのバッテリーセル１０が示されているため、セルスイッチング部２００も４つのみが示されているが、上述したように、バッテリーセル１０の個数はそれより多い場合も少ない場合もあり得るので、セルスイッチング部２００の個数も４つより多いか又は少なく形成され得る。すなわち、本発明はセルスイッチング部２００をなす単位セルスイッチング部２００の特定個数によって制限されない。

前記制御部３００は、前記性能測定部１００によって測定された各バッテリーセル１０の性能に関する情報を前記性能測定部１００から受信し、受信した各バッテリーセル１０の測定性能を基準性能と比べる。このとき、各バッテリーセル１０に対する測定性能と比較される対象である基準性能は、制御部３００の内蔵メモリまたはその外部に備えられた別途のメモリ装置に保存されている。また、このような基準性能は一定数値として保存されていても、一定範囲として保存されていても良い。

このように制御部３００は、各バッテリーセル１０毎に測定された性能を基準性能と比べ、測定された性能が基準性能以下のバッテリーセル１０が存在するか否かを判別する。このとき、測定された性能が基準性能に及ばないバッテリーセル１０が存在する場合、前記制御部３００は該当バッテリーセル１０に対し、他のバッテリーセル１０との連結が遮断されるようにセルスイッチング部２００を制御する。制御部３００によってセルスイッチング部２００が制御される構成については、図５及び図６を参照して詳しく後述する。

図５及び図６は、本発明の一実施形態によるバッテリーシステムで、セルスイッチング部２００が制御部３００によって制御された状態のそれぞれ異なる実施形態を示した図である。

図５及び図６に示されたバッテリーシステムには、ｂ１、ｂ２、ｂ３及びｂ４の４つのバッテリーセル１０が直列で連結され、３接点スイッチで構成された４つのセルスイッチング部２００が各バッテリーセル１０の連結を選択的に開閉する。

制御部３００は、性能測定部１００によって測定された各バッテリーセル１０に対する性能情報を受信し、予め保存された基準性能と比べる。例えば、性能測定部１００が各バッテリーセル１０に対する電圧をその性能として測定し、基準性能としての基準電圧が２．５Ｖ〜３．５Ｖであると仮定すれば、前記制御部３００は性能測定部１００から提供された各バッテリーセル１０の測定電圧が２．５Ｖ〜３．５Ｖの範囲内にあるか否かを判断する。

この場合、バッテリーセルｂ１〜ｂ４全ての測定電圧が２．５Ｖ〜３．５Ｖ内であれば、制御部３００は、図５に示されたように、セルスイッチング部２００を制御することで、ｂ１〜ｂ４のバッテリーセル１０全てが相互連結されるようにする。したがって、このときの全体電流経路は、図５の矢印Ｐ３で示したように、バッテリーセルｂ１〜ｂ４を全て通過するように形成される。

一方、バッテリーセルｂ１、ｂ３及びｂ４の測定電圧は２．５Ｖ〜３．５Ｖの範囲内にあるが、バッテリーセルｂ２の測定電圧が２．５Ｖ未満であるか３．５Ｖを超える場合、制御部３００は図６に示されたように、セルスイッチング部２００を制御する。このとき、バッテリーセルｂ２は隣接した他のバッテリーセルｂ１及びｂ３との連結が遮断され、全体電流経路は図６の矢印Ｐ４で示したように、バッテリーセルｂ２を迂回するように形成される。

一方、図５及び図６の実施形態では、性能測定部１００が各バッテリーセル１０の電圧をそのバッテリーセル１０に対する性能として測定し、制御部３００が各バッテリーセル１０に対する測定電圧を基準電圧と比べることとして説明されたが、電圧以外の他の要素をバッテリーセル１０の性能として比較及び判断する場合にもこのような説明が適用されることは勿論である。例えば、バッテリーセルｂ２の測定抵抗が基準抵抗より大きいか、バッテリーセルｂ２の測定容量が基準容量より小さくなった場合、図６に示されたようにセルスイッチング部２００が制御され、Ｐ４のような電流経路が形成される。

また、図２の実施形態と同様に、図５及び図６の実施形態ではバッテリーセル１０が４つの場合を基準に説明したが、これは説明の便宜のためであって、バッテリーセル１０の個数がこれより多い場合にも上記の説明が適用される。本発明は、バッテリーセル１０の個数がより多いバッテリーシステムに適用されることがより望ましい。バッテリーシステムに含まれたバッテリーセル１０の個数が少ない状況では、一部バッテリーセル１０の連結を遮断すれば、バッテリーシステムの性能が本来の性能より大幅に低下し得るため、バッテリーシステムが本来の機能を果たすのに支障を来し得る。したがって、本発明は、一部バッテリーセル１０の連結を遮断しても、残りのバッテリーセル１０を使用してバッテリーシステムが本来の機能を果たすのに差し支えない程度に、バッテリーセル１０が多く含まれたバッテリーシステムに適用されることが望ましい。特に、スマートグリッドシステムやマイクログリッドシステムに適用されるバッテリーシステムでは、一部バッテリーセル１０の連結を遮断しても、正常電圧対比１％未満の電圧が降下するだけなので、本発明を適用するのに適する。

本発明によるバッテリーシステム管理装置は、図１及び図２に示されたように、システムスイッチング部４００をさらに含むことができる。

前記システムスイッチング部４００は、バッテリーシステムの充放電経路上に配置され、バッテリーシステムに含まれた複数のバッテリーセル１０全体に対する電流経路をターンオン又はターンオフさせる。また、システムスイッチング部４００は、制御部３００によってそのスイッチングが制御され得る。

特に、前記制御部３００は、セルスイッチング部２００のターンオン又はターンオフ時に、システムスイッチング部４００をターンオフさせることが良い。すなわち、前記制御部３００は前記セルスイッチング部２００をターンオンまたはターンオフさせる前に、システムスイッチング部４００を先にターンオフさせ、バッテリーシステムの全体電流を遮断することができる。セルスイッチング部２００がターンオン又はターンオフされるとき、セルスイッチング部２００の接点でアークが発生し得るが、このようにセルスイッチング部２００のスイッチングの前にシステムスイッチング部４００が全体電流を先に遮断すれば、アーク発生を防止することができる。他にも、セルスイッチング部２００のアーク発生の防止または最小化のため、セルスイッチング部２００の内外部にアーク消弧構造などを備えることができる。

また望ましくは、前記制御部３００は、測定された性能が基準性能以下のバッテリーセル１０が存在しても、その以前に他のバッテリーセル１０との連結が遮断されたバッテリーセル１０の個数が所定個数以上になる場合、該当バッテリーセル１０に対して他のバッテリーセル１０との連結が遮断されないようにすることができる。例えば、バッテリーシステムに１００個のバッテリーセル１０が含まれており、６個以上のバッテリーセル１０が遮断される場合、バッテリーシステムがその機能を果たせなくなると仮定する。このような状況で、性能低下により連結の遮断されたバッテリーセル１０が既に５個以上存在すれば、性能の低下したバッテリーセル１０がさらに発生しても、制御部３００は該当バッテリーセル１０、すなわち性能が低下したと新たに判別されたバッテリーセル１０に対しては連結を遮断しないことができる。許容された範囲を超えてバッテリーセル１０の連結が遮断されれば、バッテリーシステムが正常に動作できないためである。

一方、連結遮断可能なバッテリーセル１０の個数に対する許容範囲は、バッテリーシステムに含まれたバッテリーセル１０の全体個数のように、バッテリーシステムの規模や種類などによって多様な範囲を有し得、このような許容範囲は制御部３００の内蔵メモリまたは制御部３００と別に備えられたメモリ装置に保存され得る。

また、前記制御部３００は、他のバッテリーセル１０との連結が遮断されたバッテリーセル１０の個数が所定個数以上である場合、警告情報をユーザに提供することができる。例えば、上述した実施形態のように、１００個のバッテリーセル１０が含まれたバッテリーシステムで、６個以上のバッテリーセル１０が遮断されるとき、バッテリーシステムが正常に動作しないと仮定する。このとき、制御部３００は他のバッテリーセル１０との連結が遮断されたバッテリーセル１０が５個になるとき、このような状況に関する情報を含んでいる警告情報をユーザに提供することができる。したがって、ユーザはこのような警告情報に基づいて、バッテリーシステムに含まれたバッテリーセル１０のメインテナンスや入替如何を判断することができる。

さらに、上記のような警告情報は、遮断許容範囲を超えたことにより、性能の低下したバッテリーセル１０が遮断されなかった場合にも提供され得る。例えば、上述した実施形態のように、１００個のバッテリーセル１０のうち５個のバッテリーセル１０の遮断が許容されるとすれば、前記制御部３００は基準性能以下の性能を有する６番目以上のバッテリーセル１０に対してバッテリーセル１０の連結を遮断しないと同時に、それに対する警告情報をユーザに提供することができる。

一方、制御部３００がユーザに警告情報を提供する方式は多様である。例えば、前記制御部３００は、警告ランプや警告音を通じ、またはモニタなどのようなディスプレイ装置に関連情報を表示することで、警告情報をユーザに伝達することができる。

また、前記制御部３００は、他のバッテリーセル１０との連結が遮断されたバッテリーセル１０が存在する場合、遮断されたバッテリーセル１０の位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上をユーザに提供することができる。例えば、制御部３００は、遮断されたバッテリーセル１０が全体バッテリーシステムでどの位置に存在するか、どの性能が低下して遮断されたか、または連結の遮断されたバッテリーセル１０の全体個数がいくつであるかなどに関する情報をユーザに提供することができる。したがって、ユーザはこのように提供された情報に基づいて、バッテリーセル１０のメインテナンスや入替如何を判断し、そのようなメインテナンスや入替時、該当作業を容易に行うことができる。

ここで、バッテリーシステム管理装置は、図２に示されたように、メモリ部５００をさらに含むことができる。前記メモリ部５００は、性能低下により連結の遮断されたバッテリーセル１０の位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上を保存することができる。このように、メモリ部５００に遮断されたバッテリーセル１０の位置情報、性能情報、数量情報などが保存されれば、ユーザはいつでもメモリ部５００に保存された情報を参考してバッテリーシステムの状態を判断するか又はバッテリーセル１０のメインテナンスまたは入替如何を決定することができる。

このとき、遮断されたバッテリーセル１０の位置情報、性能情報、数量情報などのメモリ部５００への保存は、制御部３００によって行われ得る。また、制御部３００は連結の遮断されたバッテリーセル１０が追加または減少する度に、メモリ部５００に保存された関連情報を更新することができる。

一方、図２、図５及び図６において、バッテリーシステムの各構成要素間のラインは、各構成要素が相互連結されて各種情報のやり取りが行われ得るということを現わすだけで、図面に示されたラインの本数などが特別な意味を有するものではない。例えば、図面には、性能測定部１００とバッテリーセル１０との間は、各バッテリーセル１０毎に１本のラインのみで連結されていることが示されているが、２本またはその以上のラインで連結されることもできる。

図７は、本発明の他の実施形態によるバッテリーシステム管理装置の構成を示した概略図である。

図７に示されたように、本発明によるバッテリーシステム管理装置は補助バッテリー６００をさらに含むことができる。前記補助バッテリー６００は、他のバッテリーセル１０との連結が遮断されたバッテリーセル１０が存在する場合、このように遮断されたバッテリーセル１０の代わりに他のバッテリーセル１０と追加として直列連結される。そのために、前記補助バッテリー６００は、各バッテリーセル１０の一端とセルスイッチング部２００との間に連結され得る。すなわち、補助バッテリー６００は各バッテリーセル１０を迂回する経路に設けられ得る。

図７の実施形態では、電流経路がｂ２を迂回するようにセルスイッチング部２００が制御される構成が示されている。このとき、このようなｂ２の迂回電流経路にはｂ２に代替できるように補助バッテリー６２０が備えられている。したがって、ｂ２が他のバッテリーセル、すなわちｂ１、ｂ３及びｂ４との連結が遮断されても、補助バッテリー６２０がｂ２の代わりにｂ１、ｂ３及びｂ４と追加として直列連結される。

このような実施形態によれば、一部バッテリーセル１０の性能に問題が生じて該当バッテリーセル１０が迂回されても、迂回されたバッテリーセル１０の代わりに補助バッテリー６００が追加連結されるため、バッテリーシステムの性能が大きく変化しなくて済む。

図８は、本発明の一実施形態によるバッテリーシステム管理方法を示したフロー図である。図８において、各段階の主体は本発明によるバッテリーシステム管理装置である。

図８を参照すれば、まずバッテリーシステムに直列連結された状態で含まれたバッテリーセル１０のそれぞれの性能を測定する（Ｓ１１０）。ここで、バッテリーセル１０の性能は、バッテリーセル１０の電圧、電流、抵抗及び容量のうち１つ以上であり得る。次いで、このように測定されたそれぞれのバッテリーセル１０の性能を基準性能と比べ、測定性能が基準性能以下のバッテリーセル１０が存在するか否かを判別する。（Ｓ１２０）。その後、測定性能が基準性能以下のバッテリーセル１０が存在する場合、該当バッテリーセル１０に対して他のバッテリーセル１０との連結を遮断する（Ｓ１５０）。このとき、Ｓ１５０段階は、３接点スイッチのスイッチングを用いて行われ得る。

望ましくは、図面に示されたように、Ｓ１５０段階の以前に、複数のバッテリーセル１０全体に対する電流の流れを遮断する段階（Ｓ１４０）をさらに含むことができる。

また、図面に示されたように、本発明によるバッテリーシステム管理方法は、Ｓ１２０段階で測定性能が基準性能以下のバッテリーセル１０が存在しても、Ｓ１５０段階の以前に、他のバッテリーセル１０との連結が遮断されたバッテリーセル１０の個数が所定個数以上になるか否かを判断する段階（Ｓ１３０）をさらに含むことができる。ここで、他のバッテリーセル１０との連結が遮断されたバッテリーセル１０の個数が既に所定個数以上の場合、バッテリーセル１０の連結がこれ以上遮断されないように、Ｓ１２０段階で測定性能が基準性能以下であると判別されたバッテリーセル１０に対し、他のバッテリーセル１０との連結が遮断されないようにすることができる。

また、図面に示されたように、他のバッテリーセル１０との連結が遮断されたバッテリーセル１０の個数が所定個数以上の場合、警告情報をユーザに提供する段階（Ｓ１７０）をさらに含むことができる。

のみならず、本発明によるバッテリーシステム管理方法は、Ｓ１５０段階によってバッテリーセル１０の連結が遮断された場合、遮断されたバッテリーセル１０に対する位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上をユーザに提供する段階（Ｓ１６０）をさらに含むことができる。このとき、Ｓ１６０段階は、Ｓ１５０段階で遮断されたバッテリーセル１０の位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上をメモリ部５００に保存してユーザに提供する方式で行われても良い。

一方、上述した実施形態では、本発明によるバッテリーシステム管理装置がバッテリーセル１０単位で性能測定及び連結遮断などが行われる構成を主に説明したが、本発明は必ずしもこのような実施形態に限定されることはない。すなわち、本発明によるバッテリーシステム管理装置はバッテリーモジュール単位で性能測定及び連結遮断などが行われるように構成することもできる。

図９は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーシステム管理装置の構成を示した概略図である。図９を参照すれば、本発明によるバッテリーシステム管理装置は、性能測定部１１０、モジュールスイッチング部２１０及び制御部３１０を含む。

図９においては、バッテリーセル１０単位ではなく、バッテリーモジュール２０単位で性能測定及び連結遮断などが行われるという点が異なるだけで、図２の構成と略類似する。したがって、以下では図２の構成と異なる部分を主に説明し、図２の実施形態に対する説明が同様に適用され得る部分については詳細な説明を省略する。

前記性能測定部１１０は、バッテリーシステムで相互直列連結された状態で含まれたバッテリーモジュール２０のそれぞれの性能を測定する。ここで、バッテリーモジュール２０は、直列及び／または並列で連結された多数のバッテリーセルを含む。前記性能測定部１１０は、多数のバッテリーセルの集合体であるバッテリーモジュール２０それぞれに対する性能を測定することができる。このとき、性能測定部１１０は各バッテリーモジュール２０に含まれたバッテリーセルそれぞれの性能を測定することで、バッテリーモジュール２０に対する性能を測定することができる。

望ましくは、前記性能測定部１１０は、各バッテリーモジュール２０に対して電圧、電流、抵抗または容量を測定することができる。性能測定部１１０はこれらのうち２つ以上を測定することもできる。

前記モジュールスイッチング部２１０は、それぞれのバッテリーモジュール２０に対して他のバッテリーモジュール２０との連結をターンオンまたはターンオフさせる。ここで、前記モジュールスイッチング部２１０は３接点スイッチで構成され得る。

前記制御部３１０は、前記性能測定部１１０によって測定された各バッテリーモジュール２０の性能に関する情報を前記性能測定部１１０から受信し、受信された各バッテリーモジュール２０の測定性能を基準性能と比べる。また、前記制御部３１０は各バッテリーモジュール２０に対して測定された性能が基準性能以下であるか否かを判別する。測定された性能が基準性能以下のバッテリーモジュール２０が存在する場合、前記制御部３１０は該当バッテリーモジュール２０に対して他のバッテリーモジュール２０との連結が遮断されるようにモジュールスイッチング部２１０を制御する。すなわち、制御部３１０は、多数のバッテリーモジュール２０が直列連結された構成で、電流経路が、測定された性能が基準性能以下のバッテリーモジュール２０を迂回するように制御することができる。

本発明によるバッテリーシステム管理装置は、複数のバッテリーモジュール２０全体に対する電流経路をターンオンまたはターンオフさせるシステムスイッチング部４１０をさらに含むことができる。この場合、制御部３１０はモジュールスイッチング部２１０のターンオン又はターンオフの前に、システムスイッチング部４１０をターンオフさせることができる。

また望ましくは、前記制御部３１０は、測定された性能が基準性能以下のバッテリーモジュール２０が存在しても、その以前に他のバッテリーモジュール２０との連結が遮断されたバッテリーモジュール２０の個数が所定個数以上になる場合、該当バッテリーモジュール２０に対して他のバッテリーモジュール２０との連結を遮断しないようにすることができる。このとき、連結遮断可能なバッテリーモジュール２０の個数に対しては、バッテリーシステムに含まれたバッテリーモジュール２０の全体個数など、バッテリーシステムの規模や種類などによって多様に決定され得る。

また、前記制御部３１０は、他のバッテリーモジュール２０との連結が遮断されたバッテリーモジュール２０の個数が所定個数以上である場合、警告情報をユーザに提供することができる。このとき、このような警告情報は、性能の低下したバッテリーモジュール２０が遮断許容範囲を超えることによって遮断されなかった場合にも提供され得る。

また、前記制御部３１０は、他のバッテリーモジュール２０との連結が遮断されたバッテリーモジュール２０が存在する場合、遮断されたバッテリーモジュール２０の位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上をユーザに提供することができる。

このとき、本発明によるバッテリーシステム管理装置は、遮断されたバッテリーモジュール２０の位置、性能及び数量情報のうち１つ以上を保存するメモリ部５１０をさらに含むことができる。

また望ましくは、本発明によるバッテリーシステム管理装置は、他のバッテリーモジュール２０との連結が遮断されたバッテリーモジュール２０が存在する場合、このような遮断されたバッテリーモジュール２０の代わりに他のバッテリーモジュール２０と追加として直列連結される補助バッテリーをさらに含むことができる。

以上のように、本発明が限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の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。

一方、本明細書において「部」という用語を使用したが、これは論理的な構成単位を表すものであって、必ずしも物理的に分離され得る構成要素を表すものではないという点は、本発明が属する技術分野の当業者にとっては自明である。

１０ バッテリーセル
１００ 性能測定部
２００ セルスイッチング部
３００ 制御部
４００ システムスイッチング部
５００ メモリ部

Claims (15)

1. 直列連結された複数のバッテリーセルが備えられたバッテリーシステムを管理する装置において、
   前記バッテリーセルそれぞれの性能を測定する性能測定部と、
   前記バッテリーセルそれぞれに対して他のバッテリーセルとの連結をターンオンまたはターンオフさせるセルスイッチング部と、
   前記複数のバッテリーセル全体に対する電流経路をターンオンまたはターンオフさせるシステムスイッチング部と、
   前記性能測定部によって測定されたそれぞれのバッテリーセルの性能を基準性能と比べ、測定された性能が基準性能以下のバッテリーセルが存在する場合、該当バッテリーセルに対して他のバッテリーセルとの連結が遮断されるように前記セルスイッチング部を制御し、前記セルスイッチング部を制御する前に前記システムスイッチング部をターンオフさせる制御部と、
   他のバッテリーセルとの連結が遮断されたバッテリーセルが存在する場合、前記遮断されたバッテリーセルの代わりに、前記他のバッテリーセルと追加として直列連結される補助バッテリーと、を含み、
   前記セルスイッチング部はそれぞれのバッテリーセルと他のバッテリーセルとの間に配置され、前記補助バッテリーは各バッテリーセルの一端と前記セルスイッチング部との間に連結されることを特徴とするバッテリーシステム管理装置。
2. 前記バッテリーセルの性能は、前記バッテリーセルの電圧、電流、抵抗及び容量のうち１つ以上であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム管理装置。
3. 前記セルスイッチング部は、３接点スイッチで構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム管理装置。
4. 前記制御部は、測定された性能が基準性能以下のバッテリーセルが存在しても、その以前に他のバッテリーセルとの連結が遮断されたバッテリーセルの個数が所定個数以上になる場合、該当バッテリーセルに対して他のバッテリーセルとの連結が遮断されないようにすることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム管理装置。
5. 前記制御部は、他のバッテリーセルとの連結が遮断されたバッテリーセルの個数が所定個数以上の場合、警告情報をユーザに提供することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム管理装置。
6. 前記制御部は、他のバッテリーセルとの連結が遮断されたバッテリーセルが存在する場合、前記遮断されたバッテリーセルの位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上をユーザに提供することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーシステム管理装置。
7. 前記遮断されたバッテリーセルの位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上を保存するメモリ部をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のバッテリーシステム管理装置。
8. 直列連結された複数のバッテリーセルが備えられたバッテリーシステムを管理する方法において、
   前記バッテリーセルそれぞれの性能を測定する段階と、
   前記測定されたそれぞれのバッテリーセルの性能と基準性能を比べる段階と、
   測定された性能が基準性能以下のバッテリーセルが存在する場合、前記複数のバッテリーセル全体に対する電流経路を遮断する段階と、
   前記測定された性能が基準性能以下のバッテリーセルに対して他のバッテリーセルとの連結を遮断する段階と、
   前記遮断されたバッテリーセルの代わりに、前記それぞれのバッテリーセル毎に用意された補助バッテリーを前記他のバッテリーモジュールと追加として直列連結する段階と、
   を含むことを特徴とするバッテリーシステム管理方法。
9. 直列連結された複数のバッテリーモジュールが備えられたバッテリーシステムを管理する装置において、
   前記バッテリーモジュールそれぞれの性能を測定する性能測定部と、
   前記バッテリーモジュールそれぞれに対して他のバッテリーモジュールとの連結をターンオンまたはターンオフさせるモジュールスイッチング部と、
   前記複数のバッテリーモジュール全体に対する電流経路をターンオンまたはターンオフさせるシステムスイッチング部と、
   前記性能測定部によって測定されたそれぞれのバッテリーモジュール性能を基準性能と比べ、測定された性能が基準性能以下のバッテリーモジュールが存在する場合、該当バッテリーモジュールに対して他のバッテリーモジュールとの連結が遮断されるように前記モジュールスイッチング部を制御し、前記モジュールスイッチング部を制御する前に前記システムスイッチング部をターンオフさせる制御部と、
   他のバッテリーモジュールとの連結が遮断されたバッテリーモジュールが存在する場合、前記遮断されたバッテリーモジュールの代わりに、前記他のバッテリーモジュールと追加として直列連結される補助バッテリーと、を含み、
   前記モジュールスイッチング部はそれぞれのバッテリーモジュールと他のバッテリーモジュールとの間に配置され、前記補助バッテリーは各バッテリーモジュールの一端と前記モジュールスイッチング部との間に連結されることを特徴とするバッテリーシステム管理装置。
10. 前記バッテリーモジュールの性能は、前記バッテリーモジュールの電圧、電流、抵抗及び容量のうち１つ以上であることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーシステム管理装置。
11. 前記モジュールスイッチング部は、３接点スイッチで構成されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーシステム管理装置。
12. 前記制御部は、測定された性能が基準性能以下のバッテリーモジュールが存在しても、その以前に他のバッテリーモジュールとの連結が遮断されたバッテリーモジュールの個数が所定個数以上になる場合、該当バッテリーモジュールに対して他のバッテリーモジュールとの連結が遮断されないようにすることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーシステム管理装置。
13. 前記制御部は、他のバッテリーモジュールとの連結が遮断されたバッテリーモジュールの個数が所定個数以上である場合、警告情報をユーザに提供することを特徴とする請求項９に記載のバッテリーシステム管理装置。
14. 前記制御部は、他のバッテリーモジュールとの連結が遮断されたバッテリーモジュールが存在する場合、前記遮断されたバッテリーモジュールの位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上をユーザに提供することを特徴とする請求項９に記載のバッテリーシステム管理装置。
15. 前記遮断されたバッテリーモジュールの位置情報、性能情報及び数量情報のうち１つ以上を保存するメモリ部をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーシステム管理装置。

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