特開 2024-100699 バッテリーパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100699

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】バッテリーパック

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240719BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023208558

(22)【出願日】2023-12-11

(31)【優先権主張番号】10-2023-0006134

(32)【優先日】2023-01-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】590002817

【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ Ｃｏ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】１５０－２０ Ｇｏｎｇｓｅ－ｒｏ，Ｇｉｈｅｕｎｇ－ｇｕ，Ｙｏｎｇｉｎ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ， ４４６－９０２ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】▲ベ▼ 正國

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503BA03

5G503BB02

5G503CA11

5G503CC02

5G503GB03

5G503HA00

(57)【要約】      （修正有）

【課題】低電圧補助バッテリーを必要とせず、直列で連結された多数のバッテリーモジュールのうち最も高い電圧を有するバッテリーモジュールから電源の供給を受けて、ＤＣ－ＤＣコンバーティングしてマスターボードの制御部に電源を提供できるバッテリーパックを提供する。
【解決手段】バッテリーパック１００は、第１バッテリーモジュール１１０、第１バッテリーモジュールに直列で連結された第２バッテリーモジュール１２０及び第１、２バッテリーモジュールにそれぞれ連結されたマスターボード１３０を含む。マスターボードは、第１、２バッテリーモジュールのうち相対的にさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールと連結されるＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）回路１３３と、ＭＵＸ回路に連結されてＤＣ－ＤＣコンバーティングするＤＣ－ＤＣコンバータ１３４と、ＤＣ－ＤＣコンバータから駆動電源の提供を受ける制御部１３５を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１バッテリーモジュール；
前記第１バッテリーモジュールに直列で連結された第２バッテリーモジュール；および
前記第１、２バッテリーモジュールにそれぞれ電気的に連結されたマスターボードを含み、
前記マスターボードは前記第１バッテリーモジュールの正極端子に連結された第１電源配線と、前記第２バッテリーモジュールの正極端子に連結された第２電源配線と、前記第１、２電源配線に連結されて前記第１、２バッテリーモジュールのうち相対的にさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールと連結されるＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）回路と、前記ＭＵＸ回路に連結されてＤＣ－ＤＣコンバーティングするＤＣ－ＤＣコンバータと、前記ＤＣ－ＤＣコンバータから駆動電源の提供を受ける制御部を含む、バッテリーパック。

【請求項2】

前記ＭＵＸ回路によって前記第１、２バッテリーモジュールの電圧のバランシングが保たれる、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項3】

電圧センサをさらに含み、前記電圧センサは前記第１、２バッテリーモジュールの各電圧情報を前記制御部に伝送する、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項4】

前記第１、２バッテリーモジュールはそれぞれ第１電圧を提供し、前記第１、２バッテリーモジュールの電圧差は第２電圧であり、前記ＤＣ－ＤＣコンバータは第３電圧を提供するものの、前記第１電圧は前記第２電圧より大きく、前記第２電圧は前記第３電圧より小さい、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項5】

前記第１電圧は５０Ｖ～７０Ｖの範囲であり、前記第２電圧は１Ｖ～２Ｖの範囲であり、前記第３電圧は１０Ｖ～１４Ｖの範囲である、請求項４に記載のバッテリーパック。

【請求項6】

前記制御部は、
前記第１バッテリーモジュールの電圧が前記第２バッテリーモジュールの電圧より高ければ、前記ＭＵＸ回路を利用して前記ＤＣ－ＤＣコンバータが前記第１バッテリーモジュールに連結されるようにして前記第１バッテリーモジュールから電源の供給を受け、
前記第２バッテリーモジュールの電圧が前記第１バッテリーモジュールの電圧より高ければ、前記ＭＵＸ回路を利用して前記ＤＣ－ＤＣコンバータが前記第２バッテリーモジュールに連結されるようにして前記第２バッテリーモジュールから電源の供給を受ける、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項7】

前記ＭＵＸ回路は
前記第１電源配線に連結された第１スイッチ；および
前記第２電源配線に連結された第２スイッチを含み、
前記制御部が前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをターンオンまたはターンオフする、請求項６に記載のバッテリーパック。

【請求項8】

前記ＤＣ－ＤＣコンバータは
前記第１電源配線と前記第２電源配線の間に並列で連結された１次側キャパシタ；
前記第１電源配線と前記第２電源配線の間に並列で連結された１次側巻線；
前記１次側巻線と前記第２電源配線の間に連結されたスイッチング素子；
前記１次側巻線に電磁的に結合された２次側巻線；
前記２次側巻線の一端に連結された整流ダイオード；および
前記２次側巻線の一端と他端に並列で連結された２次側キャパシタを含み、
前記制御部が前記スイッチング素子をＰＷＭ方式で制御する、請求項７に記載のバッテリーパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示（ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ）はバッテリーパックに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に電気自動車はリチウムイオンバッテリーのような高電圧バッテリーと鉛蓄電池のような低電圧バッテリーを含んでいる。高電圧バッテリーは主に電気自動車の走行に必要なエネルギーを提供し、低電圧バッテリーは主にバッテリーパックシステムの駆動に必要なエネルギーを提供している。

【0003】

したがって、従来には低電圧バッテリーによる追加的な費用上昇の他にも、低電圧バッテリーそのものの不良および車両供給電源の変動（例えば、電源電圧ドロップ、ジャンプ、断線、ノイズ、締結不良）等により電気自動車の安全性が低下する問題点があった。

【0004】

特に、パックマスターボードの電源の不安定によりシステムメモリに保存されるパック関連ヒストリー（例えば、バッテリーインピーダンス、バッテリー容量、寿命計算に必要なデータおよび使用者ヒストリー）等の損失可能性が高い問題もあった。

【0005】

このような問題を解決するために、コインセルをマスターボード内に配置して外部電源の供給がない状態でもシステムメモリに電源を供給する方式があるが、これはコインセルの出力電力の限界によってメモリに保存されるデータの量が極めて制限されざるを得ず、また、コインセルの寿命が短い問題があった。

【0006】

他の方法として、パック内部のバッテリーモジュールを通じてシステム運用に必要な自体電力を得ることができるが、モジュール間直列構造形態のバッテリーパックで特定モジュールからパックシステムの運用に必要な電力を抽出する場合、モジュール間電圧不均衡が大きくなる問題があった。

【0007】

さらに他の方法として、最上位モジュールからのパック電圧をステップダウンして直流－直流コンバーティングして運用する方式があり得るが、このような方式はパック電圧が高くなる現在の趨勢において（例えば、８００Ｖ以上）ＤＣ－ＤＣコンバータの効率低下による損失、集積回路の耐圧限界による多様な問題点（例えば、費用の上昇、十分な離隔距離の制約、電力用集積回路の製品群の不備など）があった。

【0008】

このような発明の背景となる技術に開示された前述した情報は本発明の背景に対する理解度を向上させるためのものに過ぎず、したがって従来技術を構成しない情報を含むこともある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本開示は低電圧の補助バッテリーを必要とせず、直列で連結された多数のバッテリーモジュールのうち最も高い電圧を有するバッテリーモジュールから電源の供給を受けて、ＤＣ－ＤＣコンバーティングしてマスターボードの制御部に電源を提供できるバッテリーパックを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示に係る例示的バッテリーパックは第１バッテリーモジュール；前記第１バッテリーモジュールに直列で連結された第２バッテリーモジュール；および前記第１、２バッテリーモジュールにそれぞれ電気的に連結されたマスターボードを含み、前記マスターボードは前記第１バッテリーモジュールの正極端子に連結された第１電源配線と、前記第２バッテリーモジュールの正極端子に連結された第２電源配線と、前記第１、２電源配線に連結されて前記第１、２バッテリーモジュールのうち相対的にさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールと連結されるＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）回路と、前記ＭＵＸ回路に連結されてＤＣ－ＤＣコンバーティングするＤＣ－ＤＣコンバータと、前記ＤＣ－ＤＣコンバータから駆動電源の提供を受ける制御部を含むことができる。

【0011】

一部の例において、前記ＭＵＸ回路によって前記第１、２バッテリーモジュールの電圧のバランスが保たれ得る。

【0012】

一部の例において、本開示に係る例示的バッテリーパックは電圧センサをさらに含むことができ、前記電圧センサは前記第１、２バッテリーモジュールの各電圧情報を前記制御部に伝送することができる。

【0013】

一部の例において、前記第１、２バッテリーモジュールはそれぞれ第１電圧を提供することができ、前記第１、２バッテリーモジュールの電圧差は第２電圧であり得、前記ＤＣ－ＤＣコンバータは第３電圧を提供できるものの、前記第１電圧は前記第２電圧より大きくてもよく、前記第２電圧は前記第３電圧より小さくてもよい。

【0014】

一部の例において、前記第１電圧は５０Ｖ～７０Ｖの範囲であり得、前記第２電圧は１Ｖ～２Ｖの範囲であり得、前記第３電圧は１０Ｖ～１４Ｖの範囲であり得る。

【0015】

一部の例において、前記制御部は、前記第１バッテリーモジュールの電圧が前記第２バッテリーモジュールの電圧より高ければ、前記ＭＵＸ回路を利用して前記ＤＣ－ＤＣコンバータが前記第１バッテリーモジュールに連結されるようにして前記第１バッテリーモジュールから電源の供給を受けることができ、前記第２バッテリーモジュールの電圧が前記第１バッテリーモジュールの電圧より高ければ、前記ＭＵＸ回路を利用して前記ＤＣ－ＤＣコンバータが前記第２バッテリーモジュールに連結されるようにして前記第２バッテリーモジュールから電源の供給を受けることができる。

【0016】

一部の例において、前記ＭＵＸ回路は前記第１電源配線に連結された第１スイッチ；および前記第２電源配線に連結された第２スイッチを含むことができ、前記制御部が前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをターンオンまたはターンオフすることができる。

【0017】

一部の例において、前記ＤＣ－ＤＣコンバータは前記第１電源配線と前記第２電源配線の間に並列で連結された１次側キャパシタ；前記第１電源配線と前記第２電源配線の間に並列で連結された１次側巻線；前記１次側巻線と前記第２電源配線の間に連結されたスイッチング素子；前記１次側巻線に電磁的に結合された２次側巻線；前記２次側巻線の一端に連結された整流ダイオード；および前記２次側巻線の一端と他端に並列で連結された２次側キャパシタを含むことができ、前記制御部が前記スイッチング素子をＰＷＭ方式で制御することができる。

【発明の効果】

【0018】

本開示はパックシステム制御部が多数のバッテリーモジュールのうち最も高い電圧を有するバッテリーモジュールを選択し、前記バッテリーモジュールからパックシステム制御部の駆動に必要な電源の供給を受けるバッテリーパックを提供することができる。これに伴い、本開示では従来のような低電圧の補助バッテリーを必要としない。

【0019】

また、本開示は多数のバッテリーモジュールのうち最も高い電圧を有するバッテリーモジュールから電源の供給を受けるので、多数のバッテリーモジュール間バランシングが自動でなされるようにしたバッテリーパックを提供することができる。これに伴い、本開示では従来のような手動方式または能動方式のセルバランシング回路を必要としない。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本開示に係る例示的バッテリーパックの構成を図示したブロック図である。

【図2】本開示に係る例示的バッテリーパックのうちＭＵＸ回路およびＤＣ－ＤＣコンバータの構成を図示した回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明することにする。

【0022】

本開示は当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施例は様々な他の形態に変形され得、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。かえって、これら実施例は本開示をさらに忠実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。

【0023】

また、以下の図面で各層の厚さや大きさは説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面上で同一符号は同一の要素を指し示す。本明細書で使われた通り、用語「および／または」は該当列挙された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。また、本明細書で「連結される」という意味はＡ部材とＢ部材が直接連結される場合だけでなく、Ａ部材とＢ部材の間にＣ部材が介在されてＡ部材とＢ部材が間接連結される場合も意味する。

【0024】

本明細書で使われた用語は特定実施例を説明するために使われ、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使われた通り、単数形態は文脈上異なる場合を明確に指摘するものでなければ、複数の形態を含むことができる。また、本明細書で使われる場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ）」および／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は言及した形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらグループの存在を特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはグループの存在または付加を排除するものではない。

【0025】

本明細書で第１、第２等の用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために使われるが、これら部材、部品、領域、層および／または部分はこれら用語によって限定されてはならないことは自明である。これら用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分と区別するためにのみ使われる。したがって、以下で詳述する第１部材、部品、領域、層または部分は本発明の教示から逸脱することなく第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。

【0026】

「下部（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「低い（ｌｏｗｅｒ）」、「上部（ａｂｏｖｅ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」のような空間に関連した用語が、図面に図示された一要素または特徴と他の要素または特徴の容易な理解のために利用され得る。このような空間に関連した用語は本発明の多様な工程状態または使用状態により本発明の容易な理解のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。例えば、図面の要素または特徴がひっくり返されると、「下部」または「下」と説明された要素または特徴は「上部」または「の上に」となる。したがって、「下部」は「上部」または「下」を包括する概念である。

【0027】

また、本開示に係る制御部（コントローラ）および／または他の関連機器または部品は、任意の適切なハードウェア、ファームウェア（例えば、特定用途向け半導体）、ソフトウェア、またはソフトウェア、ファームウェアおよびハードウェアの適切な組み合わせを利用して具現され得る。例えば、本開示に係る制御部（コントローラ）および／または他の関連機器または部品の多様な構成要素は、一つの集積回路チップ上に、または別個の集積回路チップ上に形成され得る。また、制御部（コントローラ）の多様な構成要素はフレキシブルプリント回路フィルム上に具現され得、テープキャリアパッケージ、印刷回路基板、または制御部（コントローラ）と同一のサブストレート上に形成され得る。また、制御部（コントローラ）の多様な構成要素は、一つ以上のコンピューティング装置で、一つ以上のプロセッサで実行されるプロセスまたはスレッド（ｔｈｒｅａｄ）であり得、これは以下で言及される多様な機能を遂行するためにコンピュータプログラム命令を実行し他の構成要素と相互に作用することができる。コンピュータプログラム命令は、例えば、ランダムアクセスメモリのような標準メモリデバイスを利用したコンピューティング装置で実行され得るメモリに保存される。コンピュータプログラム命令はまた、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュドライブなどのような他の非一時的コンピュータ読み取り可能媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉａ）に保存され得る。また、本発明に関連した当業者は多様なコンピューティング装置の機能が相互間で結合されたり、一つのコンピューティング装置に統合されたり、または特定コンピューティング装置の機能が、本発明の例示的な実施例を逸脱せず、一つ以上の他のコンピューティング装置に分散され得ることを認識しなければならない。

【0028】

図１は、本開示に係る例示的バッテリーパック１００の構成を図示したブロック図である。図１に図示された通り、本開示に係る例示的バッテリーパック１００は第１バッテリーモジュール１１０、第２バッテリーモジュール１２０、マスターボード１３０およびスレーブボード１４０を含むことができる。

【0029】

一部の例において、バッテリーモジュールは第１バッテリーモジュール～第Ｎバッテリーモジュールをさらに含むことができる（ここで、Ｎは２～１０００である自然数である）。一部の例において、多数のバッテリーモジュールのうちいずれか一つにマスターボード１３０が電気的／機構的に結合され得、残りのバッテリーモジュールにスレーブボード１４０が電気的／機構的に結合され得る。

【0030】

以下では、第１バッテリーモジュール１１０にマスターボード１３０が結合され、第２バッテリーモジュール１２０にスレーブボード１４０が結合されるものを例にして説明する。

【0031】

また、第１バッテリーモジュール１１０を除いた残りのバッテリーモジュールをすべて第２バッテリーモジュール１２０と定義する。また、以下の説明で第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０は相互間に最も隣接した２個のバッテリーモジュールと定義する。

【0032】

第１バッテリーモジュール１１０は多数のバッテリーセル１１１を含むことができる。一部の例において、多数のバッテリーセル１１１は直列および／または並列で連結され得る。一部の例において、バッテリーセル１１１はリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムリン酸鉄電池または全固体電池を含むか、これと指称され得る。一部の例において、第１バッテリーモジュール１１０は約５０Ｖ～約７０Ｖ、好ましくは約６０Ｖの直流電圧を提供することができる。一部の例において、第１バッテリーモジュール１１０はセル電圧および／またはモジュール電圧をセンシングする電圧センサ（図示されず）およびセンシング配線１１２をさらに含むことができる。一部の例において、第１バッテリーモジュール１１０は多数のバッテリーセル１１１およびマスターボード１３０を含む概念で定義されてもよい。

【0033】

第２バッテリーモジュール１２０は多数のバッテリーセル１２１を含むことができる。一部の例において、第２バッテリーモジュール１２０はセル電圧および／またはモジュール電圧をセンシングする電圧センサ（図示されず）およびセンシング配線１２２をさらに含むことができる。実質的に、第２バッテリーモジュール１２０は第１バッテリーモジュール１１０と同一であるか類似するように構成され得る。一部の例において、スレーブボード１４０はマスターボード１３０に電気的に連結され、また、スレーブボード１４０はマスターボード１３０に通信可能に連結され得る。一部の例において、第２バッテリーモジュール１２０は多数のバッテリーセル１２１およびスレーブボード１４０を含む概念で定義されてもよい。

【0034】

一部の例において、第１、２バッテリーモジュール１１０、１２０はそれぞれ第１直流電圧を提供することができ、一例として、第１直流電圧は約５０Ｖ～約７０Ｖの範囲であり得る。また、一部の例において、第１、２バッテリーモジュール１１０、１２０の間の電圧差は第２直流電圧であり得、一例として、第２直流電圧は約１Ｖ～約２Ｖの範囲であり得る。

【0035】

一部の例において、第１バッテリーモジュール１１０と第２バッテリーモジュール１２０はバスバー１５１を通じて直列および／または並列で電気的に連結され得る。

【0036】

一部の例において、第１バッテリーモジュール１１０の負極端子にパック負極端子１５２が電気的に連結され得、第２バッテリーモジュール１２０の正極端子にパック正極端子１５３が電気的に連結され得る。

【0037】

一部の例において、パック負極端子１５２と第１バッテリーモジュール１１０の間に負極リレー１５４が連結され得、パック正極端子１５３と第２バッテリーモジュール１２０の間に正極リレー１５５が連結され得る。

【0038】

マスターボード１３０は第１、２電源配線１３１、１３２、ＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）回路１３３、ＤＣ－ＤＣコンバータ１３４および制御部１３５を含むことができる。

【0039】

一部の例において、マスターボード１３０はデータ獲得部１３７、タイマー１３８およびリレーコントローラ１３９をさらに含むことができる。一部の例において、電圧センサおよびセンシング配線１１２をマスターボード１３０の構成として取り扱うこともある。

【0040】

第１電源配線１３１は第１バッテリーモジュール１１０の正極端子に連結されて第１バッテリーモジュール１１０の最高電圧をＭＵＸ回路１３３に伝達することができる。第２電源配線１３２は第２バッテリーモジュール１２０の正極端子に連結されて第２バッテリーモジュール１２０の最高電圧をＭＵＸ回路１３３に伝達することができる。一部の例において、Ｎ個のバッテリーモジュールがあれば、電源配線の個数もＮ個であり得る。

【0041】

一部の例において、第２バッテリーモジュール１２０の第２電源配線１３２はスレーブボード１４０を経由してマスターボード１３０に電気的に連結され得る。一部の例において、電源配線はモジュールの最上端電圧ラインを含むか、これと指称され得る。一部の例において、第１、２電源配線１３１、１３２は印刷回路基板パターンおよびコネクタをさらに含むことができる。一部の例において、マスターボード１３０のＭＵＸ回路１３３にはコネクタを通じて第１、２電源配線１３１、１３２がそれぞれ電気的に連結され得る。

【0042】

ＭＵＸ回路１３３は以下で再び説明するであろうが、第１、２電源配線１３１、１３２に電気的に連結されて第１、２バッテリーモジュール１１０、１２０のうち相対的にさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールを選択することができる。

【0043】

一部の例において、ＭＵＸ回路１３３は第１、２バッテリーモジュール１１０、１２０のうち相対的にさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールに電気的に連結され、これに伴い、相対的にさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールの電源が制御部１３５に提供されるようにすることができる。

【0044】

一部の例において、ＭＵＸ回路１３３は相対的にさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールに連結されて電源が消費されるようにすることによって、モジュール間バランシングが自然に進行されるようにすることができる。換言すると、相対的にさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールが制御部１３５に電源を提供して電源を消費することによって、バッテリーパック１００内の多数のバッテリーモジュールが有する電圧のバランスが保たれ得る。

【0045】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１３４はＭＵＸ回路１３３に連結されて選択されたバッテリーモジュールから供給される電源をコンバーティングして制御部１３５に提供することができる。一部の例において、ＤＣ－ＤＣコンバータ１３４はフライバックコンバータまたはＬＬＣ共振コンバータを含むかこれと指称され得る。一部の例において、ＤＣ－ＤＣコンバータ１３４は第３直流電圧を制御部１３５に提供することができ、一例として、第３直流電圧は約１０Ｖ～約１４Ｖの範囲であり得る。

【0046】

制御部１３５はＤＣ－ＤＣコンバータ１３４から駆動電源の提供を受けて多様な制御動作を遂行できる。制御部１３５は集積回路、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、コントローラまたは半導体チップを含むかこれと指称され得る。

【0047】

電圧センサ（図示されず）はセル電圧および／またはモジュール電圧をセンシングし、これをセンシング配線１１２を通じてマスターボード１３０に伝送することができる。一部の例において、電圧センサはセンシング配線１１２を通じて個別バッテリーセルの電圧および／またはモジュール電圧をデータ獲得部１３７に伝送することができる。

【0048】

データ獲得部１３７は、センシング配線１１２に連結されることによって、セル電圧および／またはモジュール電圧を獲得することができる。一部の例において、データ獲得部１３７はアナログフロントエンドを含むかこれと指称され得る。

【0049】

タイマー１３８は制御部１３５の動作に必要な基準クロックを提供することができる。

【0050】

リレーコントローラ１３９は制御部１３５の制御命令により負極リレー１５４および／または正極リレー１５５を制御することができる。

【0051】

スレーブボード１４０もデータ獲得部１４７を含むことができる。一部の例において、電圧センサおよびセンシング配線１２２をスレーブボード１４０の構成として取り扱うこともある。

【0052】

一部の例において、データ獲得部１４７により獲得されたデータは通信ラインを通じてマスターボード１３０の制御部１３５に伝送され得る。一部の例において、スレーブボード１４０はバッテリーモジュールの最高電圧をマスターボード１３０のＭＵＸ回路１３３に伝達する印刷回路基板パターンを含むことができる。換言すると、スレーブボード１４０は電源配線が連結される印刷回路基板パターンを含むことができる。

【0053】

このようにして、本開示に係るバッテリーパック１００で、制御部１３５はマスターボード１３０のデータ獲得部１３７およびスレーブボード１４０のデータ獲得部１４７で受信する第１バッテリーモジュール１１０および第２バッテリーモジュール１２０の電圧を確認することができる。

【0054】

これに伴い、制御部１３５は第１、２バッテリーモジュール１１０、１２０のうちさらに高い電圧を有するバッテリーモジュールにＭＵＸ回路１３３を利用してＤＣ－ＤＣコンバータ１３４を連結することによって、電源の供給を受けることができる。一方、バッテリーパック１００の動作のうち最も高い電圧を有するバッテリーモジュールは随時に変更され得、この度ごとに制御部１３５はＭＵＸ回路部１３３に備えられたスイッチを操作して最も高い電圧を有するバッテリーモジュールにＤＣ－ＤＣコンバータ１３４が連結されるようにする。

【0055】

このようにして、本開示において、マスターボード１３０は自らの運用に必要な電力をマスターボード１３０が結合されたバッテリーモジュールまたはスレーブボード１４０が結合されたバッテリーモジュールから供給を受けることができる。

【0056】

さらに、本開示において、マスターボード１３０（すなわち、制御部１３５）は相対的に最も高い電圧を有するバッテリーモジュールから電源の供給を受けることによって、バッテリーパック１００内でモジュールバランシングが自動で遂行されるようにする。

【0057】

また、本開示において、鉛蓄電池（低電圧バッテリーまたは補助バッテリー）がない独立的な電源を有するバッテリーパック１００が提供されることによって、別途のパック電圧センサおよび／またはモジュール電圧センサが省略されてもよいため、センサの設置による費用が節減され得る。

【0058】

また、パックシステムの外部でシステムに必要な電源の供給を受ける既存の構造と比較した時、本開示に係るバッテリーパック１００は永久的にウエーク‐アップ（ｗａｋｅ－ｕｐ）された状態を維持することができる。したがって、例えば、電気自動車の動作の有無にかかわらず、システム電源の常時運用が可能となり、これに伴いバッテリーパック１００の持続的なモニタリングおよびパック動作状況によるヒストリーの持続的な保存が可能となる。

【0059】

図２は、本開示に係る例示的バッテリーパック１００のうちＭＵＸ回路１３３およびＤＣ－ＤＣコンバータ１３４の構成を図示した回路図である。

【0060】

前述した通り、制御部１３５は第１バッテリーモジュール１１０の電圧が第２バッテリーモジュール１２０の電圧より高ければ、ＭＵＸ回路１３３を利用してＤＣ－ＤＣコンバータ１３４が第１バッテリーモジュール１１０に連結されるようにして第１バッテリーモジュール１１０から電源の供給を受け、第２バッテリーモジュール１２０の電圧が第１バッテリーモジュール１１０の電圧より高ければ、ＭＵＸ回路１３３を利用してＤＣ－ＤＣコンバータ１３４が第２バッテリーモジュール１２０に連結されるようにして第２バッテリーモジュール１２０から電源の供給を受ける。

【0061】

このために、ＭＵＸ回路１３３は第１スイッチ１３１１および第２スイッチ１３１２を含むことができる。第１スイッチ１３１１は第１電源配線１３１に電気的に連結され得る。換言すると、第１スイッチ１３１１は第１電源配線１３１を経由して第１バッテリーモジュール１１０に電気的に連結され得る。第２スイッチ１３１２は第２電源配線１３２に電気的に連結され得る。換言すると、第２スイッチ１３１２は第２電源配線１３２を経由して第２バッテリーモジュール１２０に電気的に連結され得る。

【0062】

一部の例において、第１スイッチ１３１１は並列で多数が提供され得、また、第２スイッチ１３１２も並列で多数が提供され得る。したがって、第１、２バッテリーモジュール１１０、１２０の間に他のバッテリーモジュールが存在するとしても、本開示の動作が具現され得る。換言すると、第１、２バッテリーモジュール１１０、１２０が最も隣接せずに遠く離隔した状態でも本開示の動作は前述した通りにまたは類似するように具現され得る。

【0063】

制御部１３５が第１スイッチ１３１１および第２スイッチ１３１２をターンオンまたはターンオフすることができる。一部の例において、第１スイッチ１３１１および第２スイッチ１３１２はＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むかこれと指称され得る。

【0064】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１３４は１次側キャパシタＣ１、１次側巻線Ｎ１、スイッチング素子１３１３、２次側巻線Ｎ２、整流ダイオードＤ１および２次側キャパシタＣ２を含むことができる。１次側キャパシタＣ１は第１電源配線１３１と第２電源配線１３２の間に並列で連結され得る。１次側巻線Ｎ１は第１電源配線１３１と第２電源配線１３２の間に並列で連結され得る。換言すると、１次側巻線Ｎ１は１次側キャパシタＣ１に並列で連結され得る。スイッチング素子１３１３は１次側巻線Ｎ１と第２電源配線１３２の間に連結され得る。２次側巻線Ｎ２は１次側巻線Ｎ１に電磁的に結合され得る。整流ダイオードＤ１は２次側巻線Ｎ２の一端に連結され得、２次側キャパシタＣ２は２次側巻線Ｎ２の一端と他端に並列で連結され得る。一部の例において、スイッチング素子１３１３もＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴを含むかこれと指称され得る。

【0065】

このように、制御部１３５がスイッチング素子１３１３をＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式で制御することによって、１次側巻線Ｎ１に蓄積されたエネルギーが２次側巻線Ｎ２に伝達され、結局整流ダイオードＤ１および２次側キャパシタＣ２の動作によって平滑な直流電圧が制御部１３５に提供され得る。

【0066】

このようにして、ＭＵＸ回路１３３およびＤＣ－ＤＣコンバータ１３４はモジュールバランシングおよび電源の供給動作を同時に遂行できる。

【0067】

一例として、制御部１３５は第１バッテリーモジュール１１０の電圧が第２バッテリーモジュール１２０の電圧より高いと判断されるとＭＵＸ回路部１３３の第１スイッチ１３１１および第２スイッチ１３１２をすべてターンオンし、以後にＤＣ－ＤＣコンバータ１３４のスイッチング素子１３１３をＰＷＭ方式で制御する。そうすると、相対的に電圧が高い第１バッテリーモジュール１１０のエネルギーが第１スイッチ１３１１、１次側キャパシタＣ１および１次側巻線Ｎ１を通じて相対的に電圧が低い第２バッテリーモジュール１２０に伝達されるとともに、一部のエネルギーが２次側巻線Ｎ２に伝達される。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ１３４の整流ダイオードＤ１および２次側キャパシタＣ２の平滑動作により整流された直流電圧が制御部１３５に供給され得る。換言すると、ＭＵＸ回路１３３およびＤＣ－ＤＣコンバータ１３４はモジュールバランシング動作と制御部１３５への電源の供給動作を同時に遂行できる。

【0068】

以上で説明したものは本開示に係る例示的バッテリーパックを実施するための一つの実施例に過ぎず、本発明は前記の実施例に限定されず、以下の特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神があると言える。

【符号の説明】

【0069】

１００；本開示に係る例示的バッテリーパック
１１０；第１バッテリーモジュール
１１１；バッテリーセル
１１２；センシング配線
１２０；第２バッテリーモジュール
１２１；バッテリーセル
１２２；センシング配線
１３０；マスターボード
１３１；第１電源配線
１３２；第２電源配線
１３３；ＭＵＸ回路
１３１１；第１スイッチ
１３１２；第２スイッチ
１３４；ＤＣ－ＤＣコンバータ
Ｃ１：１次側キャパシタ
Ｎ１：１次側巻線
１３１３；スイッチング素子
Ｎ２：２次側巻線
Ｄ１：整流ダイオード
Ｃ２：２次側キャパシタ
１３５；制御部
１３７；データ獲得部
１３８；タイマー
１３９；リレーコントローラ
１４０；スレーブボード
１４６；センシング配線
１４７；データ獲得部
１５１；バスバー
１５２；パック負極端子
１５３；パック正極端子
１５４；負極リレー
１５５；正極リレー

【図1】

【図2】