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特許7136424並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-05
(45)【発行日】2022-09-13
(54)【発明の名称】並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置及び方法
(51)【国際特許分類】
H02J 7/02 20160101AFI20220906BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20220906BHJP
【ＦＩ】
H02J7/02 J
H02J7/00 B
H02J7/00 S
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2021541193
(86)(22)【出願日】2020-10-15
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-08
(86)【国際出願番号】 KR2020014113
(87)【国際公開番号】W WO2021080247
(87)【国際公開日】2021-04-29
【審査請求日】2021-07-16
(31)【優先権主張番号】10-2019-0131695
(32)【優先日】2019-10-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】カン、ス－ウォン
(72)【発明者】
【氏名】キム、ハン－ソル
(72)【発明者】
【氏名】リー、ブン－ヒー
(72)【発明者】
【氏名】リー、サン－キ
【審査官】下林 義明
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－２８６０６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－３４１５３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
並列リンクノードを通じて並列で接続される第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパック（ｎは自然数）に含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置において、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの電力ラインにそれぞれ設けられた第１スイッチ部～第ｎスイッチ部と、
第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの電力ラインにそれぞれ設けられたスイッチ部と接続されて該当スイッチ部を通じて流れる電流を測定する第１電流センサ～第ｎ電流センサと、
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ接続されて該当スイッチ部の両端電圧を測定する第１電圧センサ～第ｎ電圧センサと、
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部、前記第１電流センサ～第ｎ電流センサ及び前記第１電圧センサ～第ｎ電圧センサと動作可能に接続された制御ユニットと、を含み、
前記制御ユニットは、
並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部を予め設定された順番でターンオンさせて前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックを並列で接続させ、
第ｋ番目のスイッチ部（ｋはターンオンインデックスであって、２以上ｎ以下の自然数である）をターンオンさせる前に、第ｋ番目のスイッチ部に接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けた後、前記第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせ、続いて第ｋ番目のスイッチ部と接続された電流センサからスイッチ電流値の入力を受け、スイッチ電圧値とスイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部で消費されたワットエネルギー値を積算し、
前記並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定する、並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置。
【請求項2】
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のそれぞれは高電位スイッチ及び低電位スイッチを含み、前記制御ユニットは、前記第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせる前に、前記第ｋ番目のスイッチ部に含まれた高電位スイッチに接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けた後、前記第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせる、請求項１に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置。
【請求項3】
前記制御ユニットは、前記第ｋ番目のスイッチ部に含まれた高電位スイッチと接続された電流センサからスイッチ電流値の入力を受け、前記スイッチ電圧値と前記スイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部で消費されたワットエネルギー値を積算する、請求項２に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置。
【請求項4】
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部に対するスイッチ電圧値、スイッチ電流値、及び前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値が記録される保存ユニットをさらに含み、前記制御ユニットは、前記並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を前記保存ユニットから参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置。
【請求項5】
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ含まれた高電位スイッチに対するスイッチ電圧値、前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ含まれた高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値、及び前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値が記録される保存ユニットをさらに含み、前記制御ユニットは、前記並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置。
【請求項6】
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部は、リレースイッチである、請求項１から５のいずれか一項に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか一項に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置を含むバッテリー管理システム。
【請求項8】
請求項１から６のいずれか一項に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置を含む電気駆動装置。
【請求項9】
並列リンクノードを通じて並列で接続される第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法において、（ａ）第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの電力ラインにそれぞれ設けられた第１スイッチ部～第ｎスイッチ部、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの電力ラインにそれぞれ設けられたスイッチ部と接続されて該当スイッチ部を通じて流れる電流を測定する第１電流センサ～第ｎ電流センサ、及び前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ接続されて該当スイッチ部の両端電圧を測定する第１電圧センサ～第ｎ電圧センサを提供する段階と、
（ｂ）並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部を予め設定された順番でターンオンさせて前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックを並列で接続させ、第ｋ番目のスイッチ部（ｋはターンオンインデックスであって、２以上ｎ以下の自然数である）をターンオンさせる前に、第ｋ番目のスイッチ部に接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けた後、前記第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせ、続いて第ｋ番目のスイッチ部と接続された電流センサからスイッチ電流値の入力を受け、スイッチ電圧値とスイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部で消費されたワットエネルギー値を積算して保存する段階と、を含み、
前記並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定する、並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法。
【請求項10】
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のそれぞれは高電位スイッチ及び低電位スイッチを含み、前記（ｂ）段階において、前記第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせる前に、前記第ｋ番目のスイッチ部に含まれた高電位スイッチに接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けた後、前記第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせる、請求項９に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法。
【請求項11】
前記（ｂ）段階において、前記第ｋ番目のスイッチ部に含まれた高電位スイッチと接続された電流センサからスイッチ電流値の入力を受け、スイッチ電圧値とスイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部で消費されたワットエネルギー値を積算する、請求項１０に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法。
【請求項12】
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部に対するスイッチ電圧値、スイッチ電流値、及び前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値を保存する段階をさらに含み、前記（ｂ）段階において、前記並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、前記保存された前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法。
【請求項13】
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ含まれた高電位スイッチに対するスイッチ電圧値、前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ含まれた高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値、及び前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値を保存する段階をさらに含み、前記（ｂ）段階において、前記並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、前記保存された第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法。
【請求項14】
前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部は、リレースイッチである、請求項９から１３のいずれか一項に記載の並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スイッチ部のターンオン動作制御装置及び方法に関し、より詳しくは、複数のバッテリーパックを並列で接続した並列マルチバッテリーパックにおいて各バッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオンの順番を制御する装置及び方法に関する。
【0002】
本出願は、２０１９年１０月２２日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１３１６９５号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【0003】
バッテリーは、携帯電話、ラップトップパソコン、スマートフォン、スマートパッドなどのモバイルデバイスだけでなく、電気で駆動される自動車（ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や大容量電力貯蔵装置（ＥＳＳ）などの分野にまでその用途が急速に広がっている。
【0004】
電気自動車に搭載されるバッテリーシステムは、高いエネルギー容量を確保するため、並列で接続された複数のバッテリーパックを含み、それぞれのバッテリーパックは直列で接続された複数のバッテリーセルを含む。以下、並列で接続された複数のバッテリーパックを並列マルチバッテリーパックと称する。
【0005】
本明細書において、バッテリーセルは一つの単位セルまたは並列で接続された複数の単位セルを含み得る。単位セルとは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルを単位セルとして見なし得る。
【0006】
並列マルチバッテリーパックが充電または放電するときは、すべてのバッテリーパックが充電または放電するか、若しくは、一部のバッテリーパックのみが充電または放電し得る。一部のバッテリーパックが充電または放電する場合としては、特定のバッテリーパックで故障が生じた場合、パックバランシングのために一部のバッテリーパックのみを充電または放電する場合、または、求められる放電電力または充電電力が小さくて全体バッテリーパックを動作させる必要がない場合などが挙げられる。
【0007】
このような選択的な放電または充電を制御するため、並列マルチバッテリーパックを構成する各バッテリーパックは内部にスイッチ部を備える。スイッチ部は、バッテリーパックを負荷または充電器に接続するか又は接続を解除する機能をする。
【0008】
並列マルチバッテリーパックに含まれたバッテリーパックが同時に充電または放電する間は、各バッテリーパックの外部端子に印加される電圧がすべて同一である。
【0009】
しかし、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が中断されて無負荷状態になれば、各バッテリーパックの電圧が平衡状態電圧に安定化する。平衡状態電圧はバッテリーパックの退化度や充電状態によって異なるため、無負荷状態が所定時間続くと、バッテリーパック同士の電圧にバラツキが生じる。
【0010】
一方、無負荷状態が所定時間維持された後、並列マルチバッテリーパックが負荷または充電器に再び接続されるときは、まず、各バッテリーパックに含まれたスイッチ部がターンオン状態に制御され、複数のバッテリーパックが並列接続状態になる。この状態で、並列マルチバッテリーパックの外部スイッチ部がターンオンされれば、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される。
【0011】
一方、外部スイッチ部をターンオンする前に複数のバッテリーパックを並列で接続すれば、電圧が相対的に高いバッテリーパックから電圧が相対的に低いバッテリーパック側へと短時間に電流が流れる。このように複数のバッテリーパックが並列で接続される過程でバッテリーパック同士の間で流れる電流を突入電流（ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）と称する。
【0012】
突入電流は、短時間に流れ、大電流であるため、スイッチ部を損傷させる原因になる。特に、スイッチ部がリレースイッチのような機械式スイッチからなる場合、突入電流は接点の間でスパークを起こして接点にショート故障またはオープン故障を引き起こす。
【0013】
ショート故障は接点が融解して互いに固着した場合に生じ、オープン故障は接点が融解しながら完全に分離してターンオン状態でも接触できない場合に生じる。また、ショート故障やオープン故障が生じなくても、突入電流によってスイッチ部に加えられた損傷が累積されると、接点間の抵抗を増加させてスイッチ部の発熱を引き起こす。
【0014】
並列マルチバッテリーパックにおいて、突入電流の発生は避けられない現象である。バッテリーパック間の充電状態が完璧にバランシングされない限り、無負荷状態が維持される間にバッテリーパック同士の電圧が変わるためである。また、スイッチ部のターンオン時点が完全に一致しないことも重要な原因の一つである。したがって、並列接続が後で行われるバッテリーパックと既に並列接続が行われたバッテリーパックとの間に電圧差が存在すれば、後で並列接続されるバッテリーパックに突入電流が流れ込むか又は突入電流が該当バッテリーパックから流れ出る。
【0015】
したがって、バッテリーパック同士の充電状態をバランシングすることとは別に、突入電流によって生じるスイッチ部の故障や劣化を緩和できる技術が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明は、上記のような従来技術の背景下で創案されたものであり、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に複数のバッテリーパックが並列で接続される過程で、バッテリーパック同士の間で流れる突入電流によるスイッチ部の損傷を緩和できるように、スイッチ部のターンオンの順番を最適に制御することができる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記の技術的課題を達成するため、本発明による並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置は、並列リンクノードを通じて並列で接続される第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作を制御する装置である。
【0018】
望ましくは、本発明による制御装置は、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの電力ラインにそれぞれ設けられた第１スイッチ部～第ｎスイッチ部と、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの電力ラインにそれぞれ設けられたスイッチ部と接続されて該当スイッチ部を通じて流れる電流を測定する第１電流センサ～第ｎ電流センサと、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ接続されて該当スイッチ部の両端電圧を測定する第１電圧センサ～第ｎ電圧センサと、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部、第１電流センサ～第ｎ電流センサ及び第１電圧センサ～第ｎ電圧センサと動作可能に接続された制御ユニットと、を含む。
【0019】
望ましくは、制御ユニットは、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部を予め設定された順番でターンオンさせて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックを並列で接続させ、ここで、第ｋ番目のスイッチ部（ｋはターンオンインデックスであって、２以上ｎ以下の自然数である）をターンオンさせる前に、第ｋ番目のスイッチ部に接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けた後、第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせ、続いて第ｋ番目のスイッチ部と接続された電流センサからスイッチ電流値の入力を受け、スイッチ電圧値とスイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部で消費されたワットエネルギー値を積算するように構成され得る。
【0020】
望ましくは、制御ユニットは、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定するように構成され得る。
【0021】
本発明において、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のそれぞれは高電位スイッチ及び低電位スイッチを含み得る。
【0022】
この場合、制御ユニットは、第ｋ番目のスイッチ部（ｋはターンオンインデックスであって、２以上ｎ以下の自然数である）をターンオンさせる前に、第ｋ番目のスイッチ部に含まれた高電位スイッチに接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けた後、第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせるように構成され得る。
【0023】
また、制御ユニットは、第ｋ番目のスイッチ部に含まれた高電位スイッチと接続された電流センサからスイッチ電流値の入力を受け、スイッチ電圧値とスイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部で消費されたワットエネルギー値を積算するように構成され得る。
【0024】
一態様によれば、本発明による制御装置は、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部に対するスイッチ電圧値、スイッチ電流値、及び第１スイッチ部～第ｎスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値が記録される保存ユニットをさらに含み得る。
【0025】
他の態様によれば、本発明による制御装置は、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ含まれた高電位スイッチに対するスイッチ電圧値、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ含まれた高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値、及び第１スイッチ部～第ｎスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値が記録される保存ユニットをさらに含み得る。
【0026】
望ましくは、制御ユニットは、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を保存ユニットから参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定するように構成され得る。
【0027】
望ましくは、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部は、リレースイッチであり得る。
【0028】
本発明の技術的課題は、並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置を含むバッテリー管理システムまたは電気駆動装置によって達成され得る。
【0029】
上記の技術的課題を達成するため、本発明による並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法は、並列リンクノードを通じて並列で接続される第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作を制御する方法である。
【0030】
望ましくは、本発明による方法は、（ａ）第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの電力ラインにそれぞれ設けられた第１スイッチ部～第ｎスイッチ部、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの電力ラインにそれぞれ設けられたスイッチ部と接続されて該当スイッチ部を通じて流れる電流を測定する第１電流センサ～第ｎ電流センサ、及び第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ接続されて該当スイッチ部の両端電圧を測定する第１電圧センサ～第ｎ電圧センサを提供する段階と、（ｂ）並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部を予め設定された順番でターンオンさせて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックを並列で接続させ、ここで、第ｋ番目のスイッチ部（ｋはターンオンインデックスであって、２以上ｎ以下の自然数である）をターンオンさせる前に、第ｋ番目のスイッチ部に接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けた後、第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせ、続いて第ｋ番目のスイッチ部と接続された電流センサからスイッチ電流値の入力を受け、スイッチ電圧値とスイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部で消費されたワットエネルギー値を積算して保存する段階と、を含む。
【0031】
望ましくは、本発明による方法は、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定し得る。
【0032】
望ましくは、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のそれぞれは、高電位スイッチ及び低電位スイッチを含み得る。
【0033】
この場合、（ｂ）段階において、第ｋ番目のスイッチ部（ｋはターンオンインデックスであって、２以上ｎ以下の自然数である）をターンオンさせる前に、第ｋ番目のスイッチ部に含まれた高電位スイッチに接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けた後、第ｋ番目のスイッチ部をターンオンさせ得る。
【0034】
また、（ｂ）段階において、第ｋ番目のスイッチ部に含まれた高電位スイッチと接続された電流センサからスイッチ電流値の入力を受け、スイッチ電圧値とスイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部で消費されたワットエネルギー値を積算し得る。
【0035】
一態様において、本発明による方法は、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部に対するスイッチ電圧値、スイッチ電流値、及び第１スイッチ部～第ｎスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値を保存する段階をさらに含み得る。
【0036】
他の態様において、本発明による方法は、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ含まれた高電位スイッチに対するスイッチ電圧値、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ含まれた高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値、及び第１スイッチ部～第ｎスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値を保存する段階をさらに含み得る。
【0037】
本発明によれば、（ｂ）段階において、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に、保存された第１スイッチ部～第ｎスイッチ部にそれぞれ対応するワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が大きいスイッチ部から降順に第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオンの順番を決定し得る。
【発明の効果】
【0038】
本発明によれば、並列マルチバッテリーパックを構成するバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオンの順番を最適に制御することで、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に複数のバッテリーパックが並列で接続される過程で、突入電流によって生じるスイッチ部の損傷を最小化することができる。したがって、スイッチ部の寿命を延長させてスイッチ部の故障による交換費用を節減することができる。
【0039】
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ものであるため、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。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の一実施形態による並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置を示したブロック図である。
【図2】並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に複数のバッテリーパックが並列で接続される過程で、並列接続時点によって突入電流の大きさが変わることを説明するための図である。
【図3】並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に複数のバッテリーパックが並列で接続される過程で、並列接続時点によって突入電流の大きさが変わることを説明するための図である。
【図4】本発明の一実施形態による並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法を示したフロー図である。
【図5】本発明の一実施形態による並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御方法を示したフロー図である。
【図6】本発明の一実施形態によって、５個のバッテリーパックが並列で接続された並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部がターンオン制御されるとき、第ｐサイクル、第ｐ＋１０サイクル及び第ｐ＋２０サイクルの並列接続時点を基準にして各バッテリーパックに含まれたスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値を示した表である。
【図7】本発明の一実施形態によるスイッチ部のターンオン動作制御装置を含むバッテリー管理システムのブロック図である。
【図8】本発明の一実施形態によるスイッチ部のターンオン動作制御装置を含む電気駆動装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0041】
以下、添付された図面を参照して本発明の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。
【0042】
後述する実施形態において、バッテリーセルとはリチウム二次電池を意味する。ここで、リチウム二次電池は、充電及び放電中にリチウムイオンが作動イオンとして作用し、正極及び負極で電気化学的反応を引き起こす二次電池を総称する。
【0043】
一方、リチウム二次電池に使われた電解質や分離膜の種類、二次電池の包装に使われた包装材の種類、リチウム二次電池の内部または外部の構造などによって二次電池の名称が変わっても、リチウムイオンが作動イオンとして使われる二次電池であれば、すべてリチウム二次電池の範疇に含まれると解釈しなければならない。
【0044】
本発明は、リチウム二次電池の外の他の二次電池にも適用可能である。したがって、作動イオンがリチウムイオンではなくても本発明の技術的思想が適用可能な二次電池であれば、その種類に関係なく本発明の範疇に含まれると解釈しなければならない。
【0045】
また、バッテリーセルは、一つの単位セルまたは並列で接続された複数の単位セルであり得る。
【0046】
図１は、本発明の一実施形態による並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置の構成を示したブロック図である。
【0047】
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるスイッチ部のターンオン動作制御装置１０は、並列リンクノードＮを通じた第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの並列接続に使われる第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオン動作を制御する装置である。
【0048】
以下、並列マルチバッテリーパックＭＰは、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎを通じて並列で接続される第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎを含むバッテリーモジュールと定義する。
【0049】
並列マルチバッテリーパックＭＰは、外部スイッチ部Ｍを通じて負荷Ｌと接続され得る。外部スイッチ部Ｍは、外部高電位スイッチＭ＋及び外部低電位スイッチＭ－を含む。外部高電位スイッチＭ＋及び外部低電位スイッチＭ－はリレースイッチであり得るが、本発明がこれに限定されることはない。
【0050】
負荷Ｌは、並列マルチバッテリーパックＭＰから電力の供給を受ける装置であって、一例として電気自動車に含まれたインバータであり得る。インバータは、電気自動車の電気モーターの前段に設けられ、並列マルチバッテリーパックＭＰから供給される直流電流を三相交流電流に変換して電気モーターに供給する電力変換回路である。負荷Ｌの種類はインバータに限定されず、並列マルチバッテリーパックＭＰから電力が供給可能な装置またはデバイスであれば、その種類に関係なく負荷Ｌの範疇に含まれ得る。また、並列マルチバッテリーパックＭＰは、負荷Ｌの他に、充電器にも接続可能であることは自明である。
【0051】
外部高電位スイッチＭ＋と外部低電位スイッチＭ－がターンオンされれば、並列マルチバッテリーパックＭＰは負荷Ｌに電気的に接続される。逆に、外部高電位スイッチＭ＋と外部低電位スイッチＭ－がターンオフされれば、並列マルチバッテリーパックＭＰと負荷Ｌとの電気的接続は解除される。
【0052】
第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎのそれぞれは、内部に直列で接続された複数のバッテリーセルを含む。すなわち、第１バッテリーパックＰ１は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ１１～第ｐバッテリーセルＣ１ｐを含む。また、第２バッテリーパックＰ２は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ２１～第ｐバッテリーセルＣ２ｐを含む。また、第３バッテリーパックＰ３は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ３１～第ｐバッテリーセルＣ３ｐを含む。また、第ｎバッテリーパックＰｎは、直列で接続された第１バッテリーセルＣｎ１～第ｐバッテリーセルＣｎｐを含む。図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様に直列で接続されたｐ個のバッテリーセルを含んでいる。
【0053】
第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎは、それぞれ、内部にスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）を含む。すなわち、第１バッテリーパックＰ１は第１スイッチ部Ｓ１を含む。また、第２バッテリーパックＰ２は第２スイッチ部Ｓ２を含む。また、第３バッテリーパックＰ３は第３スイッチ部Ｓ３を含む。また、第ｎバッテリーパックＰｎは第ｎスイッチ部Ｓｎを含む。図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様にスイッチ部を含んでいる。
【0054】
第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎは、それぞれ、低電位スイッチ及び高電位スイッチを含む。すなわち、第１スイッチ部Ｓ１は、第１バッテリーパックＰ１の高電位側に設けられた第１高電位スイッチＳ１＋及び第１バッテリーパックＰ１の低電位側に設けられた第１低電位スイッチＳ１－を含む。また、第２スイッチ部Ｓ２は、第２バッテリーパックＰ２の高電位側に設けられた第２高電位スイッチＳ２＋及び第２バッテリーパックＰ２の低電位側に設けられた第２低電位スイッチＳ２－を含む。また、第３スイッチ部Ｓ３は、第３バッテリーパックＰ３の高電位側に設けられた第３高電位スイッチＳ３＋及び第３バッテリーパックＰ３の低電位側に設けられた第３低電位スイッチＳ３－を含む。また、第ｎスイッチ部Ｓｎは、第ｎバッテリーパックＰｎの高電位側に設けられた第ｎ高電位スイッチＳｎ＋及び第ｎバッテリーパックＰｎの低電位側に設けられた第ｎ低電位スイッチＳｎ－を含む。一方、図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様に高電位スイッチ及び低電位スイッチを含んでいる。また、各スイッチ部において、高電位スイッチ及び低電位スイッチのいずれか一方が省略されることもあり得る。
【0055】
以下の説明において、スイッチ部がターンオンされるとするとき、低電位スイッチが先にターンオンされて高電位スイッチが後にターンオンされ得る。また、スイッチ部がターンオフされるとするとき、高電位スイッチが先にターンオフされて低電位スイッチが後にターンオフされ得る。
【0056】
スイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）を構成するスイッチは、ＭＯＳＦＥＴのような半導体スイッチまたはリレーのような機械式スイッチであり得るが、本発明がこれに限定されることはない。
【0057】
負荷Ｌの前段にはキャパシタＣａｐが備えられる。キャパシタＣａｐは、並列マルチバッテリーパックＭＰと負荷Ｌとの間に並列で接続される。キャパシタＣａｐは、ノイズ電流が負荷Ｌ側に印加されることを防止するフィルター機能をする。
【0058】
本発明によるスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）のターンオン動作制御装置１０は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを含む。
【0059】
第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎは、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎと接続された電力ライン（Ｃ１～Ｃｎ）にそれぞれ設けられてスイッチ部、特に高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値を測定する。
【0060】
すなわち、第１電流センサＩ１は、第１バッテリーパックＰ１に含まれた第１スイッチ部Ｓ１の第１高電位スイッチＳ１＋を通じて流れるスイッチ電流値を測定する。また、第２電流センサＩ２は、第２バッテリーパックＰ２に含まれた第２スイッチ部Ｓ２の第２高電位スイッチＳ２＋を通じて流れるスイッチ電流値を測定する。また、第３電流センサＩ３は、第３バッテリーパックＰ３に含まれた第３スイッチ部Ｓ３の第３高電位スイッチＳ３＋を通じて流れるスイッチ電流値を測定する。第ｎ電流センサＩｎは、第ｎバッテリーパックＰｎに含まれた第ｎスイッチ部Ｓｎの第ｎ高電位スイッチＳｎ＋を通じて流れるスイッチ電流値を測定する。図示されていないが、第４電流センサ～第ｎ－１電流センサは、それぞれ第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックに含まれた第４スイッチ部～第ｎ－１スイッチ部の高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値を測定する。図面では、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎが各バッテリーパックの内部に含まれているが、本発明は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎが各バッテリーパックの外部に設けられることを制限しない。
【0061】
第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎは、ホールセンサであり得る。ホールセンサは、電流の大きさに応じた電圧信号を出力する公知の電流センサである。他の例において、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎは、センス抵抗であり得る。センス抵抗の両端に印加された電圧を測定すれば、オームの法則を用いてセンス抵抗を通じて流れる電流の大きさを決定できる。すなわち、測定された電圧の大きさを既知のセンス抵抗の抵抗値で除することで、センス抵抗を通じて流れる電流の大きさを決定することができる。
【0062】
本発明によるスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）のターンオン動作制御装置１０は、第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎを含む。第１電圧センサＶ１は、第１スイッチ部Ｓ１に含まれた第１高電位スイッチＳ１＋の両端に印加されるスイッチ電圧値Ｖｓ１を測定する。スイッチ電圧値Ｖｓ１は、第１スイッチ部Ｓ１が含まれたバッテリーパックＰ１のセルのうち電位が最も高いセルＣ１１の正極電圧と並列リンクノードＮに印加される電圧との差に該当する。第２電圧センサＶ２は、第２スイッチ部Ｓ２に含まれた第２高電位スイッチＳ２＋の両端に印加されるスイッチ電圧値Ｖｓ２を測定する。スイッチ電圧値Ｖｓ２は、第２スイッチ部Ｓ２が含まれたバッテリーパックＰ２のセルのうち電位が最も高いセルＣ２１の正極電圧と並列リンクノードＮに印加される電圧との差に該当する。第３電圧センサＶ３は、第３スイッチ部Ｓ３に含まれた第３高電位スイッチＳ３＋の両端に印加されるスイッチ電圧値Ｖｓ３を測定する。スイッチ電圧値Ｖｓ３は、第３スイッチ部Ｓ３が含まれたバッテリーパックＰ３のセルのうち電位が最も高いセルＣ３１の正極電圧と並列リンクノードＮに印加される電圧との差に該当する。第ｎ電圧センサＶｎは、第ｎスイッチ部Ｓｎに含まれた第ｎ高電位スイッチＳｎ＋の両端に印加されるスイッチ電圧値Ｖｓｎを測定する。スイッチ電圧値Ｖｓｎは、第ｎスイッチ部Ｓｎが含まれたバッテリーパックＰｎのセルのうち電位が最も高いセルＣｎ１の正極電圧と並列リンクノードＮに印加される電圧との差に該当する。図示されていないが、第４電圧センサ～第ｎ－１電圧センサはそれぞれ、第４スイッチ部に含まれた第４高電位スイッチの両端電圧～第ｎ－１スイッチ部に含まれた第ｎ－１高電位スイッチの両端電圧を測定する。
【0063】
第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎは、差動増幅回路のような電圧測定回路を含む。電圧測定回路は、当業界に周知されているため、電圧測定回路についての詳しい説明は省略する。
【0064】
本発明によるスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）のターンオン動作制御装置１０は、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎ、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎ、及び第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎと動作可能に接続された制御ユニット２０を含む。
【0065】
制御ユニット２０は、並列マルチバッテリーパックＭＰが充電または放電する前に第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎを互いに並列で接続した後、外部スイッチ部Ｍをターンオンさせる。
【0066】
制御ユニット２０は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎを並列で接続させる際、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオンの順番を制御することで突入電流によるスイッチ部の損傷を最小化する。
【0067】
具体的には、制御ユニット２０は、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎがターンオンされるときスイッチ部を通じて流れる突入電流によるエネルギー消費量を積算して管理する。
【0068】
ここで、エネルギー消費量とは、スイッチ部に含まれた高電位スイッチの両端に電圧差がある状態で、スイッチ部を構成する高電位スイッチと低電位スイッチがターンオンされたとき、高電位スイッチを通じて突入電流が急に流れながら高電位スイッチを通じて消費されるワットエネルギーを意味する。
【0069】
高電位スイッチの両端に電圧差が生じる場合は、高電位スイッチが含まれたバッテリーパックが他のバッテリーパックと並列で接続されるときである。
【0070】
例えば、第１バッテリーパックＰ１に含まれた第１スイッチ部Ｓ１がターンオンされた後、第２バッテリーパックＰ２に含まれた第２スイッチ部Ｓ２がターンオンされる場合を仮定しよう。この場合、第１スイッチ部Ｓ１がターンオンされる前には、第１バッテリーパックＰ１に含まれた第１スイッチ部Ｓ１の高電位スイッチの両端に電圧差がない。しかし、第２スイッチ部Ｓ２がターンオンされる前には、第２スイッチ部Ｓ２に含まれた第２高電位スイッチＳ２＋の両端に、第１バッテリーパックＰ１の電圧と第２バッテリーパックＰ２の電圧との差に対応する電圧が印加される。
【0071】
他の例として、第１バッテリーパックＰ１に含まれた第１スイッチ部Ｓ１と第２バッテリーパックＰ２に含まれた第２スイッチ部Ｓ２がターンオンされた後、第３バッテリーパックＰ３に含まれた第３スイッチ部Ｓ３がターンオンされる場合を仮定しよう。この場合、第３スイッチ部Ｓ３がターンオンされる前には、第３スイッチ部Ｓ３に含まれた第３高電位スイッチＳ３＋の両端に、第１バッテリーパックＰ１と第２バッテリーパックＰ２とが並列で接続された並列リンクノードＮの電圧と第３バッテリーパックＰ３の電圧との差に対応する電圧が印加される。
【0072】
さらに他の例として、第１バッテリーパックＰ１～第ｎ－１バッテリーパックに含まれた第１スイッチ部Ｓ１～第ｎ－１スイッチ部Ｓｎ－１がターンオンされた後、第ｎバッテリーパックＰｎに含まれた第ｎスイッチ部Ｓｎがターンオンされる場合を仮定しよう。この場合、第ｎスイッチ部Ｓｎがターンオンされる前には、第ｎスイッチ部Ｓｎに含まれた第ｎ高電位スイッチＳｎ＋の両端に、第１バッテリーパックＰ１～第ｎ－１バッテリーパックＰｎ－１が並列で接続された並列リンクノードＮの電圧と第ｎバッテリーパックＰｎの電圧との差に対応する電圧が印加される。
【0073】
スイッチ部を構成する高電位スイッチの両端に電圧が印加された状態でスイッチ部を構成する高電位スイッチと低電位スイッチがターンオンされれば、高電位スイッチに急速に電流が流れながら、単位時間当り「高電位スイッチの両端電圧×高電位スイッチを通じて流れる電流」に該当するワットエネルギーが消費される。このようなワットエネルギーの消費は、並列で接続されているバッテリーパックに他のバッテリーパックが新たに並列で接続されるとき、他のバッテリーパックに含まれた高電位スイッチで発生する。そして、既に並列で接続されているバッテリーパックに含まれたスイッチ部は、ターンオン状態が維持されているため、他のバッテリーパックが新たに接続される過程において高電位スイッチでのエネルギー消費がない。
【0074】
制御ユニット２０は、予め設定した順番で第１スイッチ部～第ｎスイッチ部をターンオン動作させるとき、第ｋ番目に並列で接続されるバッテリーパックに含まれた高電位スイッチがターンオンされるときに高電位スイッチで消費されるワットエネルギーを積算することができる。
【0075】
具体的には、制御ユニット２０は、第ｋ番目のスイッチ部（ｋはターンオンインデックスであって、２以上ｎ以下の自然数である）をターンオンさせる前に、第ｋ番目のスイッチ部の高電位スイッチに接続された電圧センサからスイッチ電圧値の入力を受けて保存ユニット３０に記録する。そして、制御ユニット２０は、第ｋ番目のスイッチ部の高電位スイッチ及び低電位スイッチをターンオンさせた後、電流センサからスイッチ部を通じて流れるスイッチ電流値の入力を受けて保存ユニット３０に記録する。その後、制御ユニット２０は、保存ユニット３０に記録されたスイッチ電圧値とスイッチ電流値から第ｋ番目のスイッチ部の高電位スイッチで消費されたワットエネルギー値を算出する。次いで、制御ユニット２０は、算出されたワットエネルギー値を用いて第ｋ番目のスイッチ部の高電位スイッチで消費されたワットエネルギー積算値を更新する。ここで、制御ユニット２０は、ワットエネルギー積算値を保存ユニット３０に記録して管理する。
【0076】
また、制御ユニット２０は、無負荷状態であった並列マルチバッテリーパックＭＰが充電または放電する前に複数のバッテリーパックを並列で接続するとき、保存ユニット３０に記録された各スイッチ部のワットエネルギー積算値を参照して第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオンの順番を最適に決定する。
【0077】
具体的には、制御ユニット２０は、複数のバッテリーパックが並列で接続される過程で更新されたワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が最大であるスイッチ部から降順に第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオンの順番を決定することができる。
【0078】
また、制御ユニット２０は、決定された第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオンの順番に従ってスイッチ部をターンオンさせながら複数のバッテリーパックを並列で接続するとき、上述したように各スイッチ部に含まれた高電位スイッチで消費されるワットエネルギー値を算出してワットエネルギー積算値を更新することができる。
【0079】
一方、複数のバッテリーパックが並列で接続されるとき、最初にターンオンされるスイッチ部に含まれた高電位スイッチの両端には電圧が印加されない。例えば、第１バッテリーパックＰ１の第１スイッチ部Ｓ１に含まれた第１高電位スイッチＳ１＋が最初にターンオンされる場合、下側ノードのみに第１バッテリーパックＰ１に含まれたセルのうち最上位セルＣ１１の正極電位が印加され、上側ノードには電位が印加されないためである。したがって、制御ユニット２０は、第一順番でターンオンされるスイッチ部の高電位スイッチで消費されるワットエネルギーを０と算出し、ワットエネルギー積算値は直前値のまま維持することができる。
【0080】
本発明において、保存ユニット３０は、情報を記録し消去可能な保存媒体であればその種類に特に制限がない。一例として、保存ユニット３０はＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、レジスタまたはフラッシュ（登録商標）メモリであり得る。また、保存ユニット３０は、制御ユニット２０によってアクセスできるように、例えばデータバスなどを介して制御ユニット２０と電気的に接続され得る。
【0081】
また、保存ユニット３０は、制御ユニット２０が実行する各種の制御ロジックを含むプログラム及び／または制御ロジックの実行時に発生するデータを、保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。保存ユニット３０は、論理的に二つ以上に分割可能であり、制御ユニット２０内に含まれることを制限しない。
【0082】
本発明において、制御ユニット２０は、第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎを制御でき、第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎからスイッチ電圧値を示す信号（Ｖｓ１～Ｖｓｎ）を受信して保存ユニット３０に記録することができる。また、制御ユニット２０は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを制御でき、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎからスイッチ電流値を示す信号（Ｉ１～Ｉｎ）を受信して保存ユニット３０に記録することができる。また、制御ユニット２０は、各バッテリーパックに含まれたスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）のターンオンまたはターンオフ動作を制御するためのスイッチ制御信号であるＳ１＋～Ｓｎ＋及びＳ１－～Ｓｎ－を出力することができる。ここで、Ｓ１＋～Ｓｎ＋信号は第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎの高電位スイッチを独立的に制御するための信号であり、Ｓ１－～Ｓｎ－信号は第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎの低電位スイッチを独立的に制御するための信号である。また、制御ユニット２０は、外部スイッチ部Ｍを構成する外部高電位スイッチＭ＋及び外部低電位スイッチＭ－を制御するためのスイッチ制御信号であるＭ＋及びＭ－信号を出力することができる。
【0083】
本発明において、制御ユニット２０は、上述した多様な制御ロジックを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。また、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、制御ユニット２０はプログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存されてプロセッサによって実行され得る。メモリは、プロセッサの内部または外部に備えられ得、周知の多様なコンピュータ部品を通じてプロセッサと接続され得る。また、メモリは、本発明の保存ユニット３０に含まれ得る。また、メモリは、デバイスの種類に関係なく、情報が保存されるデバイスを総称するものであって、特定のメモリデバイスを称するものではない。
【0084】
また、制御ユニット２０の多様な制御ロジックは少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックはコンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサによってアクセス可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも一つ以上を含む。また、コード体系は、ネットワークで接続されたコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジックを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマによって容易に推論可能である。
【0085】
本発明による並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置１０は、図７に示されたように、バッテリー管理システム１００に含まれ得る。バッテリー管理システム１００は、バッテリーの充放電に係わる全般的な動作を制御するものであって、当業界でバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）と呼ばれるコンピューティングシステムである。
【0086】
また、本発明による並列マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作制御装置１０は、図８に示されたように、多様な種類の電気駆動装置２００に搭載され得る。
【0087】
一態様によれば、電気駆動装置２００は、携帯電話、ラップトップパソコン、タブレットパソコンなどのモバイルコンピュータ装置、またはデジタルカメラ、ビデオカメラ、オーディオ／ビデオ再生装置などを含む携帯用マルチメディア装置であり得る。
【0088】
他の態様によれば、電気駆動装置２００は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、電気バイク、電気列車、電気船、電気飛行機などのように電気によって移動可能な電気動力装置、または電気ドリル、電気グラインダーなどのようにモーターが含まれたパワーツールであり得る。
【0089】
図２及び図３は、並列マルチバッテリーパックＭＰの充電または放電が開始される前に複数のバッテリーパック（Ｐ１～Ｐｎ）が並列で接続される過程で、並列接続時点によって突入電流の大きさが変わることを説明するための図である。
【0090】
図２を参照すると、電圧がＶ２であってスイッチ部がターンオン状態を維持している右側バッテリーパックに、電圧がＶ１（＜Ｖ２）である左側バッテリーパックが接続される場合、二つのバッテリーパックの間には｜Ｖ２－Ｖ１｜に該当する電圧差が存在する。したがって、電圧がＶ１であるバッテリーパックに含まれたスイッチ部がターンオンされるとき、右側バッテリーパックから左側バッテリーパック側に突入電流が流れる。突入電流の大きさは｜Ｖ２－Ｖ１｜／２Ｒである。ここで、Ｒはバッテリーパックの内部抵抗値である。
【0091】
図３を参照すると、電圧がＶ２であってスイッチ部がターンオン状態を維持している二番目～五番目のバッテリーパック（これらは並列で接続されている）に、電圧がＶ１（＜Ｖ２）である一番目のバッテリーパックが接続される場合、並列で接続されたバッテリーパックと一番目のバッテリーパックとの間には｜Ｖ２－Ｖ１｜に該当する電圧差が存在する。したがって、電圧がＶ１であるバッテリーパックに含まれたスイッチ部がターンオンされるとき、二番目～五番目のバッテリーパックから一番目のバッテリーパック側に突入電流が流れる。突入電流の大きさは（Ｖ２－Ｖ１）／（Ｒ＋０．２５Ｒ）である。ここで、Ｒはバッテリーパックの内部抵抗値である。
【0092】
図３に示された例における突入電流の大きさは、図２に示された例における突入電流の大きさよりも大きい。したがって、必ずしもそうではないが、複数のバッテリーパックが相互並列で接続されるとき、バッテリーパックの内部抵抗が同一である場合、並列で接続される順番が遅いほど突入電流の大きさが増加し得ることが分かる。
【0093】
【0094】
図４に示されたように、制御ユニット２０は、段階Ｓ１０において、並列マルチバッテリーパックＭＰに対する充電または放電が要求されたか否かを判断する。そのため、制御ユニット２０は、通信インターフェースを通じて充電または放電の要求を伝送する装置と接続され得る。該装置は、負荷Ｌや充電器の動作を制御する制御システムであり得る。一例において、充電または放電の要求は、通信メッセージの形態で制御ユニット２０に伝送され得る。
【0095】
制御ユニット２０は、段階Ｓ１０の判断の結果が「いいえ」であれば、プロセスの移行を保留する。一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ１０の判断の結果が「はい」であれば、段階２０において、保存ユニット３０に第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値が保存されているか否かを判断する。
【0096】
ここで、第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎにそれぞれ含まれた第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎの高電位スイッチがターンオンされる度に高電位スイッチで消費されたワットエネルギーを積算した値である。
【0097】
第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値は、図５を参照して後述する段階Ｐ１０～段階Ｐ１１０によって更新することができる。
【0098】
制御ユニット２０は、段階Ｓ２０の判断の結果が「いいえ」であれば、段階Ｓ３０において、充放電サイクル数ｐを１に初期化する。ｐは、充放電サイクル数に対するインデックスである。充放電サイクル数とは、並列マルチバッテリーパックＭＰの充電または放電のサイクル数を意味する。充放電サイクル数が１であれば、最初の充放電であることを意味する。段階Ｓ３０の後、段階Ｓ４０が行われる。
【0099】
制御ユニット２０は、段階Ｓ４０において、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎの第１サイクルのターンオンの順番、すなわち第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの１回目の並列接続順番をランダムに決定する。
【0100】
代案として、制御ユニット２０は、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオンの順番を、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの充電状態に基づいて、充電状態が高いほど接続優先順位を増加させるか又は減少させ得る。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
【0101】
充放電サイクル数が１である場合、スイッチ部に含まれた高電位スイッチで消費されたワットエネルギー積算値が０であるため、スイッチ部のターンオンの順番をランダムに決定してもよい。段階Ｓ４０の後、段階Ｓ５０が行われる。
【0102】
制御ユニット２０は、段階Ｓ５０において、第１サイクルのターンオンの順番に従って第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオン動作を制御する。制御ユニット２０は、段階Ｓ５０が行われる間に、図５に示されたフロー図に従って第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎに対する第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値を更新して保存ユニット３０に記録する。
【0103】
具体的には、制御ユニット２０は、段階Ｐ１０において、第１順番のスイッチ部をターンオンさせる。スイッチ部がターンオンされるとは、高電位スイッチと低電位スイッチがターンオンされることを意味するが、以下においても同様である。望ましくは、制御ユニット２０は、低電位スイッチを先にターンオンさせた後、高電位スイッチをターンオンさせる。段階Ｐ１０の後、段階Ｐ２０が行われる。
【0104】
制御ユニット２０は、第２順番のスイッチ部のターンオン動作を制御する前に、該当スイッチ部の高電位スイッチに接続された電圧センサを制御して高電位スイッチの両端に印加されるスイッチ電圧値を測定し、スイッチ電圧値を保存ユニット３０に記録する。段階Ｐ２０の後、段階Ｐ３０が行われる。
【0105】
制御ユニット２０は、段階Ｐ３０において、第２順番のスイッチ部をターンオンさせる。次いで、制御ユニット２０は、段階Ｐ４０において、第２順番のスイッチ部が位置する線路に設けられた電流センサを制御して高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値を測定し、スイッチ電流値を保存ユニット３０に記録する。段階Ｐ４０の後、段階Ｐ５０が行われる。
【0106】
制御ユニット２０は、段階Ｐ５０において、第３順番のスイッチ部のターンオン動作を制御する前に、該当スイッチ部の高電位スイッチに接続された電圧センサを制御して高電位スイッチの両端に印加されるスイッチ電圧値を測定し、スイッチ電圧値を保存ユニット３０に記録する。段階Ｐ５０の後、段階Ｐ６０が行われる。
【0107】
制御ユニット２０は、段階Ｐ６０において、第３順番のスイッチ部をターンオンさせる。次いで、制御ユニット２０は、段階Ｐ７０において、第３順番のスイッチ部が位置する線路に設けられた電流センサを制御して高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値を測定し、スイッチ電流値を保存ユニット３０に記録する。
【0108】
段階Ｐ５０～段階Ｐ７０は、第４順番のスイッチ部から第ｎ－１順番のスイッチ部においても同様に適用され、その後、段階Ｐ８０が行われる。
【0109】
制御ユニット２０は、段階Ｐ８０において、第ｎ順番のスイッチ部に対するターンオン動作を制御する前に、該当スイッチ部の高電位スイッチに接続された電圧センサを制御して高電位スイッチの両端に印加されるスイッチ電圧値を測定し、スイッチ電圧値を保存ユニット３０に記録する。段階Ｐ８０の後、段階Ｐ９０が行われる。
【0110】
制御ユニット２０は、段階Ｐ９０において、第ｎ順番のスイッチ部をターンオンさせる。次いで、制御ユニット２０は、段階Ｐ１００において、第ｎ順番のスイッチ部が位置する線路に設けられた電流センサを制御して高電位スイッチを通じて流れるスイッチ電流値を測定し、スイッチ電流値を保存ユニット３０に記録する。段階Ｐ１００の後、段階Ｐ１１０が行われる。
【0111】
制御ユニット２０は、段階Ｐ１１０において、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎの高電位スイッチで消費された第１ワットエネルギー値～第ｎワットエネルギー値を下記の数式を用いて算出する。基準時間は１秒～数秒である。第１順番でターンオンされるスイッチ部の高電位スイッチの両端には電圧が印加されないため、第１順番のスイッチ部に対するワットエネルギーは０である。段階Ｐ１１０の後、段階Ｐ１２０が行われる。
【0112】
ワットエネルギー＝Ｖ×Ｉ×ｔ（Ｖはスイッチ電圧値、Ｉはスイッチ電流値、ｔは基準時間）
【0113】
制御ユニット２０は、段階Ｐ１２０において、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎに対する第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値を更新する。すなわち、制御ユニット２０は、段階Ｐ１１０で算出された第１ワットエネルギー値～第ｎワットエネルギー値を保存ユニット３０に記録された直前の第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値に加算し、第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値を更新する。
【0114】
段階Ｐ１０～段階Ｐ１２０により、第１サイクルのターンオンの順番に従って第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオン動作が制御されながら第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値の更新が完了すれば、段階Ｓ６０が行われる。
【0115】
制御ユニット２０は、段階Ｓ６０において、並列マルチバッテリーパックＭＰの外部スイッチ部Ｍをターンオン状態に制御する。すると、並列マルチバッテリーパックＭＰの第１サイクルの充電または放電が開始される。段階Ｓ６０の後、段階Ｓ７０が行われる。
【0116】
制御ユニット２０は、段階Ｓ７０において、並列マルチバッテリーパックＭＰの充電または放電の終了が要求されたか否かを判断する。充電または放電終了の要求は、制御ユニット２０に接続された通信インターフェースを通じて負荷Ｌまたは充電器の制御システムから提供され得る。
【0117】
制御ユニット２０は、段階Ｓ７０の判断の結果が「いいえ」であれば、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎと外部スイッチ部Ｍとのターンオン状態を維持する。一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ７０の判断の結果が「はい」であれば、並列マルチバッテリーパックＭＰの充電または放電を中断するため、段階Ｓ８０において、外部スイッチ部Ｍをターンオフさせて第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎをターンオフさせる。第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオフ順番は、ターンオンの順番の反対である。これによって、第１サイクルの充放電は終了し、プロセスは段階Ｓ１０に移行する。したがって、制御ユニット２０は、負荷Ｌまたは充電器の制御システムから充電または放電が要求されるか否かをモニタリングするモードに移行する。
【0118】
一方、制御ユニット２０は、充放電サイクル数が２以上である場合は、保存ユニット３０に記録された第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値を参照して第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオンの順番を決定し、決定された順番に従って第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオン動作、すなわち第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの並列接続の順番を制御する。
【0119】
具体的には、制御ユニット２０は、段階Ｓ２０の判断の結果が「はい」であれば、段階Ｓ９０において、充放電サイクル数ｐを１だけ増加させる。例えば、充放電サイクル数ｐが１であれば、ｐを２に増加させる。充放電サイクル数が２であれば、２回目の充放電サイクルを意味する。段階Ｓ９０の後、段階Ｓ１００が行われる。
【0120】
制御ユニット２０は、段階Ｓ１００において、保存ユニット３０に記録されている第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値を参照して、ワットエネルギー積算値が最大であるスイッチ部から降順に第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎの第ｐ＋１サイクルのターンオンの順番を決定する。段階Ｓ１００の後、段階Ｓ１１０が行われる。
【0121】
制御ユニット２０は、段階Ｓ１１０において、第ｐ＋１サイクルのターンオンの順番に従って第１スイッチ部～第ｎスイッチ部のターンオン動作を制御する。制御ユニット２０は、段階Ｓ１１０が行われる間に、図５に示されたフロー図に従って第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値を更新するプロセスを実行し、プロセスを段階Ｓ６０に移行する。
【0122】
制御ユニット２０は、段階Ｓ６０において、並列マルチバッテリーパックＭＰの外部スイッチ部Ｍをターンオン状態に制御する。すると、並列マルチバッテリーパックＭＰの第２サイクルの充電または放電が開始される。段階Ｓ６０の後、段階Ｓ７０が行われる。
【0123】
制御ユニット２０は、段階Ｓ７０において、並列マルチバッテリーパックＭＰの第２サイクルの充電または放電の終了が要求されたか否かを判断する。充電または放電終了の要求は、制御ユニット２０に接続された通信インターフェースを通じて負荷Ｌまたは充電器の制御システムから提供され得る。
【0124】
制御ユニット２０は、段階Ｓ７０の判断の結果が「いいえ」であれば、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎと外部スイッチ部Ｍとのターンオン状態を維持する。一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ７０の判断の結果が「はい」であれば、並列マルチバッテリーパックＭＰの充電または放電を中断するため、段階Ｓ８０において、外部スイッチ部Ｍをターンオフさせて第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎをターンオフさせる。第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオフ順番は、ターンオンの順番の反対である。これによって、第２サイクルの充放電は終了し、プロセスは段階Ｓ１０に移行する。したがって、制御ユニット２０は、負荷Ｌまたは充電器の制御システムから第３サイクルの充電または放電が要求されるか否かをモニタリングするモードに移行する。
【0125】
上記のような制御ロジックが繰り返される。すなわち、制御ユニット２０は、充放電サイクル数を１だけ増加させ（Ｓ９０）、保存ユニット３０に記録された第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値を参照して第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎに対する第ｐ＋１サイクルのターンオンの順番を決定し（Ｓ１１０）、決定された第ｐ＋１サイクルのターンオンの順番に従って第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのターンオン動作を制御し（Ｓ１１０）、同時に第１ワットエネルギー積算値～第ｎワットエネルギー積算値を更新する過程（Ｐ１０～Ｐ１２０）を繰り返す。
【0126】
図６は、本発明の一実施形態によって、５個のバッテリーパックが並列で接続された並列マルチバッテリーパックＭＰに含まれたスイッチ部がターンオン制御されるとき、第ｐサイクル、第ｐ＋１０サイクル及び第ｐ＋２０サイクルの並列接続時点を基準にして各バッテリーパックに含まれたスイッチ部で消費されたワットエネルギー積算値を示した表である。
【0127】
図６を参照すると、第ｐサイクルの並列接続時点では５番バッテリーパック、４番バッテリーパック、３番バッテリーパック、２番バッテリーパック及び１番バッテリーパックの順に並列接続される。また、第ｐ＋１０サイクルの並列接続時点では、２番バッテリーパック、１番バッテリーパック、３番バッテリーパック、５番バッテリーパック及び４番バッテリーパックの順に並列接続される。また、第ｐ＋２０サイクルの並列接続時点では、５番バッテリーパック、４番バッテリーパック、２番バッテリーパック、１番バッテリーパック及び３番バッテリーパックの順に並列接続される。
【0128】
本発明によれば、並列マルチバッテリーパックを構成するバッテリーパックに含まれたスイッチ部のターンオン動作順番を最適に制御することで、並列マルチバッテリーパックの充電または放電が開始される前に複数のバッテリーパックが並列で接続される過程で、突入電流によって生じるスイッチ部の損傷を最小化することができる。したがって、スイッチ部の寿命を延長させてスイッチ部の故障による交換費用を節減することができる。
【0129】
本発明の多様な実施形態の説明において、「ユニット」と称される構成要素は物理的に区分される要素ではなく、機能的に区分される要素として理解されねばならない。したがって、それぞれの構成要素は他の構成要素と選択的に統合されるか、または、それぞれの構成要素が制御ロジックの効率的な実行のためにサブ構成要素に分割され得る。しかし、構成要素が統合または分割されても機能の同一性が認定されれば、統合または分割された構成要素も本発明の範囲内であると解釈されることは当業者にとって自明である。
【0130】
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】