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(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】2022-11-14
(45)【発行日】2022-11-22
(54)【発明の名称】バッテリー制御装置
(51)【国際特許分類】
   H02H 7/00 20060101AFI20221115BHJP
   H01H 47/00 20060101ALI20221115BHJP
   H02H 7/18 20060101ALI20221115BHJP
   H02J 7/00 20060101ALI20221115BHJP
   H02H 7/20 20060101ALI20221115BHJP
【FI】
H02H7/00 B
H01H47/00 J
H02H7/18
H02J7/00 S
H02H7/20 Z
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2021512556
(86)(22)【出願日】2019-12-03
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-12-23
(86)【国際出願番号】 KR2019016948
(87)【国際公開番号】W WO2020116905
(87)【国際公開日】2020-06-11
【審査請求日】2021-03-10
(31)【優先権主張番号】10-2018-0155291
(32)【優先日】2018-12-05
(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】チョイ、ジャン ヒョク
【審査官】赤穂 嘉紀
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2002/0167777(US,A1)
【文献】国際公開第2018/139636(WO,A1)
【文献】特開2018-170248(JP,A)
【文献】特開2013-089411(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 7/00-7/12
H02J 7/34-7/36
H02H 7/00
H02H 7/10-7/20
H01H 47/00-47/36
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッテリー制御装置であって、
第1制御端子、第1ノードに連結された第1センシング端子、第2制御端子、第3制御端子、第2ノードに連結された第2センシング端子、第4制御端子を含み、前記第1ノードおよび前記第2ノードの電圧変化をセンシングするMCUと、
前記第1ノードと前記第2ノードの間に連結された、コイルおよびスイッチを含むリレーと、
前記第1制御端子に連結された第1ゲート、前記第1ノードに連結された第1端を含む第1トランジスターと、前記第2制御端子に連結された第2ゲート、前記第1ノードに連結された第1端および前記第2ノードに連結された第2端を含む第2トランジスターと、で構成された第1低減回路と、
を備え、
前記MCUは、前記第1ノードの電圧変化がない場合、前記第1トランジスターがオンされ、前記第2トランジスターがオフされるように前記第1ゲートおよび前記第2ゲートをそれぞれ制御し、
前記MCUは、前記第1ノードの電圧が第1電圧から第2電圧に変わる場合、前記第2トランジスターを経由する第1経路を形成するように前記第2ゲートを制御するように構成され
前記第1電圧は、前記第2電圧より高電圧である、バッテリー制御装置。
【請求項2】
前記MCUは、前記第1ノードの電圧が第1電圧から接地電位に変わる場合、前記第2トランジスターを経由する第1経路を形成するように前記第2ゲートを制御するように構成された、請求項に記載のバッテリー制御装置。
【請求項3】
前記バッテリー制御装置は、
前記第3制御端子に連結された第3ゲート、前記第1ノードに連結された第1端および前記第2ノードに連結された第2端を含む第3トランジスターと、前記第4制御端子に連結された第4ゲート、前記第2ノードに連結された第1端および接地に連結された第2端を含む第4トランジスターと、で構成された第2低減回路と、
をさらに含む、請求項またはに記載のバッテリー制御装置。
【請求項4】
前記MCUは、前記第2ノードの電圧変化がない場合、前記第3トランジスターがオフされ、前記第4トランジスターがオンされるように前記第3ゲートおよび前記第4ゲートをそれぞれ制御するように構成された、請求項に記載のバッテリー制御装置。
【請求項5】
前記MCUは、前記第2ノードの電圧が前記第2電圧から前記第1電圧に変わる場合、前記第3トランジスターを経由する第2経路を形成するように、前記第3ゲートを制御する、請求項に記載のバッテリー制御装置。
【請求項6】
前記MCUは、前記第1ノードおよび前記第2ノードの電圧変化がない場合、前記第1トランジスターと前記第4トランジスターがオンされ、前記第2トランジスターと前記第3トランジスターがオフされるように前記第1ゲートから前記第4ゲートをそれぞれ制御するように構成された、請求項からのいずれか一項に記載のバッテリー制御装置。
【請求項7】
前記MCUは、前記第1ノードの電圧が前記第1電圧から前記第2電圧に変わり、前記第2ノードの電圧が前記第2電圧から前記第1電圧に変わる場合、前記第2トランジスターおよび前記第3トランジスターを経由する第3経路を形成するように前記第2ゲートおよび前記第3トランジスターをそれぞれ制御する、請求項に記載のバッテリー制御装置。
【請求項8】
前記スイッチは、前記コイルで発生する磁場によりオン/オフされる、請求項に記載のバッテリー制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願との相互引用
【0002】
本出願は、2018年12月5日付韓国特許出願第10-2018-0155291号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
【0003】
本発明は、バッテリー制御装置に関する。
【背景技術】
【0004】
一般にBMS(Battery Management System)は、リレー(relay)に含まれているコイルに電流が流れるようになると磁場が発生して磁場の力によりリレーが動作する。具体的にリレーは、励磁(magnetizing)または消磁(demagnetizing)されるコイルおよびこのようなコイルが励磁された時に磁力によりクローズ(close)され、当該コイルが消磁された時にオープン(open)されるスイッチを含むように構成される。このようなスイッチがバッテリーの非正常状況などによりオープンされる場合、コイルには逆起電力(reverse surge)が発生するようになるが、このような逆起電力はバッテリーシステムを構成するマイクロコンピュータ、半導体素子のような電子部品を損傷させ得るという問題がある。
【0005】
従来はこのような逆起電力を相殺させるために還流ダイオード(freewheeling diode)またはツェナーダイオード(zener diode)などを利用したが、このようなダイオードを利用する場合、バッテリーシステムの部品数が増加してバッテリーシステムの単価が高くなるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、前述した問題点を克服するためのものであって、バッテリー制御装置で発生する逆起電力を効果的に相殺することに目的がある。
【0007】
本発明が目的とする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていない他の技術的課題は本発明の記載から当該分野における通常の知識を有する者に明確に理解され得る。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、バッテリー制御装置を提供し、このようなバッテリー制御装置は、第1制御端子、第1ノードに連結された第1センシング端子、第2制御端子、第3制御端子、第2ノードに連結された第2センシング端子、第4制御端子を含み、第1ノードおよび第2ノードの電圧変化をセンシングするMCU;第1ノードと第2ノードの間に連結された、コイルおよびスイッチを含むリレー;および第1制御端子に連結された第1ゲート、第1ノードに連結された第1端を含む第1トランジスター、および第2制御端子に連結された第2ゲート、第1ノードに連結された第1端および第2ノードに連結された第2端を含む第2トランジスターから構成された第1低減回路を含み、MCUは、第1ノードの電圧変化がない場合、第1トランジスターがオンされ、第2トランジスターがオフされるように第1ゲートおよび第2ゲートをそれぞれ制御するように構成される。
【0009】
また、実施例によるバッテリー制御装置のMCUは、第1ノードの電圧が第1電圧から第2電圧に変わる場合、第2トランジスターを経由する第1経路を形成するように第2ゲートを制御する。
【0010】
また、実施例によるバッテリー制御装置のMCUは、第1ノードの電圧が第1電圧から接地電位に変わる場合、第2トランジスターを経由する第1経路を形成するように第2ゲートを制御するように構成される。
【0011】
また、実施例によるバッテリー制御装置は、第3制御端子に連結された第3ゲート、第1ノードに連結された第1端および第2ノードに連結された第2端を含む第3トランジスター、および第4制御端子に連結された第4ゲート、第2ノードに連結された第1端および接地に連結された第2端を含む第4トランジスターから構成された第2低減回路をさらに含む。
【0012】
また、実施例によるバッテリー制御装置のMCUは、第2ノードの電圧変化がない場合、第3トランジスターがオフされ、第4トランジスターがオフされるように第3ゲートおよび第4ゲートをそれぞれ制御するように構成される。
【0013】
また、実施例によるバッテリー制御装置のMCUは、第2ノードの電圧が第2電圧から第1電圧に変わる場合、第3トランジスターを経由する第2経路を形成するように第3ゲートを制御する。
【0014】
また、実施例によるバッテリー制御装置のMCUは、第1ノードおよび第2ノードの電圧変化がない場合、第1トランジスターと4トランジスターがオンされ、第2トランジスターと第3トランジスターがオフされるように第1ゲートから第4ゲートをそれぞれ制御するように構成される。
【0015】
また、実施例によるバッテリー制御装置のMCUは、第1ノードの電圧が第1電圧から第2電圧に変わり、第2ノードの電圧が第2電圧から第1電圧に変わる場合、第2トランジスターおよび第3トランジスターを経由する第3経路を形成するように第2ゲートおよび第3トランジスターをそれぞれ制御する。
【0016】
また、実施例によるバッテリー制御装置のスイッチは、コイルに発生する磁場によりオン/オフされる。
【0017】
また、実施例によるバッテリー制御装置の第1電圧は、第2電圧より高電圧である。
【発明の効果】
【0018】
本発明によるバッテリー制御システムは、逆起電力を効果的に相殺することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】実施例によるバッテリー制御装置の構成である。
図2】実施例による逆起電力が低減される第1経路を示したものである。
図3】他の実施例による逆起電力が低減される第2経路を示したものである。
図4】他の実施例による逆起電力が低減される第3経路を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付した図面を参照して本明細書に開示された実施例を詳細に説明するが、同一または類似の構成要素には同一または類似の図面符号を付与し、これについての重複説明は省略する。以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞「モジュール」および「部」は、明細書作成の容易さだけが考慮されて付与されたり混用されたりするものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を果たすものではない。また、本明細書に開示された実施例を説明するに当たり、関連した公知技術に対する具体的な説明が本明細書に開示された実施例の要旨を不明確にし得ると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付した図面は、本明細書に開示された実施例を容易に理解できるようにするためのものに過ぎず、添付した図面により本明細書に開示された技術的な思想が制限されず、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物または代替物を含むものと理解されなければならない。
【0021】
第1、第2などのように序数を含む用語は、多様な構成要素を説明することに使用され得るが、構成要素は用語により限定されない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。
【0022】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、または「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていることもできるが、中間に他の構成要素が存在することもできると理解されなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか、または「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。
【0023】
単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。
【0024】
本出願で、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
【0025】
以下、図1を参照して実施例によるバッテリー制御装置について説明する。
【0026】
図1を参照すれば、実施例によるバッテリー制御装置1は、リレー10、MCU(Micro Control Unit)20、第1低減回路30、および第2低減回路40を含み、バッテリー制御装置1は、リレー10で発生する逆起電力が消滅するように第1低減回路30および/または第2低減回路40を制御して所定の逆起電力低減経路を形成する。
【0027】
リレー10は、コイルcおよびスイッチsを含む。コイルcは、第1ノードn1と第2ノードn2の間に連結されている。コイルcにリレー駆動電流が流れるとコイル周辺に磁場が発生し、このような磁場の力によりスイッチsはオン(on)またはオフ(off)される。スイッチsにはメインバッテリー(図示せず)、バッテリー充電器(図示せず)、および負荷(laod)(図示せず)などが連結され得るが、実施例がこれに限定されるのではない。
【0028】
MCU20は、第1制御端子t1、第2制御端子t2、第3制御端子t3、第4制御端子t4、第1ノードn1に連結された第1センシング端子s1、および第2ノードn2に連結された第2センシング端子s2を含む。MCU20は、第1ノードn1の電圧をセンシングし、第1ノードn1の電圧により第1ゲート信号および第2ゲート信号を生成する。
【0029】
MCU20は、リレー10で発生する逆起電力を相殺するための第1経路ro1(図2参照)が形成されるように、第1ゲート信号および第2ゲート信号により第1低減回路20を制御する。
【0030】
MCU20は、実施例によるバッテリー制御装置1の動作モードを決定する。具体的に、MCU20は、リレー10に連結されたバッテリーの状態を把握し、初期モード(I)、第1正常モード(N1)、第2正常モード(N2)、第1安全モード(Se1)、第2安全モード(Se2)、および第3安全モード(Se3)のうちのいずれか一つモードでスイッチsがオンまたはオフされるように制御する。
【0031】
初期モード(I)は、バッテリー制御装置1が初期に動作するモードとして、MCU20はスイッチsがオフされるように制御する。
【0032】
MCU20は、バッテリーの状態が正常範囲に含まれる場合、第1正常モード(N1)でスイッチsがオンされるように制御し、第2正常モード(N2)でMCU20はスイッチがオンからオフされるように制御する。
【0033】
MCU20は、リレー10に連結されたバッテリーの電流が過電流であるか、電圧が過電圧であるか、温度が所定の温度を超える場合、バッテリーに火災が発生し得ると判断し、第1安全モード(Se1)でスイッチsがオフされるように制御する。また、MCU20は、第1ノードN1の電位が、接地電位がなれば第2安全モード(Se2)でスイッチsがオフされるように制御し、第2ノードn2の電位がリレー10に連結されたバッテリーと等電位になれば第3安全モード(Se3)でスイッチsがオフされるように制御する。
【0034】
MCU20は、第2ノードn2の電圧をセンシングし、第3ゲート信号および第4ゲート信号を生成する。MCU20は、第2ノードn2の電圧により、リレー10で発生する逆起電力を相殺するための第2経路ro2(図3参照)が形成されるように、第3ゲート信号および第4ゲート信号により第2低減回路40を制御する。
【0035】
第1低減回路30は、第1トランジスターsw1、第2トランジスターsw2、第1抵抗r1、および第2抵抗r2を含む。第1トランジスターsw1は、第1抵抗r1を通じて第1制御端子t1に連結されたゲート、リレー10の駆動電圧(例えば、12V)を印加する補助バッテリー(Aux Battery)abに連結された一端、および第1ノードn1に連結された他端を含み、イネーブルレベルの第1ゲート信号によりオン/オフされる。第2トランジスターsw2は、第2抵抗r2を通じて第2制御端子t2に連結されたゲート、第1ノードn1に連結された一端、および第2ノードn2に連結された他端を含み、イネーブルレベルの第2ゲート信号によりオン/オフされる。
【0036】
第2低減回路40は、第3トランジスターsw3、第4トランジスターsw4、第3抵抗r3、および第4抵抗r4を含む。第3トランジスターsw3は、第3抵抗r3を通じて第3制御端子t3に連結されたゲート、第1ノードn1に連結された一端、および第2ノードに連結された他端を含み、イネーブルレベルの第3ゲート信号によりオン/オフされる。第4トランジスターsw4は、第4抵抗r4を通じて第4制御端子t4に連結されたゲート、第2ノードn2に連結された一端、および接地に連結された他端を含み、イネーブルレベルの第4ゲート信号によりオン/オフされる。
【0037】
以下、図2を参照して実施例による逆起電力が低減される経路を説明する。図2は実施例による逆起電力が低減される第1経路ro1を示したものであり、第2低減回路40と連結された構成は省略された。
【0038】
初期モード(I)で、第1制御端子t1、第2制御端子t2、および第1センシング端子s1の電圧はディスエーブルレベル(例えばロー(L:Low))であり、スイッチsはオフに維持されてコイルcに逆起電力は発生しない。
【0039】
第1正常モード(N1)で、スイッチsはオンに維持されて第1ノードn1の電圧変化がないため、コイルcに逆起電力は発生しない。MCU20は、第1ノードn1の電圧をセンシングして第1正常モード(N1)に判断し、イネーブル(例えばハイ(H:High))レベルの第1制御端子t1信号およびディスエーブルレベルの第2端子信号t2を生成する。したがって、第1トランジスターsw1はオンされ、第2トランジスターsw2はオフされて第1経路ro1は生成されない。
【0040】
第2正常モード(N2)および第1安全モード(Se1)で、スイッチsがオンからオフになればコイルcに逆起電力が発生して第1ノードn1の電圧はハイ(H)からロー(L)になる。また、第1ノードn1の電位が接地電位になれば第2安全モード(Se2)でスイッチsがオフされ、逆起電力が発生して第1ノードn1の電圧はハイ(H)からロー(L)になる。
【0041】
MCU20は、第1ノードn1の電圧をセンシングしてコイルcに逆起電力が発生したと判断し、ディスエーブルレベル(L)の第1制御端子t1信号およびイネーブルレベル(H)の第2制御端子t2信号を生成する。したがって、第1トランジスターsw1はオフされ、第2トランジスターsw2はオンされて第2トランジスターsw2を通じて第1経路ro1が形成される。逆起電力は第1経路ro1を通じて接地に抜け出ることによって低減される。
【0042】
前述した実施例による第1経路ro1が生成される場合を整理すれば、以下の表1のとおりである。
【0043】
【表1】
【0044】
以下、図3を参照して他の実施例による逆起電力が低減される経路を説明する。図3は他の実施例による逆起電力が低減される第2経路ro2を示したものであって、第1低減回路30と連結された構成は省略された。図3を参照すれば、他の実施例によるバッテリー制御装置の第1ノードn1は補助バッテリーabが連結され得る。
【0045】
初期モード(I)で、第3制御端子t3、第4制御端子t4、および第2センシング端子s2の電圧はディスエーブルレベル(L)であり、スイッチsはオフに維持されてコイルcに逆起電力は発生しない。
【0046】
第1正常モード(N1)で、スイッチsはオンに維持されて第2ノードn2の電圧変化がないため、コイルcに逆起電力は発生しない。MCU20は、第2ノードn2の電圧をセンシングして第1正常モード(N1)に判断し、ディスエーブルレベル(L)の第3端子信号t3およびイネーブル(H))レベルの第4制御端子t4信号を生成する。したがって、第3トランジスターsw3はオフされ、第4トランジスターsw4はオンされて第2経路ro2は生成されない。
【0047】
第2正常モード(N2)および第1安全モード(Se1)で、スイッチsがオンからオフになればコイルcに逆起電力が発生して第2ノードn2の電圧はロー(L)からハイ(H)になる。また、第3安全モード(Se3)でスイッチsがオフされ、第2ノードn2の電位がリレー10に連結されたバッテリー(図示せず)と等電位がなれば、コイルcに逆起電力が発生して第2ノードn2の電圧はロー(L)からハイ(H)になる。
【0048】
MCU20は、第2ノードn2の電圧をセンシングしてコイルcに逆起電力が発生したと判断し、イネーブルレベル(H)の第3制御端子t3信号およびディスエーブルレベル(L)の第4制御端子t4信号を生成する。したがって、第3トランジスターsw3はオンされ、第4トランジスターsw4はオフされて第3トランジスターsw3を通じて第2経路ro2が形成される。
【0049】
第2経路ro2に沿って流れる逆起電力は、第3トランジスターsw3の内部抵抗成分により電圧降下が発生する。したがって、発生した逆起電力は第2経路ro2を通過しながら低減される。
【0050】
前述した実施例による第2経路ro2が生成される場合を整理すれば、以下の表2のとおりである。
【0051】
【表2】
【0052】
以下、図4を参照してまた他の実施例による逆起電力が低減される経路を説明する。図4はまた他の実施例による逆起電力が低減される第3経路ro3を示したものである。図4を参照すれば、第1トランジスターsw1の一端には補助バッテリーabが連結され得る。
【0053】
初期モード(I)で、第1から第4制御端子t1、t2、t3、t4および第1または第2センシング端子s1、s2の電圧はディスエーブルレベル(L)であり、スイッチsはオフが維持されてコイルcに逆起電力は発生しない。
【0054】
第1正常モード(N1)で、スイッチsはオンに維持されて第1ノードn1および第2ノードn2の電圧変化がないため、コイルcに逆起電力は発生しない。MCU20は、第1ノードn1および第2ノードn2の電圧をセンシングして第1正常モード(N1)に判断し、イネーブル(H)レベルの第1制御端子t1と第4制御端子t4信号、およびディスエーブルレベルの第2端子信号t2と第3端子信号t3を生成する。したがって、第1トランジスターsw1と第4トランジスターsw4はオンされ、第2トランジスターsw2と第3トランジスターsw3はオフされて第3経路ro3は生成されない。
【0055】
第2正常モード(N2)および第1安全モード(Se1)でスイッチsがオンからオフになればコイルcに逆起電力が発生して第1ノードn1の電圧はハイ(H)からロー(L)になり、第2ノードn2の電圧のロー(L)からハイ(H)になる。また、第2安全モード(Se2)でスイッチsがオフされ、第1ノードn1の電位が接地電位になれば逆起電力が発生して第1ノードn1の電圧はハイ(H)からロー(L)になる。また、第3安全モード(Se3)でスイッチsがオフされ、第2ノードn2の電位がリレー10に連結されたバッテリー(図示せず)と等電位になれば、コイルcに逆起電力が発生して第2ノードn2の電圧はロー(L)からハイ(H)になる。
【0056】
MCU20は、第1ノードn1と第2ノードn2の電圧をセンシングしてコイルcに逆起電力が発生したと判断し、ディスエーブルレベル(L)の第1制御端子t1信号と第4制御端子t4信号およびイネーブルレベル(H)の第2制御端子t2信号と第3制御端子t3信号を生成する。したがって、第1トランジスターsw1と第4トランジスターsw4はオフされ、第2トランジスターsw2と第3トランジスターsw3はオンされて第2トランジスターsw2と第3トランジスターsw3を通じて第3経路ro1が形成される。
【0057】
第3経路ro3に沿って流れる逆起電力は、第2トランジスターsw2と第3トランジスターsw3の内部抵抗成分により電圧降下が発生する。したがって、発生した逆起電力は経路ro3を通過しながら低減される。
【0058】
前述した実施例による第3経路ro3が生成される場合を整理すれば、以下の表3のとおりである。
【0059】
【表3】
【0060】
以上で、説明の便宜のために、第1から第4トランジスターsw1-sw4をnMOSトランジスターとして説明したが、実施例はこれに限定されず、nチャンネルタイプの他の種類のトランジスター、またはpチャンネルタイプのトランジスターで具現され得る。
【0061】
本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。したがって、の詳細な説明は全ての面で制限的に解釈されてはならず、例示的なものに考慮されなければならない。本発明の範囲は、添付された請求項の合理的解釈により決定されなければならず、本発明の等価的範囲内での全ての変更は本発明の範囲に含まれる。
図1
図2
図3
図4