特許 7540130 バッテリー装置、バッテリー管理システムおよびプリチャージ方法

(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】2024-08-19

(45)【発行日】2024-08-27

(54)【発明の名称】バッテリー装置、バッテリー管理システムおよびプリチャージ方法

(51)【国際特許分類】

   H02H 7/18 20060101AFI20240820BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240820BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

H02H7/18

H02J7/00 S

H02J1/00 309R

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023520320

(86)(22)【出願日】2022-07-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-23

(86)【国際出願番号】 KR2022009877

(87)【国際公開番号】W WO2023287112

(87)【国際公開日】2023-01-19

【審査請求日】2023-04-03

(31)【優先権主張番号】10-2021-0092481

(32)【優先日】2021-07-14

(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】パク、ハンゴン

(72)【発明者】

【氏名】キム、キフーン

【審査官】前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６６０６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１７５８５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０２１－５１５５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０５１０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０１４１０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ ７／１８

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

並列に連結される第１バッテリーパックと第２バッテリーパックと、
前記第１バッテリーパックの一端子と外部装置のキャパシタとの間に連結される第１プリチャージスイッチと、
前記第２バッテリーパックの一端子と前記キャパシタとの間に連結される第２プリチャージスイッチと、
前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差に基づいて前記第１プリチャージスイッチの動作を制御する第１プリチャージ制御回路と、
前記第２バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差に基づいて前記第２プリチャージスイッチの動作を制御する第２プリチャージ制御回路と、
前記第１プリチャージスイッチを制御するための第１制御信号を前記第１プリチャージ制御回路に伝達し、前記第２プリチャージスイッチを制御するための第２制御信号を前記第２プリチャージ制御回路に伝達するプロセッサーと
を含み、
前記プロセッサーからイネーブルレベルを有する前記第１制御信号を受信する場合、前記第１プリチャージ制御回路は、
前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧より大きい場合に、前記第１プリチャージスイッチを閉じ、
前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧以下である場合に、前記第１プリチャージスイッチを閉じない、バッテリー装置。

【請求項2】

前記所定電圧は０Ｖである、請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項3】

前記第１プリチャージ制御回路は、
前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果による出力信号と前記第１制御信号を論理演算して第３制御信号を出力する論理回路とを含み、
前記第３制御信号に基づいて前記第１プリチャージスイッチを制御する
請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項4】

前記第１プリチャージ制御回路は、
前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果による出力信号と前記第１制御信号を論理演算して第３制御信号を出力する論理回路と、
前記第３制御信号を遅延して第４制御信号を出力する遅延回路とを含み、
前記第４制御信号に基づいて前記第１プリチャージスイッチを制御する
請求項１に記載のバッテリー装置。

【請求項5】

前記第２バッテリーパックの電圧が前記第１バッテリーパックの電圧より高い場合に、前記プロセッサーはイネーブルレベルを有する前記第２制御信号を先に出力し、前記第２バッテリーパックの電圧と前記第１バッテリーパックの電圧との間の差が所定電圧以下になる場合、イネーブルレベルを有する前記第１制御信号を出力する、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー装置。

【請求項6】

前記第１プリチャージスイッチが閉じられる場合に前記第１バッテリーパックから前記キャパシタに流れる電流が通過する第１プリチャージ抵抗と、そして
前記第２プリチャージスイッチが閉じられる場合に前記第２バッテリーパックから前記キャパシタに流れる電流が通過する第２プリチャージ抵抗と
をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー装置。

【請求項7】

前記第１バッテリーパックの一端子と前記キャパシタとの間において、前記第１プリチャージスイッチと並列に連結される正極スイッチを備え、
前記第１プリチャージ制御回路は、
前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧以下である場合に、前記正極スイッチが閉じられるまでの間、前記第１プリチャージスイッチを閉じない、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー装置。

【請求項8】

バッテリーパックを含むバッテリー装置のバッテリー管理システムであって、
前記バッテリーパックの一端子と外部装置のキャパシタとの間に連結されるプリチャージスイッチと、
前記プリチャージスイッチを制御するための第１制御信号を出力するプロセッサーと、
イネーブルレベルを有する前記第１制御信号を受信し、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧より大きい場合にイネーブルレベルを有する前記第１制御信号に応答して前記プリチャージスイッチを閉じ、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が前記所定電圧以下である場合に前記プリチャージスイッチを閉じないプリチャージ制御回路と
を含むバッテリー管理システム。

【請求項9】

前記プリチャージ制御回路は、
前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果による出力信号と前記第１制御信号を論理演算して第２制御信号を出力する論理回路とを含み、
前記第２制御信号に基づいて前記プリチャージスイッチを制御する
請求項８に記載のバッテリー管理システム。

【請求項10】

前記プリチャージ制御回路は、
前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果による出力信号と前記第１制御信号を論理演算して第２制御信号を出力する論理回路と、
前記第２制御信号を遅延して第３制御信号を出力する遅延回路とを含み、
前記第３制御信号に基づいて前記プリチャージスイッチを制御する
請求項８または９に記載のバッテリー管理システム。

【請求項11】

前記プリチャージスイッチが閉じられる場合に前記バッテリーパックから前記キャパシタに流れる電流が通過するプリチャージ抵抗をさらに含む、請求項８または９に記載のバッテリー管理システム。

【請求項12】

前記バッテリーパックの一端子と前記キャパシタとの間において、前記プリチャージスイッチと並列に連結される正極スイッチを備え、
前記プリチャージ制御回路は、
前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧以下である場合に、前記正極スイッチが閉じられるまでの間、前記プリチャージスイッチを閉じない、請求項８または９に記載のバッテリー管理システム。

【請求項13】

バッテリーパックを含むバッテリー装置でキャパシタをプリチャージする方法であって、
前記バッテリーパックの負極スイッチを閉じる段階と、
プリチャージスイッチを制御するための第１制御信号を受信する段階と、
前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差に基づいて前記キャパシタをプリチャージするか否かを決定する段階と、
前記キャパシタをプリチャージするか否かの決定に基づいて、前記プリチャージスイッチを閉じるか開いた状態を維持する段階と、
前記バッテリーパックの正極スイッチを閉じる段階と
を含み、
前記プリチャージするか否かを決定する段階は、
前記第１制御信号がイネーブルレベルを有し、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧より大きい場合に、前記キャパシタをプリチャージすると決定する段階と、
前記第１制御信号がイネーブルレベルを有し、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧以下である場合に、前記キャパシタをプリチャージしないと決定する段階と
を含む方法。

【請求項14】

前記キャパシタをプリチャージしないと決定する場合、前記プリチャージスイッチを閉じるか開いた状態を維持する段階は、前記バッテリーパックの正極スイッチを閉じる段階までの間、前記プリチャージスイッチを開いた状態で維持する、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０２１年７月１４日付大韓民国特許出願第１０－２０２１－００９２４８１に基づいた優先権の利益を主張し、当該大韓民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含まれる。

【0002】

以下に記載された技術は、バッテリー装置、バッテリー管理システムおよびプリチャージ方法に関する。

【背景技術】

【0003】

電気自動車は、主にバッテリーを電源として利用してモータを駆動することによって動力を得る自動車として、内燃自動車の公害およびエネルギー問題を解決できる代案であるという点から研究が活発に行われている。また、充電が可能なバッテリーは電気自動車以外に多様な外部装置で使用されている。

【0004】

最近、高い出力と大きい充電容量を有するバッテリーが要求されることに伴い、複数のバッテリーセルが並列に連結されたバッテリーパックが使用されている。バッテリーパック毎にバッテリーパックの連結制御のためのスイッチング回路が使用され得る。一方、スイッチング回路による駆動初期に発生する突入電流（ｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）を防止するためにスイッチング回路毎にプリチャージ回路が使用されている。プリチャージ回路は、駆動初期にプリチャージ抵抗を通じて外部装置のインバータなどに連結されているキャパシタを先に充電することによって突入電流を防止することができる。このようなプリチャージ抵抗には駆動初期に発生し得る過電流が随時に流れ、プリチャージ抵抗に過電流が頻繁に流れる場合、プリチャージ回路の寿命が減ることがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ある実施形態は、プリチャージ回路の寿命を延ばすことができるバッテリー装置、バッテリー管理システムおよびプリチャージ方法を提供することができる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態によると、並列に連結される第１バッテリーパックと第２バッテリーパックと、第１プリチャージスイッチと、第２プリチャージスイッチと、第１プリチャージ制御回路と、第２プリチャージ制御回路と、プロセッサーとを含むバッテリー装置が提供され得る。前記第１プリチャージスイッチは、前記第１バッテリーパックの一端子と外部装置のキャパシタとの間に連結され、前記第２プリチャージスイッチは、前記第２バッテリーパックの一端子と前記キャパシタとの間に連結され得る。前記第１プリチャージ制御回路は、前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差に基づいて前記第１プリチャージスイッチの動作を制御し、前記第２プリチャージ制御回路は、前記第２バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差に基づいて前記第２プリチャージスイッチの動作を制御することができる。前記プロセッサーは、前記第１プリチャージスイッチを制御するための第１制御信号を前記第１プリチャージ制御回路に伝達し、前記第２プリチャージスイッチを制御するための第２制御信号を前記第２プリチャージ制御回路に伝達することができる。

【0007】

ある実施形態において、前記プロセッサーからイネーブルレベルを有する前記第１制御信号を受信する場合、前記第１プリチャージ制御回路は、前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧より大きい場合に、前記第１プリチャージスイッチを閉じることができる。

【0008】

ある実施形態において、前記プロセッサーからイネーブルレベルを有する前記第１制御信号を受信する場合、前記第１プリチャージ制御回路は、前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧以下である場合に、前記第１プリチャージスイッチを閉じないことができる。

【0009】

ある実施形態において、前記所定電圧は０Ｖであり得る。

【0010】

ある実施形態において、前記第１プリチャージ制御回路は、前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧とを比較する比較器と、前記比較器の比較結果による出力信号と前記第１制御信号を論理演算して第３制御信号を出力する論理回路とを含み、前記第３制御信号に基づいて前記第１プリチャージスイッチを制御することができる。

【0011】

ある実施形態において、前記第１プリチャージ制御回路は、前記第１バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧とを比較する比較器と、前記比較器の比較結果による出力信号と前記第１制御信号を論理演算して第３制御信号を出力する論理回路と、前記第３制御信号を遅延して第４制御信号を出力する遅延回路とを含み、前記第４制御信号に基づいて前記第１プリチャージスイッチを制御することができる。

【0012】

ある実施形態において、前記第２バッテリーパックの電圧が前記第１バッテリーパックの電圧より高い場合に、前記プロセッサーはイネーブルレベルを有する前記第２制御信号を先に出力し、前記第２バッテリーパックの電圧と前記第１バッテリーパックの電圧との間の差が所定電圧以下になる場合、イネーブルレベルを有する前記第１制御信号を出力することができる。

【0013】

ある実施形態において、前記バッテリー装置は、前記第１プリチャージスイッチが閉じられる場合に前記第１バッテリーパックから前記キャパシタに流れる電流が通過する第１プリチャージ抵抗、そして前記第２プリチャージスイッチが閉じられる場合に前記第２バッテリーパックから前記キャパシタに流れる電流が通過する第２プリチャージ抵抗をさらに含むことができる。

【0014】

他の実施形態によると、バッテリーパックを含むバッテリー装置のバッテリー管理システムが提供され得る。前記バッテリー管理システムは、プリチャージスイッチと、プロセッサーと、プリチャージ制御回路とを含むことができる。前記プリチャージスイッチは、前記バッテリーパックの一端子と外部装置のキャパシタとの間に連結され、前記プロセッサーは、前記プリチャージスイッチを制御するための第１制御信号を出力することができる。前記プリチャージ制御回路は、前記第１制御信号を受信し、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧より大きい場合に前記第１制御信号に応答して前記プリチャージスイッチを閉じ、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が前記所定電圧以下である場合に前記プリチャージスイッチを閉じないことができる。

【0015】

ある実施形態において、前記プリチャージ制御回路は、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧とを比較する比較器と、前記比較器の比較結果による出力信号と前記第１制御信号を論理演算して第２制御信号を出力する論理回路とを含み、前記第２制御信号に基づいて前記プリチャージスイッチを制御することができる。

【0016】

ある実施形態において、前記プリチャージ制御回路は、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧とを比較する比較器と、前記比較器の比較結果による出力信号と前記第１制御信号を論理演算して第２制御信号を出力する論理回路と、前記第２制御信号を遅延して第３制御信号を出力する遅延回路とを含み、前記第３制御信号に基づいて前記プリチャージスイッチを制御することができる。

【0017】

ある実施形態において、前記バッテリー管理システムは、前記プリチャージスイッチが閉じられる場合に前記バッテリーパックから前記キャパシタに流れる電流が通過するプリチャージ抵抗をさらに含むことができる。

【0018】

また他の実施形態によると、バッテリーパックを含むバッテリー装置でキャパシタをプリチャージする方法が提供され得る。前記プリチャージ方法は、前記バッテリーパックの負極スイッチを閉じる段階と、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差に基づいて前記キャパシタをプリチャージするか否かを決定する段階と、前記キャパシタをプリチャージするか否かの決定に基づいて、前記プリチャージスイッチを閉じるか開いた状態を維持する段階と、前記バッテリーパックの正極スイッチを閉じる段階とを含むことができる。

【0019】

ある実施形態において、前記プリチャージするか否かを決定する段階は、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧以下である場合に前記キャパシタをプリチャージすると決定する段階を含むことができる。

【0020】

ある実施形態において、前記プリチャージするか否かを決定する段階は、前記バッテリーパックの電圧と前記キャパシタの電圧との間の差が所定電圧より大きい場合に前記キャパシタをプリチャージしないと決定する段階を含むことができる。

【発明の効果】

【0021】

ある実施形態によると、キャパシタに十分な電圧が充電されており、プリチャージが不要な場合には、制御信号に関係なくプリチャージを行わないため、不要なプリチャージ過程を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】一実施形態によるバッテリー装置の一例を示す図面である。

【図2】一実施形態によるバッテリー装置の制御信号のタイミングの一例を示す図面である。

【図3】一実施形態によるバッテリー装置におけるプリチャージ制御回路の例を示す図面である。

【図4】一実施形態によるバッテリー装置におけるプリチャージ制御回路の例を示す図面である。

【図5】一実施形態によるプリチャージ制御方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。そして図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似の部分については類似の図面符号を付した。

【0024】

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」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。

【0025】

以下の説明で、単数で記載された表現は、「一つ」または「単一」などの明示的な表現を使用しない以上、単数または複数に解釈され得る。

【0026】

図面を参照して説明したフローチャートにおいて、動作順序は変更されてもよく、多くの動作が併合されたり、ある動作が分割されたりしてもよく、特定の動作は行われなくてもよい。

【0027】

図１は一実施形態によるバッテリー装置の一例を示す図面である。

【0028】

図１を参照すると、バッテリー装置は正極連結端子ＤＣ（＋）と負極連結端子ＤＣ（－）を通じて外部装置に電気的に連結され得る構造を有する。ある実施形態において、バッテリー装置は正極連結端子ＤＣ（＋）と負極連結端子ＤＣ（－）を通じて外部装置１０に連結され得る。外部装置１０が負荷である場合、バッテリー装置は負荷に電力を供給する電源として動作して放電され得る。外部装置１０が充電器である場合、バッテリー装置は充電器１０を通じて外部電力の供給を受けて充電され得る。ある実施形態において、負荷として動作する外部装置１０は例えば電子装置、移動手段またはエネルギー貯蔵システム（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ、ＥＳＳ）であり得、移動手段は例えば電気自動車、ハイブリッド自動車またはスマートモビリティー（ｓｍａｒｔ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）などの車両であり得る。

【0029】

バッテリー装置は、複数のバッテリーパック１１０、複数のスイッチング回路１２０、複数のプリチャージ制御回路１３０およびプロセッサー１４０を含む。

【0030】

複数のバッテリーパック１１０は複数のスイッチング回路１２０を通じて連結端子ＤＣ（＋）、ＤＣ（－）に並列に連結される。複数のスイッチング回路１２０は複数のバッテリーパック１１０にそれぞれ対応する。つまり、各スイッチング回路１２０は複数のバッテリーパック１１０のうち対応するバッテリーパック１１０に連結されている。各バッテリーパック１１０は、複数のバッテリーセル（図示せず）を含み、正極端子ＰＶ（＋）と負極端子ＰＶ（－）を有する。ある実施形態において、バッテリーセルは充電可能な二次電池であり得る。一実施形態において、バッテリーパック１１０で所定個数のバッテリーセルが直列連結されてバッテリーモジュールを構成して所望の電力を供給することができる。他の実施形態において、バッテリーパック１１０で所定個数のバッテリーモジュールが直列または並列連結されて所望の電力を供給することができる。

【0031】

各スイッチング回路１２０は、正極スイッチ１２１、負極スイッチ１２２およびプリチャージ回路を含む。ある実施形態において、プリチャージ回路は、プリチャージスイッチ１２３とプリチャージ抵抗１２４を含むことができる。

【0032】

正極スイッチ１２１は対応するバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）との間に連結されている。ある実施形態において、正極スイッチ１２１とプリチャージ回路は対応するバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）との間に並列に連結され得る。負極スイッチ１２２は対応するバッテリーパック１１０の負極端子ＰＶ（－）とバッテリー装置の負極連結端子ＤＣ（－）との間に連結されている。スイッチ１２１、１２２はプロセッサー１４０により制御されてバッテリーパック１１０と外部装置との間の電気的連結を制御することができる。ある実施形態において、スイッチ１２１、１２２は、それぞれリレーを含むコンタクタを含むことができる。ある実施形態において、スイッチ１２１、１２２は、それぞれトランジスターなどの電気的スイッチを含むことができる。ある実施形態において、スイッチング回路１２０は、プロセッサー１４０からの制御信号Ｃｐ１、Ｃｐ２、Ｃｎ１、Ｃｎ２に応答してスイッチ１２１、１２２をそれぞれ駆動する駆動回路（図示せず）をさらに含むことができる。正極スイッチ１２１と負極スイッチ１２２が閉じられると、バッテリーパック１１０から外部装置に電力を供給したり外部装置からバッテリーパック１１０に電力が供給されたりし得る。スイッチの閉鎖はスイッチのオン（ｏｎ）で表現することができ、スイッチの開放はスイッチのオフ（ｏｆｆ）で表現することができる。

【0033】

プリチャージスイッチ１２３とプリチャージ抵抗１２４は対応するバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）との間に直列に連結され得る。一実施形態において、対応するバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）にプリチャージスイッチ１２３の第１端子が連結され、プリチャージスイッチ１２３の第２端子にプリチャージ抵抗１２４の第１端子が連結され、プリチャージ抵抗１２４の第２端子が正極連結端子ＤＣ（＋）に連結され得る。他の実施形態において、対応するバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）にプリチャージ抵抗１２４の第１端子が連結され、プリチャージ抵抗１２４の第２端子にプリチャージスイッチ１２３の第１端子が連結され、プリチャージスイッチ１２３の第２端子が正極連結端子ＤＣ（＋）に連結され得る。ある実施形態において、プリチャージスイッチ１２３は、リレーを含むコンタクタを含むことができる。ある実施形態において、プリチャージスイッチ１２３は、トランジスターなどの電気的スイッチを含むことができる。ある実施形態において、スイッチング回路１２０は、プリチャージ制御回路１３０からの制御信号Ｃｐｃ１'、Ｃｐｃ２'に応答してプリチャージスイッチ１２３を駆動する駆動回路（図示せず）をさらに含むことができる。プリチャージスイッチ１２３と負極スイッチ１２２が閉じられると、プリチャージ抵抗１２４を通じてバッテリーパック１１０から外部装置１０のキャパシタ１１に電流が供給されてキャパシタ１１をプリチャージすることができる。図１では直列に連結されたプリチャージスイッチ１２３とプリチャージ抵抗１２４を含むプリチャージ回路を示したが、プリチャージ制御回路１３０からの制御信号に応答してキャパシタ１１をプリチャージすることができる他のプリチャージ回路が使用されることもできる。

【0034】

複数のプリチャージ制御回路１３０は複数のスイッチング回路１２０にそれぞれ対応する。つまり、各プリチャージ制御回路１３０は複数のスイッチング回路１２０のうち対応するスイッチング回路１２０に連結されている。ある実施形態において、プリチャージ制御回路１３０は対応するバッテリーパック１１０の電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差に基づいて対応するプリチャージスイッチ１２３の動作を制御することができる。プリチャージ制御回路１３０はプロセッサー１４０からの対応するスイッチング回路１２０のプリチャージスイッチ１２３を閉じるための制御信号Ｃｐｃ１、Ｃｐｃ２に応答して動作する。プリチャージスイッチ１２３を閉じるための制御信号Ｃｐｃ１、Ｃｐｃ２を受信する場合、プリチャージ制御回路１３０はキャパシタ１１の電圧が対応するバッテリーパック１１０の電圧より低い場合にプリチャージスイッチ１２３を閉じ、キャパシタ１１の電圧が対応するバッテリーパック１１０の電圧と同一または類似の場合にプリチャージスイッチ１２３を閉じないことができる。例えば、バッテリーパック１１０の電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差が所定電圧（第１所定電圧）以下である場合、キャパシタ１１の電圧がバッテリーパック１１０の電圧と同一または類似していると決定することができる。ある実施形態において、所定電圧は０Ｖであり得る。

【0035】

プロセッサー１４０はスイッチング回路１２０とプリチャージ制御回路１３０の動作を制御する。プロセッサー１４０は例えばマイクロ制御装置（ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）を含むことができる。ある実施形態において、プロセッサー１４０は複数のバッテリーパック１１０の電圧に基づいて先に電力を供給するバッテリーパック１１０を選択することができる。したがって、プロセッサー１４０は選択したバッテリーパック１１０に対応するスイッチング回路１２０を駆動することができる。

【0036】

ある実施形態において、プロセッサー１４０は複数のバッテリーパック１１０のうち電圧が最も高いバッテリーパック１１０に連結されたスイッチング回路１２０を制御して当該バッテリーパック１１０を通じて電力を供給することができる。次に、当該バッテリーパック１１０の電圧が他のバッテリーパック１１０の電圧と類似するようになると、プロセッサー１４０は他のバッテリーパック１１０に連結されたスイッチング回路１２０を制御して少なくとも二つの並列バッテリーパック１１０を通じて電力を供給することができる。二つのバッテリーパック１１０を通じて同時に電力を供給する場合、二つのバッテリーパック１１０の間の電圧差が所定電圧（第２所定電圧）より大きいと、高い電圧を有するバッテリーパック１１０から低い電圧を有するバッテリーパック１１０に突入（ｉｎｒｕｓｈ）電流が流れ得る。これにより、電圧が高いバッテリーパック１１０を通じて先に電力を供給した後、電圧が類似するようになる時、他のバッテリーパック１１０を通じても電力を供給することによって突入電流の発生を防止することができる。ある実施形態において、二つのバッテリーパック１１０の電圧が類似するようになる場合は二つのバッテリーパック１１０の電圧差が所定電圧以下になる場合を意味し得る。ある実施形態において、所定電圧は突入電流が発生しないかまたは回路に影響を与えないほどの突入程度が発生する電圧差として実験的に決定され得る。

【0037】

ある実施形態において、バッテリー装置は、複数のバッテリーパック１１０の電圧および／またはキャパシタ１１の電圧を感知する電圧感知回路（図示せず）をさらに含むことができる。

【0038】

ある実施形態において、スイッチング回路１２０、プリチャージ制御回路１３０および／またはプロセッサー１４０は、バッテリー装置のバッテリー管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）に含まれ得る。

【0039】

前述したように、ある実施形態において、プリチャージ制御回路１３０はプロセッサー１４０から第１制御信号Ｃｐｃ１を受信し、バッテリーパック１１０の電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差が所定電圧より大きい場合に第１制御信号Ｃｐｃ１に応答してプリチャージスイッチ１２３を閉じ、バッテリーパック１１０の電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差が所定電圧以下である場合にプリチャージスイッチ１２３を閉じないことができる。

【0040】

図２は一実施形態によるバッテリー装置の制御信号のタイミングの一例を示す図面である。図２では便宜上二つのバッテリーパックＢＰ１、ＢＰ２を例に挙げて説明する。

【0041】

図１および図２を参照すると、バッテリー装置の初期駆動時にプロセッサー１４０は複数のバッテリーパックＢＰ１、ＢＰ２のうち電圧が高いバッテリーパック（例えば、ＢＰ１）を通じて先に電力を供給する。このために、プロセッサー１４０はまずバッテリーパックＢＰ１に連結されたスイッチング回路の負極スイッチ１２２を閉じるための制御信号Ｃｎ１を出力する。つまり、プロセッサー１４０は制御信号Ｃｎ１をディスエーブルレベルからイネーブルレベルに転換する。ある実施形態において、イネーブルレベルはハイレバル（Ｈ）であり、ディスエーブルレベルはローレベル（Ｌ）であり得る。

【0042】

次に、プロセッサー１４０は負極スイッチ１２２を閉じた状態でバッテリーパックＢＰ１に連結されたプリチャージスイッチ（例えば、図１の１２３）を閉じるための制御信号Ｃｐｃ１を出力する。つまり、プロセッサー１４０は制御信号Ｃｐｃ１をディスエーブルレベルからイネーブルレベルに転換する。プリチャージ制御回路１３０は制御信号Ｃｐｃ１に応答してイネーブルレベルを有する制御信号Ｃｐｃ１'を出力する。制御信号Ｃｐｃ１'に応答してプリチャージスイッチ１２３が閉じられる場合、バッテリーパックＢＰ１からプリチャージ抵抗１２４を通じて外部装置のキャパシタ１１にプリチャージ電流が供給されてキャパシタ１１がプリチャージされ得る。一方、キャパシタ１１が既にバッテリーパックＢＰ１の電圧で充電されている場合、制御信号Ｃｐｃ１のイネーブルレベルに関係なく、プリチャージ制御回路１３０はディスエーブルレベルを有する制御信号Ｃｐｃ１'を出力し、これによりプリチャージスイッチ１２３が閉じられないことができる。また、プリチャージスイッチ１２３が閉じられてキャパシタ１１がバッテリーパックＢＰ１の電圧までプリチャージされる場合、制御信号Ｃｐｃ１がディスエーブルレベルに変わる前でも、プリチャージ制御回路１３０は制御信号Ｃｐｃ１'をディスエーブルレベルに転換してプリチャージスイッチ１２３が開かれ得る。

【0043】

キャパシタ１１をプリチャージした後、プロセッサー１４０はバッテリーパックＢＰ１を通じて電力を供給するために、バッテリーパックＢＰ１に連結された正極スイッチ１２１を閉じるための制御信号Ｃｐ１を出力する。つまり、プロセッサー１４０は制御信号Ｃｐ１をディスエーブルレベルからイネーブルレベルに転換する。この場合、プリチャージが完了したため、プロセッサー１４０はプリチャージスイッチ１２３を開くために制御信号Ｃｐｃ１をディスエーブルレベルに転換することができる。

【0044】

次に、バッテリーパックＢＰ１の電圧が低くなってバッテリーパックＢＰ２の電圧と類似するようになる場合、プロセッサー１４０はバッテリーパックＢＰ２を通じても電力を供給する。つまり、バッテリーパックＢＰ１、ＢＰ２を通じて電力を供給することができる。このために、プロセッサー１４０はまずバッテリーパックＢＰ２に連結されたスイッチング回路の負極スイッチ１２２を閉じるための制御信号Ｃｎ２を出力する。つまり、プロセッサー１４０は制御信号Ｃｎ２をディスエーブルレベルからイネーブルレベルに転換する。次に、プロセッサー１４０は負極スイッチ１２２を閉じた状態でバッテリーパックＢＰ２に連結されたプリチャージスイッチ１２３を閉じるための制御信号Ｃｐｃ２を出力する。つまり、プロセッサー１４０は制御信号Ｃｐｃ２をディスエーブルレベルからイネーブルレベルに転換する。この場合、バッテリーパックＢＰ１を通じて電力供給によりキャパシタ１１が既にバッテリーパックＢＰ２の電圧まで充電されているため、制御信号Ｃｐｃ２のイネーブルレベルに関係なく、バッテリーパックＢＰ２に連結されたプリチャージ制御回路１２３はディスエーブルレベルを有する制御信号Ｃｐｃ２'を出力することができる。そのために、バッテリーパックＢＰ２に連結されたプリチャージスイッチ１２３が閉じられないことができる。一方、キャパシタ１１の放電によりキャパシタ１１に充電された電圧がバッテリーパックＢＰ２の電圧より低い場合、プリチャージ制御回路１２３はイネーブルレベルを有する制御信号Ｃｐｃ２'を出力し、プリチャージスイッチ１２３が閉じられてキャパシタ１１がプリチャージされ得る。

【0045】

次に、プロセッサー１４０はバッテリーパックＢＰ２を通じて電力を供給するために、バッテリーパックＢＰ２に連結された正極スイッチ１２１を閉じるための制御信号Ｃｐ２を出力する。つまり、プロセッサー１４０は制御信号Ｃｐ２をディスエーブルレベルからイネーブルレベルに転換する。この場合、プロセッサー１４０はプリチャージのための制御信号Ｃｐｃ２をディスエーブルレベルに転換することができる。

【0046】

前述したように、ある実施形態において、第１プリチャージ制御回路１３０は第１バッテリーパックＢＰ１の電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差に基づいて第１プリチャージスイッチ１２３を制御することができる。第２プリチャージ制御回路１３０は第２バッテリーパックＢＰ２の電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差に基づいて第２プリチャージスイッチ１２３を制御することができる。プロセッサー１４０は第１プリチャージスイッチ１２３を制御するための第１制御信号Ｃｐｃ１を第１プリチャージ制御回路１３０に伝達し、第２プリチャージスイッチ１２３を制御するための第２制御信号Ｃｐｃ２を第２プリチャージ制御回路１３０に伝達することができる。

【0047】

ある実施形態において、プロセッサー１４０からイネーブルレベルを有する第１制御信号Ｃｐｃ１を受信する場合、第１プリチャージ制御回路１３０は第１バッテリーパックＢＰ１の電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差が所定電圧より大きい場合に、第１プリチャージスイッチ１２３を閉じることができる。

【0048】

ある実施形態において、プロセッサー１４０からイネーブルレベルを有する第１制御信号Ｃｐｃ１を受信する場合、第１プリチャージ制御回路１３０は第１バッテリーパックＢＰ１の電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差が所定電圧以下である場合に、第１プリチャージスイッチ１２３を閉じないことができる。

【0049】

このように、多様な実施形態によると、キャパシタ１１に十分な電圧が充電されており、プリチャージが不要な場合には、制御信号に関係なくプリチャージを行わないため、不要なプリチャージ過程を省略することができる。そのために、プリチャージ回路の寿命を延ばすことができる。

【0050】

図３および図４は、それぞれ一実施形態によるバッテリー装置におけるプリチャージ制御回路の例を示す図面である。図３および図４では説明の便宜上一つのバッテリーパックに連結されるプリチャージ制御回路を示した。

【0051】

図３を参照すると、プリチャージ制御回路３３０は、比較器３３１および論理回路３３２を含む。図３で、バッテリーパック３１０、正極スイッチ３２１、負極スイッチ３２２、プリチャージスイッチ３２３およびプリチャージ抵抗３２４は、図１を参照して説明したバッテリーパック１１０、正極スイッチ１２１、負極スイッチ１２２、プリチャージスイッチ１２３およびプリチャージ抵抗１２４と類似しているため、その説明を省略する。

【0052】

比較器３３１はバッテリーパック３１０の電圧Ｖｐと外部装置のキャパシタ３４０の電圧Ｖｃの入力を受ける。ある実施形態において、電圧感知回路（図示せず）がバッテリーパック３１０と正極スイッチ３２１またはプリチャージスイッチ３２３との接点の電圧を感知することによってバッテリーパック３１０の電圧Ｖｐを測定することができる。ある実施形態において、電圧感知回路が正極連結端子ＤＣ（＋）と正極スイッチ３２１またはプリチャージ抵抗３２４との接点の電圧を感知することによってキャパシタ３４０の電圧Ｖｃを測定することができる。

【0053】

比較器３３１はバッテリーパック３１０の電圧Ｖｐとキャパシタ３４０の電圧Ｖｃとを比較し、比較結果による出力信号、つまり、制御信号Ｃｃを出力する。ある実施形態において、比較器３３１は、バッテリーパック３１０の電圧Ｖｐと外部装置のキャパシタ３４０の電圧Ｖｃとの差が閾値電圧以下である場合にイネーブルレベルを有する制御信号Ｃｃを出力することができる。一実施形態において、比較器３３１はバッテリーパック３１０の電圧Ｖｐとキャパシタ３４０の電圧Ｖｃが同一の場合（つまり、閾値電圧が０Ｖである場合）にイネーブルレベルを有する制御信号Ｃｃを出力することができる。ある実施形態において、比較器３３１はバッテリーパック３１０の電圧Ｖｐがキャパシタ３４０の電圧Ｖｃより高く、その差が閾値電圧より大きい場合にディスエーブルレベルを有する制御信号Ｃｃを出力することができる。一実施形態において、比較器３３１はバッテリーパック３１０の電圧Ｖｐがキャパシタ３４０の電圧Ｖｃより高い場合（つまり、閾値電圧が０Ｖである場合）にディスエーブルレベルを有する制御信号Ｃｃを出力することができる。

【0054】

論理回路３３２は、比較器３３１から出力される制御信号Ｃｃとプロセッサー（例えば、図１の１４０）から出力されるプリチャージスイッチ３２３を制御するための制御信号Ｃｐｃの入力を受ける。論理回路３３２は制御信号Ｃｃと制御信号Ｃｐｃを論理演算して制御信号Ｃｐｃ'を出力する。ある実施形態において、論理回路３３２は二つの制御信号Ｃｃ、Ｃｐｃが全てイネーブルレベルを有する場合、イネーブルレベルを有する制御信号Ｃｐｃ'を出力し、これによりプリチャージスイッチ３２３が閉じられ得る。ある実施形態において、論理回路３３２は二つの制御信号Ｃｃ、Ｃｐｃの少なくとも一つの制御信号がディスエーブルレベルを有する場合、ディスエーブルレベルを有する制御信号Ｃｐｃ'を出力し、これによりプリチャージスイッチ３２３が開かれ得る。ある実施形態において、イネーブルレベルがハイレバルである場合、論理回路３３２はＡＮＤゲートを含むことができる。

【0055】

このように、プリチャージ制御回路３３０はキャパシタ３４０に十分な電圧が充電されており、プリチャージが不要な場合には、制御信号に関係なくプリチャージスイッチを閉じないことができる。そのために、不要なプリチャージ過程を省略してプリチャージ回路の寿命を延ばすことができる。

【0056】

図４を参照すると、プリチャージ制御回路４３０は、比較器４３１、論理回路４３２および遅延回路４３３を含む。

【0057】

比較器４３１はバッテリーパック３１０の電圧Ｖｐと外部装置のキャパシタ３４０の電圧Ｖｃの入力を受け、比較結果による制御信号Ｃｃを出力する。論理回路４３２は比較器４３１から出力される制御信号Ｃｃとプロセッサー（例えば、図１の１４０）から出力されるプリチャージスイッチ３２３を制御するための制御信号Ｃｐｃの入力を受け、制御信号Ｃｃと制御信号Ｃｐｃを論理演算して制御信号Ｃｐｃ'を出力する。比較器４３１と論理回路４３２は図３を参照して説明した比較器３３１および論理回路３３２と類似の動作を行うため、その詳細な説明を省略する。

【0058】

遅延回路４３３は論理回路４３２から出力される制御信号を受信し、制御信号を所定時間だけ遅延した後に制御信号Ｃｐｃ'を出力する。プリチャージスイッチ３２３は制御信号Ｃｐｃ'のイネーブルレベルに応答して閉じられ得る。

【0059】

このように、遅延回路４３３が制御信号を遅延することによって、プリチャージスイッチ３２３が閉じられる時、負極スイッチ３２２と同時に閉じられることを防止することができる。

【0060】

図５は一実施形態によるプリチャージ制御方法の一例を示すフローチャートである。

【0061】

図５を参照すると、バッテリー装置のバッテリー管理システムは、バッテリーパックを通じて電力を供給するためにスイッチング手続を開始する（Ｓ５１０）。まず、バッテリー管理システムは負極スイッチ（例えば、図１の１２２）を閉じる（Ｓ５２０）。ある実施形態において、バッテリー管理システムは負極スイッチ１２２を閉じるためにイネーブルレベルを有する制御信号を負極スイッチ１２２に伝達することができる（Ｓ５２０）。

【0062】

次に、バッテリー管理システムは外部装置のキャパシタ（例えば、図１の１１）が十分に充電されているか否かを判断する（Ｓ５３０）。ある実施形態において、バッテリー管理システムはバッテリーパックの電圧とキャパシタ１１の電圧との間の差に基づいてキャパシタ１１をプリチャージするか否かを決定することができる（Ｓ５３０）。キャパシタ１１が十分に充電されている場合、バッテリー管理システムはキャパシタ１１をプリチャージしないと決定することができる。この場合、バッテリー管理システムはプリチャージスイッチ（例えば、図１の１２３）を開いた状態で維持し、正極スイッチ（例えば、図１の１２１）を閉じる（Ｓ５５０）。一方、キャパシタ１１が十分に充電されていない場合、バッテリー管理システムはキャパシタ１１をプリチャージすると決定し、プリチャージスイッチ１２３を閉じる（Ｓ５４０）。ある実施形態において、バッテリー管理システムはキャパシタ１１に充電された電圧と電力を供給するバッテリーパックの電圧とを比較してキャパシタ１１が十分に充電されているか否かを判断することができる（Ｓ５３０）。ある実施形態において、バッテリー管理システムはプリチャージスイッチ１２３を閉じるためにイネーブルレベルを有する制御信号をプリチャージスイッチ１２３に伝達することができる（Ｓ５４０）。ある実施形態において、バッテリー管理システムは正極スイッチ１２１を閉じるためにイネーブルレベルを有する制御信号を正極スイッチ１２１に伝達することができる（Ｓ５５０）。

【0063】

正極スイッチ１２１を閉じた後、バッテリー管理システムはプリチャージスイッチ１２３を開く（Ｓ５６０）。ある実施形態において、バッテリー管理システムはプリチャージスイッチ１２３を開くためにディスエーブルレベルを有する制御信号をプリチャージスイッチ１２３に伝達することができる（Ｓ５６０）。

【0064】

以上で本発明の実施形態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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】