特許 7542907 無線充電のための電池管理システムおよび電池ラック

(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】2024-08-23

(45)【発行日】2024-09-02

(54)【発明の名称】無線充電のための電池管理システムおよび電池ラック

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/40 20160101AFI20240826BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20240826BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240826BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

H02J50/40

H02J50/10

H02J7/00 301D

H02J7/02 F

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022542029

(86)(22)【出願日】2021-06-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-08

(86)【国際出願番号】 KR2021007445

(87)【国際公開番号】W WO2021256817

(87)【国際公開日】2021-12-23

【審査請求日】2022-07-07

(31)【優先権主張番号】10-2020-0072623

(32)【優先日】2020-06-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

【前置審査】

(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】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ジュン・フン・イ

(72)【発明者】

【氏名】ムン・ク・チュン

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４１５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８９０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０５９１７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／００ －５０／９０

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２ －１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電池モジュールの第１ＳＯＣ、第２電池モジュールの第２ＳＯＣ及び第３電池モジュールの第３ＳＯＣに対する情報を受信する通信部と、
前記第１ＳＯＣ、前記第２ＳＯＣ及び第３ＳＯＣの間のバランシングのために、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの間の第１無線充電を制御し、前記第２電池モジュールと前記第３電池モジュールとの間の第２無線充電を制御する制御部と、
を含み、
前記第１無線充電は、前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールのうち１つの電池モジュールから残りの電池モジュールに電力を無線で伝送するものであり、
前記第２無線充電は、前記第２電池モジュール及び前記第３電池モジュールのうち１つの電池モジュールから残りの電池モジュールに電力を無線で伝送するものであり、
前記制御部は、
前記第１ＳＯＣ、前記第２ＳＯＣ、前記第３ＳＯＣ、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの間の第１無線充電効率、及び前記第２電池モジュールと前記第３電池モジュールとの間の第２無線充電効率に基づいて、前記第１無線充電及び前記第２無線充電の方向、並びに前記第１無線充電及び前記第２無線充電の電力の大きさを制御し、
前記制御部は、

【数1】

により前記第１無線充電の第１方向及び第１大きさ、並びに前記第２無線充電の第２方向及び第２大きさを決定し、ここで、Ｅ０は定数であり、ｅ _１２ の符号は前記第１方向を示し、ｅ _１２ の大きさは前記第１大きさを示し、ｅ _２３ の符号は前記第２方向を示し、ｅ _２３ の大きさは前記第２大きさを示し、ｓｏｃ１は前記第１ＳＯＣであり、ｓｏｃ２は前記第２ＳＯＣであり、ｓｏｃ３は前記第３ＳＯＣであり、ｋ _１２ は前記第１無線充電効率であり、ｋ _２３ は前記第２無線充電効率であり、
前記第１方向が負数である場合、前記第２電池モジュールから前記第１電池モジュールに前記第１大きさの電力が伝送され、前記第１方向が正数である場合、前記第１電池モジュールから前記第２電池モジュールに前記第１大きさの電力が伝送されるように、前記第１電池モジュールまたは前記第２電池モジュールを制御し、
前記第２方向が負数である場合、前記第３電池モジュールから前記第２電池モジュールに前記第２大きさの電力が伝送され、前記第２方向が正数である場合、前記第２電池モジュールから前記第３電池モジュールに前記第２大きさの電力が伝送されるように、前記第２電池モジュールまたは前記第３電池モジュールを制御する、電池管理システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１ＳＯＣと前記第２ＳＯＣとの間の差の絶対値と、前記第２ＳＯＣと前記第３ＳＯＣとの間の差の絶対値との和が減少するように、前記第１無線充電及び前記第２無線充電を制御する、請求項１に記載の電池管理システム。

【請求項3】

前記第１ＳＯＣは、前記第１電池モジュール内の第１電池セルのＳＯＣの和であり、
前記第２ＳＯＣは、前記第２電池モジュール内の第２電池セルのＳＯＣの和であり、
前記第３ＳＯＣは、前記第３電池モジュール内の第３電池セルのＳＯＣの和である、請求項１に記載の電池管理システム。

【請求項4】

前記第１電池モジュールと前記第３電池モジュールとの間には、１つの電池モジュールが位置し、
前記１つの電池モジュールは、前記第２電池モジュールである、請求項１に記載の電池管理システム。

【請求項5】

前記第１無線充電効率は、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの間の距離、前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールの電力送受信用アンテナの種類、及び前記電力送受信用アンテナを構成するコイルの回転数に基づいて決定される、請求項１に記載の電池管理システム。

【請求項6】

前記Ｅ０は、

【数2】

により決定される、請求項１に記載の電池管理システム。

【請求項7】

複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールのうち隣り合った電池モジュールのＳＯＣの絶対差の和が減少するように前記隣り合った電池モジュール間の無線充電を制御し、前記隣り合った電池モジュールのうち第１電池モジュールから第２電池モジュールに電力を出力するように前記第１電池モジュールを制御する電池管理システムと、
を含み、
前記第１電池モジュールのＳＯＣは、前記第２電池モジュールのＳＯＣよりも大きく、
前記第１電池モジュールは、前記第２電池モジュールと対向する一面に第１アンテナを含み、前記第１アンテナを介して前記電力を伝送し、
前記電池管理システムは、前記第１電池モジュールのＳＯＣと前記第２電池モジュールのＳＯＣとの差に比例する前記電力を計算し、
前記電池管理システムは、前記電力を、

【数3】

により計算し、ここでＥ０及びｈ０は定数である、電池ラック。

【請求項8】

前記第２電池モジュールは、前記第１電池モジュールと対向する一面に第２アンテナを含み、前記第２アンテナを介して前記電力を受信する、請求項７に記載の電池ラック。

【請求項9】

前記電池管理システムは、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を介して、前記隣り合った電池モジュール間の前記無線充電を制御する、請求項７又は８に記載の電池ラック。

【請求項10】

前記Ｅ０は、

【数4】

により決定され、
前記ｈ０は、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの間の距離、前記第１アンテナの種類、前記第１アンテナを構成するコイルの回転数、前記第１電池モジュールのＳＯＣ、及び前記第２電池モジュールのＳＯＣのうち少なくとも１つに基づいて決定される、請求項７に記載の電池ラック。

【請求項11】

電池管理システムにより実行される方法であって、
第１電池モジュールの第１ＳＯＣ、第２電池モジュールの第２ＳＯＣ及び第３電池モジュールの第３ＳＯＣに対する情報を受信するステップと、
前記第１ＳＯＣ、前記第２ＳＯＣ及び第３ＳＯＣの間のバランシングのために、前記第１ＳＯＣ、前記第２ＳＯＣ、前記第３ＳＯＣ、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの間の第１無線充電効率、及び前記第２電池モジュールと前記第３電池モジュールとの間の第２無線充電効率に基づいて、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールとの間の第１無線充電の方向及び前記第１無線充電の電力の大きさと、前記第２電池モジュールと前記第３電池モジュールとの間の第２無線充電の方向及び前記第２無線充電の電力の大きさとを制御するステップと、
を含み、
前記第１無線充電は、前記第１電池モジュール及び前記第２電池モジュールのうち１つの電池モジュールから残りの電池モジュールに電力を無線で伝送するものであり、
前記第２無線充電は、前記第２電池モジュール及び前記第３電池モジュールのうち１つの電池モジュールから残りの電池モジュールに電力を無線で伝送するものであり、
前記第１無線充電の第１方向及び第１大きさ、並びに前記第２無線充電の第２方向及び第２大きさは、

【数5】

により決定され、ここで、Ｅ０は定数であり、ｅ _１２ の符号は前記第１方向を示し、ｅ _１２ の大きさは前記第１大きさを示し、ｅ _２３ の符号は前記第２方向を示し、ｅ _２３ の大きさは前記第２大きさを示し、ｓｏｃ１は前記第１ＳＯＣであり、ｓｏｃ２は前記第２ＳＯＣであり、ｓｏｃ３は前記第３ＳＯＣであり、ｋ _１２ は前記第１無線充電効率であり、ｋ _２３ は前記第２無線充電効率であり、
前記第１方向が負数である場合、前記第２電池モジュールから前記第１電池モジュールに前記第１大きさの電力が伝送され、前記第１方向が正数である場合、前記第１電池モジュールから前記第２電池モジュールに前記第１大きさの電力が伝送されるように、前記第１電池モジュールまたは前記第２電池モジュールを制御し、
前記第２方向が負数である場合、前記第３電池モジュールから前記第２電池モジュールに前記第２大きさの電力が伝送され、前記第２方向が正数である場合、前記第２電池モジュールから前記第３電池モジュールに前記第２大きさの電力が伝送されるように、前記第２電池モジュールまたは前記第３電池モジュールを制御する、方法。

【請求項12】

前記電池管理システムのプロセッサによって実行されたときに、請求項１１に記載の方法を前記電池管理システムに実行させるための命令を含む、コンピュータプログラム。

【請求項13】

電池管理システムにより実行される方法であって、
複数の電池モジュールのうち隣り合った電池モジュールのＳＯＣの絶対差の和が減少するように前記隣り合った電池モジュール間の無線充電を制御し、前記隣り合った電池モジュールのうち第１電池モジュールから第２電池モジュールに電力を出力するように前記第１電池モジュールを制御するステップ、
を含み、
前記第１電池モジュールのＳＯＣは、前記第２電池モジュールのＳＯＣよりも大きく、
前記第１電池モジュールは、前記第２電池モジュールと対向する一面に第１アンテナを含み、前記第１アンテナを介して前記電力を伝送し、
前記電力を出力するように前記第１電池モジュールを制御するステップが、前記第１電池モジュールのＳＯＣはと前記第２電池モジュールのＳＯＣとの差に比例する前記電力を計算するステップを含み、
前記電力が、

【数6】

により計算され、ここでＥ０及びｈ０は定数である、方法。

【請求項14】

前記電池管理システムのプロセッサによって実行されたときに、請求項１３に記載の方法を前記電池管理システムに実行させるための命令を含む、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２０年０６月１５日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－００７２６２３号に基づく優先権の利益を主張し、該当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込まれる。

【0002】

本発明は、電池管理システムに関し、より詳細には、電池モジュール間の無線充電を管理する電池管理システムおよびそれを含む電池ラックに関する。

【背景技術】

【0003】

近年、二次電池に対する研究開発が活発に行われている。ここで、二次電池は、充放電が可能な電池であって、従来のＮｉ／Ｃｄ電池、Ｎｉ／ＭＨ電池などと、最近のリチウムイオン電池とを何れも含む。二次電池の中でも、リチウムイオン電池は、従来のＮｉ／Ｃｄ電池、Ｎｉ／ＭＨ電池などに比べて、エネルギー密度が遥かに高いという長所がある。リチウムイオン電池は、小型、軽量に製作することができるため、移動機器の電源として用いられる。特に、リチウムイオン電池は、電気自動車の電源として用いることができるため、次世代エネルギー貯蔵媒体として注目を浴びている。

【0004】

二次電池は、一般的に、複数の電池セルが直列および／または並列に連結された電池モジュール単位で用いられる。セル間の特性差および温度差などにより、１つの電池ラック（または電池パック）に含まれた電池セル間に充電不均衡が発生する。

【0005】

充電不均衡は電池ラックの性能を悪化させるため、充電不均衡を解決するために、セルバランシング（ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）技法が用いられる。現在用いられているセルバランシング技法は、有線方式が大半である。よって、セル個数が増加するほど、ワイヤとスイッチの連結が非常に複雑になり、製作過程にかかる時間および費用が増加す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、上述した技術的課題を解決するためのものであり、本発明の目的は、電池モジュール間の無線充電を制御して電池モジュール間の充電不均衡を解決する電池管理システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態に係る電池管理システムは、通信部および制御部を含むことができる。通信部は、第１電池モジュールの第１ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、第２電池モジュールの第２ＳＯＣ、および第３電池モジュールの第３ＳＯＣに対する情報を受信することができる。制御部は、第１ＳＯＣ、第２ＳＯＣ、および第３ＳＯＣの間のバランシングのために、第１電池モジュールと第２電池モジュールとの間の第１無線充電、および第２電池モジュールと第３電池モジュールとの間の第２無線充電を制御することができる。第１無線充電は、第１電池モジュールおよび第２電池モジュールのうち１つの電池モジュールから残りの電池モジュールに電力を無線で伝送するものであってもよい。第２無線充電は、第２電池モジュールおよび第３電池モジュールのうち１つの電池モジュールから残りの電池モジュールに電力を無線で伝送するものであってもよい。

【0008】

本発明の実施形態に係る電池ラックは、複数の電池モジュールおよび電池管理システムを含むことができる。電池管理システムは、複数の電池モジュールのうち隣り合った電池モジュールのＳＯＣの絶対差の和が減少するように隣り合った電池モジュール間の無線充電を制御し、隣り合った電池モジュールのうち第１電池モジュールから第２電池モジュールに電力を出力するように第１電池モジュールを制御することができる。第１電池モジュールのＳＯＣは、第２電池モジュールのＳＯＣよりも大きくてもよい。第１電池モジュールは、第２電池モジュールと対向する一面に第１アンテナを含み、第１アンテナを介して電力を伝送することができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態に係る電池ラックは、電池モジュール間の無線電力送信を介して、電池モジュールを充電することができる。本発明の実施形態に係る電池管理システムは、電池モジュールのＳＯＣ値に基づいて、隣り合った電池モジュールのＳＯＣ値の差が減少するように電池モジュールの無線充電を制御することができる。よって、電池モジュール間の無線充電を介して、電池モジュール間のセルバランシングが行われることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る電池ラックの構成を示すブロック図である。

【図2a】図１の電池モジュール２の構造を示す斜視図である。

【図2b】図１の電池モジュール２の構造を示す側面図である。

【図3】一実施形態に係る図１の電池モジュール２の構成を示すブロック図である。

【図4】一実施形態に係る図１の電池モジュール１～ｎ間の無線充電を説明するための概念図である。

【図5a】一実施形態に係る、図１のＲＭＢＳ１５０により計算された充電電力ｅ_１２～ｅ_３４を示す図である。

【図5b】図５ａで計算された充電電力ｅ_１２～ｅ_３４に応じて、電池モジュール１～４間に移動する充電電力を示す図である。

【図6】図５ｂの電池モジュール１～４間の無線充電動作を説明するフローチャートである。

【図7】他の実施形態に係る図１の電池モジュール１～４間の無線充電を説明するための概念図である。

【図8】図７を参照して説明された方法により、電池モジュール１～４間に移動する充電電力を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態に係るＢＭＳのハードウェア構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して本発明の多様な実施形態について詳細に説明する。本文書において、図面上の同一の構成要素に対しては同一の参照符号を付し、同一の構成要素に対して重複した説明は省略する。

【0012】

本文書に開示されている本発明の多様な実施形態に対して、特定の構造的ないし機能的説明は、単に本発明の実施形態を説明するための目的で例示されたものであり、本発明の多様な実施形態は、種々の形態で実施されてもよく、本文書に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。

【0013】

多様な実施形態で用いられた「第１」、「第２」、「１番目」、または「２番目」などの表現は、多様な構成要素を、順序および／または重要度に関係なく修飾してもよく、当該構成要素を限定しない。例えば、本発明の権利範囲から逸脱せずに、第１構成要素は第２構成要素と命名してもよく、それと同様に第２構成要素も第１構成要素に変更して命名してもよい。

【0014】

本文書で用いられた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、他の実施形態の範囲を限定しようとするものではない。単数の表現は、文脈上、明らかに他を意味しない限り、複数の表現を含んでもよい。

【0015】

技術的または科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、本発明の技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有してもよい。一般的に用いられる辞書に定義された用語は、関連技術の文脈上の意味と同一または類似の意味を有するものと解釈されてもよく、本文書で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。場合によっては、本文書で定義された用語であっても、本発明の実施形態を排除するように解釈されてはならない。

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係る電池ラックの構成を示すブロック図である。
電池ラック１００は、ＲＢＭＳ（Ｒａｃｋ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）１５０、電池モジュール１～ｎを含むことができる。電池モジュール１～ｎは、それぞれ直列または並列に連結された電池セル（図示せず）、前記電池セルを管理するＭＢＭＳ（Ｍｏｄｕｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）１０～ｎ０、および１つ以上のアンテナを含むことができる。本発明の電池ラック１００は、図１に示された構成の位置および個数に限定されない。

【0017】

本明細書において、電池ラック１００は、当業者により、電池パックであると理解することができる。電池ラック１００は、主にＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）で用いられる電池装置であり、電池パックは、主に自動車で用いられる電池装置である。電池パックは、電池ラック１００と実質的に同一の動作を提供することができる。ＲＢＭＳ１５０およびＭＢＭＳ１０～ｎ０は、電池パックのマスターＢＭＳおよびスレーブＢＭＳに対応することができる。

【0018】

ＭＢＭＳ１０～ｎ０は、それぞれ電池モジュール１～ｎに含まれた電池セルをモニターすることができる。説明の便宜上、図１を参照して、電池モジュール１およびＭＢＭＳ１０の構成および動作を集中的に説明する。残りの電池モジュール２～ｎおよび残りのＭＢＭＳ２０～ｎ０は、電池モジュール１およびＭＢＭＳ１０と実質的に同一の動作を提供する。

【0019】

電池モジュール１は、直列または並列に連結された電池セル、ＭＢＭＳ１０、およびアンテナを含むことができる。図１において、アンテナは、斜線で表示された四角形で表される。電池モジュール１のアンテナは、一列に羅列された電池モジュール２～ｎのうち隣り合った電池モジュール２と対向する一面に位置することができる。図１を参照すると、一列に羅列された電池モジュール１～ｎのうち１番目に位置した電池モジュール１および最後に位置した電池モジュールｎは、１つのアンテナを含むものと示されているが、本発明は、これに限定されない。電池モジュール１、ｎも、残りの電池モジュールと同様に２個のアンテナを含むことができる。

【0020】

ＭＢＭＳ１０は、電池モジュール１の電池セルをモニターし管理することができる。ＭＢＭＳ１０は、電池セルの電圧を測定することができる。ＭＢＭＳ１０は、電池セルの電圧に基づいて、電池セルのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に対する情報を取得することができる。ＭＢＭＳ１０は、電池セルのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を全て足して電池モジュール１のＳＯＣを計算することができる。ＭＢＭＳ１０は、電池モジュール１のＳＯＣに対する情報および／または電池セルそれぞれのＳＯＣに対する情報をＲＢＭＳ１５０に伝送することができる。

【0021】

ＲＢＭＳ１５０は、ＭＢＭＳ１０と通信して情報を送受信することができる。ＲＢＭＳ１５０は、ＭＢＭＳ１０とＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を介して情報を送受信するか、またはジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）、Ｗｉｆｉ、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）などの無線通信を介して情報を送受信することができる。

【0022】

ＲＢＭＳ１５０は、ＭＢＭＳ１０から電池モジュール１のＳＯＣに対する情報を受信することができる。但し、本発明は、これに限定されず、ＲＢＭＳ１５０は、ＭＢＭＳ１０から電池モジュール１の電池セルそれぞれのＳＯＣに対する情報を受信することもできる。ＲＢＭＳ１５０は、電池モジュール１の電池セルそれぞれのＳＯＣに対する情報に基づいて、電池モジュール１のＳＯＣを計算することもできる。

【0023】

上記で言及したように、残りのＭＢＭＳ２０～ｎ０は、ＭＢＭＳ１０と実質的に同一の動作を提供する。すなわち、ＲＢＭＳ１５０は、ＭＢＭＳ１０～ｎ０から電池モジュール１～ｎそれぞれのＳＯＣに対する情報を受信することができる。ＲＢＭＳ１５０は、電池モジュール１～ｎそれぞれのＳＯＣに対する情報に基づいて、電池モジュール１～ｎ間の無線充電を制御することができる。

【0024】

ＲＢＭＳ１５０は、電池モジュール１～ｎのうち隣り合った電池モジュール間のＳＯＣ差の絶対値の和が減少するように、電池モジュール１～ｎ間の無線充電の方向および大きさを決定することができる。

【0025】

電池モジュール１～ｎは、ＲＢＭＳ１５０の制御により、隣り合った電池モジュールと無線充電動作を行うことができる。具体的に、電池モジュール１は、ＲＢＭＳ１５０の制御により、電池モジュール２に電力を送信するか、または電池モジュール２から電力を受信することができる。ＭＢＭＳ１０は、ＲＢＭＳ１５０から受信された情報に基づいて、電池モジュール１が電池モジュール２に電力を送信するか、または電池モジュール２から電力を受信するように、電池モジュール１を制御することができる。電池モジュール１は、電池モジュール１のアンテナを介して電力を送信または受信することができる。

【0026】

電池モジュール２は、ＲＢＭＳ１５０の制御により、電池モジュール１に電力を送信するか、または電池モジュール１から電力を受信することができる。電池モジュール２は、電池モジュール１と対向する一面に位置したアンテナを介して、電池モジュール１に電力を送信するか、または電池モジュール１から電力を受信することができる。但し、電池モジュール２は、１つの電池モジュール２と無線充電動作を行う電池モジュール１とは異なり、電池モジュール１、３と無線充電動作を行うことができる。電池モジュール２は、電池モジュール１、３間に位置する電池モジュールであることができる。すなわち、端に位置する電池モジュール１、ｎを除いた残りの電池モジュールそれぞれは、最も近くに位置する２つの電池モジュールと無線充電動作を行うことができる。

【0027】

図２ａおよび図２ｂは、図１の電池モジュール２の構造を示す概念図である。図２ａは、電池モジュール２の構造を示す斜視図であり、図２ｂは、電池モジュール２の構造を示す側面図である。

【0028】

電池モジュール２は、充放電回路２１、２２、アンテナ２３、アンテナ２４、電池セル（図示せず）、および図１のＭＢＭＳ２０を含むことができる。
ＭＢＭＳ２０は、充放電回路２１、２２を介して、電池セルの電圧を測定することができる。ＭＢＭＳ２０は、電池セルの電圧それぞれを測定するか、または電池モジュール２の電圧を測定することができる。電池モジュール２の電圧は、電池セルの電圧の和であることができる。図１を参照して説明されたように、ＭＢＭＳ２０は、測定された電圧値に基づいて、電池モジュール２のＳＯＣを計算することができる。

【0029】

図１の電池モジュール１、３との無線充電のために、電池モジュール２は、電池モジュール１、３と対向する面にそれぞれアンテナ２３、２４を含むことができる。電池モジュール２は、電池モジュール１と対向する面に位置するアンテナ２３を介して、電池モジュール１に電力を送信するか、または電池モジュール１から電力を受信することができる。また、電池モジュール２は、電池モジュール３と対向する面に位置するアンテナ２４を介して、電池モジュール３に電力を送信するか、または電池モジュール３から電力を受信することができる。

【0030】

図３は、一実施形態に係る図１の電池モジュール２の構成を示すブロック図である。
電池モジュール２は、ＭＢＭＳ２０、充放電回路２１、２２、アンテナ２３、２４、および電池セル２５を含むことができる。

【0031】

ＭＢＭＳ２０は、電池セル２５に対する情報を取得することができる。ＭＢＭＳ２０は、電池セル２５に対する情報を図１のＲＢＭＳ１５０に出力することができる。図１のＲＢＭＳ１５０は、ＭＢＭＳ２０から受信された情報に基づいて、図１の電池モジュール１～ｎ間の無線充電を制御することができる。

【0032】

ＭＢＭＳ２０は、ＲＢＭＳ１５０の制御に応じて、電池モジュール１および／または電池モジュール３に電力を送信するように充放電回路２１、２２を制御するか、または電池モジュール１および／または電池モジュール３から電力を受信するように充放電回路２１、２２を制御することができる。充放電回路２１、２２は、ＭＢＭＳ２０の制御に応じて、アンテナ２３、２４を介して、電池モジュール１、３に電力を出力するか、または電池モジュール１、３から電力を受信することができる。

【0033】

充放電回路２１、２２は、アンテナ２３、２４を介して受信された電力を用いて、電池セル２５を充電することができる。また、充放電回路２１、２２は、電池セル２５から取得した電力をアンテナ２３、２４を介して出力することができる。

【0034】

図４は、一実施形態に係る図１の電池モジュール１～ｎ間の無線充電を説明するための概念図である。図４を参照して、図１のＲＭＢＳ１５０が電池モジュール１～ｎ間の無線充電の方向および大きさを設定する方法を説明する。

【0035】

電池モジュール１～ｎのうち任意の電池モジュールは、残りの電池モジュールのうち近接して位置する１つ以上の電池モジュールと無線充電することができる。例として、電池モジュール２は、一列に羅列された電池モジュール１～ｎのうち両側の電池モジュール１、３と無線充電することができる。

【0036】

ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール１～ｎのＳＯＣ値に対する情報を受信することができる。図４を参照する説明において、電池モジュール１～ｎのＳＯＣ値は、それぞれＡ（％）、Ｂ（％）、Ｃ（％）、Ｄ（％）～Ｎ（％）である。

【0037】

図４を参照する説明において、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間の無線充電効率は、「ｋ_ａｂ」で表される。電池モジュールａと電池モジュールｂとの間の無線充電効率ｋ_ａｂは、電池モジュールａ、ｂのうち、送信電池モジュールから出力された電力に対する、受信電池モジュールに受信された電力の大きさであることができる。電池モジュールａ、ｂのうち、送信電池モジュールは、無線充電時、電力を送信する電池モジュールであり、受信電池モジュールは、送信電池モジュールから電力を受信する電池モジュールである。例として、電池モジュール１と電池モジュール２との間の無線充電効率は、「ｋ_１２」で表される。

【0038】

本明細書において、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間の無線充電時、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間で移動する充電電力は、「ｅ_ａｂ」で表される。充電電力ｅ_ａｂの絶対値は、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間で移動する充電電力の大きさを示し、充電電力ｅ_ａｂの符号は、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間で移動する充電電力の方向を示す。充電電力ｅ_ａｂが正数である場合、電池モジュールａは、充電電力ｅ_ａｂの絶対値だけの電力を電池モジュールｂに伝送することができる。充電電力ｅ_ａｂが負数である場合、電池モジュールｂは、充電電力ｅ_ａｂの絶対値だけの電力を電池モジュールａに伝送することができる。

【0039】

ＲＭＢＳ１５０は、以下の数式１に基づいて、充電電力ｅ_１２～ｅ_ｍｎを計算することができる。

【0040】

【数1】

【0041】

数式１中、「Ｅ０」は、変換電力を示すことができる。ＲＭＢＳ１５０は、以下の数式２に基づいて、変換電力Ｅ０を計算することができる。変換電力Ｅ０は、電池モジュールを充電するのに必要な電力量を意味し得る。

【0042】

【数2】

【0043】

ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール１～ｎから受信された情報、数式１および数式２に基づいて、充電電力ｅ_１２～ｅ_ｍｎを計算することができる。ＲＭＢＳ１５０は、充電電力ｅ_１２～ｅ_ｍｎに対する情報を、電池モジュール１～ｎのうち前記充電電力と関わる電池モジュールに出力することができる。例として、ＲＭＢＳ１５０は、充電電力ｅ_１２に対する情報を電池モジュール１、２に出力することができる。電池モジュール１～ｎそれぞれは、ＲＭＢＳ１５０から受信された情報に基づいて、無線充電動作を行うことができる。

【0044】

電池モジュールａ、ｂ間の無線充電効率ｋ_ａｂは、電池モジュールａ、ｂ間の距離、電池モジュールａ、ｂのアンテナの種類、アンテナを構成するコイルの回転数などに影響を受け得る。１つの電池ラック１００に含まれた電池モジュール１～ｎは、実質的に同一の構造を有するため、電池モジュール１～ｎ間の無線充電効率ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４～ｋ_ｍｎは、ほぼ近似した値であることができる。よって、ＲＭＢＳ１５０は、計算の便宜上、電池モジュール１～ｎ間の無線充電効率ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４～ｋ_ｍｎが同一の値ｋ_０を有するものと仮定することもできる。この場合、ＲＭＢＳ１５０は、以下の数式３に基づいて、充電電力ｅ_１２～ｅ_ｍｎを計算することができる。

【0045】

【数3】

【0046】

但し、本発明は、これに限定されず、ＲＭＢＳ１５０は、計算の便宜および計算の正確度を全て考慮して、無線充電効率ｋ_１２、ｋ_２３、ｋ_３４～ｋ_ｍｎのうち一部の無線充電効率だけを同一の値に仮定し、充電電力ｅ_１２～ｅ_ｍｎを計算することもできる。

【0047】

図５ａは、一実施形態に係る、図１のＲＭＢＳ１５０により計算された充電電力ｅ_１２～ｅ_３４を示す図である。図５ｂは、図５ａで計算された充電電力ｅ_１２～ｅ_３４に応じて、電池モジュール１～４間に移動する充電電力を示す図である。

【0048】

図５ａおよび図５ｂを参照する説明において、ＲＭＢＳ１５０は、計算の便宜上、電池モジュール１～４間の無線充電効率が同一の値「０．７」を有するものと仮定する。また、図５ａおよび図５ｂを参照する説明において、電池モジュール１～４のＳＯＣ値は、それぞれ７０％、９０％、８０％、６０％であるものと仮定し、変換電力Ｅ０は、１０＊１０^４［ｍＷｈ］であるものと仮定する。
図５ａおよび図５ｂを参照する説明においては、説明の便宜上、４個の電池モジュール１～４間に無線充電が行われるものと仮定するが、本発明は、これに限定されない。

【0049】

ＲＭＢＳ１５０は、図４を参照して説明された数式２に基づいて、充電電力ｅ_１２～ｅ_３４を計算することができる。計算の結果、充電電力ｅ_１２～ｅ_３４は、それぞれ－２７０［Ｗｈ］、１５４０［Ｗｈ］、１８４０［Ｗｈ］であることができる。計算結果に応じて、ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール２から電池モジュール１に２７０［Ｗｈ］が出力されるように、電池モジュール２および電池モジュール１を制御することができる。ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール２から電池モジュール３に１５４０［Ｗｈ］が出力されるように、電池モジュール２および電池モジュール３を制御することができる。ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール３から電池モジュール４に１８４０［Ｗｈ］が出力されるように、電池モジュール３および電池モジュール４を制御することができる。
ＲＭＢＳ１５０の制御に応じた電池モジュール１～４間の無線充電により、電池モジュール１～４間のセルバランシングがなされることができる。

【0050】

図６は、図５ｂの電池モジュール１～４間の無線充電動作を説明するフローチャートである。
図６を参照して、図５ｂの電池モジュール１～４がＲＭＢＳ１５０の制御に応じた無線充電動作を行う方法を説明する。

【0051】

Ｓ１１０の動作において、電池モジュール１は、電池モジュール１のＳＯＣ値に対する情報をＲＭＢＳ１５０に出力することができる。
Ｓ１１２の動作において、電池モジュール２は、電池モジュール２のＳＯＣ値に対する情報をＲＭＢＳ１５０に出力することができる。

【0052】

Ｓ１１４の動作において、電池モジュール３は、電池モジュール３のＳＯＣ値に対する情報をＲＭＢＳ１５０に出力することができる。
Ｓ１１６の動作において、電池モジュール４は、電池モジュール４のＳＯＣ値に対する情報をＲＭＢＳ１５０に出力することができる。

【0053】

Ｓ２００の動作において、ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール１～４から受信された情報（例えば、ＳＯＣ値）に基づいて、充電電力ｅ_１２、ｅ_２３、ｅ_３４を計算することができる。但し、本発明は、これに限定されず、電池モジュール１～４は、電池セルそれぞれの電圧や、電池セルの電圧の和を出力することもできる。ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール１～４から受信される情報に基づいて、電池モジュール１～４のＳＯＣ値を計算し、充電電力ｅ_１２、ｅ_２３、ｅ_３４を計算することができる。

【0054】

Ｓ３１０の動作において、ＲＭＢＳ１５０は、充電電力ｅ_１２に対する情報を電池モジュール１に出力することができる。電池モジュール１は、ＲＭＢＳ１５０から受信された情報に基づいて、電力を受信するための準備をすることができる。

【0055】

Ｓ３２０の動作において、ＲＭＢＳ１５０は、充電電力ｅ_１２、ｅ_２３に対する情報を電池モジュール２に出力することができる。電池モジュール２は、ＲＭＢＳ１５０から受信された情報に基づいて、電力を出力するための準備をすることができる。

【0056】

Ｓ３３０の動作において、ＲＭＢＳ１５０は、充電電力ｅ_２３、ｅ_３４に対する情報を電池モジュール３に出力することができる。電池モジュール３は、ＲＭＢＳ１５０から受信された情報に基づいて、電力を出力するための準備および電力を受信するための準備をすることができる。

【0057】

Ｓ３４０の動作において、ＲＭＢＳ１５０は、充電電力ｅ_３４に対する情報を電池モジュール４に出力することができる。電池モジュール４は、ＲＭＢＳ１５０から受信された情報に基づいて、電力を受信するための準備をすることができる。

【0058】

Ｓ４００の動作において、電池モジュール２は、Ｓ３２０の動作により受信された情報に基づいて、電池モジュール１に充電電力ｅ_１２を出力することができる。
Ｓ４５０の動作において、電池モジュール１は、Ｓ３２０の動作により受信された情報に基づいて、電池モジュール２から充電電力ｅ_１２を受信することができる。電池モジュール１は、電池モジュール２から受信される充電電力ｅ_１２を用いて、電池モジュール１の電池セルを充電することができる。

【0059】

Ｓ５００の動作において、電池モジュール２は、Ｓ３２０の動作により受信された情報に基づいて、電池モジュール３に充電電力ｅ_２３を出力することができる。
Ｓ５５０の動作において、電池モジュール３は、Ｓ３３０の動作により受信された情報に基づいて、電池モジュール２から充電電力ｅ_２３を受信することができる。電池モジュール３は、電池モジュール２から受信される充電電力ｅ_２３を用いて、電池モジュール３の電池セルを充電することができる。

【0060】

Ｓ６００の動作において、電池モジュール３は、Ｓ３３０の動作により受信された情報に基づいて、電池モジュール４に充電電力ｅ_３４を出力することができる。
Ｓ６５０の動作において、電池モジュール４は、Ｓ３４０の動作により受信された情報に基づいて、電池モジュール３から充電電力ｅ_３４を受信することができる。電池モジュール４は、電池モジュール３から受信される充電電力ｅ_３４を用いて、電池モジュール４の電池セルを充電することができる。

【0061】

図７は、他の実施形態に係る図１の電池モジュール１～４間の無線充電を説明するための概念図である。説明の便宜上、図１の電池モジュール１～ｎのうち４個の電池モジュール１～４間の無線充電のみを説明するが、前記無線充電方法は、電池モジュール１～ｎに拡大して適用可能であることは明らかである。

【0062】

図４を参照して説明されたように、電池モジュール１～４のうち任意の電池モジュールは、近接して位置する１つ以上の電池モジュールと無線充電することができる。例として、電池モジュール２は、一列に羅列された電池モジュール１～４のうち両側の電池モジュール１、３と無線充電することができる。

【0063】

電池モジュール１～４のＳＯＣ値は、それぞれＡ（％）、Ｂ（％）、Ｃ（％）、Ｄ（％）である。ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール１～４のＳＯＣ値に対する情報を受信することができる。

【0064】

図７を参照すると、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間の無線充電時、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間で移動する充電電力は、「ｐ_ａｂ」で表される。充電電力ｐ_ａｂの絶対値は、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間で移動する充電電力の大きさを示し、充電電力ｐ_ａｂの符号は、電池モジュールａと電池モジュールｂとの間で移動する充電電力の方向を示す。充電電力ｐ_ａｂが正数である場合、電池モジュールａは、充電電力ｐ_ａｂの絶対値だけの電力を電池モジュールｂに伝送することができる。充電電力ｐ_ａｂが負数である場合、電池モジュールｂは、充電電力ｐ_ａｂの絶対値だけの電力を電池モジュールａに伝送することができる。

【0065】

ＲＭＢＳ１５０は、以下の数式４に基づいて、充電電力ｐ_ａｂを計算することができる。

【0066】

【数4】

【0067】

数式４における変換電力Ｅ０は、数式２により計算することができる。数式４における変換値ｈ０は、電池モジュールａ、ｂ間の無線充電効率、電池モジュールａ、ｂ間の距離、電池モジュールａ、ｂのＳＯＣ値、電池モジュールａ、ｂのアンテナの種類、アンテナを構成するコイルの回転数に基づいて決定することができる。変換値ｈ０は、電池モジュールａ、ｂのＳＯＣ値に基づいて変わる値であってもよい。

【0068】

図８は、図７を参照して説明された方法により、電池モジュール１～４間に移動する充電電力を示す図である。
図７を参照する説明において、ＲＭＢＳ１５０は、計算の便宜上、変換電力Ｅ０は、１０^４［Ｗｈ］であるものと仮定する。図８を参照する説明においては、説明の便宜上、４個の電池モジュール１～４間に無線充電が行われるものと仮定するが、本発明は、これに限定されない。

【0069】

ＲＭＢＳ１５０は、図７を参照して説明された数式４に基づいて、充電電力ｐ１２～ｐ３４を計算することができる。計算の結果、充電電力ｐ１２～ｐ３４は、それぞれ－２０００＊ｈ０［Ｗｈ］、１０００＊ｈ０［Ｗｈ］、２０００＊ｈ０［Ｗｈ］であることができる。計算結果に応じて、ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール２から電池モジュール１に２０００＊ｈ０［Ｗｈ］が出力されるように、電池モジュール２および電池モジュール１を制御することができる。ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール２から電池モジュール３に１０００＊ｈ０［Ｗｈ］が出力されるように、電池モジュール２および電池モジュール３を制御することができる。ＲＭＢＳ１５０は、電池モジュール３から電池モジュール４に２０００＊ｈ０［Ｗｈ］が出力されるように、電池モジュール３および電池モジュール４を制御することができる。
ＲＭＢＳ１５０の制御に応じた電池モジュール１～４間の無線充電により、電池モジュール１～４間のセルバランシングがなされることができる。

【0070】

図９は、本発明の一実施形態に係るＢＭＳのハードウェア構成を示す図である。
図９を参照すると、ＢＭＳ８００は、各種処理および各構成を制御するマイクロコントローラ（ＭＣＵ）８１０と、オペレーティングシステムプログラムおよび各種プログラム（例えば、電池診断プログラム、電圧近似式の算出プログラムなど）などが記録されるメモリ８２０と、電池セルモジュールおよび／または半導体スイッチング素子との間で入力インターフェースおよび出力インターフェースを提供する入出力インターフェース８３０と、有無線通信網を介して外部と通信可能な通信インターフェース８４０とを備えることができる。このように、本発明に係るコンピュータプログラムは、メモリ８２０に記録され、マイクロコントローラ８１０により処理されることで、例えば、図３に示した各機能ブロックを行うモジュールとして実現されてもよい。

【0071】

上述した内容は、本発明を実施するための具体的な実施形態である。本発明は、上述した実施形態だけでなく、単に設計変更されるかまたは容易に変更可能な実施形態も含むことができるであろう。また、本発明は、実施形態を用いて容易に変形して実施可能な技術も含むことができるであろう。よって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定して定めてはならず、後述の特許請求の範囲だけでなく、本発明の特許請求の範囲と均等なものによって定めなければならない。

【符号の説明】

【0072】

１～４ 電池モジュール
１０ ＭＢＭＳ（Ｍｏｄｕｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）
２０ ＭＢＭＳ
２１ 電極、充放電回路
２２ 電極、充放電回路
２３ アンテナ
２４ アンテナ
２５ 電池セル
１００ 電池ラック
１５０ ＲＢＭＳ（Ｒａｃｋ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）８００ ＢＭＳ
８１０ マイクロコントローラ（ＭＣＵ）
８２０ メモリ
８３０ 入出力インターフェース
８４０ 通信インターフェース

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】