特許 7700187 バッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパック

(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】2025-06-20

(45)【発行日】2025-06-30

(54)【発明の名称】バッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパック

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20250623BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20250623BHJP

   H01M 50/569 20210101ALI20250623BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20250623BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20250623BHJP

【ＦＩ】

H02J7/02 H

H01M50/204 401D

H01M50/569

H01M50/284

H01M10/42 P

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2023143730

(22)【出願日】2023-09-05

(65)【公開番号】P2024088578

(43)【公開日】2024-07-02

【審査請求日】2023-09-05

(31)【優先権主張番号】10-2022-0179661

(32)【優先日】2022-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【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】甘 宰宇

【審査官】赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３１９６５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－５４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２００１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０２６７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリー管理装置であって、
前記複数のバッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの状態情報を検出する検出装置、そして
前記複数のバッテリーモジュールのうちの少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換されると交換モードに進入して前記複数のバッテリーモジュールに対するバランシングを行い、前記交換モードで動作する間には各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を行う第１保護機能を活性化する制御装置を含み、
前記制御装置は、前記第１保護機能が活性化されると、前記状態情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対してセル電圧またはＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）の不均衡状態を検出し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記不均衡状態が既設定された第１条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させ、
前記制御装置は、バッテリーモジュールの交換が検出されないと、前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはＳＯＣの状態不均衡により前記保護動作を実行させる、バッテリー管理装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記第１保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、セル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記電圧差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる、請求項１に記載のバッテリー管理装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記第１保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、ＳＯＣが最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルとのＳＯＣ差を獲得し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記ＳＯＣ差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる、請求項１に記載のバッテリー管理装置。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換される前、または前記交換モードで前記複数のバッテリーモジュールに対するバランシングが完了した後にはノーマルモードで動作し、
前記ノーマルモードで動作する間には前記バッテリーパック内での状態不均衡により前記保護動作を行う第２保護機能を活性化し、
前記第２保護機能が活性化されると、前記状態情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはＳＯＣの不均衡状態を検出し、前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはＳＯＣの不均衡状態が既設定された第２条件を満たすと前記保護動作を実行させる、請求項１に記載のバッテリー管理装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記第２保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュール全体でセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得し、前記電圧差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる、請求項４に記載のバッテリー管理装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記第２保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュール全体でＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）が最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルとのＳＯＣ差を獲得し、前記ＳＯＣ差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる、請求項４に記載のバッテリー管理装置。

【請求項7】

前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第２保護機能を非活性化させる、請求項４に記載のバッテリー管理装置。

【請求項8】

前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第２保護機能を行う関数を実行しないことによって前記第２保護機能を非活性化させる、請求項７に記載のバッテリー管理装置。

【請求項9】

前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第２条件を構成する臨界値を上方調整して前記保護動作が実行されないようにすることによって前記第２保護機能を非活性化させる、請求項７に記載のバッテリー管理装置。

【請求項10】

前記制御装置は、前記ノーマルモードで動作する間、前記第１保護機能を非活性化させる、請求項４に記載のバッテリー管理装置。

【請求項11】

前記制御装置は、入力装置、外部端末または上位制御器のうちの少なくとも一つから受信される交換情報に基づいてバッテリーモジュールの交換を検出する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。

【請求項12】

前記制御装置は、前記複数のバッテリーモジュールから受信される識別情報と既保存された識別情報とを比較してバッテリーモジュールの交換を検出する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。

【請求項13】

前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュールに対して充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。

【請求項14】

互いに直列連結される複数のバッテリーモジュール、そして
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のバッテリー管理装置を含むバッテリーパック。

【請求項15】

複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリー管理方法であって、
バッテリーモジュールの交換が検出されることによって交換モードに転換する段階、
前記交換モードで動作する間、充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容した状態で前記複数のバッテリーモジュールのバランシングを行う段階、そして
前記交換モードで動作する間、各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を実行させる第１保護機能を行う段階を含み、
前記第１保護機能を行う段階は、
前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対してセル電圧またはＳＯＣの第１不均衡状態を獲得する段階、そして
前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記第１不均衡状態が既設定された第１条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると前記保護動作を実行させる段階を含み、
前記バッテリー管理方法は、バッテリーモジュールの交換が検出されないと、前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはＳＯＣの状態不均衡により前記保護動作を実行させる段階をさらに含む、バッテリー管理方法。

【請求項16】

前記第１不均衡状態を獲得する段階は、
前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、セル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得する段階、または
前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、ＳＯＣが最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルとのＳＯＣ差を獲得する段階を含み、
前記保護動作を実行させる段階は、
前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記電圧差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる段階、または
前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記ＳＯＣ差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる段階を含む、請求項１５に記載バッテリー管理方法。

【請求項17】

バッテリーモジュールの交換が検出されないと、前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはＳＯＣの状態不均衡により前記保護動作を実行させる段階は、
バッテリーモジュールの交換が検出されないと、ノーマルモードで動作する段階、
前記ノーマルモードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュールの状態により前記複数のバッテリーモジュールの充放電を制御する段階、そして
前記ノーマルモードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュール全体での状態不均衡により前記保護動作を実行させる第２保護機能を行う段階を含み、
前記第２保護機能を行う段階は、
前記複数のバッテリーモジュール全体に対してセル電圧またはＳＯＣの第２不均衡状態を獲得する段階、そして
前記第２不均衡状態が既設定された第２条件を満たすと前記保護動作を実行させる段階を含む、請求項１５に記載バッテリー管理方法。

【請求項18】

前記第２不均衡状態を獲得する段階は、
前記複数のバッテリーモジュール全体でセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得する段階、または
前記複数のバッテリーモジュール全体でＳＯＣが最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルとのＳＯＣ差を獲得する段階を含み、
前記保護動作を実行させる段階は、
前記電圧差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる段階、または
前記ＳＯＣ差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる段階を含む、請求項１７に記載のバッテリー管理方法。

【請求項19】

前記交換モードで動作する間、前記第２保護機能を非活性化させる段階をさらに含む、請求項１７に記載のバッテリー管理方法。

【請求項20】

前記非活性化させる段階は、
前記第２保護機能を行う関数を実行しないことによって前記第２保護機能を非活性化させる段階、または
前記第２条件を構成する臨界値を上方調整して前記保護動作が実行されないようにすることによって前記第２保護機能を非活性化させる段階を含む、請求項１９に記載のバッテリー管理方法。

【請求項21】

入力装置、外部端末または上位制御器のうちの少なくとも一つから受信される交換情報に基づいてバッテリーモジュールの交換を検出する段階をさらに含む、請求項１５に記載のバッテリー管理方法。

【請求項22】

前記複数のバッテリーモジュールから受信される識別情報と既保存された識別情報とを比較してバッテリーモジュールの交換を検出する段階をさらに含む、請求項１５に記載のバッテリー管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、バッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパックに関する。

【背景技術】

【0002】

二次バッテリー（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電および放電が繰り返され得るという点で、化学物質の電気エネルギーへの非可逆的変換のみを提供する一次バッテリー（ｐｒｉｍａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）とは異なる。低容量の二次バッテリーは、携帯電話、ノートパソコン、およびカムコーダーのような小型電子装置の電源装置として使用され、高容量の二次バッテリーは、ハイブリッド自動車などの電源装置として使用される。

【0003】

一般的に、二次バッテリーセルは、正極、負極、および正極と負極との間に介されたセパレータを含む電極組立体、電極組立体を収容するケース、そして電極組立体と電気的に連結されている電極端子を含む。正極、負極、および電解質溶液の電気化学的反応を通じてバッテリーセルの充放電を可能にするために、ケースに電解液が注入される。円筒形または長方形のようなケースの形状はバッテリーセルの用途により異なる。

【0004】

バッテリーセルは、互いに直列および／または並列連結されて高いエネルギー密度を有するバッテリーモジュールを構成することができる。バッテリーパックは、要求される仕様によりこのようなバッテリーモジュールを一つ以上含めて構成され得る。

【0005】

従来はバッテリーパックを構成するバッテリーセルまたはバッテリーモジュールのうちのいずれか一つに故障が発生してもバッテリーパック全体を交換しなければならないため、交換費用が過度に発生するという問題があった。そのために、最近は故障が発生したバッテリーセルまたはバッテリーモジュールのみを交換するための試みが続いている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示を通じて解決しようとする課題は、故障が発生したバッテリーモジュールのみを交換することが可能であり、バッテリーモジュールが交換される場合、交換されたバッテリーモジュールと既存のバッテリーモジュールとの間の電圧または容量などの状態バランシングが迅速に行われ得るバッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するための一実施形態による複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリー管理装置は、前記複数のバッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの状態情報を検出する検出装置、そして前記複数のバッテリーモジュールのうちの少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換されると交換モードに進入して前記複数のバッテリーモジュールに対するバランシングを行い、前記交換モードで動作する間には各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を行う第１保護機能を活性化する制御装置を含むことができる。前記制御装置は、前記第１保護機能が活性化されると、前記状態情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対してセル電圧またはＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）の不均衡状態を検出し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記不均衡状態が既設定された第１条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させることができる。

【0008】

前記制御装置は、前記第１保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、セル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記電圧差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させることができる。

【0009】

前記制御装置は、前記第１保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、ＳＯＣが最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルとのＳＯＣ差を獲得し、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記ＳＯＣ差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させることができる。

【0010】

前記制御装置は、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールが交換される前、または前記交換モードで前記複数のバッテリーモジュールに対するバランシングが完了した後にはノーマルモードで動作し、前記ノーマルモードで動作する間には前記バッテリーパック内での状態不均衡により前記保護動作を行う第２保護機能を活性化し、前記第２保護機能が活性化されると、前記状態情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはＳＯＣの不均衡状態を検出し、前記複数のバッテリーモジュール全体でのセル電圧またはＳＯＣの不均衡状態が既設定された第２条件を満たすと前記保護動作を実行させることができる。

【0011】

前記制御装置は、前記第２保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュール全体でセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得し、前記電圧差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させることができる。

【0012】

前記制御装置は、前記第２保護機能が活性化されると、前記複数のバッテリーモジュール全体でＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）が最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルとのＳＯＣ差を獲得し、前記ＳＯＣ差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させることができる。

【0013】

前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第２保護機能を非活性化させることができる。

【0014】

前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第２保護機能を行う関数を実行しないことによって前記第２保護機能を非活性化させることができる。

【0015】

前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記第２条件を構成する臨界値を上方調整して前記保護動作が実行されないようにすることによって前記第２保護機能を非活性化させることもできる。

【0016】

前記制御装置は、前記ノーマルモードで動作する間、前記第１保護機能を非活性化させることができる。

【0017】

前記制御装置は、入力装置、外部端末または上位制御器のうちの少なくとも一つから受信される交換情報に基づいてバッテリーモジュールの交換を検出することができる。

【0018】

前記制御装置は、前記複数のバッテリーモジュールから受信される識別情報と既保存された識別情報とを比較してバッテリーモジュールの交換を検出することもできる。

【0019】

前記制御装置は、前記交換モードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュールに対して充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容することができる。

【0020】

一実施形態によるバッテリーパックは、互いに直列連結される複数のバッテリーモジュール、前述した特徴のうちの少なくとも一つを含むバッテリー管理装置を含むことができる。

【0021】

一実施形態によるバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックのバッテリー管理方法は、バッテリーモジュールの交換が検出されることによって交換モードに転換する段階、前記交換モードで動作する間、充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容した状態で前記複数のバッテリーモジュールのバランシングを行う段階、そして前記交換モードで動作する間、各バッテリーモジュール内での状態不均衡により保護動作を実行させる第１保護機能を行う段階を含むことができる。前記第１保護機能を行う段階は、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対してセル電圧またはＳＯＣの第１不均衡状態を獲得する段階、そして前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記第１不均衡状態が既設定された第１条件を満たすバッテリーモジュールが検出されると前記保護動作を実行させる段階を含むことができる。

【0022】

前記第１不均衡状態を獲得する段階は、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、セル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得する段階、または前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに対して、ＳＯＣが最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルとのＳＯＣ差を獲得する段階を含むことができる。前記保護動作を実行させる段階は、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記電圧差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる段階、または前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記ＳＯＣ差が臨界値以上であるバッテリーモジュールが検出されると、前記保護動作を実行させる段階を含むことができる。

【0023】

前記バッテリー管理方法は、バッテリーモジュールの交換が検出されないと、ノーマルモードで動作する段階、前記ノーマルモードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュールの状態により前記複数のバッテリーモジュールの充放電を制御する段階、そして前記ノーマルモードで動作する間、前記複数のバッテリーモジュール全体での状態不均衡により前記保護動作を実行させる第２保護機能を行う段階をさらに含むことができる。前記第２保護機能を行う段階は、前記複数のバッテリーモジュール全体に対してセル電圧またはＳＯＣの第２不均衡状態を獲得する段階、そして前記第２不均衡状態が既設定された第２条件を満たすと前記保護動作を実行させる段階を含むことができる。

【0024】

前記第２不均衡状態を獲得する段階は、前記複数のバッテリーモジュール全体でセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルとの電圧差を獲得する段階、または前記複数のバッテリーモジュール全体でＳＯＣが最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルとのＳＯＣ差を獲得する段階を含むことができる。前記保護動作を実行させる段階は、前記電圧差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる段階、または前記ＳＯＣ差が臨界値以上である場合、前記保護動作を実行させる段階を含むことができる。

【0025】

前記バッテリー管理方法は、前記交換モードで動作する間、前記第２保護機能を非活性化させる段階をさらに含むことができる。

【0026】

前記非活性化させる段階は、前記第２保護機能を行う関数を実行しないことによって前記第２保護機能を非活性化させる段階、または前記第２条件を構成する臨界値を上方調整して前記保護動作が実行されないようにすることによって前記第２保護機能を非活性化させる段階を含むことができる。

【0027】

前記バッテリー管理方法は、入力装置、外部端末または上位制御器のうちの少なくとも一つから受信される交換情報に基づいてバッテリーモジュールの交換を検出する段階をさらに含むことができる。

【0028】

前記バッテリー管理方法は、前記複数のバッテリーモジュールから受信される識別情報と既保存された識別情報とを比較してバッテリーモジュールの交換を検出する段階をさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0029】

本開示によれば、故障が発生したバッテリーモジュールのみを交換することが可能であり、バッテリーモジュールが交換される場合、交換されたバッテリーモジュールと既存のバッテリーモジュールとの間のバランシングが迅速に行われ得る。

【0030】

また、バッテリーモジュールの交換によりバランシングが行われる間にはパック単位の保護動作を制限することによって不必要な保護動作が行われることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示す。

【図2】一実施形態によるバッテリーパックのバッテリー管理方法を概略的に示す。

【図3】一実施形態によるバッテリーパックのモジュール不均衡保護機能を行う方法を概略的に示す。

【図4】一実施形態によるバッテリーパックのパック不均衡保護機能を行う方法を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。以下、添付した図面を参照して実施形態の効果および特徴、そしてその具現方法を詳しく説明する。図面において、同一の参照符号は同一の構成要素を示し、それに関する重複する説明は省略される。しかし、本発明は、多様な形態に具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されると解釈されてはならない。むしろ、これら実施形態は本開示が徹底かつ完全になることができるように例として提供され、通常の技術者に本発明の様態および特徴を十分に伝達する。

【0033】

したがって、本発明の様態および特徴の完全な理解のために、当業者に必要でないと考慮されるプロセス、要素、および技術は説明されないことがある。図面において、素子、層、および領域の相対的な大きさは明確性のために誇張され得る。

【0034】

本文書で「および／または」という用語は、関連して列挙された複数の項目の全ての組み合わせまたは任意の組み合わせを含む。本発明の実施形態を記述する時、「～することができる」を使用することは、「本発明の一つ以上の実施形態」を意味する。本発明の実施形態に関する以下の説明において、単数の形態の用語は、文脈に異なるように明示されない限り、複数の形態を含むことができる。

【0035】

「第１」および「第２」の用語は、多様な構成要素を説明することに使用されるが、これら構成要素はこの用語により限定されない。この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。例えば、本発明の権利範囲を逸脱せずに第２構成要素は第１構成要素と命名されてもよく、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名されてもよい。

【0036】

本文書で、一つの構成要素または層が他の構成要素または層に対して「上に」、「連結された」、または「結合された」と記載される場合において、「上に」、「連結された」および「結合された」とは、直接、または一つ以上の他の構成要素または層を介して形成されることを全て含む。また、一つの構成要素または層が２個の構成要素または層の「間」にあると記載される場合、２個の構成要素または層の間の唯一の構成要素または層であるか、一つ以上の介された他の要素または層が存在すると理解されなければならない。

【0037】

本文書で、２個の構成要素を「電気的に連結」するということは、２個の構成要素を直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）連結する場合だけでなく、２個の構成要素の間に他の構成要素を経て連結する場合も含むことができる。他の構成要素は、スイッチ、抵抗、キャパシタなどを含むことができる。実施形態を説明するに当たり、「連結」するという表現は、直接連結するという表現がない場合には、電気的に連結することを意味する。

【0038】

以下、必要な図面を参照して一実施形態によるバッテリー管理方法、およびこれを行うバッテリー管理装置およびバッテリーパックについて詳しく説明する。

【0039】

図１は一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示す。

【0040】

図１を参照すれば、一実施形態によるバッテリーパック１０は、バッテリー１１と、バッテリー１１のバランシングを管理するためのバッテリー管理装置を含むことができる。また、バッテリー管理装置は、検出装置１２、バランシング装置１３および制御装置１４を含むことができる。

【0041】

バッテリー１１は、互いに直列連結される複数のバッテリーモジュール１１１を含むことができる。複数のバッテリーモジュール１１１は、互いに直列または並列連結され得る。各バッテリーモジュール１１１は、互いに直列または並列連結される複数のセル（図示せず）を含むことができる。

【0042】

検出装置１２は、バッテリー１１の状態（電圧、電流、温度など）を感知して、バッテリー１１の状態を示す状態情報を検出することができる。検出装置１２は、バッテリー１１を構成する各セルまたは各バッテリーモジュール１１１の電圧を検出することができる。検出装置１２は、バッテリーモジュール１１１またはバッテリー１１を構成する各バッテリーモジュール１１１を流れる電流を検出することもできる。検出装置１２は、バッテリー１１の少なくとも一地点での温度を検出することもできる。

【0043】

バランシング装置１３は、バッテリー１１を構成するバッテリーセルのバランシング動作を行うことができる。

【0044】

制御装置１４は、検出装置１２からバッテリーモジュール１１１の状態情報（電圧、電流、温度）を受信することができる。制御装置１４は、検出装置１２から受信された状態情報に基づいてバッテリーモジュール１１１の状態（電圧、電流、温度、充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）、寿命（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ、ＳＯＨ）など）をモニタリングすることができる。また、制御装置１４は、状態モニタリング結果に基づいて、制御機能（例えば、温度制御、バランシング制御、充放電制御など）、保護機能（例えば、過放電、過充電、過電流防止など）などを行うこともできる。また、制御装置１４は、バッテリーパック１０の外部装置（例えば、上位制御器など）との通信機能を行うこともできる。

【0045】

制御装置１４は、バッテリー１１を構成するバッテリーモジュール１１１の交換の有無を検出し、バッテリーモジュール１１１の交換が検出されると交換されたバッテリーモジュール１１１と既存のバッテリーモジュール１１１との間の電圧不均衡（ｉｍｂａｌａｎｃｅ）が迅速に解消され得るようにバッテリー１１の充放電動作および保護動作を制御することもできる。このために、制御装置１４は、交換検出部１４１、充放電制御部１４２、バランシング制御部１４３、および保護部１４４を含むことができる。

【0046】

交換検出部１４１は、バッテリー１１を構成するバッテリーモジュール１１１の交換を検出することができる。バッテリーモジュール１１１の交換検出動作は多様な方式により行われ得る。

【0047】

例えば、バッテリーモジュール１１１の交換情報は、バッテリーパック１０の交換作業を行った作業者により制御装置１４の交換検出部１４１に入力され得る。作業者は、入力装置（図示せず）を通じて交換されたバッテリーモジュール１１１の識別情報、位置情報などを入力し、入力された情報は入力装置から制御装置１４の交換検出部１４１に伝達され得る。作業者は、作業者端末（図示せず）またはバッテリーパック１０の上位制御器に交換されたバッテリーモジュール１１１の識別情報、位置情報などを入力し、入力された情報は有無線通信を通じて作業者端末または上位制御器から制御装置１４の交換検出部１４１に伝達されることもできる。

【0048】

また、例えば、交換検出部１４１は、バッテリー１１を構成するバッテリーモジュール１１１から各バッテリーモジュール１１１を識別するための固有の識別情報（例えば、シリアル番号など）を受信し、これに基づいてバッテリーモジュール１１１の交換を検出することもできる。交換検出部１４１は、バッテリーパック１０の内部メモリ（図示せず）に既保存されたバッテリーモジュール１１１の識別情報と、バッテリーモジュール１１１から新たに受信された識別情報とを比較し、少なくとも一つのバッテリーモジュール１１１からメモリに保存された識別情報と異なる識別情報が受信された場合、対応するバッテリーモジュール１１１が交換されたと判断することができる。

【0049】

交換検出部１４１により少なくとも一つのバッテリーモジュール１１１の交換が検出されると、制御装置１４は、ノーマルモード（ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ）から交換モード（ｒｅｔｒｏｆｉｔ ｍｏｄｅ）に転換され得る。ノーマルモードは、バッテリーモジュール１１１の交換が発生していない状態での制御装置１４の動作モードであり、交換モードは、少なくとも一つのバッテリーモジュール１１１が交換された状態での制御装置１４の動作モードを示す。

【0050】

充放電制御部１４２は、バッテリー１１の充放電を制御することができる。ノーマルモードでは、バッテリー１１の充電および放電が全て許容され得る。ノーマルモードで、充放電制御部１４２は、バッテリー１１の状態などによりバッテリー１１が充電または放電されるように制御することができる。交換モードでは、バッテリーモジュール１１１の充電および放電のうちの一つの動作のみが許容され得る。例えば、充放電制御部１４２は、制御装置１４が交換モードで動作すれば、バッテリー１１の充電のみを許容し、バッテリー１１の放電を制限することができる。また、例えば、充放電制御部１４２は、制御装置１４が交換モードで動作すれば、バッテリー１１の放電のみを許容し、バッテリー１１の充電を制限することもできる。このように交換モードで充電および放電のうちのいずれか一つのみを許容する場合、バッテリーモジュール１１１の交換による電圧不均衡を迅速に解消することができる。交換モードで充電および放電のうちのいずれの動作を行うのかは使用者により予め設定され得、充放電制御部１４２は既設定された設定情報により充電および放電のうちのいずれか一つの動作のみを許容することができる。

【0051】

バランシング制御部１４３は、検出装置１２を通じて受信されるバッテリー１１の状態情報に基づいてバランシング装置１３のバランシング動作を制御することができる。バランシング制御部１４３は、既設定された設定情報により、トップバランシング（ｔｏｐ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）およびボトムバランシング（ｂｏｔｔｏｍ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）方式のうちの少なくとも一つの方式でバッテリーセルのバランシングが行われるようにバランシング装置１３を制御することができる。トップバランシングは、バッテリーセルのセル電圧が高い領域で均等化されるようにするバランシング方式であり、ボトムバランシングは、バッテリーセルのセル電圧が低い領域で均等化されるようにするバランシング方式である。トップバランシングの場合、バランシング制御部１４３は、バッテリー１１が充電される間またはバッテリー１１が満充電状態に到達して待機中である状態でバランシングが行われるようにバランシング装置１３を制御することができる。ボトムバランシングの場合、バランシング制御部１４３は、バッテリー１１が放電される間またはバッテリー１１が満放電状態に到達して待機中である状態でバランシングを行うようにバランシング装置１３を制御することができる。

【0052】

交換モードでバッテリー１１の充電のみが許容された場合、バランシング制御部１４３はトップバランシング方式でバッテリーセルのバランシングを行うようにバランシング装置１３を制御することができる。交換モードでバッテリー１１の放電のみが許容された場合、バランシング制御部１４３はボトムバランシング方式でバッテリーセルのバランシングを行うようにバランシング装置１３を制御することができる。

【0053】

交換モードでバッテリーセルのバランシングが完了されると、制御装置１４は交換モードを解除し、ノーマルモードへ復帰することができる。

【0054】

保護部１４４は、バッテリー１１を構成するバッテリーセルの不均衡状態を検出し、これによる保護動作を行うことができる。保護部１４４は、モジュール不均衡保護（ｍｏｄｕｌｅ ｉｍｂａｌａｎｃｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）機能とパック不均衡保護（ｐａｃｋ ｉｍｂａｌａｎｃｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）機能を行うことができる。

【0055】

モジュール不均衡保護機能は、各バッテリーモジュール１１１別にバッテリーセルの不均衡状態を検出し、少なくとも一つのバッテリーモジュール１１１でバッテリーセルの不均衡状態が所定条件を満たすと保護動作（例えば、バッテリー１１の充放電遮断）を行う機能である。つまり、モジュール不均衡保護機能は、バッテリーモジュール単位でバッテリーセルの不均衡状態を検出し、これによる保護動作を行うための機能である。例えば、モジュール不均衡保護機能が活性化されると、保護部１４４はバッテリー１１を構成する各バッテリーモジュール１１１別にセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルを検出し、このように検出された最大セル電圧と最小セル電圧との電圧差（△Ｖ）が臨界値以上であるバッテリーモジュール１１１が存在すれば保護動作を行うことができる。また、例えば、モジュール不均衡保護機能が活性化されると、保護部１４４はバッテリー１１を構成する各バッテリーモジュール１１１別にＳＯＣが最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルを検出し、このように検出された最大ＳＯＣと最小ＳＯＣとのＳＯＣ差（△ＳＯＣ）が臨界値以上であるバッテリーモジュール１１１が存在すれば保護動作を行うこともできる。

【0056】

パック不均衡保護機能は、バッテリー１１を構成するバッテリーセル全体の不均衡状態を検出し、バッテリーセル全体で検出された不均衡状態が所定条件を満たすと保護動作（例えば、バッテリー１１の充放電遮断）を行う機能である。つまり、パック不均衡保護機能は、バッテリーパック単位でバッテリーセルの不均衡状態を検出し、これによる保護動作を行うための機能である。例えば、パック不均衡保護機能が活性化されると、保護部１４４はバッテリー１１を構成するバッテリーセル全体のうちのセル電圧が最大のバッテリーセルとセル電圧が最小のバッテリーセルを検出し、このように検出された最大セル電圧と最小セル電圧との電圧差（△Ｖ）が臨界値以上である場合、保護動作を行うことができる。また、例えば、パック不均衡保護機能が活性化されると、保護部１４４はバッテリー１１を構成するバッテリーセル全体のうちのＳＯＣが最大のバッテリーセルとＳＯＣが最小のバッテリーセルを検出し、このように検出された最大ＳＯＣと最小ＳＯＣとのＳＯＣ差（△ＳＯＣ）が臨界値以上である場合、保護動作を行うこともできる。

【0057】

バッテリー１１を構成する一部のバッテリーモジュール１１１の交換時、パック不均衡保護機能が活性化された状態であれば、交換されたバッテリーモジュール１１１のバッテリーセルと既存のバッテリーモジュール１１１のバッテリーセルとの間の状態不均衡により保護動作が必須で行われ得る。このような保護動作はセルバランシング動作の遂行にも影響を与え得る。したがって、保護部１４４は、制御装置１４の動作モードによりパック不均衡保護機能およびモジュール不均衡保護機能の活性化を制御することができる。例えば、制御装置１４がノーマルモードで動作すれば、保護部１４４はパック不均衡保護機能のみ活性化したり、パック不均衡保護機能とモジュール不均衡保護機能を全て活性化することができる。また、例えば、制御装置１４が交換モードで動作すれば、保護部１４４はパック不均衡保護機能を非活性化し、モジュール不均衡保護機能のみ活性化することもできる。このように、保護部１４４は交換モードでパック不均衡保護機能を非活性化させることによって不必要な保護動作の遂行を防止してバランシング速度を向上させることができる。反面、保護部１４４は交換モードでモジュール不均衡保護機能を活性化することによって安全性を確保することができる。

【0058】

保護部１４４は、各保護機能（パック不均衡保護機能、モジュール不均衡保護機能）で電圧差（△Ｖ）／ＳＯＣ差（△ＳＯＣ）と比較される臨界値を非常に高い値に上方調整して、各保護機能を非活性化することができる。保護部１４４は、各保護機能（パック不均衡保護機能、モジュール不均衡保護機能）を行う関数を呼び出さないことによって、各保護機能を非活性化することもできる。

【0059】

前述した構成の制御装置１４は、バッテリーパック１０のバッテリー管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）により具現され得る。

【0060】

以下、図２乃至図４を参照して一実施形態によるバッテリー管理方法について詳しく説明する。図２乃至図４に示された方法は、図１を参照して説明した制御装置１４により行われ得る。

【0061】

図２は一実施形態によるバッテリーパック１０のバッテリー管理方法を概略的に示す。

【0062】

図２を参照すれば、制御装置１４は、ノーマルモードで動作中（Ｓ１１）、バッテリー１１を構成する少なくとも一つのバッテリーモジュール１１１の交換が検出されると（Ｓ１２）、交換モードに転換することができる（Ｓ１３）。

【0063】

段階Ｓ１２で、制御装置１４は、多様な方式によりバッテリーモジュール１１１の交換を検出することができる。例えば、制御装置１４は、入力装置（図示せず）を通じて作業者からバッテリーモジュール１１１の交換情報の入力を受けたり、有無線通信を通じて外部端末または上位制御器からバッテリーモジュール１１１の交換情報を受信することができる。また、例えば、制御装置１４は、バッテリー１１を構成するバッテリーモジュール１１１から各バッテリーモジュール１１１を識別するための固有の識別情報（例えば、シリアル番号など）を受信し、これに基づいてバッテリーモジュール１１１の交換を検出することもできる。

【0064】

制御装置１４は、交換モードで動作することによってパック不均衡保護機能を非活性化し、モジュール不均衡保護機能を活性化することができる（Ｓ１４）。モジュール不均衡保護機能は、バッテリーモジュール１１１単位でバッテリーセルの不均衡状態による保護動作を行う機能であり、パック不均衡保護機能は、バッテリーパック１０を構成するバッテリーセル全体の不均衡状態による保護動作を行う機能である。モジュール不均衡保護機能を行う方法とパック不均衡保護機能を行う方法については、以下で図３および図４を参照して詳しく説明される。

【0065】

制御装置１４は、交換モードで動作することによって充電および放電のうちのいずれか一つの動作のみを許容することができる（Ｓ１５）。例えば、制御装置１４は、バッテリー１１の充電のみを許容し、バッテリー１１の放電を遮断することができる。また、例えば、制御装置１４は、バッテリー１１の放電のみを許容し、バッテリー１１の充電を遮断することもできる。

【0066】

制御装置１４は、充電および放電のうちのいずれか一つの動作のみが許容された状態でバランシング装置１３を制御してバッテリー１１のセルバランシングを行うことができる（Ｓ１６）。例えば、交換モードでバッテリー１１の充電のみが許容された場合、制御装置１４はバッテリー１１の充電中または満充電後の待機時間の間、トップバランシング方式でバッテリーセルのバランシングを行うようにバランシング装置１３を制御することができる。また、例えば、交換モードでバッテリー１１の放電のみが許容された場合、制御装置１４は、バッテリー１１の放電中または満放電後の待機時間の間、ボトムバランシング方式でバッテリーセルのバランシングを行うようにバランシング装置１３を制御することもできる。

【0067】

交換モードでバッテリーセルのバランシングが完了されると（Ｓ１７）、制御装置１４は交換モードを解除し、再びノーマルモードで動作することができる。

【0068】

図３は一実施形態によるバッテリーパック１０のモジュール不均衡保護機能を行う方法を概略的に示す。

【0069】

図３を参照すれば、制御装置１４は、各バッテリーモジュール１１１に対して最大セル電圧および最小セル電圧、または最大ＳＯＣおよび最小ＳＯＣをそれぞれ獲得することができる（Ｓ２１）。

【0070】

段階Ｓ２１で、制御装置１４は、検出装置１２を通じて各バッテリーモジュール１１１を構成するバッテリーセルのセル電圧を検出し、各バッテリーモジュール１１１別に検出されたセル電圧のうちの最大セル電圧および最小セル電圧を選択することができる。また、制御装置１４は、検出装置１２を通じて検出された状態情報に基づいて各バッテリーモジュール１１１を構成するバッテリーセルのＳＯＣを検出し、各バッテリーモジュール１１１別に検出されたＳＯＣのうちの最大ＳＯＣおよび最小ＳＯＣを選択することもできる。

【0071】

以降、制御装置１４は、各バッテリーモジュール１１１に対して最大セル電圧と最小セル電圧との電圧差（△Ｖ）、または最大ＳＯＣと最小ＳＯＣとのＳＯＣ差（△ＳＯＣ）を算出することができる（Ｓ２２）。制御装置１４は、少なくとも一つのバッテリーモジュール１１１で段階Ｓ２２を通じて算出された電圧差（△Ｖ）、またはＳＯＣ差（△ＳＯＣ）が臨界値以上である場合（Ｓ２３）、保護動作が必要であると判断して保護動作を行うことができる（Ｓ２４）。例えば、制御装置１４は、バッテリー１１に対する充電および放電を遮断することができる。

【0072】

図４は一実施形態によるバッテリーパック１０のパック不均衡保護機能を行う方法を概略的に示す。

【0073】

図４を参照すれば、制御装置１４は、バッテリーパック１０を構成するバッテリーモジュール１１１全体で最大セル電圧および最小セル電圧、または最大ＳＯＣおよび最小ＳＯＣをそれぞれ獲得することができる（Ｓ３１）。

【0074】

段階Ｓ３１で、制御装置１４は、検出装置１２を通じてバッテリーモジュール１１１を構成するバッテリーセルのセル電圧を検出し、検出されたセル電圧のうちの最大セル電圧および最小セル電圧を選択することができる。また、制御装置１４は、検出装置１２を通じて検出された状態情報に基づいてバッテリーモジュール１１１全体を構成するバッテリーセルのＳＯＣを検出し、検出されたＳＯＣのうちの最大ＳＯＣおよび最小ＳＯＣを選択することもできる。

【0075】

以降、制御装置１４は、バッテリーモジュール１１１全体に対して最大セル電圧と最小セル電圧との電圧差（△Ｖ）、または最大ＳＯＣと最小ＳＯＣとのＳＯＣ差（△ＳＯＣ）を算出することができる（Ｓ３２）。制御装置１４は、段階Ｓ３２を通じて算出された電圧差（△Ｖ）、またはＳＯＣ差（△ＳＯＣ）が臨界値以上である場合（Ｓ３３）、保護動作が必要であると判断して保護動作を行うことができる（Ｓ３４）。例えば、制御装置１４は、バッテリー１１に対する充電および放電を遮断することができる。

【0076】

前述した実施形態によれば、バッテリーモジュール１１１を交換する前に新規なバッテリーモジュールと既存のバッテリーモジュールとの間の状態不均衡を解消するための事前バランシング作業を行う必要なしに、バッテリーモジュールの交換が可能である。また、バッテリーモジュールが交換される場合、迅速にバッテリーモジュールの不均衡状態を解消することができる。

【0077】

ここで説明された本発明の実施形態による電子または電気装置および／または任意の他の関連装置または構成要素は、任意の適したハードウェア、ファームウエア（例えば、 特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ））、ソフトウェア、またはソフトウェア、ファームウエアおよびハードウェアの組み合わせを利用して具現され得る。例えば、これら装置の多様な構成要素は、一つの集積回路（ＩＣ）チップ上にまたは個別のＩＣチップ上に形成され得る。また、これら装置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（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｉｌｍ）、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ：ｔａｐｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐａｃｋａｇｅ）、プリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）または一つの基板上に具現され得る。本明細書に記載された電気的連結または相互連結は、例えば、ＰＣＢまたは他の種類の回路キャリア上の配線または伝導性素子により具現され得る。伝導性素子は、例えば表面金属化（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｓ）のような金属化、および／またはピン（ｐｉｎ）を含むことができ、伝導性重合体（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ）またはセラミック（ｃｅｒａｍｉｃｓ）を含むことができる。

【0078】

また、これら装置の多様な構成要素は、ここで説明された多様な機能を行うために一つ以上のプロセッサー上で実行され、一つ以上のコンピューティング装置内で実行され、コンピュータプログラム命令を実行し、他のシステム構成要素と相互作用するプロセスまたはスレッドであり得る。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（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）のような、標準メモリ装置を使用するコンピューティング装置で具現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（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）コンピュータ読み取り可能媒体に保存され得る。

【0079】

また、当業者は、多様なコンピューティング装置の機能が単一のコンピューティング装置に結合または統合され得るか、または特定の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形態の範囲を逸脱せずに一つ以上の他のコンピューティング装置にわたって分散され得ることを認識しなければならない。

【符号の説明】

【0080】

１０：バッテリーパック
１１：バッテリー
１１１：バッテリーモジュール
１２：検出装置
１３：バランシング装置
１４：制御装置
１４１：交換検出部
１４２：充放電制御部
１４３：バランシング制御部
１４４：保護部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】