JP7059507B2 - バランシング装置、それを含むバッテリー管理システム及びバッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、複数のバッテリーセルの充電状態を均等化するための技術に関する。

本出願は、２０１８年１０月２６日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－０１２９０６９号に基づく優先権を主張し、該当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。

最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。

現在、商用化したバッテリーとしては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムバッテリーなどがあり、このうち、リチウムバッテリーは、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。

バッテリーパックは、複数のバッテリーセル及びバッテリー管理システムを含み得る。バッテリー管理システムは、複数のバッテリーセルの状態を管理するために提供される。バッテリーパックの充放電が繰り返されることによって、複数のバッテリーセル同士の充電状態に不均衡が発生するしかない。このような不均衡を抑制せず継続的にバッテリーパックの充放電を繰り返す場合、バッテリーパックを充分活用できないだけでなく、複数のバッテリーセルの寿命が速く短縮する。このような問題を解決するため、複数のバッテリーセルの充電状態を均等化するためのバランシング装置が提案された。

ところが、従来技術によるバランシング装置は、バッテリーパックが搭載された電動装置（例えば、電気車両）に別に設けられている補助バッテリー（例えば、鉛蓄バッテリー）からバランシング装置の駆動に求められる電力が供給される間にのみ、複数のバッテリーセルの充電状態を均等化する動作が可能であるという制約があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリーセルの充電状態を均等化する動作中に補助バッテリーからの電力供給が中断されても、複数のバッテリーセルをバランシング装置のための電源として用いて複数のバッテリーセルの充電状態を均等化する動作を維持できるバランシング装置、それを含むバッテリー管理システム及びバッテリーパックを提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。

本発明の一面によるバランシング装置は、補助バッテリーの電圧から第１ハイレベル電圧を選択的に生成するように構成される電圧レギュレータと、第１電流端子、第２電流端子及び制御端子を含み、第１電流端子は、バッテリーグループの高電圧端子に電気的に接続する電源スイッチと、電圧入力端子及び電圧出力端子を含み、電圧入力端子に印加される電圧から第２ハイレベル電圧を生成し、第２ハイレベル電圧を電圧出力端子に出力するように構成され、電圧入力端子は、第２電流端子に電気的に接続するＤＣ－ＤＣコンバータと、バッテリーグループに含まれた複数のバッテリーセルに並列接続する複数のバランシング回路を含むバランシング部と、電源端子、ホールド端子及び複数のバランシング端子を含み、電源端子は電圧出力端子に電気的に接続し、ホールド端子は制御端子に電気的に接続し、複数のバランシング端子は複数のバランシング回路に電気的に接続する制御部と、を含む。制御部は、電源端子に第２ハイレベル電圧が印加されることに応じて、第１ハイレベル電圧を、ホールド端子を介してホールドするように構成される。

各バランシング回路は、相互に直列接続する抵抗素子及びバランシングスイッチを含み、各バランシングスイッチは、各バランシング端子に電気的に接続する。

制御部は、マスターコントローラからセル識別番号及びバランシング必要期間を示す情報を含むバランシング要求メッセージを受信したとき、複数のバッテリーセルのうちセル識別情報に対応するいずれか一つのバッテリーセルをバランシングターゲットとして設定するように構成され得る。制御部は、電源端子に第２ハイレベル電圧が印加される間、複数のバランシング回路のうちバランシングターゲットに並列接続したバランシング回路のバランシングスイッチをオン状態に制御するように構成され得る。

制御部は、バランシングターゲットに並列接続したバランシング回路のバランシングスイッチがオン状態に制御された期間をカウントするように構成され得る。制御部は、カウントされた期間がバランシング必要期間に到達した場合、第１ハイレベル電圧のホールドを中断するように構成され得る。

マスターコントローラと制御部とを両方向通信可能に接続するように構成される通信回路をさらに含み得る。

電源スイッチは、制御端子に第１ハイレベル電圧が印加される場合、オン状態になり得る。電源スイッチがオン状態にある間に、電源端子に第２ハイレベル電圧が印加され得る。

電源スイッチは、第１電流端子としてのソース、第２電流端子としてのドレイン及び制御端子としてのゲートを含むｎ－チャンネルＭＯＳＦＥＴであり得る。

制御部は、ホールド端子と接地との間に接続するホールドキャパシタをさらに含み得る。制御部は、ホールドキャパシタに並列接続するホールドスイッチをさらに含み得る。制御部は、電源端子に第２ハイレベル電圧が印加されることに応じて、ホールドスイッチをオフ状態に制御するように構成され得る。

制御部は、高電圧端子に電気的に接続するディスエーブル端子をさらに含み得る。制御部は、ディスエーブル端子に印加される電圧が臨界電圧よりも低い場合、ホールドスイッチをオン状態に制御するように構成され得る。

本発明のさらに他面によるバッテリー管理システムは、バランシング装置を含む。

本発明のさらに他面によるバッテリーパックは、バッテリー管理システムを含む。

本発明の実施例の少なくとも一つによれば、補助バッテリーからの電力供給が中断されても、複数のバッテリーセルをバランシング装置のための電源として用いて複数のバッテリーセルの充電状態を均等化する動作を維持することができる。

また、バッテリーパックが過放電される危険がある場合、複数のバッテリーセルの充電状態を均等化する動作を自動的に中断することができる。

本発明の効果は、以上の言及した効果に制限されず、言及されていない他の効果は、請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるだろう。

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例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。

本発明の第１実施例によるバッテリーパックの構成を例示的に示す図である。 図１に示した制御部に含まれる電圧ホールド回路の構成を例示的に示した図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーパックの構成を例示的に示す図である。 本発明の第３実施例によるバッテリーパックの構成を例示的に示す図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の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例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例に過ぎず、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。

また、本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その説明を省略する。

第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちいずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。

なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の「制御部」のような用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せにより具現され得る。

さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（接続）」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に連結（接続）」されている場合も含む。

図１は、本発明の第１実施例によるバッテリーパック１０の構成を例示した図であり、図２は、図１に示した制御部２７０に含まれる電圧ホールド回路２８０の構成を例示した図である。

図１を参照すれば、バッテリーパック１０は、バッテリーグループ２０及びバッテリー管理システム５０を含み、電気車両の電気モーターに電力を供給し得る。

バッテリーグループ２０は、高電圧端子２１、低電圧端子２２及び複数のバッテリーセル３０を含む。複数のバッテリーセル３０は、高電圧端子２１と低電圧端子２２との間に電気的に直列接続し得る。バッテリーセル３０は、例えば、リチウムイオン電池のように、再充電可能なものであれば、その種類は特に制限されない。

バッテリー管理システム５０は、マスターコントローラ１００及びバランシング装置２００を含む。

マスターコントローラ１００は、バランシング装置２００と動作可能に結合する。マスターコントローラ１００は、バランシング装置２００からの通知情報に基づき、バランシング装置２００を制御するように構成される。マスターコントローラ１００は、バッテリーパック１０が搭載されている電気車両の始動がかけられることに応じて、電圧レギュレータ２１０を制御することで、補助バッテリー４０からの動作電源をバランシング装置２００に供給できる。

バランシング装置２００は、電圧レギュレータ２１０、電源スイッチ２２０、ＤＣ－ＤＣコンバータ２３０、バランシング部２４０及び制御部２７０を含む。バランシング装置２００は、通信回路２６０をさらに含み得る。

電圧レギュレータ２１０は、動作中、補助バッテリー４０の電圧（例えば、１２Ｖ）から第１ハイレベル電圧（例えば、５Ｖ）を生成するように構成される。ＬＤＯ（Ｌｏｗ－ｄｒｏｐｏｕｔ）レギュレータであり得る。補助バッテリー４０としては、例えば、鉛蓄バッテリーを用い得る。マスターコントローラ１００は、バッテリーパック１０が搭載されている電動装置が駆動される間、電圧レギュレータ２１０を動作させ、これによって電圧レギュレータ２１０は第１ハイレベル電圧を電源スイッチ２２０に出力し得る。マスターコントローラ１００は、電気車両の駆動が中断されている間に電圧レギュレータ２１０の動作を中断させ、これによって電圧レギュレータ２１０は、第１ハイレベル電圧の出力を中断し得る。

電源スイッチ２２０は、第１電流端子２２１、第２電流端子２２２及び制御端子２２３を含む。電源スイッチ２２０としてｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられ得る。ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴは、第１電流端子２２１としてのソース（またはドレイン）、第２電流端子２２２としてのドレイン（またはソース）及び制御端子２２３としてのゲートを含む。第１電流端子２２１は、バッテリーグループ２０の高電圧端子２１に電気的に接続する。制御端子２２３は、電圧レギュレータ２１０からの第１ハイレベル電圧を受信できるように、電圧レギュレータ２１０に電気的に接続する。電源スイッチ２２０は、制御端子２２３に第１ハイレベル電圧が印加されることに応じて、オン状態に制御される。電源スイッチ２２０がオン状態にある間、第１電流端子２２１から第２電流端子２２２への電流が流れ得る。電源スイッチ２２０は、制御端子２２３に第１ハイレベル電圧よりも低いローレベル電圧（例えば、０Ｖ）が印加されることに応じて、オフ状態になる。電源スイッチ２２０がオフ状態にある間、第１電流端子２２１と第２電流端子２２２との間の電流の流れは遮断され得る。

ＤＣ－ＤＣコンバータ２３０は、電圧入力端子２３１及び電圧出力端子２３２を含む。ＤＣ－ＤＣコンバータ２３０としては、例えば、ＳＭＰＳ（ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）のような電圧降圧回路が用いられ得る。電圧入力端子２３１は、第２電流端子２２２に電気的に接続する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２３０は、電源スイッチ２２０がオン状態にある間、電圧入力端子２３１に印加される電圧から第２ハイレベル電圧を生成した後、第２ハイレベル電圧を電圧出力端子２３２に出力するように構成される。第２ハイレベル電圧は、制御部２７０の動作のための電源として用いられ得る。電源スイッチ２２０がオフ状態にある間、ＤＣ－ＤＣコンバータ２３０による第２ハイレベル電圧の生成は中断される。

バランシング部２４０は、複数のバランシング回路ＢＣを含む。複数のバランシング回路ＢＣは、バッテリーグループ２０に含まれた複数のバッテリーセル３０に並列接続する。即ち、各バッテリーセル３０に並列接続可能なバランシング回路ＢＣが各バッテリーセル３０に対して一つずつ提供される。各バランシング回路ＢＣは、相互に電気的に直列接続する放電抵抗素子Ｒ_Ｄ及びバランシングスイッチＳＷ_Ｄを含む。即ち、バランシング部２４０は、複数の放電抵抗素子Ｒ_Ｄ及び複数のバランシングスイッチＳＷ_Ｄを含む。ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのような公知のスイチング素子がバランシングスイッチＳＷ_Ｄとして用いられ得る。複数のバランシングスイッチＳＷ_Ｄは、制御部２７０によってオン状態またはオフ状態に制御される。

通信回路２６０は、マスターコントローラ１００と制御部２７０とを両方向通信可能に接続するように構成される。通信回路２６０は、マスターコントローラ１００と制御部２７０との間の有線または無線通信を支援する。有線通信は、例えば、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）通信であり得、無線通信は、例えば、ジグビー（登録商標）やブルートゥース（登録商標）通信であり得る。

制御部２７０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、その他の機能の遂行のための電気的ユニットの少なくとも一つを含み得る。また、制御部２７０には、メモリーデバイスが内蔵され得、メモリーデバイスとしては、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスター、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体が用いられ得る。メモリーデバイスは、制御部２７０によって実行される各種制御ロジッグを含むプログラム、及び／または制御ロジッグが実行されるときに発生するデータを保存、更新及び／または消去し得る。制御部２７０は、マスターコントローラ１００の監督下にあるという点で、「スレーブコントローラ」とも称し得る。

制御部２７０は、複数のセンシング端子Ｐ_Ｓ、電源端子Ｐ_Ｐ、ホールド端子Ｐ_Ｈ、電圧ホールド回路２８０及び複数のバランシング端子Ｐ_Ｂを含む。

複数のセンシング端子Ｐ_Ｓは、複数のバッテリーセル３０の各々の正極端子と負極端子に電気的に接続する。これによって、制御部２７０は、複数のセンシング端子Ｐ_Ｓのうち相互に隣接した対同士間の電圧を複数のバッテリーセル３０各々の電圧として検出できる。

電源端子Ｐ_Ｐは、第２ハイレベル電圧を受信できるように、ＤＣ－ＤＣコンバータ２３０の電圧出力端子２３２に電気的に接続する。第２ハイレベル電圧は、制御部２７０の動作に要求される電圧または電圧範囲を指し得る。

ホールド端子Ｐ_Ｈは、第１ハイレベル電圧を受信できるように、制御端子２２３に電気的に接続する。これによって、電圧レギュレータ２１０からの第１ハイレベル電圧は、制御端子２２３とホールド端子Ｐ_Ｈに同時に印加され得る。

電圧ホールド回路２８０は、ホールドキャパシタＣ_Ｈ及びホールドスイッチＳＷ_Ｈを含み得る。ホールドキャパシタＣ_Ｈは、ホールド端子Ｐ_Ｈと接地との間に電気的に接続する。ホールドスイッチＳＷ_Ｈは、ホールドキャパシタＣ_Ｈに電気的に並列接続する。電圧ホールド回路２８０は、放電抵抗素子Ｒ_Ｈをさらに含み得る。放電抵抗素子Ｒ_Ｈは、ホールドスイッチＳＷ_Ｈに電気的に直列接続し、ホールドキャパシタＣＨに電気的に並列接続する。

制御部２７０は、電源端子Ｐ_Ｐに第２ハイレベル電圧が印加されることに応じて、制御部２７０がホールドスイッチＳＷ_Ｈをオフ状態に制御し、制御端子２２３に印加されている第１ハイレベル電圧を、ホールド端子Ｐ_Ｈを介してホールドするように構成される。

第１ハイレベル電圧をホールドするということは、制御端子２２３に印加される第１ハイレベル電圧がホールド端子Ｐ_Ｈを介してホールドキャパシタＣ_Ｈに充電されるということを意味する。ホールドキャパシタＣ_Ｈによって第１ハイレベル電圧がホールドされている間には、電圧レギュレータ２１０が第１ハイレベル電圧の出力を中断しても、電源スイッチ２２０はオン状態に維持されるため、制御部２７０は、複数のバッテリーセル３０を電源として用いて複数のバッテリーセル３０の充電状態を均等化する動作を継続することができる。

複数のバランシング端子Ｐ_Ｂは、複数のバランシング回路ＢＣに電気的に接続する。即ち、複数のバランシングスイッチＳＷ_Ｄは、複数のバランシング端子Ｐ_Ｂに一つずつ電気的に接続し得る。制御部２７０は、複数のバランシングスイッチＳＷ_Ｄ各々のオンオフを制御するためのスイチング信号を複数のバランシング端子Ｐ_Ｂに選択的に出力するように構成される。

制御部２７０は、バランシング部２４０を介して複数のバッテリーセル３０ 各々の正極端子及び負極端子に電気的に接続する。制御部２７０は、制御部２７０に備えられた複数の差動増幅器及びアナログ－デジタルコンバータを用いて、複数バッテリーセル３０各々の開放電圧（ＯＣＶ：ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）を検出した後、検出された開放電圧を示す電圧信号を含む通知情報を生成するように構成される。通知情報は、通信回路２６０によってマスターコントローラ１００に伝達され得る。

マスターコントローラ１００は、電圧信号に基づき、充電状態及び開放電圧との関係を示すデータが記録されているルックアップテイブールを参照して、複数のバッテリーセル３０の充電状態を決定する。マスターコントローラ１００は、複数のバッテリーセル３０の充電状態から最大値、最小値及びセルＩＤを決定した後、最大値と最小値との差に基づいてバランシング必要期間を決定する。セルＩＤは、最大値の充電状態を有するバッテリーセル３０の識別情報を示す。また、バランシング必要期間は、最大値と最小値との差に比例し得る。その後、マスターコントローラ１００は、セルＩＤ及びバランシング必要期間を示す情報を含むバランシング要求メッセージを生成し得る。バランシング要求メッセージは、通信回路２６０を介して制御部２７０に伝達され得る。

制御部２７０は、通信回路２６０からバランシング要求メッセージを受信するとき、複数のバッテリーセル３０のうちセルＩＤに対応するいずれか一つのバッテリーセル３０をバランシングターゲットとして設定する。制御部２７０は、電源端子Ｐ_Ｐに第２ハイレベル電圧が印加される間、複数のバランシング回路ＢＣのうちバランシングターゲットに並列接続したいずれか一つのバランシング回路ＢＣのバランシングスイッチＳＷ_Ｄをオン状態に制御し、残りのバランシングスイッチＳＷ_Ｄは、全てオフ状態に制御し得る。これによって、オン状態に制御されるバランシングスイッチＳＷ_Ｄを含むバランシング回路ＢＣの放電抵抗素子Ｒ_Ｄによってバランシングターゲットに設定されたバッテリーセル３０の電気エネルギーが消耗されながら、バランシングターゲットの充電状態が最小値に向けて次第に減少する。

制御部２７０は、制御部２７０に備えられたタイマーを用いて、バランシングターゲットに対するバランシング累積期間をカウントし得る。バランシング累積期間は、制御部２７０がバランシング要求メッセージを受信したことに応じて、バランシングターゲットに並列接続したバランシング回路ＢＣのバランシングスイッチＳＷ_Ｄがオン状態に制御された期間を示す。

制御部２７０は、バランシング累積期間がバランシング必要期間に到達する場合、第１ハイレベル電圧のホールドを中断し得る。第１ハイレベル電圧のホールドを中断するということは、制御部２７０がホールドスイッチＳＷ_Ｈをオン状態に制御し、ホールドキャパシタＣ_Ｈを放電させるということを意味する。したがって、バランシング累積期間がバランシング必要期間に到達した時点からは、ホールドキャパシタＣ_Ｈによって第１ハイレベル電圧がホールドされないため、電圧レギュレータ２１０が第１ハイレベル電圧の出力を再開すればこそ電源スイッチ２２０がオン状態になり得る。

図３は、本発明の第２実施例によるバッテリーパック１０の構成を例示的に示す図である。

図３に示した第２実施例によるバッテリーパック１０については、図１及び図２を参照して前述した第１実施例と共通する内容についての反復的な説明は省略し、相違点を中心にして説明する。

第２実施例のバッテリーパック１０と第１実施例のバッテリーパック１０との相違点は、バランシング装置２００が電圧分配器（ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｖｉｄｅｒ）２９２をさらに含み、制御部２７０がディスエーブル端子Ｐ_Ｄをさらに含むということである。

電圧分配器２９２は、高電圧端子２１の電圧を用いて診断電圧を生成するように構成される。電圧分配器２９２は、高電圧端子２１と接地との間に相互に直列接続する保護抵抗素子Ｒ_Ｐ１及び保護抵抗素子Ｒ_Ｐ２を含む。即ち、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ１の一端は、高電圧端子２１に電気的に接続し、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ２の一端は接地に電気的に接続し、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ１の他端は、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ２の他端に電気的に接続する。これによって、高電圧端子２１と接地と間の電圧は、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ１及び保護抵抗素子Ｒ_Ｐ２によって分配される。診断電圧は、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ２の両端にかかる電圧である。Ｖ_Ｇは高電圧端子２１と接地との間の電圧、ｒ_Ｐ１は保護抵抗素子Ｒ_Ｐ１の抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、ｒ_Ｐ２は保護抵抗素子Ｒ_Ｐ２の抵抗、Ｖ_Ｄは診断電圧であるとするとき、Ｖ_Ｄ＝Ｖ_Ｇ×｛ｒ_Ｐ２／（ｒ_Ｐ１＋ｒ_Ｐ２）｝である。

ディスエーブル端子Ｐ_Ｄは、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ２の他端に電気的に接続する。制御部２７０は、ディスエーブル端子Ｐ_Ｄに印加される診断電圧が所定の臨界電圧よりも低い場合、バッテリーグループ２０の過放電を防止するために、ホールドスイッチＳＷ_Ｈをオン状態に制御し得る。

前述したように、ホールドスイッチＳＷ_Ｈをオン状態に制御するということは、ホールドキャパシタＣ_Ｈが第１ハイレベル電圧に充電されないようにすることを意味する。バランシング累積期間がバランシング必要期間に到達する前であるとしても、高電圧端子２１の電圧が臨界電圧未満になれば、電源端子Ｐ_Ｐはこれ以上第１ハイレベル電圧に維持されない。これによって、電源スイッチ２２０がオフ状態になることで、バッテリーグループ２０を過放電から保護することができる。

図４は、本発明の第３実施例によるバッテリーパック１０の構成を例示的に示す図である。

図４に示した第３実施例によるバッテリーパック１０については、図１～図３を参照して前述した第１及び第２実施例と共通する内容についての反復的な説明は省略し、相違点を中心にして説明する。

第３実施例のバッテリーパック１０と第１実施例のバッテリーパック１０と相違点は、バランシング装置２００が電圧分配器２９４及び保護スイッチＳＷ_Ｐをさらに含むという点である。

電圧分配器２９４は、高電圧端子２１の電圧を用いて保護電圧を生成するように構成される。電圧分配器２９４は、高電圧端子２１と接地との間で相互に直列接続する保護抵抗素子Ｒ_Ｐ３及び保護抵抗素子Ｒ_Ｐ４を含む。即ち、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ３の一端は高電圧端子２１に電気的に接続し、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ４の一端は接地に電気的に接続し、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ３の他端は保護抵抗素子Ｒ_Ｐ４の他端に電気的に接続する。これによって、高電圧端子２１と接地との間の電圧は、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ３及び保護抵抗素子Ｒ_Ｐ４によって分配される。保護電圧は、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ４の両端にかかる電圧である。Ｖ_Ｇは高電圧端子２１と接地との間の電圧、ｒ_Ｐ３は保護抵抗素子Ｒ_Ｐ３の抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、ｒ_Ｐ４は保護抵抗素子Ｒ_Ｐ４の抵抗、Ｖ_Ｐは保護電圧であるとするとき、Ｖ_Ｐ＝Ｖ_Ｇ×｛ｒ_Ｐ４／（ｒ_Ｐ３＋ｒ_Ｐ４）｝である。

保護スイッチＳＷ_Ｐは、第１電流端子２９５、第２電流端子２９６及び制御端子２９７を含む。ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのような公知のスイチング素子が保護スイッチＳＷ_Ｐとして用いられ得る。保護スイッチＳＷ_Ｐの第１電流端子２９５は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２３０の電圧出力端子２３２に電気的に接続する。保護スイッチＳＷ_Ｐの第２電流端子２９６は、制御部２７０の電源端子Ｐ_Ｐに電気的に接続する。保護スイッチＳＷ_Ｐの制御端子２９７は、保護抵抗素子Ｒ_Ｐ４の他端に電気的に接続する。

保護電圧が第３ハイレベル電圧以上である場合、保護スイッチＳＷ_Ｐは、オン状態になる。一方、保護電圧が第３ハイレベル電圧未満である場合、保護スイッチＳＷ_Ｐはオフ状態になる。保護電圧が第３ハイレベル電圧未満であるというのは、バッテリーグループ２０の充電状態が所定の正常範囲の下限値（例えば、２０％）の下に落ちたことを示す。保護スイッチＳＷ_Ｐがオフ状態にある間には、高電圧端子２１から制御部２７０の電源端子Ｐ_Ｐまでの電力伝達経路が遮断されるため、バッテリーグループ２０の過放電を防止することができる。

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、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。

また、上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。

Claims (11)

1. バランシング装置であって、
   補助バッテリーの電圧から第１ハイレベル電圧を選択的に生成するように構成される電圧レギュレータと、
   第１電流端子、第２電流端子及び制御端子を含み、前記第１電流端子は、バッテリーグループの高電圧端子に電気的に接続する電源スイッチと、
   電圧入力端子及び電圧出力端子を含み、前記電圧入力端子に印加される電圧から第２ハイレベル電圧を生成し、前記第２ハイレベル電圧を前記電圧出力端子に出力するように構成され、前記電圧入力端子は、前記第２電流端子に電気的に接続するＤＣ－ＤＣコンバータと、
   前記バッテリーグループに含まれた複数のバッテリーセルに並列接続する複数のバランシング回路を有するバランシング部と、
   電源端子、ホールド端子及び複数のバランシング端子を含み、前記電源端子は前記電圧出力端子に電気的に接続し、前記ホールド端子は前記制御端子に電気的に接続し、前記複数のバランシング端子は前記複数のバランシング回路に電気的に接続する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ホールド端子と接地との間に接続するホールドキャパシタを有し、
   前記第１ハイレベル電圧は、前記制御端子および前記ホールド端子に印加され、
   前記制御部は、前記電源端子に前記第２ハイレベル電圧が印加されることに応じて、前記ホールド端子を介して前記ホールドキャパシタに前記第１ハイレベル電圧を印加して充電することにより、前記第１ハイレベル電圧をホールドするように構成される、バランシング装置。
2. 前記複数のバランシング回路は、それぞれ、相互に直列接続する抵抗素子及びバランシングスイッチを含み、
   前記バランシングスイッチは、前記複数のバランシング端子のそれぞれに電気的に接続する、請求項１に記載のバランシング装置。
3. 前記制御部は、マスターコントローラからセル識別番号及びバランシング必要期間を示す情報を含むバランシング要求メッセージを受信したとき、前記複数のバッテリーセルのうちセル識別情報に対応するいずれか一つのバッテリーセルをバランシングターゲットとして設定するように構成され、
   前記制御部は、前記電源端子に前記第２ハイレベル電圧が印加される間、前記複数のバランシング回路のうち前記バランシングターゲットに並列接続したバランシング回路の前記バランシングスイッチをオン状態に制御するように構成される、請求項２に記載のバランシング装置。
4. 前記制御部は、前記バランシングターゲットに並列接続した前記バランシング回路の前記バランシングスイッチがオン状態に制御された期間をカウントするように構成され、
   前記制御部は、前記カウントされた期間が前記バランシング必要期間に到達した場合、前記第１ハイレベル電圧のホールドを中断するように構成される、請求項３に記載のバランシング装置。
5. 前記マスターコントローラと前記制御部とを両方向通信可能に接続するように構成される通信回路をさらに含む、請求項３または４に記載のバランシング装置。
6. 前記電源スイッチは、前記制御端子に前記第１ハイレベル電圧が印加される場合、オン状態になり、
   前記電源スイッチがオン状態にある間に、前記電源端子に前記第２ハイレベル電圧が印加される、請求項１から５のいずれか一項に記載のバランシング装置。
7. 前記電源スイッチは、前記第１電流端子としてのソース、前記第２電流端子としてのドレイン及び前記制御端子としてのゲートを含むｎ－チャンネルＭＯＳＦＥＴである、請求項１から６のいずれか一項に記載のバランシング装置。
8. 前記制御部は、
   前記ホールドキャパシタに並列接続するホールドスイッチをさらに含み、
   前記制御部は、前記電源端子に前記第２ハイレベル電圧が印加されることに応じて、前記ホールドスイッチをオフ状態に制御するように構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のバランシング装置。
9. 前記制御部は、前記高電圧端子に電気的に接続するディスエーブル端子をさらに含み、
   前記制御部は、前記ディスエーブル端子に印加される電圧が臨界電圧よりも低い場合、前記ホールドスイッチをオン状態に制御するように構成される、請求項８に記載のバランシング装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバランシング装置を含む、バッテリー管理システム。
11. 請求項１０に記載のバッテリー管理システムを含む、バッテリーパック。

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