JP7372481B2 - バッテリー管理装置 - Google Patents

Description

本出願は、２０２０年７月１７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００８９１３６号に基づく優先権を主張し、当該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。

本発明は、バッテリー管理装置に関し、より詳しくは、バッテリーの温度に応じたリチウムイオンの移動度を考慮してバッテリーを管理することができるバッテリー管理装置に関する。

近年、ノートパソコン、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激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、人工衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能バッテリーに対する研究が活発に行われている。

現在、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のバッテリーが商用化しているが、中でも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効果が殆ど起きず充放電が自在であって、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。

このようなバッテリーは、電解液を通じてリチウムイオンが正極から負極に、または負極から正極に移動しながら充電または放電する。すなわち、バッテリーは、リチウムイオンの移動によって充電または放電するが、バッテリーの温度が特定温度以下に低くなる場合は、電解液が凍結してリチウムイオンの移動度が著しく低下し得る。例えば、バッテリーの温度が氷点下４０℃以下に低くなると、リチウムイオンの移動度が著しく低下してバッテリーが充放電できないことがある。

したがって、このような問題を解決するため、従来、バッテリーの温度が臨界温度に到達すれば、ヒーターを駆動してバッテリーの温度を適正温度に維持する技術が開発されている。

例えば、従来のバッテリーシステムは、温度センサでリチウムバッテリーの温度を測定し、リチウムバッテリーの温度が第１臨界温度以下であれば、スイッチの動作状態をターンオン状態に制御してバッテリーヒーターに電源を供給し、リチウムバッテリーの温度が第２臨界温度以上であれば、スイッチの動作状態をターンオフ状態に制御してバッテリーヒーターに供給される電源を遮断する。

但し、従来のバッテリーシステムは、制御部（処理モジュール）を通じてリチウムバッテリーの温度と第１臨界温度及び第２臨界温度とを比較し、比較結果に基づいてスイッチの動作状態を直接制御する。もし、バッテリーシステムの電源がターンオフされた状態で持続的に低温に晒され、バッテリーシステムの内部温度が、制御部が動作可能な適正温度範囲から外れた場合、制御部が正常に動作しないおそれがある。このような場合、バッテリーの温度と第１臨界温度とを比較できず、スイッチの動作状態も制御することができないという問題がある。

したがって、バッテリーの温度が特定温度以下になれば、処理モジュールを用いなくても、自動的にバッテリーの温度を上昇させることができる技術の開発が必要となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの温度が特定温度以下になれば、処理モジュールによる制御なしにも、バッテリーの温度を上昇させることができるバッテリー管理装置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、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態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。

本発明の一態様によるバッテリー管理装置は、バッテリーと並列に接続されるように構成されたヒーティングセルと、前記バッテリーを充放電する電流が流れる充放電経路と前記ヒーティングセルとの間に接続され、動作状態に応じて前記充放電経路と前記ヒーティングセルとの間の経路を開閉するように構成された第１スイッチと、前記ヒーティングセルと並列に接続され、前記ヒーティングセルから電流の供給を受ければ発熱して前記バッテリーの温度を上昇させるように構成された発熱素子と、前記発熱素子と前記ヒーティングセルとの間に接続され、動作状態に応じて前記発熱素子と前記ヒーティングセルとが接続された経路を開閉するように構成された第２スイッチと、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチにそれぞれ接続されており、前記バッテリーと前記第１スイッチとの間に接続されて前記バッテリーの電圧の入力を受け、入力を受けた電圧に応じて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの動作状態をそれぞれ制御するように構成されたヒーティング制御部と、を含む。

前記ヒーティング制御部は、前記第１スイッチの動作状態と前記第２スイッチの動作状態とを相異なるように制御し得る。

前記ヒーティング制御部は、前記入力を受けた電圧に対応する制御信号を生成し、前記制御信号の反転信号を生成し、前記制御信号を前記第１スイッチに出力し、前記反転信号を前記第２スイッチに出力するように構成され得る。

前記発熱素子は、前記ヒーティング制御部によって前記第１スイッチの動作状態がターンオフ状態に制御され、前記第２スイッチの動作状態がターンオン状態に制御された場合、前記ヒーティングセルから供給を受けた電流によって発熱するように構成され得る。

また、本発明によるバッテリー管理装置は、前記ヒーティング制御部と前記第２スイッチとの間で前記反転信号が通過する経路に備えられ、前記反転信号が前記第２スイッチに入力される時間を遅延させるように構成された信号遅延部をさらに含み得る。

前記反転信号は、前記制御信号が前記第１スイッチに入力された後に、前記第２スイッチに入力されるように構成され得る。

前記信号遅延部は、前記ヒーティング制御部と前記第２スイッチとの間に接続されるように構成された抵抗と、一端が前記抵抗と前記第２スイッチとの間に接続され、他端が接地に接続されるように構成されたキャパシタと、を含み得る。

前記ヒーティング制御部は、入力端子を通じて前記バッテリーの電圧の入力を受け、前記入力を受けた電圧と同じ大きさを有する制御信号を生成し、生成された制御信号を出力端子を通じて出力するように構成されたバッファと、前記バッファの出力端子に接続されて前記制御信号の入力を受け、入力を受けた制御信号に対する前記反転信号を生成し、生成された反転信号を前記第２スイッチに出力するように構成されたインバータと、を含み得る。

前記ヒーティング制御部は、第１入力端子を通じて前記バッテリーの電圧の入力を受け、第２入力端子を通じて基準電圧の入力を受け、前記バッテリーの電圧の大きさと前記基準電圧の大きさとを比較して信号レベルの異なるハイレベル信号またはローレベル信号を前記制御信号として生成し、生成された制御信号を出力端子を通じて出力するように構成された比較器と、前記比較器の出力端子に接続されて前記制御信号の入力を受け、入力を受けた制御信号に対する前記反転信号を生成し、生成された反転信号を前記第２スイッチに出力するように構成されたインバータと、を含み得る。

本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様によるバッテリー管理装置を含む。

本発明の一態様によれば、バッテリーの温度が特定温度以下に低下する非常状況で、システム的なプロセスによらず、発熱素子を加熱させてバッテリーの温度を上昇させることで、バッテリーを正常に動作させることができる。

また、本発明の一態様によれば、発熱素子の加熱に必要なエネルギーをヒーティングセルから供給可能であるため、発熱素子を加熱するためにバッテリーのエネルギーを消費しないという長所がある。

本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は請求範囲の記載から当業者により明らかに理解されるだろう。

本明細書に添付される次の図面は、後述する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ものであり、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。

本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックの例示的構成を概略的に示した図である。 図２のバッテリーパックの例示的構成をより詳細に示した図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックの例示的構成を概略的に示した図である。 図４のバッテリーパックの例示的構成をより詳細に示した図である。 図５のバッテリーパックの例示的構成をより詳細に示した図である。 本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリー管理装置を含むバッテリーパックの例示的構成を概略的に示した図である。

本明細書及び特許請求の範囲において使われた用語や単語は通常的及び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形態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形態に過ぎず、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、本発明の説明において、関連する公知の構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

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のある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。

明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけでなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００を概略的に示した図である。図２は、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、ヒーティングセル１１０、第１スイッチ１２０、発熱素子１３０、第２スイッチ１４０、及びヒーティング制御部１５０を含み得る。

ヒーティングセル１１０は、バッテリー１０と並列に接続されるように構成され得る。

例えば、バッテリー１０及び／またはヒーティングセル１１０は、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立した二次電池を意味し得る。他の例として、バッテリー１０及び／またはヒーティングセル１１０は、一つ以上の二次電池が直列及び／または並列に接続されたセルアセンブリを意味し得る。

一般に、バッテリー１０の温度が特定温度以下である場合、バッテリー１０に含まれたリチウムイオンの移動度が著しく低下するため、バッテリー１０が正常に放電しないことがある。例えば、バッテリー１０の温度が約氷点下４０℃になると、電解液が凍結してリチウムイオンの移動度が著しく低下し、バッテリー１０の電圧は約０Ｖに近くなり得る。すなわち、リチウムイオンの移動度が著しく低下し、バッテリー１０が充放電できなくなるおそれがある。

図２の実施形態において、バッテリー１０とヒーティングセル１１０とは互いに並列に接続され得る。

第１スイッチ１２０は、前記バッテリー１０を充放電する電流が流れる充放電経路Ｌと前記ヒーティングセル１１０との間に接続されるように構成され得る。

ここで、充放電経路Ｌは、負荷２０からバッテリー１０に印加される充電電流、及びバッテリー１０が負荷２０に出力する放電電流が流れる経路であり得る。例えば、図２の実施形態において、バッテリーパック１の正極Ｐ＋とバッテリー１０とバッテリーパック１の負極Ｐ－とを連結する経路が充放電経路Ｌであり得る。バッテリー１０は、充放電経路Ｌを通じて負荷２０から充電電流の印加を受けるか、または、負荷２０に放電電流を出力し得る。

図２の実施形態において、第１スイッチ１２０の一端は、充放電経路Ｌに接続され得る。そして、第１スイッチ１２０の他端は、ヒーティングセル１１０の一端に接続され得る。したがって、ヒーティングセル１１０は、第１スイッチ１２０及び充放電経路Ｌを通じてバッテリー１０と並列に接続され得る。

また、第１スイッチ１２０は、動作状態に応じて前記充放電経路Ｌと前記ヒーティングセル１１０との間の経路を開閉するように構成され得る。

具体的には、ヒーティングセル１１０は、第１スイッチ１２０を通じて充放電経路Ｌに接続され得る。したがって、第１スイッチ１２０の動作状態に応じてヒーティングセル１１０と充放電経路Ｌとの間の経路が開閉され得る。

ここで、第１スイッチ１２０の動作状態は、ターンオン状態またはターンオフ状態であり得る。例えば、第１スイッチ１２０の動作状態がターンオン状態であれば、ヒーティングセル１１０と充放電経路Ｌとが接続され得る。逆に、第１スイッチ１２０の動作状態がターンオフ状態であれば、ヒーティングセル１１０と充放電経路Ｌとの間の接続が遮断され得る。

例えば、図２の実施形態において、第１スイッチ１２０の動作状態がターンオン状態であれば、ヒーティングセル１１０はバッテリー１０によって充電され得る。

発熱素子１３０は、前記ヒーティングセル１１０と並列に接続されるように構成され得る。

例えば、図２の実施形態において、発熱素子１３０の一端はヒーティングセル１１０の一端に接続され、発熱素子１３０の他端はヒーティングセル１１０の他端に接続され得る。

また、発熱素子１３０は、前記ヒーティングセル１１０から電流の供給を受けると発熱し、前記バッテリー１０の温度を上昇させるように構成され得る。

具体的には、発熱素子１３０は、電流が流れると発熱する素子であり得る。例えば、発熱素子１３０には、熱電素子、発熱抵抗、または発熱パッドなど、ヒーティングセル１１０から電流が印加されれば発熱する構成であれば、制限なく適用可能である。

図２の実施形態において、発熱素子１３０は、ヒーティングセル１１０と閉回路を形成し、ヒーティングセル１１０から電流の供給を受け得る。ヒーティングセル１１０から出力された電流が発熱素子１３０を通過しながら、発熱素子１３０は加熱されて発熱し得る。

望ましくは、バッテリーパック１の内部において、バッテリー１０は、発熱素子１３０で発生した熱が伝導可能な位置に備えられ得る。すなわち、発熱素子１３０で発生した熱はバッテリー１０に伝導され、これによりバッテリー１０の温度が上昇する。

第２スイッチ１４０は、前記発熱素子１３０と前記ヒーティングセル１１０との間に接続されるように構成され得る。

例えば、図２の実施ええ書、第２スイッチ１４０の一端は、前記ヒーティングセル１１０の一端に接続され得る。そして、第２スイッチ１４０の他端は、前記発熱素子１３０の一端に接続され得る。すなわち、ヒーティングセル１１０と発熱素子１３０との間に第２スイッチ１４０が接続され得る。したがって、ヒーティングセル１１０と第２スイッチ１４０と発熱素子１３０とが閉回路を形成し得る。

また、第２スイッチ１４０は、動作状態に応じて前記発熱素子１３０と前記ヒーティングセル１１０とが接続された経路を開閉するように構成され得る。

ここで、第２スイッチ１４０の動作状態は、ターンオン状態またはターンオフ状態であり得る。例えば、第２スイッチ１４０の動作状態がターンオン状態であれば、ヒーティングセル１１０と発熱素子１３０が備えられた経路が接続され得る。逆に、第２スイッチ１４０の動作状態がターンオフ状態であれば、ヒーティングセル１１０と発熱素子１３０との間の接続が遮断され得る。

図２の実施形態において、第２スイッチ１４０の動作状態に応じてヒーティングセル１１０と発熱素子１３０との接続経路が開閉され得る。もし、第２スイッチ１４０の動作状態がターンオン状態であれば、ヒーティングセル１１０と発熱素子１３０とは互いに電気的に接続され、ヒーティングセル１１０から出力された電流が発熱素子１３０に流れ得る。この場合、発熱素子１３０は加熱され、発熱素子１３０で発生した熱はバッテリー１０に伝導され得る。

ヒーティング制御部１５０は、前記第１スイッチ１２０及び前記第２スイッチ１４０にそれぞれ接続されるように構成され得る。

例えば、ヒーティング制御部１５０は、第１スイッチ１２０及び第２スイッチ１４０に接続され得る。

そして、ヒーティング制御部１５０は、前記バッテリー１０と前記第１スイッチ１２０との間に接続されて前記バッテリー１０の電圧の入力を受けるように構成され得る。

具体的には、ヒーティング制御部１５０の電圧センシングラインＳＬは、バッテリー１０と第１スイッチ１２０との間の充放電経路Ｌに接続され得る。そして、ヒーティング制御部１５０は、充放電経路Ｌに接続された電圧センシングラインＳＬを通じてバッテリー１０の電圧の入力を受け得る。

また、ヒーティング制御部１５０は、入力を受けた電圧に応じて前記第１スイッチ１２０及び前記第２スイッチ１４０の動作状態をそれぞれ制御するように構成され得る。

望ましくは、前記ヒーティング制御部１５０は、前記第１スイッチ１２０の動作状態と前記第２スイッチ１４０の動作状態とを相異ならせて制御するように構成され得る。すなわち、ヒーティング制御部１５０は、電圧センシングラインＳＬを通じて入力を受けたバッテリー１０の電圧に応じて、第１スイッチ１２０の動作状態と第２スイッチ１４０の動作状態とを相異なるように制御し得る。

すなわち、ヒーティング制御部１５０は、第１スイッチ１２０の動作状態をターンオン状態に制御し、第２スイッチ１４０の動作状態をターンオフ状態に制御し得る。この場合、バッテリー１０から出力された電流は負荷２０に印加され、負荷２０に電力が供給され得る。また、バッテリー１０から出力された電流は、第１スイッチ１２０を通じてヒーティングセル１１０に印加され、ヒーティングセル１１０が充電され得る。

また、ヒーティング制御部１５０は、第１スイッチ１２０の動作状態をターンオフ状態に制御して、第２スイッチ１４０の動作状態をターンオン状態に制御し得る。この場合、ヒーティングセル１１０から出力された電流は第２スイッチ１４０を通じて発熱素子１３０に印加され、発熱素子１３０が加熱され得る。

望ましくは、バッテリー１０が正常に放電しない低温状況で、ヒーティング制御部１５０は、バッテリー１０の電圧に基づいて第２スイッチ１４０の動作状態をターンオン状態に制御することで、発熱素子１３０を加熱させることができる。発熱素子１３０から発生した熱によってバッテリー１０の温度が上昇すれば、徐々にリチウムイオンの移動度が増加し、バッテリー１０が正常に放電できる。その後、バッテリー１０の温度が上昇してバッテリー１０が正常に放電すれば、ヒーティング制御部１５０は、第２スイッチ１４０の動作状態をターンオフ状態に制御し、発熱素子１３０の加熱を中断させることができる。そして、制御部は、第１スイッチ１２０の動作状態をターンオン状態に制御して、発熱素子１３０を加熱させるために放電したヒーティングセル１１０を充電させることができる。

また、望ましくは、ヒーティングセル１１０は、低温状況でも動作できるように、バッテリー１０の電解液よりも氷点が低い電解液を含むように構成され得る。また、ヒーティングセル１１０の表面は、エアロゲル（ａｅｒｏｇｅｌ）などの一つ以上の断熱材でコーティングされてもよい。

すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、バッテリー１０の温度が特定温度以下に低下する非常状況で、発熱素子１３０を加熱させてバッテリー１０の温度を上昇させることで、バッテリー１０が正常に動作させることができる。

また、発熱素子１３０の加熱に必要なエネルギーは、ヒーティングセル１１０から供給されるため、発熱素子１３０を加熱するためにバッテリー１０のエネルギーを消費しないという長所がある。

前記ヒーティング制御部１５０は、前記入力を受けた電圧に対応する制御信号を生成するように構成され得る。

具体的には、制御信号は、ハイレベル信号またはローレベル信号であり得る。ここで、ハイレベル信号は、第１スイッチ１２０または第２スイッチ１４０に印加されれば、第１スイッチ１２０または第２スイッチ１４０の動作状態をターンオン状態に制御可能な大きさを有する信号であり得る。そして、ローレベル信号は、第１スイッチ１２０または第２スイッチ１４０に印加されても、第１スイッチ１２０または第２スイッチ１４０の動作状態をターンオン状態に制御できない大きさを有する信号であり得る。

例えば、バッテリー１０の温度が特定温度以下に低下した場合、リチウムイオンの移動度が低下するため、電圧センシングラインＳＬを通じて入力されるバッテリー１０の電圧は０Ｖであり得る。この場合、ヒーティング制御部１５０は、０Ｖに対応する大きさを有する制御信号を生成し得る。０Ｖに対応する大きさを有する制御信号は、第１スイッチ１２０または第２スイッチ１４０に印加されても、第１スイッチ１２０または第２スイッチ１４０の動作状態をターンオン状態に制御できないため、０Ｖに対応する大きさを有する制御信号はローレベル信号であり得る。

また、ヒーティング制御部１５０は、前記制御信号の反転信号を生成するように構成され得る。

具体的には、生成された制御信号がローレベル信号である場合、反転信号はハイレベル信号であり得る。逆に、生成された制御信号がハイレベル信号である場合、反転信号はローレベル信号であり得る。

また、ヒーティング制御部１５０は、前記制御信号を前記第１スイッチ１２０に出力し、前記反転信号を前記第２スイッチ１４０に出力するように構成され得る。

具体的には、第１スイッチ１２０及び第２スイッチ１４０はそれぞれ、ローレベル信号またはハイレベル信号の入力を受けるため、ヒーティング制御部１５０によって第１スイッチ１２０の動作状態と第２スイッチ１４０の動作状態とは相異なるように制御され得る。

例えば、第１スイッチ１２０の動作状態がターンオン状態であれば、第２スイッチ１４０の動作状態はターンオフ状態であり得る。逆に、第１スイッチ１２０の動作状態がターンオフ状態であれば、第２スイッチ１４０の動作状態はターンオン状態であり得る。

望ましくは、前記発熱素子１３０は、前記ヒーティング制御部１５０によって前記第１スイッチ１２０の動作状態がターンオフ状態に制御され、前記第２スイッチ１４０の動作状態がターンオン状態に制御された場合、前記ヒーティングセル１１０から供給を受けた電流によって発熱するように構成され得る。

図２の実施形態において、第１スイッチ１２０の動作状態がターンオフ状態であって、第２スイッチ１４０の動作状態がターンオン状態である場合、ヒーティングセル１１０と充放電経路Ｌとの間の接続が遮断され得る。一方、ヒーティングセル１１０と第２スイッチ１４０と発熱素子１３０とは閉回路を形成し得る。したがって、ヒーティングセル１１０から出力される電流が発熱素子１３０に印加され、発熱素子１３０で熱が発生し得る。

図２の実施形態において、第１スイッチ１２０及び第２スイッチ１４０の動作状態がすべてターンオン状態である場合、ヒーティングセル１１０から出力される電流は発熱素子１３０及び負荷２０に印加され得る。

もし、バッテリー１０の温度が特定温度以下である場合、ヒーティングセル１１０から出力される電流のうちの一部が負荷２０に印加されて損失されるため、発熱素子１３０の発熱が速かに行われないおそれがある。また、このような電流の損失によって、発熱素子１３０の加熱にエネルギーが過剰に消費される問題が発生する。

したがって、ヒーティング制御部１５０は、第１スイッチ１２０の動作状態と第２スイッチ１４０の動作状態とを相異なるように制御することで、発熱素子１３０を効率的に加熱させることができる。

図３は、図２のバッテリーパック１の例示的構成をより詳細に示した図である。

図３を参照すると、前記ヒーティング制御部１５０は、バッファ１５１及びインバータ１５２を含み得る。

バッファ１５１は、入力端子を通じて前記バッテリー１０の電圧の入力を受けるように構成され得る。

図３の実施形態において、電圧センシングラインＳＬは、バッファ１５１の第１入力端子（＋）に接続され得る。そして、バッファ１５１は、第１入力端子（＋）に接続された電圧センシングラインＳＬを通じてバッテリー１０の電圧の入力を受け得る。

また、バッファ１５１は、前記入力を受けた電圧と同じ大きさを有する制御信号を生成するように構成され得る。

例えば、図３の実施形態において、バッファ１５１には電圧フォロワー（ｖｏｌｔａｇｅ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）が適用され得る。したがって、バッファ１５１は、電圧センシングラインＳＬを通じて入力されたバッテリー１０の電圧と同じ大きさを有する制御信号を生成し得る。また、バッファ１５１は、バッテリー１０とは別途の電圧源から５Ｖの駆動電圧の印加を受けて動作し得る。

また、バッファ１５１は、生成された制御信号を出力端子Ｏを通じて出力するように構成され得る。

インバータ１５２は、前記バッファ１５１の出力端子Ｏに接続されて前記制御信号の入力を受けるように構成され得る。

具体的には、バッファ１５１の出力端子Ｏから出力された制御信号は、第１スイッチ１２０及びインバータ１５２に入力され得る。

例えば、図３の実施形態において、バッファ１５１の出力端子Ｏと接続されて制御信号が出力されるラインは、分岐点ＢＰで第１スイッチ１２０に接続された単位ラインとインバータ１５２に接続された単位ラインとに分岐し得る。したがって、バッファ１５１から出力された制御信号は、第１スイッチ１２０だけでなく、インバータ１５２にも入力され得る。

また、インバータ１５２は、入力を受けた制御信号に対する前記反転信号を生成するように構成され得る。

例えば、インバータ１５２は、入力信号及び反転出力を有する論理回路であり得る。具体的には、バッファ１５１の出力端子Ｏから出力された制御信号がローレベル信号である場合、インバータ１５２はハイレベル信号を生成し得る。逆に、バッファ１５１の出力端子Ｏから出力された制御信号がハイレベル信号である場合、インバータ１５２はローレベル信号を生成し得る。

また、インバータ１５２は、生成された反転信号を前記第２スイッチ１４０に出力するように構成され得る。

図３の実施形態において、第１スイッチ１２０から出力された制御信号は第１スイッチ１２０及びインバータ１５２に入力され、インバータ１５２から出力された反転信号は第２スイッチ１４０に入力され得る。したがって、第１スイッチ１２０の動作状態と第２スイッチ１４０の動作状態とが相異なるように制御できる。

一方、ヒーティング制御部１５０は、当業界に知られた中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、マイクロコントローラ（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、プロセッサまたはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ‐Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：特定用途向け集積回路）などの処理モジュールで構成されなくてもよい。上述した処理モジュールは、適正温度で正常に動作するように製作される。したがって、リチウムイオンの移動度が著しく低下する極限の低温状況では、上述した処理モジュールが正常に動作しないおそれがある。すなわち、バッテリー１０が正常に放電しない非常状況で、処理モジュールも動作しない場合が発生し得る。

一方、図３を参照すると、ヒーティング制御部１５０は、電圧センシングラインＳＬを通じて入力されるバッテリー１０の電圧に対応するように、制御信号及び反転信号を自動に生成して出力可能な一つ以上の素子で構成され得る。したがって、バッテリー１０が正常に放電しない低温状況でも、ヒーティング制御部１５０は、第１スイッチ１２０及び第２スイッチ１４０を自動に制御して発熱素子１３０を加熱することができる。

すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、別途の処理モジュールが備えられていないヒーティング制御部１５０を用いることで、バッテリー１０が正常に放電しない非常状況を迅速に解決することができる。

図４は、本発明の他の一実施形態によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。

図１及び図４を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、制御信号が第１スイッチ１２０に入力された後に反転信号を第２スイッチ１４０に入力するため、第２スイッチ１４０に対する反転信号の入力時間を遅延させるように構成された信号遅延部１６０をさらに含み得る。

信号遅延部１６０は、前記ヒーティング制御部１５０と前記第２スイッチ１４０との間で前記反転信号が通過する経路に備えられるように構成され得る。

具体的には、ヒーティング制御部１５０から出力される反転信号は、信号遅延部１６０を通過して第２スイッチ１４０に入力され得る。

例えば、図４の実施形態において、信号遅延部１６０は、ヒーティング制御部１５０と第２スイッチ１４０との間の経路に備えられ得る。そして、信号遅延部１６０が備えられた経路を通じて反転信号がヒーティング制御部１５０から第２スイッチ１４０に入力され得る。

また、信号遅延部１６０は、前記反転信号が前記第２スイッチ１４０に入力される時間を遅延させるように構成され得る。

望ましくは、前記反転信号は、前記制御信号が前記第１スイッチ１２０に入力された後に、前記第２スイッチ１４０に入力されるように構成され得る。

具体的には、信号遅延部１６０は、ヒーティング制御部１５０から出力された制御信号が第１スイッチ１２０に先に入力されるように、ヒーティング制御部１５０から出力された反転信号が第２スイッチ１４０に入力される時間を遅延させることができる。

図５は、図４のバッテリーパック１の例示的構成をより詳細に示した図である。

図５を参照すると、前記信号遅延部１６０は、抵抗１６１及びキャパシタ１６２を含むように構成され得る。

抵抗１６１は、前記ヒーティング制御部１５０と前記第２スイッチ１４０との間に接続されるように構成され得る。

例えば、図５の実施形態において、抵抗１６１の一端はインバータ１５２の出力端子Ｏに接続され得る。そして、抵抗１６１の他端は、第２スイッチ１４０に接続され得る。すなわち、インバータ１５２の出力端子Ｏから出力された反転信号は、抵抗１６１を通って第２スイッチ１４０に入力され得る。

キャパシタ１６２は、一端が前記抵抗１６１と前記第２スイッチ１４０との間に接続され、他端が接地に接続されるように構成され得る。

例えば、図５の実施形態において、キャパシタ１６２の一端は、抵抗１６１と第２スイッチ１４０との間の経路に接続され得る。そして、キャパシタ１６２の他端は、充放電経路Ｌのうち、バッテリー１０とバッテリーパック１の負極Ｐ－との間の経路に接続され得る。すなわち、図５の実施形態において、キャパシタ１６２の他端は、充放電経路Ｌの接地に接続され得る。図５の実施形態と異なり、キャパシタ１６２の他端は、別途の接地に接続されてもよい。

図５を参照すると、信号遅延部１６０は、抵抗１６１及びキャパシタ１６２を含むＲＣフィルタで構成され得る。具体的には、インバータ１５２から出力される反転信号は、抵抗１６１を通過した後、キャパシタ１６２に入力され、キャパシタ１６２が充電された後、第２スイッチ１４０に入力され得る。すなわち、キャパシタ１６２が入力を受けた反転信号によって充電される時間だけ、反転信号が第２スイッチ１４０に入力される時間が遅延し得る。一方、バッファ１５１から出力された制御信号は、信号遅延部１６０を通らずに第１スイッチ１２０に入力されるため、制御信号が第１スイッチ１２０に入力された後、反転信号が第２スイッチ１４０に入力され得る。

例えば、バッテリー１０の温度が正常温度範囲内にあり、バッテリー１０が正常に放電する状況を仮定しよう。この場合、第１スイッチ１２０の動作状態はターンオン状態であり、第２スイッチ１４０の動作状態はターンオフ状態であり得る。その後、バッテリー１０の温度が特定温度以下に低下すれば、ヒーティング制御部１５０から出力される制御信号はローレベル信号であり、反転信号はハイレベル信号であり得る。もし、第２スイッチ１４０への反転信号の入力が第１スイッチ１２０への制御信号の入力よりも先立てば、瞬間的に第１スイッチ１２０及び第２スイッチ１４０の動作状態が両方ともターンオン状態になり得る。この場合、ヒーティングセル１１０から出力される電流のうちの一部が負荷２０に印加されて損失されるため、発熱素子１３０の発熱が速かに行われないおそれがある。また、このような電流の損失によって、発熱素子１３０の加熱にエネルギーが過剰に消費される問題が発生する。

したがって、本発明の一実施形態によるバッテリー管理装置１００は、第２スイッチ１４０に反転信号が入力される時間を遅延させることで、第１スイッチ１２０の動作状態が先に切り換えられた後、第２スイッチ１４０の動作状態が切り換えられるようにして、上述した問題を解決することができる。

図６は、図５のバッテリーパック１の例示的構成をより詳細に示した図である。

図６を参照すると、第１スイッチ１２０及び第２スイッチ１４０には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）が適用され得る。

具体的には、第１スイッチ１２０のゲート端子Ｇは分岐点ＢＰに接続され、ドレーン端子Ｄは充放電経路Ｌに接続され、ソース端子Ｓはヒーティングセル１１０に接続され得る。そして、第２スイッチ１４０のゲート端子Ｇは抵抗１６１の他端とキャパシタ１６２の一端との間に接続され、ドレーン端子Ｄは第１スイッチ１２０のソース端子Ｓとヒーティングセル１１０との間に接続され、ソース端子Ｓは発熱素子１３０に接続され得る。

図６の実施形態において、バッテリー１０の温度が特定温度以下に低下してバッテリー１０内部のリチウムイオンの移動度が著しく低下した場合、第１スイッチ１２０の動作状態はターンオフ状態に制御され、第２スイッチ１４０の動作状態はターンオン状態に制御され得る。この場合、第１スイッチ１２０に含まれた寄生ダイオードを通じてヒーティングセル１１０から充放電経路Ｌに微細電流が流れ得る。しかし、一般に、ＭＯＳＦＥＴに含まれた寄生ダイオードを通じて流れる微細電流の大きさは無視できる程度に非常に小さいため、ヒーティングセル１１０から出力される電流の殆どが発熱素子１３０に印加されて発熱素子１３０が迅速に加熱できる。

一方、図６の実施形態において、第１スイッチ１２０に含まれた寄生ダイオードを通じて流れる微細電流も遮断するため、第３スイッチ（図示せず）が第１スイッチ１２０と充放電経路Ｌとの間にさらに備えられ得る。

すなわち、バッテリーパック１は、第１スイッチ１２０と充放電経路Ｌとの間に第３スイッチをさらに含み得る。例えば、第３スイッチは、ドレイン端子が第１スイッチ１２０のドレイン端子Ｄに接続され、ソース端子が充放電経路Ｌに接続され、ゲート端子が分岐点ＢＰに接続され得る。そして、第３スイッチに含まれた寄生ダイオードは、第１スイッチ１２０に向かう方向を正方向にして構成され得る。具体的には、第３スイッチに含まれた寄生ダイオードは、第３スイッチのソース端子からドレイン端子に向かう方向を正方向にして構成され得る。

そして、第３スイッチの動作状態は、第１スイッチ１２０の動作状態と同一に制御され得る。具体的には、ヒーティング制御部１５０によって第１スイッチ１２０の動作状態がターンオン状態に制御されれば、ヒーティング制御部１５０によって第３スイッチの動作状態もターンオン状態に制御され得る。また、ヒーティング制御部１５０によって第１スイッチ１２０の動作状態がターンオフ状態に制御されれば、ヒーティング制御部１５０によって第３スイッチの動作状態もターンオフ状態に制御され得る。

例えば、バッテリー１０の温度が特定温度以下に低下してバッテリー１０内部のリチウムイオンの移動度が著しく低下した場合、第１スイッチ１２０及び第３スイッチの動作状態がターンオフ状態に制御され、第２スイッチ１４０の動作状態がターンオン状態に制御され得る。この場合、第１スイッチ１２０に含まれた寄生ダイオードを通じてヒーティングセル１１０から充放電経路Ｌに流れる微細電流が第３スイッチによって遮断され得る。したがって、ヒーティングセル１１０から出力された電流が第２スイッチ１４０を通じて発熱素子１３０に全て印加されるため、発熱素子１３０をより迅速に加熱できる。

一方、第１スイッチ１２０、第２スイッチ１４０、及び第３スイッチには、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに制限されず、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）、リレー、またはコンタクタなど、設置された経路を開閉できるスイッチング素子であれば、制限なく適用可能である。

図７は、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリー管理装置１００を含むバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。

図７を参照すると、前記ヒーティング制御部１５０は、比較器及びインバータ１５２を含み得る。

ここで、比較器は、第１入力端子（＋）を通じて入力された第１信号の大きさと第２入力端子（－）を通じて入力された第２信号の大きさとを比較し、比較結果に対応する出力信号を出力するように構成され得る。

比較器は、第１入力端子（＋）を通じて前記バッテリー１０の電圧の入力を受けるように構成され得る。すなわち、比較器の第１入力端子（＋）は、電圧センシングラインＳＬに接続され得る。

また、比較器は、第２入力端子（－）を通じて基準電圧の入力を受けるように構成され得る。ここで、基準電圧は、第１スイッチ１２０または第２スイッチ１４０の動作状態をターンオン状態に制御可能な最低電圧に設定され得る。

また、比較器は、前記バッテリー１０の電圧の大きさと前記基準電圧の大きさとを比較して信号レベルの異なるハイレベル信号またはローレベル信号を前記制御信号として生成し、生成された制御信号を出力端子Ｏを通じて出力するように構成され得る。

具体的には、比較器は、バッテリー１０の電圧の大きさが基準電圧の大きさ以上であればハイレベル信号を出力し、バッテリー１０の電圧の大きさが基準電圧の大きさ未満であればローレベル信号を出力するように構成され得る。

例えば、図７の実施形態において、バッテリー１０の温度が徐々に低下してバッテリー１０の温度が特定温度以下になれば、バッテリー１０の電圧が第１スイッチ１２０または第２スイッチ１４０に入力されても、第１スイッチ１２０及び第２スイッチ１４０の動作状態をターンオン状態に制御できないおそれがある。したがって、比較器の第１入力端子（＋）に入力されるバッテリー１０の電圧の大きさが基準電圧の大きさ未満になれば、比較器から制御信号としてローレベル信号が出力されるため、第１スイッチ１２０の動作状態をターンオフ状態に制御することができる。

インバータ１５２は、前記比較器の出力端子Ｏに接続されて前記制御信号の入力を受け、入力を受けた制御信号に対する前記反転信号を生成し、生成された反転信号を前記第２スイッチ１４０に出力するように構成され得る。

例えば、図７の実施形態において、比較器から制御信号としてローレベル信号が出力されれば、出力されたローレベル信号はインバータ１５２に入力され得る。そして、インバータ１５２は反転信号としてハイレベル信号を生成し、生成したハイレベル信号を出力し得る。そして、インバータ１５２から出力されたハイレベル信号は、信号遅延部１６０を通った後、第２スイッチ１４０に入力され得る。したがって、第１スイッチ１２０の動作状態がターンオフ状態に先に切り換えられた後、第２スイッチ１４０の動作状態がターンオン状態に切り換えられ得る。

また、本発明によるバッテリー管理装置１００は、バッテリーパック１に備えられ得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック１は、バッテリー管理装置１００及び一つ以上のバッテリー１０を含み得る。また、バッテリーパック１は、電装品（リレー、コンタクタ、ヒューズなど）及びケースなどをさらに含み得る。

例えば、図２～図７を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリー管理装置１００及びバッテリー１０を含み得る。そして、バッテリーパック１の正極Ｐ＋、バッテリー１０、及びバッテリーパック１の負極Ｐ－は、充放電経路Ｌを形成し得る。また、バッテリーパック１の正極Ｐ＋とバッテリーパック１の負極Ｐ－とには負荷２０が接続され得る。

上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。

以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、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、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。

１：バッテリーパック
１０：バッテリー
２０：負荷
１００：バッテリー管理装置
１１０：ヒーティングセル
１２０：第１スイッチ
１３０：発熱素子
１４０：第２スイッチ
１５０：ヒーティング制御部
１５１：バッファ
１５２：インバータ
１５３：比較器
１６０：信号遅延部
１６１：抵抗
１６２：キャパシタ

Claims (10)

1. バッテリーと並列に接続されるように構成されたヒーティングセルと、
   前記バッテリーを充放電する電流が流れる充放電経路と前記ヒーティングセルとの間に接続され、動作状態に応じて前記充放電経路と前記ヒーティングセルとの間の経路を開閉するように構成された第１スイッチと、
   前記ヒーティングセルと並列に接続され、前記ヒーティングセルから電流の供給を受ければ発熱して前記バッテリーの温度を上昇させるように構成された発熱素子と、
   前記発熱素子と前記ヒーティングセルとの間に接続され、動作状態に応じて前記発熱素子と前記ヒーティングセルとが接続された経路を開閉するように構成された第２スイッチと、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチにそれぞれ接続されており、前記バッテリーと前記第１スイッチとの間に接続されて前記バッテリーの電圧の入力を受け、入力を受けた電圧に応じて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの動作状態をそれぞれ制御するように構成されたヒーティング制御部と、を含むバッテリー管理装置。
2. 前記ヒーティング制御部は、前記第１スイッチの動作状態と前記第２スイッチの動作状態とを相異なるように制御する、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
3. 前記ヒーティング制御部は、前記入力を受けた電圧に対応する制御信号を生成し、前記制御信号の反転信号を生成し、前記制御信号を前記第１スイッチに出力し、前記反転信号を前記第２スイッチに出力するように構成されている、請求項１に記載のバッテリー管理装置。
4. 前記発熱素子は、前記ヒーティング制御部によって前記第１スイッチの動作状態がターンオフ状態に制御され、前記第２スイッチの動作状態がターンオン状態に制御された場合、前記ヒーティングセルから供給を受けた電流によって発熱するように構成されている、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
5. 前記ヒーティング制御部と前記第２スイッチとの間で前記反転信号が通過する経路に備えられ、前記反転信号が前記第２スイッチに入力される時間を遅延させるように構成された信号遅延部をさらに含む、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
6. 前記反転信号は、前記制御信号が前記第１スイッチに入力された後に、前記第２スイッチに入力されるように構成されている、請求項５に記載のバッテリー管理装置。
7. 前記信号遅延部は、
   前記ヒーティング制御部と前記第２スイッチとの間に接続されるように構成された抵抗と、
   一端が前記抵抗と前記第２スイッチとの間に接続され、他端が接地に接続されるように構成されたキャパシタと、を含む、請求項５に記載のバッテリー管理装置。
8. 前記ヒーティング制御部は、
   入力端子を通じて前記バッテリーの電圧の入力を受け、前記入力を受けた電圧と同じ大きさを有する制御信号を生成し、生成された制御信号を出力端子を通じて出力するように構成されたバッファと、
   前記バッファの出力端子に接続されて前記制御信号の入力を受け、入力を受けた制御信号に対する前記反転信号を生成し、生成された反転信号を前記第２スイッチに出力するように構成されたインバータと、を含む、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
9. 前記ヒーティング制御部は、
   第１入力端子を通じて前記バッテリーの電圧の入力を受け、第２入力端子を通じて基準電圧の入力を受け、前記バッテリーの電圧の大きさと前記基準電圧の大きさとを比較して信号レベルの異なるハイレベル信号またはローレベル信号を前記制御信号として生成し、生成された制御信号を出力端子を通じて出力するように構成された比較器と、
   前記比較器の出力端子に接続されて前記制御信号の入力を受け、入力を受けた制御信号に対する前記反転信号を生成し、生成された反転信号を前記第２スイッチに出力するように構成されたインバータと、を含む、請求項３に記載のバッテリー管理装置。
10. 請求項１から９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。

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