JP2010273530A - バッテリ管理システムおよびその駆動方法 - Google Patents

バッテリ管理システムおよびその駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数のバッテリセルを効率的に管理できるバッテリ管理システムおよびその駆動方法を提供する。
【解決手段】マスターバッテリ管理システムとスレーブバッテリ管理システムは、同期信号をハードウェア的にだけでなく、ソフトウェア的にも正確に同期化させ、その一例として、バッテリ管理システムは、電源が印加されるとレディー信号を出力するスレーブバッテリ管理システムと、レディー信号が入力されると同期開始信号を出力するマスターバッテリ管理システムとを有し、マスターバッテリ管理システムは、スレーブバッテリ管理システムに周期的に同期リセット信号を出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリ管理システムおよびその駆動方法に関する。
一般に、ガソリン、軽油またはＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）を燃料として使用する自動車は、有害排気ガスを発生させて大気を汚染させるだけでなく地球温暖化を誘発する。これにより、関連業界では有害排気ガスの発生が著しく低いハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）または有害排気ガスが全くない電気自動車（ＥＶ）を活発に研究および開発している。
前記ＨＥＶは、ガソリン、軽油またはＬＰＧなどのような燃料を使用する内燃機関によって走行するだけでなく、バッテリから供給される電気によっても走行可能であり、また前記ＨＥＶは各走行状況に対応して車両の燃費が最大になるように制御される。
前記ＨＥＶに装着された電動発電機（ｍｏｔｏｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）は、車両の制動または減速時にＭＴＣＵ（Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の制御により動力モードから発電モードに切り換えられ、この時、前記バッテリは、前記ＭＴＣＵと接続されたバッテリ管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）の制御により電動発電機から発生する電気エネルギーによって充電することができる。
一方、前記バッテリは、前記ＨＥＶの性能向上のためにバッテリセルの個数が段々と増加しており、これにより、複数のバッテリセルを効率よく管理できるバッテリ管理システムを必要とする。
本発明の目的は、複数のバッテリセルを効率的に管理することが可能な、新規かつ改良されたバッテリ管理システムおよびその駆動方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電源が印加されるとレディー信号を出力する少なくとも一つのスレーブバッテリ管理システムと、前記レディー信号が入力されると同期開始信号を出力するマスターバッテリ管理システムとを含み、前記マスターバッテリ管理システムは、前記スレーブバッテリ管理システムに周期的に同期リセット信号を出力するバッテリ管理システムが提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、マスターバッテリ管理システムとスレーブバッテリ管理システムとからなるバッテリ管理システムの駆動方法において、前記マスターバッテリ管理システムは、前記スレーブバッテリ管理システムからレディー信号が入力されたか否かを判断するレディー信号判断ステップと、前記レディー信号が入力されると前記スレーブバッテリ管理システムに同期開始信号を出力する同期開始信号出力ステップと、前記スレーブバッテリ管理システムに周期的に同期リセット信号を出力する同期リセット信号出力ステップとを含んで駆動するバッテリ管理システムの駆動方法が提供される。
以上説明したように本発明は、複数のバッテリ管理システムが有する同期信号を互いに正確に一致させることにより、より一層信頼性のある計測値および計算値を得ることができるバッテリ管理システムを実現する。
また、本発明は、複数のバッテリ管理システムの同期信号をハードウェア的にだけでなく、ソフトウェア的にも一致させることにより、外部ノイズに強いバッテリ管理システムを実現する。
また、本発明は、複数のバッテリ管理システム間の同期一致状態を確認できることにより、より一層安定したバッテリ管理システムを実現する。
本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムおよびその周辺装置の構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムにおけるマスターバッテリ管理システムの構成を詳しく示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムにおけるマスターバッテリ管理システムとスレーブバッテリ管理システムの構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムにおけるセンシング部を具体的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムにおける電圧検出部を具体的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムの駆動波形を示す波形図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムの駆動波形におけるマスターバッテリ管理システムからスレーブバッテリ管理システムに周期的に伝達される同期リセット信号波形を示す波形図である。 本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムの駆動方法を示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムおよびその周辺装置の構成を概略的に示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態は、バッテリ１００、電流センサ２００、冷却ファン３００、ヒューズ４００、マスタースイッチ５００、ＭＴＣＵ（Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６００、インバータ７００、電動発電機（Ｍｏｔｏｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）８００およびバッテリ管理システム９００を含む。ここで、前記バッテリ管理システム９００は、一つのマスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよび複数のスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮを含む。
前記バッテリ１００は、複数のバッテリセルが互いに直列に接続された複数のサブパック１０１〜１０８、出力端子１０９、１１０およびサブパック１０４とサブパック１０５との間に位置する安全スイッチ１１１を含む。ここで、前記サブパック１０１〜１０８は例示的に８個で示し、複数のバッテリセルは一つのグループで表わしたが、これに限定されるのではない。また、前記安全スイッチ１１１は、バッテリを交換したりバッテリに対する作業を行う時に、作業者の安全のために受動的にオンまたはオフにすることができる。前記安全スイッチ１１１の位置は、図面により限定されなく、複数のサブパック１０１〜１０８間のどこにでも位置することができる。
前記電流センサ２００は、前記バッテリ１００に流れる電流量を測定してバッテリ管理システム９００に伝達する。例えば、前記電流センサ２００は、ホール（Ｈａｌｌ）素子を用いて電流を測定し、測定された電流に対応するアナログ電流信号として出力するＨａｌｌ ＣＴ（Ｈａｌｌ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であるか、もしくはバッテリの電流が流れる配線に抵抗を接続して、バッテリの電流に対応する電圧信号を生成するシャント抵抗（ｓｈｕｎｔ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）である。
前記冷却ファン３００は、前記バッテリ１００の充放電によって発生する熱を冷却させる。前記冷却ファン３００は充放電によって発生した熱によるバッテリ１００の劣化および充放電効率の低下を防止する。
前記ヒューズ４００は、前記バッテリ１００に過電流が入力されたり、または前記バッテリ１００から過電流が出力されると断線することで前記バッテリ１００を保護する。
前記マスタースイッチ５００は、過電圧、過電流、高温のような異常現象が発生すると、前記バッテリ管理システム９００または前記ＭＴＣＵ６００の制御信号に基づいて、前記バッテリ１００の大電流の経路を遮断する。
前記ＭＴＣＵ６００は、自動車のアクセラレータ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）、ブレーキ（ｂｒａｋｅ）、自動車速度などの情報に基づいて現在の自動車の運行状態を把握し、必要なトルクを算出して算出されたトルクおよびバッテリの充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基づいて、前記バッテリ１００と前記電動発電機８００間の電力の伝達方向を制御する。ここで、現在の自動車の運行状態には、始動させるキーオン（ｋｅｙ ｏｎ）、始動を止めるキーオフ（ｋｅｙ ｏｆｆ）、従属運行および加速運行などが含まれる。
前記インバータ７００は、前記ＭＴＣＵ６００の制御により前記バッテリ１００を充放電させる。具体的に、前記ＭＴＣＵ６００は、前記インバータ７００を制御して前記電動発電機８００の出力が算出されたトルクに合うように制御する。また、前記ＭＴＣＵ６００は、自動車の状態に関する情報を前記バッテリ管理システム９００に伝送し、前記バッテリ管理システム９００から伝達される前記バッテリ１００のＳＯＣが、目標値（例えば５５％）となるように前記バッテリ１００と前記電動発電機８００間の電力の伝達方向を制御する。例えば、前記バッテリ管理システム９００から伝達されたＳＯＣが５５％以下であると、前記ＭＴＣＵ６００は、前記インバータ７００を制御して前記電動発電機８００の電力が前記バッテリ１００に伝達されるようにする。これにより、前記バッテリ１００は充電される。この時のバッテリの電流は‘＋’の値と定義される。一方、前記ＳＯＣが５５％以上であると、前記ＭＴＣＵ６００は、前記インバータ７００を制御して電力が前記バッテリ１００から前記電動発電機８００に伝達されるようにする。これにより、前記バッテリ１００は放電される。この時のバッテリの電流は‘−’の値と定義される。
前記電動発電機８００は、前記バッテリ１００の電気エネルギーを利用して前記ＭＴＣＵ６００から伝達されるトルク情報に基づき自動車を駆動する。
前記バッテリ管理システム９００は、上述したように、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよび複数のスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮを含む。
前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、基本的に自分に割り当てられたバッテリセルのセル電圧Ｖおよび温度Ｔなどを測定して前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに伝達する。このようなスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、先ず、レディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮを前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに伝達し、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮの動作状態を前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに知らせる。即ち、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮの動作状態は、パワーオン（ｐｏｗｅｒ−ｏｎ）またはパワーオフ（ｐｏｗｅｒ−ｏｆｆ）を含み、パワーオンは、正常動作状態であり、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮに正常に電力が供給される状態を意味し、パワーオフは、非正常動作状態であり、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮに電力が供給されない状態を意味する。この時、前記レディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮは、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのパワーオンの状態を示す。一例として、前記レディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮはアクティブハイレベル（ａｃｔｉｖｅ ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ）の電気的信号である。もちろん、前記スレーブバッテリシステム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮがパワーオフになると、前記レディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮはインアクティブローレベル（ｉｎａｃｔｉｖｅ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ）に設定される。
前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍも自分に割り当てられたバッテリセルのセル電圧Ｖ、バッテリの電流Ｉおよび温度Ｔなどを測定する。また、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮからバッテリセルのセル電圧Ｖおよび温度Ｔなどが伝達され、バッテリ全体の充電状態（ＳＯＣ）および健康状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）を推定する。ここで、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに割り当てられたバッテリセルおよび前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮに割り当てられたバッテリセルは当然相異する。
そして、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、ＳＯＣおよびＳＯＨに基づいてバッテリの充放電を制御する。また、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、全てのスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮからレディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮが伝達されると、全てのスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮが正常に動作できる状態だと判断し、内部タイマを動作させると同時に同期開始信号ＳＴを生成する。そして、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、各スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮに同期開始信号ＳＴを伝達する。そうすると、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、前記同期開始信号ＳＴにより内部タイマをそれぞれ動作させる。即ち、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、同期開始信号ＳＴと共に自分の内部タイマを動作させ、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮも前記同期開始信号ＳＴにより自分の内部タイマを動作させる。一方、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは周期的に同期リセット信号ＳＲＴを生成する。そして、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、各スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮに同期リセット信号ＳＲＴを伝達する。そうすると、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、自分の内部タイマを予め設定された特定時間にリセットする。これにより、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍの内部タイマおよび前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮの内部タイマは、周期的且つ強制的に同期化が行われる。さらに、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、前記同期開始信号ＳＴまたは前記同期リセット信号ＳＲＴが入力されると、同期確認信号ＣＫ１〜ＣＫＮを前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに出力する。これにより、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮが適切に同期化されたかどうかを確認できる。このようなマスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよびスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮの構成および動作は、以下で詳しく説明する。
本発明の実施の形態に係るマスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよびスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、ハードウェア（ｈａｒｄｗａｒｅ）的に同様の構成要素を含む。但し、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよびスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮに含まれるスイッチ（図示せず）の状態または識別子の設定に応じてプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）が異なるように設定され、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍとして動作したり、もしくはスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮとして動作できる。即ち、設定されるプログラムに応じて、バッテリ管理システムはマスターバッテリ管理システムによっても、もしくはスレーブバッテリ管理システムによっても動作することができる。
図２は、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムにおけるマスターバッテリ管理システムの構成を詳しく示すブロック図である。
図２に示すように、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、センシング部９１０＿Ｍ、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）９２０＿Ｍ、内部電源供給部９３０＿Ｍ、セルバランシング部９４０＿Ｍ、格納部９５０＿Ｍ、通信部９６０＿Ｍ、保護回路部９７０＿Ｍ、パワーオンリセット部９８０＿Ｍおよび外部インターフェース９９０＿Ｍを含む。
前記センシング部９１０＿Ｍは、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍから制御信号が伝達され、制御信号に基づいてバッテリセルのセル電圧Ｖ、バッテリの電流Ｉおよび温度Ｔなどを測定する。この時、バッテリセルのセル電圧Ｖ、バッテリの電流Ｉおよびバッテリの温度Ｔはアナログ値で測定される。前記センシング部９１０＿Ｍは、アナログ値のバッテリセルのセル電圧Ｖ、バッテリの電流Ｉおよびバッテリの温度Ｔをそれぞれデジタル値に変換し、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍに伝達する。
前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、前記センシング部９１０＿Ｍからバッテリセルのセル電圧Ｖ、バッテリの電流Ｉおよび温度Ｔが伝達され、バッテリのＳＯＣおよびＳＯＨを推定する。
前記内部電源供給部９３０＿Ｍは、補助バッテリを用いてマスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに電源を供給する。
前記セルバランシング部９４０＿Ｍは、各バッテリセルの充放電状態の均衡をとる。即ち、充電状態が比較的高いバッテリセルは放電させ、充電状態が比較的低いバッテリセルは充電させる。
前記格納部９５０＿Ｍは、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍの電源がオフになる時に、現在のＳＯＣ、ＳＯＨなどの情報を格納する。ここで格納部９５０＿Ｍは、電気的に書き込みが可能な不揮発性格納装置、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）である。
前記通信部９６０＿Ｍは自動車のＭＴＣＵ６００と通信を行う。即ち、前記通信部９６０＿Ｍは、ＭＴＣＵ６００にＳＯＣおよびＳＯＨに関する情報を伝送したり、もしくは前記ＭＴＣＵ６００から自動車の状態に関する情報を受信して前記ＭＣＵ９２０＿Ｍに伝送する。
前記保護回路部９７０＿Ｍは、ハードウェア素子を使用して過電流、過電圧などから前記バッテリ１００を保護する。
前記パワーオンリセット部９８０＿Ｍは、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍの電源がオンになると全体システムをリセットする。
前記外部インターフェース９９０＿Ｍは、冷却ファン３００およびマスタースイッチ５００を前記ＭＣＵ９２０＿Ｍに接続させる。
前記複数のスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮの構成も、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍの構成と同様に設定されるので、その具体的な説明は省略する。
図３は、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムにおけるマスターバッテリ管理システムとスレーブバッテリ管理システムの構成を概略的に示すブロック図である。
図３に示すように、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システム９００は、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよび複数のスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮを含む。本発明では、説明の便宜上、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍにおけるタイマ９２１＿Ｍを内蔵したＭＣＵ９２０＿Ｍおよびセンシング部９１０＿Ｍのみを、また、複数のスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮにおけるタイマ９２１＿Ｓ１〜９２１ＳＮを内蔵したＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮおよびセンシング部９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮのみを図示した。
前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍのセンシング部９１０＿Ｍは、対応するバッテリセルのセル電圧Ｖ、バッテリの電流Ｉおよび温度Ｔなどを測定する。前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのセンシング部９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮは、対応するバッテリセルのセル電圧Ｖおよび温度Ｔなどを測定する。ここで、前記センシング部９１０＿Ｍにより測定されたバッテリセルのセル電圧はＶで、前記センシング部９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮにより測定されたバッテリセルのセル電圧はＶ１〜ＶＮで表わす。図面の符号ＳＶは、ＭＣＵ９２０＿Ｍがセンシング部９１０＿Ｍに出力する電圧制御信号である。
上述したように、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、内部にタイマ９２１＿Ｍを有するＭＣＵ９２０＿ＭおよびスイッチＳＷ１を含む。
前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、レディー信号入力端子ＲＤＩＮにより、各スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮから伝達されるレディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮが入力される。前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、レディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮにより同期開始信号ＳＴを生成し、同時にタイマ９２１＿Ｍを動作させる。また、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、同期信号出力端子ＳＴＯＵＴにより、同期開始信号ＳＴを全てのスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮに一括出力する。また、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、前記同期信号出力端子ＳＴＯＵＴにより、周期的に同期リセット信号ＳＲＴを全てのスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮに一括出力する。このような動作によって前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのタイマ９２１＿Ｓ１〜９２１ＳＮは、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍのタイマ９２１＿Ｍと共に正確に同期化される。即ち、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよび前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、それぞれ独立的なタイマ９２１＿Ｍ、９２１＿Ｓ１〜９２１ＳＮを有しているが、このような同期リセット信号ＳＲＴにより全てのタイマ９２１＿Ｍ、９２１＿Ｓ１〜９２１＿ＳＮがソフトウェア的に強制的且つ周期的に同期化される。
前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、データ入力端子ＤＩＮにより、各スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮから得たバッテリの情報、例えば、バッテリセルのセル電圧Ｖ１〜ＶＮが伝達される。そして、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮでバッテリセルのセル電圧Ｖ１〜ＶＮを測定する時間に同期させ、電流センサ２００を制御することにより、バッテリの電流Ｉを測定する。また、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、このような方法で得たバッテリの情報を用いてバッテリのＳＯＣおよびＳＯＨを推定する。
具体的に、ＭＣＵ９２０＿Ｍは、それぞれのスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮからレディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮが入力される。即ち、レディー信号入力端子ＲＤＩＮは、アンドゲートＩＣ（ＡＮＤ Ｇａｔｅ ＩＣ、Ｇ１）の出力端に接続され、アンドゲートＩＣ（Ｇ１）に備えられた複数の入力端子は、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮにそれぞれ接続されている。これにより、一つのレディー信号入力端子ＲＤＩＮによって、各スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮから伝達されるレディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮを受信して処理することができる。本発明はこれに限定されなく、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、複数のスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのそれぞれに対応するレディー信号入力端子ＲＤＩＮによりレディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮを受信することもできる。前記レディー信号入力端子ＲＤＩＮにより、アクティブハイレベルのレディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮが全て入力されると、ＭＣＵ９２０＿Ｍは、同期開始信号ＳＴを生成すると同時にタイマ９２１＿Ｍを動作させる。そして、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮに同期開始信号ＳＴを伝達する。さらに、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、前記同期信号出力端子ＳＴＯＵＴにより、周期的に同期リセット信号ＳＲＴをそれぞれのスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮに伝達する。
前記スイッチＳＷ１は、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍと認識されるようにその値が設定され、使用者の設定に応じて他の値を有することができる。
上述したように、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、バッテリの情報を測定するセンシング部９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮ、レディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮを出力しバッテリの情報を得るＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮ、独自に動作するタイマ９２１＿Ｓ１〜９２１＿ＳＮおよびスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎを含む。
前記ＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮは、それぞれレディー信号出力端子ＲＤＯＵＴにより、レディー信号ＲＤ１〜ＲＤＮをマスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに伝達し、同期信号入力端子ＳＴＩＮにより、同期開始信号ＳＴおよび/または同期リセット信号ＳＲＴが伝達される。前記ＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮは、前記同期開始信号ＳＴが同期信号入力端子ＳＴＩＮによって入力されると、それぞれのタイマ９２１＿Ｓ１〜９２１＿ＳＮを動作させ、また前記同期リセット信号ＳＲＴが同期信号入力端子ＳＴＩＮによって入力されると、強制的に前記タイマ９２１＿Ｓ１〜９２１＿ＳＮを予め設定された特定時間にリセットさせる。これにより、外部で電気的ノイズが発生しても、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍのタイマ９２１＿Ｍおよび前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのタイマ９２１＿Ｓ１〜９２１＿ＳＮは、常に同一の時間に同期されて動作する。その他にも前記ＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮは、バッテリの情報を測定するために同期開始信号ＳＴに同期されるように制御信号、例えば、電圧制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮをそれぞれ生成してセンシング部９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮに伝達する。そして、ＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮは、各センシング部９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮから測定されたバッテリセルのセル電圧Ｖ１〜ＶＮを、データ出力端子ＤＯＵＴによりマスターバッテリ管理システム９００＿ＭのＭＣＵ９２０＿Ｍに伝達する。
ここで、前記スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎは、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮと認識されるようにその値が設定され、使用者の設定に応じて他の値を有することができる。本発明の実施の形態では、スイッチＳＷ１、ＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎを用いてマスターバッテリ管理システムおよびスレーブバッテリ管理システムを区別したが、バッテリ管理システムに割り当てられた固有のシリアル番号のような識別子を用いて、マスターバッテリ管理システムおよびスレーブバッテリ管理システムを区別することもできる。
一方、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮは、同期確認信号出力端子ＣＫＯＵＴにより、同期確認信号ＣＫ１〜ＣＫＮを出力する。この時、前記同期確認信号ＣＫ１〜ＣＫＮは、例えば、前記ＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮで出力するバッテリ電圧制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮである。このように、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、前記バッテリ電圧制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮの同期確認信号ＣＫ１〜ＣＫＮにより、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのタイマ９２１＿Ｓ１〜９２１＿ＳＮが、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍがタイマ９２１＿Ｍと同期されたかどうかを判断することができる。前記バッテリ電圧制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮは以下で説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムにおけるセンシング部を具体的に示すブロック図である。
図４に示すように、前記センシング部９１０＿Ｍ、９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮは、ＭＣＵ９２０＿Ｍ、９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮから伝達された制御信号ＳＶ、ＳＶ１〜ＳＶＮにより、バッテリの情報を測定してＭＣＵ９２０＿Ｍ、９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮに再度伝達する。具体的に、前記センシング部９１０＿Ｍ、９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮは、それぞれ電圧検出部９１１＿Ｍ、９１１＿Ｓ１〜９１１＿ＳＮおよびＡ/Ｄ変換器９１２＿Ｍ、９１２＿Ｓ１〜９１２＿ＳＮを含むことができる。
ここで、前記センシング部９１０＿Ｍ、９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮの動作は全て同一であるので、一例としてセンシング部９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮの動作について説明する。
前記電圧検出部９１１＿Ｓ１〜９１１＿ＳＮは、各ＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮから電圧制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮが伝達される。前記電圧検出部９１１＿Ｓ１〜９１１＿ＳＮは、電圧制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮにより、バッテリセルのセル電圧Ｖ１〜ＶＮを測定してＡ/Ｄ変換器９１２＿Ｓ１〜９１２＿ＳＮに伝達する。
前記Ａ/Ｄ変換器９１２＿Ｓ１〜９１２＿ＳＮは、アナログで伝達されるバッテリセルのセル電圧Ｖ１〜ＶＮをデジタルデータに変換してＭＣＵ９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮに伝達する。
図５は、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムにおける電圧検出部を具体的に示すブロック図である。
ここで、センシング部９１０＿Ｍ、９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮの電圧検出部９１１＿Ｍ、９１１＿Ｓ１〜９１１＿ＳＮの構成は全て同一であるので、一例として電圧検出部９１１＿Ｓ１を用いて、その構成および動作について具体的に説明する。
図５に示すように、電圧検出部９１１＿Ｓ１は、複数のセルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０、リレーＲＬ３、ＲＬ４およびキャパシタＣ２を含む。本発明の実施の形態に係る電圧検出部９１１＿Ｓ１に伝達される電圧制御信号ＳＶ１は、複数のセルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０を制御するためのセルリレー制御信号ＳＳＲ２１〜ＳＳＲ４０、およびリレーＲＬ３、ＲＬ４を制御するためのリレー制御信号ＳＲＬ３、ＳＲＬ４を含む。セルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０は、セルリレー制御信号ＳＳＲ２１〜ＳＳＲ４０がハイレベルであるとターンオンされ、ローレベルであるとターンオフされる。リレーＲＬ３、ＲＬ４は、各リレー制御信号ＳＲＬ３、ＳＲＬ４がハイレベルであるとそれぞれターンオンされ、ローレベルであるとそれぞれターンオフされる。そして、バッテリのセルの数を４０個に制限することにより、セルリレーＳＲ１〜ＳＲ４０の数が４０個に制限されたが、本発明はこれに限定されなく、バッテリを構成する全体バッテリセルの個数により、セルリレーの数を調節することができる。もちろん、これにより、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮの個数も調節することができる。
前記複数のセルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０のそれぞれは、バッテリ１００の複数のセルＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０のそれぞれの正の端子および負の端子に接続されている。複数のセルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０は、セルリレー制御信号ＳＳＲ２１〜ＳＳＲ４０により、ターンオンおよびはターンオフを決定して、複数のセルＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０の各電圧をリレーＲＬ３に伝達する。そうすると、リレーＲＬ３は、リレー制御信号ＳＲＬ３によりターンオンおよびターンオフを決定して、複数のセルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０からそれぞれ伝達されるバッテリのセル電圧をキャパシタＣ２に伝達する。複数のセルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０は、複数のセルリレー制御信号ＳＳＲ２１〜ＳＳＲ４０によりターンオンまたはターンオフされる。ターンオンされたセルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０により、複数のセルＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０中のターンオンされたセルリレーに対応するバッテリセルのセル電圧が、ターンオンされたリレーＲＬ２１によりキャパシタＣ２に伝達される。セルリレー制御信号ＳＳＲ２１〜ＳＳＲ４０によりターンオンされたセルリレー、およびリレー制御信号ＳＲＬ３によりターンオンされたリレーＲＬ３によって、バッテリの複数のバッテリセルのうち対応するバッテリセルとキャパシタＣ２が電気的に接続される。そうすると、ターンオンされたセルリレーおよびリレーＲＬ３を含む経路を通じて、バッテリセルのセル電圧に対応する検出電圧がキャパシタＣ２に格納される。キャパシタＣ２にバッテリセルのセル電圧に対応する検出電圧が充電された後、所定の遅延時間後に、リレーＲＬ４は、リレー制御信号ＳＲＬ４によりターンオンされ、キャパシタＣ２に格納された電圧をＡ／Ｄ変換器９１２＿Ｓ１に伝達する。
ここで、上述したように、バッテリ電圧制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮ中の前記セルリレー制御信号ＳＳＲ２１〜ＳＳＲ４０またはリレー制御信号ＳＲＬ３、ＳＲＬ４は、同期確認信号ＣＫ１〜ＣＫＮとして用いることができる。
これにより、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、例えば、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍのセルリレー制御信号ＳＳＲ１と、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のセルリレー制御信号ＳＳＲ２１が、同一の位相を有しながら入力されると、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよびスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮが正確に同期化されたと判断できる。しかしながら、セルリレー制御信号ＳＳＲ１とセルリレー制御信号ＳＳＲ２１が同一の位相を有していないか、もしくは少なくともいずれか一つのセルリレー制御信号が入力されないと、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍはシステム欠陥状態と判断する。
図６は、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムの駆動波形を示す波形図である。
ここで、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムは、一つのマスターバッテリ管理システム９００＿Ｍと、一つのスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１とからなるとする。また、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、各バッテリセルＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０に格納されたバッテリセルのセル電圧Ｖを測定すると同時にバッテリの電流Ｉを測定し、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１は、各バッテリセルＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０に格納されたバッテリセルのセル電圧Ｖ１を測定する動作を行う。
基本的に、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、内部的に準備されたタイマ９２１＿Ｍからのクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍに同期されて動作し、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１も、内部的に準備されたタイマ９２１＿Ｓ１からのクロック周波数ＣＬＫ＿Ｓ１に同期されて動作する。
前記マスターバッテリ管理システム９００＿ＭのＭＣＵ９２０＿Ｍは、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１からアクティブハイレベルのレディー信号が伝達される。そうすると、ＭＣＵ９２０＿Ｍは、ハイレベルのレディー信号を参照して、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１がパワーオンされたと判断する。また、ＭＣＵ９２０＿Ｍは、同期開始信号ＳＴを生成すると同時にタイマ９２１＿Ｍを動作させ、クロック周波数ＣＬＫ＿Ｍが出力されるようにする。前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、内部的に準備されたタイマ９２１＿Ｍによるクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍに同期され、バッテリセルのセル電圧Ｖを測定する。また、同時に、前記ＭＣＵ９２０＿Ｍは、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のＭＣＵ９２０＿Ｓ１に同期開始信号ＳＴを伝達する。そうすると、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のＭＣＵ９２０＿Ｓ１は、内部的に準備されたタイマ９２１＿Ｓ１を動作させ、クロック周波数ＣＬＫ＿Ｓが出力されるようにする。さらに、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１は、前記タイマ９２１＿Ｓ１によるクロック周波数ＣＬＫ＿Ｓ１に同期され、バッテリセルのセル電圧Ｖ１を測定する。この時、マスターバッテリ管理システム９００＿ＭのＭＣＵ９２０＿Ｍは、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１でバッテリセルのセル電圧Ｖ１を測定する時点に同期させ、バッテリの電流Ｉを測定する。
具体的に、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、クロック周波数ＣＬＫ＿Ｍに同期して、バッテリセルＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０の電圧が測定されるように、電圧制御信号ＳＶを生成してセンシング部９１０＿Ｍの電圧検出部９１１＿Ｍに伝達する。そうすると、電圧検出部９１１＿Ｍは、セルリレーＳＲ１〜ＳＲ２０を順次ターンオンしてバッテリのセル電圧を測定する。先ず、マスターバッテリ管理システム９００＿ＭでバッテリセルＣＥＬＬ１に格納されたバッテリのセル電圧Ｖを測定するために、電圧検出部９１１＿ＭのセルリレーＳＲ１に、ハイレベルのセルリレー制御信号ＳＳＲ１がクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍに同期されて伝達され、リレーＲＬ１にハイレベルのリレー制御信号ＳＲＬ１がクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍに同期されて伝達されると、バッテリセルＣＥＬＬ１に格納されたバッテリのセル電圧Ｖは、セルリレーＳＲ１およびリレーＲＬ１によりキャパシタＣ１に格納される。
リレーＲＬ１をターンオフさせるためのローレベルのリレー制御信号ＳＲＬ１が伝達される時点Ｔ１１から所定の遅延時間後に、マスターバッテリ管理システム９００＿ＭのＭＣＵ９２０＿Ｍは、リレーＲＬ２にハイレベルのリレー制御信号ＳＲＬ２を伝達してリレーＲＬ２をターンオンさせる。リレーＲＬ２が完全にターンオンされる時点Ｔ２１で、センシング部９１０＿Ｍの電圧検出部９１１＿Ｍは、キャパシタＣ１に格納されたバッテリのセル電圧Ｖに対応する検出電圧を測定してＡ／Ｄ変換器９１２＿Ｍに伝達する。Ａ／Ｄ変換器９１２＿Ｍは、アナログで伝達されるバッテリのセル電圧Ｖをデジタルに変換してＭＣＵ９２０＿Ｍに伝達する。
これと同時に、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１でも、クロック周波数ＣＬＫ＿Ｓに同期してバッテリセルＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０の電圧が測定されるように、電圧制御信号ＳＶ１を生成してセンシング部９１０＿Ｓ１の電圧検出部９１１＿Ｓ１に伝達する。そうすると、電圧検出部９１１＿Ｓ１は、セルリレーＳＲ２１〜ＳＲ４０を順次ターンオンしてバッテリセルのセル電圧を測定する。
先ず、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１でバッテリセルＣＥＬＬ２１に格納されたバッテリのセル電圧Ｖを測定するために、電圧検出部９１１＿Ｓ１のセルリレーＳＲ２１に、ハイレベルのセルリレー制御信号ＳＳＲ２１がクロック周波数ＣＬＫ＿Ｓに同期されて伝達され、リレーＲＬ３にハイレベルのリレー制御信号ＳＲＬ３がクロック周波数ＣＬＫ＿Ｓに同期されて伝達されると、バッテリセルＣＥＬＬ２１に格納されたバッテリのセル電圧Ｖ１は、セルリレーＳＲ２１およびリレーＲＬ３によりキャパシタＣ２に格納される。
リレーＲＬ３をターンオフさせるためのローレベルのリレー制御信号ＳＲＬ３が伝達される時点Ｔ１１で、所定の遅延時間後に、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のＭＣＵ９２０＿Ｓ１は、リレーＲＬ４にハイレベルのリレー制御信号ＳＲＬ４を伝達してリレーＲＬ４をターンオンさせる。リレーＲＬ４が完全にターンオンされる時点Ｔ２１で、センシング部９１０＿Ｓ１の電圧検出部９１１＿Ｓ１は、キャパシタＣ２に格納されたバッテリセルのセル電圧Ｖ１に対応する検出電圧を測定してＡ／Ｄ変換器９１２＿Ｓ１に伝達する。Ａ／Ｄ変換器９１２＿Ｓ１は、アナログで伝達されるバッテリセルのセル電圧Ｖ１をデジタルに変換してＭＣＵ９２０＿Ｓ１に伝達する。そうすると、ＭＣＵ９２０＿Ｓ１は、変換されたバッテリのセル電圧Ｖ１に対応する検出電圧をマスターバッテリ管理システム９００＿ＭのＭＣＵ９２０＿Ｍに伝達する。
ここで、前記マスターバッテリ管理システム９００＿ＭのＭＣＵ９２０＿Ｍは、電圧検出部９１１＿Ｍ、９１１＿Ｓ１で測定しようとするバッテリセルのセル電圧が、それぞれキャパシタＣ１、Ｃ２への格納が完了する時点Ｔ１１で、電流センサ２００を制御するための電流制御信号ＳＩを伝達してバッテリの電流Ｉを測定する。時点Ｔ１１でローレベルのリレー制御信号ＳＲＬ１、ＳＲＬ３が、リレーＲＬ１、ＲＬ３のそれぞれに伝達され、リレーＲＬ１、ＲＬ３はターンオフされる。そして、ＭＣＵ９２０＿Ｍは、バッテリの電流Ｉとバッテリのセル電圧Ｖ、Ｖ１を用いてバッテリのＳＯＣおよびＳＯＨを推定する。
一方、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のＭＣＵ９２０＿Ｓ１による電圧制御信号ＳＶ１、即ち、セルリレー制御信号ＳＳＲ２１、リレー制御信号ＳＲＬ３またはリレー制御信号ＳＲＬ４のいずれか一つが、同期確認信号ＣＫ１として前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに伝達される。これにより、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、前記同期確認信号ＣＫ１に基づいて、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍのタイマとスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のタイマが同期されて動作するかを確認することができる。
さらに、前記のような手順でマスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよびスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１の各ＭＣＵ９２０＿Ｍ、９２０＿Ｓ１は、各クロック周波数ＣＬＫ＿Ｍ、ＣＬＫ＿Ｓにそれぞれ同期され、バッテリセルＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０およびバッテリセルＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０に格納されたバッテリのセル電圧Ｖ、Ｖ１を順次測定する。即ち、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍで、クロック周波数ＣＬＫ＿ＭによりバッテリセルＣＥＬＬ１に格納されたバッテリのセル電圧Ｖを測定する間に、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１でも、クロック周波数ＣＬＫ＿ＳによりバッテリセルＣＥＬＬ２１に格納されたバッテリのセル電圧Ｖ１を測定する。このような方法で、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、クロック周波数ＣＬＫ＿ＭによりバッテリセルＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０の電圧を順次測定し、同時にスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１は、クロック周波数ＣＬＫ＿ＳによりバッテリセルＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０の電圧を順次測定することができる。
一方、このように、バッテリセルＣＥＬＬ１〜ＣＥＬＬ２０およびバッテリセルＣＥＬＬ２１〜ＣＥＬＬ４０の電圧Ｖ、Ｖ１およびバッテリの電流Ｉが、全て測定された後には、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１に内蔵されたタイマ９２１＿Ｓ１とマスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに内蔵されたタイマ９２１＿Ｍが同期化される。より具体的に説明すると、電圧制御信号（ＳＳＲ１〜ＳＳＲ２０、ＳＳＲ２１〜ＳＳＲ４０、ＳＲＬ１、ＳＲＬ３、ＳＲＬ２およびＳＲＬ４等）がない期間に、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍからスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１に同期リセット信号ＳＲＴが出力される。これについて次に再説明する。
図７は、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムの駆動波形におけるマスターバッテリ管理システムからスレーブバッテリ管理システムに周期的に伝達される同期リセット信号波形を示す波形図である。
図７に示すように、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、内部的に備えられたタイマ９２１＿Ｍを用いてクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍを出力し、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１も、内部的に備えられたタイマ９２１＿Ｓ１を用いてクロック周波数ＣＬＫ＿Ｓを出力する。もちろん、二つのクロック周波数ＣＬＫ＿ＭおよびＣＬＫ＿Ｓは、同期開始信号ＳＴにより出発点は同一であるが、時間の経過により外部ノイズなどによって互いに異なる周波数に変更される可能性がある。
したがって、本発明の実施の形態では、上述したように、全てのバッテリセルの電圧およびバッテリの電流測定が完了した後に、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍがスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１に同期リセット信号ＳＲＴを出力する。そうすると、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１に内蔵されたタイマ９２１＿Ｓ１は、特定時間、即ち、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍに内蔵されたタイマ９２１＿Ｍと同一時間にリセットされる。これにより、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍのタイマ９２１＿Ｍとスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮのタイマ９２１＿Ｓ１は、同一のクロック周波数を有するようになる。即ち、図７で、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のクロック周波数ＣＬＫ＿Ｓは、時間の経過により外部ノイズによってΔＴだけ時間が遅延される可能性がある。しかしながら、このようなΔＴは、同期リセット信号ＳＲＴにより除去され、結局、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のクロック周波数ＣＬＫ＿Ｓは、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍのクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍと同期化される。もちろん、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍのクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍが外部ノイズによって時間遅延される可能性があるが、結局は、このような時間遅延されたクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍに、スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１のクロック周波数ＣＬＫ＿Ｓを合わせると、前記二つのクロック周波数ＣＬＫ＿Ｍ、ＣＬＫ＿Ｓは互いに同一に同期化される。
これをより具体的に説明する。一例として、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよびスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮの各タイマは５００μｓタイマであり、全てのバッテリセルの電圧および電流感知サイクルが約１０ｍｓであり、全てのバッテリセルの電圧および電流感知は約９ｍｓで完了するとする。
そうすると、前記マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍは、電圧制御信号のない約９.５ｍｓに同期リセット信号ＳＲＴを前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１に出力する。また、前記スレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１は、以前クロック周波数ＣＬＫ＿Ｓを強制的に９.５ｍｓに合わせる。これにより、マスターバッテリ管理システム９００＿Ｍおよびスレーブバッテリ管理システム９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮの各タイマは、全て９.５ｍｓに同期化される。
このように、本発明の実施の形態では、複数のバッテリ管理システム間に同期時間を周期的に強制的に合わせることにより、測定値および計算値に対するデータの有効性および信頼性を向上させる。また、ハードウェア的に完璧に外部ノイズに対して対処できないことから、発生できる時間遅延などをソフトウェア的に補完および解決することができる。
図８は、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムの駆動方法を示すフローチャートである。
先ず、本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムは、上述したように、マスターバッテリ管理システムとスレーブバッテリ管理システムとを含む。ここで、本発明の実施の形態では、前記マスターバッテリ管理システムの駆動方法を中心に説明する。即ち、以下で説明する動作の主体は、特に他の説明がない限り、全てマスターバッテリ管理システムである。また、本説明は方法についての説明のため、図面の符号は全て省略する。
本発明の実施の形態に係るバッテリ管理システムの駆動方法は、レディー信号判断ステップ（Ｓ１）と、同期開始信号出力ステップ（Ｓ２）と、同期リセット信号出力ステップ（Ｓ３）と、同期チェック信号判断ステップ（Ｓ４）と、システム欠陥信号出力ステップ（Ｓ５）とを含む。
前記レディー信号判断ステップ（Ｓ１）では、前記スレーブバッテリ管理システムからレディー信号が入力されたか否かを判断する。ここで、前記スレーブバッテリ管理システムは、内部電源がオンになった場合、上記のようなレディー信号をマスターバッテリ管理システムに出力する。
前記同期開始信号出力ステップ（Ｓ２）では、前記スレーブバッテリ管理システムに同期開始信号を出力する。ここで、前記マスターバッテリ管理システムは、前記同期開始信号を出力し、同時に内部に備えられたタイマを動作させる。また、前記スレーブバッテリ管理システムも前記同期開始信号により内部に備えられたタイマを動作させる。もちろん、前記マスターバッテリ管理システムおよびスレーブバッテリ管理システムの各タイマから出力されるクロック周波数は同一の値を有する。また、前記マスターバッテリ管理システムおよびスレーブバッテリ管理システムの各タイマで出力されるクロック周波数の開始点は同一である。
前記同期リセット信号出力ステップ（Ｓ３）では、前記スレーブバッテリ管理システムに同期リセット信号を出力する。実質的に、前記メインバッテリ管理システムは前記同期リセット信号を周期的に出力する。
一方、このような同期リセット信号により前記スレーブバッテリ管理システムに備えられたタイマのクロック周波数は、予め設定された特定時間に強制的にリセットされる。ここで、予め設定された特定時間とは、マスターバッテリ管理システムのタイマとスレーブバッテリ管理システムのタイマによるクロック周波数が同一位相になるようにする時間を意味する。例えば、マスターバッテリ管理システムのタイマによるクロック周波数の時点が９.５ｍｓであれば、前記スレーブバッテリ管理システムのタイマによるクロック周波数の時点も、９.５ｍｓに強制的にホールディングしたり引っ張ったりして合わせる。ここで、前記のような同期リセット信号出力ステップは、バッテリセルの電圧、電流および温度センシングに妨害しないために、このようなセンシング動作のない時間に行われる。
前記同期チェック信号判断ステップ（Ｓ４）は、前記スレーブバッテリ管理システムから同期チェック信号が入力されたか否かを判断する。ここで、前記同期チェック信号は、例えば、バッテリ電圧を感知するためのバッテリ電圧制御信号中のいずれか一つである。即ち、前記スレーブバッテリ管理システムは、対応するバッテリセルの電圧を感知するために電圧制御信号を出力するが、このような電圧制御信号を同期チェック信号として用いたものである。ここで、全てのスレーブバッテリ管理システムから同期チェック信号が入力され、また、このような同期チェック信号の位相が、マスターバッテリ管理システムが有する電圧制御信号と同一の位相を有せば、前記マスターバッテリ管理システムと前記スレーブバッテリ管理システムは正確に同期されたと言える。
前記システム欠陥信号出力ステップ（Ｓ５）では、前記スレーブバッテリ管理システムから同期チェック信号が入力されなかったり、または、入力された同期チェック信号がマスターバッテリ管理システムが有する位相と異なると、システム欠陥信号を出力する。一例として、このようなシステム欠陥信号は、自動車のＭＴＣＵに伝達されたり、または、直接使用者に警告するディスプレイ部により出力される。
このように、本発明の実施の形態では、同期リセット信号がマスターバッテリ管理システムからスレーブバッテリ管理システムに周期的に出力されることにより、マスターバッテリ管理システムとスレーブバッテリ管理システムの同期時間が強制的に合わせられる。これにより、測定されるバッテリセルの電圧、電流および温度などの測定値およびこれに対する計算値に対するデータの有効性および信頼性が向上する。さらに、本発明の実施の形態は、ハードウェア的にだけでなく、ソフトウェア的に各タイマの時間遅延現象を防止することによって、より一層優れたバッテリ管理システムを実現することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１００ バッテリ
２００ 電流センサ
３００ 冷却ファン
４００ ヒューズ
５００ マスタースイッチ
６００ ＭＴＣＵ
７００ インバータ
８００ 電動発電機
９００ バッテリ管理システム
９００＿Ｍ マスターバッテリ管理システム
９００＿Ｓ１〜９００＿ＳＮ スレーブバッテリ管理システム
９１０＿Ｍ，９１０＿Ｓ１〜９１０＿ＳＮ センシング部
９１１＿Ｍ，９１１＿Ｓ１〜９１１＿ＳＮ 電圧検出部
９１２＿Ｍ，９１２＿Ｓ１〜９１２＿ＳＮ Ａ／Ｄ変換部
９２０＿Ｍ，９２０＿Ｓ１〜９２０＿ＳＮ ＭＣＵ
９２１＿Ｍ，９２１＿Ｓ１〜９２１＿ＳＮ タイマ

Claims (17)

  1. 電源が印加されるとレディー信号を出力する少なくとも一つのスレーブバッテリ管理システムと、
    前記レディー信号が入力されると同期開始信号を出力するマスターバッテリ管理システムとを含み、
    前記マスターバッテリ管理システムは、前記スレーブバッテリ管理システムに周期的に同期リセット信号を出力することを特徴とするバッテリ管理システム。
  2. 前記マスターバッテリ管理システムは、
    前記レディー信号が入力されると動作する内部タイマをさらに含んでなることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。
  3. 前記マスターバッテリ管理システムは、
    前記レディー信号が入力されるアンドゲートをさらに含んでなることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。
  4. 前記スレーブバッテリ管理システムは、
    前記同期開始信号が入力されると動作する内部タイマをさらに含んでなることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。
  5. 前記スレーブバッテリ管理システムは、
    前記同期リセット信号が入力されると自分の内部タイマを予め設定された特定時間にリセットさせることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。
  6. 前記スレーブバッテリ管理システムは、
    同期チェック信号を前記マスターバッテリ管理システムに出力することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。
  7. 前記同期チェック信号は、バッテリ電圧を感知するためのバッテリ電圧制御信号であることを特徴とする請求項６に記載のバッテリ管理システム。
  8. 前記マスターバッテリ管理システムは、前記同期チェック信号が入力されないとシステム欠陥信号を出力することを特徴とする請求項６に記載のバッテリ管理システム。
  9. 前記マスターバッテリ管理システムは、
    前記同期チェック信号が入力されるアンドゲートをさらに含んでなることを特徴とする請求項６に記載のバッテリ管理システム。
  10. マスターバッテリ管理システムとスレーブバッテリ管理システムとからなるバッテリ管理システムの駆動方法において、
    前記マスターバッテリ管理システムは、
    前記スレーブバッテリ管理システムからレディー信号が入力されたか否かを判断するレディー信号判断ステップと、
    前記レディー信号が入力されると、前記スレーブバッテリ管理システムに同期開始信号を出力する同期開始信号出力ステップと、
    前記スレーブバッテリ管理システムに周期的に同期リセット信号を出力する同期リセット信号出力ステップと、を含んで駆動することを特徴とするバッテリ管理システムの駆動方法。
  11. 前記同期開始信号出力ステップでは、
    前記同期開始信号の出力と共に自分の内部タイマも動作させることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ管理システムの駆動方法。
  12. 前記同期開始信号出力ステップは、
    全てのスレーブバッテリ管理システムからレディー信号が入力されると行われることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ管理システムの駆動方法。
  13. 前記同期開始信号出力ステップ後には、
    前記スレーブバッテリ管理システムが自分の内部タイマを動作させることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ管理システムの駆動方法。
  14. 前記同期リセット信号出力ステップ後には、
    前記スレーブバッテリ管理システムが自分の内部タイマを予め設定された特定時間に強制リセットさせることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ管理システムの駆動方法。
  15. 前記同期開始信号出力ステップ、または前記同期リセット信号出力ステップ後には、
    前記スレーブバッテリ管理システムから同期チェック信号が入力されたか否かを判断する同期チェック信号判断ステップをさらに含んでなることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ管理システムの駆動方法。
  16. 前記同期チェック信号判断ステップで用いられた同期チェック信号は、バッテリ電圧を感知するためのバッテリ電圧制御信号であることを特徴とする請求項１５に記載のバッテリ管理システムの駆動方法。
  17. 前記同期チェック信号判断ステップ後には、
    少なくとも一つの前記同期チェック信号が入力されないと、システム欠陥信号を出力するシステム欠陥信号出力ステップをさらに含んでなることを特徴とする請求項１５に記載のバッテリ管理システムの駆動方法。

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