JP7215657B2 - 並列マルチパックシステムの出力制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、出力制御装置及び方法に関し、より詳しくは、複数のバッテリーパックを並列で接続した並列マルチパックシステムにおいて、抵抗が相対的に低いバッテリーパックの過充電または過放電を防止することができる出力制御装置及び方法に関する。

本出願は、２０１９年１０月３０日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１３６９５３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。

バッテリーは、携帯電話、ラップトップパソコン、スマートフォン、スマートパッドなどのモバイルデバイスだけでなく、電気で駆動される自動車（ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や大容量電力貯蔵装置（ＥＳＳ）などの分野にまでその用途が急速に広がっている。

電気駆動自動車に搭載されるバッテリーシステムは、高いエネルギー容量を確保するため、並列で接続されたｎ個のバッテリーパックを含み、それぞれのバッテリーパックは直列で接続された複数のバッテリーセルを含む。以下、ｎ個のバッテリーパックが並列で接続されたアセンブリを並列マルチパックシステムと称する。

本明細書において、バッテリーセルは一つの単位セルまたは並列で接続された複数の単位セルを含み得る。単位セルとは、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セルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルを単位セルとして見なし得る。

並列マルチパックシステムの出力（ｐｏｗｅｒ）は、安全のため、並列で接続されたバッテリーパックのうち出力が最も低いバッテリーパックを基準にして決定される。すなわち、バッテリーパックの出力値のうちの最小出力とバッテリーパックの数とを乗じた値が並列マルチパックシステムの総出力になる。

例えば、５個のバッテリーパックが並列で接続されている並列マルチパックシステムにおいて、５個のバッテリーパックの出力がそれぞれ１ｋＷ、２ｋＷ、３ｋＷ、４ｋＷ及び５ｋＷである場合、並列マルチパックシステムの総出力は５×１ｋＷ（５ｋＷ）になる。

並列マルチパックシステムの管理装置は、総出力（５ｋＷ）に関する情報を電気駆動自動車の制御システムに提供する。すると、制御システムは、電気駆動自動車で消耗される電力が５ｋＷを超えないように、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータに供給される電力、車線離脱防止、前方追突警告などの先進運転支援システム（ＡＤＡＳ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）ユニットと電装ユニットなどに供給される電力を適応的に分配する。このように並列マルチパックシステムの総出力の範囲内で電力を分配することを電力ガイドラインと称する。

一方、並列マルチパックシステムの総出力をＰ_{ｔｏｔａｌ}とするとき、各バッテリーパックのパック出力（Ｐ_ｋ）は、回路理論に従って、該当バッテリーパックのパック抵抗（Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）と並列マルチパックシステムの総抵抗（Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}）との抵抗比率Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}／Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}によって自動で分配される。すなわち、各バッテリーパックのパック出力（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）はＰ_{ｔｏｔａｌ}×Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}／Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}である。ここで、ｋはバッテリーパックのインデックスである。

パック出力（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）は、該当バッテリーパックの可用出力（ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｗｅｒ）ではなく、総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）と抵抗比率Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}／Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}によって決定されるため、パック抵抗（Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）が低いほどパック出力（Ｐ_ｋ）が増加する。したがって、パック抵抗（Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）の低いバッテリーパックのパック出力（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）が可用出力よりも増加することで、該当バッテリーパックが過充電または過放電する場合が生じる。

本発明は、上記のような従来技術の背景下で創案されたものであり、並列マルチパックシステムの総出力を決定する際、抵抗の低いバッテリーパックのパック出力が可用出力を超えることで過充電または過放電することを防止できる並列マルチパックシステムの出力制御装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の技術的課題を達成するため、本発明による並列マルチパックシステムの出力制御装置は、並列マルチパックシステムに含まれた互いに並列で接続された第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックに対する動作特性値を測定する第１センサユニット～第ｎセンサユニットと、並列マルチパックシステムの総出力に対応するように、負荷で消耗される電力または充電装置で提供する電力を制御する出力管理ユニットと、第１センサユニット～第ｎセンサユニット及び出力管理ユニットと動作可能に接続されたマルチパック管理ユニットと、を含む。

望ましくは、マルチパック管理ユニットは、第１センサユニット～第ｎセンサユニットから受信する各バッテリーパックの動作特性値に基づいて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックのパック抵抗をそれぞれ決定し、予め定義されたパック抵抗と可用出力との相関関係情報を用いて各バッテリーパックのパック抵抗に対応する可用出力のうち最小可用出力を決定し、パック抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力が最小可用出力と等しくなるように並列マルチパックシステムの総出力を決定して出力管理ユニットに提供するように構成され得る。

望ましくは、出力管理ユニットは、並列マルチパックシステムの総出力を超えないように、負荷で消耗される電力または充電装置で提供する電力を制御するように構成され得る。

本発明において、相関関係情報は、バッテリーパックのパック抵抗に応じてバッテリーパックの可用出力を定義したパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルであり得る。

一態様によれば、マルチパック管理ユニットは、第１センサユニット～第ｎセンサユニットから周期的に各バッテリーパックの電圧測定値及び電流測定値の入力を受け、複数の電圧測定値及び複数の電流測定値を線形回帰分析法を用いて分析することで、各バッテリーパックのパック抵抗を決定するように構成され得る。

望ましくは、マルチパック管理ユニットは、下記の数式によって並列マルチパックシステムの総出力を算出するように構成され得る。

（ｋは１以上ｎ以下の整数、ｎはバッテリーパックの個数、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は並列マルチパックシステムの総出力、Ｐ _{ｐａｃｋ，ｋ} は第ｋバッテリーパックの可用出力、Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックのパック抵抗、Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は並列マルチパックシステムの総抵抗、ｍｉｎ（）は複数の入力変数のうち最小値を返す関数）

望ましくは、マルチパック管理ユニットは、各バッテリーパックのパック出力を下記の数式によって算出するように構成され得る。

（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックのパック出力、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は並列マルチパックシステムの総出力、Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は並列マルチパックシステムの総抵抗、Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックのパック抵抗）

本発明において、複数のバッテリーパックは並列で接続されているため、複数のバッテリーパックが放電または充電されるとき、各バッテリーパックのパック出力は上記の数式によって計算された値に対応する。

本発明による出力制御装置は、マルチパック管理ユニットと出力管理ユニットとの間に介在された通信ユニットをさらに含み得る。

望ましくは、並列マルチパックシステムは、電気駆動自動車に搭載され、出力管理ユニットは、電気駆動自動車の制御システムに含まれ得る。

上記の技術的課題は、並列マルチパックシステムの出力制御装置を含むバッテリー管理システムまたは電気駆動自動車によって達成され得る。

上記の技術的課題を達成するため、本発明による並列マルチパックシステムの出力制御方法は、（ａ）並列マルチパックシステムに含まれた互いに並列で接続された第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックに対する動作特性値を測定する第１センサユニット～第ｎセンサユニットを提供する段階と、（ｂ）第１センサユニット～第ｎセンサユニットから受信する各バッテリーパックの動作特性値に基づいて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックのパック抵抗をそれぞれ決定する段階と、（ｃ）予め定義されたパック抵抗と可用出力との相関関係情報を用いて、各バッテリーパックのパック抵抗に対応するｎ個の可用出力と最小可用出力を決定する段階と、（ｄ）パック抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力が最小可用出力と等しくなるように並列マルチパックシステムの総出力を決定する段階と、（ｅ）並列マルチパックシステムの総出力を超えないように第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの充電または放電を制御する段階と、を含む。

本発明によれば、並列マルチパックシステムに含まれたバッテリーパックのうち抵抗が低いバッテリーパックのパック出力と、バッテリーパックの可用出力のうち最小可用出力とが等しくなるように、並列マルチパックシステムの総出力を調節することで、抵抗の低いバッテリーパックが過充電または過放電する現象を防止することができる。これによって、並列マルチパックシステムの充電または放電時の安全性と信頼性を向上させることができる。

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形態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ものであるため、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。

本発明の一実施形態による並列マルチパックシステムの出力制御装置の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルの一例を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックのパック抵抗を決定する方法において、Ｉ－Ｖプロファイルの一例を示したグラフである。 本発明の一実施形態による並列マルチパックシステムの出力制御方法を示したフロー図である。 本発明による並列マルチパックシステムの出力制御方法を適用した実施例と従来技術を適用した比較例とにおいて、並列マルチパックシステムの総出力及び各バッテリーパックのパック出力を比べて示した表である。 本発明の一実施形態による並列マルチパックシステムの出力制御装置を含むバッテリー管理システムのブロック図である。 本発明の一実施形態による並列マルチパックシステムの出力制御装置を含む電気駆動装置のブロック図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求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。

後述する実施形態において、バッテリーセルとはリチウム二次電池を意味する。ここで、リチウム二次電池は、充電及び放電中にリチウムイオンが作動イオンとして作用し、正極及び負極で電気化学的反応を引き起こす二次電池を総称する。

一方、リチウム二次電池に使われた電解質や分離膜の種類、二次電池の包装に使われた包装材の種類、リチウム二次電池の内部または外部の構造などによって二次電池の名称が変わっても、リチウムイオンが作動イオンとして使われる二次電池であれば、すべてリチウム二次電池の範疇に含まれると解釈しなければならない。

本発明は、リチウム二次電池の外の他の二次電池にも適用可能である。したがって、作動イオンがリチウムイオンではなくても本発明の技術的思想が適用可能な二次電池であれば、その種類に関係なく本発明の範疇に含まれると解釈しなければならない。

また、バッテリーセルは、一つの単位セルまたは並列で接続された複数の単位セルであり得る。

図１は、本発明の一実施形態による並列マルチパックシステムの出力制御装置の構成を示したブロック図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による出力制御装置１０は、複数のバッテリーパック（Ｐ１～Ｐｎ）が並列で接続された並列マルチパックシステムＭＰの出力を制御する装置であって、パック抵抗が相対的に低いバッテリーパックの一部が過充電または過放電することを防止するため、並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を適応的に制御する。

本発明において、並列マルチパックシステムＭＰは、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎを通じて並列で接続される第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎを含むバッテリーシステムと定義される。

並列マルチパックシステムＭＰは、外部スイッチ部Ｍを通じて負荷Ｌに接続され得る。外部スイッチ部Ｍは、外部高電位スイッチＭ＋と外部低電位スイッチＭ－を含む。外部高電位スイッチＭ＋と外部低電位スイッチＭ－はリレースイッチであり得るが、本発明がこれに限定されることはない。

外部高電位スイッチＭ＋と外部低電位スイッチＭ－がターンオンされれば、並列マルチパックシステムＭＰは負荷Ｌに電気的に接続される。逆に、外部高電位スイッチＭ＋と外部低電位スイッチＭ－がターンオフされれば、並列マルチパックシステムＭＰと負荷Ｌとの電気的接続が解除される。

並列マルチパックシステムＭＰの出力制御装置１０は、負荷Ｌを制御する制御装置から充電開始、充電終了、放電開始または放電終了に関わる制御命令を受信し、制御命令に従って外部スイッチ部Ｍのターンオンまたはターンオフ動作を制御する。

望ましくは、並列マルチパックシステムＭＰは電気駆動自動車Ｅに搭載され得るが、本発明がこれに限定されることはない。電気駆動自動車Ｅは、電気自動車やハイブリッド自動車のようにモーターによって走行可能な自動車を称する。

負荷Ｌは、並列マルチパックシステムＭＰから電力の供給を受ける装置であって、一例として電気駆動自動車Ｅに含まれたインバータであり得る。インバータは、電気駆動自動車Ｅの電気モーターの前段に設けられ、並列マルチパックシステムＭＰから供給される直流電流を三相交流電流に変換して電気モーターに供給する電力変換回路である。

また、負荷Ｌは、ＤＣ／ＤＣコンバータであり得る。ＤＣ／ＤＣコンバータは、並列マルチパックシステムＭＰから供給される直流電流の電圧を電気駆動自動車Ｅの電装ユニットの駆動電圧またはＡＤＡＳユニットの駆動電圧に変換し、電装ユニットまたはＡＤＡＳユニットに印加する電力変換回路である。

本発明において、負荷Ｌの種類はインバータやＤＣ／ＤＣコンバータに限定されず、並列マルチパックシステムＭＰから電力が供給可能な装置またはデバイスであれば、その種類に関係なく負荷Ｌの範疇に含まれ得る。

本発明において、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎのそれぞれは、内部に直列で接続された複数のバッテリーセルを含む。すなわち、第１バッテリーパックＰ１は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ_１１～第ｐバッテリーセルＣ_１ｐを含む。また、第２バッテリーパックＰ２は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ_２１～第ｐバッテリーセルＣ_２ｐを含む。また、第３バッテリーパックＰ３は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ_３１～第ｐバッテリーセルＣ_３ｐを含む。また、第ｎバッテリーパックＰｎは、直列で接続された第１バッテリーセルＣ_ｎ１～第ｐバッテリーセルＣ_ｎｐを含む。図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様に直列で接続されたｐ個のバッテリーセルを含んでいる。

第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎは、それぞれ、内部にスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）を含む。すなわち、第１バッテリーパックＰ１は第１スイッチ部Ｓ１を含む。また、第２バッテリーパックＰ２は第２スイッチ部Ｓ２を含む。また、第３バッテリーパックＰ３は第３スイッチ部Ｓ３を含む。また、第ｎバッテリーパックＰｎは第ｎスイッチ部Ｓｎを含む。図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様にスイッチ部を含んでいる。

第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎは、それぞれ、低電位スイッチ及び高電位スイッチを含む。すなわち、第１スイッチ部Ｓ１は、第１バッテリーパックＰ１の高電位側に設けられた第１高電位スイッチＳ１^＋及び第１バッテリーパックＰ１の低電位側に設けられた第１低電位スイッチＳ１^－を含む。また、第２スイッチ部Ｓ２は、第２バッテリーパックＰ２の高電位側に設けられた第２高電位スイッチＳ２^＋及び第２バッテリーパックＰ２の低電位側に設けられた第２低電位スイッチＳ２^－を含む。また、第３スイッチ部Ｓ３は、第３バッテリーパックＰ３の高電位側に設けられた第３高電位スイッチＳ３^＋及び第３バッテリーパックＰ３の低電位側に設けられた第３低電位スイッチＳ３^－を含む。また、第ｎスイッチ部Ｓｎは、第ｎバッテリーパックＰｎの高電位側に設けられた第ｎ高電位スイッチＳｎ^＋及び第ｎバッテリーパックＰｎの低電位側に設けられた第ｎ低電位スイッチＳｎ^－を含む。一方、図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様に高電位スイッチ及び低電位スイッチを含んでいる。また、各スイッチ部において、高電位スイッチ及び低電位スイッチのいずれか一方が省略されることもあり得る。

以下の説明において、スイッチ部がターンオンされるとするとき、低電位スイッチが先にターンオンされて高電位スイッチが後にターンオンされ得る。また、スイッチ部がターンオフされるとするとき、高電位スイッチが先にターンオフされて低電位スイッチが後にターンオフされ得る。

望ましくは、スイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）を構成するスイッチは、リレースイッチであり得る。代案的にスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）は、ＭＯＳＦＥＴのような半導体スイッチや電力用半導体スイッチであり得るが、本発明がこれに限定されることはない。

負荷Ｌの前段にはキャパシタＣａｐが備えられる。キャパシタＣａｐは、並列マルチパックシステムＭＰと負荷Ｌとの間に並列で接続される。キャパシタＣａｐはｍノイズ電流が負荷Ｌ側に印加されることを防止するフィルター機能をする。

本発明の一実施形態による出力制御装置１０は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを含む。第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎは、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎと接続された電力ライン（Ｃ１～Ｃｎ）にそれぞれ設けられて電力ライン（Ｃ１～Ｃｎ）を通じて流れる電流値を測定する。

すなわち、第１電流センサＩ１は、第１バッテリーパックＰ１に含まれた第１電力ラインＣ１を通じて流れる第１バッテリーパック電流値Ｉ_ｓ１を測定する。また、第２電流センサＩ２は、第２バッテリーパックＰ２に含まれた第２電力ラインＣ２を通じて流れる第２バッテリーパック電流値Ｉ_ｓ２を測定する。また、第３電流センサＩ３は、第３バッテリーパックＰ３に含まれた第３電力ラインＣ３を通じて流れる第３バッテリーパック電流値Ｉ_ｓ３を測定する。また、第ｎ電流センサＩｎは、第ｎバッテリーパックＰｎに含まれた第ｎ電力ラインＣｎを通じて流れる第ｎバッテリーパック電流値Ｉ_ｓｎを測定する。図示されていないが、第４電流センサ～第ｎ－１電流センサは、それぞれ第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックに含まれた第４電力ライン～第ｎ－１電力ラインを通じて流れる電流値を測定する。

図面では、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎが各バッテリーパックに含まれているが、本発明は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎが各バッテリーパックの外部に設けられることを制限しない。

第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎは、ホールセンサであり得る。ホールセンサは、電流の大きさに応じた電圧信号を出力する公知の電流センサである。他の例として、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎは、センス抵抗であり得る。センス抵抗の両端に印加された電圧を測定すれば、オームの法則を用いてセンス抵抗を通じて流れる電流の大きさを決定できる。すなわち、測定された電圧の大きさを既知のセンス抵抗の抵抗値で除することで、センス抵抗を通じて流れる電流の大きさを決定することができる。

また、本発明の一実施形態による出力制御装置１０は、第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎを含む。第１電圧センサＶ１は、第１バッテリーパックＰ１の正極と負極との電位差に該当する第１バッテリーパック電圧値Ｖ_ｓ１を測定する。また、第２電圧センサＶ２は、第２バッテリーパックＰ２の正極と負極との電位差に該当する第２バッテリーパック電圧値Ｖ_ｓ２を測定する。また、第３電圧センサＶ３は、第３バッテリーパックＰ３の正極と負極との電位差に該当する第３バッテリーパック電圧値Ｖ_ｓ３を測定する。また、第ｎ電圧センサＶｎは、第ｎバッテリーパックＰｎの正極と負極との電位差に該当する第ｎバッテリーパック電圧値Ｖ_ｓｎを測定する。図示されていないが、第４電圧センサ～第ｎ－１電圧センサはそれぞれ、第４バッテリーパック電圧値～第ｎ－１バッテリーパック電圧値を測定する。

第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎは、差動増幅回路のような電圧測定回路を含む。電圧測定回路は、当業界に周知されているため、電圧測定回路についての詳しい説明は省略する。

また、本発明の一実施形態による出力制御装置１０は、第１温度センサＴ１～第ｎ温度センサＴｎを含む。第１温度センサＴ１は、第１バッテリーパックＰ１の所定位置、例えば中央に位置したセルの表面温度を示す第１バッテリーパック温度値Ｔ_ｓ１を測定する。また、第２温度センサＴ２は、第２バッテリーパックＰ２の所定位置、例えば中央に位置したセルの表面温度を示す第２バッテリーパック温度値Ｔ_ｓ２を測定する。また、第３温度センサＴ３は、第３バッテリーパックＰ３の所定位置、例えば中央に位置したセルの表面温度を示す第３バッテリーパック温度値Ｔ_ｓ３を測定する。また、第ｎ温度センサＴｎは、第ｎバッテリーパックＰｎの所定位置、例えば中央に位置したセルの表面温度を示す第ｎバッテリーパック温度値Ｔ_ｓｎを測定する。図示されていないが、第４温度センサ～第ｎ－１オンドセンサはそれぞれ、第４バッテリーパック温度値～第ｎ－１バッテリーパック温度値を測定する。

本発明において、第１電流センサＩ１、第１電圧センサＶ１及び第１温度センサＴ１は、第１センサユニットＳＵ１を構成する。また、第２電流センサＩ２、第２電圧センサＶ２及び第２温度センサＴ２は、第２センサユニットＳＵ２を構成する。また、第３電流センサＩ３、第３電圧センサＶ３及び第３温度センサＴ３は、第３センサユニットＳＵ３を構成する。また、第ｎ電流センサＩｎ、第ｎ電圧センサＶｎ及び第ｎ温度センサＴｎは、第ｎセンサユニットＳＵｎを構成する。図示されていないが、第４センサユニット～第ｎ－１センサユニットもそれぞれ、電流センサ、電圧センサ及び温度センサを含む。

場合によって、第１センサユニットＳＵ１～第ｎセンサユニットＳＵｎは、電流、電圧及び温度を測定するセンサの他に、バッテリーパックの他の動作特性を測定するセンサをさらに含み得ることは自明である。

また、望ましくは、本発明の一実施形態による出力制御装置１０は、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎ及び第１センサユニットＳＵ１～第ｎセンサユニットＳＵｎと動作可能に接続されたマルチパック管理ユニット２０を含む。

マルチパック管理ユニット２０は、負荷Ｌで消耗される電力を管理する電気駆動自動車Ｅの出力管理ユニット４０と動作可能に結合され得る。出力管理ユニット４０は、電気駆動自動車Ｅに含まれた制御システムに含まれた制御要素であって、負荷Ｌで消耗される電力の大きさを並列マルチパックシステムＭＰの総出力に応じて適応的に管理することができる。ここで、総出力とは、並列マルチパックシステムＭＰの総放電出力を意味する。

本発明において、負荷Ｌは充電装置で代替可能である。この場合、出力管理ユニット４０は、並列マルチパックシステムＭＰに供給される充電電力を並列マルチパックシステムＭＰの総出力に応じて適応的に管理することができる。ここで、総出力とは、並列マルチパックシステムＭＰに提供される総充電出力を意味する。

望ましくは、本発明の一実施形態による出力制御装置１０は、マルチパック管理ユニット２０と出力管理ユニット４０との間に介在された通信ユニット３０をさらに含むことができる。通信ユニット３０は、マルチパック管理ユニット２０と出力管理ユニット４０との間で通信インターフェースを形成する。

本発明において、通信インターフェースとしては、相異なる二つの通信媒体が通信できるように支援する公知の通信インターフェースであれば制限なく使用可能である。通信インターフェースは有線または無線通信を支援することができる。望ましくは、通信インターフェースは、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信やデイジーチェーン（ｄａｉｓｙ ｃｈａｉｎ）通信を支援するものであり得る。

マルチパック管理ユニット２０は、通信ユニット３０を通じて電気駆動自動車Ｅの出力管理ユニット４０から放電要請を受信すれば、外部スイッチ部Ｍをターンオンさせて並列マルチパックシステムＭＰの放電を開始する。

参考までに、マルチパック管理ユニット２０から出力されるＭ＋信号とＭ－信号は、それぞれ外部高電位スイッチＭ＋と外部低電位スイッチＭ－のオンオフを制御する信号を示す。また、マルチパック管理ユニット２０から出力されるＳ１～Ｓｎ信号は、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎのオンオフを制御する信号を示す。

また、マルチパック管理ユニット２０は、並列マルチパックシステムＭＰが放電する間、第１センサユニットＳＵ１～第ｎセンサユニットＳＵｎに含まれた電流センサ（Ｉ１～Ｉｎ）、電圧センサ（Ｖ１～Ｖｎ）及び温度センサ（Ｔ１～Ｔｎ）の動作を制御し、周期的に電流センサ（Ｉ１～Ｉｎ）、電圧センサ（Ｖ１～Ｖｎ）及び温度センサ（Ｔ１～Ｔｎ）から受信する各バッテリーパックの動作特性値を保存ユニット５０に記録する。

ここで、動作特性値は、図示されたように、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの電流測定値（Ｉ_ｓ１～Ｉ_ｓｎ）、電圧測定値（Ｖ_ｓ１～Ｖ_ｓｎ）及び温度測定値（Ｔ_ｓ１～Ｔ_ｓｎ）を含む。

また、マルチパック管理ユニット２０は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの動作特性値に基づいて、各バッテリーパックの充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を決定することができる。

一例として、マルチパック管理ユニット２０は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの電流測定値（Ｉ_ｓ１～Ｉ_ｓｎ）を経時的に積算して第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの充電状態を決定することができる。マルチパック管理ユニット２０は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの放電が開始される前に第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎを用いて各バッテリーパックの開放電圧を測定し、開放電圧－充電状態ルックアップテーブルを参照して開放電圧に対応する充電状態をルックアップして各バッテリーパックの充電状態初期値を決定することができる。そして、マルチパック管理ユニット２０は、充電状態初期値を基準にして第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの電流測定値（Ｉ_ｓ１～Ｉ_ｓｎ）を経時的に積算して保存ユニット５０に記録することができる。開放電圧－充電状態ルックアップテーブルは、予め定義されて保存ユニット５０に記録され得る。

他の例として、マルチパック管理ユニット２０は、拡張カルマンフィルターを用いて並列マルチパックシステムＭＰが放電する間に第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの充電状態を決定することができる。すなわち、マルチパック管理ユニット２０は、第１センサユニットＳＵ１～第ｎセンサユニットＳＵｎから入力された各バッテリーパックの動作特性値をソフトウェアでコーディングされた拡張カルマンフィルターに入力し、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの充電状態を決定して保存ユニット５０に記録することができる。

拡張カルマンフィルターは、本発明が属した技術分野に周知されている。一例として、拡張カルマンフィルターは、等価回路モデルまたは電気化学的ＲＯＭ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｏｒｄｅｒ Ｍｏｄｅｌ）に基づいた適応的アルゴリズムであり得る。

拡張カルマンフィルターを用いた充電状態の推定は、一例としてＧｒｅｇｏｒｙ Ｌ． Ｐｌｅｔｔの論文「Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs, Parts 1, 2 and 3」(Journal of Power Source 134, 2004, 252-261)を参照可能であり、本明細書の一部として上記の論文が援用され得る。

勿論、充電状態は、上述した電流積算法または拡張カルマンフィルターの他にも、バッテリーパックの動作特性値を選択的に活用して充電状態を決定可能な他の公知の方法によっても決定され得る。

他の態様において、マルチパック管理ユニット２０は、保存ユニット５０に記録された各バッテリーパックに対する複数の電流値のうち特定電圧区間で測定された電流値を積算することができる。また、マルチパック管理ユニット２０は、特定電圧区間の積算電流値に応じた退化度（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ：ＳＯＨ）を予め定義した電流積算値－退化度ルックアップテーブルを参照して各バッテリーパックの退化度を決定することができる。

さらに他の例として、マルチパック管理ユニット２０は、拡張カルマンフィルターを用いて並列マルチパックシステムＭＰが放電する間に第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの退化度を適応的に決定することができる。

すなわち、マルチパック管理ユニット２０は、第１センサユニットＳＵ１～第ｎセンサユニットＳＵｎから入力された各バッテリーパックの動作特性値をソフトウェアでコーディングされた拡張カルマンフィルターに入力し、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの退化度を決定することができる。

拡張カルマンフィルターを用いた退化度の推定は、一例として韓国特許第１０－０８１８５２０号公報「電気化学セルの現在状態と現在パラメータを推定する装置、方法及びシステム、並びに記録媒体」に開示されており、本明細書の一部として援用され得る。

望ましくは、マルチパック管理ユニット２０は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの動作特性値に基づいて各バッテリーパック毎にパック抵抗を決定し、保存ユニット５０に記録することができる。

一例として、マルチパック管理ユニット２０は、並列マルチパックシステムＭＰが放電する間に、保存ユニット５０に記録された各バッテリーパックに対する複数の電流測定値及び複数の電圧測定値を用いて線形回帰分析法で各バッテリーパックのＩ－Ｖプロファイルを決定することができる。ここで、複数の電流測定値及び複数の電圧測定値は、現在時点を基準にして最近の測定値に対してサンプリングされたものである。また、マルチパック管理ユニット２０は、Ｉ－Ｖプロファイルの傾きを決定し、傾きの絶対値を各バッテリーパックのパック抵抗として算出して保存ユニット５０に記録することができる。

他の例として、マルチパック管理ユニット２０は、並列マルチパックシステムＭＰが放電する間に、保存ユニット５０に記録された各バッテリーパックに対する現在の温度測定値及び充電状態を参照して、温度測定値及び充電状態に対応するパック抵抗を充電状態－温度－パック抵抗ルックアップテーブルからルックアップして決定し、保存ユニット５０に記録することができる。ここで、充電状態－温度－パック抵抗ルックアップテーブルは、充電状態及び温度に応じて対応するパック抵抗をルックアップ可能なデータ構造を有し、予め定義されて保存ユニット５０に記録され得る。

また、マルチパック管理ユニット２０は、予め定義されたパック抵抗と可用出力との相関関係情報を用いて、各バッテリーパックのパック抵抗に対応するｎ個の可用出力を決定し、ｎ個の可用出力のうち最小可用出力を決定する。

望ましくは、予め定義された相関関係は、パック抵抗に応じて可用出力をルックアップ可能なパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルであり得る。

図２は、本発明の一実施形態によるパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルの一例を示した図である。

図２を参照すると、パック抵抗－可用出力ルックアップテーブルは、パック抵抗を用いて可用出力をルックアップ可能なデータ構造を有し、予め定義されて保存ユニット５０に記録され得る。パック抵抗－可用出力ルックアップテーブルは、バッテリーパックの温度毎に独立的に設けられることが望ましい。この場合、バッテリーパックの温度に応じて可用出力が変化することを考慮できる。望ましくは、マルチパック管理ユニット２０は、各バッテリーパックの温度測定値を用いてルックアップするパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルを識別し、識別されたルックアップテーブルを用いてパック抵抗に対応する可用出力を決定することができる。

より望ましくは、パック抵抗－可用出力ルックアップテーブルは、バッテリーパックの退化度と温度毎に独立的に設けられ得る。この場合、バッテリーパックの温度と退化度に応じて可用出力が変化することを考慮できる。望ましくは、マルチパック管理ユニット２０は、各バッテリーパックの温度測定値と退化度を用いてルックアップするパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルを識別し、識別されたルックアップテーブルを用いてパック抵抗に対応する可用出力を決定することができる。

他の態様において、マルチパック管理ユニット２０は、各バッテリーパックのパック抵抗を決定するときに生成したＩ－Ｖプロファイルを用いて、各バッテリーパック毎に可用出力を決定することができる。

図３は、本発明の一実施形態によるＩ－Ｖプロファイルの一例を示したグラフである。

図３を参照すると、Ｉ－ＶプロファイルがＶ軸と交わる交差点の電圧はバッテリーパックの充電状態に対応する開放電圧に該当する。点表示は、並列マルチパックシステムＭＰの放電中に測定された複数の電圧測定値と電流測定値を示す。Ｉ－Ｖプロファイルは、複数の電圧測定値と複数の電流測定値に対する線形回帰分析法を通じて生成した直線である。バッテリーパックが放電中であるときは電流測定値が正の値であり、バッテリーパックが充電中であるときは電流測定値が負の値である。また、Ｉ－Ｖプロファイルの傾きの絶対値は、バッテリーパックのパック抵抗に該当する。

マルチパック管理ユニット２０は、並列マルチパックシステムＭＰが放電中であるとき、Ｉ－Ｖプロファイルが放電下限電圧を示す直線Ｖ＝Ｖ_ｍｉｎと交わる交差点での電流値を放電最大電流（Ｉ_{ｍａｘ，ｄｉｓｃｈａｒｇｅ}）として決定し、Ｖ_ｍｉｎ×｜Ｉ_{ｍａｘ，ｄｉｓｃｈａｒｇｅ}｜をバッテリーパックの可用出力として決定することができる。図面において、菱形点は、並列マルチパックシステムＭＰが放電中であるときに測定した複数の電圧測定値と複数の電流測定値を示す座標である。

一方、並列マルチパックシステムＭＰが充電中である場合、マルチパック管理ユニット２０は、各バッテリーパックのパック抵抗を決定するときに生成したＩ－Ｖプロファイルが充電上限電圧を示す直線Ｖ＝Ｖ_ｍａｘと交わる交差点での電流値を充電最大電流（Ｉ_{ｍａｘ，ｃｈａｒｇｅ}）として決定し、Ｖ_ｍａｘ×｜Ｉ_{ｍａｘ，ｃｈａｒｇｅ}｜をバッテリーパックの可用出力として決定することができる。図面において、三角点は、並列マルチパックシステムＭＰが充電中であるときに測定した複数の電圧測定値と複数の電流測定値を示す座標である。

マルチパック管理ユニット２０は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの可用出力を決定した後、ｎ個の可用出力のうち最小可用出力を決定して保存ユニット５０に記録する。

また、マルチパック管理ユニット２０は、パック抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力が最小可用出力と等しくなるように並列マルチパックシステムＭＰの総出力を決定して保存ユニット５０に記録する。

具体的には、マルチパック管理ユニット２０は、下記の数式１によって並列マルチパックシステムＭＰの総出力を決定することができる。
［数式１］

ここで、ｋは、１以上ｎ以下の整数である。

ｎは、バッテリーパックの個数である。

Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は、並列マルチパックシステムＭＰの総出力である。

Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}は、第ｋバッテリーパックの可用出力である。

Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}は、第ｋバッテリーパックのパック抵抗である。

Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は、並列マルチパックシステムＭＰの総抵抗である。

ｍｉｎ（）は、複数の入力変数のうち最小値を返す関数である。

上記の数式１は、下記の数式２のように、従来技術によって決定される総出力ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｎが含まれた数式に変換することができる。
［数式２］

上記の数式２の第２行において、ｍｉｎ（Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）／｛［ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｎ］×Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}｝は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎのうち抵抗が最も低いバッテリーパックに対し、従来技術によって算出したパック出力の逆数に該当する。

なぜなら、従来技術によって算出される並列マルチパックシステムＭＰの総出力は、パック出力の最小値ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）とバッテリーパックの個数ｎとを乗じた値に該当するｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｎであり、抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力は、従来技術によって算出した総出力ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｎに抵抗の比率Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}／ｍｉｎ（Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）を掛けた値に該当するためである。

抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力は、ｎ個のパック出力のうち最大値になるため、数式２の第２行においてｍｉｎ（Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）／｛［ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｎ］×Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}｝は、ｍａｘ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）^－１に置換して第３行の数式に最終的に整理できる。

数式２を参照すると、本発明によって決定される並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）は、従来技術によって決定される総出力ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｎに減衰ファクターであるｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）／ｍａｘ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）を乗じた値に該当する。ここで、ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）／ｍａｘ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）は、パック出力のうち最大値と最小値との相対的な比率であるため、常に１よりも小さい。したがって、本発明によって決定される並列マルチパックシステムＭＰの総出力は、従来技術によって決定された総出力よりも［ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｎ］×［１－ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）／ｍａｘ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）］だけ小さい。

数式１によって決定される総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を用いて抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力（Ｐ_{ｐａｃｋ，Ｒｍｉｎ}）を算出すれば、数式３のように第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの可用出力のうち最小可用出力と等しくなる。したがって、抵抗が低いバッテリーパックが過充電または過放電する現象を根本的に防止することができる。
［数式３］

マルチパック管理ユニット２０は、総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を決定した後、通信ユニット３０を通じて総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）に関わる情報を電気駆動自動車Ｅの出力管理ユニット４０に伝送することができる。

すると、出力管理ユニット４０は、並列マルチパックシステムＭＰの出力が数式１によって決定される総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を超えないように、並列マルチパックシステムＭＰの充電または放電を制御する。すなわち、出力管理ユニット４０は、負荷Ｌで消耗される電力を数式１によって決定される総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を超えないように電力の消耗量を統制する。

具体的には、出力管理ユニット４０は、並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を超えないように、負荷Ｌに該当するインバータやＤＣ／ＤＣコンバータに供給される電力と、車線離脱防止、前方追突警告などの先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）ユニットと電装ユニットなどに供給される電力を適応的に分配する。

一方、負荷Ｌが充電装置で代替される場合、出力管理ユニット４０は、充電装置を用いて並列マルチパックシステムＭＰの充電を行う過程で数式１によって決定される総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を超えないように、並列マルチパックシステムＭＰに提供される充電電圧及び充電電流の大きさを適応的に調節することができる。

望ましくは、マルチパック管理ユニット２０は、各バッテリーパックの可用出力（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）を下記の数式４によって算出するように構成され得る。
［数式４］

（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックの可用出力、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は並列マルチパックシステムの総出力、Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は並列マルチパックシステムの総抵抗、Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックのパック抵抗）

並列マルチパックシステムＭＰにおいて、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎは並列で接続されている。したがって、並列マルチパックシステムＭＰの現在出力がＰ_{ｔｏｔａｌ}であるとき、各バッテリーパックのパック出力（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）は上記の数式によって計算された値に対応する。

本発明によれば、従来技術と異なって、並列マルチパックシステムＭＰを構成するバッテリーパックのうち抵抗が低いバッテリーパックが過充電または過放電することを根本的に防止することができる。

本発明において、保存ユニット５０は、情報を記録し消去可能な保存媒体であればその種類に特に制限がない。一例として、保存ユニット５０はＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、レジスタまたはフラッシュ（登録商標）メモリであり得る。また、保存ユニット５０は、マルチパック管理ユニット２０によってアクセスできるように、例えばデータバスなどを介してマルチパック管理ユニット２０と電気的に接続され得る。

また、保存ユニット５０は、マルチパック管理ユニット２０が実行する各種の制御ロジックを含むプログラム及び／または制御ロジックの実行時に発生するデータと予め定義されるルックアップテーブルやパラメータを、保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。保存ユニット５０は、論理的に二つ以上に分割可能であり、マルチパック管理ユニット２０内に含まれることを制限しない。

本発明において、マルチパック管理ユニット２０及び／または出力管理ユニット４０は、上述した多様な制御ロジックを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。また、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、マルチパック管理ユニット２０及び／または出力管理ユニット４０はプログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存されてプロセッサによって実行され得る。メモリは、プロセッサの内部または外部に備えられ得、周知の多様なコンピュータ部品を通じてプロセッサと接続され得る。また、メモリは保存ユニット５０に含まれ得る。また、メモリは、デバイスの種類に関係なく、情報が保存されるデバイスを総称するものであって、特定のメモリデバイスを称するものではない。

また、マルチパック管理ユニット２０及び／または出力管理ユニット４０の多様な制御ロジックは少なくとも一つ以上が組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックはコンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサによってアクセス可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも一つ以上を含む。また、コード体系は、ネットワークで接続されたコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、組み合わせられた制御ロジックを具現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマによって容易に推論可能である。

本発明の一実施形態による出力制御装置１０は、図６に示されたように、バッテリー管理システム１００に含まれ得る。バッテリー管理システム１００は、バッテリーの充放電に係わる全般的な動作を制御するものであって、当業界でバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）と呼ばれるコンピューティングシステムである。

また、本発明による出力制御装置１０は、図７に示されたように、電気駆動自動車Ｅの他にも、多様な電気駆動装置２００に搭載され得る。

電気駆動装置２００は、電気自転車、電気バイク、電気列車、電気船、電気飛行機などのように電気によって移動可能な電気動力装置、または電気ドリル、電気グラインダーなどのようにモーターが含まれたパワーツールであり得る。

図４は、本発明の一実施形態による並列マルチパックシステムＭＰの出力制御方法を示したフロー図である。

図４に示されたように、マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ１０において、並列マルチパックシステムＭＰが放電状態にあるか否かを判断する。そのため、マルチパック管理ユニット２０は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを用いて測定された電流値をモニタリングすることができる。電流値が０ではなく正の値であれば、並列マルチパックシステムＭＰが放電中であると判断することができる。マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ１０の判断の結果が「はい」であれば、段階Ｓ２０に移行する。

マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ２０において、第１センサユニットＳＵ１～第ｎセンサユニットＳＵｎを制御して第１センサユニットＳＵ１～第ｎセンサユニットＳＵｎから第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの動作特性値を受信し、保存ユニット５０に記録する。

本発明において、動作特性値は、各バッテリーパックの電圧測定値、電流測定値及び温度測定値を含む。段階Ｓ２０の後、段階Ｓ３０が行われる。

マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ３０において、各バッテリーパックの充電状態と退化度を決定する。充電状態と退化度の決定方法は上述した。段階Ｓ３０の後、段階Ｓ４０が行われる。

マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ４０において、第１センサユニットＳＵ１～第ｎセンサユニットＳＵｎから受信する各バッテリーパックの動作特性値に基づいて、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎのパック抵抗をそれぞれ決定する。

望ましくは、マルチパック管理ユニット２０は、現在時点を基準にして、サンプリングされた複数の電圧測定値と複数の電流測定値に対するＩ－Ｖプロファイルを線形回帰分析法を用いて生成し、Ｉ－Ｖプロファイルの傾きから各バッテリーパックのパック抵抗を算出することができる。段階Ｓ４０の後、段階Ｓ５０が行われる。

マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ５０において、予め定義されたパック抵抗と可用出力との相関関係を用いて各バッテリーパックのパック抵抗に対応するｎ個の可用出力を決定し、ｎ個の可用出力のうち最小可用出力を決定する。

一例において、マルチパック管理ユニット２０は、保存ユニット５０に予め記録されたパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルを用いて、各バッテリーパックのパック抵抗に対応する可用出力をルックアップすることができる。

望ましくは、マルチパック管理ユニット２０は、各バッテリーパックの可用出力を決定するとき、該当バッテリーパックの温度測定値と退化度に対応するパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルを識別し、識別されたパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルを用いてパック抵抗に対応する可用出力をルックアップして可用出力を決定することができる。

他の例として、マルチパック管理ユニット２０は、パック抵抗を算出するときに用いたＩ－Ｖプロファイルが放電下限電圧に該当する直線Ｖ＝Ｖ_ｍｉｎと交わる点の電流を最大放電電流Ｉ_{ｍａｘ，ｄｉｓｃｈａｒｇｅ}として決定し、数式Ｖ＝Ｖ_ｍｉｎ×｜Ｉ_{ｍａｘ，ｄｉｓｃｈａｒｇｅ}｜によって計算された値を可用出力として決定することができる。段階Ｓ５０の後、段階Ｓ６０が行われる。

マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ６０において、上述した数式１を用いてパック抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力が最小可用出力と等しくなるように並列マルチパックシステムの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を決定する。段階Ｓ６０の後、段階Ｓ７０が行われる。ここで、総出力Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は、従来技術によって算出される総出力に比べて［ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｎ］×［１－ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）／ｍａｘ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）］だけ減衰した大きさを有する。

マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ７０において、並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を通信ユニット３０を通じて電気駆動自動車Ｅの出力管理ユニット４０に伝送する。段階Ｓ７０の後、段階Ｓ８０が行われる。

出力管理ユニット４０は、段階Ｓ８０において、並列マルチパックシステムＭＰの出力が数式１によって決定される総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を超えないように並列マルチパックシステムＭＰの放電を制御する。

すなわち、出力管理ユニット４０は、負荷Ｌで消耗される電力を数式１によって決定される総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を超えないように電力の消耗量を統制する。

具体的には、出力管理ユニット４０は、並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を超えないように、負荷Ｌに該当するインバータやＤＣ／ＤＣコンバータに供給される電力と、車線離脱防止、前方追突警告などの先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）ユニットと電装ユニットなどに供給される電力を適応的に分配する。

これによって、従来技術のように並列マルチパックシステムＭＰを構成するバッテリーパックのうち抵抗が低いバッテリーパックが過充電または過放電することを根本的に防止することができる。

段階Ｓ８０の後、段階Ｓ９０が行われる。

マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ９０において、予め設定された出力調整周期が経過したか否かを判断する。出力調整周期は数十ミリ秒～数秒である。もし、段階Ｓ９０の判断の結果が「いいえ」であれば、マルチパック管理ユニット２０はプロセスの移行を保留する。一方、段階Ｓ９０の判断の結果が「はい」であれば、マルチパック管理ユニット２０はプロセスをＳ１００に移行する。

マルチパック管理ユニット２０は、段階Ｓ１００において、並列マルチパックシステムＭＰが放電中であるか否かを判断する。そのため、マルチパック管理ユニット２０は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを用いて測定された電流測定値をモニタリングすることができる。電流測定値が０ではなく正の値であれば、並列マルチパックシステムＭＰが放電中であると判断することができる。

もし、段階Ｓ１００の判断の結果が「いいえ」であれば、マルチパック管理ユニット２０は本発明の一実施形態による出力制御方法の実行を終了する。一方、段階Ｓ１００の判断の結果が「はい」であれば、マルチパック管理ユニット２０はプロセスを段階Ｓ２０に移行する。したがって、並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）の算出過程、及び算出された総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）を超えないように並列マルチパックシステムＭＰの放電を制御する過程が再び繰り返される。

一方、上述した出力制御方法は、並列マルチパックシステムＭＰが放電する場合に関連するものである。しかし、本発明を並列マルチパックシステムＭＰの充電中の場合にも適用できることは、本発明が属した技術分野で通常の知識を持つ者に自明である。

図５は、本発明による並列マルチパックシステムＭＰの出力制御方法を適用した実施例と従来技術を適用した比較例との結果を一緒に示したテーブルである。

まず、５個のバッテリーパック（Ｐａｃｋ１～Ｐａｃｋ５）が並列で接続された並列マルチパックシステムを用意した。その後、並列マルチパックシステムを２５℃の条件で放電させながら、特定の時点で並列マルチパックシステムの総出力及び各バッテリーパックの出力を本発明と従来技術を用いて算出した。

図５を参照すると、Ｐａｃｋ１～Ｐａｃｋ５の抵抗はそれぞれ１２０ｍΩ、１１０ｍΩ、１００ｍΩ、９０ｍΩ及び８０ｍΩと算出された。また、Ｐａｃｋ１～Ｐａｃｋ５の退化度ＳＯＨは、それぞれ０．９４、０．９５、０．９６、０．９７及び０．９８と算出された。また、温度と退化度によって識別されたパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルからルックアップされたＰａｃｋ１～Ｐａｃｋ５の可用出力は、それぞれ９４ｋＷ、９５ｋＷ、９６ｋＷ、９７ｋＷ、９８ｋＷとして決定された。並列マルチパックシステムＭＰの全体抵抗（Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}）は、数式［Σ（１／Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）］^－１＝（１／０．９４＋１／０．９５＋１／０．９６＋１／０．９７＋１／０．９８）^－１により１９．６ｍΩと決定された。

従来技術による並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ'_{ｔｏｔａｌ}）は、ｍｉｎ（Ｐａｃｋ，ｋ）×５であるため、ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）に９４ｋＷを代入すれば４７０ｋＷになる。各バッテリーパックのパック出力（Ｐ'_{ｐａｃｋ，ｋ}）は、数式Ｐ'_{ｔｏｔａｌ}×Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}／Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}によって計算される。したがって、Ｐａｃｋ１～Ｐａｃｋ５のパック出力は、それぞれ７６．７ｋＷ、８３、７ｋＷ、９２．１ｋＷ、１０２．３ｋＷ及び１１５．１ｋＷである。Ｐａｃｋ４及びＰａｃｋ５のパック出力は可用出力よりも大きい。したがって、従来技術によって並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ'_{ｔｏｔａｌ}）を算出し、それによって並列マルチパックシステムＭＰの放電を制御すると、Ｐａｃｋ４及びＰａｃｋ５が過放電する問題が発生する。

一方、本発明が適用された実施例において、並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）は、数式ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）×ｍｉｎ（Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）／Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}によって計算される。ｍｉｎ（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）は可用出力のうち最小値であるため、９４ｋＷである。また、ｍｉｎ（Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}）はパック抵抗のうち最小値であるため、８０ｍΩである。また、Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は１９．６ｍΩである。各ファクターの値を数式に代入すれば、並列マルチパックシステムＭＰの総出力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}）は３８３．７ｋＷと決定される。各バッテリーパックのパック出力（Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}）は、従来技術と同様に数式Ｐ_{ｔｏｔａｌ}×Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}／Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}によって計算される。したがって、Ｐａｃｋ１～Ｐａｃｋ５のパック出力は、それぞれ６２．７ｋＷ、６８．４ｋＷ、７５．２ｋＷ、８３．６ｋＷ及び９４．０ｋＷである。Ｐａｃｋ５のパック出力である９４．０ｋＷは最大値であるが、パック抵抗－可用出力ルックアップテーブルからルックアップされた実際可用出力の最小値である９４．０ｋＷと同一である。このように、本発明によって総出力を算出すれば、抵抗が相対的に低いバッテリーパック（Ｐａｃｋ４、Ｐａｃｋ５）の場合もパック出力が可用出力以下の値を有する。したがって、並列マルチパックシステムＭＰが放電する過程で抵抗が低いバッテリーパックが過放電する問題が生じない。

並列で接続されたＰａｃｋ１～Ｐａｃｋ５が充電される場合にも上記のような実施例と比較例の結果が同様であることは、本発明が属した技術分野で通常の知識を持つ者に自明である。

本発明によれば、並列マルチパックシステムに含まれたバッテリーパックのうち抵抗が最も低いバッテリーパックの出力とバッテリーパックの可用出力のうち最小可用出力とが等しくなるように並列マルチパックシステムの総出力を調節することで、抵抗の低いバッテリーパックが過充電または過放電する現象を根本的に防止することができる。したがって、並列マルチパックシステムの安全性と信頼性を従来技術よりも向上させることができる。

本発明の多様な実施形態の説明において、「ユニット」と称される構成要素は物理的に区分される要素ではなく、機能的に区分される要素として理解されねばならない。したがって、それぞれの構成要素は他の構成要素と選択的に統合されるか、または、それぞれの構成要素が制御ロジックの効率的な実行のためにサブ構成要素に分割され得る。しかし、構成要素が統合または分割されても機能の同一性が認定されれば、統合または分割された構成要素も本発明の範囲内であると解釈されることは当業者にとって自明である。

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。

Claims (14)

1. 並列マルチパックシステムに含まれた互いに並列で接続された第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックに対する動作特性値を測定する第１センサユニット～第ｎセンサユニットと、
   前記並列マルチパックシステムの総出力に対応するように、負荷で消耗される電力または充電装置で提供する電力を制御する出力管理ユニットと、
   前記第１センサユニット～第ｎセンサユニット及び前記出力管理ユニットと動作可能に接続されたマルチパック管理ユニットと、を含み、
   前記マルチパック管理ユニットは、前記第１センサユニット～第ｎセンサユニットから受信する各バッテリーパックの動作特性値に基づいて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックのパック抵抗をそれぞれ決定し、各バッテリーパックのパック抵抗に対応する可用出力のうち最小可用出力を決定し、パック抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力が最小可用出力と等しくなるように並列マルチパックシステムの総出力を決定して前記出力管理ユニットに提供し、
   前記出力管理ユニットは、前記決定した並列マルチパックシステムの総出力に対応するように、負荷で消耗される電力または充電装置で提供する電力を制御する、並列マルチパックシステムの出力制御装置。
2. 前記マルチパック管理ユニットは、バッテリーパックのパック抵抗に応じてバッテリーパックの可用出力を定義したパック抵抗－可用出力ルックアップテーブルである相関関係情報を用いて、前記最小可用出力を決定する、請求項１に記載の並列マルチパックシステムの出力制御装置。
3. 前記マルチパック管理ユニットは、
   前記第１センサユニット～第ｎセンサユニットから周期的に各バッテリーパックの電圧測定値及び電流測定値の入力を受け、
   複数の電圧測定値及び複数の電流測定値を線形回帰分析法を用いて分析することで、各バッテリーパックのパック抵抗を決定する、請求項１または２に記載の並列マルチパックシステムの出力制御装置。
4. 前記マルチパック管理ユニットは、
   下記の数式によって並列マルチパックシステムの総出力を算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の並列マルチパックシステムの出力制御装置。
   

   

   （ｋは１以上ｎ以下の整数、ｎはバッテリーパックの個数、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は並列マルチパックシステムの総出力、Ｐ _{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックの可用出力、Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックのパック抵抗、Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は並列マルチパックシステムの総抵抗、ｍｉｎ（）は複数の入力変数のうち最小値を返す関数）
5. 前記マルチパック管理ユニットは、
   各バッテリーパックのパック出力を下記の数式によって算出する、請求項４に記載の並列マルチパックシステムの出力制御装置。
   

   

   （Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックの可用出力、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は並列マルチパックシステムの総出力、Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は並列マルチパックシステムの総抵抗、Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックのパック抵抗）
6. 前記マルチパック管理ユニットと前記出力管理ユニットとの間に介在された通信ユニットをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の並列マルチパックシステムの出力制御装置。
7. 前記並列マルチパックシステムは、電気駆動自動車に搭載され、
   前記出力管理ユニットは、前記電気駆動自動車の制御システムに含まれる、請求項６に記載の並列マルチパックシステムの出力制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の並列マルチパックシステムの出力制御装置を含むバッテリー管理システム。
9. 請求項１から７のいずれか一項に記載の並列マルチパックシステムの出力制御装置を含む電気駆動装置。
10. （ａ）並列マルチパックシステムに含まれた互いに並列で接続された第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックに対する動作特性値を測定する第１センサユニット～第ｎセンサユニットを提供する段階と、
    （ｂ）前記第１センサユニット～第ｎセンサユニットから受信する各バッテリーパックの動作特性値に基づいて、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックのパック抵抗をそれぞれ決定する段階と、
    （ｃ）各バッテリーパックのパック抵抗に対応するｎ個の可用出力と最小可用出力を決定する段階と、
    （ｄ）パック抵抗が最も低いバッテリーパックのパック出力が最小可用出力と等しくなるように並列マルチパックシステムの総出力を決定する段階と、
    （ｅ）前記並列マルチパックシステムの総出力に対応するように前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの充電または放電を制御する段階と、を含む、並列マルチパックシステムの出力制御方法。
11. 前記（ｃ）段階は、
    前記バッテリーパックのパック抵抗に応じてバッテリーパックの可用出力を定義したパック抵抗－可溶容量ルックアップテーブルである相関関係情報を用いて、前記最小可用出力を決定する段階を含む、請求項１０に記載の並列マルチパックシステムの出力制御方法。
12. 前記（ｂ）段階は、
    （ｂ１）前記第１センサユニット～第ｎセンサユニットから周期的に各バッテリーパックの電圧測定値及び電流測定値の入力を受ける段階と、
    （ｂ２）複数の電圧測定値及び複数の電流測定値を線形回帰分析法を用いて分析することで、各バッテリーパックのパック抵抗を決定する段階と、を含む、請求項１０または１１に記載の並列マルチパックシステムの出力制御方法。
13. 前記（ｄ）段階は、下記の数式によって並列マルチパックシステムの総出力を算出する段階である、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の並列マルチパックシステムの出力制御方法。
    

    

    （ｋは１以上ｎ以下の整数、ｎはバッテリーパックの個数、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は並列マルチパックシステムの総出力、Ｐ _{ｐａｃｋ，ｋ} は第ｋバッテリーパックの可用出力、Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックのパック抵抗、Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は並列マルチパックシステムの総抵抗、ｍｉｎ（）は複数の入力変数のうち最小値を返す関数）
14. 前記（ｄ）段階は、各バッテリーパックのパック出力を下記の数式によって算出する段階を含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の並列マルチパックシステムの出力制御方法。
    

    

    （Ｐ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックの可用出力、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は並列マルチパックシステムの総出力、Ｒ_{ｓｙｓｔｅｍ}は並列マルチパックシステムの総抵抗、Ｒ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックのパック抵抗）

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