JP2002216858A - バッテリー故障診断方法及びシステム - Google Patents

バッテリー故障診断方法及びシステム

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JP2002216858A JP2001337023A JP2001337023A JP2002216858A JP 2002216858 A JP2002216858 A JP 2002216858A JP 2001337023 A JP2001337023 A JP 2001337023A JP 2001337023 A JP2001337023 A JP 2001337023A JP 2002216858 A JP2002216858 A JP 2002216858A
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善 淳 朴
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリー充電が始まると、各モジュールの
電圧を測定し、最大電圧及び最少電圧のうちの一つの電
圧と平均電圧とを比較して、その差の絶対値が設定電圧
以上であればそのモジュールで故障可能性があると判断
し、故障可能性がある場合には、充電モードをさらに安
全なモードに変更したり表示部を通じて警告する。 【解決手段】 複数のモジュールを含むバッテリーの故
障診断方法において、バッテリーを充電する段階と；前
記バッテリーの各モジュールの電圧を測定する段階と；
測定されるモジュール電圧の最大電圧及び最少電圧のう
ちの一つ以上の電圧と平均電圧とを計算する段階と；前
記最大電圧及び最少電圧のうちの計算された電圧と平均
電圧との差の絶対値を計算する段階と；計算された絶対
値と設定電圧とを比較してバッテリーが故障したか否か
を判断する段階とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はバッテリー故障診断
方法及びシステムに係り、特に、電気自動車などの車両
用バッテリーの初期故障（ｆａｉｌ）を診断するための
方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、自動車の原動力として利用され
ているガソリンエンジンなどの内燃機関は、燃料をシリ
ンダー内で燃焼させて、この時に発生する熱エネルギー
を運動エネルギーに変換させることによって自動車の動
力源として用いる。
【０００３】したがって、噴射された燃料が燃焼した後
に排出される排気ガスには燃焼による窒素酸化物、不完
全燃焼による一酸化炭素や炭化水素などの有害成分が多
く含有されていて、人体に非常に有害であるだけでなく
大気を汚染させる主犯でもある。
【０００４】特に、車両の数が爆発的に増加している最
近では、自動車から排出される排気ガスによる大気汚染
が社会的にも大きな問題として台頭している。
【０００５】この深刻な公害問題のため、排気ガスを排
出せず限られた天然資源を用いない電気自動車や太陽熱
利用の自動車の活用問題が深刻に議論されており、これ
に伴う研究開発が活発に進められ、実用化の段階にまで
至っている。
【０００６】前記電気自動車は、動力源として利用され
ている蓄電池、前記蓄電池によって作動して自動車の駆
動力を発生させるモーター、及び各装置の動作を制御す
るための制御装置などからなる。
【０００７】その反面、太陽熱利用の自動車は、自動車
の動力源として太陽熱を用いて電圧を発生させる太陽電
池を自動車に装着し、発生する電圧を蓄電池に蓄電して
駆動力を発生させるモーターとその他の制御装置とから
なる。
【０００８】ここで、太陽熱利用の自動車が電気自動車
と異なる点は、別途の太陽電池を用いて蓄電池の電荷を
充電して自動車の駆動動作を実行するようにする点であ
る。
【０００９】太陽熱によって作動する太陽熱利用の自動
車は、汚染物質の発生が全くないため次世代自動車とし
て注目されていて、実用化の段階まで走行性能を向上さ
せるために継続した研究と開発が行われている。したが
って、開発段階にある太陽熱利用の自動車の各装置の機
能と性能を正確に判断しなければならない。
【００１０】このように天然資源を利用せずにバッテリ
ーに蓄積されている電気や太陽電池を用いる電気自動車
や太陽熱利用の自動車の場合、バッテリーは自動車の駆
動源として非常に重要なものである。
【００１１】そのため、バッテリーの状態や蓄電電圧の
状態などを常にチェックし判定して、バッテリーの過剰
な放電による問題点を予防し、非正常な状態である場合
に発生する恐れがある安全事故などを予防するようにし
なければならない。
【００１２】通常、電気自動車及び太陽熱利用の自動車
のバッテリーは、まず複数のセルから形成されたモジュ
ールを複数個備える。例えば、各モジュールは各々１．
２ボルトの１０個のセルから構成され、２６個のモジュ
ールを結合してバッテリーを構成することによって、約
３００ボルトの電圧を形成するようになる。
【００１３】従来は、バッテリーが故障したか否かを判
断する方法としては、測定されるバッテリーのモジュー
ルの最大電圧と最少電圧との差の絶対値が設定電圧、例
えば約１Ｖ以上であればバッテリーに故障が発生したと
判断する方法を用いていた。図１の（ａ）及び（ｂ）に
このようなバッテリー故障診断方法を用いた場合に該当
する電圧測定状態が示されている。
【００１４】図１の実線で示されたグラフは、電圧分布
を正規分布に近似させたものである。
【００１５】添付した図１の（ａ）に示されているよう
に、バッテリー電圧が均一に分布する場合には、前述し
た従来の診断方法でバッテリー故障状態を判断するのに
問題がなかったが、図１の（ｂ）に示されているよう
に、バッテリー電圧値が最大値または最小値のうちのあ
る一側に偏る場合には、従来の診断方法でバッテリー故
障状態を判断すると、バッテリー故障を判断するまで性
能の低下したバッテリーモジュールが相対的に長時間に
わたって損傷を受ける環境に露出され、バッテリーが完
全に故障して用いられなくなる可能性が高い。
【００１６】例えば、従来は、充電中にバッテリーに故
障が発生しても電圧値が充電モード変更値を満たさなけ
れば続けて充電が行われ、これによりバッテリーセルに
大きな抵抗が発生して内部圧力の上昇及び急激な温度上
昇による火災が発生する恐れがあった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
技術的課題は、電気自動車におけるバッテリーの故障発
生の可能性を初期に診断し、適切な管理をすることによ
ってバッテリーを最適な状態に維持させるための故障診
断方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】このような技術的課題を
達成するために、本発明のバッテリー故障診断方法は、
複数のモジュールを含むバッテリーの故障診断方法にお
いて、バッテリーを充電する段階と；前記バッテリーの
各モジュールの電圧を測定する段階と；測定されるモジ
ュールの電圧の最大電圧及び最少電圧のうちの一つ以上
の電圧と平均電圧とを計算する段階と；前記最大電圧及
び最少電圧のうちの計算された電圧と平均電圧との差の
絶対値を計算する段階と；計算された絶対値と設定電圧
とを比較してバッテリーが故障したか否かを判断する段
階とを含む。
【００１９】また、前記本発明のバッテリー故障診断方
法は、バッテリーを充電する充電部と；前記充電部を制
御する充電制御部と；バッテリーのモジュールの電圧を
測定するバッテリー電圧検出部と；バッテリーの現在の
状態を表示する表示部とを含むバッテリー故障診断シス
テムにおいて、前記充電制御部は、前記バッテリー電圧
検出部からモジュールの電圧を受信して、平均電圧と、
最大電圧及び最少電圧のうちの一つ以上の電圧とを計算
し、前記計算された一つ以上の電圧と平均電圧との差の
絶対値を設定電圧と比較してバッテリーが故障したか否
かを判断する。
【００２０】バッテリーが故障した可能性があると判断
された場合には、前記充電制御部は充電モードをさらに
安全なモードに変えたり表示部を通じて警告するように
なる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の属する技術分野に
おいて通常の知識を有する者が本発明を容易に実施する
ことができる最も好ましい実施例を、添付した図面を参
照して詳細に説明する。
【００２２】図２に本発明の実施例による電気自動車の
バッテリー故障診断方法を具現するための装置の構造が
示されている。
【００２３】添付した図２に示されているように、本発
明の実施例によるバッテリー故障診断方法を具現するた
めの装置は、バッテリー１０、バッテリー充電部２０、
バッテリー充電部の動作を制御してバッテリーに所定の
電圧が充電されるようにする充電制御部３０、バッテリ
ーの充電電圧を検出するバッテリー電圧検出部４０、及
びバッテリーの状態を表示する表示部５０を含む。
【００２４】ここで、充電制御部３０は、バッテリーの
充電電圧に基づいてバッテリーの故障発生の可能性を診
断し、診断結果を表示部５０を通じて表示して運転者に
知らせる。表示部５０は液晶表示装置や発光ダイオード
のように診断結果を可視的に示す装置であるが、診断結
果を聴覚的に示すことができるブーザーやスピーカーで
も良い。
【００２５】通常、電気自動車及び太陽熱利用の自動車
のバッテリーは複数のセルから形成されたモジュールを
複数個備える。例えば、各モジュールは各々１．２ボル
トの１０個のセルから構成され、２６個のモジュールを
結合してバッテリーを構成することによって、約３００
ボルトの電圧を形成するようになる。
【００２６】次に、このような構造からなる装置に基づ
いて本発明の実施例によるバッテリー故障診断方法につ
いて説明する。
【００２７】本発明の実施例によるバッテリー故障診断
方法は、バッテリーを構成する各モジュールの性能低下
を検出することによりバッテリーに故障が発生する可能
性を初期段階で診断するためのものである。一般に、バ
ッテリーのモジュールの性能が低下してもモジュールを
構成している各セルが同時に低下するわけではないた
め、全てのセルの中から故障が発生したセルを探すこと
は不可能である。しかし、正常な充電時にはバッテリー
の各モジュールの電圧が類似した値を有する傾向がある
ので、バッテリーの平均電圧と大きな差を有する電圧の
モジュールが故障を起こす可能性が高く、本発明ではこ
のような概念に基づいてバッテリーが故障したか否かを
診断する。
【００２８】図３に本発明の実施例による電気自動車の
バッテリー故障診断方法のフローチャートが示されてい
る。
【００２９】まず、充電制御部３０はバッテリー充電部
２０を駆動させてバッテリー１０に一定の電圧を充電す
る（Ｓ１００〜Ｓ１１０）。
【００３０】図４にバッテリー充電時の電圧特性を示し
たグラフが示されており、正常なバッテリーの充電時に
は図４のようにバッテリー１０の各モジュールの電圧が
均一な分布を示すようになる。
【００３１】バッテリー充電が動作し始めると、充電制
御部３０はバッテリー電圧検出部４０によって検出され
るバッテリー電圧に基づいてバッテリー動作状態をチェ
ックし始める（Ｓ１２０〜Ｓ１４０）。
【００３２】具体的に、バッテリー電圧検出部４０はバ
ッテリー１０の各モジュールの電圧（Ｖｍｏｄｕｌｅ）
を測定して充電制御部３０に提供し（Ｓ１２０）、充電
制御部３０は測定される各モジュールの電圧（Ｖ
ｍｏｄｕｌｅ）のうちの最大電圧（Ｖｍａｘ）及び最少
電圧（Ｖｍｉｎ）と平均電圧（Ｖａｖｅｒａｇｅ）とを
算出し、平均電圧と最大電圧との差の絶対値｜（Ｖ
ａｖｅｒａｇｅ）−（Ｖｍａｘ）｜及び平均電圧と最少
電圧の差の絶対値｜（Ｖａｖｅｒａｇｅ）−
（Ｖｍｉｎ）｜を算出する（Ｓ１３０）。続いて、充電
制御部３０は絶対値と設定電圧（Ｖｄｉ
ｆｆｅｒｅｎｃｅ）（許容バッテリーモジュールの電圧
差）とを比較し（Ｓ１４０）、その結果に基づいて故障
が発生する可能性があるか否かを判断する（Ｓ１５
０）。前記判断（Ｓ１５０）において、計算された二つ
の絶対値のうちのいずれかが設定電圧を超過する場合に
は、故障が発生する可能性があると判断する。
【００３３】図５にバッテリーに故障が発生した場合に
該当する電圧状態を示すグラフが示されている。例え
ば、図５のように、正常な充電が行われている最中にバ
ッテリー内部にて一つのモジュールに故障が発生した場
合、故障が発生したモジュールを構成している各セルの
うちの一つのセルに故障が発生したのであれば、約１．
２Ｖ程度の電圧降下が発生する。
【００３４】したがって、平均電圧と最大電圧との差の
絶対値｜（Ｖａｖｅｒａｇｅ）−（Ｖｍａｘ）｜または
平均電圧と最少電圧との差の絶対値｜（Ｖ
ａｖｅｒａｇｅ）−（Ｖｍｉｎ）｜が設定電圧（Ｖ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）以上である場合には、故障が発
生する可能性があると判断することができ、前記設定電
圧はセル電圧より低くなるように設定され、好ましくは
平均電圧の関数に設定される。故障発生の可能性がある
と判断される場合に、充電制御部３０は充電モードを変
更してバッテリー１０に加わる衝撃が緩和されるように
する（Ｓ１６０）。
【００３５】例えば、現在の充電モードが急速充電モー
ドである場合には、正常充電モードに変更することがで
き、前記バッテリーに加わる衝撃が緩和される充電モー
ドは、充電電流または充電電圧が制限されたモードとす
ることができる。
【００３６】また、充電制御部３０は、バッテリーの故
障が発生する可能性がある場合には、表示部４０を通じ
て故障発生の可能性を警告することによって、運転者が
適切な措置を取るようにする。
【００３７】このように、本発明の実施例では故障が発
生する可能性があると判断されると、現在の充電モード
をバッテリーに加わる衝撃が緩和されるようなモードに
変更して故障発生を予め防止し、例えば、急速充電モー
ドである場合には、正常充電モードなどに変換してバッ
テリー充電を行う。
【００３８】その他にも本発明の要旨から外れない範囲
で様々な実施が可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上のように、本発明は、その実施例で
示すように、例えば電気自動車のバッテリーに故障が発
生する可能性を初期段階で診断し、それに応じた措置を
迅速に取ることにより、バッテリーの寿命を延長させる
ことができ、また動作安定性も向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は従来のバッテリー故障診断
方法を用いた場合に該当する電圧測定状態を示した例示
図である。
【図２】本発明の実施例による電気自動車のバッテリー
故障診断方法を具現するための装置のブロック図であ
る。
【図３】本発明の実施例による電気自動車のバッテリー
故障診断方法の動作フローチャートである。
【図４】本発明の実施例による正常なバッテリーの充電
時の電圧特性を示したグラフである。
【図５】本発明の実施例によるバッテリーに故障が発生
した場合に該当する電圧状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ バッテリー ２０ バッテリー充電部 ３０ 充電制御部 ４０ バッテリー電圧検出部 ５０ 表示部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のモジュールを含むバッテリーの故
    障診断方法において、 バッテリーを充電する段階と；前記バッテリーの各モジ
    ュールの電圧を測定する段階と；測定されるモジュール
    の電圧の最大電圧及び最少電圧のうちの一つ以上の電圧
    と平均電圧とを計算する段階と；前記最大電圧及び最少
    電圧のうちの計算された電圧と平均電圧との差の絶対値
    を計算する段階と；計算された絶対値と設定電圧とを比
    較してバッテリーが故障したか否かを判断する段階とを
    含む、バッテリー故障診断方法。
  2. 【請求項２】 前記絶対値が設定電圧以上で故障が発生
    すると判断された場合には、バッテリーへの衝撃を緩和
    させるモードに充電モードを変更する段階をさらに含
    む、請求項１に記載のバッテリー故障診断方法。
  3. 【請求項３】 前記故障が発生すると判断された場合に
    は、故障発生を運転者に警告する段階をさらに含む、請
    求項１に記載のバッテリー故障診断方法。
  4. 【請求項４】 複数のモジュールを含むバッテリーの故
    障診断システムにおいて、 バッテリーを充電する充電部と；前記充電部を制御する
    充電制御部と；バッテリーのモジュールの電圧を測定す
    るバッテリー電圧検出部と；バッテリーの現在の状態を
    表示する表示部とを含み、 前記充電制御部は、前記バッテリー電圧検出部からモジ
    ュールの電圧を受信して、平均電圧と、最大電圧及び最
    少電圧のうちの一つ以上の電圧とを計算し、前記計算さ
    れた一つ以上の電圧と平均電圧との差の絶対値を設定電
    圧と比較してバッテリーが故障したか否かを判断する、
    バッテリー故障診断システム。
  5. 【請求項５】 前記充電制御部は、バッテリーの性能低
    下があると判断された場合には、充電モードをバッテリ
    ーへの衝撃を緩和させるモードに変更する、請求項４に
    記載のバッテリー故障診断システム。
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