JP6834107B2 - バッテリーパックを診断するための装置、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーパックに亀裂等の損傷が発生したか否かを診断するための装置、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。

本出願は、２０１８年３月６日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００２６４４５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。

通常、二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、外部電源から供給された電流が正極と負極との間で、物質の酸化還元反応を起こす過程で生成した電気を充電する方式で半永久的な使用が可能な電池を言う。使い捨ての一次電池（ｐｒｉｍａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ、一般乾電池）が、再使用が不可能で、電池の回収やリサイクルなどにかかる費用が高いという短所がある一方、二次電池は、何回も充電が可能であるという長所を有している。また、二次電池は、ノートブックＰＣと携帯電話、カムコーダーなど、携帯用の電子機器のみならず、電気自動車の核心素材であり、付加価置が高くて、半導体及びディスプレイと共に２１世紀の「３大電子部品」として数えられる。特に、二次電池は、２０１１年を基準で、世界市場規模が２００億ドルを突破しており、電気自動車市場の成長と共に中・大型エネルギー貯蔵用二次電池市場の成長につれ、今後、その規模がさらに拡がると見込まれる。

二次電池は、充電物質に何を使用するかによって、ニッケル電池、イオン電池、リチウムイオン電池、ポリマー電池、リチウムポリマー電池、リチウムスルファ電池などに分けられる。１９８０年代に、ニッケルカドミウム電池とニッケル水素電池の登場に引き続き、１９９０年代に、リチウム系二次電池が登場し、２０００年代以後、リチウムポリマー電池が導入されながら二次電池の新しい時代を迎えている。

リチウムイオン電池は、最近、電子装備の小型化及び軽量化が実現され、携帯用電子器機の使用が一般化するにつれ、現在、二次電池市場の多くを占めており、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能な物質を負極部及び正極部に使用し、正極と負極との間に有機電解液またはポリマー電解質を充電して製造し、リチウムイオンが正極部及び負極部で挿入及び脱離するときの酸化還元反応によって電気的エネルギーを生成する。また、重さが軽く、高容量の電池を製造するに有利であることから、小容量の携帯電話のバッテリーから大容量の電気自動車のバッテリーに至るまで、多様に用いられている。

また、リチウムポリマー電池は、リチウムイオン電池からより一層発展した電池であって、正極と負極との間に固体やゲル状のポリマー材料からなる電解質を使用し、電気を発生させる。模様を多様にすることができ、現在まで開発された二次電池のうち、最も薄い電池を作ることができるという長所がある。

このような二次電池は、通常、複数のバッテリーセルを含んで構成され、各バッテリーセルは、薄く構成されているため、亀裂に敏感であり得る。したがって、生産したバッテリーセルの剛性を検査すべきであり、従来の検査方式は、生産したバッテリーセルを自動車などに装着する前、一部をサンプリングした後、バッテリーセルが破壊されるまで外部から力を加える方式で亀裂及び剛性検査を実施した。

しかし、上述したような従来のバッテリーセル検査方式は、自動車などにバッテリーセルを装着する前に行われることで、自動車にバッテリーセルが装着された以後の亀裂を検査することができず、破壊方式によるため、生産する全てのバッテリーセルの剛性を確認することができないという問題点がある。

本発明は、バッテリーパックの振動の時間変化を示す振動信号をスペクトル密度データに変換し、スペクトル密度データから複数のピーク点を検出し、複数のピーク点に基づき、バッテリーパックの状態を診断するための装置を提供することを目的とする。

なお、本発明の効果は前述の効果に制限されず、言及していないさらに他の効果は、請求範囲の記載から当業者にとって明確に理解されるであろう。

本発明の一面によるバッテリーパックの亀裂を診断するための装置は、センシング部及び前記センシング部に動作可能に結合したプロセッサを含む。前記センシング部は、第１測定時間にわたった前記バッテリーパックの振動の時間変化を示す第１時間−振動信号、前記第１測定時間以後である第２測定時間にわたった前記バッテリーパックの振動の時間変化を示す第２時間−振動信号及び前記第２測定時間以後である第３測定時間にわたった前記バッテリーパックの振動の時間変化を示す第３時間−振動信号を生成するように構成される。前記プロセッサは、前記第１時間−振動信号に基づき、第１スペクトル密度データを生成するように構成される。前記プロセッサは、前記第２時間−振動信号に基づき、第２スペクトル密度データを生成するように構成される。前記プロセッサは、前記第３時間−振動信号に基づき、第３スペクトル密度データを生成するように構成される。前記プロセッサは、前記第１スペクトル密度データから第１複数のピーク点を検出するように構成される。前記プロセッサは、前記第２スペクトル密度データから第２複数のピーク点を検出するように構成される。前記プロセッサは、前記第３スペクトル密度データから第３複数のピーク点を検出するように構成される。前記プロセッサは、前記第１複数のピーク点と前記第２複数のピーク点とを比較し、前記第１複数のピーク点の少なくとも一つを第１固有ピーク点に決定するように構成される。前記プロセッサは、前記第３複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数及び前記第１固有ピーク点の周波数に基づき、前記バッテリーパックの亀裂有無を判定するように構成される。

前記プロセッサは、前記第１時間−振動信号を第１周波数−振動信号に変換し、前記第１周波数−振動信号を用いて、前記第１スペクトル密度データを生成し得る。前記プロセッサは、前記第２時間−振動信号を第２周波数−振動信号に変換し、前記第２周波数−振動信号を用いて、前記第２スペクトル密度データを生成し得る。前記プロセッサは、前記第３時間−振動信号を第３周波数−振動信号に変換し、前記第３周波数−振動信号を用いて、前記第３スペクトル密度データを生成し得る。

前記プロセッサは、前記第１複数のピーク点のいずれか一つである第１ピーク点の周波数と、前記第２複数のピーク点のいずれか一つである第２ピーク点の周波数との差に基づき、前記第１ピーク点の周波数における第１周波数変化率を算出し得る。

前記プロセッサは、前記第１周波数変化率が所定の第１基準範囲内である場合、前記第１ピーク点を前記第１固有ピーク点に決定し得る。

前記プロセッサは、前記第１周波数変化率が前記所定の第１基準範囲を外れる場合、前記第１ピーク点を前記第１固有ピークに決定しないことが可能である。

前記プロセッサは、前記第１固有ピーク点の周波数と、前記第３複数のピーク点のいずれか一つである第３ピーク点の周波数との差に基づき、前記第３ピーク点の周波数における第２周波数変化率を算出し得る。

前記プロセッサは、前記第２周波数変化率が所定の第２基準範囲内である場合、前記バッテリーパックに亀裂が発生しなかったと判定し得る。

前記プロセッサは、前記第２周波数変化率が前記所定の第２基準範囲を外れる場合、前記バッテリーパックに亀裂が発生したと判定し得る。

前記センシング部は、前記第３測定時間以後である第４測定時間にわたった前記バッテリーパックの振動の時間変化を示す第４時間−振動信号を生成するように構成され得る。前記プロセッサは、前記第４時間−振動信号に基づき、第４スペクトル密度データを生成し得る。前記プロセッサは、前記第４スペクトル密度データから第４複数のピーク点を検出し得る。前記プロセッサは、前記第３複数のピーク点と前記第４複数のピーク点とを比較し、前記第３複数のピーク点の少なくとも一つを第２固有ピーク点に決定し得る。前記プロセッサは、前記第１固有ピーク点の個数及び前記第２固有ピーク点の個数に基づき、前記バッテリーパックの亀裂有無を判定するように構成され得る。

前記プロセッサは、前記第２固有ピーク点の個数が前記第１固有ピーク点の個数よりも多い場合、前記バッテリーパックに亀裂が発生したと判定するように構成され得る。

本発明の他面によるバッテリーパックは、前記装置を含む。

本発明のさらに他面による自動車は、前記装置を含む。

本発明によれば、バッテリーパックの振動の時間変化を示す振動信号からスペクトル密度データを得て、前記スペクトル密度データから複数のピーク点を検出し、複数のピーク点に基づいてバッテリーパックの亀裂を診断することができる。これによって、負荷からバッテリーパックを電気的に分離しなくても、負荷にバッテリーパックが取り付けられた状態でバッテリーパックの亀裂を正確に診断することができる。

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。

バッテリーパックを備える自動車に含まれた本発明の一実施例によるバッテリーの亀裂を診断するための装置を示した図である。

図１の装置の構成を概略的に示した図である。

第１スペクトル密度データと第２スペクトル密度データとの差を例示的に示すグラフである。

第１固有ピーク点及び第３ＰＳＤデータを示したグラフである。

第１ＰＳＤデータと第３ＰＳＤデータとの差を例示的に示すグラフである。

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「制御ユニット」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結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、バッテリーパックを備える自動車に含まれた本発明の一実施例によるバッテリーの亀裂を診断するための装置を示す図であり、図２は、図１の装置の構成を概略的に示す図であり、図３は、第１スペクトル密度データと第２スペクトル密度データとの差を例示的に示すグラフである。

図１及び図２を参照すれば、装置１００は、バッテリーパックＢを備える自動車Ｃに含まれ得る。装置１００は、バッテリーパックＢに結合してバッテリーパックＢの亀裂有無を診断できる。

装置１００は、バッテリーパックＢに備えられたバッテリー管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）に含まれ得る。

前記装置１００は、センシング部１１０、メモリ部１２０、プロセッサ１３０及び通知部１４０を含み得る。

前記バッテリーパックＢは、電気的に直列及び／または並列に接続した複数の単位セルを含む。勿論、前記バッテリーパックＢが一つの単位セルのみを含むことを制限しない。

前記単位セルは、反復的な充放電が可能であれば、その種類は特に制限されない。一例で、前記単位セルは、パウチタイプのリチウムポリマーバッテリーであり得る。

前記バッテリーパックＢは、外部端子を介して多様な外部装置に電気的に結合できる。前記電子装置は、電力を用いて走行する走行装置であり得、一例として、電気自動車、ハイブリッド自動車、ドロンのような無人飛行体、電力グリッドに含まれた大容量の電力貯蔵装置（ＥＳＳ）またはモバイルデバイスであり得る。この場合、前記バッテリーパックＢは、前記外部装置に取り付けられたモジュール化した電池パックに含まれた単位セルの一部または全部を含み得る。

前記バッテリーパックＢの外部端子は、充電装置に結合可能に提供され得る。前記充電装置は、バッテリーパックＢが取り付けられる外部装置の制御によってバッテリーパックＢに選択的に電気的に結合し得る。

前記センシング部１１０は、プロセッサ１３０と動作可能に結合する。即ち、センシング部１１０は、プロセッサ１３０へ電気的信号を送信するか、またはプロセッサ１３０から電気的信号を受信することができる。

前記センシング部１１０は、バッテリーパックＢの振動を測定し、測定された振動を示す振動信号を生成するように構成され得る。具体的に、前記センシング部１１０は、バッテリーパックＢの表面に付着する振動センサー（例えば、加速度センサー）を含み得る。センシング部１１０は、前記振動センサーを用いて、所定の周期ごとに振動信号を生成した後、前記振動信号をプロセッサ１３０に提供し得る。

前記振動信号は、バッテリーパックＢの共振特性に起因した振動成分及び外部の状況（例えば、自動車Ｃの走行）に起因した振動成分を含み得る。

前記プロセッサ１３０は、センシング部１１０から振動信号が受信されれば、信号処理によって前記振動信号をデジタル値に変換してメモリ部１２０に保存し得る。

前記メモリ部１２０は、半導体メモリ素子であって、前記プロセッサ１３０によって生成されるデータを、記録、消去、更新し、バッテリーパックＢの亀裂有無を診断するために設けられた複数のプログラムコードを保存する。また、前記メモリ部１２０は、本発明を実施するときに使用される、予め決められた各種パラメーターの事前設定値を保存し得る。

前記メモリ部１２０は、データを、記録、消去、更新できると知られた半導体メモリ素子であれば、その種類は特に制限されない。一例として、前記メモリ部１２０は、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスターなどであり得る。前記メモリ部１２０は、前記プロセッサ１３０の制御ロジッグを定義したプログラムコードを保存している保存媒体をさらに含み得る。前記保存媒体は、フラッシュメモリやハードディスクのような不活性記憶素子を含む。前記メモリ部１２０は、プロセッサ１３０と物理的に分離していてもよく、前記プロセッサ１３０と一体で統合していてもよい。

前記プロセッサ１３０は、センシング部１１０からの振動信号を用いて、スペクトル密度データを生成し得る。即ち、センシング部１１０によって生成された振動信号は、時間領域で示される関数またはデータの一種であって、プロセッサ１３０によってスペクトル密度データに変換される。具体的に、前記プロセッサ１３０は、センシング部１１０によって生成された時間領域（ｔｉｍｅ ｄｏｍｉａｎ）の振動信号（以下、「時間−振動信号」と称することがある。）を周波数領域（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍｉａｎ）の振動信号（以下、「周波数−振動信号」と称することがある。）に変換し得る。例えば、前記プロセッサ１３０は、高速フーリエ変換（ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ＦＦＴ）を用いて、センシング部１１０によって生成された時間−振動信号を周波数−振動信号に変換し得る。その後、前記プロセッサ１３０は、周波数−振動信号を用いて、スペクトル密度データを生成し得る。

前記スペクトル密度データは、周波数−振動信号の周波数ごとのエネルギーの大きさ、即ち、パワースペクトル密度（ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｄｅｎｓｉｔｙ；ＰＳＤ）を示すデータであり得る。

前記プロセッサ１３０は、第１測定時間にわたってセンシング部１１０によって測定された振動の時間変化を示す時間−振動信号を用いて、第１スペクトル密度データ（以下、「第１ＰＳＤデータ」または「第１ＰＳＤカーブ」と称することがある。）を生成し得る。

前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータから複数のピーク点を検出し得る。具体的に、前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータに基づき、周波数の微小変化による第１ＰＳＤデータの変化が増加してから減少する周波数と、該周波数におけるＰＳＤと、を第１ＰＳＤデータのピーク点として検出し得る。

そのために、前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータに対応する近似関数を微分して一階導関数を算出し、近似関数の一階導関数をさらに微分して二階導関数を算出し得る。前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータに対応する近似関数の一階導関数が０であり、かつ二階微分係数が負数である周波数と、当該周波数におけるＰＳＤ値によって決められる位置と、を各々第１ＰＳＤデータのピーク点として検出し得る。

前記プロセッサ１３０は、第１測定時間が経過した後、第２測定時間の間にセンシング部１１０によって測定された振動の時間変化を示す時間−振動信号を用いて、第２スペクトル密度データ（以下、「第２ＰＳＤデータ」または「第２ＰＳＤカーブ」と称することがある。）を算出し得る。第２測定時間は、第１測定時間とは外部状況が変わった期間であり得る。

前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータから複数のピーク点を検出した過程と同様に、第２ＰＳＤデータから複数のピーク点を検出し得る。

前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点と、第２ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点とを比較することで、第１ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点の少なくとも一つを第１固有ピーク点に決定し得る。

具体的に、前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータから複数のピーク点の少なくとも一つのピーク点の周波数における第１周波数変化率に基づき、第１ＰＳＤデータから複数のピーク点の少なくとも一つのピーク点を第１固有ピーク点に決定し得る。具体的に、前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数と、第２ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数との差に基づき、第１周波数変化率を算出し得る。

前記プロセッサ１３０は、下記の数式１を用いて第１周波数変化率を算出することができる。

ここで、Ｖ_ｆ１は第１周波数変化率、ｆ１は、第１ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数、ｆ２は、第２ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数である。

図３に示したように、第１ＰＳＤデータから複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４）が検出され、第２ＰＳＤデータから複数のピーク点Ｐ２−１〜Ｐ２−４が検出され得る。

例えば、前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４のうち周波数による特定の順序（例えば、一番目）にあるピーク点（例えば、Ｐ１−１）の周波数を数式１のｆ１として用い、第２ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点Ｐ２−１〜Ｐ２−４のうち前記特定の順序にあるピーク点（例えば、Ｐ２−１）の周波数をｆ２として用い得る。

他の例で、前記プロセッサ１３０は、第２ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点Ｐ２−１〜Ｐ２−４の周波数のうち、ｆ１として選択された周波数と最も小さい差を有する周波数をｆ２として用い得る。

前記プロセッサ１３０は、ピーク点Ｐ１−１の周波数とピーク点Ｐ２−１の周波数との差に基づき、第１周波数変化率を算出し得る。前記プロセッサ１３０は、ピーク点Ｐ１−２の周波数とピーク点Ｐ２−２の周波数との差を用いて、第１周波数変化率を算出し得る。前記プロセッサ１３０は、ピーク点Ｐ１−３の周波数とピーク点Ｐ２−３の周波数との差を用いて、第１周波数変化率を算出し得る。前記プロセッサ１３０は、ピーク点Ｐ１−４の周波数とピーク点Ｐ２−４の周波数との差を用いて、第１周波数変化率を算出し得る。

例えば、前記プロセッサ１３０は、ピーク点Ｐ１−１の周波数である１３Ｈｚとピーク点Ｐ２−１の周波数である２２Ｈｚとの差を用いて、第１周波数変化率として６９．２％を算出し得る。他の例で、前記プロセッサ１３０は、ピーク点Ｐ１−２の周波数である４０Ｈｚとピーク点Ｐ２−２の周波数である ４０．５Ｈｚとの差を用いて、第１周波数変化率として１．２５％を算出し得る。

前記プロセッサ１３０は、第１周波数変化率が所定の第１基準範囲内に含まれるか否かを判断し、判断結果に基づいて第１ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４の少なくとも一つを第１固有ピーク点に決定し得る。

具体的に、前記プロセッサ１３０は、複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４のうち特定のピーク点の周波数を数式１のｆ１として用いて得られた第１周波数変化率が所定の第１基準範囲内であれば、該特定のピーク点を第１固有ピーク点に決定し得る。逆に、前記プロセッサ１３０は、複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４の特定のピーク点の周波数を数式１のｆ１として用いて得られた第１周波数変化率が所定の第１基準範囲を外れれば、該特定ピーク点を第１固有ピーク点に決定しないことが可能である。

所定の第１基準範囲が−１０〜１０％であるとしよう。そうすれば、前記プロセッサ１３０は、ピーク点Ｐ１−２の周波数とピーク点Ｐ２−２の周波数との差を用いて算出された第１周波数変化率である１．２５％が所定の第１基準範囲内に含まれるので、ピーク点Ｐ１−２を第１固有ピーク点に決定し得る。一方、前記プロセッサ１３０は、ピーク点Ｐ１−１の周波数とピーク点Ｐ２−１の周波数との差を用いて算出された第１周波数変化率である６９．２％は、所定の第１基準範囲を外れるので、ピーク点Ｐ１−１を第１固有ピーク点に決定しないことが可能である。

これによって、前記プロセッサ１３０は、複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４のうち二番目のピーク点Ｐ１−２のみを第１固有ピーク点に選択し得る。第１固有ピーク点Ｐ１−２は、バッテリーパックＢそのものの共振特性によって発生する振動成分に起因したものであり得る。以下では、説明の便宜のために、第１ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４の一つであるピーク点Ｐ１−２のみが第１固有ピーク点に決定されたと仮定する。

複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４のうち第１固有ピーク点Ｐ１−２に決定されなかった残りのピーク点Ｐ１−１、Ｐ１−３、Ｐ１−４は、バッテリーパックＢそのものの共振特性ではなく外部環境（例えば、自動車Ｃの走行）によって発生したと看做し得る。

図４は、第１固有ピーク点及び第３ＰＳＤデータを示したグラフであり、図５は、第１ＰＳＤデータと第３ＰＳＤデータとの差を例示的に示すグラフである。

図４を参照すれば、前記プロセッサ１３０は、第２測定時間が経過した後、第３測定時間の間にセンシング部１１０によって測定された振動の時間変化を示す時間−振動信号を用いて、第３スペクトル密度データ（以下、「第３ＰＳＤ データ」または「第３ＰＳＤカーブ」と称することがある。）を生成し得る。第３測定時間は、第２測定時間とは外部状況が変わった期間であり得る。

前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータから複数のピーク点Ｐ１−１〜Ｐ１−４を検出した過程と同様に、第３ＰＳＤデータから複数のピーク点Ｐ３−１〜Ｐ３−５を検出し得る。具体的に、プロセッサ１３０は、第３測定時間の間に測定された振動の時間変化を示す時間−振動信号を周波数−振動信号に変換する。その後、プロセッサ１３０は、第３測定時間に対する周波数−振動信号を用いて、第３ＰＳＤデータを生成し得る。その後、プロセッサ１３０は、第３ＰＳＤデータから複数のピーク点Ｐ３−１〜Ｐ３−５を検出し得る。

第１測定時間及び第２測定時間は、第１固有ピーク点を決定するのに要求される期間であり得、第３測定時間は、バッテリーパックＢの亀裂有無を診断するのに要求される期間であり得る。

前記プロセッサ１３０は、バッテリーパックＢが自動車Ｃに装着されてから所定の期間が経過する前（例えば、第１測定時間、第２測定時間）に第１固有ピーク点Ｐ１−２を決定した後、バッテリーパックＢが自動車Ｃに装着されたときから所定の期間が経過した後である第３測定時間にわたって測定されたバッテリーパックＢの振動の時間変化に基づき、バッテリーパックＢの亀裂有無を診断し得る。

前記プロセッサ１３０は、第１固有ピーク点Ｐ１−２の周波数と、第３ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数との差に基づき、第２周波数変化率を算出し得る。具体的に、前記プロセッサ１３０は、第３ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点Ｐ３−１〜Ｐ３−５のうち第１固有ピーク点Ｐ１−２の周波数に最も近接した周波数を有するいずれか一つのピーク点（例えば、Ｐ３−２）を選択し得る。

その後、前記プロセッサ１３０は、第１固有ピーク点Ｐ１−２の周波数と、前記選択されたピーク点（例えば、Ｐ３−２）の周波数との差に基づき、第２周波数変化率を算出し得る。

前記プロセッサ１３０は、下記の数式２を用いて、第２周波数変化率を算出し得る。

ここで、Ｖ_ｆ２は第２周波数変化率、ｆｃは第１固有ピーク点Ｐ１−２の周波数、ｆ３は第３ＰＳＤデータから複数のピーク点Ｐ３−１〜Ｐ３−５のうち前記選択されたピーク点（例えば、Ｐ３−２）の周波数である。

例えば、前記プロセッサ１３０は、複数のピーク点Ｐ３−１〜Ｐ３−５各々の周波数のうち第１固有ピーク点Ｐ１−２の周波数である４０Ｈｚに最も近接した周波数４５Ｈｚを有するピーク点Ｐ３−２を、数式２のｆ３として選択し得る。

その後、第１固有ピーク点Ｐ１−２に対応する周波数である４０Ｈｚと複数のピーク点Ｐ３−１〜Ｐ３−５より選択されたピーク点Ｐ３−２の周波数である４５Ｈｚとの差を用いて、第２周波数変化率である１２．５％を算出し得る。

前記プロセッサ１３０は、第２周波数変化率が所定の第２基準範囲内に含まれるか否かを判断し、判断結果に基づいてバッテリーパックＢの亀裂有無を診断し得る。具体的に、前記プロセッサ１３０は、第２周波数変化率が所定の第２基準範囲を外れれば、バッテリーパックＢに亀裂が発生したと診断し得る。一方、前記プロセッサ１３０は、第２周波数変化率が所定の第２基準範囲内であれば、バッテリーパックＢに亀裂が発生しなかったと診断し得る。

所定の第２基準範囲が−１０〜１０％であるとしてみよう。そうすれば、前記プロセッサ１３０は、前記算出された第２周波数変化率である１２．５％が所定の第２基準範囲外であるので、バッテリーパックＢに亀裂が発生したと診断し得る。

プロセッサ１３０は、第３測定時間が経過した後、第４測定時間の間にセンシング部１１０によって測定された振動の時間変化を示す時間−振動信号を用いて、第４スペクトル密度データ（以下、「第４ＰＳＤデータ」または「第４ＰＳＤカーブ」と称することがある。）を生成し得る。第４測定時間は、第３測定時間と同様に、バッテリーパックＢの亀裂有無を診断するのに要求される期間であり得る。説明の便宜のために、第４ＰＳＤデータの図示は省略した。

前記プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータ、第２ＰＳＤデータ及び第３ＰＳＤデータの各々から複数のピーク点を検出した過程と同様に、第４ＰＳＤデータから複数のピーク点を検出し得る。具体的に、プロセッサ１３０は、第４測定時間の間に測定された振動の時間変化を示す時間−振動信号を、周波数−振動信号に変換する。その後、プロセッサ１３０は、第４測定時間に対する周波数−振動信号を用いて、第４ＰＳＤデータを生成し得る。その後、プロセッサ１３０は、第４ＰＳＤデータから複数のピーク点を検出し得る。

その次、前記プロセッサ１３０は、第３ＰＳＤデータと第４ＰＳＤデータとを比較することで、第３ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点の少なくとも一つを第２固有ピーク点に決定し得る。具体的に、前記プロセッサ１３０は、数式１を用いて第３周波数変化率を算出し得る。この場合、数式１のＶ_ｆ１は第３周波数変化率、ｆ１は第３ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数、ｆ２は第４ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数である。この場合、ｆ２は、第４ＰＳＤデータから検出された複数のピーク点の周波数のうち、ｆ１との差が最も小さいいずれか一つの周波数であり得る。

前記プロセッサ１３０は、第３周波数変化率が所定の第３基準範囲内であれば、第３周波数変化率を算出するのに用いられたｆ１を周波数として有する第３ＰＳＤデータのピーク点を第２固有ピーク点に決定し得る。一方、前記プロセッサ１３０は、第３ＰＳＤデータの特定のピーク点の周波数をｆ１として用いて得えられた第３周波数変化率が所定の第３基準範囲を外れれば、第３ＰＳＤデータの特定のピーク点を第２固有ピーク点に決定しないことが可能である。所定の第３基準範囲は、所定の第１基準範囲と同一または相異なり得る。

プロセッサ１３０は、第１ＰＳＤデータと第２ＰＳＤデータとを比較することで算出された第１固有ピーク点の個数、及び第３ＰＳＤデータと第４ＰＳＤ データとを比較することで算出された第２固有ピーク点の個数に基づき、バッテリーパックＢの亀裂有無を診断し得る。

プロセッサ１３０は、第１固有ピーク点の個数と第２固有ピーク点の個数とが同一でなければ（例えば、第２固有ピーク点が第１固有ピーク点よりも多ければ）、バッテリーパックＢに亀裂が発生したと診断し得る。一方、プロセッサ１３０は、第１固有ピーク点の個数と第２固有ピーク点の個数とが同一であれば、バッテリーパックＢに亀裂が発生しなかったと診断し得る。

例えば、図５に示したように、第１固有ピーク点Ｐ１−２が一つであり、第２固有ピーク点Ｐ３−２、Ｐ３−５が二つである場合、プロセッサ１３０は、バッテリーパックＢに亀裂が発生したと診断し得る。各固有ピーク点は、バッテリーパックＢそのものの共振特性に起因したのである。したがって、固有ピーク点の個数が変わったということ（例えば、時間の経過につれて固有ピーク点の個数が増加したこと）は、バッテリーパックＢの亀裂によってバッテリーパックＢそのものの共振特性が変化したことを意味する。

これによって、プロセッサ１３０は、バッテリーパックＢが装着された自動車Ｃが停止状態にあるときは勿論、自動車Ｃの走行中においても、バッテリーパックＢの亀裂有無を診断できる。

前記プロセッサ１３０は、バッテリーパックＢの亀裂有無に対する診断結果を示すメッセージを通信端子を介して外部装置に伝送し得る。

前記プロセッサ１３０は、多様な制御ロジックを実行するために当業界に知られたＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスター、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。プロセッサ１３０によって実行可能な多様な制御ロジッグは、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グは、コンピュータが読出可能なコード体系で作成され、コンピュータが読出可能な記録媒体に収録され得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサ１３０によってアクセス可能なものであれば、その種類は特に制限されない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスター、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より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、キャリア信号に変調されて特定の時点で通信キャリアに含まれ得、ネットワークによって連結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グ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におけるプログラマーによって容易に推論できる。
前記通知部１４０は、前記プロセッサ１３０による診断結果を外部に出力できる。より具体的に、前記通知部１４０は、上述の診断結果を、記号、数字及びコードのいずれか一つ以上を用いて表示するディスプレイ部及び音で出力するスピーカー装置の一つ以上を備え得る。

本発明によるバッテリー管理装置は、上述の装置１００を含み得る。これによって、バッテリー管理装置が管理するバッテリーパックＢに対して亀裂有無を診断できる。

本発明による自動車Ｃは、前記装置１００を含み得る。

以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例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具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。

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 (12)

1. バッテリーパックの状態を診断するための装置であって、
   第１測定時間にわたった前記バッテリーパックの振動の時間変化を示す第１時間−振動信号、前記第１測定時間以後である第２測定時間にわたった前記バッテリーパックの振動の時間変化を示す第２時間−振動信号及び前記第２測定時間以後である第３測定時間にわたった前記バッテリーパックの振動の時間変化を示す第３時間−振動信号を生成するように構成されたセンシング部と、
   前記センシング部に動作可能に結合したプロセッサと、を含み、
   前記プロセッサは、
   前記第１時間−振動信号に基づき、第１スペクトル密度データを生成し、
   前記第２時間−振動信号に基づき、第２スペクトル密度データを生成し、
   前記第３時間−振動信号に基づき、第３スペクトル密度データを生成し、
   前記第１スペクトル密度データから第１複数のピーク点を検出し、
   前記第２スペクトル密度データから第２複数のピーク点を検出し、
   前記第３スペクトル密度データから第３複数のピーク点を検出し、
   前記第１複数のピーク点と前記第２複数のピーク点とを比較し、前記第１複数のピーク点の少なくとも一つを第１固有ピーク点に決定し、
   前記第３複数のピーク点のいずれか一つのピーク点の周波数及び前記第１固有ピーク点の周波数に基づき、前記バッテリーパックの状態を判定するように構成される、装置。
2. 前記プロセッサは、
   前記第１時間−振動信号を第１周波数−振動信号に変換し、
   前記第１周波数−振動信号を用いて、前記第１スペクトル密度データを生成し、
   前記第２時間−振動信号を第２周波数−振動信号に変換し、
   前記第２周波数−振動信号を用いて、前記第２スペクトル密度データを生成し、
   前記第３時間−振動信号を第３周波数−振動信号に変換し、
   前記第３周波数−振動信号を用いて、前記第３スペクトル密度データを生成するように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記プロセッサは、
   前記第１複数のピーク点のいずれか一つである第１ピーク点の周波数と、前記第２複数のピーク点のいずれか一つである第２ピーク点の周波数との差に基づき、前記第１ピーク点の周波数における第１周波数変化率を算出するように構成される、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記プロセッサは、
   前記第１周波数変化率が所定の第１基準範囲内である場合、前記第１ピーク点を前記第１固有ピーク点に決定するように構成される、請求項３に記載の装置。
5. 前記プロセッサは、
   前記第１周波数変化率が前記所定の第１基準範囲を外れる場合、前記第１ピーク点を前記第１固有ピーク点に決定しないように構成される、請求項４に記載の装置。
6. 前記プロセッサは、
   前記第１固有ピーク点の周波数と、前記第３複数のピーク点のいずれか一つである第３ピーク点の周波数との差に基づき、前記第３ピーク点の周波数における第２周波数変化率を算出するように構成される、請求項３から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記プロセッサは、
   前記第２周波数変化率が所定の第２基準範囲内である場合、前記バッテリーパックに損傷が発生しなかったと判定するように構成される、請求項６に記載の装置。
8. 前記プロセッサは、
   前記第２周波数変化率が前記所定の第２基準範囲を外れる場合、前記バッテリーパックに損傷が発生したと判定するように構成される、請求項７に記載の装置。
9. 前記センシング部は、
   前記第３測定時間以後である第４測定時間にわたった前記バッテリーパックの振動の時間変化を示す第４時間−振動信号を生成するように構成され、
   前記プロセッサは、
   前記第４時間−振動信号に基づき、第４スペクトル密度データを生成し、
   前記第４スペクトル密度データから第４複数のピーク点を検出し、
   前記第３複数のピーク点と前記第４複数のピーク点とを比較し、前記第３複数のピーク点の少なくとも一つを第２固有ピーク点に決定し、
   前記第１固有ピーク点の個数及び前記第２固有ピーク点の個数に基づき、前記バッテリーパックの状態を判定するように構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記プロセッサは、
    前記第２固有ピーク点の個数が前記第１固有ピーク点の個数よりも多い場合、前記バッテリーパックに損傷が発生したと判定するように構成される、請求項９に記載の装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の前記装置を含む、バッテリーパック。
12. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の前記装置を含む、自動車。