JP7170904B2 - 並列接続セルの接続故障検出方法及びシステム - Google Patents

並列接続セルの接続故障検出方法及びシステム Download PDF

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Description

本発明は、並列接続セルの接続故障検出方法及びシステムに係り、さらに詳しくは、セルの並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）、あるいは、電流遮断装置（ＣＩＤ）などの保護素子の動作による特定のセルの接続の途切れを検出することのできる並列接続セルの接続故障検出方法及びシステムに関する。
充電不可能な一次バッテリーとは異なり、充電可能な二次バッテリーは、スマートフォン、ノート型パソコン、タブレットパソコンなどの小型先端電子機器の分野だけではなく、電気自転車、電気自動車、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）に至るまで多種多様な分野において広く用いられている。
電気自転車や電気自動車、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）などといった中大型デバイスは、高出力、大容量が求められるため、前記二次バッテリーを中大型デバイスに適用する場合、多数のバッテリーセルが直／並列に接続されて互いに電気的に接続されたバッテリーパックを用いることになる。
一般に、バッテリーパックに含まれるバッテリーセルは、充電に際して安全性を確保するための保護素子として、セルの内部圧力が増加すれば遮断動作を行ってセルに電流が流れないようにする電流遮断装置（ＣＩＤ：ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）を備えて、バッテリーの過充電を安全に防ぐようになっている。
しかしながら、バッテリーセルが並列接続された状態で特定のバッテリーセルのＣＩＤが動作してしまうと、当該故障バッテリーセルの接続が途切れてしまうため、前記故障バッテリーセルと並列接続された残りの正常バッテリーセルに前記故障バッテリーセルに流れていた電流により過電流が流れてしまう結果、正常バッテリーセルに過負荷がかかるという現象が生じてしまう。なお、前述したように、ＣＩＤのような保護素子の動作だけではなく、特定のバッテリーセルの並列接続線が開放（Ｏｐｅｎ）されるなどの原因により並列接続されたバッテリーセルのうち、特定のバッテリーセルの接続の途切れが生じる場合にも、残りの正常バッテリーセルに過電流が流れてしまう。
このような現象はセルの劣化を促して、バッテリーの性能及び寿命を減少させる結果を招くため、このような問題の発生を防ぐために、多数のバッテリーセルが並列接続された状態でのセルの並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）状態、あるいは、ＣＩＤの動作によるセル接続の途切れの状態を検出できる技術が望まれる。
韓国公開特許第１０－２０１７－００６８６０８号公報
本発明は、上述した問題を解決するために案出されたものであって、その目的は、並列接続されたバッテリーセルのうち、特定のセルの並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）、あるいは、ＣＩＤの動作による接続の途切れを検出することのできる方法を提供するところにある。
本発明に係る並列接続セルの接続故障状態を検出する方法は、放電中のバッテリーに電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の状況を生じさせてセル接続故障が生じる場合の基準データを取得する基準データ取得ステップと、外部デバイスの動作により放電中のバッテリーに対して発生する実測駆動放電データをモニタリングするモニタリングステップと、前記モニタリングステップにおいてモニタリングする実測駆動放電データから、前記基準データにおける電流遮断装置（ＣＩＤ：ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）の動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による放電電圧値の変化量と一致する区間が存在するか否かを比較して、その比較結果に基づいて、当該バッテリーにおいて電流遮断装置（ＣＩＤ：ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）の動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じた状態であるか否かを検出するセル接続故障の検出ステップと、を含んでなる。
一方、前記並列接続セルの接続故障検出方法は、前記セル接続故障の検出ステップにおいて、バッテリーがＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じた状態であると検出されれば、この旨を示す異常信号を生成して報知する異常報知ステップをさらに含んでなる。
具体的に、前記基準データ取得ステップは、外部デバイスに接続された所定の基準バッテリーに対して、前記外部デバイスの動作を通じて放電させながら、所定の周期おきに放電電圧値を測定して、前記測定された放電電圧値に基づいて駆動放電基準データを取得する駆動放電基準データの取得ステップと、前記駆動放電基準データの取得ステップを行う最中に、所定の時点においてＣＩＤを動作させて、又は並列接続線を開放（Ｏｐｅｎ）して、それに伴い発生する接続故障時点の基準データを取得する接続故障時点の基準データの取得ステップと、前記取得した駆動放電基準データ及び接続故障時点の基準データを同一の時間区間に対して合算して、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）領域における放電電圧値の変化量に関するデータを一次的に取得する一次接続故障検出データ取得ステップと、前記駆動放電基準データの取得ステップと、接続故障時点の基準データの取得ステップ及び一次接続故障検出基準データの取得ステップを所定回数以上繰り返し行い、これを通じて取得される多数の一次接続故障検出基準データに対してマシンラーニング技法を適用して、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）領域における放電電圧値の変化量に関するデータを最終的に取得する最終接続故障検出基準データの取得ステップと、を含んでなることを特徴とする。
一方、セル接続故障の検出ステップは、前記モニタリングステップにおいてモニタリングする実測駆動放電データから、前記最終接続故障検出基準データの取得ステップにおいて取得した最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在するか否かを比較する一致有無の比較ステップと、比較の結果、前記実測駆動放電データから前記最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在する場合、当該区間をＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による放電電圧値の変化量が発生した区間と判断して、当該バッテリーにＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じたと判断することを特徴とする接続故障の判断ステップを含んでなることを特徴とする。
ここで、前記駆動放電基準データは、前記基準バッテリーに対する放電電圧値の変化量であり、前記接続故障時点の基準データは、前記基準バッテリーに対してＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）により発生する放電電圧値の変化量であることを特徴とする。
本発明に係る並列接続セルの接続故障検出システムは、並列接続された少なくとも一つ以上のセルを備える一つ以上のバッテリーと、所定の周期おきに、バッテリーの放電電圧を測定する電圧測定部と、前記電圧測定部により測定される放電電圧値に基づいて、波形形状のアナログ信号として導き出される実測駆動放電データをモニタリングするモニタリング部と、バッテリーに電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じた状態であるか否かを検出できるようにする基準データが保存されるメモリー部と、前記メモリー部に保存された基準データを用いて、前記モニタリング部においてモニタリングする実測駆動放電データに、前記基準データのＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による放電電圧値の変化量と一致する区間が存在するか否かを感知して、当該バッテリーにＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じた状態であるか否かを検出するセル接続故障検出部と、を備えてなる。
ここで、前記メモリー部に保存される基準データは、最終接続故障検出基準データを含んでなり、前記最終接続故障検出基準データは、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）により発生する放電電圧値の変化量であることを特徴とする。
一方、前記セル接続故障検出部は、前記モニタリング部においてモニタリングしているバッテリーの実測駆動放電データのうち、前記最終接続故障検出データと一致する区間が存在するか否かを比較する一致有無比較部と、比較の結果、前記実測駆動放電データにおいて、前記最終接続故障検出データと一致する区間が存在する場合、これをＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による放電電圧値の変化量が発生した区間と感知して、当該バッテリーにＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じた状態であると判断する接続故障判断部と、前記接続故障判断部において、当該バッテリーにＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じた状態であると判断すれば、この旨を示すセル接続故障検出信号を生成して出力するセル接続故障検出信号生成部と、を備えてなることを特徴とする。
一方、前記並列接続セルの接続故障検出システムは、前記セル接続故障検出部のセル接続故障検出信号生成部からセル接続故障検出信号が出力されれば、異常信号を生成して出力する報知部をさらに備えてなる。
ここで、前記実測駆動放電データは、放電電圧値の変化量であることを特徴とする。
本発明は、外部デバイス（例えば、自動車）の動作に伴って放電中のバッテリーに対して、リアルタイムにてＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセルの接続故障状態を検出することができる。したがって、それに対する対応を容易に行って、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による特定のセルの接続の途切れ（故障）が招き得るバッテリーの退化及び性能の低下の問題を防ぐことができる。
自動車の運転に伴って放電中のバッテリーに対して発生する放電電圧値の変化に伴う波形形状のアナログ信号の例を示す図である。 前記図１に示す波形形状のアナログ信号を一次関数の形状に変換した例を示す図である。 波形形状のアナログ信号からＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）状態を検出できる基準データを取得する原理を概略的に示す図である。 本発明に係る並列接続セルの接続故障を検出する方法を示すフローチャートである。 本発明に係る並列接続セルの接続故障検出システムを概略的に示すブロック図である。
以下では、添付図面に基づいて、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態について詳しく説明する。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態に具体化可能であり、ここで説明する実施形態に何ら限定されるものではない。なお、図中、本発明について明確に説明するために、説明とは無関係な部分は省略し、明細書の全般に亘って、類似の部分には類似の図面符号を付している。
以下、添付図面に基づいて、本発明について詳しく説明する。
１．本発明において用いる用語
ア．基準バッテリー／実測バッテリー
本発明におけるバッテリーは、少なくとも一つ以上のセルが並列接続された構造であり、例えば、自動車、スクーター、電動キックボード、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）などをはじめとするバッテリーを用いるあらゆるデバイスに取り付けられて使用可能である。この明細書においては、自動車に搭載されて電力モーターに電力を供給する自動車のバッテリーを例にとって説明する。
本発明において用いる基準バッテリーとは、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）状態を検出するための基準データを取得する実験過程において用いられるバッテリーのことをいい、前記実測バッテリーとは、実際に運転中の自動車に搭載されたバッテリーのことをいう。
これらは、本発明の手続きについての説明のしやすさのために使い分けた用語に過ぎず、その構造や機能は同様である。
イ．駆動放電基準データ／接続故障時点の基準データ
駆動放電基準データは、所定の実験を通じて放電中のバッテリーに対して取得される放電電圧値の変化量であって、これは、図１に示すように、波形形状のアナログ信号として示される放電電圧値の変化値を意味する。
接続故障時点の基準データは、所定の実験を通じて取得されるＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の際に発生する放電電圧値の変化量であって、これは、図２に示すように、一次関数の形状で示される放電電圧値の変化値のうち、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の際に発生するＡ領域における放電電圧値の変化量を意味する。
ウ．実測駆動放電データ
実測駆動放電データは、実際に自動車の運転に伴って放電中のバッテリーに対して取得される放電電圧値の変化量であって、これは、図１に示すように、波形形状のアナログ信号として示される放電電圧値の変化値を意味する。
上述した駆動放電基準データと実測駆動放電データは、基準データを用意するために施す所定の実験過程において取得される放電電圧値の変化量であるか、あるいは、実際の自動車の運転に伴って取得される放電電圧値の変化量であるかを区別するために用いられる用語である。これらのデータは、例えば、図１に示すように、ダイナミックな波形形状のアナログ信号として導き出される。
エ．外部デバイス
本発明において言及する外部デバイスは、電力モーターを備えた装置であって、例えば、自動車を意味する。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、外部デバイスは、自動車だけではなく、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）、スクーター、電動キックボードなどのバッテリーを用いるあらゆる装置であってもよい。
２．本発明に係る並列接続セルの故障検出方法（図４参照）
本発明に係る並列接続セルの故障を検出する方法は、下記のようなステップを含んでなる。
２．１．基準データの取得ステップ（Ｓ１００）
基準データ取得ステップは、放電中のバッテリーにＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の状況を生じさせてセル接続故障が生じる場合の基準データを取得するステップであって、下記のような細部ステップを含んでいてもよい。
ア．駆動放電基準データの取得ステップ（Ｓ１１０）
所定の基準バッテリーを外部デバイスに搭載した状態で、任意に前記外部デバイスを動作させながら、その動作に伴って発生する前記基準バッテリーの駆動放電基準データ、すなわち、放電電圧値の変化量を取得するステップである。
上述したように、本発明におけるバッテリーは、例えば、自動車に搭載されて電力モーターに電力を供給する自動車のバッテリーであって、前記外部デバイスとは、電力モーターを備えた自動車を意味することもある。自動車のバッテリーの場合、放電というのは、自動車の電力モーターに電力を供給する状態のことであって、これは、自動車のアクセルを踏み込むスタイルに応じて、バッテリーから電力モーターへと電力が供給される度合いがダイナミックに変化する。それ故に、放電電圧値が、図１に示すように、様々な変化幅を有しながら減少する波形として導き出される。
換言すれば、駆動放電基準データの取得ステップは、図１に示すように、波形形状のアナログ信号として導き出される放電電圧値の変化量を取得しようとするものであって、このために、並列接続されたセルから構成された基準バッテリーを外部デバイスに搭載した状態で放電させながら所定の周期おきに放電電圧を測定して、前記測定された放電電圧値に基づいて時間の経過に伴う変化量としての駆動放電基準データを取得することができる。
イ．接続故障時点の基準データの取得ステップ（Ｓ１２０）
接続故障時点の基準データの取得ステップは、前記駆動放電基準データの取得ステップ（Ｓ１１０）を行う最中に、任意のいずれか一つのセルにＣＩＤ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）の動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の状況を生じさせてセルの接続故障状態である場合に発生する放電電圧値の変化量を取得するステップである。
上述したように、バッテリーが外部デバイス（例えば、自動車）の動作により放電される場合、アクセルを踏み込むスタイルに応じて電力モーターに電力を供給する度合いが異なってくるため、バッテリーの放電電圧値の変化が、図１に示すように、波形形状のアナログ信号として導き出され得る。このようなアナログ信号に対して細部区間別にそれに相当する放電電圧値の中間値又は平均値を選んで取ると、図１の波形形状のアナログ信号が、図２に示すように、減少する一次関数の形状に変換される。このような状態で、いずれか一つのセルのＣＩＤが動作したり、特定の並列接続線が開放（Ｏｐｅｎ）されたりしてセルの接続故障状態になると、放電電圧値の変化量が減少する領域が生じ、当該領域が、図２のＡ領域に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）状に現れることになる。ここで、前記細部区間は、ＣＩＤの動作や並列接続線の開放状態を検出できるほどの時間区間であると説明すればよい。
図１に示すような波形形状のアナログ信号では、放電電圧値がダイナミックに変化しているため、たとえ図２のＡ領域のような変化量に相当する領域が存在するとしても、その変化量がＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるものであるか否かを検出することが非常に困難であるが、図２に示すように、一次関数の形状になると、Ａ領域を容易に区別することができる。
このような点を活用して、前記接続故障時点の基準データの取得ステップは、図２のＡ領域に相当するＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による接続故障に伴って発生する放電電圧値の変化量を取得するために、例えば、放電中の基準バッテリーに対して、所定の時点において人為的にいずれか一つのセルのＣＩＤを動作させたり、特定の並列接続線を開放（Ｏｐｅｎ）したりしてセルの接続故障状態にし、それに伴い発生する放電電圧値の変化量を取得することができる。このようにして取得される接続故障時点、すなわち、図２のＡ領域に対応する放電電圧値の変化量を接続故障時点の基準データと称することがある。
ウ．一次接続故障検出基準データの取得ステップ（Ｓ１３０）
一次接続故障検出基準データの取得ステップは、前記駆動放電基準データの取得ステップ（Ｓ１１０）において取得した駆動放電基準データと、前記接続故障時点の基準データの取得ステップ（Ｓ１２０）において取得した接続故障時点の基準データを同一の時間区間に対して合算して、図１に示す波形形状のアナログ信号として導き出される実際の自動車の運転に従って発生する放電電圧値の変化量から、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）に伴って発生する放電電圧値の変化量が発生したか否かを感知できるデータを一次的に取得することができる。
より分かりやすく説明すれば、図１の波形形状のアナログ信号に、図２に示すＡ領域に関するデータを同一の時間区間に対して合算して、これを通じて、図３に示すように、Ｂ領域に相当する放電電圧値の変化量を一次的に取得するのである。
このように、Ｂ領域に対して一次的に取得したデータを、一次接続故障時点の基準データと称して説明することがある。
エ．最終接続故障検出基準データの取得ステップ（Ｓ１４０）
最終接続故障検出基準データの取得ステップは、上述した駆動放電基準データの取得ステップ（Ｓ１１０）、接続故障時点の基準データの取得ステップ（Ｓ１２０）及び一次接続故障検出基準データの取得ステップ（Ｓ１３０）を多数回繰り返し行って、前記図３のＢ領域に対応する放電電圧値の変化量である一次接続故障時点の基準データを多数取得し、前記取得された多数の一次接続故障時点の基準データに対してマシンラーニング技法を適用して、前記図３のＢ領域に対応する放電電圧値の変化量に関するデータ（最終接続故障検出基準データ）を最終的に取得することができる。
一方、実際の自動車の運転に伴って発生するバッテリーの放電電圧値は、ユーザー（運転者）ごとに運転スタイルが異なるため、それに伴い発生する放電電圧値の変化量の範囲が非常に様々である筈である。このため、たとえ様々な運転スタイルに応じて放電電圧値の変化が様々な例として導き出されるとしても、それからＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による接続故障に伴って発生する放電電圧値の変化量を検出できるようにするために、Ｓ１１０～Ｓ１３０を繰り返し行いながら様々な場合に応じたデータを多数取得し、多数のデータに対する基準値を導き出せるようにマシンラーニング技法を適用して、図３のＢ領域における変化量を学習させて最終接続故障検出データを取得するのである。したがって、実際の自動車の運転中にそこに搭載されたバッテリーのうち、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じたバッテリーをリアルタイムにて検出することができる。
上述したようにして取得された最終接続故障検出基準データは、後述するメモリー部４００に保存されてＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による接続故障の発生有無をリアルタイムにて検出可能にする基準データとして用いられる。
２．２．モニタリングステップ（Ｓ２００）
モニタリングステップは、外部デバイス（例えば、自動車）に搭載されて前記外部デバイスの放電中のバッテリーに対して、所定の周期おきに、前記外部デバイスの動作に伴う放電電圧値を測定して、前記測定される放電電圧値に基づいてその変化量をモニタリングするステップである。
すなわち、図１に示すような波形形状のアナログ信号として導き出される放電電圧値の変化量をモニタリングするのであり、その放電電圧値の変化量を実測駆動放電データと称する。
これらのステップは、後述するモニタリング部３００により行われる。
２．３．セル接続故障の検出ステップ（Ｓ３００）
セル接続故障の検出ステップは、前記モニタリングステップ（Ｓ２００）においてモニタリングする波形形状のアナログ信号として導き出される実測駆動放電データにおいて、前記最終接続故障基準データ取得ステップ（Ｓ１４０）において取得したＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセルの接続故障状態に相当する放電電圧値の変化量（最終接続故障検出データ）が発生したか否かをリアルタイムにて検出してＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセルの接続故障状態を検出するステップであって、下記のような細部ステップを含んでいてもよい（セル接続故障検出部５００）。
ア．一致有無の比較ステップ（Ｓ３１０）
一致有無の比較ステップは、前記モニタリングステップ（Ｓ２００）においてモニタリングする実測駆動放電データから、前記基準データの取得ステップ（Ｓ１００）の最終接続故障検出基準データの取得ステップ（Ｓ１４０）において取得した最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在するか否かを比較するステップである。
すなわち、外部デバイス（例えば、自動車）の動作に伴って放電中の実測バッテリーは、その放電電圧値が変化する形状が、図１に示すように、波形形状のアナログ信号として導き出されるが、このような様々な変化幅を有する波形において、前記最終接続故障検出基準データに相当する図３のＢ領域における放電電圧値の変化量と一致する区間が存在するか否かを比較するのである。このようなステップは、後述する一致有無比較部５１０により行われる。
イ．接続故障の判断ステップ（Ｓ３２０）
その比較の結果、現在放電中の実測バッテリーに対して発生する実測駆動放電データにおいて、前記最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在する場合、当該区間を実測バッテリーのうち少なくともいずれか一つのセルのＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）が生じて放電電圧値の変化量が減少した区間と判断して、前記実測バッテリーに対するセル接続故障検出信号を生成して出力することができる。
すなわち、放電電圧値が、図１に示すように、波形形状にダイナミックに変化する状態で、図３のＢ領域に相当する放電電圧値の変化量と一致する区間が感知されれば、当該区間を実測バッテリーのうちの少なくともいずれか一つのセルのＣＩＤが動作したり、特定の並列接続線が開放（Ｏｐｅｎ）されたりして放電電圧値の変化量が減少した区間と判断して、この旨を示す当該実測バッテリーに対するセル接続故障検出信号を生成して出力するのである。このようなステップは、後述する接続故障判断部５２０及びセル接続故障検出信号生成部５３０により行われる。
＜実施形態１：バッテリーバンクを検出する場合＞
ここで、前記セル接続故障一次検出信号は、当該実測バッテリーが属しているバッテリーバンクを識別できるバンク識別番号を含んでいてもよい。このとき、バッテリーバンクとは、多数の実測バッテリーから構成されるセル束であって、前記セル接続故障一次検出信号に含まれているバンク識別番号を用いて、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）が生じた実測バッテリー（セル）を備えるバッテリーバンクを検出することができる。
＜実施形態２：バッテリーセルを検出する場合＞
他の実施形態によれば、前記セル接続故障検出信号は、当該実測バッテリーを識別できるようにバッテリー識別番号を含んでいてもよい。
一方、前記実測駆動放電データにおいて、前記最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在しない場合、当該バッテリーは、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセルの接続故障状態が生じていない、セル接続が正常の状態であると判断することができる（Ｓ３３０）。
２．４．異常報知ステップ（Ｓ４００）
異常報知ステップにおいては、前記セル接続故障の検出ステップ（Ｓ３００）においてセル接続故障検出信号が出力される場合、当該実測バッテリーにＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じた旨を示す異常信号を生成して出力することができる。これは、異常報知部６００により行われる。
これにより、ユーザーは、外部デバイス（例えば、自動車）の運転中にリアルタイムにてバッテリーの接続状態に異常があることを認知し、それに対応することができる。
ここで、前記異常信号は、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じたバッテリーを備えるバッテリーバンク又は当該バッテリーの識別番号を含んでいてもよい。
２．５．セル接続故障最終検出データの帰還ステップ（Ｓ５００）
前記セル接続故障の検出ステップ（Ｓ３００）において取得し且つ判断したセルの接続故障状態に関するデータ（放電電圧値の変化量）を前記基準データの取得ステップ（Ｓ１００）の最終接続故障検出基準データの取得ステップ（Ｓ１４０）に帰還（フィードバック）させてマシンラーニングによる基準データをより一層豊富に強化させることができる。
上述した基準データの取得ステップ（Ｓ１００）は、人為的にセルの接続故障状態にして基準データを取得する過程であったとしたら、この帰還ステップを通じて実際の状況におけるセルの接続故障状態である場合のデータを基準データに帰還させて基準データをより一層精度よく確保することができる。
これにより、従来には、自動車のバッテリーが放電する間に生じるアナログ信号がダイナミックに変化する放電電圧値と、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の際にそれにより変化する放電電圧値とを両方とも含む複雑な波形形状であるため、そこからＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による放電電圧値の変化量に相当する領域を感知することが困難であり、それ故に、セルの接続故障（途切れ）状態を検出する上で難点があって、これによりセルの退化を促してしまうという問題があった。これに対し、本発明は、上述した実験を通じてＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の際に発生する放電電圧値の変化量に関するデータを取得することにより、これを用いて、放電する間に発生する複雑な波形形状のアナログ信号からＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による放電電圧値の変化量に相当する領域を感知することができる。これにより、放電中のバッテリーに対して生じたセルの接続故障状態をリアルタイムにて検出することができる。したがって、それに対する対応を容易に行って、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による特定のセルの接続の途切れ（故障）が招き得るバッテリーの退化及び性能の低下の問題を防ぐことができる。
３．本発明に係る並列接続セルの接続故障検出システム（図５参照）
３．１．バッテリー１００
本発明に係る並列接続セルの接続故障検出システムは、一つ以上のバッテリーセル１１０を備えてなるバッテリーを一つ以上備えていてもよく、前記バッテリーセルは並列接続されて、バッテリーセル同士の電気的な接続が行われる。
前記バッテリーは、例えば、自動車、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）、スクーター、電動キックボードなどの装置に搭載されて用いられるバッテリーであってもよく、この明細書においては、自動車に搭載されて電気モーターに電力を供給する自動車のバッテリーを例にとって説明する。
３．２．電圧測定部２００
電圧測定部は、所定の周期おきにバッテリーの放電電圧値を測定する構成要素であって、前記電圧測定部により測定される放電電圧値に基づいて、バッテリーの放電電圧値の変化量である実測駆動放電データを取得することができる。
３．３．モニタリング部３００
モニタリング部は、前記電圧測定部２００により所定の周期おきに測定される放電電圧値に基づいて、図１に示すように、波形形状のアナログ信号として導き出されるバッテリーの放電電圧値の変化量をモニタリングする構成要素である。
自動車のバッテリーの場合、アクセルを踏み込むスタイルに応じて電力モーターに電力を供給する度合いが異なってくるため、バッテリーの放電電圧値の変化量が図１の波形形状のアナログ信号として導き出されることができ、モニタリング部は、このような放電電圧値の変化量（実測駆動放電データ）をリアルタイムにてモニタリングする。
３．４．メモリー部４００
所定の実験を通じて取得したＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセルの接続故障状態を検出できるように基準データが保存される構成要素である。
前記基準データは、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）により発生する放電電圧値の変化量としての最終接続故障検出基準データを含んでなり、より分かりやすく説明すれば、図３のＢ領域に相当する放電電圧値の変化量を意味する。
前記メモリー部に保存される最終接続故障検出基準データを取得する過程について説明すれば、まず、所定のバッテリーを外部デバイス（例えば、自動車）に搭載した状態で、人為的に前記外部デバイスを動作させながら、その動作に伴って発生するバッテリーの放電電圧値の変化量（駆動放電基準データ）を取得する。本発明におけるバッテリーは、例えば、自動車に搭載されて電力モーターに電力を供給する自動車のバッテリーである。自動車のバッテリーの場合、放電というのは、自動車の電力モーターに電力を供給する状態のことであって、これは、自動車のアクセルを踏み込むスタイルに応じてバッテリーから電力モーターへと電力が供給される度合いがダイナミックに変化するため、放電電圧値が、図１に示すように、様々な変化幅を有しながら減少する波形として導き出される。
このような形状として導き出される駆動放電基準データを取得する過程を行う最中に、任意のいずれか一つのセルにＣＩＤの動作又は特定の並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の状況を生じさせて、セルの接続故障状態である場合に発生する放電電圧値の変化量（接続故障時点の基準データ）を取得する。このような過程を行う理由は、上述したように、バッテリーが電気自動車の動作に伴って放電される場合、アクセルを踏み込むスタイルに応じて電力モーターに電力を供給する度合いが異なってくるため、バッテリーの放電電圧値の変化が、図１に示すように、波形形状のアナログ信号として導き出される。このようなアナログ信号に対して細部区間別にそれに相当する放電電圧値の中間値又は平均値を選んで取ったとき、図１の波形形状のアナログ信号が、図２に示すように、減少する一次関数の形状に変換されることを確認することができた。また、その状態で、いずれか一つのセルのＣＩＤが動作したり、特定の並列接続線が開放（Ｏｐｅｎ）されたりしてセルの接続故障状態になると、放電電圧値の変化量が減少する領域が生じ、当該領域が図２のＡ領域に示すように、ステップ（ｓｔｅｐ）状に現れることを確認することができた。図１のような波形形状のアナログ信号では、放電電圧値がダイナミックに変化しているため、たとえ図２のＡ領域のような変化量が発生したとしても、その変化量がＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるものであるか否かを検出することが非常に困難であるが、図２に示すように、一次関数の形状では、Ａ領域を区別し易い。
このような点を活用して、図２のＡ領域に対する放電電圧値の変化量を取得するために、例えば、放電中のバッテリーに対して所定の時点において任意のいずれか一つのセルのＣＩＤを動作させたり、特定の並列接続線を開放（Ｏｐｅｎ）したりして人為的にセル接続故障にし、それに伴い発生する放電電圧値の変化量（接続故障時点の基準データ）を取得するのである。
上述した過程を経て実測駆動放電データと接続故障時点の基準データが取得されれば、これらを同一の時間区間に対して合算して、図１に示す波形形状のアナログ信号として導き出される放電電圧値の変化量から、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）に伴って発生する放電電圧値の変化量が存在するか否かを検出できる基準データを一次的に取得することができる。より分かりやすく説明すれば、図１の波形形状のアナログ信号に、図２に示すＡ領域における放電電圧値の変化量を同一の時間区間に対して合算して、図３に示すＢ領域に相当する放電電圧値の変化量を一次的に取得するのである。
これらの過程を多数回繰り返し行って、図３のＢ領域に相当する変化量に関するデータを多数取得し、これらのデータに対してマシンラーニング技法を適用してＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による放電電圧値の変化量について学習させることにより、アナログ信号からＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の時点に対する変化量を感知できるようにする最終接続故障検出基準データを取得することができる。
一方、前記メモリー部は、後述するセル接続故障検出部５００からＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じたと検出されたバッテリーの故障検出データを帰還されて、前記基準データに反映して保存してもよい。上述したように、前記メモリー部に既に保存された基準データは、人為的にセルの接続故障状態を生じさせて取得したデータであるため、実際の状況におけるセルの接続故障状態である場合のデータ（故障検出データ）をセル接続故障検出部５００から帰還されて基準データに反映することにより、基準データをより一層精度よく確保することができる。
３．５．セル接続故障検出部５００
セル接続故障検出部は、前記モニタリング部３００においてモニタリングする実測駆動放電データからＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による放電電圧値の変化量と一致する区間が生じたか否かを感知して、当該バッテリーのＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセルの接続故障状態を検出する構成要素であって、下記のような細部構成要素を備えていてもよい。
ア．一致有無比較部５１０
一致有無比較部は、前記モニタリング部３００においてモニタリングしているバッテリーの実測駆動放電データのうち、前記メモリー部４００に保存された最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在するか否かを比較することができる。
換言すれば、図１に示すように、波形形状のアナログ信号として導き出される現在放電中のバッテリーの放電電圧値の変化量（実測駆動放電データ）において、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）の際に発生する変化量（最終接続故障検出基準データ）と一致する区間が存在するか否かを比較するのである。
イ．接続故障判断部５２０
その比較の結果、前記実測駆動放電データにおいて、前記最終接続故障基準データと一致する区間が存在すれば、当該区間をバッテリーにＣＩＤの動作又は特定の並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）により放電電圧値の変化量が減少した領域と感知して、当該バッテリーにＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じた状態であると判断することができる。
ウ．セル接続故障検出信号生成部５３０
前記接続故障判断部５２０においてバッテリーにＣＩＤの動作又は特定の並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じたと判断されれば、この旨を示すセル接続故障検出信号を生成して出力することができる。
また、前記セル接続故障検出信号に相当するバッテリーのＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセル接続故障が生じたと判断された区間に相当する放電電圧値の変化量に関するデータ（故障検出データ）を前記メモリー部４００に帰還させて、前記メモリー部４００に既に保存された前記基準データに実際の状況におけるセルの接続故障状態である場合のデータが反映されるようにすることで、基準データをより一層精度よく確保できるように構成されてもよい。
一方、前記セル接続故障検出信号は、ＣＩＤの動作又は並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）による接続故障が生じた当該バッテリーを識別できるバッテリー識別番号又はそのバッテリーが属しているバッテリーバンクを示すバンク識別番号を含んでいてもよい。
３．６．報知部６００
報知部は、前記セル接続故障検出信号生成部５３０からセル接続故障検出信号が出力されれば、当該バッテリーのバッテリー識別番号又はそのバッテリーが属しているバッテリーバンクを区別するバンク識別番号を含む異常信号を生成し且つ出力して、ユーザーがバッテリーにＣＩＤの動作又は特定の並列接続線の開放（Ｏｐｅｎ）によるセルの接続故障状態が生じたことを認知できるようにする。
一方、前記電圧測定部２００、モニタリング部３００、メモリー部４００及びセル接続故障検出部５００は、本発明の上述したセル接続故障検出プロセスを実現する制御装置又は制御部であって、単一の統合マイクロプロセッサ―として構成されてもよく、あるいは、自動車のエンジンの制御のための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に組み込まれて構成されてもよく、自動車のバッテリーパックのバッテリー管理装置に組み込まれるように構成されてもよい。
一方、本発明の技術的思想は、前記実施形態に基づいて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が実施可能であるということが理解できる筈である。
１００：バッテリー
２００：電圧測定部
３００：モニタリング部
４００：メモリー部
５００：セル接続故障検出部
５１０：一致有無比較部
５２０：接続故障判断部
５３０：セル接続故障検出信号生成部
６００：報知部

Claims (10)

  1. 放電中のバッテリーに電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放の状況を生じさせてセル接続故障が生じる場合の基準データを取得する基準データ取得ステップと、
    外部デバイスの動作により放電中のバッテリーに対して発生する実測駆動放電データをモニタリングするモニタリングステップと、
    前記モニタリングステップにおいてモニタリングする実測駆動放電データから、前記基準データにおける電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放による放電電圧値の変化量と一致する区間が存在するか否かを比較して、比較結果に基づいて、当該バッテリーにおいて電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放によるセル接続故障が生じた状態であるか否かを検出するセル接続故障の検出ステップと、
    を含む並列接続セルの接続故障検出方法。
  2. 前記セル接続故障の検出ステップにおいて、バッテリーが電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放によるセル接続故障が生じた状態であると検出されれば、セル接続故障を示す異常信号を生成して報知する異常報知ステップをさらに含む請求項１に記載の並列接続セルの接続故障検出方法。
  3. 前記基準データ取得ステップは、
    外部デバイスに接続された所定の基準バッテリーに対して、前記外部デバイスの動作を通じて放電させながら、所定の周期おきに放電電圧値を測定して、測定された放電電圧値に基づいて駆動放電基準データを取得する駆動放電基準データの取得ステップと、
    前記駆動放電基準データの取得ステップを行う最中に、所定の時点において電流遮断装置（ＣＩＤ）を動作させて、又は並列接続線を開放して、それに伴い発生する接続故障時点の基準データを取得する接続故障時点の基準データの取得ステップと、
    取得した駆動放電基準データ及び接続故障時点の基準データを同一の時間区間に対して合算して、電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放領域における放電電圧値の変化量に関するデータを一次的に取得する一次接続故障検出データ取得ステップと、
    前記駆動放電基準データの取得ステップと、接続故障時点の基準データの取得ステップ及び一次接続故障検出基準データの取得ステップを所定回数以上繰り返し行うことを通じて取得される多数の一次接続故障検出基準データに対してマシンラーニング技法を適用して、電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放領域における放電電圧値の変化量に関するデータを最終的に取得する最終接続故障検出基準データの取得ステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の並列接続セルの接続故障検出方法。
  4. セル接続故障の検出ステップは、
    前記モニタリングステップにおいてモニタリングする実測駆動放電データから、前記最終接続故障検出基準データの取得ステップにおいて取得した最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在するか否かを比較する一致有無の比較ステップと、
    比較の結果、前記実測駆動放電データから前記最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在する場合、当該区間を電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放による放電電圧値の変化量が発生した区間と判断して、当該バッテリーに電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放によるセル接続故障が生じたと判断することを特徴とする接続故障の判断ステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の並列接続セルの接続故障検出方法。
  5. 前記駆動放電基準データは、前記基準バッテリーに対する放電電圧値の変化量であり、
    前記接続故障時点の基準データは、前記基準バッテリーに対して電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放により発生する放電電圧値の変化量であることを特徴とする請求項３又は４に記載の並列接続セルの接続故障検出方法。
  6. 並列接続された少なくとも一つ以上のセルを備える一つ以上のバッテリーと、
    所定の周期おきに、バッテリーの放電電圧を測定する電圧測定部と、
    前記電圧測定部により測定される放電電圧値に基づいて、波形形状のアナログ信号として導き出される実測駆動放電データをモニタリングするモニタリング部と、
    バッテリーに電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放によるセル接続故障が生じた状態であるか否かを検出できるようにする基準データが保存されるメモリー部と、
    前記メモリー部に保存された基準データを用いて、前記モニタリング部においてモニタリングする実測駆動放電データにおいて電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放による放電電圧値の変化量と一致する区間が存在するか否かを感知して、当該バッテリーにＣＩＤの動作又は並列接続線の開放によるセル接続故障が生じた状態であるか否かを検出するセル接続故障検出部と、
    を備えてなる並列接続セルの接続故障検出システム。
  7. 前記メモリー部に保存される基準データは、最終接続故障検出基準データを含み、
    前記最終接続故障検出基準データは、電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放の際に発生するバッテリーの放電電圧値の変化量であることを特徴とする請求項６に記載の並列接続セルの接続故障検出システム。
  8. 前記セル接続故障検出部は、
    前記モニタリング部においてモニタリングしているバッテリーの実測駆動放電データのうち、前記最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在するか否かを比較する一致有無比較部と、
    比較の結果、前記実測駆動放電データにおいて、前記最終接続故障検出基準データと一致する区間が存在する場合、これを電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放による放電電圧値の変化量が発生した区間と感知して、当該バッテリーに電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放によるセル接続故障が生じた状態であると判断する接続故障判断部と、
    前記接続故障判断部において、当該バッテリーに電流遮断装置（ＣＩＤ）の動作又は並列接続線の開放によるセル接続故障が生じた状態であると判断すれば、セル接続故障を示すセル接続故障検出信号を生成して出力するセル接続故障検出信号生成部と、
    を備えることを特徴とする請求項７に記載の並列接続セルの接続故障検出システム。
  9. 前記セル接続故障検出部のセル接続故障検出信号生成部からセル接続故障検出信号が出力されれば、異常信号を生成して出力する報知部をさらに備える請求項８に記載の並列接続セルの接続故障検出システム。
  10. 前記実測駆動放電データは、放電電圧値の変化量であることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の並列接続セルの接続故障検出システム。
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