JP7179199B2 - 並列接続セルの接続故障検出方法及びシステム - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
基準データの取得ステップは、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。
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。
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接続の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。
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。
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(最終接続故障基準データ)を最終的に取得することができる。
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動作に伴って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。
セル接続故障の一次検出ステップは、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の取得ステップ(S140)において取得したCIDの動作又は並列接続線の開放(Open)によるセル接続の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)によるセル接続の故障状態を一次的に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(セル接続故障一次検出部500)。
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。
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一次検出信号を生成して出力することができる。
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。
他の実施形態によれば、前記セル接続故障一次検出信号は、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。
セル接続故障の最終検出ステップは、前記セル接続故障の一次検出ステップ(S300)においてCIDの動作又は並列接続線の開放(Open)によるセル接続の故障状態であると一次的に検出されたバッテリーに対して、前記一次検出結果が合っているかどうかを確認して、当該バッテリーがCIDの動作又は並列接続線の開放(Open)によるセル接続の故障状態であるか否かを最終的に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(セル接続故障最終検出部600)。
前記セル接続故障の一次検出ステップ(S300)においてCIDの動作又は並列接続線の開放(Open)によるセル接続の故障状態であると一次的に検出された実測バッテリーに充電電流を形成するステップであって、このステップにおいては、例えば、外部充電器又は自動車の発電回路(図示せず)の接続を通じてバッテリーに充電電流を流してセル接続の故障状態であると一次的に検出された実測バッテリーに充電電流を形成することができる。
DCIR測定ステップは、前記充電電流の形成ステップ(S410)を通じて前記バッテリーに充電電流が流れている状態で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を備えるバッテリーバンクのDCIR値を測定するステップである。
DCIR比較ステップにおいては、前記DCIR測定ステップ(S420)を通じて測定されたセル接続の故障状態であると一次的に検出された実測バッテリーのDCIR値が、所定のDCIRの基準範囲から外れるか否かを比較することができる。
ここで、前記セル接続故障一次検出信号は、CIDの動作又は並列接続線の開放(Open)による接続故障状態が生じたバッテリー(セル)を備えるバッテリーバンクのバンク識別番号を含んでいるため、これを用いてセル接続の故障状態であると一次的に検出されたバッテリーバンクを識別し、そのバッテリーバンクに対して測定されたDCIR値を識別して、そのDCIR値が所定のDCIRの基準範囲から外れるか否かを比較することができる。
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のバッテリー識別番号を含んでいるため、これを用いてセル接続の故障状態であると一次的に検出されたバッテリーを識別し、そのバッテリーに対して測定されたDCIR値を識別して、そのDCIR値が所定のDCIRの基準範囲から外れるか否かを比較することができる。
その比較の結果、前記バッテリーバンク(実施形態1)又は実測バッテリーのDCIR値が所定のDCIRの基準範囲から外れる場合、当該バッテリーバンク又は実測バッテリーに対してセル接続の故障状態であると一次的に検出された結果が合っていると判断してセル接続の故障状態であると最終的に判断し、この旨を示すセル接続故障状態最終検出信号を出力することができる。
ここで、前記セル接続故障最終検出信号は、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を備える当該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。
他の例によれば、前記セル接続故障最終検出信号は、当該実測バッテリーのバッテリー識別番号を含んでいてもよい。
異常報知ステップにおいては、前記セル接続故障の最終検出ステップ(S400)を通じてセル接続故障最終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状態である旨を示す異常信号を生成して報知することができる。これは、異常報知部700により行われる。
前記セル接続故障の最終検出ステップ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。
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。
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。
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。
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)によるセル接続の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。
セル接続故障一次検出部は、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)によるセル接続の故障状態を一次的に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。
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。
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一次的に判断することができる。
前記接続故障一次判断部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一次的に判断されれば、この旨を示すセル接続故障一次検出信号を生成して出力することができる。
セル接続故障最終検出部は、前記セル接続故障一次検出部500においてCIDの動作又は並列接続線の開放(Open)によるセル接続故障であると一次的に検出した結果に対して確認し直して最終的に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。
外部充電器又は自動車の発電回路(図示せず)の接続を通じてバッテリーに充電電流を流して、セル接続の故障状態であると一次的に検出されたバッテリーに充電電流が流れるその初期の状態で当該バッテリー又はそのバッテリーが属しているバッテリーバンクのDCIR(Direct Current Internal Resistance)を測定することができる。
DCIR比較部は、前記DCIR測定部610において測定したセル接続の故障状態であると一次的に検出されたバッテリー又はバッテリーバンクのDCIR値が、所定のDCIRの基準範囲から外れるか否かを比較することができる。
ここで、前記セル接続故障一次検出信号がCIDの動作又は並列接続線の開放(Open)による接続故障状態が生じたバッテリーセルが属しているバッテリーバンクのバンク識別番号を含んでいる場合、これを用いてセル接続の故障状態であると一次的に検出されたバッテリーバンクを識別し、そのバッテリーバンクに対して測定されたDCIR値を識別して、そのDCIR値が所定のDCIRの基準範囲から外れるか否かを比較することができる。
他の実施形態によれば、前記セル接続故障一次検出信号がCIDの動作又は並列接続線の開放(Open)による接続故障状態が生じたバッテリーそれ自体の識別番号を含んでいる場合、これを用いてセル接続の故障状態であると一次的に検出されたバッテリーを識別し、そのバッテリーに対して測定されたDCIR値を識別して、そのDCIR値が所定のDCIRの基準範囲から外れるか否かを比較することもできる。
その比較の結果、前記バッテリーのDCIR値が所定のDCIRの基準範囲から外れている場合、当該バッテリーに対してセル接続の故障状態であると一次的に検出された結果が合っていると判断してセル接続の故障状態であると最終的に判断し、この旨を示すセル接続故障状態最終検出信号を出力することができる。ここで、前記セル接続故障最終検出信号は、当該実測バッテリーのバッテリー識別番号又はその実測バッテリーが属しているバッテリーバンクのバンク識別番号を含んでいてもよい。
報知部は、前記接続故障最終判断部630からセル接続故障最終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の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)によるセル接続の故障状態が生じたことを認知できるようにする。
200:電圧測定部
300:モニタリング部
400:メモリー部
500:セル接続故障一次検出部
510:一致有無比較部
520:接続故障一次判断部
530:セル接続故障一次検出信号生成部
600:セル接続故障最終検出部
610:DCIR測定部
620:DCIR比較部
630:接続故障最終判断部
700:報知部
Claims (12)
- 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の取得ステップと、
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一次的に検出するセル接続故障の一次検出ステップと、
前記セル接続故障の一次検出ステップにおいてセル接続故障が生じた状態であると一次的に検出した結果が適切であるか否かを最終的に確認するセル接続故障の最終検出ステップと、
を含む並列接続セルの接続故障検出方法。 - 前記セル接続故障の最終検出ステップにおいて、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最終的に確認されれば、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。
- 前記基準データの取得ステップは、
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電流遮断装置(CID)を動作させて、又は並列接続線を開放することによって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、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または2に記載の並列接続セルの接続故障検出方法。 - 前記セル接続故障の一次検出ステップは、
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において、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一次的に判断することを特徴とする接続故障の一次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。 - 前記セル接続故障の最終検出ステップは、
前記セル接続故障の一次検出ステップ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の故障状態であると一次的に検出されたバッテリーに充電電流を形成する充電電流の形成ステップと、
前記充電電流の形成ステップにより前記バッテリーに充電電流が流れている状態で、前記バッテリーの直流内部抵抗(DCIR)を測定する直流内部抵抗(DCIR)測定ステップと、
前記直流内部抵抗(DCIR)測定ステップにおいて測定されたバッテリーの直流内部抵抗(DCIR)値が所定の直流内部抵抗(DCIR)の基準範囲から外れるか否かを比較する直流内部抵抗(DCIR)比較ステップと、
比較の結果、前記バッテリーの直流内部抵抗(DCIR)値が所定の直流内部抵抗(DCIR)の基準範囲から外れる場合、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最終的に判断する接続故障の最終判断ステップと、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の並列接続セルの接続故障検出方法。 - 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から5のいずれか一項に記載の並列接続セルの接続故障検出方法。 - 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を保存するメモリー部と、
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一次的に検出するセル接続故障一次検出部と、
前記セル接続故障一次検出部においてセル接続の故障状態であると一次的に検出した結果が適切であるか否かを確認して、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か否かを最終的に検出するセル接続故障最終検出部と、
を備える並列接続セルの接続故障検出システム。 - 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7に記載の並列接続セルの接続故障検出システム。 - 前記セル接続故障一次検出部は、
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一次的に判断する接続故障一次判断部と、
前記接続故障一次判断部において、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一次的に判断すれば、セル接続故障を示すセル接続故障一次検出信号を生成して出力するセル接続故障一次検出信号生成部と、
を備えることを特徴とする請求項8に記載の並列接続セルの接続故障検出システム。 - 前記セル接続故障最終検出部は、
前記セル接続故障一次検出信号に相当するバッテリーに充電電流を流した状態で、当該バッテリーの直流内部抵抗(DCIR)を測定する直流内部抵抗(DCIR)測定部と、
前記直流内部抵抗(DCIR)測定部において測定された直流内部抵抗(DCIR)値が、所定の直流内部抵抗(DCIR)の基準範囲から外れるか否かを比較する直流内部抵抗(DCIR)比較部と、
前記直流内部抵抗(DCIR)比較部における比較の結果、前記セル接続故障一次検出信号に相当するバッテリーの直流内部抵抗(DCIR)値が所定の直流内部抵抗(DCIR)の基準範囲から外れる場合、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最終的に判断し、セル接続故障を示すセル接続故障最終検出信号を生成して出力する接続故障最終判断部と、
を備えることを特徴とする請求項9に記載の並列接続セルの接続故障検出システム。 - 前記接続故障最終判断部からセル接続故障最終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10に記載の並列接続セルの接続故障検出システム。
- 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7から11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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