JP7214002B2 - バッテリー診断装置、バッテリー診断方法及びエネルギー貯蔵システム - Google Patents

バッテリー診断装置、バッテリー診断方法及びエネルギー貯蔵システム Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーセルの休止状態における電圧変化からバッテリーセルの故障を診断するための技術に関する。
本出願は、２０１９年１１月５日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１４０３５６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。
最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化したバッテリーとしては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムバッテリーなどがあり、このうち、リチウムバッテリーは、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリ効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
一方、高電圧を生成するために数～数十個のバッテリーセルが電気的に直列接続したセルアセンブリーが広く用いられている。もし、一部のバッテリーセルが故障すると、故障した各バッテリーセルのセル電圧は、充放電が中断されている係止状態においても非正常的に大幅降下し得る。
従来には、特定の時点で複数のバッテリーセル各々のセル電圧を測定した後、各セル電圧と平均セル電圧との差から各バッテリーセルの故障を診断していた。しかし、セル電圧は、バッテリーセルそのものの欠陥の外にも、充電状態、退化度などに依存するため、特定の時点で一回性に測定されたセル電圧に基づく従来技術では、正常なバッテリーセルが故障していると誤って診断されるか、または故障したバッテリーセルが正常であると誤って診断される可能性が高いという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、直列及び／または並列接続した複数のバッテリーセル各々の休止状態における電圧変化から各バッテリーセルの故障を診断する装置及び方法と、前記装置を含むエネルギー貯蔵システムを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
本発明の一面によるバッテリー診断装置は、第１～第ｎのバッテリーセル各々のセル電圧を測定するように構成され、ｎは２以上の自然数である電圧測定部と、前記電圧測定部に動作可能に結合した制御部と、を含む。前記制御部は、第１の時点から第２の時点までの第１の休止期間の間、第１の回数で測定された各バッテリーセルの前記セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられる前記第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定するように構成される。前記制御部は、第３の時点から第４の時点までの第２の休止期間の間、第２の回数で測定された各バッテリーセルの前記セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられる前記第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定するように構成される。前記第３の時点は、前記第２の時点後の時点であって、前記第１の時点から臨界時間が経過した時点である。前記制御部は、前記第１の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧及び前記第２の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセル各々の故障を診断するように構成される。
前記第１の時点は、前記第１～第ｎのバッテリーセルが使用状態から休止状態に切り換えられた時点であり得る。
前記制御部は、下記の数式１を用いて、前記第１の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧を決定するように構成され得る：
Figure 0007214002000001
 （ここで、ｋはｎ以下の自然数、ｉは前記第１の回数、ｘはｉ以下の自然数、Ｖｋ［ｘ］は、前記第１の休止期間内でｘ回目に測定された第ｋのバッテリーセルのセル電圧、Ｖｋ＿１は、前記第１の休止期間における第ｋの平均セル電圧である）。
前記制御部は、下記の数式２を用いて、前記第２の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧を決定するように構成され得る：
Figure 0007214002000002
 （ここで、ｋはｎ以下の自然数、ｊは前記第２の回数、ｙはｊ以下の自然数、Ｖｋ［ｙ］は、前記第２の休止期間内でｙ回目に測定された第ｋのバッテリーセルのセル電圧、Ｖｋ＿２は、前記第２の休止期間における第ｋの平均セル電圧である。）。
前記制御部は、前記第１の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて第１の基準電圧を決定するように構成され得る。前記制御部は、前記第２の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて、第２の基準電圧を決定するように構成され得る。
前記制御部は、下記の数式３を用いて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられる第１～第ｎの基準値を決定するように構成され得る：
Figure 0007214002000003
 （ここで、ｋはｎ以下の自然数、Ｖｒｅｆ＿１は前記第１の基準電圧、Ｖｒｅｆ＿２は前記第２の基準電圧、Ｒｋは第ｋの基準値である。）。
前記制御部は、下記の数式４を用いて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられる第１～第ｎの基準値を決定するように構成され得る：
Figure 0007214002000004
 （ここで、ｋはｎ以下の自然数、Ｖｒｅｆ＿１は前記第１の基準電圧、Ｖｒｅｆ＿２は前記第２の基準電圧、Ｒｋは第ｋの基準値である）。
前記制御部は、前記第ｋの基準値が１より大きい所定の臨界診断値以上である場合、前記第ｋのバッテリーセルが故障していると診断するように構成され得る。
前記制御部は、前記第１～第ｎのバッテリーセル各々の最大容量に基づいて、各々１より大きい第１～第ｎの診断値を決定し得る。前記制御部は、前記第ｋの基準値が第ｋの診断値以上である場合、前記第ｋのバッテリーセルが故障していると診断するように構成され得る。
前記制御部は、前記第ｋのバッテリーセルの最大容量が減少するほど前記第ｋの診断値を増加させるように構成され得る。
前記制御部は、前記第１～第ｎのバッテリーセルの平均最大容量に基づいて、前記臨界時間を決定するように構成され得る。
前記制御部は、前記平均最大容量が減少するほど前記臨界時間を減少させるように構成され得る。
本発明の他面によるエネルギー貯蔵システムは、前記バッテリー診断装置を含む。
本発明のさらに他面によるバッテリー診断方法は、前記バッテリー診断装置によって実行可能である。前記バッテリー診断方法は、第１の時点から第２の時点までの第１の休止期間の間、第１の回数で測定された第１～第ｎのバッテリーセル各々のセル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられた前記第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定し、ｎは２以上の自然数である段階と、第３の時点から第４の時点までの第２の休止期間の間、第２の回数で測定された各バッテリーセルの前記セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられた前記第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定する段階であって、前記第３の時点は、前記第２の時点後の時点であって前記第１の時点から臨界時間が経過した時点である段階と、前記第１の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧及び前記第２の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセル各々の故障を診断する段階と、を含む。
本発明の実施例の少なくとも一つによると、直列及び／または並列接続した複数のバッテリーセルが休止状態に維持される期間における各バッテリーセルの電圧変化から各バッテリーセルの故障（例えば、内部短絡、外部短絡）を診断することができる。
また、本発明の実施例の少なくとも一つによると、各バッテリーセルの最大容量に基づいて、故障診断に活用される臨界値（例えば、後述する臨界時間、診断値）を調節することで、診断正確度を向上させ、診断にかかる時間を短縮することができる。
本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は請求範囲の記載から当業者により明らかに理解されるだろう。
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。
本発明によるエネルギー貯蔵システム１の構成を例示的に示す図である。 係止状態に維持される三つのバッテリーセル各々の電圧変化を例示的に示すグラフである。 本発明の第１実施例によるバッテリー診断方法を例示的に示すフローチャートである。 本発明の第２実施例によるバッテリー診断方法を例示的に示すフローチャートである。 本発明の第３実施例によるバッテリー診断方法を例示的に示すフローチャートである。
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、本明細書及び特許請求の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。
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「制御部」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、本発明によるエネルギー貯蔵システム１の構成を例示的に示す図である。
図１を参照すると、エネルギー貯蔵システム１は、バッテリーパック１０、スイッチ２０、上位コントローラー２、電力変換システム（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）３０及びバッテリー診断装置１００を含む。
バッテリーパック１０は、正極端子（Ｐ＋）、負極端子（Ｐ－）及び複数のバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ（ｎは、２以上の自然数である。）を含む。複数のバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎは、正極端子Ｐ＋と負極端子Ｐ－との間に相互に電気的に直列及び／または並列接続する。各バッテリーセルＢＣは、リチウムイオンバッテリーセルであり得る。勿論、反復的な充放電が可能なものであれば、バッテリーセルＢＣの種類は特に限定されない。
スイッチ２０は、バッテリーパック１０のための電力ラインＰＬに設けられる。スイッチ２０がオンされている間に、バッテリーパック１０と電力変換システム３０のいずれか一つから他の一つへの電力伝達が可能である。スイッチ２０は、リレー、電界トランジスター（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦＥＴ）などのような公知のスイチング機器のうちいずれか一つまたは二つ以上を組み合わせることで具現され得る。
電力変換システム３０は、バッテリー診断装置１００に動作可能に結合する。電力変換システム３０は、電気系統４からの交流電力からバッテリーパック１０の充電のための直流電力を生成し得る。電力変換システム３０は、バッテリーパック１０からの直流電力から交流電力を生成することができる。
バッテリー診断装置１００（以下、「装置」と称する。）は、電圧測定部１１０及び制御部１４０を含む。装置１００は、電流測定部１２０、温度測定部１３０及び通信部１５０のうち少なくとも一つをさらに含み得る。
電圧測定部１１０は、各バッテリーセルＢＣの正極端子及び負極端子に電気的に接続可能に提供される少なくとも一つの電圧センサーを含む。電圧測定部１１０は、各バッテリーセルＢＣの両端にかかった電圧であるセル電圧を測定し、測定されたセル電圧を示す信号を制御部１４０に出力するように構成される。
電流測定部１２０は、電力ラインＰＬを介してバッテリーパック１０に電気的に直列接続可能に提供される。例えば、シャント抵抗やホール効果素子などが電流測定部１２０として用いられ得る。電流測定部１２０は、電力ラインＰＬを介して流れる電流を測定し、測定された電流を示す信号を制御部１４０に出力するように構成される。
温度測定部１３０は、バッテリーパック１０から所定の距離内の領域に配置された少なくとも一つの温度センサーを含む。例えば、熱電対などが温度センサーとして用いられ得る。温度測定部１３０は、バッテリーパック１０の温度を測定し、測定された温度を示す信号を制御部１４０に出力するように構成される。
制御部１４０は、スイッチ２０、電圧測定部１１０、電流測定部１２０、温度測定部１３０及び通信部１５０に動作可能に結合する。制御部１４０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサー（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、その他の機能の遂行のための電気的ユニットの少なくとも一つを用いて具現され得る。
制御部１４０には、メモリーが内蔵され得る。メモリーには、後述する実施例によるバッテリー診断方法の実行に必要なプログラム及び各種データが保存され得る。メモリーは、例えば、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ（登録商標） ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、ＳＳＤタイプ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ，ソリッドステートディスクタイプ）、ＳＤＤタイプ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ ｔｙｐｅ，シリコンディスクドライブタイプ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ，ランダムアクセスメモリ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ，スタティックランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，リードオンリメモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，エレクトリカリーイレーサブルリードオンリメモリ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，プログラマブルリードオンリメモリ）の少なくとも一つのタイプの保存媒体を含み得る。
通信部１５０は、エネルギー貯蔵システム１の上位コントローラー２と通信可能に結合し得る。通信部１５０は、上位コントローラー２からのメッセージを制御部１４０に伝送し、制御部１４０からのメッセージを上位コントローラー２に伝送し得る。制御部１４０からのメッセージは、各バッテリーセルＢＣの故障を通知するための情報を含み得る。通信部１５０と上位コントローラー２との通信には、例えば、ＬＡＮ（ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ，ローカルエリア・ネットワーク）、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ，コントローラー・エリア・ネットワーク）、デージチェーンのような有線ネットワーク及び／またはブルートゥース（登録商標）、ジグビー、Ｗｉ－Ｆｉなどの近距離無線ネットワークが活用され得る。
制御部１４０は、各バッテリーセルＢＣに対し、セル電圧、電流及び／または温度に基づいて、各バッテリーセルＢＣの充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を決定し得る。ＳＯＣの決定は、電流積算法、カルマンフィルターなどのような公知の方式を活用し得る。
制御部１４０は、各バッテリーセルＢＣに対し、一定時間の電流積算量とＳＯＣ変化量との割合から各バッテリーセルＢＣの最大容量を決定し得る。制御部１４０は、ＳＯＣ変化量が所定の臨界変化量（例えば、５０％）以上になる最近期間における電流積算量とＳＯＣ変化量に基づいて各バッテリーセルＢＣの最大容量を決定し得る。例えば、ｋがｎ以下の自然数であるとすれば、バッテリーセルＢＣｋにおいて、最近１時間の電流積算量とＳＯＣ変化量が各々５０ｍＡｈと８０％である場合、バッテリーセルＢＣｋの最大容量は（５０ｍＡｈ／８０％）×１００％＝６２．５ｍＡｈとして決定され得る。
本明細書において、使用状態とは、スイッチ２０がオンされて各バッテリーセルＢＣの充電及び放電が可能な状態を指す。本明細書において、休止状態とは、スイッチ２０がオフされて電力ラインＰＬを介して電流が流れない状態、即ち、各バッテリーセルＢＣの充電及び放電が停止されている状態を指す。
図２は、休止状態に維持される三つのバッテリーセル各々の電圧変化を例示的に示すグラフである。
図２において、ｔＡは休止状態の開始時点、ｔＢは休止状態の終了時点であり、ｔＡで三つのバッテリーセルのセル電圧は同一であると仮定する。第１のカーブ２１は、最大容量がＡ（例えば、１００ｍＡｈ）であり、正常な一番目のバッテリーセルの経時によるセル電圧の変化を示す。第２のカーブ２２は、最大容量がＡであり、故障している二番目のバッテリーセルの経時によるセル電圧の変化を示す。第３のカーブ２３は、最大容量がＡより小さいＢ（例えば、８５ｍＡｈ）であり、故障している三番目のバッテリーセルの経時によるセル電圧の変化を示す。
第１のカーブ２１と第２のカーブ２２を比較すると、二つのバッテリーセルの最大容量が同一（即ち、退化度が同一）な場合には、同一期間で、故障している（例えば、内部短絡、外部短絡）バッテリーセルの電圧降下量が正常なバッテリーセルの電圧降下量より大きいということを確認することができる。
第２のカーブ２２と第３のカーブ２３を比較すると、同一期間で、最大容量が小さいバッテリーセルの電圧降下量が、最大容量が大きいバッテリーセルの電圧降下量より大きいということを確認することができる。
以下、図３～図５を参照して、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々の故障を診断するための実施例について説明する。図３及び図４によるバッテリー診断方法は、バッテリーパック１０が使用状態から休止状態に切り換えられることに応じて、バッテリーパック１０が後述する第１の休止期間及び第２の休止期間にかけて休止状態に維持される間に制御部１４０によって実行されることであり得る。
図３は、本発明の第１実施例によるバッテリー診断方法を例示的に示すフローチャートである。
図１～図３を参照すると、段階Ｓ３１０で、制御部１４０は、第１の休止期間の間、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧を第１の回数ずつ測定する。第１の休止期間は第１の時点から第２の時点までであり得る。第１の時点は、バッテリーパック１０が使用状態から休止状態に切り換えられる時点であり得る（図２の時点ｔＡ参照）。第２の時点は、第１の時点から第１の電圧センシング時間が経過した時点であり得る。第１の休止期間の間、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧は、第１の時間間隔（例えば、１秒）ごとに測定され得る。第１の回数は、セル電圧を一回のみ測定する方式の不正確性を低めるために２以上に予め決められる。したがって、第１の電圧センシング時間は、第１の時間間隔と第１の回数との積以上に予め決められ得る。
段階Ｓ３２０で、制御部１４０は、第１の休止期間の間、第１の回数ずつ測定された第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧に基づいて、第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定する。第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧は、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎに一対一に関連付けられる。制御部１４０は、下記の数式１を用いて、第１の休止期間の第１～第ｎの平均セル電圧を決定し得る。
Figure 0007214002000005
数式１で、ｋはｎ以下の自然数、ｉは第１の回数、ｘはｉ以下の自然数、Ｖｋ［ｘ］は、第１の休止期間内でｘ回目に測定された第ｋのバッテリーセルＢＣｋのセル電圧、Ｖｋ＿１は、第１の休止期間の第ｋのバッテリーセルＢＣｋの平均セル電圧を示す。
段階Ｓ３３０で、制御部１４０は、第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて第１の基準電圧を決定する。第１の基準電圧は、第１の休止期間の第１～第ｎの平均セル電圧の平均、中央値、最小値または最大値であり得る。
段階Ｓ３４０で、制御部１４０は、第２の休止期間の間に第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧を第２の回数ずつ測定する。第２の休止期間は、第３の時点から第４の時点までであり得る。第３の時点は、第２の時点後の時点であって、第１の時点から臨界時間が経過した時点である。臨界時間は、第１の電圧センシング時間より長い所定の設定時間（例えば、３時間）と同一であり得る。第４の時点は、第３の時点から第２の電圧センシング時間が経過した時点であり得る。第２の休止期間の間、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧は、第２の時間間隔ごとに測定され得る。第２の時間間隔は、第１の時間間隔と同一であり得る。第２の回数は、セル電圧を一回のみ測定する方式の不正確性を低めるために、２以上に予め決められる。したがって、第２の電圧センシング時間は、第２の時間間隔と第２の回数との積以上に予め決められ得る。
段階Ｓ３５０で、制御部１４０は、第２の休止期間の間、第２の回数ずつ測定された第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧に基づいて、第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定する。第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧は、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎに一対一に関連付けられる。制御部１４０は、下記の数式２を用いて、第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定し得る。
Figure 0007214002000006
数式２において、ｋはｎ以下の自然数、ｊは第２の回数、ｙはｊ以下の自然数、Ｖｋ［ｙ］は、第２の休止期間内でｙ回目に測定された第ｋのバッテリーセルＢＣｋのセル電圧、Ｖｋ＿２は、第２の休止期間における第ｋの平均セル電圧を示す。第２の回数は、第１の回数と同一であり得る。
段階Ｓ３６０で、制御部１４０は、第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて第２の基準電圧を決定する。第２の基準電圧は、第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧の平均、中央値、最小値または最大値であり得る。
段階Ｓ３７０で、制御部１４０は、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎに一対一に関連付けられる第１～第ｎの基準値を決定する。即ち、第ｋの基準値は、第ｋのバッテリーセルＢＣｋに関連付けられる。各基準値の決定には、下記の数式３を用い得る。
Figure 0007214002000007
数式３において、ｋはｎ以下の自然数、Ｖｒｅｆ＿１は第１の基準電圧、Ｖｒｅｆ＿２は第２の基準電圧、Ｒｋは第ｋの基準値を示す。もし、第ｋのバッテリーセルＢＣｋが正常であれば、第１の休止期間における第ｋの平均セル電圧Ｖｋ＿１と第２の休止期間における第ｋの平均セル電圧Ｖｋ＿２との差は非常に小さいため、Ｒｋも非常に小さいはずである。一方、第ｋのバッテリーセルＢＣｋが故障していれば、第２の休止期間における第ｋの平均セル電圧Ｖｋ＿２は、第１の休止期間における第ｋの平均セル電圧Ｖｋ＿１からよほど減少するため、第ｋの基準値Ｒｋは非常に大きいはずである。
または、制御部１４０は、数式３の代わりに下記の数式４を用いて第ｋの基準値を決定し得る。
Figure 0007214002000008
段階Ｓ３８０で、制御部１４０は、第ｋの基準値が１より大きい所定の臨界診断値以上であるか否かを判定する。段階Ｓ３８０の値が「はい」である場合、段階Ｓ３９０へ進む。段階Ｓ３８０の値が「いいえ」である場合、前記方法は終了する。
段階Ｓ３９０で、制御部１４０は、安全動作を行う。安全動作とは、スイッチ２０のオフ及び／または故障信号の生成であり得る。故障信号は、通信部１５０によって上位コントローラー２に伝送され得る。
図４は、本発明の第２実施例によるバッテリー診断方法を例示的に示すフローチャートである。第２実施例の説明に際し、第１実施例と共通する内容については簡略に説明する。
図１、図２及び図４を参照すると、段階Ｓ４００で、制御部１４０は、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎの平均最大容量を決定する。平均最大容量は、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎの最大容量の和をｎで割ったものである。
段階Ｓ４０２で、制御部１４０は、平均最大容量に基づいて臨界時間を決定する。制御部１４０は、平均最大容量が減少するほど臨界時間を減少させ得る。制御部１４０は、下記の数式５を用いて臨界時間を決定し得る。
Figure 0007214002000009
数式５で、Ｑａｖは平均最大容量、Ｑｄｅｓｉｇｎは所定の基準容量、Δｔｓｅｔは前記所定の設定時間、Δｔｔｈは臨界時間を示す。
段階Ｓ４１０で、制御部１４０は、第１の休止期間の間に第１～第ｎのバッテリーセル各々のセル電圧を第１の回数ずつ測定する。第１の休止期間は、第１の時点から第２の時点までであり得る。
段階Ｓ４２０で、制御部１４０は、第１の休止期間の間に第１の回数ずつ測定された第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧に基づいて、第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定する（数式１参照）。
段階Ｓ４３０で、制御部１４０は、第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて第１の基準電圧を決定する。
段階Ｓ４４０で、制御部１４０は、第２の休止期間の間に第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧を第２の回数ずつ測定する。第２の休止期間は、第３の時点から第４の時点までであり得る。第３の時点は、第１の時点から段階Ｓ４０２で決定された臨界時間だけ経過した時点であり得る。
段階Ｓ４５０で、制御部１４０は、第２の休止期間の間に第２の回数ずつ測定された第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧に基づいて、第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定する（数式２参照）。
段階Ｓ４６０で、制御部１４０は、第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて第２の基準電圧を決定する。
段階Ｓ４７０で、制御部１４０は、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎに一対一に関連付けられる第１～第ｎの基準値を決定する（数式３または数式４参照）。
段階Ｓ４８０で、制御部１４０は、第ｋの基準値が１より大きい所定の臨界診断値以上であるか否かを判定する。段階Ｓ４８０の値が「はい」である場合、段階Ｓ４９０へ進む。段階Ｓ４８０の値が「いいえ」である場合、前記方法は終了する。
段階Ｓ４９０で、制御部１４０は、安全動作を行う。安全動作は、スイッチ２０のオフ及び／または故障信号の生成であり得る。故障信号は、通信部１５０によって上位コントローラー２に伝送され得る。
図５は、本発明の第３実施例によるバッテリー診断方法を例示的に示すフローチャートである。第３実施例の説明に際し、第１、第２実施例と共通する内容については、簡略に説明する。
図１、図２及び図５を参照すると、段階Ｓ５００で、制御部１４０は、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々の最大容量に基づいて、第１～第ｎの診断値を決定する。制御部１４０は、第ｋのバッテリーセルＢＣｋの最大容量が減少するほど第ｋの診断値を増加させ得る。制御部１４０は、下記の数式６を用いて各診断値を決定し得る。
Figure 0007214002000010
数式６で、ｋはｎ以下の自然数、Ｑｋは第ｋのバッテリーセルＢＣｋの最大容量、Ｑｄｅｓｉｇｎは所定の基準容量、Ｄｓｅｔは前記所定の臨界診断値、Ｄｋは第ｋの診断値を示す。
段階Ｓ５１０で、制御部１４０は、第１の休止期間の間に第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧を第１の回数ずつ測定する。第１の休止期間は、第１の時点から第２の時点までであり得る。
段階Ｓ５２０で、制御部１４０は、第１の休止期間の間に第１の回数ずつ測定された第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧に基づいて、第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定する（数式１参照）。
段階Ｓ５３０で、制御部１４０は、第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧から第１の基準電圧を決定する。
段階Ｓ５４０で、制御部１４０は、第２の休止期間の間に第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧を第２の回数ずつ測定する。第２の休止期間は、第３の時点から第４の時点までであり得る。第３の時点は、第２の時点後の時点であって、第１の時点から臨界時間が経過した時点である。臨界時間は、前記所定の設定時間（例えば、３時間）と同一であり得る。
段階Ｓ５５０で、制御部１４０は、第２の休止期間の間に第２の回数ずつ測定された第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎ各々のセル電圧に基づいて、第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定する（数式２参照）。
段階Ｓ５６０で、制御部１４０は、第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧から第２の基準電圧を決定する。
段階Ｓ５７０で、制御部１４０は、第１～第ｎのバッテリーセルＢＣ１～ＢＣｎに一対一に関連付けられる第１～第ｎの基準値を決定する（数式３または数式４参照）。
段階Ｓ５８０で、制御部１４０は、第ｋの基準値が第ｋの診断値以上であるか否かを判定する。段階Ｓ５８０の値が「はい」である場合、段階Ｓ５９０へ進む。段階Ｓ５８０の値が「いいえ」である場合、前記方法は終了する。
段階Ｓ５９０で、制御部１４０は、安全動作を行う。安全動作は、スイッチ２０のオフ及び／または故障信号の生成であり得る。故障信号は、通信部１５０によって上位コントローラー２に伝送され得る。
上位コントローラー２は、故障信号に応じて第ｋのバッテリーセルＢＣｋの故障を知らせる情報を管理者に出力し得る。
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。
１ エネルギー貯蔵システム
２ 上位コントローラー
４ 電気系統
１０ バッテリーパック
２０ スイッチ
２１ 第１のカーブ
２２ 第２のカーブ
２３ 第３のカーブ
３０ 電力変換システム
１００ バッテリー診断装置
１１０ 電圧測定部
１２０ 電流測定部
１３０ 温度測定部
１４０ 制御部
１５０ 通信部

Claims (14)

  1. バッテリー診断装置であって、
    第１～第ｎのバッテリーセル各々のセル電圧を測定するように構成され、ｎは２以上の自然数である電圧測定部と、
    前記電圧測定部に動作可能に結合した制御部と、
    を含み、
    前記制御部は、
    第１の時点から第２の時点までの第１の休止期間の間、第１の回数で測定された各バッテリーセルの前記セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられる前記第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定し、
    第３の時点から第４の時点までの第２の休止期間の間、第２の回数で測定された各バッテリーセルの前記セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられる前記第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定し、前記第３の時点は、前記第２の時点後の時点であって、前記第１の時点から臨界時間が経過した時点であり、
    前記第１の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧及び前記第２の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセル各々の故障を診断するように構成される、バッテリー診断装置。
  2. 前記第１の時点は、前記第１～第ｎのバッテリーセルが使用状態から休止状態に切り換えられた時点である、請求項１に記載のバッテリー診断装置。
  3. 前記制御部は、
    下記の数式１を用いて、前記第１の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧を決定するように構成される、請求項１又は２に記載のバッテリー診断装置：
    Figure 0007214002000011
     （ここで、ｋはｎ以下の自然数、ｉは前記第１の回数、ｘはｉ以下の自然数、Ｖｋ［ｘ］は、前記第１の休止期間内でｘ回目に測定された第ｋのバッテリーセルのセル電圧、Ｖｋ＿１は、前記第１の休止期間における第ｋの平均セル電圧である）。
  4. 前記制御部は、
    下記の数式２を用いて、前記第２の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧を決定するように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置：
    Figure 0007214002000012
     （ここで、ｋはｎ以下の自然数、ｊは前記第２の回数、ｙはｊ以下の自然数、Ｖｋ［ｙ］は、前記第２の休止期間内でｙ回目に測定された第ｋのバッテリーセルのセル電圧、Ｖｋ＿２は、前記第２の休止期間における第ｋの平均セル電圧である。）。
  5. 前記制御部は、
    前記第１の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて第１の基準電圧を決定し、
    前記第２の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて、第２の基準電圧を決定するように構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
  6. 前記制御部は、
    下記の数式３を用いて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられる第１～第ｎの基準値を決定するように構成される、請求項５に記載のバッテリー診断装置：
    Figure 0007214002000013
     （ここで、ｋはｎ以下の自然数、Ｖｒｅｆ＿１は前記第１の基準電圧、Ｖｒｅｆ＿２は前記第２の基準電圧、Ｒｋは第ｋの基準値、Ｖ ｋ＿１ は前記第１の休止期間における第ｋの平均セル電圧、Ｖ ｋ＿２ は前記第２の休止期間における第ｋの平均セル電圧である。）。
  7. 前記制御部は、
    下記の数式４を用いて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられる第１～第ｎの基準値を決定するように構成される、請求項５に記載のバッテリー診断装置：
    Figure 0007214002000014
     （ここで、ｋはｎ以下の自然数、Ｖｒｅｆ＿１は前記第１の基準電圧、Ｖｒｅｆ＿２は前記第２の基準電圧、Ｒｋは第ｋの基準値、Ｖ ｋ＿１ は前記第１の休止期間における第ｋの平均セル電圧、Ｖ ｋ＿２ は前記第２の休止期間における第ｋの平均セル電圧である）。
  8. 前記制御部は、
    前記第ｋの基準値が１より大きい所定の臨界診断値以上である場合、前記第ｋのバッテリーセルが故障していると診断するように構成される、請求項６又は７に記載のバッテリー診断装置。
  9. 前記制御部は、
    前記第１～第ｎのバッテリーセル各々の最大容量に基づいて、各々１より大きい第１～第ｎの診断値を決定し、
    前記第ｋの基準値が第ｋの診断値以上である場合、前記第ｋのバッテリーセルが故障していると診断するように構成される、請求項６又は７に記載のバッテリー診断装置。
  10. 前記制御部は、
    前記第ｋのバッテリーセルの最大容量が減少するほど前記第ｋの診断値を増加させるように構成される、請求項９に記載のバッテリー診断装置。
  11. 前記制御部は、
    前記第１～第ｎのバッテリーセルの平均最大容量に基づいて、前記臨界時間を決定するように構成される、請求項１～１０のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置。
  12. 前記制御部は、
    前記平均最大容量が減少するほど前記臨界時間を減少させるように構成される、請求項１１に記載のバッテリー診断装置。
  13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置を含む、エネルギー貯蔵システム。
  14. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置によって実行可能なバッテリー診断方法であって、
    第１の時点から第２の時点までの第１の休止期間の間、第１の回数で測定された第１～第ｎのバッテリーセル各々のセル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられた前記第１の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定し、ｎは２以上の自然数である段階と、
    第３の時点から第４の時点までの第２の休止期間の間、第２の回数で測定された各バッテリーセルの前記セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセルに一対一に関連付けられた前記第２の休止期間における第１～第ｎの平均セル電圧を決定する段階であって、前記第３の時点は、前記第２の時点後の時点であって、前記第１の時点から臨界時間が経過した時点である段階と、
    前記第１の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧及び前記第２の休止期間における前記第１～第ｎの平均セル電圧に基づいて、前記第１～第ｎのバッテリーセル各々の故障を診断する段階と、
    を含む、バッテリー診断方法。
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