JP7389279B2 - バッテリー診断装置及び方法 - Google Patents

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Description

本出願は、２０２０年１１月５日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１４６８２８号に基づく優先権を主張し、当該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。
本発明は、バッテリー診断装置及び方法に関し、より詳しくは、複数のバッテリーモジュールの抵抗に基づいて各バッテリーモジュールの状態を診断することができるバッテリー診断装置及び方法に関する。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子機器の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、人工衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能バッテリーに対する研究が活発に行われている。
現在、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のバッテリーが商用化しているが、中でも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殆ど起きず充放電が自在であって、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。
バッテリーセルは限定的な容量を有しているため、複数のバッテリーセルを直列及び／または並列に接続したバッテリーモジュールが主に使用されている。但し、バッテリーモジュールに含まれたバッテリーセルの個数が多くなれば、バッテリーセル自体の問題及び／またはバッテリーセル同士の接続問題によってバッテリーセルに異常状況が発生するおそれがある。
例えば、バッテリーセル同士の間の接続解除、バッテリーセルの取付け位置に応じた熱不平衡の累積による不均一な劣化、及び／または不均一な劣化による電流集中現象などが発生することがある。
したがって、バッテリーモジュール及びバッテリーモジュールに含まれた複数のバッテリーセルの状態を正確且つ迅速に診断する技術の開発が求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュールの状態をより正確に診断することができるバッテリー診断装置及び方法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、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態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。
本発明の一態様によるバッテリー診断装置は、一つ以上のバッテリーセルを含む複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗を測定するように構成された抵抗測定部と、前記抵抗測定部から前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗に対する抵抗情報を受信し、前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールに対する第１基準抵抗及び抵抗偏差を算出し、算出された第１基準抵抗及び抵抗偏差に基づいて第１抵抗区間を設定し、前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのうちの一部をターゲットモジュールとして選択し、前記抵抗情報に基づいて前記ターゲットモジュールに対する第２基準抵抗を算出し、算出された第２基準抵抗及び前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに含まれた前記バッテリーセル間の接続構造に基づいて第２抵抗区間を設定し、前記測定された内部抵抗、前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの状態を診断するように構成された制御部と、を含む。
前記制御部は、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記算出された内部抵抗が前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間の両方すべてに属するバッテリーモジュールの状態を正常状態と診断するように構成され得る。
前記制御部は、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記算出された内部抵抗が前記第１抵抗区間または前記第２抵抗区間に属しないバッテリーモジュールの状態を異常状態と診断するように構成され得る。
前記制御部は、前記複数のバッテリーモジュールの内部抵抗に基づいて前記第１基準抵抗を算出し、算出された第１基準抵抗と前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗との差によって前記抵抗偏差を算出するように構成された制御部を含み得る。
前記制御部は、前記第１基準抵抗から前記抵抗偏差を引いて第１下限値を算出し、前記第１基準抵抗に前記抵抗偏差を足して第１上限値を算出し、算出された前記第１下限値及び前記第１上限値に基づいて前記第１抵抗区間を設定するように構成され得る。
前記制御部は、前記算出された第１基準抵抗と前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗との間の絶対偏差を算出し、所定のスケール定数を用いて前記算出された絶対偏差を前記抵抗偏差に変換するように構成され得る。
前記第１基準抵抗は、前記複数のバッテリーモジュールの内部抵抗に対する中央値であり得る。
前記制御部は、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記算出された内部抵抗が前記第１基準抵抗以下であるバッテリーモジュールを前記ターゲットモジュールとして選択するように構成され得る。
前記制御部は、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに含まれたバッテリーセルの並列接続個数に基づいて並列偏差を算出し、前記第２基準抵抗及び算出された並列偏差によって前記第２抵抗区間を設定するように構成され得る。
前記制御部は、前記第２基準抵抗から前記並列偏差を引いて第２下限値を算出し、前記第２基準抵抗に前記並列偏差を足して第２上限値を算出し、算出された前記第２下限値及び前記第２上限値に基づいて前記第２抵抗区間を設定するように構成され得る。
前記制御部は、前記並列接続個数に基づいて前記複数のバッテリーモジュールに対する並列係数を算出し、算出された並列係数と前記第２基準抵抗とを乗じて前記並列偏差を算出するように構成され得る。
前記第２基準抵抗は、前記ターゲットモジュールの内部抵抗に対する平均値であり得る。
本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様によるバッテリー診断装置を含む。
本発明のさらに他の一態様によるバッテリー診断方法は、一つ以上のバッテリーセルを含む複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗を測定する抵抗測定段階と、前記抵抗測定段階で測定された前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗に対する抵抗情報に基づいて、前記複数のバッテリーモジュールに対する第１基準抵抗及び抵抗偏差を算出する第１基準抵抗及び抵抗偏差算出段階と、前記第１基準抵抗及び抵抗偏差算出段階で算出された第１基準抵抗及び抵抗偏差に基づいて第１抵抗区間を設定する第１抵抗区間設定段階と、前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのうちの一部をターゲットモジュールとして選択するターゲットモジュール選択段階と、前記抵抗情報に基づいて前記ターゲットモジュールに対する第２基準抵抗を算出する第２基準抵抗算出段階と、前記第２基準抵抗算出段階で算出された第２基準抵抗及び前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに含まれた前記バッテリーセル間の接続構造に基づいて第２抵抗区間を設定する第２抵抗区間設定段階と、前記測定された内部抵抗、前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの状態を診断する状態診断段階と、を含む。
本発明の一態様によれば、測定された内部抵抗が第１抵抗区間及び第２抵抗区間に属するか否かによってバッテリーモジュールの状態を診断するため、より厳しい基準でバッテリーモジュールの状態を診断することができる。したがって、バッテリー診断装置によって診断されるバッテリーの状態に対する診断正確度が向上することができる。
本発明の効果は上述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、後述する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ものであり、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。
本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による第１抵抗区間を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による第２抵抗区間を概略的に示した図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの例示的構成を概略的に示した図である。 本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリー診断方法を概略的に示した図である。
本明細書及び特許請求の範囲において使われた用語や単語は通常的及び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形態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形態に過ぎず、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、本発明の説明において、関連する公知の構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
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のある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書に記載された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意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけでなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００を概略的に示した図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリー診断装置１００は、抵抗測定部１１０及び制御部１２０を含む。
抵抗測定部１１０は、一つ以上のバッテリーセルを含む複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗を測定するように構成され得る。
ここで、バッテリーモジュールは、直列及び／または並列で接続された一つ以上のバッテリーセルを備え得る。そして、バッテリーセルは、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルをバッテリーとして見なし得る。
抵抗測定部１１０は、充電が開始する場合または放電が終了する場合にバッテリーモジュールの抵抗を測定し得る。望ましくは、抵抗測定部１１０は、バッテリーモジュールの電圧を測定するように構成され得る。
具体的には、抵抗測定部１１０は、バッテリーモジュールの充電が始まる第１時点でバッテリーモジュールの電圧を測定し、第１時点から所定の時間が経過した第２時点でバッテリーモジュールの電圧を測定し得る。そして、抵抗測定部１１０は、第１時点及び第２時点でそれぞれ測定されたバッテリーモジュールの電圧間の電圧差を算出し得る。そして、抵抗測定部１１０は、算出した電圧差及びバッテリーモジュールに対する充電電流を用いてバッテリーモジュールの内部抵抗を算出し得る。ここで、充電電流（または放電電流）の大きさは予め設定された値であるか、または、抵抗測定部１１０が直接測定した値であり得る。また、抵抗測定部１１０は、充電電流（または放電電流）の大きさを外部から受信してもよい。
例えば、抵抗測定部１１０は、第１時点でバッテリーモジュールの第１電圧を測定し、第１時点から５秒が経過した第２時点でバッテリーモジュールの第２電圧を測定し得る。そして、抵抗測定部１１０は、第２電圧と第１電圧との差に基づいてバッテリーモジュールの抵抗を測定し得る。
以下では、バッテリーモジュールが定電流で充電及び／または放電すると仮定する。
この場合、抵抗測定部１１０は、下記の数式１を通じてバッテリーモジュールの抵抗を測定し得る。
Figure 0007389279000001
ここで、ＤＣＩＲはバッテリーモジュールの抵抗［Ω］であり、Ｉはバッテリーモジュールに対する充電電流［ｍＡ］または放電電流［ｍＡ］である。ΔＶは、所定の時間のバッテリーモジュールの電圧差［ｍＶ］である。ｉは、各バッテリーモジュールを示すインデックスであって、１以上ｎ以下であり得る。ｎは、バッテリー診断装置１００によって状態が診断される複数のバッテリーモジュールの総個数であり得る。
例えば、抵抗測定部１１０は、充電が始まる第１時点でバッテリーモジュールの第１電圧（Ｖ１）を測定し得る。そして、抵抗測定部１１０は、第１時点から所定の時間が経過した第２時点でバッテリーモジュールの第２電圧（Ｖ２）を測定し得る。抵抗測定部１１０は「Ｖ２－Ｖ１」を計算して、第１時点と第２時点との間のバッテリーモジュールの電圧差を算出し得る。この場合、バッテリーモジュールに対する充電電流（Ｉ）の大きさは一定であるため、抵抗測定部１１０は、電圧差（ΔＶ）及び電流（Ｉ）に基づいてバッテリーモジュールの抵抗（ＤＣＩＲ）を測定し得る。
制御部１２０は、前記抵抗測定部１１０から前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗に対する抵抗情報を受信するように構成され得る。
制御部１２０と抵抗測定部１１０とは通信可能に接続され得る。抵抗測定部１１０は、複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗を測定し、測定された内部抵抗に対する抵抗情報を制御部１２０に送信し得る。
制御部１２０は、前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールに対する第１基準抵抗Ｒ１及び抵抗偏差を算出するように構成され得る。
第１基準抵抗Ｒ１は、複数のバッテリーモジュールの内部抵抗がすべて考慮されて算出された値であって、複数のバッテリーモジュールの内部抵抗を代表する値であり得る。そして、抵抗偏差は、複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗と第１基準抵抗Ｒ１に基づいて算出された値であり得る。
例えば、第１基準抵抗Ｒ１は、複数のバッテリーモジュールの内部抵抗を代表する値であって、中央値または平均値などが適用され得る。望ましくは、第１基準抵抗Ｒ１は、複数のバッテリーモジュールの内部抵抗の中央値であり得る。
制御部１２０は、算出された第１基準抵抗Ｒ１及び抵抗偏差に基づいて第１抵抗区間を設定するように構成され得る。
図２は、本発明の一実施形態による第１抵抗区間を概略的に示した図である。具体的には、図２は複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗をグラフ形態で示した図であって、第１基準抵抗Ｒ１、第１上限値Ｕ１及び第１下限値Ｌ１を含む。図２において、Ｙ軸は内部抵抗［Ω］を示し、Ｘ軸はバッテリーモジュールＢの一連番号であり得る。すなわち、Ｘ軸の値は、内部抵抗とは独立的な値であって、複数のバッテリーモジュールＢをそれぞれ識別可能な因子であれば制限なく適用され得る。
図２を参照すると、第１基準抵抗Ｒ１を中心にして対称的に第１下限値Ｌ１及び第１上限値Ｕ１が設定され得る。第１下限値Ｌ１から第１上限値Ｕ１までの抵抗区間が第１抵抗区間として設定され得る。そして、図２の実施形態において、複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗は全て第１抵抗区間内に含まれ得る。
制御部１２０は、前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールＢのうちの一部をターゲットモジュールとして選択するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、複数のバッテリーモジュールＢのうちの二つ以上のバッテリーモジュールＢをターゲットモジュールとして選択し得る。望ましくは、前記制御部１２０は、前記複数のバッテリーモジュールＢのうち、前記算出された内部抵抗が前記第１基準抵抗Ｒ１以下であるバッテリーモジュールＢを前記ターゲットモジュールとして選択するように構成され得る。
第１基準抵抗Ｒ１としては、複数のバッテリーモジュールＢの中央値または平均値が適用され得る。第１基準抵抗Ｒ１が複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗の平均値である場合は、内部抵抗が平均以下であるバッテリーモジュールＢがターゲットモジュールとして選択され得る。一方、第１基準抵抗Ｒ１が複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗の中央値である場合は、内部抵抗が下位５０％に属するバッテリーモジュールＢがターゲットモジュールとして選択され得る。
制御部１２０は、前記抵抗情報に基づいて前記ターゲットモジュールに対する第２基準抵抗Ｒ２を算出するように構成され得る。
第２基準抵抗Ｒ２は、制御部１２０によって選択された複数のターゲットモジュールの内部抵抗がすべて考慮されて算出された値であって、複数のターゲットモジュールの内部抵抗を代表する値であり得る。すなわち、第２基準抵抗Ｒ２は複数のターゲットモジュールの内部抵抗を代表する抵抗値であり、第１基準抵抗Ｒ１は複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗を代表する抵抗値であり得る。
例えば、第２基準抵抗Ｒ２は、複数のターゲットモジュールの内部抵抗を代表する値であって、中央値または平均値などが適用され得る。望ましくは、第２基準抵抗Ｒ２は、複数のターゲットモジュールの内部抵抗の平均値であり得る。
制御部１２０は、算出された第２基準抵抗Ｒ２、及び前記複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれに含まれた前記バッテリーセル間の接続構造に基づいて第２抵抗区間を設定するように構成され得る。
ここで、バッテリーセル間の接続構造とは、各バッテリーモジュールＢに含まれた複数のバッテリーセル同士が接続された直列または並列構造を意味する。そして、制御部１２０によって考慮されるバッテリーセル間の接続構造は、複数のバッテリーセルに対して形成された並列接続構造の個数であり得る。
例えば、バッテリーモジュールＢに総数１６個のバッテリーセルが含まれ、８個のバッテリーセルが直列に接続されて２個の単位モジュールを形成し、２個の単位モジュール同士が並列に接続されていると仮定する。この場合、制御部１２０は、バッテリーモジュールＢに含まれた複数のバッテリーセル間の並列接続構造の個数が２であると決定し得る。望ましくは、複数のバッテリーモジュールＢは、含まれた複数のバッテリーセルの接続構造が同一なモジュールであり得る。すなわち、上述した実施形態において、複数のバッテリーモジュールＢはすべて、１６個のバッテリーセルを含み、１６個のバッテリーセルは８個ずつ直列に接続されて２個の単位モジュールを形成し、形成された２個の単位モジュールは互いに並列に接続され得る。
図３は、本発明の一実施形態による第２抵抗区間を概略的に示した図である。具体的には、図３は複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗をグラフ形態で示した図であって、第２基準抵抗Ｒ２、第２上限値Ｕ２及び第２下限値Ｌ２を含む。図２と同様に、図３において、Ｙ軸は内部抵抗［Ω］を示し、Ｘ軸はバッテリーモジュールＢの一連番号であり得る。すなわち、Ｘ軸の値は、内部抵抗とは独立的な値であって、複数のバッテリーモジュールＢをそれぞれ識別可能な因子であれば制限なく適用され得る。具体的には、図２及び図３の実施形態において、図示された複数のバッテリーモジュールＢは同じものであり得る。
図３を参照すると、第２基準抵抗Ｒ２を中心にして対称的に第２下限値Ｌ２及び第２上限値Ｕ２が設定され得る。第２下限値Ｌ２から第２上限値Ｕ２までの抵抗区間が第２抵抗区間として設定され得る。そして、図３の実施形態において、複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗は全て第１抵抗区間内に含まれ得る。
制御部１２０は、前記測定された内部抵抗、前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間に基づいて、前記複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれの状態を診断するように構成され得る。
制御部１２０は、第１抵抗区間及び第２抵抗区間のいずれか一方のみを考慮するのではなく、第１抵抗区間及び第２抵抗区間を両方とも考慮して複数のバッテリーモジュールＢの状態を診断し得る。
望ましくは、前記制御部１２０は、前記複数のバッテリーモジュールＢのうち、前記算出された内部抵抗が前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間の両方すべてに属するバッテリーモジュールＢの状態を正常状態と診断するように構成され得る。これに対し、前記制御部１２０は、前記複数のバッテリーモジュールＢのうち、前記算出された内部抵抗が前記第１抵抗区間または前記第２抵抗区間に属しないバッテリーモジュールＢの状態を異常状態と診断するように構成され得る。
例えば、図２の実施形態を参照すると、複数のバッテリーモジュールＢのうちの第１バッテリーモジュールＢ１及び第２バッテリーモジュールＢ２は、測定された内部抵抗が第１抵抗区間内に含まれる。すなわち、第１バッテリーモジュールＢ１及び第２バッテリーモジュールＢ２は、測定された内部抵抗が第１基準抵抗Ｒ１よりも大きいが、第１上限値Ｕ１よりは小さい。
しかし、図３の実施形態を参照すると、複数のバッテリーモジュールＢのうちの第１バッテリーモジュールＢ１及び第２バッテリーモジュールＢ２は、測定された内部抵抗が第２抵抗区間に含まれない。すなわち、第１バッテリーモジュールＢ１及び第２バッテリーモジュールＢ２は、測定された内部抵抗が第２基準抵抗Ｒ２よりも大きく、また、第２上限値Ｕ２よりも大きい。
したがって、制御部１２０は、第１バッテリーモジュールＢ１及び第２バッテリーモジュールＢ２の状態を異常状態と診断し得る。
すなわち、第１抵抗区間は複数のバッテリーモジュールＢに対して設定された抵抗区間であるが、第２抵抗区間は複数のターゲットモジュールＴに対して設定された抵抗区間であり得る。したがって、第１抵抗区間と第２抵抗区間とは相異なり得る。バッテリー診断装置１００は、測定された内部抵抗が第１抵抗区間及び第２抵抗区間に属するか否かによってバッテリーモジュールＢの状態を診断するため、より厳しい基準でバッテリーモジュールＢの状態を診断できる。また、バッテリー診断装置１００は、二つの独立した抵抗区間に基づいてバッテリーモジュールＢの状態を診断するため、バッテリー診断装置１００によって診断されるバッテリーの状態に対する診断正確度が向上することができる。
また、バッテリー診断装置１００は、異常状態と診断されたバッテリーモジュールＢに対する情報を保存するか又は外部に出力し得る。したがって、異常状態と診断されたバッテリーモジュールＢに対する交換及び／または精密な点検が行われ得る。すなわち、異常状態であるバッテリーモジュールＢが継続的に使用されることで生じ得る爆発、火災などの事故を予め防止できる。
一方、バッテリー診断装置１００に備えられた制御部１２０は、本発明で行われる多様な制御ロジックを実行するため、当業界に知られたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ‐Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、特定用途向け集積回路）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、データ処理装置などを選択的に含み得る。また、前記制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、前記制御部１２０は、プログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存され、制御部１２０によって実行され得る。前記メモリは、制御部１２０の内部または外部に備えられ得、周知の多様な手段で制御部１２０と接続され得る。
また、バッテリー診断装置１００は、保存部１３０をさらに含み得る。保存部１３０は、バッテリー診断装置１００の各構成要素が動作及び機能を行うのに必要なデータ、若しくは、プログラムまたは動作及び機能が行われる過程で生成されるデータなどを保存し得る。保存部１３０は、データを記録、消去、更新及び読出できると知られた公知の情報記録手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、情報記録手段には、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタなどが含まれ得る。また、保存部１３０は、制御部１２０によって実行可能なプロセスが定義されたプログラムコードを保存し得る。
例えば、保存部１３０は、抵抗測定部１１０が測定した複数のバッテリーモジュールＢの抵抗情報を保存し得る。制御部１２０は、抵抗測定部１１０から抵抗情報を直接受信してもよく、保存部１３０にアクセスして保存された抵抗情報を取得してもよい。
以下、制御部１２０が第１抵抗区間を設定する構成について具体的に説明する。
前記制御部１２０は、前記複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗に基づいて前記第１基準抵抗Ｒ１を算出するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、抵抗測定部１１０によって測定された複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗に対する中央値を算出し得る。そして、制御部１２０は、算出された中央値を複数のバッテリーモジュールＢに対する第１基準抵抗Ｒ１として設定し得る。すなわち、制御部１２０は、複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗を大きさ順に並べたとき、中央に位置する値を第１基準抵抗Ｒ１として設定し得る。
制御部１２０は、算出された第１基準抵抗Ｒ１と前記複数のバッテリーモジュールＢそれぞれの内部抵抗との差によって前記抵抗偏差を算出するように構成され得る。
具体的には、前記制御部１２０は、前記算出された第１基準抵抗Ｒ１と前記複数のバッテリーモジュールＢそれぞれの内部抵抗との間の絶対偏差を算出し得る。より具体的には、制御部１２０は、第１基準抵抗Ｒ１と複数のモジュールそれぞれの内部抵抗との間の中央値絶対偏差（ｍｅｄｉａｎ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ、ＭＡＤ）を算出し得る。
例えば、制御部１２０は、下記の数式２を用いて第１基準抵抗Ｒ１と複数のバッテリーモジュールＢそれぞれの内部抵抗との間の中央値絶対偏差を算出し得る。
Figure 0007389279000002
ここで、ｉは、各バッテリーモジュールＢを示すインデックスであって、１以上ｎ以下であり得る。ｎは、バッテリー診断装置１００によって状態が診断される複数のバッテリーモジュールＢの総個数であり得る。Ｒ１は第１基準抵抗であり、ＤＣＩＲｉは第ｉバッテリーモジュールＢの内部抵抗である。ｍｅｄｉａｎ（）は｜ＤＣＩＲｉ－Ｒ１｜に対する中央値を出力する関数であって、Ｄは中央値絶対偏差（以下、絶対偏差と称する）であり得る。すなわち、Ｄは、第１基準抵抗Ｒ１と複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗（ＤＣＩＲｉ）との間の絶対偏差であり得る。
制御部１２０は、複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれに対して絶対偏差（Ｄｉ）を算出した後、算出された絶対偏差（Ｄｉ）を抵抗偏差（Ｓ）に変換し得る。
具体的には、制御部１２０は、所定のスケール定数を用いて前記算出された絶対偏差を前記抵抗偏差に変換するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、下記の数式３を用いてスケール定数を算出し得る。
Figure 0007389279000003
ここで、Ｃはスケール定数であり、ｅｒｆｃｉｎｖ（ａ）は逆相補誤差関数（ｉｎｖｅｒｓｅ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｅｒｒｏｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であり、ａは定数である。例えば、ａが３／２である場合、ｅｒｆｃｉｎｖ（３／２）は入力値３／２に対する逆相補誤差関数の出力値であり得る。
制御部１２０は、下記の数式４を用いて絶対偏差を抵抗偏差に変換し得る。
Figure 0007389279000004
ここで、Ｓは変換された抵抗偏差であり、Ｄは数式２による第１基準抵抗Ｒ１と複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗との絶対偏差であり、Ｃは数式３によるスケール定数である。
前記制御部１２０は、前記第１基準抵抗Ｒ１から前記抵抗偏差を引いて第１下限値Ｌ１を算出し得る。
例えば、制御部１２０は、第１基準抵抗Ｒ１から抵抗偏差を引いて第１下限値Ｌ１を算出し得る。具体的には、図２の実施形態において、制御部１２０は、第１基準抵抗Ｒ１から数式４による抵抗偏差（Ｓ）を引いて第１下限値Ｌ１を算出し得る。すなわち、制御部１２０は「Ｒ１－Ｓ」を計算して第１下限値Ｌ１を算出し得る。
また、制御部１２０は、前記第１基準抵抗Ｒ１に前記抵抗偏差を足して第１上限値Ｕ１を算出するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、第１基準抵抗Ｒ１に抵抗偏差を足して第１上限値Ｕ１を算出し得る。具体的には、図２の実施形態において、制御部１２０は、第１基準抵抗Ｒ１に数式４による抵抗偏差（Ｓ）を足して第１上限値Ｕ１を算出し得る。すなわち、制御部１２０は「Ｒ１＋Ｓ」を計算して第１上限値Ｕ１を算出し得る。
最後に、制御部１２０は、算出された前記第１下限値Ｌ１及び前記第１上限値Ｕ１に基づいて前記第１抵抗区間を設定するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、算出した第１下限値Ｌ１を第１抵抗区間の下限臨界値として設定し、算出した第１上限値Ｕ１を第１抵抗区間の上限臨界値として設定し得る。すなわち、制御部１２０は、「Ｒ１－Ｓ～Ｒ１＋Ｓ」に該当する抵抗区間を第１抵抗区間として設定し得る。
以下、制御部１２０が第２抵抗区間を設定する構成について具体的に説明する。
前記制御部１２０は、前記複数のバッテリーモジュールＢそれぞれに含まれたバッテリーセルの並列接続個数に基づいて並列偏差を算出するように構成され得る。
ここで、並列偏差は、バッテリーモジュールＢに含まれた複数のバッテリーセルの並列接続個数であり得る。例えば、バッテリーモジュールＢに１６個のバッテリーセルが含まれ、８個のバッテリーセルが直列に接続されて２個の単位モジュールを形成し、２個の単位モジュール同士が並列に接続されていると仮定する。この場合、制御部１２０によって算出されるバッテリーモジュールＢの並列接続個数は２である。
その後、制御部１２０は、並列接続個数から並列係数を算出し、算出された並列係数及び第２基準抵抗Ｒ２に基づいて並列偏差を算出し得る。
具体的には、前記制御部１２０は、前記並列接続個数に基づいて前記複数のバッテリーモジュールＢに対する並列係数を算出するように構成され得る。
ここで、並列係数は、バッテリーモジュールＢに含まれた複数のバッテリーセルの並列接続個数に関連する値であって、下記の数式５によって算出され得る。
Figure 0007389279000005
ここで、μは並列係数であり、ｍは並列接続個数である。ｂは定数であって、例えば、０または１であり得る。すなわち、並列係数（μ）は、並列接続個数（ｍ）の逆数と係わり得る。
そして、制御部１２０は、算出された並列係数と前記第２基準抵抗Ｒ２とを乗じて前記並列偏差を算出するように構成され得る。例えば、制御部１２０は、下記の数式６によって並列偏差を算出し得る。
Figure 0007389279000006
ここで、Ｐは並列偏差であり、Ｒ２は第２基準抵抗であり、μは数式５による並列係数である。
制御部１２０は、前記第２基準抵抗Ｒ２及び算出された並列偏差によって前記第２抵抗区間を設定するように構成され得る。
前記制御部１２０は、前記第２基準抵抗Ｒ２から前記並列偏差を引いて第２下限値Ｌ２を算出するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、第２基準抵抗Ｒ２から並列偏差を引いて第２下限値Ｌ２を算出し得る。具体的には、図３の実施形態において、制御部１２０は、第２基準抵抗Ｒ２から数式６による並列偏差（Ｐ）を引いて第２下限値Ｌ２を算出し得る。すなわち、制御部１２０は「Ｒ２－Ｐ」を計算して第２下限値Ｌ２を算出し得る。
また、制御部１２０は、前記第２基準抵抗Ｒ２に前記並列偏差を足して第２上限値Ｕ２を算出するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、第２基準抵抗Ｒ２に並列偏差を足して第２上限値Ｕ２を算出し得る。具体的には、図３の実施形態において、制御部１２０は、第２基準抵抗Ｒ２から数式６による並列偏差（Ｐ）を引いて第２上限値Ｕ２を算出し得る。すなわち、制御部１２０は「Ｒ２＋Ｐ」を計算して第２上限値Ｕ２を算出し得る。
最後に、制御部１２０は、算出された前記第２下限値Ｌ２及び前記第２上限値Ｕ２に基づいて前記第２抵抗区間を設定するように構成され得る。
例えば、制御部１２０は、算出した第２下限値Ｌ２を第２抵抗区間の下限臨界値として設定し、算出した第２上限値Ｕ２を第２抵抗区間の上限臨界値として設定し得る。すなわち、制御部１２０は「Ｒ２－Ｐ～Ｒ２＋Ｐ」に該当する抵抗区間を第２抵抗区間として設定し得る。
本発明によるバッテリー診断装置１００は、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリー管理システム）に適用可能である。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述したバッテリー診断装置１００を含み得る。このような構成において、バッテリー診断装置１００の各構成要素の少なくとも一部は、従来のＢＭＳに含まれた構成の機能を補完または追加することで具現され得る。例えば、抵抗測定部１１０、制御部１２０及び保存部１３０は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
また、本発明によるバッテリー診断装置１００は、バッテリーパック１に具備され得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック１は、上述したバッテリー診断装置１００及び一つ以上のバッテリーモジュールＢを含み得る。また、バッテリーパック１は、電装品（リレー、ヒューズなど）及びケースなどをさらに含み得る。
図４は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパック１の例示的構成を概略的に示した図である。
図４を参照すると、バッテリーパック１は、バッテリー１０及びバッテリー診断装置１００を含む。そして、充放電部２００は、バッテリーパック１に含まれていてもよく、バッテリーパック１の外部に備えられてバッテリーパック１の正極端子Ｐ＋及び負極端子Ｐ－に接続されてもよい。
図４の実施形態において、バッテリー１０には複数のバッテリーモジュールＢが含まれ得る。そして、各バッテリーモジュールＢは、接続構造が同一である複数のバッテリーセルを含み得る。すなわち、複数のバッテリーモジュールＢに対する並列係数（数式５による並列係数（μ））は同一であり得る。
図４の実施形態において、抵抗測定部１１０は、充放電部２００によってバッテリー１０の充電が始まるか又は放電が終わるとき、バッテリー１０の抵抗を測定し得る。具体的には、抵抗測定部１１０は、第１センシングラインＳＬ１及び第２センシングラインＳＬ２を介してバッテリー１０に接続され得る。抵抗測定部１１０は、第１センシングラインＳＬ１及び第２センシングラインＳＬ２のそれぞれで測定した電圧値に基づいて、バッテリー１０の電圧を測定し得る。そして、抵抗測定部１１０は、数式１に基づいてバッテリー１０の内部抵抗を測定し得る。望ましくは、抵抗測定部１１０は、バッテリー１０に含まれた複数のバッテリーモジュールＢそれぞれの内部抵抗を測定し得る。
そして、制御部１２０は、抵抗測定部１１０によって測定された複数のバッテリーモジュールＢに対する抵抗情報に基づいて、複数のバッテリーモジュールＢそれぞれの状態を診断し得る。
図５は、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリー診断方法を概略的に示した図である。
以下では、説明の便宜上、上述した説明と重なる内容は省略するか又は簡単に説明する。
望ましくは、バッテリー診断方法の各段階は、バッテリー診断装置１００によって実行できる。図５を参照すると、バッテリー診断方法は、抵抗測定段階Ｓ１００、第１基準抵抗及び抵抗偏差算出段階Ｓ２００、第１抵抗区間設定段階Ｓ３００、ターゲットモジュール選択段階Ｓ４００、第２基準抵抗算出段階Ｓ５００、第２抵抗区間設定段階Ｓ６００、及び状態診断段階Ｓ７００を含む。
抵抗測定段階Ｓ１００は、一つ以上のバッテリーセルを含む複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれの内部抵抗を測定する段階であって、抵抗測定部１１０によって実行できる。
例えば、抵抗測定部１１０は、バッテリーモジュールＢの充電が始まるか又は放電が終わるとき、複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれの抵抗を測定し得る。望ましくは、抵抗測定部１１０は、相異なる二つの時点で複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれの電圧を測定し、数式１に基づいて複数のバッテリーモジュールＢ毎の抵抗を測定し得る。
第１基準抵抗及び抵抗偏差算出段階Ｓ２００は、前記抵抗測定段階Ｓ１００で測定された前記複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれの内部抵抗に対する抵抗情報に基づいて、前記複数のバッテリーモジュールＢに対する第１基準抵抗Ｒ１及び抵抗偏差を算出する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、抵抗測定部１１０によって測定された複数のバッテリーモジュールＢそれぞれの内部抵抗を代表する値を第１基準抵抗Ｒ１として算出し得る。ここで、制御部１２０は、複数のバッテリーモジュールＢそれぞれの内部抵抗の平均値または中央値を第１基準抵抗Ｒ１として算出し得る。
そして、制御部１２０は、数式２によって絶対偏差（Ｄ）を算出し、数式３によってスケール定数（Ｃ）を算出し、数式５によって抵抗偏差（Ｓ）を算出し得る。
第１抵抗区間設定段階Ｓ３００は、前記第１基準抵抗及び抵抗偏差算出段階Ｓ２００で算出された第１基準抵抗Ｒ１及び抵抗偏差に基づいて第１抵抗区間を設定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、第１基準抵抗Ｒ１に抵抗偏差（Ｓ）を足して第１上限値Ｕ１を算出し、第１基準抵抗Ｒ１から抵抗偏差（Ｓ）を引いて第１下限値Ｌ１を算出し得る。そして、制御部１２０は、第１下限値Ｌ１～第１上限値Ｕ１の抵抗区間を第１抵抗区間として設定し得る。
ターゲットモジュール選択段階Ｓ４００は、前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールＢのうちの一部をターゲットモジュールＴとして選択する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、複数のバッテリーモジュールＢのうち、内部抵抗が第１基準抵抗Ｒ１以下であるバッテリーモジュールＢをターゲットモジュールＴとして選択し得る。
第２基準抵抗算出段階Ｓ５００は、前記抵抗情報に基づいて前記ターゲットモジュールＴに対する第２基準抵抗Ｒ２を算出する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、複数のターゲットモジュールＴそれぞれの内部抵抗を代表する値を第２基準抵抗Ｒ２として算出し得る。ここで、制御部１２０は、複数のターゲットモジュールＴそれぞれの内部抵抗の平均値または中央値を第２基準抵抗Ｒ２として算出し得る。
望ましくは、制御部１２０は、第１基準抵抗Ｒ１の算出条件と第２基準抵抗Ｒ２の算出条件とを相異ならせて設定し得る。例えば、第１基準抵抗Ｒ１が複数のバッテリーモジュールＢの内部抵抗に対する中央値として算出された場合、第２基準抵抗Ｒ２は複数のターゲットモジュールＴの内部抵抗に対する平均値として算出され得る。
第２抵抗区間設定段階Ｓ６００は、前記第２基準抵抗算出段階Ｓ５００で算出された第２基準抵抗Ｒ２及び前記複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれに含まれた前記バッテリーセル間の接続構造に基づいて第２抵抗区間を設定する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、バッテリーモジュールＢに含まれた複数のバッテリーセルの接続構造を考慮して、数式５によって並列係数（μ）を算出し得る。そして、制御部１２０は、数式６によって並列偏差（Ｐ）を算出し得る。
状態診断段階Ｓ７００は、前記測定された内部抵抗、前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間に基づいて前記複数のバッテリーモジュールＢのそれぞれの状態を診断する段階であって、制御部１２０によって実行できる。
例えば、制御部１２０は、複数のバッテリーモジュールＢのうち、算出された内部抵抗が第１抵抗区間及び第２抵抗区間の両方すべてに属するバッテリーモジュールＢの状態を正常状態と診断し得る。これに対し、制御部１２０は、複数のバッテリーモジュールＢのうち、算出された内部抵抗が第１抵抗区間または第２抵抗区間に属しないバッテリーモジュールＢの状態を異常状態と診断し得る。
上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態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も具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、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、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
１：バッテリーパック
１０：バッテリー
１００：バッテリー診断装置
１１０：抵抗測定部
１２０：制御部
１３０：保存部
２００：充放電部

Claims (13)

  1. 一つ以上のバッテリーセルを含む複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗を測定するように構成された抵抗測定部と、
    前記抵抗測定部から前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗に対する抵抗情報を受信し、前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールに対する第１基準抵抗及び抵抗偏差を算出し、算出された第１基準抵抗及び抵抗偏差に基づいて第１抵抗区間を設定し、前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのうちの一部をターゲットモジュールとして選択し、前記抵抗情報に基づいて前記ターゲットモジュールに対する第２基準抵抗を算出し、算出された第２基準抵抗及び前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに含まれたバッテリーセル間の接続構造に基づいて第２抵抗区間を設定し、前記内部抵抗、前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの状態を診断するように構成された制御部と、を含む、バッテリー診断装置。
  2. 前記制御部は、
    前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記内部抵抗が前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間の両方すべてに属するバッテリーモジュールの状態を正常状態と診断し、
    前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記内部抵抗が前記第１抵抗区間または前記第２抵抗区間に属しないバッテリーモジュールの状態を異常状態と診断するように構成されている、請求項１に記載のバッテリー診断装置。
  3. 前記制御部は、前記複数のバッテリーモジュールの内部抵抗に基づいて前記第１基準抵抗を算出し、算出された第１基準抵抗と前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗との差によって前記抵抗偏差を算出するように構成されている、請求項１に記載のバッテリー診断装置。
  4. 前記制御部は、前記第１基準抵抗から前記抵抗偏差を引いて第１下限値を算出し、前記第１基準抵抗に前記抵抗偏差を足して第１上限値を算出し、算出された前記第１下限値及び前記第１上限値に基づいて前記第１抵抗区間を設定するように構成されている、請求項３に記載のバッテリー診断装置。
  5. 前記制御部は、前記第１基準抵抗と前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗との間の絶対偏差を算出し、所定のスケール定数を用いて前記絶対偏差を前記抵抗偏差に変換するように構成されている、請求項３に記載のバッテリー診断装置。
  6. 前記第１基準抵抗は、前記複数のバッテリーモジュールの内部抵抗に対する中央値である、請求項５に記載のバッテリー診断装置。
  7. 前記制御部は、前記複数のバッテリーモジュールのうち、前記内部抵抗が前記第１基準抵抗以下であるバッテリーモジュールを前記ターゲットモジュールとして選択するように構成されている、請求項１に記載のバッテリー診断装置。
  8. 前記制御部は、前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに含まれたバッテリーセルの並列接続個数に基づいて並列偏差を算出し、前記第２基準抵抗及び算出された並列偏差によって前記第２抵抗区間を設定するように構成されている、請求項１に記載のバッテリー診断装置。
  9. 前記制御部は、前記第２基準抵抗から前記並列偏差を引いて第２下限値を算出し、前記第２基準抵抗に前記並列偏差を足して第２上限値を算出し、算出された前記第２下限値及び前記第２上限値に基づいて前記第２抵抗区間を設定するように構成されている、請求項８に記載のバッテリー診断装置。
  10. 前記制御部は、前記並列接続個数に基づいて前記複数のバッテリーモジュールに対する並列係数を算出し、算出された並列係数と前記第２基準抵抗とを乗じて前記並列偏差を算出するように構成されている、請求項８に記載のバッテリー診断装置。
  11. 前記第２基準抵抗は、前記ターゲットモジュールの内部抵抗に対する平均値である、請求項１０に記載のバッテリー診断装置。
  12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリー診断装置を含む、バッテリーパック。
  13. 一つ以上のバッテリーセルを含む複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗を測定する抵抗測定段階と、
    前記抵抗測定段階で測定された前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの内部抵抗に対する抵抗情報に基づいて、前記複数のバッテリーモジュールに対する第１基準抵抗及び抵抗偏差を算出する第１基準抵抗及び抵抗偏差算出段階と、
    前記第１基準抵抗及び抵抗偏差算出段階で算出された第１基準抵抗及び抵抗偏差に基づいて第１抵抗区間を設定する第１抵抗区間設定段階と、
    前記抵抗情報に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのうちの一部をターゲットモジュールとして選択するターゲットモジュール選択段階と、
    前記抵抗情報に基づいて前記ターゲットモジュールに対する第２基準抵抗を算出する第２基準抵抗算出段階と、
    前記第２基準抵抗算出段階で算出された第２基準抵抗及び前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれに含まれたバッテリーセル間の接続構造に基づいて第２抵抗区間を設定する第２抵抗区間設定段階と、
    前記内部抵抗、前記第１抵抗区間及び前記第２抵抗区間に基づいて前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれの状態を診断する状態診断段階と、を含む、バッテリー診断方法。
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