JP7248220B2 - マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチ部の故障診断装置及び方法に関し、より詳しくは、複数のバッテリーパックを並列で接続したマルチバッテリーパックにおいて各バッテリーパックに含まれたスイッチ部のオープン故障を診断する装置及び方法に関する。

本出願は、２０１９年１１月１３日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１４５２３８号及び２０２０年１１月１２日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１５１３５０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。

バッテリーは、携帯電話、ラップトップパソコン、スマートフォン、スマートパッドなどのモバイルデバイスだけでなく、電気で駆動される自動車（ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や大容量電力貯蔵装置（ＥＳＳ）などの分野にまでその用途が急速に広がっている。

電気自動車に搭載されるバッテリーシステムは、高いエネルギー容量を確保するため、並列で接続された複数のバッテリーパックを含み、それぞれのバッテリーパックは直列で接続された複数のバッテリーセルを含む。以下、並列で接続された複数のバッテリーパックをマルチバッテリーパックと称する。

本明細書において、バッテリーセルは一つの単位セルまたは並列で接続された複数の単位セルを含み得る。単位セルとは、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単位セルとして見なし得る。

マルチバッテリーパックが充電または放電するときは、すべてのバッテリーパックが放電または充電するか、若しくは、一部のバッテリーパックのみが充電または放電し得る。一部のバッテリーパックが充電または放電する場合としては、特定のバッテリーパックで故障が生じた場合、パックバランシングのために一部のバッテリーパックのみを充電または放電する場合、または、求められる放電電力または充電電力が小さくて全体バッテリーパックを動作させる必要がない場合などが挙げられる。

このような選択的な放電または充電を制御するため、マルチバッテリーパックを構成する各バッテリーパックは内部にスイッチ部を備える。スイッチ部は、独立的にバッテリーパックを負荷または充電器と接続するか又は接続を解除する機能をする。

スイッチ部でオープン故障が生じれば、スイッチ部にターンオン信号を印加してもターンオフ状態が維持される。したがって、オープン故障が生じたスイッチ部を含むバッテリーパックは独立的な放電または充電が不可能になる。

単独バッテリーパックに含まれたスイッチ部のオープン故障は、スイッチ部にターンオン信号を印加した状態でバッテリーパックの正極と負極との間に印加される電圧をモニタリングして診断することができる。

図１は、単独バッテリーパックに含まれたスイッチ部のオープン故障を診断する従来の方法を概念的に示した図である。

図１を参照すると、バッテリーパックに含まれたスイッチ部は、高電位スイッチＳ^＋及び低電位スイッチＳ^－を含む。高電位スイッチＳ^＋は、外部正極端子Ｃと、内部の直列で接続されたセルのうち最も電位の高いセルの正極とを連結する線路に設けられる。そして、低電位スイッチＳ^－は、外部負極端子Ａと、内部の直列で接続されたセルのうち最も電位の低いセルの負極とを連結する線路に設けられる。

スイッチ部を構成する高電位スイッチ及び低電位スイッチのいずれか一方でオープン故障が生じれば、スイッチ部にターンオン信号を印加してもスイッチ部がターンオフ状態に維持されるため、バッテリーパックの外部正極端子Ｃと外部負極端子Ａとの間に電圧が印加されない。一方、スイッチ部にオープン故障がなければ、スイッチ部にターンオン信号が印加されたときスイッチ部が正常に動作するため、バッテリーパックの外部正極端子Ｃと外部負極端子Ａとの間にバッテリーパックの出力電圧が印加される。

したがって、スイッチ部にターンオン信号を印加した状態でバッテリーパックの外部正極端子Ｃと外部負極端子Ａとの間に印加される電圧をモニタリングすることで、スイッチ部のオープン故障を診断することができる。すなわち、スイッチ部にターンオン信号が印加されたとき、バッテリーパックの外部正極端子Ｃと外部負極端子Ａとの間でバッテリーパックの出力電圧が測定されなければ、スイッチ部にオープン故障が生じたと診断することができる。

一方、二つ以上のバッテリーパックが並列で接続されたマルチバッテリーパックにおいては、上記のような従来の診断方式を適用し難いという限界がある。

図２は、二つのバッテリーパックが並列で接続されたマルチバッテリーパックにおいて、スイッチ部の故障を診断し難い理由を説明するための図である。

図２を参照すると、二つのバッテリーパックが並列で接続されたマルチバッテリーパックに対し、スイッチ部のオープン故障を診断するためにターンオン信号が印加された。左側バッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生し、高電位スイッチと低電位スイッチがターンオフされた状態を維持している。一方、右側バッテリーパックに含まれたスイッチ部は正常にターンオンされた。左側バッテリーパックと右側バッテリーパックとは並列で接続されているため、左側バッテリーの外部正極端子Ｃと外部負極端子Ａとの間には右側バッテリーパックの出力電圧が印加される。このように、左側バッテリーパックは、スイッチ部にオープン故障が発生したにも外部正極端子Ｃと外部負極端子Ａとの間に電圧が印加されるため、従来の診断方式では左側バッテリーパックに含まれたスイッチ部のオープン故障を診断することができない。

本発明は、上記のような従来技術の背景下で創案されたものであり、スイッチ部を含む複数のバッテリーパックが並列で接続されているマルチバッテリーパックにおいて、それぞれのスイッチ部のオープン故障を統計的に診断することができる装置及び方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障を診断する過程で、バッテリーパックの退化もともに診断することができる装置及び方法を提供することを他の目的とする。

上記の技術的課題を達成するため、本発明によるマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置は、並列リンクノードを通じて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックを並列で接続したマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障を診断する装置であって、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックにそれぞれ含まれた第１スイッチ部～第ｎスイッチ部と、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックと連結された電力ラインにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックを通じて流れる電流を測定する第１電流センサ～第ｎ電流センサと、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックの電圧を測定する第１電圧センサ～第ｎ電圧センサと、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部、第１電流センサ～第ｎ電流センサ及び第１電圧センサ～第ｎ電圧センサと動作可能に結合された制御ユニットと、を含む。

望ましくは、制御ユニットは、第１スイッチ部～第ｎスイッチ部をターンオンさせた後、第１電流センサ～第ｎ電流センサを用いて、予め設定された時間が経過した時点で各バッテリーパックを通じて流れるパック電流を測定し、パック電流の平均値を算出する第１制御ロジックと、パック電流の大きさが平均値よりも臨界値以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する第２制御ロジックと、を実行するように構成され得る。

一態様によれば、制御ユニットは、マルチバッテリーパックの充電または放電中に、第１電圧センサ～第ｎ電圧センサ及び第１電流センサ～第ｎ電流センサを用いて各バッテリーパックの電圧及び電流を周期的に測定し、バッテリーパック毎に測定された複数の電圧データ及び複数の電流データから第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの内部抵抗を決定し、内部抵抗の平均値を算出する第３制御ロジックをさらに実行するように構成され得る。

このような場合、制御ユニットは、内部抵抗と平均値との差が臨界値よりも小さく且つパック電流の大きさが平均値よりも臨界値以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する制御ロジックを実行するように構成され得る。

望ましくは、制御ユニットは、第２制御ロジックにおいて、パック電流の大きさが平均値よりも１．０_{ｃｕｒｒｅｎｔ}～２．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}はパック電流値の標準偏差）以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力するように構成され得る。

より望ましくは、制御ユニットは、第２制御ロジックにおいて、内部抵抗と平均値との差が１．０σ_Ｒ～２．０σ_Ｒ（σ_Ｒは内部抵抗値の標準偏差）よりも小さく且つパック電流の大きさが平均値よりも１．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}～２．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}はパック電流値の標準偏差）以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと識別し、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力するように構成され得る。

また、他の態様によれば、制御ユニットは、第２制御ロジックにおいて、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報をディスプレイユニット、通知ユニットまたは通信ユニットを通じて外部に出力するように構成され得る。

本発明の技術的課題は、上述したマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置を含むバッテリー管理システムまたは電気駆動装置によって達成され得る。

上記の技術的課題を達成するため、本発明によるマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断方法は、並列リンクノードを通じて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックを並列で接続したマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障を診断する方法であって、（ａ）第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックにそれぞれ含まれた第１スイッチ部～第ｎスイッチ部、第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックと連結された電力ラインにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックを通じて流れる電流を測定する第１電流センサ～第ｎ電流センサ、及び第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックの電圧を測定する第１電圧センサ～第ｎ電圧センサを提供する段階と、（ｂ）第１スイッチ部～第ｎスイッチ部をターンオンさせた後、第１電流センサ～第ｎ電流センサを用いて、予め設定された時間が経過した時点で各バッテリーパックを通じて流れるパック電流を測定し、パック電流の平均値を算出する段階と、（ｃ）パック電流の大きさが平均値よりも臨界値以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する段階と、を含む。

望ましくは、本発明による診断方法は、（ｄ）マルチバッテリーパックの充電または放電中に、第１電圧センサ～第ｎ電圧センサ及び第１電流センサ～第ｎ電流センサを用いて各バッテリーパックの電圧及び電流を周期的に測定し、バッテリーパック毎に測定された複数の電圧データ及び複数の電流データから第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの内部抵抗を決定し、内部抵抗の平均値を算出する段階をさらに含み得る。

このような場合、（ｃ）段階において、内部抵抗と平均値との差が臨界値よりも小さく且つパック電流の大きさが平均値よりも臨界値以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力し得る。

望ましくは、（ｃ）段階において、パック電流の大きさが平均値よりも１．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}～２．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}はパック電流値の標準偏差）以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力し得る。

より望ましくは、（ｃ）段階において、内部抵抗と平均値との差が１．０σ_Ｒ～２．０σ_Ｒ（σ_Ｒは内部抵抗値の標準偏差）未満であって、パック電流の大きさが平均値よりも１．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}～２．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}はパック電流値の標準偏差）以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力し得る。

一態様によれば、（ｃ）段階において、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報をディスプレイユニット、通知ユニットまたは通信ユニットを通じて外部に出力し得る。

本発明によれば、従来のスイッチ部診断方式と異なって、複数のバッテリーパックが並列で接続されたマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のオープン故障を信頼性高く診断することができる。また、スイッチ部のオープン故障を診断する過程でバッテリーパックの退化もとも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形態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ものであるため、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。

単独バッテリーパックに含まれたスイッチ部のオープン故障を診断する従来の方法を概念的に示した図である。 二つのバッテリーパックが並列で接続されたマルチバッテリーパックにおいて、スイッチ部の故障を診断し難い理由を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置の構成を示したブロック図である。 各バッテリーパックに含まれたスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）が全てターンオンされている状態で、低電位リレーＭ－及びプリチャージスイッチＦＳがターンオンされたとき、プリチャージ電流の流れを模式的に示した図である。 本発明の実施形態によって、制御ユニットがマルチバッテリーパックを構成する各バッテリーパックの内部抵抗を周期的に算出する方法を具体的に示したフロー図である。 本発明の実施形態によって、制御ユニットがマルチバッテリーパックを構成する各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障及び／またはバッテリーパックの退化を診断する方法を具体的に示したフロー図である。 本発明の実施形態によって、制御ユニットがマルチバッテリーパックを構成する各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障及び／またはバッテリーパックの退化を診断する方法を具体的に示したフロー図である。 ５個のバッテリーパックが並列で接続されているマルチバッテリーパックに対し、本発明を適用した実施例を示した表である。 本発明の実施形態による診断装置を含むバッテリー管理システムを示したブロック図である。 本発明の実施形態による診断装置を含む電気駆動装置を示したブロック図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。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形態及び図面に示された構成は、本発明の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。

後述する実施形態において、バッテリーセルとはリチウム二次電池を意味する。ここで、リチウム二次電池は、充電及び放電中にリチウムイオンが作動イオンとして作用し、正極及び負極で電気化学的反応を引き起こす二次電池を総称する。

一方、リチウム二次電池に使われた電解質や分離膜の種類、二次電池の包装に使われた包装材の種類、リチウム二次電池の内部または外部の構造などによって二次電池の名称が変わっても、リチウムイオンが作動イオンとして使われる二次電池であれば、すべてリチウム二次電池の範疇に含まれると解釈しなければならない。

本発明は、リチウム二次電池の外の他の二次電池にも適用可能である。したがって、作動イオンがリチウムイオンではなくても本発明の技術的思想が適用可能な二次電池であれば、その種類に関係なく本発明の範疇に含まれると解釈しなければならない。

また、バッテリーセルは、一つの単位セルまたは並列で接続された複数の単位セルであり得る。

図３は、本発明の一実施形態によるマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置の構成を示したブロック図である。

図３を参照すると、本発明の一実施形態による診断装置１０は、並列リンクノードＮを通じて第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎを並列で接続したマルチバッテリーパックＭＰに含まれたスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）の故障を診断する装置である。

マルチバッテリーパックＭＰは、高電位リレーＭ＋と低電位リレーＭ－を通じて負荷Ｌに接続され得る。負荷Ｌは、マルチバッテリーパックＭＰから電力の供給を受ける装置であって、一例として電気自動車に含まれたインバータであり得る。インバータは、電気自動車の電気モーターの前段に設けられ、マルチバッテリーパックＭＰから供給される直流電流を三相交流電流に変換して電気モーターに供給する電力変換回路である。負荷Ｌの種類はインバータに限定されず、マルチバッテリーパックＭＰから電力が供給可能な装置またはデバイスであれば、その種類に関係なく負荷Ｌの範疇に含まれ得る。

高電位リレーＭ＋と低電位リレーＭ－がターンオンされると、マルチバッテリーパックＭＰは負荷Ｌに電気的に連結される。逆に、高電位リレーＭ＋と低電位リレーＭ－がターンオフされると、マルチバッテリーパックＭＰと負荷Ｌとの電気的連結は解除される。

第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎは、それぞれ、内部に直列で接続された複数のバッテリーセルを含む。すなわち、第１バッテリーパックＰ１は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ_１１～第ｐバッテリーセルＣ_１ｐを含む。また、第２バッテリーパックＰ２は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ_２１～第ｐバッテリーセルＣ_２ｐを含む。また、第３バッテリーパックＰ３は、直列で接続された第１バッテリーセルＣ_３１～第ｐバッテリーセルＣ_３ｐを含む。また、第ｎバッテリーパックＰｎは、直列で接続された第１バッテリーセルＣ_ｎ１～第ｐバッテリーセルＣ_ｎｐを含む。また、図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様に直列で接続されたｐ個のバッテリーセルを含んでいる。

第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎは、それぞれ、内部にスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）を含む。すなわち、第１バッテリーパックＰ１は第１スイッチ部Ｓ１を含む。また、第２バッテリーパックＰ２は第２スイッチ部Ｓ２を含む。また、第３バッテリーパックＰ３は第３スイッチ部Ｓ３を含む。また、第ｎバッテリーパックＰｎは第ｎスイッチ部Ｓｎを含む。図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様にスイッチ部を含んでいる。

第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎは、それぞれ、低電位スイッチ及び高電位スイッチを含む。すなわち、第１スイッチ部Ｓ１は、第１バッテリーパックＰ１の高電位側に設けられた第１高電位スイッチＳ１^＋及び第１バッテリーパックＰ１の低電位側に設けられた第１低電位スイッチＳ１^－を含む。また、第２スイッチ部Ｓ２は、第２バッテリーパックＰ２の高電位側に設けられた第２高電位スイッチＳ２^＋及び第２バッテリーパックＰ２の低電位側に設けられた第２低電位スイッチＳ２^－を含む。また、第３スイッチ部Ｓ３は、第３バッテリーパックＰ３の高電位側に設けられた第３高電位スイッチＳ３^＋及び第３バッテリーパックＰ３の低電位側に設けられた第３低電位スイッチＳ３^－を含む。また、第ｎスイッチ部Ｓｎは、第ｎバッテリーパックＰｎの高電位側に設けられた第ｎ高電位スイッチＳｎ^＋及び第ｎバッテリーパックＰｎの低電位側に設けられた第ｎ低電位スイッチＳｎ^－を含む。一方、図示されていない第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックも、図示されたバッテリーパックと同様に高電位スイッチ及び低電位スイッチを含んでいる。また、各スイッチ部において、高電位スイッチ及び低電位スイッチのいずれか一方が省略されることもあり得る。

本発明において、スイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）はＭＯＳＦＥＴのような半導体スイッチまたはリレーのような機械式スイッチであり得るが、本発明がこれに限定されることはない。

本発明の一実施形態による診断装置１０は、プリチャージ回路ＦＣを含む。プリチャージ回路ＦＣは、直列で接続されたプリチャージ抵抗ＲＦ及びプリチャージスイッチＦＳを含み、並列リンクノードＮに並列で接続される。

一般に、負荷Ｌの全段にはキャパシタＣａｐが備えられる。キャパシタＣａｐは、マルチバッテリーパックＭＰと負荷Ｌとの間に並列で接続される。キャパシタＣａｐは、ノイズ信号が負荷Ｌ側に印加されることを防止するフィルター機能をする。

マルチバッテリーパックＭＰが負荷Ｌと接続されれば、マルチバッテリーパックＭＰからキャパシタＣａｐ側へと短時間で突入電流（ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）が流れる。プリチャージ回路ＦＣは、マルチバッテリーパックＭＰが負荷Ｌと接続されるとき、突入電流が負荷側に流れることを防止するための補助回路である。

マルチバッテリーパックＭＰが負荷Ｌと接続されるとき、低電位リレーＭ－が先にターンオンされ、その後プリチャージ回路ＦＣのプリチャージスイッチＦＳがターンオンされる。すると、プリチャージ抵抗ＲＦを通じてマルチバッテリーパックＭＰからキャパシタＣａｐ側に放電電流が流れ始める。そして、所定時間が経過して放電電流によってキャパシタＣａｐの充電が完了すれば、高電位リレーＭ＋をターンオンさせ、プリチャージスイッチＦＳをターンオフさせる。すると、マルチバッテリーパックＭＰから負荷Ｌ側に放電電流が安定的に流れる。ここで、所定時間は、プリチャージ回路ＦＣに含まれたプリチャージ抵抗ＲＦとキャパシタＣａｐによって決定される時定数によって予め決定され得る。望ましくは、上記の所定時間は、時定数の１～２倍に設定され得る。

本発明の一実施形態による診断装置１０は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎと連結された電力ラインにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックを通じて流れる電流を測定する第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを含む。すなわち、第１電流センサＩ１は、第１バッテリーパックＰ１を通じて流れる電流の大きさを測定する。また、第２電流センサＩ２は、第２バッテリーパックＰ２を通じて流れる電流の大きさを測定する。また、第３電流センサＩ３は、第３バッテリーパックＰ３を通じて流れる電流の大きさを測定する。また、第ｎ電流センサＩｎは、第ｎバッテリーパックＰｎを通じて流れる電流の大きさを測定する。図示していないが、第４電流センサ～第ｎ－１電流センサは、それぞれ、第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックを通じて流れる電流の大きさを測定する。図面では、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎが各バッテリーパックに含まれているが、本発明は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎが各バッテリーパックの外部に設けられることを制限しない。

第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎは、ホールセンサであり得る。ホールセンサは、電流の大きさに応じた電圧信号を出力する公知の電流センサである。他の例において、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎは、センス抵抗であり得る。センス抵抗の両端に印加された電圧を測定すれば、オームの法則を用いてセンス抵抗を通じて流れる電流の大きさを決定できる。すなわち、測定された電圧の大きさを既知のセンス抵抗の抵抗値で除することで、センス抵抗を通じて流れる電流の大きさを決定することができる。

本発明の一実施形態による診断装置１０は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックの電圧を測定する第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎを含む。第１電圧センサＶ１は、第１バッテリーパックＰ１の正極端子と負極端子との間の電圧を測定する。また、第２電圧センサＶ２は、第２バッテリーパックＰ２の正極端子と負極端子との間の電圧を測定する。また、第３電圧センサＶ３は、第３バッテリーパックＰ３の正極端子と負極端子との間の電圧を測定する。また、第ｎ電圧センサＶｎは、第ｎバッテリーパックＰｎの正極端子と負極端子との間の電圧を測定する。図示していないが、第４電圧センサ～第ｎ－１電圧センサは、それぞれ、第４バッテリーパック～第ｎ－１バッテリーパックの正極端子と負極端子との間の電圧を測定する。

第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎは、差動増幅回路のような電圧測定回路を含む。電圧測定回路は、当業界に周知されているため、電圧測定回路についての詳しい説明は省略する。

本発明の一実施形態による診断装置１０は、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎ、プリチャージスイッチＦＳ、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎ、及び第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎと動作可能に結合された制御ユニット２０を含む。

実施形態において、制御ユニット２０は、マルチバッテリーパックＭＰからプリチャージ電流が放電する間、各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障及び／またはバッテリーパックの退化を診断することができる。

しかし、本発明がマルチバッテリーパックＭＰの放電または充電中に各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障及び／またはバッテリーパックの退化を診断するのに適用され得ることは、当業者にとって自明である。

実施形態によれば、制御ユニット２０は、マルチバッテリーパックＭＰが負荷Ｌに接続される直前に低電位リレーＭ－をターンオンさせ、第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部ＳｎとプリチャージスイッチＦＳをターンオンさせる。すると、プリチャージ電流がプリチャージ抵抗ＲＦを通じて負荷ＬとマルチバッテリーパックＭＰとの間に並列で接続されたキャパシタＣａｐに流れる。

図４は、各バッテリーパックに含まれたスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）が全てターンオンされている状態で、低電位リレーＭ－及びプリチャージスイッチＦＳがターンオンされたとき、プリチャージ電流の流れを模式的に示した図である。

図４において、プリチャージ電流が流れる導線は太い実線で示し、矢印はプリチャージ電流が流れる方向を示す。プリチャージ電流の大きさは、時間が経過するにつれて徐々に増加して飽和する。

プリチャージ電流は、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎから放電するパック電流の合算電流であり、第ｋバッテリーパックＰｋのパック電流の大きさは下記の数式１のように時間とともに変化する。
［数式１］
I_k = (V_pack,k/R_in,k)Exp(-t/RC)

ここで、Ｉ_ｋは第ｋバッテリーパックＰｋからキャパシタＣａｐに流れるパック電流の大きさである。ｋは１～ｎの自然数である。Ｖ_{ｐａｃｋ，ｋ}は第ｋバッテリーパックＰｋの電圧であって、第ｋ電圧センサＶｋによって測定された電圧値である。Ｒ_ｉｎ，ｋは第ｋバッテリーパックＰｋの内部抵抗である。内部抵抗を算出する方法は後述する。ｔは時間である。Ｒはプリチャージ抵抗ＲＦの抵抗値である。ＣはマルチバッテリーパックＭＰと負荷Ｌとの間に並列で接続されたキャパシタＣａｐのキャパシタンス値である。Ｒ及びＣは、その値が予め設定されるパラメータである。Ｅｘｐ（）は自然対数ｅの指数関数である。

制御ユニット２０は、プリチャージスイッチＦＳをターンオンさせてから予め設定された時間が経過した時点で、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを用いて、各バッテリーパックからキャパシタＣａｐ側に流れるｎ個のパック電流（Ｉ_ｋ、ｋは１～ｎ）を測定して保存ユニット３０に記録する。変形例において、パック電流（Ｉ_ｋ）は、マルチバッテリーパックＭＰの充電または放電中に予め設定された診断時点で測定され得る。

また、制御ユニット２０は、ｎ個のパック電流測定値に対し、平均値（Ａｖｒ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）及び標準偏差（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）を算出して保存ユニット３０に記録する。

また、制御ユニット２０は、パック電流（Ｉ_ｋ）の大きさが平均値よりも臨界値以上小さいバッテリーパックを識別する。そして、制御ユニット２０は、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、該当バッテリーパックに関する情報（例えば、ＩＤ）を出力する。

望ましくは、制御ユニット２０は、パック電流（Ｉ_ｋ）の大きさが平均値（Ａｖｒ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）とα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上の差を有する、すなわちα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定する。α値は、１．０～２．０の値を有するが、望ましくは１．５である。そして、制御ユニット２０は、オープン故障が生じたスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報（例えば、ＩＤ）を出力する。出力の実施形態は後述する。

他の実施形態によれば、制御ユニット２０は、マルチバッテリーパックＭＰの充電または放電中に、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎ及び第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎを用いて、各バッテリーパックを通じて流れる電流及び正極端子と負極端子との間に印加される電圧を周期的に測定して保存ユニット３０に記録する。

また、制御ユニット２０は、バッテリーパック毎に測定された複数の電圧データ及び複数の電流データから第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎに対するｎ個の内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ、ｋは１～ｎ）を決定し、保存ユニット３０に記録する。また、制御ユニット２０は、ｎ個の内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，１～Ｒ_ｉｎ，ｎ）に対する平均値（Ａｖｒ_Ｒ）及び標準偏差（σ_Ｒ）を算出して保存ユニット３０に記録する。

制御ユニット２０が各バッテリーパックの内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）、及びｎ個の内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，１～Ｒ_ｉｎ，ｎ）に対する平均値（Ａｖｒ_Ｒ）と標準偏差（σ_Ｒ）を算出した場合、スイッチ部のオープン故障診断ロジックを以下のように変形することができる。

具体的には、制御ユニット２０は、内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）が平均値（Ａｖｒ_Ｒ）に対して臨界値未満の差を有し、且つ、パック電流（Ｉ_ｋ）の大きさが平均値に対して臨界値以上の差を有するバッテリーパックを識別する。そして制御ユニット２０は、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、該当バッテリーパックに関する情報（例えば、ＩＤ）を出力する。

望ましくは、制御ユニット２０は、内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）が平均値（Ａｖｒ_Ｒ）に対してβ×σ_Ｒよりも小さい差を有し、すなわち内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）が平均値（Ａｖｒ_Ｒ）よりもβ×σ_Ｒ以上に大きくなく、且つ、パック電流（Ｉ_ｋ）の大きさが平均値（Ａｖｒ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）に対してα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上の差を有する、すなわちα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上小さいバッテリーパックを識別する。β値は１．０～２．０の値を有するが、望ましくは１．５である。また、制御ユニット２０は、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、該当バッテリーパックに関する情報（例えば、ＩＤ）を出力する。

また、他の態様によれば、本発明の一実施形態による診断装置１０は、ディスプレイユニット４０を含むことができる。また、制御ユニット２０は、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を、ディスプレイユニット４０を通じて視覚的に出力することができる。また、制御ユニット２０は、退化によって内部抵抗が臨界値以上に上昇したバッテリーパックに関する情報を、ディスプレイユニット４０を通じて視覚的に出力することができる。

一例として、ディスプレイユニット４０は、液晶ディスプレイまたは有機発光ダイオードディスプレイであり得る。

ディスプレイユニット４０は、必ずしも診断装置１０の内部に含まれる必要はなく、他の装置に含まれてもよい。このような場合、制御ユニット２０は、ディスプレイユニット４０と直接的に連結されず、他の装置に含まれた制御手段を介してディスプレイユニット４０と間接的に接続される。したがって、ディスプレイユニット４０と制御ユニット２０との電気的接続は、このような間接的な接続方式も含むと理解しなければならない。

一方、制御ユニット２０は、オープン故障が生じたスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報または内部抵抗が臨界値以上に増加した退化バッテリーパックに関する情報を、ディスプレイユニット４０を通じて直接的に表示できない場合、ディスプレイユニットを含む他の装置に診断情報を提供し得る。このような場合、制御ユニット２０は他の装置とデータ伝送可能に接続され、他の装置は制御ユニット２０からオープン故障が生じたスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報または内部抵抗が臨界値以上に増加した退化バッテリーパックに関する情報を受信し、他の装置は自らと連結されたディスプレイユニットを通じて、受信したバッテリーパックに関する情報をグラフィックユーザインタフェースで表示することができる。

さらに他の態様によれば、本発明の一実施形態による診断装置１０は、通知ユニット５０を含むことができる。また、制御ユニット２０は、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を、通知ユニット５０を通じて聴覚的に出力することができる。また、制御ユニット２０は、退化によって内部抵抗が臨界値以上に増加した退化バッテリーパックに関する情報を、通知ユニット５０を通じて聴覚的に出力することができる。

通知ユニット５０を通じて出力される情報は、スイッチ部に故障が発生してバッテリーパックの点検が必要である旨の音声メッセージであり得る。音声メッセージは、内部抵抗が臨界値以上に増加した退化バッテリーパックの点検が必要である旨のメッセージを含むことができる。代案的に、通知ユニット５０は、単に予め設定された警告音を出力してもよい。

通知ユニット５０は、音を出力可能な手段であれば、その種類に特に制限がない。一例として、通知ユニット５０は、スピーカーまたはブザーであり得る。

さらに他の態様によれば、本発明の一実施形態による診断装置１０は、通信ユニット６０を含むことができる。また、制御ユニット２０は、オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を、通信ユニット６０を通じて外部デバイスに伝送することができる。また、制御ユニット２０は、退化によって内部抵抗が臨界値以上に増加した退化バッテリーパックに関する情報を、通信ユニット６０を通じて外部デバイスに伝送することができる。

望ましくは、通信ユニット６０は、通信データを伝送または受信可能な通信インタフェースであり得る。通信インタフェースは、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＦｌｅｘＲａｙまたはＭＯＳＴ（Ｍｅｄｉａ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）通信を支援し得る。望ましくは、通信インタフェースは、有線及び／または無線通信を支援し得る。

制御ユニット２０は、オープン故障が生じたスイッチ部を含むバッテリーパック及び／または退化によって内部抵抗が臨界値以上に増加した退化バッテリーパックに関する情報（例えば、ＩＤ）を含む通信データを生成した後、生成された通信データを通信ユニット６０を通じて出力することができる。通信データは、通信網を通じて外部デバイスに含まれた制御ユニットに伝達され得る。外部デバイスの制御ユニットは、通信データを受信した後、通信データからオープン故障が生じたスイッチ部を含むバッテリーパック及び／または退化によって内部抵抗が臨界値以上に増加した退化バッテリーパックに関する情報（例えば、ＩＤ）を抽出し、抽出された情報を外部デバイスに連結されたディスプレイユニットに視覚的に表示することができる。一例として、外部デバイスは、スイッチ部のオープン故障及び／またはバッテリーパックの退化を診断可能な専用診断装置、または、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎが搭載される負荷、例えば電気自動車のメイン制御コンピュータであり得る。

本発明において、保存ユニット３０は、情報を記録し消去可能な保存媒体であればその種類に特に制限がない。一例として、保存ユニット３０はＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、レジスタまたはフラッシュ（登録商標）メモリであり得る。また、保存ユニット３０は、制御ユニット２０によってアクセスできるように、例えばデータバスなどを介して制御ユニット２０と電気的に接続され得る。

また、保存ユニット３０は、制御ユニット２０が実行する各種の制御ロジックを含むプログラム及び／または制御ロジックの実行時に発生するデータを、保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送する。保存ユニット３０は、論理的に二つ以上に分割可能であり、制御ユニット２０内に含まれることを制限しない。

本発明において、制御ユニット２０は、第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎを制御でき、第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎから電圧測定信号（Ｖ１～Ｖｎ）を受信して各バッテリーパックの電圧を決定し、保存ユニット３０に記録することができる。また、制御ユニット２０は、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを制御することができ、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎから電流測定信号（Ｉ１～Ｉｎ）を受信して各バッテリーパックを通じて流れる電流の大きさを決定し、保存ユニット３０に記録することができる。また、制御ユニット２０は、各バッテリーパックに含まれたスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）のターンオンまたはターンオフ動作を制御するためのスイッチ制御信号であるＳ１^＋～Ｓｎ^＋及びＳ１^－～Ｓｎ^－を出力することができる。ここで、Ｓ１^＋～Ｓｎ^＋信号は高電位スイッチを制御するための信号であり、Ｓ１^－～Ｓｎ^－信号は低電位スイッチを制御するための信号である。

本発明において、制御ユニット２０は、上述した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）、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、制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、制御ユニット２０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てプロセッサによって実行され得る。メモリは、プロセッサの内部または外部に備えられ得、周知の多様なコンピュータ部品を通じてプロセッサと接続され得る。また、メモリは、本発明の保存ユニット３０に含まれ得る。また、メモリは、デバイスの種類に関係なく、情報が保存されるデバイスを総称するものであって、特定のメモリデバイスを称するものではない。

また、制御ユニット２０の多様な制御ロジック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クはコンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータ可読の記録媒体に書き込まれ得る。記録媒体は、コンピュータに含まれたプロセッサによってアクセス可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、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から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、ネットワークで接続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ク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のプログラマによって容易に推論可能である。

本発明の一実施形態による診断装置１０は、図９に示されたように、バッテリー管理システム１００に含まれ得る。バッテリー管理システム１００は、バッテリーの充放電に係わる全般的な動作を制御するものであって、当業界でバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）と呼ばれるコンピューティングシステムである。

また、本発明による診断装置１０は、図１０に示されたように、多様な種類の電気駆動装置２００に搭載され得る。

一態様によれば、電気駆動装置２００は、携帯電話、ラップトップパソコン、タブレットパソコンなどのモバイルコンピュータ装置、またはデジタルカメラ、ビデオカメラ、オーディオ／ビデオ再生装置などを含む携帯用マルチメディア装置であり得る。

他の態様によれば、電気駆動装置２００は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、電気バイク、電気列車、電気船、電気飛行機などのように電気によって移動可能な電気動力装置、または電気ドリル、電気グラインダーなどのようにモーターが含まれたパワーツールであり得る。

図５は、本発明の実施形態によって、制御ユニット２０がマルチバッテリーパックＭＰを構成する各バッテリーパックの内部抵抗を周期的に算出する方法を具体的に示したフロー図である。

図５に示されたように、制御ユニット２０は、段階Ｓ１０において、マルチバッテリーパックＭＰが充電または放電中であるかを判断する。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１０において、充電電流または放電電流が流れる導線に設けられた電流センサ（図示せず）を用いて導線に流れる電流の大きさをモニタリングし、電流の大きさが一定レベル以上であれば、マルチバッテリーパックＭＰが充電または放電中であると判断する。

制御ユニット２０は、マルチバッテリーパックＭＰの充電または放電中に、各バッテリーパックに含まれたスイッチ部（Ｓ１～Ｓｎ）、高電位リレーＭ＋及び低電位リレーＭ－をターンオン状態に維持し、プリチャージスイッチＦＳをターンオフ状態に維持する。

段階Ｓ１０における判断結果が「はい」であれば、制御ユニット２０はプロセスを段階Ｓ２０に移行する。

制御ユニット２０は、段階Ｓ２０において、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎ及び第１電圧センサＶ１～第ｎ電圧センサＶｎを用いて、一定の時間間隔で第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎを通じて流れる電流及び第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎの電圧を測定して保存ユニット３０に記録する。段階Ｓ２０の後、段階Ｓ３０が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ３０において、保存ユニット３０に記録された複数の電圧データ及び電流データを用いてバッテリーパック毎に内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）を算出して保存ユニット３０に記録する。

内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）は、バッテリーパック毎に測定された複数の電圧データ及び電流データに対する線形回帰分析法によって算出したＩ－Ｖ直線の傾きの絶対値から算出する。内部抵抗算出法は当業界に周知されているため、詳しい説明は省略する。段階Ｓ３０の後に、段階Ｓ４０が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ４０において、各バッテリーパックの内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）を統計的に分析してｎ個の内部抵抗に対する平均値（Ａｖｒ_Ｒ）及び標準偏差（σ_Ｒ）を算出し保存ユニット３０に記録する。段階Ｓ４０の後、段階Ｓ５０が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ５０において、内部抵抗の更新周期が経過したか否かを判断する。

制御ユニット２０は、段階Ｓ５０の判断結果が「はい」であれば、段階Ｓ６０においてマルチバッテリーパックＭＰの充電または放電が維持されているか否かを判断する。一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ５０における判断結果が「いいえ」であれば、プロセスの進行を保留する。

制御ユニット２０は、段階Ｓ６０の判断結果が「はい」であれば、段階をＳ２０に移行して、各バッテリーパックの内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）を算出し、ｎ個の内部抵抗に対する平均値（Ａｖｒ_Ｒ）及び標準偏差（σ_Ｒ）を算出する過程を再び繰り返す。一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ６０の判断結果が「いいえ」であれば、各バッテリーパックに対する内部抵抗算出ロジックを終了する。

図６及び図７は、本発明の実施形態によって、制御ユニット２０がマルチバッテリーパックＭＰを構成する各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障及び／またはバッテリーパックの退化を診断する方法を具体的に示したフロー図である。

本発明の実施形態によれば、マルチバッテリーパックＭＰからプリチャージ電流が放電する間、各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障及び／またはバッテリーパックの退化を診断する。

しかし、本発明がマルチバッテリーパックＭＰの放電または充電中に各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障及び／またはバッテリーパックの退化を診断するのに適用され得ることは、当業者にとって自明である。

図６に示されたように、制御ユニット２０は、段階Ｓ７０において、負荷Ｌを管理する制御装置から放電要請があったかを判断する。そのため、制御ユニット２０は、通信ユニット６０を通じて負荷Ｌの制御装置から放電要請メッセージが受信されたか否かをモニタリングする。

制御ユニット２０は、段階Ｓ７０において、負荷Ｌの制御装置から放電要請があったと判断されれば、プロセスを段階Ｓ８０に移行する。一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ７０で放電要請がないと判断されれば、プロセスの移行を保留する。

制御ユニット２０は、段階Ｓ８０において、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎにそれぞれ含まれた第１スイッチ部Ｓ１～第ｎスイッチ部Ｓｎをターンオンさせる。段階Ｓ８０の後、段階Ｓ９０が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ９０において、マルチバッテリーパックＭＰの低電位リレーＭ－及びプリチャージ回路ＦＣに含まれたプリチャージスイッチＦＳをターンオンさせる。

段階Ｓ９０が実行されれば、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎからマルチバッテリーパックＭＰと負荷Ｌとの間に並列で接続されたキャパシタＣａｐ側にパック電流が流れる。ここで、パック電流はプリチャージ電流に該当する。段階Ｓ９０の後、段階Ｓ１００が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１００において、時間カウントを開始する。また、制御ユニット２０は、段階Ｓ１１０において、時間カウント値を参照して所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間は、プリチャージ回路ＦＣに含まれたプリチャージ抵抗ＲＦの抵抗値と、マルチバッテリーパックＭＰと負荷Ｌとの間に並列で接続されたキャパシタＣａｐのキャパシタンス値とを乗じた時定数を考慮して予め設定される。一例として、所定時間は、時定数の１倍～２倍に設定され得る。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１１０の判断結果が「はい」であれば、段階Ｓ１２０にプロセスを移行する。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１２０において、第１電流センサＩ１～第ｎ電流センサＩｎを用いて、第１バッテリーパックＰ１～第ｎバッテリーパックＰｎからキャパシタＣａｐ側に流れる第１パック電流～第ｎパック電流（Ｉ_ｋ、ｋは１～ｎ）の大きさを測定して保存ユニット３０に記録する。段階Ｓ１２０の後、段階Ｓ１３０が実行される。ここで、パック電流（Ｉ_ｋ）は各バッテリーパックに対して測定されるため、パック電流測定値の個数はｎである。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１３０において、ｎ個のパック電流測定値（Ｉ_ｋ、ｋは１～ｎ）に対する平均値（Ａｖｒ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）及び標準偏差（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）を算出して保存ユニット３０に記録する。段階Ｓ１３０の後、段階Ｓ１４０が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１４０において、下記の数式を用いて各パック電流値（Ｉ_ｋ）と平均値（Ａｖｒ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）との差（△Ｉ_ｋ）を算出する。段階Ｓ１４０の後、段階Ｓ１５０が実行される。段階Ｓ１４０で算出される△Ｉ_ｋの個数はｎである。
［数式２］
△I_k = |I_k - Avr_current|（ｋは１～ｎ）

制御ユニット２０は、段階Ｓ１５０において、下記の数式を用いて各バッテリーパックの内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，ｋ）と内部抵抗の平均値（Ａｖｒ_Ｒ）との差（△Ｒ_ｉｎ，ｋ）を算出する。段階Ｓ１５０の後、段階Ｓ１６０が実行される。段階Ｓ１５０で算出される△Ｒ_ｉｎ，ｋの個数はｎである。
［数式３］
△R_in,k = |R_in,k - Avr_R|

制御ユニット２０は、段階Ｓ１６０において、各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の診断を行うため、パックインデックスｋを１に設定する。段階Ｓ１６０の後、図７の段階Ｓ１７０が実行される。

図７を参照すると、制御ユニット２０は、段階Ｓ１７０において、第１バッテリーパックに対する△Ｉ_１がα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上であるか否かを判断する。ここで、αは１．０～２．０の値を有するが、望ましくは１．５であり得る。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１７０の判断結果が「はい」であれば、すなわち第１バッテリーパックからキャパシタＣａｐに流れるパック電流の大きさが平均値よりもα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上小さければ、プロセスを段階Ｓ１８０に移行する。

参考までに、スイッチ部にオープン故障が生じた状態では、該当スイッチ部が含まれたバッテリーパックからキャパシタＣａｐ側に流れるパック電流の大きさがゼロに近く小さくなる。したがって、パック電流の大きさは平均値よりも小さい。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１８０において、△Ｒ_ｉｎ，ｋがβ×σ_Ｒ以上であるか否かを判断する。ここで、βは１．０～２．０の値を有するが、望ましくは１．５であり得る。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１８０の判断結果が「はい」であれば、すなわち第１バッテリーパックの内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，１）が内部抵抗の平均値（Ａｖｒ_Ｒ）よりもβ×σ_Ｒ以上大きければ、プロセスをＳ１９０に移行する。

ここで、第１バッテリーパックの内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，１）が内部抵抗の平均値（Ａｖｒ_Ｒ）よりもβ×σ_Ｒ以上大きいということは、バッテリーパックの退化度が他のバッテリーパックよりかなり大きいことを意味する。この場合、バッテリーパックからキャパシタＣａｐ側に流れるパック電流の大きさが平均値に比べてかなり小さくなる。

制御ユニット２０は、段階Ｓ１９０において、第１バッテリーパックのパック電流（Ｉ_１）の大きさが平均値（Ａｖｒ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）よりもα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上小さい原因が、スイッチ部の故障に起因せず、第１バッテリーパックの退化によって内部抵抗が平均値に対してβ×σ_Ｒ以上に増加してパック電流の大きさが小さくなったためであると決定する。段階Ｓ１９０の後、段階Ｓ２００が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ２００において、診断結果を生成してディスプレイユニット４０、通知ユニット５０または通信ユニット６０を通じて出力する。診断結果は、内部抵抗が平均値に対して臨界値以上に増加したバッテリーパックの情報（例えばＩＤ）を含む。段階Ｓ２００の後、段階Ｓ２１０が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ２１０において、パックインデックスｋに割り当てられた値がｎであるか否かを判断する。ここで、ｎは、マルチバッテリーパックＭＰを構成する並列で接続されたバッテリーパックの総数量である。

制御ユニット２０は、段階Ｓ２１０の判断結果が「はい」であれば、本発明の実施形態による診断プロセスを終了する。一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ２１０の判断結果が「いいえ」であれば、段階Ｓ２２０でパックインデックスｋを１だけ増加させた後、プロセスをＳ１７０に移行して次のバッテリーパックに含まれたスイッチ部の診断プロセスを実行する。

一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ１８０での判断結果が「いいえ」であれば、すなわち第１バッテリーパックの内部抵抗（Ｒ_ｉｎ，１）が内部抵抗の平均値（Ａｖｒ_Ｒ）よりもβ×σ_Ｒ以上に大きくなければ、プロセスをＳ２３０に移行する。

制御ユニットは、段階Ｓ２３０において、第１バッテリーパックのパック電流（Ｉ_１）の大きさが平均値よりもα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上小さい原因が、スイッチ部にオープン故障が発生して第１バッテリーパックの放電が適切に行われていないためであると決定する。

ここで、オープン故障とは、スイッチ部にターンオン信号が印加されたにもスイッチ部がターンオフ状態を維持することを意味する。段階Ｓ２３０の後、段階Ｓ２４０が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ２４０において、診断結果を生成してディスプレイユニット４０、通知ユニット５０及び通信ユニット６０を通じて出力する。診断結果は、スイッチ部にオープン故障が生じたバッテリーパックの情報（例えば、ＩＤ）を含む。段階Ｓ２４０の後、段階Ｓ２５０が実行される。

制御ユニット２０は、段階Ｓ２５０において、パックインデックスｋに割り当てられた値がｎであるか否かを判断する。ここで、ｎは、マルチバッテリーパックＭＰを構成する並列で接続されたバッテリーパックの総数量である。

制御ユニット２０は、段階Ｓ２５０の判断結果が「はい」であれば、本発明の実施形態による診断プロセスを終了する。一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ２５０の判断結果が「いいえ」であれば、段階Ｓ２２０でパックインデックスｋを１だけ増加させた後、プロセスをＳ１７０に移行し、次のバッテリーパックに含まれたスイッチ部の診断プロセスを実行する。

一方、制御ユニット２０は、段階Ｓ１７０での判断結果が「いいえ」であれば、すなわち第１バッテリーパックに対するパック電流（Ｉ_１）の大きさと平均値との差がα×σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}未満であれば、スイッチ部に故障がないと判断してプロセスを段階Ｓ２６０に移行する。

制御ユニット２０は、段階Ｓ２６０において、パックインデックスｋがｎと同一であるか否かを判断する。制御ユニット２０は、段階Ｓ２６０の判断結果が「はい」であれば、本発明の実施形態による診断プロセスを終了し、段階Ｓ２６０の判断結果が「いいえ」であれば、段階Ｓ２２０でパックインデックスｋを１だけ増加させた後、プロセスを段階Ｓ１７０に戻すことができる。

上記のような過程は、パックインデックスｋがｎと同一になるまで繰り返される。したがって、第２バッテリーパックから第ｎバッテリーパックまで、スイッチ部のオープン故障の診断だけでなく、バッテリーパックの退化による内部抵抗増加の診断が繰り返される。

図８は、５個のバッテリーパックが並列で接続されているマルチバッテリーパックＭＰからプリチャージ電流が放電する間、本発明を適用した実施例を示した表である。

図８を参照すると、第１バッテリーパック～第５バッテリーパックに対するパック電流測定値の平均値（Ａｖｒ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）及び標準偏差（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）はそれぞれ１１．６２Ａ及び６．３Ａである。実施例において、αは１．５に設定された。パック電流の測定値と平均値との差は第５バッテリーパックが最も大きく、σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}の１．７１倍に至る。参考までに、マイナス符号はパック電流の測定値が平均値よりも小さいことを意味し、プラス符号はパック電流の測定値が平均値よりも大きいことを意味する。

また、第１バッテリーパック～第５バッテリーパックに対する内部抵抗の平均値（Ａｖｒ_Ｒ）及び標準偏差（σ_Ｒ）はそれぞれ１１０．４ｍΩ及び７．３３ｍΩである。実施例において、β値は１．５に設定した。内部抵抗と平均値との差は第５バッテリーパックが最も大きく、σ_Ｒの１．１７倍である。参考までに、マイナス符号は内部抵抗が平均値よりも小さいことを意味し、プラス符号は内部抵抗が平均値よりも大きいことを意味する。

実施例によれば、第５バッテリーパックは、内部抵抗が平均値に対して１．５σ_Ｒ以上に大きくなく、且つ、パック電流の測定値が平均値に対して１．５σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上小さいため、バッテリーパックの内部に含まれたスイッチ部にオープン故障が生じたと判断することができる。オープン故障は、スイッチ部を構成する高電位スイッチ及び低電位スイッチの少なくとも一方にオープン故障が生じた場合である。

もし、第５バッテリーパックの内部抵抗が平均値に対して１．５σ_Ｒ以上大きければ、第５バッテリーパックのパック電流測定値が平均値に対して１．５σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}以上小さい原因が、スイッチ部のオープン故障というより、バッテリーパックが過度に退化して内部抵抗が増加したためであると診断することができる。

本発明によれば、従来のスイッチ部診断方式と異なって、複数のバッテリーパックが並列で接続されたマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部のオープン故障を信頼性高く診断することができる。また、スイッチ部のオープン故障を診断する過程でバッテリーパックの退化もともに診断することができる。

また、本発明は、マルチバッテリーパックを通じて流れる全体電流の大きさを測定しなくても、各バッテリーパックを通じて流れるパック電流測定値を統計的に分析して各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障を診断する。このような診断方式によれば、マルチバッテリーパックの全体電流をモニタリングするために必要な部品を使用しなくてもよく、経済的に有利である。

また、本発明によれば、マルチバッテリーパックの放電が始まる前に、プリチャージ段階で各バッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障を診断して、スイッチ部の故障によって一部バッテリーパックが放電できず負荷側に十分な出力を提供できない場合は、マルチバッテリーパックの放電を根本的に遮断することができる。

このような制御ロジックを電気自動車などに適用すれば、マルチバッテリーパックの放電出力が自動車の安全運行を保障できるほどに十分ではないとき、自動車の運行開始を防止して事故を予め防止することができる。

本発明の多様な実施形態の説明において、「部」または「ユニット」と称される構成要素は物理的に区分される要素ではなく、機能的に区分される要素として理解されねばならない。したがって、それぞれの構成要素は他の構成要素と選択的に統合されるか、または、それぞれの構成要素が制御ロジックの効率的な実行のためにサブ構成要素に分割され得る。しかし、構成要素が統合または分割されても機能の同一性が認定されれば、統合または分割された構成要素も本発明の範囲内であると解釈されることは当業者にとって自明である。

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。

Claims (10)

1. 並列リンクノードを通じて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックを並列で接続したマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置であって、
   前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックにそれぞれ含まれた第１スイッチ部～第ｎスイッチ部と、
   前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックと連結された電力ラインにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックを通じて流れる電流を測定する第１電流センサ～第ｎ電流センサと、
   前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックの電圧を測定する第１電圧センサ～第ｎ電圧センサと、
   前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部、前記第１電流センサ～第ｎ電流センサ、及び前記第１電圧センサ～第ｎ電圧センサと動作可能に結合された制御ユニットと、を含み、
   前記制御ユニットは、
   前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部をターンオンさせた後、前記第１電流センサ～第ｎ電流センサを用いて、予め設定された時間が経過した時点で各バッテリーパックを通じて流れるパック電流を測定し、前記パック電流の平均値を算出する第１制御ロジックと、
   前記パック電流の大きさが平均値よりも電流臨界値以上小さいバッテリーパックを識別し、前記識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する第２制御ロジックと、を実行するように構成され、
   前記制御ユニットは、
   前記マルチバッテリーパックの充電または放電中に、前記第１電圧センサ～第ｎ電圧センサ及び前記第１電流センサ～第ｎ電流センサを用いて各バッテリーパックの電圧及び電流を周期的に測定し、バッテリーパック毎に測定された複数の電圧データ及び複数の電流データから前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの内部抵抗を決定し、前記内部抵抗の平均値を算出する第３制御ロジックをさらに実行するように構成され、
   前記制御ユニットは、前記第２制御ロジックにおいて、前記内部抵抗と平均値との差が抵抗臨界値よりも小さく且つ前記パック電流の大きさが平均値よりも前記電流臨界値以上小さいバッテリーパックを識別し、前記識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する制御ロジックを実行するように構成された、マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置。
2. 前記制御ユニットは、前記第２制御ロジックにおいて、前記パック電流の大きさが平均値よりも１．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}～２．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}はパック電流値の標準偏差）以上小さいバッテリーパックを識別し、前記識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力するように構成された、請求項１に記載のマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置。
3. 前記制御ユニットは、前記第２制御ロジックにおいて、前記内部抵抗と平均値との差が１．０σ_Ｒ～２．０σ_Ｒ（σ_Ｒは内部抵抗値の標準偏差）よりも小さく且つ前記パック電流の大きさが平均値よりも１．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}～２．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}はパック電流値の標準偏差）以上小さいバッテリーパックを識別し、前記識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと識別し、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する制御ロジックを実行するように構成された、請求項１に記載のマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置。
4. 前記制御ユニットは、第２制御ロジックにおいて、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報をディスプレイユニット、通知ユニットまたは通信ユニットを通じて外部に出力するように構成された、請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置を含むバッテリー管理システム。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載のマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断装置を含む電気駆動装置。
7. 並列リンクノードを通じて第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックを並列で接続したマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断方法であって、
   （ａ）前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックにそれぞれ含まれた第１スイッチ部～第ｎスイッチ部、前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックと連結された電力ラインにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックを通じて流れる電流を測定する第１電流センサ～第ｎ電流センサ、及び前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックにそれぞれ設けられ、それぞれのバッテリーパックの電圧を測定する第１電圧センサ～第ｎ電圧センサを提供する段階と、
   （ｂ）前記第１スイッチ部～第ｎスイッチ部をターンオンさせた後、前記第１電流センサ～第ｎ電流センサを用いて、予め設定された時間が経過した時点で各バッテリーパックを通じて流れるパック電流を測定し、前記パック電流の平均値を算出する段階と、
   （ｃ）前記パック電流の大きさが平均値よりも電流臨界値以上小さいバッテリーパックを識別し、識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する段階と、
   （ｄ）前記マルチバッテリーパックの充電または放電中に、前記第１電圧センサ～第ｎ電圧センサ及び前記第１電流センサ～第ｎ電流センサを用いて各バッテリーパックの電圧及び電流を周期的に測定し、バッテリーパック毎に測定された複数の電圧データ及び複数の電流データから前記第１バッテリーパック～第ｎバッテリーパックの内部抵抗を決定し、前記内部抵抗の平均値を算出する段階と、を含み、
   前記（ｃ）段階において、前記内部抵抗と平均値との差が抵抗臨界値よりも小さく且つ前記パック電流の大きさが平均値よりも前記電流臨界値以上小さいバッテリーパックを識別し、前記識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する、マルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断方法。
8. 前記（ｃ）段階において、パック電流の大きさが平均値よりも１．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}～２．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}はパック電流値の標準偏差）以上小さいバッテリーパックを識別し、前記識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する、請求項７に記載のマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断方法。
9. 前記（ｃ）段階において、内部抵抗と平均値との差が１．０σ_Ｒ～２．０σ_Ｒ（σ_Ｒは内部抵抗値の標準偏差）未満であって、前記パック電流の大きさが平均値よりも１．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}～２．０σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}（σ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}はパック電流値の標準偏差）以上小さいバッテリーパックを識別し、前記識別されたバッテリーパックに含まれたスイッチ部にオープン故障が発生したと決定し、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報を出力する、請求項７に記載のマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断方法。
10. 前記（ｃ）段階において、前記オープン故障が発生したスイッチ部を含むバッテリーパックに関する情報をディスプレイユニット、通知ユニットまたは通信ユニットを通じて出力する、請求項７から９のいずれか一項に記載のマルチバッテリーパックに含まれたスイッチ部の故障診断方法。

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