JP7513364B2 - バッテリー装置、バッテリー管理システム、および診断方法 - Google Patents

Description

関連出願との相互引用
本出願は２０２１年１１月１日付大韓民国特許出願第１０－２０２１－０１４７８９５号に基づいた優先権の利益を主張し、当該大韓民国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

開示内容は、バッテリー装置、バッテリー管理システム、および診断方法に関するものである。

電気自動車またはハイブリッド自動車は主にバッテリーを電源として用いてモーターを駆動することによって動力を得る車両であって、内燃自動車の公害およびエネルギー問題を解決することができる代案という点から研究が活発に行われている。また、充電の可能なバッテリーは車両以外に多様な外部装置で使用されている。

最近、高い出力と大きい充電容量を有するバッテリーが要求されるにつれて複数のバッテリーセルが直列または並列に連結されているバッテリーパックが使用されている。また、出力と容量が増えるにつれてバッテリーパックの潜在的な危険が増加している。特に、バッテリーパックに過電流が流れる時、これを診断できない場合、過電流によって外部装置に問題が発生することがある。

このような過電流のうちの駆動初期に発生する突入電流（ｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）を防止するためにプリチャージ回路が使用されている。プリチャージ回路は、駆動初期にプリチャージ抵抗を通じて外部装置のインバータなどに連結されているキャパシタを先に充電することによって突入電流を防止することができる。しかし、キャパシタをプリチャージする時間が十分でなければ、キャパシタに電圧が十分に充電されていない状態でメインスイッチが閉じられることがある。この場合、バッテリーパックの電圧とキャパシタの電圧の間の差によってメインスイッチが損傷を受けることがある。

一実施形態は、プリチャージ動作を診断することができるバッテリー装置、バッテリー管理システム、および診断方法を提供することができる。

一実施形態によれば、外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を有するバッテリー装置を提供することができる。前記バッテリー装置は、バッテリーパック、正極メインスイッチ、プリチャージスイッチ、およびプロセッサーを含むことができる。前記正極メインスイッチは、前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結できる。前記プリチャージスイッチは、前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結され、前記外部装置のキャパシタのプリチャージ動作を制御することができる。前記プロセッサーは、プリチャージ期間の間に前記プリチャージスイッチを閉じてプリチャージを行い、前記プリチャージ期間以後に前記正極メインスイッチを閉じ、前記正極メインスイッチを閉じる直前の前記正極連結端子の第１電圧と前記正極メインスイッチを閉じた直後の前記正極連結端子の第２電圧に基づいてプリチャージ動作を診断することができる。

一実施形態で、前記バッテリー装置は、前記プリチャージスイッチが閉じられる時、前記正極端子と前記正極連結端子の間に連結されるプリチャージ抵抗をさらに含むことができる。

一実施形態で、前記プリチャージスイッチと前記プリチャージ抵抗は直列に連結できる。

一実施形態で、前記プロセッサーは、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算し、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率と基準比率を比較して前記プリチャージ動作を診断することができる。

一実施形態で、前記プリチャージ期間は前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数の倍数に設定され、前記基準比率は前記時定数の倍数によって定義される比率であってもよい。

一実施形態で、前記プロセッサーは、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率が前記基準比率の誤差範囲以内に含まれる場合に前記プリチャージ動作を正常と診断することができる。

一実施形態で、前記プリチャージ期間は、前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数の第１倍数に設定できる。前記プロセッサーは、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算し、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率に該当する前記時定数の第２倍数を決定し、前記第１倍数と前記第２倍数を比較して前記プリチャージ動作を診断することができる。

一実施形態で、前記プロセッサーは、前記第２倍数が前記第１倍数の誤差範囲以内に含まれる場合に前記プリチャージ動作を正常と診断することができる。

一実施形態で、前記プロセッサーは、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算し、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率に該当する時定数の倍数を決定し、前記時定数の倍数、前記プリチャージ期間、および前記プリチャージ抵抗の抵抗値に基づいて前記キャパシタのキャパシタンスを推定し、前記推定したキャパシタンスと前記キャパシタの実際キャパシタンスを比較して前記プリチャージ動作を診断することができる。

一実施形態で、前記プロセッサーは、前記推定したキャパシタンスが前記実際キャパシタンスの誤差範囲以内に含まれる場合に前記プリチャージ動作を正常と診断することができる。

他の実施形態によれば、バッテリーパックおよび外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を含むバッテリー装置の診断方法を提供することができる。前記診断方法は、プリチャージ抵抗を通じて前記正極連結端子と前記負極連結端子に連結されるキャパシタをプリチャージするプリチャージ動作を行う段階、前記プリチャージ動作を行った後に、前記正極連結端子に前記バッテリーパックの電圧を印加する段階、前記バッテリーパックの電圧を印加する直前に前記正極連結端子の電圧を第１電圧として測定する段階、前記バッテリーパックの電圧を印加した直後に前記正極連結端子の電圧を第２電圧として測定する段階、そして前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて前記プリチャージ動作を診断する段階を含むことができる。

一実施形態で、前記プリチャージ動作を診断する段階は、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算する段階、そして前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率と基準比率を比較して前記プリチャージ動作を診断する段階を含むことができる。

一実施形態で、前記プリチャージ期間は、前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数の第１倍数に設定できる。前記プリチャージ動作を診断する段階は、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算する段階、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率に該当する前記時定数の第２倍数を決定する段階、そして前記第１倍数と前記第２倍数を比較して前記プリチャージ動作を診断する段階を含むことができる。

一実施形態で、前記プリチャージ動作を診断する段階は、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算する段階、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率に該当する時定数の倍数を決定する段階、時定数の倍数、前記プリチャージ期間、および前記プリチャージ抵抗の抵抗値に基づいて前記キャパシタのキャパシタンスを推定する段階、そして前記推定したキャパシタンスと前記キャパシタの実際キャパシタンスを比較して前記プリチャージ動作を診断する段階を含むことができる。

また他の実施形態によれば、バッテリーパックおよび外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を含むバッテリー装置のバッテリー管理システムを提供することができる。前記バッテリー管理システムは、正極メインスイッチ、プリチャージスイッチ、およびプロセッサーを含むことができる。前記正極メインスイッチは、前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結できる。前記プリチャージスイッチは、前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結され、前記外部装置のキャパシタのプリチャージ動作を制御することができる。前記プロセッサーは、プリチャージ期間の間に前記プリチャージスイッチを閉じてプリチャージを行い、前記プリチャージ期間以後に前記正極メインスイッチを閉じ、前記正極メインスイッチを閉じる直前の前記正極連結端子の第１電圧と前記正極メインスイッチを閉じた直後の前記正極連結端子の第２電圧に基づいてプリチャージ動作を診断することができる。

一実施形態によれば、正極連結端子の電圧を測定することによって、プリチャージ動作を診断することができる。

一実施形態によるバッテリー装置の一例を示す図である。 一実施形態によるバッテリー装置でのスイッチングタイミングの一例を示す図である。 一実施形態によるバッテリー装置での診断方法の一例を示すフローチャートである。 一実施形態によるバッテリー装置においてプリチャージ期間での等価回路の一例を示す図である。 一実施形態によるバッテリー装置において正極連結端子の電圧の一例を示す図である。 時定数の倍数による電圧比率を示す図である。

以下では添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面で本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって類似の部分については類似の図面符号を付けた。

ある構成要素が他の構成要素に"連結されて"いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解されなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に"直接連結されて"いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。

以下の説明で単数として記載された表現は"一つ"または"単一"などの明示的な表現を使用しない以上、単数または複数に解釈できる。

図面を参照して説明したフローチャートで、動作順序は変更でき、様々な動作が併合されるか、ある動作が分割されてもよく、特定動作は行われなくてもよい。

図１は一実施形態によるバッテリー装置の一例を示す図であり、図２は一実施形態によるバッテリー装置でのスイッチングタイミングの一例を示す図である。

図１を参照すれば、バッテリー装置１００は正極連結端子ＤＣ（＋）と負極連結端子ＤＣ（－）を通じて外部装置１０に電気的に連結される構造を有する。外部装置が負荷である場合、バッテリー装置１００は負荷に電力を供給する電源として動作して放電される。負荷として動作する外部装置１０は例えば、電子装置、移動手段、またはエネルギー貯蔵システム（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ、ＥＳＳ）であってもよく、移動手段は例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、またはスマートモビリティー（ｓｍａｒｔ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）であってもよい。

バッテリー装置１００は、バッテリーパック１１０、スイッチ回路、プリチャージ回路、感知回路１４０、およびプロセッサー１５０を含む。

バッテリーパック１１０は複数のバッテリーセル（図示せず）を含み、正極端子ＰＶ（＋）と負極端子ＰＶ（－）を有する。一実施形態で、バッテリーセルは充電可能な二次電池であってもよい。一実施形態で、バッテリーパック１１０において所定個数のバッテリーセルが直列連結されてバッテリーモジュールを構成して所望の電力を供給することができる。他の実施形態で、バッテリーパック１１０において所定個数のバッテリーモジュールが直列または並列連結されて所望の電力を供給することができる。

スイッチ回路は、バッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の間に連結されている正極メインスイッチ１２１およびバッテリーパック１１０の負極端子ＰＶ（－）とバッテリー装置１００の負極連結端子ＤＣ（－）の間に連結されている負極メインスイッチ１２２を含む。一実施形態で、スイッチ１２１、１２２はそれぞれリレーから形成されるコンタクタであってもよい。他の実施形態で、スイッチ１２１、１２２はそれぞれトランジスタなどの電気的スイッチであってもよい。一実施形態で、スイッチ回路はスイッチ１２１、１２２をそれぞれ制御する駆動回路（図示せず）をさらに含むことができる。

プリチャージ回路はバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の間に連結されており、プリチャージ期間の間に連結端子ＤＣ（＋）、ＤＣ（－）に連結される外部装置１０のキャパシタ１１を先に充電することができる。一実施形態で、プリチャージ回路は、プリチャージ抵抗１３１と、プリチャージスイッチ１３２を含むことができる。プリチャージスイッチ１３２が閉じられる場合、プリチャージ抵抗１３１はバッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の間に連結できる。これにより、プリチャージ回路はプリチャージ抵抗１３１を通じて外部装置１０のキャパシタ１１を先に充電することができる。一実施形態で、プリチャージ抵抗１３１とプリチャージスイッチ１３２は、バッテリーパック１１０の正極端子ＰＶ（＋）とバッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の間に直列に連結できる。一実施形態で、プリチャージスイッチ１３２は、リレーから形成されるコンタクタであってもよい。他の実施形態で、プリチャージスイッチ１３２は、トランジスタなどの電気的スイッチであってもよい。一実施形態で、プリチャージ回路は、プリチャージスイッチ１３２を制御する駆動回路（図示せず）をさらに含むことができる。

感知回路１４０は、バッテリー装置１００で所定地点の電圧を感知する。一実施形態で、感知回路１４０は、バッテリー装置１００の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を感知することができる。一実施形態で、感知回路１４０は、正極連結端子ＤＣ（＋）と接地端子の間に直列に連結される複数の抵抗（図示せず）を含むことができる。この場合、感知回路１４０は、複数の抵抗によって正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧が分圧された電圧を正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧として感知することができる。一実施形態で、感知回路１４０は、複数の抵抗によって分圧された電圧をデジタル信号に変換してプロセッサー１５０に伝達するアナログデジタル変換器をさらに含むことができる。

プロセッサー１５０は、スイッチ１２１、１２２、１３２の動作を制御することができる。また、プロセッサー１５０は、感知回路１４０に感知された電圧に基づいてプリチャージ動作を診断することができる。一実施形態で、プロセッサー１５０は感知回路１４０に感知された電圧に基づいてキャパシタ１１のキャパシタンスを診断することができる。一実施形態で、プロセッサー１５０は例えばマイクロ制御装置（ｍｉｃｒｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）であってもよい。

一実施形態で、感知回路１４０とプロセッサー１５０はバッテリー装置のバッテリー管理システム（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）に含まれてもよい。

図２を参照すれば、バッテリー装置の初期駆動時に、プロセッサー１５０は負極メインスイッチ１２２を先に閉じる。その次に、プロセッサー１５０は負極メインスイッチ１２２を閉じた状態でプリチャージスイッチ１３２を閉じる。これにより、バッテリーパック１１０からプリチャージ抵抗１３１を通じて外部装置１０のキャパシタ１１にプリチャージ電流が供給されてキャパシタ１１が充電できる。プリチャージスイッチ１３２を閉じてキャパシタ１１を充電する期間をプリチャージ期間といえる。

その次に、外部装置１０のキャパシタ１１を充電した後に、プロセッサー１５０はバッテリーパック１１０の電圧を外部装置１０に伝達するために正極メインスイッチ１２１を閉じる。この場合、プリチャージが完了したので、プロセッサー１５０はプリチャージスイッチ１３２を開けることができる。したがって、外部装置１０のキャパシタ１１に充電された電圧によって外部装置１０にバッテリーパック１１０の電圧を供給する時に突入電流が発生するのを防止することができる。スイッチの閉鎖はスイッチオン（ｏｎ）といえ、スイッチの開放はスイッチのオフ（ｏｆｆ）といえる。

次に、多様な実施形態によるプリチャージ動作診断方法について図３～図６を参照して説明する。

図３は一実施形態によるバッテリー装置での診断方法の一例を示すフローチャートであり、図４は一実施形態によるバッテリー装置においてプリチャージ期間での等価回路の一例を示す図である。図５は一実施形態によるバッテリー装置において正極連結端子の電圧の一例を示す図であり、図６は時定数の倍数による電圧比率を示す図である。

図３を参照すれば、バッテリー装置のプロセッサー（例えば、図１の１５０）は負極メインスイッチ（例えば、図１の１２２）を閉じ（Ｓ３１０）、プリチャージスイッチ（例えば、図１の１３２）を閉じる（Ｓ３２０）。これにより、プリチャージ期間が開始され外部装置のキャパシタ（例えば、図１の１１）が充電できる。

プリチャージ動作を行った後に（例えば、プリチャージ期間が終了する時）、プロセッサー１５０は正極メインスイッチ（例えば、図１の１２１）を閉じる（Ｓ３４０）。プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じて正極連結端子ＤＣ（＋）にバッテリーパック１１０の電圧を印加することができる。正極メインスイッチ１２１を閉じる直前に（例えば、正極連結端子ＤＣ（＋））にバッテリーパック１１０の電圧を印加する直前に）、プロセッサー１５０は感知回路（例えば、図１の１４０）が感知したバッテリー装置の正極連結端子（例えば、ＤＣ（＋））の電圧を測定する（Ｓ３３０）。また、正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に（例えば、正極連結端子ＤＣ（＋）にバッテリーパック１１０の電圧を印加した直後に）、プロセッサー１５０は感知回路１４０が感知したバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を測定する（Ｓ３５０）。一実施形態で、プロセッサー１５０は正極メインスイッチ１２１を閉じた後に、プリチャージスイッチ１３２を開けることができる（Ｓ３４０）。

プロセッサー１５０は正極メインスイッチ１２１を閉じる直前に測定したバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧と正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に測定したバッテリー装置の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に基づいてプリチャージ動作を診断する（Ｓ３６０）。

一実施形態で、プリチャージ動作を異常と診断した場合、プロセッサー１５０は外部装置に警告を送出することができる。

図４に示したように、プリチャージスイッチ１３２を閉じると、バッテリーパック１１０、プリチャージ抵抗１３１、およびキャパシタ１１によって形成されるＲＣ等価回路が形成できる。そうすると、キャパシタ１１の電圧、即ち、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣはＲＣ等価回路の時定数τに基づいて図５に示したように増加する。この場合、キャパシタ１１の電圧Ｖ_ＤＣは例えば（数１）式のように変動できる。

（数１）式中、時定数τはプリチャージ抵抗１３１の抵抗値Ｒ_Ｐとキャパシタ１１のキャパシタンスＣ_ＥＸの積と定義される。

プロセッサー１５０は、時定数のｎ倍をプリチャージ期間に設定することができる（ｎは正の実数）。例えば、プロセッサー１５０は、時定数の５倍をプリチャージ期間に設定することができる。この場合、プロセッサー１５０は時定数のｎ倍に該当するプリチャージ期間が経過した後に、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣを理論的に計算することができる。理論的に計算された正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣはバッテリーパック１１０の電圧Ｖ_ＢＡＴの所定比率で与えられる。図６に示したように、時定数の１倍（τ）での正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣはバッテリーパック１１０の電圧Ｖ_ＢＡＴの６３％に該当し、時定数の２倍（２τ）での正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣはバッテリーパック１１０の電圧Ｖ_ＢＡＴの８６％に該当し、時定数の３倍（３τ）での正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣはバッテリーパック１１０の電圧Ｖ_ＢＡＴの９５％に該当し、時定数の４倍（４τ）での正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣはバッテリーパック１１０の電圧Ｖ_ＢＡＴの９８％に該当し、時定数の５倍（５τ）での正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣはバッテリーパック１１０の電圧Ｖ_ＢＡＴの９９％に該当する。

一方、図５に示したように、正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧はバッテリーパック１１０の電圧Ｖ_ＢＡＴに変更される。正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に測定した正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧は、バッテリーパック１１０の電圧Ｖ_ＢＡＴに該当する。したがって、プロセッサー１５０は正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣ（プリチャージ期間の終了時のキャパシタ１１の電圧）と正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＢＡＴ（バッテリーパック１１０の電圧）を比較してプリチャージ動作を診断することができる。また、プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣと正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＢＡＴに基づいて時定数を推定することができる。例えば、（数１）式中、Ｖ_ＤＣは正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に、Ｖ_ＢＡＴは正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に、ｔは現在サイクルにおけるプリチャージ期間の時間に設定して、時定数（τ）が計算できる。

一実施形態で、プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣに対する正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＢＡＴの比率と実際プリチャージ期間が設定された時定数の倍数に該当する比率（これから"基準比率"という）を比較してプリチャージ動作を診断することができる。一実施形態で、プロセッサー１５０は、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧として計算した比率が基準比率の誤差範囲以内に含まれる場合、プリチャージ動作を正常と診断することができる。プロセッサー１５０は、正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧として計算した比率が基準比率の誤差範囲を逸脱する場合、プリチャージ動作を異常と診断することができる。即ち、プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前のキャパシタ１１の電圧とバッテリーパック１１０の電圧の間の差が大きくて正極メインスイッチ１２１に損傷が発生することがあると診断することができる。

一実施形態で、プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣに対する正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＢＡＴの比率でプリチャージ期間が時定数の何倍なのかを計算することができる。設定したプリチャージ期間が時定数のｎ倍であり、計算したプリチャージ期間が時定数のｍ倍であってもよい（ｍは正の実数）。この場合、プロセッサー１５０は、ｍがｎの誤差範囲以内であれば、プリチャージ動作を正常と診断することができる。反面、ｍがｎの誤差範囲を逸脱する場合、プロセッサー１５０はプリチャージ動作を異常と診断することができる。

一実施形態で、プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣに対する正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＢＡＴの比率でキャパシタ１１のキャパシタンスを推定することができる。プロセッサー１５０は、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＤＣに対する正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧Ｖ_ＢＡＴの比率でプリチャージ期間が時定数の何倍なのかを計算できる。計算したプリチャージ期間が時定数のｍ倍である場合、プロセッサー１５０はプリチャージ期間Ｔ_Ｐをｍで割った値（Ｔ_Ｐ／ｍ）で時定数を計算し、時定数をプリチャージ抵抗１３１の抵抗値Ｒ_Ｐで割った値でキャパシタ１１のキャパシタンス（Ｔ_Ｐ／（ｍ＊Ｒ_Ｐ））を推定することができる。プロセッサーは、推定したキャパシタンスがキャパシタ１１の実際キャパシタンスの誤差範囲以内である場合、プリチャージ動作を正常と診断することができる。反面、推定したキャパシタンスが実際キャパシタンスの誤差範囲を逸脱する場合、プロセッサー１５０はプリチャージ動作を異常と診断することができる。

一実施形態で、誤差範囲は実験によって決定できる。

例えば、プリチャージ期間が時定数の５倍に設定され、バッテリーパック１１０の電圧が４００Ｖであり、プリチャージ抵抗１３１の抵抗値が４０Ωであり、キャパシタ１１の実際キャパシタンスが１７００μＦである場合を仮定する。この場合、時定数は６８ｍｓ（＝４０Ω＊１７００μＦ）に、プリチャージ期間は３４０ｍｓ（＝５＊６８ｍｓ）に設定される。

正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧が３９６Ｖである場合、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に対する正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧の比率は９９％である。計算した比率は時定数の５倍である時の比率と同一なので、プロセッサー１５０はプリチャージ動作が正常と診断することができる。

反面、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧が３８０Ｖである場合、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧に対する正極メインスイッチ１２１を閉じた直後の正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧の比率は９５％である。この場合、プリチャージ期間は、時定数の３倍に計算できる。また、キャパシタ１１のキャパシタンスは２８３３μＦ（＝３４０ｍｓ／（３＊４０Ω））に推定できる。したがって、計算した比率（９５％）が実際比率（９９％）より４％だけ低いか、計算した時定数の倍数（３倍）が実際時定数の倍数（５倍）の６０％に該当するか、推定したキャパシタンスが実際キャパシタンスの１６７％に該当するので、プロセッサー１５０はプリチャージ期間を異常と診断することができる。

以上で説明した実施形態によれば、バッテリー装置は正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を測定することによって、プリチャージ動作が正常であるかを診断することができる。また、正極メインスイッチ１２１を閉じる直前と正極メインスイッチ１２１を閉じた直後に正極連結端子ＤＣ（＋）の電圧を測定するため、二電圧測定時点の差を最少化することができる。即ち、二回の電圧測定が実質的に同一な環境で行われるので、電圧測定に関連する素子の誤差を最少化し、これにより、時定数またはキャパシタンスが正確に推定できる。

以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

Claims (15)

1. 外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を有するバッテリー装置であって、
   バッテリーパックと、
   前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結される正極メインスイッチと、
   前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結され、前記外部装置のキャパシタのプリチャージ動作を制御するプリチャージスイッチと、
   プロセッサーと、を含み、
   前記プロセッサーは、
   前記プリチャージスイッチを閉じてプリチャージを行い、
   プリチャージ期間以後に前記正極メインスイッチを閉じ、
   前記正極メインスイッチを閉じる直前の前記正極連結端子の第１電圧と、前記正極メインスイッチを閉じた直後の前記正極連結端子の第２電圧とに基づいてプリチャージ動作を診断する、バッテリー装置。
2. 前記プリチャージスイッチが閉じられると前記正極端子と前記正極連結端子の間に連結されるプリチャージ抵抗をさらに含む、請求項１に記載のバッテリー装置。
3. 前記プリチャージスイッチと前記プリチャージ抵抗は直列に連結される、請求項２に記載のバッテリー装置。
4. 前記プロセッサーは、
   前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算し、
   前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率と基準比率を比較して前記プリチャージ動作を診断する、請求項２または３に記載のバッテリー装置。
5. 前記プリチャージ期間は前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数の倍数に設定され、
   前記基準比率は前記時定数の倍数によって定義される比率である、請求項４に記載のバッテリー装置。
6. 前記プロセッサーは、前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率が前記基準比率の誤差範囲以内に含まれる場合に前記プリチャージ動作を正常と診断する、請求項４に記載のバッテリー装置。
7. 前記プリチャージ期間は前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数の第１倍数に設定され、
   前記プロセッサーは
   前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算し、
   前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率に該当する前記時定数の第２倍数を決定し、
   前記第１倍数と前記第２倍数を比較して前記プリチャージ動作を診断する、請求項４に記載のバッテリー装置。
8. 前記プロセッサーは、前記第２倍数が前記第１倍数の誤差範囲以内に含まれる場合に前記プリチャージ動作を正常と診断する、請求項７に記載のバッテリー装置。
9. 時定数が前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義され、
   前記プロセッサーは
   前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算し、
   前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率に該当する時定数の倍数を決定し、
   前記時定数の倍数、前記プリチャージ期間、および前記プリチャージ抵抗の抵抗値に基づいて前記キャパシタのキャパシタンスを推定し、
   前記推定されたキャパシタンスと前記キャパシタの実際キャパシタンスを比較して前記プリチャージ動作を診断する、請求項４に記載のバッテリー装置。
10. 前記プロセッサーは、前記推定したキャパシタンスが前記実際キャパシタンスの誤差範囲以内に含まれる場合に前記プリチャージ動作を正常と診断する、請求項９に記載のバッテリー装置。
11. バッテリーパックおよび外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を含むバッテリー装置の診断方法であって、
    プリチャージ抵抗を通じて前記正極連結端子と前記負極連結端子に連結されるキャパシタをプリチャージするプリチャージ動作を行う段階と、
    前記プリチャージ動作を行った後に、前記正極連結端子に前記バッテリーパックの電圧を印加する段階と、
    前記バッテリーパックの電圧を印加する直前に前記正極連結端子の電圧を第１電圧として測定する段階と、
    前記バッテリーパックの電圧を印加した直後に前記正極連結端子の電圧を第２電圧として測定する段階と、
    前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて前記プリチャージ動作を診断する段階と
    を含む診断方法。
12. 前記プリチャージ動作を診断する段階は、
    前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算する段階と、
    前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率と基準比率を比較して前記プリチャージ動作を診断する段階と、を含む、請求項１１に記載の診断方法。
13. 前記プリチャージの期間は前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義される時定数の第１倍数に設定され、
    前記プリチャージ動作を診断する段階は
    前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算する段階と、
    前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率に該当する前記時定数の第２倍数を決定する段階と、
    前記第１倍数と前記第２倍数を比較して前記プリチャージ動作を診断する段階とを含む、請求項１１または１２に記載の診断方法。
14. 時定数が前記プリチャージ抵抗の抵抗値と前記キャパシタのキャパシタンスによって定義され、
    前記プリチャージ動作を診断する段階は
    前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率を計算する段階と、
    前記第１電圧に対する前記第２電圧の比率に該当する時定数の倍数を決定する段階と、
    時定数の倍数、前記プリチャージの期間、および前記プリチャージ抵抗の抵抗値に基づいて前記キャパシタのキャパシタンスを推定する段階と、
    前記推定したキャパシタンスと前記キャパシタの実際キャパシタンスを比較して前記プリチャージ動作を診断する段階とを含む、請求項１１または１２に記載の診断方法。
15. バッテリーパックおよび外部装置に連結される正極連結端子と負極連結端子を含むバッテリー装置のバッテリー管理システムであって、
    前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結される正極メインスイッチと、
    前記バッテリーパックの正極端子と前記正極連結端子の間に連結され、前記外部装置のキャパシタのプリチャージ動作を制御するプリチャージスイッチと、
    プロセッサーと、を含み、
    前記プロセッサーは
    前記プリチャージスイッチを閉じてプリチャージを行い、
    プリチャージ期間以後に前記正極メインスイッチを閉じ、
    前記正極メインスイッチを閉じる直前の前記正極連結端子の第１電圧と前記正極メインスイッチを閉じた直後の前記正極連結端子の第２電圧に基づいてプリチャージ動作を診断する、バッテリー管理システム。

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