JP7568356B2 - バッテリー監視装置、バッテリー監視方法、バッテリーパック及び電気車両 - Google Patents

Description

本発明は、複数のバッテリーセルを有するバッテリーアセンブリーの内部的異常を監視する技術に関する。

本出願は、２０２０年１０月１９日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１３５５５３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。

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バッテリー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ー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。

バッテリーパックは、通常、複数のバッテリーセルとそれを収容するハウジング有する少なくとも一つのバッテリーアセンブリーを含む。バッテリーセルは、電極積層体及び電解質を外装材内に収納した後、外装材を密封することで製造される。外装材によって電極組立体及び電解質が外部から隔離されることで、バッテリーセルを安全に使用できる。

バッテリーセルの外装材が破裂する場合、外装材によって隔離していた外装材の内部に閉じこめられていた人体に有害な物質（例えば、電解液）が外装材の外部へ漏出し得る。外装材の破裂原因は、外部的原因と内部的原因に分けられ得る。外部的原因（例えば、外部からの強い衝撃）の発生は予測しにくいため、バッテリーパックを安全に運用することにおいて内部的原因に重点を置く必要がある。

内部的原因による外装材の破裂順序は、次のようである。バッテリーセルの温度が上昇するにつれ、バッテリーセルの内部でガスの発生が加速化し、発生したガスによって内部圧力が増加しながら外装材も徐々に膨張する。外装材の膨張程度が限界値を超えると、結局、外装材が破裂して外装材の内部に閉じこめられていたガスが外装材の外部へ排出されるのである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーアセンブリーに含まれたバッテリーセルの外装材の破裂に関わるパラメーター（即ち、温度、圧力、ガス）を独立的に検出するセンサーを用いて、バッテリーアセンブリーの内部的異常を監視するための装置及び方法と、前記装置を含むバッテリーパック及び前記バッテリーパックを含む電気車両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、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。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監視装置は、ハウジング及び前記ハウジングの内部に収納される複数のバッテリーセルを有するバッテリーアセンブリーのためのものである。前記バッテリー監視装置は、前記ハウジングの内部温度を検出するように構成される第１センサーと、前記ハウジングの内部圧力を検出するように構成される第２センサーと、前記ハウジングの内部ガスを検出するように構成される第３センサーと、前記バッテリーアセンブリーの直流電流を用いて動作電圧を生成するように構成される電源回路と、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーが停止状態に制御されている間に監視開始命令が受信される場合、前記動作電圧を用いて、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーを停止状態から起動状態に切り換えるように構成されるコントローラと、を含む。前記コントローラは、起動状態の前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーから各々収集される検出値を基づいて、前記バッテリーアセンブリーの内部的異常を監視するように構成される。

前記コントローラは、前記監視開始命令が受信される場合、前記第１センサーからの検出値を第１サンプリングレートで収集し、前記第２センサーからの検出値を第２サンプリングレートで収集し、前記第３センサーからの検出値を第３サンプリングレートで収集するように構成され得る。

前記コントローラは、前記第１センサーから収集された検出値が第１臨界値以上であり、前記第２センサーから収集された検出値が第２臨界値未満であり、かつ前記第３センサーから収集された検出値が第３臨界値未満である第１異常状況が感知される場合、前記第１センサーからの検出値を前記第１サンプリングレート以下である第４サンプリングレートで収集し、前記第２センサーからの検出値を前記第２サンプリングレートより大きい第５サンプリングレートで収集し、前記第３センサーからの検出値を前記第３サンプリングレート以上である第６サンプリングレートで収集するように構成され得る。

前記コントローラは、前記第２センサーから収集された検出値が前記第２臨界値以上であり、かつ前記第３センサーから収集された検出値が前記第３臨界値未満である第２異常状況が感知される場合、前記第１センサーからの検出値を前記第４サンプリングレート以下である第７サンプリングレートで収集し、前記第２センサーからの検出値を前記第５サンプリングレート以下である第８サンプリングレートで収集し、前記第３センサーからの検出値を前記第６サンプリングレートより大きい第９サンプリングレートで収集するように構成され得る。

前記コントローラは、前記第３センサーから収集された検出値が前記第３臨界値以上である第３異常状況が感知される場合、所定の安全機能を行うように構成され得る。

前記コントローラは、前記監視開始命令が受信される場合、起動状態の前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサー各々からの検出値を、第１サンプリングレートで収集するように構成され得る。

前記コントローラは、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーから各々収集される検出値に第１関係関数を適用して第１異常指数を決定するように構成され得る。前記コントローラは、前記第１異常指数が第１臨界指数以上である第１異常状況が感知される場合、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサー各々からの検出値を、前記第１サンプリングレートより大きい第２サンプリングレートで収集するように構成され得る。

前記コントローラは、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーから各々収集される検出値に第２関係関数を適用して第２異常指数を決定するように構成され得る。前記コントローラは、前記第２異常指数が第２臨界指数以上である第２異常状況が感知される場合、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサー各々からの検出値を前記第２サンプリングレートより大きい第３サンプリングレートで収集するように構成され得る。前記第２関係関数によって前記第２センサーから収集された検出値に付与される加重値は、前記第１関係関数によって前記第２センサーから収集された検出値に付与される加重値よりも大きい。

前記コントローラは、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーから各々収集される検出値に第３関係関数を適用して第３異常指数を決定するように構成され得る。前記コントローラは、前記第３異常指数が第３臨界指数以上である第３異常状況が感知される場合、所定の安全機能を行うように構成され得る。前記第３関係関数によって前記第３センサーから収集された検出値に付与される加重値は、前記第２関係関数によって前記第３センサーから収集された検出値に付与される加重値より大きい。

なお、本発明の他面によるバッテリーパックは、前記バッテリー監視装置を含み得る。

また、本発明のさらに他面による電気車両は、前記バッテリーパックを含み得る。

本発明のさらに他面によるバッテリー監視方法は、複数のバッテリーセルが収納されるバッテリーアセンブリーのハウジングの内部温度を検出するように構成される第１センサーと、前記ハウジングの内部圧力を検出するように構成される第２センサーと、前記ハウジングの内部ガスを検出するように構成される第３センサーと、前記バッテリーアセンブリーからの直流電流を用いて動作電圧を生成するように構成される電源回路と、コントローラを含むバッテリー監視装置によって実行可能である。前記バッテリー監視方法は、前記コントローラが、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーが停止状態に制御されている間に監視開始命令が受信される場合、前記動作電圧を用いて、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーを停止状態から起動状態に切り換える段階と、前記コントローラが、起動状態の前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーから各々収集される検出値に基づいて、前記バッテリーアセンブリーの内部的異常を監視する段階と、を含む。

本発明の実施例の少なくとも一つによれば、バッテリーアセンブリーに含まれたバッテリーセルの外装材の破裂に関わるパラメータ（即ち、温度、圧力、ガス）を独立的に検出するセンサーを用いてバッテリーアセンブリーの内部的異常を監視可能である。

本発明の実施例の少なくとも一つによれば、各センサーから収集される検出値に対応する異常状況の深刻度に合わせて少なくとも一つのセンサーに対するサンプリングレートを調節することで、バッテリーアセンブリーの内部的異常を迅速に検出可能であると共に、バッテリーアセンブリーの内部的異常を監視することにおいて無駄な電力消耗を減らすことができる。

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、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。

本発明による電気車両の構成を示した図である。

本発明の第１実施例によるバッテリー監視方法を示した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監視方法を示した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「～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、本発明による電気車両１の構成を示した図である。

図１を参照すると、電気車両１は、バッテリーパック２、リレー３、インバータ４、電気モーター５及び上位コントローラ６を含む。

バッテリーパック２は、バッテリーアセンブリー１０及びバッテリー監視装置１００を含む。

リレー３は、バッテリーアセンブリー１０のプラス端子及びマイナス端子をインバータ４のプラス端子及びマイナス端子に各々接続する一対の電力経路を通して、バッテリーアセンブリー１０に電気的に直列に接続される。リレー３は、バッテリー監視装置１００からのスイチング信号に応じて、オン状態とオフ状態に制御される。リレー３は、コイルの磁気力によってオンオフされる機械式リレーであるか、またはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような半導体スイッチであり得る。

インバータ４は、上位コントローラ６からの命令に応じて、バッテリーアセンブリー１０からの直流電流を交流電流へ切り換えるように提供される。

電気モーター５は、インバータ４からの交流電流を用いて駆動する。電気モーター５としては、例えば、三相交流モーターを用い得る。

バッテリーアセンブリー１０は、複数のバッテリーセル１１及びハウジング１２を含む。ハウジング１２は、バッテリーアセンブリー１０の全体的な外形を定義し、複数のバッテリーセル１１が配設（収納）される内部空間を提供する。ハウジング１２は、電気車両１に設けられたバッテリールームにボルトなどによって固定されて締結され得る。

複数のバッテリーセル１１は、直列、並列または直・並列の混合で接続され得る。バッテリーセル１１は、例えば、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１１の種類は特に限定されない。

バッテリーセル１１は、電極積層体、電解質及び外装材を含む。電極積層体は、正極板、負極板及び正極板と負極板との間に配置されるセパレータを含む。外装材は、その内部に電極積層体及び電解質が収納された状態で完全に密封される。これによって、外装材が破裂していない状態では、電極積層体、電解質及び充放電反応の副産物として発生したガスが外装材によって外部から隔離される。

バッテリー監視装置１００は、バッテリーアセンブリー１０の内部温度、内部圧力及び内部ガスの検出結果を活用し、バッテリーアセンブリー１０の内部的異常を監視するように提供される。

バッテリー監視装置１００は、第１センサー１１０、第２センサー１２０、第３センサー１３０、電源回路１４０及びコントローラ１５０を含む。バッテリー監視装置１００は、インターフェース部１６０をさらに含み得る。

第１センサー１１０は、ハウジング１２の内部空間に配置され、バッテリーアセンブリー１０の内部温度を示す第１検出信号を生成するように構成される。一例で、第１センサー１１０は、複数のバッテリーセル１１のいずれか二つの間の温度をバッテリーアセンブリー１０の内部温度として検出し得る。第１センサー１１０としては、サーミスター、熱電対などのような公知の温度検出素子を用い得る。

第２センサー１２０は、ハウジング１２の内部空間に配置され、バッテリーアセンブリー１０の内部圧力を示す第２検出信号を生成するように構成される。一例で、第２センサー１２０は、複数のバッテリーセル１１のいずれか二つの間に接触した状態で二つのバッテリーセルの膨張によって加えられる圧力をバッテリーアセンブリー１０の内部圧力として検出し得る。第２センサー１２０としては、ひずみゲージなどのような公知の圧力検出素子を用い得る。

第３センサー１３０は、ハウジング１２の内部空間に配置され、バッテリーアセンブリー１０の内部ガスを示す第３検出信号を生成するように構成される。第３センサー１３０としては、空気質センサーなどのような公知のガス検出素子を用い得る。

電源回路１４０は、バッテリーアセンブリー１０から供給される直流電流を用いて、コントローラ１５０の動作に要求される所定の電圧レベルを有する動作電圧を生成するように構成される。電源回路１４０としては、電圧レギュレーター、ＤＣ－ＤＣコンバータなどが用いられ得る。

コントローラ１５０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ，特定用途向け集積回路）、ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，デジタルシグナルプロセッサ）、ＤＳＰＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ，デジタル信号処理デバイス）、ＰＬＤ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ，プログラマブルロジックデバイス）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ，フィールドプログラマブルゲートアレイ）、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、その他の機能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。

コントローラ１５０には、メモリが内蔵され得る。メモリーは、例えば、フラッシュメモリー（登録商標）タイプ（ｆｌａｓｈ 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ー）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ，スタティックランダムアクセスメモリー）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，リードオンリーメモリー）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，エレクトリカリーイレーサブルプログラマブルリードオンリーメモリー）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ‐ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ，プログラマブルリードオンリーメモリー）の少なくとも一つのタイプの保存媒体を含み得る。メモリーには、後述する実施例によるバッテリー管理方法を実行するのに必要なプログラム及び各種データが予め保存され得る。

コントローラ１５０は、上位コントローラ６、第１センサー１１０、第２センサー１２０、第３センサー１３０及び電源回路１４０に動作可能に結合する。二つの構成が動作可能に結合するということは、単方向または双方向に信号を送受信可能に二つの構成が直・間接的に接続されていることを意味する。

コントローラ１５０は、電源回路１４０によって供給される動作電圧を用いた駆動中に、上位コントローラ６からの命令に応じて、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０を制御しながら、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０の少なくとも一つからの検出値を収集するように構成される。検出値を収集するということは、アナログ信号である検出信号をデジタル値へ切り換えた後、メモリーに記録する動作を意味し得る。

コントローラ１５０は、内部に設けられた電圧変換回路を用いて、動作電圧とは相異なる電源電圧に切り換え得る。電源電圧は、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０の活性化に要求される所定の電圧レベルを有する。即ち、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０は各々、電源電圧が供給される間、関連する検出信号を生成する起動状態で動作するようになる。コントローラ１５０は、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０の各々に対する電源電圧の供給を選択的に遮断することで、各センサー１１０、１２０、１３０を起動状態から停止状態に切り換え得る。停止状態に制御される各センサー１１０、１２０、１３０に関わる検出信号の生成は中断される。勿論、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０も、動作電圧によって活性化するように構成されることが可能であり、この場合には、動作電圧から電源電圧への変換は省略され得る。

コントローラ１５０は、監視チャンネルを介して各センサー１１０、１２０、１３０に動作可能に結合し得る。監視チャンネルは、電源ライン及び通信ラインを有する。コントローラ１５０からの電源電圧は、電源ラインによって各センサー１１０、１２０、１３０に供給され得る。コントローラ１５０は、通信ラインによって各センサー１１０、１２０、１３０からの検出信号を受信し、受信された検出信号を検出値として収集し得る。

インターフェース部１６０は、コントローラ１５０と電気車両１の上位コントローラ６（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）との有線通信または無線通信を支援するように構成される。有線通信は、例えば、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）通信であり、無線通信は、例えば、ジグビー（登録商標）やブルートゥース（登録商標）通信であり得る。勿論、コントローラ１５０と上位コントローラ６との有無線通信を支援するものであれば、通信プロトコールの種類は特に限定されない。インターフェース部１６０は、コントローラ１５０及び／または上位コントローラ６から受信された情報を使用者が認識可能な形態で提供する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカー）を含み得る。

図２は、本発明の第１実施例によるバッテリー監視方法を示したフローチャートである。図２の方法は、図１のバッテリー監視装置１００によって実行可能である。

図１及び図２を参照すると、段階Ｓ２００で、コントローラ１５０は、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０が停止状態に制御される間、監視開始命令が受信されたか否かを判定する。上位コントローラ６は、使用者の入力に応じて、監視開始命令をバッテリー監視装置１００に伝送し得る。段階Ｓ２００の値が「はい」である場合、段階Ｓ２１０へ進む。

段階Ｓ２１０で、コントローラ１５０は、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０に電源供給を供給し、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０を停止状態から起動状態へ切り換える。これによって、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０は各々、起動状態で検出信号を生成するようになる。

段階Ｓ２２０で、コントローラ１５０は、第１サンプリングレート、第２サンプリングレート及び第３サンプリングレートで、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０各々からの検出値を収集する。第１サンプリングレート、第２サンプリングレート及び第３サンプリングレートは、相互に同一または相違することがあり、各々予め決けられた値を有する。例えば、第１サンプリングレートは、１００回／１秒、第２サンプリングレートは１０回／１秒、第３サンプリングレートは１回／１秒であり得る。

段階Ｓ２３０で、コントローラ１５０は、第１センサー１１０から収集された検出値が第１臨界値以上であり、第２センサー１２０から収集された検出値が第２臨界値未満であり、かつ第３センサー１３０から収集された検出値が第３臨界値未満である第１異常状況が感知されたか否かを判定する。即ち、第１異常状況は、バッテリーアセンブリー１０の内部温度が第１臨界値に対応する臨界温度以上に上昇した一方、バッテリーアセンブリー１０の内部圧力及びガス濃度は両方とも正常水準である状況である。段階Ｓ２３０の値が「はい」である場合、段階Ｓ２４０へ進む。

段階Ｓ２４０で、コントローラ１５０は、第４サンプリングレート、第５サンプリングレート及び第６サンプリングレートで、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０から各々の検出値を収集する。即ち、コントローラ１５０は、第１検出信号の取得速度を第１サンプリングレートから第４サンプリングレートへ、第２検出信号の取得速度を第２サンプリングレートから第５サンプリングレートへ、第３検出信号の取得速度を第３サンプリングレートから第６サンプリングレートへ各々設定する。第４サンプリングレート、第５サンプリングレート及び第６サンプリングレートは、各々予め決められた値を有する。第４サンプリングレートは、第１サンプリングレート以下である。第５サンプリングレートは、第２サンプリングレートより大きい。第６サンプリングレートは、第３サンプリングレート以上である。例えば、第４サンプリングレートは１００回／１秒、第５サンプリングレートは５０回／１秒、第６サンプリングレートは６０回／１秒であり得る。第５サンプリングレートが第２サンプリングレートより大きいため、内部温度の上昇によって加速化する内部圧力の上昇を精度よく監視可能である。

段階Ｓ２５０で、コントローラ１５０は、第２センサー１２０から収集された検出値が第２臨界値以上であり、第３センサー１３０から収集された検出値が第３臨界値未満である第２異常状況が感知されたか否かを判定する。第１異常状況は既に感知されたため、第１センサー１１０から収集された検出値は、第２異常状況の発生を判定するのに活用されない。即ち、第２異常状況は、バッテリーアセンブリー１０の内部温度が第１臨界値に対応する臨界温度以上に上昇した後、バッテリーアセンブリー１０の内部圧力が第２臨界値に対応する臨界圧力以上に上昇し、バッテリーアセンブリー１０のガス濃度は正常水準である状況である。段階Ｓ２５０の値が「はい」である場合、段階Ｓ２６０へ進む。

段階Ｓ２６０で、コントローラ１５０は、第７サンプリングレート、第８サンプリングレート及び第９サンプリングレートで、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０から各々検出値を収集する。即ち、コントローラ１５０は、第１検出信号の取得速度を第４サンプリングレートから第７サンプリングレートに、第２検出信号の取得速度を第５サンプリングレートから第８サンプリングレートに、第３検出信号の取得速度を第６サンプリングレートから第９サンプリングレートに各々設定する。第７サンプリングレート、第８サンプリングレート及び第９サンプリングレートは、各々予め決められた値を有する。第７サンプリングレートは、第４サンプリングレート以下である。第８サンプリングレートは、第５サンプリングレート以下である。第９サンプリングレートは、第６サンプリングレートより大きい。例えば、第７サンプリングレートは６０回／１秒、第８サンプリングレートは５０回／１秒、第９サンプリングレートは１００回／１秒であり得る。第９サンプリングレートが第６サンプリングレートより大きいため、内部圧力の上昇によって外装材が破裂したときに発生するガスの漏出を精度よく監視可能である。

段階Ｓ２７０で、コントローラ１５０は、第３センサー１３０から収集された検出値が第３臨界値以上である第３異常状況が感知されたか否かを判定する。第１異常状況及び第２異常状況は既に感知されたため、第１センサー１１０から収集された検出値及び第２センサー１２０から収集された検出値は、第２異常状況の発生を判定するのに活用されない。即ち、第３異常状況は、バッテリーアセンブリー１０の内部圧力が第２臨界値に対応する臨界圧力以上に上昇した後、バッテリーアセンブリー１０に含まれた少なくとも一つのバッテリーセル１１の外装材が破裂することによってハウジング１２の内部のガス濃度が正常水準を超過してしまった状況である。段階Ｓ２７０の値が「はい」である場合、段階Ｓ２８０へ進む。

段階Ｓ２８０で、コントローラ１５０は所定の安全機能を行う。安全機能は、外装材の破裂を上位コントローラ６に報告する動作を含み得る。安全機能は、リレー３をオフ状態に制御する動作を含み得る。安全機能は、外装材の破裂を使用者（例えば、車両運転者）に知らせる視覚的／聴覚的情報を出力する動作を含み得る。

図３は、本発明の第２実施例によるバッテリー監視方法を示したフローチャートである。図３の方法は、図１のバッテリー監視装置１００によって実行可能である。

図１及び図３を参照すると、段階Ｓ３００で、コントローラ１５０は、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０が停止状態に制御される間に、監視開始命令が受信されたか否かを判定する。上位コントローラ６は、使用者の入力に応じて、監視開始命令をバッテリー監視装置１００へ伝送し得る。段階Ｓ３００の値が「はい」である場合、段階Ｓ３１０へ進む。

段階Ｓ３１０で、コントローラ１５０は、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０に電源供給を供給し、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０を停止状態から起動状態に切り換える。これによって、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０は各々、起動状態で検出信号を生成するようになる。

段階Ｓ３２０で、コントローラ１５０は、第１サンプリングレートで、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０から各々検出値を収集する。第１サンプリングレートは、予め決められた値を有する。例えば、第１サンプリングレートは３回／１秒であり得る。

段階Ｓ３２２で、コントローラ１５０は、第１関係関数を用いて、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０から各々収集された検出値に基づいて、バッテリーアセンブリー１０の内部的異常の深刻度を示す第１異常指数を決定する。第１関係関数は、第１センサー１１０からの検出値、第２センサー１２０からの検出値及び第３センサー１３０からの検出値に各々固有の加重値（換算係数）を適用した結果を組み合わせて出力する関数である。下記の数式１は、第１関係関数の一例である。

（数式１）

数式１において、ＤＩ_１は第１異常指数、Ｃ_１は第１換算係数、Ｃ_２は第２換算係数、Ｃ_３は第３換算係数、Ｓ_１は第１センサー１１０から収集された最新の検出値、Ｓ_２は第２センサー１２０から収集された最新の検出値、Ｓ_３は第３センサー１３０から収集された最新の検出値である。第１関係関数は、上記例による数式１に制限されず、各センサー１１０、１２０、１３０の検出値を組み合わせた結果値が出力可能であれば、他の数式が用いられ得る。

段階Ｓ３３０で、コントローラ１５０は、第１異常指数が第１臨界指数以上である第１異常状況が感知されたか否かを判定する。第１異常状況は、バッテリーアセンブリー１０が正常ではないが、バッテリーセル１１の外装材の破裂する可能性が所定の水準以下である状況である。段階Ｓ３３０の値が「はい」である場合、段階Ｓ３４０へ進む。

段階Ｓ３４０で、コントローラ１５０は、第１サンプリングレートより大きい第２サンプリングレートで、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０から各々検出値を収集する。即ち、コントローラ１５０は、第１検出信号、第２検出信号及び第３検出信号の取得速度を第１サンプリングレートから第２サンプリングレートへ増加させる。例えば、第２サンプリングレートは３０回／１秒であり得る。

段階Ｓ３４２で、コントローラ１５０は、第２関係関数を用いて、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０から各々収集された検出値に基づいて、バッテリーアセンブリー１０の内部的異常の深刻度を示す第２異常指数を決定する。第２関係関数は、第１センサー１１０からの検出値、第２センサー１２０からの検出値及び第３センサー１３０からの検出値に各々固有の加重値（換算係数）を適用した結果を組み合わせて出力する関数である。下記の数式２は、第２関係関数の一例である。

（数式２）

数式２において、ＤＩ_２は第２異常指数、Ｃ_４は第４換算係数、Ｃ_５は第５換算係数、Ｃ_６は第６換算係数、Ｓ_１は第１センサー１１０から収集された最新の検出値、Ｓ_２は第２センサー１２０から収集された最新の検出値、Ｓ_３は第３センサー１３０から収集された最新の検出値である。第２関係関数は、上記例による数式２に制限されず、各センサー１１０、１２０、１３０の検出値を組み合わせた結果値が出力可能であれば、他の数式が用いられ得る。

注目すべき点は、第２関係関数によって第２センサー１２０から収集された検出値に付与される加重値は、第１関係関数によって第２センサー１２０から収集された検出値に付与される加重値より大きいことがあるという点である。例えば、数式２の第５換算係数Ｃ_５は、数式１の第２換算係数Ｃ_２より大きい。

段階Ｓ３５０で、コントローラ１５０は、第２センサー１２０から収集された検出値が第２臨界指数以上であり、かつ第３センサー１３０から収集された検出値が第３臨界指数未満である第２異常状況が感知されたか否かを判定する。第２異常状況は、第１異常状況よりバッテリーアセンブリー１０の内部的異常が深刻になり、バッテリーセル１１の外装材が破裂する可能性が所定の水準を超過する状況である。段階Ｓ３５０の値が「はい」である場合、段階Ｓ３６０へ進む。

段階Ｓ３６０で、コントローラ１５０は、第２サンプリングレートより大きい第３サンプリングレートで、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０から各々の検出値を収集する。即ち、コントローラ１５０は、第１検出信号、第２検出信号及び第３検出信号の取得速度を第２サンプリングレートから第３サンプリングレートに増加させる。例えば、第３サンプリングレートは６０回／１秒であり得る。

段階Ｓ３６２で、コントローラ１５０は、第３関係関数を用いて、第１センサー１１０、第２センサー１２０及び第３センサー１３０から各々収集された検出値に基づいて、バッテリーアセンブリー１０の内部的異常の深刻度を示す第３異常指数を決定する。第３関係関数は、第１センサー１１０からの検出値、第２センサー１２０からの検出値及び第３センサー１３０からの検出値に各々固有の加重値（換算係数）を適用した結果を組み合わせて出力する係数である。下の数式３は、第３関係関数の一例である。

（数式３）

数式３において、ＤＩ_３は第３異常指数、Ｃ_７は第７換算係数、Ｃ_８は第８換算係数、Ｃ_９は第９換算係数、Ｓ_１は第１センサー１１０から収集された最新の検出値、Ｓ_２は第２センサー１２０から収集された最新の検出値、Ｓ_３は第３センサー１３０から収集された最新の検出値である。第３関係関数は、上記例による数式３に制限されず、各センサー１１０、１２０、１３０の検出値を組み合わせた結果値が出力可能であれば、他の数式が用いられ得る。

注目すべき点は、第３関係関数によって第３センサー１３０から収集された検出値に付与される加重値は、第２関係関数によって第３センサー１３０から収集された検出値に付与される加重値より大きいという点である。例えば、数式３の第９換算係数Ｃ_９は、数式２の第６換算係数Ｃ_６より大きい。

段階Ｓ３７０で、コントローラ１５０は、第３センサー１３０から収集された検出値が第３臨界指数以上である第３異常状況が感知されたか否かを判定する。段階Ｓ３７０の値が「はい」である場合、段階Ｓ３８０へ進む。

段階Ｓ３８０で、コントローラ１５０は、所定の安全機能を行う。安全機能は、外装材の破裂を上位コントローラ６に報告する動作を含み得る。安全機能は、リレー３をオフ状態に制御する動作を含み得る。安全機能は、外装材の破裂を使用者（例えば、車両運転者）に知らせる視覚的／聴覚的情報を出力する動作を含み得る。

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。

Claims (13)

1. ハウジング及び前記ハウジングの内部に収納される複数のバッテリーセルを有するバッテリーアセンブリーのためのバッテリー監視装置であって、
   前記ハウジングの内部温度を検出するように構成される第１センサー、前記ハウジングの内部圧力を検出するように構成される第２センサー、及び前記ハウジングの内部ガスを検出するように構成される第３センサーの少なくとも１つと、
   前記バッテリーアセンブリーから動作電圧を生成するように構成される電源回路と、
   前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの少なくとも１つが停止状態に制御されている間に監視開始命令が受信される場合、前記動作電圧を用いて、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの前記少なくとも１つを停止状態から起動状態に切り換えるように構成されるコントローラと、を含み、
   前記コントローラは、
   起動状態の前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの少なくとも１つから収集される検出値に基づいて、前記バッテリーアセンブリーの内部的異常を監視するように構成され、
   前記コントローラは、
   前記監視開始命令が受信される場合、前記第１センサーからの検出値を第１サンプリングレートで収集し、
   前記第２センサーからの検出値を第２サンプリングレートで収集し、
   前記第３センサーからの検出値を第３サンプリングレートで収集し、
   前記第１センサーから収集された検出値が第１臨界値以上であり、前記第２センサーから収集された検出値が第２臨界値未満であり、かつ前記第３センサーから収集された検出値が第３臨界値未満である第１異常状況が感知される場合、
   前記第１センサーからの検出値を前記第１サンプリングレート以下である第４サンプリングレートで収集し、
   前記第２センサーからの検出値を前記第２サンプリングレートより大きい第５サンプリングレートで収集し、
   前記第３センサーからの検出値を前記第３サンプリングレート以上である第６サンプリングレートで収集する
   バッテリー監視装置。
2. ハウジング及び前記ハウジングの内部に収納される複数のバッテリーセルを有するバッテリーアセンブリーのためのバッテリー監視装置であって、
   前記ハウジングの内部温度を検出するように構成される第１センサー、前記ハウジングの内部圧力を検出するように構成される第２センサー、及び前記ハウジングの内部ガスを検出するように構成される第３センサーの少なくとも１つと、
   前記バッテリーアセンブリーから動作電圧を生成するように構成される電源回路と、
   前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの少なくとも１つが停止状態に制御されている間に監視開始命令が受信される場合、前記動作電圧を用いて、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの前記少なくとも１つを停止状態から起動状態に切り換えるように構成されるコントローラと、を含み、
   前記コントローラは、
   起動状態の前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの少なくとも１つから収集される検出値に基づいて、前記バッテリーアセンブリーの内部的異常を監視するように構成され、
   前記コントローラは、
   前記第１センサーから収集される検出値、前記第２センサーから収集される検出値、及び前記第３センサーから収集される検出値を組み合わせて第１異常指数を決定し、
   前記第１異常指数が第１臨界指数以上である第１異常状況が感知されたか否かを判定する
   バッテリー監視装置。
3. 前記コントローラは、
   前記監視開始命令が受信される場合、前記第１センサーからの検出値を第１サンプリングレートで収集し、
   前記第２センサーからの検出値を第２サンプリングレートで収集し、
   前記第３センサーからの検出値を第３サンプリングレートで収集するように構成される、請求項２に記載のバッテリー監視装置。
4. 前記コントローラは、
   前記第２センサーから収集された検出値が前記第２臨界値以上であり、かつ前記第３センサーから収集された検出値が前記第３臨界値未満である第２異常状況が感知される場合、
   前記第１センサーからの検出値を前記第４サンプリングレート以下である第７サンプリングレートで収集し、
   前記第２センサーからの検出値を前記第５サンプリングレート以下である第８サンプリングレートで収集し、
   前記第３センサーからの検出値を前記第６サンプリングレートより大きい第９サンプリングレートで収集するように構成される、請求項１に記載のバッテリー監視装置。
5. 前記コントローラは、
   前記第３センサーから収集された検出値が前記第３臨界値以上である第３異常状況が感知される場合、所定の安全機能を行うように構成される、請求項４に記載のバッテリー監視装置。
6. 前記コントローラは、
   前記監視開始命令が受信される場合、起動状態の前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサー各々からの検出値を、第１サンプリングレートで収集するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリー監視装置。
7. 前記コントローラは、
   前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーから各々収集される検出値に、第１加重値、第２加重値及び第３加重値を適用した結果を組み合わせて出力する第１関係関数を用いて第１異常指数を決定し、
   前記第１異常指数が第１臨界指数以上である第１異常状況が感知される場合、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサー各々からの検出値を、前記第１サンプリングレートより大きい第２サンプリングレートで収集するように構成される、請求項６に記載のバッテリー監視装置。
8. 前記コントローラは、
   前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーから各々収集される検出値に、第４加重値、第５加重値及び第６加重値を適用した結果を組み合わせて出力する第２関係関数を用いて第２異常指数を決定し、
   前記第２異常指数が第２臨界指数以上である第２異常状況が感知される場合、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサー各々からの検出値を前記第２サンプリングレートより大きい第３サンプリングレートで収集するように構成され、
   前記第２関係関数によって前記第２センサーから収集された検出値に付与される加重値は、前記第１関係関数によって前記第２センサーから収集された検出値に付与される加重値よりも大きい、請求項７に記載のバッテリー監視装置。
9. 前記コントローラは、
   前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーから各々収集される検出値に、第７加重値、第８加重値及び第９加重値を適用した結果を組み合わせて出力する第３関係関数を用いて第３異常指数を決定し、
   前記第３異常指数が第３臨界指数以上である第３異常状況が感知される場合、所定の安全機能を行うように構成され、
   前記第３関係関数によって前記第３センサーから収集された検出値に付与される加重値は、前記第２関係関数によって前記第３センサーから収集された検出値に付与される加重値より大きい、請求項８に記載のバッテリー監視装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の前記バッテリー監視装置を含む、バッテリーパック。
11. 請求項１０に記載の前記バッテリーパックを含む、電気車両。
12. 複数のバッテリーセルが収納されるバッテリーアセンブリーのハウジングの内部温度を検出するように構成される第１センサー、前記ハウジングの内部圧力を検出するように構成される第２センサー、及び前記ハウジングの内部ガスを検出するように構成される第３センサーの少なくとも1つと、前記バッテリーアセンブリーから動作電圧を生成するように構成される電源回路と、コントローラとを含むバッテリー監視装置によって実行可能なバッテリー監視方法であって、
    前記コントローラが、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの少なくとも1つが停止状態に制御されている間に監視開始命令が受信される場合、前記動作電圧を用いて、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの前記少なくとも1つを停止状態から起動状態に切り換える段階と、
    前記コントローラが、起動状態の前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの少なくとも1つから収集される検出値に基づいて、前記バッテリーアセンブリーの内部的異常を監視する段階と、を含み、
    前記バッテリー監視方法は、
    前記コントローラが、前記監視開始命令が受信される場合、前記第１センサーからの検出値を第１サンプリングレートで収集する段階と、
    前記コントローラが、前記第２センサーからの検出値を第２サンプリングレートで収集する段階と、
    前記コントローラが、前記第３センサーからの検出値を第３サンプリングレートで収集する段階と、
    前記第１センサーから収集された検出値が第１臨界値以上であり、前記第２センサーから収集された検出値が第２臨界値未満であり、かつ前記第３センサーから収集された検出値が第３臨界値未満である第１異常状況が感知される場合、
    前記コントローラが、前記第１センサーからの検出値を前記第１サンプリングレート以下である第４サンプリングレートで収集する段階と、
    前記コントローラが、前記第２センサーからの検出値を前記第２サンプリングレートより大きい第５サンプリングレートで収集する段階と、
    前記コントローラが、前記第３センサーからの検出値を前記第３サンプリングレート以上である第６サンプリングレートで収集する段階と、を含む
    バッテリー監視方法。
13. 複数のバッテリーセルが収納されるバッテリーアセンブリーのハウジングの内部温度を検出するように構成される第１センサー、前記ハウジングの内部圧力を検出するように構成される第２センサー、及び前記ハウジングの内部ガスを検出するように構成される第３センサーの少なくとも1つと、前記バッテリーアセンブリーから動作電圧を生成するように構成される電源回路と、コントローラとを含むバッテリー監視装置によって実行可能なバッテリー監視方法であって、
    前記コントローラが、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの少なくとも1つが停止状態に制御されている間に監視開始命令が受信される場合、前記動作電圧を用いて、前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの前記少なくとも1つを停止状態から起動状態に切り換える段階と、
    前記コントローラが、起動状態の前記第１センサー、前記第２センサー及び前記第３センサーの少なくとも1つから収集される検出値に基づいて、前記バッテリーアセンブリーの内部的異常を監視する段階と、を含み、
    前記バッテリー監視方法は、
    前記コントローラが、前記第１センサーから収集される検出値、前記第２センサーから収集される検出値、及び前記第３センサーから収集される検出値を組み合わせて第１異常指数を決定する段階と、
    前記コントローラが、前記第１異常指数が第１臨界指数以上である第１異常状況が感知されたか否かを判定する段階と、を含む
    バッテリー監視方法。