JP2016506028A - 高電圧供給遮断アセンブリー及びバッテリーパックの絶縁抵抗破壊有無の判断方法 - Google Patents

高電圧供給遮断アセンブリー及びバッテリーパックの絶縁抵抗破壊有無の判断方法 Download PDF

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Abstract

本発明は高電圧供給遮断アセンブリーを開示する。バッテリーパックは、外装材、第1バッテリーモジュール、第2バッテリーモジュール、パック正極端子、及びパック負極端子を含む。前記アセンブリーは、内部に第1及び第2導体ピンを保護するハウジングを含む。前記第1導体ピンは、前記第1バッテリーモジュールの負極端子に電気的に接続される。前記第2導体ピンは、前記第2バッテリーモジュールの正極端子に電気的に接続される。前記アセンブリーは、前記第1及び第2導体ピンに電気的に接続された検出回路をさらに含む。前記検出回路は、前記パック負極端子と前記外装材との間の絶縁抵抗が破壊されたことを検出したとき、第1絶縁抵抗破壊信号を出力する。

Description

本発明は、バッテリーパックの絶縁抵抗破壊の有無を判断できる組立体及びその方法に関する。
本出願は、2012年12月3日出願の米国特許出願第13/692705号に基づく優先権を主張するものであり、該当米国出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
車両バッテリー供給担当者または車両緊急事態対応者が電気自動車にアクセスするとき、電気自動車の絶縁抵抗破壊が現在発生しているか否かを容易に判断することができない。そこから、本発明者は、前記電気自動車に絶縁抵抗破壊が発生した場合、それを視覚的に表示する高電圧供給遮断アセンブリーの必要性を認識するようになった。
本発明の実施態様によるバッテリーパックの絶縁抵抗破壊の有無を判断できる高電圧供給遮断アセンブリーが提供される。前記バッテリーパックは、外装材、第1バッテリーモジュール、第2バッテリーモジュール、パック正極端子、及びパック負極端子を含む。前記高電圧供給遮断アセンブリーは、第1及び第2導体ピンを保護するように構成されたハウジングを含む。前記第1導体ピンは、前記第1バッテリーモジュールの負極端子に電気的接続が除去可能に接続される。前記第2導体ピンは、前記第2バッテリーモジュールの正極端子に電気的接続が除去可能に接続される。前記高電圧供給遮断アセンブリーは、前記ハウジング内に配置されて前記第1及び第2導体ピンに電気的に接続される検出回路をさらに含む。前記検出回路は、前記パック負極端子と前記外装材との間の第1絶縁抵抗破壊が検出されたとき、第1絶縁抵抗破壊信号を出力するように構成される。前記高電圧供給遮断アセンブリーは、前記検出回路に電気的に接続された第1発光素子をさらに含む。前記第1発光素子は、前記第1絶縁抵抗破壊信号に応じて発光するように構成される。
別の実施態様によるバッテリーパックの絶縁抵抗破壊の有無を判断する方法が提供される。前記バッテリーパックは、外装材、第1バッテリーモジュール、第2バッテリーモジュール、パック正極端子、及びパック負極端子を含む。前記高電圧供給遮断アセンブリーは、ハウジング、検出回路、及び第1発光素子を含む。前記ハウジングは、第1及び第2導体ピンを保護するように構成される。前記第1導体ピンは、前記第1バッテリーモジュールの負極端子に電気的接続が除去可能に接続される。前記第2導体ピンは、前記第2バッテリーモジュールの正極端子に電気的接続が除去可能に接続される。前記方法は、前記パック負極端子と前記外装材との間に第1絶縁抵抗破壊が検出されたとき、前記検出回路から第1絶縁抵抗破壊信号を出力する段階を含む。前記検出回路は、前記第1及び第2導電ピンに電気的に接続されている。前記方法は、前記検出回路に電気的に接続された前記第1発光素子が、前記第1絶縁抵抗破壊信号に応じて発光する段階をさらに含む。
バッテリーパック及び本発明の実施形態による高電圧供給遮断アセンブリーを含む電気自動車の概略図である。 別の実施形態で使用される高電圧供給遮断アセンブリーの発光素子の概略図である。 図1に示した本発明による高電圧供給遮断アセンブリーを使用して絶縁抵抗破壊の有無を判断する方法を示すフローチャートである。 別の方法を用いてバッテリーパックの絶縁抵抗破壊の有無を判断する方法を示すフローチャートである。
図1及び図2を参照すれば、バッテリーパック20及び本発明の一実施形態による高電圧供給遮断アセンブリー30を含む電気自動車のパワーシステム10が示されている。前記高電圧供給遮断アセンブリー30の利点は、前記アセンブリー30が効果的かつ迅速に絶縁抵抗破壊の有無を判断でき、前記絶縁抵抗破壊の有無を視覚的に表示することである。
理解の便宜のために、絶縁抵抗は「Ohm/volt」単位で測定される。絶縁抵抗破壊は、二地点間の絶縁抵抗が臨界絶縁抵抗(threshold isolation resistance)よりも小さいときに発生する。
前記バッテリーパック20は、電気自動車10に駆動電圧を生成するように提供される。前記バッテリーパック20は、外装材(enclosure)40、第1バッテリーモジュール42、第2バッテリーモジュール43、コンタクター(contactor)45,46、パック正極端子(positive pack voltage terminal)52、及びパック負極端子(negative pack voltage terminal)54を含む。前記パック正極端子52及びパック負極端子54は、前記ハウジングから外部に延長される。前記外装材40は、車両のシャーシ(図示せず)に物理的に連結され得る。前記第1バッテリーモジュール42は、正極端子55及び負極端子56を含む。前記コンタクター45が閉動作位置(closed operational position)にあるとき、前記正極端子55は、前記コンタクター45を介して前記パック正極端子52に電気的に接続される。前記第2バッテリーモジュール43は、正極端子57及び負極端子58を含む。前記コンタクター46が閉動作位置にあるとき、前記負極端子58は、前記コンタクター46を介して前記パック負極端子54に電気的に接続される。
別の実施形態において、前記バッテリーパック20は、前記コンタクター45と前記第1バッテリーモジュール42との間に電気的に直列接続された複数のバッテリーモジュールをさらに含み得る。また、前記バッテリーパック20は、前記コンタクター46と前記第2バッテリーモジュール43との間に電気的に直列接続された複数のバッテリーモジュールをさらに含み得る。
前記高電圧供給遮断アセンブリー30は、前記第1バッテリーモジュール42と前記第2バッテリーモジュール43との電気的接続を、ヒューズ66により除去可能に接続される。前記高電圧供給遮断アセンブリー30は、前記パック正極端子52と前記外装材40との間の絶縁抵抗破壊の存在有無及び前記パック負極端子54と前記外装材40との間の絶縁抵抗破壊の存在有無を判断するようにさらに構成される。前記高電圧供給遮断アセンブリー30は、ハウジング60、第1導体ピン(conductive pins)62、第2導体ピン63、検出回路(detection circuit)64、発光素子65、及びヒューズ66を含む。別の実施形態において、前記アセンブリー30は、前記第1導体ピン62と前記第2導体ピン63との間に存在する前記ヒューズ66及び電気短絡回路(electric short circuit)を用いていない。
前記ハウジング60は、前記第1及び第2導体ピン62,63を保護するように構成される。前記第1導体ピン62は、前記第1バッテリーモジュール42の負極端子56に電気的接続が除去可能に接続される。前記第2導体ピン63は、前記第2バッテリーモジュール43の正極端子57に電気的接続が除去可能に接続される。
前記検出回路64は、前記ハウジング60内に配置され、前記第1及び第2導体ピン62,63と電気的に接続される。前記検出回路64は、さらに、前記パック負極端子54と前記外装材40との間の第1絶縁抵抗破壊が検出されたとき、第1絶縁抵抗破壊信号を出力するように構成される。さらに、前記検出回路64は、前記パック正極端子52と前記外装材40との間の第2絶縁抵抗破壊が検出されたとき、第2絶縁抵抗破壊信号を出力するように構成される。前記検出回路64は、第1比較回路(first comparator circuit)68及び第2比較回路(second comparator circuit)70を含む。
前記第1比較回路68は、前記パック負極端子54と前記外装材40との間における絶縁抵抗破壊の存在有無を判断するように構成される。前記第1比較回路68は、第1比較器(comparator)80、第1分圧回路(voltage divider circuit)82、及び抵抗(resistor)84を含む。前記第1比較器80は、非反転入力端子(non−inverting input terminal)90、反転入力端子(inverting input terminal)92、及び出力端子(output terminal)94を含む。前記非反転入力端子90は、前記第1分圧回路82を介して前記第1バッテリーモジュール42の負極端子56に電気的に接続される。特に、第1分圧回路82は、前記負極端子56とノード205との間に電気的に直列接続された抵抗100,102を含む。前記第1分圧回路82は、前記抵抗100と前記抵抗102との間に電気的に接続されたノード104をさらに含む。前記ノード104は、前記非反転入力端子90に電気的にさらに接続され、前記非反転入力端子90は、前記第1分圧回路82を介して前記負極端子56に電気的に接続される。前記反転入力端子92は、前記外装材40に電気的に接続される。前記反転入力端子92は、前記抵抗84を介して前記負極端子56に電気的にさらに接続される。
前記非反転入力端子90に印加される第1電圧が前記反転入力端子92に印加される第2電圧よりも大きいとき、前記第1比較器80は、前記出力端子94に第1絶縁抵抗破壊信号を出力するように構成される。前記非反転入力端子90に印加される第1電圧が前記反転入力端子92に印加される第2電圧よりも大きいことは、前記パック負極端子54と前記外装材40との間に第1絶縁抵抗破壊が検出されたことを示す。一実施形態において、前記抵抗100,102はそれぞれ100KΩの値を有し、前記抵抗84は100MΩの値を有し得る。
前記発光素子65は、さらに、前記第1比較器80の出力端子94に電気的に接続される。前記発光素子65は、前記第1絶縁抵抗破壊信号に応じて発光するように構成される。一実施形態において、前記発光素子65はLEDである。なお、別の実施形態において、本発明が属する技術分野における公知の他の発光装置を用いてもよい。
前記第2比較回路70は、前記パック正極端子52と前記外装材40との間における絶縁抵抗破壊の存在有無を判断するように構成される。前記第2比較回路70は、第2比較器180、第2分圧回路182、及び抵抗184を含む。前記第2比較器180は、非反転入力端子190、反転入力端子192、及び出力端子194を含む。前記反転入力端子192は、前記第2分圧回路182を介して前記第2バッテリーモジュール43の正極端子57に電気的に接続される。特に、第2分圧回路182は、前記第2バッテリーモジュール43の正極端子57とノード205との間に電気的に直列接続された抵抗200,202を含む。前記第2分圧回路182は、前記抵抗200と前記抵抗202との間に電気的に接続されたノード204をさらに含む。前記ノード204は、前記反転入力端子192に電気的にさらに接続され、前記反転入力端子192は、前記第2分圧回路182を介して前記正極端子57に電気的に接続される。前記非反転入力端子190は、前記外装材40に電気的に接続される。前記非反転入力端子190は、前記抵抗184を介して前記ノード205に電気的にさらに接続される。前記非反転入力端子190に印加される第3電圧が前記反転入力端子192に印加される第4電圧よりも大きいとき、前記第2比較器180は、前記出力端子194に第2絶縁抵抗破壊信号を出力するように構成される。前記非反転入力端子190に印加される第3電圧が前記反転入力端子192に印加される第4電圧よりも大きいことは、前記パック正極端子52と前記外装材40との間に第2絶縁抵抗破壊が検出されたことを示す。一実施形態において、前記抵抗200,202はそれぞれ100KΩの値を有し、前記抵抗184は100MΩの値を有し得る。
前記発光素子65は、さらに、前記第2比較器180の出力端子194に電気的に接続される。前記発光素子65は、前記第2絶縁抵抗破壊信号に応じて発光するように構成される。
図1及び図3を参照して、本発明の一実施形態による高電圧供給遮断アセンブリー30を用いて前記バッテリーパック20の絶縁抵抗破壊の有無を判断する方法のフローチャートについて説明する。
段階220で、使用者は、前記外装材40、前記第1バッテリーモジュール42、前記第2バッテリーモジュール43、前記パック正極端子52、及び前記パック負極端子54を含むバッテリーパック20を提供する。
段階222で、前記使用者は、前記ハウジング60、前記検出回路64、及び前記発光素子65を含む高電圧供給遮断アセンブリー30を提供する。前記ハウジング60は、前記第1及び第2導体ピン62,63を保護する。前記第1導体ピン62は、前記第1バッテリーモジュール42の負極端子56に除去可能に電気的に接続される。前記第2導体ピン63は、前記第2バッテリーモジュール43の正極端子57に除去可能に電気的に接続される。
段階224で、前記検出回路64は、前記パック負極端子54と前記外装材40との間の第1絶縁抵抗破壊が検出されたとき、第1絶縁抵抗破壊信号を出力する。前記検出回路64は、前記ハウジング60内に配置されて前記第1及び第2導体ピン62,63と電気的に接続される。
段階226で、前記第1発光素子65は、前記第1絶縁抵抗破壊信号に応じて発光する。前記第1発光素子65は、前記検出回路64に電気的に接続される。
段階228で、前記検出回路64は、前記パック正極端子52と前記外装材40との間の第2絶縁抵抗破壊が検出されたとき、第2絶縁抵抗破壊信号を出力する。
段階230で、前記第1発光素子65は、前記第2絶縁抵抗破壊信号に応じて発光する。
図1、図2、及び図4を参照すれば、別の実施形態において、前記電気自動車のパワーシステム10は、前記第2比較器180の出力端子194に電気的に接続された発光素子250をさらに含む。そこで、この実施形態では、前記出力端子194は、前記発光素子65の代わりに発光素子250に電気的に接続される。図4を参照すれば、この実施形態の動作中、前記発光素子250が、前記発光素子65の代わりに前記第2絶縁抵抗破壊信号に応じて発光する段階240が具現される。また、前記発光素子250は、第1色を発光するように構成され、前記発光素子65は、前記第1色とは異なる第2色を発光するように構成され得る。
本発明による高電圧供給遮断アセンブリー30及びバッテリーパック20の絶縁抵抗破壊の有無を判断する方法は、他のアセンブリー及び方法に比べて相当な利点を提供する。特に、前記高電圧供給遮断アセンブリー30及び前記方法は、電気自動車のバッテリーパックにおける絶縁抵抗破壊の有無を判断し得る効果的かつ迅速な技術的効果を提供し、絶縁抵抗破壊の存在を視覚的に表示する。
以上のように、本発明を限定された実施形態によって説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、このような本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、当業界の通常の知識を有する者にとっては、他の多くの変形、変更、置換、又は均等な構成が可能であろう。本発明の様々な実施形態が記載されているが、それらは実施形態の一部のみを含み得ると理解されるべきである。したがって、本発明が前述の説明によって限定されると解釈されてはならない。
10 電気自動車のパワーシステム
20 バッテリーパック
30 高電圧供給遮断アセンブリー
40 外装材
42 第1バッテリーモジュール
43 第2バッテリーモジュール
45 コンタクター
46 コンタクター
52 パック正極端子
54 パック負極端子
55 正極端子
56 負極端子
57 正極端子
58 負極端子
60 ハウジング
62 第1導体ピン
63 第2導体ピン
64 検出回路
65 発光素子
66 ヒューズ
68 第1比較回路
70 第2比較回路
80 第1比較器
82 第1分圧回路
84 抵抗
90 非反転入力端子
92 反転入力端子
94 出力端子
100 抵抗
102 抵抗
104 ノード
180 第2比較器
182 第2分圧回路
184 抵抗
190 非反転入力端子
192 反転入力端子
194 出力端子
200 抵抗
202 抵抗
204 ノード
205 ノード
250 発光素子

Claims (15)

  1. 外装材、第1バッテリーモジュール、第2バッテリーモジュール、パック正極端子、及びパック負極端子を含むバッテリーパックの絶縁抵抗の破壊有無を判断する高電圧供給遮断アセンブリーであって、
    前記第1バッテリーモジュールの負極端子に電気的接続が除去可能に接続された第1導体ピン及び前記第2バッテリーモジュールの正極端子に電気的接続が除去可能に接続された第2導体ピンを保護するように構成されたハウジングと、
    前記ハウジング内に配置され、前記第1及び第2導体ピンに電気的に接続され、前記パック負極端子と前記外装材との間の第1絶縁抵抗破壊が検出されたとき、第1絶縁抵抗破壊信号を出力するように構成された検出回路と、
    前記検出回路に電気的に接続され、前記第1絶縁抵抗破壊信号に応じて発光するように構成された第1発光素子と、を含むことを特徴とする高電圧供給遮断アセンブリー。
  2. 前記検出回路は、第1比較回路を含み、
    前記第1比較回路は、第1比較器、第1分圧回路、及び第1抵抗を含み、
    前記第1比較器は、第1非反転入力端子、第1反転入力端子、及び第1出力端子を含み、
    前記第1非反転入力端子は、前記第1分圧回路を介して前記第1バッテリーモジュールの負極端子に電気的に接続され、
    前記第1反転入力端子は、前記外装材に電気的に接続され、
    前記第1反転入力端子は、前記第1抵抗を介して前記第1バッテリーモジュールの負極端子に電気的にさらに接続され、
    前記第1比較器は、前記パック負極端子と前記外装材との間に第1絶縁抵抗破壊が検出されたことを示す前記第1非反転入力端子に印加される第1電圧が、前記第1反転入力端子に印加される第2電圧よりも大きいとき、前記第1出力端子に第1絶縁抵抗破壊信号を出力するように構成され、
    前記第1発光素子は、前記第1出力端子に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  3. 前記第1分圧回路は、第2及び第3抵抗と、前記第2及び第3抵抗に電気的に接続された第1ノードと、を含み、
    前記第2及び第3抵抗は、前記第1バッテリーモジュールの負極端子と第2ノードとの間に電気的に直列接続され、
    前記第1ノードは、前記第1非反転入力端子に電気的に接続され、
    前記第1非反転入力端子は、前記第1分圧回路を介して前記第1バッテリーモジュールの負極端子に電気的に接続されることを特徴とする請求項2に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  4. 前記検出回路は、前記パック正極端子と前記外装材との間の第2絶縁抵抗破壊が検出されたとき、第2絶縁抵抗破壊信号を出力するようにさらに構成されることを特徴とする請求項1に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  5. 前記検出回路は、第2比較回路をさらに含み、
    前記第2比較回路は、第2比較器、第2分圧回路、及び第2抵抗を含み、
    前記第2比較器は、第2非反転入力端子、第2反転入力端子、及び第2出力端子を含み、
    前記第2反転入力端子は、前記第2分圧回路を介して前記第2バッテリーモジュールの正極端子に電気的に接続され、
    前記第2非反転入力端子は、前記外装材に電気的に接続され、
    前記第2非反転入力端子は、前記第2抵抗を介して第1ノードに電気的にさらに接続され、
    前記第2比較器は、前記パック正極端子と前記外装材との間に第2絶縁抵抗破壊が検出されたことを示す前記第2非反転入力端子に印加される第1電圧が、前記第2反転入力端子に印加される第2電圧よりも大きいとき、前記第2出力端子に第2絶縁抵抗破壊信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項4に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  6. 前記第2分圧回路は、第2及び第3抵抗と、前記第2及び第3抵抗に電気的に接続された第2ノードと、をさらに含み、
    前記第2及び第3抵抗は、前記第2バッテリーモジュールの正極端子と前記第1ノードとの間に電気的に直列接続され、
    前記第2ノードは、前記第2反転入力端子に電気的に接続され、
    前記第2反転入力端子は、前記第2分圧回路を介して前記第2バッテリーモジュールの正極端子に電気的に接続されることを特徴とする請求項5に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  7. 前記第1発光素子は、前記第2出力端子に電気的にさらに接続され、
    前記第1発光素子は、前記第2絶縁抵抗破壊信号に応じて発光するように構成されることを特徴とする請求項5に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  8. 前記第2出力端子に電気的に接続された第2発光素子をさらに含み、
    前記第2発光素子は、前記第2絶縁抵抗破壊信号に応じて発光するように構成されることを特徴とする請求項5に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  9. 前記第1発光素子は、前記外装材の外部表面に位置することを特徴とする請求項1に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  10. 前記第1導体ピンと前記第2導体ピンとの間に電気的に直列接続されたヒューズをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  11. 前記第1導体ピンと前記第2導体ピンとの間に電気短絡回路が存在することを特徴とする請求項1に記載の高電圧供給遮断アセンブリー。
  12. 第1バッテリーモジュールの負極端子に電気的接続が除去可能に接続された第1導体ピン及び第2バッテリーモジュールの正極端子に電気的接続が除去可能に接続された第2導体ピンを内部で保護するように構成されたハウジング、検出回路、及び第1発光素子を含む高電圧供給遮断アセンブリーを使用して、外装材、前記第1バッテリーモジュール、前記第2バッテリーモジュール、パック正極端子、及びパック負極端子を含むバッテリーパックの絶縁抵抗破壊の有無を判断する方法であって、
    前記パック負極端子と前記外装材との間に第1絶縁抵抗破壊が検出されたとき、前記第1及び第2導体ピンに電気的に接続された前記検出回路から第1絶縁抵抗破壊信号を出力する段階と、
    前記検出回路に電気的に接続された前記第1発光素子が、前記第1絶縁抵抗破壊信号に応じて発光する段階と、を含むことを特徴とするバッテリーパックの絶縁抵抗破壊有無の判断方法。
  13. 前記パック正極端子と前記外装材との間に第2絶縁抵抗破壊が検出されたとき、前記検出回路から第2絶縁抵抗破壊信号を出力する段階をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載のバッテリーパックの絶縁抵抗破壊有無の判断方法。
  14. 前記第2絶縁抵抗破壊信号に応じて前記第1発光素子が発光する段階をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載のバッテリーパックの絶縁抵抗破壊有無の判断方法。
  15. 前記第2絶縁抵抗破壊信号に応じて第2発光素子が発光する段階をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載のバッテリーパックの絶縁抵抗破壊有無の判断方法。
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