JP2019521361A

JP2019521361A - 負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置および測定方法

Info

Publication number: JP2019521361A
Application number: JP2019503252A
Authority: JP
Inventors: ヒョンソン，チャン; 安仁江口
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2019-07-25
Also published as: KR102069942B1; KR20180086983A; EP3480612A4; EP3480612A1; PL3480612T3; US20190242933A1; US10908199B2; EP3480612B1; CN109564266A; WO2018139830A1

Abstract

本発明は、絶縁抵抗測定回路（ＩＲＭ）を用いてバッテリーパックの絶縁抵抗を測定するにおいて、正極リレー及び負極リレーを全て導通させることではなく、負極リレーのみを導通させた状態でバッテリーパックの絶縁抵抗を測定することによって、バッテリーパックの外部絶縁抵抗が破壊された状態で絶縁抵抗の測定時に感電危険を減らすことができる負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置及び測定方法に関する。

Description

本出願は２０１７年１月２４日付の韓国特許出願第１０−２０１７−００１１１２２号に基づいた優先権の利益を主張し、該韓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。

本発明は、負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置および測定方法に関し、より詳しくは、絶縁抵抗測定回路（ＩＲＭ）を用いてバッテリーパックの絶縁抵抗を測定するにおいて、正極リレーおよび負極リレーを全て導通させることではなく、負極リレーのみを導通させた状態でバッテリーパックの絶縁抵抗を測定することによって、バッテリーパックの外部絶縁抵抗が破壊された状態で絶縁抵抗の測定時に感電危険を減らすことができる負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置および測定方法に関する。

一般に、バッテリーセルと連結されたバッテリー管理システム（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）において、バッテリーパックの絶縁抵抗、特にバッテリーパックの正極と負極に位置した絶縁抵抗が破壊される場合には漏れ電流が発生して絶縁抵抗の測定時に感電の危険があり、それに応じたバッテリーの使用時間が短縮される恐れがある。

したがって、バッテリー管理システムにおいては、絶縁抵抗測定回路（ＩＲＭ回路）を介して周期的にバッテリーパックの絶縁抵抗をモニターしなければならない現状である。

一方、絶縁抵抗測定回路（ＩＲＭ回路）においては、任意のテスト抵抗をバッテリーパックに連結して電圧を測定した後、それに基づいて絶縁抵抗を算出し、この時、バッテリーパック外部の絶縁抵抗の抵抗値を測定するためには、正極リレーおよび負極リレーを全て導通（ＣＬＯＳＥ）させなければならない。しかし、外部絶縁抵抗が破壊された状態で負極リレーおよび正極リレーを全て導通させる場合、漏れ電流による感電危険が発生する恐れがある。

したがって、現在、負極リレーおよび正極リレーを全て導通させる前にバッテリーパックの外部絶縁抵抗を測定できる安定性を有した方法が必要な実情である。

そこで、本発明者は、上述した従来のバッテリーパックの外部絶縁抵抗を測定する過程で発生する様々な問題点および限界点を解決するために、絶縁抵抗測定回路（ＩＲＭ）を用いてバッテリーパックの絶縁抵抗を測定するにおいて、正極リレーおよび負極リレーを全て導通させることではなく、負極リレーのみを導通させた状態でバッテリーパックの絶縁抵抗を測定することによって、バッテリーパックの外部絶縁抵抗が破壊された状態で絶縁抵抗の測定時に感電危険を減らすことができる負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置および測定方法を開発するに至った。

本発明は、上述した問題点を解決するために導き出されたものであり、絶縁抵抗測定回路（ＩＲＭ）を用いてバッテリーパックの絶縁抵抗を測定するにおいて、正極リレーおよび負極リレーを全て導通させることではなく、負極リレーのみを導通させた状態でバッテリーパックの絶縁抵抗を測定することによって、バッテリーパックの外部絶縁抵抗が破壊された状態で絶縁抵抗の測定時に感電危険を減らすことができる負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置および測定方法を提供しようとする。

本発明の一実施形態による負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置は、バッテリーパックの両端に連結された内側正極絶縁抵抗および内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定する測定部、およびリンクキャパシタと連結された外側正極絶縁抵抗および外側負極絶縁抵抗のうち、一側が前記外側正極絶縁抵抗と連結され、他側が前記測定部と連結される負極メインリレーが導通（ＣＬＯＳＥ）する場合、前記測定部を介して測定された前記内側正極絶縁抵抗および前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値に基づいて、前記内側負極絶縁抵抗と並列に連結された前記外側正極絶縁抵抗および前記外側負極絶縁抵抗の抵抗値を算出する算出部を含む。

一実施形態において、前記測定部は、前記負極メインリレーが導通する前の開放（ＯＰＥＮ）状態で前記内側正極絶縁抵抗および前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を先に測定し、前記負極メインリレーが導通した状態で前記外側正極絶縁抵抗および前記外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値を測定してもよい。

一実施形態において、前記負極メインリレーが導通した状態で前記測定部を介して前記内側正極絶縁抵抗および前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値が測定される場合、前記外側正極絶縁抵抗および前記外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値も共に測定されてもよい。

一実施形態において、前記算出部は、前記負極メインリレーが導通する前の開放状態で先に測定された前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値および前記負極メインリレーが導通した状態で測定された前記外側正極絶縁抵抗および前記負極絶縁抵抗の並列抵抗値に基づいて、前記外側正極絶縁抵抗および前記外側負極絶縁抵抗それぞれの抵抗値を算出してもよい。

本発明の他の実施形態による負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定方法は、バッテリーパックの両端に連結された内側正極絶縁抵抗および内側負極絶縁抵抗と連結された測定部を介して前記内側正極絶縁抵抗および前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定するステップ、リンクキャパシタと連結された外側正極絶縁抵抗および外側負極絶縁抵抗のうち、一側が前記外側負極絶縁抵抗と連結され、他側が前記測定部と連結される負極メインリレーを導通（ＣＬＯＳＥ）させるステップ、および前記測定部が前記内側正極絶縁抵抗および前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定した測定値に基づいて、算出部が前記内側負極絶縁抵抗と並列に連結された前記外側正極絶縁抵抗および前記外側負極絶縁抵抗の抵抗値を算出するステップを含む。

一実施形態において、前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定するステップは、前記負極メインリレーが導通する前の開放（ＯＰＥＮ）状態で前記内側正極絶縁抵抗および前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を先に測定するステップを含み、前記負極メインリレーを導通（ＣＬＯＳＥ）させるステップは、前記負極メインリレーが導通した状態で前記外側正極絶縁抵抗および前記外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値を測定するステップを含んでもよい。

一実施形態において、前記負極メインリレーが導通した状態で前記外側正極絶縁抵抗および前記外側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定するステップは、前記負極メインリレーが導通した状態で前記測定部を介して前記内側正極絶縁抵抗および前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値が測定される場合、前記外側正極絶縁抵抗および前記外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値も共に測定されるステップを含んでもよい。

本発明の一側面によれば、絶縁抵抗測定回路（ＩＲＭ）を用いてバッテリーパックの絶縁抵抗を測定するにおいて、正極リレーおよび負極リレーを全て導通させることではなく、負極リレーのみを導通させた状態でバッテリーパックの絶縁抵抗を測定することによって、バッテリーパックの外部絶縁抵抗が破壊された状態で絶縁抵抗の測定時に感電危険を減らすことができるので安全性を高められるという利点を有する。

一般にバッテリーパックの絶縁抵抗を測定する過程を概略的に示す図である。従来のバッテリーパックの絶縁抵抗（内部絶縁抵抗および外部絶縁抵抗）を測定する過程を概略的に示す図である。本発明の一実施形態による負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置１００を介してバッテリーパックの絶縁抵抗（内部絶縁抵抗および外部絶縁抵抗）を測定する過程を概略的に示す図である。本発明の一実施形態による負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置１００を介してバッテリーパックの絶縁抵抗を測定する過程を順に示すフローチャートである。

以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施形態を提示する。但し、下記の実施形態は本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、下記の実施形態によって本発明の内容が限定されるものではない。

図１は一般にバッテリーパックの絶縁抵抗を測定する過程を概略的に示す図であり、図２は従来のバッテリーパックの絶縁抵抗（内部絶縁抵抗および外部絶縁抵抗）を測定する過程を概略的に示す図である。

先ず、図１（ａ）を参照すれば、一つ以上のバッテリーモジュールが結合されたバッテリーパックの正極ＨＶ＋および負極ＨＶ−には各々絶縁抵抗Ｒｐ、Ｒｎが連結される。

この時、各絶縁抵抗の抵抗値を測定するためには、図１（ｂ）のようにスイッチを介してテスト抵抗Ｚｔｐ、Ｚｔｎを連結する方法を利用し、この時には二つのステップからなる。

図１（ｂ）を参照すれば、図１（ｂ）は正極電圧（ＰｏｓｉｔｉｖｅｓｉｄｅＶｏｌｔａｇｅ）を測定するためのステップを示すものであって、バッテリーパックの正極に連結された絶縁抵抗Ｒｐとテスト抵抗Ｚｔｐとの間にはスイッチが連結されており、テスト抵抗Ｚｔｐの連結後に印加される電圧を縮小（ｓｃａｌｅｄｏｗｎ）して測定するようになる。

図１（ｃ）を参照すれば、図１（ｃ）は負極電圧（ＮｅｇａｔｉｖｅｓｉｄｅＶｏｌｔａｇｅ）を測定するためのステップを示すものであって、バッテリーパックの負極に連結された絶縁抵抗Ｒｎとテスト抵抗Ｚｔｎとの間にはスイッチが連結されており、テスト抵抗Ｚｔｎの連結後に印加される電圧を縮小して測定するようになる。この時、測定される電圧値が正数になるようにするために電圧リファレンス（Ｖｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）値を用いる。

その後、測定された正極および負極電圧値を用いて絶縁抵抗Ｒｐ、Ｒｎの抵抗値を算出するようになる。

次に、図２を参照すれば、図２は従来のバッテリーパックの絶縁抵抗（内部絶縁抵抗および外部絶縁抵抗）を測定する過程を示すものであって、回路の左側にはバッテリーパック１が備えられ、右側にはリンクキャパシタ２が備えられており、左側に位置したバッテリーパック１の両端には内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４が連結され、内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４は互いに直列に連結されている。

また、右側のリンクキャパシタ２は外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６が連結されており、外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６は互いに直列に連結されている。

内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４と、外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６との間には、正極メインリレー（Ｐｏｓｉｔｉｖｅｍａｉｎｒｅｌａｙ）７および負極メインリレー（Ｎｅｇａｔｉｖｅｍａｉｎｒｅｌａｙ）８が位置していることを確認することができる。

また、正極メインリレー７の両端には、プリチャージ抵抗（Ｐｒｅｃｈａｒｇｅｒｅｓｉｓｔｏｒ）およびプリチャージリレー（Ｐｒｅｃｈａｒｇｅｒｅｌａｙ）が並列に連結されている。

バッテリーパック１は、正極メインリレー７および負極メインリレー８が同時に導通（ＣＬＯＳＥ）することにより、バッテリーパックの外部に備えられた外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６と連結されることができる。

この時、内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４の各端子から連結された回路は絶縁抵抗測定回路（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｃｉｒｃｕｉｔ）９と連結されており、絶縁抵抗測定回路８は内側正極絶縁抵抗３、内側負極絶縁抵抗４、外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６の絶縁抵抗値を測定する役割をする。

したがって、正極メインリレー７および負極メインリレー８が導通する前の状態である開放（ＯＰＥＮ）状態では、内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４の絶縁抵抗値を測定し、正極メインリレー７および負極メインリレー８が導通（ＣＬＯＳＥ）した状態では、外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６の絶縁抵抗値を測定する。

すなわち、従来の方法を利用して外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６の絶縁抵抗値を測定するためには、正極メインリレー７および負極メインリレー８を全て導通させなければならないという点で、仮に外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６が破損した状態で正極メインリレー７および負極メインリレー８を導通させると、漏れ電流の発生によって感電危険がある。

したがって、本発明においては、図３に基づいて負極リレーのみを用いてバッテリーパックの絶縁抵抗値を測定できる負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置１００を説明する。

図３は、本発明の一実施形態による負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置１００を介してバッテリーパックの絶縁抵抗（内部絶縁抵抗および外部絶縁抵抗）を測定する過程を概略的に示す図である。

図３を参照すれば、本発明に係る負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置１００の場合、バッテリーパック１の両端に連結された内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４と、前記内側正極絶縁抵抗５および内側負極絶縁抵抗６と連結された負極メインリレー８と連結されることができる。

一方、本発明に係る負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置１００が適用された回路構成は、図２に示された従来のバッテリーパックの絶縁抵抗を測定する回路構成と相応するように構成できることに留意する。

内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４と連結された測定部１１０は、初期状態（正極メインリレー７および負極メインリレー８が導通していない状態）で内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４の抵抗値を先に測定し、算出部１２０は、負極メインリレー８が導通した状態で外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６それぞれの抵抗値を算出する。

また、負極メインリレー８が導通した状態で内側正極絶縁抵抗３および内側負極絶縁抵抗４の抵抗値が測定部１１０を介して測定される場合、外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６の並列抵抗値も共に測定される。

一方、負極メインリレー８が導通した状態で出力端に位置したリンクキャパシタ２は完全に放電された状態に該当し、キャパシタンスが大きいため、リンクキャパシタ２両端の電位差は０を維持する。

また、負極メインリレー８が導通する前、内側負極絶縁抵抗４の抵抗値は既に先に測定されたため、先に測定された内側負極絶縁抵抗４の抵抗値と、外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６の並列抵抗値に基づいて外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６それぞれの抵抗値を計算することができ、これは、外側正極絶縁抵抗５および外側負極絶縁抵抗６が内側負極絶縁抵抗４に並列に連結されているために可能である。

このような図３に基づいて説明したバッテリーパックの絶縁抵抗を測定する過程を図４に基づいて順に説明する。

図４は、本発明の一実施形態による負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置１００を介してバッテリーパックの絶縁抵抗を測定する過程を順に示すフローチャートである。

図４を参照すれば、先ず、負極メインリレーが導通していない初期状態で、測定部が内側正極絶縁抵抗および内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定する（Ｓ４０１）。

その次、負極メインリレーを導通させた後（Ｓ４０２）、負極メインリレーが導通した状態で測定部を介して内側正極絶縁抵抗および内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定する場合、内側負極絶縁抵抗と並列に連結された外側正極絶縁抵抗および外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値が共に測定される（Ｓ４０３）。

その次、算出部は、負極メインリレーが導通する前に測定された内側負極絶縁抵抗の抵抗値と、負極メインリレーが導通した後に測定された並列抵抗値に基づいて、並列に連結された外側正極絶縁抵抗および外側負極絶縁抵抗それぞれの抵抗値を算出する（Ｓ４０４）。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該技術分野の熟練した当業者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることを理解することができるであろう。

Claims

負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置であって、
バッテリーパックの両端に連結された内側正極絶縁抵抗及び内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定する測定部、及び
リンクキャパシタと連結された外側正極絶縁抵抗及び外側負極絶縁抵抗のうち、一側が前記外側正極絶縁抵抗と連結され、他側が前記測定部と連結される負極メインリレーが導通（ＣＬＯＳＥ）する場合、前記測定部を介して測定された前記内側正極絶縁抵抗及び前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値に基づいて、前記内側負極絶縁抵抗と並列に連結された前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗の抵抗値を算出する算出部を備えてなることを特徴とする、負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置。
前記測定部は、
前記負極メインリレーが導通する前の開放（ＯＰＥＮ）状態で前記内側正極絶縁抵抗及び前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を先に測定し、
前記負極メインリレーが導通した状態で前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値を測定することを特徴とする、請求項１に記載の負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置。
前記負極メインリレーが導通した状態で前記測定部を介して前記内側正極絶縁抵抗及び前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値が測定される場合、前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値も共に測定されることを特徴とする、請求項１に記載の負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置。
前記算出部は、
前記負極メインリレーが導通する前の開放状態で先に測定された前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値及び前記負極メインリレーが導通した状態で測定された前記外側正極絶縁抵抗及び前記負極絶縁抵抗の並列抵抗値に基づいて、前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗それぞれの抵抗値を算出することを特徴とする、請求項２に記載の負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定装置。
負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定方法であって、
バッテリーパックの両端に連結された内側正極絶縁抵抗及び内側負極絶縁抵抗と連結された測定部を介して前記内側正極絶縁抵抗及び前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定するステップ、
リンクキャパシタと連結された外側正極絶縁抵抗及び外側負極絶縁抵抗のうち、一側が前記外側負極絶縁抵抗と連結され、他側が前記測定部と連結される負極メインリレーを導通（ＣＬＯＳＥ）させるステップ、及び
前記測定部が前記内側正極絶縁抵抗及び前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定した測定値に基づいて、算出部が前記内側負極絶縁抵抗と並列に連結された前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗の抵抗値を算出するステップを含むことを特徴とする、負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定方法。
前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定するステップは、
前記負極メインリレーが導通する前の開放（ＯＰＥＮ）状態で前記内側正極絶縁抵抗及び前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値を先に測定するステップを含み、
前記負極メインリレーを導通（ＣＬＯＳＥ）させるステップは、
前記負極メインリレーが導通した状態で前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値を測定するステップを含むことを特徴とする、請求項５に記載の負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定方法。
前記負極メインリレーが導通した状態で前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗の抵抗値を測定するステップは、
前記負極メインリレーが導通した状態で前記測定部を介して前記内側正極絶縁抵抗及び前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値が測定される場合、前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗の並列抵抗値も共に測定されるステップを含むことを特徴とする、請求項６に記載の負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定方法。
前記算出部は、
前記負極メインリレーが導通する前の開放状態で先に測定された前記内側負極絶縁抵抗の抵抗値及び前記負極メインリレーが導通した状態で測定された前記外側正極絶縁抵抗及び前記負極絶縁抵抗の並列抵抗値に基づいて、前記外側正極絶縁抵抗及び前記外側負極絶縁抵抗それぞれの抵抗値を算出することを特徴とする、請求項７に記載の負極リレーを用いたバッテリーパックの絶縁抵抗測定方法。