JP2024052485A - 絶縁抵抗検査装置及び絶縁抵抗検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電解コンデンサを有する制御ユニットを備えた電池パックの絶縁抵抗を迅速に検査可能にする。【解決手段】本開示の絶縁抵抗検査装置は、制御ユニットとグランドとの間に配置された第1の磁気式電流センサ40と、制御ユニットとグランドとの間において第1の磁気式電流センサ40に対して直列に配置された第1のダンピング抵抗器41とを備える。また、本開示の絶縁抵抗検査装置は、電池パックのプラス端子とグランドとの間に配置された第2の磁気式電流センサ50と、プラス端子とグランドとの間において第2の磁気式電流センサ50に対して直列に配置された第2のダンピング抵抗器51とを備える。【選択図】図5
Description
本開示は、電解コンデンサを有する制御ユニットを備えた電池パックの絶縁抵抗を検査する装置及び方法に関する。
電池パックの出荷時には電池パックの絶縁抵抗が検査される。例えば特許文献1に開示されているように、従来は、組電池とその組電池を収納するパックボディ間に抵抗を接続し、抵抗間の電圧差に基づいて絶縁抵抗を検査する方法が用いられていた。
しかし、従来の絶縁抵抗の検査の方法には検査時間に時間を要するという問題があった。これは、電池パックの回路内には電池パックの出力を制御する制御ユニットが組み込まれていることによる。制御ユニットは電解コンデンサを有しているため、電解コンデンサに電荷が溜まるまでは電圧差から計算される絶縁抵抗値は変化し続ける。電解コンデンサに電荷が溜まりきり絶縁抵抗値が安定するまでは一定の時間を要し、それが検査時間の長期化を招いているのである。
本開示は上記の課題に鑑みてなされたものである。本開示の一つの目的は電解コンデンサを有する制御ユニットを備えた電池パックの絶縁抵抗を迅速に検査可能にすることである。
本開示は上記目的を達成するための絶縁抵抗検査装置を提供する。本開示の一つの実施形態では、縁抵抗検査装置は、制御ユニットとグランドとの間に配置された第1の磁気式電流センサと、制御ユニットとグランドとの間において第1の磁気式電流センサに対して直列に配置された第1のダンピング抵抗器とを備える。また、この絶縁抵抗検査装置は、電池パックのプラス端子とグランドとの間に配置された第2の磁気式電流センサと、電池パックのプラス端子とグランドとの間において第2の磁気式電流センサに対して直列に配置された第2のダンピング抵抗器とを備える。
電池パックの絶縁抵抗の抵抗値は、電池パックの電圧値と、制御ユニットとグランドとの間を流れる電流の電流値(第1の電流値)と、電池パックのプラス端子とグランドとの間を流れる電流の電流値(第2の電流値)とに基づいて計算で求めることができる。上記の実施形態によれば、制御ユニットとグランドとの間を流れる電流の電流値は第1の磁気式電流センサによって計測され、電池パックのプラス端子とグランドとの間を流れる電流の電流値は第2の磁気式電流センサによって計測される。ただし、磁気式電流センサは外部環境で発生した磁界に反応しやすい。このため、単に磁気式電流センサを搭載しただけでは、ゼロ点調整を行ったにもかかわらず磁気式電流センサの出力値にゼロ点からのずれが生じるおそれがある。出力値のゼロ点からのずれは絶縁抵抗の計測値に誤差を生じさせる。
この点に関し、上記の実施形態では、各磁気式電流センサと直列にダンピング抵抗器が配置されている。磁気式電流センサは抵抗が不要であり抵抗型電流センサに比較して電力損失が少ない点においてメリットを有している。しかし、敢えてダンピング抵抗器を配置することで外部の磁界により電流が流れることを抑えることができる。ゆえに、上記の実施形態によれば、各磁気式電流センサから電池パックの真の絶縁抵抗の抵抗値に応じた正確な電流値を取得することができる。
本開示の一つの実施形態に係る縁抵抗検査方法は、上記の絶縁抵抗検査装置を用いて電池パックの絶縁抵抗を検査する方法である。この縁抵抗検査方法は、第1の磁気式電流センサのゼロ点調整を行うことと、第2の磁気式電流センサのゼロ点調整を行うこととを含む。各磁気式電流センサにはダンピング抵抗器が直列に配置されているので、ゼロ点調整は正確に行うことができる。また、この絶縁抵抗検査方法は、第1の磁気式電流センサで計測された第1の電流値を取得することと、第2の磁気式電流センサで計測された第2の電流値を取得することとを含む。各磁気式電流センサから得られる電流値には電解コンデンサの影響は含まれないため、一定時間が経過するのを待つ必要なく電流値を取得することができる。そして、この絶縁抵抗検査方法は、電池パックの電圧値、第1の電流値、及び第2の電流値に基づいて電池パックの絶縁抵抗の抵抗値を算出すること含む。このような方法によれば、電池パックの電圧の印可後一定時間が経過するのを待たずに絶縁抵抗の抵抗値を正確に求めることができるので、電池パックの絶縁抵抗の検査に要する時間を短縮することができる。
本開示の別の一つの実施形態に係る絶縁抵抗検査装置では、第1の磁気式電流センサは、直列に配置された複数の磁気式電流センサの第1の集合として構成される。また、第2の磁気式電流センサは、直列に配置された複数の磁気式電流センサの第2の集合として構成される。これによれば、集合を構成する磁気式電流センサ間で電力値の相互比較を行うことによって電流値の計測精度を保証することが可能となる。
本開示の別の一つの実施形態に係る縁抵抗検査方法は、上記の絶縁抵抗検査装置を用いて電池パックの絶縁抵抗を検査する方法である。この縁抵抗検査方法は、第1の集合を構成する複数の磁気式電流センサのそれぞれのゼロ点調整を行うことと、第2の集合を構成する複数の磁気式電流センサのそれぞれのゼロ点調整を行うこととを含む。この縁抵抗検査方法は、第1の集合を構成する複数の磁気式電流センサで計測された電流値間の誤差が許容誤差の範囲内である場合、第1の集合を構成する複数の磁気式電流センサで計測された電流値を代表する第1の電流値を取得することを含む。また、この縁抵抗検査方法は、第2の集合を構成する複数の磁気式電流センサで計測された電流値間の誤差が許容誤差の範囲内である場合、第2の集合を構成する複数の磁気式電流センサで計測された電流値を代表する第2の電流値を取得することを含む。そして、この絶縁抵抗検査方法は、電池パックの電圧値、第1の電流値、及び第2の電流値に基づいて電池パックの絶縁抵抗の抵抗値を算出することを含む。つまり、この縁抵抗検査方法によれば、第1の集合を構成する磁気式電流センサ間において電力値の相互比較を行った結果、異常がないことが確認された場合にのみ第1の電流値を用いた絶縁抵抗の検査が行われる。また、第2の集合を構成する磁気式電流センサ間において電力値の相互比較を行った結果、異常がないことが確認された場合にのみ第2の電流値を用いた絶縁抵抗の検査が行われる。このような方法によれば、電池パックの絶縁抵抗の検査に要する時間を短縮しつつ、絶縁抵抗の検査精度を向上させることができる。
以上のとおり、本開示は、電解コンデンサを有する制御ユニットを備えた電池パックの絶縁抵抗を迅速に検査することができる絶縁抵抗検査装置及び絶縁抵抗検査方法を提供する。本開示によれば、電池パックの絶縁抵抗の検査に要する時間を短縮することが可能である。
図1Aは本開示の実施形態に係る絶縁抵抗検査装置20が取り付けられた電池パック1の回路図である。絶縁抵抗検査装置20による検査の対象となる電池パック1は、単電池が複数接続されてなる組電池10と、内部に電解コンデンサ7を有する制御ユニット6とを備える。また、電池パック1は組電池10のマイナス端子の側に絶縁抵抗4を備え、組電池10のプラス端子の側に絶縁抵抗5を備える。
絶縁抵抗検査装置20は、プラス端子とグランドとの間に設けられる検出用抵抗2と、検出用抵抗2にかかる電圧を計測する電圧計3とを備える。検出用抵抗2は絶縁抵抗5に並列に接続される。さらに、絶縁抵抗検査装置20は、制御ユニット6とグランドとの間を流れる電流の電流値(第1の電流値)を計測する第1の電流センサユニット11と、検出用抵抗2を流れる電流の電流値(第2の電流値)を計測する第2の電流センサユニット12とを備える。このように構成された絶縁抵抗検査装置20を用いることで、次のような方法で電池パック1の絶縁抵抗を検査することができる。
絶縁抵抗検査装置20を用いた絶縁抵抗の検査では、マイナス端子側の絶縁抵抗4の抵抗値が計算で求められる。絶縁抵抗4の抵抗値は電池パック1の絶縁抵抗の評価指標として用いることができる。絶縁抵抗4の抵抗値の計算は絶縁抵抗検査方法を実行するシステム(以下、絶縁抵抗検査システムという)によって行われる。ただし、検査者によって抵抗値の計算が行われてもよい。
絶縁抵抗4の抵抗値の算出に用いる情報として、絶縁抵抗検査システムは組電池10の電圧値を取得する。電圧値は予め特定された定常電圧値を用いてもよいし、計測器によって計測された値を用いてもよい。計測器による計測は検査者により行われてもよいし、電池パック1に具備された電圧計3とは別の電圧計により行われてもよい。また、絶縁抵抗検査システムは検出用抵抗2にかかる電圧の電圧値を電圧計3より取得する。さらに、絶縁抵抗検査システムは第1の電流センサユニット11によって第1の電流値を取得し、第2の電流センサユニット12によって第2の電流値を取得する。第1の電流値と第2の電流値は電圧計3より取得された電圧値とともに絶縁抵抗4の抵抗値の算出に用いられる。
図2は絶縁抵抗検査装置20が取り付けられた電池パック1の絶縁抵抗の検査時の等価回路の回路図である。以下、図2を用いて絶縁抵抗4の抵抗値の計算方法を説明する。
電池パック1の回路全体を流れる電流は制御ユニット6に流れる電流とマイナス端子側の絶縁抵抗4に流れる電流とに分岐する。したがって、絶縁抵抗4に流れる電流の電流値Imは回路全体を流れる電流の電流値Iと、制御ユニット6に流れる電流の電流値IECU、すなわち、第1の電流値との差として表すことができる。
電流値Iは検出用抵抗2に流れる電流の電流値Ip、すなわち、第2の電流値と、プラス端子側の絶縁抵抗5の抵抗値Rpと、検出用抵抗2の抵抗値Rsとを用いて、(1+Rs/Rp)×Ipで表わすことができる。電池パック1全体として安全率を大きくとるため、絶縁抵抗5の抵抗値Rpとしては絶縁抵抗の規格値を満たす最小値が用いられる。また、検出用抵抗2の抵抗値Rsとしては呼称値に対する許容誤差の範囲の最大値が用いられる。マイナス端子側の絶縁抵抗4にかかる電圧Vmは組電池10の電圧V0と検出用抵抗2にかかる電圧Vpの差として表すことができる。
上記の関係を用いれば、マイナス端子側の絶縁抵抗4の抵抗値Rmは以下の式で表すことができる。絶縁抵抗検査システムは計測された値ないし仮定された値を以下の式に代入することで抵抗値Rmを算出する。このようにして計算された抵抗値Rmが規格値の範囲内かどうかによって、絶縁抵抗に異常が生じているかどうか判定することができる。
Rm=(V0―Vp)/{(1+Rs/Rp)×Ip―IECU}
Rm=(V0―Vp)/{(1+Rs/Rp)×Ip―IECU}
従来の絶縁抵抗の検査方法では、電圧計3により計測される検出用抵抗2の両端の電圧に基づいて電池パック1のマイナス端子側の絶縁抵抗4が検査されていた。しかし、図1Bのグラフに点線で示すように、検出用抵抗2の両端にかかる電圧は電解コンデンサ7の影響によって時間により減少する。しかも、電圧が一定に推移するまでの時間にはばらつきが生じる。つまり、従来の検査方法は絶縁抵抗の検査に長い時間を要し、且つ、検査に要する時間のばらつきが大きかった。
しかし、絶縁抵抗検査装置20を用いた絶縁抵抗の検査によれば、検出用抵抗2にかかる電圧の経時変化を追う必要は無く、図1Bのグラフに円で囲むように、電圧値を取得できた時点で計測を終了することができる。つまり、絶縁抵抗検査装置20を用いることで、電解コンデンサ7の充電状態の影響を排除することが可能であり、絶縁抵抗を検査する時間を従来の検査方法に比べて短縮することができる。
図3は絶縁抵抗検査装置20を用いた絶縁抵抗の検査方法の手順を示すフロー図である。このフロー図におけるステップS100では、電圧計3により検出用抵抗2にかかる電圧の電圧値が計測される。また、電池パック1の総電圧の定格値が読み込まれるか、実測値が計測される。ステップS110では、第1の電流センサユニット11によって第1の電流値が計測される。また、第2の電流センサユニット12によって第2の電流値が計測される。ステップS100の処理とステップS110の処理とは同時に行われる。ただし、ステップS100の処理の後にステップS110の処理の行うことも可能である。
ステップS120では、ステップS100及びステップS110で得られた各計測値を用いて電池パック1のマイナス端子側の絶縁抵抗4の抵抗値が算出される。ステップS130では、ステップS120で算出された絶縁抵抗値が規格値の範囲内であるかどうかが判定される。規格値は任意に設定することができる。
絶縁抵抗値が規格値の範囲内と判定された場合、処理はステップS140へ進む。ステップS140では、規格値の範囲内の絶縁抵抗値を有する電池パック1は良品であると判定される。一方、絶縁抵抗値が規格値の範囲外と判定された場合、処理はステップS150へ進む。ステップS150では、規格値の範囲外の絶縁抵抗値を有する電池パック1は不良品であると判定される。このような検査方法によれば、電池パック1が絶縁抵抗に関して良品か否かを迅速に検査することができる。
次に、絶縁抵抗検査装置20に適用される電流センサユニット11、12の具体的な回路構成について説明する。電流センサユニット11、12には磁気式電流センサが用いられる。磁気式電流センサの動作原理の方式には限定はない。ただし、磁気式電流センサを低インピーダンス回路のある回路でゼロ点調整した場合、磁気式電流センサは外部環境により発生する磁界により起電力を発生させる。このため、その起電力により流れる電流によってゼロ点にずれが生じてしまう。ゼロ点のずれは絶縁抵抗の検査精度を低下させる。
そこで検討されたのが、図4Aに示すように磁気式電流センサ30とダンピング抵抗器31とを直列に配置した構成である。電流の計測に抵抗を用いない磁気式電流センサ30に敢えてダンピング抵抗器31を組み合わせることで、外部の磁界によって電流が流れることを抑えることができる。図4Bは図4Aに示す回路構成で得られる効果を示すグラフである。このグラフに示すように、ダンピング抵抗器31の抵抗値を増やしていくと、ゼロ点に対する電流値の誤差は小さくなっていく。試験では、抵抗値を10Ω程度とすることで電流値の誤差は絶対的に低下することが確認できた。また、抵抗値を30Ω程度まで大きくすれば電流値の誤差は1μAのオーダーまで低下することが確認できた。
図5Aは絶縁抵抗検査装置20が備える電流センサユニット11、12の第1の実施形態を示す回路図である。第1の電流センサユニット11は直列に配置された第1の磁気式電流センサ40と第1のダンピング抵抗器41とで構成される。第2の電流センサユニット12は直列に配置された第2の磁気式電流センサ50と第2のダンピング抵抗器51とで構成される。各ダンピング抵抗器41、51の抵抗値は磁気式電流センサ40、50の出力値のゼロ点に対する誤差を十分低く抑えることができる限り任意の値に設定することができる。このように構成された電流センサユニット11、12を備えた絶縁抵抗検査装置20を検査に用いることで、絶縁抵抗の検査に要する時間を短縮しつつ、絶縁抵抗の検査精度を向上させることができる。
図5Bは絶縁抵抗検査装置20が備える電流センサユニット11、12の第2の実施形態を示す回路図である。第1の電流センサユニット11は直列に配置された第1の磁気式電流センサ40と第1のダンピング抵抗器41とで構成される。ただし、第1の実施形態に係る第1の磁気式電流センサ40が単一の磁気式電流センサであるのに対し、第2の実施形態に係る第1の磁気式電流センサ40は直列に配置された2つの磁気式電流センサ40-1、40-2の集合(第1の集合)である。第2の電流センサユニット12は直列に配置された第2の磁気式電流センサ50と第2のダンピング抵抗器51とで構成される。ただし、第1の実施形態に係る第2の磁気式電流センサ50が単一の磁気式電流センサであるのに対し、第2の実施形態に係る第2の磁気式電流センサ50は直列に配置された2つの磁気式電流センサ50-1、50-2の集合(第2の集合)である。
図5A又は図5Bに示す回路構成を有する電流センサユニット11、12を備えた絶縁抵抗検査装置20を用いることで、絶縁抵抗の検査に要する時間を短縮しつつ、絶縁抵抗の検査精度を向上させることができる。特に、図5Bに示す回路構成を有する電流センサユニット11、12を備えた絶縁抵抗検査装置20によれば、図6に示す手順で電池パック1の絶縁抵抗を検査することができる。
図6に示す手順によれば、ステップS200では、第1の電流センサユニット11において磁気式電流センサ40-1、40-2のそれぞれのゼロ点電流値が取得される。また、第2の電流センサユニット12において磁気式電流センサ50-1、50-2のそれぞれのゼロ点電流値が取得される。
次に、ステップS210では、第1の電流センサユニット11において磁気式電流センサ40-1、40-2のそれぞれのゼロ点調整が行われる。また、第2の電流センサユニット12において磁気式電流センサ50-1、50-2のそれぞれのゼロ点調整が行われる。ゼロ点調整の完了後、ステップS220の処理が行われる。ステップS220では、図3を用いて説明した手順に従って電池パック1のマイナス端子側の絶縁抵抗4の抵抗値の計測が開始される。
ステップS230では、第1の電流センサユニット11において磁気式電流センサ40-1で計測された電流値I1と磁気式電流センサ40-2で計測された電流値I2との間の誤差の大きさが計算される。そして、その誤差の大きさが許容誤差であるかどうか判定される。同様に、第2の電流センサユニット12において磁気式電流センサ50-1で計測された電流値I1と磁気式電流センサ50-2で計測された電流値I2との間の誤差の大きさが計算される。そして、その誤差の大きさが許容誤差の範囲内であるかどうかが判定される。許容誤差の値は任意に設定することができる。
第1の電流センサユニット11と第2の電流センサユニット12の少なくとも一方において磁気式電流センサ間の電流値の誤差が許容誤差を超えている場合、処理はステップS260へ進む。ステップS260では、絶縁抵抗検査装置20に計測異常が起きていると判定される。この場合、計測異常が生じている電流センサユニットの交換が行われる。
電流センサユニット11、12の双方において磁気式電流センサ間の電流値の誤差が許容誤差の範囲内に収まっている場合、処理はステップS240へ進む。ステップS240では、ステップS220で算出された絶縁抵抗値が規格値の範囲内であるかどうかが判定される。
絶縁抵抗値が規格値の範囲内と判定された場合、処理はステップS250へ進む。ステップS250では、規格値の範囲内の絶縁抵抗値を有する電池パック1は良品であると判定される。一方、絶縁抵抗値が規格値の範囲外と判定された場合、処理はステップS270へ進む。ステップS270では、規格値の範囲外の絶縁抵抗値を有する電池パック1は不良品であると判定される。このような検査方法によれば、電池パック1が絶縁抵抗に関して良品か否かを迅速に且つ高い精度で検査することができる。
1 電池パック
2 検出用抵抗
3 電圧計
4 マイナス端子側の絶縁抵抗
5 プラス端子側の絶縁抵抗
6 制御ユニット
7 電解コンデンサ
10 組電池
11 第1の電流センサユニット
12 第2の電流センサユニット
20 絶縁抵抗検査装置
40 第1の磁気式電流センサ
41 第1のダンピング抵抗器
50 第2の磁気式電流センサ
51 第2のダンピング抵抗器
2 検出用抵抗
3 電圧計
4 マイナス端子側の絶縁抵抗
5 プラス端子側の絶縁抵抗
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7 電解コンデンサ
10 組電池
11 第1の電流センサユニット
12 第2の電流センサユニット
20 絶縁抵抗検査装置
40 第1の磁気式電流センサ
41 第1のダンピング抵抗器
50 第2の磁気式電流センサ
51 第2のダンピング抵抗器
Claims (5)
- 電解コンデンサを有する制御ユニットを備えた電池パックの絶縁抵抗を検査する絶縁抵抗検査装置であって、
前記制御ユニットとグランドとの間に配置された第1の磁気式電流センサと、
前記制御ユニットと前記グランドとの間において前記第1の磁気式電流センサに対して直列に配置された第1のダンピング抵抗器と、
前記電池パックのプラス端子と前記グランドとの間に配置された第2の磁気式電流センサと、
前記プラス端子と前記グランドとの間において前記第2の磁気式電流センサに対して直列に配置された第2のダンピング抵抗器と、を備える
ことを特徴とする絶縁抵抗検査装置。 - 請求項1に記載の絶縁抵抗検査装置において、
前記第1の磁気式電流センサは、直列に配置された複数の磁気式電流センサの第1の集合であり、
前記第2の磁気式電流センサは、直列に配置された複数の磁気式電流センサの第2の集合である、
ことを特徴とする絶縁抵抗検査装置。 - 請求項1に記載の絶縁抵抗検査装置を用いて前記電池パックの絶縁抵抗を検査する方法であって、
前記第1の磁気式電流センサのゼロ点調整を行うことと、
前記第2の磁気式電流センサのゼロ点調整を行うことと、
前記第1の磁気式電流センサで計測された第1の電流値を取得することと、
前記第2の磁気式電流センサで計測された第2の電流値を取得することと、
前記電池パックの電圧値、前記第1の電流値、及び前記第2の電流値に基づいて、前記電池パックの絶縁抵抗の抵抗値を算出することと、を含む
ことを特徴とする絶縁抵抗検査方法。 - 請求項2に記載の絶縁抵抗検査装置を用いて前記電池パックの絶縁抵抗を検査する方法であって、
前記第1の集合を構成する複数の磁気式電流センサのそれぞれのゼロ点調整を行うことと、
前記第2の集合を構成する複数の磁気式電流センサのそれぞれのゼロ点調整を行うことと、
前記第1の集合を構成する複数の磁気式電流センサで計測された電流値間の誤差が許容誤差内である場合、前記第1の集合を構成する複数の磁気式電流センサで計測された電流値を代表する第1の電流値を取得することと、
前記第2の集合を構成する複数の磁気式電流センサで計測された電流値間の誤差が許容誤差内である場合、前記第2の集合を構成する複数の磁気式電流センサで計測された電流値を代表する第2の電流値を取得することと、
前記電池パックの電圧値、前記第1の電流値、及び前記第2の電流値に基づいて、前記電池パックの絶縁抵抗の抵抗値を算出することと、を含む
ことを特徴とする絶縁抵抗検査方法。 - 電解コンデンサを有する制御ユニットを備えた電池パックの絶縁抵抗を検査する絶縁抵抗検査方法であって、
前記制御ユニットとグランドとの間を流れる電流の計測値である第1の電流値を取得することと、
前記電池パックのプラス端子とグランドとの間を流れる電流の計測値である第2の電流値を取得することと、
前記電池パックの電圧値、前記第1の電流値、及び前記第2の電流値に基づいて、前記電池パックの絶縁抵抗の抵抗値を算出することと、を含む
ことを特徴とする絶縁抵抗検査方法。
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JP (1) | JP2024052485A (ja) |
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2023
- 2023-03-22 JP JP2023045541A patent/JP2024052485A/ja active Pending
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