JP5705730B2 - バッテリーの漏洩電流感知装置及び方法、並びに前記装置を含むバッテリー駆動装置及びバッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリー管理装置及び方法に関するものであって、より詳しくは、バッテリーの漏洩電流を感知することができる装置及び方法に関する。

最近、化石エネルギーの枯渇及び環境汚染により化石エネルギーを使用せずにバッテリーを利用して駆動することができる電気自動車やハイブリッド自動車（以下、電池駆動自動車と通称する）に対する関心が高まっている。

電気駆動自動車に使われるバッテリーは二次電池が主流をなす。二次電池は、リチウム系列電池とニッケル水素系列電池とに大きく分類される。リチウム系列電池はデジタルカメラ、ポータブルＤＶＤプレーヤー、ＭＰ３プレーヤー、携帯電話、ＰＤＡ、携帯用ゲーム機、パワーツール及びＥ‐ｂｉｋｅなどの小型製品に主に適用されており、ニッケル水素系列電池は自動車のように高出力が要求される製品に主に適用されている。

バッテリーを使用する装置ではバッテリーと装置との絶縁状態がよく維持されなければならない。バッテリーの絶縁状態が維持されなければ、漏洩電流が発生して様々な問題を引き起こすからである。

参考として、バッテリーの漏洩電流は予想できなかったバッテリーの放電や、装置に備えられた電子機器の誤作動を引き起こす。また、電池駆動自動車のように高電圧バッテリーを使用する装置では使用者に致命的な感電被害を与える可能性がある。

従って、本発明が属する技術分野においては、バッテリーの漏洩電流を徹底的に感知することができる方案が要求されている。

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決するために創案されたものであって、簡単な回路構成を通じてバッテリーの漏洩電流発生有無を容易且つ正確に感知することができるバッテリーの漏洩電流感知装置及び方法、そして、前記装置を含むバッテリー駆動装置及びバッテリーパックを提供することにその目的がある。

前記技術的課題を達成するための本発明によるバッテリーの漏洩電流感知装置は、バッテリーのカソード端子またはアノード端子から検出される電圧を充電する浮動キャパシタ；前記カソードまたはアノード端子側の電圧検出経路を選択する端子選択スイッチング部；前記選択された電圧検出経路から検出されるカソードまたはアノード端子側の検出電圧を前記浮動キャパシタに充電させる充電スイッチング部；前記浮動キャパシタに充電されたアノード端子側の検出電圧極性を反転させる極性反転スイッチング部；及び前記浮動キャパシタに充電されたカソード端子側検出電圧と極性反転されたアノード端子側検出電圧とをセンシングして漏洩抵抗を計算し、前記漏洩抵抗を基準絶縁抵抗と比較して漏洩電流の発生可否を判別する漏洩電流判別部；を含む。

本発明によるバッテリーの漏洩電流感知装置は、バッテリーのカソード及びアノード端子間の第１線路上に設けられた電圧配分ノードをさらに含むことができる。

本発明において、前記端子選択スイッチング部は、前記電圧配分ノードとバッテリーのカソード端子及びアノード端子との間にそれぞれ設けられた第１及び第２スイッチ；及び前記電圧配分ノードから延長された第２線路上に設けられた第３スイッチを含むことができる。

望ましくは、前記浮動キャパシタは、前記第２線路と並列配置された第３線路に設けられ得る。

望ましくは、前記充電スイッチング部は、前記浮動キャパシタの第１端子と前記選択された電圧検出経路との連結をスイッチングする第４スイッチと、前記浮動キャパシタの第２端子と接地との連結をスイッチングする第５スイッチとを含むことができる。

望ましくは、前記極性反転スイッチング部は、前記浮動キャパシタの第１端子と接地との連結をスイッチングする第６スイッチと、前記浮動キャパシタの第２端子と前記選択された電圧検出経路との連結をスイッチングする第７スイッチとを含むことができる。

本発明によるバッテリーの漏洩電流感知装置は、
バッテリーのカソード端子またはアノード端子から検出される電圧を充電する浮動キャパシタ；
前記カソードまたはアノード端子側の電圧検出経路を選択する端子選択スイッチング部；
前記選択された電圧検出経路から検出されるカソードまたはアノード端子側の検出電圧を前記浮動キャパシタに充電させる充電スイッチング部；
前記浮動キャパシタに充電されたアノード端子側の検出電圧極性を反転させる極性反転スイッチング部；及び
前記浮動キャパシタに充電されたカソード端子側検出電圧と極性反転されたアノード端子側検出電圧とをセンシングして下記数学式に従って漏洩抵抗を計算し、

（ここで、Ｒ _ｉ は、前記浮動キャパシタと前記バッテリーのカソード端子またはアノード端子との間に接地された共通抵抗、Ｅは、バッテリーの両端電圧、Ｖ _Ａ は、浮動キャパシタに充電されたカソード端子の検出電圧、Ｖ _Ｂ は、浮動キャパシタに充電されたアノード端子の極性反転された検出電圧である。）
前記漏洩抵抗を基準絶縁抵抗と比較して漏洩電流の発生可否を判別する漏洩電流判別部；を含むことを特徴とする。

望ましくは、前記電圧センシング機器は、前記浮動キャパシタから印加されるカソード端子検出電圧と極性が反転されたアノード端子検出電圧とをセンシングする差動増幅器を含むことができる。

選択的に、前記漏洩電流判別部は、漏洩電流発生事実を視覚的または聴覚的に警報する漏洩電流警報機を含み得る。このような場合、前記漏洩電流判別部は、漏洩電流が発生した場合、前記漏洩電流警報機を通じて漏洩電流発生事実を視覚的または聴覚的に警報することができる。

望ましくは、前記漏洩電流判別部は、前記計算された漏洩抵抗が基準絶縁抵抗より小さければ、漏洩電流が発生したと判別することができる。

本発明の技術的課題は、上述したバッテリーの漏洩電流感知装置を含むバッテリー駆動装置またはバッテリーパックによっても達成できる。

前記技術的課題を達成するためのバッテリーの漏洩電流感知方法は、
（ａ）バテリーカソード端子側の電圧検出経路を選択してバッテリーカソード端子の検出電圧を浮動キャパシタに充電させた後充電されたカソード端子の検出電圧をセンシングするステップ；
（ｂ）バッテリーアノード端子側の電圧検出経路を選択してバッテリーアノード端子の検出電圧を前記浮動キャパシタに充電させた後充電されたアノード端子の検出電圧を反転させてセンシングするステップ；
（ｃ）センシングされた前記カソード端子の検出電圧とアノード端子の極性反転された検出電圧とを利用して下記数学式に従って漏洩抵抗を計算するステップ；

（ここで、Ｒ _ｉ は、前記浮動キャパシタと前記バッテリーのカソード端子またはアノード端子との間に接地された共通抵抗、Ｅは、バッテリーの両端電圧、Ｖ _Ａ は、浮動キャパシタに充電されたカソード端子の検出電圧、Ｖ _Ｂ は、浮動キャパシタに充電されたアノード端子の極性反転された検出電圧である。）
及び
（ｄ）前記漏洩抵抗を基準絶縁抵抗と比較して漏洩電流発生可否を判別するステップ；を含むことを特徴とする。

本発明の一側面によれば、浮動キャパシタが含まれた簡単な漏洩電流感知回路を利用してバッテリーの漏洩電流を感知することで、バッテリーの漏洩電流が発生した時これを早期に感知してバッテリーの放電を防止することができる。また、漏洩電流による車両内部機器の誤作動及び故障を予防し、バッテリーの漏洩電流による人命被害を予防することができる。

本発明の他の側面によれば、浮動キャパシタに充電された電圧をセンシングする前に浮動キャパシタをバッテリーから電気的に分離させるので、バッテリーから流入されるノイズを低減させてより正確な漏洩電流の感知が可能である。

本発明のまた他の側面によれば、極性反転スイッチング部を利用して浮動キャパシタに充電されたバッテリーのアノード端子側検出電圧の極性を反転させるので、電圧センシング機器に同一の極性の検出電圧が印加される。その結果、電圧センシング機器の回路構成を簡単にすることができる。

本明細書に添付される下記の図面は本発明の望ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
本発明の望ましい実施例によるバッテリーの漏洩電流感知装置に対する回路構成図である。 本発明の望ましい実施例による漏洩電流判別部の構成を示すブロック図である。 本発明の望ましい実施例によるバッテリーの漏洩電流感知方法を説明するために示すフローチャートである。

以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求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いけず、発明者は自らの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することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

図１は、本発明の望ましい実施例によるバッテリーの漏洩電流感知装置に対する回路構成図である。

図１に示すように、本発明によるバッテリーの漏洩電流感知装置３００は、負荷システム１００に電源を供給する多数のセルが集合されたバッテリー２００の両端子に連結されてバッテリー２００の漏洩電流を感知する。

本発明の実施例において、前記負荷システム１００は、バッテリー２００から出力される電気エネルギーを利用する手段であって電気自動車やハイブリッド自動車のように高電圧を要求するシステムである。前記負荷システム１００において電気エネルギーを消耗する負荷（Ｌ）は電気自動車やハイブリッド自動車に動力を伝達する駆動モーターや、バッテリー２００から出力される電圧レベルを変換させるＤＣ ｔｏ ＤＣコンバータなどである。しかし、本発明は負荷システム１００やこれに含まれた負荷（Ｌ）の種類によって限定されない。図面において、キャパシタ成分Ｃ１は負荷システム１００で発生するノイズをフィルタリングするフィルターであり、キャパシタ成分Ｃ２及びＣ３はバッテリー２００が負荷（Ｌ）に接続されるときバッテリー２００と負荷（Ｌ）との間に固有に存在することになるキャパシタ成分である。

前記バッテリー２００は、電気エネルギーを貯蔵する手段であって直列または並列連結された再充電が可能な多数の単位セルを含む。前記単位セルは、ウルトラキャパシタを含む電気二重層キャパシタ、またはリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などのような公知の二次電池である。

本発明によるバッテリーの漏洩電流感知装置３００は、バッテリーのカソード端子（Ａ）またはアノード端子（Ｂ）から検出される電圧を充電する浮動キャパシタ（Ｃ５）と、前記カソード端子（Ａ）またはアノード端子（Ｂ）側の電圧検出経路を選択する端子選択スイッチング部（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３）と、前記選択された電圧検出経路から検出されるカソード端子（Ａ）またはアノード端子（Ｂ）側の検出電圧を前記浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電する充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）と、前記浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたアノード端子（Ｂ）側の検出電圧極性を反転させる極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）と、前記浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたカソード端子（Ａ）側検出電圧及び極性反転されたアノード端子（Ｂ）側検出電圧をセンシングして漏洩抵抗を計算し、前記漏洩抵抗を基準絶縁抵抗と比較して漏洩電流の発生可否を判別する漏洩電流判別部３２０とを含む。

本発明によれば、バッテリーのカソード端子（Ａ）とアノード端子（Ｂ）との間には第１線路１が設けられる。そして、前記第１線路１上の電圧配分ノード（ｎ１）から第２線路２が分岐される。また、前記第２線路２と並列に第３線路３が設けられる。

前記端子選択スイッチング部は、第１スイッチ（ＳＷ１）、第２スイッチ（ＳＷ２）及び第３スイッチ（ＳＷ３）を含む。前記第１スイッチ（ＳＷ１）及び前記第２スイッチ（ＳＷ２）は第１線路１上に設けられる。前記第１スイッチ（ＳＷ１）は前記電圧配分ノード（ｎ１）とバッテリー２００のカソード端子（Ａ）との間に設けられ、前記第２スイッチ（ＳＷ２）は前記電圧配分ノード（ｎ１）とバッテリー２００のアノード端子（Ｂ）との間に設けられる。また、前記第１スイッチ（ＳＷ１）とカソード端子（Ａ）との間には第１抵抗（Ｒ１）が、前記第２スイッチ（ＳＷ２）とアノード端子（Ｂ）との間には第２抵抗（Ｒ２）が設けられる。

前記第３スイッチ（ＳＷ３）は電圧配分ノード（ｎ１）から延長された第２線路２上に設けられる。前記電圧配分ノード（ｎ１）と第３スイッチ（ＳＷ３）との間には第３抵抗（Ｒ３）及び第４抵抗（Ｒ４）が設けられる。前記第３抵抗（Ｒ３）と第４抵抗（Ｒ４）との間にはノイズ除去用キャパシタ（Ｃ４）が並列に設けられる。

前記浮動キャパシタ（Ｃ５）は前記第３線路３に設けられる。前記浮動キャパシタ（Ｃ５）にはバッテリー２００のカソード端子（Ａ）またはアノード端子（Ｂ）側から印加される検出電圧が充電される。

前記端子選択スイッチング部（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３）は電圧検出経路を選択する。前記電圧検出経路はカソード端子（Ａ）側の電圧検出経路とアノード端子（Ｂ）側の電圧検出経路とを含む。カソード端子（Ａ）側の電圧検出経路は、前記端子選択スイッチング部の第１スイッチ（ＳＷ１）及び第３スイッチ（ＳＷ３）がターンオンされたとき選択される。逆に、アノード端子（Ｂ）側の電圧検出経路は、前記端子選択スイッチング部の第２スイッチ（ＳＷ２）及び第３スイッチ（ＳＷ３）がターンオンされたとき選択される。

前記充電スイッチング部は、第４スイッチ（ＳＷ４）及び第５スイッチ（ＳＷ５）を含む。前記第４スイッチ（ＳＷ４）は浮動キャパシタ（Ｃ５）の第１端子（Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}）と、カソード端子（Ａ）側またはアノード端子（Ｂ）側電圧検出経路との連結をスイッチングする。そして、第５スイッチ（ＳＷ５）は浮動キャパシタ（Ｃ５）の第２端子（Ｃ_{ｌｏｗｅｒ}）と接地との連結をスイッチングする。前記第４スイッチ（ＳＷ４）及び第５スイッチ（ＳＷ５）は浮動キャパシタ（Ｃ５）にカソード端子（Ａ）側またはアノード端子（Ｂ）側検出電圧が充電されるときターンオンされる。すなわち、カソード端子（Ａ）側の電圧検出経路が選択された状態で第４スイッチ（ＳＷ４）及び第５スイッチ（ＳＷ４）がターンオンされれば、カソード端子（Ａ）側の検出電圧が浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電される。そして、アノード端子（Ｂ）側の電圧検出経路が選択された状態で第４スイッチ（ＳＷ４）及び第５スイッチ（ＳＷ５）がターンオンされれば、アノード端子（Ｂ）側の検出電圧が浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電される。

前記極性反転スイッチング部は、第６スイッチ（ＳＷ６）及び第７スイッチ（ＳＷ７）を含む。前記第６スイッチ（ＳＷ６）は浮動キャパシタ（Ｃ５）の第１端子（Ｃ_{ｕｐｐｅｒ}）と接地との連結をスイッチングする。そして、前記第７スイッチ（ＳＷ７）は浮動キャパシタ（Ｃ５）の第２端子（Ｃ_{ｌｏｗｅｒ}）とカソード端子（Ａ）側またはアノード端子（Ｂ）側電圧検出経路との連結をスイッチングする。前記第６スイッチ（ＳＷ６）及び第７スイッチ（ＳＷ７）は浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたアノード端子（Ｂ）側の検出電圧極性を反転させるとき使用される。すなわち、浮動キャパシタ（Ｃ５）にアノード端子（Ｂ）側の検出電圧が充電された後充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）をターンオフさせた状態で前記第６スイッチ（ＳＷ６）及び第７スイッチ（ＳＷ７）がターンオンされれば、浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたアノード端子（Ｂ）側の検出電圧極性が反転される。

一方、図面において、バッテリー２００のカソード端子（Ａ）及びアノード端子（Ｂ）側にそれぞれ表示された正極側の漏洩抵抗（Ｒｌｅａｋａｇｅ＋）及び負極側の漏洩抵抗（Ｒｌｅａｋａｇｅ−）は、漏洩電流が発生したときの状況を示したものであって、漏洩電流が発生すれば現われる仮想の抵抗値を等価で表現したものである。

図２は、本発明の望ましい実施例による漏洩電流判別部３２０の構成を示すブロック図である。

図２を参照すれば、前記漏洩電流判別部３２０は、電圧センシング機器３２１、Ａ／Ｄコンバータ３２２、中央演算処理機３２３及びスイッチ制御器３２４を含む。

前記電圧センシング機器３２１は、浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたカソード端子（Ａ）側検出電圧と、極性が反転されたアノード端子（Ｂ）側検出電圧とを順次センシングしてアナログ電圧信号を出力する。前記アナログ電圧信号は、カソード端子（Ａ）側検出電圧に対応する第１アナログ電圧信号と、アノード端子（Ｂ）側の極性反転された検出電圧に対応する第２アナログ電圧信号とを含む。

前記Ａ／Ｄコンバータ３２２は、前記電圧センシング機器３２１から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。前記デジタル電圧信号は、カソード端子（Ａ）側の検出電圧に対応する第１デジタル電圧信号と、アノード端子（Ｂ）側の極性反転された検出電圧に対応する第２デジタル電圧信号とを含む。

前記中央演算処理機３２３は、前記Ａ／Ｄコンバータ３２２からデジタル電圧信号の入力を受け取って漏洩抵抗を計算する。すなわち、前記中央演算処理機３２３は、Ａ／Ｄコンバータ３２２から入力されるデジタル化された電圧信号をカソード及びアノード端子ごとに区分し、カソード及びアノード端子ごとに区分されたデジタル化された電圧信号を利用してバッテリー２００の漏洩抵抗を下記数学式１を通じて計算する。

（ここで、Ｒ_ｉは、漏洩電流感知装置の内部抵抗、Ｅは、バッテリーの両端電圧、Ｖ_Ａは、浮動キャパシタに充電されたカソード端子（Ａ）の検出電圧、Ｖ_Ｂは、浮動キャパシタに充電されたアノード端子（Ｂ）の極性反転された検出電圧である。図１に示す回路において、Ｒ１＝Ｒ２であれば、Ｒ_ｉ＝Ｒ１＋Ｒ３＋Ｒ４＝Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４である。前記数学式１は一つの例示に過ぎず、漏洩抵抗を測定するための回路構成によって変更され得る。）

そして、前記中央演算処理機３２３は前記計算された漏洩抵抗を予め設定された基準絶縁抵抗と比較して漏洩電流の発生可否を判別する。すなわち、前記中央演算処理機３２３は計算された漏洩抵抗が基準絶縁抵抗より小さければ、漏洩電流が発生したと判別する。

前記スイッチ制御器３２４は、前記中央演算処理機３２３の制御に従って前記端子選択スイッチング部（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３）、前記充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）及び前記極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）の動作を制御する。

すなわち、前記スイッチ制御器３２４は、バッテリー２００のカソード及びアノード端子（Ａ、Ｂ）から交互に出力される検出電圧を前記浮動キャパシタ（Ｃ５）に一時的に貯蔵し、このように貯蔵された検出電圧が前記電圧センシング機器３２１に印加できるように前記端子選択スイッチング部（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３）、前記充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）及び前記極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）のターンオンとターンオフとを選択的に制御する。

カソード端子（Ａ）側の検出電圧を測定する場合、前記スイッチ制御器３２４は極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）をターンオフさせた状態で端子選択スイッチング部の第２スイッチ（ＳＷ３）はターンオフさせ、第１スイッチ（ＳＷ１）と第３スイッチ（ＳＷ３）とはターンオンさせる。そうすれば、カソード端子（Ａ）側の電圧検出経路が選択される。この状態で、前記スイッチ制御器３２４は充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）をターンオンさせる。そうすれば、カソード端子（Ａ）側から出力される検出電圧が前記浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電される。ここで、カソード端子（Ａ）の検出電圧が充電されるとき充電電流の方向はＩ方向である。それから、前記スイッチ制御器３２４は端子選択スイッチング部の第３スイッチ（ＳＷ３）をターンオフさせて浮動キャパシタ（Ｃ５）をバッテリーのカソード端子（Ａ）と電気的に分離させる。この状態で、電圧センシング機器３２１は浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電された検出電圧をセンシングしてバッテリー２００のカソード端子（Ａ）側検出電圧に該当するアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ３２２に出力する。望ましくは、前記電圧センシング機器３２１は浮動キャパシタ（Ｃ５）の両端子間の電圧差をセンシングする差動増幅器を含む。

次いで、アノード端子（Ｂ）側の極性反転された検出電圧を測定する場合、前記スイッチ制御器３２４は極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）をターンオフさせた状態で端子選択スイッチング部の第１スイッチ（ＳＷ３）はターンオフさせ、第２スイッチ（ＳＷ２）と第３スイッチ（ＳＷ３）とをターンオンさせる。そうすれば、アノード端子（Ｂ）側の電圧検出経路が選択される。この状態で、前記スイッチ制御器３２４は充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）をターンオンさせる。そうすれば、アノード端子（Ｂ）側から出力される検出電圧が浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電される。ここで、アノード端子（Ｂ）の検出電圧が充電されるとき充電電流の方向はII方向である。したがって、浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたアノード端子（Ｂ）の検出電圧はカソード端子（Ａ）の検出電圧と極性が反対になる。一方、電圧センシング機器３２１は差動増幅器を含み、カソード端子（Ａ）の検出電圧をセンシングする時使用した差動増幅器をそのまま使用するために浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたアノード端子（Ｂ）の検出電圧に対する極性を反転させる。すなわち、前記浮動キャパシタ（Ｃ５）にアノード端子（Ｂ）の検出電圧が充電されれば、端子選択スイッチング部の第３スイッチ（ＳＷ３）をターンオフさせて浮動キャパシタ（Ｃ５）をバッテリーのアノード端子（Ｂ）と電気的に分離させる。この状態で、前記スイッチ制御器３２４は充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）をターンオフさせ、極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）をターンオンさせる。そうすれば、浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたアノード端子（Ｂ）の検出電圧極性が反転される。その後、前記電圧センシング機器３２１は浮動キャパシタ（Ｃ５）の両端子に充電された極性反転された検出電圧をセンシングしてバッテリー２００のアノード端子（Ｂ）側検出電圧に該当するアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ３２２に出力する。このとき、前記電圧センシング機器３２１はカソード端子（Ａ）側の検出電圧センシング時と同一の極性の検出電圧をセンシングする。したがって、前記電圧センシング機器３２１は、カソード端子（Ａ）及びアノード端子（Ｂ）側から印加される検出電圧をセンシングするために一つの差動増幅器のみを含んでも構わない。

本発明によれば、前記漏洩電流判別部３２０は漏洩電流発生可否に対する判別結果を視覚的または聴覚的に出力することができる。このために、前記漏洩電流判別部３２０は漏洩電流警報機３２５をさらに含むことが望ましい。

このような場合、前記漏洩電流判別部３２０は漏洩電流が発生したと判別されれば、漏洩電流の発生事実を漏洩電流警報機３２５を通じて視覚的または聴覚的に警報することができる。ここで、前記漏洩電流警報機３２５は、ＬＥＤ、ＬＣＤ、アラーム警報機またはこれらの組み合わせで具現できる。しかし、本発明がこれに限定されるのではないので様々な変形された形態の視覚的または聴覚的アラーム装置が漏洩電流警報機３２５として採用できることは自明である。

漏洩電流発生事実に対する警報のために、前記中央演算処理機３２３は前記計算された漏洩抵抗と基準絶縁抵抗とを比較し、前記計算された漏洩抵抗が基準絶縁抵抗より小さければ、漏洩電流発生信号を前記漏洩電流警報機３２５に出力することができる。そうすれば、前記漏洩電流警報機３２５は予め定められた方式に従って漏洩電流発生事実を視覚的または聴覚的に警報する。例えば、前記漏洩電流警報機３２５はＬＥＤを点滅するか、ＬＣＤに警告メッセージを出力するか、アラーム警報機で警告音を発生させて使用者に漏洩電流発生事実を警報することができる。

前述の本発明によるバッテリーの漏洩電流感知装置は、バッテリーから電源供給を受けるバッテリー駆動装置に結合されて使用され得る。

一例として、本発明は、ノートＰＣ、携帯電話、ポータブルメディアプレイヤーのようにバッテリーから駆動電圧供給を受ける各種の電子製品に含まれて使用され得る。

他の例として、本発明は、化石燃料自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車のようにバッテリーが搭載された各種の動力装置に結合されて使用され得る。

ひいては、本発明によるバッテリーの漏洩電流感知装置は、ＰＣＢ回路または注文型半導体回路（ＡＳＩＣ）にモジュール化してバッテリーパック内に搭載できるのは本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者に自明である。

図３は、本発明の望ましい実施例によるバッテリーの漏洩電流感知方法を説明するために示すフローチャートである。

下記で説明される各ステップの遂行主体は特別な言及がなければ中央演算処理機３２３であり、各スイッチの動作過程で中央演算処理機３２３によるスイッチ制御器３２４の制御が随伴するという点を予め明らかにしておく。

まず、ステップ（Ｓ１００）において、バッテリー２００のカソード端子（Ａ）から出力される検出電圧をセンシングするために、端子選択スイッチング部の第２スイッチ（ＳＷ２）と極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）とをターンオフさせた状態で、端子選択スイッチング部の第１スイッチ（ＳＷ１）及び第３スイッチ（ＳＷ３）と充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）とをターンオンさせる。そうすれば、カソード端子（Ａ）側から出力される検出電圧が前記浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電される。この状態で、端子選択スイッチング部の第３スイッチ（ＳＷ３）をターンオフさせて浮動キャパシタ（Ｃ５）をバッテリー２００のカソード端子（Ａ）と電気的に分離させる。そして、浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたカソード端子（Ａ）の検出電圧を電圧センシング機器３２１を利用してセンシングする。すなわち、前記電圧センシング機器３２１はカソード端子（Ａ）の検出電圧をセンシングしてアナログ電圧信号をＡ／Ｄコンバータ３２２に出力する。これに応答して、前記Ａ／Ｄコンバータ３２２はアナログ電圧信号をデジタル化された電圧信号に変換して中央演算処理機３２３に入力する。

次いで、ステップ（Ｓ２００）において、バッテリー２００のアノード端子（Ｂ）から出力される検出電圧をセンシングするために、端子選択スイッチング部の第１スイッチ（ＳＷ１）と極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）とをターンオフさせた状態で端子選択スイッチング部の第２スイッチ（ＳＷ２）及び第３スイッチ（ＳＷ３）と充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）とをターンオンさせる。そうすれば、アノード端子（Ｂ）から出力される検出電圧が前記浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電される。この状態で、端子選択スイッチング部の第３スイッチ（ＳＷ３）をターンオフさせて浮動キャパシタ（Ｃ５）をバッテリー２００のアノード端子（Ｂ）と電気的に分離させる。それから、充電スイッチング部（ＳＷ４、ＳＷ５）はターンオフさせ、極性反転スイッチング部（ＳＷ６、ＳＷ７）はターンオンさせて浮動キャパシタ（Ｃ５）に充電されたアノード端子（Ｂ）の検出電圧に対する極性を反転させる。この状態で、電圧センシング機器３２１を利用してアノード端子（Ｂ）の極性反転された検出電圧をセンシングする。すなわち、前記電圧センシング機器３２１はアノード端子（Ｂ）の極性反転された検出電圧をセンシングしてアナログ電圧信号をＡ／Ｄコンバータ３２２に出力する。これに応答して、前記Ａ／Ｄコンバータ３２２はアナログ電圧信号をデジタル化された電圧信号に変換して中央演算処理機３２３に入力する。

ステップ（Ｓ３００）においては、前記Ｓ１００ステップ及びＳ２００ステップで出力されたカソード及びアノード端子（Ａ、Ｂ）の電圧信号を利用して漏洩抵抗を計算する。漏洩抵抗の計算方式は前述済みである。

ステップ（Ｓ４００）においては、前記Ｓ３００ステップで計算された漏洩抵抗と基準絶縁抵抗とを比較して計算された漏洩抵抗が基準絶縁抵抗より小さいか否かを判断する。

ステップ（Ｓ５００）は、前記Ｓ４００ステップで計算された漏洩抵抗が基準絶縁抵抗より大きいか同一であるとき行われるステップであって、バッテリーで漏洩電流が発生しなかったと判別する。

ステップ（Ｓ６００）は、前記Ｓ４００ステップで計算された漏洩抵抗が基準絶縁抵抗より小さいとき行われるステップであって、バッテリーで漏洩電流が発生したと判別する。

ステップ（Ｓ７００）においては、前記Ｓ６００ステップでバッテリーで漏洩電流が発生したと判別されれば、漏洩電流発生事実を視覚的または聴覚的に警報する。

前述のＳ１００ステップないしＳ７００ステップは、バッテリーから電源供給を受けるシステムが作動しているうちに漏洩電流感知が必要なときのみ選択的に行うか、一定の周期で自動に繰り返し行われ得る。

本発明の一側面によれば、浮動キャパシタが含まれた簡単な漏洩電流感知回路を利用してバッテリーの漏洩電流を感知することで、バッテリーの漏洩電流が発生した時これを早期に感知してバッテリーの放電を防止することができる。また、漏洩電流による車両内部機器の誤作動及び故障を予防し、バッテリーの漏洩電流による人命被害を予防することができる。

本発明の他の側面によれば、浮動キャパシタに充電された電圧をセンシングする前に浮動キャパシタをバッテリーから電気的に分離させるので、バッテリーから流入されるノイズを低減させてより正確な漏洩電流の感知が可能である。

本発明のまた他の側面によれば、極性反転スイッチング部を利用して浮動キャパシタに充電されたバッテリーのアノード端子側検出電圧の極性を反転させるので、電圧センシング機器に同一の極性の検出電圧が印加される。その結果、電圧センシング機器の回路構成を簡単にすることができる。

以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。

Claims (14)

1. バッテリーのカソード端子またはアノード端子から検出される電圧を充電する浮動キャパシタ；
   前記カソードまたはアノード端子側の電圧検出経路を選択する端子選択スイッチング部；
   前記選択された電圧検出経路から検出されるカソードまたはアノード端子側の検出電圧を前記浮動キャパシタに充電させる充電スイッチング部；
   前記浮動キャパシタに充電されたアノード端子側の検出電圧極性を反転させる極性反転スイッチング部；及び
   前記浮動キャパシタに充電されたカソード端子側検出電圧と極性反転されたアノード端子側検出電圧とをセンシングして下記数学式に従って漏洩抵抗を計算し、
   

   

   （ここで、Ｒｉは、前記浮動キャパシタと前記バッテリーのカソード端子またはアノード端子との間に接地された共通抵抗、Ｅは、バッテリーの両端電圧、ＶＡは、前記カソード端子側の選択された電圧検出経路を通じてカソード端子側から浮動キャパシタに充電された検出電圧、ＶＢは、前記アノード端子側の選択された電圧検出経路を通じて浮動キャパシタに充電されたアノード端子の極性反転された検出電圧である。）
   前記漏洩抵抗を基準絶縁抵抗と比較して漏洩電流の発生可否を判別する漏洩電流判別部；を含むことを特徴とするバッテリーの漏洩電流感知装置。
2. バッテリーのカソード及びアノード端子間の第１線路上に設けられた電圧配分ノードをさらに含み、
   前記端子選択スイッチング部は、
   前記電圧配分ノードとバッテリーのカソード端子及びアノード端子との間にそれぞれ設けられた第１及び第２スイッチ；及び
   前記電圧配分ノードから延長された第２線路上に設けられた第３スイッチを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの漏洩電流感知装置。
3. 前記第２線路と並列配置された第３線路をさらに含み、
   前記浮動キャパシタは、前記第３線路に設けられることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーの漏洩電流感知装置。
4. 前記充電スイッチング部は、前記浮動キャパシタの第１端子と前記選択された電圧検出経路との連結をスイッチングする第４スイッチと、前記浮動キャパシタの第２端子と接地との連結をスイッチングする第５スイッチとを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうち何れかに記載のバッテリーの漏洩電流感知装置。
5. 前記極性反転スイッチング部は、前記浮動キャパシタの第１端子と接地との連結をスイッチングする第６スイッチと、前記浮動キャパシタの第２端子と前記選択された電圧検出経路との連結をスイッチングする第７スイッチとを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうち何れかに記載のバッテリーの漏洩電流感知装置。
6. 前記漏洩電流判別部は、
   前記端子選択スイッチング部、前記充電スイッチング部及び前記極性反転スイッチング部の動作を制御するスイッチ制御器；
   前記カソード端子側の検出電圧とアノード端子側の極性反転された検出電圧とを前記浮動キャパシタからセンシングした後アナログ電圧信号を出力する電圧センシング機器；
   前記出力されたアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄコンバータ；及び
   前記Ａ／Ｄコンバータからデジタル電圧信号の入力を受けて漏洩抵抗を計算した後前記漏洩抵抗を基準絶縁抵抗と比較して漏洩電流発生可否を判別する中央演算処理機；を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの漏洩電流感知装置。
7. 前記電圧センシング機器は、前記浮動キャパシタから印加されるカソード端子の検出電圧と極性が反転されたアノード端子の検出電圧とをセンシングする差動増幅器を含むことを特徴とする請求項６に記載のバッテリーの漏洩電流感知装置。
8. 前記漏洩電流判別部は、
   漏洩電流発生事実を視覚的または聴覚的に警報する漏洩電流警報機を含み、漏洩電流が発生した場合、前記漏洩電流警報機を通じて漏洩電流発生事実を視覚的または聴覚的に警報することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの漏洩電流感知装置。
9. 前記漏洩電流判別部は、前記計算された漏洩抵抗が基準絶縁抵抗より小さければ、漏洩電流が発生したと判別することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーの漏洩電流感知装置。
10. 請求項１または請求項９に記載のバッテリーの漏洩電流感知装置を含むバッテリー駆動装置。
11. 請求項１または請求項９に記載のバッテリーの漏洩電流感知装置を含むバッテリーパック。
12. （ａ）バッテリーカソード端子側の電圧検出経路を選択してバッテリーカソード端子の検出電圧を浮動キャパシタに充電させた後充電されたカソード端子の検出電圧をセンシングするステップ；
    （ｂ）バッテリーアノード端子側の電圧検出経路を選択してバッテリーアノード端子の検出電圧を前記浮動キャパシタに充電させた後充電されたアノード端子の検出電圧を反転させてセンシングするステップ；
    （ｃ）センシングされた前記カソード端子の検出電圧とアノード端子の極性反転された検出電圧とを利用して下記数学式に従って漏洩抵抗を計算するステップ；
    

    

    （ここで、Ｒｉは、前記浮動キャパシタと前記バッテリーのカソード端子またはアノード端子との間に接地された共通抵抗、Ｅは、バッテリーの両端電圧、ＶＡは、前記カソード端子側の選択された電圧検出経路を通じてカソード端子側から浮動キャパシタに充電された検出電圧、ＶＢは、前記アノード端子側の選択された電圧検出経路を通じて浮動キャパシタに充電されたアノード端子の極性反転された検出電圧である。）
    及び
    （ｄ）前記漏洩抵抗を基準絶縁抵抗と比較して漏洩電流発生可否を判別するステップ；を含むことを特徴とするバッテリーの漏洩電流感知方法。
13. 漏洩電流が発生したと判別されれば、漏洩電流発生事実を視覚的または聴覚的に警報するステップ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の漏洩電流感知方法。
14. 前記（ｄ）ステップにおいて、
    前記計算された漏洩抵抗が基準絶縁抵抗より小さい場合、漏洩電流が発生したと判別することを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーの漏洩電流感知方法。

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