JP5861954B2 - バッテリーの絶縁抵抗測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーの絶縁抵抗測定装置及び方法に関し、より詳しくは、電気自動車またはハイブリッド自動車のように、高電圧を要するバッテリー電源供給システムに採用されたバッテリーの絶縁抵抗を測定できるバッテリーの絶縁抵抗測定装置及び方法に関する。

本出願は、２０１２年３月２６日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−００３０５２７号、及び２０１３年０３月２６日出願の韓国特許出願第１０−２０１３−００３１９３９号に基づく優先権を主張するものであり、該当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。

近年、化石エネルギーの枯渇と環境汚染により、化石エネルギーを使用せず、電気エネルギーを利用して駆動できる電気製品に対する関心が高まりつつある。
これによって、モバイル機器 、電気自動車、ハイブリッド自動車、電力貯蔵装置、無停電電源装置などに対する技術開発と需要が増加し、それにつれてエネルギー源として二次電池の需要が急増し、その形態も多様化している。従って、多様な要求に応えられるように二次電池に対する研究が活発に行われている。

特に、高出力且つ大容量のバッテリーを使用する電気自動車やハイブリッド自動車のような装置は、バッテリーと装置との間の絶縁状態を良好に維持する必要がある。バッテリーの絶縁状態が維持されねば、漏れ電流が発生して様々な問題を引き起こすためである。例えば、漏れ電流は、予期せぬ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、電気自動車のように高電圧バッテリーを用いる装置は、ユーザに致命的な感電の被害を与える恐れがある。それ故に、本発明が属した技術分野では、バッテリーの絶縁抵抗を正確に測定できる方案が切実に求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの絶縁抵抗を測定する装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明による絶縁抵抗測定装置は、バッテリーの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続される第１絶縁抵抗測定部及び第２絶縁抵抗測定部と、前記第１絶縁抵抗測定部及び前記第２絶縁抵抗測定部を、それぞれ前記正極端子及び前記負極端子に選択的に接続して、相異なる第１及び第２回路を形成する第１スイッチ及び第２スイッチと、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部に印加された第１及び第２絶縁検出電圧をセンシングする電圧検出部と、前記第１及び第２絶縁検出電圧と前記第１及び第２回路とから導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する制御部とを含む。

望ましくは、前記第２絶縁抵抗測定部は、ＤＣ電源印加部を更に含む。
望ましくは、前記制御部は、下記の数式を利用して正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する。

（Ｖ_Ｂａｔ：バッテリー電圧値、Ｖ_１：第１絶縁検出電圧、Ｖ_２：第２絶縁検出電圧、Ｖ_ＤＣ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ_１：第１抵抗値、Ｒ_２：第２抵抗値、Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}：正極端子側絶縁抵抗値、Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}：負極端子側絶縁抵抗値）

望ましくは、前記制御部は、算出された正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値から抵抗値の小さいものを最終絶縁抵抗値と判断する。そして、前記制御部は、前記最終絶縁抵抗値と予め設定された基準絶縁抵抗値とを比較して、バッテリーの絶縁破壊如何を判断することができる。
本発明による絶縁抵抗測定装置は、バッテリー電圧値、ＤＣ電源印加部の電圧値、第１抵抗値、第２抵抗値、及び基準絶縁抵抗値を保存するメモリ部を更に含むことができる。

また、本発明による絶縁抵抗測定装置は、外部装置と通信インターフェースを形成する伝送部を更に含むことができ、前記制御部は、前記絶縁破壊如何に関する情報を前記伝送部を通じて外部装置に伝送することができる。このとき、前記外部装置は、バッテリー分析装置またはバッテリーが搭載されたシステムの制御装置であり得る。

また、本発明による絶縁抵抗測定装置は、絶縁破壊如何を視覚的または聴覚的に出力する警告部を更に含むことができ、前記制御部は、絶縁破壊が感知された場合、前記警告部を通じて絶縁状態が破壊されたことを視覚的または聴覚的に警告できるように、警告信号を出力することができる。

本発明の技術的課題は、バッテリーの正極端子またはバッテリーの負極端子に接続される絶縁抵抗測定部と、前記絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの正極端子及び負極端子に選択的に接続して、相異なる第１及び第２回路を形成するスイッチ部と、前記絶縁抵抗測定部に印加された第１及び第２絶縁検出電圧をセンシングする電圧検出部と、前記第１及び第２絶縁検出電圧と前記第１及び第２回路とから導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する制御部とを含むことを特徴とする絶縁抵抗測定装置によって達成することもできる。

この場合、前記スイッチ部は、前記絶縁抵抗測定部の一端部を前記バッテリーの正極端子または負極端子に選択的に接続し、前記絶縁抵抗測定部の他端部をグラウンドまたはＤＣ電源印加部に選択的に接続することで、相異なる第１回路及び第２回路を形成する。そのために、前記スイッチ部は、マルチプレクサー（ＭＵＸ：ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）を含むことができる。

上記の技術的課題を果たすための本発明による絶縁抵抗測定方法は、バッテリーの正極端子及び負極端子に、それぞれ接続される第１及び第２絶縁抵抗測定部から検出される第１及び第２絶縁検出電圧を利用して、バッテリーの絶縁抵抗を測定する方法であって、（ａ）前記第１絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの正極端子に接続して第１回路を形成した後、前記第１絶縁検出電圧を検出する段階と、（ｂ）前記第２絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの負極端子に接続して第２回路を形成した後、前記第２絶縁検出電圧を検出する段階と、（ｃ）前記第１及び第２絶縁検出電圧と前記第１回路及び第２回路とから導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する段階とを含む。

本発明の技術的課題は、バッテリーの正極端子または負極端子に接続される、絶縁抵抗測定部から検出される第１及び第２絶縁検出電圧を利用して、バッテリーの絶縁抵抗を測定する方法であって、（ａ）前記絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの正極端子に接続して第１回路を形成した後、前記第１絶縁検出電圧を検出する段階と、（ｂ）前記絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの負極端子に接続して第２回路を形成した後、前記第２絶縁検出電圧を検出する段階と、（ｃ）前記第１及び第２絶縁検出電圧と前記第１回路及び第２回路とから導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する段階とを含むことを特徴とする絶縁抵抗測定方法によって達成することも可能である。

本発明の一態様によれば、バッテリー正極端子及び負極端子の定量的な絶縁抵抗値をそれぞれ得ることができる。従って、バッテリーの絶縁状態の破壊如何を判断でき、どの電極で絶縁破壊が発生したかを判断することができる。
本発明の別の態様によれば、正極端子側及び負極端子側絶縁抵抗値から絶縁抵抗値の小さいものを最終絶縁抵抗値として選択して、漏れ電流による安全事故を予防することができる。

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形態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的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、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。

本発明による絶縁抵抗測定装置が備えられたバッテリー電源供給システムの等価回路を概略的に示した回路図である。 本発明による絶縁抵抗測定装置の構成を概略的に示したブロック図である。 本発明の一実施形態による絶縁抵抗測定装置の等価回路を概略的に示した回路図である。 本発明の別の実施形態による絶縁抵抗測定装置の等価回路を概略的に示した回路図である。 第１回路を概略的に示した回路図である。 第２回路を概略的に示した回路図である。 本発明の一実施形態による絶縁抵抗測定方法を示したフロー図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語や単語は、一般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形態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形態に過ぎず、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。

図１は、本発明による絶縁抵抗測定装置１００が備えられたバッテリー電源供給システムの等価回路を概略的に示した回路図である。
図１に示されたように、本発明による絶縁抵抗測定装置１００は、複数のセルが直列及び／または並列で接続されてセルアセンブリを成すバッテリー１０と、前記バッテリー１０から出力された電力の供給を受ける負荷２０とから構成されたバッテリー電源供給システムにおいて、バッテリー１０の正極端子及び負極端子に接続されている。

前記バッテリー１０は、電気エネルギー貯蔵手段であって、再充電可能な複数の単位セルが電気的に接続された構造を有する。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２次電池である。一例として、前記バッテリー１０が電気自動車またはハイブリッド自動車に使用されるバッテリーである場合、前記バッテリー１０は、２００Ｖ以上の高電圧ＤＣ電力を出力する。しかし、本発明がバッテリーの種類、出力電圧、充電容量などによって限定されることはない。

前記負荷２０は、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動モーターＭ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）などから構成され得る。また、負荷２０には、駆動モーターＭで発生するノイズを除去するために、ＤＣ／ＤＣキャップＣ１とＹ−キャップＣ２，Ｃ３が含まれ得る。ＤＣ／ＤＣキャップＣ１は、容量の大きいキャパシタを採用して駆動モーターＭで発生する高周波ノイズを除去し、Ｙ−キャップＣ２，Ｃ３は、駆動モーターＭで発生する低周波ノイズを除去する。

本発明による絶縁抵抗測定装置１００は、前記バッテリー１０の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されてバッテリー１０の絶縁抵抗を測定する。前記絶縁抵抗測定装置１００の構成について図２を参照して詳しく説明する。
図２は、本発明による絶縁抵抗測定装置の構成を概略的に示したブロック図である。
図２を参照すれば、本発明の一実施形態による絶縁抵抗測定装置１００は、スイッチ部１１０、絶縁抵抗測定部１２０、電圧検出部１３０、及び制御部１４０を含む。

前記絶縁抵抗測定部１２０は、前記バッテリー１０の正極端子またはバッテリーの負極端子に接続されて、前記バッテリー１０の電圧が印加される。
前記スイッチ部１１０は、前記絶縁抵抗測定部１２０を前記バッテリー１０の正極端子及び負極端子に選択的に接続して、相異なる第１及び第２回路を形成する。

図３は、本発明の一実施形態による絶縁抵抗測定装置１００の等価回路を概略的に示した回路図である。
図３を参照すれば、本発明によるスイッチ部１１０は、前記絶縁抵抗測定部１２０の一端部を前記バッテリー１０の正極端子または負極端子に選択的に接続し、前記絶縁抵抗測定部１２０の他端部をグラウンドまたはＤＣ電源印加部ＤＣに選択的に接続することで、相異なる第１回路及び第２回路を形成する。

そのために、前記スイッチ部１１０は、マルチプレクサー（ＭＵＸ）を含むことができる。マルチプレクサーとは、多くの回線の入力が１ヶ所に集中するとき、特定回線を選択させる装置である。マルチプレクサーは、「選択器」とも称される。前記スイッチ部１１０としてマルチプレクサーが使用される場合、マルチプレクサーに入力される信号によって、前記絶縁抵抗測定部１２０の一端部を前記バッテリー１０の正極端子または負極端子に選択的に接続することができる。また、マルチプレクサーに入力される信号によって、前記絶縁抵抗測定部１２０の他端部をグラウンドまたはＤＣ電源印加部ＤＣに選択的に接続することができる。

図４は、本発明の別の実施形態による絶縁抵抗測定装置１００の等価回路を概略的に示した回路図である。
図４を参照すれば、本発明の別の実施形態による絶縁抵抗測定装置１００の絶縁抵抗測定部１２０は、第１絶縁抵抗測定部１２１及び第２絶縁抵抗測定部１２２に区分されていることが確認できる。そして、前記スイッチ部１１０は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２に区分されていることが確認できる。

図４に示された実施形態は、説明及び理解の便宜上、図３に示された実施形態から、前記バッテリー１０の正極端子と負極端子とに接続される絶縁抵抗測定部１２０をそれぞれ分離した実施形態である。また、前記スイッチ部１１０も、説明及び理解の便宜上、それぞれ分離した実施形態である。以下、本発明による絶縁抵抗測定装置１００の説明では、図４に示された実施形態を中心に説明する。しかし、図４に示された実施形態は、あくまでも本発明による絶縁抵抗測定装置１００の一例に過ぎないということを理解せねばならない。また、前記第１絶縁抵抗測定部１２１及び第２絶縁抵抗測定部１２２を、抵抗素子のみを含むものとして示したが、抵抗素子の外に、前記バッテリー１０の電圧が印加されて電圧を測定できる公知の電気部品を追加及び代替できることを理解せねばならない。

前記第１スイッチＳＷ１は、前記第１絶縁抵抗測定部１２１をバッテリー１０の正極端子に接続する。前記第１スイッチＳＷ１は、前記制御部１４０の制御信号によってオンオフ動作をする。従って、前記第１絶縁抵抗測定部１２１は、前記制御部１４０の制御信号によってバッテリー１０の正極端子に接続される。本明細書では、発明の理解を助けるために、前記第１絶縁抵抗測定部１２１がバッテリー１０の正極端子に接続されて形成された回路を第１回路と称する。第１回路が形成されたとき、バッテリーの正極端子側から印加される電圧が前記第１絶縁抵抗測定部１２１に印加される。

前記第２スイッチＳＷ２は、前記第２絶縁抵抗測定部１２２をバッテリー１０の負極端子に接続する。前記第２スイッチＳＷ２は、前記制御部１４０の制御信号によってオンオフ動作をする。従って、前記第２絶縁抵抗測定部１２２は、前記制御部１４０の制御信号によってバッテリー１０の負極端子に接続される。本明細書では、発明の理解を助けるために、前記第２絶縁抵抗測定部１２２がバッテリー１０の負極端子に接続されて形成された回路を第２回路と称する。第２回路が形成されたとき、バッテリーの負極端子側から印加される電圧が前記第２絶縁抵抗測定部１２２に印加される。

望ましくは、前記第２絶縁抵抗測定部１２２は、ＤＣ電源印加部ＤＣを更に含む。これは、第２回路が形成されたとき、前記第２絶縁抵抗測定部１２２に正電圧を印加することで、前記電圧検出部１３０が０ではない電圧値をセンシングできるようにする。
望ましくは、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１２１，１２２は、複数の抵抗素子を含む。複数の抵抗素子に対する抵抗値を任意に選択して、バッテリー１０によって各抵抗素子に印加される電圧の範囲を設定することができる。抵抗素子の値を適切に選択して、前記電圧検出部１３０がセンシングする電圧の範囲を５Ｖ以下にすることが、一つの実施形態になり得る。

図４には、第１及び第２絶縁抵抗測定部１２１，１２２が第１及び第２抵抗Ｒ_１，Ｒ_２から構成された実施形態が示されているが、図示された実施形態によって本発明が限定されることはない。また、図４に示された実施形態は、本発明の理解を助け、図面を簡素化するために、第１及び第２絶縁抵抗測定部１２１，１２２が共に第１及び第２抵抗Ｒ_１，Ｒ_２から構成されていることを示しているが、抵抗素子の個数、各抵抗素子の抵抗値などを多様に設定できることは、当業者にとって自明である。

前記電圧検出部１３０は、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１２１，１２２に印加される絶縁検出電圧をセンシングする。前記絶縁検出電圧は、第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧である。前記絶縁検出電圧は、バッテリー１０の絶縁抵抗値の算出に利用される。本明細書では、第１回路が形成されたとき、前記第１絶縁抵抗測定部１２１内に含まれた第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧を第１絶縁検出電圧Ｖ_１と称する。そして、第２回路が形成されたとき、前記第２絶縁抵抗測定部１２２内に含まれた第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧を第２絶縁検出電圧Ｖ_２と称する。前記電圧検出部１３０は、第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１，Ｖ_２に対応する信号を前記制御部１４０側に出力する。

前記制御部１４０は、前記第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフ動作を制御する信号を出力する。前記制御部１４０は、前記第１スイッチＳＷ１にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第２スイッチＳＷ２がオフ動作をするように制御する。逆に、前記制御部１４０は、前記第２スイッチＳＷ２にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第１スイッチＳＷ１がオフ動作をするように制御する。これによって、前記制御部１４０は、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１２１，１２２を異時的にバッテリー１０の正極端子及び負極端子に接続させる。なお、前記第１及び第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、相互区別のための名称に過ぎず、前記制御部１４０が制御信号を出力する手順または本発明の動作手順を示すものではない。

前記制御部１４０は、前記電圧検出部１３０で受信した第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１，Ｖ_２に対応する信号を受信する。そして、前記制御部１４０は、第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１，Ｖ_２と、前記第１及び第２回路から導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}及び負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}を算出する。前記連立回路方程式を通じた絶縁抵抗値の算出アルゴリズムについて詳しく後述する。

なお、前記バッテリー１０の電圧はＶ_Ｂａｔと示し、前記バッテリー１０の正極端子及び負極端子にそれぞれ示された正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}及び負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}は、前記バッテリー１０の絶縁状態を示す仮想の抵抗値を表したものである。従って、前記バッテリー１０の絶縁状態が破壊されれば、正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}が低く測定され、それによって漏れ電流が発生したと解釈することができる。

以下、図５及び図６を参照して本発明による絶縁抵抗測定装置１００が、正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}及び負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}を算出するアルゴリズムについて詳しく説明する。

図５は第１回路を概略的に示した回路図である。
図５を参照すれば、前記第１絶縁抵抗測定部１２１に流れる電流をＩ_１、前記正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}に流れる電流をＩ_２、前記負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}に流れる電流をＩ_３と示した。
まず、第１絶縁検出電圧Ｖ_１をＩ_１をもって表せば、下記の数式１のように表される。

数式１をＩ_１に対して整理すれば、下記の数式２のように表すことができる。

そして、第１絶縁抵抗測定部１２１と正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}とは並列関係であるため、下記の数式３のような関係が成立する。

数式３をＩ_２に対して整理して数式２を代入すれば、数式３を下記の数式４のように表すことができる。

なお、接地されたノードｎを基準に、キルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）の電流法則を適用すれば、下記の数式５が導出される。

数式２及び数式４を数式５に代入し、Ｉ_３に対して整理すれば、数式５を下記の数式６のように表すことができる。

一方、図３に示されたＭｅｓｈ１を基準に、キルヒホッフの電圧法則を適用すれば、下記の数式７の１行目の方程式が導出される。そして、１行目の方程式を数式４及び数式６から得られたＩ_２及びＩ_３を利用して整理すれば、数式７の３行目の方程式を導出することができる。

数式７の３行目の方程式は、前記正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}及び負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}を算出するための連立回路方程式のうち一つであって、後述する他の回路方程式と共に使用される。

図６は、第２回路を概略的に示した回路図である。
図６を参照すれば、前記第２絶縁抵抗測定部１２２に流れる電流をＩ_１、前記負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}に流れる電流をＩ_２、前記正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}に流れる電流をＩ_３と示した。
まず、第２絶縁検出電圧Ｖ_２をＩ_１をもって表せば、数式８のように表される。

数式８をＩ_１に対して整理すれば、数式９のように表すことができる。

そして、第２絶縁抵抗測定部１２２と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}とは並列関係であるため、数式１０のような関係が成立する。

数式１０をＩ_２に対して整理し、数式９を代入すれば、数式１０を数式１１のように表すことができる。

なお、接地されたノードｎを基準に、キルヒホッフの電流法則を適用すれば、数式１２が導出される。

数式９及び数式１１を数式１２に代入し、Ｉ_３に対して整理すれば、数式１２を数式１３のように表すことができる。

一方、図６に表示されたＭｅｓｈ２を基準に、キルヒホッフの電圧法則を適用すれば、下記の数式１４の１行目の方程式が導出される。そして、１行目の方程式を数式１１及び数式１３から得られたＩ_２及びＩ_３を利用して整理すれば、下記の数式１４の３行目の方程式を導出することができる。

数式１４の３行目の方程式は、前記正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}及び負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}を算出するための連立回路方程式のうち他の１つの回路方程式である。従って、数式７の３行目の方程式と数式１４の３行目の方程式とを連立して、正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}について解を求めれば、下記のような数式１５が得られる。

数式１５において、バッテリーの電圧値Ｖ_Ｂａｔ、第１及び第２抵抗Ｒ_１，Ｒ_２の抵抗値、並びにＤＣ電源印加部の電圧値Ｖ_ＤＣは、既知の値であり、第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１，Ｖ_２は、前記電圧検出部１３０から得られる。従って、前記制御部１４０は、前記電圧検出部１３０から受信した第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１，Ｖ_２を数式１５に代入し、バッテリー１０の正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}と負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}をそれぞれ定量的に算出することができる。
上記のようにバッテリー１０の正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}と負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}をそれぞれ算出する場合、絶縁破壊が生じたバッテリーの電極を正確に把握することができる。

望ましくは、前記制御部１４０は、バッテリー１０の正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}と負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}のうち抵抗値の小さいものを最終絶縁抵抗値と判断する。そして、前記制御部１４０は、前記最終絶縁抵抗値が予め保存された基準絶縁抵抗値より小さい値であるか否かによって、絶縁破壊如何を判断する。このようにバッテリー１０の正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}と負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}のうち抵抗値の小さいものを基準に絶縁破壊如何を判断すれば、漏れ電流による安全事故の恐れを低減させることができる。

本発明による絶縁抵抗測定装置１００は、バッテリー電圧値Ｖ_Ｂａｔ、ＤＣ電源印加部の電圧値Ｖ_ＤＣ、絶縁抵抗測定部の抵抗値（第１抵抗値Ｒ１及び第２抵抗値Ｒ２）、並びに基準絶縁抵抗値を保存するメモリ部（図示せず）を更に含むことができる。
前記メモリ部は、前記制御部１４０の内部または外部にあり得、周知の多様な手段を介して前記制御部１４０と接続され得る。前記メモリ部は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどデータを記録して消去できることが知られた公知の半導体素子またはハードディスクのような大容量記憶媒体であって、装置の種類に関係なく情報が保存される装置を総称するものであり、特定のメモリ装置を指すものではない。

本発明による絶縁抵抗測定装置１００は、外部装置と通信インターフェースを形成する伝送部（図示せず）を更に含むことができる。この場合、前記制御部１４０は、前記絶縁破壊如何に関する情報を前記伝送部を通じて外部装置に伝送する。このとき、前記外部装置は、バッテリー分析装置またはバッテリーが搭載されたシステムの制御装置であり得る。

本発明による絶縁抵抗測定装置１００は、絶縁破壊如何を視覚的または聴覚的に出力する警告部（図示せず）を更に含むことができる。この場合、前記制御部１４０は、絶縁破壊が発生した場合、前記警告部を通じて絶縁が破壊されたことを視覚的または聴覚的に警告できるように、警告信号を出力することができる。
一例としては、前記警告部は、ＬＥＤ、ＬＣＤ、アラーム警報器、またはこれらの組合せを含み得る。この場合、前記警告部は、ＬＥＤを点滅するか、ＬＣＤに警告メッセージを出力するか、またはアラームブザー音を発することで、ユーザに絶縁状態が破壊されて漏れ電流が発生したことを警告することができる。また、前記警告部は、前記伝送部と接続された外部装置に含まれ得るが、本発明がこれらに限定されることはない。また、前記ＬＥＤ、ＬＣＤ、及びアラーム警報器は、前記警告部の一例に過ぎず、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を警告部として採用できるということは、当業者にとって自明である。

前記制御部１４０は、上述した数式１５を利用した絶縁抵抗値の算出及び多様な制御ロジッグを行うため、本発明が属した技術分野で周知のプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ‐Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、並びにデータ処理装置などを含み得る。また、上述した制御ロジッグがソフトウェアとして具現されるとき、前記制御部１４０はプログラムモジュールのアセンブリとして具現され得る。このとき、プログラムモジュールは前記メモリ部に保存され、プロセッサによって実行され得る。

以下、上述した装置の動作メカニズムに該当する絶縁抵抗の測定方法を説明する。但し、上述した図４に示された絶縁抵抗測定装置１００を利用して説明し、絶縁抵抗測定装置１００の構成などに関する繰り返される説明は省略する。
図７は、本発明の一実施形態による絶縁抵抗測定方法を示したフロー図である。
まず、段階Ｓ４００において、前記メモリ部に、バッテリー電圧値Ｖ_Ｂａｔ、ＤＣ電源印加部の電圧値Ｖ_ＤＣ、絶縁抵抗測定部の抵抗値（第１抵抗値Ｒ１及び第２抵抗値Ｒ２）、並びに基準絶縁抵抗値を保存する。保存された値は、絶縁検出電圧と共に数式１５に代入して絶縁抵抗の測定に使用される。ここで、前記バッテリー電圧値Ｖ_Ｂａｔは、電圧検出回路（図示せず）を利用して測定した値であり得る。

次いで、段階Ｓ４１０において、前記制御部２４０は、スイッチ制御信号を出力する。本段階は、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１２１，１２２を異時的に前記バッテリー１０の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続する段階である。上述したように、前記制御部１４０は、前記第１回路を形成するために前記第１スイッチＳＷ１にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第２スイッチＳＷ２がオフ動作をするように制御する。逆に、前記制御部１４０は、前記第２回路を形成するために前記第２スイッチＳＷ２にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第１スイッチＳＷ１がオフ動作をするように制御する。

次の段階Ｓ４２０において、それぞれの第２抵抗Ｒ_２に印加された電圧、すなわち絶縁検出電圧Ｖ_１，Ｖ_２に対応する信号を前記電圧検出部１３０から受信する。前記第１回路が形成されたときに受信する信号は、第１絶縁検出電圧Ｖ_１に対応する信号であり、前記第２回路が形成されたときに受信する信号は、第２絶縁検出電圧Ｖ_２に対応する信号であって、前記制御部１４０が受信する。すると、前記制御部１４０は、前記受信した第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１，Ｖ_２を利用した連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}及び負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}を算出する。前記絶縁抵抗値を計算する連立回路方程式は、数式１〜数式１５を参照して詳しく説明したため、繰り返される説明は省略する。

そして、段階Ｓ４４０において、段階Ｓ４３０で算出された正極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}及び負極端子側絶縁抵抗値Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}のうち小さいものを最終絶縁抵抗値と判断する。そして、前記最終絶縁抵抗値が予め保存された基準絶縁抵抗値よりも小さい値であるか否かによって絶縁破壊如何を判断する。
望ましくは、絶縁状態が破壊された場合（段階Ｓ４４０の「はい」の場合）、段階Ｓ４５０に移動して外部装置に絶縁破壊如何に関する情報を送るか、または、段階Ｓ４６０に移動してユーザに警告することができる。

上述した絶縁抵抗測定方法は、図３に示された絶縁抵抗測定装置１００に対する方法にも該当する。具体的には、段階Ｓ４１０において、第１回路を形成するときは、前記スイッチ部１１０は、前記絶縁抵抗測定部１２０の一側端部をバッテリーの正極端子に接続し、前記絶縁抵抗測定部１２０の他側端部をグラウンドに接続するように制御される。そして、第２回路を形成するときは、前記スイッチ部１１０は、前記絶縁抵抗測定部１２０の一側端部をバッテリーの負極端子に接続し、前記絶縁抵抗測定部１２０の他側端部をＤＣ印加部に接続するように制御される。他の段階は、実質的に同一であるため、繰り返される説明は省略する。

本発明によれば、バッテリー正極端子及び負極端子の定量的な絶縁抵抗値がそれぞれ得られる。従って、バッテリーの絶縁状態の破壊如何を判断でき、どの電極で絶縁破壊が発生したかを判断することができる。また、正極端子及び負極端子側絶縁抵抗値のうち絶縁抵抗値の小さいものを最終絶縁抵抗値として選択し、漏れ電流による安全事故を予防することができる。

なお、本発明の説明において、図１〜図６に示された本発明の絶縁抵抗測定装置に対する各構成は、物理的に区別される構成要素というよりは論理的に区別される構成要素として理解せねばならない。
すなわち、各構成は、本発明の技術思想を実現するための論理的な構成要素に該当するため、各構成要素が統合または分離されても、本発明の論理構成の機能を実現できれば、本発明の範囲内であると解釈されねばならず、同一または類似の機能を行う構成要素であれば、その名称上の一致如何とは関係なく、本発明の範囲内であると解釈されねばならないことは勿論である。

以上、本発明を限定された実施形態及び図面によって説明したが、本発明は、これらによって限定されず、本発明が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及び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勿論である。

１０ バッテリー
２０ 負荷
１００ 絶縁抵抗測定装置
１１０ スイッチ部
１２０ 絶縁抵抗測定部
１２１ 第１絶縁抵抗測定部
１２２ 第２絶縁抵抗測定部
１３０ 電圧検出部
１４０ 制御部

Claims (16)

1. バッテリーの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続される第１絶縁抵抗測定部及び第２絶縁抵抗測定部と、
   前記第１絶縁抵抗測定部及び前記第２絶縁抵抗測定部をそれぞれ前記正極端子及び前記負極端子に選択的に接続して、相異なる第１回路及び第２回路を形成する第１スイッチ及び第２スイッチと、
   前記第１絶縁抵抗測定部及び前記第２絶縁抵抗測定部に印加された第１絶縁検出電圧及び第２絶縁検出電圧をセンシングする電圧検出部と、
   前記第１絶縁検出電圧及び前記第２絶縁検出電圧と前記第１回路及び前記第２回路とから導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する制御部と
   を含み、
   前記第２絶縁抵抗測定部は、ＤＣ電源印加部を含み、
   前記制御部は、数式
   

   

   ここで、Ｖ _Ｂａｔ ：バッテリー電圧値、Ｖ _１ ：第１絶縁検出電圧、Ｖ _２ ：第２絶縁検出電圧、Ｖ _ＤＣ ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ _１ ：第１抵抗値、Ｒ _２ ：第２抵抗値、Ｒ _{Ｌｅａｋ（＋）} ：正極端子側絶縁抵抗値、Ｒ _{Ｌｅａｋ（−）} ：負極端子側絶縁抵抗値である、
   を利用して正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する、ことを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
2. 前記制御部が、算出された正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値のうち抵抗値の小さいものを最終絶縁抵抗値と判断することを特徴とする請求項１に記載の絶縁抵抗測定装置。
3. 前記制御部が、前記最終絶縁抵抗値と予め設定された基準絶縁抵抗値とを比較して、バッテリーの絶縁破壊如何を判断することを特徴とする請求項２に記載の絶縁抵抗測定装置。
4. バッテリー電圧値、ＤＣ電源印加部の電圧値、第１抵抗値、第２抵抗値、及び基準絶縁抵抗値を保存するメモリ部を更に含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定装置。
5. 外部装置との通信インターフェースを形成する伝送部を更に含み、
   前記制御部が、絶縁破壊如何に関する情報を前記伝送部を通じて外部装置に伝送することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定装置。
6. 前記外部装置が、バッテリー分析装置またはバッテリーが搭載されたシステムの制御装置であることを特徴とする請求項５に記載の絶縁抵抗測定装置。
7. 絶縁破壊如何を視覚的または聴覚的に出力する警告部を更に含み、
   前記制御部が、絶縁破壊が感知された場合に前記警告部を通じて絶縁状態が破壊されたことを視覚的または聴覚的に警告できるように、警告信号を出力することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定装置。
8. バッテリーの正極端子またはバッテリーの負極端子に接続される絶縁抵抗測定部と、
   前記絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの正極端子及び負極端子に選択的に接続して、相異なる第１回路及び第２回路を形成するスイッチ部と、
   前記絶縁抵抗測定部に印加された第１絶縁検出電圧及び第２絶縁検出電圧をセンシングする電圧検出部と、
   前記第１絶縁検出電圧及び前記第２絶縁検出電圧と前記第１回路及び前記第２回路とから導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する制御部と
   を含み、
   前記スイッチ部は、前記絶縁抵抗測定部の一端部を前記バッテリーの正極端子または負極端子に選択的に接続し、前記絶縁抵抗測定部の他端部をグラウンドまたはＤＣ電源印加部に選択的に接続することで、相異なる第１回路及び第２回路を形成し、
   前記制御部は、数式
   

   

   ここで、Ｖ _Ｂａｔ ：バッテリー電圧値、Ｖ _１ ：第１絶縁検出電圧、Ｖ _２ ：第２絶縁検出電圧、Ｖ _ＤＣ ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ _１ ：第１抵抗値、Ｒ _２ ：第２抵抗値、Ｒ _{Ｌｅａｋ（＋）} ：正極端子側絶縁抵抗値、Ｒ _{Ｌｅａｋ（−）} ：負極端子側絶縁抵抗値である、
   を利用して正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する、ことを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
9. 前記スイッチ部が、マルチプレクサー（ＭＵＸ）を含むことを特徴とする請求項８に記載の絶縁抵抗測定装置。
10. バッテリーの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続される第１絶縁抵抗測定部及び第２絶縁抵抗測定部から検出される、第１絶縁検出電圧及び第２絶縁検出電圧を利用してバッテリーの絶縁抵抗を測定する方法であって、
    （ａ）前記第１絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの正極端子に接続して第１回路を形成した後、前記第１絶縁検出電圧を検出する段階と、
    （ｂ）前記第２絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの負極端子に接続して第２回路を形成した後、前記第２絶縁検出電圧を検出する段階と、
    （ｃ）前記第１絶縁検出電圧及び前記第２絶縁検出電圧と前記第１回路及び前記第２回路から導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する段階と
    を含み、
    前記第２絶縁抵抗測定部は、ＤＣ電源印加部を含み、
    前記（ｃ）段階は、数式
    

    

    ここで、Ｖ _Ｂａｔ ：バッテリー電圧値、Ｖ _１ ：第１絶縁検出電圧、Ｖ _２ ：第２絶縁検出電圧、Ｖ _ＤＣ ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ _１ ：第１抵抗値、Ｒ _２ ：第２抵抗値、Ｒ _{Ｌｅａｋ（＋）} ：正極端子側絶縁抵抗値、Ｒ _{Ｌｅａｋ（−）} ：負極端子側絶縁抵抗値である、
    を利用して正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する段階である、ことを特徴とする絶縁抵抗測定方法。
11. （ｄ）算出された正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値のうち抵抗値の小さいものを最終絶縁抵抗値と判断する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の絶縁抵抗測定方法。
12. 前記（ｄ）段階が、前記最終絶縁抵抗値と予め設定された基準絶縁抵抗値とを比較して絶縁破壊如何を判断する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の絶縁抵抗測定方法。
13. 前記（ｄ）段階が、絶縁状態が破壊されたと判断されたとき、前記絶縁破壊如何に関する情報を外部装置に伝送する段階を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の絶縁抵抗測定方法。
14. 前記（ｄ）段階が、絶縁状態が破壊されたと判断されたとき、絶縁状態の破壊をユーザに視覚的または聴覚的に警告する段階を更に含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の絶縁抵抗測定方法。
15. バッテリー電圧値、ＤＣ電源印加部の電圧値、第１抵抗値、第２抵抗値、及び基準絶縁抵抗値を保存する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか１項に記載の絶縁抵抗測定方法。
16. バッテリーの正極端子または負極端子に接続される絶縁抵抗測定部から検出される、第１絶縁検出電圧及び第２絶縁検出電圧を利用してバッテリーの絶縁抵抗を測定する方法において、
    （ａ）前記絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの正極端子に接続して第１回路を形成した後、前記第１絶縁検出電圧を検出する段階と、
    （ｂ）前記絶縁抵抗測定部を前記バッテリーの負極端子に接続して第２回路を形成した後、前記第２絶縁検出電圧を検出する段階と、
    （ｃ）前記第１絶縁検出電圧及び前記第２絶縁検出電圧と前記第１回路及び前記第２回路とから導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する段階と
    を含み、
    前記（ａ）段階は、前記絶縁抵抗測定部の一端部を前記バッテリーの正極端子に接続し、前記絶縁抵抗測定部の他端部をグラウンドに接続して第１回路を形成した後、前記第１絶縁検出電圧を検出する段階であり、
    前記（ｂ）段階は、前記絶縁抵抗測定部の一端部を前記バッテリーの負極端子に接続し、前記絶縁抵抗測定部の他端部をＤＣ電源印加部に接続して第２回路を形成した後、前記第２絶縁検出電圧を検出する段階であり、
    前記（ｃ）段階は、数式
    

    

    ここで、Ｖ _Ｂａｔ ：バッテリー電圧値、Ｖ _１ ：第１絶縁検出電圧、Ｖ _２ ：第２絶縁検出電圧、Ｖ _ＤＣ ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ _１ ：第１抵抗値、Ｒ _２ ：第２抵抗値、Ｒ _{Ｌｅａｋ（＋）} ：正極端子側絶縁抵抗値、Ｒ _{Ｌｅａｋ（−）} ：負極端子側絶縁抵抗値である、
    を利用して正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する段階である、ことを特徴とする絶縁抵抗測定方法。

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