JP6071089B2 - 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

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 (13)

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導体ピンと、
   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導体ピンと、
   前記第１導体ピン及び前記第２導体ピンを保護するように構成されたハウジングと、
   前記ハウジング内で、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. 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破壊の有無を判断する方法であって、
    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導体ピンと、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導体ピンと、前記第１導体ピン及び前記第２導体ピンを保護するように構成されたハウジングと、前記ハウジング内で、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と、検出回路と、第１発光素子とを含む高電圧供給遮断アセンブリーを提供する段階と、
    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。
11. 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１０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。
12. 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１１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。
13. 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１１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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