JP7622334B2 - 絶縁抵抗を測定する装置およびこれを含むバッテリーシステム - Google Patents

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年１１月２２日付韓国特許出願第１０－２０２１－０１６１６３３号に基づいた優先権の利益を主張し、当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。

本発明は絶縁抵抗を測定する装置およびこれを含むバッテリーシステムに関するものである。

高出力、高電圧（例、数百Ｖ）バッテリーを使用する電気車やハイブリッド自動車のような装置では接地（例、車体）からバッテリーの絶縁状態がよく維持される必要がある。バッテリーの絶縁状態が維持されない場合、バッテリーから大きい漏洩電流が流れるようになって周辺電子機器の誤作動を誘発することがある。

したがって、バッテリーと接地の間の絶縁抵抗値（ｉｎｓｕｌａｔｏｉｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が一定値以下になるか計算して、これを予防することが重要である。従来は、バッテリーの正極と負極に連結されたスイッチを交互にオンオフし、それぞれの状態による電圧を検出して絶縁抵抗値を計算した。しかし、このような方法は絶縁抵抗を計算するのに時間が長くかかり、絶縁抵抗の破壊時点診断を正確に行うことができないという問題があった。

従来は絶縁抵抗を測定するために計算された時間だけ行う。スイッチをオンオフする周期は自動車のＹキャパシタンス値によって異なる。しかし、自動車のＹキャパシタンス値は自動車ごとに異なり、正確に測定しにくくて、最大Ｙキャパシタンス値を使用したりした。しかし、これは絶縁抵抗の計算が長くかかり、絶縁抵抗の破壊時点診断を遅延させることがあるという問題がある。

本発明は、絶縁抵抗を測定しようとする。

本発明は、絶縁抵抗の破壊時点を診断しようとする。

発明の一特徴による複数のバッテリーセルを含むバッテリーと接地の間の絶縁抵抗を測定する装置は、バッテリーの正極と接地の間の電圧を分配する第１電圧分配部、バッテリーの負極と接地の間の電圧を分配する第２電圧分配部、バッテリーの正極と第１電圧分配部を連結する第１スイッチＳＷ１、バッテリーの負極と第２電圧分配部を連結する第２スイッチＳＷ２、そして第１スイッチＳＷ１のオン期間中に第１電圧分配部の出力である第１電圧が飽和するか、第２スイッチＳＷ２のオン期間中に第２電圧分配部の出力である第２電圧が飽和する時、第１および第２スイッチの現在スイッチング周期を以前スイッチング周期より減少させる。

絶縁抵抗測定装置は、第１電圧または第２電圧が飽和する時点に基づいてスイッチのオン期間を調節することができる。

絶縁抵抗測定装置は、第１スイッチまたは第２スイッチのオン期間中に第１電圧または第２電圧が減少する期間が発生すると、現在スイッチング周期を所定の初期スイッチング周期にリセットすることができる。

絶縁抵抗測定装置は、バッテリーの正極と接地の間の第１絶縁抵抗、およびバッテリーの負極と接地の間の第２絶縁抵抗をさらに含み、制御部は第１電圧および第２電圧に基づいて第１絶縁抵抗値および第２絶縁抵抗値を計算することができる。

初期スイッチング周期は、バッテリーと外部装置の間に並列連結されるＹキャパシタの容量に基づいて設定できる。

発明の一特徴によるバッテリーシステムは、複数のバッテリーセルを含むバッテリー、およびバッテリーと接地の間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置を含み、絶縁抵抗測定装置は、バッテリーの正極と接地の間の電圧を分配する第１電圧分配部、バッテリーの負極と接地の間の電圧を分配する第２電圧分配部、バッテリーの正極と第１電圧分配部を連結する第１スイッチＳＷ１、バッテリーの負極と第２電圧分配部を連結する第２スイッチＳＷ２、そして第１スイッチＳＷ１のオン期間中に第１電圧分配部の出力である第１電圧が飽和するか、第２スイッチＳＷ２のオン期間中に第２電圧分配部の出力である第２電圧が飽和する時、第１および第２スイッチの現在スイッチング周期を以前スイッチング周期より減少させる。

第１電圧または第２電圧が飽和する時点に基づいてスイッチのオン期間を調節することができる。

第１スイッチまたは第２スイッチのオン期間中に第１電圧または第２電圧が減少する期間が発生すると、現在スイッチング周期を所定の初期スイッチング周期にリセットすることができる。

バッテリーの正極と接地の間の第１絶縁抵抗、およびバッテリーの負極と接地の間の第２絶縁抵抗をさらに含み、制御部は第１電圧および第２電圧に基づいて第１絶縁抵抗値および第２絶縁抵抗値を計算することができる。

初期スイッチング周期は、バッテリーと外部装置の間に並列連結されるＹキャパシタの容量に基づいて設定することができる。

本発明は、絶縁抵抗測定時間を短縮することができる。

本発明は、絶縁抵抗破壊時点診断を正確に行うことができる。

一実施形態によるバッテリーシステムに適用された絶縁抵抗測定回路を示した回路図である。 第１スイッチングモードによってバッテリーシステム内に形成される第１回路を概略的に示した回路図である。 第２スイッチングモードによってバッテリーシステム内に形成される第２回路を概略的に示した回路図である。 従来の絶縁抵抗を測定時スイッチ制御信号およびこれによる電圧を示した波形図である。 本発明の一実施形態による絶縁抵抗を測定する回路を使用した場合のスイッチ制御信号およびこれによる電圧測定値を示した波形図である。

以下、添付された図面を参照して本明細書に開示された実施形態を詳しく説明し、同一であるか類似の構成要素には同一、類似の図面符号を付与し、これに関する重複する説明は省略する。以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞"モジュール"および／または"部"は明細書作成の容易さのみが考慮されて付与されるか混用されるものであって、それ自体に互いに区別される意味または役割を有するのではない。また、本明細書に開示された実施形態を説明することにおいて関連する公知技術に対する具体的な説明が本明細書に開示された実施形態の要旨を濁すことがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付された図面は本明細書に開示された実施形態を容易に理解することができるようにするためのものに過ぎず、添付された図面によって本明細書に開示された技術的な思想が制限されず、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物または代替物を含むと理解されなければならない。

第１、第２などのように序数を含む用語は多様な構成要素を説明することに使用することができるが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。

ある構成要素が他の構成要素に"連結されて"いるとか"接続されて"いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているかまたは接続されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解されなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に"直接連結されて"いるとか"直接接続されて"いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。

本出願で、"含む"または"有する"などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在するのを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解されなければならない。

図１は、一実施形態によるバッテリーシステムに適用された絶縁抵抗測定回路を示した回路図である。

バッテリーシステム１０は、バッテリー２０、バッテリー２０の正極端子ＮＰと接地の間に電気的に連結された第１絶縁抵抗１１、負極端子ＮＮと接地の間に電気的に連結された第２絶縁抵抗１２、および絶縁抵抗測定回路１００を含むことができる。

このような二つの絶縁抵抗１１、１２それぞれは、接地とバッテリー２０間の絶縁状態を示すための抵抗である。もし、バッテリー２０と接地間の絶縁状態がよく維持される場合、第１および第２絶縁抵抗１１、１２は十分に大きい値を有するはずである。しかし、バッテリー２０と接地間の絶縁状態が悪化した場合には第１および第２絶縁抵抗１１、１２のうちの少なくとも一つは所定の臨界抵抗値以下になることがある。

また、バッテリーシステム１０は、バッテリー２０の正極端子ＮＰに電気的に連結された正極側寄生キャパシタＣＰ（＋）および負極端子ＮＮに電気的に連結された負極側寄生キャパシタＣＰ（－）を含むことができる。寄生キャパシタＣＰ（＋）、ＣＰ（－）は、接地とバッテリー２０間に形成されたキャパシタンス成分を示すためのキャパシタである。図１に示されているように、寄生キャパシタＣＰ（＋）は絶縁抵抗１１に並列連結されており、寄生キャパシタＣＰ（－）は絶縁抵抗１２に並列連結される。

絶縁抵抗測定回路１００は、バッテリー２０に連結された第１絶縁抵抗１１および第２絶縁抵抗１２の抵抗値を測定するための回路である。

絶縁抵抗測定回路１００は、第１電圧分配部１１０および第２電圧分配部１２０を含むことができる。第１電圧分配部１１０は、第１保護抵抗１１１および第１基準抵抗１１２を含む。第１保護抵抗１１１および第１基準抵抗１１２は、第１共通ノードＮＣ１を通じて連結できる。また、第２電圧分配部１２０は、第２保護抵抗１２１および第２基準抵抗１２２を含む。第２保護抵抗１２１および第２基準抵抗１２２は、第２共通ノードＮＣ２を通じて連結できる。

第１保護抵抗１１１、第１基準抵抗１１２、第２保護抵抗１２１、および第２基準抵抗１２２それぞれの抵抗値は、メモリ１８０に予め保存できる。

さらに、実施形態により、絶縁抵抗測定回路１００は、第２基準抵抗１２２と接地の間に連結される基準電圧源１４０をさらに含むことができる。

基準電圧源１４０は、第２電圧分配部１２０に接地に対比して所定電圧を供給することができる。基準電圧源１４０は、接地基準で電圧ＶＤＣを第２電圧分配部１２０に供給することができる。基準電圧源１４０とバッテリー２０の負極端子ＮＮの間に第２保護抵抗１２１および第２基準抵抗１２２が直列連結されており、第２保護抵抗１２１および第２基準抵抗１２２が連結される第２共通ノードＮＣ２と接地の間に印加される電圧が電圧測定部１５０に入力される。基準電圧源１４０から供給される電圧ＶＤＣの電圧値は、メモリ１８０に予め保存できる。

絶縁抵抗測定回路１００は、スイッチング部１３０をさらに含むことができる。

スイッチング部１３０は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を含むことができる。第１スイッチＳＷ１は、正極端子ＮＰと第１電圧分配部１１０の間に連結できる。第２スイッチＳＷ２は、正極端子ＮＮと第２電圧分配部１２０の間に連結できる。

スイッチング部１３０は、安全スイッチＳＷ３をさらに含んでもよい。安全スイッチＳＷ３は、バッテリー２０内で互いに隣接して直列に連結された二つのバッテリーセル２１、２２の間に設置できる。安全スイッチＳＷ３がターンオフされた場合、バッテリー２０の使用が中断される。スイッチ駆動部１６０は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２とは独立して安全スイッチＳＷ３を制御することができる。

第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、スイッチ駆動部１６０から出力される信号に応答して、互いに独立して制御できる。即ち、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、それぞれターンオンまたはターンオフできる。したがって、スイッチモードは、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が'ターンオン－ターンオフ'される第１スイッチングモード、'ターンオフ－ターンオン'される第２スイッチングモード、'ターンオン－ターンオン'される第３スイッチングモード、および'ターンオフ－ターンオフ'される第４スイッチングモードを含むことができる。各スイッチングモードは、バッテリー２０が無負荷状態にある間に限って実行できる。無負荷状態とは、バッテリー２０の充電および放電が中断された状態といえる。

例えば、スイッチ駆動部１６０は、第１スイッチングモードで、第１スイッチＳＷ１をターンオンさせ第２スイッチＳＷ２をターンオフさせて第１回路ＣＣ１（図２参照）を形成することができる。第１回路ＣＣ１は、第１電圧分配部１１０が正極端子ＮＰに連結され、第２電圧分配部１２０は負極端子ＮＮから分離される回路である。これに関しては、図２を参照して後述する。

スイッチ駆動部１６０は、第２スイッチングモードで、第１スイッチＳＷ１をターンオフさせ第２スイッチＳＷ２をターンオンさせて第２回路ＣＣ２（図３参照）を形成することができる。第２回路ＣＣ２は、第１電圧分配部１１０は正極端子ＮＰから分離され、第２電圧分配部１２０は負極端子ＮＮに連結された回路を意味する。これに関しては、図３を参照して後述する。

スイッチ駆動部１６０は、第３スイッチングモードで、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を全てターンオンさせることができる。

また、スイッチ駆動部１６０は、第４スイッチングモードで、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を全てターンオフさせることができる。

電圧測定部１５０は、第１共通ノードＮＣ１および第２共通ノードＮＣ２の電圧を測定することができる。具体的に、第１電圧分配部１１０に印加された電圧は第１保護抵抗１１１の抵抗値と第１基準抵抗１１２の抵抗値間の比率によって分配されて、電圧測定部１５０によって測定できる。これと同様に、第２電圧分配部１２０に印加された電圧は第２保護抵抗１１２の抵抗値と第２基準抵抗１２２の抵抗値間の比率によって分配されて、電圧測定部１５０によって測定できる。即ち、電圧測定部１５０は、第１共通ノードＮＣ１と接地の間に印加される電圧（以下、第１電圧Ｖ１という）と第２共通ノードＮＣ２と接地の間に印加される電圧（以下、第２電圧Ｖ２という）それぞれを測定することができる。第１電圧Ｖ１は第１基準抵抗１１２両端の電圧と同一であり、第２電圧Ｖ２は第２基準抵抗１２２両端の電圧とＶＤＣの和と同一であってもよい。

電圧測定部１５０は、第１共通ノードＮＣ１に連結される第１入力ポートＩＮ１および第２共通ノードＮＣ２に連結される第２入力ポートＩＮ２を含むことができる。電圧測定部１５０は、電圧センサーとＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含むことができる。電圧センサーは、第１入力ポートＩＮ１を通じて入力される電圧に対応するアナログ信号および第２入力ポートＩＮ２を通じて入力される電圧に対応するアナログ信号をＡＤＣに出力する。ＡＤＣは、第１入力ポートＩＮ１のアナログ信号をデジタル信号に変換し、第２入力ポートＩＮ２のアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。

電圧測定部１５０は、バッテリー２０の正極と負極の間のバッテリー電圧ＶＢａｔを測定する。バッテリー電圧ＶＢａｔは、第３スイッチングモードが実行中である時に電圧測定部１５０によって測定できる。または、電圧測定部１５０とは別途に設けられた電圧センサー（図示せず）がバッテリー電圧ＶＢａｔを測定し、測定された端子電圧ＶＢａｔを示す測定信号をコントローラ１７０に出力することもできる。

コントローラ１７０は、電圧測定部１５０およびスイッチ駆動部１６０に動作可能に結合される。コントローラ１７０は、電圧測定部１５０から出力される測定信号に基づいて、スイッチ駆動部１６０を制御する。コントローラ１７０は、ハードウェア的に、ＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、その他の機能遂行のための電気的ユニットのうちの少なくとも一つを含んで実現できる。

メモリ１８０は、バッテリーシステム１０の全般的な動作に要求されるデータ、命令語、およびソフトウェアを追加的に保存することができる。メモリ１２０は、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、ＳＳＤタイプ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、ＳＤＤタイプ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、ラム（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ；ＲＡＭ）、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ロム（ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ；ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）のうちの少なくとも一つのタイプの保存媒体を含むことができる。

以下、図２または図３を参照して、本発明による絶縁抵抗測定回路１００が第１絶縁抵抗１１の抵抗値と第２絶縁抵抗１２の抵抗値をそれぞれ算出する方法について詳しく記述する。以下で、第１絶縁抵抗１１の抵抗値を'第１絶縁抵抗値'または'ＲＬｅａｋ（＋）'といい、第２絶縁抵抗１２の抵抗値を'第２絶縁抵抗値'または'ＲＬｅａｋ（－）'という。

図２は、第１スイッチングモードによってバッテリーシステム内に形成される第１回路を概略的に示した回路図である。

第１スイッチングモードが開始された時点からある程度の時間が経つ場合、寄生キャパシタＣＰ（＋）、ＣＰ（－）によってそれ以上第１電圧Ｖ１が時間に沿って変化しない安定化状態になる。したがって、説明の便宜のために、寄生キャパシタＣＰ（＋）、ＣＰ（－）は省略するようにする。

回路ＣＣ１において、第１保護抵抗１１１および第１基準抵抗１１２は、バッテリー２０の正極端子ＮＰと接地の間に直列連結できる。具体的に、第１保護抵抗１１１および第１基準抵抗１１２それぞれの一端は、第１共通ノードＮＣ１を通じて連結される。また、第１保護抵抗１１１の他端は、第１スイッチＳＷ１を通じて正極端子ＮＰに連結または分離される。また、第１基準抵抗１１２の他端は接地に連結される。

ここで、正極端子ＮＰから第１保護抵抗１１１および第１基準抵抗１１２に流れる電流をＩ１といい、正極端子ＮＰから第１絶縁抵抗１１に流れる電流をＩ２といい、第２絶縁抵抗１２を通じて流れる電流をＩ３という。

以下、第１電圧Ｖ１は下記の（数１）式のように表現される。

（数１）式をＩ１に対して整理すれば、下記の（数２）式のように表現することができる。

また、第１電圧分配部１１０と第１絶縁抵抗１１は電気的に並列に連結されるので、下記の（数３）式のような関係が成立する。

（数２）式を用いて（数３）式を整理すれば、下記の（数４）式を導出することができる。

一方、第１回路ＣＣ１にキルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）の電流則を適用すれば、下記の（数５）式が導出される。

前記（数２）式および（数４）式を前記（数５）式に代入してＩ３に対して整理すれば、下記の（数６）式のように表現することができる。

一方、バッテリー電圧がＶＢａｔである場合、第１回路ＣＣ１にキルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）の電圧則を適用すれば、下記の（数７）式に含まれている一番目の行の方程式が導出される。そして、一番目の行の方程式を前記（数４）式および（数６式）を通じて得られたＩ２とＩ３を用いて整理すれば、下記の（数７）式に含まれている最後の行の方程式を導出することができる。

前記（数７）式に含まれている最後の行の方程式は第１絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（＋）および第２絶縁抵抗ＲＬｅａｋ（－）を算出するために必要な２つの回路方程式のうちの一つである。

図３は、第２スイッチングモードによってバッテリーシステム内に形成される第２回路を概略的に示した回路図である。

前述の第１スイッチングモードと同様に、第２スイッチングモードが開始された時点からある程度の時間が経つ場合、寄生キャパシタＣＰ（＋）、ＣＰ（－）によってそれ以上第２電圧Ｖ２が時間に沿って変化しない安定化状態になる。したがって、説明の便宜のために、寄生キャパシタＣＰ（＋）、ＣＰ（－）は省略する。

回路ＣＣ２で、第２保護抵抗１２１および第２基準抵抗１２２は、バッテリー２０の負極端子ＮＮと基準電圧源１４０の間に直列連結できる。具体的に、第２保護抵抗１２１および第２基準抵抗１２２それぞれの一端は第２共通ノードＮＣ２を通じて互いに連結される。また、第２保護抵抗１２１の他端は第２スイッチＳＷ２を通じて負極端子ＮＮに連結または分離される。また、第２基準抵抗１２２の他端は基準電圧源１４０に連結される。

ここで、基準電圧源１４０から第２基準抵抗１２２および第２保護抵抗１２１を通じて流れる電流をＩ１といい、第２絶縁抵抗１２を通じて流れる電流をＩ２といい、正極端子ＮＰから第１絶縁抵抗１１を通じて流れる電流をＩ３という。

そうすると、第２電圧Ｖ２は下記の（数８）式のように表現される。

前記（数８）式をＩ１に対して整理すれば、下記の（数９）式のように表現することができる。

また、第２絶縁抵抗１２は第２電圧分配部１２０と基準電圧源１４０の直列連結回路に対して電気的に並列に連結されるので、下記の（数１０）式のような関係が成立する。

（数９）式を用いて（数１０）式を整理すれば、下記の（数１１）式を導出することができる。

一方、第２回路ＣＣ２にキルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）の電流則を適用すれば、下記の（数１２）式が導出される。

前記（数９）式および（数１１）式を前記（数１２）式に代入してＩ３に対して整理すれば、下記の（数１３）式のように表現することができる。

一方、バッテリー電圧がＶＢａｔである場合、第２回路ＣＣ２にキルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）の電圧則を適用すれば、下記の（数１４）式に含まれている一番目の行の方程式が導出される。そして、一番目の行の方程式を前記（数１１）式および（数１３）式を通じて得られたＩ２とＩ３を用いて整理すれば、下記の（数１４）式に含まれている最後の行の方程式を誘導することができる。

前記（数１４）式に含まれている最後の行の方程式は第１絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（＋）および第２絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（－）を算出するための２つの回路方程式のうちの残り一つである。

（数７）式の最後の行の方程式と（数１４）式の最後の行の方程式を含む連立方程式の解は下記の（数１５）式のように表現できる。

（数１５）式で、Ｒ１、Ｒ２およびＶＤＣそれぞれは予め定められた値であり、ＶＢａｔ、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２それぞれは電圧測定部１５０によって測定される値である。電圧測定部１５０はＶＢａｔ、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２それぞれを示す測定信号をコントローラ１７０に出力する。第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２それぞれは、ＶＢａｔの測定時点前後の予め定められた短期間（例、５秒）内に測定できる。

コントローラ１７０は、電圧検出部１３０から出力された測定信号が示すＶＢａｔ、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２に基づいて、前記（数１５）式を用いて第１絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（＋）と第２絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（－）をそれぞれ算出することができる。

コントローラ１７０は、第１絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（＋）および第２絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（－）のうちの少なくとも一つを与えられた臨界抵抗値と比較することができる。コントローラ１７０は、バッテリー２０と接地の間の第１および第２絶縁抵抗１１、１２の絶縁状態が維持されるか診断する。即ち、コントローラ１７０は、第１絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（＋）または第２絶縁抵抗値ＲＬｅａｋ（－）が臨界抵抗値以下になるかをモニタリングする。

絶縁抵抗測定回路１００は、第１および第２絶縁抵抗１１、１２の診断結果を外部デバイスに伝送することができる。外部デバイスは、例えば、車両のＥＣＵであってもよい。

絶縁抵抗測定回路１００は、バッテリー２０と接地の間の絶縁がろくに維持されない場合、警告メッセージを出力することができる。警告メッセージは、第１および第２絶縁抵抗１１、１２の診断結果に対応する情報であってもよい。警告メッセージは、ＬＥＤ、ＬＣＤ、アラーム警報機またはこれらの組み合わせからなり得る。コントローラ１７０は、前述の（数１５）式を用いた絶縁抵抗算出および多様な制御ロジックを実行するために本発明の属する技術分野に知られたプロセッサー、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスター、通信モデム、データ処理装置などを含むことができる。

図４は、従来の絶縁抵抗を測定時のスイッチ制御信号およびこれによる電圧を示した波形図である。

コントローラ１７０は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が一定のスイッチング周期を有して動作するようにスイッチ駆動部１６０を制御することができる。スイッチ駆動部１６０が第１スイッチＳＷ１を制御するための信号を第１スイッチ信号Ｓ１といい、第２スイッチＳＷ２を制御するための信号を第２スイッチ信号Ｓ２という。

前述のように、電圧測定部１５０が測定した第１共通ノードＮＣ１の電圧を第１電圧Ｖ１、第２共通ノードＮＣ２の電圧を第２電圧Ｖ２という。

コントローラ１７０は、バッテリーシステム１０が外部装置と連結される時、バッテリーシステム１０と外部装置の間に並列連結されるキャパシタのＹキャパシタに基づいてタウ（ｔａｕ）値を計算することができる。ここで、外部装置は車両であってもよい。その後、コントローラ１７０は、計算したタウ値に基づいて第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の飽和時間を計算し、飽和時間を含むスイッチング周期Ｔｓを設定することができる。スイッチング周期Ｔｓは、第１スイッチＳＷ１がオンされた時から第１スイッチＳＷ１がその次のオンされる時までの期間、または第２スイッチＳＷ２がオンされた時から第２スイッチＳＷ２がその次のオンされる時までの期間を意味する。

Ｙキャパシタによって第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が安定化されることに所定時間がかかる。絶縁抵抗測定に用いられる第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は安定化状態の飽和電圧でなければならない。以下では、飽和電圧をＶｔｈという。したがって、第１および第２電圧Ｖ１、Ｖ２それぞれの飽和電圧が前述の絶縁抵抗測定に使用できる。図４で、短い時間の間に絶縁抵抗が変わらない点を考慮して飽和電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２が一定のレベルであるように示されているが、発明がこれに限定されるのではない。

一方、コントローラ１７０は、バッテリーシステム１０が外部装置と電気的に分離された状態では、Ｙキャパシタンス値が非常に小さいことがある。このような時には、コントローラ１７０は最小限のスイッチング周期Ｔｓを設定することができる。

しかし、前述のようにＹキャパシタ値は車両ごとに異なることがあって、従来にコントローラ１７０はバッテリーシステム１０と車両が連結された場合に有することができる最大Ｙキャパシタ値に基づいてスイッチング周期Ｔｓを設定することができる。

例えば、図４では絶縁抵抗測定回路１００のスイッチング周期Ｔｓが１０秒である場合を示した。第１スイッチ信号Ｓ１は、第１スイッチＳＷ１を１０秒の周期でオン期間およびオフ期間を繰り返すように制御することができる。したがって、第１スイッチＳＷ１は５秒ごとにオンおよびオフを繰り返す。また、第２スイッチ信号Ｓ２は、第２スイッチＳＷ２が１０秒の周期でオフ期間およびオン期間を繰り返すように制御することができる。したがって、第２スイッチＳＷ２も５秒ごとにオンおよびオフを繰り返す。

第１電圧Ｖ１は、所定時間が経った後に飽和し得る。ここで、飽和はスイッチのオン期間中に電圧がそれ以上増加せず電圧値が維持されるという意味であり得る。第１スイッチＳＷ１のオン期間中に第１電圧Ｖ１は飽和し得る。

しかし、図４に示されているように、第１電圧Ｖ１が飽和した以後にもスイッチング周期Ｔｓによる第１スイッチＳＷ１のオン期間がまだ経過しなかったので、第１電圧Ｖ１が飽和電圧Ｖｔｈ１の電圧値に到達した時点からオン期間が全て経過する時点まで、第１電圧Ｖ１は飽和電圧Ｖｔｈ１として第１スイッチング信号Ｓ１の残ったオン期間の間に維持できる。

これと同様に、第２電圧Ｖ２も所定時間が経った後に飽和し得る。しかし、第２電圧Ｖ２が飽和した以後にもスイッチング周期Ｔｓによる第２スイッチＳＷ２のオン期間がまだ経過しなかったので、第２電圧Ｖ１も飽和電圧Ｖｔｈ２として第２スイッチング信号Ｓ２の残ったオン期間の間に維持できる。

このように、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が飽和電圧として維持される期間が長くなるほど、絶縁抵抗測定にかかる不必要な時間が増加することになる。

一方、図４に示されているように、電圧測定部１５０で第１電圧Ｖ１を測定する途中に異常電圧イベントＶＰが発生することがある。異常電圧イベントＶＰは、第１電圧Ｖ１または第２電圧Ｖ２が急激に増加した後、急激に減少する場合を含むことができる。異常電圧イベントＶＰは絶縁抵抗の破壊、測定時エラーなどは多様な原因によって発生することがあり、異常電圧イベントＶＰで絶縁抵抗を測定するために必要な電圧（例えば、Ｖ１、Ｖ２）値が正確に測定されないことがある。

異常電圧イベントＶＰを含む区間で測定された第１電圧Ｖ１の値は絶縁抵抗を測定することに有効でないので、次のスイッチング周期で測定された第１電圧Ｖ１を用いて絶縁抵抗を測定しなければならない。即ち、絶縁抵抗を正確に測定するためには次のスイッチング周期が完了するまでの待機時間が存在することがある。

例えば、図４に示されているように、第１スイッチＳＷ１のオン期間中に第１電圧Ｖ１に異常電圧イベントＶＰが発生する場合、当該区間では第１電圧Ｖ１に対する有効な電圧値測定が難しいことがある。したがって、第１電圧Ｖ１の有効な電圧値を得るためには次の第１スイッチＳＷ１のオン期間が終了するまでの時間（少なくとも１０秒）をさらに待たなければならない。

これにより、従来は、絶縁抵抗の異常電圧イベントがいつ発生したか正確に分からなかった。これによって、任意の問題発生時、外部装置の問題なのかバッテリーシステム内部問題なのか明確でなかった。

図５は、本発明の一実施形態による絶縁抵抗を測定する回路を使用した場合にスイッチ制御信号およびこれによる電圧測定値を示した波形図である。

図５でも、短い時間の間に絶縁抵抗が変わらない点を考慮して、飽和電圧Ｖｔｈが一定のレベルであるように示されているが、発明がこれに限定されるのではない。

コントローラ１７０は、バッテリーシステム１０と車両が連結された場合に有することができる最大Ｙキャパシタ値に基づいて初期スイッチング周期Ｔｓ１を設定することができる。

例えば、コントローラ１７０が、バッテリーシステム１０と外部装置の間に並列連結されるキャパシタであるＹキャパシタに基づいてタウ値を計算し、計算したタウ値に基づいて第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の飽和時間を計算し、少なくとも第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の飽和時間を含むスイッチング周期Ｔｓ１を設定することができる。図５では、絶縁抵抗測定回路１００の初期スイッチング周期Ｔｓ１が１０秒である場合を例示として示した。

図５に示されているように、初期スイッチング周期Ｔｓ１で、第１電圧Ｖ１は所定時間が経った後に飽和し得る。しかし、第１電圧Ｖ１が飽和した以後にもスイッチング周期Ｔｓ１による第１スイッチＳＷ１のオン期間がまだ経過しなかったので、第１電圧Ｖ１が飽和電圧Ｖｔｈ１の電圧値に到達した時点から第１スイッチング信号Ｓ１のオン期間が全て経過する時点まで、第１電圧Ｖ１は飽和電圧Ｖｔｈ１として第１スイッチング信号Ｓ１の残ったオン期間の間に維持できる。この場合に、コントローラ１７０は第１スイッチＳＷ１のオン期間を減少させることができ、これによりスイッチング周期Ｔｓ１が減少できる。例えば、コントローラ１７０は、第１スイッチＳＷ１のオン期間を直前スイッチング周期Ｔｓ１で第１電圧Ｖ１が飽和することにかかった時間（３秒）と設定することができる。

同様に、初期スイッチング周期Ｔｓ１で、第２電圧Ｖ２は所定時間が経った後に飽和し得る。しかし、第２電圧Ｖ２が飽和した以後にもスイッチング周期Ｔｓ１による第２スイッチＳＷ２のオン期間がまだ経過しなかったので、第２電圧Ｖ２が飽和電圧Ｖｔｈ２の電圧値に到達した時点から第２スイッチング信号Ｓ２のオン期間が全て経過する時点まで、第２電圧Ｖ１は飽和電圧Ｖｔｈ２として第２スイッチング信号Ｓ２の残ったオン期間の間に維持できる。この場合に、コントローラ１７０は第２スイッチＳＷ２のオン期間を減少させることができ、これによりスイッチング周期Ｔｓ１が減少できる。例えば、コントローラ１７０は、第２スイッチＳＷ２のオン期間を直前スイッチング周期Ｔｓ１で第２電圧Ｖ２が飽和することにかかった時間（３秒）と設定することができる。

図５では、第１電圧Ｖ１が第１スイッチング信号Ｓ１のオン時点から３秒が経過した時点に、そして第２電圧Ｖ２が第２スイッチング信号Ｓ２のオン時点から３秒が経過した時点に飽和してそれぞれの飽和電圧Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２に到達したことと示した。これにより、コントローラ１７０は６秒を新たなスイッチング周期Ｔｆ１に設定することができる。

その後から、スイッチング駆動部１６０は新たなスイッチング周期Ｔｆ１で第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を制御することができる。したがって、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２が飽和している期間は、初期スイッチングＴｓ１周期で制御する場合での飽和期間より減少できる。

第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が新たなスイッチング周期Ｔｆ１で制御されると、絶縁抵抗を測定することにかかる時間が減少できる。

一方、図５に示されているように、電圧測定部１５０で第１電圧Ｖ１を測定する途中の所定の時点ｔ０に異常電圧イベントＶＰが発生することがある。コントローラ１７０が異常電圧イベントＶＰの発生を確認すると、コントローラ１７０は第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が全てオフ状態になるように制御することができる。また、コントローラ１７０はスイッチング周期Ｔｆ２を初期スイッチング周期Ｔｓ２に再設定することができる。

コントローラ１７０が異常電圧イベントＶＰを確認し、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の状態をオフ状態に変更し、新たなスイッチング周期Ｔｓ２を設定するのに遅延があることがある。したがって、時間ｔ１から新たなスイッチング周期Ｔｓ２で第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が制御できるはずである。但し、ｔ０とｔ１の間の時間は通常の電波遅延に過ぎず、絶縁抵抗の測定に大きく影響を与える時間間隔ではない。

したがって、第１電圧Ｖ１の有効な電圧値を得るためには、次の第１スイッチＳＷ１のオン期間が終了するまで５秒＋ａ（ｔ０－ｔ１）秒を待たなければならない。これは、従来の絶縁抵抗測定時に必要な待機時間より非常に減少した時間である。

その後、コントローラ１７０は新たなスイッチング周期Ｔｓ２で第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を制御し、新たな絶縁抵抗値を計算することができる。

コントローラ１７０が新たなスイッチング周期Ｔｓ２で動作する中にも、第１電圧Ｖ１が飽和した以後にもスイッチング周期Ｔｓ２による第１スイッチＳＷ１のオン期間が経過していない場合、または第２電圧Ｖ２が飽和した以後にもスイッチング周期Ｔｓ２による第２スイッチＳＷ２のオン期間がまだ経過していない場合に、コントローラ１７０は第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２のオン期間を減少させてスイッチング周期Ｔｓ２を減少させることができる。

但し、コントローラ１７０が第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を新たなスイッチング周期Ｔｓ２で制御するにもかかわらず、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が飽和状態に到達しない場合があり得る。この場合に、コントローラ１７０は絶縁抵抗に問題が発生したと判断することができ、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の動作を全て終了することができる。

本発明の一実施形態によれば、絶縁抵抗計算のためのスイッチング周期を決定することができる。

本発明の一実施形態によれば、絶縁抵抗破壊時点診断を正確に知ることができる。また、絶縁抵抗測定に問題があるスイッチング区間に対する電圧値は除外して、絶縁抵抗値の有効性を保障することができる。

以上で本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲がこれに限定されるのではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者が多様に変形および改良した形態も本発明の権利範囲に属する。

Claims (10)

1. 複数のバッテリーセルを含むバッテリーと接地の間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置において、
   前記バッテリーの正極と接地の間の電圧を分配する第１電圧分配部と、
   前記バッテリーの負極と接地の間の電圧を分配する第２電圧分配部と、
   前記バッテリーの正極と前記第１電圧分配部を連結する第１スイッチＳＷ１と、
   前記バッテリーの負極と前記第２電圧分配部を連結する第２スイッチＳＷ２と、
   前記第１スイッチＳＷ１のオン期間中に前記第１電圧分配部の出力である第１電圧が飽和するか、前記第２スイッチＳＷ２のオン期間中に前記第２電圧分配部の出力である第２電圧が飽和する場合、前記第１スイッチＳＷ１および前記第２スイッチＳＷ２の現在スイッチング周期を以前スイッチング周期より減少させる、絶縁抵抗測定装置。
2. 前記第１電圧または前記第２電圧が飽和する時点に基づいてスイッチのオン期間を調節する、請求項１に記載の絶縁抵抗測定装置。
3. 前記第１スイッチＳＷ１または前記第２スイッチＳＷ２のオン期間中に前記第１電圧または前記第２電圧が減少する期間が発生する場合、
   前記現在スイッチング周期を所定の初期スイッチング周期にリセットする、請求項１または２に記載の絶縁抵抗測定装置。
4. 前記バッテリーの正極と接地の間の第１絶縁抵抗、および
   前記バッテリーの負極と接地の間の第２絶縁抵抗をさらに含み、
   制御部は前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて前記第１絶縁抵抗および前記第２絶縁抵抗の値を計算する、請求項１または２に記載の絶縁抵抗測定装置。
5. 前記初期スイッチング周期は、前記バッテリーと外部装置の間に並列連結されるＹキャパシタの容量に基づいて設定される、請求項３に記載の絶縁抵抗測定装置。
6. 複数のバッテリーセルを含むバッテリー、および
   前記バッテリーと接地の間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置を含み、前記絶縁抵抗測定装置は、
   前記バッテリーの正極と接地の間の電圧を分配する第１電圧分配部と、
   前記バッテリーの負極と接地の間の電圧を分配する第２電圧分配部と、
   前記バッテリーの正極と前記第１電圧分配部を連結する第１スイッチＳＷ１と、
   前記バッテリーの負極と前記第２電圧分配部を連結する第２スイッチＳＷ２と、
   前記第１スイッチＳＷ１のオン期間中に前記第１電圧分配部の出力である第１電圧が飽和するか、前記第２スイッチＳＷ２のオン期間中に前記第２電圧分配部の出力である第２電圧が飽和する場合、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの現在スイッチング周期を以前スイッチング周期より減少させる、バッテリーシステム。
7. 前記第１電圧または前記第２電圧が飽和する時点に基づいてスイッチのオン期間を調節する、請求項６に記載のバッテリーシステム。
8. 前記第１スイッチＳＷ１または前記第２スイッチＳＷ２のオン期間中に前記第１電圧または前記第２電圧が減少する期間が発生すると、
   前記現在スイッチング周期を所定の初期スイッチング周期にリセットする、請求項６または７に記載のバッテリーシステム。
9. 前記バッテリーの正極と接地の間の第１絶縁抵抗、および
   前記バッテリーの負極と接地の間の第２絶縁抵抗をさらに含み、
   制御部は前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて前記第１絶縁抵抗および前記第２絶縁抵抗の値を計算する、請求項６または７に記載のバッテリーシステム。
10. 前記初期スイッチング周期は、前記バッテリーと外部装置の間に並列連結されるＹキャパシタの容量に基づいて設定される、請求項８に記載のバッテリーシステム。

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