KR101575271B1 - 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서의 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 그 방법은 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자; 제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 연결하거나 차단하는 제1 및 제2 스위치; 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치; 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치; 상기 측정 소자에 양단이 연결되어 소자 전압을 측정하는 전압 측정회로; 상기 제3 및 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하고, 상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 동일한 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하면, 구비된 적어도 하나의 논리 게이트로 상기 수신된 제3 및 제4 신호를 논리 연산하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제어 신호를 출력하는 논리 연산부를 포함한다.

Description

논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING ISOLATION RESISTANCE USING LOGICAL OPERATION AND METHOD THEREOF}
본 명세서는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스위치들을 교대로 온(ON) 및 오프(OFF)하여 절연 저항을 측정할 때 스위치들이 동시에 온(ON)되는 경우, 배터리 방전을 방지할 수 있는, 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV: electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작하였다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 절실히 요구되는 실정이다.
일반적으로 배터리 관리 시스템(BMS)에서 배터리 전압을 검출하기 위하여 사용하는 방법은 오피엠프(OP Amp.)를 사용하는 방법과 릴레이(Relay) 및 콘덴서(Condenser)를 이용하는 방법이 있다. 그 중 릴레이 및 콘덴서를 이용하는 방법은 릴레이를 이용하여 배터리의 전압을 콘덴서에 충전시키고, 이 충전전압을 아날로그/디지털 변환기(A/D Convertor)로 변환하여 검출한다.
한편, 고전압 배터리를 사용하는 하이브리드카나 전기자동차는 비상사태 발생 시 자동적으로 메인 고전압 배터리의 전원을 차단하는 시스템을 갖추고 있다. 이때, 비상사태라 함은 관련부품의 노후화에 의한 과도한 누전 또는 절연파괴 등과 외부적인 충격에 의한 부품파괴로 생겨나는 쇼트로 인한 과도한 누전 또는 절연파괴 등을 말한다.
그리고 차량에 비상사태가 발생되면 BMS(Battery Management System)나 HCU(Hybrid Control Unit) 등의 고전압 부품을 제어하는 상위의 부품에서 메인 전원을 차단하도록 하는 명령을 내려 전원을 단속하게 된다. 이때, 고전압 관련 부품은 전원을 연결해 주는 선로의 전압과 전류를 일련의 프로그램 또는 센서를 통해 모니터링 하여 정상범위를 벗어난 전압, 전류가 검출되거나 허용치 이상의 누설전류가 있는 경우, 그리고 허용치 이상의 절연저항 파괴 등이 있는 경우에 CAN 통신 또는 시그널 전송을 통하여 메인 전원을 차단하게 된다.
이와 같이, 고전압 배터리를 사용하는 하이브리드 차량에 있어서 절연저항의 측정은 매우 중요하다.
여기에서 고전압 배터리와 하이브리드 차량 간의 누설전류를 측정하는 방법으로 절연을 파괴하고 강제로 직류전류를 흐르게 하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 절연저항을 측정하는 동안 절연이 파괴된다는 단점이 있다.
또한, 스위치들을 선택적으로 턴온(Turn-ON)시켜 절연 저항을 측정하는 기술이 있다. 이러한 절연 저항 측정 기술은 배터리의 양극 및 음극 단자에 설치된 스위치들을 선택적으로 연결하고 각각의 전압을 측정하여 절연 저항을 측정할 수 있다.
하지만, 스위치들을 제어하는 제어 신호에 오류가 발생하여 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 설치된 스위치들이 선택적으로 턴온되지 않고 동시에 턴온되면, 배터리의 양극 및 음극 단자가 직접적으로 연결되어 큰 전류가 흐르게 될 수 있다. 따라서 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 설치된 스위치들이 동시에 턴온되지 않게 제어하여 배터리가 쇼트되는 것을 방지하기 위한 기술이 필요한 상황이다.
본 명세서의 실시 예들은 스위치들을 교대로 온(ON) 및 오프(OFF)하여 절연 저항을 측정할 때 스위치들이 동시에 온(ON)되는 경우, 논리 연산을 통해 배터리와 절연 저항 측정 장치를 연결하는 스위치들을 신속하게 차단하여 배터리 방전을 방지할 수 있는, 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 명세서의 실시 예들은 스위치들을 턴온시키는 제어 신호들이 서로 다르면 각 스위치들을 선택적으로 연결하기 위한 서로 다른 제어 신호를 출력하고, 제어 신호들이 동일하면 배터리와 절연 저항 측정 장치를 연결하는 스위치들을 차단하기 위한 제어 신호를 출력함으로써, 배터리 방전을 방지할 수 있는, 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 제1 측면에 따르면, 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자; 제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 연결하거나 차단하는 제1 및 제2 스위치; 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치; 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치; 상기 측정 소자에 양단이 연결되어 소자 전압을 측정하는 전압 측정회로; 상기 제3 및 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하고, 상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 동일한 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하면, 구비된 적어도 하나의 논리 게이트로 상기 수신된 제3 및 제4 신호를 논리 연산하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제어 신호를 출력하는 논리 연산부를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치가 제공될 수 있다.
상기 논리 연산부는 상기 제어부로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하면, 구비된 배타적 논리합 게이트로 연산하여 오프(OFF) 신호를 생성하고, 상기 생성된 오프(OFF) 신호를 제1 및 제2 신호로 출력하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단할 수 있다.
상기 논리 연산부는 상기 제어부로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하고, 상기 수신된 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시키는 제1 및 제2 인버터; 상기 제3 신호와 상기 반전된 제4 신호를 논리곱하는 제1 논리곱 게이트; 상기 제4 신호와 상기 반전된 제3 신호를 논리곱하는 제2 논리곱 게이트; 및 상기 제1 및 제2 논리곱 게이트에서 각각 논리곱된 신호를 논리합하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 오프(OFF) 신호인 제1 및 제2 신호를 출력하는 논리합 게이트를 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자; 제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 연결하거나 차단하는 제1 및 제2 스위치; 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치; 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치; 상기 측정 소자에 양단이 연결되어 소자 전압을 측정하는 전압 측정회로; 상기 제3 및 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하고, 상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 수신된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 논리 연산을 통해 서로 다른 제어 신호를 출력하고, 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 동일하면 논리 연산을 통해 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제어 신호를 출력하는 논리 연산부를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치가 제공될 수 있다.
상기 논리 연산부는 상기 수신된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱하여 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 복수의 출력 신호 중에서 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 선택하고, 상기 선택된 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 서로 다른 제3 및 제4 신호로 출력할 수 있다.
상기 논리 연산부는 상기 수신된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱하여 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 동일하면 복수의 출력 신호 중에서 온(ON) 신호를 선택하고, 상기 선택된 온(ON) 신호를 오프(OFF)신호로 반전시켜 제1 및 제2 신호로 출력할 수 있다.
상기 논리 연산부는 복수의 입출력을 갖는 디멀티플렉서로 이루어진 경우, 두 개의 출력 단자를 통해 서로 다른 제3 및 제4 신호를 출력하거나 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제1 및 제2 신호를 출력하고, 복수의 출력 단자 중에서 세 개의 출력 단자 이외의 나머지 출력 단자가 물리적으로 차단될 수 있다.
상기 논리 연산부는 상기 제어부로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하고, 상기 수신된 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시키는 제1 및 제2 인버터; 상기 제1 인버터에서 반전된 제3 신호와 상기 제2 인버터에서 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제1 출력 단자를 통해 출력하는 제1 논리곱 게이트; 상기 수신된 제3 신호와 상기 제2 인버터에서 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제2 출력 단자를 통해 출력하는 제2 논리곱 게이트; 상기 제1 인버터에서 반전된 제3 신호와 상기 수신된 제4 신호를 논리곱하여 제3 출력 단자를 통해 출력하는 제3 논리곱 게이트; 및 상기 수신된 제3 신호와 제4 신호를 논리곱하여 제4 출력 단자를 통해 출력하는 제4 논리곱 게이트를 포함하고, 상기 제4 논리곱 게이트에서 출력된 제어 신호가 제3 인버터를 통해 반전되고, 상기 제1 내지 제4 출력 단자 중에서 세 개의 출력 단자 이외의 나머지 출력 단자가 물리적으로 차단될 수 있다.
한편, 본 명세서의 제3 측면에 따르면, 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자를 포함한 절연 저항 측정 장치에서의 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법에 있어서, 제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 제1 및 제2 스위치를 통해 연결하는 단계; 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치와, 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하여 선택적으로 온(ON) 및 오프(OFF)시키는 단계; 상기 측정 소자에 양단이 연결된 전압 측정회로를 통해 소자 전압을 측정하는 단계; 상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 단계; 및 상기 출력된 제3 및 제4 신호가 동일한 신호이면, 구비된 적어도 하나의 논리 게이트로 상기 출력된 제3 및 제4 신호를 논리 연산하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는 상기 제3 및 제4 신호가 동일한 온(ON) 신호이면, 구비된 배타적 논리합 게이트로 배타적 논리합하여 오프(OFF) 신호를 생성하고, 상기 생성된 오프(OFF) 신호를 제1 및 제2 신호로 출력하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단할 수 있다.
상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는 상기 제3 및 제4 신호가 동일한 온(ON) 신호이면, 상기 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시키는 단계; 상기 제3 신호와 상기 반전된 제4 신호를 논리곱하는 단계; 상기 제4 신호와 상기 반전된 제3 신호를 논리곱하는 단계; 및 상기 각각 논리곱된 신호를 논리합하여 제1 및 제2 신호를 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 오프(OFF) 신호로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제4 측면에 따르면, 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자를 포함한 절연 저항 측정 장치에서의 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법에 있어서, 제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 제1 및 제2 스위치를 통해 연결하는 단계; 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치와, 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하여 선택적으로 온(ON) 및 오프(OFF)시키는 단계; 상기 측정 소자에 양단이 연결된 전압 측정회로를 통해 소자 전압을 측정하는 단계; 상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 단계; 및 상기 출력된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 상기 제3 스위치 또는 제4 스위치를 연결하기 위한 서로 다른 제3 및 제4 신호를 출력하고, 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 동일하면 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는 상기 수신된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱하여 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 복수의 출력 신호 중에서 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 선택하고, 상기 선택된 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 서로 다른 제3 및 제4 신호로 출력할 수 있다.
상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는 상기 수신된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱하여 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 동일하면 복수의 출력 신호 중에서 온(OFF) 신호를 선택하고, 상기 선택된 온(OFF) 신호를 제3 인버터를 통해 반전시켜 제1 및 제2 신호로 출력할 수 있다.
상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 각각 반전시키는 단계; 상기 반전된 제3 신호와 상기 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제1 출력 단자를 통해 출력하는 단계; 상기 수신된 제3 신호와 상기 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제2 출력 단자를 통해 출력하는 단계; 상기 반전된 제3 신호와 상기 수신된 제4 신호를 논리곱하여 제3 출력 단자를 통해 출력하는 단계; 상기 수신된 제3 신호와 제4 신호를 논리곱하여 제4 출력 단자를 통해 출력하는 단계; 및 상기 제4 출력 단자를 통해 출력된 출력 신호를 반전시켜 제1 및 제2 신호로 출력하는 단계를 포함하고, 상기 제1 내지 제4 출력 단자 중에서 세 개의 출력 단자 이외의 나머지 출력 단자가 물리적으로 차단될 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 스위치들을 교대로 온(ON) 및 오프(OFF)하여 절연 저항을 측정할 때 스위치들이 동시에 온(ON)되는 경우, 논리 연산을 통해 배터리와 절연 저항 측정 장치를 연결하는 스위치들을 신속하게 차단하여 배터리 방전을 방지할 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시 예들은 스위치들을 턴온시키는 제어 신호들이 서로 다르면 각 스위치들을 선택적으로 연결하기 위한 서로 다른 제어 신호를 출력하고, 제어 신호들이 동일하면 배터리와 절연 저항 측정 장치를 연결하는 스위치들을 차단하기 위한 제어 신호를 출력함으로써, 배터리 방전을 방지할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 논리 연산부의 서로 다른 논리 회로도이다.
도 4는 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치의 구성도이다.
도 5는 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 논리 연산부의 논리 회로도이다.
도 6은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 논리 게이트를 이용한 논리 연산 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 절연 저항 측정 장치(100)는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 측정 소자, 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2), 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4), 전압 측정회로(110), 제어부(120) 및 논리 연산부(130)를 포함한다. 여기서, 측정 소자는 측정 커패시터(Cm)이거나 측정 저항(Rm)이 될 수 있으며, 특정 저항이나 커패시터로 한정되지 않는다.
이하, 도 1의 절연 저항 측정 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
먼저, 배터리(Vb)는 하이브리드카 또는 전기자동차에 장착되는 고전압 배터리가 될 수 있다. 배터리(Vb)는 고전압 배터리로서, 하나의 배터리로 구현될 수도 있으나 복수의 배터리가 직렬 연결되는 배터리 팩으로 구현될 수도 있다. 이는 고전압을 발생하기 위하여 전기 자동차 등에서 많이 사용되는 방식으로 단일 배터리로 직접 고전압을 생성하기보다 저전압을 생성하는 복수의 배터리를 직렬로 연결하여 고전압을 생성하는 것이 더욱 효율적이기 때문이다. 그리고 연료 전지가 배터리를 대체하여 포함될 수도 있다. 배터리(Vb)는 절연 저항의 측정이 요구되는 다양한 종류의 배터리를 포함할 수 있다. 이때, 배터리(Vb)의 양극 단자(+) 및 음극 단자(-)에 연결되는 고전압 라인은 전기적으로 절연되어 있다.
도 1과 같이 양극 공통 저항(Ry+) 및 음극 공통 저항(Ry-)이 직렬로 형성되며, 이 공통 저항들 사이는 차량의 샤시(Chassis)에 접지되는 샤시 접지(GND)가 연결되어 있다. 샤시 접지는 배터리(Vb) 및 연료 전지 시스템에서 배터리 및 연료 전지와 절연되어야 하는 대상으로서, 배터리 및 연료 전지를 이용하는 시스템이 자동차인 경우에는 차체가 샤시 접지가 될 수 있다.
절연 저항 측정 장치(100)는 배터리(Vb)와 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 통해 연결된다.
제1 저항(R1), 측정 소자 및 제2 저항(R2)은 배터리(Vb)에 직렬로 연결된다. 여기서, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)은 각각 복수의 저항으로 이루어질 수 있다. 제1 저항(R1)이 복수의 저항으로 이루어진 경우, 복수의 저항 사이에 제3 스위치(SW3)의 일측이 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)이 복수의 저항으로 이루어진 경우, 복수의 저항 사이에 제4 스위치(SW4)의 일측이 연결될 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 제어부(120)에서 출력된 제1 신호에 따라 배터리(Vb)와 제1 저항(R1) 간의 라인을 연결하거나 차단한다. 또한, 제2 스위치(SW2)는 제어부(120)에서 출력된 제2 신호에 따라 배터리(Vb)와 제2 저항(R2) 간의 라인을 연결하거나 차단한다. 직렬로 연결된 회로상에 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)가 설치되어 회로를 개폐할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)는 배터리(Vb)의 양극 단자와 제1 저항(R1)을 연결하는 라인에 설치되거나, 배터리(Vb)의 음극 단자와 제2 저항(R2)을 연결하는 라인에 설치될 수 있다. 그리하여 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)의 작동에 의해 저항 및 측정 소자에 전류를 통하게 하거나 차단할 수 있다.
그리고 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)는 배터리(Vb)의 양극 단자와 제1 저항(R1)을 연결하는 라인 및 배터리(Vb)의 음극 단자와 제2 저항(R2)을 연결하는 라인에 각각 설치될 수 있다. 즉, 2개의 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)가 설치되어 제1 및 제2 신호에 따라 회로를 개폐함으로써, 제1 저항(R1), 측정 소자 및 제2 저항(R2)과, 전압 측정회로(110) 등의 부품을 보호할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2), 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)는 포토모스 릴레이(Photo-MOS Relay)일 수 있다.
포토모스 릴레이는 LED를 이용해 광으로 결합하여 빛을 받으면 닫히게 되는 포토 커플러의 한 종류이다. 포토모스 릴레이는 일반 기계식 릴레이에 비해 응답속도가 빠르고 고감도이며, 수명이 길고 채터링 현상(예를 들어, 한번에 온 및 오프가 되지 않고 아주 짧은 순간에 여러 번 온 및 오프가 반복되는 현상)이 없어 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.
제3 스위치(SW3)는 제1 저항(R1) 및 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결된다.
제4 스위치(SW4)는 측정 소자와 제2 저항(R2) 사이에 일측이 연결되고 타측은 제3 스위치(SW3) 및 샤시 접지에 연결된다.
즉, 제1 저항(R1)과 측정 소자 사이 및 측정 소자와 제2 저항(R2) 사이에 분기가 형성된다. 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)와 측정 소자가 병렬로 연결된다. 그리고 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)가 연결된 라인이 샤시에 접지되어 샤시 접지가 형성된다.
여기서, 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)는 논리 연산부(130)에서 출력된 제3 및 제4 신호에 따라 연결되거나 차단된다.
일측 공통 저항(Ry+ 또는 Ry-)은 제1 저항(R1)과 병렬로 연결되어 있다. 타측 공통 저항(Ry- 또는 Ry+)은 제2 저항(R2)과 병렬로 연결되어 있다. 여기서, 일측 공통 저항(Ry+ 또는 Ry-)은 수십 내지 수백 ㏁을 가질 수 있다.
전압 측정회로(110)는 측정 소자에 양단이 연결되어 소자 전압을 측정한다. 전압 측정회로(110)는 연산증폭기(Op Amp: Operational Amplifier)를 구비하여 소자 전압을 측정할 수 있다.
제어부(120)는 절연 저항 측정 장치(100)의 전체적인 동작을 제어한다. 이를 위해, 제어부(120)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)의 스위칭을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하거나, 전압 측정회로(110)를 통해 측정 소자에서 측정된 소자 전압을 전달받는다. 제어부(120)는 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)에 출력한다.
한편, 제어부(120)에서 스위치들을 제어하는 제3 또는 제4 신호에 오류가 발생하여 배터리(Vb)의 양극 및 음극 단자 사이에 설치된 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)가 선택적으로 턴온되지 않고 동시에 턴온될 수 있다. 그러면, 배터리(Vb)의 양극 및 음극 단자가 직접적으로 연결되어 큰 전류가 흐르게 될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 논리 연산부(130)는 제어부(120)로부터 동일한 신호인 제3 및 제4 신호를 수신한다. 그러면, 논리 연산부(130)는 구비된 적어도 하나의 논리 게이트로 그 수신된 제3 및 제4 신호를 논리 연산하여 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제어 신호를 출력한다.
한편, 배터리(Vb)와 차량의 샤시 간에 고장이 발생할 수 있다. 그러면, 일측 고장 저항(Rf+ 또는 Rf-)이 일측 공통 저항(Ry+ 또는 Ry-) 및 제1 저항(R1)과 병렬로 연결되어 발생할 수 있다. 도 1에는 일측 고장 저항(Rf+ 또는 Rf-)은 점선으로 도시되어 있다. 예를 들어, 일측 고장 저항(Rf+ 또는 Rf-)은 수 내지 수십 ㏀이 될 수 있다. 배터리(Vb)의 양극과 샤시 접지 사이에 연결되는 양극 고장 저항(Rf+)은 배터리(Vb)의 양극과 샤시 접지 사이에 발생할 수 있는 절연 저항의 등가 저항으로 나타낼 수 있다. 유사하게 배터리(Vb)의 음극과 샤시 접지 사이에 연결되는 음극 고장 저항(Rf-)은 배터리(Vb)의 음극과 샤시 접지 사이에 발생할 수 있는 절연 저항의 등가 저항을 나타낼 수 있다.
절연 저항 측정 장치(100)는 배터리(Vb)와 샤시 접지 사이의 고장 저항을 양극과 음극으로 구분함으로써, 배터리(Vb) 양단의 고장 저항을 구분하여 측정할 수 있도록 한다. 이는 안전성의 문제와 고장 저항의 발생시 절연 파괴 위치를 용이하게 파악할 수 있도록 하기 위함이다.
이때, 측정 소자에 걸리는 전압은 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)의 개폐에 따라 달라질 수 있다. 양극 공통 저항(Ry+)과 음극 공통 저항(Ry-)에 따라서도 영향을 받을 수 있다. 즉, 제3 스위치(SW3)만을 닫았을 때 전압 측정회로(110)를 통해 측정되는 측정 소자에 걸리는 소자 전압과, 제4 스위치(SW4)만을 닫았을 때 전압 측정회로(110)를 통해 측정되는 측정 소자에 걸리는 소자 전압이 양극 공통 저항(Ry+)과 음극 공통 저항(Ry-)과 상관 관계가 있을 수 있다. 제어부(120)는 제3 스위치(SW3)만 닫혔을 때 측정된 소자 전압과, 제4 스위치(SW4)만 닫혔을 때 측정된 소자 전압을 이용하여 고전압 배터리의 절연 파괴를 측정할 수 있다.
여기서, 도 1에서의 일측은 양극(+) 또는 음극(-) 중 어느 하나의 극성을 나타내며, 타측은 어느 하나의 극성과 반대되는 극성을 나타내지만, 서로 반대되는 극성으로 나타낼 수 있다. 이와 같이, 본 명세서의 절연 저항 측정 장치(100)는 배터리(Vb)에 연결되는 고전압 라인의 양극 또는 음극 중 한쪽이 절연 파괴된 경우의 절연 저항을 측정할 수 있으며, 동시에 양극 및 음극이 절연 파괴된 경우에도 절연 저항을 측정할 수 있다.
이하, 본 명세서의 설명을 위해, 일측 공통 저항(Ry+ 또는 Ry-)을 양극 공통 저항(Ry+)으로 정하고, 타측 공통 저항(Ry- 또는 Ry+)을 음극 공통 저항(Ry-)으로 정하여 설명하기로 한다. 또한, 일측 고장 저항(Rf+ 또는 Rf-)을 양극 고장 저항(Rf+)으로 정하고, 타측 고장 저항을 음극 고장 저항(Rf-)으로 정하여 설명하기로 한다.
그리하여 제어부(120)는 측정된 양극 또는 음극 고장 저항(Rf+ 또는 Rf-)이 특정한 저항값 이하일 때 절연 파괴로 판단할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 논리 연산부의 논리 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 논리 연산부(130)는 배타적 논리합 게이트(Exclusive OR gate)(210)로 이루어질 수 있다. 논리 연산부(130)는 제어부(120)로부터 출력된 제3 및 제4 신호를 제1 및 제2 입력 단자(X1, X2)을 통해 수신하고, 하기의 [표 1]과 같이 배타적 논리합 연산을 수행하여 출력 단자(Y)을 통해 논리 연산 결과를 출력한다.
X1 X2 Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
여기서, 0은 스위치 오프(OFF), 1은 스위치 온(ON)을 나타낸다.
배타적 논리합 게이트(210)는 제어부(120)로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 제1 및 제2 입력 단자(X1, X2)을 통해 수신하면, 구비된 배타적 논리합 게이트로 연산하여 오프(OFF) 신호를 생성한다.
그리고 배타적 논리합 게이트(210)는 그 생성된 오프(OFF) 신호를 출력 단자(Y)를 통해 제1 및 제2 신호로 출력한다. 그러면, 배타적 논리합 게이트(210)는 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 차단할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 논리 연산부(130)는 제1 및 제2 인버터(311 및 312), 제1 및 제2 논리곱 게이트(321 및 322) 및 논리합 게이트(331)를 포함한다. 이러한 논리 연산부(130)는 제어부(120)로부터 출력된 제3 및 제4 신호를 제1 및 제2 입력 단자(X1, X2)을 통해 수신하고, 상기의 [표 1]과 같이 반전 연산, 논리곱 연산 및 논리합 연산을 수행하여 출력 단자(Y)을 통해 논리 연산 결과를 출력한다.
구체적으로 살펴보면, 제1 및 제2 인버터(311 및 312)는 제어부(120)로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 제1 및 제2 입력 단자(X1, X2)을 통해 수신한다. 제1 및 제2 인버터(311 및 312)는 그 수신된 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시킨다.
제1 논리곱 게이트(321)는 제3 신호와 제2 인버터(312)에서 반전된 제4 신호를 논리곱한다.
제2 논리곱 게이트(322)는 제1 인버터(311)에서 반전된 제3 신호와 제4 신호를 논리곱한다.
논리합 게이트(331)는 제1 및 제2 논리곱 게이트(321 및 322)에서 각각 논리곱된 신호를 논리합하여 출력 단자(Y)을 통해 제1 및 제2 신호로 출력한다. 그러면, 논리 연산부(130)는 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 차단할 수 있다.
도 4는 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 절연 저항 측정 장치(100)는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 측정 소자, 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2), 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4), 제3 인버터(411), 전압 측정회로(110), 제어부(120) 및 논리 연산부(130)를 포함한다. 여기서, 측정 소자는 측정 커패시터(Cm)이거나 측정 저항(Rm)이 될 수 있으며, 특정 저항이나 커패시터로 한정되지 않는다.
이하, 도 4의 도 1의 절연 저항 측정 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다. 다만, 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 도 1의 구성 및 동작과 동일한 내용은 생략하기로 하고, 도 1 및 도 4 간의 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
절연 저항 측정 장치(100)는 배터리(Vb)와 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 통해 연결된다.
제1 스위치(SW1)는 논리 연산부(130)와 제3 인버터(411)를 통해 연결되어 있다. 제1 스위치(SW1)는 논리 연산부(130)에서 출력된 신호가 반전된 제1 신호에 따라 배터리(Vb)와 제1 저항(R1) 간의 라인을 연결하거나 차단한다. 또한, 제2 스위치(SW2)는 논리 연산부(130)와 제3 인버터(411)를 통해 연결되어 있다. 제2 스위치(SW2)는 논리 연산부(130)에서 출력된 신호가 반전된 제2 신호에 따라 배터리(Vb)와 제2 저항(R2) 간의 라인을 연결하거나 차단한다. 직렬로 연결된 회로상에 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)가 설치되어 회로를 개폐할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)는 배터리(Vb)의 양극 단자와 제1 저항(R1)을 연결하는 라인에 설치되거나, 배터리(Vb)의 음극 단자와 제2 저항(R2)을 연결하는 라인에 설치될 수 있다. 그리하여 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)의 작동에 의해 저항 및 측정 소자에 전류를 통하게 하거나 차단할 수 있다.
그리고 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)는 배터리(Vb)의 양극 단자와 제1 저항(R1)을 연결하는 라인 및 배터리(Vb)의 음극 단자와 제2 저항(R2)을 연결하는 라인에 각각 설치될 수 있다. 즉, 2개의 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)가 설치되어 제1 및 제2 신호에 따라 회로를 개폐함으로써, 제1 저항(R1), 측정 소자 및 제2 저항(R2)과, 전압 측정회로(110) 등의 부품을 보호할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2), 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)는 포토모스 릴레이(Photo-MOS Relay)일 수 있다.
제3 스위치(SW3)는 제1 저항(R1) 및 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결된다.
제4 스위치(SW4)는 측정 소자와 제2 저항(R2) 사이에 일측이 연결되고 타측은 제3 스위치(SW3) 및 샤시 접지에 연결된다.
즉, 제1 저항(R1)과 측정 소자 사이 및 측정 소자와 제2 저항(R2) 사이에 분기가 형성된다. 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)와 측정 소자가 병렬로 연결된다. 그리고 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)가 연결된 라인이 샤시에 접지되어 샤시 접지가 형성된다.
여기서, 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)는 논리 연산부(130)에서 출력된 제3 및 제4 신호에 따라 연결되거나 차단된다.
제어부(120)는 절연 저항 측정 장치(100)의 전체적인 동작을 제어한다. 이를 위해, 제어부(120)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)의 스위칭을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하거나, 전압 측정회로(110)를 통해 측정 소자에서 측정된 소자 전압을 전달받는다. 제어부(120)는 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)에 출력한다.
한편, 제어부(120)에서 스위치들을 제어하는 제3 또는 제4 신호에 오류가 발생하여 배터리(Vb)의 양극 및 음극 단자 사이에 설치된 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)가 선택적으로 턴온되지 않고 동시에 턴온될 수 있다. 그러면, 배터리(Vb)의 양극 및 음극 단자가 직접적으로 연결되어 큰 전류가 흐르게 될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 논리 연산부(130)는 디멀티플렉서(Demultiplexer)로 이루어질 수 있다.
이러한 논리 연산부(130)는 제어부(120)로부터 제3 및 제4 신호를 수신한다. 논리 연산부(130)는 제3 및 제4 신호가 서로 다르면, 논리 연산을 통해 서로 다른 제어 신호를 출력한다. 그리고 논리 연산부(130)는 수신된 제3 및 제4 신호가 동일하면, 논리 연산을 통해 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 차단하기 위한 제어 신호를 출력한다.
논리 연산부(130)에서의 논리 연산 과정을 구체적으로 살펴보면, 논리 연산부(130)는 제어부(120)로부터 수신된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱한다. 즉, 논리 연산부(130)는 그 수신된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 복수의 출력 신호 중에서 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 선택한다. 이어서, 논리 연산부(130)는 그 선택된 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 서로 다른 제3 및 제4 신호로 출력할 수 있다.
반면, 논리 연산부(130)는 그 수신된 제3 및 제4 신호가 동일하면 복수의 출력 신호 중에서 오프(OFF) 신호를 선택한다. 이어서, 논리 연산부(130)는 그 선택된 오프(OFF) 신호를 제1 및 제2 신호로 출력할 수 있다.
변형 예로, 논리 연산부(130)는 복수의 입출력을 갖는 디멀티플렉서로 이루어지고, 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)와 제3 인버터(411)를 통해 연결될 수 있다. 논리 연산부(130)는 제1 및 제2 입력 단자(X1, X2) 및 제1 내지 제4 출력 단자(Y1 내지 Y4)을 가지는 디멀티플렉서로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 내지 제4 출력 단자(Y1 내지 Y4) 중에서 임의의 1개의 출력 단자(예컨대, Y1)가 물리적으로 차단되어 논리 연산부(130)에 적용될 수 있다.
논리 연산부(130)는 두 개의 출력 단자(예컨대, Y2, Y3)를 통해 서로 다른 제3 및 제4 신호를 출력하거나, 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 차단하기 위해 제4 출력 단자(Y4)의 출력 신호를 제3 인버터(411)를 통해 반전시켜 제1 및 제2 신호로 출력할 수 있다. 논리 연산부(130)는 세 개의 출력 단자(Y2, Y3, Y4) 이외의 나머지 출력 단자(예컨대, Y1)를 물리적으로 차단할 수 있다.
도 5는 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 논리 연산부의 논리 회로도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 논리 연산부(130)는 제1 및 제2 인버터(511 및 512) 및 제1 내지 제4 논리곱 게이트(521 내지 524)를 포함한다. 이러한 논리 연산부(130)는 제어부(120)로부터 출력된 제3 및 제4 신호를 제1 및 제2 입력 단자(X1, X2)을 통해 수신하고, 하기의 [표 2]와 같이 반전 연산, 논리곱 연산을 수행하여 제1, 제2 및 제3 출력 단자(Y2, Y3, Y4)을 통해 논리 연산 결과를 출력한다.
X1 X2 Y1 Y2 Y3 Y4
0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 0
1 0 0 0 1 0
1 1 0 0 0 1
구체적으로 살펴보면, 제1 및 제2 인버터(511 및 512)는 제어부(120)로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 제1 및 제2 입력 단자(X1, X2)을 통해 수신한다. 제1 및 제2 인버터(311 및 312)는 그 수신된 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시킨다.
제1 논리곱 게이트(521)는 제1 인버터(511)에서 반전된 제3 신호와 제2 인버터(512)에서 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제1 출력 단자(Y1)을 통해 출력한다.
제2 논리곱 게이트(522)는 제3 신호와 제2 인버터(512)에서 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제2 출력 단자(Y2)을 통해 출력한다.
제3 논리곱 게이트(523)는 제1 인버터(511)에서 반전된 제3 신호와 제4 신호를 논리곱하여 제3 출력 단자(Y3)을 통해 출력한다.
제4 논리곱 게이트(524)는 제3 신호와 제4 신호를 논리곱하여 제4 출력 단자(Y4)을 통해 출력한다.
여기서, 제1 내지 제4 논리곱 게이트(521 내지 524)는 각각 이네이블(Enable) 신호에 따라 논리곱 연산을 수행하거나 종료할 수 있다.
또한, 제2 및 제3 논리곱 게이트(522 및 523)는 두 개의 출력 단자(예컨대, Y2, Y3)를 통해 서로 다른 제3 및 제4 신호를 출력할 수 있다. 그리고 제4 논리곱 게이트(524)는 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 차단하기 위해, 제4 출력 단자(Y4)를 통해 제어 신호를 출력한다. 여기서, 제4 출력 단자(Y4)를 통해 출력된 제어 신호는 제3 인버터(411)를 통해 반전되어 제1 및 제3 스위치(SW1, SW2)를 제어하는 제1 및 제2 신호로 이용될 수 있다. 반면, 제2, 제3 및 제4 논리곱 게이트(522, 523 및 524)의 제2 내지 제4 출력 단자들(Y2, Y3, Y4) 이외의 나머지 제1 논리곱 게이트(521)의 제1 출력 단자(Y1)는 물리적으로 차단될 수 있다.
도 6은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법에 대한 흐름도이다.
절연 저항 측정 장치(100)는 제1 및 제2 신호에 따라 배터리(Vb)와 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 통해 연결한다(S602).
절연 저항 측정 장치(100)는 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하여 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)를 선택적으로 온(ON) 및 오프(OFF)시킨다(S604).
절연 저항 측정 장치(100)는 측정 소자에 양단이 연결된 전압 측정회로를 통해 소자 전압을 측정한다(S606).
절연 저항 측정 장치(100)는 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정한다(S608).
절연 저항 측정 장치(100)는 제3 및 제4 신호가 동일한 신호인지 확인한다(S610).
상기 확인 결과(S610), 제3 및 제4 신호가 동일한 신호이면, 절연 저항 측정 장치(100)는 구비된 적어도 하나의 논리 게이트로 출력된 제3 및 제4 신호를 논리 연산한다(S612).
반면, 상기 확인 결과(S610), 제3 및 제4 신호가 동일한 신호가 아니면, 절연 저항 측정 장치(100)는 S604 과정부터 다시 수행할 수 있다.
절연 저항 측정 장치(100)는 논리 연산 결과에 따라 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 차단하기 위한 제1 및 제2 신호를 출력한다(S614).
이와 같이, 절연 저항 측정 장치(100)는 구비된 배타적 논리합 게이트로 배타적 논리합하여 오프(OFF) 신호를 생성하고, 그 생성된 오프(OFF) 신호를 제1 및 제2 신호로 출력하여 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 차단할 수 있다.
도 7은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 논리 게이트를 이용한 논리 연산 방법에 대한 흐름도이다.
논리 연산부(130)는 제어부(120)로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하고, 그 수신된 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시킨다(S702).
논리 연산부(130)는 제3 신호와 제2 인버터(312)에서 반전된 제4 신호를 논리곱한다(S704).
논리 연산부(130)는 제4 신호와 제1 인버터(311)에서 반전된 제3 신호를 논리곱한다(S706).
논리 연산부(130)는 제1 및 제2 논리곱 게이트(321 및 322)에서 각각 논리곱된 신호를 논리합한다(S708).
논리 연산부(130)는 제1 및 제2 신호를 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 차단하기 위한 오프(OFF) 신호로 출력한다(S710).
도 8은 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법에 대한 흐름도이다.
절연 저항 측정 장치(100)는 제1 및 제2 신호에 따라 배터리(Vb)와 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 통해 연결한다(S802).
절연 저항 측정 장치(100)는 제3 및 제4 신호를 출력하여 제3 및 제4 스위치를 선택적으로 온(ON) 및 오프(OFF)시킨다(S804).
절연 저항 측정 장치(100)는 측정 소자에 양단이 연결된 전압 측정회로를 통해 소자 전압을 측정한다(S806).
절연 저항 측정 장치(100)는 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정한다(S808).
절연 저항 측정 장치(100)는 제3 및 제4 신호가 서로 다른 신호인지를 확인한다(S810).
상기 확인 결과(S810), 출력된 제3 및 제4 신호가 서로 다른 신호이면, 절연 저항 측정 장치(100)는 제3 및 제4 신호를 논리 연산한다(S812).
절연 저항 측정 장치(100)는 제3 또는 제4 스위치(SW3 또는 SW4)를 연결하기 위한 서로 다른 제3 및 제4 신호를 출력한다(S814).
한편, 상기 확인 결과(S810), 출력된 제3 및 제4 신호가 서로 동일하면, 절연 저항 측정 장치(100)는 제3 및 제4 신호를 논리 연산한다(S816).
절연 저항 측정 장치(100)는 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 논리 연산된 제어 신호를 제3 인버터(411)를 통해 반전시켜 제1 및 제2 신호로 출력한다(S818).
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치
110: 전압 측정회로
120: 제어부
130: 논리 연산부
R1 및 R2: 제1 및 제2 저항
Cm: 측정 소자
SW1 내지 SW4: 제1 내지 제4 스위치
Ry+ 및 Ry-: 양극 및 음극 공통 저항
Rf+ 및 Rf-: 양극 및 음극 고장 저항
210: 배타적 논리합 게이트
311, 511: 제1 인버터
312, 512: 제2 인버터
321, 521: 제1 논리곱 게이트
322, 522: 제2 논리곱 게이트
331: 논리합 게이트
411: 제3 인버터
523: 제3 논리곱 게이트
524: 제4 논리곱 게이트

Claims (15)

  1. 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자;
    제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 연결하거나 차단하는 제1 및 제2 스위치;
    상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치;
    상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치;
    상기 측정 소자에 양단이 연결되어 소자 전압을 측정하는 전압 측정회로;
    상기 제3 및 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하고, 상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 동일한 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하면, 구비된 적어도 하나의 논리 게이트로 상기 수신된 제3 및 제4 신호를 논리 연산하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제어 신호를 출력하는 논리 연산부
    를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 논리 연산부는
    상기 제어부로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하면, 구비된 배타적 논리합 게이트로 연산하여 오프(OFF) 신호를 생성하고, 상기 생성된 오프(OFF) 신호를 제1 및 제2 신호로 출력하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 논리 연산부는
    상기 제어부로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하고, 상기 수신된 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시키는 제1 및 제2 인버터;
    상기 제3 신호와 상기 반전된 제4 신호를 논리곱하는 제1 논리곱 게이트;
    상기 제4 신호와 상기 반전된 제3 신호를 논리곱하는 제2 논리곱 게이트; 및
    상기 제1 및 제2 논리곱 게이트에서 각각 논리곱된 신호를 논리합하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 오프(OFF) 신호인 제1 및 제2 신호를 출력하는 논리합 게이트
    를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  4. 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자;
    제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 연결하거나 차단하는 제1 및 제2 스위치;
    상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치;
    상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치;
    상기 측정 소자에 양단이 연결되어 소자 전압을 측정하는 전압 측정회로;
    상기 제3 및 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하고, 상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 수신된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 논리 연산을 통해 서로 다른 제어 신호를 출력하고, 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 동일하면 논리 연산을 통해 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제어 신호를 출력하는 논리 연산부
    를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 논리 연산부는
    상기 수신된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱하여 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 복수의 출력 신호 중에서 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 선택하고, 상기 선택된 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 서로 다른 제3 및 제4 신호로 출력하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 논리 연산부는
    상기 수신된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱하여 상기 수신된 제3 및 제4 신호가 동일하면 복수의 출력 신호 중에서 온(ON) 신호를 선택하고, 상기 선택된 온(ON) 신호를 오프(OFF)신호로 반전시켜 제1 및 제2 신호로 출력하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 논리 연산부는
    복수의 입출력을 갖는 디멀티플렉서로 이루어진 경우, 두 개의 출력 단자를 통해 서로 다른 제3 및 제4 신호를 출력하거나 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제1 및 제2 신호를 출력하고, 복수의 출력 단자 중에서 세 개의 출력 단자 이외의 나머지 출력 단자가 물리적으로 차단되는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 논리 연산부는
    상기 제어부로부터 동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 수신하고, 상기 수신된 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시키는 제1 및 제2 인버터;
    상기 제1 인버터에서 반전된 제3 신호와 상기 제2 인버터에서 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제1 출력 단자를 통해 출력하는 제1 논리곱 게이트;
    상기 수신된 제3 신호와 상기 제2 인버터에서 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제2 출력 단자를 통해 출력하는 제2 논리곱 게이트;
    상기 제1 인버터에서 반전된 제3 신호와 상기 수신된 제4 신호를 논리곱하여 제3 출력 단자를 통해 출력하는 제3 논리곱 게이트; 및
    상기 수신된 제3 신호와 제4 신호를 논리곱하여 제4 출력 단자를 통해 출력하는 제4 논리곱 게이트를 포함하고,
    상기 제4 논리곱 게이트에서 출력된 제어 신호가 제3 인버터를 통해 반전되고, 상기 제1 내지 제4 출력 단자 중에서 세 개의 출력 단자 이외의 나머지 출력 단자가 물리적으로 차단되는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  9. 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자를 포함한 절연 저항 측정 장치에서의 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법에 있어서,
    제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 제1 및 제2 스위치를 통해 연결하는 단계;
    상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치와, 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하여 선택적으로 온(ON) 및 오프(OFF)시키는 단계;
    상기 측정 소자에 양단이 연결된 전압 측정회로를 통해 소자 전압을 측정하는 단계;
    상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 단계; 및
    상기 출력된 제3 및 제4 신호가 동일한 신호이면, 구비된 적어도 하나의 논리 게이트로 상기 출력된 제3 및 제4 신호를 논리 연산하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는
    상기 제3 및 제4 신호가 동일한 온(ON) 신호이면, 구비된 배타적 논리합 게이트로 배타적 논리합하여 오프(OFF) 신호를 생성하고, 상기 생성된 오프(OFF) 신호를 제1 및 제2 신호로 출력하여 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는
    상기 제3 및 제4 신호가 동일한 온(ON) 신호이면, 상기 동일한 제3 및 제4 신호를 각각 반전시키는 단계;
    상기 제3 신호와 상기 반전된 제4 신호를 논리곱하는 단계;
    상기 제4 신호와 상기 반전된 제3 신호를 논리곱하는 단계; 및
    상기 각각 논리곱된 신호를 논리합하여 제1 및 제2 신호를 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 오프(OFF) 신호로 출력하는 단계
    를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  12. 배터리에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 측정 소자를 포함한 절연 저항 측정 장치에서의 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법에 있어서,
    제1 및 제2 신호에 따라 상기 배터리와 상기 적어도 하나의 측정 소자 간의 라인을 제1 및 제2 스위치를 통해 연결하는 단계;
    상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 차량의 샤시 접지에 연결되는 제3 스위치와, 상기 적어도 하나의 측정 소자 사이에 일측이 연결되고 타측은 상기 제3 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 스위치를 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 신호를 출력하여 선택적으로 온(ON) 및 오프(OFF)시키는 단계;
    상기 측정 소자에 양단이 연결된 전압 측정회로를 통해 소자 전압을 측정하는 단계;
    상기 측정된 소자 전압을 이용하여 절연 저항을 추정하는 단계; 및
    상기 출력된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 상기 제3 스위치 또는 제4 스위치를 연결하기 위한 서로 다른 제3 및 제4 신호를 출력하고, 상기 출력된 제3 및 제4 신호가 동일하면 상기 제1 및 제2 스위치를 차단하기 위한 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는
    상기 출력된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱하여 상기 출력된 제3 및 제4 신호가 서로 다르면 복수의 출력 신호 중에서 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 선택하고, 상기 선택된 온(ON) 및 오프(OFF) 신호를 서로 다른 제3 및 제4 신호로 출력하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는
    상기 출력된 제3 및 제4 신호를 디멀티플렉싱하여 상기 출력된 제3 및 제4 신호가 동일하면 복수의 출력 신호 중에서 온(OFF) 신호를 선택하고, 상기 선택된 온(OFF) 신호를 제3 인버터를 통해 반전시켜 제1 및 제2 신호로 출력하는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 신호를 출력하는 단계는
    동일한 온(ON) 신호인 제3 및 제4 신호를 각각 반전시키는 단계;
    상기 반전된 제3 신호와 상기 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제1 출력 단자를 통해 출력하는 단계;
    상기 출력된 제3 신호와 상기 반전된 제4 신호를 논리곱하여 제2 출력 단자를 통해 출력하는 단계;
    상기 반전된 제3 신호와 상기 출력된 제4 신호를 논리곱하여 제3 출력 단자를 통해 출력하는 단계;
    상기 출력된 제3 신호와 제4 신호를 논리곱하여 제4 출력 단자를 통해 출력하는 단계; 및
    상기 제4 출력 단자를 통해 출력된 출력 신호를 반전시켜 제1 및 제2 신호로 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 출력 단자 중에서 세 개의 출력 단자 이외의 나머지 출력 단자가 물리적으로 차단되는 논리 연산을 이용한 절연 저항 측정 방법.
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