KR102221308B1 - 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로 - Google Patents

전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로 Download PDF

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Abstract

전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로는, 고전압계의 일단에 제1저항(Rs1)과 함께 연결되는 제1스위치(S1), 고전압계의 타단에 제2저항(Rs2)과 함께 연결되는 제2스위치(S2), 상기 제1스위치(S1)의 타단과 제2스위치(S2)의 타단을 동시에 연결하여 저항 측정부와 접속되는 스위치부; 상기 제1스위치(S1)의 타단과 제2스위치(S2)의 타단을 동시에 연결하는 접속라인, 및 상기 접속라인에 탑재되는 측정 저항(Rm)을 포함하고, 제1저항(Rs1), 제2저항(Rs2) 및 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 측정하는 저항 측정부; 차량제어유닛(VCU) 내부 전원을 분할하여 +전압과 -전압을 기준으로 삼아 해당 출력값을 기준값(Reference) 데이터로 비교부에 제공하는 발진부; 상기 발진부로부터 제공받은 데이터를 기준값(Reference)을 이용하여 저항 측정부에서 획득한 측정 전압값을 비교한 후, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력하는 비교부; 및 비교부로부터 출력 데이터를 전달받아 출력값의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 이용하여 절연 파괴 여부를 판단하는 감지부;를 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로{Insulation Resistance Measuring Method For Electrical Vehicle Battery Or Fuel Cell Vehicle Stack, And Circuit Thereof}
본 발명은 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압계와 저전압계의 절연 상태를 감지하여, 사용자가 위험으로부터 안전하도록 하는 구성을 포함하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 친환경 자동차(HEV, EV, HFCV, 기타)는 고전압을 이용하여 차량을 구동하게 된다. 이러한 친환경 자동차는 주요 구성품의 하나인 전원 분배 유닛(Power Distribution Unit; PDU)을 이용하여, 차량의 에너지원인 고전압 배터리로부터 전원을 공급받아 각 고전압 유닛에 전압을 분배하는 주요 기능을 수행한다.
친환경 자동차에서 사용하는 전원은 일반적으로 시스템에 따라 고전압과 저전압으로 구분된다. 예컨대, 차량 구동, 공조 및 충전 관련 시스템은 고전압을 사용하며, 각종 램프, 모터, 센서, 미디어, 에어백 등 일반 엔진 구동 차량의 전기 장치들은 저전압(12V)을 사용한다.
그 중 고전압 시스템은 직ㅇ간접 접촉에 의한 인체 감전사고를 방지하기 위하여 시스템 절연은 100Ω/Vdc, 500Ω/Vdc 이상으로 유지하도록 규정하고 있다.
친환경 자동차에서 누설 전류 및 절연저항 검출에 대한 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2014-0076975호(2014.06.23. 공개)와 <특허문헌 2> 대한민국 등록특허 등록번호 10-1101270호(2011.12.26. 등록) 및 <특허문헌 3> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2009-0012456호(2009.02.04. 공개)에 개시되어 있다.
<특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 배터리로부터 출력되는 직류 전압을 전력 반도체를 이용하여 다상 교류 전압으로 변환하는 인버터, 인버터에서 출력되는 신호를 이용하여 누설 전류 발생 여부를 판단하며, 판단 결과 누설 전류 발생 시 모터로의 전류 흐름을 차단하는 전류 감시부를 포함하고, 인버터 또는 모터 시스템의 고전압 배터리의 절연 불량으로 발생 가능한 위험을 사전에 경고하여 운전자의 안전성을 보장하도록 한다.
<특허문헌 2>에 개시된 종래기술은 친환경 자동차의 절연저항을 측정함에 있어, 정확한 절연저항의 측정에 요구되는 충분한 인가전압과 측정 해상도를 제공한다.
<특허문헌 3>에 개시된 종래기술은 고전압을 사용하는 차량에서 고전압부와 샤시 간에 절연내력의 상태를 검출하여 일정 수위 이상으로 절연내력이 감소할 경우 이를 탑승자에게 경고하도록 한 고전압 사용 차량의 절연내력 측정 시스템을 제공한다.
그러나 상기와 같은 종래기술들은 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 고전압 유닛 및 저전압 유닛에 분배해주는 전원 분배 유닛(PDU)의 절연상태를 검출하는 것이 불가능하다는 단점이 있다.
또한, 차량이 정지 상태일 경우 절연상태 검출 결과를 분석하여 절연파괴로 판단되는 경우에 시동을 제한하는 기능이 없어, 절연파괴로 운전자가 감전될 우려가 있으며, 차량 부품이 손상될 우려가 있었다.
따라서, 고전압계와 저전압계의 절연 상태를 정확하게 감지하여, 사용자가 위험으로부터 안전이 보장될 수 있는 제어방법 및 제어회로에 관한 기술적 수단이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-1574429호 (2015년 11월 27일 등록)
본 발명의 목적은, 고전압계와 저전압계의 절연 상태를 감지하여, 사용자가 위험으로부터 안전할 수 있는 구성을 포함하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로를 제공하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
전기차 배터리(battery) 또는 연료전지차 스택(stack)의 절연저항 측정회로로서,
고전압계의 일단에 제1저항(Rs1)과 함께 연결되는 제1스위치(S1), 고전압계의 타단에 제2저항(Rs2)과 함께 연결되는 제2스위치(S2), 상기 제1스위치(S1)의 타단과 제2스위치(S2)의 타단을 동시에 연결하여 저항 측정부와 접속되는 스위치부;
상기 제1스위치(S1)의 타단과 제2스위치(S2)의 타단을 동시에 연결하는 접속라인, 및 상기 접속라인에 탑재되는 측정 저항(Rm)을 포함하고, 제1저항(Rs1), 제2저항(Rs2) 및 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 측정하는 저항 측정부;
차량제어유닛(VCU) 내부 전원을 분할하여 +전압과 -전압을 기준으로 삼아 해당 출력값을 기준값(Reference) 데이터로 비교부에 제공하는 발진부;
상기 발진부로부터 제공받은 데이터를 기준값(Reference)을 이용하여 저항 측정부에서 획득한 측정 전압값을 비교한 후, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력하는 비교부; 및
비교부로부터 출력 데이터를 전달받아 출력값의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 이용하여 절연 파괴 여부를 판단하는 감지부;를 포함하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 제공한다.
바람직하게, 상기 제1스위치(S1)과 제2스위치(S2)는 고전압계와 저전압계 간 연결을 허용하거나 차단할 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 스위치부의 고장으로 인한 단선이 발생할 경우, 제1스위치(S1)가 연결된 라인은 제1저항(Rs1)에 의해 배터리 또는 스택의 쇼트를 방지하도록 제1저항(Rs1)이 배치되고, 제2스위치(S2)가 연결된 라인은 제2저항(Rs2)에 의해 배터리 또는 스택의 쇼트를 방지하도록 제2저항(Rs2)이 배치될 수 있다.
이때, 저항 측정부의 측정 저항(Rm)과 제1저항(Rs1), 또는 저항 측정부의 측정 저항(Rm)과 제2저항(Rs2)에 분배되는 전압값을 저항 측정부가 측정할 수 있다.
바람직하게, 상기 저항 측정부의 측정 저항(Rm)에 인가되는 전압은 스위치부의 연결 부위에 따라 저전압계의 그라운드 대비 양전압과 음전압이 인가될 수 있다.
이때, 상기 스위치부의 연결 부위는, 고전압 배터리의 양단이거나 연료전지 스택의 양극과 음극일 수 있다.
바람직하게, 상기 발진부로부터 제공되는 기준값(Reference) 데이터는, 정현파 또는 삼각파 형태의 출력 파형을 가질 수 있다.
또한, 상기 감지부는 비교부로부터 전달받은 출력값을 차량제어유닛(VCU)의 CPU가 인식할 수 있는 전압 레벨로 변환시킨 후, 해당 전압 레벨의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 검출할 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 이용하여 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항을 측정하는 방법으로서,
스위치부의 제1스위치(S1)만을 닫아(close) 제1저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 전압이 분배되도록 하는 제1 클로징 단계;
제1저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 검출하는 제1 분배전압 측정단계;
차량제어유닛(VCU) 내부 전원을 분할하여 +전압과 -전압을 기준으로 삼아 해당 출력값을 기준값(Reference) 데이터로 비교부에 제공하는 기준값 검출단계;
발진부로부터 제공받은 데이터를 기준값(Reference)으로 저항 측정부에서 획득한 측정 전압값을 비교한 후, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력하는 전위차 측정단계; 및
비교부로부터 출력 데이터를 전달받아 출력값의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 이용하여 절연 파괴 여부를 판단하는 절연파괴 판단단계;를 포함하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 측정방법은 또한,
스위치부의 제2스위치(S1)만을 닫아(close) 제2저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 전압이 분배되도록 하는 제2 클로징 단계; 및
제2저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 검출하는 제2 분배전압 측정단계;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
바람직하게, 상기 스위치부의 고장으로 인한 단선이 발생할 경우, 저항 측정부의 측정 저항(Rm)과 제1저항(Rs1), 또는 저항 측정부의 측정 저항(Rm)과 제2저항(Rs2)에 분배되는 전압값을 저항 측정부가 측정할 수 있다.
또한, 상기 발진부로부터 제공되는 기준값(Reference) 데이터는, 정현파 또는 삼각파 형태의 출력 파형을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 감지부는 비교부로부터 전달받은 출력값을 차량제어유닛(VCU)의 CPU가 인식할 수 있는 전압 레벨로 변환시킨 후, 해당 전압 레벨의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 검출할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 특정 역할을 수행하는 스위치부, 저항 측정부, 발진부, 비교부 및 감지부를 구비함으로써, 고전압계와 저전압계의 절연 상태를 감지하여, 사용자가 위험으로부터 안전할 수 있는 구성을 포함하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 나타내는 회로도이다.
도 3은 절연파괴가 발생할 경우, 케이스 1에 관한 발진회로 출력값, 절연저항 측정값, 기준전압값을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 나타내는 회로도이다.
도 5는 절연파괴가 발생할 경우, 케이스 2에 관한 발진회로 출력값, 절연저항 측정값, 기준전압값을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로는, 고전압계와 저전압계의 절연 상태를 감지하여, 사용자가 위험으로부터 안전할 수 있는 구성을 포함하는 측정회로로서, 특정 역할을 수행하는 스위치부(110), 저항 측정부(120), 발진부(130), 비교부(140) 및 감지부(150)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 나타내는 회로도로서, 음극측 단자에서 절연이 파괴된 케이스 1 상태를 나타낸다. 또한, 도 3은 절연파괴가 발생할 경우, 케이스 1에 관한 발진회로 출력값, 절연저항 측정값, 기준전압값을 도시한 그래프이다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 구성하는 각 구성에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
본 실시예에 따른 스위치부(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 고전압계의 일단에 제1저항(Rs1)과 함께 연결되는 제1스위치(S1), 고전압계의 타단에 제2저항(Rs2)과 함께 연결되는 제2스위치(S2), 상기 제1스위치(S1)의 타단과 제2스위치(S2)의 타단을 동시에 연결하여 저항 측정부(120)와 접속되는 구성이다.
이때, 제1스위치(S1)는 닫고, 제2스위치(S2)는 열리도록 한다.
본 실시예에 따른 스위치부(110)의 고장으로 인한 절연파괴가 음극 측에서 발생할 경우, 제1스위치(S1)가 연결된 라인은 제1저항(Rs1)에 의해 배터리 또는 스택의 쇼트를 방지하도록 제1저항(Rs1)이 배치되어 있다. 또한, 제2스위치(S2)가 연결된 라인은 제2저항(Rs2)에 의해 배터리 또는 스택의 쇼트를 방지하도록 제2저항(Rs2)이 배치되어 있다.
이때, 스위치부(110)의 고장으로 인한 단선이 발생할 경우, 저항 측정부(120)의 측정 저항(Rm)과 제1저항(Rs1), 또는 저항 측정부(120)의 측정 저항(Rm)과 제2저항(Rs2)에 분배되는 전압값을 저항 측정부(120)가 측정하게 된다.
저항 측정부(120)는, 제1스위치(S1)의 타단과 제2스위치(S2)의 타단을 동시에 연결하는 접속라인, 및 상기 접속라인에 탑재되는 측정 저항(Rm)을 포함하고, 제1저항(Rs1), 제2저항(Rs2) 및 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 측정할 수 있다.
이때, 저항 측정부(120)의 측정 저항(Rm)에 인가되는 전압은 스위치부(110)의 연결 부위에 따라 저전압계의 그라운드 대비 양전압과 음전압이 인가됨이 바람직하다. 또한, 스위치부(110)의 연결 부위는, 고전압 배터리의 양단이거나 연료전지 스택의 양극과 음극임이 바람직하다.
발진부(130)는, 차량제어유닛(VCU) 내부 전원을 분할하여 +전압과 -전압을 기준으로 삼아 해당 출력값을 기준값(Reference) 데이터로 비교부(140)에 제공할 수 있다. 이때, 발진부(130)로부터 제공되는 기준값(Reference) 데이터는, 정현파 또는 삼각파 형태의 출력 파형을 가진다.
비교부(140)는, 발진부(130)로부터 제공받은 데이터를 기준값(Reference)으로 이용하여 저항 측정부(120)에서 획득한 측정 전압값을 비교한 후, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력할 수 있다.
감지부(150)는, 비교부(140)로부터 출력 데이터를 전달받아 출력값의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 이용하여 절연 파괴 여부를 판단할 수 있다.
이때, 감지부(150)는 비교부(140)로부터 전달받은 출력값을 차량제어유닛(VCU)의 CPU가 인식할 수 있는 전압 레벨로 변환시킨 후, 해당 전압 레벨의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 검출하게 된다.
도 3에 나타낸 절연파괴 발생 위치는 바로 출력값(VDD/2)의 듀티값이 기준 듀티값보다 큰 위치라는 점을 나타낸 것이다.
도 3의 그래프에서 Vth는 기준전압이고, 측정부의 Rm 저항값에서 측정되는 측정값, 기준되는 기준전압(Vth)에 따라 형성되는 듀티비, 비교기 출력은, Rreak값에 따른 절연 파괴로 절연저항 측정값을 판단하기 위한 기준값이다.
이하에서는 전술한 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로가 이루어지는 측정방법을 도 4 내지 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로가 양극측에서 절연파괴가 일어난 상황을 나타내는 회로도이고, 도 5는 절연파괴가 발생할 경우, 케이스 2에 관한 발진회로 출력값, 절연저항 측정값, 기준전압값을 도시한 그래프이다.. 설명의 편의를 위해 앞서 도 1에 도시된 구성은 해당 도면부호를 언급하여 설명하기로 한다.
우선 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정하는 방법은, 제1 클로징 단계(S110), 제1 분배전압 측정단계(S120), 기준값 검출단계(S130), 전위차 측정단계(S140) 및 절연파괴 판단단계(S150)로 구분될 수 있다.
제1 클로징 단계(S110)에서는, 스위치부(110)의 제1스위치(S1)만을 닫아(close) 제1저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 전압이 분배되도록 한다.
도 2에는 제1 클로징 단계(S110)와 제1 분배전압 측정 단계(S120)를 위한 회로도가 도시되어 있고, 도 4에는 제2 클로징 단계(S160)와 제2 분배전압 측정단계(S170)를 위한 회로도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항을 측정하는 방법(S100)은, 스위치부(110)의 제2스위치(S2)만을 닫아(close) 제2저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 전압이 분배되도록 하는 제2 클로징 단계(S160), 및 제2저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 검출하는 제2 분배전압 측정단계(S170)를 더 포함하는 구성일 수 있다.
제1 분배전압 측정단계(S120)에서는, 제1저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 검출한다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 스위치 부(110)의 제1스위치(S1)를 통하여 직렬로 연결된 제1저항(Rs1)과 측정저항(Rm)이 연결된다. 이때, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연결된 제1스위치(S1)를 통해 형성된 폐루프에 I1의 전류 흐름이 발생하게 된다. 제1저항(Rs1)과 측정저항(Rm)에 인가되는 전압은 각각 분배되게 되며, 이때, 분배된 전압값을 저항 측정부(120)를 이용하여 검출하게 된다.
기준값 검출단계(S130)에서는, 차량제어유닛(VCU) 내부 전원을 분할하여 +전압과 -전압을 기준으로 삼아 해당 출력값을 기준값(Reference) 데이터로 비교부(140)에 제공한다. 이때, 비교부(140)에 제공되는 기준값(Reference) 데이터는 발진부(130)에 의해 제공되며, 발진부(130)로부터 제공되는 기준값(Reference) 데이터는, 정현파 또는 삼각파 형태의 출력 파형을 가진다.
전위차 측정단계(S140)에서는, 발진부(130)로부터 제공받은 데이터를 기준값(Reference)을 이용하여 저항 측정부(120)에서 획득한 측정 전압값을 비교한 후, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력할 수 있다. 이때, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)는 비교부(140)에 의해 출력된다.
절연파괴 판단단계(S150)에서는, 비교부(140)로부터 출력 데이터를 전달받아 출력값의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 이용하여 절연 파괴 여부를 판단할 수 있다. 이때, 절연 파괴 여부의 판단은 감지부(150)에 의해 수행되며, 감지부(150)는 비교부(140)로부터 전달받은 출력값을 차량제어유닛(VCU)의 CPU가 인식할 수 있는 전압 레벨로 변환시킨 후, 해당 전압 레벨의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 검출하게 된다.
도 2와 도 3에는 제1스위치(S1)을 클로징하는 경우(케이스 1)에 관한 측정방법에 대해 설명하였다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 제2스위치(S2)를 클로징하는 경우(케이스 2)에 관한 측정방법에 대해 설명한다.
제2 클로징 단계(S160)에서는, 스위치부(110)의 제2스위치(S2)만을 닫아(close) 제2저항(Rs2)과 측정 저항(Rm)에 전압이 분배되도록 한다.
제2 분배전압 측정단계(S170)에서는, 제2저항(Rs2)과 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 검출한다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 스위치 부(110)의 제2스위치(S2)를 통하여 직렬로 연결된 제2저항(Rs2)과 측정저항(Rm)이 연결된다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 연결된 제2스위치(S2)를 통해 형성된 폐루프에 I2의 전류의 흐름이 발생하게 된다. 제2저항(Rs2)과 측정저항(Rm)에 인가되는 전압은 각각 분배되게 되며, 이때, 분배된 전압값을 저항 측정부(120)를 이용하여 검출하게 된다.
기준값 검출단계(S130)에서는, 차량제어유닛(VCU) 내부 전원을 분할하여 +전압과 -전압을 기준으로 삼아 해당 출력값을 기준값(Reference) 데이터로 비교부(140)에 제공한다. 이때, 비교부(140)에 제공되는 기준값(Reference) 데이터는 발진부(130)에 의해 제공되며, 발진부(130)로부터 제공되는 기준값(Reference) 데이터는, 정현파 또는 삼각파 형태의 출력 파형을 가진다.
전위차 측정단계(S140)에서는, 발진부(130)로부터 제공받은 데이터를 기준값(Reference)으로 이용하여 저항 측정부(120)에서 획득한 측정 전압값을 비교한 후, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력할 수 있다. 이때, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)는 비교부(140)에 의해 출력된다.
절연파괴 판단단계(S150)에서는, 비교부(140)로부터 출력 데이터를 전달받아 출력값의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 이용하여 절연 파괴 여부를 판단할 수 있다. 이때, 절연 파괴 여부의 판단은 감지부(150)에 의해 수행되며, 감지부(150)는 비교부(140)로부터 전달받은 출력값을 차량제어유닛(VCU)의 CPU가 인식할 수 있는 전압 레벨로 변환시킨 후, 해당 전압 레벨의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 검출하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 종래기술들은 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압을 고전압 유닛 및 저전압 유닛에 분배해주는 전원 분배 유닛(PDU)의 절연상태를 검출이 불가능한 단점이 있다. 또한, 차량이 정지 상태일 경우 절연상태 검출 결과를 분석하여 절연파괴로 판단되는 경우에 시동을 제한하는 기능이 없어, 절연파괴로 운전자가 감전될 우려가 있으며, 차량 부품이 손상될 우려가 있었다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 특정 역할을 수행하는 스위치부, 저항 측정부, 발진부, 비교부 및 감지부를 구비함으로써, 고전압계와 저전압계의 절연 상태를 감지하여, 양극 또는 음극 중 어떤 단자에서 절연이 파괴되었는지 검출하여 사용자가 위험으로부터 안전하도록 하는 구성을 포함하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법 및 회로를 제공할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로
110: 스위치부
120: 저항 측정부
130: 발진부
140: 비교부
150: 감지부
S1: 제1스위치
S2: 제2스위치
Rs1: 제1저항
Rs2: 제2저항
Rm: 측정 저항
S100: 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법
S110: 제1 클로징 단계
S120: 제1 분배전압 측정단계
S130: 기준값 검출단계
S140: 전위차 측정단계
S150: 절연파괴 판단단계
S160: 제2 클로징 단계
S170: 제2 분배전압 측정단계

Claims (13)

  1. 전기차 배터리(battery) 또는 연료전지차 스택(stack)의 절연저항 측정회로로서,
    고전압계의 일단에 제1저항(Rs1)과 함께 연결되는 제1스위치(S1), 및 고전압계의 타단에 제2저항(Rs2)과 함께 연결되는 제2스위치(S2)를 포함하고, 상기 제1스위치(S1)의 타단과 제2스위치(S2)의 타단을 동시에 연결하여 저항 측정부(120)와 접속되는 스위치부(110);
    상기 제1스위치(S1)의 타단과 제2스위치(S2)의 타단을 저전압계에 동시에 연결하는 접속라인, 및 상기 접속라인에 일단이 연결되고 상기 저전압계의 그라운드에 타단이 연결되는 측정 저항(Rm)을 포함하고, 제1저항(Rs1), 제2저항(Rs2) 및 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 측정하는 저항 측정부(120);
    차량제어유닛(VCU) 내부 전원을 분할하여 +전압과 -전압을 기준으로 삼아 해당 출력값을 기준값(Reference) 데이터로 비교부(140)에 제공하는 발진부(130);
    상기 발진부(130)로부터 제공받은 데이터를 기준값(Reference)으로 이용하여 저항 측정부(120)에서 획득한 상기 측정 저항(Rm) 양단의 전압인 측정 전압값을 비교한 후, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력하는 비교부(140); 및
    비교부(140)로부터 상기 비교 결과에 따른 출력값을 전달받아 상기 비교 결과에 따른 출력값의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 이용하여 절연 파괴 여부를 판단하는 감지부(150);
    를 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 감지부(150)는 제1스위치(S1)가 클로징된 경우 상기 기준값과 상기 측정 전압값의 비교 결과에 따른 출력값의 듀티값이 기준 듀티값보다 더 큰 경우 음극 측에 절연파괴가 발생한 것으로 결정하고, 제2스위치(S2)가 클로징된 경우 상기 기준값과 측정 전압값의 비교 결과에 따른 출력값의 듀티값이 기준 듀티값보다 더 작은 경우 양극 측에 절연파괴가 발생한 것으로 결정하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1스위치(S1)과 제2스위치(S2)는 고전압계와 저전압계 간 연결을 허용하거나 차단할 수 있는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부(110)의 고장으로 인한 단선이 발생할 경우,
    제1스위치(S1)가 연결된 라인은 제1저항(Rs1)에 의해 배터리 또는 스택의 쇼트를 방지하도록 제1저항(Rs1)이 배치되고,
    제2스위치(S2)가 연결된 라인은 제2저항(Rs2)에 의해 배터리 또는 스택의 쇼트를 방지하도록 제2저항(Rs2)이 배치되는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위치부(110)의 고장으로 인한 단선이 발생할 경우,
    저항 측정부(120)의 측정 저항(Rm)과 제1저항(Rs1), 또는 저항 측정부(120)의 측정 저항(Rm)과 제2저항(Rs2)에 분배되는 전압값을 저항 측정부(120)가 측정하는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저항 측정부(120)의 측정 저항(Rm)에 인가되는 전압은 스위치부(110)의 연결 부위에 따라 저전압계의 그라운드 대비 양전압과 음전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위치부(110)의 연결 부위는, 고전압 배터리의 양단이거나 연료전지차 스택의 양극과 음극인 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발진부(130)로부터 제공되는 기준값(Reference) 데이터는, 정현파 또는 삼각파 형태의 출력 파형을 가지는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 감지부(150)는 비교부(140)로부터 전달받은 출력값을 차량제어유닛(VCU)의 CPU가 인식할 수 있는 전압 레벨로 변환시킨 후, 해당 전압 레벨의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 검출하는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정회로를 이용하여 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항을 측정하는 방법으로서,
    스위치부(110)의 제1스위치(S1)만을 닫아(close) 제1저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 전압이 분배되도록 하는 제1 클로징 단계(S110);
    제1저항(Rs1)과 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 검출하는 제1 분배전압 측정단계(S120);
    차량제어유닛(VCU) 내부 전원을 분할하여 +전압과 -전압을 기준으로 삼아 해당 출력값을 기준값(Reference) 데이터로 비교부(140)에 제공하는 기준값 검출단계(S130);
    상기 비교부(140)에 제공된 데이터를 기준값(Reference)으로 이용하여 저항 측정부(120)에서 획득한 상기 측정 저항(Rm) 양단의 전압인 측정 전압값을 비교한 후, 전위 차이에 따라 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력하는 전위차 측정단계(S140); 및
    비교부(140)로부터 상기 비교 결과에 따른 출력값을 전달받아 상기 비교 결과에 따른 출력값의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 이용하여 절연 파괴 여부를 판단하는 절연파괴 판단단계(S150);
    를 포함하되,
    상기 절연파괴 판단단계(S150)는,
    상기 감지부(150)가 제1스위치(S1)가 클로징된 경우 상기 기준값과 상기 측정 전압값의 비교 결과에 따른 출력값의 듀티값이 기준 듀티값보다 더 큰 경우 음극 측에 절연파괴가 발생한 것으로 결정하고, 제2스위치(S2)가 클로징된 경우 상기 기준값과 측정 전압값의 비교 결과에 따른 출력값의 듀티값이 기준 듀티값보다 더 작은 경우 양극 측에 절연파괴가 발생한 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법은,
    스위치부(110)의 제2스위치(S2)만을 닫아(close) 제2저항(Rs2)과 측정 저항(Rm)에 전압이 분배되도록 하는 제2 클로징 단계(S160); 및
    제2저항(Rs2)과 측정 저항(Rm)에 분배되는 전압값을 검출하는 제2 분배전압 측정단계(S170);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 스위치부(110)의 고장으로 인한 단선이 발생할 경우,
    저항 측정부(120)의 측정 저항(Rm)과 제1저항(Rs1), 또는 저항 측정부(120)의 측정 저항(Rm)과 제2저항(Rs2)에 분배되는 전압값을 저항 측정부(120)가 측정하는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 발진부(130)로부터 제공되는 기준값(Reference) 데이터는, 정현파 또는 삼각파 형태의 출력 파형을 가지는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 감지부(150)는 비교부(140)로부터 전달받은 출력값을 차량제어유닛(VCU)의 CPU가 인식할 수 있는 전압 레벨로 변환시킨 후, 해당 전압 레벨의 듀티값(duty) 또는 카운트값(count)을 검출하는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 또는 연료전지차 스택의 절연저항 측정방법.
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