KR20150081988A - 배터리의 절연 저항 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 배터리의 절연 저항 측정 장치는, 배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 배터리의 양극 또는 음극에 일단이 연결된 제1 저항; 상기 제1 저항의 타단과 접지 사이에 연결된 가변 저항부; 및 상기 가변 저항부의 양단에 연결된 전압 센싱부를 포함하여, 배터리의 양극 또는 음극 중 하나에만 연결하여 배터리의 절연 저항을 측정할 수 있어 용이하게 배터리에 설치할 수 있고 안전하게 배터리의 절연 파괴 유무를 감지할 수 있다.
Description
본 발명은 배터리의 절연 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 배터리의 절연 저항값을 측정하여 배터리의 절연 파괴 유무를 감지할 수 있는 배터리의 절연 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
대체 에너지를 사용하는 자동차 중 전기자동차는 배터리에 축적된 전기를 동력원으로 전기모터를 회전시켜 움직이며, EV(Electric Vehicle)라고도 지칭된다. 전기자동차는 내연기관의 도움없이 배터리로만 움직이는 순수 전기자동차(Battery Electric Vehicle: BEV), 동력원으로서 배터리에 저장된 전기만을 사용하고 필요에 따라 충전을 시켜줄 수 있는 조그만 내연기관을 가진 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid EV, PHEV), 그리고 내연기관과 전기모터를 이용하여 주행 조건에 따라 전기모터와 내연기관을 선택적으로 가동하여 연비를 극대화하는 하이브리드 전기자동차(Hybrid EV: HEV) 등으로 나눌 수 있다.
상기한 전기자동차는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System) 등을 포함하는 배터리팩, 구동용 전기모터, 인버터/컨버터, 자동차 제어기 및 보조 기기 등을 포함한다.
전기자동차에서 배터리 팩은 고전압(HV: High Voltage)을 공급하는 동력원으로서 사용될 수 있으며, 자동차의 가동을 위해 고전압을 필요로 하는 구동용 전기모터, 인버터, 컨버터 및 보조 기기 등에 커넥터를 구비한 케이블을 통해 고전압을 제공한다.
상기와 같은 배터리 팩은 배터리의 열화 등에 의해 절연 저항값이 감소하거나 절연이 파괴될 수 있다. 배터리와 샤시 간의 절연 저항값이 감소되거나 절연이 파괴되는 경우, 섀시에 접촉하는 사람이 배터리의 고전압에 감전될 수 있으므로, 매우 위험하다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌은, 고전압 사용 차량의 절연내력 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 고전압을 사용하는 차량에서 고전압부와 섀시 간에 절연내력의 상태를 검출하여 일정 수위 이상으로 절연내력이 감소할 경우 이를 탑승자에게 경고하도록 구성된 고전압 사용 차량의 절연내력 측정 시스템 및 방법을 개시하고 있다. 하지만, 하기의 특허문헌은, 센싱부가 배터리팩의 양극과 음극 모두에 연결되기 때문에 안전과 관련하여 위험도가 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 과제는, 배터리의 양극 또는 음극 중 하나에만 연결되어 배터리의 절연 저항을 측정할 수 있어 용이하게 배터리에 설치할 수 있고 안전하게 절연 파괴 유무를 감지할 수 있는 배터리의 절연 저항 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 다른 과제는, 배터리의 양극 또는 음극 중 하나에만 연결하여 배터리의 절연 저항을 측정할 수 있어 용이하게 배터리에 설치할 수 있고 안전하게 절연 파괴 유무를 감지할 수 있는 배터리의 절연 저항 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는,
배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서,
상기 배터리의 양극 또는 음극에 일단이 연결된 제1 저항;
상기 제1 저항의 타단과 접지 사이에 연결된 가변 저항부; 및
상기 가변 저항부의 양단에 연결된 전압 센싱부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 가변 저항부의 저항값은 제어 신호에 따라 가변될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는, 상기 가변 저항부에 상기 제어 신호를 인가하여 상기 가변 저항부의 저항값을 변경하고, 상기 배터리의 전압값, 상기 가변 저항부의 저항값이 변경되기 이전 및 변경된 이후에 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값들, 상기 제1 저항의 저항값, 상기 가변 저항부의 저항값이 변경되기 이전의 저항값, 및 변경된 이후의 저항값에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 가변 저항부는,
일단이 상기 제1 저항의 타단에 연결된 제2 저항;
일단이 상기 제2 저항의 타단에 연결되고 타단은 접지에 연결된 제3 저항; 및
상기 제3 저항의 양단에 연결된 제1 스위치를 포함하고,
상기 전압 센싱부는 상기 제2 저항의 일단과 접지 간의 전압을 센싱할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는, 상기 제1 스위치를 온 또는 오프시키는 제어 신호를 인가하고, 상기 배터리의 전압값, 상기 제1 스위치의 온 또는 오프에 따라 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압 값들 및 상기 제1 저항의 저항값, 상기 제2 저항의 저항값 및 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제1 스위치가 오프되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값은 상기 제3 저항의 저항값이고, 상기 제1 스위치가 온되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값은 0일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 제어부는,
상기에서, VS는 상기 제1 스위치가 오프되는 경우 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값 또는 상기 제1 스위치가 온되는 경우 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값, Vbat는 상기 배터리의 전압값, R1v는 상기 제1 저항의 저항값, R2v는 상기 제2 저항의 저항값, R3vbe는 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값, Rispv는 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값, Risnv는 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값, 연산자 //는, RX//RY에서 저항 RX와 저항 RY의 두 저항의 병렬 저항값을 구하는 연산자일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 저항의 저항값, 상기 제2 저항의 저항값 및 상기 제3 저항의 저항값을 저장하고 있는 메모리를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는, 상기 배터리의 양극 또는 음극과 상기 제1 저항의 일단 사이에 연결된 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 전압 센싱부는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 제어부는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법은, 배터리의 양극 또는 음극에 일단이 연결된 제1 저항; 상기 제1 저항의 타단과 접지 사이에 연결된 가변 저항부; 및 상기 가변 저항부의 양단에 연결된 전압 센싱부; 상기 가변 저항부에 제어 신호를 인가하고 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 제어부를 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 장치를 위한 배터리의 절연 저항 측정 방법에 있어서,
(A) 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값을 획득하는 단계;
(B) 상기 가변 저항부에 제어 신호를 인가하여 상기 가변 저항부의 저항값을 변경하는 단계;
(C) 상기 가변 저항부의 저항값이 변경된 후에 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값을 획득하는 단계; 및
(D) 상기 배터리의 전압값, 상기 가변 저항부의 저항값이 변경되기 이전 및 변경된 이후에 상기 전압 센싱부로부터 획득된 전압값들, 상기 제1 저항의 저항값, 상기 가변 저항부의 저항값이 변경되기 이전의 저항값, 및 변경된 이후의 저항값에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법에 있어서, 상기 가변 저항부는,
일단이 상기 제1 저항의 타단에 연결된 제2 저항;
일단이 상기 제2 저항의 타단에 연결되고 타단은 접지에 연결된 제3 저항; 및
상기 제3 저항의 양단에 연결된 제1 스위치를 포함하고,
상기 전압 센싱부는 상기 제2 저항의 일단과 접지 간의 전압을 센싱할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법에 있어서, 상기 단계 (D)는, 상기 제1 스위치를 온 또는 오프시키는 제어 신호를 인가하고, 상기 배터리의 전압값, 상기 제1 스위치의 온 또는 오프에 따라 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값들, 상기 제1 저항의 저항값, 상기 제2 저항의 저항값 및 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 단계를 포함하고,
상기 제1 스위치가 오프되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값은 상기 제3 저항의 저항값이고, 상기 제1 스위치가 온되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값은 0일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법에 있어서, 상기 단계 (D)에서, 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값은,
상기에서, VS는 상기 제1 스위치가 오프되는 경우 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값 또는 상기 제1 스위치가 온되는 경우 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값, Vbat는 상기 배터리의 전압값, R1v는 상기 제1 저항의 저항값, R2v는 상기 제2 저항의 저항값, R3vbe는 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값, Rispv는 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값, Risnv는 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값, 연산자 //는, RX//RY에서 저항 RX와 저항 RY의 두 저항의 병렬 저항값을 구하는 연산자이며,
상기 수학식에서 상기 제1 스위치가 오프되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값(R3vbe)은 상기 제3 저항의 저항값이고, 상기 제1 스위치가 온되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값(R3vbe)은 0일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 저항의 저항값, 상기 제2 저항의 저항값 및 상기 제3 저항의 저항값을 저장하고 있는 메모리를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법은, 배터리의 양극 또는 음극과 상기 제1 저항의 일단 사이에 연결된 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법에 있어서, 상기 전압 센싱부는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법에 있어서, 상기 제어부는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리의 양극 또는 음극 중 하나에만 연결하여 배터리의 절연 저항을 측정할 수 있어 용이하게 배터리에 설치할 수 있고 안전하게 배터리의 절연 파괴 유무를 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법을 도시한 흐름도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
또한, "제1", "제2", "일단". "타단", "일면". "타면" 등의 용어는, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치를 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 다른 도면이다.
하기에, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는, 배터리(100)의 양극(PT)에 일단이 연결된 제2 스위치(SW2), 상기 제2 스위치(SW2)의 타단에 일단이 연결되는 제1 저항(R1), 상기 제1 저항(R1)과 접지 사이에 연결된 가변 저항부(101), 상기 가변 저항부(101)의 양단에 연결된 전압 센싱부(102), 및 상기 제2 스위치(SW2)와 상기 가변 저항부(101)의 동작을 제어하는 제어부(104)를 포함한다.
상기 가변 저항부(101)는, 일단이 상기 제1 저항의 타단에 연결된 제2 저항(R2), 일단이 상기 제2 저항(R2)의 타단에 연결되고 타단은 접지에 연결된 제3 저항(R3), 및 상기 제3 저항(R3)의 양단에 연결된 제1 스위치(SW1)를 포함하며, 상기 전압 센싱부(102)는 상기 제2 저항(R2)의 일단과 접지 간의 전압을 센싱한다.
상기 제어부(104)는 제어 신호(CS1, CS2)를 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)에 인가하여, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 동작을 제어한다. 상기 가변 저항부(101)의 저항값은 제어 신호(CS1)에 따라 제1 스위치(SW1)가 온 또는 오프되면서 가변된다. 스위치가 온된다는 것은 스위치가 단락되어 전기적으로 도통되는 것을 의미하고, 스위치가 오프된다는 것은 스위치가 개방되어 전기적으로 도통되지 않는 것을 의미한다.
상기 제어부(104)는 상기 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)의 저항값을 저장하고 있는 메모리(106)를 포함하고, 배터리(100)를 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 상기 전압 센싱부(102)는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
도 1에서 Risp는 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항을 나타내고 Risn은 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항을 나타낸다. 또한, Vbat는 배터리(100)의 전압값이고 VS는 전압 센싱부(102)의 출력 전압값이다.
본 발명의 일 실시예에서 배터리(100)는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 복수의 배터리를 포함하는 배터리팩, 배터리 모듈, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙을 포함할 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 동작을 도 2 및 도 3을 참조하여, 하기에 설명하기로 한다.
제2 스위치(SW2)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치가 동작하도록 하거나 동작하지 않도록 하는 스위치이다. 제2 스위치(SW2)가 제어 신호(CS2)에 의해 오프되어 있는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는 동작하지 않고, 제2 스위치(SW2)가 제어 신호(CS2)에 의해 온되어 있는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는 동작한다.
도 2는 제어부(104)의 제어 신호(CS1, CS2)에 따라 제2 스위치(SW2)가 온되어 있고, 제1 스위치(SW1)가 오프되어 있는 경우의 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 도면이다.
도 3은 제어부(104)의 제어 신호(CS1, CS2)에 따라 제2 스위치(SW2) 및 제1 스위치(SW1)가 온되어 있는 경우의 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치의 도면이다.
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리의 절연 저항 측정 시 두 가지 경우로 동작한다.
우선, 도 2에서, 제2 스위치(SW2)는 온되어 있고, 제1 스위치(SW1)는 오프되어 있는 상태이다.
제1 스위치(SW1)가 오프되어 있기 때문에, 전류는 화살표에 표시된 바와 같이 흐르고, 전압 센싱부(102)의 출력 전압(VS)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
상기에서, VS는 상기 전압 센싱부(102)에서 출력되는 전압값, Vbat는 상기 배터리(100)의 전압값, R1v는 상기 제1 저항(R1)의 저항값, R2v는 상기 제2 저항(R2)의 저항값, R3vbe는 상기 제3 저항(R3)의 양단 간의 저항값, Rispv는 상기 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항값, Risnv는 상기 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항값, 연산자 //는, RX//RY에서 저항 RX와 저항 RY의 두 저항의 병렬 저항값을 구하는 연산자이다.
도 2의 경우에, 제1 스위치(SW1)는 오프되어 있기 때문에, 제3 저항(R3)의 양단 간의 저항값(R3vbe)은 제3 저항(R3)의 저항값과 동일하다.
도 3에서, 제2 스위치(SW2) 및 제1 스위치(SW1)는 모두 온되어 있는 상태이다.
제1 스위치(SW1)가 온되어 있기 때문에, 제3 스위치(R3)의 양단은 제1 스위치(SW1)에 의해 단락되어, 제3 저항(R3)의 양단 간의 저항값(R3vbe)은 0이 된다. 따라서, 전류는 화살표에 표시된 바와 같이 흐르고, 전압 센싱부(102)의 출력 전압(VS)은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 2는 수학식 1에서 제3 스위치(R3)의 양단 간의 저항값(R3vbe)을 0으로 치환한 경우의 수학식이다.
상기에서, VS는 상기 전압 센싱부(102)에서 출력되는 전압값, Vbat는 상기 배터리(100)의 전압값, R1v는 상기 제1 저항(R1)의 저항값, R2v는 상기 제2 저항(R2)의 저항값, R3vbe는 상기 제3 저항(R3)의 양단 간의 저항값, Rispv는 상기 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항값, Risnv는 상기 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항값, 연산자 //는, RX//RY에서 저항 RX와 저항 RY의 두 저항의 병렬 저항값을 구하는 연산자이다.
상기 수학식 1에서 상기 전압 센싱부(102)에서 출력되는 전압값(VS)은 상기 제1 스위치(SW1)가 오프되어 있는 경우에 상기 전압 센싱부(102)에서 출력되는 전압값이다.
상기 수학식 2에서 상기 전압 센싱부(102)에서 출력되는 전압값(VS)은 상기 제1 스위치(SW1)가 온되어 있는 경우에 상기 전압 센싱부(102)에서 출력되는 전압값이다.
제어부(104)는 상기 수학식 1 및 수학식 2에 기반하여, 상기 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항값(Rispv) 및 상기 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항값(Risnv)을 모두 계산한다.
상기 배터리(100)의 전압값(Vbat), 상기 제1 스위치(SW1)가 온 또는 오프되어 있는 경우의 전압 센싱부(102)의 출력 전압값들(VS), 메모리(106)에 저장되어 있는 제1 저항(R1)의 저항값(R1v), 제2 저항(R2)의 저항값(R2v) 및 제3 저항(R3)의 저항값(R3v)은 모두 알 수 있는 값이므로, 제어부(104)는 상기 수학식 1 및 수학식 2에 기반하여, 상기 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항값(Rispv) 및 상기 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항값(Risnv)을 모두 계산할 수 있다.
제어부(104)는 상기 계산된 절연 저항값이 소정의 기준 저항값 이하인 경우, 배터리(100)의 절연이 파괴되었다고 판단하여, 경고 신호(ALT)를 생성하여, 외부에 배터리(100)의 절연 파괴를 경고할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 장치는 배터리(100)의 양극(PT)에 연결되어 절연 저항을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리(100)의 음극(NT)에 연결되어 절연 저항을 측정할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 3개의 저항을 직렬로 연결하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 더 많은 수의 저항을 직렬로 연결하여 장치를 구성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 절연 저항 측정 방법에 대해 설명하기로 한다.
단계 S400에서, 제어부(104)는 적합한 제어 신호(CS1, CS2)를 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)에 인가하여 제1 스위치(SW1)를 오프시키고, 제2 스위치(SW2)를 온시킨다.
단계 S402에서, 제어부(104)는 전압 센싱부(102)에서 출력되는 제1 센싱 전압값(VS)을 획득한다.
단계 S404에서, 제어부(104)는 적합한 제어 신호(CS1, CS2)를 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)에 인가하여 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 온시킨다.
단계 S406에서, 제어부(104)는 전압 센싱부(102)에서 출력되는 제2 센싱 전압값(VS)을 획득한다.
단계 S408에서, 제어부(104)는 상기 수학식 1 및 수학식 2에 기반하여, 상기 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항값(Rispv) 및 상기 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항값(Risnv)을 계산한다.
상기 배터리(100)의 전압값, 상기 제1 스위치(SW1)가 온 또는 오프되어 있는 경우의 전압 센싱부(102)의 출력 전압값들(VS)인 제1 센싱 전압값과 제2 센싱 전압값, 메모리(106)에 저장되어 있는 제1 저항(R1)의 저항값(R1v), 제2 저항(R2)의 저항값(R2v) 및 제3 저항(R3)의 저항값(R3v)은 모두 알 수 있는 값이므로, 제어부(104)는 상기 수학식 1 및 수학식 2에 기반하여, 상기 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항값(Rispv) 및 상기 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항값(Risnv)을 모두 계산할 수 있다.
단계 S410에서, 제어부(104)는 상기 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항값(Rispv) 또는 상기 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항값(Risnv)이 소정의 기준 저항값 이하인지를 판단한다.
상기 배터리(100)의 양극(PT)과 접지 간의 절연 저항값(Rispv) 또는 상기 배터리(100)의 음극(NT)과 접지 간의 절연 저항값(Risnv)이 소정의 기준 저항값 이하인 경우, 단계 S412에서, 제어부(104)는 경고 신호(ALT)를 생성한다.
본 발명의 일 실시예가 적용되는 장치는 상기 제어부(104)의 경고 신호(ALT)에 기반하여 배터리의 절연 파괴에 따른 적절한 조치를 취할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배터리의 절연 저항 측정 장치는 배터리의 양극 또는 음극 중 하나에만 연결하여 배터리의 절연 저항을 측정할 수 있어 용이하게 배터리에 설치할 수 있고 안전하게 절연 파괴 유무를 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배터리의 절연 저항 측정 장치 및 방법은, 전기자동차 뿐만 아니라, 에너지 저장 장치와 같은 고전압의 배터리를 사용하는 어떤 유형의 장치에도 적용될 수 있고, 이러한 장치에 포함된 배터리, 배터리팩, 배터리 모듈, 또는 배터리 랙의 절연 저항을 측정하는 데 사용될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 배터리
102 : 전압 센싱부
104 : 제어부 106 : 메모리
R1 : 제1 저항 R2 : 제2 저항
R3 : 제3 저항 SW1 : 제1 스위치
SW2 : 제2 스위치 CS1 : 제어 신호
CS2 : 제어 신호 PT : 배터리의 양극
NT : 배터리의 음극 VS : 전압 센싱부의 출력전압값
Vbat: 배터리의 전압값 ALT : 경고 신호
Risp: 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항
Risn: 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항
104 : 제어부 106 : 메모리
R1 : 제1 저항 R2 : 제2 저항
R3 : 제3 저항 SW1 : 제1 스위치
SW2 : 제2 스위치 CS1 : 제어 신호
CS2 : 제어 신호 PT : 배터리의 양극
NT : 배터리의 음극 VS : 전압 센싱부의 출력전압값
Vbat: 배터리의 전압값 ALT : 경고 신호
Risp: 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항
Risn: 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항
Claims (18)
- 배터리의 절연 저항 측정 장치에 있어서,
상기 배터리의 양극 또는 음극에 일단이 연결된 제1 저항;
상기 제1 저항의 타단과 접지 사이에 연결된 가변 저항부; 및
상기 가변 저항부의 양단에 연결된 전압 센싱부를 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 가변 저항부의 저항값은 제어 신호에 따라 가변되는 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 가변 저항부에 상기 제어 신호를 인가하여 상기 가변 저항부의 저항값을 변경하고, 상기 배터리의 전압값, 상기 가변 저항부의 저항값이 변경되기 이전 및 변경된 이후에 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값들, 상기 제1 저항의 저항값, 상기 가변 저항부의 저항값이 변경되기 이전의 저항값, 및 변경된 이후의 저항값에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 제어부를 더 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 가변 저항부는,
일단이 상기 제1 저항의 타단에 연결된 제2 저항;
일단이 상기 제2 저항의 타단에 연결되고 타단은 접지에 연결된 제3 저항; 및
상기 제3 저항의 양단에 연결된 제1 스위치를 포함하고,
상기 전압 센싱부는 상기 제2 저항의 일단과 접지 간의 전압을 센싱하는 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 제1 스위치를 온 또는 오프시키는 제어 신호를 인가하고, 상기 배터리의 전압값, 상기 제1 스위치의 온 또는 오프에 따라 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압 값들 및 상기 제1 저항의 저항값, 상기 제2 저항의 저항값 및 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제1 스위치가 오프되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값은 상기 제3 저항의 저항값이고, 상기 제1 스위치가 온되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값은 0인 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 제어부는,
에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하며,
상기에서, VS는 상기 제1 스위치가 오프되는 경우 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값 또는 상기 제1 스위치가 온되는 경우 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값, Vbat는 상기 배터리의 전압값, R1v는 상기 제1 저항의 저항값, R2v는 상기 제2 저항의 저항값, R3vbe는 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값, Rispv는 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값, Risnv는 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값, 연산자 //는, RX//RY에서 저항 RX와 저항 RY의 두 저항의 병렬 저항값을 구하는 연산자인 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 저항의 저항값, 상기 제2 저항의 저항값 및 상기 제3 저항의 저항값을 저장하고 있는 메모리를 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 배터리의 양극 또는 음극과 상기 제1 저항의 일단 사이에 연결된 제2 스위치를 더 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 전압 센싱부는 연산 증폭기를 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제어부는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 장치. - 배터리의 양극 또는 음극에 일단이 연결된 제1 저항; 상기 제1 저항의 타단과 접지 사이에 연결된 가변 저항부; 및 상기 가변 저항부의 양단에 연결된 전압 센싱부; 상기 가변 저항부에 제어 신호를 인가하고 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 제어부를 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 장치를 위한 배터리의 절연 저항 측정 방법에 있어서,
(A) 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값을 획득하는 단계;
(B) 상기 가변 저항부에 제어 신호를 인가하여 상기 가변 저항부의 저항값을 변경하는 단계;
(C) 상기 가변 저항부의 저항값이 변경된 후에 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값을 획득하는 단계; 및
(D) 상기 배터리의 전압값, 상기 가변 저항부의 저항값이 변경되기 이전 및 변경된 이후에 상기 전압 센싱부로부터 획득된 전압값들, 상기 제1 저항의 저항값, 상기 가변 저항부의 저항값이 변경되기 이전의 저항값, 및 변경된 이후의 저항값에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 단계를 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 가변 저항부는,
일단이 상기 제1 저항의 타단에 연결된 제2 저항;
일단이 상기 제2 저항의 타단에 연결되고 타단은 접지에 연결된 제3 저항; 및
상기 제3 저항의 양단에 연결된 제1 스위치를 포함하고,
상기 전압 센싱부는 상기 제2 저항의 일단과 접지 간의 전압을 센싱하는 배터리의 절연 저항 측정 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 단계 (D)는,
상기 제1 스위치를 온 또는 오프시키는 제어 신호를 인가하고, 상기 배터리의 전압값, 상기 제1 스위치의 온 또는 오프에 따라 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값들, 상기 제1 저항의 저항값, 상기 제2 저항의 저항값 및 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값에 기반하여 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값을 계산하는 단계를 포함하고,
상기 제1 스위치가 오프되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값은 상기 제3 저항의 저항값이고, 상기 제1 스위치가 온되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값은 0인 배터리의 절연 저항 측정 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 단계 (D)에서, 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값 및 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값은,
에 기반하여 계산되고,
상기에서, VS는 상기 제1 스위치가 오프되는 경우 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값 또는 상기 제1 스위치가 온되는 경우 상기 전압 센싱부에서 출력되는 전압값, Vbat는 상기 배터리의 전압값, R1v는 상기 제1 저항의 저항값, R2v는 상기 제2 저항의 저항값, R3vbe는 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값, Rispv는 상기 배터리의 양극과 접지 간의 절연 저항값, Risnv는 상기 배터리의 음극과 접지 간의 절연 저항값, 연산자 //는, RX//RY에서 저항 RX와 저항 RY의 두 저항의 병렬 저항값을 구하는 연산자이며,
상기 수학식에서 상기 제1 스위치가 오프되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값(R3vbe)은 상기 제3 저항의 저항값이고, 상기 제1 스위치가 온되는 경우, 상기 제3 저항의 양단 간의 저항값(R3vbe)은 0인 배터리의 절연 저항 측정 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 저항의 저항값, 상기 제2 저항의 저항값 및 상기 제3 저항의 저항값을 저장하고 있는 메모리를 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 배터리의 양극 또는 음극과 상기 제1 저항의 일단 사이에 연결된 제2 스위치를 더 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 전압 센싱부는 연산 증폭기를 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 제어부는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하는 배터리의 절연 저항 측정 방법.
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