KR20210029598A - 절연 저항 측정 회로 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연 저항 측정 회로 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 셀 또는 배터리 모듈의 절연 저항 측정 회로를 진단하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

절연 저항 측정 회로 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING ISOLATION RESISTANCE MEASUREMENT CIRCUIT}
본 발명은 절연 저항 측정 회로 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 셀 또는 배터리 모듈의 절연 저항 측정 회로를 진단하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 이러한 이차 전지는 단일의 이차 전지로 사용되는 경우도 있지만, 고전압 및/또는 대용량의 전력 저장 장치를 제공하기 위해 복수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 상태로 사용되는 경우가 많으며, 내부의 이차 전지의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치가 포함된 배터리 팩의 형태로 사용되고 있다.
이와 같은 고전압, 대용량 이차 전지를 사용하는 전력 저장 장치는 절연 상태를 유지하는 것이 매우 중요하다. 만일, 배터리의 절연 상태가 유지되지 않을 경우, 누설 전류(leakage current)가 발생하여 다양한 문제가 야기될 수 있다. 구체적으로는 누설 전류로 인해, 배터리의 수명이 단축될 수 있을 뿐만 아니라, 배터리와 연결된 전기 장비의 오작동을 야기할 수 있으며, 감전 등과 같은 안전 사고가 발생할 수 있다.
이와 같은 누설 전류가 발생하지 않도록 하기 위해, 배터리의 절연 저항에 대한 모니터링이 요구된다.
특허문헌 1을 참조하면, 종래에는 검증 저항과 직렬 연결된 검증 스위치를 턴-온 또는 턴-오프 시키면서 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치가 개시되었다. 특히, 특허문헌 1은 복수의 검증 스위치를 각각 턴-온 또는 턴-오프시키면서 측정된 전압을 기준 전압과 비교하여, 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하는 구성을 개시하고 있다.
이와 같이, 복수의 검증 스위치를 각각 턴-온 또는 턴-오프시키면서 전압을 측정하는 경우, 복수의 검증 저항 각각에 검증 스위치가 구비되어야 하는 문제가 있다. 또한, 복수의 검증 스위치를 하나씩 턴-온 또는 턴-오프 상태로 제어하기 때문에 절연 저항 측정 회로의 상태 진단에 상당한 시간이 소요되는 문제가 있다.
특히, 복수의 검증 스위치 중 어느 하나만을 턴-온 상태로 제어하고, 대응되는 하나의 절연 저항의 상태를 진단하게 되면, 절연 저항 측정 회로에 구비된 모든 저항의 상태를 종합적으로 고려하여 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단할 수 없는 문제가 있다.
KR 10-2018-0051948 A
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 모듈의 측정 전압값과 추정 전압값에 기반하여 절연 저항 측정 회로의 다양한 상태를 효과적으로 진단하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치 및 방법이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치는 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 전압을 측정하도록 구성된 측정부; 상기 배터리 모듈의 양극 단자에 연결되고, 복수의 제1 진단 저항 및 제1 스위치를 포함하도록 구성된 제1 진단부; 상기 배터리 모듈의 음극 단자에 연결되고, 복수의 제2 진단 저항, 제2 스위치 및 전원 공급 유닛을 포함하도록 구성된 제2 진단부; 및 상기 제1 진단부로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제1 전압값 및 상기 제2 진단부로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제2 전압값을 이용하여 상기 배터리 모듈의 추정 전압값을 산출하고, 산출된 추정 전압값과 상기 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 모듈의 측정 전압값 간의 전압 비율을 산출하고, 산출된 전압 비율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 배터리 모듈의 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 제1 진단 저항은, 상기 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제어부 사이에 직렬로 연결된 제1 저항, 제2 저항 및 제3 저항; 및 일단이 상기 제2 저항 및 제3 저항 사이의 노드에 연결되고, 타단이 제1 접지에 연결된 제4 저항을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 스위치는, 상기 제1 저항 및 제2 저항의 사이에 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 제2 진단 저항은, 상기 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제어부 사이에 직렬로 연결된 제6 저항, 제7 저항 및 제8 저항; 및 일단이 상기 제7 저항 및 제8 저항 사이의 노드에 연결되고, 타단이 상기 전원 공급 유닛에 연결된 제9 저항을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 스위치는, 상기 제6 저항 및 제7 저항의 사이에 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 전원 공급 유닛은, 일단이 상기 제9 저항에 연결되고, 타단이 접지에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 진단부는, 상기 제4 저항과 상기 제1 접지 사이에 직렬로 연결된 제1 커패시터를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 제1 진단 저항은, 상기 제1 커패시터에 병렬로 연결된 제5 저항을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 제2 진단 저항은, 상기 제9 저항과 상기 전원 공급 유닛 사이에 구비되어, 일단이 상기 제9 저항의 타단에 연결되고, 타단이 상기 전원 공급 유닛에 연결된 제10 저항을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 진단부는, 일단이 상기 제9 저항 및 제10 저항 사이의 노드에 연결되고, 타단이 제2 접지에 연결된 제2 커패시터를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 전압값, 상기 복수의 제1 진단 저항의 저항값 및 상기 제1 스위치의 저항값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 양극 전압값을 추정하고, 상기 전원 공급 유닛으로부터 공급된 전압값, 상기 제2 전압값, 상기 복수의 제2 진단 저항의 저항값 및 상기 제2 스위치의 저항값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 음극 전압값을 추정하고, 추정된 양극 전압값 및 추정된 음극 전압값을 합하여 상기 추정 전압값을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 전압 비율은, 상기 측정 전압값에 대한 상기 추정 전압값의 비율로, 아래의 수학식을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, ROV는 상기 전압 비율이고, Bv는 상기 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 모듈의 측정 전압값이고, Vp는 상기 추정된 양극 전압값이고, Vn은 상기 추정된 음극 전압값일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 비율을 소정의 비율 범위로 미리 설정하고, 상기 전압 비율이 상기 소정의 비율 범위에 속하지 않으면 상기 절연 저항 측정 회로의 상태를 고장 상태로 진단하고, 상기 고장 상태에 대응되는 진단 코드를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 측정부는, 상기 배터리 모듈의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정부에 의해 측정된 배터리 모듈의 온도에 기반하여, 상기 소정의 비율 범위를 변경시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 배터리 모듈의 온도가 상한 온도 초과인 경우, 상기 소정의 비율 범위의 크기를 증가시키고, 상기 측정된 배터리 모듈의 온도가 하한 온도 미만인 경우, 상기 소정의 비율 범위의 크기를 감소시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 모듈의 충전 상태를 추정하고, 추정된 충전 상태에 기반하여, 상기 소정의 비율 범위를 변경시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 진단 코드를 출력한 후, 상기 배터리 모듈의 충방전 경로 상에 구비된 메인 스위치에게 턴-오프 명령을 송신하여, 상기 배터리 모듈의 연결을 차단시키도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 진단 코드를 외부로 출력한 후, 상기 외부로부터 상기 메인 스위치가 턴-오프 명령을 수신하는 경우에 한하여, 상기 메인 스위치에게 턴-오프 명령을 송신하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 방법은 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 단계; 제1 진단부로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제1 전압값 및 제2 진단부로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제2 전압값에 기반하여 추정 전압값을 산출하는 추정 전압값 산출 단계; 상기 추정 전압값과 상기 전압 측정 단계에서 측정된 상기 배터리 모듈의 측정 전압값 간의 전압 비율을 산출하는 전압 비율 산출 단계; 및 상기 전압 비율 산출 단계에서 산출된 전압 비율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 배터리 모듈의 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하는 상태 진단 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 노이즈 성분이 제거된 신호에 기반하여 절연 저항 측정 회로의 상태가 진단될 수 있으므로, 절연 저항 측정 회로의 상태가 보다 정확하게 진단될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 절연 저항 측정 회로의 상태 진단 시, 배터리 모듈의 측정된 전압값과 추정된 전압값에 기반한 전압 비율이 이용되기 때문에, 절연 저항 측정 회로의 상태가 보다 다양하고 정확하게 진단될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 상태에 따라 상기 전압 비율과 비교되는 기준 비율이 변경될 수 있으므로, 배터리 모듈의 상태를 반영하여 절연 저항 측정 회로의 상태가 진단될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치를 포함하는 배터리 팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치가 구비된 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치가 구비된 배터리 팩을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치가 구비된 배터리 팩의 제1 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치가 구비된 배터리 팩의 제2 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10) 및 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10)과 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 배터리 팩(1) 내부에서 서로 연결될 수 있다.
배터리 모듈(10)에는 하나 이상의 배터리 셀이 포함될 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(10)에 복수의 배터리 셀이 포함될 경우, 복수의 배터리 셀은 직렬 및/또는 병렬로 서로 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)가 구비된 배터리 팩(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 측정부(110), 제1 진단부(120), 제2 진단부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 이러한, 측정부(110), 제1 진단부(120), 제2 진단부(130) 및 제어부(140)는 서로 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)의 양쪽 단자와 접지(예, 차량의 섀시) 사이에는 각각 절연 저항(Rleak(+), Rleak(-))이 구비되어 있다. 절연 저항(Rleak(+), Rleak(-))은 배터리 모듈(10)의 절연 상태에 대응하는 가상의 저항 성분이라고 할 수 있다.
구체적으로, 배터리 모듈(10)의 양극 단자(+) 측에는 제1 절연 저항(Rleak(+))이 연결되고, 배터리 모듈(10)의 음극 단자(-) 측에는 제2 절연 저항(Rleak(-))이 연결될 수 있다. 만약 배터리 모듈(10)의 양극 단자의 절연 상태가 잘 유지될 경우 절연 저항(Rleak(+), Rleak(-))의 저항값은 충분히 큰 값을 가질 것이다. 반대로, 배터리 모듈(10)의 절연 상태가 파괴된 경우, 절연 저항(Rleak(+), Rleak(-))의 저항값은 허용치 이하로 매우 작아질 것이다. 이러한, 절연 저항은 절연 저항 측정 회로를 통해서 측정되고, 측정된 결과에 기반하여 절연 저항이 파괴되었는지 여부가 판단될 수 있다.
본 발명에서, 절연 저항 측정 회로는 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 제1 진단부(120)는 제1 절연 저항(Rleak(+))을 측정하기 위한 회로이고, 제2 진단부(130)는 제2 절연 저항(Rleak(-))을 측정하기 위한 회로이다.
따라서, 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 진단함으로써, 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단할 수 있다. 이하에서는, 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)의 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.
측정부(110)는 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈(10)의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 측정부(110)는 배터리 모듈(10)의 양단 전압을 측정하고, 측정한 양단 전압의 차이를 산출하여 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 측정부(110)에는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)이 연결될 수 있다. 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해서 배터리 모듈(10)의 양극단 전압을 측정하고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해서 배터리 모듈(10)의 음극단 전압을 측정할 수 있다. 즉, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해서 배터리 모듈(10)의 양단 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 측정한 양극단 전압 및 음극단 전압의 차이에 기반하여 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10)에 복수의 배터리 셀이 포함된 경우, 측정부(110)는 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀 각각의 전압을 측정할 수도 있다.
제1 진단부(120)는 상기 배터리 모듈(10)의 양극 단자에 연결되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 진단부(120)는 배터리 모듈(10)의 양극 단자와 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 사이에 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예를 참조하면, 제1 진단부(120)는 배터리 모듈(10)의 양극 단자(+)와 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 사이의 제1 노드(N1) 및 제어부(140) 사이에 구비될 수 있다. 그리고, 제1 진단부(120)는 제1 노드(N1) 및 제어부(140)에 연결될 수 있다.
또한, 제1 진단부(120)는 복수의 제1 진단 저항을 포함하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제1 진단부(120)는 제1 절연 저항(Rleak(+))을 측정하기 위한 복수의 진단 저항을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 진단 저항에는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3) 및 제4 저항(R4)이 포함될 수 있다.
제2 진단부(130)는 상기 배터리 모듈(10)의 음극 단자(-)에 연결되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제2 진단부(130)는 배터리 모듈(10)의 음극 단자(-)와 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 사이에 연결될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예를 참조하면, 제2 진단부(130)는 배터리 모듈(10)의 음극 단자와 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 사이의 제3 노드(N3) 및 제어부(140) 사이에 구비될 수 있다. 그리고, 제2 진단부(130)는 제3 노드(N3) 및 제어부(140)에 연결될 수 있다.
또한, 제2 진단부(130)는 복수의 제2 진단 저항 및 전원 공급 유닛(DC)을 포함하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제2 진단부(130)는 제2 절연 저항(Rleak(-))을 측정하기 위한 복수의 진단 저항 및 전원 공급 유닛(DC)을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 제2 진단 저항에는 제6 저항(R6), 제7 저항(R7), 제8 저항(R8) 및 제9 저항(R9)이 포함될 수 있다.
한편, 제2 진단부(130)에 포함된 전원 공급 유닛(DC)은 배터리 모듈(10)과 별도로 전원을 공급하는 유닛일 수 있다. 전원 공급 유닛(DC)은 제2 진단부(130)를 거쳐 제어부(140)에서 산출된 전압값이 양수가 되도록 미리 설정된 직류 전원을 공급할 수 있다. 예컨대, 전원 공급 유닛(DC)은 5V의 직류 전원을 공급할 수 있다.
제어부(140)는 제1 진단부(120)로부터 수신한 신호에 기반한 제1 전압값 및 제2 진단부(130)로부터 수신한 신호에 기반한 제2 전압값을 이용하여 배터리 모듈(10)의 추정 전압값을 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는 상기 제1 진단부(120)를 통해서 수신한 신호에 기반하여 제1 전압값을 산출하고, 상기 제2 진단부(130)를 통해서 수신한 신호에 기반하여 제2 전압값을 산출할 수 있다. 여기서, 제어부(140)에는 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter, ADC)가 내장될 수 있다. 제어부(140)는 ADC를 통해서 제1 입력 단자(IN1) 및 제2 입력 단자(IN2)를 통해 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경시킬 수 있다. 그리고, 제어부(140)는, 내장된 아날로그-디지털 변환기를 통해 변경된 디지털 신호에 기반하여, 제1 전압값과 제2 전압값을 산출할 수 있다.
예컨대, 도 2를 참조하면, 제어부(140)는 제1 진단부(120)로부터 신호를 수신하는 제1 입력 단자(IN1)와 제2 진단부(130)로부터 신호를 수신하는 제2 입력 단자(IN2)를 별도로 구비할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 제1 입력 단자(IN1)와 제2 입력 단자(IN2)를 별도로 구비하였기 때문에, 제1 진단부(120)로부터 수신한 신호 및 제2 진단부(130)로부터 수신한 신호 간의 간섭을 최소화하여 예기치 못한 오류를 방지할 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 제1 전압값 및 제2 전압값을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 산출한 제1 전압값과 산출한 제2 전압값에 기반하여 배터리 모듈(10)의 추정 전압값을 산출할 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(10)의 추정 전압값은 제어부(140)가 추정한 배터리 모듈(10)의 전압일 수 있다. 즉, 제어부(140)는 제1 전압값 및 제2 전압값을 이용하여 배터리 모듈(10)의 양단 전압의 차이를 추정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 산출된 추정 전압값과 상기 측정부(110)에 의해 측정된 상기 배터리 모듈(10)의 측정 전압값 간의 전압 비율을 산출하도록 구성될 수 있다.
제어부(140)는 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)로부터 아날로그 신호를 수신한 것과 별개로, 측정부(110)로부터 측정된 배터리 모듈(10)의 측정 전압값을 수신할 수 있다. 여기서, 측정 전압값이란, 측정부(110)가 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해서 측정한 배터리 모듈(10)의 전압일 수 있다. 즉, 측정 전압값은 측정부(110)가 측정한 배터리 모듈(10)의 양단 전압의 차이일 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 측정부(110)에 의해 직접 측정된 측정 전압값과, 산출된 전압값에 기반한 추정 전압값 간의 비율을 산출할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 측정 전압값에 대한 추정 전압값의 비율을 계산하여 전압 비율을 산출할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 산출된 전압 비율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 배터리 모듈(10)의 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제어부(140)는 기준 비율을 미리 설정할 수 있다. 여기서, 기준 비율이란 배터리 모듈(10)의 절연 저항 측정 회로의 상태가 정상 상태라고 판단될 수 있는 비율이다.
제어부(140)는 산출된 전압 비율과 기준 비율을 비교함으로써, 배터리 모듈(10)의 절연 저항 측정 회로의 상태가 정상 상태인지 여부를 판단할 수 있다.
예컨대, 배터리 모듈(10)의 절연 저항 측정 회로에 구비된 복수의 저항 및 스위치가 정상 상태일 경우, 제어부(140)가 산출한 전압 비율은 기준 비율에 근접한 값일 수 있다. 또는, 기준 비율이 비율 범위로 설정된 경우라면, 제어부(140)가 산출한 전압 비율이 기준 비율에 속할 수 있다. 이러한 경우, 제어부(140)는 제1 전압값과 제2 전압값이 배터리 모듈(10)의 절연 저항 측정 회로가 정상 상태일 때 수신할 수 있는 전압값으로 판단할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 배터리 모듈(10)의 절연 저항 측정 회로의 상태를 정상 상태로 진단할 수 있다.
반대로, 제어부(140)가 산출한 전압 비율과 기준 비율의 차이가 크다면, 제어부(140)는 배터리 모듈(10)의 절연 저항 측정 회로가 정상 상태가 아닌 것으로 진단할 수 있다.
본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 추정 전압값만을 이용하여 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하지 않고, 추정 전압값과 측정 전압값 간의 전압 비율에 기반하여 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단할 수 있다. 따라서, 절연 저항 측정 회로의 상태는 구비된 저항이 단선 상태일 때뿐만 아니라 단락 상태일 때에도 정확하게 진단될 수 있는 장점이 있다.
한편, 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)에 구비된 제어부(140)는 본 발명에서 수행되는 다양한 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 제어부(140)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 저장부(150)를 더 포함할 수 있다. 저장부(150)는 제어부(140)가 절연 저항 측정 회로를 진단하는데 필요한 프로그램 및 데이터 등을 저장할 수 있다. 즉, 저장부(150)는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 저장부(150)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 정보 저장 수단에는 RAM, 플래쉬 메모리, ROM, EEPROM, 레지스터 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(150)는 제어부(140)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
도 2를 참조하면, 복수의 제1 진단 저항은, 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3) 및 제4 저항(R4)을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 제4 저항(R4)은 제어부(140)의 제1 입력 단자(IN1)에 입력되는 전류량을 줄이기 위한 분배 저항이고, 제3 저항(R3)은 제2 노드(N2)를 거쳐 제어부(140)의 제1 입력 단자(IN1)로 입력되는 전류의 크기를 줄이기 위한 전류 제한 저항일 수 있다.
구체적으로, 복수의 제1 진단 저항은 상기 배터리 모듈(10)의 양극 단자와 상기 제어부(140) 사이에 직렬로 연결된 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 제1 진단 저항은 일단이 상기 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3) 사이의 노드에 연결되고, 타단이 제1 접지(G1)에 연결된 제4 저항(R4)을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)의 양극 단자와 배터리 팩(1)의 양극 단자(P+) 사이의 제1 노드(N1)에 제1 저항(R1)의 일단이 연결될 수 있다. 즉, 제1 진단부(120)는 배터리 모듈(10)의 메인 충방전 경로와 병렬로 연결될 수 있다.
그리고, 제2 저항(R2)의 일단은 제1 저항(R1)의 타단에 연결되고, 제3 저항(R3)의 일단은 제2 저항(R2)의 타단에 연결되며, 제3 저항(R3)의 타단은 제어부(140)의 제1 입력 단자(IN1)에 연결될 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 제1 입력 단자(IN1)를 통해서 제1 진단부(120)에 의해 강하된 제1 전압값을 수신할 수 있다.
또한, 제1 스위치(S1)는 제1 진단부(120)의 연결 상태를 On/Off 하는 스위칭 소자로서, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)의 사이에 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 제어부(140)는 제1 스위치(S1)에게 제어 명령을 송신하여 제1 스위치(S1)의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 복수의 제2 진단 저항은, 제6 저항(R6), 제7 저항(R7), 제8 저항(R8) 및 제9 저항(R9)을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제6 저항(R6), 제7 저항(R7) 및 제9 저항(R9)은 제어부(140)의 제2 입력 단자(IN2)에 입력되는 전류량을 줄이기 위한 분배 저항이다. 또한, 제9 저항(R9)은 풀업 저항일 수 있다. 제8 저항(R8)은 제4 노드(N4)를 거쳐 제어부(140)의 제2 입력 단자(IN2)로 입력되는 전류의 크기를 줄이기 위한 전류 제한 저항일 수 있다.
구체적으로, 복수의 제2 진단 저항은 상기 배터리 모듈(10)의 음극 단자(-)와 상기 제어부(140) 사이에 직렬로 연결된 제6 저항(R6), 제7 저항(R7) 및 제8 저항(R8)을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 제2 진단 저항은 일단이 상기 제7 저항(R7) 및 제8 저항(R8) 사이의 노드(N4)에 연결되고, 타단이 전원 공급 유닛(DC)에 연결된 제9 저항(R9)을 포함할 수 있다.rrr
예컨대, 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)의 음극 단자(-)와 배터리 팩(1)의 음극 단자(P-) 사이의 제3 노드(N3)에 제6 저항(R6)의 일단이 연결될 수 있다. 즉, 제2 진단부(130)는 배터리 모듈(10)의 메인 충방전 경로와 병렬로 연결될 수 있다.
그리고, 제7 저항(R7)의 일단은 제6 저항(R6)의 타단에 연결되고, 제8 저항(R8)의 일단은 제7 저항(R7)의 타단에 연결되며, 제8 저항(R8)의 타단은 제어부(140)의 제2 입력 단자(IN2)에 연결될 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 제2 입력 단자(IN2)를 통해서 제2 진단부(130)에 의해 강하된 제2 전압값을 수신할 수 있다.
또한, 제2 스위치(S2)는 제2 진단부(130)의 연결 상태를 On/Off 하는 스위칭 소자로서, 제6 저항(R6) 및 제7 저항(R7)의 사이에 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 제어부(140)는 제2 스위치(S2)에게 제어 명령을 송신하여 제2 스위치(S2)의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
또한, 전원 공급 유닛(DC)은 일단이 제9 저항(R9)에 연결되고, 타단이 접지에 연결되도록 구성될 수 있다. 전원 공급 유닛(DC)은 직류 전원을 인가하는 소자로서, 예컨대, 5V 직류 전원을 제2 진단부(130)에 인가할 수 있다. 따라서, 제어부(140)의 제2 입력 단자(IN2)에서 산출되는 제2 전압값은 양수로 산출될 수 있다.
본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 산출한 제1 전압값 및 제2 전압값을 통해 추정 전압값을 산출할 수 있다. 따라서, 추정 전압값 산출의 정확도가 향상되고, 추정 전압값에 기반한 절연 저항 측정 회로의 진단이 보다 정확해질 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)가 구비된 배터리 팩(1)을 개략적으로 도시한 도면이다.
제1 진단부(120)는, 제4 저항(R4)과 제1 접지(G1) 사이에 직렬로 연결된 제1 커패시터(C1)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 커패시터(C1)는 노이즈 제거를 위한 바이패스 필터로서, 제1 진단부(120)를 거쳐 제어부(140)의 제1 입력 단자(IN1)로 흐르는 신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 즉, 제1 커패시터(C1)를 통과한 노이즈는 제1 접지(G1)로 흐를 수 있다.
예컨대, 도 3을 참조하면, 제1 커패시터(C1)는 일단이 제4 저항(R4)의 타단에 연결되고, 타단이 제1 접지(G1)에 연결될 수 있다. 그리고, 복수의 제1 진단 저항은 제1 커패시터(C1)와 병렬로 연결된 제5 저항(R5)을 더 포함할 수 있다. 제5 저항(R5)은 일단이 제4 저항(R4)의 타단과 제1 커패시터(C1)의 일단 사이에 연결되고, 타단이 제1 접지(G1)에 연결될 수 있다. 바람직하게, 제1 커패시터(C1)는 로우 패스 필터를 구성할 수 있다. 즉, 제1 커패시터(C1)는 제어부(140)가 노이즈가 제거된 신호를 수신할 수 있도록 제1 진단부(120)를 거쳐 제어부(140)의 제1 입력 단자(IN1)로 흐르는 전류에 포함된 고주파 성분을 필터링할 수 있다.
또한, 복수의 제2 진단 저항은, 제9 저항(R9)과 전원 공급 유닛(DC) 사이에 구비된 제10 저항(R10)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 즉, 복수의 제2 진단 저항은 일단이 제9 저항(R9)의 타단에 연결되고, 타단이 전원 공급 유닛(DC)에 연결된 제10 저항(R10)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제10 저항(R10)은 풀업 저항일 수 있다.
제2 진단부(130)는, 일단이 제9 저항(R9) 및 제10 저항(R10) 사이의 노드에 연결되고, 타단이 제2 접지(G2)에 연결된 제2 커패시터(C2)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 커패시터(C2)는 제1 커패시터(C1)와 마찬가지로 노이즈를 제거하기 위한 바이패스 필터일 수 있다.
예컨대, 도 3을 참조하면, 제2 커패시터(C2)는 제2 진단부(130)를 거쳐 제어부(140)의 제2 입력 단자(IN2)로 흐르는 신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 즉, 제2 커패시터(C2)를 통과한 노이즈는 제2 접지(G2)로 흐를 수 있다.
본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)를 더 포함하여, 제어부(140)에서 수신하는 신호에 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 따라서, 제어부(140)에서 산출되는 추정 전압값에 노이즈 성분이 제거되어, 절연 저항 측정 회로의 상태가 보다 정확하게 진단될 수 있는 장점이 있다.
제어부(140)는, 상기 제1 전압값, 상기 복수의 제1 진단 저항의 저항값 및 상기 제1 스위치(S1)의 저항값에 기반하여 상기 배터리 모듈(10)의 양극 전압값을 추정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 복수의 제1 진단 저항 및 제1 스위치(S1)의 저항값은 저장부(150)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 저장부(150)에 저장된 복수의 제1 진단 저항 및 제1 스위치(S1)의 저항값을 참조하여, 배터리 모듈(10)의 양극 전압값을 추정할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 아래의 수학식 1을 이용하여 상기 배터리 모듈(10)의 양극 전압값을 추정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00002
여기서, Vp는 추정된 양극 전압값이고, R1, R2, R4 및 R5는 각각 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3), 제4 저항(R4) 및 제5 저항(R5)의 저항값이고, RS1은 제1 스위치(S1)의 저항값이고, V1은 제어부(140)가 제1 입력 단자(IN1)에 입력된 신호에 기반하여 산출한 제1 전압값이다.
즉, 제어부(140)는 산출한 제1 전압값과, 저장부(150)에 저장된 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제4 저항(R4), 제5 저항(R5) 및 제1 스위치(S1)의 저항값을 이용하여, 배터리 모듈(10)의 양극 전압값을 추정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 1을 이용하여 추정된 양극 전압값(Vp)은 제1 진단부(120)의 전압 분배 저항값에 기반하여 추정된 양극 전압값일 수 있다.
또한, 제어부(140)는 상기 전원 공급 유닛(DC)으로부터 공급된 전압값, 상기 제2 전압값, 상기 복수의 제2 진단 저항의 저항값 및 상기 제2 스위치(S2)의 저항값에 기반하여 상기 배터리 모듈(10)의 음극 전압값을 추정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 전원 공급 유닛(DC)으로부터 공급된 전압값은 미리 설정되고, 설정된 전압값은 저장부(150)에 저장될 수 있다. 또한, 복수의 제2 진단 저항의 저항값 및 제2 스위치(S2)의 저항값은 저장부(150)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 제어부(140)는 저장부(150)에 저장된 전원 공급 유닛(DC)으로부터 공급되는 전압값, 복수의 제2 진단 저항의 저항값 및 제2 스위치(S2)의 저항값을 참조하여, 배터리 모듈(10)의 음극 전압값을 추정할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 아래의 수학식 2를 이용하여 배터리 모듈(10)의 음극 전압값을 추정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00003
여기서, Vn은 추정된 음극 전압값이고, R6, R7, R9 및 R10은 각각 복수의 제2 진단 저항에 포함된 제6 저항(R6), 제7 저항(R7), 제9 저항(R9) 및 제10 저항(R10)의 저항값이고, RS2는 제2 스위치(S2)의 저항값이고, VDC는 전원 공급 유닛(DC)으로부터 공급된 전압값이고, V2는 제어부(140)가 제2 입력 단자(IN2)에 입력된 신호에 기반하여 산출한 제2 전압값이다.
즉, 제어부(140)는 산출한 제2 전압값과, 저장부(150)에 저장된 제6 저항(R6), 제7 저항(R7), 제9 저항(R9), 제10 저항(R10) 및 제2 스위치(S2)의 저항값 및 전원 공급 유닛(DC)으로부터 공급된 전압값을 이용하여, 배터리 모듈(10)의 음극 전압값을 추정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 2를 이용하여 추정된 음극 전압값(Vn)은 제2 진단부(130)의 전압 분배 저항값에 기반하여 추정된 음극 전압값일 수 있다.
또한, 제어부(140)는 추정된 양극 전압값(Vp) 및 추정된 음극 전압값(Vn)을 합하여 상기 추정 전압값을 산출하도록 구성될 수 있다.
그리고, 제어부(140)는 산출된 추정 전압값과 측정부(110)에 의해 측정된 측정 전압값을 이용하여 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 진단할 수 있다.
절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는, 측정 전압값 또는 추정 전압값만을 이용하여 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하지 않고, 측정 전압값 및 추정 전압값을 모두 이용하여 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단할 수 있다. 따라서, 절연 저항 측정 회로의 상태가 보다 정확해질 수 있다.
상기 전압 비율은, 상기 측정 전압값에 대한 상기 추정 전압값의 비율로, 아래의 수학식 3을 이용하여 계산될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00004
여기서, ROV는 전압 비율이고, Bv는 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 모듈(10)의 측정 전압값이고, Vp는 수학식 1을 이용하여 추정된 양극 전압값이고, Vn은 수학식 2를 이용하여 추정된 음극 전압값이다.
즉, 전압 비율(ROV)은, 배터리 모듈(10)의 측정 전압값(Bv)에 대한 비율일 수 있다. 구체적으로, 전압 비율(ROV)은, 배터리 모듈(10)의 측정 전압값(Bv)에 대한 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 전압 분배 저항값에 기반하여 추정된 추정 전압값의 비율일 수 있다.
한편, 수학식 1을 통해서 추정된 양극 전압값(Vp)과 수학식 2를 통해서 추정된 음극 전압값(Vn)은 각각 배터리 모듈(10)의 양극 전압과 음극 전압을 의미하지는 않는다. 즉, 추정된 양극 전압값(Vp)과 추정된 음극 전압값(Vn) 간의 차이가 배터리 모듈(10)의 양단 전압의 전위차가 아니고, 추정된 양극 전압값(Vp)과 추정된 음극 전압값(Vn)을 합한 값이 배터리 모듈(10)의 양단 전압의 전위차이다.
제어부(140)는 수학식 3을 이용하여 산출된 전압 비율을 이용하여 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 진단할 수 있다.
즉, 제어부(140)는 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 추정 전압값만을 이용하여 진단하지 않고, 추정 전압값과 측정 전압값의 비율을 이용하여 진단할 수 있다. 따라서, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)에 포함된 복수의 저항 중 적어도 하나 이상이 단선(Open circuit) 상태인 경우뿐만 아니라, 단락(Short Circuit) 상태인 경우까지도 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 제1 전압값 및 제2 전압값이 산출되는지 여부만을 이용하여 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 진단할 때의 한계에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)가 구비된 배터리 팩(1)의 제1 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 4는 절연 저항 측정 회로가 진단되는 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 즉, 제1 동작 상태는, 제어부(140)가 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2) 및 메인 스위치(S0)에게 턴-온 명령을 송신하여, 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2) 및 메인 스위치(S0)가 턴-온 상태로 제어된 상태이다.
제어부(140)는 제1 입력 단자(IN1)를 통해 입력된 신호에 기반하여 제1 전압값을 산출하고, 제2 입력 단자(IN2)를 통해 입력된 신호에 기반하여 제2 전압값을 산출할 수 있다.
예컨대, 제1 저항(R1)이 단선(Open circuit)된 경우로서, 제1 저항(R1)의 저항값을 1GΩ으로 가정한다. 이 경우, 제어부(140)는 제1 전압값을 0에 근사한 값으로 산출할 수 있다. 이 경우 제어부(140)는 산출된 제1 전압값이 0에 근사한 값이므로, 제1 진단부(120)에 구비된 복수의 제1 진단 저항 중 적어도 하나의 상태가 단선 상태인 것으로 진단할 수 있다.
다른 예로, 제1 저항(R1)이 단락(Short circuit)된 경우로서, 제1 저항(R1)의 저항값을 0Ω으로 가정한다. 이 경우, 제1 전압값 및 제2 전압값은, 제1 저항(R1)의 상태가 정상 상태일 때의 전압값과 상이해질 수 있다. 제1 전압값 및 제2 전압값은 제1 저항(R1)의 상태가 정상 상태일 때의 전압값보다 큰 값이 산출될 수도 있고, 작은 값으로 산출될 수 있다. 즉, 전체 회로적인 관점에서 보면, 배터리 모듈(10), 제1 진단부(120), 제2 진단부(130), 및 제어부(140)는 하나의 경로(Path)를 형성하고 있으므로, 제1 진단부(120)에 구비된 저항의 상태가 고장 상태이면, 제1 전압값뿐만 아니라 제2 전압값도 영향을 받을 수 있다.
이러한 경우에, 제1 전압값 및 제2 전압값이 모두 0보다 큰 값이 산출되기 때문에, 제어부(140)는 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 정상 상태라고 판단할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 제1 전압값 및 제2 전압값이 산출되는지 여부만을 이용해서는 제1 진단부(120) 및/또는 제2 진단부(130)에 구비된 복수의 저항 중 적어도 하나의 상태가 단락 상태라고 진단할 수 없다.
반면, 본 발명에 따른 제어부(140)는 측정 전압값과 추정 전압값 간의 전압 비율을 산출하기 때문에, 제1 저항(R1)이 단락된 경우에 산출된 전압 비율이 기준 비율과 차이가 있으면 절연 저항 측정 회로의 상태가 정상 상태가 아니라고 진단할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 절연 저항 측정 회로에 속한 복수의 저항 중 적어도 하나 이상의 상태가 단락 상태일 경우에도, 절연 저항 측정 회로가 고장 상태인지 여부를 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다.
제어부(140)는, 기준 비율을 소정의 비율 범위로 미리 설정하도록 구성될 수 있다.
제어부(140)가 수학식 3을 이용하여 전압 비율을 산출할 경우, 기준 비율은 1을 기준으로 설정될 수 있다. 예컨대, 기준 비율은 0.5 내지 1.5의 비율 범위로 미리 설정될 수 있다. 보다 바람직하게, 기준 비율은 0.9 내지 1.1의 비율 범위로 미리 설정될 수 있다. 설정된 기준 비율은 저장부(150)에 저장될 수 있다.
즉, 제어부(140)는 산출한 전압 비율로 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 진단할 때, 전압 비율 산출 과정에서의 오차를 고려하여 기준 비율을 소정의 비율 범위로 미리 설정할 수 있다.
제어부(140)는 산출한 전압 비율이 소정의 비율 범위에 속하지 않으면, 절연 저항 측정 회로의 상태를 고장 상태로 진단하도록 구성될 수 있다. 반대로, 제어부(140)는 산출한 전압 비율이 소정의 비율 범위에 속하면, 절연 저항 측정 회로의 상태를 정상 상태로 진단할 수 있다.
또한, 절연 저항 측정 회로의 상태가 고장 상태로 판단된 경우, 제어부(140)는 고장 상태에 대응되는 진단 코드를 출력하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)가 차량에 구비된 경우, 제어부(140)는 차량의 차량진단모듈(On-Board Diagnostics, OBD), 디스플레이 패널 또는 차량의 상태 점검을 위한 외부 서버에 상기 고장 상태에 대응되는 진단 코드를 출력할 수 있다. 이 경우, 사용자는 절연 저항 측정 회로가 고장 상태인 것을 확인하고, 차량 점검을 실시하여, 절연 저항 측정 회로의 고장에 따른 사고를 방지할 수 있다.
이하에서는, 도 4의 실시예에서, 제1 저항(R1)을 제외한 나머지 저항의 상태는 모두 정상 상태일 경우, 제1 저항(R1)의 상태에 따른 제어부(140)의 동작에 대해서 설명한다.
설명의 편의를 위하여, 배터리 모듈(10)의 전압은 200[V]이고, 소정의 비율 범위는 0.9 내지 1.1로 미리 설정되었다고 가정한다.
<제1 저항(R1)의 상태가 정상 상태인 경우>
제1 저항(R1)의 상태가 정상 상태일 경우, 수학식 1을 이용해 산출된 양극 전압값(Vp)은 102.497[V]이고, 수학식 2를 이용해 산출된 음극 전압값(Vn)은 97.503[V]일 수 있다. 즉, 추정 전압값(Vp+Vn)은 200[V]일 수 있다.
이 경우, 수학식 3을 이용하여 산출된 전압 비율은 1이므로, 산출된 전압 비율이 소정의 비율 범위에 속할 수 있다.
따라서, 제어부(140)는 산출한 전압 비율이 소정의 비율 범위에 속하기 때문에, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 모두 정상 상태라고 진단할 수 있다.
<제1 저항(R1)의 상태가 단선(Open circuit) 상태인 경우>
만약, 제1 저항(R1)이 단선 상태일 경우, 제1 저항(R1)의 저항이 1GΩ이라고 가정한다. 이 경우, 제어부(140)와 연결된 전원 공급 유닛(DC)의 영향으로 제1 전압값(V1)은 0[V]에 근사한 값으로 산출될 수 있다. 또한, 제2 전압값(V2)은 전원 공급 유닛(DC)의 영향으로 약 5[V]에 근사한 값으로 산출될 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 수학식 1을 이용해 양극 전압값(Vp)을 121.981[V]로 산출하고, 수학식 2를 이용해 음극 전압값(Vn)을 238.961[V]로 산출할 수 있다. 즉, 추정 전압값(Vp+Vn)은 360.942[V]일 수 있다.
이 경우, 수학식 3을 이용하여 산출된 전압 비율은 1.805이므로, 산출된 전압 비율은 소정의 비율 범위에 속하지 않을 수 있다.
제어부(140)는 산출한 전압 비율이 소정의 비율 범위에 속하지 않기 때문에, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130) 중 적어도 하나의 상태를 고장 상태로 진단할 수 있다. 특히, 제1 전압값(V1)이 0[V] 근사한 값으로 산출되었으므로, 제어부(140)는 제1 진단부(120)의 상태를 고장 상태로 진단할 수 있다. 바람직하게, 제어부(140)는 제1 진단부(120)의 상태를 단선 상태로 진단할 수 있다.
<제1 저항(R1)의 상태가 단락(Short circuit) 상태인 경우>
만약, 제1 저항(R1)이 단락 상태일 경우, 제1 저항(R1)의 저항값을 0Ω이라고 가정한다. 따라서, 이러한 경우에 산출되는 제1 전압값(V1) 및 제2 전압값(V2)은 제1 저항(R1)이 정상 상태일 경우의 제1 전압값(V1) 및 제2 전압값(V2)과 상이할 수 있다.
예컨대, 수학식 1을 이용해 산출된 양극 전압값(Vp)은 82.008[V]이고, 수학식 2를 이용해 산출된 음극 전압값(Vn)은 77.010[V]일 수 있다. 즉, 추정 전압값(Vp+Vn)은 159.018[V]일 수 있다.
이 경우, 수학식 3을 이용하여 산출된 전압 비율은 0.795이므로, 산출된 전압 비율은 소정의 비율 범위에 속하지 않을 수 있다.
제어부(140)는 산출한 전압 비율이 소정의 비율 범위에 속하지 않기 때문에, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130) 중 적어도 하나의 상태를 고장 상태로 진단할 수 있다. 특히, 제1 전압값(V1), 제2 전압값(V2), 양극 전압값(Vp) 및 음극 전압값(Vn)이 모두 0에 근사한 값이 아니기 때문에, 제어부(140)는 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130) 중 적어도 하나의 상태를 고장 상태로 진단할 수 있다. 바람직하게, 제어부(140)는 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130) 중 적어도 하나의 상태를 단락 상태로 진단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제어부(140)가 제1 진단부(120) 및/또는 제2 진단부(130)의 상태를 고장 상태로 진단한 경우, 제어부(140)는 고장 상태에 대응되는 진단 코드를 출력하여, 절연 저항 측정 회로의 고장 상태를 외부에 알릴 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 전압 비율 산출 과정에서의 오차를 고려하여 기준 비율을 설정함으로써, 보다 유연하고 합리적으로 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 절연 저항 측정 회로의 상태가 고장 상태로 진단된 경우, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 진단 코드를 출력함으로써, 고장 상태인 절연 저항 측정 회로에 의한 추가적인 사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
측정부(110)는, 배터리 모듈(10)의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 측정부(110)는 온도 센서를 구비하여, 배터리 모듈(10)의 전압뿐만 아니라 온도를 측정할 수 있다.
도 2 및 도 3의 실시예에서, 측정부(110)는 제3 센싱 라인(SL3)을 통해서 배터리 모듈(10)의 온도를 측정할 수 있다.
제어부(140)는 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 모듈(10)의 온도에 기반하여, 소정의 비율 범위를 변경시키도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 제어부(140)는 측정된 배터리 모듈(10)의 온도에 기반하여, 소정의 비율 범위의 크기를 변경시킬 수 있다.
예컨대, 저장부(150)에는 배터리 모듈(10)의 온도에 대응되는 온도-비율 룩업 테이블이 저장될 수 있다. 제어부(140)는 저장부(150)에 저장된 온도-비율 룩업 테이블을 참조하여, 측정부(110)에서 측정한 배터리 모듈(10)의 온도에 대응되는 비율 범위로 상기 소정의 비율 범위를 변경시킬 수 있다.
다른 예로, 소정의 비율 범위에 대응되는 기준 온도가 미리 설정되어 있을 수 있다. 제어부(140)는 측정부(110)에서 측정된 배터리 모듈(10)의 온도와 기준 온도를 비교하여, 측정된 배터리 모듈(10)의 온도와 기준 온도의 차이만큼 소정의 비율 범위를 변경시킬 수 있다.
배터리 모듈(10)의 온도가 증가하여 배터리 모듈(10) 및 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)가 구비된 배터리 팩(1)의 온도가 증가하면, 절연 저항 측정 회로의 소자들이 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 절연 저항 측정 회로에 구비된 저항 및 스위치는 물리적 소자이기 때문에, 이러한 소자들의 물성이 배터리 모듈(10)의 온도에 영향을 받을 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 배터리 모듈(10)의 온도에 기반하여 소정의 비율 범위를 변경시킴으로써, 배터리 모듈(10)의 온도가 저항 및 스위치 등의 물리적 소자에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 배터리 모듈(10)의 온도에 따라 소정이 비율 범위를 변경시킴으로써, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다.
제어부(140)는 측정된 배터리 모듈(10)의 온도가 상한 온도 초과인 경우, 소정의 비율 범위의 크기를 증가시키도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(140)는 측정된 배터리 모듈(10)의 온도가 하한 온도 미만인 경우, 소정의 비율 범위의 크기를 감소시키도록 구성될 수 있다.
예컨대, 저항 소자는 주변 온도가 상승하면 저항 계수가 증가하여 저항값이 증가할 수 있다. 만약 제1 진단부(120)에 포함된 복수의 제1 진단 저항의 저항값이 증가하면, 제어부(140)에서 산출되는 제1 전압값(V1) 및 제2 전압값(V2)은 배터리 모듈(10)의 온도가 기준 온도일 때보다 작아질 수 있다. 이는 복수의 제1 진단 저항 각각의 저항 계수가 증가하여, 상기 복수의 제1 진단 저항의 저항값이 증가하였기 때문이다.
결국, 추정 전압값이 작아지기 때문에, 상기 복수의 제1 진단 저항의 상태가 정상 상태라 하더라도 제어부(140)에 의해 산출된 전압 비율은 배터리 모듈(10)의 온도가 기준 온도일 때보다 낮아질 수 있다.
즉, 저항 계수는 주변 온도와 연관되어 있기 때문에, 제어부(140)는 배터리 모듈(10)의 온도가 주변에 미치는 영향을 보정하기 위하여, 배터리 모듈(10)의 온도가 증가할수록 상기 소정의 비율 범위의 크기를 증가시킬 수 있다.
이하에서는, 구체적인 예시를 들어 배터리 모듈(10)의 온도가 절연 저항 측정 회로 진단에 미치는 영향에 대해 설명한다.
예를 들어, 소정의 비율 범위가 0.9 내지 1.1로 설정되고, 배터리 모듈(10)의 온도가 30℃일 때 추정 전압값이 180[V]이고, 측정 전압값이 200[V]라고 가정한다. 즉, 배터리 모듈(10)의 온도가 30℃일 때, 제어부(140)에 의해 산출된 전압 비율은 0.9이다.
이후, 배터리 모듈(10)의 전압이 동일하게 유지되면서 온도가 60℃까지 증가하였다면, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)에 포함된 복수의 저항의 상태는 정상 상태이지만, 저항값이 모두 증가할 수 있다. 따라서, 제1 전압값 및 제2 전압값이 배터리 모듈(10)의 온도가 30℃일 때보다 감소할 수 있다.
즉, 수학식 1 및 2를 참조하면, 제1 전압값(V1) 및 제2 전압값(V2)의 값은 제어부(140)에 의해 산출된 값이기 때문에 배터리 모듈(10)의 온도가 증가하면 작아질 수 있다. 하지만, 이외의 값들은 측정된 값이 아니고, 양극 전압값(Vp) 및 음극 전압값(Vn)을 추정하기 위하여 미리 설정된 값이기 때문에, 설정을 변경하지 않는 한 배터리 모듈(10)의 현재 온도와 무관하게 항상 일정할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(10)의 온도가 60℃까지 증가할 경우, 추정되는 양극 전압값(Vp)과 음극 전압값(Vn)은 작아질 수밖에 없다.
수학식 3을 참조하면, 배터리 모듈(10)의 온도가 60℃일 때, 양극 전압값(Vp)와 음극 전압값(Vn)이 작아졌기 때문에, 이들의 합인 추정 전압값(Vp+Vn) 또한 작아질 수밖에 없다. 또한, 측정 전압값(Bv)은 배터리 모듈(10)의 온도가 30℃ 및 60℃일 때 모두 동일하게 유지되었지만, 추정 전압값(Vp+Vn)의 크기는 감소하였기 때문에, 산출되는 전압 비율은 낮아질 수밖에 없다.
따라서, 배터리 모듈(10)의 온도가 30℃일 때 0.9로 산출되었던 전압 비율은, 배터리 모듈(10)의 온도가 60℃일 때 0.9 미만으로 산출될 것이고, 소정의 비율 범위는 0.9 내지 1.1로 설정되어 있으므로, 제어부(140)는 제1 진단부(120) 및/또는 제2 진단부(130)의 상태를 고장 상태로 진단할 수 있다.
이렇듯, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)에 속한 복수의 저항 중 어느 하나도 고장나지 않은 상황에서, 배터리 모듈(10)의 온도가 증가하였기 때문에 제어부(140)는 절연 저항 측정 회로의 상태를 잘못 진단할 수 있다.
반면 본 발명에 따르면, 배터리 모듈(10)의 온도가 증가하였고, 그에 대응하여 소정이 비율 범위의 크기 또한 증가할 수 있다. 따라서, 전압 비율이 0.9 미만으로 산출되더라도, 제어부(140)는 제1 진단부(120) 및/또는 제2 진단부(130)의 상태를 정상 상태로 진단할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 배터리 모듈(10)의 온도를 고려하여 소정의 비율 범위를 변경시킴으로써, 절연 저항 측정 회로의 상태를 보다 정확하게 진단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제어부(140)는 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 추정하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 저장부(150)는 배터리 모듈(10)의 전압과 충전 상태가 맵핑된 전압-충전 상태 룩업 테이블을 더 저장할 수 있다. 일반적으로, 배터리 모듈(10)의 전압과 충전 상태는 서로 1대1 관계에 있기 때문에, 제어부(140)는 저장부(150)에 저장된 전압-충전 상태 룩업 테이블을 참조하여, 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 제3 입력 단자(IN3)를 통해 측정부(110)로부터 배터리 모듈(10)의 전압 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 제어부(140)는 저장부(150)에 저장된 전압- 충전 상태 룩업 테이블을 참조하여, 수신한 전압 정보에 대응되는 충전 상태를 선택할 수 있다. 제어부(140)는 선택한 충전 상태를 배터리 모듈(10)의 충전 상태로 추정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 추정된 충전 상태에 기반하여, 소정의 비율 범위를 변경시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 하나 이상의 배터리 셀이 구비된 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 소정의 하한값 미만으로 낮아지면, 배터리 모듈(10)의 과방전을 방지하기 위하여 방전 전류량을 줄일 수 있다. 즉, 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 소정의 하한값 미만으로 낮아지면, 방전 C-rate가 감소될 수 있다.
방전 C-rate가 감소된 경우, 배터리 모듈(10)에서 출력되는 전류량이 감소하기 때문에, 제어부(140)에 의해 산출되는 제1 전압값 및 제2 전압값 또한 감소될 수 있다. 제1 전압값 및 제2 전압값의 변동은 추정 전압값에 영향을 미치고, 추정 전압값의 변동은 절연 저항 측정 회로의 상태 진단에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 소정의 하한값 미만으로 추정되면, 제어부(140)는 소정의 비율 범위의 크기를 변경시켜, 절연 저항 측정 회로의 상태 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
바람직하게, 배터리 모듈(10)의 충전 사태가 소정의 하한값 미만으로 추정되면, 제어부(140)는 소정의 비율 범위의 크기를 증가시켜, 방전 C-rate의 변경이 절연 저항 측정 회로의 상태 진단에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 고려하여 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하기 때문에, 상태 진단의 정확도가 보다 향상될 수 있다.
한편, 저장부(150)는 배터리 모듈(10)의 전압, 온도 및 충전 상태가 맵핑된 전압-온도-충전 상태 룩업 테이블을 더 저장할 수 있다. 즉, 전압-온도-충전 상태 룩업 테이블은 배터리 모듈(10)의 전압과 온도에 대응되는 충전 상태가 저장될 수 있다.
제어부(140)는 저장부(150)에 저장된 전압-온도-충전 상태 룩업 테이블을 참조하여, 측정부(110)로부터 수신한 배터리 모듈(10)의 온도 및 전압 정보에 대응되는 배터리 모듈(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다. 이 경우, 전압뿐만 아니라 온도를 고려하여 배터리 모듈(10)의 충전 상태가 추정될 수 있으므로, 배터리 모듈(10)의 충전 상태 추정의 정확도가 향상될 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10)의 충전 상태에 기반하여 상기 소정의 비율 범위가 변경되기 때문에, 절연 저항 측정 회로의 상태 진단의 정확도 및 신뢰도가 보다 향상될 수 있다. 또한, 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 향상된 정확도에 기반하여, 진단 코드를 출력하고, 적절한 진단 조치를 취함으로써, 배터리 팩(1)의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.
제어부(140)는, 진단 코드를 출력한 후, 배터리 모듈(10)의 충방전 경로 상에 구비된 메인 스위치(S0)에게 턴-오프 명령을 송신하여, 상기 배터리 모듈(10)의 연결을 차단시키도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)가 구비된 배터리 팩(1)의 제2 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제어부(140)는 진단 코드를 출력한 후 메인 스위치(S0)에게 턴-오프 명령을 송신하여, 메인 스위치(S0)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다. 즉, 제2 동작 상태는, 제어부(140)가 메인 스위치(S0)에게 턴-오프 명령을 송신하여, 메인 스위치(S0)가 턴-오프 상태로 제어된 상태이다.
따라서, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130) 중 적어도 하나의 상태가 고장 상태로 진단된 경우, 제어부(140)에 의한 진단 조치로써 배터리 팩(1)의 구동이 중단될 수 있다. 즉, 제어부(140)가 진단 코드를 출력한 후 이러한 진단 조치를 취하기 때문에, 고장 상태인 절연 저항 측정 회로가 구비된 배터리 팩(1)의 구동이 중단되어, 배터리 모듈(10)의 비정상적인 절연과 관련된 사고가 미연에 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 제어부(140)에 의한 즉각적인 조치를 통해서 예기치 못한 사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 제어부(140)는 진단 코드를 외부로 출력한 후, 외부로부터 상기 메인 스위치(S0) 턴-오프 명령을 수신하는 경우에 한하여, 메인 스위치(S0)에게 턴-오프 명령을 송신하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)가 구비된 배터리 팩(1)이 차량에 포함되고, 상기 차량이 운행 중인 경우를 가정한다. 이 경우, 배터리 팩(1)의 구동이 중단되는 것을 방지하기 위하여, 제어부(140)는 진단 코드를 출력한 후 외부로부터 메인 스위치(S0) 턴-오프 명령을 수신하는 경우에만, 메인 스위치(S0)에게 턴-오프 명령을 송신할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는 외부의 명령에 따라 절연 저항 측정 회로에 대한 적절한 조치를 취하여, 보다 안전하게 배터리 팩(1)의 구동을 중단시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 이러한 조치에 따르면, 배터리 팩(1)의 구동이 중단되어, 절연 저항 측정 회로가 고장난 배터리 팩(1)에 의한 사고가 미연에 방지될 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는, BMS(Battery Management System)에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 BMS는, 상술한 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)의 각 구성요소 중 적어도 일부는, 종래 BMS에 포함된 구성의 기능을 보완하거나 추가함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)의 측정부(110), 제어부(140) 및 저장부(150)는 BMS의 구성요소로서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩(1)은, 하나 이상의 배터리 셀, 상기 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100), 전장품(BMS나 릴레이, 퓨즈 등 구비) 및 케이스 등을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 절연 저항 측정 회로 진단 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치(100)의 각 구성요소에서 동작될 수 있다.
도 6을 참조하면, 절연 저항 측정 회로 진단 방법은 전압 측정 단계(S100), 추정 전압값 산출 단계(S200), 전압 비율 산출 단계(S300) 및 상태 진단 단계(S400)를 포함할 수 있다.
전압 측정 단계(S100)는 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈(10)의 전압이 측정되는 단계로서, 측정부(110)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 도 2 및 도 3을 참조하면, 측정부(110)는 제1 센싱 라인(SL1)을 통해서 배터리 모듈(10)의 양극 전압을 측정하고, 제2 센싱 라인(SL2)을 통해서 배터리 모듈(10)의 음극 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정부(110)는 양극 전압 및 음극 전압 간의 차이를 구하여, 배터리 모듈(10)의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 측정부(110)는 측정한 배터리 모듈(10)의 전압을 제어부(140)의 제3 입력 단자(IN3)로 송신할 수 있다.
추정 전압값 산출 단계(S200)는 제1 진단부(120)로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제1 전압값 및 제2 진단부(130)로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제2 전압값에 기반하여 추정 전압값을 산출하는 단계로서, 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
도 2 및 도 3의 실시예에서, 제어부(140)는 제1 진단부(120)를 거쳐 제1 입력 단자(IN1)로 입력된 신호에 기반하여 배터리 모듈(10)의 제1 전압값을 산출할 수 있다. 마찬가지로, 제어부(140)는 제2 진단부(130)를 거쳐 제2 입력 단자(IN2)로 입력된 신호에 기반하여 배터리 모듈(10)의 제2 전압값을 산출할 수 있다.
제어부(140)는 상기 수학식 1을 이용하여 제1 전압값에 기반한 배터리 모듈(10)의 양극 전압값을 추정할 수 있다. 또한 제어부(140)는 상기 수학식 2를 이용하여 제2 전압값에 기반한 배터리 모듈(10)의 음극 전압값을 추정할 수 있다.
마지막으로, 제어부(140)는 추정한 양극 전압값 및 음극 전압값을 합하여, 배터리 모듈(10)의 추정 전압값을 산출할 수 있다.
전압 비율 산출 단계(S300)는 상기 추정 전압값과 상기 전압 측정 단계(S100)에서 측정된 상기 배터리 모듈(10)의 측정 전압값 간의 전압 비율을 산출하는 단계로서, 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(140)는 상기 수학식 3에 추정 전압값 산출 단계(S200)에서 산출한 배터리 모듈(10)의 양극 전압값 및 음극 전압값과, 전압 측정 단계(S100)에서 측정부(110)에 의해 측정된 배터리 모듈(10)의 측정 전압값을 대입하여 전압 비율을 산출할 수 있다.
즉, 제어부(140)는 상기 수학식 3을 이용하여, 배터리 모듈(10)의 측정 전압값에 대한 추정 전압값의 비율을 산출할 수 있다.
상태 진단 단계(S400)는 상기 전압 비율 산출 단계(S300)에서 산출된 전압 비율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 배터리 모듈(10)의 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하는 단계로서, 제어부(140)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(140)는 미리 설정된 기준 비율과 전압 비율 산출 단계(S300)에서 산출한 전압 비율을 비교하여, 절연 저항 측정 회로, 즉, 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 진단할 수 있다.
예컨대, 기준 비율이 소정의 비율 범위로 설정된 경우, 제어부(140)는 산출한 전압 비율이 소정의 비율 범위에 속하는지 여부에 따라 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태를 진단할 수 있다.
바람직하게, 제어부(140)는 배터리 모듈(10)의 상태를 고려하여 상기 소정의 비율 범위의 크기를 변경시킬 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 배터리 모듈(10)의 온도 및 충전 상태 중 적어도 하나를 고려하여 상기 소정의 비율 범위의 크기를 변경시킬 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)의 상태가 고려되었기 때문에, 제어부(140)에 의한 제1 진단부(120) 및 제2 진단부(130)의 상태 진단이 보다 정확해질 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
100: 절연 저항 측정 회로 진단 장치
110: 측정부
120: 제1 진단부
130: 제2 진단부
140: 제어부
150: 저장부
Rleak(+): 제1 절연 저항
Rleak(-): 제2 절연 저항
R1 내지 R10: 제1 내지 제10 저항
SL1, SL2 및 SL3: 제1 내지 제3 센싱 라인
N1 내지 N4: 제1 내지 제4 노드
C1 및 C2: 제1 및 제2 커패시터
S0: 메인 스위치
S1 및 S2: 제1 및 제2 스위치
G1 및 G2: 제1 및 제2 접지
DC: 전원 공급 유닛
IN1 내지 IN3: 제1 내지 제3 입력 단자

Claims (14)

  1. 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 전압을 측정하도록 구성된 측정부;
    상기 배터리 모듈의 양극 단자에 연결되고, 복수의 제1 진단 저항 및 제1 스위치를 포함하도록 구성된 제1 진단부;
    상기 배터리 모듈의 음극 단자에 연결되고, 복수의 제2 진단 저항, 제2 스위치 및 전원 공급 유닛을 포함하도록 구성된 제2 진단부; 및
    상기 제1 진단부로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제1 전압값 및 상기 제2 진단부로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제2 전압값을 이용하여 상기 배터리 모듈의 추정 전압값을 산출하고, 산출된 추정 전압값과 상기 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 모듈의 측정 전압값 간의 전압 비율을 산출하고, 산출된 전압 비율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 배터리 모듈의 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 진단 저항은,
    상기 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제어부 사이에 직렬로 연결된 제1 저항, 제2 저항 및 제3 저항; 및
    일단이 상기 제2 저항 및 제3 저항 사이의 노드에 연결되고, 타단이 제1 접지에 연결된 제4 저항을 포함하도록 구성되고,
    상기 제1 스위치는,
    상기 제1 저항 및 제2 저항의 사이에 직렬로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제2 진단 저항은,
    상기 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제어부 사이에 직렬로 연결된 제6 저항, 제7 저항 및 제8 저항; 및
    일단이 상기 제7 저항 및 제8 저항 사이의 노드에 연결되고, 타단이 상기 전원 공급 유닛에 연결된 제9 저항을 포함하도록 구성되고,
    상기 제2 스위치는,
    상기 제6 저항 및 제7 저항의 사이에 직렬로 연결되도록 구성되고,
    상기 전원 공급 유닛은,
    일단이 상기 제9 저항에 연결되고, 타단이 접지에 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 진단부는,
    상기 제4 저항과 상기 제1 접지 사이에 직렬로 연결된 제1 커패시터를 더 포함하도록 구성되고,
    상기 복수의 제1 진단 저항은,
    상기 제1 커패시터에 병렬로 연결된 제5 저항을 더 포함하도록 구성되고,
    상기 복수의 제2 진단 저항은,
    상기 제9 저항과 상기 전원 공급 유닛 사이에 구비되어, 일단이 상기 제9 저항의 타단에 연결되고, 타단이 상기 전원 공급 유닛에 연결된 제10 저항을 더 포함하도록 구성되고,
    상기 제2 진단부는,
    일단이 상기 제9 저항 및 제10 저항 사이의 노드에 연결되고, 타단이 제2 접지에 연결된 제2 커패시터를 더 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전압값, 상기 복수의 제1 진단 저항의 저항값 및 상기 제1 스위치의 저항값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 양극 전압값을 추정하고,
    상기 전원 공급 유닛으로부터 공급된 전압값, 상기 제2 전압값, 상기 복수의 제2 진단 저항의 저항값 및 상기 제2 스위치의 저항값에 기반하여 상기 배터리 모듈의 음극 전압값을 추정하고,
    추정된 양극 전압값 및 추정된 음극 전압값을 합하여 상기 추정 전압값을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압 비율은,
    상기 측정 전압값에 대한 상기 추정 전압값의 비율로, 아래의 수학식을 이용하여 계산되고,
    Figure pat00005

    여기서, ROV는 상기 전압 비율이고, Bv는 상기 측정부에 의해 측정된 상기 배터리 모듈의 측정 전압값이고, Vp는 상기 추정된 양극 전압값이고, Vn은 상기 추정된 음극 전압값인 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 비율을 소정의 비율 범위로 미리 설정하고, 상기 전압 비율이 상기 소정의 비율 범위에 속하지 않으면 상기 절연 저항 측정 회로의 상태를 고장 상태로 진단하고, 상기 고장 상태에 대응되는 진단 코드를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 배터리 모듈의 온도를 측정하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 측정부에 의해 측정된 배터리 모듈의 온도에 기반하여, 상기 소정의 비율 범위를 변경시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 배터리 모듈의 온도가 상한 온도 초과인 경우, 상기 소정의 비율 범위의 크기를 증가시키고,
    상기 측정된 배터리 모듈의 온도가 하한 온도 미만인 경우, 상기 소정의 비율 범위의 크기를 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 모듈의 충전 상태를 추정하고, 추정된 충전 상태에 기반하여, 상기 소정의 비율 범위를 변경시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 진단 코드를 출력한 후, 상기 배터리 모듈의 충방전 경로 상에 구비된 메인 스위치에게 턴-오프 명령을 송신하여, 상기 배터리 모듈의 연결을 차단시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 진단 코드를 외부로 출력한 후, 상기 외부로부터 상기 메인 스위치가 턴-오프 명령을 수신하는 경우에 한하여, 상기 메인 스위치에게 턴-오프 명령을 송신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 절연 저항 측정 회로 진단 장치를 포함하는 배터리 팩.
  14. 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 전압을 측정하는 전압 측정 단계;
    제1 진단부로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제1 전압값 및 제2 진단부로부터 수신한 신호에 기반하여 산출된 제2 전압값에 기반하여 추정 전압값을 산출하는 추정 전압값 산출 단계;
    상기 추정 전압값과 상기 전압 측정 단계에서 측정된 상기 배터리 모듈의 측정 전압값 간의 전압 비율을 산출하는 전압 비율 산출 단계; 및
    상기 전압 비율 산출 단계에서 산출된 전압 비율과 기준 비율을 비교한 결과에 따라 상기 배터리 모듈의 절연 저항 측정 회로의 상태를 진단하는 상태 진단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로 진단 방법.
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