JP2013537313A - 漏れ電流を発生させずにセルフテスト機能を有する絶縁抵抗測定回路 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路は、絶縁抵抗測定バッテリーのプラス端子と接続される第1ソース抵抗、及び絶縁抵抗測定バッテリーのマイナス端子及び第1ソース抵抗と接続される第2ソース抵抗を含むソース抵抗部と、第1ソース抵抗の電圧を第1電圧としてセンシングし、第2ソース抵抗の電圧を第2電圧としてセンシングする第1演算増幅器を含む電圧センシング部と、絶縁抵抗測定バッテリーのプラス端子及び第1ソース抵抗と接続される第1スイッチ、及び絶縁抵抗測定バッテリーのマイナス端子及び第2ソース抵抗と接続される第2スイッチを含む漏れ電流遮断部と、第1演算増幅器及び第1電圧源と接続される第3スイッチ、及び第2演算増幅器及び第2電圧源と接続される第4スイッチを含む測定回路テスト部と、第1電圧及び前記第2電圧を介して絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部と、を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、絶縁抵抗測定回路に関し、より詳しくは、絶縁抵抗測定時、漏れ電流を発生させないために、第1スイッチ及び第2スイッチの開閉を調節し、絶縁抵抗測定回路のセルフテストのために、第1スイッチ及び第2スイッチを開放し、第3スイッチ及び第4スイッチを閉鎖した後、第1演算増幅器及び第2演算増幅器を介して出力される電圧を測定する絶縁抵抗測定回路に関する。
高電圧バッテリーを使用するハイブリッド車両は、非常事態発生時、自動的にメイン高電圧バッテリーの電源を遮断するシステムを備えている。前記非常事態とは、関連部品の老朽化による過度な漏電、絶縁破壊など、及び外部的な衝撃による部品破壊によるショートにより発生する過度な漏電、絶縁破壊などを意味する。
車両に非常事態が発生すると、BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)やHCU(HYBRID CONTROL UNIT)等、高電圧部品を制御する上位の部品でメイン電源を遮断する命令を下して電源を断続するようになる。前記高電圧関連部品は、電源を接続する線路の電圧と電流を一連のプログラムまたはセンサーを介してモニターリングし、正常範囲を外れた電圧、電流が検出される場合、許容値以上の漏れ電流がある場合、及び許容値以上の絶縁抵抗破壊などがある場合、CAN通信またはシグナル送信を介してメイン電源を遮断するようになる。
このように、高電圧バッテリーを使用するハイブリッド車両において、絶縁抵抗の測定は相当重要である。高電圧バッテリーとハイブリッド車両との間の漏れ電流を測定する方法として、絶縁を破壊して強制に直流電流を流れるようにする方法があり、このような方法は、絶縁抵抗の測定中、絶縁が破壊されるという短所がある。
これを解決するために、高電圧バッテリーとハイブリッド車両との間にカップリングコンデンサーを接続し、前記カップリングコンデンサーに交流信号を印加して絶縁抵抗成分を測定する方法がある。しかし、前記方法もカップリングコンデンサーを充電する電流と放電する電流が同じ回路を通過しなければならないため、回路設計に多くの制約があるという短所がある。
したがって、ハイブリッド車両のシャーシグラウンドと高電圧バッテリーとの間の絶縁抵抗測定において、より簡単且つ正確に絶縁抵抗を測定することができる小型化、軽量化、及び低価格化された絶縁抵抗測定回路の開発が要求されている。
本発明は、前記のような従来技術を改善するために導き出されたものであり、絶縁抵抗測定時、漏れ電流を発生させないために、第1スイッチ及び第2スイッチの開閉を調節し、絶縁抵抗測定回路のセルフテストのために、第1スイッチ及び第2スイッチを開放し、第3スイッチ及び第4スイッチを閉鎖した後、第1演算増幅器及び第2演算増幅器を介して出力される電圧を測定するものである。これで、より簡単に、絶縁抵抗測定時、漏れ電流が発生しないようにすることができ、絶縁抵抗測定回路自体で絶縁抵抗センシングパートを検査することができるようにする。
前記目的を遂げて従来技術の問題点を解決するために、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路は、絶縁抵抗測定バッテリーのプラス端子と接続される第1ソース抵抗、及び前記絶縁抵抗測定バッテリーのマイナス端子及び前記第1ソース抵抗と接続される前記第2ソース抵抗を含むソース抵抗部と、前記第1ソース抵抗の電圧を第1電圧としてセンシングし、前記第2ソース抵抗の電圧を第2電圧としてセンシングする第1演算増幅器(Op Amp:Operational Amplifier)を含む電圧センシング部と、前記絶縁抵抗測定バッテリーのプラス端子及び前記第1ソース抵抗と接続される第1スイッチ、及び前記絶縁抵抗測定バッテリーのマイナス端子及び前記第2ソース抵抗と接続される第2スイッチを含む漏れ電流遮断部と、前記第1演算増幅器及び第1電圧院と接続される第3スイッチ、及び前記第2演算増幅器及び第2電圧院と接続される第4スイッチを含む測定回路テスト部と、前記第1電圧及び前記第2電圧を介して前記絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部と、を含む。
また、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路において、前記第1演算増幅器は、非反転端子及び反転端子を介して前記第1ソース抵抗と接続され、前記第1ソース抵抗に印加される第1ソース電圧を前記第1電圧としてセンシングして出力端子を介して出力し、前記第2演算増幅器は、非反転端子及び反転端子を介して前記第2ソース抵抗と接続され、前記第2ソース抵抗に印加される第2ソース電圧を前記第2電圧としてセンシングして出力端子を介して出力することを特徴とする。
また、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路において、前記漏れ電流遮断部は、前記絶縁抵抗測定バッテリーの陽極絶縁破壊時、前記第1スイッチを開放して前記第1ソース抵抗側には電流が流れないようにし、前記絶縁抵抗測定バッテリーの陰極絶縁破壊時、前記第2スイッチを開放して前記第2ソース抵抗側には電流が流れないようにすることを特徴とする。
また、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路において、前記絶縁抵抗測定バッテリーの電圧をV、前記絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗をRiso、前記第1ソース抵抗及び前記第2ソース抵抗を各々R、前記第2電圧をV2とする場合、前記絶縁抵抗測定バッテリーの陽極絶縁破壊時に測定される前記第2電圧は、V2=RV/(Riso+R)であることを特徴とする。
また、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路において、前記絶縁抵抗測定バッテリーの電圧をV、前記絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗をRiso、前記第1ソース抵抗及び前記第2ソース抵抗を各々R、前記第1電圧をV1とする場合、前記絶縁抵抗測定バッテリーの陰極絶縁破壊時に測定される前記第1電圧は、V1=RV/(Riso+R)であることを特徴とする。
また、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路において、前記測定回路テスト部は、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを開放し、前記第3スイッチ及び前記第4スイッチを閉鎖した後、前記第1電圧及び前記第2電圧を測定して前記第1演算増幅器及び前記第2演算増幅器の異常可否を判断することを特徴とする。
また、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路において、前記絶縁抵抗測定バッテリーは、ハイブリッド(hybrid)車両の高電圧バッテリーであることを特徴とする。
本発明の絶縁抵抗測定回路によると、絶縁抵抗測定時、漏れ電流を発生させないために、第1スイッチ及び第2スイッチの開閉を調節し、絶縁抵抗測定回路のセルフテストのために、第1スイッチ及び第2スイッチを開放し、第3スイッチ及び第4スイッチを閉鎖した後、第1演算増幅器及び第2演算増幅器を介して出力される電圧を測定することによって、より簡単に、絶縁抵抗測定時、漏れ電流が発生しないようにすることができ、絶縁抵抗測定回路自体で絶縁抵抗センシングパートを検査することができるようにする効果を得ることができる。
本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの陽極絶縁破壊時、絶縁抵抗測定回路の接続を示す回路図である。 本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの陰極絶縁破壊時、絶縁抵抗測定回路の接続を示す回路図である。 本発明の一実施例によるセルフテスト時、絶縁抵抗測定回路の接続を示す回路図である。 本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗が無限大の場合、シミュレーション結果を示す図面である。 本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの陰極絶縁破壊時、シミュレーション結果を示す図面である。 本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの陽極絶縁破壊時、シミュレーション結果を示す図面である。 本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路のセルフテスト時、シミュレーション結果を示す図面である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図1乃至図3は、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路の構成を示す回路図である。
図1は、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの陽極絶縁破壊時、絶縁抵抗測定回路の接続を示す回路図であり、図2は、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの陰極絶縁破壊時、絶縁抵抗測定回路の接続を示す回路図である。図3は、本発明の一実施例によるセルフテスト時、絶縁抵抗測定回路の接続を示す回路図である。
本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路は、絶縁抵抗測定バッテリー101、絶縁抵抗102、ソース抵抗部103、104、電圧センシング部105、106、漏れ電流遮断部107、108、測定回路テスト部109、110、及び絶縁抵抗測定部(図示せず)を含む。
本発明の一実施例によると、ソース抵抗部は、第1ソース抵抗103及び第2ソース抵抗104を含む。また、電圧センシング部は、第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106を含む。また、漏れ電流遮断部は、第1スイッチ107及び第2スイッチ108を含む。また、測定回路テスト部は、第3スイッチ109及び第4スイッチ110を含む。
前記ソース抵抗部は、絶縁抵抗測定バッテリー101のプラス端子及び第2ソース(source)抵抗104と接続される第1ソース抵抗103、及び絶縁抵抗測定バッテリー101のマイナス端子及び第1ソース抵抗103と接続される第2ソース抵抗104を含む。すなわち、第1ソース抵抗103は、第1スイッチ107を介して絶縁抵抗測定バッテリー101のプラス端子と接続され、第2ソース抵抗104は、第2スイッチ108を介して絶縁抵抗測定バッテリー101のマイナス端子と接続されることができる。第1ソース抵抗103及び第2ソース抵抗104は、接地を介して接続されることができる。
前記電圧センシング部は、第1ソース抵抗103の電圧を第1電圧としてセンシングし、第2ソース抵抗104の電圧を第2電圧としてセンシングする。前述したように、前記電圧センシング部は、第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106を含む。
第1演算増幅器105の非反転端子及び反転端子は、各々、第1ソース抵抗103の両端と接続されることができる。第1演算増幅器105は、第1ソース抵抗103に印加される第1ソース電圧を前記第1電圧としてセンシングして出力端子を介して出力することができる。
第2演算増幅器106の非反転端子及び反転端子は、各々、第2ソース抵抗104の両端と接続されることができる。第2演算増幅器106は、第2ソース抵抗104に印加される第2ソース電圧を前記第2電圧としてセンシングして出力端子を介して出力することができる。
前記漏れ電流遮断部は、絶縁抵抗測定バッテリー101のプラス端子及び第1ソース抵抗103と接続される第1スイッチ107、及び絶縁抵抗測定バッテリー101のマイナス端子及び第2ソース抵抗104と接続される第2スイッチ108を含む。
前記測定回路テスト部は、第1演算増幅器105及び第1電圧源112と接続される第3スイッチ109、及び第2演算増幅器106及び第2電圧源113と接続される第4スイッチ110を含む。第3スイッチ109は、第1演算増幅器105の非反転端子と接続されることができ、第4スイッチ110は、第2演算増幅器106の反転端子と接続されることができる。
前記絶縁抵抗測定部は、前記第1電圧及び前記第2電圧を介して絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102を測定する。例えば、前記絶縁抵抗測定部は、マイクロコントローラーを含むことができる。前記マイクロコントローラーは、前記第1電圧と前記第2電圧の入力を受ける。前記マイクロコントローラーは、前記第1電圧及び前記第2電圧を介して絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102を測定することができる。これに対する説明は省略する。
本発明の一実施例によると、絶縁抵抗測定バッテリー101の陽極絶縁破壊時、第1スイッチ107を開放して第1ソース抵抗103側には電流が流れないようにし、絶縁抵抗測定バッテリー101の陰極絶縁破壊時、第2スイッチ108を開放して第2ソース抵抗104側には電流が流れないようにする。このようにして絶縁抵抗測定時に漏れ電流が発生しないようにすることができる。
図1及び図2に示すように、絶縁抵抗測定バッテリー101の電圧をV、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102をRiso、第1ソース抵抗103及び第2ソース抵抗104の抵抗値を各々R、第1演算増幅器105から出力される前記第1電圧をV1、第2演算増幅器106から出力される前記第2電圧をV2とする。
絶縁抵抗測定バッテリー101の陽極絶縁破壊時に測定される前記第2電圧は、数式1の通りである。
(数式1)
V2=RV/(Riso+R)
絶縁抵抗測定バッテリー101の陰極絶縁破壊時に測定される前記第1電圧は、数式2の通りである。
(数式2)
V1=RV/(Riso+R)
本発明の一実施例によると、第1スイッチ107及び第2スイッチ108を開放し、第3スイッチ109及び第4スイッチ110を閉鎖した後、第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106から出力される電圧を測定し、第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106の異常可否を判断することができる。
図3に示すように、第1電圧源112及び第2電圧源113の電圧値を各々Vtとする。
セルフテスト時に測定される前記第1電圧は、数式3の通りである。
(数式3)
V1=Vt
セルフテスト時に測定される前記第2電圧は、数式4の通りである。
(数式4)
V2=Vt
図4は、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗が無限大の場合、シミュレーション結果を示す図面であり、図5は、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの陰極絶縁破壊時、シミュレーション結果を示す図面であり、図6は、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定バッテリーの陽極絶縁破壊時、シミュレーション結果を示す図面である。図7は、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定回路のセルフテスト時、シミュレーション結果を示す図面である。
シミュレーションプログラムであるPSIMを介して絶縁抵抗測定回路を確認することができる。
例えば、絶縁抵抗測定バッテリー101の電圧を273.6Vとし、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102を27.36kΩとすることができる。
図4は、前述したように、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が無限大の場合、すなわち、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が破壊されず正常な場合である。このような場合、図4に示すように、第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106の出力電圧がほぼ0Vである。
図5は、前述したように、絶縁抵抗測定バッテリー101の陰極絶縁破壊時、すなわち、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が絶縁抵抗測定バッテリー101のマイナス端子と接続される場合である。
例えば、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が27.36kΩである場合、第1演算増幅器105の出力電圧は3.636Vであり、第2演算増幅器106の出力電圧はほぼ0Vである。また、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が54.72kΩである場合、第1演算増幅器105の出力電圧は3.431Vであり、第2演算増幅器106の出力電圧はほぼ0Vである。また、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が82.08kΩである場合、第1演算増幅器105の出力電圧は3.249Vであり、第2演算増幅器106の出力電圧はほぼ0Vである。
図5のシミュレーション結果から分かるように、第1演算増幅器105の出力電圧を測定した時、その電圧値が0Vに近接しない場合、絶縁抵抗測定バッテリー101の陰極絶縁破壊を予想することができる。
図6は、前述したように、絶縁抵抗測定バッテリー101の陽極絶縁破壊時、すなわち、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が絶縁抵抗測定バッテリー101のプラス端子と接続される場合である。
例えば、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が27.36kΩである場合、第1演算増幅器105の出力電圧はほぼ0Vであり、第2演算増幅器106の出力電圧は3.636Vである。また、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が54.72kΩである場合、第1演算増幅器105の出力電圧はほぼ0Vであり、第2演算増幅器106の出力電圧は3.431Vである。また、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102が82.08kΩである場合、第1演算増幅器105の出力電圧はほぼ0Vであり、第2演算増幅器106の出力電圧は3.249Vである。
図6のシミュレーション結果から分かるように、第2演算増幅器106の出力電圧を測定した時、その電圧値が0Vに近接しない場合、絶縁抵抗測定バッテリー101の陽極絶縁破壊を予想することができる。
図5及び図6のシミュレーション結果から分かるように、絶縁抵抗測定バッテリー101の陽極及び陰極の絶縁破壊をチェックするにはわずか5秒もかからない。
図7は、前述したように、絶縁抵抗測定回路のセルフテスト時、すなわち、絶縁抵抗測定バッテリー101の絶縁抵抗102をセンシングする第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106の異常可否を点検するためのものである。このような場合、図7に示すように、第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106の出力電圧がほぼ2.5Vである。
図7のシミュレーション結果から分かるように、第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106の出力電圧を測定した時、その電圧値が0Vに近接しない場合、第1演算増幅器105及び第2演算増幅器106の異常を予想することができる。
前記のように本発明によると、絶縁抵抗測定時、漏れ電流を発生させないために、第1スイッチ及び第2スイッチの開閉を調節し、絶縁抵抗測定回路のセルフテストのために、第1スイッチ及び第2スイッチを開放し、第3スイッチ及び第4スイッチを閉鎖した後、第1演算増幅器及び第2演算増幅器を介して出力される電圧を測定することによって、より簡単に、絶縁抵抗測定時、漏れ電流が発生しないようにすることができ、絶縁抵抗測定回路自体で絶縁抵抗センシングパートを検査することができるようにする効果を得ることができる。
以上のように、本発明は、たとえ、限定された実施例と図面により説明されたとしても、前記実施例に限定されるものではなく、これは本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の思想は、特許請求の範囲によってのみ把握されなければならず、その均等または等価的変形の全ては本発明の思想の範疇に属するものである。
101 絶縁抵抗測定バッテリー
102 絶縁抵抗
103 第1ソース抵抗
104 第2ソース抵抗
105 第1演算増幅器
106 第2演算増幅器
107 第1スイッチ
108 第2スイッチ
109 第3スイッチ
110 第4スイッチ
112 第1電圧源
113 第2電圧源

Claims (7)

  1. 絶縁抵抗測定バッテリーのプラス端子と接続される第1ソース抵抗、及び前記絶縁抵抗測定バッテリーのマイナス端子及び前記第1ソース抵抗と接続される前記第2ソース抵抗を含むソース抵抗部と、
    前記第1ソース抵抗の電圧を第1電圧としてセンシングし、前記第2ソース抵抗の電圧を第2電圧としてセンシングする第1演算増幅器を含む電圧センシング部と、
    前記絶縁抵抗測定バッテリーのプラス端子及び前記第1ソース抵抗と接続される第1スイッチ、及び前記絶縁抵抗測定バッテリーのマイナス端子及び前記第2ソース抵抗と接続される第2スイッチを含む漏れ電流遮断部と、
    前記第1演算増幅器及び第1電圧源と接続される第3スイッチ、及び前記第2演算増幅器及び第2電圧源と接続される第4スイッチを含む測定回路テスト部と、
    前記第1電圧及び前記第2電圧を介して前記絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部と、
    を含むことを特徴とする絶縁抵抗測定回路。
  2. 前記第1演算増幅器は、非反転端子及び反転端子を介して前記第1ソース抵抗と接続され、前記第1ソース抵抗に印加される第1ソース電圧を前記第1電圧としてセンシングして出力端子を介して出力し、
    前記第2演算増幅器は、非反転端子及び反転端子を介して前記第2ソース抵抗と接続され、前記第2ソース抵抗に印加される第2ソース電圧を前記第2電圧としてセンシングして出力端子を介して出力することを特徴とする請求項1に記載の絶縁抵抗測定回路。
  3. 前記漏れ電流遮断部は、前記絶縁抵抗測定バッテリーの陽極絶縁破壊時、前記第1スイッチを開放して前記第1ソース抵抗側には電流が流れないようにし、前記絶縁抵抗測定バッテリーの陰極絶縁破壊時、前記第2スイッチを開放して前記第2ソース抵抗側には電流が流れないようにすることを特徴とする請求項1に記載の絶縁抵抗測定回路。
  4. 前記絶縁抵抗測定バッテリーの電圧をV、前記絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗をRiso、前記第1ソース抵抗及び前記第2ソース抵抗を各々R、前記第2電圧をV2とする場合、前記絶縁抵抗測定バッテリーの陽極絶縁破壊時に測定される前記第2電圧は、V2=RV/(Riso+R)であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁抵抗測定回路。
  5. 前記絶縁抵抗測定バッテリーの電圧をV、前記絶縁抵抗測定バッテリーの絶縁抵抗をRiso、前記第1ソース抵抗及び前記第2ソース抵抗を各々R、前記第1電圧をV1とする場合、前記絶縁抵抗測定バッテリーの陰極絶縁破壊時に測定される前記第1電圧は、V1=RV/(Riso+R)であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁抵抗測定回路。
  6. 前記測定回路テスト部は、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチを開放し、前記第3スイッチ及び前記第4スイッチを閉鎖した後、前記第1電圧及び前記第2電圧を測定して前記第1演算増幅器及び前記第2演算増幅器の異常可否を判断することを特徴とする請求項1に記載の絶縁抵抗測定回路。
  7. 前記絶縁抵抗測定バッテリーは、ハイブリッド(hybrid)車両の高電圧バッテリーであることを特徴とする請求項1に記載の絶縁抵抗測定回路。
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