JP2014522966A - 自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置及びそれを用いた自己故障診断方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、故障如何を自己診断できる絶縁抵抗測定装置に関する。本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置は、バッテリーの正極端子及び負極端子にそれぞれ連結される第１絶縁抵抗測定部及び第２絶縁抵抗測定部で診断回路を形成し、第１及び第２診断電圧と前記診断回路から導出される回路方程式を用いて絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する制御部；を含む。本発明によれば、バッテリーの絶縁抵抗を測定する装置の故障如何を診断することができる。

Description

本発明は、自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置及びそれを用いた自己故障診断方法に関し、より詳しくは、高電圧を要するバッテリー電源供給システムに採用されたバッテリーの絶縁抵抗測定装置に対し、故障如何を診断できる装置及び方法に関する。

本出願は、２０１２年０４月０４日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−００３４９０７号及び２０１３年０４月０４日出願の韓国特許出願第１０−２０１３−００３６８０９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

近年、化石エネルギーの枯渇と環境汚染により、化石エネルギーを使用せず、電気エネルギーを用いて駆動できる電気製品に対する関心が高まっている。

それ故に、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電力貯蔵装置、無停電電源装置などに対する技術開発と需要が増加し、それにつれて、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加し、需要の形態も多様になっている。したがって、多様な要求に応えられるように、二次電池で構成されたバッテリーに対して多くの研究が行われている。

特に、高出力、大容量バッテリーを使用する電気自動車やハイブリッド自動車のような装置では、バッテリーと装置との間の絶縁状態が良好に維持される必要がある。バッテリーの絶縁状態が維持されなければ、リーク電流が発生して様々な問題を引き起こすためである。例えば、リーク電流は予期せぬバッテリーの放電や装置に備えられた電子機器の誤作動を起こす。また、電気自動車のように高電圧バッテリーを使用する装置では、ユーザに致命的な感電被害を及ぼす恐れがある。したがって、このようなリーク電流による問題を解決するため、二次電池の絶縁抵抗を計算し、二次電池の絶縁状態が良好に維持されているか否かを判別する多様な絶縁抵抗測定装置が開発され使用されている。

一方、絶縁抵抗測定装置が計算した絶縁抵抗値が正確ではなければ、装置使用による効果が半減され、リーク電流により生じる上述した様々な問題が解決できなくなる。特に、絶縁抵抗を測定する装置内に含まれた電圧検出素子または絶縁抵抗値を算出する制御素子などに問題が生じれば、正確な絶縁抵抗値が測定できず、測定された絶縁抵抗値を信頼し難い。したがって、絶縁抵抗測定装置の故障如何を診断できる装置及び方法が必要である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置及びそれを用いた自己故障診断方法を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置は、バッテリーの正極端子及び負極端子にそれぞれ連結される第１絶縁抵抗測定部及び第２絶縁抵抗測定部；前記第１絶縁抵抗測定部と前記第２絶縁抵抗測定部をそれぞれ前記正極端子と負極端子に連結する第１スイッチ及び第２スイッチ；前記第１及び第２絶縁抵抗測定部を通じて第１及び第２診断電圧をセンシングする電圧検出部；及び前記第１及び第２スイッチに制御信号を出力して診断回路を形成し、診断回路が形成されたとき、前記電圧検出部から受信した第１及び第２診断電圧と前記診断回路から導出される回路方程式を用いて絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する制御部；を含む。

本発明による前記第２絶縁抵抗測定部は、ＤＣ電源印加部をさらに含み得る。

本発明の一実施例によれば、前記制御部は下記数式に第１及び第２診断電圧を代入したとき、下記数式が成立するか否かをもって絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。

（Ｖ_Ｂａｔ：バッテリー電圧値、Ｖ_{ｄｉａｇ１}：第１診断電圧、Ｖ_{ｄｉａｇ２}：第２診断電圧、Ｖ_ＤＣ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ_１：第１抵抗値、Ｒ_２：第２抵抗値）

本発明の他の実施例によれば、前記制御部は、前記数式を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に予め設定された誤差範囲内にあるか否かをもって故障如何を判断する。

望ましくは、前記制御部は、前記数式を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に１％以上異なる場合、故障が発生したと判断する。

本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置は、バッテリー電圧値、ＤＣ電源印加部の電圧値、第１抵抗値及び第２抵抗値を保存するメモリ部をさらに含み得る。

本発明による前記制御部は、前記第１及び第２スイッチのオンオフ動作を制御する信号を出力するスイッチ制御器；前記電圧検出部から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器；及び前記Ａ／Ｄ変換器からデジタル電圧信号の入力を受けて前記絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する中央演算処理器；を含む。

本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置は、外部装置と通信インターフェースを形成する伝送部；をさらに含み、前記制御部は、前記絶縁抵抗測定装置の故障如何に関する情報を前記伝送部を通じて外部装置に伝送する。このとき、前記外部装置は、バッテリー分析装置またはバッテリーが搭載されたシステムの制御装置であり得る。

本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置は、視覚的または聴覚的警告信号を出力する警告部；をさらに含み、前記制御部は、前記絶縁抵抗測定装置に故障が発生したと判断した場合、前記警告部を通じて視覚的または聴覚的警告信号を出力する。

上記の課題を達成するため、本発明による絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法は、第１及び第２スイッチを用いて第１及び第２絶縁抵抗測定部をバッテリーの正極または負極端子に連結し、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部を通じて検出された第１及び第２診断電圧を用いて絶縁抵抗測定装置の故障如何を自己診断する方法であって、（ａ）前記第１スイッチ及び第２スイッチに制御信号を出力して診断回路を形成する段階；（ｂ）前記第１及び第２絶縁抵抗測定部を通じて検出された第１及び第２診断電圧を受信する段階；及び（ｃ）前記第１及び第２診断電圧と前記診断回路から導出される回路方程式を用いて絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する段階；を含む。

本発明による前記第２絶縁抵抗測定部は、ＤＣ電源印加部をさらに含み得る。

本発明の一実施例によれば、前記（ｃ）段階は、下記数式に第１及び第２診断電圧を代入したとき、下記数式が成立するか否かをもって絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する段階である。

（Ｖ_Ｂａｔ：バッテリー電圧値、Ｖ_{ｄｉａｇ１}：第１診断電圧、Ｖ_{ｄｉａｇ２}：第２診断電圧、Ｖ_ＤＣ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ_１：第１抵抗値、Ｒ_２：第２抵抗値）

本発明の他の実施例によれば、前記（ｃ）段階は、前記数式を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に予め設定された誤差範囲内にあるか否かをもって故障如何を判断する。

望ましくは、前記（ｃ）段階は、前記数式を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に１％以上異なる場合、故障が発生したと判断する。

本発明による絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法は、バッテリー電圧値、ＤＣ電源印加部の電圧値、第１抵抗値及び第２抵抗値を保存する段階；をさらに含み得る。

本発明による絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法は、前記絶縁抵抗測定装置の故障如何に関する情報を前記伝送部を通じて外部装置に伝送する段階；をさらに含み得る。この場合、前記（ｃ）段階において、絶縁抵抗測定装置に故障が発生したと判断した場合、それをユーザに視覚的または聴覚的に警告する段階；をさらに含み得る。

本発明の一態様によれば、バッテリーの絶縁抵抗を測定する装置の故障発生如何を診断することができる。

本発明の他の態様によれば、バッテリーの絶縁抵抗を測定する装置に追加的な構成を設けることなく、本来の構成を用いて故障如何を診断することができる。

本発明のさらに他の態様によれば、ユーザまたは外部装置に故障発生事実を知らせ、ユーザが措置を講じることができるようにする。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の実施例による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置及びバッテリー電源供給システムの等価回路を概略的に示した回路図である。 本発明の実施例による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置の等価回路を概略的に示した回路図である。 本発明の実施例による第１回路を概略的に示した回路図である。 本発明の実施例による第２回路を概略的に示した回路図である。 本発明の実施例による診断回路を概略的に示した回路図である。 本発明の実施例による制御部の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例による絶縁抵抗測定装置の故障診断方法の手順を示したフロー図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図１は、本発明の実施例による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００及びバッテリー電源供給システムの等価回路を概略的に示した回路図である。

図１に示されたように、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００は、複数のセルが直列及び／または並列で連結されてセルアセンブリを形成するバッテリー１０と、前記バッテリー１０から出力された電力の供給を受ける負荷２０とで構成されたバッテリー電源供給システムにおいて、バッテリー１０の正極端子と負極端子との間に連結される。

前記バッテリー１０は電気エネルギー貯蔵手段であって、再充電が可能な複数の単位セルが電気的に連結された構造を有する。前記単位セルは、ウルトラキャパシタを含む電気二重層キャパシタ、または、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などのような二次電池である。一例として、前記バッテリー１０が電気自動車やハイブリッド自動車に使用されるバッテリーである場合、前記バッテリー１０は２００Ｖ以上の高電圧ＤＣ電力を出力する。しかし、本発明がバッテリーの種類、出力電圧、充電容量などによって限定されることはない。

前記負荷２０は、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動モーターＭ、ＤＣ／ＤＣ変換器（図示せず）などで構成され得る。また、負荷２０には、駆動モーターＭから発生するノイズを除去するため、ＤＣ／ＤＣキャップＣ１とＹ−キャップＣ２、Ｃ３が含まれ得る。ＤＣ／ＤＣキャップＣ１は大容量のキャパシタを採用して駆動モーターＭから発生する高周波ノイズを除去し、Ｙ−キャップＣ２、Ｃ３は駆動モーターＭから発生する低周波ノイズを除去する。

本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００は、前記バッテリー１０の正極端子と負極端子との間に連結されてバッテリー１０の絶縁抵抗を測定する。以下、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００の自己故障診断アルゴリズムについて説明する前に、図２を参照して絶縁抵抗測定アルゴリズムについて簡略に説明する。

図２は、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００の等価回路を概略的に示した回路図である。

図２を参照すれば、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００は、第１絶縁抵抗測定部１１０、第２絶縁抵抗測定部１２０、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、電圧検出部１３０、及び制御部１４０を含む。

前記第１スイッチＳＷ１は、前記第１絶縁抵抗測定部１１０をバッテリー１０の正極端子に選択的に連結させる。前記第１スイッチＳＷ１は、前記制御部１４０の制御信号によってオンオフ動作をする。したがって、前記第１絶縁抵抗測定部１１０は、前記制御部１４０の制御信号によってバッテリー１０の正極端子に選択的に連結される。本明細書では発明の理解を助けるため、前記第１絶縁抵抗測定部１１０がバッテリー１０の正極端子に連結されて形成された回路を第１回路と称する。第１回路が形成されたとき、バッテリーの正極端子側の電圧が前記第１絶縁抵抗測定部１１０に印加される。

前記第２スイッチＳＷ２は、前記第２絶縁抵抗測定部１２０をバッテリー１０の負極端子に選択的に連結させる。前記第２スイッチＳＷ２は、前記制御部１４０の制御信号によってオンオフ動作をする。したがって、前記第２絶縁抵抗測定部１２０は、前記制御部１４０の制御信号によってバッテリー１０の負極端子に選択的に連結される。本明細書では発明の理解を助けるため、前記第２絶縁抵抗測定部１２０がバッテリー１０の負極端子に連結されて形成された回路を第２回路と称する。第２回路が形成されたとき、バッテリーの負極端子側の電圧が前記第２絶縁抵抗測定部１２０に印加される。

望ましくは、前記第２絶縁抵抗測定部１２０はＤＣ電源印加部ＤＣをさらに含む。これは第２回路が形成されたとき、前記第２絶縁抵抗測定部１２０に正電圧を印加することで、前記電圧検出部１３０で零（０）でない電圧値をセンシングできるようにする。

望ましくは、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０は複数の抵抗素子を含む。複数の抵抗素子の抵抗値を任意に選択し、バッテリー１０によって各抵抗素子に印加される電圧の範囲を設定することができる。一実施例として、抵抗素子の値を適切に選択し、前記電圧検出部１３０でセンシングする電圧の範囲を５Ｖ以下にすることができる。

図２には、第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０が第１及び第２抵抗Ｒ_１、Ｒ_２で構成された実施例を示したが、このような実施例に本発明が限定されることはない。また、図２に示された実施例は、本発明の理解を助け、図面を簡素化するため、第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０が同様に第１及び第２抵抗Ｒ_１、Ｒ_２で構成された実施例であることを理解せねばならない。抵抗素子の個数、各抵抗素子の抵抗値などが多様に設定され得ることは当業者にとって自明である。

また、前記第１絶縁抵抗測定部１１０及び第２絶縁抵抗測定部１２０が抵抗素子のみを含むことを示したが、抵抗素子の外に、前記バッテリー１０の電圧が印加されて電圧を測定できる公知の電気部品の追加及び入替が可能であるということを理解せねばならない。

前記電圧検出部１３０は、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０に印加される絶縁検出電圧をセンシングする。前記絶縁検出電圧は、第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧である。前記絶縁検出電圧は、バッテリー１０の絶縁抵抗値の算出に用いられる。本明細書では、第１回路が形成されたとき、前記第１絶縁抵抗測定部１１０内に含まれた第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧を第１絶縁検出電圧Ｖ_１と称する。また、第２回路が形成されたとき、前記第２絶縁抵抗測定部１２０内に含まれた第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧を第２絶縁検出電圧Ｖ_２と称する。前記電圧検出部１３０は、第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１、Ｖ_２に対応する信号を前記制御部１４０側に出力する。

前記制御部１４０は、前記第１及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフ動作を制御する信号を出力する。前記制御部１４０は、前記第１スイッチＳＷ１にオン動作をするように制御信号を伝送するとき、前記第２スイッチＳＷ２はオフ状態を維持するように制御する。逆に、前記制御部１４０は前記第２スイッチＳＷ２にオン動作をするように制御信号を伝送するとき、前記第１スイッチＳＷ１はオフ状態を維持するように制御する。これにより、前記制御部１４０は、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０を相異なる時点でバッテリー１０の正極端子及び負極端子とに連結させる。一方、前記第１及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２とは、前記制御部１４０が制御信号を出力する順番を意味するか、又は、前記絶縁抵抗測定装置１００の動作順を表すものではなく、両者を区分するための命名に過ぎない。

前記制御部１４０は、前記電圧検出部１３０で受信した第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１、Ｖ_２に対応する信号を受信する。すると、前記制御部１４０は、第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１、Ｖ_２と前記第１及び第２回路から導出される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}値及び負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}値を算出する。前記連立回路方程式による絶縁抵抗値の算出アルゴリズムの詳細については後述する。

一方、前記バッテリー１０の電圧はＶ_Ｂａｔと示し、前記バッテリー１０の正極及び負極端子にそれぞれ示された正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}値と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}値は前記バッテリー１０の絶縁状態を表す仮想の抵抗値である。したがって、前記バッテリー１０の絶縁状態が破壊されれば、測定される正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}値と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}値は低く、それによってリーク電流が発生したと解釈することができる。

以下、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００が正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}値と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}値を算出するアルゴリズムについて、図３及び図４を参照して詳しく説明する。

図３は、本実施例による第１回路を概略的に示した回路図である。

図３には、前記第１絶縁抵抗測定部１１０に流れる電流をＩ_１と、前記正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}に流れる電流をＩ_２と、前記負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}に流れる電流をＩ_３と示した。

まず、第１絶縁検出電圧Ｖ_１値をＩ_１をもって表せば、下記の数式１のように表される。
［数式１］

また、第１絶縁抵抗測定部１１０と正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}との間は並列関係であるため、下記の数式２のような関係が成立する。
［数式２］

一方、接地と連結されたノードｎを基準にキルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）の電流法則を適用すれば、下記の数式３が導出される。
［数式３］

数式１及び数式２を数式３に代入し、Ｉ_３に対して整理すれば、数式３を下記の数式４のように表すことができる。
［数式４］

一方、図３に示されたＭｅｓｈ１を基準にキルヒホッフの電圧法則を適用すれば、下記の数式５の１行目の方程式が導出される。また、１行目の方程式を数式１ないし４から得たＩ_２とＩ_３を用いて整理すれば、下記の数式５の３行目の方程式を誘導することができる。
［数式５］

数式５の３行目の方程式は、前記正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}値及び負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}値を算出するための連立回路方程式の１つであり、後述される他の回路方程式とともに使用される。

図４は、本発明の実施例による第２回路を概略的に示した回路図である。

図４を参照すれば、前記第２絶縁抵抗測定部１２０に流れる電流をＩ_１と、前記負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}に流れる電流をＩ_２と、前記正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}に流れる電流をＩ_３と示した。

まず、第２絶縁検出電圧Ｖ_２値をＩ_１をもって表せば、下記の数式６のように表される。
［数式６］

また、第２絶縁抵抗測定部１２０と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}との間は並列関係であるため、下記の数式７のような関係が成立する。
［数式７］

一方、接地と連結されたノードｎを基準にキルヒホッフの電流法則を適用すれば、下記の数式８が導出される。
［数式８］

数式６及び７を数式８に代入し、Ｉ_３に対して整理すれば、数式８を下記の数式９のように表すことができる。
［数式９］

一方、図４に示されたＭｅｓｈ２を基準にキルヒホッフの電圧法則を適用すれば、下記の数式１０の１行目の方程式が導出される。また、１行目の方程式を数式６ないし９から得たＩ_２とＩ_３を用いて整理すれば、下記の数式１０の３行目の方程式を誘導することができる。
［数式１０］

数式１０の３行目の方程式は、前記正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}値及び負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}値を算出するための連立回路方程式の他の１つの回路方程式である。したがって、数式５に含まれた３行目の方程式と数式１０に含まれた３行目の方程式とを連立して正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}について解を求めれば、次のような数式１１が得られる。
［数式１１］

数式１１において、バッテリーの電圧値Ｖ_Ｂａｔ、第１及び第２抵抗Ｒ_１、Ｒ_２の抵抗値、及びＤＣ電源印加部の電圧値Ｖ_ＤＣは既知の値であり、第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１、Ｖ_２は前記電圧検出部１３０から得られる。したがって、前記制御部１４０は、前記電圧検出部１３０から受信した第１及び第２絶縁検出電圧Ｖ_１、Ｖ_２を数式１１に代入し、バッテリー１０の正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}値と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}値をそれぞれ定量的に算出することができる。

上記のようにバッテリー１０の正極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（＋）}値と負極端子側絶縁抵抗Ｒ_{Ｌｅａｋ（−）}値をそれぞれ算出する場合、絶縁破壊が発生したバッテリーの電極を正確に把握することができる。

以上、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００が絶縁抵抗値を算出するアルゴリズムについて概略的に説明した。次いで、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００の自己故障診断アルゴリズムについて説明する。

図５は、本発明の実施例による診断回路を概略的に示した回路図である。

図５を参照すれば、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０がバッテリー１０の正極端子及び負極端子に連結されていることが確認できる。

前記制御部１４０は、前記第１及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の両方にオン動作を制御する信号を出力する。前記制御部１４０は、絶縁抵抗を測定するときは、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０を相異なる時点で前記バッテリー１０の正極及び負極端子側に連結するが、故障如何を診断するときは、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０を同一時点でバッテリー１０の正極及び負極端子側に連結する。したがって、図５には、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０がそれぞれバッテリー１０の正極及び負極端子に同時に連結されて診断回路が形成された様子が示されている。

前記電圧検出部１３０は、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０に印加される診断電圧をセンシングする。前記診断電圧は、上述された絶縁検出電圧と同様に、第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧である。前記診断電圧は、本発明による絶縁抵抗測定装置１００の故障如何を診断するために用いられる。本明細書では、前記第１絶縁抵抗測定部１１０内に含まれた第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧を第１診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ１}と称する。また、前記第２絶縁抵抗測定部１２０内に含まれた第２抵抗Ｒ_２に印加される電圧を第２診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ２}と称する。前記電圧検出部１３０は、第１及び第２診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ１}、Ｖ_{ｄｉａｇ２}に対応する信号を前記制御部１４０側に出力する。

前記制御部１４０は、前記第１及び第２診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ１}、Ｖ_{ｄｉａｇ２}と前記診断回路から導出される回路方程式を用いて絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。以下、本発明による絶縁抵抗測定装置の故障如何を診断するアルゴリズムについて、数式及び図５を参照して詳しく説明する。

図５を参照すれば、前記第１絶縁抵抗測定部１１０に流れる電流をＩ_１と、前記第２絶縁抵抗測定部１２０に流れる電流をＩ_２と示した。また、バッテリーの正極端子側から接地の間の電圧をＶ_Ｔｏｐと、接地からバッテリーの負極端子側の間の電圧をＶ_{Ｂｏｔｔｏｍ}と示した。

まず、第１診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ１}値をＩ_１をもって表せば、下記の数式１２のように表される。
［数式１２］

数式１２をＩ_１に対して整理すれば、下記の数式１３のように表すことができる。
［数式１３］

また、バッテリーの正極端子側から接地の間の電圧Ｖ_Ｔｏｐは、第１絶縁抵抗測定部１１０に印加された電圧であるため、下記の数式１４のような関係が成立する。
［数式１４］

数式１４に数式１３で整理したＩ_１を代入すれば、数式１４を下記の数式１５のように表すことができる。
［数式１５］

一方、第２診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ２}値をＩ_２をもって表せば、下記の数式１６のように表される。
［数式１６］

数式１６をＩ_２に対して整理すれば、下記の数式１７のように表すことができる。
［数式１７］

また、接地からバッテリーの負極端子側の間の電圧Ｖ_{Ｂｏｔｔｏｍ}は第２絶縁抵抗測定部１２０に印加された電圧であるため、下記の数式１８のような関係が成立する。
［数式１８］

数式１８に数式１７で整理したＩ_２を代入すれば、数式１８を下記の数式１９のように表すことができる。
［数式１９］

最後に、バッテリーの電圧Ｖ_Ｂａｔは、前記Ｖ_ＴｏｐとＶ_{Ｂｏｔｔｏｍ}との和で表すことができるため、下記の数式２０に含まれた１行目の方程式が導出される。また、１行目の方程式を数式１５及び１９から得られたＶ_ＴｏｐとＶ_{Ｂｏｔｔｏｍ}を用いて整理すれば、下記の数式２０に含まれた２行目の方程式を誘導することができる。
［数式２０］

数式２０に含まれた２行目の方程式は、前記絶縁抵抗測定装置の故障如何を診断するための回路方程式である。数式２０において、バッテリーの電圧値Ｖ_Ｂａｔ、第１及び第２抵抗Ｒ_１、Ｒ_２の抵抗値、及びＤＣ電源印加部の電圧値Ｖ_ＤＣは既知の値であり、第１及び第２診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ１}、Ｖ_{ｄｉａｇ２}は前記電圧検出部１３０から得られる。ここで、前記バッテリーの電圧値Ｖ_Ｂａｔは、電圧検出部１３０を用いて測定した値であり得る。したがって、前記回路方程式を満たす場合、絶縁抵抗測定装置には故障が発生しておらず、算出された絶縁抵抗値を信頼することができる。

本発明の他の実施例によれば、前記制御部１４０は、数式２０を通じて算出された値がバッテリーの電圧値Ｖ_Ｂａｔを基準に予め設定された誤差範囲内にあるか否かをもって故障如何を判断する。前記第１及び第２診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ１}、Ｖ_{ｄｉａｇ２}を検出する過程で発生し得る測定誤差、バッテリーの電圧値Ｖ_Ｂａｔの誤差、数式の演算過程で小数点以下の有効値を除いた他の値の削除など、実際に装置を具現する際に発生し得る誤差により、前記診断回路方程式を完全には満し難いことがある。したがって、前記誤差可能性を考慮してバッテリーの電圧値Ｖ_Ｂａｔを基準に予め誤差範囲を設定し、数式２０を通じて算出された値が前記誤差範囲内にあれば、絶縁抵抗測定装置の故障如何を信頼することができる。望ましくは、数式２０を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に１％以上異なる場合、故障が発生したと判断することができる。

上述された診断アルゴリズムを行うため、前記制御部１４０はスイッチ制御器１４３、Ａ／Ｄ変換器１４１及び中央演算処理器１４２を含み得る。

図６は、本発明の一実施例による制御部１４０の構成を示したブロック図である。

図６を参照すれば、前記スイッチ制御器１４３は前記第１及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフ動作を制御するスイッチ制御信号を出力する。また、前記制御部１４０は前記電圧検出部１３０から電圧測定信号を受信する。このとき、前記Ａ／Ｄ変換器１４１は、前記電圧検出部１３０から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。さらに、前記中央演算処理器１４２は、前記Ａ／Ｄ変換器１４１からデジタル電圧信号の入力を受けて前記絶縁抵抗測定装置１００の故障如何を判断する。

前記制御部１４０または中央演算処理器１４２は、上述された多様な制御ロジッグを行うため、本発明の属した技術分野で周知のプロセッサ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム、データ処理装置などを含み得る。また、上述した制御ロジッグがソフトウェアとして具現されるとき、前記制御部１４０または中央演算処理器１４２はプログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリに保存され、プロセッサによって実行され得る。

望ましくは、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００は、バッテリー電圧値Ｖ_Ｂａｔ、ＤＣ電源印加部の電圧値Ｖ_ＤＣ、第１抵抗値Ｒ_１及び第２抵抗値Ｒ_２を保存するメモリ部１５０をさらに含む。前記メモリ部１５０は、前記制御部１４０の内部または外部にあり得、周知の多様な手段で前記制御部１４０と連結され得る。前記メモリ部１５０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなど、データを記録して削除できると知られた公知の半導体素子やハードディスクのような大容量保存媒体であって、デバイスの種類に関係なく情報が保存されるデバイスを総称するものであって、特定メモリデバイスを指称するものではない。

本発明の他の態様によれば、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００は、外部装置と通信インターフェースを形成する伝送部１６０をさらに含む。この場合、前記制御部１４０は、前記絶縁抵抗測定装置１００の故障如何に関する情報を前記伝送部１６０を通じて外部装置に伝送することができる。前記外部装置は、バッテリー分析装置またはバッテリーが搭載されたシステムの制御装置であり得る。

本発明のさらに他の態様によれば、本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００は、視覚的または聴覚的警告信号を出力する警告部１７０をさらに含み得る。この場合、前記制御部１４０は、前記絶縁抵抗測定装置１００に故障が発生すれば、前記警告部１７０を通じて視覚的または聴覚的警告信号を出力することができる。故障が発生したときに警告部１７０を通じてユーザに警告することで、ユーザが適切な措置を講じるようにする。

一例として、前記警告部１７０は、ＬＥＤ、ＬＣＤ、アラーム警報器、またはこれらの組合せを含み得る。この場合、前記警告部１７０は、ＬＥＤを点滅するか、ＬＣＤに警告メッセージを出力するか、または、アラームブザー音を発することで、ユーザに故障が発生した事実を警告することができる。また、前記警告部１７０は、前記伝送部１６０と連結された外部装置に含まれ得るが、本発明がそれに限定されることはない。また、前記ＬＥＤ、ＬＣＤ、及びアラーム報知機は前記警告部１７０の一例に過ぎず、多くの変形された形態の視覚的または聴覚的アラーム装置を警告部１７０として採用できることは当業者にとって自明である。

以下、上述した装置の動作メカニズムに該当する絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法を説明する。ただし、上述した自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置１００の構成など、繰り返される説明は省略する。

図７は、本発明の実施例による絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法の手順を示したフロー図である。

まず、段階Ｓ４００において、前記メモリ部１５０にバッテリー電圧値Ｖ_Ｂａｔ、ＤＣ電源印加部の電圧値Ｖ_ＤＣ、第１抵抗値Ｒ_１及び第２抵抗値Ｒ_２を保存する。保存された値は絶縁検出電圧と共に数式２０に代入され、絶縁抵抗測定装置の故障発生如何の診断に使用される。ここで、前記バッテリー電圧値Ｖ_Ｂａｔ は、別の電圧検出回路（図示せず）を用いて測定した値であり得る。

次いで、段階Ｓ４１０において、前記制御部１４０は前記第１及び第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の両方にオン動作を制御する信号を出力する。本段階は、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部１１０、１２０を同一時点で前記バッテリー１０の正極及び負極端子にそれぞれ連結させる段階である。これにより、診断回路が形成される。

段階Ｓ４２０において、それぞれの第２抵抗Ｒ_２に印加された電圧、すなわち第１及び第２診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ１}、Ｖ_{ｄｉａｇ２}に対応する信号を前記電圧検出部１３０から受信する。

段階Ｓ４３０において、前記制御部１４０は段階Ｓ４２０で受信された前記第１及び第２診断電圧Ｖ_{ｄｉａｇ１}、Ｖ_{ｄｉａｇ２}を前記診断回路から導出される回路方程式に代入し、方程式から算出された値を前記バッテリー電圧値Ｖ_Ｂａｔと比べる。前記診断回路から方程式を誘導する過程及び故障発生如何を診断するアルゴリズムの詳細については上述したので、繰り返される説明は省略する。その後、段階Ｓ４４０では、前記絶縁抵抗測定装置１００の故障発生如何を判断する。

望ましくは、前記絶縁抵抗測定装置１００に故障が発生した場合（段階Ｓ４４０の「はい」）、段階Ｓ４５０に移動して外部装置に故障発生に関する情報を伝送するか、または段階Ｓ４６０に移動してユーザに警告することができる。

本発明によれば、バッテリーの絶縁抵抗を測定する装置の故障発生如何を診断することができる。また、バッテリーの絶縁抵抗を測定する装置に追加的な構成を設けることなく、本来の構成を用いて故障如何を診断することができる。さらに、ユーザまたは外部装置に故障発生事実を知らせ、ユーザが措置を講じることができるようにする。

一方、本発明の説明において、図１ないし図６に示された本発明による自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置の各構成は、物理的に区分される構成要素であるというよりは論理的に区分される構成要素であると理解せねばならない。

すなわち、それぞれの構成は、本発明の技術思想を実現するための論理的な構成要素に該当するため、それぞれの構成要素が統合または分離しても本発明の論理構成が果たす機能が実現できれば、本発明の範囲内に属すると解釈され、同一または類似の機能を果たす構成要素であれば、その名称の一致如何とは関係なく本発明の範囲内に属すると解釈されねばならない。

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想及び特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１０ バッテリー
１１０ 第１絶縁抵抗測定部
１２０ 第２絶縁抵抗測定部
１３０ 電圧検出部
１４０ 制御部

Claims (18)

1. バッテリーの正極端子及び負極端子にそれぞれ連結される第１絶縁抵抗測定部及び第２絶縁抵抗測定部と、
   前記第１絶縁抵抗測定部と前記第２絶縁抵抗測定部をそれぞれ前記正極端子と負極端子に連結する第１スイッチ及び第２スイッチと、
   前記第１及び第２絶縁抵抗測定部を通じて第１及び第２診断電圧をセンシングする電圧検出部と、
   前記第１及び第２スイッチに制御信号を出力して診断回路を形成し、診断回路が形成されたとき、前記電圧検出部から受信した第１及び第２診断電圧と前記診断回路から導出される回路方程式を用いて絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する制御部と、を含むことを特徴とする自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
2. 前記第２絶縁抵抗測定部がＤＣ電源印加部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
3. 前記制御部が、下記数式に第１及び第２診断電圧を代入したとき、下記数式が成立するか否かをもって絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断することを特徴とする請求項２に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
   

   

   （Ｖ_Ｂａｔ：バッテリー電圧値、Ｖ_{ｄｉａｇ１}：第１診断電圧、Ｖ_{ｄｉａｇ２}：第２診断電圧、Ｖ_ＤＣ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ_１：第１抵抗値、Ｒ_２：第２抵抗値）
4. 前記制御部が、前記数式を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に予め設定された誤差範囲内にあるか否かをもって故障如何を判断することを特徴とする請求項３に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
5. 前記制御部が、前記数式を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に１％以上異なる場合、故障が発生したと判断することを特徴とする請求項４に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
6. バッテリー電圧値、ＤＣ電源印加部の電圧値、第１抵抗値及び第２抵抗値を保存するメモリ部をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
7. 前記制御部が、
   前記第１及び第２スイッチのオンオフ動作を制御する信号を出力するスイッチ制御器と、
   前記電圧検出部から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器からデジタル電圧信号の入力を受けて前記絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する中央演算処理器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
8. 外部装置と通信インターフェースを形成する伝送部をさらに含み、
   前記制御部は、前記絶縁抵抗測定装置の故障如何に関する情報を前記伝送部を通じて外部装置に伝送することを特徴とする請求項１に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
9. 前記外部装置が、バッテリー分析装置またはバッテリーが搭載されたシステムの制御装置であることを特徴とする請求項８に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
10. 視覚的または聴覚的警告信号を出力する警告部をさらに含み、
    前記制御部は、前記絶縁抵抗測定装置に故障が発生したと判断した場合、前記警告部を通じて視覚的または聴覚的警告信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の自己故障診断機能を備える絶縁抵抗測定装置。
11. 第１及び第２スイッチを用いて第１及び第２絶縁抵抗測定部をバッテリーの正極または負極端子に連結し、前記第１及び第２絶縁抵抗測定部を通じて検出された第１及び第２診断電圧を用いて絶縁抵抗測定装置の故障如何を自己診断する方法であって、
    （ａ）前記第１スイッチ及び第２スイッチに制御信号を出力して診断回路を形成する段階と、
    （ｂ）前記第１及び第２絶縁抵抗測定部を通じて検出された第１及び第２診断電圧を受信する段階と、
    （ｃ）前記第１及び第２診断電圧と前記診断回路から導出される回路方程式を用いて絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する段階と、を含むことを特徴とする絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
12. 前記第２絶縁抵抗測定部が、ＤＣ電源印加部をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
13. 前記（ｃ）段階が、下記数式に第１及び第２診断電圧を代入したとき、下記数式が成立するか否かをもって絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する段階であることを特徴とする請求項１２に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
    

    

    （Ｖ_Ｂａｔ：バッテリー電圧値、Ｖ_{ｄｉａｇ１}：第１診断電圧、Ｖ_{ｄｉａｇ２}：第２診断電圧、Ｖ_ＤＣ：ＤＣ電源印加部の電圧値、Ｒ_１：第１抵抗値、Ｒ_２：第２抵抗値）
14. 前記（ｃ）段階が、前記数式を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に予め設定された誤差範囲内にあるか否かをもって故障如何を判断することを特徴とする請求項１３に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
15. 前記（ｃ）段階が、前記数式を通じて算出された値がバッテリーの電圧値を基準に１％以上異なる場合、故障が発生したと判断することを特徴とする請求項１４に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
16. バッテリー電圧値、ＤＣ電源印加部の電圧値、第１抵抗値及び第２抵抗値を保存する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
17. 前記絶縁抵抗測定装置の故障如何に関する情報を伝送部を通じて外部装置に伝送する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
18. 前記（ｃ）段階において、絶縁抵抗測定装置に故障が発生したと判断した場合、それをユーザに視覚的または聴覚的に警告する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。

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