JP2015509605A - 自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置及びそれを利用した自己故障診断方法 - Google Patents

自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置及びそれを利用した自己故障診断方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置及びそれを利用した自己故障診断方法に関する。本発明による自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置は、診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)で検出された第1及び第2絶縁検出電圧と、前記診断部が連結された状態(自己故障診断モード)で検出された第1及び第2診断検出電圧を利用して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。本発明によれば、絶縁抵抗を測定できる絶縁抵抗測定装置の本来の機能を利用して故障如何を自己診断することができる。

Description

本発明は、バッテリーの絶縁抵抗測定装置及び方法に関し、より詳しくは、電気自動車やハイブリッド自動車のように、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を測定できる装置の故障如何を自己診断できる絶縁抵抗測定装置、及びそれを利用した自己故障診断方法に関する。
本出願は、2012年3月27日出願の韓国特許出願第10−2012−0030942号、及び2013年03月26日出願の韓国特許出願第10−2013−0031933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、すべて本出願に組み込まれる。
近年、化石エネルギーの枯渇と環境汚染のため、化石エネルギーを使用せず、電気エネルギーを利用して駆動できる電気製品に対する関心が高まりつつある。
これによって、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二次電池の需要が急増し、その形態も多様化している。従って、多様な要求に応えられる二次電池に対する研究が活発に行われている。
なお、高出力且つ大容量の二次電池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は、二次電池と装置との間の絶縁状態を良好に維持する必要がある。二次電池の絶縁状態が維持されねば、漏れ電流が発生して様々な問題を引き起こすためである。参考までに、漏れ電流は、予期せぬ二次電池の放電や装置に備えられた電子機器の誤作動を引き起こす。また、電気自動車のように高電圧バッテリーを用いる装置は、人に致命的な感電の被害を与える恐れがある。
上記のような漏れ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することで、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断する多様な絶縁抵抗測定装置が開発及び使用されている。しかし、絶縁抵抗測定装置に故障が発生して絶縁抵抗値の計算が正確に行われなければ、装置の使用効果が半減し、漏れ電流による上記の様々な問題を解決することができなくなる。従って、絶縁抵抗測定装置の故障如何を装置内で自己診断できる機能が更に求められる。
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た絶縁抵抗測定装置及びそれを利用し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た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;前記バッテリーの負極端子及び正極端子にそれぞれ連結される第1診断部及び第2診断部;前記第1絶縁抵抗測定部及び前記第2絶縁抵抗測定部をそれぞれ前記正極端子及び前記負極端子に選択的に連結して、相異なる第1回路及び第2回路を形成する第1スイッチ及び第2スイッチ;前記第1診断部及び前記第2診断部をそれぞれ前記負極端子及び前記正極端子に選択的に連結して、相異なる第3回路及び第4回路を形成する第3スイッチ及び第4スイッチ;前記第1及び第2絶縁抵抗測定部に印加された第1絶縁検出電圧及び第2絶縁検出電圧と、第1診断検出電圧及び第2診断検出電圧をセンシングする電圧検出部;並びに前記第1〜第4スイッチ部に制御信号を出力し、前記診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)で検出された第1及び第2絶縁検出電圧と、前記診断部が連結された状態(自己故障診断モード)で検出された第1及び第2診断検出電圧を利用して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する制御部;を含む。
望ましくは、前記第2絶縁抵抗測定部は、DC電源印加部を更に含む。
本発明の一実施例によれば、前記制御部は、前記第1及び第2絶縁検出電圧と前記第1及び第2回路から誘導される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出し、前記第1及び第2診断検出電圧と前記第3及び第4回路から誘導される連立回路方程式から、正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出した後、前記絶縁抵抗値と前記診断抵抗値とを比較して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。
本発明の他の実施例によれば、前記制御部は、前記第1及び第2診断検出電圧と前記第3及び第4回路から誘導される連立回路方程式から、正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出し、前記正極側及び前記負極端子側診断抵抗値が、前記第1及び第2診断部の抵抗値に比べて予め設定された誤差範囲内にあるか否かによって、故障如何を判断する。
本発明の更に他の実施例によれば、前記制御部は、前記絶縁検出電圧と前記診断検出電圧とを比較して前記絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。
一態様によれば、前記制御部は、下記の数式を利用して正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出することができる。
Figure 2015509605
(VBat:バッテリーの電圧値、V:第1絶縁検出電圧、V:第2絶縁検出電圧、VDC:DC電源印加部の電圧値、R:第1抵抗の抵抗値、R:第2抵抗の抵抗値、RLeak(+):正極端子側絶縁抵抗値、RLeak(−):負極端子側絶縁抵抗値)
また、前記制御部は、下記の数式を利用して正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出することができる。
Figure 2015509605
(VBat:バッテリーの電圧値、V:第1診断検出電圧、V:第2診断検出電圧、VDC:DC電源印加部の電圧値、R:第1抵抗の抵抗値、R:第2抵抗の抵抗値、R:第1診断部の抵抗値、R:第2診断部の抵抗値、RLeak(+):正極端子側絶縁抵抗値、RLeak(−):負極端子側絶縁抵抗値、RDiag(+):正極端子側診断抵抗値、RDiag(−):負極端子側診断抵抗値)
望ましくは、本発明による自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置は、バッテリーの電圧値、DC電源印加部の電圧値、第1及び第2絶縁抵抗測定部の抵抗値、第1及び第2診断部の抵抗値、算出された正極端子側及び負極端子側絶縁抵抗値、並びに算出された正極端子側及び負極端子側診断抵抗値を保存するメモリ部;を更に含む。
望ましくは、本発明による自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置は、外部装置との通信インターフェースを形成する伝送部;を更に含み、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。この場合、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。
望ましくは、本発明による自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置は、故障如何を視覚的または聴覚的に出力する警告部;を更に含み、前記制御部は、絶縁抵抗測定装置が故障した場合、前記警告部を通じて絶縁抵抗測定装置の故障を視覚的または聴覚的に警告できるように、警告信号を出力する。
上記の技術的課題は、バッテリーの正極端子または負極端子に連結される絶縁抵抗測定部;前記バッテリーの負極端子または正極端子に連結される診断部;前記絶縁抵抗測定部の一端部を前記バッテリーの正極端子または負極端子に選択的に連結し、前記絶縁抵抗測定部の他端部をグラウンドまたはDC電源印加部に選択的に連結し、前記診断部を前記バッテリーの負極端子または正極端子に選択的に連結するスイッチ部;前記絶縁抵抗測定部に印加される絶縁検出電圧、及び前記診断部に印加される診断検出電圧をセンシングする電圧検出部;並びに前記スイッチ部に制御信号を出力し、前記診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)で検出された絶縁検出電圧、及び前記診断部が連結された状態(自己故障診断モード)で検出された診断検出電圧を利用して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する制御部;を含む自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置によって達成することも可能である。
上記の技術的課題を達成するための本発明による絶縁抵抗の測定方法は、診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)で検出された第1及び第2絶縁検出電圧、並びに前記診断部が連結された状態(自己故障診断モード)で検出された第1及び第2診断検出電圧を利用して、バッテリーの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)前記絶縁抵抗測定モードを形成した後、前記第1及び第2絶縁検出電圧を検出する段階;(b)前記自己故障診断モードを形成した後、前記第1及び第2診断検出電圧を検出する段階;並びに(c)前記絶縁検出電圧と前記診断検出電圧を利用して絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する段階;を含む。
上記の技術的課題は、診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)及び診断部の連結状態(自己故障診断モード)における、絶縁抵抗測定部から検出される第1及び第2絶縁検出電圧と、第1及び第2診断検出電圧を利用してバッテリーの絶縁抵抗測定装置の故障如何を診断する方法であって、(a)前記絶縁抵抗測定部の一端部を前記バッテリーの正極端子または負極端子に連結し、前記絶縁抵抗測定部の他端部をグラウンドまたはDC電源印加部に連結して、絶縁抵抗測定モードを形成した後、前記第1及び第2絶縁検出電圧を検出する段階;(b)前記診断部を前記バッテリーの負極端子または正極端子に連結して第1及び第2診断モードを形成した後、前記第1及び第2診断検出電圧を検出する段階;並びに(c)前記第1及び第2絶縁検出電圧と、前記第1及び第2診断検出電圧を利用して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する段階;を含む絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法によって達成することも可能である。
本発明の一態様によれば、絶縁抵抗を測定できる絶縁抵抗測定装置の本来の機能を利用することで、故障如何を自己診断することができる。
本発明の他の態様によれば、絶縁抵抗測定装置に最小限の部品のみを付け加えることで自己故障診断機能を具現することができる。
本発明の更に他の態様によれば、伝送部を通じてバッテリーが装着された装置の制御機または外部装置に、絶縁抵抗測定装置の故障如何を知らせることができる。
本発明の更に他の態様によれば、故障発生時に警告部を通じてユーザに絶縁抵抗測定装置の故障を警告することで、ユーザが適切な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。
本発明による自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置が連結された、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。 本発明の一実施例による自己故障診断機能を備えた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。 第1回路を概略的に示した回路図である。 第2回路を概略的に示した回路図である。 第3回路を概略的に示した回路図である。 図5に示された第3回路の等価回路である。 第4回路を概略的に示した回路図である。 図7に示された第4回路の等価回路である。 本発明の更に他の実施例によ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。 本発明の一実施例による絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法を示したフロー図である。 本発明の他の実施例による絶縁抵抗の測定方法を示したフロー図である。 本発明の更に他の実施例による絶縁抵抗の測定方法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。従って、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、本発明による自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置100が連結された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、本発明による絶縁抵抗測定装置100は、多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成すバッテリー10、及び前記バッテリー10から出力された電力の供給を受ける負荷20から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の正極及び負極端子に連結されている。
前記バッテリー10は、電気エネルギー貯蔵手段であって、再充電可能な多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2次電池である。一例として、前記バッテリー10が電気自動車または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コンバータ(図示せず)などから構成され得る。また、負荷20には、駆動モーターMで発生するノイズを除去するために、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は容量の大きいキャパシタを採用して駆動モーターMで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で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た絶縁抵抗測定装置100は、前記バッテリー10の正極端子及び負極端子にそれぞれ連結されてバッテリー10の絶縁抵抗を測定する。以下、前記自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置100の構成について図2を参照して詳しく説明する。
図2は、本発明の一実施例による自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置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、本発明の一実施例による自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置100は、第1絶縁抵抗測定部110、第2絶縁抵抗測定部120、第1診断部R、第2診断部R、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4、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の正極端子に連結する。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。従って、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の正極端子に連結される。本明細書では、発明の理解を助けるために、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10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の負極端子に連結する。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。従って、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の負極端子に連結される。本明細書では、発明の理解を助けるために、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10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。
前記第3スイッチSW3は、前記第1診断部Rをバッテリー10の負極端子に連結する。前記第3スイッチSW3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。従って、前記第1診断部Rは、前記制御部140の制御信号によってバッテリー10の負極端子に連結される。本明細書では、発明の理解を助けるために、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、前記第1診断部Rがバッテリー10の負極端子にそれぞれ連結されて形成された回路を第3回路と称する。第3回路が形成されたとき、バッテリー10の正極端子側から印加される電圧が前記第1絶縁抵抗測定部110に印加される。
前記第4スイッチSW4は、前記第2診断部Rをバッテリー10の正極端子に連結する。前記第4スイッチSW4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。従って、前記第2診断部Rは、前記制御部140の制御信号によってバッテリー10の正極端子に連結される。本明細書では、発明の理解を助けるために、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、前記第2診断部Rがバッテリー10の正極端子にそれぞれ連結されて形成された回路を第4回路と称する。第4回路が形成されたとき、バッテリー10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を更に含む。これは、第2回路または第4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が0では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。複数の抵抗素子に対する抵抗値を任意に選択して、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。抵抗素子の値を適切に選択して、前記電圧検出部130がセンシングする電圧の範囲を5V以下にすることが、一実施例になり得る。
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、Rから構成された実施例が示されているが、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に、第1及び第2絶縁抵抗測定部110、120が共に第1及び第2抵抗R、Rから構成されてい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を多様に設定できることは、当業者にとって自明である。
望ましくは、前記第1及び第2診断部R、Rは、同じ抵抗値を有し得る。図2には、前記バッテリー10の正極端子及び負極端子にそれぞれ連結される第1及び第2診断部R、Rを区別するため、相異なる抵抗素子で示されたことを理解せねばならない。一例としては、前記第1及び第2診断部R、Rの抵抗値は、500kΩであり得る。また、前記第1及び第2診断部R、Rは、複数の抵抗素子を含み得る。
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に印加される絶縁検出電圧及び診断検出電圧をセンシングする。前記絶縁検出電圧及び前記診断検出電圧は、前記第1及び第2絶縁抵抗測定部110、120内に含まれた第2抵抗R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利用され、前記診断検出電圧は、絶縁抵抗測定装置の故障如何の判断に利用される。
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に印加される電圧を第1絶縁検出電圧Vと称する。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に印加される電圧を第2絶縁検出電圧Vと称する。そして、第3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に印加される電圧を第1診断検出電圧Vと称する。第4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に印加される電圧を第2診断検出電圧V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、Vと、第1及び第2診断検出電圧V、Vと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〜第4スイッチSW1、SW2、SW3、SW4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回路を形成するために前記第1スイッチSW1にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第2〜第4スイッチSW2、SW3、SW4がオフ状態を維持するように制御する。また、前記制御部140は、前記第2回路を形成するために、前記第2スイッチSW2にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第1、第3及び第4スイッチSW1、SW3、SW4がオフ状態を維持するように制御する。そして、前記制御部140は、前記第3回路を形成するため、前記第1及び第3スイッチSW1、SW3にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第2及び第4スイッチSW2、SW4がオフ状態を維持するように制御する。最後に、前記制御部140は、前記第4回路を形成するため、前記第2及び第4スイッチSW2、SW4にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第1及び第3スイッチSW1、SW3がオフ状態を維持するように制御する。これによって、前記制御部140は、前記第1及び第2絶縁抵抗測定部120と、前記第1及び第2診断部R、Rを相異なる時点でバッテリー10の正極端子と負極端子に連結させる。なお、前記第1〜第4スイッチSW1、SW2、SW3、SW4は、相互区別のための名称に過ぎず、前記制御部140が制御信号を出力する手順または本発明の動作手順を示すものではない。
本明細書では、説明の便宜上、前記第1及び第2診断部R、R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ない、すなわち第1及び第2回路が形成されるモードを「絶縁抵抗測定モード」と称する。また、本明細書では、前記第1及び第2診断部R、R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、すなわち第3及び第4回路が形成されるモードを「自己故障診断モード」と称する。
前記制御部140は、絶縁抵抗測定モードで前記電圧検出部130によって受信した第1及び第2絶縁検出電圧V、Vに対応する信号を受信する。そして、前記制御部140は、自己故障診断モードで前記電圧検出部130によって受信した第1及び第2診断検出電圧V、Vに対応する信号を受信する。その場合、前記制御部140は、前記第1及び第2絶縁検出電圧V、Vと、前記第1及び第2診断検出電圧V、Vを利用して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。故障判断方法について詳しくは後述する。
なお、前記バッテリー10の電圧はVBatと示し、前記バッテリー10の正極端子及び負極端子にそれぞれ示された正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)及び負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)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。従って、前記バッテリー10の絶縁状態が破壊されると、正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)と負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)が低く測定され、それによって漏れ電流が発生したと解釈することができる。
本発明の一実施例によれば、前記制御部140は、前記第1及び第2絶縁検出電圧V、Vと前記第1及び第2回路から誘導される連立回路方程式から、正極端子側及び負極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)を算出し、前記第1及び第2診断検出電圧V、Vと前記第3及び第4回路から誘導される連立回路方程式から、正極端子側及び負極端子側診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)を算出する。そして、前記正極端子側及び負極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)と、前記正極端子側及び負極端子側診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)とを比較することで、絶縁抵抗測定装置100の故障如何を判断する。
以下、図3〜図8を参照して本発明による絶縁抵抗測定装置100が、正極端子側及び負極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)と、正極端子側及び負極端子側診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)を算出するアルゴリズムについて詳しく説明する。
図3は、第1回路を概略的に示した回路図である。
図3を参照すると、絶縁抵抗測定モードであって、第1絶縁抵抗測定部110のみがバッテリー10の正極端子に連結されていることが確認できる。そして、前記第1絶縁抵抗測定部110に流れる電流をI、前記正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)に流れる電流をI、前記負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)に流れる電流をIと示した。
まず、第1絶縁検出電圧Vの値をIをもって表すと、下記の[数1]のように表される。
Figure 2015509605
[数1]をIに対して整理すると、下記の[数2]のように表すことができる。
Figure 2015509605
次いで、第1絶縁抵抗測定部110と正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)とは並列関係であるため、下記の[数3]のような関係が成立する。
Figure 2015509605
[数3]をIに対して整理して[数2]を代入すると、[数3]を下記の[数4]のように表すことができる。
Figure 2015509605
なお、接地されたノードnを基準に、キルヒホッフ(Kirchhoff)の電流法則を適用すると、下記の[数5]が導出される。
Figure 2015509605
[数2]及び[数4]を[数5]に代入し、Iに対して整理すると、[数5]を下記の[数6]のように表すことができる。
Figure 2015509605
なお、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ると、下記の[数7]の1行目の方程式が導出される。次いで、1行目の方程式を、[数4]及び[数6]から得られたI及びIを利用して整理すると、[数7]の3行目の方程式を誘導することができる。
Figure 2015509605
[数7]の3行目の方程式は、前記正極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)及び前記負極端子側絶縁抵抗値RLeak(−)を算出するための連立回路方程式のうち一つであって、後述する他の回路方程式と共に使用される。
図4は、第2回路を概略的に示した回路図である。
図4を参照すると、絶縁抵抗測定モードであって、第2絶縁抵抗測定部120のみがバッテリー10の負極端子に連結されていることを確認できる。次いで、前記第2絶縁抵抗測定部120に流れる電流をI、前記負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)に流れる電流をI、前記正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)に流れる電流をIと示した。
まず、第2絶縁検出電圧Vに対する値をIをもって表すと、[数8]のように表される。
Figure 2015509605
[数8]をIに対して整理すると、[数9]のように表すことができる。
Figure 2015509605
次いで、第2絶縁抵抗測定部120と負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)とは並列関係であるため、[数10]のような関係が成立する。
Figure 2015509605
[数10]をIに対して整理し、[数9]を代入すると、[数10]を[数11]のように表すことができる。
Figure 2015509605
なお、接地されたノードnを基準に、キルヒホッフの電流法則を適用すれば、[数12]が導出される。
Figure 2015509605
[数9]及び[数11]を[数12]に代入し、Iに対して整理すると、[数12]を[数13]のように表すことができる。
Figure 2015509605
なお、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ると、下記の[数14]の1行目の方程式が導出される。次いで、1行目の方程式を、[数11]及び[数13]から得られたI及びIを利用して整理すると、下記の[数14]の3行目の方程式を誘導することができる。
Figure 2015509605
[数14]の3行目の方程式は、前記正極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)及び負極端子側絶縁抵抗値RLeak(−)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。従って、[数7]の3行目の方程式と[数14]の3行目の方程式とを連立して、正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)について解を求めると、下記のような[数15]が得られる。
Figure 2015509605
[数15]において、バッテリーの電圧値VBat、第1及び第2抵抗R、Rの抵抗値、並びにDC電源印加部の電圧値VDCは、既知の値であり、第1及び第2絶縁検出電圧V、Vは前記電圧検出部130から得られる。従って、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、Vを[数15]に代入し、バッテリー10の正極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)と負極端子側絶縁抵抗値RLeak(−)をそれぞれ定量的に算出することができる。
図5は、第3回路を概略的に示した回路図である。
図5を参照すると、自己故障診断モードであって、第1絶縁抵抗測定部110がバッテリー10の正極端子に、第1故障診断部Rがバッテリー10の負極端子にそれぞれ連結されていることが確認できる。なお、本発明において、前記電圧検出部130がセンシングする電圧は、第1絶縁抵抗測定部110内に含まれた第2抵抗Rに印加される電圧である。従って、第2抵抗Rを基準に、前記第1故障診断部Rと負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)は、並列連結された抵抗素子に過ぎない。従って、前記第1故障診断部Rと負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)とを合成抵抗として考慮して第3回路を解釈しても、結果に影響を及ぼさない。
図6は、図5に示された第3回路の等価回路である。
図6を参照すると、前記第1故障診断部Rと負極端子側絶縁抵抗RLeak(−)とを合成抵抗素子RDiag(−)(=R//RLeak(−))として表した。これによって図6は、上述した図3の第1回路と類似の回路となる。従って、上述した[数1]〜[数7]において、絶縁検出電圧V、Vを検出電圧V、Vに代替すれば、[数1]〜[数7]を第3回路の解釈に実質的に同様に適用することができる。
なお、図7は、第4回路を概略的に示した回路図である。
図7を参照すると、自己故障診断モードであって、第2絶縁抵抗測定部110がバッテリー10の負極端子に、第2故障診断部Rがバッテリー10の正極端子にそれぞれ連結されていることが確認できる。なお、本発明において、前記電圧検出部130がセンシングする電圧は、第2絶縁抵抗測定部110内に含まれた第2抵抗Rに印加される電圧である。従って、第2抵抗Rを基準に、前記第2故障診断部Rと正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)は、並列連結された抵抗素子に過ぎない。従って、前記第2故障診断部Rと正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)とを合成抵抗として考慮して第4回路を解釈しても、結果に影響を及ぼさない。
図8は、図7に示された第4回路の等価回路である。
図8を参照すると、前記第2故障診断部Rと正極端子側絶縁抵抗RLeak(+)とを合成抵抗素子RDiag(+)(=R//RLeak(+))として表した。これによって図8は、上述した図4の第2回路と類似の回路となる。従って、上述した[数8]〜[数14]において、絶縁検出電圧V、Vを検出電圧V、Vに代替すると、[数8]〜[数14]を第4回路の解釈に実質的に同様に適用することができる。
前記第1及び第2診断検出電圧V、Vと前記第3及び第4回路から誘導される連立回路方程式から、下記のような[数16]を導出することができる。
Figure 2015509605
[数16]において、バッテリーの電圧値VBat、第1及び第2抵抗R、Rの抵抗値、第1及び第2診断部R、Rの抵抗値、並びにDC電源印加部の電圧値VDCは、既知の値であり、第1及び第2診断検出電圧V、Vは前記電圧検出部130から得られる。従って、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診断検出電圧V、Vを[数16]に代入して、バッテリー10の正極端子側診断抵抗値RDiag(+)と負極端子側診断抵抗値RDiag(−)をそれぞれ定量的に算出することができる。
次いで、前記制御部140は、前記絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)と前記診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)とを相互比較することで、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。前記自己故障診断モードでは、絶縁抵抗測定モードとは異なり第1及び第2診断部R、Rが更に連結されているため、前記絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)とは異なる診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)の値が算出されねばならない。しかし、前記診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)と前記絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)とが、相互同一または類似の値として算出される場合、絶縁抵抗測定装置100が故障したと判断することができる。
本発明の他の実施例によれば、前記制御部140は、前記第1及び第2診断検出電圧V、Vと前記第3及び第4回路から誘導される連立回路方程式から、正極端子側診断抵抗値RDiag(+)及び負極端子側診断抵抗値RDiag(−)を算出し、前記正極端子側及び負極端子側診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)が、前記第1及び第2診断部R、Rの抵抗値に比べて予め設定された誤差範囲内にあるか否かによって故障如何を判断する。
前記バッテリー10の正極端子及び負極端子は、絶縁状態が維持されねばならないため、絶縁抵抗RLeak(+)、RLeak(−)は、前記第1及び第2診断部R、Rより高い抵抗値を有する。また、前記第1及び第2診断部R、Rは、前記バッテリー10の絶縁抵抗RLeak(+)、RLeak(−)と並列関係で連結される。従って、自己故障診断モードで算出される正極端子側及び負極端子側診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)は、前記第1及び第2診断部R、Rの抵抗値に近似するように算出されるはずである。一例としては、前記第1及び第2診断部R、Rの抵抗値が500kΩである場合、正極端子側及び負極端子側診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)は、500kΩの近似値として算出されるはずである。
従って、前記制御部140は、算出された正極端子側診断抵抗値RDiag(+)を第1診断部Rの抵抗値と比較するか、または、算出された負極端子側診断抵抗値RDiag(−)を第2診断部Rの抵抗値と比較して、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ができる。前記誤差範囲は、絶縁抵抗測定装置の精度、第1及び第2診断部R、Rの抵抗値、使用環境による絶縁状態の劣化などを考慮して多様に設定できるということは、当業者にとって自明である。
なお、第1及び第2診断部R、Rの抵抗値は、既知の値であり、前記正極端子側及び負極端子側診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)を算出するアルゴリズムについては、図5〜図8と[数16]を参照して上述したため、繰り返される説明は省略する。
本発明の更に他の実施例によれば、前記制御部140は、前記第1及び第2絶縁検出電圧V、Vと、前記第1及び第2診断検出電圧V、Vとを比較することで、前記絶縁抵抗測定装置100の故障如何を判断する。
絶縁抵抗測定モードと自己故障診断モードは、第1及び第2診断部R、Rの連結如何によって、相異なる第1回路及び第3回路、並びに第2回路及び第4回路を形成する。従って、第1絶縁検出電圧Vと第1診断検出電圧Vとは、相異なる電圧が検出されねばならない。同様に、第2絶縁検出電圧Vと第2診断検出電圧Vとは、相異なる電圧が検出されねばならない。しかし、第1絶縁検出電圧Vと第1診断検出電圧V、または第2絶縁検出電圧Vと第2診断検出電圧Vを比較して実質的に同一もしくは類似の電圧が測定されたら、前記絶縁抵抗測定装置100が故障したと判断することができる。本実施例によれば、上述した数式を用いずに故障如何を簡単に判断できるという長所がある。
本発明による絶縁抵抗測定装置100は、バッテリー電圧値VBat、DC電源印加部の電圧値VDC、第1抵抗値R、第2抵抗値R、第1診断部Rの抵抗値、第2診断部Rの抵抗値、算出された正極端子側及び負極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)、並びに算出された正極端子側及び負極端子側診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)を貯蔵するメモリ部(図示せず)を更に含むことができる。
前記メモリ部は前記制御部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。前記メモリ部は、RAM、ROM、EEPROMなど、データを記録及び消去できると知られた公知の半導体素子またはハードディスクのような大容量保存媒体であって、装置の種類に関係なく情報が保存される装置を総称するものであって、特定メモリ装置を指すものではない。
本発明によ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(図示せず)を更に含むことができる。この場合、前記制御部140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。
本発明による絶縁抵抗測定装置100は、故障如何を視覚的または聴覚的に出力する警告部(図示せず)を更に含むことができる。この場合、前記制御部140は、故障が発生した場合、前記警告部を通じて故障が発生したことを視覚的または聴覚的に警告できるように、警告信号を出力することができる。
一例としては、前記警告部は、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、ユーザに絶縁抵抗測定装置の故障発生を警告することができる。また、前記警告部は、前記伝送部と連結された外部装置に含まれ得るが、本発明がこれらに限定されることはない。また、前記LED、前記LCD、及び前記アラーム警報器は、前記警告部の一例に過ぎず、様々な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として採用できるということは、当業者にとって自明である。
前記制御部140は、上述した[数15]を利用した絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)の算出、[数16]を利用した診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)の算出、及び多様な制御ロジックを実行するため、本発明が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、並びに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クがソフトウェアとして具現されるとき、前記制御部140はプログラムモジュールのアセンブリとして具現され得る。このとき、プログラムモジュールは前記メモリ部に保存され、プロセッサによって実行され得る。
図9は、本発明の更に他の実施例による絶縁抵抗測定装置200の等価回路を概略的に示した回路図である。
図9を参照すれば、本発明の更に他の実施例による絶縁抵抗測定装置200は、絶縁抵抗測定部210、スイッチ部220、診断部RDiag、電圧検出部230、及び制御部240を含む。
前記絶縁抵抗測定部210及び前記診断部RDiagは、前記スイッチ部220に含まれたスイッチ素子のオンオフ動作によって、バッテリー10の正極端子または負極端子に選択的に連結される。
前記スイッチ部220は、前記絶縁抵抗測定部210の一端部をバッテリー10の正極または負極に連結する第5スイッチSW5、前記絶縁抵抗測定部210の他端部をグラウンドまたはDC電源印加部DCと連結する第6スイッチSW6、及び前記診断部RDiagをバッテリー10の負極または正極に連結する第7スイッチSW7を含む。
前記第5スイッチSW5がバッテリー10の正極端子に連結され、前記第6スイッチSW6が接地に連結され、且つ前記第7スイッチSW7のオフ状態が維持されるように、前記スイッチ部220で制御信号を受信すると、絶縁抵抗測定モードの第1回路が形成される。また、前記第5スイッチSW5がバッテリー10の負極端子に連結され、前記第6スイッチSW6がDC電源印加部DCに連結され、且つ前記第7スイッチSW7のオフ状態が維持されるように、前記スイッチ部220で制御信号を受信すると、絶縁抵抗測定モードの第2回路が形成される。
なお、前記第5スイッチSW5がバッテリー10の正極端子に連結され、前記第6スイッチSW6が接地に連結され、且つ前記第7スイッチSW7がバッテリー10の負極端子に連結されるように、前記スイッチ部220で制御信号を受信すると、自己故障診断モードの第3回路が形成される。そして、前記第5スイッチSW5がバッテリー10の負極端子に連結され、且つ前記第6スイッチSW6がDC電源印加部DCに連結され、且つ前記第7スイッチSW7がバッテリー10の正極端子に連結されるように、前記スイッチ部220で制御信号を受信すると、絶縁抵抗測定モードの第4回路が形成される。
前記スイッチ部220は、マルチプレクサー(MUX:multiplexer)を含むことができる。マルチプレクサーとは、多くの回線の入力が1ヶ所に集中するとき、特定の回線を選択する装置である。マルチプレクサーは、「選択器」とも呼ばれる。前記スイッチ部220としてマルチプレクサーが使用される場合、マルチプレクサーに入力される信号によって、前記絶縁抵抗測定部210の一端部を前記バッテリー10の正極端子または負極端子に選択的に連結することができる。また、マルチプレクサーに入力される信号によって、前記絶縁抵抗測定部210の他端部をグラウンドまたはDC電源印加部DCに選択的に連結することができる。また、マルチプレクサーに入力される信号によって、前記診断部RDiagをバッテリー10の負極または正極に連結することができる。
図2と図9を参照して、図9に示された絶縁抵抗測定装置200の実施例を図2に示された絶縁抵抗測定装置100の実施例と比較すると、絶縁抵抗測定部210、スイッチ部220、及び診断部RDiagの回路構成のみが異なることが分かる。従って、前記電圧検出部230及び前記制御部240の機能と役割は、上述した絶縁抵抗測定装置100の電圧検出部130及び制御部140と実質的に同一である。従って、正極端子側及び負極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)と正極及び負極診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)を算出する具体的なアルゴリズムについては、繰り返されるため説明を省略する。
また、本発明の実施例によって、前記絶縁測定抵抗部110、120、210及び前記診断部R、R、RDiagを抵抗素子のみを含むものとして示したが、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を追加及び代替できることを理解せねばならない。また、前記スイッチSW1〜SW7も、説明及び理解の便宜上、それぞれ分離または一部統合された実施例として示したが、本発明の思想が実現できれば、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者が容易に代替または変形できるすべての実施例を含むと理解せねばならない。
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。但し、上述した絶縁抵抗測定装置100の構成などの繰り返される説明は省略する。
図10は、本発明の一実施例による絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法を示したフロー図である。
まず、段階S300において、前記メモリ部に、バッテリー電圧値VBat、DC電源印加部の電圧値VDC、第1抵抗値R、第2抵抗値R、第1診断部の抵抗値R、及び第2診断部の抵抗値Rを保存する。保存された値は、[数15]及び[数16]に代入して第1及び第2絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)、並びに第1及び第2診断抵抗値RDiag(+)、RDiag(−)を算出するために使用される。ここで、前記バッテリー電圧値VBatは、電圧検出回路(図示せず)を利用して測定した値であり得る。
次いで、段階S310において、前記制御部140は、絶縁抵抗測定モードになるようにスイッチ制御信号を出力する。本段階は、前記第1及び第2診断部R、Rの非連結状態で、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にそれぞれ連結する段階である。上述したように、前記制御部140は、前記第1回路を形成するために前記第1スイッチSW1にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第2〜第4スイッチSW2、SW3、SW4が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回路を形成するために前記第2スイッチSW2にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第1、第3及び第4スイッチSW1、SW3、SW4がオフ状態を維持するように制御する。
次の段階S320において、それぞれの第2抵抗Rに印加された電圧、すなわち絶縁検出電圧V、Vに対応する信号を前記電圧検出部130から受信する。前記第1回路が形成されたときに受信する信号は、第1絶縁検出電圧Vに対応する信号であり、前記第2回路が形成されたときに受信する信号は、第2絶縁検出電圧Vに対応する信号であって、前記制御部140が受信する。
その場合、段階S330において、前記制御部140は、受信した第1及び第2絶縁検出電圧V、Vを利用した連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値RLeak(+)及び負極端子側絶縁抵抗値RLeak(−)を算出する。前記絶縁抵抗値を計算する連立回路方程式は、[数1]〜[数15]を参照して詳しく説明したため、繰り返される説明は省略する。前記絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)は、前記メモリ部に保存されることが望ましい。
次いで、段階S340において、前記制御部240は、自己故障診断モードになるようにスイッチ制御信号を出力する。本段階は、前記診断部R、R、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の正極端子及び負極端子にそれぞれ連結する段階である。上述したように、前記制御部140は、前記第3回路を形成するために前記第1及び第3スイッチSW1、SW3にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第2及び第4スイッチSW2、SW4が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4回路を形成するために前記第2及び第4スイッチSW2、SW4にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第1及び第3スイッチSW1、SW3、SW4がオフ状態を維持するように制御する。
次の段階S350において、それぞれの第2抵抗Rに印加された電圧、すなわち診断検出電圧V、Vに対応する信号を前記電圧検出部130から受信する。前記第3回路が形成されたときに受信する信号は、第1診断検出電圧Vに対応する信号であり、前記第4回路が形成されたときに受信する信号は、第2診断検出電圧Vに対応する信号であって、前記制御部140が受信する。
その場合、段階S360において、前記制御部140は、受信した第1及び第2診断検出電圧V、Vを利用した連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値RDiagk(+)及び負極端子側絶縁抵抗値RDiagk(−)を算出する。前記絶縁抵抗値を計算する連立回路方程式は、[数16]を参照して詳しく説明したため、繰り返される説明は省略する。前記絶縁抵抗値RDiagk(+)、RDiagk(−)は、前記メモリ部に保存されることが望ましい。
前記段階S310〜S330と段階S340〜S360とは、その手順が逆になっても構わない。本発明の一実施例による絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法は、前記絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)と、診断抵抗値RDiagk(+)、RDiagk(−)とを相互比較することで故障如何を判断するため、両段階の手順によって本発明が制限されることはない。
段階S370において、前記制御部140は、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。故障如何の判断は、前記絶縁抵抗値RLeak(+)、RLeak(−)と、診断抵抗値RDiagk(+)、RDiagk(−)との相互比較を通じて行われる。これについては上述したため、繰り返される説明は省略する。望ましくは、絶縁測定装置が故障した場合(段階S370の「はい」、段階S380に移動して外部装置に故障如何に関する情報を送るか、または、段階S390に移動してユーザに警告することができる。
図11は、本発明の他の実施例による絶縁抵抗測定方法の流れを示した手順図である。
まず、段階S400において、前記メモリ部に、バッテリー電圧値VBat、DC電源印加部の電圧値VDC、第1抵抗値R、第2抵抗値R2、第1診断部の抵抗値R、及び第2診断部の抵抗値Rを保存する。保存された値は、[数16]に代入して抵抗値を算出するために使用される。ここで、前記バッテリー電圧値VBatは、電圧検出回路(図示せず)を利用して測定した値であり得る。
次の段階S410において、前記制御部240は、自己故障診断モードになるようにスイッチ制御信号を出力する。本段階は、前記診断部R、R、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の正極端子及び負極端子にそれぞれ連結する段階である。上述したように、前記制御部140は、前記第3回路を形成するために前記第1及び第3スイッチSW1、SW3にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第2及び第4スイッチSW2、SW4が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4回路を形成するために前記第2及び第4スイッチSW2、SW4にオン動作をさせる制御信号を伝送するとき、前記第1及び第3スイッチSW1、SW3、SW4がオフ状態を維持するように制御する。
段階S420において、それぞれの第2抵抗Rに印加された電圧、すなわち診断検出電圧V、Vに対応する信号を前記電圧検出部130から受信する。前記第3回路が形成されたときに受信する信号は、第1診断検出電圧Vに対応する信号であり、前記第4回路が形成されたときに受信する信号は、第2診断検出電圧Vに対応する信号であって、前記制御部140が受信する。
その場合、段階S430において、前記制御部140は、受信した第1及び第2診断検出電圧V、Vを利用した連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値RDiagk(+)及び負極端子側絶縁抵抗値RDiagk(−)を算出する。前記絶縁抵抗値を計算する連立回路方程式は、[数16]を参照して詳しく説明したため、繰り返される説明は省略する。前記絶縁抵抗値RDiagk(+)、RDiagk(−)は、前記メモリ部に保存されることが望ましい。
段階S440において、前記制御部140は、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。故障如何の判断は、前記診断抵抗値RDiagk(+)、RDiagk(−)を前記診断部R、Rの抵抗値に比べたとき、誤差範囲内にあるか否かによって行われる。これについては上述したため、繰り返される説明は省略する。望ましくは、絶縁抵抗測定装置が故障した場合(段階S440の「はい」)、段階S450に移動して外部装置に故障如何に関する情報を送るか、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。
図12は、本発明の更に他の実施例による絶縁抵抗測定方法を示したフロー図である。
まず、段階S500において、前記制御部240は、絶縁抵抗測定モードになるようにスイッチ制御信号を出力する。次いで、段階S510において、それぞれの第2抵抗Rに印加された電圧、すなわち絶縁検出電圧V、Vに対応する信号を前記電圧検出部130から受信する。前記段階S500及びS510は、上述した図10の段階S310及びS320と同一であるため、繰り返される説明は省略する。
次いで、段階S520において、前記制御部240は、自己故障診断モードになるようにスイッチ制御信号を出力する。次いで、段階S530において、前記各第2抵抗Rに印加された電圧、すなわち診断検出電圧V、Vに対応する信号を前記電圧検出部130から受信する。前記段階S520及びS530も、上述した図10の段階S340及びS350と同一であるため、繰り返される説明は省略する。
前記段階S500、S510と段階S520、S530とは、その手順が逆になっても構わない。本発明の更に他の実施例による絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法は、前記絶縁検出電圧V、Vと診断検出電圧V、Vとを相互比較することで故障如何を判断するため、両段階の手順によって本発明が制限されることはない。
段階S550において、前記制御部140は、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する。故障如何の判断は、前記絶縁検出電圧V、Vと診断検出電圧V、Vとの相互比較を通じて行われる。これについては上述したため、繰り返される説明は省略する。望ましくは、絶縁測定装置が故障した場合(段階S540の「はい」)、段階S550に移動して外部装置に故障如何に関する情報を送るか、または、段階S560に移動してユーザに警告することができる。
前記図10〜図12を参照して上述した絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法は、図9に示された絶縁抵抗測定装置200に対する自己故障診断方法にも該当する。各フロー図の段階のうち、絶縁抵抗測定モード及び自己故障診断モードになるようにスイッチ部220に制御信号を出力する段階において、第5〜第7スイッチSW5、SW6、SW7に制御信号を出力する具体的な制御方法のみが異なり、他の段階は実質的に同一であるため、繰り返し説明は省略する。
本発明によれば、絶縁抵抗を測定できる絶縁抵抗測定装置の本来の機能を利用することで、故障如何を自己診断することができる。また、更なる構成を最小化することで、本発明の目的である自己故障診断機能を具現することができる。なお、伝送部を通じてバッテリーが装着された装置の制御機または外部装置に電気接触機の故障を通知することができるという利点がある。また、故障発生時に、警告部を通じてユーザに電気接触機の故障を警告してユーザに適切な措置を講じらせることができる。
本発明の説明において、図1〜図9に示された本発明の自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置100、200に対する各構成は、物理的に区別される構成要素というよりは論理的に区別される構成要素として理解されねばならない。すなわち、各構成は、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、各構成要素が統合または分離されても、本発明の論理構成の機能を実現できれば、本発明の範囲内であると解釈されねばならず、同一または類似の機能を行う構成要素であれば、その名称上の一致如何とは関係なく、本発明の範囲内であると解釈されねばならないことは勿論である。
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、これらによって限定されず、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と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勿論である。
10 バッテリー
20 負荷
100、200 絶縁抵抗測定装置
110、120、210 絶縁測定抵抗部
130、230 電圧検出部
140、240 制御部
220 スイッチ部

Claims (23)

  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;
    前記バッテリーの負極端子及び正極端子にそれぞれ連結される第1診断部及び第2診断部;
    前記第1絶縁抵抗測定部及び前記第2絶縁抵抗測定部をそれぞれ前記正極端子及び前記負極端子に選択的に連結して、相異なる第1及び第2回路を形成する第1スイッチ及び第2スイッチ;
    前記第1診断部及び前記第2診断部をそれぞれ前記負極端子及び前記正極端子に選択的に連結して、相異なる第3及び第4回路を形成する第3スイッチ及び第4スイッチ;
    前記第1及び第2絶縁抵抗測定部に印加された第1及び第2絶縁検出電圧と、第1及び第2診断検出電圧とをセンシングする電圧検出部;並びに
    前記第1〜第4スイッチ部に制御信号を出力し、前記第1及び第2診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)で検出された第1及び第2絶縁検出電圧と、前記第1及び第2診断部が連結された状態(自己故障診断モード)で検出された第1及び第2診断検出電圧とを利用して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する制御部;
    を含むことを特徴とする自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置。
  2. 前記第2絶縁抵抗測定部が、DC電源印加部を更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た絶縁抵抗測定装置。
  3. 前記制御部が、
    前記第1及び第2絶縁検出電圧と前記第1及び第2回路とから誘導される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出し、
    前記第1及び第2診断検出電圧と前記第3及び第4回路から誘導される連立回路方程式から、正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出した後、
    前記絶縁抵抗値と前記診断抵抗値とを比較して、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た絶縁抵抗測定装置。
  4. 前記制御部が、
    前記第1及び第2診断検出電圧と前記第3及び第4回路から誘導される連立回路方程式から、正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出し、
    前記正極端子側及び負極端子側診断抵抗値が、前記第1及び第2診断部の抵抗値に比べて予め設定された誤差範囲内にあるか否かによって、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た絶縁抵抗測定装置。
  5. 前記制御部が、
    前記絶縁検出電圧と前記診断検出電圧とを比較して、前記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た絶縁抵抗測定装置。
  6. 前記制御部が、下記の数式を利用して正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出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た絶縁抵抗測定装置。
    Figure 2015509605
    (VBat:バッテリーの電圧値、V:第1絶縁検出電圧、V:第2絶縁検出電圧、VDC:DC電源印加部の電圧値、R:第1抵抗の抵抗値、R:第2抵抗の抵抗値、RLeak(+):正極端子側絶縁抵抗値、RLeak(−):負極端子側絶縁抵抗値)
  7. 前記制御部が、下記の数式を利用して正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置。
    Figure 2015509605
    (VBat:バッテリーの電圧値、V:第1診断検出電圧、V:第2診断検出電圧、VDC:DC電源印加部の電圧値、R:第1抵抗の抵抗値、R:第2抵抗の抵抗値、R:第1診断部の抵抗値、R:第2診断部の抵抗値、RLeak(+):正極端子側絶縁抵抗値、RLeak(−):負極端子側絶縁抵抗値、RDiag(+):正極端子側診断抵抗値、RDiag(−):負極端子側診断抵抗値)
  8. 前記バッテリーの電圧値、DC電源印加部の電圧値、前記第1及び第2絶縁抵抗測定部の抵抗値、前記第1及び第2診断部の抵抗値、算出された正極端子側及び負極端子側絶縁抵抗値、並びに算出された正極端子側及び負極端子側診断抵抗値を保存するメモリ部;を更に含む
    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た絶縁抵抗測定装置。
  9. 外部装置との通信インターフェースを形成する伝送部;を更に含み、
    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送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た絶縁抵抗測定装置。
  10. 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9に記載の自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置。
  11. 故障如何を視覚的または聴覚的に出力する警告部;を更に含み、
    前記制御部は、絶縁抵抗測定装置が故障した場合、前記警告部を通じて絶縁抵抗測定装置の故障を視覚的または聴覚的に警告できるように、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た絶縁抵抗測定装置。
  12. バッテリーの正極端子または負極端子に連結される絶縁抵抗測定部;
    前記バッテリーの負極端子または正極端子に連結される診断部;
    前記絶縁抵抗測定部の一端部を前記バッテリーの正極端子または負極端子に選択的に連結し、前記絶縁抵抗測定部の他端部をグラウンドまたはDC電源印加部に選択的に連結し、前記診断部を前記バッテリーの負極端子または正極端子に選択的に連結するスイッチ部;
    前記絶縁抵抗測定部に印加される絶縁検出電圧及び診断検出電圧をセンシングする電圧検出部;並びに
    前記スイッチ部に制御信号を出力し、前記診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)で検出された絶縁検出電圧、及び前記診断部が連結された状態(自己故障診断モード)で検出された診断検出電圧を利用して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する制御部;
    を含むことを特徴とする自己故障診断機能を備えた絶縁抵抗測定装置。
  13. 診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)で検出された第1及び第2絶縁検出電圧と、前記診断部が連結された状態(自己故障診断モード)で検出された第1及び第2診断検出電圧を利用して、バッテリーの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)前記絶縁抵抗測定モードを形成した後、前記第1及び第2絶縁検出電圧を検出する段階;
    (b)前記自己故障診断モードを形成した後、前記第1及び第2診断検出電圧を検出する段階;及び
    (c)前記絶縁検出電圧と診断検出電圧を利用して、絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する段階;
    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。
  14. 前記第2絶縁検出電圧及び第2診断検出電圧が、DC電源印加部を含む回路で検出された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、
    前記第1及び第2絶縁検出電圧と絶縁抵抗測定モードから誘導される連立回路方程式から、正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出し、
    前記第1及び第2診断検出電圧と前記自己故障診断モードから誘導される連立回路方程式から、正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出した後、
    前記絶縁抵抗値と診断抵抗値とを比較することで、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14に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
  16. 前記(c)段階が、
    前記第1及び第2診断検出電圧と前記自己故障診断モードから誘導される連立回路方程式から、正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出し、
    前記正極端子側及び負極端子側診断抵抗値が予め設定された誤差範囲内にあるか否かによって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14に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
  17. 前記(c)段階が、
    前記絶縁検出電圧と前記診断検出電圧とを比較して、前記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14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)段階が、下記の数式を利用して正極端子側絶縁抵抗値及び負極端子側絶縁抵抗値を算出する段階;
    であることを特徴とする請求項15に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
    Figure 2015509605
    (VBat:バッテリーの電圧値、V:第1絶縁検出電圧、V:第2絶縁検出電圧、VDC:DC電源印加部の電圧値、R:第1抵抗値、R:第2抵抗値、RLeak(+):正極端子側絶縁抵抗値、RLeak(−):負極端子側絶縁抵抗値)
  19. 前記(c)段階が、下記の数式を利用して正極端子側診断抵抗値及び負極端子側診断抵抗値を算出することを特徴とする請求項15または請求項16に記載の絶縁抵抗測定装置の自己故障診断方法。
    Figure 2015509605
    (VBat:バッテリーの電圧値、V:第1診断検出電圧、V:第2診断検出電圧、VDC:DC電源印加部の電圧値、R:第1抵抗値、R:第2抵抗値、R:第1診断部抵抗値、R:第2診断部抵抗値、RLeak(+):正極端子側絶縁抵抗値、RLeak(−):負極端子側絶縁抵抗値、RDiag(+):正極端子側診断抵抗値、RDiag(−):負極端子側診断抵抗値)
  20. バッテリーの電圧値、DC電源印加部の電圧値、第1及び第2絶縁抵抗測定部の抵抗値、第1及び第2診断部の抵抗値、算出された正極及び負極端子側絶縁抵抗値、並びに算出された正極及び負極端子側診断抵抗値を保存する段階;を更に含む
    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。
  21. (d)前記絶縁抵抗測定装置の故障如何に関する情報を外部装置に伝送する段階;を更に含む
    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。
  22. (d)前記絶縁抵抗測定装置に故障が発生したとき、それをユーザに視覚的または聴覚的に警告する段階;を更に含む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。
  23. 診断部の非連結状態(絶縁抵抗測定モード)及び診断部の連結状態(自己故障診断モード)で、絶縁抵抗測定部から検出される第1及び第2絶縁検出電圧と第1及び第2診断検出電圧を利用して、バッテリーの絶縁抵抗測定装置の故障如何を診断する方法であって、
    (a)前記絶縁抵抗測定部の一端部を前記バッテリーの正極端子または負極端子に連結し、前記絶縁抵抗測定部の他端部をグラウンドまたはDC電源印加部に連結して絶縁抵抗測定モードを形成した後、前記第1及び第2絶縁検出電圧を検出する段階;
    (b)前記診断部を前記バッテリーの負極端子または正極端子に連結して第1及び第2診断モードを形成した後、前記第1及び第2診断検出電圧を検出する段階;並びに
    (c)前記第1及び第2絶縁検出電圧と前記第1及び第2診断検出電圧を利用して絶縁抵抗測定装置の故障如何を判断する段階;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。
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