KR101065583B1 - 배터리의 누설전류 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 누설전류 검출 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 누설전류 검출 장치는, 배터리의 누설전류 검출 단자에 교류 전류 측정 신호를 인가하는 교류 전류원과, 누설전류 검출 단자의 교류 전압 응답 신호를 감압하여 검출하는 전압 검출 회로부와, 상기 전압 검출 회로부와 상기 교류 전류원으로부터 각각 교류 전압 응답 신호와 교류 전류 측정 신호를 입력 받아 양 교류 파형의 위상차에 따라 위상차 펄스 신호를 출력하는 위상 비교부와, 상기 전압 검출 회로부로부터 교류 전압 응답 신호를 입력 받아 진폭 신호를 출력하는 진폭 신호 출력부와, 상기 위상차 펄스 신호에 따라 상기 진폭 신호를 스위칭하여 위상차 승산 진폭 신호를 출력하는 위상 진폭 승산부와, 상기 위상차 승산 진폭 신호를 입력 받아 일정 시간 동안 누산(적분)된 값을 출력하는 누산부와, 상기 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값 레벨에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

직류 측정법, 교류 측정법, 임피던스, 누설전류, 위상차, 펄스 신호

Description

배터리의 누설전류 검출 장치 및 방법{Apparatus and Method for detecting leakage current of battery}

본 발명은 배터리의 누설전류 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고전압 배터리의 사용 장치에 장착된 배터리의 누설전류 발생 여부를 검출할 수 있는 배터리의 누설전류 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 자동차나 하이브리드 자동차(이하, 전지 구동 자동차로 통칭함)에 대한 관심이 높아지고 있다.

전지 구동 자동차에 사용되는 배터리는 이차 전지가 주류를 이룬다. 이차 전지는 크게 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열로 분류된다. 리튬 계열 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품에 주로 적용되며, 니켈 수소 계열 전지는 자동차와 같이 고출력이 요구되는 제품에 주로 적용된다.

배터리를 사용하는 장치에서는 배터리와 장치 간의 절연상태가 잘 유지될 필 요가 있다. 배터리의 절연상태가 유지되지 않으면 누설전류가 발생하여 여러 가지 문제를 야기하기 때문이다. 참고로, 배터리 누설전류는 예상치 못한 배터리의 방전이나 장치에 구비된 전자기기의 오작동을 일으킨다. 또한, 전지 구동 자동차와 같이 고전압 배터리를 사용하는 장치에서는 사람에게 치명적인 감전피해를 줄 수 있다.

도 1은 전지 구동 자동차에 배터리가 탑재될 경우의 등가 회로도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 배터리(B)가 전지 구동 자동차에 장착될 경우 자동차의 샤시 그라운드(Chassis ground; C_GND)와 배터리(B) 사이에는 용량 성분(Y-cap, 이하 Y-cap 용량 성분이라 한다)과 누설저항 성분(LR)이 존재한다. 상기 Y-cap 용량 성분은 자동차의 설계 내용과 자동차의 재질, 자동차의 사용 년 수 등 다양한 요인에 의해 결정된다. 그리고 누설저항 성분(LR)은 배터리와 샤시 그라운드 사이에 절연상태에 따라 그 값이 결정된다. 즉 배터리와 샤시 그라운드 사이의 절연 상태가 양호하면 누설저항 성분(LR)은 절연 상태에 준하는 수십 메가 옴 이상의 큰 저항 값을 가진다. 이런 경우 배터리와 샤시 그라운드 사이에는 무시할 수 있는 정도의 미소한 누설전류가 발생한다. 하지만 어떠한 요인으로 인해 배터리와 샤시 그라운드 사이에 절연상태가 잘 유지되지 않으면, 누설저항 성분(LR)의 저항 값이 감소되어 상술한 여러 가지 문제를 야기할 정도의 큰 누설전류를 발생시킨다.

종래에는 배터리와 별개로 구비된 전류원으로부터 전기적 신호를 배터리에 인가한 상태에서 배터리의 전압 응답 특성을 분석하여 배터리와 샤시 그라운드 사이의 임피던스를 산출하여 누설전류의 발생 여부를 검출하였다. 전류원으로는 교류 전류원과 직류 전류원이 모두 사용될 수 있는데, 직류 전류원을 사용하는 직류 측정법은 Y-cap 용량 성분이 임피던스에 미치는 영향을 제대로 반영할 수 없다는 단점이 있으므로 교류 전류원을 사용하는 교류 측정법이 정확도가 높은 누설전류 검출 법으로 알려져 있다.

교류 측정법의 일 예에 따르면, 배터리에 소정 주파수의 교류 전류 측정 신호를 인가한 상태에서 배터리의 교류 전압 응답 신호를 측정하고 교류 전압 응답 신호의 진폭 값을 계산하여 진폭 값의 레벨에 따라 누설전류 발생 여부를 판별한다.

교류 측정법의 다른 예에 따르면, 교류 전류 측정 신호와 교류 전압 응답 신호를 이용하여 임피던스의 크기와 임피던스의 위상을 산출한 후 임피던스의 크기와 위상을 이용해 임피던스의 저항 성분을 얻고 저항 성분의 크기를 기준치와 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별한다.

도 2는 종래의 교류 측정법에 따른 누설전류 검출 장치에서 배터리의 교류 전압 응답 신호를 검출하는 회로 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래의 교류 전압 응답 신호(Vout)를 검출하는 회로는 배터리(B)와 샤시 그라운드(C_GND) 사이에 존재하는 임피던스(Z=LR + jwY-cap)에 교류 전류 측정 신호 E_in을 인가하는 교류 전류원(10)과, 상기 E_in의 인가로 인한 임피던스(Z)의 교류 전압 응답 신호를 증폭하는 증폭기(20)와, 증폭된 교류 전압 응답 신호를 검출하는 전압 검출 단자(30)와, 배터리(B)와 전압 검출 단자(30)을 절연시키는 절연 용량 소자(40)를 포함한다.

여기서, 상기 절연 용량 소자(40)의 캐패시턴스는 큰 값을 갖는 것이 일반적이다. 용량 소자가 직렬로 연결될 경우 캐패시턴스가 커야만 임피던스(Z)에 미치는 영향을 최소화할 수 있기 때문이다. 참고로, 직렬로 연결된 용량 소자의 캐패시턴스는 임피던스(Z)의 허수부에 역수 성분으로 반영된다.

도 2의 전압 검출 회로에서, 증폭기(20)의 비반전 단자에 인가되는 교류 전류측정 신호 IL(Ein/Z)은 증폭기(20)의 출력단자와 비반전 단자를 연결한 바이패스 선로에 설치된 바이패스 저항 FR을 통해 흐르므로, 전압 검출 단자(30)에서는 IL×FR에 해당하는 교류 전압 응답 신호가 검출된다.

상기와 같은 종래의 회로 구성에 따르면, 임피던스(Z)에 교류 전류 측정 신호가 직접 인가되고 직렬로 연결된 절연 용량 소자(40)의 캐패시턴스가 크므로 임피던스(Z)를 정확하게 산출할 수 있다는 장점이 있다. 반면, 절연 용량 소자(40)의 캐패시턴스가 커서 절연 용량 소자(40)에 많은 량의 전하가 충전되므로 누설전류의 크기에 따라 전압 검출 단자(30)로 감전 사고를 일으킬 수 있을 정도의 고전압이 출력될 수 있다. 이에 따라 자동차의 유지 보수 시 운전자나 작업자가 감전될 위험에 처하는 문제가 있다.

또한 종래의 교류 측정법은 임피던스를 계산하여 누설전류 여부를 판별한다. 그런데 임피던스의 실수 성분과 허수 성분을 구성하는 누설저항 성분과 Y-cap 용량 성분은 자동차의 종류나 연식 등에 따라 그 값이 천차만별이다. 즉 동일한 제조사의 동일 차종의 자동차라고 하더라도 누설저항 성분의 저항 값과 Y-cap 용량 성분의 캐패시턴스가 다른 값을 가지며 심지어 동일한 자동차라고 하더라도 사용 기간 에 따라 누설저항 성분의 저항 값과 Y-cap 용량 성분의 캐패시턴스가 변화한다. 따라서 종래의 교류 측정법은 누설전류 발생 여부를 판별하는데 있어서 누설저항 성분과 Y-cap 용량 성분의 전기적 특성 변화에 유연하게 대처할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 감전 사고의 위험이 없는 전압 검출 회로를 이용한 배터리 누설전류 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 임피던스의 누설저항 성분과 Y-cap 용량 성분의 변화에 유연하게 대처할 수 있는 배터리 누설전류 검출 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 장치를 이용한 배터리 누설전류 검출 방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 누설전류 검출 장치는, 배터리의 누설전류 검출 단자에 교류 전류 측정 신호를 인가하는 교류 전류원과, 누설전류 검출 단자의 교류 전압 응답 신호를 감압하여 검출하는 전압 검출 회로부와, 상기 전압 검출 회로부와 상기 교류 전류원으로부터 각각 교류 전압 응답 신호와 교류 전류 측정 신호를 입력 받아 양 교류 파형의 위상차에 따라 위상차 펄스 신호를 출력하는 위상 비교부와, 상기 전압 검출 회로부로부터 교류 전압 응 답 신호를 입력 받아 진폭 신호를 출력하는 진폭 신호 출력부와, 상기 위상차 펄스 신호에 따라 상기 진폭 신호를 스위칭하여 위상차 승산 진폭 신호를 출력하는 위상 진폭 승산부와, 상기 위상차 승산 진폭 신호를 입력 받아 일정 시간 동안 누산(적분)된 값을 출력하는 누산부와, 상기 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값 레벨에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전압 검출 회로부는, 입력 측의 비반전 단자는 저항을 통해 교류 전류원과 접속되고 입력 측의 반전 단자는 그라운드와 접속되며, 출력 단자는 절연 저항을 매개로 누설전류 검출 단자와 연결된 증폭기와, 상기 증폭기의 비반전 단자로 흐르는 교류 전류 측정 신호를 증폭기의 출력 단자와 연결된 절연 저항 측으로 바이패스 시키는 바이패스 저항과, 상기 절연 저항과 상기 증폭기 사이의 노드로부터 감압된 교류 전압 응답 신호를 출력하는 전압 검출 단자를 포함한다.

바람직하게, 상기 전압 검출 회로부는 상기 절연 저항과 상기 누설전류 검출 단자 사이에 개재된 제1용량 소자를 더 포함한다. 이런 경우, 상기 교류 전류 측정 신호의 바이패스 선로에는 제2용량 소자가 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 진폭 신호 출력부는 상기 전압 검출 단자에서 출력된 교류 전압 응답 신호를 정류하는 정류기와, 정류된 교류 전압 응답 신호를 파형 정형하는 파형 정형기를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 누설전류 검출 방 법은, 배터리의 누설전류 검출 단자에 교류 전류 측정 신호를 인가하는 단계와, 누설전류 검출 단자의 교류 전압 응답 신호를 감압하여 검출하는 단계와, 상기 검출된 교류 전압 응답 신호와 상기 교류 전류 측정 신호의 위상차에 따라 위상차 펄스 신호를 생성하는 단계와, 상기 교류 전압 응답 신호에 대한 진폭 신호를 생성하는 단계와, 상기 위상차 펄스 신호에 따라 상기 진폭 신호를 스위칭하여 위상차 승산 진폭 신호를 생성하는 단계와, 상기 위상차 승산 진폭 신호를 일정 시간 동안 누산(적분)하는 단계와, 상기 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값 레벨에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 누설전류의 발생 여부를 판별하여 배터리의 방전을 방지할 수 있고, 누설전류로 인한 배터리 사용 장치(예컨대, 전지 구동 자동차)의 오작동 및 고장을 예방할 수 있고, 무엇보다 누설전류로 인한 인명 피해를 예방할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 교류 전압 응답 신호를 감압시켜 검출하고 증폭기의 출력 단에 캐패시턴스가 작은 제1용량 소자를 사용함으로써 전압 검출 단자를 통해 운전자나 작업자가 감전되는 피해를 막을 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 교류 전류 측정 신호를 바이패스 시키는 선로에 제2용량 소자를 설치함으로써 상기 제1용량 소자로 인한 교류 전압 응답 신호의 위상 변화를 상쇄시킴으로써 교류 전압 응답 신호의 왜곡을 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 교류 전압 응답 신호를 검출하는 회로에 캐패시턴스가 작은 용량 소자를 사용하더라도 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값 레벨에 의해 누설전류 발생 여부를 판별하므로, 배터리와 샤시 그라운드 사이의 임피던스 성분 중 Y-cap 용량 성분이 변화하더라도 보다 신뢰성 있는 누설전류 검출이 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 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.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 누설전류 검출 장치에 구비된 전압 검출 회로부의 구성을 도시한 회로도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전압 검출 회로부(100)는 배터리(B)의 누설전류 검출 단자(n1)에 접속되고, 배터리(B)의 누설전류 검출 단자(n1)와 샤시 그라운드(C_GND) 사이에는 Y-cap 용량 성분과 누설저항 성분(LR)에 의한 임피던스(Z)가 존재한다.

상기 전압 검출 회로부(100)는 교류 전류원(110), 증폭기(120), 바이패스 저항(FR), 절연 저항(R2), 및 전압 검출 단자(n2)를 포함한다.

상기 교류 전류원(110)은 저항 R1을 통해 증폭기(120)의 비단전 단자 측으로 교류 전류 측정 신호(I1)를 인가한다. 상기 증폭기(120)의 입력 측에 구비된 반전 단자는 샤시 그라운드(C_GND)와 연결되고, 상기 증폭기(120)의 출력 단자는 상기 절연 저항(R2)의 일 측과 연결된다. 상기 바이패스 저항(FR)은 증폭기(120)의 비반전 단자와 상기 절연 저항(R2)의 타 측을 연결하는 바이패스 선로에 설치된다. 바이패스 저항(FR)은 증폭기(120)의 비반전 단자로 인가되는 교류 전류 측정 신호(I1)를 절연 저항(R2)의 타 측으로 바이패스 시킨다. 상기 전압 검출 단자(n2)는 배터리(B)의 누설전류 검출 단자(n1)에 연결되지 않고, 증폭기(120)의 출력 단자와 절연 저항(R2) 사이에 개재된다. 따라서 전압 검출 단자(n2)로 출력되는 교류 전압 응답 신호(Vout)는 누설전류 검출 단자(n1)에 인가되는 전압 VL(-Ein×FR/R1)을 기준으로 R2×I2만큼 감압된다.

누설전류를 IL이라 할 때 I2는 교류 전류 측정 신호 I1과 누설전류 IL의 합산 전류이므로, 교류 전압 응답 신호(Vout)는 다음 수학식1에 의해 계산된다.

<수학식1>

Vout = VL - R2×I2 = VL-R2×(I1+IL)

=VL - R2×Ein/R1 + R2×Ein×(FR/R1)/Z

상기 수학식1에 의하면, 전압 검출 단자(n2)의 교류 전압 응답 신호의 전압 레벨은 저항 R2 및 FR의 크기를 조절하여 충분히 작게 할 수 있다. 예를 들어 R2의 저항값을 FR의 저항값보다 상대적으로 많이 크게 증가시키면, 교류 전압 응답 신호의 전압 레벨을 충분히 낮추어 줄 수 있다. 이런 경우, 자동차의 운전자나 작업자가 전압 검출 회로부(100)를 통해 감전 피해를 입는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 누설전류 검출 장치에 구비된 전압 검출 회로부의 구성을 도시한 회로도이다.

도 4를 참조하면, 상기 전압 검출 회로부(100')는 절연 저항(R2)과 직렬 연결된 제1용량 소자(C1)를 더 포함한다. 상기 제1용량 소자(C1)는 임피던스(Z)의 허수부에 캐패시턴스 성분으로 반영되어 허수부의 크기를 감소시킨다. 그러면, Y-cap 용량 성분이 임피던스(Z)의 실수부에 해당하는 누설저항 성분(LR)에 미치는 영향을 감소시킴으로써 누설저항 성분의 특성이 임피던스에 충분히 반영될 수 있도록 한다.

한편, 상기 제1용량 소자(C1)가 절연 저항(R2)에 직렬 연결되면, 전압 검출 단자(n2)를 통해 출력되는 교류 전압 응답 신호의 위상이 왜곡된다. 따라서 이러한 위상 왜곡을 상쇄시키기 위해 바이패스 저항(FR)과 직렬 연결된 제2용량 소자(C2)를 바이패스 선로에 설치하는 것이 바람직하다.

도 5는 도 3 또는 도 4에 도시된 전압 검출 회로부(100, 100')를 이용하여 구현된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 누설전류 검출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 누설전류 검출 장치(200)는, 교류 전류원(210), 전압 검출 회로부(220), 위상 비교부(230), 진폭 신호 출력부(240), 위상 진폭 승산부(250), 누산부(260) 및 누설전류 판별부(270)를 포함한다.

상기 교류 전류원(210)은 교류 전류 측정 신호(도 6의 A 참조)를 전압 검출 회로부(220)에 인가한다. 여기서, 전압 검출 회로부(220)는 도 3 또는 도 4에 도시된 회로 구성을 갖는다.

상기 전압 검출 회로부(220)는 교류 전류 측정 신호를 배터리의 누설전류 검출 단자(n1)에 인가하고 배터리(B)의 누설전류 검출 단자(n1)와 샤시 그라운드(C_GND) 사이에 존재하는 임피던스(Z)에 의한 교류 전압 응답 신호(도 6의 B 참조)를 검출하여 출력한다. 여기서, 임피던스(Z)는 누설저항 성분(LR)과 Y-cap 용량 성분을 포함한다.

상기 위상 비교부(230)는 상기 전압 검출 회로부(220)와 상기 교류 전류원(210)으로부터 각각 교류 전압 응답 신호와 교류 전류 측정 신호를 입력 받아 양 교류 파형의 위상차에 따라 위상차 펄스 신호(도 6의 C 참조)를 출력한다. 위상차 펄스 신호의 듀티비는 양 교류 파형의 위상차에 정비례한다. 상기 위상 비교부(230)는 공지의 EXOR 논리 연산기로 구현할 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

상기 진폭 신호 출력부(240)는 상기 전압 검출 회로부(220)로부터 교류 전압 응답 신호를 입력 받아 교류 전압 응답 신호의 진폭 신호를 출력한다. 상기 진폭 신호 출력부(240)는 상기 교류 전압 응답 신호 중 음의 진폭을 갖는 신호만을 선택적으로 반전시켜 정류 응답 신호(도 6의 D 참조)를 출력하는 정류기(240a)와, 정류 응답 신호를 파형 정형하여 교류 전압 응답 신호에 대한 진폭 신호(도 6의 E 참조) 를 생성하여 출력하는 파형 정형기(240b)를 포함한다. 여기서, 상기 정류기(240a)는 완전파 정류기(full wave rectifier)를 이용하여 구현할 수 있고, 상기 파형 정형기(240b)는 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter) 또는 90도 위상 전이기(Phase shifter)를 이용하여 구현할 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

상기 위상 진폭 승산부(250)는 상기 위상차 펄스 신호에 따라 진폭 신호를 스위칭한다. 즉 상기 위상 진폭 승산부(250)는위상차 펄스 신호가 하이 레벨일 때 진폭 신호를 출력한다. 이처럼 진폭 신호가 스위칭되면 위상 진폭 승산부(250)로부터 위상차와 전압 응답 신호의 진폭을 곱한 값에 해당하는 위상차 승산 진폭 신호(도 6의 F 참조)가 출력된다. 상기 위상 진폭 승산부(250)는 펄스 신호에 따라 아날로그 전압 신호를 스위칭하는 아날로그 스위칭 소자로 구현할 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

상기 누산부(260)는 상기 위상차 승산 진폭 신호를 입력 받아 일정 시간 동안 누산(적분)하고 그 결과 값을 누설전류 판별부(270)로 출력한다. 상기 누산부(260)는 통상적인 적분 회로로 구현한다.

상기 누설전류 판별부(270)는 미리 정한 누설전류 판별기준과 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값을 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하고 그 결과를 인터페이스(280)를 통해 출력한다. 상기 누설전류 판별부(270)는 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값이 미리 정한 임계 기준 값보다 크면 누설전류가 없는 것으로 판별하고, 반대로 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값이 미리 정한 임계 기준 값보다 작으면 누설전류가 있는 것으로 판별한다.

상기 임계 기준 값은 실험을 통하여 정한다. 즉 누설전류가 있으면 임피던스(Z)의 누설저항 성분(LR)의 저항 값이 작다. 이런 경우, 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값은 작은 레벨을 갖는다. 반대로, 누설전류가 없으면 임피던스(Z)의 누설저항 성분(LR)의 저항 값이 크다. 이런 경우 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값이 큰 레벨을 갖는다. 따라서 반복적인 실험을 통해 누설전류가 발생된 것으로 간주할 수 있는 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값에 대한 신뢰성 있는 통계 값을 구하고 그 값을 임계 기준 값으로 정한다.

상기 누설전류 판별부(270)는 누설전류 발생 여부에 대한 판별이 완료되면 누설전류 발생 유무를 나타내는 데이터 코드를 인터페이스(280)를 통해 출력한다. 이렇게 출력된 데이터 코드는 BMS(Battery Management System)과 같은 배터리 관리 장치로 전송될 수 있다. 이런 경우 배터리 관리 장치는 누설전류 발생 사실을 표시 장치를 통해 시각적으로 출력하거나 알람 장치를 통해 청각적으로 출력할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 진폭 신호를 위상차 펄스 신호를 이용하여 스위칭(승산)함으로써 위상차 승산 진폭 신호를 생성하고, 위상차 승산 진폭 신호에 대한 누산 값 레벨에 따라 누설전류의 발생 여부를 판별한다. 이처럼 위상차 승산 진폭 신호를 이용하여 누설전류 발생 여부를 판별하면 Y-cap 용량 성분이 변화되더라도 신뢰성 있는 누설전류 검출이 가능하다.

예를 들어, Y-cap 용량 성분이 증가하면 진폭 신호의 진폭이 감소하는 대신 위상차 펄스 신호의 듀티비가 증가한다. 하지만 위상차 승산 진폭 신호를 생성하기 위해 위상차 펄스 신호에 의해 진폭 신호를 스위칭(승산)하면 진폭의 감소 분이 듀 티비의 증가 분에 의해 상쇄되는 효과가 있다. 따라서 누설저항 성분(LR)의 저항 값이 동일하다고 가정할 때 Y-cap 용량 성분이 다소 변화되더라도 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값의 변화 폭은 유의미한 변화를 보이지 않으며, 그 결과 Y-cap 용량 성분의 변화에 강인한 누설전류 검출이 가능해지는 것이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 누설전류 검출 방법의 순서를 도시한 절차 흐름도이다.

먼저, S10 단계에서, 도 5에 도시된 배터리 누설전류 검출 장치를 배터리의 누설전류 검출 단자에 연결한다.

이어서, S20 단계에서, 전압 검출 회로부를 매개로 배터리의 누설전류 검출 단자에 교류 전류 측정 신호를 인가한다.

이어서, S30 단계에서 상기 누설전류 검출 단자의 전압을 절연 저항을 통해 감압시켜 측정하여 교류 전압 응답 신호를 획득한다.

그 다음, S40 단계에서, 상기 교류 전류 측정 신호와 교류 전압 응답 신호 사이의 위상차에 따라 위상차 펄스 신호를 생성하는 한편, 상기 교류 전압 응답 신호의 진폭 신호를 동기화시켜 생성한다.

다음으로, S50 단계에서, 상기 진폭 신호를 위상차 펄스 신호에 따라 스위칭하여 위상차 승산 진폭 신호를 생성한다.

그러고 나서, S60 단계에서, 상기 위상차 승산 진폭 신호를 일정한 시간 동안 누산한다.

마지막으로, S70 단계에서, 상기 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값 레벨을 미리 정한 누설전류 판별 기준과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하고 그 결과를 인터페이스를 통해 출력한다.

상술한 바와 같이, 누설전류 검출 결과는 배터리 관리 장치로 입력될 수 있고, 배터리 관리 장치는 누설전류가 검출된 것으로 판정되면 누설전류 발생 사실을 표시 장치 또는 알람 장치를 통해 시각적 또는 청각적으로 출력한다.

이상과 같이, 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.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.

도 1은 배터리가 전지 구동 자동차에 장착될 경우, 누설저항 성분과 Y-cap 용량 성분으로 이루어진 임피던스와 배터리와의 연결 관계를 도시한 등가 회로도이다.

도 2는 종래 기술의 교류 측정법에서 사용되는 전압 검출 회로의 회로도이다.

도 3은 본 발명에 따른 배터리 누설전류 검출 장치에서 사용되는 제1실시예에 따른 전압 검출 회로부의 회로도이다.

도 4는 본 발명에 따른 배터리 누설전류 검출 장치에서 사용되는 제2실시예에 따른 전압 검출 회로부의 회로도이다.

도 5는 본 발명에 따른 배터리 누설전류 검출 장치의 블록 다이어그램이다.

도 6은 교류 전류 측정 신호(A), 교류 전압 응답 신호(B), 위상차 펄스 신호(C), 정류된 교류 전압 응답 신호(D), 파형 정형된 교류 전압 응답 신호(E) 및 위상차 승산 진폭 신호(F)의 파형을 시간에 따라 도시한 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 배터리 누설전류 검출 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.

Claims (8)

1. 배터리의 누설전류 검출 단자에 교류 전류 측정 신호를 인가하는 교류 전류원;

   누설전류 검출 단자의 교류 전압 응답 신호를 감압하여 검출하는 전압 검출 회로부;

   상기 전압 검출 회로부와 상기 교류 전류원으로부터 각각 교류 전압 응답 신호와 교류 전류 측정 신호를 입력 받아 양 교류 파형의 위상차에 따라 위상차 펄스 신호를 출력하는 위상 비교부;

   상기 전압 검출 회로부로부터 교류 전압 응답 신호를 입력 받아 교류 전압 응답 신호의 진폭 신호를 출력하는 진폭 신호 출력부;

   상기 위상차 펄스 신호에 따라 상기 진폭 신호를 스위칭하여 위상차 승산 진폭 신호를 출력하는 위상 진폭 승산부;

   상기 위상차 승산 진폭 신호를 입력 받아 일정 시간 동안 누산(적분)하여 누산 값을 출력하는 누산부; 및

   상기 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값 레벨에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 검출 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전압 검출 회로부는,

   입력 측의 비반전 단자는 저항을 통해 교류 전류원과 접속되고 입력 측의 반전 단자는 그라운드와 접속되며, 출력 단자는 절연 저항을 매개로 누설전류 검출 단자와 연결된 증폭기;

   상기 증폭기의 비반전 단자로 흐르는 교류 전류 측정 신호를 증폭기의 출력 단자와 연결된 절연 저항 측으로 바이패스 시키는 바이패스 저항; 및

   상기 증폭기의 출력 단자와 상기 절연 저항 사이의 노드로부터 감압된 교류 전압 응답 신호를 출력하는 전압 검출 단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 검출 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전압 검출 회로부는 상기 절연 저항과 직렬 연결된 제1용량 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 검출 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전압 검출 회로부는, 바이패스 선로에 상기 바이패스 저항과 직렬 연결된 제2용량 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 검출 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 진폭 신호 출력부는,

   상기 전압 검출 회로부에서 검출한 교류 전압 응답 신호를 정류하는 정류기; 및

   정류된 교류 전압 응답 신호를 파형 정형하여 진폭 신호를 생성하는 파형 정형기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 검출 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 누설전류 판별부는 누설전류 발생 여부에 대한 판별 결과를 배터리 관리 장치로 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 검출 장치.
7. 배터리의 누설전류 검출 단자에 교류 전류 측정 신호를 인가하는 단계;

   상기 누설전류 검출 단자의 교류 전압 응답 신호를 감압하여 검출하는 단계;

   상기 검출된 교류 전압 응답 신호와 상기 교류 전류 측정 신호의 위상차에 따라 위상차 펄스 신호를 생성하는 단계;

   상기 교류 전압 응답 신호에 대한 진폭 신호를 생성하는 단계;

   상기 위상차 펄스 신호에 따라 상기 진폭 신호를 스위칭하여 위상차 승산 진폭 신호를 생성하는 단계;

   상기 위상차 승산 진폭 신호를 일정 시간 동안 누산(적분)하는 단계; 및

   상기 위상차 승산 진폭 신호의 누산 값 레벨에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 검출 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 누설전류 발생 여부에 대한 판별 결과를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 검출 방법.

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