KR101291724B1 - 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법 - Google Patents

배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리의 누설전류 감시 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감시 장치는, 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결한 도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드; 상기 전압 배분 노드와 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 제1 및 제2스위치의 선택적 턴온에 의해 상기 전압 배분 노드의 전압을 센싱하여 누설저항을 계산하고, 계산된 누설저항과 기준 절연저항을 대비하여 누설전류의 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리의 양극 단자와 음극 단자의 전압을 선택적으로 센싱하여 배터리의 누설전류를 감지함으로써, 배터리의 누설전류 발생 시 이를 조기에 감지하여 배터리의 방전을 방지할 수 있다. 또한, 누설전류로 인한 차량 내부 기기의 오작동 및 고장을 예방할 수 있다. 나아가, 배터리의 누설전류로 인한 인명 피해를 예방할 수 있다.
배터리, 누설전류, 누설저항, 절연저항

Description

배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법{Apparatus and Method for sensing leakage current of battery}
본 발명은 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고전압을 요구하는 배터리 전원 공급 시스템에 채용된 배터리의 누설전류를 감지할 수 있는 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지면서 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기 자동차나 하이브리드 자동차에는 자동차의 구동에 사용되는 모터를 구동시키기 위해 전기 에너지가 필요하고 이를 배터리를 통해 공급하게 된다.
전기 자동차나 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리로는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방전과, 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하는 충전 과정을 반복할 수 있는 이차 전지가 주류를 이룬다. 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열의 전지로 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 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품에 적용되어 사용되고 있다.
한편, 배터리를 전원으로 사용하는 장치의 경우, 배터리와 배터리 관리 장치를 제외한 외부 장치와의 절연이 잘 유지되어야 한다. 만약 배터리의 절연상태가 유지되지 못할 경우, 누설전류가 발생하게 된다. 누설전류가 발생되면, 일차적으로는 배터리의 방전과 배터리가 장착된 전자 기기들의 오작동 및 고장의 원인이 될 수 있다. 특히, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고전압 배터리에서 누설전류가 발생하게 되면, 사용자에게 치명적인 감전피해를 줄 수 있다. 이에 따라 본 발명이 속한 기술분야에서는 배터리의 누설전류를 철저하게 감지할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 간단한 회로 구성을 통해 배터리의 누설전류 발생 유무를 용이하고 정확하게 감지할 수 있는 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치는, 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결한 도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드; 상기 전압 배분 노드와 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 제1 및 제2스위치의 선택적 턴온에 의해 상기 전압 배분 노드의 전압을 센싱하여 누설저항을 계산하고, 계산된 누설저항과 기준 절연저항을 대비하여 누설전류의 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 배분 노드와 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 제1 및 제2저항이 개재된다.
바람직하게, 상기 누설전류 판별부는, 상기 제1 및 제2스위치를 선택적으로 턴온시키는 스위치 제어기; 제1 및 제2스위치의 선택적 턴온에 따라 상기 전압 배분 노드의 전압을 측정한 후 아날로그 전압 신호를 출력하는 전압 센싱기; 상기 센싱된 아날로그 전압 신호를 디지털화하는 A/D 변환기; 및 상기 A/D 변환기로부터 디지털화된 전압 신호를 입력받아 누설저항을 계산한 후 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하는 중앙연산처리기;를 포함한다.
바람직하게, 상기 중앙연산처리기는 하기 수학식에 의해 누설저항을 계산한다.
<수학식>
Figure 112011086686279-pat00012
(여기서, Ri는 전압 센싱기의 내부 저항, E는 배터리 양단 전압, V1은 제1스위치의 턴온에 의해 센싱된 양극 단자측의 출력전압, V2는 제2스위치의 턴온에 의해 센싱된 음극 단자측의 출력전압임)
본 발명에 따른 누설전류 감지 장치는, 누설전류가 발생되었을 경우 누설전류 발생 사실을 통보하는 누설전류 경보기를 더 포함할 수 있다. 이런 경우, 상기 중앙연산처리기는 상기 누설전류 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 누설전류 발생 사실을 사용자에게 통보할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치는, 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결한 제1도전 라인 상에 설치된 제1전압 배분 노드; 상기 제1전압 배분 노드와 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 제1전압 배분 노드와 접지를 연결한 제2도전 라인 상에 설치된 제2전압 배분 노드; 제1 및 제2스위치의 선택적 턴온에 의해 상기 제2전압 배분 노드의 전압을 센싱하여 누설저항을 계산하고, 계산된 누 설저항과 기준 절연저항을 대비하여 누설전류의 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1전압 배분 노드와 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 제1 및 제2저항이 개재되며, 상기 제2전압 배분 노드와 제1전압 배분 노드 및 접지 사이에는 제3 및 제4저항이 각각 개재된다.
바람직하게, 상기 제2전압 배분 노드와 접지 사이에 커패시터가 구비되고, 상기 누설전류 판별부는 상기 커패시터의 양극 및 음극 단자에 인가된 전위차를 센싱하여 제2전압 배분 노드의 전압을 센싱한다.
바람직하게, 상기 누설전류 판별부는, 상기 제1 및 제2스위치를 선택적으로 턴온시키는 스위치 제어기; 제1 및 제2스위치의 선택적 턴온에 따라 상기 제2전압 배분 노드의 전압을 센싱한 후 아날로그 전압 신호를 출력하는 전압 센싱기; 상기 센싱된 아날로그 전압 신호를 디지털화하는 A/D 변환기; 및 상기 A/D 변환기로부터 디지털화된 전압 신호를 입력받아 누설저항을 계산한 후 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하는 중앙연산처리기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 배터리의 누설전류 감지 방법은, (a) 로드에 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결하는 단계; (b) 상기 배터리 양단을 연결하는 도전 라인에 설치된 전압 배분 노드를 통해 배터리의 양극 단자와 음극 단자로부터 전압 배분 노드로 인가되는 전압을 센싱하는 단계; (c) 센싱된 양극 단자측 전압과 음극 단자측 전압을 이용하여 누설저항을 계산하는 단계; 및 (d) 상기 누설저항을 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부 를 판별하여 그 결과를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리의 누설전류 감지 방법은, (a) 로드에 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결하는 단계; (b) 상기 배터리 양단을 연결하는 제1도전 라인 상의 제1전압 배분 노드와 접지를 연결하는 제2도전 라인 상의 제2전압 배분 노드를 통해 배터리의 양극 및 음극 단자로부터 상기 제2전압 배분 노드로 인가되는 전압을 센싱하는 단계; (c) 센싱된 양극 단자측 전압과 음극 단자측 전압을 이용하여 누설저항을 계산하는 단계; 및 (d) 상기 누설저항을 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하여 그 결과를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리의 양극 단자와 음극 단자의 전압을 선택적으로 센싱하여 배터리의 누설전류를 감지함으로써, 배터리의 누설전류 발생 시 이를 조기에 감지하여 배터리의 방전을 방지할 수 있다. 또한, 누설전류로 인한 차량 내부 기기의 오작동 및 고장을 예방할 수 있다. 나아가, 배터리의 누설전류로 인한 인명 피해를 예방할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 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 원 칙에 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 1은 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치가 구비된 배터리 전원 공급 시스템의 등가 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치(200)는, 다수의 셀이 직렬 또는 병렬 연결되어 셀 어셈블리를 이루는 배터리(100)와, 상기 배터리(100)에서 출력되는 전원이 공급되는 부하(300)로 구성된 배터리 전원 공급 시스템에서 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2)에 연결되어 누설전류를 감지한다.
상기 배터리(100)는 전기에너지 저장수단으로 재충전이 가능한 다수의 단위셀이 전기적으로 연결되어 있다. 상기 단위셀은 울트라 커패시터를 포함하는 전기 이중층 커패시터 또는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같은 2차 전지이다. 일 예로, 상기 배터리(100)가 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리인 경우 배터리(100)는 200V 이상의 고전압 DC 전원을 출력한다. 하지만, 본 발명이 배터리의 종류 및 출력전압 용량에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 부하(300)는 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 구동 모터(M), DC to DC 컨버터(미도시) 등으로 구성할 수 있다. 또한, 부하(300)에는 구동 모터(M)에서 발생하는 노이즈(Noise)를 제거하기 위해서 DC/DC 캡(C1)과 Y-캡(C2, C3)이 포함될 수 있다. DC/DC 캡(C1)은 용량이 큰 커패시터를 채용하여 구동 모터(M)에서 발생되는 고주파 노이즈를 제거하고, Y-캡(C2, C3)은 구동 모터(M)에서 발생되는 저주파 노이즈를 제거한다.
본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치(200)는 상기 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2)에 각각 연결되어 배터리(100)의 누설전류를 감지한다. 상기 누설전류 감지 장치(200)의 구성에 대해서는 이하에서 제1 및 제2실시예를 들어 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치의 등가 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치(201)는, 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2)를 각각 연결한 도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드(n)와, 상기 전압 배분 노드(n)와 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2) 사이에 각각 개재된 제1 및 제2저항(R1, R2)과, 상기 전압 배분 노드(n)와 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2) 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)와, 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)의 선택적 턴온에 의해 상기 전압 배분 노드(n)의 전압을 센싱하여 누설저항을 계산하고, 계산된 누설저항과 기준 절연저항을 대비하여 누설전류의 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부(210)를 포함한다. 여기서, 전압 배분 노드(n)와 누설전류 판별부(210) 사이에는 누설전류 판별부(210)에 일정 레벨값 이상의 고전압이 인가되는 것을 방지하기 위해 접지와 연결된 제노 다이오드(D)를 추가적으로 설치할 수 있다.
한편, 상기 배터리(100)에서 양극 및 음극 단자(V1, V2)에 각각 표시된 양의 누설저항(Rleakage+)과 음의 누설저항(Rleakage-)은 누설전류가 발생했을 때의 상황을 묘사한 것으로 누설전류가 발생하게 되면 나타나는 가상의 저항값을 표현한 것이다.
누설전류의 측정을 위해, 상기 누설전류 판별부(210)는 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 선택적으로 턴온시킨다. 여기서, 선택적으로 턴온시킨다는 것은 제1스위치(SW1)가 온 상태이면, 제2스위치(SW2)는 오프 상태가 되고, 반대로 제1스위치(SW1)가 오프 상태가 되면 제2스위치(SW2)는 온 상태가 되는 것을 의미한다. 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)가 선택적으로 턴온되면, 배터리의 양극 단자(V1)측 전압 및 음극 단자(V2)측 전압이 각각 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)에 의해 승압 또는 감압되어 전압 배분 노드(n)에 인가된다. 여기서, 제1저항(R1)과 제2저항(R2)은 저항값이 동일한 것이 바람직한데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그러면, 누설전류 판별부(210)는 전압 배분 노드(n)에 인가된 전압을 센싱하여 누설저항을 계산함으로써 누설전류 발생 여부를 판별한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치의 등가 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치(202)는 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2)를 연결한 제1도전 라인 상에 설치된 제1전압 배분 노드(n1)와, 상기 제1전압 배분 노드(n1)와 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2) 사이에 개재된 제1 및 제2저항(R1, R2)과, 상기 제1전압 배분 노드(n1)와 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2) 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)와, 상기 제1전압 배분 노드(n1)와 접지를 연결한 제2도전 라인 상에 설치된 제2전압 배분 노드(n2)와, 상기 제2전압 배분 노드(n2)와 제1전압 배분 노드(n1) 및 접지 사이에 개재된 제3 및 제4저항(R3, R4)과, 상기 제2전압 배분 노드(n2)와 접지 사이에 설치된 커패시터(C)와, 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)의 선택적 턴온에 의해 상기 제2전압 배분 노드(n2)의 전압을 센싱하여 누설저항을 계산하고, 계산된 누설저항과 기준 절연저항을 대비하여 누설전류의 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부(210)를 포함한다. 여기서, 제2전압 배분 노드(n2)와 누설전류 판별부(210) 사이에는 누설전류 판별부(210)에 일정 레벨값 이상의 고전압이 인가되는 것을 방지하기 위해 접지와 연결된 제노 다이오드(D)를 추가적으로 설치할 수 있다.
한편, 상기 배터리(100)에서 양극 및 음극 단자(V1, V2)에 각각 표시된 양의 누설저항(Rleakage+)과 음의 누설저항(Rleakage-)은 누설전류가 발생했을 때의 상황을 묘사한 것으로 누설전류가 발생하게 되면 나타나는 가상의 저항값을 표현한 것이다.
누설전류의 측정을 위해, 상기 누설전류 판별부(210)는 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 선택적으로 턴온시킨다. 그러면, 배터리(100)의 양극 단자(V1)측 및 음극 단자(V2)측 전압이 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)에 의해 승압 또는 감압되 어 제1전압 배분 노드(n1)에 인가된다. 여기서, 제1저항(R1)과 제2저항(R2)은 저항값이 동일한 것이 바람직한데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 제1전압 배분 노드(n1)에 인가된 전압은 접지와 제1전압 배분 노드(n1) 사이에 연결된 제3저항(R3) 및 제4저항(R4)에 의해 배분되어 제2전압 배분 노드(n2)에 인가된다. 제2전압 배분 노드(n2)에 전압이 인가되면, 인가된 전압이 커패시터(C)에 충전된다. 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)의 선택적 턴온에 의해 커패시터(C)에 전압이 충전되면, 누설전류 판별부(210)는 커패시터(C)의 충전 전압을 2회에 걸쳐 센싱하여 누설저항을 계산한 후 누설전류 발생 여부를 판별한다. 한편, 제2도전 라인 상에 설치된 제3 및 제4저항(R3, R4) 중 제3저항(R3)의 저항값이 제4저항(R4)의 저항값보다 큰 것이 바람직하다. 이런 경우, 제2전압 배분 노드(n2)에 인가되는 전압의 크기를 줄일 수 있어 과도한 전압이 누설전류 판별부(210)로 인가되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 누설전류 판별부의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 상기 누설전류 판별부(210)는 전압 센싱기(211), A/D 변환기(212), 중앙연산처리기(213), 스위치 제어기(214) 및 누설전류 경보기(215)를 포함한다.
상기 전압 센싱기(211)는, 상기 제1 및 제2스위치의 선택적 턴온에 따라 배터리(100)의 양극 및 음극 단자(V1, V2)측으로부터 전압 배분 노드(도 2의 n 참조) 또는 제2전압 배분 노드(도 3의 n2 참조)에 인가되는 전압을 센싱한 후 아날로그 전압 신호를 출력한다.
상기 A/D 변환기(212)는, 상기 센싱된 아날로그 전압 신호를 디지털화한다.
상기 중앙연산처리기(213)는, 상기 A/D 변환기(212)로부터 디지털화된 전압 신호를 입력받아 누설저항을 계산한다. 그리고 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별한다.
상기 중앙연산처리기(213)는 A/D 변환기(212)로부터 입력되는 디지털화된 전압 신호를 양극 및 음극 단자(V1, V2)별로 구분하고, 양극 및 음극 단자(V1, V2)별로 구분된 디지털화된 전압 신호를 가지고 배터리의 누설저항을 하기 수학식 1을 통해서 계산한다.
Figure 112011086686279-pat00013
(여기서, Ri는 전압 센싱기의 내부 저항, E는 배터리 양단 전압, V1은 제1스위치의 턴온에 의해 센싱된 양극 단자(V1)측의 출력전압, V2는 제2스위치의 턴온에 의해 센싱된 음극 단자(V2)측의 출력전압임)
상기 중앙연산처리기(213)는 상기 계산된 누설저항과 미리 설정된 기준 절연저항과 대비하여 계산된 누설저항이 기준 절연저항을 초과할 경우 누설전류가 발생되고 있는 것으로 판별한다. 그리고 누설전류 경보기(215)에 누설전류 발생 신호를 전달한다.
상기 스위치 제어기(214)는, 상기 중앙연산처리기(213)의 통제에 따라 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 선택적으로 턴온시킨다. 스위치 제어기(214)는 양극 및 음극 단자(V1, V2)측으로부터 교번적으로 전압이 출력될 수 있도록 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 제어한다. 예컨대, 스위치의 제어 순서는 먼저, 양극 단자(V1)측의 전압을 출력시킬 경우, 제1스위치를 온시키고 제2스위치(SW2)를 오프시킨다. 그리고 음극 단자(V2)측의 전압을 출력시킬 경우, 제1스위치(SW1)를 오프시키고 제2스위치(SW2)를 온시킨다.
상기 누설전류 경보기(215)는, 상기 중앙연산처리기(213)로부터 누설전류 발생 신호가 입력되면 누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 통보한다.
상기 누설전류 경보기(215)는 LED, LCD, 알람 경보기 또는 이들의 조합을 포함한다. 이런 경우, 상기 누설전류 발생 신호가 입력되면, 상기 누설전류 경보기(215)는 LED를 점멸하거나 LCD에 경고 메시지를 출력하거나 알람 부저음을 발생시켜 사용자에게 누설전류 발생 사실을 통보할 수 있다. 상기 LED, LCD 및 알람 경보기는 누설전류 경보기(215)의 일 예시에 불과하며, 여러 가지 변형된 형태의 시각적 또는 청각적 알람 장치가 누설전류 경보기(215)로 채용될 수 있을 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
먼저, 단계(S100)에서는, 양극 단자(V1)측에서 출력되는 전압을 센싱하기 위해서 제1스위치(SW1)을 온시키고, 제2스위치(SW2)를 오프시킨다. 그리고 양극 단 자(V1)측에서 출력되는 전압을 상기 전압 센싱기(211)에서 센싱한 후 아날로그 전압 신호를 출력한다. 전압의 센싱은 상술한 바와 같이 전압 배분 노드(n) 또는 제2전압 배분 노드(n2)를 통해 이루어질 수 있다. 상기 출력된 아날로그 전압 신호는 상기 A/D 변환기(212)를 통해 디지털화된 전압 신호로 변환되어 중앙연산처리기(213)로 입력된다.
단계(S200)에서는, 음극 단자(V2)측에서 출력되는 전압을 센싱하기 위해서 상기 제1스위치(SW1)을 오프시키고, 제2스위치(SW2)를 온시킨다. 그리고 음극 단자(V2)측에서 출력되는 전압을 상기 전압 센싱기(211)에서 센싱한 후 아날로그 전압 신호를 출력한다. 전압의 센싱은 상술한 바와 같이 전압 배분 노드(n) 또는 제2전압 배분 노드(n2)를 통해 이루어질 수 있다. 상기 출력된 아날로그 전압 신호는 상기 A/D 변환기(212)를 통해 디지털화된 전압 신호로 변환되어 중앙연산처리기(213)로 입력된다.
단계(S300)에서는, 상기 S100 단계와 S200 단계에서 입력된 양극 및 음극 단자(V1, V2)측의 전압 신호를 이용하여 누설저항을 계산한다. 누설저항의 계산 방식은 이미 상술한 바 있다.
단계(S400)에서는, 상기 S300 단계에서 계산된 누설저항과 기준 절연저항을 대비하여 계산된 누설저항이 기준 절연저항을 초과하는지를 판단한다.
단계(S400)에서 누설저항이 기준 절연저항보다 작으면, 단계(S500)에서 배터리에서 누설전류가 발생하지 않은 것으로 판정한다.
반대로, 단계(S400)에서 누설저항이 기준 절연저항보다 크면, 단계(S600)에 서 배터리에서 누설전류가 발생된 것으로 판정한다.
단계(S700)에서는, 배터리에서 누설전류가 발생되었음을 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 통보한다.
상술한 상기 S100 단계 내지 S700 단계는 배터리 전원 공급 시스템이 작동하고 있는 동안 일정한 주기로 반복적으로 수행될 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
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.
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 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치가 구비된 배터리 전원 공급 시스템의 등가 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치의 등가 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치의 등가 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 누설전류 판별부의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100 : 배터리 200, 201, 202 : 누설전류 감지 장치
300 : 부하 210 : 누설전류 판별부
211 : 전압 센싱기 212 : A/D 변화기
213 : 중앙연산처리기 214 : 스위치 제어기
215 : 누설전류 경보기

Claims (19)

  1. 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결한 도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드;
    상기 전압 배분 노드에 배터리의 양극 또는 음극 단자를 선택적으로 연결하는 단자 선택 스위칭부; 및
    상기 단자 선택 스위칭부에 의해 선택된 양극 또는 음극 단자에 연결된 상기 전압 배분 노드의 전압을 센싱하여 누설저항을 계산하고, 계산된 누설저항과 기준 절연저항을 대비하여 누설전류의 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하고,
    상기 누설전류 판별부는,
    상기 단자 선택 스위칭부의 동작을 제어하는 스위치 제어기;
    상기 전압 배분 노드의 전압을 측정한 후 아날로그 전압 신호를 출력하는 전압 센싱기;
    상기 센싱된 아날로그 전압 신호를 디지털화하는 A/D 변환기; 및
    상기 A/D 변환기로부터 디지털화된 전압 신호를 입력받아 누설저항을 계산한 후 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하는 중앙연산처리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 배분 노드와 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 제1 및 제2저항이 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중앙연산처리기는 하기 수학식에 의해 누설저항을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
    <수학식>
    Figure 112013040235215-pat00014
    (여기서, Ri는 전압 센싱기의 내부 저항, E는 배터리 양단 전압, V1은 제1스위치의 턴온에 의해 센싱된 양극 단자측의 출력전압, V2는 제2스위치의 턴온에 의해 센싱된 음극 단자측의 출력전압임)
  5. 제1항에 있어서,
    누설전류가 발생되었을 경우 누설전류 발생 사실을 통보하는 누설전류 경보기를 더 포함하고,
    상기 중앙연산처리기는 상기 누설전류 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 누설전류 발생 사실을 통보하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  6. 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결한 제1도전 라인 상에 설치된 제1전압 배분 노드;
    상기 제1전압 배분 노드에 배터리의 양극 또는 음극 단자를 선택적으로 연결하는 단자 선택 스위칭부;
    상기 제1전압 배분 노드와 접지를 연결한 제2도전 라인 상에 설치된 제2전압 배분 노드; 및
    상기 단자 선택 스위칭부에 의해 선택된 양극 또는 음극 단자에 연결된 상기 제2전압 배분 노드의 전압을 센싱하여 누설저항을 계산하고, 계산된 누설저항과 기준 절연저항을 대비하여 누설전류의 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하고,
    상기 누설전류 판별부는,
    상기 단자 선택 스위칭부의 동작을 제어하는 스위치 제어기;
    상기 제2전압 배분 노드의 전압을 센싱한 후 아날로그 전압 신호를 출력하는 전압 센싱기;
    상기 센싱된 아날로그 전압 신호를 디지털화하는 A/D 변환기; 및
    상기 A/D 변환기로부터 디지털화된 전압 신호를 입력받아 누설저항을 계산한 후 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하는 중앙연산처리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1전압 배분 노드와 배터리의 양극 및 음극 단자 사이에 제1 및 제2저항이 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2전압 배분 노드와 제1전압 배분 노드 및 접지 사이에 제3 및 제4저항이 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2전압 배분 노드와 접지 사이에 커패시터가 구비되고,
    상기 누설전류 판별부는 상기 커패시터의 양극 및 음극 단자에 인가된 전위차를 센싱하여 제2전압 배분 노드의 전압을 센싱하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 중앙연산처리기는 하기 수학식에 의해 누설저항을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
    <수학식>
    Figure 112013040235215-pat00015
    (여기서, Ri는 전압 센싱기의 내부 저항, E는 배터리 양단 전압, V1은 제1스위치의 턴온에 의해 센싱된 양극 단자측의 출력전압, V2는 제2스위치의 턴온에 의해 센싱된 음극 단자측의 출력전압임)
  12. 제6항에 있어서,
    누설전류가 발생되었을 경우 누설전류 발생 사실을 통보하는 누설전류 경보기를 더 포함하고,
    상기 중앙연산처리기는 상기 누설전류 경보기를 통해 시각적 또는 청각적으로 누설전류 발생 사실을 통보하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  13. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 배터리는 로드에 연결된 상태임을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
  14. (a) 로드에 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결하는 단계;
    (b) 상기 배터리 양단을 연결하는 도전 라인에 설치된 전압 배분 노드를 통해 배터리의 양극 단자와 음극 단자로부터 전압 배분 노드로 인가되는 전압을 센싱하는 단계;
    (c) 센싱된 양극 단자측 전압과 음극 단자측 전압을 이용하여 누설저항을 계산하는 단계; 및
    (d) 상기 누설저항을 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하여 그 결과를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서, 상기 양극 단자측 및 음극 단자측 전압은 전압 센싱기를 이용하여 측정하고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 누설저항은 하기 수학식에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
    <수학식>
    Figure 112013040235215-pat00016
    (여기서, Ri는 전압 센싱기의 내부 저항, E는 배터리 양단 전압, V1은 제1스위치의 턴온에 의해 센싱된 양극 단자측의 출력전압, V2는 제2스위치의 턴온에 의해 센싱된 음극 단자측의 출력전압임)
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
    누설전류 경보기를 통해 누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 통보하는 단계임을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
  17. (a) 로드에 배터리의 양극 및 음극 단자를 연결하는 단계;
    (b) 상기 배터리 양단을 연결하는 제1도전 라인 상의 제1전압 배분 노드와 접지를 연결하는 제2도전 라인 상의 제2전압 배분 노드를 통해 배터리의 양극 및 음극 단자로부터 상기 제2전압 배분 노드로 인가되는 전압을 센싱하는 단계;
    (c) 센싱된 양극 단자측 전압과 음극 단자측 전압을 이용하여 누설저항을 계산하는 단계; 및
    (d) 상기 누설저항을 기준 절연저항과 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별하여 그 결과를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서, 상기 양극 단자측 및 음극 단자측 전압은 전압 센싱기를 이용하여 측정하고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 누설저항은 하기 수학식에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
    <수학식>
    Figure 112013040235215-pat00017
    (여기서, Ri는 전압 센싱기의 내부 저항, E는 배터리 양단 전압, V1은 제1스위치의 턴온에 의해 센싱된 양극 단자측의 출력전압, V2는 제2스위치의 턴온에 의해 센싱된 음극 단자측의 출력전압임)
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    누설전류 경보기를 통해 누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 통보하는 단계임을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
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