KR101512395B1 - 절연저항 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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강명묵
김선민
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현대오트론 주식회사
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Abstract

배터리 및 연료 전지 시스템의 절연저항 측정 장치 및 방법을 공개한다. 본 발명은 전력을 충방전하는 배터리, 상기 배터리에서 접지전원 사이의 절연저항을 측정하기 위해 상기 배터리에서 공급되는 전압을 분배하는 적어도 하나의 분배 저항, 상기 분배 저항과 함께 상기 배터리에서 공급되는 전압을 분배하여 인가받는 측정 저항, 상기 배터리에서 공급되는 전압이 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항으로 인가되도록 제어하는 적어도 하나의 스위치, 상기 측정 저항과 병렬로 연결되는 측정 캐패시터, 및 상기 측정 캐패시터의 충전 상태를 감지하여 상기 절연저항을 측정하기 위한 타이밍을 결정하고, 상기 결정된 타이밍에 상기 측정 저항 양단에 인가된 전압을 감지하여 상기 절연저항을 계산하는 제어부를 포함한다.

Description

절연저항 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING INSULATION RESISTANCE}
본 발명은 절연저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 배터리 및 연료 전지 시스템의 절연저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
화석 연료의 고갈과 환경 문제가 세계적인 이슈로 대두됨에 따라, 이를 대체하기 위한 수단으로 고전압 배터리 및 연료 전지가 최근 각광 받고 있다. 그러나 고전압 배터리 또는 연료 전지를 사용하는 시스템은 고전압을 사용하기 때문에 시스템의 절연 파괴는 사용자에게 큰 위험을 줄 수 있다. 따라서 사전에 고전압 배터리 또는 연료 전지 시스템의 절연저항을 측정하여 위험을 제거하거나 사용자에게 경고하여 사용자의 안전을 보장할 수 있도록 구성되어야 한다.
특히 하이브리드 자동차, 전기 자동차 및 연료 전지 자동차에 대한 절연저항 측정은 운전자를 포함한 탑승자의 위험을 제거하기 위해 국제법에서도 규정된 중요한 기능 중 하나이다.
도1 은 기존의 절연저항 측정 장치의 회로 구성을 나타낸다.
도1 의 절연저항 측정 장치는 한국 등록 특허 제1164202호(공개일 2012.5.9, 출원인 주식회사 케피코)에 개시된 회로로서, 배터리(Vpack)의 절연저항을 측정하는 경우를 도시하였으나, 배터리(Vpack)가 연료 전지로 대체되어도 동일하게 구성된다. 도1 을 참조하면 기존의 절연저항 측정 장치는 스위치(SW1, SW2)를 교대로 온/오프하여, 배터리(Vpack) 양단의 고유 저항(Ri1, Ri2)의 저항값을 획득한다. 그리고 획득된 고유 저항(Ri1, Ri2)의 저항값과 2개의 분배 저항(R1, R2)에 의해 분배되는 분배저항(R2)의 양단 전압(V1, V2)를 획득하여 배터리 양단 전압과 접지 전압 사이의 저항인 절연저항을 측정한다.
그러나 도1 의 절연저항 측정 장치는 절연저항을 측정하기 위한 타이밍에 대한 고려가 되어 있지 않다. 따라서 절연저항을 측정하기 위한 시간이 길어질 수 있다. 뿐만 아니라 각종 시스템에 장착된 배터리는 시스템의 활용 상태에 따라 전압 레벨이 가변되므로, 배터리가 절연저항을 측정하기에 적합하지 않은 전압 레벨을 갖는 타이밍에 절연저항을 측정하게 되어 실제 절연저항과 오차가 크게 발생할 수 있는 문제가 있다. 이는 사용자의 안전을 위협하는 요소가 될 수 있으므로, 정확한 절연저항을 측정할 수 있는 타이밍 감지할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 배터리 및 연료 전지 시스템의 측정 전압 충전 상태에따른 절연저항 측정 타이밍을 계산하여 절연저항을 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 절연저항 측정 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 절연저항 측정 장치는 전력을 충방전하는 배터리; 상기 배터리에서 접지전원 사이의 절연저항을 측정하기 위해 상기 배터리에서 공급되는 전압을 분배하는 적어도 하나의 분배 저항; 상기 분배 저항과 함께 상기 배터리에서 공급되는 전압을 분배하여 인가받는 측정 저항; 상기 배터리에서 공급되는 전압이 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항으로 인가되도록 제어하는 적어도 하나의 스위치; 상기 측정 저항과 병렬로 연결되는 측정 캐패시터; 및 상기 측정 캐패시터의 충전 상태를 감지하여 상기 절연저항을 측정하기 위한 타이밍을 결정하고, 상기 결정된 타이밍에 상기 측정 저항 양단에 인가된 전압을 감지하여 상기 절연저항을 계산하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 상기 측정 캐패시터에 충전된 전압을 측정하고, 측정된 전압이 이전 측정된 전압보다 낮아지는 타이밍에 상기 측정 저항 양단에 인가된 전압을 감지하여 상기 절연저항을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 측정 캐패시터에 충전된 전압을 측정하고, 측정된 전압과 이전 측정된 전압 사이의 차이가 기설정된 기준 전압보다 작거나 같으면, 상기 측정 저항 양단에 인가된 전압을 감지하여 상기 절연저항을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 절연저항 측정 시에 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항으로 전압이 인가되도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고, 상기 절연저항 측정이 종료되면, 상기 측정 캐패시터에 충전된 전압을 방전하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 절연저항 측정 방법은 전력을 충방전하는 배터리, 상기 배터리에서 접지전원 사이의 절연저항을 측정하기 위해 상기 배터리에서 공급되는 전압을 분배하는 적어도 하나의 분배 저항 및 측정 저항, 적어도 하나의 스위치, 상기 측정 저항과 병렬로 연결되는 측정 캐패시터 및 제어부를 구비하는 절연저항 측정 장치의 절연저항 측정 방법에 있어서, 상기 제어부가 상기 측정 캐패시터에 충전된 전압을 측정하는 단계; 상기 제어부가 상기 측정 캐패시터의 충전 상태에 따라 상기 절연저항을 측정하기 위한 타이밍을 결정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 결정된 타이밍에 상기 측정 저항 양단에 인가된 전압을 감지하여 상기 절연저항을 계산하는 단계;를 포함한다.
상기 타이밍을 결정하는 단계는 상기 측정된 전압이 이전 측정된 전압보다 낮아지는 시점을 상기 절연저항을 측정하기 위한 타이밍으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 타이밍을 결정하는 단계는 상기 측정된 전압과 이전 측정된 전압 사이의 차이가 기설정된 기준 전압보다 작거나 같으면, 상기 절연저항을 측정하기 위한 타이밍으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압을 측정하는 단계는 상기 배터리의 최대 및 최저 전압에 따라 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항의 저항값을 설정하는 단계; 상기 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항의 저항값에 대응하여 상기 측정 캐패시터의 용량을 설정하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항으로 전압이 인가되도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 배터리 및 연료 전지 시스템의 절연저항 측정 장치 및 방법은 고전압 배터리 또는 연료 전지 자체의 전압 변화 및 시스템 내의 전력 사용량에 따른 전압 변동까지 모두 고려하여 절연저항의 측정 타이밍을 획득하고 획득된 측정 타이밍에 따라 절연저항을 측정하기 때문에 정확한 절연저항의 측정이 가능하도록 한다. 또한 측정 캐패시터의 충전 상태에 따라 측정 타이밍을 획득하므로, 타이밍 획득을 위한 별도의 펄스 발생기나 타이머 등을 필요로 하지 않아 간단한 회로 구성이 가능하다. 더불어 측정 캐패시터의 충전 상태를 측정하여 마이크로프로세서에서 소프트웨어적으로 측정 타이밍을 판단하므로, 시스템의 종류에 무관하게 적용 가능하다.
도1 은 기존의 절연저항 측정 장치의 회로 구성을 나타낸다.
도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정 장치의 구성을 나타낸다.
도3 은 실제 시스템에 적용되는 절연저항 측정 장치의 측정 캐패시터 충전 시간 변동을 나타낸다.
도4 및 도5 는 도2 의 절연저항 측정 장치의 동작을 나타낸다.
도6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정 방법을 나타낸다.
도7 은 도6 의 분배 저항과 측정 저항 및 캐피시터의 용량을 결정하는 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정 장치의 구성을 나타낸다.
도2 를 참조하여 본 발명의 절연저항 측정 장치를 설명하면, 우선 배터리(Vpack)는 고전압 배터리로서, 하나의 배터리로 구현될 수도 있으나 복수개의 배터리가 직렬 연결되는 배터리 팩으로 구현될 수도 있다. 이는 고전압을 발생하기 위하여 전기 자동차 등에서 많이 사용되는 방식으로 단일 배터리로 직접 고전압을 생성하기 보다 저전압을 생성하는 복수개의 배터리를 직렬로 연결하여 고전압을 생성하는 것이 더욱 효율적이기 때문이다. 그리고 연료 전지가 배터리(Vpack)를 대체하여 포함될 수도 있다.
접지전원(GND)은 배터리 및 연료 전지 시스템에서 배터리 및 연료 전지와 절연되어야 하는 대상으로서, 배터리 및 연료 전지를 이용하는 시스템이 자동차인 경우에는 차체가 접지전원(GND)이 될 수 있다.
배터리(Vpack)의 양극과 접지전원(GND) 사이에 연결되는 양극 절연저항(Rf1)은 배터리(Vpack)의 양극과 접지전원(GND) 사이에 존재하는 절연저항의 등가저항을 나타낸다. 유사하게 배터리(Vpack)의 음극과 접지전원(GND) 사이에 연결되는 음극 절연저항(Rf2)은 배터리(Vpack)의 음극과 접지전원(GND) 사이에 존재하는 절연저항의 등가저항을 나타낸다. 본 발명에서는 배터리(Vpack)와 접지전원(GND) 사이의 절연저항을 양극과 음극으로 구분함으로써, 배터리(Vpack) 양단의 절연저항을 구분하여 측정할 수 있도록 한다. 이는 안전성의 문제와 절연저항 파괴시 파괴 위치를 용이하게 파악할 수 있도록 하기 위함이다.
배터리(Vpack)와 병렬로 연결되는 두 개의 분배 저항(Rs1, Rs2)은 측정 저항(Rm)에 인가되는 전압의 레벨을 조절하기 위해 부가되는 저항이다.
그리고 2개의 분배 저항 사이에 배치되는 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)와 측정 저항(Rm) 사이에 연결되는 제3 스위치(SW3)와 함께 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)을 개별적으로 구분하여 측정하도록 전류의 흐름을 제어하기 위한 스위치이다.
측정 저항(Rm)은 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)을 측정하기 위한 저항으로서, 절연저항 측정 장치는 측정 저항(Rm)의 양단에 인가되는 전압을 측정하여 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)의 크기를 측정한다.
측정 캐패시터(Cm)는 절연저항 측정 장치가 절연저항을 측정할 타이밍을 감지하기 위해 구비되는 캐패시터로서, 측정 저항(Rm)과 병렬로 연결된다. 본 발명의 절연저항 측정 장치는 측정 캐패시터(Cm)의 충전 상태를 감지하여 절연저항을 측정할 타이밍을 결정하고, 3개의 스위치(SW1 ~ SW3)의 온/오프 시점을 결정한다.
AD컨버터(AP)는 측정 캐패시터(Cm)의 양단에 연결되어, 측정 캐패시터(Cm)에 충전된 전압을 감지하여 디지털로 변환하여 제어부(CON)로 전송한다.
제어부(CON)은 AD컨버터(AP)에서 인가된 전압을 인식하고, 전압 레벨의 변동에 따라 스위치(SW1 ~ SW3)를 제어하며, 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)의 저항값을 계산한다. 제어부(COM)는 범용 마이크로 프로세서 등으로 구현될 수 있으며, 스위치(SW1 ~ SW3)의 제어 및 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)의 저항값 계산을 소프트웨어적으로 처리할 수 있다.
특히 제어부(CON)는 측정 캐패시터(Cm)에 충전되는 전압을 감지하고, 감지된 전압이 이전 감지된 전압보다 낮아지면, 측정 캐패시터(Cm)에 최대 전압이 충전된 것으로 판단하여, 절연저항의 측정 타이밍을 판단한다. 즉 이전 측정된 절연저항은 오차가 있는 것으로 분석하고, 측정 캐패시터(Cm)에 최대 전압이 충전된 상태인 경우에 계산되는 절연저항이 정확한 절연저항인 것으로 판단한다.
또한 다른 방식으로 현재 측정된 측정 캐패시터(Cm)의 충전 전압으로부터 이전 측정된 측정 캐패시터(Cm)의 충전 전압의 차가 기설정된 기준값(예를 들면, 0.1V)이하인 경우에도 측정 캐패시터(Cm)에 최대 전압이 충전된 것으로 판단하여, 절연저항의 측정 타이밍을 판단할 수 있다.
도3 은 실제 시스템에 적용되는 절연저항 측정 장치의 측정 캐패시터 충전 시간 변동을 나타낸다.
도3 에 도시된 바와 같이, 배터리 또는 연료 전지를 구비하는 실제 시스템은 배터리의 충전 상태, 연료 전지의 발전 상태 및 시스템의 각종 부가 장치들의 전력 사용 상태에 따라 측정 저항(Rm)에 인가되는 전압 레벨의 변동이 있으며, 이러한 변동은 측정 저항(Rm)과 병렬로 연결되는 측정 캐패시터(Cm)의 충전 전압으로 반영될 수 있다. 즉 측정 캐패시터(Cm)는 시스템의 상태에 따라 빠르게 충전될 수도 있으며, 느리게 충전될 수도 있다. 이러한 시간적 차이로 인해 절연저항 측정 주기가 고정된 기존의 절연저항 측정 장치는 측정된 절연저항값에 큰 오차가 발생할 우려가 있었다.
그러나 본 발명에서는 측정 캐패시터(Cm)의 충전전압의 변동을 감지하고, 측정 캐패시터(Cm)의 충전 전압이 최대인 경우에 계산되는 절연저항을 올바른 절연저항값으로 인식하도록 함으로써, 정확한 절연저항을 측정할 수 있도록 한다.
도4 및 도5 는 도2 의 절연저항 측정 장치의 동작을 나타낸다.
도4 및 도5 를 참조하여 본 발명의 절연저항 측정 장치의 동작을 설명하면, 절연저항 측정 장치가 절연저항을 측정하지 않는 동안 제어부(CON)는 도2 에 도시된 바와 같이 3개의 스위치(SW1 ~ SW3)를 모두 오프 시킨다. 이에 배터리(Vpack)로부터 측정 저항(Rm)으로의 전류 경로가 형성되지 않는다. 그러나 배터리(Vpack)의 양극으로부터 양극 절연저항(Rf1)을 통해 접지전원(GND)로의 전류 경로가 형성되고, 배터리(Vpack)의 양극으로부터 양극 절연저항(Rf1)을 통해 접지전원(GND)로의 전류 경로가 형성된다. 다만 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)의 저항은 누설이 발생하지 않는다면, 이상적으로 무한대의 저항값을 갖고 있으므로, 전류가 흐르지 않는다.
그리고 절연저항 측정 장치가 절연저항을 측정하고자 하는 경우에 제어부(CON)는 도4 에 도시된 바와 같이 먼저 3개의 스위치(SW1 ~ SW3) 중 제1 및 제3 스위치(SW1, SW3)을 온 한다. 이에 배터리(Vpack)로부터 제1 분배 저항(Rs1) 측정 저항(Rs2)을 통해 접지전원(GND)으로의 전류 경로가 형성된다. 따라서 측정 저항(Rs2)과 병렬로 연결되는 측정 캐패시터(Cm)에 전압이 충전된다. 그리고 측정 캐패시터(Cm)에 최대 전압이 충전되면, 측정 캐패시터(Cm)에는 전압이 인가되지 않으므로, 측정 캐패시터(Cm)가 연결되지 않은 것과 동일한 상태가 된다. 제어부(CON)은 제1 및 제3 스위치(SW1, SW3)을 온시킨 이후 감지되는 전압의 변화를 분석하고, 전압이 이전 감지된 전압보다 감소하거나, 현재 감지된 전압에서 이전 감지된 전압의 차가 기준값 이하이면, 현재 측정된 전압을 제1 전압으로 저장한다. 이후 다시 3개의 스위치(SW1 ~ SW3)를 오프하여, 측정 캐패시터(Cm)에도4 충전된 전압을 방전 시킨다.
그리고 도5 에 도시된 바와 같이, 3개의 스위치(SW1 ~ SW3) 중 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)을 온 한다. 따라서 배터리(Vpack)로부터 제1 분배 저항(Rs1) 측정 저항(Rs2)을 통해 접지전원(GND)으로의 전류 경로가 형성되고, 측정 캐패시터(Cm)에 전압이 충전된다. 도5 에서 확인할 수 있듯이, 이 경우에도 측정 저항(Rm)으로 흐르는 전류의 경로는 도4 와 동일하게 형성되기 때문에 제어부(CON)는 도3 의 경우와 동일한 방식으로 제2 전압을 측정할 수 있다.
제1 및 제2 전압이 획득되면, 제어부(CON)는 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 값을 미리 알고 있으므로, 제1 및 제2 전압을 이용하여 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)을 계산할 수 있다.
그리고 제1 및 제2 전압은 모두 측정 캐패시터가 최대로 충전된 상태에서 측정된 값이므로, 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)이 정확한 값인 것으로 판별할 수 있다. 즉 절연저항을 측정할 타이밍을 판별하고, 판별된 타이밍에 따라 절연저항을 측정할 수 있다.
상기에서는 제어부(CON)가 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값을 미리 알고 있는 것으로 설명하였다. 이는 절연저항 측정 장치를 구성할때 일반적으로 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값이 미리 설정되기 때문이다. 그러나 경우에 따라서는 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)을 가변 저항으로 구성하고 제어부(CON)가 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값을 가변할 수 있도록 구성하여도 무방하다. 이렇게 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)을 가변 저항으로 구성하고 제어부(CON)가 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값을 가변할 수 있도록 구성하면, 배터리 또는 연료 전지를 사용하는 서로 다른 여러 시스템에 동일한 구성의 절연저항 측정 장치가 제공될 수 있다. 즉 범용적인 절연저항 측정 장치를 제공할 수 있다. 그리고 경우에 따라서는 측정 캐패시터(Cm) 또한 가변 캐패시터로 구현하여 범용성을 더욱 확장 할 수 있다.
도6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정 방법을 나타낸다.
도2 내지 도5 를 참조하여 도6 의 절연저항 측정 방법을 설명하면, 먼저 절연저항 측정 장치의 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값과 측정 캐패시터(Cm)의 용량을 설정한다(S10). 상기한 바와 같이, 제어부(CON)가 절연저항을 계산하기 위해서는 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값을 미리 알고 있어야 한다. 그러므로, 본 발명의 절연저항 측정 방법은 우선 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값을 설정한다. 이는 증폭기(AP) 및 전압 분배기(Vd)의 구성과도 연관이 있으므로, 절연저항을 계산하기 이전에 우선적으로 설정되어야 한다. 또한 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값이 계산되면 측정 캐패시터(Cm)의 용량이 설정되어야 한다. 만일 측정 캐패시터(Cm)의 용량이 너무 작으면, 정확한 절연저항 측정 타이밍을 획득할 수 없게 되며, 측정 캐패시터(Cm)의 용량이 너무 크면, 절연저항 측정 시간이 길어 질 수 있다. 그리고 측정 캐패시터(Cm)로 인가되는 전압은 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)에 따라서도 가변되므로 분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값을 고려하여 결정한다.
분배 저항(Rs1, Rs2) 및 측정 저항(Rm)의 저항값과 측정 캐패시터(Cm)의 용량이 설정되면, 제어부(CON)는 우선 제1 및 제3 스위치(SW1, SW3)를 온하고, 제2 스위치(SW2)는 오프 상태로 유지한다(S20). 이에 도4 에 도시된 바와 같은 전류 경로가 형성되고, 제어부(CON)는 측정 캐패시터(Cm)에 충전된 전압을 AD컨버터(AP)를 통해 인가받아 측정한다(S30). 그리고 측정된 전압이 최대 충전 전압인지 판별한다(S40). 최대 충전 전압인지의 판별은 상기한 바와 같이, 현재 측정된 전압이 이전 측정된 전압보다 낮아지거나, 현재 측정된 전압에서 이전 측정된 전압을 뺀 값이 기준값 이하이면, 제어부(CON)는 최대 충전 전압인 것으로 판별한다.
측정된 전압이 최대 충전 전압이 아니면, 다시 측정 캐패시터(Cm)의 충전 전압을 측정한다(S30). 그러나 만일 측정된 전압이 최대 충전 전압이면, 제1 전압을 획득한다(S50). 이후 제어부(CON)은 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)를 온하고, 제1 스위치(SW1)는 오프한다(S60). 다만 제어부(CON)는 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)를 온하기 전에 측정 캐패시터(Cm)에 충전된 전압을 방전하기 위해 일시적으로 제1 내지 제3 스위치(SW1 ~ SW3)를 모두 오프할 수 있다.
제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)가 온 되고, 제1 스위치(SW1)는 오프되면, 도5 와 같은 전류 경로가 형성되고, 제어부(CON)는 다시 측정 캐패시터(Cm)에 충전된 전압을 AD컨버터(AP)를 통해 인가받아 측정한다(S70).
그리고 이전과 동일한 방식으로, 측정된 전압이 최대 충전 전압인지 판별한다(S80). 측정된 전압이 최대 충전 전압이면, 제2 전압을 획득하고, 획득된 제1 전압 및 제2 전압을 이용하여 양극 절연저항(Rf1) 및 음극 절연저항(Rf2)을 계산한다(S90).
도7 은 도6 의 분배 저항과 측정 저항 및 캐피시터의 용량을 결정하는 방법을 나타낸다.
도7 을 참조하면, 분배 저항과 측정 저항 및 캐피시터의 용량을 결정하는 단계는 우선 배터리(Vpack)의 전압을 측정한다(S11). 이때 측정되는 배터리(Vpack)의 전압은 배터리(Vpack)의 현재 전압이 아닌 배터리(Vpack)의 최대 전압 및 최저 전압을 측정한다.
그리고 배터리(Vpack)의 최대 전압 및 최저 전압에 기초하여 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비를 조절한다(S12). 이는 측정 저항(Rm)에 인가될 전압의 레벨을 결정하기 위함이다. 본 발명의 절연저항 측정 장치는 측정 저항(Rm)에 인가되는 전압을 측정하여 절연저항의 크기를 측정하므로, 측정 저항(Rm)에 인가되는 전압의 범위를 설정하는 것은 절연저항 측정의 정밀도를 조절하기 위해 매우 중요하다. 이에 측정된 배터리(Vpack)의 최대 전압 및 최저 전압에 대응하여 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비를 조절한다.
이후 배터리가 최저 전압일 때 측정 저항(Rm)의 양단에 인가되는 전압을 측정한다(S13). 그리고 측정된 전압이 제1 기준 전압(예를 들면 0V)과 동일한지 판별한다(S14). 만일 측정된 전압이 제1 기준 전압과 동일하지 않으면, 다시 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비를 조절한다(S12).
그러나 측정된 전압이 제1 기준 전압(예를 들면 0V)과 동일하면, 배터리가 최대 전압일 때 측정 저항(Rm)의 양단에 인가되는 전압을 측정한다(S15). 그리고 측정된 전압이 제2 기준 전압(예를 들면 5V)과 동일한지 판별한다(S16). 만일 측정된 전압이 제2 기준 전압과 동일하지 않으면, 다시 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비를 조절한다(S12). 그러나 측정된 전압이 제2 기준 전압과 동일하면, 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비를 결정한다(S17).
여기서 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비는 제어부(CON)가 조절할 수 있으며, 이를 위해 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm)은 상기한 바와 같이 가변 저항으로 구현될 수 있다.
상기에서 배터리가 최저 전압일 때와 최대 전압일 때의 측정 전압을 제1 및 제2 기준 전압과 비교하는 것은 배터리(Vpack)의 최대 전압 및 최저 전압에 따라 이론적으로 계산되는 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비가 실제 적용시에 오차가 발생할 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 정확한 절연저항을 측정할 수 있도록 실제 시스템에 적용된 절연저항 측정 장치에서 측정 전압의 범위를 보정하는 과정이다.
상기에서는 측정된 전압이 제1 및 제2 기준 전압과 동일한지 판별하는 것으로 설명하였으나, 실제로 측정된 전압이 제1 및 제2 기준 전압과 완전하게 동일하게 계측되기는 어려우므로, 제1 및 제2 기준 전압으로부터 기설정된 범위 이내인지 판별할 수도 있다.
그리고 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비가 결정되면, 제1 분배 저항(Rs1) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비를 조절하는 것과 마찬가지로 제2 분배 저항(Rs2) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비를 조절하여 결정한다(S18). 도7 에서는 설명의 편의를 위해 간략하게 도시하였으나, 제2 분배 저항(Rs2) 및 측정 저항(Rm) 사이의 저항비를 조절하는 단계는 S12 ~ S17과 동일한 과정을 수행하여 결정할 수 있다.
제1 및 제2 분배 저항(Rs1, Rs2)과 측정 저항(Rm) 사이의 저항비가 모두 결정되면, 결정된 제1 및 제2 분배 저항(Rs1, Rs2)과 측정 저항(Rm)에 따라 측정 캐패시터의 용량을 결정한다(S19).
결과적으로 본 발명의 절연저항 측정 장치는 측정 저항(Rm)과 병렬로 연결되는 측정 캐패시터(Cm)를 구비하고, 측정 캐패시터(Cm)에 충전되는 전압 레벨을 감지하여, 측정 캐패시터(Cm)의 충전 전압이 최대인 타이밍을 절연저항 측정 타이밍으로 판단한다. 그리고 판단된 절연저항 측정 타이밍에 측정된 측정 저항(Rm) 양단의 전압 레벨을 이용하여 절연저항을 측정한다. 따라서 정확한 절연저항을 측정할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 전력을 충방전하는 배터리;
    상기 배터리에서 접지전원 사이의 절연저항을 측정하기 위해 상기 배터리에서 공급되는 전압을 분배하는 적어도 하나의 분배 저항;
    상기 분배 저항과 함께 상기 배터리에서 공급되는 전압을 분배하여 인가받는 측정 저항;
    상기 배터리에서 공급되는 전압이 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항으로 인가되도록 제어하는 적어도 하나의 스위치;
    상기 측정 저항과 병렬로 연결되는 측정 캐패시터; 및
    상기 측정 캐패시터에 충전된 전압을 측정하고, 측정된 전압이 이전 측정된 전압보다 낮아지는 타이밍에 상기 측정 저항 양단에 인가된 전압을 감지하여 상기 절연저항을 계산하는 제어부;를 포함하는 절연저항 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 측정 캐패시터에 충전된 전압을 측정하고, 측정된 전압과 이전 측정된 전압 사이의 차이가 기설정된 기준 전압보다 작거나 같으면, 상기 측정 저항 양단에 인가된 전압을 감지하여 상기 절연저항을 계산하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 절연저항 측정 시에 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항으로 전압이 인가되도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고, 상기 절연저항 측정이 종료되면, 상기 측정 캐패시터에 충전된 전압을 방전하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 배터리는
    연료전지인 것을 특징으로 하는 절연저항 측정 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항은
    상기 제어부의 제어에 따라 저항값이 가변되는 가변저항인 것을 특징으로 하는 절연저항 측정 장치.
  7. 전력을 충방전하는 배터리, 상기 배터리에서 접지전원 사이의 절연저항을 측정하기 위해 상기 배터리에서 공급되는 전압을 분배하는 적어도 하나의 분배 저항 및 측정 저항, 적어도 하나의 스위치, 상기 측정 저항과 병렬로 연결되는 측정 캐패시터 및 제어부를 구비하는 절연저항 측정 장치의 절연저항 측정 방법에 있어서,
    상기 제어부가 상기 측정 캐패시터에 충전된 전압을 측정하는 단계;
    상기 측정된 전압이 이전 측정된 전압보다 낮아지는 시점을 상기 절연저항을 측정하기 위한 타이밍으로 결정하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 결정된 타이밍에 상기 측정 저항 양단에 인가된 전압을 감지하여 상기 절연저항을 계산하는 단계;를 포함하는 절연저항 측정 방법.
  8. 삭제
  9. 제7 항에 있어서, 상기 타이밍을 결정하는 단계는
    상기 측정된 전압과 이전 측정된 전압 사이의 차이가 기설정된 기준 전압보다 작거나 같으면, 상기 절연저항을 측정하기 위한 타이밍으로 결정하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정 방법.
  10. 제7 항에 있어서, 상기 전압을 측정하는 단계는
    상기 배터리의 최대 및 최저 전압에 따라 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항의 저항값을 설정하는 단계;
    상기 상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항의 저항값에 대응하여 상기 측정 캐패시터의 용량을 설정하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 분배 저항 및 상기 측정 저항으로 전압이 인가되도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정 방법.
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