KR101856068B1 - 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치는 배터리 팩의 양극 단자 및 음극 단자에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치; 상기 제1 및 제2 스위치에 각각 연결되는 제1 및 제2 직렬 저항; 상기 제1 및 제2 직렬 저항 사이에 연결되는 제1 내지 제3 저항; 상기 제2 저항의 양단 및 접지 사이에 각각 연결되는 제3 및 제4 스위치; 상기 제1 및 제2 저항과, 상기 제2 및 제3 저항에 각각 연결되어 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 제1 내지 제4 스위치를 선택적으로 제어하고, 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 전압 또는 상기 제2 및 제3 저항 사이에 걸리는 전압을 측정하여 배터리 팩 전압을 계산하고, 상기 계산된 배터리 팩 전압, 상기 제1 및 제2 전압 및 저항의 분배비를 이용하여 양극 및 음극 절연 저항을 계산하는 제어부를 포함한다.

Description

배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING ISOLATION RESISTANCE USING BATTERY PACK VOLTAGE}
본 발명은 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 배터리 팩 전압 측정 장치 및 모든 배터리 셀 전압의 합 정보도 필요 없이 고전압 팩 전압 및 절연 저항 측정이 가능한, 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고전압의 배터리를 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 장치가 등장하고 있으며 특히 자동차 기술분야에서는 고전압 배터리 사용이 더욱 활발해지고 있다.
가솔린이나 중유 등의 화석연료를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid electric Vehicle)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차(EV: electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 즉, 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 무거운 중량 및 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 에너지 및 환경 문제가 심각해지면서 1990년대부터 실용화를 위한 연구가 시작하였다.
한편, 최근 배터리 기술이 비약적으로 발전하면서 전기자동차 및 화석연료와 전기에너지를 적응적으로 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 상용화되고 있다.
HEV는 가솔린과 전기를 함께 동력원으로 사용하기 때문에 연비 개선 및 배기가스 저감 측면에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 이러한 HEV도 가솔린 자동차와의 가격 차이를 어떻게 극복하느냐가 관건으로서, 2차 전지 탑재량을 전기자동차의 1/3수준까지 낮출 수 있어 완전한 전기 자동차로 진화하는 중간 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
이러한 전기 에너지를 이용하는 HEV 및 EV 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 전압, 전체 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 뿐만 아니라, 각 전지 셀을 센싱하는 셀 센싱 IC의 상태를 모니터링하여 해당 셀의 안정적인 컨트롤이 가능한 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 절실히 요구되는 실정이다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 배터리 관리 시스템(100)은 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 스택(10), 차량 전자 장치(20) 및 배터리 모니터링 장치(30)를 포함한다.
배터리 스택(10)은 복수의 배터리 모듈(11, 12)을 포함하며, 배터리 모듈(11, 12)은 복수의 배터리 셀(13)을 포함한다. 배터리 스택(10)은 충전된 고전압 직류 전력을 차량 충전 장치(20)에 공급한다.
배터리 모니터링 장치(30)는 복수의 MCU(31, 32)와 상기 MCU를 제어하는 BCU(33)를 포함한다. 배터리 모니터링 장치(30)는 배터리 스택과 연결되어 배터리 스택(10)의 충방전 상태를 모니터링하고, 배터리 스택(10)의 충방전 동작을 제어한다.
복수의 MCU(31, 32)는 각각 복수의 배터리 모듈(11, 12)과 연결되어 배터리 모듈(11, 12) 또는 배터리 셀(13)의 작동 특성을 모니터링한다. 예를 들어, MCU(31)는 배터리 모듈(11) 또는 배터리 셀(13)의 전압, 전류, 충전 상태, 온도 등과 같은 작동 특성을 모니터링한다.
또한, 복수의 MCU(31, 32)는 각각 복수의 배터리 모듈(11, 12)과 연결되어 배터리 모듈(11, 12) 또는 배터리 셀(13)의 작동을 제어한다. 예를 들어, MCU(31)는 배터리 모듈(11) 또는 배터리 셀(13)을 모니터링한 결과를 통해 배터리 모듈(11) 또는 배터리 셀(13)을 충전 또는 방전되도록 제어할 수 있다.
BCU(33)는 복수의 MCU(31, 32)와 연결되어 복수의 MCU(31, 32)로부터 배터리 모듈(11, 12) 또는 배터리 셀(13)의 작동 특성에 대한 정보를 전달받는다. 또한 BCU(33)는 복수의 MCU(31, 32)로부터 전달받은 정보를 기반으로 배터리 모듈(11, 12) 또는 배터리 셀(13)을 제어하기 위한 정보를 복수의 MCU(31, 32)에게 전달할 수 있다.
복수의 MCU(31, 32)는 배터리 모듈(11, 12)을 제어하고 BCU(33)와 통신을 수행하기 위해서 구동 전력을 외부로부터 공급을 받아야 하며, 통상 복수의 MCU(31, 32)는 별도의 전원이 연결되거나 또는 BCU(33)를 통해서 저전력을 공급받는다.
한편, 고전압 배터리를 사용하는 하이브리드카나 전기자동차는 비상사태 발생 시 자동적으로 메인 고전압 배터리의 전원을 차단하는 시스템을 갖추고 있다. 이때, 비상사태라 함은 관련부품의 노후화에 의한 과도한 누전 또는 절연파괴 등과 외부적인 충격에 의한 부품파괴로 생겨나는 쇼트로 인한 과도한 누전 또는 절연파괴 등을 말한다.
그리고 차량에 비상사태가 발생되면 BMS(Battery Management System)나 HCU(Hybrid Control Unit) 등의 고전압 부품을 제어하는 상위의 부품에서 메인 전원을 차단하도록 하는 명령을 내려 전원을 단속하게 된다. 이때, 고전압 관련 부품은 전원을 연결해 주는 선로의 전압과 전류를 일련의 프로그램 또는 센서를 통해 모니터링 하여 정상범위를 벗어난 전압, 전류가 검출되거나 허용치 이상의 누설전류가 있는 경우, 그리고 허용치 이상의 절연저항 파괴 등이 있는 경우에 CAN 통신 또는 시그널 전송을 통하여 메인 전원을 차단하게 된다.
이와 같이, 고전압 배터리를 사용하는 하이브리드 차량에 있어서 절연저항의 측정은 매우 중요하다.
여기에서 고전압 배터리와 하이브리드 차량 간의 누설전류를 측정하는 방법으로 절연을 파괴하고 강제로 직류전류를 흐르게 하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 절연저항을 측정하는 동안 절연이 파괴된다는 단점이 있다.
이를 해결하기 위하여 고전압 배터리와 하이브리드 차량 간에 커플링 콘덴서를 연결하고, 상기 커플링 콘덴서에 교류신호를 인가하여 절연저항 성분을 측정하는 방법이 있다. 그러나 이러한 방법은 커플링 콘덴서를 충전하는 전류와 방전하는 전류가 같은 회로를 통과해야 하므로 회로 설계에 많은 제약이 따른다는 단점이 있으며, 기존의 절연파괴 측정회로는 절연파괴 판단 범위에서 전압 변동이 작아 정확한 판단이 어렵다는 문제점이 있다.
종래의 절연 저항을 측정하는 기술은, 절연 저항을 측정하기 위해서는 팩 전압 정보가 필요하다. 그러므로 이러한 절연 저항을 측정하는 기술은 별도의 팩 전압 측정을 위한 회로 또는 측정된 배터리 셀(Cell) 전압의 합 정보가 필요하다.
종래의 절연 저항을 측정하는 기술에서는 측정된 셀 전압의 합의 경우, 임의의 셀 정보가 누락될 경우 정확한 절연 저항 계산이 불가능하다는 문제점이 있다. 이로 인해, 절연파괴 측정을 위한 절연 저항의 측정치에 오류가 발생할 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2011-0064055호
본 발명의 실시 예들은 별도의 배터리 팩 전압 측정 장치 및 모든 배터리 셀 전압의 합 정보도 필요 없이 고전압 팩 전압을 측정할 수 있고, 그 측정된 팩 전압을 이용하여 절연 저항을 측정할 수 있는, 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 배터리 팩의 양극 단자 및 음극 단자에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치; 상기 제1 및 제2 스위치에 각각 연결되는 제1 및 제2 직렬 저항; 상기 제1 및 제2 직렬 저항 사이에 연결되는 제1 내지 제3 저항; 상기 제2 저항의 양단 및 접지 사이에 각각 연결되는 제3 및 제4 스위치; 상기 제1 및 제2 저항과, 상기 제2 및 제3 저항에 각각 연결되어 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 제1 내지 제4 스위치를 선택적으로 제어하고, 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 전압 또는 상기 제2 및 제3 저항 사이에 걸리는 전압을 측정하여 배터리 팩 전압을 계산하고, 상기 계산된 배터리 팩 전압, 상기 제1 및 제2 전압 및 저항의 분배비를 이용하여 양극 및 음극 절연 저항을 계산하는 제어부를 포함하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1, 제2 및 제4 스위치를 닫은 상태에서 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 제1 전압을 상기 전압 측정부를 통해 측정하고, 상기 측정된 제1 전압과 저항의 분배비를 이용하여 배터리 팩 전압을 계산할 수 있다.
상기 제어부는, 제1 및 제2 저항을 더한 저항값과, 제1 및 제2 직렬 저항과 제1 내지 제3 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제1 전압을 이용하여 배터리 팩 전압을 계산할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 및 제3 스위치를 닫은 상태에서 상기 제2 및 제3 저항 사이에 걸리는 제2 전압을 상기 전압 측정부를 통해 측정하고, 상기 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항을 계산할 수 있다.
상기 제어부는, 제2 및 제3 저항을 더한 저항값과, 양극 절연 저항과 제2 및 제3 저항과 제2 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제2 전압, 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항을 계산할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 및 제4 스위치를 닫은 상태에서 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 제3 전압을 상기 전압 측정부를 통해 측정하고, 상기 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산할 수 있다.
상기 제어부는, 제1 및 제2 저항을 더한 저항값과, 음극 절연 저항과 제1 및 제2 저항과 제1 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제2 전압, 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 배터리 팩과, 상기 배터리 팩과 각각 제1 및 제2 스위치를 통해 연결된 제1 및 제2 직렬 저항과, 상기 제1 내지 제2 직렬 저항 사이에 연결된 제1 내지 제3 저항과, 상기 제2 저항의 양단 및 접지 사이에 각각 연결된 제3 및 제4 스위치를 포함하는 절연 저항 측정 장치에서의 절연 저항 측정 방법에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제4 스위치를 닫은 상태에서 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 제1 전압을 측정하고, 상기 측정된 제1 전압과 저항의 분배비를 이용하여 배터리 팩 전압을 계산하는 단계; 상기 제2 및 제3 스위치를 닫은 상태에서 상기 제2 및 제3 저항 사이에 걸리는 제2 전압을 측정하고, 상기 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항을 계산하는 단계; 및 상기 제1 및 제4 스위치를 닫은 상태에서 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 제3 전압을 측정하고, 상기 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산하는 단계를 포함하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 방법이 제공될 수 있다.
상기 배터리 팩 전압을 계산하는 단계는, 제1 및 제2 저항을 더한 저항값과 제1 및 제2 직렬 저항과 제1 내지 제3 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제1 전압을 이용하여 배터리 팩 전압을 계산할 수 있다.
상기 양극 절연 저항을 계산하는 단계는, 제2 및 제3 저항을 더한 저항값과 양극 절연 저항과 제2 및 제3 저항과 제2 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제2 전압, 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항을 계산할 수 있다.
상기 음극 절연 저항을 계산하는 단계는, 제1 및 제2 저항을 더한 저항값과 음극 절연 저항과 제1 및 제2 저항과 제1 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제2 전압, 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 별도의 배터리 팩 전압 측정 장치 및 모든 배터리 셀 전압의 합 정보도 필요 없이 고전압 팩 전압을 측정하고, 그 측정된 팩 전압을 이용하여 절연 저항을 측정할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 전압을 측정하기 위한 스위칭 동작에 대한 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 양극 절연 저항을 측정하기 위한 스위칭 동작에 대한 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 음극 절연 저항을 측정하기 위한 스위칭 동작에 대한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2), 제1 및 제2 직렬 저항(RS1 및 RS2), 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3), 제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4), 전압 측정부(210) 및 제어부(220)를 포함한다.
이하, 도 2의 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치(200)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
먼저, 배터리 팩은 하이브리드카 또는 전기자동차에 장착되는 고전압 배터리가 될 수 있다. 배터리 팩은 고전압 배터리로서, 하나의 배터리로 구현될 수도 있으나 복수의 배터리 모듈이 직렬 연결되는 배터리 팩으로 구현될 수도 있다. 이는 고전압을 발생하기 위하여 전기 자동차 등에서 많이 사용되는 방식으로 단일 배터리로 직접 고전압을 생성하기보다 저전압을 생성하는 복수의 배터리를 직렬로 연결하여 고전압을 생성하는 것이 더욱 효율적이기 때문이다. 그리고 연료 전지가 배터리를 대체하여 포함될 수도 있다. 배터리 팩은 절연 저항의 측정이 요구되는 다양한 종류의 배터리를 포함할 수 있다.
절연 저항 측정 장치(200)는 배터리 팩과 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)를 통해 연결된다. 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)는 배터리 팩의 양극 단자 및 음극 단자에 각각 연결된다.
제1 및 제2 직렬 저항(RS1 및 RS2)은 배터리 팩과 연결된 제1 및 제2 스위치(SW1 및 SW2)에 각각 연결된다.
제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)은 제1 및 제2 직렬 저항(RS1 및 RS2) 사이에 연결된다.
제3 및 제4 스위치(SW3 및 SW4)는 제2 저항(R2)의 양단 및 접지 사이에 각각 연결된다. 즉, 제3 스위치(SW3)는 일단이 제1 및 제2 저항(R1 및 R2) 사이에 연결되고, 타단이 접지에 연결된다. 또한, 제3 스위치(SW3)는 일단이 제2 및 제3 저항 사이에 연결되고, 타단이 접지에 연결된다.
한편, 전압 측정부(210)는 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)과, 제2 및 제3 저항에 각각 연결되어 전압을 측정한다. 여기서, 전압 측정부(210)는 제1 전압 측정부(211) 및 제2 전압 측정부(212)를 포함한다. 제1 전압 측정부(211)는 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)과 연결되어 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)에 걸리는 전압을 측정한다. 또한, 제2 전압 측정부(212)는 제2 및 제3 저항과 연결되어 제2 및 제3 저항에 걸리는 전압을 측정한다.
그리고 제어부(220)는 배터리 팩 전압과 절연 저항을 측정하기 위해, 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)를 선택적으로 제어한다. 제어부(220)는 제1 및 제2 저항(R1 및 R2) 사이에 걸리는 전압 또는 제2 및 제3 저항 사이에 걸리는 전압을 측정하여 배터리 팩 전압을 계산한다. 제어부(220)는 그 계산된 배터리 팩 전압, 제1 및 제2 전압 및 저항의 분배비를 이용하여 양극 및 음극 절연 저항(RLEAK(+), RLEAK(-))을 계산한다.
배터리 팩 전압의 측정 과정을 살펴보면, 제어부(220)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)를 닫은 상태에서 제1 및 제2 저항(R1 및 R2) 사이에 걸리는 제1 전압을 전압 측정부(210)를 통해 측정한다. 이어서, 제어부(220)는 측정부에서 측정된 제1 전압과 저항의 분배비를 이용하여 배터리 팩 전압을 계산한다.
여기서, 제어부(220)는, 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)을 더한 저항값과 제1 및 제2 직렬 저항(RS1 및 RS2)과 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 전압 측정부(210)에서 측정된 제1 전압을 이용하여 배터리 팩 전압을 계산할 수 있다.
양극 절연 저항(RLEAK(+))의 측정 과정을 살펴보면, 제어부(220)는, 제2 및 제3 스위치(SW2 및 SW3)를 닫은 상태에서 상기 제2 및 제3 저항 사이에 걸리는 제2 전압을 전압 측정부(210)를 통해 측정한다. 이어서, 제어부(220)는 전압 측정부(210)에서 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 그 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항(RLEAK(+))을 계산할 수 있다.
여기서, 제어부(220)는, 제2 및 제3 저항을 더한 저항값과 양극 절연 저항(RLEAK(+))과 제2 및 제3 저항과 제2 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 전압 측정부(210)에서 측정된 제2 전압, 및 그 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항(RLEAK(+))을 계산할 수 있다.
음극 절연 저항의 측정 과정을 살펴보면, 제어부(220)는, 제1 및 제4 스위치(SW1 및 SW4)를 닫은 상태에서 제1 및 제2 저항(R1 및 R2) 사이에 걸리는 제3 전압을 전압 측정부(210)를 통해 측정한다. 이어서, 제어부(220)는 전압 측정부(210)에서 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 그 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산할 수 있다.
여기서, 제어부(220)는, 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)을 더한 저항값과 음극 절연 저항과 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)과 제1 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 전압 측정부(210)에서 측정된 제2 전압, 및 그 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 전압을 측정하기 위한 스위칭 동작에 대한 설명도이다.
배터리 팩 전압을 측정하는 과정을 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.
절연 저항 측정 장치(200)는 배터리 팩 전압을 측정하기 위해서는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)를 닫은 상태에서, 제1 저항 및 제2 저항(R1+R2) 사이에 걸리는 전압을 측정한다. 절연 저항 측정 장치(200)는 측정된 전압과 저항의 분배 비를 고려하여, 배터리 팩 전압(PACK VOLTAGE)를 계산한다.
절연 저항 측정 장치(200)는 하기의 [수학식 1]과 같이 측정된 전압과 저항의 분배 비를 이용하여, 배터리 팩 전압을 계산할 수 있다.
Figure 112016109624485-pat00001
여기서, V(R1+R2)는 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)에 걸리는 전압, R1은 제1 저항값, R2는 제2 저항값, R3은 제3 저항값, RS1은 제1 직렬 저항값, RS2은 제2 직렬 저항값, Pack Voltage는 배터리 팩 전압을 나타낸다. R1, R2, R3, RS1, RS2는 각각 기설정된 저항값을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 양극 절연 저항을 측정하기 위한 스위칭 동작에 대한 설명도이다.
양극 절연 저항(RLEAK(+))을 측정하는 과정을 도 4를 참조하여 살펴보기로 한다.
절연 저항 측정 장치(200)는 양극 절연 저항(RLEAK(+))을 측정하기 위해서는 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3)를 닫은 상태에서, 제2 저항 및 제3 저항(R2+R3) 사이에 걸리는 전압을 측정한다. 절연 저항 측정 장치(200)는 측정된 전압, 저항의 분배 비 및 상기에서 측정된 배터리 팩 전압을 이용하여, 양극 절연 저항(RLEAK(+))을 계산한다.
절연 저항 측정 장치(200)는 하기의 [수학식 2]와 같이 측정된 전압, 저항의 분배비 및 상기에서 측정된 배터리 팩 전압을 이용하여, 양극 절연 저항(RLEAK(+))을 계산할 수 있다.
Figure 112016109624485-pat00002
여기서, V(R2+R3)는 제2 및 제3 저항에 걸리는 전압, R2는 제2 저항값, R3은 제3 저항값, RLEAK(+)는 양극 절연 저항값, RS2는 제2 직렬 저항값, Pack Voltage는 배터리 팩 전압을 나타낸다. R2, R3, RS2는 각각 기설정된 저항값을 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 음극 절연 저항을 측정하기 위한 스위칭 동작에 대한 설명도이다.
음극 절연 저항(RLEAK(-))을 측정하는 과정을 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.
절연 저항 측정 장치(200)는 음극 절연 저항(RLEAK(-))을 측정하기 위해서는 제1 스위치(SW1), 제4 스위치(SW4)를 닫은 상태에서, 제1 저항 및 제2 저항(R1+R2) 사이에 걸리는 전압을 측정한다. 절연 저항 측정 장치(200)는 측정된 전압, 저항의 분배 비 및 상기에서 측정된 배터리 팩 전압을 이용하여, 음극 절연 저항(RLEAK(-))을 계산한다.
절연 저항 측정 장치(200)는 하기의 [수학식 3]과 같이 측정된 전압, 저항의 분배 비 및 상기에서 측정된 배터리 팩 전압을 이용하여, 음극 절연 저항(RLEAK(-))을 계산할 수 있다.
Figure 112016109624485-pat00003
여기서, V(R1+R2)는 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)에 걸리는 전압, R1은 제1 저항값, R2는 제2 저항값, RLEAK(-)는 음극 절연 저항값, RS1은 제1 직렬 저항값, Pack Voltage는 배터리 팩 전압을 나타낸다. R1, R2, RS1는 각각 기설정된 저항값을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 방법에 대한 흐름도이다.
우선, 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)를 열린 상태로 제어하여 초기 상태로 만든다(S101).
그리고 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)를 모두 닫는다(S102).
이어서, 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 저항 및 제2 저항(R1+R2) 사이에 걸리는 전압을 측정한다(S103).
그리고 절연 저항 측정 장치(200)는 S103 과정에서 측정된 전압과 저항 분배비를 이용하여 배터리 팩 전압을 계산한다(S104). 여기서, 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)을 더한 저항값과 제1 및 제2 직렬 저항(RS1 및 RS2)과 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, S103 과정에서 측정된 제1 전압을 이용하여 배터리 팩 전압을 계산할 수 있다.
이후, 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)를 제어하여 모든 스위치를 열린 상태로 만든다(S105).
그리고 절연 저항 측정 장치(200)는 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)를 닫는다(S106).
이어서, 절연 저항 측정 장치(200)는 제2 저항 및 제3 저항 사이에 걸리는 전압을 측정한다(S107).
그리고 절연 저항 측정 장치(200)는 S107 과정에서 측정된 전압, 저항 분배비 및 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항(RLEAK(+))을 계산한다(S108). 여기서, 절연 저항 측정 장치(200)는 제2 및 제3 저항(R2 및 R3)을 더한 저항값과 양극 절연 저항(RLEAK(+))과 제2 및 제3 저항과 제2 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, S107 과정에서 측정된 제2 전압, 및 그 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항(RLEAK(+))을 계산할 수 있다.
이후, 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)를 제어하여 모든 스위치를 열린 상태로 만든다(S109).
그리고 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)를 닫는다(S110).
이어서, 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 저항 및 제2 저항(R1+R2) 사이에 걸리는 전압을 측정한다(S111).
그리고 절연 저항 측정 장치(200)는 S111 과정에서 측정된 전압, 저항 분배비 및 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항(RLEAK(-))을 계산한다(S112). 여기서, 절연 저항 측정 장치(200)는 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)을 더한 저항값과 음극 절연 저항과 제1 및 제2 저항(R1 및 R2)과 제1 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, S111에서 측정된 제2 전압, 및 그 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 배터리 관리 시스템(BMS) 10: 배터리 팩
11, 12: 배터리 모듈 20: 차량 전자 장치
30: 배터리 제어장치 31, 32: MCU
33: BCU
200: 절연 저항 측정 장치 210: 전압 측정부
211, 212: 제1 및 제2 전압 측정부 220: 제어부
R1, R2, R3, R4: 제1 내지 제4 저항
RS1, RS2: 제1 및 제2 직렬 저항
SW1, SW2, SW3, SW3: 제1 내지 제4 스위치
RLEAK(+), RLEAK(-): 양극 절연 저항, 음극 절연 저항

Claims (11)

  1. 배터리 팩의 양극 단자 및 음극 단자에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치;
    상기 제1 및 제2 스위치에 각각 연결되는 제1 및 제2 직렬 저항;
    상기 제1 및 제2 직렬 저항 사이에 연결되는 제1, 제2 및 제3 저항;
    상기 제2 저항의 양단 및 접지 사이에 각각 연결되는 제3 및 제4 스위치;
    상기 제1 및 제2 저항과, 상기 제2 및 제3 저항에 각각 연결되어 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 제1 내지 제4 스위치를 선택적으로 제어하고, 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 제1 전압 또는 상기 제2 및 제3 저항 사이에 걸리는 제2 전압을 측정하여 배터리 팩 전압을 계산하고, 상기 제1 및 제2 전압, 및 저항의 분배비를 이용하여 양극 및 음극 절연 저항을 계산하는 제어부
    를 포함하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1, 제2 및 제4 스위치를 닫은 상태에서 상기 제1 전압을 상기 전압 측정부를 통해 측정하고, 상기 측정된 제1 전압과 저항의 분배비를 이용하여 배터리 팩 전압을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 및 제2 저항을 더한 저항값과, 제1 및 제2 직렬 저항과 제1 내지 제3 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제1 전압을 이용하여 배터리 팩 전압을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 및 제3 스위치를 닫은 상태에서 상기 제2 전압을 상기 전압 측정부를 통해 측정하고, 상기 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제2 및 제3 저항을 더한 저항값과, 양극 절연 저항과 제2 및 제3 저항과 제2 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제2 전압, 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제4 스위치를 닫은 상태에서 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 제3 전압을 상기 전압 측정부를 통해 측정하고, 상기 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 및 제2 저항을 더한 저항값과, 음극 절연 저항과 제1 및 제2 저항과 제1 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제2 전압, 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 장치.
  8. 배터리 팩과, 상기 배터리 팩과 각각 제1 및 제2 스위치를 통해 연결된 제1 및 제2 직렬 저항과, 상기 제1 및 제2 직렬 저항 사이에 연결된 제1, 제2, 및 제3 저항과, 상기 제2 저항의 양단 및 접지 사이에 각각 연결된 제3 및 제4 스위치를 포함하는 절연 저항 측정 장치에서의 절연 저항 측정 방법에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제4 스위치를 닫은 상태에서 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 제1 전압을 측정하고, 상기 측정된 제1 전압과 저항의 분배비를 이용하여 배터리 팩 전압을 계산하는 단계;
    상기 제2 및 제3 스위치를 닫은 상태에서 상기 제2 및 제3 저항 사이에 걸리는 제2 전압을 측정하고, 상기 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 및 제4 스위치를 닫은 상태에서 상기 제1 및 제2 저항 사이에 걸리는 제3 전압을 측정하고, 상기 측정된 제2 전압, 저항의 분배비 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산하는 단계
    를 포함하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 팩 전압을 계산하는 단계는,
    제1 및 제2 저항을 더한 저항값과 제1 및 제2 직렬 저항과 제1 내지 제3 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제1 전압을 이용하여 배터리 팩 전압을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 양극 절연 저항을 계산하는 단계는,
    제2 및 제3 저항을 더한 저항값과 양극 절연 저항과 제2 및 제3 저항과 제2 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제2 전압, 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 양극 절연 저항을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 음극 절연 저항을 계산하는 단계는,
    제1 및 제2 저항을 더한 저항값과 음극 절연 저항과 제1 및 제2 저항과 제1 직렬 저항을 더한 저항값 간의 저항의 분배비와, 상기 측정된 제2 전압, 및 상기 계산된 배터리 팩 전압을 이용하여 음극 절연 저항을 계산하는 배터리 팩 전압을 이용한 절연 저항 측정 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112198368A (zh) * 2020-09-22 2021-01-08 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种电动汽车绝缘电阻检测电路及方法
KR102307773B1 (ko) * 2020-03-26 2021-10-01 주식회사 모베이스전자 절연저항측정 시스템 및 그 방법
EP3901640A1 (en) * 2020-04-13 2021-10-27 SK Innovation Co., Ltd. Apparatus for measuring insulation resistance
KR20230093092A (ko) * 2021-12-17 2023-06-27 주식회사 현대케피코 배터리 절연 파괴 진단 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101584256B1 (ko) 2014-12-08 2016-01-11 현대오트론 주식회사 공통 저항을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법
KR101619328B1 (ko) 2014-11-17 2016-05-10 현대오트론 주식회사 절연 저항 측정 장치 및 그 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101619328B1 (ko) 2014-11-17 2016-05-10 현대오트론 주식회사 절연 저항 측정 장치 및 그 방법
KR101584256B1 (ko) 2014-12-08 2016-01-11 현대오트론 주식회사 공통 저항을 이용한 절연 저항 측정 장치 및 방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102307773B1 (ko) * 2020-03-26 2021-10-01 주식회사 모베이스전자 절연저항측정 시스템 및 그 방법
EP3901640A1 (en) * 2020-04-13 2021-10-27 SK Innovation Co., Ltd. Apparatus for measuring insulation resistance
US11656265B2 (en) 2020-04-13 2023-05-23 Sk On Co., Ltd. Apparatus for measuring insulation resistance
CN112198368A (zh) * 2020-09-22 2021-01-08 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种电动汽车绝缘电阻检测电路及方法
KR20230093092A (ko) * 2021-12-17 2023-06-27 주식회사 현대케피코 배터리 절연 파괴 진단 장치
KR102619315B1 (ko) * 2021-12-17 2023-12-29 주식회사 현대케피코 배터리 절연 파괴 진단 장치

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