KR101897075B1 - 노이즈 제거 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노이즈 제거 회로에 대한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 회로는 고전압 배터리와 차량의 샤시 접지 사이에 연결된 절연 저항의 전압을 측정하는 절연 저항 측정 회로에서 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 회로에 있어서, 소정 시간 간격으로 온/오프가 반복되어 상기 절연 저항 측정 회로에서 출력되는 출력 신호를 전달하는 제1 회로; 상기 제1 회로로부터 상기 출력 신호를 기준 시간 이상 전달받는 경우, 상기 출력 신호를 전달하는 제2 회로; 상기 제2 회로에서 상기 출력 신호를 전달받은 경우, 상기 출력 신호를 지속적으로 출력하는 제3 회로; 및 상기 제3 회로에서 지속적으로 출력하는 상기 출력 신호를 해제시키는 제4 회로를 포함한다.

Description

노이즈 제거 회로{NOISE ELIMINATION CIRCUIT}

본 발명은 노이즈 제거 회로에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전기 차량 등에 구비된 고전압 배터리의 전류 누설 여부를 판단하는 절연 저항 측정 회로에서 발생하는 노이즈를 제거하는 기술에 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 시작되었다.

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.

이때, 배터리 관리 시스템 내부에는 배터리와 차량의 접지 사이에 발생하는 절연 저항을 측정하는 장치가 필수적으로 구비된다. 절연 저항을 측정함으로써 배터리의 전류 누설 여부를 진단하게 되는데, 배터리의 전류 누설시 감전 또는 차량 화재 등 사고 위험이 발생할 가능성이 있으므로 정확한 절연 저항 측정은 중대한 과제이다.

한편, 절연 저항의 측정은 절연 저항 전압을 센싱하고 이를 저항값으로 환산하여 측정하는 경우가 일반적인데, 절연 저항 전압 센싱시 고전압 배터리에서 발생하는 노이즈 영향을 받을 수 있다. 이때, 순간적으로 높은 전압의 노이즈가 절연 저항 측정 회로로 유입되는 경우, 절연 저항 측정 회로에서 센싱된 절연 저항 전압에 오차가 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 절연 저항 전압을 통해 절연 저항 값을 산출시 절연 저항값이 잘못 산출되는 문제가 발생할 수 있다.

미국 특허공개공보 제2014-0070772호

본 발명은 노이즈 제거 회로를 구비하여 절연 저항 전압 측정시 발생하는 노이즈를 제거하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 회로는 고전압 배터리와 차량의 샤시 접지 사이에 연결된 절연 저항의 전압을 측정하는 절연 저항 측정 회로에서 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 회로에 있어서, 소정 시간 간격으로 온/오프가 반복되어 상기 절연 저항 측정 회로에서 출력되는 출력 신호를 전달하는 제1 회로; 상기 제1 회로로부터 상기 출력 신호를 기준 시간 이상 전달받는 경우, 상기 출력 신호를 전달하는 제2 회로; 상기 제2 회로에서 상기 출력 신호를 전달받은 경우, 상기 출력 신호를 지속적으로 출력하는 제3 회로; 및 상기 제3 회로에서 지속적으로 출력하는 상기 출력 신호를 해제시키는 제4 회로를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 회로는 RC 필터 및 릴레이 회로를 포함하고, 상기 출력 신호가 소정 시간 이상 입력된 경우, 상기 RC 필터의 출력인 커패시터 양단에 소정 전압 이상의 전압이 충전되어 상기 릴레이 회로를 온(on)시켜 상기 출력 신호를 전달하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제3 회로는 상기 제2 회로에서 상기 출력 신호를 전달받은 경우, 온(on)되는 제1 트랜지스터; 및 상기 제1 트랜지스터가 온(on)되는 경우 온(on)되어 상기 출력 신호의 전달여부와 무관하게 상기 제1 트랜지스터의 온(ON) 상태를 유지시키는 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 트랜지스터는 PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor)인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 트랜지스터는 NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제4 회로는 상기 제2 트랜지스터를 오프(off)시켜 상기 제3 회로에서 지속적으로 출력하는 상기 출력 신호를 해제시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제4 회로는 NPN형 트랜지스터를 포함할 수 있다.

본 발명은 노이즈 제거 회로를 구비하여 절연 저항 전압 측정시 발생하는 노이즈를 제거하는 효과가 있다.

이에 따라, 본 발명은 절연 저항 측정의 정확도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 회로가 포함된 배터리 관리 시스템의 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 회로의 구성도이다.

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.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 회로에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 회로가 포함된 배터리 관리 시스템의 도면이다.

도 1을 참조하면, 배터리(10), 절연 저항 측정 회로(20) 및 노이즈 제거 회로(30)간의 연결 관계를 확인할 수 있다.

배터리(10)는 전기자동차 또는 하이브리드 차량 등의 모터를 구동시키는 고전압 배터리를 의미한다. 배터리(10)는 대략 300 V 내외의 고전압을 갖는다. 배터리(10)는 차량의 샤시 접지와는 별도의 그라운드 체계를 가지고 동작하기 때문에 많은 노이즈가 발생한다.

절연 저항 측정 회로(20)는 배터리(10)와 상기 차량의 샤시 접지 사이에 연결된 절연 저항의 전압을 측정한다. 상기 절연 저항의 전압은 절연 저항 산출부(미도시)로 전달되고, 상기 절연 저항 산출부는 상기 절연 저항의 전압을 통해 상기 절연 저항의 저항값을 산출한다. 이때, 상기 절연 저항 산출부는 상기 절연 저항의 전압과 상기 절연 저항의 저항값간의 관계가 저장된 환산표를 이용하여 산출할 수 있다.

상기 절연 저항 산출부는 절연 저항 측정 회로(20)에서 전달된 상기 절연 저항의 전압을 통해 상기 절연 저항의 저항값을 산출하므로, 상기 절연 저항의 전압에 오차가 있는 경우에는 잘못된 절연 저항값이 산출될 위험이 있다. 따라서, 절연 저항 측정 회로(20)로 유입되는 노이즈를 제거할 필요가 있다.

노이즈 제거 회로(30)는 절연 저항 측정 회로(20)에 출력되는 출력 신호를 입력받아 노이즈를 제거한다. 이때, 상기 출력 신호는 절연 저항 측정 회로(20)에서 측정된 상기 절연 저항의 전압을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 회로의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거 회로(30)는 제1 회로(31), 제2 회로(33), 제3 회로(35) 및 제4 회로(37)를 포함한다.

제1 회로(31)는 소정 시간 간격으로 온/오프가 반복되어 절연 저항 측정 회로(20)에서 출력되는 출력 신호를 제2 회로(33)로 전달한다. 이때, 제1 회로(31)는 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 회로(31)는 1초 간격으로 온/오프가 반복될 수 있다. 이때, 제1 회로(31)는 t1 = 0.3(s) 동안 온(on), 1-t1 = 0.7(s) 동안 오프(off) 되어 1초 간격으로 온/오프가 반복될 수 있다.

제2 회로(33)는 제1 회로(31)로부터 상기 출력 신호를 기준 시간 이상 전달받는 경우, 상기 출력 신호를 제3 회로(35)로 전달한다. 구체적으로, 제2 회로(33)는 RC 필터 및 릴레이 회로(RLY)를 포함한다. 따라서, 상기 출력 신호가 기준 시간 이상 입력된 경우, 상기 RC 필터의 출력인 커패시터(C1) 양단에 소정 전압 이상의 전압이 충전되어 릴레이 회로(RLY)를 온(on)시켜 상기 출력 신호를 제3 회로(35)로 전달한다.

상기 기준 시간은 상기 출력 신호가 노이즈인지 판단하는 데 필요한 시간의 의미한다. 즉, 상기 기준 시간 미만으로 상기 출력 신호가 입력되는 경우, 노이즈로 판단하여 차단하기 위한 시간을 의미한다. 또한, 상기 기준 시간 이상으로 상기 출력 신호가 입력되는 경우, 정상적으로 측정된 절연 저항의 전압으로 판단하여 통과하기 위한 시간을 의미할 수 있다.

예를 들어, 상기 기준 시간이 5초인 경우, 제2 회로(33)는 상기 출력 신호가 제1 회로(31)에서 t1 = 0.3(s) 동안 온(on), 1-t1 = 0.7(s) 동안 오프(off)를 반복하면서 5초 이상 전달되면 상기 RC 필터의 출력인 커패시터(C1) 양단에 소정 전압 이상의 전압이 충전되어 릴레이 회로(RLY)를 온(on)시키도록 설정된다. 이에 따라, 제2 회로(33)는 상기 출력 신호를 제3 회로(35)로 전달한다.

제3 회로(35)는 제2 회로(33)에서 상기 출력 신호를 전달받은 경우, 상기 출력 신호를 상기 절연 저항 산출부로 지속적으로 출력한다. 이에 따라, 상기 절연 저항 산출부는 상기 출력 신호를 지속적으로 입력받아 절연 저항의 저항값 산출의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다. 제3 회로(35)는 제1 트랜지스터(TR1) 및 제2 트랜지스터(TR2)를 포함한다.

제1 트랜지스터(TR1)는 스위칭 기능을 갖고 제2 회로(33)에서 상기 출력 신호를 전달받은 경우에만 온(ON)이 된다. 제1 트랜지스터(TR1)는 PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor)를 의미할 수 있다.

제2 트랜지스터(TR2)는 스위칭 기능을 갖고 제1 트랜지스터(TR1)가 온(ON)되는 경우 온(ON)되어 제2 회로(33)에서 상기 출력 신호의 전달여부와 무관하게 제1 트랜지스터(TR1)의 온(ON) 상태를 유지시킨다. 제2 트랜지스터(TR2)는 NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)를 의미할 수 있다. 따라서, 도 2와 같이 제1 트랜지스터(TR1)가 PMOS로 구성되고 제2 트랜지스터(TR2)가 NMOS로 구성되며 제2 트랜지스터(TR2)가 온 상태가 되는 경우, 제1 트랜지스터(TR1)의 게이트 단과 제2 트랜지스터(TR2)의 드레인 단이 연결되어 있기 때문에 제2 회로(33)에서 상기 출력 신호의 전달여부와 무관하게 제1 트랜지스터(TR1)는 온 상태를 유지하게 된다.

제4 회로(37)는 제3 회로(35)에서 지속적으로 출력하는 상기 측정 신호를 해제시킨다. 이는 상기 절연 저항 산출부에서 상기 절연 저항의 저항값을 산출한 경우, 제4 회로(37)가 마이컴(미도시)으로부터 해제 신호를 입력받아 제3 회로(35)에서 상기 절연 저항 산출부로 지속적으로 전달하는 상기 출력 신호를 해제시키는 것을 의미한다.

구체적으로, 제4 회로(37)는 제2 트랜지스터(TR2)를 오프(off)시켜 제3 회로(35)에서 지속적으로 출력하는 상기 출력 신호를 해제시킨다. 이때, 제4 회로(37)는 NPN형 트랜지스터인 제3 트랜지스터(TR3)를 포함할 수 있다. 즉, 스위치 기능을 갖는 제3 트랜지스터(TR3)는 상기 마이컴으로부터 해제 신호를 입력받는 경우 온(on)되어, 제2 트랜지스터(TR2)를 오프(off)시키고, 이에 따라 제1 트랜지스터(TR1)도 오프(off)되어 상기 온 신호는 해제되게 된다.

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.

10 : 배터리
20 : 절연 저항 측정 회로
30 : 노이즈 제거 회로

Claims (7)

1. 고전압 배터리와 차량의 샤시 접지 사이에 연결된 절연 저항의 전압을 측정하는 절연 저항 측정 회로에서 발생하는 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 회로에 있어서,
   소정 시간 간격으로 온/오프가 반복되어 상기 절연 저항 측정 회로에서 출력되는 출력 신호를 전달하는 제1 회로;
   상기 제1 회로로부터 상기 출력 신호를 기준 시간 이상 전달받는 경우, 상기 출력 신호를 전달하는 제2 회로;
   상기 제2 회로에서 상기 출력 신호를 전달받은 경우, 상기 출력 신호를 지속적으로 출력하는 제3 회로; 및
   상기 제3 회로에서 지속적으로 출력하는 상기 출력 신호를 해제시키는 제4 회로를 포함하고,
   상기 제4 회로는 상기 절연 저항 측정 회로에서 절연 저항 값을 산출할 경우 마이컴으로부터 해제 신호 입력 받아 상기 제3 회로에서 전달되는 출력 신호를 해제하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 회로는 RC 필터 및 릴레이 회로를 포함하고,
   상기 출력 신호가 소정 시간 이상 입력된 경우, 상기 RC 필터의 출력인 커패시터 양단에 소정 전압 이상의 전압이 충전되어 상기 릴레이 회로를 온(on)시켜 상기 출력 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제3 회로는
   상기 제2 회로에서 상기 출력 신호를 전달받은 경우, 온(on)되는 제1 트랜지스터; 및
   상기 제1 트랜지스터가 온(on)되는 경우 온(on)되어 상기 출력 신호의 전달여부와 무관하게 상기 제1 트랜지스터의 온(ON) 상태를 유지시키는 제2 트랜지스터를 포함하는 노이즈 제거 회로.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 트랜지스터는 PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor)인 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제2 트랜지스터는 NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)인 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
6. 제 3항에 있어서,
   상기 제4 회로는 상기 제2 트랜지스터를 오프(off)시켜 상기 제3 회로에서 지속적으로 출력하는 상기 출력 신호를 해제시키는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제4 회로는 NPN형 트랜지스터를 포함하는 노이즈 제거 회로.

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