KR20100043413A - 절연저항 측정회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로는, 커패시터(capacitor), 제1 레지스터(resistance), 및 제2 레지스터를 포함하고, 절연저항 측정 배터리와 연결되는 RC 회로; 상기 RC 회로에 전압을 인가하는 전압 소스(source); 및 상기 RC 회로 및 상기 전압 소스와 각각 연결되고, 온/오프(on/off)에 따라 상기 커패시터가 충전 또는 방전되도록 제어하는 스위치를 포함한다.
절연저항, 하이브리드, 커패시터, 고전압 배터리

Description

절연저항 측정회로{INSULATION RESISTANCE MEASUREMENT CIRCUIT}
본 발명은 절연저항 측정회로에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고전압 배터리를 사용하는 하이브리드(hybrid) 차량의 샷시 그라운드와 상기 고전압 배터리 간의 절연저항 측정에 있어서, 상기 고전압 배터리에 커패시터(capacitor) 및 레지스터(resistance)로 구성된 RC 회로를 연결하고, 상기 RC 회로에 선정된(predetermined) 시간 동안 전압을 인가 및 차단하여 상기 RC 회로의 상기 커패시터를 충전 또는 방전시키는 전류 또는 전압의 크기 측정을 통해 상기 절연저항을 측정하는 절연저항 측정회로에 관한 것이다.
고전압 배터리를 사용하는 하이브리드 차량은 비상사태 발생시 자동적으로 메인 고전압 배터리의 전원을 차단하는 시스템을 갖추고 있다. 상기 비상사태라 함은 관련부품의 노후화에 의한 과도한 누전, 절연파괴 등과 외부적인 충격에 의한 부품파괴로 생겨나는 쇼트에 의해 발생하는 과도한 누전, 절연파괴 등을 말한다.
차량에 비상사태가 발생되면 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)나 HCU(HYBRID CONTROL UNIT)등 고전압 부품을 제어하는 상위의 부품에서 메인 전원을 차단하도록 하는 명령을 내려 전원을 단속하게 된다. 상기 고전압 관련 부품은 전원을 연결해 주는 선로의 전압과 전류를 일련의 프로그램 또는 센서를 통해 모니터링하여 정상범위를 벗어난 전압, 전류가 검출되거나 허용치 이상의 누설전류가 있는 경우, 그리고 허용치 이상의 절연저항 파괴등이 있는 경우에 CAN 통신 또는 시그날 전송을 통하여 메인 전원을 차단하게 된다.
이와 같이, 고전압 배터리를 사용하는 하이브리드 차량에 있어서 절연저항의 측정은 매우 중요하다. 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, 상기 방법 또한 커플링 콘덴서를 충전하는 전류와 방전하는 전류가 같은 회로를 통과해야 하므로 회로 설계에 많은 제약이 따른다는 단점이 있다.
이에, 하이브리드 차량의 샷시 그라운드와 고전압 배터리 간의 절연 저항 측정에 있어서, 보다 간단하면서도 정확하게 절연저항을 측정할 수 있는 소형화, 경량화, 및 저가화된 절연저항 측정회로의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 하이브리드 차량의 절연저항 측정에 있어서, 하나의 커패시터 및 두개의 레지스터로 구성된 RC 회로를 상기 하이브리드 차량의 고전압 배터리의 마이너스 단자에 연결하고, 상기 RC 회로에 선정된 시간 동안 전압을 인가 및 차단하여 상기 커패시터의 충전 전류 또는 방전 전류의 측정을 통해 상기 절연저항을 측정함으로써, 최소의 비용으로 보다 간단하면서도 정확하게 절연저항을 측정할 수 있는 절연저항 측정회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 커패시터를 충전하는 전류와 방전하는 전류의 통로를 다르게 구성함으로써, 필요에 따라 커패시터의 충전전류와 방전전류의 크기를 다르게 설계하여 2개의 전류 정보를 통해 외부 노이즈가 있는 환경에서도 기존의 회로보다 신뢰성 있는 정보를 얻을 수 있도록 하는 절연저항 측정회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 커패시터 및 레지스터로 구성된 RC 회로에 외부 전원 및 스위치를 통해 일정시간 간격으로 전압을 인가하여 절연저항을 측정함으로써, 소형화, 경량화, 및 저가화된 절연저항 측정회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로는, 커패시터(capacitor), 제1 레지스 터(resistance), 및 제2 레지스터를 포함하고, 절연저항 측정 배터리와 연결되는 RC 회로; 상기 RC 회로에 전압을 인가하는 전압 소스(source); 및 상기 RC 회로 및 상기 전압 소스와 각각 연결되고, 온/오프(on/off)에 따라 상기 커패시터가 충전 또는 방전되도록 제어하는 스위치를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로의 상기 커패시터 및 상기 제2 레지스터는 직렬 연결되고, 상기 제1 레지스터는 상기 커패시터 및 상기 제2 레지스터와 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로의 상기 직렬 연결된 상기 커패시터 및 상기 제2 레지스터는 상기 절연저항 측정 배터리의 마이너스 단자와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로의 상기 절연저항 측정 배터리의 절연저항은 상기 커패시터 및 상기 제2 레지스터와 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로의 상기 전압 소스는 상기 RC 회로에 선정된 시간 동안 전압을 공급 및 차단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로는 상기 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 커패시터는 상기 제2 레지스터, 상기 커패시터, 및 상기 절연저항에 흐르는 전류에 따라 충전되고, 상기 제2 레지스터에 인가되는 전압은 상기 절연저항 측정 배터리의 절연저항의 크기에 대응하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로는 상기 스위치가 오 프(off)되는 경우, 상기 커패시터는 상기 절연저항, 상기 커패시터, 상기 제2 레지스터, 및 상기 제1 레지스터에 흐르는 전류에 따라 방전되고, 상기 제1 레지스터에 인가되는 전압은 상기 절연저항 측정 배터리의 절연저항의 크기에 대응하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로의 상기 절연저항 측정 배터리는 하이브리드(hybrid) 차량의 고전압 배터리인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 절연저항 측정회로에 따르면, 하이브리드 차량의 절연저항 측정에 있어서, 하나의 커패시터 및 두개의 레지스터로 구성된 RC 회로를 상기 하이브리드 차량의 고전압 배터리의 마이너스 단자에 연결하고, 상기 RC 회로에 선정된 시간 동안 전압을 인가 및 차단하여 상기 커패시터의 충전 전류 또는 방전 전류의 측정을 통해 상기 절연저항을 측정함으로써, 최소의 비용으로 보다 간단하면서도 정확하게 절연저항을 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 절연저항 측정회로에 따르면, 커패시터를 충전하는 전류와 방전하는 전류의 통로를 다르게 구성함으로써, 필요에 따라 커패시터의 충전전류와 방전전류의 크기를 다르게 설계하여 2개의 전류 정보를 통해 외부 노이즈가 있는 환경에서도 기존의 회로보다 신뢰성 있는 정보를 얻을 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 절연저항 측정회로에 따르면, 커패시터 및 레지스터로 구성된 RC 회로에 외부 전원 및 스위치를 통해 일정시간 간격으로 전압을 인가하여 절 연저항을 측정함으로써, 소형화, 경량화, 및 저가화된 절연저항 측정회로를 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로는 RC 회로(120), 전압 소스(130), 및 스위치(140)를 포함한다. RC 회로(120)는 제1 레지스터(121), 제2 레지스터(122), 및 커패시터(123)을 포함한다.
상기 절연저항 측정회로는 절연저항 측정 배터리(110)의 마이너스 단자와 연결된다. 상기 절연저항 측정회로는 RC 회로(120)의 커패시터(123)를 통해 절연저항 측정 배터리(110)의 상기 마이너스 단자와 연결될 수 있다.
절연저항 측정 배터리(110)는 하이브리드 차량에 장착되는 고전압 배터리로 구현될 수 있다.
RC 회로(120)의 커패시터(123) 및 제2 레지스터(122)는 직렬 연결된다. 제1 레지스터(121)는 커패시터(123) 및 제2 레지스터(122)와 병렬 연결된다.
상기 직렬 연결된 커패시터(123) 및 제2 레지스터(122)는 절연저항 측정 배터리(110)의 절연저항(150)과 직렬 연결된다.
전압 소스(130)는 RC 회로(120)에 전압을 인가한다. 전압 소스(130)는 선정된 시간 동안 RC 회로(120)에 전압을 인가 및 차단할 수 있다. 즉, 스위치(140)가 온(on)되는 제1 시간 동안 전압 소스(130)는 상기 전압을 RC 회로(120)에 인가하고, 스위치(140)가 오프(off)되는 제2 시간 동안 상기 RC 회로(120)로 인가되는 상기 전압은 차단될 수 있다.
상기 전압은 12V의 정전압으로 구현될 수 있고, 당업자의 판단에 따라 상기 12V 뿐만 아니라 다양한 정전압 값으로 구현될 수도 있다. 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 당업자의 판단에 따라 적절하고 다양한 시간으로 구현될 수 있다.
스위치(140)는 RC 회로(120) 및 전압 소스(130)와 각각 연결되고, 온/오프(on/off)에 따라 커패시터(123)가 충전 또는 방전되도록 제어한다. 즉, 스위치(140)는 당업자의 판단에 따라 전압 소스(130)에서 공급되는 전압이 제1 시간 동안 RC 회로(120)에 인가되도록 온(on) 상태를 유지하다가, 상기 제1 시간이 만료되는 경우 오프(off) 상태로 전화되어 상기 전압의 인가를 차단할 수 있다.
본 발명의 절연저항 측정회로를 통해 배터리(110)의 절연저항을 측정하는 운영자는 스위치(140)의 온/오프 제어를 통해 커패시터(123)의 충전 전류 또는 방전 전류를 측정할 수 있다.
즉, 상기 운영자는 스위치(140)가 온 상태에서 전압 소스(130)로부터 상기 전압이 RC 회로(120)에 공급되는 경우 커패시터(123)의 충전 전류를 측정할 수 있고, 스위치(140)가 오프 상태로 전환되어 전압 소스(130)로부터 상기 전압이 RC 회로(120)에 공급되지 않는 경우 커패시터(123)의 방전 전류를 측정할 수 있다.
스위치(140)의 온/오프(on/off)에 따른 상기 절연저항 측정회로에서의 전류 흐름은 도 2 및 도 3을 통해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 스위치가 온 상태인 절연저항 측정회로에서의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
스위치(140)가 온(on)되는 경우, 전압 소스(130)를 통해 RC 회로(120)에 전압이 인가되어, RC 회로(120)에는 제2 레지스터(122), 커패시터(123), 및 절연저항(150)을 통해 전류가 흐르게 된다. 커패시터(123)는 상기 전류를 통해 충전될 수 있다. 커패시터(123)를 충전하는 상기 전류의 크기는 제2 레지스터(122)의 레지스턴스 값에 따라 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 스위치가 오프 상태인 절연저항 측정회로에서의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
스위치(140)가 오프(off)되는 경우, 전압 소스(130)를 통한 상기 전압의 공급이 중단되므로, 커패시터(123)는 제1 레지스터(121)를 통해 방전할 수 있다.
도 2 및 도 3에서, 제1 레지스터(121)의 레지스턴스 값을 R1, 제2 레지스터(122)의 레지스턴스 값을 R2, 커패시터(123)의 커패시턴스 값을 C, 및 절연저항(150)의 레지스턴스 값을 R3라 하는 경우, 스위치(140)가 온(on)되는 동안 커패시터(123)를 충전시키는 전류는 수학식 1과 같다.
Figure 112008072603077-PAT00001
또한, 스위치(140)가 오프(off)되는 동안 커패시터(123)를 방전시키는 전류는 수학식 2와 같다.
Figure 112008072603077-PAT00002
수학식 1에서 커패시터(123)를 충전시키는 전류는 제2 레지스터(122) 및 절연저항(150)에 따라 결정될 수 있다. 또한, 수학식 2에서 커패시터(123)를 방전시키는 전류는 제1 레지스터(121), 제2 레지스터(122), 및 절연저항(150)에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 제1 레지스터(121)를 통해 커패시터(123)를 충전시키는 전류와 방전시키는 전류를 서로 다르게 구현할 수 있다.
커패시터(123)를 충전 또는 방전시키는 전류의 측정을 위하여, 제1 레지스터(121) 및 제2 레지스터(122)에 인가되는 전압을 각각 측정할 수 있다.
스위치(140)가 온(on)되는 동안 제1 레지스터(121)에 인가되는 전압은 수학식 3과 같다.
Figure 112008072603077-PAT00003
스위치(140)가 오프(off)되는 동안 제1 레지스터(121)에 인가되는 전압은 수학식 4와 같다.
Figure 112008072603077-PAT00004
스위치(140)가 온(on)되는 동안 제2 레지스터(122)에 인가되는 전압은 수학식 5와 같다.
Figure 112008072603077-PAT00005
스위치(140)가 오프(off)되는 동안 제2 레지스터(122)에 인가되는 전압은 수학식 6과 같다.
Figure 112008072603077-PAT00006
수학식 1 내지 수학식 6에서,
Figure 112008072603077-PAT00007
이고, T는 스위치 주기, V는 전압 소스(130)의 전압을 나타낸다.
수학식 3 내지 수학식 6을 살펴보면, 스위치(140)가 오프되는 경우, 제1 레지스터(121)에 인가되는 전압은 커패시터(123)를 방전시키는 전류에 대응되고, 스위치(140)가 온되는 경우, 제2 레지스터(122)에 인가되는 전압은 커패시터(123)를 충전시키는 전류에 대응된다. 또한, 제1 레지스터(121) 및 제2 레지스터(122)에 인가되는 전압의 크기는 절연저항(150)의 레지스턴스 값에 따라 변할 수 있다.
따라서, 제1 레지스터(121) 또는 제2 레지스터(122)에 인가되는 전압 측정을 통해 절연저항(150)의 크기를 산출할 수 있다. 이와 같이, 충전 또는 방전시 제1 레지스터(121) 또는 제2 레지스터(122)에 인가되는 전압을 각각 측정하여 절연저항(150)의 크기를 산출하므로, 절연저항에 관한 정보를 2번 얻을 수 있는 장점이 있다. 즉, 한번의 측정이 노이즈로 인해 실패하더라도 다른 정보를 통해 절연 상태를 판단할 수 있다. 또한, 두 가지 정보를 적절히 가공하여 신뢰성을 극대화한 절연저항의 정보를 얻을 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 절연저항 측정회로의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 스위치가 온 상태인 절연저항 측정회로에서의 전류 흐름을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 스위치가 오프 상태인 절연저항 측정회로에서의 전류 흐름을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 절연저항 측정 배터리
120: RC 회로
121: 제1 레지스터
122: 제2 레지스터
123: 커패시터
130: 전압 소스
140: 스위치
150: 절연저항

Claims (8)

  1. 커패시터(capacitor), 제1 레지스터(resistance), 및 제2 레지스터를 포함하고, 절연저항 측정 배터리와 연결되는 RC 회로;
    상기 RC 회로에 전압을 인가하는 전압 소스(source); 및
    상기 RC 회로 및 상기 전압 소스와 각각 연결되고, 온/오프(on/off)에 따라 상기 커패시터가 충전 또는 방전되도록 제어하는 스위치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터 및 상기 제2 레지스터는 직렬 연결되고, 상기 제1 레지스터는 상기 커패시터 및 상기 제2 레지스터와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직렬 연결된 상기 커패시터 및 상기 제2 레지스터는 상기 절연저항 측정 배터리의 마이너스 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연저항 측정 배터리의 절연저항은 상기 커패시터 및 상기 제2 레지스 터와 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압 소스는 상기 RC 회로에 선정된(predetermined) 시간 동안 전압을 공급 및 차단하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위치가 온(on)되는 경우, 상기 커패시터는 상기 제2 레지스터, 상기 커패시터, 및 상기 절연저항에 흐르는 전류에 따라 충전되고, 상기 제2 레지스터에 인가되는 전압은 상기 절연저항 측정 배터리의 절연저항의 크기에 대응하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위치가 오프(off)되는 경우, 상기 커패시터는 상기 절연저항, 상기 커패시터, 상기 제2 레지스터, 및 상기 제1 레지스터에 흐르는 전류에 따라 방전되고, 상기 제1 레지스터에 인가되는 전압은 상기 절연저항 측정 배터리의 절연저항의 크기에 대응하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연저항 측정 배터리는 하이브리드(hybrid) 차량의 고전압 배터리인 것을 특징으로 하는 절연저항 측정회로.
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