KR20120066400A

KR20120066400A - 커패시터의 이상 검출 방법 및 이상 검출 장치

Info

Publication number: KR20120066400A
Application number: KR1020100127729A
Authority: KR
Inventors: 김상일; 김창현; 김광운
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-06-22
Also published as: WO2012081892A1; CN103261901A; CN103261901B; KR101788866B1; US20130268217A1

Abstract

본 발명은 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 개별 커패시터의 이상을 저비용으로 정확하게 검출하기 위한 커패시터 이상 검출 방법 및 검출 장치를 제공하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 커패시터 이상 검출 장치는, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 장치로서, 상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정부와, 측정된 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 저장하는 기억부와, 복수회의 측정에 따라 저장된 상기 회로의 커패시턴스 데이터 및 상기 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하는 산출부와, 측정된 상기 회로의 커패시턴스와, 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스를 비교하여, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼는지를 판정하는 판정부를 포함한다.

Description

커패시터의 이상 검출 방법 및 이상 검출 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING ABNORMALITY OF A CAPACITOR}

본 발명은 커패시터의 이상을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터의 이상을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

2 이상의 커패시터(또는 배터리)를 직렬로 연결하여 구성된 커패시터 회로는 그 내부의 개별 커패시터 중 하나라도 단락 등의 이상이 발생하면 전체 회로에 영향을 미치게 되므로, 복수의 커패시터로 구성되는 회로에 대해 개별 커패시터의 이상 유무를 검출하기 위한 기술이 필요하다.

이러한 기술로서, 커패시터 회로를 구성하는 개별 커패시터를 모두 모니터링하여 각 커패시터의 이상 유무를 판단하는 방법이 존재하였다. 또한, 다른 기술로서, 커패시터 회로의 전체 커패시턴스를 측정하고, 측정된 커패시턴스가 소정값 이하인 것으로 판정되면 커패시터의 이상이 발생한 것으로 판단하는 방법이 있었다.

그러나, 이러한 종래 기술들 중 전자에 의한 경우에는 각 커패시터를 모니터링하기 위해 많은 부품이 장착된 고가의 장비가 필요하다는 문제가 있었다. 후자의 경우, 개별 커패시터가 단락되어 이상이 발생한 경우, 커패시터 회로의 전체 커패시턴스는 증가하므로, 개별 커패시터의 단락을 검출하지 못한다는 문제점이 있었다. 아울러, 해당 방법을 통해 커패시터의 이상을 발견한다 하더라도 이는 이미 다수의 커패시터에 이상이 발생된 상태에서만 검출이 가능하므로, 커패시터의 이상이 시작되는 초기에 대응이 불가능하고 단지 커패시터의 노쇠화 여부만 판단할 수 있다는 문제도 있었다.

본 발명은 상술한 점을 감안하여 안출된 것으로서, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 개별 커패시터의 이상을 저비용으로 정확하게 검출하기 위한 커패시터 이상 검출 방법 및 검출 장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 이상이 발생한 개별 커패시터의 개수를 저비용으로 정확하게 예측할 수 있는 커패시터 이상 검출 방법 및 검출 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 커패시터 이상 검출 방법은, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 방법으로서, 상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정 단계와, 측정된 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 기억부에 저장하는 저장 단계와, 복수회의 측정에 따라 저장된 상기 회로의 커패시턴스 데이터 및 상기 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하는 산출 단계와, 측정된 상기 회로의 커패시턴스와, 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스를 비교하여, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼는지를 판정하는 판정 단계를 포함한다.

상기 커패시터 이상 검출 방법의 상기 판정 단계에서는, 측정된 상기 회로의 커패시턴스가 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스로부터 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우에, 커패시터에 이상이 생겼다고 판정할 수 있다.

또한, 상기 커패시터 이상 검출 방법은, 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스에 기초하여 상기 회로를 구성하는 단위 커패시터의 평균 커패시턴스를 계산하고, 계산된 평균 커패시턴스, 상기 회로를 구성하는 커패시터의 개수 및 측정된 상기 회로의 커패시턴스에 기초하여 이상이 생긴 커패시터의 개수를 추정하는 이상 개수 추정 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 커패시터 이상 검출 방법은 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 방법으로서, 상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정 단계와, 복수회의 측정에 따른 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 기억부에 저장하는 저장 단계와, 측정된 상기 회로의 커패시턴스가 그 직전에 측정되어 저장된 상기 회로의 커패시턴스보다 미리 결정된 값 보다 큰지 여부를 판정하고, 크다고 판정된 경우에, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼다고 판정하는 판정 단계를 포함한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 커패시터 이상 검출 장치는, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 장치로서, 상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정부와, 측정된 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 저장하는 기억부와, 복수회의 측정에 따라 저장된 상기 회로의 커패시턴스 데이터 및 상기 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하는 산출부와, 측정된 상기 회로의 커패시턴스와, 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스를 비교하여, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼는지를 판정하는 판정부를 포함한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 커패시터 이상 검출 장치는, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 장치로서, 상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정부와, 복수회의 측정에 따른 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 저장하는 기억부와, 측정된 상기 회로의 커패시턴스가 그 직전에 측정되어 저장된 상기 회로의 커패시턴스보다 미리 결정된 값 보다 큰지 여부를 판정하고, 크다고 판정된 경우에, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼다고 판정하는 판정부를 포함한다.

또한, 상기 커패시터 이상 검출 장치는, 복수회의 측정에 따라 저장된 상기 회로의 커패시턴스 데이터 및 상기 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하는 산출부와, 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스에 기초하여 상기 회로를 구성하는 단위 커패시터의 평균 커패시턴스를 계산하고, 계산된 평균 커패시턴스, 상기 회로를 구성하는 커패시터의 개수 및 측정된 상기 회로의 커패시턴스에 기초하여 이상이 생긴 커패시터의 개수를 추정하는 이상 개수 추정부를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 개별 커패시터의 이상을 저비용으로 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 이상이 발생한 개별 커패시터의 개수를 저비용으로 정확하게 추정할 수 있다.

도 1은 복수의 커패시터들이 직렬로 연결된 회로와, 하나의 커패시터의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 2a는 열화에 따른 커패시턴스 및 ESR(Equivalent Series Resistor)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2b는 커패시터의 단락에 의한 커패시턴스 및 ESR의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 이상 검출 장치(100)를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 이상 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 이상 검출 장치 및 검출 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 복수의 커패시터들(C₁, C₂, C₃,…, C_N)이 직렬로 연결된 회로와, 복수의 커패시터들(C₁, C₂, C₃,…, C_N) 중 하나의 커패시터(C₂)의 등가 회로를 나타낸다. 배터리 등의 커패시터 소자는 실제로 내부 저항(ESR)을 포함하고 있으며 이를 등가회로로 나타내면 도 1에 도시된 바와 같다.

복수의 커패시터들이 직렬로 연결된 회로의 전체 커패시턴스(C_tot)는 직렬로 연결된 커패시터의 개수가 많아질수록 작아지며, 다음과 같은 수학식에 의해 표현된다.

...[수학식 1]

또한, 상기 [수학식1]은 다음과 같이 변형될 수 있다.

...[수학식 2]

상기 [수학식2]에서, C₀는 단위 커패시터의 평균 커패시턴스이고, N은 직렬로 연결된 커패시터의 개수이다.

복수의 커패시터들 중 일부 커패시터에 단락 등에 의한 이상이 발생하는 경우에 회로 전체의 커패시턴스(C_{tot_short})는 증가하게 된다. 이것은 다음과 같이 수학식으로 표현될 수 있으며, 여기서 M은 이상이 발생한 커패시터의 개수를 나타낸다.

...[수학식 3]

또한, 상기 [수학식3]으로부터 이상이 발생한 커패시터의 개수(M)를 추정할 수 있으며, 이것은 다음과 같은 수학식으로 표현될 수 있다.

...[수학식 4]

본 발명은, 이상에서 설명한 바와 같이, 일부 커패시터에 단락 등에 의한 이상이 발생하는 경우에 회로 전체의 커패시턴스가 증가한다는 점과, 전체 회로의 커패시터 개수(N), 단위 커패시터의 평균 커패시턴스(C₀) 및 커패시터에 이상이 발생한 경우의 회로 전체의 커패시턴스(C_{tot_short})의 값을 알고 있는 경우에, 이상이 발생한 커패시터의 개수(M)을 추정할 수 있다는 점에 착안하여 안출된 것이다.

도 2a는 열화에 따른 전체 커패시턴스 및 ESR(Equivalent Series Resistor)의 변화를 나타내고, 도 2b는 일부 커패시터의 단락에 의한 전체 커패시턴스 및 ESR의 변화를 나타낸다. 도 2a를 참조하면, 회로가 열화함에 따라 전체 회로의 커패시턴스는 일정한 기울기로 감소하며, ESR은 일정한 기울기로 증가하는 것을 알 수 있다. 이와는 달리, 도 2b를 참조하면, 회로를 구성하는 일부 커패시터가 단락되는 시점(capacitor short)에 전체 커패시턴스는 증가하고, ESR의 증가율이 커진다는 것을 알 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 이상 검출 장치(100)의 구성을 설명한다. 본 발명에 따른 커패시터 이상 검출 장치(100)는 측정부(110), 기억부(120), 산출부(130), 판정부(140), 이상 개수 추정부(150), 통지부(160)를 포함한다.

측정부(110)는 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로의 양단으로부터 회로 전체의 커패시턴스를 측정하도록 구성된다. 예컨대, 회로의 커패시턴스는 측정부(110)에 의해 정전류를 흘리면서 시간에 따른 전압의 변화율을 측정함으로써 얻어질 수 있다. 그러나, 커패시턴스의 측정 방법은 이것에만 한정되지 않으며, 회로의 커패시턴스를 측정하기 위한 종래의 어떠한 방법도 사용이 가능하다.

기억부(120)는 측정부(110)에 의해 측정된 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간(충방전 시간)을 저장하도록 구성된다. 기억부(120)는 데이터를 저장할 수 있는 것이면 어떤 매체라도 좋고, 특정 기억 매체에 한정되지 않는다.

산출부(130)는 복수회의 측정에 따라 저장된 회로의 커패시턴스 데이터 및 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하도록 구성된다.

판정부(140)는 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼는지를 판정하도록 구성된다. 예컨대, 판정부(140)는, 측정된 회로의 커패시턴스가 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스로부터 미리 결정된 범위를 벗어나는지 여부를 판정하거나, 또는 측정된 회로의 커패시턴스가 그 직전에 측정되어 저장된 회로의 커패시턴스보다 미리 결정된 값 보다 큰지 여부를 판정함으로써 회로를 구성하는 개별 커패시터의 이상 여부를 판정할 수 있다.

이상 개수 추정부(150)는 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스에 기초하여 회로를 구성하는 단위 커패시터의 평균 커패시턴스를 계산하고, 계산된 평균 커패시턴스, 회로를 구성하는 커패시터의 개수 및 측정된 회로의 커패시턴스에 기초하여 상기 [수학식 4]에 따라 이상이 생긴 커패시터의 개수를 추정하도록 구성된다.

통지부(160)는 판정부(140)에 의해 커패시터의 이상이 발생한 것으로 판정되는 경우 또는 이상 개수 추정부(150)에 의해 이상이 발생한 커패시터의 개수가 추정된 경우, 커패시터의 이상 발생 또는 이상이 발생한 커패시터의 개수를 사용자 등에게 통지하도록 구성된다. 예컨대, 통지 방법으로서 화면 표시에 의한 방법이나 소리에 의한 방법 등을 사용할 수 있고, 외부 장치에 커패시터의 이상 발생 또는 이상이 발생한 커패시터의 개수를 나타내는 신호를 전송하도록 할 수도 있다.

이상에서 설명한 커패시터 이상 검출 장치(100)에 의하면, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 개별 커패시터의 이상을 저비용으로 정확하게 검출할 수 있고, 이상이 발생한 개별 커패시터의 개수 또한 예측 가능하다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 이상 검출 방법을 설명한다.

우선, 회로의 양단으로부터 회로의 전체 커패시턴스를 측정하고(S110), 측정된 커패시터 및 측정시의 회로 사용 시간(충방전 시간)을 기억부에 저장한다(S120).

그 후, 복수회의 측정에 따라 저장된 회로의 커패시턴스 데이터 및 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하고(S130), 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼는지를 판정한다(S140). 예컨대, 커패시터에 이상이 생겼는지 여부는, 측정된 회로의 커패시턴스가 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스로부터 미리 결정된 범위를 벗어나는지 여부를 판정하거나, 또는 측정된 회로의 커패시턴스가 그 직전에 측정되어 저장된 회로의 커패시턴스보다 미리 결정된 값 보다 큰지 여부를 판정함으로써 판단이 가능하다.

커패시터에 이상이 생겼다고 판정된 경우(S140의 '예')에, 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스에 기초하여 회로를 구성하는 단위 커패시터의 평균 커패시턴스를 계산하고, 계산된 평균 커패시턴스, 회로를 구성하는 커패시터의 개수 및 측정된 상기 회로의 커패시턴스에 기초하여 상기 [수학식 4]에 따라 이상이 생긴 커패시터의 개수를 추정한다(S150). 그 후, 커패시터에 이상이 발생하였으며 몇 개의 커패시터에 이상이 발생하였는지를 사용자에게 통지한다(S160).

이상에서 설명한 커패시터 이상 검출 방법에 의하면, 2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 개별 커패시터의 이상을 저비용으로 정확하게 검출할 수 있고, 이상이 발생한 개별 커패시터의 개수 또한 예측 가능하다.

100: 커패시터 이상 검출 장치
110: 측정부 120: 기억부
130: 기울기 산출부 140: 판정부
150: 이상 개수 측정부 160: 통지부

Claims

2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 방법으로서,
상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정 단계와,
측정된 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 기억부에 저장하는 저장 단계와,
복수회의 측정에 따라 저장된 상기 회로의 커패시턴스 데이터 및 상기 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하는 산출 단계와,
측정된 상기 회로의 커패시턴스와, 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스를 비교하여, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼는지를 판정하는 판정 단계
를 포함하는 커패시터 이상 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 판정 단계에서는, 측정된 상기 회로의 커패시턴스가 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스로부터 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우에, 커패시터에 이상이 생겼다고 판정하는 것인 커패시터 이상 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스에 기초하여 상기 회로를 구성하는 단위 커패시터의 평균 커패시턴스를 계산하고, 계산된 평균 커패시턴스, 상기 회로를 구성하는 커패시터의 개수 및 측정된 상기 회로의 커패시턴스에 기초하여 이상이 생긴 커패시터의 개수를 추정하는 이상 개수 추정 단계
를 더 포함하는 커패시터 이상 검출 방법.
2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 방법으로서,
상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정 단계와,
복수회의 측정에 따른 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 기억부에 저장하는 저장 단계와,
측정된 상기 회로의 커패시턴스가 그 직전에 측정되어 저장된 상기 회로의 커패시턴스보다 미리 결정된 값 보다 큰지 여부를 판정하고, 크다고 판정된 경우에, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼다고 판정하는 판정 단계
를 포함하는 커패시터 이상 검출 방법.
2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 장치로서,
상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정부와,
측정된 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 저장하는 기억부와,
복수회의 측정에 따라 저장된 상기 회로의 커패시턴스 데이터 및 상기 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하는 산출부와,
측정된 상기 회로의 커패시턴스와, 상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스를 비교하여, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼는지를 판정하는 판정부
를 포함하는 커패시터 이상 검출 장치.
2 이상의 커패시터가 직렬로 연결된 회로에서 커패시터의 이상(異常)을 검출하는 장치로서,
상기 회로의 양단으로부터 상기 회로의 커패시턴스를 측정하는 측정부와,
복수회의 측정에 따른 상기 회로의 커패시턴스 및 측정시의 회로 사용 시간을 저장하는 기억부와,
측정된 상기 회로의 커패시턴스가 그 직전에 측정되어 저장된 상기 회로의 커패시턴스보다 미리 결정된 값 보다 큰지 여부를 판정하고, 크다고 판정된 경우에, 상기 회로를 구성하는 적어도 1개의 커패시터에 이상이 생겼다고 판정하는 판정부
를 포함하는 커패시터 이상 검출 장치.
제6항에 있어서,
복수회의 측정에 따라 저장된 상기 회로의 커패시턴스 데이터 및 상기 회로 사용 시간 데이터에 기초하여 회로 사용 시간에 따른 커패시턴스의 감소율을 산출하는 산출부와,
상기 산출된 감소율에 따라 예상되는 커패시턴스에 기초하여 상기 회로를 구성하는 단위 커패시터의 평균 커패시턴스를 계산하고, 계산된 평균 커패시턴스, 상기 회로를 구성하는 커패시터의 개수 및 측정된 상기 회로의 커패시턴스에 기초하여 이상이 생긴 커패시터의 개수를 추정하는 이상 개수 추정부
를 더 포함하는 커패시터 이상 검출 장치.