KR20120103205A - 배터리의 누설전류 검출장치 - Google Patents

배터리의 누설전류 검출장치 Download PDF

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KR20120103205A
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양종운
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 배터리의 누설전류 검출장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리의 누설전류를 측정하기 위하여 누설전류 신호의 피크값을 소정시간 홀딩하는 피크 홀딩부를 구비하여, 누설전류의 피크값을 측정하기 위하여 A/D변환 시간을 빨리할 필요가 없게 되고, 나아가 저속으로 A/D변환을 수행할 수 있게 하는 데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는, 펄스폭 변조된 교류 전압 신호에 대한 누설전류를 발생시키는 누설전류 발생부; 및 상기 발생된 누설전류의 피크값을 측정하는 누설전류 측정부;를 포함하고, 상기 누설전류 측정부는 상기 누설전류 발생부로부터 출력되는 누설전류 신호의 피크값을 소정시간 홀딩하는 피크 홀딩부를 더 포함할 수 있는 배터리의 누설전류 검출장치를 개시한다.

Description

배터리의 누설전류 검출장치{Apparatus and Method for detecting leakage current of battery}
본 발명은 배터리의 누설전류 검출장치에 관한 것이다.
최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 배터리는 이차 전지가 주류를 이룬다. 상기 이차 전지는 크게 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열로 분류된다. 상기 리튬 계열 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품에 주로 적용되며, 상기 니켈 수소 계열 전지는 자동차와 같이 고출력이 요구되는 제품에 주로 적용된다.
이와 같이 배터리를 사용하는 장치에서는 배터리와 장치 간의 절연상태가 잘 유지될 필요가 있다. 이는 배터리의 절연상태가 유지되지 않으면 누설전류가 발생하여 여러 가지 문제를 야기하기 때문이다. 참고로, 배터리 누설전류는 예상치 못한 배터리의 방전이나 장치에 구비된 전자기기의 오작동을 일으킨다. 또한, 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같이 고전압 배터리를 사용하는 장치에서는 사람에게 치명적인 감전피해를 줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 배터리의 누설전류를 측정하기 위하여 누설전류 신호의 피크값을 소정시간 홀딩하는 피크 홀딩부를 구비하여, 누설전류의 피크값을 측정하기 위하여 A/D변환 시간을 빨리할 필요가 없게 되고, 나아가 저속으로 A/D변환을 수행할 수 있는 배터리의 누설전류 검출장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 누설전류의 신호의 정현파 주파수에 대하여 저속으로 A/D변환을 수행할 수 있게 되어 누설전류의 피크값을 보다 정확하게 측정할 수 있는 배터리의 누설전류 검출장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배터리의 누설전류 검출장치는, 펄스폭 변조된 교류 전압 신호에 대한 누설전류를 발생시키는 누설전류 발생부; 및 상기 발생된 누설전류의 피크값을 측정하는 누설전류 측정부;를 포함하고, 상기 누설전류 측정부는 상기 누설전류 발생부로부터 출력되는 누설전류 신호의 피크값을 소정시간 홀딩하는 피크 홀딩부를 더 포함할 수 있다.
상기 누설전류 발생부는, 펄스폭 변조된 교류 전압 신호를 입력받아 고주파 노이즈를 제거하는 제1 LPF; 및 상기 제1 LPF로부터 출력된 교류 전압 신호의 전력을 증폭하는 제1 전압 팔로워;를 포함할 수 있다.
상기 누설전류 발생부는, 상기 제1 LPF와 상기 제1 전압 팔로워 사이에 설치되어 상기 제1 LPF로부터 출력되는 교류 전압 신호를 정현파로 생성하는 제1 커패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 누설전류 발생부와 상기 누설전류 측정부 사이에는 커플링 커패시터가 연결되고, 상기 커플링 커패시터는 상기 전압 파형에 대한 교류의 누설전류가 없는 경우에는 상기 교류 전압 신호를 출력시키고, 교류의 누설전류가 발생되는 경우에는 상기 누설전류에 비례하여 상대적으로 작은 교류 전압 신호를 출력시킨다. 여기서, 상기 커플링 커패시터는 배터리에 연결되어 상기 교류 전압 신호 또는 상대적으로 작은 교류 전압 신호를 공급할 수 있다.
상기 누설전류 측정부는, 상기 발생된 누설전류 신호를 입력받아 고주파 노이즈를 제거하는 제2 LPF; 상기 제2 LPF로부터 출력된 전압 신호의 전력을 증폭하는 제2 전압 팔로워; 상기 제2 전압 팔로워에 의하여 증폭된 전력을 가지는 전압 신호를 반파 정류하는 반파정류부; 상기 반파정류부로부터 출력된 전압신호의 전력을 증폭하는 제3 전압팔로워; 및 상기 제3 전압팔로워에 의하여 증폭된 전력을 가지는 전압신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 피크홀딩부는 상기 반파정류부와 상기 제3 전압팔로워 사이에 연결되어 있다. 또한, 상기 피크홀딩부는 트랜지스터와 상기 트랜지스터의 에미터와 콜렉터 사이에 연결된 커패시터로 구성되어 있다. 여기서, 상기 트랜지스터의 베이스로 상기 전압 파형의 피크를 홀딩하는 리셋신호가 입력될 수 있다.
본 발명에서는, 배터리의 누설전류를 측정하기 위하여 누설전류 신호의 피크값을 소정시간 홀딩하는 피크 홀딩부를 구비하여, 누설전류의 피크값을 측정하기 위하여 A/D변환 시간을 빨리할 필요가 없게 되고, 나아가 저속으로 A/D변환을 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 누설전류의 신호의 정현파 주파수에 대하여 저속으로 A/D변환을 수행할 수 있게 되어 누설전류의 피크값을 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치를 나타내는 회로도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치의 누설전류 발생부의 교류 전압 신호를 나타내는 파형도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치의 누설전류 신호를 나타내는 파형도이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치의 누설전류 측정부의 피크홀딩값을 나타내는 파형도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치를 나타내는 회로도이며, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치의 누설전류 발생부의 교류 전압 신호를 나타내는 파형도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치의 누설전류 신호를 나타내는 파형도이며, 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치의 누설전류 측정부의 피크홀딩값을 나타내는 파형도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 누설전류 검출장치는 누설전류 발생부(100)와, 피크홀딩부(300)를 포함하는 누설전류 측정부(200)로 구성된다.
상기 누설전류 발생부(100)는 펄스폭 변조된 교류 전압 신호에 대한 누설전류를 발생시킨다.
이러한 누설전류 발생부(100)는 제1 LPF(110), 제1 전압 팔로워(130), 제1 커패시터(120)를 포함한다.
상기 제1 LPF(110)는 펄스폭 변조된 교류 전압 신호를 입력받아 고주파 노이즈를 제거한다. 즉, 상기 제1 LPF(110)는 펄스의 진폭을 변조한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 입력받아 상기 PWM신호에 포함되어 있는 고주파 노이즈를 제거하는 역할을 수행한다.
상기 제1 전압 팔로워(voltage follower)(130)는 상기 제1 LPF(110)로부터 출력된 교류 전압 신호의 전력을 증폭한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 누설전류 발생부(100)를 통과한 교류 전압 신호는 대략 -0.22 내지 0.26의 전압레벨을 가지는 정현파를 출력하게 된다.
상기 제1 커패시터(120)는 상기 제1 LPF(110)와 상기 제1 전압 팔로워(130) 사이에 설치되어 상기 제1 LPF(110)로부터 출력되는 교류 전압 신호를 정현파로 생성한다.
한편, 상기 누설전류 발생부(100)와 후술하는 누설전류 측정부(200) 사이에는 커플링 커패시터(10)가 연결되어 있다. 상기 커플링 커패시터(10)는 상기 전압 파형에 대한 교류의 누설전류가 없는 경우에는 상기 교류 전압 신호를 출력시키고, 교류의 누설전류가 발생시에는 상기 누설전류에 비례하여 상대적으로 작은 교류 전압 신호를 출력시킨다. 또한, 상기 커플링 커패시터(10)는 배터리에 연결되어 상기 교류 전압 신호 또는 상대적으로 작은 교류 전압 신호를 공급하는 역할을 한다.
상기 누설전류 측정부(200)는 제2 LPF(210), 제2 커패시터(220), 제2 전압 팔로워(230), 반파정류부(240), 제3 전압팔로워(250), 및 A/D 컨버터(260)를 포함한다.
상기 제2 LPF(210)는 상기 누설전류 발생부(100)에 의하여 발생된 누설전류 신호를 입력받아 고주파 노이즈를 제거한다. 즉, 상기 제2 LPF(210)는 상기 누설전류 발생부(100)에 의하여 발생되고, 상기 커플링 커패시터(10)에서 누설된 누설전류 신호를 입력받아 상기 누설전류신호에 포함되어 있는 고주파 노이즈를 제거하는 역할을 수행한다.
상기 제2 전압 팔로워(230)는 상기 제2 LPF(210)로부터 출력된 전압 신호의 전력을 증폭한다.
상기 제2 커패시터(220)는 상기 제2 LPF(210)와 상기 제2 전압 팔로워(230) 사이에 설치되어 상기 제2 LPF(210)로부터 출력되는 교류 전압 신호를 소정의 정현파로 생성한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 커플링 커패시터(10)에서 누설된 누설전류 신호가 상기 제2 LPF(210)와 제2 전압 팔로워(230)를 통과한 후에는 도 3a의 파형에 비해 상대적으로 작은 대략 -0.15 내지 0.22의 전압레벨을 가지는 정현파를 출력하게 된다.
상기 반파정류부(240)는 상기 제2 전압 팔로워(230)에 의하여 증폭된 전력을 가지는 전압 신호를 반파 정류한다. 즉, 상기 반파정류부(240)는 다이오드 등과 같은 소자를 이용하여 상기 제2 전압 팔로워(230)를 통과한 교류 전압 신호중 정방향의 반파를 도통시키고, 역방향의 반파를 차단하여 정방향의 반파를 생성하게 된다.
상기 제3 전압팔로워(250)는 상기 반파정류부(240)로부터 출력된 전압신호의 전력을 증폭한다.
상기 A/D 컨버터(260)는 상기 제3 전압팔로워(250)에 의하여 증폭된 전력을 가지는 전압신호를 디지털 신호로 변환한다. 이러한 A/D 컨버터(260)를 통하여 상기 전압신호의 전압레벨의 피크값을 측정하게 할 수 있다. 이러한 피크값의 전압레벨로 누전량을 판단하게 할 수 있다. 그러나, 상기 피크값을 정확하게 측정하기 위하여는 정현파 주파수에 대해 충분히 빠른 속도로의 A/D변환이 필요하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 반파정류부(240)의 후단에 후술하는 피크홀딩부(300)를 연결시키게 된다.
상기 피크홀딩부(300)는 상기 반파정류부(240)와 상기 제3 전압팔로워(250) 사이에 연결되어 상기 누설전류 발생부(100)로부터 출력되는 누설전류 신호의 피크값을 소정시간 동안 홀딩하게 된다. 이러한 피크홀딩부(300)는 트랜지스터(310)와 커패시터(320)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 커패시터(320)는 상기 트랜지스터(310)의 에미터(emitter)와 콜렉터(collector) 사이에 연결되어 있다. 또한, 상기 트랜지스터(310)의 베이스(base)에는 상기 전압 파형의 피크를 홀딩하는 리셋신호가 리셋신호입력부(330)에 의하여 입력된다. 이러한 리셋 신호는 일정기간, 즉 피크 홀드 리셋(Peak hold reset)으로부터 다음의 리셋(Reset)의 사이 동안 정현파의 피크값을 홀딩시켜서, 상기 피크값을 측정하기 위하여 A/D 변환시간을 빨리할 필요가 없게 되고, 저속인 A/D 컨버터의 사용이 가능하게 되는 것이다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 반파정류부(240)에 의하여 반파정류되고 상기 제3 전압 팔로워(250)에 의하여 그 전력이 증폭된 후, 상기 피크홀딩부(300)에 의하여 피크값이 홀딩된 누설전류 신호는 대략 0.22의 전압레벨의 피크 홀드 리셋으로부터 대략 0.12의 전압레벨을 가지는 다음의 피크 홀드 리셋 사이에서 피크값이 홀딩될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 배터리의 누설전류를 측정하기 위하여 누설전류 신호의 피크값을 소정시간 홀딩하는 피크 홀딩부를 구비하여, 누설전류의 피크값을 측정하기 위하여 A/D변환 시간을 빨리할 필요가 없게 되고, 나아가 저속으로 A/D변환을 수행할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 검출장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 커플링 콘덴서 100: 누설전류 발생부
110: 제1 LPF 120: 제1 커패시터
130: 제1 전압 팔로워 200: 누설전류 측정부
210: 제2 LPF 220: 제2 커패시터
230: 제2 전압 팔로워 240: 반파정류부
250: 제3 전압 팔로워 260: A/D 컨버터
300: 피크홀딩부 310: 트랜지스터
320: 커패시터 330: 리셋신호입력부

Claims (9)

  1. 펄스폭 변조된 교류 전압 신호에 대한 누설전류를 발생시키는 누설전류 발생부; 및
    상기 발생된 누설전류의 피크값을 측정하는 누설전류 측정부;를 포함하고,
    상기 누설전류 측정부는 상기 누설전류 발생부로부터 출력되는 누설전류 신호의 피크값을 소정시간 홀딩하는 피크 홀딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 누설전류 발생부는,
    펄스폭 변조된 교류 전압 신호를 입력받아 고주파 노이즈를 제거하는 제1 LPF; 및
    상기 제1 LPF로부터 출력된 교류 전압 신호의 전력을 증폭하는 제1 전압 팔로워;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 누설전류 발생부는,
    상기 제1 LPF와 상기 제1 전압 팔로워 사이에 설치되어 상기 제1 LPF로부터 출력되는 교류 전압 신호를 정현파로 생성하는 제1 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 누설전류 발생부와 상기 누설전류 측정부 사이에는 커플링 커패시터가 연결되고,
    상기 커플링 커패시터는 상기 전압 파형에 대한 교류의 누설전류가 없는 경우에는 상기 교류 전압 신호를 출력시키고, 교류의 누설전류가 발생되는 경우에는 상기 누설전류에 비례하여 상대적으로 작은 교류 전압 신호를 출력시키는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커플링 커패시터는 배터리에 연결되어 상기 교류 전압 신호 또는 상대적으로 작은 교류 전압 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 누설전류 측정부는,
    상기 발생된 누설전류 신호를 입력받아 고주파 노이즈를 제거하는 제2 LPF;
    상기 제2 LPF로부터 출력된 전압 신호의 전력을 증폭하는 제2 전압 팔로워;
    상기 제2 전압 팔로워에 의하여 증폭된 전력을 가지는 전압 신호를 반파 정류하는 반파정류부;
    상기 반파정류부로부터 출력된 전압신호의 전력을 증폭하는 제3 전압팔로워; 및
    상기 제3 전압팔로워에 의하여 증폭된 전력을 가지는 전압신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피크홀딩부는 상기 반파정류부와 상기 제3 전압팔로워 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 피크홀딩부는 트랜지스터와 상기 트랜지스터의 에미터와 콜렉터 사이에 연결된 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 트랜지스터의 베이스로 상기 전압 파형의 피크를 홀딩하는 리셋신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 검출장치.
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