KR20130059107A - 절연 저항 검출 장치 및 이의 진단 장치 - Google Patents

절연 저항 검출 장치 및 이의 진단 장치 Download PDF

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Abstract

복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩의 절연 저항을 검출하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 상기 전지 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하는 제1 검출부, 상기 전지 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하는 제2 검출부, 상기 전지 팩의 양극과 상기 제1 검출부 사이에 배치되는 제1 스위치, 상기 전지 팩의 음극과 상기 제2 검출부 사이에 배치되는 제2 스위치, 제1 보조 스위치 및 제2 보조 스위치를 포함하는 진단부, 및 상기 제1 및 제2 스위치를 ON/OFF 시켜 상기 제1 및 제2 절연 저항을 검출하고, 상기 제1, 제2, 제1 보조 및 제2 보조 스위치 중 적어도 어느 하나를 ON 또는 OFF 시켜 상기 제1 및 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어기를 포함한다.

Description

절연 저항 검출 장치 및 이의 진단 장치{APPARATUS FOR DETECTING INSULATION RESISTANCE AND DIAGNOSTIC APPARATUS THEREOF}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지의 절연 저항을 검출하는 장치 및 검출 장치의 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차 전지에 대한 중요성이 증가되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지와, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차 전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하다.
전기 자동차에 사용되는 이차 전지는 일반적으로 100A 내지 300A의 대용량을 제공하는 것이 필요하다. 이차 전지의 절연물의 열화나 손상이 일어나면, 누설 전류에 의해 전력 손실이 증가하거나 승객에게 심각한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이차 전지의 절연을 양호한 상태로 유지하는 것이 중요하다.
도 1은 종래 기술에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타낸다.
전지 팩(11)은 충전 가능한 복수의 전지 셀을 포함한다. 절연 저항 검출 장치(100)는 전지 팩(11)의 절연 저항을 검출한다.
절연 저항 검출 장치(100)는 제1 검출부(110)와 제2 검출부(120)를 포함한다. 제1 검출부(110)는 전지 팩(11)의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출한다. 제2 검출부(120)는 전지 팩(11)의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출한다.
제1 검출부(110)와 전지 팩(11)의 양극 사이에는 제1 스위치(SW1)이 배치되고, 제2 검출부(120)와 전지 팩(11)의 음극 사이에는 제2 스위치(SW2)가 배치된다.
제1 스위치(SW1)가 ON 될 때, 제1 검출부(110)는 VADC _ TOP를 측정하여 제1 절연 저항을 검출한다. 제2 스위치(SW2)가 ON 될 때, 제2 검출부(120)는 VADC _ Bottom를 측정하여 제2 절연 저항을 검출한다.
제1 및 제2 절연 저항을 검출하기 위해, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 빈번하게 ON/OFF 된다.
만약 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2) 중 어느 하나라도 정상적으로 동작하지 않으면, 절연 저항의 저항 값을 검출하지 못하고 결과적으로 전지 팩(11)의 정상적인 동작을 보장할 수 없게 된다.
이차 전지의 절연 저항을 검출하는 장치에 사용되는 스위치들의 고장 여부를 판별할 수 있는 기법이 필요하다.
본 발명은 고장 여부를 진단할 수 있는 전지 팩의 절연 저항을 검출하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 전지 팩의 절연 저항을 검출하는 장치의 고장 여부를 진단하는 방법 및 장치를 제공한다.
일 양태에 있어서, 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩의 절연 저항을 검출하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 상기 전지 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하는 제1 검출부, 상기 전지 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하는 제2 검출부, 상기 전지 팩의 양극과 상기 제1 검출부 사이에 배치되는 제1 스위치, 상기 전지 팩의 음극과 상기 제2 검출부 사이에 배치되는 제2 스위치, 제1 보조 스위치 및 제2 보조 스위치를 포함하는 진단부, 및 상기 제1 및 제2 스위치를 ON/OFF 시켜 상기 제1 및 제2 절연 저항을 검출하고, 상기 제1, 제2, 제1 보조 및 제2 보조 스위치 중 적어도 어느 하나를 ON 또는 OFF 시켜 상기 제1 및 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어기를 포함한다.
상기 제1 보조 스위치는 상기 전지 팩의 양극에 연결되고, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제2 보조 스위치는 상기 전지 팩의 음극에 연결되고, 상기 제2 스위치와 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제어기는 상기 제1 스위치와 상기 제2 보조 스위치를 ON시켜 상기 제1 검출부에서 측정되는 제1 전압을 획득하고, 상기 제2 스위치와 상기 제1 보조 스위치를 ON 시켜 상기 제2 검출부에서 측정되는 제2 전압을 획득하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 양자를 ON 시켜 상기 제1 및 제2 검출부에서 각각 검출되는 제3 전압 및 제4 전압을 획득하고, 상기 제1 내지 제4 전압을 기반으로 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제1 보조 스위치 및 상기 제2 보조 스위치의 고장 여부를 검출할 수 있다.
다른 양태에서, 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩의 절연 저항을 검출하는 장치의 고장을 진단하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 스위치를 ON시켜 상기 전지 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하는 단계, 제2 스위치를 ON 시켜 상기 전지 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하는 단계, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 제1 보조 스위치 및 제2 보조 스위치 중 적어도 어느 하나를 ON 또는 OFF 시켜 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 제1 스위치를 ON시켜 전지 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하는 제1 검출부와 제2 스위치를 ON시켜 상기 전지 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하는 제2 검출부를 포함하는 절연 저항 검출 장치의 고장을 진단하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 제1 보조 스위치 및 제2 보조 스위치를 포함하는 진단부 및 상기 제1, 제2, 제1 보조 및 제2 보조 스위치 중 적어도 어느 하나를 ON 또는 OFF 시켜 상기 제1 및 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어기를 포함한다.
전지 팩의 절연 저항 검출 장치가 올바르게 동작되는지 여부를 진단할 수 있다. 잘못된 절연 저항의 측정으로 인한 오동작을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법을 나타낸 타이밍 도이다.
전기 자동차(electric vehicle)는 추진력으로 하나 또는 그 이상의 전기 모터를 포함하는 차량을 말한다. 전기 자동차를 추진하는 데 사용되는 에너지는 재충전가능한 배터리 및/또는 연료 전지와 같은 전기적 소스(electrical source)를 포함한다. 전기 자동차는 내연 기관(combustion engine)을 또 하나의 동력원으로 사용하는 하이브리드 전기 자동차일 수 있다.
절연 저항 검출 장치는 전기 자동차에 사용되는 이차 전지의 절연 저항을 검출하는 데 사용될 수 있다. 절연 저항 검출 장치는 BMS(Battery Management System)의 일부일 수 있고, 또는 ECU(Electrical Control Unit)의 일부일 수 있다.
제어기는 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 제안한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
절연 저항 검출 장치(200)는 제1 검출부(210), 제2 검출부(220), 제1 스위치(215), 제2 스위치(225), 진단부(230) 및 제어기(240)를 포함한다.
제1 검출부(210)는 전지 팩(11)의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출한다. 제2 검출부(220)는 전지 팩(11)의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출한다.
제1 검출부(210)와 전지 팩(11)의 양극 사이에는 제1 스위치(215)이 배치되고, 제2 검출부(220)와 전지 팩(11)의 음극 사이에는 제2 스위치(225)가 배치된다.
제1 스위치(SW1)가 ON 될 때, 제1 검출부(110)는 VADC _ TOP를 측정하여 제1 절연 저항을 검출한다. 제2 스위치(SW2)가 ON 될 때, 제2 검출부(120)는 VADC _ Bottom를 측정하여 제2 절연 저항을 검출한다.
진단부(230)는 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 고장 진단을 위해 부가되는 모듈이다. 진단부(230)는 제1 보조 스위치(231), 제1 진단 저항(232), 제2 보조 스위치(235), 제2 진단 저항(236)을 포함한다.
제1 보조 스위치(231)는 전지 팩(11)의 양극과 연결되고, 제1 스위치(215)와 병렬로 연결된다. 제1 진단 저항(232)는 제1 보조 스위치(231)와 직렬로 연결된다.
제2 보조 스위치(235)는 전지 팩(11)의 음극과 연결되고, 제2 스위치(225)와 병렬로 연결된다. 제2 진단 저항(236)는 제2 보조 스위치(235)와 직렬로 연결된다.
제1 진단 저항(232)과 제2 진단 저항(236)의 저항 값은 500k 오옴일 수 있다.
제어기(240)는 제1 및 제2 절연 저항을 검출하고, 제1 스위치(215), 제2 스위치(225), 제1 보조 스위치(231) 및 제2 보조 스위치(235) 중 적어도 어느 하나의 고장 여부를 진단한다. 제어기(240)는 제1 스위치(215), 제2 스위치(225), 제1 보조 스위치(231) 및 제2 보조 스위치(235)를 ON/OFF 시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법을 나타낸 타이밍 도이다.
절연 저항 검출 장치(200)는 절연 저항 측정 단계(S310)와 고장 진단 단계(S320)의 2가지 단계를 수행할 수 있다. 2가지 단계가 반드시 연속적으로 이루어질 필요는 없으며, 절연 저항 검출 장치(200)는 고장 진단 단계(S320)를 먼저 수행한 후 절연 저항 측정 단계(S310)를 수행할 수 있다. 절연 저항 검출 장치(200)는 절연 저항 측정 단계(S310)를 수회 수행한 후 고장 진단 단계(S320)를 수행할 수 있다.
절연 저항 측정 단계(S310)는 제1 스위치(215)가 ON되는 (1) 단계와 제2 스위치(215)가 ON 되는 (2) 단계를 포함한다. (1) 및 (2) 단계를 통해, 제1 및 제2 절연 저항이 측정된다.
고장 진단 단계(S320)는 (3)~(5) 단계를 포함한다. (3) 단계에서, 제1 스위치(215) 및 제2 보조 스위치(235)가 ON 된다. (4) 단계에서, 제2 스위치(225) 및 제1 보조 스위치(231)가 ON된다. (5) 단계에서, 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)가 ON된다.
절연 저항 측정 단계(S310)의 (1)(2) 단계와 고장 진단 단계(S320)의 (3)~(5) 단계의 순서에는 제한이 없다. 예를 들어, 절연 저항 측정 단계(S310)에서 (2) -> (1) 의 순서로 진행될 수 있고, 고장 진단 단계(S320)에서, (5) -> (4) -> (3) 의 순서로 진행될 수 있다.
절연 저항 측정 단계(S310)의 (1)(2) 단계에서의 ON이 지속되는 구간은 고장 진단 단계(S320)의 (3)~(5) 단계에서 ON이 지속되는 구간은 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 절연 저항 측정 단계(S310)의 (1)(2) 단계는 500ms 동안 ON이 지속되지만, 고장 진단 단계(S320)의 (3)~(5) 단계는 300ms ~ 400ms 사이에서 ON이 지속될 수 있다.
절연 저항 측정 단계(S310)의 (1)(2) 단계와 고장 진단 단계(S320)의 (3)~(5) 단계에서 측정되는 VADC _ Top 과 VADC _ Bottom을 기반으로 각 스위치의 고장 여부를 다음 표와 같이 판별할 수 있다.
스위치 고장 타입 설명
제1 스위치 OPEN (1)과 (3)의 VADC _ Top 가 동일하고, (5)의 VADC _ Top이 0V일 때
SHORT (2)의 VADC _ Top 이 0V가 아닐 때
제2 스위치 OPEN (2)과 (4)의 VADC _ Bottom 가 동일하고, (5)의 VADC _ Bottom이 5V일 때
SHORT (1)의 VADC _ Bottom이 5V가 아닐 때
제1 보조 스위치 OPEN (2)과 (4)의 VADC _ Bottom 가 동일하고, (5)의 VADC _ Bottom이 5V가 아닐 때
SHORT
제2 보조 스위치 OPEN (1)과 (3)의 VADC _ Top 가 동일하고, (5)의 VADC _ Top이 0V가 아닐 때
SHORT
고장 타입(fault type)에서 'OPEN'은 해당 스위치가 계속 열려있는 고장을 의미하고, 'SHORT'는 해당 스위치가 계속 닫혀있는 고장을 의미한다.
상기 표 1에 의하면, 제1 스위치(215)와 제2 스위치(225)의 고장 여부 뿐만 아니라 제1 보조 스위치(231) 및 제2 보조 스위치(235)의 고장 여부도 판별할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩의 절연 저항을 검출하는 장치에 있어서,
    상기 전지 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하는 제1 검출부;
    상기 전지 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하는 제2 검출부;
    상기 전지 팩의 양극과 상기 제1 검출부 사이에 배치되는 제1 스위치;
    상기 전지 팩의 음극과 상기 제2 검출부 사이에 배치되는 제2 스위치;
    제1 보조 스위치 및 제2 보조 스위치를 포함하는 진단부; 및
    상기 제1 및 제2 스위치를 ON/OFF 시켜 상기 제1 및 제2 절연 저항을 검출하고, 상기 제1, 제2, 제1 보조 및 제2 보조 스위치 중 적어도 어느 하나를 ON 또는 OFF 시켜 상기 제1 및 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어기를 포함하는 절연 저항 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 보조 스위치는 상기 전지 팩의 양극에 연결되고, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 보조 스위치는 상기 전지 팩의 음극에 연결되고, 상기 제2 스위치와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 스위치와 상기 제2 보조 스위치를 ON시켜 상기 제1 검출부에서 측정되는 제1 전압을 획득하고, 상기 제2 스위치와 상기 제1 보조 스위치를 ON 시켜 상기 제2 검출부에서 측정되는 제2 전압을 획득하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 양자를 ON 시켜 상기 제1 및 제2 검출부에서 각각 검출되는 제3 전압 및 제4 전압을 획득하고,
    상기 제1 내지 제4 전압을 기반으로 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제1 보조 스위치 및 상기 제2 보조 스위치의 고장 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치.
  5. 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩의 절연 저항을 검출하는 장치의 고장을 진단하는 방법에 있어서,
    제1 스위치를 ON시켜 상기 전지 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하는 단계;
    제2 스위치를 ON 시켜 상기 전지 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하는 단계;
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 제1 보조 스위치 및 제2 보조 스위치 중 적어도 어느 하나를 ON 또는 OFF 시켜 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 전지 팩의 양극과 상기 제1 검출부 사이에 배치되고, 상기 제2 스위치는 상기 전지 팩의 음극과 상기 제2 검출부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 보조 스위치는 상기 전지 팩의 양극에 연결되고, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 보조 스위치는 상기 전지 팩의 음극에 연결되고, 상기 제2 스위치와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 단계는
    상기 제1 스위치와 상기 제2 보조 스위치를 ON시켜 상기 제1 검출부에서 측정되는 제1 전압을 획득하는 단계;
    상기 제2 스위치와 상기 제1 보조 스위치를 ON 시켜 상기 제2 검출부에서 측정되는 제2 전압을 획득하는 단계;
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 양자를 ON 시켜 상기 제1 및 제2 검출부에서 각각 검출되는 제3 전압 및 제4 전압을 획득하는 단계;
    상기 제1 내지 제4 전압을 기반으로 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제1 보조 스위치 및 상기 제2 보조 스위치의 고장 여부를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1 스위치를 ON시켜 전지 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하는 제1 검출부와 제2 스위치를 ON시켜 상기 전지 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하는 제2 검출부를 포함하는 절연 저항 검출 장치의 고장을 진단하는 장치에 있어서,
    제1 보조 스위치 및 제2 보조 스위치를 포함하는 진단부; 및
    상기 제1, 제2, 제1 보조 및 제2 보조 스위치 중 적어도 어느 하나를 ON 또는 OFF 시켜 상기 제1 및 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어기를 포함하는 진단 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 보조 스위치는 상기 전지 팩의 양극에 연결되고, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결되고,
    상기 제2 보조 스위치는 상기 전지 팩의 음극에 연결되고, 상기 제2 스위치와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 진단 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 스위치와 상기 제2 보조 스위치를 ON시켜 상기 제1 검출부에서 측정되는 제1 전압을 획득하고, 상기 제2 스위치와 상기 제1 보조 스위치를 ON 시켜 상기 제2 검출부에서 측정되는 제2 전압을 획득하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 양자를 ON 시켜 상기 제1 및 제2 검출부에서 각각 검출되는 제3 전압 및 제4 전압을 획득하고,
    상기 제1 내지 제4 전압을 기반으로 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제1 보조 스위치 및 상기 제2 보조 스위치의 고장 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 진단 장치.
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