KR20130102755A - 절연 저항 검출 장치 및 이의 진단 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩의 절연 저항을 검출하는 장치에 관한 것으로서, 상기 배터리 팩의 양극과 연결되어 제1 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제1 스위치, 상기 배터리 팩의 음극과 연결되어 제2 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제2 스위치, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장을 진단하기 위해 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON/OFF 시켜 상기 배터리 팩의 전압을 측정하도록 제어하고, 상기 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어부를 포함한다.

Description

절연 저항 검출 장치 및 이의 진단 장치{APPARATUS FOR DETECTING INSULATION RESESTANCE 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 제품의 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로 주로 사용되는 이차 전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
또한, 최근에는 환경 문제에 대한 관심이 높아지면서 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량을 구동시키기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 감소시킬 수 있다는 점에서 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다.
이와 같이 충방전이 가능한 배터리를 사용하는 제품들이 증가함에 따라 배터리의 안전성에 대한 문제가 중요해지고 있다. 더욱이, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 배터리는 다수의 이차 전지 셀이 하나의 팩을 구성하고, 다수의 팩이 하나의 대용량 배터리를 구성한다는 점에서 일반 휴대용 전기 제품보다 배터리를 안전하게 유지하는 것이 중요하다.
특히, 배터리의 절연물이 열화나 손상을 입게 되면 누설 전류가 발생하게 되고, 이로 인해 전력 손실이 증가하거나 배터리가 방전될 수 있다. 또한, 전기 자동차와 같이 대용량의 배터리를 사용하는 장치에서는 사람에게 치명적인 감전 피해를 줄 수 있다. 따라서, 배터리의 절연을 양호한 상태로 유지하는 것이 중요하다.
도 1은 종래 기술에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은 충전 가능한 복수의 배터리 셀을 포함한다. 절연 저항 검출 장치(100)는 배터리 팩(10)의 절연 저항을 검출한다.
절연 저항 검출 장치(100)는 제1 검출부(110) 및 제2 검출부(120)를 포함한다.
제1 검출부(110)는 배터리 팩(10)의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하고, 제2 검출부(120)는 배터리 팩(10)의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출한다.
제1 검출부(110)와 배터리 팩(10)의 양극 사이에는 제1 스위치(SW1)가 배치되고, 제2 검출부(120)와 배터리 팩(10)의 음극 사이에는 제2 스위치(SW2)가 배치된다.
제1 스위치(SW1)가 ON 될 때, 제1 검출부(110)는 VADC _P를 측정하여 제1 절연 저항을 검출한다. 제2 스위치(SW2)가 ON 될 때, 제2 검출부(120)는 VADC _N를 측정하여 제2 절연 저항을 검출한다.
제1 및 제2 절연 저항을 검출하기 위해, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 빈번하게 ON 또는 OFF 된다.
만약 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2) 중 어느 하나라도 정상적으로 동작하지 않으면, 절연 저항의 저항 값을 검출하지 못하고 결과적으로 배터리 팩(10)의 정상적인 동작을 보장할 수 없게 된다.
따라서, 배터리의 절연 저항을 검출하는 장치에 사용되는 스위치들의 고장 여부를 진단할 수 있는 기법이 필요하다.
본 발명은 고장 여부를 진단할 수 있는 배터리 팩의 절연 저항을 검출하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 배터리 팩의 절연 저항을 검출하는 장치의 고장 여부를 진단하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩의 절연 저항을 검출하는 장치에 관한 것으로, 상기 배터리 팩의 양극과 연결되어 제1 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제1 스위치, 상기 배터리 팩의 음극과 연결되어 제2 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제2 스위치, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장을 진단하기 위해 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON/OFF 시켜 상기 배터리 팩의 전압을 측정하도록 제어하고, 상기 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어부를 포함한다.
상기 전압 측정부는 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되고, 상기 캐패시터에 충전된 전압을 측정할 수 있다.
상기 전압 측정부는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 연결되어 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되도록 ON 되는 제1 충전 스위치부와, 상기 캐패시터에 충전된 전압을 측정하기 위해 ON 되는 제2 충전 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON 시켜 상기 전압 측정부에서 측정되는 상기 배터리 팩의 전압을 획득하고, 상기 획득한 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치의 단선(open) 고장 여부를 판별할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 OFF 시켜 상기 전압 측정부에서 측정되는 상기 배터리 팩의 전압을 획득하고, 상기 획득한 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 단락(short) 고장 여부를 판별할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩의 절연 저항을 검출하는 장치의 고장을 진단하는 방법에 관한 것으로, 제1 스위치 및 제2 스위치를 ON시켜 상기 배터리 팩의 제1 전압을 측정하는 단계, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 OFF시켜 상기 배터리 팩의 제2 전압을 측정하는 단계 및 상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 단계를 포함한다.
상기 제1 스위치는 상기 배터리 팩의 양극과 연결되어 상기 배터리 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되고, 상기 제2 스위치는 상기 배터리 팩의 음극과 연결되어 상기 배터리 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 된다.
상기 배터리 팩의 제1 전압을 측정하는 단계는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON시켜 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되도록 하는 단계 및 상기 캐패시터에 충전된 전압을 센싱하여 상기 제1 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩의 제2 전압을 측정하는 단계는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 OFF시켜 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되도록 하는 단계 및 상기 캐패시터에 충전된 전압을 센싱하여 상기 제2 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 상기 제1 전압의 값이 0V이면 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치가 단선(open) 고장인 것으로 판단할 수 있고, 상기 제2 전압의 값이 0V 보다 크면 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 단락(short) 고장인 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 배터리 팩의 양극과 연결되어 제1 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제1 스위치와 상기 배터리 팩의 음극과 연결되어 제2 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제2 스위치를 포함하는 절연 저항 검출 장치의 고장을 진단하는 장치에 관한 것으로, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장을 진단하기 위해 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정부 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON/OFF 시켜 상기 배터리 팩의 전압을 측정하도록 제어하고, 상기 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어부를 포함한다.
상기 전압 측정부는 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되고, 상기 캐패시터에 충전된 전압을 측정할 수 있다.
상기 전압 측정부는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 연결되어 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되도록 ON 되는 제1 충전 스위치부와, 상기 캐패시터에 충전된 전압을 측정하기 위해 ON 되는 제2 충전 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON 시켜 상기 전압 측정부에서 측정되는 상기 배터리 팩의 전압을 획득하고, 상기 획득한 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치의 단선(open) 고장 여부를 판별할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 OFF 시켜 상기 전압 측정부에서 측정되는 상기 배터리 팩의 전압을 획득하고, 상기 획득한 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 단락(short) 고장 여부를 판별할 수 있다.
배터리 팩의 절연 저항 검출 장치가 올바르게 동작되는지 여부를 진단할 수 있다. 나아가, 절연 저항 검출 장치의 고장으로 인해 발생하는 누설 전류를 방지할 수 있고, 그에 따른 배터리 방전 및 기기 오작동을 예방할 수 있다.
캐패시터를 통해 배터리 팩의 전압을 측정하여 절연 저항 검출 장치의 고장을 진단함으로써, 배터리 팩의 전류에 영향을 받지 않고 전압을 측정할 수 있다. 따라서, 보다 정확한 전압 측정이 가능하므로 절연 저항 검출 장치의 고장 진단에 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절연 저항 검출 장치의 고장 진단을 위한 스위칭 제어 상태를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 또한 본 발명은 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 상이한 형태로 적용될 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 구성요소는 필요에 따라 이하에서 설명할 구성요소 이외의 것을 포함할 수 있으며, 본 발명에 직접적인 연관이 없는 부분 또는 중복되는 내용에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 각 구성요소의 배치는 필요에 따라서 조정이 가능하며, 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 포함될 수도 있고 하나의 구성요소가 둘 이상의 구성요소로 세분화 될 수도 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
전기 자동차(electric vehicle)는 추진력으로 하나 또는 그 이상의 전기 모터를 포함하는 차량을 말한다. 전기 자동차를 추진하는데 사용되는 에너지는 재충전 가능한 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 배터리의 절연 저항을 검출하는데 사용될 수 있다. 절연 저항 검출 장치는 BMS(Battery Management System)의 일부일 수 있고, 또는 ECU(Electrical Control Unit)의 일부일 수 있다.
제어부는 프로세서, ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 실시 예가 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 실시 예에 따른 절연 저항 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(10)은 전기 에너지를 저장하는 수단으로서, 직렬 또는/및 병렬로 연결된 재충전 가능한 복수개의 단위 셀을 포함한다. 단위 셀은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같은 이차 전지이다. 보다 고출력의 전기 에너지를 제공하기 위해 배터리 팩(10)이 복수개 구비되어 하나의 대용량 배터리를 형성할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 검출 장치(200)는 배터리 팩(10)의 절연 저항을 검출하기 위한 것으로, 제1 검출부(210), 제2 검출부(220), 제1 스위치(215), 제2 스위치(225), 전압 측정부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.
제1 검출부(210)는 배터리 팩(10)의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출한다. 제1 스위치(215)는 제1 검출부(210)와 배터리 팩(10)의 양극 사이에 배치되어 제1 절연 저항을 검출하기 위해 ON 또는 OFF 된다. 예컨대, 제1 스위치(215)가 ON 되면 제1 검출부(210)는 VADC _P를 측정하여 제1 절연 저항을 검출한다.
제2 검출부(220)는 배터리 팩(10)의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출한다. 제2 스위치(225)는 제2 검출부(220)와 배터리 팩(10)의 음극 사이에 배치되어 제2 절연 저항을 검출하기 위해 ON 또는 OFF 된다. 예컨대, 제2 스위치(225)가 ON 되면 제2 검출부(220)는 VADC _N를 측정하여 제2 절연 저항을 검출한다.
전압 측정부(230)는 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 고장을 진단하기 위해 배터리 팩(10)의 전압을 측정한다.
이를 위해, 전압 측정부(230)는 제1 충전 스위치부(233) 및 제2 충전 스위치부(235)를 포함한다. 제1 충전 스위치부(233) 및 제2 충전 스위치부(235)가 ON/OFF 됨으로써 배터리 팩(10)의 전압에 의해 캐패시터(capacitor, 231)가 충전된다. 이때, 전압 측정부(230)는 캐패시터(231)에 충전된 전압을 측정하고, 이를 제어부(240)에 제공하여 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 고장을 진단하도록 한다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따라 캐패시터(231)를 통해 배터리 팩(10)의 전압을 측정함으로써, 배터리 팩(10)의 전류량에 의한 영향을 받지 않고 전압을 측정할 수 있다. 따라서, 보다 정확한 전압 측정이 가능하므로 절연 저항 검출 장치(200)의 고장 진단에 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 캐패시터(231)에 충전된 전압 측정 과정이 간단하며, 캐패시터(231)를 사용함으로써 전압 측정에 필요한 회로를 간단하게 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 충전 스위치부(233)는 배터리 팩(10)의 전압에 의해 캐패시터(231)가 충전되도록 하기 위해 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)와 캐패시터(231) 사이를 연결한다. 제2 충전 스위치부(235)는 캐패시터(231)에 충전된 전압을 측정하기 위해 캐패시터(231)와 연결되어 ON/OFF 된다.
일예로, 제1 충전 스위치부(233)는 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다. 제3 스위치(SW3)는 제1 스위치(215)와 캐패시터(231)의 제1 단자 사이의 연결을 ON/OFF 하고, 제4 스위치(SW4)는 제2 스위치(225)와 캐패시터(231)의 제2 단자 사이의 연결을 ON/OFF 할 수 있다. 여기서, 'OFF'란 해당되는 연결이 끊어지는 것을 의미하고, 'ON'은 그 반대이다. 제2 충전 스위치부(235)는 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 포함할 수 있다. 제5 스위치(SW5)는 캐패시터(231)의 제1 단자와 연결되고, 제6 스위치(SW6)는 캐패시터(231)의 제2 단자와 접지 사이에 배치될 수 있다.
따라서, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)가 ON 되고, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)가 OFF 되는 경우, 캐패시터(231)는 배터리 팩(10)의 전압에 의해 충전된다. 반대로, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)가 OFF 되고, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)가 ON 되는 경우, 전압 측정부(230)는 캐패시터(231)에 충전된 전압(VADC _ MCU)을 측정할 수 있다.
여기서, 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)는 적어도 하나의 저항을 포함하는 저항부(237)와 직렬로 연결될 수 있다. 이때, 전압 측정부(230)는 적어도 하나의 저항(RADC)과 연결되어, 저항(RADC)에 걸리는 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU)을 아래 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, V_Pack은 배터리 팩(10)의 전압이고, R1, R2, ... , RADC, Rn은 배터리 팩(10)에 직렬로 연결된 저항이다.
제어부(240)는 전압 측정부(230)에서 측정한 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU)을 획득하고, 이를 기반으로 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 고장 여부를 판별한다. 제어부(240)는 제1 스위치(215), 제2 스위치(225), 제1 충전 스위치부(233) 및 제2 충전 스위치부(235)를 ON/OFF 시킨다.
보다 구체적으로, 제어부(240)는 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)를 ON 시켜 전압 측정부(230)에서 측정되는 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU)을 획득한다. 만일, 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU)이 0V이면 제어부(240)는 제1 스위치(215) 또는 제2 스위치(225)의 단선(open) 고장 여부를 판별할 수 있다.
또한, 제어부(240)는 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225) 중 적어도 하나를 OFF 시켜 전압 측정부(230)에서 측정되는 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU)을 획득한다. 만일, 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU)이 0V 보다 크면 제어부(240)는 는 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 단락(short) 고장 여부를 판별할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절연 저항 검출 장치의 고장 진단을 위한 스위칭 제어 상태를 나타낸 도면이다. 이 방법은 도 2의 절연 저항 검출 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 절연 저항 검출 장치(200)는 제1 스위치(215)를 ON, 제2 스위치(225)를 OFF시켜 배터리 팩(10)의 제1 전압(VADC _ MCU)을 측정한다(S10). 이때, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 ON, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 OFF시켜 배터리 팩(10)의 전압에 의해 캐패시터(231)가 충전 되도록 한다. 이후 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 OFF, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 ON시켜 캐패시터(231)에 충전된 전압을 센싱하여 제1 전압(VADC _ MCU)을 측정한다.
절연 저항 검출 장치(200)는 제1 스위치(215)를 OFF, 제2 스위치(225)를 ON 시켜 배터리 팩(10)의 제2 전압(VADC _ MCU)을 측정한다(S20). 이때, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 ON, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 OFF시켜 배터리 팩(10)의 전압에 의해 캐패시터(231)가 충전 되도록 한다. 이후 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 OFF, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 ON시켜 캐패시터(231)에 충전된 전압을 센싱하여 제2 전압(VADC _ MCU)을 측정한다.
절연 저항 검출 장치(200)는 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)를 ON시켜 배터리 팩(10)의 제3 전압(VADC _ MCU)을 측정한다(S30). 이때, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 ON, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 OFF시켜 배터리 팩(10)의 전압에 의해 캐패시터(231)가 충전 되도록 한다. 이후 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 OFF, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 ON시켜 캐패시터(231)에 충전된 전압을 센싱하여 제3 전압(VADC _ MCU)을 측정한다.
절연 저항 검출 장치(200)는 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)를 OFF시켜 배터리 팩(10)의 제4 전압(VADC _ MCU)을 측정한다(S40). 이때, 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 ON, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 OFF시켜 배터리 팩(10)의 전압에 의해 캐패시터(231)가 충전 되도록 한다. 이후 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 OFF, 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)를 ON시켜 캐패시터(231)에 충전된 전압을 센싱하여 제4 전압(VADC _ MCU)을 측정한다.
여기서, 단계(S10) 내지 단계(S40)에서 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 ON이 지속되는 시간은 동일할 수 있으나, 각 단계는 서로 다른 ON 지속 시간을 가질 수도 있다. 예를 들어, 단계(S10) 및 단계(S20)은 500ms 동안 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 ON이 지속되고, 단계(S30) 및 단계(S40)은 300ms ~ 400ms 사이에서 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 ON이 지속될 수 있다.
단계(S10) 내지 단계(S40)의 수행 순서에는 제한이 없다. 예를 들어, 단계(S40)을 수행한 다음 단계(S30), 단계(S20), 단계(S10)의 순서로 수행할 수 있고, 또는 단계(S20), 단계(S40), 단계(S30), 단계(S10) 순으로 수행할 수도 있다. 또한, 단계(S10) 내지 단계(S40)을 수회 반복 수행한 후 단계(S50)을 수행할 수 있다.
아래 표 1은 절연 저항 검출 장치(200)가 단계(S10) 내지 단계(S40)을 수행하여 측정한 제1 전압 내지 제4 전압의 값을 나타낸 것이다. 여기서, 표 1은 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)가 정상적으로 동작 될 때 측정된 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU)이다.
스위치 단계(S10) 단계(S20) 단계(S30) 단계(S40)
제1 스위치 ON OFF ON OFF
제2 스위치 OFF ON ON OFF
VADC _ MCU 0 0 V_ADC 0
여기서, V_ADC 값은 상기 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
절연 저항 검출 장치(200)는 상기 단계(S10) 내지 단계(S40)을 수행하여 측정된 제1 전압 내지 제4 전압을 기반으로 아래 표 2와 같이 제1 스위치 및 제2 스위치의 고장 여부를 판별할 수 있다(S50).
고장 타입 스위치 설명
OPEN 제1 스위치 단계(S10) 내지 단계(S40)에서 측정된 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU) 값이 모두 0V일 때, 제1 스위치 또는 제2 스위치가 OPEN 고장으로 판단
제2 스위치
SHORT 제1 스위치 단계(S20)에서 측정된 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU) 값이 V_ADC일 때, 제1 스위치는 SHORT 고장으로 판단
제2 스위치 단계(S10)에서 측정된 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU) 값이 V_ADC일 때, 제2 스위치는 SHORT 고장으로 판단
고장 타입(fault type)에서 'OPEN'은 해당 스위치가 계속 열려있는 고장, 즉 단선 상태를 의미하고, 'SHORT'는 해당 스위치가 계속 닫혀있는 고장, 즉 단락 상태를 의미한다.
상기 표 2에 의하면, 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)를 ON 시켰을 때 측정된 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU) 값이 V_ADC가 아니라 0V이면, 제1 스위치 (215) 또는 제2 스위치(225)가 OPEN 고장인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225) 중 적어도 하나를 OFF 시켰을 때 측정된 배터리 팩(10)의 전압(VADC _ MCU) 값이 0V가 아니라 V_ADC이면, 제1 스위치(215) 및 제2 스위치(225)의 SHORT 고장을 판단할 수 있다.
상술한 실시 예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 배터리 팩
200 : 절연 저항 검출 장치
210 : 제1 검출부
215 : 제1 스위치
220 : 제2 검출부
225 : 제2 스위치
230 : 전압 측정부
231 : 캐패시터
233 : 제1 충전 스위치부
235 : 제2 충전 스위치부
237 : 저항부
240 : 제어부

Claims (16)

  1. 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩의 절연 저항을 검출하는 장치에 있어서,
    상기 배터리 팩의 양극과 연결되어 제1 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제1 스위치;
    상기 배터리 팩의 음극과 연결되어 제2 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제2 스위치;
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장을 진단하기 위해 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON/OFF 시켜 상기 배터리 팩의 전압을 측정하도록 제어하고, 상기 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어부;를 포함하는 절연 저항 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되고, 상기 캐패시터에 충전된 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 연결되어 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되도록 ON 되는 제1 충전 스위치부와, 상기 캐패시터에 충전된 전압을 측정하기 위해 ON 되는 제2 충전 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON 시켜 상기 전압 측정부에서 측정되는 상기 배터리 팩의 전압을 획득하고, 상기 획득한 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치의 단선(open) 고장 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 OFF 시켜 상기 전압 측정부에서 측정되는 상기 배터리 팩의 전압을 획득하고, 상기 획득한 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 단락(short) 고장 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치.
  6. 복수의 셀을 포함하는 배터리 팩의 절연 저항을 검출하는 장치의 고장을 진단하는 방법에 있어서,
    제1 스위치 및 제2 스위치를 ON시켜 상기 배터리 팩의 제1 전압을 측정하는 단계;
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 OFF시켜 상기 배터리 팩의 제2 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 배터리 팩의 양극과 연결되어 상기 배터리 팩의 음극과 접지 사이의 제1 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되고, 상기 제2 스위치는 상기 배터리 팩의 음극과 연결되어 상기 배터리 팩의 양극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 제1 전압을 측정하는 단계는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON시켜 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되도록 하는 단계; 및
    상기 캐패시터에 충전된 전압을 센싱하여 상기 제1 전압을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 제2 전압을 측정하는 단계는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 OFF시켜 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되도록 하는 단계; 및
    상기 캐패시터에 충전된 전압을 센싱하여 상기 제2 전압을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 전압의 값이 0V이면 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치가 단선(open) 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 전압의 값이 0V 보다 크면 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 단락(short) 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 검출 장치의 고장 진단 방법.
  12. 배터리 팩의 양극과 연결되어 제1 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제1 스위치와 상기 배터리 팩의 음극과 연결되어 제2 절연 저항을 검출하기 위해 ON/OFF 되는 제2 스위치를 포함하는 절연 저항 검출 장치의 고장을 진단하는 장치에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장을 진단하기 위해 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON/OFF 시켜 상기 배터리 팩의 전압을 측정하도록 제어하고, 상기 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 고장 여부를 판별하는 제어부;를 포함하는 진단 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되고, 상기 캐패시터에 충전된 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 진단 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 연결되어 상기 배터리 팩의 전압에 의해 캐패시터가 충전되도록 ON 되는 제1 충전 스위치부와, 상기 캐패시터에 충전된 전압을 측정하기 위해 ON 되는 제2 충전 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 장치.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 ON 시켜 상기 전압 측정부에서 측정되는 상기 배터리 팩의 전압을 획득하고, 상기 획득한 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치의 단선(open) 고장 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 진단 장치.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 OFF 시켜 상기 전압 측정부에서 측정되는 상기 배터리 팩의 전압을 획득하고, 상기 획득한 배터리 팩의 전압을 기반으로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 단락(short) 고장 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 진단 장치.
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