KR20130138384A - 절연저항 감지장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

절연저항 감지장치 및 이의 제어방법 Download PDF

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KR20130138384A KR1020120061899A KR20120061899A KR20130138384A KR 20130138384 A KR20130138384 A KR 20130138384A KR 1020120061899 A KR1020120061899 A KR 1020120061899A KR 20120061899 A KR20120061899 A KR 20120061899A KR 20130138384 A KR20130138384 A KR 20130138384A
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Abstract

본 발명은 배터리의 절연저항 감지장치에 관한 것으로, 본 절연저항 감지장치는 배터리의 양극 단자 및 음극 단자의 각각에 연결되는 제1 기준저항 및 제2 기준저항을 구비하는 기준저항부; 펄스발생부; 상기 제1 기준저항에 의한 제1 전압과 상기 제2 기준저항에 의한 제2 전압을 입력 받고, 상기 펄스발생부로부터 출력된 펄스전압에 따라 상기 입력된 제1 전압 및 제2 전압을 비교하여 상기 배터리의 양극전압과 음극전압을 출력하는 전압측정부; 및 상기 전압측정부로부터 출력된 상기 양극전압을 이용하여 상기 배터리의 양극절연저항 및 음극절연저항에 대한 제1 병렬저항값을 계산하고, 상기 계산된 제1 병렬저항값과 상기 양극전압과 상기 음극전압의 차이인 배터리 전압값을 이용하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 본 발명은 수치해석적 방법을 도입함으로써 제조원가 및 하드웨어적 설계의 부담을 경감할 수 있다.

Description

절연저항 감지장치 및 이의 제어방법{Insulation resistance sensing apparatus and control method thereof}
본 발명은 차량의 안전성을 확보하기 위한 절연저항 감지장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 특히 배터리의 절연 정도를 파악하기 위한 절연저항 감지장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
고전압 배터리를 사용하는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등에 있어서, 배터리의 절연 정도를 파악하기 위한 절연저항 감지장치는 차량의 안정성을 확보하기 위한 필수적 구성 중의 하나이다.
절연저항 감지장치는 일반적으로, 배터리의 양극과 음극에 각각 연결되는 기준저항들, 기준저항들에 상이한 전압이 인가되도록 조절하기 위한 고전압 스위칭소자 및 기준저항들에 인가된 전압을 비교하여 처리하기 위한 비례회로를 구비할 수 있다. 비례회로는 OP 앰프 및 복수개의 저항들로 구성될 수 있다.
그러나 이와 같은 절연저항 감지장치는 다수 개의 저항들의 사용에 따라 부품비용이 증가하고, 비교회로의 저항값 선정시 발생 가능한 오차요소에 따라 성능이 저하되며, 고전압 스위칭소자의 사용에 따라 소자 비용의 증가뿐만 아니라 도통 손실이 생기는 문제를 가진다.
KR 10-2012-0030198 A, 2012. 03. 28, 도면 1
본 발명의 목적은 종래 제조에 소요되는 저항 및 고전압 스위치와 같은 부품의 사용을 최소화할 수 있는 수치해석적 방법을 도입함으로써 제조원가 및 하드웨어적 설계의 부담을 경감할 수 있는 절연저항 감지장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 배터리의 절연저항 감지장치에 관한 것으로, 본 절연저항 감지장치는, 배터리의 양극 단자 및 음극 단자의 각각에 연결되는 제1 기준저항 및 제2 기준저항을 구비하는 기준저항부; 펄스전압을 발생하여 출력하는 펄스발생부; 상기 제1 기준저항에 의한 제1 전압과 상기 제2 기준저항에 의한 제2 전압을 입력 받고, 상기 펄스발생부로부터 출력된 펄스전압에 따라 상기 입력된 제1 전압 및 제2 전압을 비교하여 상기 배터리의 양극전압과 음극전압을 출력하는 전압측정부; 및 상기 전압측정부로부터 출력된 상기 양극전압을 이용하여 상기 배터리의 양극절연저항 및 음극절연저항에 대한 제1 병렬저항값을 계산하고, 상기 계산된 제1 병렬저항값과 상기 양극전압과 상기 음극전압의 차이인 배터리 전압값을 이용하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압측정부는 반전입력단자에 상기 제1 기준저항이 연결되고 비반전입력단자에 상기 제2 기준저항이 연결되며, 피드백저항이 상기 반전입력단자에 연결되는 OP앰프를 구비할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 펄스전압이 High 및 Low일 때 상기 펄스전압들 사이의 제1 차이값과, 상기 펄스전압이 High 및 Low일 때 상기 양극전압들 사이의 제2 차이값과, 상기 제1 기준저항 및 제2 기준저항의 병렬저항 값을 이용하여 상기 제1 병렬저항값을 계산하는 절연저항 초기치연산모듈을 구비할 수 있다.
상기 제1 차이값은 △Vs이고, 상기 제2 차이값은 △Vpi이며, 상기 제1 기준저항 및 제2 기준저항의 병렬저항 값은 Rp//Rn인 경우, 상기 제1 병렬저항값, Rpi//Rni은 다음 식에 의해 산출될 수 있다.
식:
Figure pat00001
상기 제어부는, 자신의 이전 제어절차에 의해 추정된 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값과, 상기 제1 병렬저항값과, 상기 펄스전압 값과, 상기 제1 기준저항 값과, 상기 제2 기준저항 값과, 상기 배터리 전압값을 이용하여 중간변수값을 산출하고, 상기 산출된 중간변수값을 이용하여 양극전압추정값 및 음극전압추정값을 산출하며, 상기 산출된 양극전압추정값과 상기 양극전압 사이의 제1 전압차 및 상기 산출된 음극전압추정값과 상기 음극전압 사이의 제2 전압차를 산출하고, 상기 산출된 제1 전압차 및 제2 전압차의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달하는 경우 상기 제1 전압차와 상기 제2 전압차의 비교결과에 대응하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정할 수 있다.
상기 제1 병렬저항값은 Rpi//Rni이고, 상기 제1 기준저항값 및 제2 기준저항값은 Rp 및 Rn이고, 상기 양극절연저항의 값 및 음극절연저항의 값은 Rpi 및 Rni이며, 상기 배터리 전압값은 Vb이고, 상기 펄스전압값은 Vs이며, 상기 자신의 이전 제어절차에 의해 추정된 양극절연저항추정값 및 음극절연저항추정값 각각이
Figure pat00002
pi[k] 및
Figure pat00003
ni[k]인 경우, 상기 중간변수인 X, Y 및 Z는, 다음 식 1, 2 및 3에 의해 각각 산출될 수 있다.
식 1:
Figure pat00004
식 2:
Figure pat00005
식 3:
Figure pat00006
여기서 상기 양극절연저항추정값 및 음극절연저항추정값의 초기값은 각각 상기 제1 병렬저항값으로 정해질 수 있다.
상기 중간변수 X와 Y의 가산값에 의해 추정된 양극전압추정값
Figure pat00007
pi[k]이고, 상기 중간변수 X로부터 Z의 감산값에 의해 추정된 음극전압추정값
Figure pat00008
ni[k]인 경우, 상기 제1 전압차와 상기 제2 전압차의 비교결과, 상기 제2 전압차가 상기 제1 전압차보다 큰 경우 상기 양극절연저항의 값 및 음극절연저항의 값인
Figure pat00009
pi[k+1] 및
Figure pat00010
ni[k+1]은 다음 식 4 및 식 5에 의해 각각 산출되고, 상기 제1 전압차가 상기 제2 전압차보다 크거나 같은 경우 상기 양극절연저항의 값 및 음극절연저항의 값인
Figure pat00011
pi[k+1] 및
Figure pat00012
ni[k+1]은 다음 식 6 및 식 7에 의해 각각 산출될 수 있다. 식 4:
Figure pat00013
식 5:
Figure pat00014
식 6:
Figure pat00015
식 7:
Figure pat00016
한편 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 배터리의 양극 단자 및 음극 단자의 각각에 연결되는 제1 기준저항 및 제2 기준저항을 구비하는 배터리의 절연저항 감지장치의 제어방법에 관한 것으로, 본 절연저항 감지장치의 제어방법은, 전압측정부가 펄스발생부로부터 출력된 펄스전압에 따라 상기 제1 기준저항에 의한 제1 전압과 상기 제2 기준저항에 의한 제2 전압을 입력 받아 비교하여 상기 배터리의 양극전압과 음극전압을 출력하는 단계; 상기 출력된 상기 양극전압을 이용하여 상기 배터리의 양극절연저항 및 음극절연저항에 대한 제1 병렬저항값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 제1 병렬저항값과, 상기 양극전압과 상기 음극전압의 차이인 배터리 전압값을 이용하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전압측정부는 반전입력단자에 상기 제1 기준저항이 연결되고 비반전입력단자에 상기 제2 기준저항이 연결되며, 피드백저항이 상기 반전입력단자에 연결되는 OP앰프를 구비할 수 있다.
제1 병렬저항값을 계산하는 단계는, 상기 펄스전압이 High 및 Low일 때 상기 펄스전압들 사이의 제1 차이값과, 상기 펄스전압이 High 및 Low일 때 상기 양극전압들 사이의 제2 차이값과, 상기 제1 기준저항 및 제2 기준저항의 병렬저항 값을 이용하여 상기 제1 병렬저항값을 계산할 수 있다.
상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 추정하는 단계는, 자신의 이전 제어절차에 의해 추정된 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값과, 상기 제1 병렬저항값과, 상기 펄스전압 값과, 상기 제1 기준저항 값과, 상기 제2 기준저항 값과, 상기 배터리 전압값을 이용하여 중간변수값을 산출하고, 상기 산출된 중간변수값을 이용하여 양극전압추정값 및 음극전압추정값을 산출하며, 상기 산출된 양극전압추정값과 상기 양극전압 사이의 제1 전압차 및 상기 산출된 음극전압추정값과 상기 음극전압 사이의 제2 전압차를 산출하고, 상기 산출된 제1 전압차 및 제2 전압차의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달하는 경우 상기 제1 전압차와 상기 제2 전압차의 비교결과에 대응하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 2가지 펄스전압에 대응하는 출력전압을 출력하는 전압측정부와 이로부터 출력된 출력전압을 이용한 수치해석을 수행하는 제어부를 도입함으로써 종래 제조에 소요되는 저항 및 고전압 스위치와 같은 부품의 사용을 최소화하여 제조원가 및 하드웨어적 설계의 부담을 경감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 감지장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압측정부로부터 출력되는 출력전압을 회로해석을 통해 수식화한 블록도로다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 초기치연산모듈을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 수치해석모듈 중 중간변수값을 산출하는 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 수치해석모듈 중 제1 전압차 및 제2 전압차가 최저치에 도달하는지 판단하는 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 수치해석모듈 중 양극절연저항의 값 및 음극절연저항의 값을 추정하는 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 감지장치의 동작을 설명하기 위한 제어 절차도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 감지장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 감지장치에 대한 회로도이다.
본 실시예에 따른 절연저항 감지장치(1)는 하이브리드 자동차 또는 전기자동차의 고전압 계통과 차량과의 절연 정도를 지속적으로 모니터링하는데 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 절연저항 감지장치(1)는 기준저항부(10), 펄스발생부(20), 전압측정부(30), 제어부(40)로 구비될 수 있다. 다만 본 실시예에 따른 절연저항 감지장치(1)의 하드웨어적 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
기준저항부(10)는 배터리(BAT)의 양극 단자에 연결되는 제1 기준저항(Rp)과 배터리(BAT)의 음극 단자에 연결되는 제2 기준저항(Rn)을 구비할 수 있다. 제1 기준저항(Rp)은 후술하는 OP앰프(32)의 반전입력단자에 연결되고, 제2 기준저항(Rn)은 OP앰프(32)의 비반전입력단자에 연결될 수 있다. 펄스발생부(20)는 OP앰프(32)의 비반전입력단자에 연결되어 사전에 정해진 일정 진폭의 펄스전압(Vs)을 출력한다.
전압측정부(30)는 제1 기준저항(Rp)에 의한 제1 전압과 제2 기준저항(Rn)에 의한 제2 전압을 입력 받고, 펄스발생부(20)로부터 출력된 펄스전압(Vs)에 따라 입력된 제1 전압 및 제2 전압을 비교하여 배터리(BAT)의 양극전압(Vpi)과 음극전압(Vni)을 출력할 수 있다.
전압측정부(30)는 반전입력단자에 제1 기준저항(Rp)이 연결되고 비반전입력단자에 제2 기준저항(Rn)이 연결되며, 피드백저항(Rf)이 반전입력단자에 연결되는 OP앰프(32)를 구비할 수 있다.
도 2는 전압측정부로부터 출력되는 출력전압을 회로해석을 통해 수식화한 블록도로서, 도 2를 참조하면, 배터리의 양극전압(Vpi)은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00017
이러한 양극전압(Vpi)은 펄스전압(Vs)의 High 또는 Low신호 별로 구분되어 제어부(40)의 수치해석에 이용될 수 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 배터리의 음극전압(Vni)은 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00018
전압측정부(30)로부터 출력되는 배터리의 양극전압(Vpi)으로부터 배터리의 음극전압(Vni)을 감산함으로써 배터리 전압값(Vb)을 구할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 제어부(40)에 대해 설명한다. 제어부(40)는 전압측정부(30)로부터 출력된 양극전압(Vpi)을 이용하여 배터리의 양극절연저항 및 음극절연저항에 대한 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)을 계산하는 절연저항 초기치연산모듈(42)과 이 계산된 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)과 배터리 전압값(Vb)을 이용하여 양극절연저항(Rpi)의 값 및 음극절연저항(Rni)의 값을 각각 추정하는 절연저항 수치해석모듈(44)로 구분될 수 있다.
도 3은 절연저항 초기치연산모듈을 설명하기 위한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 절연저항 초기치연산모듈(42)은 펄스전압(Vs)이 High일 때와 Low일 때 펄스전압(Vs)들 사이의 제1 차이값(△Vs)과, 펄스전압(Vs)이 High일 때와 Low일 때 양극전압(Vpi)들 사이의 제2 차이값(△Vpi)과, 제1 기준저항 및 제2 기준저항의 병렬저항값(Rp//Rn)을 이용하여 양극절연저항 및 음극절연저항에 대한 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)을 계산할 수 있다. 즉 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)은 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00019
도 4, 도 5 및 도 6을 참조하여 절연저항 수치해석모듈(44)을 설명한다. 도 4는 절연저항 수치해석모듈(44) 중 중간변수(X,Y,Z) 값을 산출하는 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 절연저항 수치해석모듈(44)은 제어부(40)의 이전 제어절차에 의해 추정된 양극절연저항추정값(
Figure pat00020
pi[k]) 및 음극절연저항추정값(
Figure pat00021
ni[k])과, 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)과, 펄스전압값(Vs)과, 제1 기준저항값(Rpi)과, 제2 기준저항값(Rni)과, 배터리 전압값(Vb)을 이용하여 중간변수(X,Y,Z)의 값을 각각 산출할 수 있다. 즉 중간변수인 X, Y 및 Z는 다음 수학식 4, 5 및 6과 같이 각각 표현될 수 있다.
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
여기서, 양극절연저항추정값(
Figure pat00025
pi[k]) 및 음극절연저항추정값(
Figure pat00026
ni[k])은 제어부(40)의 이전 제어절차에 의해 추정된 값으로, 양극절연저항추정값(
Figure pat00027
pi[k]) 및 음극절연저항추정값(
Figure pat00028
ni[k])의 초기값은 각각 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)으로 설정될 수 있다.
도 5는 절연저항 수치해석모듈(44) 중 제1 전압차(εVpi) 및 제2 전압차(εVni)가 각각 최저치에 도달하는지 판단하는 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 절연저항 수치해석모듈(44)은 산출된 중간변수값(X,Y,Z)을 이용하여 양극전압추정값(
Figure pat00029
pi[k]) 및 음극전압추정값(
Figure pat00030
ni[k])을 산출하며, 산출된 양극전압추정값(
Figure pat00031
pi[k)과 양극전압(Vpi) 사이의 제1 전압차(εVpi) 및 산출된 음극전압추정값(
Figure pat00032
ni[k])과 음극전압(Vni) 사이의 제2 전압차(εVni)를 산출하고, 산출된 제1 전압차(εVpi) 및 제2 전압차(εVni)의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달하는 지 판단하고, 최소치에 도달하지 못한 경우 제어부(40)에 의한 수치해석을 계속하여 수행한다.
도 6은 절연저항 수치해석모듈(44) 중 양극절연저항의 값(
Figure pat00033
pi[k+1]) 및 음극절연저항의 값(
Figure pat00034
ni[k+1])을 각각 추정하는 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 절연저항 수치해석모듈(44)은 산출된 제1 전압차(εVpi) 및 제2 전압차(εVni)의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달하는 경우 제1 전압차(εVpi)와 제2 전압차(εVni)의 비교결과에 대응하여 양극절연저항(Rpi)의 값 및 음극절연저항(Rni)의 값을 각각 추정할 수 있다.
즉, 절연저항 수치해석모듈(44)은 제1 전압차(εVpi)와 상기 제2 전압차(εVni)의 비교결과, 제2 전압차(εVni)가 제1 전압차(εVpi)보다 큰 경우 양극절연저항의 값(
Figure pat00035
pi[k+1]) 및 음극절연저항의 값(
Figure pat00036
ni[k+1])은 다음 수학식 7 및 8에 의해 각각 산출될 수 있다.
Figure pat00037
Figure pat00038
또한, 절연저항 수치해석모듈(44)은 제1 전압차(εVpi)와 상기 제2 전압차(εVni)의 비교결과, 제1 전압차(εVpi)가 제2 전압차(εVni)보다 크거나 같은 경우 양극절연저항의 값(
Figure pat00039
pi[k+1]) 및 음극절연저항의 값(
Figure pat00040
ni[k+1])은 다음 수학식 9 및 10에 의해 각각 산출될 수 있다.
Figure pat00041
Figure pat00042
이하에서는, 도 7를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 감지장치의 동작을 설명한다. 제어부(40)는 펄스전압(Vs)이 High일 때 배터리(BAT)의 양극전압(Vpi)과 음극전압(Vni)을 측정하고(S710), 펄스전압(Vs)이 Low일 때 배터리(BAT)의 양극전압(Vpi)과 음극전압(Vni)을 측정한다(S715). 즉 제어부(40)는 펄스전압(Vs)이 High일 때, 전압측정부(30)로부터 출력되는 양극전압(Vpi) 및 음극전압(Vni)을 입력받아 저장한다.
다음, 제어부(40)는 펄스전압(Vs)이 High 및 Low일 때 펄스전압(Vs)들 사이의 제1 차이값(△Vs)과, 펄스전압(Vs)이 High, Low일 때 각 측정된 양극전압(Vpi)들 사이의 제2 차이값(△Vpi)과 제1 기준저항(Rp) 및 제2 기준저항(Rn)의 병렬저항 값을 이용하여 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)을 계산한다(S720). 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)은 배터리(BAT)의 양극절연저항(Rpi) 및 음극절연저항(Rni)을 병렬로 합한 저항값이다.
다음, 제어부(40)는 자신의 이전 제어절차에 의해 추정된 양극절연저항(Rpi)의 값 및 음극절연저항(Rni)의 값과, 제1 병렬저항값(Rpi//Rni)과, 펄스전압 값(Vs)과, 제1 기준저항 값(Rp)과, 제2 기준저항 값(Rn)과, 배터리 전압값(Vb)을 이용하여 중간변수값(X,Y,Z)을 산출한다(S725). 중간변수값(X,Y,Z)의 산출은 전술한 수학식 4 내지 수학식 6에 수행될 수 있다. 배터리 전압값(Vb)은 양극전압(Vpi)과 음극전압(Vni)의 차에 의해 구해질 수 있다.
다음, 제어부(40)는 산출된 중간변수값(X,Y,Z)을 이용하여 양극전압추정값(
Figure pat00043
pi[k)과 음극전압추정값(
Figure pat00044
ni[k])을 산출하며, 산출된 양극전압추정값(
Figure pat00045
pi[k)과 양극전압(Vpi) 사이의 제1 전압차(εVpi) 및 산출된 음극전압추정값(
Figure pat00046
ni[k])과 음극전압(Vni) 사이의 제2 전압차(εVni)를 산출하고, 산출된 제1 전압차(εVpi) 및 제2 전압차(εVni)의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달할 때까지 이전 제어절차를 반복한다(S730).
즉, 제1 전압차(εVpi) 및 제2 전압차(εVni)의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달하지 못한 경우, 제어부(40)는 S710단계부터 다시 제어절차를 수행한다. 여기서는 작업의 완수에 초점을 맞추어, 편의상 S730단계를 실행프로세스로 도시하였다.
다음, 제어부(40)는 제1 전압차(εVpi) 및 제2 전압차(εVni)의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달한 경우, 제1 전압차(εVpi)와 제2 전압차(εVni)의 비교결과에 대응하여 양극절연저항(Rpi)의 값 및 음극절연저항(Rni)의 값을 각각 추정한다(S735).
구체적으로, 제1 전압차(εVpi)와 제2 전압차(εVni)의 비교결과 제2 전압차(εVni)가 제1 전압차(εVpi)보다 큰 경우, 제어부(40)는 양극절연저항(Rpi)의 값 및 음극절연저항(Rni)의 값을 전술한 수학식 7 및 수학식 8에 의해 산출할 수 있다.
또한, 제1 전압차(εVpi)와 제2 전압차(εVni)의 비교결과 제1 전압차(εVpi)가 제1 전압차(εVpi)보다 크거나 같은 경우, 제어부(40)는 양극절연저항(Rpi)의 값 및 음극절연저항(Rni)의 값을 전술한 수학식 9 및 수학식 10에 의해 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 절연저항 감지장치(1)는 2가지 펄스전압(Vs)에 대응하는 출력전압(Vo)을 출력하는 전압측정부(30)와 전압측정부(30)로부터 출력된 출력전압(Vo)을 이용한 수치해석을 수행하는 제어부(40)를 도입함으로써 종래 제조에 소요되는 저항 및 고전압 스위치와 같은 부품의 사용을 최소화하여 제조원가 및 하드웨어적 설계의 부담을 경감할 수 있다.
1: 절연저항 감지장치
10: 기준저항부
Rp: 제1 기준저항
Rn: 제2 기준저항
20: 펄스발생부
30: 전압측정부
32: OP앰프
Rf: 피드백저항
40: 제어부
42: 절연저항 초기치연산모듈
44: 절연저항 수치해석모듈
Rpi: 양극절연저항
Rni: 음극절연저항

Claims (12)

  1. 배터리의 양극 단자 및 음극 단자의 각각에 연결되는 제1 기준저항 및 제2 기준저항을 구비하는 기준저항부;
    펄스전압을 발생하여 출력하는 펄스발생부;
    상기 제1 기준저항에 의한 제1 전압과 상기 제2 기준저항에 의한 제2 전압을 입력 받고, 상기 펄스발생부로부터 출력된 펄스전압에 따라 상기 입력된 제1 전압 및 제2 전압을 비교하여 상기 배터리의 양극전압과 음극전압을 출력하는 전압측정부; 및
    상기 전압측정부로부터 출력된 상기 양극전압을 이용하여 상기 배터리의 양극절연저항 및 음극절연저항에 대한 제1 병렬저항값을 계산하고, 상기 계산된 제1 병렬저항값과 상기 양극전압과 상기 음극전압의 차이인 배터리 전압값을 이용하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압측정부는 반전입력단자에 상기 제1 기준저항이 연결되고 비반전입력단자에 상기 제2 기준저항이 연결되며, 피드백저항이 상기 반전입력단자에 연결되는 OP앰프를 구비하는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 펄스전압이 High 및 Low일 때 상기 펄스전압들 사이의 제1 차이값과, 상기 펄스전압이 High 및 Low일 때 상기 양극전압들 사이의 제2 차이값과, 상기 제1 기준저항 및 제2 기준저항의 병렬저항 값을 이용하여 상기 제1 병렬저항값을 계산하는 절연저항 초기치연산모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 차이값은 △Vs이고, 상기 제2 차이값은 △Vpi이며, 상기 제1 기준저항 및 제2 기준저항의 병렬저항 값은 Rp//Rn인 경우, 상기 제1 병렬저항값, Rpi//Rni은 다음 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치.
    식:
    Figure pat00047
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 자신의 이전 제어절차에 의해 추정된 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값과, 상기 제1 병렬저항값과, 상기 펄스전압 값과, 상기 제1 기준저항 값과, 상기 제2 기준저항 값과, 상기 배터리 전압값을 이용하여 중간변수값을 산출하고, 상기 산출된 중간변수값을 이용하여 양극전압추정값 및 음극전압추정값을 산출하며, 상기 산출된 양극전압추정값과 상기 양극전압 사이의 제1 전압차 및 상기 산출된 음극전압추정값과 상기 음극전압 사이의 제2 전압차를 산출하고, 상기 산출된 제1 전압차 및 제2 전압차의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달하는 경우 상기 제1 전압차와 상기 제2 전압차의 비교결과에 대응하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정하는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 병렬저항값은 Rpi//Rni이고, 상기 제1 기준저항값 및 제2 기준저항값은 Rp 및 Rn이고, 상기 양극절연저항의 값 및 음극절연저항의 값은 Rpi 및 Rni이며, 상기 배터리 전압값은 Vb이고, 상기 펄스전압값은 Vs이며, 상기 자신의 이전 제어절차에 의해 추정된 양극절연저항추정값 및 음극절연저항추정값 각각이
    Figure pat00048
    pi[k] 및
    Figure pat00049
    ni[k]인 경우, 상기 중간변수인 X, Y 및 Z는, 다음 식 1, 2 및 3에 의해 각각 산출되는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치.
    식 1:
    Figure pat00050

    식 2:
    Figure pat00051

    식 3:
    Figure pat00052
  7. 제6항에 있어서,
    상기 양극절연저항추정값 및 음극절연저항추정값의 초기값은 각각 상기 제1 병렬저항값인 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 중간변수 X와 Y의 가산값에 의해 추정된 양극전압추정값
    Figure pat00053
    pi[k]이고, 상기 중간변수 X로부터 Z의 감산값에 의해 추정된 음극전압추정값
    Figure pat00054
    ni[k]인 경우, 상기 제1 전압차와 상기 제2 전압차의 비교결과, 상기 제2 전압차가 상기 제1 전압차보다 큰 경우 상기 양극절연저항의 값 및 음극절연저항의 값인
    Figure pat00055
    pi[k+1] 및
    Figure pat00056
    ni[k+1]은 다음 식 4 및 식 5에 의해 각각 산출되고, 상기 제1 전압차가 상기 제2 전압차보다 크거나 같은 경우 상기 양극절연저항의 값 및 음극절연저항의 값인
    Figure pat00057
    pi[k+1] 및
    Figure pat00058
    ni[k+1]은 다음 식 6 및 식 7에 의해 각각 산출되는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치.
    식 4:
    Figure pat00059

    식 5:
    Figure pat00060

    식 6:
    Figure pat00061

    식 7:
    Figure pat00062
  9. 배터리의 양극 단자 및 음극 단자의 각각에 연결되는 제1 기준저항 및 제2 기준저항을 구비하는 절연저항 감지장치의 제어방법에 있어서,
    전압측정부가 펄스발생부로부터 출력된 펄스전압에 따라 상기 제1 기준저항에 의한 제1 전압과 상기 제2 기준저항에 의한 제2 전압을 입력 받아 비교하여 상기 배터리의 양극전압과 음극전압을 출력하는 단계;
    상기 출력된 상기 양극전압을 이용하여 상기 배터리의 양극절연저항 및 음극절연저항에 대한 제1 병렬저항값을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 제1 병렬저항값과, 상기 양극전압과 상기 음극전압의 차이인 배터리 전압값을 이용하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전압측정부는 반전입력단자에 상기 제1 기준저항이 연결되고 비반전입력단자에 상기 제2 기준저항이 연결되며, 피드백저항이 상기 반전입력단자에 연결되는 OP앰프를 구비하는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치의 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    제1 병렬저항값을 계산하는 단계는, 상기 펄스전압이 High 및 Low일 때 상기 펄스전압들 사이의 제1 차이값과, 상기 펄스전압이 High 및 Low일 때 상기 양극전압들 사이의 제2 차이값과, 상기 제1 기준저항 및 제2 기준저항의 병렬저항 값을 이용하여 상기 제1 병렬저항값을 계산하는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치의 제어방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 추정하는 단계는, 자신의 이전 제어절차에 의해 추정된 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값과, 상기 제1 병렬저항값과, 상기 펄스전압 값과, 상기 제1 기준저항 값과, 상기 제2 기준저항 값과, 상기 배터리 전압값을 이용하여 중간변수값을 산출하고, 상기 산출된 중간변수값을 이용하여 양극전압추정값 및 음극전압추정값을 산출하며, 상기 산출된 양극전압추정값과 상기 양극전압 사이의 제1 전압차 및 상기 산출된 음극전압추정값과 상기 음극전압 사이의 제2 전압차를 산출하고, 상기 산출된 제1 전압차 및 제2 전압차의 값이 각각 사전에 정해진 최소치에 도달하는 경우 상기 제1 전압차와 상기 제2 전압차의 비교결과에 대응하여 상기 양극절연저항의 값 및 상기 음극절연저항의 값을 각각 추정하는 것을 특징으로 하는 절연저항 감지장치의 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113702711A (zh) * 2020-05-21 2021-11-26 圣邦微电子（北京）股份有限公司 电阻测试电路及电阻测试方法
CN113702710A (zh) * 2020-05-21 2021-11-26 圣邦微电子（北京）股份有限公司 电阻测试电路及电阻测试方法
CN114994480A (zh) * 2022-06-30 2022-09-02 沃太能源股份有限公司 绝缘耐压测试组件、方法、装置、终端及可读存储介质
KR20230093092A (ko) * 2021-12-17 2023-06-27 주식회사 현대케피코 배터리 절연 파괴 진단 장치

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