KR20170064908A - 친환경 차량의 절연파괴 검출장치 및 방법 - Google Patents

친환경 차량의 절연파괴 검출장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 차량의 절연파괴 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 고전압 배터리의 양단에 위치하는 절연저항의 저항값을 측정하는 측정기, 및 상기 측정기를 통해 상기 절연저항에 걸리는 전압을 측정하고 측정한 전압의 패턴을 분석하여 절연파괴 부위를 검출하는 제어기를 포함한다.

Description

친환경 차량의 절연파괴 검출장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING DIELECTRIC BREAKDOWN IN ECO-FRIENDLY VEHICLE}
본 발명은 절연파괴 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연저항 전압의 파형 분석을 통해 절연파괴 부위를 검출하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량 및 전기자동차 등과 같은 친환경 차량에는 절연파괴 유무를 감지하여 누전으로 인한 피해를 방지하기 위해 절연저항 측정장치가 적용된다.
이러한 종래의 절연저항 측정장치는 AC 절연파괴 환경(가변주파수 성분 포함 환경)에서 절연저항 순시값을 이용하므로 가변주파수 크기만큼 측정값이 변동하고, 전체구간 팩전압 평균값을 이용하는 경우 측정 정확도가 저하된다.
또한, 종래의 절연저항 측정장치는 절연파괴가 발생한 부위를 구분할 수 없다.
JP 20050304138 A2
본 발명은 이상과 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 절연저항 전압의 파형 분석을 통해 절연파괴 부위를 검출하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 절연파괴 검출장치는 고전압 배터리의 양단에 위치하는 절연저항의 저항값을 측정하는 측정기, 및 상기 측정기를 통해 상기 절연저항에 걸리는 전압을 측정하고 측정한 측정전압의 패턴을 분석하여 절연파괴 부위를 검출하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정기는 상기 고전압 배터리의 양단에 위치하는 절연저항들과 각각 직렬로 연결되는 제1저항 및 제2저항, 상기 제1저항 및 제2저항에 각각 직렬로 연결되며 교대로 스위칭되는 제1스위치 및 제2스위치, 상기 제1스위치와 상기 제2스위치의 접점에 연결되는 제3저항, 및 상기 제3저항의 양단 전압을 측정하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 전압분배법칙에 따라 상기 제3저항의 양단 전압을 이용하여 상기 절연저항값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 절연파괴 검출모드 진입 시 상기 제1스위치와 제2스위치 중 어느 하나의 스위치를 선정하여 닫힌 상태로 스위칭하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 선정된 스위치가 닫힌 상태로 스위칭되면, 상기 측정기를 통해 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 상기 절연저항 전압의 기울기가 특정 값으로 수렴하는 경우, DC 절연파괴로 판정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 상기 절연저항 전압의 기울기가 음의 값과 양의 값으로 변동하는 경우, AC 절연파괴로 판정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 절연파괴 검출방법은 고전압 배터리의 양단에 위치하는 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 측정하는 단계, 및 상기 절연저항 전압의 파형에 근거하여 절연파괴 부위를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연저항 전압을 측정하는 단계는 절연파괴 검출모드 진입 시 제1스위치와 제2스위치 중 어느 하나의 스위치를 선정하여 닫힌 상태로 스위칭하는 단계, 및 선정된 스위치가 닫힌 상태인 동안 상기 절연저항 전압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연파괴 부위를 판정하는 단계는 상기 절연저항 전압의 기울기 변화를 확인하는 단계, 및 상기 절연저항 전압의 기울기 변화에 따라 절연파괴 부위를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기울기 변화를 확인하는 단계는 상기 절연저항 전압이 이전 절연저항 전압 미만인지를 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연파괴 부위를 판정하는 단계는 상기 절연저항 전압이 상기 이전 절연저항 전압 미만이면, 측정기간이 종료되는 시점에 측정 전구간 배터리 팩 전압 평균 및 측정한 절연저항 전압의 순시값을 연산하고 연산결과에 근거하여 DC 절연파괴로 판정하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연파괴 부위를 판정하는 단계는 상기 절연저항 전압이 상기 이전 절연저항 전압 미만이 아니면, 동일한 측정기간 내 배터리 팩 전압 평균 및 측정한 절연저항 전압 평균을 연산하고 연산결과에 근거하여 AC 절연파괴로 판정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 절연저항에 걸리는 전압을 측정하고 측정된 측정전압의 파형을 분석하여 절연파괴 부위(위치)를 검출할 수 있다. 즉, 본 발명은 AC단 절연파괴 또는 DC단 절연파괴를 구분할 수 있다.
또한, 본 발명은 고전압계통 회로에 의해 배터리 관리 시스템의 절연저항 측정장치로 유입되는 고주파 성분이 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 절연파괴 검출장치를 도시한 블록구성도.
도 2는 본 발명과 관련된 절연상태에서 측정한 절연저항 전압 그래프.
도 3a 및 도 3b는 본 발명과 관련된 절연파괴 상태에서 측정한 절연저항 전압 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 절연파괴 검출방법을 도시한 흐름도.
본 명세서에 기재된 "포함하다", "구성하다", "가지다" 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일", "하나" 및 "그" 등의 관사는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 절연파괴 검출장치를 도시한 블록구성도이고, 도 2는 본 발명과 관련된 절연상태에서 측정한 절연저항 전압 그래프를 도시하며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명과 관련된 절연파괴 상태에서 측정한 절연저항 전압 그래프를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 친환경 차량의 절연파괴 검출장치는 측정기(110) 및 제어기(120)를 포함한다. 절연파괴 검출장치는 배터리 관리 시스템(BMS) 내에 설치된다.
측정기(110)는 차량 내 장착되는 고전압 배터리(Batt)와 자체 그라운드 사이에 위치하는 제1절연저항(Ri1) 또는 제2절연저항(Ri2)의 저항값을 측정한다. 제1절연저항(Ri1) 및 제2절연저항(Ri2)은 고전압 배터리(Batt)의 양단에 각각 배치된다.
측정기(110)는 제1저항(Rs1), 제2저항(Rs2), 제3저항(Rm), 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2), 및 비교기(CMP)를 포함한다.
제1저항(Rs1)의 일단은 제1절연저항(Ri1)에 직렬로 연결되고, 타단은 제1스위치(SW1)의 일단과 직렬로 연결된다.
제2저항(Rs2)의 일단은 제2절연저항(Ri2)과 직렬로 연결되고, 타단은 제2스위치(SW2)의 일단과 직렬로 연결된다. 제2저항(Rs2)은 제1저항(Rs1)과 병렬로 연결된다.
제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)는 교대로 닫힌 상태(close)가 된다. 예를 들어, 제1스위치(SW1)이 닫힌 상태로 스위칭될 때, 제2스위치(SW2)는 열린 상태(open)로 스위칭된다. 한편, 제1스위치(SW1)이 열린 상태로 스위칭될 때, 제2스위치(SW2)는 닫힌 상태로 스위칭된다.
측정기(110)는 제1스위치(SW1)가 닫힌 상태인 동안 배터리(Batt)의 +측 절연저항(Ri1)을 측정하고, 제2스위치(SW2)가 닫힌 상태인 동안 배터리(Batt)의 -측 절연저항(Ri2)을 측정한다.
제3저항(Rm)은 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)의 접점과 자체 그라운드 사이에 배치된다. 제3저항(Rm)은 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2)의 동작에 따라 제1저항(Rs1) 또는 제2저항(Rs2)과 직렬로 연결된다.
비교기(CMP)는 제3저항(Rm)의 양단 전압 VRm을 센싱하여 제어기(120)로 전송한다. 비교기(CMP)는 절연저항에 따른 제3저항(Rm)의 양단 전압 VRm을 측정한다.
비교기(CMP)는 제어기(120)의 제어에 따라 전압 안정화 시점에서 제3저항(Rm)에 걸리는 전압을 측정한다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 전압이 안정화되는 시점(화살표)에서 제3저항(Rm)에 걸리는 전압을 측정한다.
제어기(120)는 측정기(110)를 이용하여 주기적으로 절연저항(Ri1 또는 Ri2)의 저항값(절연저항값)을 측정한다. 이때, 제어기(120)는 전압 분배 법칙에 따라 측정기(110)를 통해 측정한 측정전압을 이용하여 절연저항값을 연산한다.
제어기(120)는 절연파괴 검출모드 진입 시 제1스위치(SW1) 및 제2스위치(SW2)로 스위칭 명령을 전송하여 제1스위치(SW1) 또는 제2스위치(SW2)를 닫힌 상태로 스위칭시킨다. 스위치(SW1, SW2)의 닫힌 상태는 한 주기(T)의 1/2 동안 유지되며 이 기간 동안 절연저항에 걸리는 전압(절연저항 전압)을 측정한다.
제어기(120)는 측정한 절연저항 전압 Viso(t)의 파형분석을 통해 AC단 절연파괴인지 또는 DC단 절연파괴인지를 구분하여 검출한다. 제어기(120)는 측정한 절연저항 전압의 기울기가 측정기간 동안 지속적으로 특정 값(예: 0 또는 음의 값)에 수렴하면 DC 절연파괴로 판정한다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제어기(120)는 절연저항 전압의 기울기가 특정 값으로 수렴되어 안정화되면 DC 절연파괴로 판정한다.
한편, 제어기(120)는 측정한 절연저항 전압의 기울기가 음의 값과 양의 값으로 계속 변동하는 경우, AC 절연파괴로 판정한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 3상 제어로 인한 절연저항 전압의 기울기가 음과 양으로 계속 변동하는 경우 AC 절연파괴로 판정한다.
이를 위해, 제어기(120)는 측정기(110)를 통해 현재의 절연저항 전압 Viso(t)을 측정한다. 그리고, 제어기(120)는 측정한 현재의 절연저항 전압 Vsio(t)이 이전에 측정된 절연저항 전압(이전 절연저항 전압) Viso(t-1) 미만인지를 확인한다. 다시 말해서, 제어기(120)는 측정한 절연저항 전압 Viso(t)의 기울기가 역전되는 현상이 발생하는지를 확인하는 것이다.
제어기(120)는 측정한 절연저항 전압 Viso(t)이 이전 측정전압 Viso(t-1) 미만이면, 측정기간(측정구간) 종료여부를 확인한다. 예컨대, 제어기(120)는 T/2의 시간에 도달했는지를 확인한다.
제어기(120)는 측정기간이 종료되면 측정 전구간 배터리 팩 전압 평균 및 측정한 절연저항 전압의 순시값을 연산한다. 제어기(120)는 연산한 값들이 기설정된 임계치 미만이면 DC 절연파괴로 판정한다. 여기서, 임계치는 사전에 실험을 통해 획득한 값일 수 있다.
한편, 제어기(120)는 측정한 절연저항 전압 Viso(t)이 이전 측정전압 Viso(t-1) 미만이 아니면, 동일한 측정기간 내 배터리 팩(pack) 전압 평균 및 측정된 절연저항 전압의 평균을 연산한다. 제어기(120)는 연산한 평균값들이 기설정된 임계치 미만이면 AC단 절연파괴로 판정한다. 여기서, 임계치는 사전에 실험을 통해 획득한 값일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 차량의 절연파괴 검출방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명에 따른 절연파괴 검출방법은 고전압 배터리의 양단에 위치하는 절연저항에 걸리는 전압을 측정하고 측정한 측정전압의 파형을 분석하여 AC단 절연파괴인지 DC단 절연파괴인지를 판정한다.
이하, 절연파괴 검출방법을 좀더 상세하게 설명한다.
제어기(120)는 절연파괴 검출모드 진입 시 측정기(110)의 제1스위치(SW1)과 제2스위치(SW2) 중 어느 하나의 스위치(SW1 또는 SW2)를 선정하여 닫힌 상태로 스위칭한다(S110).
제어기(120)는 선정된 스위치(SW1 또는 SW2)가 닫힌 상태로 스위칭되면 측정기(110)를 통해 절연저항에 걸리는 현재의 절연저항 전압을 측정한다(S120).
제어기(120)는 측정한 현재 절연저항 전압과 이전에 측정된 절연저항 전압(이전 절연저항 전압)을 비교한다(S130). 다시 말해서, 제어기(120)는 측정된 절연저항 전압의 기울기를 확인하여 기울기의 역전현상이 발생하는지를 확인한다.
제어기(120)는 현재 절연저항 전압이 이전 절연저항 미만이면 측정 기간(구간)의 종료여부를 확인한다(S140).
제어기(120)는 측정기간 종료 시 측정 전구간 배터리 팩 전압 평균 및 측정된 절연저항 전압의 순시값을 연산한다(S150).
제어기(120)는 연산한 값들이 기설정된 임계치 미만이면 DC 절연파괴로 판정한다(S160, S170).
한편, S130에서 현재 절연저항 전압이 이전 절연저항 전압 이상이면, 제어기(120)는 동일한 측정기간 내 배터리 팩 전압 평균 및 측정된 절연저항 전압 평균을 연산한다(S155).
제어기(120)는 연산한 평균값들이 기설정된 임계치 미만인지를 확인한다(S165). 제어기(120)는 연산된 팩 전압 평균 및 절연저항 측정전압 평균이 기설정된 임계치 미만이면 AC 절연파괴 여부를 판정한다(S175).
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다.
110: 측정기
120: 제어기

Claims (13)

  1. 고전압 배터리의 양단에 위치하는 절연저항의 저항값을 측정하는 측정기, 및
    상기 측정기를 통해 상기 절연저항에 걸리는 전압을 측정하고 측정한 측정전압의 패턴을 분석하여 절연파괴 부위를 검출하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정기는,
    상기 고전압 배터리의 양단에 위치하는 절연저항들과 각각 직렬로 연결되는 제1저항 및 제2저항,
    상기 제1저항 및 제2저항에 각각 직렬로 연결되며 교대로 스위칭되는 제1스위치 및 제2스위치,
    상기 제1스위치와 상기 제2스위치의 접점에 연결되는 제3저항, 및
    상기 제3저항의 양단 전압을 측정하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는,
    전압분배법칙에 따라 상기 제3저항의 양단 전압을 이용하여 상기 절연저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는,
    절연파괴 검출모드 진입 시 상기 제1스위치와 제2스위치 중 어느 하나의 스위치를 선정하여 닫힌 상태로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는,
    선정된 스위치가 닫힌 상태로 스위칭되면, 상기 측정기를 통해 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 절연저항 전압의 기울기가 특정 값으로 수렴하는 경우, DC 절연파괴로 판정하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 절연저항 전압의 기울기가 음의 값과 양의 값으로 변동하는 경우, AC 절연파괴로 판정하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출장치.
  8. 고전압 배터리의 양단에 위치하는 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 측정하는 단계, 및
    상기 절연저항 전압의 파형에 근거하여 절연파괴 부위를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연저항 전압을 측정하는 단계는,
    절연파괴 검출모드 진입 시, 제1스위치와 제2스위치 중 어느 하나의 스위치를 선정하여 닫힌 상태로 스위칭하는 단계, 및
    선정된 스위치가 닫힌 상태인 동안 상기 절연저항 전압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 절연파괴 부위를 판정하는 단계는,
    상기 절연저항 전압의 기울기 변화를 확인하는 단계, 및
    상기 절연저항 전압의 기울기 변화에 따라 절연파괴 부위를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기울기 변화를 확인하는 단계는,
    상기 절연저항 전압이 이전 절연저항 전압 미만인지를 확인하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연파괴 부위를 판정하는 단계는,
    상기 절연저항 전압이 상기 이전 절연저항 전압 미만이면, 측정기간이 종료되는 시점에 측정 전구간 배터리 팩 전압 평균 및 측정한 절연저항 전압의 순시값을 연산하고 연산결과에 근거하여 DC 절연파괴로 판정하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 절연파괴 부위를 판정하는 단계는,
    상기 절연저항 전압이 상기 이전 절연저항 전압 미만이 아니면, 동일한 측정기간 내 배터리 팩 전압 평균 및 측정한 절연저항 전압 평균을 연산하고 연산결과에 근거하여 AC 절연파괴로 판정하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 절연파괴 검출방법.
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