KR20190088153A - 병렬구성 에너지저장장치의 절연저항 측정시스템 및 그 방법 - Google Patents

병렬구성 에너지저장장치의 절연저항 측정시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연저항 측정시스템에 관한 것으로, 병렬 연결된 복수의 배터리 그룹, 배터리 그룹별로 개별 병렬 연결되어 절연저항을 측정하는 적어도 하나 이상의 절연저항 측정부, 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부, 절연저항 측정부의 입출력단에 연결되는 제 2 스위칭부, 및 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부의 동작을 제어하고, 절연저항 측정부에 전원을 공급하며, 절연저항 측정부로부터 측정된 절연저항 정보를 수신하는 제어부를 포함하고, 제어부는 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부를 제어하여, 절연저항 측정부가 절연 저항을 측정할 때 해당 배터리 그룹과 독립적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 함으로써 절연저항 측정부의 병렬연결에 의해 절연저항이 감소되지 않도록 할 수 있다.

Description

병렬구성 에너지저장장치의 절연저항 측정시스템 및 그 방법{Insulation resistance measuring apparatus for parallel energy storage system and method thereof}
본 발명은 절연저항 측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병렬구성 에너지저장장치에 대한 절연저항측정시스템의 병렬연결에 의한 절연저항이 감소되지 않도록 하는 절연저항 측정시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
대용량 에너지저장장치에서 용량을 증가하기 위해, 배터리 구성을 병렬로 연결한다. 배터리 용량이 늘어나는 만큼 전기적인 안전성이 개선되어야 하며 구체적으로 누전 및 기타 사유로 절연저항 확보가 중요한 요소가 되고 있다.
병렬구성의 대용량 에너지저장장치의 전기적 안전성을 확보하기 위해, 일반적으로 몇 가지 구성에서 절연저항을 측정한다. 먼저, 상위단(출력 종단)에서 절연저항을 측정할 수 있다. 복수의 배터리 그룹이 병렬 연결된 종단에 절연 저항을 측정하는 경우 1대의 절연저항 측정기로 전체의 절연저항 측정을 하고, 하부단의 배터리 그룹 각각에서 절연저항이 낮아질 경우 계통을 분리하고 고장 부분을 별도의 계측하여 유지 보수하여야 한다. 또는 하부단(배터리 그룹)에서 절연저항을 측정할 수 있다. 복수의 배터리 그룹 각각의 출력단에 절연 저항을 측정하고 1개의 배터리 그룹에 1대의 절연저항 측정기를 설치하고, 배터리 그룹 각각의 절연저항이 낮아질 경우 하위 계통을 분리하고 별도로 절연저항을 측정하게 된다.
절연저항 측정을 위해 절연저항측정기를 병렬로 연결하는 경우, 절연저항측정기 내부 저항에 의하여 전체 절연 저항일 줄어드는 문제점이 있고, 병렬연결 구성 수량에 비례해서 저항값은 감소하게 된다. 따라서, 대용량의 배터리를 병렬 연결에 상태로 측정하기 어렵다. 또한, 각각의 배터리 그룹마다 절연저항 측정시간을 각각 다르고, 특정 배터리 그룹의 절연저항이 낮을 경우 측정 시간은 상대적으로 길어져 전체 측정시간을 보증할 수 없다. 시스템 전체에 1개의 절연저항측정기가 설치되는 경우 고장 배터리 그룹을 효과적으로 파악하기 어렵고, 배터리 그룹에 각각의 절연저항측정기가 설치된 경우에도 전기적으로 절연저항측정기가 연결되어, 고장 배터리 그룹을 파악하기 용이하지 않다.
한국공개특허 제10-2003-0030035호
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는, 병렬구성 에너지저장장치에 대한 절연저항측정시스템의 병렬연결에 의한 절연저항이 감소되지 않도록 하는 절연저항 측정시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는, 병렬구성 에너지저장장치에 대한 절연저항측정시스템의 병렬연결에 의한 절연저항이 감소되지 않도록 하는 절연저항 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 절연저항 측정시스템는, 병렬 연결된 복수의 배터리 그룹; 배터리 그룹별로 개별 병렬 연결되어 절연저항을 측정하는 적어도 하나 이상의 절연저항 측정부; 상기 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부; 상기 절연저항 측정부의 입출력단에 연결되는 제 2 스위칭부; 및 상기 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부의 동작을 제어하고, 상기 절연저항 측정부에 전원을 공급하며, 상기 절연저항 측정부로부터 측정된 절연저항 정보를 수신하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부를 제어하여, 상기 절연저항 측정부가 절연 저항을 측정할 때 해당 배터리 그룹과 독립적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 초기 전원 공급 전, 상기 제어부는, 상기 제 1 스위칭부를 오픈하고, 상기 제 2 스위칭부를 연결하며, 상기 절연저항 측정부에 전원을 공급하고, 상기 절연저항 측정부로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외할 수 있다.
또는, 전원 공급 중 전체 절연저항의 감소가 감지되면, 상기 제어부는, 상기 배터리 그룹 중 절연저항을 측정할 배터리 그룹의 입력단에 연결된 제 1 스위칭부를 오픈하고, 해당 배터리 그룹의 절연저항을 측정하는 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 연결하며, 해당 절연저항 측정부에 전원을 공급하고, 해당 절연저항 측정부로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 경우 해당 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외할 수 있다.
상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 절연저항 측정방법은 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부를 오픈하고, 절연저항 측정부의 입출력단에 연결되는 제 2 스위칭부를 연결하는 단계; 상기 절연저항 측정부에 전원을 공급하여, 각 배터리 그룹의 절연 저항을 측정하는 단계; 상기 절연저항 측정부가 측정하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외하는 단계; 및 상기 병렬 연결에서 제외된 배터리 그룹 이외의 배터리 그룹의 절연 저항값이 기준 저항값 이상이면, 해당 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부를 연결하고, 전원을 공급하는 단계를 포함하고, 상기 배터리 그룹은, 복수 개가 병렬로 연결되고, 상기 절연저항 측정부는, 배터리 그룹별로 개별 병렬 연결되어 절연저항을 측정하며, 절연저항 측정이 기준 시간 이전에 완료되면, 해당 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 오픈하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전원 공급 중 전체 절연저항의 감소가 감지되면, 복수의 배터리 그룹 중 절연저항을 측정할 배터리 그룹의 입력단에 연결된 제 1 스위칭부를 오픈하고, 해당 배터리 그룹의 절연저항을 측정하는 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 연결하는 단계; 상기 제 2 스위칭부가 연결된 절연저항 측정부에 전원을 공급하여, 절연 저항을 측정하는 단계; 및 상기 절연저항 측정부로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 경우 해당 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따르면 절연저항 측정부에 계전기를 추가하여 배터리 그룹간에 전기적으로 분리되도록 구성되어, 이로인해 배터리 그룹의 수량이 n개 증가해도 회로적으로 병렬연결에 의해 절연저항이 감소되지 않도록 할 수 있다. 또한, 절연저항 측정완료시간에 따라 개별적으로 동작킬 수 있어, 전체 시스템 작동시간에 영향을 주지 않는다. 나아가, 고장의 원인이 되는 배터리 그룹을 탐지하여 고장전파를 방지하고 정비를 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 종래의 절연저항 측정시스템을 나타낸 회로도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 절연저항 측정시스템의 구성 및 연결 상태를 나타낸 회로도이고, 도 5는 전체 절연저항 측정과정을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 절연저항 측정방법의 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정시스템의 블록도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정시스템(100)은 배터리 그룹(110), 절연저항 측정부(120), 제 1 스위칭부(130), 제 2 스위칭부(140), 및 제어부(150)로 구성된다. 전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
배터리 그룹(110)은 절연저항을 측정하고자 하는 에너지저장장치이다. 복수의 배터리 그룹이 병렬로 연결된다. 배터리 그룹은 하나 이상의 배터리로 구성될 수 있다. 배터리 그룹 내에 포함되는 배터리들은 직렬, 병렬, 또는 직병렬 형태로 연결될 수 있다.
절연저항 측정부(120)는 배터리 그룹별로 개별 병렬 연결되어 절연저항을 측정한다. 배터리 그룹 하나당 하나의 절연저항 측정부(120)가 개별 병렬 연결된다. 절연저항 측정부(120)는 개별 병렬 연결된 배터리 그룹의 절연저항을 측정한다.
제 1 스위칭부(130)는 배터리 그룹(110)의 입력단에 연결된다. 제 1 스위칭부(130)는 배터리 그룹(110)의 입력단에 연결되어 결합시 배터리 그룹으로 전원이 공급되는 경로를 형성하고, 오픈(OPEN)시 해당 경로를 차단한다.
제 2 스위칭부(140)는 절연저항 측정부(120)의 입출력단에 연결된다. 제 2 스위칭부(140)는 절연저항 측정부(120)의 입출력단 양측에 연결되어 결합시 절연저항 측정부(120)와 배터리 그룹(110)의 연결 경로를 형성하고, 오픈시 해당 경로를 차단한다. 입력단의 제 2 스위칭부(140)와 출력단의 제 2 스위칭부(140)는 동일한 동작을 수행할 수 있다.
제 1 스위칭부(130) 또는 제 2 스위칭부(140)는 계전기(relay)일 수 있다. 여기서, 계전기는 전기회로를 개폐하기 위하여 전자력을 이용하는 스위칭 장치이다. 제 1 스위칭부(130) 또는 제 2 스위칭부(140)는 다른 형태의 스위칭소자로 구성될 수 있다. 기계적 스위치 또는 트랜지스터로 형성될 수 있다. 이외의 다양한 형태의 스위칭소자로 형성될 수 있다.
제어부(150)는 제 1 스위칭부(130) 및 제 2 스위칭부(140)의 동작을 제어하고, 절연저항 측정부(120)에 전원을 공급하며, 절연저항 측정부(120)로부터 측정된 절연저항 정보를 수신한다. 제어부(150)는 제 1 스위칭부(130) 및 제 2 스위칭부(140)를 제어하여, 절연저항 측정부가 절연 저항을 측정할 때, 절연저항 측정부(120)와 배터리 그룹(110)이 독립적으로 연결되도록 하고, 절연저항 측정부(120)에 전원을 공급하여, 절연저항 측정부(120)가 배터리 그룹(110)의 절연저항을 측정하도록 한다. 절연저항 측정부(120)가 배터리 그룹(110)의 절연저항을 측정하면, 절연저항 정보를 수신한다. 수신한 절연저항 정보는 배터리 그룹의 연결 및 제어에 이용된다.
전원부는 병렬로 연결된 배터리 그룹에 전원을 공급할 수 있다.
초기 전원 공급 전 배터리 그룹(110)이 정상인지 또는 누설전류가 있는지를 확인하기 위하여 각 배터리 그룹의 절연저항을 측정한다. 이를 위하여, 제어부(150)는 제 1 스위칭부(130)를 오픈하고, 제 2 스위칭부(140)를 연결하며, 절연저항 측정부(120)에 전원을 공급한다.
제 1 스위칭부(130)가 오픈되고 제 2 스위칭부(140)가 결합되면, 배터리 그룹(110)와 절연저항 측정부(120)가 독립적으로 연결된다. 이때, 다른 경로가 차단되는바, 배터리 그룹(110)와 절연저항 측정부(120)는 직렬로 연결된다. 배터리 그룹(110)과 절연저항 측정부(120)가 직렬로 연결될 상태에서 제어부(150)가 절연저항 측정부(120)에 전원을 공급하면, 절연저항 측정부(120)는 직렬 연결된 배터리 그룹(110)의 절연저항을 측정한다.
절연저항은 하기의 수학식으로부터 산출될 수 있다.
[수학식 1]
절연 저항 = 인가전압 / (충전전류 + 누설전류)
우선 절연저항 측정시 전원은 직류전원을 사용해야 하고, 측정초기에는 큰 직류 충전전류가 흘러서 절연저항이 0에 근접한다. 측정선로에 충전이 완료되면 충전전류는 0이된다. 이후 측정선로에 누설저항 경로를 통해 누설전류만 흐르게 되어 측정선로의 절연 저항값을 측정할 수 있다. 여기서 충전전류는 측정 양단(+,-)부분을 전하를 축전하는 콘덴서 모델로 보고 이 콘덴서에 충전되어지는 직류전류를 충전전류라고 한다. 또한, 누설전류는 전기적으로 상호절연 되어진 구조에서 여러가지 이유로 인해 통전전로가 형성되는 것을 말하고, 통전전로의 전기저항을 의미 즉 누설 저항으로 본다.
절연저항 측정부(120)의 배터리 그룹(110)에 대한 절연저항 측정이 완료되면, 절연저항 정보를 제어부(150)로 피드백한다. 제어부(150)는 상기 절연저항 측정부로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외한다.
절연저항 정보를 이용하여 배터리 그룹이 정상인지를 판단함에 있어서, 절연저항 측정 소요시간 및 절연저항값을 이용한다. 절연저항 측정 소요시간이 기준시간 미만인 경우, 절연저항이 작기 때문이고, 이는 배터리 그룹의 성능이 저하된 상태임을 의미한다. 따라서, 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만인 경우, 해당 배터리 그룹을 부하단 병렬 연결에서 제외하고 고장 배터리 그룹으로 확정할 수 있다. 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 이상이더라도 절연저항값이 기준 저항값 미만인 경우 역시 배터리 그룹의 성능이 저하된 상태를 의미하는바, 해당 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외한다. 기준 시간을 이용하여 빠르게 배터리 그룹의 정상여부 및 병렬 연결 제외여부를 판단할 수 있고, 절연저항값을 이용하여 다시 한번 정확히 절연저항을 확인하여 고장 배터리 그룹을 제외할 수 있다. 절연저항 측정 소요시간이 기준시간 이상이며, 절연저항값이 기준 저항값 이상인 경우, 해당 배터리 그룹은 정상으로 판단하고, 병렬 연결하고 제 1 스위칭부(130)를 연결하여 전원을 공급하여 배터리 그룹을 동작시킨다. 기준 시간 및 기준 저항값은 미리 설정될 수 있다. 절연저항 측정시스템을 관리하는 관리자에 의해 설정되거나, 배터리 그룹 또는 절연저항 측정부의 스펙에 따라 설정될 수 있다. 또는 시뮬레이션이나 과거 데이터를 통해 고장으로 판단되는 배터리 그룹에 대한 절연저항 측정 소요시간 또는 절연저항값을 도출하여, 그에 따라 설정될 수도 있다.
전원을 공급하여 배터리 그룹을 동작시키는 동안 전체 절연저항 감소여부를 감지한다. 이때 교류 누설전류계를 이용하여 전체 절연저항을 측정할 수 있다. 전원 공급 중 전체 절연저항의 감소가 감지되면, 제어부(150)는 상기 배터리 그룹 중 절연저항을 측정할 배터리 그룹의 입력단에 연결된 제 1 스위칭부를 오픈하고, 해당 배터리 그룹의 절연저항을 측정하는 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 연결하며, 해당 절연저항 측정부에 전원을 공급한다. 전원 공급 중 전체 절연저항의 감소가 감지되면, 특정 배터리 그룹에 고장이 발생했다는 의미일 수 있다. 따라서, 어떤 배터리 그룹에 고장이 발생했는지를 판단해야 한다. 다만, 모든 배터리 그룹에 대한 전원 공급을 차단하고 모든 배터리 그룹에 대해 절연저항을 측정하면, 정전이 발생하는바, 전원을 유지한채, 하나 또는 일부의 배터리 그룹에 대해서만 절연저항을 측정할 필요가 있다.
이를 위하여, 제어부(150)는 상기 배터리 그룹 중 절연저항을 측정할 배터리 그룹의 입력단에 연결된 제 1 스위칭부(130)를 오픈하고, 해당 배터리 그룹의 절연저항을 측정하는 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부(140)를 연결하여, 해당 배터리 그룹(110)과 절연저항 측정부(120)를 독립적으로 연결시킨 후, 해당 절연저항 측정부(120)에 전원을 공급하여 절연저항을 측정하고자 하는 배터리 그룹의 절연저항을 측정한다. 절연저항을 측정할 배터리 그룹은 초기 전원을 공급하기 전에 측정되었던 절연저항값을 이용하여 선정할 수 있다. 초기 전원을 공급하기 전에 측정되었던 절연저항값이 가장 낮은 배터리 그룹을 절연저항을 측정할 배터리 그룹으로 선정할 수 있다. 또는, 전원부에서 멀리 떨어진 배터리 그룹부터 순서대로 절연저항을 측정하거나, 과거 데이터를 이용하여 고장이 발생했던 배터리 그룹 또는 고장이 발생할 가능성이 높은 위치의 배터리 그룹을 절연저항을 측정할 배터리 그룹으로 선정할 수 있다.
절연저항을 측정할 배터리 그룹 선정이 완료되면, 해당 배터리 그룹의 입력단에 연결된 제 1 스위칭부(130)를 오픈하고, 해당 배터리 그룹의 절연저항을 측정하는 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부(140)를 연결하고, 해당 절연저항 측정부(120)에 전원을 공급하여 절연저항을 측정한다.
절연저항 측정부(120)는 측정이 완료된 후 절연저항 정보를 제어부(150)로 피드백하고, 제어부(150)는 해당 절연저항 측정부(120)로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 경우 해당 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외할 수 있다. 하나의 배터리 그룹에 대한 절연저항 정보를 이용하는바, 절연저항 측정 소요시간은 고려하지 않고 절연 저항값을 이용하여 해당 배터리 그룹의 고장여부를 판단할 수 있다. 현재 절연저항을 측정한 배터리 그룹이 정상인 경우, 다음 배터리 그룹의 절연저항을 측정하여 고장여부를 판단할 수 있다. 절연저항을 측정할 다음 배터리 그룹은 인접한 배터리 그룹이거나, 이전에 측정되었던 절연 저항값이 다음으로 낮은 배터리 그룹일 수 있다. 또는 오픈된 제 1 스위칭부 후단에 병렬 연결되는 배터리 그룹들은 전원이 차단된 상태일 수 있는바, 해당 배터리 그룹들에 대해 순차적으로 절연저항을 측정할 수 있다. 절연저항 측정을 통해 고장으로 판단된 배터리 그룹은 병렬 연결에서 제외하고, 나머지 배터리 그룹을 다시 병렬 연결하여 전원이 공급되도록 하여 동작을 수행할 수 있도록 한다.
도 2는 종래의 절연저항 측정시스템을 나타낸 회로도이다. 도 2와 같이, 절연저항 측정부로 GFD(Ground Fault Detection, 지락검출기)를 이용하여 배터리 그룹의 절연저항을 측정할 수 있고, 제 1 스위칭부는 계전기 S1 및 S2로 구현될 수 있으며, 제 2 스위칭부는 계전기 S3, S4, S5, 및 S6로 구현될 수 있다. 이때, GFD가 병렬로 연결되며, 병렬 연결되는 GFD의 수가 늘어남에 따라 GFD 내부 저항에 의해 절연저항이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 도 3과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 절연저항 측정시스템은 GFD의 입출력단(+,-)에 S3 내지 S6를 연결하여 형성된다. 절연저항 측정시, 계전기 S1 및 S2는 오픈하고, S3 내지 S6를 연결하여 동시에 각각의 배터리 그룹에 설치된 GFD에서 절연저항 측정을 수행한다. 또한, 일부 배터리 그룹에서 절연저항이 낮을 경우 측정 시간이 증가할 경우 우선 정해진 시간내에 측정된 배터리 그룹을 우선 동작시키고 이후 지연된 GFD에 해당하는 배터리 그룹은 정해진 절연저항 측정값에 따라 작동 여부를 결정할 수 있다. 나아가, 전체 시스템 운용중(부하에 전원 공급) 교류 절연 저항 측정기를 통한 무정전 절연저항 측정과정에서 배터리 그룹에 절연저항이 낮게 측정될 경우, 배터리 그룹을 순차적으로 전원 공급단을 분리하고 GFD에서 절연저항을 각각 측정하여 고장의 원인이 되는 배터리 그룹을 탐지하여 고장전파를 방지하고 정비를 용이하게 할 수 있다.
스위칭부 및 절연저항 측정부의 제어를 위한 제어부는 도 4와 같이, BMS(Battery Management System)으로 구현될 수 있다. 전체 절연저항 측정과정을 도 5와 같이 수행될 수 있다.
초기 전원을 공급시에는 BMS(Battery Management System)에서 전체 스위칭부인 계전기 상태를 오픈(OPEN)상태로 출력한다. 각각의 배터리 그룹의 절연저항 측정부인 GFD 입출력단(+,-)의 S3 내지 S6를 연결하고 GFD에 전원을 공급한다. BMS를 통해서 GFD에 전원을 공급하고, 공급 즉시 각각의 배터리 그룹의 절연저항 측정을 시작한다. 각각 배터리 그룹에 직렬연결되는 GFD는 배터리와 샤시 사이의 절연저항 측정을 수행한다. 기준 시간보다 짧게 절연저항 측정이 완료 되었다면, 절연저항이 성능이 저하된 상태로 해당 절연 저항값을 저장하고, 해당 절연저항 측정부의 제 2 스위칭부에 해당하는 계전기를 오픈한다. 미리 설정된 시간까지 측정된 절연 저항값을 전체를 저장한다. 측정된 절연저항측정값을 확인 후 절연저항 측정부의 제 2 스위칭부에 해당하는 계전기를 오픈한다. 측정된 절연저항 측정값이 기준이상이면 제 1 스위칭부에 해당하는 S1, S2를 연결하여 병렬 연결시키고, 부하에 전원을 공급한다. 정해진 시간을 초과한 배터리 그룹의 절연저항 측정값은 확인 후 기준 이하 일 경우 해당 절연저항 측정부의 제 2 스위칭부를 오픈한다. 기준이하의 절연저항이 측정된 배터리 그룹은 병렬연결 구성에서 제외시키고, 고장 배터리 그룹으로 확정한다.
전원 공급중에는 전체 절연저항 감소여부를 감지한다. 전체 절연저항 감소가 감지되면, 전체 배터리 그룹에서 검사할 배터리 그룹을 선정하고 해당 배터리 그룹 부하측에 제 1 스위칭부에 해당하는 계전기를 오픈한다. 선정되 배터리 그룹에 절연저항 측정부의 제 2 스위칭부에 해당하는 입출력단 계전기를 연결한다. 절연저항 측정후, 절연 저항값이 기준 저항값 범위에 들어오면 정상으로 판단하고 인접 배터리 그룹의 절연저항을 측정한다. 절연저항 측정값이 기준 저항값 미만일 경우 해당 배터리 그룹을 고장으로 판단하고, 부하측에 연결되지 않도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정방법의 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 절연저항 측정방법의 흐름도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 절연저항 측정방법에 대한 상세한 설명은 앞서 설명한 도 1 내지 도 5의 절연저항 측정시스템에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
초기 전원을 공급하기 전에, S11 단계에서 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부를 오픈하고, 절연저항 측정부의 입출력단에 연결되는 제 2 스위칭부를 연결하며, S12 단계에서 상기 절연저항 측정부에 전원을 공급하여, 각 배터리 그룹의 절연 저항을 측정한다. 여기서, 상기 배터리 그룹은 복수 개가 병렬로 연결되고, 상기 절연저항 측정부는 배터리 그룹별로 개별 병렬 연결되어 절연저항을 측정한다.
S13 단계에서 상기 절연저항 측정부가 S12 단계에서 측정하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외한다. 이때, 절연저항 측정이 기준 시간 이전에 완료되면, 해당 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 오픈한다.
상기 병렬 연결에서 제외된 배터리 그룹 이외의 배터리 그룹의 절연 저항값이 기준 저항값 이상이면, S14 단계에서 해당 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부를 연결하고, 전원을 공급한다.
전원을 공급하여 동작하는 중에, 전체 절연저항의 감소가 감지되면, S21 단계에서 복수의 배터리 그룹 중 절연저항을 측정할 배터리 그룹의 입력단에 연결된 제 1 스위칭부를 오픈하고, 해당 배터리 그룹의 절연저항을 측정하는 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 연결하고, S22 단계에서 상기 제 2 스위칭부가 연결된 절연저항 측정부에 전원을 공급하여, 절연 저항을 측정한다.
S22 단계의 절연 저항 측정 결과, 상기 절연저항 측정부로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 경우 S23 단계에서 해당 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외한다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체 (magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체 (optical media), 플롭티컬 디스크 (floptical disk)와 같은 자기-광 매체 (magneto-optical media), 및 롬 (ROM), 램 (RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 배터리 그룹
120: 절연저항 측정부
130: 제 1 스위칭부
140: 제 2 스위칭부
150: 제어부

Claims (5)

  1. 병렬 연결된 복수의 배터리 그룹;
    배터리 그룹별로 개별 병렬 연결되어 절연저항을 측정하는 적어도 하나 이상의 절연저항 측정부;
    상기 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부;
    상기 절연저항 측정부의 입출력단에 연결되는 제 2 스위칭부; 및
    상기 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부의 동작을 제어하고, 상기 절연저항 측정부에 전원을 공급하며, 상기 절연저항 측정부로부터 측정된 절연저항 정보를 수신하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부를 제어하여, 상기 절연저항 측정부가 절연 저항을 측정할 때 해당 배터리 그룹과 독립적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    초기 전원 공급 전,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 스위칭부를 오픈하고, 상기 제 2 스위칭부를 연결하며, 상기 절연저항 측정부에 전원을 공급하고, 상기 절연저항 측정부로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전원 공급 중 전체 절연저항의 감소가 감지되면,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 그룹 중 절연저항을 측정할 배터리 그룹의 입력단에 연결된 제 1 스위칭부를 오픈하고, 해당 배터리 그룹의 절연저항을 측정하는 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 연결하며, 해당 절연저항 측정부에 전원을 공급하고, 해당 절연저항 측정부로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 경우 해당 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정시스템.
  4. 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부를 오픈하고, 절연저항 측정부의 입출력단에 연결되는 제 2 스위칭부를 연결하는 단계;
    상기 절연저항 측정부에 전원을 공급하여, 각 배터리 그룹의 절연 저항을 측정하는 단계;
    상기 절연저항 측정부가 측정하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외하는 단계; 및
    상기 병렬 연결에서 제외된 배터리 그룹 이외의 배터리 그룹의 절연 저항값이 기준 저항값 이상이면, 해당 배터리 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위칭부를 연결하고, 전원을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 배터리 그룹은,
    복수 개가 병렬로 연결되고,
    상기 절연저항 측정부는,
    배터리 그룹별로 개별 병렬 연결되어 절연저항을 측정하며,
    절연저항 측정이 기준 시간 이전에 완료되면, 해당 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 오픈하는 것을 특징으로 하는 절연저항 측정방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    전원 공급 중 전체 절연저항의 감소가 감지되면, 복수의 배터리 그룹 중 절연저항을 측정할 배터리 그룹의 입력단에 연결된 제 1 스위칭부를 오픈하고, 해당 배터리 그룹의 절연저항을 측정하는 절연저항 측정부에 연결된 제 2 스위칭부를 연결하는 단계;
    상기 제 2 스위칭부가 연결된 절연저항 측정부에 전원을 공급하여, 절연 저항을 측정하는 단계; 및
    상기 절연저항 측정부로부터 수신하는 절연저항 정보에 따라 절연저항 측정 소요시간이 기준 시간 미만이거나 절연 저항값이 기준 저항값 미만인 경우 해당 배터리 그룹을 병렬 연결에서 제외하는 단계를 더 포함하는 절연저항 측정방법.
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