KR20220112536A - 절연 저항 측정 장치 및 방법 - Google Patents

절연 저항 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 배터리의 제1 단자로부터 차량의 바디에 접속되는 바디 노드까지 연결되는 경로 상에 접속되는 제1 센싱 저항과, 바디 노드로부터 배터리의 제2 단자까지 연결되는 경로 상에 접속되는 제2 센싱 저항을 포함하는 센싱 저항부, 제1 단자 및 제1 센싱 저항 간의 전류 흐름을 단속하는 제1 스위치와, 제2 단자 및 제2 센싱 저항 간의 전류 흐름을 단속하는 제2 스위치를 포함하는 스위치부, 배터리로부터 인출되거나 배터리로 인입되는 전류로 정의되는 대상 전류를 측정하는 전류 측정부, 및 스위치부의 온오프 동작 제어에 따라 제1 센싱 저항 및 제2 센싱 저항에 선택적으로 흐르는 대상 전류를 전류 측정부를 통해 측정하고, 측정된 대상 전류를 기반으로 배터리와 차량의 바디 간의 절연 저항을 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

절연 저항 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING INSULATION RESISTANCE}
본 발명은 절연 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩과 차량 바디 사이에 형성되는 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등에 대한 연구 개발이 활발해짐에 따라 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구 또한 활발히 진행되고 있으며, 현재 상용화된 배터리 팩(Battery Pack)은 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이온 배터리 등과 같은 재충전 가능한 축전 소자를 포함한다.
전기 자동차와 같이 고전압이 요구되는 대형 전기 제품에 적용되는 배터리 팩의 경우, 배터리 팩과 차량 바디(즉, 접지) 간의 절연이 완벽히 유지될 필요가 있다. 배터리 팩의 절연 상태가 유지되지 못할 경우 누설 전류가 발생하게 되며, 누설 전류는 배터리의 방전과 배터리가 장착된 전자 기기들의 오작동 및 고장의 원인이 될 수 있다. 특히, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고전압 배터리에서 누설 전류가 발생하게 되면, 사용자에게 치명적인 감전 피해를 줄 수 있다. 배터리 팩의 절연 열화를 보다 정확하게 판단하여 상기와 같은 위험을 해소하기 위해서는 배터리 팩과 차량 바디 간의 절연 저항을 보다 정확하고 간소하게 측정하는 과정이 선결되어야 한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0063170호(2014.05.27. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 목적은 배터리 팩과 차량 바디 간의 절연 저항을 보다 정확하고 간소하게 측정하여 배터리 팩의 절연 열화에 따른 누설 전류로 인한 위험을 제거할 수 있는 절연 저항 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 절연 저항 측정 장치는 배터리의 제1 단자로부터 차량의 바디에 접속되는 바디 노드까지 연결되는 경로 상에 접속되는 제1 센싱 저항과, 상기 바디 노드로부터 상기 배터리의 제2 단자까지 연결되는 경로 상에 접속되는 제2 센싱 저항을 포함하는 센싱 저항부, 상기 제1 단자 및 상기 제1 센싱 저항 간의 전류 흐름을 단속하는 제1 스위치와, 상기 제2 단자 및 상기 제2 센싱 저항 간의 전류 흐름을 단속하는 제2 스위치를 포함하는 스위치부, 상기 배터리로부터 인출되거나 상기 배터리로 인입되는 전류로 정의되는 대상 전류를 측정하는 전류 측정부, 및 상기 스위치부의 온오프 동작 제어에 따라 상기 제1 센싱 저항 및 상기 제2 센싱 저항에 선택적으로 흐르는 상기 대상 전류를 상기 전류 측정부를 통해 측정하고, 상기 측정된 대상 전류를 기반으로 상기 배터리와 상기 차량의 바디 간의 절연 저항을 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 절연 저항은, 상기 제1 단자 및 상기 바디 노드 사이에 형성되는 제1 절연 저항과, 상기 제2 단자 및 상기 바디 노드 사이에 형성되는 제2 절연 저항을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 스위치를 상보적으로 턴 온 및 턴 오프시켜 상기 제1 및 제2 절연 저항을 각각 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 제1 절연 저항을 측정할 때, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 각각 턴 오프 및 턴 온 시킨 상태에서, 상기 제1 단자, 상기 바디 노드, 상기 제2 센싱 저항 및 상기 제2 단자로 연결되는 전류 경로를 흐르는 상기 대상 전류를 상기 전류 측정부를 통해 측정하는 방식으로 상기 제1 절연 저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 측정된 대상 전류 및 상기 배터리의 전압으로부터 산출되는, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이의 제1 합성 저항의 저항값으로부터 상기 제2 센싱 저항의 저항값을 차감하여 상기 제1 절연 저항의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 제2 절연 저항을 측정할 때, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 각각 턴 온 및 턴 오프 시킨 상태에서, 상기 제1 단자, 상기 제1 센싱 저항, 상기 바디 노드 및 상기 제2 단자로 연결되는 전류 경로를 흐르는 상기 대상 전류를 상기 전류 측정부를 통해 측정하는 방식으로 상기 제2 절연 저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 측정된 대상 전류 및 상기 배터리의 전압으로부터 산출되는, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이의 제2 합성 저항의 저항값으로부터 상기 제1 센싱 저항의 저항값을 차감하여 상기 제2 절연 저항의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 측정된 절연 저항의 저항값이 미리 설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 상위 제어기에 절연 저항의 열화를 통지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 대상 전류를 기반으로 상기 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 모드와, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류를 기반으로 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)를 산출하여 상기 배터리의 상태를 관리하는 배터리 관리 모드를 독립적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 배터리 관리 모드에서 상기 제1 및 제2 스위치를 턴 오프시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 절연 저항 측정 장치는, 상기 제1 센싱 저항의 양단 전압과 상기 제2 센싱 저항의 양단 전압을 측정하는 전압계를 구비하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 절연 저항 측정 방법은 제어부가, 상기 스위치부의 온오프 동작 제어에 따라 상기 제1 센싱 저항 및 상기 제2 센싱 저항에 선택적으로 흐르는 상기 대상 전류를 상기 전류 측정부를 통해 측정하는 단계, 및 상기 제어부가, 상기 측정된 대상 전류를 기반으로 상기 배터리와 상기 차량의 바디 간의 절연 저항을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 배터리 팩과 차량 바디 간의 절연 저항을 측정하기 위해 요구되는 별도의 전압 측정 장치 없이, BMS(Battery Management System)에 구비되는 전류 센서만을 이용하여 절연 저항을 측정함으로써, 절연 저항 측정을 위해 요구되는 비용을 절감시킴과 동시에 제어기의 사이즈를 축소하여 BMS의 간소화 효과를 도출할 수 있으며, 절연 저항의 열화를 사전에 검출함으로써 절연 열화에 따른 누설 전류로 인한 위험을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치의 회로 구성을 보인 예시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치에서 각각 제1 절연 저항 및 제2 절연 저항을 측정하는 과정을 보인 예시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 절연 저항 측정 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치를 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치의 회로 구성을 보인 예시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치에서 각각 제1 절연 저항 및 제2 절연 저항을 측정하는 과정을 보인 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치는 센싱 저항부(100), 스위치부(200), 전류 측정부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있으며, 도 2에 도시된 것과 같이 상기 각 구성은 차량에 적용되는 BMS(Battery Management System)를 구성하는 하위 요소에 해당할 수 있다. 한편, 이하에서 표기하는 배터리(BAT)는 단위 배터리 셀(Battery Cell)을 의미할 수 있고, 배터리 셀이 스택으로 적층되어 형성되는 배터리 팩(Battery Pack)을 의미할 수도 있다. 이하에서는 도 2에 도시된 것과 같이 배터리(BAT)가 배터리 팩에 해당하는 예시로서 설명한다.
도 2를 참조하여 절연 저항 측정 장치에 포함되는 각 하위 구성을 설명하면, 먼저 센싱 저항부(100)는 제1 센싱 저항(RS1)과 제2 센싱 저항(RS2)을 포함한다. 제1 센싱 저항(RS1)은 배터리(BAT)의 제1 단자(N1)(예: 배터리 팩의 양극 단자)로부터 차량의 바디(즉, 접지)에 접속되는 노드(본 실시예에서 바디 노드(NB)로 정의한다)까지 연결되는 경로 상에 접속되며, 제2 센싱 저항(RS2)은 바디 노드(NB)로부터 배터리(BAT)의 제2 단자(N2)(예: 배터리 팩의 음극 단자)까지 연결되는 경로 상에 접속된다. 제1 및 제2 센싱 저항(RS1, RS2)은 후술하는 대상 전류가 흐르는 경로를 형성하기 위한 소자로서 기능하며, 또한 그 저항값은 절연 저항의 저항값을 산출하기 위한 인자로서 기능한다. 이를 위해, 제1 및 제2 센싱 저항(RS1, RS2)은 각각 고정된 저항값을 가지며, 제1 및 제2 센싱 저항(RS1, RS2)의 각 저항값은 후술하는 제어부(400)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
스위치부(200)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 포함한다. 제1 스위치(SW1)는 제1 단자(N1) 및 제1 센싱 저항(RS1) 사이에 접속되어 제어부(400)의 제어에 따라 제1 단자(N1) 및 제1 센싱 저항(RS1) 간의 전류 흐름을 단속하도록 동작하고, 제2 스위치(SW2)는 제2 단자(N2) 및 제2 센싱 저항(RS2) 사이에 접속되어 제어부(400)의 제어에 따라 제2 단자(N2) 및 제2 센싱 저항(RS2) 간의 전류 흐름을 단속하도록 동작한다. 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 릴레이, BJT 또는 FET 등 전류 흐름을 단속할 수 있는 범위 내에서 다양한 소자로 구현될 수 있다.
전류 측정부(300)는 배터리(BAT)로부터 인출되거나 배터리(BAT)로 인입되는 전류를 측정하는 전류 센서로 기능하며, 본 실시예에서 배터리(BAT)로부터 인출되거나 배터리(BAT)로 인입되는 전류를 대상 전류로 정의한다. 배터리(BAT)로부터 인출되는 전류를 측정하기 위해 전류 측정부(300)는 배터리(BAT)의 제1 단자(N1)에 접속될 수도 있고, 또는 배터리(BAT)로 인입되는 전류를 측정하기 위해 전류 측정부(300)는 배터리(BAT)의 제2 단자(N2)에 접속될 수도 있다. 본 실시예에서는 대상 전류가 배터리(BAT)로 인입되는 전류에 해당하고, 이에 따라 전류 측정부(300)가 배터리(BAT)의 제2 단자(N2)에 접속되는 예시로서 설명한다.
앞서 언급한 것과 같이 전류 측정부(300)는 차량에 적용된 BMS의 내부 구성에 해당할 수 있으며, 이에 따라 BMS는 통상적으로 전류 측정부(300)를 통해 배터리(BAT)에 흐르는 전류를 측정하고 배터리(BAT)의 SOC(State Of Charge) 또는 SOH(State Of Health)를 산출하여 배터리(BAT)의 상태를 관리하도록 동작한다. 본 실시예에서는 상기와 같이 BMS에 구비되는 전류 측정부(300)(즉, 전류 센서)를, 배터리(BAT)의 상태 관리에 활용하는 것에 더하여, 절연 저항을 측정하기 위한 용도로서 활용한다. 이에 따라, 본 실시예는 도 2에 도시된 것과 같이 절연 저항을 측정하기 위한 소자로서, 제1 센싱 저항(RS1)의 양단 전압과 제2 센싱 저항(RS2)의 양단 전압을 측정하는 전압계를 별도로 구비하지 않는다.
제어부(400)는 BMS를 구성하는 마이크로컨트롤러(Micro Controller에 해당할 수 있으며, 앞서 언급한 것과 같이 통상의 동작 시 전류 측정부(300)를 통해 배터리(BAT)에 흐르는 전류를 측정하고 배터리(BAT)의 SOC 또는 SOH를 산출하여 배터리(BAT)의 상태를 관리하도록 동작하는 제어기로서 기능한다(배터리 관리 모드). 상기한 배터리 관리 모드와 독립적으로, 본 실시예에서 제어부(400)는 배터리(BAT)와 차량의 바디 간의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 모드에서 동작할 수 있다.
구체적으로, 절연 저항 측정 모드에서, 제어부(400)는 스위치부(200)의 온오프 동작 제어에 따라 제1 센싱 저항(RS1) 및 제2 센싱 저항(RS2)에 선택적으로 흐르는 대상 전류를 전류 측정부(300)를 통해 측정하고, 측정된 대상 전류를 기반으로 배터리(BAT)와 차량의 바디 간의 절연 저항을 측정하도록 동작한다. 여기서, 절연 저항은 배터리(BAT)의 제1 단자(N1) 및 바디 노드(NB) 사이에 형성되는 제1 절연 저항과, 배터리(BAT)의 제2 단자(N2) 및 바디 노드(NB) 사이에 형성되는 제2 절연 저항을 포함한다. 그리고, 제어부(400)는 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)를 상보적으로 턴 온 및 턴 오프시켜 제1 및 제2 절연 저항을 각각 측정하도록 동작한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 제1 및 제2 절연 저항을 측정하는 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저 제1 절연 저항을 측정할 때, 제어부(400)는 도 3에 도시된 것과 같이 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 각각 턴 오프 및 턴 온 시키며, 이에 따라 형성되는 전류 경로, 즉 제1 단자(N1), 바디 노드(NB), 제2 센싱 저항(RS2) 및 제2 단자(N2)로 연결되는 전류 경로를 흐르는 대상 전류를 전류 측정부(300)를 통해 측정하는 방식으로 제1 절연 저항을 측정한다.
구체적으로, 제어부(400)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 각각 턴 오프 및 턴 온 시킨 상태에서 측정된 대상 전류와, BMS에 의해 측정된 배터리(BAT)의 전압으로부터, 배터리(BAT)의 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2) 사이의 합성 저항(제1 합성 저항으로 정의한다)의 저항값을 산출할 수 있으며, 산출된 제1 합성 저항의 저항값으로부터 제2 센싱 저항(RS2)의 저항값을 차감하여 제1 절연 저항의 저항값을 산출할 수 있다. 이를 수식으로 표현하면 하기 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
수학식 1에서 RLeak(+)는 제1 절연 저항, Rtot1은 제1 합성 저항, Rs2는 제2 센싱 저항, Vbat는 배터리 전압, Imeasured는 대상 전류를 의미한다. 한편, 제1 절연 저항을 측정할 때, 바디 노드(NB)로부터 제2 절연 저항을 거쳐 배터리(BAT)의 제2 단자(N2)로 흐르는 전류를 무시하기 위해, 제2 센싱 저항(RS2)의 저항값은 충분히 작은 값으로 설계되어 있을 수 있으며, 그 값은 설계자의 실험적 결과에 기초하여 결정된다.
다음으로 제2 절연 저항을 측정할 때, 제어부(400)는 도 4에 도시된 것과 같이 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 각각 턴 온 및 턴 오프 시키며, 이에 따라 형성되는 전류 경로, 즉 제1 단자(N1), 제1 센싱 저항(RS1), 바디 노드(NB), 및 제2 단자(N2)로 연결되는 전류 경로를 흐르는 대상 전류를 전류 측정부(300)를 통해 측정하는 방식으로 제2 절연 저항을 측정한다.
구체적으로, 제어부(400)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 각각 턴 온 및 턴 오프 시킨 상태에서 측정된 대상 전류와, BMS에 의해 측정된 배터리(BAT)의 전압으로부터, 배터리(BAT)의 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2) 사이의 합성 저항(제2 합성 저항으로 정의한다)의 저항값을 산출할 수 있으며, 산출된 제2 합성 저항의 저항값으로부터 제1 센싱 저항(RS1)의 저항값을 차감하여 제2 절연 저항의 저항값을 산출할 수 있다. 이를 수식으로 표현하면 하기 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
수학식 2에서 RLeak(-)는 제2 절연 저항, Rtot2은 제2 합성 저항, Rs1는 제1 센싱 저항, Vbat는 배터리 전압, Imeasured는 대상 전류를 의미한다. 한편, 제2 절연 저항을 측정할 때, 제1 단자(N1)로부터 제1 절연 저항을 거쳐 바디 노드(NB)로 흐르는 전류를 무시하기 위해, 제1 센싱 저항(RS1)의 저항값은 충분히 작은 값으로 설계되어 있을 수 있으며, 그 값은 설계자의 실험적 결과에 기초하여 결정된다.
이후, 제어부(400)는 상기와 같이 측정된 절연 저항의 저항값(즉, 제1 및 제2 절연 저항의 각 저항값)이 미리 설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 상위 제어기에 절연 저항의 열화를 통지할 수 있다. 정상 범위는 차량의 전자 기기들의 오작동을 야기하지 않는 범위의 절연 저항값으로 제어부(400)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
한편, 앞서 언급한 것과 같이 제어부(400)는 상기와 같은 절연 저항 측정 모드와 독립적으로 배터리 관리 모드를 수행할 수도 있으며, 통상적인 배터리 관리 모드의 수행을 위해 제어부(400)는 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)를 모두 턴 오프시킬 수 있다. 절연 저항 측정 모드 또는 배터리 관리 모드로의 진입 조건은 제어부(400)에 미리 정의되어 있을 수 있으며, 예를 들어 통상적인 배터리 관리 모드로 동작하는 과정에서 미리 정의된 설정 주기가 되면 절연 저항 측정 모드로 전환하는 조건이 적용될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 절연 저항 측정 방법을 설명하며, 전술한 구성과 중복적인 내용은 배제하고 시계열적인 구성을 중심으로 설명한다.
도 5에 도시된 것과 같이 본 실시예의 절연 저항 측정 방법은, 제어부(400)가 스위치부(200)의 온오프 동작 제어에 따라 제1 센싱 저항(RS1) 및 제2 센싱 저항(RS2)에 선택적으로 흐르는 대상 전류를 전류 측정부(300)를 통해 측정하는 S100 단계와, 제어부(400)가 S100 단계에서 측정된 대상 전류를 기반으로 배터리(BAT)와 차량의 바디 간의 절연 저항을 측정하는 S200 단계, 그리고 측정된 절연 저항에 대한 열화를 분석하는 S300 단계를 포함한다.
도 6은 S100 단계 및 S200 단계의 구현예로서 제1 절연 저항을 측정하는 과정을 도시하고 있다. 이 경우, 제어부(400)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 각각 턴 오프 및 턴 온 시키고(S110), 제1 단자(N1), 바디 노드(NB), 제2 센싱 저항(RS2) 및 제2 단자(N2)로 연결되는 전류 경로를 흐르는 대상 전류를 전류 측정부(300)를 통해 측정하며(S120), S120 단계에서 측정된 대상 전류와 배터리(BAT)의 전압으로부터 산출되는, 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2) 사이의 제1 합성 저항의 저항값으로부터 제2 센싱 저항(RS2)의 저항값을 차감하여 제1 절연 저항의 저항값을 산출한다(S210).
도 7은 S100 단계 및 S200 단계의 구현예로서 제2 절연 저항을 측정하는 과정을 도시하고 있다. 이 경우, 제어부(400)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 각각 턴 온 및 턴 오프 시키고(S130), 제1 단자(N1), 제1 센싱 저항(RS1), 바디 노드(NB) 및 제2 단자(N2)로 연결되는 전류 경로를 흐르는 대상 전류를 전류 측정부(300)를 통해 측정하며(S140), S140 단계에서 측정된 대상 전류 및 배터리(BAT)의 전압으로부터 산출되는, 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2) 사이의 제2 합성 저항의 저항값으로부터 제1 센싱 저항(RS1)의 저항값을 차감하여 제2 절연 저항의 저항값을 산출한다(S220).
전술한 S110 단계 내지 S140 단계, 및 S210 단계 내지 S220 단계의 시계열적인 순서와 관련하여, 제1 절연 저항을 측정한 후 제2 절연 저항을 측정하는 시계열적 구성이 마련될 수 있다. 이 경우, 본 실시예의 절연 저항 측정 방법은 S110 단계, S120 단계, S210 단계, S130 단계, S140 단계 및 S220 단계가 순차적으로 수행되는 시계열적 순서로 구현될 수 있다. 이후 S300 단계를 통해 절연 저항에 대한 열화를 분석하는 과정이 수행되며, S300 단계에서 제어부(400)는 절연 저항의 저항값이 미리 설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 절연 저항이 열화된 것으로 판단하여 상위 제어기에 절연 저항의 열화를 통지한다.
이와 같이 본 실시예는 배터리 팩과 차량 바디 간의 절연 저항을 측정하기 위해 요구되는 별도의 전압 측정 장치 없이, BMS(Battery Management System)에 구비되는 전류 센서만을 이용하여 절연 저항을 측정함으로써, 절연 저항 측정을 위해 요구되는 비용을 절감시킴과 동시에 제어기의 사이즈를 축소하여 BMS의 간소화 효과를 도출할 수 있으며, 절연 저항의 열화를 사전에 검출함으로써 절연 열화에 따른 누설 전류로 인한 위험을 제거할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
BAT: 배터리
100: 센싱 저항부
RS1, RS2: 제1 및 제2 센싱 저항
200: 스위치부
SW1, SW2: 제1 및 제2 스위치
300: 전류 측정부
400: 제어부

Claims (11)

  1. 배터리의 제1 단자로부터 차량의 바디에 접속되는 바디 노드까지 연결되는 경로 상에 접속되는 제1 센싱 저항과, 상기 바디 노드로부터 상기 배터리의 제2 단자까지 연결되는 경로 상에 접속되는 제2 센싱 저항을 포함하는 센싱 저항부;
    상기 제1 단자 및 상기 제1 센싱 저항 간의 전류 흐름을 단속하는 제1 스위치와, 상기 제2 단자 및 상기 제2 센싱 저항 간의 전류 흐름을 단속하는 제2 스위치를 포함하는 스위치부;
    상기 배터리로부터 인출되거나 상기 배터리로 인입되는 전류로 정의되는 대상 전류를 측정하는 전류 측정부; 및
    상기 스위치부의 온오프 동작 제어에 따라 상기 제1 센싱 저항 및 상기 제2 센싱 저항에 선택적으로 흐르는 상기 대상 전류를 상기 전류 측정부를 통해 측정하고, 상기 측정된 대상 전류를 기반으로 상기 배터리와 상기 차량의 바디 간의 절연 저항을 측정하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 저항은, 상기 제1 단자 및 상기 바디 노드 사이에 형성되는 제1 절연 저항과, 상기 제2 단자 및 상기 바디 노드 사이에 형성되는 제2 절연 저항을 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 스위치를 상보적으로 턴 온 및 턴 오프시켜 상기 제1 및 제2 절연 저항을 각각 측정하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 절연 저항을 측정할 때, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 각각 턴 오프 및 턴 온 시킨 상태에서, 상기 제1 단자, 상기 바디 노드, 상기 제2 센싱 저항 및 상기 제2 단자로 연결되는 전류 경로를 흐르는 상기 대상 전류를 상기 전류 측정부를 통해 측정하는 방식으로 상기 제1 절연 저항을 측정하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 측정된 대상 전류 및 상기 배터리의 전압으로부터 산출되는, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이의 제1 합성 저항의 저항값으로부터 상기 제2 센싱 저항의 저항값을 차감하여 상기 제1 절연 저항의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 절연 저항을 측정할 때, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 각각 턴 온 및 턴 오프 시킨 상태에서, 상기 제1 단자, 상기 제1 센싱 저항, 상기 바디 노드 및 상기 제2 단자로 연결되는 전류 경로를 흐르는 상기 대상 전류를 상기 전류 측정부를 통해 측정하는 방식으로 상기 제2 절연 저항을 측정하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 측정된 대상 전류 및 상기 배터리의 전압으로부터 산출되는, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이의 제2 합성 저항의 저항값으로부터 상기 제1 센싱 저항의 저항값을 차감하여 상기 제2 절연 저항의 저항값을 산출하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 측정된 절연 저항의 저항값이 미리 설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 상위 제어기에 절연 저항의 열화를 통지하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 대상 전류를 기반으로 상기 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 모드와, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류를 기반으로 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)를 산출하여 상기 배터리의 상태를 관리하는 배터리 관리 모드를 독립적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리 관리 모드에서 상기 제1 및 제2 스위치를 턴 오프시키는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연 저항 측정 장치는, 상기 제1 센싱 저항의 양단 전압과 상기 제2 센싱 저항의 양단 전압을 측정하는 전압계를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는, 절연 저항 측정 장치.
  11. 배터리의 제1 단자로부터 차량의 바디에 접속되는 바디 노드까지 연결되는 경로 상에 접속되는 제1 센싱 저항과, 상기 바디 노드로부터 상기 배터리의 제2 단자까지 연결되는 경로 상에 접속되는 제2 센싱 저항을 포함하는 센싱 저항부와; 상기 제1 단자 및 상기 제1 센싱 저항 간의 전류 흐름을 단속하는 제1 스위치와, 상기 제2 단자 및 상기 제2 센싱 저항 간의 전류 흐름을 단속하는 제2 스위치를 포함하는 스위치부와; 상기 배터리로부터 인출되거나 상기 배터리로 인입되는 전류로 정의되는 대상 전류를 측정하는 전류 측정부;를 포함하는 절연 저항 측정 장치를 이용한 절연 저항 측정 방법으로서,
    제어부가, 상기 스위치부의 온오프 동작 제어에 따라 상기 제1 센싱 저항 및 상기 제2 센싱 저항에 선택적으로 흐르는 상기 대상 전류를 상기 전류 측정부를 통해 측정하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 측정된 대상 전류를 기반으로 상기 배터리와 상기 차량의 바디 간의 절연 저항을 측정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08163704A (ja) * 1994-11-30 1996-06-21 Fujikura Ltd 漏電検出装置
JP2014145754A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Taiwa Denki Kogyo Kk 非接地回路の絶縁監視装置
KR101947490B1 (ko) * 2017-09-05 2019-02-13 양인하 배터리의 상태표시 잔량측정방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08163704A (ja) * 1994-11-30 1996-06-21 Fujikura Ltd 漏電検出装置
JP2014145754A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Taiwa Denki Kogyo Kk 非接地回路の絶縁監視装置
KR101947490B1 (ko) * 2017-09-05 2019-02-13 양인하 배터리의 상태표시 잔량측정방법

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