WO2017086687A1 - 절연 저항 측정 시스템 및 장치 - Google Patents

절연 저항 측정 시스템 및 장치 Download PDF

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WO2017086687A1
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insulation
insulation resistance
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성창현
이상훈
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주식회사 엘지화학
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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/025—Measuring very high resistances, e.g. isolation resistances, i.e. megohm-meters
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
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    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
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    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]

Definitions

  • the present invention relates to an insulation resistance measuring system and apparatus, and more particularly, to measure an anode insulation resistance and a cathode insulation resistance respectively connected to both ends of a battery pack provided with a capacitor. It is determined whether the first voltages of the first measurement resistors connected in parallel and the second voltages of the second measurement resistors connected in parallel with each other are converged, and the positive electrode insulation resistance and the negative electrode depend on whether the first and second voltages converge.
  • An insulation resistance measuring system and apparatus for controlling the connection between the insulation resistance and the first and second measurement resistors and for calculating the resistance values of the anode insulation resistance and the cathode insulation resistance using convergence values of the first and second voltages. .
  • ESS Energy storage systems
  • EVs electric vehicles
  • ESS Energy storage systems
  • EVs electric vehicles
  • the emergency refers to excessive leakage, insulation breakdown, etc., caused by a short circuit generated due to excessive leakage, insulation breakdown, etc. due to aging of related parts, and external shocks.
  • the power is controlled by sending a command to turn off the main power from a higher part that controls a high voltage part such as a battery management system (BMS) or a hybrid control unit (HCU). do.
  • the high voltage part monitors the voltage and current of the line connecting the power through a series of programs or sensors to detect voltages, currents outside the normal range, leakage currents above the allowable value, and breakdown of insulation resistance above the allowable value. If present, the main power is shut off via CAN communication or signal transmission.
  • the measurement of the insulation resistance is very important in ESS, EV, and the like using a high voltage battery pack.
  • the present inventors determine whether the first voltage of the first measurement resistor connected in parallel with the anode insulation resistor and the second voltages of the second measurement resistor connected in parallel with the cathode insulation resistor are converged. And control the connection between the anode insulation resistor and the cathode insulation resistor and the first and second measurement resistors according to whether the first and second voltages converge, and the anode insulation resistor and the cathode using the convergence values of the first and second voltages. It has come to invent an insulation resistance measuring system and apparatus for calculating the resistance value of the insulation resistance.
  • the present invention provides an insulation resistance measurement system and apparatus capable of quickly detecting insulation breakdown by determining whether a voltage of a measurement voltage connected in parallel to an insulation resistance has converged.
  • the first resistor unit is connected in parallel with the anode insulation resistance;
  • a first switch unit for energizing or interrupting an anode insulation resistor and the first resistor unit;
  • a second resistor unit connected in parallel with the cathode insulation resistor;
  • a second switch unit configured to energize or cut off the cathode insulation resistor and the second resistor unit;
  • a determination unit determining whether each of the first and second voltages converges based on a change value of the first and second voltages applied to the first and second resistor units, respectively;
  • a control unit controlling the first and second switch units in response to the convergence;
  • a calculator configured to calculate resistance values of the anode insulation resistor and the cathode insulation resistor using the convergence values of the first and second voltages.
  • the first resistor unit may include a first measurement resistor; And a first scale resistor connected in series with the first measurement resistor, the first scale resistor having a resistance value of the first measurement resistor and a resistance value of a predetermined resistance ratio.
  • the second resistor unit may include a second measurement resistor; And a second scale resistor connected in series with the second measurement resistor and having a resistance value of the resistance value of the second measurement resistor and a preset resistance ratio.
  • the insulation resistance device measures a voltage applied between the first measurement resistor and the ground to output the first voltage, and measures the voltage applied between the second measurement resistor and the ground to output the second voltage. It may further include a voltage measuring unit.
  • the determination unit may determine that the first voltage has converged when the change value of the first voltage is equal to or less than a preset change value.
  • the controller may turn off the first switch unit and turn on the second switch unit.
  • the determination unit may determine that the second voltage converges when the change value of the second voltage is equal to or less than a preset change value.
  • the controller may turn off the second switch unit and turn on the first switch unit.
  • Insulation resistance measuring apparatus the first resistor portion connected in parallel with the positive electrode insulation resistance and the second resistor portion applied to the second resistor portion connected in parallel with the negative electrode insulation resistance, respectively
  • a determination unit determining whether each of the first and second voltages converges based on a change value;
  • a control unit configured to control a first switch for energizing or blocking the positive electrode insulation resistor and the first resistor unit and a second switch unit for energizing or blocking the negative electrode insulation resistor and the second resistor unit in response to the convergence;
  • a calculator configured to calculate resistance values of the anode insulation resistor and the cathode insulation resistor using the convergence values of the first and second voltages.
  • the insulation resistance measuring apparatus measures a voltage applied between a first measurement resistor included in the first resistor unit and a ground and outputs the voltage as the first voltage
  • the second measurement resistor included in the second resistor unit includes: It may further include a voltage measuring unit for measuring the voltage applied between the ground and outputs the second voltage.
  • the determination unit may determine that the first voltage has converged when the change value of the first voltage is equal to or less than a preset change value.
  • the controller may turn off the first switch unit and turn on the second switch unit.
  • the determination unit may determine that the second voltage converges when the change value of the second voltage is equal to or less than a preset change value.
  • the controller may turn off the second switch unit and turn on the first switch unit.
  • Insulation resistance measurement system and apparatus detects that the voltage of the measurement resistance connected in parallel with the insulation resistance converges faster than the normal state as the insulation breakdown occurs to calculate the insulation resistance, thereby Has an effect that can be quickly identified.
  • the present invention does not control the electrical connection of the measuring resistor connected in parallel with the insulating resistor at a predetermined period, and controls according to whether the voltage of the measuring resistor has converged, thereby reducing the measuring period of the insulating resistor.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an insulation resistance measuring system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an electrical connection of an insulation resistance measuring system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing time-dependent first and second voltages measured from a voltage measuring unit.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the insulation resistance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • ... unit described in the specification means a unit for processing one or more functions or operations, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the insulation resistance measuring system 100 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a circuit diagram showing the electrical connection of the insulation resistance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. .
  • the insulation resistance measuring system 100 may include a first resistor unit 110, a second resistor unit 120, a first switch unit 130, a second switch unit 140, and a controller. 150, the voltage measuring unit 160, the determining unit 170, and the calculating unit 180 may be configured.
  • the insulation resistance measurement system 100 shown in FIGS. 1 and 2 is according to one embodiment, and its components are not limited to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and may be added, changed or Can be deleted.
  • the insulation resistance measurement system 100 may measure the anode insulation resistance 11 and the cathode insulation resistance 12 connected to each of the positive electrode (+) and the negative electrode ( ⁇ ) of the battery pack.
  • the anode capacitor 13 and the cathode capacitor 14 may be connected in parallel to each of the anode insulation resistor 11 and the cathode insulation resistor 12. Accordingly, due to the positive electrode capacitor 13 and the negative electrode capacitor 14, the positive and negative resistances 11 and 12 may cause delays in voltage drop and rise.
  • the above-described delay of voltage drop and rise may be changed depending on conditions such as whether the voltage, current, and insulation resistance of the battery pack are normal.
  • the insulation resistance measurement system 100 may change the measurement time of the anode insulation resistance 11 and the cathode insulation resistance 12 in response to the above-described delay of the voltage drop and rise.
  • the first resistor unit 110 may be connected in parallel with the anode insulation resistor 11
  • the second resistor unit 120 may be connected in parallel with the cathode insulation resistor 12.
  • the first resistor unit 110 may include a first measurement resistor 111 and may further include a first scale resistor 112 connected in series with the first measurement resistor 111.
  • the ratio of the resistance value of the first measurement resistor 111 and the resistance value of the first scale resistor 112 may be a predetermined resistance ratio.
  • the predetermined resistance ratio is a resistance value of the first measurement resistor 111 and the resistance of the first scale resistor 112 set to decrease the voltage of the battery pack 10 applied to the first measurement resistor 111. It can be a ratio of values.
  • the second resistor unit 120 may include a second measurement resistor 121 and may further include a second scale resistor 122 connected in series with the second measurement resistor 121.
  • the ratio of the resistance value of the second measurement resistor 121 and the resistance value of the second scale resistor 122 may be a predetermined resistance ratio.
  • the predetermined resistance ratio is a resistance value of the second measurement resistor 121 and the resistance of the second scale resistor 122 which are set in order to lower and measure the voltage of the battery pack 10 applied to the second measurement resistor 121. It can be a ratio of values.
  • the second resistor unit 120 may further include a voltage source 123 connected in series with the second measurement resistor 121.
  • the voltage source 123 may be connected between the second measuring resistor 121 and the ground to apply a voltage such that the voltage applied between the second measuring resistor 121 and the ground becomes a positive value.
  • the first switch unit 130 may serve to energize or cut off the positive electrode insulation resistor 11 and the first resistor unit 110, and the second switch unit 140 may include the negative electrode insulation resistor 12 and the first switch unit 130. 2 may serve to energize or block the resistor 120.
  • the controller 150 may control the operating states of the first switch unit 130 and the second switch unit 140 to be on or off.
  • the controller 150 may control the initial switch 130 of the insulation resistance measurement to be on, and control the second switch 140 to be off.
  • the controller 150 may control the operation states of the first switch unit 130 and the second switch unit 140 in response to the determination result of the determination unit 170 to be described later. Operation state control of the first switch unit 130 and the second switch unit 140 of the controller 150 according to the determination result of the determination unit 170 will be described later.
  • the voltage measuring unit 160 may measure a voltage applied between the first measuring resistor 111 and the ground and output the first voltage.
  • the voltage measuring unit 160 may serve to measure a voltage applied between the second measuring resistor 121 and the ground to output the second voltage.
  • the voltage measuring unit 160 may further include an AD converter for converting an analog voltage signal into a digital voltage signal.
  • the digital voltage signal may be a digital signal in which a voltage value over time is output as a graph.
  • 3 is a graph illustrating the first voltage and the second voltage measured from the voltage measuring unit 160 with time.
  • the first measured from the voltage measuring unit 160 is measured. It may be a first voltage Vp and a second voltage Vn.
  • the first measurement resistor 111 is connected to the battery pack 10 to be connected to the first voltage. After this rise, the positive electrode capacitor 13 can converge to a constant voltage.
  • the first voltage and the first voltage measured from the voltage measuring unit 160 are measured. It can be two voltages.
  • the second measurement resistor 121 is connected to the battery pack 10 so that the second voltage is connected to the voltage source 123. After falling from the voltage stepped up from the negative electrode capacitor 14 may converge to a constant voltage.
  • the period t5 to t8 may be the first voltage and the second voltage measured by the voltage measuring unit 160 at the time when the breakdown of the insulation resistance occurs.
  • the magnitude of the voltage applied to the first and second measurement resistors 111 and 121 connected in parallel with the anode insulation resistor 13 and the cathode insulation resistor 14, respectively, may increase. Can be.
  • the first voltage and the second voltage converge to a predetermined voltage at a faster time point than when the insulation resistance is in a normal state. Can be.
  • the determination unit 170 may serve to determine whether the first voltage and the second voltage measured by the voltage measuring unit 160 converge.
  • the determination unit 170 may determine whether to converge based on the change values of the first voltage and the second voltage, and transmit the determination result to the control unit 150 and the calculation unit 180 described later.
  • the determination unit 170 compares the change value of the first voltage with a preset change value, and when the change value of the first voltage is equal to or less than the preset change value, It can be judged as converged.
  • the determination unit 170 compares the change value of the second voltage with a preset change value, and when the change value of the second voltage is equal to or less than the preset change value, It can be determined that the two voltages converged.
  • the change value of the first voltage and the second voltage may be a voltage value at which the first voltage and the second voltage are changed per unit time
  • the preset change value is a voltage at which the first voltage and the second voltage are caused by the capacitor 13. It may be a reference value for determining that the voltage change is terminated by ending the delay of the falling and rising.
  • the controller 150 may turn off the first switch unit 130 and turn on the second switch unit 140.
  • the controller 150 may turn off the second switch unit 140 and turn on the first switch unit 130. .
  • the controller 150 does not set a period for changing the on or off state of the first switch unit and the second switch unit for measuring the insulation resistance, and flexibly according to whether the first voltage and the second voltage converge. By changing, the time required for measuring the insulation resistance measurement can be shortened.
  • the calculator 180 determines that the first voltage at the point in time when the first voltage is determined to be converged by the determiner 170, that is, the converged value of the first voltage and the second voltage is determined to be converged by the determiner 170.
  • the resistance values of the anode insulation resistor 11 and the cathode insulation resistor 12 may be calculated using the second voltage at the time point, that is, the convergence value of the second voltage and the voltage of the battery pack 10 at the time of calculation.
  • the voltage of the battery pack 10 may be received from a battery management system (BMS) managing the battery pack.
  • BMS battery management system
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an insulation resistance measuring apparatus 100 ′ according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the insulation resistance measuring apparatus 100 ′ may include a controller 150 ′, a voltage measuring unit 160 ′, a determination unit 170 ′, and a calculator 180 ′. Comparing the insulation resistance measurement system 100 shown in FIGS. 1 and 2 with the insulation resistance measurement device 100 ′ shown in FIG. 4, the insulation resistance measurement device 100 ′ may be used as Not only the first resistor unit 110, the second resistor unit 120, the first switch unit 130, and the second switch unit 140 are included, but also the control unit 150, the voltage measuring unit 160, The controller 150 ′, the voltage measurer 160 ′, the determiner 170 ′, and the calculator 180 ′ may perform the same role as the determiner 170 and the calculator 180.
  • control unit 150 ', the voltage measuring unit 160', the determination unit 170 ', and the calculation unit 180' of the insulation resistance measuring apparatus 100 ' are connected to the insulation resistance measuring system 100. Since the control unit 150, the voltage measuring unit 160, the determining unit 170, and the calculating unit 180 have the same roles, the repeated description thereof will be omitted.
  • the insulation resistance measuring apparatus 100 ′ may include the first resistor unit 110, the second resistor unit 120, the first switch unit 130, and the second switch unit 140 of the insulation resistance measurement system 100. It is connected to the provided battery pack 10 can measure the insulation resistance of the battery pack 10.

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Abstract

본 발명은 절연 저항 측정 시스템 및 장치에 관한 것으로서, 양극 절연 저항과 병렬 연결되는 제1 측정 저항 및 음극 절연 저항과 병렬 연결되는 제2 측정 저항의 전압들의 수렴 여부를 판단하고, 이에 따라 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항과 제1 및 제2 측정 저항 간에 연결을 제어하며, 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항의 저항값을 산출하는 절연 저항 측정 시스템 및 장치에 관한 것이다.

Description

절연 저항 측정 시스템 및 장치
본 출원은 2015년 11월 16일자 한국 특허 출원 제10-2015-0160566호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 절연 저항 측정 시스템 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 커패시터가 구비된 배터리 팩(Battery Pack)의 양단에 각각 연결되는 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항을 측정하기 위하여, 양극 절연 저항과 병렬 연결되는 제1 측정 저항의 제1 전압 및 음극 절연 저항과 병렬 연결되는 제2 측정 저항의 제2 전압들의 수렴 여부를 판단하고, 제1 및 제2 전압의 수렴 여부에 따라 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항과 제1 및 제2 측정 저항 간에 연결을 제어하며, 제1 및 제2 전압의 수렴값을 이용하여 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항의 저항값을 산출하는 절연 저항 측정 시스템 및 장치에 관한 것이다.
고전압의 배터리 팩(Battery Pack)을 사용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS), 전기 차량(Electric Vehicle; EV) 등은 비상사태 발생시 자동적으로 전원을 차단하는 시스템을 갖추고 있다. 상기 비상사태라 함은 관련부품의 노후화에 의한 과도한 누전, 절연파괴 등과 외부적인 충격에 의한 부품파괴로 생겨나는 쇼트에 의해 발생하는 과도한 누전, 절연파괴 등을 말한다.
비상사태가 발생되면 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이나 하이브리드 제어 유닛(Hybrid Control Unit; HCU) 등 고전압 부품을 제어하는 상위의 부품에서 메인 전원을 차단하도록 하는 명령을 송신하여 전원을 제어하게 된다. 상기 고전압 관련 부품은 전원을 연결해 주는 선로의 전압과 전류를 일련의 프로그램 또는 센서를 통해 모니터링하여 정상범위를 벗어난 전압, 전류가 검출되거나 허용치 이상의 누설전류가 있는 경우, 그리고 허용치 이상의 절연저항 파괴 등이 있는 경우에 CAN 통신 또는 시그날 전송을 통하여 메인 전원을 차단하게 된다.
이와 같이, 고전압의 배터리 팩을 사용하는 ESS, EV 등에 있어서 절연저항의 측정은 매우 중요하다. 배터리 팩의 누설전류를 측정하는 방법으로 절연을 파괴하고 강제로 직류전류를 흐르게 하는 방법이 있는데, 이러한 방법은 절연저항을 측정하는 동안 절연이 파괴된다는 단점이 있다.
이를 해결하기 위하여 배터리 팩에 커패시터를 연결하고, 상기 커패시터에 교류신호를 인가하여 절연저항 성분을 측정하는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법 또한 커패시터를 충전하는 전류와 방전하는 전류가 같은 회로를 통과해야 하므로 회로 설계에 많은 제약이 따른다는 단점이 있다.
또한, 커패시터 성분으로 인해 전압 강하 및 상승의 지연으로 인해, 절연저항을 측정하기 위한 전압 측정 시간이 지연되어 절연 파괴가 발생하는 경우, 빠르게 절연 파괴를 검출하지 못하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 상술된 문제점을 해결하기 위하여, 양극 절연 저항과 병렬 연결되는 제1 측정 저항의 제1 전압 및 음극 절연 저항과 병렬 연결되는 제2 측정 저항의 제2 전압들의 수렴 여부를 판단하고, 제1 및 제2 전압의 수렴 여부에 따라 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항과 제1 및 제2 측정 저항 간에 연결을 제어하며, 제1 및 제2 전압의 수렴값을 이용하여 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항의 저항값을 산출하는 절연 저항 측정 시스템 및 장치를 발명하기에 이르렀다.
상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 배터리 팩(Battery Pack)에 구비된 커패시터로 인해 절연 저항에 인가되는 전압의 강하 및 상승 시간이 지연되어 절연 파괴가 발생하는 경우, 절연 저항에 병렬 연결된 측정 전압의 전압이 수렴되었는지 여부를 판단하여 빠르게 절연 파괴를 검출할 수 있는 절연 저항 측정 시스템 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 시스템은, 양극 절연 저항과 병렬 연결되는 제1 저항부; 양극 절연 저항과 상기 제1 저항부를 통전 또는 차단시키는 제1 스위치부; 상기 음극 절연 저항과 병렬 연결되는 제2 저항부; 상기 음극 절연 저항과 상기 제2 저항부를 통전 또는 차단시키는 제2 스위치부; 상기 제1 및 제2 저항부에 각각 인가되는 제1 및 제2 전압의 변화값에 근거하여 상기 제1 및 제2 전압 각각의 수렴 여부를 판단하는 판단부; 상기 수렴 여부에 대응하여 상기 제1 및 제2 스위치부를 제어하는 제어부; 및 상기 제1 및 제2 전압의 수렴값을 이용하여 상기 양극 절연 저항 및 상기 음극 절연 저항 각각의 저항값을 산출하는 산출부;를 포함하여 구성된다.
상기 제1 저항부는, 제1 측정 저항; 및 상기 제1 측정 저항과 직렬 연결되고, 상기 제1 측정 저항의 저항값과 기 설정된 저항비의 저항값을 갖는 제1 스케일 저항;을 포함할 수 있다.
상기 제2 저항부는, 제2 측정 저항; 및 상기 제2 측정 저항과 직렬 연결되고, 상기 제2 측정 저항의 저항값과 기 설정된 저항비의 저항값을 갖는 제2 스케일 저항;을 포함할 수 있다.
상기 절연 저항 장치는 상기 제1 측정 저항 및 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 상기 제1 전압으로 출력하고, 상기 제2 측정 저항 및 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 상기 제2 전압으로 출력하는 전압 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 판단부는, 상기 제1 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 상기 제1 전압이 수렴된 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 판단부의 판단 결과, 상기 제1 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 스위치부를 오프(Off)시키고, 상기 제2 스위치부를 온(On)시킬 수 있다.
상기 판단부는, 상기 제2 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 상기 제2 전압이 수렴된 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 판단부의 판단 결과, 상기 제2 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 상기 제2 스위치부를 오프시키고, 상기 제1 스위치부를 온시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치는, 상기 양극 절연 저항과 병렬 연결되는 제1 저항부 및 상기 음극 절연 저항과 병렬 연결되는 제2 저항부에 각각 인가되는 제1 및 제2 전압의 변화값에 근거하여 상기 제1 및 제2 전압 각각의 수렴 여부를 판단하는 판단부; 상기 양극 절연 저항과 상기 제1 저항부를 통전 또는 차단시키는 제1 스위치 및 상기 음극 절연 저항과 상기 제2 저항부를 통전 또는 차단시키는 제2 스위치부를 상기 수렴 여부에 대응하여 제어하는 제어부; 및 상기 제1 및 제2 전압의 수렴값을 이용하여 상기 양극 절연 저항 및 상기 음극 절연 저항 각각의 저항값을 산출하는 산출부;를 포함하여 구성된다.
상기 절연 저항 측정 장치는 상기 제1 저항부에 포함된 제1 측정 저항과 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 상기 제1 전압으로 출력하고, 상기 제2 저항부에 포함된 상기 제2 측정 저항과 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 상기 제2 전압으로 출력하는 전압 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 판단부는, 상기 제1 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 상기 제1 전압이 수렴된 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 판단부의 판단 결과, 상기 제1 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 스위치부를 오프시키고, 상기 제2 스위치부를 온시킬 수 있다.
상기 판단부는, 상기 제2 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 상기 제2 전압이 수렴된 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 판단부의 판단 결과, 상기 제2 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 상기 제2 스위치부를 오프시키고, 상기 제1 스위치부를 온시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 시스템 및 장치는 절연 파괴가 발생함에 따라 절연 저항과 병렬 연결된 측정 저항의 전압이 정상 상태보다 빠르게 수렴하는 것을 검출하여 절연 저항값을 산출함으로써, 절연 파괴를 신속하게 파악할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 정해진 주기마다 절연 저항과 병렬 연결된 측정 저항의 전기적 연결을 제어하지 않고, 측정 저항의 전압이 수렴되었는지 여부에 따라 제어함으로써, 절연 저항의 측정 주기를 단축시킬 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 시스템의 전기적 연결을 도시한 회로도이다.
도 3은 전압 측정부로부터 측정된 제1 전압 및 제2 전압을 시간에 따라 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 시스템(100)의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치의 전기적 연결을 도시한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 절연 저항 측정 시스템(100)은 제1 저항부(110), 제2 저항부(120), 제1 스위치부(130), 제2 스위치부(140), 제어부(150), 전압 측정부(160), 판단부(170) 및 산출부(180)로 구성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 절연 저항 측정 시스템(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 시스템(100)은 배터리 팩의 양극(+)과 음극(-) 각각에 연결된 양극 절연 저항(11) 및 음극 절연 저항(12)을 측정할 수 있다. 이때, 양극 절연 저항(11)과 음극 절연 저항(12) 각각에는 양극 커패시터(13) 및 음극 커패시터(14)가 병렬 연결될 수 있다. 이에 따라, 양극 절연 저항(11) 및 음극 절연 저항(12)에는 양극 커패시터(13) 및 음극 커패시터(14)로 인해 전압 강하 및 상승의 지연이 발생할 수 있다.
상술된 전압 강하 및 상승의 지연은 배터리 팩의 전압, 전류 및 절연 저항의 정상 여부 등의 조건에 따라 변경될 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 절연 저항 측정 시스템(100)은 상술된 상술된 전압 강하 및 상승의 지연에 대응하여 양극 절연 저항(11) 및 음극 절연 저항(12)의 측정 시점을 변경할 수 있다.
이를 위하여, 제1 저항부(110)는 양극 절연 저항(11)과 병렬 연결되고, 제2 저항부(120)는 음극 절연 저항(12)과 병렬 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 저항부(110)는 제1 측정 저항(111)을 포함할 수 있고, 제1 측정 저항(111)과 직렬 연결되는 제1 스케일 저항(112)을 더 포함할 수 있다.
이때, 제1 측정 저항(111)의 저항값과 제1 스케일 저항(112)의 저항값의 비율은 기 설정된 저항비일 수 있다.
여기서, 기 설정된 저항비는 제1 측정 저항(111)에 인가되는 배터리 팩(10)의 전압을 낮추어 측정하기 위하여 설정된 제1 측정 저항(111)의 저항값과 제1 스케일 저항(112)의 저항값의 비율일 수 있다.
제2 저항부(120)는 제2 측정 저항(121)을 포함할 수 있고, 제2 측정 저항(121)과 직렬 연결되는 제2 스케일 저항(122)을 더 포함할 수 있다.
이때, 제2 측정 저항(121)의 저항값과 제2 스케일 저항(122)의 저항값의 비율은 기 설정된 저항비일 수 있다.
여기서, 기 설정된 저항비는 제2 측정 저항(121)에 인가되는 배터리 팩(10)의 전압을 낮추어 측정하기 위하여 설정된 제2 측정 저항(121)의 저항값과 제2 스케일 저항(122)의 저항값의 비율일 수 있다.
한편, 제2 저항부(120)는 제2 측정 저항(121)와 직렬 연결되는 전압원(123)을 더 포함할 수 있다.
전압원(123)은 제2 측정 저항(121) 및 접지 사이에 인가되는 전압이 양의 값이 되도록 제2 측정 저항(121)과 접지 사이에 연결되어 전압을 인가하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 스위치부(130)는 양극 절연 저항(11)과 제1 저항부(110)를 통전 또는 차단시키는 역할을 수행할 수 있고, 제2 스위치부(140)는 음극 절연 저항(12)과 제2 저항부(120)를 통전 또는 차단시키는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 제어부(150)는 제1 스위치부(130) 및 제2 스위치부(140)의 작동 상태를 온(On) 또는 오프(Off)로 제어할 수 있다.
제어부(150)는 절연 저항 측정의 초기 제1 스위치부(130)는 온으로 제어하고 제2 스위치부(140)는 오프로 제어할 수 있다.
이후, 제어부(150)는 후술되는 판단부(170)의 판단 결과에 대응하여 제1 스위치부(130) 및 제2 스위치부(140)의 작동 상태를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 판단부(170)의 판단 결과에 따른 제어부(150)의 제1 스위치부(130) 및 제2 스위치부(140)의 작동 상태 제어는 후술하여 설명하도록 한다.
전압 측정부(160)는 제1 측정 저항(111)과 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 제1 전압으로 출력하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 전압 측정부(160)는 제2 측정 저항(121)과 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 제2 전압으로 출력하는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위하여, 전압 측정부(160)는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 전환하는 AD 변환기를 더 포함할 수 있다. 여기서 디지털 전압 신호는 시간에 따른 전압값이 그래프로 출력되는 디지털 신호일 수 있다.
도 3은 전압 측정부(160)로부터 측정된 제1 전압 및 제2 전압을 시간에 따라 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, t1, t3, t5 및 t7 구간에서는 제1 스위치부(130)가 온으로 제어되고 제2 스위치부(140)가 오프로 제어되었을 때 전압 측정부(160)로부터 측정된 제1 전압(Vp) 및 제2 전압(Vn)일 수 있다.
보다 구제적으로, 제1 스위치부(130)가 온으로 제어되고 제2 스위치부(140)가 오프로 제어되는 경우, 제1 측정 저항(111)이 배터리 팩(10)과 연결되어 제1 전압이 상승 후 양극 커패시터(13)로 인해 일정 전압으로 수렴할 수 있다.
반대로, t2, t4, t6 및 t8 구간에서는 제2 스위치부(140)가 온으로 제어되고 제1 스위치부(130)가 오프로 제어되었을 때 전압 측정부(160)로부터 측정된 제1 전압 및 제2 전압일 수 있다.
제2 스위치부(140)가 온으로 제어되고 제1 스위치부(130)가 오프로 제어되는 경우, 제2 측정 저항(121)이 배터리 팩(10)과 연결되어 제2 전압이 전압원(123)으로부터 승압된 전압으로부터 강하 후 음극 커패시터(14)로 인해 일정 전압으로 수렴할 수 있다.
t5 내지 t8 구간은 절연 저항의 파괴가 일어난 시점에 전압 측정부(160)로부터 측정된 제1 전압 및 제2 전압일 수 있다.
절연 저항의 파괴가 일어나는 경우, 양극 절연 저항(13) 및 음극 절연 저항(14)과 각각 병렬로 연결된 제1 측정 저항(111) 및 제2 측정 저항(121)에 인가되는 전압의 크기는 증가할 수 있다.
이에 따라, 제1 스위치부(130) 및 제2 스위치부(140)의 온 또는 오프 변경 후, 제1 전압 및 제2 전압은 절연 저항이 정상 상태일 때 보다 더 빠른 시점에 일정 전압으로 수렴할 수 있다.
판단부(170)는 전압 측정부(160)로부터 측정된 제1 전압 및 제2 전압의 수렴 여부를 판단하는 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 판단부(170)는 제1 전압 및 제2 전압의 변화값에 근거하여 수렴 여부를 판단하고, 판단 결과를 제어부(150) 및 후술되는 산출부(180)로 송신할 수 있다.
판단부(170)는 제1 전압의 수렴 여부를 판단하기 위하여, 제1 전압의 변화값을 기 설정된 변화값과 비교하고, 제1 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 제1 전압이 수렴한 것으로 판단할 수 있다.
이와 유사하게 판단부(170)는 제2 전압의 수렴 여부를 판단하기 위하여, 제2 전압의 변화값을 기 설정된 변화값과 비교하고, 제2 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 제2 전압이 수렴한 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 제1 전압 및 제2 전압의 변화값은 단위 시간 당 제1 전압 및 제2 전압이 변화된 전압값일 수 있으며, 기 설정된 변화값은 제1 전압 및 제2 전압이 커패시터(13)로 인한 전압 강하 및 상승의 지연이 종료되어 전압 변화가 종료됨을 판단하기 위한 기준 값일 수 있다.
제어부(150)는 판단부(170)의 판단 결과 제1 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 제1 스위치부(130)를 오프시키고, 상기 제2 스위치부(140)를 온시킬 수 있다.
반대로, 제어부(150)는 판단부(170)의 판단 결과 제2 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 제2 스위치부(140)를 오프시키고, 상기 제1 스위치부(130)를 온시킬 수 있다.
이를 통해, 제어부(150)는 절연 저항 측정을 위하여 제1 스위치부 및 제2 스위치부의 온 또는 오프 상태를 변경하는 주기를 기 설정하지 않고, 제1 전압과 제2 전압의 수렴 여부에 따라 유연하게 변경함으로써, 절연 저항 측정을 측정하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
산출부(180)는 판단부(170)로부터 제1 전압이 수렴된 것으로 판단된 시점의 제1 전압 즉, 제1 전압의 수렴값, 판단부(170)로부터 제2 전압이 수렴된 것으로 판단된 시점의 제2 전압 즉, 제2 전압의 수렴값 및 산출 시점의 배터리 팩(10)의 전압을 이용하여 양극 절연 저항(11) 및 음극 절연 저항(12)의 저항값을 산출할 수 있다.
이때, 배터리 팩(10)의 전압은 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)으로부터 수신받을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항 측정 장치(100')의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 절연 저항 측정 장치(100')는 제어부(150'), 전압 측정부(160'), 판단부(170') 및 산출부(180')로 구성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 절연 저항 측정 시스템(100)과 도 4에 도시된 절연 저항 측정 장치(100')를 비교하면, 절연 저항 측정 장치(100')에는 절연 저항 측정 시스템(100)의 제1 저항부(110), 제2 저항부(120), 제1 스위치부(130) 및 제2 스위치부(140)만이 포함되지 않을 뿐 이외, 제어부(150), 전압 측정부(160), 판단부(170) 및 산출부(180)와 동일한 역할을 수행하는 제어부(150'), 전압 측정부(160'), 판단부(170') 및 산출부(180')를 포함할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 절연 저항 측정 장치(100')의 제어부(150'), 전압 측정부(160'), 판단부(170') 및 산출부(180')는 절연 저항 측정 시스템(100)의 제어부(150), 전압 측정부(160), 판단부(170) 및 산출부(180)와 각각 역할이 동일한 구성이므로 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
한편, 절연 저항 측정 장치(100')는 절연 저항 측정 시스템(100)의 제1 저항부(110), 제2 저항부(120), 제1 스위치부(130) 및 제2 스위치부(140)가 기 구비된 배터리 팩(10)에 연결되어 배터리 팩(10)의 절연 저항을 측정할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 커패시터가 구비된 배터리 팩(Battery Pack)의 양단에 각각 연결되는 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 시스템에 있어서,
    상기 양극 절연 저항과 병렬 연결되는 제1 저항부;
    상기 양극 절연 저항과 상기 제1 저항부를 통전 또는 차단시키는 제1 스위치부;
    상기 음극 절연 저항과 병렬 연결되는 제2 저항부;
    상기 음극 절연 저항과 상기 제2 저항부를 통전 또는 차단시키는 제2 스위치부;
    상기 제1 및 제2 저항부에 각각 인가되는 제1 및 제2 전압의 변화값에 근거하여 상기 제1 및 제2 전압 각각의 수렴 여부를 판단하는 판단부;
    상기 수렴 여부에 대응하여 상기 제1 및 제2 스위치부를 제어하는 제어부; 및
    상기 제1 및 제2 전압의 수렴값을 이용하여 상기 양극 절연 저항 및 상기 음극 절연 저항 각각의 저항값을 산출하는 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저항부는,
    제1 측정 저항; 및
    상기 제1 측정 저항과 직렬 연결되고, 상기 제1 측정 저항의 저항값과 기 설정된 저항비의 저항값을 갖는 제1 스케일 저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 저항부는,
    제2 측정 저항; 및
    상기 제2 측정 저항과 직렬 연결되고, 상기 제2 측정 저항의 저항값과 기 설정된 저항비의 저항값을 갖는 제2 스케일 저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 측정 저항 및 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 상기 제1 전압으로 출력하고, 상기 제2 측정 저항 및 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 상기 제2 전압으로 출력하는 전압 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 제1 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 상기 제1 전압이 수렴된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단부의 판단 결과, 상기 제1 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 스위치부를 오프(Off)시키고, 상기 제2 스위치부를 온(On)시키는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 제2 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 상기 제2 전압이 수렴된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단부의 판단 결과, 상기 제2 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 상기 제2 스위치부를 오프시키고, 상기 제1 스위치부를 온시키는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 시스템.
  9. 커패시터가 구비된 배터리 팩의 양단에 각각 연결되는 양극 절연 저항 및 음극 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 장치에 있어서,
    상기 양극 절연 저항과 병렬 연결되는 제1 저항부 및 상기 음극 절연 저항과 병렬 연결되는 제2 저항부에 각각 인가되는 제1 및 제2 전압의 변화값에 근거하여 상기 제1 및 제2 전압 각각의 수렴 여부를 판단하는 판단부;
    상기 양극 절연 저항과 상기 제1 저항부를 통전 또는 차단시키는 제1 스위치 및 상기 음극 절연 저항과 상기 제2 저항부를 통전 또는 차단시키는 제2 스위치부를 상기 수렴 여부에 대응하여 제어하는 제어부; 및
    상기 제1 및 제2 전압의 수렴값을 이용하여 상기 양극 절연 저항 및 상기 음극 절연 저항 각각의 저항값을 산출하는 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 저항부에 포함된 제1 측정 저항과 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 상기 제1 전압으로 출력하고, 상기 제2 저항부에 포함된 상기 제2 측정 저항과 접지 사이에 인가되는 전압을 측정하여 상기 제2 전압으로 출력하는 전압 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 제1 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 상기 제1 전압이 수렴된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단부의 판단 결과, 상기 제1 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 스위치부를 오프시키고, 상기 제2 스위치부를 온시키는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 제2 전압의 변화값이 기 설정된 변화값 이하인 경우, 상기 제2 전압이 수렴된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단부의 판단 결과, 상기 제2 전압이 수렴된 것으로 판단되는 경우, 상기 제2 스위치부를 오프시키고, 상기 제1 스위치부를 온시키는 것을 특징으로 하는,
    절연 저항 측정 장치.
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