WO2023090659A1 - 절연 저항을 측정하는 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 - Google Patents

절연 저항을 측정하는 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 Download PDF

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신현주
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring insulation resistance and a battery system including the same.
  • the present invention is intended to measure insulation resistance.
  • the present invention is intended to diagnose the breakdown point of insulation resistance.
  • An apparatus for measuring insulation resistance between a battery including a plurality of battery cells and the ground includes a first voltage distributor for distributing a voltage between a positive electrode of a battery and a ground, and a voltage between a negative electrode of a battery and a ground.
  • a second voltage distributor for distributing voltage, a first switch (SW1) connecting the positive electrode of the battery and the first voltage distributor, a second switch (SW2) connecting the negative electrode of the battery and the second voltage distributor, and the first switch
  • SW1 connecting the positive electrode of the battery and the first voltage distributor
  • SW2 connecting the negative electrode of the battery and the second voltage distributor
  • the insulation resistance measuring device may adjust the on-period of the switch based on a point at which the first voltage or the second voltage is saturated.
  • the insulation resistance measuring device may reset the current switching cycle to a predetermined initial switching cycle when a period in which the first voltage or the second voltage decreases occurs during the on-period of the first switch or the second switch.
  • the insulation resistance measuring device further includes a first insulation resistance between the positive electrode of the battery and the ground, and a second insulation resistance between the negative electrode of the battery and the ground, and the controller determines the first insulation resistance based on the first voltage and the second voltage. A resistance value and a second insulation resistance value may be calculated.
  • the initial switching period may be set based on the capacity of the Y capacitor connected in parallel between the battery and the external device.
  • a battery system includes a battery including a plurality of battery cells, and an insulation resistance measuring device for measuring insulation resistance between the battery and ground, wherein the insulation resistance measuring device is between a positive electrode of the battery and the ground.
  • a first voltage distributor for distributing the voltage
  • a second voltage distributor for distributing the voltage between the negative electrode of the battery and the ground
  • a first switch (SW1) connecting the positive electrode of the battery and the first voltage distributor, the negative electrode of the battery and During the turn-on period of the second switch SW2 connecting the second voltage divider and the first switch SW1, the first voltage output from the first voltage divider is saturated, or during the turn-on period of the second switch SW2.
  • the second voltage that is the output of the second voltage divider is saturated, the current switching cycle of the first and second switches is reduced from a previous switching cycle.
  • An on-period of the switch may be adjusted based on a point in time when the first voltage or the second voltage is saturated.
  • the current switching period may be reset to a predetermined initial switching period.
  • the controller determines the first insulation resistance value and the second insulation resistance based on the first voltage and the second voltage. resistance can be calculated.
  • the initial switching period may be set based on the capacity of the Y capacitor connected in parallel between the battery and the external device.
  • the insulation resistance measurement time can be shortened.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an insulation resistance measurement circuit applied to a battery system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram schematically illustrating a first circuit formed in a battery system by a first switching mode.
  • FIG. 3 is a circuit diagram schematically illustrating a second circuit formed in a battery system by a second switching mode.
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing a switch control signal and a corresponding voltage when measuring conventional insulation resistance.
  • FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a switch control signal and a voltage measurement value according thereto when a circuit for measuring insulation resistance according to an embodiment of the present invention is used.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an insulation resistance measurement circuit applied to a battery system according to an embodiment.
  • the battery system 10 includes a battery 20, a first insulation resistor 11 electrically connected between the positive terminal NP of the battery 20 and the ground, and a second electrically connected between the negative terminal NN and the ground. 2 insulation resistance 12, and insulation resistance measuring circuit 100 may be included.
  • Each of these two insulation resistors 11 and 12 is a resistor representing an insulation state between the ground and the battery 20 . If the insulation state between the battery 20 and the ground is well maintained, the first and second insulation resistances 11 and 12 will have sufficiently large values. However, when the insulation state between the battery 20 and the ground deteriorates, at least one of the first and second insulation resistances 11 and 12 may be less than or equal to a predetermined threshold resistance value.
  • the battery system 10 includes a positive side parasitic capacitor CP(+) electrically connected to the positive terminal NP of the battery 20 and a negative side parasitic capacitor CP( -)) may be included.
  • the parasitic capacitors CP(+) and CP(-) are capacitors representing capacitance components formed between the ground and the battery 20 . As shown in FIG. 1 , the parasitic capacitor CP(+) may be connected in parallel to the insulation resistor 11 and the parasitic capacitor CP( ⁇ ) may be connected in parallel to the insulation resistor 12 .
  • the insulation resistance measurement circuit 100 is a circuit for measuring the resistance values of the first insulation resistance 11 and the second insulation resistance 12 connected to the battery 20 .
  • the insulation resistance measurement circuit 100 may include a first voltage divider 110 and a second voltage divider 120 .
  • the first voltage divider 110 includes a first protection resistor 111 and a first reference resistor 112 .
  • the first protection resistor 111 and the first reference resistor 112 may be connected through a first common node NC1.
  • the second voltage divider 120 includes a second protection resistor 121 and a second reference resistor 122 .
  • the second protection resistor 121 and the second reference resistor 122 may be connected through the second common node NC2.
  • Each resistance value of the first protection resistor 111 , the first reference resistor 112 , the second protection resistor 121 , and the second reference resistor 122 may be previously stored in the memory 180 .
  • the insulation resistance measuring circuit 100 may further include a reference voltage source 140 connected between the second reference resistor 122 and the ground.
  • the reference voltage source 140 may supply a predetermined voltage with respect to the ground to the second voltage distributor 120 .
  • the reference voltage source 140 may supply the second voltage distributor 120 with the voltage VDC as a ground reference.
  • a second protection resistor 121 and a second reference resistor 122 are connected in series between the reference voltage source 140 and the negative terminal NN of the battery 20, and the second protection resistor 121 and the second reference resistor
  • a voltage applied between the second common node NC2 to which the resistor 122 is connected and the ground may be input to the voltage measurer 150 .
  • a voltage value of the voltage VDC supplied from the reference voltage source 140 may be previously stored in the memory 180 .
  • the insulation resistance measurement circuit 100 may further include a switching unit 130 .
  • the switching unit 130 may include a first switch SW1 and a second switch SW2.
  • the first switch SW1 may be connected between the positive terminal NP and the first voltage distributor 110 .
  • the second switch SW2 may be connected between the positive terminal NN and the second voltage distributor 120 .
  • the switching unit 130 may further include a safety switch SW3.
  • the safety switch SW3 may be installed between two battery cells 21 and 22 connected in series adjacent to each other in the battery 20 . When the safety switch SW3 is turned off, use of the battery 20 is stopped.
  • the switch driver 160 may control the safety switch SW3 independently of the first switch SW1 and the second switch SW2.
  • the first switch SW1 and the second switch SW2 may be independently controlled in response to a signal output from the switch driver 160 . That is, the first switch SW1 and the second switch SW2 may be turned on or off, respectively. Accordingly, the switch modes include a first switching mode in which the first switch SW1 and the second switch SW2 are 'turned on and turned off', a second switching mode in which the first switch SW1 and the second switch SW2 are 'turned on and turned on', and a 'turned on and turned on' It may include a third switching mode and a fourth switching mode that is 'turned off-turned off'. Each switching mode can be executed only while the battery 20 is in a no-load state.
  • the no-load state may be referred to as a state in which charging and discharging of the battery 20 is stopped.
  • the switch driver 160 may turn on the first switch SW1 and turn off the second switch SW2 in the first switching mode to form a first circuit (see FIG. 2, CC1). there is.
  • the first circuit CC1 is a circuit in which the first voltage divider 110 is connected to the positive terminal NP and the second voltage divider 120 is separated from the negative terminal NN. This will be described later with reference to FIG. 2 .
  • the switch driver 160 may form a second circuit (CC2 in FIG. 3 ) by turning off the first switch SW1 and turning on the second switch SW2 in the second switching mode.
  • the second circuit CC2 refers to a circuit in which the first voltage divider 110 is separated from the positive terminal NP and the second voltage divider 120 is connected to the negative terminal NN. This will be described later with reference to FIG. 3 .
  • the switch driver 160 may turn on both the first switch SW1 and the second switch SW2 in the third switching mode.
  • the switch driver 160 may turn off both the first switch SW1 and the second switch SW2 in the fourth switching mode.
  • the voltage measurer 150 may measure voltages of the first common node NC1 and the second common node NC2. Specifically, the voltage applied to the first voltage distributor 110 is divided according to the ratio between the resistance value of the first protection resistor 111 and the resistance value of the first reference resistor 112, and the voltage measurer 150 can be measured by Similarly, the voltage applied to the second voltage distributor 120 is divided according to the ratio between the resistance value of the second protection resistor 112 and the resistance value of the second reference resistor 122, and the voltage measuring unit 150 ) can be measured by That is, the voltage measurer 150 measures the voltage applied between the first common node NC1 and the ground (hereinafter, referred to as the first voltage V1 ) and the voltage applied between the second common node NC2 and the ground.
  • the first voltage V1 the voltage applied between the first common node NC1 and the ground
  • the first voltage V1 may be equal to the voltage across the first reference resistor 112
  • the second voltage V2 may be equal to the sum of the voltage across the second reference resistor 122 and VDC.
  • the voltage measurer 150 may include a first input port IN1 connected to the first common node NC1 and a second input port IN2 connected to the second common node NC2.
  • the voltage measurement unit 150 may include a voltage sensor and an analog-digital converter (ADC).
  • the voltage sensor outputs an analog signal corresponding to the voltage input through the first input port IN1 and an analog signal corresponding to the voltage input through the second input port IN2 to the ADC.
  • the ADC may convert an analog signal of the first input port IN1 into a digital signal and convert an analog signal of the second input port IN2 into a digital signal.
  • the voltage measuring unit 150 measures the battery voltage VBat between the positive electrode and the negative electrode of the battery 20 .
  • the battery voltage VBat may be measured by the voltage measurer 150 while the third switching mode is running.
  • a voltage sensor (not shown) provided separately from the voltage measuring unit 150 may measure the battery voltage VBat and output a measurement signal representing the measured terminal voltage VBat to the controller 170 .
  • the controller 170 is operably coupled to the voltage measuring unit 150 and the switch driving unit 160 .
  • the controller 170 controls the switch driving unit 160 based on measurement signals output from the voltage measurement unit 150 .
  • the controller 170 includes application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and microprocessors. (microprocessors), it may be implemented by including at least one of electrical units for performing other functions.
  • the memory 180 may additionally store data, commands, and software required for overall operation of the battery system 10 .
  • the memory 120 may be a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, a silicon disk drive type, or a multimedia card micro type. ), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), and programmable read-only memory (PROM). It may include one type of storage medium.
  • the insulation resistance measuring circuit 100 calculates the resistance value of the first insulation resistance 11 and the resistance value of the second insulation resistance 12, respectively, in detail.
  • the resistance value of the first insulation resistance 11 is referred to as a 'first insulation resistance value' or 'RLeak(+)'
  • the resistance value of the second insulation resistance 12 is referred to as a 'second insulation resistance value' or It is called 'RLeak(-)'.
  • FIG. 2 is a circuit diagram schematically illustrating a first circuit formed in a battery system by a first switching mode.
  • the first voltage V1 becomes a stable state in which the first voltage V1 does not change over time due to the parasitic capacitors CP(+) and CP(-). . Therefore, for convenience of explanation, the parasitic capacitors CP(+) and CP(-) are omitted.
  • the first protection resistor 111 and the first reference resistor 112 may be connected in series between the positive terminal NP of the battery 20 and the ground. Specifically, one end of each of the first protection resistor 111 and the first reference resistor 112 is connected to each other through the first common node NC1. In addition, the other end of the first protection resistor 111 is connected to or disconnected from the positive terminal NP through the first switch SW1. Also, the other end of the first reference resistor 112 is connected to ground.
  • the current flowing from the positive terminal NP to the first protection resistor 111 and the first reference resistor 112 is I1
  • the current flowing from the positive terminal NP to the first insulation resistor 11 is I2.
  • the current flowing through the second insulation resistor 12 is referred to as I3.
  • Equation 1 the first voltage V1 is expressed as Equation 1 below.
  • Equation 1 If Equation 1 is rearranged for I1, it can be expressed as Equation 2 below.
  • Equation 3 Equation 3
  • Equation 4 By rearranging Equation 3 using Equation 2, Equation 4 below can be derived.
  • Equation 5 Equation 5 below is derived.
  • Equation 6 Substituting Equations 2 and 4 into Equation 5 and arranging I3 can be expressed as Equation 6 below.
  • Equation 7 when the battery voltage is VBat, when Kirchhoff's voltage law is applied to the first circuit CC1, an equation in the first row included in Equation 7 below is derived. And, if the equation of the first row is arranged using I2 and I3 obtained through Equations 4 and 6 above, the equation of the last row included in Equation 7 below can be derived.
  • Equation 7 An equation in the last row included in Equation 7 is one of two circuit equations required to calculate the first insulation resistance value RLeak(+) and the second insulation resistance RLeak(-).
  • FIG. 3 is a circuit diagram schematically illustrating a second circuit formed in a battery system by a second switching mode.
  • the second voltage V2 is no longer generated due to the parasitic capacitors CP(+) and CP(-). It becomes a stable state that does not change along this time. Therefore, for convenience of explanation, the parasitic capacitors CP(+) and CP(-) are omitted.
  • the second protection resistor 121 and the second reference resistor 122 may be connected in series between the negative terminal NN of the battery 20 and the reference voltage source 140 .
  • one end of each of the second protection resistor 121 and the second reference resistor 122 is connected to each other through the second common node NC2.
  • the other end of the second protection resistor 121 is connected to or disconnected from the negative terminal NN through the second switch SW2.
  • the other end of the second reference resistor 122 is connected to the reference voltage source 140 .
  • the current flowing from the reference voltage source 140 through the second reference resistor 122 and the second protection resistor 121 is referred to as I1
  • the current flowing through the second insulation resistor 12 is referred to as I2
  • the positive terminal A current flowing from (NP) through the first insulation resistor 11 is referred to as I3.
  • Equation 8 the second voltage V2 is expressed as Equation 8 below.
  • Equation 8 If Equation 8 is rearranged for I1, it can be expressed as Equation 9 below.
  • Equation 11 By rearranging Equation 10 using Equation 9, Equation 11 below can be derived.
  • Equation 12 Equation 12 below is derived.
  • Equation 13 Substituting Equations 9 and 11 into Equation 12 and arranging I3 can be expressed as Equation 13 below.
  • Equation 14 when the battery voltage is VBat, when Kirchhoff's voltage law is applied to the second circuit CC2, an equation in the first row included in Equation 14 below is derived. And, if the equation of the first row is arranged using I2 and I3 obtained through Equations 11 and 13, the equation of the last row included in Equation 14 below can be derived.
  • Equation 14 An equation of the last row included in Equation 14 is the other one of two circuit equations for calculating the first insulation resistance value RLeak(+) and the second insulation resistance value RLeak(-).
  • Equation 15 The solution of the simultaneous equations including the equation of the last row of Equation 7 and the equation of the last row of Equation 14 can be expressed as Equation 15 below.
  • each of R1, R2 and VDC is a predetermined value
  • each of VBat, the first voltage V1 and the second voltage V2 is a value measured by the voltage measurement unit 150.
  • the voltage measurement unit 150 outputs measurement signals representing VBat, the first voltage V1 and the second voltage V2 to the controller 170 .
  • Each of the first voltage V1 and the second voltage V2 may be measured within a predetermined short period (eg, 5 seconds) before and after the VBat measurement point.
  • the controller 170 uses Equation 15 based on VBat, the first voltage V1 and the second voltage V2 indicated by the measurement signal output from the voltage detector 130, and the first insulation resistance value RLeak ( +) and the second insulation resistance value RLeak(-) can be calculated respectively.
  • the controller 170 may compare at least one of the first insulation resistance value RLeak(+) and the second insulation resistance value RLeak(-) with a given threshold resistance value. The controller 170 diagnoses whether the insulation state of the first and second insulation resistors 11 and 12 between the battery 20 and the ground is maintained. That is, the controller 170 monitors whether the first insulation resistance value RLeak(+) or the second insulation resistance value RLeak(-) is equal to or less than the threshold resistance value.
  • the insulation resistance measurement circuit 100 may transmit diagnosis results of the first and second insulation resistances 11 and 12 to an external device.
  • the external device may be, for example, an ECU of a vehicle.
  • the insulation resistance measuring circuit 100 may output a warning message when insulation between the battery 20 and the ground is not properly maintained.
  • the warning message may be information corresponding to a diagnosis result of the first and second insulation resistors 11 and 12 .
  • the warning message may be made of an LED, LCD, alarm alarm, or a combination thereof.
  • the controller 170 is a processor known in the art to which the present invention belongs, an application-specific integrated circuit (ASIC), other chipsets, logic circuits, It may include registers, communication modems, data processing devices, and the like.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing a switch control signal and a corresponding voltage when measuring conventional insulation resistance.
  • the controller 170 may control the switch driver 160 so that the first switch SW1 and the second switch SW2 operate at a constant switching cycle.
  • a signal for the switch driver 160 to control the first switch SW1 is referred to as the first switch signal S1
  • a signal for controlling the second switch SW2 is referred to as the second switch signal S2.
  • the voltage of the first common node NC1 measured by the voltage measurer 150 is referred to as the first voltage V1
  • the voltage of the second common node NC2 is referred to as the second voltage V2.
  • the controller 170 may calculate a tau value based on a Y capacitor connected in parallel between the battery system 10 and the external device.
  • the external device may be a vehicle.
  • the controller 170 may calculate the saturation time of the first voltage V1 and the second voltage V2 based on the calculated tau value, and set the switching period Ts including the saturation time.
  • the switching period Ts is a period from when the first switch SW1 is turned on to when the first switch SW1 is next turned on, or from when the second switch SW2 is turned on to the second switch SW2 ) means the period until the next on.
  • the first voltage (V1) and the second voltage (V2) used to measure the insulation resistance should be saturation voltages in a stable state.
  • the saturation voltage is referred to as Vth. Accordingly, each of the saturation voltages of the first and second voltages V1 and V2 may be used to measure the insulation resistance described above.
  • the saturation voltages Vth1 and Vth2 are shown as being at constant levels in consideration of the fact that the insulation resistance does not change for a short time. The invention is not limited thereto.
  • the controller 170 may have a very small Y capacitance value in a state in which the battery system 10 is electrically separated from an external device. In this case, the controller 170 may set the minimum switching period Ts.
  • the controller 170 conventionally determines the switching period (Ts) based on the maximum Y capacitor value that can be had when the battery system 10 and the vehicle are connected. can be set.
  • FIG. 4 illustrates a case where the switching period Ts of the insulation resistance measurement circuit 100 is 10 seconds.
  • the first switch signal S1 may control the first switch SW1 to repeat an on period and an off period at a period of 10 seconds. Accordingly, the first switch SW1 repeats on and off every 5 seconds.
  • the second switch signal S2 may control the second switch SW2 to repeat an off period and an on period at a period of 10 seconds. Accordingly, the second switch SW2 also repeats on and off every 5 seconds.
  • the first voltage V1 may be saturated after a predetermined period of time.
  • saturation may mean that the voltage does not increase any more and the voltage value is maintained during the on-period of the switch.
  • the first voltage V1 may be saturated.
  • the first voltage V1 since the on-period of the first switch SW1 according to the switching period Ts has not yet elapsed even after the first voltage V1 is saturated, the first voltage V1 is From the point at which the voltage value of the saturation voltage Vth1 is reached to the point at which the turn-on period passes, the first voltage V1 may be maintained as the saturation voltage Vth1 for the remainder of the turn-on period of the first switching signal S1. there is.
  • the second voltage V2 may also be saturated after a predetermined period of time. However, since the on-period of the second switch SW2 according to the switching period Ts has not yet elapsed even after the second voltage V2 is saturated, the second voltage V1 also becomes the saturation voltage Vth2. It may be maintained during the remaining on period of the switching signal S2.
  • an abnormal voltage event VP may occur while the voltage measurer 150 is measuring the first voltage V1 .
  • the abnormal voltage event VP may include a case where the first voltage V1 or the second voltage V2 rapidly increases and then rapidly decreases.
  • Abnormal voltage event (VP) can be caused by various causes such as breakdown of insulation resistance and errors in measurement. This may not be accurately measured.
  • the insulation resistance is measured using the first voltage (V1) measured in the next switching cycle. Should be. That is, in order to accurately measure the insulation resistance, there may be a waiting time until the next switching cycle is completed.
  • the first voltage V1 it may be difficult to measure a valid voltage value for Therefore, in order to obtain an effective voltage value of the first voltage V1, a further period of time (at least 10 seconds) must be waited until the on-period of the next first switch SW1 ends.
  • FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a switch control signal and a voltage measurement value according thereto when a circuit for measuring insulation resistance according to an embodiment of the present invention is used.
  • the saturation voltage (Vth) is shown as being at a constant level in consideration of the fact that the insulation resistance does not change for a short time.
  • the invention is not limited thereto.
  • the controller 170 may set the initial switching period Ts1 based on the maximum value of the Y capacitor when the battery system 10 and the vehicle are connected.
  • the controller 170 calculates a tau value based on a capacitor Y, which is a capacitor connected in parallel between the battery system 10 and an external device, and calculates the first voltage V1 and the second voltage V1 based on the calculated tau value. 2
  • the saturation time of the voltage V2 may be calculated, and the switching period Ts1 including the saturation times of at least the first voltage V1 and the second voltage V2 may be set.
  • the initial switching period (Ts1) of the insulation resistance measuring circuit 100 is 10 seconds is shown as an example.
  • the first voltage V1 may be saturated after a predetermined time elapses. However, since the on-period of the first switch SW1 according to the switching period Ts1 has not yet elapsed even after the first voltage V1 is saturated, the first voltage V1 is the voltage value of the saturation voltage Vth1. From the time of reaching to the time when the on-period of the first switching signal S1 passes, the first voltage V1 may be maintained as the saturation voltage Vth1 for the remaining on-period of the first switching signal S1. there is. In this case, the controller 170 may decrease the on-period of the first switch SW1 and, accordingly, the switching period Ts1 may decrease. For example, the controller 170 may set the on-period of the first switch SW1 to a time (3 seconds) required for the first voltage V1 to be saturated in the previous switching period Ts1.
  • the second voltage V2 may be saturated after a predetermined time elapses.
  • the second voltage V2 is the voltage value of the saturation voltage Vth2.
  • the controller 170 may decrease the on-period of the second switch SW2 and, accordingly, the switching period Ts1 may decrease.
  • the controller 170 may set the on-period of the second switch SW2 to a time (3 seconds) required for the second voltage V2 to be saturated in the previous switching period Ts1.
  • the first voltage V1 is generated at the time when 3 seconds have elapsed from the time when the first switching signal S1 is turned on, and the second voltage V2 is increased at 3 seconds from the time when the second switching signal S2 is turned on. It is shown that it is saturated at the elapsed time and reaches each saturation voltage (Vth1, Vth2). Accordingly, the controller 170 may set 6 seconds as a new switching period Tf1.
  • the switching driver 160 can control the first switch SW1 and the second switch SW2 with a new switching period Tf1. Accordingly, the saturation period of the first voltage V1 and the second voltage V2 may be shorter than the saturation period in the case of controlling the initial switching cycle Ts1.
  • the time required to measure the insulation resistance may be reduced.
  • an abnormal voltage event VP may occur at a predetermined point in time t0 while the voltage measurer 150 is measuring the first voltage V1 .
  • the controller 170 confirms that the abnormal voltage event VP has occurred, the controller 170 can control both the first switch SW1 and the second switch SW2 to be turned off. Also, the controller 170 may reset the switching period Tf2 to an initial switching period Ts2.
  • the controller 170 There is a delay for the controller 170 to check the abnormal voltage event (VP), change the state of the first switch (SW1) and the second switch (SW2) to an off state, and set a new switching period (Ts2). There may be. Accordingly, the first switch SW1 and the second switch SW2 may be controlled from time t1 to a new switching period Ts2.
  • the time between t0 and t1 is only a normal propagation delay and is not a time interval that greatly affects the measurement of insulation resistance.
  • the controller 170 may control the first switch SW1 and the second switch SW2 with a new switching period Ts2 and calculate a new insulation resistance value.
  • the controller 170 controls the first switch SW1 and the second switch SW2 with a new switching cycle Ts2, the first voltage V1 and the second voltage V2 are in saturation. There may be cases where it cannot be reached. In this case, the controller 170 may determine that a problem has occurred in the insulation resistance, and may terminate both operations of the first switch SW1 and the second switch SW2.
  • a switching period for calculating insulation resistance may be determined.
  • the present invention it is possible to accurately determine the insulation resistance breakdown point diagnosis.
  • the validity of the insulation resistance value may be guaranteed by excluding the voltage value for the switching section having a problem in measuring the insulation resistance.

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Abstract

복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리와 접지 사이의 절연 저항을 측정하는 장치는, 배터리의 양극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제1 전압 분배부, 상기 배터리의 음극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제2 전압 분배부, 상기 배터리의 양극과 상기 제1 전압 분배부를 연결하는 제1 스위치(SW1), 상기 배터리의 음극과 상기 제2 전압 분배부를 연결하는 제2 스위치(SW2), 그리고 상기 제1 스위치(SW1)의 온 기간 중 상기 제1 전압 분배부의 출력인 제1 전압이 포화되거나, 상기 제2 스위치(SW2)의 온 기간 중 상기 제2 전압 분배부의 출력인 제2 전압이 포화될 때, 상기 제1 및 제2 스위치의 현재 스위칭 주기를 이전 스위칭 주기보다 감소시킨다.

Description

절연 저항을 측정하는 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 11월 22일자 한국 특허 출원 제10-2021-0161633호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 절연 저항을 측정하는 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
고출력, 고전압(예, 수백 V) 배터리를 사용하는 전기차나 하이브리드 자동차 같은 장치에서는 접지(예, 차체)로부터 배터리의 절연 상태가 잘 유지될 필요가 있다. 배터리의 절연 상태가 유지되지 않는 경우, 배터리로부터 큰 누설 전류가 흐르게 되어 주변 전자 기기들의 오작동을 유발할 수 있다.
따라서, 배터리와 접지 사이의 절연 저항값(insulatoin resistance)이 일정값 이하가 되는지 계산하여 이를 예방하는 것이 중요하다. 종래에는, 배터리의 양극과 음극에 연결된 스위치를 번갈아가며 온오프하고, 각각의 상태에 따른 전압을 검출하여 절연 저항 값을 계산하였다. 그러나, 이러한 방법은 절연 저항을 계산하는 데 시간이 오래 소요되며 절연 저항의 파괴 시점 진단을 정확하게 할 수 없다는 문제가 있었다.
종래에는 절연 저항을 측정하기 위해서 계산된 시간만큼 한다. 스위치를 온오프하는 주기는 자동차의 Y 캐피시턴스 값에 따라 상이하다. 그러나, 자동차의 Y 캐피시턴스 값은 자동차마다 상이하며, 정확히 측정하기 어려워서, 최대 Y 캐피시턴스 값을 사용하곤 하였다. 그러나, 이는 절연 저항의 계산이 오래 걸리며, 절연 저항의 파괴 시점 진단을 지연시킬 수 있다는 문제가 있다.
본 발명은, 절연 저항을 측정하고자 한다.
본 발명은, 절연 저항의 파괴 시점을 진단하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리와 접지 사이의 절연 저항을 측정하는 장치는, 배터리의 양극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제1 전압 분배부, 배터리의 음극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제2 전압 분배부, 배터리의 양극과 제1 전압 분배부를 연결하는 제1 스위치(SW1), 배터리의 음극과 제2 전압 분배부를 연결하는 제2 스위치(SW2), 그리고 제1 스위치(SW1)의 온 기간 중 제1 전압 분배부의 출력인 제1 전압이 포화되거나, 제2 스위치(SW2)의 온 기간 중 제2 전압 분배부의 출력인 제2 전압이 포화될 때, 제1 및 제2 스위치의 현재 스위칭 주기를 이전 스위칭 주기보다 감소시킨다.
절연 저항 측정 장치는, 제1 전압 또는 제2 전압이 포화되는 시점에 기초하여 스위치의 온 기간을 조절할 수 있다.
절연 저항 측정 장치는, 제1 스위치 또는 제2 스위치의 온 기간 중 제1 전압 또는 제2 전압이 감소하는 기간이 발생하면, 현재 스위칭 주기를 소정의 초기 스위칭 주기로 리셋할 수 있다.
절연 저항 측정 장치는, 배터리의 양극과 접지 사이의 제1 절연 저항, 및 배터리의 음극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 더 포함하고, 제어부는 제1 전압 및 제2 전압에 기초하여 제1 절연 저항 값 및 제2 절연 저항 값을 계산할 수 있다.
초기 스위칭 주기는, 배터리와 외부장치 사이에 병렬 연결되는 Y 커패시터의 용량에 기초하여 설정될 수 있다.
발명의 한 특징에 따른 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 및 배터리와 접지 사이의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 장치를 포함하고, 절연 저항 측정 장치는, 배터리의 양극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제1 전압 분배부, 배터리의 음극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제2 전압 분배부, 배터리의 양극과 제1 전압 분배부를 연결하는 제1 스위치(SW1), 배터리의 음극과 제2 전압 분배부를 연결하는 제2 스위치(SW2), 그리고 제1 스위치(SW1)의 온 기간 중 제1 전압 분배부의 출력인 제1 전압이 포화되거나, 제2 스위치(SW2)의 온 기간 중 제2 전압 분배부의 출력인 제2 전압이 포화될 때, 제1 및 제2 스위치의 현재 스위칭 주기를 이전 스위칭 주기보다 감소시킨다.
제1 전압 또는 제2 전압이 포화되는 시점에 기초하여 스위치의 온 기간을 조절할 수 있다.
제1 스위치 또는 제2 스위치의 온 기간 중 제1 전압 또는 제2 전압이 감소하는 기간이 발생하면, 현재 스위칭 주기를 소정의 초기 스위칭 주기로 리셋할 수 있다.
배터리의 양극과 접지 사이의 제1 절연 저항, 및 배터리의 음극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 더 포함하고, 제어부는 제1 전압 및 제2 전압에 기초하여 제1 절연 저항 값 및 제2 절연 저항 값을 계산할 수 있다.
초기 스위칭 주기는, 배터리와 외부장치 사이에 병렬 연결되는 Y 커패시터의 용량에 기초하여 설정될 수 있다.
본 발명은, 절연 저항 측정 시간을 단축할 수 있다.
본 발명은, 절연 저항 파괴 시점 진단을 정확하게 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템에 적용된 절연 저항 측정 회로를 나타낸 회로도이다.
도 2는 제1 스위칭 모드에 의해 배터리 시스템 내에 형성되는 제1 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 제2 스위칭 모드에 의해 배터리 시스템 내에 형성되는 제2 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 종래의 절연 저항을 측정 시 스위치 제어 신호 및 이에 따른 전압을 나타낸 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항을 측정하는 회로를 사용한 경우에 스위치 제어 신호 및 이에 따른 전압 측정값을 도시한 파형도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 시스템에 적용된 절연 저항 측정 회로를 나타낸 회로도이다.
배터리 시스템(10)은, 배터리(20), 배터리(20)의 양극 단자(NP)와 접지 사이에 전기적으로 연결된 제1 절연 저항(11), 음극 단자(NN)와 접지 사이에 전기적으로 연결된 제2 절연 저항(12), 및 절연 저항 측정 회로(100)를 포함할 수 있다.
이러한 두 개의 절연 저항(11, 12) 각각은, 접지와 배터리(20) 간의 절연 상태를 나타내기 저항이다. 만약, 배터리(20)와 접지 간의 절연 상태가 잘 유지될 경우 제1 및 제2 절연 저항(11, 12)은 충분히 큰 값을 가질 것이다. 그러나, 배터리(20)와 접지 간의 절연 상태가 악화된 경우에는 제1 및 제2 절연 저항(11, 12) 중 적어도 하나는 소정의 임계 저항값 이하가 될 수 있다.
또한, 배터리 시스템(10)은, 배터리(20)의 양극 단자(NP)에 전기적으로 연결된 양극측 기생 커패시터(CP(+)) 및 음극 단자(NN)에 전기적으로 연결된 음극측 기생 커패시터(CP(-))를 포함할 수 있다. 기생 커패시터(CP(+),CP(-))는 접지와 배터리(20) 간에 형성된 커패시턴스 성분을 나타내기 위한 커패시터이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기생 커패시터(CP(+))는 절연 저항(11)에 병렬 연결되어 있고, 기생 커패시터(CP(-))는 절연 저항(12)에 병렬 연결될 수 있다.
절연 저항 측정 회로(100)는, 배터리(20)에 연결된 제1 절연 저항(11) 및 제2 절연 저항(12)의 저항값을 측정하기 위한 회로이다.
절연 저항 측정 회로(100)는 제1 전압 분배부(110) 및 제2 전압 분배부(120)를 포함할 수 있다. 제1 전압 분배부(110)는, 제1 보호 저항(111) 및 제1 기준 저항(112)을 포함한다. 제1 보호 저항(111) 및 제1 기준 저항(112)은, 제1 공통 노드(NC1)를 통해 연결될 수 있다. 또한, 제2 전압 분배부(120)는, 제2 보호 저항(121) 및 제2 기준 저항(122)을 포함한다. 제2 보호 저항(121) 및 제2 기준 저항(122)은, 제2 공통 노드(NC2)를 통해 연결될 수 있다.
제1 보호 저항(111), 제1 기준 저항(112), 제2 보호 저항(121) 및 제2 기준 저항(122) 각각의 저항값은 메모리(180)에 미리 저장될 수 있다.
더 나아가, 구현예에 따라, 절연 저항 측정 회로(100)는 제2 기준 저항(122)과 접지 사이에 연결되는 기준 전압원(140)을 더 포함할 수 있다.
기준 전압원(140)은 제2 전압 분배부(120)에 접지 대비 소정 전압을 공급할 수 있다. 기준 전압원(140)은 접지 기준으로 전압(VDC)을 제2 전압 분배부(120)에 공급할 수 있다. 기준 전압원(140)과 배터리(20)의 음극 단자(NN) 사이에 제2 보호 저항(121) 및 제2 기준 저항(122)이 직렬 연결되어 있고, 제2 보호 저항(121) 및 제2 기준 저항(122)이 연결되는 제2 공통 노드(NC2)와 접지 사이에 인가되는 전압이 전압 측정부(150)에 입력될 수 있다. 기준 전압원(140)으로부터 공급되는 전압(VDC)의 전압값은, 메모리(180)에 미리 저장될 수 있다.
절연 저항 측정 회로(100)는 스위칭부(130)를 더 포함할 수 있다.
스위칭부(130)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1)는, 양극 단자(NP)와 제1 전압 분배부(110) 사이에 연결될 수 있다. 제2 스위치(SW2)는, 양극 단자(NN)와 제2 전압 분배부(120) 사이에 연결될 수 있다.
스위칭부(130)는, 안전 스위치(SW3)를 더 포함할 수도 있다. 안전 스위치(SW3)는, 배터리(20) 내에서 서로 인접하게 직렬로 연결된 두 배터리 셀(21, 22) 사이에 설치될 수 있다. 안전 스위치(SW3)가 턴 오프된 경우, 배터리(20)의 사용이 중단된다. 스위치 구동부(160)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)와는 독립적으로 안전 스위치(SW3)를 제어할 수 있다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 스위치 구동부(160)로부터 출력되는 신호에 응답하여, 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 즉, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 각각 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 따라서, 스위치 모드는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 '턴온-턴오프'되는 제1 스위칭 모드, '턴오프-턴온'되는 제2 스위칭 모드, '턴온-턴온'되는 제3 스위칭 모드, 및 '턴오프-턴오프'되는 제4 스위칭 모드를 포함할 수 있다. 각 스위칭 모드는, 배터리(20)가 무부하 상태에 있는 동안에 한하여 실행될 수 있다. 무부하 상태란, 배터리(20)의 충전 및 방전이 중단된 상태라고 할 수 있다.
예를 들어, 스위치 구동부(160)는, 제1 스위칭 모드에서 제1 스위치(SW1)를 턴 온시키고 제2 스위치(SW2)를 턴 오프시켜 제1 회로(도 2 참조, CC1)를 형성할 수 있다. 제1 회로(CC1)는, 제1 전압 분배부(110)가 양극 단자(NP)에 연결되고, 제2 전압 분배부(120)는 음극 단자(NN)로부터 분리되는 회로이다. 이와 관련하여서는, 도 2를 참조하여 후술한다.
스위치 구동부(160)는, 제2 스위칭 모드에서 제1 스위치(SW1)를 턴 오프시키고 제2 스위치(SW2)를 턴 온시켜 제2 회로(도 3 참조, CC2)를 형성할 수 있다. 제2 회로(CC2)는, 제1 전압 분배부(110)는 양극 단자(NP)로부터 분리되고, 제2 전압 분배부(120)는 음극 단자(NN)에 연결된 회로를 의미한다. 이와 관련하여서는, 도 3을 참조하여 후술한다.
스위치 구동부(160)는, 제3 스위칭 모드에서 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 모두 턴 온시킬 수 있다.
또한, 스위치 구동부(160)는, 제4 스위칭 모드에서 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 모두 턴 오프시킬 수 있다.
전압 측정부(150)는 제1 공통 노드(NC1) 및 제2 공통 노드(NC2)의 전압을 측정할 수 있다. 구체적으로, 제1 전압 분배부(110)에 인가된 전압은 제1 보호 저항(111)의 저항값과 제1 기준 저항(112)의 저항값 간의 비율에 따라 분배되어, 전압 측정부(150)에 의해 측정될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 전압 분배부(120)에 인가된 전압은 제2 보호 저항(112)의 저항값과 제2 기준 저항(122)의 저항값 간의 비율에 따라 분배되어, 전압 측정부(150)에 의해 측정될 수 있다. 즉, 전압 측정부(150)는, 제1 공통 노드(NC1)와 접지 사이에 인가되는 전압(이하, 제1 전압(V1)이라고 함)과 제2 공통 노드(NC2)와 접지 사이에 인가되는 전압 전압(이하, 제2 전압(V2)이라고 함) 각각을 측정할 수 있다. 제1 전압(V1)은 제1 기준 저항(112) 양단의 전압과 동일하고, 제2 전압(V2)은 제2 기준 저항(122) 양단의 전압과 VDC의 합과 동일할 수 있다.
전압 측정부(150)는 제1 공통 노드(NC1)에 연결되는 제1 입력 포트(IN1) 및 제2 공통 노드(NC2)에 연결되는 제2 입력 포트(IN2)를 포함할 수 있다. 전압 측정부(150)는 전압 센서와 ADC(Analog-Digital Converter)를 포함할 수 있다. 전압 센서는, 제1 입력 포트(IN1)를 통해 입력되는 전압에 대응하는 아날로그 신호 및 제2 입력 포트(IN2)를 통해 입력되는 전압에 대응하는 아날로그 신호를 ADC에게 출력한다. ADC는 제1 입력 포트(IN1)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 제2 입력 포트(IN2)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
전압 측정부(150)는, 배터리(20)의 양극과 음극 사이의 배터리 전압 VBat을 측정한다. 배터리 전압 VBat은, 제3 스위칭 모드가 실행 중인 때에 전압 측정부(150)에 의해 측정될 수 있다. 또는, 전압 측정부(150)와는 별도로 마련된 전압 센서(미도시)가 배터리 전압 VBat을 측정하고, 측정된 단자 전압 VBat을 나타내는 측정 신호를 컨트롤러(170)에게 출력할 수도 있다.
컨트롤러(170)는, 전압 측정부(150) 및 스위치 구동부(160)에 동작 가능하게 결합된다. 컨트롤러(170)는, 전압 측정부(150)로부터 출력되는 측정 신호들에 기초하여, 스위치 구동부(160)를 제어한다. 컨트롤러(170)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 포함하여 구현될 수 있다.
메모리(180)는 배터리 시스템(10)의 전반적인 동작에 요구되는 데이터들, 명령어 및 소프트웨어를 추가적으로 저장할 수 있다. 메모리(120)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
이하 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 절연 저항 측정 회로(100)가 제1 절연 저항(11)의 저항값과 제2 절연 저항(12)의 저항값을 각각 산출하는 방법에 대해 자세히 기술한다. 이하에서, 제1 절연 저항(11)의 저항값을 '제1 절연 저항값' 또는 'RLeak(+)'라고 하고, 제2 절연 저항(12)의 저항값을 '제2 절연 저항값' 또는 'RLeak(-)'라고 한다.
도 2는 제1 스위칭 모드에 의해 배터리 시스템 내에 형성되는 제1 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
제1 스위칭 모드가 개시된 시점으로부터 어느 정도의 시간이 흐르는 경우, 기생 커패시터(CP(+), CP(-))로 인하여 더 이상 제1 전압(V1)이 시간을 따라 변화하지 않는 안정화 상태가 된다. 따라서, 설명의 편의를 위해, 기생 커패시터(CP(+),CP(-))는 생략하도록 한다.
회로(CC1)에서, 제1 보호 저항(111) 및 제1 기준 저항(112)은, 배터리(20)의 양극 단자(NP)와 접지 사이에 직렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 보호 저항(111) 및 제1 기준 저항(112) 각각의 일단은 제1 공통 노드(NC1)를 통해 서로 연결된다. 또한, 제1 보호 저항(111)의 타단은 제1 스위치(SW1)를 통해 양극 단자(NP)에 연결 또는 분리된다. 또한, 제1 기준 저항(112)의 타단은 접지에 연결된다.
여기서, 양극 단자(NP)로부터 제1 보호 저항(111) 및 제1 기준 저항(112)에 흐르는 전류를 I1이라 하고, 양극 단자(NP)로부터 제1 절연 저항(11)으로 흐르는 전류를 I2라고 하며, 제2 절연 저항(12)을 통해 흐르는 전류를 I3라고 한다.
그러면, 제1 전압(V1)은 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000001
수학식 1을 I1에 대해 정리하면, 아래의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000002
또한, 제1 전압 분배부(110)와 제1 절연 저항(11)은 전기적으로 병렬로 연결되므로, 아래의 수학식 3과 같은 관계가 성립한다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000003
수학식 2를 이용하여 수학식 3을 정리하면, 아래의 수학식 4를 도출할 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000004
한편, 제1 회로(CC1)에 키르히호프(Kirchhoff)의 전류 법칙을 적용하면, 아래의 수학식 5가 도출된다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000005
상기 수학식 2 및 4를 상기 수학식 5에 대입하고 I3에 대해서 정리하면, 아래의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000006
한편, 배터리 전압이 VBat인 경우, 제1 회로(CC1)에 키르히호프(Kirchhoff)의 전압 법칙을 적용하면, 아래의 수학식 7에 포함된 첫번째 행의 방정식이 도출된다. 그리고, 첫번째 행의 방정식을 상기 수학식 4 및 6을 통해 얻어진 I2와 I3를 이용하여 정리하면, 아래의 수학식 7에 포함된 마지막 행의 방정식을 도출할 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000007
상기 수학식 7에 포함된 마지막 행의 방정식은 제1 절연 저항값 RLeak(+) 및 제2 절연 저항 RLeak(-)을 산출하기 위해 필요한 2개 회로 방정식 중 하나이다.
도 3은 제2 스위칭 모드에 의해 배터리 시스템 내에 형성되는 제2 회로를 개략적으로 도시한 회로도이다.
전술한 제1 스위칭 모드에서와 유사하게, 제2 스위칭 모드가 개시된 시점으로부터 어느 정도의 시간이 흐르는 경우, 기생 커패시터(CP(+), CP(-))로 인하여 더 이상 제2 전압(V2)이 시간을 따라 변화하지 않는 안정화 상태가 된다. 따라서, 설명의 편의를 위해, 기생 커패시터(CP(+),CP(-))는 생략하도록 한다.
회로(CC2)에서, 제2 보호 저항(121) 및 제2 기준 저항(122)은, 배터리(20)의 음극 단자(NN)와 기준 전압원(140) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2 보호 저항(121) 및 제2 기준 저항(122) 각각의 일단은 제2 공통 노드(NC2)를 통해 서로 연결된다. 또한, 제2 보호 저항(121)의 타단은 제2 스위치(SW2)를 통해 음극 단자(NN)에 연결 또는 분리된다. 또한, 제2 기준 저항(122)의 타단은 기준 전압원(140)에 연결된다.
여기서, 기준 전압원(140)으로부터 제2 기준 저항(122) 및 제2 보호 저항(121)을 통해 흐르는 전류를 I1라고 하고, 제2 절연 저항(12)을 통해 흐르는 전류를 I2라고 하며, 양극 단자(NP)로부터 제1 절연 저항(11)을 통해 흐르는 전류를 I3라고 한다.
그러면, 제2 전압(V2)은 아래의 수학식 8과 같이 표현된다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000008
상기 수학식 8을 I1에 대해서 정리하면, 아래의 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000009
또한, 제2 절연 저항(12)은 제2 전압 분배부(120)와 기준 전압원(140)의 직렬 연결 회로에 대해 전기적으로 병렬로 연결되므로, 아래의 수학식 10과 같은 관계가 성립한다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000010
수학식 9를 이용하여 수학식 10을 정리하면, 아래의 수학식 11을 도출할 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000011
한편, 제2 회로(CC2)에 키르히호프(Kirchhoff)의 전류 법칙을 적용하면, 아래의 수학식 12가 도출된다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000012
상기 수학식 9 및 11을 상기 수학식 12에 대입하고 I3에 대해서 정리하면, 아래의 수학식 13과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000013
한편, 배터리 전압이 VBat인 경우, 제2 회로(CC2)에 키르히호프(Kirchhoff)의 전압 법칙을 적용하면, 아래의 수학식 14에 포함된 첫번째 행의 방정식이 도출된다. 그리고, 첫번째 행의 방정식을 상기 수학식 11 및 13을 통해 얻어진 I2와 I3를 이용하여 정리하면, 아래의 수학식 14에 포함된 마지막 행의 방정식을 유도할 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000014
상기 수학식 14에 포함된 마지막 행의 방정식은 제1 절연 저항값 RLeak(+) 및 제2 절연 저항값 RLeak(-)을 산출하기 위한 2개의 회로 방정식 중 나머지 하나이다.
수학식 7의 마지막 행의 방정식과 수학식 14의 마지막 행의 방정식을 포함하는 연립 방정식의 해는 아래의 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022015974-appb-img-000015
수학식 15에서, R1, R2 및 VDC 각각은 미리 정해진 값이고, VBat, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2) 각각은 전압 측정부(150)에 의해 측정되는 값이다. 전압 측정부(150)는 VBat, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2) 각각을 나타내는 측정 신호를 컨트롤러(170)에게 출력한다. 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2) 각각은, VBat의 측정 시점 전후의 미리 정해진 단기간(예, 5초) 내에 측정될 수 있다.
컨트롤러(170)는 전압 검출부(130)로부터 출력된 측정 신호가 나타내는 VBat, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)을 기초로, 상기 수학식 15를 이용하여 제1 절연 저항값 RLeak(+)과 제2 절연 저항값 RLeak(-)을 각각 산출할 수 있다.
컨트롤러(170)는, 제1 절연 저항값 RLeak(+) 및 제2 절연 저항값 RLeak(-) 중 적어도 하나를 주어진 임계 저항값과 비교할 수 있다. 컨트롤러(170)는, 배터리(20)와 접지 사이의 제1 및 제2 절연 저항(11, 12)이 절연 상태가 유지되는지 진단한다. 즉, 컨트롤러(170)는, 제1 절연 저항값 RLeak(+) 또는 제2 절연 저항값 RLeak(-)이 임계 저항값 이하가 되는지를 모니터링한다.
절연 저항 측정 회로(100)는, 제1 및 제2 절연 저항(11, 12)의 진단 결과를 외부 디바이스에 전송할 수 있다. 외부 디바이스는, 예를 들어, 차량의 ECU 일 수 있다.
절연 저항 측정 회로(100)는, 배터리(20)와 접지 사이의 절연이 제대로 유지되지 않는 경우, 경고 메시지를 출력할 수 있다. 경고 메시지는, 제1 및 제2 절연 저항(11, 12)의 진단 결과에 대응하는 정보일 수 있다. 경고 메시지는, LED, LCD, 알람 경보기 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 컨트롤러(170)는, 앞서 설명된 수학식 15를 이용한 절연 저항 산출 및 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다.
도 4는 종래의 절연 저항을 측정 시 스위치 제어 신호 및 이에 따른 전압을 나타낸 파형도이다.
컨트롤러(170)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 일정한 스위칭 주기를 가지고 동작하도록 스위치 구동부(160)를 제어할 수 있다. 스위치 구동부(160)가 제1 스위치(SW1)를 제어하기 위한 신호를 제1 스위치 신호(S1)라고 하고, 제2 스위치(SW2)를 제어하기 위한 신호를 제2 스위치 신호(S2)라고 한다.
상술한 바와 같이, 전압 측정부(150)가 측정한 제1 공통 노드(NC1)의 전압을 제1 전압(V1), 제2 공통 노드(NC2)의 전압을 제2 전압(V2)이라고 한다.
컨트롤러(170)는 배터리 시스템(10)이 외부 장치와 연결될 때, 배터리 시스템(10)과 외부 장치 사이에 병렬 연결되는 커패시터인 Y 커패시터에 기초하여 타우(tau)값을 계산할 수 있다. 여기서, 외부 장치는 차량일 수 있다. 이후, 컨트롤러(170)는, 계산한 타우값에 기초하여 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 포화 시간을 계산하고, 포화 시간을 포함하는 스위칭 주기(Ts)를 설정할 수 있다. 스위칭 주기(Ts)는, 제1 스위치(SW1)가 온 된 때부터 제1 스위치(SW1)가 다음 온 될 때까지의 기간, 또는 제2 스위치(SW2)가 온 된 때부터 제2 스위치(SW2)가 다음 온 될 때까지의 기간을 의미한다.
Y 커패시터에 의해 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)이 안정화되는데 소정 시간이 소요된다. 절연 저항 측정에 이용되는 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)은 안정화 상태의 포화 전압이어야 한다. 이하에서는, 포화 전압을 Vth라고 한다. 따라서, 제1 및 제2 전압(V1, V2) 각각의 포화 전압이 앞서 설명한 절연 저항 측정에 이용될 수 있다. 도 4에서, 짧은 시간 동안 절연 저항이 변하지 않는 점을 고려하여 포화 전압(Vth1, Vth2)이 일정한 레벨인 것처럼 도시되어 있으나. 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 컨트롤러(170)는 배터리 시스템(10)이 외부 장치와 전기적으로 분리된 상태에서는, Y 커패시턴스 값이 매우 작을 수 있다. 이러한 때에는, 컨트롤러(170)는 최소한의 스위칭 주기(Ts)를 설정할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 Y 커패시터 값은 차량 마다 상이할 수 있어서, 종래에 컨트롤러(170)는 배터리 시스템(10)과 차량이 연결된 경우에 가질 수 있는 최대 Y 커패시터 값에 기초하여 스위칭 주기(Ts)를 설정할 수 있다.
예를 들어, 도 4에서는 절연 저항 측정 회로(100)의 스위칭 주기(Ts)가 10초인 경우를 도시하였다. 제1 스위치 신호(S1)는 제1 스위치(SW1)를 10초의 주기로 온 기간 및 오프 기간을 반복하도록 제어할 수 있다. 따라서, 제1 스위치(SW1)는 5초마다 온 및 오프를 반복한다. 또한, 제2 스위치 신호(S2)는 제2 스위치(SW2)가 10초의 주기로 오프 기간 및 온 기간을 반복하도록 제어할 수 있다. 따라서, 제2 스위치(SW2)도 5초마다 온 및 오프를 반복한다.
제1 전압(V1)은, 소정 시간이 흐른 후에 포화될 수 있다. 여기서, 포화는 스위치의 온 기간 중에 전압이 더 이상 증가하지 않고 전압값이 유지된다는 의미일 수 있다. 제1 스위치(SW1)의 온 기간 중에 제1 전압(V1)은 포화될 수 있다.
그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전압(V1)이 포화된 이후에도 스위칭 주기(Ts)에 따른 제1 스위치(SW1)의 온 기간이 아직 경과되지 않았으므로, 제1 전압(V1)이 포화 전압(Vth1)의 전압값에 도달한 시점부터 온 기간이 모두 경과하는 시점까지, 제1 전압(V1)은 포화 전압(Vth1)으로 제1 스위칭 신호(S1)의 남은 온 기간 동안 유지될 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 전압(V2) 또한 소정 시간이 흐른 후에 포화될 수 있다. 그러나, 제2 전압(V2)이 포화된 이후에도 스위칭 주기(Ts)에 따른 제2 스위치(SW2)의 온 기간이 아직 경과되지 않았으므로, 제2 전압(V1) 역시 포화 전압(Vth2)으로 제2 스위칭 신호(S2)의 남은 온 기간 동안 유지될 수 있다.
이와 같이, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)이 포화 전압으로 유지되는 기간이 길어질수록, 절연 저항 측정에 소요되는 불필요한 시간이 증가할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(150)에서 제1 전압(V1)을 측정하는 도중 이상 전압 이벤트(VP)가 발생될 수 있다. 이상 전압 이벤트(VP)는 제1 전압(V1) 또는 제2 전압(V2)이 급격히 증가한 후 급격히 감소하는 경우를 포함할 수 있다. 이상 전압 이벤트(VP)는 절연 저항의 파괴, 측정 시 오류 등은 다양한 원인에 의해 발생할 수 있으며, 이상 전압 이벤트(VP)로 절연 저항을 측정하기 위해 필요한 전압(예를 들어, V1, V2) 값이 정확하게 측정되지 못할 수 있다.
이상 전압 이벤트(VP)를 포함하는 구간에서 측정된 제1 전압(V1)의 값은 절연 저항을 측정하는데 유효하지 않으므로, 다음 스위칭 주기에서 측정된 제1 전압(V1)을 이용하여 절연 저항을 측정해야 한다. 즉, 절연 저항을 정확하게 측정하기 위해서는 다음 스위칭 주기가 완료될 때까지의 대기 시간이 존재할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1)의 온 기간 중에 제1 전압(V1)에 이상 전압 이벤트(VP)가 발생하는 경우, 해당 구간에서는 제1 전압(V1)에 대한 유효한 전압값 측정이 어려울 수 있다. 따라서, 제1 전압(V1)의 유효한 전압값을 얻기 위해서는 다음 제1 스위치(SW1)의 온 기간이 끝날 때까지의 시간(적어도 10초)을 더 기다려야 한다.
이에 따라, 종래에는, 절연 저항의 이상 전압 이벤트가 언제 발생하였는지 정확히 알 수 없었다. 그로 인해, 임의의 문제 발생시 외부 장치의 문제인지 배터리 시스템 내부 문제인지 명확하지 않았다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 저항을 측정하는 회로를 사용한 경우에 스위치 제어 신호 및 이에 따른 전압 측정값을 도시한 파형도이다.
도 5에서도, 짧은 시간 동안 절연 저항이 변하지 않는 점을 고려하여 포화 전압(Vth)이 일정한 레벨인 것처럼 도시되어 있으나. 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
컨트롤러(170)는 배터리 시스템(10)과 차량이 연결된 경우에 가질 수 있는 최대 Y 커패시터 값에 기초하여 초기 스위칭 주기(Ts1)를 설정할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(170)가 배터리 시스템(10)과 외부 장치 사이에 병렬 연결되는 커패시터인 Y 커패시터에 기초하여 타우값을 계산하고, 계산한 타우값에 기초하여 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 포화 시간을 계산하며, 적어도 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)의 포화 시간을 포함하는 스위칭 주기(Ts1)를 설정할 수 있다. 도 5에서는, 절연 저항 측정 회로(100)의 초기 스위칭 주기(Ts1)가 10초인 경우를 예시로 도시하였다.
도 5에 도시된 바와 같이, 초기 스위칭 주기(Ts1)에서 제1 전압(V1)은 소정 시간이 흐른 후에 포화될 수 있다. 그러나, 제1 전압(V1)이 포화된 이후에도 스위칭 주기(Ts1)에 따른 제1 스위치(SW1)의 온 기간이 아직 경과되지 않았으므로, 제1 전압(V1)이 포화 전압(Vth1)의 전압값에 도달한 시점부터 제1 스위칭 신호(S1)의 온 기간이 모두 경과하는 시점까지, 제1 전압(V1)은 포화 전압(Vth1)으로 제1 스위칭 신호(S1)의 남은 온 기간 동안 유지될 수 있다. 이 경우에, 컨트롤러(170)는 제1 스위치(SW1)의 온 기간을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 스위칭 주기(Ts1)가 감소할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(170)는 제1 스위치(SW1)의 온 기간을 직전 스위칭 주기(Ts1)에서 제1 전압(V1)이 포화되는데 소요된 시간(3초)으로 설정할 수 있다.
마찬가지로, 초기 스위칭 주기(Ts1)에서, 제2 전압(V2)은 소정 시간이 흐른 후에 포화될 수 있다. 그러나, 제2 전압(V2)이 포화된 이후에도 스위칭 주기(Ts1)에 따른 제2 스위치(SW2)의 온 기간이 아직 경과되지 않았으므로, 제2 전압(V2)이 포화 전압(Vth2)의 전압값에 도달한 시점부터 제2 스위칭 신호(S2)의 온 기간이 모두 경과하는 시점까지, 제2 전압(V1)은 포화 전압(Vth2)으로 제2 스위칭 신호(S2)의 남은 온 기간 동안 유지될 수 있다. 이 경우에, 컨트롤러(170)는 제2 스위치(SW2)의 온 기간을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 스위칭 주기(Ts1)가 감소할 수 있다. 예를 들어, 컨터롤러(170)는 제2 스위치(SW2)의 온 기간을 직전 스위칭 주기(Ts1)에서 제2 전압(V2)이 포화되는데 소요된 시간(3초)으로 설정할 수 있다.
도 5에서는, 제1 전압(V1)이 제1 스위칭 신호(S1)의 온 시점으로부터 3초가 경과한 시점에, 그리고 제2 전압(V2)이 제2 스위칭 신호(S2)의 온 시점으로부터 3초가 경과한 시점에 포화되어 각각의 포화 전압(Vth1, Vth2)에 도달한 것으로 도시하였다. 이에 따라, 컨트롤러(170)는 6초를 새로운 스위칭 주기(Tf1)로 설정할 수 있다.
이후부터, 스위칭 구동부(160)는 새로운 스위칭 주기(Tf1)로 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 제어할 수 있다. 따라서, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 포화되어 있는 기간은, 초기 스위칭(Ts1) 주기로 제어하는 경우에서의 포화 기간보다 감소될 수 있다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 새로운 스위칭 주기(Tf1)로 제어되면, 절연 저항을 측정하는 데에 소요되는 시간이 감소할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(150)에서 제1 전압(V1)을 측정하는 도중 소정의 시점 t0에 이상 전압 이벤트(VP)가 발생될 수 있다. 컨트롤러(170)가 이상 전압 이벤트(VP)가 발생한 것을 확인하면, 컨트롤러(170)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 모두 오프 상태가 되도록 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(170)는 스위칭 주기(Tf2)를 초기 스위칭 주기(Ts2)로 재설정할 수 있다.
컨트롤러(170)가 이상 전압 이벤트(VP)를 확인하고, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 상태를 오프 상태로 변경하며, 새로운 스위칭 주기(Ts2)를 설정하는 데에 지연이 있을 수 있다. 따라서, 시간 t1부터 새로운 스위칭 주기(Ts2)로 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 제어될 수 있을 것이다. 다만, t0과 t1 사이의 시간은 통상적인 전파 지연일 뿐, 절연 저항의 측정에 크게 영향을 미치는 시간 간격은 아니다.
따라서, 제1 전압(V1)의 유효한 전압값을 얻기 위해서는 다음 제1 스위치(SW1)의 온 기간이 끝날 때까지 5초 + a(t0-t1)초를 기다려야 한다. 이는 종래의 절연 저항 측정 시 필요한 대기 시간보다 상당히 감소한 시간이다.
이후, 컨트롤러(170)는 새로운 스위칭 주기(Ts2)로 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 제어하고, 새로운 절연 저항 값을 계산할 수 있다.
컨트롤러(170)가 새로운 스위칭 주기(Ts2)로 동작하는 중에도, 제1 전압(V1)이 포화된 이후에도 스위칭 주기(Ts2)에 따른 제1 스위치(SW1)의 온 기간이 경과되지 않은 경우 또는 제2 전압(V2)이 포화된 이후에도 스위칭 주기(Ts2)에 따른 제2 스위치(SW2)의 온 기간이 아직 경과되지 않은 경우에, 컨트롤러(170)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 온 기간을 감소시켜 스위칭 주기(Ts2)를 감소시킬 수 있다.
다만, 컨트롤러(170)가 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 새로운 스위칭 주기(Ts2)로 제어함에도 불구하고, 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)이 포화 상태에 도달하지 못하는 경우가 있을 수 있다. 이 경우에, 컨트롤러(170)는 절연 저항에 문제가 생긴 것으로 판단할 수 있으며, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 동작을 모두 종료할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연 저항 계산을 위한 스위칭 주기를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연 저항 파괴 시점 진단을 정확하게 알 수 있다. 또한, 절연 저항 측정에 문제가 있는 스위칭 구간에 대한 전압값은 제외하여, 절연 저항 값의 유효성을 보장할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리와 접지 사이의 절연 저항을 측정하는 장치에 있어서,
    상기 배터리의 양극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제1 전압 분배부,
    상기 배터리의 음극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제2 전압 분배부,
    상기 배터리의 양극과 상기 제1 전압 분배부를 연결하는 제1 스위치(SW1),
    상기 배터리의 음극과 상기 제2 전압 분배부를 연결하는 제2 스위치(SW2), 그리고
    상기 제1 스위치(SW1)의 온 기간 중 상기 제1 전압 분배부의 출력인 제1 전압이 포화되거나, 상기 제2 스위치(SW2)의 온 기간 중 상기 제2 전압 분배부의 출력인 제2 전압이 포화될 때, 상기 제1 및 제2 스위치의 현재 스위칭 주기를 이전 스위칭 주기보다 감소시키는 절연 저항 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압이 포화되는 시점에 기초하여 스위치의 온 기간을 조절하는, 절연 저항 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치의 온 기간 중 상기 제1 전압 또는 제2 전압이 감소하는 기간이 발생하면,
    상기 현재 스위칭 주기를 소정의 초기 스위칭 주기로 리셋하는, 절연 저항 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 양극과 접지 사이의 제1 절연 저항, 및
    상기 배터리의 음극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기초하여 상기 제1 절연 저항 값 및 상기 제2 절연 저항 값을 계산하는, 절연 저항 측정 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 초기 스위칭 주기는, 상기 배터리와 외부장치 사이에 병렬 연결되는 Y 커패시터의 용량에 기초하여 설정되는, 절연 저항 측정 장치.
  6. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리, 및
    상기 배터리와 접지 사이의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 장치를 포함하고, 상기 절연 저항 측정 장치는,
    상기 배터리의 양극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제1 전압 분배부,
    상기 배터리의 음극과 접지 사이의 전압을 분배하는 제2 전압 분배부,
    상기 배터리의 양극과 상기 제1 전압 분배부를 연결하는 제1 스위치(SW1),
    상기 배터리의 음극과 상기 제2 전압 분배부를 연결하는 제2 스위치(SW2), 그리고
    상기 제1 스위치(SW1)의 온 기간 중 상기 제1 전압 분배부의 출력인 제1 전압이 포화되거나, 상기 제2 스위치(SW2)의 온 기간 중 상기 제2 전압 분배부의 출력인 제2 전압이 포화될 때, 상기 제1 및 제2 스위치의 현재 스위칭 주기를 이전 스위칭 주기보다 감소시키는, 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압이 포화되는 시점에 기초하여 스위치의 온 기간을 조절하는, 배터리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치의 온 기간 중 상기 제1 전압 또는 제2 전압이 감소하는 기간이 발생하면,
    상기 현재 스위칭 주기를 소정의 초기 스위칭 주기로 리셋하는, 배터리 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배터리의 양극과 접지 사이의 제1 절연 저항, 및
    상기 배터리의 음극과 접지 사이의 제2 절연 저항을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압에 기초하여 상기 제1 절연 저항 값 및 상기 제2 절연 저항 값을 계산하는, 배터리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 초기 스위칭 주기는, 상기 배터리와 외부장치 사이에 병렬 연결되는 Y 커패시터의 용량에 기초하여 설정되는, 배터리 시스템.
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