KR101908637B1

KR101908637B1 - 절연 저항 측정 회로

Info

Publication number: KR101908637B1
Application number: KR1020120001443A
Authority: KR
Inventors: 허근회
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2018-10-17
Also published as: US9024646B2; JP5560474B2; US20130176042A1; JP2013140162A; KR20130080579A

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로는, 배터리의 플러스 단자 및 제2 연산 증폭기와 연결되는 제1 연산 증폭기; 상기 배터리의 마이너스 단자 및 상기 제1 연산 증폭기와 연결되는 상기 제2 연산 증폭기; 상기 플러스 단자 및 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자 사이에 연결되는 제1 스위치; 상기 마이너스 단자 및 상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자 사이에 연결되는 제2 스위치를 포함하되, 상기 제1 연산 증폭기 및 상기 제2 연산 증폭기는 접지를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

절연 저항 측정 회로{Circuit for measuring insulatioin resistance}

본 발명은 절연 저항 측정 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 고전압 배터리의 절연 파괴 유무를 실시간으로 확인할 수 있는 절연 저항 측정 회로에 관한 것이다.

도 1은 대부분의 배터리 관리 시스템에서 사용 중인 접지 사고 검출(GFD; Ground Fault Detection)회로이다.

접지 사고 검출 회로는 배터리의 플러스 단자, 접지, 배터리의 마이너스 단자로 연결되는 전류 경로를 만든 후에 저항(R)에 걸리는 전압을 측정하여 절연 파괴 유무를 판별한다.

즉, 접지 사고 검출 회로는 고전압 배터리에 걸리는 전압(V)을 이용하여 스위치(S(+)와 S(-))를 번갈아 여닫으면서 저항(R)에 분배되어 걸리는 전압을 측정하여 일정 이상의 전압이 결리면 절연 저항값(RISO)이 작아져서 절연이 파괴됐다고 판단한다.

따라서, 접지 사고 검출 회로는 동일 절연 저항값(RISO)이더라도 배터리의 전압(V)이 변함에 따라 연산 증폭기에 걸리는 전압이 달라지게 되는 문제점이 있다. 또한, 도 1에 도시된 회로는 배터리의 플러스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항(RISO+)을 측정할 때에는 배터리의 마이너스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항(RISO-)이 무한대의 저항값을 가지고 있다고 가정하며 반대로 배터리의 마이너스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항(RISO-)을 측정할 때에는 배터리의 플러스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항(RISO+)이 무한대의 저항값을 가지고 있다고 가정한다. 따라서, 종래의 접지 사고 검출 회로는 배터리의 플러스 단자 쪽과 마이너스 단자 쪽 두 쪽 모두 절연이 파괴됐을 경우, 즉, 배터리의 플러스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항(RISO+)과 배터리의 마이너스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항(RISO-)둘 다 값이 작을 경우에는 정상적으로 절연 파괴를 측정하지 못하는 문제점이 있다.

이에, 배터리의 플러스 단자, 접지, 배터리의 마이너스 단자로 연결되는 전류 경로를 구성하는 접지 사고 검출 회로를 사용하지 않고 절연 파괴 유무를 판별할 수 있는 회로의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한국 특허 공개 2009-0024573

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 플러스 단자 혹은 마이너스 단자에 특정 전원을 직접 스위치를 통해 연결한 후 절연 저항에 걸리는 전압을 직접 센싱함으로써 절연 파괴 유무를 판별하는 절연 저항 측정 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로는, 배터리의 플러스 단자 및 제2 연산 증폭기와 연결되는 제1 연산 증폭기; 상기 배터리의 마이너스 단자 및 상기 제1 연산 증폭기와 연결되는 상기 제2 연산 증폭기; 상기 플러스 단자 및 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자 사이에 연결되는 제1 스위치; 상기 마이너스 단자 및 상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자 사이에 연결되는 제2 스위치를 포함하되, 상기 제1 연산 증폭기 및 상기 제2 연산 증폭기는 접지를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로에서 상기 제1 연산 증폭기는 출력 단자를 통해 상기 플러스 단자와 상기 접지 사이에 연결되는 절연 저항에 인가되는 전압을 센싱하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로에서 상기 제2 연산 증폭기는 출력 단자를 통해 상기 마이너스 단자와 상기 접지 사이에 연결되는 절연 저항에 인가되는 전압을 센싱하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로에서 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 배터리의 관리 시스템 회로 내부에서 생성되는 전원을 사용하여 주기적으로 온, 오프되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로에서 상기 배터리는 하이브리드 차량의 고전압 배터리인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로에 따르면, 회로 비용의 추가 없이 배터리의 플러스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항과 배터리의 마이너스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항이 둘 다 파괴될 경우에도 각각의 정상적인 센싱이 가능하며 배터리의 충. 방전 양의 변화에 상관없이 항상 정확하게 절연 파괴 유무의 센싱이 가능하다.

도 1은 대부분의 배터리 관리 시스템에서 사용 중인 접지 사고 검출(GFD; Ground Fault Detection)회로를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로를 이용하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로가 작동되는 흐름을 도시한 순서도이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 절연 저항 측정 회로를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로의 구성을 도시한 회로도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(110), 제1 연산 증폭기(120), 제2 연산 증폭기(130), 제1 스위치(140), 제2 스위치(150), 제3 스위치(160), 제4 스위치(170) 등을 포함할 수 있다.

제1 연산 증폭기(120)는 배터리(110)의 플러스 단자 및 제2 연산 증폭기(130)와 연결되고, 제2 연산 증폭기(130)는 배터리(110)의 마이너스 단자 및 제1 연산 증폭기(120)와 연결된다.

제1 스위치(140)는 배터리(110)의 플러스 단자 및 제1 연산 증폭기(120)의 비반전 단자 사이에 연결되고 제2 스위치(150)는 배터리(110)의 마이너스 단자 및 제2 연산 증폭기(130)의 반전 단자 사이에 연결된다.

제1 스위치(140)와 제1 연산 증폭기(120)의 비반전 단자 사이에는 제3 스위치(160)가 연결될 수 있다.

제2 스위치(150)와 제2 연산 증폭기(130)의 반전 단자 사이에는 제4 스위치(170)가 연결될 수 있다.

제1 연산 증폭기(120) 및 제2 연산 증폭기(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 접지를 통해 연결될 수 있다.

제1 연산 증폭기(120)는 출력 단자를 통해 배터리(110)의 플러스 단자와 접지 사이에 연결되는 절연 저항(RISO+)(180)에 인가되는 전압을 센싱하여 출력한다.

제2 연산 증폭기(130)는 출력 단자를 통해 배터리(110)의 마이너스 단자와 접지 사이에 연결되는 절연 저항(RISO-)(190)에 인가되는 전압을 센싱하여 출력한다.

여기서, 절연 저항(RISO+,RISO-)(180, 190)은 도 2에서 점선으로 표시되어 있는 저항으로 실제 회로에 연결되는 저항이 아닌 배터리(110)의 플러스 단자와 마이너스 단자가 각각 차량의 그라운드와 절연됨으로써 생기는 가상의 저항이다.

제1 스위치(140) 및 제2 스위치(150)는 배터리(110)의 관리 시스템 회로 내부에서 생성되는 전원을 사용하여 주기적으로 온, 오프된다.

본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로는 제1 스위치(140) 및 제2 스위치(150)를 주기적으로 온, 오프하면서 절연 저항(RISO+,RISO-)(180, 190)에 걸리는 전압(V(+), V(-))을 센싱하여 절연 파괴 유무를 확인한다. 즉, 절연 저항(RISO+)(180)에 걸리는 전압(V(+))을 측정할 때에는 제1 스위치(140)와 제3 스위치(160)를 온시키고, 절연 저항(RISO-)(190)에 걸리는 전압(V(-))을 측정할 때에는 제2 스위치(150)와 제4 스위치(170)를 온시키게 된다.

이와 같이, 본 발명의 절연 저항 측정 회로에 따르면, 회로 비용의 추가 없이 배터리의 플러스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항과 배터리의 마이너스 단자와 차량의 그라운드 사이의 절연 저항이 둘 다 파괴될 경우에도 각각의 정상적인 센싱이 가능하며 배터리의 충. 방전 양의 변화에 상관없이 항상 정확하게 절연 파괴 유무의 센싱이 가능하다.

또한, 본 발명의 절연 저항 측정 회로를 릴레이의 양단, 즉, 배터리 측과 인버터 측에 각각 배치함으로써 절연 저항의 파괴가 릴레이의 앞단에서 일어났는지 뒷단에서 일어났는지의 판단 또한 가능하다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로를 이용하기 위한 개략적인 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로는 크게 스위치와 전압 센싱 회로로 나뉠 수 있다. 여기서 스위치는 제1 스위치(140), 제2 스위치(150), 제3 스위치(160), 제4 스위치(170)이고 전압 센싱 회로는 제1 연산 증폭기(120), 제2 연산 증폭기(130)를 포함한다. 도 3에 도시된 파워 회로는 절연 저항 측정 회로를 구동하기 위한 것으로 도 2에 VDD라고 표기한 전원 전압을 포함한다. 도 3에 도시된 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)은 상술한 바와 같이 절연 저항 측정 회로의 작동을 제어하여 절연 파괴 유무를 판별한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로가 작동되는 흐름을 도시한 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정회로는 도 3의 스위치를 작동시켜 배터리의 플러스 단자와 접지 사이에 연결되는 절연 저항에 인가되는 전압 혹은 배터리의 마이너스 단자와 접지 사이에 연결되는 절연 저항에 인가되는 전압을 측정한다. 본 발명의 일실시예에 따른 절연 저항 측정 회로는 이렇게 측정된 전압을 바탕으로 해 절연 파괴 유무를 판별한다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110: 배터리
120: 제1 연산 증폭기
130: 제2 연산 증폭기
140: 제1 스위치
150: 제2 스위치
160: 제3 스위치
170: 제4 스위치

Claims

배터리의 플러스 단자 및 제2 연산 증폭기와 연결되는 제1 연산 증폭기;
상기 배터리의 마이너스 단자 및 상기 제1 연산 증폭기와 연결되는 상기 제2 연산 증폭기;
상기 플러스 단자 및 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자 사이에 연결되는 제1 스위치; 및
상기 마이너스 단자 및 상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자 사이에 연결되는 제2 스위치;
를 포함하되,
상기 제1 연산 증폭기 및 상기 제2 연산 증폭기는 접지를 통해 연결되며,
상기 제1 연산 증폭기는 상기 플러스 단자와 상기 접지 사이에 보이는 절연저항에 인가되는 전압을 센싱하고 출력 단자를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로.
삭제
배터리의 플러스 단자 및 제2 연산 증폭기와 연결되는 제1 연산 증폭기;
상기 배터리의 마이너스 단자 및 상기 제1 연산 증폭기와 연결되는 상기 제2 연산 증폭기;
상기 플러스 단자 및 상기 제1 연산 증폭기의 비반전 단자 사이에 연결되는 제1 스위치; 및
상기 마이너스 단자 및 상기 제2 연산 증폭기의 반전 단자 사이에 연결되는 제2 스위치;
를 포함하되,
상기 제1 연산 증폭기 및 상기 제2 연산 증폭기는 접지를 통해 연결되며,
상기 제2 연산 증폭기는 상기 마이너스 단자와 상기 접지 사이에 보이는 절연저항에 인가되는 전압을 센싱하고 출력 단자를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 배터리의 관리 시스템 회로 내부에서 생성되는 전원을 사용하여 주기적으로 온, 오프되는 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 배터리는 하이브리드 차량의 고전압 배터리인 것을 특징으로 하는 절연 저항 측정 회로.