KR100968350B1

KR100968350B1 - 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100968350B1
Application number: KR1020070079568A
Authority: KR
Inventors: 강주현; 블라디미르 아키모브
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: KR20090015330A; JP5220857B2; US8144024B2; US20120146651A1; JP2010536314A; US8319650B2; EP2179297A4; WO2009020372A1; CN101779133B; EP2179297A1; EP2179297B1; CN101779133A; US20110199223A1

Abstract

본 발명은 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치는, 배터리의 양 단자를 연결한 제1도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드; 상기 전압 배분 노드와 배터리의 양 단자 및 음 단자 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 전압 배분 노드와 접지를 연결하는 제2도전 라인 상에 순차적으로 설치된 절연저항 및 전류센싱 저항; 상기 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양 또는 음의 DC 전압을 선택적으로 인가하여 상기 전압 배분 노드와 상기 DC 전압 인가 노드 사이에 전위차를 유발하는 DC 전압 인가부; 및 상기 제1 및 제2스위치를 턴온시킨 상태에서, 상기 유발된 전위차에 따라 상기 전류센싱 저항에 흐르는 전류의 크기를 센싱하여 전류의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상 벗어났는지 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

배터리, 누설전류, 절연저항, 전류센싱 저항

Description

배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법{Apparatus and Method for sensing leakage current of battery}

본 발명은 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같이 고전압을 요구하는 배터리 전원 공급 시스템에 채용된 배터리의 누설전류를 감지할 수 있는 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지면서 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기 자동차나 하이브리드 자동차에는 자동차의 구동에 사용되는 모터를 구동시키기 위해 전기 에너지가 필요하고 이를 배터리를 통해 공급하게 된다.

전기 자동차나 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리로는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방전과, 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하는 충전 과정을 반복할 수 있는 이차 전지가 주류를 이룬다. 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 리튬 계열 전지와 니켈 수소 계열의 전지로 분류된다. 리튬 계열 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품에 주로 적용되며, 니켈 수소 계열 전지는 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품에 적용되어 사용되고 있다.

한편, 배터리를 전원으로 사용하는 장치의 경우, 배터리와 배터리 관리 장치를 제외한 외부 장치와의 절연이 잘 유지되어야 한다. 만약 배터리의 절연상태가 유지되지 못할 경우, 누설전류가 발생하게 된다. 누설전류가 발생되면, 일차적으로는 배터리의 방전과 배터리가 장착된 전자 기기들의 오작동 및 고장의 원인이 될 수 있다. 특히, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고전압 배터리에서 누설전류가 발생하게 되면, 사용자에게 치명적인 감전피해를 줄 수 있다. 이에 따라 본 발명이 속한 기술분야에서는 배터리의 누설전류를 철저하게 감지할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 간단한 누설전류 감지 회로 구성을 통해 배터리의 누설전류 발생 유무를 용이하고 정확하게 감지할 수 있는 배터리의 누설전류 감지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치는, 배터리의 양 단자를 연결한 제1도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드; 상기 전압 배분 노드와 배터리의 양 단자 및 음 단자 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치; 상기 전압 배분 노드와 접지를 연결하는 제2도전 라인 상에 순차적으로 설치된 절연저항 및 전류센싱 저항; 상기 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양 또는 음의 DC 전압을 선택적으로 인가하여 상기 전압 배분 노드와 상기 DC 전압 인가 노드 사이에 전위차를 유발하는 DC 전압 인가부; 및 상기 제1 및 제2스위치을 턴온시킨 상태에서, 상기 유발된 전위차에 따라 상기 전류센싱 저항에 흐르는 전류의 크기를 센싱하여 전류의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상 벗어났는지 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치는, 상기 절연 저항과 상기 전류센싱 저항 사이에 병렬 연결된 캐패시터를 포함한다.

바람직하게, 상기 전압 배분 노드는 상기 제1도전 라인 상에 설치된 저항값이 동일한 제1저항 및 제2저항의 사이에 개재된다.

바람직하게, 상기 DC 전압 인가부는, 상기 접지와 상기 전류센싱 저항 사이에 연결된 제3저항; 상기 제3저항과 병렬 연결된 제3 및 제4스위치; 상기 제3스위치에 의해 개폐되는 병렬 도전 라인 상에 설치되고, 제3스위치의 턴온시 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양의 DC 전압을 인가하는 제1 DC 전원; 및 상기 제4스위치에 의해 개폐되는 병렬 도전 라인 상에 설치되고, 제4스위치의 턴온시 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 음의 DC 전압을 인가하는 제2 DC 전원;을 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 누설전류 판별부는, 상기 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류에 의해 유발되는 저항 양단의 전압을 증폭하는 전압 증폭기; 상기 전압 증폭기에서 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 및 상기 A/D 컨버터로부터 디지털 전압 신호를 입력받아 옴의 법칙에 의해 전압의 크기를 전류의 크기로 환산한 후, 전류의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상 벗어났는지 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판단하는 중앙연산처리기;를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 누설전류 판별부는, 상기 절연저항과 전류센싱 저항 사이에 설치된 인-라인 전류 센싱기; 상기 인-라인 전류 센싱기로부터 출력되는 아날로그 전류 신호를 디지털 전류 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 및 상기 A/D 컨버터로부터 디지털 전류 신호를 입력받은 후, 전류 신호의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상 벗어났는지 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판단하는 중앙연산처리기;를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 누설전류 판별부는, 누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 출력하는 누설전류 경보기;를 더 포함하고, 상기 중앙연산처리기는 누설전류가 발생된 경우 상기 누설전류 경보기를 통해 누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 출력한다.

본 발명에 있어서, 상기 누설전류 판별부는, 상기 제1 및 제2스위치와 상기 DC 전압 인가부의 제3 및 제4스위치를 제어하는 스위치 제어기;를 더 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 방법은, 배터리의 양 단자를 연결하는 제1도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드와, 상기 전압 배분 노드와 배터리의 양 단자 및 음 단자 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치와, 상기 전압 배분 노드와 접지를 연결하는 제2도전 라인 상에 순차적으로 설치된 절연저항 및 전류센싱 저항을 이용하여 배터리의 누설전류를 감지하는 방법에 있어서, (a) 상기 제1 및 제2스위치를 턴온하는 단계; (b) 상기 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양과 음의 DC 전압을 선택적으로 인가하여 상기 전류센싱 저항의 접지 측 일단과 상기 전압 배분 노드 사이에 전위차를 유발하는 단계; (c) 상기 유발된 전위차에 의해 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류를 센싱하는 단계; 및 (d) 상기 센싱된 전류의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상으로 벗어났는지의 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 (b) 단계는, 전류센싱 저항의 양 단자 전 압을 아날로그 전압 신호로 증폭하는 단계; 상기 증폭된 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 단계; 및 옴의 법칙에 의해 디지털 전압 신호의 크기를 전류의 크기로 환산하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 (b) 단계는, 상기 전류센싱 저항과 절연저항 사이에 설치된 인-라인 전류 센싱기를 이용하여 전류센싱 저항을 통해 흐르는 아날로그 전류 신호를 센싱하는 단계; 상기 센싱된 아날로그 전류 신호를 디지털 전류 신호로 변환하는 단계; 및 상기 디지털 전류 신호로부터 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기를 획득하는 단계;를 포함한다.

바람직하게, 상기 기준 레벨은, 제1스위치 및 제2스위치의 턴온 후 양의 DC 전압을 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 인가했을 경우 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기를 나타내는 제1기준 레벨; 및 제1스위치 및 제2스위치의 턴온 후 음의 DC 전압을 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 인가했을 경우 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기를 나타내는 제2기준 레벨;을 포함한다.

바람직하게, 상기 (d) 단계는, 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양의 DC 전압 인가시 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기가 상기 제1기준 레벨을 임계치 이상 차이가 났을 경우 누설전류가 발생된 것으로 판별하는 단계; 또는 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 음의 DC 전압 인가시 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기가 상기 제2기준 레벨을 임계치 이상 차이가 났을 경우 누설전류가 발생된 것으로 판별하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 방법은, 누설전류가 발생된 경우 누 설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 통보하는 단계;를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, DC 전원을 사용한 간단한 누설전류 감지 회로 구성을 통해 배터리의 누설전류를 감지함으로써, 배터리의 누설전류 발생 시 이를 조기에 감지하여 배터리의 방전을 방지할 수 있다. 또한, 누설전류로 인한 차량 내부 기기의 오작동 및 고장을 예방할 수 있다. 나아가, 배터리의 누설전류로 인한 인명 피해를 예방할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치에 대한 회로 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장 치(300)는, 부하 시스템(100)에 전원을 공급하는 다수의 셀이 집합된 배터리(200)의 양 단자에 연결되어 배터리(200)의 누설전류를 감지한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 부하 시스템(100)은 배터리(200)에서 출력되는 전기에너지를 이용하는 수단으로 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같이 고전압을 요구하는 시스템이다. 부하 시스템(100)에서 전기에너지가 소모되는 부하(L)로는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 동력을 전달하는 구동 모터나, 배터리(200)로부터 출력되는 전원을 변환하여 주는 DC to DC 컨버터 등으로 구성될 수 있다. 하지만, 본 발명이 부하 시스템(100)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다. 부하 시스템(100)에는 부하 시스템(100)에서 발생되는 노이즈(Noise)를 제거하기 위한 DC/DC 캡(C1)과 Y-캡(C2, C3)이 포함될 수 있다.

상기 배터리(200)는 전기에너지 저장수단으로 재충전이 가능한 다수의 단위 셀이 전기적으로 연결되어 있다. 상기 단위 셀은 울트라 캐패시터를 포함하는 전기 이중층 캐패시터 또는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같은 2차 전지이다. 본 발명의 실시예에서, 상기 배터리(200)는 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같이 고전압을 요구하는 부하 시스템(100)에 전원을 공급하기 위해 180V의 고전압 DC 전원을 출력한다. 하지만, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치(300)는, 배터리(200)의 양 단자를 각각 연결한 제1도전 라인(1) 상에 설치된 전압 배분 노드(n1)와, 전압 배분 노드(n1)와 배터리(200)의 양 단자 사이에 개재된 제1 및 제2저항(R1, R2)과, 전압 배분 노드(n1)와 제1 및 제2저항(R1, R2) 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)와, 전압 배분 노드(n1)와 접지를 연결하는 제2도전 라인(2) 상에 개재된 절연저항(Rd) 및 전류센싱 저항(Rs)과, 절연저항(Rd)과 전류센싱 저항(Rs) 사이에 병렬 연결된 캐패시터(C)와, 전류센싱 저항(Rs)의 접지 측 일단에 설치된 DC 전압 인가 노드(n2)에 양 또는 음의 DC 전압을 선택적으로 인가하여 전압 배분 노드(n1)와 DC 전압 인가 노드(n2) 사이에 전위차를 유발하는 DC 전압 인가부(310)와, 상기 제1 및 제2스위치를 턴온시킨 상태에서, 상기 유발된 전위차에 따라 상기 전류센싱 저항(Rs)에 흐르는 전류의 크기를 센싱하여 전류의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상 벗어났는지 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부(320)를 포함한다.

여기서, 상기 DC 전압 인가부(310)는, 전류센싱 저항(Rs)과 접지 사이에 개재된 제3저항(R3)과 제3저항(R3)과 병렬 연결된 제3 및 제4스위치(SW3, SW4)와, 제3스위치(SW3)에 의해 개폐되는 병렬 도전 라인(3) 상에 설치되고, 제3스위치(SW3)의 턴온시 DC 전압 인가 노드(n2)에 양의 DC 전압을 인가하는 제1 DC 전원(DC1)과, 제4스위치(SW4)에 의해 개폐되는 병렬 도전 라인(3) 상에 설치되고, 제4스위치(SW4)의 턴온시 DC 전압 인가 노드(n2)에 음의 DC 전압을 인가하는 제2 DC 전원(DC2)을 포함한다.

한편, 상기 배터리(200)에서 양 단자에 각각 표시된 양의 누설저항(Rleakage+)과 음의 누설저항(Rleakage-)은 누설전류가 발생했을 때의 상황을 묘사한 것으로 누설전류가 발생하게 되면 나타나는 가상의 저항값을 등가로 표현한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치(300)가 배터리(200)의 누설전류를 감지하는 동작을 설명한다. 이하에서는 제1 DC 전원(DC1)은 +5V, 제2 DC 전원(DC2)은 -5V의 전위를 DC 전압 인가 노드(n2)로 인가하는 것으로 기술한다. 하지만, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 배터리의 누설전류 감지 장치(300)의 동작 모드는, 상기 배터리(200)에 누설전류가 발생하지 않았을 때, 즉, 부하 시스템(100)에 배터리(200)가 초기 설치되어 이상적인 상태일 때 누설전류 발생 유무를 판별하는데 사용되는 기준 레벨을 설정하는 기준 레벨 설정 모드와, 임의의 배터리 사용 환경에서 배터리(200)의 누설전류 발생 유무를 감지하는 누설전류 감지 모드를 포함한다.

상기 기준 레벨 설정 모드에서, 상기 누설전류 판별부(320)는 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 턴온시키고, 상기 DC 전압 인가부(310)의 제3 및 제4스위치(SW3, SW4)를 턴오프시킨다. 그러면, 배터리(200)의 양 단자와 전압 배분 노드(n1) 사이에 각각 개재된 동일한 저항값을 갖는 제1 및 제2저항(R1, R2)에 의해 전압이 배분되어 전압 배분 노드(n1)에는 0 V 에 가까운 전압이 인가되고, 제2도전 라인(2)에는 전류가 흐르지 않는다. 그리고, 누설전류 판별부(320)는 DC 전압 인가부(310)의 제3스위치(SW3)를 턴온시켜 DC 전압 인가 노드(n2)에 제1 DC 전원(DC1)으로부터 출력되는 +5 V 의 전압을 인가한다. 그러면, 0 V 인 전압 배분 노드(n1)와 +5 V 인 DC 전압 인가 노드(n2) 사이에 전위차가 발생되고, DC 전압 인가 노드(n2)와 전압 배분 노드(n1) 사이에 개재된 전류센싱 저항(Rs)을 통해 전압 배분 노드(n1) 측으로 전류가 흐르게 된다. 이 때, 누설전류 판별부(320)는 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류를 센싱하여 제1기준 레벨로 설정한다.

다음으로, 누설전류 판별부(320)는 DC 전압 인가부(310)의 제3스위치(SW3)를 턴오프시키고 제4스위치(SW4)를 턴온시켜 DC 전압 인가 노드(n2)에 제2 DC 전원(DC2)으로부터 출력되는 -5 V 의 전압을 인가한다. 그러면, 0 V 인 전압 배분 노드(n1)와 -5 V 인 DC 전압 인가 노드(n2) 사이에 전위차가 발생되고, DC 전압 인가 노드(n2)와 전압 배분 노드(n1) 사이에 개재된 전류센싱 저항(Rs)을 통해 DC 전압 인가 노드(n2) 측으로 전류가 흐르게 된다. 이 때, 누설전류 판별부(320)는 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류를 센싱하여 제2기준 레벨로 설정한다.

위와 같이, 제1 및 제2기준 레벨이 정해지면, 이 값들을 메모리(미도시)에 저장하여 누설전류 감지 모드에서 배터리(200)의 누설전류 발생 유무를 판별하는 기준으로 삼는다.

상기 누설전류 감지 모드에서, 상기 누설전류 판별부(320)는 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 턴온시키고, 상기 DC 전압 인가부(310)의 제3 및 제4스위치(SW3, SW4)를 턴오프시킨다. 만약, 배터리(200)의 양 단자 중 어느 한 단자 측에서 누설전류가 발생하였다면, 제1 및 제2저항(R1, R2)에 의해 0 V 의 전압이 인가되었던 전압 배분 노드(n1)의 전압이 양 전압 또는 음 전압으로 변동하게 된다.

누설전류 감지를 위해, 상기 누설전류 판별부(320)는 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 턴온시킨 상태에서, DC 전압 인가부(310)의 제3스위치를 턴온시킨다. 그러면, DC 전압 인가 노드(n2)에 제1 DC 전원(DC1)으로부터 출력되는 +5 V 의 전압이 인가된다. 그러면, 전압 배분 노드(n1)와 DC 전압 인가 노드(n2) 사이에 전위차가 발생되고, 전류센싱 저항(Rs)을 통해 DC 전압 인가 노드(n2)로부터 전압 배분 노드(n1) 측으로 전류가 흐르게 된다. 이 때, 상기 누설전류 판별부(320)는 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류의 크기를 센싱한다. 그런데, 누설전류의 발생으로 인해 전압 배분 노드(n1)의 전압이 0이 아닌 상태가 되면, 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류의 크기가 변화된다. 예를 들어, 전압 배분 노드(n1)의 전압이 양의 값을 가지고 전류의 크기는 상기 제1기준 레벨보다 감소되고, 전압 배분 노드(n1)의 전압이 음의 값을 가지면 전류의 크기는 상기 제1기준 레벨보다 증가한다. 따라서, 제1기준 레벨을 기준으로 전류 크기의 감소폭 또는 증가폭이 미리 정한 기준을 초과하면 누설전류가 발생되었다고 판별할 수 있다.

다음으로, 누설전류 판별부(320)는 DC 전압 인가부(310)의 제3스위치(SW3)를 턴오프시키고, 제4스위치(SW4)를 턴온시킨다. 그러면, DC 전압 인가 노드(n2)에 제2 DC 전원(DC2)으로부터 출력되는 -5 V 의 전압이 인가된다. 그러면, 전압 배분 노드(n1)와 DC 전압 인가 노드(n2) 사이에 전위차가 발생되고, 전류센싱 저항(Rs)을 통해 전압 배분 노드(n1)로부터 DC 전압 인가 노드(n2) 측으로 전류가 흐르게 된다. 이 때, 상기 누설전류 판별부(320)는 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류의 크기를 센싱한다. 그런데, 누설전류의 발생으로 인해 전압 배분 노드(n1)의 전압이 0이 아닌 상태가 되면, 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류의 크기가 변화된다. 예를 들어, 전압 배분 노드(n1)의 전압이 양의 값을 가지면 전류의 크기는 상기 제2기준 레벨보다 증가되고, 전압 배분 노드(n1)의 전압이 음의 값을 가지면 전류의 크기는 상기 제2기준 레벨보다 감소한다. 따라서, 제2기준 레벨을 기준으로 전류 크기의 증가폭 또는 감소폭이 미리 정한 기준을 초과하면 누설전류가 발생되었다고 판별할 수 있다.

한편, 제2도전 라인(2)과 병렬로 접속된 캐패시터(C)는 배터리(200)로부터 인가될 수 있는 과도한 전압과 노이즈를 차단하여 누설전류 판별부(320)의 회로를 보호한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 누설전류 판별부의 구성을 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 상기 누설전류 판별부(320)는 전압 증폭기(321), A/D 컨버터(322), 중앙연산처리기(323), 스위치 제어기(324) 및 누설전류 경보기(325)를 포함한다.

상기 전압 증폭기(321)는, 상기 전류센싱 저항(Rs)의 양 단에 걸리는 전압을 증폭하여 아날로그 전압 신호를 출력한다.

상기 A/D 컨버터(322)는, 상기 전압 증폭기(321)에서 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환한다.

상기 중앙연산처리기(323)는 상기 A/D 컨버터(322)로부터 디지털 전압 신호를 입력받아 옴의 법칙에 의해 전압의 크기를 전류의 크기로 환산한다. 그런 다음, 메모리(미도시)에 저장된 제1 및 제2기준 레벨을 독출하고 환산된 전류의 크기와 제1 및 제2기준 레벨과 각각 대비하여 배터리(200)의 누설전류 발생 여부를 판별한다. 즉, 환산된 전류의 크기가 제1 및 제2기준 레벨을 기준으로 한계 이상으로 낮 아지거나 증가되면 누설전류가 발생되었다고 판별한다.

상기 스위치 제어기(324)는 상기 중앙연산처리기(323)의 통제에 따라 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)와 DC 전압 인가부(310)의 제3 및 제4스위치(SW3, SW4)의 온오프 동작을 선택적으로 제어한다.

상기 누설전류 경보기(325)는, 상기 중앙연산처리기(323)로부터 누설전류 발생 신호가 입력되면 누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 통보한다. 누설전류 경보기(325)는 LED, LCD, 알람 경보기 또는 이들의 조합을 포함한다. 이런 경우, 누설전류 발생 신호가 입력되면, 누설전류 경보기(325)는 LED를 점멸하거나 LCD에 경고 메시지를 출력하거나 알람 부저음을 발생시켜 사용자에게 누설전류 발생 사실을 통보할 수 있다. 상기 LED, LCD 및 알람 경보기는 누설전류 경보기(325)의 일 예시에 불과하며, 여러 가지 변형된 형태의 시각적 또는 청각적 알람 장치가 누설전류 경보기(325)로 채용될 수 있을 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

한편, 상술된 실시예에서는, 전류센싱 저항(Rs)의 양 단자에 걸리는 전압의 크기를 센싱하여 이를 옴의 법칙에 의해 전류의 크기로 환산하고, 환산된 전류의 크기를 토대로 배터리의 누설전류 발생 여부를 판별하였다. 대안적으로, 상기 절연저항(Rd)과 전류센싱 저항(Rs) 사이에 전류를 직접적으로 센싱할 수 있는 인-라인 전류 센싱기(미도시)를 설치하여, 인-라인 전류 센싱기를 통해 센싱된 전류의 크기를 토대로 배터리의 누설전류 발생 여부를 판별할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 방법에서 기준 레벨 설정 모드를 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.

먼저, 단계(S10)에서, 상기 누설전류 판별부(320)는 기준 레벨 설정 모드의 동작을 구현할 수 있는 기준 레벨 설정 프로그램을 실행시킨다.

단계(S20)에서, 누설전류 판별부(320)는 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 턴온시키고, 제3 및 제4스위치(SW3, SW4)를 턴오프시켜 누설전류 감지 장치(300)를 초기화시킨다.

단계(S30)에서, 누설전류 판별부(320)는 제3스위치(SW3)를 턴온시켜 DC 전압 인가 노드(n2)에 제1 DC 전원(DC1)으로부터 출력되는 +5 V 의 전압을 인가시킨 후, 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류의 크기를 센싱하여 제1기준 레벨로 설정한다.

단계(S40)에서, 누설전류 판별부(320)는 제3스위치(SW3)를 턴오프시키고 제4스위치(SW4)를 턴온시켜 DC 전압 인가 노드(n2)에 제2 DC 전원(DC2)으로부터 출력되는 -5 V 의 전압을 인가시킨 후, 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류의 크기를 센싱하여 제2기준 레벨로 설정한다.

단계(S50)에서, 누설전류 판별부(320)는 단계(S30) 및 단계(S40)에서 설정한 제1 및 제2기준 레벨을 메모리에 저장한다.

상술한 상기 단계(S10) 내지 단계(S50)은 1회만 실시할 수도 있지만, 기준 레벨의 신뢰성을 높이기 위해 단계(S10) 내지 단계(S40)을 여러 번 수행한 후 센싱된 복수의 제1 및 제2기준 레벨에 대한 평균값을 제1 및 제2기준 레벨로 설정할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리의 누설전류 감지 방법에서 누설전류 감지 모드를 설명하기 위해 도시한 절차 흐름도이다.

먼저, 단계(S11)에서, 상기 누설전류 판별부(320)는 누설전류 감지 모드의 동작을 구현할 수 있는 누설전류 감지 프로그램을 실행시킨다.

단계(S21)에서, 누설전류 판별부(320)는 상기 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)를 턴온시키고, 제3 및 제4스위치(SW3, SW4)를 턴오프시켜 누설전류 감지 장치(300)를 초기화시킨다.

단계(S31)에서, 누설전류 판별부(320)는 제3스위치(SW3)를 턴온시켜 DC 전압 인가 노드(n2)에 제1 DC 전원(DC1)으로부터 출력되는 +5 V 의 전압을 인가시킨 후, 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류의 크기를 센싱한다.

단계(S41)에서, 누설전류 판별부(320)는 제3스위치(SW3)를 턴오프시키고 제4스위치(SW4)를 턴온시켜 DC 전압 인가 노드(n2)에 제2 DC 전원(DC2)으로부터 출력되는 -5 V 의 전압을 인가시킨 후, 전류센싱 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류의 크기를 센싱한다.

단계(S51)에서, 누설전류 판별부(320)는 단계(S31) 및 단계(S41)에서 각각 센싱된 전류의 크기를 제1 및 제2기준 레벨과 각각 대비하여 누설전류 발생 여부를 판별한다. 누설전류 발생 여부의 판별 방식은 이미 상술하였다.

단계(S61)에서, 누설전류 판별부(320)는 단계(S51)의 판별 결과에 따라 프로세스를 2원화시킨다. 만약, 누설전류가 발생되지 않은 것으로 판별되었다면, 누설전류 판별부(320)는 누설전류 감지를 위한 프로세스를 종료한다. 반면, 누설전류가 발생된 것으로 판별되었다면, 누설전류 판별부(320)는 프로세스를 단계(S71)로 이행한다.

단계(S71)에서, 누설전류 판별부(320)는 배터리(200)에 누설전류가 발생한 사실을 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 통보한다.

상술한 단계(S11) 내지 단계(S71)은 부하 시스템(100)이 작동하고 있는 동안 일정한 주기로 반복 수행될 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100 : 부하 시스템 200 : 배터리

300 : 누설전류 감지 장치 310 : DC 전압 인가부

320 : 누설전류 판별부 321 : 전압 증폭기

322 : A/D 컨버터 323 : 중앙연산처리기

324 : 스위치 제어기 325 : 누설전류 경보기

Claims

배터리의 양 단자를 연결한 제1도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드;

상기 전압 배분 노드와 배터리의 양 단자 및 음 단자 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치;

상기 전압 배분 노드와 접지를 연결하는 제2도전 라인 상에 순차적으로 설치된 절연저항 및 전류센싱 저항;

상기 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양 또는 음의 DC 전압을 선택적으로 인가하여 상기 전압 배분 노드와 상기 DC 전압 인가 노드 사이에 전위차를 유발하는 DC 전압 인가부; 및

상기 제1 및 제2스위치을 턴온시킨 상태에서, 상기 유발된 전위차에 따라 상기 전류센싱 저항에 흐르는 전류의 크기를 센싱하여 전류의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상 벗어났는지 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 누설전류 판별부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 감지 장치.
제1항에 있어서,

상기 절연 저항과 상기 전류센싱 저항 사이에 병렬 연결된 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 감지 장치.
제1항에 있어서,

상기 전압 배분 노드는 상기 제1도전 라인 상에 설치된 제1저항 및 제2저항의 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 누설전류 감지 장치.
제3항에 있어서,

상기 제1 및 제2저항의 저항값은 동일한 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 DC 전압 인가부는,

상기 접지와 상기 전류센싱 저항 사이에 연결된 제3저항;

상기 제3저항과 병렬 연결된 제3 및 제4스위치;

상기 제3스위치에 의해 개폐되는 병렬 도전 라인 상에 설치되고, 제3스위치의 턴온시 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양의 DC 전압을 인가하는 제1 DC 전원; 및

상기 제4스위치에 의해 개폐되는 병렬 도전 라인 상에 설치되고, 제4스위치의 턴온시 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 음의 DC 전압을 인가하는 제2 DC 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 누설전류 판별부는,

상기 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류에 의해 유발되는 저항 양단의 전압을 증폭하는 전압 증폭기;

상기 전압 증폭기에서 출력되는 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 및

상기 A/D 컨버터로부터 디지털 전압 신호를 입력받아 옴의 법칙에 의해 전압의 크기를 전류의 크기로 환산한 후, 전류의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상 벗어났는지 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판단하는 중앙연산처리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 누설전류 판별부는,

상기 절연저항과 전류센싱 저항 사이에 설치된 인-라인 전류 센싱기;

상기 인-라인 전류 센싱기로부터 출력되는 아날로그 전류 신호를 디지털 전류 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 및

상기 A/D 컨버터로부터 디지털 전류 신호를 입력받은 후, 전류 신호의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상 벗어났는지 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판단하는 중앙연산처리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 누설전류 판별부는,

누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 출력하는 누설전류 경보기;를 더 포함하고,

상기 중앙연산처리기는 누설전류가 발생된 경우 상기 누설전류 경보기를 통 해 누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 누설전류 판별부는,

상기 제1 및 제2스위치와 상기 DC 전압 인가부의 제3 및 제4스위치를 제어하는 스위치 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 장치.
배터리의 양 단자를 연결하는 제1도전 라인 상에 설치된 전압 배분 노드와, 상기 전압 배분 노드와 배터리의 양 단자 및 음 단자 사이에 각각 설치된 제1 및 제2스위치와, 상기 전압 배분 노드와 접지를 연결하는 제2도전 라인 상에 순차적으로 설치된 절연저항 및 전류센싱 저항을 이용하여 배터리의 누설전류를 감지하는 방법에 있어서,

(a) 상기 제1 및 제2스위치를 턴온하는 단계;

(b) 상기 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양과 음의 DC 전압을 선택적으로 인가하여 상기 전류센싱 저항의 접지 측 일단과 상기 전압 배분 노드 사이에 전위차를 유발하는 단계;

(c) 상기 유발된 전위차에 의해 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류를 센싱하는 단계; 및

(d) 상기 센싱된 전류의 크기가 기준 레벨로부터 임계치 이상으로 벗어났는 지의 여부에 따라 누설전류 발생 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
제10항에 있어서, 상기 (b) 단계는,

전류센싱 저항의 양 단자 전압을 아날로그 전압 신호로 증폭하는 단계;

상기 증폭된 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하는 단계; 및

옴의 법칙에 의해 디지털 전압 신호의 크기를 전류의 크기로 환산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
제10항에 있어서, 상기 (b) 단계는,

상기 전류센싱 저항과 절연저항 사이에 설치된 인-라인 전류 센싱기를 이용하여 전류센싱 저항을 통해 흐르는 아날로그 전류 신호를 센싱하는 단계;

상기 센싱된 아날로그 전류 신호를 디지털 전류 신호로 변환하는 단계; 및

상기 디지털 전류 신호로부터 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
제10항에 있어서,

상기 기준 레벨은,

제1스위치 및 제2스위치의 턴온 후 양의 DC 전압을 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 인가했을 경우 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기를 나타내는 제1기 준 레벨; 및

제1스위치 및 제2스위치의 턴온 후 음의 DC 전압을 전류센싱 저항의 접지 측 일단에 인가했을 경우 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기를 나타내는 제2기준 레벨;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
제13항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

전류센싱 저항의 접지 측 일단에 양의 DC 전압 인가시 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기가 상기 제1기준 레벨을 임계치 이상 차이가 났을 경우 누설전류가 발생된 것으로 판별하는 단계; 또는

전류센싱 저항의 접지 측 일단에 음의 DC 전압 인가시 전류센싱 저항을 통해 흐르는 전류의 크기가 상기 제2기준 레벨을 임계치 이상 차이가 났을 경우 누설전류가 발생된 것으로 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.
제10항에 있어서,

누설전류가 발생된 경우 누설전류 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 통보하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 누설전류 감지 방법.