WO2021085893A1 - 누전 검출 장치, 누전 검출 방법 및 전기 차량 - Google Patents

누전 검출 장치, 누전 검출 방법 및 전기 차량 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a technique for detecting a short circuit between a battery and a chassis.
  • such a battery may be implemented as a single rechargeable cell, but is often implemented in a state in which a plurality of batteries are connected in series and/or in parallel for the purpose of supplying a high voltage.
  • a battery implemented to provide such a high voltage must be sufficiently electrically insulated from the chassis of the electric vehicle. If the insulation between at least one of the positive and negative terminals of the battery and the chassis is destroyed (i.e., a short circuit occurs), a conduction path of leakage current is formed between the battery and the chassis, and accordingly, the battery It may cause malfunction of the electrical equipment connected to the device, and in particular, safety accidents such as electric shock may occur.
  • Patent Document 1 In order to detect a short circuit in the battery, it is necessary to measure the voltage between at least two nodes electrically connected to the battery by using a voltage detecting means.
  • Conventional techniques including Patent Document 1, use a chassis as a ground (electrical position serving as a reference for voltage measurement) for sampling a voltage value required for electric leakage determination. For this reason, when it is desired to use the negative terminal of the battery as a ground instead of the chassis, it is difficult to apply the technique of Patent Document 1.
  • Patent Document 1 KR 10-2015-0081988 A (Publication date: July 15, 2015)
  • the present invention as conceived to solve the above problems, includes an earth leakage detection device using a negative terminal of a battery instead of a chassis as a ground for detection of a voltage required for earth leakage detection, a leakage detection method, and the leakage detection device. It is an object to provide an electric vehicle that can be used.
  • Another object of the present invention is to provide a method for individually diagnosing failures of components included in the earth leakage detection device in a state in which the chassis is electrically separated from the earth leakage detection device.
  • an electric leakage detection apparatus is for an electric vehicle including a battery and a chassis.
  • the electric leakage detection device includes: a battery voltage sensor configured to measure a battery voltage between a positive terminal and a negative terminal of the battery; A first series circuit including a first resistor and a first switch connected in series between a first node connected to the negative terminal and a second node connectable to the chassis; A second series circuit including a second resistor and a second switch connected in series between the second node and a third node connected to the positive terminal; A voltage divider connected in parallel to the first series circuit and including a third resistor and a fourth resistor connected in series through a fourth node; An analog-to-digital converter configured to generate a digital signal indicative of a voltage between the first node and the fourth node; And a control unit operatively coupled to the battery voltage sensor, the first switch, the second switch, and the analog-to-digital converter.
  • the control unit is configured to determine a first detection voltage based on the digital signal at a first detection time point during execution of a first earth leakage detection mode in which the first switch is turned on and the second switch is turned off. It is composed.
  • the control unit is configured to determine a second detection voltage based on the digital signal at a second detection time point during execution of a second earth leakage detection mode in which the first switch is turned off and the second switch is turned on. It is composed.
  • the control unit is configured to determine a first insulation resistance between the positive terminal and the chassis and a second insulation resistance between the negative terminal and the chassis based on the battery voltage, the first detection voltage, and the second detection voltage. do.
  • the control unit is configured to determine whether the battery has a short circuit based on the first insulation resistance and the second insulation resistance.
  • the resistance of the first resistor may be the same as that of the second resistor.
  • the control unit may be configured to determine the first insulation resistance using Equation 1 below.
  • V 1 is the first detection voltage
  • V 2 is the second detection voltage
  • R 1 is the resistance of the first resistor
  • R (+) is the first insulation resistance
  • the control unit may be configured to determine the second insulation resistance using Equation 2 below.
  • V Batt is the battery voltage
  • R 3 is the resistance of the third resistor
  • R 4 is the resistance of the fourth resistor
  • R (-) is the second insulation resistance
  • the genital leakage detection apparatus may further include a third series circuit including a third switch and a fifth resistor connected in series.
  • the third switch may be connected between the chassis and the second node.
  • the fifth resistor may be connected between the chassis and the third node.
  • the control unit may be configured to determine a first diagnosis voltage based on the digital signal at a first diagnosis point during execution of a first failure diagnosis mode in which the second switch and the third switch are controlled in an off state. have.
  • the control unit may be configured to determine whether at least one of a short-circuit failure of the second switch and a short-circuit failure of the third switch occurs based on the first diagnosis voltage.
  • the control unit may be configured to determine that at least one of the second switch and the third switch is a short circuit failure when the first diagnosis voltage is greater than a first threshold voltage.
  • the control unit based on the digital signal at a second diagnosis point during execution of a second failure diagnosis mode in which the first switch and the second switch are controlled to be in an on state and the third switch is controlled to be off, It may be configured to determine a second diagnostic voltage.
  • the control unit based on the battery voltage and the second diagnostic voltage, the open failure of the first switch, the open failure of the second switch, the resistance failure of the first resistor, the resistance failure of the second resistor, the It may be configured to determine whether at least one of a resistance failure of the third resistor and a resistance failure of the fourth resistor occurs.
  • the control unit may be configured to determine a first reference voltage equal to a product of the battery voltage and a first voltage distribution ratio. When the absolute value of the difference between the second diagnostic voltage and the first reference voltage is greater than a second threshold voltage, the control unit may include an open failure of the first switch, an open failure of the second switch, and an open failure of the first resistor. A resistance failure, a resistance failure of the second resistor, a resistance failure of the third resistor, and a resistance failure of the fourth resistor.
  • the control unit based on the digital signal at a third diagnosis point during execution of a third failure diagnosis mode in which the first switch and the third switch are controlled in an off state and the second switch is controlled in an on state, It may be configured to determine a third diagnostic voltage.
  • the control unit may be configured to determine whether a short-circuit failure of the first switch has occurred based on the battery voltage and the third diagnostic voltage.
  • the control unit may be configured to determine a second reference voltage equal to a product of the battery voltage and a second voltage distribution ratio.
  • the control unit may be configured to determine that the first switch is a short circuit failure when an absolute value of a difference between the third diagnostic voltage and the second reference voltage is greater than a third threshold voltage.
  • the control unit based on the digital signal at a fourth diagnosis point during execution of a fourth failure diagnosis mode in which the first switch and the second switch are controlled in an off state and the third switch is controlled in an on state, It may be configured to determine a fourth diagnostic voltage.
  • the control unit may be configured to determine whether an open failure of the third switch has occurred based on the fourth diagnostic voltage.
  • the control unit may be configured to determine that the third switch is an open fault when the fourth diagnostic voltage is less than a fourth threshold voltage.
  • An electric vehicle includes the electric leakage detection device.
  • a method for detecting a ground fault using the apparatus for detecting a ground fault is provided at a first detection point during execution of a first ground fault detection mode in which the first switch is turned on and the second switch is controlled to be turned off.
  • the electric leakage detection method includes determining a first diagnosis voltage based on the digital signal at a first diagnosis time point during execution of a first failure diagnosis mode in which the second switch and the third switch are controlled in an off state. ; And determining whether at least one of a short-circuit failure of the second switch and a short-circuit failure of the third switch occurs based on the first diagnosis voltage.
  • a short circuit between the battery and the chassis may be detected by using the negative terminal of the battery instead of the chassis as a ground for detection of a voltage required for detection of a short circuit.
  • a short circuit of the battery may be detected.
  • FIG. 1 is a diagram showing an exemplary configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a method of detecting an earth leakage according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a method of detecting an earth leakage according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a fault diagnosis method for self-diagnosis of an earth leakage detection apparatus according to the present invention.
  • control unit> described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram showing an exemplary configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • an electric vehicle 1 includes a chassis 2, an inverter 3, an electric motor 4, a battery 10, and an electric leakage detection device 100.
  • the inverter 3 is provided to convert the direct current from the battery 10 into an alternating current in response to a command from the earth leakage detection device 100.
  • the electric motor 4 is a three-phase AC motor and is driven by receiving an AC current generated by the inverter 3.
  • the electric vehicle 1 travels by driving force generated while the electric motor 4 is being driven.
  • the battery 10 may be an assembly of a plurality of battery cells B connected in series and/or in parallel with each other.
  • the type of the battery cell B is not particularly limited as long as it can be repeatedly recharged, such as a lithium ion cell.
  • the electric leakage detection device 100 is provided to be electrically connected to the positive terminal 11 of the battery 10, the negative terminal 12 of the battery 10, and the chassis 2.
  • R P shown in FIG. 1 represents the first leakage resistance between the positive terminal 11 of the battery 10 and the chassis 2
  • R N represents the control between the negative terminal 12 and the chassis 2 of the battery 10. 2
  • the first leakage resistance R P and the second leakage resistance R N may be referred to as virtual resistances indicating how well the battery 10 is insulated from the chassis 2. If there is no leakage current in the battery 10, both the first leakage resistance R P and the second leakage resistance R N have very large values exceeding the threshold resistance.
  • the first leakage resistance At least one of (R P ) and the second leakage resistance (R N ) will have a very small value less than or equal to the threshold resistance.
  • the threshold resistance may be a predetermined value to prevent an electric shock accident.
  • the earth leakage detection device 100 includes first to fourth nodes N1, N2, N3, and N4, a battery voltage sensor 102, a first series circuit 110, a second series circuit 120, and a voltage divider ( 130), an analog-to-digital converter 150 and a control unit 160.
  • the earth leakage detection apparatus 100 may further include a third series circuit 140 and a fifth node N5.
  • the third series circuit 140 includes a fifth resistor 141 and a third switch 142 electrically connected in series.
  • the fifth node N5 has substantially the same potential as the chassis 2. Therefore, that a certain configuration is electrically connected to the fifth node N5 indicates that it is also electrically connected to the chassis 2.
  • the second node N2 and the fifth node N5 may be referred to as the same node.
  • node' refers to a location or area in which two or more electrical components are electrically coupled to each other. That is, the first to fifth nodes (N1, N2, N3, N4, N5) are each component of the earth leakage detection device 100, the battery 10 and the chassis 2 are electrically connected to each other, a bus bar or wire It may be part of a conductor such as.
  • the negative terminal 12, the first series circuit 110, the voltage divider 130, and the analog-to-digital converter 150 are electrically connected to each other through the first node N1.
  • the first series circuit 110, the second series circuit 120, the voltage divider 130, and the third switch 142 are electrically connected to each other through a second node N2.
  • the positive terminal 11, the second series circuit 120, and the fifth resistor 141 are electrically connected to each other through a third node N3.
  • the voltage divider 130 and the analog-to-digital converter 150 are electrically connected to each other through a fourth node N4.
  • the chassis 2, the third switch 142, and the fifth resistor 141 are electrically connected to each other through a fifth node N5.
  • the battery voltage sensor 102 is electrically connected to the positive terminal 11 and the negative terminal 12 of the battery 10 to measure the battery voltage across both ends of the battery 10.
  • the battery voltage sensor 102 is configured to generate a signal indicative of the measured battery voltage.
  • the first series circuit 110 is electrically connected between the first node N1 and the second node N2.
  • the first series circuit 110 includes a first resistor 111 and a first switch 112 electrically connected in series with each other. That is, one end of each of the first resistor 111 and the first switch 112 is commonly connected to each other, and one of the other ends of each of the first resistor 111 and the first switch 112 is connected to the first node N1.
  • the other is electrically connected to the second node N2.
  • the first resistor 111 is provided to prevent an inrush current when the first switch 112 is controlled to be turned on.
  • the second series circuit 120 is electrically connected between the second node N2 and the third node N3.
  • the second series circuit 120 includes a second resistor 121 and a second switch 122 electrically connected in series with each other. That is, one end of each of the second resistor 121 and the second switch 122 is commonly connected to each other, and one of the other ends of each of the second resistor 121 and the second switch 122 is connected to the second node N2.
  • the other is electrically connected to the third node N3.
  • the second resistor 121 is provided to prevent an inrush current when the second switch 122 is controlled to be turned on.
  • the resistance of the first resistor 111 and the resistance of the second resistor 121 may be the same.
  • the first switch 112, the second switch 122, and the third switch 142 may be known switching elements such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the voltage divider 130 is electrically connected in parallel to the first series circuit 110. That is, the voltage divider 130 is electrically connected between the first node N1 and the second node N2.
  • the voltage divider 130 includes a third resistor 131 and a fourth resistor 132 connected in series with each other. One end of each of the third resistor 131 and the fourth resistor 132 is electrically connected to each other through a fourth node N4. The other end of the third resistor 131 is electrically connected to the first node N1, and the other end of the fourth resistor 132 is electrically connected to the second node N2.
  • the resistance of the fourth resistor 132 may be several to several hundred times the resistance of the third resistor 131.
  • the third switch 142 is electrically connected between the second node N2 and the fifth node N5.
  • the fifth resistor 141 is electrically connected between the third node N3 and the fifth node N5. Accordingly, while the third switch 142 is in the ON state, the fifth resistor 141 may be electrically connected in parallel to the second series circuit 120.
  • the resistance of the fifth resistor 141 may be equal to the sum of the resistance of the third resistor 131 and the resistance of the fourth resistor 132.
  • the analog-to-digital converter 150 is electrically connected to the first node N1 and the fourth node N4.
  • the analog-to-digital converter 150 is provided to measure the voltage across the third resistor 131 of the voltage divider 130.
  • the analog-to-digital converter 150 is electrically connected to the negative terminal 12 and uses the negative terminal 12 and the first node N1 having the same potential as the ground, and the first node N1 and the fourth It is configured to generate a digital signal representing the voltage between the nodes N4.
  • the control unit 160 includes hardware, 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. It may be implemented using at least one of (microprocessors) and electrical units for performing other functions.
  • the control unit 160 may include a memory therein. In the memory, programs and various data necessary for executing a method to be described later may be stored.
  • the memory is, for example, a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type, a multimedia card micro type.
  • RAM random access memory
  • SRAM static random access memory
  • ROM read-only memory
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • PROM programmable read-only memory It may include a storage medium of the type.
  • the controller 160 is operatively coupled to the battery voltage sensor 102, the first switch 112, the second switch 122, the third switch 142, and the analog-to-digital converter 150.
  • the controller 160 may independently control the first switch 112, the second switch 122, and the third switch 142. That is, the first switch 112, the second switch 122, and the third switch 142 may be controlled in an ON state or an OFF state, respectively.
  • the controller 160 may independently control the first to third switches 112, 122, and 142 by selectively outputting one or two or more of the first to third switching (S1, S2, S3). .
  • While the first switch 112 is controlled to be turned on in response to the first switching signal S1 from the controller 160, the first node N1 is connected to the second node ( It can be electrically connected to N2).
  • the second switch 122 While the second switch 122 is controlled to be turned on in response to the second switching signal S2 from the controller 160, the second node N2 is connected to the third node ( It can be electrically connected to N3).
  • the third switch 142 While the third switch 142 is controlled to be turned on in response to the third switching signal S3 from the controller 160, the fifth node N5 is connected to the second node N2 through the third switch 142. ) Can be electrically connected.
  • Data representing predetermined resistances of the first resistor 111, the second resistor 121, the third resistor 131, the fourth resistor 132, and the fifth resistor 141 are previously stored in the memory. .
  • the voltage divider 130 is provided to generate a voltage between the first node N1 and the fourth node N4 from the voltage between the first node N1 and the second node N2.
  • the voltage between the first node N1 and the second node N2 is a voltage across both ends of the voltage divider 130.
  • the voltage between the first node N1 and the fourth node N4 is a voltage across both ends of the fourth resistor 132.
  • the ratio of the voltage between the first node N1 and the fourth node N4 to the voltage between the first node N1 and the second node N2 is the resistance of the third resistor 131 and the fourth resistor 132. It is the same as the ratio of the resistance of the fourth resistor 132 to the sum of the resistances of ). For example, when the voltage between the first node N1 and the second node N2 is 100 V, the resistance of the third resistor 131 is 5.98 M ⁇ , and the resistance of the fourth resistor 132 is 0.02 M ⁇ , the first node ( The voltage between N1) and the fourth node N4 is 100 ⁇ 0.02/(5.98+0.02)V.
  • the control unit 160 may selectively execute the first and second electric leakage detection modes to detect electric leakage. While charging and discharging of the battery 10 is stopped, the controller 160 may sequentially execute the first electric leakage detection mode and the second electric leakage detection mode.
  • the controller 160 When executing the first electric leakage detection mode, the controller 160 controls the first switch 112 to be turned on and the second switch 122 to be turned off.
  • the control unit 160 determines the first detection voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a first detection time point while the first leakage detection mode is being executed.
  • the first detection voltage is a voltage across both ends of the third resistor 131 at the first detection time.
  • the first detection time point may be a time point after a predetermined time elapses from the start time point of the first earth leakage detection mode. The reason is that the states of the first switch 112 and the second switch 122 momentarily change immediately after the first earth leakage detection mode is executed, so that the first node N1 and the fourth node N4 are This is because the voltage can be unstable.
  • the control unit 160 controls the first switch 112 to be turned off and the second switch 122 to be turned on.
  • the controller 160 determines a second detection voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a second detection time point while the second leakage detection mode is being executed.
  • the second detection voltage is a voltage across both ends of the third resistor 131 at the second detection time.
  • the second detection time point may be a time point after a predetermined time elapses from the start time point of the second earth leakage detection mode. The reason is that the states of the first switch 112 and the second switch 122 momentarily change immediately after the second earth leakage detection mode is executed, so that the first node N1 and the fourth node N4 are This is because the voltage can be unstable.
  • the controller 160 may control the third switch 142 to be turned on while the first and second electric leakage detection modes are being executed.
  • the controller 160 may execute the second earth leakage detection mode at a time when the first detection voltage is determined.
  • the controller 160 may execute the first earth leakage detection mode at a time when the second detection voltage is determined.
  • the first resistor 111 is electrically connected in parallel to the voltage divider 130 and the second earth leakage resistor R N , and the second resistor 121 is connected to the second node N2 ) Is electrically separated from. Therefore, the first detection voltage has a relationship according to Equation 1 below.
  • the first resistor 111 is electrically separated from the second node N2, while the second resistor 121 is connected to the fifth resistor 141 and the first earth leakage resistor R. It is electrically connected in parallel to P ). Therefore, the second detection voltage has a relationship according to Equation 2 below.
  • V Batt is the battery voltage
  • R 1 is the resistance of the first resistor 111
  • R 2 is the resistance of the second resistor 121
  • R 3 is the resistance of the third resistor 131
  • R 4 is the resistance of the fourth resistor 132
  • V 1 is the first detection voltage
  • V 2 is the second detection voltage.
  • R (+) is a first insulation resistance indicating an insulation state between the positive terminal 11 and the chassis 2.
  • the fifth resistor 141 may be omitted from the earth leakage detection apparatus 100, in which case R (+) is the same as the first earth leakage resistance R P.
  • R (-) is a second insulation resistance indicating an insulation state between the negative terminal 12 and the chassis 2.
  • Equations 1 and 2 only R (+) and R (-) are unknown.
  • the resistance of the first resistor (111) (R 1) and the resistance of the second resistor (121) (R 2) if the same with each other, the formula for the R (+) from Formula 1 and Formula 2, 3 and R (- Equation 4 for) can be derived.
  • the controller 160 may determine the third insulation resistance using Equation 5 below.
  • R leak is the third insulation resistance.
  • the third insulation resistance is a parallel composite resistance of the first insulation resistance R (+ ) and the second insulation resistance R (-)).
  • first insulation resistance R (+) is less than the predetermined first reference resistance indicates that the first leakage resistance R P is less than the critical resistance.
  • second insulation resistance R (-) is less than the predetermined second reference resistance, it indicates that the second leakage resistance R N is less than the critical resistance.
  • the third insulation resistance R leak is a predetermined third reference If it is less than the resistance, an electric leakage alarm signal indicating that an electric leakage has occurred in the battery 10 may be generated.
  • the first reference resistance may be the same as the second reference resistance.
  • the third reference resistance may be smaller than the smaller of the first reference resistance and the second reference resistance.
  • the third reference resistance may be a parallel combined resistance of the first reference resistance and the second reference resistance.
  • the earth leakage detection apparatus 100 may further include an interface unit 170.
  • the interface unit 170 may include at least one of a display and a speaker, and may output an earth leakage alarm signal from the controller 160 as a signal in a form that can be recognized by a user.
  • the third switch 142 may be maintained in an on state.
  • the battery voltage V Batt may be predetermined before each earth leakage detection method is executed.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a method of detecting an earth leakage according to the first embodiment of the present invention.
  • step S210 the controller 160 executes a first leakage detection mode in which the first switch 112 is turned on and the second switch 122 is turned off.
  • step S220 the controller 160 determines a first detection voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a first detection time point during execution of the first leakage detection mode.
  • step S230 the controller 160 executes a second electric leakage detection mode in which the first switch 112 is turned off and the second switch 122 is turned on.
  • step S240 the controller 160 determines a second detection voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a second detection time point during execution of the second leakage detection mode.
  • step S250 the control unit 160, based on the first detection voltage and the second detection voltage, the first insulation resistance R (+ ) Is determined (see Equation 3).
  • step S260 the control unit 160, based on the first detection voltage and the second detection voltage, the second insulation resistance R (- ) Is determined (see Equation 4).
  • step S270 the controller 160 determines a third insulation resistance based on the first insulation resistance and the second insulation resistance (refer to Equation 5). Step S270 may be omitted from the method of FIG. 2.
  • step S280 the controller 160 determines whether or not a short circuit has occurred in the battery 10 based on at least one of the first insulation resistance, the second insulation resistance, and the third insulation resistance. If the value of step S280 is "Yes", the process proceeds to step S290.
  • step S290 the control unit 160 generates an earth leakage alarm signal.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a method of detecting an earth leakage according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • steps S325, S342, and S344 are added compared to the method of FIG. 2.
  • the remaining steps of the method of FIG. 3 are the same as the method of FIG. 2.
  • step S310 the controller 160 executes a first earth leakage detection mode in which the first switch 112 is turned on and the second switch 122 is turned off.
  • step S320 the controller 160 determines a first detection voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a first detection time point during execution of the first leakage detection mode.
  • step S325 the control unit 160 determines whether the first detection voltage is greater than the threshold voltage. Even if the battery voltage is the same, since the voltage across both ends of the voltage divider 130 increases as the first leakage resistance R P decreases, the first detection voltage may increase. Therefore, that the first detection voltage is greater than the threshold voltage may be a result that the first leakage resistance R P is less than the threshold resistance.
  • the threshold voltage is predetermined in consideration of a result of a preliminary simulation, and may be, for example, the same as the first threshold voltage described later. If the value of step S325 is "Yes”, the process proceeds to step S390. If the value of step S325 is "No", the process proceeds to step S330.
  • step S330 the controller 160 executes a second electric leakage detection mode in which the first switch 112 is turned off and the second switch 122 is turned on.
  • step S340 the controller 160 determines a second detection voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a second detection time point during execution of the second leakage detection mode.
  • step S342 the control unit 160 determines whether the first detection voltage is equal to or greater than the second detection voltage.
  • the first insulation resistance (R (+) ) and the second insulation resistance (R (-) ) must be positive values from a physical aspect. By the way, in Equations 3 and 4, when the first detection voltage V 1 is equal to or greater than the second detection voltage V 2 , each of the first insulation resistance R (+ ) and the second insulation resistance R (-) ) is 0 Or it becomes a negative value. If the value of step S342 is "Yes”, it indicates that an error has occurred in at least one of step S310, step S310, step S320, step S325, step S330, and step S340. If the value of step S342 is "Yes”, the process proceeds to step S344. If the value of step S342 is "No", the process proceeds to step S350.
  • step S344 the control unit 160 generates a failure alarm signal.
  • the failure alarm signal indicates that a failure has occurred in the electric leakage detection apparatus 100 and thus electric leakage detection is impossible.
  • the interface unit 170 may output a fault alarm signal from the control unit 160 as a signal in a form that can be recognized by a user.
  • step S350 the control unit 160, based on the first detection voltage and the second detection voltage, the first insulation resistance R (+ ) Is determined (see Equation 3).
  • step S360 the control unit 160, based on the first detection voltage and the second detection voltage, the second insulation resistance R (- ) Is determined (see Equation 4).
  • step S370 the controller 160 determines a third insulation resistance based on the first insulation resistance and the second insulation resistance (refer to Equation 5). Step S370 may be omitted from the method of FIG. 3.
  • step S380 the controller 160 determines whether or not a short circuit has occurred in the battery 10 based on at least one of the first insulation resistance, the second insulation resistance, and the third insulation resistance. If the value of step S380 is "Yes", the process proceeds to step S390.
  • step S390 the control unit 160 generates an earth leakage alarm signal.
  • step S325 may be omitted, or S342 and S344 may be omitted.
  • the switches 112, 122, 142 and the resistors 111, 121, 131, 132, 141 in the earth leakage detection device 100 are faulty, the earth leakage according to the first and second embodiments The detection method cannot be performed properly. Therefore, in order to ensure the accuracy of the result of the electric leakage detection method according to FIG. 2 or 3, the switches 112, 122, 142 and the resistors 111, 121, 131, 132 of the electric leakage detection apparatus 100 are It is necessary to execute a fault diagnosis method for determining whether at least one of 141) is a fault.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a fault diagnosis method for self-diagnosis of an earth leakage detection apparatus according to the present invention.
  • the method of FIG. 4 is a self-diagnosis process of the electric leakage detection apparatus 100.
  • the steps of the method of FIG. 4 may be included as a method of detecting an earth leakage.
  • the method of FIG. 4 may be executed prior to execution of the method of detecting an electric leakage of FIG. 2 or 3.
  • step S410 the controller 160 executes a first failure diagnosis mode.
  • the first failure diagnosis mode is a mode in which the second switch 122 and the third switch 142 are controlled in an off state.
  • the reason for controlling the third switch 142 to the off state is to electrically isolate the fifth node N5 electrically connected to the chassis 2 from the second node N2.
  • the third switch 142 is turned off, the closed circuit between the battery 10, the earth leakage detection device 100, and the chassis 2 disappears.
  • the first switch 112 may be controlled in an off state, but may be controlled in an on state.
  • step S412 the control unit 160 determines a first diagnosis voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a first diagnosis point during execution of the first failure diagnosis mode.
  • the first diagnosis time point may be a time point after a predetermined time elapses from the start time point of the first failure diagnosis mode.
  • the first diagnosis voltage represents a voltage across both ends of the third resistor 131 at the time of the first diagnosis.
  • step S414 the control unit 160 determines whether or not a first fault condition has occurred based on the first diagnostic voltage.
  • the first failure state indicates a short-circuit failure of at least one of the second switch 122 and the third switch 142.
  • Short circuit fault means a fault in which the switch cannot be turned off.
  • the first diagnosis voltage is analog- It should be less than or equal to the voltage resolution (eg, 0.03V) of the digital converter 150.
  • the first diagnosis voltage becomes much greater than the voltage resolution.
  • the control unit 160 determines that a first fault condition has occurred.
  • the first threshold voltage is predetermined to be 0.04V or the like in consideration of the voltage resolution of the analog-to-digital converter 150. If the value of step S414 is "Yes”, it indicates that at least one of the second switch 122 and the third switch 142 is a short circuit failure. If the value of step S414 is "No”, it indicates that both the second switch 122 and the third switch 142 are turned off. If the value of step S414 is "No”, the process proceeds to step S420. If the value of step S414 is "Yes”, the process proceeds to step S450.
  • step S420 the control unit 160 executes a second failure diagnosis mode.
  • the second fault diagnosis mode is a mode in which the first switch 112 and the second switch 122 are turned on and the third switch 142 is turned off.
  • the reason for controlling the third switch 142 to the off state is to electrically isolate the fifth node N5 electrically connected to the chassis 2 from the second node N2.
  • step S422 the control unit 160 determines a second diagnosis voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a second diagnosis point during execution of the second failure diagnosis mode.
  • the second diagnosis time point may be a time point after a predetermined time elapses from the start time point of the second failure diagnosis mode.
  • the second diagnostic voltage represents the voltage across both ends of the third resistor 131 at the second diagnostic time point.
  • step S424 the controller 160 determines whether a second fault condition has occurred based on the second diagnostic voltage and the battery voltage.
  • the second failure states include an open failure of the first switch 112, an open failure of the second switch 122, a resistance failure of the first resistor 111, a resistance failure of the second resistor 121, and a third resistor ( It represents a resistance failure of 131) or a resistance failure of the fourth resistor 132.
  • An open circuit fault means a fault in which the switch cannot be turned on. Resistance failure indicates that the difference between the actual resistance of the resistor and the resistance predetermined for the resistor exceeds a certain level.
  • the voltage divider 130 is electrically connected to the first series circuit 110. While being connected in parallel, it is electrically connected to the positive terminal 11 through the second series circuit 120. Accordingly, when the second fault diagnosis mode is normally executed, the battery voltage and the second diagnosis voltage have a relationship according to Equation 6 below.
  • V batt is the battery voltage
  • V dia_2 is the second diagnostic voltage
  • S vd_1 is the first voltage distribution ratio. If the second fault condition occurs, the battery voltage and the second diagnostic voltage do not satisfy the relationship according to Equation 6.
  • the battery voltage V Batt of Equation 6 may be predetermined before step S424.
  • the controller 160 determines the first reference voltage equal to the product of the battery voltage and the first voltage distribution ratio. Then, when the absolute value of the difference between the second diagnostic voltage and the first reference voltage is greater than the second threshold voltage, the controller 160 determines that a second fault condition has occurred.
  • the second threshold voltage is predetermined in consideration of the voltage resolution of the analog-to-digital converter 150. For example, the second threshold voltage may be the same as the first threshold voltage.
  • step S424 If the value of step S424 is "Yes”, an open failure of the first switch 112, an open failure of the second switch 122, a resistance failure of the first resistor 111, and a resistance failure of the second resistor 121 , It indicates that at least one of a resistance failure of the third resistor 131 and a resistance failure of the fourth resistor 132 has occurred.
  • step S424 When the value of step S424 is "no", the first switch 112 is open, the second switch 122 is open, the first resistor 111 is resistance, and the second resistor 121 is failed. , It indicates that none of the resistance failure of the third resistor 131 and the resistance failure of the fourth resistor 132 has occurred. If the value of step S424 is "No", the process proceeds to step S430. If the value of step S424 is "Yes”, the process proceeds to step S450.
  • step S430 the control unit 160 executes a third failure diagnosis mode.
  • the third failure diagnosis mode is a mode in which the second switch 122 is turned on and the first switch 112 and the third switch 142 are controlled in an off state.
  • the reason for controlling the third switch 142 to the off state is to electrically isolate the fifth node N5 electrically connected to the chassis 2 from the second node N2.
  • step S432 the control unit 160 determines a third diagnostic voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a third diagnostic time point during execution of the third fault diagnostic mode.
  • the third diagnosis time point may be a time point after a predetermined time elapses from the start time point of the third failure diagnosis mode.
  • the third diagnostic voltage represents a voltage across both ends of the third resistor 131 at the time of the third diagnosis.
  • step S434 the control unit 160 determines whether or not a third fault condition has occurred based on the third diagnostic voltage and the battery voltage.
  • the third failure state indicates a short-circuit failure of the first switch 112.
  • the voltage divider 130 is transmitted through the second series circuit 120. It is electrically connected to the positive terminal 11.
  • the battery voltage and the third diagnostic voltage have a relationship according to Equation 7 below.
  • V batt is a battery voltage
  • V dia_3 is a third diagnostic voltage
  • S vd_2 is a second voltage distribution ratio. If a third fault condition occurs, the battery voltage and the third diagnostic voltage do not satisfy the relationship according to Equation 7.
  • the battery voltage V Batt of Equation 7 may be predetermined before step S434.
  • the controller 160 determines the second reference voltage equal to the product of the battery voltage and the second voltage distribution ratio. Then, when the absolute value of the difference between the third diagnostic voltage and the second reference voltage is greater than the third threshold voltage, the controller 160 determines that a third fault condition has occurred.
  • the third threshold voltage is predetermined in consideration of the voltage resolution of the analog-to-digital converter 150. For example, the third threshold voltage may be the same as the first threshold voltage.
  • step S434 If the value of step S434 is "Yes”, the process proceeds to step S450. If the value of step S434 is "No”, the process proceeds to step S440.
  • step S440 the controller 160 executes a fourth fault diagnosis mode.
  • the fourth fault diagnosis mode is a mode in which the first switch 112 and the second switch 122 are turned off and the third switch 142 is turned on.
  • step S442 the control unit 160 determines a fourth diagnosis voltage based on the digital signal generated by the analog-to-digital converter 150 at a fourth diagnosis point during execution of the fourth failure diagnosis mode.
  • the fourth diagnosis time point may be a time point after a predetermined time elapses from the start time point of the fourth failure diagnosis mode.
  • the fourth diagnosis voltage represents a voltage across both ends of the third resistor 131 at the time of the fourth diagnosis.
  • step S444 the control unit 160 determines whether or not a fourth fault condition has occurred based on the fourth diagnostic voltage.
  • the fourth failure state indicates an open failure of the third switch 142.
  • the fourth switch 142 is turned on by the fourth fault diagnosis mode, the voltage divider 130 is electrically connected from the positive terminal 11 through the fifth resistor 141, so that the fourth diagnosis voltage is analog-digital.
  • the voltage resolution (eg, 0.03V) of the converter 150 must be higher. Accordingly, when the fourth diagnostic voltage is less than the fourth threshold voltage, the control unit 160 determines that a fourth fault condition has occurred.
  • the fourth threshold voltage is predetermined in consideration of the voltage resolution of the analog-to-digital converter 150. For example, the fourth threshold voltage may be the same as the first threshold voltage.
  • the controller 160 determines that a fourth fault condition has occurred.
  • the third reference voltage is equal to the product of the battery voltage and the third voltage distribution ratio.
  • the fifth threshold voltage is predetermined in consideration of the voltage resolution of the analog-to-digital converter 150. For example, the fifth threshold voltage may be the same as the first threshold voltage.
  • V batt is the battery voltage
  • V dia_4 is the fourth diagnostic voltage
  • S vd_3 is the third voltage distribution ratio. If the third switch 142 is an open failure, the battery voltage and the fourth diagnostic voltage do not satisfy the relationship according to Equation 8.
  • the battery voltage V Batt of Equation 8 may be predetermined before step S444.
  • step S444 If the value of step S444 is "Yes”, the process proceeds to step S450. If the value of step S444 is "no", the process may proceed to step S210 of FIG. 2 or step S310 of FIG. 3.
  • step S450 the control unit 160 generates a failure alarm signal.
  • the failure alarm signal indicates that a failure has occurred in the electric leakage detection apparatus 100 and thus electric leakage detection is impossible.
  • the interface unit 170 may output a fault alarm signal from the control unit 160 as a signal in a form that can be recognized by a user.
  • the embodiments of the present invention described above are not implemented only through an apparatus and a method, but may be implemented through a program that realizes a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded. Implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs from the description of the above-described embodiment.

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Abstract

배터리 및 섀시를 포함하는 전기 차량을 위한 누전 검출 장치는, 배터리 전압을 측정하는 배터리 전압 센서; 상기 배터리의 음극 단자에 연결되는 제1 노드와 상기 섀시에 연결 가능한 제2 노드의 사이에 직렬 연결되는 제1 저항기 및 제1 스위치를 포함하는 제1 직렬 회로; 상기 제2 노드와 상기 양극 단자에 연결되는 제3 노드의 사이에 직렬 연결되는 제2 저항기 및 제2 스위치를 포함하는 제2 직렬 회로; 상기 제1 직렬 회로에 병렬 연결되고, 제4 노드를 통해 직렬 연결되는 제3 저항기 및 제4 저항기를 포함하는 전압 분배기; 상기 제1 노드 및 상기 제4 노드 간의 전압을 나타내는 디지털 신호를 생성하도록 구성된 아날로그-디지털 컨버터; 및 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 누전 검출 모드에서 상기 아날로그-디지털 컨버터에 의해 측정된 적어도 하나의 검출 전압을 기초로, 상기 배터리의 누전 여부를 판정한다.

Description

누전 검출 장치, 누전 검출 방법 및 전기 차량
본 발명은, 배터리와 섀시 간의 누전을 검출하기 위한 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 10월 31일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2019-0138010호, 2019년 10월 31일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2019-0138012호 및 2020년 09월 01일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2020-0111225호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 이러한 배터리는 재충전 가능한 단일의 셀로 구현되는 경우도 있지만, 고전압을 공급하기 위한 목적으로 복수의 배터리가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 상태로 구현되는 경우가 많다.
이와 같은 고전압을 제공하도록 구현된 배터리는 전기 차량의 섀시로부터 전기적으로 충분히 절연된 상태를 유지하여야 한다. 만일, 배터리의 양극 단자 및 음극 단자 중 적어도 하나와 섀시 간의 절연이 파괴되는 경우(즉, 누전이 발생한 경우), 배터리와 섀시 사이에 누설 전류(leakage current)의 도통 경로가 형성되고, 이에 따라 배터리와 연결된 전기 장비의 오작동을 야기할 수 있으며, 특히 감전 등과 같은 안전 사고가 발생할 수 있다.
배터리의 누전을 검출하기 위해서는, 전압 검출 수단을 이용하여, 배터리에 전기적으로 연결된 적어도 두 노드 간의 전압을 측정할 필요가 있다. 특허문헌 1을 비롯한 종래 기술은, 누전 판정에 요구되는 전압값을 샘플링하기 위한 접지(전압 측정의 기준이 되는 전기적 위치)로서 섀시를 이용하고 있다. 이로 인해, 섀시 대신 배터리의 음극 단자를 접지로 이용하고자 하는 경우에는, 특허문헌 1의 기술을 적용하기 어렵다.
또한, 누전 검출 장치 내의 구성들(예, 스위치, 저항기, 아날로그-디지털 컨버터)이 고장나거나 오동작 중인 경우, 배터리와 섀시 간의 누전을 정확히 검출해내지 못할 수 있다.
(특허문헌 1) KR 10-2015-0081988 A (공개일자: 2015년 07월 15일)
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 누전 검출에 요구되는 전압의 검출을 위한 접지로서 섀시 대신 배터리의 음극 단자를 이용하는 누전 검출 장치, 누전 검출 방법 및 상기 누전 검출 장치를 포함하는 전기 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 섀시를 누전 검출 장치로부터 전기적으로 분리한 상태에서, 누전 검출 장치에 포함되는 구성들의 고장을 개별적으로 진단하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른, 누전 검출 장치는, 배터리 및 섀시를 포함하는 전기 차량을 위한 것이다. 상기 누전 검출 장치는, 상기 배터리의 양극 단자와 음극 단자 간의 배터리 전압을 측정하도록 구성되는 배터리 전압 센서; 상기 음극 단자에 연결되는 제1 노드와 상기 섀시에 연결 가능한 제2 노드의 사이에 직렬 연결되는 제1 저항기 및 제1 스위치를 포함하는 제1 직렬 회로; 상기 제2 노드와 상기 양극 단자에 연결되는 제3 노드의 사이에 직렬 연결되는 제2 저항기 및 제2 스위치를 포함하는 제2 직렬 회로; 상기 제1 직렬 회로에 병렬 연결되고, 제4 노드를 통해 직렬 연결되는 제3 저항기 및 제4 저항기를 포함하는 전압 분배기; 상기 제1 노드 및 상기 제4 노드 간의 전압을 나타내는 디지털 신호를 생성하도록 구성된 아날로그-디지털 컨버터; 및 상기 배터리 전압 센서, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 아날로그-디지털 컨버터에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 스위치가 온 상태로 상기 제2 스위치가 오프 상태로 제어되는 제1 누전 검출 모드의 실행 중의 제1 검출 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제1 검출 전압을 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 제1 스위치가 오프 상태로 상기 제2 스위치가 온 상태로 제어되는 제2 누전 검출 모드의 실행 중의 제2 검출 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제2 검출 전압을 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 배터리 전압, 상기 제1 검출 전압 및 상기 제2 검출 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 제1 절연 저항 및 상기 제2 절연 저항을 기초로, 상기 배터리의 누전 여부를 판정하도록 구성된다.
상기 제1 저항기의 저항은, 상기 제2 저항기의 저항과 동일할 수 있다. 상기 제어부는, 하기의 수식 1을 이용하여, 상기 제1 절연 저항을 결정하도록 구성될 수 있다.
[수식 1]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000001
(V 1은 상기 제1 검출 전압, V 2은 상기 제2 검출 전압, R 1은 상기 제1 저항기의 저항, R (+)은 상기 제1 절연 저항)
상기 제어부는, 하기의 수식 2를 이용하여, 상기 제2 절연 저항을 결정하도록 구성될 수 있다.
[수식 2]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000002
(V Batt은 상기 배터리 전압, R 3은 상기 제3 저항기의 저항, R 4은 상기 제4 저항기의 저항, R (-)은 상기 제2 절연 저항)
성기 누전 검출 장치는, 직렬 연결된 제3 스위치 및 제5 저항기를 포함하는 제3 직렬 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 스위치는, 상기 섀시와 상기 제2 노드 간에 연결될 수 있다. 상기 제5 저항기는, 상기 섀시와 상기 제3 노드 간에 연결될 수 있다. 상기 제3 스위치가 온 상태인 경우, 상기 제2 노드가 상기 제3 스위치를 통해 상기 섀시에 연결될 수 있다. 상기 제3 스위치가 오프 상태인 경우, 상기 제2 노드가 상기 섀시로부터 분리될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 오프 상태로 제어되는 제1 고장 진단 모드의 실행 중의 제1 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제1 진단 전압을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 진단 전압을 기초로, 상기 제2 스위치의 단락 고장 및 상기 제3 스위치의 단락 고장 중 적어도 하나의 발생 여부를 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 진단 전압이 제1 임계 전압보다 큰 경우, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치 중 적어도 하나가 단락 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온 상태로 제어되고 상기 제3 스위치가 오프 상태로 제어되는 제2 고장 진단 모드의 실행 중의 제2 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제2 진단 전압을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 배터리 전압 및 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 제1 스위치의 개방 고장, 상기 제2 스위치의 개방 고장, 상기 제1 저항기의 저항 고장, 상기 제2 저항기의 저항 고장, 상기 제3 저항기의 저항 고장 및 상기 제4 저항기의 저항 고장 중 적어도 하나의 발생 여부를 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 전압과 제1 전압 분배비의 곱과 동일하게 제1 기준 전압을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제2 진단 전압과 상기 제1 기준 전압 간의 차이의 절대값이 제2 임계 전압보다 큰 경우, 상기 제1 스위치의 개방 고장, 상기 제2 스위치의 개방 고장, 상기 제1 저항기의 저항 고장, 상기 제2 저항기의 저항 고장, 상기 제3 저항기의 저항 고장 및 상기 제4 저항기의 저항 고장 중 적어도 하나인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치가 오프 상태로 제어되고 상기 제2 스위치가 온 상태로 제어되는 제3 고장 진단 모드의 실행 중의 제3 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제3 진단 전압을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 배터리 전압 및 상기 제3 진단 전압을 기초로, 상기 제1 스위치의 단락 고장의 발생 여부를 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 전압과 제2 전압 분배비의 곱과 동일하게 제2 기준 전압을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제3 진단 전압과 상기 제2 기준 전압 간의 차이의 절대값이 제3 임계 전압보다 큰 경우, 상기 제1 스위치가 단락 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 오프 상태로 제어되고 상기 제3 스위치가 온 상태로 제어되는 제4 고장 진단 모드의 실행 중의 제4 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제4 진단 전압을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제4 진단 전압을 기초로, 상기 제3 스위치의 개방 고장의 발생 여부를 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제4 진단 전압이 제4 임계 전압보다 작은 경우, 상기 제3 스위치가 개방 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전기 차량은, 상기 누전 검출 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 상기 누전 검출 장치를 이용하는 누전 검출 방법은, 상기 제1 스위치가 온 상태로 상기 제2 스위치가 오프 상태로 제어되는 제1 누전 검출 모드의 실행 중의 제1 검출 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제1 검출 전압을 결정하는 단계; 상기 제1 스위치가 오프 상태로 상기 제2 스위치가 온 상태로 제어되는 제2 누전 검출 모드의 실행 중의 제2 검출 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제2 검출 전압을 결정하는 단계; 상기 배터리 전압, 상기 제1 검출 전압 및 상기 제2 검출 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하는 단계; 및 상기 제1 절연 저항 및 상기 제2 절연 저항을 기초로, 상기 배터리의 누전 여부를 판정하는 단계를 포함한다.
상기 누전 검출 방법은, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 오프 상태로 제어되는 제1 고장 진단 모드의 실행 중의 제1 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제1 진단 전압을 결정하는 단계; 및 상기 제1 진단 전압을 기초로, 상기 제2 스위치의 단락 고장 및 상기 제3 스위치의 단락 고장 중 적어도 하나의 발생 여부를 판정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 누전 검출에 요구되는 전압의 검출을 위한 접지로서 섀시 대신 배터리의 음극 단자를 이용하여, 배터리와 섀시 간의 누전을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리의 양극 단자와 음극 단자 각각과 섀시 사이의 절연 저항을 결정하기에 앞서서, 배터리의 누전을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 누전 검출 장치를 섀시로부터 전기적으로 분리한 상태에서, 누전 검출 장치의 고장을 진단할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 누전 검출 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 누전 검출 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 누전 검출 장치의 자가 진단을 위한 고장 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 차량(1)은, 섀시(2), 인버터(3), 전기 모터(4), 배터리(10) 및 누전 검출 장치(100)를 포함한다.
인버터(3)는, 누전 검출 장치(100)로부터의 명령에 응답하여, 배터리(10)로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환하도록 제공된다. 전기 모터(4)는, 3상 교류 모터로서, 인버터(3)에 의해 생성되는 교류 전류를 공급받아 구동한다. 전기 차량(1)은, 전기 모터(4)가 구동 중에 발생하는 구동력에 의해 주행한다.
배터리(10)는, 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀(B)의 집합체일 수 있다. 배터리 셀(B)은, 리튬 이온 셀과 같이, 반복적인 재충전이 가능한 것이라면 그 종류는 특별히 제한되지 않는다.
누전 검출 장치(100)는, 배터리(10)의 양극 단자(11), 배터리(10)의 음극 단자(12) 및 섀시(2)에 전기적으로 연결 가능하도록 제공된다.
도 1에 도시된 R P은 배터리(10)의 양극 단자(11)와 섀시(2) 간의 제1 누전 저항을, R N은 배터리(10)의 음극 단자(12)와 섀시(2) 간의 제2 누전 저항을 나타낸다. 제1 누전 저항(R P)과 제2 누전 저항(R N)은, 배터리(10)가 섀시(2)로부터 얼마나 잘 절연되어 있는지를 나타내는 가상의 저항이라고 할 수 있다. 만약 배터리(10)에 누전이 발생하지 않은 동안에는 제1 누전 저항(R P)과 제2 누전 저항(R N)은 둘 다 임계 저항을 넘어서는 매우 큰 값을 가지게 된다. 반면, 외부로부터 침투된 수분이나 배터리(10) 자체의 누액 등으로 인해 배터리(10)와 섀시(2) 간에 단락 회로가 형성(즉, 배터리(10)에 누전이 발생)되면, 제1 누전 저항(R P)과 제2 누전 저항(R N) 중 적어도 하나는 임계 저항 이하의 매우 작은 값을 가질 것이다. 여기서, 임계 저항은, 감전 사고를 방지하기 위해, 미리 정해진 값일 수 있다.
누전 검출 장치(100)는, 제1 내지 제4 노드(N1, N2, N3, N4), 배터리 전압 센서(102), 제1 직렬 회로(110), 제2 직렬 회로(120), 전압 분배기(130), 아날로그-디지털 컨버터(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
누전 검출 장치(100)는, 제3 직렬 회로(140) 및 제5 노드(N5)를 더 포함할 수 있다. 제3 직렬 회로(140)는, 전기적으로 직렬 연결되는 제5 저항기(141) 및 제3 스위치(142)를 포함한다. 제5 노드(N5)는, 섀시(2)와 실질적으로 동일 전위를 가진다. 따라서, 어떤 구성이 제5 노드(N5)에 전기적으로 연결되어 있다는 것은, 섀시(2)에도 전기적으로 연결되어 있음을 나타낸다. 제3 직렬 회로(140)가 누전 검출 장치(100)로부터 생략되는 경우, 제2 노드(N2)와 제5 노드(N5)는 동일 노드라고 할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어인 '노드'란, 둘 이상의 전기 부품이 상호 전기적으로 결합되는 위치나 영역을 의미한다. 즉, 제1 내지 제5 노드(N1, N2, N3, N4, N5)는, 누전 검출 장치(100)의 각 구성, 배터리(10) 및 섀시(2)가 서로 전기적으로 연결되는, 버스바나 전선 등과 같은 도전체의 일부분일 수 있다.
구체적으로, 음극 단자(12), 제1 직렬 회로(110), 전압 분배기(130) 및 아날로그-디지털 컨버터(150)는, 제1 노드(N1)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 제1 직렬 회로(110), 제2 직렬 회로(120), 전압 분배기(130) 및 제3 스위치(142)는, 제2 노드(N2)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 양극 단자(11), 제2 직렬 회로(120) 및 제5 저항기(141)는, 제3 노드(N3)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 전압 분배기(130) 및 아날로그-디지털 컨버터(150)는, 제4 노드(N4)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 섀시(2), 제3 스위치(142) 및 제5 저항기(141)는, 제5 노드(N5)를 통해 서로 전기적으로 연결된다.
배터리 전압 센서(102)는, 배터리(10)의 양단에 걸친 배터리 전압을 측정하기 위해, 배터리(10)의 양극 단자(11)와 음극 단자(12)에 전기적으로 연결된다. 배터리 전압 센서(102)는, 측정된 배터리 전압을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된다.
제1 직렬 회로(110)는, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)의 사이에 전기적으로 연결된다. 제1 직렬 회로(110)는, 서로 전기적으로 직렬 연결된 제1 저항기(111) 및 제1 스위치(112)를 포함한다. 즉, 제1 저항기(111) 및 제1 스위치(112) 각각의 일단은 서로 공통 연결되고, 제1 저항기(111) 및 제1 스위치(112) 각각의 타단 중 하나는 제1 노드(N1)에 다른 하나는 제2 노드(N2)에 전기적으로 연결된다. 제1 저항기(111)는, 제1 스위치(112)가 온 상태로 제어되는 경우의 돌입 전류를 방지하도록 제공되는 것이다.
제2 직렬 회로(120)는, 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)의 사이에 전기적으로 연결된다. 제2 직렬 회로(120)는, 서로 전기적으로 직렬 연결된 제2 저항기(121) 및 제2 스위치(122)를 포함한다. 즉, 제2 저항기(121) 및 제2 스위치(122) 각각의 일단은 서로 공통 연결되고, 제2 저항기(121) 및 제2 스위치(122) 각각의 타단 중 하나는 제2 노드(N2)에 다른 하나는 제3 노드(N3)에 전기적으로 연결된다. 제2 저항기(121)는, 제2 스위치(122)가 온 상태로 제어되는 경우의 돌입 전류를 방지하도록 제공되는 것이다. 제1 저항기(111)의 저항과 제2 저항기(121)의 저항(resistance)은 서로 동일할 수 있다.
제1 스위치(112), 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142)는, 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)과 같은 공지의 스위칭 소자일 수 있다.
전압 분배기(130)는, 제1 직렬 회로(110)에 전기적으로 병렬 연결된다. 즉, 전압 분배기(130)는, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)의 사이에 전기적으로 연결된다. 전압 분배기(130)는, 서로 직렬 연결된 제3 저항기(131) 및 제4 저항기(132)를 포함한다. 제3 저항기(131)와 제4 저항기(132) 각각의 일단은 제4 노드(N4)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 제3 저항기(131)의 타단은 제1 노드(N1)에 전기적으로 연결되고, 제4 저항기(132)의 타단은 제2 노드(N2)에 전기적으로 연결된다. 제4 저항기(132)의 저항은, 제3 저항기(131)의 저항의 수 배~수백 배일 수 있다.
제3 스위치(142)는, 제2 노드(N2)와 제5 노드(N5)의 사이에 전기적으로 연결된다. 제5 저항기(141)는, 제3 노드(N3)와 제5 노드(N5)의 사이에 전기적으로 연결된다. 따라서, 제3 스위치(142)가 온 상태인 동안, 제5 저항기(141)는 제2 직렬 회로(120)에 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 제5 저항기(141)의 저항은, 제3 저항기(131)의 저항과 제4 저항기(132)의 저항의 합과 동일할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(150)는, 제1 노드(N1) 및 제4 노드(N4)에 전기적으로 연결된다. 아날로그-디지털 컨버터(150)는, 전압 분배기(130)의 제3 저항기(131)의 양단에 걸친 전압을 측정하도록 제공된다. 아날로그-디지털 컨버터(150)는, 음극 단자(12)에 전기적으로 연결되어 음극 단자(12)와 동전위를 가지는 제1 노드(N1)를 접지로 이용하여, 제1 노드(N1) 및 제4 노드(N4) 간의 전압을 나타내는 디지털 신호를 생성하도록 구성된다.
제어부(160)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 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(160)는, 그것의 내부에 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에는, 후술할 방법을 실행하는 데에 필요한 프로그램 및 각종 데이터가 저장될 수 있다. 메모리는, 예컨대 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.
제어부(160)는, 배터리 전압 센서(102), 제1 스위치(112), 제2 스위치(122), 제3 스위치(142) 및 아날로그-디지털 컨버터(150)에 동작 가능하게 결합된다. 제어부(160)는, 제1 스위치(112), 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142)를 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 제1 스위치(112), 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142)는 각각 온 상태 또는 오프 상태로 제어될 수 있다.
제어부(160)는, 제1 내지 제3 스위칭(S1, S2, S3) 중 하나 또는 둘 이상을 선택적으로 출력하여, 제1 내지 제3 스위치(112, 122, 142)를 독립적으로 제어할 수 있다.
제1 스위치(112)가 제어부(160)로부터의 제1 스위칭 신호(S1)에 응답하여 온 상태로 제어되는 동안, 제1 노드(N1)는 제1 직렬 회로(110)를 통해 제2 노드(N2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 스위치(122)가 제어부(160)로부터의 제2 스위칭 신호(S2)에 응답하여 온 상태로 제어되는 동안, 제2 노드(N2)는 제2 직렬 회로(120)를 통해 제3 노드(N3)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 스위치(142)가 제어부(160)로부터의 제3 스위칭 신호(S3)에 응답하여 온 상태로 제어되는 동안, 제5 노드(N5)는 제3 스위치(142)를 통해 제2 노드(N2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 저항기(111), 제2 저항기(121), 제3 저항기(131), 제4 저항기(132) 및 제5 저항기(141) 각각의 미리 정해진 저항을 나타내는 데이터는, 메모리에 미리 저장되어 있다.
전압 분배기(130)는, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 간의 전압으로부터 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 간의 전압을 생성하도록 제공된다. 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 간의 전압은, 전압 분배기(130)의 양단에 걸친 전압이다. 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 간의 전압은, 제4 저항기(132)의 양단에 걸친 전압이다.
제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 간의 전압에 대한 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 간의 전압의 비율은, 제3 저항기(131)의 저항과 제4 저항기(132)의 저항의 합산값에 대한 제4 저항기(132)의 저항의 비율과 동일하다. 예컨대, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 간의 전압이 100V, 제3 저항기(131)의 저항이 5.98MΩ, 제4 저항기(132)의 저항이 0.02MΩ인 경우, 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 간의 전압은 100×0.02/(5.98+0.02) V이다.
제어부(160)는, 누전 검출을 위해, 제1 및 제2 누전 검출 모드를 선택적으로 실행할 수 있다. 제어부(160)는, 배터리(10)의 충방전이 중단되어 있는 동안, 제1 누전 검출 모드와 제2 누전 검출 모드를 순차적으로 실행할 수 있다.
제어부(160)는, 제1 누전 검출 모드를 실행 시, 제1 스위치(112)를 온 상태로 제2 스위치(122)를 오프 상태로 제어한다. 제어부(160)는, 제1 누전 검출 모드가 실행 중의 제1 검출 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제1 검출 전압을 결정한다. 제1 검출 전압은, 제1 검출 시점에서의 제3 저항기(131)의 양단에 걸친 전압이다. 제1 검출 시점은, 제1 누전 검출 모드의 시작 시점으로부터 소정 시간 경과 후의 시점일 수 있다. 그 이유는, 제1 누전 검출 모드가 실행된 직후에는 제1 스위치(112)와 제2 스위치(122)의 상태가 순간적으로 변화함으로 인해, 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 간의 전압이 불안정할 수 있기 때문이다.
제어부(160)는, 제2 누전 검출 모드를 실행 시, 제1 스위치(112)를 오프 상태로 제2 스위치(122)를 온 상태로 제어한다. 제어부(160)는, 제2 누전 검출 모드가 실행 중의 제2 검출 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제2 검출 전압을 결정한다. 제2 검출 전압은, 제2 검출 시점에서의 제3 저항기(131)의 양단에 걸친 전압이다. 제2 검출 시점은, 제2 누전 검출 모드의 시작 시점으로부터 소정 시간 경과 후의 시점일 수 있다. 그 이유는, 제2 누전 검출 모드가 실행된 직후에는 제1 스위치(112)와 제2 스위치(122)의 상태가 순간적으로 변화함으로 인해, 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 간의 전압이 불안정할 수 있기 때문이다.
제어부(160)는, 제1 및 제2 누전 검출 모드가 실행되는 동안, 제3 스위치(142)를 온 상태로 제어할 수 있다.
제1 누전 검출 모드가 제2 누전 검출 모드보다 먼저 실행되는 경우, 제어부(160)는 제1 검출 전압이 결정된 시점에 제2 누전 검출 모드를 실행할 수 있다. 제2 누전 검출 모드가 제1 누전 검출 모드보다 먼저 실행되는 경우, 제어부(160)는 제2 검출 전압이 결정된 시점에 제1 누전 검출 모드를 실행할 수 있다.
제1 누전 검출 모드가 실행되는 동안, 제1 저항기(111)는 전압 분배기(130) 및 제2 누전 저항(R N)에 전기적으로 병렬 연결되고, 제2 저항기(121)는 제2 노드(N2)로부터 전기적으로 분리된다. 따라서, 제1 검출 전압은, 아래의 수식 1에 따른 관계를 가진다.
[수식 1]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000003
제2 누전 검출 모드가 실행되는 동안, 제1 저항기(111)는 제2 노드(N2)로부터 전기적으로 분리되는 한편, 제2 저항기(121)는 제5 저항기(141) 및 제1 누전 저항(R P)에 전기적으로 병렬 연결된다. 따라서, 제2 검출 전압은, 아래의 수식 2에 따른 관계를 가진다.
[수식 2]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000004
수식 1 및 수식 2에서, V Batt은 배터리 전압, R 1은 제1 저항기(111)의 저항, R 2은 제2 저항기(121)의 저항, R 3은 제3 저항기(131)의 저항, R 4은 제4 저항기(132)의 저항, V 1은 제1 검출 전압, V 2은 제2 검출 전압이다.
R (+)는, 양극 단자(11)와 섀시(2) 간의 절연 상태를 나타내는 제1 절연 저항이다. R (+)는, 제1 누전 저항(R P)과 제5 저항기(141)의 저항 R 5의 병렬 합성 저항이다. 즉, R (+) = R 5∥R P = (R 5×R P) / (R 5+R P). 제5 저항기(141)는 누전 검출 장치(100)로부터 생략될 수도 있으며, 이 경우 R (+)는 제1 누전 저항(R P)과 동일하다.
R (-)는, 음극 단자(12)와 섀시(2) 간의 절연 상태를 나타내는 제2 절연 저항이다. R (-)는, 제2 누전 저항(R N)과 전압 분배기(130)의 저항의 병렬 합성 저항이다. 전압 분배기(130)의 저항은, 제3 저항기(131)의 저항 R 3과 제4 저항기(132)의 저항 R 4의 합과 동일하다. 즉, R (-) = (R 3+R 4)∥R N = {(R 3+R 4)×R N}/(R 3+R 4+R N).
수식 1과 수식 2에서, R (+)과 R (-)만이 미지수이다. 따라서, 제1 저항기(111)의 저항(R 1)과 제2 저항기(121)의 저항(R 2)이 서로 동일한 경우, 수식 1과 수식 2으로부터 R (+)에 대한 수식 3과 R (-)에 대한 수식 4를 도출할 수 있다.
[수식 3]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000005
[수식 4]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000006
주목할 점은, V 1, V 2 및 R 1이 주어지면, 수식 3으로부터 R (+)를 결정할 수 있다는 것이다.
제어부(160)는, 다음의 수식 5를 이용하여 제3 절연 저항을 결정할 수 있다.
[수식 5]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000007
수식 5에서, R leak는 제3 절연 저항이다. 제3 절연 저항은, 제1 절연 저항(R (+))과 제2 절연 저항(R (-))의 병렬 합성 저항이다.
제1 절연 저항 R (+)이 소정의 제1 기준 저항 미만인 것은, 제1 누전 저항 R P이 임계 저항 미만인 것을 나타낸다. 제2 절연 저항 R (-)이 소정의 제2 기준 저항 미만인 것은, 제2 누전 저항 R N이 임계 저항 미만인 것을 나타낸다.
제어부(160)는, 제1 절연 저항 R (+)이 제1 기준 저항 미만인 경우, 제2 절연 저항 R (-)이 제2 기준 저항 미만인 경우 또는 제3 절연 저항 R leak이 소정의 제3 기준 저항 미만인 경우, 배터리(10)에 누전이 발생하였음을 나타내는 누전 알람 신호를 생성할 수 있다. 제1 기준 저항은, 제2 기준 저항과 동일할 수 있다. 제3 기준 저항은, 제1 기준 저항과 제2 기준 저항 중 더 작은 것보다 작을 수 있다. 제3 기준 저항은, 제1 기준 저항과 제2 기준 저항의 병렬 합성 저항일 수 있다.
누전 검출 장치(100)는, 인터페이스부(170)를 더 포함할 수 있다. 인터페이스부(170)는, 디스플레이 및 스피커 중 적어도 하나를 포함하여, 제어부(160)로부터의 누전 알람 신호를 사용자가 인지할 수 있는 형태의 신호로 출력할 수 있다.
이하, 누전 검출 장치(100)를 이용한 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 누전 검출 방법에 대해 설명하도록 한다. 각 누전 검출 방법이 실행되는 동안, 제3 스위치(142)는 온 상태로 유지될 수 있다. 배터리 전압 V Batt은, 각 누전 검출 방법이 실행되기 전에 미리 결정되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 누전 검출 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 단계 S210에서, 제어부(160)는, 제1 스위치(112)를 온 상태로 제2 스위치(122)를 오프 상태로 제어하는 제1 누전 검출 모드를 실행한다.
단계 S220에서, 제어부(160)는, 제1 누전 검출 모드의 실행 중의 제1 검출 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제1 검출 전압을 결정한다.
단계 S230에서, 제어부(160)는, 제1 스위치(112)를 오프 상태로 제2 스위치(122)를 온 상태로 제어하는 제2 누전 검출 모드를 실행한다.
단계 S240에서, 제어부(160)는, 제2 누전 검출 모드의 실행 중의 제2 검출 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제2 검출 전압을 결정한다.
단계 S250에서, 제어부(160)는, 제1 검출 전압 및 제2 검출 전압을 기초로, 배터리(10)의 양극 단자(11)와 섀시(2) 간의 절연 상태를 나타내는 제1 절연 저항 R (+)을 결정한다(수식 3 참조).
단계 S260에서, 제어부(160)는, 제1 검출 전압 및 제2 검출 전압을 기초로, 배터리(10)의 음극 단자(12)와 섀시(2) 간의 절연 상태를 나타내는 제2 절연 저항 R (-)을 결정한다(수식 4 참조).
단계 S270에서, 제어부(160)는, 제1 절연 저항 및 제2 절연 저항을 기초로, 제3 절연 저항을 결정한다(수식 5 참조). 단계 S270은 도 2의 방법으로부터 생략될 수 있다.
단계 S280에서, 제어부(160)는, 제1 절연 저항, 제2 절연 저항 및 제3 절연 저항 중 적어도 하나를 기초로, 배터리(10)에 누전이 발생하였는지 여부를 판정한다. 단계 S280의 값이 "예"인 경우, 단계 S290으로 진행한다.
단계 S290에서, 제어부(160)는, 누전 알람 신호를 생성한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 누전 검출 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 3의 방법은, 도 2의 방법 대비, 단계 S325, S342, S344가 추가된 것이다. 도 3의 방법의 나머지 단계들은 도 2의 방법과 동일하다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 단계 S310에서, 제어부(160)는, 제1 스위치(112)를 온 상태로 제2 스위치(122)를 오프 상태로 제어하는 제1 누전 검출 모드를 실행한다.
단계 S320에서, 제어부(160)는, 제1 누전 검출 모드의 실행 중의 제1 검출 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제1 검출 전압을 결정한다.
단계 S325에서, 제어부(160)는, 제1 검출 전압이 임계 전압보다 큰지 여부를 판정한다. 배터리 전압이 동일하더라도, 제1 누전 저항(R P)이 감소할수록, 전압 분배기(130)의 양단에 걸친 전압이 커지므로, 제1 검출 전압이 증가할 수 있다. 따라서, 제1 검출 전압이 임계 전압보다 크다는 것은, 제1 누전 저항(R P)이 임계 저항 미만인 결과일 수 있다. 임계 전압은, 사전 시뮬레이션 결과 등을 고려하여 미리 정해진 것으로서, 예컨대 후술된 제1 임계 전압과 동일할 수 있다. 단계 S325의 값이 "예"인 경우, 단계 S390으로 진행한다. 단계 S325의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S330으로 진행한다.
단계 S330에서, 제어부(160)는, 제1 스위치(112)를 오프 상태로 제2 스위치(122)를 온 상태로 제어하는 제2 누전 검출 모드를 실행한다.
단계 S340에서, 제어부(160)는, 제2 누전 검출 모드의 실행 중의 제2 검출 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제2 검출 전압을 결정한다.
단계 S342에서, 제어부(160)는, 제1 검출 전압이 제2 검출 전압 이상인지를 판정한다. 제1 절연 저항(R (+))과 제2 절연 저항(R (-))은 물리적인 측면에서 양의 값이어야 한다. 그런데, 수식 3 및 수식 4에 있어서, 제1 검출 전압 V 1이 제2 검출 전압 V 2 이상이면, 제1 절연 저항(R (+))과 제2 절연 저항(R (-)) 각각은 0 또는 음의 값이 된다. 단계 S342의 값이 "예"인 것은, 단계 S310, 단계 S310, 단계 S320, 단계 S325, 단계 S330 및 단계 S340 중 적어도 하나에서 에러가 발생하였음을 나타낸다. 단계 S342의 값이 "예"인 경우, 단계 S344로 진행한다. 단계 S342의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S350으로 진행한다.
단계 S344에서, 제어부(160)는, 고장 알람 신호를 생성한다. 고장 알람 신호는, 누전 검출 장치(100)에 고장이 발생하여 누전 검출이 불가능함을 나타낸다. 인터페이스부(170)는, 제어부(160)로부터의 고장 알람 신호를 사용자가 인지할 수 있는 형태의 신호로 출력할 수 있다.
단계 S350에서, 제어부(160)는, 제1 검출 전압 및 제2 검출 전압을 기초로, 배터리(10)의 양극 단자(11)와 섀시(2) 간의 절연 상태를 나타내는 제1 절연 저항 R (+)을 결정한다(수식 3 참조).
단계 S360에서, 제어부(160)는, 제1 검출 전압 및 제2 검출 전압을 기초로, 배터리(10)의 음극 단자(12)와 섀시(2) 간의 절연 상태를 나타내는 제2 절연 저항 R (-)을 결정한다(수식 4 참조).
단계 S370에서, 제어부(160)는, 제1 절연 저항 및 제2 절연 저항을 기초로, 제3 절연 저항을 결정한다(수식 5 참조). 단계 S370은 도 3의 방법으로부터 생략될 수 있다.
단계 S380에서, 제어부(160)는, 제1 절연 저항, 제2 절연 저항 및 제3 절연 저항 중 적어도 하나를 기초로, 배터리(10)에 누전이 발생하였는지 여부를 판정한다. 단계 S380의 값이 "예"인 경우, 단계 S390으로 진행한다.
단계 S390에서, 제어부(160)는, 누전 알람 신호를 생성한다.
도 3의 방법에서, 단계 S325가 생략되거나, S342 및 S344가 생략될 수도 있다.
한편, 누전 검출 장치(100)에 스위치들(112, 122, 142)과 저항기들(111, 121, 131, 132, 141) 중 적어도 하나가 고장인 경우, 제1 및 제2 실시예에 따른 누전 검출 방법이 제대로 수행될 수 없다. 따라서, 도 2 또는 도 3에 따른 누전 검출 방법의 결과에 대한 정확성을 보장하기 위해서는, 누전 검출 장치(100)의 스위치들(112, 122, 142)과 저항기들(111, 121, 131, 132, 141) 중 적어도 하나가 고장인지를 판정하기 위한 고장 진단 방법을 실행할 필요가 있다.
도 4는 본 발명에 따른 누전 검출 장치의 자가 진단을 위한 고장 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 4의 방법은, 누전 검출 장치(100)의 자가 진단 프로세스이다. 도 4의 방법의 단계들은, 누전 검출 방법으로서 포함될 수 있다. 도 4의 방법은, 도 2 또는 도 3의 누전 검출 방법의 실행에 앞서서 실행될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 단계 S410에서, 제어부(160)는, 제1 고장 진단 모드를 실행한다. 제1 고장 진단 모드는, 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142)를 오프 상태로 제어하는 모드이다. 제3 스위치(142)를 오프 상태로 제어하는 이유는, 섀시(2)에 전기적으로 연결된 제5 노드(N5)를 제2 노드(N2)로부터 전기적으로 분리하기 위함이다. 제3 스위치(142)가 오프되면, 배터리(10), 누전 검출 장치(100) 및 섀시(2) 간의 폐회로가 사라지게 된다. 제1 고장 진단 모드에서, 제1 스위치(112)는 오프 상태로 제어될 수 있으나, 온 상태로 제어되는 것도 무방하다.
단계 S412에서, 제어부(160)는, 제1 고장 진단 모드의 실행 중의 제1 진단 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제1 진단 전압을 결정한다. 제1 진단 시점은, 제1 고장 진단 모드의 시작 시점으로부터 소정 시간 경과 후의 시점일 수 있다. 제1 진단 전압은, 제1 진단 시점에서의 제3 저항기(131)의 양단에 걸친 전압을 나타낸다.
단계 S414에서, 제어부(160)는, 제1 진단 전압을 기초로, 제1 고장 상태가 발생하였는지 여부를 판정한다. 제1 고장 상태는, 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142) 중 적어도 하나의 단락 고장을 나타낸다. 단락 고장(short circuit fault)이란, 스위치가 오프되지 못하는 고장을 의미한다.
제1 고장 진단 모드에 의해 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142)가 둘 다 오프된다면, 전압 분배기(130)는 양극 단자(11)로부터 전기적으로 분리되므로, 제1 진단 전압은 아날로그-디지털 컨버터(150)의 전압 분해능(예, 0.03V) 이하여야 한다. 반면, 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142) 중 적어도 하나가 오프되지 않는다면, 제1 진단 전압은 전압 분해능보다 훨씬 커지게 된다.
제어부(160)는, 제1 진단 전압이 제1 임계 전압보다 큰 경우, 제1 고장 상태가 발생가 발생한 것으로 판정한다. 제1 임계 전압은, 아날로그-디지털 컨버터(150)의 전압 분해능을 고려하여, 0.04V 등으로 미리 정해진 것이다. 단계 S414의 값이 "예"인 것은, 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142) 중 적어도 하나가 단락 고장임을 나타낸다. 단계 S414의 값이 "아니오"인 것은, 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(142)가 둘 다 오프되었음을 나타낸다. 단계 S414의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S420으로 진행한다. 단계 S414의 값이 "예"인 경우, 단계 S450으로 진행한다.
단계 S420에서, 제어부(160)는, 제2 고장 진단 모드를 실행한다. 제2 고장 진단 모드는, 제1 스위치(112) 및 제2 스위치(122)는 온 상태로, 제3 스위치(142)를 오프 상태로 제어하는 모드이다. 제3 스위치(142)를 오프 상태로 제어하는 이유는, 섀시(2)에 전기적으로 연결된 제5 노드(N5)를 제2 노드(N2)로부터 전기적으로 분리하기 위함이다.
단계 S422에서, 제어부(160)는, 제2 고장 진단 모드의 실행 중의 제2 진단 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제2 진단 전압을 결정한다. 제2 진단 시점은, 제2 고장 진단 모드의 시작 시점으로부터 소정 시간 경과 후의 시점일 수 있다. 제2 진단 전압은, 제2 진단 시점에서의 제3 저항기(131)의 양단에 걸친 전압을 나타낸다.
단계 S424에서, 제어부(160)는, 제2 진단 전압 및 배터리 전압을 기초로, 제2 고장 상태가 발생하였는지 여부를 판정한다. 제2 고장 상태는, 제1 스위치(112)의 개방 고장, 제2 스위치(122)의 개방 고장, 제1 저항기(111)의 저항 고장, 제2 저항기(121)의 저항 고장, 제3 저항기(131)의 저항 고장 또는 제4 저항기(132)의 저항 고장을 나타낸다. 개방 고장(open circuit fault)이란, 스위치가 온되지 못하는 고장을 의미한다. 저항 고장은, 저항기의 실제 저항과 저항기에 대해 미리 정해진 저항 간의 차이가 일정 수준을 넘어선 것을 나타낸다.
제2 고장 진단 모드에 의해 제1 스위치(112) 및 제2 스위치(122)가 둘 다 온되고 제3 스위치(142)가 오프된다면, 전압 분배기(130)는 제1 직렬 회로(110)에 전기적으로 병렬 연결되는 한편 제2 직렬 회로(120)를 통해 양극 단자(11)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 제2 고장 진단 모드가 정상 실행된 경우, 배터리 전압과 제2 진단 전압은, 아래의 수식 6에 따른 관계를 가지게 된다.
[수식 6]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000008
수식 6에서, V batt는 배터리 전압, V dia_2는 제2 진단 전압, S vd_1은 제1 전압 분배비를 나타낸다. 만약, 제2 고장 상태가 발생한다면, 배터리 전압과 제2 진단 전압은 수식 6에 따른 관계를 만족하지 않는다. 수식 6의 배터리 전압 V Batt은, 단계 S424 전에 미리 결정되어 있을 수 있다.
제어부(160)는, 배터리 전압과 제1 전압 분배비의 곱과 동일하게 제1 기준 전압을 결정한다. 그 다음, 제어부(160)는, 제2 진단 전압과 제1 기준 전압 간의 차이의 절대값이 제2 임계 전압보다 큰 경우, 제2 고장 상태가 발생한 것으로 판정한다. 제2 임계 전압은, 아날로그-디지털 컨버터(150)의 전압 분해능을 고려하여, 미리 정해진 것이다. 예컨대, 제2 임계 전압은, 제1 임계 전압과 동일할 수 있다. 단계 S424의 값이 "예"인 것은, 제1 스위치(112)의 개방 고장, 제2 스위치(122)의 개방 고장, 제1 저항기(111)의 저항 고장, 제2 저항기(121)의 저항 고장, 제3 저항기(131)의 저항 고장 및 제4 저항기(132)의 저항 고장 중 적어도 하나가 발생하였음을 나타낸다. 단계 S424의 값이 "아니오"인 것은, 제1 스위치(112)의 개방 고장, 제2 스위치(122)의 개방 고장, 제1 저항기(111)의 저항 고장, 제2 저항기(121)의 저항 고장, 제3 저항기(131)의 저항 고장 및 제4 저항기(132)의 저항 고장 중 어느 것도 발생하지 않았음을 나타낸다. 단계 S424의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S430으로 진행한다. 단계 S424의 값이 "예"인 경우, 단계 S450으로 진행한다.
단계 S430에서, 제어부(160)는, 제3 고장 진단 모드를 실행한다. 제3 고장 진단 모드는, 제2 스위치(122)를 온 상태로, 제1 스위치(112) 및 제3 스위치(142)를 오프 상태로 제어하는 모드이다. 제3 스위치(142)를 오프 상태로 제어하는 이유는, 섀시(2)에 전기적으로 연결된 제5 노드(N5)를 제2 노드(N2)로부터 전기적으로 분리하기 위함이다.
단계 S432에서, 제어부(160)는, 제3 고장 진단 모드의 실행 중의 제3 진단 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제3 진단 전압을 결정한다. 제3 진단 시점은, 제3 고장 진단 모드의 시작 시점으로부터 소정 시간 경과 후의 시점일 수 있다. 제3 진단 전압은, 제3 진단 시점에서의 제3 저항기(131)의 양단에 걸친 전압을 나타낸다.
단계 S434에서, 제어부(160)는, 제3 진단 전압 및 배터리 전압을 기초로, 제3 고장 상태가 발생하였는지 여부를 판정한다. 제3 고장 상태는, 제1 스위치(112)의 단락 고장을 나타낸다.
제3 고장 진단 모드에 의해 제1 스위치(112) 및 제3 스위치(142)가 둘 다 오프되고 제2 스위치(122)가 온된다면, 전압 분배기(130)는 제2 직렬 회로(120)를 통해 양극 단자(11)에 전기적으로 연결된다. 이 경우, 배터리 전압과 제3 진단 전압은, 아래의 수식 7에 따른 관계를 가지게 된다.
[수식 7]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000009
수식 7에서, V batt는 배터리 전압, V dia_3는 제3 진단 전압, S vd_2은 제2 전압 분배비를 나타낸다. 만약, 제3 고장 상태가 발생한다면, 배터리 전압과 제3 진단 전압은 수식 7에 따른 관계를 만족하지 않는다. 수식 7의 배터리 전압 V Batt은, 단계 S434 전에 미리 결정되어 있을 수 있다.
제어부(160)는, 배터리 전압과 제2 전압 분배비의 곱과 동일하게 제2 기준 전압을 결정한다. 그 다음, 제어부(160)는, 제3 진단 전압과 제2 기준 전압 간의 차이의 절대값이 제3 임계 전압보다 큰 경우, 제3 고장 상태가 발생한 것으로 판정한다. 제3 임계 전압은, 아날로그-디지털 컨버터(150)의 전압 분해능을 고려하여, 미리 정해진 것이다. 예컨대, 제3 임계 전압은, 제1 임계 전압과 동일할 수 있다.
단계 S434의 값이 "예"인 경우, 단계 S450으로 진행한다. 단계 S434의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S440으로 진행한다.
단계 S440에서, 제어부(160)는, 제4 고장 진단 모드를 실행한다. 제4 고장 진단 모드는, 제1 스위치(112) 및 제2 스위치(122)를 오프 상태로, 제3 스위치(142)를 온 상태로 제어하는 모드이다.
단계 S442에서, 제어부(160)는, 제4 고장 진단 모드의 실행 중의 제4 진단 시점에서 아날로그-디지털 컨버터(150)에 의해 생성된 디지털 신호를 기초로, 제4 진단 전압을 결정한다. 제4 진단 시점은, 제4 고장 진단 모드의 시작 시점으로부터 소정 시간 경과 후의 시점일 수 있다. 제4 진단 전압은, 제4 진단 시점에서의 제3 저항기(131)의 양단에 걸친 전압을 나타낸다.
단계 S444에서, 제어부(160)는, 제4 진단 전압을 기초로, 제4 고장 상태가 발생하였는지 여부를 판정한다. 제4 고장 상태는, 제3 스위치(142)의 개방 고장을 나타낸다.
제4 고장 진단 모드에 의해 제4 스위치(142)가 온된다면, 전압 분배기(130)는 제5 저항기(141)를 통해 양극 단자(11)로부터 전기적으로 연결되므로, 제4 진단 전압은 아날로그-디지털 컨버터(150)의 전압 분해능(예, 0.03V) 이상이어야 한다. 따라서, 제어부(160)는, 제4 진단 전압이 제4 임계 전압보다 작은 경우, 제4 고장 상태가 발생가 발생한 것으로 판정한다. 제4 임계 전압은, 아날로그-디지털 컨버터(150)의 전압 분해능을 고려하여, 미리 정해진 것이다. 예컨대, 제4 임계 전압은, 제1 임계 전압과 동일할 수 있다.
대안적으로, 제어부(160)는, 제4 진단 전압과 제3 기준 전압 간의 차이의 절대값이 제5 임계 전압보다 큰 경우, 제4 고장 상태가 발생한 것으로 판정한다. 제3 기준 전압은, 배터리 전압과 제3 전압 분배비의 곱과 동일하다. 제5 임계 전압은, 아날로그-디지털 컨버터(150)의 전압 분해능을 고려하여, 미리 정해진 것이다. 예컨대, 제5 임계 전압은, 제1 임계 전압과 동일할 수 있다. 제4 고장 진단 모드에 의해 제3 스위치(142)가 정상적으로 닫혀진 경우, 제3 전압 분배비, 배터리 전압 및 제4 진단 전압은, 아래의 수식 8과 같은 관계를 만족한다.
[수식 8]
Figure PCTKR2020013950-appb-img-000010
수식 8에서, V batt는 배터리 전압, V dia_4는 제4 진단 전압, S vd_3은 제3 전압 분배비를 나타낸다. 만약, 제3 스위치(142)가 개방 고장이라면, 배터리 전압과 제4 진단 전압은 수식 8에 따른 관계를 만족하지 않는다. 수식 8의 배터리 전압 V Batt은, 단계 S444 전에 미리 결정되어 있을 수 있다.
단계 S444의 값이 "예"인 경우, 단계 S450으로 진행한다. 단계 S444의 값이 "아니오"인 경우, 도 2의 단계 S210 또는 도 3의 단계 S310로 진행할 수 있다.
단계 S450에서, 제어부(160)는, 고장 알람 신호를 생성한다. 고장 알람 신호는, 누전 검출 장치(100)에 고장이 발생하여 누전 검출이 불가능함을 나타낸다. 인터페이스부(170)는, 제어부(160)로부터의 고장 알람 신호를 사용자가 인지할 수 있는 형태의 신호로 출력할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 배터리 및 섀시를 포함하는 전기 차량을 위한 누전 검출 장치에 있어서,
    상기 배터리의 양극 단자와 음극 단자 간의 배터리 전압을 측정하도록 구성되는 배터리 전압 센서;
    상기 음극 단자에 연결되는 제1 노드와 상기 섀시에 연결 가능한 제2 노드의 사이에 직렬 연결되는 제1 저항기 및 제1 스위치를 포함하는 제1 직렬 회로;
    상기 제2 노드와 상기 양극 단자에 연결되는 제3 노드의 사이에 직렬 연결되는 제2 저항기 및 제2 스위치를 포함하는 제2 직렬 회로;
    상기 제1 직렬 회로에 병렬 연결되고, 제4 노드를 통해 직렬 연결되는 제3 저항기 및 제4 저항기를 포함하는 전압 분배기;
    상기 제1 노드 및 상기 제4 노드 간의 전압을 나타내는 디지털 신호를 생성하도록 구성된 아날로그-디지털 컨버터; 및
    상기 배터리 전압 센서, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 아날로그-디지털 컨버터에 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치가 온 상태로 상기 제2 스위치가 오프 상태로 제어되는 제1 누전 검출 모드의 실행 중의 제1 검출 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제1 검출 전압을 결정하고,
    상기 제1 스위치가 오프 상태로 상기 제2 스위치가 온 상태로 제어되는 제2 누전 검출 모드의 실행 중의 제2 검출 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제2 검출 전압을 결정하고,
    상기 배터리 전압, 상기 제1 검출 전압 및 상기 제2 검출 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하고,
    상기 제1 절연 저항 및 상기 제2 절연 저항을 기초로, 상기 배터리의 누전 여부를 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저항기의 저항은, 상기 제2 저항기의 저항과 동일하고,
    상기 제어부는,
    하기의 수식 1을 이용하여, 상기 제1 절연 저항을 결정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
    [수식 1]
    Figure PCTKR2020013950-appb-img-000011
    (V 1은 상기 제1 검출 전압, V 2은 상기 제2 검출 전압, R 1은 상기 제1 저항기의 저항, R (+)은 상기 제1 절연 저항)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    하기의 수식 2를 이용하여, 상기 제2 절연 저항을 결정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
    [수식 2]
    Figure PCTKR2020013950-appb-img-000012
    (V Batt은 상기 배터리 전압, R 3은 상기 제3 저항기의 저항, R 4은 상기 제4 저항기의 저항, R (-)은 상기 제2 절연 저항)
  4. 제1항에 있어서,
    직렬 연결된 제3 스위치 및 제5 저항기를 포함하는 제3 직렬 회로를 더 포함하되,
    상기 제3 스위치는, 상기 섀시와 상기 제2 노드 간에 연결되고,
    상기 제5 저항기는, 상기 섀시와 상기 제3 노드 간에 연결되고,
    상기 제3 스위치가 온 상태인 경우, 상기 제2 노드가 상기 제3 스위치를 통해 상기 섀시에 연결되고,
    상기 제3 스위치가 오프 상태인 경우, 상기 제2 노드가 상기 섀시로부터 분리되는 누전 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 오프 상태로 제어되는 제1 고장 진단 모드의 실행 중의 제1 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제1 진단 전압을 결정하고,
    상기 제1 진단 전압을 기초로, 상기 제2 스위치의 단락 고장 및 상기 제3 스위치의 단락 고장 중 적어도 하나의 발생 여부를 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 진단 전압이 제1 임계 전압보다 큰 경우, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치 중 적어도 하나가 단락 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온 상태로 제어되고 상기 제3 스위치가 오프 상태로 제어되는 제2 고장 진단 모드의 실행 중의 제2 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제2 진단 전압을 결정하고,
    상기 배터리 전압 및 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 제1 스위치의 개방 고장, 상기 제2 스위치의 개방 고장, 상기 제1 저항기의 저항 고장, 상기 제2 저항기의 저항 고장, 상기 제3 저항기의 저항 고장 및 상기 제4 저항기의 저항 고장 중 적어도 하나의 발생 여부를 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 전압과 제1 전압 분배비의 곱과 동일하게 제1 기준 전압을 결정하고,
    상기 제2 진단 전압과 상기 제1 기준 전압 간의 차이의 절대값이 제2 임계 전압보다 큰 경우, 상기 제1 스위치의 개방 고장, 상기 제2 스위치의 개방 고장, 상기 제1 저항기의 저항 고장, 상기 제2 저항기의 저항 고장, 상기 제3 저항기의 저항 고장 및 상기 제4 저항기의 저항 고장 중 적어도 하나인 것으로 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치가 오프 상태로 제어되고 상기 제2 스위치가 온 상태로 제어되는 제3 고장 진단 모드의 실행 중의 제3 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제3 진단 전압을 결정하고,
    상기 배터리 전압 및 상기 제3 진단 전압을 기초로, 상기 제1 스위치의 단락 고장의 발생 여부를 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 전압과 제2 전압 분배비의 곱과 동일하게 제2 기준 전압을 결정하고,
    상기 제3 진단 전압과 상기 제2 기준 전압 간의 차이의 절대값이 제3 임계 전압보다 큰 경우, 상기 제1 스위치가 단락 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 오프 상태로 제어되고 상기 제3 스위치가 온 상태로 제어되는 제4 고장 진단 모드의 실행 중의 제4 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제4 진단 전압을 결정하고,
    상기 제4 진단 전압을 기초로, 상기 제3 스위치의 개방 고장의 발생 여부를 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제4 진단 전압이 제4 임계 전압보다 작은 경우, 상기 제3 스위치가 개방 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 누전 검출 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 누전 검출 장치를 포함하는 전기 차량.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 상기 누전 검출 장치를 이용하는 누전 검출 방법에 있어서,
    상기 제1 스위치가 온 상태로 상기 제2 스위치가 오프 상태로 제어되는 제1 누전 검출 모드의 실행 중의 제1 검출 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제1 검출 전압을 결정하는 단계;
    상기 제1 스위치가 오프 상태로 상기 제2 스위치가 온 상태로 제어되는 제2 누전 검출 모드의 실행 중의 제2 검출 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제2 검출 전압을 결정하는 단계;
    상기 배터리 전압, 상기 제1 검출 전압 및 상기 제2 검출 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 절연 저항 및 상기 제2 절연 저항을 기초로, 상기 배터리의 누전 여부를 판정하는 단계를 포함하는 누전 검출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 오프 상태로 제어되는 제1 고장 진단 모드의 실행 중의 제1 진단 시점에서의 상기 디지털 신호를 기초로, 제1 진단 전압을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 진단 전압을 기초로, 상기 제2 스위치의 단락 고장 및 상기 제3 스위치의 단락 고장 중 적어도 하나의 발생 여부를 판정하는 단계를 더 포함하는 누전 검출 방법.
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