결론부터 씁니다. 배터리 모듈 EOL(End of Line) 시험기에서 절연저항·내전압 시험의 안전 인터락은 일반 고전압 시험기와 두 가지가 다릅니다. 첫째, 시험 대상 자체가 꺼지지 않는 전원이므로 “무전압 상태”를 전제로 한 도어 해제 조건이 성립하지 않습니다. 둘째, 절연 시험은 프로브 접촉이 끊겨도 절연저항이 무한대로 읽혀 불량이 합격으로 판정되는 방향으로 실패합니다. 따라서 인터락은 고전압 인가 전 접촉 확인, 인가 후 DUT 단자 기준 방전 확인, 두 지점을 반드시 포함해야 합니다.
안전 인터락 조건 먼저
시험기 고전압 출력은 사람이 가드 안쪽에 있을 수 없는 조건에서만 살아 있어야 합니다. 아래 조건은 안전 릴레이(또는 안전 PLC) 회로에서 하드와이어로 구성하고, 일반 PLC는 상태를 감시하고 시험 순서를 관리하는 역할만 맡습니다.
- □ EMO는 하드와이어드 안전회로로 고전압 발생부 전원과 출력 릴레이를 직접 차단합니다. PLC는 EMO 상태를 감시 입력으로만 읽습니다.
- □ 가드 도어는 가드 잠금(Guard Locking) 방식입니다. 잠금 확인 신호가 안전 릴레이에 들어와야만 고전압 인에이블 접점이 닫힙니다.
- □ 도어 잠금 해제 요청은 방전 확인 조건이 성립한 뒤에만 안전 릴레이로 전달됩니다. 방전 확인은 타이머가 아니라 전압 측정으로 판정합니다.
- □ 고전압 인가 중 경광등·표시등은 고전압 출력 회로에서 직접 구동하거나 출력 상태 접점으로 구동합니다. PLC 출력으로 켜는 표시등은 보조로만 둡니다.
- □ 수동 조작 모드(프로브 조정 등)에서는 고전압 발생부 전원을 물리적으로 분리하고, 키 스위치 상태를 안전 릴레이 입력으로 받습니다.
적용 규격은 설비 구성에 따라 IEC 60204-1(기계 전기장비), ISO 13849-1(안전 관련 제어 계통), ISO 14119(인터락 장치), IEC 61010-1(측정·시험 장비 안전)을 함께 검토합니다. 요구 성능 수준(PL)은 위험성 평가 결과로 정해지므로 여기서 고정하지 않습니다.
모듈 시험이 일반 고전압 시험과 다른 점
일반 전기기기의 내전압 시험은 시험 대상이 무전원 상태입니다. 배터리 모듈은 다릅니다. 셀이 조립되는 순간 모듈 단자 사이에는 수십~수백 V 수준의 직류 전압이 항상 존재하고, 이는 시험기를 꺼도 사라지지 않습니다. 절연 시험은 양극·음극 단자를 단락 결속한 뒤 이 결속점과 모듈 케이스(섀시) 사이에 시험 전압을 겁니다.
여기서 두 가지 에너지가 생깁니다. 하나는 모듈 자체 전압, 다른 하나는 시험 전압으로 충전된 단자-섀시 간 정전용량입니다. 두 번째 에너지는 E = ½CV²로 계산합니다. 가정: 단자-섀시 간 정전용량 100 nF, DC 시험 전압 2,000 V라면 E = 0.5 × 100×10⁻⁹ × 2,000² = 0.2 J입니다. 방전 저항 1 MΩ이면 시정수 τ = RC = 0.1 s이고, 1% 이하로 떨어지려면 약 4.6τ ≈ 0.46 s가 걸립니다. 실제 정전용량과 방전 경로 저항은 모듈마다 다르므로 실측이 필요합니다.
방전 확인 측정점이 중요한 이유가 여기에 있습니다. 시험기 출력 릴레이를 먼저 열어 버리면 시험기 측 전압계는 0을 읽지만, DUT 쪽 정전용량은 방전 경로를 잃고 전압을 유지합니다. 방전은 프로브가 붙어 있는 상태에서 하고, 확인은 DUT 단자 측에서 합니다.
시험 종류별 비교
| 항목 | 절연저항(IR) | DC 내전압 | AC 내전압 |
|---|---|---|---|
| 판정값 | 저항값 하한 | 누설전류 상한 | 누설전류 상한 |
| 정전용량 영향 | 충전 후 안정 대기 필요 | 충전 전류 후 누설만 측정 | 용량성 전류가 누설에 합산 |
| 시험 후 잔류 전하 | 있음 | 있음(방전 필수) | 차단 위상에 따라 남음 |
| 접촉 불량 시 결과 | 합격 방향 오판 | 합격 방향 오판 | 합격 방향 오판 |
| 권장 순서 | 먼저 | IR 합격 후 | IR 합격 후 |
표에서 “접촉 불량 시 결과” 행이 세 방식 모두 같다는 점이 이 설비의 핵심 리스크입니다. 시험 방식을 무엇으로 고르든, 접촉 확인 없이 인가하는 시험은 불량을 통과시킬 수 있습니다. 또 IR을 먼저 해 절연 취약 모듈을 걸러내면 내전압 시험 중 절연 파괴로 인한 설비 손상도 줄어듭니다.
시험 시퀀스와 PLC 로직
동작 타임차트 전제: t0 도어 닫힘·잠금 확인, t1 접촉 확인(프로브를 통해 모듈 전압 측정 후 단자 결속 릴레이 투입), t2 IR 시험, t3 내전압 램프업·유지, t4 램프다운, t5 방전 릴레이 투입, t6 DUT 단자 전압 기준 방전 확인, t7 출력 릴레이 개방, t8 도어 해제 요청입니다.
(* I/O MAP
%I2.0 DI_EMO_LOOP_OK : EMO hardwired loop healthy (monitor only)
%I2.1 DI_GUARD_LOCKED : guard door closed and locked (safety relay status)
%I2.2 DI_SAFETY_RELAY_OK : safety relay output healthy
%I2.3 DI_HV_OUTPUT_ACTIVE : HV output active contact from tester
%IW300 AI_DUT_PACK_V : module terminal voltage via probe, 0.1 V/digit
%IW302 AI_DUT_CHASSIS_V : DUT terminal-to-chassis voltage, 1 V/digit
%Q2.0 DO_HV_ENABLE_REQ : HV enable request to safety relay (not the enable itself)
%Q2.1 DO_DISCHARGE_RELAY : discharge relay close (probe still attached)
%Q2.2 DO_HV_OUT_RELAY : tester output relay close
%Q2.3 DO_DOOR_UNLOCK_REQ : unlock request to safety relay
*)
VAR
CONTACT_OK : BOOL; (* latched at step 10, before terminals are bonded *)
DISCH_DONE : BOOL;
T_DISCH_MIN : TON; (* minimum discharge time, sized from measured RC *)
STEP : INT; (* 0 idle, 10 contact check, 20 IR, 30 HV ramp/hold,
50 discharge, 60 discharge confirmed, 70 output open *)
END_VAR
(* contact check at step 10: probe must read module voltage inside expected window;
terminal bonding relay closes only after this check *)
IF STEP = 0 THEN CONTACT_OK := FALSE; END_IF;
IF STEP = 10 THEN
CONTACT_OK := (AI_DUT_PACK_V > PACK_V_MIN_SP) AND (AI_DUT_PACK_V < PACK_V_MAX_SP);
END_IF;
(* HV request only when guard locked, safety relay healthy, EMO loop healthy, contact OK *)
DO_HV_ENABLE_REQ := DI_EMO_LOOP_OK AND DI_GUARD_LOCKED AND DI_SAFETY_RELAY_OK
AND CONTACT_OK AND (STEP >= 20) AND (STEP < 50);
(* discharge through probe: output relay stays closed while discharging *)
DO_DISCHARGE_RELAY := (STEP >= 50) AND (STEP < 70);
T_DISCH_MIN(IN := DO_DISCHARGE_RELAY, PT := T#1S); (* example, from 4.6 tau plus margin *)
DISCH_DONE := T_DISCH_MIN.Q AND (ABS(AI_DUT_CHASSIS_V) < SAFE_V_SP);
IF STEP = 50 AND DISCH_DONE THEN STEP := 60; END_IF; (* measured, not timer alone *)
DO_HV_OUT_RELAY := (STEP >= 10) AND (STEP < 70);
(* unlock request only after measured discharge at DUT side; timer alone never unlocks *)
DO_DOOR_UNLOCK_REQ := (STEP >= 60) AND DISCH_DONE AND NOT DI_HV_OUTPUT_ACTIVE;코드에서 DO_HV_ENABLE_REQ는 요청일 뿐이고, 실제 고전압 인에이블은 안전 릴레이 접점이 DI_GUARD_LOCKED 조건과 직렬로 결정합니다. SAFE_V_SP와 방전 최소 시간은 모듈의 실측 정전용량과 방전 저항으로 정하며, 모듈 형식이 바뀌면 다시 측정합니다.
현장 확인 체크리스트
- □ 프로브 접촉 확인이 모듈 전압 측정 창(상·하한) 비교로 되어 있고, 창 밖이면 시험이 시작되지 않는가.
- □ 방전 확인 전압 측정점이 시험기 출력단이 아니라 DUT 단자-섀시 사이인가.
- □ 방전 릴레이 접점 용착을 검출하는 피드백이 있는가. 용착 시 다음 시험의 고전압이 방전 저항으로 새어 판정을 왜곡합니다.
- □ 가드 잠금 장치의 해제는 안전 릴레이 경유이고, PLC 출력 단독으로 해제되는 경로가 없는가.
- □ 시험 중 누설전류 파형이 주변 설비 노이즈에 흔들리는지 확인했는가. 판정 흔들림은 파형 분석 및 실측 요망 항목으로 관리합니다.
- □ 절연 파괴 발생 시 모듈 격리 위치와 재시험 금지 표식 절차가 정해져 있는가.
경계 조건
이 설계가 틀리게 되는 조건이 있습니다. 첫째, 모듈에 BMS 보드나 절연 감시 회로가 장착된 상태로 시험하면 그 회로 자체가 누설 경로가 되어 판정이 흔들립니다. 시험 전 분리 조건을 공정에서 먼저 정해야 합니다. 둘째, 단자-섀시 간 정전용량이 큰 대형 모듈에서는 방전 시간이 길어져 사이클 타임과 충돌합니다. 이때 방전 저항을 낮추면 방전 소자의 열 용량 검토가 따라와야 합니다. 셋째, 시험 대상이 모듈이 아닌 셀 단위라면 정전용량과 에너지가 작아 순서는 같아도 시간 설정은 크게 달라집니다.
단일 판단 기준은 이렇습니다. 도어 해제 조건에 “DUT 단자 측 실측 전압”이 들어 있지 않다면, 그 시험기의 인터락은 타이머 기반이며 다시 설계해야 합니다.
