KR100204272B1 - Leakage intercepter of electric car battery - Google Patents
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- B60L2250/00—Driver interactions
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Abstract
본 발명은 전기자동차용 배터리가 누전되어 쇼트가 일어날 경우 발생하는 감전사고 및 배터리 수명단축을 방지하기 위하여 배터리가 누전될 경우 이를 감지하여 자동으로 전원을 차단시킴으로써 운전자가 적절한 조치를 취할 수 있도록 유도하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리의 누전차단장치에 관한 것으로, 배터리 출력전압을 스위칭하는 제 1 스위칭 트랜지스터와, 상기 제 1 스위칭 트랜지스터의 스위칭 전압을 베이스로 공급하는 전압인가용 저항과, 상기 제 1 스위칭 트랜지스터의 에미터단과 전압인가용 저항에 공통접속되고 이를 베이스단으로 연결하여 스위칭되는 제 2 스위칭 트랜지스터와, 상기 제 1, 2 스위칭 트랜지스터를 통과 전압을 차량의 각종장치로 공급하는 인버터와, 상기 인버터로 공급되는 전류를 체크하는 변류기와, 상기 변류기를 통한 데이터를 기준전압과 함께 입력하여 기준전압보다 작을 경우 출력신호를 인가하는 비교기와, 상기 비교기를 통한 신호를 분석하여 누전으로 판단될 경우 경보장치를 통해 경보를 행하는 마이크로프로세서로 구성함이 특징이다.The present invention detects when the battery is short-circuit to prevent electric shock accidents and battery life shortage caused by a short-circuit caused by a short-circuit of the electric vehicle to induce the driver to take appropriate measures by automatically shutting off the power A ground fault interruption apparatus for an electric vehicle battery, comprising: a first switching transistor for switching a battery output voltage, a voltage applying resistor for supplying a switching voltage of the first switching transistor to a base, and the first switch A second switching transistor commonly connected to the emitter terminal of the switching transistor and a resistor for applying a voltage and connected to the base terminal for switching; an inverter for supplying a passing voltage to various devices of the vehicle through the first and second switching transistors; Current transformer to check the current supplied to the inverter, It consists of a comparator for inputting the data through the current transformer together with the reference voltage and applying an output signal when it is smaller than the reference voltage, and a microprocessor for analyzing the signal through the comparator and performing an alarm through an alarm device when it is determined to be a short circuit. This is a feature.
Description
본 발명은 전기자동차용 배터리의 누전차단장치에 관한 것으로, 특히 전기자동차용 배터리가 누전되어 쇼트가 일어날 경우 발생하는 감전사고 사고 및 배터리 수명단축을 방지하기 위하여 배터리가 누전될 경우 이를 감지하여 자동으로 전원을 차단시킴으로써 운전자가 적절한 조치를 취할 수 있도록 유도하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리의 누전차단장치에 관한 것이다.The present invention relates to a ground fault interruption device of a battery for an electric vehicle, and in particular, when the battery is shorted in order to prevent an electric shock accident and a shortened battery life that occur when a short circuit occurs due to a short circuit of the vehicle. The present invention relates to a ground fault interruption device for an electric vehicle battery, characterized by inducing a driver to take appropriate measures by shutting off power.
일반적으로 전기자동차는 매인동력 제공원으로 니켈 매탈 하이브라이드 배터리를 주로 사용하고 있으며, 상기 니켈 매탈 하이브라이드 배터리를 프로세서인 인버터에 제공하고, 인버터는 이를 매인모터에 제공하여 휠의 회전동력을 발생시킨다.In general, an electric vehicle mainly uses a nickel metal hybrid battery as a main power source, and provides the nickel metal hybrid battery to an inverter which is a processor, and the inverter provides the main motor to generate a rotational power of a wheel. .
여기서 일반적인 자동차에 들어가는 배터리에 있어서, 배터리 셀의 구조는 양극판과 음극판이 각각 존재하며, 납, 안티몬 합금제의 격자 또는 납 칼슘계 기판 중에 납산화물의 분말을 묽은 황산으로 칠하고 풀 모양의 것을 충전하여 건조한 다음 화성(전기 화학처리)을 하면 양극판은 다갈색의 이산화납(PbO2)으로, 음극판은 해면상 납(Pb)의 작용물질로 변화한다. 어느것의 작용물질도 전해액이 극판에 침투할 수 있도록 다공성으로 되어 있으며 극판의 두께는 2mm 또는 3mm의 것이 사용된다. 이때 양극판과 음극판이 서로 단락하면, 배터리내의 에너지가 없어져 버리므로 두 극판의 단락을 방지하기 위해서 비전도성이며 전해액에 부식되지 않는 다공성의 합성수지로 가공된 섬유판이 양극판간에 삽입된다.Here, in a typical car battery, the battery cell has a positive electrode plate and a negative electrode plate, and the lead oxide powder is filled with dilute sulfuric acid and filled with a paste in a lead or antimony alloy lattice or lead calcium-based substrate. When dried and then chemically treated (electrochemical treatment), the positive electrode plate turns to brown brown lead dioxide (PbO 2 ), and the negative electrode plate turns into a substance of lead on the surface of lead (Pb). Either substance is porous to allow electrolyte to penetrate the plate and the plate is 2mm or 3mm thick. At this time, when the positive electrode plate and the negative electrode plate are shorted to each other, the energy in the battery is lost, so that a fiber plate processed with a non-conductive, porous synthetic resin that is not corroded to the electrolyte solution is inserted between the positive electrode plates to prevent the short circuit of the two electrode plates.
도 1(A, B)에 기전력과 전해액의 비중관계를 나타내고, 기전력과 전해액의 온도의 관계를 나타내었는바, 이처럼 전해액의 온도에 따라 기전력의 차이가 발생하기 때문에 배터리 사용할 때에는 일정한 온도를 유지하도록 해야한다.1 (A, B) shows the relationship between the electromotive force and the specific gravity of the electrolyte, and the relationship between the electromotive force and the temperature of the electrolyte, the difference in the electromotive force is generated according to the temperature of the electrolyte as described above so as to maintain a constant temperature when using the battery Should be.
상술한 내용을 종합해보면 결국 배터리는 내부에서 일어나는 화학반응으로 충방전이 이루어 지기 때문에 온도변화에 민감하여 배터리의 각각의 셀 온도가 너무 높아도 안되고 너무 낮아도 안된다는 것을 알 수 있다.In summary, it can be seen that the battery is sensitive to temperature change because the battery is charged and discharged by a chemical reaction occurring inside, so that each cell temperature of the battery should not be too high or too low.
구체적으로 전기자동차에 들어가는 니켈 매탈 하이드라이드 배터리 셀에서 발생하는 전지전압은 약 1.2볼트 정도이며, 도 2(A,B)에 나타낸 바와같이 전해액은 LiOH + KOH + H2O 이고, 부극판은 Mx이며, 정극판은 xNi(OH)2이다.Specifically, the battery voltage generated in the nickel metal hydride battery cell in the electric vehicle is about 1.2 volts. As shown in FIGS. 2A and 2B, the electrolyte is LiOH + KOH + H 2 O, and the negative electrode plate is Mx. The positive electrode plate is xNi (OH) 2 .
이를 화학식으로 나타내면 다음과 같다.This is represented by the following formula.
정극반응: xNi(OH)2+ xOH-↔ xNiOOH + xH2O + xePositive reaction: xNi (OH) 2 + xOH - ↔ xNiOOH + xH 2 O + xe
부극반응: Mx + xH2O + xe ↔ MHx + xOH- Negative reaction: Mx + xH 2 O + xe ↔ MHx + xOH -
전체 전지반응: Mx + xNi(OH)2↔ MHx + xNiOOHTotal cell reaction: Mx + xNi (OH) 2 ↔ MHx + xNiOOH
여기서 화살표 오른쪽 방향은 충전반응을 일으키는 식이고, 화살표 왼쪽방향은 방전반응을 일으키는 식이다.The right direction of the arrow represents the charging reaction, and the left direction of the arrow represents the discharge reaction.
그러나 이러한 전기자동차용 배터리가 누전이 발생할 경우 배터리 에너지가 급격히 소비될 뿐만 아니라, 누전에 의해서 전기가 쇼트되는 현상이 발생하며, 이때 누전된 전류에 의해서 운전자가 감전될 가능성이 있는 문제가 있었다.However, when the electric vehicle battery is short-circuited, not only the battery energy is rapidly consumed, but also a short circuit occurs due to the short-circuit, and there is a problem that the driver may be electric shocked by the shorted current.
또한 현재 까지는 누전을 채크하는 장치가 없기 때문에 운전자는 자차의 배터리가 누전이 발생하고 있는지를 파악할 수가 없었다.Also, until now, there is no device to check the leakage, so the driver could not determine whether the battery of the vehicle is leaking.
따라서 본 발명은 정전류형 보호회로를 실장하고, 배터리로부터 인버터에 공급되는 전류를 채크하여 일정기준이상 전류가 소모될 때에는 이를 경보함으로써, 운전자가 이를 인식하여 적절한 조치를 취할 수 있도록 유도하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention implements a constant current type protection circuit, and checks the current supplied from the battery to the inverter and alerts the user when current is exceeded by a certain standard, thereby inducing the driver to recognize and take appropriate measures. have.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 배터리 출력전압을 스위칭하는 제 1 스위칭 트랜지스터와, 상기 제 1 스위칭 트랜지스터의 스위칭 전압을 베이스로 공급하는 전압인가용 저항과, 상기 제 1 스위칭 트랜지스터의 에미터단과 전압인가용 저항에 공통접속되고 이를 베이스단으로 연결하여 스위칭되는 제 2 스위칭 트랜지스터와, 상기 제 1, 2 스위칭 트랜지스터를 통과 전압을 차량의 각종장치로 공급하는 인버터와, 상기 인버터로 공급되는 전류를 체크하는 변류기와, 상기 변류기를 통한 데이터를 기준전압과 함께 입력하여 기준전압보다 작을 경우 출력신호를 인가하는 비교기와, 상기 비교기를 통한 신호를 분석하여 누전으로 판단될 경우 경보장치를 통해 경보를 행하는 마이크로프로세서로 이루어 진다.Means for achieving the above object, a first switching transistor for switching the battery output voltage, a voltage applying resistor for supplying a switching voltage of the first switching transistor as a base, the emitter stage and the voltage of the first switching transistor A second switching transistor commonly connected to an application resistor and connected to the base end for switching; an inverter for supplying a passing voltage to the various devices of the vehicle through the first and second switching transistors; and a current supplied to the inverter. A current transformer, a comparator for inputting data through the current transformer together with a reference voltage to apply an output signal when the current is less than the reference voltage, and a micro signal for alarming through an alarm device when the signal through the comparator is judged to be a short circuit. It consists of a processor.
도 1a는 기전력과 전해액 비중의 상관관계 그래프도.1A is a graph of correlation between electromotive force and specific gravity of an electrolyte.
도 1b는 기전력과 전해액 온도의 상관관계 그래프도.1B is a graph of correlation between electromotive force and electrolyte temperature.
도 2a는 니켈 매탈 배터리의 방전중의 화학변화도.2A is a chemical change diagram during discharge of a nickel metal battery.
도 2b는 니켈 매탈 배터리의 충전중의 화학변화도.2B is a chemical change diagram during charging of a nickel metal battery.
도 3은 본 발명의 회로 구성도.3 is a circuit diagram of the present invention.
도 4는 도 3의 동작에 따른 전류 및 전압관계의 그래프도.4 is a graph of current and voltage relationships according to the operation of FIG. 3;
도면의주요부분에대한부호의설명Explanation of symbols on the main parts of the drawing
Q1: 제 1 스위칭 트랜지스터Q2: 제 2 스위칭 트랜지스터Q1: first switching transistor Q2: second switching transistor
10: 변류기20: 비교기10: current transformer 20: comparator
30: 마이크로프로세서40: 경보장치30: microprocessor 40: alarm device
이하 도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the drawings.
도 3은 본 발명의 회로 구성도로써, 배터리 출력전압을 스위칭하는 제 1 스위칭 트랜지스터(Q1)와, 상기 제 1 스위칭 트랜지스터(Q1)의 스위칭 전압을 베이스로 공급하는 전압인가용 저항(R1)과, 상기 제 1 스위칭 트랜지스터(Q1)의 에미터단과 전압인가용 저항(R2)에 공통접속되고 이를 베이스단으로 연결하여 스위칭되는 제 2 스위칭 트랜지스터(Q2)와, 상기 제 1, 2 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 통과 전압을 차량의 각종장치로 공급하는 인버터(R3)와, 상기 인버터(R3)로 공급되는 전류를 체크하는 변류기(10)와, 상기 변류기(10)를 통한 데이터를 기준전압과 함께 입력하여 기준전압보다 작을 경우 출력신호를 인가하는 비교기(20)와, 상기 비교기(20)를 통한 신호를 분석하여 누전으로 판단될 경우 경보장치(40)를 통해 경보를 행하는 마이크로프로세서(30)로 구성한다.3 is a circuit diagram of the present invention, and includes a first switching transistor Q1 for switching a battery output voltage, a voltage applying resistor R1 for supplying a switching voltage of the first switching transistor Q1 to a base; And a second switching transistor Q2 commonly connected to the emitter terminal of the first switching transistor Q1 and the voltage application resistor R2 and connected to the base terminal, and the first and second switching transistor Q1. Inverter (R3) for supplying the pass voltage to the various devices of the vehicle through the Q2), the current transformer 10 for checking the current supplied to the inverter (R3), and the data through the current transformer (10) and the reference voltage Comparator 20 for inputting the output signal when the input voltage is smaller than the reference voltage, and the microprocessor 30 for alarming through the alarm device 40 when it is determined that a short circuit is analyzed by analyzing the signal through the comparator 20. It consists of.
상기와 같이 구성하는 본 발명은 정상적인 전원이 인가될 경우에는 제 1, 2 트랜지스터(Q1, Q2)를 거쳐 인버터(R3)로 규정전압이 인가된다.According to the present invention configured as described above, when a normal power source is applied, a prescribed voltage is applied to the inverter R3 via the first and second transistors Q1 and Q2.
이때, 누전으로 인하여 전류량이 감소하면 인버터(R3)로 공급되는 회로에 연결한 변류기(10)에 의해서 전류량이 채크되고, 이는 비교기(20)의 기준전압과 비교되어 기준전압보다 작기 때문에 마이크로프로세서(30)에 출력 신호를 인가하게 된다.At this time, when the current amount decreases due to a short circuit, the current amount is checked by the current transformer 10 connected to the circuit supplied to the inverter R3, which is compared with the reference voltage of the comparator 20 and is smaller than the reference voltage. The output signal is applied to 30).
그러면 마이크로프로세서(30)는 배터리가 누전된 것으로 판단하여 경보장치(40)를 통해 경보음을 출력함으로써 운전자가 배터리의 누전을 인식하여 적절한 조치를 취할 수 있도록 유도한다.Then, the microprocessor 30 determines that the battery is shorted and outputs an alarm sound through the alarm device 40 to induce the driver to recognize a short circuit of the battery and take appropriate measures.
한편, 누전에 의하여 회로에 쇼트가 발생하면 전류량이 급격히 증가하게 되는데, 이때 인버터(R3)로 공급되는 회로에 급전류가 인가되면 제 2 스위칭 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 공통접속된 저항에 전원이 집중되어 제 2 스위칭 트랜지스터(Q2)로 공급되는 전원이 차단되기 때문에 결국 인버터(R3)로 출력되는 전원이 끊기게 되어 장치를 보호할 수 있다.On the other hand, when a short occurs in the circuit due to a short circuit, the amount of current rapidly increases. At this time, when a rapid current is applied to the circuit supplied to the inverter R3, power is supplied to a resistor commonly connected to the base of the second switching transistor Q2. Since the power is concentrated and the power supplied to the second switching transistor Q2 is cut off, the power output to the inverter R3 is cut off, thereby protecting the device.
도 4는 본 발명에 따른 출력전압과 출력전류의 관계도로써, 전류가 기준치를 초과하면 회로가 자동으로 차단됨을 보여주고 있다.Figure 4 is a relationship between the output voltage and the output current according to the present invention, it shows that the circuit is automatically cut off when the current exceeds the reference value.
상술한 바와같이 본 발명은 전기자동차용 배터리가 누전되어 쇼트가 일어날 경우 발생하는 감전사고 사고 및 배터리 수명단축을 방지하기 위하여 배터리가 누전될 경우 이를 감지하여 자동으로 전원을 차단시킴으로써 운전자가 적절한 조치를 취할 수 있도록 유도할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, in order to prevent an electric shock accident and a shortened battery life caused by a short circuit due to an electric vehicle battery short circuit, the driver detects a short circuit and automatically cuts off the power supply to take appropriate measures. There is an inducible effect to take.
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