KR100456842B1 - Ev & hev short detection system between high voltage line and vehicle chassis - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하여 사전에 이를 확인함으로써 단락에 의한 문제발생을 미연에 방지하고 단락 발생시 즉시 정비를 할 수 있는 전기 차량의 단락 감지 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 전기 차량의 고전압 라인과 차체간의 단락 상태를 감지하는 시스템에 있어서, 상기 전기 차량의 전원을 공급하는 전원 공급부와; 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 라인(+, -)간에 전기적인 회로로 연결되어 상기 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하는 단락 검출부와; 상기 단락 검출부를 통해 입력되는 신호들을 분석하여 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 사이의 출력전압 변화에 따라 단락상태를 판단하는 제어부(ECU)와; 상기 제어부(ECU)로부터 판단된 데이터를 입력받아 디스플레이 하는 표시부를 포함하여 구성한다.The present invention relates to a short circuit detection system of an electric vehicle that detects a contact resistance between a high voltage line of a vehicle and a vehicle body and checks it in advance to prevent a problem caused by a short circuit and to perform maintenance immediately when a short circuit occurs. . The present invention provides a system for detecting a short circuit state between a high voltage line and a vehicle body of an electric vehicle, the system comprising: a power supply unit supplying power to the electric vehicle; A short circuit detection unit connected to an electric circuit between the vehicle body of the electric vehicle and a power supply line (+,-) to detect a contact resistance between the high voltage line of the electric vehicle and the vehicle body; A control unit (ECU) which analyzes signals input through the short detection unit and determines a short state according to a change in an output voltage between a vehicle body and a power supply unit of the electric vehicle; And a display unit configured to receive and display data determined by the controller ECU.
Description
본 발명은 전기 차량에 관한 것으로서, 특히 전기 차량의 단락 감지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an electric vehicle, and more particularly to a short circuit detection system of an electric vehicle.
통상적으로, 전기 차량 및 하이브리드 전기 차량은 전기에너지를 주동력원으로 이용하기 때문에 에너지의 충분한 사용을 위하여 높은 전압을 이용한다.Typically, electric vehicles and hybrid electric vehicles use high voltage for sufficient use of energy because they use electric energy as the main power source.
그리고, 에너지 저장매체인 배터리에서부터 에너지 사용 매체인 모터 제어기, 에어컨 제어기, 히터 제어기까지 전력을 공급하는 라인은 고전압 전선으로 연결을 하고 있다.In addition, a line for supplying power from a battery, which is an energy storage medium, to a motor controller, an air conditioner controller, and a heater controller, which are energy use media, is connected by a high voltage wire.
그러나, 이러한 연결 와이어 하네스(W/H)의 절연피복에 관한 방법에 의한 문제가 발생하거나 아니면 각 제어기 부분에서 절연에 문제가 발생하여 차체에 고전압 라인이 단락 되는 경우가 발생할 수 있다.However, there may be a problem caused by the method related to the insulation coating of the connection wire harness (W / H) or a problem in the insulation at each controller portion to short-circuit the high voltage line in the vehicle body.
여기서, 차체에 고전압 라인이 닿을 시 발생하는 문제점들을 설명한다.Here, the problems occurring when the high voltage line is in contact with the vehicle body will be described.
먼저, 고전압 라인 중 (+)라인이 차체에 단락 될 때는 차체에 사람이 닿을 시 전기 쇼크를 받을 수 있다.First, when the positive line of the high voltage line is short-circuited to the body, an electric shock may occur when a person touches the body.
또한, 약간의 접촉이라도 있을 시는 충전되어 있는 양이 지속적으로 줄어들어 차량 주행거리를 단축시킨다.In addition, when there is even a slight contact, the amount of charge is continuously reduced to shorten the vehicle mileage.
여기에 추가적으로 12V 전력에 의해 작동되는 차량 전장시스템에 문제를 발생시킬 수 있다.In addition, this can cause problems for vehicle electronics systems powered by 12V power.
음극(-)라인이 차체에 단락 될 때는 (+)라인보다는 위험하지 않지만 차량 전장시스템에 문제를 발생시킬 수 있고, 접촉된 부분으로 고전류가 흘러 스파크 및 열화를 일으킬 수 있다.When the negative line is shorted to the body, it is not as dangerous as the positive line, but it may cause problems in the vehicle electrical system, and high currents may flow into the contacted areas, causing sparks and deterioration.
현재 전기 차량에서 전기감전에 관련된 안전사항을 고려하여 적용하고 있는 방법은 고전압 라인에 대한 절연을 강화, 연결 커넥터(Connector)의 특수사양 사용, 그리고 고전압 라인을 절연(Isolation)시키는 방법이다.Currently, electric vehicles have been applied in consideration of safety issues related to electric shock, and thus, strengthen the insulation of high voltage lines, use special specifications of a connector, and isolate high voltage lines.
그 외 안정도를 높이기 위하여 여러 가지를 적용시킬 것으로 예상은 되나 현재 전기 차량은 양산되는 차종이 아니기 때문에 어떤 방법을 사용하는 지는 확인이 불가능한 상태이다.It is anticipated that various applications will be applied to increase the stability. However, since electric vehicles are not mass-produced, it is impossible to confirm which method to use.
본 발명의 목적은 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하여 사전에 이를 확인함으로써 단락에 의한 문제발생을 미연에 방지하고 단락 발생시 즉시 정비를 할 수 있는 전기 차량의 단락 감지 시스템을 제공하는데있다.An object of the present invention is to detect a contact resistance between the high-voltage line and the vehicle body of the electric vehicle to check it in advance to prevent in advance the problem caused by a short circuit and to provide a short circuit detection system of the electric vehicle that can be immediately repaired when a short circuit occurs. To provide.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량 및 하이브리드 전기 차량용 고전압 라인과 차체의 단락 감지회로의 블록도.1 is a block diagram of a short circuit detection circuit of a high voltage line and a vehicle body for an electric vehicle and a hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기 차량의 고전압 라인과 차체간의 단락 상태를 감지하는 시스템에 있어서, 상기 전기 차량의 전원을 공급하는 전원 공급부와; 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 라인(+, -)간에 전기적인 회로로 연결되어 상기 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하는 단락 검출부와; 상기 단락 검출부를 통해 입력되는 신호들을 분석하여 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 사이의 출력전압 변화에 따라 단락상태를 판단하는 제어부(ECU)와; 상기 제어부(ECU)로부터 판단된 데이터를 입력받아 디스플레이 하는 표시부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a system for detecting a short circuit state between a high voltage line and a vehicle body of an electric vehicle, comprising: a power supply unit for supplying power of the electric vehicle; A short circuit detection unit connected to an electric circuit between the vehicle body of the electric vehicle and a power supply line (+,-) to detect a contact resistance between the high voltage line of the electric vehicle and the vehicle body; A control unit (ECU) which analyzes signals input through the short detection unit and determines a short state according to a change in an output voltage between a vehicle body and a power supply unit of the electric vehicle; And a display unit configured to receive and display data determined by the controller ECU.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While many specific details, such as the following description and the annexed drawings, are shown to provide a more general understanding of the invention, these specific details are illustrated for the purpose of explanation of the invention and are not meant to limit the invention thereto. And a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량의 고전압 라인과 차체간의 단락 상태를 감지하는 시스템 구성을 설명한다.A system configuration for detecting a short circuit between a high voltage line and a vehicle body of an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
본 발명의 실시예는 전원 공급부(110), 단락 검출부(120), 제어부(ECU) (130), 표시부(Cluster Display)(140)를 포함하여 구성한다.An embodiment of the present invention includes a power supply unit 110, a short circuit detection unit 120, a control unit (ECU) 130, and a display unit (Cluster Display) 140.
전원 공급부(110)는 전기 차량의 전원을 공급하는 주 배터리(Main Battery)이다.The power supply unit 110 is a main battery that supplies power of an electric vehicle.
전기 차량은 주 에너지 저장 매체로 250-350V 정도의 전압을 사용하고 있으며, 하이브리드 전기 차량은 80-150V 정도의 전압을 보조에너지 저장 매체로 사용하고 있다.Electric vehicles use voltages around 250-350V as their primary energy storage medium, while hybrid electric vehicles use voltages around 80-150V as their secondary energy storage medium.
단락 검출부(120)는 전기 차량의 차체와 전원 공급부(110) 라인(+, -)간에 전기적인 회로로 연결되어 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하는 기능을 한다.The short circuit detection unit 120 is connected to an electric circuit between the vehicle body of the electric vehicle and the power supply unit 110 lines (+,-) to detect a contact resistance between the high voltage line and the vehicle body of the electric vehicle.
단락 검출부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 전압 배분용 콘덴서 (122)(Cd)와 두 개의 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)를 포함하여 구성한다.As illustrated in FIG. 1, the short circuit detection unit 120 includes two voltage distribution capacitors 122 (Cd) and two voltage measurement capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1 and Cm2).
먼저, 두 개의 전압 배분용 콘덴서(122)(Cd)는 전원 공급부(110)와 병렬로 연결되며, 전원 공급부(110)의 전압을 배분한다.First, the two voltage distribution capacitors 122 (Cd) are connected in parallel with the power supply 110 and distribute the voltage of the power supply 110.
두 개의 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2) 즉, 제1 전압 측정용 콘덴서 (124)(Cm1)와 제2 전압 측정용 콘덴서(126)(Cm2)는 전술한 두 개의 전압 배분용 콘덴서(122)(Cd) 사이에서 직렬로 연결되어 전압 배분에 의해 전원 공급부(110)의 전압을 측정한다.The two voltage measuring capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1, Cm2), that is, the first voltage measuring capacitor 124 (Cm1) and the second voltage measuring capacitor 126 (Cm2) It is connected in series between the voltage distribution capacitor 122 (Cd) to measure the voltage of the power supply unit 110 by voltage distribution.
여기서, 전압 배분용 콘덴서(122)(Cd)의 값은 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)의 값보다 더 크게 구성한다.Here, the value of the voltage distribution capacitor 122 (Cd) is configured to be larger than the value of the voltage measurement capacitors 124, 126 (Cm; Cm1, Cm2).
예를 들어, 전압 배분용 콘덴서(122)(Cd)의 값은 전압 측정용 콘덴서(124,126)(Cm ; Cm1, Cm2)의 값 보다 약 100배 이상이 되어야 한다.For example, the value of the voltage distribution capacitor 122 (Cd) should be about 100 times or more than the value of the voltage measurement capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1, Cm2).
한편, 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)로부터 출력되는 전압은 "Cm/(Cm+Cd)"배 만큼의 전압으로 출력됨에 유의해야 한다.On the other hand, it should be noted that the voltage output from the voltage measuring capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1 and Cm2) is output as a voltage of "Cm / (Cm + Cd)" times.
제어부(ECU)(130)는 단락 검출부(120)를 통해 입력되는 신호들을 분석하여 전기 차량의 차체와 전원 공급부(110) 사이의 출력전압 변화에 따라 단락상태를 판단한다.The controller (ECU) 130 analyzes the signals input through the short circuit detection unit 120 to determine a short circuit condition according to the output voltage change between the vehicle body of the electric vehicle and the power supply unit 110.
여기서, 제어부(ECU)(130)는 도 1에 도시된 마이크로컨트롤러 (Microcontroller)를 말한다.Here, the control unit (ECU) 130 refers to the microcontroller (Microcontroller) shown in FIG.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(ECU)(130)는 현재 전원 공급부 (110)의 상태를 검출하는 제어유닛으로서 차량에 추가적인 제어유닛의 설치보다는 기존의 배터리 관리 시스템(BMS ; Battery Management System), 모터 컨트롤 유닛(MCU ; Motor Control Unit), 에탁스(ETACS ; Electronic Timing and Alarm Control System)에 기능을 추가시켜 줌으로서 효율적으로 사용 가능함에 유의해야 한다.In addition, the control unit (ECU) 130 according to an embodiment of the present invention is a control unit that detects a state of the current power supply unit 110, rather than installing an additional control unit in a vehicle, rather than a conventional battery management system (BMS). Note that it can be used efficiently by adding functions to the Motor Control Unit (MCU) and Electronic Timing and Alarm Control System (ETACS).
표시부(140)는 제어부(ECU)(130)로부터 판단된 데이터를 입력받아 디스플레이 한다.The display unit 140 receives and displays the determined data from the control unit ECU 130.
본 발명의 실시예는 단락 검출부(120)와 제어부(ECU)(130)의 사이에 전기적인 회로로 연결되어 단락 검출부(120)의 전압을 증폭하고 변환하는 변환부(150)를 더 포함하여 구성한다.The embodiment of the present invention further includes a conversion unit 150 connected to an electrical circuit between the short detection unit 120 and the control unit ECU 130 to amplify and convert the voltage of the short detection unit 120. do.
변환부(150)는 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)와 단위 이득 증폭기(154)(Voltage Follower)를 포함하여 구성한다.The converter 150 includes an analog / digital converter 152 (AD converter) and a unit gain amplifier 154 (Voltage Follower).
먼저, 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)는 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)에 공급된 전압을 디지털(Digital)화 시켜서 제어부(ECU)(130)로 신호를 공급하는 기능을 한다.First, the analog-to-digital converter 152 (AD Converter) digitalizes the voltage supplied to the voltage measuring capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1 and Cm2) to a signal to the controller (ECU) 130. It serves to supply.
단위 이득 증폭기(154)(Voltage Follower)는 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)와 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)사이에서 전기적인 회로로 연결되어 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)에서 측정된 전압을 절연(Isolation)한다.The unit gain amplifier 154 (Voltage Follower) is connected to an electrical circuit between the voltage measuring capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1 and Cm2) and the analog / digital converter 152 (AD Converter) to measure voltage. The voltages measured by the capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1 and Cm2) are insulated.
즉, 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)에서 측정된 전압을 바로 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)로 공급시 시스템 오동작에 의한 위험성이 있기 때문에 절연(Isolation)을 위해 단위 이득 증폭기(154)(Voltage Follower)를 통해 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)로 전압을 보낸다.That is, there is a risk of system malfunction when the voltage measured by the voltage measuring capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1 and Cm2) is directly supplied to the analog / digital converter 152 (AD Converter). For this purpose, a voltage is sent to the analog / digital converter 152 (AD Converter) through a unit gain amplifier (154).
상기와 같은 구성에서 제어부(ECU)(130)는 제1, 제2 전압 측정용 콘덴서 (124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)의 값을 읽어들인 후 값을 비교하며, 비교된 제1, 제2 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)의 절대 값이 같으면서 전원 공급부(110)의 반 값과 설정된 오차범위 내에서 같으면 단락상태가 양호한 것으로 판단한다.In the above configuration, the control unit ECU 130 reads the values of the first and second voltage measuring capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1 and Cm2), and compares the values. If the absolute values of the second voltage measuring capacitors 124 and 126 (Cm; Cm1 and Cm2) are the same and are equal to half the value of the power supply unit 110 within the set error range, it is determined that the short circuit state is good.
그리고, 제어부(ECU)(130)는 제1 전압 측정용 콘덴서(124)(Cm1)의 값이 설정값 이상 크면 전원 공급부(110)의 음극(-) 라인에 단락 및 절연파괴가 진행중인 상태로 판단한다.If the value of the first voltage measuring capacitor 124 (Cm1) is greater than or equal to the set value, the controller (ECU) 130 determines that the short circuit and the dielectric breakdown are in progress in the negative (-) line of the power supply 110. do.
이와는 반대로, 제어부(ECU)(130)는 제2 전압 측정용 콘덴서(126)(Cm2)의 값이 설정값 이상 크면 전원 공급부(110)의 양극(+) 라인에 단락 및 절연파괴가 진행중인 상태로 판단한다.On the contrary, the control unit ECU 130 may short-circuit and break down the anode line of the power supply unit 110 if the value of the second voltage measuring capacitor 126 (Cm2) is greater than or equal to the set value. To judge.
한편, 본 발명의 실시예는 캔 인터페이스(CAN Interface)(160)와 로그인 아웃 인터페이스(Log in out Interface)(170)를 더 포함하여 구성한다.Meanwhile, an embodiment of the present invention further includes a CAN interface 160 and a log in out interface 170.
캔 인터페이스(CAN Interface)(160)는 제어부(ECU)(130)로부터 공급되는 전원 공급부(110) 단락 및 절연파괴 진행 여부에 관한 정보신호를 차량내 다른 제어유닛에도 전달하는 기능을 한다.The CAN interface 160 transmits an information signal regarding whether the power supply unit 110 is short-circuited and insulation breakdown is supplied from the control unit ECU 130 to other control units in the vehicle.
로그인 아웃 인터페이스(Log in out Interface)(170)는 제어부로부터 전기 차량의 고전압 라인 차단 명령이나 경고 명령에 대한 신호전달 및 다른 시스템 점검 및 동작을 위한 신호를 공급받아 송수신하는 기능을 한다.The log in out interface 170 functions to receive and transmit a signal for a high voltage line blocking command or a warning command of an electric vehicle and other systems for checking and operating the electric vehicle.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항(정상상태 무한대)이 발생시 이를 감지하여 사전에 이를 확인하고, 단락에 의한 인체 쇼크, 시스템 불안정, 시스템 다운(Down) 등을 미연에 방지할 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention detects the contact resistance (normal state infinity) between the high-voltage line and the vehicle body of the electric vehicle and checks it in advance, and the human body shock, system instability, system down due to a short circuit. Etc. can be prevented beforehand.
즉, 본 발명의 실시예는 차체와 전원 공급부(110) 라인(+, -)간에 복수개의 콘덴서를 설치하고 이들 전압을 검출하여 부분 단락이나 완전 단락 발생시 콘덴서 전압이 변화하는 데 이 변화를 이용하여 주 전원라인과 차체의 단락 상태를 다음과 같이 확인할 수 있다.That is, in the embodiment of the present invention, a plurality of capacitors are installed between the vehicle body and the power supply 110 line (+,-), and these voltages are detected to use the change to change the capacitor voltage when a partial or complete short circuit occurs. The short circuit status of the main power line and the car body can be checked as follows.
1. 차체와 고전압 라인간의 단락 확인이 가능하다.1. It is possible to check the short circuit between the body and the high voltage line.
2. 정비성을 위하여 전원 공급부(110) (+, -) 라인 중 단락된 라인을 확인할수 있다.2. For maintenance, you can check the shorted line among the power supply unit 110 (+,-) lines.
3. 라인의 열화 및 절연파괴가 진행중일 때 단락의 발생 가능성 탐지가 가능하다.3. It is possible to detect the possibility of short circuit when line deterioration and breakdown are in progress.
4. 클러스터(Cluster)에 정비의 필요성을 표시(Display)할 수 있다.4. The cluster can display the need for maintenance.
5. 타 제어유닛에 단락 정보를 송신할 수 있다.5. Short circuit information can be sent to other control units.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 차량의 단락 감지 시스템은 차량의 안정성을 증대할 수 있으며, 단락에 의한 전원소모를 줄임으로써 차량 주행 성능이 떨어지는 것을 미연에 방지할 수 있다.As described above, the short-circuit detection system of the electric vehicle according to the present invention can increase the stability of the vehicle and can prevent the vehicle running performance from falling by reducing the power consumption caused by the short-circuit.
또한, 차량 문제 발생시 정비 포인터의 지시로 정비성을 향상시킬 수 있으며, 추가적인 제어유닛의 설치 없이 기존의 제어유닛을 사용함으로써 경비를 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, when a vehicle problem occurs, it is possible to improve serviceability by indicating a maintenance pointer and to reduce costs by using an existing control unit without installing an additional control unit.
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