KR100460906B1 - 전기 차량용 충전 시스템 제어장치 - Google Patents

전기 차량용 충전 시스템 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 차량용 충전 시스템의 절연이상 발생시 전원을 자동으로 차단하여 운전자의 안전을 위협할 수 있는 인체 감전 및 제어 시스템 소손 등을 방지할 수 있는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 전기 차량용 충전 시스템 제어장치에 있어서, 누전 차단기와; 상기 누전 차단기와 충전 케이블을 통해 연결되는 충전기와; 상기 충전기와 구동 전지사이에 전기적으로 연결되어 스위칭상태에 따라 구동 전지 전원의 흐름을 단속하는 메인 컨텍터와; 상기 누전 차단기와 충전기 사이의 전원 공급 구간에 전기적인 회로를 구성하여 상기 구동 전지 충전시 충전 시스템의 절연이상 발생시 상기 누전 차단기를 제어하여 상기 누전 차단기으로부터 충전 케이블을 통해 상기 충전기로 공급되는 전원을 자동 차단하는 동작을 수행하는 누전 차단기 제어회로가 내장되는 모터 제어기를 포함하여 구성한다.

Description

전기 차량용 충전 시스템 제어장치{CHARGING SYSTEM CONTROLLING DEVICE OF ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 차량에 관한 것으로서, 특히 전기 차량용 충전 시스템 제어장치에 관한 것이다.
통상적으로, 전기 차량의 충전 시스템은 구동 전지(110), 구동 모터(120), 모터 제어기(130), 충전기(140), 메인 컨텍터(150), 누전 차단기(160)(전원 차단기)를 갖는 배전반을 포함하여 구성한다.
전기 차량에서 구동 전지(110)를 포함하는 모터 제어기(130) 및 구동 모터(120)의 고전압 라인이 절연 파손에 의한 누전 시 인체 감전 및 제어 시스템 소손 등의 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제발생 방지를 위하여 모터 제어기(130) 내부에 절연 전압 측정 회로를 내장하고 있다.
이 절연 전압 검출 회로에 의해 측정된 전압이 특정 전압 기준치를 초과할 경우 모터 제어기(130)에서 전기 차량 주행을 중단시키고 메인 컨텍터(150) 제어신호를 내보내어 메인 컨텍터(150)(Main Contactor)를 오픈(Open)하여 구동 전지(110) 전원을 자동 차단하도록 제어하고 있다.
또한, 전기 차량 충전시는 충전기(140) 제어를 중단시키는 구조로 제어되어 있다.
차체에 누설되는 전압을 감지하고 주행(충전) 중 전기 차량의 동력(Power)을 공급하는 구동 전지(110)의 연결을 자동 차단하고 주행(충전)을 중지시키는 제어방법이 개발되어 전기 차량에 적용중이다.
그러나, 위와 같은 방법을 사용할 때 종래에는 전기 차량의 구동 전지(110) 전원만 자동 차단하거나 충전을 중지시키기만 할 뿐 교류 전원 배전반에서부터 충전 케이블을 통해 전기 차량 내부에 탑재된 충전기(140) 내부 구간에 교류 전원이 공급되고 있는 상태를 자동 차단시키지 못한다.
그러므로 전기 차량 내부의 충전 커넥터에서 충전기(140)의 출력 전단까지의 구간에서 고전압이 차체로 누설되는 경우 운전자의 감전 위험은 여전히 존재하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 전기 차량용 충전 시스템의 절연이상 발생시 전원을 자동으로 차단하여 운전자의 안전을 위협할 수 있는 인체 감전 및 제어 시스템 소손 등을 방지할 수 있는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 차량용 충전 시스템 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 충전 시스템 제어장치의 구성을 도시한 도면.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기 차량용 충전 시스템 제어장치에 있어서, 누전 차단기와; 상기 누전 차단기와 충전 케이블을 통해 연결되는 충전기와; 상기 충전기와 구동 전지사이에 전기적으로 연결되어 스위칭상태에 따라 구동 전지 전원의 흐름을 단속하는 메인 컨텍터와; 상기 누전 차단기와 충전기 사이의 전원 공급 구간에 전기적인 회로를 구성하여 상기 구동 전지 충전시 충전 시스템의 절연이상 발생시 상기 누전 차단기를 제어하여 상기 누전 차단기으로부터 충전 케이블을 통해 상기 충전기로 공급되는 전원을 자동 차단하는 동작을 수행하는 누전 차단기 제어회로가 내장되는 모터 제어기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
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.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 충전 시스템 제어장치의 구성 및 동작을 설명한다.
본 발명의 실시예는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치에 있어서, 누전 차단기(210), 충전기(220), 메인 컨텍터(230)(Main Contactor), 모터 제어기(240)를 포함하여 구성한다.
충전기(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 누전 차단기(210)와 충전 케이블(215)을 통해 연결된다.
메인 컨텍터(230)는 충전기(220)와 구동 전지(235)사이에 전기적으로 연결되어 스위칭상태에 따라 구동 전지(235) 전원의 흐름을 단속한다.
모터 제어기(240)는 누전 차단기(210)와 충전기(220) 사이의 전원 공급 구간에 전기적인 회로를 구성하여 구동 전지(235) 충전시 충전 시스템의 절연이상 발생시 누전 차단기(210)를 제어하여 누전 차단기(210)로부터 충전 케이블(215)을 통해 충전기(220)로 공급되는 전원을 자동 차단하는 동작을 수행하는 누전 차단기 제어회로가 내장된다.
모터 제어기(240)에 내장되는 누전 차단기 제어회로는 차체 접지(Chassis Ground)를 중성점으로 접속하는 절연(Isolation) 전압 검출부(242)를 포함하여 구성한다.
절연 전압 검출부(242)는 구동 전지(235) 전압의 전체 전압(V_Batt)을 센싱하는 제1 연산 증폭기(244)(OP1)와, 중성점을 기준으로 차체 접지(Chassis Ground)와 구동 전지(235)의 B(-)단 전압(V_ISO)을 센싱하는 제2 연산 증폭기(246)(OP2)를 포함하여 구성한다.
절연 전압 검출부(242)를 통해 검출되는 절연 전압은
절연 전압 = (V_Batt/2) - V_ISO
으로 계산된다.
본 발명의 실시예는 모터 제어기(240)와 충전기(220) 입력단 사이에 전기적인 회로를 통해 연결되며, 누전 차단기(210)의 구동을 제어하는 출력 제어신호가 모터 제어기(240)로부터 발생되어 입력됨에 따라 구동되어 충전기(220)로 입력되는 전원을 전원 접지(G2)로 흐르게 하는 릴레이(250)(Relay1)를 더 포함하여 구성한다.
또한, 누전 차단기(210)에 내장되며, 누설 전류를 감지하게 되어 전원을 자동 차단하는 영상 변류기(260)(ZCT)를 더 포함하여 구성한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 전기 차량용 충전 시스템의 절연이상 발생시 전원을 자동으로 차단한다.
전기 차량을 충전시키기 위해 교류 전원을 사용하는 충전 시스템의 절연 파손 및 누전시 운전자의 안전을 위협할 수 있는 인체 감전 및 제어 시스템 소손 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 충전 시스템은 고전압이 차체로 누설되는 경우 운전자의 감전 위험은 여전히 존재하므로 배전반에 의무적으로 장착되는 누전 차단기(210)를 전기 차량에서 제어하여 교류 전원이 공급되고 있는 상태를 배전반에서부터 근본적으로 차단하여 인체 감전 및 제어 시스템 소손을 방지할 수 있다.
즉, 전기 차량의 충전 중 고전압이 차체로 누설되는 경우 종래 기술로는 자동 차단시킬 수 없었던 배전반에서 충전 케이블(215)을 통해 전기 차량 내부 충전기(220) 구간에 교류 전원이 공급되고 있는 구간에 누전 차단기 제어회로를 구성함으로써 배전반의 누전 차단기(210)를 자동 차단하는 제어동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 누전 차단기(210) 동작원리를 설명한다.
먼저, 전원에서 부하측으로 통하는 전로를 영상 변류기(260)(ZCT)에 관통시켜 놓으면 회로가 정상인 경우에는 영상 변류기(260)에 발생한 자속은 서로 상쇄되어 전류는 발생하지 않는다.
이와는 반대로, 회로에 전류의 누전이 발생하면 영상 변류기(260)의 철심에는 누전 전류에 의한 자속이 발생되어 2차 권선에 전압이 유기된다.
이때 2차 권선에 유기된 전압을 증폭부(AMP)를 통해 증폭하여 트립 코일(Trip Coil)로서 전로의 개폐기구를 동작시켜 전기를 차단한다.
차체 누설 전압은 도 2의 절연 전압 검출부(242)에서 차체 접지(Chassis Ground)를 중성점으로 접속하고, 제1 연산 증폭기(244)(OP1)에서 구동 전지(235) 전압의 전체 전압(V_Batt)을 센싱하고, 제2 연산 증폭기(246)(OP2)에서 중성점을 기준으로 차체 접지(Chassis Ground)와 구동 전지(235)의 B(-)단 전압(V_ISO)을 센싱하여 절연 전압을 다음과 같이 계산한다.
절연 전압 = (V_Batt/2) - V_ISO
절연 전압이 "0"V(Volt)일 경우 절연 정도가 양호한 상태를 의미하며 특정 전압이상 발생시 절연 상태가 파괴되어 누설되고 있는 것이므로 모터 제어기(240)에서 누전 차단기(210)를 제어하는 릴레이(250)(Relay1) 출력을 펄스형태로 발생시키면 교류 전원의 b상 전원이 릴레이(250)(Relay1) 및 저항(R1)을 통하여 전원 접지(G2)로 전류가 흐르게 된다.
이때 누전 차단기(210)의 영상 변류기(260)에서 누설 전류를 감지하게 되어 교류 전원을 자동 차단하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 차량용 충전 시스템 제어장치는 전기 차량의 충전 중 고전압이 차체로 누설되는 경우 배전반의 누전 차단기를 자동 차단하는 제어동작을 수행하여 인체 감전방지 및 운전자 안전을 확보할 수 있다.
또한, 고전압 누설에 의한 충전 제어 시스템의 손상을 방지하여 전기 차량의 안전 신뢰성을 확보하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 전기 차량용 충전 시스템 제어장치에 있어서,
    누전 차단기와;
    상기 누전 차단기와 충전 케이블을 통해 연결되는 충전기와;
    상기 충전기와 구동 전지사이에 전기적으로 연결되어 스위칭상태에 따라 구동 전지 전원의 흐름을 단속하는 메인 컨텍터와;
    상기 누전 차단기와 충전기 사이의 전원 공급 구간에 전기적인 회로를 구성하여 상기 구동 전지 충전시 충전 시스템의 절연이상 발생시 상기 누전 차단기를 제어하여 상기 누전 차단기으로부터 충전 케이블을 통해 상기 충전기로 공급되는 전원을 자동 차단하는 동작을 수행하는 누전 차단기 제어회로가 내장되는 모터 제어기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어기에 내장되는 누전 차단기 제어회로는 차체 접지(Chassis Ground)를 중성점으로 접속하는 절연(Isolation) 전압 검출부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 절연 전압 검출부는
    구동 전지 전압의 전체 전압(V_Batt)을 센싱하는 제1 연산 증폭기(OP1)와;
    중성점을 기준으로 차체 접지(Chassis Ground)와 구동 전지의 B(-)단전압(V_ISO)을 센싱하는 제2 연산 증폭기(OP2)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 절연 전압 검출부를 통해 검출되는 절연 전압은
    절연 전압 = (V_Batt/2) - V_ISO
    으로 계산되는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어기와 충전기 입력단 사이에 전기적인 회로를 통해 연결되며, 상기 누전 차단기의 구동을 제어하는 출력 제어신호가 상기 모터 제어기로부터 발생되어 입력됨에 따라 구동되어 상기 충전기로 입력되는 전원을 전원 접지(G2)로 흐르게 하는 릴레이(Relay1)를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 누전 차단기에 내장되며, 누설 전류를 감지하게 되어 전원을 자동 차단하는 영상 변류기(ZCT)를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 충전 시스템 제어장치.
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