KR100950338B1 - 고전압 셀 전압 측정장치의 정전방전 보호장치 - Google Patents

고전압 셀 전압 측정장치의 정전방전 보호장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 배터리 또는 연료전지에서 각 셀 전압을 측정할 경우 고압이 흐르는 커넥터를 정전방전으로부터 보호하기 위한 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 고전압 셀전압 측정장치의 정전방전 보호장치는 차량용 연료전지와 고전압 셀전압 측정장치와의 사이에 연결되는 다수개의 신호선들 사이에 전기적으로 연결된 복수개의 TVS(Transient Voltage Suppressors) 다이오드들과, 복수개의 TVS 다이오드들이 연결된 신호선 중 하나와 접지선사이에 연결된 고전압 캐패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치에 의하면, 배터리 또는 연료전지의 셀 전압을 측정하기 위한 커넥터들에 다수의 고압의 커패시터, 바리스터 또는 TVS를 사용하지 않고 저가의 일반 바리스터 또는 TVS를 사용하며 고압/저압 회로간에 한군데에만 고압 커패시터를 사용함으로써 저가의 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.
정전방전, 연료전지, TVS 다이오드

Description

고전압 셀 전압 측정장치의 정전방전 보호장치{Electrostatic Protection Apparatus of High voltage cell voltage measuring device}
본 발명은 고전압 셀 전압 측정장치의 정전방전 보호장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀 전압 측정장치를 통해 배터리 또는 연료전지의 각각의 셀 전압을 측정할 경우 고압이 흐르는 셀 전압 측정장치와 다수의 셀을 직렬 연결한 전지를 연결하는 커넥터를 정전방전(Electrostatic Discharge:ESD)으로부터 보호하기 위한 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차는 연료전지나 배터리처럼 여러 개의 셀을 직렬 연결하여 구성된다. 특히, 연료전지는 연료인 수소와 산화제인 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응시켜 직접 전기에너지를 생산하는 발전장치이다.
이와 같은 연료전지는 기존의 발전방식과 비교할 때 발전 효율이 높을 뿐만 아니라 발전에 따른 공해물질의 배출이 거의없어 미래의 동력발생장치로 개발되고 있다. 연료전지의 발전 원리는 물의 전기분해 역반응을 이용하여 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어내는 것으로, 스택(stack)의 내부에 고분자 전해질막을 사이에 두고 연료극(anode)과 공기극(cathode)를 부착하여 연료극에는 수소 또는 수소를 함유하 는 연료가스를 공급하고 공기극에는 산소를 함유하는 공기(예컨데, 보통 공기를 컴프레셔로 가압하여 공급한다.)를 공급한다. 이 과정에서 연료극에서는 수소의 전기화학적 산화가 일어나고 공기극에서는 산소의 전기화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열이 발생되고, 수소와 산소가 결합하는 화학작용에 의해 수증기 또는 물이 생성된다.
연료전지를 이용한 동력장치에는 연료전지의 전기 생성과정에서 발생되는 수증기와 물 및 열과 같은 부산물과, 반응되지 않은 수소와 산소 등을 배출하기 위해 배출장치가 구비된다. 특히, 수증기와 수소, 산소와 같은 가스는 배기통로를 통해 대기중으로 방출된다.
한편 연료전지는 전해질의 종류에 따라 인산형, 알칼리형, 고분자전해질형 등 다양하게 분류될 수 있는 데, 이중 고분자전해질형의 경우 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(membrane)로써 다른 전지와 구별된다.
또한, 차량에 부착되어 있는 전자제어유닛은 정전 방전(Elestrostatic Discharge:이하 'ESD'라 함)에 대한 보호규정을 만족해야만 한다. 즉 전자제어유닛과 커넥터 핀간에 ESD 쇼크에 파손되지 않아야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 고전압 셀전압 측정장치의 정전기보호장치의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전압 측정제어기(10)는 접지(G)되어 있고, 연료전 지(20)의 각각의 신호선(케이블)(31)이 전압 측정제어기(10)의 커넥터의 단자간에 연결되어있다. 이처럼, 상기와 같은 구조에서는 차량용 배터리 또는 연료전지의 경우 각 셀전압을 측정하기 위하여 다량의 커넥터 단자를 사용하며 그 출력전원이 차량의 샤시를 접지로 이용하는 저압망과 완전히 분리되는 상태로써 종래의 정전기방전 보호방식을 사용하기가 어려운 문제점이 있었다.
이는 샤시와 고압회로가 완전히 분리된 전기적인 플로팅(floating)상태에서 차량용 배터리 또는 연료전지의 각 셀 전원 측정용 커넥터에 종래의 정전방전 보호용 소자를 부착할 경우 과전압에 의한 소자 소손이 발생할 수 있기 때문이다.
이를 방지하기 위하여 각 커넥터에 내압이 큰 소자를 사용할 경우 가격이 크게 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 배터리 또는 연료전지에서 셀 전압 측정장치를 통해 배터리 또는 연료전지의 각각의 셀 전압을 측정할 경우 고압이 흐르는 셀 전압 측정장치와 연료전지와를 연결하는 커넥터를 정전방전(Electrostatic Discharge:ESD)으로부터 보호하기 위한 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치는 차량용 연료전지와 고전압 셀전압 측정장치와의 사이에 연결되는 다수개의 신호선들 사이에 전기적으로 연결된 복수개의 TVS(Transient Voltage Suppressors) 다이오드들과, 복수개의 TVS 다이오드들이 연결된 신호선 중 하나와 접지선사이에 연결된 고전압 캐패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 고전압 캐패시터는 복수개의 TVS 다이오드들이 연결된 신호선 들 중 최종 신호선과 접지선사이에 연결된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 고전압 캐패시터는 전자파간섭(Electro magnetic Emission/Interface:EMI)/전자파 환경 적합성(electromagnetic compatibility:EMC)의 바이패스 경로로서의 역할을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치에 의하면, 배터리 또는 연료전지의 셀 전압을 측정하기 위한 커넥터들에 다수의 고압의 커패시터, 바리스터 또는 TVS를 사용하지 않고 저가의 일반 바리스터 또는 TVS를 사용하며 고압/저압 회로간에 한군데에만 고압 커패시터를 사용함으로써 저가의 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.
또한 고압 커패시터는 전자파간섭(Electro magnetic Emission/Interface:EMI) 또는 전자파 환경 적합성(electromagnetic compatibility:EMC)의 바이패스 경로로 이용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 정전방전 보호장치에 대하여 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 셀전압 측정장치의 정전기보호장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2의 구체적인 정전기보호장치의 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 고전압 셀전압 측정장치의 정전방전 보호장치는, 차량용 연료전지(20)와 고전압 셀전압 측정장치(10)와의 사이에 연결되는 다수개의 신호선(31)들 사이에 전기적으로 연결된 복수개의 TVS(Transient Voltage Suppressors) 다이오드(50)들과, 복수개의 TVS 다이오드(50)들이 연결된 최종 신호선과 접지선사이에 연결된 고전압 캐패시터(60)를 포함하여 구성된다.
여기서, 차량용 연료전지(20)는 연료인 수소와 산화제인 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응시켜 직접 전기에너지를 생산하게 되는데, 발생된 전기에너지는 다수개의 신호선을 통해 출력되게 된다. 물론, 차량용 연료전지(20)는 공지된 형태의 연료전지의 발전 원리를 이용하게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
다수개의 신호선(31) 들 사이에 전기적으로 연결된 복수개의 TVS 다이오드(50)들은 차량용 연료전지(20)로부터 과전압 발생시 다수개의 신호선(31) 뿐만 아니라 전압측정제어기(10)로 통전되어 해당 구성 소자의 파손을 방지하게 된다. 즉, TVS 다이오드(50)는 번개처럼 아주 짧은 고전압이 들어올때 서지전압을 방전시켜 장치를 보호하게 된다. 이러한 TVS 다이오드(50)는 순간적인 과전압에 대한 보호소자로 공지된 사항이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
여기서, 고전압 캐패시터(60)는 바이패스 경로로서의 역할을 수행하게 된다.즉, 고전압 캐패시터(60)는 정전 방전(Elestrostatic Discharge:이하 'ESD'라 함) 발생시 전자제어유닛(미도시)과 다수개의 신호선(31)에 ESD 쇼크에 파손되지 않도록 방전경로를 형성하게 된다.
이하 본 발명에 따른 고전압 셀전압 측정장치의 정전기보호장치의 동작을 살펴본다.
도 2 및 도 3를 참조하면, 차량용 배터리 또는 연료전지(20)의 각각의 셀 전압을 측정하기 위하여 다량의 커넥터 단자를 연결한다. 이때 각각의 신호선들 간에는 TVS 다이오드(50)가 연결되어 있다.
만약 본 발명에 따른 고전압 셀전압 측정장치의 정전기보호장치에 있어서, 연료전지의 각 셀전압을 측정하는 도중에, 전자제어 유닛의 외측은 접지(G)와 전기적으로 연결되어 있기 때문에 각 커넥터 간에 정전방전이 발생하게 된다. 이때, 셀간 전압 측정장치(10)는 상술한 바와 같이, TVS 다이오드 또는 바리스터에 의해 보호받게 되며 잉여 전압은 고압용 커패시터(60)에 인가되게 됨으로써 셀 전압 측정회로가 보호받게 된다.
즉 본 발명에 따르면, 연료전지의 각 셀전압을 측정하는 도중에 정전방전이 발생한 경우에도, 회로설계상 각각의 신호선들과 연결된 TVS 다이오드들(50) 및 고압용 캐패시터(60)를 통한 바이패스 경로를 통해 과전압에 의한 소자 소손이 없이 바로 접지로 연결되도록 함으로써 정전방전으로부터 각각의 장치들을 보호할 수 있 게된다.
여기서, TVS 다이오드외에 바리스터가 접속될 수도 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치에 의하면, 배터리 또는 연료전지의 셀 전압을 측정하기 위한 커넥터들에 다수의 고압의 커패시터, 바리스터 또는 TVS를 사용하지 않고 저가의 일반 바리스터 또는 TVS를 사용하며 고압/저압 회로간에 한군데에만 고압 커패시터를 사용함으로써 저가의 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 고압 커패시터는 전자파간섭(Electro magnetic Emission/Interface:EMI) 또는 전자파 환경 적합성(electromagnetic compatibility:EMC)의 바이패스 경로로 이용될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 고전압 셀전압 측정장치의 정전기보호장치는 연료전지를 예로 설명하였으나 전기 자동차 등에 적용될 수 있는 여러 개의 셀을 직렬 연결하여 구성된 연료전지 및 배터리 등이 모두 본 발명에 포함되는 것임은 당연하다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
도 1은 종래기술에 따른 셀전압 측정장치의 정전기보호장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 셀전압 측정장치의 정전기보호장치의 개략적인 구성도.
도 3은 도 2의 구체적인 정전기보호장치의 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *
10: 전압 측정 제어기
20: 연료전지
50: TVS(Transient Voltage Suppressors) 다이오드
60: 고전압 캐패시터

Claims (3)

  1. 고전압 셀전압 측정장치의 정전방전 보호장치에 있어서,
    차량용 연료전지와 고전압 셀전압 측정장치와의 사이에 연결되는 다수개의 신호선들 사이에 전기적으로 연결된 복수개의 TVS(Transient Voltage Suppressors) 다이오드들과,
    상기 복수개의 TVS 다이오드들이 연결된 신호선 들 중 하나와 접지선사이에 연결된 고전압 캐패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 캐패시터는,
    복수개의 TVS 다이오드들이 연결된 신호선 들 중 최종 신호선과 접지선사이에 연결된 것을 특징으로 하는 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 고전압 캐패시터는,
    전자파간섭(Electro magnetic Emission/Interface:EMI)/전자파 환경 적합성(electromagnetic compatibility:EMC)의 바이패스 경로로서의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 고전압 셀전압측정장치의 정전방전 보호장치.
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