KR101063771B1 - 전기 자동차의 누전 검출 장치 - Google Patents

전기 자동차의 누전 검출 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101063771B1
KR101063771B1 KR1020090031418A KR20090031418A KR101063771B1 KR 101063771 B1 KR101063771 B1 KR 101063771B1 KR 1020090031418 A KR1020090031418 A KR 1020090031418A KR 20090031418 A KR20090031418 A KR 20090031418A KR 101063771 B1 KR101063771 B1 KR 101063771B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
battery pack
detecting apparatus
voltage
detection resistor
Prior art date
Application number
KR1020090031418A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100061285A (ko
Inventor
박현석
조세봉
전윤석
Original Assignee
주식회사 케피코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케피코 filed Critical 주식회사 케피코
Priority to US12/921,426 priority Critical patent/US8552733B2/en
Priority to PCT/KR2009/001920 priority patent/WO2009128641A2/ko
Publication of KR20100061285A publication Critical patent/KR20100061285A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101063771B1 publication Critical patent/KR101063771B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 차체가 전지팩의 최대전위 또는 최저전위에 연결되는 누전을 검출할 뿐만 아니라, 차체가 전지팩의 중간 전위와 연결되어 누전이 발생할 때에 전지팩의 어느 부분에 연결되어 누전이 발생한 것인지를 검출할 수 있는 전기 자동차의 누전 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는, 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치와; 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항과; 검출저항의 타단과 차체 사이에 상호 병렬로 연결되어 전지팩에 서로 다른 전위의 제1측정전원와 제2측정전원를 선택적으로 제공하는 제1측정전원 공급부 및 제2측정전원 공급부를 구비한다.
전기 자동차, 누전, 검출, 절연저항, 중간전위

Description

전기 자동차의 누전 검출 장치{Detecting Apparatus Of Leakage Current For Electric Car}
본 발명은 전기 자동차의 누전 검출 장치에 관한 것으로, 특히 차체가 전지팩의 최대전위 또는 최저전위에 연결되는 누전을 검출할 뿐만 아니라, 차체가 전지팩의 중간 전위와 연결되어 누전이 발생할 때에 전지팩의 어느 부분에 연결되어 누전이 발생한 것인지를 검출할 수 있는 전기 자동차의 누전 검출 장치에 관한 것이다.
전기 자동차는 구동원으로 1000V 정도의 고전압을 사용한다. 따라서, 전기 자동차의 구동원인 전지팩은 차체(vehicle body)와 구조적으로 분리되어 차체와 절연상태를 유지하여야 한다.
그러나, 전기 자동차의 전지팩이 사고 또는 알 수 없는 요인 등에 의하여 차체에 누전되면 전지팩의 고전압에 의하여 차량뿐만 아니라 인명 피해까지 발생할 수 있다.
따라서, 전기 자동차에는 필수적으로 전지팩이 차체에 누전되는 것을 검출하는 누전 검출 장치가 구비된다.
도 1은 종래기술에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 구성도이다.
종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)과 차체(GND) 사이에 연결되어 전지팩(110)이 차체(GND)에 누전되는지 여부를 검출한다. 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 절연저항(Rf)으로 표현한다. 절연저항(Rf)은 전지팩(110)과 차체(GND)가 정상적으로 절연 상태를 유지하면 그 저항값이 무한대로서 전류가 차단되고 누전 검출 장치(120)로도 전류가 흐르지 않는다. 그러나, 절연저항(Rf)은 전지팩(110)에 이상이 발생하여 차체(GND)에 누전되면 저항값이 작아진다. 그에 따라, 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)과 절연저항(Rf)과 누전 검출 장치(120) 및 차체(GND) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐른다. 누전 검출 장치(120)는 이러한 원리를 이용하여 전지팩(110)과 차체(GND)의 누전을 검출한다. 도 1에서 L은 전지팩(110)의 전원을 사용하는 부하이다.
종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최소전위단과 차체(GND) 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항(Rs), 검출저항(Rm), 직류전원(Vdc)으로 이루어진다. 누전 검출 장치(120)는 검출저항(Rm)과 직류전원(Vdc) 사이에 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 더 구비된다. 이때, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)는 상호 연동하여 전지팩(110)과 차체(GND) 사이에 연결되는 직류전원(Vdc)의 극성을 전환한다. 즉, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 모두 a점에 접속되면 직류전원(Vdc)의 양극은 검출저항(Rm)에 연결된다. 또한, 직류전원(Vdc)의 음극은 차체(GND)에 연결되어 전지팩(110)과 직류전원(Vdc)이 순방향으로 연결된다. 한편, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 모두 b점에 접속되 면 직류전원(Vdc)의 음극은 검출저항(Rm)에 연결된다. 또한, 직류전원(Vdc)의 양극은 차체(GND)에 연결되어 전지팩(110)과 직류전원(Vdc)이 역방향으로 연결된다.
도 2를 참조하면서 이 종래의 누전 검출 장치의 동작을 설명한다.
이하에서는, 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 종래 누전 검출 장치를 설명하기로 한다. 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최대전위단과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 최대전위 절연저항(Rf1)으로 표현한다. 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면 최대전위 절연저항(Rf1)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 누전 검출 장치(120)는 도 2a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a점에 접속되면, 도 2b에 도시된 바와 같이 전지팩(110), 최대전위 절연저항(Rf1), 순방향으로 연결된 직류전원(Vdc), 검출저항(Rm), 전압 배분 저항(Rs) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 누전 검출 장치(120)는 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)을 측정하여 최대전위 절연저항(Rf1)을 계산함으로써, 전기 자동차의 누전 여부를 검출한다.
이때, 누전 검출장치(120)에서 측정된 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 수학식 1 및 이하의 수학식들에서 전지팩(110)의 전압을 (V1 + V2)로 표현하는 것은 이해를 돕기 위함일 뿐, 전지팩(110)의 전압을 (V1 + V2)로 한정하는 것은 아니다.
Figure 112009021850751-pat00001
수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 최대전위 절연저항(Rf1)의 값은 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 구할 수 있다. 만약, 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 직류전원(Vdc)만을 이용한 양단 전압(Vm)의 표현식을 구하려면, 하기와 같은 단계를 더 수행해야 한다.
상세히 설명하면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 누전 검출 장치(120)의 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 각각 b점으로 접속시킨다. 그러면, 도 2d에 도시된 바와 같이 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110), 절연저항(Rf1), 역방향으로 연결된 직류전원(Vdc), 검출저항(Rm), 전압 배분 저항(Rs) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때 검출저항(Rm)에서는 수학식 2와 같은 전압(Vm)이 검출된다.
Figure 112009021850751-pat00002
위 수학식 1과 수학식 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 검출저항(Rm)의 양단에 인가되는 전압(Vm)은 전지팩(110)의 전압의 합(V1 + V2)에 의한 값으로 비교적 높은 전압이다. 따라서, 누전 검출 장치(120)는 양단 전압(Vm)을 용이하고 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 위 수학식 1에서 수학식 2를 빼고 2로 나누어 주면, 검출저항(Rm)에 인가되는 전압(Vm)은 하기 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00003
상기한 수학식 3을 통해 등가화된 최대전위 절연저항(Rf1)은 하기 수학식 4와 같이 계산할 수 있다. 그에 따라, 누전 검출 장치(120)는 등가화된 최대전위 절연저항(Rf1)의 저항값을 이용하여 누전 여부를 판단할 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00004
이하에서는, 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 종래 누전 검출 장치(120)를 설명하기로 한다. 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최소전위단과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 최소전위 절연저항(Rf2)으로 표현한다. 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 이 등가화된 최소전위 절연저항(Rf2)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 누전 검출 장치(120)는 도 2e에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a점에 접속되면, 도 2f에 도시된 바와 같이 전압 배분 저항(Rs), 검출저항(Rm), 검출저항(Rm)에 순방향으로 접속된 직류전원(Vdc), 최소전위 절연저항(Rf2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 누전 검출 장치(120)는 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)을 측정하여 등가화된 최소전위 절연저항(Rf2)을 계산함으로써, 전기 자동차의 누전을 검출한다. 이때, 누전 검출 장치(120)에서 측정된 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)은 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00005
물론, 누전 검출 장치(120)는 도 2g에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 각각 b점으로 접속시키면, 도 2h에 도시된 바와 같이 전압 배분 저항(Rs), 검출저항(Rm), 검출저항(Rm)에 역방향으로 접속된 직류전원(Vdc), 절연저항(Rf2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 검출저항(Rm)에는 수학식 6과 같은 양단 전압(Vm)이 측정된다.
Figure 112009021850751-pat00006
누전 검출 장치(120)에서 측정되는 양단 전압(Vm)은 수학식 5에서 수학식 6을 빼고 2로 나누어 주면 수학식 7과 같이 표현될 수 있다. 수학식 7을 통해 등가화된 최소전위 절연저항(Rf2)은 하기 수학식 8과 같이 계산할 수 있다. 누전 검출 장치(120)는 등가화된 최소전위 절연저항(Rf2)의 값을 이용하여 누전 여부를 판단할 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00007
Figure 112009021850751-pat00008
여기서, 위 수학식 5와 수학식 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 검출저항(Rm)의 양단에 인가되는 전압(Vm)은 오직 직류전원(Vdc)에 의한 값일 뿐이다. 이 직류전원(Vdc)은 전지팩(110)의 전압보다 매우 작은 값이다. 그리하면, 누전 검출 장치(120)는 낮은 검출 감도로 인해 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)을 정확하게 측정하기는 매우 어려우며, 이로 인해 누전 여부를 판단하기 매우 곤란한 문제점이 있다.
또한, 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하던지, 최소전위단에서 누전이 발생하던지, 아니면 중간전 위에서 누전이 발생하던지, 무관하게 동일한 방법과 동일한 수식으로 누전 여부를 검출한다. 그리하면, 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 누전 발생 여부는 알 수 있으나, 누전이 발생한 지점을 정확하게 검출해 낼 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전지팩의 누전 발생 지점에 상관없이 전지팩이 차체로 누전되는지 여부를 용이하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라 전지팩의 누전 발생 지점까지 검출할 수 있는 전기 자동차의 누전 검출 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는, 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치; 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항; 및 검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 전지팩으로 전위를 공급하는 측정전원를 구비한다.
검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 측정전원를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치; 및 검출저항의 타단과 차체 사이에 제3스위치와 상호 병렬로 연결되는 제4스위치를 더 구비한다.
검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되는 제3스위치; 및 검출저항의 타단과 차체 사이에 제3스위치와 상호 병렬로 연결되어 측정전원를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비한다.
제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 측정전원을 전지팩으로 제공하면서 검출저항의 양단전압을 측정하여 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출한다.
다르게는, 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치; 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항; 및 전지팩에 공급되는 제1측정전원와 제2측정전원를 구비하되, 제1측정전원 또는 제2측정전원는 검출저항의 타단과 차체 사이에 상호 병렬로 연결되고, 제1측정전원 또는 제2측정전원 중에 어느 하나가 전지팩으로 공급된다.
제1측정전원와 제2측정전원는 전압값이 동일하고 극성이 반대이다.
제1측정전원를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치를 더 구비한다.
제2측정전원를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비한다.
제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 제1측정전원과 제2측정전원 중에 어느 하나를 전지팩으로 제공하면서 검출저항의 양단전압을 측정하여 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출한다.
전지팩의 최대전위단과 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한다.
전지팩의 최소전위단과 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는 전지팩의 누전 발생 지점에 상관없이 전지팩이 차체로 누전되는지 여부를 검출할 수 있으며, 아울 러 전지팩의 누전 발생 지점까지 검출할 수 있는 효과가 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 실시 예를 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.
(제1실시예)
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 차체(GND) 사이에 연결되어 전지팩(110)이 차체(GND)에 누전되는지 여부를 검출한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)으로 표현한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화 하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)으로 표현한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간전위와 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 중간전위 절연저항(Rf_cell)으로 표현한다. 각 절연저항(Rf_pos, Rf_neg, Rf_cell)은 전지팩(110)과 차체(GND)가 정상적으로 절연 상태를 유지하면 그 저항값이 무한대로서 전류가 차단된다. 그러나, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)에 이상이 발생하여 차체(GND)에 누전되면 각 절연저항(Rf_pos, Rf_neg, Rf_cell)의 저항값이 작아지면서 전지팩(110)과 해당 절연저항과 누전 검출 장치(300)와 차체(GND) 사이에 폐회로가 형성된다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)에는 전류가 흐르게 된다. 본 발명은 이러한 원리를 이용하여 전지팩(110)과 차체(GND)의 누전을 검출한다.
누전 검출 장치(300)는, 전지팩(110)에 병렬로 연결된 제1전압 분배 저항(Rs1), 제1스위치(SW31), 제2스위치(SW32), 제2전압 분배 저항(Rs2)과, 제1스위치(SW31)와 제2스위치(SW32)의 공통접점에 일단이 접속된 검출저항(Rm)과, 검출저항(Rm)의 타단에 음극이 연결되고 차체(GND)에 양극이 연결된 제1측정전원(Vp1)과, 검출저항(Rm)의 타단에 양극이 연결되고 차체(GND)에 음극이 연결된 제2측정전원(Vp2)과, 검출저항(Rm)과 제1측정전원(Vp1) 사이를 스위칭하는 제3스위치(SW33)와, 검출저항(Rm)과 제2측정전원(Vp2) 사이를 스위칭하는 제4스위치(SW34)를 포함한다.
누전 검출 장치(300)는 제1전압 분배 저항(Rs1)과 제2전압 분배 저항(Rs2) 대신에 제1스위치(SW31)와 제2스위치(SW32)의 공통접점과 측정저항(Rm) 사이에 하나의 전압 분배 저항(Rs)을 연결하여도 된다. 본 제1실시예에서는, 제1전압 분배 저항(Rs1)과 제2전압 분배 저항(Rs2)의 저항값은 Rs로 동일하다(즉, Rs1 = Rs2 = Rs). 제3스위치(SW33)는 제1측정전원(Vp1)과 차체(GND) 사이를 스위칭하도록 연결한다. 제4스위치(SW34)는 제2측정전원(Vp2)과 차체(GND) 사이를 스위칭하도록 연결하여도 된다. 물론, 제1측정전원(Vp1)의 양극과 음극에 각각 별도의 스위치를 연결하고, 제2측정전원(Vp2)의 양극과 음극에 각각 별도의 스위치를 연결하여도 된다. 제1측정전원(Vp1)과 제2측정전원(Vp2)의 전압은 측정전원(Vp)으로 동일하되, 극성만 반대로 연결된다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴오프하면, 누전 검출 장치(300)는 도 4a에 도시된 바와 같이 전지팩(110)에 제2측정전원(Vp2)이 순방향으로 연결된다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 제2측정전원(Vp2)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제2스위치(SW32)와 제2전압 분배 저항(Rs2) 사 이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정한다. 누전 검출 장치(300)에서 측정된 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 9과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00009
누전 검출 장치(300)는 수학식 9를 이용하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 구하려면 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 측정전원(Vp)만을 이용하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 구하기 위해 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구한다.
이를 위해, 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프하면, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)에 제1측정전원(Vp1)이 역방향으로 연결되고, 전지팩(110)과 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 제1측정전원(Vp1)과 제3스위치(SW33)와 검출저항(Rm)과 제2스위치(SW32)와 제2전압 분배 저항(Rs2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 10과 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00010
위 수학식 9에서 수학식 10을 빼고 2로 나누어주면 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 아래의 수학식 11과 같이 표현된다. 이때, 최대전위 절연저항(Rf_pos)은 수학식 11을 이용하여 수학식 12와 같이 구할 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00011
Figure 112009021850751-pat00012
즉, 본 발명에 따른 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)를 턴온하고 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온하면서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정함으로써, 등가화된 최대전위 절연저항(Rf_pos) 값을 구할 수 있다.
또한, 검출저항(Rm)은 전지팩(110)의 최대전위단에서 누전이 발생한 경우 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW32)를 턴오프하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)에 대해서는 회로가 개방되기 때문에 전류가 거의 흐르지 않는다. 이로써, 누전 검출 장치(300)는 전기 자동차의 누전 발생 여부 및 누전 발생 지점을 검출할 수 있다.
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 9 및 수학식 10에서 알 수 있듯이 전지팩(110)의 최대전위단에서 누전이 발생하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)이 검출저항(Rm)에 인가되기 때문에 검출감도가 좋아서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 측정이 용이하다.
다음으로, 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프하면, 누전 검출 장치(300)는 도 4b에 도시된 바와 같이 전지팩(110)에 제1측정전원(Vp1)이 순방향으로 연결된다. 또한, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 제1전압 분배 저항(Rs1)과 제1스위치(SW31)와 검출저항(Rm)과 제3스위치(SW33)와 제1측정전원(Vp1)과 최소전위 절연저항(Rf_neg) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정한다. 누전 검출 장치(300)에서 측정된 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00013
누전 검출 장치(300)는 수학식 13에서 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 구하려면 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 측정전원(Vp)만을 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 구하기 위해서 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구한다.
이를 위해, 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴오프하면, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)에 제2측정전원(Vp2)이 역방향으로 연결된다. 또한, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 제1전압 분배 저항(Rs1)과 제1스위치(SW31)와 검출저항(Rm)과 제4스위치(SW34)와 제2측정전원(Vp2)과 최소전위 절연저항(Rf_neg) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 14와 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00014
누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 위 수학식 13에서 수학식 14를 빼고 2로 나누어주면 아래의 수학식 15와 같이 표현된다. 누전 검출 장치(300)는 수학식 15를 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 수학식 16과 같이 구할 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00015
Figure 112009021850751-pat00016
즉, 본 발명에 따른 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제3스위치(SW33)와 제4스위치(SW34)를 차례로 턴온하면서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정함으로써, 등가화된 최소전위 절연저항(Rf_neg) 값을 구할 수 있다.
또한, 검출저항(Rm)은 전지팩(110)의 최소전위단에서 누전이 발생한 경우 제2스위치(SW32)를 턴온하고 제1스위치(SW31)를 턴오프하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)에 대해서는 회로가 개방되기 때문에 전류가 거의 흐르지 않는다. 이로써, 누전 검출 장치(300)는 전기 자동차의 누전 발생 여부 및 누전 발생 지점을 검출할 수 있다.
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 13 및 수학식 14에서 알 수 있듯이 전지팩(110)의 최소전위단에서 누전이 발생하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)이 검출저항(Rm)에 인가되기 때문에 검출감도가 좋아서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 측정이 용이하다.
다음으로, 전지팩(110)의 중간전위에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간전위에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이 경우에는, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 연결한 상태에서 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구한다. 누전 검출 장치(300) 전지팩(110)의 최소전위단에 연결된 제2스위치(SW32)를 연결한 상태에서의 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구한다. 이후에, 누전 검출 장치(300)는 두 값의 비율을 이용하여 누전이 발생한 지점을 계산한다. 이하에서는 이를 상세하게 설명하기로 한다.
(i) 제2스위치(SW32)를 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기
도 4c에 도시된 바와 같이 제2스위치(SW32)를 연결하고, 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온하면, 누전 검출 장치(300)는 도 4a를 참조하면서 설명한 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다. 이때, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴오프한 경우 수학식 17과 같다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한 경우 수학식 18과 같다. 또한, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 17에서 수학식 18을 빼고 2로 나누어주면 제2측정전원(Vp2)만으로 표현한 수학식 19와 같다. 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 19를 이용하여 수학식 20과 같이 구할 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00017
Figure 112009021850751-pat00018
Figure 112009021850751-pat00019
Figure 112009021850751-pat00020
(ii) 제1스위치(SW31)를 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기
도 4d에 도시된 바와 같이 제1스위치(SW31)를 연결하고, 제3스위치(SW33)와 제4스위치(SW34)를 차례로 턴온하면, 누전 검출 장치(300)는 도 4b를 참조하면서 설명한 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다. 이때, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한 경우 수학식 21과 같다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴오프한 경우 수학식 22와 같다. 또한, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 21에서 수학식 22를 빼고 2로 나누어주면 제1측정전원(Vp1)만으로 표현되는 수학식 23과 같다. 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 23을 이용하여 수학식 24와 같이 구할 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00021
Figure 112009021850751-pat00022
Figure 112009021850751-pat00023
Figure 112009021850751-pat00024
(iii) 중간전위에서 누전시 누전 발생 지점 구하기
이상에서 살펴본 바와 같이 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간지점에서 절연 고장이 발생하면, 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW32)를 턴오 프하던지, 아니면 제1스위치(SW31)를 턴오프하고 제2스위치(SW32)를 턴온하던지, 모두 폐회로가 형성되어 검출저항(Rm)에 전류가 흐른다. 이럴 경우, 본 발명의 누전 검출 장치(300)는 중간지점에서 누전되고 있음을 검출할 수 있다. 아울러, 위 수학식 17 및 18과, 수학식 21 및 22를 보면, 중간전위에서 누전이 발생하면 그 발생하는 지점에 따라 제2스위치(SW32)를 연결한 경우의 검출저항(Rm)의 검출 전압(Vm)과 제1스위치(SW31)를 연결한 경우의 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)이 서로 다르다. 따라서, 누전 검출 장치(300)는 이 두 값을 이용하여 비율을 구하면 전기 자동차의 누전이 발생한 지점을 알 수 있다.
다음으로, 전지팩(110)에 복합적인 누전이 발생한 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 전지팩(110)의 최대전위단과 최소전위단과 중간전위 중 2군데 이상에서 누전이 발생하면, 누전 검출 장치(300)는 해당 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 최대전위단과 최소전위단과 중간전위 모두에서 누전이 발생한 경우, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에 연결된 제2스위치(SW32) 및 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제3스위치(SW33)을 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 4e에 도시된 바와 같이 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐른다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 검출할 수 있다. 누전 검출 장치(300)는 앞에서의 방법과 마찬가지 로 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해 전지팩(110)의 제2스위치(SW32)를 및 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제4스위치(SW34)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)으로 전류가 흐르고 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)을 검출할 수 있다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 바로 앞에서 검출한 전압값에서 이번에 검출한 전압값을 빼서 2로 나누어 주면 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은 수학식 25와 같이 표현된다. 이때, 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 상호 병렬 접속되게 된다. 이때의 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 4f에 도시된 바와 같다.
Figure 112009021850751-pat00025
여기서, 전체전위 절연저항(Rf_total)은 병렬로 연결된 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)의 등가저항을 의미한다.
마찬가지로, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 턴온하여 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은 수식으로 표현하여 전체전위 절연저항(Rf_total)을 구한다. 이렇게 함으로써, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 복합적인 지점으로부터 누전되는 경우도 고장을 검출할 수 있게 된다.
(제2실시예)
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 도 3에 도시된 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)에서 제3스위치(SW33)와 차체(GND) 사이에 연결된 제1측정전원(Vp1)이 생략된 것이다. 이와 같이 제1측정전원(Vp1)이 생략되어도 도 3과 동일한 효과가 얻어지는바, 이에 대해 설명한다.
전지팩(110)의 최대전위단에서 차체( GND )로 누전될 경우
먼저, 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴오프하고 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정할 수 있으며 그 측정된 전압(Vm)을 수식으로 표현하면 아래의 수학식 26과 같다.
Figure 112009021850751-pat00026
다음, 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프하고 측정한 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 아래의 수학식 27과 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00027
위 수학식 26과 수학식 27에서 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해 수학식 26에서 수학식 27을 빼면 아래의 수학식 28과 같다.
Figure 112009021850751-pat00028
이는 수학식 11과 동일하다.
전지팩(110)의 최소전위단에서 차체( GND )로 누전될 경우
제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프하고 측정한 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 아래의 수학식 29와 같다.
Figure 112009021850751-pat00029
다음, 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴오프하고 측정한 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 아래의 수학식 30과 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00030
위 수학식 29와 수학식 30에서 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해, 수학식 29에서 수학식 30을 빼면 아래의 수학식 31과 같다.
Figure 112009021850751-pat00031
이는 수학식 15와 동일하다.
도 5에는 제1측정전원(Vp1)이 생략된 누전 검출 장치(300)만 도시되어 있지만, 제1측정전원(Vp1) 대신에 제4스위치(SW34)와 차체(GND) 사이에 연결된 제2측정전원(Vp2)이 생략되어도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제3실시예)
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 6의 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 도 3에 도시된 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)에서 제4스위치(SW34)와 차체(GND) 사이에 연결된 제2측정전원(Vp2)이 생략된 것이다. 이와 같이 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 제2측정전원(Vp2)이 생략되어도 도 3에 도시된 누전 검출 장치(300)와 동일한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 7a 내지 도 7j는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제3스위치(SW33)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7a에 도시된 바와 같이, 폐회로를 형성한다. 즉, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 측정전원(Vp)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제2스위치(SW32) 및 제2전압 분배 저항(Rs2) 사이에 폐회로가 형성된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 양단전압(Vm; 즉, 검출저항(Rm)에 흐르는 전류에 의한 전압)은 하기의 수학식 32와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009021850751-pat00032
누전 검출 장치(300)는 수학식 32를 이용하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 구하려면 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 측정전원(Vp)만을 이용하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 구하기 위해, 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구한다.
이를 위해, 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제4스위치(SW34)를 턴오프한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제2스위치(SW32)와 제2전압 분배 저항(Rs2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 33과 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00033
검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표 현식을 구하기 위해서 상기한 수학식 32에서 수학식 33을 빼면 아래의 수학식 34과 같이 표현된다. 이때, 최대전위 절연저항(Rf_pos)은 수학식 34를 이용하여 수학식 35와 같이 표현된다. 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7b에 도시된 바와 같다.
Figure 112009021850751-pat00034
Figure 112009021850751-pat00035
즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)를 턴온하고 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온하면서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정함으로써, 등가화된 최대전위 절연저항(Rf_pos) 값을 구할 수 있다.
또한, 전지팩(110)의 최대전위단에서 누전이 발생한 경우 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW32)를 턴오프하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)에 대해서는 회로가 개방되기 때문에 검출저항(Rm)에는 전류가 거의 흐르지 않는다. 이로써, 누전 검출 장치(300)는 누전 발생 여부 및 누전 발생 지점을 검출할 수 있다.
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 32 및 수학식 33에서 알 수 있듯이 전 지팩(110)의 최대전위단에서 누전이 발생하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)이 검출저항(Rm)에 인가되기 때문에 검출감도가 좋아서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 측정이 용이하다.
이하에서는, 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7c에 도시된 바와 같이, 폐회로를 형성한다. 즉, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제1스위치(SW31) 및 제1전압 분배 저항(Rs1) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 검출되는 양단전압(Vm; 검출저항(Rm)에 흐르는 전류에 의한 전압)은 수학식 36과 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00036
누전 검출 장치(300)는 수학식 36을 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 구하려면 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 측정전원(Vp)만을 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 구하기 위해서 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구한다.
이를 위해, 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32) 및 제3스위치(SW33)를 턴오프한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제1스위치(SW31)와 제1전압 분배 저항(Rs1) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 37과 같이 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00037
검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구하기 위해 상기한 수학식 36에서 수학식 37을 빼면 아래의 수학식 38과 같이 표현된다. 최소전위 절연저항(Rf_neg)은 수학식 38을 이용하여 수학식 39와 같이 구할 수 있다. 이때, 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7d에 도시된 바와 같다.
Figure 112009021850751-pat00038
Figure 112009021850751-pat00039
즉, 본 발명에 따른 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제3스위치(SW33)와 제4스위치(SW34)를 차례로 턴온하면서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정함으로써, 등가화된 최소전위 절연저항(Rf_neg) 값을 구할 수 있다.
또한, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에서 누전이 발생한 경우 제2스위치(SW32)를 턴온하고 제1스위치(SW31)를 턴오프하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)에 대해서는 회로가 개방되기 때문에 검출저항(Rm)에는 전류가 거의 흐르지 않는다. 이로써, 누전 검출 장치(300)는 전기 자동차의 누전 발생 여부 및 누전 발생 지점을 검출할 수 있다.
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 36 및 수학식 37에서 알 수 있듯이 전지팩(110)의 최소전위단에서 누전이 발생하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)이 검출저항(Rm)에 인가되기 때문에 검출감도가 좋아서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 측정이 용이하다.
이하에서는, 전지팩(110)의 중간전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이 경우에는, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 연결한 상태에서 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구한다. 다음으로, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에 연결된 제2스위치(SW32)를 연결한 상태에서의 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구한다. 누전 검출 장치(300)는 두 값의 비율을 이용하여 누전이 발생한 지점을 계산하며, 이를 상세하게 설명하면 아래와 같다.
(i) 제1스위치(SW31)을 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기
도 7e에 도시된 바와 같이, 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)를 턴온한 상태에서 제3스위치(SW33) 및 제4스위치(SW34)을 차례로 턴온한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7a를 참조하면서 설명한 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다.
누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한 경우 하기의 수학식 40과 같이 표현된다. 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴오프한 경우 하기의 수학식 41과 같이 표현된다. 검출저항(Rm)에 흐르는 전류에 의한 양단전압(Vm)은 수학식 40에서 수학식 41을 빼면 수학식 42와 같이 측정전원(Vp)만으로 표현할 수 있다. 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 43을 이용해 구할 수 있다. 이때, 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7f에 도시된 바와 같다.
Figure 112009021850751-pat00040
Figure 112009021850751-pat00041
Figure 112009021850751-pat00042
Figure 112009021850751-pat00043
(ii) 제2스위치(SW32)을 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기
도 7g에 도시된 바와 같이, 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)를 연결하고, 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7c를 참조하면서 설명한 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다.
누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴오프한 경우 수학식 44와 같이 표현된다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한 경우 수학식 45와 같이 표현된다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 44에서 수학식 45를 빼면 수학식 46과 같이 측정전원(Vp)만으로 표현할 수 있다. 이를 이용한 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 47과 같이 표현된다. 이때, 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7h에 도시된 바와 같다.
Figure 112009021850751-pat00044
Figure 112009021850751-pat00045
Figure 112009021850751-pat00046
Figure 112009021850751-pat00047
(iii) 중간전위에서 누전시 누전 발생 지점 구하기
이상에서 살펴본 바와 같이 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간지점에서 절연 고장이 발생하면, 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW32)를 턴오프하던지, 아니면 제1스위치(SW31)를 턴오프하고 제2스위치(SW32)를 턴온하던지, 모두 폐회로가 형성되어 검출저항(Rm)에 전류가 흐른다. 이럴 경우, 본 발명의 누전 검출 장치(300)는 중간지점에서 누전되고 있음을 검출할 수 있다. 아울러, 위 수학식 40 및 41과, 수학식 44 및 45를 보면, 중간전위에서 누전이 발생하면 그 발생하는 지점에 따라 제2스위치(SW32)를 연결한 경우의 검출저항(Rm)의 검출 전압(Vm)과 제1스위치(SW31)를 연결한 경우의 검출저항(Rm)의 검출 전압(Vm)이 서로 다르다. 따라서, 누전 검출 장치(300)는 이 두 값을 이용하여 비율을 구하면 누전이 발생한 지점을 알 수 있다.
이하에서는, 전지팩(110)의 복합적인 누전을 검출하기 위한 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단과 최소전위단과 중간전위 중 2군데 이상에서 누전이 발생하면, 해당 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다.
최대전위단과 최소전위단과 중간전위 모두에서 누전이 발생한 경우, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에 연결된 제2스위치(SW32) 및 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제3스위치(SW33)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐른다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7i에 도시된 바와 같이, 폐회로를 형성한다. 이때, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 검출할 수 있다. 이것은 전지팩(100)의 전압과 측정전압(Vp)을 각각 중첩의 원리를 이용하여 제2스위치(SW32) 및 제3스위치(SW33)이 턴온된 상태와 제2스위치(SW32) 및 제4스위치(SW34)가 턴온된 상태에서 측정저항(Rm)에 걸리는 양단전압(Vm)에 대한 수학식을 도출하는 내용은 동종업계에 종사하는 자라면 쉽게 이해할 수 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
누전 검출 장치(300)는 앞에서의 방법과 마찬가지로 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해 전지팩(110)의 제2스위치(SW32) 및 제3스위치(SW33)를 턴온하며, 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)으로 전류가 흐르고 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 검출할 수 있다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 바로 앞에서 검출한 전압값에서 이번에 검출한 전압값을 빼서 2로 나누어 주면 수학식 48과 같다. 이때, 최대전위 절연저항(Rf_pos) 과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 상호 병렬 접속된다. 이때, 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7j에 도시된 바와 같다.
Figure 112009021850751-pat00048
여기서, 전체전위 절연저항(Rf_total)은 병렬로 연결된 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)의 등가저항을 의미한다.
마찬가지로, 누전 검출 장치(300)에서 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 턴온하면, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은 수식으로 표현된다. 전체전위 절연저항(Rf_total)은 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 수학식을 이용하여 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은 수식으로 표현한 하기의 수학식 49로 표현된다.
Figure 112009021850751-pat00049
이렇게 함으로써, 누전 검출 장치(300)는 어느 고장의 경우에도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
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 종래의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면,
도 2a 내지 도 2h는 종래의 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면,
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면.
도 7a 내지 도 7j는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 전지팩 SW31, SW32, SW33, SW34: 스위치
Rm: 검출저항 Rf_pos: 최대전위 절연저항
Rf_neg: 최소전위 절연저항 Rf_cell: 중간전위 절연저항
Rs1, Rs2: 전압 분배 저항 Vp1, Vp2: 측정전원
GND: 차체 Rf_total: 전체전위 절연저항

Claims (11)

  1. 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치;
    상기 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항; 및
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 상기 전지팩으로 전위를 공급하는 측정전원를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 상기 측정전원를 상기 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치; 및
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 상기 제3스위치와 상호 병렬로 연결되는 제4스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되는 제3스위치; 및
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 상기 제3스위치와 상호 병렬로 연결되어 상기 측정전원를 상기 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 상기 측정전원을 상기 전지팩으로 제공하면서 상기 검출저항의 양단전압을 측정하여 상기 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  5. 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치;
    상기 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항; 및
    상기 전지팩에 공급되는 제1측정전원와 제2측정전원를 구비하되,
    상기 제1측정전원 또는 상기 제2측정전원는 상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 상호 병렬로 연결되고,
    상기 제1측정전원 또는 상기 제2측정전원 중에 어느 하나가 상기 전지팩으로 공급되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1측정전원와 제2측정전원는 전압값이 동일하고 극성이 반대인 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1측정전원를 상기 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2측정전원를 상기 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 상기 제1측정전원과 제2측정전원 중에 어느 하나를 상기 전지팩으로 제공하면서 상기 검출저항의 양단전압을 측정하여 상기 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지팩의 최대전위단과 상기 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지팩의 최소전위단과 상기 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
KR1020090031418A 2008-04-14 2009-04-10 전기 자동차의 누전 검출 장치 KR101063771B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/921,426 US8552733B2 (en) 2008-04-14 2009-04-14 Electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle
PCT/KR2009/001920 WO2009128641A2 (ko) 2008-04-14 2009-04-14 전기 자동차의 누전 검출 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080119085 2008-11-27
KR20080119085 2008-11-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100061285A KR20100061285A (ko) 2010-06-07
KR101063771B1 true KR101063771B1 (ko) 2011-09-08

Family

ID=42362082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090031418A KR101063771B1 (ko) 2008-04-14 2009-04-10 전기 자동차의 누전 검출 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101063771B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101322519B1 (ko) 2011-10-28 2013-10-28 현대오트론 주식회사 전기 자동차의 누전 검출 장치 및 이를 이용한 누전 검출 방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101236606B1 (ko) * 2010-11-26 2013-02-25 주식회사 현대케피코 전기 자동차의 누전 검출 장치
US9063179B2 (en) * 2012-09-26 2015-06-23 Lg Chem, Ltd. System and method for determining an isolation resistance of a battery pack disposed on a vehicle chassis
KR101388466B1 (ko) * 2012-12-04 2014-04-23 현대오트론 주식회사 절연 저항 측정 장치
DE102014204870A1 (de) * 2014-03-17 2015-09-17 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz eines Fahrzeugs

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003169401A (ja) * 2001-11-30 2003-06-13 Sanyo Electric Co Ltd 漏電検出回路を備える電動車両の電源装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003169401A (ja) * 2001-11-30 2003-06-13 Sanyo Electric Co Ltd 漏電検出回路を備える電動車両の電源装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101322519B1 (ko) 2011-10-28 2013-10-28 현대오트론 주식회사 전기 자동차의 누전 검출 장치 및 이를 이용한 누전 검출 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100061285A (ko) 2010-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8552733B2 (en) Electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle
JP6433305B2 (ja) 非接地電源の絶縁検出装置及び絶縁検出方法
CN108076658B (zh) 包括用于检测电绝缘故障的电路的电气系统
JP4942602B2 (ja) 車両用の電源装置
KR101236606B1 (ko) 전기 자동차의 누전 검출 장치
JP4874034B2 (ja) 電動車両用の組電池
KR101063771B1 (ko) 전기 자동차의 누전 검출 장치
US20180067158A1 (en) Voltage detecting device
US20070176604A1 (en) Ground-fault resistance measurement circuit and ground-fault detection circuit
JP6414520B2 (ja) 検査システム
US10890627B2 (en) Ground fault detection apparatus
JP2018128440A (ja) 地絡検出装置
JP2014020914A (ja) 漏電検出装置
US9267998B2 (en) Protective circuit for a rechargeable battery pack
JP2019066402A (ja) 地絡検出装置
KR101322519B1 (ko) 전기 자동차의 누전 검출 장치 및 이를 이용한 누전 검출 방법
US20090208822A1 (en) Power supply unit including secondary battery
JP6369407B2 (ja) 故障検知システム
JP6695032B2 (ja) 異常検出装置
WO2014034153A1 (ja) 漏電検出回路、電池用回路基板、及び電池電源装置
JP6804320B2 (ja) 地絡検出装置、電源システム
KR100999852B1 (ko) 전기 자동차의 누전 검출 장치 및 이를 이용한 누전 검출방법
JP2016130706A (ja) 非接地電源の絶縁検出装置
JP4564338B2 (ja) 漏電検出装置
JP6836411B2 (ja) 地絡検出装置、電源システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150303

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150311

Year of fee payment: 6