KR101318265B1 - 전기자동차의 지락 검지 장치 - Google Patents

전기자동차의 지락 검지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차에 있어서 지락발생을 검지하여 신속한 대응을 유도하기 위한 전기자동차의 지락 검지 장치를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따라서 배터리가 제공하는 직류 구동전원의 직류 고전압의 입력단과 접지단사이에 접속되며, 직류 고전압을 미리 설정된 제 1 비율의 저전압으로 강압하는 강압용 제 1 저항부를 가지고, 상기 강압용 제 1 저항부에 의해 강압된 저전압을 출력하는 직류 전압 검지부; 및 상기 직류 고전압의 입력단과 접지단사이에 상기 직류 전압 검지부와 병렬로 접속되며, 상기 직류 고전압을 미리 설정된 제 2 비율의 저전압으로 강압하는 강압용 제 2 저항부를 가지고, 상기 강압용 제 2 저항부에 의해 강압된 저전압을 출력하는 지락 검지부;를 포함하는 전기자동차의 지락 검지 장치가 개시된다.
전기자동차, 지락, 검지, 검출

Description

전기자동차의 지락 검지 장치{GROUND FAULT DETECTION CIRCUIT FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차에 관한 것으로서, 특히 전기자동차의 지락 검지 장치에 관한 것이다.
전기 자동차에 있어서, 인버터(inverter)를 이용하여 전동기(motror)를 제어할 수 있다. 이러한 인버터를 이용한 전동기의 제어에 있어서 수백 볼트의 고전압 직류 입력단과 샤시 접지(sash ground)(차체 접지)사이에 지락이 발생하는 경우 차량과 승객의 안전에 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전기자동차용 인버터에 추가로 설치되어 고전압 직류 입력단과 샤시 접지(sash ground)(차체 접지)사이의 지락 발생을 검지하여 신속한 대응이 가능하도록 하는 전기자동차의 지락 검지 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 직류 구동전원을 공급하는 배터리와, 배터리로부터의 직류 구동전원을 교류 구동전원으로 변환하여 제공하는 인버터와, 상기 인버터의 교류 구동전원으로 회전구동력을 제공하는 교류전동기를 갖는 전기자동차용으로서, 전기자동차의 지락 검지 장치에 있어서,
상기 배터리가 제공하는 직류 구동전원의 직류 고전압의 입력단과 접지단사이에 접속되며, 상기 직류 고전압을 미리 설정된 제 1 비율의 저전압으로 강압하는 강압용 제 1 저항부를 가지고, 상기 강압용 제 1 저항부에 의해 강압된 저전압을 출력하는 직류 전압 검지부; 및
상기 직류 고전압의 입력단과 접지단사이에 상기 직류 전압 검지부와 병렬로 접속되며, 상기 직류 고전압을 미리 설정된 제 2 비율의 저전압으로 강압하는 강압용 제 2 저항부를 가지고, 상기 강압용 제 2 저항부에 의해 강압된 저전압을 출력하는 지락 검지부;를 포함하는 본 발명에 따른 전기자동차의 지락 검지 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따라서 차량의 차체 접지와 고전압 직류 전원간의 지락 발생 여부를 신속하게 결정하여 대응할 수 있게 되므로, 지락이 발생했을 때 피해를 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 상세한 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 직류 전압 검지부와, 해당 직류 전압 검지부에 병렬로 접속되는 지락 검지부의 회로도인 도 1을 참조하여 설명한다.
전기자동차는 직류 구동전원을 공급하는 배터리(battery)와, 배터리로부터의 직류 구동전원을 교류 구동전원으로 변환하여 제공하는 인버터(inverter)와, 상기 인버터의 교류 구동전원으로 회전구동력을 제공하는 교류전동기를 갖는다. 본 발명에 따른 전기자동차의 지락 검지 장치는, 이와 같은 전기자동차용으로 사용된다.
도 1에 있어서, 본 발명의 실시 예에 따른 전기자동차의 지락 검지 장치(ground fault detecting apparatus)는, 크게 구분하여 직류 전압 검지부(1)와 지락 검지부(2)를 포함하여 구성된다.
직류 전압 검지부(1)는, 상기 배터리가 제공하는 직류 구동전원의 직류 고전압의 입력단(Vdc)과 접지단(GND)사이에 접속되며, 상기 직류 고전압을 미리 설정된 제 1 비율의 저전압으로 강압(전압 강하)하는 강압용 제 1 저항부(R1, R2)를 가지고, 상기 강압용 제 1 저항부(R1, R2)에 의해 강압된 저전압을 출력한다. 여기서, 제 1 저항부(R1, R2)는 제 1 저항(R1) 및 제 2 저항(R2)을 포함하여 구성되고, 상기 직류 고전압은 예컨대 직류 500볼트(Volts)의 전압이며, 제 1 비율은 예컨대 1%로서 상기 강압된 저전압은 따라서 직류 5볼트가 된다. 입력되는 직류 고전압에 대해서 1%의 비율의 저전압을 얻기 위해서 서로 병렬 접속되는 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 저항비는 99:1의 비율을 갖도록 선정하여 접속한다. 여기서, 상기 직류 고전압이 예컨대 직류 300볼트(Volts)라면, 상기 강압된 저전압으로서 5볼트를 얻기 위해서는 서로 병렬 접속되는 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 저항비는 59:1의 비율을 갖도록 선정하여 접속한다.
제 1 커패시터(capacitor)(C1)는 제 1 저항부(R1, R2)의 제 2 저항(R2) 양단에 병렬로 접속되고, 제 1 저항부(R1, R2)의 전압값, 즉 제 1 저항부(R1, R2)에 의해 강압된 저전압(예컨대 상기 직류 5볼트)을 일정하게 제공한다.
직류 전압 검지부(1)는 제 1 커패시터(C1)의 양단에 접속되는 제 1 비교기(COM1)를 더 포함한다. 제 1 비교기(COM1)는, 제 1 커패시터(C1)의 양단으로부터 강압된 상기 직류 5볼트의 일정 저전압이 입력되면 출력으로 직류 5볼트의 전압을 출력하고, 제 1 커패시터(C1)의 양단으로부터 강압된 상기 직류 5볼트보다 작은 저전압이 입력되면 출력으로 0(영)볼트의 전압을 출력한다.
지락 검지부(2)는 직류 고전압의 입력단(Vdc)과 접지단(GND)사이에 직류 전압 검지부(1)와 병렬로 접속되며, 상기 직류 고전압을 미리 설정된 제 2 비율의 저전압으로 강압하는 강압용 제 2 저항부(R5, R6)를 가지고, 강압용 제 2 저항부(R5, R6)에 의해 강압된 저전압을 출력한다. 여기서, 제 2 저항부(R5, R6)는 제 5 저항(R5) 및 제 6 저항(R6)을 포함하여 구성되고, 상기 직류 고전압은 예컨대 직류 500볼트(Volts)의 전압이며, 제 2 비율은 예컨대 0.5%로서 상기 강압된 저전압은 따라서 직류 2.5볼트가 된다. 지락 검지부(2)에 있어서 제 3 저항(R3)와 제 4 저항(R4)은 제 2 저항부(R5, R6)과 함께 상기 강압된 일정 저전압을 얻기 위한 저항들이며, 제 3 커패시터(C2)와 제 4 커패시터(C3)는 각각 제 3 저항(R3)와 제 4 저항(R4)의 양단에 병렬로 접속되어 제 3 저항(R3)와 제 4 저항(R4)의 양단에 인가되는 전압을 일정한 전압으로 만들어주는 정전압용 커패시터들이다.
입력되는 직류 고전압에 대해서 0.5%의 비율의 저전압을 얻기 위해서 서로 병렬 접속되는 제 5 저항(R5)과 제 6 저항(R6)의 저항비는 99:1의 비율을 갖도록 선정하고 제 5 저항(R5)과 제 6 저항(R6)의 합과 제 3 저항(R3)의 병렬 합성저항{R3 // (R5+R6)}과 제 4 저항(R4)의 저항비를 1:1로 선정하여 접속한다. 제 5 저항과 제 6 저항의 합과 제 3 저항의 병렬 합성저항{R3 // (R5+R6)}과 제 4 저항(R4)의 저항비를 1:1로 선정하면, 지락 검지부(2)의 출력전압(GFD)은 항상 직류 검지 전압(Vdcs) 즉, 5볼트의 1/2인 2.5볼트가 되며, 제 5 저항과 제 6 저항의 합과 제 3 저항의 병렬 합성저항{R3 // (R5+R6)}과 제 4 저항(R4)의 저항비를 2:3으로 선정하면, 지락 검지부(2)의 출력전압(GFD)은 항상 직류 전압 검지부(1)의 출력전압인 직류 검지 전압(Vdcs) 즉, 5볼트의 3/5인 3볼트가 된다. 여기서, 상기 직류 고전압(Vdc)이 예컨대 직류 300볼트(Volts)라면, 상기 강압된 저전압으로서 5볼트를 얻기 위해서는 서로 병렬 접속되는 제 5 저항(R5)과 제 6 저항(R6)의 저항비는 59:1의 비율을 갖도록 선정하여 접속한다.
지락 검지부(2)는 제 2 저항부(R5, R6)의 제 6 저항(R6) 양단에 병렬로 접속되는 제 2 커패시터(C4)를 포함하고, 제 2 커패시터(C4)는 제 2 저항부(R5, R6)의 전압값, 즉 제 2 저항부(R5, R6)에 의해 강압된 저전압(예컨대 상기 직류 2.5볼트)을 일정하게 제공한다.
지락 검지부(2)는 제 2 커패시터(C4)의 양단에 접속되는 제 2 비교기(COM2)를 포함한다. 정상시 제 2 비교기(COM2)는 출력전압(GFD)로서 2.5볼트를 출력하고, 직류 고전압의 입력단(Vdc)에서 지락이 발생했을 때 직류 고전압의 입력단(Vdc)의 전압이 0(영)이되므로 저항(R3, R4, R5, R6)에 의해 인가되는 전압도 0(영)이 되고 따라서 제 2 비교기(COM2)은 출력전압(GFD)로서 0(영)볼트를 출력하며, 접지단(GND)에서 지락이 발생했을 때 제 3 저항(R3)양단에 500볼트가 인가되고 제 2 비교기(COM2)의 신호 입력단(+단)에는 5볼트가 인가되므로 제 2 비교기(COM2)는 출력전압(GFD)로서 5볼트를 출력한다.
한편, 도 2는 직류 전압 검지부와 지락 검지부의 출력단에 접속되어 최종적으로 지락 검출 출력신호를 발출하는 프로세서를 보여주는 기능 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차의 지락 검지 장치는 도 1에 따른 직류 전압 검지부(1) 및 지락 검지부(2)에 접속되어, 직류 전압 검지부(1)의 출력전압(Vdcs)(출력전압값)과 지락 검지부(2)의 출력전압(GFD)(출력전압값)에 따라서 지락발생을 결정하는 프로세서(processor)부(10)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(processor)부(10)는 지락발생을 결정했을 때 지락 검출 출력 신호를 발생시켜서 상위 제어장치(인버터 제어장치 또는 차량 제어장치)로 필요 조치를 취하도록 전송할 수 있다.
한편 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기자동차의 지락 검지 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 동작은 도 1 및 도 2를 참조하고 정상 동작시와, 차체(새시) 접지와 직류 고전압의 입력단(Vdc)인 동시에 직류 고전압의 (+) 입력단이 지락되었을 때, 차체(새시) 접지와 접지단(GND)인 동시에 직류 고전압의 (-) 입력단이 지락되었을 때를 각각 설명한다.
정상 동작시, 직류 고전압의 입력단(Vdc)에 500볼트의 직류전압이 입력되었을 때, 직류 전압 검지부(1)의 출력전압(Vdcs)은 5볼트가 되고, 지락 검지부(2)의 출력전압(GFD)은 2.5볼트가 된다.
차체(새시) 접지와 직류 고전압의 입력단(Vdc)인 동시에 직류 고전압의 (+) 입력단이 지락되었을 때, 직류 고전압의 입력단(Vdc)에 500볼트의 직류전압이 입력되면, 제 3 저항(R3)의 양단에는 0(영) 볼트가 형성되고 제 4 저항(R4)에는 500볼트가 형성된다. 제 3 저항(R3)의 양단 전압이 0(영) 볼트이므로 제 5 저항(R5) 및 제 6 저항(R6)에 형성되는 전압도 0(영)볼트가 되고, 따라서 제 2 비교기(COM2)의 출력전압(GFD)은 0(영)볼트가 된다. 이때 직류 고전압의 입력단(Vdc)에 인가되는 500볼트의 직류전압은 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 저항비(99:1)에 의해 분압(강압)되어 제 1 비교기(COM1)의 출력전압인 직류 검지 전압(Vdcs)은 5볼트가 된다.
차체(새시) 접지와 접지단(GND)인 동시에 직류 고전압의 (-) 입력단이 지락 되었을 때, 직류 고전압의 입력단(Vdc)에 500볼트의 직류전압이 입력되면, 제 3 저항(R3)의 양단에는 500 볼트가 형성되고 제 4 저항(R4)에는 0(영)볼트가 형성된다. 제 3 저항(R3)의 양단 전압이 500 볼트이므로 제 5 저항(R5) 및 제 6 저항(R6)의 저항비(99:1)에 의해서 제 6 저항(R6) 양단의 전압은 5볼트가 되고, 따라서 제 2 비교기(COM2)의 출력전압(GFD)도 5볼트가 된다. 이때 직류 고전압의 입력단(Vdc)에 인가되는 500볼트의 직류전압은 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 저항비(99:1)에 의해 분압(강압)되어 제 1 비교기(COM1)의 출력전압인 직류 검지 전압(Vdcs)은 5볼트가 된다.
이와 같은 동작 상태를 표로 정리하면 다음과 같다.
구분 직류 입력전압 직류 검지 전압(Vdcs) 지락 검지부 출력전압(GFD)
정상 동작시
 500V 5V 2.5V
직류 고전압
입력단(Vdc)이 지락		 500V 5V 0V
접지단(GND)이 지락
 500V 5V 5V
상기 표와 같이 직류 검지 전압(Vdcs)와 지락 검지 출력전압(GFD)가 주어질 때, 해당 직류 검지 전압(Vdcs)와 지락 검지 출력전압(GFD)은 도 2에 도시된 바와 같은 프로세서부(10)에 의해서 미리 저장된 프로그램에 의해서 처리되어, 프로세서부(10)는, 상기 표와 같이 직류 검지 전압(Vdcs)와 지락 검지 출력전압(GFD)이 각각 5볼트와 2.5볼트일 때 정상인 것으로 결정하고, 직류 검지 전압(Vdcs)와 지락 검지 출력전압(GFD)이 각각 5볼트와 0(영)볼트일 때 직류 고전압 입력단(Vdc)(다시 말해서 직류 고전압의 +입력단)에서 지락이 발생한 것으로 결정하며, 직류 검지 전압(Vdcs)와 지락 검지 출력전압(GFD)이 모두 5볼트일 때 접지단(GND)(다시 말해서 직류 고전압의 -입력단)에서 지락이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 해당 프로세서부(10)은 상위 제어장치(인버터 제어장치 또는 차량 제어장치)로 필요 조치를 취하도록 전송할 수 있다.
도 1은 직류 전압 검지부와, 해당 직류 전압 검지부에 병렬로 접속되는 지락 검지부의 회로도이고,
도 2는 직류 전압 검지부와 지락 검지부의 출력단에 접속되어 최종적으로 지락 검출 출력신호를 발출하는 프로세서를 보여주는 기능 블록도이다.
*도면의 주요부에 대한 부호의 설명
1: 직류 전압 검지부 2: 지락 검지부
10: 프로세서(processor) Vdc: 직류 고전압의 입력단
Vdcs: 직류 검지 전압 GND: 접지단
R1-R6: 제 1 내지 제 6 저항 C1-C4: 제 1 내지 제 4 커패시터
COM1: 제 1 비교기 COM2: 제 2 비교기

Claims (5)

  1. 직류 구동전원을 공급하는 배터리(battery)와, 배터리로부터의 직류 구동전원을 교류 구동전원으로 변환하여 제공하는 인버터(inverter)와, 상기 인버터의 교류 구동전원으로 회전구동력을 제공하는 교류전동기를 갖는 전기자동차용으로서, 전기자동차의 지락 검지 장치(ground fault detecting apparatus)에 있어서,
    상기 배터리가 제공하는 직류 구동전원의 직류 고전압의 입력단과 접지단사이에 접속되며, 상기 직류 고전압을 미리 설정된 제 1 비율의 저전압으로 강압하는 강압용 제 1 저항부를 가지고, 상기 강압용 제 1 저항부에 의해 강압된 저전압을 출력하는 직류 전압 검지부; 및
    상기 직류 고전압의 입력단과 접지단사이에 상기 직류 전압 검지부와 병렬로 접속되며, 상기 직류 고전압을 미리 설정된 제 2 비율의 저전압으로 강압하는 강압용 제 2 저항부를 가지고, 상기 강압용 제 2 저항부에 의해 강압된 저전압을 출력하는 지락 검지부;를 포함하고,
    상기 직류 고전압에 대해서 0.5%의 비율의 저전압을 얻기 위해서, 상기 강압용 제 2 저항부를 구성하며 서로 병렬로 접속되는 2개의 저항의 저항비는 99:1의 비율을 갖도록 선정되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 지락 검지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직류 전압 검지부 및 상기 지락 검지부에 접속되어, 상기 직류 전압 검지부의 출력전압값과 상기 상기 지락 검지부의 출력전압값에 따라서 지락발생을 결정하는 프로세서(processor)부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 지락 검지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 저항부의 저항 양단에 병렬로 접속되고, 상기 제 1 저항부의 전압값을 일정하게 제공하는 제 1 커패시터(capacitor); 및
    상기 제 2 저항부의 저항 양단에 병렬로 접속되고, 상기 제 2 저항부의 전압값을 일정하게 제공하는 제 2 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 지락 검지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 직류 전압 검지부는 제 1 커패시터의 양단에 접속되는 제 1 비교기를 포함하고,
    상기 지락 검지부는 제 2 커패시터의 양단에 접속되는 제 2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 지락 검지 장치.
  5. 삭제
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