KR101361285B1 - 자동차의 누전 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 샤시로부터 전기적으로 절연된 고전압 부품을 탑재한 전기 자동차 및 하이브리드 자동차 등의 전기차량에서 고전압 부품 및 고전압 회로의 누전을 오판 없이 정확하게 검출하는 자동차의 누전 검출 방법에 관한 것으로,
절연저항 센싱 전압값을 연속적으로 취득하는 단계; 상기 절연저항 센싱 전압값의 시간에 따른 변화율인 전압변화율을 연속적으로 산출하여 취득하는 단계; 상기 산출한 전압변화율을 설정해둔 소정값과 비교하고, 전압변화율이 소정값에 부합할 때를 누전판단시점으로 선정하는 단계; 상기 누전판단시점에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 누전 여부를 판별하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 누전 검출 방법을 제공한다.

Description

자동차의 누전 검출 방법 {Fault detecting method of vehicle}

본 발명은 자동차의 누전 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 샤시로부터 전기적으로 절연된 고전압 부품을 탑재한 전기 자동차 및 하이브리드 자동차 등의 전기차량에서 고전압 부품 및 고전압 회로의 누전을 오판 없이 정확하게 검출하는 자동차의 누전 검출 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차 및 하이브리드 자동차 등과 같이 구동원으로 전력을 사용하는 친환경 전기차량은 차량 샤시로부터 전기적으로 분리된 고전압 부품을 포함한 폐회로(고전압 회로)를 구성하고 있다. 이러한 전기차량은 모터, 인버터, 저전압 직류변환장치(LDC) 등의 고전압 부품을 탑재하고 있고, 감전 사고를 방지하기 위하여 고전압 부품과 차량 샤시 간의 절연저항값을 일정값 이상으로 확보하여야 하는바, 이를 위하여 BMS(Battery Management Systems)를 적용하고 있다.

즉, 전기차량에 탑재된 고전압 부품은 차체와 전기적으로 분리되어 있어 감전에 대해 안전성을 확보하는데, 고전압 회로의 (+),(-) 배선 중 하나의 배선이 차체와 전기적으로 연결되어 있을 경우 차체를 통해 고전압이 사람에게 도통되어 감전의 위험이 있게 된다.

상기 BMS는 배터리시스템을 모니터링 하는 제어기로서 차량 내 다른 제어기와 마찬가지로 차량의 키 온(Key On) 시 동작하게 되고, 그 동작시 고전압 배터리의 셀 전압 및 온도를 모니터링 하는 것 외에 고전압 부품과 차체 사이의 절연저항을 체크하는 절연저항 측정회로(BMS 내에 구성됨)도 동작시키게 된다.

절연저항은 상기 고전압 회로와 차체 간에 전기적으로 분리된 정도를 정량적으로 나타내는 것으로, 절연저항값이 작을수록 고전압 회로와 차체 간 전기적 연결 정도가 높다고 할 수 있다.

이에 전기차량의 BMS는 고전압 부품과 차체 간에 절연저항을 연속적으로 체크하여 고전압 부품 및 고전압 회로의 고장을 판단하는데, 절연저항 체크시 BMS 내부의 절연저항 측정회로를 이용하여 고전압 회로와 차체 간에 절연저항값을 전압값으로 판독/감지하여 취득하게 된다.

이때, 상기 절연저항 측정회로는 고전압 회로와 차체 간에 절연저항값이 감소하게(혹은 증가하게) 되면 이 절연저항값으로부터 취득하게 되는 전압값이 증가하도록(혹은 감소하도록) 구성되어 있으며(도 2 참조), 이에 BMS는 절연저항 측정회로를 통해 취득한 전압값이 일정 전압 이상으로 높게 측정될 시 절연저항 누전(fault) 신호를 발생시켜 클러스터에 램프를 점등시킴으로써 고전압 회로 혹은 배터리시스템의 고장상황을 운전자에게 알리게 되어 있다.

이러한 BMS가 절연저항값으로부터 취득하는 전압값(이하, '절연저항 센싱 전압값'이라고 함)은 절연저항 측정회로의 특성에 의해 주기적으로 변하게 되므로, 종래에는 차량의 튜닝을 통하여 절연저항 센싱 전압값을 취득하여 누전을 판단하는 시점을 결정하고, 결정한 누전판단시점마다 절연저항 센싱 전압값을 감지하여 배터리시스템의 누전에 기인한 고장을 주기적으로 판별하고자 하였다.

즉, BMS는 고전압 와이어링의 피복 불량 및 열화 등에 의한 누전으로 절연저항값이 일정값 이하로 떨어지는 경우 절연저항값을 측정한 결과에 의해 고전압 부품으로 공급되는 고전압을 차단하여 감전사고를 방지하도록 한다.

종래에는 절연저항 측정회로의 동작 후 일정 시간 후에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 배터리시스템(혹은 고전압 회로)의 누전 및 정상 여부를 판단하게 되는데, 이때 고정된 일정 시점(정해진 누전판단시점)에 취득하는 절연저항 센싱 전압값이 차량의 부유용량으로부터 영향을 받게 되어 정상적으로 작동하는 배터리시스템을 비정상(누전 발생)으로 오판하는 문제가 발생할 수 있다.

도 1은 BMS가 절연저항 측정회로의 동작을 통해 취득한 절연저항 센싱 전압값을 나타낸 도면으로, 종래기술에 따른 자동차의 누전 검출 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

앞서 언급한 바와 같이, BMS가 취득하는 절연저항 센싱 전압값은 절연저항 측정회로의 특성에 의해 주기적으로 변하게 되는데, 배터리시스템이 누전 없는 정상상태인 경우 절연저항 센싱 전압값은 도 1의 A와 같은 그래프를 나타내게 되고, 누전이 발생한 비정상상태인 경우 절연저항 센싱 전압값은 도 1의 A'와 같은 그래프를 나타내게 된다.

이러한 절연저항 센싱 전압값은 차량 부유용량의 변경에 영향을 받게 됨으로, 부유용량이 증가하는 경우, 도 1의 A 그래프는 도 1의 B와 같은 그래프로 변경될 수 있고, 도 1의 A' 그래프는 도 1의 B'와 같은 그래프로 변경될 수 있다.

이때, 도 1의 A 그래프의 절연저항 센싱 전압값이 부유용량의 변동으로 인해 도 1의 B 그래프와 같은 값으로 변경되는 경우, 배터리시스템이 누전 없는 정상상태임에도 불구하고 부유용량이 변경되기 전과 동일한 정해진(고정된) 누전판단시점에 절연저항 센싱 전압값을 취득함으로 인해 누전이 발생한 것으로 오판하는 문제가 발생할 수 있다.

전기차량은 탑재한 고전압 부품들의 산포와 차량 부유용량의 산포에 의해 절연저항이 영향을 받아 절연저항 센싱 전압값이 불규칙하게(혹은 비주기적으로) 변경될 수 있으므로, 종래와 같이 부유용량에 상관없이 정해진 누전판단시점에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 통해 누전을 검출하게 되면 차량의 부유용량이 증가되는 경우 절연저항 센싱 전압값이 증가되어 배터리시스템 혹은 고전압 회로가 정상임에도 누전으로 오판하는 문제를 초래할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 절연저항 센싱 전압값을 감지하여 누전 여부를 판별하는 시점인 누전판단시점을 고정하지 않고 가변 선정함으로써 부유용량값에 상관없이 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 배터리시스템의 누전을 오판 없이 정확하게 검출할 수 있는 자동차의 누전 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절연저항 센싱 전압값을 연속적으로 취득하는 단계; 상기 절연저항 센싱 전압값의 시간에 따른 변화율인 전압변화율을 연속적으로 산출하여 취득하는 단계; 상기 산출한 전압변화율과 전압변화율이 변동없이 안정화된 시점에 설정한 누전판단시점 선정값과 비교하고, 산출한 전압변화율이 누전판단시점 선정값에 부합할 때를 누전판단시점으로 선정하는 단계; 상기 누전판단시점에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 누전 여부를 판별하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 누전 검출 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 자동차의 누전 검출 방법에서, 상기 절연저항 센싱 전압값은 주기적으로 변경되는 값으로, 산출한 전압변화율이 누전판단시점 선정값에 부합될 때마다 누전판단시점으로 선정하여 누전 여부를 판별한다.

또한, 상기 누전 여부를 판별하는 단계에서는, 누전판단시점에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 누전 여부를 판별하기 위한 누전 임계값과 비교하며, 그 결과 상기 절연저항 센싱 전압값이 누전 임계값 이상이면 누전으로 판단하고 누전 임계값 미만이면 정상으로 판단한다.

본 발명에 따른 자동차의 누전 검출 방법은 누전판단시점을 고정하지 않고 가변 선정함으로써 차량 간 부유용량의 차이에 상관없이 배터리시스템의 정상 여부 및 누전 여부를 정확하게 판별할 수 있어 차량 간 부유용량 산포 발생에 의한 누전 오검출을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 차량 변경 또는 차량 내 시스템 변경 시 누전판단시점을 변경 설정하기 위하여 종래와 같은 부유용량에 따른 추가 튜닝이 불필요하여 종래 대비 M/H(Man/Hour) 절감 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 자동차의 누전 검출 방법을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 BMS가 측정하는 절연저항값과 BMS 내 절연저항 측정회로를 통해 취득하는 절연저항 센싱 전압값 간에 상관관계를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 누전 검출 방법을 개략적으로 나타낸 도면.

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 차량의 고전압 회로와 차체 사이에서 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 배터리시스템 혹은 고전압 회로의 누전 여부를 판별하는 자동차의 누전 검출 방법에 관한 것으로, 누전판단시점(혹은 고장판단시점)을 고정하지 않고 절연저항 센싱 전압값의 시간에 따른 변화율이 BMS에 설정된 소정값에 부합될 때를 누전판단시점으로 선정하고 이렇게 선정한 누전판단시점에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 누전을 오판 없이 정확하게 검출하는데 특징이 있다.

이에 본 발명에서는 차량의 키 온(Key On) 시 절연저항 센싱 전압값을 연속적으로 측정하는 동시에 절연저항 센싱 전압값의 시간에 따른 변화율(이하, '전압변화율'이라고 함)을 계속적으로 산출하며, 차량 부유용량의 변경에 의해 절연저항 센싱 전압값이 변동되는 경우를 고려하여 전압변화율이 안정화된 때에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여서 배터리시스템의 누전 여부를 판단한다.

이러한 자동차의 누전검출은 차량의 키 온 시 동작하는 BMS(배터리 관리 시스템)를 통해 이루어진다.

본 발명에 따른 자동차의 누전 검출 방법은 부유용량의 변동과 상관없이 누전을 정확하게 검출하기 위한 것으로, 절연저항 센싱 전압값을 시간에 따라 연속적으로 취득하는 단계; 상기 절연저항 센싱 전압값의 시간에 따른 변화율인 전압변화율을 연속적으로 산출하여 취득하는 단계; 상기 산출한 전압변화율을 BMS에 설정해둔 소정값과 비교하고, 전압변화율이 소정값에 부합할 때를 누전판단시점으로 선정/결정하는 단계; 상기 누전판단시점에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 배터리시스템의 누전 여부를 판별하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

상기 절연저항 센싱 전압값은 전기차량의 고전압 회로와 차체 간 절연저항값을 전압값으로 나타낸 것으로, BMS 내 절연저항 측정회로를 통해 측정 취득하게 되며, 시간에 따라 주기적으로 변동된다.

이에 BMS는 절연저항 측정회로를 통해 절연저항 센싱 전압값을 연속적으로 취득함과 동시에 전압변화율이 소정값에 부합할 때마다 누전 여부를 판단한다.

여기서, 상기 전압변화율(dV/dt)은 일정 시간 동안(예컨대, '0'에 가까운 시간 동안) 발생한 절연저항 센싱 전압값의 변동량으로 산출할 수 있다.

본 발명에서는 전압변화율이 안정화된 때에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 누전 여부를 판단하는데, 전압변화율이 변동 없이 안정화되기 위해서는 '0'에 근사한 값을 가져야 하므로, 누전판단시점을 선정하기 위한 소정값(즉, 누전판단시점 선정값)은 '0'에 가까운 값으로 설정한다. 이렇게 설정한 누전판단시점 선정값은 BMS에 저장된다.

상기 BMS는 시간에 따라 산출하는 전압변화율을 저장되어 있는 누전판단시점 선정값과 계속해서 비교하고, 그 결과 계산한 전압변화율이 '0'에 근사한 누전판단시점 선정값에 부합될 때를 누전판단시점으로 선정한다.

그리고, BMS는 선정한 누전판단시점(전압변화율이 소정값에 부합하여 안정될 때)에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 배터리시스템의 누전 여부를 판별한다.

BMS는 누전 여부를 판단하기 위한 누전 임계값이 설정되어 있어서, 누전판단시점이 선정되면 그때 취득한 절연저항 센싱 전압값을 상기 누전 임계값과 비교하며, 그 결과 상기 절연저항 센싱 전압값이 누전 임계값 이상인 경우 누전으로 판단하고 누전 임계값 미만인 경우 정상으로 판단한다.

즉, BMS는 전압변화율이 안정화되어 소정값에 부합할 때 취득한 절연저항 센싱 전압값이 누전 임계값 미만의 정상 영역에 해당하는 경우 배터리시스템을 정상으로 판단하고, 상기 절연저항 센싱 전압값이 누전 임계값 이상의 누전 영역에 해당하는 경우 배터리시스템을 누전이 발생한 비정상으로 판단한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의하면 부유용량이 상대적으로 증가하여 절연저항 센싱 전압값이 도 3의 C 그래프에서 D 그래프로 변경되는 경우, 누전판단시점이 P1에서 P2로 변경되므로 부유용량에 상관없이 누전 검출을 정확하게 수행할 수 있고, 이에 부유용량의 변동시에도 오판 없이 누전을 검출할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 차량 내 부유용량의 변동 및 차량 간 부유용량의 차이 등에 상관없이, 누전판단시점을 전압변화율에 의해 선정함으로써 누전 여부를 오판 없이 정확하게 판단할 수 있다.

Claims (3)

1. 절연저항 센싱 전압값을 연속적으로 취득하는 단계;
   상기 절연저항 센싱 전압값의 시간에 따른 변화율인 전압변화율을 연속적으로 산출하여 취득하는 단계;
   상기 산출한 전압변화율과 전압변화율이 변동없이 안정화된 시점에 설정한 누전판단시점 선정값과 비교하고, 산출한 전압변화율이 누전판단시점 선정값에 부합할 때를 누전판단시점으로 선정하는 단계;
   상기 누전판단시점에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 이용하여 누전 여부를 판별하는 단계;
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 누전 검출 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연저항 센싱 전압값은 주기적으로 변경되는 값으로, 산출한 전압변화율이 누전판단시점 선정값에 부합될 때마다 누전판단시점으로 선정하여 누전 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 자동차의 누전 검출 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 누전 여부를 판별하는 단계에서는,
   누전판단시점에 취득한 절연저항 센싱 전압값을 누전 여부를 판별하기 위한 누전 임계값과 비교하며, 그 결과 상기 절연저항 센싱 전압값이 누전 임계값 이상이면 누전으로 판단하고 누전 임계값 미만이면 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 누전 검출 방법.
   

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