KR101795319B1

KR101795319B1 - 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101795319B1
Application number: KR1020160169998A
Authority: KR
Inventors: 민경인
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2017-12-01

Abstract

고전압 배터리 및 고전압 배터리의 일단에 일단이 연결된 퓨즈를 포함하는 차량의 고전압 시스템에서 상기 퓨즈의 단선을 검출하는 시스템에 있어서, 상기 고전압 배터리의 타단과 상기 퓨즈의 타단에서 상기 고전압 시스템의 절연저항을 검출하는 절연저항 검출 회로; 및 상기 절연저항 검출 회로에 의한 절연저항 검출 결과에 기반하여 상기 퓨즈의 단선 여부를 판단하는 컨트롤러를 포함하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템이 개시된다.

Description

차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING OPENING OF FUSE IN HIGH VOLTAGE SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 시스템의 절연 저항 검출을 위한 과정을 활용하여 차량 퓨즈 단선을 검출할 수 있는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전기 에너지를 이용하여 모터를 구동함으로써 휠에 구동력을 제공하는 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 연료전지 자동차와 같은 친환경 차량에는 모터에 고전압의 전력을 제공하기 위한 고전압 시스템이 구비된다. 이러한 친환경 차량의 고전압 시스템은 고전압 사용에 따른 안전을 위해 고전압이 인가되는 경로에 별도의 퓨즈를 구비하고 있다. 과전류로 인해 퓨즈가 단선되면 차량은 셧다운(shut-down)되고 주행이 불가능한 상태가 된다.

퓨즈가 단선되면 차량 정비를 통해 단순히 퓨즈 만 교체하면 차량 셧다운 문제가 해소되지만 현재까지 차량 셧다운 원인으로 퓨즈의 단선을 정확하게 검출할 수 있는 고장 진단 기법이 적용되지 못하고 있다.

예를 들어, 차량의 고전압 시스템이 정상적으로 동작하지 못하는 경우는 고전압 경로의 고장 또는 프리차지 실패 등의 다양한 원인이 있는데, 이를 진단하기 위해서는 고전압 시스템의 여러 부분을 점검하여야 하며, 퓨즈 단선만 정확하게 검출할 수 있는 기법이 차량에 적용되지 못하고 있는 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2012-0062956 A KR 10-2009-0012456 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고전압 시스템의 절연 저항 검출을 위한 과정을 활용하여 차량 퓨즈 단선을 검출할 수 있는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

고전압 배터리 및 고전압 배터리의 일단에 일단이 연결된 퓨즈를 포함하는 차량의 고전압 시스템에서 상기 퓨즈의 단선을 검출하는 시스템에 있어서,

상기 고전압 배터리의 타단과 상기 퓨즈의 타단에서 상기 고전압 시스템의 절연저항을 검출하는 절연저항 검출 회로; 및

상기 절연저항 검출 회로에 의한 절연저항 검출 결과에 기반하여 상기 퓨즈의 단선 여부를 판단하는 컨트롤러;

를 포함하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연저항 검출 회로는 상기 컨트롤러에 의해 설정되는 검출 주기에 기반하여 상기 고전압 시스템의 절연저항을 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 검출 주기마다 상기 절연저항 검출회로에 의해 검출된 절연저항 검출값의 변화량에 기반하여 상기 검출 주기를 설정할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 검출 주기에 따라 선 입력된 절연저항 검출값에서 직후 입력된 절연저항 검출값을 차감한 결과가 사전 설정된 기준값보다 작은 경우 상기 검출 주기를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고전압 배터리의 일단과 상기 퓨즈의 타단에 연결되어 상기 배터리의 전력을 고전압 직류 링크단으로 연결/차단하도록 복수의 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리; 및 상기 고전압 직류 링크단을 형성하는 커패시터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량의 시동 과정에서 상기 파워 릴레이 어셈블리에 포함된 복수의 릴레이를 제어하여 저항을 통해 상기 커패시터에 전력을 공급하여 상기 커패시터를 충전하고, 상기 차량의 시동 과정이 완료되면 상기 파워 릴레이 어셈블리에 포함된 복수의 릴레이를 제어하여 상기 고전압 배터리의 전력이 직접 상기 고전압 직류 링크단으로 제공되게 할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 커패시터를 충전한 직후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 정상 범위를 벗어나고 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위보다 작은 경우, 상기 퓨즈가 단선된 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 커패시터를 충전한 직후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 정상 범위를 벗어나고 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 내인 경우, 상기 퓨즈는 단선 상태가 아니고 상기 커패시터의 충전이 실패한 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량의 시동이 완료된 이후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 정상 범위를 벗어나고 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위보다 작은 경우, 상기 퓨즈가 단선된 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량의 시동이 완료된 이후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 정상 범위를 벗어나고 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 내인 경우, 상기 퓨즈가 단선되지 않고 상기 퓨즈 이외의 다른 고전압 경로 상에서 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,

상기 고전압 배터리의 타단에 일단이 연결된 제1 스위치와, 상기 퓨즈의 타단에 일단이 연결된 제2 스위치와, 상기 제1 스위치의 타단 및 상기 제2 스위치의 타단에 일단이 공통으로 연결되며 타단이 접지된 검출저항과, 상기 검출저항의 양단 전압차를 검출하는 비교기를 포함하며, 상기 비교기에서 검출된 상기 검출저항의 양단 전압차를 절연저항 검출값으로 출력하는 절연저항 검출 회로; 및

상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 상호 상보적인 상태로 일정 검출 주기에 따라 온/오프 시켜 상기 고전압 배터리의 타단 및 상기 퓨즈의 타단에서의 절연저항을 검출하도록 상기 절연저항 검출 회로를 제어하며, 상기 절연저항 검출값에 기반하여 상기 퓨즈의 단선 여부를 판단하는 컨트롤러;

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 절연저항 검출값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 보다 작은 경우, 상기 퓨즈가 단선된 것으로 판단할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서 본 발명은,

고전압 배터리 및 고전압 배터리의 일단에 일단이 연결된 퓨즈를 포함하는 차량의 고전압 시스템에서 상기 퓨즈의 단선을 검출하는 방법에 있어서,

상기 고전압 배터리의 전압과 상기 고전압 배터리와 연결된 고전압 직류 링크 커패시터의 전압을 비교하는 단계;

상기 고전압 배터리의 전압과 상기 고전압 배터리와 연결된 고전압 직류 링크 커패시터의 전압의 차이가 사전 설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 상기 고전압 배터리의 타단과 상기 퓨즈의 타단에서 상기 고전압 시스템의 절연저항을 일정 검출 주기로 검출하는 단계; 및

상기 검출하는 단계에서 검출된 절연저항 검출 결과에 기반하여 상기 퓨즈의 단선 여부를 판단하는 단계;

를 포함하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 절연저항을 검출하는 단계는, 상기 검출 주기에 따라 선 입력된 절연저항 검출값에서 직후 입력된 절연저항 검출값을 차감한 결과가 사전 설정된 기준값보다 작은 경우 상기 검출 주기를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 절연저항 검출값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 보다 작은 경우, 상기 퓨즈가 단선된 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법에 따르면, 고전압 시스템을 구성하고 있는 부품들의 정확하고 상세한 진단이 가능하다. 특히, 상기 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법에 따르면, 고전압 배터리에 연결된 퓨즈의 단선을 정확하게 진단할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법은, 차량 정비 시 차량의 고전압 시스템 내 고장 위치를 상세하고 정확하게 검출할 수 있게 함으로써 불필요한 공수와 정비 시간 절약을 통해 고객의 만족도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템에 적용되는 절연저항 검출 회로의 일 예를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템에 적용되는 절연저항 검출 회로의 절연저항 검출값 출력의 형태를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템에 적용되는 컨트롤러에서 절연저항 검출 회로로 제공되는 제어 신호의 일 예를 도시한 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템을 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템은, 고전압 배터리(10), 퓨즈(11) 및 고전압 시스템 진단부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

고전압 배터리(10)는 직류 고전압의 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치로서, 차량의 휠을 구동하기 위한 모터에 전력을 공급한다. 고전압 배터리(10)는 차량의 고전압 전장품들(예를 들어, 인버터(30))과 고전압 직류(DC) 링크에서 연결되는데, 고전압 직류 링크에는 커패시터(C)가 배치된다.

퓨즈(11)는 고전압 배터리(10)의 일단에 연결되어 고전압 배터리(10)에 연결된 고전압 경로에 과전류가 인가되는 경우 단선되어 고전압 시스템을 보호하는 역할을 한다. 배경 기술을 통해 설명한 바와 같이, 종래의 고전압 시스템에는 퓨즈(11)의 단선을 직접 진단할 수 있는 기법이 적용되지 못한다. 이에 따라 고전압 배터리(10)에 연결되는 고전압 경로의 고장이 발생하는 경우에 여러 고전압 전장품들을 검사하여 고장의 원인을 진단하여야 하는 어려움이 있다.

본 발명의 여러 실시형태는 이러한 종래의 어려움을 해결하기 위해, 퓨즈(11)의 단선을 바로 진단할 수 있게 하는 고전압 시스템 진단부(40)를 구비한다.

고전압 시스템 진단부(40)는 고전압 배터리(10)와 퓨즈(11)가 상호 직렬 연결된 구조의 양단의 절연저항을 검출하기 위한 절연저항 검출 회로(41)와, 절연저항 검출 회로(41)에서 검출된 절연저항 검출값을 기반으로 퓨즈(11)의 단선 여부를 판단하기 위한 컨트롤러(42)를 포함할 수 있다. 즉, 고전압 배터리(11)의 일단은 퓨즈(11)의 일단에 연결되고, 절연저항 검출 회로는 고전압 배터리(11)의 타단과 퓨즈(11)의 타단에 연결되어 각 연결단의 절연저항을 측정한다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템에 적용되는 절연저항 검출 회로의 일 예를 도시한 회로도이다.

도 2를 참조하면, 절연저항 검출 회로(41)는 고전압 배터리(10)의 타단에 일단이 연결된 제1 스위치(411)와, 퓨즈(11)의 타단에 일단이 연결된 제2 스위치(412)와, 제1 스위치(411)의 타단 및 제2 스위치(412)의 타단에 일단이 공통으로 연결되며 타단이 접지된 검출저항(413)과, 검출저항(413)의 양단 전압차를 검출하는 비교기(414)를 포함할 수 있다.

제1 스위치(411)와 제2 스위치(412)는 컨트롤러(42)에서 입력되는 제어 신호에 의해 상보적인 관계로 온/오프 될 수 있다. 즉, 제1 스위치(411)가 온 상태인 경우 제2 스위치(412)는 오프 상태가 되고, 제2 스위치(412)가 온 상태인 경우 제1 스위치(411)가 오프 상태가 되도록 컨트롤러(42)에 의해 제어된다.

제1 스위치(411)가 오프 상태이고 제2 스위치(412)가 온 상태인 경우, 고전압 배터리(10)의 타단에서의 절연저항(Rip)이 측정될 수 있다. 이 경우, 고전압 배터리(10)의 타단과 차량의 섀시(접지) 사이의 절연저항(Rip)과 고전압 배터리(10)와 퓨즈(11)와 제2 스위치(412) 및 검출 저항(413)에 형성하는 제1 경로(P1)로 전류가 흐르게 되며 이에 따라 검출 저항(413)의 양단 전압의 차가 비교기(414)에 의해 검출될 수 있다. 비교기(414)에 의해 검출된 결과는 절연저항(Rip)을 추정할 수 있는 절연저항 검출값으로 컨트롤러(42)로 제공된다.

만약, 절연저항(Rip)이 정상적으로 매우 높은 저항값이 유지된다면, 경로(P1)을 따라 매우 낮은 전류가 흐르므로 절연저항 검출값은 매우 낮은 전압값이 되며, 절연 상태가 파괴되어 절연저항(Rip)이 낮은 값을 갖는다면 절연저항 검출값은 정상 상태보다 높은 전압값을 갖게 된다.

반대로, 제1 스위치(411)가 온 상태이고 제2 스위치(412)가 오프 상태인 경우, 퓨즈(11)의 타단에서의 절연저항(Rin)이 측정될 수 있다. 이 경우, 고전압 퓨즈(11)의 타단과 차량의 섀시(접지) 사이의 절연저항(Rin)과 퓨즈(11)와 고전압 배터리(10)와 제1 스위치(411) 및 검출 저항(413)에 형성하는 제2 경로(P2)로 전류가 흐르게 되며 이에 따라 검출 저항(413)의 양단 전압의 차가 비교기(414)에 의해 검출될 수 있다. 비교기(414)에 의해 검출된 결과는 절연저항(Rin)을 추정할 수 있는 절연저항 검출값으로 컨트롤러(42)로 제공된다.

만약, 절연저항(Rin)이 정상적으로 매우 높은 저항값이 유지된다면, 경로(P2)을 따라 매우 낮은 전류가 흐르므로 절연저항 검출값은 매우 낮은 전압값이 되며, 절연 상태가 파괴되어 절연저항(Rin)이 낮은 값을 갖는다면 절연저항 검출값은 정상 상태보다 높은 전압값을 갖게 된다.

한편, 퓨즈(11)가 단선인 경우에는, 두 군데의 절연저항 측정값이 정상적인 절연저항이 유지되는 경우 보다 더 낮게 측정된다.

이러한, 절연저항 검출 회로(41)에 의한 절연저항 검출값의 관계가 도 3에 도시된다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템에 적용되는 절연저항 검출 회로의 절연저항 검출값 출력의 형태를 도시한 그래프이다.

도 3에서 참조 부호 '51'로 지시된 곡선은 퓨즈(11)가 단선 상태가 아니고 절연저항이 정상적인 경우 나타나는 절연저항 검출값을 나타낸다. 참조 부호 '52'로 지시된 곡선은 퓨즈(11)가 단선되는 경우를 나타내며, 참조 부호 '53'은 절연저항이 파괴된 경우를 나타낸다.

컨트롤러(42)는 절연저항 검출 회로(41)에서 검출되는 절연저항 검출값을 기반으로 퓨즈 단선 여부를 판단한다. 아울러, 컨트롤러(42)는 배터리와 고전압 직류 링크 사이의 전기적 연결을 형성하는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)(20)에 포함된 복수의 릴레이를 제어하고, 고전압 배터리(10)의 전압과 고전압 직류 링크단의 커패시터(C)의 전압을 비교하여 고전압 시스템의 정상 동작 여부를 판단하고 그에 따른 퓨즈(11) 단선 진단을 위한 제어를 수행할 수 있다.

여기서, 파워 릴레이 어셈블리(20)는 고전압 배터리(10)의 (+) 단자와 커패시터(C)의 일단에 양단이 각각 직접 연결된 제1 메인 릴레이(21)와, 메인 배터리(10)의 (-) 단자측(도 1에서는 퓨즈(11)의 타단)과 커패시터(C)의 타단에 양단이 각각 직접 연결된 제2 메인 릴레이(22)와, 고전압 배터리(10)의 (+) 단자와 커패시터(C)의 일단 사이에 저항(R)을 매개로 연결되는 프리차지 릴레이(23)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 프리차지 릴레이(23)가 메인 배터리(10)의 (+) 단자 측에 연결된 것으로 도시되고 있으나, 다른 예에서는 메인 배터리(10)의 (-) 단자 측에 연결될 수도 있다.

차량의 시동이 개시되면, 컨트롤러(42)는 프리차지 릴레이(23)와 제2 메인 릴레이(22)가 단락 되도록 제어됨으로써 저항(R)에 의해 강하가 이루어진 전압이 커패시터(C)의 양단에 인가되게 하여 커패시터(C)를 충전하는 프리차지 과정을 진행한다. 커패시터(C)가 충전이 완료되어 일정한 전압을 유지하게 되면 컨트롤러(42)는 프리차지 릴레이(23)를 개방 시키고 제1 메인 릴레이(21)를 단락 시켜 고전압 배터리(10)의 전압이 고전압 직류 링크(16)로 직접 제공되게 하여 시동 과정을 완료한다. 이러한 컨트롤러(42) 제어는 차량의 시동 시 제1 메인 릴레이(21) 및 제2 메인 릴레이(22)가 단락 되어 고전압 배터리(10)의 고전압이 고전압 직류 링크에 바로 인가되는 경우 과전류가 흘러 커패시터(C)가 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.

컨트롤러(42)는 차량의 시동 과정 중(즉, 프리차지 수행 중) 및 시동 과정 완료 후에 항시 고전압 배터리(10)의 전압과 커패시터(C)의 전압을 검출하여 비교할 수 있다. 고전압 배터리(10)와 연결된 고전압 경로가 정상인 경우, 프리차지가 완료되거나 차량의 시동 과정이 완료된 이후 고전압 배터리(10)의 전압과 커패시터(C)의 전압은 그 차이가 크지 않은 범위 내에서 유지되어야 한다. 그러나, 퓨즈(11)가 단선되거나 다른 고전압 경로에서 전력 공급이 정상적으로 이루어지지 못하거나 프리차지가 실패하는 경우 등에서는 고전압 배터리(10)의 전압과 커패시터(C)의 전압 차이가 정상 범위를 벗어나게 된다. 컨트롤러(42)는 고전압 배터리(10)의 전압과 커패시터(C)의 전압 차이를 산출함으로써 고전압 시스템의 이상 발생 여부를 판단할 수 있다.

한편, 컨트롤러(42)는 절연저항 검출 회로(41)에서 이루어지는 절연저항 검출 주기를 설정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(42)는 절연저항 검출 회로(41) 내의 제1 스위치(411)와 제2 스위치(412)의 온/오프를 상보적인 관계로 제어하는데, 이는 사전 설정된 일정 주기에 의해 이루어진다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템에 적용되는 컨트롤러에서 절연저항 검출 회로로 제공되는 제어 신호의 일 예를 도시한 파형도이다.

도 4에 도시한 것과 같이, 컨트롤러(42)는 일정 주기로 온/오프를 반복하도록 제1 스위치(411)와 제2 스위치(412)의 온/오프를 상보적인 관계로 제어하기 위한 제어 신호를 절연저항 검출 회로(41)로 제공한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 컨트롤러(42)는 제1 스위치(411)와 제2 스위치(412)의 온/오프 주기, 즉 절연저항을 검출하기 위한 주기를 변경할 수 있다.

절연저항 검출 회로(41)의 동작 초기에는 고전압 직류 링크에 구비된 커패시터(C)의 충전 성분을 고려하여 컨트롤러(42)가 절연저항을 검출하기 위한 주기를 길게(예를 들어, 수초) 설정한다. 그러나 퓨즈(11)의 단선이 발생한 경우 등에서는 고전압 배터리(10)가 고전압 경로에 전기적인 연결이 이루어지지 않은 상태이므로 최대한 짧은 주기로 절연저항을 검출하는 것이 바람직하다. 따라서, 컨트롤러(42)는 도 3에 도시된 것과 같은 단선 시 검출 저항값 변화(52)를 고려하여 초기에 설정된 주기로 순차적으로 절연저항 검출값을 입력 받고 선 입력된 절연저항 검출값에 직후에 입력된 절연저항 검출값을 차감하여 그 차이가 사전 설정된 기준값보다 큰 경우(즉, 급격하게 절연저항 검출값이 감소하는 경우), 컨트롤러(42)는 절연저항 측정 주기를 짧게 변경하여 재설정 할 수 있다. 도 4에서 참조 부호 'T'는 컨트롤러(42)가 절연저항 검출값이 급격하게 감소하는 것으로 판단하여 절연저항 측정 주기를 감소시키는 시점을 나타낸다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템의 작용 및 효과는 이하의 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 방법에 대한 설명을 통해 이루어 질 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 방법을 도시한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 방법은, 먼저 컨트롤러(42)가 차량 시동 과정인지 차량 시동이 완료된 이후 인지 판단한다(S11).

차량의 시동이 완료된 것으로 판단된 경우(즉, 커패시터(C)의 프리차지가 완료되어 파워 릴레이 어셈블리(20)의 메인 릴레이(21, 22)가 단락 상태인 경우), 컨트롤러(42)는 고전압 배터리(10)의 전압(Vb)과 커패시터(C)의 전압(Vc)를 검출한 값을 입력 받아 상호 비교한다(S12).

이어, 컨트롤러(42)는 고전압 배터리(10)의 전압(Vb)과 커패시터(C)의 전압(Vc)의 차이가 사전 설정된 기준값(X) 보다 큰 경우, 즉 커패시터(C)의 전압(Vc)이 고전압 배터리(10)의 전압(Vb) 보다 작아 정상적인 범위를 벗어난 경우, 절연저항 검출 회로(41)를 제어하여 절연저항 검출값을 입력 받는다(S13).

단계(S13)에서, 절연저항 검출 회로(41)는 절연저항 검출을 위해 이미 동작을 하고 있던 중일 수도 있고, 컨트롤러(42)의 지시에 의해 절연저항 검출을 개시할 수도 있다. 또한, 단계(S13)에서는 컨트롤러(42)는 도 4를 통해 설명한 바와 같이, 소정의 설정 주기로 순차적으로 입력 받는 전후 절연저항 검출값의 차이가 일정 기준 이상인 경우 절연저항의 검출 주기를 더욱 짧게 설정하여 절연저항 검출 회로(41)의 제1 스위치(411) 및 제2 스위치(412)를 제어하여 절연저항 검출값을 입력 받을 수 있다.

이어, 컨트롤러(42)는 절연저항 검출값이 사전 설정된 기준값(Z)과 비교한다(S14). 여기서, 사전 설정된 기준값(Z)는 도 3을 통해 설명한 것과 같이 절연저항이 정상인 것으로 판단할 수 있는 절연저항 검출값(51) 보다 작은 값으로 실제의 절연저항값과는 상관없이 퓨즈(11)가 단선된 것으로 판단할 수 있는 기준이 되는 값이다. 절연저항이 정상적인 것으로 판단할 수 있는 절연저항 검출값(51)은 하나의 값이 아니라 일정 범위로 결정되는 점을 고려할 때, 사전 설정된 기준값(Z)는 절연저항이 정상적인 것으로 판단할 수 있는 범위의 최소값이 될 수 있다.

단계(S14)에서 컨트롤러(42)가 절연저항 검출값이 절연저항을 정상인 것으로 판단할 수 있는 범위보다 작은 값인 것으로 판단한 경우, 컨트롤러(42)는 퓨즈(11)가 단선된 것으로 판단할 수 있다(S15). 또한, 단계(S14)에서 컨트롤러(42)가 절연저항 검출값이 절연저항을 정상인 것으로 판단할 수 있는 범위 내에 있다고 판단하면, 컨트롤러(42)는 퓨즈(11)의 단선이 아니라 퓨즈(11) 이외의 다른 고전압 경로 상에서 고장이 발생하여 커패시터(C)로 전력 공급이 이루어지지 못하는 것으로 판단할 수 있다(S16).

한편, 단계(S11)에서 시동 과정이 완료되지 않고 시동 과정이 진행중인 것으로 판단한 경우, 컨트롤러(42)는 파워 릴레이 어셈블리(20) 내의 제2 메인 릴레이(22)와 프리차지 릴레이(23)를 단락 시켜 커패시터(C)의 프리차지를 진행할 수 있다. 컨트롤러(42)는 사전 설정된 프리차지 시간동안 커패시터(C)의 프리차지를 진행하고 프리차지 시간이 종료된 후, 컨트롤러(42)는 고전압 배터리(10)의 전압(Vb)과 커패시터(C)의 전압(Vc)를 검출한 값을 입력 받아 상호 비교한다(S17).

이어, 컨트롤러(42)는 고전압 배터리(10)의 전압(Vb)과 커패시터(C)의 전압(Vc)의 차이의 절대값이 사전 설정된 기준값(Y) 보다 큰 경우, 즉 커패시터(C)의 전압(Vc)이 고전압 배터리(10)의 전압(Vb)과 비교하여 기준값(Y) 보다 크거나 작아 정상적인 범위를 벗어난 경우, 절연저항 검출 회로(41)를 제어하여 절연저항 검출값을 입력 받는다(S18).

단계(S13)을 통해 기 설명된 바와 같이, 단계(S18)에서도, 절연저항 검출 회로(41)는 절연저항 검출을 위해 이미 동작을 하고 있던 중일 수도 있고, 컨트롤러(42)의 지시에 의해 절연저항 검출을 개시할 수도 있다. 또한, 단계(S18)에서는 컨트롤러(42)는 도 4를 통해 설명한 바와 같이, 소정의 설정 주기로 순차적으로 입력 받는 전후 절연저항 검출값의 차이가 일정 기준 이상인 경우 절연저항의 검출 주기를 더욱 짧게 설정하여 절연저항 검출 회로(41)의 제1 스위치(411) 및 제2 스위치(412)를 제어하여 절연저항 검출값을 입력 받을 수 있다.

이어, 컨트롤러(42)는 절연저항 검출값이 사전 설정된 기준값(Z)과 비교한다(S19). 여기서, 사전 설정된 기준값(Z)은 기 설명된 단계(S14)의 기준값(Z) 실질적으로 동일한 것일 수 있다.

이어, 단계(S19)에서 컨트롤러(42)가 절연저항 검출값이 절연저항을 정상인 것으로 판단할 수 있는 범위보다 작은 값인 것으로 판단한 경우, 컨트롤러(42)는 퓨즈(11)가 단선된 것으로 판단할 수 있다(S15). 또한, 단계(S19)에서 컨트롤러(42)가 절연저항 검출값이 절연저항을 정상인 것으로 판단할 수 있는 범위 내에 있다고 판단하면, 컨트롤러(42)는 퓨즈(11)의 단선이 아니라 프리차지 과정이 실패하여 프리차지가 정상적으로 완료되지 못한 것으로 판단하고 시동 불가를 통보할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법은, 고전압 시스템을 구성하고 있는 부품들의 정확하고 상세한 진단을 가능하게 한다. 특히, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템 및 방법은, 차량 정비 시 차량의 고전압 시스템 내 고장 위치를 상세하고 정확하게 검출할 수 있게 함으로써 불필요한 공수와 정비 시간 절약을 통해 고객의 만족도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 고전압 배터리 11: 퓨즈
20: 파워 릴레이 어셈블리 21, 22: 메인 릴레이
23: 프리차지 릴레이 30: 인버터
40: 고전압 시스템 진단부 41: 절연저항 검출 회로
42: 컨트롤러 R: 프리차지 저항
C: 직류 고전압 링크 커패시터

Claims

고전압 배터리 및 고전압 배터리의 일단에 일단이 연결된 퓨즈를 포함하는 차량의 고전압 시스템에서 상기 퓨즈의 단선을 검출하는 시스템에 있어서,
상기 고전압 배터리의 타단과 상기 퓨즈의 타단에서 상기 고전압 시스템의 절연저항을 검출하는 절연저항 검출 회로;
상기 고전압 배터리의 타단과 상기 퓨즈의 타단에 연결되어 상기 배터리의 전력을 고전압 직류 링크단으로 연결/차단하도록 제어되는 복수의 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리;
상기 고전압 직류 링크단을 형성하는 커패시터; 및
상기 절연저항 검출 회로에 의한 절연저항 검출 결과에 기반하여 상기 퓨즈의 단선 여부를 판단하는 컨트롤러;를 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 차량의 시동 과정에서 상기 파워 릴레이 어셈블리에 포함된 복수의 릴레이 중 저항을 통해 배터리를 상기 커패시와 연결하는 릴레이를 단락시켜 상기 저항을 통해 상기 커패시터에 전력을 공급하여 상기 커패시터를 충전하고, 상기 차량의 시동 과정이 완료되면 상기 저항을 통해 배터리를 상기 커패시와 연결하는 릴레이를 개방하고 상기 파워 릴레이 어셈블리에 포함된 나머지 릴레이를 단락시켜 상기 고전압 배터리의 전력이 직접 상기 고전압 직류 링크단으로 제공되게 하고,
상기 컨트롤러는, 상기 커패시터를 충전한 직후 또는 상기 차량의 시동이 완료된 이후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 정상 범위를 벗어나고 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 보다 작은 경우, 상기 퓨즈가 단선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 절연저항 검출 회로는 상기 컨트롤러에 의해 설정되는 검출 주기에 기반하여 상기 고전압 시스템의 절연저항을 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 검출 주기마다 상기 절연저항 검출회로에 의해 검출된 절연저항 검출값의 변화량에 기반하여 상기 검출 주기를 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 검출 주기에 따라 선 입력된 절연저항 검출값에서 직후 입력된 절연저항 검출값을 차감한 결과가 사전 설정된 기준값보다 작은 경우 상기 검출 주기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 커패시터를 충전한 직후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 정상 범위를 벗어나고 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 내인 경우, 상기 퓨즈는 단선 상태가 아니고 상기 커패시터의 충전이 실패한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 차량의 시동이 완료된 이후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 정상 범위를 벗어나고 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 내인 경우, 상기 퓨즈가 단선되지 않고 상기 퓨즈 이외의 다른 고전압 경로 상에서 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템.
고전압 배터리 및 고전압 배터리의 일단에 일단이 연결된 퓨즈를 포함하는 차량의 고전압 시스템에서 상기 퓨즈의 단선을 검출하는 시스템에 있어서,
상기 고전압 배터리의 타단에 일단이 연결된 제1 스위치와, 상기 퓨즈의 타단에 일단이 연결된 제2 스위치와, 상기 제1 스위치의 타단 및 상기 제2 스위치의 타단에 일단이 공통으로 연결되며 타단이 접지된 검출저항과, 상기 검출저항의 양단 전압차를 검출하는 비교기를 포함하며, 상기 비교기에서 검출된 상기 검출저항의 양단 전압차를 절연저항 검출값으로 출력하는 절연저항 검출 회로; 및
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 상호 상보적인 상태로 일정 검출 주기에 따라 온/오프 시켜 상기 고전압 배터리의 타단 및 상기 퓨즈의 타단에서의 절연저항을 검출하도록 상기 절연저항 검출 회로를 제어하며, 상기 절연저항 검출값에 기반하여 상기 퓨즈의 단선 여부를 판단하는 컨트롤러;
상기 고전압 배터리의 타단과 상기 퓨즈의 타단에 연결되어 상기 배터리의 전력을 고전압 직류 링크단으로 연결/차단하도록 복수의 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리; 및
상기 고전압 직류 링크단을 형성하는 커패시터;를 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 차량의 시동 과정에서 상기 복수의 릴레이를 제어하되 상기 복수의 릴레이 중 저항을 통해 상기 배터리와 상기 커패시터를 연결하는 릴레이를 단락시켜 상기 저항을 통해 상기 커패시터에 전력을 공급하여 상기 커패시터를 충전하고, 상기 차량의 시동 과정이 완료되면 저항을 통해 상기 배터리와 상기 커패시터를 연결하는 릴레이를 개방하고 상기 파워 릴레이 어셈블리에 포함된 나머지 릴레이를 단락시켜 상기 고전압 배터리의 전력이 상기 저항을 거치지 않고 직접 상기 고전압 직류 링크단으로 제공되게 하며,
상기 컨트롤러는, 상기 커패시터를 충전한 직후 또는 상기 시동이 완료된 이후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 정상 범위를 벗어나고 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 보다 작은 경우, 상기 퓨즈가 단선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 검출 주기에 따라 선 입력된 절연저항 검출값에서 직후 입력된 절연저항 검출값을 차감한 결과가 사전 설정된 기준값보다 작은 경우 상기 검출 주기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 시스템.
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고전압 배터리 및 고전압 배터리의 일단에 일단이 연결된 퓨즈를 포함하는 차량의 고전압 시스템에서 상기 퓨즈의 단선을 검출하는 방법에 있어서,
차량 시동 시, 상기 고전압 배터리의 타단과 상기 퓨즈의 타단과 고전압 직류 링크단 사이에 연결된 복수의 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 제어하여, 상기 고전압 직류 링크단에 연결된 커패시터를 제1 전력으로 충전한 이후 상기 제1 전력보다 높은 제2 전력을 상기 고전압 직류 링크단에 제공하는 단계;
상기 고전압 배터리의 전압과 상기 고전압 배터리와 연결된 고전압 직류 링크 커패시터의 전압을 비교하는 단계;
상기 고전압 배터리의 전압과 상기 고전압 배터리와 연결된 고전압 직류 링크 커패시터의 전압의 차이가 사전 설정된 정상 범위를 벗어나는 경우, 상기 고전압 배터리의 타단과 상기 퓨즈의 타단에서 상기 고전압 시스템의 절연저항을 일정 검출 주기로 검출하는 단계; 및
상기 검출하는 단계에서 검출된 절연저항 검출 결과에 기반하여 상기 퓨즈의 단선 여부를 판단하는 단계;를 포함하며,
상기 판단하는 단계는, 상기 절연저항 측정값이 사전 설정된 정상 절연저항 범위 보다 작은 경우, 상기 퓨즈가 단선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 절연저항을 검출하는 단계는, 상기 검출 주기에 따라 선 입력된 절연저항 검출값에서 직후 입력된 절연저항 검출값을 차감한 결과가 사전 설정된 기준값보다 작은 경우 상기 검출 주기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량의 고전압 시스템의 퓨즈 단선 검출 방법.
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