KR102657722B1 - 접지 오류 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 장치는 전기 자동차 충전 장치(EVSE)와 전기 자동차 사이에 배치되는 스위치부, 상기 스위치부를 제어하는 스위치 제어부, 상기 전기 자동차 충전 장치의 커넥터(connector)와 상기 전기 자동차의 인렛(inlet)의 근접 여부를 검출하는 근접 검출부, 충전 제어 신호의 PWM 듀티비(duty ratio) 및 상기 충전 제어 신호의 전압 크기를 검출하는 제어 신호 분석부, 그리고 상기 충전 제어 신호의 PWM 듀티비, 상기 충전 제어 신호의 전압 크기 및 상기 근접 여부의 판단 결과 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전기 자동차의 보호 접지(Protective Earth, PE) 라인의 개방 위치를 검출하는 오류 검출부를 포함한다.

Description

접지 오류 검출 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DETECTING GROUND ERROR AND METHOD THEREOF}
실시 예는 전기 자동차 충전 장치의 PE 라인에 발생하는 접지 오류를 검출하는 접지 오류 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
전기 자동차(Electric Vehicle, EV) 또는 플러그-인 하이브리드 자동차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV)와 같은 친환경 자동차는 배터리 충전을 위하여 충전소에 설치된 전기 자동차 충전 설비(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE)를 이용한다.
이를 위하여, 전기 자동차 충전 장치(Electric Vehicle Charging Controller, EVCC)는 EV 내에 탑재되며, EV 및 EVSE와 통신하며, 전기 자동차의 충전을 제어한다.
예를 들어, EVCC가 전기 자동차로부터 충전 시작을 지시하는 신호를 수신하면, 충전을 시작하도록 제어할 수 있으며, 전기 자동차로부터 충전 종료를 지시하는 신호를 수신하면, 충전을 종료하도록 제어할 수 있다.
전기 자동차의 충전 방법은 충전 시간에 따라 급속 충전과 완속 충전으로 구분될 수 있다. 급속 충전의 경우에는, 충전기에서 공급되는 직류 전류에 의하여 배터리가 충전되고, 완속 충전의 경우에는 충전기에 공급되는 교류 전류에 의하여 배터리가 충전된다. 따라서 급속 충전에 사용되는 충전기를 급속 충전기 또는 직류 충전기라 칭하고, 완속 충전에 사용되는 충전기를 완속 충전기 또는 교류 충전기라 칭한다.
한편, 전기 자동차는 고전압 및 고전류로 충전되므로, 충전 중 안전에 관한 요구가 증가하고 있다. 이를 위해 전기 자동차 충전 장치(EVSE)와 전기 자동차(EV)는 PE 접지 라인을 연결하여 충전 중 발생할 수 있는 안전 사고를 예방한다. 만약, PE 접지가 개방(open)되는 상황이 발생하면 즉각 충전을 중단해야 하며, 그렇지 않은 경우 사용자가 감전되는 사고가 발생할 수 있다. 이를 위하여, PE 접지 라인의 접지 오류를 검출하고 빠른 대처를 위하여 접지 오류가 발생한 위치를 검출하여야 하지만 현재 PE 접지 라인의 오류 검출 및 오류 발생 위치 검출을 위한 기술이 없다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기 자동차 충전 장치의 PE 라인에 발생하는 보호 접지 개방 오류를 검출하는 접지 오류 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 장치는 전기 자동차 충전 장치(EVSE)와 전기 자동차 사이에 배치되는 스위치부, 상기 스위치부를 제어하는 스위치 제어부, 상기 전기 자동차 충전 장치의 커넥터(connector)와 상기 전기 자동차의 인렛(inlet)의 근접 여부를 검출하는 근접 검출부, 충전 제어 신호의 PWM 듀티비(duty ratio) 및 상기 충전 제어 신호의 전압 크기를 검출하는 제어 신호 분석부, 그리고 상기 충전 제어 신호의 PWM 듀티비, 상기 충전 제어 신호의 전압 크기 및 상기 근접 여부의 판단 결과 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전기 자동차의 보호 접지(Protective Earth, PE) 라인의 개방 위치를 검출하는 오류 검출부를 포함한다.
상기 스위치부는, 제1단이 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지(Protective Earth, PE) 단자와 연결되고, 제2단이 상기 근접 검출부와 연결될 수 있다.
상기 스위치 제어부는, 상기 스위치부가 기 설정된 주기에 따라 개방 및 단락을 반복하도록 제어할 수 있다.
상기 근접 검출부는, 상기 전기 자동차 충전 장치와 상기 전기 자동차가 형성하는 전기 폐루프에 포함된 저항에 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 전압 크기보다 크면, 상기 커넥터와 상기 인렛이 근접한 것으로 검출할 수 있다.
상기 오류 검출부는, 상기 스위치부가 개방된 상태에서 상기 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 포함되고 상기 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 포함되면, 상기 전기 자동차의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
상기 오류 검출부는, 상기 스위치부가 개방된 상태에서 상기 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 미포함되고 상기 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 미포함되면, 상기 전기 자동차의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단할 수 있다.
상기 오류 검출부는, 상기 스위치부가 단락된 상태에서 상기 커넥터와 상기 인렛이 근접한 것으로 판단되면, 상기 전기 자동차의 상기 근접 검출부와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
상기 오류 검출부는, 상기 스위치부가 단락된 상태에서 상기 커넥터와 상기 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단되면, 상기 전기 자동차의 상기 근접 검출부와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단할 수 있다.
전기 자동차 충전 장치(EVSE)와 전기 자동차 사이에 배치되는 스위치를 기 설정된 주기에 따라 개방 및 단락시키는 단계, 상기 전기 자동차 충전 장치의 커넥터(connector)와 상기 전기 자동차의 인렛(inlet)의 근접 여부를 검출하는 단계, 충전 제어 신호의 PWM 듀티비(duty ratio) 및 상기 충전 제어 신호의 전압 크기를 검출하는 단계, 그리고 상기 충전 제어 신호의 PWM 듀티비, 상기 충전 제어 신호의 전압 크기 및 상기 근접 여부의 판단 결과 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전기 자동차의 보호 접지(Protective Earth, PE) 라인의 개방 위치를 검출하는 단계를 포함한다.
상기 전기 자동차의 보호 접지 라인의 개방 위치를 검출하는 단계는, 상기 스위치가 개방된 상태에서 상기 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 미포함되고 상기 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 미포함되면, 상기 전기 자동차의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단할 수 있다.
상기 전기 자동차의 보호 접지 라인의 개방 위치를 검출하는 단계는, 상기 스위치가 단락된 상태에서 상기 커넥터와 상기 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단되면, 상기 전기 자동차의 근접 검출부와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 통합 충전 시스템 타입 1(Combined Charging System type 1, CCS1)에 따른 근접 검출 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 통합 충전 시스템 타입 2(CCS2)를 나타낸 도면이다.
도 4는 DIN(Deutsches Institute fuer Normung) 표준에 따른 CP(control pilot) 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스위치부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 보호 접지 라인 개방의 경우 스위치부가 단락된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 보호 접지 라인 개방의 경우 스위치부가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제2 보호 접지 라인 개방의 경우 스위치부가 개방된 상태에서 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 보호 접지 라인 개방의 경우 스위치부가 단락된 상태에서 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 도 11의 S1140 단계를 상세하게 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 전기 자동차 충전 장치(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE, 10) 및 전기 자동차(Electric Vehicle, EV, 20)를 포함할 수 있다.
전기 자동차 충전 장치(10)는 AC 또는 DC를 공급하는 설비이며, 충전소에 배치되거나, 가정 내에 배치될 수 있으며, 휴대 가능하도록 구현될 수도 있다. 전기 자동차 충전 장치(10)는 충전소(supply), AC 충전소(AC supply), DC 충전소(DC supply), 소켓-아웃렛(socket-outlet) 등과 혼용될 수 있다.
전기 자동차(20)는 전기 자동차 충전 장치(10)로부터 차량에 구비된 배터리를 충전할 수 있다. 이를 위하여 전기 자동차 충전 장치(10)에 연결된 충전 케이블이 전기 자동차(20)의 주입구에 연결될 수 있다. 전기 자동차(20)는 배터리 충전을 위해 전기 자동차 충전용 컨트롤러(Electric Vehicle Charging Controller, EVCC)를 탑재할 수 있다. 전기 자동차 충전용 컨트롤러는 전기 자동차(20)와 통신할 수 있다. 전기 자동차 충전용 컨트롤러는 전기 자동차 충전 장치(10)와 통신할 수 있다. 전기 자동차 충전용 컨트롤러는 전기 자동차(20)와 복수의 핀을 통하여 연결될 수 있다. 전기 자동차 충전용 컨트롤러는 전기 자동차 충전 장치(10)와 복수의 핀을 통하여 연결될 수 있다.
예를 들어, 전기 자동차 충전용 컨트롤러는 전기 자동차 충전 장치(10)와 연결되는 20 핀(pin)을 포함하며, 이를 통하여 전기 자동차 충전 장치(10)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 20핀 중 하나는 전기 자동차 충전 장치(10)로부터 CP(Control Pilot) 신호를 입력 받는 CP 포트용 핀일 수 있고, 다른 하나는 충전 케이블 커넥터의 근접 여부를 감지하는 PD(Proximity Detection) 포트용 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지와 연결되는 보호 접지(Protective Earth, PE) 포트용 핀일 수 있다. 20 핀 중 또 다른 하나는 주유구 플랩(flap)을 열기 위한 모터를 구동시키기 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 모터를 센싱하기 위한 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 온도 센싱을 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 엘이디 센싱을 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 캔(CAN) 통신을 위한 핀일 수 있다. 그러나, 핀의 개수 및 기능은 이로 제한되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.
그리고, 전기 자동차 충전용 컨트롤러는 전기 자동차(20)와 연결되는 12 핀(pin)을 포함하며, 이를 통하여 전기 자동차(20)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 12 핀 중 하나는 전기 자동차(20) 내 충돌 감지 센서로부터 인가되는 전압 라인용 핀일 수 있고, 다른 하나는 전기 자동차(20) 내 배터리 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 캔 통신을 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 접지와 연결되는 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 고전압 보호용 핀일 수 있다. 그러나, 핀의 개수 및 기능은 이로 제한되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.
전기 자동차 충전 장치(10)의 두 개의 고전압 라인은 전기 자동차 충전용 컨트롤러를 통하여 전기 자동차(20)의 배터리 내에 전력을 공급하며, 이때, 고전압 라인의 온오프는 전기 자동차 충전용 컨트롤러에 의하여 제어될 수 있다.
즉, 전기 자동차 충전용 컨트롤러는 전기 자동차(20)의 ECU(Elctric Control Unit)와 통신하며, 전기 자동차(20) 또는 전기 자동차 충전 장치(10) 중 적어도 하나로부터 각각 수신한 신호에 따라 전기 자동차 충전 장치(10)로부터 공급되는 전력을 전기 자동차(20)의 배터리로 전달하도록 제어할 수 있다.
전기 자동차(20)는 본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 장치(200)를 포함할 수 있다. 접지 오류 검출 장치(200)는 보호 접지 라인 개방 상태와 같은 접지 오류를 검출할 수 있다. 접지 오류 검출 장치(200)는 전기 자동차 충전용 컨트롤러에 입력되는 충전 제어 신호, 전기 자동차(20)의 인렛 및 전기 자동차 충전 장치(10)의 커넥터 사이의 근접 여부에 기초하여 보호 접지 라인의 오류 및 개방 위치를 검출할 수 있다. 이를 위해 접지 오류 검출 장치(200)는 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자에 일단이 연결된 스위치를 포함할 수 있다. 접지 오류 검출 장치(200)에 대한 상세한 구성은 아래에서 도면을 통해 살펴보도록 한다.
도 2 내지 도 4는 전기 자동차 충전 시스템의 표준 규격을 나타낸 도면이다. 도 2는 통합 충전 시스템 타입 1(Combined Charging System type 1, CCS1)에 따른 근접 검출 회로를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 것처럼, 전기 자동차 충전 장치(10)의 커넥터와 전기 자동차(20)의 인렛의 핀(31) 연결을 통해 근접 감지를 수행할 수 있으며, 전기 자동차 충전 장치(10) 의 보호 접지 단자(33)와 전기 자동차(20)의 섀시 접지 단자(34)는 핀(32)을 통해 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 스위치부는 저항(R5)과 핀(32) 사이에 배치될 수 있다.
도 3은 통합 충전 시스템 타입 2(CCS2)를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 전기 자동차 충전 장치(10)의 커넥터와 전기 자동차(20)의 인렛은 핀(41) 연결을 통해 근접 감지를 수행할 수 있으며, 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자(43)와 전기 자동차(20)의 섀시 접지 단자(44)는 핀(42)을 통해 연결될 수 있다. 도 3에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 스위치부는 근접을 검출하는 전기 자동차(20)의 제어 유닛(EV Control Unit, 45)과 핀(42) 사이에 배치될 수 있다.
도 4는 DIN(Deutsches Institute fuer Normung) 표준에 따른 CP(control pilot) 회로를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 전기 자동차 충전 장치(10)의 커넥터와 전기 자동차(20)의 인렛은 핀(51) 연결을 통해 제어 파일럿 신호, 즉 충전 제어 신호를 전송할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 장치는 핀(51)을 통해 전송되는 제어 파일럿 신호를 분석하여 PWM 듀티비 및 전압 크기를 검출할 수 있다. 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자(53)와 전기 자동차(20)의 섀시 접지 단자는 핀(52)을 통해 연결될 수 있다. On-board Battery Charge Controller(54)를 통해 본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 장치를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 장치의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 장치(200)는 스위치부(210), 스위치 제어부(220), 근접 검출부(230), 제어 신호 분석부(240) 및 오류 검출부(250)를 포함할 수 있다.
스위치부(210)는 전기 자동차 충전 장치(EVSE, 10)와 전기 자동차(20) 사이에 배치될 수 있다. 스위치부(210)는 스위칭 소자로 구현될 수 있다. 스위치부(210)는 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT), 단접합 트랜지스터(UniJunction Transistor, UJT), 접합형 전계효과 트랜지스터(Junction Field Effect Transistor, JFET), 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconducter Field Effect Transistor, MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT), 주입 강화 절연 게이트 트랜지스터(Injection-Enhanced Gate Transistor, IEGT) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 이는 일례에 불과하며, 스위칭 기능을 수행할 수 있는 다른 종류의 소자로 구현될 수도 있다.
스위치 제어부(220)는 스위치부(210)를 제어할 수 있다. 스위치 제어부(220)는 스위치부(210)를 제어하기 위하여 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있다. 생성된 스위칭 제어 신호는 스위치 제어부(220)에 입력될 수 있다.
스위치 제어부(220)는 스위치부(210)가 기 설정된 주기에 따라 개방 및 단락을 반복하도록 제어할 수 있다. 이때, 기 설정된 주기는 전기 자동차 충전 장치(10) 및 전기 자동차(20)에 따라 다르게 설정될 수 있다. 기 설정된 주기는 전기 자동차 충전 장치(10) 및 전기 자동차(20) 사이의 충전이 정상적으로 제어되는 범위에서 설정될 수 있다.
근접 검출부(230)는 전기 자동차 충전 장치(10)의 커넥터(connector)와 전기 자동차(20)의 인렛(inlet)의 근접 여부를 검출할 수 있다.
근접 검출부(230)는 전기 자동차 충전 장치(10)와 전기 자동차(20)가 형성하는 전기 폐루프에 포함된 저항에 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 전압 크기보다 크면, 커넥터와 인렛이 근접한 것으로 판단할 수 있다.
제어 신호 분석부(240)는 충전 제어 신호의 PWM 듀티비(duty ratio) 및 충전 제어 신호의 전압 크기를 검출할 수 있다. 충전 제어 신호는 PWM 신호일 수 있으며, PWM 듀티에 따라 전기 자동차(20)의 배터리에 충전하는 전력값이 상이할 수 있다.
오류 검출부(250)는 충전 제어 신호의 PWM 듀티비, 충전 제어 신호의 전압 크기 및 근접 여부의 판단 결과 중 적어도 하나에 기초하여 전기 자동차(20)의 보호 접지(Protective Earth, PE) 라인의 개방 위치를 검출할 수 있다.
오류 검출부(250)는 스위치부(210)가 개방(open)된 상태에서 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 포함되고, 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 포함되면, 전기 자동차(20)의 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 반면, 오류 검출부(250)는 스위치부(210)가 개방된 상태에서 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 미포함되고, 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 미포함되면, 전기 자동차(20)의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 개방(open) 상태인 것으로 판단할 수 있다.
오류 검출부(250)는 단락(short)된 상태에서 커넥터와 인렛이 근접한 것으로 판단되면, 전기 자동차(20)의 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 반면, 오류 검출부(250)는 스위치부(210)가 단락된 상태에서 커넥터와 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단되면, 전기 자동차(20)의 근접 검출부(230)와 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 개방(open) 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스위치부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 것처럼, 스위치부(210)는 전기 자동차 충전 장치(10) 와 전기 자동차(20)가 형성하는 폐루프 회로 상에 배치될 수 있다. 구체적으로 스위치부(210)의 제1단은 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지(Protective Earth, PE, 61) 단자와 연결될 수 있다. 스위치부(210)의 제2단은 근접 검출부(230)와 연결될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 오류 검출부(250)의 접지 오류 검출 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 보호 접지 라인 개방의 경우 스위치부가 단락된 상태를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 보호 접지 라인 개방의 경우 스위치부가 개방된 상태를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 전기 자동차(20)의 섀시 접지 단자와 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 개방된 상태를 나타낸다.
도 7에서와 같이, 제1 보호 접지 라인이 개방된 상태에서 스위치부(210)가 단락된 경우는 스위치부(210)가 배치되지 않고 도선으로 연결된 상태와 동일할 수 있다. 이 경우, 제1 보호 접지 라인이 개방된 상태인지를 판단할 수 없다. 이는, 보호 접지 라인을 포함하는 폐루프 형성에 제1 보호 접지 라인의 개방 상태가 영향을 미치지 않기 때문이다.
하지만, 도 8에서와 같이, 제1 보호 접지 라인이 개방된 상태에서 스위치부(210)가 개방되면, 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지로 연결되는 폐루프가 형성되지 않는다. 이 경우 전류는 전기 자동차(20)의 섀시 접지로 흐르게 되며, 이때, 충전 제어 신호는 도 7에서의 충전 제어 신호와 상이한 듀티비 및 전압 크기를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 7의 경우, 충전 제어 신호는 5%의 듀티비와 6 [V]의 전압 크기를 가질 수 있다. 하지만, 도 8의 경우, 충전 제어 신호는 10%의 듀티비와 12 [V]의 전압 크기를 가질 수 있다.
이와 같은 매커니즘에 따라, 오류 검출부(250)는 스위치부(210)가 개방된 상태에서 상기 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 포함되고 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 포함되면, 전기 자동차(20)의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 스위치부(210)가 개방된 상태에서 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 미포함되고 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 미포함되면, 전기 자동차(20)의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단할 수 있다.
PWM 듀티비에 대응하는 제1 범위 및 전압 크기에 대응하는 제2 범위는 상기 제1 보호 접지 라인이 정상 상태인 경우에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 보호 접지 라인이 정상 상태인 경우 PWM 듀티비가 5%이고 전압 크기가 6 [V]인 경우, 제1 범위는 4%에서 6%의 범위일 수 있고, 전압 크기는 5 [V]에서 7[V]의 범위일 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제2 보호 접지 라인 개방의 경우 스위치부가 개방된 상태에서 전류 흐름을 나타낸다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 보호 접지 라인 개방의 경우 스위치부가 단락된 상태에서 전류 흐름을 나타낸다.
도 9에서와 같이, 스위치부(210)가 개방된 상태는 제2 보호 접지 라인이 개방된 상태와 동일할 수 있다. 이 경우, 근접 검출부(230)는 커넥터와 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단하게 되므로, 오류 검출부(250)는 제2 보호 접지 라인이 개방된 상태인지 스위치부(210)가 개방된 상태인지를 판단할 수 없다.
하지만, 도 10에서와 같이, 스위치부(210)가 단락된 상태에서 근접 검출부(230)가 커넥터와 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단하게 되면, 오류 검출부(250)는 제2 보호 접지 라인이 개방된 상태라는 것을 판단할 수 있다.
이와 같은 매커니즘에 따라, 오류 검출부(250)는 스위치부(210)가 단락된 상태에서 커넥터와 인렛이 근접한 것으로 판단되면, 전기 자동차(20)의 근접 검출부(230)와 전기 자동차 충전 장치(10) 의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 반대로, 오류 검출부(250)는 스위치부(210)가 단락된 상태에서 커넥터와 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단되면, 전기 자동차(20)의 근접 검출부(230)와 전기 자동차 충전 장치(10) 의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 접지 오류 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
우선, 접지 오류 검출 장치(200)는 전기 자동차 충전 장치(10)와 전기 자동차(20) 사이에 배치되는 스위치를 기 설정된 주기에 따라 개방(open) 및 단락(short) 시킬 수 있다(S1110).
그러면, 접지 오류 검출 장치(200)는 전기 자동차 충전 장치(10)의 커넥터(connector)와 전기 자동차(20)의 인렛(inlet)의 근접 여부를 검출할 수 있다(S1110).
그리고, 접지 오류 검출 장치(200)는 충전 제어 신호의 PWM 듀티비(duty ratio) 및 충전 제어 신호의 전압 크기를 검출할 수 있다(S1110).
다음으로, 접지 오류 검출 장치(200)는 충전 제어 신호의 PWM 듀티비, 충전 제어 신호의 전압 크기 및 근접 여부의 판단 결과 중 적어도 하나에 기초하여 전기 자동차(20)의 보호 접지(Protective Earth, PE) 라인의 개방 위치를 검출할 수 있다(S1110).
도 12는 도 11의 S1140 단계를 상세하게 나타낸 도면이다.
접지 오류 검출 장치(200)는 스위치부(210)가 개방(open)된 상태에서 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 포함되고, 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 포함되는지를 판단할 수 있다(S1141).
접지 오류 검출 장치(200)는 스위치부(210)가 개방된 상태에서 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 포함되고, 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 포함되면, 전기 자동차(20)의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 전기 자동차 충전 장치(10)의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다(S1142).
반면, 접지 오류 검출 장치(200)는 스위치부(210)가 개방된 상태에서 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 미포함되고, 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 미포함되면, 제1 보호 접지 라인이 개방(open) 상태인 것으로 판단할 수 있다(S1143).
또한, 접지 오류 검출 장치(200)는 스위치부(210)가 단락(short)된 상태에서 커넥터와 인렛의 근접 검출 결과에 기초하여 근접 여부를 판단할 수 있다(S1144).
접지 오류 검출 장치(200)는 스위치부(210)가 단락된 상태에서 근접 검출 결과 커넥터와 인렛이 근접한 것으로 판단되면, 전기 자동차(20)의 근접 검출부(230)와 전기 자동차 충전 장치(10) 의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다(S1145).
반면, 접지 오류 검출 장치(200)는 스위치부(210)가 단락된 상태에서 근접 검출 결과 커넥터와 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단되면, 제2 보호 접지 라인이 개방(open) 상태인 것으로 판단할 수 있다(S1146).
도 12에서는 S1141 내지 S1143 단계와 S1144 내지 S1146 단계가 함께 수행되는 것으로 나타내었으나 이는 일 실시예에 불과하다. 다른 실시예에 따르면, S1141 내지 S1143 단계가 수행된 후 S1144 내지 S1146 단계가 수행되거나, S1144 내지 S1146 단계가 수행된 후 S1141 내지 S1143 단계가 수행될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 전기 자동차 충전 장치
20 : 전기 자동차
200 : 접지 오류 검출 장치
210 : 스위치부
220 : 스위치 제어부
230 : 근접 검출부
240 : 제어 신호 분석부
250 : 오류 검출부

Claims (11)

  1. 전기 자동차 충전 장치(EVSE)와 전기 자동차 사이에 배치되는 스위치부,
    상기 스위치부를 제어하는 스위치 제어부,
    상기 전기 자동차 충전 장치의 커넥터(connector)와 상기 전기 자동차의 인렛(inlet)의 근접 여부를 검출하는 근접 검출부,
    충전 제어 신호의 PWM 듀티비(duty ratio) 및 상기 충전 제어 신호의 전압 크기를 검출하는 제어 신호 분석부, 그리고
    상기 충전 제어 신호의 PWM 듀티비, 상기 충전 제어 신호의 전압 크기 및 상기 근접 여부의 판단 결과 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전기 자동차의 보호 접지(Protective Earth, PE) 라인의 개방 위치를 검출하는 오류 검출부를 포함하며,
    상기 오류 검출부는 상기 스위치부가 개방된 상태에서 상기 PWM듀티비 및 상기 충전 제어 신호의 전압 크기를 이용하여 상기 전기 자동차의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인의 개방 여부를 판단하고, 상기 스위치부가 단락된 상태에서 상기 커넥터와 상기 인렛의 근접 여부에 따라 상기 근접 검출부와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인의 개방 여부를 판단하는 접지 오류 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    제1단이 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지(Protective Earth, PE) 단자와 연결되고,
    제2단이 상기 근접 검출부와 연결되는 접지 오류 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 스위치부가 기 설정된 주기에 따라 개방 및 단락을 반복하도록 제어하는 접지 오류 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 근접 검출부는,
    상기 전기 자동차 충전 장치와 상기 전기 자동차가 형성하는 전기 폐루프에 포함된 저항에 인가되는 전압의 크기가 기 설정된 전압 크기보다 크면, 상기 커넥터와 상기 인렛이 근접한 것으로 검출하는 접지 오류 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오류 검출부는,
    상기 스위치부가 개방된 상태에서 상기 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 포함되고 상기 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 포함되면, 상기 전기 자동차의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단하는 접지 오류 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오류 검출부는,
    상기 스위치부가 개방된 상태에서 상기 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 미포함되고 상기 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 미포함되면, 상기 전기 자동차의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단하는 접지 오류 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오류 검출부는,
    상기 스위치부가 단락된 상태에서 상기 커넥터와 상기 인렛이 근접한 것으로 판단되면, 상기 전기 자동차의 상기 근접 검출부와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 정상 상태인 것으로 판단하는 접지 오류 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오류 검출부는,
    상기 스위치부가 단락된 상태에서 상기 커넥터와 상기 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단되면, 상기 전기 자동차의 상기 근접 검출부와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단하는 접지 오류 검출 장치.
  9. 전기 자동차 충전 장치(EVSE)와 전기 자동차 사이에 배치되는 스위치를 기 설정된 주기에 따라 개방 및 단락시키는 단계,
    상기 전기 자동차 충전 장치의 커넥터(connector)와 상기 전기 자동차의 인렛(inlet)의 근접 여부를 검출하는 단계,
    충전 제어 신호의 PWM 듀티비(duty ratio) 및 상기 충전 제어 신호의 전압 크기를 검출하는 단계, 그리고
    상기 충전 제어 신호의 PWM 듀티비, 상기 충전 제어 신호의 전압 크기 및 상기 근접 여부의 판단 결과 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전기 자동차의 보호 접지(Protective Earth, PE) 라인의 개방 위치를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 개방 위치를 검출하는 단계는,
    상기 스위치가 개방된 상태에서 상기 PWM듀티비 및 상기 충전 제어 신호의 전압 크기를 이용하여 상기 전기 자동차의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인의 개방 여부를 판단하고, 상기 스위치가 단락된 상태에서 상기 커넥터와 상기 인렛의 근접 여부에 따라 상기 전기 자동차의 근접 검출부와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인의 개방 여부를 판단하는 접지 오류 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전기 자동차의 보호 접지 라인의 개방 위치를 검출하는 단계는,
    상기 스위치가 개방된 상태에서 상기 PWM 듀티비가 기 설정된 제1 범위에 미포함되고 상기 전압 크기가 기 설정된 제2 범위에 미포함되면, 상기 전기 자동차의 섀시 접지(chassis ground) 단자와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제1 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단하는 접지 오류 검출 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전기 자동차의 보호 접지 라인의 개방 위치를 검출하는 단계는,
    상기 스위치가 단락된 상태에서 상기 커넥터와 상기 인렛이 근접하지 않은 것으로 판단되면, 상기 전기 자동차의 근접 검출부와 상기 전기 자동차 충전 장치의 보호 접지 단자를 연결하는 제2 보호 접지 라인이 개방 상태인 것으로 판단하는 접지 오류 검출 방법.
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