KR102663902B1

KR102663902B1 - 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로 및 방법

Info

Publication number: KR102663902B1
Application number: KR1020220008572A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 프리츠; 하랄트 라이터; 페테르 쿠르치크
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2024-05-07
Also published as: EP4043891A1; EP4043891B1; PL4043891T3; HUE063379T2; KR20220115865A

Abstract

본 개시는 전자 차량의 고전압 보드 네트 내에서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로 및 이러한 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다.
전기 회로는 어느 하나의 고전압 전위(HV+ 또는 HV-)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이의 측정 저항(R_{0_P} 또는 R_{0_N})을 통해 흐르는 전류(I_{O_p} 또는 I_{O_n})를 측정하도록 구성된 단일 전류계를 포함한다. 그런 다음, 전류계에 의해 전류가 측정되지 않은 측정 저항(R_{0_N} 또는 R_{0_P})의 저항 값(R'_{0_n} 또는 R'_{0_p})은, 전류계에 의해 전류가 측정된 측정 저항(R_{0_P} 또는 R_{0_N})의 산출된 저항 값(R'_{0_p} 또는 R'_{0_n}), 절연 저항 측정을 통해 산출된 포지티브 절연 저항(R_{Iso_P}) 및 네거티브 절연 저항(R_{Iso_N})의 저항 값(R'_{Iso_p} 및 R'_{Iso_n})을 적용하여 산출될 수 있다.

Description

절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로 및 방법{ELECTRIC CIRCUIT AND METHOD FOR MONITORING ISOLATION RESISTANCE MEASUREMENT}

본 개시는 ISO 26262에 따른 전자 차량의 고전압 보드 네트 내에서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로 및 이러한 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다.

전자 차량(electronic vehicle, EV), 및 특히 플러그인 하이브리드 전자 차량(plug-in hybrid electronic vehicle, PHEV)의 고전압(high voltage, HV) 보드 네트 내에서, 구성된 전력 시스템의 절연 저항 측정에 대한 기능적인 안전 목표는 종종 ASIL A(Automotive Safety Security Level A) 또는 그 이상으로 평가하는 것이다. 이러한 평가들은 생산 차량들의 전기 및/또는 전자 시스템들의 기능 안전에 대한 국제 표준인 "Road vehicles -Functional safety" 라는 제목의 ISO 26262에 정의되어 있다.

전력 시스템은 일반적으로 차량 시스템에 대한 일률적인 규정을 설명하는 전기모빌리티(electromobility)에 대한 기본 표준인 ECE R 100을 준수해야 한다. 이 표준은 전력 시스템의 절연 저항을 측정하는 것 외에도 이 측정을 모니터링해야 한다.

본 개시를 통해 해결하고자 하는 과제는, ASIL A와 ECE R 100을 준수하면서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 비용 및 복잡도를 감소시킬 수 있는 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태는 전자 차량의 고전압 보드 네트 내에서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로에 관한 것이다.

상기 전기 회로는, 포지티브 고전압 전위 및 네거티브 고전압 전위를 제공하는 HV 전력 시스템을 포함할 수 있다. HV 전력 시스템에서, 공통 접지 전위는 포지티브 절연 저항과 네거티브 절연 저항 사이의 중간에 정의되고, 포지티브 절연 저항 및 네거티브 절연 저항은 포지티브 고전압 전위와 네거티브 고전압 전위 사이에서 서로 직렬 연결되며, HV 전력 시스템과 병렬로 연결된다.

상기 전기 회로는 포지티브 고전압 전위와 접지 전위 사이의 포지티브 절연 저항에 병렬로 연결된 포지티브 측정 저항; 네거티브 고전압 전위와 접지 전위 사이의 네거티브 절연 저항에 병렬로 연결된 네거티브 측정 저항; 포지티브 고전압 전위와 접지 전위 사이의 포지티브 전압계; 및 네거티브 고전압 전위와 접지 전위 사이의 네거티브 전압계를 더 포함한다.

또한, 상기 전기 회로는 포지티브 고전압 전위와 접지 전위 사이의 포지티브 측정 저항을 통해 흐르는 포지티브 전류(I_{O_p})를 측정하거나, 또는 네거티브 고전압 전위와 접지 전위 사이의 네거티브 측정 저항을 통해 흐르는 네거티브 전류(I_{O_n})를 측정하도록 구성된 단일 전류계만을 포함할 수 있다.

HV 전력 시스템은, 예를 들어 배터리 시스템(예를 들어, 재충전 가능한 에너지 저장 시스템(rechargeable energy storage system, RESS) 또는 전원 시스템)일 수 있다. 포지티브 고전압 전위와 네거티브 고전압 전위, 또는 그들의 전위차는 ±48볼트, ±60볼트, ±200볼트, ±400볼트 또는 ±600볼트일 수 있다. 그러나, 포지티브 고전압 전위 또는 네거티브 고전압 전위는 절대값이 6볼트보다 높은 임의의 전압일 수도 있다.

접지 전위에 대해 포지티브 측정 저항을 통해 흐르는 포지티브 전류(I_{O_p})는 포지티브 스위치에 의해 온(on) 또는 오프(off)로 제어될 수 있다. 또한, 접지 전위에 대해 네거티브 측정 저항을 통해 흐르는 네거티브 전류(I_{O_n})는 네거티브 스위치에 의해 온(on) 또는 오프(off)로 제어될 수 있다. 포지티브 스위치 및 네거티브 스위치는 각각 대응하는 절연 저항 측정을 활성화 또는 비활성화하고, 전기 회로의 포지티브 절연 저항 측정 섹션과 네거티브 절연 저항 측정 섹션을 개별적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 상기 전기 회로를 구비한 전자 차량의 HV 보드 네트 내에서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다.

상기 모니터링 방법은, 포지티브 전압계를 사용하여 포지티브 고전압 전위와 접지 전위 사이에 병렬로 연결된 포지티브 절연 저항과 포지티브 측정 저항에 의한 전압 강하로서 제1 전압(U_BAT_p)을 측정하는 단계; 및 네거티브 전압계를 사용하여 네거티브 고전압 전위와 접지 전위 사이에 병렬로 연결된 네거티브 절연 저항과 네거티브 측정 저항에 의한 전압 강하로서 제2 전압(U_BAT_n)을 측정하는 단계를 포함한다. 그런 다음, 포지티브 측정 저항의 알려진 공칭(nominal) 저항 값(R₀_p)과 측정된 전압(U_BAT_p)에 기초하여 실제 포지티브 절연 저항 값(R'_{Iso_p})을 산출하는 단계; 및 네거티브 측정 저항의 알려진 공칭 저항 값(R_{0_n})과 측정된 전압(U_BAT_n)에 기초하여 실제 네거티브 절연 저항 값(R'_{Iso_n})을 산출하는 단계를 포함한다. 또한, 단일 전류계로 포지티브 측정 저항 또는 네거티브 측정 저항을 통해 흐르는 전류(I_{O_p}또는 I_{O_n})를 측정하고, 이를 토대로 포지티브 측정 저항 또는 네거티브 측정 저항의 실제 저항값(R'_{0_p} 또는 R'_{0_n})을 산출하는 단계; 및 포지티브 측정 저항 또는 네거티브 측정 저항의 실제 저항 값(R'_{0_p} 또는 R'_{0_n})을 포지티브 측정 저항 또는 네거티브 측정 저항의 공칭 저항 값 (R_{0_p} 또는 R_{0_n})과 비교하는 단계를 포함한다.

상기 모니터링 방법은 포지티브 측정 저항 또는 네거티브 측정 저항의 실제 저항값(R'_{0_p} 또는 R'_{0_n}), 실제 포지티브 절연 저항 값(R'_{Iso_p}) 및 네거티브 절연 저항 값(R'_{Iso_p})을 사용하여, 전류가 측정되지 않은 네거티브 측정 저항 또는 포지티브 측정 저항의 실제 저항 값(R'_{0_n} 또는 R'_{0_p})을 산출하는 단계; 및 전류가 측정되지 않은 네거티브 측정 저항 또는 포지티브 측정 저항의 산출된 실제 저항 값(R'_{0_n} 또는 R'_{0_p})을 대응하는 측정 저항의 공칭 저항 값(R_{0_n} 또는 R_{0_p})과 비교하는 단계를 포함한다.

실제 절연 저항 값(R'_{Iso_n} 및 R'_Iso_n)은 포지티브 측정 저항 및 네거티브 측정 저항의 알려진 공칭 네거티브 측정 저항 값(R_{0_p}, R_{0_n}), 및 전기 회로의 대응하는 고전압 전위 섹션의 각각의 측정된 전압을 적용하여 (ECE R 100에 따라) 산출된다.

절연 저항 측정의 모니터링은 두 측정 저항의 실제 측정 저항 값(R'_{0_p} 및/또는 R'_{0_n})을 진단하여 수행할 수 있다. 전류 측정이 수행된 측정 저항은 대응하는 측정 전압을 측정된 전류로 나누어 간단하게 산출할 수 있으며, 그것이 정상인지 확인할 수 있다.

전류가 측정되지 않은 네거티브 측정 저항 또는 포지티브 측정 저항의 실제 저항 값(R'_{0_n} 또는 R'_{0_p})의 산출은, 전류가 측정되지 않은 측정 저항의 측정 저항 값(R_{0_n} 또는 R_{0_p})을 제외한 모든 관련 값이 이미 알려져 있으므로, 옴(Ohm)의 법칙 및 키르히호프(Kirchhoff) 법칙을 적용하여 수행될 수 있다. 전류가 측정되지 않은 측정 저항의 실제 저항값의 산출을 위해 다음의 수학식들이 사용할 수 있다.

수학식 1 및 2는 각각 단일 전류계를 사용하여 포지티브 측정 저항을 통해 흐르는 전류를 측정한 경우, 포지티브 측정 저항 및 네거티브 측정 저항의 실제 저항값(R'_{0_n,}R'_{0_p})을 산출하는 방법을 나타낸다.

[수학식 1]

[수학식 2]

수학식 3 및 4는 각각 단일 전류계를 사용하여 네거티브 측정 저항을 통해 흐르는 전류를 측정한 경우, 포지티브 측정 저항 및 네거티브 측정 저항의 실제 저항값(R'_{0_n,}R'_{0_p})을 산출하는 방법을 나타낸다.

[수학식 3]

[수학식 4]

상기 모니터링 방법은 포지티브 스위치 및/또는 네거티브 스위치가 닫힐 때 전기 회로에 적용될 수 있다. 두 스위치가 모두 존재하고 열려 있으면 절연 저항 측정이 생략될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 전기 회로를 포함하는 전자 차량의 보드 네트에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 상기 전기 회로를 포함하는 전자 차량에 관한 것이다.

본 개시에 따르면 ASIL A와 ECE R 100을 준수하면서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 비용 및 복잡도를 감소시킬 수 있는 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 차량의 HV 보드 네트 내에서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 회로도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예들의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 상세히 설명하며, 특별히 언급되지 않는 한, 첨부 도면 및 상세한 설명 전반에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 그에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 복수의 항목들 중 어느 하나의 항목을 포함한다. 또한, 실시 예들을 설명 시 "~할 수 있다", "~일 수 있다"를 사용하는 것은 본 발명의 하나 이상의 실시 예를 나타낸다.

제1", "제2" 등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이러한 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이러한 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있으며, 이와 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 대한 설명에서, 단수형의 용어들은 문맥 상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수형을 포함할 수 있다.

특성, 영역, 고정 수, 단계, 프로세스, 요소, 소자, 부품, 성분, 및 이들의 조합을 특정하기 위한 "포함한다", "포함하는" 등의 용어들은 다른 특성, 영역, 고정 수, 프로세스, 요소, 소자, 부품, 성분, 및 그들의 조합을 배제하는 것은 아니다.

필름, 영역 또는 구성요소가 다른 필름, 영역 또는 구성요소의 "위에" 또는 "상에" 있는 것으로 언급되는 경우, 이는 다른 필름, 영역 또는 구성요소 위에 직접 존재하거나, 또는 중간에 필름, 영역 또는 구성요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해될 수 있다.

도면에서, 구성요소들의 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 각 구성요소의 크기 또는 두께는 예시를 위해 임의로 표시한 것일 수 있으므로, 본 발명의 실시예가 이로 인해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명의 개념의 특징 및 이를 달성하는 방법은 이하의 실시 예들에 대한 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시 예들을 보다 상세하게 설명하며, 문서 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 예시된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시 예들은 본 개시가 완전하고 완벽해질 수 있도록, 그리고 본 발명의 양태들 및 특징들을 당업자에게 충분히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다. 따라서, 본 발명의 양태들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않은 것으로 간주되는 프로세스, 요소 및 기술은 설명되지 않을 수 있다. 별도의 언급이 없는 한, 첨부된 도면들 및 기재된 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타내므로 그에 대한 설명은 반복되지 않을 것이다. 도면들에서 구성요소들, 층들 및 영역들의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.

본 문서에서 "제1", "제2", "제3" 등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이들 용어들은 하나의 구성요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 구성요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해 사용된다. 따라서, 이하에서 설명되는 제1 구성요소, 제1 성분, 제1 영역, 제1 층 또는 제1 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 제2 구성요소, 제2 성분, 제2 영역, 제2 계층 또는 제2 섹션으로 지칭될 수 있다.

본 문서에서, "아래에", "하부에", "위에", "상에", "상부에" 등과 같이 공간적인 관계를 나타내는 용어는 하나의 구성요소 또는 특징들 간의 관계를 설명함에 있어 설명의 편의를 위해 사용될 수 있다. 이러한 공간적인 관계를 나타내는 용어들은 도면에 도시된 방향뿐만 아니라, 장치의 사용 또는 작동 시 달라지는 방향들 또한 포함하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집히면, 다른 요소 또는 특징의 "아래" 또는 "하부"로 기술된 요소 또는 특징은, 상기 다른 요소 또는 특징의 "위" 또는 "상부"로 배향될 수 있다. 따라서, "아래에", "하부에" 등의 예시적인 용어들은 위와 아래 방향을 모두 포함할 수 있다. 장치는 다른 방향으로 회전할 수도 있고(예를 들어, 90도 또는 다른 방향으로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 공간적인 관계를 기술하는 기술어는 그에 따라 해석되어야 한다.

본 문서에서 하나의 구성요소 또는 층이 다른 구성요소 또는 층에 대해 "상에", "연결된", 또는 "결합된" 것으로 기재되는 경우에 있어, "상에", "연결된" 및 "결합된" 것은 직접, 또는 하나 이상의 다른 구성요소 또는 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, 하나의 구성요소 또는 층이 2개의 구성요소 또는 층 "사이"에 있는 것으로 기재되는 경우, 2개의 구성요소 또는 층 사이의 유일한 구성요소 또는 층이거나, 하나 이상의 개재된 다른 요소 또는 층이 존재함으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시 예를 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수 형태는 문맥 상 다르게 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 경우 특성, 영역, 고정 수, 단계, 프로세스, 요소, 소자, 부품, 성분, 및 이들의 조합을 특정하기 위한 "포함한다", "포함하는" 등의 용어들은 다른 특성, 영역, 고정 수, 프로세스, 요소, 소자, 부품, 성분, 및 그들의 조합을 배제하는 것은 아니다. 본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 복수의 항목들 중 어느 하나의 항목을 포함한다. 구성요소들의 목록 앞에서의 "적어도 하나"와 같은 표현은 구성 요소들의 전체 목록을 수식하고, 목록의 개별 구성요소를 수식하지 않는다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술 및/또는 본 명세서와 관련하여 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안된다는 것이 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 회로를 도시한 것으로서, 전자 차량의 고전압(high voltage, HV) 보드 네트 내에서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 회로도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전기 회로는 포지티브(positive) 고전압 전위(HV+)와 네거티브(negative) 고전압 전위(HV-)를 제공하는 HV 전력 시스템(power system)(10)을 포함하며, 공통 접지 전위(GND/Chassis)는 포지티브 절연 저항(R_{Iso_P})과 네거티브 절연 저항(R_{Iso_N}) 사이의 중간에 정의될 수 있다. 포지티브 절연 저항(R_{Iso_P}) 및 네거티브 절연 저항(R_{Iso_N})은 포지티브 고전압 전위(HV+)와 네거티브 고전압 전위(HV-) 사이에 직렬 연결되며, HV 전력 시스템(10)에 병렬로 연결된다.

전기 회로는 포지티브 고전압 전위(HV+)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이에서 포지티브 절연 저항(R_{Iso_P})에 병렬로 연결된 포지티브 측정 저항(R_{0_P}), 네거티브 고전압 전위(HV-)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이에서 네거티브 절연 저항(R_{Iso_N})에 병렬로 연결된 네거티브 측정 저항(R_{0_N}), 포지티브 고전압 전위(HV+)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이의 포지티브 전압계(U_{BAT_P}), 네거티브 고전압 전위(HV-)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이의 네거티브 전압계(U_{BAT_N})를 더 포함한다.

전기 회로는 포지티브 고전압 전위(HV+)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이의 포지티브 측정 저항(R_{0_P})을 통해 흐르는 포지티브 전류(이하. 'I_{O_p}'라 칭함)를 측정하거나, 또는 네거티브 고전압 전위(HV-)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이의 네거티브 측정 저항(R_{0_N})을 통해 흐르는 네거티브 전류(이하. 'I_{O_n}'라 칭함)를 측정하도록 구성된 단일 전류계(예를 들어, 도 1의 I_{O_P} )를 더 포함할 수 있다. 도 1을 예로 들면, 전기 회로는 포지티브 고전압 전위(HV+)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이의 포지티브 측정 저항(R_{0_P})을 통해 흐르는 포지티브 전류(I_{O_p})를 측정하는 전류계(I_{O_P})를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시 예가 이로 인해 한정되는 것은 아니어서, 전기 회로는 네거티브 고전압 전위(HV-)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이의 네거티브 측정 저항(R_{0_N})을 통해 흐르는 네거티브 전류(I_{O_n})를 측정하는 단일 전류계를 포함할 수도 있다.

본 문서에서 "포지티브" 및 "네거티브"라는 용어는 전기 회로의 각 섹션, 즉 포지티브 고전압 전위와 관련된 섹션 및 네거티브 고전압 전위와 관련된 섹션에 있는 구성요소 또는 변수에 대한 식별자로만 사용된다. 따라서, 포지티브 전류 및 네거티브 전류는 각각 전기 회로의 포지티브 및 네거티브 섹션과 관련된 전류를 의미하며, "포지티브" 및 "네거티브"가 이러한 전류들의 대수 기호를 나타내는 것은 아니다.

본 문서에서는 절연 저항 측정을 통해 측정/산출되는 포지티브 절연 저항(R_{Iso_P}) 및 네거티브 절연 저항(R_{Iso_N})의 저항 값을 각각 "R'_{Iso_p}" 및 "R'_{Iso_n}"라 칭하고, 포지티브 측정 저항(R_{O_P}) 및 네거티브 측정 저항(R_{O_N})의 저항 값을 각각 "R'_{O_p}" 및 "R'_{O_n}"라 칭하여 사용한다. 또한, 포지티브 절연 저항(R_{Iso_P}) 및 네거티브 절연 저항(R_{Iso_N})의 미리 알려진 공칭(nominal) 저항 값을 각각 "R_{Iso_p}" 및 "R_{Iso_n}"라 칭하고, 포지티브 측정 저항(R_{O_P}) 및 네거티브 측정 저항(R_{O_N})의 미리 알려진 공칭(nominal) 저항 값을 각각 "R_{O_p}" 및 "R_{O_n}"라 칭하여 사용한다. 또한, 포지티브 전압계(U_{BAT_P}) 및 네거티브 전압계(U_{BAT_N})를 통해 측정된 전압을 각각 "U_{BAT_p}" 및 "U_{BAT_n}"로 칭하여 사용하고, 포지티브 전류계(도 1의 I_{O_P} 참조) 또는 네거티브 전류계(미도시)를 통해 측정된 전류를 각각 "I_{O_p}" 및 "I_{O_n}"로 칭하여 사용한다.

포지티브 측정 저항(R_{0_P})을 통해 접지 전위(GND/Chassis)에 대해 흐르는 포지티브 전류(I_{O_p})는 포지티브 스위치(Pos.Iso-Switch)에 의해 흐르거나(온(On) 되거나) 차단되도록(오프(Off)되도록) 제어될 수 있다. 네거티브 측정 저항(R_{0_P})을 통해 접지 전위(GND/Chassis)에 대해 흐르는 네거티브 전류(I_{O_p})는 네거티브 스위치(Neg.Iso-Switch)에 의해 흐르거나 차단되도록 제어될 수 있다.

이 실시 예에 따른 전기 회로의 절연 저항 측정의 경우, 절연 저항들(R_Iso_P 및 R_Iso_N) 각각의 저항 값들(R'_{Iso_p} 및 R'_{Iso_n})은, 각 전압계(U_{BAT_P}, U_{BAT_N})를 통해 측정된 전압(U_BAT__p 및 U_{BAT_n}), 포지티브 측정 저항(R_{O_P}) 및 네거티브 측정 저항(R_{O_N}) 각각의 공칭 저항 값(R_{0_p} 및 R_{0_n})을 옴(Ohm)의 법칙에 적용하여 산출되고, 절연 저항들(R_Iso_P 및 R_Iso_N) 각각의공칭 저항 값(R_{Iso_p} 및 R_{Iso_n})과 비교될 수 있다. 여기서, R'_{Iso_p}와 R_Iso__p 사이, 및/또는 R'_{Iso_p}와 R_Iso__n 사이의 편차는 절연 저항의 오차를 나타낼 수 있다.

또한, 전기 회로에서는 절연 저항 측정을 모니터링하기 위해 포지티브 측정 저항(R_{0_P}) 또는 네거티브 측정 저항(R_{0_N})을 통해 흐르는 전류(I_{O_p}또는 I_{O_n})가 단일 전류계(예를 들어, 도 1의 I_{O_P})에 의해 측정될 수 있다. 그런 다음, 전류계(예를 들어, 도 1의 I_{O_P})에 의해 전류가 측정된 측정 저항(R_{0_P} 또는 R_{0_N})의 저항 값(R'_{0_p} 또는 R'_{0_n} )은, 대응하는 전압계(U_{BAT_P} 또는 U_{BAT_N})를 통해 측정된 전압(U_BAT_p 또는 U_{BAT_n})과 단일 전류계를 이용해 측정된 전류(I_{O_p}또는 I_{O_n})를 옴의 법칙에 대입하여산출할 수 있으며, 해당 측정 저항(R_{0_P} 또는 R_{0_N})의 알려진 공칭 저항 값(R_{0_p} 또는 R_{0_n})과 비교될 수 있다. R'_{0_p}와 R_{0_p} 사이, 또는 R'_{0_n}과 R_{0_n} 사이의 각각의 편차는 절연 저항 측정의 오차를 나타낼 수 있다.

또한, 전류가 측정되지 않은 측정 저항(R_{0_N} 또는 R_{0_P})의 저항 값(R'_{0_n} 또는 R'_{0_p})은, 위에서 산출된 전류가 측정된 측정 저항(R_{0_P} 또는 R_{0_N})의 저항 값(R'_{0_p} 또는 R'_{0_n}), 절연 저항들(R_Iso_P 및 R_Iso_N) 각각의 저항 값들(R'_{Iso_p} 및 R'_{Iso_n})을 적용하여 산출될 수 있으며, 대응하는 공칭 저항 값(R_{0_n} 또는 R_{0_p})과 비교될 수 있다. R'_{0_n}과 R_{0_n} 사이 또는 R'_{0_p}와 R_{0_p} 사이의 각각의 편차는 절연 저항 측정의 오차를 나타낼 수 있다.

수학식 1 및 2는 각각 단일 전류계를 사용하여 포지티브 측정 저항(R_{0_P})을 통해 흐르는 전류(I_{O_p})를 측정한 경우, 포지티브 측정 저항(R_{0_P}) 및 네거티브 측정 저항(R_{0_N})의 저항 값(R'_{0_p,}R'_{0_n})을 산출하는 방법을 나타낸다.

[수학식 1]

[수학식 2]

수학식 3 및 4는 각각 단일 전류계를 사용하여 네거티브 측정 저항(R_{0_N})을 통해 흐르는 전류(I_{O_n})를 측정한 경우, 네거티브 측정 저항(R_{0_N}) 및 포지티브 측정 저항(R_{0_P})의 저항 값(R'_{0_n,}R'_{0_p})을 산출하는 방법을 나타낸다.

[수학식 3]

[수학식 4]

위 수학식 2 및 수학식 4는 포지티브 고전압 전위(H+)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이에서 포지티브 절연 저항(R_{Iso_P}) 및 포지티브 측정 저항(R_{O_P})을 통해 흐르는 전류의 합은, 네거티브 고전압 전위(H-)와 접지 전위(GND/Chassis) 사이에서 네거티브 절연 저항(R_{Iso_N}) 및 네거티브 측정 저항(R_{O_N})을 통해 흐르는 전류의 합과 동일하다는 것에서 도출될 수 있다.

전술한 실시 예에 따르면, 절연 저항 측정을 모니터링하는 이러한 방법은 2개의 고전압 측정과 단 하나의 전류 측정을 필요로 한다.

즉, 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로는, 오직 단일 전류계만으로 구성된다. 따라서, 전자 차량의 HV 보드 네트 내에서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로의 복잡도 및 비용이 구현 감소될 수 있다.

따라서, 실시 예에 따른 전기 회로는 표준 ECE R 100을 준수하는 ASIL 어플리케이션을 위해, 비용 및 노력이 최적화된 절연 저항 모니터링을 제공할 수 있다.

10: HV 전력 시스템
HV+: 포지티브 고전압 전위
HV-: 네거티브 고전압 전위
GND/Chassis: 접지 전위
R_{Iso_P}: 포지티브 절연 저항
R_{Iso_N}: 네거티브 절연 저항
R_{0_P}: 포지티브 측정 저항
R_{0_N} 네거티브 측정 저항
U_{BAT_P}: 포지티브 전압계
U_{BAT_N}: 네거티브 전압계
I_{O_P}: 전류계
Pos.Iso-Switch: 포지티브 스위치
Neg.Iso-Switch: 네거티브 스위치

Claims

전자 차량의 고전압 보드 네트 내에서 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 전기 회로로서,
포지티브 고전압 전위와 네거티브 고전압 전위를 제공하는 고전압 전력 시스템;
상기 포지티브 고전압 전위와 접지 전위 사이의 포지티브 절연 저항에 병렬로 연결된 포지티브 측정 저항;
상기 네거티브 고전압 전위와 상기 접지 전위 사이의 네거티브 절연 저항에 병렬로 연결된 네거티브 측정 저항;
상기 포지티브 고전압 전위와 상기 접지 전위 사이의 포지티브 전압계;
상기 네거티브 고전압 전위와 상기 접지 전위 사이의 네거티브 전압계; 및
상기 포지티브 고전압 전위와 상기 접지 전위 사이의 상기 포지티브 측정 저항을 통해 흐르는 포지티브 전류, 또는 상기 네거티브 고전압 전위와 상기 접지 전위 사이의 상기 네거티브 측정 저항을 통해 흐르는 네거티브 전류를 측정하도록 구성된 단일 전류계를 포함하며,
상기 접지 전위는 상기 포지티브 절연 저항과 상기 네거티브 절연 저항 사이의 중간에 정의되고,
상기 포지티브 절연 저항 및 상기 네거티브 절연 저항은, 상기 포지티브 고전압 전위와 상기 네거티브 고전압 전위 사이에서 직렬 연결되며 상기 고전압 전력 시스템에 병렬로 연결되는, 전기 회로.
제1항에 있어서,
상기 포지티브 측정 저항을 통해 상기 접지 전위에 대해 흐르는 상기 포지티브 전류는 포지티브 스위치에 의해 차단되거나 흐르도록 제어되는, 전기 회로.
제1항에 있어서,
상기 네거티브 측정 저항을 통해 상기 접지 전위에 대해 흐르는 상기 네거티브 전류는 네거티브 스위치에 의해 차단되거나 흐르도록 제어되는, 전기 회로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 전기 회로를 포함하는 전자 차량의 고전압 보드 네트 내의 절연 저항 측정을 모니터링하기 위한 방법으로서,
상기 포지티브 고전압 전위와 상기 접지 전위 사이의 상기 포지티브 전압계를 사용하여, 서로 병렬 연결된 상기 포지티브 절연 저항과 상기 포지티브 측정 저항에 의한 전압 강하인 제1 전압을 측정하는 단계;
상기 네거티브 고전압 전위와 상기 접지 전위 사이의 상기 네거티브 전압계를 사용하여, 서로 병렬 연결된 상기 네거티브 절연 저항과 상기 네거티브 측정 저항에 의한 전압 강하인 제2 전압을 측정하는 단계;
상기 포지티브 측정 저항의 공칭 저항 값과 상기 제1 전압을 사용하여 상기 포지티브 절연 저항의 제1 저항 값을 산출하는 단계;
상기 네거티브 측정 저항의 공칭 저항 값과 상기 제2 전압을 사용하여 상기 네거티브 절연 저항의 제2 저항 값을 산출하는 단계;
상기 단일 전류계로 상기 포지티브 측정 저항 또는 상기 네거티브 측정 저항을 통해 흐르는 전류를 측정하는 단계;
측정된 상기 전류, 및 상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압에 기초하여, 상기 포지티브 측정 저항 또는 상기 네거티브 측정 저항의 제3 저항 값을 산출하는 단계;
상기 제3 저항 값을 상기 단일 전류계에 의해 전류가 측정된 상기 포지티브 측정 저항 또는 상기 네거티브 측정 저항의 공칭 저항 값과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 제3 저항 값, 상기 제1 저항 값 및 상기 제2 저항 값에 기초해, 상기 단일 전류계에 의해 전류가 측정되지 않은 상기 네거티브 측정 저항 또는 상기 포지티브 측정 저항의 제4 저항 값을 산출하는 단계; 및
상기 제4 저항 값을 상기 단일 전류계에 의해 전류가 측정되지 않은 상기 네거티브 측정 저항 또는 상기 포지티브 측정 저항의 공칭 저항 값과 비교하는 단계를 더 포함하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 방법은 상기 포지티브 스위치 및 상기 네거티브 스위치가 닫힌 때, 상기 전기 회로에 적용되는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 전기 회로를 포함하는 전자 차량의 보드 네트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 전기 회로를 포함하는 전자 차량.