KR20030081690A - 전기 차량의 단락 감지 시스템 - Google Patents

전기 차량의 단락 감지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하여 사전에 이를 확인함으로써 단락에 의한 문제발생을 미연에 방지하고 단락 발생시 즉시 정비를 할 수 있는 전기 차량의 단락 감지 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 전기 차량의 고전압 라인과 차체간의 단락 상태를 감지하는 시스템에 있어서, 상기 전기 차량의 전원을 공급하는 전원 공급부와; 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 라인(+, -)간에 전기적인 회로로 연결되어 상기 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하는 단락 검출부와; 상기 단락 검출부를 통해 입력되는 신호들을 분석하여 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 사이의 출력전압 변화에 따라 단락상태를 판단하는 제어부(ECU)와; 상기 제어부(ECU)로부터 판단된 데이터를 입력받아 디스플레이 하는 표시부를 포함하여 구성한다.

Description

전기 차량의 단락 감지 시스템{EV ＆ HEV SHORT DETECTION SYSTEM BETWEEN HIGH VOLTAGE LINE AND VEHICLE CHASSIS}
본 발명은 전기 차량에 관한 것으로서, 특히 전기 차량의 단락 감지 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 전기 차량 및 하이브리드 전기 차량은 전기에너지를 주동력원으로 이용하기 때문에 에너지의 충분한 사용을 위하여 높은 전압을 이용한다.
그리고, 에너지 저장매체인 배터리에서부터 에너지 사용 매체인 모터 제어기, 에어컨 제어기, 히터 제어기까지 전력을 공급하는 라인은 고전압 전선으로 연결을 하고 있다.
그러나, 이러한 연결 와이어 하네스(W/H)의 절연피복에 관한 방법에 의한 문제가 발생하거나 아니면 각 제어기 부분에서 절연에 문제가 발생하여 차체에 고전압 라인이 단락 되는 경우가 발생할 수 있다.
여기서, 차체에 고전압 라인이 닿을 시 발생하는 문제점들을 설명한다.
먼저, 고전압 라인 중 (+)라인이 차체에 단락 될 때는 차체에 사람이 닿을 시 전기 쇼크를 받을 수 있다.
또한, 약간의 접촉이라도 있을 시는 충전되어 있는 양이 지속적으로 줄어들어 차량 주행거리를 단축시킨다.
여기에 추가적으로 12V 전력에 의해 작동되는 차량 전장시스템에 문제를 발생시킬 수 있다.
음극(-)라인이 차체에 단락 될 때는 (+)라인보다는 위험하지 않지만 차량 전장시스템에 문제를 발생시킬 수 있고, 접촉된 부분으로 고전류가 흘러 스파크 및 열화를 일으킬 수 있다.
현재 전기 차량에서 전기감전에 관련된 안전사항을 고려하여 적용하고 있는 방법은 고전압 라인에 대한 절연을 강화, 연결 커넥터(Connector)의 특수사양 사용, 그리고 고전압 라인을 절연(Isolation)시키는 방법이다.
그 외 안정도를 높이기 위하여 여러 가지를 적용시킬 것으로 예상은 되나 현재 전기 차량은 양산되는 차종이 아니기 때문에 어떤 방법을 사용하는 지는 확인이 불가능한 상태이다.
본 발명의 목적은 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하여 사전에 이를 확인함으로써 단락에 의한 문제발생을 미연에 방지하고 단락 발생시 즉시 정비를 할 수 있는 전기 차량의 단락 감지 시스템을 제공하는데있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량 및 하이브리드 전기 차량용 고전압 라인과 차체의 단락 감지회로의 블록도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기 차량의 고전압 라인과 차체간의 단락 상태를 감지하는 시스템에 있어서, 상기 전기 차량의 전원을 공급하는 전원 공급부와; 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 라인(+, -)간에 전기적인 회로로 연결되어 상기 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하는 단락 검출부와; 상기 단락 검출부를 통해 입력되는 신호들을 분석하여 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 사이의 출력전압 변화에 따라 단락상태를 판단하는 제어부(ECU)와; 상기 제어부(ECU)로부터 판단된 데이터를 입력받아 디스플레이 하는 표시부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량의 고전압 라인과 차체간의 단락 상태를 감지하는 시스템 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 전원 공급부(110), 단락 검출부(120), 제어부(ECU) (130), 표시부(Cluster Display)(140)를 포함하여 구성한다.
전원 공급부(110)는 전기 차량의 전원을 공급하는 주 배터리(Main Battery)이다.
전기 차량은 주 에너지 저장 매체로 250-350V 정도의 전압을 사용하고 있으며, 하이브리드 전기 차량은 80-150V 정도의 전압을 보조에너지 저장 매체로 사용하고 있다.
단락 검출부(120)는 전기 차량의 차체와 전원 공급부(110) 라인(+, -)간에 전기적인 회로로 연결되어 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하는 기능을 한다.
단락 검출부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 전압 배분용 콘덴서 (122)(Cd)와 두 개의 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)를 포함하여 구성한다.
먼저, 두 개의 전압 배분용 콘덴서(122)(Cd)는 전원 공급부(110)와 병렬로 연결되며, 전원 공급부(110)의 전압을 배분한다.
두 개의 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2) 즉, 제1 전압 측정용 콘덴서 (124)(Cm1)와 제2 전압 측정용 콘덴서(126)(Cm2)는 전술한 두 개의 전압 배분용 콘덴서(122)(Cd) 사이에서 직렬로 연결되어 전압 배분에 의해 전원 공급부(110)의 전압을 측정한다.
여기서, 전압 배분용 콘덴서(122)(Cd)의 값은 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)의 값보다 더 크게 구성한다.
예를 들어, 전압 배분용 콘덴서(122)(Cd)의 값은 전압 측정용 콘덴서(124,126)(Cm ; Cm1, Cm2)의 값 보다 약 100배 이상이 되어야 한다.
한편, 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)로부터 출력되는 전압은 "Cm/(Cm+Cd)"배 만큼의 전압으로 출력됨에 유의해야 한다.
제어부(ECU)(130)는 단락 검출부(120)를 통해 입력되는 신호들을 분석하여 전기 차량의 차체와 전원 공급부(110) 사이의 출력전압 변화에 따라 단락상태를 판단한다.
여기서, 제어부(ECU)(130)는 도 1에 도시된 마이크로컨트롤러 (Microcontroller)를 말한다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(ECU)(130)는 현재 전원 공급부 (110)의 상태를 검출하는 제어유닛으로서 차량에 추가적인 제어유닛의 설치보다는 기존의 배터리 관리 시스템(BMS ; Battery Management System), 모터 컨트롤 유닛(MCU ; Motor Control Unit), 에탁스(ETACS ; Electronic Timing and Alarm Control System)에 기능을 추가시켜 줌으로서 효율적으로 사용 가능함에 유의해야 한다.
표시부(140)는 제어부(ECU)(130)로부터 판단된 데이터를 입력받아 디스플레이 한다.
본 발명의 실시예는 단락 검출부(120)와 제어부(ECU)(130)의 사이에 전기적인 회로로 연결되어 단락 검출부(120)의 전압을 증폭하고 변환하는 변환부(150)를 더 포함하여 구성한다.
변환부(150)는 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)와 단위 이득 증폭기(154)(Voltage Follower)를 포함하여 구성한다.
먼저, 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)는 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)에 공급된 전압을 디지털(Digital)화 시켜서 제어부(ECU)(130)로 신호를 공급하는 기능을 한다.
단위 이득 증폭기(154)(Voltage Follower)는 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)와 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)사이에서 전기적인 회로로 연결되어 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)에서 측정된 전압을 절연(Isolation)한다.
즉, 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)에서 측정된 전압을 바로 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)로 공급시 시스템 오동작에 의한 위험성이 있기 때문에 절연(Isolation)을 위해 단위 이득 증폭기(154)(Voltage Follower)를 통해 아날로그/디지털 변환기(152)(AD Converter)로 전압을 보낸다.
상기와 같은 구성에서 제어부(ECU)(130)는 제1, 제2 전압 측정용 콘덴서 (124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)의 값을 읽어들인 후 값을 비교하며, 비교된 제1, 제2 전압 측정용 콘덴서(124, 126)(Cm ; Cm1, Cm2)의 절대 값이 같으면서 전원 공급부(110)의 반 값과 설정된 오차범위 내에서 같으면 단락상태가 양호한 것으로 판단한다.
그리고, 제어부(ECU)(130)는 제1 전압 측정용 콘덴서(124)(Cm1)의 값이 설정값 이상 크면 전원 공급부(110)의 음극(-) 라인에 단락 및 절연파괴가 진행중인 상태로 판단한다.
이와는 반대로, 제어부(ECU)(130)는 제2 전압 측정용 콘덴서(126)(Cm2)의 값이 설정값 이상 크면 전원 공급부(110)의 양극(+) 라인에 단락 및 절연파괴가 진행중인 상태로 판단한다.
한편, 본 발명의 실시예는 캔 인터페이스(CAN Interface)(160)와 로그인 아웃 인터페이스(Log in out Interface)(170)를 더 포함하여 구성한다.
캔 인터페이스(CAN Interface)(160)는 제어부(ECU)(130)로부터 공급되는 전원 공급부(110) 단락 및 절연파괴 진행 여부에 관한 정보신호를 차량내 다른 제어유닛에도 전달하는 기능을 한다.
로그인 아웃 인터페이스(Log in out Interface)(170)는 제어부로부터 전기 차량의 고전압 라인 차단 명령이나 경고 명령에 대한 신호전달 및 다른 시스템 점검 및 동작을 위한 신호를 공급받아 송수신하는 기능을 한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항(정상상태 무한대)이 발생시 이를 감지하여 사전에 이를 확인하고, 단락에 의한 인체 쇼크, 시스템 불안정, 시스템 다운(Down) 등을 미연에 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예는 차체와 전원 공급부(110) 라인(+, -)간에 복수개의 콘덴서를 설치하고 이들 전압을 검출하여 부분 단락이나 완전 단락 발생시 콘덴서 전압이 변화하는 데 이 변화를 이용하여 주 전원라인과 차체의 단락 상태를 다음과 같이 확인할 수 있다.
1. 차체와 고전압 라인간의 단락 확인이 가능하다.
2. 정비성을 위하여 전원 공급부(110) (+, -) 라인 중 단락된 라인을 확인할수 있다.
3. 라인의 열화 및 절연파괴가 진행중일 때 단락의 발생 가능성 탐지가 가능하다.
4. 클러스터(Cluster)에 정비의 필요성을 표시(Display)할 수 있다.
5. 타 제어유닛에 단락 정보를 송신할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 차량의 단락 감지 시스템은 차량의 안정성을 증대할 수 있으며, 단락에 의한 전원소모를 줄임으로써 차량 주행 성능이 떨어지는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 차량 문제 발생시 정비 포인터의 지시로 정비성을 향상시킬 수 있으며, 추가적인 제어유닛의 설치 없이 기존의 제어유닛을 사용함으로써 경비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 전기 차량의 고전압 라인과 차체간의 단락 상태를 감지하는 시스템에 있어서,
    상기 전기 차량의 전원을 공급하는 전원 공급부와;
    상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 라인(+, -)간에 전기적인 회로로 연결되어 상기 전기 차량의 고전압 라인과 차체간에 접촉저항이 발생시 이를 감지하는 단락 검출부와;
    상기 단락 검출부를 통해 입력되는 신호들을 분석하여 상기 전기 차량의 차체와 전원 공급부 사이의 출력전압 변화에 따라 단락상태를 판단하는 제어부(ECU)와;
    상기 제어부(ECU)로부터 판단된 데이터를 입력받아 디스플레이 하는 표시부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단락 검출부와 제어부(ECU)의 사이에 전기적인 회로로 연결되어 상기 단락 검출부의 전압을 증폭하고 변환하는 변환부를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단락 검출부는
    상기 전원 공급부와 병렬로 연결되며, 전원 공급부의 전압을 배분하는 전압배분용 콘덴서(Cd)와;
    전압 배분에 의해 전원 공급부의 전압을 측정하며, 측정된 전압을 변환부로 공급하는 전압 측정용 콘덴서(Cm)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전압 배분용 콘덴서(Cd)의 값은 전압 측정용 콘덴서 (Cm)의 값보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전압 측정용 콘덴서(Cm)로부터 상기 변환부로 공급되는 전압은 "Cm/(Cm+Cd)"배 만큼의 전압임을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  6. 제3항 내지 제5항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 변환부는
    상기 전압 측정용 콘덴서(Cm)에 공급된 전압을 디지털(Digital)화 시켜서 제어부(ECU)로 신호를 공급하는 아날로그/디지털 변환기(AD Converter)와;
    상기 전압 측정용 콘덴서(Cm)와 상기 아날로그/디지털 변환기(AD Converter)사이에서 전기적인 회로로 연결되어 전압 측정용 콘덴서(Cm)에서 측정된 전압을 절연(Isolation)하는 단위 이득 증폭기(Voltage Follower)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전압 측정용 콘덴서(Cm)는 제1 전압 측정용 콘덴서 (Cm1)와 제2 전압 측정용 콘덴서(Cm2)로 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부(ECU)는 상기 제1, 제2 전압 측정용 콘덴서 (Cm1, Cm2)의 값을 읽어들인 후 값을 비교하며, 비교된 제1, 제2 전압 측정용 콘덴서(Cm1, Cm2)의 절대 값이 같으면서 전원 공급부의 반 값과 설정된 오차범위 내에서 같으면 단락상태가 양호한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어부(ECU)는 상기 제1, 제2 전압 측정용 콘덴서(Cm1, Cm2)의 값을 읽어들인 후 값을 비교하며, 제1 전압 측정용 콘덴서 (Cm1)의 값이 설정값 이상 크면 전원 공급부의 음극(-) 라인에 단락 및 절연파괴가 진행중인 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제어부(ECU)는 상기 제1, 제2 전압 측정용 콘덴서(Cm1, Cm2)의 값을 읽어들인 후 값을 비교하며, 제2 전압 측정용 콘덴서 (Cm2)의 값이 설정값 이상 크면 전원 공급부의 양극(+) 라인에 단락 및 절연파괴가 진행중인 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
  11. 제1항 내지 제9항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부(ECU)로부터 공급되는 상기 전원 공급부 단락 및 절연파괴 진행 여부에 관한 정보신호를 차량내 다른 제어유닛에도 전달하는 캔 인터페이스(CAN Interface)와;
    상기 제어부(ECU)로부터 상기 전기 차량의 고전압 라인 차단 명령이나 경고 명령에 대한 신호전달 및 다른 시스템 점검 및 동작을 위한 신호를 공급받아 송수신하는 로그인 아웃 인터페이스(Log in out Interface)를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 단락 감지 시스템.
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