KR20090075910A - 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치 - Google Patents

인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인터락 스위치를 이용하여 프리-차지 저항을 보호하기 위한 회로 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인터락 스위치 및 폴리스위치를 이용하여 전기자동차의 전압변환장치로 흐르는 전류를 제어하여 프리-차지 저항을 보호하기 위한 회로 장치에 관한 것이다. 본 발명은 하이브리드 전기 자동차 배터리와 전압변환장치 사이에 존재하는 프리-차지 저항(Pre-charge resistance), 프리차지 릴레이(Pre-charge relay) 및 메인 릴레이(Main relay)를 포함하는 프리-차지 저항 보호 회로에 있어서, 상기 프리차지 릴레이와 교차되어 작동되며, 상기 전압변환장치로 지속적인 과전류가 흐르는 것을 방지하여 상기 프리-차지 저항의 파손을 방지하기 위한 인터락 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치를 제공한다.
하이브리드 자동차, 배터리, 폴리스위치, 인터락 스위치, 프리-차지 저항

Description

인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치{The circuit apparatus for protecting a pre-charge resistance using an inter-lock switch}
본 발명은 인터락 스위치를 이용하여 프리-차지 저항을 보호하기 위한 회로 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인터락 스위치 및 폴리스위치를 이용하여 전기자동차의 전압변환장치로 흐르는 전류를 제어하여 프리-차지 저항을 보호하기 위한 회로 장치에 관한 것이다.
자동차는 라이트, 에어컨, 와이퍼 등과 같이 전류가 흘러 작동되는 전기장치들을 많이 포함하고 있다. 상기 전기장치들은 자동차의 배터리에서 출력되는 전원에 의해 구동된다. 일반적으로 자동차에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위해, 상기 전기장치들과 배터리 사이에는 릴레이 및 퓨즈가 존재하며, 전류는 상기 릴레이 및 퓨즈에 의해 제어된다.
그런데, 퓨즈는 과다한 전류가 흐르면 회로를 보호하기 위해 녹으면서 단선이 이루어지게 되고, 퓨즈의 단선은 사전 감지가 어렵고 때와 장소를 가리지 않고 예고 없이 발생하는 문제점이 있다. 퓨즈를 사용하지 않는 경우에는 과전류에 의해 저항등의 회로 소자가 손상되는 문제점이 있다.
종래 기술로서 대한민국 특허출원번호 2003-0063820(2003년 09월 15일 출원)에는 "자동차의 과전류 보호용 폴리스위치"가 개시되어 있다.
상기 종래 기술은 인입전선과 인출전선에 사이에 설치되어 과부하가 걸려 코일의 온도가 증가하는 경우, 스위치에서 전원부로부터의 전원 공급을 차단하고, 전원 차단시 온도가 하강하여 저항이 감소하는 경우, 상기 스위치를 연결하여 전원부로부터의 전원을 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 과전류 보호용 폴리스위치를 개시하고 있으나, 상기 폴리스위치는 프리-차지 저항을 보호하기 위한 용도로는 개시하고 있지 않으며, 인터락 스위치와 함께 이용되어 전압변환장치로 흐르는 지속적인 과전류를 차단하는 것에 대해서는 개시하고 있지 않다.
종래 기술로서 대한민국 특허출원번호 2005-0054175(2005년 02월 21일 출원)에는 "전기자동차의 모터 콘트롤 유닛 보호 회로장치"가 개시되어 있다.
상기 종래 기술은 전기 자동차의 메인 배터리와 모터 컨트롤 유닛 사이에 배치되어 이에 설치된 프리차지 릴레이, 메인 릴레이에 의해 구동되며, 상기 모터 컨트롤 유닛의 디시 링크 커패시터의 전압을 상기 메인 배터리의 전압 수준으로 맞추어 상기 모터 컨트롤 유닛을 보호하는 전기 자동차의 모터 콘트롤 유닛 보호 회로장치에 있어서, 상기 디시 링크 커패시터가 단락되는 경우, 상기 모터 컨트롤 유닛 측으로 흘러들어가는 전류의 양을 제한하기 위해 상기 프리차지 릴레이의 일측에는 온도 가변 저항소자가 설치된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 모터 콘트롤 유닛 보호 회로 장치를 개시하고 있으나, 상기 종래 기술은 전압변환장치로 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 인터락 스위치와 폴리스위치에 대해서 개시하고 있지 않 다.
도 1은 종래의 하이브리드 전기 자동차 배터리와 전압변환장치 사이에 존재하는 회로를 도시한다. 하이브리드 자동차에서는 고압(300~400V)의 배터리(110)에 대한 안전이 중요하다. 하이브리드 자동차 배터리(110)는 차량에 장착되어야 하기 때문에 제약된 공간을 가진다. 지속적인 전류에 대한 프리-차지 저항(Pre-charge resistance)(120)의 용량은 다음과 같다. 30Ω의 저항에 10A가 연속적으로 흐른다고 가정하면 용량은 P=I2R = 3000 W를 견딜 수 있는 저항이어야 한다. 현재 사용하고 있는 저항은 30Ω의 60W 저항으로 10A가 연속적으로 들어온다면 견디기 어려운 문제점이 있다.
보통 1000W가 넘는 저항을 만든다는 것은 어렵고, 비용이 많이 들고, 제한된 공간 안에서 구현하기는 어렵다. 정상적인 상황에서는 현재의 시스템에서도 아무런 문제가 발생하지 않는다. 그러나 프리-차지 릴레이(Pre-charge Relay)(140)가 동작된 후 일정 시간 동안 메인 (+) 릴레이(Main (+) Relay)(150)가 붙지 않는 경우, 허용할 수 없는 지속적인 큰 전류가 프리-차지 저항(120)을 통해 흐르게 되어 상기 프리-차지 저항(120)이 손상될 위험이 있다. 일반적으로 하이브리드 자동차 배터리(110)는 리튬(Li) 배터리로 구성되는데, 상기 리튬 배터리는 과열에 의해 폭발할 위험이 있다. 즉, 프리-차지 저항(120)의 손상에 의해 배터리 시스템이 폭발할 위험이 존재한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 전압변환장치로 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 인터락 스위치(Interlock switch)를 이용하여 프리-차지 저항을 보호하기 위한 회로 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 프리-차지 저항에 과전류가 흐르는 경우, 온도가 높아지면서 저항값이 증가되어 프리-차지 저항에 흐르는 과전류를 차단하는 폴리스위치를 이용하여 프리-차지 저항을 보호하기 위한 회로 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하이브리드 전기 자동차 배터리와 전압변환장치 사이에 존재하는 프리-차지 저항(Pre-charge resistance), 프리차지 릴레이(Pre-charge relay) 및 메인 릴레이(Main relay)를 포함하는 프리-차지 저항 보호 회로에 있어서, 상기 프리차지 릴레이와 교차되어 작동되며, 상기 전압변환장치로 지속적인 과전류가 흐르는 것을 방지하여 상기 프리-차지 저항의 파손을 방지하기 위한 인터락 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치를 제공한다.
상기 인터락 스위치는 상기 전압변환장치에 포함되는 DC 링크 커패시터와 저전압 DC-DC 컨버터(LDC) 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리-차지 저항에 지속적인 과전류가 흐르는 경우, 온도가 높아지면서 저항값이 증가되어 상기 프리-차지 저항에 흐르는 과전류를 차단하는 폴리스위치를 더 포함하고, 상기 폴리스위치는 상기 프리-차지 저항과 상기 프리-차지 릴레이 사이에 위치하거나, 또는 상기 하이브리드 전기 자동차 배터리와 상기 프리-차지 저항 사이에 존재하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로는 전압변환장치로 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 인터락 스위치(Interlock switch)를 이용함으로써, 과전류로 인한 프리-차지 저항을 효율적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로는 퓨즈를 이용하는 대신에, 온도가 높아지면서 저항값이 증가되어 프리-차지 저항에 흐르는 과전류를 차단하는 폴리스위치를 이용함으로써, 과전류로 인한 프리-차지 저항을 효과적으로 보호할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우는 해당되는 발명의 상세한 설명 부분에서 그 의미를 기재하였으므로 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로 본 발명을 파악하여야 한다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명이 상기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 보호 회로를 도시한다. 도 2를 참조하면, 상기 프리-차지 보호 회로는 프리-차지 저항(120), 폴리스위치(130), 프리-차지 릴레이(140), 메인 (+) 릴레이(150), 메인 (-) 릴레이(160) 및 인터락 스위치(170)를 포함한다.
먼저 프리-차지 릴레이(140) 및 메인 (-) 릴레이가 붙어서 프리-차지 저항 (120)을 통해 전류가 흐르면서 전압변환장치의 DC 링크 커패시터(180)를 충전한다. 상기 전압변환장치는 DC 링크 커패시터(180), 저전압 DC-DC 컨버터(190), 배터리(220)를 포함한다. 그 다음에 상기 DC 링크 커패시터(180)가 어느 정도 충전이 되면 메인 (+) 릴레이가 붙는다. 따라서 프리-차지 저항(120) 쪽으로는 더 이상 전류가 흐르지 않고, 메인 (+) 릴레이(150) 및 메인 (-) 릴레이(160)를 통해서만 전류가 흐르게 된다.
하이브리드 자동차가 정상적으로 동작하는 경우에, 프리-차징 동작에서 메인 릴레이로 넘어가는 시간은 매우 짧다. 그러나 메인 릴레이로 넘어가기 전에 상기 DC 링크 커패시터(180)가 단락되거나 또는 상기 저전압 DC-DC 컨버터(190)와 같은 전압변환기를 통해 지속적으로 큰 전류가 흐르는 경우에 프리-차지 저항(120)에 지속적으로 큰 전류가 흐를 수 있다.
본 발명에 따른 프리-차지 저항 보호 회로는 상기 DC 링크 커패시터(180)와 상기 저전압 DC-DC 컨버터(190) 사이에 위치하는 인터락 스위치(170)를 이용하여 지속적인 과전류가 흐르는 것을 방지한다. 상기 인터락 스위치(170)는 상기 프리-차지 릴레이(140)와 교차되어 동작한다. 즉, 상기 프리-차지 릴레이(140)가 붙으면 상기 인터락 스위치(170)는 열리고, 상기 프리-차지 릴레이(140)가 떨어지면 상기 인터락 스위치(170)는 닫힌다. 따라서 저전압 DC-DC 컨버터(190) 등을 통해 지속적인 큰 전류가 흐르는 경우에도, 상기 인터락 스위치(170)가 닫혀 있을 때에는 상기 프리-차지 릴레이(140)가 떨어져 있어 상기 프리-차지 저항(120)에 전류가 흐르지 않고, 상기 인터락 스위치(170)가 열려 있을 때에는 프리-차지 보호 회로로부터 상기 저전압 DC-DC 컨버터(190)로 전류가 흐르지 않기 때문에 상기 프리-차지 저항(120)에 과전류가 흐르지 않게 된다.
또한, 본 발명에 따른 프리-차지 저항 보호 회로는 상기 인터락 스위치(170)만을 이용하여 프리-차지 저항(120)을 보호할 수 있고, 또한 인터락 스위치(170)와 상기 폴리스위치(130)를 함께 이용하여 프리-차지 저항(120)을 보호할 수 있다. 상기 폴리스위치(130)는 발열에 의해 온도가 올라가면 저항이 급격히 증가하여 회로를 차단한다. 즉, 상기 프리-차지 저항(120)에 임의의 과전류가 지속적으로 흘러 상기 프리-차지 저항(120)의 온도가 올라가면, 폴리스위치(130)의 저항을 급격히 증가시켜 상기 프리-차지 저항(120)에 더 이상 전류가 흐르지 않게 한다.
상기 폴리스위치(130)는, 도 2에 도시된 것처럼, 프리-차지 저항(120) 및 프리-차지 릴레이(140) 사이에 위치하거나, 또는 하이브리드 전기 자동차 배터리(110) 및 프리-차지 저항(120) 사이에 위치할 수 있다. 상기 프리-차지 릴레이(140), 메인 (+) 릴레이(150) 및 메인 (-) 릴레이(160)를 이용하여 모터 제어 유닛(Motor Control Unit, MCU)(200)과 연결되는 DC 링크 커패시터(210)를 충전할 수 있으나, 본 발명의 주요한 관심분야가 아니므로 구체적인 설명은 생략한다.
이상과 같이 본 발명은 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 종래의 하이브리드 전기 자동차 배터리와 전압변환장치 사이에 존재하는 회로를 도시하는 그림
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 보호 회로를 도시하는 그림.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : HEV 배터리 120 : 프리-차지 저항
130 : 폴리스위치 140 : 프리-차지 릴레이
150 : 메인 (+) 릴레이 160 : 메인 (-) 릴레이
170 : 인터락 스위치 180 : DC 링크 커패시터
190, 210 : 저전압 DC-DC 컨버터
200 : 모터 제어 유닛 220 : 배터리

Claims (4)

  1. 하이브리드 전기 자동차 배터리와 전압변환장치 사이에 존재하는 프리-차지 저항(Pre-charge resistance), 프리차지 릴레이(Pre-charge relay) 및 메인 릴레이(Main relay)를 포함하는 프리-차지 저항 보호 회로에 있어서,
    상기 프리차지 릴레이와 교차되어 작동되며, 상기 전압변환장치로 지속적인 과전류가 흐르는 것을 방지하여 상기 프리-차지 저항의 파손을 방지하기 위한 인터락 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터락 스위치는 상기 전압변환장치에 포함되는 DC 링크 커패시터와 저전압 DC-DC 컨버터 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프리-차지 저항 보호 회로 장치는
    상기 프리-차지 저항에 지속적인 과전류가 흐르는 경우, 온도가 높아지면서 저항값이 증가되어 상기 프리-차지 저항에 흐르는 과전류를 차단하는 폴리스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 폴리스위치는 상기 프리-차지 저항과 상기 프리-차지 릴레이 사이에 위치하거나, 또는 상기 하이브리드 전기 자동차 배터리와 상기 프리-차지 저항 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 인터락 스위치를 이용한 프리-차지 저항 보호 회로 장치.
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