KR20150066908A

KR20150066908A - 자동차용 고전압 전선 및 고전압 전선 단락 감지 시스템

Info

Publication number: KR20150066908A
Application number: KR1020130152543A
Authority: KR
Inventors: 권진구; 박명수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-17

Abstract

본 발명은 자동차에서 사용되는 고전압 전선(케이블)(high voltage electrical cable) 및 이 고전압 전선의 단락(short)을 감지하는 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 자동차용 고전압 전선으로서, 고전압의 전류가 실질적으로 흐르는 고전압 심선; 상기 고전압 심선을 감싸며 상기 고전압 심선을 절연하는 내부 절연체; 상기 내부 절연체를 감싸며 고전압 전선의 노이즈를 방지하기 위한 차폐선; 상기 차폐선을 감싸며 상기 고전압 전선을 절연하는 중간 절연체; 상기 중간 절연체를 감싸며 상기 고전압 전선의 손상을 감지하기 위한 감지체; 상기 감지체를 감싸며 상기 고전압 전선을 최외각에서 절연하는 외부 절연체;를 포함할 수 있다.

Description

자동차용 고전압 전선 및 고전압 전선 단락 감지 시스템 {HIGH VOLTAGE CABLE FOR VEHICLE AND SENSING SYSTEM THEREFOR}

본 발명은 자동차에서 사용되는 고전압 전선(케이블)(high voltage electrical cable) 및 이 고전압 전선의 단락(short)을 감지하는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 엔진 시동을 위한 모터의 구동 및/또는 기타 고압을 필요로 하는 장치를 위해 300볼트(volt) 이상의 고전압이 요구된다.

고전압과 관련된 자동차 장치로는 엔진 시동을 위한 모터 이외에 인버터, 고전압 배터리, 파워 릴레이 어셈블리(power relay assembly; PRA), 저전압 직류 변환기(low DC converter; LDC) 등이 있다. 이들 장치들은 자동차에 통상적으로 사용되고 있는 장치들이므로 상세한 설명은 생략한다.

고전압 전선은, 동력원으로 모터를 사용하는 전기자동차, 및 동력원으로 모터 및 엔진을 모두 사용하는 하이브리드 자동차 등에 많이 사용될 수 있다.

고전압 장치들 간에는 이들을 연결하기 위한 고압 케이블(전선)이 필요한데, 기존의 고전압 전선의 일례를 도 1에 나타내 보였다.

도 1을 참조하면, 기존의 고전압 전선(10)은 도시한 바와 같이, 실질적으로 고압 전류가 흐르는 심선(11)과, 심선(11)을 절연하기 위한 내부 절연체(12), 노이즈를 방지하기 위한 차폐선(13), 그리고 고전압 전선을 최종적으로 절연하기 위한 외부 절연체(14)로 이루어진다.

상기와 같은 기존의 고전압 전선(10)을 사용하는 자동차의 고전압 시스템은 과전류 유입시 퓨즈(fuse) 용단에 의해 고전압 회로를 보호하거나, 관련 릴레이를 강제 차단시켜 고전압 회로를 보호한다.

그러나, 기존의 극단적인 경우로서 차량 충돌 등에 의한 고전압 전선의 쇼트(단락) 발생 후 고전압/과전류가 흘러야 시스템 차단이 가능하게 되고; 고전압 차단 시스템 오동작 시 차량 화재 및 감전 등의 사고가 발생할 수 있고; 고전압 (+)회로 차체 쇼트 시 차체의 전위가 약 300V로 높아져 인명에 피해를 줄 수도 있는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

공개특허공보 제 10-2009-0103306호(2009.10.01.)

따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 자동차용 고전압 전선의 손상을 미리 감지하여 고전압 전선의 단락(short)에 의한 피해를 방지할 수 있도록 한 자동차용 고전압 전선 및 고전압 전선 단락 감지 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선은, 고전압의 전류가 실질적으로 흐르는 고전압 심선; 상기 고전압 심선을 감싸며 상기 고전압 심선을 절연하는 내부 절연체; 상기 내부 절연체를 감싸며 고전압 전선의 노이즈를 방지하기 위한 차폐선; 상기 차폐선을 감싸며 상기 고전압 전선을 절연하는 중간 절연체; 상기 중간 절연체를 감싸며 상기 고전압 전선의 손상을 감지하기 위한 감지체; 상기 감지체를 감싸며 상기 고전압 전선을 최외각에서 절연하는 외부 절연체;를 포함할 수 있다.

상기 감지체는 상기 차폐선과 동일한 재질일 수 있다.

상기 중간 절연체는 상기 내부 절연체 또는 외부 절연체와 동일한 재질일 수 있다.

상기 감지체의 일측은 자동차의 전원(B+)이 연결되고, 타측은 설정된 저항값을 갖는 저항체의 일단과 연결되고, 상기 저항체의 타단은 전원(B-)(접지)와 연결될 수 있다.

상기 고전압은 약 300볼트 이상이다.

그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선의 단락 감지 시스템은, 상기 고전압 전선에 포함되어 상기 고전압 전선의 외부 절연체의 손상을 감지하기 위한 감지체; 상기 감지체에 의해 상기 외부 절연체의 손상이 감지될 때, 상기 고전압 전선에 인가되는 고압 전원을 차단하기 위한 차단기; 및 상기 감지체를 통해 상기 외부 절연체의 손상을 판단하고, 상기 외부 절연체의 손상시 상기 고전압 전선에 고압 전원이 인가되지 않도록 상기 차단기를 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.

상기 감지체는 상기 고전압 전선의 상기 외부 절연체의 하부에 차폐선으로 형성되고; 상기 차단기는 릴레이 소자이고; 상기 제어기는 배터리를 제어하고 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)일 수 있다.

상기 BMS는 상기 외부 절연체의 손상을 판단하면, 외부에 경고를 발생할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 자동차용 고전압 전선의 손상을 미리 감지하여 고전압 전선의 단락(short)에 의한 피해를 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 자동차용 고전압 전선의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선의 사용 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선의 단락 감지 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선의 단락 감지 시스템의 동작 흐름도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선을 일부 절개하여 도시한 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선은, 외부 절연 피복(절연체)이 손상되었을 때 이를 감지하여 고전압 전선의 단락(쇼트)에 따른 위험을 미연에 방지할 수 있도록 구성된 자동차용 고전압 전선이다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선(100)은, 고전압(예; 300볼트 이상)의 전류가 실질적으로 흐르는 고전압 심선(111); 고전압 심선(111)을 감싸며 상기 고전압 심선(111)을 절연하는 내부 절연체(112); 내부 절연체(112)를 감싸며 고전압 전선의 노이즈를 방지하기 위한 차폐선(113); 차폐선(113)을 감싸며 고전압 전선(100)을 절연하기 위한 중간 절연체(121); 중간 절연체(121)를 감싸며 고전압 전선(100)의 손상을 감지하기 위한 감지체(122); 손상 감지체(122)를 감싸며 고전압 전선(100)을 최외각에서 절연하는 외부 절연체(114);를 포함할 수 있다.

상기 고전압 심선(111), 내부 절연체(112), 차폐선(113), 및 외부 절연체(114)는 도 1에 도시한 종래기술에 따른 고전압 전선(10)의 대응 요소들과 동일한 것으로 할 수 있다.

상기 감지체(122)는 상기 차폐선(113)과 동일한 재질로 할 수 있다. 즉, 감지체(122)는 그물망, 동박, 금속 테이핑 등으로 구성될 수 있다.

상기 감지체(122)가 기존의 차폐선(113)의 재질과 동일한 것으로 할 수 있지만, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 구성이라고 하더라도 실질적인 차폐가 가능한 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기 차폐선(113)은 종래기술에서와 같이 노이즈를 방지하는 작용을 하고, 상기 감지체(122)는 후술하는 바와 같이 고전압 전선(100)의 외부 손상을 감지하기 위한 작용을 한다.

상기 중간 절연체(122)는 상기 내부 절연체(112) 또는 외부 절연체(114)와 동일한 재질로 할 수 있지만, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 구성이라고 하더라도 실질적인 절연이 가능한 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기 감지체(122)의 일측은 도 3에 도시한 바와 같이 자동차의 전원(B+)(배터리 전원)이 연결되고, 타측은 설정된 저항값을 갖는 저항체(R)의 일단과 연결되고, 상기 저항체(R)의 타단은 전원(B-)(접지)와 연결된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선의 단락을 감지하는 시스템은, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 고전압 전선(100)에 포함되어 상기 고전압 전선(100)의 외부 절연체(114)의 손상을 감지하기 위한 감지체(122); 상기 감지체(122)에 의해 상기 외부 절연체(114)의 손상이 감지될 때, 상기 고전압 전선(100)의 심선(111)에 인가되는 고압 전원을 차단하기 위한 차단기(310); 및 상기 감지체(122)를 통해 상기 외부 절연체(114)의 손상을 판단하고, 상기 외부 절연체(114)의 손상시 상기 고전압 전선(100)의 심선(111)에 고압 전원이 인가되지 않도록 상기 차단기(310)를 제어하는 제어기(200);를 포함할 수 있다.

상기 감지체(122)는 상기 고전압 전선(100)의 상기 외부 절연체(114)의 하부에 차폐선(shield wire)으로 형성되고; 상기 차단기(310)는 자동차의 파워 릴레이 어셈블리(PRA)(300)에 포함되는 릴레이 소자이고; 상기 제어기(200)는 배터리(미도시)를 제어하고 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)일 수 있다. 상기 BMS(200)는 기존의 하이브리드 자동차, 전기자동차, 및 친환경 자동차에 설치되는 BMS의 기능을 포함할 수 있다.

상기 시스템은 상기 외부 절연체(114)의 손상이 감지되면, 상기 BMS(200)의 제어에 따라 동작하는 경고기(500)를 포함할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고전압 전선 및 고전압 전선 단락 감지 시스템의 작용을 도 2 내지 도 5을 참조하여 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, BMS(200)가 동작하면(S100), BMS(200)는 고전압 전선(100)의 감지체(122)에 걸리는 전압이 12볼트인지 또는 0볼트인지 판단한다(S200).

상기 고전압 전선(100)의 외부 절연체(114)가 정상이면, 상기 감지체(122)에 걸리는 전압은 풀업(pull up) 저항체(R)에 걸리는 전압이 된다. 즉, 상기 고전압 전선(100)의 외부 절연체(114)가 정상이면, BMS(200)에는 12볼트 전압이 인가될 것이라는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

상기 고전압 전선(100)의 외부 절연체(114)가 정상일 때, 상기 감지체(122)에 걸리는 전압이 모두 풀업 저항체(R)에 걸리도록 하기 위해서는 상기 저항체(R)를 킬로오옴 단위로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 고전압 전선(100)의 외부 절연체(114)가 손상되어 자동차의 차체 등에 접지되면, 상기 감지체(122)에 걸리는 전압은 12볼트가 아닌 0볼트이거나 12볼트 이하의 플로팅 전압(floating voltage)이 된다.

따라서, 상기 감지체(122)와 연결된 BMS(200)의 단자에 12볼트가 아닌 전압(예; 0볼트)이 인가되면, BMS(200)는 고전압 전선(100)의 외부 절연체(144)가 손상되었다고 판단하여, 고전압 전선(100)의 심선(111)과 연결되어 있는 릴레이(310)의 동작을 차단하여 고전압이 상기 심선(111)에 인가되지 않도록 한다(S300).

상기 PRA(300)의 릴레이(310)가 차단되어 상기 심선(111)에 고전압이 인가되지 않으므로써, 향후 상기 심선(111)이 차체 등에 쇼트되어 고전압이 차체 등에 누설되는 것이 방지된다.

BMS(200)는 상기 외부 절연체(114)의 손상에 따른 조치 내용을 운전자 등이 알 수 있도록 경고기(500)를 통해 경고할 수 있다. 상기 경고기(500)는 경고램프 및/또는 스피커 등을 포함할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 자동차용 고전압 전선의 손상을 미리 감지하여 고전압 전선의 단락(short)에 의한 위험 및 피해를 효과적으로 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 고전압 전선
121: 중간 절연체
122: 감지체
200: 제어기(BMS)
310: 릴레이

Claims

자동차용 고전압 전선으로서,
고전압의 전류가 실질적으로 흐르는 고전압 심선;
상기 고전압 심선을 감싸며 상기 고전압 심선을 절연하는 내부 절연체;
상기 내부 절연체를 감싸며 고전압 전선의 노이즈를 방지하기 위한 차폐선;
상기 차폐선을 감싸며 상기 고전압 전선을 절연하는 중간 절연체;
상기 중간 절연체를 감싸며 상기 고전압 전선의 손상을 감지하기 위한 감지체;
상기 감지체를 감싸며 상기 고전압 전선을 최외각에서 절연하는 외부 절연체;
를 포함하는 자동차용 고전압 전선.
제1항에서,
상기 감지체는 상기 차폐선과 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 자동차용 고전압 전선.
제1항에서,
상기 중간 절연체는 상기 내부 절연체 또는 외부 절연체와 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 자동차용 고전압 전선.
제1항에서,
상기 감지체의 일측은 자동차의 전원(B+)이 연결되고, 타측은 설정된 저항값을 갖는 저항체의 일단과 연결되고, 상기 저항체의 타단은 전원(B-)(접지)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 고전압 전선.
제4항에서,
상기 고전압은 약 300볼트 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 고전압 전선.
자동차용 고전압 전선의 단락을 감지하는 시스템으로서,
상기 고전압 전선에 포함되어 상기 고전압 전선의 외부 절연체의 손상을 감지하기 위한 감지체;
상기 감지체에 의해 상기 외부 절연체의 손상이 감지될 때, 상기 고전압 전선에 인가되는 고압 전원을 차단하기 위한 차단기; 및
상기 감지체를 통해 상기 외부 절연체의 손상을 판단하고, 상기 외부 절연체의 손상시 상기 고전압 전선에 고압 전원이 인가되지 않도록 상기 차단기를 제어하는 제어기;
를 포함하는 자동차용 고전압 전선의 단락 감지 시스템.
제6항에서,
상기 감지체는 상기 고전압 전선의 상기 외부 절연체의 하부에 차폐선으로 형성되고;
상기 차단기는 릴레이 소자이고;
상기 제어기는 배터리를 제어하고 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)인 것을 특징으로 하는 자동차용 고전압 전선의 단락 감지 시스템.
제7항에서,
상기 감지체의 일측은 자동차의 전원(B+)이 연결되고, 타측은 설정된 저항값을 갖는 저항체의 일단과 연결되고, 상기 저항체의 타단은 전원(B-)(접지)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 고전압 전선의 단락 감지 시스템.
제7항에서,
상기 BMS는 상기 외부 절연체의 손상을 판단하면, 외부에 경고를 발생하는 것을 특징으로 하는 자동차용 고전압 전선의 단락 감지 시스템.