KR20160020236A - 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치에 관한 것으로서, 특히 전기자동차에서 라디에이터 냉각팬의 고장을 검출할 수 있도록 하는 기술이다. 이러한 본 발명은, 냉각팬의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하고, 냉각팬의 고장 여부를 나타내는 고장 검출신호를 수신하는 중앙처리장치 및 제어신호에 대응하여 냉각팬을 구동하기 위한 구동신호를 출력하고, 구동신호의 전압 레벨을 검출하여 구동신호가 특정 레벨인 경우 고장 검출신호를 중앙처리장치에 출력하는 고장 검출부를 포함한다.

Description

라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치{DEVICE FOR CHECKING COOLING FAN OF RADIATOR IN VEHICLE}

본 발명은 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치에 관한 것으로서, 특히 전기자동차에서 라디에이터 냉각팬의 고장을 검출할 수 있도록 하는 기술이다.

오늘날 화석연료를 이용하는 내연기관(엔진) 자동차는 배기가스로 인한 환경오염, 이산화탄소로 인한 지구 온난화, 오존 생성 등으로 인한 호흡기 질환 유발 등의 많은 문제점을 가지고 있다.

또한, 지구상에 존재하는 화석연료는 한정되어 있기 때문에 언젠가는 고갈될 위기에 처해 있다. 이에, 전기모터를 구동원으로 이용하여 주행하는 무공해 친환경 전기자동차(Electric Vehicle, EV)의 개발이 활발히 진행되고 있다.

전기자동차에는 차량을 구동시키기 위한 전기모터(구동모터)와 더불어 전기모터에 전력을 공급하는 배터리가 탑재되는데, 주행 전 외부충전장치를 이용하여 배터리를 충전한 뒤 주행해야 한다.

또한, 전기자동차에는 구동모터를 회전시키기 위한 인버터, 고전압과 저전압 사이의 출력 변환을 위한 DC-DC 컨버터(Low voltage DC-DC Converter, 이하 LDC라 칭함), OBC(On Board Charger), 에어컨, 라디에이터 냉각팬 모터 등의 각종 전장부품(PE 부품:Power Electronic Parts)이 탑재된다.

인버터는 제어기에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리에서 공급되는 전원을 상 변환하여 구동모터를 구동시키는 부품이고, LDC는 통상 배터리의 고전압 직류를 저전압 직류로 변환하여 차량 내 각종 부하에 공급한다. 그리고, 내연기관 자동차와 달리 전기자동차에서는 난방 열원인 내연기관(엔진)이 없으므로 난방 열원으로 고전압 전기히터(예, PTC 히터)를 이용한다.

연료전지 차량은 수소와 산소를 공급하여 전기를 발생시키는 스택(stack)에서는 많은 열이 발생하므로, 이를 냉각시키기 위한 냉각시스템이 적용된다.

즉, 차량에는 내연기관이나 친환경 차량의 모터, 및 전장품으로 구성된 구동계를 냉각시키는 냉각수와, 에어컨 시스템으로 공급되는 냉각수를 각각 별도로 냉각시키기 위해 각각의 냉각수가 통과되면서 냉각되는 라디에이터가 별도로 구성되어 장착된다. 그리고, 라디에이터에는 냉각수의 온도를 추가 적으로 낮추도록 구동되는 냉각팬을 포함한다.

그런데, 각종 전장부품(PE 부품:Power Electronic Parts)들이 과열되거나 고장난 경우 전기자동차의 운행이 불가한 경우가 있다. 전기자동차의 전장부품의 내구 수명은 온도와 연관성이 크다. 즉, 전기자동차의 전장부품은 차량의 구동 모드에 따라 온도상승이 이루어진다. 그런데, 냉각팬이 과열 또는 고장나 차량의 온도가 상승하는 경우 기능 및 성능이 저하되고 단품 고장을 초래하게 되어 전기차 구동이 불가하게 된다.

본 발명은 전기자동차(EV)용 라디에이터에서 냉각팬의 고장을 검출할 수 있도록 하는 특징을 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치는, 냉각팬의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하고, 냉각팬의 고장 여부를 나타내는 고장 검출신호를 수신하는 중앙처리장치; 및 제어신호에 대응하여 냉각팬을 구동하기 위한 구동신호를 출력하고, 구동신호의 전압 레벨을 검출하여 구동신호가 특정 레벨인 경우 고장 검출신호를 중앙처리장치에 출력하는 고장 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전기자동차(EV)용 라디에이터에서 냉각팬의 고장을 검출하여 전장부품의 냉각 성능을 향상시키고 전기 자동차의 구동에 대한 신뢰성을 확보할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 실시예는 예시를 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 고장 검출부에 관한 상세 회로도.
도 3 내지 도 6은 도 2의 고장 검출부에 관한 동작을 설명하기 위한 파형도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치의 구성도이다.

본 발명의 실시예는 CPU(Central Processing Unit; 중앙 처리 장치, 100), 고장 검출부(200) 및 냉각팬(300)을 포함한다.

여기서, CPU(100)는 냉각팬(300)을 구동하기 위한 제어신호 FCTR_L, FCTR_H를 고장 검출부(200)에 출력한다. 여기서, CPU(100)는 2단 냉각을 위한 구동 제어신호를 출력한다. 예를 들어, 제어신호 FCTR_L는 냉각팬(300)을 저속으로 구동하기 위한 제어신호이고, 제어신호 FCTR_H는 냉각팬(300)을 고속으로 구동하기 위한 제어신호이다.

고장 검출부(200)는 제어신호 FCTR_L, FCTR_H에 대응하여 냉각팬(300)을 구동하기 위한 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R를 냉각팬(300)에 출력한다. 여기서, 구동신호 FCTR_L_R는 냉각팬(300)을 저속으로 구동하기 위한 릴레이 구동신호이고, 구동신호 FCTR_H_R는 냉각팬(300)을 고속으로 구동하기 위한 릴레이 구동신호이다.

그리고, 고장 검출부(200)는 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R가 출력되는 회로단의 고장을 검출하여 냉각팬(300)의 고장 여부를 나타내는 고장 검출신호 FCTR_FLT를 CPU(100)에 출력한다. 예를 들어, 고장 검출부(200)는 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R가 출력되는 회로선의 오픈(Open), 쇼트(Short) 또는 고온으로 인한 고장 상태를 검출하여, 고장인 경우 고장 검출신호 FCTR_FLT의 전압 레벨을 특정 레벨로 출력하게 된다.

냉각팬(300)은 각종 전장부품(PE 부품:Power Electronic Parts)들이 과열되는 것을 방지하기 위해 구동되어 냉각수의 온도를 낮추도록 구동된다. 즉, 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R가 로우 레벨로 인에이블되는 경우 릴레이가 턴 온 되어 냉각팬(300)을 구동하기 위한 모터가 동작하게 된다.

도 2는 도 1의 고장 검출부(200)에 관한 상세 회로도이다.

고장 검출부(200)는 복수의 저항 소자 R1~R6와 복수의 커패시터 C1~C7 및 팬구동 IC(210)를 포함한다.

팬구동 IC(210)는 고장 검출부(200)의 출력 회로단의 단선, 단락 또는 과온 고장시 이를 검출하여 고장 검출신호 FCTR_FLT를 활성화시켜 CPU(100)에 출력시키는 칩이다. 그리고, 팬구동 IC(210)는 CPU(100)로부터 인가되는 제어신호 FCTR_L, FCTR_H에 대응하여 냉각팬(300)을 구동하기 위한 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R를 냉각팬(300)에 출력한다.

이러한 팬구동 IC(210)는 저항 R1, 커패시터 C1를 통해 제어신호 FCTR_L를 입력받는다. 그리고, 팬구동 IC(210)는 저항 R2, 커패시터 C2를 통해 제어신호 FCTR_H를 입력받는다. 여기서, 저항 R1, 커패시터 C1와, 저항 R2, 커패시터 C2는 제어신호 FCTR_L, FCTR_H의 입력 회로단 온도를 검출하여 절연하는 기능을 수행한다. 여기서, 커패시터 C1, C2는 로직 그라운드단 GL과 연결된다.

그리고, 팬구동 IC(210)는 저항 R3, R4 및 커패시터 C3를 통해 팬구동 IC(210)를 초기화시키기 위한 리셋신호 RESET를 입력받는다. 팬구동 IC(210)는 외부의 구동 전원이 켜진 경우 리셋신호 RESET에 의해 인에이블 상태가 된다. 여기서, 커패시터 C3는 로직 그라운드단 GL과 연결된다.

또한, 팬구동 IC(210)는 저항 R5, 커패시터 C4를 통해 그라운드 전압 단과의 경로를 형성한다. 여기서, 저항 R5는 풀업 저항으로서 고장 검출신호 FCTR_FLT를 일정 전압(V5S) 레벨로 유지시킨다. 그리고, 커패시터 C4는 전압(V5S)을 안정화시키며, 파워 그라운드단 GP과 연결된다.

또한, 팬구동 IC(210)는 냉각팬(300)의 저속 구동시 제어신호 FCTR_L에 대응하여 구동신호 FCTR_L_R를 냉각팬(300)에 출력한다. 그리고, 팬구동 IC(210)는 냉각팬(300)의 고속 구동시 제어신호 FCTR_H에 대응하여 구동신호 FCTR_H_R를 냉각팬(300)에 출력한다. 여기서, 커패시터 C5, C6은 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R가 출력되는 회로단의 서지 노이즈를 하우징 쪽으로 빼주는 기능을 수행한다. 이러한 커패시터 C5, C6는 샤시 그라운드단 GC과 연결된다.

그리고, 팬구동 IC(210)는 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R의 전압 레벨에 대응하여 냉각팬(300)의 고장 여부를 나타내는 고장 검출신호 FCTR_FLT를 저항 R6과 커패시터 C7를 통해 CPU(100)에 출력한다. 여기서, 저항 R6과 커패시터 C7은 팬구동 IC(210)로부터 출력되는 고장 검출신호 FCTR_FLT의 노이즈를 필터링한다. 커패시터 C7은 로직 그라운드단 GL과 연결된다.

예를 들어, 팬구동 IC(210)는 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R가 출력되는 회로선의 오픈(Open) 또는 쇼트(Short) 상태를 검출하고 검출된 전압 레벨에 이상이 생긴 경우 이에 대응하여 고장 검출신호 FCTR_FLT의 전압 레벨을 특정 레벨(예를 들면, 로우 레벨)로 출력한다.

도 3 내지 도 6은 도 2의 고장 검출부(200)에 관한 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

먼저, 도 3은 냉각팬(300)에 고장이 발생하지 않은 경우 냉각팬(300)을 저속으로 제어하기 위한 동작 파형도이다.

CPU(100)는 저속 동작을 위해 특정 펄스 폭을 가지며 토글링 되는 제어신호 FCTR_L를 고장 검출부(200)에 출력한다. 이때, 팬구동 IC(210)에서 고장이 검출되지 않은 경우 고장 검출신호 FCTR_FLT를 일정한 레벨(예를 들면, 하이 레벨)로 출력한다.

그리고, 팬구동 IC(210)는 특정 펄스 폭을 가지며 토글링 되는 구동신호 FCTR_L_R를 냉각팬(300)에 출력한다. 여기서, 구동신호 FCTR_H_R는 저속 동작시 (A)와 같이 일정한 레벨(예를 들어, 하이 레벨)로 출력된다. 그리고, 구동신호 FCTR_L_R는 (B)와 같이 일정 펄스 폭을 가지며 하이 레벨 또는 로우 레벨로 토글링된다. 구동신호 FCTR_L_R가 로우 레벨이 되면 이 구동신호에 따라 냉각팬(300)이 저속으로 동작하게 된다.

여기서, 구동신호 FCTR_L_R는 로우 레벨 활성화 신호이다. 즉, CPU(100)로부터 입력되는 제어신호 FCTR_L가 하이 레벨인 구간에서 구동신호 FCTR_L_R가 로우 레벨인 경우 냉각팬(300)이 구동된다.

도 4는 냉각팬(300)에 고장이 발생하지 않은 경우 냉각팬(300)을 고속으로 제어하기 위한 동작 파형도이다.

CPU(100)는 고속 동작을 위해 특정 펄스 폭을 가지며 토글링 되는 제어신호 FCTR_H를 고장 검출부(200)에 출력한다. 이때, 팬구동 IC(210)에서 고장이 검출되지 않은 경우 고장 검출신호 FCTR_FLT를 일정한 레벨(예를 들면, 하이 레벨)로 출력한다.

그리고, 팬구동 IC(210)는 특정 펄스 폭을 가지며 토글링 되는 구동신호 FCTR_H_R를 냉각팬(300)에 출력한다. 여기서, 구동신호 FCTR_L_R는 고속 동작시 (C)와 같이 일정한 레벨(예를 들어, 하이 레벨)로 출력된다. 그리고, 구동신호 FCTR_H_R는 (D)와 같이 일정 펄스 폭을 가지며 하이 레벨 또는 로우 레벨로 토글링된다. 구동신호 FCTR_H_R가 로우 레벨이 되면 이 구동신호에 따라 냉각팬(300)이 고속으로 동작하게 된다.

여기서, 구동신호 FCTR_H_R는 로우 레벨 활성화 신호이다. 즉, CPU(100)로부터 입력되는 제어신호 FCTR_H가 하이 레벨인 구간에서 구동신호 FCTR_H_R가 로우 레벨인 경우 냉각팬(300)이 구동된다.

도 3과 도 4에서와 같이 팬구동 IC(210)에서 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R의 레벨에 이상이 없는 경우 구동신호 FCTR_L_R, FCTR_H_R에 대응하여 냉각팬(300)이 정상적으로 동작하게 된다.

그리고, 도 5는 고장 검출부(200)에서 오픈 로드(Open load)를 검출하여 CPU(100)에 이상 신호를 출력하기 위한 동작 파형도이다. 도 5의 실시예에서는 냉각팬(300)을 고속 동작시키는 경우를 그 일 예로 설명하기로 한다.

CPU(100)는 냉각팬(300)의 구동을 위해 특정 펄스 폭을 가지며 토글링 되는 제어신호 FCTR_H를 고장 검출부(200)에 출력한다. 이때, 팬구동 IC(210)에서 고장이 검출된 경우 고장 검출신호 FCTR_FLT가 특정 레벨(예를 들면, 로우 레벨)로 천이하여 CPU(100)에 출력된다. CPU(100)는 고장 검출신호 FCTR_FLT가 로우 레벨로 천이하는 구간이 감지된 경우 고장 검출부(200)의 출력 회로단에서 고장이 발생한 것으로 판단한다.

그리고, 팬구동 IC(210)는 고속 동작시 일정한 전압 레벨을 갖는 구동신호 FCTR_L_R를 냉각팬(300)에 출력한다. 여기서, 고속 동작시 구동신호 FCTR_L_R는 하이 전압 레벨을 유지하게 된다. 그리고, 고속 동작시 고장 검출신호 FCTR_FLT가 활성화된 경우 구동신호 FCTR_H_R는 로우 전압 레벨을 유지하게 된다.

즉, 구동신호 FCTR_H_R는 제어신호 FCTR_H와 위상이 반대로 동작하는 신호이다. 따라서, 제어신호 FCTR_H가 로우 레벨인 경우에도 구동신호 FCTR_H_R가 동일 위상인 로우 레벨을 유지하게 된다. 이러한 경우 CPU(100)는 고장 검출부(200)의 출력 회로단에 이상이 발생하였다고 판단한다. 그리고, 구동신호 FCTR_H_R가 일정시간 로우 레벨을 유지하는 경우 팬구동 IC(210)는 냉각팬(300)의 동작을 멈추도록 한다.

또한, 도 6은 고장 검출부(200)에서 쇼트 투 그라운드(Short to ground)를 검출하여 CPU(100)에 이상 신호를 출력하기 위한 동작 파형도이다. 도 6의 실시예에서는 냉각팬(300)을 고속 동작시키는 경우를 그 일 예로 설명하기로 한다.

CPU(100)는 냉각팬(300)의 구동을 위해 특정 펄스 폭을 가지며 토글링 되는 제어신호 FCTR_H를 고장 검출부(200)에 출력한다. 이때, 팬구동 IC(210)에서 고장이 검출된 경우 고장 검출신호 FCTR_FLT가 특정 레벨(예를 들면, 로우 레벨)로 천이하여 CPU(100)에 출력된다. CPU(100)는 고장 검출신호 FCTR_FLT가 로우 레벨로 천이하는 구간이 감지된 경우 고장 검출부(200)의 출력 회로단에서 고장이 발생한 것으로 판단한다.

그리고, 팬구동 IC(210)는 고속 동작시 일정한 전압 레벨을 갖는 구동신호 FCTR_L_R를 냉각팬(300)에 출력한다. 여기서, 고속 동작시 구동신호 FCTR_L_R는 하이 전압 레벨을 유지하게 된다. 그리고, 고속 동작시 고장 검출신호 FCTR_FLT가 활성화된 경우 구동신호 FCTR_H_R는 로우 전압 레벨을 유지하게 된다.

즉, 구동신호 FCTR_H_R는 제어신호 FCTR_H와 위상이 반대로 동작하는 신호이다. 따라서, 제어신호 FCTR_H가 로우 레벨인 경우에도 구동신호 FCTR_H_R가 동일 위상인 로우 레벨을 유지하게 된다. 이러한 경우 CPU(100)는 고장 검출부(200)의 출력 회로단에 이상이 발생하였다고 판단한다. 그리고, 구동신호 FCTR_H_R가 일정시간 로우 레벨을 유지하는 경우 팬구동 IC(210)는 냉각팬(300)의 동작을 멈추도록 한다.

Claims (7)

1. 냉각팬의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하고, 상기 냉각팬의 고장 여부를 나타내는 고장 검출신호를 수신하는 중앙처리장치; 및
   상기 제어신호에 대응하여 상기 냉각팬을 구동하기 위한 구동신호를 출력하고, 상기 구동신호의 전압 레벨을 검출하여 상기 구동신호가 특정 레벨인 경우 상기 고장 검출신호를 상기 중앙처리장치에 출력하는 고장 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 중앙처리장치는
   상기 냉각팬을 저속 동작시키기 위한 저속 동작용 제어신호와 상기 냉각팬을 고속 동작시키기 위한 고속 동작용 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 고장 검출부는
   상기 구동신호가 출력되는 회로단의 전압 레벨이 상기 제어신호와 동위상인 경우 고장으로 판단하여 상기 고장 검출신호를 활성화시키는 것을 특징으로 하는 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 고장 검출부는
   상기 구동신호의 전압 레벨을 검출하여 상기 고장 검출신호를 출력하고, 상기 제어신호에 대응하여 상기 냉각팬에 상기 구동신호를 출력하는 팬구동 IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 고장 검출부는
   제 1제어신호의 입력단과 상기 팬구동 IC 사이에 병렬 연결된 제 1저항 및 제 1커패시터;
   제 2제어신호의 입력단과 상기 팬구동 IC 사이에 병렬 연결된 제 2저항 및 제 2커패시터;
   전압 인가단과 상기 팬구동 IC 사이에 병렬 연결된 제 3저항 및 제 3커패시터; 및
   상기 팬구동 IC와 상기 고장 검출신호의 출력단 사이에 병렬 연결된 제 6저항 및 제 4커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 고장 검출부는
   리셋신호의 입력단과 상기 팬구동 IC 사이에 연결된 제 4저항, 제 5저항 및 제 5커패시터; 및
   상기 팬구동 IC의 출력단에 연결된 제 6커패시터 및 제 7커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치.
7. 제 4항에 있어서, 상기 팬구동 IC는 상기 냉각팬을 저속 구동하기 위한 저속 구동신호와 상기 냉각팬을 고속 구동하기 위한 고속 구동신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 라디에이터 냉각팬 고장 검출 장치.
   
   

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