KR20160032849A - 고전압 전원 차단 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 차단 장치는, 가정용 콘센트에 삽입되는 플러그; 및 상기 플러그와 전원 케이블로 연결되며, 완속 충전시 상기 가정용 콘센트로부터 탈거되는지를 감지하여 상기 플러그로부터 차량에 공급되는 전원을 차단하는 차단기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고전압 전원 차단 장치, 이에 적용되는 플러그, 및 이의 제어 방법{Apparatus for blocking high voltage source, Plug applied for the same, and Method for controlling the same}
본 발명은 고전압 전원 차단 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 완속 전원 케이블 플러그의 이탈을 감지하여 전원을 차단하는 고전압 전원 차단 장치, 이에 적용되는 플러그, 및 이의 제어 방법에 대한 것이다.
지구의 환경오염 문제가 날로 심각해지고 있는 요즈음 무공해 에너지의 사용이 날로 중요성을 더해가고 있다. 특히, 대도시의 대기오염 문제는 날로 심각해지고 있는데, 차량의 배기가스는 그 주요원인 중의 하나이다.
이와 같은 상황에서 무공해 에너지인 전기를 동력원으로 사용하는 이른바 전기 차량을 실용화하기 위한 연구가 근래 들어 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 전기자동차는 배터리를 주 동력원으로 사용하는데, 구동력 발생을 위하여 배터리 전압에 의해 구동되는 전동기인 모터를 적용한다.
이러한 모터는 배터리로부터 전원이 공급되는 경우에 모터로 작동되고, 차량의 제동시 발번기로 작동하여 제동시 발생되는 회생 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 배터리에 충전 전압으로 공급한다.
보통 전기 자동차에 장착되는 배터리는 운행 종료 후 또는 운행 도중에 배터리의 충전 상태(State Of Charge, 이하 'SOC'라 한다)가 안정된 주행이 확보되지 못하는 경우에는 상용 전원을 이용하여 충전을 한다.
전기 자동차의 배터리 충전은 급속 충전 방식, 완속 충전 방식이 있는데, 상기 급속 충전 방식은 잠시 주차중인 상태에서 배터리의 충전 상태를 단시간 이내에 충전하여 재주행에 필요한 전기 에너지를 충전하는 것을 말한다.
이와 달리, 완속 충전 방식은 주행 후 차고에서 충전을 실행하는 것으로 배터리팩을 만충전하여 충전 상태를 100%로 종료하는 것을 목적으로 한다.
한편, 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)의 경우, 완속 충전 방식 중 가정용 완속 충전 방식을 이용한다. 즉 가정에서 완속 충전 전원 케이블의 플러그(미도시)를 가정용 콘센트(미도시)에 연결한 후 차량의 전방에 설치된 인렛(미도시)에 차량 커넥터(미도시)를 연결하여 배터리를 충전한다.
그런데, 배터리 충전중 임의로 분리시 별도의 전원 차단 기능이 없어 플러그 분리시 순간적인 아크가 발생할 수 있다는 단점이 있다.
또한, 이러한 아크 발생에 의한 부품 손상 및/또는 사용자 안전 문제가 발생할 수 있다는 단점이 있다.
1. 일본공개특허번호 제2012-169176호 2. 일본공개특허번호 제2011-193682호 3. 일본등록특허번호 제542918호 2. 한국등록특허번호 제0582064호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 가정에서 완속 충전시 플러그가 분리되더라도 아크의 발생을 방지할 수 있는 고전압 전원 차단 장치, 이에 적용되는 플러그, 및 이의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 아크 발생에 의한 부품 손상 및/또는 사용자 안전 문제의 발생을 방지하여 충전 안전성을 향상할 수 있는 고전압 전원 차단 장치, 이에 적용되는 플러그, 및 이의 제어 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 일측면은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 가정에서 완속 충전시 플러그가 분리되더라도 아크의 발생을 방지할 수 있는 고전압 전원 차단 장치를 제공한다.
상기 고전압 전원 차단 장치는,
가정용 콘센트에 삽입되는 플러그; 및
상기 플러그와 전원 케이블로 연결되며, 완속 충전시 상기 가정용 콘센트로부터 탈거되는지를 감지하여 상기 플러그로부터 차량에 공급되는 전원을 차단하는 차단기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 플러그는, 상기 삽입시에는 접점을 이루어 상기 차단기에 삽입 인식 신호를 전달하고, 상기 탈거시에는 접점이 해제되어 상기 차단기에 탈거 인식 신호를 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플러그는, 전극 단자; 일단에 상기 가정용 콘센트의 표면과 접촉하는 돌출부가 형성되고 상기 전극 단자의 일측 하단에 설치되는 플러그 핀; 상기 돌출부의 단차에 설치되어 플러그핀에 가로 방향의 왕복 운동을 위한 탄성력을 주는 탄성 부재; 및 상기 플러그핀의 타단과의 접촉 또는 분리에 의해 접점을 이루거나 접점을 해제하는 접점부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 차단기는, 상기 차량의 배터리 전원선에 연결되며 상기 플러그로부터 차량에 공급되는 전원을 차단 또는 연결하는 스위치; 및 상기 플러그와 플러그 핀 신호선으로 연결되고, 상기 삽입 인식 신호 또는 탈거 인식 신호에 따라 상기 스위치의 온오프를 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 스위치는 파워 릴레이인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 탄성 부재는 스프링인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일측면은, 전극 단자; 일단에 가정용 콘센트의 표면과 접촉하는 돌출부가 형성되고 상기 전극 단자의 일측 하단에 설치되는 플러그 핀; 상기 돌출부의 단차에 설치되어 플러그핀에 가로 방향의 왕복 운동을 위한 탄성력을 주는 탄성 부재; 및 상기 플러그핀의 타단과의 접촉 또는 분리에 의해 접점을 이루거나 접점을 해제하는 접점부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치에 적용되는 플러그를 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일측면은, 플러그가 가정용 콘센트에 삽입됨에 따라 완속 충전이 수행되는 단계; 상기 플러그와 전원 케이블로 연결되는 차단기가 상기 가정용 콘센트로부터 상기 플러그가 탈거되는지를 감지하는 단계; 감지되면, 상기 차단기가 상기 플러그로부터 차량에 전원을 계속 공급하는 단계; 및 감지되지 않으면, 상기 차단기가 상기 플러그로부터 차량에 공급되는 전원을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 가정에서 충전시 플러그가 임의 탈거되거나 부주의에 의해 탈거되더라도 이러한 탈거를 감지하여 전원을 급속히 차단함으로써 아크의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 플러그의 탈거에 따른 전원의 급속 차단을 통해 아크 발생에 의한 부품 손상 및/또는 사용자 안전 문제의 발생을 방지하여 충전 안전성을 향상할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 차단 장치(100)의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플러그(130)의 내부 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 플러그(130)의 외관 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 플러그(130)를 X-X'축으로 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플러그가 콘센트에 삽입된 상태를 보여주는 개념 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 플러그가 콘센트로부터 탈거된 상태를 보여주는 개념 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 차단 장치의 회로 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 플러그의 탈거를 감지하여 전원을 차단하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 차단 장치, 이에 적용되는 플러그, 및 이의 제어 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 차단 장치(100)의 개념도이다. 상기 고전압 전원 차단 장치(100)는, 가정용 콘센트(111)에 삽입되는 플러그(130), 상기 플러그(130)와 전원 케이블로 연결되며, 완속 충전시 상기 가정용 콘센트(111)로부터 탈거되는지를 감지하여 상기 플러그(130)로부터 차량에 공급되는 전원을 차단하는 차단기(120) 등을 포함하여 구성된다.
가정용 콘센트(111)는 벽면(110)에 설치되며, 상용 전기와 연결된다.
플러그(130)는 전원 케이블(121)을 통하여 차단기(120)와 연결된다.
차단기(120)는 연결 체이블(123)을 통하여 차량(미도시)과 연결된다. 차량의 예로서는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)가 된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 일부 설계 변경 등을 통해, 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 전기차(EV: Electric Vehicle), 저속 전기 자동차(NEV: Neighborhood Electric Vehicle), 연료 전지 자동차(FCV: Fuel-Cell Vehicle), 청정 디젤 자동차(CDV: Clean Diesel Vehicle) 등에도 적용될 수 있다.
차단기(120)는 ICCB(Insulated Case Circuit Breakers), PCB(Power Circuit Breakers), MCCB(Molded Case Circuit Breakers) 등이 될 수 있다. 과부하 및/또는 단락(사고) 등의 상태일 때 자동으로 전원을 차단하는 기능을 담당한다.
도 2는 도 1에 도시된 플러그(130)의 내부 개념도이다. 도 2를 참조하면, 플러그(130)는, 전원과 연결되는 전극 단자(201), 플러그 핀 작동 구조(210)를 갖는다.
플러그 핀 작동 구조(210)는 플러그(130)가 가정용 콘센트(도 1의 110)에 삽입되면 가정용 콘센트(111)의 표면에 접촉되면서 접점이 형성되어 차단기(도 1의 120)가 정상적으로 작동된다. 따라서, 가정용 콘센트(111)로부터 차량으로 전원이 정상적으로 공급된다.
이와 달리, 플러그(130)가 가정용 콘센트(도 1의 110)로부터 탈거되면 가정용 콘센트(111)의 표면과 분리되면서 접점이 해제되어 차단기(도 1의 120)가 오프된다. 따라서, 가정용 콘센트(111)로부터 차량으로 전원이 차단된다.
도 3은 도 1에 도시된 플러그(130)의 외관 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 플러그(130)를 X-X'축으로 절개한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 일단이 가정용 콘센트(111)의 표면과 직접 접촉되는 플러그 핀(410), 상기 플러그 핀(410)에 탄성력을 주는 탄성 부재(420), 플러그 핀(410)의 타단과 접촉 또는 분리에 의해 접점을 이루거나 접점을 해제하여 플러그의 삽입 인식 신호 또는 플러그의 탈거 인식 신호를 생성하는 접점부(430), 이러한 삽임 인식 신호 또는 탈거 인식 신호를 차단기(도 1의 120)에 전달하는 플러그 핀 신호선(450) 등을 포함하여 구성된다.
플러그 핀(410)의 앞단에는 단차(412)가 형성되며, 가정용 콘센트(111)의 표면과 직접 접촉되는 돌출부(411)가 형성된다. 돌출부(411)는 앞단에 핀(411-1)을 갖는 구조로서 단면이 "ㅗ"형상이다.
또한, 플러그 핀(410)의 하단은 이동부(413)로서, 탄성 부재(420)가 설치될 수 있게 막대형상이다. 도면에서 이동부(413)는 원형 형상으로 도시하였으나, 사각형, 팔각형 등 다양할 수 있다. 또한, 이동부(413)는 접점에 따른 신호를 생성하기 위해 금속 재질이 된다. 또한, 이동부(413)는 핀(411-1)과 동일한
플러그 핀(410)의 하단은 가이드부(440)와 조립되며, 가이드부(440)는 중공형상이다. 따라서, 이동 부재(413)가 이 가이드부(440)상에서 왕복 운동을 하게 된다.
탄성 부재(420)는 스프링이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 부연하면, 고무, 스펀지 등이 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플러그가 콘센트에 삽입된 상태를 보여주는 개념 단면도이다. 도 5를 참조하면, 충전을 위해 플러그(130)가 가정용 콘센트(111)에 삽입된 상태이다. 이 경우, 접점부(430)에 이동부(413)가 접촉되면서 접점이 형성되어 통전되는 상태이다. 따라서, 플러그(130)의 삽입 인식 신호가 생성된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 플러그가 콘센트로부터 탈거된 상태를 보여주는 개념 단면도이다. 도 6을 참조하면, 충전중 플러그(130)가 부주의로 인해 가정용 콘센트(111)로부터 분리되는 상태이다. 이 경우, 접점부(430)에 이동부(413)가 분리되면서 접점이 해제되어 플러그(130)로부터의 전원을 차단하는 상태이다. 따라서, 플러그(130)의 탈거 인식 신호가 생성된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전원 차단 장치의 회로 구성도이다. 도 7을 참조하면, 차단기(120)는, 차량의 배터리 전원선(701)에 연결되며 상기 플러그(130)의 전극 단자(201)로부터 차량에 공급되는 전원을 차단 또는 연결하는 스위치(740), 상기 플러그(130)와 플러그 핀 신호선(450)으로 연결되고, 상기 삽입 인식 신호 또는 탈거 인식 신호에 따라 상기 스위치(740)의 온오프를 제어하는 제어기(MCU: Micro Control Unit)(730) 등을 포함하여 구성된다.
즉, 접점 상태(710)이면, 스위치(740)가 온되어 전극 단자(201)를 통해 전원이 차량으로 공급된다.
이와 달리, 접점 해제 상태(720)이면, 스위치(740)가 오프되어 전극 단자(201)로부터 전원이 차단된다.
스위치(740)는 파워 릴레이가 사용되나, 이에 한정되지는 않으며, FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET), IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor) 등과 같은 반도체 스위칭 소자, TRIAC, SCR(Silicon Controlled Rectifier), I.C(Integrated Ciruit) 회로 등이 사용될 수 있다. 특히, 반도체 소자의 경우 바이폴라, 전력 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 소자 등이 사용될 수 있다. 전력 MOSFET 소자는 고전압 고전류 동작으로 일반 MOSFET와 달리 DMOS(Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor) 구조를 갖는다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 플러그의 탈거를 감지하여 전원을 차단하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 플러그(도 1의 130)가 가정용 콘센트(도 1의 111)에 삽입됨에 따라 완속 충전이 수행된다(단계 S810).
이러한 완속 충전 중 상기 플러그(130)와 전원 케이블(도 1의 121)로 연결되는 차단기(도 1의 120)가 상기 가정용 콘센트(111)로부터 상기 플러그(130)가 탈거되는지를 감지한다(단계 S820).
단계 S820에서, 감지되면, 상기 차단기(120)가 상기 플러그(130)로부터 차량에 전원을 계속 공급한다.
이와달리, 단계 S820에서, 감지되지 않으면, 상기 차단기(120)가 상기 플러그(130)로부터 차량에 공급되는 전원을 차단한다(단계 S830).
100: 고전압 전원 차단 장치
110: 벽면
111: 가정용 콘센트
120: 차단기
121: 전원 케이블 123: 연결 케이블
410: 플러그 핀
411: 돌출부 411-1: 핀
412: 단차 413: 이동부
420: 탄성 부재 430: 접점부

Claims (14)

  1. 가정용 콘센트에 삽입되는 플러그; 및
    상기 플러그와 전원 케이블로 연결되며, 완속 충전시 상기 가정용 콘센트로부터 탈거되는지를 감지하여 상기 플러그로부터 차량에 공급되는 전원을 차단하는 차단기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플러그는, 상기 삽입시에는 접점을 이루어 상기 차단기에 삽입 인식 신호를 전달하고, 상기 탈거시에는 접점이 해제되어 상기 차단기에 탈거 인식 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플러그는,
    전극 단자;
    일단에 상기 가정용 콘센트의 표면과 접촉하는 돌출부가 형성되고 상기 전극 단자의 일측 하단에 설치되는 플러그 핀;
    상기 돌출부의 단차에 설치되어 플러그핀에 가로 방향의 왕복 운동을 위한 탄성력을 주는 탄성 부재; 및
    상기 플러그핀의 타단과의 접촉 또는 분리에 의해 접점을 이루거나 접점을 해제하는 접점부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 차단기는,
    상기 차량의 배터리 전원선에 연결되며 상기 플러그로부터 차량에 공급되는 전원을 차단 또는 연결하는 스위치; 및
    상기 플러그와 플러그 핀 신호선으로 연결되고, 상기 삽입 인식 신호 또는 탈거 인식 신호에 따라 상기 스위치의 온오프를 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스위치는 파워 릴레이인 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 스프링인 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치.
  7. 전극 단자;
    일단에 가정용 콘센트의 표면과 접촉하는 돌출부가 형성되고 상기 전극 단자의 일측 하단에 설치되는 플러그 핀;
    상기 돌출부의 단차에 설치되어 플러그핀에 가로 방향의 왕복 운동을 위한 탄성력을 주는 탄성 부재; 및
    상기 플러그핀의 타단과의 접촉 또는 분리에 의해 접점을 이루거나 접점을 해제하는 접점부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치에 적용되는 플러그.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 스프링인 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 장치에 적용되는 플러그.
  9. 플러그가 가정용 콘센트에 삽입됨에 따라 완속 충전이 수행되는 단계;
    상기 플러그와 전원 케이블로 연결되는 차단기가 상기 가정용 콘센트로부터 상기 플러그가 탈거되는지를 감지하는 단계;
    감지되면, 상기 차단기가 상기 플러그로부터 차량에 전원을 계속 공급하는 단계; 및
    감지되지 않으면, 상기 차단기가 상기 플러그로부터 차량에 공급되는 전원을 차단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 플러그는, 상기 삽입시에는 접점을 이루어 상기 차단기에 삽입 인식 신호를 전달하고, 상기 탈거시에는 접점이 해제되어 상기 차단기에 탈거 인식 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플러그는,
    전극 단자;
    일단에 상기 가정용 콘센트의 표면과 접촉하는 돌출부가 형성되고 상기 전극 단자의 일측 하단에 설치되는 플러그 핀;
    상기 돌출부의 단차에 설치되어 플러그핀에 가로 방향의 왕복 운동을 위한 탄성력을 주는 탄성 부재; 및
    상기 플러그핀의 타단과의 접촉 또는 분리에 의해 접점을 이루거나 접점을 해제하는 접점부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 차단기는,
    상기 차량의 배터리 전원선에 연결되며 상기 플러그로부터 차량에 공급되는 전원을 차단 또는 연결하는 스위치; 및
    상기 플러그와 플러그 핀 신호선으로 연결되고, 상기 삽입 인식 신호 또는 탈거 인식 신호에 따라 상기 스위치의 온오프를 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스위치는 파워 릴레이인 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 스프링인 것을 특징으로 하는 고전압 전원 차단 방법.
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