KR20160133542A - 차량 전기적 시스템에서의 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

차량 전기적 시스템에서의 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 전기적 시스템(BN)에서의 전기적 절연을 모니터링하기 위한 디바이스(V)에 관한 것으로서, 제1(Uq1) 및 제2(Uq2) 전압 값을 갖는 DC 전압을 발생시키기 위한 전압원(SQ); 차량 전기적 시스템(BN)의 양의 전류 공급 라인(LP)과 음의 전류 공급 라인(LN)이 서로 전기적으로 접속되게 하는 전류 접속점(SP); 양의 전류 공급 라인(LP)과 전류 접속점(SP) 간 제1 전류 경로(Pa); 음의 전류 공급 라인(LN)과 전류 접속점(SP) 간 제2 전류 경로(Pb); 전류 접속점(SP)과 전압원(SQ) 간 제3 전류 경로(Pc); 제1 전류 경로(Pa)에서의 제1 전류 측정 유닛(ME1), 제2 전류 경로(Pb)에서의 제2 전류 측정 유닛(ME2), 및 제3 전류 경로(Pc)에서의 제3 전류 측정 유닛(ME3) 중 적어도 2개; 적어도 2개의 전류 측정 유닛(ME1, ME2, ME3)의 전류 측정 값(Ia1, Ia2, Ib1, Ib2)으로부터 그리고 제1(Uq1) 및 제2(Uq2) 전압 값으로부터 차량 전기적 시스템(BN)과 전기적 접지(MA) 간 절연 저항(R_ISO)을 결정하도록 설계된 결정 유닛(EE)을 포함한다.

Description

차량 전기적 시스템에서의 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법 및 디바이스{DEVICE AND METHOD FOR MONITORING AN ELECTRICAL INSULATION IN A VEHICLE ELECTRICAL SYSTEM}
본 발명은 차량, 특히 하이브리드/전기 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱, 본 발명은 차량용 온보드 전력 공급 시스템, 및 온보드 전력 공급 시스템을 갖는 차량, 특히 하이브리드/전기 차량에 관한 것으로서, 온보드 전력 공급 시스템은 위에서 인용된 바와 같은 장치를 포함한다.
현대식 차량, 특히 하이브리드 또는 전기 차량은 수백 볼트의 동작 전압이 지배적인 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로를 포함하는 온보드 전력 공급 시스템을 갖는다.
그렇지만, 60 볼트 이상의 전압은 인간에게는, 특히 아동에게는 생명 위협적이다. 그래서, 60 볼트보다 많은 동작 전압을 갖는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로는 인간에게의 위협을 제거하기 위해 온보드 전력 공급 시스템의 나머지로부터 또는 차량 차체로부터 전기적으로 절연된다.
동작 에러의 경우에 또는 온보드 전력 공급 시스템에서 기술적 장애가 있으면, 고장 전류라고 알려져 있는 것이 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로로부터 인간의 신체를 통해 흐를 수 있다. 그때 상기 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 차량 차체 간 전기적 절연이 온전하고 충분히 높으면, 그때 고장 전류의 암페어 수는 인간에게 위험하지 않은 값으로 제한된다.
그렇지만, 전기적 절연이 충분히 높지 않으면, 그때 수 밀리암페어의 암페어 수를 갖는 고장 전류가 인간의 신체를 통해 흐를 수 있으며, 인간에게는 생명 위협적일 수 있다.
시초부터 그러한 생명-위협적 고장 전류를 회피하기 위해, 온보드 전력 공급 시스템에서의 전기적 절연을 계속적으로 모니터링하는 것 및 가능한 조기에 잠재적 위험을 식별하는 것이 필요하다.
그래서 본 발명의 목적은 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하는 저렴한 방식을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 청구항의 주제에 의해 달성된다. 유익한 개량은 종속 청구항에 의해 다뤄진다.
본 발명의 제1 태양에 의하면, 차량, 특히 하이브리드/전기 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치가 제공된다.
그에 따라, 장치는 제1 전압 값을 갖는 제1 DC 전압 및 제2 전압 값을 갖는 제2 DC 전압을 발생 또는 산출하도록 설정되는 전원을 포함한다.
장치는 온보드 전력 공급 시스템의, 특히 온보드 전력 공급 시스템의 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로의 양의 전력 공급 라인, 및 온보드 전력 공급 시스템의 또는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로의 음의 전력 공급 라인이 전기적으로 접속되거나 서로 접속가능하게 하는 전기적 접속점을 갖는다.
장치는 양의 전력 공급 라인과 전기적 접속점 간 제1 전류 경로, 음의 전력 공급 라인과 전기적 접속점 간 제2 전류 경로, 및 전기적 접속점과 전원 간 제3 전류 경로를 더 포함한다.
장치는 부가적으로 다음의 3개의 전류 측정 유닛 중 적어도 2개를 포함한다:
- 제1 전류 경로를 통해 흐르는 제1 전류를 측정하기 위한 제1 전류 경로에서의 제1 전류 측정 유닛,
- 제2 전류 경로를 통해 흐르는 제2 전류를 측정하기 위한 제2 전류 경로에서의 제2 전류 측정 유닛,
- 제3 전류 경로를 통해 흐르는 제3 전류를 측정하기 위한 제3 전류 경로에서의 제3 전류 측정 유닛.
더욱, 장치는 신호 입력부를 통하여 3개의 전류 측정 유닛 중 적어도 2개의 각각의 신호 출력부에 전기적으로 접속되는 확정 유닛을 포함한다.
확정 유닛은 제1 측정 전류 값 및 제2 측정 전류 값 및 또한 발생된 전압의 전압 값으로부터 온보드 전력 공급 시스템과 전기적 접지 간 또는 온보드 전력 공급 시스템의 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 간 절연 저항을 확정하도록 설정된다.
이 경우에, 제1 측정 전류 값은, 제1 DC 전압의 효과 하에, 제1 기간 동안 3개의 전류 경로 중 2개를 통해 흐르는 2개의 전류의 전류 값이며, 그 기간 동안 전원은 제1 DC 전압을 발생시킨다. 이들 2개의 전류의 전류 값은 각각의 2개의 전류 경로에 배열된 각각의 전류 측정 유닛에 의해 상기 제1 기간 동안 측정되고 제1 측정 전류 값으로서 확정 유닛에 포워딩된다.
유사하게, 제2 측정 전류 값은, 제2 DC 전압의 효과 하에, 제2 기간 동안 각각의 2개의 전류 경로를 통해 흐르는 2개의 전류의 전류 값이며, 그 기간 동안 전원은 제2 DC 전압을 발생시킨다. 이들 2개의 전류의 전류 값은 대응하는 전류 측정 유닛에 의해 상기 제2 기간 동안 측정되고 제2 측정 전류 값으로서 확정 유닛에 포워딩된다.
용어 "DC 전압"은 전술한 측정 전류 값을 측정하는데 요구되는 결정된 기간에 걸쳐 일정한 전압 값을 갖는 전압을 의미한다고 이해된다. 그래서, 전원은 다르지만 일정한 전압 값을 갖는 DC 전압을 발생시킨다.
온보드 전력 공급 시스템에 대한, 특히 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 차량 차체 간, 전기적 절연을 모니터링하기 위해, 장치는 바로 연속하여 또는 바로 아닌 결정된 시간 간격으로 다른 전압 값을 갖는 2개의 DC 전압을 발생시키도록 전원을 사용한다. 2개의 DC 전압의 효과 하에, 다른 전류 값을 갖는 전류는 3개의 전류 경로를 통해 그리고 후속하여 전류 경로로부터 온보드 전력 공급 시스템 또는 온보드 전력 공급 시스템의 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로의 양의 그리고 음의 전력 공급 라인으로 흐른다.
온보드 전력 공급 시스템에 대한, 특히 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 차량 차체 간, 절기적 절연이 충분히 높으면, 그때는 2개의 DC 전압의 효과 하에 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로로부터 또는 2개의 전력 공급 라인으로부터 온보드 전력 공급 시스템의 나머지로 또는 차량 차체(전기적 접지)로 어떠한 전류도 또는 거의 아무 전류도 흐르지 않는다.
온보드 전력 공급 시스템 또는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로가, 예컨대, 온보드 전력 공급 시스템에서의 장애의 결과로서 차량 차체로부터 충분히 절연되지 않으면, 그때는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 간 또는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로의 전력 공급 라인과 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 간 누설 전류 경로가 형성되고, 그리고 누설 전류는 2개의 DC 전압의 효과 하에 상기 누설 전류 경로를 통해 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로로부터 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 차량 차체로 흐른다.
그때, 2개의 전류 측정 유닛은 전류 경로를 통해 흐르는 전류의 전류 값을 측정하고 그리고 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 차량 차체 간 절연 저항을 확정하기 위한 기초로서 측정 전류 값 및 2개의 DC 전압의 기지의 전압 값을 취하도록 장치에 의해 사용될 수 있다.
확정된 절연 저항은 그 후 소정 참조 저항과 비교될 수 있다. 확정된 절연 저항이 참조 저항 아래에 있으면, 그때는 온보드 전력 공급 시스템과 전기적 접지 간 또는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 전기적 접지 간 전기적 누설이 있다고 가정된다. 그에 따라, 경고가 차량의 운전자에게 출력되거나 또는 적합한 사전에 규정된 조치, 특히 적합한 자동 조치가 개시된다. 예로서, 가능한 자동 조치는 60 볼트 이상의 충전 전압을 갖는, 예컨대 트랙션 배터리와 같은, 전기적 에너지 스토어를 전기적으로 격리 또는 방전시키는 것을 포함한다.
이 경우에, 전류 측정 유닛은, 예컨대 다운스트림 연산 증폭기를 갖는 홀 센서 또는 션트 저항기를 사용하여, 단순한 방식으로 저렴하게 구현가능하다. 사용되는 전원은, 예컨대, 온보드 전력 공급 시스템의 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로에 전기적으로 접속되고 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로의 동작 전압을 상향-변환함으로써(그리고 필요하다면 반전시킴으로써) 2개의 DC 전압을 발생시키는 단순 DC-DC 전압 컨버터일 수 있다. 확정 유닛은 단순 저렴한 마이크로프로세서 및 저렴한 아날로그-대-디지털 컨버터로 구현될 수 있다.
이것은, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한, 특히 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 차량 차체 간, 전기적 절연을, 단순한 방식으로, 신뢰할만하게 확정하는데 단순 저렴한 전기적/전자적 컴포넌트를 사용할 수 있는 장치를 제공한다.
그 결과, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 신뢰할만하게 모니터링하는 저렴한 방식이 제공된다.
장치의 바람직한 개량에 의하면, 상기 장치는 전술한 전류 측정 유닛 중 3개 전부를 포함하되, 확정 유닛은 3개의 신호 입력부를 통하여 3개의 전류 측정 유닛의 각각의 신호 출력부에 전기적으로 접속된다. 이 경우에, 제3 전류 측정 유닛 또는 그로부터의 측정 전류 값은 확정된 절연 저항을 점검하는데 사용되고 그래서 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연의 훨씬 더 신뢰할만한 모니터링을 가능하게 한다.
장치의 추가적 바람직한 개량에 의하면, 상기 장치는, 제1 전류 경로에, 제1 및/또는 제3 전류를 제한하기 위한 제1 저항기를 포함한다. 장치는, 제2 전류 경로에, 제2 및/또는 제3 전류를 제한하기 위한 제2 저항기를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 2개의 저항기는 높은 저항으로 구체화된다. 2개의 저항기는 메가옴 범위에 있는 저항값을 갖는 것이 바람직하다.
장치의 다른 추가적 바람직한 개량에 의하면, 상기 장치는, 제1 전류 경로에, 제1 전류 경로에서의 전기적 접속을 연결 또는 해제하기 위한 제1 제어가능한 스위치를 포함한다. 제1 전류 경로에서의 제1 스위치에 부가하여 또는 대안으로서, 장치는, 제2 전류 경로에, 제2 전류 경로에서의 전기적 접속을 연결 또는 해제하기 위한 제2 제어가능한 스위치를 포함한다. 이들 2개의 제어가능한 스위치의 제어된 개방은 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연의 모니터링이 일어나지 않는 시간에 장치가 온보드 전력 공급 시스템으로부터 전기적으로 격리될 수 있게 한다. 요구될 때만, 즉, 전기적 절연을 모니터링할 때만, 2개의 스위치의 제어된 폐쇄의 결과로서 장치가 온보드 전력 공급 시스템에 전기적으로 접속되는 것이 가능하다.
장치의 다른 추가적 바람직한 개량에 의하면, 상기 장치는 다음의 단순한 방정식에 기초하여 절연 저항(R_ISO)을 확정한다:
Figure pct00001
식 중,
Uq1은 제1 DC 전압의 제1 전압 값이고;
Uq2는 제2 DC 전압의 제2 전압 값이며;
Ia1, Ib1은 제1 DC 전압의 효과 하에 제1 및 제2 전류 경로를 통해 각각의 경우 흐르는 전류의 각각의 제1 측정 전류 값이고;
Ia2, Ib2은 제2 DC 전압의 효과 하에 제1 및 제2 전류 경로를 통해 각각의 경우 흐르는 전류의 각각의 제2 측정 전류 값이며;
n은 수치 계수로서 바람직하게는 2이고;
Ra 및 Rb는 제1 및 제2 DC 전압의 효과 하에 각각의 전류가 흐르는 제1 및 제2 전류 경로에서의 각각의 저항이다.
측정 전류 값(Ia1, Ia2, Ib1, Ib2)은 제1 및 제2 전류 측정 유닛에 의해 직접 측정되든지 또는 다음 방정식에 기초하여 제1 및 제3 전류 측정 유닛으로부터의 측정 전류 값으로부터 또는 제2 및 제3 전류 측정 유닛으로부터의 측정 전류 값으로부터 컴퓨팅되든지 한다:
Figure pct00002
여기서,
Ic1은 제1 DC 전압의 효과 하에 제3 전류 경로를 통해 흐르는 전류의 제1 측정 전류 값이고;
Ic2는 제2 DC 전압의 효과 하에 제3 전류 경로를 통해 흐르는 전류의 제2 측정 전류 값이다.
그래서, 절연 저항은 저항기 양단의 각각의 강하 전압에 의해 보정된 제1 및 제2 인가된 DC 전압 간 차이와 제1 및 제2 DC 전압의 효과 하에 각각의 경우 제1 및 제2 전류 경로를 통해 흐르는 2개의 전류 값 간 차이의 몫으로서 컴퓨팅된다.
장치의 다른 추가적 바람직한 개량에 의하면, 제1 DC 전압의 제1 전압 값은 50 내지 60 볼트이다. 제2 DC 전압의 제2 전압 값은 -60 내지 -50 볼트인 것이 바람직하다.
이 경우에, 상한 값 60 및 -60 볼트는 인간 또는 차량 승객에게 아직 생명 위협적이지는 않은 발생가능한 DC 전압의 상한이다.
하한 값 50 및 -50 볼트는 2개의 DC 전압 간 적어도 100 볼트의 전압 스윙을 가능하게 하여, 이것은 그에 대응하여 제1, 제2 및 제3 전류의 측정 전류 값에 대한 큰 값 차이를 수반한다. 측정 전류 값에 대한 큰 값 차이는 순차로 절연 저항의 정확한 확정을 가능하게 한다. 부가적으로, 높은 전압 값은 온보드 전력 공급 시스템에서 또는 전류 경로에서 전압 요동을 향하여 강건하다.
본 발명의 추가적 태양에 의하면, 차량, 특히 하이브리드/전기 차량용 온보드 전력 공급 시스템이 제공되며, 온보드 전력 공급 시스템은 온보드 전력 공급 시스템에 대한 또는 온보드 전력 공급 시스템의 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 차량 차체 간 전기적 절연을 모니터링하기 위한, 위에서 기술된, 장치를 갖는다.
본 발명의 다른 추가적 태양에 의하면, 온보드 전력 공급 시스템을 갖는 차량, 특히 하이브리드/전기 차량이 제공되며, 온보드 전력 공급 시스템은 온보드 전력 공급 시스템에 대한 또는 온보드 전력 공급 시스템의 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 차량 차체 간 전기적 절연을 모니터링하기 위한, 위에서 기술된, 장치를 갖는다.
본 발명의 다른 추가적 태양에 의하면, 차량, 특히 하이브리드/전기 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법이 제공된다. 이 경우에, 방법은 다음의 방법 단계를 갖는다:
- 온보드 전력 공급 시스템의 양의 전력 공급 라인 및 온보드 전력 공급 시스템의 음의 전력 공급 라인이 전기적으로 접속되거나 서로 접속가능하게 하는 전기적 접속점과 전기적 접지 간 전기적으로 전원의 접속 또는 결선;
- 전원에 의해 제1 전압 값을 갖는 제1 DC 전압의 제1 발생;
- 제1 및 제2 전류의 각각의 제1 측정 전류 값의 제1 측정으로서, 제1 및 제2 전류는 각각 제1 DC 전압의 효과 하에 다음의 3개의 전류 경로 중 하나를 통해 흐르고:
Figure pct00003
양의 전력 공급 라인과 전기적 접속점 간 제1 전류 경로,
Figure pct00004
음의 전력 공급 라인과 전기적 접속점 간 제2 전류 경로,
Figure pct00005
전기적 접속점과 전원 간 제3 전류 경로;
- 전원에 의해 제2 전압 값을 갖는 제2 DC 전압의 제2 발생;
- 제2 DC 전압의 효과 하에 각각의 경우 각각의 전류 경로를 통해 흐르는 제1 및 제2 전류의 각각의 제2 측정 전류 값의 제2 측정;
- 제1 및 제2 전압 값 및 또한 제1 및 제2 측정 전류 값으로부터 온보드 전력 공급 시스템과 전기적 접지 간 절연 저항의 확정.
그에 따라, 온보드 전력 공급 시스템의 전기적 접속점과 전기적 접지 간 전원이 결선 또는 전기적으로 접속되며, 그 전기적 접속점을 통하여 온보드 전력 공급 시스템의 양의 전력 공급 라인 및 온보드 전력 공급 시스템의 음의 전력 공급 라인이 전기적으로 접속되거나 서로 접속가능하다. 이 경우에 사용되는 전기적 접지는, 예컨대, 차량 차체이거나 온보드 전력 공급 시스템의 전기적 접지 접속부이다.
온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위해, DC 전원은 결정된 제1 기간 동안 제1 전압 값을 갖는 제1 DC 전압을 발생시키도록 사용된다.
제1 DC 전압은 제3 전류 경로로부터 제1 전류 경로로 그리고 제3 전류 경로로부터 제2 전류 경로로 각각의 전류 흐름을 산출한다. 이들 전류 흐름은 양의 전력 공급 라인으로부터 제1 및 제2 전류 경로를 통하여 음의 전력 공급 라인으로 흐르는 전류 흐름과 중첩한다.
이들 중첩하는 전류 흐름은 제1 및 제2 전류 경로를 통해 흐르는 전류에서의 변화를 초래한다.
이들 전류 변화는 측정되고 절연 저항을 확정하기 위한 제1 측정 전류 값으로서 부정된다.
제1 측정 전류 값의 측정 후에 바로 또는 바로 아닌 소정 시간 간격으로, DC 전원은 결정된 제2 기간 동안 제2 전압 값을 갖는 제2 DC 전압을 발생시키도록 사용된다.
그에 따라, 제2 DC 전압의 효과 하에 각각의 전류 경로를 통해 흐르는 전류 또는 전류에서의 변화는 이러한 제2 기간 동안 측정되며, 그 기간에 제2 DC 전압이 발생된다. 그 후, 제2 측정 전류 값은, 이전에 측정된 제1 측정 전류 값과, 절연 저항을 확정하는데 사용된다.
그때, 이들 제1 및 제2 측정 전류 값 및 2개의 전압 값으로부터, 온보드 전력 공급 시스템과 전기적 접지 간 또는 온보드 전력 공급 시스템의 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 전기적 접지 간 절연 저항이 확정된다.
후속하여, 확정된 절연 저항값은 소정 참조 저항값과 비교된다. 확정된 절연 저항값이 참조 저항값 아래에 있으면, 온보드 전력 공급 시스템과 전기적 접지 간 또는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로와 온보드 전력 공급 시스템의 나머지 또는 전기적 접지 간 전기적 누설이 있다고 가정된다.
방법의 하나의 바람직한 개량에 의하면, 절연 저항은 각각의 전류 경로의 각각의 저항기 양단의 각각의 강하 전압 값에 의해 보정된 제1 DC 전압의 제1 전압 값 및 제2 DC 전압의 제2 전압 값 간 차이와 제1 및 제2 DC 전압의 효과 하에 각각의 경우 제1 및 제2 전류 경로를 통해 흐르는 전류의 제1 및 제2 전류 값 간 차이의 몫으로서 컴퓨팅된다.
방법의 하나의 바람직한 개량에 의하면, 절연 저항은 전술한 방정식에 기초하여 확정된다:
Figure pct00006
방법의 추가적 바람직한 개량에 의하면, 제1 측정 전류 값의 측정은 온보드 전력 공급 시스템의 동작 전압의 제1 동작 전압 값이 측정되게 하고 그리고 제2 측정 전류 값의 측정은 동작 전압의 제2 동작 전압 값이 측정되게 한다. 후속하여, 제1 및 제2 동작 전압 값은 서로 비교된다.
제1 및 제2 동작 전압 값이 소정 한계 값보다 많이 서로 다르면, 그때 제1 측정 전류 값은 거절되고 그리고 전원은 제3 전압 값을 갖는 제3 DC 전압을 발생시키도록 사용된다. 더욱, 제3 DC 전압 및 동작 전압의 제3 동작 전압 값의 효과 하에 각각의 경우 각각의 전류 경로를 통해 흐르는 제1 및 제2 전류의 제3 측정 전류 값은 각각 측정된다. 후속하여, 제2 및 제3 동작 전압 값은 서로 비교된다. 제2 및 제3 동작 전압 값이 서로 다르지 않거나 또는 한계 값보다 작게 다르면, 그때 절연 저항은 제2 및 제3 전압 값 및 또한 제2 및 제3 측정 전류 값으로부터 확정된다.
이 경우에, "발생" 및 "측정" 방법 단계는 동작 전압이 2개의 연속하는 측정 단계 간 일정한 채로 있을 때까지 반복된다.
방법의 대안의 개량에 의하면, 제1 측정 전류 값은 한계 값보다 많은 제1 및 제2 동작 전압 값 간 불일치의 경우에 폐기되지 않는다. 대조적으로, 절연 저항은 제1 및 제2 전압 값 및 또한 제1 및 제2 측정 전류 값으로부터 계속 확정되고 보정 인자에 의해 보정된다. 이 경우에, 보정 인자는 제1 및 제2 동작 전압 값 간 불일치에 기초하여 확정된다. 바람직하게는, 보정 인자는 불일치에 기초하여 보정 인자 테이블(룩업 테이블이라고 알려져 있는 것)로부터 판독되며, 상기 보정 인자 테이블은 판독가능한 형태로 그리고 미리 확정된 방식으로 동작 전압 값에서의 여러 다른 불일치에 대한 여러 다른 보정 인자를 저장하고 있다.
방법의 추가적 바람직한 개량에 의하면, 제1 및 제2 전류의 제1 측정 전류 값뿐만 아니라, 동시에, 제3 전류의 제1 측정 전류 값도 측정되되, 제1, 제2 및 제3 전류는 각각 제1 DC 전압의 효과 하에 3개의 전류 경로 중 하나를 통해 흐른다. 더욱, 제1 및 제2 전류의 제2 측정 전류 값뿐만 아니라, 동시에, 제3 전류의 제2 측정 전류 값도 측정되되, 제1, 제2 및 제3 전류는 각각 제2 DC 전압의 효과 하에 3개의 전류 경로 중 하나를 흐른다. 제3 전류의 제1 및 제2 측정 전류 값은 확정된 절연 저항의 정확도를 점검하도록 사용된다.
이 경우에, 3개의 전류의 각각의 제1 및 각각의 제2 측정 전류 값은 서로 비교될 수 있다. 이러한 목적으로, "키르히호프의 법칙"에 따른 노드 방정식이 전기적 접속점에 대해 산출되고 그리고 각각의 제1 및 각각의 제2 측정 전류 값의 합이 0(영)인지 결정하도록 점검이 수행된다. 합이 영과 다르면, 각각의 제1 및 제2 측정 전류 값은 거절되거나 적합한 인자에 의해 보정된다.
대안으로, 제3 전류의 2개의 측정 전류 값은 절연 저항을 확정하도록 사용될 수 있다. 이 경우에, 절연 저항은 제1 및 제2 전류의 각각의 2개의 측정 전류 값에 기초하여, 제1 및 제3 전류의 각각의 2개의 측정 전류 값에 기초하여 그리고 제2 및 제3 전류의 각각의 2개의 측정 전류 값에 기초하여 각각 서로 독립적으로 3회 컴퓨팅된다. 그 후, 절연 저항은 3개의 컴퓨팅된 절연 저항값의 평균 값으로서 결정된다.
대안으로, 그럴듯하게 보이지 않는 하나의 또는 다른 절연 저항값은 거절되고 그 후 절연 저항은 그럴듯하게 보이는 남은 절연 저항값으로부터 결정된다.
방법의 다른 추가적 바람직한 개량에 의하면, 제1 발생, 제1 측정, 제2 발생, 제2 측정 및 확정의 전술한 방법 단계는 차량의 구동 모드 동안 일어난다. 이것은 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연이 또한 존재하는 동작 전압이 있고 온보드 전력 공급 시스템 전류가 온보드 전력 공급 시스템에서 흐르는 시간에 확정될 수 있음을 의미한다.
DC 전압이 차량의 구동 모드 동안 발생되고 상기 전류가 차량의 구동 모드 동안 측정되면, 그때 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로 상의 동작 전압이 역시 측정된다.
위의 방정식에서는, 온보드 전력 공급 시스템에서의 또는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로에서의 동작 전압이 변하지 않는다고 가정된다.
동작 전압이 방법의 전체 지속시간 동안 일정한 채로 있으면, 그때 절연 저항은 위의 방정식에 기초하여 확정된다. 그 후, 이러한 방식으로 획득된 절연 저항값은 소정 참조 저항값과 비교된다.
그렇지만, 동작 전압이 제1 및 제2 측정 간 시간에 변하면, 그때 제1 측정 전류 값은, 앞서 바람직한 개량에서 제안된 바와 같이, 거절되고 그리고 제3 DC 전압이 발생되고 그리고 추가적 측정 전류 값이 측정된다. 이러한 방식으로 측정된 제3 측정 전류 값 및 제3 DC 전압의 제3 전압 값은, 그 후, 제1 측정 전류 값 및 제1 전압 값 대신에 절연 저항을 확정하도록 사용된다.
이 경우에, "발생" 및 "측정" 방법 단계는 동작 전압이 2개의 연속하는 측정 단계 간 일정한 채로 있을 때까지 반복된다.
대안으로, "발생" 및 "측정" 방법 단계 동안 동작 전압에서의 변화는 절연 저항을 확정하는데 고려될 수 있다. 위에서 이미 언급된 바와 같이, 위의 방정식에 기초하여 확정된 절연 저항은 측정된 동작 전압 값에서의 불일치 또는 동작 전압에서의 변화에 기초하여 이 경우 적합한 보정 인자에 의해 보정된다. 이러한 목적으로, 적합한 보정 인자는 동작 전압의 여러 다른 초기 및 변화된 값에 대해 미리 확정되고 보정 인자 테이블에 저장된다. 컴퓨팅된 절연 저항을 보정하기 위해, 보정 인자는 측정된 동작 전압 값들 간 불일치에 기초하여 테이블로부터 판독될 수 있다. 컴퓨팅된 절연 저항은 그 후 이러한 보정 인자에 의해 보정된다. 이러한 방식으로 획득된 보정된 절연 저항값은 그 후 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로의 현재 절연 저항값으로서 참조 저항값과 비교된다.
그렇지만, "제1 발생"으로부터 "확정"까지의 전술한 5개의 방법 단계는 또한, 차량이 구동 모드에 있지 않고 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로에서의 동작 전압이 0 볼트인 시간에, 순환하여 일어날 수 있다.
위에서 예시된 장치의 유익한 개량들은 또한, 다른 경우에 그것들이 전술한 온보드 전력 공급 시스템 또는 차량에 또는 위에서 기술된 방법에 이전가능하면, 온보드 전력 공급 시스템의, 차량의, 또는 방법의 유익한 개량들로서 간주될 수 있다. 유사하게, 위에서 기술된 방법의 유익한 개량들은 또한, 다른 경우에 그것들이 위에서 기술된 장치, 온보드 전력 공급 시스템 또는 차량에 이전가능하면, 장치의, 온보드 전력 공급 시스템의, 또는 차량의 유익한 개량들로서 간주될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시형태는 수반 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 이제 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치를 갖는 전기 차량의 온보드 전력 공급 시스템의 도식적 예시도; 및
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 도식적 선도.
우선, 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치(V)를 갖는, 도면에 도시되지 않은, 전기 차량의 온보드 전력 공급 시스템(BN)을 도식적으로 도시하는 도 1을 참조할 것이다.
온보드 전력 공급 시스템(BN)은 대략 500 볼트의 동작 전압(Ub)이 지배적인 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)를 포함한다. 이러한 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에서의 전기 기계(EM)에 전기 전류를 제공하도록 사용되며, 그 전기 기계는 전기 차량을 구동하도록 사용된다.
이러한 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에서, 온보드 전력 공급 시스템(BN)은 전기 기계(EM)를 동작시키는데 또는 전기 차량을 구동하는데 요구되는 전류를 제공하는 에너지 또는 전류원으로서 트랙션 배터리(BT)를 갖는다.
각각의 제어가능한 콘택터(Sc1, Sc2)는 트랙션 배터리(BT)를, 각각, 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)의 양의 그리고 음의 전력 공급 라인(LP, LN)에 전기적으로 접속시키도록 사용된다. 제1 콘택터(Sc1)에 부가하여, 트랙션 배터리(BT)는 제3 제어가능한 콘택터(Sc3) 및 보호용 저항기(Rs)를 통하여 양의 전력 공급 라인(LP)에 전기적으로 접속되되, 제3 콘택터(Sc4)와 보호용 저항기(Rs)는 서로 직렬로 그리고 트랙션 배터리(BT)와 양의 전력 공급 라인(LP) 간 제1 콘택터(Sc1)와 병렬로 전기적으로 접속된다.
고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에서, 온보드 전력 공급 시스템(BN)은 트랙션 배터리(BT)에 의해 제공된 전류를 위상 전류로 변환하고 이들 위상 전류를 전기 기계(EM)에 공급하는 컨버터(UR)를 더 갖는다.
이 경우에, 양의 전력 공급 라인(LP) 및 음의 전력 공급 라인(LN)은 트랙션 배터리(BT)를 컨버터(UR)에 접속시키고, 그리고 전류는 그것들을 통해 트랙션 배터리(BT)로부터 컨버터(UR)로 흐른다.
양의 전력 공급 라인(LP)과 음의 전력 공급 라인(LN) 간, 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)의 동작 전압(Ub)에서의 전압 요동을 보상하고 동작 전압(Ub)을 요구된 전압 값으로 유지하는 중간 회로 커패시터(Czk)를 갖는다.
양의 전력 공급 라인(LP) 및 음의 전력 공급 라인(LN)은 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에서의 전압 요동을 모니터링하기 위해 동작 전압(Ub)을 정기적으로 측정하는, 그것들 간 제공된, 전압 측정 유닛(ME5)을 더 갖는다.
고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)는 양의 전력 공급 라인(LP)과 전기적 접지(MA) 간 그리고 음의 전력 공급 라인(LN)과 전기적 접지(MA) 간 각각의 방전 커패시턴스(Cd)를 갖는다.
온보드 전력 공급 시스템(BN)은, 전기 차량의 설계에 종속하여, 예컨대, 12 볼트의 동작 전압이 지배적인, 도면에 도시되지 않은, 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로를 더 포함한다. 이러한 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로는 동작 전압 12 볼트에서 동작하는, 거기에서 전기적으로 접속된, 부하를 갖는다. 이들 부하는, 예컨대, 차량 조명, 네비게이션 기기, 전기적 윈도 히팅 또는 전기적 공기 조화 압축기이다.
고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에서의 동작 전압(Ub)은, 500 볼트에서, 차량 승객에게 생명 위협적이다. 높은 동작 전압(Ub)에서의 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에서의 전류가 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로를 통하여 또는 온보드 전력 공급 시스템(BN) 상의 전기적 접지(MA) 또는 차량 차체를 통하여 제어되지 않은 방식으로 방전되어 차량 승객의 건강을 위험하게 하지 않도록, 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ) 및 2개의 전력 공급 라인(LP, LN)은 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 나머지로부터 그리하여 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로 또는 전기적 접지(MA)로부터 DC 격리되고 전기적으로 절연된다.
고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)와 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 나머지 및 그리하여 전기적 접지(MA) 간 전기적 절연은 가공의 절연 저항(R_ISO)으로 도면에 도식적으로 도시되어 있다.
고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)로부터 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로로 또는 전기적 접지(MA)로 전류가 흘러 인간을 감전시킬 수 없도록, 절연 저항(R_ISO)은 충분히 높아야 한다.
온보드 전력 공급 시스템(BN)에 장애 또는 고장이 발생하면, 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)와 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 나머지 또는 전기적 접지(MA) 간 DC 격리가 인터럽트될 수 있어, 전기 차량에 그리고 차량 승객에 손상을 야기할 수 있다.
전기 차량에 대한 안전을 증가시키기 위해, 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)와 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 나머지 또는 전기적 접지(MA) 간 전기적 절연 또는 절연 저항은 계속하여 모니터링될 필요가 있다. 절연 저항값이 기결정된 참조 저항값 아래에 있으면, 그때 트랙션 배터리(BT)는 모든 3개의 콘택터(Sc1, Sc2, Sc3)의 제어된 개방에 의해 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)로부터 전기적으로 격리될 필요가 있고, 그리고 중간 회로 커패시터(Czk)는 60 볼트 아래의 충전 전압으로 방전될 필요가 있다.
이러한 목적으로, 온보드 전력 공급 시스템(BN)은 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)와 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 나머지 또는 전기적 접지(MA) 간 또는 온보드 전력 공급 시스템(BN)에서의 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치(V)를 포함한다.
장치(V)는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)의 양의 그리고 음의 전력 공급 라인(LP, LN)이 전기적으로 접속되거나 서로 접속가능하게 하는 전기적 접속점(SP)을 갖는다.
전기적 접속점(SP)과 양의 전력 공급 라인(LP) 간, 장치(V)는 제1 제어가능한 스위치(S1), 제1 결합 저항기(RA) 및 제1 전류 측정 유닛(ME1)이 직렬로 결선되는 제1 전류 경로(Pa)를 갖는다.
유사하게, 장치(V)는, 전기적 접속점(SP)과 음의 전력 공급 라인(LN) 간, 제2 제어가능한 스위치(S2), 제2 결합 저항기(Rb) 및 제2 전류 측정 유닛(ME2)이 직렬로 결선되는 제2 전류 경로(Pb)를 갖는다.
전기적 접속점(SP)과 전기적 접지(MA) 간, 장치(V)는 온/오프 스위칭될 수 있는 인버터를 갖는 DC-DC 전압 컨버터의 형태인 전원(SQ)을 갖는다. 양의 전기적 접속부(AP)는 전원(SQ)을 전기적 접속점(SP)에 전기적으로 접속시킨다. 음의 전기적 접속부(AN)는 전원(SQ)을 전기적 접지(MA)에 전기적으로 접속시킨다.
그래서, 전기적 접속점(SP)과 전원(SQ)의 양의 전기적 접속부(AP) 간, 장치(V)의 제3 전류 측정 유닛(ME3)이 전기적으로 접속되는 제3 전류 경로(Pc)가 형성되었다.
전원(SQ)의 양의 전기적 접속부(AP)와 전기적 접지(MA) 간, 장치(V)는 전원(SQ)과 병렬로 결선되는 분압기(ST)를 갖는다. 분압기(ST)는 직렬로 결선된 2개의 저항기(R1, R2)를 포함한다. 이들 2개의 저항기(R1, R2)에 대한 전기적 접속점(VP)과 전기적 접지(MA) 간, 장치(V)는 전압 측정 유닛(ME4)을 갖는다.
장치(V)는 2개의 스위치(S1, S2)를 개폐하기 위한 제어 유닛(SE)을 더 포함한다.
더욱, 장치(V)는 가공의 절연 저항(R_ISO)을 확정하기 위한 확정 유닛(EE)을 포함한다. 확정 유닛(EE)은 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 신호 입력부(SE1, SE2, SE3, SE4, SE5)를 포함한다. 제1 신호 입력부(SE1)는 확정 유닛(EE)을 제1 전류 측정 유닛(ME1)의 신호 출력부(SA1)에 전기적으로 접속시키고, 제2 신호 입력부(SE2)는 상기 확정 유닛을 제2 전류 측정 유닛(ME2)의 신호 출력부(SA2)에 전기적으로 접속시키고, 제3 신호 입력부(SE3)는 상기 확정 유닛을 제3 전류 측정 유닛(ME3)의 신호 출력부(SA3)에 전기적으로 접속시키고, 그리고 제4 신호 입력부(SE4)는 상기 확정 유닛을 전압 측정 유닛(ME4)의 신호 출력부(SA4)에 전기적으로 접속시킨다. 제5 신호 입력부(SE5)는 상기 확정 유닛(EE)을 전압 측정 유닛(ME5)의 신호 출력부(SA5)에 전기적으로 접속시킨다.
장치(V), 특히 확정 유닛(EE)의 동작은 온보드 전력 공급 시스템(BN)에 대한 또는 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법의 설명과 함께 도 2를 참조하여 아래에서 더 상세히 기술된다.
온보드 전력 공급 시스템(BN)에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위해, 가공의 절연 저항(R_ISO)은 전기 차량의 동작 동안 계속하여 확정된다.
이러한 목적으로, 제어 유닛(SE)은 방법 단계(S100)에 따라 2개의 스위치(S1, S2)를 폐쇄하고, 그래서 전원(SQ)과 함께 장치(V)를 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에 접속시키고 제1 및 제2 전류 경로(Pa, Pb)에서의 전기적 접속을 만든다. 이것은 양의 전력 공급 라인(LP)으로부터 제1 및 제2 전류 경로(Pa, Pb)를 통하여 음의 전력 공급 라인(LN)으로의 회로를 형성하며, 그 회로를 통해 양의 전력 공급 라인(LP)으로부터 음의 전력 공급 라인(LN)으로 시스템 전류(In)가 흐른다.
전원(SQ)은 방법 단계(S200)에 따라 소정 제1 기간 동안 60 볼트의 제1 소정 전압 값(Uq1)을 갖는 제1 DC 전압을 발생시킨다. 이 경우에, 전원(SQ)은 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로로부터의 12 볼트 동작 전압을 60 볼트로 변환한다.
이러한 제1 DC 전압은 제3 전류 경로(Pc)로부터 제1 및 제2 전류 경로(Pa, Pb)로 흐르는 직류 전류(Ic, Ia, Ib)를 산출한다. 그래서, 제1 및 제2 전류 경로(Pa, Pb)를 통해 흐르는 이들 직류 전류(Ia, Ib)는 제1 및 제2 전류 경로(Pa, Pb)를 통해 흐르는 시스템 전류(In)와 중첩하고 시스템 전류(In)에 대한 전류 변화를 초래한다. 이들 전류 변화는 추가적 방법 단계(S300)에 따라 제1 및 제2 전류 측정 유닛(ME1, ME2)에 의해 측정되고 각각의 제1 측정 전류 값(Ia1, Ib1)으로서 각각의 신호 출력부(SA1, SA2)를 통하여 확정 유닛(EE)에 포워딩된다. 마찬가지로, 제3 전류 측정 유닛(ME3)은 제1 DC 전압의 효과 하에 제3 전류 경로(Pc)를 통해 흐르는 직류 전류(Ic)를 측정하고, 직류 전류의 제1 측정 전류 값(Ic1)을 신호 출력부(SA3)를 통하여 확정 유닛(EE)에 포워딩한다.
이 경우에, 3개의 전류 측정 유닛(ME1, ME2, ME3)은 전원(SQ)이 제1 DC 전압을 발생시키기 시작하는 시작 시간으로부터 소정 시간 간격만큼 시간에서 오프셋된 방식으로 관련 전류(Ia, Ib, Ic)를 측정한다. 이러한 소정 시간 간격은 제1 DC 전압이 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에 인가된 후 중간 회로 커패시터(Czk) 및 방전 커패시턴스(Cd)가 댐핑에 필요한 기간에 대응한다.
동시에, 전압 측정 유닛(ME4)은 분압기(ST)의 저항기(R2) 양단의 강하 전압(U2)을 측정하고 제1 측정 전압 값(U21)을 신호 출력부(SA4)를 통하여 확정 유닛(EE)에 보낸다.
전기 차량의 구동 모드 동안, 트랙션 배터리(BT)는 2개의 전력 공급 라인(LP, LN)을 통하여 컨버터(UR) 또는 전기 기계(EM)에 전류를 공급한다. 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에서의 부하 요동 때문에, 동작 전압(Ub)은 요동한다. 동작 전압(Ub)에서의 전압 요동은 절연 저항(R_ISO)의 확정의 결과를 좌우한다. 절연 저항(R_ISO)을 신뢰할만하게 확정할 수 있기 위해, 동작 전압(Ub)에서의 전압 요동은 확정에 고려된다.
이러한 목적으로, 확정 유닛(EE)은 제5 신호 입력부(SE5)를 통하여 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에 있는 전압 측정 유닛(ME5)으로부터 제1 동작 전압 값(Ub1)을 수신하며, 상기 동작 전압 값은 제1 측정 전류 값(Ia1, Ib1, Ic1)의 측정과 동시에 전압 측정 유닛(ME5)에 의해 측정되었다.
제1 기간 및 중간 회로 커패시터(Czk)의 그리고 방전 커패시턴스(Cd)의 댐핑에 필요한 추가적 소정 시간 간격이 경과한 후에, 전원(SQ)은 추가적 방법 단계(S400)에 따라 소정 제2 기간 동안 60 볼트의 제2 소정 전압 값(Uq2)을 갖는 제2 DC 전압을 발생시킨다. 이 경우에, 전원(SQ)은 저전압 온보드 전력 공급 시스템 경로로부터의 12 볼트 동작 전압을 60 볼트로 변환하고 후자를 반전시킨다.
추가적 방법 단계(S500)에 따라 그리고 방법 단계(S300)와 유사하게, 3개의 전류 측정 유닛(ME1, ME2, ME3)은, 제2 기간 동안 그리고 전원(SQ)이 제2 DC 전압을 발생시키기 시작하는 시작 시간으로부터 소정 시간 간격만큼 시간에서 오프셋된 방식으로, 제2 DC 전압의 효과 하에 각각의 전류 경로(Pa, Pb, Pc)를 통해 흐르고 그리하여 제2 DC 전압에 의해 유발되는 각각의 전류 변화에 대응하는 관련 전류(Ia, Ib, Ic)를 측정한다. 후속하여, 3개의 전류 측정 유닛(ME1, ME2, ME3)은 각각의 제2 측정 전류 값(Ia2, Ib2, Ic2)을 확정 유닛(EE)에 포워딩한다.
동시에, 전압 측정 유닛(ME4)은 분압기(ST)의 저항기(R2) 양단의 강하 전압(U2)을 측정하고 제2 측정 전압 값(U22)을 확정 유닛(EE)에 보낸다.
마찬가지로 동시에, 전압 측정 유닛(ME5)은 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)에서의 동작 전압(Ub)을 측정하고 측정된 값으로서 제2 동작 전압 값(Ub2)을 확정 유닛(EE)에 포워딩한다.
추가적 방법 단계(S600)에 따라, 확정 유닛(EE)은 2개의 동작 전압 값(Ub1, Ub2)을 서로 비교한다.
2개의 동작 전압 값(Ub1, Ub2)이 서로 다르면 그리고 2개의 동작 전압 값(Ub1, Ub2) 간 불일치가 소정 한계 값을 초과하면, 그때 제1 측정 전류 값(Ia1, Ib1)은 거절되고 방법 단계(S200, S300)가 반복된다. 이러한 목적으로, 60 볼트의 전압 값(Uq1)을 갖는 제1 DC 전압이 재차 발생되고 그리고 전류(Ia, Ib, Ic) 및 또한 전압(U2, Ub)이 재차 측정된다.
이러한 방식으로 획득된 제3 동작 전압 값(Ub3)은 그 후 가장 최근에 측정된 제2 동작 전압 값(Ub2)과 비교된다. 제2 및 제3 동작 전압 값(Ub2, Ub3) 간 불일치가 한계 값을 계속 초과하면, 그때 제2 측정 전류 값(Ia2, Ib2)도 거절되고 방법 단계(S400, S500)가 반복된다. 이러한 목적으로, -60 볼트의 전압 값(Uq2)을 갖는 제2 DC 전압이 재차 발생되고 그리고 전류(Ia, Ib, Ic) 및 또한 전압(U2, Ub)이 재차 측정된다.
방법 단계(S200 및 S300 또는 S400 및 S500)는 2개의 연속하여 측정된 동작 전압 값들 간 불일치가 한계 값보다 작을 때까지 반복된다.
2개의 동작 전압 값(Ub1, Ub2)이 동일하거나 2개의 동작 전압 값(Ub1, Ub2) 간 불일치가 한계 값보다 작으면, 그때 확정 유닛(EE)은 제1 및 제2 측정 전압 값(U21, U22)을 취하고, 다음의 2개의 방정식에 기초하여, 전원(SQ)이 실제로 발생시켰던 제1 DC 전압의 제1 전압 값(Uq1) 및 제2 DC 전압의 제2 전압 값(Uq2)을 컴퓨팅한다:
Figure pct00007
.
2개의 측정 전압 값(U21, U22)의 측정 및 실제로 발생된 DC 전압의 2개의 전압 값(Uq1, Uq2)의 후속 컴퓨팅은 전원(SQ)에서의 불일치의 결과로서 절연 저항에 대한 가능한 확정 에러를 회피하고 그리하여 확정된 절연 저항(R_ISO)에 대한 정확도를 증가시킨다.
확정 유닛(EE)이 실제로 발생된 DC 전압의 2개의 전압 값(Uq1, Uq2)을 컴퓨팅한 후에, 그것은 다음의 방정식에 기초하여 절연 저항(R_ISO)을 확정하기 위한 기초로서 이들 2개의 전압 값(Uq1, Uq2) 및 제1 및 제2 전류 측정 유닛(ME1, ME2)으로부터의 각각의 제1 및 제2 측정 전류 값(Ia1, Ia2, Ib1, Ib2)을 취한다.
Figure pct00008
이 경우에, Ra 및 Rb는 각각의 결합 저항(Ra, Rb)의 각각의 저항값이고 R_ISO는 절연 저항(R_ISO)의 저항값이다.
후속하여, 확정 유닛(EE)은, 선택사항으로서, 절연 저항(R_ISO)을 확정하는데 사용되지 않았던, 제3 전류 측정 유닛(ME3)으로부터의 측정 전류 값(Ic1, Ic2)에 기초하여 확정된 절연 저항(R_ISO)의 정확도를 점검한다.
대안으로, 확정 유닛(EE)은 제1 전류 측정 유닛(ME1)으로부터의 측정 전류 값(Ia1, Ia2) 또는 제2 전류 측정 유닛(ME2)으로부터의 측정 전류 값(Ib1, Ib2) 대신에 제3 전류 측정 유닛(ME3)으로부터의 측정 전류 값(Ic1, Ic2)을 사용함으로써 절연 저항(R_ISO)을 확정할 수 있다. 그렇지만, 이 경우에는, 다음의 방정식에 기초하여 측정 전류 값(Ia1, Ia2, Ib1, Ib2, Ic1, Ic2) 간 변환에 의해 위의 방정식에 대한 사소한 조절이 요구된다.
Figure pct00009
절연 저항(R_ISO)을 확정하는데 사용되지 않았던 제1 또는 제2 전류 측정 유닛(ME1, ME2)으로부터의 측정 전류 값(Ia1, Ia2, Ib1, Ib2)은, 그 후, 확정된 절연 저항(R_ISO)을 점검하는데 사용될 수 있다.
후속하여, 확정된 절연 저항(R_ISO)은 소정 참조 저항(R_REF)과 비교된다. 확정된 절연 저항(R_ISO)이 참조 저항(R_REF)을 초과하면, 그때는 온보드 전력 공급 시스템(BN)에서의 또는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)와 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 나머지 또는 전기적 접지(MA) 간의 전기적 절연이 충분히 높고 적합한 안전 요건을 만족한다고 가정된다.
확정된 절연 저항(R_ISO)이 참조 저항(R_REF) 아래에 있자마자, 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)와 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 나머지 또는 전기적 접지(MA) 간 전기적 누설이 있다고 가정된다. 그에 따라, 트랙션 배터리(BT)는 3개의 콘택터(Sc1, Sc2, Sc3)의 제어된 개방에 의해 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)로부터 전기적으로 격리되고, 그리고 중간 회로 커패시터(Czk)는 60 볼트 아래의 충전 전압으로 방전되고 그리고 추가적 적합한 조치가 개시된다.
각각의 방법 단계(S300 또는 S500)에서, 각각의 전류(Ia, Ib, Ic) 및 전압(U2)에 대한 다수의 측정된 전류 및 전압 값이 연속하여 측정되는 것 및 각각의 측정 전류 값(Ia1, Ia2, Ib1, Ib2, Ic1, Ic2) 및 각각의 측정 전압 값(U21, U22)에 대한 평균 값이 다수의 측정된 값으로부터 형성되는 것 또한 가능하다. 이것은 온보드 전력 공급 시스템(BN)에서의 전류 요동과 같은 가능한 섭동을 걸러 내고 그리하여 확정된 절연 저항(R_ISO)에 대한 정확도를 증가시킨다.
대안의 실시형태에서, 이전에 측정된 측정 전류 값(Ia1, Ib2)은 제1 및 제2 동작 전압 값(Ub1, Ub2) 간 불일치의 결과로서 한계 값이 초과될 때 거절되지 않는다. 이러한 실시형태에서, 절연 저항(R_ISO)은 위의 방정식에 기초하여 제1 및 제2 측정 전류 값(Ia1, Ib1, Ia2, Ib2) 및 또한 제1 및 제2 측정 전압 값(U21, U22)으로부터 확정되고 보정 인자에 의해 보정된다.
이러한 목적으로, 적합한 보정 인자는 불일치에 기초하여, 미리 확정된, 보정 인자 테이블로부터 판독된다. 컴퓨팅된 절연 저항은 그 후 이러한 보정 인자에 의해 보정된다. 이러한 방식으로 획득된 보정된 절연 저항값은 그 후 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)의 현재 절연 저항(R_ISO)으로서 참조 저항값과 비교된다.
확정이 완료되고 나면, 제어 유닛(SE)은 2개의 스위치(S1, S2)를 개방하고 그리하여 장치(V)를 온보드 전력 공급 시스템(BN) 또는 고전압 온보드 전력 공급 시스템 경로(HZ)로부터 격리시킨다.

Claims (14)

  1. 차량의 온보드 전력 공급 시스템(BN)에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치(V)로서,
    - 제1 전압 값(Uq1)을 갖는 제1 DC 전압 및 제2 전압 값(Uq2)을 갖는 제2 DC 전압을 발생시키기 위한 전원(SQ),
    - 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 양의 전력 공급 라인(LP)과 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 음의 전력 공급 라인(LN)이 서로 전기적으로 접속되게 하는 전기적 접속점(SP),
    - 상기 양의 전력 공급 라인(LP)과 상기 전기적 접속점(SP) 간 제1 전류 경로(Pa),
    - 상기 음의 전력 공급 라인(LN)과 상기 전기적 접속점(SP) 간 제2 전류 경로(Pb),
    - 상기 전기적 접속점(SP)과 상기 전원(SQ) 간 제3 전류 경로(Pc),
    - 다음의 3개의 전류 측정 유닛:
    Figure pct00010
    상기 제1 전류 경로(Pa)를 통해 흐르는 제1 전류(Ia)를 측정하기 위한 상기 제1 전류 경로(Pa)에서의 제1 전류 측정 유닛(ME1),
    Figure pct00011
    상기 제2 전류 경로(Pc)를 통해 흐르는 제2 전류(Ib)를 측정하기 위한 상기 제2 전류 경로(Pb)에서의 제2 전류 측정 유닛(ME2),
    Figure pct00012
    상기 제3 전류 경로(Pc)를 통해 흐르는 제3 전류(Ic)를 측정하기 위한 상기 제3 전류 경로(Pc)에서의 제3 전류 측정 유닛(ME3)
    중 적어도 2개의 전류 측정 유닛, 및
    - 신호 입력부(SE1, SE2, SE3)를 통하여 3개의 상기 전류 측정 유닛(ME1, ME2, ME3) 중 상기 적어도 2개의 각각의 신호 출력부(SA1, SA2, SA3)에 전기적으로 접속되는 확정 유닛(EE)을 포함하되,
    - 상기 확정 유닛(EE)은 3개의 상기 전류 측정 유닛(ME1, ME2, ME3) 중 상기 적어도 2개로부터의 측정 전류 값(Ia1, Ia2, Ib1, Ib2) 및 또한 상기 제1 전압 값(Uq1) 및 상기 제2 전압 값(Uq2)으로부터 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)과 전기적 접지(MA) 간 절연 저항(R_ISO)을 확정하도록 설정되는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치(V).
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치(V)는 모든 3개의 상기 전류 측정 유닛(ME1, ME2, ME3)을 포함하되, 상기 확정 유닛(EE)은 상기 신호 입력부(SE1, SE2, SE3)를 통하여 3개의 상기 전류 측정 유닛(ME1, ME2, ME3)의 각각의 상기 신호 출력부(SA1, SA2, SA3)에 전기적으로 접속되는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치(V).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 장치(V)는, 상기 제1 전류 경로(Pa)에, 상기 제1 전류(Ia) 및/또는 상기 제3 전류(Ic)를 제한하기 위한 제1 저항기(Ra)를 갖고, 그리고/또는, 상기 제2 전류 경로(Pb)에, 상기 제2 전류(Ib) 및/또는 상기 제3 전류(Ic)를 제한하기 위한 제2 저항기(Rb)를 갖는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치(V).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(V)는, 상기 제1 전류 경로(Pa)에, 상기 제1 전류 경로(Pa)에서의 전기적 접속을 연결 또는 해제하기 위한 제1 제어가능한 스위치(S1)를 갖고, 그리고/또는, 상기 제2 전류 경로(Pb)에, 상기 제2 전류 경로(Pb)에서의 전기적 접속을 연결 또는 해제하기 위한 제2 제어가능한 스위치(S2)를 갖는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치(V).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전압 값(Uq1)은 50 내지 60 볼트이고 그리고/또는 상기 제2 전압 값(Uq2)은 -60 내지 -50 볼트인, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 장치(V).
  6. 차량용 온보드 전력 공급 시스템(BN)으로서, 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)은 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 장치(V)를 갖는, 차량용 온보드 전력 공급 시스템(BN).
  7. 온보드 전력 공급 시스템(BN)을 갖는 차량으로서, 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)은 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 장치(V)를 갖는, 차량.
  8. 차량의 온보드 전력 공급 시스템(BN)에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법으로서,
    - 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 양의 전력 공급 라인(LP)과 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 음의 전력 공급 라인(LN)이 서로 전기적으로 접속되게 하는 전기적 접속점(SP)과 전기적 접지(MA) 간 전원(SQ)의 결선 단계(S100);
    - 상기 전원(SQ)에 의해 제1 전압 값(Uq1)을 갖는 제1 DC 전압의 제1 발생 단계(S200);
    - 제1 전류(Ia) 및 제2 전류(Ib)의 각각의 제1 측정 전류 값(Ia1, Ib1)의 제1 측정 단계로서, 상기 제1 전류(Ia) 및 상기 제2 전류(Ib)는 각각 상기 제1 DC 전압의 효과 하에 다음의 3개의 전류 경로:
    Figure pct00013
    상기 양의 전력 공급 라인(LP)과 상기 전기적 접속점(SP) 간 제1 전류 경로(Pa),
    Figure pct00014
    상기 음의 전력 공급 라인(LN)과 상기 전기적 접속점(SP) 간 제2 전류 경로(Pb),
    Figure pct00015
    상기 전기적 접속점(SP)과 상기 전원(SQ) 간 제3 전류 경로(Pc)
    중 하나를 통해 흐르는, 상기 제1 측정 단계(S300);
    - 상기 전원(SQ)에 의해 제2 전압 값(Uq2)을 갖는 제2 DC 전압의 제2 발생 단계(S400);
    - 상기 제2 DC 전압의 효과 하에 각각의 경우 각각의 상기 전류 경로(Pa, Pb)를 통해 흐르는 상기 제1 전류(Ia) 및 상기 제2 전류(Ib)의 각각의 제2 측정 전류 값(Ia2, Ib2)의 제2 측정 단계(S500); 및
    - 상기 제1 전압 값(Uq1) 및 상기 제2 전압 값(Uq2) 및 또한 상기 제1 측정 전류 값(Ia1, Ib1) 및 상기 제2 측정 전류 값(Ia2, Ib2)으로부터 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)과 상기 전기적 접지(MA) 간 절연 저항(R_ISO)의 확정 단계(S600)를 포함하는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 절연 저항은 각각의 상기 전류 경로(Pa, Pb)의 각각의 저항기(Ra, Rb) 양단의 각각의 강하 전압 값(Ra*Ia1, Ra*Ia2, Rb*Ib1, Rb*Ib2)에 의해 보정된 상기 제1 전압 값(Uq1) 및 상기 제2 전압 값(Uq2) 간 차이와 상기 제1 전류 값(Ia1, Ib1) 및 상기 제2 전류 값(Ia2, Ib2) 간 차이의 몫으로서 컴퓨팅되는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 절연 저항(R_ISO)은 다음의 방정식에 기초하여 확정되는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법:
    Figure pct00016

    식 중,
    n은 수치 계수이고,
    Ra 및 Rb는 상기 제1 DC 전압 및 상기 제2 DC 전압의 효과 하에 각각의 전류(Ia, Ib)가 흐르는 각각의 상기 전류 경로(Pa, Pb)에서의 저항값이다.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 측정 단계(S300)는 상기 온보드 전력 공급 시스템(BN)의 동작 전압(Uzk)의 제1 동작 전압 값(Uzk1)이 측정되도록 더 제공하고;
    - 상기 제2 측정 단계(S500)는 상기 동작 전압(Uzk)의 제2 동작 전압 값(Uzk2)이 측정되도록 더 제공하되;
    - 상기 제1 동작 전압 값(Uzk1)과 상기 제2 동작 전압 값(Uzk2)은 서로 비교되고,
    상기 제1 동작 전압 값(Uzk1)과 상기 제2 동작 전압 값(Uzk2) 간 불일치의 경우에
    Figure pct00017
    상기 제1 측정 전류 값(Ia1, Ib1)은 거절되고,
    Figure pct00018
    제3 전압 값(Uq3)을 갖는 제3 DC 전압이 상기 전원(SQ)에 의해 발생되고, 그리고
    Figure pct00019
    상기 제3 DC 전압의 효과 하에 각각의 경우 각각의 상기 전류 경로(Pa, Pb)를 통해 흐르는 상기 제1 전류(Ia) 및 상기 제2 전류(Ib)의 각각의 제3 측정 전류 값(Ia3, Ib3)이 측정되고; 그리고
    - 상기 확정 단계(S600)는 상기 절연 저항(R_ISO)이 상기 제2 전압 값(Uq2) 및 상기 제3 전압 값(Uq3) 및 또한 상기 제2 측정 전류 값(Ia2, Ib2) 및 상기 제3 측정 전류 값(Ia3, Ib3)으로부터 확정되도록 더 제공하는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 측정 단계(S300)는 동작 전압(Uzk)의 제1 동작 전압 값(Uzk1)이 측정되도록 더 제공하고;
    - 상기 제2 측정 단계(S500)는 상기 동작 전압(Uzk)의 제2 동작 전압 값(Uzk2)이 측정되도록 더 제공하되;
    - 상기 제1 동작 전압 값(Uzk1)과 상기 제2 동작 전압 값(Uzk2)은 서로 비교되고, 상기 제1 동작 전압 값(Uzk1)과 상기 제2 동작 전압 값(Uzk2) 간 불일치의 경우에, 보정 인자가 확정되고, 그리고
    - 상기 확정 단계(S600)는 상기 절연 저항(R_ISO)이 상기 보정 인자에 의해 보정되도록 더 제공하는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 보정 인자는 상기 제1 동작 전압 값(Uzk1)과 상기 제2 동작 전압 값(Uzk2) 간 불일치에 기초하여 이전에 확정된 보정 인자 테이블로부터 판독되는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 측정 단계(S300)는 상기 제1 전류(Ia) 및 상기 제2 전류(Ib)의 상기 제1 측정 전류 값(Ia1, Ib1)뿐만 아니라 상기 제1 DC 전압의 효과 하에 3개의 상기 전류 경로에서의 나머지 전류 경로(Pc)를 통해 흐르는 제3 전류(Ic)의 제1 측정 전류 값(Ic1)도 측정되도록 더 제공하고;
    - 상기 제2 측정 단계(S500)는 상기 제1 전류(Ia) 및 상기 제2 전류(Ib)의 상기 제2 측정 전류 값(Ia2, Ib2)뿐만 아니라 상기 제2 DC 전압의 효과 하에 상기 나머지 전류 경로(Pc)를 통해 흐르는 상기 제3 전류(Ic)의 제2 측정 전류 값(Ic2)도 측정되도록 더 제공하되;
    - 상기 제3 전류(Ic)의 상기 제1 측정 전류 값(Ic1) 및 상기 제2 측정 전류 값(Ic2)은 확정된 상기 절연 저항(R_ISO)의 정확도를 점검하도록 사용되는, 차량의 온보드 전력 공급 시스템에 대한 전기적 절연을 모니터링하기 위한 방법.
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