KR101398480B1 - 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어 장치 - Google Patents

전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어 장치 Download PDF

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Abstract

전기차 또는 하이브리드 차량에 이용되는 고전압히터 제어기가 고전압히터의 단선 또는 부분적인 합선이 발생되는 경우 이를 감지하여 고전압히터의 전원을 차단하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서, 고전압 부하에 고전압을 제공하는 것을 제어하기 위한 파워소자; 상기 파워소자의 전원으로부터 직렬로 연결된 저항으로 구성되어, 상기 고전압의 전원을 분배받는 제1 감지부; 상기 부하의 전원으로부터 직렬로 연결되어 상기 부하 전원으로부터 전원을 분배받는 제2 감지부; 및, 상기 제1 및 제2 감지부가 분배받는 각각 제1 및 제2 전압을 입력받고, 상기 제1 및 제2 전압의 차이(이하 전압 차이)에 따라 상기 파워소자에 부하제어신호를 전송하는 제어기를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 의하여, 다수의 고전압 히터 중 특정 히터에 단선 또는 합선이 발생되는 경우 저항 분배에 따른 기준전압 대비 고전압 히터의 부하감지전압이 변경되어 고전압히터의 작동에 이상이 발생되었음을 감지하고 파워소자의 작동을 중지시킴으로써, 이상이 발생되어도 고전압히터에 전원이 공급되어 발생될 수 있는 안전문제를 개선할 수 있다.

Description

전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어 장치 { A high voltage heater controller for electric or hybrid cars }
본 발명은 고전압 배터리에서 전원을 공급받아 작동하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 저전압 전원에서 작동전원과 작동신호를 전달받아 고전압 파워소자를 작동시키고, 고전압 히터에 고전압 전원이 공급되면 이를 모니터하여 정상여부를 판정하는 고전압 히터 제어 장치에 관한 것이다
일반적으로, 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치는 트랜스포머를 이용한 절연된 전원공급회로와 포토커플러를 이용한 신호전달부로 구성되어, 저전압 작동신호가 있는 경우 고전압 파워소자를 작동하여 고전압히터에 전원을 공급하는 구조로 되어 있다.
상기와 같은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 일례가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치는 저전압 신호(1)를 전원부(1a)와 신호부(1b)로 분리하고, 전원부(1a)에서는 다이오드와 콘덴서를 이용하여 저전압 신호(1)를 정류하고, 정류된 저전압 신호(1)에 의해 정전압 회로(2)를 작동시킨다.
정전압 회로(2)는 발진회로(3)를 이용하여 트랜스포머(5)의 1차코일(5a)을 구동하여 2차코일(5b)에 교류전원을 유도시킨다. 유도된 교류전원은 정류 회로(6)를 통해 정류되어 제어전원(또는 작동전압)을 발생시키고, 제어전원을 이용하여 포터커플러(4)를 작동시킨다.
포토커플러(4)는 발광부(4a)와 수광부(4b)로 구성된다. 발광부(4a)와 수광부(4b)는 전기적으로 절연되어 있으나, 광(빛)에 의하여 신호가 전달된다. 즉, 발광부(4a)에 의해 발생된 광을 수광부(4b)에서 수광하면 수광부(4b)에서 신호가 발생된다.
한편, 도 1과 같이, 저전압 작동신호가 포토커플러(4)에 입력되었을 때, 포토커플러(4)에서 고전압 작동신호가 출력되어 파워소자(7)를 작동시킨다. 즉, 작동신호에 의해 고전압 전원(9)이 파워소자(7)에 전달된다.
상기와 같은 과정에 의해, 트랜스포머(5)와 포토커플러(4)를 이용하여 저전압부와 고전압부의 접지부를 분리(isolation)하면서, 고전압 파워소자(7)에 제어신호를 인가하여 고전압 부하(또는 고전압 히터)(8)를 제어하도록 구성된다.
그러나 상기와 같은 종래 회로는 고전압히터에 문제가 발생되는 경우 이를 감지하지 못하여, 문제가 있는 경우에도 지속적으로 고전압 전원을 공급하여 고전압 전원의 안전관리에 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기차 또는 하이브리드 차량에 이용되는 고전압히터 제어기가 고전압히터의 단선 또는 부분적인 합선이 발생되는 경우 이를 감지하여 고전압히터의 전원을 차단하여 고전압히터가 보다 안전하게 관리될 수 있도록 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 고전압 배터리의 저항분배에 의한 기준전압과 부하작동시의 부하감지전압을 동시에 입력하고, 두 개의 측정전압의 차이에 따라 이상 작동을 감지하여 제어하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 관한 것으로서, 고전압 부하에 고전압을 제공하는 것을 제어하기 위한 파워소자; 상기 파워소자의 전원으로부터 직렬로 연결된 저항으로 구성되어, 상기 고전압의 전원을 분배받는 제1 감지부; 상기 부하의 전원으로부터 직렬로 연결되어 상기 부하 전원으로부터 전원을 분배받는 제2 감지부; 및, 상기 제1 및 제2 감지부가 분배받는 각각 제1 및 제2 전압을 입력받고, 상기 제1 및 제2 전압의 차이(이하 전압 차이)에 따라 상기 파워소자에 부하제어신호를 전송하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서, 상기 제어기는, 상기 전압 차이가 사전에 정해진 허용오차 이내인 경우 정상 부하제어신호를 전송하고, 상기 전압 차이가 사전에 정해진 허용오차를 초과하는 경우 작동중지 부하제어신호(이하 작동중지 신호)를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서, 상기 제2 감지부는 상기 부하의 전원으로부터 직렬로 연결된 저항으로 구성되어, 상기 부하 전원을 분배받는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 상기 제어장치는 상기 제2 감지부의 부하외에 다른 부하에 인가되는 전원과 연결되어 전원을 분배받는 제4 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서, 상기 허용오차는 상기 제1 전압의 크기에 비례하여 정해지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 고전압 히터의 마지막 부분에 구비되는 전류센서로부터 측정되는 전류(이하 제2 전류)를 감지하는 제3 감지부를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 전압으로부터 제1 전류를 연산하고, 상기 제3 감지부로부터 제2 전류를 입력받아, 상기 제1 및 제2 전류의 차이(이하 전류 차이)에 따라 상기 파워소자에 부하제어신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서, 상기 제어기는, 상기 전류 차이가 사전에 정해진 허용오차 이내인 경우 정상 부하제어신호를 전송하고, 상기 전류 차이가 사전에 정해진 허용오차를 초과하는 경우 작동중지 부하제어신호(이하 작동중지 신호)를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서, 상기 제어기는 트랜스포머를 이용하여 전원을 공급받고, 포토커플러를 이용하여 작동신호를 전달받아 상기 고전압 히터를 작동시키고, 상기 부하제어신호에 의한 작동결과를 포토커플러를 이용하여 회신하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서, 상기 파워소자는 적어도 2개 이상을 구비하여 상기 파워소자의 출력이 합쳐져서 상기 고전압 히터에 제공되고, 적어도 하나의 파워소자는 충전저항을 구비하여 상기 충전저항을 거쳐 고전압을 제공받고, 상기 제어기는 상기 충전저항을 구비한 파워소자에 먼저 작동 신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 의하면, 제어기에 기준전압과 부하감지전압을 입력하여 전압비교를 통한 고전압히터의 작동이 지속적으로 모니터링되어 이상 작동을 방지하고, 또한 부분적인 고전압히터의 이상 작동에도 조기에 감지하여 운전자가 대처할 수 있도록 하는 편리성 효과가 얻어진다.
즉, 제어기가 제어하는 다수의 고전압 히터 중 특정히터에 단선 또는 합선이 발생되는 경우 저항분배에 따른 기준전압대비 고전압히터의 부하감지전압이 변경되어, 제어기는 고전압히터의 작동에 이상이 발생되었음을 감지하고 파워소자의 작동을 중지시켜, 이상이 발생된 고전압히터에 전원이 지속적으로 공급되어 발생될 수 있는 안전문제를 개선하는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래의 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2-1 및 제2-2 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1 또는 제2 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치의 감지방법을 예시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치의 감지방법을 예시한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 트랜스포머와 포토커플러를 이용한 고전압 히터 제어장치의 작동을 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치의 작동을 예시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 구성을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치(100)는 파워소자(210), 제1 감지부(130), 제2 감지부(140), 및, 제어기(110)으로 구성된다.
파워소자(210)는 고전압 부하(또는 고전압 히터)(220)에 고전압을 제공하는 것을 제어하기 위한 소자이다. 일례로서, 고전압은 고전압 배터리로부터 공급받는 전원으로서, 고전압 히터(220)에 제공되어 고전압 히터(220)를 가동시킨다. 파워소자(210)는 고전압을 고전압 히터(220)에 제공하거나 차단함으로써 고전압 제공을 제어한다.
고전압 히터(220)는 다수의 히터로 구성되어, 각각의 히터들은 직렬로 연결되어 전원을 공급받는다.
제1 감지부(130)는 파워소자(210)로부터 직렬로 연결된 저항(131,132)으로 구성되어, 고전압 배터리의 전원(또는 고전압)을 저항(131,132)에 의해 분배받는다. 분배되는 전압은 저항(131,132)에 의하여 낮은 전압으로 출력된다.
예를 들어, 저항은 고전압 측정을 위해 이용되면, 전압비 1/100로 하는 경우 100kΩ과 1kΩ을 이용하여 500V 전압을 5V로 변경하여 측정한다. 또한, 저항은 감소비율을 만들기 위해 1개 또는 동일한 용량을 복수개 사용한다.
제1 감지부(130)에 의해 분배된 전압은 제어기(110)로 입력된다. 이때, 제어기(110)에 입력되는 전압을 제1 전압 또는 기준전압이라고 하기로 한다.
제2 감지부(140)는 고전압 히터(220)의 전원(이하 부하 전원)으로부터 직렬로 연결되어, 상기 부하 전원을 분배받아 제어기(110)로 입력한다. 상기 부하 전원으로부터 분배받는 전압은 고전압 히터(220)로부터 출력되는 전압이므로 낮은 전압으로 출력된다. 고전압 히터(220)는 다수 개가 직렬로 연결되고, 직렬로 연결된 히터 중 임의 위치에서 전압을 분배받아 측정한다.
제2 감지부(140)에 의해 분배되는 전압을 제2 전압 또는 부하감지전압이라고 하기로 한다.
제어기(110)는 제1 및 제2 감지부(130, 140)가 분배받는 각각 제1 및 제2 전압을 입력받고, 상기 제1 및 제2 전압의 차이(이하 전압 차이)에 따라 상기 파워소자(210)에 부하제어신호를 전송한다.
제어기(110)는 상기 전압 차이가 사전에 정해진 허용오차(이하 제1 허용오차) 이내인 경우 정상 부하제어신호를 전송한다. 정상 부하제어신호가 전송되면, 파워소자(210)는 정상적으로 작동하여 고전압 배터리의 전원을 고전압 히터(220)에 제공한다.
반대로, 제어기(110)는 상기 전압 차이가 사전에 정해진 허용오차(또는 제1 허용오차)를 초과하는 경우 작동중지 부하제어신호(또는 작동 중지신호)를 전송한다. 작동 중지신호가 전송되면, 파워소자(210)는 고전압 배터리의 전원을 차단하여 고전압 히터(220)에 전원을 제공하지 못하게 한다.
고전압히터(220)의 이상으로 부하감지전압(또는 제2 전압)이 낮아지거나 높아지면 제1 허용오차를 초과하게 된다. 이 경우 파워소자(210)를 중지하여 고전압히터(220)가 안전한 상태에서만 작동되도록 한다.
제어기(110)는 파워소자(210)에 정상 또는 작동중지의 부하제어신호(120)를 전송한다.
한편, 제1 허용오차는 상기 제1 전압의 크기에 비례하여 정해진다. 예를 들어, 제1 전압이 500V일 때의 허용오차(또는 제1 허용오차)를 200V일 때의 허용오차(또는 제1 허용오차) 보다 더 크게 정한다. 또는 허용오차(또는 제1 허용오차)를 제1 전압의 1%, 5% 등으로 정비례하여 정할 수도 있다.
이를 통해, 제어기(110)에 입력되는 기준전압(제1 전압)과 부하감지전압(제2 전압)이 고전압 배터리의 전압변동에 동일하게 변경되어 고전압 배터리의 전압이 변경되어도 제어기(110)에서 저항분배의 기준전압과 고전압히터 부하감지전압의 허용오차 연산을 정상적으로 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2-1 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 구성을 도 3a을 참조하여 설명한다.
본 발명의 제2-1 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치(100)는 앞서 설명한 제1 실시예에서 제2 감지부(140)를 변형한 것으로서, 이하에서 변형된 부분만 설명하기로 한다. 따라서 이하에서 설명되지 않은 구성 요소는 제1 실시예를 참조한다.
도 3a에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2-1 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치(100)는 파워소자(210), 제1 감지부(130), 제2 감지부(140), 및, 제어기(110)으로 구성된다.
파워소자(210), 제1 감지부(130), 제어기(110)는 앞서 설명한 제1 실시예와 같다.
제2 감지부(140)는 고전압 히터(220)의 전원(이하 부하 전원)으로부터 직렬로 연결된 저항(141,142)으로 구성되어, 상기 부하 전원을 분배받아 제어기(110)로 입력한다. 상기 부하 전원으로부터 분배받는 전압은 고전압 히터(220)로부터 출력되는 전압이므로 낮은 전압으로 출력된다.
특히, 상기 부하 전원에 저항(141,142)이 연결되어, 부하 전원이 고전압인 경우에도 저항(141,142)에 의하여 분배받는 전압이 낮추어 진다. 예를 들어, 고전압 히터(220)가 이상 작동되어, 고전압이 고전압 히터(220)에 의해 낮춰지지 않으면, 부하 전원이 고전압이 될 수 있다.
이와 같이, 상기 부하 전원이 고전압인 경우에도 제2 감지부(140)의 저항(141,142)에 의하여 분배되는 전압이 낮추어진다. 따라서 제2 감지부(140)에 의해 분배되는 제2 전압(또는 부하감지전압)은 어느 경우에도 낮추어지므로, 상기 제2 전압(또는 부하감지전압)을 입력받는 제어기(110)를 보호할 수 있다.
따라서 본 발명의 제2-1 실시예에 의하면, 고전압 히터의 이상 작동시에도 제어기(110)를 보호하면서 입력전압을 비교를 보다 용이하게 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2-2 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 구성을 도 3b을 참조하여 설명한다.
본 발명의 제2-2 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치(100)는 앞서 설명한 제2-1 실시예에서 제4 감지부(170)을 추가하여 변형한 것으로서, 이하에서 변형된 부분만 설명하기로 한다. 따라서 이하에서 설명되지 않은 구성 요소는 제2-1 실시예를 참조한다.
도 3b에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2-2 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치(100)는 파워소자(210), 제1 감지부(130), 제2 감지부(140), 제4 감지부(170), 및, 제어기(110)로 구성된다.
파워소자(210), 제1 및 제2 감지부(130,140), 제어기(110)는 앞서 설명한 제2-1 실시예와 같다.
제4 감지부(170)는 제1 감지부(130)와 제2 감지부(140)의 부하 사이에 연결된 고전압 히터(220)의 전원(이하 제2 부하 전원)으로부터 직렬로 연결된 저항(171,172)으로 구성되어, 상기 제2 부하 전원을 분배받아 제어기(110)로 입력한다. 상기 제2 부하 전원으로부터 분배받는 전압은 고전압 히터(220)로부터 출력되는 전압이므로 낮은 전압으로 출력된다.
특히, 제2 감지부(140)와 마찬가지로, 제4 감지부(170)는 상기 부하 전원에 저항(171,172)이 연결되어, 부하 전원이 고전압인 경우에도 저항(171,172)에 의하여 분배받는 전압이 낮추어 진다. 따라서 제4 감지부(170)에 의해 분배되는 제3 전압(또는 제2 부하감지전압)은 어느 경우에도 낮추어지므로, 상기 제3 전압(또는 제2 부하감지전압)을 입력받는 제어기(110)를 보호할 수 있다.
한편, 적어도 2개 이상의 고전압 히터(220)의 부하 전원으로부터 부하 전원을 감지하기 때문에, 중간의 고전압 히터(220)들이 쇼트(short)되어 문제가 발생하더라도 전압 변화를 감지할 수 있다.
예를 들어, 도 3b에서, 고전압 히터 (1)과 (3) 또는, 고전압 히터 (2)와 (4)가 동시에 쇼트(short)되는 경우에도, 제어기(110)는 제4 감지부(170)에 의한 제3 전압을 감지하여, 전압 비교를 할 수 있고, 이로부터 이상 작동 여부를 판단할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 고전압 히터 제어장치의 제어기(110)에 의한 감지방법을 도 4의 예시를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 고전압 히터 제어장치의 제어기(110)에서 기준전압 및 부하감지전압을 비교하여 허용오차(또는 제1 허용오차)를 관리하는 예시 그래프이다.
도 4에서, A는 고전압 배터리 전원(또는 고전압 전원)을 나타낸 그래프이다. B는 제1 감지부(130)에 의한 제1 전압(또는 기준전압)을 나타낸 그래프이고, C는 부하 전압을 나타낸다. 따라서 B와 C의 차이가 곧 제1 및 제2 전압의 차이(또는 전압 차이)를 나타낸다. E는 전압의 허용오차(또는 제1 허용오차)이다.
이때, 히터 부하(또는 고전압 히터) 1개가 합선이 되면, D와 같이 부하 전압(또는 제2 전압)이 상승한다. 따라서 F 지점부터 전압 차이(B-C 차이)는 허용오차(E)를 초과하게 된다. 따라서 제어기(110)는 F 지점에서 이상 발생으로 판단하여 파워소자(220)에 작동중지 신호를 전송한다.
즉, 도 4에서 보는 바와 같이, 고전압 배터리의 기준전압 및 부하측정전압 감지회로(또는 제1 및 제2 감지부(130, 140) 및 제어기(110))에서, 차량운행중 고전압배터리의 전압이 변경되는 경우 기준전압과 부하감지전압이 동시에 변경되어 판정을 위한 허용오차(또는 제1 허용오차)가 관리됨을 알 수 있다. 고전압배터리 전압이 낮아지면 기준전압과 부하감지전압도 낮아지고, 고전압배터리 전압이 상승하면 기준전압과 부하감지전압도 상승함을 알 수 있다,
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 구성을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치(100)는 앞서 설명한 제1 및 제2 실시예에서 전압 대신 전류를 비교하는 점에서 차이가 난다. 이하에서 변형된 부분만 설명하기로 한다. 따라서 이하에서 설명되지 않은 구성 요소는 제1 또는 제2 실시예를 참조한다.
도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예는 제3 감지부(150)를 더 포함한다. 제3 감지부(150)는 전류센서(160)로부터 감지된 전류(이하 제2 전류 또는 부하감지전류)를 제어기(110)로 입력한다.
전류센서(160)는 고전압 히터(220)의 마지막 부분에 구비된다. 전류센서(160)에서 감지하는 전류 값을 제어기(110)에서 입력받는다. 도 6의 고전압 히트 1과 3이 동시에 쇼트(short)되는 경우 전압으로는 판정이 불가하다. 따라서 이 경우, 전류센서(160)를 이용하여 전류증가로 이상 여부를 판정해야 한다. 전류센서(160)를 이용한 판정은 정밀도가 낮으므로 보조적인 판정으로 수행한다.
제어기(110)는 제1 전압을 입력받아 히터 부하의 예상 전류량을 연산한다. 이때 구한 전류량을 제1 전류(또는 기준전류)라 부르기로 한다.
제어기(110)는 제1 전압으로부터 연산한 제1 전류와, 전류센서(160)에서 감지한 제2 전류를 비교하여, 허용오차(이하 제2 허용오차) 기준으로 이상 작동을 판정할 수 있다. 제2 허용오차는 전류의 차이와 비교하기 위한 허용오차이다.
제어기(110)는, 상기 전류 차이가 사전에 정해진 허용오차 이내인 경우 정상 부하제어신호를 전송하고, 상기 전류 차이가 사전에 정해진 허용오차를 초과하는 경우 작동중지 부하제어신호(또는 작동중지 신호)를 전송한다.
도 5는 본 발명에 따른 고전압 히터 제어장치의 제어기(110)에서 기준전류 및 부하감지전류을 비교하여 허용오차(또는 제2 허용오차)를 관리하는 예시 그래프이다.
도 5에서, A는 고전압 배터리 전원(또는 고전압 전원)을 나타낸 그래프이다. B는 제1 전압으로부터 연산한 제1 전류(또는 기준전류)을 나타낸 그래프이고, C는 전류센서(160)에서 측정한 제2 전류(또는 부하 전류)를 나타낸다. 따라서 B와 C의 차이가 곧 제1 및 제2 전류의 차이(또는 전류 차이)를 나타낸다. E는 전류의 허용오차(또는 제2 허용오차)이다.
이때, 히터 부하(또는 고전압 히터) 1개가 합선이 되면, D와 같이 부하 전류(또는 제2 전류)가 상승한다. 따라서 F 지점부터 전류 차이(B-C 차이)는 허용오차(E)를 초과하게 된다. 따라서 제어기(110)는 F 지점에서 이상 발생으로 판단하여 파워소자(220)에 작동중지 신호를 전송한다.
즉, 도 5는 본 발명에 따른 전류 센서(160)에 의한 감지를 예시한 것으로써 저항분배에 의한 기준전압으로 배터리 전압을 측정하여 고전압히터의 작동에 따른 전류부하의 기준전류량을 변경 연산하여 작동에 따른 전류허용오차가 관리됨을 예시하고 있다. 즉 전압이 상승하면 기준전류를 높게 변경하여 이상작동을 판정하기위한 전류오차범위를 유지하게 된다,
한편, 제어기(110)는 제1 및 제2 전압과, 제1 및 제2 전류를 모두 이용하여 이상 작동을 감지한다. 즉, 제1 및 제2 전압의 차이가 제1 허용오차를 벗어나는지를 판정하고, 제1 및 제2 전류의 차이가 제2 허용오차를 이탈하는지를 판정한다. 두가지의 판정 중 하나라도 이탈이 되면, 이상작동으로 판정한다.
다음으로, 본 발명에 따른 트랜스포머와 포토커플러를 이용한 고전압 히터 제어장치의 제어기의 작동을 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 6에서 보는 바와 같이, 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치는 저전압 신호(11)를 전원부(11a)와 신호부(11b)로 분리하고, 전원부(11a)에서는 다이오드와 콘덴서를 이용하여 저전압 신호(11)를 정류하고, 정류된 저전압 신호(11)에 의해 제1 작동전원 회로(31)를 작동시킨다.
작동전원 회로(31)는 발진회로(32)를 이용하여 트랜스포머(50)의 1차코일(51)을 구동하여 2차코일(52)에 교류전원을 유도시킨다. 유도된 교류전원은 제2 작동전원 회로(60)를 통해 정류되어 작동전원(또는 작동전압)을 발생시키고, 작동전원을 이용하여 포터커플러(70)를 작동시킨다.
포토커플러(70)는 발광부(71)와 수광부(72)로 구성된다. 발광부(71)와 수광부(72)는 전기적으로 절연되어 있으나, 광(빛)에 의하여 신호가 전달된다. 즉, 발광부(71)에 의해 발생된 광을 수광부(72)에서 수광하면 수광부(72)에서 신호가 발생된다.
한편, 도 6과 같이, 저전압 작동신호가 포토커플러(70)에 입력되었을 때, 포토커플러(70)에서 작동신호가 출력되어 제어기(110)에 입력된다. 제어기(110)에서 입력된 작동신호를 이용하여 판단하고, 판단결과 앞에서 설명한 바와 같이, 제어기(110)는 부하제어신호를 파워소자(210)에 전송한다. 즉, 제어기(110)에 의한 부하제어신호에 의해 고전압 전원(200)이 파워소자(210)의 제어에 따라 고전압 히터(220)에 전달된다.
또한, 제어기(110)에 최종적으로 판단한 결과에 의한 작동결과(부하제어신호로 나타나는 결과)를 포터커플러(70)를 통해 저전압 회로에 전달한다.
상기와 같은 과정에 의해, 트랜스포머(50)와 포토커플러(70)를 이용하여 저전압부와 고전압부의 접지부를 분리(isolation)하면서, 고전압 파워소자(210)에 제어신호를 인가하여 고전압 부하(또는 고전압 히터)(220)를 제어하도록 구성된다.
즉, 도 6의 예시에 따르면, 발진회로(32)와 트랜스포머(50)를 이용하여 제어기(110)에 작동전원(2)이 공급되고, 포토커플러(70)를 이용하여 작동신호가 전달되면, 제어기(110)는 고전압 파워소자(210)를 작동시켜 고전압 히터(220)를 작동시킨다. 또한, 전압과 전류를 모니터하여 고전압 히터(220)의 작동을 모니터하여 작동결과를 포토커플러(70)를 이용하여 회신함을 예시하고 있다.
한편, 고전압 히터(220)의 마지막 부분에 전류센서(160)를 구비하여, 전류센서(160)에서 감지하는 전류 값을 제어기(110)에서 입력받는다. 도 6의 고전압 히트 1과 3이 동시에 쇼트(short)되는 경우 전압으로는 판정이 불가하다. 따라서 이 경우, 전류센서(160)를 이용하여 전류증가로 이상 여부를 판정해야 한다. 전류센서(160)를 이용한 판정은 정밀도가 낮으므로 보조적인 판정으로 수행한다.
다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치의 구성을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치(100)는 2개의 파워소자(211,212)와 충전저항(213)을 이용하여 고전압 회로를 보호하는 구성을 가진다. 즉, 본 발명의 제4 실시예는 앞서 설명한 제1 내지 제3 실시예와 대비하여, 파워소자 및 충전저항을 이용하는 부분에서만 차이가 난다. 이하에서 변형된 부분(또는 차이가 나는 부분)만 설명하기로 한다. 따라서 이하에서 설명되지 않은 구성 요소는 제1 내지 제3 실시예를 참조한다.
도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 고전압 히터 제어장치(100)는 파워소자 부분과 관련하여, 제1 및 제2 파워소자(211,212), 그리고 충전저항(213)을 구비한다.
즉, 배터리 전압(200)은 제1 및 제2 파워소자(211,212)로 분배된다. 이때, 제2 파워소자(212)에는 배터리 전압(200)이 충전저항(213)을 통해 배분된다. 즉, 배터리 전압(200)과 제2 파워소자(212) 사이에 충전저항(213)이 구비된다.
제1 및 제2 파워소자(211,212)에 의해 출력되는 전압은 합쳐져서 고전압 히터(220)에 제공된다.
또한, 제어기(110)의 제1 및 제2 부하제어신호(121,122)는 각각 제1 및 제2 파워소자(211,212)에 모두 전송된다. 이때, 제어기(110)는 상기 충전저항을 구비한 파워소자에 먼저 작동 신호를 전송한다.
작동신호가 입력되었을 때, 제어기(110)는 제2 파워소자(212)를 작동하여 부하 및 보호회로에 충전저항(213)을 통해 고전압이 서서히 인가된 후, 제1 파워소자(211)를 작동시켜 급격한 부하로부터 고전압회로를 보호한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 제어장치(100)의 작동을 예시한 것이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 작동신호와 작동전원이 공급되면, 제어기(110)는 제2 부하제어(122)를 작동하여 회로에 고전압 전원을 공급한다. 제1 부하제어가 작동되어 고전압 히터(220)가 작동된다, 이때 전압과 전류가 지속적으로 감지된다.
이때, P 지점에서 임의의 결함에 의해 고전압히터(3)에 이상이 발생되면, 부하감지전압과 전류가 변동되어 제어기(110)는 연결되어 있는 고전압 히터(220) 중 이상이 발생되었음을 감지한다. 그래서 제어기(110)는 고장신호를 발생하고 제1 부하제어를 차단하여 고전압히터(220)의 작동을 중지시킨다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
100 : 고전압 히터 제어장치
110 : 제어기 120,121,122 : 부하제어신호
130 : 제1 감지부 131 : 저항
140 : 제2 감지부 141 : 저항
150 : 제3 감지부 160 : 전류센서
170 : 제4 감지부
200 : 고전압(전원) 210,211,212 : 파워소자
220 : 고전압 히터

Claims (9)

  1. 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치에 있어서,
    고전압 부하에 고전압을 제공하는 것을 제어하기 위한 파워소자;
    상기 파워소자의 전원으로부터 직렬로 연결된 저항으로 구성되어, 상기 고전압의 전원을 분배받는 제1 감지부;
    상기 부하의 전원으로부터 직렬로 연결되어 상기 부하 전원으로부터 전원을 분배받는 제2 감지부; 및,
    상기 제1 및 제2 감지부가 분배받는 각각 제1 및 제2 전압을 입력받고, 상기 제1 및 제2 전압의 차이(이하 전압 차이)에 따라 상기 파워소자에 부하제어신호를 전송하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 전압 차이가 사전에 정해진 허용오차 이내인 경우 정상 부하제어신호를 전송하고, 상기 전압 차이가 사전에 정해진 허용오차를 초과하는 경우 작동중지 부하제어신호(이하 작동중지 신호)를 전송하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 감지부는 상기 부하의 전원으로부터 직렬로 연결된 저항으로 구성되어, 상기 부하 전원을 분배받는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 제2 감지부의 부하외에 다른 부하에 인가되는 전원과 연결되어 전원을 분배받는 제4 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 허용오차는 상기 제1 전압의 크기에 비례하여 정해지는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 고전압 히터의 마지막 부분에 구비되는 전류센서로부터 측정되는 전류(이하 제2 전류)를 감지하는 제3 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제1 전압으로부터 제1 전류를 연산하고, 상기 제3 감지부로부터 제2 전류를 입력받아, 상기 제1 및 제2 전류의 차이(이하 전류 차이)에 따라 상기 파워소자에 부하제어신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 전류 차이가 사전에 정해진 허용오차 이내인 경우 정상 부하제어신호를 전송하고, 상기 전류 차이가 사전에 정해진 허용오차를 초과하는 경우 작동중지 부하제어신호(이하 작동중지 신호)를 전송하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 트랜스포머를 이용하여 전원을 공급받고, 포토커플러를 이용하여 작동신호를 전달받아 상기 고전압 히터를 작동시키고, 상기 부하제어신호에 의한 작동결과를 포토커플러를 이용하여 회신하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 파워소자는 적어도 2개 이상을 구비하여 상기 파워소자의 출력이 합쳐져서 상기 고전압 히터에 제공되고, 적어도 하나의 파워소자는 충전저항을 구비하여 상기 충전저항을 거쳐 고전압을 제공받고,
    상기 제어기는 상기 충전저항을 구비한 파워소자에 먼저 작동 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 히터 제어장치.
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