KR101446085B1 - 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치 - Google Patents

전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치 Download PDF

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김장복
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박기순
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Abstract

본 발명은 전기차 또는 자동차 배터리에서 발생할 수 있는 잡음 및 입력 신호를 생성하여 대상 시스템에 입력하거나 암전류을 측정할 수 있도록 하는 전기자동차 및 자동차의 파워 테스트 장치에 관한 것으로, 본 발명의 장치는, 전원공급기와, 전류측정기, 제어신호에 따라 전원공급기가 제공하는 외부전원이나 고주파 노이즈가 포함된 내부전원을 고속으로 스위칭하거나 일반속도로 스위칭하여 시험대상 전장품의 파워 라인에 공급하는 파워 일렉트릭 모듈, 제어부로 구성되고, 파워 일렉트릭 모듈은 제어부로부터 가변전압의 제어전원을 입력받는 가변 전원 입력부와, 제어부로부터 제어신호를 입력받아 테스트할 노이즈 파형을 생성시키는 노이즈 생성부와, 가변 전원 입력부로부터 입력된 전압을 증폭 및 안정화시켜 정전압을 생성하고 노이즈 생성부의 노이즈 신호와 합하여 고주파 노이즈 신호가 실린 정전압을 출력하는 증폭부와, D2 제어신호에 따라 증폭부의 OP 앰프 출력인 내부전원이나 전원공급기의 출력인 외부전원 중 하나를 선택하는 제1 릴레이와, D3 제어신호에 따라 고속 스위칭 모드나 일반 스위칭 모드를 선택하는 제6 릴레이(RE6)와, 고속 스위칭 모드에서 D1 제어신호에 따라 고속으로 스위칭하는 FET와, 일반 스위칭 모드에서 D4 제어신호에 따라 일반 속도로 스위칭하는 제3 릴레이(RE3)로 구성된다.

Description

전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치{ POWER TEST DEVICE OF ELECTRIC VEHICLE OR CAR }
본 발명은 전기자동차나 자동차의 배터리 전원에 의해 동작하는 전장품의 전원(POWER) 성능을 테스트하기 위한 파워 테스트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차 또는 자동차 배터리에서 발생할 수 있는 잡음 및 입력 신호를 생성하여 대상 시스템에 입력하거나 암전류을 측정할 수 있도록 하는 전기자동차 및 자동차의 파워 테스트 장치에 관한 것이다.
경제 발전에 따라 자동차에 대한 수요가 폭발적인 증가세를 보이고 있고, 자동차 수요가 늘어남에 따라 자동차에서 배출되는 배기가스가 환경오염의 주요 원인이 되고 있다. 이에 자동차의 배기가스를 감소시키기 위한 요구가 이어지고 있으며, 구동 모터를 구동원으로 하여 배출 가스가 전혀 없는 전기를 사용하는 순수 전기자동차(Electric Vehicle,EV)나 엔진과 구동모터를 구동원으로 하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle,HEV) 등의 전기자동차의 개발에 관심이 집중되고 있다.
전기자동차의 전원 시스템은 구동모터의 구동전력을 공급하는 메인 배터리(고압 배터리), 배터리 관리 시스템인 BMS(Battery Management System), 기타 차량 전장품의 구동전력을 제공하는 보조 배터리(저압 배터리) 및 다수의 전기장치들로 구성된다. 인버터는 메인 배터리(고압 배터리)에서 발생하는 고전압의 직류전압을 교류신호로 변환하여 모터 구동을 제어하고, 저전압 DC-DC 컨버터(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)는 메인 배터리(고압 배터리)에서 발생하는 고전압을 변환하여 저전압을 출력하여, 보조 배터리(저압 배터리)를 충전하는 역할을 한다.
한편, 전기자동차나 자동차와 같은 대부분의 차량은 기능이 점점 복잡해짐에 따라 전자기기(전장품)가 많이 장착되고 있고, 따라서 차량에 사용되는 전장품을 생산하는 과정에서 전장품의 성능을 테스트하는데 많은 비용과 시간이 소요된다. 이러한 테스트 시간과 비용을 줄이기 위하여 전장품의 성능에 대한 테스트는 테스트 케이스 자동 생성과 테스트 자동화 시스템으로 자동화하고 있으나 차량의 파워 성능에 대한 시험은 제대로 이루어지지 못하고 있다. 즉, 종래의 차량 파워 테스트는 장착된 전자기기로 입력되는 전원에 대해서 단순히 전압 레벨을 맞춰주거나 저속으로 온(On), 오프( Off) 테스트를 진행하는 정도로서, 노이즈가 많고 전압 변동이 심한 열악한 환경조건에 대한 테스트가 제대로 이루어지지 못해 파워 테스트의 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.
KR 10-2014-0021218 A KR 10-1305759 B1
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 전기자동차나 전동차량과 같은 다양한 종류의 전기차 또는 자동차나 트럭, 버스 등과 같은 다양한 차량 등에서 배터리에서 발생할 수 있는 잡음 및 다양한 입력 신호를 생성하여 대상 시스템에 입력하거나 암전류을 측정할 수 있도록 하여 테스트에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 파워 테스트를 위한 외부전원을 공급하는 전원공급기; 암전류를 측정하기 위한 전류측정기; 제어신호에 따라 상기 전원공급기가 제공하는 외부전원이나 고주파 노이즈가 포함된 내부전원을 고속으로 스위칭하거나 일반속도로 스위칭하여 시험대상 전장품의 파워 라인에 공급하는 파워 일렉트릭 모듈; 및 상기 파워 일렉트릭 모듈에 제어신호를 인가하여 다양한 조건으로 파워 테스트를 실행하게 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 파워 일렉트릭 모듈은 상기 제어부로부터 제1 아날로그 선로를 통해 가변전압의 제어전원을 입력받는 가변 전원 입력부와, 상기 제어부로부터 제2 아날로그 선로를 통해 제어신호를 입력받아 테스트할 노이즈 파형을 생성시키는 노이즈 생성부와, 상기 가변 전원 입력부로부터 입력된 전압을 증폭 및 안정화시켜 정전압을 생성하고 상기 노이즈 생성부의 노이즈 신호와 합하여 고주파 노이즈 신호가 실린 정전압을 출력하는 증폭부와, D2 제어신호에 따라 상기 증폭부의 OP 앰프 출력인 내부전원이나 상기 전원공급기의 출력인 외부전원 중 하나를 선택하는 제1 릴레이와, D3 제어신호에 따라 고속 스위칭 모드나 일반 스위칭 모드를 선택하는 제6 릴레이(RE6)와, 고속 스위칭 모드에서 D1 제어신호에 따라 고속으로 스위칭하는 FET와, 일반 스위칭 모드에서 D4 제어신호에 따라 일반 속도로 스위칭하는 제3 릴레이(RE3)로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 파워 일렉트릭 모듈은 암전류 측정 모드에서 접지(GND) 선로를 상기 전류측정기로 연결하는 암전류 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 파워 테스트 장치는 전기자동차, 전동열차 등과 같은 다양한 전기차 또는 자동차나 트럭, 버스 등과 같은 다양한 차량 등에서 배터리에서 발생할 수 있는 잡음 및 입력 신호를 생성하여 실제 키가 돌아가는 파형을 재연하여 시험 대상에 입력함 실제 제품이 잘 동작하는지 확인하여 전장품의 테스트 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 제어부의 테스트 모드 선택에 따라 해당되는 릴레이들을 온/오프시켜 전장품의 파워 라인에 GND가 순간 접속 상태 혹은 실제 키가 돌아가는 파형, 고주파 노이즈 등을 재연하여 실제 제품에서 발생할 수 있는 다양한 악조건에서 제품(전장품)이 정상적으로 동작하는지 확인할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치를 도시한 구성 블럭도,
도 2는 도 1에 도시된 파워 일렉트릭 모듈의 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 전기차 및 자동차의 파워 테스트 절차를 도시한 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치에 의해 생성된 테스트 파형의 예이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치를 도시한 구성 블럭도이고, 도 2는 도 1에 도시된 파워 일렉트릭 모듈의 회로도이다.
본 발명에 따른 전기차 및 자동차의 파워 테스트장치는 도 1에 도시된 바와 같이 파워 테스트를 위한 외부전원을 공급하는 전원공급기(40)와, 암전류를 측정하기 위한 전류측정기(30)와, 제어신호에 따라 전원공급기(40)가 제공하는 외부전원이나 고주파 노이즈가 포함된 내부전원을 고속으로 스위칭하거나 일반속도로 스위칭하여 시험대상 전장품(50)의 파워 라인에 공급하는 파워 일렉트릭 모듈(10)과, 파워 일렉트릭 모듈(10)에 제어신호를 인가하여 다양한 조건으로 파워 테스트를 실행하게 하는 제어부(20)로 구성된다.
도 1을 참조하면, 전원공급기(40)와 파워 일렉트릭 모듈(10)은 POWER+, POWER-, 30V+, 30V-, GND 전원선으로 연결되고, 제어부(20)와 파워 일렉트릭 모듈(10)은 A01,A02 아날로그 신호선과 D1~D5의 디지털 신호선으로 연결되며, 시험대상 전장품(50)과 파워 일렉트릭 모듈(10)은 Power IN, Power GND 전원선으로 연결된다. 전류측정기(30)는 GND 신호선에 직렬로 연결되어 시험대상 전장품(50)에서 전원오프시 소모되는 암전류를 측정한다.
파워 일렉트릭 모듈(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(20)로부터 제1 아날로그 선로(A01)를 통해 가변전압(-10 ~ 10V)의 제어전원을 입력받는 가변 전원 입력부(11)와, 제어부(20)로부터 제2 아날로그 선로(A02)를 통해 노이즈 제어신호를 입력받아 테스트할 노이즈 파형을 생성시키는 노이즈 생성부(12)와, 가변 전원 입력부(11)로부터 입력된 전압을 증폭 및 안정화시켜 정전압을 생성하고 노이즈 생성부(12)의 노이즈와 합하여 노이즈가 실린 정전압을 출력하는 증폭부(13)와, D2 제어신호에 따라 증폭부(13)의 OP 앰프 출력인 내부전원이나 전원공급기(40)의 출력인 외부전원 중 하나를 선택하는 제1 릴레이(RE1)와, D3 제어신호에 따라 고속 스위칭 모드나 일반 스위칭 모드를 선택하는 제6 릴레이(RE6) 및 제2 릴레이(RE2)와, 고속 스위칭 모드에서 D1 제어신호에 따라 고속 스위칭하는 FET(14)와, 일반 스위칭 모드에서 D4 제어신호에 따라 고속보다 낮은 일반 속도로 스위칭하는 제3 릴레이(RE3)와, 암전류 측정 모드에서 접지(GND) 선로를 전류측정기(30)로 연결하는 암전류 회로(15)로 구성된다. 도면에는 도시하지 않았으나 파워 일렉트릭 모듈(10)의 외함은 10A 전류를 생성하기 위해 사용되기 때문에 방열판 및 방열팬을 장착하며, 제품 및 대상 시스템을 보호하기 위해 퓨즈를 사용한다.
도 2를 참조하면, 증폭부(13)는 버퍼 역활을 하는 1차 오피엠프(OP1)와, 입력전압을 3배로 증폭시키는 2차 오피엠프(OP2)로 구성되며, 반전 증폭을 2번 적용하여 잡음을 제거하고 출력이 입력과 같은 극성이 되도록 되어 있다.
암전류 회로(15)는 암전류 측정모드에서 D5 제어신호에 따라 GND를 차단하기 위한 제5 릴레이(RE5)와, D6 제어신호에 따라 접지(GND)선로를 암전류 포트를 통해 전류측정기(30)로 연결하는 제4 릴레이(RE4)로 구성된다.
이어서, 이와 같이 구성되는 본 발명의 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치를 이용하여 파워 테스트하는 절차를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 전기차 및 자동차의 파워 테스트 절차를 도시한 순서도이다.
본 발명에 따른 파워 테스트는 부하를 연결하여 테스트할 경우 대전류 파워(외부전원)를 사용하여 일반 스위칭 테스트나 고속 스위칭 테스트를 시행할 수 있고, 내부 전원(controled power)을 사용하여 고주파 잡음을 생성하여 배터리 전원 라인에 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 제어부(20)는 다음 표 1과 같은 제어 신호선(A01,A02, D1~D5)을 통해 제어신호를 인가하여 파워 일렉트로닉스 모듈(10)의 테스트 동작을 제어한다.
표시 출력특성 제어대상 값 범위 설명
A01 아날로그 - -10~+10V 내부전원으로 사용할 가변 전압출력
A02 아날로그 - 고주파 신호 내부전원에 인가할 고주파 신호출력
D1 디지탈 FET ON/OFF FET를 제어하여 고속 스위칭하는 신호
D2 디지탈 RE1 ON/OFF OFF:외부전원; ON: 내부전원
D3 디지탈 RE2,RE6 ON/OFF ON:고속 스위칭; OFF 일반 스위칭
D4 디지탈 RE3 ON/OFF RE3 ON/OFF로 일반 스위칭
D5 디지탈 RE4,RE5 ON/OFF ON: 암전류측정 OFF: 테스트 동작
상기 표 1과 같은 신호선의 제어에 따라 파워 테스트 모드는 다음 표 2와 같이 전원공급기(40)로부터 입력되는 외부전원(대전류용 파워)을 일반 속도로 스위칭하는 '일반 스위칭 모드', 외부전원을 고속으로 스위칭하는 '고속 스위칭 모드', 제어부(20)의 제어에 따라 전압을 변화시키면서 고주파 노이즈를 인가하여 테스트하기 위한 '전압 변화 모드', 외부전원을 인가한 후 암전류를 측정하기 위한 '암전류 측정모드'로 구분할 수 있다.
동작모드 선택전원 D1 D2 D3 D4 D5 설명
일반 스위칭 외부 OFF OFF OFF ON/OFF OFF 외부전원을 D4 ON/OFF로 스위칭
고속 스위칭 외부 ON/OFF OFF ON ON OFF 외부전원을 D1 ON/OFF로 스위칭
암전류 측정 외부 OFF OFF OFF ON ON 기기측 GND 차단하고, 전류측정
전압변화 내부 OFF ON OFF ON OFF A01:-10~+10V; A02:고주파 입력
도 3을 참조하면, 제어부(20)의 테스트 동작모드가 '일반 스위칭 모드'이면 제어부(20)는 D2신호로 제1 릴레이(RE1)를 오프시켜 대전류용 파워(전원공급기 출력)인 외부전원을 선택하고, D3신호로 제6 릴레이(RE6)와 제2 릴레이(RE2)를 오프시켜 FET회로(14)를 차단한 후 D4신호로 제3 계전기(RE3)를 온/오프시켜 파워 라인(Power IN)에 공급되는 전원을 일반속도로 스위칭시켜 테스트한다(S101~S105).
제어부(20)의 테스트 동작모드가 '고속 스위칭 모드'이면, 제어부(20)는 D2신호로 제1 릴레이(RE1)를 오프시켜 대전류용 파워(전원공급기 출력)인 외부전원을 선택하고, D4신호로 제3 릴레이(RE3)를 온시켜 파워 라인(Power IN)에 전원을 연결하며, D3신호로 제6 릴레이(RE6)와 제2 릴레이(RE2)를 온시켜 FET회로(14)를 파워라인측으로 연결한 후, D1신호로 전계효과트랜지스터(FET1)를 온/오프시켜 파워 라인(Power IN)에 공급되는 전원을 고속으로 스위칭시켜 테스트한다(S106~S110).
제어부(20)의 테스트 동작모드가 '전압변화 모드'이면, 제어부(20)는 D2신호로 제1 릴레이(RE1)를 온시켜 증폭부(13)의 OP AMP 출력인 내부전원을 선택하고, D3신호로 제6 릴레이(RE6)를 오프시킴과 아울러 D4신호로 제3 릴레이(RE3)를 온시켜 파워 라인(Power IN)에 제어부의 제어에 따라 가변된 전압에 고주파 노이즈 신호가 실린 내부전원를 연결하여 파워를 테스트한다(S111~S115).
그리고 제어부(20)의 테스트 동작모드가 '암전류 측정'이면, 제어부(20)는 D2신호로 제1 릴레이(RE1)를 오프시켜 대전류용 파워(전원공급기 출력)인 외부전원을 선택하고, D3신호로 제6 릴레이(RE6)를 오프시킴과 아울러 D4신호로 제3 릴레이(RE3)를 온시켜 파워 라인(Power IN)에 외부전원을 공급한 후, D5신호로 제5 릴레이(RE5)를 온시켜 파워 일렉트릭 모듈의 접지(GND)를 차단함과 아울러 D5신호와 동일한 D6신호로 제4 릴레이(RE4)를 온시켜 전장품의 파워 접지선(GND)을 암전류포트를 통해 전류측정기(30)로 연결하여 암전류를 측정한다(S116~S120).
이와 같이 본 발명에 따르면, 제어부(20)의 테스트 모드 선택에 따라 해당되는 릴레이들을 온/오프시켜 전장품(50)의 파워 라인에 GND가 순간 접속 상태 혹은 실제 키가 돌아가는 파형, 고주파 노이즈 등을 재연하여 실제 제품에서 발생할 수 있는 다양한 악조건에서 제품(전장품)이 정상적으로 동작하는지 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치에 의해 생성된 테스트 파형의 예로서, 전압변화 모드에서 OPAMP 출력에 대해 시뮬레이션을 실행한 예이다.
도 4를 참조하면, 제어부(20)로부터 입력되는 AO1선로에 4V가 입력되고, AO2 선로에 사각파, 100Hz, 1V 잡음이 입력된 경우, 본 발명의 파워 일렉트릭 모듈(10)에서 파워 라인(Power IN)으로 공급되는 출력은 12V에 사각파가 합쳐진 파형인 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10: 파워 일렉트릭 모듈 11: 가변 전원 입력부
12: 노이즈 생성부 13: 증폭부
14: FET 15: 암전류 회로
20: 제어부 30: 전류측정기
40: 전원공급기 50: 시험대상 전장품

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 파워 테스트를 위한 외부전원을 공급하는 전원공급기;
    암전류를 측정하기 위한 전류측정기;
    제어신호에 따라 상기 전원공급기가 제공하는 외부전원이나 고주파 노이즈가 포함된 내부전원을 고속으로 스위칭하거나 일반속도로 스위칭하여 시험대상 전장품의 파워 라인에 공급하는 파워 일렉트릭 모듈; 및
    상기 파워 일렉트릭 모듈에 제어신호를 인가하여 다양한 조건으로 파워 테스트를 실행하게 하는 제어부를 포함하고,
    상기 파워 일렉트릭 모듈은
    상기 제어부로부터 제1 아날로그 선로를 통해 가변전압의 제어전원을 입력받는 가변 전원 입력부와,
    상기 제어부로부터 제2 아날로그 선로를 통해 제어신호를 입력받아 테스트할 노이즈 파형을 생성시키는 노이즈 생성부와,
    상기 가변 전원 입력부로부터 입력된 전압을 증폭 및 안정화시켜 정전압을 생성하고 상기 노이즈 생성부의 노이즈 신호와 합하여 고주파 노이즈 신호가 실린 정전압을 출력하는 증폭부와,
    D2 제어신호에 따라 상기 증폭부의 OP 앰프 출력인 내부전원이나 상기 전원공급기의 출력인 외부전원 중 하나를 선택하는 제1 릴레이와,
    D3 제어신호에 따라 고속 스위칭 모드나 일반 스위칭 모드를 선택하는 제6 릴레이(RE6)와,
    고속 스위칭 모드에서 D1 제어신호에 따라 고속으로 스위칭하는 FET(14)와,
    일반 스위칭 모드에서 D4 제어신호에 따라 일반 속도로 스위칭하는 제3 릴레이(RE3)로 구성된 것을 특징으로 하는 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파워 일렉트릭 모듈은
    암전류 측정 모드에서 접지(GND) 선로를 상기 전류측정기로 연결하는 암전류 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 증폭부는
    버퍼 역활을 하는 1차 오피엠프(OP1)와, 입력전압을 3배로 증폭시키는 2차 오피엠프(OP2)로 구성되며, 반전 증폭을 2번 적용하여 잡음을 제거하고 출력이 입력과 같은 극성이 되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 암전류 회로는
    암전류 측정모드에서 D5 제어신호에 따라 GND를 차단하기 위한 제5 릴레이(RE5)와, D5 제어신호에 따라 접지(GND)선로를 암전류 포트를 통해 전류측정기로 연결하는 제4 릴레이(RE4)로 구성된 것을 특징으로 하는 전기차 및 자동차의 파워 테스트 장치.
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