KR102170413B1

KR102170413B1 - 열폭주 방지 장치

Info

Publication number: KR102170413B1
Application number: KR1020180026997A
Authority: KR
Inventors: 임희섭
Original assignee: 한국단자공업 주식회사
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2020-10-28
Also published as: KR20190106066A

Abstract

본 발명은 열폭주 방지 장치에 대한 것으로서, 특히, 온보드 차저 전단에 퓨즈와 비선형 저항소자 및 논리소자를 이용한 열폭주 방지 장치를 구비하여 서지에 의한 퓨즈 소손을 정확하게 판단하고 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치 손상 시 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치만을 교체하는 열폭주 방지 장치에 관한 것이다. 본 발명은 온보드 차저 전단에 퓨즈와 비선형 저항소자 및 논리소자를 이용한 열폭주 방지 장치를 구비하여 서지에 의한 퓨즈 소손을 정확하게 판단할 수 있다. 또한, 본 발명은 온보드 차저 전단에 열폭주 방지 장치를 별도로 구비시켜 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치 손상 시 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치만을 교체하면 되므로 유지 비용을 절감할 수 있다. 본 발명은 퓨즈와 바리스터를 포함하는 2단 보호회로로 구성된 열폭주 방지 장치를 제공하여 안전성을 확보할 수 있다.

Description

열폭주 방지 장치{PREVENTION DEVICE FOR THERMAL RUNAWAY}

본 발명은 열폭주 방지 장치에 대한 것으로서, 특히, 온보드 차저 전단에 퓨즈와 비선형 저항소자 및 논리소자를 이용한 열폭주 방지 장치를 구비하여 서지에 의한 퓨즈 소손을 정확하게 판단하고 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치 손상 시 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치만을 교체하는 열폭주 방지 장치에 관한 것이다.

전기자동차는 전기를 동력으로 하는 자동차로서, 주로 외부의 전원으로 전기자동차 내부 배터리를 충전하고, 충전된 내부 배터리의 전원으로 모터를 구동시켜 움직인다. 이러한 전기자동차는 외부의 전원으로 전기자동차 내부 배터리를 충전하기 위해서, 온보드 차저(On Board Charger, OBC)를 구비한다. 온보드 차저는 주로 외부의 교류 전원(AC)을 승압한 후 직류 전원(DC)으로 변환하여 내부 배터리를 충전시킨다. 또한, 온보드 차저는 외부 전원을 입력받아 내부 배터리를 충전시키는 것이므로 서지에 대한 내성이 있어야 하며, 도 2에 따른 국제표준(IEC 61643-11) Type II 시험에 따른 내성 사양을 따라야 한다.

도 3은 종래기술에 따른 온보드 차저의 개념도이다.

종래기술에 다른 온보드 차저는 도 3에 도시된 바와 같이, 외부 전원을 직접 인가받는 서지 프로텍션과, 서지 프로텍션을 통과한 전원을 필터링하는 필터, 및 필터를 통과한 전원을 변환하는 AD/DC 컨버터를 포함한다.

전술된 구조의 종래기술에 따른 온보드 차저는 서지 프로텍션을 통해 외부로부터 인가되는 서지를 방어하고 필터를 통해 외부 전원을 필터링한 후 AD/DC 컨버터를 통해 외부의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 하지만, 이러한 종래기술에 따른 온보드 차저는 서지에 의해 서지 프로텍션 소손 시 온보드 차저 자체를 교체해야 하므로 전기자동차 유지비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, 정해진 교류 전원 정격 전압용 보호소자들의 클램핑(clamping) 전압은 온보드 차저에서 요구하는 최대 전압보다 높다. 따라서, 2단 보호회로를 구성하는 것이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137490호(2017.12.13. 공개)

본 발명의 목적은 유지비용을 감소시킬 수 있는 열폭주 방지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 2단 보호회로로 구성된 열폭주 방지 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 접지를 포함하는 다수개의 배선으로 입력되어 외부 장치에 전달되는 외부 전원에 접속되며, 상기 다수개의 배선 중 접지를 제외한 배선과 각각 전단이 접속된 다수개의 퓨즈, 상기 다수개의 퓨즈의 후단과 각각 접속된 다수개의 비선형 저항소자, 상기 다수개의 퓨즈 후단으로 출력된 신호를 입력받는 논리소자, 및 상기 논리소자에서 출력되는 출력값으로 상기 다수개의 퓨즈의 소손 여부를 판단하는 진단 모듈을 포함하는 열폭주 방지 장치를 제공한다.

상기 논리소자는 앤드 게이트를 포함하며, 상기 비선형 저항소자는 바리스터를 포함한다.

상기 접지를 포함하는 다수개의 배선으로 외부 전원을 입력받아 외부 장치로 전달하는 단자대를 포함하고, 상기 다수개의 퓨즈는 상기 단자대와 접속되어 상기 다수개의 배선 중 접지를 제외한 배선과 각각 전단이 접속될 수 있다.

본 발명은 온보드 차저 전단에 퓨즈와 비선형 저항소자 및 논리소자를 이용한 열폭주 방지 장치를 구비하여 서지에 의한 퓨즈 소손을 정확하게 판단할 수 있다.

또한, 본 발명은 온보드 차저 전단에 열폭주 방지 장치를 별도로 구비시켜 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치 손상 시 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치만을 교체하면 되므로 유지 비용을 절감할 수 있다.

본 발명은 퓨즈와 바리스터를 포함하는 2단 보호회로로 구성된 열폭주 방지 장치를 제공하여 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열폭주 방지 장치의 블록도.
도 2는 국제표준(IEC 61643-11) Type II 시험에 따른 내성 사양 그래프.
도 3은 종래기술에 따른 온보드 차저의 개념도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 열폭주 방지 장치의 블록도이다.

본 발명에 따른 열폭주 방지 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 충전 커넥터(미도시)에서 인가되는 전원을 온보드 차저(200)에 공급하는 단자대(110)와, 단자대(110)의 배선과 각각 연결된 퓨즈(120), 퓨즈(120)와 각각 연결된 바리스터(130), 퓨즈(120)와 바리스터(130) 사이에 연결된 논리소자(140), 단자대(110)와 퓨즈(120) 사이에서 전원을 인가받으며 논리소자(140)로부터 연산결과를 전달받아 온보드 차저(200)에 전달하는 진단 모듈(150)을 포함한다. 또한, 이들을 수납 및 보호하는 하우징(미도시)이 구비될 수 있다.

단자대(110)는 충전 커넥터의 배선과 온보드 차저(200)의 배선을 연결하는 구성으로서, 내부에는 충전 커넥터의 배선과 온보드 차저(200)의 배선을 연결하기 위한 단자가 구비된다. 여기서, 본 발명은 충전 커넥터로부터 연결되는 배선은 제1 전원선(11, L1)과 제2 전원선(12, L2), 제3 전원선(13, L3), 중선선(14, N) 및 접지선(15, PE)을 예시하며, 제1 전원선(11, L1)과 제2 전원선(12, L2), 제3 전원선(13, L3) 및 중선선(14, N)은 각각이 후술될 퓨즈(120)와 접속된다. 물론, 충전 방식에 따라 충전 커넥터로부터 연결되는 배선은 달라질 수 있으며, 이 경우, 접지선(15)을 제외한 배선 모두를 후술될 퓨즈(120)에 각각 연결한다.

퓨즈(120)는 충전 커넥터로 고전압의 서지(surge) 입력 시 본 발명에 따른 열폭주 방지 장치의 후단에 연결된 온보드 차저(200)로 입력된 서지가 전달되지 않도록 한다. 이를 위해서, 퓨즈(120)는 단자대(110)에 접속된 충전 커넥터의 배선과 전단이 접속되며, 본 발명은 제1 전원선(11, L1)과 제2 전원선(12, L2), 제3 전원선(13, L3) 및 중선선(14, N)과 전단이 각각 접속된 제1 퓨즈(121)와 제2 퓨즈(122), 제3 퓨즈(123) 및 제4 퓨즈(124)를 예시한다. 또한, 제1 퓨즈(121)와 제2 퓨즈(122), 제3 퓨즈(123) 및 제4 퓨즈(124)의 타단은 후술될 바리스터(130)의 전단과 후단이 접속된다.

바리스터(130)는 비선형 저항소자로서, 퓨즈(120)의 후단에 접속되어 퓨즈(120)로부터 인가된 서지로부터 온보드 차저(200)를 보호한다. 본 실시예는 퓨즈(120)로 4개의 퓨즈를 예시하였으므로, 바리스터(130) 역시 제1 바리스터(131)와 제2 바리스터(132), 제3 바리스터(133) 및 제4 바리스터(134)를 예시한다. 또한, 제1 바리스터(131)와 제2 바리스터(132), 제3 바리스터(133) 및 제4 바리스터(134)의 선단은 퓨즈(120)의 후단과 접속되며, 후단은 접지선(15, PE)과 접속된다.

논리소자(140)는 퓨즈(120)와 바리스터(130) 사이에 입력단이 접속되어 퓨즈(120)의 손상 여부에 따른 입력값을 기반으로 출력값을 생성하여 진단모듈에 전달한다. 본 발명은 논리소자(140)로 앤드 게이트를 이용하며, 앤드 게이트의 입력단은 퓨즈(120)와 바리스터(130) 사이에 접속된다. 또한, 본 실시예는 4개의 퓨즈(120)를 예시하므로 앤드 게이트의 입력단 역시 4개의 입력단, 즉, A 입력단과 B 입력단, C 입력단 및 D 입력단을 예시한다. 또한, 4개의 입력단으로 입력된 입력값에 따른 출력값을 출력하는 하나의 출력단인 Y 출력단을 예시한다. 이와 같은 구조에 의해서, OBC 전원 입력 커넥터(210)에 AC 전원 입력이 중단되어, 제1 전원선(11, L1)과 제2 전원선(12, L2), 제3 전원선(13, L3) 및 중선선(14, N), 즉, AC 4 배선의 퓨즈(120) 전단에 진단 모듈(150)이 DC를 입력하면 퓨즈(120) 후단에서 앤드 게이트로 하이 신호가 입력된다.

표 1은 본 발명에 따른 논리소자의 입력값에 따른 출력값을 정리한 것이다.

입력				출력
A	B	C	D	Y
H	H	H	H	H
L	X	X	X	L
X	L	X	X	L
X	X	L	X	L
X	X	X	L	L

표 1에서 A, B, C, D는 각각이 제1 전원선(11, L1)과 접속된 제1 퓨즈(121), 제2 전원선(12, L2)과 접속된 제2 퓨즈(122), 제3 전원선(13, L3)과 접속된 제3 퓨즈(123) 및 중선선(14, N)과 접속된 제4 퓨즈(124)를 통해 신호를 입력받는 입력단, 즉, A 입력단과 B 입력단, C 입력단 및 D 입력단에 대응된다. 또한, Y는 출력단을 의미하며, H는 각 입력단으로 입력되는 신호 중 하이 신호, L은 로우 신호, X는 입력값 없음을 의미한다.

표 1을 참조하면, 앤드 게이트는 4개의 입력단으로 입력되는 4개의 신호가 모두 하이 신호일 경우 하이 신호를 출력하고, 입력되는 4개의 신호 중 1개라도 로우 신호가 입력되면 로우 신호를 출력한다. 예를 들어, 모든 입력단으로 하이 신호가 입력될 경우 앤드 게이트는 하이 신호를 출력단으로 출력한다. 또한, A 입력단으로 로우 신호가 입력되고 나머지 B 입력단과 C 입력단 및 D 입력단에는 신호가 입력되지 않을 경우 앤드 게이트는 로우 신호를 출력단으로 출력한다.

진단 모듈(150)은 논리소자(140)의 출력단에서 출력되는 출력값에 따라 퓨즈(120)의 상태를 확인한다. 진단 모듈(150)은 논리소자(140)의 출력단에서 출력되는 출력값이 하이 신호일 경우 퓨즈(120)의 상태가 정상인 것으로 판단하고, 로우 신호일 경우 다수개의 퓨즈(120) 중 적어도 어느 하나가 비정상인 것으로 판단한다. 또한, 퓨즈(120)의 상태가 비정상인 것으로 판단되면 퓨즈 비정상 신호를 생성하여 온보드 차저(200)에 전달한다.

온보드 차저(200)는 진단 모듈(150)에서 전달된 퓨즈 비정상 신호를 기반으로 퓨즈(120)의 상태를 판단한다. 이를 위해서, 온보드 차저(200)는 SPD(Surge Protection Device) 제어 커넥터(220)와, 단자대(110)를 통해 충전 커넥터에 입력된 전원을 인가받는 OBC 전원 입력 커넥터(210)를 포함한다. 또한, 도시되지는 않았으나 온보드 차저(200)에는 OBC 전원 입력 커넥터(210)로 인가된 전원을 변환하는 전원 변환 모듈이 구비된다. 여기서, 강한 서지에 의해서 퓨즈 등의 보호소자 오픈 시, 즉, 퓨즈 비정상 신호가 생성되면, SPD 제어 커넥터(220)를 통해 열폭주 방지 장치의 회로 라인을 오픈시키고 퓨즈 교체 신호를 표시(알람)한다.

다음은 본 발명에 따른 열폭주 방지 장치의 작동에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 열폭주 방지 장치는 정상적인 상태에서는 고전압 충전 커넥터로부터 입력된 전원을 단자대(110)에서 온보드 차저(200)로 인가한다. 이 경우, 다수개의 퓨즈(120)와 연결된 논리소자(140)인 앤드 게이트의 입력단에는 하이 신호가 입력되므로 앤드 게이트의 출력단에도 하이 신호가 출력된다. 또한, 이에 따라, 진단 모듈(150)은 퓨즈(120)가 소손되지 않고 정상인 것으로 판단한다.

하지만, 고전압 충전 커넥터를 통해 고전압의 서지가 입력될 경우, 입력된 서지는 퓨즈(120)를 통해 1차 차단되며 비선형 저항소자, 예를 들어, 바리스타(130)에 의해 2차 차단된다. 여기서, 입력된 서지에 의해 다수개의 퓨즈(120) 중 적어도 하나 이상이 소손될 경우, 퓨즈(120)와 연결된 논리소자(140)인 앤드 게이트 입력단에는 로우 신호가 입력되고 앤드 게이트의 출력단으로도 로우 신호가 출력된다. 또한, 이에 따라, 진단 모듈(150)은 적어도 하나 이상의 퓨즈(120)가 소손된 것으로 판단하여 퓨즈 비정상 신호를 생성하고 이를 온보드 차저(200)의 SPD 제어 커넥터(220)에 출력한다. 이후, 온보드 차저(200)는 퓨즈 비정상 신호에 따라 퓨즈 교체 신호를 표시하여 사용자가 인지하도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 온보드 차저 전단에 퓨즈와 비선형 저항소자 및 논리소자를 이용한 열폭주 방지 장치를 구비하여 서지에 의한 퓨즈 소손을 정확하게 판단하고 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치 손상 시 퓨즈 또는 열폭주 방지 장치만을 교체하도록 할 수 있다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

11: 제1 전원선 12: 제2 전원선
13: 제3 전원선 14: 중선선
15: 접지선 110: 단자대
120: 퓨즈 121: 제1 퓨즈
122: 제2 퓨즈 123: 제3 퓨즈
124: 제4 퓨즈 130: 바리스터
131: 제1 바리스터 132: 제2 바리스터
133: 제3 바리스터 134: 제4 바리스터
140: 논리소자 150: 진단 모듈
200: 온보드 차저 210: OBC 전원 입력 커넥터
220: SPD 제어 커넥터

Claims

진단 모듈과 접속된 SPD(Surge Protection Device) 제어 커넥터, 외부 전원을 인가받는 OBC 전원 입력 커넥터, 상기 OBC 전원 입력 커넥터로 인가된 외부 전원을 변환하는 전원 변환 모듈을 포함하는 온보드 차저의 전단에 연결된 열폭주 방지 장치로서,
접지를 포함하는 다수개의 배선으로 입력되어 상기 온보드 차저에 전달되는 상기 외부 전원에 접속되며, 상기 다수개의 배선 중 접지를 제외한 배선과 각각 전단이 접속된 다수개의 퓨즈,
상기 다수개의 퓨즈의 후단과 전단이 각각 접속되며, 후단이 상기 외부 전원의 접지와 접속된 다수개의 바리스터,
상기 다수개의 퓨즈 후단으로 출력된 신호를 입력받는 앤드 게이트, 및
상기 앤드 게이트 후단에 구비되고 상기 SPD 제어 커넥터와 연결되며, 상기 앤드 게이트에서 출력되는 출력값이 로우 신호일 경우 상기 다수개의 퓨즈 중 적어도 어느 하나가 비정상인 것으로 판단하여 퓨즈 비정상 신호를 출력하고, 상기 앤드 게이트에서 출력되는 출력값이 하이 신호일 경우 상기 다수개의 퓨즈가 정상인 것으로 판단하는 진단 모듈, 및
상기 접지를 포함하는 다수개의 배선으로 외부 전원을 입력받아 외부 장치로 전달하는 단자대를 포함하며,
상기 다수개의 퓨즈는 상기 단자대와 접속되어 상기 다수개의 배선 중 접지를 제외한 배선과 각각 전단이 접속되고,
상기 진단 모듈에서 전달된 퓨즈 비정상 신호를 기반으로 상기 SPD 제어 커넥터를 통해 열폭주 방지 장치의 회로 라인을 오픈시키고 퓨즈 교체 신호를 표시하는 열폭주 방지 장치.
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