KR20100061285A - Detecting apparatus of leakage current for electric car - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 자동차의 누전 검출 장치에 관한 것으로, 특히 차체가 전지팩의 최대전위 또는 최저전위에 연결되는 누전을 검출할 뿐만 아니라, 차체가 전지팩의 중간 전위와 연결되어 누전이 발생할 때에 전지팩의 어느 부분에 연결되어 누전이 발생한 것인지를 검출할 수 있는 전기 자동차의 누전 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, in particular, a battery pack not only detects a short circuit connected to the maximum potential or the lowest potential of the battery pack, but also a battery pack when the vehicle body is connected to an intermediate potential of the battery pack to generate a short circuit. The present invention relates to a ground fault detecting apparatus for an electric vehicle, which is connected to a portion thereof and can detect whether a ground fault has occurred.
전기 자동차는 구동원으로 1000V 정도의 고전압을 사용한다. 따라서, 전기 자동차의 구동원인 전지팩은 차체(vehicle body)와 구조적으로 분리되어 차체와 절연상태를 유지하여야 한다.Electric vehicles use a high voltage of about 1000V as a driving source. Therefore, the battery pack, which is the driving source of the electric vehicle, must be structurally separated from the vehicle body and maintained insulated from the vehicle body.
그러나, 전기 자동차의 전지팩이 사고 또는 알 수 없는 요인 등에 의하여 차체에 누전되면 전지팩의 고전압에 의하여 차량뿐만 아니라 인명 피해까지 발생할 수 있다.However, when the battery pack of the electric vehicle is shorted to the vehicle body due to an accident or unknown factors, the high voltage of the battery pack may cause not only the vehicle but also human injury.
따라서, 전기 자동차에는 필수적으로 전지팩이 차체에 누전되는 것을 검출하는 누전 검출 장치가 구비된다.Therefore, the electric vehicle is essentially provided with a short circuit detecting device for detecting that the battery pack is shorted to the vehicle body.
도 1은 종래기술에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to the related art.
종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)과 차체(GND) 사이에 연결되어 전지팩(110)이 차체(GND)에 누전되는지 여부를 검출한다. 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 절연저항(Rf)으로 표현한다. 절연저항(Rf)은 전지팩(110)과 차체(GND)가 정상적으로 절연 상태를 유지하면 그 저항값이 무한대로서 전류가 차단되고 누전 검출 장치(120)로도 전류가 흐르지 않는다. 그러나, 절연저항(Rf)은 전지팩(110)에 이상이 발생하여 차체(GND)에 누전되면 저항값이 작아진다. 그에 따라, 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)과 절연저항(Rf)과 누전 검출 장치(120) 및 차체(GND) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐른다. 누전 검출 장치(120)는 이러한 원리를 이용하여 전지팩(110)과 차체(GND)의 누전을 검출한다. 도 1에서 L은 전지팩(110)의 전원을 사용하는 부하이다.The conventional ground
종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최소전위단과 차체(GND) 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항(Rs), 검출저항(Rm), 직류전원(Vdc)으로 이루어진다. 누전 검출 장치(120)는 검출저항(Rm)과 직류전원(Vdc) 사이에 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 더 구비된다. 이때, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)는 상호 연동하여 전지팩(110)과 차체(GND) 사이에 연결되는 직류전원(Vdc)의 극성을 전환한다. 즉, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 모두 a점에 접속되면 직류전원(Vdc)의 양극은 검출저항(Rm)에 연결된다. 또한, 직류전원(Vdc)의 음극은 차체(GND)에 연결되어 전지팩(110)과 직류전원(Vdc)이 순방향으로 연결된다. 한편, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 모두 b점에 접속되 면 직류전원(Vdc)의 음극은 검출저항(Rm)에 연결된다. 또한, 직류전원(Vdc)의 양극은 차체(GND)에 연결되어 전지팩(110)과 직류전원(Vdc)이 역방향으로 연결된다.The conventional ground
도 2를 참조하면서 이 종래의 누전 검출 장치의 동작을 설명한다.The operation of this conventional ground fault detection apparatus will be described with reference to FIG.
이하에서는, 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 종래 누전 검출 장치를 설명하기로 한다. 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최대전위단과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 최대전위 절연저항(Rf1)으로 표현한다. 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면 최대전위 절연저항(Rf1)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 누전 검출 장치(120)는 도 2a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a점에 접속되면, 도 2b에 도시된 바와 같이 전지팩(110), 최대전위 절연저항(Rf1), 순방향으로 연결된 직류전원(Vdc), 검출저항(Rm), 전압 배분 저항(Rs) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 누전 검출 장치(120)는 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)을 측정하여 최대전위 절연저항(Rf1)을 계산함으로써, 전기 자동차의 누전 여부를 검출한다.Hereinafter, a description will be given of a conventional ground fault detecting apparatus when a ground fault occurs at the maximum potential of the
이때, 누전 검출장치(120)에서 측정된 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 수학식 1 및 이하의 수학식들에서 전지팩(110)의 전압을 (V1 + V2)로 표현하는 것은 이해를 돕기 위함일 뿐, 전지팩(110)의 전압을 (V1 + V2)로 한정하는 것은 아니다.In this case, the voltage Vm of both ends of the detection resistance Rm measured by the ground
수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 최대전위 절연저항(Rf1)의 값은 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 구할 수 있다. 만약, 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 직류전원(Vdc)만을 이용한 양단 전압(Vm)의 표현식을 구하려면, 하기와 같은 단계를 더 수행해야 한다.As can be seen in
상세히 설명하면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 누전 검출 장치(120)의 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 각각 b점으로 접속시킨다. 그러면, 도 2d에 도시된 바와 같이 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110), 절연저항(Rf1), 역방향으로 연결된 직류전원(Vdc), 검출저항(Rm), 전압 배분 저항(Rs) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때 검출저항(Rm)에서는 수학식 2와 같은 전압(Vm)이 검출된다.In detail, as illustrated in FIG. 2C, the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 of the ground
위 수학식 1과 수학식 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 검출저항(Rm)의 양단에 인가되는 전압(Vm)은 전지팩(110)의 전압의 합(V1 + V2)에 의한 값으로 비교적 높은 전압이다. 따라서, 누전 검출 장치(120)는 양단 전압(Vm)을 용이하고 정확하게 측정할 수 있다. As can be seen from
한편, 위 수학식 1에서 수학식 2를 빼고 2로 나누어 주면, 검출저항(Rm)에 인가되는 전압(Vm)은 하기 수학식 3과 같이 표현된다.Meanwhile, when
상기한 수학식 3을 통해 등가화된 최대전위 절연저항(Rf1)은 하기 수학식 4와 같이 계산할 수 있다. 그에 따라, 누전 검출 장치(120)는 등가화된 최대전위 절연저항(Rf1)의 저항값을 이용하여 누전 여부를 판단할 수 있다.The maximum potential insulation resistance Rf1 equivalent to the above Equation 3 may be calculated as Equation 4 below. Accordingly, the ground
이하에서는, 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 종래 누전 검출 장치(120)를 설명하기로 한다. 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최소전위단과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 최소전위 절연저항(Rf2)으로 표현한다. 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 이 등가화된 최소전위 절연저항(Rf2)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 누전 검출 장치(120)는 도 2e에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a점에 접속되면, 도 2f에 도시된 바와 같이 전압 배분 저항(Rs), 검출저항(Rm), 검출저항(Rm)에 순방향으로 접속된 직류전원(Vdc), 최소전위 절연저항(Rf2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 누전 검출 장치(120)는 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)을 측정하여 등가화된 최소전위 절연저항(Rf2)을 계산함으로써, 전기 자동차의 누전을 검출한다. 이때, 누전 검출 장치(120)에서 측정된 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)은 수학식 5와 같이 표현된다.Hereinafter, a description will be given of a conventional ground
물론, 누전 검출 장치(120)는 도 2g에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 각각 b점으로 접속시키면, 도 2h에 도시된 바와 같이 전압 배분 저항(Rs), 검출저항(Rm), 검출저항(Rm)에 역방향으로 접속된 직류전원(Vdc), 절연저항(Rf2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 검출저항(Rm)에는 수학식 6과 같은 양단 전압(Vm)이 측정된다. Of course, when the electrical
누전 검출 장치(120)에서 측정되는 양단 전압(Vm)은 수학식 5에서 수학식 6을 빼고 2로 나누어 주면 수학식 7과 같이 표현될 수 있다. 수학식 7을 통해 등가화된 최소전위 절연저항(Rf2)은 하기 수학식 8과 같이 계산할 수 있다. 누전 검출 장치(120)는 등가화된 최소전위 절연저항(Rf2)의 값을 이용하여 누전 여부를 판단할 수 있다.The voltage Vm measured at the ground
여기서, 위 수학식 5와 수학식 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 검출저항(Rm)의 양단에 인가되는 전압(Vm)은 오직 직류전원(Vdc)에 의한 값일 뿐이다. 이 직류전원(Vdc)은 전지팩(110)의 전압보다 매우 작은 값이다. 그리하면, 누전 검출 장치(120)는 낮은 검출 감도로 인해 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)을 정확하게 측정하기는 매우 어려우며, 이로 인해 누전 여부를 판단하기 매우 곤란한 문제점이 있다.Here, as can be seen through the equations (5) and (6), when a short circuit occurs in the vehicle body (GND) at the minimum potential of the
또한, 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하던지, 최소전위단에서 누전이 발생하던지, 아니면 중간전 위에서 누전이 발생하던지, 무관하게 동일한 방법과 동일한 수식으로 누전 여부를 검출한다. 그리하면, 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 누전 발생 여부는 알 수 있으나, 누전이 발생한 지점을 정확하게 검출해 낼 수 없는 문제점이 있다.In addition, the conventional ground
따라서, 본 발명의 목적은 전지팩의 누전 발생 지점에 상관없이 전지팩이 차체로 누전되는지 여부를 용이하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라 전지팩의 누전 발생 지점까지 검출할 수 있는 전기 자동차의 누전 검출 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to easily detect whether the battery pack is shorted to the vehicle body irrespective of the short circuit occurrence point of the battery pack, as well as the electrical leak detecting apparatus of the electric vehicle capable of detecting the short circuit occurrence point of the battery pack. To provide.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는, 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치; 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항; 및 검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 전지팩으로 전위를 공급하는 측정전위를 구비한다.In order to achieve the above object, an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention includes: a first switch and a second switch connected in series between a maximum potential end and a minimum potential end of a battery pack; A detection resistor having one end connected to a common contact of the first switch and the second switch; And a measurement potential connected between the other end of the detection resistor and the vehicle body to supply a potential to the battery pack.
검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 측정전위를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치; 및 검출저항의 타단과 차체 사이에 제3스위치와 상호 병렬로 연결되는 제4스위치를 더 구비한다.A third switch connected between the other end of the detection resistor and the vehicle body to supply or cut off the measurement potential to the battery pack; And a fourth switch connected in parallel with the third switch between the other end of the detection resistor and the vehicle body.
검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되는 제3스위치; 및 검출저항의 타단과 차체 사이에 제3스위치와 상호 병렬로 연결되어 측정전위를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비한다.A third switch connected between the other end of the detection resistor and the vehicle body; And a fourth switch connected in parallel with the third switch between the other end of the detection resistor and the vehicle body to supply or cut off the measurement potential to the battery pack.
제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 측정전원을 전지팩으로 제공하면서 검출저항의 양단전압을 측정하여 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출한다.One of the first switch and the second switch is turned on and the other is turned off, and a measurement power is supplied to the battery pack, and the voltage of both ends of the detection resistor is measured to detect whether the battery pack is shorted to the vehicle body and a point of occurrence of a short circuit. .
다르게는, 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치; 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항; 및 전지팩에 공급되는 제1측정전위와 제2측정전위를 구비하되, 제1측정전위 또는 제2측정전위는 검출저항의 타단과 차체 사이에 상호 병렬로 연결되고, 제1측정전위 또는 제2측정전위 중에 어느 하나가 전지팩으로 공급된다.Alternatively, the first switch and the second switch connected in series between the maximum potential end and the minimum potential end of the battery pack; A detection resistor having one end connected to a common contact of the first switch and the second switch; And a first measurement potential and a second measurement potential supplied to the battery pack, wherein the first measurement potential or the second measurement potential is connected in parallel between the other end of the detection resistor and the vehicle body, and the first measurement potential or the second measurement potential. One of the measurement potentials is supplied to the battery pack.
제1측정전위와 제2측정전위는 전압값이 동일하고 극성이 반대이다.The first measurement potential and the second measurement potential have the same voltage value and opposite polarities.
제1측정전위를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치를 더 구비한다.And a third switch for supplying or blocking the first measurement potential to the battery pack.
제2측정전위를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비한다.And a fourth switch for supplying or blocking the second measurement potential to the battery pack.
제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 제1측정전원과 제2측정전원 중에 어느 하나를 전지팩으로 제공하면서 검출저항의 양단전압을 측정하여 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출한다.One of the first switch and the second switch is turned on and the other is turned off, and either of the first measurement power source and the second measurement power supply is provided to the battery pack, and the battery pack is moved to the vehicle body by measuring the voltage across the detection resistor. Detects whether there is a short circuit and the point of occurrence of a short circuit.
전지팩의 최대전위단과 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한다.A voltage divider is further provided in series between the maximum potential of the battery pack and the detection resistor.
전지팩의 최소전위단과 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한다.The battery pack further includes a voltage divider resistor connected in series between the minimum potential terminal of the battery pack and the detection resistor.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는 전지팩의 누전 발생 지점에 상관없이 전지팩이 차체로 누전되는지 여부를 검출할 수 있으며, 아울 러 전지팩의 누전 발생 지점까지 검출할 수 있는 효과가 있다.The electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention may detect whether the battery pack is leaked to the vehicle body regardless of the electrical leak occurrence point of the battery pack, and may detect the electrical leak occurrence point of the battery pack as well. It works.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. . First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
(제1실시예)(First embodiment)
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면이다.Hereinafter, an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to a first exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 3 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 차체(GND) 사이에 연결되어 전지팩(110)이 차체(GND)에 누전되는지 여부를 검출한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)으로 표현한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단과 차체(GND) 사이의 저항을 등가화 하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)으로 표현한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간전위와 차체(GND) 사이의 저항을 등가화하여 중간전위 절연저항(Rf_cell)으로 표현한다. 각 절연저항(Rf_pos, Rf_neg, Rf_cell)은 전지팩(110)과 차체(GND)가 정상적으로 절연 상태를 유지하면 그 저항값이 무한대로서 전류가 차단된다. 그러나, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)에 이상이 발생하여 차체(GND)에 누전되면 각 절연저항(Rf_pos, Rf_neg, Rf_cell)의 저항값이 작아지면서 전지팩(110)과 해당 절연저항과 누전 검출 장치(300)와 차체(GND) 사이에 폐회로가 형성된다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)에는 전류가 흐르게 된다. 본 발명은 이러한 원리를 이용하여 전지팩(110)과 차체(GND)의 누전을 검출한다.Referring to FIG. 3, an electrical
누전 검출 장치(300)는, 전지팩(110)에 병렬로 연결된 제1전압 분배 저항(Rs1), 제1스위치(SW31), 제2스위치(SW32), 제2전압 분배 저항(Rs2)과, 제1스위치(SW31)와 제2스위치(SW32)의 공통접점에 일단이 접속된 검출저항(Rm)과, 검출저항(Rm)의 타단에 음극이 연결되고 차체(GND)에 양극이 연결된 제1측정전원(Vp1)과, 검출저항(Rm)의 타단에 양극이 연결되고 차체(GND)에 음극이 연결된 제2측정전원(Vp2)과, 검출저항(Rm)과 제1측정전원(Vp1) 사이를 스위칭하는 제3스위치(SW33)와, 검출저항(Rm)과 제2측정전원(Vp2) 사이를 스위칭하는 제4스위치(SW34)를 포함한다.The earth
누전 검출 장치(300)는 제1전압 분배 저항(Rs1)과 제2전압 분배 저항(Rs2) 대신에 제1스위치(SW31)와 제2스위치(SW32)의 공통접점과 측정저항(Rm) 사이에 하나의 전압 분배 저항(Rs)을 연결하여도 된다. 본 제1실시예에서는, 제1전압 분배 저항(Rs1)과 제2전압 분배 저항(Rs2)의 저항값은 Rs로 동일하다(즉, Rs1 = Rs2 = Rs). 제3스위치(SW33)는 제1측정전원(Vp1)과 차체(GND) 사이를 스위칭하도록 연결한다. 제4스위치(SW34)는 제2측정전원(Vp2)과 차체(GND) 사이를 스위칭하도록 연결하여도 된다. 물론, 제1측정전원(Vp1)의 양극과 음극에 각각 별도의 스위치를 연결하고, 제2측정전원(Vp2)의 양극과 음극에 각각 별도의 스위치를 연결하여도 된다. 제1측정전원(Vp1)과 제2측정전원(Vp2)의 전압은 측정전원(Vp)으로 동일하되, 극성만 반대로 연결된다.The earth
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, the operation of the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 4A to 4F are views for explaining the operation of the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to the first embodiment of the present invention.
먼저, 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴오프하면, 누전 검출 장치(300)는 도 4a에 도시된 바와 같이 전지팩(110)에 제2측정전원(Vp2)이 순방향으로 연결된다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 제2측정전원(Vp2)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제2스위치(SW32)와 제2전압 분배 저항(Rs2) 사 이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정한다. 누전 검출 장치(300)에서 측정된 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 9과 같이 표현될 수 있다.First, the electrical
누전 검출 장치(300)는 수학식 9를 이용하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 구하려면 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 측정전원(Vp)만을 이용하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 구하기 위해 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구한다. The electrical
이를 위해, 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프하면, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)에 제1측정전원(Vp1)이 역방향으로 연결되고, 전지팩(110)과 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 제1측정전원(Vp1)과 제3스위치(SW33)와 검출저항(Rm)과 제2스위치(SW32)와 제2전압 분배 저항(Rs2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 10과 같이 표현된다.To this end, when the second switch SW32 and the third switch SW33 are turned on and the first switch SW31 and the fourth switch SW34 are turned off, the ground
위 수학식 9에서 수학식 10을 빼고 2로 나누어주면 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 아래의 수학식 11과 같이 표현된다. 이때, 최대전위 절연저항(Rf_pos)은 수학식 11을 이용하여 수학식 12와 같이 구할 수 있다.If Equation 10 is subtracted from Equation 9 and divided by 2, the voltage Vm between both ends of the detection resistor Rm is expressed as Equation 11 below. At this time, the maximum potential insulation resistance (Rf_pos) can be obtained by using Equation 11 as shown in Equation 12.
즉, 본 발명에 따른 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)를 턴온하고 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온하면서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정함으로써, 등가화된 최대전위 절연저항(Rf_pos) 값을 구할 수 있다.That is, the earth
또한, 검출저항(Rm)은 전지팩(110)의 최대전위단에서 누전이 발생한 경우 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW32)를 턴오프하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)에 대해서는 회로가 개방되기 때문에 전류가 거의 흐르지 않는다. 이로써, 누전 검출 장치(300)는 전기 자동차의 누전 발생 여부 및 누전 발생 지점을 검출할 수 있다.In addition, the detection resistance Rm is the voltage V1 of the
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 9 및 수학식 10에서 알 수 있듯이 전지팩(110)의 최대전위단에서 누전이 발생하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)이 검출저항(Rm)에 인가되기 때문에 검출감도가 좋아서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 측정이 용이하다.In addition, as shown in Equation 9 and Equation 10, when the electric leakage occurs at the maximum potential of the
다음으로, 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프하면, 누전 검출 장치(300)는 도 4b에 도시된 바와 같이 전지팩(110)에 제1측정전원(Vp1)이 순방향으로 연결된다. 또한, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 제1전압 분배 저항(Rs1)과 제1스위치(SW31)와 검출저항(Rm)과 제3스위치(SW33)와 제1측정전원(Vp1)과 최소전위 절연저항(Rf_neg) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정한다. 누전 검출 장치(300)에서 측정된 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.Next, the electrical
누전 검출 장치(300)는 수학식 13에서 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 구하려면 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 측정전원(Vp)만을 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 구하기 위해서 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구한다.The electrical
이를 위해, 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴오프하면, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)에 제2측정전원(Vp2)이 역방향으로 연결된다. 또한, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 제1전압 분배 저항(Rs1)과 제1스위치(SW31)와 검출저항(Rm)과 제4스위치(SW34)와 제2측정전원(Vp2)과 최소전위 절연저항(Rf_neg) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 14와 같이 표현된다.To this end, when the first switch SW31 and the fourth switch SW34 are turned on and the second switch SW32 and the third switch SW33 are turned off, the ground
누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 위 수학식 13에서 수학식 14를 빼고 2로 나누어주면 아래의 수학식 15와 같이 표현된다. 누전 검출 장치(300)는 수학식 15를 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 수학식 16과 같이 구할 수 있다.The voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground
즉, 본 발명에 따른 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제3스위치(SW33)와 제4스위치(SW34)를 차례로 턴온하면서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정함으로써, 등가화된 최소전위 절연저항(Rf_neg) 값을 구할 수 있다.That is, the ground
또한, 검출저항(Rm)은 전지팩(110)의 최소전위단에서 누전이 발생한 경우 제2스위치(SW32)를 턴온하고 제1스위치(SW31)를 턴오프하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)에 대해서는 회로가 개방되기 때문에 전류가 거의 흐르지 않는다. 이로써, 누전 검출 장치(300)는 전기 자동차의 누전 발생 여부 및 누전 발생 지점을 검출할 수 있다.In addition, the detection resistance Rm is the voltage V1 of the
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 13 및 수학식 14에서 알 수 있듯이 전지팩(110)의 최소전위단에서 누전이 발생하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)이 검출저항(Rm)에 인가되기 때문에 검출감도가 좋아서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 측정이 용이하다.In addition, as shown in Equation 13 and Equation 14, when the earth leakage occurs at the minimum potential of the
다음으로, 전지팩(110)의 중간전위에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간전위에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이 경우에는, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 연결한 상태에서 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구한다. 누전 검출 장치(300) 전지팩(110)의 최소전위단에 연결된 제2스위치(SW32)를 연결한 상태에서의 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구한다. 이후에, 누전 검출 장치(300)는 두 값의 비율을 이용하여 누전이 발생한 지점을 계산한다. 이하에서는 이를 상세하게 설명하기로 한다.Next, the electrical
(i) 제2스위치(SW32)를 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기(i) Obtaining the intermediate potential insulation resistance (Rf_cell) by connecting the second switch (SW32)
도 4c에 도시된 바와 같이 제2스위치(SW32)를 연결하고, 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온하면, 누전 검출 장치(300)는 도 4a를 참조하면서 설명한 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다. 이때, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴오프한 경우 수학식 17과 같다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한 경우 수학식 18과 같다. 또한, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 17에서 수학식 18을 빼고 2로 나누어주면 제2측정전원(Vp2)만으로 표현한 수학식 19와 같다. 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 19를 이용하여 수학식 20과 같이 구할 수 있다.As illustrated in FIG. 4C, when the second switch SW32 is connected, and the fourth switch SW34 and the third switch SW33 are turned on in turn, the electrical
(ii) 제1스위치(SW31)를 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기(ii) Obtaining the intermediate potential insulation resistance (Rf_cell) by connecting the first switch (SW31)
도 4d에 도시된 바와 같이 제1스위치(SW31)를 연결하고, 제3스위치(SW33)와 제4스위치(SW34)를 차례로 턴온하면, 누전 검출 장치(300)는 도 4b를 참조하면서 설명한 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다. 이때, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한 경우 수학식 21과 같다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴오프한 경우 수학식 22와 같다. 또한, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 21에서 수학식 22를 빼고 2로 나누어주면 제1측정전원(Vp1)만으로 표현되는 수학식 23과 같다. 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 23을 이용하여 수학식 24와 같이 구할 수 있다.As shown in FIG. 4D, when the first switch SW31 is connected, and the third switch SW33 and the fourth switch SW34 are turned on in turn, the electrical
(iii) 중간전위에서 누전시 누전 발생 지점 구하기 (iii) Finding the point of occurrence of a short-circuit in case of a short-circuit at medium potential
이상에서 살펴본 바와 같이 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간지점에서 절연 고장이 발생하면, 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW32)를 턴오 프하던지, 아니면 제1스위치(SW31)를 턴오프하고 제2스위치(SW32)를 턴온하던지, 모두 폐회로가 형성되어 검출저항(Rm)에 전류가 흐른다. 이럴 경우, 본 발명의 누전 검출 장치(300)는 중간지점에서 누전되고 있음을 검출할 수 있다. 아울러, 위 수학식 17 및 18과, 수학식 21 및 22를 보면, 중간전위에서 누전이 발생하면 그 발생하는 지점에 따라 제2스위치(SW32)를 연결한 경우의 검출저항(Rm)의 검출 전압(Vm)과 제1스위치(SW31)를 연결한 경우의 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)이 서로 다르다. 따라서, 누전 검출 장치(300)는 이 두 값을 이용하여 비율을 구하면 전기 자동차의 누전이 발생한 지점을 알 수 있다.As described above, when the insulation failure occurs at an intermediate point of the
다음으로, 전지팩(110)에 복합적인 누전이 발생한 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 전지팩(110)의 최대전위단과 최소전위단과 중간전위 중 2군데 이상에서 누전이 발생하면, 누전 검출 장치(300)는 해당 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 최대전위단과 최소전위단과 중간전위 모두에서 누전이 발생한 경우, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에 연결된 제2스위치(SW32) 및 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제3스위치(SW33)을 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 4e에 도시된 바와 같이 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐른다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 검출할 수 있다. 누전 검출 장치(300)는 앞에서의 방법과 마찬가지 로 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해 전지팩(110)의 제2스위치(SW32)를 및 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제4스위치(SW34)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)으로 전류가 흐르고 검출저항(Rm)의 양단 전압(Vm)을 검출할 수 있다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 바로 앞에서 검출한 전압값에서 이번에 검출한 전압값을 빼서 2로 나누어 주면 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은 수학식 25와 같이 표현된다. 이때, 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 상호 병렬 접속되게 된다. 이때의 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 4f에 도시된 바와 같다.Next, the electrical
여기서, 전체전위 절연저항(Rf_total)은 병렬로 연결된 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)의 등가저항을 의미한다. Here, the total potential insulation resistance Rf_total means an equivalent resistance of the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential insulation resistance Rf_cell connected in parallel.
마찬가지로, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 턴온하여 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은 수식으로 표현하여 전체전위 절연저항(Rf_total)을 구한다. 이렇게 함으로써, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 복합적인 지점으로부터 누전되는 경우도 고장을 검출할 수 있게 된다.Similarly, the ground
(제2실시예)(Second Embodiment)
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 도시한 도면이다.Hereinafter, an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to a second exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 5 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 도 3에 도시된 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)에서 제3스위치(SW33)와 차체(GND) 사이에 연결된 제1측정전원(Vp1)이 생략된 것이다. 이와 같이 제1측정전원(Vp1)이 생략되어도 도 3과 동일한 효과가 얻어지는바, 이에 대해 설명한다.As shown in FIG. 5, the electrical
전지팩(110)의 Of the
먼저, 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴오프하고 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정할 수 있으며 그 측정된 전압(Vm)을 수식으로 표현하면 아래의 수학식 26과 같다.First, the second switch SW32 and the fourth switch SW34 may be turned on, the first switch SW31 and the third switch SW33 may be turned off, and the voltage Vm of both ends of the detection resistor Rm may be measured. When the measured voltage (Vm) is expressed by an equation, it is expressed by Equation 26 below.
다음, 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프하고 측정한 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 아래의 수학식 27과 같이 표현된다.Next, the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by turning on the second switch SW32 and the third switch SW33 and turning off the first switch SW31 and the fourth switch SW34 is as follows. Is expressed as in Equation 27.
위 수학식 26과 수학식 27에서 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해 수학식 26에서 수학식 27을 빼면 아래의 수학식 28과 같다.To remove the effect of (V1 + V2) in Equations 26 and 27, subtracting Equation 27 from Equation 26 is as follows.
이는 수학식 11과 동일하다. This is the same as Equation (11).
전지팩(110)의 Of the
제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프하고 측정한 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 아래의 수학식 29와 같다.The voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by turning on the first switch SW31 and the third switch SW33, turning off the second switch SW32 and the fourth switch SW34, Equation 29
다음, 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴오프하고 측정한 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 아래의 수학식 30과 같이 표현된다.Next, the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by turning on the first switch SW31 and the fourth switch SW34 and turning off the second switch SW32 and the third switch SW33 is as follows. Is expressed as in Equation 30 below.
위 수학식 29와 수학식 30에서 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해, 수학식 29에서 수학식 30을 빼면 아래의 수학식 31과 같다. In order to remove the influence of (V1 + V2) in Equations 29 and 30, subtracting Equation 30 from Equation 29 is as follows.
이는 수학식 15와 동일하다.This is the same as in equation (15).
도 5에는 제1측정전원(Vp1)이 생략된 누전 검출 장치(300)만 도시되어 있지만, 제1측정전원(Vp1) 대신에 제4스위치(SW34)와 차체(GND) 사이에 연결된 제2측정전원(Vp2)이 생략되어도 동일한 효과를 얻을 수 있다.In FIG. 5, only the earth
(제3실시예)(Third Embodiment)
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 도시한 도면이다.Hereinafter, an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to a third exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 6 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도 6의 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 도 3에 도시된 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)에서 제4스위치(SW34)와 차체(GND) 사이에 연결된 제2측정전원(Vp2)이 생략된 것이다. 이와 같이 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 제2측정전원(Vp2)이 생략되어도 도 3에 도시된 누전 검출 장치(300)와 동일한 효과가 있다.In the electrical
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 7a 내지 도 7j는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, the operation of the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to a third exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 7A to 7J are diagrams for describing an operation of an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a third exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제3스위치(SW33)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7a에 도시된 바와 같이, 폐회로를 형성한다. 즉, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 측정전원(Vp)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제2스위치(SW32) 및 제2전압 분배 저항(Rs2) 사이에 폐회로가 형성된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 양단전압(Vm; 즉, 검출저항(Rm)에 흐르는 전류에 의한 전압)은 하기의 수학식 32와 같이 표현될 수 있다.First, the electrical
누전 검출 장치(300)는 수학식 32를 이용하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 구하려면 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 측정전원(Vp)만을 이용하여 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 구하기 위해, 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구한다.The electrical
이를 위해, 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제4스위치(SW34)를 턴오프한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제2스위치(SW32)와 제2전압 분배 저항(Rs2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 33과 같이 표현된다.To this end, the ground
검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표 현식을 구하기 위해서 상기한 수학식 32에서 수학식 33을 빼면 아래의 수학식 34과 같이 표현된다. 이때, 최대전위 절연저항(Rf_pos)은 수학식 34를 이용하여 수학식 35와 같이 표현된다. 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7b에 도시된 바와 같다.The voltage Vm between the both ends of the detection resistor Rm is expressed as Equation 34 below by subtracting Equation 33 from Equation 32 to obtain an expression of the voltage Vm using only the measurement power supply Vp. . At this time, the maximum potential insulation resistance (Rf_pos) is expressed by Equation 35 using Equation 34. The equivalent circuit of the ground
즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)를 턴온하고 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온하면서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정함으로써, 등가화된 최대전위 절연저항(Rf_pos) 값을 구할 수 있다.That is, the ground
또한, 전지팩(110)의 최대전위단에서 누전이 발생한 경우 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW32)를 턴오프하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)에 대해서는 회로가 개방되기 때문에 검출저항(Rm)에는 전류가 거의 흐르지 않는다. 이로써, 누전 검출 장치(300)는 누전 발생 여부 및 누전 발생 지점을 검출할 수 있다.In addition, when a short circuit occurs at the maximum potential of the
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 32 및 수학식 33에서 알 수 있듯이 전 지팩(110)의 최대전위단에서 누전이 발생하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)이 검출저항(Rm)에 인가되기 때문에 검출감도가 좋아서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 측정이 용이하다.In addition, as shown in Equation 32 and Equation 33, when the earth leakage occurs at the maximum potential of the
이하에서는, 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7c에 도시된 바와 같이, 폐회로를 형성한다. 즉, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제1스위치(SW31) 및 제1전압 분배 저항(Rs1) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 검출되는 양단전압(Vm; 검출저항(Rm)에 흐르는 전류에 의한 전압)은 수학식 36과 같이 표현된다.Hereinafter, the electrical
누전 검출 장치(300)는 수학식 36을 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 구하려면 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)를 알아야 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 전압인 (V1 + V2)의 영향을 받지 않고 측정전원(Vp)만을 이용하여 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 구하기 위해서 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구한다.The electrical
이를 위해, 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32) 및 제3스위치(SW33)를 턴오프한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 제4스위치(SW34)와 검출저항(Rm)과 제1스위치(SW31)와 제1전압 분배 저항(Rs1) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 37과 같이 표현된다.To this end, the ground
검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 구하기 위해 상기한 수학식 36에서 수학식 37을 빼면 아래의 수학식 38과 같이 표현된다. 최소전위 절연저항(Rf_neg)은 수학식 38을 이용하여 수학식 39와 같이 구할 수 있다. 이때, 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7d에 도시된 바와 같다.The voltage Vm at both ends of the detection resistor Rm is expressed as Equation 38 below by subtracting Equation 37 from Equation 36 to obtain an expression of the voltage at both ends using only the measurement power supply Vp. The minimum potential insulation resistance Rf_neg can be obtained by using Equation 38 as shown in Equation 39. At this time, the equivalent circuit of the ground
즉, 본 발명에 따른 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제3스위치(SW33)와 제4스위치(SW34)를 차례로 턴온하면서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 측정함으로써, 등가화된 최소전위 절연저항(Rf_neg) 값을 구할 수 있다.That is, the ground
또한, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에서 누전이 발생한 경우 제2스위치(SW32)를 턴온하고 제1스위치(SW31)를 턴오프하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)에 대해서는 회로가 개방되기 때문에 검출저항(Rm)에는 전류가 거의 흐르지 않는다. 이로써, 누전 검출 장치(300)는 전기 자동차의 누전 발생 여부 및 누전 발생 지점을 검출할 수 있다.In addition, when the short circuit occurs at the minimum potential of the
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 36 및 수학식 37에서 알 수 있듯이 전지팩(110)의 최소전위단에서 누전이 발생하면 전지팩(110)의 전압(V1 + V2)이 검출저항(Rm)에 인가되기 때문에 검출감도가 좋아서 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 측정이 용이하다.In addition, as shown in Equation 36 and Equation 37, when the electric leakage occurs at the minimum potential terminal of the
이하에서는, 전지팩(110)의 중간전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우의 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하면, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. 이 경우에는, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 연결한 상태에서 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구한다. 다음으로, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에 연결된 제2스위치(SW32)를 연결한 상태에서의 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구한다. 누전 검출 장치(300)는 두 값의 비율을 이용하여 누전이 발생한 지점을 계산하며, 이를 상세하게 설명하면 아래와 같다.Hereinafter, the electrical
(i) 제1스위치(SW31)을 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기(i) Obtaining the intermediate potential insulation resistance (Rf_cell) by connecting the first switch (SW31)
도 7e에 도시된 바와 같이, 누전 검출 장치(300)는 제1스위치(SW31)를 턴온한 상태에서 제3스위치(SW33) 및 제4스위치(SW34)을 차례로 턴온한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7a를 참조하면서 설명한 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다.As illustrated in FIG. 7E, the ground
누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한 경우 하기의 수학식 40과 같이 표현된다. 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴오프한 경우 하기의 수학식 41과 같이 표현된다. 검출저항(Rm)에 흐르는 전류에 의한 양단전압(Vm)은 수학식 40에서 수학식 41을 빼면 수학식 42와 같이 측정전원(Vp)만으로 표현할 수 있다. 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 43을 이용해 구할 수 있다. 이때, 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7f에 도시된 바와 같다.The voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground
(ii) 제2스위치(SW32)을 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기(ii) Obtaining the intermediate potential insulation resistance (Rf_cell) by connecting the second switch (SW32)
도 7g에 도시된 바와 같이, 누전 검출 장치(300)는 제2스위치(SW32)를 연결하고, 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7c를 참조하면서 설명한 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다. As illustrated in FIG. 7G, the ground
누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제2스위치(SW32)와 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제3스위치(SW33)를 턴오프한 경우 수학식 44와 같이 표현된다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 제2스위치(SW32)와 제3스위치(SW33)를 턴온하고 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한 경우 수학식 45와 같이 표현된다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 44에서 수학식 45를 빼면 수학식 46과 같이 측정전원(Vp)만으로 표현할 수 있다. 이를 이용한 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 47과 같이 표현된다. 이때, 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7h에 도시된 바와 같다.The voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground
(iii) 중간전위에서 누전시 누전 발생 지점 구하기(iii) Finding the point of occurrence of a short-circuit in case of a short-circuit at medium potential
이상에서 살펴본 바와 같이 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 중간지점에서 절연 고장이 발생하면, 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW32)를 턴오프하던지, 아니면 제1스위치(SW31)를 턴오프하고 제2스위치(SW32)를 턴온하던지, 모두 폐회로가 형성되어 검출저항(Rm)에 전류가 흐른다. 이럴 경우, 본 발명의 누전 검출 장치(300)는 중간지점에서 누전되고 있음을 검출할 수 있다. 아울러, 위 수학식 40 및 41과, 수학식 44 및 45를 보면, 중간전위에서 누전이 발생하면 그 발생하는 지점에 따라 제2스위치(SW32)를 연결한 경우의 검출저항(Rm)의 검출 전압(Vm)과 제1스위치(SW31)를 연결한 경우의 검출저항(Rm)의 검출 전압(Vm)이 서로 다르다. 따라서, 누전 검출 장치(300)는 이 두 값을 이용하여 비율을 구하면 누전이 발생한 지점을 알 수 있다.As described above, when the insulation failure occurs at an intermediate point of the
이하에서는, 전지팩(110)의 복합적인 누전을 검출하기 위한 누전 검출 장치(300)에 대해 설명하기로 한다. 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최대전위단과 최소전위단과 중간전위 중 2군데 이상에서 누전이 발생하면, 해당 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다. Hereinafter, an electrical
최대전위단과 최소전위단과 중간전위 모두에서 누전이 발생한 경우, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)의 최소전위단에 연결된 제2스위치(SW32) 및 제4스위치(SW34)를 턴온하고 제1스위치(SW31) 및 제3스위치(SW33)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 통해 전류가 흐른다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 도 7i에 도시된 바와 같이, 폐회로를 형성한다. 이때, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 검출할 수 있다. 이것은 전지팩(100)의 전압과 측정전압(Vp)을 각각 중첩의 원리를 이용하여 제2스위치(SW32) 및 제3스위치(SW33)이 턴온된 상태와 제2스위치(SW32) 및 제4스위치(SW34)가 턴온된 상태에서 측정저항(Rm)에 걸리는 양단전압(Vm)에 대한 수학식을 도출하는 내용은 동종업계에 종사하는 자라면 쉽게 이해할 수 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.When a short circuit occurs at both the maximum potential, the minimum potential, and the intermediate potential, the ground
누전 검출 장치(300)는 앞에서의 방법과 마찬가지로 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해 전지팩(110)의 제2스위치(SW32) 및 제3스위치(SW33)를 턴온하며, 제1스위치(SW31)와 제4스위치(SW34)를 턴오프한다. 그에 따라, 누전 검출 장치(300)는 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)으로 전류가 흐르고 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)을 검출할 수 있다. 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 바로 앞에서 검출한 전압값에서 이번에 검출한 전압값을 빼서 2로 나누어 주면 수학식 48과 같다. 이때, 최대전위 절연저항(Rf_pos) 과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 상호 병렬 접속된다. 이때, 누전 검출 장치(300)의 등가회로는 도 7j에 도시된 바와 같다.The electrical
여기서, 전체전위 절연저항(Rf_total)은 병렬로 연결된 최대전위 절연저항(Rf_pos)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 중간전위 절연저항(Rf_cell)의 등가저항을 의미한다.Here, the total potential insulation resistance Rf_total means an equivalent resistance of the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential insulation resistance Rf_cell connected in parallel.
마찬가지로, 누전 검출 장치(300)에서 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 턴온하면, 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은 수식으로 표현된다. 전체전위 절연저항(Rf_total)은 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)의 수학식을 이용하여 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은 수식으로 표현한 하기의 수학식 49로 표현된다.Similarly, when the ground
이렇게 함으로써, 누전 검출 장치(300)는 어느 고장의 경우에도 동일한 결과를 얻을 수 있다. By doing so, the ground
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.Although a preferred embodiment according to the present invention has been described above, it is possible to modify in various forms, and those skilled in the art to various modifications and modifications without departing from the claims of the present invention It is understood that it may be practiced.
도 1은 종래의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면,1 is a view showing an electrical leak detecting apparatus for a conventional electric vehicle,
도 2a 내지 도 2h는 종래의 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들,2a to 2h are views for explaining the operation of the electrical leak detecting apparatus for a conventional electric vehicle,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면,3 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a first embodiment of the present invention;
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면,4A to 4F are views for explaining the operation of the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to the first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면.6 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도 7a 내지 도 7j는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면. 7A to 7J are views for explaining the operation of the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to the third embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110: 전지팩 SW31, SW32, SW33, SW34: 스위치110: battery pack SW31, SW32, SW33, SW34: switch
Rm: 검출저항 Rf_pos: 최대전위 절연저항Rm: Detection resistance Rf_pos: Maximum potential insulation resistance
Rf_neg: 최소전위 절연저항 Rf_cell: 중간전위 절연저항Rf_neg: minimum potential insulation resistance Rf_cell: medium potential insulation resistance
Rs1, Rs2: 전압 분배 저항 Vp1, Vp2: 측정전원Rs1, Rs2: Voltage divider resistors Vp1, Vp2: Measuring power supply
GND: 차체 Rf_total: 전체전위 절연저항GND: Body Rf_total: Total potential insulation resistance
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