WO2009128641A2 - 전기 자동차의 누전 검출 장치 - Google Patents

전기 자동차의 누전 검출 장치 Download PDF

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WO2009128641A2
WO2009128641A2 PCT/KR2009/001920 KR2009001920W WO2009128641A2 WO 2009128641 A2 WO2009128641 A2 WO 2009128641A2 KR 2009001920 W KR2009001920 W KR 2009001920W WO 2009128641 A2 WO2009128641 A2 WO 2009128641A2
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voltage
battery pack
detection resistor
potential
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박현석
조세봉
전윤석
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주식회사 케피코
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Definitions

  • 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.
  • 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.
  • the high voltage of the battery pack may cause not only the vehicle but also human injury.
  • the electric vehicle is essentially provided with a short circuit detecting device for detecting that the battery pack is shorted to the vehicle body.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to the related art.
  • the conventional ground fault detecting apparatus 120 is connected between the battery pack 110 and the vehicle body GND to detect whether the battery pack 110 is shorted to the vehicle body GND.
  • the electrical leak detecting apparatus 120 equalizes the resistance between the battery pack 110 and the vehicle body GND and expresses the insulation resistance Rf.
  • the insulation resistance Rf is cut off as the resistance value is infinite, and no current flows even to the ground fault detecting device 120.
  • the insulation resistance Rf is abnormal in the battery pack 110 and is leaked to the vehicle body GND, the resistance value becomes small.
  • the ground fault detecting apparatus 120 a closed circuit is formed between the battery pack 110, the insulation resistance Rf, the ground fault detecting apparatus 120, and the vehicle body GND, and current flows.
  • the ground fault detecting apparatus 120 detects a ground fault of the battery pack 110 and the vehicle body GND using this principle.
  • L is a load using a power source of the battery pack 110.
  • the conventional electrical leak detecting apparatus 120 includes a voltage divider resistor Rs, a detection resistor Rm, and a measurement power supply Vdc connected in series between the minimum potential terminal of the battery pack 110 and the vehicle body GND.
  • the earth leakage detecting device 120 further includes first and second polarity switching switches SW3 and SW4 between the detection resistor Rm and the measurement power supply Vdc. In this case, the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 interoperate with each other to switch the polarity of the measurement power supply Vdc connected between the battery pack 110 and the vehicle body GND.
  • the positive pole of the measurement power supply Vdc is connected to the detection resistor Rm.
  • the negative electrode of the measurement power supply (Vdc) is connected to the vehicle body (GND) is connected to the battery pack 110 and the measurement power supply (Vdc) in the forward direction.
  • the cathode of the measurement power supply Vdc is connected to the detection resistor Rm.
  • the positive electrode of the measurement power supply (Vdc) is connected to the vehicle body (GND), the battery pack 110 and the measurement power supply (Vdc) is connected in the reverse direction.
  • the conventional ground fault detecting apparatus 120 equalizes the resistance between the maximum potential terminal of the battery pack 110 and the vehicle body GND and expresses the maximum potential insulation resistance Rf1.
  • the electrical leak detecting apparatus 120 is in a state in which a current can flow through the maximum potential insulation resistance Rf1 when a short circuit occurs in the vehicle body GND at the maximum potential terminal of the battery pack 110.
  • the ground fault detecting apparatus 120 includes the battery pack 110 as shown in FIG. 3.
  • the electrical leak detecting apparatus 120 detects whether the electric vehicle is short-circuited by measuring the voltage Vm across the detection resistor Rm and calculating the maximum potential insulation resistance Rf 1 .
  • Equation 1 the voltage Vm of both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 120 may be expressed by Equation 1 below.
  • the expression of the voltage of the battery pack 110 as (V1 + V2) in Equation 1 and the following equations is for convenience only, and the voltage of the battery pack 110 is represented by (V1 + V2). It is not limited.
  • the value of the maximum potential insulation resistance (Rf 1 ) can be obtained by knowing the voltage (V1 + V2) of the battery pack 110. If the expression of the voltage Vm of both ends using only the measurement power supply Vdc without being affected by the voltage of the battery pack 110 (V1 + V2), the following steps should be further performed.
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 of the ground fault detecting apparatus 120 are connected to a point b, respectively.
  • the ground fault detecting apparatus 120 includes a battery pack 110, an insulation resistance Rf1, a measurement power supply Vdc connected in a reverse direction, a detection resistance Rm, and a voltage distribution resistor Rs.
  • the closed circuit is formed in the current flows.
  • the voltage Vm as shown in Equation 2 is detected in the detection resistor Rm.
  • the ground fault detecting device 120 can measure the voltage Vm at both ends easily and accurately.
  • Equation 3 the voltage Vm applied to the detection resistor Rm is expressed as Equation 3 below.
  • the maximum potential insulation resistance Rf1 equivalent to the above Equation 3 may be calculated as Equation 4 below. Accordingly, the ground fault detecting apparatus 120 may determine whether the ground fault is performed using the resistance value of the equivalent maximum potential insulation resistance Rf 1 .
  • the conventional ground fault detecting apparatus 120 equalizes the resistance between the minimum potential terminal of the battery pack 110 and the vehicle body GND and represents the minimum potential insulation resistance Rf2.
  • a current may flow through the equalized minimum potential insulation resistance Rf2.
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 are connected to a point as illustrated in FIG.
  • the ground fault detecting apparatus 120 may include a voltage distribution resistor Rs, A closed circuit is formed between the detection resistor Rm, the measurement power supply Vdc connected to the detection resistor Rm in the forward direction, and the minimum potential insulation resistance Rf2 to flow the current.
  • the electrical leak detecting apparatus 120 detects an electrical leak of an electric vehicle by measuring the voltage Vm across the detection resistance Rm and calculating an equivalent minimum potential insulation resistance Rf2. In this case, the voltage Vm between the both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 120 is expressed by Equation 5 below.
  • the ground fault detecting device 120 connects the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 to point b, respectively, as shown in FIG. 8, the voltage distribution resistor Rs as shown in FIG. 9.
  • a closed circuit is formed between the detection resistor Rm, the measurement power supply Vdc connected to the detection resistor Rm in the reverse direction, and the insulation resistor Rf2, so that a current flows.
  • the voltage Vm at both ends of Equation 6 is measured in the detection resistor Rm.
  • the voltage Vm measured at the ground fault detecting apparatus 120 may be expressed by Equation 7 by subtracting Equation 6 from Equation 5 and dividing by 2.
  • Equivalent minimum potential resistance Rf2 through Equation 7 can be calculated as Equation 8.
  • the ground fault detecting apparatus 120 may determine whether the ground fault is performed by using an equivalent minimum potential insulation resistance Rf2.
  • the conventional ground fault detecting apparatus 120 may have a ground fault at the maximum potential end of the battery pack 110, a ground fault at the minimum potential end, or a ground fault at an intermediate potential. The same method and the same formula to detect whether the short circuit. Then, the conventional ground fault detecting apparatus 120 may know whether the ground fault occurs in the battery pack 110, but there is a problem in that it is not possible to accurately detect the point where the ground fault occurs.
  • 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.
  • an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. .
  • 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;
  • 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.
  • the first measurement potential and the second measurement potential have the same voltage value and opposite polarities.
  • a third switch for supplying or blocking the first measurement potential to the battery pack.
  • 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.
  • a voltage divider is further provided in series between the maximum potential of the battery pack and the detection resistor.
  • 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.
  • an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle includes: a first switch element connected in parallel to an anode of a battery pack; A second switch element connected in parallel with a negative electrode of the battery pack and connected in series with the first switch element; A voltage divider resistor connected in series with the first and second switch elements; A detection resistor connected in series between said voltage divider resistor and a measurement power supply; A measurement power supply and a vehicle body connected in series with the detection resistors; And a ground switch connected between the detection resistor and the vehicle body to ground the detection resistor and the vehicle body.
  • a first and a second polarity switching switch for serially connecting the measurement power supply to the detection resistor and the vehicle body.
  • the measurement power supply includes first and second measurement power supplies separated from each other.
  • a first measurement power supply connection switch for connecting a positive electrode of the first measurement power supply to the detection resistor and connecting a negative electrode of the first measurement power supply to the vehicle body; And a second measurement power supply connection switch for connecting the cathode of the second measurement power supply to the detection resistor and connecting the anode of the second measurement power supply to the vehicle body.
  • an electric leakage detecting method of an electric vehicle includes turning on first and second polarity switching switches to a first polarity, turning off a first switch, and turning on a second switch.
  • Detecting a fourth step Turning on the ground switch to detect a fifth voltage of the detection resistor; A sixth step of obtaining a sixth voltage of the detection resistor by the measurement power supply by subtracting the fifth voltage of the detection resistor from the fourth voltage of the detection resistor; When the third voltage of the detection resistor is detected, it is determined as the maximum potential insulation failure, and when the sixth voltage of the detection resistor is detected, it is determined as the minimum potential insulation failure, and both the third voltage and the sixth voltage of the detection resistor are insulated. And if it is detected as a failure, determining a medium potential insulation failure as a seventh step.
  • the first voltage of the detection resistor and the fourth voltage of the detection resistor are compared to any part of the battery pack. Is detected.
  • the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle 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 also detect the electrical leak occurrence point of the battery pack. There is.
  • FIGS. 2 to 9 are views for explaining the operation of the electrical leak detecting apparatus of a conventional electric vehicle.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • 11 to 16 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.
  • 17 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • 19 to 28 are views for explaining the operation of the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle according to a third embodiment of the present invention.
  • 29 is a diagram showing an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 30 to 35 are diagrams for explaining the maximum potential insulation failure detection mode.
  • 36 to 41 are diagrams for explaining the minimum potential insulation failure detection mode.
  • FIG. 42 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 of an electric vehicle is connected between the battery pack 110 and the vehicle body GND to detect whether the battery pack 110 is leakage of the vehicle body GND. Detect whether or not.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 equalizes the resistance between the maximum potential terminal of the battery pack 110 and the vehicle body GND and expresses the maximum potential insulation resistance Rf_pos.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 equalizes the resistance between the minimum potential terminal of the battery pack 110 and the vehicle body GND and represents the minimum potential insulation resistance Rf_neg.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 equalizes the resistance between the intermediate potential of the battery pack 110 and the vehicle body GND and expresses the intermediate potential insulation resistance Rf_cell.
  • Each of the insulation resistors Rf_pos, Rf_neg, and Rf_cell has a resistance value of infinity when the battery pack 110 and the vehicle body GND maintain an insulated state, and current is cut off.
  • the resistance value of each of the insulation resistors Rf_pos, Rf_neg, and Rf_cell decreases, and the battery pack 110 and the corresponding insulation.
  • a closed circuit is formed between the resistance and the ground fault detecting apparatus 300 and the vehicle body GND.
  • a current flows through the electrical leak detecting apparatus 300.
  • the present invention detects a short circuit between the battery pack 110 and the vehicle body GND using this principle.
  • the earth leakage detecting device 300 includes a first voltage distribution resistor Rs1, a first switch SW31, a second switch SW32, a second voltage distribution resistor Rs2 connected to the battery pack 110 in parallel, A first resistor (Rm) having one end connected to a common contact between the first switch (SW31) and a second switch (SW32); Between the measurement power supply Vp1, the second measurement power supply Vp2 having the anode connected to the other end of the detection resistor Rm and the cathode connected to the vehicle body GND, and between the detection resistance Rm and the first measurement power supply Vp1.
  • the earth leakage detection device 300 is disposed between the common contact of the first switch SW31 and the second switch SW32 and the measurement resistance Rm instead of the first voltage distribution resistor Rs1 and the second voltage distribution resistor Rs2.
  • One voltage divider resistor Rs may be connected.
  • the third switch SW33 is connected to switch between the first measurement power supply Vp1 and the detection resistor Rm.
  • the fourth switch SW34 is connected to switch between the second measurement power supply Vp2 and the detection resistor Rm.
  • first measuring power source Vp1 may be connected to the positive electrode and the negative electrode of the first measuring power source Vp1
  • separate switches may be connected to the positive and negative electrodes of the second measuring power source Vp2, respectively.
  • the voltages of the first measurement power supply Vp1 and the second measurement power supply Vp2 are the same as the measurement power supply Vp, but are connected in opposite polarities.
  • 11 to 16 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.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 when the electrical leak occurs to the vehicle body GND at the maximum potential end of the battery pack 110 will be described.
  • a current may flow through the maximum potential insulation resistance Rf_pos.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 is as shown in FIG. 11.
  • the second measurement power source Vp2 is connected to the battery pack 110 in the forward direction.
  • the ground fault detecting apparatus 300 includes the battery pack 110, the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the second measurement power supply Vp2, the fourth switch SW34, the detection resistance Rm, the second switch SW32, and the first switch.
  • a closed circuit is formed between the two voltage divider resistors Rs2 so that a current flows.
  • the ground fault detecting apparatus 300 measures the voltage Vm of both ends of the detection resistor Rm.
  • the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 may be expressed by Equation 9 below.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 needs to know the voltage of the battery pack 110 (V1 + V2) to obtain the maximum potential insulation resistance Rf_pos using Equation 9.
  • the earth leakage detecting apparatus 300 uses only the measurement power supply Vp to obtain the maximum potential insulation resistance Rf_pos using only the measurement power supply Vp without being affected by the voltage of the battery pack 110 (V1 + V2). Find the expression of the voltage at both ends (Vm).
  • the ground fault detecting apparatus 300 is connected to the battery pack 110.
  • the first measurement power source Vp1 is connected in the reverse direction, the battery pack 110, the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the first measurement power source Vp1, the third switch SW33, the detection resistor Rm and the second A closed circuit is formed between the switch SW32 and the second voltage distribution resistor Rs2 so that a current flows.
  • the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 is expressed by Equation 10.
  • Equation 10 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.
  • the earth leakage detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and turns on the fourth switch SW34 and the third switch SW33 while turning on the voltage Vm at both ends of the detection resistor Rm.
  • the equivalent maximum potential insulation resistance (Rf_pos) can be obtained.
  • the detection resistance Rm is the voltage V1 of the battery pack 110 when the first switch SW31 is turned on and the second switch SW32 is turned off when a short circuit occurs at the maximum potential of the battery pack 110. For + V2), almost no current flows because the circuit is open. Thus, the ground fault detecting apparatus 300 may detect whether the ground fault of the electric vehicle occurs and the ground fault occurrence point.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 when the electrical leak occurs to the vehicle body GND at the minimum potential of the battery pack 110 will be described.
  • a current may flow through the minimum potential insulation resistance Rf_neg.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 is as shown in FIG. 12.
  • the first measurement power source Vp1 is connected to the battery pack 110 in the forward direction.
  • the ground fault detecting apparatus 300 includes the battery pack 110, the first voltage distribution resistor Rs1, the first switch SW31, the detection resistor Rm, the third switch SW33, and the first measurement power supply Vp1. ) And the minimum potential insulation resistance (Rf_neg) is a closed circuit is formed to flow the current. At this time, the ground fault detecting apparatus 300 measures the voltage Vm of both ends of the detection resistor Rm. The voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 may be expressed by Equation 13.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 needs to know the voltage of the battery pack 110 (V1 + V2) to obtain the minimum potential insulation resistance Rf_neg using Equation 13.
  • the earth leakage detection device 300 uses only the measurement power supply Vp to obtain the minimum potential insulation resistance Rf_neg using only the measurement power supply Vp without being affected by the voltage of the battery pack 110 (V1 + V2). Find the expression of the voltage at both ends (Vm).
  • the ground fault detecting apparatus 300 is connected to the battery pack 110.
  • the second measurement power supply Vp2 is connected in the reverse direction.
  • the ground fault detecting apparatus 300 includes the battery pack 110, the first voltage distribution resistor Rs1, the first switch SW31, the detection resistor Rm, the fourth switch SW34, and the second measurement power supply Vp2.
  • the minimum potential insulation resistance (Rf_neg) is a closed circuit is formed to flow the current.
  • the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 is expressed by Equation 14.
  • the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 is expressed by Equation 15 below by subtracting Equation 14 from Equation 13 and dividing by 2.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 may obtain the minimum potential insulation resistance Rf_neg as shown in Equation 16 by using Equation 15.
  • the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 and turns on the third switch SW33 and the fourth switch SW34 while turning on the voltage Vm between the both ends of the detection resistor Rm.
  • the equivalent minimum potential insulation resistance (Rf_neg) can be obtained.
  • the detection resistance Rm is the voltage V1 of the battery pack 110 when the second switch SW32 is turned on and the first switch SW31 is turned off when a short circuit occurs at the minimum potential of the battery pack 110. For + V2), almost no current flows because the circuit is open. Thus, the ground fault detecting apparatus 300 may detect whether the ground fault of the electric vehicle occurs and the ground fault occurrence point.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 when the electrical leak occurs to the vehicle body GND at the intermediate potential of the battery pack 110 will be described.
  • the ground fault detection device 300 When the ground fault detection device 300 has a ground fault at the vehicle body GND at the mid potential of the battery pack 110, a current may flow through the mid potential insulation resistance Rf_cell.
  • the ground fault detecting apparatus 300 obtains the intermediate potential insulation resistance Rf_cell while connecting the first switch SW31 connected to the maximum potential terminal of the battery pack 110.
  • the intermediate potential insulation resistance Rf_cell in a state in which the second switch SW32 connected to the minimum potential end of the battery pack 110 of the ground fault detecting apparatus 300 is obtained.
  • the ground fault detecting apparatus 300 calculates a point at which a ground fault occurs using a ratio of two values. This will be described in detail below.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 has the maximum potential described with reference to FIG. 11.
  • the intermediate potential insulation resistance Rf_cell can be obtained by a method similar to the method of calculating the insulation resistance Rf_pos.
  • the voltage across the detection resistor (Rm) (Vm) of the second switch (SW32) and the fourth switch (SW34) is turned on and the first switch (SW31) and the third switch (SW33) is turned off Same as 17.
  • the voltage Vm between the detection resistors Rm is equal to the equation (18) 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 voltage Vm between the both ends of the detection resistor Rm is equal to Equation 19 expressed by only the second measurement power supply Vp when Equation 17 is subtracted from Equation 18 and divided by two.
  • the intermediate potential insulation resistance Rf_cell may be obtained by using Equation 19 as shown in Equation 20.
  • the ground fault detecting apparatus 300 has the minimum potential described with reference to FIG. 12.
  • the intermediate potential insulation resistance Rf_cell can be obtained by a method similar to the method of calculating the insulation resistance Rf_neg.
  • the voltage Vm between the detection resistors Rm is equal to the equation (22) 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. same.
  • the voltage Vm between the both ends of the detection resistor Rm is equal to Equation 23 expressed by only the first measurement power supply Vp when Equation 21 is subtracted from Equation 22 and divided by two.
  • the intermediate potential insulation resistance Rf_cell may be obtained as shown in Equation 24 using Equation 23.
  • the ground fault detecting apparatus 300 when the insulation failure occurs at an intermediate point of the battery pack 110, the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 and turns off the second switch SW32 or the first switch. Either the switch SW31 is turned off and the second switch SW32 is turned on, or both are closed circuits, and current flows through the detection resistor Rm. In this case, the ground fault detecting apparatus 300 of the present invention may detect that the ground fault is occurring at an intermediate point. In addition, as shown in Equations 17 and 18, and Equations 21 and 22, when a short circuit occurs in the intermediate potential, the detection voltage of the detection resistor Rm when the second switch SW32 is connected according to the occurrence point of the short circuit.
  • the voltage Vm at both ends of the detection resistor Rm when (Vm) and the first switch SW31 are connected are different. Therefore, when the electrical leak detecting apparatus 300 obtains a ratio using these two values, the electrical leak detecting apparatus 300 may know the point where the electrical leakage of the electric vehicle occurs.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 in the case where a complex electrical leak occurs in the battery pack 110 will be described. If a short circuit occurs in two or more of the maximum potential, the minimum potential, and the intermediate potential of the battery pack 110, the ground fault detection apparatus 300 includes the corresponding maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential. Current is allowed to flow through the insulation resistance Rf_cell. When a short circuit occurs at both the maximum potential, the minimum potential, and the intermediate potential, the ground fault detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and the fourth switch SW34 connected to the minimum potential of the battery pack 110, and The first switch SW31 and the third switch SW33 are turned off.
  • the earth leakage detecting apparatus 300 flows through the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential insulation resistance Rf_cell, as shown in FIG. 15. At this time, the ground fault detecting apparatus 300 may detect the voltage Vm across the detection resistor Rm. As in the previous method, the ground fault detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and the third switch SW33 of the battery pack 110 and removes the influence of (V1 + V2). SW31) and fourth switch SW34 are turned off.
  • the ground fault detecting apparatus 300 flows a current through the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential insulation resistance Rf_cell, and detects the voltage Vm across the detection resistor Rm. can do.
  • the voltage Vm at both ends of the detection resistor Rm is expressed by Equation 25, in which the voltage of the battery pack 110 is not included when the voltage value detected at this time is subtracted by two.
  • the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential insulation resistance Rf_cell are connected in parallel with each other.
  • the equivalent circuit of the earth leakage detecting apparatus 300 at this time is as shown in FIG. 16.
  • 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.
  • the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 connected to the maximum potential terminal of the battery pack 110 to include the voltage Vm of both ends of the detection resistor Rm as the voltage of the battery pack 110.
  • the total potential insulation resistance (Rf_total) is obtained by the following equation. In this way, the ground fault detecting apparatus 300 may detect a failure even when a ground fault is caused from a complex point of the battery pack 110.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 of the electric vehicle includes a first measurement connected between the third switch SW33 and the vehicle body GND in the electrical leak detecting apparatus 300 of the electric vehicle illustrated in FIG. 10.
  • the power supply Vp1 is omitted.
  • the 1st measuring power supply Vp1 is omitted, the same effect as FIG. 10 is acquired, and this is demonstrated.
  • 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.
  • Vm measured voltage
  • Equation 27 subtracting Equation 27 from Equation 26 is as follows.
  • Equation 29 In order to remove the influence of (V1 + V2) in Equations 29 and 30, subtracting Equation 30 from Equation 29 is as follows.
  • FIG. 17 only the earth leakage detecting apparatus 300 in which the first measuring power source Vp1 is omitted is illustrated, but the second measurement connected between the fourth switch SW34 and the vehicle body GND instead of the first measuring power source Vp1. The same effect can be obtained even if the power supply Vp2 is omitted.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 of the electric vehicle of FIG. 10 in the electrical leak detecting apparatus 300 of the electric vehicle illustrated in FIG. 10, the second measurement power source Vp2 connected between the fourth switch SW34 and the vehicle body GND is connected. It is omitted.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 of the electric vehicle according to the third exemplary embodiment has the same effect as the electrical leak detecting apparatus 300 illustrated in FIG. 10 even if the second measurement power supply Vp2 is omitted.
  • 19 to 28 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.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 when the electrical leak occurs to the vehicle body GND at the maximum potential end of the battery pack 110 will be described.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 is in a state in which a current may flow through the maximum potential insulation resistance Rf_pos when an electrical leak occurs in the vehicle body GND at the maximum potential terminal of the battery pack.
  • the ground fault detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and the fourth switch SW34 and turns off the first switch SW31 and the third switch SW33. Accordingly, the ground fault detecting apparatus 300 forms a closed circuit, as shown in FIG. 19.
  • the ground fault detecting apparatus 300 includes the battery pack 110, the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the measurement power supply Vp, the fourth switch SW34, the detection resistance Rm, the second switch SW32, and the first switch.
  • a closed circuit is formed between the two voltage divider resistors Rs2.
  • the voltage Vm that is, the voltage caused by the current flowing through the detection resistor Rm
  • Equation 32 Equation 32 below.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 needs to know the voltage of the battery pack 110 (V1 + V2) to obtain the maximum potential insulation resistance Rf_pos using Equation 32.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 is configured to obtain the maximum potential insulation resistance Rf_pos using only the measurement power supply Vp without being affected by the voltage of the battery pack 110 (V1 + V2). Calculate the expression of the used both ends voltage (Vm).
  • the ground fault detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and the third switch SW33 and turns off the first switch SW31 and the fourth switch SW34.
  • the earth leakage detecting device 300 includes a battery pack 110, a maximum potential insulation resistance Rf_pos, a fourth switch SW34, a detection resistor Rm, a second switch SW32, and a second voltage distribution resistor Rs2.
  • the closed circuit is formed in the current flows.
  • the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 is expressed by Equation 33.
  • Equation 34 The voltage Vm between the detection resistors Rm is expressed as Equation 34 below by subtracting Equation 33 from Equation 32 to obtain an expression of the voltage between both ends Vm using only the measurement power supply Vp.
  • the maximum potential insulation resistance (Rf_pos) is expressed by Equation 35 using Equation 34.
  • the equivalent circuit of the ground fault detecting apparatus 300 is as shown in FIG. 20.
  • the ground fault detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and turns on the fourth switch SW34 and the third switch SW33 in turn to turn on the detection resistor Rm.
  • an equivalent maximum potential insulation resistance Rf_pos can be obtained.
  • the ground fault detecting apparatus 300 may detect whether the ground fault occurs and the ground fault occurrence point.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 when the electrical leak occurs to the vehicle body GND at the minimum potential terminal of the battery pack 110 will be described.
  • a current may flow through the minimum potential insulation resistance Rf_neg.
  • the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 and the third switch SW33 and turns off the second switch SW32 and the fourth switch SW34. Accordingly, the ground fault detecting apparatus 300 forms a closed circuit, as shown in FIG. 21.
  • the ground fault detecting apparatus 300 includes the battery pack 110, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, the third switch SW33, the detection resistor Rm, the first switch SW31, and the first voltage distribution resistor Rs1. Closed circuit is formed between) and current flows.
  • the voltage Vm between the terminals detected by the ground fault detecting apparatus 300 (the voltage due to the current flowing through the detection resistor Rm) is expressed by Equation 36.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 needs to know a voltage (V1 + V2) of the battery pack 110 to obtain the minimum potential insulation resistance Rf_neg using Equation 36.
  • the earth leakage detection device 300 uses only the measurement power supply Vp to obtain the minimum potential insulation resistance Rf_neg using only the measurement power supply Vp without being affected by the voltage of the battery pack 110 (V1 + V2). Find the expression of the voltage at both ends (Vm).
  • the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 and the fourth switch SW34 and turns off the second switch SW32 and the third switch SW33.
  • the earth leakage detecting apparatus 300 includes a battery pack 110, a minimum potential insulation resistance Rf_neg, a fourth switch SW34, a detection resistor Rm, a first switch SW31, and a first voltage distribution resistor Rs1. Lungs on
  • Equation 37 the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 is expressed by Equation 37.
  • Equation 38 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.
  • Equation 39 the equivalent circuit of the ground fault detecting apparatus 300 is as shown in FIG. 22.
  • the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 and turns on the third switch SW33 and the fourth switch SW34 while turning on the voltage Vm between the both ends of the detection resistor Rm.
  • the equivalent minimum potential insulation resistance (Rf_neg) can be obtained.
  • the ground fault detecting apparatus 300 when the short circuit occurs at the minimum potential of the battery pack 110, the ground fault detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and turns off the first switch SW31 to turn off the voltage of the battery pack 110. Since V1 + V2 is open, almost no current flows through the detection resistor Rm. Thus, the ground fault detecting apparatus 300 may detect whether the ground fault of the electric vehicle occurs and the ground fault occurrence point.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 when the electrical leak occurs to the vehicle body GND at the intermediate potential terminal of the battery pack 110 will be described.
  • the ground fault detecting device 300 When the ground fault detecting device 300 has a ground fault at the vehicle body GND at an intermediate potential terminal of the battery pack 110, a current may flow through the intermediate potential insulation resistance Rf_cell.
  • the ground fault detecting apparatus 300 obtains the intermediate potential insulation resistance Rf_cell while connecting the first switch SW31 connected to the maximum potential terminal of the battery pack 110.
  • the ground fault detecting apparatus 300 obtains the intermediate potential insulation resistance Rf_cell in a state in which the second switch SW32 connected to the minimum potential end of the battery pack 110 is connected.
  • the ground fault detecting apparatus 300 calculates a point at which a ground fault occurs using a ratio of two values, which will be described in detail below.
  • the ground fault detecting apparatus 300 sequentially turns on the third switch SW33 and the fourth switch SW34 while the first switch SW31 is turned on. Accordingly, the ground fault detecting apparatus 300 may obtain the intermediate potential insulation resistance Rf_cell in a similar manner to the method of calculating the maximum potential insulation resistance Rf_pos described with reference to FIG. 19.
  • the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 and the third switch SW33, and the second switch SW32 and the fourth switch SW34. When turned off is expressed as shown in Equation 40 below.
  • the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 and the fourth switch SW34, and the second switch SW32 and the third switch SW33.
  • When turned off is expressed as in Equation 41 below.
  • the voltage Vm at both ends caused by the current flowing through the detection resistor Rm may be expressed by only the measurement power supply Vp as shown in Equation 42 by subtracting Equation 41 from Equation 40.
  • the intermediate potential insulation resistance Rf_cell can be obtained by using Equation 43. In this case, the equivalent circuit of the ground fault detecting apparatus 300 is as shown in FIG. 24.
  • the ground fault detecting apparatus 300 connects the second switch SW32 and turns on the fourth switch SW34 and the third switch SW33 in turn. Accordingly, the ground fault detecting apparatus 300 may obtain the intermediate potential insulation resistance Rf_cell in a similar manner to the method of calculating the minimum potential insulation resistance Rf_neg described with reference to FIG. 21.
  • the voltage Vm between both ends of the detection resistance Rm measured by the ground fault detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and the fourth switch SW34 and turns on the first switch SW31 and the third switch SW33. When turned off is expressed as in Equation 44.
  • the voltage Vm at both ends of the detection resistor Rm is equal to (45) 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. It is expressed as The voltage Vm at both ends of the detection resistor Rm may be expressed by only the measurement power supply Vp as shown in Equation 46 by subtracting Equation 45 from Equation 44.
  • the intermediate potential insulation resistance Rf_cell using the same is expressed by Equation 47.
  • the equivalent circuit of the ground fault detecting apparatus 300 is as shown in FIG. 26.
  • the ground fault detecting apparatus 300 when the insulation failure occurs at an intermediate point of the battery pack 110, the ground fault detecting apparatus 300 turns on the first switch SW31 and turns off the second switch SW32 or the first switch. Either the switch SW31 is turned off and the second switch SW32 is turned on, or both are closed circuits, and current flows through the detection resistor Rm. In this case, the ground fault detecting apparatus 300 of the present invention may detect that the ground fault is occurring at an intermediate point.
  • Equations 40 and 41 and Equations 44 and 45 when a short circuit occurs at the intermediate potential, the detection voltage of the detection resistor Rm when the second switch SW32 is connected according to the occurrence point of the short circuit. The detection voltage Vm of the detection resistor Rm is different when Vm and the first switch SW31 are connected. Therefore, when the electrical leak detecting apparatus 300 obtains a ratio using these two values, it can know the point where the electrical leakage has occurred.
  • the ground fault detection apparatus 300 corresponds to the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential. Current is allowed to flow through the insulation resistance Rf_cell.
  • the ground fault detecting apparatus 300 When a short circuit occurs at both the maximum potential, the minimum potential, and the intermediate potential, the ground fault detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and the fourth switch SW34 connected to the minimum potential of the battery pack 110, and The first switch SW31 and the third switch SW33 are turned off. Accordingly, the earth leakage detection device 300 flows current through the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential insulation resistance Rf_cell. Accordingly, the ground fault detecting apparatus 300 forms a closed circuit, as shown in FIG. 27. At this time, the voltage Vm at both ends of the detection resistor Rm can be detected.
  • the electrical leak detecting apparatus 300 turns on the second switch SW32 and the third switch SW33 of the battery pack 110 to remove the influence of (V1 + V2) as in the above method, and the first switch ( SW31) and fourth switch SW34 are turned off. Accordingly, the ground fault detecting apparatus 300 flows a current through the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential insulation resistance Rf_cell, and detects the voltage Vm across the detection resistor Rm. can do.
  • the voltage Vm at both ends of the detection resistor Rm is expressed by Equation 48 by subtracting the detected voltage value from the voltage value detected immediately above.
  • the maximum potential insulation resistance Rf_pos, the minimum potential insulation resistance Rf_neg, and the intermediate potential insulation resistance Rf_cell are connected in parallel with each other.
  • the equivalent circuit of the ground fault detecting apparatus 300 is as shown in FIG. 28.
  • 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.
  • the total potential insulation resistance Rf_total is expressed by Equation 49 below using the equation of the voltage Vm of the detection resistor Rm, which is not included in the voltage of the battery pack 110.
  • the ground fault detecting apparatus 300 can obtain the same result even in the case of any failure.
  • 29 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle includes a battery pack 10, a first switch element SW1 connected in parallel to a positive electrode of the battery pack 10, and a battery pack ( The second switch element SW2 connected in parallel with the cathode of the second 10 and connected in series with the first switch element SW1, and the detection resistor R m connected in series with the first and second switch elements SW1 and SW2. ) and is connected between the detection resistor (R m), the measured power (V dc) and a detection resistor connected in series in the (R m) and the vehicle body (GND) ground to ground the sense resistor (R m) and the vehicle body (GND)
  • the switch SW5 is provided.
  • the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle of the present invention includes first and second polarity switching switches SW3 and SW4 for connecting the measurement power supply V dc to the detection resistor R m and the vehicle body GND.
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 are turned on to a.
  • the first switch SW1 is turned off
  • the second switch SW2 is turned on
  • the fifth switch is turned off
  • the maximum potential of the battery pack 10 is insulated from the vehicle body GND.
  • the resistor R f is broken, a closed circuit as shown in FIG. 31 is formed, and a voltage V m as shown in Equation 50 is detected by the detection resistor R m .
  • Equation 51 V m can be obtained using only the measurement power supply V dc as shown in Equation 52 below.
  • Equation 52 the maximum potential of the battery pack 10 and the vehicle body GND are connected to each other using only the measurement power supply V dc as the voltage V m .
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 are turned on with a, the first switch SW1 is turned off, and the second switch SW2 is turned on.
  • the fifth switch is turned off, when the lowest potential of the battery pack 10 and the insulation resistance R f of the vehicle body GND are destroyed, a closed circuit as illustrated in FIG. 33 is formed, and a detection resistor ( R m ) detects a voltage V m as shown in Equation 53 below.
  • the measurement power supply (V dc ) is relatively smaller than the voltage of the battery pack 110, so that the actual detected voltage (V m ) is very small.
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 are turned off and the fifth switch SW5 is turned on, the voltage source disappears, and thus the detection voltage V m is zero. Therefore, the ground fault detection method using the ground fault detection apparatus of the electric vehicle of the present invention does not detect the insulation failure with the minimum potential of the battery pack 10 because the detection voltage is very low in the maximum potential insulation failure detection mode. Detect in minimum potential fault detection mode.
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 are turned on to a, and the first switch ( SW1 is turned off, when the second switch SW2 is turned on, and when the fifth switch is turned off, the intermediate potential of the battery pack 10 and the insulation resistance R f of the vehicle body GND.
  • a closed circuit as shown in Fig. 34 is formed, and the voltage V m as shown in Equation 54 below is detected by the detection resistor R m .
  • Equation 55 V m can be obtained using only the measurement power supply V dc as shown in Equation 56 below.
  • the ground fault detection method using the ground fault detection apparatus of the electric vehicle of the present invention is a minimum potential insulation failure detection mode, as shown in Figure 36, the first and second polarity switching switch (SW3, SW4) is turned to b- On, the first switch SW1 is turned on, the second switch SW2 is turned off, and when the fifth switch is turned off, the minimum potential of the battery pack 10 and the vehicle body GND
  • the insulation resistance R f is destroyed, a closed circuit as shown in FIG. 37 is formed, and a voltage V m as shown in Equation 57 is detected by the detection resistor R m .
  • V m can be obtained using only the measurement power supply V dc as shown in Equation 59 below.
  • Equation 59 the maximum potential of the battery pack 10 and the vehicle body GND are connected to the voltage V m using only the measurement power supply V dc , indicating that a short circuit has occurred.
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 are turned on by b, the first switch SW1 is turned off, and the second switch SW2 is turned on.
  • a closed circuit as shown in FIG. 39 is formed and a detection resistor ( R m ) detects a voltage V m as shown in Equation 60 below.
  • the measurement power supply (V dc ) is relatively smaller than the voltage of the battery pack 110, so that the actual detected voltage (V m ) is very small.
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 are turned off and the fifth switch SW5 is turned on, the voltage source disappears, and thus the detection voltage V m is zero. Therefore, the ground fault detection method using the ground fault detection apparatus of the electric vehicle of the present invention does not detect insulation failure with the maximum potential of the battery pack 10 because the detection voltage is very low in the lowest potential insulation failure detection mode, Detect in maximum potential fault detection mode.
  • the first and second polarity switching switches SW3 and SW4 are turned on by b, and the first switch ( SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned off.
  • the fifth switch is turned off, the intermediate potential of the battery pack 10 and the insulation resistance R f of the vehicle body GND are turned off.
  • a closed circuit as shown in FIG. 40 is formed, and a voltage V m as shown in Equation 61 below is detected by the detection resistor R m .
  • V m can be obtained using only the measurement power supply V dc as shown in Equation 63 below.
  • the short circuit occurs due to the intermediate potential of the battery pack 10 connected to the vehicle body GND by using only the measurement power supply V dc as the voltage V m in Equation 63.
  • the electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle may distinguish whether the battery pack 10 has a maximum potential insulation failure, an intermediate potential failure insulation, or a minimum potential insulation failure.
  • the failure detected in the maximum potential insulation failure detection mode is determined as the failure of the maximum potential
  • the failure detected in the minimum potential insulation failure detection mode is determined as the failure of the minimum potential.
  • both of the maximum potential insulation failure detection mode and the minimum potential insulation failure detection mode are detected as a failure, it can be determined as a failure of the intermediate potential. Comparing Vm + and the detection voltage Vm + of the minimum potential insulation failure detection mode, it can be seen proportionally through the value of V1 and V2. For example, if the value of V1 and V2 is 2: 3, it can be seen that the intermediate potential insulation failure portion is a portion having a 3/5 voltage from the minimum potential of the battery pack 10.
  • the fault is detected in both the maximum potential insulation fault detection mode and the minimum potential fault detection mode.
  • the larger the detected voltage value is the intermediate potential failure. This is because when a complex fault occurs, the current is classified into each fault resistor rather than when only one of the intermediate potentials fails, so that the current flowing through the detection resistor is smaller and the detected voltage value is also smaller.
  • FIG. 42 is a diagram illustrating an electrical leak detecting apparatus for an electric vehicle, according to another exemplary embodiment.
  • the first and second measurement power supplies V dc1 and V dc2 and the anodes of the first measurement power supply V dc1 are connected to the detection resistor R m . connection and, detecting the negative electrode of the first measuring the power connection switch (SW3) and a second measured power (V dc2) for connecting the cathode of the first measure the power (V dc1) to the vehicle body (GND) resistance (R m) And a second measurement power supply connection switch SW4 for connecting the positive electrode of the second measurement power supply V dc2 to the vehicle body GND.
  • the voltage distribution resistor R s is disposed at the rear end of the first switch SW1, but the voltage distribution resistor R s ) may be arranged at the front end of the first switch SW1 and the second switch SW2, respectively.
  • the order of the distribution resistor, the detection resistor, the measurement power supply, and the switch connected in series may be changed.

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Abstract

본 발명은 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. 본 발명에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는, 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치와; 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항과; 검출저항의 타단과 차체 사이에 상호 병렬로 연결되어 전지팩에 서로 다른 전위의 제1측정전위와 제2측정전위를 선택적으로 제공하는 제1측정전위 공급부 및 제2측정전위 공급부를 구비한다.

Description

전기 자동차의 누전 검출 장치
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.
전기 자동차는 구동원으로 1000V 정도의 고전압을 사용한다. 따라서, 전기 자동차의 구동원인 전지팩은 차체(vehicle body)와 구조적으로 분리되어 차체와 절연상태를 유지하여야 한다.
그러나, 전기 자동차의 전지팩이 사고 또는 알 수 없는 요인 등에 의하여 차체에 누전되면 전지팩의 고전압에 의하여 차량뿐만 아니라 인명 피해까지 발생할 수 있다.
따라서, 전기 자동차에는 필수적으로 전지팩이 차체에 누전되는 것을 검출하는 누전 검출 장치가 구비된다.
도 1은 종래기술에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 구성도이다.
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.
종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최소전위단과 차체(GND) 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항(Rs), 검출저항(Rm), 측정전원(Vdc)으로 이루어진다. 누전 검출 장치(120)는 검출저항(Rm)과 측정전원(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 측정전원(Vdc)의 극성을 전환한다. 즉, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 모두 a점에 접속되면 측정전원(Vdc)의 양극은 검출저항(Rm)에 연결된다. 또한, 측정전원(Vdc)의 음극은 차체(GND)에 연결되어 전지팩(110)과 측정전원(Vdc)이 순방향으로 연결된다. 한편, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 모두 b점에 접속되면 측정전원(Vdc)의 음극은 검출저항(Rm)에 연결된다. 또한, 측정전원(Vdc)의 양극은 차체(GND)에 연결되어 전지팩(110)과 측정전원(Vdc)이 역방향으로 연결된다.
도 2를 참조하면서 이 종래의 누전 검출 장치의 동작을 설명한다.
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 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a점에 접속되면, 도 3에 도시된 바와 같이 전지팩(110), 최대전위 절연저항(Rf1), 순방향으로 연결된 측정전원(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.
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.
수학식 1
Figure PCTKR2009001920-appb-M000001
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 측정전원(Vdc)만을 이용한 양단 전압(Vm)의 표현식을 구하려면, 하기와 같은 단계를 더 수행해야 한다.
상세히 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 누전 검출 장치(120)의 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 각각 b점으로 접속시킨다. 그러면, 도 5에 도시된 바와 같이 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110), 절연저항(Rf1), 역방향으로 연결된 측정전원(Vdc), 검출저항(Rm), 전압 배분 저항(Rs) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때 검출저항(Rm)에서는 수학식 2와 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 2
Figure PCTKR2009001920-appb-M000002
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.
한편, 위 수학식 1에서 수학식 2를 빼고 2로 나누어 주면, 검출저항(Rm)에 인가되는 전압(Vm)은 하기 수학식 3과 같이 표현된다.
수학식 3
Figure PCTKR2009001920-appb-M000003
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.
수학식 4
Figure PCTKR2009001920-appb-M000004
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 6에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a점에 접속되면, 도 7에 도시된 바와 같이 전압 배분 저항(Rs), 검출저항(Rm), 검출저항(Rm)에 순방향으로 접속된 측정전원(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.
수학식 5
Figure PCTKR2009001920-appb-M000005
물론, 누전 검출 장치(120)는 도 8에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 각각 b점으로 접속시키면, 도 9에 도시된 바와 같이 전압 배분 저항(Rs), 검출저항(Rm), 검출저항(Rm)에 역방향으로 접속된 측정전원(Vdc), 절연저항(Rf2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 검출저항(Rm)에는 수학식 6과 같은 양단 전압(Vm)이 측정된다.
수학식 6
Figure PCTKR2009001920-appb-M000006
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.
수학식 7
Figure PCTKR2009001920-appb-M000007
수학식 8
Figure PCTKR2009001920-appb-M000008
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 측정전원(Vdc)에 의한 값일 뿐이다. 이 측정전원(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.
또한, 종래의 누전 검출 장치(120)는 전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)에 누전이 발생하던지, 최소전위단에서 누전이 발생하던지, 아니면 중간전위에서 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.
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.
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.
검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 측정전위를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치; 및 검출저항의 타단과 차체 사이에 제3스위치와 상호 병렬로 연결되는 제4스위치를 더 구비한다.
검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되는 제3스위치; 및 검출저항의 타단과 차체 사이에 제3스위치와 상호 병렬로 연결되어 측정전위를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비한다.
제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 측정전원을 전지팩으로 제공하면서 검출저항의 양단전압을 측정하여 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출한다.
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.
제1측정전위와 제2측정전위는 전압값이 동일하고 극성이 반대이다.
제1측정전위를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치를 더 구비한다.
제2측정전위를 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비한다.
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.
전지팩의 최대전위단과 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한다.
전지팩의 최소전위단과 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는, 전지팩의 양극에 병렬 접속된 제1 스위치 소자와; 상기 전지팩의 음극에 병렬 접속됨과 아울러 상기 제1 스위치 소자에 직렬 접속되는 제2 스위치 소자와; 상기 제1 및 제2 스위치 소자에 직렬 접속된 전압 분배 저항과; 상기 전압 분배 저항과 측정 전원 사이에 직렬 접속된 검출 저항과; 상기 검출 저항에 서로 직렬 접속되어 측정 전원 및 차체와; 상기 검출 저항과 상기 차체 사이에 접속되어 상기 검출 저항과 상기 차체를 접지시키는 접지 스위치를 구비한다.
상기 검출 저항과 상기 차체에 상기 측정 전원을 직렬 접속시키는 제1 및 제2 극성 전환 스위치를 더 구비한다.
상기 측정 전원은 서로 분리된 제1 및 제2 측정 전원을 포함한다.
상기 제1 측정 전원의 양극을 상기 검출 저항에 접속시키고, 상기 제1 측정 전원의 음극을 상기 차체에 접속시키는 제1 측정 전원 접속 스위치와; 상기 제2 측정 전원의 음극을 상기 검출 저항에 접속시키고, 상기 제2 측정 전원의 양극을 상기 차체에 접속시키는 제2 측정 전원 접속 스위치를 더 구비한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전기 자동차의 누전 검출 방법은 제1 및 제2 극성 전환 스위치를 제1 극성으로 턴-온, 제1 스위치를 턴-오프, 제2 스위치를 턴-온, 접지 스위치를 턴-오프되어 있을 때, 검출 저항의 제1 전압을 검출하는 제1 단계와; 상기 접지 스위치를 턴-온하여, 상기 검출 저항의 제2 전압을 검출하는 제2 단계와; 상기 검출 저항의 제1 전압에서 상기 검출 저항의 제2 전압을 감산하여 측정전원에 의한 검출 저항의 제3 전압을 구하는 제3 단계와; 제1 및 제2 극성 전환 스위치를 제2 극성으로 턴-온, 제1 스위치를 턴-온, 제2 스위치를 턴-오프, 접지 스위치를 턴-오프되어 있을 때, 검출 저항의 제4 전압을 검출하는 제4 단계와; 상기 접지 스위치를 턴-온하여, 상기 검출 저항의 제5 전압을 검출하는 제5 단계와; 상기 검출 저항의 제4 전압에서 상기 검출 저항의 제5 전압을 감산하여 측정전원에 의한 검출 저항의 제6 전압을 구하는 제6 단계와; 상기 검출 저항의 제3 전압이 검출되면 최대전위 절연 고장으로 판별하고, 상기 검출 저항의 제6 전압이 검출되면 최소전위 절연 고장으로 판별하며, 상기 검출 저항의 제3 전압 및 제6 전압이 모두 절연 고장으로 검출되면 중간전위 절연 고장으로 판별하는 제7 단계를 포함한다.
상기 검출 저항의 제3 전압 및 제6 전압이 모두 검출되어 상기 중간전위 절연 고장으로 판별하면, 상기 검출 저항의 제1 전압과 상기 검출 저항의 제4 전압을 비교하여 전지팩의 어느 부분에 절연고장이 발생하였는지 검출한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는 전지팩의 누전 발생 지점에 상관없이 전지팩이 차체로 누전되는지 여부를 검출할 수 있으며, 아울러 전지팩의 누전 발생 지점까지 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면.
도 2 내지 도 9는 종래의 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면.
도 11 내지 도 16은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 17는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면.
도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면.
도 19 내지 도 28는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 29은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면.
도 30 내지 도 35는 최대전위 절연 고장 검출 모드를 설명하기 위한 도면.
도 36 내지 도 41는 최소전위 절연 고장 검출 모드를 설명하기 위한 도면.
도 42은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면.
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.
(제1실시예)
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면이다.
도 10을 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 등가화하여 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.
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.
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 검출저항(Rm) 사이를 스위칭하도록 연결한다. 제4스위치(SW34)는 제2측정전원(Vp2)과 검출저항(Rm) 사이를 스위칭하도록 연결한다. 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.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 11 내지 도 16는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
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 11에 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) 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 9과 같이 표현될 수 있다.
수학식 9
Figure PCTKR2009001920-appb-M000009
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.
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.
수학식 10
Figure PCTKR2009001920-appb-M000010
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.
수학식 11
Figure PCTKR2009001920-appb-M000011
수학식 12
Figure PCTKR2009001920-appb-M000012
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.
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.
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.
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 12에 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.
수학식 13
Figure PCTKR2009001920-appb-M000013
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.
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.
수학식 14
Figure PCTKR2009001920-appb-M000014
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.
수학식 15
Figure PCTKR2009001920-appb-M000015
수학식 16
Figure PCTKR2009001920-appb-M000016
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.
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.
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.
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.
(i) 제2스위치(SW32)를 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기
도 13에 도시된 바와 같이 제2스위치(SW32)를 연결하고, 제4스위치(SW34)와 제3스위치(SW33)를 차례로 턴온하면, 누전 검출 장치(300)는 도 11를 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(Vp)만으로 표현한 수학식 19와 같다. 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 19를 이용하여 수학식 20과 같이 구할 수 있다.
수학식 17
Figure PCTKR2009001920-appb-M000017
수학식 18
Figure PCTKR2009001920-appb-M000018
수학식 19
Figure PCTKR2009001920-appb-M000019
수학식 20
Figure PCTKR2009001920-appb-M000020
(ii) 제1스위치(SW31)를 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기
도 14에 도시된 바와 같이 제1스위치(SW31)를 연결하고, 제3스위치(SW33)와 제4스위치(SW34)를 차례로 턴온하면, 누전 검출 장치(300)는 도 12를 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(Vp)만으로 표현되는 수학식 23과 같다. 중간전위 절연저항(Rf_cell)은 수학식 23을 이용하여 수학식 24와 같이 구할 수 있다.
수학식 21
Figure PCTKR2009001920-appb-M000021
수학식 22
Figure PCTKR2009001920-appb-M000022
수학식 23
Figure PCTKR2009001920-appb-M000023
수학식 24
Figure PCTKR2009001920-appb-M000024
(iii) 중간전위에서 누전시 누전 발생 지점 구하기
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 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.
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 15에 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 마찬가지로 (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 16에 도시된 바와 같다.
수학식 25
Figure PCTKR2009001920-appb-M000025
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.
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.
(제2실시예)
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 17는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 도 10에 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 10과 동일한 효과가 얻어지는바, 이에 대해 설명한다.
전지팩(110)의 최대전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우
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.
수학식 26
Figure PCTKR2009001920-appb-M000026
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.
수학식 27
Figure PCTKR2009001920-appb-M000027
위 수학식 26과 수학식 27에서 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해 수학식 26에서 수학식 27을 빼면 아래의 수학식 28과 같다.
수학식 28
Figure PCTKR2009001920-appb-M000028
이는 수학식 11과 동일하다.
전지팩(110)의 최소전위단에서 차체(GND)로 누전될 경우
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.
수학식 29
Figure PCTKR2009001920-appb-M000029
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.
수학식 30
Figure PCTKR2009001920-appb-M000030
위 수학식 29와 수학식 30에서 (V1 + V2)의 영향을 제거하기 위해, 수학식 29에서 수학식 30을 빼면 아래의 수학식 31과 같다.
수학식 31
Figure PCTKR2009001920-appb-M000031
이는 수학식 15와 동일하다.
도 17에는 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.
(제3실시예)
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 18의 전기 자동차의 누전 검출 장치(300)는 도 10에 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 10에 도시된 누전 검출 장치(300)와 동일한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 19 내지 도 28는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
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 19에 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.
수학식 32
Figure PCTKR2009001920-appb-M000032
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.
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.
수학식 33
Figure PCTKR2009001920-appb-M000033
검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 측정전원(Vp)만을 이용한 양단전압(Vm)의 표현식을 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 20에 도시된 바와 같다.
수학식 34
Figure PCTKR2009001920-appb-M000034
수학식 35
Figure PCTKR2009001920-appb-M000035
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.
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.
또한, 누전 검출 장치(300)는 수학식 32 및 수학식 33에서 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.
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 21에 도시된 바와 같이, 폐회로를 형성한다. 즉, 누전 검출 장치(300)는 전지팩(110)과 최소전위 절연저항(Rf_neg)과 제3스위치(SW33)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.
수학식 36
Figure PCTKR2009001920-appb-M000036
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.
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 폐
회로가 형성되어 전류가 흐르게 된다. 이때, 누전 검출 장치(300)에서 측정되는 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 수학식 37과 같이 표현된다.
수학식 37
Figure PCTKR2009001920-appb-M000037
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 22에 도시된 바와 같다.
수학식 38
Figure PCTKR2009001920-appb-M000038
수학식 39
Figure PCTKR2009001920-appb-M000039
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.
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.
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.
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.
(i) 제1스위치(SW31)을 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기
도 23에 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 19를 참조하면서 설명한 최대전위 절연저항(Rf_pos)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다.
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 24에 도시된 바와 같다.
수학식 40
Figure PCTKR2009001920-appb-M000040
수학식 41
Figure PCTKR2009001920-appb-M000041
수학식 42
Figure PCTKR2009001920-appb-M000042
수학식 43
Figure PCTKR2009001920-appb-M000043
(ii) 제2스위치(SW32)을 연결하여 중간전위 절연저항(Rf_cell) 구하기
도 25에 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 21를 참조하면서 설명한 최소전위 절연저항(Rf_neg)을 계산하는 방법과 유사한 방법으로, 중간전위 절연저항(Rf_cell)을 구할 수 있다.
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 26에 도시된 바와 같다.
수학식 44
Figure PCTKR2009001920-appb-M000044
수학식 45
Figure PCTKR2009001920-appb-M000045
수학식 46
Figure PCTKR2009001920-appb-M000046
수학식 47
Figure PCTKR2009001920-appb-M000047
(iii) 중간전위에서 누전시 누전 발생 지점 구하기
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.
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.
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 27에 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.
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 빼면 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 28에 도시된 바와 같다.
수학식 48
Figure PCTKR2009001920-appb-M000048
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.
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.
마찬가지로, 누전 검출 장치(300)에서 전지팩(110)의 최대전위단에 연결된 제1스위치(SW31)를 턴온하고 제2스위치(SW34)와 제3스위치(SW33) 를 차례로 턴온하였을 때도 동일하게 검출저항(Rm)의 양단전압(Vm)은 전지팩(110)의 전압이 포함되지 않은하기의 수학식 49로 표현된다.
수학식 49
Figure PCTKR2009001920-appb-M000049
이렇게 함으로써, 누전 검출 장치(300)는 어느 고장의 경우에도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
(제4실시예)
도 29은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면이다.
도 29을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는 전지팩(10)과, 전지팩(10)의 양극에 병렬 접속된 제1 스위치 소자(SW1)와, 전지팩(10)의 음극에 병렬 접속됨과 아울러 제1 스위치 소자(SW1)와는 직렬 접속되는 제2 스위치 소자(SW2)와, 제1 및 제2 스위치 소자(SW1, SW2)와 직렬 접속된 검출 저항(Rm)과, 검출 저항(Rm)에 직렬 접속된 측정 전원(Vdc) 및 검출 저항(Rm)과 차체(GND) 사이에 접속되어 검출 저항(Rm)과 차체(GND)를 접지시키는 접지 스위치(SW5)를 구비한다. 그리고, 본 발명의 전기 자동차의 누전 검출 장치는 검출 저항(Rm)과 차체(GND)에 측정 전원(Vdc)을 접속시키는 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 구비한다.
본 발명의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 이용한 누전 검출 방법은 최대전위 절연 고장 검출 모드로서 도 30에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a로 턴-온되고, 제1 스위치(SW1)는 턴-오프, 제2 스위치(SW2)가 턴-온되며, 제5 스위치가 턴-오프되어 있을 때, 전지팩(10)의 최대전위와 차체(GND)의 절연 저항(Rf)이 파괴되면 도 31와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 50과 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 50
Figure PCTKR2009001920-appb-M000050
그리고, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 턴-오프하고, 제5 스위치(SW5)를 턴-온시키면 도 32와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 51와 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 51
Figure PCTKR2009001920-appb-M000051
수학식 50에서 수학식 51를 빼면, 하기 수학식 52과 같이 측정 전원(Vdc)만을 이용하여 Vm을 구할 수 있다.
수학식 52
Figure PCTKR2009001920-appb-M000052
상기 수학식 52에 전압(Vm)으로 측정 전원(Vdc)만을 이용하여 전지팩(10)의 최대전위와 차체(GND)가 연결되어 누전이 발생하였다라는 것을 알 수 있다.
그리고, 도 30에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a로 턴-온되고, 제1 스위치(SW1)는 턴-오프, 제2 스위치(SW2)가 턴-온되며, 제5 스위치가 턴-오프되어 있을 때, 전지팩(10)의 최저전위와 차체(GND)의 절연 저항(Rf)이 파괴되면 도 33와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 53와 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 53
Figure PCTKR2009001920-appb-M000053
이때, 측정 전원(Vdc)는 전지팩(110)의 전압보다 상대적으로 작아서, 실제 검출되는 전압(Vm)은 매우 작다. 그리고, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 턴-오프하고 제5 스위치(SW5)를 턴-온시키면 전압원이 없어지므로 검출 전압(Vm)은 0이다. 그러므로, 본 발명의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 이용한 누전 검출 방법은 최대전위 절연 고장 검출 모드에서 검출 전압이 매우 낮으므로 전지팩(10)의 최소전위와의 절연 고장은 검출하지 않고, 본 발명의 최소전위 고장 검출 모드에서 검출한다.
또한, 본 발명의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 이용한 누전 검출 방법은 도 30에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 a로 턴-온되고, 제1 스위치(SW1)는 턴-오프, 제2 스위치(SW2)가 턴-온되며, 제5 스위치가 턴-오프되어 있을 때, 전지팩(10)의 중간전위와 차체(GND)의 절연 저항(Rf)이 파괴되면 도 34와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 54와 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 54
Figure PCTKR2009001920-appb-M000054
그리고, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 턴-오프하고, 제5 스위치(SW5)를 턴-온시키면 도 35와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 55과 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 55
Figure PCTKR2009001920-appb-M000055
수학식 54에서 수학식 55을 빼면, 하기 수학식 56과 같이 측정 전원(Vdc)만을 이용하여 Vm을 구할 수 있다.
수학식 56
Figure PCTKR2009001920-appb-M000056
한편, 본 발명의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 이용한 누전 검출 방법은 최소전위 절연 고장 검출 모드로서 도 36에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 b로 턴-온되고, 제1 스위치(SW1)는 턴-온, 제2 스위치(SW2)가 턴-오프되며, 제5 스위치가 턴-오프되어 있을 때, 전지팩(10)의 최소전위와 차체(GND)의 절연 저항(Rf)이 파괴되면 도 37와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 57과 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 57
Figure PCTKR2009001920-appb-M000057
그리고, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 턴-오프하고, 제5 스위치(SW5)를 턴-온시키면 도 38와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 58와 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 58
Figure PCTKR2009001920-appb-M000058
수학식 57에서 수학식 58를 빼면, 하기 수학식 59과 같이 측정 전원(Vdc)만을 이용하여 Vm을 구할 수 있다.
수학식 59
Figure PCTKR2009001920-appb-M000059
상기 수학식 59에 측정 전원(Vdc)만을 이용한 전압(Vm)으로 전지팩(10)의 최대전위와 차체(GND)가 연결되어 누전이 발생하였다라는 것을 알 수 있다.
그리고, 도 36에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 b로 턴-온되고, 제1 스위치(SW1)는 턴-오프, 제2 스위치(SW2)가 턴-온되며, 제5 스위치가 턴-오프되어 있을 때, 전지팩(10)의 최대전위와 차체(GND)의 절연 저항(Rf)이 파괴되면 도 39와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 60과 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 60
Figure PCTKR2009001920-appb-M000060
이때, 측정 전원(Vdc)는 전지팩(110)의 전압보다 상대적으로 작아서, 실제 검출되는 전압(Vm)은 매우 작다. 그리고, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 턴-오프하고 제5 스위치(SW5)를 턴-온시키면 전압원이 없어지므로 검출 전압(Vm)은 0이다. 그러므로, 본 발명의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 이용한 누전 검출 방법은 최저전위 절연 고장 검출 모드에서 검출 전압이 매우 낮으므로 전지팩(10)의 최대전위와의 절연 고장은 검출하지 않고, 본 발명의 최대전위 고장 검출 모드에서 검출한다.
또한, 본 발명의 전기 자동차의 누전 검출 장치를 이용한 누전 검출 방법은 도 36에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)가 b로 턴-온되고, 제1 스위치(SW1)는 턴-온, 제2 스위치(SW2)가 턴-오프되며, 제5 스위치가 턴-오프되어 있을 때, 전지팩(10)의 중간전위와 차체(GND)의 절연 저항(Rf)이 파괴되면 도 40와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 61와 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 61
Figure PCTKR2009001920-appb-M000061
그리고, 제1 및 제2 극성 전환 스위치(SW3, SW4)를 턴-오프하고, 제5 스위치(SW5)를 턴-온시키면 도 41와 같은 폐회로가 형성되고, 검출 저항(Rm)에 하기 수학식 62과 같은 전압(Vm)이 검출된다.
수학식 62
Figure PCTKR2009001920-appb-M000062
수학식 61에서 수학식 62을 빼면, 하기 수학식 63와 같이 측정 전원(Vdc)만을 이용하여 Vm을 구할 수 있다.
수학식 63
Figure PCTKR2009001920-appb-M000063
상기 수학식 63에 전압(Vm)으로 측정 전원(Vdc)만을 이용하여 전지팩(10)의 중간전위와 차체(GND)가 연결되어 누전이 발생하였다라는 것을 알 수 있다.
이와 같은 방법으로, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치는 전지팩(10)의 최대전위 절연 고장인지, 중간전위 고장 절연인지, 최소전위 절연 고장인지를 구분할 수 있으며, 구분하는 방법은 최대전위 절연 고장 검출 모드에서 검출된 고장은 최대전위의 고장으로 판단하고, 최소전위 절연 고장 검출 모드에서 검출된 고장은 최소 전위의 고장으로 판단한다. 그리고, 최대전위 절연 고장 검출 모드와 최소전위 절연 고장 검출 모드에서 모두 고장으로 검출되면 중간전위의 고장으로 판단할 수 있으며, 중간전위의 어느 부분의 고장인지는 최대전위 절연 고장 검출 모드의 검출 전압(Vm+)과 최소전위 절연 고장 검출 모드의 검출 전압(Vm+)을 비교하면, V1 값과 V2 값을 통하여 비례적으로 알 수 있다. 예를 들어, V1과 V2 값이 2 : 3이면 중간전위 절연 고장 부분은 전지팩(10)의 최소전위로부터 3/5 전압을 가지는 부분임을 알 수 있다.
앞에서 설명한 복합 고장이 발생하였을 때도 중간 전위 고장일 때와 마찬가지로 최대전위 절연 고장 검출 모드와 최소전위 고장 검출 모드에서 모두 고장으로 검출된다고 하였다. 중간 전위 고장과 복합 전위 고장 검출을 구분하는 방법은 검출된 전압값이 큰 쪽이 중간 전위 고장이라는 것을 알 수 있다. 이것은 복합 고장이 발생하게 되면 중간 전위 1군데만 고장났을 때보다 각각의 고장 저항으로 전류가 분류되어 검출 저항으로 흐르는 전류가 작아서 검출되는 전압값도 작아지기 때문이다.
도 42은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치를 나타내는 도면이다. 도 42에 도시된 본 발명의 다른 전기 자동차의 누전 검출 장치는 제1 및 제2 측정 전원(Vdc1, Vdc2)과, 제1 측정 전원(Vdc1)의 양극을 검출 저항(Rm)에 접속시키고, 상기 제1 측정 전원(Vdc1)의 음극을 차체(GND)에 접속시키는 제1 측정 전원 접속 스위치(SW3)와, 제2 측정 전원(Vdc2)의 음극을 검출 저항(Rm)에 접속시키고, 제2 측정 전원(Vdc2)의 양극을 차체(GND)에 접속시키는 제2 측정 전원 접속 스위치(SW4)를 더 구비한다.
한편, 도 29 및 도 42에 도시된 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 자동차의 누전 검출 장치에는 전압 분배 저항(Rs)이 제1 스위치(SW1)의 후단에 배치되어 있지만, 전압 분배 저항(Rs)은 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 전단에 각각 배치되어도 무방하다. 또한, 직렬로 연결된 분배 저항과 검출 저항, 측정전원, 스위치의 순서는 바뀌어도 무방하다.
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.

Claims (17)

  1. 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치;
    상기 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항; 및
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 상기 전지팩으로 전위를 공급하는 측정전위를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되어 상기 측정전위를 상기 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치; 및
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 상기 제3스위치와 상호 병렬로 연결되는 제4스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 연결되는 제3스위치; 및
    상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 상기 제3스위치와 상호 병렬로 연결되어 상기 측정전위를 상기 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 상기 측정전원을 상기 전지팩으로 제공하면서 상기 검출저항의 양단전압을 측정하여 상기 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  5. 전지팩의 최대전위단과 최소전위단 사이에 상호 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치;
    상기 제1스위치와 제2스위치의 공통접점에 일단이 연결된 검출저항; 및
    상기 전지팩에 공급되는 제1측정전위와 제2측정전위를 구비하되,
    상기 제1측정전위 또는 상기 제2측정전위는 상기 검출저항의 타단과 차체 사이에 상호 병렬로 연결되고,
    상기 제1측정전위 또는 상기 제2측정전위 중에 어느 하나가 상기 전지팩으로 공급되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1측정전위와 제2측정전위는 전압값이 동일하고 극성이 반대인 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1측정전위를 상기 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제3스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2측정전위를 상기 전지팩으로 공급 또는 차단하는 제4스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1스위치와 제2스위치 중 하나를 턴온하고 다른 하나를 턴오프하며, 상기 제1측정전원과 제2측정전원 중에 어느 하나를 상기 전지팩으로 제공하면서 상기 검출저항의 양단전압을 측정하여 상기 전지팩이 차체로 누전되는지 여부와 누전 발생 지점을 검출하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지팩의 최대전위단과 상기 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지팩의 최소전위단과 상기 검출저항 사이에 직렬로 연결되는 전압 분배 저항을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  12. 전지팩의 양극에 병렬 접속된 제1 스위치 소자와;
    상기 전지팩의 음극에 병렬 접속됨과 아울러 상기 제1 스위치 소자에 직렬 접속되는 제2 스위치 소자와;
    상기 제1 및 제2 스위치 소자에 직렬 접속된 전압 분배 저항과;
    상기 전압 분배 저항과 측정 전원 사이에 직렬 접속된 검출 저항과;
    상기 검출 저항에 서로 직렬 접속되어 측정 전원 및 차체와;
    상기 검출 저항과 상기 차체 사이에 접속되어 상기 검출 저항과 상기 차체를 접지시키는 접지 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 검출 저항과 상기 차체에 상기 측정 전원을 직렬 접속시키는 제1 및 제2 극성 전환 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 측정 전원은 서로 분리된 제1 및 제2 측정 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 측정 전원의 양극을 상기 검출 저항에 접속시키고, 상기 제1 측정 전원의 음극을 상기 차체에 접속시키는 제1 측정 전원 접속 스위치와;
    상기 제2 측정 전원의 음극을 상기 검출 저항에 접속시키고, 상기 제2 측정 전원의 양극을 상기 차체에 접속시키는 제2 측정 전원 접속 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 장치.
  16. 제1 및 제2 극성 전환 스위치를 제1 극성으로 턴-온, 제1 스위치를 턴-오프, 제2 스위치를 턴-온, 접지 스위치를 턴-오프되어 있을 때, 검출 저항의 제1 전압을 검출하는 제1 단계와;
    상기 접지 스위치를 턴-온하여, 상기 검출 저항의 제2 전압을 검출하는 제2 단계와;
    상기 검출 저항의 제1 전압에서 상기 검출 저항의 제2 전압을 감산하여 측정전원에 의한 검출 저항의 제3 전압을 구하는 제3 단계와;
    제1 및 제2 극성 전환 스위치를 제2 극성으로 턴-온, 제1 스위치를 턴-온, 제2 스위치를 턴-오프, 접지 스위치를 턴-오프되어 있을 때, 검출 저항의 제4 전압을 검출하는 제4 단계와;
    상기 접지 스위치를 턴-온하여, 상기 검출 저항의 제5 전압을 검출하는 제5 단계와;
    상기 검출 저항의 제4 전압에서 상기 검출 저항의 제5 전압을 감산하여 측정전원에 의한 검출 저항의 제6 전압을 구하는 제6 단계와;
    상기 검출 저항의 제3 전압이 검출되면 최대전위 절연 고장으로 판별하고, 상기 검출 저항의 제6 전압이 검출되면 최소전위 절연 고장으로 판별하며, 상기 검출 저항의 제3 전압 및 제6 전압이 모두 절연 고장으로 검출되면 중간전위 절연 고장으로 판별하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 검출 저항의 제3 전압 및 제6 전압이 모두 검출되어 상기 중간전위 절연 고장으로 판별하면, 상기 검출 저항의 제1 전압과 상기 검출 저항의 제4 전압을 비교하여 전지팩의 어느 부분에 절연고장이 발생하였는지 검출하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 누전 검출 방법.
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