인터락(Interlock)

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정의

인터락(interlock) 또는 인터로크는 2개의 매커니즘 또는 기능의 상태가 서로 의존하도록 만들어주는 기능이다. 유한 상태 기계에서 원치 않는 안전사고를 예방하기 위해 사용할 수 있으며 어떠한 전기적, 전자적, 기계적 장치나 시스템으로도 구성될 수 있다.

환경차(전기차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 연료전지 전기차 등)에서는 고전압 계통의 부품이 장착되고, 이를 PE (Power Electric) 부품이라고 한다. 전기 자동차를 예를 들면, 다음과 같은 부품이 있다.

(1) 고전압 배터리 : 수백 V 급으로 전기에너지를 저장하는 역할

(2) 구동 모터 : 환경차를 구동하는 역할

(3) 12V 배터리 : 자동차의 전장에 전원을 제공하는 배터리

(4) OBC (On Board Charger) : AC-DC 컨버터로, 외부로부터 배터리를 완속 충전하는 부품

(5) LDC (Low DC-DC Converter) : 고전압 배터리에서 저전압 배터리 (12V)로 강압을 하는 컨버터

(6) 인버터 : 3상 모터를 구동시키는 부품으로 DC를 AC로 변환하는 부품

이러한 PE 부품들의 전기 전송을 위해서는 고전압용 와이어 및 커넥터가 필요하다. 보통 환경차에서 고전압용 와이어 하네스 및 커넥터는 주황색으로 표시되어 있다. 또한, 고전압 커넥터가 제대로 체결이 되어있는지 확인해 주는 인터락(Interlock) 장치가 있다.

1. 차량 정비를 하기 위해 고전압 커넥터를 탈거할 때, 실수로 고전압 계통을 차단하지 않은 경우 위험할 수 있다. 따라서 고전압 커넥터를 탈거할 때, 무조건 고전압 계통 차단시켜 안전하게 정비할 수 있게한다.

2. 충돌/추돌 사고로 인해 고전압 계통이 단락 및 단선이 되면 감전 및 화재로 이어질 수 있다. 사고로 인해 인터락 회로에 먼저 이상이 발생하면, 고전압 계통을 차단시켜 사고 후 발생할 수 있는 감전 및 화재를 방지할 수 있다.

위의 그림에서 왼쪽 커넥터를 보면, 가느다란 전선 2가닥이 있는 것을 확인할 수 있다. 바로 케이블의 연결 유무를 확인할 수 있는 인터락 신호 라인이라고 볼 수 있다.

위의 회로에서 주황색이 고전압 라인, 빨간색이 인터락 라인이다. 커넥터가 연결되지 않을 때는 보드 쪽에서 풀업 저항에 의해 5V가 감지된다.

하지만, 와이어 하네스 쪽의 인터락 라인이 연결되면 폐회로가 형성되면서, 보드 쪽에서 0V가 감지된다. 이렇게 커넥터 연결 유무에 따라 전압이 변화하기 때문에 커넥터 체결 유무를 확인할 수 있다.

이번에는 조금 더 큰 시스템 단위로 예시를 살펴보자.

가운데 정션 박스가 있고, 정션 박스에서는 고전압을 분배하는 역할을 한다. 그리고 인터락 라인이 배터리, 인버터, LDC, OBC 등을 통과해 폐루프를 형성하고 있다.

위의 그림에서 빨간색 선이 인터락 라인이다. 위의 예시에서는 배터리에서 FET를 통해 전압을 인터락 폐루프에 인가한다. 그리고 전류가 각 고전압 부품을 거쳐 배터리로 다시 돌아오게 된다.

이때 저항에 흐르는 전류를 센싱하여 현재 커넥터 및 와이어가 이상 없이 연결되었는지를 확인할 수 있다.

만약, 단선, 단락과 같은 문제가 발생하면 FET on/off 지령에 상관없이 인터락 전류 센싱 값이 고착화될 것이다. 이렇게 이상을 감지하여 사용자에게 경고를 발생시키고 고전압 계통을 차단하는 조치를 취한다.

위의 회로는 각 제어기마다 저항을 연결하여, 병렬로 저항이 연결되게 구성한 것이다. 이때 인터락 회로 합성 저항을 통한 전압값을 감지하여, 커넥터 체결 유무 및 단선/단락 진단을 수행할 수 있다.

이렇게 간단한 회로와 진단 기능만으로도 커넥터 체결에 대한 실수를 방지하고, 고전압에 대한 위험으로부터 보호할 수 있다. 인터락 회로는 정형화되어 있지 않기 때문에 커넥터 연결 유무만 정확히 확인할 수 있다면, 회로 구조를 얼마든지 변형하고 응용해서 사용할 수 있다.

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