KR20150080122A - 프리 차지 중 고장 진단 방법 - Google Patents

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Abstract

프리 차지 고장 진단 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 프리 차지 고장 진단 방법은, 고전압 배터리의 출력 전압을 검출하는 단계; 상기 검출 단계 이후, 상기 고전압 배터리를 이용하여 인버터의 커패시터를 프리 차징하는 단계; 상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계; 상기 측정 단계 이후, 상기 고전압 배터리의 출력 전류를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 출력 전압, 상기 커패시터에 인가된 전압 및 상기 검출된 출력 전류를 조합하여 고장 발생 부품을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

프리 차지 중 고장 진단 방법{Method for diagnosing breakdown during pre-charging}
본 발명은 프리 차지 중 고장 진단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프리 차징 중 검출되는 배터리 전압과 전류 및 인버터의 커패시터에 인가되는 전압 측정값을 활용하여 상세 고장 부품을 판단할 수 있는 프리 차지 중 고장 진단 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 및 전기 자동차는 고전압 배터리를 이용하여 모터를 회전시켜 휠의 구동력을 얻을 수 있는 자동차이다. 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly : PRA)는 메인 릴레이와 프리-차지 회로로 구성된다. 메인 릴레이의 온/오프(on/off)에 따라서 고전압 배터리로부터 전류가 흘러 인버터 측으로 공급되고, 모터가 구동된다. 프리-차지 회로는 고전압 배터리와 인버터의 커패시터가 메인 릴레이를 통해 연결되기 이전에, 인버터의 커패시터가 프리-차지(Pre-Charge) 되도록 하기 위한 회로이다. 이를 통해, 메인 릴레이를 통해 바로 접속 시 발생할 수 있는 아크 방전(Arc Discharge)을 방지하여 회로의 안정성을 확보할 수 있다.
프리-차지 과정에서는 프리-차지가 시작되고 나서 일정 시간이 지난 후에(약 200ms), 고전압 배터리의 출력 전압과 인버터의 커패시터 전압을 비교하여, 인버터의 커패시터에 인가된 전압이 고전압 배터리 출력 전압의 80% 이상인 경우 정상이며, 그 미만이면 고장 상태라고 진단하고 있다.
그러나, 프리-차지 중에 고장 상태라고 진단된 경우 PRA를 교체하고, 고전압 배터리를 제어하는 배터리 제어기(BMS : Battery Management System)을 교체하며, 그 밖의 다른 부품들을 확인하는 과정을 거치게 된다. 즉, 고장난 부품이 아닌 경우에도 교체하는 과정을 순차적으로 전부 거치게 되는 문제점이 있다.
또한, 프리-차지 중에 고장 상태인 경우, 프리-차지 저항의 소손이 발생할 수 있는 문제가 있고, 프리-차지 중에 고장 상태인 경우 무조건 시동이 불가하도록 제어하게 되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 프리-차징 중 고전압 배터리의 전압, 전류 검출 값과 인버터의 커패시터 전압을 실시간으로 모니터링하여 고장 진단할 수 있는 프리 차지 고장 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 프리 차지 고장 진단 방법은, 고전압 배터리의 출력 전압을 검출하는 단계; 상기 검출 단계 이후, 상기 고전압 배터리를 이용하여 인버터의 커패시터를 프리 차징하는 단계; 상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계; 상기 측정 단계 이후, 상기 고전압 배터리의 출력 전류를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 출력 전압, 상기 커패시터에 인가된 전압 및 상기 검출된 출력 전류를 조합하여 고장 발생 부품을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검출하는 단계에서 상기 출력 전압이 검출되지 않으며, 상기 프리 차징에 따라 상기 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 측정된 전압과 상기 검출 단계에서 검출된 고전압 배터리의 출력 전류가 기설정된 정상 범위 내인 경우, 상기 진단하는 단계는, 상기 고전압 배터리의 출력 전압을 검출하는 회로가 고장이라고 진단하는 단계일 수 있다.
상기 고전압 배터리의 출력 전압을 검출하는 회로가 고장이라고 진단되는 경우, 상기 프리 차징 이후에 모터를 시동하며, 상기 모터의 출력을 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 상기 인가된 전압이 측정되지 않으며, 상기 검출된 출력 전류가 기설정된 정상 파형 범위 내인 경우, 상기 진단하는 단계는, 상기 인버터가 고장이라고 진단하는 단계일 수 있다.
상기 인버터가 고장이라고 진단되는 경우, 상기 프리 차징 이후 모터를 시동하며, 상기 인버터의 고장 여부를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 상기 인가된 전압이 측정되지 않으며, 상기 검출된 출력 전류가 정전류인 경우, 상기 진단하는 단계는, 모터의 시동이 불가하다고 진단하는 단계일 수 있다.
상기 모터의 시동이 불가능한 경우, 프리 차징을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 상기 인가된 전압이 측정되지 않으며, 상기 출력 전류를 검출하는 단계에서 출력 전류가 검출되지 않는 경우, 상기 진단하는 단계는, 상기 배터리와 상기 인버터의 연결 여부를 조정하는 파워 릴레이 어셈블리가 고장이라고 진단하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프리 차지 고장 진단 방법은, 프리 차지 중 에러가 발생했어도 모든 경우에 시동을 멈춰 주행을 불가능케하지 않고, 주행이 가능한 고장의 경우에는 상황에 따라 적절한 주행을 유도하고, 이후 고장 부품에 따른 점검을 유도할 수 있다.
또한, 전기 차량 또는 하이브리드 차량에서 어떠한 부품에 고장이 발생하여, 프리 차지 중에 고장이 발생한 것인지를 파악하여, 해당 부품만 점검할 수 있는 효과가 있다.
또한, 프리 차지 저항이 소손되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 이용되는 고전압 배터리(30)와, 다른 부하들(20), 고전압 배터리(30) 및 다른 부하들(20)의 연결을 제어하는 파워 릴레이 어셈블리(10)를 도시한 회로도이다.
도 2는 고전압 배터리의 출력 전압, 출력 전류 및 인버터의 커패시터에 인가되는 전압의 검출 및 측정 결과에 따른 고장 항목 진단을 도시한 표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 차지 고장 진단 방법을 도시한 순서도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 이용되는 고전압 배터리(30)와, 다른 부하들(20), 고전압 배터리(30) 및 다른 부하들(20)의 연결을 제어하는 파워 릴레이 어셈블리(10)를 도시한 회로도이다. 도 2는 고전압 배터리의 출력 전압, 출력 전류 및 인버터의 커패시터에 인가되는 전압의 검출 및 측정 결과에 따른 고장 항목 진단을 도시한 표이다.
도 1을 참조하면, 파워 릴레이 어셈블리(10)는 제1 메인 릴레이(12), 제2 메인 릴레이(14), 프리-차지(Pre-Charge) 저항(22), 및 프리-차지(Pre-Charge) 릴레이(24)를 포함할 수 있다.
제1 메인 릴레이(12)는 고전압 배터리(30)의 양극 단자에 직렬로 연결되어 있고, 고전압 배터리(30)로부터 인가되는 과전류를 차단할 수 있다. 프리-차지 릴레이(24)는 제1 메인 릴레이(12)와 병렬로 연결되고 프리-차지 저항(22)은 프리-차지 릴레이(24)와 직렬로 연결되도록 하는 것이 바람직하다. 제2 메인 릴레이(14)는 고전압 배터리(30)의 음극 단자에 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
다른 부하들(20)은 구체적으로 인버터와 연결된 모터일 수 있다. 고전압 배터리(30)로부터 입력되는 직류 전류가 인버터의 스위칭 동작에 의해 교류 전류로 변환된 후 모터로 공급될 수 있다.
구체적으로, 차량의 운전시에는 제1 메인 릴레이(12)가 온(ON) 상태가 되고, 프리-차지 릴레이(24)가 오프(OFF) 상태가 되어, 고전압 배터리(30)의 전력이 인버터 등의 다른 부하들(20)로 인가된다. 차량의 비주행시에는 고전압 배터리(30)와 인버터 등의 다른 부하들(20) 간의 접속이 차단되어 고전압 배터리(30) 전압이 인버터를 통해 모터로 전달되지 않는다.
이후, 다시 차량을 운전하는 경우, 먼저 프리-차지 릴레이(24)가 온(ON) 상태가 된다. 이로 인해서, 고전압 배터리(30)의 전압이 프리-차지 저항(22)에 의해 강하된 상태로 인버터 등의 다른 부하들(20)에 인가되어, 그와 접속된 커패시터(25)의 충전이 개시된다. 커패시터(25)의 충전이 충분히 이루어지면, 제1 메인 릴레이(12)가 온(ON) 상태가 됨과 동시에 프리-차지 릴레이(24)는 오프(OFF) 상태가 되어, 고전압 배터리(30)의 전압이 인버터 등의 다른 부하들(20)에 인가된다.
프리-차지 릴레이(24)와 프리-차지 저항(22)에 의해서 대전력이 급격하게 인가되어 메인 릴레이들(12, 14)의 전극이 손상되거나 융착되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
도 2를 참조하면, 고전압 배터리(30)의 출력 전압, 고전압 배터리(30)의 출력 전류 및 인버터의 커패시터에 인가된 전압의 검출 또는 측정 결과값에 따라, 차량의 어느 부분에 고장이 발생한 것인지를 판단할 수 있음을 알 수 있다. 예컨대, 프리 차지 중 고장이 발생하지 않은 경우, 고전압 배터리(30)의 출력 전압은 일정한 전압값이며, 출력 전류는 초기에 높은 값을 갖다가 인버터의 커패시터에 인가되는 전압이 상승하여 일정 전압값으로 상승함에 대응하여 급격히 감소하는 흐름을 보인다. 이러한 정상 상태의 고전압 배터리(30)의 출력 전압 및 출력 전류의 변화와 인버터의 커패시터에 인가되는 전압의 변화는 참고 전압 및 전류로 기설정되어, 이후 상이한 출력 전압, 출력 전류, 인가 전압이 검출 혹은 측정될 경우 이와 비교하여 이상 여부를 판단할 수 있다.
구체적인 내용은 도 3에 도시된 순서도와 연관하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 차지 고장 진단 방법을 도시한 순서도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 차지 고장 진단 방법은, 고전압 배터리(30)의 출력 전압을 검출하는 단계(S301), 검출 단계 이후, 고전압 배터리(30)를 이용하여 인버터의 커패시터(25)를 프리 차징하는 단계(S303, S307), 프리 차징에 따라 인버터의 커패시터(25)에 인가된 전압을 측정하는 단계(S305, S309), 고전압 배터리(30)의 출력 전류를 검출하는 단계(S317, S309), 상기 검출된 출력 전압, 상기 커패시터에 인가된 전압 및 상기 검출된 출력 전류를 조합하여 고장 발생 부품을 진단하는 단계(S315, S306, S323, S331, S335)를 포함할 수 있다.
고전압 배터리(30)의 출력 전압을 검출하는 단계(S301)에서 출력 전압이 검출되지 않고, 프리 차징을 시작함에 따라(S307) 커패시터(25)에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 측정된 전압과 검출 단계에서 검출된 고전압 배터리(30)의 출력 전류가 기설정된 정상 범위 내에 있는지를 확인하여(S309), 정상 범위 내에 있는 경우 정상적으로 메인 릴레이(12)를 연결시킴으로써 인버터를 통해 차량의 모터를 시동하여(S311) 주행이 가능하다(S313). 그러나, 고전압 배터리(30)의 출력 전압이 검출되지 않은 경우이므로 고전압 배터리의 출력 전압을 검출하는 회로가 고장이라고 진단되므로, 주행시 경고 메시지를 출력하고, 모터의 출력을 제한할 수 있으며(S313), 고전압 배터리(30)의 출력 전압을 검출하는 회로의 점검을 유도할 수 있다(S315).
또한, 프리 차징(S303)에 따라 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정할 때(S305), 인가된 전압이 기설정된 정상 범위 내인 경우 프리 차징 중에는 고장이 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다(S306). 그러나, 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정할 때(S305) 전압이 측정되지 않으며, 검출된 고전압 배터리(30)의 출력 전류가 기설정된 정상 파형 범위 내인 경우(S317), 인버터가 고장이라고 진단하며, 차량의 모터를 시동하여(S319) 주행이 가능하다(S321). 그러나, 인버터의 커패시터에 인가된 전압이 측정되지 않은 경우이므로 인버터 혹은 인버터로부터의 전압 CAN 데이터가 고장이라고 진단되므로, 인버터의 점검을 유도할 수 있다(S315).
인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정할 때(S305) 전압이 측정되지 않으며, 검출된 고전압 배터리(30)의 출력 전류가 정전류 값으로 0이 아닌 값이 검출되는지 여부를 판단한다(S325). 검출된 고전압 배터리(30)의 출력 전류가 정전류 값으로 0이 아닌 값이 검출되는 경우, 프리-차지 릴레이(24)를 오프(off)하여 프리 차징을 중지하며(S327), 이 경우 시동이 불가하다고 진단한다(S329). 일 예로 이러한 경우는 차량 시스템에 역결선 등의 단락이 발생한 경우를 포함하여 다른 파워 전기 부품(Power Electric)들이 고장인 경우일 수 있다. 따라서, 고전압 배터리(30)의 출력 전압 검출 회로, 인버터 혹은 PRA 등을 점검하지 않고, 다른 파워 전기 부품들의 점검을 유도할 수 있다(S331).
검출된 고전압 배터리(30)의 출력 전류가 0인 경우 고전압 배터리(30)와 인버터의 연결 여부를 조정하는 PRA(10)가 고장이라고 진단할 수 있고, 이 경우 시동 불가 상황으로 시동을 금지하고(S333), PRA의 점검을 유도할 수 있다(S335).
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : PRA 20 : 다른 부하들
22 : 프리-차지 저항 24 : 프리-차지 릴레이
25 : 커패시터 30 : 고전압 배터리

Claims (8)

  1. 고전압 배터리의 출력 전압을 검출하는 단계;
    상기 검출 단계 이후, 상기 고전압 배터리를 이용하여 인버터의 커패시터를 프리 차징하는 단계;
    상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계;
    상기 측정 단계 이후, 상기 고전압 배터리의 출력 전류를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 출력 전압, 상기 커패시터에 인가된 전압 및 상기 검출된 출력 전류를 조합하여 고장 발생 부품을 진단하는 단계를 포함하는,
    프리 차지 고장 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출하는 단계에서 상기 출력 전압이 검출되지 않으며, 상기 프리 차징에 따라 상기 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 측정된 전압과 상기 검출 단계에서 검출된 고전압 배터리의 출력 전류가 기설정된 정상 범위 내인 경우,
    상기 진단하는 단계는, 상기 고전압 배터리의 출력 전압을 검출하는 회로가 고장이라고 진단하는 단계인,
    프리 차지 고장 진단 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 출력 전압을 검출하는 회로가 고장이라고 진단되는 경우, 상기 프리 차징 이후에 모터를 시동하며, 상기 모터의 출력을 제한하는 단계를 더 포함하는,
    프리 차지 고장 진단 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 상기 인가된 전압이 측정되지 않으며, 상기 검출된 출력 전류가 기설정된 정상 파형 범위 내인 경우,
    상기 진단하는 단계는, 상기 인버터가 고장이라고 진단하는 단계인,
    프리 차지 고장 진단 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인버터가 고장이라고 진단되는 경우, 상기 프리 차징 이후 모터를 시동하며, 상기 인버터의 고장 여부를 출력하는 단계를 더 포함하는,
    프리 차지 고장 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 상기 인가된 전압이 측정되지 않으며, 상기 검출된 출력 전류가 정전류인 경우,
    상기 진단하는 단계는, 모터의 시동이 불가하다고 진단하는 단계인,
    프리 차지 고장 진단 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모터의 시동이 불가능한 경우, 프리 차징을 중단하는 단계를 더 포함하는,
    프리 차지 고장 진단 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프리 차징에 따라 상기 인버터의 커패시터에 인가된 전압을 측정하는 단계에서 상기 인가된 전압이 측정되지 않으며, 상기 출력 전류를 검출하는 단계에서 출력 전류가 검출되지 않는 경우,
    상기 진단하는 단계는, 상기 배터리와 상기 인버터의 연결 여부를 조정하는 파워 릴레이 어셈블리가 고장이라고 진단하는 단계인,
    프리 차지 고장 진단 방법.
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