KR20200045836A - 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템 - Google Patents
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Abstract
차량의 배터리 측에 연결된 제1 입출력단과, 제2 입출력단 및 상기 제1 및 제2 입출력단 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 적어도 하나의 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리; 상기 릴레이로 그 연결 상태를 조정하는 제어신호를 출력하는 릴레이 제어부; 상기 릴레이의 연결 상태를 결정하여 상기 릴레이의 연결 상태 조정을 지시하는 배터리 관리 시스템; 및 상기 제1 입출력단의 전압을 센싱하고, 상기 제1 입출력단의 센싱 전압과 상기 릴레이 제어부에서 출력되는 제어신호에 기반하여 상기 파워 릴레이 어셈블리의 상태를 나타내는 상태 신호를 출력하는 전압 센서를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템이 개시된다.
Description
본 발명은 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경 차량의 전력 계통 이상 발생 시 이상 발생의 원인 중 하나가 될 수 있는 파워 릴레이 어셈블리의 상태를 판단할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
최근 고유가와 이산화탄소 배출 제한 등과 같은 환경 규제로 인해 기존의 내연기관 자동차를 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 친환경 자동차로는, 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하여 차량의 구동력을 생산할 수 있는 전기모터만 이용하여 주행하는 순수 전기 자동차나 내연기관과 전기모터를 구동원으로 함께 사용하는 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차가 차량 제조사에 따라 이미 상용화되어 출시되고 있거나 상용화를 앞두고 있는 상황이다.
이러한 친환경 자동차는 구동원이 되는 전기모터에 전력을 공급하기 위한 에너지 저장 장치로서 고전압 배터리를 탑재하고 있으며, 고전압 배터리와 전기모터 구동 시스템 사이에 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)를 구비하여 차량의 시동 여부에 따라 양자 간의 전기적 연결을 형성/차단하도록 하고 있다.
여기서, 파워 릴레이 어셈블리는 복수의 고전압 릴레이를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 고전압 릴레이의 구동에서 발생하는 아크를 감소시키기 위해 고전압 릴레이에 병렬 연결되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 반도체 스위치 소자를 더 포함할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리를 구성하는 복수의 릴레이를 제어하는데 있어서 스위치 또는 주변회로에 불량이 발생하는 경우 전원공급 또는 차단에 이상이 발생할 수 있다. 특히 릴레이는 과전류로 인한 고열로 파손될 우려가 있어, 친환경 자동차의 동력원인 전기 모터에 전원을 공급하는데 차질이 발생할 수 있다.
따라서, 친환경 차량의 구동을 위한 전력 계통에 이상이 발생한 경우 신속하게 파워 릴레이 어셈블리의 이상 여부를 판단하는 기술이 친환경 차량의 안전 운전을 위해 반드시 요구되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
이에 본 발명은, 친환경 차량의 구동을 위한 전력 계통에 이상이 발생한 경우 이상 발생의 원인 중 하나가 될 수 있는 파워 릴레이 어셈블리의 이상 여부를 판단할 수 있는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
차량의 배터리 측에 연결된 제1 입출력단과, 제2 입출력단 및 상기 제1 및 제2 입출력단 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 적어도 하나의 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리;
상기 릴레이로 그 연결 상태를 조정하는 제어신호를 출력하는 릴레이 제어부;
상기 릴레이의 연결 상태를 결정하여 상기 릴레이의 연결 상태 조정을 지시하는 배터리 관리 시스템; 및
상기 제1 입출력단의 전압을 센싱하고, 상기 제1 입출력단의 센싱 전압과 상기 릴레이 제어부에서 출력되는 제어신호에 기반하여 상기 파워 릴레이 어셈블리의 상태를 나타내는 상태 신호를 출력하는 전압 센서;
를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상위 제어기로부터 이상 신호가 입력되는 경우 상기 전압 센서에서 출력되는 상태 신호를 기반으로 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리의 전기적 연결 상태 및 상기 릴레이의 작동 상태를 파악하여 이상 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전압 센서는, 사전 설정된 크기 보다 작은 전압이 센싱되는 경우 상기 상태 신호로서 제1 출력값을 출력하고, 사전 설정된 크기 보다 큰 전압이 센싱되고 상기 제어신호가 상기 릴레이를 개방시키기 위한 신호인 경우 상기 상태 신호로서 제2 출력값을 출력하며, 사전 설정된 크기 보다 큰 전압이 센싱되고 상기 제어신호가 상기 릴레이를 단락시키기 위한 신호인 경우 상기 상태 신호로서 제3 출력값을 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 전압 센서에서 상기 제1 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리가 단선된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리 시스템은, 차량 주행 중 상기 전압 센서에서 상기 제2 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리는 단락 상태이고 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리 시스템은, 차량 주행 중 상기 전압 센서에서 상기 제3 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리는 단락 상태이고 상기 릴레이가 정상 동작하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 차량 외부의 충전 설비로부터 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 전력이 제공되는지 여부를 판단하는 충전 제어기를 더 포함할 수 있으며, 상기 파워 릴레이 어셈블리는 상기 릴레이에 병렬 연결되는 아크 억제용 반도체 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충전 제어기가 상기 충전 전력이 제공되는 것으로 판단한 경우, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 반도체 스위칭 소자가 오프되도록 지시할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 충전 제어기가 상기 충전 전력이 제공되는 것으로 판단하고 상기 전압 센서에서 상기 제2 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리는 단락 상태이고 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 충전 제어기가 상기 충전 전력이 제공되는 것으로 판단하고 상기 전압 센서에서 상기 제3 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리는 단락 상태이고 상기 릴레이가 정상 동작하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템에 따르면, 파워 릴레이 어셈블리의 이상 유형을 세분화하여 판별할 수 있기 때문에 빠른 고장조치가 가능하게 하며, 빠른 페일 세이프티 동작을 통해 릴레이 이상에 의해 더 큰 문제가 발생하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템은, 반도체 스위칭 소자가 적용된 고전압 릴레이 어셈블리를 적용하는 경우, 친환경 차량의 충전 시 순간적인 역전압에 의해서 반도체 스위칭 소자가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템의 전압 센서 출력의 예를 도시한 그래프이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템의 다양한 작동예를 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템의 전압 센서 출력의 예를 도시한 그래프이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템의 다양한 작동예를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템은, 파워 릴레이 어셈블리(10)와, 릴레이 제어부(20)와, 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)(30)과, 전압 센서(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(10)는 배터리 측에 연결된 제1 입출력단(110, 111)과, 제2 입출력단(120, 121) 및 제1 및 제2 입출력단(110, 111, 120, 121) 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 적어도 하나의 릴레이(11, 12)를 포함할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(10)에 포함된 릴레이는 제1 입출력단 중 양전극이 되는 하나의 출력단(110)과, 제2 입출력단 중 양전극이 되는 하나의 출력(120) 사이에 배치되어 양단의 전기적 연결을 결정하는 제1 메인 릴레이(11)와, 제1 입출력단 중 음전극이 되는 하나의 출력단(111)과, 제2 입출력단 중 음전극이 되는 하나의 출력(121) 사이에 배치되어 양단의 전기적 연결을 결정하는 제2 메인 릴레이(12)를 포함할 수 있다.
더하여, 파워 릴레이 어셈블리(10)는 제1 메인 릴레이(11)의 일단에 연결된 일단을 갖는 프리차지용 반도체 스위칭 소자(13)와 반도체 스위칭 소자(13)의 타단과 제1 메인 릴레이(11)의 타단에 각각 연결된 양단을 갖는 프리차지 저항(15)과, 제2 메인 릴레이(12)의 양단에 각각 연결된 양단을 갖는(제2 메인 릴레이(12)에 병렬연결된) 아크 저감용 반도체 스위칭 소자(14)를 더 포함할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(10)를 포함하는 친환경 차량이 이그니션 온되면, 오프 상태인 프리차지용 반도체 스위칭 소자(13)가 먼저 온되어 프리차지 저항(15)을 통해 제1 입출력단(110, 111)을 통해 제공되는 배터리의 전류를 제2 입출력단(120, 121)으로 제공하여 제2 입출력단(110, 111)에 연결된 인버터의 커패시터를 충전한다. 프리차지용 반도체 스위칭 소자(13)와 프리차지 저항(15)은 인버터의 커패시터로 배터리의 전류가 급격하게 제공되어 커패시터가 파손되는 것을 방지하기 위해 마련될 수 있다.
인버터의 커패시터가 충전되면 제1 메인 릴레이(11)와 제2 메인 릴레이(12)가 오프 상태에서 온 상태로 전환되어 제1 입출력단(110, 111)으로 제공되는 배터리 전력을 제2 입출력단(120, 121)에 연결된 인버터로 제공되게 할 수 있다.
차량이 이그니션 오프되는 경우 아크 저감용 반도체 스위칭 소자(14)가 오프 상태에서 온 상태로 전환되고 이어 제1 메인 릴레이(11)와 제2 메인 릴레이(12)가 되며, 제1 메인 릴레이(11)와 제2 메인 릴레이(12)가 오프된 이후 아크 저감용 반도체 스위칭 소자(14)가 오프됨으로써 배터리와 인버터의 전기적 연결이 차단된다. 아크 저감용 반도체 스위칭 소자(14)는 기계적 동작을 하는 릴레이(11, 12)가 오프되기 이전에 온되어 제1 입출력단(110, 111)과 제2 입출력단(120, 121) 사이의 전기적 연결을 유지함으로써 하여 릴레이(11, 12)가 오프되는 과정에서 발생할 수 있는 아크를 저감시킬 수 있게 한다.
도 1에 도시된 것과 같은 파워 릴레이 어셈블리(10)에서 프리차지용 반도체 스위칭 소자(13)는 릴레이로 대체될 수 있으며, 아크 저감용 반도체 스위칭 소자(14)는 생략될 수도 있다. 또한, 프리차지용 반도체 스위칭 소자(13) 및 아크 저감용 반도체 스위칭 소자(14)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 전력용 FET(Field Effect Transistor)로 구현될 수 있다.
릴레이 제어부(20)는 파워 릴레이 어셈블리(10) 내의 릴레이(11, 12) 및 반도체 스위칭 소자(13, 14)의 연결 상태를 조정하기 위한 제어신호를 릴레이(11, 12) 및 반도체 스위칭 소자(13, 14)에 제공할 수 있다. 또한, 릴레이 제어부(20)에서 제공되는 제어신호는 후술하는 전압센서(40)에도 입력될 수 있다.
배터리 관리 시스템(30)은 배터리의 전압, 전류, 온도 등 물리적 특성을 센싱하여 현재 상태(SoC)를 계산하고 배터리에 관련된 주변장치 등을 제어하여 최적의 배터리 상태를 유지하도록 친환경 차량에 마련되는 제어 장치이다.
본 발명의 여러 실시형태에서, 배터리 관리 시스템(30)은 전술한 것과 같은 파워 릴레이 어셈블리(10) 내의 릴레이(11, 12)와 반도체 스위칭 소자(13, 14)의 연결 상태를 결정하여 릴레이 제어부(20)로 결정된 연결 상태에 대한 지시를 제공한다. 즉, 릴레이 제어부(11, 12)는 배터리 관리 시스템(30)에서 결정된 연결 상태에 대한 지시를 제공받고 릴레이(11, 12)와 반도체 스위칭 소자(13, 14)로 제어신호를 제공하여 배터리 관리 시스템(30)에서 지시된 것과 같이 릴레이(11, 12)와 반도체 스위칭 소자(13, 14)의 연결상태를 조정한다.
또한, 배터리 관리 시스템(30)은 후술하는 전압 센서(40)에서 제공되는 상태 신호를 기반으로 파워 릴레이 어셈블리(10)의 상태를 판단할 수 있다.
전압 센서(40)는 제1 입출력단(110, 111)의 전압을 센싱하고, 제1 입출력단(110, 111)의 센싱 전압과 릴레이 제어부에서 출력되는 제어신호에 기반하여 파워 릴레이 어셈블리의 상태를 나타내는 상태 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 전압 센서(40)는 배터리에 연결된 제1 입출력단(110, 111)의 전압 센싱 여부와 릴레이 제어부(20)에서 제공되는 제어신호에 기반하여 파워 릴레이 어셈블리(10)의 상태에 대한 정보를 출력할 수 있는 형태의 센서가 채용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템의 전압 센서 출력의 예를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 전압 센서(40)는 제1 입출력단(110, 111)의 전압을 센싱한 센싱전압이 사전 설정된 크기 보다 작은 전압이 센싱되는 경우 제1 출력값을 상태 신호로 출력할 수 있다(조건 A). 여기서, 사전 설정된 크기는 배터리와 제1 입출력단(110, 111)의 전기적 연결이 차단된 단선 상태를 판단할 수 있는 값으로 실질적으로 0V로 판단할 수 있는 기준이 되는 값일 수 있다. 즉, 배터리와 파워 릴레이 어셈블리(10) 사이가 단선된 경우에 전압 센서(40)는 실질적으로 0V에 해당하는 제1 출력값을 상태 신호로서 출력할 수 있다.
또한, 전압 센서(40)는 제1 입출력단(110, 111)의 전압을 센싱한 센싱전압이 사전 설정된 크기 보다 큰 전압이 센싱되고 릴레이 제어부(20)에서 출력되는 제어 신호가 릴레이(11, 12)를 개방(오프)되도록 조정하기 위한 신호인 경우 a(0 아닌 값)V에 해당하는 제2 출력값을 상태 신호로서 출력할 수 있다(조건 B). 여기서, 사전 설정된 크기는 배터리의 전압이 정상인 것으로 판단할 수 있는 기준이 되는 크기가 될 수 있다. 즉, 제1 입출력단(110, 111)의 전압을 센싱한 센싱전압이 사전 설정된 크기 보다 큰 전압이 센싱된 경우에 배터리와 제1 입출력단(110, 111)이 전기적으로 단락된 상태로 판단할 수 있게 된다.
또한, 전압 센서(40)는 제1 입출력단(110, 111)의 전압을 센싱한 센싱전압이 사전 설정된 크기 보다 큰 전압이 센싱되고 릴레이 제어부(20)에서 출력되는 제어 신호가 릴레이(11, 12)를 단락(온)되도록 조정하기 위한 신호인 경우 b(0 및 a가 아닌 값)V에 해당하는 제3 출력값을 상태 신호로서 출력할 수 있다(조건 C).
전술한 것과 같이, 배터리 관리 시스템(30)은 차량 제어기(Vehicle Control Unit: VCU)나 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit: HCU)와 같은 상위 제어기에서 친환경 차량의 전기 모터 구동을 위한 전력 계통에 이상이 발생하였음을 통지하는 이상 신호가 입력된 경우, 전압 센서(40)에서 출력되는 상태 신호를 확인하고 파워 릴레이 어셈블리(10)의 상태 판단할 수 있다.
또한, 배터리 관리 시스템(30)은 파워 릴레이 어셈블리(10)의 상태를 판단한 결과에 따라 필요한 경우 차량 운전자에게 이상을 경보하고 차량이 패일 세이프티(Fail Safety) 모드에서 운전되게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템은 친환경 차량의 이그니션 온 상태에서 뿐만 아니라 친환경 차량의 배터리를 충전하는 과정에서 파워 릴레이 어셈블리의 상태를 판단할 수도 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템은, 배터리 충전 전력 공급 여부를 판단하기 위한 충전 제어부(50)를 더 포함할 수 있다.
충전 제어부(50)는 친환경 차량이 외부의 충전 설비에 연결된 경우, 충전 설비에 연결되었음을 배터리 관리 시스템(30)에 전달한다. 그에 따라, 배터리 관리 시스템(30)은, 전술한 것과 같이, 차량 제어기(Vehicle Control Unit: VCU)나 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit: HCU)와 같은 상위 제어기에서 친환경 차량의 전기 모터 구동을 위한 전력 계통에 이상이 발생하였음을 통지하는 이상 신호가 입력된 경우, 전압 센서(40)에서 출력되는 상태 신호를 확인하고 파워 릴레이 어셈블리(10)의 상태 판단할 수 있다.
더하여, 배터리 관리 시스템(30)은, 배터리 충전시 파워 릴레이 어셈블리(10)의 제2 입출력단(120, 121)의 전압이 제1 입출력단(110, 111)의 전압보다 더 높은 전압이 됨으로써 반도체 스위칭 소자(13, 14)의 소스-드레인 사이에 역전압이 인가됨을 방지하기 위해 반도체 스위칭 소자(13, 14)를 항시 오프상태가 되게 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템의 다양한 작동예를 도시한 흐름도이다. 특히, 도 3은 차량이 이그니션 온된 이후 차량 운행 상태에서 이루어지는 작동예를 도시하며, 도 4는 차량의 배터리 충전 시 이루어지는 작동예를 도시한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리는, 차량이 이그니션 온 상태로 운행 중에 배터리 관리 시스템(30)이 차량 제어기(VCU)나 하이브리드 제어기(HCU)와 같은 상위 제어기로부터 차량 모터 구동을 위한 전력계통 등에 이상이 있음을 알리는 이상 신호를 입력 받는 경우(S11), 전압 센서(40)에서 출력되는 상태 신호를 입력 받는다(S12).
여기서 차량의 이그니션 온 상태는 운전자의 입력에 의해 파워 릴레이 어셈블리(10)의 릴레이(11, 12)를 단락 상태가 되어 배터리의 전력이 즉시 차량 구동용 전기 모터에 인가될 수 있는 상태를 의미한다. 도 1의 예에서는, 배터리 관리 시스템(30)에서 제공되는 지시에 따라 릴레이 제어부(20)가 프리차지용 반도체 스위칭 소자(13)를 먼저 온시켜 프리차지 저항(15)을 통해 인버터 입력단의 커패시터를 충전한 후 메인 릴레이(11, 12)를 온시킨 상태를 이그니션 온 상태로 볼 수 있다.
배터리 관리 시스템(30)이 전압 센서(40)에서 출력되는 상태 신호를 입력 받은 후 상태 신호가 도 2에 도시된 세 개의 조건 중 어느 조건에 해당하는지 판단할 수 있다(S131, S132).
배터리 관리 시스템(30)이 전압 센서(40)로부터 'b'에 해당하는 제3 출력값을 입력받은 경우, 배터리 관리 시스템(30)은 배터리와 파워 릴레이 어셈블리(10)가 단락 상태이고 파워 릴레이 어셈블리(10)의 릴레이(11, 12)도 온 상태인 것으로 판단하여, 정상적인 이그니션 온 상태로 판단할 수 있다(S14).
또한, 배터리 관리 시스템(30)이 전압 센서(40)로부터 'a'에 해당하는 제2 출력값을 입력받은 경우, 배터리 관리 시스템(30)은 배터리와 파워 릴레이 어셈블리(10)가 단락 상태이지만 파워 릴레이 어셈블리(10)의 릴레이(11, 12)는 오프된 상태로 판단할 수 있다(S15). 즉, 단계(S15)에서, 배터리 관리 시스템(30)은 정상적인 이그니션 온 상태가 아닌 릴레이(11, 12)의 작동에 이상이 발생한 상태로 판단할 수 있으며, 그에 대응되는 사전 설정된 페일 세이프티(fail safety) 동작을 수행할 수 있다(예를 들어, 릴레이 제어부(20)의 초기화 이후 재구동, 또는 하이브리드 차량의 경우 전기차 모드 중지 등).
더하여, 배터리 관리 시스템(30)이 전압 센서(40)로부터 '0V'에 해당하는 제1 출력값을 입력받은 경우, 배터리 관리 시스템(30)은 배터리와 파워 릴레이 어셈블리(10)가 단선된 상태로 더 이상 전기차 구동이 불가능한 상태로 판단하여 차량의 클러스터 등에 경고 메시지를 출력하거나 경고음을 출력하게 하여, 운전자가 차량 운행을 종료하게 할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 충전 제어부(50)에 의해 외부의 충전 설비로부터 교류(AC) 또는 직류(DC)의 충전 전력을 제공받는 상태인 것으로 판단된 경우(S21), 배터리 관리 시스템(30)은 파워 릴레이 어셈블리(10)를 작동시켜 메인 릴레이(11, 12)를 온 시키도록 릴레이 제어부(20)에 지시한다(S22). 단계(S22)에서, 배터리 관리 시스템(30)은, 배터리 충전시 파워 릴레이 어셈블리(10)의 제2 입출력단(120, 121)의 전압이 제1 입출력단(110, 111)의 전압보다 더 높은 전압이 됨으로써 반도체 스위칭 소자(13, 14)의 소스-드레인 사이에 역전압이 인가됨을 방지하기 위해 반도체 스위칭 소자(13, 14)를 항시 오프상태가 되게 지시할 수 있다.
한편, 단계(S22)에서 파워 릴레이 어셈블리(10)의 작동이 이루어지지 않는 경우, 릴레이 동작이 정상적이지 못하는 경우 실시되는 사전 설정된 페일 세이프 모드(예를 들어, 릴레이 제어부(20)의 초기화 이후 재구동 등)를 실시하게 할 수 있다(S27).
단계(S22)에서 정상적인 릴레이 동작이 이루어져 충전이 진행되는 중, 배터리 관리 시스템(30)이 차량 제어기(VCU)나 하이브리드 제어기(HCU)와 같은 상위 제어기로부터 배터리 충전을 위한 전력계통 등에 이상이 있음을 알리는 이상 신호를 입력 받는 경우(S23), 전압 센서(40)에서 출력되는 상태 신호를 입력 받는다(S24).
배터리 관리 시스템(30)이 전압 센서(40)에서 출력되는 상태 신호를 입력 받은 후 상태 신호가 도 2에 도시된 세 개의 조건 중 어느 조건에 해당하는지 판단할 수 있다(S251, S252).
배터리 관리 시스템(30)이 전압 센서(40)로부터 'b'에 해당하는 제3 출력값을 입력받은 경우, 배터리 관리 시스템(30)은 배터리와 파워 릴레이 어셈블리(10)가 단락 상태이고 파워 릴레이 어셈블리(10)의 릴레이(11, 12)도 온 상태인 것으로 판단하여, 정상적인 충전 가능 상태로 판단할 수 있다(S26).
또한, 배터리 관리 시스템(30)이 전압 센서(40)로부터 'a'에 해당하는 제2 출력값을 입력받은 경우, 배터리 관리 시스템(30)은 배터리와 파워 릴레이 어셈블리(10)가 단락 상태이지만 파워 릴레이 어셈블리(10)의 릴레이(11, 12)는 오프된 상태로 판단할 수 있다(S15). 즉, 단계(S27)에서, 배터리 관리 시스템(30)은 릴레이(11, 12)의 작동에 이상이 발생한 상태로 판단할 수 있으며, 그에 대응되는 사전 설정된 페일 세이프티(fail safety) 동작을 수행할 수 있다(예를 들어, 릴레이 제어부(20)의 초기화 이후 재구동 등).
더하여, 배터리 관리 시스템(30)이 전압 센서(40)로부터 '0V'에 해당하는 제1 출력값을 입력받은 경우, 배터리 관리 시스템(30)은 배터리와 파워 릴레이 어셈블리(10)가 단선된 상태로 더 이상 배터리의 충전이 불가능한 상태로 판단하여 차량의 클러스터 등에 경고 메시지를 출력하거나 경고음을 출력하고 배터리 충전을 종료하도록 충전 제어부(50)나 상위 제어기에 지시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템은, 파워 릴레이 어셈블리의 이상 유형을 세분화하여 판별할 수 있기 때문에 빠른 고장조치가 가능하게 하며, 빠른 페일 세이프티 동작을 통해 릴레이 이상에 의해 더 큰 문제가 발생하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템은, 반도체 스위칭 소자가 적용된 고전압 릴레이 어셈블리를 적용하는 경우, 친환경 차량의 충전 시 순간적인 역전압에 의해서 반도체 스위칭 소자가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 파워 릴레이 어셈블리(PRA)
11, 12: 메인 릴레이
13, 14: 반도체 스위칭 소자 15: 프리차지 저항
20: 릴레이 제어부 30: 배터리 관리 시스템(BMS)
40: 전압 센서 50: 충전 제어부
13, 14: 반도체 스위칭 소자 15: 프리차지 저항
20: 릴레이 제어부 30: 배터리 관리 시스템(BMS)
40: 전압 센서 50: 충전 제어부
Claims (10)
- 차량의 배터리 측에 연결된 제1 입출력단과, 제2 입출력단 및 상기 제1 및 제2 입출력단 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 적어도 하나의 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리;
상기 릴레이로 그 연결 상태를 조정하는 제어신호를 출력하는 릴레이 제어부;
상기 릴레이의 연결 상태를 결정하여 상기 릴레이의 연결 상태 조정을 지시하는 배터리 관리 시스템; 및
상기 제1 입출력단의 전압을 센싱하고, 상기 제1 입출력단의 센싱 전압과 상기 릴레이 제어부에서 출력되는 제어신호에 기반하여 상기 파워 릴레이 어셈블리의 상태를 나타내는 상태 신호를 출력하는 전압 센서;
를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템은, 상위 제어기로부터 이상 신호가 입력되는 경우 상기 전압 센서에서 출력되는 상태 신호를 기반으로 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리의 전기적 연결 상태 및 상기 릴레이의 작동 상태를 파악하여 이상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 2에 있어서, 상기 전압 센서는,
사전 설정된 크기 보다 작은 전압이 센싱되는 경우 상기 상태 신호로서 제1 출력값을 출력하고,
사전 설정된 크기 보다 큰 전압이 센싱되고 상기 제어신호가 상기 릴레이를 개방시키기 위한 신호인 경우 상기 상태 신호로서 제2 출력값을 출력하며,
사전 설정된 크기 보다 큰 전압이 센싱되고 상기 제어신호가 상기 릴레이를 단락시키기 위한 신호인 경우 상기 상태 신호로서 제3 출력값을 출력하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 3에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은,
상기 전압 센서에서 상기 제1 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리가 단선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 3에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은,
차량 주행 중 상기 전압 센서에서 상기 제2 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리는 단락 상태이고 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 3에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은,
차량 주행 중 상기 전압 센서에서 상기 제3 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리는 단락 상태이고 상기 릴레이가 정상 동작하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 3에 있어서,
차량 외부의 충전 설비로부터 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 전력이 제공되는지 여부를 판단하는 충전 제어기를 더 포함하며,
상기 파워 릴레이 어셈블리는 상기 릴레이에 병렬 연결되는 아크 억제용 반도체 스위칭 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 충전 제어기가 상기 충전 전력이 제공되는 것으로 판단한 경우, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 반도체 스위칭 소자가 오프되도록 지시하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 7에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은,
상기 충전 제어기가 상기 충전 전력이 제공되는 것으로 판단하고 상기 전압 센서에서 상기 제2 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리는 단락 상태이고 상기 릴레이가 개방된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템. - 청구항 7에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은,
상기 충전 제어기가 상기 충전 전력이 제공되는 것으로 판단하고 상기 전압 센서에서 상기 제3 출력값이 출력되는 경우, 상기 배터리와 상기 파워 릴레이 어셈블리는 단락 상태이고 상기 릴레이가 정상 동작하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 판단 시스템.
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