KR20220056029A

KR20220056029A - 프리차지 시스템을 통합한 릴레이 스위치 장치

Info

Publication number: KR20220056029A
Application number: KR1020200140709A
Authority: KR
Inventors: 이원태; 이영준; 차재혁; 황성택
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-05-04
Also published as: US20230317392A1; EP4191633A4; JP2023532028A; CN115836374A; EP4191633A1; WO2022092778A1

Abstract

본 발명에 따른 릴레이 스위치 장치는, 릴레이 하우징; 릴레이 하우징의 내외부에 걸쳐 나란히 배치되는 제1 상부 고정단자 및 제2 상부 고정단자; 상기 제1 상부 고정단자와 전기적으로 연결되고 상기 제1 상부 고정단자로부터 소정 간격 떨어진 하부에 배치되는 제1 하부 고정단자와, 상기 제2 상부 고정단자와 전기적으로 연결되고 상기 제2 상부 고정단자로부터 소정 간격 떨어진 하부에 배치되는 제2 하부 고정단자; 및 소정 거리를 이동하여 상기 제1 및 제2 상부 고정단자 또는 상기 제1 및 제2 하부 고정단자와 선택적으로 접촉하게 마련된 회로모드 전환모듈을 포함할 수 있다.

Description

프리차지 시스템을 통합한 릴레이 스위치 장치{Relay switch device with integrated precharge system}

본 발명은 배터리 팩과 부하 사이의 전기적 연결을 제어할 때 사용되는 릴레이 스위치 장치에 관한 것이다.

전기 차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle), 전력 저장 장치(ESS) 등에는 대용량의 배터리 팩이 탑재된다.

배터리 팩은 릴레이 회로부를 통해 부하와 연결된다. 여기서, 부하는 모터나 인버터와 같이 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 장치를 말한다.

릴레이 회로부는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(B)의 양극 단자와 부하(L)의 양극 단자를 연결하는 선로에 설치된 고전위 메인 릴레이(10)와, 배터리 팩(B)의 음극 단자와 부하(L)의 음극 단자를 연결하는 선로에 설치된 저전위 메인 릴레이(20)를 포함한다.

배터리 팩(B)과 부하(L)가 전기적으로 연결되면, 배터리 팩(B)의 큰 전압이 갑자기 부하(L)에 인가되므로 초기에 돌입 전류(rush current)가 부하(L) 측으로 흐른다. 돌입 전류는 부하(L)에 포함된 회로나 릴레이 회로부에 전기적 충격을 인가하여 비가역적 손상을 일으킬 수 있다.

따라서, 종래의 릴레이 회로부는, 프리 차지 저항(40) 및 캐패시터(50)를 포함하는 RC 회로와 고전위 메인 릴레이(10)와 병렬로 연결된 프리 차지 릴레이(30)를 포함한다.

배터리 팩(B)과 부하(L)를 전기적으로 연결하고자 할 경우, 1차로 저전위 메인 릴레이(20)와 프리 차지 릴레이(30)를 턴온시킨다. 그러면, 배터리 팩(B)으로부터 출력된 전류가 RC 회로를 통해 부하(L)로 흐르므로 전류의 크기가 서서히 증가한다.

프리 차지 릴레이(30)가 턴온된 상태에서 전류의 크기가 부하(L)에 충격을 주지 않을 정도로 증가하면, 2차로 고전위 메인 릴레이(10)를 턴온시킨 후 프리 차지 릴레이(30)를 턴오프시켜 배터리 팩(B)과 부하(L)의 전기적 연결을 완료한다.

한편, 당업계에서는 위와 같이, 배터리 팩과 부하 사이의 전기적 연결을 제어하기 위한 부품들을 통칭하여 BDU(Battery Disconnect Unit)라고 한다. 상기 BDU는 (도 2 참조) 고전위 메인 릴레이(10), 저전위 메인 릴레이(20), 프리 차지 릴레이(30), 프리 차지 저항(40) 등을 비롯하여 이들을 전기적으로 연결하기 위한 와이어나 버스바(60), 그리고 상기 부품들을 수납하기 위한 하우징(70)을 포함한다.

최근에는 상기 BDU가 종래보다 더 많은 기능을 하도록 구성되고 있다. 예컨대, 종래 전기 차량 쪽에 담당하던 전력 분배 기능까지 상기 BDU 내에서 이루어질 수 있게 설계되고 있다. 이를 위해, 최근의 BDU는 하우징에 종래보다 더 많은 개수의 버스바, 릴레이 및 기타 관련 부품들을 탑재하고 있다. 그 결과 BDU의 가격이 비싸지고 사이즈가 커지고 있다. 일반적으로 BDU는 배터리 팩 내부에 탑재되는데, 이처럼 사이즈가 큰 BDU는 배터리 팩의 소형화 및 에너지 밀도 증대에 마이너스 요인으로 작용한다.

따라서, BDU에 내장되는 여러 개의 부품을 가능한 하나의 부품으로 통합하여 BDU를 소형화할 수 있는 방안이 모색되고 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 종래의 고전위 메인 릴레이, 프리 차지 릴레이 및 프리 차지 저항의 역할을 할 수 있는 하나의 릴레이 스위치 장치를 제공하여 BDU의 소형화와 나아가 배터리 팩의 에너지 밀도 증대에 기여하는데 그 목적이 있다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 릴레이 스위치 장치는 릴레이 스위치 장치의 외관을 형성하는 릴레이 하우징; 서로 소정 간격을 두고 상기 릴레이 하우징의 내외부에 걸쳐 나란히 배치되는 제1 상부 고정단자 및 제2 상부 고정단자; 상기 제1 상부 고정단자와 전기적으로 연결되고 상기 제1 상부 고정단자로부터 소정 간격 떨어진 하부에 배치되는 제1 하부 고정단자와, 상기 제2 상부 고정단자와 전기적으로 연결되고 상기 제2 상부 고정단자로부터 소정 간격 떨어진 하부에 배치되는 제2 하부 고정단자; 및 소정 거리를 이동하여 상기 제1 및 제2 상부 고정단자 또는 상기 제1 및 제2 하부 고정단자와 선택적으로 접촉하게 마련된 회로모드 전환모듈을 포함하며, 상기 회로모드 전환모듈은, 상기 제1 및 제2 상부 고정단자에 접촉시 상기 제1 상부 고정단자와 제2 상부 고정단자가 등전압을 갖고, 상기 제1 및 제2 하부 고정단자에 접촉시 상기 제1 상부 고정단자와 제2 상부 고정단자가 전압차를 갖도록 구성될 수 있다.

상기 회로모드 전환모듈은, 상기 릴레이 하우징 내부에서 승하강 가능하게 마련되는 무빙 샤프트; 상기 무빙 샤프트에 장착되고, 상기 무빙 샤프트가 소정 위치까지 상승시, 상기 제1 및 제2 상부 고정단자에 접촉 가능하게 마련되는 전기 전도성 재질의 컨택 플레이트; 및 상기 무빙 샤프트에 장착되고 상기 컨택 플레이트의 하부에 위치하여, 상기 무빙 샤프트가 소정 위치까지 하강시, 상기 제1 및 제2 하부 고정단자에 전기적으로 연결 가능하게 접촉하고 절연성 케이스 내부에 저항체를 구비한 저항 부재를 포함할 수 있다.

상기 저항 부재는, 상기 제1 하부 고정단자에 대향하는 부분에 하방 돌출 형성된 제1 터미널;과 상기 제2 하부 고정단자에 대향하는 부분에 하방 돌출 형성된 제2 터미널을 구비할 수 있다.

상기 저항 부재는, 상기 릴레이 하우징 내부의 열을 흡수하도록 구성된 열전소자일 수 있다.

상기 열전소자는 흡열측이 상기 릴레이 하우징의 하부 방향을 향하도록 배치될 수 있다.

상기 릴레이 하우징 속에서 상기 제1 및 제2 하부 고정단자의 하부에 위치하고 상기 무빙 샤프트를 이동시킬 수 있는 전자기력을 발생시키는 코일부를 구비한 구동모듈을 포함할 수 있다.

상기 코일부는 중심부가 비어 있는 중앙 통로를 구비한 원통 형상으로 마련되고, 상기 무빙 샤프트는 상기 중앙 통로를 따라 연장 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 예에 따른 릴레이 스위치 장치의 회로모드 전환모듈은, 상기 릴레이 하우징 내부에서 승하강 가능하게 마련되는 무빙 샤프트; 상기 무빙 샤프트에 연결되고, 상기 무빙 샤프트의 승하강 동작에 따라 상기 제1 및 제2 상부 고정단자 또는 상기 제1 및 제2 하부 고정단자에 선택적으로 접촉 가능하게 마련되는 컨택 플레이트; 상기 제1 상부 고정단자와 상기 제1 하부 고정단자를 연결하는 제1 와이어와, 상기 제2 상부 고정단자와 상기 제2 하부 고정단자를 연결하는 제2 와이어; 및 상기 제1 와이어 및 상기 제2 와이어 중 적어도 어느 한 곳에 구비되는 저항 소자를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 릴레이 스위치 장치를 포함하는 배터리 디스커넥트 유닛이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상기 배터리 디스커넥트 유닛을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 종래의 고전위 메인 릴레이, 프리 차지 릴레이 및 프리 차지 저항의 역할을 수행할 수 있는 릴레이 스위치 장치가 제공될 수 있다.

즉, 배터리 팩과 부하 사이의 전기적 연결을 제어할 때 기존의 프리 차지 릴레이와 프리 차지 저항 없이도 본 발명의 릴레이 스위치 장치로 하나로 프리 차지 회로를 구현할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 배터리 팩과 부하 사이에 개재되는 릴레이 회로부를 예시한 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 BDU의 구성 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 스위치 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 회로모드 전환모듈을 도시한 사시도이다.
도 5는 프리 차지 릴레이 회로 모드 시 릴레이 스위치 장치의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 대응하는 프리 차지 릴레이 회로 모드 시 회로도를 예시한 도면이다.
도 7은 메인 릴레이 회로 모드 시 릴레이 스위치 장치의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 대응하는 메인 릴레이 회로 모드 시 회로도를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이 스위치 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 설명할 릴레이 스위치 장치는 배터리 팩의 전원을 전기 차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle)에 전송하기 위한 대전류 전송 라인에 설치되어 배터리 팩과 차량의 부하 간의 전기적 연결을 제어할 때 사용된다. 물론, 이러한 목적에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 예컨대 본 발명의 릴레이 스위치 장치는 외부 충전기와 배터리 팩을 연결하는 충전 전류 라인에 설치될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 스위치 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 회로모드 전환모듈을 도시한 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 스위치 장치는 릴레이 하우징(100), 제1 상부 고정단자(210), 제2 상부 고정단자(220), 제1 하부 고정단자(310), 제2 하부 고정단자(320), 회로모드 전환모듈(400) 및 구동모듈(500)을 포함한다.

릴레이 하우징(100)은 대략 사각 박스 형상으로 내부 공간에 후술할 구성요소들을 수용하여 보호하기 위한 사출 구조물이라 할 수 있다. 예컨대, 상기 릴레이 하우징(100)은 플라스틱 수지를 사용해 사출 성형한 하부 커버와 상부 커버를 포함하고 상기 하부 커버에 후술할 구성요소들을 수납하고 상부 커버를 조립하는 방식으로 구성될 수 있으며, BDU 하우징(미도시)에 볼트 등을 이용하여 고정시킬 수 있게 마련될 수 있다.

릴레이 하우징(100)의 형상은 필요에 따라 다양하게 제작될 수 있다. 동작 상태를 육안으로 확인할 수 있게 릴레이 하우징(100)에 창을 마련하거나 투명 아크릴 소재로 제작해도 좋다.

릴레이 스위치 장치는 제1 상부 고정단자(210) 및 제2 상부 고정단자(220)를 통해 외부의 전류 전송선로에 연결된다. 예를 들면, 릴레이 하우징(100)의 외부에서 상기 제1 상부 고정단자(210)는 배터리 팩으로 연장되는 선로와 연결될 수 있고, 상기 제2 상부 고정단자(220)는 전기 차량의 부하로 연장되는 선로와 연결될 수 있다. 여기서 상기 선로는 버스바나 와이어 등으로 구현될 수 있다.

상기 제1 상부 고정단자(210)와 상기 제2 상부 고정단자(220)는 릴레이 하우징(100)의 내외부에 걸쳐 서로 수평 방향(±X축 방향)으로 소정 간격을 두고 나란히 배치되게 구성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 상부 고정단자(210)와 제2 상부 고정단자(220)는 동일 형태로 한 쌍으로 마련될 수 있고, 릴레이 하우징(100)의 상단부에 고정되게 장착될 수 있다. 상기 릴레이 하우징(100)의 상단부에 형성된 2개의 홀에 상기 제1 상부 고정단자(210)와 상기 제2 상부 고정단자(220)가 억지 끼움 장착됨으로써 이들의 일부는 릴레이 하우징(100)의 내부를 향하고 나머지 일부는 릴레이 하우징(100)의 외부로 노출된다.

따라서 예컨대, 후술할 컨택 플레이트(420)가 물리적으로 떨어져 있는 상기 제1 상부 고정단자(210)와 상기 제2 상부 고정단자(220)에 접촉하게 될 때 전류 전송선로에 전류가 흐를 수 있다.

상기 제1 상부 고정단자(210)에서 소정 간격 떨어진 연직 하부 방향에 제1 하부 고정단자(310)가 마련될 수 있고, 상기 제2 상부 고정단자(220)에서 소정 간격 떨어진 연직 하부 방향에 제2 하부 고정단자(320)가 마련될 수 있다.

상기 제1 하부 고정단자(310)와 상기 제2 하부 고정단자(320)는 동일 형태의 금속 플레이트 형태로 한 쌍으로 마련될 수 있고, 서로 떨어져서 릴레이 하우징(100)의 내부에 고정되게 장착될 수 있다.

또한, 상기 제1 상부 고정단자(210)와 상기 제1 하부 고정단자(310)사이는 전류가 흐를 수 있게 와이어나 버스바로 연결되게 구성되고, 마찬가지로 상기 제2 상부 고정단자(220)와 상기 제2 하부 고정단자(320) 사이도 전류가 흐를 수 있게 와이어나 버스바로 연결되게 구성된다.

이를테면, 제1 하부 고정단자(310)와 제2 하부 고정단자(320)는 구동모듈(500)의 상단부에 구비되는 격벽(110)에 접착, 볼팅, 스냅-핏 용접 등의 방식으로 고정되게 장착될 수 있다. 릴레이 하우징(100) 제작시 제1 하부 고정단자(310)와 제2 하부 고정단자(320)를 인서트 사출로 릴레이 하우징(100)에 일체화시켜도 좋다.

본 실시예는 상기 제1 상부 고정단자(210)와 상기 제1 하부 고정단자(310)를 제1 금속 와이어(610)로 연결한다. 상기 제1 금속 와이어(610)의 일단은 상기 제1 상부 고정단자(210)에 용접되고 타단은 상기 제1 하부 고정단자(310)에 용접될 수 있다. 같은 방식으로 상기 제2 상부 고정단자(220)와 상기 제2 하부 고정단자(320)도 제2 금속 와이어(620)로 연결될 수 있다.

회로모드 전환모듈(400)은 소정 거리를 이동하여 상기 제1 및 2 상부 고정단자(210,220) 또는 상기 제1 및 제2 하부 고정단자(310,320)와 선택적으로 접촉하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 회로모드 전환모듈(400)은 상기 제1 및 2 상부 고정단자(210,220)에 접촉시 상기 제1 상부 고정단자(210)와 제2 상부 고정단자(220)가 등 전압을 갖고, 상기 제1 및 제2 하부 고정단자(310,320)에 접촉시 상기 제1 상부 고정단자(210)와 제2 상부 고정단자(220)가 전압차를 갖도록 구성될 수 있다.

이러한 회로모드 전환모듈(400)은 프리 차지 릴레이 회로 모드를 메인 릴레이 회로 모드로 전환시키거나, 메인 릴레이 회로 모드를 프리 차지 릴레이 회로 모드로 전환시키는 기능을 수행한다.

여기서 상기 프리 차지 릴레이 회로 모드란, 배터리 팩과 부하 사이에 RC 회로를 구성하여 부하에 전류가 서서히 증가하도록 하는 모드이고, 메인 릴레이 회로 모드는 전류의 크기가 부하에 충격을 주지 않을 정도일 때 프리 차지 저항 없이 전류를 부하에 공급하는 모드라 할 수 있다.

구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 회로모드 전환모듈(400)은 무빙 샤프트(410), 컨택 플레이트(420), 저항 부재(430)를 포함한다.

무빙 샤프트(410)는 상하 방향(±Y축 방향)으로 배치되고 릴레이 하우징(100)의 내부에서 승하강 가능하게 구성될 수 있다. 본 실시예는 상기 무빙 샤프트(410)의 승하강 구동을 위해 전자기력을 발생시키는 코일부(510)를 구비한 구동모듈(500)을 포함한다.

상기 코일부(510)는 상기 제1 하부 고정단자(310)와 상기 제2 하부 고정단자(320)와 격벽(110)으로 구획되고, 상기 격벽(110)과 릴레이 하우징(100)의 외벽으로 둘러싸인 공간에 개재될 수 있다.

상기 코일부(510)는 중심부가 비어 있는 중앙 통로를 구비한 원통 형상으로 마련되고, 상기 무빙 샤프트(410)는 상기 중앙 통로를 따라 배치되고 그 상단부는 릴레이 하우징(100)의 상부 영역에 위치할 수 있다.

전원을 인가하여 코일부(510)에 전류를 흐르게 하면 상기 코일부(510)가 전자석으로 작용할 수 있다. 이때 무빙 샤프트(410)는 상기 코일부(510)의 전자기력에 의해 상부 또는 하부 방향으로 이동할 수 있다.

예컨대, 전류를 코일부(510)에 일 방향으로 흘리면 무빙 샤프트(410)가 상부 방향으로 올라가고, 상기 일 방향의 반대 방향으로 코일부(510)에 전류를 흘리면 무빙 샤프트(410)가 하부 방향으로 내려가게 할 수 있다. 또는 무빙 샤프트(410)를 상승시키기 위한 코일부(510)와 하강시키기 위한 코일부(510)로 나누어 2개의 코일부(510)를 사용할 수도 있다.

상기 무빙 샤프트(410)의 하단에는 무게추 역할을 할 수 있는 무빙 코어(520)가 결합될 수 있다. 상기 무빙 코어(520)는 무빙 샤프트(410)보다 직경이 크고 무겁게 구성될 수 있다. 이러한 무빙 코어(520)는 무빙 샤프트(410)의 급격한 이동을 제한한다.

또한, 상기 코일부(510)의 중앙 통로에는 중공 형상의 픽스 코어(530)가 더 구비될 수 있다. 픽스 코어(530)의 내경은 무빙 샤프트(410)를 통과시킬 수 있게 무빙 샤프트(410)의 직경보다는 크고, 무빙 코어(520)의 직경보다 작게 마련된다.

상기 픽스 코어(530)는 코일부(510)의 중앙 통로 내에 위치하여 상기 무빙 샤프트(410)의 좌우 유동을 억제하며 승하강 동작을 가이드하는 역할을 할 수 있으며, 무빙 코어(520)의 이동을 제한함으로써 이에 연결된 무빙 샤프트(410)가 소정 높이 이상은 밀려 올라가지 않도록 하는 스토퍼 역할을 할 수 있다. 이러한 무빙 코어(520)와 픽스 코어(530)를 사용하면 무빙 샤프트(410)의 움직임을 보다 안정적이고 정밀하게 제어할 수 있다.

본 실시예는 무빙 샤프트(410)의 승하강 구동을 위해 코일부(510)를 사용한 전자-기계식 방식을 채용하였으나, 대안적 예로서 상기 무빙 샤프트(410)의 승하강 구동을 위해 예컨대 랙, 피니언 기어 및 서보 모터의 조합이나 공압 실린더 등을 이용한 기계적 메카니즘을 채용할 수도 있을 것이다.

한편, 컨택 플레이트(420)는 전기 전도성 재질로 형성되고 제1 상부 고정단자(210)와 제2 상부 고정단자(220)의 간격보다 긴 길이를 갖는 블럭 내지 판상체 형태로 그 중심부가 무빙 샤프트(410)의 최상단에 결합되게 마련될 수 있다.

무빙 샤프트(410)가 소정 위치까지 상승시 컨택 플레이트(420)가 상기 제1 상부 고정단자(210)와 상기 제2 상부 고정단자(220)에 접촉하게 되고, 이때 제1 상부 고정단자(210)와 제2 상부 고정단자(220)가 전기적으로 통전 가능한 상태가 되고 컨택 플레이트(420)를 통해 도통하므로 제1 상부 고정단자(210)와 제2 상부 고정단자(220) 사이는 실질적으로 전압이 일정하다.

저항 부재(430)는 저항체와 상기 저항체가 수납할 수 있는 절연성 케이스와, 상기 저항체와 연결되는 제1 터미널(431)과 제2 터미널(432)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 터미널(431)은 버튼 형상으로 저항 부재(430)의 하면 일측에서 하방 돌출 형성되고 상기 제2 터미널(432)은 버튼 형상으로 저항 부재(430)의 하면 타측에서 하방 돌출 형성될 수 있다. 여기서 상기 일측은 제1 하부 고정단자(310)의 연직 상부에 대응하는 부분이고, 상기 타측은 제2 하부 고정단자(320)의 연직 상부에 대응하는 부분을 의미한다.

또한, 상기 저항 부재(430)는 상기 컨택 플레이트(420)의 하부에서 상기 무빙 샤프트(410)에 결합되게 마련될 수 있다.

상기 구성에 의하면, 무빙 샤프트(410)가 소정 위치까지 하강시 저항 부재(430)의 제1 터미널(431)은 상기 제1 하부 고정단자(310)와 접촉하게 되고 저항 부재(430)의 제2 터미널(432)은 상기 제2 하부 고정단자(320)에 접촉하게 된다. 이때 상기 제1 하부 고정단자(310)와 상기 제2 하부 고정단자(320)가 전기적으로 통전 가능한 상태가 되며, 상기 제1 하부 고정단자(310)와 상기 제2 하부 고정단자(320)를 통해 전류가 흐를 때는 전류가 상기 저항체를 경유하게 된다. 이로 인해 전압 강하가 일어나 상기 제1 하부 고정단자(310)와 상기 제2 하부 고정단자(320) 사이에 전압차가 발생한다.

상기 제1 하부 고정단자(310)의 전압은 상기 제1 상부 고정단자(210)와 같고, 상기 제2 하부 고정단자(320)의 전압은 상기 제2 상부 고정단자(220)의 전압과 같음으로, 상기 제1 상부 고정단자(210)와 상기 제2 상부 고정단자(220) 사이의 전압차는 상기 제1 하부 고정단자(310)와 상기 제2 하부 고정단자(320) 사이의 전압차와 같다.

도 5는 프리 차지 릴레이 회로 모드 시 릴레이 스위치 장치의 작동 상태를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 대응하는 프리 차지 릴레이 회로 모드 시 회로도를 예시한 도면이고, 도 7은 메인 릴레이 회로 모드 시 릴레이 스위치 장치의 작동 상태를 도시한 도면이며, 도 8은 도 7에 대응하는 메인 릴레이 회로 모드 시 회로도를 예시한 도면이다.

이들 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 스위치 장치의 작동예를 간략히 설명하면 다음과 같다.

배터리 팩과 부하를 전기적으로 연결하고자 할 경우 먼저, 무빙 샤프트(410)를 하강시켜 저항 부재(430)를 제1 하부 고정단자(310)와 제2 하부 고정단자(320)에 접촉시킨다.

그러면 도 5에 도시한 전류의 흐름 표시선과 같이, 전류가 배터리 팩의 (+) 단자에서 제1 상부 고정단자(210) > 제1 금속 와이어(610) > 제1 하부 고정단자(310)> 저항 부재(430) > 제2 하부 고정단자(320) > 제2 금속 와이어(620) > 제2 상부 고정단자(220)를 경유하여 캐패시터와 부하의 (+) 단자 방향으로 흐르게 된다.

따라서 상기 구성에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 종래에 고전위 메인 릴레이를 턴오프하고, 프리 차지 릴레이를 턴온하여 제공한 RC 회로와 등가 관계의 회로가 제공될 수 있다.

그 다음 소정 시간이 경과하여 프리 차지 타켓 전압에 이른 때, 무빙 샤프트(410)를 상승시켜 컨택 플레이트(420)를 제1 상부 고정단자(210)와 제2 상부 고정단자(220)에 접촉시킨다.

그러면 도 7에 도시한 전류의 흐름 표시선과 같이, 전류가 배터리 팩의 (+) 단자에서 제1 상부 고정단자(210) > 컨택 플레이트(420) > 제2 상부 고정단자(220)를 경유하여 캐패시터와 부하의 (+) 단자 방향으로 흐르게 된다.

따라서 상기 구성에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 종래에 프리 차지 릴레이를 턴오프하고, 고전위 릴레이를 턴온하여 제공하는 회로와 등가 관계의 회로가 제공될 수 있다.

한편, 상기 회로모드 전환모듈(400)의 저항 부재(430)로는 종래의 프리 차지 저항과 동일한 저항 값을 갖도록 설계된 열전소자가 채용될 수 있다.

열전소자는 전기 공급에 의해 일측과 타측 또는 일면과 타면에 온도차를 유발하는 열전냉각/가열을 하는 냉각용 열전소자일 수 있다. 이러한 열전소자는 저항체로 기능하면서, 동시에 코일부(510)의 온도를 낮추는 작용을 할 수 있다.

이를테면, 프리 차지 회로 모드 시, 도 5에 도시된 바와 같이, 열전소자가 저항체로 기능할 수 있고, 이때 공급받은 전력을 열전소자의 작동 전원으로 사용하여 릴레이 하우징(100)의 내부 온도를 낮추는데 사용할 수 있다.

상기 열전소자는 냉각부, 즉 흡열측이 코일부(510)를 향하도록 릴레이 하우징(100)의 하부 방향을 향하도록 컨택 플레이트(420)의 하부에 부착되는 것이 바람직하다. 다만, 흡열측과 발열측은 전류의 공급 방향 변경에 통해 바뀔 수 있다.

코일부(510)의 작동 전압은 온도가 높을수록 필요전압이 올라가는 경향이 있다. 따라서 위와 같이, 냉각용 열전소자를 이용해 코일부(510)의 온도를 낮게 유지시켜 주면 코일부(510)의 작동 전압 부족에서 비롯될 수 있는 접점의 불완전 접촉 등과 같은 문제를 예방하는데 효과적일 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이 스위치 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

이어서, 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이 스위치 장치에 대해 설명한다.

전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

본 발명의 다른 실시예는 전술한 실시예와 비교할 때, 상기 회로모드 전환모듈(400)은 무빙 샤프트(410), 컨택 플레이트(420) 및 저항 소자(700)를 포함한다.

상기 무빙 샤프트(410)와 상기 컨택 플레이트(420)는 전술한 실시예와 동일하나, 저항 소자(700)가 제1 금속 와이어(610) 및 상기 제2 금속 와이어(620) 중 적어도 어느 한 곳에 구비된다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이 스위치 장치도, 전술한 실시예와 같이, 프리 차지 릴레이 모드와 메인 릴레이 모드 간의 전환이 가능하다.

즉, 컨택 플레이트(420)가 하강하여 제1 하부 고정단자(310)와 제2 하부 고정단자(320)에 붙을 때, 전류가 제1 상부 고정단자(210)에서 저항소자를 경유하여 제2 상부 고정단자(220)로 흐를 수 있음으로 프리 차지 릴레이 회로모드가 제공될 수 있다.

그리고 컨택 플레이트(420)가 상승하여 제1 상부 고정단자(210)와 제2 상부 고정단자(220)에 붙을 때, 전류가 저항 소자(700)를 경유하지 않고 제1 상부 고정단자(210)에서 제2 상부 고정단자(220)로 흐를 수 있으므로 메인 릴레이 회로모드 제공될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 릴레이 스위치 장치 하나가 종래에 고전위 메인 릴레이, 프리 차지 릴레이 및 프리 차지 저항의 역할을 대체할 수 있다. 이러한 릴레이 스위치 장치를 탑재할 경우, 예컨대, 프리 차지 릴레이와 프리 차지 저항을 삭제할 수 있어 배터리 디스커넥트 유닛(BDU, Battery Disconnect Unit)를 소형화하는데 유리할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 디스커넥트 유닛은, 상술한 릴레이 스위치 장치를 포함할 수 있다. 상기 배터리 디스커넥트 유닛은, 상기 릴레이 스위치 장치 외에 저전위 메인 릴레이, 전류 센서, 전기적 연결 수단으로서 버스바나 와이어, 이들을 수납하기 위한 BDU 하우징을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 배터리 디스커넥트 유닛은 배터리 팩에 수납될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 디스커넥트 유닛과 복수 개의 이차전지들로 구성된 배터리 모듈들과 상기 배터리 모듈들의 충방전을 제어하기 위한 BMS(Battery Management System) 및 이들을 수용하기 위한 팩 케이스를 포함하여 구성될 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100 : 릴레이 하우징 110 : 격벽
210 : 제1 상부 고정단자 220 : 제2 상부 고정단자
310 : 제1 하부 고정단자 320 : 제2 하부 고정단자
400 : 회로모드 전환모듈 410 : 무빙 샤프트
420 : 컨택 플레이트 430 : 저항 부재
431 : 제1 터미널 432 : 제2 터미널
500 : 구동모듈 510 : 코일부
520 : 무빙코어 530 : 픽스코어
610 : 제1 와이어 620 : 제2 와이어
700 : 저항 소자

Claims

전류 전송선로 상의 전류 흐름을 온-오프하는 릴레이 스위치 장치로서,
릴레이 스위치 장치의 외관을 형성하는 릴레이 하우징;
서로 소정 간격을 두고 상기 릴레이 하우징의 내외부에 걸쳐 나란히 배치되는 제1 상부 고정단자 및 제2 상부 고정단자;
상기 제1 상부 고정단자와 전기적으로 연결되고 상기 제1 상부 고정단자로부터 소정 간격 떨어진 하부에 배치되는 제1 하부 고정단자와, 상기 제2 상부 고정단자와 전기적으로 연결되고 상기 제2 상부 고정단자로부터 소정 간격 떨어진 하부에 배치되는 제2 하부 고정단자; 및
소정 거리를 이동하여 상기 제1 및 제2 상부 고정단자 또는 상기 제1 및 제2 하부 고정단자와 선택적으로 접촉하게 마련된 회로모드 전환모듈을 포함하며,
상기 회로모드 전환모듈은,
상기 제1 및 제2 상부 고정단자에 접촉시 상기 제1 상부 고정단자와 제2 상부 고정단자가 등전압을 갖고, 상기 제1 및 제2 하부 고정단자에 접촉시 상기 제1 상부 고정단자와 제2 상부 고정단자가 전압차를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 릴레이 스위치 장치.
제1항에 있어서,
상기 회로모드 전환모듈은,
상기 릴레이 하우징 내부에서 승하강 가능하게 마련되는 무빙 샤프트;
상기 무빙 샤프트에 장착되고, 상기 무빙 샤프트가 소정 위치까지 상승시, 상기 제1 및 제2 상부 고정단자에 접촉 가능하게 마련되는 전기 전도성 재질의 컨택 플레이트; 및
상기 무빙 샤프트에 장착되고 상기 컨택 플레이트의 하부에 위치하여, 상기 무빙 샤프트가 소정 위치까지 하강시, 상기 제1 및 제2 하부 고정단자에 전기적으로 연결 가능하게 접촉하고 절연성 케이스 내부에 저항체를 구비한 저항 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 스위치 장치.
제2항에 있어서,
상기 저항 부재는,
상기 제1 하부 고정단자에 대향하는 부분에 하방 돌출 형성된 제1 터미널;과 상기 제2 하부 고정단자에 대향하는 부분에 하방 돌출 형성된 제2 터미널을 구비하는 것을 특징으로 하는 릴레이 스위치 장치.
제2항에 있어서,
상기 저항 부재는, 상기 릴레이 하우징 내부의 열을 흡수하도록 구성된 열전소자인 것을 특징으로 하는 릴레이 스위치 장치.
제4항에 있어서,
상기 열전소자는 흡열측이 상기 릴레이 하우징의 하부 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 릴레이 스위치 장치.
제2항에 있어서,
상기 릴레이 하우징의 내부에서 상기 제1 및 제2 하부 고정단자의 하부에 위치하고 상기 무빙 샤프트를 이동시킬 수 있는 전자기력을 발생시키는 코일부를 구비한 구동모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 스위칭 장치.
제6항에 있어서,
상기 코일부는 중심부가 비어 있는 중앙 통로를 구비한 원통 형상으로 마련되고, 상기 무빙 샤프트는 상기 중앙 통로를 따라 연장 배치되는 것을 특징으로 하는 릴레이 스위치 장치.
제1항에 있어서,
상기 회로모드 전환모듈은,
상기 릴레이 하우징 내부에서 승하강 가능하게 마련되는 무빙 샤프트;
상기 무빙 샤프트에 연결되고, 상기 무빙 샤프트의 승하강 동작에 따라 상기 제1 및 제2 상부 고정단자 또는 상기 제1 및 제2 하부 고정단자에 선택적으로 접촉 가능하게 마련되는 컨택 플레이트;
상기 제1 상부 고정단자와 상기 제1 하부 고정단자를 연결하는 제1 와이어와, 상기 제2 상부 고정단자와 상기 제2 하부 고정단자를 연결하는 제2 와이어; 및
상기 제1 와이어 및 상기 제2 와이어 중 적어도 어느 한 곳에 구비되는 저항 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 스위치 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 릴레이 스위치 장치를 포함하는 배터리 디스커넥트 유닛.
제9항에 따른 배터리 디스커넥트 유닛을 포함하는 배터리 팩.