KR20220077350A - 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치 - Google Patents

Abstract

실시예는 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치에 관한 것이다.
구체적으로, 이러한 전력분배장치는 차량측 주 제어기가 하드-와이어 I/O를 통한 전력분배장치 내부의 고전압릴레이를 직접 제어하는 것을 보조하는 방식(즉, “직접 제어 보조”)과, 이 직접 제어에 더해서 차량 내부 통신을 통한 차량측 주 제어기의 고전압릴레이 제어명령을 사용한 간접 제어도 사용되는 것을 보조하는 방식(즉, “직/간접 제어 보조”)을 통합적으로 수행함으로써, 고전압 릴레이 다중 제어를 수행한다.
참고적으로, 상기 직접 제어와 간접 제어는 기존의 방식으로 이러한 전력분배를 할 경우, 차량측 주 제어기에서 제어를 수행함으로써 다양하게 전력분배를 제어한다. 그리고, 이러한 고전압 릴레이 다중 제어는 이러한 제어에 추가적으로 나온 것이다.
그리고, 이때 이러한 전력분배장치는 직접제어를 보조 할 경우, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 감시해서, 이상이 발생 될시에 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다.
이에 더하여, 이러한 전력분배장치는 직/간접 제어를 보조할 경우, 내부제어기에서 차량측 주 제어기의 직접제어 상태와 간접제어 명령을 상호 비교하여 한쪽 제어가 잘못 되었을 때, 차량측 주 제어기에 문제가 발생한 것으로 판단하고 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 된 것을 특징으로 한다.
따라서, 이를 통해 전기 차량의 전력분배가 될 시에, 차량에 이상이 발생하거나 주변 환경에 의해 릴레이 전원의 전압강하가 초래되어 릴레이 접점에서 채터링 현상이 발생되므로, 이에 의한 순간 승압과 PDU 내부 또는 고전압 부품의 손상을 방지한다.
또는, 더 나아가서 의도하지 않은 릴레이 작동 정지로 구동장치에 전력이 차단되어 차량이 비정상적으로 멈추는 것을 방지한다.

Description

전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치{Apparatus for distributing power employing system of high voltage relay multi controlling in electric vehicle}

본 명세서에 개시된 내용은 전기 자동차의 전력분배장치 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 자동차가 주행 또는 충전될 경우, 배터리와 충전부로부터의 전력에 대한 분배를 제어해서 주행 및 충전 서비스 등을 원활히 제공하는 기술에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

최근 들어, 차량의 보급이 증대됨에 따라, 자동차 매연 등으로 인한 환경오염의 문제가 대두되고 있고, 에너지 문제가 발생하고 있다는 점에서 이러한 문제를 해결하기 위해, 전기 자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이러한 전기자동차는 주로 배터리를 전원으로 이용함으로써, AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로 크게 배터리전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 나뉠 수 있다.

그리고, 배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 전기모터를 구동하며, 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 전기자동차는 엔진의 가동을 통해 전기발전을 하여 배터리를 충전한 후 전기모터를 구동함으로써, 차를 움직이게 한다.

이와 관련하여, 상용 전기 자동차의 경우에는 일반 전기 자동차에 비해서 필요로 하는 전력 요구량이 크기 때문에, 현재 에너지 밀도를 갖는 배터리 모듈로부터 전력 요구량을 맞추기 위해서는 복수의 배터리 모듈로 이루어진 복수의 배터리 팩이 요구된다.

그리고 이러한 상용 전기 자동차는 사용상 편의성 및 안전성을 확보하기 위해서, 복수의 배터리 팩으로부터 인가되는 전력을 모아서, 구동 모터 및 각 전장 부품으로 인가하기 위해 전력 분배 장치(Power Distribution Unit, PDU)가 구비된다.

예를 들어, 이러한 전력 분배 장치는 배터리나 내부제어기 등과 같은 전력 분배 제어대상 부품들에 전기적으로 연결되는 복수의 연결단자들과 퓨즈와 릴레이 등의 회로 부품들을 포함하여 이루어진다.

그런데, 이렇게 전기 차량의 전력이 분배될 때, 차량에 이상이 발생하거나 주변 환경에 의해 릴레이 전원의 전압강하 발생에 의한 릴레이 접점에서의 채터링 현상이 발생되어져서, 순간 승압이 발생되고 PDU 내부 또는 고전압 부품에 손상이 발생된다.

이러한 배경의 선행기술문헌은 아래의 특허문헌이 나올 정도이다.

(특허문헌 0001) KR101949099 B1

참고적으로, 상기 선행기술은 전기 자동차의 전력 분배 장치에 관한 것으로, 전력 분배 제어대상 부품의 개별 제어를 통해 손상이나 파손을 억제할 수 있도록 하는 것이다.

개시된 내용은, 전기 차량의 전력분배시에, 차량에 이상이 발생하거나 주변 환경에 의해 릴레이 전원의 전압강하가 초래되어 릴레이 접점에서 채터링 현상이 발생되므로, 이에 의한 순간 승압과 PDU 내부 또는 고전압 부품의 손상을 방지하도록 하는 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치는,

차량측 주 제어기가 하드-와이어 I/O를 통한 전력분배장치 내부의 고전압릴레이를 직접 제어하는 것을 보조하는 방식(이하 “직접 제어 보조”)과, 이 직접 제어에 더해서 차량 내부 통신을 통한 차량측 주 제어기의 고전압릴레이 제어명령을 사용한 간접 제어도 사용되는 것을 보조하는 방식(이하 “직/간접 제어 보조”)을 통합적으로 수행함으로써, 고전압 릴레이 다중 제어를 수행한다.

참고적으로, 상기 직접 제어와 간접 제어는 기존의 방식으로 이러한 전력분배를 할 경우, 차량측 주 제어기에서 제어를 수행함으로써 다양하게 전력분배를 제어한다. 그리고, 이러한 고전압 릴레이 다중 제어는 이러한 제어에 추가적으로 나온 것이다.

그리고, 이때 이러한 전력분배장치는 직접제어를 보조 할 경우, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 감시해서, 이상이 발생될 시에 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다.

이에 더하여, 이러한 전력분배장치는 직/간접 제어를 보조할 경우, 내부제어기에서 차량측 주 제어기의 직접제어 상태와 간접제어 명령을 상호 비교하여 한쪽 제어가 잘못 되었을 때, 차량측 주 제어기에 문제가 발생한 것으로 판단하고 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 된 것을 특징으로 한다.

실시예들에 의하면, 전기 차량의 전력분배가 될 시에, 차량에 이상이 발생하거나 주변 환경에 의해 릴레이 전원의 전압강하가 초래되어 릴레이 접점에서 채터링 현상이 발생되므로, 이에 의한 순간 승압과 PDU 내부 또는 고전압 부품의 손상을 방지한다.

또는, 더 나아가서 의도하지 않은 릴레이 작동 정지로 구동장치에 전력이 차단되어 차량이 비정상적으로 멈추는 것을 방지한다.

도 1은 일실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면
도 2는 일실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치가 적용된 시스템을 전체적으로 도시한 도면
도 3은 일실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치의 구성을 도시한 블록도
도 4는 일실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치의 동작을 순서대로 도시한 플로우 차트

도 1은 일실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일실시예의 전력분배장치(100)는 전기 자동차의 여러 구동장치로 전력을 분배할 경우, 일실시예의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템으로부터 전력분배가 이루어짐으로써, 채터링 현상과 자체 내부 또는 고전압 부품의 손상을 방지한다.

이러한 경우, 상기 고전압 릴레이 다중 제어 시스템은 전술한 직접제어 보조와, 직/간접 제어 보조를 통합적으로 수행함으로써, 고전압 릴레이 다중 제어를 수행한다.

그리고, 이때 상기 다중 제어 시스템은 직접제어를 보조 할 경우, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 감시해서, 이상이 발생될 시에 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다.

이에 더하여, 이러한 다중 제어 시스템은 직/간접 제어를 보조할 경우, 내부제어기에서 직접제어와 간접제어의 상호비교를 통해 한쪽 제어가 잘못 되었을 때, 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 된다.

따라서, 이를 통해 이러한 전력분배장치는 전기 자동차의 구동장치 등으로 전력을 분배할 경우, 이러한 고전압 릴레이 다중 제어 시스템으로부터 전력분배가 되므로, 채터링 현상이 방지되고 고안정적인 전력 분배가 되며, 차량의 비정상적인 멈춤방지가 이루어진다.

이러한 장점의 일환으로서, 전기 차량의 전력분배가 될 시에, 차량에 이상이 발생하거나 주변 환경에 의해 릴레이 전원의 전압강하가 초래되어 릴레이 접점에서 채터링 현상이 발생되므로, 이에 의한 순간 승압과 PDU 내부 또는 고전압 부품의 손상을 방지한다.

한편, 이와 다른 형태로서 추가적으로, 상기 다중 제어 시스템은 일실시예의 전력분배장치(100)는 고전압배터리(고전압 회로)와 차량 본체와의 저항값을 모니터링하여 누전을 감시하는 절연감시 장치를 구비하고, 누전 시 차량측 주 제어기에 이를 알림으로써, 전기사고를 예방하고, 부품의 손상을 방지하는 기능을 가진다.

도 2는 일실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치가 적용된 시스템을 전체적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일실시예의 시스템은 전기 자동차 내에 다수의 상이한 구동장치 그룹별 등으로 전력을 고전압 릴레이 다중 제어 시스템에 의해 분배하는 전력분배장치(100-1, 100-2, ... )와, 이러한 전력분배 동작을 관리하는 VCU(200)를 포함한다.

이러한 경우, 상기 다중 제어 시스템은 기존과 같이 전력 분배가 될 경우, VCU(200)로부터 CAN 통신 기반의 PRA(Power Relay Assy) 제어 명령을 받아 릴레이의 단속동작을 제어하는 간접제어와, 차량측 주 제어기가 하드-와이어 I/O에 의해 릴레이의 단속동작을 제어하는 직접제어를 수행한다.

그리고, 이에 더하여 일실시예에 따라 다중 제어 시스템은 전술한 직접제어 보조와, 직/간접 제어 보조를 수행한다.

이때, 이러한 직접제어 보조는 직접제어가 될 경우, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 감시해서, 이상이 발생될 시에 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다.

또한, 상기 직/간접 제어 보조는 직접제어와 간접제어가 같이 사용될 경우에, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 감시하면서 차량 내부 통신을 통한 PRA 제어 상태를 확인도 해서 상호비교 등을 수행함으로써, 이상이 발생될 시에 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다.

상기 전력분배장치(100-1, 100-2, ... )는 사용자가 원하는 바에 따라 전기 자동차 내에 다수의 상이한 구동장치 또는 전장부품 그룹별로 설치가 되며, VCU(200)와의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템으로부터 각 그룹의 전력 공급과 분배를 제어해서, 채터링 현상을 방지하고 고안정적으로 전력분배가 이루어진다. 이러한 경우, 상기 구동부품 그룹은 하나의 예를 들어, 에어컨디셔너와 히터, 파워 스티어링, 인버터 모터와 DC-DC 컨버터를 동일 그룹으로서 그룹핑한다. 이때, 상기 전력분배장치(100-1, 100-2, ... )는 동일한 구동장치 유형별로 전기적으로 같이 연결해서 동일한 구동장치 유형 간에는(예: 에어컨디셔너와 히터) 일괄적으로 전력분배가 이루어지도록 한다. 그리고, 이에 더하여 상기 전력분배장치(100-1, 100-2, ... )는 일실시예에 따라 이렇게 전력분배가 될 경우, VCU(200)로부터 CAN 통신 기반의 PRA 제어 명령을 받아 릴레이의 단속동작을 제어하는 간접제어 방식이 구현된다. 또한 이러한 경우에 전력분배장치(100-1, 100-2, ... )는 VCU(200)가 하드-와이어 I/O에 의해 릴레이의 단속동작을 직접 제어하는 방식도 구현된다. 이때, 상기 전력분배장치(100-1, 100-2, ... )는 이러한 전력분배장치(100)의 고전압 릴레이가 직접제어될 경우, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 미리 설정된 기준 제어전압과 비교해서 작은 순간 전압강하가 발생된 경우 보충해서, 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다. 또한, 이 전력분배장치(100)는 직접제어와 간접제어가 같이 사용될 경우에는, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압과 상기 기준 제어전압을 비교해서 순간 전압강하가 발생되면서 이때의 직접제어 상태가 차량 내부 통신의 PRA 제어명령과 상반 될 경우 제어 전원을 보충해서, 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다. 따라서, 이를 통해 이러한 전력분배장치는 전기 자동차의 구동장치 등으로 전력을 분배할 경우, 이러한 고전압 릴레이 다중 제어 시스템으로부터 전력분배가 되므로, 채터링 현상이 방지되고 고안정적인 전력 분배가 되며, 차량의 비정상적인 멈춤방지가 이루어진다.

상기 VCU(200)는 이러한 전력분배장치(100-1, 100-2, ... )의 전력분배 동작을 전체적으로 관리하는 것으로, 차량측 주 제어기의 상용화된 제어 포맷을 기반으로 해서, 전력 분배용으로서 상이한 전원이벤트별로 PRA 제어 명령을 구비함으로써, 전력분배장치(100-1, 100-2, ... )의 간접제어를 관장한다. 참고적으로, 상기 전원이벤트는 예를 들어, 운전자의 차량 구동 의지를 판단하기 위한 차량 키(열쇠) 정보와 가속페달 등 센서 신호와 충전건 신호 등 엔진 관리 시스템과 변속기 제어 유닛 등으로부터 각종 정보를 받아, 차량 주행 또는 충전 정보를 산출한 결과에 따라서 발생된다. 그리고, 또한 상기 VCU(200)는 전술한 고전압 릴레이 다중 제어 시스템에 따라 하드-와이어 I/O를 통해 릴레이의 단속동작을 직접적으로 제어하기도 한다.

도 3은 일실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 일실시예의 전력분배장치(100)는 배터리의 주 전원과 충전부의 서브 전원을 입력받는 주 인터페이스부(101-1, 101-2, ... )와 서브 인터페이스부(102-1, ... ), 서브 전원과 주 전원을 단속하는 서브 릴레이(103-1, ... )와 주 릴레이(104-1, 104-2, ... ) 및, VCU(200)와 연동하여 각각의 단속 동작을 이벤트 발생여부에 따라 제어하는 제어기(105)를 포함한다.

그리고, 이러한 경우 일실시예의 전력분배장치(100)는 기존에 사용되는 직접제어와 간접제어 이외에도 전술한 직접제어 보조와, 직/간접 제어 보조를 더 수행함으로써, 고전압 릴레이 다중 제어 시스템을 구현한다.

추가적으로, 이러한 전력분배장치(100)는 고전압배터리(고전압 회로)와 차량 본체와의 저항값을 측정하여 누전을 감시하는 절연감시장치(106)를 포함하고, 상기 제어기(105)는 이 정보를 모니터링하여 VCU(200)에 차량 내부 통신을 통해 경고하는 기능을 지닌다.

상기 주 인터페이스부(101-1, 101-2, ... )는 다수의 상이한 배터리별로 설치되며, 전기 자동차의 주행시에 각각의 배터리로부터 주 전원 즉, 전기 자동차 내의 각 구동장치를 구동하기 위한 전원을 기본적으로 공급받는다.

상기 서브 인터페이스부(102-1, ... )는 다수의 상이한 충전부별로 설치되며, 전기 자동차의 주행 또는 충전이 될 시에 각각의 충전부로부터 서브 전원을 부가적으로 공급받아 전기 자동차 내의 각 배터리를 충전 또는 별도 전원으로 사용된다. 이러한 서브 전원은 전기 자동차의 가속 등을 수행 또는 충전할 경우에, 해당하는 구동장치 등으로 VCU(200) 또는 상기 제어기(105)에 의해 선택을 받아 공급된다.

상기 서브 릴레이(103-1, ... )는 상기 각 충전부의 서브 전원이 공급되는 것에 대응하여 여러 개가 설치되며, 상기 제어기(200)의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템에 의해서 구동장치 등으로의 서브 전원 단속이 이루어진다.

상기 주 릴레이(104-1, 104-2, ... )는 상기 각 배터리의 주 전원이 공급되는 것에 대응하여 여러 개가 설치되며, 마찬가지로 상기 제어기(105)의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템에 의해서 구동장치로의 주 전원 단속이 이루어진다.

상기 제어기(105)는 기존과 같이, 기본적으로 전력분배가 될 경우, 차량측 주 제어기에 의해서 상기 서브 릴레이(103-1, ... )의 단속 동작과 상기 주 릴레이(104-1, 104-2, ... )의 단속 동작을 미리 설정된 전원이벤트 발생여부에 따라 연동해서 제어함으로써, 각각의 구동장치로 전력을 분배한다. 그리고, 이러한 경우 일실시예에 따라 상기 제어기(105)는 추가적으로, 전술한 직접제어 보조와 직/간접 제어 보조를 모두 수행가능하며, 선택에 따라 취사 선택도 가능하므로 고전압 릴레이 다중 제어 시스템을 구현한다. 구체적으로는, 상기 제어기(105)는 전력분배가 될 경우, 미리 등록된 VCU(200)로부터 해당 제어 포맷을 기반으로 전력 분배와 관련하여 미리 설정된 상이한 전원이벤트별로의 PRA 제어 명령을 차량 내부 통신으로 제공받아 상기 서브 릴레이와 주 릴레이의 단속 동작을 간접제어하고, PRA 제어 상태를 피드백한다. 또한, 이러한 경우에 상기 주 릴레이(104-1, 104-2, ... )와 서브 릴레이(103-1, ... )는 전력이 분배 될 때, 상기 VCU(200)로부터 PRA 제어를 하드-와이어 I/O 제어로 받아 자신의 단속 동작이 직접제어도 된다. 그리고, 상기 제어기(105)에 의한 직접제어 보조는 이렇게 직접제어가 될 경우, 자체적으로서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 미리 설정된 기준 제어전압과 비교해서 작은 순간 전압강하가 발생된 경우 상기 주 릴레이(104-1, 104-2, ... )와 서브 릴레이(103-1, ... )에 제어 전원을 보충해서, 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다. 또한, 이에 더하여 상기 제어기(105)에 의한 직/간접 제어 보조는 직접제어와 간접제어가 같이 사용될 경우에, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압과 상기 기준 제어전압을 비교해서 순간 전압강하가 발생되면서 이때의 직접제어상태가 차량 내부 통신의 PRA 제어명령과 상이한 경우 상기 주 릴레이(104-1, 104-2, ... )와 서브 릴레이(103-1, ... )에 제어 전원을 보충해서, 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다. 따라서, 이를 통해 상기 제어기(105)는 전기 자동차의 구동장치 등으로 전력을 분배할 경우, 이러한 고전압 릴레이 다중 제어 시스템으로부터 전력분배가 되므로, 채터링 현상이 방지되고 고안정적인 전력 분배가 되며, 차량의 비정상적인 멈춤방지가 이루어진다.

상기 절연감시장치(106)는 상기 각 배터리와 차량 본체의 사이에 절연저항값을 측정하여 상기 제어기(105)로 제공한다. 이러한 경우, 상기 제어기(105)는 a) 상기 절연감시장치(106)에 의해 절연저항값이 모니터링될 경우, 모니터링된 결과를 기반으로 절연저항 측정 결과를 상기 VCU(200)로 전달한다. 그리고, b) 상기 모니터링된 절연저항값을 미리 설정된 기준 절연저항값과 비교한다. 그래서 상기 제어기(105)는 상기 비교 결과. 모니터링된 절연저항값이 상기 기준 절연저항값 보다 낮을 경우에 누전 위험을 상기 VCU(200)로 경고하고, 기준 절연저항값에 준하는 경우에는 경고하지 않음으로써, 전기 안전사고를 방지하고 부품의 손상을 방지하는 기능을 가진다.

한편, 추가적으로 다른 실시예에 따른 전력분배장치(100)는 이렇게 VCU(200)와 연동하여 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 될 경우, VCU(200)와 자신 간에 접속이 신속히 이루어지도록 함으로써, 다수의 구동장치에 전력을 분배해야 하는 경우 등에 원활한 전력분배가 되도록 한다.

이를 위해, 이러한 전력분배장치(100)는 상기한 VCU(200)에 의해 간접제어 또는 직/간접 제어 보조가 될 경우, 다수의 상이한 구동장치 유형별로 대응되는 릴레이 장치정보를 등록한 전력분배 테이블을 기반으로 해서 PRA 제어 명령을 처리함으로써, 작업 단위로 전력 분배를 한다.

이러한 경우, 상기 전력분배 테이블은 예를 들어, 전기 자동차 내에 전장품을 그룹화해서, 그룹별로 속하는 구동장치를 각 유형별로 릴레이 장치정보에 매칭하여 이루어지기도 한다.

이때, 상기 구동장치 유형은 예를 들어, 에어컨디셔너와 히터를 동일한 유형으로 한다. 그리고, 조향장치와, 전원 컨버터 장치(예: 인버터 모터와, DC-DC 컨버터)를 각기 구동장치 유형으로서 설정한다.

그래서, 이를 통해 전력분배장치(100)는 VCU(200)와 연동하여 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 구현될 경우, VCU와 자신 간에 접속이 신속히 이루어져서, 다수의 구동장치에 전력을 분배해야 하는 경우 등에 원활한 전력분배가 된다.

또 다른 한편으로는, 이들과 다른 실시예에 따른 전력분배장치(100)는 전술한 바와 같이 전력분배가 될 경우, 각 구동장치의 소비전력 패턴을 예측함으로써, 전력분배가 될 시에 이상감지가 될 수 있도록 한다.

이를 위해, 상기 제어기(105)는 아래의 구성을 추가적으로 구비한다.

즉, 상기 제어기(105)는,

a) 상기 각 구동장치별로의 전력구동특성을 기초로 각각의 구동장치에 대한 전력의 소비 패턴을 분석하여 상이한 전력의 변화 패턴별로 예측 소비전력을 매칭하여 등록하고,

b) 상기 각 구동장치를 구동할 경우, 실제 전력의 변화 패턴을 추출해서,

c) 상기 추출된 실제 전력의 변화 패턴에 따른 실제 소비전력과 해당하는 변화 패턴에 매칭된 예측 소비전력을 비교하여,

d) 상기 비교결과, 상기 실제 소비전력과 상기 예측 소비전력의 차이값이 미리 설정된 범위에 해당하는 경우에 상기 VCU로 알람을 하지 않고, 해당하는 경우에는 알람을 수행한다.

도 4는 일실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치의 동작을 순서대로 도시한 플로우 차트이다(도 3 참조).

도 4에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 전력분배장치는 먼저 상기 주 인터페이스부가 전기 자동차 내에 다수의 상이한 배터리별로 설치되어, 각각의 배터리로부터 주 전원을 입력받는다(S401).

그리고, 또한 상기 서브 인터페이스부는 전기 자동차 내에 다수의 상이한 충전 장치별로 설치되어, 각각의 충전 장치로부터 서브 전원을 입력받는다(S402).

이러한 상태에서, 상기 제어기는 전력공급에 관한 이벤트가 발생할 경우, 미리 등록된 VCU로부터 해당 제어 포맷을 기반으로 전력 분배용으로서 미리 설정된 상이한 전원이벤트별로의 PRA 제어 명령을 차량 내부 통신으로 제공받아 상기 서브 릴레이와 주 릴레이의 단속 동작을 간접제어하고(S403과 S406-S407), PRA 제어 상태를 피드백한다.

예를 들어, 상기 제어기는 전기 자동차의 주행, 충전 모드별로 상기 VCU로부터 모드에 따른 PRA 제어 명령을 CAN 통신으로 제공받아 상기 서브 릴레이와 주 릴레이를 제어한다.

이때, 참고적으로 상기 서브 릴레이는 상기 서브 인터페이스부에 의해 입력된 서브 전원을 단속한다. 그리고, 주 릴레이는 전기 자동차 내에 다수의 상이한 구동장치 유형별로 설치되어, 상기 주 인터페이스부에 의해 입력된 주 전원과 서브 릴레이에 의해 단속된 서브 전원을 통합적으로 입력받아 해당하는 인터페이스부를 통해 구동장치에 대한 전원을 단속한다.

또한, 이에 더하여 상기 주 릴레이와 서브 릴레이는 위의 간접제어와는 다른 형태로서, 전력을 공급할 이벤트가 발생된 경우에 상기 VCU로부터 PRA 제어를 하드-와이어 I/O 제어로 받아 자신의 단속 동작이 직접제어받기도 한다(S404와 S406-S407).

그리고, 이러한 경우 이렇게 직접제어가 될 때, 상기 제어기는 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 미리 설정된 기준 제어전압과 비교(S405)해서 작은 순간 전압강하가 발생된 경우 상기 주 릴레이와 서브 릴레이에 제어 전원을 보충(S406)한다.

반면, 순간 전압강하가 발생되지 않는 경우에는 VCU의 일반적인 릴레이 제어 명령을 수행하여, 이러한 조절로서 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다.

또한, 직접제어와 간접제어가 같이 사용될 경우에는, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압과 상기 기준 제어전압을 비교해서 순간 전압강하가 발생되면서 이때의 직접제어 상태가 차량 내부 통신의 PRA 제어 명령과 상이한 경우 상기 주 릴레이와 서브 릴레이에 제어 전원을 보충하거나 릴레이 전원을 유지(S406)한다.

그래서, 이렇게 PRA 제어 명령과 상이한 경우인 즉, 직접 제어 상태가 순간적으로 오프로 확인되는 경우에 상기 릴레이의 제어전원을 보조하여 릴레이 차단을 지연시켜 작동상태를 유지하면서, VCU에 이상 상태를 전달하여 차량의 점검을 유도한다.

반면, VCU가 릴레이 오프를 위해 릴레이 제어 전원을 차단하고, 이때의 직접 제어상태가 차량 내부 통신의 PRA 제어 명령이 동일한 경우에는 상기 주 릴레이와 서브 릴레이를 오프시켜, 정상적으로 릴레이를 차단한다. (S406).

즉, VCU가 릴레이 동작 오프를 위해 하드-와이어 I/O에 전원을 차단하여 정상적인 전압 강하로 오프 상태이면서, 차량측 주 제어기의 PRA 제어 명령 또한 오프 명령인 경우에는 릴레이를 정상적으로 오프시킴으로써, 채터링 현상을 방지한다.

따라서, 이를 통해 일실시예에 따른 전력분배장치는 전기 자동차에서의 전력분배가 될 경우, 채터링 현상을 방지하도록 VCU와의 제어방식이 기술적으로 구현되고, 고안정적으로 전력분배가 이루어지며 차량의 비정상적인 멈춤방지가 이루어진다.

이러한 장점의 일환으로서, 전력분배가 될 시에, 차량에 이상이 발생하거나 주변 환경에 의해 릴레이 전원의 전압강하 발생에 의한 릴레이 접점에서의 채터링 현상 발생으로, 순간 승압이 발생하는 점과 PDU 내부 또는 고전압 부품에 발생하는 손상을 방지한다.

이상과 같이, 일실시예는 직접 제어 보조 즉, 차량측 주 제어기가 하드-와이어 I/O를 통한 전력분배장치 내부의 고전압릴레이를 직접 제어하는 것을 보조하고, 직/간접 제어 보조 즉, 이 직접 제어에 더해서 차량 내부 통신을 통한 차량측 주 제어기의 고전압릴레이 제어명령을 사용한 간접 제어도 사용되는 것을 보조하는 방식을 통합적으로 수행함으로써, 고전압 릴레이 다중 제어를 수행한다.

그리고, 이때 이러한 직접 제어 보조는 직접제어가 될 경우, 내부제어기에서 하드-와이어 I/O를 통한 제어전압을 감시해서, 이상이 발생될 시에 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 이루어진다.

또한, 이러한 직/간접 제어 보조는 직접제어와 간접제어가 같이 될 경우, 내부제어기에서 직접제어와 간접제어의 상호비교를 통해 한쪽 제어가 잘못 되었을 때, 릴레이 차단을 순간적으로 지연시키는 기능을 가지므로, 릴레이의 순간적인 차단을 해소함으로써 된다.

따라서, 이를 통해 일실시예는 전기 차량의 전력분배가 될 시에, 차량에 이상이 발생하거나 주변 환경에 의해 릴레이 전원의 전압강하가 초래되어 릴레이 접점에서 채터링 현상이 발생을 방지하여 순간적인 승압과 이로 인해 야기되는 PDU 내부 또는 고전압 부품의 손상을 방지한다.

또는, 더 나아가서 의도하지 않은 릴레이 작동 정지로 구동장치에 전력이 차단되어 차량이 비정상적으로 멈추는 것을 방지한다.

한편 추가적으로, 이러한 전력분배장치는 각 배터리와 차량 본체의 사이에 절연저항값을 모니터링해서(S408) 상기 제어기로 제공하는 절연감시장치를 포함한다.

그리고, 이러한 경우 상기 제어기는 아래의 동작도 수행한다.

a) 즉, 상기 제어기는 이러한 절연감시장치에 의해 절연저항값이 모니터링될 경우, 모니터링된 결과를 기반으로 절연저항 측정 결과를 상기 VCU로 전달한다.

b) 그리고, 이렇게 모니터링된 절연저항값을 미리 설정된 기준 절연저항값과 비교한다(S409).

상기 비교 결과, 모니터링된 절연저항값이 상기 기준 절연저항값에 해당하지 않는 경우에 누전 위험을 상기 VCU로 경고하고(S410), 해당하는 경우에는 경고하지 않음으로써, 전기안전사고를 예방하고 안전 운전을 도모하는 전력분배장치 시스템을 구현한다.

100 : 전력분배장치 200 : VCU
101 : 주 인터페이스부 102 : 서브 인터페이스부
103 : 서브 릴레이 104 : 주 릴레이
105 : 제어기 106 : 절연감시장치

Claims (4)

1. 전기 자동차 내에 다수의 상이한 배터리별로 설치되어, 각각의 배터리로부터 주 전원을 입력받는 주 인터페이스부;
   상기 전기 자동차 내에 다수의 상이한 충전 장치별로 설치되어, 각각의 충전 장치로부터 서브 전원을 입력받는 서브 인터페이스부;
   상기 서브 인터페이스부에 의해 입력된 서브 전원을 단속하는 서브 릴레이;
   상기 전기 자동차 내에 다수의 상이한 구동장치 유형별로 설치되어, 상기 주 인터페이스부에 의해 입력된 주 전원과 서브 릴레이에 의해 단속된 서브 전원을 통합적으로 입력받아 해당하는 인터페이스부를 통해 구동장치에 대해 단속하는 주 릴레이; 및
   상기 서브 릴레이의 단속 동작과 상기 주 릴레이의 단속 동작을 미리 설정된 전원이벤트 발생여부에 따라 전체적으로 제어하여 각각의 구동장치로 전력을 분배하는 제어기; 를 포함하고 있으며,
   
   상기 제어기는,
   상기 전력이 분배될 경우, 미리 등록된 차량측 주 제어기로부터 해당 제어 포맷을 기반으로 전력 분배와 관련하여 미리 설정된 상이한 전원이벤트별로의 PRA(Power Relay Assy) 제어 명령을 차량 내부 통신으로 제공받아 상기 서브 릴레이와 주 릴레이의 단속 동작을 제어하고, PRA 제어 상태를 피드백하며,
   상기 주 릴레이와 서브 릴레이는,
   상기 전력이 분배될 경우, 상기 차량측 주 제어기로부터 PRA 제어를 하드-와이어(Hard-Wire) I/O 제어로 받아 자신의 단속 동작이 직접제어도 되고,
   
   상기 제어기는,
   a) 상기 차량측 주 제어기에 의한 하드-와이어 I/O의 직접제어가 될 경우, 상기 하드-와이어 I/O를 통해 주 릴레이 및 서브 릴레이로 입력되는 제어전압을 미리 설정된 기준 제어전압과 비교해서,
   b) 상기 비교 결과, 상기 기준 제어전압보다 작은 순간 전압강하가 발생된 경우에 상기 주 릴레이와 서브 릴레이의 제어전원을 보조하고, 릴레이 전원 오프를 위해 정상적인 전압 강하가 발생된 경우에는 릴레이 제어 전원을 차단하여 릴레이를 오프시킴으로써, 채터링 현상을 방지하는 것; 을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기는,
   c) 상기 차량측 주 제어기에 의해 차량 내부 통신에 의한 간접제어와 하드-와이어 I/O에 의한 직접제어가 통합적으로 될 경우에는, 상기 하드-와이어 I/O를 통해 주 릴레이로 입력되는 제어전압을 미리 설정된 기준 제어전압과 비교하고,
   d) 상기 차량 내부 통신을 통해 입력되는 PRA 제어 명령의 상태 정보를 확인해서,
   e-1) 상기 릴레이의 작동 중 상태에서, 상기 비교, 확인 결과, 차량측 주 제어기의 차량 내부 통신에 의한 PRA 간접 제어 명령이 작동 명령을 유지하는 반면, 상기 하드-와이어 I/O에 차량에 이상이 발생하거나 주변 환경에 의해 순간 전압강하가 발생하여 직접 제어 상태가 순간적으로 오프로 확인되는 경우에 상기 릴레이의 제어전원을 보조하여 릴레이 차단을 지연시켜 작동상태를 유지하면서, 차량측 주 제어기에 이상 상태를 전달하여 차량의 점검을 유도하고,
   e-2) 상기 비교, 확인 결과, 차량측 주 제어기가 릴레이 동작 오프를 위해 하드-와이어 I/O에 전원을 차단하여 정상적인 전압 강하로 오프 상태이면서, 차량측 주 제어기의 PRA 제어 명령 또한 오프 명령인 경우에는 릴레이를 정상적으로 오프시킴으로써, 채터링 현상을 방지하는 것; 을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 각 배터리와 차량 본체의 사이에 절연저항값을 모니터링해서 상기 제어기로 제공하는 절연감시장치; 를 포함하고,
   상기 제어기는,
   a) 상기 절연감시장치에 의해 절연저항값이 모니터링될 경우, 모니터링된 결과를 기반으로 절연저항 측정 결과를 상기 차량측 주 제어기로 전달하고,
   b) 상기 모니터링된 절연저항값을 미리 설정된 기준 절연저항값과 비교하여, 상기 비교 결과 모니터링된 절연저항값이 상기 기준 절연저항값에 해당하지 않는 경우에 누전 위험을 상기 차량측 주 제어기로 경고하고, 상기 차량측 주 제어기에 경고하는 중에도 절연저항 값이 감전 위험 수준으로 하강하거나, 일정시간 지속된 경우, 안전을 위해 상기 차량측 주 제어기에 고장경고를 알려주면서, 고전압 릴레이를 차단하여 감전 위험을 차단하고, 상기 비교 결과 모니터링된 절연저항값이 상기 기준 절연저항값에 해당하는 경우에는 경고하지 않음으로써, 감전사고를 예방하는 것; 을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기는,
   상기 차량측 주 제어기에 의해 간접제어가 될 경우, 다수의 상이한 구동장치 유형별로 대응되는 릴레이 장치정보를 등록한 전력분배 테이블을 기반으로 해서 PRA 제어 명령을 처리함으로써, 작업 단위로 전력 분배를 수행하는 것; 을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압 릴레이 다중 제어 시스템이 적용된 전력분배장치.

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