KR20220135327A - 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치 - Google Patents

Abstract

고전압 유닛에 전력을 분배해주는 전력 분배 유닛의 내부에서 퓨즈 및 릴레이의 고장을 자체적으로 검출하여, 전력 분배 유닛의 고장 정보를 통신을 통해 상위 제어기에 전송할 수 있도록 한 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치에 관한 것으로서, 고전압 유닛용 고전압 및 충전용 전력을 공급해주는 고전압 배터리 및 고전압 배터리에서 공급되는 고전압을 분배하여 고전압 유닛에 공급해주고, 충전용 전력은 충전 유닛에 공급해주며, 자가 진단을 통해 고장 발생 시 고장진단정보를 상위 제어기인 마스터 유닛에 전송하는 전력 분배 유닛을 포함하여, 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치를 구현한다.

Description

전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치{Electric vehicle power distribution unit failure diagnosis device}

본 발명은 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치에 관한 것으로, 특히 고전압 유닛에 전력을 분배해주는 전력 분배 유닛의 내부에서 퓨즈 및 릴레이의 고장을 자체적으로 검출하여, 전력 분배 유닛의 고장 정보를 통신을 통해 상위 제어기에 전송할 수 있도록 한 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기를 이용하는 친환경 자동차는 고전압을 이용하여 차량을 구동하게 된다.

이러한 친환경 자동차는 주요 구성품의 하나인 전력 분배 유닛(Power Distribution Unit; PDU)을 이용하여, 차량의 에너지원인 고전압 배터리로부터 전원을 공급받아 각 고전압 유닛에 고전압을 분배하는 주요 기능을 수행한다.

상기 전력 분배 유닛은 전장 유닛에 전력을 공급해주는 DC/DC 컨버터(LDC)와 탑재형 충전기(OBC)를 통합형으로 구현한 통합형 전력 유닛이다.

상기 전력 분배 유닛(PDU)은 고전압 배터리와 고전압 유닛을 연결해주며, 과부하 유입 시 고전압 케이블과 고전압 유닛을 보호하기 위해 퓨즈(Fuse)와 릴레이가 설계되어 있다.

그러나 이러한 전력 분배 유닛은 내부에 설계된 퓨즈 및 릴레이의 단락/개방 여부 등을 확인하여 고장을 진단하는 기능이 없어, 외부에서 실시간으로 전력 분배 유닛의 상태를 인지할 수 없는 단점이 있다. 이로 인해 차량의 고장 모드에 관한 추적 기능도 제공해주지 못한다.

전기 자동차의 전력 장치에 대해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 배터리, 서로 다른 복수의 소스로부터 전력을 공급받는 제1 충전 어댑터 및 제2 충전 어댑터, 제1 및 제2 충전 어댑터로부터 공급되는 복수의 전류로 배터리를 충전하는 탑재형 충전기(OBC), 충전을 제어하는 충전 제어 모듈을 구비한다. 이러한 구성을 통해, 복수의 전력을 이용한 전기차 듀얼 충전 시스템을 구현한다.

그러나 이러한 <특허문헌 1> 도 복수의 전력 사용에 대하여, 각각의 전력 유닛에 대하여 개별적으로 전력 유닛 및 그 전력 용량에 적절하게 퓨즈가 개별적으로 구현된 상태이나, 전력 분배 유닛에서 자체적으로 퓨즈나 릴레이 등의 이상 상태를 진단할 수 없는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1998201호(2019.07.03. 등록)(전기 자동차 듀얼 충전 시스템 및 그 동작방법)

따라서 본 발명은 상기와 같은 전기 자동차에 구현된 전력 분배 유닛에서 자가 진단을 수행할 수 없는 단점 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 고전압 유닛에 전력을 분배해주는 전력 분배 유닛의 내부에서 퓨즈 및 릴레이의 고장을 자체적으로 검출하여, 전력 분배 유닛의 고장 정보를 통신을 통해 상위 제어기에 전송할 수 있도록 한 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치"는,

고전압 유닛용 고전압 및 충전용 전력을 공급해주는 고전압 배터리; 및

상기 고전압 배터리에서 공급되는 고전압을 분배하여 고전압 유닛에 공급해주고, 충전용 전력은 충전 유닛에 공급해주며, 자가 진단을 통해 고장 발생 시 고장진단정보를 상위 제어기인 마스터 유닛에 전송하는 전력 분배 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전력 분배 유닛은,

전력 공급 라인별로 설치되어 해당 전력 공급 라인의 전력 상태 값을 검출하는 복수의 전력 감지 센서;

상기 전력 감지 센서에서 검출한 전력 상태 값을 이용하여 단락 및 개방 여부를 확인하여 고장 유무를 판단하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 컨트롤러는 전력 분배 유닛의 내부에서 고장 검출 시 고장 검출 메시지를 생성하여, 통신을 통해 상위 제어기인 마스터 유닛에 전송해주는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 전기 자동차에서 전력 분배 유닛에서 자체적으로 고장 진단을 수행할 수 있으며, 고장 검출 시 이를 상위 제어기에 통신을 통해 전달함으로써, 차량의 고장 모드에 대한 추적 기능을 도모해주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치의 구성도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치의 구성도로서, 고전압 배터리(100), 전력 분배 유닛(PDU)(200), 고전압 유닛(300), 마스터 유닛(400) 및 충전 유닛(500)을 포함한다.

고전압 배터리(100)는 고전압 유닛용 고전압 및 충전용 전력을 공급해주는 역할을 한다.

전력 분배 유닛(200)은 상기 고전압 배터리(100)에서 공급되는 고전압을 분배하여 고전압 유닛(300)에 공급해주고, 충전용 전력은 충전 유닛(500)에 공급해주며, 자가 진단을 통해 고장 발생 시 고장진단정보를 상위 제어기인 마스터 유닛(400)에 전송하는 역할을 한다.

이러한 전력 분배 유닛(200)은 전력 공급 라인별로 설치되어 해당 전력 공급 라인의 전력 상태 값을 검출하는 복수의 전력 감지 센서(201 - 207), 상기 전력 감지 센서(201 - 207)에서 검출한 전력 상태 값을 이용하여 단락 및 개방 여부를 확인하여 고장 유무를 판단하는 컨트롤러(230)를 포함한다.

상기 컨트롤러(230)는 전력 분배 유닛(200)의 내부에서 고장 검출 시 고장 검출 메시지를 생성하여, 통신을 통해 상위 제어기인 마스터 유닛(400)에 전송해줄 수 있다.

아울러 전력 분배 유닛(200)은 고전압 유닛(300)에 공급하는 고전압에 과도 전압 또는 과도 전류가 흐를 경우 고전압 유닛(300)에 공급되는 고전압을 차단하여 고전압 유닛(300)을 보호하는 복수의 퓨즈(211 - 213), 충전 유닛(500)에 충전 전력을 공급하거나 차단하기 위한 충전 릴레이(221 - 222)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고전압 배터리(100)에 의해 고전압 유닛(300)에 공급하기 위한 고전압 및 충전용 고전압이 공급되면, 고전압 배터리(100)와 전력 분배 유닛(200)의 전력 공급 라인에 설치된 제1 및 제2 전력 감지 센서(201, 202)에서 전력 공급 라인의 전력 상태 값을 검출하여 컨트롤러(230)에 전달한다.

아울러 고전압 유닛(300)에 분배된 고전압을 공급해주는 고전압 유닛 전력 공급 라인에 각각 설치된 제1 내지 제3 퓨즈(211 - 213)의 후단에 설치된 제3 내지 제5 전력 감지 센서(203 - 205)도 각각의 전력 공급 라인의 상태 값을 검출하여 컨트롤러(230)에 전달한다. 여기서 본 발명은 고전압 유닛에 공급되는 전력 공급 라인을 3개로 도시하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 더 적은 또는 더 많은 개수의 전력 공급 라인이 구현될 수 있음을 인지해야 한다.

마찬가지로, 충전 유닛(500)에 충전 전력을 공급하는 충전 라인에 설치된 충전 릴레이(221 - 222)의 후단에 설치된 제6 및 제7 전력 감지 센서(206, 207)도 충전 전력 라인의 전력 상태 값을 검출하여 컨트롤러(230)에 전달한다.

여기서 제1 내지 제7 전력 감지 센서(201 - 207)는 전류 센서 또는 전압 센서를 이용할 수 있다.

상기 컨트롤러(230)는 제1 내지 제7 전력 감지 센서(201 - 207)에서 각각 검출한 전력 공급 라인별 전력 상태 값을 개별적으로 분석하여, 고장 유무를 판별한다. 즉, 라인별 전력 상태 값과 미리 설정된 기준 값을 각각 비교하여, 대소 유무로 해당 전력 라인의 단락(close/short)/개방(open) 상태를 판별한다.

특정 전력 라인의 단락 또는 개방이 검출되면, 해당 전력 라인에 고장이 발생한 것으로 판별을 하고, 해당 전력 라인의 고장 검출 정보를 생성한다. 즉, 전력 라인 별로 고유번호(ID)를 부가하여, 고장 검출 정보의 분석 시 어느 전력 라인에서 고장이 발생했는지를 판단할 수 있도록 한다.

이후, 생성한 고장 검출 정보를 실시간으로 통신 라인(CAN, LIN 등의 통신 라인)을 이용하여, 상위 제어기인 마스터 유닛(400)에 실시간으로 전송한다.

여기서 상위 제어기인 마스터 유닛(400)은 전력 분배 유닛(200)은 물론 차량의 다른 장치의 고장도 진단하는 장치이다.

이로써 본 발명은 전력 분배 유닛에서 자체적으로 고장 유무를 진단함으로써, 실시간으로 전력 분배 유닛의 고장 유무를 판단할 수 있으며, 이를 통해 차량의 이상 시 고장 모드에 대해 추적을 할 수 있게 되는 것이다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

100: 고전압 배터리 200: 전력 분배 유닛(PDU)
201 - 207: 전력 감지 센서 211 - 213: 퓨즈
221 - 222: 충전 릴레이 230: 컨트롤러
300: 고전압 유닛 400: 마스터 유닛
500: 충전 유닛

Claims (3)

1. 전기 자동차의 전력 분배 유닛(PDU)에서 고장을 자가 진단하는 장치로서,
   고전압 유닛용 고전압 및 충전용 전력을 공급해주는 고전압 배터리; 및
   상기 고전압 배터리에서 공급되는 고전압을 분배하여 고전압 유닛에 공급해주고, 충전용 전력은 충전 유닛에 공급해주며, 자가 진단을 통해 고장 발생 시 고장진단정보를 상위 제어기인 마스터 유닛에 전송하는 전력 분배 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치.
   
2. 청구항 1에서, 상기 전력 분배 유닛은,
   전력 공급 라인별로 설치되어 해당 전력 공급 라인의 전력 상태 값을 검출하는 복수의 전력 감지 센서; 및
   상기 전력 감지 센서에서 검출한 전력 상태 값을 이용하여 단락 및 개방 여부를 확인하여 고장 유무를 판단하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치.
   
3. 청구항 2에서, 상기 컨트롤러는 전력 분배 유닛의 내부에서 고장 검출 시 고장 검출 메시지를 생성하여, 통신을 통해 실시간으로 상위 제어기인 마스터 유닛에 전송해주는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 전력 분배 유닛 고장진단장치.
   
   

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