JP6616902B2

JP6616902B2 - 電気自動車用駆動回路及びその制御方法

Info

Publication number: JP6616902B2
Application number: JP2018529548A
Authority: JP
Inventors: ソン，チョン−ジュ
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2037-05-16
Also published as: WO2017222186A1; PL3354511T3; US20190077267A1; JP2018538774A; KR20180000234A; EP3354511A1; CN108349406A; EP3354511A4; EP3354511B1; KR102145524B1; US10807474B2; CN108349406B

Description

本発明は、電気自動車用駆動回路及びその制御方法に関し、より詳しくは、電気自動車の非常走行のための駆動回路及び方法に関する。

〔関連出願〕
本出願は、２０１６年６月２２日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００７８１９３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。

現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。

二次電池は化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用による副産物が全く発生しないという点で環境にやさしく、エネルギー効率性を向上できる新たなエネルギー源として注目されている。

このような二次電池に関する従来技術として韓国特許公開第１０−２０１５−００２７５１０号公報（以下、「先行文献」と称する）が挙げられる。図１は先行文献に開示された電気自動車の構成を示した概略図である。

図１を参照すれば、電気自動車１０は、プリチャージ及び電圧供給システム３０、ＤＣ−ＡＣインバータ４０、車両モーターシステム５０及び車両コントローラ５２などを含む。前記システム３０は、第１バッテリー６０、電圧センサー７０、コンタクタ８０、コンタクタドライバ９０、電圧センサー１１０、ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１２０及び第２バッテリー１３０を含む。第１バッテリー６０は、車両モーターシステム５０の駆動のための電力を供給するように構成される。第２バッテリー１３０は、ＤＣ−ＡＣインバータ４０内のキャパシタをプリチャージするための電力を供給するように構成される。

しかし、先行文献に開示された電気自動車１０は、ＤＣ−ＡＣインバータ４０内のキャパシタをプリチャージするための第２バッテリー１３０を必須に含むことで、コストが嵩み、空間が制約される。さらに、先行文献は、コンタクタ８０が非正常に動作する間に電気自動車１０を非常制御するための技術は提示していない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、電気自動車に備えられる単一バッテリーを用いて、インバータ内のキャパシタに対するプリチャージ動作だけでなく、非常走行動作を行うための駆動回路及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。

本発明の一態様による駆動回路は、バッテリーパック及びインバータを備える電気自動車のためのものである。前記駆動回路は、前記バッテリーパックの第１端子と前記インバータに含まれたキャパシタの第１端子との間に連結される第１コンタクタ；前記第１コンタクタに並列連結される第２コンタクタ及び電流制限回路；並びに前記第１コンタクタ及び前記第２コンタクタの動作を制御する制御部；を含む。前記第２コンタクタと前記電流制限回路とは相互直列で連結され、前記電流制限回路は少なくとも１つの抵抗を含む。前記制御部は、前記第１コンタクタの正常動作中には第１制御信号を出力する。前記制御部は、前記第１コンタクタの非正常動作中には第２制御信号を出力する。前記第１制御信号は前記第１コンタクタのターンオンを誘導し、前記第２制御信号は前記第２コンタクタのターンオンを誘導する。

また、前記バッテリーパックの第２端子と前記キャパシタの第２端子との間に連結される第３コンタクタ；をさらに含むことができる。前記制御部は、前記第１コンタクタの正常動作中には前記第２制御信号とともに第３制御信号を出力することができる。前記第３制御信号は、前記第３コンタクタのターンオンを誘導することができる。

また、前記制御部は、前記第１コンタクタの非正常動作中には前記第１制御信号の出力を中断することができる。

また、前記第１コンタクタの両端の電圧を測定するように構成される電圧測定回路；をさらに含むことができる。

また、前記制御部は、前記第１制御信号を出力する間、前記電圧測定回路によって測定される前記第１コンタクタの両端の電圧に基づいて、前記第１コンタクタの正常動作如何を判断することができる。

また、前記電流制限回路は、前記第２コンタクタと直列連結される第１電流制限部；及び前記第１電流制限部と並列連結される第２電流制限部；を含むことができる。前記第１電流制限部は、相互直列で連結される第１スイッチ及び第１抵抗を含むことができる。前記第２電流制限部は、相互直列で連結される第２スイッチ及び第２抵抗を含むことができる。この場合、前記第１抵抗の抵抗値と前記第２抵抗の抵抗値とは相異なり得る。

また、前記制御部は、前記第１コンタクタの非正常動作中には前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくとも１つをターンオンさせることができる。

また、前記制御部は、前記電気自動車の走行情報に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくとも１つをターンオンさせることができる。

また、前記走行情報は、前記電気自動車の走行速度、地理的位置及び車体の傾きのうち少なくとも１つを含むことができる。

また、前記制御部は、前記第１抵抗の抵抗値が前記第２抵抗の抵抗値より大きく、前記第１コンタクタの非正常動作中に前記走行速度が基準速度未満である場合、前記第２制御信号とともに第４制御信号を出力することができる。前記第１スイッチは前記第４制御信号によってターンオンされ得る。

また、前記制御部は、前記第１抵抗の抵抗値が前記第２抵抗の抵抗値より大きく、前記第１コンタクタの非正常動作中に前記走行速度が基準速度以上である場合、前記第２制御信号とともに第５制御信号を出力することができる。前記第２スイッチは前記第５制御信号によってターンオンされ得る。

本発明の他の態様によれば、前記駆動回路を含む電気自動車が提供される。

本発明のさらに他の態様によれば、前記制御部が第１制御信号を出力する段階；前記制御部が前記第１制御信号を出力する間、前記第１コンタクタの正常動作如何を判断する段階；前記第１コンタクタが非正常に動作していると判断される間、前記制御部が前記第２制御信号を出力する段階；及び前記第２コンタクタが前記第２制御信号によってターンオンされて、前記バッテリーパックの第１端子と前記キャパシタの第１端子とを電気的に連結する段階；を含む駆動回路の制御方法が提供される。

本発明の一実施例によれば、電気自動車に備えられる単一バッテリーを用いて、インバータ内のキャパシタに対するプリチャージ動作はもちろん、非常走行動作を行うことができる。特に、非常走行の際、電気自動車の走行情報に基づいてバッテリーパックから電気モーターに供給される電流の大きさを調節することができる。

本発明の効果は上述した効果に制限されず、上述していない他の効果は請求範囲の記載から当業者に明確に理解できるであろう。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
先行文献に開示された電気自動車の構成を示した概略図である。本発明の一実施例による駆動回路を備える電気自動車の機能的構成を示したブロック図である。本発明の一実施例による電流制限回路の構成を示した概略図である。本発明の他の実施例による電流制限回路の構成を示した概略図である。本発明の一実施例による駆動回路の制御方法を示したフロー図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。

したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

明細書の全体に亘って、ある部分がある構成要素を「含む」とは、特に言及しない限り、他の構成要素を排除するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載された「制御ユニット」のような用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。

さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結」されているとは、「直接的に連結」されている場合だけでなく、他の素子を介在して「間接的に連結」されている場合も含む。

以下、本発明の実施例による駆動回路１０について図２〜図５を参照して具体的に説明する。

図２は、本発明の一実施例による駆動回路１０を備える電気自動車１の機能的構成を示したブロック図である。

図２を参照すれば、電気自動車１は、センシング装置２、バッテリーパック１００、駆動回路１０、負荷２０、電圧出力ライン１１〜１６及び電気ライン３１〜３８を含むことができる。

また、駆動回路１０は、第１コンタクタ２１０、第２コンタクタ２２０、第３コンタクタ２３０、電流制限回路２４０、電圧測定回路３００及び制御部４００を含むことができる。具現例によって、第１コンタクタ２１０、第２コンタクタ２２０及び第３コンタクタ２３０のうち少なくとも１つは、駆動回路１０ではなく、電気自動車１に備えられても良い。

バッテリーパック１００は、負荷２０を動作させるため、所定範囲の動作電圧Ｖ_Hを出力するように構成される。図示されたように、バッテリーパック１００は、相互電気的に直列で連結された複数のバッテリーモジュール１１０、１２０を含むことができる。このとき、バッテリーモジュール１１０、１２０のそれぞれは、少なくとも１つの単位セルを含むように構成され得る。

負荷２０は、インバータ２１及び電気モーター２２を含むことができる。キャパシタ２１ａに対するプリチャージが完了した後、接続部２１２、２３２が同時に閉動作位置（ｃｌｏｓｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎ）にある間、インバータ２１の第１端子及び第２端子はそれぞれバッテリーパック１００の第１端子１３０と第２端子１４０との間に電気的に連結される。これによって、インバータ２１は電気ライン３８を通じて電気モーター２２に所定範囲の作動電圧を供給することができる。例えば、インバータ２１は、バッテリーパック１００から供給される直流電圧を交流電圧に変換した後、電気モーター２２に供給することができる。キャパシタ２１ａに対するプリチャージ動作については後述する。

センシング装置２は、それぞれ異なるパラメーターを測定または演算する複数のセンサーを含む。また、センシング装置２は、それに含まれたセンサーによって収集される測定値を示す信号Ｓ１を制御部４００に伝送することができる。

望ましくは、センシング装置２は、速度センサー、位置センサー及び傾きセンサーのうち少なくとも１つを含むことができる。速度センサーは、電気自動車１の走行速度を測定し、測定された走行速度を示す信号を制御部４００に提供することができる。位置センサーは、電気自動車１の地理的位置に対応する信号を制御部４００に提供することができる。例えば、位置センサーはＧＰＳ受信機で構成され得る。傾きセンサーは、電気自動車１の車体の傾きを示す信号を制御部４００に提供することができる。センシング装置２から制御部４００に提供される情報を「走行情報」と称し得る。

すなわち、走行情報には電気自動車１の走行速度、地理的位置または車体の傾きに対する情報が含まれ、このような走行情報を示す信号Ｓ１が制御部４００によって受信され、駆動回路１０の制御に活用され得る。

制御部４００は、駆動回路１０の全般的な動作を制御する。特に、制御部４００は、第１コンタクタ２１０、第２コンタクタ２２０及び第３コンタクタ２３０のうち少なくとも１つの動作位置を制御するように構成される。このような制御部４００は、マイクロプロセッサ４１０、メモリ４２０及び少なくとも３つの電圧出力部４３１〜４３３を含むことができる。

マイクロプロセッサ４１０は、ハードウェア的にＡＳＩＣｓ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙｓ）、プロセッサ、マイクロコントローラ、その他の機能を果たすための電気的ユニットのうち少なくとも１つを用いて具現され得る。

具現例によって、マイクロプロセッサ４１０は電圧測定回路３００の動作を制御することもできる。図４のように、電流制限回路２４０にスイッチング素子が含まれる場合、マイクロプロセッサ４１０は電流制限回路２４０に含まれたスイッチング素子それぞれの動作を個別的に制御し得る。

メモリ４２０は、駆動回路１０の全般的な動作に必要な各種のデータ及び命令語を記憶することができる。マイクロプロセッサ４１０はメモリ４２０に記憶されたデータ及び命令語を参照して、第１コンタクタ２１０、第２コンタクタ２２０及び第３コンタクタ２３０の動作位置を制御するための信号を出力するか、または、第１コンタクタ２１０、第２コンタクタ２２０及び第３コンタクタ２３０の正常動作如何を判断するためのプロセスを実行することができる。

例えば、メモリは、フラッシュメモリ型、ハードディスク型、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｉｓｋ）型、ＳＤＤ（ＳｉｌｉｃｏｎＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）型、ＭＭＣマイクロ（Ｍｕｌｔｉ−ＭｅｄｉａＣａｒｄｍｉｃｒｏ）型、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲＡＭ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＰＲＯＭ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）のうち少なくとも１つの形態の記憶媒体を含むことができる。

第１電圧出力部４３１は、マイクロプロセッサ４１０から提供される信号に応じて、第１電圧出力ライン１１及び第２電圧出力ライン１２に所定レベルの電圧を出力することができる。例えば、第１電圧出力部４３１は、第１電圧出力ライン１１に第１レベルの電圧を出力し、第２電圧出力ライン１２に第２レベルの電圧を出力し得る。

第２電圧出力部４３２は、マイクロプロセッサ４１０から提供される信号に応じて、第３電圧出力ライン１３及び第４電圧出力ライン１４に所定レベルの電圧を出力することができる。例えば、第２電圧出力部４３２は、第３電圧出力ライン１３に第３レベルの電圧を出力し、第４電圧出力ライン１４に第４レベルの電圧を出力し得る。

第３電圧出力部４３３は、マイクロプロセッサ４１０から提供される信号に応じて、第５電圧出力ライン１５及び第６電圧出力ライン１６に所定レベルの電圧を出力することができる。例えば、第３電圧出力部４３３は、第５電圧出力ライン１５に第５レベルの電圧を出力し、第６電圧出力ライン１６に第６レベルの電圧を出力し得る。

第１コンタクタ２１０は、第１コンタクタコイル２１１及び第１接続部２１２を含むことができる。このような第１コンタクタ２１０は、バッテリーパック１００及び負荷２０と電気的に直列で連結され得る。

具体的に、第１コンタクタ２１０は、バッテリーパック１００の第１端子１３０とキャパシタ２１ａの第１端子との間に直列で連結され得る。このとき、バッテリーパック１００の第１端子１３０は、バッテリーパック１００の両端子１３０、１４０のうち相対的に高い電位を有する端子１３０であり得る。

バッテリーパック１００の第１端子１３０は電気ライン３１を通じて第１接続部２１２の一端に連結され得る。また、第１接続部２１２の他端は電気ライン３２を通じてキャパシタ２１ａの第１端子に電気的に連結され得る。

第１コンタクタコイル２１１の一端は第１電圧出力ライン１１と電気的に連結され、第１コンタクタコイル２１１の他端は第２電圧出力ライン１２と電気的に連結され得る。

制御部４００は、第１コンタクタ２１０をターンオンさせるための制１制御信号を出力することができる。すなわち、第１制御信号は第１コンタクタ２１０のターンオンを誘導するものである。第１制御信号は第１電圧出力ライン１１及び第２電圧出力ライン１２を通じて第１コンタクタコイル２１１に提供され得る。具体的に、制御部４００は第１電圧出力ライン１１及び第２電圧出力ライン１２のそれぞれに所定レベルの電圧を出力し、第１コンタクタコイル２１１に電源を印加し得る。このとき、第１電圧出力ライン１１を通じて第１コンタクタコイル２１１の一端に出力される電圧のレベルは、第２電圧出力ライン１２を通じて第１コンタクタコイル２１１の他端に出力される電圧のレベルとは相異なり得る。電源が印加された第１コンタクタコイル２１１に流れる電流によって第１接続部２１２は閉動作位置になる。第１接続部２１２が閉動作位置にある間、バッテリーパック１００と負荷２０とが電気的に連結され得る。

制御部４００は、第１電圧出力ライン１１及び第２電圧出力ライン１２の少なくとも１つへの電圧の出力を中断して、第１コンタクタコイル２１１の電源を遮断することができる。第１コンタクタコイル２１１の電源が遮断される場合、第１接続部２１２は開動作位置（ｏｐｅｎｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎ）になる。第１接続部２１２が開動作位置にある間、バッテリーパック１００と負荷２０とが電気的に分離され得る。

一方、第１コンタクタ２１０は「メインコンタクタ」とも称し得る。

第２コンタクタ２２０は、第２コンタクタコイル２２１及び第２接続部２２２を含むことができる。このような第２コンタクタ２２０は、それと直列で連結される電流制限回路２４０とともに、第１コンタクタ２１０に電気的に並列で連結され得る。

具体的に、第２接続部２２２の一端は電気ライン３４を通じて電気ライン３１に電気的に連結され得る。また、第２接続部２２２の他端は電流制限回路２４０及び電気ライン３５を通じて電気ライン３２に電気的に連結され得る。電流制限回路２４０に含まれるそれぞれの抵抗は「プリチャージ抵抗」と称し得る。例えば、電流制限回路２４０に２つの抵抗が含まれる場合、一方を第１プリチャージ抵抗と称し、他方を第２プリチャージ抵抗と称し得る。

第２コンタクタコイル２２１の一端は第３電圧出力ライン１３と電気的に連結され、第２コンタクタコイル２２１の他端は第４電圧出力ライン１４と電気的に連結され得る。

制御部４００は、第２コンタクタ２２０をターンオンさせるための制２制御信号を出力することができる。すなわち、第２制御信号は第２コンタクタ２２０のターンオンを誘導するものである。第２制御信号は第３電圧出力ライン１３及び第４電圧出力ライン１４を通じて第２コンタクタコイル２２１に提供され得る。具体的に、制御部４００は第３電圧出力ライン１３及び第４電圧出力ライン１４のそれぞれに所定レベルの電圧を出力し、第２コンタクタコイル２２１に電源を印加し得る。このとき、第３電圧出力ライン１３を通じて第２コンタクタコイル２２１の一端に出力される電圧のレベルは、第４電圧出力ライン１４を通じて第２コンタクタコイル２２１の他端に出力される電圧のレベルとは相異なり得る。電源が印加された第２コンタクタコイル２２１に流れる電流によって第２接続部２２２は閉動作位置になる。第２接続部２２２が閉動作位置にある間、バッテリーパック１００と負荷２０とが電気的に連結され得る。

制御部４００は、第３電圧出力ライン１３及び第４電圧出力ライン１４の少なくとも１つへの電圧の出力を中断して、第２コンタクタコイル２２１の電源を遮断することができる。第２コンタクタコイル２２１の電源が遮断される場合、第２コンタクタコイル２２１に電流が流れず、第２接続部２２２は開動作位置になる。第２接続部２２２が開動作位置にある間、バッテリーパック１００と負荷２０とが電気的に分離され得る。

一方、第２コンタクタ２２０は「プリチャージコンタクタ」とも称し得る。

第３コンタクタ２３０は、第３コンタクタコイル２３１及び第３接続部２３２を含むことができる。このような第３コンタクタ２３０はバッテリーパック１００及び負荷２０と電気的に直列で連結され得る。具体的に、第３接続部２３２の一端は電気ライン３６を通じてバッテリーパック１００の第２端子１４０に電気的に連結され得る。また、第３接続部２３２の他端は電気ライン３７を通じてキャパシタ２１ａの第２端子に電気的に連結され得る。

第３コンタクタコイル２３１の一端は第５電圧出力ライン１５と電気的に連結され、第３コンタクタコイル２３１の他端は第６電圧出力ライン１６と電気的に連結され得る。

制御部４００は、第３コンタクタ２３０をターンオンさせるための第３制御信号を出力することができる。すなわち、第３制御信号は第３コンタクタ２３０のターンオンを誘導するものである。第３制御信号は第５電圧出力ライン１５及び第６電圧出力ライン１６を通じて第３コンタクタコイル２３１に提供され得る。具体的に、制御部４００は第５電圧出力ライン１５及び第６電圧出力ライン１６のそれぞれに所定レベルの電圧を出力し、第３コンタクタコイル２３１に電源を印加し得る。このとき、第５電圧出力ライン１５を通じて第３コンタクタコイル２３１の一端に出力される電圧のレベルは、第６電圧出力ライン１６を通じて第３コンタクタコイル２３１の他端に出力される電圧のレベルとは相異なり得る。電源が印加された第３コンタクタコイル２３１に流れる電流によって第３接続部２３２は閉動作位置になる。第３接続部２３２が閉動作位置にある間、バッテリーパック１００の第２端子とキャパシタ２１ａの第２端子とが電気的に連結され得る。

制御部４００は、第５電圧出力ライン１５及び第６電圧出力ライン１６の少なくとも１つへの電圧の出力を中断して、第３コンタクタコイル２３１の電源を遮断することができる。第３コンタクタコイル２３１の電源が遮断される場合、第３コンタクタコイル２３１に電流が流れず、第３接続部２３２は開動作位置になる。第３接続部２３２が開動作位置にある間、バッテリーパック１００の第２端子とキャパシタ２１ａの第２端子とが電気的に分離され得る。

一方、第３コンタクタ２３０は「接地コンタクタ」とも称し得る。

駆動回路１０は、第１接続部２１２が開動作位置であって、第２接続部２２２及び第３接続部２３２が閉動作位置にある間に、電流制限回路２４０を用いてバッテリーパック１００から供給される電力をキャパシタ２１ａに供給することができる。これによって、第１接続部２１２が閉動作位置になる前に、キャパシタ２１ａをプリチャージすることができる。

制御部４００は、キャパシタ２１ａが目標値以上にプリチャージされた後、第１接続部２１２を閉動作位置に誘導することで、高電圧を有するバッテリーパック１００がキャパシタ２１ａに電気的に連結されるときの瞬間的な突入電流（ｉｎｒｕｓｈｃｕｒｒｅｎｔ）の大きさを減少させることができる。

後述するように、駆動回路１０は、第２コンタクタ２２０及び電流制限回路２４０を用いて、第１コンタクタ２１０の正常動作が可能な状態ではインバータ２１に含まれたキャパシタ２１ａをプリチャージする基本的な動作をする上で、第１コンタクタ２１０が閉動作位置でない非正常な状態ではバッテリーパック１００からキャパシタ２１ａへの電源供給のための電気的な連結を維持することを長所とする。

一方、第１コンタクタ２１０が非正常に動作する原因は多様である。例えば、第１コンタクタ２１０の第１コンタクタコイル２１１または第１接続部２１２が損傷された場合、制御部４００から第１制御信号が出力されても、第１接続部２１２は閉動作位置になれない。また、第１コンタクタコイル２１１及び第１接続部２１２の損傷がなくても、第１電圧出力ライン１１または第２電圧出力ライン１２が断線するか又は第１電圧出力部４３１が故障した場合にも第１接続部２１２は閉動作位置になれない。

電圧測定回路３００は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２をそれぞれ測定するように構成することができる。具体的に、第１電圧Ｖ１は電気ライン３１の電位と基準点の電位との差を示し、第２電圧Ｖ２は電気ライン３２の電位と前記基準点の電位との差を示し得る。換言すれば、第１電圧Ｖ１は第１コンタクタ２１０の両端のうちバッテリーパック１００の第１端子１３０側に連結された一端の電圧を示し、第２電圧Ｖ２は第１コンタクタ２１０の両端のうちキャパシタ２１ａ側に連結された他端の電圧を示し得る。この場合、基準点は接地またはバッテリーパック１００の第２端子１４０であり得る。

電圧測定回路３００は、第１及び第２電圧Ｖ１、Ｖ２に基づいて第１接続部２１２の両端に印加された電圧を測定することができる。例えば、第１コンタクタ２１０の両端に印加された電圧は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差であるＶ１−Ｖ２と同一であり得る。

電圧測定回路３００は、第１接続部２１２の両端に印加された電圧を示す信号Ｓ２を制御部４００に提供することができる。望ましくは、前記信号Ｓ２は二進数形式であって、所定週期毎に繰り返して出力される。

制御部４００は、所定の条件が満たされた場合、電圧測定回路３００を用いて第１接続部２１２の両端に印加された電圧を測定することができる。望ましくは、制御部４００は第１制御信号を出力する間の少なくとも一時点で、電圧測定回路３００を用いて第１接続部２１２の両端に印加された電圧を測定することができる。

上述したように、第１制御信号は第１コンタクタ２１０のターンオンを誘導する信号である。すなわち、第１制御信号は、第１電圧出力ライン１１及び第２電圧出力ライン１２のそれぞれから出力される所定レベルの電圧に対応するものであり得る。例えば、電気自動車１の運転者がアクセルペダルを踏む場合、制御部４００は第１制御信号を出力することができる。

第１コンタクタ２１０が正常に動作可能な状態である場合、前記第１制御信号に応じて第１コンタクタコイル２１１に電源が印加されることで、第１接続部２１２は閉動作位置になるはずである。一方、第１コンタクタ２１０が故障などによって正常な動作が不可能な状態である場合、第１接続部２１２は第１制御信号が出力されているにもかかわらず、開動作位置になるはずである。

制御部４００は、第１制御信号を出力する間、電圧測定回路３００によって測定される第１コンタクタ２１０の両端の電圧に基づいて、第１コンタクタ２１０の正常動作如何を判断することができる。具現例によって、制御部４００は、第１制御信号を出力する間に測定される第１接続部２１２の両端の電圧が所定の基準電圧以上である場合、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断することができる。

制御部４００は、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断したとき、第１制御信号の出力を中断することができる。また、制御部４００は、電気自動車１に備えられたモニタやスピーカなどを通じて、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していることをユーザに通知するための信号を出力することもできる。

一方、制御部４００は、第１制御信号が出力される間に測定される第１接続部２１２の両端の電圧が前記基準電圧未満である場合、第１コンタクタ２１０が正常に動作していると判断することができる。前記基準電圧は事前実験を通じて決定されるものであって、前記基準電圧を示すデータはメモリ４２０に予め記憶され得る。

図３は、本発明の一実施例による電流制限回路２４０の構成を示した概略図である。説明の便宜上、図２に示された第３接続部２３２は閉動作位置にあると仮定する。

図３を参照すれば、電流制限回路２４０は抵抗Ｒ_Pで構成され得る。具体的に、図示されたように、抵抗Ｒ_Pの一端は第２コンタクタ２２０及び電気ライン３４を通じてバッテリーパック１００の第１端子１３０に電気的に連結され得る。また、抵抗Ｒ_Pの他端は電気ライン３５を通じてキャパシタ２１ａの第１端子に電気的に連結され得る。

望ましくは、制御部４００は、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断される間、第２制御信号及び第３制御信号を出力することができる。

第２制御信号によって第２接続部２２２は閉動作位置になり、第３制御信号によって第３接続部２３２は閉動作位置になる。これによって、第１コンタクタ２１０の故障などによって第１接続部２１２が開動作位置にある間（すなわち、閉動作位置になれない間）、キャパシタ２１ａの第１端子と第２端子はそれぞれ第２接続部２２２と第３接続部２３２を通じてバッテリーパック１００の第１端子１３０と第２端子１４０に電気的に連結され得る。換言すれば、第１コンタクタ２１０が非正常に動作している間に、バッテリーパック１００から供給される電力は第１コンタクタ２１０の代わりに第２コンタクタ２２０、抵抗Ｒ_P及びインバータ２１を通じて電気モーター２２に供給され得る。結果的に、電気自動車１の非常走行が可能になる。

図４は、本発明の他の実施例による電流制限回路２４０の構成を示した概略図である。

電流制限回路２４０は複数の電流制限部を含むことができる。以下、説明の便宜上、電流制限回路２４０は２つの電流制限部２４１、２４２を含むと仮定する。電流制限回路２４０に含まれる一方の電流制限部は他方の電流制限部と電気的に並列で連結され得る。

第１電流制限部２４１は第１スイッチＳ１及び第１抵抗Ｒ１を含む。このとき、第１スイッチＳ１と第１抵抗Ｒ１とは相互直列で連結される。また、第２電流制限部２４２は、第１電流制限部２４１と同様に第２スイッチＳ２及び第２抵抗Ｒ２を含む。第２スイッチＳ２と第２抵抗Ｒ２とは相互直列で連結される。この場合、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２はＭＯＦＥＴのような公知のスイッチング素子であり得る。望ましくは、第１抵抗Ｒ１の抵抗値と第２抵抗Ｒ２の抵抗値とは相異なり得る。以下、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が第２抵抗Ｒ２の抵抗値より大きいと仮定する。

制御部４００は、第１コンタクタ２１０が非正常動作中であって、且つ、第２制御信号が出力されている間に、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２の少なくとも１つをターンオンさせるための制御信号を出力することができる。具体的に、制御部４００から第４制御信号が出力される場合、第１スイッチＳ１は第４制御信号によってターンオンされ得る。また、制御部４００から第５制御信号が出力される場合、第２スイッチＳ２は第５制御信号によってターンオンされ得る。

第４制御信号と第５制御信号とは同時に出力され得る。または、第４制御信号及び第５制御信号のいずれか１つ（例えば、第４制御信号）が出力されている間に、他の制御信号（例えば、第５制御信号）の出力は中断され得る。第４制御信号と第５制御信号とが同時に出力される場合、第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２がターンオンされるため、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とは電気的に並列で連結される。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とが並列連結される場合、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とは１つの等価抵抗で表され得る。例えば、第１抵抗Ｒ１が３Ωであって、第２抵抗Ｒ２が１．５Ωである場合、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との並列連結による等価抵抗は１Ωであり得る。結果的に、他の条件（例えば、温度）が同一であると仮定するとき、第４制御信号及び第５制御信号のいずれか１つのみが出力される場合に比べて、第４制御信号と第５制御信号とが同時に出力される場合、電流制限回路２４０を通じて流れる電流が相対的に増加することができる。

一方、第１接続部２１２が開動作位置にあって、第２接続部２２２が閉動作位置にある間に、バッテリーパック１００の第１端子１３０とキャパシタ２１ａの第１端子との間の電気的連結が第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の何れを通じてなされるかによって、バッテリーパック１００とキャパシタ２１ａとの間に流れる電流の大きさが変わり得る。したがって、制御部４００は、電気自動車１のセンシング装置２から提供される走行情報に基づいて、第４制御信号と第５制御信号の何れを出力するかを決定することができる。

一具現例によれば、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断される間の少なくとも一時点で電気自動車１の走行速度が基準速度（例えば、１０ｋｍ／ｈ）未満である場合、制御部４００は第２制御信号とともに第４制御信号を出力することができる。第２制御信号によって第２接続部２２２が閉動作位置になり、第４制御信号によって第１スイッチＳ１がターンオンされるため、バッテリーパック１００の高電位端子である第１端子１３０が第２コンタクタ２２０、第１スイッチＳ１及び第１抵抗Ｒ１を通じてキャパシタ２１ａの第１端子に電気的に連結される。一方、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断される一時点で電気自動車１の走行速度が前記基準速度以上である場合、制御部４００は第２制御信号とともに第５制御信号を出力することができる。第２制御信号によって第２接続部２２２が閉動作位置になり、第５制御信号によって第２スイッチＳ２がターンオンされるため、バッテリーパック１００の高電位端子である第１端子１３０が第２コンタクタ２２０、第２スイッチＳ２及び第２抵抗Ｒ２を通じてキャパシタ２１ａの第１端子に電気的に連結される。

電気自動車１の走行速度が基準速度未満であるということは、走行速度が基準速度以上であるときより前記電気モーター２２が必要とする電力が相対的に低いことを意味する。この場合、バッテリーパック１００からの電力は第１抵抗Ｒ１を通じてインバータ２１に供給されるため、バッテリーパック１００からの電力が第２抵抗Ｒ２を通じてインバータ２１に供給される場合より、バッテリーパック１００とキャパシタ２１ａとの間に流れる電流の大きさが小さくなる。

他の具現例によれば、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断される間の少なくとも一時点における電気自動車１の地理的位置に基づいて、第４制御信号と第５制御信号の何れを出力するかを決定することができる。例えば、制御部４００は、電気自動車１の現在の地理的位置から最寄りの整備所までの距離が基準距離（例えば、４０ｋｍ）未満である場合、第２制御信号とともに第４制御信号を出力することができる。一方、制御部４００は、電気自動車１から最寄りの整備所までの距離が基準距離以上である場合、第２制御信号とともに第５制御信号を出力することができる。

換言すれば、電気自動車１から最寄りの整備所までの距離が相対的に近いほど、電気モーター２２が必要とする電力は減少するため、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２のうち相対的に抵抗値が大きい第１抵抗Ｒ１を通じてバッテリーパック１００とキャパシタ２１ａとを電気的に連結する。逆に、電気自動車１から最寄りの整備所までの距離が相対的に遠いほど、電気モーター２２が必要とする電力は増加するため、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２のうち相対的に抵抗値が小さい第２抵抗Ｒ２を通じてバッテリーパック１００とキャパシタ２１ａとを電気的に連結する。

一方、上述した電気自動車１の現在の地理的位置から最寄りの整備所までの距離を示すデータは、制御部４００によって演算されるか、または、電気自動車１のセンシング装置２やＭＣＵなどから提供されるものであり得る。

また、他の具現例によれば、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断される一時点において、電気自動車１の車体の傾きが基準角度未満である場合、制御部４００は第２制御信号とともに第４制御信号を出力することができる。この場合、第１制御信号及び第５制御信号の出力は中断され得る。

一方、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断される一時点において、電気自動車１の車体の傾きが前記基準角度以上である場合、制御部４００は第２制御信号とともに第５制御信号を出力することができる。この場合、第１制御信号及び第４制御信号の出力は中断され得る。

電気自動車１の車体の傾きが基準角度未満であるということは、電気自動車１が平地のような傾斜の緩い道路を走行中であることを意味する。すなわち、電気自動車１が傾斜の緩い道路を走行している場合、急傾斜の道路を走行する場合より電気モーター２２が必要とする電力が相対的に低くなり得る。この場合、バッテリーパック１００からの電力は第１抵抗Ｒ１を通じてインバータ２１に供給されるため、バッテリーパック１００からの電力が第２抵抗Ｒ２を通じてインバータ２１に供給される場合より、バッテリーパック１００とキャパシタ２１ａとの間に流れる電流の大きさは小さくなる。

図５は、本発明の一実施例による駆動回路１０の制御方法を示したフロー図である。説明の便宜上、制御部４００は第３制御信号を出力している状態、すなわち、第３接続部２３２が閉動作位置にあると仮定する。

段階Ｓ５１０において、制御部４００は第１制御信号を出力する。第１制御信号は第１コンタクタ２１０のターンオンを誘導する信号である。一例において、第１制御信号は運転者の命令（例えば、アクセルペダルを踏む）によって出力されるものであり得る。具体的に、制御部４００は、第１電圧出力部４３１を用いて、第１電圧出力ライン１１を通じて第１レベルの電圧を出力し、第２電圧出力ライン１２を通じて第２レベルの電圧を出力することができる。

段階Ｓ５２０において、制御部４００は、段階Ｓ５１０において第１制御信号を出力する間、第１コンタクタ２１０が正常動作中であるか否かを判断する。

具体的に、第１コンタクタ２１０が正常に動作していれば、第１制御信号によって第１接続部２１２は閉動作位置になり、電圧測定回路３００によって測定される第１コンタクタ２１０の両端の電圧は基準電圧未満のはずである。

制御部４００は、第１制御信号の出力中に測定される第１コンタクタ２１０の両端の電圧が基準電圧より小さい場合、第１コンタクタ２１０が正常に動作可能であると判断することができる。もし、第１制御信号の出力中に測定される第１コンタクタ２１０の両端の電圧が基準電圧以上である場合、制御部４００は、第１コンタクタ２１０が非正常に動作していると判断することができる。

段階Ｓ５２０の判断値が「はい」である場合、制御部４００は段階Ｓ５１０に戻る。一方、段階Ｓ５２０の判断値が「いいえ」である場合、制御部４００は段階Ｓ５３０に進む。

段階Ｓ５３０において、制御部４００は第２制御信号を出力する。第２制御信号は第２コンタクタ２２０のターンオンを誘導する信号である。具体的に、制御部４００は、第２電圧出力部４３２を用いて、第３電圧出力ライン１３を通じて第３レベルの電圧を出力し、第４電圧出力ライン１４を通じて第４レベルの電圧を出力することができる。

第２コンタクタ２２０が第２制御信号によってターンオンされ、バッテリーパック１００と負荷２０とを電気的に連結することができる。具体的に、第２制御信号によって第２接続部２２２が閉動作位置になることで、バッテリーパック１００の第１端子１３０は、第２コンタクタ２２０と電流制限回路２４０を通じてキャパシタ２１ａの第１端子に電気的に連結可能な状態になり得る。

具現例によって、図４を参照して上述したように、電流制限回路２４０は相互並列で連結される第１電流制限部２４１及び第２電流制限部２４２をさらに含むことができる。この場合、前記制御方法は段階Ｓ５４０及びＳ５５０をさらに含むことができる。

段階Ｓ５４０において、制御部４００は電気自動車１の走行情報に基づいて、電流制限回路２４０に含まれた少なくとも１つのスイッチを選択することができる。例えば、制御部４００は第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２のいずれか１つのみを選択するか、または、２つのスイッチＳ１、Ｓ２を全て選択することができる。走行情報は、電気自動車１の走行速度、地理的位置または車体の傾きに関する情報を示すものであり得る。

段階Ｓ５５０において、制御部４００は段階Ｓ５４０で選択されたスイッチをターンオンさせることができる。例えば、制御部４００は、第１スイッチＳ１が選択された場合は第４制御信号を出力し、第２スイッチＳ２が選択された場合は第５制御信号を出力することができる。

第１スイッチＳ１は、第４制御信号によってターンオンされ得る。この場合、第１抵抗Ｒ１の抵抗値に対応するほど制限された電流がバッテリーパック１００からインバータ２１に供給され得る。第２スイッチＳ２は第５制御信号によってターンオンされ得る。この場合、第２抵抗Ｒ２の抵抗値に対応するほど制限された電流がバッテリーパック１００からインバータ２１に供給され得る。

これによって、バッテリーパック１００から第２コンタクタ２２０と電流制限回路２４０を介してインバータ２１に電力が供給され、インバータ２１はバッテリーパック１００から供給される電力を電気モーター２２が必要とする電力に変換することができる。

上述した本発明の実施例は、装置及び方法のみを通じて具現されるものではなく、本発明の実施例の構成に対応する機能を実行するプログラム又はそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現でき、上述した実施例の記載から本発明が属する技術分野の当業者であれば容易に具現することができる。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

また、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施例及び添付された図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成することができる。

Claims

バッテリーパック及びインバータを備えた電気自動車用駆動回路であって、
前記バッテリーパックの第１端子と前記インバータに含まれたキャパシタの第１端子との間に連結される第１コンタクタ；
前記第１コンタクタに並列連結される第２コンタクタ及び電流制限回路；並びに、
前記第１コンタクタ及び前記第２コンタクタの動作を制御する制御部；を含んでなり、
前記第２コンタクタと前記電流制限回路とは相互直列で連結され、
前記電流制限回路は少なくとも１つの抵抗を含んでなり、
前記制御部は、前記第１コンタクタの正常動作中には第１制御信号を出力し、前記第１コンタクタの非正常動作中には第２制御信号を出力し、
前記第１制御信号は前記第１コンタクタのターンオンを誘導し、
前記第２制御信号は前記第２コンタクタのターンオンを誘導し、
前記電流制限回路は、前記第２コンタクタと直列連結される第１電流制限部、及び前記第１電流制限部と並列連結される第２電流制限部を含んでなり、
前記第１電流制限部は相互直列で連結される第１スイッチ及び第１抵抗を含んでなり、
前記第２電流制限部は相互直列で連結される第２スイッチ及び第２抵抗を含んでなり、
前記制御部は、前記第１コンタクタの非正常動作中には前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくとも１つをターンオンさせ、
前記制御部は、前記電気自動車の走行情報に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくとも１つをターンオンさせる、電気自動車用駆動回路。
前記バッテリーパックの第２端子と前記キャパシタの第２端子との間に連結される第３コンタクタをさらに含んでなり、
前記制御部は前記第１コンタクタの正常動作中には前記第２制御信号とともに第３制御信号を出力し、
前記第３制御信号は前記第３コンタクタのターンオンを誘導する、請求項１に記載の電気自動車用駆動回路。
前記制御部は前記第１コンタクタの非正常動作中には前記第１制御信号の出力を中断する、請求項１又は２に記載の電気自動車用駆動回路。
前記第１コンタクタの両端の電圧を測定するように構成される電圧測定回路をさらに含んでなる、請求項１〜３の何れか一項に記載の電気自動車用駆動回路。
前記制御部は、前記第１制御信号を出力する間、前記電圧測定回路によって測定される前記第１コンタクタの両端の電圧に基づいて、前記第１コンタクタの正常動作如何を判断する、請求項４に記載の電気自動車用駆動回路。
前記第１抵抗の抵抗値と前記第２抵抗の抵抗値とは相異なる、請求項１に記載の電気自動車用駆動回路。
前記走行情報は、前記電気自動車の走行速度、地理的位置、及び車体の傾きのうち少なくとも１つを含んでなる、請求項１に記載の電気自動車用駆動回路。
前記制御部は、前記第１抵抗の抵抗値が前記第２抵抗の抵抗値より大きく、前記第１コンタクタの非正常動作中に前記走行速度が基準速度未満である場合、前記第２制御信号とともに第４制御信号を出力し、
前記第１スイッチは、前記第４制御信号によってターンオンされる、請求項７に記載の電気自動車用駆動回路。
前記制御部は、前記第１抵抗の抵抗値が前記第２抵抗の抵抗値より大きく、前記第１コンタクタの非正常動作中に前記走行速度が基準速度以上である場合、前記第２制御信号とともに第５制御信号を出力し、
前記第２スイッチは、前記第５制御信号によってターンオンされる、請求項７又は８に記載の電気自動車用駆動回路。
請求項１〜９の何れか一項に記載の電気自動車用駆動回路を備えてなる、電気自動車。
請求項１〜９の何れか一項に記載の電気自動車用駆動回路の制御方法であって、
前記制御部が第１制御信号を出力する段階；
前記制御部が前記第１制御信号を出力する間、前記第１コンタクタの正常動作如何を判断する段階；
前記第１コンタクタが非正常に動作していると判断される間、前記制御部が前記第２制御信号を出力する段階；及び
前記第２コンタクタが前記第２制御信号によってターンオンされて、前記バッテリーパックの第１端子と前記キャパシタの第１端子とを電気的に連結する段階；を含んでなる、電気自動車用駆動回路の制御方法。