KR101241226B1 - 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치 및 방법 - Google Patents

친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 차량에서 고전압 배터리와 인버터의 사이에 장착되어 고전압 배터리의 출력을 단속하는 메인 릴레이의 융착 여부를 진단하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링방법이 개시된다.
본 발명은 이그니션 오프가 검출되면 인버터의 스위칭 동작을 중지시키고, 메인 릴레이를 오프시켜 메인 배터리의 전압 출력을 차단시키는 과정; 메인 릴레이의 오프가 완료되면 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 강제 방전시키는 과정; 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압을 비교하여 메인 릴레이의 융착 여부를 모니터링하는 과정을 포함한다.

Description

친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치 및 방법{SYSTEM OF MAIN RELAY MONITORING FOR GREEN CARS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 친환경 차량에서 고전압 배터리와 인버터의 사이에 장착되어 고전압 배터리의 출력을 단속하는 메인 릴레이의 융착 여부를 진단하고자 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에 대한 연비 향상의 요구와 배출가스 규제의 강화에 따라 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 플러그인 전기자동차 등을 포함하는 친환경 차량이 제공되고 있으며, 친환경 차량은 고전압/대전류의 파워넷을 사용하여 요구하는 구동력을 생성한다.
친환경 차량은 요구하는 구동력을 생성하기 위하여 모터가 사용되고, 모터의 구동을 제어하기 위하여 인버터가 사용되며, 전장부하에 전원을 공급하기 위하여 메인 배터리에 저장된 대략 350V 내지 450V의 고전압을 전장부하에 요구되는 저전압인 12V의 전압으로 변환시키는 전력변환장치(DC/DC컨버터)가 사용된다.
친환경 차량은 메인 배터리에서 출력되는 고전압을 인버터를 사용하여 3상 교류전압으로 변환한 다음 모터에 공급하여 모터의 구동을 실행시킨다.
이때, 메인 배터리에 저장된 고전압의 출력은 메인 배터리와 인버터의 사이에 장착되는 메인 릴레이에 의해 단속된다.
예를 들어, 친환경 차량이 구동되지 않는 상태에서는 메인 릴레이가 오프되어 메인 배터리의 출력을 차단하고, 친환경 차량이 구동되어 전력이 필요한 상황에서는 메인 릴레이가 온되어 메인 배터리의 전압을 인버터에 공급한다.
또한, 상기 메인 릴레이는 메인 배터리 또는 전력변환장치의 고장이 발생되는 경우 배터리의 출력 전압을 차단시키는 기능을 실행한다.
그러나, 메인 릴레이가 융착되어 있다면 메인 배터리의 출력을 차단시키지 못하므로 주변회로로 고전압의 출력이 유지되어 고장을 확산시키는 원인이 되며, 차량의 안전에 치명적인 영향을 발생시키게 된다.
종래의 친환경 차량에서는 저항, 트랜지스터, 전계효과 트랜지스터, 비교기 등이 포함되는 부가회로를 구성하여 메인 릴레이의 상태를 모니터링하고 있다.
그러나, 상기와 같이 별도의 부가회로를 구성하는 경우 부가회로를 구동시키기 위한 전원이 필요하여 불필요한 전류 소모가 발생되고, 부가회로의 고장이 발생되는 경우 메인 릴레이의 모니터링에 신뢰성이 결여될 수 있다.
또한, 부가회로의 구성을 위해 많은 부품이 소요되므로, 원가상승을 유발시키고, 전체 시스템의 크기가 커지게 되는 단점들이 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 친환경 차량에서 이그니션 오프에 따라 고전압 배터리와 인버터의 사이에 장착되는 메인 릴레이의 차단이 실행되면 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 강제 방전시킨 다음 배터리 전압과 인버터의 입력전압을 비교하여 메인 릴레이의 융착 여부 진단을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르는 특징은 모터; 고전압이 저장되는 메인 배터리; 메인 배터리의 전압 출력을 단속하는 메인 릴레이; 메인 릴레이를 통해 공급되는 메인 배터리의 전압을 교류전압으로 변환하여 모터에 구동전압으로 공급하는 인버터; 이그니션 오프에 따라 메인 릴레이를 차단한 후 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 강제 방전시키고, 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압을 비교하여 메인 릴레이의 융착 여부를 판정하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치가 제공된다.
상기 제어기는 메인 릴레이의 오프가 완료되면 인버터를 스위칭시켜 모터의 저항으로 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 강제 방전시킬 수 있다.
상기 제어기는 DC링크 커패시터의 강제 방전 완료후 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압이 동일하거나 일정값 범위에 포함되면 메인 릴레이의 융착으로 판정하고, 고장 메시지를 출력한 다음 강제 파워 오프를 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은, 이그니션 오프가 검출되면 인버터의 스위칭 동작을 중지시키고, 메인 릴레이를 오프시켜 메인 배터리의 전압 출력을 차단시키는 과정; 메인 릴레이의 오프가 완료되면 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 강제 방전시키는 과정; 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압을 비교하여 메인 릴레이의 융착 여부를 모니터링하는 과정을 포함하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링방법이 제공된다.
상기 DC링크 커패시터의 강제 방전은 모터를 저항으로 활용하여 방전시킬 수 있다.
상기 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압이 동일하거나 일정 전압차 이내이면 메인 릴레이의 융착으로 판정하고 강제 파워 오프를 실행할 수 있다.
상기 DC링크 커패시터의 강제 방전에서 인버터의 스위칭으로 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 저항으로 작용하는 모터에 공급하여 강제 방전을 실행할 수 있다.
상기 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압의 전압차가 설정된 기준전압 이상이면 메인 릴레이를 정상으로 판정하고 정상적인 파워 오프를 실행할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 별도의 부가회로를 사용하지 않고 메인 릴레이의 융착 여부를 모니터링할 수 있어 원가절감과 시스템의 단순화를 제공할 수 있다.
또한, 이그니션 오프 상태에서 메인 릴레이의 융착 여부를 모니터링 할 수 있어 고장 확산이 방지될 수 있고, 고전압의 노출에 따른 차량의 안전성이 제공되수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링절차를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 메인 배터리(110), 메인 릴레이(120), 인버터(130), 모터(140), 엔진(150), 변속기(160), 구동휠(170) 및 제어기(200)를 포함한다.
메인 배터리(110)는 대략 350V 내지 450V의 직류 전압이 저장되며, 모터(140)의 구동이 요구되는 경우 저장된 전압을 출력하고, 회생제동 제어시 발전기로 동작되는 모터(140)에서 생성되는 전압을 충전한다.
메인 릴레이(120)는 메인 배터리(110)와 인버터(130)의 사이에 배치되어 제어기(200)의 제어에 따라 스위칭되어 배터리(130)와 인버터(130)를 전기적으로 연결하거나 분리한다.
상기 메인 릴레이(120)는 친환경 차량이 구동되지 않는 상태에서는 제어기(200)의 제어에 따라 스위칭 오프되어 인버터(130)로 공급되는 메인 배터리(110)의 출력을 차단하고, 친환경 차량이 구동되어 전력이 필요한 상황에서는 제어기(200)의 제어에 따라 스위칭 온되어 메인 배터리(110)의 전압이 인버터(130)에 공급될 수 있도록 한다.
또한, 상기 메인 릴레이(120)는 메인 배터리 또는 전력변환장치의 고장이 발생되는 경우 제어기(200)의 제어에 의해 스위칭되어 메인 배터리(110)의 출력을 차단한다.
인버터(130)는 전력 스위칭소자가 직렬로 연결되어 구성되며, 한쌍의 U상 아암(U+,U-), V상 아암(V+, V-), W상 아암(W+, W-)을 포함한다.
상기 전력 스위칭소자는 NPN형 트랜지스터, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET 중 어느 하나로 구성된다.
상기 인버터(130)는 제어기(200)에서 각각의 아암에 인가되는 PWM 신호에 따라 메인 릴레이(120)를 통해 공급되는 메인 배터리(110)의 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 모터(140)에 구동전압으로 공급한다.
모터(140)는 3상 교류전동기로, 인버터(130)에서 공급되는 3상 교류전압의 의해 구동토크를 발생시키고, 회생 제동시 발전기로 동작되어 전압을 생성한다.
엔진(150)는 주행 상황에 따라 최적의 운전점으로 구동된다.
변속기(160)는 운전모드에 따라 도시되지 않은 클러치를 통해 합산되어 인가되는 엔진(150)과 모터(140)의 출력토크를 차량의 운전 상황에 따라 적절한 변속비로 분배하여 구동휠(170)에 전달하여 자동차가 주행될 수 있도록 한다.
상기 변속기(160)는 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용될 수 있다.
제어기(200)는 이그니션 오프가 검출되면 메인 릴레이(120)를 오프시켜 메인 배터리(110)의 전압 출력을 차단하고, 인버터(130)를 스위칭시켜 모터(140)의 저항을 통하여 인버터(130)의 DC링크 커패시터(Vdc)에 충전된 전압을 강제 방전시킨다.
상기 DC링크 커패시터(Vdc)의 강제 방전은 예를 들어 다음과 같은 수학식1에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112011084517775-pat00001
상기의 수학식 1을 통해 목표방전시간, 시스템 전압 및 방전종지전압을 결정하여 방전전류지령을 결정할 수 있다.
예를 들어, 목표방전시간이 3초이고, 방전종지전압이 60V라면 3초 후에는 인버터(130)의 입력전압, 즉 DC링크 커패시터(Vdc)의 출력전압은 60V 이하가 된다.
상기 제어기(200)는 인버터(130)의 DC링크 커패시터(Vdc)에 충전된 전압을 강제 방전시킨 다음 메인 배터리(110)의 전압(VBAT)과 인버터(130)의 입력전압, 즉 DC 링크 커패시터(Vdc)의 출력전압을 비교하여 메인 릴레이(120)의 융착 여부를 판정할 수 있다.
예를 들어, 제어기(200)는 메인 배터리(110)의 전압(VBAT)과 인버터(130)의 입력전압이 동일하거나 일정값 범위에 포함되면 메인 릴레이의 융착으로 인하여 메인 배터리(110)의 전압이 인버터(130)에 계속 공급되는 것으로 판정할 수 있다.
상기 제어기(200)는 메인 릴레이(120)의 융착이 판정되면 설정된 소정의 방식으로 고장 메시지를 출력한 다음 강제적으로 파워 오프를 실행한다.
전술한 바와같은 기능을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량에서 메인 릴레이의 모니터링을 실행하는 동작은 다음과 같다.
본 발명이 적용되는 친환경 차량에 운행되는 상태에서(S101) 제어기(200)는 이그니션 오프가 검출되는지 판단한다(S102).
상기 S102에서 제어기(200)는 이그니션 오프가 검출되면 인버터(130)의 각 상별 아암(U+,U-)(V+, V-)(W+, W-)에 인가되는 PWM신호의 출력을 중지시켜 인버터(130)의 스위칭 동작을 중지시킨다(S103).
이후, 메인 릴레이(120)를 스위칭 오프시켜 메인 배터리(110)의 전압 출력은 차단시킨다(S104).
메인 릴레이(120)의 스위치 오프 제어가 완료되면(S105) 제어기(200)는 인버터(130)를 스위칭 제어하여 모터(140)의 저항으로 인버터(130)의 DC링크 커패시터(Vdc)에 충전된 전압을 강제 방전시킨다(S106).
상기 DC링크 커패시터(Vdc)의 강제 방전은 전술한 수학식1을 통해 목표방전시간, 시스템 전압 및 방전종지전압을 결정하여 방전전류지령을 결정할 수 있다.
상기 S106에서 제어기(200)는 인버터(130)의 DC링크 커패시터(Vdc)에 충전된 전압의 강제 방전이 완료되면 다음 메인 배터리(110)의 전압(VBAT)과 인버터(130)의 입력전압, 즉 DC 링크 커패시터(Vdc)의 출력전압을 검출한다(S107).
이후, 제어기(200)는 검출된 메인 배터리(110)의 전압(VBAT)과 인버터(130)의 전압을 비교하여 전압차를 검출하고(S108), 전압차가 융착 판정을 위해 설정된 기준전압 미만인지를 판단한다(S109).
상기 S109에서 제어기(200)는 전압차가 융착 판정을 위해 설정된 기준전압 미만인 것으로 판단되면 메인 릴레이(120)의 융착으로 판정하고(S110), 설정된 소정의 방법으로 경고 메시지를 출력시킨 다음 강제로 파워 오프를 실행한다(S111).
예를 들어, 제어기(200)는 메인 배터리(110)의 전압(VBAT)과 인버터(130)의 입력전압의 전압차가 일정범위에 포함되거나 동일하면 메인 릴레이의 융착으로 인하여 메인 배터리(110)의 전압이 인버터(130)에 계속 공급되는 것으로 판정할 수 있다.
즉, 메인 릴레이(120)의 융착이 발생된 상태에서는 DC링크 커패시터를 강제 방전시키더라도 메인 배터리(110)의 전압이 계속 공급되는 상태이므로, 메인 배터리(110)의 전압(VBAT)과 인버터(130)의 입력 전압을 동일하거나 설정된 기준전압의 범위에 포함된다.
상기 S109에서 제어기(200)는 전압차가 설정된 기준전압을 초과하면 메인 릴레이(120)의 스위칭 오프에 의해 메인 배터리(110)의 출력이 안정되게 차단된 상태이므로, 메인 릴레이(120)는 융착이 발생되지 않은 정상 상태로 판정하고(S112) 정상적인 파워 오프를 실행한다(S113).
이상과 같이 이그니션 오프가 검출되면 메인 릴레이의 융착 여부를 간편하게 모니터링할 수 있어 차량의 안전성 및 신뢰성이 제공될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110 : 메인 배터리 120 : 메인 릴레이
130 : 인버터 140 : 모터

Claims (8)

  1. 모터;
    고전압이 저장되는 메인 배터리;
    메인 배터리의 전압 출력을 단속하는 메인 릴레이;
    메인 릴레이를 통해 공급되는 메인 배터리의 전압을 교류전압으로 변환하여 모터에 구동전압으로 공급하는 인버터;
    이그니션 오프에 따라 메인 릴레이를 차단한 후 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 강제 방전시키고, 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압을 비교하여 메인 릴레이의 융착 여부를 판정하는 제어기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 메인 릴레이의 오프가 완료되면 인버터를 스위칭시켜 모터의 저항으로 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 강제 방전시키는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 DC링크 커패시터의 강제 방전 완료후 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압이 동일하거나 일정값 범위에 포함되면 메인 릴레이의 융착으로 판정하고, 고장 메시지를 출력한 다음 강제 파워 오프를 실행하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링장치.
  4. 이그니션 오프가 검출되면 인버터의 스위칭 동작을 중지시키고, 메인 릴레이를 오프시켜 메인 배터리의 전압 출력을 차단시키는 과정;
    메인 릴레이의 오프가 완료되면 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 강제 방전시키는 과정;
    메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압을 비교하여 메인 릴레이의 융착 여부를 모니터링하는 과정;
    을 포함하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 DC링크 커패시터의 강제 방전은 모터를 저항으로 활용하여 방전시키는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압이 동일하거나 일정 전압차 이내이면 메인 릴레이의 융착으로 판정하고, 강제 파워 오프를 실행하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 DC링크 커패시터의 강제 방전에서 인버터의 스위칭으로 DC링크 커패시터에 충전된 전압을 저항으로 작용하는 모터에 공급하여 강제 방전을 실행하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 메인 배터리의 전압과 인버터의 입력전압의 전압차가 설정된 기준전압 이상이면 메인 릴레이를 정상으로 판정하고, 정상적인 파워 오프를 실행하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 메인 릴레이 모니터링방법.
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