KR101406541B1 - 릴레이 제어시스템, 릴레이 제어방법 및 릴레이 제어시스템이 구비된 차량 - Google Patents

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Abstract

배터리와 모터의 사이에 마련되어 전기적 접속을 온/오프하는 릴레이; 및 상기 릴레이의 동작을 제어하며, 릴레이 오프신호 수신시, 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 모터의 전압을 추정하고, 추정된 모터의 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이를 오프하지 않도록 하는 제어부;를 포함하는 릴레이 제어시스템, 릴레이 제어방법 및 릴레이 제어시스템이 구비된 차량이 소개된다.

Description

릴레이 제어시스템, 릴레이 제어방법 및 릴레이 제어시스템이 구비된 차량 {RELAY CONTROLLING SYSTEM, RELAY CONTROLLING METHOD AND VEHICLE EQUIPPED WITH THE SAME SYSTEM}
본 발명은 주행 중 메인릴레이의 차단 후 재접속시 발생될 수 있는 릴레이의 쇼트를 미연에 방지하기 위한 릴레이 제어시스템, 릴레이 제어방법 및 릴레이 제어시스템이 구비된 차량에 관한 것이다.
내연기관 차량의 경우 운전자가 악의적으로 주행 중 IG(이그니션) Off 할 경우에는 엔진의 시동이 꺼지며 재 IG On 시 엔진이 다시 시동되어 주행이 가능하다.
그러나, EV/HEV/연료전지차량 등의 모터와 배터리를 이용하여 주행하는 차량들의 경우 통상 IG Off 시 배터리의 메인릴레이를 Off 하고, IG On 시 메인릴레이를 On 하여 고전압 계통의 전류를 흐르게 한다.
하지만 주행 중(모터 회전중)에는 모터의 타입에 따라 역기전력이 발생할 수 있으며 역기전력이 발생하는 동안 메인릴레이를 On 하게 될 경우 릴레이의 융착이 발생할 수 있는 문제가 있다.
구체적으로, 유도모터 차량의 경우에는 IG Off 후 IG On 시 모터 여자 전류를 차단하여 역기전력이 흐르지 않으므로 배터리 메인릴레이의 융착을 방지할 수 있으며 주행이 가능해진다.
그러나 영구자석모터 차량의 경우 상기와 같은 상황에서 모터 역기전력이 발생하며, 모터 역기전력이 배터리 전압보다 큰 경우 전류가 흐르게 되고 이 경우 메인릴레이를 On 할 경우 융착이 발생할 수 있다. 따라서, 모터 역기전력은 모터 회전수에 비례하여 특히 고속에서는 커지므로, 고속 주행 중 운전자가 악의적으로 IG Off 후 다시 IG On 을 할 경우 메인릴레이 융착 방지를 위해 메인릴레이를 On 할 수 없으며 차량 주행이 불가해지는 문제가 있다. 그러나 이러한 경우는 주행 자체가 불가능해지므로 불의의 사고로 이어질 수 있는 위험한 상황이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 경우 전기자동차/하이브리드차량/연료전지차량 등과 같이 친환경차량에 많이 쓰이는 영구자석 모터 타입의 차량에서 주행 중 IG Off 후 On 하는 상황에서 배터리의 메인릴레이의 손상 없이 주행이 가능한 시스템을 제공하기 위한 것이다.
종래의 KR 10-2011-0035693 A "하이브리드 차량의 페일세이프 제어장치 및 방법"은 "엔진과 모터의 사이에 설치되는 엔진 클러치와 차량의 전반적인 거동을 제어하는 HCU를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서, 상기 HCU는 모터의 고장이 검출되면 HSG의 크랭킹을 통해 엔진을 시동 온 시키고, 엔진 시동이 온 되면 메인 릴레이를 오프하여 배터리와 모터의 전원 연결을 차단하며, 엔진 클러치를 결합하여 엔진의 출력토크로 페일세이프 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 페일세이프 제어장치"를 제시한다.
그러나 상기와 같은 발명에 의하더라도 모터 고장을 감지한 페일세이프 기능만이 구현가능할 뿐, 주행 중 IG Off 후 On 하는 상황에서 배터리의 메인릴레이의 손상에 관하여는 대책이 없는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2011-0035693 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 주행 중 메인릴레이의 차단 후 재접속시 발생될 수 있는 릴레이의 쇼트를 미연에 방지하기 위한 릴레이 제어시스템, 릴레이 제어방법 및 릴레이 제어시스템이 구비된 차량을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 릴레이 제어시스템은, 배터리와 모터의 사이에 마련되어 전기적 접속을 온/오프하는 릴레이; 및 상기 릴레이의 동작을 제어하며, 릴레이 오프신호 수신시, 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 모터의 전압을 추정하고, 추정된 모터의 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이를 오프하지 않도록 하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 역기전력에 의한 모터의 전압을 추정할 수 있다.
상기 제어부는 모터의 회전수를 통해 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 모터의 전압을 추정할 수 있다.
상기 제어부는 모터의 회전수와 전원차단시 발생되는 모터의 전압 관계에 관한 데이터맵을 구비하고, 릴레이 오프신호 수신시 모터의 회전수를 통해 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 모터의 전압을 추정할 수 있다.
상기 제어부는 릴레이 오프신호 수신시 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 모터의 전압을 추정하고, 추정된 모터의 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이를 오프하지 않도록 하며, 모터의 회전수 또는 토크를 저하시킨 후 다시 모터의 전압을 추정하여 추정된 모터의 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이가 나지 않는 경우 릴레이를 오프할 수 있다.
상기 배터리는 차량의 고전압배터리이며, 릴레이는 차량의 메인릴레이일 수 있다.
상기 모터에는 병렬연결된 커패시터가 마련되며, 상기 제어부는 릴레이 오프신호 수신시, 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 커패시터에 충전되는 전압을 추정하고, 추정된 커패시터의 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이를 오프하지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 릴레이 제어방법은, 릴레이 오프신호 수신시, 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 모터의 전압을 추정하고, 추정된 모터의 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이를 오프하지 않도록 한다.
또한, 상기 릴레이 제어방법은, 릴레이 오프신호를 수신하는 수신단계; 릴레이 오프시 역기전력에 의한 모터의 전압을 추정하는 추정단계; 추정된 전압과 배터리의 전압을 비교하는 비교단계; 및 추정된 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이 날 경우 릴레이를 오프하지 않는 유지단계;를 포함한다.
상기 추정단계는 미리 마련된 데이터맵에 모터의 회전수를 대입하여 모터의 전압을 추정할 수 있다.
상기 유지단계는, 모터의 회전수 또는 토크를 저하시키는 저하단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 저하단계는, 상기 추정단계 및 비교단계를 다시 수행하고, 추정된 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이 나지 않는 경우 릴레이를 오프하는 오프단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 릴레이 제어시스템, 릴레이 제어방법 및 릴레이 제어시스템이 구비된 차량에 따르면, 주행중 악의적인 시동 오프 후 다시 재시동 온시 발생할 수 있는 메인릴레이의 융착을 미연에 방지할 수 있게 된다.
또한, 재시동시 시동이 걸리지 않는 문제를 해결함으로써 주행안정성을 좀 더 보장할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 릴레이 제어시스템을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 릴레이 제어시스템, 릴레이 제어방법 및 릴레이 제어시스템이 구비된 차량에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어시스템의 구성도로서, 본 발명의 릴레이 제어시스템은, 배터리(100)와 모터(300)의 사이에 마련되어 전기적 접속을 온/오프하는 릴레이(400); 및 상기 릴레이(400)의 동작을 제어하며, 릴레이(400) 오프신호 수신시, 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하고, 추정된 모터(300)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이(400)를 오프하지 않도록 하는 제어부(500);를 포함한다.
본 발명의 시스템은 주로 차량 등에 장착되는 것으로서, 특히 하이브리드차량, 전기차량, 연료전지차량 등과 같이 배터리와 모터를 구동원으로 사용하는 시스템에 적용이 가능하다. 이러한 시스템은 기본적으로 고전압의 배터리를 사용하기 때문에 회로에 대전류가 흐르게 되고, 따라서 절연 등의 안전사항을 위해 배터리의 전원을 근본적으로 차단할 수 있는 메인릴레이가 마련된다.
본 발명은 그 중에서도 특히 이러한 메인릴레이를 제어함에 있어 갑작스런 릴레이의 연결에 따라 발생할 수 있는 쇼트에 의한 융착을 미연에 방지하는데 목적이 있다. 즉, 상기 배터리(100)는 차량의 고전압배터리이며, 릴레이(400)는 차량의 메인릴레이일 수 있는 것이다.
릴레이는 기본적으로 배터리(100)와 모터(300)의 사이에 마련되어 전기적 접속을 온/오프하는 구성이다. 그리고 제어부는 릴레이(400)의 동작을 제어하며, 특히 릴레이(400) 오프신호 수신시, 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하고, 추정된 모터(300)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이(400)를 오프하지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
즉, 종래의 경우 일단 릴레이 오프신호를 수신한 경우 일단 릴레이를 오프하고, 모터의 역기전력이 발생하는 모터 회전시에는 릴레이를 온시키지 않도록 차단하는 제어를 수행하고 있었다. 따라서, 이 경우에는 차량의 주행 중 악의적인 시동 오프 후 다시 재시동을 할 경우 여전히 차량이 주행 중이라면 릴레이의 온이 불가하여 차량이 주행불능 상태에 빠지며 안정성에 문제가 될 수 있는 것이었다.
따라서, 이러한 경우 근본적으로 다시 릴레이를 온할 경우 릴레이의 융착이 예상된다면, 릴레이의 오프 차제를 수행하지 못하도록 함으로써 릴레이를 온 할 수 없는 상황을 근본적으로 차단하는 것이다.
한편, 이러한 모터(300)의 경우에는 그 회전수에 비례하여 역기전력이 발생된다는 점에 착안하여, 릴레이(400) 오프시 발생되는 모터(300)의 역기전력은 현재 모터의 회전수를 통해 추산토록 한다. 그리고 추측된 모터(300)의 역기전력에 의해 모터 양단에 걸리는 전압이 배터리(100)의 전압과 크게 차이나는 경우에는 릴레이(400)의 오프 후 재접속시 대전류로 인하여 융착의 가능성이 있는바, 이 경우에는 릴레이(400)의 오프를 수행하지 않음으로써 다시 접속할 일을 만들지 않도록 하는 것이다.
구체적으로, 상기 제어부(500)는 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 역기전력에 의한 모터(300)의 전압을 추정하도록 한다. 즉, 상기 제어부(500)는 모터(300)의 회전수를 통해 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하고, 이를 현재의 배터리 전압과 비교하여 현대 시점에서 나중에 릴레이(400)의 온시 융착 가능성을 예측하는 것이다.
이를 위해, 상기 제어부(500)는 모터(300)의 회전수와 전원차단시 발생되는 모터(300)의 전압 관계에 관한 데이터맵을 구비하고, 릴레이(400) 오프신호 수신시 모터(300)의 회전수를 통해 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하도록 한다.
도 2는 도 1에 도시된 릴레이 제어시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 모터속도를 데이터맵에 대입하여 역기전력을 추정하고, 이를 통해 모터의 전압을 예측하여 배터리전압과 비교하며, 그 비교결과 일정 크기 이상 차이가 날 경우 유ㅠ착 가능성이 있는 것으로 본다. 한편, 이러한 데이터맵에는 미리 모터 회전수의 대입시 바로 모터의 역기전압이 도출될 수 있도록 마련하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 제어부(500)는 릴레이(400) 오프신호 수신시 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정한다. 그리고 추정된 모터(300)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이(400)를 오프하지 않도록 한다. 또한, 모터(300)의 회전수 또는 토크를 저하시킨 후 다시 모터(300)의 전압을 추정하여 추정된 모터(300)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 나지 않는 경우 릴레이(400)를 오프하도록 하는 것도 가능하다.
즉, 현재로서는 릴레이(400)를 오프할 수 없는 상황이라면, 모터(100)의 회전수를 인버터 제어 등을 통하여 감소시킨 후, 원하는 회전수까지 다운된 상태에서 릴레이를 오프하는 것이다. 이 경우에는 이미 모터(100)의 회전수 저하로 인하여 역기전력이 발생하더라도 릴레이(400)의 융착이 일어날 정도가 아니기 때문에, 그 정도까지 모터(100)를 감속한 후 릴레이를 오프하고, 따라서 추후 릴레이(400)의 온시에도 융착이 발생되지 않도록 하는 것이다. 따라서, 이 경우에는 바람직하게는 모터(300)의 역기전력에 의한 전압을 배터리의 전압에 근사하게 조정한 후 릴레이(400)를 오프함이 바람직한 것이다.
한편, 상기 모터(300)에는 병렬연결된 커패시터(320)가 마련되며, 상기 제어부(500)는 릴레이(400) 오프신호 수신시, 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 커패시터(320)의 충전 전압을 추정하고, 추정된 커패시터(320)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이(400)를 오프하지 않도록 할 수 있다. 즉, 회로의 보호를 위해 전장부품들에는 커패시터(320)를 설치하여 완충작용을 하도록 하는데, 이러한 모터(300) 양단에 연결된 또는 인버터의 양단에 연결된 커패시터(320)의 양단 전압을 추정함으로써 배터리(100)와의 사이에서 릴레이(400) 온시 융착여부를 감지하는 것이다.
즉, 모터(300)의 역기전력 발생시에는 커패시터(320)에 전압이 충전될 것이고, 따라서, 현재 커패시터(320)에 충전된 전압과 모터(300)의 추정되는 역기전력에 의한 역기전압을 모두 고려하여 배터리(100) 전압과 비교함으로써 좀 더 정확하게 대전류의 흐름 여부를 추정할 수 있게 된다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 제어방법의 순서도로서, 본 발명의 릴레이 제어방법은, 배터리와 모터간의 릴레이를 제어하는 제어방법으로써, 릴레이 오프신호 수신시, 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 모터의 전압을 추정하고, 추정된 모터의 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이를 오프하지 않도록 한다.
즉, 본 발명의 배터리와 모터간의 릴레이를 제어하는 제어방법은, 릴레이 오프신호를 수신하는 수신단계(S100); 릴레이 오프시 역기전력에 의한 모터의 전압을 추정하는 추정단계(S200); 추정된 전압과 배터리의 전압을 비교하는 비교단계(S300); 및 추정된 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이 날 경우 릴레이를 오프하지 않는 유지단계(S400);를 포함한다.
그리고, 상기 추정단계(S200)는 미리 마련된 데이터맵에 모터의 회전수를 대입하여 모터의 전압을 추정하도록 할 수 있다.
또한, 상기 유지단계(S400)는, 모터의 회전수 또는 토크를 저하시키는 저하단계(S500);를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 저하단계(S500)는, 상기 추정단계 및 비교단계를 다시 수행하고, 추정된 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이 나지 않는 경우 릴레이를 오프하는 오프단계(S600);를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 릴레이 제어시스템, 릴레이 제어방법 및 릴레이 제어시스템이 구비된 차량에 따르면, 주행중 악의적인 시동 오프 후 다시 재시동 온시 발생할 수 있는 메인릴레이의 융착을 미연에 방지할 수 있게 된다.
또한, 재시동시 시동이 걸리지 않는 문제를 해결함으로써 주행안정성을 좀 더 보장할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 배터리 300 : 모터
320 : 커패시터 400 : 릴레이
500 : 제어부

Claims (13)

  1. 배터리(100)와 모터(300)의 사이에 마련되어 전기적 접속을 온/오프하는 릴레이(400); 및
    상기 릴레이(400)의 동작을 제어하며, 릴레이(400) 오프신호 수신시, 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하고, 추정된 모터(300)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이(400)를 오프하지 않도록 하는 제어부(500);를 포함하는 릴레이 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(500)는 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 역기전력에 의한 모터(300)의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(500)는 모터(300)의 회전수를 통해 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부(500)는 모터(300)의 회전수와 전원차단시 발생되는 모터(300)의 전압 관계에 관한 데이터맵을 구비하고, 릴레이(400) 오프신호 수신시 모터(300)의 회전수를 통해 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(500)는 릴레이(400) 오프신호 수신시 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하고, 추정된 모터(300)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이(400)를 오프하지 않도록 하며, 모터(300)의 회전수 또는 토크를 저하시킨 후 다시 모터(300)의 전압을 추정하여 추정된 모터(300)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 나지 않는 경우 릴레이(400)를 오프하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리(100)는 차량의 고전압배터리이며, 릴레이(400)는 차량의 메인릴레이인 것을 특징으로 하는 릴레이 제어시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터(300)에는 병렬연결된 커패시터(320)가 마련되며, 상기 제어부(500)는 릴레이(400) 오프신호 수신시, 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 커패시터(320)의 충전 전압을 추정하고, 추정된 커패시터(320)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이(400)를 오프하지 않는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어시스템.
  8. 배터리와 모터간의 릴레이를 제어하는 제어방법으로써,
    릴레이 오프신호 수신시, 릴레이 오프에 따라 발생할 수 있는 모터의 전압을 추정하고, 추정된 모터의 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이를 오프하지 않도록 하는 릴레이 제어방법.
  9. 배터리와 모터간의 릴레이를 제어하는 제어방법으로써,
    릴레이 오프신호를 수신하는 수신단계(S100);
    릴레이 오프시 역기전력에 의한 모터의 전압을 추정하는 추정단계(S200);
    추정된 전압과 배터리의 전압을 비교하는 비교단계(S300); 및
    추정된 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이 날 경우 릴레이를 오프하지 않는 유지단계(S400);를 포함하는 릴레이 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 추정단계(S200)는 미리 마련된 데이터맵에 모터의 회전수를 대입하여 모터의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 유지단계(S400)는, 모터의 회전수 또는 토크를 저하시키는 저하단계(S500);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 저하단계(S500)는, 상기 추정단계 및 비교단계를 다시 수행하고, 추정된 전압과 배터리의 전압이 일정 크기 이상 차이 나지 않는 경우 릴레이를 오프하는 오프단계(S600);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 제어방법.
  13. 배터리(100)와 모터(300)의 사이에 마련되어 전기적 접속을 온/오프하는 릴레이(400) 및 상기 릴레이(400)의 동작을 제어하며, 릴레이(400) 오프신호 수신시, 릴레이(400) 오프에 따라 발생할 수 있는 모터(300)의 전압을 추정하고, 추정된 모터(300)의 전압과 배터리(100)의 전압이 일정 크기 이상 차이가 날 경우 릴레이(400)를 오프하지 않도록 하는 제어부(500)를 포함하는 릴레이 제어시스템이 구비된 차량.
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