KR101440531B1 - 전기 접촉기 진단 장치 및 방법 - Google Patents

전기 접촉기 진단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 접촉기 진단 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 장치로서, 상기 배터리의 양극 단자 또는 음극 단자 중 상기 전기 접촉기가 연결되어 있지 않은 배터리의 전극 단자와 상기 전기 접촉기 사이에 연결되는 진단 저항; 상기 진단 저항과 연결되는 옵토커플러; 상기 진단 저항에 각각 인가되는 전압을 측정하는 저항 전압 측정부; 및 상기 전기 접촉기 및 상기 옵토커플러에 제어 신호를 출력하며, 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 진단제어부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 간단한 회로 구성을 통해서 전기 접촉기의 고장 여부를 판단할 수 있다. 또한, 옵토커플러를 사용하여 진단 장치를 제어하므로 진단 장치가 고전압 배터리로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 고전압 배터리로 인한 전기적 쇼크 또는 전자파의 영향을 줄일 수 있어 진단 장치의 고장을 방지할 수 있다.

Description

전기 접촉기 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSIS OF ELECTRIC CONTACTOR}
본 발명은 전기 접촉기의 고장 여부를 판단하는 진단 장치 및 방법에 관하 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같이 고전압을 요구하는 배터리 전원 공급 시스템에 채용된 전기 접촉기의 고장 여부를 감지할 수 있는 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다.
이에 따라 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치, 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히 전기차나 하이브리드 자동차에 사용되는 이차 전지는 고출력, 대용량 이차 전지로서, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
또한, 이차 전지에 대한 많은 수요와 함께 이차 전지와 관련된 주변 부품이나 장치에 대한 연구도 함께 이루어지고 있다. 즉, 2이상의 이차 전지를 연결하여 하나의 팩으로 만든 배터리 팩, 배터리 팩의 충방전을 제어하고 각 배터리의 상태를 모니터하는 BMS, 폭발과 같은 안전사고로부터 배터리를 보호하는 케이스, 배터리 팩을 모터와 같은 부하와 연결하는 전기 접촉기 등 다양한 부품과 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
특히, 전기 접촉기는 배터리 팩과 부하를 연결하고, 전력의 공급여부를 제어하는 스위치로서 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 일 예로 널리 사용되는 리튬 이온 이차 전지의 작동 전압은 약 3.7V ~ 4.2V로서, 고전압을 제공하기 위해 다수의 이차 전지를 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 전기차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리 팩의 경우, 자동차를 구동시키는 모터는 약 240V ~ 280V의 배터리 전압을 필요로 한다. 이러한 배터리 팩과 모터를 연결하는 전기 접촉기는 고전압, 고출력의 전기 에너지가 상시 통과하는 부품으로서 고장 발생 여부를 모니터하는 것이 매우 중요하다.
따라서, 고전압, 고출력의 전기 에너지에 빈번하게 노출되는 전기 접촉기를 점검하는 진단 장치가 필요하다. 특히, 전기 접촉기를 점검하는 진단 장치도 고전압, 고출력에 함께 노출되는 특성을 고려할 때, 상기 전기 접촉기를 점검하는 진단 장치 역시 고전압, 고출력의 전기 에너지에 대한 내구성이 좋아야 하며, 고장 여부를 측정할 때 고전압, 고출력의 전기 에너지로 인한 영향을 적게 받아야 하는 특성이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 감안하여 창안된 것으로서, 전기 접촉기 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 장치로서, 상기 배터리의 양극 단자 또는 음극 단자 중 상기 전기 접촉기가 연결되어 있지 않은 배터리의 전극 단자와 상기 전기 접촉기 사이에 연결되는 진단 저항; 상기 진단 저항과 연결되는 옵토커플러; 상기 진단 저항에 각각 인가되는 전압을 측정하는 저항 전압 측정부; 및 상기 전기 접촉기 및 상기 옵토커플러에 제어 신호를 출력하며, 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 진단제어부;를 포함한다.
본 발명에 있어서 상기 옵토커플러는 포토 모스 릴레이가 될 수 있다.
본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 상기 진단 저항과 연결되는 과전류 보호저항;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 저항 전압 측정부는, 상기 진단 저항의 전압을 센싱하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 수신한 아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 변환부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진단제어부는 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 기준 전압값과 비교하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 진단한다. 이를 위해 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 상기 기준 전압값이 저장된 메모리부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는 상기 배터리의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부;를 더 포함하고, 상기 진단제어부는 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 상기 배터리 전압 측정부에서 측정한 배터리의 전압값에 대응하는 가변 기준 전압값과 비교하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 진단한다. 이를 위해 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 상기 가변 기준 전압값이 저장된 메모리부;를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 진단제어부는 하기 수학식에 의해 가변 기준 전압값을 계산한다.
<수학식>
Figure 112012054645900-pat00001
(여기서, Vbat은 배터리의 측정 전압, Rdaig는 진단 저항, Rtotal은 전기 접촉기 진단 장치 내부의 저항, Vs는 가변 기준 전압값이다.)
본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 외부 디바이스와 통신 인터페이스를 형성하는 전송부;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 진단제어부는 상기 전송부를 통해 상기 전기 접촉기의 고장 발생 여부에 관한 정보를 상기 외부 디바이스로 전송한다. 상기 외부 디바이스는 배터리 분석 장치 또는 배터리가 탑재된 시스템의 제어 장치가 될 수 있다.
본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고부;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 진단제어부는 상기 전기 접촉기에서 고장이 발생된 경우 상기 경고부를 통해 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력한다.
본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 배터리; 상기 배터리와 부하를 연결하는 선로상에 위치하는 전기 접촉기; 및 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다. 이 경우, 상기 부하는 전기구동 수단 또는 휴대용 기기가 될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치는, 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 발생 여부를 진단하는 장치로서, 상기 전기 접촉기와 상기 배터리의 양극 단자 또는 음극 단자 중 상기 전기 접촉기가 연결되어 있지 않은 배터리의 전극 단자 사이에 연결되는 진단 저항; 상기 진단 저항과 출력측 단자가 연결되는 제1 옵토커플러; 상기 진단 저항과 입력측 단자가 연결되는 제2 옵토커플러; 및 상기 전기 접촉기 및 상기 제1 옵토커플러에 제어 신호를 출력하며, 상기 제2 옵토커플러에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 진단제어부;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전기 접촉기 진단 방법은 진단 저항 및 옵토커플러를 이용하여 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 방법으로서, (a) 상기 전기 접촉기 및 상기 옵토커플러에 제어 신호를 출력하는 단계; (b) 상기 진단 저항에 각각 인가되는 전압을 측정하는 단계; 및 (c) 상기 진단 저항에 각각 인가되는 전압을 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 단계;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 전기 접촉기 진단 방법은 진단 저항, 상기 진단 저항과 출력측 단자가 연결되는 제1 옵토커플러 및 상기 진단 저항과 입력측 단자가 연결되는 제2 옵토커플러를 이용하여 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 방법으로서, (a) 상기 전기 접촉기 및 상기 제1 옵토커플러에 제어 신호를 출력하는 단계; 및 (b) 상기 제2 옵토커플러로부터 출력된 신호를 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 간단한 회로 구성을 통해서 전기 접촉기의 고장 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 옵토커플러를 사용하여 진단 장치를 제어하므로 진단 장치가 고전압 배터리로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 고전압 배터리로 인한 전기적 쇼크 또는 전자파의 영향을 줄일 수 있어 진단 장치의 고장을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전기 접촉기의 고장 여부의 판단 기준이 되는 기준 전압값을 일정한 값으로 설정하거나 변경이 가능하므로 실제 진단 장치의 특성 및 부하 효과를 고려하여 정확하게 전기 접촉기의 고장 여부를 진단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전기 접촉기 진단시 배터리의 전압을 측정하고 이를 반영한 가변 기준 전압값에 따라 고장 여부를 판단하므로, 배터리의 충전 상태 또는 노화를 고려하여 보다 정확한 전기 접촉기의 고장 진단이 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전송부를 통해서 배터리가 장착된 장치의 제어기나 외부 디바이스로 전기 접촉기의 고장 사실을 알릴 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 고장 발생시 경고부를 통해서 사용자에게 전기 접촉기의 고장 발생 사실을 경고하여 사용자로 하여금 적절한 조치를 취하게 할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 접촉기에 대한 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 접촉기에 대한 회로 구성도이다.
도 3은 포토 모스 릴레이의 내부 구조를 나타내는 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 장치에 대한 회로 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 장치에 대한 회로 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시에에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100)에 대한 회로 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100)는 배터리(10)와 부하(20)를 연결하는 고전위 전기 접촉기(31) 및 저전위 전기 접촉기(32) 사이에 연결되며, 진단 저항(Rdiag), 옵토커플러(41), 저항 전압 측정부(51) 및 진단제어부(60)를 포함한다.
상기 배터리(10)는 하나 이상의 셀을 포함하는 것으로 배터리의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 재충전이 가능한 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등의 이차 전지로 구성할 수 있다.
상기 부하(20)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC, PMP, MP3플레이어 등과 같은 휴대용 전자기기, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 모터, DC to DC 컨버터와 같은 전력 변환기 등으로 구성할 수 있다.
상기 진단 저항(Rdiag)에는 상기 고전위 전기 접촉기(31)가 정상적으로 동작할 경우 상기 배터리(10)의 전압이 인가된다. 따라서, 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가되는 전압을 모니터하면 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 판별할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 전기 접촉기 진단 장치(100)는 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 진단할 수 있는 실시예이다. 그러나, 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100)는 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부만을 진단할 수 있는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100)에 대한 회로 구성도이다.
도 2에 도시된 실시예를 도 1과 비교하면, 모든 구성 요소는 동일하고, 단지 상기 진단 저항(Rdiag)이 상기 배터리(10)의 양극 단자와 상기 저전위 전기 접촉기(32) 사이에 연결된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 진단 저항(Rdiag)에는 상기 저전위 전기 접촉기(32)가 정상적으로 동작할 경우 상기 배터리(10)의 전압이 인가된다. 그러므로, 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가되는 전압을 모니터하면 상기 저전위 전기 접촉기(32)의 고장 여부를 판별할 수 있다.
도 1과 도 2에 도시된 실시예를 통해서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100)는 상기 고전위 전기 접촉기(31) 또는 상기 저전위 전기 접촉기(32)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100)가 스위칭 소자를 이용하여 상기 고전위 전기 접촉기(31) 또는 상기 저전위 전기 접촉기(32)와 선택적 연결을 통해 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 상기 저전위 전기 접촉기(32)를 이시적으로 진단하는 것도 제한하지 않는다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 진단하는 실시예에 대해서 설명하도록 하겠다. 하지만 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치가 도면에 도시된 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 옵토커플러(41)는 상기 진단 저항(Rdiag)과 연결되어 있다. 상기 옵토커플러(41)는 상기 진단제어부(60)의 제어 신호에 의해서 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)된다. 상기 옵토커플러(41)가 턴온(turn on)되면, 상기 진단 저항(Rdiag)과 상기 배터리(10)를 전기적으로 커플링한다. 상기 옵토커플러(41)가 턴오프(turn off) 되면, 상기 진단 저항(Rdiag)과 상기 배터리(10)의 전기적 커플링을 해제한다. 즉, 상기 옵토커플러(41)는 상기 진단 저항(Rdiag)과 상기 배터리(10)의 전기적 커플링을 연결 또는 해제하는 스위치 역할을 한다.
옵토커플러(opto-coupler)란, 발광원(입력)과 광검출기(출력)로 이루어진 고체의 스위칭 소자이다. 일반적으로 발광원으로 적외선 발광 다이오드(LED)가 사용되며, 광검출기로서 빛을 받으면 턴온이 되는 포토다이오드나 포토트랜지스터가 사용된다. 따라서, 입력측에 전류를 흘려주면 발광원에서 빛을 발산하고, 출력측 소자인 포토다이오드나 포토트랜지스터가 턴온이 된다. 즉, 전기적 커플링이 아니라 빛에 의해서 턴온 또는 턴오프가 되는 스위칭 소자이다. 이하 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 발광 다이오드(LED)쪽 단자를 '입력측 단자'라고 명명하고, 포토트랜지스터쪽 단자를 '출력측 단자'라고 명명하겠다.
상기 옵토커플러(41)를 스위칭 소자로 사용할 경우, 상기 배터리(10)에서 출력된 전류가 옵토커플러의 출력측 단자를 통해 상기 진단제어부(60) 측으로 입력되는 역 전류를 방지할 수 있다. 즉, 상기 옵토커플러(41)는, 상술한 바와 같이 발광원과 광검출기의 조합을 이용하여 턴온 또는 턴오프 되는 스위칭 소자이기 때문에 출력단 측과 입력단 측이 전기적으로 커플링 되어 있는 것이 아니고, 이로써 출력단 측으로부터 입력단 측으로 고전류가 유입될 위험이 없다.
따라서, 고전압, 고출력의 배터리와 연결된 전기 접촉기를 진단하는 장치의 내구성을 향상시킬 수 있고, 배터리의 충방전 과정에서 발생되는 전자파의 영향을 적게 받을 수 있다. 또한, 상기 옵토커플러(41)의 적용은, 특히 단락 등의 발생으로 인한 대전류가 흐르는 경우에도 진단 제어부(60)가 파괴되어 전기 접촉기 진단 장치(100)가 진단 기능을 상실하는 것을 방지할 수 있으며, 진단 제어부(60)의 내전압 특성 수준을 높이지 않아도 되므로 전기 접촉기 진단 장치(100)의 제조비용을 절감시키는 것 역시 가능하다.
바람직하게, 상기 옵토커플러(41)는 포토 모스 릴레이(Photo Mos Relay)일 수 있다.
도 3은 포토 모스 릴레이의 내부 구조를 나타내는 등가 회로도이다.
도 3에 도시되어 있듯이, 포토 모스 릴레이는 일반적인 옵토커플러와 달리 N channel,P channel MOS FET을 함께 사용하여 극성이 없다. 또한, 포토 모스 릴레이는 일반적인 옵토커플러에 비해 고전압 환경에서 사용이 가능하다는 장점이 있다.
이하 표 1은 일 예에 따른 포토 모스 릴레이의 특성을 나타내는 표이다. 이하 특성이 제시된 포토 모스 릴레이는 파나소닉(panasonic) 사의 AQV210E(A) 제품이다.
Figure 112012054645900-pat00002
상기 표에서 확인할 수 있듯이, 50mA의 작은 입력 전류(IF)로 상기 포토 모스 릴레이의 제어가 가능하며, 350V의 높은 인가 전압(VL) 하에서도 사용이 가능하다. 또한, 1,500V의 전기적 절연 특성(VISO)을 가지고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100)가 고전압, 고출력의 배터리에 연결된 전기 접촉기의 진단을 위해 사용되는 경우, 상기 옵토커플러(41)로 포토 모스 릴레이를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 표 1에 기재된 제품은 본 발명에서 옵토커플러(41)로 사용될 수 있는 포토 모스 릴레이에 대한 일 예에 불과하며, 상기 예시에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 옵토커플러(41)로 사용될 수 있는 포토 모스 릴레이는 상기 배터리(10)의 전압, 사용환경, 포토 모스 릴레이의 특성, 가격 등 다양한 요소를 고려하여 다양한 제품이 사용될 수 있음은 자명하다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 저항 전압 측정부(51)는 상기 옵토커플러(41)의 턴온에 의해 상기 고전위 전기 접촉기(31)와 상기 진단 저항(Rdiag)이 전기적으로 연결되었을 때, 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가되는 전압을 측정한다. 상기 저항 전압 측정부(51)는 상기 진단 저항(Rdiag)의 전압을 센싱하는 센싱부(52) 및 상기 센싱부에서 수신한 아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 변환부(53)를 포함할 수 있다. 상기 센싱부(52)는 상기 진단 저항(Rdiag)의 전압을 측정하여 아날로그 전압 신호를 상기 변환부(53)에 출력한다. 그러면, 상기 변환부(53)는 수신된 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하여 상기 진단제어부(60)에 출력한다. 한편, 상기 변환부(53)는 장치(100)의 구성에 따라 진단 제어부(10)에 통합될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
한편, 상기 배터리(10)가 전기차, 하이브리드 자동차 등에 사용되는 고출력, 고전압 배터리인 경우, 과도한 전류가 상기 진단 저항(Rdiag)에 흐를 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 상기 전기 접촉기 진단 장치(100)는 상기 진단 저항(Rdiag)과 연결되는 과전류 보호저항(R1, R2)을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 과전류 보호저항(R1, R2)의 저항 값을 알맞게 설정하여 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가되는 전압을 5V 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그러면, 저항 전압 측정부(51)를 구성하는 회로 소자의 가격을 낮출 수 있고 수명 또한 연장할 수 있는 장점이 있다. 도 1에 도시된 과전류 보호저항(R1, R2)의 연결 위치 및 개수는 예시에 불과하므로 다양한 변형이 가능함은 자명하다.
상기 진단제어부(60)는 상기 저항 전압 측정부(51)에서 측정한 전압을 이용하여 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 판단하게 된다.
상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 판단하기 위해 상기 고전위 전기 접촉기(31)와 상기 옵토커플러(41)를 턴온 시키는 제어 신호를 출력한다. 상기 고전위 전기 접촉기(31)와 상기 옵토커플러(41)가 턴온이 되면, 상기 진단 저항(Rdiag)에 전류가 흐를 수 있는 상태가 형성된다. 따라서 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 없다면, 상기 배터리(10)의 전압이 선로에 존재하는 저항 성분에 따라 분배되어 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된다. 이 상태에서, 상기 저항 전압 측정부(51)는 상기 진단 저항(Rdiag)의 양단에 인가된 전압을 측정하여 상기 진단제어부(60)측으로 전압값에 대응하는 신호를 출력한다. 그러면, 상기 진단제어부(60)는 상기 저항 전압 측정부(51)로부터 수신한 전압을 이용하여 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 판단한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진단제어부(60)는 수신한 전압이 0V인지 여부에 의해 고장 여부를 판단한다. 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장으로 전류가 전혀 흐르지 않게 된다면, 상기 진단 저항(Rdiag)에는 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 상기 진단제어부(60)는 상기 저항 전압 측정부(51)로부터 수신한 전압값이 0V인 경우, 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 진단제어부(60)는 수신한 전압과 기준 전압 값을 비교하여 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 판단한다. 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장으로 전류가 전혀 흐르지 않거나 또는 전류가 흐르지만 일부 전류가 외부로 누설되면, 상기 진단 저항(Rdiag)에는 예상되는 수준의 전압 보다 낮은 수준의 전압이 인가된다. 따라서, 상기 진단제어부(60)는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 기준 전압값보다 낮은 값을 가지면 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단한다.
이를 위해 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100)는 상기 기준 전압값이 저장된 메모리부(70)를 더 포함할 수 있다. 상기 기준 전압값은 상기 배터리(10)의 특성, 상기 진단 저항(Rdiag) 및 과전류 보호저항(R1, R2)의 저항값, 상기 전기 접촉기 진단 장치의 사용 환경, 누설 전류 허용 한계 및 진단 주기 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있음은 자명하다. 상기 메모리부(70)는 RAM, ROM, EEPROM등 데이터를 기록하고 소거할 수 있다고 알려진 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 대용량 저장매체로 이루어진다. 그리고, 상기 진단제어부(60)는 상기 메모리부(70)에 기준 전압값을 저장하거나, 저장된 기준 전압값을 읽을 수 있도록 서로 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 장치(200)에 대한 회로 구성도이다.
도 4를 참조하면, 상기 전기 접촉기 진단 장치(200)는 배터리(10)와 부하(20)를 연결하는 고전위 전기 접촉기(31)와 저전위 전기 접촉기(32) 사이에 연결되며, 진단 저항(Rdiag), 옵토커플러(41), 저항 전압 측정부(51), 배터리 전압 측정부(54) 및 진단제어부(60)를 포함한다.
상기 배터리(10), 부하(20), 고전위 전기 접촉기(31), 저전위 전기 접촉기(32), 진단 저항(Rdiag),옵토커플러(41), 저항 전압 측정부(51) 및 진단제어부(60)는 상술하였으므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4에 도시된 상기 전기 접촉기 진단 장치(200)는, 도 1에 도시된 전기 접촉기 진단 장치(100)와 비교할 때, 상기 배터리 전압 측정부(54)를 더 포함한다. 상기 배터리 전압 측정부(54)는 전기 접촉기 고장 진단시 상기 배터리(10)의 전압을 측정하여 배터리 전압 신호를 상기 진단제어부(60)에 출력한다.
상기 진단제어부(60)는 상기 배터리 전압 측정부(54)로부터 수신한 배터리(10)의 전압값에 따라 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 판단하기 위한 기준 전압값을 다르게 산정할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 상기 배터리(10)의 전압값에 따라 산정된 기준 전압값을 가변 기준 전압값이라고 명명하겠다. 그리고 상기 진단제어부(60)는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가되는 전압과 가변 기준 전압값을 비교한다. 이때 상기 진단제어부(60)는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가되는 전압이 가변 기준 전압값 이하인 경우, 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단한다.
상기 가변 기준 전압값은 상기 배터리(10)의 전압에 따라 가변된다. 따라서 상기 가변 기준 전압값을 이용하여 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하면 상기 배터리(10)의 충전 상태(State Of Charge)나 퇴화도와 관계없이 전기 접촉기의 고장 진단이 가능하다.
바람직하게, 상기 가변 기준 전압값은 상기 메모리부(70)에 미리 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 메모리부(70)에는 상기 배터리(10)의 측정 전압에 대응되는 가변 기준 전압값이 맵핑 테이블의 형태로 미리 저장되어 있을 수 있다. 이러한 경우, 상기 진단제어부(60)는 상기 배터리(10)의 측정 전압에 대응되는 가변 기준 전압값을 상기 맵핑 테이블을 참조하여 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 진단제어부(60)는 하기 수학식에 의해 가변 기준 전압값을 계산할 수 있다.
Figure 112012054645900-pat00003
(여기서, Vbat은 배터리의 측정 전압, Rdaig는 진단 저항, Rtotal은 전기 접촉기 진단 장치 내부의 저항(예: Rtotal = 진단 저항 + 과전류 보호저항), Vs는 가변 기준 전압값이다.)
상기 수학식 1의 가변 기준 전압값 Vs는 저항 성분에 따른 전압분배에 의해 상기 진단 저항 Rdiag에 인가되는 전압값이다.
상기 배터리 전압 측정부(54)는 상기 배터리(10)의 전압을 센싱하는 센싱부(55) 및 상기 센싱부에서 수신한 아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 변환부(56)를 포함할 수 있다. 상기 센싱부(55)는 상기 배터리(10)의 전압을 측정하여 아날로그 전압 신호를 상기 변환부(56)에 출력한다. 그러면, 상기 변환부(56)는 수신된 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하여 상기 진단제어부(60)에 출력한다. 한편, 상기 진단제어부(60)에 상기 배터리 전압 측정부(54)가 출력하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환부(56)가 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 장치(300)에 대한 회로 구성도이다.
도 5를 참조하면, 상기 전기 접촉기 진단 장치(300)는 배터리(10)와 부하(20)를 연결하는 고전위 전기 접촉기(31)와 저전위 전기 접촉기(32) 사이에 연결되며, 진단 저항(Rdiag), 제1 옵토커플러(41), 제2 옵토커플러(42) 및 진단제어부(60)를 포함한다.
상기 배터리(10), 부하(20), 고전위 전기 접촉기(31), 저전위 전기 접촉기(32), 진단 저항(Rdiag) 및 진단제어부(60)는 상술하였으므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 5에 도시된 상기 전기 접촉기 진단 장치(300)는, 도 1에 도시된 전기 접촉기 진단 장치(100)와 비교할 때, 상기 저항 전압 측정부(51)가 없다. 그리고, 상기 제2 옵토커플러(42)를 더 포함한다. 따라서, 2개의 옵토커플러를 구분하기 위해 도 1에 도시된 옵토커플러와 동일한 옵토커플러를 제1 옵토커플러(41), 추가된 옵토커플러를 제2 옵토커플러(42)로 명명한다.
상기 제1 옵토커플러(41)와 제2 옵토커플러(42)를 비교하면, 입력측 단자와 출력측 단자가 서로 다른 방향으로 연결되어 있음을 확인할 수 있다. 상기 제1 옵토커플러(41)는 상기 진단제어부(60)와 입력측 단자가 연결되어 있으며, 상기 진단 저항(Rdiag)과 출력측 단자가 연결되어 있다. 반대로, 상기 제2 옵토커플러(42)는 상기 진단 저항(Rdiag)과 입력측 단자가 연결되어 있으며, 상기 진단제어부(60)와 출력측 단자가 연결되어 있다.
상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 진단하기 위해, 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 제1 옵토커플러(41)가 턴온 되도록 제어 신호를 출력한다. 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 제1 옵토커플러(41)가 턴온 되면, 상기 제2 옵토커플러(42)에 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 상기 제2 옵토커플러(42)가 턴온 된다. 따라서, 상기 진단제어부(60)는 상기 제2 옵토커플러(42)가 턴온되는 것에 의해서 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 여부를 진단할 수 있다. 반면에 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장으로 전류가 전혀 흐르지 않으면, 상기 제2 옵토커플러(42)는 턴온되지 않는다. 따라서, 상기 진단제어부(60)는 상기 제2 옵토커플러(42)가 턴온 되지 않으면, 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 제1 옵토커플러(41) 및/또는 제2 옵토커플러(42)는 포토 모스 릴레일가 될 수 있다. 상기 포토 모스 릴레이는 동일한 제품이 사용될 수도 있지만, 입력측 전압 및 전류 특성에 따라 적합한 제품이 사용될 수 있다. 특히, 상기 제2 옵토커플러(42)에는 상기 배터리(10)로부터 출력된 전류가 입력된다. 따라서, 상기 제2 옵토커플러(42)로 사용되는 포토 모스 릴레이는 고전압에 내구성이 좋은 발광 다이오드 소자가 입력측 단자에 포함된 포토 모스 릴레이가 적합하다.
한편, 상기 전기 접촉기 진단 장치(300)는 상기 진단 저항(Rdiag)과 연결되는 과전류 보호저항(R1, R2)을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 과전류 보호저항(R1, R2)의 저항 값을 알맞게 설정하여 상기 제2 옵토커플러(42)에 흐르는 전류를 50mA 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그러면, 상기 제2 옵토커플러(42)를 구성하는 회로 소자의 가격을 낮출 수 있고 수명 또한 연장할 수 있는 장점이 있다. 도 5에 도시된 과전류 보호저항(R1, R2)의 연결 위치 및 개수는 예시에 불과하므로 다양한 변형이 가능함은 자명하다.
상술한 실시예들에 있어서, 상기 전기 접촉기 진단 장치(100, 200, 300)는 외부 디바이스와 통신 인터페이스를 형성하는 전송부(80)를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 진단제어부(60)는 상기 전송부(80)를 통해 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 발생 여부에 관한 정보를 상기 외부 디바이스로 전송한다. 상기 진단제어부(60)는 CAN(Controller Area Network) 통신망을 통해서 외부 디바이스와 통신 인터페이스를 형성할 수 있는데 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 외부 디바이스는 배터리 분석 장치 또는 배터리가 탑재된 시스템의 제어 장치일 수 있다.
또한 상기 전기 접촉기 진단 장치(100, 200, 300)는 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고부(90)를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)에서 고장이 발생한 경우 상기 경고부(90)를 통해 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 발생 사실을 시각적 또는 청각적으로 출력한다.
일 예로, 상기 경고부(90)는 LED, LCD, 알람 경보기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 경고부(90)는 LED를 점멸하거나 LCD에 경고 메시지를 출력하거나 알람 부저음을 발생시켜 사용자에게 전기 접촉기의 고장 발생 사실을 경보할 수 있다.
또한, 상기 경고부(90)는 상기 전송부(80)와 연결된 외부 디바이스에 포함될 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다. 또한, 상기 LED, LCD 및 알람 경보기는 상기 경고부(90)의 일 예시에 불과하며, 여러 가지 변형된 형태의 시각적 또는 청각적 알람 장치가 경고부(90)로 채용될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
상기 진단제어부(60)는 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 제어 로직을 프로그램한 코드를 실행할 수 있는 마이크로프로세서로 구성할 수도 있고, 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 제어 로직을 논리 회로로 구현한 주문형 반도체 칩으로도 구성할 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치(100, 200, 300)는 배터리(10), 상기 배터리(10)로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상기 배터리 구동 시스템의 일예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일 예로는 배터리가 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리가 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환기일 수 있다.
이하에서는 상술한 전기 접촉기 진단 장치의 구성을 참고하여 전기 접촉기 진단 방법을 상세히 개시한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 도 1에 도시된 전기 접촉기 진단 장치(100)를 이용한 진단 방법으로서, 도 1을 함께 참조하여 설명하겠다. 따라서, 배터리(10), 부하(20), 고전위 전기 접촉기(31), 저전위 전기 접촉기(32), 옵토커플러(41), 저항 전압 측정부(51), 진단제어부(60), 메모리부(70), 전송부(80) 및 경고부(90)에 대한 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 단계 S410에서 상기 진단제어부(60)는 고장 발생 여부의 진단 대상이 되는 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 상기 옵토커플러(41)가 턴온이 되도록 제어 신호를 출력한다. 만약, 고장 발생 여부의 진단 대상이 상기 저전위 전기 접촉기(32)라면, 상기 저전위 전기 접촉기(32) 및 상기 옵토커플러(41)가 턴온이 되도록 제어 신호를 출력한다. 이 경우, 도 2에 도시된 실시예를 참조할 수 있다. 한편, 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 상기 옵토커플러(41)가 턴온이 되면, 상기 배터리(10)의 전압이 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된다.
다음 단계 S420에서 상기 진단제어부(60)는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압에 대한 신호를 상기 저항 전압 측정부(51)로부터 수신한다.
다음 단계 S430에서, 상기 진단제어부(60)는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 0V인지 확인한다. 도면에서 'Vdiag'는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압을 의미한다. 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 0V가 아니라면(S430의 NO), 상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)가 정상 작동하는 것으로 판단하고 프로세스를 종료한다.
반면, 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 0V이라면(S430의 YES), 상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단한다. 이 경우, 상기 진단제어부(60)는 상기 전송부(80)를 통해 외부 디바이스 측으로 고장 신호를 전송할 수 있다(S440). 또한, 상기 진단제어부(60)는 사용자에게 고장발생 사실을 경고하기 위해 상기 경고부(90)에 고장 신호를 출력할 수 있다(S450). 상기 외부 디바이스에 고장신호를 전송하는 단계(S440)와 상기 경고부(90)에 고장신호를 출력하는 단계(S450)는 어느 하나만 선택적으로 수행하거나 모두 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 7에 도시된 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 방법은, 도 6에 도시된 전기 접촉기 진단 방법과 비교할 때, 상기 메모리부(70)에 저장된 기준 전압값을 이용하여 상기 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 발생 여부를 판단하는 특징이 있다. 따라서, 단계 S400이 추가된 점과, 단계 S430에서 상기 진단제어부(60)가 고장 발생 여부를 판단하는 점에서 차이가 있다. 이를 제외한 나머지 단계는 앞서 설명한 도 6의 실시예와 동일하므로, 단계 S410, S420, S440 및 S450에 대한 설명은 생략하겠다.
단계 S400에서, 상기 진단제어부(60)는 고전위 전기 접촉기(31)의 고장 발생 여부를 판단할 때 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압과 비교의 대상이 되는 기준 전압값을 상기 메모리부(70)에 저장한다. 그리고, 상기 진단제어부(60)는 단계 S410 및 단계 S420을 실행한 후 단계 S430으로 프로세스를 이행한다.
단계 S430에서, 상기 진단제어부(60)는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 상기 메모리부(70)에 저장된 기준 전압값보다 작은지 판단한다. 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 상기 기준 전압값보다 크다면(S430의 NO), 상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)가 정상 작동하는 것으로 판단하고 프로세서를 종료한다. 반면, 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 상기 기준 전압값보다 작다면(S430의 YES), 상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단한다. 그리고 상기 진단제어부(60)는 단계 S440 및/또는 단계 S450을 수행할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 도 4에 도시된 전기 접촉기 진단 장치(200)를 이용한 진단 방법으로서, 도 4를 함께 참조하여 설명하겠다. 마찬가지로, 배터리(10), 부하(20), 고전위 전기 접촉기(31), 저전위 전기 접촉기(32), 옵토커플러(41), 저항 전압 측정부(51), 배터리 전압 측정부(54), 진단제어부(60), 메모리부(70), 전송부(80) 및 경고부(90)에 대한 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 단계 S500에서 상기 메모리부(70)에 가변 기준 전압값을 저장한다. 상기 가변 기준 전압값은 앞서 도 7에서 설명한 가변 기준 전압값과 달리, 배터리 전압에 따라 변하는 가변 기준 전압값이다. 이에 대해서는 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
다음 단계 S510에서 상기 진단제어부(60)는 고장 발생 여부의 진단 대상이 되는 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 상기 옵토커플러(41)가 턴온이 되도록 제어 신호를 출력한다. 만약, 고장 발생 여부의 진단 대상이 상기 저전위 전기 접촉기(32)라면, 상기 저전위 전기 접촉기(32) 및 상기 옵토커플러(41)가 턴온 되도록 제어 신호를 출력한다. 상기 제어 신호에 의해 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 상기 옵토커플러(41)가 턴온이 되면, 상기 배터리(10)의 전압이 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된다.
다음 단계 S520에서 상기 진단제어부(60)는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압에 대한 신호를 상기 저항 전압 측정부(51)로부터 수신한다. 그리고, 상기 진단제어부(60)는 단계 S530으로 프로세스를 이행하여 상기 배터리 전압 측정부(54)로부터 배터리 전압 신호를 수신한다.
상기 단계 S520과 단계 S530은 상기 진단제어부(60)가 프로세스를 진행함에 있어서, 그 순서가 서로 바뀌어도 무관하다. 즉, 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가되는 전압을 측정하는 단계와 상기 배터리(10)의 전압을 측정하는 단계는 어느 하나의 단계가 먼저 수행될 수 있으며, 동시에 수행되는 것도 가능하다.
다음 단계 S541에서, 상기 진단제어부(60)는 상기 메모리부(70)에 저장된 가변 기준 전압값 중에서 상기 배터리(10)의 전압에 대응하는 기준 전압값을 맵핑한다. 그리고 상기 진단제어부(60)는 프로세스를 단계 S550으로 이행하여 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 맵핑된 기준 전압값보다 작은지 여부를 확인한다. 도면에서 'Vdiag'는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압을 의미한다.
상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 상기 기준 전압값보다 크다면(S550의 NO), 상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)가 정상 작동하는 것으로 판단하고 프로세스를 종료한다. 반면, 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 상기 기준 전압값보다 작다면 (S550의 YES), 상기 진단제어부(60)는 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단한다. 이 경우, 상기 진단제어부(60)는 상기 전송부(80)를 통해 외부 디바이스 측으로 고장 신호를 전송할 수 있다(S560). 또한, 상기 진단제어부(60)는 사용자에게 고장발생 사실을 경고하기 위해 상기 경고부(90)에 고장 신호를 출력할 수 있다(S570). 상기 외부 디바이스에 고장신호를 전송하는 단계(S560)와 상기 경고부(90)에 고장신호를 출력하는 단계(S570)는 어느 하나만 선택적으로 수행하거나 모두 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 9에 도시된 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 방법은, 도 8에 도시된 전기 접촉기 진단 방법과 비교할 때, 측정된 배터리(10)의 전압값을 이용하여 가변 기준 전압값을 계산하는 특징이 있다. 따라서, 단계 S500이 없는 점과, 단계 S542에서 상기 진단제어부(60)가 가변 기준 전압값을 계산하는 점에서 차이가 있다. 이를 제외한 나머지 단계는 앞서 설명한 도 8의 실시예와 동일하므로, 단계 S510, S520, S530, S550, S560 및 S570에 대한 설명은 생략하겠다.
단계 S542에서, 상기 진단제어부(60)는 상기 배터리(10)의 전압값을 이용하여 가변 기준 전압값을 계산한다. 이 때, 상기 진단제어부(60)는 상기 수학식 1을 이용하여 가변 기준 전압값을 계산할 수 있다.
그리고, 단계 S550에서, 상기 진단제어부(60)는 상기 진단 저항(Rdiag)에 인가된 전압이 상기 단계 S542에서 계산된 가변 기준 전압값보다 작은지 판단한다. 이후 단계는 도 8에 도시된 실시예와 동일하다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 접촉기 진단 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 10은 도 5에 도시된 전기 접촉기 진단 장치(300)를 이용한 진단 방법으로서, 도 5를 함께 참조하여 설명하겠다. 배터리(10), 부하(20), 고전위 전기 접촉기(31), 저전위 전기 접촉기(32), 제1 옵토커플러(41), 제2 옵토커플러(42), 진단제어부(60), 메모리부(70), 전송부(80) 및 경고부(90)에 대한 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 단계 S600에서 상기 진단제어부(60)는 고장 발생 여부의 진단 대상이 되는 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 상기 제1 옵토커플러(41)가 턴온이 되도록 제어 신호를 출력한다. 만약, 고장 발생 여부의 진단 대상이 되는 상기 저전위 전기 접촉기(32)라면, 상기 저전위 전기 접촉기(32) 및 상기 제1 옵토커플러(41)가 턴온이 되도록 제어 신호를 출력한다. 상기 고전위 전기 접촉기(31) 및 상기 제1 옵토커플러(41)가 턴온이 되면, 상기 제2 옵토커플러(42)에 전류가 흐르게 된다.
다음으로, 단계 S610에서 상기 진단제어부(60)는 제2 옵토커플러(42)가 턴온되었는지 여부를 확인한다. 상기 진단제어부(60)는 상기 제2 옵토커플러(42)가 턴온되면(S610의 YES), 상기 고전위 전기 접촉기(31)가 정상 작동하는 것으로 판단하고 프로세스를 종료한다.
반면, 상기 진단제어부(60)는 상기 제2 옵토커플러(42)가 턴온되지 않으면(S610의 NO), 상기 고전위 전기 접촉기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단한다. 이 경우, 상기 진단제어부(60)는 상기 전송부(80)를 통해 외부 디바이스 측으로 고장 신호를 전송할 수 있다(S620). 또한, 상기 진단제어부(60)는 사용자에게 고장발생 사실을 경고하기 위해 상기 경고부(90)에 고장 신호를 출력할 수 있다(S630). 상기 외부 디바이스에 고장신호를 전송하는 단계(S620)와 상기 경고부(90)에 고장신호를 출력하는 단계(S630)는 어느 하나만 선택적으로 수행하거나 모두 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단한 회로 구성을 통해서 전기 접촉기의 고장 여부를 판단할 수 있다. 또한, 옵토커플러를 사용하여 진단 장치를 제어하므로 진단 장치가 고전압 배터리로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 고전압 배터리로 인한 전기적 쇼크 또는 전자파의 영향을 줄일 수 있어 진단 장치의 고장을 방지할 수 있다. 게다가, 전기 접촉기의 고장 여부의 판단 기준이 되는 기준 전압값을 일정한 값으로 설정하거나 변경이 가능하므로 실제 진단 장치의 특성 및 부하 효과를 고려하여 정확하게 전기 접촉기의 고장 여부를 진단할 수 있다. 또한, 전기 접촉기 진단시 배터리의 전압을 측정하고 이를 반영한 가변 기준 전압값에 따라 고장 여부를 판단하므로, 배터리의 충전 상태 또는 노화를 고려하여 보다 정확한 전기 접촉기의 고장 진단이 가능하다. 나아가, 전송부를 통해서 배터리가 장착된 장치의 제어기나 외부 디바이스로 전기 접촉기의 고장 사실을 알릴 수 있는 이점이 있다. 또한, 고장 발생시 경고부를 통해서 사용자에게 전기 접촉기의 고장 발생사실을 경고하여 사용자로 하여금 적절한 조치를 취하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치 및 방법을 설명함에 있어서, 고전위 전기 접촉기를 진단하는 것을 중심으로 설명하였다. 그러나 이미 설명하였듯이 본 발명이 고전위 전기 접촉기의 진단에만 한정되는 것이 아니다. 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치가 저전위 전기 접촉기를 진단할 수 있도록 회로를 연결할 경우, 고전위 전기 접촉기의 진단과 동일하게 저전위 전기 접촉기를 진단할 수 있다. 또한, 스위치 소자를 이용하여 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치를 서로 다른 시점에 상기 고전위 전기 접촉기와 저전원 전기 접촉기에 선택적으로 연결하는 것도 가능하다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 5에 도시된 본 발명에 따른 전기 접촉기 진단 장치에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 배터리 20 : 부하
31 : 고전위 전기 접촉기 32 : 저전위 전기 접촉기
41 : 제1 옵토커플러 42 : 제2 옵토커플러
51 : 저항 전압 측정부 52 : 센싱부
53 : 변환부 54 : 배터리 전압 측정부
55 : 센싱부 56 : 변환부
60 : 진단제어부 70 : 메모리부
80 : 전송부 90 : 경고부
100, 200, 300 : 전기 접촉기 진단 장치
Rdiag : 진단 저항 R1, R2 : 과전류 보호저항

Claims (31)

  1. 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 장치에 있어서,
    상기 배터리의 양극 단자 또는 음극 단자 중 상기 전기 접촉기가 연결되어 있지 않은 배터리의 전극 단자와 상기 전기 접촉기 사이에 연결되는 진단 저항;
    상기 진단 저항과 연결되는 옵토커플러;
    상기 진단 저항에 인가되는 전압을 측정하는 저항 전압 측정부; 및
    상기 전기 접촉기 및 상기 옵토커플러에 제어 신호를 출력하며, 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 진단제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 옵토커플러는 포토 모스 릴레이인 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진단 저항과 연결되는 과전류 보호저항;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저항 전압 측정부는, 상기 진단 저항의 전압을 센싱하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에서 수신한 아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진단제어부는 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 기준 전압값과 비교하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기준 전압값이 저장된 메모리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부;를 더 포함하고,
    상기 진단제어부는, 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 상기 배터리 전압 측정부에서 측정한 배터리의 전압값에 대응하는 가변 기준 전압값과 비교하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가변 기준 전압값이 저장된 메모리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 진단제어부는 하기 수학식에 의해 가변 기준 전압값을 계산하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
    <수학식>
    Figure 112012054645900-pat00004

    (여기서, Vbat은 배터리의 측정 전압, Rdaig는 진단 저항, Rtotal은 전기 접촉기 진단 장치 내부의 저항, Vs는 가변 기준 전압값이다.)
  10. 제1항에 있어서,
    외부 디바이스와 통신 인터페이스를 형성하는 전송부;를 더 포함하고,
    상기 진단제어부는 상기 전송부를 통해 상기 전기 접촉기의 고장 발생 여부에 관한 정보를 상기 외부 디바이스로 전송하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 외부 디바이스는 배터리 분석 장치 또는 배터리가 탑재된 시스템의 제어 장치임을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고부;를 더 포함하고,
    상기 진단제어부는 상기 전기 접촉기에서 고장이 발생된 경우 상기 경고부를 통해 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  13. 배터리;
    상기 배터리와 부하를 연결하는 선로상에 위치하는 전기 접촉기;
    상기 전기 접촉기의 고장 발생 여부를 진단하는 상기 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 전기 접촉기 진단 장치; 및
    상기 배터리로부터 전력을 공급받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 부하는 전기구동 수단 또는 휴대용 기기임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  15. 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 발생 여부를 진단하는 장치에 있어서,
    상기 배터리의 양극 단자 또는 음극 단자 중 상기 전기 접촉기가 연결되어 있지 않은 배터리의 전극 단자와 상기 전기 접촉기 사이에 연결되는 진단 저항;
    상기 진단 저항과 출력측 단자가 연결되는 제1 옵토커플러;
    상기 진단 저항과 입력측 단자가 연결되는 제2 옵토커플러; 및
    상기 전기 접촉기 및 상기 제1 옵토커플러에 제어 신호를 출력하며, 상기 제2 옵토커플러의 턴온 여부를 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 진단제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 옵토커플러는 포토 모스 릴레이인 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 진단 저항과 연결되는 과전류 보호저항;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    외부 디바이스와 통신 인터페이스를 형성하는 전송부;를 더 포함하고,
    상기 진단제어부는 상기 전송부를 통해 상기 전기 접촉기의 고장 발생 여부에 관한 정보를 상기 외부 디바이스로 전송하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 외부 디바이스는 배터리 분석 장치 또는 배터리가 탑재된 시스템의 제어 장치임을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 경고부;를 더 포함하고,
    상기 진단제어부는 상기 전기 접촉기에서 고장이 발생된 경우 상기 경고부를 통해 시각적 또는 청각적 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 장치.
  21. 배터리;
    상기 배터리와 부하를 연결하는 선로상에 위치하는 전기 접촉기;
    상기 전기 접촉기의 고장 발생 여부를 진단하는 상기 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 전기 접촉기 진단 장치; 및
    상기 배터리로부터 전력을 공급받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 부하는 전기구동 수단 또는 휴대용 기기임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  23. 배터리의 양극 단자 또는 음극 단자에 연결되는 진단 저항 및 상기 진단 저항과 상기 배터리를 전기적으로 커플링시키는 옵토커플러를 이용하여 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 전기 접촉기 및 상기 옵토커플러를 턴온시켜 상기 진단 저항과 상기 배터리를 전기적으로 커플링시키는 단계;
    (b) 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 측정하는 단계; 및
    (c) 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 기준 전압값과 비교하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 단계; 임을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 측정하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 (c)단계는, 상기 진단 저항에 인가되는 전압을 상기 측정된 배터리의 전압에 해당하는 가변 기준 전압값과 비교하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 단계; 임을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 가변 기준 전압값은, 하기 수학식에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
    <수학식>
    Figure 112012054645900-pat00005

    (여기서, Vbat은 배터리의 측정 전압, Rdaig는 진단 저항, Rtotal은 전기 접촉기 진단 장치 내부의 저항, Vs는 가변 기준 전압값이다.)
  27. 제23항에 있어서,
    상기 전기 접촉기의 고장 발생 여부에 관한 정보를 외부 디바이스로 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 전기 접촉기의 고장 발생시 이를 사용자에게 시각적 또는 청각적 경고를 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
  29. 배터리의 양극 단자 또는 음극 단자에 연결되는 진단 저항, 상기 진단 저항과 출력측 단자가 전기적으로 커플링된 제1 옵토커플러 및 상기 진단 저항과 입력측 단자가 전기적으로 커플링된 제2 옵토커플러를 이용하여 배터리와 부하를 연결하는 전기 접촉기의 고장 여부를 진단하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 전기 접촉기 및 상기 제1 옵토커플러 를 턴온시켜 상기 진단 저항과 상기 배터리를 전기적으로 커플링시키는 단계;
    (b) 상기 제2 옵토커플러의 턴온 여부를 이용하여 상기 전기 접촉기의 고장 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 전기 접촉기의 고장 발생 여부에 관한 정보를 외부 디바이스로 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 전기 접촉기의 고장 발생시 이를 사용자에게 시각적 또는 청각적 경고를 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉기 진단 방법.
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