KR101575461B1 - 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 프리차징 페일 조건시 제어기에서 에러 플래그를 띄워서 경고등 점등 및 시스템 체킹 등을 운전자가 볼 수 있게 표시하는 등의 페일 세이프 로직으로 진입하도록 하고, 또한 일정 시간의 에러 딜레이 타임을 설정하여 사용자가 재시동을 시도하더라도 에러 딜레이 타임 동안 재시동 준비 단계 후의 단계(프리차지 릴레이의 온/오프 동작 등)가 진행되지 않도록 함으로써, 운전자의 무리한 시동을 자제시켜 신속한 A/S 정비를 유도할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법을 제공한다.

Description

하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법{Method for precharge resistance fail-safe of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프리차징 페일 조건에 진입하더라도, 프리차징을 위한 프리차지 저항이 소손되는 현상을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 하이브리드 차량은 엔진 동력 이외에 고전압 배터리 전원을 사용하는 모터 동력을 이용하여 주행이 이루어진다.
차량의 시동시, 모터를 포함하는 하이브리드 시스템에 고전압 배터리 전원을 공급하기 위하여, 메인 릴레이(Main Relay)를 온시킴으로써, 하이브리드 시스템에 고전압 전원이 연결된다.
그러나, 상기 메인 릴레이를 바로 온시키면, 메인 릴레이가 붙는 순간 급격한 전류 흐름 즉, 배터리가 일시적으로 쇼트(short)되어 대전류(inrush current) 흐름에 의해 메인 릴레이의 고착현상이 나타나게 되고, 하이브리드 시스템을 구성하는 인버터의 커패시터 등에 큰 손상을 초래할 수 있다.
이러한 메인 릴레이의 고착 현상 및 하이브리드 시스템을 구성하는 소자 등이 손상되는 것을 막기 위하여 프리차지 릴레이(Precharge Relay)를 사용하여 고전압 배터리의 전압 상승을 지연시킴과 함께 급격한 전류 흐름을 막아, 메인 릴레이의 고착 현상 및 하이브리드 시스템을 구성하는 소자 등의 손상을 방지하고 있다.
첨부한 도 3은 하이브리드 차량의 개략적인 시스템 구성도이다.
고전압배터리(10)와 인버터(20)가 전기적으로 연결되고, 고전압배터리(10)와 인버터(20) 사이에는 제어기의 제어에 의하여 온/오프되는 메인 릴레이(12)와 프라차지 릴레이(14)가 연결되어 있으며, 또한 인버터(20)의 앞단에는 커패시터(22)가 연결되어 있다.
또한, 상기 메인 릴레이(12)는 (+)단 메인 릴레이(12-1)와 (-)단 메인 릴레이(12-2)로 구성된다.
이때, 상기 프리차지 릴레이(14)의 후단에 프리차지 저항(R)을 연결하여 고전압배터리(10)로부터 흐르는 전류의 크기를 제한하고, 이때 프리차지 저항(R)의 크기에 따라 흐르는 전류의 크기가 달라지게 되므로, 흐르는 전류의 크기를 기준으로 프리차지 릴레이의 사양을 결정한다.
따라서, 차량의 시동시 제어기에서 프리차지 릴레이(14)를 먼저 온시켜서, 프리차지 저항(R)을 통해 전류를 감쇄시키면서 고전압 배터리로부터의 전원을 커패시터(22)를 먼저 충전시킴으로써, 고전압 배터리의 전압 상승을 지연시킴과 함께 급격한 전류 흐름을 막아, 메인 릴레이의 고착 현상 및 하이브리드 시스템을 구성하는 소자 등의 손상을 방지하고 있다.
여기서, 하이브리드 차량의 정상 시동 과정을 첨부한 도 1를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 이그니션 온(S101) 단계가 진행된 후, 파킹 위치("P" Position)와 브레이크 스위치 온("Brake" Switch ON)과 스마트 버튼 온 등이 확인되면, 제어기(HCU)에 의한 시동 로직에 진입한다(S102).
또한, 각종 제어기(MCU,GCU 등)에 이상이 없는지 판단하는 단계(S103) 후, 이상이 없으면 고전압 릴레이 온 시퀀스에 진입하여, 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 프리차지 릴레이를 먼저 온(On)시킨다(S104).
물론, 고전압 배터리의 전류 흐름을 위하여 프리차지 릴레이가 온됨과 함께 (-)단 메인 릴레이도 온된다(S105).
따라서, 상기 프리차지 릴레이가 온 되어 고전압배터리의 전류가 프리차지 저항을 통과하여 인버터쪽으로 흐르게 되는 바, 이때 프리차지 저항에 의해 인버터의 DC 링크 전압이 일정한 시정수를 갖고 증가하면서 인버터의 앞단에 연결된 커패시터에 대한 프리차징이 이루어진다.
다음으로, 일정 시간(예를 들어, 200msec)의 타임 카운트 단계(S106) 후, 커패시터의 프리차징 상태를 판단한다(S107).
즉, 커패시터 전압(CAP_volt)이 기준치(예를 들어, 80%) 이상 또는 이하인지 판단한다.
이에, 커패시터의 전압이 기준치 이상이면, 상기 메인 릴레이(12) 즉, (+)단 릴레이를 온시키고(S108), 동시에 프리차지 릴레이를 오프시킨다(S108).
따라서, 메인 릴레이가 온됨으로써, 인버터 및 모터 등을 포함하는 하이브리드 시스템에 고전압 배터리 전원이 정상적으로 공급되는 상태가 되고, 이에 클러스터에 주행 준비가 완료됨을 나타내는 "READY"가 디스플레이되고(S110), 차량의 주행이 이루어지게 된다(S111).
한편, 프리차징 판단 조건의 경우, 커패시터 전압(CAP_volt)이 기준치 이하이면, 프리차징 페일(fail) 조건이 되는데, 그 이유는 커패시터에 쇼트가 발생된 상태기 때문이다.
이에, 프리차징 페일 조건이 되면 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이를 오프시키고(S112), 클러스터에 경고등("Warning Lamp")을 점등시키게 되며(S113), 스마트 버튼이 오프되어(S114), 결국 주행 불가 상태가 된다.
그러나, 스마트 버튼이 오프되는 재시동 금지에도 불구하고, 운전자가 수회 패스트 온/오프(fast on/off)식으로 재시동을 시도하면, 커패시터의 쇼트 발생에서 프리차지 릴레이가 붙음/떨어짐을 반복하는 패스트 온/오프 조건이 되어, 결국 프리차지 저항의 발열량이 크게 증가하여 저항 소손을 초래하는 문제점이 있고, 추후 A/S 정비 부품 및 비용이 증가하는 문제점이 따르게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 프리차징 페일 조건에 진입하여 제어기에서 에러 플래그를 띄워서 경고등 점등 및 시스템 체킹 등을 운전자가 볼 수 있게 표시하는 등의 페일 세이프 로직으로 진입하도록 함으로써, 프리차지 저항이 소손되는 것을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 프리차징 페일 조건에 진입하여 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이가 오프되는 동시에 클러스터에 경고등이 점등되어 주행 불가 상태가 된 후, 일정 시간의 에러 딜레이 타임을 설정하여, 사용자가 재시동을 시도하더라도 에러 딜레이 타임 동안 재시동 준비 단계 후의 단계(프리차지 릴레이의 온/오프 동작 등)가 진행되지 않도록 함으로써, 운전자의 무리한 시동을 자제시켜 신속한 A/S 정비를 유도할 수 있도록 한 점에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 : 시동 준비 단계와; 상기 시동 준비 단계가 종료된 후 시동 로직에 진입하는 단계와; 상기 시동 로직 진입시 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이가 온되는 단계와; 상기 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이가 순차적으로 온되면, 커패시터에 대한 프리차징 페일(fail) 조건을 판정하는 단계와; 프리차징 페일 조건이 되면 제어기에서 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이를 오프시키고, 프리차지 에러 플래그를 띄우는 단계와; 클러스터에 프리차징 페일임을 알리는 경고등을 점등시킴과 함께 프리차지 에러 플래그에 의거 운전자가 인지 가능한 "시스템 체킹" 중임을 표시하는 프리차징 페일 세이프 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법을 제공한다.
특히, 상기 프리차징 페일 세이프 단계는: 재시동 방지 내지 지연을 위하여 일정 시간의 에러 딜레이 타임을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 시동 준비 단계 후, 프리차징 페일 세이프를 위한 에러 딜레이 타임이 존재하는지 여부를 판정하는 단계가 더 진행되어, 에러 딜레이 타임이 종료되지 않은 것으로 판정되면, 시동 준비 단계 이후의 시동 로직 진입이 차단되는 동시에 프리차지 릴레이의 온/오프 동작이 차단되어 프리차지 저항으로 전류 흐름이 차단되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 시동 로직 진입 후, 프리차지 릴레이 온 전에 프리차지 에러 플래그가 존재하는지 여부를 판정하는 단계가 더 진행되어, 프리차지 에러 플래그가 존재하는 것으로 판정되면 프리차징 페일 세이프 단계가 진행되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 프리차징 페일 조건에 진입하면 제어기에서 에러 플래그를 띄워서 경고등 점등 및 시스템 체킹 등을 운전자가 볼 수 있게 표시하는 등의 페일 세이프 로직이 실행되도록 함으로써, 운전자가 현재 차량 상태가 주행 불가 상태임을 쉽게 인식할 수 있고, 이에 재시동 횟수를 최소화하여 프리차지 저항이 소손되는 것을 방지할 수 있다.
들째, 프리차징 페일 조건에 진입하여 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이가 오프되는 동시에 클러스터에 경고등이 점등되어 주행 불가 상태가 된 후, 일정 시간의 에러 딜레이 타임을 설정하여 사용자가 재시동을 시도하더라도 에러 딜레이 타임 동안 시동 준비 단계 후의 단계(프리차지 릴레이의 온/오프 동작 등)가 진행되지 않도록 함으로써, 운전자가 에러 딜레이 타임 동안 시동 준비 단계를 반복할 수 밖에 없고, 결국 운전자의 무리한 반복적 재시동을 자제시켜 신속한 A/S 정비를 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법을 설명하는 순서도,
도 2는 하이브리드 차량의 정상 시동 과정을 나타낸 순서도,
도 3은 하이브리드 차량의 프리차징 단계를 설명하기 위한 하이브리드 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 구성도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법을 설명하는 순서도이다.
먼저, 이그니션 온(S201) 단계가 진행된 후, 파킹 위치("P" Position)와 브레이크 스위치 온("Brake" Switch ON) 등을 확인한 후 스마트 버튼을 온시키는 시동 준비 단계가 종료되면, 제어기(HCU)에 의한 시동 로직에 진입(S203)하기 전에 에러 딜레이 타임이 존재하는지 여부를 판정한다(S202).
만일, 파킹 위치("P" Position)와 브레이크 스위치 온("Brake" Switch ON) 등을 확인한 후 스마트 버튼을 온시키는 시동 준비 단계 후, 하기에서 상세하게 설명되는 바와 같이 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 로직에 진입하여 설정되는 에러 딜레이 타임 즉, 재시동 방지 내지 지연을 위한 에러 딜레이 타임이 종료되지 않으면(ERR_Delay_timer ≠ 0), 시동 준비 단계 후의 단계(프리차지 릴레이의 온/오프 동작 등)가 진행되지 않도록 한다.
따라서, 시동 준비 단계 후의 제어기(HCU)에 의한 시동 로직 진입(S203)이 이루어지지 않게 되고, 결국 결국 운전자는 위와 같은 시동 준비 단계만을 반복할 수 밖에 없다.
반면, 타임 딜레이 타임이 종료되면(ERR_Delay_timer = 0), 각종 제어기(MCU,GCU 등)에 이상이 없는지 판단하는 단계(S204)를 진행하고, 연이어 프리차지 에러 플래그가 존재하는지 여부를 확인한다(S205).
이때, 제어기에서 띄운 프리차지 에러 플래그가 존재하면, 곧바로 하기의 프리차지 페일 세이프 로직으로 진입하고, 반면에 프리차지 에러 플래그가 없으면(PRECHAR_ERROR_FLAG = 0) 고전압 릴레이 온 시퀀스에 진입하여, 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 프리차지 릴레이를 먼저 온(On)시키고(S206), 이때 고전압 배터리의 전류 흐름을 위하여 프리차지 릴레이가 온됨과 함께 (-)단 메인 릴레이도 온된다(S207).
따라서, 상기 프리차지 릴레이가 온 되어 고전압배터리의 전류가 프리차지 저항을 통과하여 인버터쪽으로 흐르게 되는 바, 이때 프리차지 저항에 의해 인버터의 DC 링크 전압이 일정한 시정수를 갖고 증가하면서 인버터의 앞단에 연결된 커패시터에 대한 프리차징이 이루어진다.
다음으로, 일정 시간(예를 들어, 200msec)의 타임 카운트 단계(S208) 후, 커패시터의 프리차징 상태를 판단한다(S209).
즉, 커패시터 전압(CAP_volt)이 기준치(예를 들어, 80%) 이상 또는 이하인지 판단한다.
이에, 커패시터의 전압이 기준치 이상이면, 상기 메인 릴레이 즉, (+)단 릴레이를 온시키고(S210), 동시에 프리차지 릴레이를 오프시킨다(S211).
따라서, 메인 릴레이가 온됨으로써, 인버터 및 모터 등을 포함하는 하이브리드 시스템에 고전압 배터리 전원이 정상적으로 공급되는 상태가 되고, 이에 클러스터에 주행 준비가 완료됨을 나타내는 "READY"가 디스플레이되고(S212), 차량의 주행이 이루어지게 된다(S213).
한편, 프리차징 판단 조건의 경우, 커패시터 전압(CAP_volt)이 기준치 이하이면, 프리차징 페일(fail) 조건이 되는데, 그 이유는 커패시터에 쇼트가 발생된 상태기 때문이다.
이렇게 프리차징 페일 조건이 되면 제어기에서 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이를 오프시키고(S214), 프리차지 에러 플래그(PRECHAR_ERROR_FLAG = 1)를 띄우게 된다(S215).
따라서, 제어기에서 클러스터에 경고등("Warning Lamp")을 점등시키게 되고(S216), 스마트 버튼이 오프되어(S217) 재시동 금지 및 주행 불가 상태가 된다.
또한, 상기 제어기에서 띄운 프리차지 에러 플래그에 의하여 클러스터 또는 AVN 시스템의 디스플레이에 "시스템 체킹 중(SYSTEM CHECKING)"이라는 메시지를 표시한다(S218).
이에, 운전자는 프리차징 페일임을 알리는 클러스터의 경고등 뿐만 아니라 현재 시스템 체킹 중이라는 메시지를 인지하게 되어, 운전자가 현재 차량 상태가 주행 불가 상태임을 쉽게 인식할 수 있고, 시동 횟수를 최소화하여 프리차지 저항이 소손되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 스마트 버튼이 오프되어 재시동 금지가 됨에도 불구하고, 운전자가 수회 패스트 온/오프(fast on/off)식으로 재시동을 시도하면, 커패시터의 쇼트 발생에서 프리차지 릴레이가 붙음/떨어짐을 반복하는 패스트 온/오프 조건이 되어, 결국 프리차지 저항의 발열량이 크게 증가하여 저항 소손을 초래하지만, 위와 같이 운전자가 클러스터의 경고등 뿐만 아니라 현재 시스템 체킹 중이라는 메시지를 인지하게 되어, 운전자가 현재 차량 상태가 주행 불가 상태임을 쉽게 인식할 수 있고, 시동 횟수를 최소화하여 프리차지 저항이 소손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제어기에서 프리차지 에러 플래그(PRECHAR_ERROR_FLAG = 1)를 띄우면, 재시동 방지 내지 지연을 위하여 일정 시간의 에러 딜레이 타임이 설정된다(S219).
이렇게 에러 딜레이 타임이 설정됨에 따라, 상기와 같이 스마트 버튼을 온시키는 시동 준비 단계 후, 에러 딜레이 타임이 종료되지 않으면(ERR_Delay_timer ≠ 0), 즉 에러 딜레이 타임 설정 시간 동안에는 시동 준비 단계 후의 단계(시동 로직 진입 및 프리차지 릴레이의 온/오프 동작 등)가 진행되지 않게 된다.
따라서, 시동 준비 단계 후의 제어기(HCU)에 의한 시동 로직 진입을 비롯하여 프리차지 릴레이의 온/오프 동작 자체가 이루어지지 않게 되므로, 프리차지 저항으로 고전압 배터리의 전류 흐름이 차단될 수 밖에 없고, 이에 재시동 방지에 따른 프리차지 소손을 방지할 수 있고, 또한 운전자가 에러 딜레이 타임 동안 시동 준비 단계를 반복할 수 밖에 없으므로, 결국 운전자의 무리한 반복적 재시동을 자제시켜 신속한 A/S 정비를 유도할 수 있다.
10 : 고전압배터리
12 : 메인 릴레이
12-1 : (+)단 메인 릴레이
12-2 : (-)단 메인 릴레이
14 : 프리차지 릴레이
20 : 인버터
22 : 커패시터

Claims (6)

  1. 시동 준비 단계와;
    상기 시동 준비 단계가 종료된 후 시동 로직에 진입하는 단계와;
    상기 시동 로직 진입시 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이가 온되는 단계와;
    상기 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이가 순차적으로 온되면, 커패시터에 대한 프리차징 페일(fail) 조건을 판정하는 단계와;
    프리차징 페일 조건이 되면 제어기에서 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이를 오프시키고, 프리차지 에러 플래그를 띄우는 단계와;
    클러스터에 프리차징 페일임을 알리는 경고등을 점등시킴과 함께 프리차지 에러 플래그에 의거 운전자가 인지 가능한 "시스템 체킹" 중임을 표시하고, 재시동 방지 내지 지연을 위하여 일정 시간의 에러 딜레이 타임을 설정하는 프리차징 페일 세이프 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시동 준비 단계 후, 프리차징 페일 세이프를 위한 에러 딜레이 타임이 존재하는지 여부를 판정하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 에러 딜레이 타임이 종료되지 않은 것으로 판정되면, 시동 준비 단계 이후의 시동 로직 진입이 차단되는 동시에 프리차지 릴레이의 온/오프 동작이 차단되어 프리차지 저항으로 전류 흐름이 차단되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 시동 로직 진입 후, 프리차지 릴레이 온 전에 프리차지 에러 플래그가 존재하는지 여부를 판정하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 프리차지 에러 플래그가 존재하는 것으로 판정되면 프리차징 페일 세이프 단계가 진행되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 프리차지 저항 소손 방지용 페일 세이프 방법.
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