KR102085398B1 - 접촉기 융착 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

접촉기 융착 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉기 융착 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 접촉기와 병렬로 연결되는 스위치를 포함하는 스위칭부; 상기 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하는 전압 감지부; 상기 접촉기에 개방(open) 신호 또는 단락(short) 신호를 인가하고, 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 스위칭하여 상기 전압 감지부가 감지한 접촉기의 양단의 전압 차이에 기초하여 접촉기의 융착 여부를 판별하는 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

접촉기 융착 감지 시스템 및 방법{Contactor stuck-close detection system and method}
본 발명은 배터리 충전 시스템에 있어서 접촉기의 융착을 미리 감지하는 접촉기 융착 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는, 접촉기와 병렬로 연결되는 스위치를 포함하는 스위칭부 및 상기 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 스위칭하여 감지한 접촉기의 양단의 전압 차이에 기초하여 접촉기의 융착 여부를 판별하는 제어부를 포함함으로써, 충전 회로 상에 정상적인 전압을 인가하는 상태에서도 스위칭부의 스위칭 동작을 통해 접촉기의 융착 여부를 조기에 감지하는 접촉기 융착 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
배터리는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부하에 전원을 공급하는 장치로서, 스마트폰과 같은 소형 전자기기뿐만 아니라, 전동 드릴, 전기 자동차와 같이 고출력이 요구되는 각종 장치 등에도 다양하게 활용되고 있다.
전자기기의 소형화를 위해 배터리의 경량화 및 소형화가 요구되는데, 이러한 소형 배터리를 고속으로 충전하거나 충전된 배터리를 이용하여 전자기기를 장시간 사용하는 경우 배터리에서 발열 현상이 나타날 뿐만 아니라, 전자기기의 내부 부품이나 디스플레이 장치에서도 발열 현상이 나타난다. 또한, 전기 자동차와 같이 고출력으로 요하는 장치의 경우 높은 충방전압으로 인해 배터리에서 발열 현상이 빈번하게 나타나게 된다.
이러한 발열 현상이 지속되거나 심해지는 경우에는 배터리의 내부 부품 중 전력 공급을 제어하는 접촉기나 릴레이가 융착(welding) 될 수 있다. 접촉기가 융착되는 경우, 시스템에서 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하더라도 실제로 개방되지 않고 단락 상태가 되므로 지속적인 과충전으로 인하여 감전, 화재, 폭발과 같이 매우 위험한 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 접촉기의 융착 여부를 사전에 검출하여 배터리 충방전 과정에서의 안정성을 확보하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
접촉기의 융착 여부를 검출하기 위한 종래 기술은 접촉기를 중심으로 접촉기의 양단에 전압을 측정하는 구성요소를 부가한 후 각각의 접촉기들을 온(on)시키는 순서를 고려하여 접촉기 양단에서 측정되는 전압을 비교하여 접촉기의 융착 여부를 검출하는 방식이었다.
그러나, 이는 여러 개의 접촉기 중 하나의 접촉기에만 융착이 일어나는 경우 어느 접촉기가 융착되었는지 검출이 불가능한 문제점이 있었다.
상기 문제점을 개선하기 위하여, 한국공개특허 제10-2014-0061637호는 동일 경로상에 병렬로 연결되어 있는 하나의 메인(main) 릴레이와 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출할 수 있는 릴레이 융착 검출 장치 및 방법을 제시하고 있다.
그러나, 상기 기술은 접촉기의 융착 현상을 감지하기 위해서는 충방전 회로를 개방(open)하여야 하므로, 배터리 팩에서 부하에 전력을 공급하는 도중에 접촉기에 융착 현상이 발생하는 경우 제어부에서 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하였는데도 접촉기가 개방되지 못하는 위험한 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 배터리를 평상시에 정상적으로 사용하면서, 즉 배터리를 충전 또는 방전하는 중에도 하면서 접촉기의 융착 여부를 미리 효과적으로 감지하기 위한 연구가 어느 때보다 중요시되고 있다.
한국공개특허 제10-2014-0061637호
본 발명의 목적은 접촉기와 병렬로 연결되는 스위치를 포함하는 스위칭부 및 상기 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 스위칭하여 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하여 접촉기의 융착 여부를 판별하는 제어부를 포함하여, 충전 회로 상에 정상적인 전압을 인가하는 상태에서도 스위칭부의 스위칭 동작을 통해 접촉기의 융착 여부를 조기에 감지하는 접촉기 융착 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템은, 접촉기와 병렬로 연결되는 스위치를 포함하는 스위칭부; 상기 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하는 전압 감지부 및 상기 접촉기에 개방(open) 신호 또는 단락(short) 신호를 인가하고 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 스위칭하여 상기 전압 감지부가 감지한 접촉기의 양단의 전압 차이에 기초하여 접촉기의 융착 여부를 판별하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 상기 스위치는, 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)일 수 있다.
상기 스위칭부는, 상기 스위치로 흐르는 전류량을 제한하기 위한 저항부를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 감지부는, 전압계일 수 있다.
상기 전압 감지부는, 상기 제어부에서 상기 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 온(on)시키고 접촉기 양단의 전압 차이를 감지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전압 감지부에서 감지한 상기 접촉기의 양단의 전압 차이가 기 설정된 전압값보다 크면 정상 모드로 판별하고, 기 설정된 전압값보다 작으면 융착 모드로 판별할 수 있다.
상기 제어부는, 융착 모드로 판별하는 경우 융착 모드 신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 방법은, 전압 감지부가 스위치를 포함하는 스위칭부와 병렬로 연결되는 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하는 단계; 및 제어부가 상기 접촉기에 개방 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 스위칭하여 상기 전압 감지부가 감지한 접촉기의 양단의 전압 차이에 기초하여 접촉기의 융착 여부를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스위칭부는, 상기 스위치로 흐르는 전류량을 제한하기 위한 저항부(113)를 더 포함할 수 있다.
상기 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하는 단계는, 상기 제어부에서 상기 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 온(on)시키고 접촉기 양단의 전압 차이를 감지할 수 있다.
상기 제어부는, 융착 모드로 판별하는 경우 사용자에게 접촉기가 융착되었음을 알리거나 배터리를 제어하기 위한 융착 모드 신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 접촉기와 병렬로 연결되는 스위치를 포함하는 스위칭부 및 상기 스위치를 스위칭하여 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하여 접촉기의 융착 여부를 판별하는 제어부를 포함함으로써, 충전 회로 상에 평상시에 정상적인 전압을 인가하는 상태에서도 스위칭부의 스위칭 동작을 통해 접촉기의 융착 여부를 감지하여 배터리 충방전 과정에서의 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템이 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템에서 접촉기가 융착되지 않은 경우 a-b 단자에서 바라본 등가회로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템에서 접촉기가 융착된 경우 a-b 단자에서 바라본 등가회로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템에서 제어부가 접촉기와 스위치에 인가하는 신호 및 융착 모드 판별 과정을 도시하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 방법에서 각 과정을 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템이 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템이 전기 자동차에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템은 전기 자동차 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
전기 자동차(1)는 배터리(10), 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)(20), 전자 제어 장치(Electronic Control Unit; ECU)(30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 전지 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(10)를 형성할 수도 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
또한, BMS(20)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템(100)의 전압 감지부(120) 및/또는 제어부(130)를 포함할 수 있다. BMS(20)는 전압 감지부(120) 및/또는 제어부(130)를 포함함으로써, 배터리(10)의 충방전 과정에서 발생할 수 있는 접촉기의 융착을 미리 감지할 수 있어 전기 배터리의 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템(100)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템(100)은 스위칭부(110), 전압 감지부(120) 및 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 접촉기 융착 감지 시스템(100)은 일 실시예에 따른 것이고 도 1에 도시된 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 한편, 본 명세서에서는 주요 구성을 제외한 공지된 구성 요소에 대해서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서, 접촉기(200)는 커넥터, 릴레이 등 용어를 불문하고 전자기 코일의 작용으로 전로를 개폐하는 일체의 소자일 수 있다.
접촉기(200)는 충전 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 퓨즈(fuse)(500)와 연결될 수 있다.
스위칭부(110)는 접촉기(200)와 병렬로 연결되는 스위치(111)를 포함할 수 있다.
스위치(111)는 접촉기(200)와 병렬로 연결될 수 있다. 스위치(111)는 전로를 개폐할 수 있는 장치로서, 제어부(130)의 개폐 신호에 따라 개폐 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 스위치(111)는 게이트(gate)에 전압을 가하면 드레인(Drain)과 소스(Soure) 사이에 전류가 흐르는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)일 수 있다. 게이트는 후술하는 제어부(130)와 연결되고, 드레인과 소스는 각각 접촉기(200)의 양단에 연결될 수 있다. 이때, 제어부(130)는 게이트를 통해 드레인과 소스를 단락(short)하거나 개방(open)시키는 신호를 인가할 수 있다.
드레인과 소스가 단락(short)되는 경우 스위치(111)는 온(on)되고, 스위칭부(110)로 전류가 흐를 수 있게 된다. 반면에, 드레인과 소스가 개방(open)되는 경우 스위치(111)는 오프(off)되고, 스위칭부(110)로는 전류가 흐르지 않게 된다. FET을 스위치(111)로 사용할 경우, 스위칭 속도가 빨라질 수 있고, 제어부의 신호가 약할 때에도 사용할 수 있다.
스위칭부(110)는 스위치(111)로 흐르는 전류량을 제한하기 위한 저항부(113)를 더 포함할 수 있다. 저항부(113)는 스위치(111)에 한꺼번에 과도한 전류량이 흘러 파손되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서 주의할 것은, 저항부(113)는 저항 자체일 수도 있고, 저항(resistance) 성분을 갖는 다른 소자일 수도 있다는 점이다. 저항부(113)의 옴(ohm)값은 구체적인 실시예에 따라서 달라질 수 있다.
전압 감지부(120)는 접촉기(200)의 양단의 전압 차이를 감지할 수 있다.
전압 감지부(120)는 접촉기(200)의 양단의 전압 차이를 감지하여 제어부(130)로 전압값을 송신할 수 있다. 전압 감지부(120)는 전압계일 수 있으며, 두 절점 사이의 전압 차이를 측정하는 일체의 소자일 수 있다.
전압 감지부(120)는 제어부(130)에서 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 스위치(111)를 온(on)시키고 접촉기(200) 양단의 전압 차이를 감지할 수 있다. 전압 감지부(120)는 이때의 전압값을 제어부(130)로 송신할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 감지부(120)는 BMS(30)에 포함될 수 있다.
제어부(130)는 전압 감지부(120)에서 감지한 접촉기(111)의 양단의 전압 차이가 기 설정된 기준 전압값(Va)보다 크면 정상 모드로 판별하고, 기 설정된 기준 전압값(Va)보다 작으면 융착 모드로 판별할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템(100)에서 접촉기가 융착되지 않은 경우 a-b 단자에서 바라본 등가회로를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템(100)에서 접촉기가 융착된 경우 a-b 단자에서 바라본 등가회로를 도시한 도면이다.
이하에서는, 도 3 및 도 4를 참고하여 접촉기가 정상적으로 작동하는 경우와 융착이 발생한 경우를 나누어 구체적인 예를 들어 설명하기로 한다.
예를 들어, Iv=1[A]이고, 접촉기(200)의 정상 접촉 저항(Rnormal contact)은 0.16[mΩ], 접촉기(200)의 융착 접촉 저항(Rwelding contact)은 0.25[mΩ], 스위치 저항(RDSon)(112)은 180[mΩ], 저항부(113)(R1)는 390[mΩ]라고 가정한다.
접촉기(200)가 정상적인 상태, 즉 정상 모드에서는, 도 3를 참조하면, 배터리(10) 충방전 과정에서 접촉기(200)를 개방하여야 할 경우 제어부(130)에서 접촉기(200)에 개방(open) 신호를 인가하면서 스위칭부(110)의 스위치(111)에는 온(on) 신호를 인가한다. a-b단자에서 바라본 등가 회로는 스위치 저항(RDSon)(112)과 저항부(113)(R1)의 직렬 연결 회로가 되므로 전압 감지부(120)에서 측정한 전압값(Vd)은 하기 수학식 1과 같이 구해진다.
Figure 112016016238809-pat00001
이에 반해, 접촉기(200)가 융착된 상태, 즉 융착 모드에서는, 도 4를 참조하면, 배터리(10) 충방전 과정에서 접촉기(200)를 개방하여야 할 경우 제어부(130)에서 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하면서 스위칭부(110)의 스위치(111)에는 온(on) 신호를 인가한다. a-b단자에서 바라본 등가 회로는 스위치의 저항(RDSon)과 저항부(R1)(113)의 직렬 합성 저항과 접촉기(200)의 융착 저항(Rwelding contact)(210)의 병렬 연결 회로가 된다. 이때, Rwelding contact ≪ RDson + R1 이므로, Iv는 거의 대부분 접촉기(200)의 융착 저항(Rwelding contact) (210)쪽으로 흐르게 된다. 따라서, 전압 감지부(120)에서 측정한 전압값(Vd)는 하기 수학식 2와 같다.
Figure 112016016238809-pat00002
제어부(130)에서는 접촉기가 정상적인 상태 및 융착된 상태에서 전압 감지부(120)에서 측정되는 전압값을 미리 계산하거나 측정하여 기준 전압값(Va)을 설정할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 전압 감지부(120)에서 감지한 전압값(Vd)에 기초하여 정상 모드인지 융착 모드인지 판단할 수 있다.
제어부(130)는 접촉기(200)의 융착 여부를 판단하기 위한 MCU와 같은 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어부(130)는, 접촉기(200), 스위칭부(110) 및 전압 감지부(120)와 신호 또는 데이터를 주고 받을 수 있는 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 BMS의 일부일 수 있다.
제어부(130)는 기 설정된 기준 전압값(Va)을 기준으로 정상 모드인지 또는 융착 모드인지를 판별할 수 있다. 위 예에서, 200mV를 기준 전압값으로 설정한 경우 제어부(130)는 전압 감지부(120)에서 측정한 전압값이 200mV 이상인 경우 정상 모드로 판별하고, 200mV 미만인 경우에는 융착 모드로 판별할 수도 있다. 배터리(10) 충전 시스템의 안정성을 높이고자 하는 경우에는 기준 전압값을 250uV에 가깝게 낮게 설정하여 전압 감지부(120)에서 측정한 전압값(Vd)에 미세한 차이가 발생하더라도 융착 모드로 판별할 수 있다.
종래 기술에 의하면, 접촉기의 융착 현상을 감지하기 위해서는 충방전 회로를 개방(open)하여야 하므로, 배터리 팩(1000)에서 부하(300)에 전력을 공급하는 도중에 접촉기에 융착 현상이 발생하는 경우 제어부에서 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하였는데도 접촉기가 개방되지 못하는 위험한 상황이 발생할 수 있었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템(100)에 의하면, 접촉기에 전류가 흐르는지 여부와 관계없이 융착 여부를 감지할 수 있으므로, 종래 기술과는 달리, 평상시 배터리 팩(1000)에서 부하(300)에 전력을 공급하는 중에도 접촉기가 융착되었는지 감지할 수 있다. 따라서, 배터리 사용 도중 융착 현상이 발생하여 제어부에서 개방(open) 신호를 인가하였는데도 접촉기가 개방되지 못하는 위험한 상황을 미리 예방할 수 있다.
이를 위하여, 제어부(130)는, 융착 모드로 판별하는 경우 사용자에게 융착되었음을 알리거나 배터리를 제어하기 위한 융착 모드 신호를 발생시킬 수 있다.
본 명세서에서, 사용자는 전기 자동차의 운전자일 수도 있고, 배터리팩을 사용하는 각종 전자 기기의 사용자일 수도 있으며, 배터리 또는 배터리가 사용되는 각종 장치의 소유자, 관리자 또는 정비업자일 수도 있다.
융착 모드 신호는 사람이 감각적으로 인지할 수 있는 신호, 예를 들어 계기판과 같은 표시부(미도시)에 시각적으로 인식 가능한 신호나 표시일 수도 있고, 소리출력부(미도시)를 통한 출력되는 알람 소리와 같은 청각적 신호일 수도 있다. 또한, 융착 모드 신호는 융착이 발생한 경우 BMS에서 충방전 회로에 흐르는 전류를 낮추거나 차단하는 전류차단부(미도시)에 인가되는 신호로서, 하드웨어적으로 사용되는 디지털 신호(예를 들어, 0 또는 1) 또는 소프트웨어적으로 사용되는 임의의 데이터 형태일 수도 있다.
예를 들어, 본 발명이 전기 자동차에 사용되는 경우, 접촉기에서 융착 현상이 발생하여 제어부에서 융착 모드로 판별하였다면, 제어부는 융착 모드 신호를 발생시킴으로써 계기판에 배터리에 중대한 결함이 발생하였다는 경고등이 나타나게 할 수 있고, 가까운 정비소에서 긴급 정비를 받으라는 메시지가 나타나도록 할 수도 있다. 또한, BMS에서 융착 모드 신호를 받아 배터리에서 충방전 회로에 인가되는 전류나 전압을 조절할 수 있다. 나아가, 전기 자동차가 일정 속도 이상으로 달리지 못하게 하거나, 기어를 3단 이상으로 변속할 수 없도록 하는 등 스마트 카 안전 주행 시스템의 일부로 활용할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 시스템(100)에서 제어부가 접촉기와 스위치에 인가하는 신호 및 융착 모드 판별 과정을 도시하기 위한 도면이다.
일 실시예에서, 제어부(130)는 접촉기에 단락(short) 신호를 인가하는 경우에는 FET에 오프(off) 신호를 인가하고, 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우에는 FET에 온(on) 신호를 인가하도록 설계될 수 있다.
초기 상태는 제어부(130)에서 접촉기(200)에 단락(short) 신호를 인가하고, 실제로 접촉기(200)가 정상적으로 단락(short)된 상태이다.
먼저, 접촉기(200)가 정상 단락(short)되어 있는 경우에 대하여 설명하기로 한다.
제어부(130)가 접촉기(200)에 단락(short) 신호를 인가하고 FET에 오프(off) 신호를 인가하는 경우, 전압 감지부(120)에서 측정한 전압값(Vd)은 기 설정된 기준 전압(Va)보다 작으므로 제어부(130)에서는 정상 모드로 판별한다.
반면에, 제어부(130)가 접촉기(200)에 개방(open) 신호를 인가하고 FET에 온(on) 신호를 인가하는 경우에는, 전압 감지부(120)에서 측정한 전압값(Vd)은 기 설정된 기준 전압(Va)보다 크므로 제어부(130)에서는 정상 모드로 판별한다.
이번에는, 접촉기(200)가 융착(welding)된 경우에 대하여 설명하기로 한다.
제어부(130)가 접촉기(200)에 단락(short) 신호를 인가하고 FET에 오프(off) 신호를 인가하는 경우, 전압 감지부(120)에서 측정한 전압값(Vd)은 기 설정된 기준 전압(Va)보다 작으므로 제어부(130)에서는 정상 모드로 판별한다.
반면에, 제어부(130)가 접촉기(200)에 개방(open) 신호를 인가하고 FET에 온(on) 신호를 인가하는 경우에는, 전압 감지부(120)에서 측정한 전압값(Vd)은 기 설정된 기준 전압(Va)보다 크므로 제어부(130)에서는 융착 모드로 판별한다.
주의할 점은, 스위치의 저항(RDSon), 저항부(R1)(113) 및 접촉기(200)의 융착 접촉 저항(Rwelding contact)은, 위 각각의 상황에 따라 전압 감지부(120)에서 측정되는 전압값(Vd)과 기준 전압값(Va) 간에 대소 관계가 성립하도록 구체적인 실시 태양에 따라 적절히 결정될 필요가 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 방법(500)을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 방법(500)에서 각 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 방법(500)은 전압 감지부가 스위치를 포함하는 스위칭부와 병렬로 연결되는 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하는 단계를 포함하고, 제어부가 상기 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 스위칭하여 상기 전압 감지부가 감지한 접촉기의 양단의 전압 차이에 기초하여 접촉기의 융착 여부를 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 배터리에서 배터리 팩 내부 회로에 전류를 공급하고(S110), 제어부에서는 접촉기에 개방(open) 신호 또는 단락(on) 신호를 인가한다(S120). 일 실시예에서, 제어부는 접촉기에 단락(short) 신호를 인가하는 경우에는 FET에 오프(off) 신호를 인가하고, 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우에는 FET에 온(on) 신호를 인가하도록 설계될 수 있다.
제어부가 접촉기에 단락(short) 신호를 인가하고 FET에 오프(off) 신호를 인가하는 경우, 전압 감지부에서 측정한 전압(Vd)과 기 설정된 기준 전압(Va)을 비교할 필요 없이 항상 정상 모드로 판별할 수 있다(S141).
반면에, 제어부가 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하고 FET에 온(on) 신호를 인가하는 경우에는, 전압 감지부에서 측정한 전압값(Vd)을 기 설정된 기준 전압값(Va)과 비교하여 정상 모드인지 융착 모드인지를 판별할 수 있다. 전압 감지부에서 측정한 전압값(Vd)이 기 설정된 기준 전압값(Va)보다 큰 경우 정상 모드로 판별하고(S141), 전압 감지부에서 측정한 전압값(Vd)이 기 설정된 기준 전압(Va)보다 작은 경우에는 융착 모드로 판별할 수 있다(S142).
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉기 융착 감지 방법(500)은, 제어부가 융착 모드로 판별하는 경우 사용자에게 접촉기가 융착되었음을 알리거나 배터리를 제어하기 위한 융착 모드 신호를 발생시킬 수 있다.
융착 모드 신호는 사람이 시각 또는 청각 등 감각으로 인식할 수 있는 표지 형태일 수도 있고, 하드웨어에서 사용되는 디지털 신호(예를 들어, 0 또는 1) 또는 소프트웨어에서 사용되는 임의의 데이터 형태일 수도 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
10 : 배터리
20 : BMS
30 : ECU
40 : 인버터
50 : 모터
100 : 접촉기 융착 감지 시스템
110 : 스위칭부
111 : 스위치
112 : 스위치 저항
113 : 저항부
120 : 전압 감지부
130 : 제어부
200 : 접촉기
210 : 접촉기 융착 저항
300 : 부하
400 : 분배기
500 : 퓨즈
600 : 접촉기 융착 감지 방법
1000 : 배터리 팩

Claims (12)

  1. 전기 자동차의 접촉기와 병렬로 연결되는 스위치를 포함하는 스위칭부;
    상기 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하는 전압 감지부;
    상기 접촉기에 개방(open) 신호 또는 단락(short) 신호를 인가하고, 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 스위칭하여 상기 전압 감지부가 감지한 접촉기의 양단의 전압 차이에 기초하여 접촉기의 융착 여부를 판별하되, 상기 전압감지부에서 감지한 상기 접촉기의 양단의 전압 차이가 기 설정된 기준 전압값보다 크면 정상 모드로 판별하고, 기준 전압값보다 작으면 융착 모드로 판별하며, 표시부 또는 소리 출력부를 통해 출력되는 신호인 융착 모드 신호를 발생시키는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 전기 자동차의 접촉기에서 융착 현상이 발생한 경우 융착 모드로 판별하여 상기 융착 모드 신호를 발생시킴으로써 상기 전기 자동차의 계기판에 배터리에 결함이 발생하였음을 알리는 경고등이 표시되도록 하고, BMS에서 상기 융착 모드 신호를 받아 전류 차단부에서 배터리에서 충방전 회로에 인가되는 전류 혹은 전압이 조절되도록 하며, 상기 전기 자동차가 일정 속도 이상으로 달리지 못하게 하거나, 기어를 3단 이상으로 변속할 수 없도록 하는 스마트 카 안전 주행 시스템에 적용되는 것을 특징으로 하는,
    접촉기 융착 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는,
    전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)인 것을 특징으로 하는,
    접촉기 융착 감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 스위치로 흐르는 전류량을 제한하기 위한 저항부(113)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    접촉기 융착 감지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 감지부는,
    전압계인 것을 특징으로 하는,
    접촉기 융착 감지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압 감지부는,
    상기 제어부에서 상기 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 온(on)시키고 접촉기 양단의 전압 차이를 감지하는 것을 특징으로 하는,
    접촉기 융착 감지 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 전압 감지부가 스위치를 포함하는 스위칭부와 병렬로 연결되는 전기 자동차의 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하는 단계;
    제어부가 상기 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 스위칭하여 상기 전압 감지부가 감지한 접촉기의 양단의 전압 차이에 기초하여 접촉기의 융착 여부를 판별하되, 상기 전압감지부에서 감지한 상기 접촉기의 양단의 전압 차이가 기 설정된 기준 전압값보다 크면 정상 모드로 판별하고, 기준 전압값보다 작으면 융착 모드로 판별하며, 표시부 또는 소리 출력부를 통해 출력되는 신호인 융착 모드 신호를 발생시키는 단계를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 전기 자동차의 접촉기에서 융착 현상이 발생한 경우 융착 모드로 판별하여 상기 융착 모드 신호를 발생시킴으로써 상기 전기 자동차의 계기판에 배터리에 결함이 발생하였음을 알리는 경고등이 표시되도록 하고, BMS에서 상기 융착 모드 신호를 받아 전류 차단부에서 배터리에서 충방전 회로에 인가되는 전류 혹은 전압이 조절되도록 하며, 상기 전기 자동차가 일정 속도 이상으로 달리지 못하게 하거나, 기어를 3단 이상으로 변속할 수 없도록 하는 스마트 카 안전 주행 시스템에 적용되는 것을 특징으로 하는,
    접촉기 융착 감지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 스위치로 흐르는 전류량을 제한하기 위한 저항부(113)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    접촉기 융착 감지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 접촉기의 양단의 전압 차이를 감지하는 단계는,
    상기 제어부에서 상기 접촉기에 개방(open) 신호를 인가하는 경우 상기 스위치를 온(on)시키고 접촉기 양단의 전압 차이를 감지하는 것을 특징으로 하는,
    접촉기 융착 감지 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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