KR102085979B1

KR102085979B1 - 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR102085979B1
Application number: KR1020180126374A
Authority: KR
Inventors: 이윤준
Original assignee: 현대자동차(주); 기아자동차(주)
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-04-24

Abstract

차량의 운행 상태를 판단하는 단계; 상기 운행 상태에 따라, 배터리의 단자에 일단이 연결된 릴레이의 온도 변화, 상기 릴레이의 저항값 및 상기 릴레이의 타단에 연결된 커패시터의 충전 소요 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 단계를 포함하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법이 개시된다.

Description

차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETECTING WIRELESS CHARGING}

본 발명은 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 운행 상태에 따라 다양한 방식으로 릴레이의 열화 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 전력 사용량을 제한함으로써 릴레이 열화에 수반하는 여러 문제점을 해결할 수 있는 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템에 관한 것이다.

최근, 전기 자동차에 대한 주행거리 증가 및 내연기관 차량에 준하는 성능에 대한 소비자 요구를 충족시키기 위해 동력 생성 에너지를 저장하는 고전압(메인) 배터리의 대용량화가 이루어지고 있는 추세이다. 특히, 전기 자동차의 고성능화를 위해 차량 동력 생산에 사용되는 전류량이 크게 증가함에 따라 전장부품의 발열이 크게 증가하게 되므로 전장부품에 대한 열관리를 통하여 내구를 확보할 필요가 있다.

종래에 차량의 고전압 배터리의 전력 공급을 연결/차단하기 위해 적용된 고전압 릴레이에는 별도의 냉각 수단이 적용되고 있지 않으며, 차량의 턴온 이후 턴오프까지 배터리 관리 시스템에서 다른 이유로 인해 발생하는 폴트(fault)로 전원차단 제어가 이루어지지 않으면 고전압 릴레이는 항시 온 상태(단락 상태)를 유지하도록 제어되고 있다. 더욱이, 고전압 릴레이의 온도 또는 저항을 별도로 모니터링 하는 센서도 적용하지 않고 있는 상황이다.

고출력을 요구하는 최근의 추세에 의하면, 고전압 릴레이 또는 고전압 릴레이와 다른 전장품을 연결하기 위해 릴레이의 단자에 연결되는 버스바는 고부하 환경에서 지속적인 발열이 이루어지게 된다. 특히, 성능이 열화된 고전압 릴레이는 정상인 고전압 릴레이보다 발열량 더 크기 때문에, 열화된 고전압 릴레이는 정상 상태의 고전압 릴레이에 비해 고전압 릴레이 자체, 그 주변의 부품이나 사출물 등의 변형, 발연 및 발화 등의 문제를 발생시키게 된다.

더하여, 제조 공정에서의 문제로 불량품에 해당하는 고전압 릴레이가 적용된 경우에는 차량 생산 이후 차량 운용과 동시에 정상 고전압 릴레이보다 훨씬 빠른 속도로 열화가 진행되기 때문에, 차량 출고 직후임에도 고전압 릴레이는 장기간 운용하여 열화된 것과 동일한 문제를 발생시킬 수 있다. 즉, 고전압 릴레이의 열화 문제는 차량의 초기품질을 저하시키는 문제가 될 수도 있다.

이와 같이, 전기 자동차의 고출력 환경에서는 고전압 릴레이 열화에 의한 안전사고의 위험성이 항시 존재하므로, 이러한 안전사고를 방지하기 위해 고전압 릴레이의 열화 검출 기술이 요구되고 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2009-0062283 A KR 10-2013-0095493 A

이에 본 발명은, 차량의 운행 상태에 따라 다양한 방식으로 릴레이의 열화 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 전력 사용량을 제한함으로써 릴레이 열화에 수반하는 문제점들을 해결할 수 있는 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

차량의 운행 상태를 판단하는 단계;

상기 운행 상태에 따라, 배터리의 단자에 일단이 연결된 릴레이의 온도 변화, 상기 릴레이의 저항값 및 상기 릴레이의 타단에 연결된 커패시터의 충전 소요 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 단계;

를 포함하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 판단하는 상태에서, 상기 차량이 상기 배터리의 전력으로 모터를 구동하여 주행 중인 상태로 판단된 경우, 상기 검출하는 단계는, 상기 릴레이의 온도 변화에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 검출하는 단계는, 상기 릴레이의 온도를 센싱하는 단계; 상기 센싱하는 단계에서 센싱된 온도가 상승하여 사전 설정된 시간 경과 후 사전 설정된 값 이하인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 단계; 및 상기 센싱하는 단계에서 센싱된 온도가 상기 사전 설정된 값보다 더 큰 값으로 상승하는 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 판단하는 상태에서, 상기 차량이 턴온된 상태에서 상기 배터리의 전력으로 모터를 구동하지 않고 정차 중인 상태로 판단된 경우, 상기 검출하는 단계는, 상기 릴레이의 저항값에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 검출하는 단계는, 상기 배터리의 전압, 상기 커패시터의 전압 및 상기 배터리의 전류를 센싱하는 단계; 상기 센싱하는 단계에서 센싱된 배터리의 전압, 센싱된 커패시터의 전압 및 센싱된 배터리의 전류를 이용하여 상기 릴레이의 저항을 연산하는 단계; 상기 연산하는 단계에서 연산된 릴레이의 저항이 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 단계; 및 상기 연산하는 단계에서 연산된 릴레이의 저항이 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 판단하는 상태에서, 상기 배터리가 충전 중인 상태로 판단된 경우, 상기 검출하는 단계는, 상기 릴레이의 온도 변화에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 검출하는 단계는, 상기 릴레이의 온도를 센싱하는 단계; 상기 센싱하는 단계에서 센싱된 온도가 사전 설정된 시간 동안 상승하는 기울기가 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 단계; 및 상기 센싱하는 단계에서 센싱된 온도가 사전 설정된 시간 동안 상승하는 기울기가 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 판단하는 상태에서, 상기 차량이 시동 중인 상태로 판단된 경우, 상기 검출하는 단계는, 상기 커패시터의 충전 시간에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 검출하는 단계는, 상기 커패시터의 전압을 센싱하는 단계; 상기 커패시터의 전압이 상기 배터리 전압과 동일한 값이 될 때까지 소요된 시간이 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 단계; 및 상기 커패시터의 전압이 상기 배터리 전압과 동일한 값이 될 때까지 소요된 시간이 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 방법으로서 본 발명은,

차량의 배터리의 단자에 일단이 연결된 릴레이;

상기 릴레이의 타단에 연결된 커패시터;

상기 릴레이의 온도를 센싱하는 온도 센서;

상기 배터리의 전압 및 전류를 각각 센싱하는 배터리 전압 센서 및 배터리 전류 센서;

상기 커패시터의 전압을 센싱하는 커패시터 전압 센서; 및

상기 차량의 운행 상태에 따라, 상기 온도 센서에서 센싱된 상기 릴레이의 온도의 변화와, 상기 배터리 전압 센서, 상기 배터리 전류 센서 및 상기 커패시터 전압 센서에 의해 센싱된 값을 이용하여 연산된 상기 릴레이의 저항값 및 상기 커패시터의 충전 소요 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 컨트롤러;

를 포함하는 차량의 릴레이 열화 검출 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량이 상기 배터리의 전력으로 모터를 구동하여 주행 중인 상태로 판단된 경우, 상기 온도 센서에서 센싱된 온도가 상승하여 사전 설정된 시간 경과 후 사전 설정된 값 이하인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하고, 상기 온도 센서에서 센싱된 온도가 상기 사전 설정된 값보다 더 큰 값으로 상승하는 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량이 턴온된 상태에서 상기 배터리의 전력으로 모터를 구동하지 않고 정차 중인 상태로 판단된 경우, 상기 배터리 전압 센서에서 센싱된 배터리의 전압, 상기 배터리 전류 센서에서 센싱된 배터리의 전류 및 상기 커패시터 전압 센서에서 센싱된 커패시터의 전압을 이용하여 상기 릴레이의 저항을 연산하고, 연산된 릴레이의 저항이 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하고, 연산된 릴레이의 저항이 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리가 충전 중인 상태로 판단된 경우, 상기 온도 센서에서 센싱된 온도가 사전 설정된 시간 동안 상승하는 기울기가 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하고, 상기 온도 센서에서 센싱된 온도가 사전 설정된 시간 동안 상승하는 기울기가 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량이 시동 중인 상태로 판단된 경우, 상기 커패시터 전압 센서에서 센싱된 전압이 상기 배터리 전압 센서에서 센싱된 전압과 동일한 값이 될 때까지 소요된 시간이 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하고, 상기 커패시터 전압 센서에서 센싱된 전압이 상기 배터리 전압 센서에서 센싱된 전압과 동일한 값이 될 때까지 소요된 시간이 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단할 수 있다.

상기 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템에 따르면, 전기 자동차 등과 같은 환경차에서 고부하를 사용하게 되면서 전장품 열화에 따른 발열량 증가로 인한 발열, 발연 및 발화 등 발생하게 되는 사고를 예방할 수 있다.

더하여, 상기 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템에 따르면, 사고 발생 이전 릴레이의 열화를 검출하여 적절한 정비나 조치가 이루어질 수 있게 한다.

또한, 상기 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템에 따르면, 차량의 특정 상태에 한정되지 않고 차량의 여러 다양한 운행 상태 별로 릴레이의 열화를 검출할 수 있으므로, 릴레이 열화의 미검출 가능성을 감소시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 중 차량 주행 시 릴레이 온도 변화를 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 4는 차량 주행 시 정상 릴레이와 열화 릴레이의 시간에 따른 온도 변화를 비교한 그래프이다.
도 5은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 중 차량 정차 시 릴레이의 저항값을 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 중 배터리 충전 시 릴레이의 온도 상승 기울기를 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 7은 배터리 충전 시 정상 릴레이와 열화 릴레이의 시간에 따른 온도 상승 기울기를 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 중 차량 시동 시 커패시터 전압의 충전 시간을 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.
도 9는 차량 시동 시 정상 릴레이와 열화 릴레이에 따른 커패시터 전압 충전 시간을 비교한 그래프이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 시스템을 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 시스템은, 차량의 배터리(10)의 단자에 일단이 연결된 릴레이(21, 23)와, 릴레이(21, 23)의 타단에 연결된 커패시터(30)와, 릴레이(21, 23)의 온도를 센싱하는 온도 센서(61)와, 배터리(10)의 전압 및 전류를 각각 센싱하는 배터리 전압 센서(63) 및 배터리 전류 센서(64)와, 커패시터(30)의 전압을 센싱하는 커패시터 전압 센서(67)와, 차량의 운행 상태에 따라, 온도 센서(61)에서 센싱된 릴레이(21, 23)의 온도의 변화와, 배터리 전압 센서(63), 배터리 전류 센서(65) 및 커패시터 전압 센서(77)에 의해 센싱된 값을 이용하여 연산된 릴레이(21, 23)의 저항값 및 커패시터(30)의 충전 소요 시간 중 적어도 하나에 기반하여 릴레이(21)의 열화 여부를 검출하는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.

모터(50)를 구동하여 발생하는 동력을 이용하여 주행하는 차량은, 배터리(10)에 저장된 직류 전력을 인터버(40)가 3상 교류 전력으로 변경하여 모터(50)에 제공함으로써 모터(50)를 구동 시킨다. 이러한 차량은 운전자에 의해 턴온 입력이 발생하면 배터리(10)의 단자와 커패시터(30) 사이에 연결된 릴레이(21, 23)를 턴온 시켜 커패시터(30)를 충전하는 시동 과정을 수행하게 된다. 즉, 차량의 시동 과정은 사용자의 턴온 입력이 발생한 시점에 시작하여 인버터(40)로 원하는 크기의 입력 전압이 제공되도록 커패시터(30)가 완충 되는 시점에 종료될 수 있다.

배터리(10)는 모터(50)를 구동하기 위한 전기 에너지를 저장하는 요소로 주로 차량의 동력을 생성하는 에너지를 저장하게 되므로 메인 배터리라고 하거나, 저전압 전장 부하에 전원을 제공하기 위해 낮은 전압(예를 들어, 12V)의 출력을 갖는 배터리와 구분하여 고전압 배터리라 칭할 수 있다.

릴레이(21, 23)는 배터리(10)의 단자에 연결된 일단과 커패시터(30)에 연결된 타단을 가질 수 있다. 릴레이(21, 23)는 배터리(10)의 양(+)단자 및 음(-)단자에 각각 구비될 수 있다. 차량에서 릴레이(21, 23)는 고전압 배터리(10)의 전력을 연결/차단하도록 하나의 단일 구조물로 제작되어 적용될 수 있으므로, 고전압 배터리(10)에 연결된 복수의 릴레이(21, 23)를 전력 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)(20)라 칭할 수 있다.

본 발명에 대한 상세한 설명 및 청구범위에서 '릴레이'라고 함은 전력 릴레이 어셈블리에 포함된 릴레이 중 적어도 하나 또는 전력 릴레이 어셈블리를 의미하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 여러 실시형태는, 차량의 고성능화 및 고전력화에 따라 짧은 시간에 많은 양의 전력이 릴레이(21, 23)를 통해 전달됨에 따라 릴레이(21, 23)의 열화에 의해 발생할 수 있는 문제를 해결하고자 하는 것이다. 특히, 본 발명의 여러 실시형태에서는 차량의 운행 조건에 가장 적합한 여러 방식으로 릴레이의 열화를 검출하는 기법을 제공한다.

릴레이(21, 23)의 열화 검출을 위해, 본 발명의 일 실시형태는, 릴레이(21, 23)의 온도를 센싱하기 위한 온도 센서(61)와, 배터리(10)의 전압 및 전류를 각각 센싱하기 위한 배터리 전압 센서(63) 및 배터리 전류 센서(65) 및 커패시터(30)의 전압을 센싱하기 위한 커패시터 전압 센서(67)을 포함할 수 있다. 각 센서(61, 63, 65, 67)에서 센싱된 정보는 컨트롤러(100)에 제공될 수 있다.

컨트롤러(100)는 각 센서(61, 63, 65, 67)에서 제공된 센싱 정보들과 상위 제어기(미도시)에서 제공되는 차량 운행 상태 정보를 기반으로 릴레이(21, 23)의 열화를 검출하기 위해 사전에 저장한 로직을 실행할 수 있다.

컨트롤러(100)에 의해 수행되는 릴레이 열화 검출 로직에 대한 이해는 후술하는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 릴레이 열화 검출 방법에 대한 설명을 통해 더욱 명확하게 이루어질 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법은, 컨트롤러(100)가 차량의 운행 상태를 판단하는 단계(S11)와, 컨트롤러(100)가, 판단된 차량의 운행 상태에 따라, 배터리(10)의 단자에 일단이 연결된 릴레이(20)의 온도 변화, 릴레이(20)의 저항값 및 릴레이(20)의 타단에 연결된 커패시터의 충전 소요 시간 중 적어도 하나에 기반하여 릴레이(20)의 열화 여부를 검출하는 단계(S12 내지 S15)를 포함할 수 있다.

단계(S11)에서, 컨트롤러(100)는 상위 제어기(미도시)로부터 차량의 운행 상태에 대한 정보를 입력 받아 그에 따른 릴레이 열화 검출 로직을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 컨트롤러(100)는 차량의 운행 상태를 다음과 같은 네 가지로 판단할 수 있다.

상태 1) 차량이 턴온된 상태(즉, 릴레이(20)가 단락된 상태)에서 배터리(10)의 전력을 이용하여(인버터(40))에 의한 전력 변환을 통해) 모터(50)를 구동함으로써 차량이 주행 중인 상태.

상태 2) 차량이 턴온된 상태(즉, 릴레이(20)가 단락된 상태)에서 모터(50)를 구동하지 않고 정차된 상태.

상태 3) 외부의 전력을 제공받아 배터리(10)를 충전하기 위해 일정한 전류가 릴레이(20)를 통해 배터리(10)로 제공되는 상태(릴레이(20)는 단락된 상태).

상태 4) 릴레이(20)가 개방된 상태에서 턴온 입력에 의해 시동 과정을 수행하는 상태(릴레이(20)가 개방 상태에서 단락 상태로 절환되고 배터리(10) 전력을 통해 커패시터(30)를 충전하는 상태)

먼저, 상태 1인 경우, 컨트롤러(100)는 릴레이(20)에 마련된 온도 센서(61)에서 센싱된 온도 변화를 기반으로 릴레이의 열화 여부를 판단할 수 있다(S12).

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 중 차량 주행 시 릴레이 온도 변화를 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이고, 도 4는 차량 주행 시 정상 릴레이와 열화 릴레이의 시간에 따른 온도 변화를 비교한 그래프이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 차량 주행 시 릴레이 온도 변화를 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계(S12)는, 차량 주행 중에 릴레이(20)의 온도를 센싱하는 온도 센서(61)가 릴레이(20)의 온도를 센싱하는 단계(S121)와, 컨트롤러(100)가 일정 시간 동안 지속적으로 온도 센서(61)로부터 센싱된 온도값을 입력 받고 센싱된 온도값을 사전 설정된 값과 비교하는 단계(S122)와, 센싱된 온도값이 사전 설정된 값보다 큰 경우 컨트롤러(100)가 릴레이(20)의 열화 발생을 판단하고 배터리 파워를 제한 하는 단계(S123)와, 센싱된 온도값이 사전 설정된 값 이하인 경우 컨트롤러(100)가 릴레이(20)의 열화가 발생하지 않은 것으로 판단하는 단계(S124)를 포함할 수 있다.

차량의 주행 중에 도 1에 도시된 모터(50) 구동을 위한 시스템의 전압 또는 전류가 일정하게 고정되어 있지 않으므로 릴레이(20)의 상태를 부하 사용 중 상승하는 온도값으로 측정하는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 것과 같이, 릴레이(20)는 정상적 상태에서 최대 부하량 사용시 일정시간 경과 후 온도 상승이 일정한 온도(T1)로 수렴하는 포화 상태가 되지만, 열화가 발생한 릴레이는 포화 상태의 온도(T1)보다 더 높은 온도(T2) 이상 상승하게 된다. 따라서, 단계(S12)에서는, 컨트롤러(100)가 차량 주행 중 릴레이는 차량에서 사용할 수 있는 최대 부하량 사용시 일정시간 이후 온도가 사전 설정된 값(예를 들어, 포화 시 수렴 온도인 T1)보다 릴레이(20)의 온도가 상승하는 경우 열화가 발생한 것으로 판단하고(S123), 그렇지 않은 경우에는 릴레이(20)가 열화 되지 않은 것으로 판단할 수 있다.

다음으로, 상태 2인 경우, 컨트롤러(100)는 차량이 턴온된 상태(즉, 릴레이(20)가 단락된 상태)에서 모터(50)를 구동하지 않고 정차된 상태에서 릴레이(20)의 저항값을 기반으로 열화 여부를 판단할 수 있다(S13).

도 5은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 중 차량 정차 시 릴레이의 저항값을 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 차량 정차 시 릴레이의 저항값을 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계(S13)는, 차량 정차 중에 배터리 전압 센서(63), 배터리 전류 센서(65) 및 커패시터 전압 센서(67)에서 각각 배터리 전압, 배터리 전류 및 커패시터 전압을 센싱하는 단계(S131)와, 컨트롤러(100)가 센싱된 배터리 전압, 배터리 전류 및 커패시터 전압을 이용하여 릴레이(20)의 저항값을 연산하는 단계(S132)와, 연산된 릴레이(20)의 저항값을 사전 설정된 값과 비교하는 단계(S133)와, 연산된 릴레이(20)의 저항값이 사전 설정된 값 이상인 경우 컨트롤러(100)가 릴레이(20)의 열화 발생을 판단하고(S134), 연산된 릴레이(20)의 저항값이 사전 설정된 값 미만인 경우 컨트롤러(100)가 릴레이(20)의 열화가 발생하지 않은 것으로 판단하는 단계(S135)를 포함할 수 있다.

차량의 정차 중에는 무부하 상태이므로 온도가 상승하지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태는, 차량 정차 중에 릴레이(20)의 저항값을 연산하여 릴레이(20)의 열화를 검출한다. 릴레이(20)가 열화 되면 그 자체 저항이 증가하게 되며 배터리 전압에서 저항성분 만큼 전압손실이 존재하게 된다. 통상 도 1에 도시된 것과 같은 모터 구동 시스템에서는 제어의 목적으로 배터리(10)의 전압 및 전류와 커패시터(30)의 전압을 센싱하기 위한 센서들(63, 65, 67)이 구비된다.

컨트롤러(100)는 옴의 법칙을 이용하여 릴레이(20)의 양단 전압인 배터리 전압과 커패시터 전압 차를 배터리 전류로 나눔 연산함으로써 릴레이(20)의 저항을 연산할 수 있다. 컨트롤러(100)는 연산된 릴레이(20)의 저항값과 배터리 열화를 판단하기 위해 사전에 마련된 기준값을 비교하고(S133), 연산된 릴레이(20)의 저항값이 사전 설정된 값 이상인 경우 릴레이(20)의 열화가 발생한 것으로 판단할 수 있다(S134). 반면, 연산된 릴레이(20)의 저항값이 사전 설정된 값 미만인 경우 컨트롤러(100)는 릴레이(20)의 열화가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다(S135).

다음으로, 상태 3인 경우, 컨트롤러(100)는 외부의 전력을 제공받아 배터리(10)를 충전하기 위해 일정한 전류가 릴레이(20)를 통해 배터리(10)로 제공되는 상태에서 릴레이(20)의 온도 상승 기울기를 기반으로 열화 여부를 판단할 수 있다(S14).

도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 중 배터리 충전 시 릴레이의 온도 상승 기울기를 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이고, 도 7은 배터리 충전 시 정상 릴레이와 열화 릴레이의 시간에 따른 온도 상승 기울기를 비교한 그래프이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 배터리 충전 시 릴레이의 온도 상승 기울기를 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계(S14)는, 배터리(10) 충전 중에 온도 센서(61)가 릴레이(20)의 온도를 검출하는 단계(S141)와, 컨트롤러(100)가 일정 시간 동안 상승하는 센싱된 온도의 기울기와 사전 설정된 값을 비교하는 단계(S142)와, 컨트롤러(100)가 센싱된 릴레이 온도의 기울기가 사전 설정된 값 이상인 경우 릴레이(20)의 열화 발생을 판단하고(S143), 센싱된 릴레이 온도의 기울기가 사전 설정된 값 미만인 경우 릴레이(20)를 정상상태로 판단하는 단계(S144)를 포함할 수 있다.

차량 주행 중 상태와는 달리, 배터리(10) 충전 중에는 충전기(미도시)에 의해 배터리(10)에 일정한 전류가 인가되므로 일정한 전류에 의해 일정한 시간동안 상승하는 릴레이 온도 확인이 가능하다. 배터리(10)의 충전 시 환경온도에 따라 충전 종료시 릴레이(20)의 온도는 변동될 수 있지만 온도상승 기울기는 일정할 수 있다.

도 7에 나타난 바와 같이, 릴레이(20)가 열화된 경우 동일한 전류가 흐를 때 더 많은 온도 상승이 이루어짐을 확인할 수 있다. 따라서, 단계(S14)에서, 컨트롤러(100)는 사전 설정된 시간 동안 충전 시 릴레이(20)의 온도 상승 기울기를 열화 판단을 위해 사전에 마련된 기준값과 비교하고(S142) 릴레이(20)의 온도 상승 기울기가 사전 설정된 값 이상인 경우 릴레이(20)의 열화가 발생한 것으로 판단하고(S143), 그렇지 않은 경우에는 릴레이(20)가 열화 되지 않은 것으로 판단할 수 있다(S144).

다음으로, 상태 4인 경우, 컨트롤러(100)는 릴레이(20)가 개방된 상태에서 턴온 입력에 의해 시동 과정을 수행하기 위해 단락 상태로 절환되고 배터리(10) 전력을 통해 커패시터(30)를 충전하는 과정에서 커패시터 전압이 배터리 전압에 도달하는 시간을 기반으로 열화 여부를 판단할 수 있다(S14).

도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 중 차량 시동 시 커패시터 전압의 충전 시간을 기반으로 릴레이 열화를 판단하는 단계를 더욱 상세하게 도시한 흐름도이고, 도 9는 차량 시동 시 정상 릴레이와 열화 릴레이에 따른 커패시터 전압 충전 시간을 비교한 그래프이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 차량 시동 시 커패시터(30)의 충전 시간에 기반하여 릴레이(20)의 열화 여부를 검출하는 단계(S15)는, 차량 시동이 시작되어 릴레이(20)가 개방 상태에서 단락 상태로 절환 된 후 커패시터의 전압을 센싱하는 단계(S151)와, 컨트롤러(100)가 커패시터(30)의 전압이 배터리(10)의 전압과 동일해질 때까지(즉, 커패시터(30)가 충전 완료될 때까지) 소요되는 시간과 사전 설정된 값을 비교하는 단계(S152)와, 컨트롤러(100)가 커패시터(30) 충전 소요 시간이 사전 설정된 값 이상인 경우 릴레이(20)의 열화 발생을 판단하고(S153), 커패시터 충전 시간이 사전 설정된 값 미만인 경우 릴레이(20)를 정상상태로 판단하는 단계(S154)를 포함할 수 있다.

도 9에 나타난 바와 같이, 릴레이(20)의 열화가 발생하지 않은 경우 차량 시동 시 커패시터(30)의 전압이 배터리의 전압과 동일한 값이 되도록 충전될 때까지 소요되는 시간(S0, S1)은 상대적으로 짧다. 이에 비해, 릴레이(20)가 열화 되어 자체 저항이 커진 상태가 되면 릴레이(20)를 통해 흐르는 전류가 상대적으로 적으므로 커패시터(30) 충전에 더 많은 시간이 소요된다.

따라서, 단계(S15)에서는, 차량의 시동 시 커패시터(20)의 전압을 센싱하여 충전 시간을 도출하고 커패시터(30)의 충전 시간이 릴레이 열화를 판단하기 위해 사전에 설정된 기준값 이상인 경우 릴레이(20)가 열화된 것으로 판단하고(S153) 그렇지 않은 경우 릴레이(20)가 정상인 것으로 판단할 수 있다(S154).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템은, 전기 자동차 등과 같은 환경차에서 고부하를 사용하게 되면서 전장품 열화에 따른 발열량 증가로 인한 발열, 발연 및 발화 등 발생하게 되는 사고를 예방할 수 있게 한다.

더하여, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템은, 사고 발생 이전 릴레이의 열화를 검출하여 적절한 정비나 조치가 이루어질 수 있게 할 수 있다.

더하여, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량의 릴레이 열화 검출 방법 및 시스템은, 특정 상태에 한정되지 않고 차량의 여러 다양한 운행 상태 별로 릴레이의 열화를 검출할 수 있으므로, 릴레이 열화의 미검출 가능성을 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 배터리(고전압 배터리) 20: 릴레이(전력 릴레이 어셈블리)
21, 22: 릴레이 30: 커패시터
40: 인버터 50: 모터
61: 온도 센서 63: 배터리 전압 센서
65: 배터리 전류 센서 67: 커패시터 전압 센서
100: 컨트롤러

Claims

차량의 운행 상태를 판단하는 단계;
상기 운행 상태에 따라, 배터리의 단자에 일단이 연결된 릴레이 자체의 온도 변화, 상기 릴레이 자체의 저항값 및 상기 릴레이의 타단에 연결된 커패시터의 충전 소요 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 단계를 포함하며,
상기 검출하는 단계는, 상기 배터리의 전압, 상기 커패시터의 전압 및 상기 배터리의 전류를 이용하여 상기 릴레이 자체의 저항을 연산하고, 상기 릴레이 자체의 저항의 크기에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판단하는 상태에서, 상기 차량이 상기 배터리의 전력으로 모터를 구동하여 주행 중인 상태로 판단된 경우,
상기 검출하는 단계는, 상기 릴레이 자체의 온도 변화에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 검출하는 단계는,
상기 릴레이 자체의 온도를 센싱하는 단계;
상기 센싱하는 단계에서 센싱된 온도가 상승하여 사전 설정된 시간 경과 후 사전 설정된 값 이하인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 단계; 및
상기 센싱하는 단계에서 센싱된 온도가 상기 사전 설정된 값보다 더 큰 값으로 상승하는 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판단하는 상태에서, 상기 차량이 턴온된 상태에서 상기 배터리의 전력으로 모터를 구동하지 않고 정차 중인 상태로 판단된 경우,
상기 검출하는 단계는, 상기 릴레이 자체의 저항값에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 검출하는 단계는,
상기 배터리의 전압, 상기 커패시터의 전압 및 상기 배터리의 전류를 센싱하는 단계;
상기 센싱하는 단계에서 센싱된 배터리의 전압, 센싱된 커패시터의 전압 및 센싱된 배터리의 전류를 이용하여 상기 릴레이 자체의 저항을 연산하는 단계;
상기 연산하는 단계에서 연산된 릴레이 자체의 저항이 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 단계; 및
상기 연산하는 단계에서 연산된 릴레이 자체의 저항이 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판단하는 상태에서, 상기 배터리가 충전 중인 상태로 판단된 경우,
상기 검출하는 단계는, 상기 릴레이 자체의 온도 변화에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 검출하는 단계는,
상기 릴레이 자체의 온도를 센싱하는 단계;
상기 센싱하는 단계에서 센싱된 온도가 사전 설정된 시간 동안 상승하는 기울기가 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 단계; 및
상기 센싱하는 단계에서 센싱된 온도가 사전 설정된 시간 동안 상승하는 기울기가 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판단하는 상태에서, 상기 차량이 시동 중인 상태로 판단된 경우,
상기 검출하는 단계는, 상기 커패시터의 충전 시간에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 검출하는 단계는,
상기 커패시터의 전압을 센싱하는 단계;
상기 커패시터의 전압이 상기 배터리 전압과 동일한 값이 될 때까지 소요된 시간이 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 단계; 및
상기 커패시터의 전압이 상기 배터리 전압과 동일한 값이 될 때까지 소요된 시간이 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 방법.
차량의 배터리의 단자에 일단이 연결된 릴레이;
상기 릴레이의 타단에 연결된 커패시터;
상기 릴레이 자체의 온도를 센싱하는 온도 센서;
상기 배터리의 전압 및 전류를 각각 센싱하는 배터리 전압 센서 및 배터리 전류 센서;
상기 커패시터의 전압을 센싱하는 커패시터 전압 센서; 및
상기 차량의 운행 상태에 따라, 상기 온도 센서에서 센싱된 상기 릴레이 자체의 온도의 변화와, 상기 배터리 전압 센서, 상기 배터리 전류 센서 및 상기 커패시터 전압 센서에 의해 센싱된 값을 이용하여 연산된 상기 릴레이 자체의 저항값 및 상기 커패시터의 충전 소요 시간 중 적어도 하나에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 전압, 상기 커패시터의 전압 및 상기 배터리의 전류를 이용하여 상기 릴레이 자체의 저항을 연산하고, 상기 릴레이 자체의 저항의 크기에 기반하여 상기 릴레이의 열화 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 시스템.
청구항 10에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 차량이 상기 배터리의 전력으로 모터를 구동하여 주행 중인 상태로 판단된 경우, 상기 온도 센서에서 센싱된 온도가 상승하여 사전 설정된 시간 경과 후 사전 설정된 값 이하인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하고, 상기 온도 센서에서 센싱된 온도가 상기 사전 설정된 값보다 더 큰 값으로 상승하는 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 시스템.
청구항 10에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 차량이 턴온된 상태에서 상기 배터리의 전력으로 모터를 구동하지 않고 정차 중인 상태로 판단된 경우, 상기 배터리 전압 센서에서 센싱된 배터리의 전압, 상기 배터리 전류 센서에서 센싱된 배터리의 전류 및 상기 커패시터 전압 센서에서 센싱된 커패시터의 전압을 이용하여 상기 릴레이 자체의 저항을 연산하고, 연산된 릴레이 자체의 저항이 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하고, 연산된 릴레이 자체의 저항이 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 시스템.
청구항 10에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 배터리가 충전 중인 상태로 판단된 경우, 상기 온도 센서에서 센싱된 온도가 사전 설정된 시간 동안 상승하는 기울기가 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하고, 상기 온도 센서에서 센싱된 온도가 사전 설정된 시간 동안 상승하는 기울기가 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 시스템.
청구항 10에 있어서, 상기 컨트롤러는,
상기 차량이 시동 중인 상태로 판단된 경우, 상기 커패시터 전압 센서에서 센싱된 전압이 상기 배터리 전압 센서에서 센싱된 전압과 동일한 값이 될 때까지 소요된 시간이 사전 설정된 값 이상인 경우 상기 릴레이가 열화된 것으로 판단하고, 상기 커패시터 전압 센서에서 센싱된 전압이 상기 배터리 전압 센서에서 센싱된 전압과 동일한 값이 될 때까지 소요된 시간이 사전 설정된 값 미만인 경우 상기 릴레이가 정상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 릴레이 열화 검출 시스템.