KR102170392B1 - 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에 마련되는 컨텍터(contactor)의 온 오프 동작 시 발생되는 기계적인 천이소리를 센싱하여 센싱 결과를 토대로 컨텍터의 오동작 여부를 판단함으로써, 컨텍터의 오동작에 따른 파손에 대처할 수 있으며 또한 천이소리의 횟수를 카운트 및 기록함으로써 컨텍터의 수명을 관리할 수 있도록 하는 소리 센서를 통한 컨텍터의 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DIAGNOSING CONTACTORS USING SOUND SENSOR}
본 발명은 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에 마련되는 컨텍터(contactor)의 온 오프 동작 시 발생되는 기계적인 천이소리를 센싱하여 센싱 결과를 토대로 컨텍터의 오동작 여부를 판단함으로써, 컨텍터의 오동작에 따른 파손에 대처할 수 있으며 또한 천이소리의 횟수를 카운트 및 기록함으로써 컨텍터의 수명을 관리할 수 있도록 하는 소리 센서를 통한 컨텍터의 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근에는 내연기관의 사용을 줄이고 친환경적인 전기 에너지를 이용하기 위하여 대용량의 배터리를 장착한 차량들이 출시되고 있다.
한편, 전기차량에 사용되는 배터리는 약 350v ~400v의 전압을 가지게 되며 이러한 배터리는 부하(인버터 등)와 컨텍터(contactor()를 통해 서로 연결되는데, 부하의 입력 커패시터가 방전된 상태에서 컨텍터가 온(turn on)될 경우 컨텍터에 순간적으로 많은 양의 서지(surge) 전류가 흐르면서 컨텍터가 파괴될 수 있다.
따라서, 이를 방지하기 위하여 현재는 프리차지 컨텍터(pre-charge contactor) 및 컨텍터와 직렬 연결된 저항으로 구성된 프리차지 회로가 사용됨으로써, 메인 컨텍터를 턴 온시키기 전에 프리차지 회로를 통해 미리 전류를 공급함으로써 메인 컨텍터를 보호하고 있다.
하지만, 이 경우 커패시터를 충전한 이후에는 프리차지 회로를 오프시키지만 프리차지 컨텍터는 메인 컨텍터와 병렬로 연결되어 있기 때문에, 프리차지 회로가 오프된 상황을 진단하기 어렵다는 문제점이 발생되고 있다. 특히 프리차지 컨텍터의 고장으로 인해 용착(welding)이 발생한 경우 프리차지 회로를 통해 배터리가 방전될 우려가 있으며 저항을 통해 열이 발생함에 따라 지속적인 에너지 소모 및 성능 저하의 우려가 발생하게 된다.
이에 본 발명자는 상술한 종래의 프리차지 회로를 통해 컨텍터를 진단하는 과정에서 발생되는 다양한 문제점 및 한계점을 해결하기 위하여, 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에 마련되는 컨텍터(contactor)의 온 오프 동작 시 발생되는 기계적인 천이소리를 센싱하여 센싱 결과를 토대로 컨텍터의 오동작 여부를 판단함으로써, 컨텍터의 오동작에 따른 파손에 대처할 수 있으며 또한 천이소리의 횟수를 카운트 및 기록함으로써 컨텍터의 수명을 관리할 수 있도록 하는 소리 센서를 통한 컨텍터의 진단 시스템 및 방법을 개발하기에 이르렀다.
한국공개특허 10-2016-0089658호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에 마련되는 컨텍터(contactor)의 온 오프 동작 시 발생되는 기계적인 천이소리를 센싱하여 센싱 결과를 토대로 컨텍터의 오동작 여부를 판단함으로써, 컨텍터의 오동작에 따른 파손에 대처할 수 있으며 또한 천이소리의 횟수를 카운트 및 기록함으로써 컨텍터의 수명을 관리할 수 있도록 하는 소리 센서를 통한 컨텍터의 진단 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템은 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에서 컨텍터(contactor)와 인접하게 위치되는 소리 센서 및 상기 소리 센서로부터 출력되는 센싱 결과를 토대로 상기 컨텍터의 오동작 여부를 판단하는 고장여부 판단부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 소리 센서는 상기 컨텍터의 온 또는 오프 동작 시 발생되는 기계적 천이소리를 센싱하며, 상기 고장여부 판단부는 상기 기계적 천이소리가 기 설정된 기계적 천이소리와 상이한 경우 상기 컨텍터에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 BMS 회로는 메인 컨텍터 및 프리차지 컨텍터와 전기적으로 연결되며, 상기 소리 센서는 상기 메인 컨텍터 및 상기 프리차지 컨텍터 각각에 인접하게 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 소리 센서는 상기 컨텍터의 온 또는 오프 동작시 발생되는 시 발생되는 상기 기계적 천이소리의 횟수를 카운트할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고장여부 판단부는 상기 BMS로부터 상기 컨텍터에 인가되는 컨텍터 제어신호 및 상기 소리 센서로부터 출력되는 상기 센싱 결과를 토대로, 상기 컨텍터의 오동작 여부 및 상기 BMS로부터 인가되는 상기 컨텍터 제어신호의 오동작 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 소리 센서를 통한 컨텍터의 진단 방법은 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에서 컨텍터(contactor)와 인접하게 위치되는 소리 센서를 통해 상기 컨텍터의 온 또는 오프 동작 시 발생되는 기계적 천이소리를 센싱하는 단계 및 고장여부 판단부에서, 상기 소리 센서로부터 출력되는 센싱 결과를 토대로 상기 컨텍터의 오동작 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에 마련되는 컨텍터(contactor)의 온 오프 동작 시 발생되는 기계적인 천이소리를 센싱하여 센싱 결과를 토대로 컨텍터의 오동작 여부를 판단함으로써, 컨텍터의 오동작에 따른 파손에 대처할 수 있는 이점을 가진다.
특히, 본 발명의 일 측면에 따르면 컨텍터의 동작 불량이 발생할 경우, 소리 센서를 통해 컨텍터의 동작 여부를 진단함으로써 컨텍터가 고장났는지, 컨텍터의 연결 라인이 고장났는지 여부를 판단할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, BMS에서 컨텍터의 온 오프 횟수를 기록하여 컨텍터의 수명을 관리하는 경우 천이소리의 횟수를 카운트한 후 이를 BMS로 전달함으로써, 컨텍터의 온 오프 횟수에 대한 더블 체크를 통해 신뢰도를 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 BMS를 통해 프리차지 컨텍터 및 메인 컨텍터를 제어하는 종래의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 컨텍터의 온오프 동작시 발생되는 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템(100)을 통해 컨텍터의 오동작을 진단하는 과정을 순서대로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 BMS를 통해 프리차지 컨텍터 및 메인 컨텍터를 제어하는 종래의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 종래의 컨텍터의 온오프 동작시 발생되는 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 1을 살펴보면, 배터리와 연결된 회로 상에는 배터리 관리 시스템(BMS)가 마련되어 있으며, 상기 회로 상에 마련되는 양극 및 음극 메인 컨텍터(Main contactor)와 양극 메인 컨텍터 전단에 마련되는 프리차지 회로(프리차지 컨텍터(Pre-charge contactor) 및 저항을 포함함)는 상기 BMS와 연결됨으로써 BMS로부터의 제어신호를 통해 제어받게 된다.
이때, 회로 상에 마련되는 커패시터(미도시)를 충전한 이후 프리차지 회로를 오프하는 경우, 프리차지 컨텍터와 메인 컨텍터를 서로 병렬로 연결됨에 따라 프리차지 컨텍터가 오프된 상황을 진단하기 어렵다는 문제점이 있으며, 또한 프리차지 컨텍터의 고장으로 용착(welding)이 발생되는 경우 프리차지 회로를 통해 배터리가 지속적으로 방전될 수 있으며 저항을 통해 열이 발산됨에 따라 에너지가 소모되어 배터리 성능이 저하될 우려가 있다.
도 2를 살펴보면, 종래에는 커패시터를 충전한 이후 메인 컨텍터가 연결(close)되는 경우 프리차지 컨텍터는 개방(open)되어 있음에도 불구하고, 메인 컨텍터와 프리차지 컨텍터는 서로 병렬로 연결되어 있기 때문에 프리차지 컨텍터가 개방되었는지 여부를 진단할 수가 없게 된다.
또한, 종래에는 프리차지 컨텍터의 용착(welding)이 발생한 경우, 메인 컨텍터가 개방(open)됨에도 불구하고, 프리차지 path를 통해 계속해서 전류가 흐르게 되며 이는 에너지를 지속적으로 소모함을 유발한다.
따라서, 본원발명에서는 후술되는 도 3 및 도 4를 통해 종래의 이러한 문제점 및 한계점을 해결할 수 있는 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템(100) 및 방법을 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템(100)은 크게 소리 센서(110) 및 고장여부 판단부(120)를 포함할 수 있다.
먼저, 소리 센서(110)는 배터리 관리 시스템(BMS)와 연결된 회로 상에서 컨텍터, 보다 구체적으로는 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)와 인접하게 위치되어, 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)의 온 또는 오프 동작 시 발생되는 기계적 천이 소리를 센싱하여 후술되는 고장여부 판단부(120)에 전달하는 역할을 할 수 있다.
이러한 소리 센서(110)는 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)의 온 또는 오프 동작 시 발생되는 기계적 천이소리의 횟수를 카운트할 수도 있는데, 여기에서 기계적 천이소리라 함은 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)가 온에서 오프로, 오프에서 온으로 물리적으로 상태가 변경되는 경우 발생되는 기계음을 의미할 수 있고, 소리 센서(110)는 이를 통해 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)의 동작상태를 진단할 수 있게 된다.
이렇게 소리 센서(110)를 통해 발생되는 기계적 천이소리는 후술되는 고장여부 판단부(120)로 전달되어, 고장여부 판단부(120)에서 기계적 천이소리의 횟수를 기록하여 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)의 수명을 관리하는데 이용할 수 있다.
또한, 일 실시예에서 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)는 서로 밀집되어 있기에 소리 센서(110)를 하나로 적용시킬 수 있다.
다음으로, 고장여부 판단부(120)는 소리 센서(110)로부터 출력(전달)되는 센싱 결과를 토대로 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)의 오동작 여부를 판단하는 역할을 할 수 있다.
보다 구체적으로, 고장여부 판단부(120)는 BMS 내에 포함될 수 있으며 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)의 온 또는 오프 동작 시 발생되는 기계적 천이소리가 기 설정된 기계적 천이소리와 상이한 경우 해당 컨텍터에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있으며, 특히 BMS로부터 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)에 인가되는 온오프 제어신호와 소리 센서(110)를 통해 출력되는 센싱 결과를 토대로 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)의 오동작 여부 및 BMS로부터 인가되는 온오프 제어신호의 오동작 여부를 판단할 수 있다.
특히, 소리 센서(110)의 센싱 결과를 통해 BMS로부터 인가되는 온오프 제어신호에 맞추어 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)가 제대로 동작하는지 여부를 판단할 수 있으며, 만약 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)의 제어 실패 시 메인 컨텍터(1) 및 프리차지 컨텍터(2)에 고장이 발생하였는지, 제어신호 path에 고장이 발생하였는지를 판단할 수 있다
다음으로는, 도 4를 통해 컨텍터의 오동작을 진단하는 과정을 살펴보기로 한다.
도 4는 도 3에 도시된 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템(100)을 통해 컨텍터의 오동작을 진단하는 과정을 순서대로 도시한 도면이다.
도 4를 살펴보면, BMS에서 메인 컨텍터 및 프리차지 컨텍터에 온오프 제어 신호를 인가하게 되고(S401), 그에 상응하게 메인 컨텍터 및 프리차지 컨텍터가 동작하게 된다.
이때, 소리 센서는 메인 컨텍터 및 프리차지 컨텍터의 기계적 천이소리를 센싱하고(S402), 센싱 결과를 BMS 내의 고장여부 판단부로 출력(전달)하게 된다.
그 후, 고장여부 판단부에서는 BMS로부터 인가되는 온오프 제어 신호와, 소리 센서로부터 출력되는 센싱 결과를 토대로 메인 컨텍터 및 프리차지 컨텍터가 정상적으로 동작되고 있는지 여부를 판단하게 된다(S403).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 메인 컨텍터
2: 프리차지 컨텍터
100: 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템
110: 소리 센서
120: 고장여부 판단부

Claims (8)

  1. 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에서 컨텍터(contactor)와 인접하게 위치되는 소리 센서; 및
    상기 소리 센서로부터 출력되는 센싱 결과를 토대로 상기 컨텍터의 오동작 여부를 판단하는 고장여부 판단부;를 포함하며,
    상기 소리 센서는 상기 컨텍터의 온 또는 오프 동작 시 발생되는 기계적 천이소리의 횟수를 카운트하며, 상기 고장여부 판단부는 상기 기계적 천이소리가 기 설정된 기계적 천이소리와 상이한 경우 상기 컨텍터에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 또한
    상기 BMS는 상기 컨텍터의 온 또는 오프 동작시 발생되는 기계적 천이소리의 횟수를 카운트한 결과를 전달받는 것을 특징으로 하는, 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BMS 회로는 메인 컨텍터 및 프리차지 컨텍터와 전기적으로 연결되며,
    상기 소리 센서는 상기 메인 컨텍터 및 상기 프리차지 컨텍터 각각에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는, 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고장여부 판단부는,
    상기 BMS로부터 상기 컨텍터에 인가되는 컨텍터 제어신호 및 상기 소리 센서로부터 출력되는 상기 센싱 결과를 토대로, 상기 컨텍터의 오동작 여부 및 상기 BMS로부터 인가되는 상기 컨텍터 제어신호의 오동작 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 소리 센서를 통한 컨텍터 진단 시스템.
  5. 배터리 관리 시스템(BMS) 회로 상에서 컨텍터(contactor)와 인접하게 위치되는 소리 센서를 통해 상기 컨텍터의 온 또는 오프 동작 시 발생되는 기계적 천이소리의 횟수를 카운트하는 단계; 및
    고장여부 판단부에서, 상기 소리 센서로부터 출력되는 센싱 결과를 토대로 상기 컨텍터의 오동작 여부를 판단하는 단계;를 포함하며,
    상기 고장여부 판단부는 상기 기계적 천이소리가 기 설정된 기계적 천이소리와 상이한 경우 상기 컨텍터에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 또한
    상기 BMS는 상기 컨텍터의 온 또는 오프 동작시 발생되는 기계적 천이소리의 횟수를 카운트한 결과를 전달받는 것을 특징으로 하는, 소리 센서를 통한 컨텍터의 진단 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 BMS 회로는 메인 컨텍터 및 프리차지 컨텍터와 전기적으로 연결되며,
    상기 소리 센서는 상기 메인 컨텍터 및 상기 프리차지 컨텍터 각각에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는, 소리 센서를 통한 컨텍터의 진단 방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 고장여부 판단부는,
    상기 BMS로부터 상기 컨텍터에 인가되는 컨텍터 제어신호 및 상기 소리 센서로부터 출력되는 상기 센싱 결과를 토대로, 상기 컨텍터의 오동작 여부 및 상기 BMS로부터 인가되는 상기 컨텍터 제어신호의 오동작 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 소리 센서를 통한 컨텍터의 진단 방법.
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