KR102325425B1 - 단안정 릴레이를 구동하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits

Abstract

배터리팩의 대전류 경로에 설치된 단안정 릴레이를 구동하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치는, 입력 전압을 수신하는 입력 단자, 상기 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 전기적으로 결합된 출력 단자 및 제어 단자를 포함하고, 상기 입력 전압을 픽업 전압 및 홀딩 전압 중 어느 하나로 선택적으로 변환하여 상기 출력 단자 상에 출력하도록 구성된 DC-DC 전압 컨버팅부; 및 상기 제어 단자에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함한다. 상기 DC-DC 전압 컨버팅부는, 상기 제어 단자 상에 상기 제어부로부터의 제1 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 단안정 릴레이가 픽업 상태가 되도록, 상기 픽업 전압을 상기 출력 단자 상에 출력한다. 상기 DC-DC 전압 컨버팅부는, 상기 제어 단자 상에 상기 제어부로부터의 제2 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 단안정 릴레이가 홀딩 상태가 되도록, 상기 홀딩 전압을 상기 출력 단자 상에 출력한다.

Description

단안정 릴레이를 구동하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for driving a mono-stable relay}
본 발명은 릴레이를 구동하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단안정 릴레이를 안정적으로 구동하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리팩과 부하 사이의 대전류 경로에는 충방전 전류를 조절하기 위한 릴레이가 설치되는 것이 일반적이다. 릴레이의 종류는, 크게 단안정 릴레이와 쌍안정 릴레이로 구분될 수 있다. 단안정 릴레이는, 코일에 소정 크기 이상의 전류가 흐르는 동안에만 접점의 개폐가 이루어지고, 코일에 흐르는 전류가 멈추면 초기 상태로 돌아가는 릴레이를 지칭한다. 반면, 쌍안정 릴레이는, 소정 크기 이상의 전류가 코일에 흐름에 따라 접점의 개폐가 이루어진 다음에는 전류가 멈추더라도 개폐 상태가 그대로 유지되는 릴레이를 지칭한다.
단안정 릴레이의 턴 온 상태는, 크게 픽업(pick-up) 상태와 홀딩(holding) 상태로 구분될 수 있다. 픽업 상태는, 단안정 릴레이의 코일에 소정 크기 이상의 전류가 흐름에 따라 턴 오프 상태에서 턴 온 상태로 전환된 상태를 지칭한다. 홀딩 상태는, 단안정 릴레이를 픽업 상태로 하는 데에 요구되는 전류보다 작은 전류가 코일에 인가됨으로써, 턴 온 상태를 유지하는 상태이다.
위와 같이 2원화 방식으로 단안정 릴레이를 구동함으로써, 픽업 상태로만 구동하는 방식에 비하여 에너지 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아리나, 단안정 릴레이의 수명을 늘릴 수 있다.
종래에는 단안정 릴레이를 홀딩 상태로 유지하기 위해 PWM(pulse width modulation) 방식을 이용해오고 있다. PWM 방식에 따르면, DC-DC 전압 컨버터가 펄스폭변조 신호에 따라 단안정 릴레이의 코일 양단에 인가되는 평균 전압을 미리 정해진 홀딩 전압으로 유지한다. 그런데, PWM 방식으로 단안정 릴레이를 구동하기 위해서는, 고속의 스위칭 동작을 지원하는 고가의 스위칭 소자가 필요할 뿐만 아니라, 펄스폭변조 신호의 높은 주파수로 인해 EMI(electro magnetic interference)가 발생하는 문제가 존재한다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단안정 릴레이를 홀딩 상태로 유지하는 동안의 EMI 발생을 억제할 수 있는 릴레이 구동 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 단안정 릴레이를 픽업 상태로 구동하기 위해 코일에 인가되는 픽업 전압의 크기를 조절함으로써, 단안정 릴레이의 내외부적 요인으로 인한 픽업 실패를 방지할 수 있는 릴레이 구동 장치 및 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 측면에 따른 릴레이 구동 장치는, 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 단안정 릴레이를 구동하기 위한 것이다. 상기 릴레이 구동 장치는, 입력 전압을 수신하는 입력 단자, 상기 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 전기적으로 결합된 출력 단자 및 제어 단자를 포함하고, 상기 입력 전압을 픽업 전압 및 홀딩 전압 중 어느 하나로 선택적으로 변환하여 상기 출력 단자 상에 출력하도록 구성된 DC-DC 전압 컨버팅부; 및 상기 제어 단자에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 단안정 릴레이를 위한 턴 온 명령을 수신 시, 제1 제어 신호를 미리 정해진 기동 시간 동안 상기 제어 단자 상에 출력하고, 상기 제1 제어 신호가 상기 제어 단자 상에 상기 기동 시간 동안 출력된 경우, 제2 제어 신호를 상기 제어 단자 상에 출력한다. 상기 DC-DC 전압 컨버팅부는, 상기 제어 단자 상에 상기 제1 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 단안정 릴레이가 픽업 상태가 되도록, 상기 픽업 전압을 상기 출력 단자 상에 출력하고, 상기 제어 단자 상에 상기 제2 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 단안정 릴레이가 홀딩 상태가 되도록, 상기 홀딩 전압을 상기 출력 단자 상에 출력한다.
상기 제어부는, 상기 단안정 릴레이를 위한 턴 오프 명령을 수신 시, 상기 제2 제어 신호의 출력을 중단할 수 있다. 상기 DC-DC 전압 컨버팅부는, 상기 제2 제어 신호의 수신 중단에 응답하여, 상기 홀딩 전압의 출력을 중단할 수 있다.
상기 홀딩 전압은, 상기 픽업 전압보다 낮을 수 있다.
상기 제어부는, 상기 코일의 일단에 인가되는 상기 픽업 전압에 의해 상기 단안정 릴레이가 턴 온될 때까지 소요된 시간을 산출하고, 상기 산출된 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상인 경우, 상기 픽업 전압을 증가시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 시간을 기초로, 상기 픽업 전압의 증가량을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리팩은, 배터리 어셈블리; 상기 배터리팩의 대전류 경로에 설치되는 단안정 릴레이; 및 상기 단안정 릴레이에 동작 가능하게 결합된 단안정 릴레이 구동 장치;를 포함한다. 상기 단안정 릴레이 구동 장치는, 상기 배터리 어셈블리로부터의 입력 전압을 수신하는 입력 단자, 상기 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 전기적으로 결합된 출력 단자 및 제어 단자를 포함하고, 상기 입력 전압을 픽업 전압 및 상기 픽업 전압보다 낮은 홀딩 전압 중 어느 하나로 선택적으로 변환하여 상기 출력 단자 상에 출력하도록 구성된 DC-DC 전압 컨버팅부; 및 상기 제어 단자에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 단안정 릴레이를 위한 턴 온 명령을 수신 시, 제1 제어 신호를 미리 정해진 기동 시간 동안 상기 제어 단자 상에 출력하고, 상기 제1 제어 신호가 상기 제어 단자 상에 상기 기동 시간 동안 출력된 경우, 제2 제어 신호를 상기 제어 단자 상에 출력한다. 상기 DC-DC 전압 컨버팅부는, 상기 제어 단자 상에 상기 제1 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 픽업 전압을 상기 출력 단자 상에 출력하고, 상기 제어 단자 상에 상기 제2 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 홀딩 전압을 상기 출력 단자 상에 출력한다.
상기 배터리팩은, 상기 대전류 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하고, 상기 측정된 전류를 나타내는 전류 신호를 출력하도록 구성된 전류 센서;를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 전류 신호를 기초로, 상기 코일의 일단에 인가되는 상기 픽업 전압에 의해 상기 단안정 릴레이가 턴 온될 때까지 소요된 시간을 산출하고, 상기 산출된 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상인 경우, 상기 픽업 전압을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 단안정 릴레이를 구동하기 위한 방법은, 상기 단안정 릴레이를 위한 턴 온 명령을 수신 시, 픽업 전압이 상기 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 인가되도록, 제1 제어 신호를 미리 정해진 기동 시간 동안 출력하는 단계; 상기 제1 제어 신호가 상기 기동 시간 동안 출력된 경우, 상기 픽업 전압보다 낮은 홀딩 전압이 상기 코일의 일단에 인가되도록, 제2 제어 신호를 출력하는 단계; 및 상기 단안정 릴레이를 위한 턴 오프 명령을 수신 시, 상기 제2 제어 신호의 출력을 중단하는 단계;를 포함한다.
상기 릴레이 구동 방법은, 상기 코일의 일단에 인가되는 상기 픽업 전압에 의해 상기 단안정 릴레이가 턴 온될 때까지 소요된 시간을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상인 경우, 상기 픽업 전압을 증가시키는 단계;를 더 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 단안정 릴레이를 홀딩 상태로 유지하는 동안의 EMI 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 단안정 릴레이를 픽업 상태로 구동하기 위해 코일에 인가되는 픽업 전압의 크기를 조절함으로써, 단안정 릴레이의 내외부적 요인으로 인한 픽업 실패를 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 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 일 실시예에 따른 배터리팩의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 릴레이 구동 장치를 이용하여 단안정 릴레이를 구동하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3은 도 2의 방법에 의해 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 연결된 출력 단자 상의 출력 전압의 변화를 보여주는 타이밍 챠트이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리팩의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 릴레이 구동 장치를 이용하여 단안정 릴레이를 구동하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 6은 도 5의 방법에 의해 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 연결된 출력 단자 상의 출력 전압의 변화를 보여주는 타이밍 챠트이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(10)의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리팩(10)은, 양극 단자(P+), 음극 단자(P-), 배터리 어셈블리(20), 단안정 릴레이(30) 및 릴레이 구동 장치(100)를 포함한다.
배터리 어셈블리(20)는, 양극 단자(B+), 음극 단자(B+) 및 적어도 하나의 배터리 모듈(21)을 포함한다. 각 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 각 배터리 모듈에 복수의 셀이 포함되는 경우, 복수의 배터리 셀은 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 배터리 셀로는 대표적으로 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등을 들 수 있다. 물론, 셀의 종류가 위에서 열거된 종류로 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
단안정 릴레이(30)는, 배터리팩(10)의 충방전 전류를 조절하기 위해, 배터리팩(10)의 대전류 경로에 설치된다. 배터리팩(10)의 대전류 경로는, 배터리 어셈블리(20)의 양극 단자(B+)와 배터리팩(10)의 양극 단자(P+) 사이의 경로 및 배터리 어셈블리(20)의 음극 단자(B-)와 배터리팩(10)의 음극 단자(P-) 사이의 경로를 포함할 수 있다. 도 1에는, 배터리팩(10)의 양극 단자(P+)와 배터리 어셈블리(20)의 양극 단자(B+) 사이에 단안정 릴레이(30)가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 단안정 릴레이(30)의 설치 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 단안정 릴레이(30)는, 배터리팩(10)의 음극 단자(P-)와 배터리 어셈블리(20)의 음극 단자(B-) 사이에 설치될 수도 있다.
단안정 릴레이(30)는, 코일(31), 가동 접점(32) 및 고정 접점(33)을 포함할 수 있다. 코일(31)의 일단은 릴레이 구동 장치(100)에 전기적으로 연결된다. 코일(31)의 타단은 접지에 전기적으로 연결될 수 있다. 릴레이 구동 장치(100)로부터 코일(31)의 일단으로 제공되는 전압에 의해 코일(31)을 통해 전류가 흐르게 된다. 코일(31)을 통해 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기력이 일정 수준 이상이 되면, 가동 접점(32)이 열린 동작 위치로부터 닫힌 동작 위치로 이동함으로써, 고정 접점(33)과 가동 접점(32)이 서로 접촉된다.
릴레이 구동 장치(100)는, DC-DC 전압 컨버팅부(110) 및 제어부(120)를 포함한다. 선택적으로, 릴레이 구동 장치(100)는, 코일 스위치(130)를 더 포함할 수 있다.
DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 입력 전압을 변환하여 다중 레벨의 출력 전압을 출력하도록 구성된다. DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 입력 단자(IN), 출력 단자(OUT), 제어 단자(CONT) 및 적어도 하나의 DC-DC 컨버터를 포함한다.
입력 단자(IN)는, 배터리 어셈블리(20) 또는 외부 전원(예, 전기 자동차의 보조 배터리)으로부터의 입력 전압을 수신한다. 즉, 입력 단자(IN) 상에는, 배터리 어셈블리(20) 또는 외부 전원으로부터의 입력 전압이 인가된다.
출력 단자(OUT)는, 입력 전압으로부터 생성된 다중 레벨의 출력 전압을 출력한다. 다중 레벨의 출력 전압은, 적어도 픽업 전압 및 홀딩 전압을 포함한다. 즉, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 일 시점에, 다중 레벨의 출력 전압 중 어느 하나를 선택적으로 출력 단자(OUT) 상에 인가할 수 있다.
제어 단자(CONT)는, 후술할 제어부(120)에 동작 가능하게 결합된다. DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제어 단자(CONT) 상에 인가되는 제어 신호에 의해 지시되는 크기의 출력 전압을 출력 단자(OUT) 상에 인가할 수 있다.
코일 스위치(130)는, 코일(31)의 타단과 접지 사이에 전기적으로 연결된다. 코일 스위치(130)로는, MOSFET 등과 같은 반도체 스위칭 소자가 이용될 수 있다. 코일 스위치(130)가 턴 오프된 상태에서는, 코일(31)의 타단이 접지로부터 전기적으로 분리된다. 이에 따라, 코일(31)의 일단에 인가되는 전압의 크기에는 무관하게, 코일(31)에는 전류가 흐를 수 없게 된다. 반대로, 코일 스위치(130)가 턴 온된 상태에서는, 코일(31)의 타단이 접지에 전기적으로 연결된다.
제어부(120)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 제어부(120)에는 메모리가 내장될 수 있다. 메모리는, 릴레이 구동 장치(100)의 전반적인 동작에 요구되는 데이터들, 명령어 및 소프트웨어를 추가적으로 저장할 수 있다. 메모리는, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
제어부(120)는, 제어 단자(CONT)에 동작 가능하게 결합되어, DC-DC 전압 컨버팅부(110)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다. 제어부(120)는, 턴 온 명령을 수신 시, 제1 제어 신호를 미리 정해진 기동 시간 동안 제어 단자(CONT) 상에 출력한다. 턴 온 명령은, 외부 디바이스, 예컨대 전기 자동차의 ECU로부터 전송되는 것일 수 있다.
릴레이 구동 장치(100)가 코일 스위치(130)를 포함하는 경우, 제어부(120)는 턴 온 명령에 응답하여 제어 단자(CONT) 상에 제1 제어 신호를 출력하기 전에 또는 제1 제어 신호를 출력함과 동시에, 코일 스위치(130)를 턴 온시킬 수 있다.
DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제어부(120)로부터의 제1 제어 신호가 제어 단자(CONT) 상에 인가되는 경우, 단안정 릴레이(30)가 픽업 상태가 되도록, 픽업 전압을 출력 단자(OUT) 상에 출력한다. 픽업 전압은, 코일(31)을 통해 픽업 전류 이상의 전류가 흐르게 되는 코일(31) 양단의 전위차에 대응한다.
DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제어부(120)로부터의 제2 제어 신호가 제어 단자(CONT) 상에 인가되는 경우, 즉 제어 단자(CONT) 상에 인가되는 신호가 제1 제어 신호로부터 제2 제어 신호로 바뀌는 경우, 단안정 릴레이(30)가 홀딩 상태가 되도록, 홀딩 전압을 출력 단자(OUT) 상에 출력한다. 홀딩 전압은, 코일(31)을 통해 픽업 전류보다는 작지만 홀딩 전류 이상의 전류가 흐르게 되는 코일(31) 양단의 전위차에 대응한다. 당업자라면, 홀딩 전압(예, 6V)이 픽업 전압의 최소치(예, 24V)보다 낮다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
제어부(120)는, 외부 디바이스로부터 단안정 릴레이(30)를 위한 턴 오프 명령이 수신 시, 제2 제어 신호의 출력을 중단한다. 물론, 제1 제어 신호의 출력도 중단된다. 이에 따라, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제2 제어 신호의 수신 중단에 응답하여, 홀딩 전압의 출력을 중단한다. 결과적으로, 코일(31)을 통해 흐르는 전류가 홀딩 전류 미만이 되어, 단안정 릴레이(30)는 가동 접점(32)이 고정 접점(33)에 접촉된 홀딩 상태로부터 가동 접점(32)과 고정 접점(33)이 서로 분리된 턴 오프 상태로 전환된다. 제어부(120)는, 제2 제어 신호의 출력을 중단하는 시점의 전후 또는 동시에, 코일 스위치(130)를 턴 오프시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 릴레이 구동 장치(100)를 이용하여 단안정 릴레이(30)를 구동하는 방법을 보여주는 순서도이고, 도 3은 도 2의 방법에 의해 코일(31)의 일단에 연결된 출력 단자 상의 출력 전압의 변화를 보여주는 타이밍 챠트이다. 도 2의 방법은, 외부 디바이스로부터 단안정 릴레이(30)를 위한 턴 온 명령이 수신된 시점(도 3의 T0) 이후에 개시되는 것일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 단계 S200에서, 제어부(120)는, 코일 스위치(130)를 턴 온시킨다. 예컨대, 코일 스위치(130)는 시점 T1에서 턴 온될 수 있다. 물론, 릴레이 구동 장치(100)가 코일 스위치(130)를 포함하지 않는 경우, 단계 S200은 생략될 수 있다.
단계 S210에서, 제어부(120)는, 단안정 릴레이(30)에 포함된 코일(31)의 일단에 DC-DC 전압 컨버팅부(110)로부터의 픽업 전압이 인가되도록, 미리 정해진 기동 시간(ΔT) 동안 제어 단자(CONT) 상에 제1 제어 신호를 출력한다. 이에 따라, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제어 단자(CONT) 상에 인가되는 제어부(120)로부터의 제1 제어 신호에 응답하여, 시점 T2에서 출력 단자(OUT) 상에 픽업 전압을 출력하게 된다.
단계 S220에서, 제어부(120)는, 단안정 릴레이(30)에 포함된 코일(31)의 일단에 DC-DC 전압 컨버팅부(110)로부터의 홀딩 전압이 인가되도록, 제어 단자(CONT) 상에 제2 제어 신호를 출력한다. 이에 따라, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제어 단자(CONT) 상에 인가되는 제어부(120)로부터의 제2 제어 신호에 응답하여, 출력 단자(OUT) 상에 출력되는 전압을 픽업 전압으로부터 홀딩 전압으로 변경하게 된다. 즉, 시점 T3부터 출력 단자(OUT)를 통해 홀딩 전압이 출력된다.
단계 S230에서, 제어부(120)는, 단안정 릴레이(30)를 위한 턴 오프 명령이 외부 디바이스로부터 전송되었는지 여부를 판정한다. 예컨대, 턴 오프 명령은, 시점 T4에서 제어부(120)에 의해 수신될 수 있다. 단계 S230의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S240이 진행된다. 반면, 단계 S230의 결과가 "NO"인 경우, 도 2에 따른 방법은 종료될 수 있다.
단계 S240에서, 제어부(120)는, 제2 제어 신호의 출력을 중단한다. 예컨대, 시점 T5부터 제2 제어 신호의 출력이 중단될 수 있다. DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제2 제어 신호의 수신 중단에 응답하여, 홀딩 전압의 출력을 중단한다. 예컨대, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제2 제어 신호의 수신이 중단되는 즉시 홀딩 전압의 출력을 중단할 수 있다. 다른 예로, 도 3에서 점선으로 표시된 부분과 같이, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제2 제어 신호의 수신이 중단된 때부터, 출력 단자(OUT) 상에 출력되는 전압을 미리 정해진 시간 동안 홀딩 전압(예, 6V)으로부터 0V까지 단계적으로 낮출 수 있다. 이에 따라, 단안정 릴레이(30)의 가동 접점(32)이 고정 접점(33)으로부터 분리됨으로써, 단안정 릴레이(30)가 턴 오프될 수 있다.
단계 S250에서, 제어부(120)는, 코일 스위치(130)를 턴 오프시킨다. 예컨대, 코일 스위치(130)는 시점 T6에서 턴 오프될 수 있다. 물론, 릴레이 구동 장치(100)가 코일 스위치(130)를 포함하지 않는 경우, 단계 S250은 생략될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리팩(10)의 기능적 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리팩(10)은, 배터리 어셈블리(20), 전류 센서(40), 단안정 릴레이(30) 및 릴레이 구동 장치(100)를 포함한다. 도 1의 배터리팩(10)과 비교할 때, 배터리팩(10)은 전류 센서(40)를 더 포함한다는 점에서만 상이하다. 따라서, 도 1의 배터리팩(10)과 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하도, 각각에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
전류 센서(40)는, 배터리팩(10)의 대전류 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 전류를 나타내는 전류 신호를 출력하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 전류 센서(40)는, 배터리팩(10)의 양극 단자(P+)와 배터리 어셈블리(20)의 양극 단자(B+) 사이에서 단안정 릴레이(30)와 직렬로 연결될 수 있으나, 본 발명의 범위에 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 전류 센서(40)는, 배터리팩(10)의 음극 단자(P-)와 배터리 어셈블리(20)의 음극 단자(B-) 사이에 설치될 수도 있다.
제어부(120)는, 전류 센서(40)에 동작 가능하게 결합된다. 즉, 제어부(120)는, 전류 센서(40)로부터의 전류 신호를 수신 가능하도록 전류 센서(40)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(120)는, 출력 단자(OUT) 상에 픽업 전압이 인가되는 동안, 전류 센서(40)로부터의 전류 신호에 기초하여, 단안정 릴레이(30)가 픽업 전압에 의해 픽업 상태가 되었는지 판정할 수 있다.
제어부(120)는, 픽업 소요 시간을 산출할 수 있다. 픽업 소요 시간은, 단안정 릴레이(30)가 턴 오프 상태로부터 픽업 전압에 의해 픽업 상태가 될 때까지 소요된 시간에 대응한다. 이를 위해, 제어부(120)는, 제1 시점과 제2 시점을 기록한 다음, 제1 시점과 제2 시점의 차이로부터 픽업 소요 시간을 산출할 수 있다. 제1 시점은, (i)외부 디바이스로부터의 턴 온 명령이 수신된 시점, (ii)턴 온 명령에 따라, 제어 단자(CONT) 상에 제1 제어 신호가 처음으로 출력된 시점 및 (iii)제1 제어 신호에 의해 출력 단자(OUT) 상에 픽업 전압이 처음으로 출력된 시점 중 어느 하나일 수 있다. 제2 시점은, 단안정 릴레이(30)가 턴 오프 상태로부터 픽업 상태로 된 시점일 수 있다.
도 5는 도 4의 릴레이 구동 장치(100)를 이용하여 단안정 릴레이(30)를 구동하는 방법을 보여주는 순서도이고, 도 6은 도 5의 방법에 의해 코일(31)의 일단에 연결된 출력 단자 상의 출력 전압의 변화를 보여주는 타이밍 챠트이다. 도 2의 방법은, 외부 디바이스로부터 단안정 릴레이(30)를 위한 턴 온 명령이 수신된 시점(도 6의 T10) 이후에 개시되는 것일 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 단계 S500에서, 제어부(120)는, 코일 스위치(130)를 턴 온시킨다. 예컨대, 코일 스위치(130)는 시점 T11에서 턴 온될 수 있다. 물론, 릴레이 구동 장치(100)가 코일 스위치(130)를 포함하지 않는 경우, 단계 S500은 생략될 수 있다.
단계 S510에서, 제어부(120)는, 단안정 릴레이(30)에 포함된 코일(31)의 일단에 DC-DC 전압 컨버팅부(110)로부터의 픽업 전압이 인가되도록, 미리 정해진 기동 시간(ΔT) 동안 제어 단자(CONT) 상에 제1 제어 신호를 출력한다. 이에 따라, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제어 단자(CONT) 상에 인가되는 제어부(120)로부터의 제1 제어 신호에 응답하여, 시점 T12에서 출력 단자(OUT) 상에 픽업 전압을 출력하게 된다.
단계 S520에서, 제어부(120)는, 단안정 릴레이(30)가 픽업 상태가 되었는지 판정한다. 예컨대, 제어부(120)는, 시점 Ts에서 전류 센서(40)에 의해 측정된 전류의 크기가 소정값(예, 0.1A) 이상이 된 경우, 단안정 릴레이(30)가 시점 Ts에서 픽업 상태가 된 것으로 판정할 수 있다. 단계 S520의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S530이 진행된다. 반면, 단계 S520의 결과가 "NO"인 경우, 단계 S510이 재실행될 수 있다. 제어부(120)는, 단계 S520의 결과가 소정 횟수 이상 연속적으로 "NO"인 경우, 단안정 릴레이(30)의 결함을 알리기 위한 통지 메시지를 외부 디바이스로 전송할 수 있다.
단계 S530에서, 제어부(120)는, 픽업 전압에 의해 단안정 릴레이(30)가 턴 온될 때까지 소요된 시간인 픽업 소요 시간(ΔTU)을 산출한다. 산출된 픽업 소요 시간은 다음과 같을 수 있다. ΔTU = Ts - T12.
한편, 픽업 소요 시간은, 예컨대 단안정 릴레이(30)의 노화나 외부로부터의 이물질 침투 등과 같은 다양한 내외부적 요인으로 인해 고정 접점(33)의 이동이 방해를 받게 됨에 따라 길어질 수 있다.
단계 S540에서, 제어부(120)는, 픽업 소요 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상인지 판정한다. 단계 S540의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S550이 진행된다. 반면, 단계 S540의 결과가 "NO"인 경우, 단계 S560이 진행될 수 있다.
단계 S550에서, 제어부(120)는, 픽업 전압을 증가시킨다. 이때, 제어부(120)는, 픽업 소요 시간을 기초로, 픽업 전압의 증가량을 결정할 수 있다. 예컨대, 픽업 전압의 증가량은, 픽업 소요 시간에 비례할 수 있다. 단계 S550를 통해 증가된 픽업 전압은, 다음 회에 단안정 릴레이(30)를 픽업 상태로 구동하기 위해 사용될 수 있다. 이에 따라, 단안정 릴레이(30)의 고정 접점(33)의 이동이 방해를 받고 있는 것으로 예상되는 상황에서는, 단안정 릴레이(30)의 코일(31)의 일단에 전회보다 더 높은 픽업 전압이 인가됨으로써, 가동 접점(32)이 보다 용이하게 고정 접점(33)을 향하여 이동할 수 있다.
단계 S560에서, 제어부(120)는, 단안정 릴레이(30)에 포함된 코일(31)의 일단에 DC-DC 전압 컨버팅부(110)로부터의 홀딩 전압이 인가되도록, 제어 단자(CONT) 상에 제2 제어 신호를 출력한다. 이에 따라, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제어 단자(CONT) 상에 인가되는 제어부(120)로부터의 제2 제어 신호에 응답하여, 출력 단자(OUT) 상에 출력되는 전압을 픽업 전압으로부터 홀딩 전압으로 변경하게 된다. 즉, 시점 T13부터 출력 단자(OUT)를 통해 홀딩 전압이 출력된다.
단계 S570에서, 제어부(120)는, 단안정 릴레이(30)를 위한 턴 오프 명령이 외부 디바이스로부터 전송되었는지 여부를 판정한다. 예컨대, 턴 오프 명령은, 시점 T14에서 제어부(120)에 의해 수신될 수 있다. 단계 S570의 결과가 "YES"인 경우, 단계 S580이 진행된다. 반면, 단계 S570의 결과가 "NO"인 경우, 도 5에 따른 방법은 종료될 수 있다.
단계 S580에서, 제어부(120)는, 제2 제어 신호의 출력을 중단한다. 예컨대, 시점 T15부터 제2 제어 신호의 출력이 중단될 수 있다. DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제2 제어 신호의 수신 중단에 응답하여, 홀딩 전압의 출력을 중단한다. 예컨대, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제2 제어 신호의 수신이 중단되는 즉시 홀딩 전압의 출력을 중단할 수 있다. 다른 예로, 도 6에서 점선으로 표시된 부분과 같이, DC-DC 전압 컨버팅부(110)는, 제2 제어 신호의 수신이 중단된 때부터, 출력 단자(OUT) 상에 출력되는 전압을 미리 정해진 시간 동안 홀딩 전압(예, 6V)으로부터 0V까지 단계적으로 낮출 수 있다. 이에 따라, 단안정 릴레이(30)의 가동 접점(32)이 고정 접점(33)으로부터 분리됨으로써, 단안정 릴레이(30)가 턴 오프될 수 있다.
단계 S590에서, 제어부(120)는, 코일 스위치(130)를 턴 오프시킨다. 예컨대, 코일 스위치(130)는 시점 T16에서 턴 오프될 수 있다. 물론, 릴레이 구동 장치(100)가 코일 스위치(130)를 포함하지 않는 경우, 단계 S590은 생략될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
10: 배터리팩
20: 배터리 어셈블리
30: 단안정 릴레이
40: 전류 센서
100: 릴레이 구동 장치
110: DC-DC 전압 컨버팅부
120: 제어부

Claims (9)

  1. 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 단안정 릴레이를 구동하기 위한 장치에 있어서,
    입력 전압을 수신하는 입력 단자, 상기 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 전기적으로 결합된 출력 단자 및 제어 단자를 포함하고, 상기 입력 전압을 픽업 전압 및 홀딩 전압 중 어느 하나로 선택적으로 변환하여 상기 출력 단자 상에 출력하도록 구성된 DC-DC 전압 컨버팅부; 및
    상기 제어 단자에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 단안정 릴레이를 위한 턴 온 명령을 수신 시, 제1 제어 신호를 미리 정해진 기동 시간 동안 상기 제어 단자 상에 출력하고,
    상기 제1 제어 신호가 상기 제어 단자 상에 상기 기동 시간 동안 출력된 경우, 제2 제어 신호를 상기 제어 단자 상에 출력하고,
    상기 DC-DC 전압 컨버팅부는,
    상기 제어 단자 상에 상기 제1 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 단안정 릴레이가 픽업 상태가 되도록, 상기 픽업 전압을 상기 출력 단자 상에 출력하고,
    상기 제어 단자 상에 상기 제2 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 단안정 릴레이가 홀딩 상태가 되도록, 상기 홀딩 전압을 상기 출력 단자 상에 출력하는, 단안정 릴레이 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단안정 릴레이를 위한 턴 오프 명령을 수신 시, 상기 제2 제어 신호의 출력을 중단하고,
    상기 DC-DC 전압 컨버팅부는,
    상기 제2 제어 신호의 수신 중단에 응답하여, 상기 홀딩 전압의 출력을 중단하는, 단안정 릴레이 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홀딩 전압은,
    상기 픽업 전압보다 낮은, 단안정 릴레이 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 코일의 일단에 인가되는 상기 픽업 전압에 의해 상기 단안정 릴레이가 턴 온될 때까지 소요된 시간을 검출하고,
    상기 검출된 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상인 경우, 상기 픽업 전압을 증가시키는, 단안정 릴레이 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 시간을 기초로, 상기 픽업 전압의 증가량을 결정하는, 단안정 릴레이 구동 장치.
  6. 배터리팩에 있어서,
    배터리 어셈블리;
    상기 배터리팩의 대전류 경로에 설치되는 단안정 릴레이; 및
    상기 단안정 릴레이에 동작 가능하게 결합된 단안정 릴레이 구동 장치;를 포함하되,
    상기 단안정 릴레이 구동 장치는,
    상기 배터리 어셈블리로부터의 입력 전압을 수신하는 입력 단자, 상기 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 전기적으로 결합된 출력 단자 및 제어 단자를 포함하고, 상기 입력 전압을 픽업 전압 및 상기 픽업 전압보다 낮은 홀딩 전압 중 어느 하나로 선택적으로 변환하여 상기 출력 단자 상에 출력하도록 구성된 DC-DC 전압 컨버팅부; 및
    상기 제어 단자에 동작 가능하게 결합된 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 단안정 릴레이를 위한 턴 온 명령을 수신 시, 제1 제어 신호를 미리 정해진 기동 시간 동안 상기 제어 단자 상에 출력하고,
    상기 제1 제어 신호가 상기 제어 단자 상에 상기 기동 시간 동안 출력된 경우, 제2 제어 신호를 상기 제어 단자 상에 출력하고,
    상기 DC-DC 전압 컨버팅부는,
    상기 제어 단자 상에 상기 제1 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 픽업 전압을 상기 출력 단자 상에 출력하고,
    상기 제어 단자 상에 상기 제2 제어 신호가 인가되는 경우, 상기 홀딩 전압을 상기 출력 단자 상에 출력하는, 배터리팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 대전류 경로를 통해 흐르는 전류를 측정하고, 상기 측정된 전류를 나타내는 전류 신호를 출력하도록 구성된 전류 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전류 신호를 기초로, 상기 코일의 일단에 인가되는 상기 픽업 전압에 의해 상기 단안정 릴레이가 턴 온될 때까지 소요된 시간을 산출하고,
    상기 산출된 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상인 경우, 상기 픽업 전압을 증가시키는, 배터리팩.
  8. 배터리팩의 대전류 경로에 설치된 단안정 릴레이를 구동하기 위한 방법에 있어서,
    상기 단안정 릴레이를 위한 턴 온 명령을 수신 시, 픽업 전압이 상기 단안정 릴레이에 포함된 코일의 일단에 인가되도록, 제1 제어 신호를 미리 정해진 기동 시간 동안 출력하는 단계;
    상기 제1 제어 신호가 상기 기동 시간 동안 출력된 경우, 상기 픽업 전압보다 낮은 홀딩 전압이 상기 코일의 일단에 인가되도록, 제2 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 단안정 릴레이를 위한 턴 오프 명령을 수신 시, 상기 제2 제어 신호의 출력을 중단하는 단계;
    를 포함하는, 릴레이 구동 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코일의 일단에 인가되는 상기 픽업 전압에 의해 상기 단안정 릴레이가 턴 온될 때까지 소요된 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상인 경우, 상기 픽업 전압을 증가시키는 단계;
    를 더 포함하는, 릴레이 구동 방법.
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