KR102469820B1 - 전기 부하를 위한 구동 장치, 그것을 포함하는 전기 자동차 및 전기 부하의 오픈 고장을 검출하는 방법 - Google Patents

전기 부하를 위한 구동 장치, 그것을 포함하는 전기 자동차 및 전기 부하의 오픈 고장을 검출하는 방법 Download PDF

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Abstract

전기 부하를 위한 구동 장치, 그것을 포함하는 전기 자동차 및 전기 부하의 오픈 고장을 검출하는 방법이 제공된다. 상기 전기 부하의 일단은 제1 전원 라인을 통해 제1 전원 단자에 연결되고, 상기 전기 부하의 타단은, 제2 전원 라인을 통해 제2 전원 단자에 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치는, 상기 제2 전원 단자에 연결되는 복수의 로우 사이드 드라이버; 및 상기 각 로우 사이드 드라이버에 동작 가능하게 결합되는 마스터 컨트롤러를 포함한다. 상기 각 로우 사이드 드라이버는, 상기 제2 전원 단자와 접지 사이에 연결되는 로우 사이드 스위치; 서로 직렬로 연결되는 진단 스위치 및 전류원을 구비하고, 상기 제2 전원 단자와 기준 노드 사이에 연결되는 진단 회로; 및 상기 마스터 컨트롤러로부터의 메시지에 응답하여, 상기 로우 사이드 스위치 및 상기 진단 스위치를 제어하도록 구성된 슬레이브 컨트롤러를 포함한다.

Description

전기 부하를 위한 구동 장치, 그것을 포함하는 전기 자동차 및 전기 부하의 오픈 고장을 검출하는 방법{Driving Apparatus for electric load, electric vehicle including the same and method for open fault detection of the electric load}
본 발명은 전기 부하와 접지 사이의 전기적인 연결을 제어하기 위한 복수의 로우 사이드 드라이버를 포함하는 구동 장치, 그것을 포함하는 전기 자동차 및 전기 부하의 오픈 고장을 검출하는 방법에 관한 것이다.
전기 자동차 등과 같은 다양한 전기 제품은, 배터리로부터 공급되는 전력을 전기 부하에 공급하여 전기 부하를 동작시키도록 구성된 구동 장치를 포함한다. 전기 부하로는, 예컨대 컨택터의 코일, 발광 소자, 발열 저항 등이 있다. 전기 부하에 전력을 선택적으로 공급하거나 차단하기 위하여, 일반적으로 구동 장치에는 하이 사이드 드라이버 및 로우 사이드 드라이버 중 적어도 한가지가 포함된다.
하이 사이드 드라이버는, 전기 부하와 전원 사이에 설치되어, 온 상태에서는 전기 부하의 고전위 단자를 전원에 전기적으로 연결하고 오프 상태에서는 전기 부하의 고전위 단자를 전원으로부터 전기적으로 분리한다. 로우 사이드 드라이버는, 전기 부하와 접지 사이에 설치되어, 온 상태에서는 전기 부하의 저전위 단자를 접지에 전기적으로 연결하고 오프 상태에서는 전기 부하의 저전위 단자를 접지으로부터 전기적으로 분리한다.
그런데, 구동 장치에 포함된 로우 사이드 드라이버가 단 하나일 경우, 해당 로우 사이드 드라이버가 고장나버리면 전기 부하를 적절히 동작시키는 것이 곤란하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기 부하의 저전위 단자에 공통적으로 전기적으로 연결되는 복수의 로우 사이드 드라이버를 포함하는 구동 장치 및 그것을 포함하는 전기 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 로우 사이드 드라이버를 이용하여 전기 부하의 오픈 고장을 검출하기 위한 방법을 제공하는 것을 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 실시예에 따른 구동 장치는, 일단이 제1 전원 라인을 통해 제1 전원 단자에 연결되고 타단이 제2 전원 라인을 통해 제2 전원 단자에 연결되는 전기 부하를 구동하기 위한 것이다. 상기 구동 장치는, 상기 제2 전원 단자에 연결되는 복수의 로우 사이드 드라이버; 및 상기 각 로우 사이드 드라이버에 동작 가능하게 결합되는 마스터 컨트롤러를 포함한다. 상기 각 로우 사이드 드라이버는, 상기 제2 전원 단자와 접지 사이에 연결되는 로우 사이드 스위치; 서로 직렬로 연결되는 진단 스위치 및 전류원을 구비하고, 상기 제2 전원 단자와 기준 노드 사이에 연결되는 진단 회로; 및 상기 마스터 컨트롤러로부터의 메시지에 응답하여, 상기 로우 사이드 스위치 및 상기 진단 스위치를 제어하도록 구성된 슬레이브 컨트롤러를 포함한다.
상기 슬레이브 컨트롤러는, 상기 마스터 컨트롤러로부터의 제1 요청 메시지에 응답하여 상기 전기 부하에게 전력을 공급하기 위한 제1 동작 모드에서 동작하는 동안, 상기 로우 사이드 스위치에게 제1 제어 신호를 출력하고 상기 진단 스위치에게 제2 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성된다. 상기 각 로우 사이드 스위치는, 상기 제1 제어 신호에 응답하여, 온 상태를 가진다. 상기 각 진단 스위치는, 상기 제2 제어 신호의 출력이 중단되는 것에 응답하여, 오프 상태를 가진다.
상기 슬레이브 컨트롤러는, 상기 마스터 컨트롤러로부터의 제2 요청 메시지에 응답하여 상기 전기 부하에게 전력을 차단하기 위한 제2 동작 모드에서 동작하는 동안, 상기 로우 사이드 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하고 상기 진단 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된다. 상기 각 로우 사이드 스위치는, 상기 제1 제어 신호의 출력이 중단되는 것에 응답하여, 오프 상태를 가진다. 상기 각 진단 스위치는, 상기 제2 제어 신호에 응답하여, 온 상태를 가진다.
상기 마스터 컨트롤러는, 상기 슬레이브 컨트롤러가 상기 제2 동작 모드에서 동작하는 동안에 상기 제2 전원 단자의 전압을 측정하도록 구성된다. 상기 마스터 컨트롤러는, 상기 측정된 전압을 진단 전압과 비교하여, 상기 제1 전원 라인 및 상기 제2 전원 라인 중 적어도 하나에 오픈 고장이 발생하였는지 여부를 판정하도록 구성된다.
상기 마스터 컨트롤러는, 하기의 수학식 1을 이용하여, 상기 진단 전압을 산출한다.
[수학식 1]
Figure 112018056528188-pat00001
수학식 1에서, VD는 상기 진단 전압, VL은 상기 제1 전원 단자와 상기 접지 사이의 전압, N은 상기 로우 사이드 드라이버의 개수, ICS는 상기 전류원에 의해 싱크되는 전류, RL은 상기 전기 부하의 저항이다.
상기 마스터 컨트롤러는, 상기 측정된 전압이 상기 진단 전압 이하인 경우, 상기 제1 전원 라인 및 상기 제2 전원 라인 중 적어도 하나에 오픈 고장이 있음을 나타내는 제1 진단 메시지를 출력하도록 구성된다.
상기 마스터 컨트롤러는, 상기 측정된 전압이 상기 진단 전압보다 높은 경우, 상기 제1 전원 라인 및 상기 제2 전원 라인 모두에 오픈 고장이 없음을 나타내는 제2 진단 메시지를 출력하도록 구성된다.
상기 마스터 컨트롤러는, 상기 제2 동작 모드가 개시된 시점으로부터 소정 시간이 경과된 시점에 상기 제2 전원 단자의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압을 상기 진단 전압과 비교하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자동차는, 상기 구동 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 부하의 오픈 고장을 검출하기 위한 방법은, 마스터 컨트롤러가 상기 제2 전원 단자에 연결되는 복수의 로우 사이드 드라이버에게 요청 메시지를 전송하는 단계; 상기 각 로우 사이드 드라이버의 슬레이브 컨트롤러가 상기 요청 메시지에 응답하여 상기 각 로우 사이드 드라이버의 진단 스위치를 온 상태로 제어하는 단계; 상기 마스터 컨트롤러가 상기 요청 메시지가 전송된 후에 상기 제2 전원 단자의 전압을 측정하는 단계; 및 상기 마스터 컨트롤러가 상기 측정된 전압과 진단 전압을 비교하여, 상기 전기 부하에 오픈 고장이 발생하였는지 여부를 판정하는 단계를 포함한다. 상기 각 진단 스위치는, 상기 제2 전원 단자와 기준 노드 사이에 연결된다.
상기 방법은, 상기 마스터 컨트롤러가 하기의 수학식 1을 이용하여, 상기 진단 전압을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018056528188-pat00002
수학식 1에서, VD는 상기 진단 전압, VL은 상기 제1 전원 단자와 상기 접지 사이의 전압, N은 상기 로우 사이드 드라이버의 개수, ICS는 상기 전류원에 의해 싱크되는 전류, RL은 상기 전기 부하의 저항이다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전기 부하의 저전위 단자에 공통적으로 전기적으로 연결되는 복수의 로우 사이드 드라이버를 포함하기 때문에, 복수의 로우 사이드 드라이버 중 일부가 고장이어도 나머지 로우 사이드 드라이버를 이용하여 전기 부하를 동작시킬 수 있다.
또한, 전기 부하의 저전위 단자에 공통적으로 전기적으로 연결된 로우 사이드 드라이버의 개수에 따라, 전기 부하의 오픈 고장(open fault)를 검출하는 데에 이용되는 진단 전압을 조절할 수 있다.
또한, 복수의 로우 사이드 드라이버 간의 동작 타이밍 차이로 인한 잘못된 진단을 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 구동 장치를 포함하는 전기 자동차의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 구동 장치가 전기 부하에게 전력을 공급하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3은 도 1의 구동 장치가 전기 부하에게 전력을 차단하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4는 도 1의 구동 장치가 전기 부하의 오픈 고장을 진단하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는 도 1의 구동 장치가 전기 부하의 오픈 고장을 진단하는 방법을 보여주는 순서도이다.
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 구동 장치(100)를 포함하는 전기 자동차(10)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차(10)는, 전기 부하(20), 제1 전원 라인(L1), 제2 전원 라인(L2), 정보 출력부(50) 및 구동 장치(100)를 포함한다.
전기 부하(20)의 일단(즉, 고전위 단자)은 제1 전원 라인(L1)을 통해 제1 전원 단자(N1)에 전기적으로 연결된다. 제1 전원 단자(N1)에는, 소정 범위의 전압(예, 12V~13V)이 공급된다. 전기 부하(20)의 타단(즉, 저전위 단자)은 제2 전원 라인(L2)을 통해 제2 전원 단자(N2)에 전기적으로 연결된다.
구동 장치(100)는, 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N) 및 마스터 컨트롤러(400)를 포함한다. 즉, N은 2 이상의 자연수라고 할 때, 구동 장치(100)는 N개의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N)를 포함한다. 여기서, 참조부호 "200"과 함께 표시된 기호(예, "-1")은, N개의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N)를 서로 구분하기 위한 것이다.
로우 사이드 드라이버(200)는, 로우 사이드 스위치(310), 진단 회로(320) 및 슬레이브 컨트롤러(330)를 포함한다.
로우 사이드 스위치(310)는, 제2 전원 단자(N2)와 접지 사이에 연결된다. 상세하게는, 로우 사이드 스위치(310)의 일단은 제2 전원 단자(N2)에 전기적으로 연결되고, 로우 사이드 스위치(310)의 타단은 접지에 전기적으로 연결된다. 예컨대, 드레인, 소스 및 게이트가 구비된 n채널 전계 효과 트랜지스터를 로우 사이드 스위치(310)로서 이용하는 경우, 드레인은 제2 전원 단자(N2)에 전기적으로 연결되고, 소스는 접지에 전기적으로 연결되고, 게이트는 슬레이브 컨트롤러(330)에 전기적으로 연결될 수 있다.
진단 회로(320)는, 진단 스위치(321)를 포함하고, 제2 전원 단자(N2)와 기준 노드(N3) 사이에 연결된다. 진단 회로(320)는, 전류원(322)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 진단 스위치(321) 및 전류원(322)는, 제2 전원 단자(N2)와 기준 노드(N3) 사이에서 서로 전기적으로 직렬로 연결된다.
진단 스위치(321)의 일단은 제2 전원 단자(N2)에 전기적으로 연결되고, 진단 스위치(321)의 타단은 전류원(322)의 일단에 전기적으로 연결된다. 예컨대, 드레인, 소스 및 게이트가 구비된 n채널 전계 효과 트랜지스터를 진단 스위치(321)로서 이용하는 경우, 드레인은 제2 전원 단자(N2)에 전기적으로 연결되고, 소스는 전류원(322)의 일단에 전기적으로 연결되고, 게이트는 슬레이브 컨트롤러(330)에 전기적으로 연결될 수 있다. 기준 노드(N3)는, 제1 전원 단자(N1)의 전위보다 낮고 접지(예, 전기 자동차의 섀시)의 전위보다 높은 소정 전위를 가지는 노드일 수 있다. 일 예로, 기준 노드(N3)는, 구동 장치(100)를 구성하는 회로 기판의 접지에 전기적으로 연결될 수 있다.
전류원(322)의 일단은 진단 스위치(321)의 타단에 전기적으로 연결되고, 전류원(322)의 타단은 기준 노드(N3)에 전기적으로 연결된다. 물론, 제2 전원 단자(N2)와 기준 노드(N3) 사이에서 진단 스위치(321)와 전류원(322)의 연결 순서는 서로 바뀌어도 무방하다.
전류원(322)는, 제2 전원 단자(N2)로부터 기준 노드(N3)로 소정의 전류(예, 65마이크로암페어)를 싱크(sink)시키도록 구성된다. 전류원(322)는 진단 회로(320)로부터 제거될 수 있고, 이 경우 진단 스위치(321)의 타단은 기준 노드(N3)에 전기적으로 연결될 수 있다.
슬레이브 컨트롤러(330)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 포함하도록 구현될 수 있다.
슬레이브 컨트롤러(330)는, 통신 채널(30)을 통해 다른 슬레이브 컨트롤러(330) 및 마스터 컨트롤러(400)에 동작 가능하게 결합된다. 슬레이브 컨트롤러(330)는, 통신 채널(30)을 통해 마스터 컨트롤러(400)로부터의 메시지를 수신할 수 있다. 통신 채널(30)은, LAN(local area network), CAN(controller area network), 데이지 체인과 같은 유선 네트워크나 블루투스, 지그비, 와이파이 등의 근거리 무선 네트워크를 이용하여 구현될 수 있다.
마스터 컨트롤러(400)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 포함하도록 구현될 수 있다. 마스터 컨트롤러(400)에는 메모리 디바이스가 내장될 수 있으며, 메모리 디바이스로는 예컨대 RAM, ROM, 레지스터, 하드디스크, 광기록 매체 또는 자기기록 매체가 이용될 수 있다. 메모리 디바이스는, 마스터 컨트롤러(400)에 의해 실행되는 각종 제어 로직을 포함하는 프로그램, 및/또는 상기 제어 로직이 실행될 때 발생되는 데이터를 저장, 갱신 및/또는 소거할 수 있다.
마스터 컨트롤러(400)는, 전기 자동차(10)의 상태에 따라, 제1 요청 메시지 또는 제2 요청 메시지를 통신 채널(30)을 통해 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N)에게 전송하도록 구성된다. 제1 요청 메시지는, 전기 부하(20)에게 전력을 공급할 것을 슬레이브 컨트롤러(330)에게 명령하는 메시지일 수 있다. 제2 요청 메시지는, 전기 부하(20)에게 전력을 차단할 것을 슬레이브 컨트롤러(330)에게 명령하는 메시지일 수 있다.
또한, 마스터 컨트롤러(400)는, 제2 요청 메시지가 전송된 시점 또는 해당 시점으로부터 소정 기간 내에 제2 전원 단자(N2)의 전압을 측정하도록 구성된다. 이를 위해, 마스터 컨트롤러(400)에는, 제2 전원 단자(N2)에 전기적으로 연결된 아날로그-디지털 컨버터(AD)가 포함될 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(AD)는, 아날로그 신호인 제2 전원 단자(N2)의 전압을 수신하고, 수신된 전압을 마스터 컨트롤러(400)가 인식 가능한 디지털 신호로 변환한다. 마스터 컨트롤러(400)는, 제2 전원 단자(N2)의 측정된 전압을 진단 전압과 비교하여, 전기 부하(20)의 오픈 고장을 검출할 수 있다. 여기서, 전기 부하(20)의 오픈 고장이란, 제1 전원 라인(L1) 및 제2 전원 라인(L2) 중 적어도 하나가 끊어진 것을 의미한다.
도 2는 도 1의 구동 장치(100)가 전기 부하(20)에게 전력을 공급하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2를 참조하면, 전술한 바와 같이, 마스터 컨트롤러(400)는 전기 부하(20)에게 전력을 공급할 것을 슬레이브 컨트롤러(330)에게 명령하는 제1 요청 메시지를 통신 채널(30)을 통해 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N)에게 전송한다.
슬레이브 컨트롤러(330)는, 통신 채널(30)을 통해 마스터 컨트롤러(400)로부터 제1 요청 메시지를 수신할 수 있다. 슬레이브 컨트롤러(330)는, 제1 요청 메시지에 응답하여 전기 부하(20)에게 전력을 공급하기 위한 제1 동작 모드에서의 동작을 개시한다. 슬레이브 컨트롤러(330)는, 제1 동작 모드에서 동작하는 동안, 로우 사이드 스위치(310)에게 제1 제어 신호를 출력하고 진단 스위치(321)에게 제2 제어 신호의 출력을 중단한다. 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호는, 각각 서로 같거나 상이한 소정의 전압을 가지는 신호일 수 있다. 예컨대, n채널 전계 효과 트랜지스터를 로우 사이드 스위치(310)로서 이용하는 경우, 5V의 전압을 가지는 신호가 제1 제어 신호로서 슬레이브 컨트롤러(330)에 의해 출력되어 로우 사이드 스위치(310)의 게이트에 인가될 수 있다. 이와 유사하게, n채널 전계 효과 트랜지스터를 진단 스위치(321)로서 이용하는 경우, 5V의 전압을 가지는 신호가 제2 제어 신호로서 슬레이브 컨트롤러(330)에 의해 출력되어 진단 스위치(321)의 게이트에 인가될 수 있다. 로우 사이드 스위치(310)는, 제1 제어 신호에 응답하여, 온 상태가 된다. 진단 스위치(321)는, 제2 제어 신호의 출력이 중단된 것에 응답하여, 오프 상태가 된다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 동작 모드에서 동작하는 동안, 구동 장치(100) 내의 모든 로우 사이드 스위치(310)는 온 상태를 가지고 모든 진단 스위치(321)는 오프 상태를 가지므로, 구동 전류(I1)가 제1 전원 단자(N1)로부터 전기 부하(20)와 제2 전원 단자(N2)를 거쳐 로우 사이드 스위치(310)로 흐르면서 전기 부하(20)가 동작하게 된다.
도 3은 도 1의 구동 장치(100)가 전기 부하(20)에게 전력을 차단하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 이해를 돕기 위해, 도 3은 전기 부하(20)에 오픈 고장이 발생하지 않은 상태를 도시하였다.
도 3을 참조하면, 전술한 바와 같이, 마스터 컨트롤러(400)는 전기 부하(20)에게 전력을 차단할 것을 슬레이브 컨트롤러(330)에게 명령하는 제2 요청 메시지를 통신 채널(30)를 통해 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N)에게 전송한다.
슬레이브 컨트롤러(330)는, 통신 채널(30)을 통해 마스터 컨트롤러(400)로부터 제2 요청 메시지를 수신할 수 있다. 슬레이브 컨트롤러(330)는, 제2 요청 메시지에 응답하여 전기 부하(20)에게 전력을 차단하기 위한 제2 동작 모드에서의 동작을 개시한다. 슬레이브 컨트롤러(330)는, 제2 동작 모드에서 동작하는 동안, 로우 사이드 스위치(310)에게 제1 제어 신호의 출력을 중단한다. 또한, 슬레이브 컨트롤러(330)는, 제2 동작 모드에서 동작하는 동안, 일시적으로 또는 계속적으로 진단 스위치(321)에게 제2 제어 신호를 출력한다. 예컨대, 슬레이브 컨트롤러(330)는, 제2 요청 메시지가 수신된 시점부터 제1 소정 시간(예, 1초) 동안 제2 제어 신호를 출력한 다음 제2 제어 신호의 출력을 중단할 수 있다.
로우 사이드 스위치(310)는, 제1 제어 신호의 출력이 중단된 것에 응답하여, 오프 상태가 된다. 진단 스위치(321)는, 제2 제어 신호에 응답하여, 온 상태가 된다.
이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 동작 모드에서 동작하는 동안, 구동 장치(100) 내의 모든 로우 사이드 스위치(310)는 오프 상태를 가지고 모든 진단 스위치(321)는 온 상태를 가지므로, 진단 전류(I2)가 제1 전원 단자(N1)로부터 전기 부하(20)와 제2 전원 단자(N2)를 거쳐 진단 스위치(321)로 흐른다.
도 4는 도 1의 구동 장치(100)가 전기 부하(20)의 오픈 고장을 진단하는 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 전원 라인(L1)이 끊어져 있는바, 전기 부하(20)에 오픈 고장이 발생한 상태이다. 이 경우, 도 3와 동일하게 구동 장치(100) 내의 모든 진단 스위치(321)가 온 상태를 가지더라도, 도 3와 같은 진단 전류는 전기 부하(20)를 거쳐 진단 스위치(321)에 흐를 수 없게 된다. 따라서, 제1 전원 단자(N1)의 전압은 제2 전원 단자(N2)의 전압에 어떠한 영향도 끼치지 못한다.
마스터 컨트롤러(400)는, 통신 채널(30)을 통해 제2 요청 메시지를 전송한 시점으로부터 제2 소정 시간(예, 0.1초)이 경과된 시점에 제2 전원 단자(N2)의 전압을 측정할 수 있다. 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N)는 마스터 컨트롤러(400)로부터의 명령에 대응하는 동작을 실행하기까지 소요되는 시간이 서로 상이할 수 있다. 즉, 모든 진단 스위치(321)가 동시에 온 상태가 되지 못할 수 있다. 따라서, 제2 소정 시간은, 모든 진단 스위치(321)가 온 상태를 가지는 때에 제2 전원 단자(N2)의 전압을 측정하기 위한 것이다.
마스터 컨트롤러(400)는, 측정된 제2 전원 단자(N2)의 전압을 진단 전압과 비교하여, 제1 전원 라인(L1) 및 상기 제2 전원 라인(L2) 중 적어도 하나에 오픈 고장이 발생하였는지 여부를 판정할 수 있다. 마스터 컨트롤러(400)는, 다음의 수학식 1을 이용하여, 진단 전압을 산출할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112018056528188-pat00003
수학식 1에서, VL은 제1 전원 단자(N1)의 전압, N은 로우 사이드 드라이버(200)의 개수, ICS는 각 전류원(322)에 의해 싱크되는 전류, RL은 전기 부하(20)의 저항(resistance), VD는 진단 전압이다. 제1 전원 단자(N1)의 전압은, 제1 전원 단자(N1)와 접지 간의 전위차를 나타낼 수 있다. 제2 전원 단자(N2)의 전압은, 제2 전원 단자(N2)와 접지 간의 전위차를 나타낼 수 있다. VL, ICS 및 RL을 나타내는 데이터는, 마스터 컨트롤러(400)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
마스터 컨트롤러(400)는, 측정된 제2 전원 단자(N2)의 전압이 진단 전압 이하인 경우, 전기 부하(20)에 오픈 고장이 발생한 것으로 판정할 수 있다. 이 경우, 마스터 컨트롤러(400)는, 제1 전원 라인(L1) 및 제2 전원 라인(L2) 중 적어도 하나에 오픈 고장이 있음을 나타내는 제1 진단 메시지를 출력할 수 있다.
반면, 마스터 컨트롤러(400)는, 측정된 제2 전원 단자(N2)의 전압이 진단 전압보다 큰 경우, 전기 부하(20)에 오픈 고장이 발생하지 않은 것으로 판정할 수 있다. 이 경우, 마스터 컨트롤러(400)는, 제1 전원 라인(L1) 및 제2 전원 라인(L2) 모두에 오픈 고장이 없음을 나타내는 제2 진단 메시지를 출력할 수 있다.
마스터 컨트롤러(400)에 의해 출력된 각 진단 메시지에 대응하는 시각적 정보 및 청각적 정보 중 적어도 하나가 정보 출력부(50)에 의해 전기 자동차(10)의 사용자에게 제공될 수 있다. 정보 출력부(50)는, 예컨대 디스플레이, 스피커 등과 같이 정보를 시각적 또는 청각적으로 출력하는 공지의 기기를 이용하여 구현될 수 있다.
도 5는 도 1의 구동 장치(100)가 전기 부하(20)의 오픈 고장을 진단하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 1, 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 단계 500에서, 마스터 컨트롤러(400)는, 제2 전원 단자(N2)에 연결된 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N)에게 요청 메시지를 전송한다. 요청 메시지는, 통신 채널(30)을 통해 마스터 컨트롤러(400)로부터 각 로우 사이드 드라이버(200)에게 전송된다.
단계 510에서, 각 로우 사이드 드라이버(200)의 슬레이브 컨트롤러(330)는, 요청 메시지에 응답하여, 각 로우 사이드 드라이버(200)의 진단 스위치(321)를 온 상태로 제어한다. 이 경우, 각 로우 사이드 드라이버(200)의 로우 사이드 스위치(310)는 오프 상태로 제어된다.
단계 520에서, 마스터 컨트롤러(400)는, 제2 전원 단자(N2)의 전압을 측정한다. 즉, 마스터 컨트롤러(400)는, 요청 메시지가 전송된 후에 제2 전원 단자(N2)의 전압을 측정한다.
단계 530에서, 마스터 컨트롤러(400)는, 전기 부하(20)에 오픈 고장이 발생하였는지 여부를 판정한다. 구체적으로, 마스터 컨트롤러(400)는, 단계 520에서 측정된 전압을 진단 전압과 비교하여, 전기 부하(20)에 오픈 고장을 검출할 수 있다. 예를 들어, 측정된 전압이 진단 전압 이하인 경우, 전기 부하(20)에 오픈 고장이 발생한 것으로 판정할 수 있다. 진단 전압은, 미리 정해진 것이거나, 전술한 수학식 1을 이용하여 마스터 컨트롤러(400)에 의해 산출되는 것일 수 있다. 단계 530의 값이 "YES"인 경우, 단계 540이 진행된다. 단계 530의 값이 "NO"인 경우, 단계 550이 진행된다.
단계 540에서, 마스터 컨트롤러(400)는, 제1 전원 라인(L1) 및 제2 전원 라인(L2) 중 적어도 하나에 오픈 고장이 있음을 나타내는 제1 진단 메시지를 출력한다.
단계 550에서, 마스터 컨트롤러(400)는, 제1 전원 라인(L1) 및 제2 전원 라인(L2) 모두에 오픈 고장이 없음을 나타내는 제2 진단 메시지를 출력한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전기 부하(20)의 저전위 단자에 공통적으로 전기적으로 연결되는 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N)를 포함하기 때문에, 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N) 중 일부가 고장이어도 나머지 로우 사이드 드라이버를 이용하여 전기 부하(20)를 동작시킬 수 있다. 또한, 전기 부하(20)의 저전위 단자에 공통적으로 전기적으로 연결된 로우 사이드 드라이버(200)의 개수에 따라, 전기 부하의 오픈 고장(open fault)를 검출하는 데에 이용되는 진단 전압을 조절할 수 있다. 또한, 복수의 로우 사이드 드라이버(200-1~200-N) 간의 동작 타이밍 차이로 인한 잘못된 진단을 방지할 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.
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: 전기 자동차
20: 전기 부하
30: 통신 채널
40: 전기 모터
50: 정보 출력부
100: 구동 장치
200: 로우 사이드 드라이버
310: 로우 사이드 스위치
320: 진단 회로
321: 진단 스위치
322: 전류원
330: 슬레이브 컨트롤러
400: 마스터 컨트롤러

Claims (12)

  1. 일단이 제1 전원 라인을 통해 제1 전원 단자에 연결되고 타단이 제2 전원 라인을 통해 제2 전원 단자에 연결되는 전기 부하를 위한 구동 장치에 있어서,
    상기 제2 전원 단자에 연결되는 복수의 로우 사이드 드라이버; 및
    상기 각 로우 사이드 드라이버에 동작 가능하게 결합되는 마스터 컨트롤러를 포함하고,
    상기 각 로우 사이드 드라이버는,
    상기 제2 전원 단자와 접지 사이에 연결되는 로우 사이드 스위치;
    서로 직렬로 연결되는 진단 스위치 및 전류원을 구비하고, 상기 제2 전원 단자와 기준 노드 사이에 연결되는 진단 회로; 및
    상기 마스터 컨트롤러로부터의 메시지에 응답하여, 상기 로우 사이드 스위치 및 상기 진단 스위치를 제어하도록 구성된 슬레이브 컨트롤러를 포함하는, 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 컨트롤러는,
    상기 마스터 컨트롤러로부터의 제1 요청 메시지에 응답하여 상기 전기 부하에게 전력을 공급하기 위한 제1 동작 모드에서 동작하는 동안, 상기 로우 사이드 스위치에게 제1 제어 신호를 출력하고 상기 진단 스위치에게 제2 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성되고,
    상기 각 로우 사이드 스위치는, 상기 제1 제어 신호에 응답하여, 온 상태를 가지고,
    상기 각 진단 스위치는, 상기 제2 제어 신호의 출력이 중단되는 것에 응답하여, 오프 상태를 가지는, 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 컨트롤러는,
    상기 마스터 컨트롤러로부터의 제2 요청 메시지에 응답하여 상기 전기 부하에게 전력을 차단하기 위한 제2 동작 모드에서 동작하는 동안, 상기 로우 사이드 스위치에게 제1 제어 신호의 출력을 중단하고 상기 진단 스위치에게 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되고,
    상기 각 로우 사이드 스위치는, 상기 제1 제어 신호의 출력이 중단되는 것에 응답하여, 오프 상태를 가지고,
    상기 각 진단 스위치는, 상기 제2 제어 신호에 응답하여, 온 상태가지는, 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는,
    상기 슬레이브 컨트롤러가 상기 제2 동작 모드에서 동작하는 동안에 상기 제2 전원 단자의 전압을 측정하고,
    상기 측정된 전압을 진단 전압과 비교하여, 상기 제1 전원 라인 및 상기 제2 전원 라인 중 적어도 하나에 오픈 고장이 발생하였는지 여부를 판정하도록 구성되는, 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는,
    하기의 수학식 1을 이용하여, 상기 진단 전압을 산출하되,
    [수학식 1]
    Figure 112018056528188-pat00004

    VD는 상기 진단 전압, VL은 상기 제1 전원 단자와 상기 접지 사이의 전압, N은 상기 로우 사이드 드라이버의 개수, ICS는 상기 전류원에 의해 싱크되는 전류, RL은 상기 전기 부하의 저항인, 구동 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는,
    상기 측정된 전압이 상기 진단 전압 이하인 경우, 상기 제1 전원 라인 및 상기 제2 전원 라인 중 적어도 하나에 오픈 고장이 있음을 나타내는 제1 진단 메시지를 출력하도록 구성되는, 구동 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는,
    상기 측정된 전압이 상기 진단 전압보다 높은 경우, 상기 제1 전원 라인 및 상기 제2 전원 라인 모두에 오픈 고장이 없음을 나타내는 제2 진단 메시지를 출력하도록 구성되는, 구동 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러는,
    상기 제2 동작 모드가 개시된 시점으로부터 소정 시간이 경과된 시점에 상기 제2 전원 단자의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압을 상기 진단 전압과 비교하도록 구성되는, 구동 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 구동 장치;
    를 포함하는, 전기 자동차.
  10. 일단이 제1 전원 라인을 통해 제1 전원 단자에 연결되고 타단이 제2 전원 라인을 통해 제2 전원 단자에 연결되는 전기 부하의 오픈 고장을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    마스터 컨트롤러가 상기 제2 전원 단자에 연결되는 복수의 로우 사이드 드라이버에게 요청 메시지를 전송하는 단계;
    상기 각 로우 사이드 드라이버의 슬레이브 컨트롤러가 상기 요청 메시지에 응답하여 상기 각 로우 사이드 드라이버의 진단 스위치를 온 상태로 제어하는 단계;
    상기 마스터 컨트롤러가 상기 요청 메시지가 전송된 후에 상기 제2 전원 단자의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 마스터 컨트롤러가 상기 측정된 전압과 진단 전압을 비교하여, 상기 전기 부하에 오픈 고장이 발생하였는지 여부를 판정하는 단계를 포함하되,
    상기 각 진단 스위치는, 상기 제2 전원 단자와 기준 노드 사이에 연결되는, 전기 부하의 오픈 고장을 검출하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마스터 컨트롤러가 하기의 수학식 1을 이용하여, 상기 진단 전압을 산출하는 단계를 더 포함하되,
    [수학식 1]
    Figure 112022059969499-pat00005

    VD는 상기 진단 전압, VL은 상기 제1 전원 단자와 접지 사이의 전압, N은 상기 로우 사이드 드라이버의 개수, ICS는 전류원에 의해 싱크되는 전류, RL은 상기 전기 부하의 저항인, 전기 부하의 오픈 고장을 검출하기 위한 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 측정된 전압이 상기 진단 전압 이하인 경우, 상기 마스터 컨트롤러가 상기 제1 전원 라인 및 상기 제2 전원 라인 중 적어도 하나에 오픈 고장이 있음을 나타내는 제1 진단 메시지를 출력하는 단계; 및
    상기 측정된 전압이 상기 진단 전압보다 높은 경우, 상기 마스터 컨트롤러가 상기 제1 전원 라인 및 상기 제2 전원 라인 모두에 오픈 고장이 없음을 나타내는 제2 진단 메시지를 출력하는 단계를 더 포함하는, 전기 부하의 오픈 고장을 검출하기 위한 방법.
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