KR102502388B1 - 차량의 eps 전원 공급 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량의 eps 전원 공급 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 차량의 역전압방지회로 및 배터리차단회로가 포함된 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 충/방전 회로를 별도로 구현하지 않고도 차량 내 역전압방지회로와 배터리차단회로를 이용하면서, 차량의 역전압방지회로와 배터리차단회로의 고장진단을 수행하는 구체적인 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예는 차량의 배터리와 직렬로 연결되어 배터리의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부와 역전압방지회로부와 직렬로 연결되어 있고, 배터리를 차량과 전기적으로 분리시킬 수 있는 배터리차단회로부와 역전압방지회로부와 직렬로 연결되고 배터리차단회로부와는 병렬로 연결되어 있으며, 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 스위칭 소자가 턴 온되어 발생하는 돌입전류로부터 회로 손상을 방지하는 초충저항부와 배터리차단회로부 및 초충저항부와 직렬로 연결되어 있고, 배터리로부터 전원을 입력받아 전기에너지를 축적시키는 DC단 콘덴서부와 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부 스위칭 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하고 DC단 콘덴서부의 전력 소모를 제어하여 DC단 콘덴서부의 충전 동작 및 방전 동작을 수행하는 제어부와 충전 동작 후 방전 동작에 따라 DC단 콘덴서부의 전압 변화를 검출하고, DC단 콘덴서부의 전압 변화 정보에 기반하여 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단하는 고장검출부를 포함하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

차량의 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법{Control device and method for EPS power supply in vehicle}
본 개시는 차량의 역전압방지회로 및 배터리차단회로가 포함된 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 충/방전 회로를 별도로 구현하지 않고도 차량 내 역전압방지회로와 배터리차단회로를 이용하면서, 차량의 역전압방지회로와 배터리차단회로의 고장진단을 수행하는 구체적인 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량의 배터리는 물리적으로 차량 내 전기적 시스템과 항상 연결되어 있으므로 필요한 경우 전기적으로 차단할 필요성이 있다. 배터리차단회로는 이를 위해 차량의 배터리가 물리적으로 연결된 상황에서 전기적으로 분리시키는 기능을 수행한다. 또한, 차량의 배터리가 역접속되어 인가된 경우 차량 내 회로 손상이 야기될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 차량의 배터리에는 역전압방지회로가 연결되어 역전압의 인가를 방지한다. 차량에서 역전압방지회로와 배터리차단회로는 배터리로부터 전원을 인가받아 EPS 시스템에 전원을 공급하는 데에 중요한 부분에 속하므로 Fail/Safety 규정상 매 운전시 마다 최소 1회 고장 검사를 진행하여야 한다.
하지만, 역전압방지회로와 배터리차단회로에 사용되는 스위칭 소자의 동작 후 변화점이 낮아 턴 온 동작에 대한 유의차가 거의 없고, 턴 오프 동작 시에는 DC단 대용량 콘덴서 및 항시 연결되어 있는 초충저항에 의해 유의차가 발생하지 않는다. 따라서 스위칭 소자의 온/오프가 정상적으로 동작하고 있는지 유무 확인이 용이하지 않다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 종래 기술은 스위칭 소자를 오프 한 후 별도의 충/방전회로를 이용하여 스위칭 소자의 이상 상태를 검출하였다. 하지만, 이 방식은 배터리 전원으로부터 구성된 메인회로(역전압방지회로 & 배터리차단회로)와는 별도의 Bypass 회로를 구성하고 충/방전회로를 구현해야 하므로, 회로가 복잡해지고 사이즈가 커지는 문제가 발생하며 충/방전 시간 및 용량으로 인하여 저항 값이 큰 소자가 필요하다는 또 다른 문제점을 내재하고 있었다.
전술한 배경에서 안출된 일 실시예는 별도의 충/방전 회로를 이용하지 않아도 차량의 역전압방지회로 및 배터리차단회로의 고장을 진단하는 구체적인 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
또한, 일 실시예는 차량의 역전압방지회로 및 배터리차단회로의 턴 온 및 턴 오프 제어 및 DC단 콘덴서의 충전 및 방전 동작 제어를 수행하고 이로 인한 DC단 콘덴서의 전압 변화 정보로 차량의 역전압방지회로 및 배터리차단회로의 고장을 진단하는 구체적인 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 일 실시예는 차량의 배터리와 직렬로 연결되어 배터리의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부와 역전압방지회로부와 직렬로 연결되어 있고, 배터리를 차량과 전기적으로 분리시킬 수 있는 배터리차단회로부와 역전압방지회로부와 직렬로 연결되고 배터리차단회로부와는 병렬로 연결되어 있으며, 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 스위칭 소자가 턴 온되어 발생하는 돌입전류로부터 회로 손상을 방지하는 초충저항부와 배터리차단회로부 및 초충저항부와 직렬로 연결되어 있고, 배터리로부터 전원을 입력받아 전기에너지를 축적시키는 DC단 콘덴서부와 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부 스위칭 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하고 DC단 콘덴서부의 전력 소모를 제어하여 DC단 콘덴서부의 충전 동작 및 방전 동작을 수행하는 제어부와 충전 동작 후 방전 동작에 따라 DC단 콘덴서부의 전압 변화를 검출하고, DC단 콘덴서부의 전압 변화 정보에 기반하여 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단하는 고장검출부를 포함하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치를 제공한다.
또한, 일 실시예는 차량의 배터리로부터 전원을 입력 받는 입력단계와 차량의 배터리에 직렬 연결되어 배터리의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부 및 역전압방지회로부와 직렬 연결된 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 온 시켜 배터리차단회로부와 직렬 연결된 DC단 콘덴서부의 전압을 충전시키는 충전단계와 DC단 콘덴서부와 차량의 배터리부를 전기적으로 분리시키기 위해 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 오프시킨 후, 충전된 DC단 콘덴서부의 전력을 소모시키는 방전단계와 충전단계 후 방전단계에 따라 DC단 콘덴서부의 전압 변화를 검출하고, DC단 콘덴서부의 전압 변화 정보에 기반하여 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단하는 고장검출단계를 포함하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법을 제공한다.
전술한 일 실시예는 별도의 충/방전 회로를 이용하지 않으면서도 종래 고장 진단 기능을 구현 가능하게 하고 이로 인해 회로를 단순화해 원가 절감 및 보드 사이즈 감소의 효과를 제공하며, 구조의 단순화로 신뢰성을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 제어부의 충전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제어부의 방전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 역전압방지회로 및 배터리차단회로 스위칭 소자가 고장 난 경우의 고장검출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 역전압방지회로 및 배터리차단회로 스위칭 소자가 정상상태인 경우의 고장검출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치의 구체적인 실시예를 나타내는 도면이다.
본 기술 사상은 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치 및 방법을 개시한다.
이하, 본 기술 사상의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 기술 사상의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 차량의 역전압방지회로는 차량의 배터리가 역접속되어 인가된 경우, 잘못 인가된 전압으로 인해 차량의 전기적 소자들이 파괴되는 것을 방지하기 위한 회로이다. 또한, 본 명세서에서 차량의 배터리차단회로는 차량의 배터리의 연결을 차단시켜 배터리의 방전 및 배터리와 차량을 전기적으로 분리시키기 위한 기능을 수행하는 회로이다. 이 경우 해당 기능을 하는 회로를 통칭하여 역전압방지회로 및 배터리차단회로로 설명하되, 이러한 명칭에 제한은 없다. 또한, 역전압방지회로 및 배터리차단회로는 그 특성상 차량의 배터리와 직간접적으로 연결되며, 외부 배터리로부터 전원을 입력 받은 후 EPS 시스템 내에 전원을 공급하는 EPS 전원 공급 제어 부분에 속할 수 있다. 따라서, 차량과 배터리가 연결된 EPS 전원 공급 제어 부분에는 도면에 설시된 부분에 나타나지 않은 다른 기능을 가진 회로 또한 포함 될 수 있다. 다만, 다른 기능을 가진 회로가 포함되어 있어도 역전압방지회로 및 배터리차단회로부의 정상 기능 수행과 고장 검진을 위해 다른 기능을 가진 회로가 포함되어 있지 않은 경우와 동일 할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치(100)는 차량의 배터리(110)와 직렬로 연결되어 배터리(110)의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부(120)와 역전압방지회로부(120)와 직렬로 연결되어 있고, 배터리(110)를 차량과 전기적으로 분리시킬 수 있는 배터리차단회로부(130)와 역전압방지회로부(120)와 직렬로 연결되고 배터리차단회로부(130)와는 병렬로 연결되어 있으며, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 턴 온되어 발생하는 돌입전류로부터 회로 손상을 방지하는 초충저항부(140)와 배터리차단회로부(130) 및 초충저항부(140)와 직렬로 연결되어 있고, 배터리(110)로부터 전원을 입력받아 전기에너지를 축적시키는 DC단 콘덴서부(150)와 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 스위칭 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하고 DC단 콘덴서부(150)의 전력 소모를 제어하여 DC단 콘덴서부(150)의 충전 동작 및 방전 동작을 수행하는 제어부(160)와 충전 동작 후 방전 동작에 따라 DC단 콘덴서부(150)의 전압 변화를 검출하고, DC단 콘덴서부(150)의 전압 변화 정보에 기반하여 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단하는 고장검출부(170)를 포함할 수 있다.
이때, 배터리(110)는 역전압방지회로부(120)와 직렬로 연결되어 있고, 역전압방지회로부(120)와 배터리차단회로부(130) 또한 직렬로 연결되어 있다. 스위칭 소자가 ON되어서 유입되는 돌입전류로 인해 회로가 손상되는 것을 방지하기 위한 초충저항부(140)는 역전압방지회로부(120)와 직렬로 연결되어 있고, 배터리차단회로부(130)와 병렬로 연결되어 있다. DC단 콘덴서부(150)는 배터리차단회로부(130) 및 초충저항부(140)와 직렬로 연결되어 있다. 제어부(160)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)와 연결되어 있다. 이때, 도 1에는 표시되지 않았으나 제어부(160)는 DC단 콘덴서부(150)의 전력 소모를 위해 외부 인버터 또는 인버터 운전을 위한 게이트 드라이버 등과 연결될 수 있다. 이때, 외부 인버터는 DC단 콘덴서부(150)와 병렬 연결될 수 있고, 인버터는 DC단 콘덴서부(150)로부터 입력되는 에너지로부터 차량 모터 제어용 전원의 기능을 수행 할 수 있다. 또한, 고장검출부(170)는 DC단 콘덴서부(150)와 직접 또는 간접 연결되어 DC단 콘덴서부(150)의 전압을 검출할 수 있거나 DC단 콘덴서부(150)의 전압 정보를 수신받을 수 있다.
일 실시예에 따른 역전압방지회로부(120)는 스위칭 소자(M1)와 다이오드(D1)를 포함하며, 스위칭 소자(M1)와 다이오드(D1)는 병렬로 연결되어 있다. 이때, 스위칭 소자(M1)는 트랜지스터가 될 수 있다. 또한, 스위칭 소자(M1)의 트랜지스터는 MOSFET 소자가 될 수 있다. 또한, 스위칭 소자(M1)는 제어신호를 입력 받아 턴 온되어 단락 될 수 있고, 턴 오프되어 개방 될 수 있다. 또한, 역전압방지회로부(120)의 다이오드(D1)는 제1 노드(N1)에서 제2 노드(N2)를 순방향으로 하여 접속한다. 이러한 역전압방지회로부(120)는 제1 노드(N1)에서 배터리(110)와 직렬로 연결되어 있다. 이때, 역전압방지회로부(120)의 구성은 스위칭 소자(M1)와 다이오드(D1)로만 제한되는 것이 아니며, 안정화 및 효율을 위해 저항 등의 기타 소자가 포함될 수 있다. 다만, 기타 소자가 포함되어 있어도 스위칭 소자(M1)의 턴 온 및 턴 오프에 따라 흐르는 전류의 방향은 역전압방지회로부(120)의 정상 기능 및 고장검진을 위해 기타 소자가 포함되어 있지 않은 경우와 동일 할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리차단회로부(130)는 스위칭 소자(M2)와 다이오드(D2)를 포함하며, 스위칭 소자(M2)와 다이오드(D2)는 병렬로 연결되어 있다. 이때, 스위칭 소자(M2)는 트랜지스터가 될 수 있다. 또한, 스위칭 소자(M2)의 트랜지스터는 MOSFET 소자가 될 수 있다. 또한, 스위칭 소자(M2)는 제어신호를 입력 받아 턴 온되어 단락 될 수 있고, 턴 오프 되어 개방 될 수 있다. 또한, 배터리차단회로부(130)의 다이오드(D2)는 제3 노드(N3)에서 제2 노드(N2)를 순방향으로 하여 접속한다. 이러한 배터리차단회로부(130)는 제2 노드(N2)에서 역전압방지회로부(120)와 직렬로 연결되어 있다. 또한, 배터리차단회로부(130)는 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 사이에서 초충저항부(140)와병렬로 연결되어 있다. 이때, 배터리차단회로부(130)의 구성은 스위칭 소자(M2)와 다이오드(D2)로만 제한되는 것이 아니며, 안정화 및 효율을 위한 저항 등의 기타 소자가 포함될 수 있다. 다만, 기타 소자가 포함되어 있어도 스위칭 소자(M2)의 턴 온 및 턴 오프에 따라 흐르는 전류의 방향은 배터리차단회로부(130)의 정상 기능 및 고장검진을 위해 기타 소자가 포함되어 있지 않은 경우와 동일 할 수 있다.
일 실시예에 따른 초충저항부(140)는 저항소자를 포함할 수 있다. 초충저항부(140)는 전자기기에 전원을 투입하는 순간, 정상전류보다 높은 전류가 흐르는 돌입전류(Inrush Current)로 인해 차량 회로의 손상을 방지하기 위한 저항소자로써, 높은 저항 값을 가질 수 있다. 초충저항부(140)는 제2 노드(N2) 및 제3 노드(N3)에서 배터리차단회로부(130)와 병렬 연결되고, 제2 노드(N2)에서 역전압방지회로부(120)와 직렬 연결되어 있다. 초충저항부(140)는 제3 노드(N3)에서 DC단 콘덴서부(150)와 직렬로 연결되어 있다.
일 실시예에 따른 DC단 콘덴서부(150)는 콘덴서 소자, 즉 커패시터 소자를 포함할 수 있다. DC단 콘덴서부(150)는 제3 노드(N3)에서 배터리차단회로부(130) 및 초충저항부(140)와 직렬 연결되어 있다. DC단 콘덴서부(150)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위치 소자의 턴 온 동작을 통해 배터리(110)으로부터 전원을 입력 받아 충전될 수 있고, 턴 오프 동작 및 전력을 소모하여 방전될 수 있다. 이때, 충전 동작 및 방전 동작에 의한 DC단 콘덴서부(150)의 작동에 대해서는 후술하는 도 2 내지 도 5에서 보다 자세하게 설명한다.
일 실시예에 따른 제어부(160)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 스위칭 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하고 DC단 콘덴서부(150)의 전력 소모를 제어하여 DC단 콘덴서부(150)의 충전 동작 및 방전 동작을 수행할 수 있다. 이때, 제어부(160)는 역전압방지회로부(120)와 배터리차단회로부(130)와 직접 또는 간접적으로 연결되어, 역전압방지회로부(120)와 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자의 턴 온 및 턴 오프 신호를 전달하여 제어를 수행할 수 있다. 역전압방지회로부(120)와 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 MOSFET인 경우, 제어부(160)의 신호는 게이트 신호일 수 있다. 또한, 제어부(160)의 역전압방지회로부(120)와 배터리차단회로부(130) 스위칭 소자의 턴 온 및 턴 오프 제어는 DC단 콘덴서부(150)의 충전 동작 및 방전 동작을 위해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(160)의 충전 동작은 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 내 스위칭 소자를 턴 온 시켜 DC단 콘덴서부(150)의 전압을 충전시킬 수 있으며, 방전 동작은 DC단 콘덴서부(150)와 차량의 배터리(110)를 전기적으로 분리시키기 위해 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자를 턴 오프시킨 후, DC단 콘덴서부(150)의 전력을 소모시켜 방전시킬 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따라 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자를 턴 온 시키면 해당 스위칭 소자가 단락 되어 DC단 콘덴서부(150)의 양단 전압과 차량의 배터리(110)의 양단전압이 같게 되어 DC단 콘덴서부(150)가 충전될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단부(130)의 스위칭 소자가 턴 오프되어 개방상태로 되면 DC단 콘덴서부(150)와 차량의 배터리(110)가 전기적으로 분리될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 제어부(160)는 DC단 콘덴서부(150)의 전력을 소모시키기 위해 인버터를 운전하거나 인버터 운전을 위한 게이트 드라이버를 가운전할 수 있다. 이때, 충전 동작 및 방전 동작에 따른 DC단 콘덴서부(150)의 구체적인 작동에 대해서는 후술하는 도 2 내지 도 5에서 보다 자세하게 설명한다.
일 실시예에 따른 고장검출부(170)는 제어부(160)의 충전 동작 후 방전 동작에 따라 DC단 콘덴서부(150)의 전압 변화를 검출하고, DC단 콘덴서부(150)의 전압 변화 정보에 기반하여 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단할 수 있다. 일 예로, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)가 턴 오프되어 스위칭 소자가 개방된 후, DC단 콘덴서부(150)의 전력사용 시 초충저항부(140)을 통해 배터리(110)의 전류가 유입될 수 있으며, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 고장 유무에 따라 DC단 콘덴서부(150)의 전압의 변화 양상이 다를 수 있기 때문이다. 즉, 스위칭 소자가 고장 나지 않는다면 스위칭 소자가 개방된 것과 같아져 DC단 콘덴서부(150)의 전압 강하가 일어나지만, 스위칭 소자가 고장 났다면 스위칭 소자가 단락 되어 배터리(110)의 전압과 DC단 콘덴서부(150)의 전압은 동일하게 유지되어 전압강하가 일어나지 않게 될 수 있다.
이 경우, 고장검출부(170)는 DC단 콘덴서부(150)와 직접 또는 간접으로 연결되어 DC단 콘덴서부(150)의 양단 전압을 검출하거나 해당 정보를 수신 받을 수 있다. 또한, 고장검출부(170)는 이를 위해 제어부(160)의 충전 동작 및 방전 동작 수행에 대한 신호를 수신받을 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 제어부(160)가 충전 동작 후 미리 설정된 검출시간 동안 방전 동작을 수행하되, DC단 콘덴서부(150)의 전압이 충전 동작에서 충전된 전압을 유지하는 경우, 고장검출부(170)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 내 스위칭 소자가 고장되었다고 판단할 수 있다.
다른 예로, 제어부(160)가 충전 동작 후 미리 설정된 검출시간 동안 방전 동작을 수행하고, 방전 동작 과정에서 DC단 콘덴서부(150)에서 전압 강하가 일어나는 경우, 고장검출부(170)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 내 스위칭 소자가 정상상태인 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, DC단 콘덴서부(150)의 전압 강하는 충전 동작에서 충전된 DC단 콘덴서부(150)의 충전 전압 값으로부터 미리 설정 된 비율로 결정될 수 있다. 또한, 이 경우 미리 설정된 검출시간은 DC단 콘덴서부(150)의 단위 시간당 소모 전력량, 순시전력, DC단 콘덴서부(150)의 콘덴서 용량 및 충전량 등의 정보로부터 연산되어 DC단 콘덴서부(150)의 전압 강하를 확인 할 수 있는 최단시간일 수 있다. 전압 강하를 확인 할 수 있는 최단시간은 DC단 콘덴서부(150) 및 제어부(160)의 다른 정보를 통해서도 연산 가능하므로, 최단시간을 연산하기 위해 사용되는 정보로 DC단 콘덴서부(150)의 단위 시간당 소모 전력량, DC단 콘덴서부(150)의 콘덴서 용량 및 충전량으로 제한되지 않는다.
따라서, 일 실시예에 따른 고장검출부(170)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 스위칭 소자의 고장 여부에 따라 달리 작동이 가능할 수 있다. 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 스위칭 소자의 고장 여부에 따른 고장검출부(170)의 작동에 대해서는 후술하는 도 5 및 도 6에서 보다 자세하게 설명한다.
이상으로 설명한 EPS 전원 공급 제어 장치(100)의 구체적인 일 실시예는 도 7에 나타나있다.
도 7은 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치의 구체적인 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, EPS 전원 공급 제어 장치(100-1)는 배터리(110-1)와 연결될 수 있다. 또한 역전압방지회로부(120-1)와 배터리차단회로부(130-1)는 직렬 연결될 수 있고, 해당 회로부에는 스위칭 소자 및 다이오드 이외의 추가 부분이 있을 수 있다. 또한, 역전압방지회로부(120-1)는 제어 신호를 입력받을 수 있는 제1 제어 신호 송출부(161)와 연결되어 있으며, 배터리차단회로부(130-1)는 제어 신호를 입력받을 수 있는 제2 제어 신호 송출부(162)와 연결될 수 있다. 역전압방지회로부(120-1)의 스위칭 소자는 제1 제어 신호 송출부(161)로로부터 제어신호를 입력받아 턴 온 및 턴 오프가 될 수 있다. 마찬가지로, 배터리차단회로부(130-1)의 스위칭 소자는 제2 제어 신호 송출부(162)로부터 제어신호를 입력받아 턴 온 및 턴 오프가 될 수 있다. 제1 제어신호 송출부(161)와 역전압방지회로부(120-1)에는 저항 또는 콘덴서 소자가 포함될 수 있으며, 마찬가지로 제 2 제어신호 송출부(161)와 배터리차단회로부(130-1)에는 저항 또는 콘덴서 소자가 포함될 수 있다. 또한, DC단 콘덴서부(150-1)의 콘덴서는 복수일 수 있다.
위 실시예에 따라, EPS 전원 공급 제어 장치(100-1)는 전술한 제어부(160-1) 및 고장검출부(170-1)의 동작을 통해 역전압방지회로부(120-1) 및 배터리차단회로부(130-1) 스위칭 소자의 고장을 진단할 수 있다.
위 실시예는 EPS 전원 공급 제어 장치(100)의 구체적인 일 실시예일 뿐이며, EPS 전원 공급 제어 장치(100)의 구성은 전술한 실시예에 한정되거나 제한되지 않는다. 또한, 전술한 EPS 전원 공급 제어 장치(100)의 각 구성은 위에서 설명한 회로와 등가회로 또는 동일한 기능을 수행하는 다양한 회로로 구현될 수 있다.
이상으로, 설명된 목적을 위하여 EPS 전원 공급 제어 장치(100)의 역전압방지회로부(120), 배터리차단회로부(130), 초충저항부(140), DC단 콘덴서부(150), 제어부(160) 및 고장검출부(170)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 후술하는 본 기술 사상의 일 실시 예에 따른 EPS 전원 공급 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
이상으로, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)가 포함된 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치(100)의 각 회로의 구성 및 동작을 개략적으로 설명한 바, 이하에서는 구체적으로 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치(100)가 어떻게 동작될 수 있는지에 대해 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 제어부의 충전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제어부(160)는 역전압방지회로부(120)의 스위칭 소자(M1) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자(M2)가 턴 온 시켜 DC단 콘덴서부(150)를 충전시킬 수 있다.
즉, 제어부(160)의 동작에 의해 역전압방지회로부(120)의 스위칭 소자(M1)가 턴 온 되는 경우, 해당 스위칭 소자(M1)는 단락상태가 되고 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)의 전위차는 같아지게 된다. 마찬가지로, 제어부(160)의 동작에 의해 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자(M2)가 턴 온되는 경우, 해당 스위칭 소자(M2)는 단락상태가 되고 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)의 전위차는 같아지게 된다. 그 결과, 그라운드로부터 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3)의 전위차가 같아지게 되며, 그라운드로부터 DC단 콘덴서부(150)의 전압이 배터리(110)의 전압과 같아지게 되어 DC단 콘덴서부(150)가 곧바로 충전될 수 있는 것이다.
따라서, 일 실시예에 따른 DC단 콘덴서부(150)의 충전단계 직전의 전압 값과 관계없이 충전단계가 끝나면 DC단 콘덴서부(150)의 전압이 배터리(110)의 전압과 같아지게 되는 효과가 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 제어부(160)의 방전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제어부(160)는 역전압방지회로부(120)의 스위칭 소자(M1) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자(M2)를 턴 오프 시켜 DC단 콘덴서부(150)와 배터리(110)를 전기적으로 분리시킬 수 있다. 즉, 제어부(160)가 역전압방지회로부(120)의 스위칭 소자(M1)를 턴 오프 시키면 해당 스위칭 소자(M1)는 개방되며, 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자(M2)를 턴 오프 시키면 해당 스위칭 소자(M2)는 개방된다.
또한, 제어부(160)는 DC단 콘덴서부(150)의 전력을 소모시킬 수 있다. 일 실시예에 따른 제어부(160)는 역전압방지회로부(120)와 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자를 턴 오프 시킨 후 DC단 콘덴서부(150)의 전력을 소모시켜 방전 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에 따른 제어부(160)는 DC단 콘덴서부(150)와 연결된 인버터 또는 인버터를 운전하기 위한 게이트 드라이버를 가운전할 수 있다. 다만, 인버터운전 혹은 게이트 드라이버의 가운전은 DC단 콘덴서부(150)의 전력사용을 위한 일 실시예일뿐이며, DC단 콘덴서부(150)의 전력을 소모시키기 위해서라면 실제로 차량 모터를 구동하거나, DC단 콘덴서부(150)와 연결될 수 있는 차량의 다른 전자제어유닛을 구동시키는 등의 방법도 가능할 수 있다.
이 경우, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 고장 유무에 따라 DC단 콘덴서부(150)의 전압 변화치가 달라지며, 고장검출부에서 DC단 콘덴서부(150)의 전압변화를 확인하게 할 수 있는 효과를 제공한다.
따라서, 이하에서는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 내 스위칭 소자의 고장 유무에 따라 DC단 콘덴서부(150)의 전압의 변화양상에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 역전압방지회로 및 배터리차단회로 스위칭 소자가 고장 난 경우의 고장검출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 고장 난 경우, 방전 동작에서 DC단 콘덴서부(150)가 전력을 소모함에도 DC단 콘덴서부(150)의 전압이 변화하지 않게 될 수 있으며, 이 경우 고장검출부(170)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 스위칭 소자가 고장났다고 판단할 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 고장 난 경우, 스위칭 소자는 자신의 역할을 수행하지 못하고 단락상태가 된다. 그러나, 제어부(160)에서 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자를 모두 턴 오프 상태, 즉 개방상태로 둔 후 고장검출부(170)에서 DC단 콘덴서부(150)의 전압변화를 살피기 때문에, DC단 콘덴서부(150)의 전압변화 값은 스위칭 소자가 개방상태로 된 경우의 결과값을 낼 수 있다. 그러나 그렇지 않은 결과를 낸다면 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 고장 난 상태라고 판단 할 수 있다. 즉, 고장검출부(170)에서 충전 동작 후 방전 동작 과정에서 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)가 단락 되었다는 결과값을 검출한다면, 고장검출부(170)는 해당 스위칭 소자가 턴 오프되지 않았으므로 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 모두 고장 났다고 판단할 수 있다.
이 경우, 일 실시예에 따른 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 고장 났다면 결과적으로 제어부(160)의 충전 동작과 같아 질 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 턴 온 되는 경우 해당 스위칭 소자는 모두 단락상태가 되고, 이는 충전 동작에서 스위칭 소자를 모두 턴 온 시킨 회로도와 같아지기 때문이다. 이 경우, 전술한 바와 같이 그라운드로부터 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3)의 전위차는 같아지게 되며, 그라운드로부터 DC단 콘덴서부(150)의 전압 Vc 가 배터리(110)의 전압 Vin과 동일하게 될 수 있다. 결국 DC단 콘덴서부(150)의 전력사용과는 무관하게 DC단 콘덴서부(150)의 전압 Vc는 배터리(110)의 입력 전압 Vin과 동일하게 될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 충전 동작 후 미리 설정된 검출시간 동안 방전 동작을 수행하였으나 DC단 콘덴서부(150)의 전압 Vc가 충전 동작에서 충전된 전압을 유지하는 경우, DC단 콘덴서부(150)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 단락 됨으로 인해 배터리(110)로부터 계속해서 전원을 공급받는다고 판단할 수 있다. 즉, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 제어를 통해서도 차량의 배터리(110)와 차량 내의 전기적 시스템이 분리되지 않아진다는 걸 의미할 수 있다. 이는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 기능이 제대로 유지되지 않음을 의미하며, 결과적으로 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 고장이라는 판단을 유효하게 할 수 있다. 다만, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 고장났다고 하여도, 배터리(110)의 전압이 소모되거나 DC단 콘덴서부(150)의 전압이 도선의 저항이나 내부 저항으로 인해 다소 줄어들 수 있으므로 약간의 오차를 고려할 수 있을 것이다.
한편, 일 실시예에 따른 미리 설정된 검출시간은 운전자의 설정에 따라 미리 설정된 값일 수 있다. 또한, 미리 설정된 검출시간은 현재 차량의 상태, 예를 들어 배터리 상태, 차속, 다른 장치의 고장 유무 등의 정보에 따라 가변 될 수 있는 값일 수 있다. 또한, 미리 설정된 검출시간은 DC단 콘덴서부(150)의 전력 소모량을 연산하여 유의차가 확인 될 수 있는 최단시간일 수도 있다. 이 경우, 전력 소모량을 연산하기 위해 방전 동작에서 소모된 DC단 콘덴서부(150)의 소모 전력량과 DC단 콘덴서부(150)의 콘덴서 용량 및 충전량을 이용할 수 있다. 즉, 고장 검출을 위한 기준 시간이 될 수 있다면 미리 설정될 수 있는 검출시간에 제한은 없다.
이를 통해, 일 실시예에 따른 고장검출부(170)는 충전 동작 후 방전 동작의 DC단 콘덴서부(150)의 전력 소모에 따라 변화하는 전압을 확인하여 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자 고장여부를 판단 할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 역전압방지회로 및 배터리차단회로 스위칭 소자가 정상상태인 경우의 고장검출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5을 참조하면, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 정상상태인 경우, 방전 동작에서 DC단 콘덴서부(150)가 전력을 소모하게 되면 DC단 콘덴서부(150)의 전압이 떨어지게 될 수 있으며, 이 경우 고장검출부(170)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130) 스위칭 소자가 정상상태라고 판단 할 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 고장검출부(170)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 턴 오프 상태가 유지 된 후 DC단 콘덴서부(150)의 전압변화를 살필 수 있다. 스위칭 소자가 정상상태인 경우, 스위칭 소자는 자신의 역할을 수행하여 개방상태가 되며, 이는 방전 동작에서 이루어진 분리를 지속적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
다만, 그럼에도 배터리차단회로부(130)와 병렬 연결된 초충저항부(140)는 DC단 콘덴서와 항시 연결되어 있으므로, 분리단계가 끝난 후에도 배터리(110)와 DC단 콘덴서부(150)는 전류가 통할 수 있다. 즉, 제어부(160)에 의해 역전압방지회로부(120)의 스위칭 소자(M1)가 턴 오프되어 개방되었다고 해도, 스위칭 소자와 병렬 연결 된 다이오드(D1)가 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)방향으로 순방향 접속해 있으므로 제1 노드(N1)에서부터 제2 노드(N2)로 전류 I1이 통할 수 있다. 이어서, 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)의 스위칭 소자(M2)가 개방되어 있고 다이오드(D2)가 역방향 접속해 있어 배터리차단회로부(130) 내부에는 전류 I1이 흐르지 않더라도, 초충저항부(140)가 배터리차단회로부(130)와 병렬 연결되어 있어 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)사이에서도 전류 I1이 흐를 수 있다.
다만, 항시 연결된 초충저항부(140) 은 돌입전류를 방지해야 하는 역할의 특성상 큰 저항 값을 가져야 하므로 DC단 콘덴서부(150)에서 배터리(110)로부터 전류 I1을 이끌어 쓰게 되면 해당하는 전류 I1 값과 초충저항의 저항 값을 곱한 값만큼의 전압강하 Vr이 초충저항부(140)의 양 단에 일어나기 때문에 결과적으로 DC단 콘덴서부(150)에서 출력되는 전압 Vc는 배터리(110)로부터 입력된 전압 Vin과 대비하여 큰 강하가 일어날 수 있다. 즉, DC단 콘덴서부(150)에서 전력을 소모하는 경우, DC단 콘덴서부(150)의 전압 Vc는 초충저항의 크기에 비례하는 만큼 큰 전압강하가 일어날 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따라 충전 동작 후 미리 설정된 검출시간 동안 방전 동작을 수행하면서 DC단 콘덴서부에서 전압 강하가 일어나는 경우, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 동작하게 되어 턴 오프의 기능을 수행했다고 판단할 수 있으며, 고장검출부(170)는 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 내 스위칭 소자가 정상상태인 것으로 판단할 수 있다. 즉, 전력 소모에 따라 DC단 콘덴서부(150)의 전압이 강하하게 되면 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 단락 되지 않았으며, 결과적으로 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 기능이 제대로 유지되고 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 이 경우 고장검출부(170)는 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)가 정상상태라는 판단을 유효하게 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 DC단 콘덴서부(150)의 전압강하는 충전 동작에서 충전된 DC단 콘덴서부의 충전 전압 값으로부터 미리 설정된 비율로 결정될 수 있다. 이 경우, 미리 설정된 비율은 방전 동작에서 소모된 DC단 콘덴서부(150)의 소모 전력량에 따라 정해질 수 있다. 이를 위해, DC단 콘덴서부(150)의 전력량, 용량, 충전량, 초충저항부(140)의 저항 및 배터리(110) 전압 정보 등을 이용할 수 있다. 구체적인 예로, 미리 설정된 비율은 입력전압의 100%값을 가질 수 있다. 이 경우, DC단 콘덴서부(150)의 전압이 0이 되는 경우에 DC단 콘덴서부(150)가 모두 방전되어 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 정상상태라고 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 미리 설정된 비율은 입력전압의 50% 값을 가질 수 있다. 이 경우, DC단 콘덴서부(150)의 전압이 배터리(110)로부터 입력 받은 전압 값의 절반 이상 떨어지게 된다면, 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 정상이라고 판단할 수 있다. 이와 같이, 미리 설정된 비율은 방전 동작에서 소모된 DC단 콘덴서부(150)의 소모 전력량에 따라 0% 초과 100% 이하의 값을 가질 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 미리 설정된 검출시간은 운전자의 설정에 따라 미리 설정된 값일 수 있다. 이때, 미리 설정된 검출시간은 현재 차량의 상태, 예를 들어 배터리 상태, 차속, 다른 장치의 고장 유무 등의 정보에 따라 가변 될 수 있는 값일 수 있다. 또한, 미리 설정된 검출시간은 DC단 콘덴서부(150)의 전술한 미리 설정된 전압강하를 확인 될 수 있는 최단시간일 수도 있다. 이 경우, 전력 소모량을 연산하기 위해 방전 동작에서 소모된 DC단 콘덴서부(150)의 단위 시간당 소모 전력량, 순시전력, DC단 콘덴서부(150)의 콘덴서 용량, 충전량, 초충저항부(140)의 저항 및 배터리(110) 전압 등의 정보를 이용할 수 있다. 즉, 전압 강하를 확인 할 수 있는 최단시간은 DC단 콘덴서부(150) 및 제어부(160)의 다른 정보를 통해서도 연산 가능하므로, 최단시간을 연산하기 위해 사용되는 정보로 DC단 콘덴서부(150)의 단위 시간당 소모 전력량, 순시전력, DC단 콘덴서부(150)의 콘덴서 용량 및 충전량으로 제한되지 않는다. 즉, 고장 검출을 위한 기준 시간이 될 수 있다면 미리 설정될 수 있는 검출시간에 제한은 없다.
따라서, 일 실시예에 따른 고장검출부(170)는 DC단 콘덴서부(150)의 전압강하가 배터리(110) 입력전압 값의 미리 설정된 비율 이상으로 일어났다면 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자가 정상상태라고 판단할 수 있다.
이를 통해, 일 실시예에 따른 고장검출부(170)는 충전 동작 후 방전 동작의 DC단 콘덴서부(150)의 전력 소모에 따라 변화하는 전압을 확인하여 역전압방지회로부(120) 및 배터리차단회로부(130)의 스위칭 소자 고장여부를 판단 할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시예들은 별도의 충/방전 회로를 이용하지 않으면서도 종래 고장 진단 기능을 구현 가능하게 하고 이로 인해 회로를 단순화해 원가 절감 및 보드 사이즈 감소의 효과를 제공하며, 구조의 단순화로 신뢰성을 향상시키는 효과를 제공한다.
이하에서는 전술한 본 실시예들을 모두 수행할 수 있는 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법은 차량의 배터리로부터 전원을 입력 받는 입력단계와 차량의 배터리에 직렬 연결되어 배터리의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부 및 역전압방지회로부와 직렬 연결된 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 온 시켜 배터리차단회로부와 직렬 연결된 DC단 콘덴서부의 전압을 충전시키는 충전단계와 DC단 콘덴서부와 차량의 배터리부를 전기적으로 분리시키기 위해 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 오프시킨 후, 충전된 DC단 콘덴서부의 전력을 소모시키는 방전단계와 충전단계 후 방전단계에 따라 DC단 콘덴서부의 전압 변화를 검출하고, DC단 콘덴서부의 전압 변화 정보에 기반하여 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단하는 고장검출단계를 포함할 수 있다. 이 외에도 일 실시예에서 위 동작을 단계적으로 수행하기 위한 단계를 더 포함할 수 있으며, 일부 단계는 생략 또는 순서를 변경할 수도 있다.
이때, 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법이 적용되는 회로에서, 배터리는 역전압방지회로부와 직렬로 연결되어 있고, 역전압방지회로부와 배터리차단회로부 또한 직렬로 연결되어 있다. 스위칭 소자가 ON되어서 유입되는 돌입전류로 인해 회로가 손상되는 것을 방지하기 위한 초충저항부는 역전압방지회로부와 직렬로 연결되어 있고, 배터리차단회로부와 병렬로 연결되어 있다. DC단 콘덴서부는 배터리차단회로부 및 초충저항부와 직렬로 연결되어 있다. 또한, 전력 소모를 위해 DC단 콘덴서부는 외부 인버터 또는 인버터 운전을 위한 게이트 드라이버 등과 연결될 수 있다. 이때, 외부 인버터는 DC단 콘덴서부와 병렬 연결될 수 있고, 인버터는 DC단 콘덴서부로부터 입력되는 에너지로부터 차량 모터 제어용 전원의 기능을 수행 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법의 입력단계는 차량의 배터리로부터 전원을 입력 받을 수 있다(S600).
또한, 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법의 충전단계는 차량의 배터리에 직렬 연결되어 배터리의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부 및 역전압방지회로부 직렬 연결된 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 온 시켜 배터리차단회로부와 직렬 연결된 DC단 콘덴서부의 전압을 충전시킬 수 있다(S610). 이 경우, 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 온 시키면 해당 스위칭 소자가 단락 되어 DC단 콘덴서부의 양단 전압과 차량의 배터리의 양단전압이 같게 되어 DC단 콘덴서부가 충전될 수 있다.
즉, 역전압방지회로부의 스위칭 소자가 턴 온 되는 경우, 해당 스위칭 소자는 단락상태가 되고 역전압방지회로부 양 단의 전위차는 같아지게 된다. 마찬가지로, 배터리차단회로부의 스위칭 소자가 턴 온되는 경우, 해당 스위칭 소자는 단락상태가 되고 배터리차단회로 양 단의 전위차는 같아지게 된다. 그 결과, 그라운드로부터 DC단 콘덴서부 전압이 배터리의 전압과 같아지게 되어 DC단 콘덴서부가 곧바로 충전될 수 있는 것이다.
따라서, 일 실시예에 따른 DC단 콘덴서부의 충전단계 직전의 전압 값과 관계없이 충전단계가 끝나면 DC단 콘덴서부의 전압이 배터리의 전압과 같아지게 되는 효과가 있다.
또한, 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법의 방전단계는 DC단 콘덴서부와 차량의 배터리를 전기적으로 분리시키기 위해 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 오프시킨 후, 충전된 DC단 콘덴서부의 전력을 소모시킬 수 있다(S620).
즉, 일 실시예에 따른 방전단계에서 역전압방지회로부의 스위칭 소자가 턴 오프되면 해당 스위칭 소자는 개방되며, 배터리차단회로부의 스위칭 소자가 턴 오프 되면 해당 스위칭 소자가 개방되고, 이를 통해 DC단 콘덴서부와 차량의 배터리를 전기적으로 분리시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 방전단계는 이후 DC단 콘덴서부의 전력을 소모시켜 방전 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에 따른 방전단계에서는 DC단 콘덴서부와 연결된 인버터 또는 인버터를 운전하기 위한 게이트 드라이버를 가운전할 수 있다. 다만, 인버터운전 혹은 게이트 드라이버의 가운전은 DC단 콘덴서부의 전력사용을 위한 일 실시예일뿐이며, DC단 콘덴서부의 전력을 소모시키기 위해서라면 실제로 차량 모터를 구동하거나, DC단 콘덴서부와 연결될 수 있는 차량의 다른 전자제어유닛을 구동시키는 등의 방법도 가능할 수 있다.
이 경우, 역전압방지회로부및 배터리차단회로부의 고장 유무에 따라 DC단 콘덴서부의 전압 변화치가 달라지며, 고장검출단계에서 DC단 콘덴서부의 전압변화를 확인하게 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 일 실시예에 따른 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법의 고장검출단계는 충전단계 후 방전단계에 따라 DC단 콘덴서부의 전압 변화를 검출하고, DC단 콘덴서부의 전압 변화 정보에 기반하여 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단할 수 있다(S630).
일 예로, 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부가 턴 오프되어 스위칭 소자가 개방된 후, DC단 콘덴서부의 전력사용 시 초충저항부을 통해 배터리의 전류가 유입될 수 있으며, 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 고장 유무에 따라 DC단 콘덴서부의 전압의 변화 양상이 다를 수 있기 때문이다. 즉, 스위칭 소자가 고장 나지 않는다면 스위칭 소자가 개방된 것과 같아져 DC단 콘덴서부의 전압 강하가 일어나지만, 스위칭 소자가 고장 났다면 스위칭 소자가 단락 되어 배터리의 전압과 DC단 콘덴서부의 전압은 동일하게 유지되어 전압강하가 일어나지 않게 될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 고장검출단계에서는 충전 동작 후 미리 설정된 검출시간 동안 방전 동작을 수행하였으나 DC단 콘덴서부의 전압이 충전 동작에서 충전된 전압을 유지하는 경우, 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부 내 스위칭 소자가 고장되었다고 판단할 수 있다.
다른 예로, 고장검출단계에서는 충전 동작 후 미리 설정된 검출시간 동안 방전 동작을 수행하면서 DC단 콘덴서부에서 전압 강하가 일어나는 경우, 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 내 스위칭 소자가 정상상태인 것으로 판단할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 DC단 콘덴서부의 전압강하는 충전 단계에서 충전된 DC단 콘덴서부의 충전 전압 값으로부터 미리 설정된 비율로 결정될 수 있다. 이 경우, 미리 설정된 비율은 방전 동작에서 소모된 DC단 콘덴서부의 소모 전력량에 따라 정해질 수 있다. 이를 위해, DC단 콘덴서부의 전력량, 용량, 충전량, 초충저항부의 저항 및 배터리 전압 정보 등을 이용할 수 있다. 구체적인 예로, 미리 설정된 비율은 입력전압의 100%값을 가질 수 있다. 이 경우, DC단 콘덴서부의 전압이 0이 되는 경우에 DC단 콘덴서부가 모두 방전되어 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 스위칭 소자가 정상상태라고 판단할 수 있다. 또 다른 예로, 미리 설정된 비율은 입력전압의 50% 값을 가질 수 있다. 이 경우, DC단 콘덴서부의 전압이 배터리로부터 입력 받은 전압 값의 절반 이상 떨어지게 된다면, 역전압방지회로부 및 배터리차단회로부의 스위칭 소자가 정상이라고 판단할 수 있다. 이와 같이, 미리 설정된 비율은 방전 동작에서 소모된 DC단 콘덴서부의 소모 전력량에 따라 0% 초과 100% 이하의 값을 가질 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 미리 설정된 검출시간은 운전자의 설정에 따라 미리 설정된 값일 수 있다. 이때, 미리 설정된 검출시간은 현재 차량의 상태, 예를 들어 배터리 상태, 차속, 다른 장치의 고장 유무 등의 정보에 따라 가변 될 수 있는 값일 수 있다. 또한, 미리 설정된 검출시간은 DC단 콘덴서부의 전술한 미리 설정된 전압강하를 확인 될 수 있는 최단시간일 수도 있다. 이 경우, 전력 소모량을 연산하기 위해 방전단계에서 소모된 DC단 콘덴서부의 소모 전력량과 DC단 콘덴서부의 콘덴서 용량, 충전량, 초충저항부의 저항 및 배터리 전압 등의 정보를 이용할 수 있다. 즉, 전압 강하를 확인 할 수 있는 최단시간은 DC단 콘덴서부의 다른 정보를 통해서도 연산 가능하므로, 최단시간을 연산하기 위해 사용되는 정보로 DC단 콘덴서부의 단위 시간당 소모 전력량, DC단 콘덴서부의 콘덴서 용량 및 충전량으로 제한되지 않는다. 즉, 고장 검출을 위한 기준 시간이 될 수 있다면 미리 설정될 수 있는 검출시간에 제한은 없다.
이상으로, 설명된 목적을 위하여 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법의 입력단계, 충전단계, 방전단계 및 고장검출단계는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 전술한 본 기술 사상의 일 실시 예에 따른 차량의 역전압방지회로 및 배터리차단회로 EPS 전원 공급 제어 장치에 포함된 각 구성을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
"시스템", "프로세서", "컨트롤러", "컴포넌트", "모듈", "인터페이스", "모델", "유닛" 등의 용어는 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 중인 소프트웨어를 의미할 수 있다. 예를 들어, 전술한 구성요소는 프로세서에 의해서 구동되는 프로세스, 프로세서, 컨트롤러, 제어 프로세서, 개체, 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 컨트롤러 또는 프로세서에서 실행 중인 애플리케이션과 컨트롤러 또는 프로세서가 모두 구성 요소가 될 수 있습니다. 하나 이상의 구성 요소가 프로세스 및/또는 실행 스레드 내에 있을 수 있으며 구성 요소는 한 시스템에 위치하거나 두 대 이상의 시스템에 배포될 수 있습니다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 기술 사상이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 개시된 실시예들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예들의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 기술 사상의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 차량의 배터리와 직렬로 연결되어 상기 배터리의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부;
    상기 역전압방지회로부와 직렬로 연결되어 있고, 상기 배터리를 상기 차량과 전기적으로 분리시킬 수 있는 배터리차단회로부;
    상기 역전압방지회로부와 직렬로 연결되고 상기 배터리차단회로부와는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부의 스위칭 소자가 턴 온되어 발생하는 돌입전류로부터 회로 손상을 방지하는 초충저항부;
    상기 배터리차단회로부 및 상기 초충저항부와 직렬로 연결되어 있고, 상기 배터리로부터 전원을 입력받아 전기에너지를 축적시키는 DC단 콘덴서부;
    상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부 스위칭 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하고 상기 DC단 콘덴서부의 전력 소모를 제어하여 상기 DC단 콘덴서부의 충전 동작 및 방전 동작을 수행하는 제어부; 및
    상기 충전 동작 후 상기 방전 동작에 따라 상기 DC단 콘덴서부의 전압 변화를 검출하고, 상기 DC단 콘덴서부의 전압 변화 정보에 기반하여 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단하는 고장검출부를 포함하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전 동작은,
    상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부 내 스위칭 소자를 턴 온 시켜 상기 DC단 콘덴서부의 전압을 충전시키되,
    상기 방전 동작은,
    상기 DC단 콘덴서부와 상기 차량의 배터리를 전기적으로 분리시키기 위해 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 오프시킨 후, 상기 DC단 콘덴서부의 전력을 소모시켜 상기 DC단 콘덴서부를 방전시키는 것을 특징으로 하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 동작 후 미리 설정된 검출시간 동안 상기 방전 동작을 수행하되,
    상기 고장검출부는,
    상기 DC단 콘덴서부의 전압이 상기 충전 동작에서 충전된 전압을 유지하는 경우, 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부 내 스위칭 소자가 고장되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 동작 후 미리 설정된 검출시간 동안 상기 방전 동작을 수행하고,
    상기 고장검출부는,
    상기 방전 동작 과정에서 상기 DC단 콘덴서부에서 전압 강하가 일어나는 경우, 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부의 내 스위칭 소자가 정상상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 DC단 콘덴서부의 전압 강하는,
    상기 충전 동작에서 충전된 상기 DC단 콘덴서부의 충전 전압 값으로부터 미리 설정된 비율로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 미리 설정된 검출시간은,
    상기 DC단 콘덴서부의 상기 미리 설정된 비율의 전압 강하를 확인할 수 있는 최단시간인 것을 특징으로 하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 장치.
  7. 차량의 배터리로부터 전원을 입력 받는 입력단계;
    상기 차량의 배터리에 직렬 연결되어 상기 배터리의 역전압 인가를 방지하는 역전압방지회로부 및 상기 역전압방지회로부와 직렬 연결된 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 온 시켜 상기 배터리차단회로부와 직렬 연결된 DC단 콘덴서부의 전압을 충전시키는 충전단계;
    상기 DC단 콘덴서부와 상기 차량의 배터리를 전기적으로 분리시키기 위해 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부의 스위칭 소자를 턴 오프시킨 후, 충전된 상기 DC단 콘덴서부의 전력을 소모시키는 방전단계 ; 및
    상기 충전단계 후 상기 방전단계에 따라 상기 DC단 콘덴서부의 전압 변화를 검출하고, 상기 DC단 콘덴서부의 전압 변화 정보에 기반하여 상기 역전압방지회로부 및 상기 배터리차단회로부 내 스위칭 소자의 고장여부를 판단하는 고장검출단계를 포함하는 차량의 EPS 전원 공급 제어 방법.
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