KR102675577B1

KR102675577B1 - 고전압 배터리 전력 스위칭 장치

Info

Publication number: KR102675577B1
Application number: KR1020190110747A
Authority: KR
Inventors: 김승수; 김윤호; 나종섭; 이태연; 정병섭
Original assignee: 엘에스오토모티브테크놀로지스 주식회사; 주식회사 에이치케이세미텍
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2024-06-13
Also published as: KR20210029472A

Abstract

고전압 배터리 전력 스위칭 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치는, 배터리에서 부하로 전달되는 전력을 스위칭하는 장치로서, 상기 배터리의 제1 단자와 상기 부하의 제1 단자를 전기적으로 연결하거나 차단하는 제1 릴레이, 및 상기 제1 릴레이와 병렬로 연결되는 제1 반도체 스위치를 포함하는 제1 릴레이 어셈블리부; 상기 배터리의 제2 단자와 상기 인버터의 제2 단자를 전기적으로 연결하거나 차단하는 제2 릴레이, 및 상기 제2 릴레이와 병렬로 연결되는 제2 반도체 스위치를 포함하는 제2 릴레이 어셈블리부; 및 프리차징 전류 프로파일 정보를 저장하며, 상기 제1 릴레이 또는 상기 제1 반도체 스위치가 턴온되고 상기 제2 릴레이가 턴오프된 상태에서 상기 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 상기 제2 반도체 스위치의 스위칭 동작을 제어함으로써, 상기 부하의 양 단자에 병렬로 연결된 커패시터를 프리차징하는 전류 프로파일 제어부를 포함한다.

Description

고전압 배터리 전력 스위칭 장치{High voltage battery power switching device}

본 발명은 고전압 배터리 전력 스위칭 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차 등 고전압 배터리를 사용하는 환경에서 전기 모터 등 부하에 전달되는 배터리의 전력을 스위칭하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치에 관한 것이다.

일반적으로, EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등과 같이 전기로 구동되는 자동차는 고전압 배터리에서 전기 모터로 전달되는 전력을 스위칭하기 위해 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly)를 사용하고 있다.

그러나, 한국 공개특허공보 제10-2013-0092350호에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 전기 모터에 전력을 전달하는 전원 라인 이외에 별도의 프리차지 라인을 사용하여 인버터에 연결된 커패시터를 프리차징(precharging) 하기 때문에, 파워 릴레이 어셈블리의 전기 회로 구성을 복잡하게 하고, 제조 비용을 증가시키는 문제점이 있다.

또한, 기존의 전자식 파워 릴레이 어셈블리는 커패시터 충전 시 일정한 전류를 제공하기 위해 시멘트 저항기(cement resistor) 또는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 적용하고 있으나, 시멘트 저항기는 내구성이 떨어지고 PTC 소자는 온도 및 전류량에 따라 저항값이 변동되기 때문에, 커패시터 충전 동작의 정확성과 신뢰성이 떨어지고 정해진 시간(예컨대, 200ms) 이내에 커패시터 충전을 완료하지 못하여 전기 자동차에 적용 시 시동 오류를 초래하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고전압 배터리의 전력을 부하에 전달하는 전기 회로의 구성을 간소화하고 제조 비용을 절감하면서도 커패시터 프리차징 동작의 정확성과 신뢰성을 개선하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치는, 배터리에서 부하로 전달되는 전력을 스위칭하는 장치로서, 상기 배터리의 제1 단자와 상기 부하의 제1 단자를 전기적으로 연결하거나 차단하는 제1 릴레이, 및 상기 제1 릴레이와 병렬로 연결되는 제1 반도체 스위치를 포함하는 제1 릴레이 어셈블리부; 상기 배터리의 제2 단자와 상기 인버터의 제2 단자를 전기적으로 연결하거나 차단하는 제2 릴레이, 및 상기 제2 릴레이와 병렬로 연결되는 제2 반도체 스위치를 포함하는 제2 릴레이 어셈블리부; 및 프리차징 전류 프로파일 정보를 저장하며, 상기 제1 릴레이 또는 상기 제1 반도체 스위치가 턴온되고 상기 제2 릴레이가 턴오프된 상태에서 상기 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 상기 제2 반도체 스위치의 스위칭 동작을 제어함으로써, 상기 부하의 양 단자에 병렬로 연결된 커패시터를 프리차징하는 전류 프로파일 제어부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 릴레이 어셈블리부는, 상기 제2 반도체 스위치와 상기 부하의 제2 단자 사이에 전달되는 전류를 센싱하는 전류 센서를 더 포함하고, 상기 전류 프로파일 제어부는, 상기 전류 센서에 의해 센싱되는 전류의 크기가 상기 프리차징 전류 프로파일 정보에 대응하도록 상기 제2 반도체 스위치의 스위칭 동작을 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 전류 프로파일 제어부는, 시간에 따라 지수함수 형태로 증가하는 프리차징 전류 프로파일 정보를 저장하고, 저장된 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 상기 커패시터에 전달되는 전류가 지수함수 형태로 증가하도록 상기 제2 반도체 스위치의 스위칭 동작을 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 전류 프로파일 제어부는, 시간에 따라 지수함수 형태로 증가하는 프리차징 전류 프로파일 정보들을 저장하고, 저장된 프리차징 전류 프로파일 정보들 중 상기 제2 반도체 스위치의 사양 또는 상기 커패시터의 사양에 대응하는 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 상기 제2 반도체 스위치를 제어하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 동작 모드가 상기 커패시터에 대한 프리차징의 완료 후 상기 부하에 전력을 전달하는 노말 모드로 변경된 경우, 상기 제1 릴레이 어셈블리부는 상기 제1 릴레이를 턴온시키거나 상기 제1 릴레이의 턴온 상태를 유지하면서 상기 제1 반도체 스위치를 턴오프시키도록 구성되고, 상기 제2 릴레이 어셈블리부는 상기 제2 릴레이를 턴온시킨 후 상기 제2 반도체 스위치를 턴오프시키도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 동작 모드가 상기 노말 모드에서 상기 부하에 전달되는 전력을 차단하는 차단 모드로 변경된 경우, 상기 제1 릴레이 어셈블리부는 상기 제1 반도체 스위치를 턴온시킨 후 턴온된 상기 제1 릴레이를 턴오프시키도록 구성되고, 상기 제2 릴레이 어셈블리부는 상기 제2 반도체 스위치를 턴온시키고 턴온된 상기 제2 릴레이를 턴호프시킨 후 다시 상기 제2 반도체 스위치를 턴오프시키도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 반도체 스위치 또는 상기 제2 반도체 스위치는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성된다.

본 발명에 따르면, 별도의 프리차지용 전력 라인을 구성하지 않고 하나의 전력 라인을 이용하여 커패시터에 대한 프리차징과 상기 커패시터와 병렬로 연결된 부하에 대한 전력 공급을 모두 수행함으로써, 고전압 배터리 전력을 부하에 전달하는 전기 회로의 구성을 간소화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 시간에 따라 지수함수 형태로 증가하는 전류 프로파일 정보를 미리 저장하고 상기 전류 프로파일 정보에 따라 반도체 스위치를 제어하여 커패시터를 프리차징함으로써, 커패시터 프리차징 동작의 정확성과 신뢰성을 개선하고, 반도체 스위치와 커패시터의 손상을 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 BMS 제어 신호에 따른 프리차징 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 동작 모드별 릴레이 및 반도체 스위치 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 프리차징 전류 프로파일을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)는 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등과 같이 고전압 배터리를 사용하는 환경에 적용되어 고전압 배터리(2)와 고전압 부하(10) 사이를 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성된다. 이러한 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)는 제1 릴레이 어셈블리부(110), 제2 릴레이 어셈블리부(120) 및 전류 프로파일 제어부(130)를 포함할 수 있다.

제1 릴레이 어셈블리부(110)는, 고전압 배터리(2)의 제1 단자(2a)와 고전압 부하(10)의 제1 단자(6a)를 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성된다. 예컨대, 제1 릴레이 어셈블리부(110)는, 고전압 배터리(2)의 마이너스 단자와 전기 모터를 제어하는 인버터의 마이너스 단자를 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제1 릴레이 어셈블리부(110)는 제1 릴레이(relay)(112) 및 제1 반도체 스위치(114)를 포함할 수 있다.

이 경우, 제1 릴레이(112)는 배터리(2)의 제1 단자(2a)와 고전압 부하(10)의 제1 단자(6a)를 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성된다. 제1 반도체 스위치(114)는 상기 제1 릴레이(112)의 양 단에 병렬로 연결되도록 구성된다. 이 경우, 제1 반도체 스위치(114)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 트랜지스터(transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 제1 반도체 스위치(114)는 IGBT로 구성될 수 있다. 트랜지스터는 가격이 저렴한 대신 회로구성이 복잡하고 동작속도가 느린 단점이 있고, MOSFET는 저전력이고 속도가 빠른 대신 비싼 단점이 있는 반면, IGBT는 양자의 장점을 가지면서 전력 전달에 적합하기 때문이다.

제2 릴레이 어셈블리부(120)는, 고전압 배터리(2)의 제2 단자(2b)와 고전압 부하(10)의 제2 단자(6b)를 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성된다. 예컨대, 제2 릴레이 어셈블리부(120)는, 고전압 배터리(2)의 플러스 단자와, 전기 모터를 제어하는 인버터의 플러스 단자를 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제2 릴레이 어셈블리부(120)는 제2 릴레이(122) 및 제2 반도체 스위치(124)를 포함하며, 실시예에 따라 션트 저항(126) 및 전류 센서(128) 등을 더 포함할 수 있다.

이 경우, 제2 릴레이(122)는 배터리(2)의 제2 단자(2b)와 부하(10)의 제2 단자(6b)를 전기적으로 연결하거나 차단하도록 구성된다. 제2 반도체 스위치(124)는 상기 제2 릴레이(122)의 양 단에 병렬로 연결되도록 구성된다. 이 경우, 제2 반도체 스위치(124)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 트랜지스터(transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 제2 반도체 스위치(124)는 IGBT로 구성될 수 있다. 트랜지스터는 가격이 저렴한 대신 회로구성이 복잡하고 동작속도가 느린 단점이 있고, MOSFET는 저전력이고 속도가 빠른 대신 비싼 단점이 있는 반면, IGBT는 양자의 장점을 가지면서 전력 전달에 적합하기 때문이다.

전류 프로파일 제어부(130)는, 프리차징 전류 프로파일 정보를 저장하며, 상기 제1 릴레이 어셈블리부(110)의 제1 릴레이(112) 또는 제1 반도체 스위치(114)가 턴온되고 상기 제2 릴레이 어셈블리부(120)의 제2 릴레이(122)가 턴오프된 상태에서 저장된 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 제2 반도체 스위치(124)의 스위칭 동작을 제어함으로써, 고전압 부하(10)의 양 단자에 병렬로 연결된 커패시터(8)를 프리차징(precharging)하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 제2 릴레이 어셈블리부(120)는, 제2 반도체 스위치(124)와 고전압 부하(10)의 제2 단자(6b) 사이에 전달되는 전류(Io)를 센싱하는 전류 센서(128)를 더 포함할 수 있다. 이러한 전류 센서(128)는 션트 저항(126)에 흐르는 전류를 센싱하도록 구성될 수도 있다.

이 경우, 전류 프로파일 제어부(130)는, 전류 센서(128)에 의해 센싱되는 전류의 크기가 상기 프리차징 전류 프로파일 정보에 대응하도록 제2 반도체 스위치(124)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 전류 프로파일 제어부(130)는 전류 센서(128)에 의해 센싱되는 전류의 크기를 모니터링하며 제2 반도체 스위치(124)의 스위칭 동작을 제어하여 제2 반도체 스위치(124)를 통해 흐르는 구형파 전류의 듀티비(duty ratio)를 변경함으로써 커패시터(8)에 전달되는 전류량을 조절할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 전류 프로파일 제어부(130)는, 시간에 따라 지수함수(exponential function) 형태로 증가하는 프리차징 전류 프로파일 정보를 저장하고, 저장된 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 커패시터(8)에 전달되는 전류가 지수함수 형태로 증가하도록 제2 반도체 스위치(124)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 또한, 전류 프로파일 제어부(130)는, 시간에 따라 지수함수 형태로 증가하는 다수의 프리차징 전류 프로파일 정보들을 저장하고, 저장된 프리차징 전류 프로파일 정보들 중 제2 반도체 스위치(124)의 사양 또는 상기 커패시터(8)의 사양에 대응하는 프리차징 전류 프로파일 정보를 선택하고, 선택된 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 제2 반도체 스위치(124)를 제어하도록 구성될 수도 있다.

한편, 배터리(2) 동작을 관리하는 BMS(Battery Management System)(4)의 제어 신호 등에 따라, 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)의 동작 모드가 커패시터(8)에 대한 프리차징의 완료 후 상기 부하에 전력을 전달하는 노말 모드로 변경된 경우, 제1 릴레이 어셈블리부(110)는 제1 릴레이(112)를 턴온시키거나 상기 제1 릴레이(112)의 턴온 상태를 유지하면서 제1 반도체 스위치(114)를 턴오프시키도록 구성되고, 제2 릴레이 어셈블리부(120)는 제2 릴레이(122)를 턴온시킨 후, 제2 반도체 스위치(124)를 턴오프시키도록 구성될 수 있다.

또한, 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)의 동작 모드가 상기 노말 모드에서 상기 부하에 전달되는 전력을 차단하는 차단 모드로 변경된 경우, 제1 릴레이 어셈블리부(110)는 상기 제1 반도체 스위치(114)를 턴온시킨 후 턴온되어 있는 상기 제1 릴레이(112)를 턴오프시키도록 구성되고, 제2 릴레이 어셈블리부(120)는 상기 제2 반도체 스위치(124)를 턴온시키고 턴온되어 있는 상기 제2 릴레이(122)를 턴오프시킨 후 다시 상기 제2 반도체 스위치(124)를 턴오프시키도록 구성될 수 있다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 BMS 제어 신호에 따른 프리차징 동작 타이밍이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전기/하이브리드 자동차 등에서 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)는 자동차 시동 시 BMS(4)로부터 제1 단자(마이너스 단자) 제어 신호를 입력받아 배터리(2)의 제1 단자(2a)와 인버터의 제1 단자(6a) 사이에 연결된 제1 릴레이(112)를 연결한 후, BMS(4)로부터 프리차징 제어(Precharging Control) 신호가 입력되면 배터리(2)의 제2 단자(2b)와 인버터의 제2 단자(6b) 사이에 연결된 제2 반도체 스위치(124)를 턴온시킨다(tb). 이때, 커패시터(8)를 일정하게 충전하기 위해 배터리(2)의 제2 단자(2b)와 인버터의 제2 단자(6b) 라인에 연결된 전류 센서(128)의 센싱값과, 반도체 스위치(124)와 커패시터(8)의 반영하여 정의된 프리차징 전류 프로파일을 비교하여, 센싱된 전류가 프리차징 전류 프로파일의 기준치 이하이면 제2 반도체 스위치(124)를 정상 구동시키고, 기준치 이상이면 제2 반도체 스위치(124)를 차단함으로써 출력 전류량을 조절하여 프로파일에 정의된 지수함수 형태의 프리차징 전류를 공급할 수 있다. 프리차징 완료 후 BMS(4)로부터 제2 단자 제어 신호가 입력되면, 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)는 제2 릴레이(122)를 턴온시킨 후 제2 반도체 스위치(124)를 턴오프시킨다(td). 아울러 상술한 전체 동작들(ta~td)은 약 200ms 이내에 수행될 수 있다. 또한, 전류 프로파일 제어부(130)는 정상 구동 상태에서 소모되는 전류량 등을 지속적으로 확인하여 이상 유무(정상 구동 전류 기준치 이상 또는 이하)를 판단하고 이상 발생 또는 시동 Off로 변경된 경우, 제1 릴레이 어셈블리부(110)는 제1 반도체 스위치(114)를 턴온시킨 후 턴온되어 있던 제1 릴레이(112)를 턴오프시킨 후 다시 제1 반도체 스위치를 턴오프 시킨다. 제2 릴레이 어셈블리부(120)는 제2 반도체 스위치(124)를 턴온시키고 턴온되어 있던 제2 릴레이(112)를 턴오프 시킨 후 다시 제2 반도체 스위치(124)를 턴오프 시킨다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 동작 모드별 릴레이 및 반도체 스위치 상태를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)는 오프 모드(300)에서 동작이 개시되면 우선 제1 릴레이(112)를 턴온시켜 배터리(2)의 마이너스 단자와 인버터의 마이너스 단자를 연결한다(310).

그 다음, 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)의 전류 프로파일 제어부(130)는 프라차징 모드에서 상술한 바와 같이 저장된 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 제2 반도체 스위치(124)의 스위칭 동작을 제어하여 지수함수 형태로 증가되는 전류를 커패시터(8)에 전달한다(320, 330).

그 다음, 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)의 동작 모드가 커패시터(8)에 대한 프리차징의 완료 후 상기 부하에 전력을 전달하는 노말 모드로 변경된 경우, 제1 릴레이 어셈블리부(110)는 제1 릴레이(112)의 턴온 상태와 제1 반도체 스위치(114)의 턴오프 상태를 유지시키고, 제2 릴레이 어셈블리부(120)는 제2 릴레이(122)를 턴온시킨 후, 제2 반도체 스위치(124)를 턴오프시킨다(340).

그 다음, 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)의 동작 모드가 상기 노말 모드에서, 부하에 전달되는 전력을 차단하는 차단 모드로 변경된 경우, 제1 릴레이 어셈블리부(110)는 제1 반도체 스위치(114)를 턴온시킨 후 턴온되어 있던 제1 릴레이(112)를 턴오프시키고, 제2 릴레이 어셈블리부(120)는 제2 반도체 스위치(124)를 턴온시키고 턴온되어 있던 제2 릴레이(122)를 턴오프시킨 후 다시 제2 반도체 스위치(124)를 턴오프시킨다(S350, 360, 370).

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 프리차징 전류 프로파일을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 고전압 배터리 전력 스위칭 장치(100)의 전류 프로파일 제어부(130)는 제2 반도체 스위치(124)의 스위칭 동작을 제어하여, 커패시터(8)에 전달되는 프리차징 전류(Ic)를 시간에 따라 지수함수 형태로 증가시킬 수 있다.

즉, 제2 반도체 스위치(124)를 통과하는 전류량이 초기부터 급격히 증가하면 제2 반도체 스위치(124)의 발열과 손상을 초래하게 되기 때문에, 전류 프로파일 제어부(130)는 프리차징 동작 초기에 프리차징 전류(Ic)를 완만히 증가시키다가, 제2 반도체 스위치(124)가 손상되지 않는 시점 이후에는 프리차징 전류(Ic)를 급격히 증가시켜 일정 시간(예컨대, 0.2[s]) 이내에 커패시터(8)의 충전을 완료할 수 있다. 한편, 커패시터(8)의 충전 전압(Vc)은 프리차징 전류(Ic)에 의해 충전되는 전하량에 따라 증가하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 별도의 프리차지용 전력 라인을 구성하지 않고 하나의 전력 라인을 이용하여 커패시터에 대한 프리차징과, 상기 커패시터와 병렬로 연결된 부하에 대한 전력 공급을 모두 수행함으로써, 고전압 배터리 전력을 부하에 전달하는 전기 회로의 구성을 간소화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.

지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 고전압 배터리 전력 스위칭 장치 110 : 제1 릴레이 어셈블리
112 : 제1 릴레이 114 : 제1 반도체 스위치
120 : 제2 릴레이 어셈블리 122 : 제2 릴레이
124 : 제2 반도체 스위치 126 : 션트 저항
128 : 전류 센서 130 : 전류 프로파일 제어부

Claims

배터리에서 부하로 전달되는 전력을 스위칭하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치로서,
상기 배터리의 제1 단자와 상기 부하의 제1 단자를 전기적으로 연결하거나 차단하는 제1 릴레이, 및 상기 제1 릴레이와 병렬로 연결되는 제1 반도체 스위치를 포함하는 제1 릴레이 어셈블리부;
상기 배터리의 제2 단자와 상기 부하의 제2 단자를 전기적으로 연결하거나 차단하는 제2 릴레이, 및 상기 제2 릴레이와 병렬로 연결되는 제2 반도체 스위치를 포함하는 제2 릴레이 어셈블리부; 및
프리차징 전류 프로파일 정보를 저장하며, 프리차징 모드 시, 상기 제1 릴레이 또는 상기 제1 반도체 스위치가 턴온되고 상기 제2 릴레이가 턴오프된 상태에서 상기 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 상기 제2 반도체 스위치의 스위칭 동작을 제어함으로써, 상기 부하의 양 단자에 병렬로 연결된 커패시터에 인가되는 전류가 점차 증가하도록 프리차징하는 전류 프로파일 제어부를 포함하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 릴레이 어셈블리부는, 상기 제2 반도체 스위치와 상기 부하의 제2 단자 사이에 전달되는 전류를 센싱하는 전류 센서를 더 포함하고,
상기 전류 프로파일 제어부는, 상기 전류 센서에 의해 센싱되는 전류의 크기가 상기 프리차징 전류 프로파일 정보에 대응하도록 상기 제2 반도체 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 프로파일 제어부는, 시간에 따라 지수함수 형태로 증가하는 프리차징 전류 프로파일 정보를 저장하고, 저장된 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 상기 커패시터에 전달되는 전류가 지수함수 형태로 증가하도록 상기 제2 반도체 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 프로파일 제어부는, 시간에 따라 지수함수 형태로 증가하는 프리차징 전류 프로파일 정보들을 저장하고, 저장된 프리차징 전류 프로파일 정보들 중 상기 제2 반도체 스위치의 사양 또는 상기 커패시터의 사양에 대응하는 프리차징 전류 프로파일 정보에 따라 상기 제2 반도체 스위치를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 고전압 배터리 전력 스위칭 장치의 동작 모드가 상기 커패시터에 대한 프리차징의 완료 후 상기 부하에 전력을 전달하는 노말 모드로 변경된 경우, 상기 제1 릴레이 어셈블리부는 상기 제1 릴레이를 턴온시키거나 상기 제1 릴레이의 턴온 상태를 유지하면서 상기 제1 반도체 스위치를 턴오프시키도록 구성되고, 상기 제2 릴레이 어셈블리부는 상기 제2 릴레이를 턴온시킨 후 상기 제2 반도체 스위치를 턴오프시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치.
제5항에 있어서,
상기 고전압 배터리 전력 스위칭 장치 동작 모드가 상기 노말 모드에서 상기 부하에 전달되는 전력을 차단하는 차단 모드로 변경된 경우, 상기 제1 릴레이 어셈블리부는 상기 제1 반도체 스위치를 턴온시킨 후 턴온된 상기 제1 릴레이를 턴오프시키도록 구성되고, 상기 제2 릴레이 어셈블리부는 상기 제2 반도체 스위치를 턴온시키고 턴온된 상기 제2 릴레이를 턴호프시킨 후 다시 상기 제2 반도체 스위치를 턴오프시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 반도체 스위치 또는 상기 제2 반도체 스위치는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 배터리 전력 스위칭 장치.