KR20110071837A - Hybrid protection circuit in hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 차량에서의 하이브리드 배터리(고전압 배터리와 혼용됨) 보호 회로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 하이브리드 배터리와 인버터 사이에 2개의 릴레이를 구성하되, 하나의 릴레이는 다른 릴레이의 전원을 제어하기 위해 사용함으로써 위험한 상태에서 하이브리드 배터리를 보호하기 위한 회로에 대한 것이다. The present invention relates to a hybrid battery (mixed with high voltage battery) protection circuit in a hybrid vehicle, and more particularly, to configure two relays between the hybrid battery and the inverter, one relay to control the power of the other relay To protect the hybrid battery from dangerous conditions.
하이브리드 차량(HEV: Hybrid Electric Vehicle)은 궁극적으로 연비 성능을 높여 고효율의 차량을 구현하고, 배기 성능을 개선하여 친환경 차량을 구현하는데 주된 목적이 있는 차량이다.Hybrid electric vehicle (HEV) is a vehicle whose main purpose is to realize a high-efficiency vehicle by ultimately improving fuel efficiency and to implement an eco-friendly vehicle by improving exhaust performance.
이들 차량에는 하이브리드 배터리(즉, 고전압 배터리)가 사용되는데, 이 하이브리드 배터리를 보호하기 위해, 보통 직렬로 연결되며 독립적으로 동작하는 2개의 릴레이를 사용한다. 즉, HCU(Hybrid Control Unit: 차량 제어기)가 하나의 릴레이(relay 1이라 하자)를 제어하고, BMS(Battery Management System: 배터리 제어기)가 나머지 하나의 릴레이(relay 2라 하자)를 제어한다. 따라서, HCU의 제어로직 이 현재 상황이 위험 상황이라 판단하면 HCU가 Relay1을 차단하고, BMS의 제어로직이 현재 상황이 위험 상황이라 판단하면 BMS가 relay 2를 차단한다. These vehicles use hybrid batteries (i.e. high voltage batteries). To protect this hybrid battery, two relays are usually used that are connected in series and operate independently. That is, a hybrid control unit (HCU) controls one relay (referred to relay 1), and a battery management system (BMS) controls the other relay (referred to relay 2). Therefore, if the control logic of the HCU determines that the current situation is a dangerous situation, the HCU blocks Relay1. If the control logic of the BMS determines that the current situation is a dangerous situation, the BMS blocks the relay 2.
그러나 이러한 종래 방식에 의하면, 모두 큰 전력이 이동하는 구간이므로 고전압/고전류 릴레이가 필요하게 된다. 따라서, 고전압/고전류 릴레이를 사용하게 되므로, 가격, 무게, 부피, 소모 전류 등이 수배로 증가하는 단점이 있다.However, according to this conventional method, since a large power is moved all, a high voltage / high current relay is required. Therefore, since a high voltage / high current relay is used, there is a disadvantage in that the cost, weight, volume, current consumption, and the like increase several times.
본 발명은 위에 기술된 종래 기술에 의한 단점을 해소하고자 제안된 것으로서, 차량 제어기(HCU) 및 배터리 제어기(BMS)가 각각 독립적인 제어 로직을 통해 하이브리드 배터리와 인버터간의 연결을 효율적으로 차단하여 하이브리드 배터리를 보호하기 위한 회로를 제공하는데 목적이 있다.The present invention is proposed to solve the disadvantages of the prior art described above, the vehicle controller (HCU) and the battery controller (BMS) is a hybrid battery by efficiently blocking the connection between the hybrid battery and the inverter through independent control logic, respectively The purpose is to provide a circuit for protecting the circuit.
또한, 릴레이에 소모되는 소모 전류, 부피, 무게 등을 감소시키는 회로를 제공하는데 다른 목적이 있다. In addition, another object is to provide a circuit for reducing the current consumption, volume, weight, etc. consumed in the relay.
또한, 릴레이만으로도 신뢰성이 향상된 회로가 구성되도록 하고, 가격을 절감시키는 회로를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, it is another object to provide a circuit that can be configured to improve the reliability of the relay alone, and to reduce the cost.
본 발명은 위에서 제기된 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해, 하이브리드 차량에서의 하이브리드 배터리 보호 회로를 제공한다. 이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 보호 회로에는, 하이브리드 배터리와, 하이브리드 배터리를 인버팅하는 인버터와, 인버터와 배터리 사이에 연결되어 배터리로부터 인버터로의 전 력을 차단하는 제 1 릴레이와, 제 1 릴레이의 전원을 제어하여 오픈 또는 클로즈시키는 제 2 릴레이와, 제 2 릴레이로의 전원을 온 또는 오프시키는 제 1 스위칭 수단과, 제 1 릴레이와 제 2 릴레이 사이에 놓이며, 제 1 릴레이로의 전원을 온 또는 오프시키는 제 2 스위칭 수단 등이 포함된다. The present invention provides a hybrid battery protection circuit in a hybrid vehicle to solve the problems of the prior art raised above. To this end, the battery protection circuit according to an embodiment of the present invention, the hybrid battery, an inverter for inverting the hybrid battery, and a first relay connected between the inverter and the battery to cut power from the battery to the inverter and A second relay for controlling the power of the first relay to open or close, a first switching means for turning the power to the second relay on or off, a first relay and a second relay, Second switching means or the like for turning the power of the furnace on or off is included.
이때, 제 1 릴레이는 A접점 릴레이로서 제 2 릴레이가 오픈되면 오픈되는 특징을 갖는다. In this case, the first relay is an A contact relay and has a characteristic of being opened when the second relay is opened.
이때, 제 2 릴레이는 B접점 릴레이로서 클로즈 상태에 있다가 제 1 스위칭 수단이 온되면 오픈되는 특징을 갖는다. At this time, the second relay is in a closed state as a B contact relay, and is opened when the first switching means is turned on.
이때, 제 2 릴레이는 저전압/저전류용 릴레이가 될 수 있다. In this case, the second relay may be a low voltage / low current relay.
이때, 제 1 스위칭 수단은 차량 제어기(HCU: Hybrid Control Unit)가 제어하고, 제 2 스위칭 수단은 배터리 제어기(BMS: Battery Management System)가 제어한다. In this case, the first switching means is controlled by a hybrid control unit (HCU), and the second switching means is controlled by a battery management system (BMS).
여기서, 제 2 스위칭 수단은 Thyristor, SSR(무접점 릴레이: Solid State Relay), MS(마그네틱 스위치), 및 트랜지스터 중 어느 하나 일 수 있다.Here, the second switching means may be any one of a thyristor, a solid state relay (SSR), a magnetic switch (MS), and a transistor.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 보호 회로에는 차량의 위험 상황을 감지하여 차량 제어기 또는 배터리 제어기에 통보하는 감지 수단이 더 구비될 수 있다. The battery protection circuit according to another embodiment of the present invention may further include a sensing means for detecting a dangerous situation of the vehicle and notifying the vehicle controller or the battery controller.
본 발명에 따르면, 하나의 릴레이를 다른 릴레이의 전원을 제어하도록 구성함으로써 접점이 붙어 있을 때 전류를 소비하지 않고도 효율적인 배터리 보호가 가 능하다.According to the present invention, by configuring one relay to control the power supply of the other relay, efficient battery protection is possible without consuming current when the contact is attached.
본 발명의 다른 효과로서는 하나의 릴레이가 저전압/저전류용 릴레이이므로 소모 전류, 부피, 무게 등을 감소시킬 수 있음을 들 수 있다. As another effect of the present invention, since one relay is a low voltage / low current relay, it is possible to reduce consumption current, volume, weight, and the like.
본 발명의 또 다른 효과로서는 하나의 릴레이는 대전력 릴레이로 구성하고, 이 대전력 릴레이의 전원을 제어하는 저전압/저전류용 릴레이를 사용함으로써 신뢰성이 향상되며, 가격이 절감되는 점을 들 수 있다. Another effect of the present invention is that one relay is composed of a large power relay, and the reliability is improved and the price is reduced by using a low voltage / low current relay that controls the power of the large power relay. .
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세하게 기술하기로 한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
하이브리드 차량(HEV: Hybrid Electric Vehicle) 또는 전기차는 궁극적으로 연비 성능을 높여 고효율의 차량을 구현하고, 배기 성능을 개선하여 친환경 차량을 구현하는데 주된 목적이 있는 차량을 말한다. 이중 하이브리드 차량의 구성을 보면 기존의 액체 연료(예를 들면, 가솔린, 경유 등을 들 수 있음)와 고전압 배터리인 하이브리드 배터리 둘 다를 사용하기 위한 구조이다. A hybrid electric vehicle (HEV) or an electric vehicle ultimately refers to a vehicle whose main purpose is to realize a high-efficiency vehicle by improving fuel efficiency and an eco-friendly vehicle by improving exhaust performance. The dual hybrid vehicle is designed to use both a conventional liquid fuel (for example, gasoline, diesel, etc.) and a hybrid battery, which is a high voltage battery.
이러한 하이브리드 차량의 구성을 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. 즉, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리를 보호하기 위한 회로도이다. 도 1을 참조하면, 이 회로도에는, 차량 주행용 구동원으로서 엔진(110) 및 모터(120), 엔진에서 모터로 구동원을 변환하기 위해 인버팅하는 인버터(130), 하이브리드 배터리인 고전압 배터리(140), 이 고전압 배터리를 보호하는 릴레이 회로(180) 등이 포함된 다. A diagram showing the configuration of such a hybrid vehicle is shown in FIG. 1 is a circuit diagram for protecting a battery according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the circuit diagram includes an
물론, 도면에서는 엔진(110)과 모터(120)가 직접 연결되어 있는 것으로 도시하였으나, 이는 본 발명의 일실시예에 대한 이해의 편의를 위해서 도시한 것으로 분리되어 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소를 설명하면 다음과 같다. Of course, in the drawings it is shown that the
EMS(100: Engine Management System)는 엔진(110)을 통합 관리하는 역할을 수행하는 것으로 엔진(110)의 작동상태를 감지하는 각종 센서들로부터 입력된 신호를 기초로 최적의 액체 연료량 분사와 점화시기 등을 제어해서 차량이 최적의 주행성능을 발휘할 수 있도록 한다. EMS (100: Engine Management System) is responsible for the integrated management of the
인버터(130: Inverter)는 모터를 구동하기 위하여 직류전원을 3상의 교류전원으로 변경하는 역할을 하며, 이 인버터는 대개 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 스위칭 소자(미도시)와 IGBT(Insulated Gate bipolar Transistor), 이 스위칭 소자에 신호를 주는 게이트 구동부(미도시)를 포함하고 있을 수 있다. 이는 본 발명의 일실시예에 대한 이해의 편의를 위한 것으로 고전압 배터리(140)로부터의 전원을 인버팅하여 모터(120)에 제공하는 것이라면 다른 구성도 이용가능하다.
고전압 배터리(140)는 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리 등의 하이브리드 배터리로서, 모터(120)에 전원을 공급하는 역할을 한다. 물론, 본 발명의 일실시예에서는 이해의 편의를 위해 배터리로만 표시하였으나, 직렬 또는 병렬로 배열된 배터리 셀로 구성되는 팩일 수 있으며, 여러 개의 서브 팩으로 구성하는 것도 가능하다. The
전원 배터리(190)는 릴레이 회로(180)에 전원을 공급하는 배터리로서 보통 직류 12V가 사용된다. The
릴레이 회로(180)는 고전압 배터리(140)와 인버터(130) 사이에 위치되어 고전압 배터리(140)를 보호하는 역할을 한다. 이를 위해 릴레이 회로(180)는 2개의 릴레이로 구성되며, 하나의 릴레이가 다른 하나의 릴레이 회로를 제어한다. 따라서, 정상시에는 하나의 릴레이는 클로즈되어 있고 다른 하나의 릴레이는 오픈되어 있다. 이 릴레이 회로(180)에 대한 구성이 도 2에 도시되며, 이에 대하여는 후술하기로 한다.The
배터리 제어기(170)는 고전압 배터리(140)를 관리하며, 릴레이 회로(180)를 제어하여 고전압 배터리(140)가 위험 상황에 있을 경우, 고전압 배터리(140)의 전원이 인버터(130)쪽으로 흘러 가지 않도록 한다. The
차량 제어기(150: Hybrid Control Unit)는 EMS(100), 배터리 제어기(170), 모터 제어기(160)와 제어 정보를 교환하여, 차량을 제어하는 역할을 한다. 즉, 차량 제어기(150)는 엔진(110)이 동작하는 경우에는 엔진(110)에 관한 제어 정보를 EMS(100)와 교환하여 엔진(110)을 제어한다. 이와 달리, 모터(120)가 동작하는 경우에는 모터(120), 고전압 배터리(140)에 관한 제어 정보를 모터 제어기(160), 배터리 제어기(170)와 교환한다. The
물론, 차량 제어기(150)도 릴레이 회로(180)를 제어하는 역할을 한다. 즉, 차량이 불안전한 상태에 놓이면, 고전압 배터리(140)와 인버터(130) 사이를 전기적으로 절연하는 기능을 한다. 물론, 이를 위해 스위칭 수단이 구비될 수 있는데, 이에 대하여는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다. Of course, the
모터 제어기(160)는 모터(120)를 제어하기 위해 차량 제어기(150) 및 배터리 제어기(170)와 제어 정보를 서로 교환한다. 또한, 모터(120)의 회전수를 제어하기 위해 모터(120)의 RPM(Revolutions Per Minuite) 정보를 모터(120)로부터 획득하며 이 정보는 모터(120)를 제어하는데 이용된다. 물론, 모터(120)는 3상의 교류 전원을 이용하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 일실시예는 이에 한정되지 않으며, 단상도 가능하다. The
차량 제어기(150)는 모터 제어기(160) 또한 이들의 제어수단으로서 서로 캔 통신에 의하여 통신 가능하게 연결되는 하이브리드 제어기(150: HCU(Hybrid Control Unit)), 모터 제어기(160: MCU(Motor Control Unit)), 배터리 제어기(170: BMS(Battery Management System)) 등을 포함하고 있다.The
이들 차량 제어기(150), 모터 제어기(160), 배터리 제어기(170) 등 간의 통신은 CAN(Controller Area Network) 통신 방식이 보통 이용되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 통신 방식도 사용될 수 있다. The communication between the
도 2는 도 1에 도시된 릴레이 회로를 구성하는 회로 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 릴레이 회로는 인버터(130)와 고전압 배터리(140) 사이에 놓여 고전압 배터리(140)의 전원을 온 또는 오프하는 릴레이1(200)와, 이 릴레이1(200)의 전원을 온 또는 오프하는 릴레이2(210) 등으로 구성된다.FIG. 2 is a circuit block diagram of the relay circuit shown in FIG. 1. Referring to FIG. 2, the relay circuit is placed between the
릴레이1(200)은 대전력 릴레이로서, A접점 릴레이가 사용된다. 즉 A접점 릴레이는 보통은 오픈된 상태에 있으나, 전원이 입력되면 접점(온)되어 전원을 흘려 보내게 된다. Relay 1 200 is a high-power relay, A contact relay is used. That is, contact A relay is normally in an open state, but when power is input, it is contacted (on) and sends power.
이와 달리, 릴레이2(210)는 저전압/저전류용 릴레이로서, B접점 릴레이가 사용된다. 즉, B접점 릴레이는 보통은 클로즈된 상태에 있으나, 전원이 입력되면 접점이 떨어진 상태(즉, 오프)가 되어 전원을 흘려 보내지 않게 된다. 물론, 이 릴레이2(210)의 제어는 배터리 제어기(170)를 통해 이루어진다. 따라서, 배터리 제어기(170)는 제 2 스위치(230)를 통해 릴레이2(210)를 온/오프한다. In contrast, the relay 2 210 is a low voltage / low current relay, and a B contact relay is used. That is, the B contact relay is normally in a closed state, but when the power is input, the contact is dropped (that is, off) so that the power is not sent. Of course, the control of the relay 2 (210) is made through the
여기서, 제 1 스위치(220, 230)는 Thyristor, SSR(무접점 릴레이: Solid State Relay), MS(마그네틱 스위치), 트랜지스터 등을 활용해 구성될 수 있다. Here, the
또한, 릴레이1(200)와 릴레이2(210) 사이에 제 1 스위치(220)가 구성되며, 이 스위치(220)를 통해 전원 배터리(190)로부터 릴레이1(200)로 유입되는 전원을 차단할 수 있다. 따라서, 위험시 차량 제어기(150)를 통해서도 고전압 배터리(140)를 안전하게 보호하는 것이 가능하다. In addition, the
그러면, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 배터리(140)를 보호하는 과정을 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리를 보호하기 위한 동작 과정을 보여주는 순서도이다. 1 to 2, a process of protecting the
정상적인 상태에서는 전원 배터리(190)로부터 릴레이2(210)로 전원이 공급되므로 릴레이2가 클로즈 상태에 있어 릴레이1(200)가 클로즈상태가 된다(단계 S300). 따라서, 고전압 배터리(140)로부터 전원이 인버터(130)쪽으로 흘러들어가게 된다. In the normal state, since power is supplied from the
이 상태에서 만일 차량 제어기(150) 또는 배터리 제어기(170)가 차량에 화재, 충돌과 같은 사고가 위험 상황이 발생하는지를 확인하게 된다(단계 S310). 물 론 이러한 위험 상황의 확인은 운전자가 직접 차량 제어기(150) 또는 배터리 제어기(170)에 할 수도 있고, 차량 제어기(150) 또는 배터리 제어기(170)에 센서 수단을 두어 센싱을 통하여 위험 상황 여부를 확인하게 하는 것도 가능하다. In this state, the
판단결과, 위험 상황이라면 배터리 제어기(170)가 제 2 스위치(230)를 오프하게 되므로, 릴레이2(210)에 전원 배터리(190)로부터 전원이 공급된다. 따라서, 릴레이2(210)는 B접점 회로가 되어 접점이 떨어져 오픈된다(단계 S320).As a result of determination, since the
릴레이2(210)가 오픈되면, 릴레이1(200)에 전원 배터리(190)로부터 전원이 공급되지 않아 릴레이1(200)은 오픈상태가 된다(단계 S330). When the relay 2 210 is opened, power is not supplied from the
릴레이1(200)이 오픈상태가 되면, 고전압 배터리(140)와 인버터(130)가 전기적으로 끊어져 배터리(140)가 보호된다(단계 S340). 예를 들면, 위험 상황의 발생으로 인해, 과전류나 과전압과 같은 이상 상태가 고전압 배터리(140)에 가해지는 것을 방지할 수 있다. When the relay 1 200 is opened, the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 수많은 변형예가 가능함을 당업자라면 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해져야 할 것이다. Although one preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, the scope of the present invention is not limited to these embodiments, it will be understood by those skilled in the art that numerous modifications are possible. Accordingly, the scope of the invention should be defined by the appended claims and equivalents thereof.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리를 보호하기 위한 회로도이다.1 is a circuit diagram for protecting a battery according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 릴레이 회로를 구성하는 회로 블럭도이다.FIG. 2 is a circuit block diagram of the relay circuit shown in FIG. 1.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리를 보호하기 위한 동작 과정을 보여주는 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating an operation process for protecting a battery according to an embodiment of the present invention.
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