KR20130079843A - 포토커플러를 활용한 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치 및 이를 구비한 하이브리드 차량 - Google Patents

포토커플러를 활용한 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치 및 이를 구비한 하이브리드 차량 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치는, 배터리를 사용하는 회로에 전원을 인가하도록 형성되는 릴레이부 및 각 전극에 대한 상기 릴레이부의 접점 융착 여부를 확인하도록, 제1 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제1 라인과 제2 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제2 라인을 구비하는 융착 확인 회로부를 포함함으로써, 릴레이 융착 여부를 용이하게 확인할 수 있다.

Description

포토커플러를 활용한 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치 및 이를 구비한 하이브리드 차량{CHECKING DEVICE OF HIGH VOLTAGE CONTACT FUSION USING PHOTO COUPLER AND HYBRID ELECTRIC VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명의 일실시예들은 릴레이 접점 융착 여부를 확인할 수 있는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치 및 이를 구비한 하이브리드 차량에 관한 것이다.
하이브리드 차량(HEV: Hybrid Electric Vehicle)은 엔진뿐만 아니라 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량을 말한다.
하이브리드 차량은 궁극적으로 연비 성능을 높여 고효율의 차량을 구현하고, 배기 성능을 개선하여 친환경 차량을 구현하는데 주된 목적이 있는 차량이다.
하이브리드 차량의 동력전달은 엔진, 모터, 자동변속기가 일축상에 직결되어 있고, 상기 엔진 및 모터 간에는 클러치가 배열되어 이루어질 수 있다.
그리고, 이들의 동작을 위한 구성으로서 하이브리드 배터리(즉, 고전압 배터리)가 인버터를 통해 상기 모터와 충방전 가능하게 연결되어 있다.
이와 같이, 하이브리드 차량에는 고전압배터리가 사용되는데, 이 하이브리드 배터리를 보호하기 위해, 보통 직렬로 연결되며 릴레이가 사용될 수 있다.
이러한 릴레이는 사용 중 접점부가 서로 융착되어 회로에 고전압이 흐를 수 있다.
따라서, 릴레이 접점 융착 여부를 확인할 수 있는 고전압 릴레이의 물리적인 융착을 확인할 수 있는 장치가 고려될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 보다 향상된 구조를 갖으며, 릴레이 접점 융착 여부를 확인할 수 있는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치는, 배터리를 사용하는 회로에 전원을 인가하도록 형성되는 릴레이부 및 각 전극에 대한 상기 릴레이부의 접점 융착 여부를 확인하도록, 제1 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제1 라인과 제2 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제2 라인을 구비하는 융착 확인 회로부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 라인은 각각 포토커플러와 상기 포토커플러의 일단에 연결되는 LED를 포함하여 상기 LED의 점등 여부에 따라 상기 릴레이부의 각 전극에 대한 접점을 확인하도록 형성된다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 각 라인들은, 각 전극에서 릴레이, 인버터를 경유하여, 상기 포토커플러에 연결될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 각 라인들은, 상기 인버터로부터 상기 포토커플러로 연결되는 경로는 전압을 낮추도록 적어도 하나의 저항을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 각 라인들은, 상기 인버터로부터 상기 포토커플러로 연결되는 경로는 적어도 하나의 과도 전압 감쇄기를 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 배터리 및 LED의 점등 여부에 따라 상기 배터리에 연결되는 릴레이부의 각 전극에 대한 접점을 확인하도록 형성되는 릴레이 접점 융착 확인 장치를 포함하고, 상기 릴레이 접점 융착 확인 장치는, 상기 배터리를 사용하는 회로에 전원을 인가하도록 형성되는 릴레이부 및 각 전극에 대한 상기 릴레이부의 접점 융착 여부를 확인하도록, 제1 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제1 라인과 제2 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제2 라인을 구비하는 융착 확인 회로부 및 상기 제1 및 제2 라인에 각각 포토커플러와 상기 포토커플러의 일단에 연결되는 LED를 포함하는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치를 구비하는 하이브리드 차량을 개시한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 고전압 릴레이 융착 확인 장치는 기존의 고전압 릴레이 회로에 별도의 릴레이 융착 확인 LED 회로를 추가 적용함으로써 기존의 고전압 릴레이 성능에 영향을 주지 않으면서도 릴레이 융착 여부를 용이하게 확인할 수 있다.
또한, 고전압 릴레이 융착 확인 장치를 하이브리드 차량에 적용함으로써, 운용인원의 안전을 보장하고 고장 진단을 빠르게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예와 관련된 하이브리드 차량의 배터리를 보호하기 위한 회로도의 일 예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예와 관련된 고전압 릴레이 외형을 도시한 개념도.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 고전압 릴레이 융착과 관련하여 각 부분을 도시한 단면도들.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 릴레이 접점 융착 확인 장치 회로도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따르는 릴레이 접점 융착 확인 장치의 운용의 일 예를 도시한 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 포토커플러를 활용한 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치 및 이를 구비한 하이브리드 차량에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예와 관련된 하이브리드 차량의 배터리를 보호하기 위한 회로도의 일 예를 도시한 도면이다.
하이브리드 차량은 기존의 액체 연료(예를 들면, 가솔린, 경유 등을 들 수 있음)와 고전압 배터리인 하이브리드 배터리를 사용할 수 있다.
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 포함된다.
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.
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.
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), 그리고 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.
전원 배터리(190)는 릴레이 회로(180)에 전원을 공급하는 배터리로서 보통 직류 12 V 또는 24 V가 사용된다.
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 구성될 수 있다. 이 경우, 하나의 릴레이가 다른 하나의 릴레이 회로를 제어한다.
배터리 제어기(170: BMS, Battery Manage System)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 흘러가지 않도록 한다.
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.
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 있다.
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 Minute) 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.
이들 차량 제어기(150), 모터 제어기(160), 배터리 제어기(170) 등간의 통신은 CAN(Controller Area Network)통신 방식이 보통 이용되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 통신 방식도 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예와 관련된 고전압 릴레이 외형을 도시한 개념도이고, 도 3a 내지 도 3b는 도 1의 고전압 릴레이 융착과 관련하여 각 부분을 도시한 단면도들이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 릴레이 접점 융착 확인 장치 회로도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따르는 릴레이 접점 융착 확인 장치의 운용의 일 예를 도시한 개념도이다.
고전압 배터리를 사용하는 회로에 전원을 인가하기 위해 스위치로 고전압 릴레이(210)를 사용하게 된다. 고전압 릴레이(210)는 릴레이 동작 +전원(214)과 릴레이 동작 -전원(213)에 24 V의 전원이 인가되면 릴레이 +단자(211)와 릴레이 -단자(212)가 접속되어 전기가 통하게 된다.
통상적으로 고전압을 인가할 때 한 번에 바로 고전압을 인가하지 않고 프리차지 저항을 이용하여 부드럽게 전압을 상승시킬 수 있는 안전장치를 구성하게 된다.
그 후, 시스템 배터리의 -극 릴레이(231)를 먼저 접속하고 이어서 +극 릴레이(221)를 접속하게 된다. 하지만 프리차지가 정상적으로 동작하지 않거나 고전압 회로 상에 잔류 전류가 남아 있는 상태에서는 고전압 릴레이의 접점이 서로 융착되어 붙게 된다.
융착된 경우, 도 3a 내지 도 3b에서 도시된 바와 같이 릴레이 하부 접점(215)과 릴레이 상부 접점(216)이 서로 붙게 되어 릴레이의 동작 전압을 해제하여도 단락이 되지 않기 때문에 회로에는 그대로 고전압이 흐르게 된다. 케이블을 해체하여 직접 양단을 테스터기로 확인해보기 전에는 물리적으로 붙어 있는 릴레이 접점 융착 여부를 알 수 없다.
본 발명의 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치는 운용 인원의 안전성을 보장하기 위하여 배터리의 +극과 -극에 고전압 릴레이의 융착을 확인하기 위하여 도 4와 같이 회로를 구성하여 +극 릴레이 융착 확인 LED(226)와 -극 릴레이 융착 확인 LED(236)의 점등 여부로 릴레이 융착 여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는, 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치는 릴레이부와 융착 확인 회로부를 포함한다. 융착 확인 회로부는 제1 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제1 라인(Line 1)과 제2 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제2 라인(Line 2)을 포함한다.
제1 및 제2 라인(Line 1, Line 2)은 각각 포토커플러(225, 235)와 상기 포토커플러의 일단에 연결되는 LED(226, 236)를 포함하여 상기 LED의 점등 여부에 따라 상기 릴레이부의 각 전극에 대한 접점을 확인하도록 형성된다.
포토커플러는 융착 시 발광부로부터 수광부로 일정량의 빛을 발산하며, 수광부는 발광부에서 발산되는 빛을 수렴한다. 포토커플러는 포토커플러로 입력되는 미세 전류를 감지하여 발광부가 빛을 발산하게 된다. 수광부는 빛을 수렴하게 되고, 결국 LED가 켜지게 된다.
그리고, 각 라인들은, 각 전극에서 릴레이(221, 231), 인버터를 경유하여, 상기 포토커플러(225, 235)에 연결되도록 형성된다. 또한, 각 라인들은, 상기 인버터로부터 상기 포토커플러로 연결되는 경로는 전압을 낮추도록 적어도 하나의 저항(223, 233)을 포함할 수 있다.
그리고, 각 라인들은, 상기 인버터로부터 상기 포토커플러로 연결되는 경로는 적어도 하나의 과도 전압 감쇄기(224, 234)를 포함할 수 있다.
여기서 기존 배터리 +극과 +극 릴레이(221), +극 인버터를 연결하는 제1 라인 및 배터리 -극과 -극 릴레이(231), -극 인버터를 연결하는 제2 라인은 도 4와 같이 +극 릴레이 융착 확인 LED 회로부 양단(241) 및 -극 릴레이 융착 확인 LED 회로부 양단(251)에서 서로 연결된다.
먼저 도 4를 보면 +극 릴레이(221)가 융착 될 경우, 배터리 +극에서 출발하는 +극 릴레이 융착 흐름선(240)을 따라서 고전압 저항(223)에 의해 고전압이 낮은 전압으로 다운되어 +극 포토커플러(225)를 통해 배터리 -극으로 이동한다.
이 때, 과도전압감쇄기(224)는 회로의 안정성을 보장하며, +극 포토커플러(225)가 활성화되면 전류가 흐르면서 +극 릴레이 융착 확인 LED(226)가 점등되게 된다.
반대로 -극 릴레이(231)가 융착되면 배터리 +극에서 출발하는 -극 릴레이 융착 흐름선(250)을 따라서 고전압 저항(233)에 의해 고전압이 낮은 전압으로 다운되어 -극 포토커플러(235)를 통해 배터리 -극으로 이동한다.
이 때, 과도전압감쇄기(234)는 회로의 안정성을 보장하며, -극 포토커플러(235)가 활성화되면 전류가 흐르면서 -극 릴레이 융착 확인 LED(236)가 점등되게 된다. 릴레이가 융착될 경우, 도 5와 같이 LED가 점등되어 사용자가 융착 여부를 확인할 수 있다.
상기와 같이 설명된 포토커플러를 활용한 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치 및 이를 구비한 하이브리드 차량은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
210. 고전압 릴레이
211. 릴레이 +단자
212. 릴레이 -단자,
213. 릴레이 동작 -전원
214. 릴레이 동작 +전원
215. 릴레이 하부 접점
216. 릴레이 상부 접점
221. +극 릴레이
223. +극 고전압 저항
224. +극 과도전압감쇄기
225. +극 포토커플러
226. +극 릴레이 융착 확인 LED
231. -극 릴레이
233. -극 고전압 저항
234. -극 과도전압감쇄기
235. -극 포토커플러
236. -극 릴레이 융착 확인 LED
240. +극 릴레이 융착 흐름선
241. +극 릴레이 융착 확인 LED 회로부 양단
250. -극 릴레이 융착 흐름선
251. -극 릴레이 융착 확인 LED 회로부 양단

Claims (5)

  1. 배터리를 사용하는 회로에 전원을 인가하도록 형성되는 릴레이부; 및
    각 전극에 대한 상기 릴레이부의 접점 융착 여부를 확인하도록, 제1 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제1 라인과 제2 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제2 라인을 구비하는 융착 확인 회로부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 라인은 각각 포토커플러와 상기 포토커플러의 일단에 연결되는 LED를 포함하여 상기 LED의 점등 여부에 따라 상기 릴레이부의 각 전극에 대한 접점을 확인하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 라인들은,
    각 전극에서 릴레이, 인버터를 경유하여, 상기 포토커플러에 연결되는 것을 특징으로 하는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 라인들은,
    상기 인버터로부터 상기 포토커플러로 연결되는 경로는 전압을 낮추도록 적어도 하나의 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각 라인들은,
    상기 인버터로부터 상기 포토커플러로 연결되는 경로는 적어도 하나의 과도 전압 감쇄기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치.
  5. 배터리; 및
    LED의 점등 여부에 따라 상기 배터리에 연결되는 릴레이부의 각 전극에 대한 접점을 확인하도록 형성되는 릴레이 접점 융착 확인 장치를 포함하고,
    상기 릴레이 접점 융착 확인 장치는,
    상기 배터리를 사용하는 회로에 전원을 인가하도록 형성되는 릴레이부; 및
    각 전극에 대한 상기 릴레이부의 접점 융착 여부를 확인하도록, 제1 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제1 라인과 제2 전극의 접점 융착 여부를 확인하는 제2 라인을 구비하는 융착 확인 회로부; 및
    상기 제1 및 제2 라인에 각각 포토커플러와 상기 포토커플러의 일단에 연결되는 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는
    고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치를 구비하는 하이브리드 차량.
KR1020120000580A 2012-01-03 2012-01-03 포토커플러를 활용한 고전압 릴레이 접점 융착 확인 장치 및 이를 구비한 하이브리드 차량 KR101343530B1 (ko)

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