KR20150089638A - 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 컨택터의 개폐 시 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하고, 산출된 컨택터 손상지수를 컨택터 기대수명지수와 비교하여 컨택터 손상지수가 컨택터 기대수명지수를 초과하는 경우, 사용자에게 컨택터의 수명 도달을 알리는 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법{Apparatus and method for judging if a life of contactor has reached}
본 발명은 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 컨택터의 개폐 시 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하고, 산출된 컨택터 손상지수를 컨택터 기대수명지수와 비교하여 컨택터 손상지수가 컨택터 기대수명지수를 초과하는 경우, 사용자에게 컨택터의 수명 도달을 알리는 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지의 고갈과 화석 에너지의 사용으로 인한 환경오염으로 화석 에너지를 사용하지 않고 배터리를 이용하여 구동할 수 있는 전기 제품에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력저장 장치 및 무정전 전원 장치 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히 전기차나 하이브리드 자동차에 사용되는 이차전지는 고출력, 대용량 이차전지로서, 이에 대한 많은 수요와 함께 이차전지와 관련된 주변 부품이나 장치에 대한 연구도 많이 이루어지고 있다. 복수의 전지 셀을 직렬 및 병렬로 연결하여 하나의 팩으로 만든 배터리팩, 배터리팩의 충방전을 제어하고 각각의 배터리 상태를 모니터하는 BMS(Battery Management System), 폭발과 같은 안전사고로부터 배터리를 보호하는 케이스, 배터리팩을 모터와 같은 부하와 연결하는 컨택터 등 다양한 부품과 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
특히, 컨택터는 배터리팩과 부하를 연결하고, 배터리팩에서 부하로 공급되는 전력의 공급여부를 제어하는 스위치로서 전기차 또는 하이브리드 자동차에서 널리 사용된다. 이에 대해 자세히 살펴보면, 전기차 또는 하이브리드 자동차의 경우, 자동차를 구동시키는 모터는 약 240V 내지 280V의 배터리 전압을 필요로 한다. 널리 사용되는 리튬이온 이차전지의 작동 전압은 약 3.7V 내지 4.2V로서, 고전압을 제공하기 위해 다수의 이차전지를 직렬로 연결하여 배터리팩을 구성한다. 따라서, 이러한 배터리팩과 모터를 연결하는 컨택터는 고출력의 전기 에너지가 상시 통전되는 부품으로서, 컨택터에 이상이 발생할 경우, 배터리의 전력으로 구동되는 전기차 또는 하이브리드 자동차의 주행에 문제가 발생할 수 있어, 전기차 또는 하이브리드 자동차에 승차한 인원의 생명과 직결되므로, 컨택터의 고장여부를 점검하거나 컨택터의 수명을 예측 하는 것이 매우 중요하다.
종래의 컨택터의 고장여부를 점검하는 기술에 대해 살펴보면, 한국공개특허 제 10-2013-0051228호는 전기자동차용 고전압 배터리팩의 메인 커넥터 점검 회로에 관한 것으로서, 메인 커넥터와 연결된 점검회로의 제너다이오드 양단에 배터리팩의 출력 전압이 걸림으로써 배터리팩의 출력 전압에 따라 전류가 통전 또는 차단되고 이에 따라, 제너다이오드와 연결된 발광다이오드의 상태가 온 상태 또는 오프 상태로 바뀜으로써 메인 커넥터의 고장여부를 알리는 것을 특징으로 한다.
하지만, 상술된 종래의 전기자동차용 고전압 배터리팩의 메인 커넥터 점검 회로를 살펴보면, 점검 회로에 흐르는 전류의 통전 또는 차단의 기준값인 제너다이오드의 항복 전압값은 초기 설정 이후 쉽게 변경할 수 없고, 고출력의 전기 에너지가 상시 통전되는 상황으로 인한 발열로 제너다이오드의 특성인 항복 전압값이 변경되는 문제점을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 상술된 종래의 전기자동차용 고전압 배터리팩의 메인 커넥터 점검 회로는 발광다이오드를 통해 메인 커넥터의 고장여부를 알릴 수 있지만, 메인 커넥터의 수명을 예측하여 메인 커넥터의 고장 이전에 메인 커넥터의 수명 도달을 알려 메인 커넥터를 교체하거나 메인 커넥터의 고장으로 발생할 수 있는 사고를 예방할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.
이에, 본 발명자는 상술된 종래의 전기자동차용 고전압 배터리팩의 메인 커넥터 검검 회로가 가지는 문제점을 해결하기 위해, 컨택터의 개폐 시 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하고, 산출된 컨택터 손상지수를 컨택터 기대수명지수와 비교하여 컨택터 손상지수가 컨택터 기대수명지수를 초과하는 경우, 사용자에게 컨택터의 수명 도달을 알리는 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법을 발명하기에 이르렀다.
한국공개특허 제 10-2013-0051228호
본 발명은 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 컨택터의 개폐 시 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하고, 산출된 컨택터 손상지수를 컨택터 기대수명지수와 비교하여 컨택터 손상지수가 컨택터 기대수명지수를 초과하는 경우, 사용자에게 컨택터의 수명 도달을 알리는 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 컨택터의 개폐가 감지될 때 마다 측정된 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하고, 산출된 컨택터 손상지수를 누적하여 합산한 결과값이 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 초과하는 경우, 컨택터의 고장 이전에 컨택터의 수명 도달을 사용자에게 알림으로써 컨택터의 교체 또는 컨택터의 고장으로 일어날 수 있는 사고를 방지할 수 있는 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
실시예들 중에서, 본 발명에 따른, 컨택터 수명 도달 판단 장치는 배터리와 부하의 연결을 통전 또는 차단시키는 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하는 손상지수 산출부; 상기 컨택터 손상지수와 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 비교하는 컨택터 지수 비교부; 및 상기 컨택터 지수 비교부를 통해 비교된 결과값에 따라, 상기 컨택터의 수명 도달 여부를 판단하는 컨택터 수명 도달 판단부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 컨택터 수명 도달 판단 장치는 상기 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 상기 손상지수 산출부로 전송하는 전류 측정부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 컨택터 수명 도달 판단 장치는 상기 컨택터의 개폐를 감지하고, 감지된 컨택터 개폐 신호를 상기 손상지수 산출부로 전송하는 컨택터 개폐 감지부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 손상지수 산출부는 상기 컨택터 개폐 감지부로부터 전송받은 상기 컨택터 개폐 신호 및 상기 전류 측정부로부터 전송받은 상기 전류값을 이용하여 상기 컨택터 손상지수를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨택터 손상지수는 하기 수학식에 의해 산출될 수 있다.
<수학식>
Figure pat00001
여기서, Dnew = 컨택터 손상지수,
Dold = 이전까지 산출된 컨택터 손상지수의 누적 값,
Icon = 컨택터의 개폐가 감지되었을 때 컨택터에 흐르는 전류의 전류값,
Gcon =
Figure pat00002
(여기서, x는 2차원 평면 좌표계에서 x축 좌표값, y는 2차원 평면 좌표계에서 상기 x축 좌표값에 y축 좌표값, 상기 2차원 평면 좌표계의 x축은 컨택터에 흐르는 전류의 전류 전류값, 상기 2차원 평면 좌표계의 y축은 컨택터의 기대개폐가능횟수),
Ocon = 상기 2차원 평면 좌표계에서 기울기가 상기 Gcon이고, 상기 x축 좌표값이 Icon에 해당하는 좌표를 지나는 직선의 y절편.
일 실시예에서, 상기 컨택터 수명 도달 판단부에서 판단된 결과값에 따라 알림 신호를 전송하는 컨택터 수명 도달 알림부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 컨택터 수명 도달 알림부는 상기 알림 신호에 따라 별도의 모니터에 상기 알림 신호를 표시(Display)할 수 있는 디스플레이부, 별도의 스피커에 상기 알림 신호를 출력할 수 있는 사운드부 및 별도의 진동모듈을 동작시킬 수 있는 진동부 중 하나 이상과 연결될 수 있다.
다른 실시예들 중에서, 본 발명에 따른, 컨택터 수명 도달 판단 방법은 (a) 손상지수 산출부가 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하는 단계; (b) 컨택터 지수 비교부가 상기 컨택터 손상지수와 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 비교하는 단계; 및 (c) 컨택터 수명 도달 판단부가 상기 컨택터 지수 비교부를 통해 비교된 결과값에 따라, 상기 컨택터의 수명 도달 여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (a)단계는 (a1) 전류 측정부가 상기 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 상기 손상지수 산출부로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (a)단계는 (a2) 컨택터 개폐 감지부가 상기 컨택터의 개폐를 감지하고, 감지된 컨택터 개폐 신호를 상기 손상지수 산출부로 전송하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (a)단계는 (a3) 상기 손상지수 산출부를 통해 상기 컨택터 개폐 감지부로부터 전송받은 상기 컨택터 개폐 신호 및 상기 전류 측정부로부터 전송받은 상기 전류값을 이용하여 상기 컨택터 손상지수를 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (a3) 단계는 상기 컨택터 손상지수를 하기 수학식에 의해 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
<수학식>
Figure pat00003
여기서, Dnew = 컨택터 손상지수,
Dold = 이전까지 산출된 컨택터 손상지수의 누적 값,
Icon = 컨택터의 개폐가 감지되었을 때 컨택터에 흐르는 전류의 전류값,
Gcon =
Figure pat00004
(여기서, x는 2차원 평면 좌표계에서 x축 좌표값, y는 2차원 평면 좌표계에서 상기 x축 좌표값에 y축 좌표값, 상기 2차원 평면 좌표계의 x축은 컨택터에 흐르는 전류의 전류 전류값, 상기 2차원 평면 좌표계의 y축은 컨택터의 기대개폐가능횟수),
Ocon = 상기 2차원 평면 좌표계에서 기울기가 상기 Gcon이고, 상기 x축 좌표값이 Icon에 해당하는 좌표를 지나는 직선의 y절편.
일 실시예에서, 컨택터 수명 도달 판단 방법은 (d) 컨택터 수명 도달 알림부가 상기 컨택터 수명 도달 판단부에서 판단된 결과값에 따라 알림 신호를 전송하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 컨택터 수명 도달 판단 방법은 (e) 상기 컨택터 수명 도달 알림부에 연결된 상기 알림 신호에 따라 별도의 모니터에 상기 알림 신호를 표시(Display)할 수 있는 디스플레이부, 별도의 스피커에 상기 알림 신호를 출력할 수 있는 사운드부 및 별도의 진동모듈을 동작시킬 수 있는 진동부 중 하나 이상이 상기 알림 신호를 수신하는 단계; 및 (f) 상기 알림 신호를 수신한 상기 디스플레이부, 상기 사운드부 및 상기 진동부가 사용자에게 컨택터의 수명 도달 여부를 알리는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법은 컨택터의 개폐 시 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 측정하여 측정된 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하고, 이전까지 산출된 컨택터 손상지수를 누적하여 합산한다. 그리고 누적 합산된 컨택터 손상지수가 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 초과하는 경우, 컨택터 수명 도달 판단 장치 및 방법은 신호를 별도의 화면에 표시(Display)하는 디스플레이부, 신호를 별도의 스피커로 출력하는 사운드부 및 별도의 진동모듈을 동작시키는 진동부를 통해 사용자에게 컨택터의 수명 도달을 알림으로써, 컨택터의 고장 이전에 컨택터의 교체를 유도하여 컨택터 고장으로 일어나는 사고를 예방할 수 있다.
도 1은 종래의 전기 자동차(1)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)의 회로를 도시한 회로도이다.
도 4는 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)의 일 실시예에 따른 동작 순서를 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)에서 이용되는 컨택터에 흐르는 전류에 따른 컨택터의 기대개폐가능횟수를 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 종래의 전기 자동차(1)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성될 수 있다.
또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 전지 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(10)를 형성할 수도 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
또한, BMS(20)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨택터 수명 도달 판단 장치(도 2 또는 도 3의 100)를 포함할 수 있다. BMS(20)는 이러한 컨택터 수명 도달 판단 장치(도 2 또는 도 3의 100)에 의해 컨택터(110)의 개폐를 제어할 수 있으며, 이러한 컨택터(110) 제어를 통해 배터리(10)와 모터(50) 간의 전류 안정성이 증가될 수 있다.
ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(Accelerator), 브레이크(Break) 및 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)의 회로도를 도시한 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)는 컨택터(110), 컨택터 개폐 감지부(120), 전류 측정부(130), 손상지수 산출부(140), 컨택터 지수 비교부(150), 컨택터 수명 도달 판단부(160), 컨택터 수명 도달 알림부(170), 디스플레이부(180), 사운드부(190) 및 진동부(200)를 포함하여 구성할 수 있다. 도 2 및 도3에 도시된 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
여기서, 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)는 부하(60) 및 배터리(70)와 연결될 수 있다. 부하(60)는 배터리(70)로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있는 장치로 스마트폰, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 및 카메라 등과 같은 휴대용 전자기기, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터 및 컨버터 등으로 구성될 수 있다.
배터리(70)는 부하(60)가 동작함에 있어서, 전기에너원으로 사용될 수 있고, 배터리(70)의 종류는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(70)는 상술된 도 1에 도시된 배터리(10)에 포함될 수 있으며, 배터리(70)는 기존의 공지된 기술을 사용하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
컨택터(110)는 배터리(70)에서 부하(60)로 공급되는 전력을 통전 또는 차단시키는 역할을 수행할 수 있으며, 제1 컨택터(111) 및 제2 컨택터(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 컨택터(111)는 배터리(70)의 플러스(+)극에 연결되고 제2 컨택터(112)는 배터리(70)의 마이너스(-)극에 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 컨택터(111) 및 제2 컨택터(112)의 상태가 오프 상태에서 온 상태로 변경되는 경우 배터리(70)에서 부하(60)로 전력이 공급될 수 있고, 반대로 제1 컨택터(111) 및 제2 컨택터(112)의 상태가 온 상태에서 오프 상태로 변경되는 경우 배터리(70)에서 부하(60)로 공급되는 전력이 차단될 수 있다.
컨택터 개폐 감지부(120)는 컨택터(110)와 연결되어 컨택터 단자의 접촉여부를 근거로하여 컨택터(110)의 개폐를 감지하는 역할을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제1 컨택터(111) 및 제2 컨택터(112)의 상태가 오프에서 온 상태로 변경되는 경우, 컨택터 개폐 감지부(120)는 컨택터 단자가 접촉되었다고 판단하고 컨택터(110) 단자의 접촉을 알리는 컨택터 개폐 신호를 후술되는 손상지수 산출부(140)로 전송할 수 있다.
반대로, 제1 컨택터(111) 및 제2 컨택터(112)의 상태가 온에서 오프 상태로 변경되는 경우, 컨택터 개폐 감지부(120)는 컨택터 단자가 접촉되지 않았다고 판단하고 컨택터 개폐 신호를 전송하지 않는다.
전류 측정부(130)는 제1 컨택터(111) 또는 제2 컨택터(112)와 직렬로 연결되어 제1 컨택터(111) 또는 제2 컨택터(112)를 통과하여 흐르는 전류의 전류값을 측정하는 역할을 수행할 수 있고 측정할 수 있다. 또한, 전류 측정부(130)를 통해 측정된 전류값은 후술되는 손상지수 산출부(140)로 전송될 수 있다.
이러한 역할을 수행하는 전류 측정부(130)는 변류기(Current transformer) 방식, 홀 소자(Hall element) 방식 및 퓨즈(Fuse) 방식 중 하나 이상에 해당하는 전류 센서(Current sensor)를 포함할 수 있다.
여기에서, 전류 센서라 함은 직류 전류에 흐르는 전류량을 측정하는 센서를 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 전류 측정부(130)는 내부 소자들을 과전류(예를 들어, 50A 이상에 해당하는 전류)로 인한 화재로부터 보호할 수 있는 안정기(예를 들어, 높은 저항값을 가지는 저항체 등)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 전류 측정부(130)가 상술한 역할을 수행하는 한, 전류 측정부(130)의 종류는 제한되지 않음을 유의한다.
손상지수 산출부(140)는 컨택터 개폐 감지부(120)에서 컨택터 단자의 접촉 여부를 근거로하여 컨택터 개폐 신호를 전송받을 수 있고, 컨택터 개폐 신호를 전송 받은 경우, 전류 측정부(130)를 통해 측정된 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하는 역할을 할 수 있다. 또한, 산출된 손상지수는 후술되는 컨택터 지수 비교부(150)로 전송될 수 있다.
여기서, 컨택터 손상지수는 컨택터 단자의 접촉 시 컨택터(110)에 흐르는 전류의 값에 따라 컨택터(110)가 받는 손상의 정도를 나타내는 값일 수 있다.
한편, 컨택터 손상지수는 하기의 수학식을 이용하여 산출될 수 있다.
<수학식>
Figure pat00005
여기서, Dnew 는 상기 수학식으로 산출되는 컨택터 손상지수이고, Dold는 이전까지 산출된 컨택터 손상지수를 누적하여 합산한 값이며 이전까지 산출된 컨택터 손상지수가 없는 경우, 초기값이 0으로 설정될 수 있다.
Icon는 컨택터(110)의 단자가 접촉되는 경우, 컨택터에 흐르는 전류의 전류값이다. 상기 수학식에서 Icon에는 절대값을 적용하는데, 이는 컨택터에 흐르는 전류의 방향에 관계없이 전류량만을 이용한다는 것을 의미한다. 컨택터 손상지수는 컨택터 자체에 흐르는 전류의 값만이 중요하고 전류의 방향은 의미가 없기 때문이다.
한편, 도 5를 참조하여 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)에서 이용되는 상기 수학식에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는 실험을 통하여 컨택터(110)의 단자가 접촉 되는 경우, 컨택터(110)에 흐르는 전류의 전류값에 따른 컨택터(110)의 기대개폐가능횟수를 수집하여 그래프로 도시한 도면이다.
또한, 도 5에서 x축은 컨택터에 흐르는 전류의 전류값, 상기 2차원 평면 좌표계의 y축은 컨택터의 기대개폐가능횟수이다.
여기서, 기대개폐가능횟수는 컨택터(110)의 가능한 개폐 반복횟수로 컨택터(110)의 종류 및 사양에 따라 상기 실험의 결과는 다를 수 있다.
한편, 상기 기대개폐가능횟수는 컨택터(110)의 개폐 시 흐르는 전류의 전류값의 구간에 따라 그 변화량이 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 것처럼, 컨택터(110)의 개폐 시 흐르는 전류의 전류값에 따른 기대개폐가능횟수의 변화량은 전류값이 2.5A 내지 40A인 구간과 50A 내지 60A인 구간이 상이함을 알 수 있다.상기 수학식에서, Gcon는
Figure pat00006
이고, x는 2차원 평면 좌표계에서 x축 좌표값, y는 2차원 평면 좌표계에서 상기 x축 축 좌표값에 대응하는 y축 좌표값이다. 따라서, Gcon는 x좌표값이 Icon에 해당하는 좌표에서의 기울기에 해당한다.
Ocon는 상기 2차원 평면 좌표계에서 기울기가 상기 Gcon이고, 상기 x축 좌표값이 Icon에 해당하는 좌표를 지나는 직선의 y절편이다.
이러한 수학식을 이용하여 손상지수 산출부(140)는 컨택터 개폐 감지부(120)로부터 컨택터 개폐신호를 전송받을 때마다 컨택터 손상지수를 산출하고, 이전까지 산출된 컨택터 손상지수를 적산함으로써, 컨택터 수명 도달 판단 장치(110)는 컨택터의 수명을 실시간으로 예측할 수 있다.
컨택터 지수 비교부(150)는 손상지수 산출부(140)로부터 전송받은 컨택터 손상지수와 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 비교하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 기 설정된 컨택터 기대수명지수는 컨택터(110)를 이용한 실험을 통해 수진된 데이터를 바탕으로 컨택터(110)의 예상되는 수명을 수치화한 것으로, 컨택터(110)의 종류 및 사양에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 기 설정된 컨택터 기대수명지수는 900,000일 수 있다.
또한, 컨택터 지수 비교부(150)는 손상지수 산출부(140)로부터 전송받은 컨택터 손상지수와 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 비교하고 비교된 결과값을 후술되는 컨택터 수명 도달 판단부(160)로 전송할 수 있다.
컨택터 수명 도달 판단부(160)는 컨택터 지수 비교부(150)로부터 비교 결과값을 전송받아 컨택터(110)의 수명 도달 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 컨택터 지수 비교부(150)로부터 전송받은 비교 결과값이 컨택터 기대수명지수를 초과하는 경우, 컨택터(110)의 수명이 한계 수명에 도달한 것으로 판단할 수 있고, 반대로, 컨택터 지수 비교부(150)로부터 전송받은 비교 결과값이 컨택터 기대수명지수 이하에 해당하는 경우, 컨택터(110)의 수명이 한계 수명에 도달하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
또한, 컨택터 수명 도달 판단부(160)에서 컨택터의 수명이 한계 수명에 도달한 것으로 판단할 경우, 후술되는 컨택터 수명 도달 알림부(170)로 제어신호를 전송할 수 있다.
컨택터 수명 도달 알림부(170)는 디스플에이부(180), 사운드부(190) 및 진동부(200)를 포함하여 구성될 수 있으며, 컨택터 수명 도달 판단부(160)의 알림 신호에 따라 디스플에이부(180), 사운드부(190) 및 진동부(200)를 동작시킬 수 있다.
디스플레이부(180)는 컨택터 수명 도달 알림부(170)로부터 전송받은 알림 신호를 모니터의 화면에 표시하거나, 전송받은 알림 신호에 맞춰 발광소자를 점멸시킴으로써 컨택터(110)의 수명 도달을 사용자에게 알릴 수 있다.
사운드부(190)는 컨택터 수명 도달 알림부(170)로부터 전송받은 알림 신호를 스피커와 같은 음향출력 장치를 통해 컨택터(110)의 수명 도달을 사용자에게 알릴 수 있다.
진동부(200)는 컨택터 수명 도달 알림부(170)로부터 전송받은 알림 신호를 전송받은 경우 진동을 출력하는 진동모듈을 제어하여 진동을 통해 컨택터(110)의 수명 도달을 사용자에게 알릴 수 있다.
한편, 상기에서 도 2, 도 3 및 도 5를 통해 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)에 대해 살펴 보았고, 후술되는 도 4를 통해 본 발명의 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)의 동작 상태를 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4는 컨택터 수명 도달 판단 장치(100)의 일 실시예에 따른 동작 순서를 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 컨택터 개폐 감지부(120)는 컨택터(110)의 단자가 접촉되는 경우, 컨택터 개폐 신호를 손상지수 산출부(140)에 전송하게 된다(S401).
전류 측정부(130)는 제1 컨택터(111) 또는 제2 컨택터(112)를 통과하여 흐르는 전류의 전류값을 측정하고 측정된 전류값을 손상지수 산출부(140)에 전송하게 된다(S402).
다음으로, 손상지수 산출부(140)는 전류 측정부(130)를 통해 측정된 전류값을 이용하여 하기의 수학식을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하고 이전까지 산출된 컨택터 손상지수를 누적하여 합산한 뒤 컨택터 지수 비교부(150)에 전송하게 된다(S403).
<수학식>
Figure pat00007
여기서, Dnew = 컨택터 손상지수,
Dold = 이전까지 산출된 컨택터 손상지수의 누적 값,
Icon = 컨택터의 개폐가 감지되었을 때 컨택터에 흐르는 전류의 전류값,
Gcon =
Figure pat00008
(여기서, x는 2차원 평면 좌표계에서 x축 좌표값, y는 2차원 평면 좌표계에서 상기 x축 좌표값에 y축 좌표값, 상기 2차원 평면 좌표계의 x축은 컨택터에 흐르는 전류의 전류 전류값, 상기 2차원 평면 좌표계의 y축은 컨택터의 기대개폐가능횟수),
Ocon = 상기 2차원 평면 좌표계에서 기울기가 상기 Gcon이고, 상기 x축 좌표값이 Icon에 해당하는 좌표를 지나는 직선의 y절편.
컨택터 지수 비교부(150)는 손상지수 산출부(140)를 통해 전송받은 컨택터 손상지수가 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 초과하는지 비교하여 비교 결과값를 컨택터 수명 도달 판단부(160)에 전송하게 된다(S404). 여기서, 상기 기 설정된 컨택터 기대수명지수는 컨택터(110)를 이용한 실험을 통해 수진된 데이터를 바탕으로 컨택터(110)의 예상되는 수명을 수치화한 것으로, 컨택터(110)의 종류 및 사양에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 기 설정된 컨택터 기대수명지수는 900,000일 수 있다.
컨택터 수명 도달 판단부(160)는 컨택터 지수 비교부(150)를 통해 전송받은 비교 결과값이 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 초과하는 경우, 컨택터(110)의 수명이 한계 수명에 도달한 것으로 판단하게 되고, 반대로, 컨택터 지수 비교부(150)로부터 전송받은 비교 결과값이 컨택터 기대수명지수 이하에 해당하는 경우, 컨택터(110)의 수명이 한계 수명에 도달하지 않은 것으로 판단하게 된다(S405).
만약, 컨택터(110)의 수명이 한계 수명에 도달한 것으로 판단하게 되는 경우, 컨택터 고장 알림부(170)는 디스플레이부(180), 사운드부(190) 및 진동부(200)에 알림 신호를 전송하게 된다(S406).
반대로, 컨택터(110)의 수명이 한계 수명에 도달하지 않은 것으로 판단 되는 경우, 전류 측정부(130)는 제1 컨택터(111) 또는 제2 컨택터(112)를 통과하여 흐르는 전류의 전류값을 측정하고 측정된 전류값을 손상지수 산출부(140)에 전송하게 된다(S401).
이어서, 디스플레이부(180), 사운드부(190) 및 진동부(200) 중 하나 이상은 컨택터 고장 알림부(170)로부터 알림 신호를 전송받게 되고, 알림 신호를 전송받은 디스플레이부(180), 사운드부(190) 및 진동부(200)는 각각 알림 신호를 표시할 수 있는 별도의 모니터, 알림 신호를 출력할 수 있는 별도의 스피커 및 알림 신호에 따라 진동하는 진동모듈을 통해 사용자에게 컨택터의 수명 도달 여부를 알리게 된다(S407).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 전기 자동차
10 : 배터리 20 : BMS
30 : ECU 40 : 인버터
50 : 모터
60 : 부하 70 : 배터리
100 : 컨택터 수명 도달 판단 장치
110 : 컨택터
111 : 제1 컨택터 112 : 제2 컨택터
120 : 컨택터 개폐 감지부
130 : 전류 측정부
140 : 손상지수 산출부
150 : 컨택터 지수 비교부
160 : 컨택터 수명 도달 판단부
170 : 컨택터 수명 도달 알림부
180 : 디스플레이부 190 : 사운드부
200 : 진동부

Claims (14)

  1. 배터리와 부하의 연결을 통전 또는 차단시키는 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하는 손상지수 산출부;
    상기 컨택터 손상지수와 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 비교하는 컨택터 지수 비교부; 및
    상기 컨택터 지수 비교부를 통해 비교된 결과값에 따라, 상기 컨택터의 수명 도달 여부를 판단하는 컨택터 수명 도달 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 상기 손상지수 산출부로 전송하는 전류 측정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨택터의 개폐를 감지하고, 감지된 컨택터 개폐 신호를 상기 손상지수 산출부로 전송하는 컨택터 개폐 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 손상지수 산출부는,
    상기 컨택터 개폐 감지부로부터 전송받은 상기 컨택터 개폐 신호 및 상기 전류 측정부로부터 전송받은 상기 전류값을 이용하여 상기 컨택터 손상지수를 산출하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨택터 손상지수는,
    하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 장치.
    <수학식>
    Figure pat00009

    여기서, Dnew = 컨택터 손상지수,
    Dold = 이전까지 산출된 컨택터 손상지수의 누적 값,
    Icon = 컨택터의 개폐가 감지되었을 때 컨택터에 흐르는 전류의,
    Gcon =
    Figure pat00010
    (여기서, x는 2차원 평면 좌표계에서 x축 좌표값, y는 2차원 평면 좌표계에서 상기 x축 좌표값에 y축 좌표값, 상기 2차원 평면 좌표계의 x축은 컨택터에 흐르는 전류의 전류 전류값, 상기 2차원 평면 좌표계의 y축은 컨택터의 기대개폐가능횟수),
    Ocon = 상기 2차원 평면 좌표계에서 기울기가 상기 Gcon이고, 상기 x축 좌표값이 Icon에 해당하는 좌표를 지나는 직선의 y절편.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨택터 수명 도달 판단부에서 판단된 결과값에 따라 알림 신호를 전송하는 컨택터 수명 도달 알림부;를 더 포함하는,
    컨택터 수명 도달 판단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨택터 수명 도달 알림부는,
    상기 알림 신호에 따라 별도의 모니터에 상기 알림 신호를 표시(Display)할 수 있는 디스플레이부, 별도의 스피커에 상기 알림 신호를 출력할 수 있는 사운드부 및 별도의 진동모듈을 동작시킬 수 있는 진동부 중 하나 이상과 연결되는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 장치.
  8. (a) 손상지수 산출부가 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 이용하여 컨택터 손상지수를 산출하는 단계;
    (b) 컨택터 지수 비교부가 상기 컨택터 손상지수와 기 설정된 컨택터 기대수명지수를 비교하는 단계; 및
    (c) 컨택터 수명 도달 판단부가 상기 컨택터 지수 비교부를 통해 비교된 결과값에 따라, 상기 컨택터의 수명 도달 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (a)단계는,(a1) 전류 측정부가 상기 컨택터에 흐르는 전류의 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 상기 손상지수 산출부로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    (a2) 컨택터 개폐 감지부가 상기 컨택터의 개폐를 감지하고, 감지된 컨택터 개폐 신호를 상기 손상지수 산출부로 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    (a3) 상기 손상지수 산출부를 통해 상기 컨택터 개폐 감지부로부터 전송받은 상기 컨택터 개폐 신호 및 상기 전류 측정부로부터 전송받은 상기 전류값을 이용하여 상기 컨택터 손상지수를 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (a3) 단계는,
    상기 컨택터 손상지수를 하기 수학식에 의해 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 방법.
    <수학식>
    Figure pat00011

    여기서, Dnew = 컨택터 손상지수,
    Dold = 이전까지 산출된 컨택터 손상지수의 누적 값,
    Icon = 컨택터의 개폐가 감지되었을 때 컨택터에 흐르는 전류의 전류값,
    Gcon =
    Figure pat00012
    (여기서, x는 2차원 평면 좌표계에서 x축 좌표값, y는 2차원 평면 좌표계에서 상기 x축 좌표값에 y축 좌표값, 상기 2차원 평면 좌표계의 x축은 컨택터에 흐르는 전류의 전류 전류값, 상기 2차원 평면 좌표계의 y축은 컨택터의 기대개폐가능횟수),
    Ocon = 상기 2차원 평면 좌표계에서 기울기가 상기 Gcon이고, 상기 x축 좌표값이 Icon에 해당하는 좌표를 지나는 직선의 y절편.
  13. 제8항에 있어서,
    (d) 컨택터 수명 도달 알림부가 상기 컨택터 수명 도달 판단부에서 판단된 결과값에 따라 알림 신호를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    컨택터 수명 도달 판단 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    (e) 상기 컨택터 수명 도달 알림부에 연결된 상기 알림 신호에 따라 별도의 모니터에 상기 알림 신호를 표시(Display)할 수 있는 디스플레이부, 별도의 스피커에 상기 알림 신호를 출력할 수 있는 사운드부 및 별도의 진동모듈을 동작시킬 수 있는 진동부 중 하나 이상이 상기 알림 신호를 수신하는 단계; 및
    (f) 상기 알림 신호를 수신한 상기 디스플레이부, 상기 사운드부 및 상기 진동부가 사용자에게 컨택터의 수명 도달 여부를 알리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,컨택터 수명 도달 판단 방법.
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