KR20160121079A - 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치 - Google Patents

친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 OBC(On Board Charger) 출력단에 릴레이 및 OBC와 고전압배터리 사이에 릴레이의 고장검출을 위한 최적화된 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치에 관한 것으로, OBC-고전압배터리 릴레이의 입력단에 제1저항모듈을 연결 구성하고 제1저항모듈을 OBC 릴레이의 고장검출을 위한 전압센싱회로와 연결함으로써 하나의 전압센싱회로를 사용하여 OBC 릴레이와 OBC-고전압배터리 릴레이의 고장검출을 수행할 수 있도록 하는 최적화된 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치 {Apparatus for detecting fault of relay in PHEV}
본 발명은 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OBC(On Board Charger) 출력단에 릴레이 및 OBC와 고전압배터리 사이에 릴레이의 고장검출을 위한 최적화된 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치에 관한 것이다.
일반적으로 친환경차량(EV, PHEV)은 고전압배터리 충전을 위해 OBC(On Board Charger)를 사용한다. OBC는 고전압배터리와 바로 연결되어 있는 단품이기 때문에 안전성 확보를 위해 출력단에 DC릴레이를 사용하여 충전시에만 고전압배터리와 연결시키고, OBC 출력단의 DC릴레이 고장검출을 위해서 전압센싱회로가 사용된다.
EV(전기차)의 경우는 엔진을 사용하지 않기 때문에 엔진룸 내부에 OBC가 장착되므로 충돌조건을 고려하여도 OBC 출력단에 1개의 DC릴레이만 필요하다.
하지만 PHEV(플러그인하이브리드차)의 경우 엔진룸 내부에 엔진이 존재하기 때문에 OBC가 좌측 펜더에 위치하게 된다. 좌측 펜더의 경우 가벼운 충돌에도 OBC가 소손될 수 있고, 이로 인해 고전압배터리가 위험한 상황에 노출될 수 있기 때문에 OBC와 고전압배터리 사이에 한 개의 DC릴레이를 추가로 적용해서 사용하고 있다.
즉, EV의 경우 OBC 릴레이와 고전압배터리 릴레이를 적용하므로 총 2개의 릴레이가 존재하지만, PHEV의 경우는 OBC 릴레이, 고전압배터리 릴레이, OBC-고전압배터리 릴레이를 적용함에 의해 총 3개의 릴레이가 존재하게 된다.
PHEV에서 고전압배터리의 내부 릴레이는 배터리 측에서 고장검출을 진행하고, OBC 출력단에 릴레이와 OBC-고전압배터리 간에 릴레이는 OBC 측에서 고장검출을 진행해야 하므로, PHEV의 경우 EV에서보다 출력전압센싱회로가 하나 더 필요하게 된다(릴레이 개수만큼 고장검출진단을 위해 전압센싱회로가 필요하다).
PHEV의 경우 엔진이 존재하기 때문에 작은 사이즈의 OBC가 필요한데 고전압센싱회로가 추가된다면 원가 상승뿐 아니라 사이즈도 증가하게 되어 설계 품질이 낮아지게 된다.
첨부한 도 1은 종래 PHEV에 적용되는 OBC-고전압배터리 회로도이고, 도 2는 종래기술에 따른 PHEV의 다른 OBC-고전압배터리 회로도이다.
도 1을 보면, 종래 OBC-고전압배터리 회로에는 OBC 릴레이(5)와 OBC-고전압배터리 릴레이(4)의 고장검출을 위한 전압센싱을 위해 전압센싱회로(6)와 저항소자(7) 및 다이오드(8)를 적용하고 있다.
OBC(1)의 충전 작동 시 릴레이의 통전 순서는 고전압배터리 릴레이(3) -> OBC-고전압배터리 릴레이(4) -> OBC 릴레이(5)이고, OBC-고전압배터리 릴레이(4)의 고장검출을 위해 OBC 릴레이(5)에 저항소자(7)와 다이오드(8)가 연결된다.
종래 OBC-고전압배터리 회로는, OBC(1)의 경우 출력전압이 고전압이기 때문에, OBC 릴레이(5)에 고전압 다이오드(8)와 파워가 큰 저항소자(7)가 적용되어 원가 상승과 사이즈 증대가 발생한다.
그래서 최근에는 PHEV에서 OBC-고전압배터리 릴레이와 OBC 릴레이 사이에 전압센싱회로를 추가하는 기술이 검토되고 있다.
도 2에 보이듯, OBC-고전압배터리 릴레이(4)와 OBC 릴레이(5) 사이에 전압센싱회로(9)를 추가하는 경우, 도 1에서와 같이 파워가 큰 저항소자(7)와 고전압 다이오드(8)를 사용할 때보다 원가 절감이 가능하나, 사이즈 증대 문제는 여전히 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, OBC-고전압배터리 릴레이의 입력단에 제1저항모듈을 연결 구성하고 제1저항모듈을 OBC 릴레이의 고장검출을 위한 전압센싱회로와 연결함으로써 하나의 전압센싱회로를 사용하여 OBC 릴레이와 OBC-고전압배터리 릴레이의 고장검출을 수행할 수 있도록 하는 최적화된 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, OBC(On Board Charger)와 고전압배터리 사이에 구성된 OBC-고전압배터리 릴레이와, 상기 OBC-고전압배터리 릴레이와 OBC 사이에 구성된 OBC 릴레이의 고장검출을 위한 전압센싱장치에 있어서, 상기 OBC-고전압배터리 릴레이의 통전시 전압이 인가되는 제1저항모듈과 상기 OBC 릴레이의 통전시 전압이 인가되는 제2저항모듈을 구성하고, 상기 제1저항모듈 또는 제1저항모듈과 제2저항모듈의 합성저항에 인가되는 전압을 측정하기 위한 전압센싱회로를 구성한 것을 특징으로 하는 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1저항모듈은 OBC-고전압배터리 릴레이의 입력단에 연결 구성되고, 상기 제2저항모듈은 OBC 릴레이의 입력단에 연결 구성되며, 상기 전압센싱회로는 OBC-고전압배터리 릴레이의 온 동작 및 OBC 릴레이의 오프 동작시 제1저항모듈에 인가되는 전압을 측정한다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1저항모듈과 제2저항모듈은 병렬로 연결 구성되고, 상기 전압센싱회로는 OBC-고전압배터리 릴레이 및 OBC 릴레이의 온 동작시 병렬 연결된 제1저항모듈과 제2저항모듈에 인가되는 전압을 측정한다.
본 발명에 따른 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치는 단순히 저렴한 저항소자들을 추가 구성하고 기존의 OBC 릴레이용 전압센싱회로를 이용하여 OBC 릴레이 및 OBC-고전압배터리 릴레이의 고장검출을 위한 전압센싱을 수행할 수 있게 구성됨으로써 종래 대비 비용 및 사이즈 측면에서 최적화된 구조를 가지며 종래 대비 OBC-고전압배터리 릴레이의 고장검출을 위해 추가되는 구성에 의한 원가 상승을 최소화하고 사이즈 증대를 방지할 수 있다.
도 1은 종래 PHEV에 적용되는 OBC-고전압배터리 회로도
도 2는 종래기술에 따른 PHEV의 OBC-고전압배터리 회로도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경차량의 OBC-고전압배터리 회로도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치를 설명하기 위한 회로도
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 친환경차량에 탑재된 OBC(On Board Charger)와 고전압배터리의 회로도이고, 도 4는 도 3의 주요 구성을 나타낸 상세도이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치는 고전압배터리의 충전을 위해 사용되는 OBC(On Board Charger)(10)와 고전압배터리(20) 사이에 연결된 OBC-고전압배터리 릴레이(30) 및 상기 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 입력단(32)과 OBC(10)의 출력단(12)에 연결된 OBC 릴레이(40)의 고장검출을 위한 전압센싱을 위하여, 상기 각 릴레이(30,40)의 온(on) 동작시 전류가 흐르는 저항모듈의 전압을 센싱할 수 있게 구성된다.
도 4를 보면, 상기 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 입력단(32)과 OBC 릴레이(40)의 출력단(44) 사이에는 제1저항모듈(50)이 연결 구성되고, 상기 OBC 릴레이(40)의 입력단(42)과 OBC(10)의 출력단(12) 사이에는 제2저항모듈(60)이 연결 구성된다.
이때 상기 제1저항모듈(50)과 제2저항모듈(60)은 병렬로 연결되며, 일측단에 직렬로 연결된 제3저항모듈(70)을 사이에 두고 전압센싱회로(80)가 연결 구성된다.
즉, 제1저항모듈(50)은 일측단이 제3저항모듈(70)을 사이에 두고 전압센싱회로(80)와 연결되고, 타측단이 OBC 릴레이(40)의 출력단(44)과 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 입력단(32) 사이에 연결된다. 그리고, 제2저항모듈(60)은 일측단이 제3저항모듈(70)을 사이에 두고 전압센싱회로(80)와 연결되고, 타측단이 OBC(10)의 출력단(12)과 OBC 릴레이(40)의 입력단(42) 사이에 연결된다.
상기 전압센싱회로(80)는 OBC 릴레이(40) 및 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 온(on) 동작시 전류가 통전되는 제1저항모듈(50)과 제2저항모듈(60) 및 제3저항모듈(70)에 인가되는 전압을 측정할 수 있게 구성된다.
구체적으로, 상기 전압센싱회로(80)는 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 온(on) 동작시 전류가 인가되는 제1저항모듈(50)과 제3저항모듈(70)의 합성저항에 걸리는 전압을 측정하고, OBC 릴레이(40)의 온 동작시 전류가 인가되는 제1 내지 제3저항모듈(50,60,70)의 합성저항에 인가되는 전압을 측정한다.
다시 말해, 전압센싱회로(80)는 고전압배터리 릴레이(24)와 OBC-고전압배터리 릴레이(30)가 온(on) 상태이고 OBC 릴레이(40)가 오프(off) 상태이면 제1저항모듈(50)과 제3저항모듈(70)에 인가되는 전압을 측정하고, 고전압배터리 릴레이(24)와 OBC-고전압배터리 릴레이(30) 및 OBC 릴레이(40)가 모두 온(on) 동작시 제1 내지 제3저항모듈(50,60,70)에 인가되는 전압을 측정한다.
여기서, 상기 고전압배터리 릴레이(24)는 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 출력단(34)과 고전압배터리(20) 사이에 연결 구성된다.
통상적으로 고전압배터리(20)의 충전을 위한 OBC(10)의 작동시 고전압배터리 릴레이(24) -> OBC-고전압배터리 릴레이(30) -> OBC 릴레이(40) 순으로 통전이 이루어진다. 따라서 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 온 동작시에는 고전압배터리 릴레이(24)의 온 동작이 수반되고, OBC 릴레이(40)의 온 동작시에는 고전압배터리 릴레이(24) 및 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 온 동작이 수반된다.
이렇게 상기 각 릴레이(24,30,40)의 온(on) 동작시 해당 저항모듈에 인가되는 전압을 센싱한 전압 정보는, 도면으로 나타내지는 않았으나 전압센싱회로(80)와 연결된 제어보드(미도시)의 마이컴에 전송되며, 상기 마이컴은 전송받은 전압 정보를 기반으로 각 릴레이(30,40)의 고장 여부를 검출한다.
그리고, 상기 제1저항모듈(50)과 제2저항모듈(60)은 비용 절감 및 사이즈 증대 방지를 위하여 각각 복수 개의 저항소자(52,62)를 직렬 연결하여 구성된다.
일반적으로 파워가 큰 단일의 저항소자를 사용하는 경우 상대적으로 파워가 작은 복수 개의 저항소자를 사용하는 경우보다 사이즈 증대 및 비용 증가를 초래한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치는, OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 입력단(32)에 별도의 전압센싱회로를 추가 구성하여 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 고장검출을 위한 전압센싱 기능을 수행하는 것이 아니라, OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 입력단(32)에 저항소자(52)만을 추가 구성하고 기존의 OBC 릴레이용 전압센싱회로를 이용하여 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 고장검출을 위한 전압센싱 기능을 수행하는 것이다.
즉, 본 발명의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치는, OBC-고전압배터리 릴레이(30)까지만 온(on) 되면 제1저항모듈(50)(구체적으로는, 제1저항모듈(50)과 제3저항모듈(70))을 통해 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱이 진행되고, OBC 릴레이(40)까지 온(on) 되면 제1저항모듈(50)과 제2저항모듈(60)(구체적으로는, 제1 내지 제3저항모듈(50,60,70))의 병렬합성저항을 통해 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱이 진행된다.
예를 들어, 제1저항모듈(50)을 구성하는 저항소자(52)들의 직렬합성저항값이 500㏀이고, 제2저항모듈(60)을 구성하는 저항소자(62)들의 직렬합성저항값이 500㏀이라고 하면, 제1저항모듈과 제2저항모듈의 병렬합성저항값은 250㏀이다.
따라서, OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 온(on) 동작시 통전되는 제1저항모듈(50)과 제3저항모듈(70)의 합성저항값은 500㏀+a 이고, OBC 릴레이(40)의 온(on) 동작시 통전되는 제1 내지 제3저항모듈(50,60,70)의 합성저항값은 250㏀+a 이므로, 각각의 경우에 센싱 레벨이 달라져 전압센싱에 의해 각 릴레이(30,40)의 고장검출이 가능해진다. 여기서, 상기 a는 제3저항모듈의 저항값이다.
다시 말해, 각 릴레이(30,40)의 동작 여부에 따라 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 입력단(32)에 연결된 제1저항모듈(50)과 OBC 릴레이(40)의 입력단(42)에 연결된 제2저항모듈(60)에 따른 합성저항값에 의해, OBC-고전압배터리 릴레이(30)까지의 온 동작시와 OBC 릴레이(40)까지의 온 동작시 전압센싱회로(80)의 출력값이 달라지기 때문에 상기 출력값을 기반으로 두 릴레이(30,40)의 고장진단이 가능하게 된다.
기본적으로 2개 릴레이의 고장검출을 수행하기 위해서는 각 릴레이 입력단에 전압센싱회로가 필요하다. 그러나 2개의 전압센싱회로를 사용하는 경우 2배의 원가 상승이 발생하게 된다.
이에 본 발명에서는 기존의 OBC 릴레이의 고장검출을 위한 전압센싱회로(OBC 릴레이용 전압센싱회로)를 그대로 이용하되, OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 고장검출을 위해 그 입력단(32)에 별도의 전압센싱회로를 추가하는 것이 아니라, 단순히 복수 개의 저항소자(52)로 이루어진 제1저항모듈(50)을 추가하여 기존의 OBC 릴레이용 전압센싱회로와 연결시킴으로써 하나의 전압센싱회로(80)에 저항소자들이 직렬 및 병렬로 연결된 구조에 의해 각각의 릴레이(30,40)가 온 동작시 상기 전압센싱회로(80)가 센싱하는 전압값에 차이가 발생하므로 각 릴레이(30,40)의 고장검출이 가능하게 된다.
이러한 본 발명의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치는 OBC-고전압배터리 릴레이(30)의 고장검출을 위한 전압센싱을 위하여 별도의 전압센싱회로가 아닌 제1저항모듈(50)을 추가 구성함으로써 종래 대비 원가 절감을 극대화하는 동시에 그에 따른 사이즈 증대도 발생하지 않는다.
기존과 같이 2개의 전압센싱회로를 사용하는 경우(도 2 참조) 기존 회로기판(PCB)의 면적을 확장해야 하고 그에 따라 단품 하우징 및 차량 레이아웃의 변경을 초래하게 되지만, 본 발명의 경우 소형의 저항소자들로 이루어진 제1저항모듈(50)만 추가하면 되므로 회로기판(PCB)의 남은 조립(실장)공간을 활용할 수 있어 사이즈 증대 및 레이아웃의 변경이 발생하지 않는다.
통상적으로 릴레이의 고장진단은 크게 융착(short)과 융단(open)으로 구분할 수 있고, 상기와 같은 본 발명의 전압센싱장치를 적용하여 친환경차량의 주행조건과 충전조건에 따라 릴레이의 융착/융단 진단이 가능해진다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : OBC
12 : OBC의 출력단
20 : 고전압배터리
24 : 고전압배터리 릴레이
30 : OBC-고전압배터리 릴레이
32 : OBC-고전압배터리 릴레이의 입력단
34 : OBC-고전압배터리 릴레이의 출력단
40 : OBC 릴레이
42 : OBC 릴레이의 입력단
44 : OBC 릴레이의 출력단
50 : 제1저항모듈
60 : 제2저항모듈
70 : 제3저항모듈
80 : 전압센싱회로

Claims (4)

  1. OBC(On Board Charger)와 고전압배터리 사이에 구성된 OBC-고전압배터리 릴레이와, 상기 OBC-고전압배터리 릴레이와 OBC 사이에 구성된 OBC 릴레이의 고장검출을 위한 전압센싱장치에 있어서,
    상기 OBC-고전압배터리 릴레이의 통전시 전압이 인가되는 제1저항모듈과 상기 OBC 릴레이의 통전시 전압이 인가되는 제2저항모듈을 구성하고, 상기 제1저항모듈 또는 제1저항모듈과 제2저항모듈의 합성저항에 인가되는 전압을 측정하기 위한 전압센싱회로를 구성한 것을 특징으로 하는 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1저항모듈은 OBC-고전압배터리 릴레이의 입력단에 연결 구성되고, 상기 제2저항모듈은 OBC 릴레이의 입력단에 연결 구성되며, 상기 전압센싱회로는 OBC-고전압배터리 릴레이의 온 동작 및 OBC 릴레이의 오프 동작시 제1저항모듈에 인가되는 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제1저항모듈과 제2저항모듈은 병렬로 연결 구성되고, 상기 전압센싱회로는 OBC-고전압배터리 릴레이 및 OBC 릴레이의 온 동작시 병렬 연결된 제1저항모듈과 제2저항모듈에 인가되는 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1저항모듈은 원가 절감을 위하여 각각 복수 개의 저항소자를 연결하여 구성된 것을 특징으로 하는 친환경차량의 릴레이 고장검출을 위한 전압센싱장치.

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