KR20180067102A - 상시 전원 공급을 위한 병렬 회로를 이용하여 배터리의 릴레이의 고장을 진단하는 장치 및 방법 - Google Patents

상시 전원 공급을 위한 병렬 회로를 이용하여 배터리의 릴레이의 고장을 진단하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량 측으로 상시 전원 공급이 요구되는 배터리를 상대로 병렬 회로를 이용하여 상시 전원 공급을 보장하면서 배터리의 릴레이의 고장을 진단하는 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 장치는, 릴레이부의 클로즈 상태 및 병렬부의 오픈 상태인 제 1상태에서 병렬부의 전압 및 전류가 0이면, 릴레이부의 클로즈 상태 및 병렬부의 클로즈 상태인 제 2상태로 제어하고, 제 2상태에서 병렬부의 전압이 0보다 크고 병렬부의 전류가 0이면, 릴레이부의 오픈 상태 및 병렬부의 클로즈 상태인 제 3상태로 제어하고, 제 3상태에서 병렬부의 전류가 0보다 크면 릴레이부의 스위치를 정상으로 판단하고, 병렬부의 전류가 0이면 릴레이부의 스위치를 고장으로 판단하는 제어부; 스위치의 클로즈 상태에서 전원의 공급을 위해 배터리의 전류가 흐르는 릴레이부; 및 전원의 공급을 중단한 오픈 상태의 릴레이부를 대신하여, 클로즈 상태에서 배터리의 전류를 인가하는 병렬부를 포함하여 구성된다.

Description

상시 전원 공급을 위한 병렬 회로를 이용하여 배터리의 릴레이의 고장을 진단하는 장치 및 방법{Apparatus for detecting relay fault of battery using parallel circuit for constant power suppy and method thereof}
본 발명은 릴레이의 고장 진단 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 전원 공급이 요구되는 배터리에 대해 병렬 회로를 통해 배터리의 전원을 중단없이 공급하면서 배터리의 릴레이의 고장을 진단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에 장착된 12V LISB 배터리의 안전성을 위해 릴레이가 존재한다. 12V LISB 배터리는 12V 납축 배터리 및 고전압 배터리와 차별화된다. 12V 납축 배터리와 같은 경우, 오랜 기간 사용이 되어 안전성이 보장되어 있으며 이에 위험을 방지하는 릴레이가 배터리 시스템 내에 없다. 12V LISB 배터리 같은 경우, 개발이 아직 미숙하여 위험성이 아직 상존하고 있으며 위험성을 차단하기 위하여 relay가 존재한다. 또한, 12V LISB 배터리는 저전압 배터리로서 차량에 장착된 이후로 ECU로 상시 전원을 공급하는 점에서 종래의 고전압 배터리와 차별화된다.
특히, 전기차의 경우, 12V LISB 배터리(이하 " 12V 배터리"로 표기함)는 차량 측으로 전원을 상시 공급해야만 한다. 예를 들어, 주행 중에 12V 배터리의 전원 공급이 끊기면, 차량의 주행이 중단되고, 핸들 조작 및 브레이크 조작 등의 전기적 동작이 중단되는 위험한 상황이 발생된다. 12V 배터리의 전원 공급이 끊어지면, 차량 내 ECU 시스템이 리셋되는 현상이 발생한다. 즉, ECU 시스템이 오프인 주차 상태에서라도 전원의 공급이 끊기면 ECU 시스템이 리셋되어 차량의 정보(예 : 카시트 위치 저장 정보, 라이도 주파수 정보, 주행 거리 정보 및 기타 사용자가 저장한 정보 등)가 삭제된다. 따라서, ECU의 리셋이나 릴레이의 오픈은 차량 정비, 12V 배터리의 폭발 방지 등과 같이 미리 의도된 상황에서만 발생되어야 한다. 즉, 배터리의 폭발과 같은 위험 상황이 감지될 경우는 릴레이의 오픈이 반드시 요구된다.
하지만, 12V 배터리는 오랜 시간(예 : 7년 이상) 사용할 목적으로 제작되었고, 오랜 시간 사용 시 12V 배터리의 릴레이는 거의 클로즈 상태로 유지되고, 릴레이가 오픈 상태로 제어될 기회가 거의 없기 때문에 릴레이의 open/close의 정상 동작 여부를 확인할 수 없다.
한국공개특허 2016-0103294(2016.09.01.)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 인식하에 창출된 것으로서, 릴레이 오픈시 병렬 회로를 통해 배터리의 전원을 인가하여 상시 전원 공급을 유지한 상태에서, 릴레이의 스위치의 오픈 및 클로즈의 동작을 제어하여 고장을 검출하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 차량으로 상시 전원 공급이 요구되는 배터리에 대해, 주차 상태를 감지하여 병렬 회로를 통해 배터리의 전원을 차량 측으로 인가한 상태에서 릴레이의 스위치의 고장을 검출하는데 있다.
일 측면에 따른, 배터리의 상시 전원 출력이 요구되는 릴레이의 고장을 진단하는 장치는, 릴레이부의 클로즈(close) 상태 및 병렬부의 오픈(open) 상태인 제 1상태로 제어하고, 제 1상태에서 상기 병렬부의 전압 및 전류가 0이면, 릴레이부의 클로즈 상태 및 병렬부의 클로즈 상태인 제 2상태로 제어하고, 제 2상태에서 상기 병렬부의 전압이 0보다 크고 상기 병렬부의 전류가 0이면, 릴레이부의 오픈 상태 및 병렬부의 클로즈 상태인 제 3상태로 제어하고, 제 3상태에서 상기 병렬부의 전류가 0보다 크면 릴레이부의 스위치를 정상으로 판단하고, 상기 병렬부의 전류가 0이면 릴레이부의 스위치를 고장으로 판단하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 의해 스위치를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭하고, 클로즈 상태에서 전원의 공급을 위해 배터리의 전류가 흐르는 릴레이부; 상기 제어부의 제어에 의해 스위치를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭하고, 상기 전원의 공급을 중단한 오픈 상태의 상기 릴레이부를 대신하여, 클로즈 상태에서 상기 배터리의 전류를 인가하는 병렬부; 상기 병렬부의 전압을 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 병렬부 전압 센싱부; 및 상기 병렬부의 전류를 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 병렬부 전류 센싱부를 포함한다.
상기 장치는, 배터리의 전류를 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 배터리 전류 센싱부를 더 포함하고, 상기 제어부는 제 1상태에서 입력받은 배터리의 전류가 설정된 전류 이하라고 판단하면, 상기 제 2상태로 제어할 것인지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 차량 배터리의 BMS(Battery Management System)장치로서, 상기 제어부는 입력받은 배터리의 전류가 설정된 전류 이하일 경우 차량이 주차 상태인 것으로 판단하고, 상기 제 2상태로 제어할 것인지를 판단한다.
상기 제어부는, 배터리의 상시 전원 공급을 유지하기 위해, 상기 릴레이부를 클로즈 상태로 제어하고, 필요시 상기 병렬부를 클로즈 상태로 제어한 상태에서 상기 릴레이부를 오픈 상태로 제어한다.
상기 제어부는, 제어된 제 2상태에서, 상기 병렬부의 전류가 0이 아닌 것을 판단하면, 상기 릴레이의 스위치가 영구 오픈 상태의 고장인 것으로 판단한다.
상기 장치는, 배터리의 전압을 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 배터리 전압 센싱부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 제어된 제 2상태에서, 상기 병렬부의 전압이 상기 배터리의 전압과 동일하고, 상기 병렬부의 전류가 0이면 상기 제 2상태의 정상으로 판단한다.
상기 제 2상태에서, 상기 릴레이부의 저항이 상기 병렬부의 저항보다 작아서 배터리의 전류가 상기 릴레이부를 통해 흐르기 때문에 센싱된 병렬부의 전류가 0이다.
상기 제어부는, 제어된 제 3상태에서, 병렬부의 전압 및 전류를 입력받고, 병렬부의 전압이 배터리의 전압과 동일하고, 병렬부의 전류가 배터리의 전류와 동일하면 상기 제 3상태의 정상으로 판단한다.
상기 제 3상태에서, 배터리의 전류가 오픈 상태의 릴레이부 대신에 상기 병렬부를 통해 흐르기 때문에 병렬부의 전류와 배터리의 전류가 동일하다.
상기 제어부는, 제 3상태에서의 상기 고장을 상기 릴레이의 스위치가 영구 클로즈 상태의 고장으로 판단한다.
상기 장치는, 역 전압을 방지하기 위해 상기 병렬부에 연결되는 다이오드부를 더 포함하고, 상기 병렬부로부터 출력된 전류는 상기 다이오드부를 통해 흐른다
다른 측면에 따른, 배터리의 상시 전원 출력이 요구되는 릴레이의 고장을 진단하는 BMS 장치에 있어서, 릴레이 회로의 클로즈 상태 및 병렬 회로의 오픈 상태인 제 1상태로 제어하고, 제 1상태에서 상기 병렬 회로의 전압 및 전류가 0이면, 릴레이 회로의 클로즈 상태 및 병렬 회로의 클로즈 상태인 제 2상태로 제어하고, 제 2상태에서 상기 병렬 회로의 전압이 0보다 크고 상기 병렬 회로의 전류가 0이면, 릴레이 회로의 오픈 상태 및 병렬 회로의 클로즈 상태인 제 3상태로 제어하고, 제 3상태에서 상기 병렬 회로의 전류가 0보다 크면 릴레이 회로의 스위치를 정상으로 판단하고, 상기 병렬 회로의 전류가 0이면 릴레이 회로의 스위치를 고장으로 판단하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 의해 스위치를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭하고, 클로즈 상태에서 전원의 공급을 위해 배터리의 전류가 흐르는 릴레이 회로; 상기 릴레이 회로의 입력단에 연결되고, 상기 제어부를 제어에 의해 스위치를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭하고, 상기 전원의 공급을 중단한 상기 릴레이 회로를 대신하여, 클로즈 상태에서 상기 배터리의 전류를 인가하는 병렬 회로; 상기 병렬 회로의 출력단에 연결되고, 상기 병렬 회로의 전압을 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 전압 센싱 회로; 및 상기 병렬 회로의 출력단에 연결되고, 상기 병렬 회로의 전류를 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 전류 센싱 회로를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 장치가 배터리의 상시 전원 출력이 요구되는 릴레이의 고장을 진단하는 방법은, 릴레이 회로의 스위치가 클로즈 상태이고 병렬 회로의 스위치가 오픈 상태인 제 1상태로 제어하는 단계; 제어된 제 1상태에서 센싱된 병렬 회로의 전압 및 전류가 0이면, 제 1상태를 정상으로 판단하는 단계; 상기 제 1상태의 정상이 판단되면, 릴레이 회로의 클로즈 상태 및 병렬 회로의 클로즈 상태인 제 2상태로 제어하는 단계; 제어된 제 2상태에서 센싱된 병렬 회로의 전압이 0보다 크고 상기 병렬 회로의 전류가 0이면, 제 2상태를 정상으로 판단하는 단계; 상기 제 2상태의 정상이 판단되면, 릴레이 회로의 오픈 상태 및 병렬 회로의 클로즈 상태인 제 3상태로 제어하는 단계; 제어된 제 3상태에서 센싱된 병렬 회로의 전류가 0보다 크면 릴레이 회로의 스위치를 정상으로 판단하는 단계; 및 상기 병렬 회로의 전류가 0이면 릴레이 회로의 스위치를 고장으로 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상시 전원을 공급하는 배터리에 대해 병렬 회로를 이용하여 전원의 공급을 보장한 상태에서 릴레이의 스위칭 동작을 수행하여 릴레이 스위치의 고장을 진단할 수 있다.
또한, 차량 측으로 상시 전원의 공급이 반드시 요구되는 배터리에 대해 차량의 아이들 상태인 주차 상태에서 병렬 회로는 배터리의 전원 공급을 보장하면서, 릴레이의 고장을 진단함으로써 배터리, 차량을 보호할 수 있다.
또한, 릴레이 스위치의 고장을 진단하면, 릴레이의 스위치가 오픈 불가인 융착 상태를 모른 상태에서 차량이 운행되고, 배터리 폭발의 위험 상황에서 릴레이가 오픈되지 않음으로써 차량 및 운전자에 끼지는 손해를 막을 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 장치에 해당되는 BMS 장치의 개략적 내부 구성도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 방법의 개략적 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(130)의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치(130)는 릴레이의 스위치 고장을 진단하기 위해, 배터리 전류 센싱부(131), 배터리 전압 센싱부(132), 릴레이부(133), 병렬부(134), 병렬부 전압 센싱부(135), 병렬부 전류 센싱부(136), 다이오드부(137) 및 제어부(138)를 포함하여 구성된다.
상기 배터리(101)는 상시 전원 공급이 요구되는 배터리이다. 예를 들면, 배터리(101)는 차량(151)에 장착되어 차량(151)의 ECU 시스템으로 상시 전원을 공급하는 12V LISB 배터리이다. 상기 배터리(151)는 차량(151)에 장착된 이후, 차량(151)의 주행 및 주차 등의 경우는 물론이며 ECU 시스템이 파워 오프인 경우에서도 항상 차량(151)으로 전원을 공급한다. 12V LISB 배터리의 경우, 배터리의 모듈이 결합되어 의해 24V, 36V, 48V 등으로 확장될 수 있다.
상기 장치(130)는 제어부(138)가 배터리(101)의 상시 전원 공급을 제어한다. 장치(130)는 배터리의 충전 및 방전을 관리하는 BMS 장치로 구현될 수 있다. 제어부(138)는, 각 구성부(131~137)들과 연결되고, 각종 신호 및 데이터를 송수신하여 각 구성부(131~137)들의 동작 및 기능을 관리 및 제어한다.
여기서, 상기 제어부(138)는 배터리(101)가 차량(151)으로 전원을 계속해서 공급할 수 있도록 릴레이부(133)를 클로즈 상태로 제어한다. 릴레이부(133)가 제어부(138)로부터 클로즈 상태의 제어 신호를 입력받으면, 릴레이 스위치를 온 상태로 스위칭한다. 클로즈 상태로 제어된 릴레이부(133)는 배터리(101)로부터 출력되는 전류가 차량(151)으로 흐르는 경로를 제공한다. 즉, 배터리(101)로부터 출력된 전류는 릴레이부(133)를 통해 차량(151) 측으로 흐르도록 인가된다.
본 발명에서, 배터리(101) 폭발과 같은 위험 상황이나 미리 의도된 상황에서, 릴레이부(133)의 스위치는 오프 상태로 전환되어야 한다. 이를 위해, 제어부(138)는 릴레이 스위치의 온 및 오프 동작을 주기적으로 진단하는 것이 요구된다. 물론, 진단 과정에서는 릴레이 스위치의 오프 동작을 테스트하기 위해 릴레이부(133)의 오픈 상태가 수반된다.
다만, 릴레이부(133)가 오픈 상태가 될 경우, 차량(151)은 배터리(101)로부터 릴레이부(133)를 통한 전원을 공급받지 못한다. 이를 방지하고자, 차량(151)이 배터리(101)로부터 전원을 항상 공급받을 수 있도록, 제어부(138)는 릴레이부(133)의 오픈 상태에서 병렬부(134)를 클로즈 상태로 제어하여, 배터리(101)로부터 출력된 전류가 병렬부(134)를 통해 차량(151)으로 흐르도록 한다. 즉, 배터리(101)로부터 출력된 전류는 오픈 상태의 릴레이부(133) 대신에 클로즈 상태의 병렬부(134)를 통한 병렬 경로 또는 우회 경로를 통해 차량(151)으로 흐른다. 따라서, 제어부(138)는 릴레이부(133) 및 병렬부(134) 중에서 적어도 하나 이상을 클로즈 상태로 반드시 제어하여 차량(151)이 배터리(101)로부터 상시 전원을 공급받을 수 있도록 제어한다.
상기 차량(151)은 배터리(101)로부터 상시 전원을 공급받는다. 물론, 배터리(101)로부터 상시 전원을 공급받아야만 하는 각종 전자 장치, 장비, 시스템 등은 상기 차량(151)을 대신하여도 무방하다. 예를 들어, 센서 장치 및 모니터링 장치와 같이 전원의 공급이 항상 유지되어야 하는 장치가 상기 차량(151) 대신에 장치(130)에 연결되는 것이 가능하다.
이하에서는, 차량(151)에 배터리(101)가 내장되고, 장치(130)가 배터리(101)의 충전 및 방전을 관리하는 BMS라 가정하여 각 구성부(131)들의 동작을 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 장치(130)에 해당되는 BMS 장치(200)의 개략적 내부 구성도이다.
상기 배터리 전류 센싱부(131)는 배터리(101)를 통해 흐르는 전류를 센싱하고, 센싱된 전류를 제어부(138)로 출력한다. 배터리 전류 센싱부(131)는 배터리(101)의 음극에 연결된 회로에 위치할 수 있다. 배터리 전류 센싱부(131)는 배터리(101)의 전류를 센싱하는 IC 회로로써 BMS 장치(200)에 구현될 수 있다.
상기 배터리 전압 센싱부(132)는 배터리(101)로부터 출력되는 전압을 센싱하고, 센싱된 전압을 제어부(138)로 출력한다. 배터리 전압 센싱부(132)는 배터리(101)의 양극에 연결된 회로에 위치할 수 있다. 배터리 전압 센싱부(132)는 배터리(101)의 전압을 센싱하는 회로로써 BMS 장치(200)에 구현될 수 있다.
상기 릴레이부(133)는 by-stable 릴레이 스위치(233) 및 코일을 포함하여 구성된다. 릴레이부(133)는 배터리(101)의 양극에 연결된 회로에 위치한다. 릴레이부(133)는 제어부(138)로부터 수신된 제어 신호에 따라 스위치(233)를 오픈(switch off) 또는 클로즈(switch on)의 상태로 스위칭한다. 클로즈 상태의 릴레이부(133)는 배터리(101)의 전류가 차량(151) 측으로 흐르는 전원 공급의 경로가 된다.
참고로, 바이 스테이블 릴레이는 on 신호를 인가한 후, 신호가 중단되어도 on 상태로 남는다. 반면에, 고전압 릴레이의 모노 스테이블 릴레이는 on 신호를 인가한 후, 신호가 중단되면, off 상태로 복귀한다.
상기 병렬부(134)는 스위치(234)(예 : FET 스위치)를 포함하여 구성된다. 병렬부(134)는 릴레이부(133)의 입력단 및 출력단에 병렬 회로로써 연결된다. 병렬 회로의 구간은 릴레이 스위치(233)의 입력단에서 시작하여 병렬부(134), 병렬부 전압 센싱부(135), 병렬부 전류 센싱부(136) 및 다이오드부(137)를 통해 릴레이 스위치(233)의 출력단에서 끝난다. 병렬부(134)는 제어부(138)로부터 수신된 제어 신호에 따라 스위치(234)를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭한다. 병렬부(134)는 전원의 공급을 중단한 오픈 상태의 릴레이부(133)를 대신하여, 스위치(234)가 클로즈된 상태에서 배터리(101)의 전류를 차량(151) 측으로 흐르게 한다. 그러면, 배터리(101)의 전류는 상기 병렬 회로 구간의 경로를 통해 차량(151) 측으로 흐른다.
상기 병렬부 전압 센싱부(135)는 병렬부(134)로부터 출력되는 전압을 센싱하고, 센싱된 전압을 제어부(138)로 출력한다. 병렬부 전압 센싱부(135)는 병렬부(134)의 출력 회로에 위치할 수 있다. 병렬부 전압 센싱부(135)는 병렬부(134)의 출력 전압을 센싱하는 회로로써 BMS 장치(200)에 구현될 수 있다.
상기 병렬부 전류 센싱부(136)는 병렬부(134)로부터 출력되어 차량(151)측으로 흐르는 전류를 센싱하고, 센싱된 전류를 제어부(138)로 출력한다. 병렬부 전류 센싱부(136)는 병렬부(134)의 출력 회로에 위치할 수 있다. 병렬부 전류 센싱부(136)는 병렬부(134)의 출력 전류를 센싱하는 IC 회로로써 BMS 장치(200)에 구현될 수 있다.
상기 다이오드부(137)는 역 전류 및 역 전압을 방지하기 위해 병렬부(134)의 출력 회로에 위치할 수 있다. 클로즈 상태의 병렬부(134)로부터 출력된 전류는 상기 다이오드부(137)를 통해 흐른다, 역 전류 및 역전압이 방지되어 회로 부품의 손상이 방지되고 병렬 회로의 안정성이 보장된다.
상시 전원 공급을 위해, 노멀 상태에서 상기 제어부(138)는 릴레이부(133)의 클로즈 상태 및 병렬부의 오픈 상태에 해당되는 제 1상태로 제어한다. 제어부(138)는 제 1상태로 제어한 이후로, 릴레이 스위치(233)의 고장을 판단을 시작할 것인지를 주기적으로 판단한다.
바람직하게, BMS 장치(200)의 주 기능에 스트레스를 주지 않기 위하여, 제어부(134)는 배터리 전류 센싱부(131)로부터 출력된 제 1상태의 배터리(101)의 전류가 설정된 전류 이하일 경우, 릴레이 스위치(233)의 고장을 진단하는 처리를 시작한다. 예를 들어, 제어부(138)는 설정된 주기(예 : 60초)마다 설정된 전류 이하의 조건이 만족되는지 판단한다. 차량(151)의 경우, 설정된 전류(예 : 10mA) 이하의 배터리(101)의 전류가 센싱되면, 차량이 주차 상태인 것으로 판단될 수 있다. 물론, 주차 상태를 판단하기 위한 설정된 전류는 차종, 제조사, 배터리 등의 제약 조건에 대응하여 BMS 장치(200)에 설정된다.
설정된 전류 이하의 조건이 만족되면, 제어부(138)는 제 1상태의 판단을 시작한다. 먼저, 제어부(138)는 병렬부 전압 센싱부(135) 및 병렬부 전류 센싱부(136)로부터 출력된 전압 및 전류가 0이면, 제 1상태를 정상 상태로 판단하여 릴레이부(133)의 클로즈 상태 및 병렬부(134)의 클로즈 상태인 제 2상태로 제어한다. 제 1상태는 배터리(101)의 전류가 릴레이부(133)를 통해 차량(151)으로 흐르기 때문에 병렬부(134)의 출력단에서 센싱된 전압 및 전류는 거의 0이 되어야 제 1상태가 정상 상태로 판단된다.
제어부(138)는 제 2상태의 제어에 따라 병렬부(134)로 클로즈 제어 신호를 출력하고, 병렬부(134)는 수신된 제어 신호에 따라 스위치(234)를 클로즈 상태로 스위칭한다. 제 2상태에서 릴레이부(133)는 클로즈 상태가 유지되고 및 병렬부(134)는 클로즈 상태로 전환된다.
제 2상태에서, 제어부(138)는 병렬부 전압 센싱부(135)로부터 병렬부(134)의 전압을 출력받고, 병렬부 전류 센싱부(136)로부터 병렬부(134)의 전류를 출력받는다. 제어부(138)는 출력 전압이 0보다 크고 출력 전류가 0이면, 제 2상태를 정상 상태로 판단하여 제 3상태의 제어를 내린다.
정상 상태가 판단된 제 2상태에서는 스위치(234)가 클로즈 상태이므로, 제어부(138)는 병렬부 전압 센싱부(135)로부터 0보다 큰 병렬부의 전압(배터리의 전압)을 입력받는다. 병렬부 전압 센싱부(135)에서 센싱된 전압은 배터리 전압 센싱부(132)에서 센싱된 전압과 동일하다. 또한, 릴레이부(133)의 저항이 병렬부(134)의 저항보다 작아서 배터리(101)의 전류가 릴레이부(133)를 통해 흐르기 때문에, 병렬부 전류 센싱부(136)를 통해 센싱된 전류는 0이다. 만약, 병렬부 전류 센싱부(136)를 통해 센싱된 전류가 0이 아니면, 제어부(138)는 병렬부(134)를 통해 전류가 흐르므로 릴레이 스위치(233)가 영구 오픈 상태의 고장으로서 클로즈 상태로 전환이 불가능한 것으로 판단한다.
제어부(138)는 제 3상태의 제어에 따라 릴레이부(133)로 오픈 제어 신호를 출력하고, 릴레이부(133)는 수신된 제어 신호에 따라 스위치(233)를 오픈 상태로 스위칭한다. 제 3상태에서 릴레이부(133)는 오픈 상태로 전환되고 및 병렬부(134)는 클로즈 상태가 유지된다.
제 3상태에서, 제어부(138)는 병렬부 전압 센싱부(135)로부터 병렬부(134)의 전압을 출력받고, 병렬부 전류 센싱부(136)로부터 병렬부(134)의 전류를 출력받는다. 제어부(138)는 병렬부(134)의 출력 전압이 배터리 전압 센싱부(132)의 전압과 동일하고, 병렬부(134)의 출력 전류가 배터리 전류 센싱부(131)의 전류와 동일하면, 릴레이 스위치(233)가 정상으로서 제 3상태를 정상 상태로 판단한다.
정상 상태가 판단된 제 3상태에서는 스위치(234)만 클로즈 상태이므로, 배터리(101)의 전류는 병렬 회로의 구간을 통해서만 흐른다. 따라서, 병렬부 전압 센싱부(135)에서 센싱된 전압은 배터리 전압 센싱부(132)에서 센싱된 전압과 동일하다. 또한, 배터리(101)의 전류가 오픈 상태의 릴레이부(133)가 아닌 병렬부(134)를 통해서 흐르기 때문에, 병렬부 전류 센싱부(136)를 통해 센싱된 전류는 0보다 큰 배터리 전류 센싱부(131)의 전류와 동일하다. 만약, 병렬부 전류 센싱부(136)를 통해 센싱된 전류가 0이면, 제어부(138)는 병렬부(134)를 통해 전류가 흐르지 않으므로 릴레이 스위치(233)가 영구 클로즈 상태의 고장(예 : 릴레이 융착)으로서 오픈 상태로 전환이 불가능한 것으로 판단한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 방법의 개략적 순서도이다. 도 3은 장치(130)가 제 1상태를 제어하고, 도 4는 장치(130)가 제 2상태를 제어하고, 도 5는 장치(130)가 제 3상태를 제어하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 배터리(101)가 차량(151)과 같은 부하 장치에 연결된 이후로, 장치(130)는 릴레이의 스위치(233)가 클로즈 상태이고 병렬 회로의 스위치(234)가 오픈된 상태의 제 1상태로 제어한다(S301). 장치(130)는 배터리의 회로로부터 배터리의 출력 전압 및 출력 전류를 센싱한다(S302). 릴레이 스위치(233)의 고장을 진단하기 위해, 장치(130)는 센싱된 배터리의 전류가 설정 전류 이하인지를 판단한다(S304).
바람직하게, 장치(130)의 메인 기능을 보호하기 위해, 설정 전류는 장치의 아이들 상태를 감지하는 최소 전류인 것이 선호된다. 예를 들면, BMS 장치(200)가 차량(151)으로 배터리(101)의 전원을 상시 공급하는 것을 메인 기능이라고 할 경우, 차량(151)에서 최소 전류가 소모되는 ECU 시스템이 파워 오프인 주차 상태를 판단하는 최소 전류가 BMS 장치(200)에 설정된다.
장치(130)를 통해 설정 전류 이하의 전류가 소모되는 것이 판단되면, 장치(130)는 스위치(233)의 진단을 시작한다. 먼저, 장치(130)는 병렬 회로의 출력 전압 및 출력 전류가 0인지를 판단한다(S305). 0이 판단되면, 장치(130)는 제 1상태가 정상인 것으로 판단하고, 제 2상태의 제어를 시작한다(S306). 제 1상태에서는 전류가 릴레이 회로를 통해 흐르고 병렬 스위치(234)가 오픈이므로, 병렬 회로의 전압과 전류는 거의 0 값으로 센싱되어야만 한다.
도 4를 참조하면, 장치(130)가 제 2상태로 제어하여, 릴레이 스위치(233)가 클로즈 상태에서 병렬 회로의 스위치(234)가 클로즈 상태로 전환된다(S401). 장치(130)는 병렬 회로로부터 출력 전압 및 출력 전류를 센싱한다(S402). 장치(130)는 병렬 회로의 센싱된 전압이 배터리 전압이고, 병렬 회로의 센싱된 전류가 0인지를 판단한다(S403). 제 2상태에서는 릴레이 스위치(233) 및 병렬 스위치(234)가 클로즈 상태로서, 저항이 작은 릴레이 스위치(233)를 통해 전류가 흐른다. 따라서, 병렬 회로로부터 배터리 전압과 동일한 전압이 센싱되지만, 센싱 전류는 0이 되어야만 한다. 전압과 전류의 조건이 만족되면, 장치(130)는 제 2상태가 정상인 것으로 판단한다(S404). 제 2상태의 정상이 판단되면, 제 3 상태의 제어가 시작된다.
만약, 장치(130)가 병렬 회로의 전류 및 배터리 전류를 비교하고(S405), 동일한 것으로 판단하면, 병렬 회로에 배터리 전류가 흐르는 것으로 릴레이 스위치(233)를 오픈 상태로 영구 고장 상태인 것으로 진단한다(S406).
도 5를 참조하면, 장치(130)가 제 3상태로 제어하여, 릴레이 스위치(233)가 오픈 상태로 전환되고 병렬 회로의 스위치(234)가 클로즈 상태로 유지된다(S501). 장치(130)는 병렬 회로로부터 출력 전압 및 출력 전류를 센싱한다(S502). 장치(130)는 병렬 회로의 센싱된 전압이 배터리 전압이고, 병렬 회로의 센싱된 전류가 배터리 전류인지를 판단한다(S503). 제 3상태에서는 오픈된 릴레이 스위치(233)로 인해, 배터리(101)의 전류가 병렬 스위치(234)를 통해 차량(151)으로 흐른다. 따라서, 병렬 회로에서, 배터리 전압과 동일한 전압이 센싱되고, 배터리 전류와 동일한 전류가 센싱되어야만 한다. 전압과 전류의 조건이 만족되면, 장치(130)는 제 3상태가 정상인 것으로 판단하고(S504), 제 1상태의 노멀 상태로 제어로 복귀한다(S507).
만약, 장치(130)가 병렬 회로의 전류를 0으로 감지하면(S505), 병렬 회로에 전류가 흐르지 않고, 오픈 제어된 릴레이 회로를 통해 전류가 흐르는 것이 판단되므로, 릴레이 스위치(233)를 융착 상태의 영구 고장 상태인 것으로 진단한다(S506).
또한, 장치(130)가 진단한 릴레이 스위치(233)의 오픈 고장, 클로즈 고장 및 기타 고장은 차량측 ECU 시스템으로 출력되어 운전자에게 안내된다(S511).
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
101 : 배터리 130 : 장치
131 : 배터리 전류 센싱부 132 : 배터리 전압 센싱부
133 : 릴레이부 134 : 병렬부
135 : 병렬부 전압 센싱부 136 : 병렬부 전류 센싱부
137 : 다이오드부 151 : 차량

Claims (23)

  1. 릴레이부의 클로즈(close) 상태 및 병렬부의 오픈(open) 상태인 제 1상태로 제어하고, 제 1상태에서 상기 병렬부의 전압 및 전류가 0이면, 릴레이부의 클로즈 상태 및 병렬부의 클로즈 상태인 제 2상태로 제어하고, 제 2상태에서 상기 병렬부의 전압이 0보다 크고 상기 병렬부의 전류가 0이면, 릴레이부의 오픈 상태 및 병렬부의 클로즈 상태인 제 3상태로 제어하고, 제 3상태에서 상기 병렬부의 전류가 0보다 크면 릴레이부의 스위치를 정상으로 판단하고, 상기 병렬부의 전류가 0이면 릴레이부의 스위치를 고장으로 판단하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 의해 스위치를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭하고, 클로즈 상태에서 전원의 공급을 위해 배터리의 전류가 흐르는 릴레이부;
    상기 제어부의 제어에 의해 스위치를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭하고, 상기 전원의 공급을 중단한 오픈 상태의 상기 릴레이부를 대신하여, 클로즈 상태에서 상기 배터리의 전류를 인가하는 병렬부;
    상기 병렬부의 전압을 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 병렬부 전압 센싱부; 및
    상기 병렬부의 전류를 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 병렬부 전류 센싱부
    를 포함하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    배터리의 전류를 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 배터리 전류 센싱부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 제 1상태에서 입력받은 배터리의 전류가 설정된 전류 이하라고 판단하면, 상기 제 2상태로 제어할 것인지의 판단을 시작하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 장치는 차량 배터리의 BMS(Battery Management System)장치로서,
    상기 제어부는 입력받은 배터리의 전류가 설정된 전류 이하일 경우 차량이 주차 상태인 것으로 판단하고, 상기 제 2상태로 제어할 것인지의 판단을 시작하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    배터리의 상시 전원 공급을 유지하기 위해, 상기 릴레이부를 클로즈 상태로 제어하고,
    필요시 상기 병렬부를 클로즈 상태로 제어한 상태에서 상기 릴레이부를 오픈 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제어된 제 2상태에서, 상기 병렬부의 전류가 0이 아닌 것을 판단하면, 상기 릴레이의 스위치가 영구 오픈 상태의 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    배터리의 전압을 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 배터리 전압 센싱부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    제어된 제 2상태에서, 상기 병렬부의 전압이 상기 배터리의 전압과 동일하고, 상기 병렬부의 전류가 0이면 상기 제 2상태의 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2상태는,
    상기 릴레이부의 저항이 상기 병렬부의 저항보다 작아서 배터리의 전류가 상기 릴레이부를 통해 흐르기 때문에 센싱된 병렬부의 전류가 0인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제어된 제 3상태에서, 병렬부의 전압 및 전류를 입력받고, 병렬부의 전압이 배터리의 전압과 동일하고, 병렬부의 전류가 배터리의 전류와 동일하면 상기 제 3상태의 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3상태는,
    배터리의 전류가 오픈 상태의 릴레이부 대신에 상기 병렬부를 통해 흐르기 때문에 병렬부의 전류와 배터리의 전류가 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 고장을 상기 릴레이의 스위치가 영구 클로즈 상태의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    역 전압을 방지하기 위해 상기 병렬부에 연결되는 다이오드부를 더 포함하고,
    상기 병렬부로부터 출력된 전류는 상기 다이오드부를 통해 상기 릴레이부의 출력단으로 흐르는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 배터리의 상시 전원 출력이 요구되는 릴레이의 고장을 진단하는 BMS 장치에 있어서,
    릴레이 회로의 클로즈 상태 및 병렬 회로의 오픈 상태인 제 1상태로 제어하고, 제 1상태에서 상기 병렬 회로의 전압 및 전류가 0이면, 릴레이 회로의 클로즈 상태 및 병렬 회로의 클로즈 상태인 제 2상태로 제어하고, 제 2상태에서 상기 병렬 회로의 전압이 0보다 크고 상기 병렬 회로의 전류가 0이면, 릴레이 회로의 오픈 상태 및 병렬 회로의 클로즈 상태인 제 3상태로 제어하고, 제 3상태에서 상기 병렬 회로의 전류가 0보다 크면 릴레이 회로의 스위치를 정상으로 판단하고, 상기 병렬 회로의 전류가 0이면 릴레이 회로의 스위치를 고장으로 판단하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 의해 스위치를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭하고, 클로즈 상태에서 전원의 공급을 위해 배터리의 전류가 흐르는 릴레이 회로;
    상기 릴레이 회로의 입력단에 연결되고, 상기 제어부를 제어에 의해 스위치를 오픈 또는 클로즈의 상태로 스위칭하고, 상기 전원의 공급을 중단한 상기 릴레이 회로를 대신하여, 클로즈 상태에서 상기 배터리의 전류를 인가하는 병렬 회로;
    상기 병렬 회로의 출력단에 연결되고, 상기 병렬 회로의 전압을 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 전압 센싱 회로; 및
    상기 병렬 회로의 출력단에 연결되고, 상기 병렬 회로의 전류를 센싱하여 상기 제어부로 출력하는 전류 센싱 회로
    를 포함하는 BMS 장치.
  13. 장치가 배터리의 상시 전원 출력이 요구되는 릴레이의 고장을 진단하는 방법에 있어서,
    릴레이 회로의 스위치가 클로즈 상태이고 병렬 회로의 스위치가 오픈 상태인 제 1상태로 제어하는 단계;
    제어된 제 1상태에서 센싱된 병렬 회로의 전압 및 전류가 0이면, 제 1상태를 정상으로 판단하는 단계;
    상기 제 1상태의 정상이 판단되면, 릴레이 회로의 클로즈 상태 및 병렬 회로의 클로즈 상태인 제 2상태로 제어하는 단계;
    제어된 제 2상태에서 센싱된 병렬 회로의 전압이 0보다 크고 상기 병렬 회로의 전류가 0이면, 제 2상태를 정상으로 판단하는 단계;
    상기 제 2상태의 정상이 판단되면, 릴레이 회로의 오픈 상태 및 병렬 회로의 클로즈 상태인 제 3상태로 제어하는 단계;
    제어된 제 3상태에서 센싱된 병렬 회로의 전류가 0보다 크면 릴레이 회로의 스위치를 정상으로 판단하는 단계; 및
    상기 병렬 회로의 전류가 0이면 릴레이 회로의 스위치를 고장으로 판단하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1상태로 제어하는 단계는,
    배터리의 전압 및 전류를 센싱하는 단계를 더 포함하고,
    센싱된 배터리의 전류가 설정된 전류 이하라고 판단하면, 상기 제 1상태를 정상으로 판단하는 단계를 시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 장치는 차량 배터리의 BMS(Battery Management System)장치로서,
    센싱된 배터리의 전류가 설정된 전류 이하일 경우 차량이 주차 상태인 것으로 판단하고, 상기 제 1상태를 정상으로 판단하는 단계를 시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 장치는,
    배터리의 상시 전원 공급을 유지하기 위해,
    상기 릴레이 회로를 클로즈 상태로 제어하여 상시 전원 공급을 유지하고,
    필요시 상기 병렬 회로를 클로즈 상태로 제어한 후, 상기 릴레이 회로를 오픈 상태로 제어하여, 오픈된 릴레이 회로 대신에 상기 병렬 회로가 상기 상시 전원 공급을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2상태를 정상으로 판단하는 단계는,
    상기 병렬 회로의 전류 및 출력 전압을 센싱하고, 센싱된 병렬 회로의 전류가 0이 아닌 것을 판단하면, 상기 릴레이의 스위치가 영구 오픈 상태의 고장인 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2상태를 정상으로 판단하는 단계는,
    센싱된 병렬 회로의 전압이 배터리의 전압과 동일하고, 센싱된 병렬 회로의 전류가 0이면 상기 제 2상태의 정상으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제 2상태는,
    상기 릴레이 회로의 저항이 상기 병렬 회로의 저항보다 작아서 배터리의 전류가 상기 릴레이 회로를 통해 흐르기 때문에 센싱된 병렬 회로의 전류가 0인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 릴레이의 스위치를 정상으로 판단하는 단계는,
    상기 병렬 회로의 전압 및 전류를 센싱하고, 병렬 회로의 전압이 배터리의 전압과 동일하고, 병렬 회로의 전류가 배터리의 전류와 동일하면 상기 제 3상태의 정상으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제 3상태는,
    배터리의 전류가 오픈 상태의 릴레이 회로 대신에 상기 병렬 회로를 통해 흐르기 때문에 병렬부의 전류와 배터리의 전류가 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 13항에 있어서,
    상기 고장으로 판단하는 단계는,
    고장을 상기 릴레이의 스위치가 영구 클로즈 상태의 고장으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 13항에 있어서,
    상기 릴레이 스위치를 정상으로 판단하는 단계는,
    상기 병렬 회로로부터 출력된 전류는 역 전압을 방지하기 위해 상기 병렬 회로에 연결된 다이오드 회로를 통해 릴레이 스위치의 출력단으로 흐르는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
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