KR20190051555A - 릴레이 진단 회로 - Google Patents

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KR20190051555A
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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 양극으로부터 인가되는 전압을 이용하여 배터리 팩의 음극 측에 연결되는 릴레이의 정상 작동 여부를 진단할 수 있는 릴레이 진단 회로에 관한 것이다.

Description

릴레이 진단 회로{Circuit for diagnosing a relay}
본 발명은 릴레이 진단 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩의 양극으로부터 인가되는 전압을 이용하여 배터리 팩의 음극 측에 연결되는 릴레이의 정상 작동 여부를 진단할 수 있는 릴레이 진단 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 자동차, 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle) 및 에너지 저장 장치(ESS: Energy storage system)의 경우, 정상 작동 하기 위해 DC 200V 이상의 고전압을 필요로 하며, 때문에 고전압의 배터리 팩을 필수적으로 포함하고 있다.
이때, 고전압의 배터리 팩과 부하 사이에는 배터리를 보호하기 위해 릴레이가 연결되며, 이러한 릴레이는 고전압의 배터리 팩과 연결되어 구동되기 때문에, 릴레이가 융착되면 의도치 않게 다른 시스템에 고전압이 인가될 수 있는 문제가 있었다.
근래에는, 이러한 문제를 해결하기 위해, 배터리 팩의 양극 및 음극에 릴레이를 각각 설치하고, 배터리 팩으로부터 각각의 릴레이를 통해 부하로 인가되는 전압을 측정하여 릴레이의 정상 작동 여부를 진단할 수 있는 릴레이 진단 회로가 개발되어 사용되고 있다.
한편, 이러한 종래의 릴레이 진단 회로는 릴레이의 융착 여부를 즉각적으로 파악할 수 있다는 이점이 있으나, 배터리 팩의 음극에 설치되는 릴레이의 경우, 인가되는 전압이 불규칙적이므로, 정확한 릴레이의 진단이 어렵다는 문제점이 있었다.
한편, 이러한 문제를 해결하기 위해 배터리 팩의 음극 측에 별도의 전원 장치를 설치함으로써, 배터리 팩의 음극 측에 설치되는 릴레이의 정상 작동 여부를 진단할 수 있는 릴레이 진단 회로가 개발되기도 하였으나, 이러한 릴레이 진단 회로의 경우, 설계 과정이 복잡하며, 그로 인해, 설계 비용이 증가되는 또 다른 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0079843호
본 발명의 목적은 배터리 팩의 양극으로부터 출력되는 전압을 이용하여 배터리 팩과 부하 간에 설치된 릴레이의 정상 작동 여부를 진단함으로써, 릴레이의 정상 작동 여부를 정밀하고 효율적으로 진단할 수 있는 릴레이 진단 회로를 제공하는 것이다.
또한, 별도의 추가 설비 없이, 배터리 팩의 양극으로부터 출력되는 전압을 이용하여 배터리 팩과 부하 간에 설치된 릴레이의 정상 작동 여부를 진단함으로써, 회로의 설계가 간소화될 뿐만 아니라, 그로 인해, 회로 설계 비용을 감소시킬 수 있는 릴레이 진단 회로를 제공하는 것이다.
또한, 릴레이에 연결되는 스위치의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 릴레이의 정상 작동 여부 진단 뿐만 아니라, 배터리 팩으로부터 인가되는 전압을 측정할 수 있는 릴레이 진단 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 회로는, 배터리 팩과 병렬 연결되며, 상기 배터리 팩으로부터 인가되는 전류를 제어하는 제1 스위치와, 상기 제1 스위치의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 상기 제1 스위치로부터 상기 릴레이로 인가되는 전류를 제어하는 제2 스위치와, 상기 제2 스위치와 병렬 연결되며, 상기 제2 스위치의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 상기 릴레이를 통해 인가되는 전압을 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정부는, 상기 제1 스위치가 온(On) 되고, 상기 제2 스위치가 오프(Off) 되는 경우, 상기 배터리 팩으로부터 인가되는 전압을 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정부는, 인가되는 전압의 측정값에 따라 정상 작동 여부를 진단하되, 상기 제2 스위치가 온(On) 되는 경우, 상기 릴레이의 정상 작동 여부를 진단하고, 상기 제2 스위치가 오프(Off) 되는 경우, 상기 배터리 팩의 정상 작동 여부를 진단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 릴레이 진단 회로는, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 측정부와 각각 직렬로 연결되는 복수의 저항을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 릴레이는, 상기 제1 스위치의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 상기 배터리 팩과 상기 부하 간의 연결 상태를 제어하는 기준 전압의 범위가 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정부는, 인가되는 전압을 디지털 신호로 변환하는 컨버터로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩의 양극으로부터 출력되는 전압을 이용하여 배터리 팩과 부하 간에 설치된 릴레이의 정상 작동 여부를 진단함으로써, 릴레이의 정상 작동 여부를 정밀하고 효율적으로 진단할 수 있는 릴레이 진단 회로가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 별도의 추가 설비 없이, 배터리 팩의 양극으로부터 출력되는 전압을 이용하여 배터리 팩과 부하 간에 설치된 릴레이의 정상 작동 여부를 진단함으로써,, 회로의 설계가 간소화될 뿐만 아니라, 그로 인해, 회로 설계 비용을 감소시킬 수 있는 릴레이 진단 회로가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 릴레이에 연결되는 스위치의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 릴레이의 정상 작동 여부 진단 뿐만 아니라, 배터리 팩으로부터 인가되는 전압을 측정할 수 있는 릴레이 진단 회로가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 회로의 제1 스위치가 오프(Off) 된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 회로의 제1 스위치가 온(On) 되고 제2 스위치가 오프(Off) 된 상태를 개략적으로 나타낸 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.
아울러, 명세서 전체에서, "온/오프(On/Off)"는 명세서에 기재된 스위치(Switch)의 "개방/폐쇄"를 의미할 수 있다. 예컨대, 스위치가 오프(Off) 상태가 되는 것은, 스위치가 개방되어 해당 스위치가 연결되는 회로를 폐쇄시키는 것을 의미할 수 있다.
또한, 명세서 전체에서, 릴레이가 배터리 팩과 부하 간의 연결 상태를 제어한다는 것은, 릴레이가 개폐됨으로써, 배터리 팩과 부하가 연결 또는 차단되도록 하는 것을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 회로(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
다만, 도 1에 도시된 릴레이 진단 회로(100)는 일 실시예에 따른 것으로, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있음을 유의한다.
또한, 도 1에 도시된 릴레이 진단 회로(100)는 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야에도 적용될 수 있음을 유의한다.
먼저, 도 1을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 회로(100)는 배터리 팩(110), 부하(120), 릴레이(130), 제1 스위치(140), 제2 스위치(150), 측정부(160) 및 저항(170)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 배터리 팩(110)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 부하(120)에 전원을 공급하는 역할을 할 수 있으며, 전기 자동차, 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle) 및 에너지 저장 장치(ESS: Energy storage system) 등에 사용되는 고전압을 출력하는 배터리 팩(110)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다.
다음으로, 부하(120)는 상기 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전압을 이용하여 동작하는 전열기, 전동기, 발전기 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다.
이상, 배터리 팩(110) 및 부하(120)는 이차 전지를 포함하는 회로에 통상적으로 포함되는 구성이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 릴레이(130)는 배터리 팩(110)과 부하(120) 사이에 형성되며, 상기 배터리 팩(110)과 부하(120) 사이의 연결 상태를 제어하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 릴레이(130)는 배터리 팩(110)으로부터 과전압과 같은 이상 상황이 발생하는 경우, 오프(Off) 상태가 되어 배터리 팩(110)과 부하(120)의 연결을 차단시킴으로써, 과전압 등의 이상 상황으로부터 배터리 팩(110) 및 부하(120)를 보호하는 역할을 할 수 있다.
다음으로, 제1 스위치(140)는 배터리 팩(110)과 병렬 연결되며, 온/오프(On/Off)에 따라 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전류를 후술되는 제2 스위치(150) 및 측정부(160)로 인가시키는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 스위치(140)가 온(On)되는 경우, 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전류는 제1 스위치(140)를 통해 제2 스위치(150) 및 측정부(160)로 인가될 수 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 스위치(140)가 오프(Off)되는 경우, 배터리 팩(110)과 부하(120), 그리고 양/음극 측의 릴레이만이 연결됨으로써, 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전류는 릴레이를 통해 부하(120)로만 인가될 수 있다.
다음으로, 제2 스위치(150)는 제1 스위치(140)와 릴레이(130) 사이에 형성되며, 제1 스위치(140)가 온(On) 상태인 경우, 온/오프(On/Off)에 따라 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전류를 릴레이(130)로 인가시키는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 제1 스위치(140) 및 제2 스위치(150)가 온(On) 상태인 경우, 제2 스위치(150)는 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전류를 릴레이(130)로 인가시킴으로써, 후술되는 측정부(160)에서 릴레이(130)를 통해 인가되는 전압을 측정하여 릴레이(130)의 정상 작동 여부를 진단할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 제1 스위치(140)가 온(On) 상태이되, 제2 스위치(150)가 오프(Off) 상태인 경우, 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전류가 제1 스위치(140)를 통해 후술되는 측정부(160)로만 인가될 수 있으며, 이러한 경우, 후술되는 측정부(160)는 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전압을 측정할 수 있으므로, 배터리 팩(110)의 정상 작동 여부를 진단할 수 있다.
다음으로, 측정부(160)는 배터리 팩(110)으로부터 제1 스위치(140) 및 제2 스위치(150) 중 어느 하나 이상을 통해 인가되는 전압 값에 따라, 배터리 팩(110) 및 릴레이(130) 중 어느 하나의 정상 작동 여부를 진단하는 역할을 할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 스위치(140) 및 제2 스위치(150)가 온(On) 상태인 경우, 측정부(160)는 릴레이(130)를 통해 인가되는 전압을 측정하므로, 릴레이(130)의 정상 작동 여부를 진단할 수 있고, 제1 스위치(140)가 온(On) 상태이되, 제2 스위치(150)가 오프(Off) 상태인 경우, 측정부(160)는 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전압을 측정할 수 있으므로, 배터리 팩(110)의 정상 작동 여부를 진단할 수 있다.
이때, 측정부(160)의 배터리 팩(110)을 정상 작동하는 것으로 진단하는 전압 범위 및 릴레이(130)를 정상 작동하는 것으로 진단하는 전압 범위는 서로 다를 수 있다.
한편, 측정부(160)는 측정되는 전압 값을 디지털 신호로 변환하는 컨버터(Converter)로 구현될 수 있으며, 이러한 경우, 디지털 신호를 이용하는 측정기기(미도시)에서 배터리 팩(110) 또는 릴레이(130)의 정상 작동 여부를 진단할 수 있다.
다만, 이때, 측정부(160)가 컨버터로 구현되는 것에 한정되는 것은 아님에 유의하도록 한다.
다음으로, 저항(170)은 상기 제1 스위치(140), 제2 스위치(150) 및 측정부(160)와 각각 직렬로 연결되어 상기 제1 스위치(140), 제2 스위치(150) 및 측정부(160)로 인가되는 전류를 제어하는 역할을 할 수 있다.
이때, 저항(170)은 가변 저항일 수 있으며, 상기 제1 스위치(140), 제2 스위치(150) 및 측정부(160)의 허용 전압 범위에 따라 그 저항 값이 변경될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아님에 유의한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 진단 회로(100)의 릴레이(130)는 배터리 팩(110)으로부터 인가되는 전압 값에 따라 배터리 팩(110)과 부하(130) 간의 연결을 제어하는 역할을 할 수 있되, 제1 스위치(140)의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 배터리 팩(110)과 부하(130) 간의 연결을 제어하는 기준 전압 범위가 변경될 수 있다.
예를 들어, 제1 스위치(140)가 오프(Off) 상태인 경우, 배터리 팩(110)으로부터 릴레이(130)로 인가되는 전류는 부하(120) 만을 거치지만, 제1 스위치(140)가 온(On) 상태인 경우, 배터리 팩(110)으로부터 릴레이(130)로 인가되는 전류는 제1 스위치(140), 제2 스위치(150) 및 저항(170)을 거치게 되므로, 릴레이(130)로 인가되는 전압 값이 감소하게 될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이(130)는 제1 스위치(140)의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 배터리 팩(110)과 부하(130) 간의 연결을 제어하는 기준 전압 범위가 변경되므로, 전술한 바와 같이 제1 스위치(140)의 온/오프(On/Off) 여부에 따라 변경되는 전압 값으로 인해 배터리 팩(110)의 이상 상황을 오진단하는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
100: 릴레이 진단 회로
110: 배터리 팩
120: 부하
130: 릴레이
140: 제1 스위치
150: 제2 스위치
160: 측정부
170: 저항

Claims (6)

  1. 배터리 팩과 부하 간의 연결 상태를 제어하는 릴레이의 정상 작동 여부를 진단하기 위한 릴레이 진단 회로에 있어서,
    상기 배터리 팩과 병렬 연결되며, 상기 배터리 팩으로부터 인가되는 전류를 제어하는 제1 스위치;
    상기 제1 스위치의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 상기 제1 스위치로부터 상기 릴레이로 인가되는 전류를 제어하는 제2 스위치; 및
    상기 제2 스위치와 병렬 연결되며, 상기 제2 스위치의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 상기 릴레이를 통해 인가되는 전압을 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    릴레이 진단 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 제1 스위치가 온(On) 되고, 상기 제2 스위치가 오프(Off) 되는 경우, 상기 배터리 팩으로부터 인가되는 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는,
    릴레이 진단 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정부는,
    인가되는 전압의 측정값에 따라 정상 작동 여부를 진단하되,
    상기 제2 스위치가 온(On) 되는 경우, 상기 릴레이의 정상 작동 여부를 진단하고, 상기 제2 스위치가 오프(Off) 되는 경우, 상기 배터리 팩의 정상 작동 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는,
    릴레이 진단 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이 진단 회로는,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 측정부와 각각 직렬로 연결되는 복수의 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    릴레이 진단 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이는,
    상기 제1 스위치의 온/오프(On/Off) 여부에 따라, 상기 배터리 팩과 상기 부하 간의 연결 상태를 제어하는 기준 전압의 범위가 변경되는 것을 특징으로 하는,
    릴레이 진단 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    인가되는 전압을 디지털 신호로 변환하는 컨버터로 구현되는 것을 특징으로 하는,
    릴레이 진단 회로.
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