KR20190072765A - 센서 진단이 가능한 충전 시스템 및 이 충전 시스템에 적용된 센서의 진단 방법 - Google Patents

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Abstract

교류 전력이 입력되는 입력단의 전압을 검출하는 교류 입력전압 센서; 상기 입력단에 연결된 저항; 상기 저항을 통해 인가되는 교류 전력의 역률을 조정하여 출력하는 역률 보정 회로부; 상기 역률 보정 회로부의 출력 전압이 인가되는 커패시터; 및 상기 저항에 흐르는 전류의 크기와 상기 커패시터의 전압의 크기 및 상기 저항의 저항값에 기반하여 상기 교류 입력전압 센서를 진단하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

센서 진단이 가능한 충전 시스템 및 이 충전 시스템에 적용된 센서의 진단 방법{CHARGING SYSTEM WITH SENSOR DIAGNOSIS FUNCTION AND METHOD FOR DIAGNOSING SENSOR APPLIED TO THE SAME}
본 발명은 충전 시스템 및 이에 적용된 센서의 진단 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부의 교류 입력전압의 크기를 검출하기 위해 마련된 교류 입력전압 센서의 상태를 정확하게 진단함으로써 충전 불가 또는 충전 지연을 미연에 방지하고 각종 차량 관련 규정을 충족시킬 수 있는 센서 진단이 가능한 충전 시스템 및 이 충전 시스템에 적용된 센서의 진단 방법에 관한 것이다.
지구 온난화와 환경 오염 등의 문제가 심각하게 대두 되면서 자동차 산업 분야에서도 환경 오염을 최대한 감소시킬 수 있는 친환경 차량에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 그 시장도 점차 확대되고 있다.
친환경 자동차로서 기존의 화석 연료를 연소시켜 구동력을 발생시키는 엔진 대신 전기 에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 전동기를 적용한 전기 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량이 세계적으로 출시되고 있는 상황이다. 이러한 전기 에너지를 이용한 친환경 차량들 중 전기 차량과 플러그인 하이브리드 차량은 계통(grid)에 연결된 외부 충전 설비로부터 전력을 제공받아 차량에 구비된 배터리를 충전하고, 배터리의 충전된 전력을 이용하여 차량 구동에 필요한 운동 에너지를 생산한다. 이에 따라, 친환경 차량은 외부 충전 설비로부터 계통 전력을 제공 받아 배터리를 충전하기 위한 전력으로 변환하는 차량 탑재형 충전기를 구비한다.
차량 탑재형 충전기(On Board Charger: OBC) 내에는 제어를 위한 정보를 검출하는 여러 센서가 구비될 수 있다. 이들 센서 중, 외부 충전 설비로부터 계통 전력이 입력되는 차량 탑재형 충전기의 입력단에 설치된 교류 입력전압 센서가 정상적으로 동작하지 못하는 경우 비정상적인 출력 제한에 의해 충전이 불가능하거나 충전 시간이 원하는 시간보다 지연되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 북미의 CARB(California Air Resources Board) 규정에 의하면, 차량의 제어기가 정보를 입력 받는 센서에 대해서는 상태 진단 기능이 부가되어야 한다고 규정되고 있어, 차량 탑재형 충전기의 입력단에 설치된 교류 입력전압 센서에 대한 진단 기능이 요구되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2016-0013551 A KR 10-2014-0114175 A
이에 본 발명은, 외부의 교류 입력전압의 크기를 검출하기 위해 마련된 교류 입력전압 센서의 상태를 정확하게 진단함으로써 충전 불가 또는 충전 지연을 미연에 방지하고 각종 차량 관련 규정을 충족시킬 수 있는 센서 진단이 가능한 충전 시스템 및 이 충전 시스템에 적용된 센서의 진단 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
교류 전력이 입력되는 입력단의 전압을 검출하는 교류 입력전압 센서;
상기 입력단에 연결된 저항;
상기 저항을 통해 인가되는 교류 전력의 역률을 조정하여 출력하는 역률 보정 회로부;
상기 역률 보정 회로부의 출력 전압이 인가되는 커패시터; 및
상기 저항에 흐르는 전류의 크기와 상기 커패시터의 전압의 크기 및 상기 저항의 저항값에 기반하여 상기 교류 입력전압 센서를 진단하는 컨트롤러;
를 포함하는 센서 진단이 가능한 충전 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 저항과 병렬 연결된 릴레이를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 충전 시스템의 동작이 개시된 이후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 기준값 이상이 되면 상기 릴레이를 개방상태에서 단락상태로 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 상기 릴레이가 개방 상태인 경우 상기 교류 입력전압 센서를 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저항은 온도에 따라 저항값이 변동되는 저항이며, 상기 컨트롤러는, 상기 저항의 온도를 추정하고, 상기 저항의 추정 온도에 기반하여 상기 저항의 저항값을 추정하며, 상기 저항의 추정 저항값을 이용하여 상기 교류 입력전압 센서를 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 저항에 흐르는 전류의 크기와 상기 저항의 추정 저항값 및 상기 커패시터의 전압의 크기를 이용하여 교류 입력전압의 크기를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 교류 입력전압의 추정된 크기와 상기 교류 입력전압 센서에서 검출된 검출값을 비교하여 상기 교류 입력전압 센서의 상태를 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 사전 설정된 주기에 따라 반복적으로 상기 교류 입력전압 센서의 상태를 판단하며, 일 판단 주기에서, 상기 컨트롤러는 상기 저항에 흐르는 전류와 그 이전 주기에서 추정된 상기 저항의 추정 저항값을 이용하여 상기 저항에 의한 발열량을 연산하고, 연산된 발열량에 사전 설정된 방열량을 감산하여 온도 변화량을 도출하며, 그 이전 주기에서 결정된 상기 저항의 추정 온도에 상기 온도 변화량을 가산하여 상기 저항의 추정 온도를 결정할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
상기 충전 시스템에 적용된 센서 진단 방법으로서,
상기 입력단으로 교류 입력전압이 인가되면, 상기 저항에 흐르는 전류의 검출값과 상기 커패시터의 전압의 검출값을 입력 받는 입력 단계;
온도에 기반하여 상기 저항의 저항값을 추정하는 저항 추정 단계;
상기 저항의 추정 저항값과, 상기 전류의 검출값 및 상기 전압의 검출값을 이용하여 교류 입력전압의 크기를 추정하는 전압 추정 단계;
상기 교류 입력전압 센서에서 검출된 교류 입력전압 검출값과 상기 전압 추정 단계에서 추정된 교류 입력전압 추정값을 비교하는 단계; 및
상기 교류 입력전압 검출값과 상기 교류 입력전압 추정값의 차에 기반하여 상기 교류 입력전압 센서의 상태를 진단하는 단계;
를 포함하는 센서 진단 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 센서 진단 방법은 일정한 주기로 반복적으로 수행되며, 상기 저항 추정 단계는, 최초 주기에서 외기온에 기반하여 상기 저항의 저항값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저항 추정 단계는, 상기 저항에 흐르는 전류와 그 이전 주기에서 추정된 상기 저항의 추정 저항값을 이용하여 상기 저항에 의한 발열량을 연산하고, 연산된 발열량에 사전 설정된 방열량을 감산하여 온도 변화량을 도출하며, 그 이전 주기에서 결정된 상기 저항의 추정 온도에 상기 온도 변화량을 가산하여 상기 저항의 추정 온도를 결정하는 단계와 상기 저항의 추정 온도에 기반하여 상기 저항의 저항값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 입력 단계는 상기 저항의 양단에 병렬 연결된 릴레이를 개방하여 상기 저항을 통해 상기 입력단을 통해 입력되는 교류 전력이 전달되게 할 수 있다.
상기 센서 진단이 가능한 충전 시스템 및 이 충전 시스템에 적용된 센서의 진단 방법에 따르면, 센서 진단을 요구하는 표준이나 기준 사양을 만족시키기 위해 별도의 센서를 부가하는 등의 추가적 비용 부담없이 소프트웨어적인 기법으로 간단히 센서 진단을 구현할 수 있다. 특히 여러 국가에서 요구하는 센서 진단에 대한 표준이나 기준 사양을 충족시킴으로써 불충족 시 발생하는 여러 문제를 해소할 수 있다.
또한, 상기 센서 진단이 가능한 충전 시스템 및 이 충전 시스템에 적용된 센서의 진단 방법에 따르면, 실시간 온도 변화를 반영하여 매우 정확하게 센서 진단이 가능하므로 차량 배터리 충전 시간이 지연되거나 충전이 불가한 경우 매우 신속하게 원인 분석을 가능하게 하여 차량 상품성 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템의 컨트롤러를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 시스템에 적용되는 센서 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 시스템에 적용된 센서 진단 방법에서 저항의 저항값을 결정하는 기법의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 시스템에 적용된 저항의 온도 추정 기법의 일례를 도시한 도면이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템 및 이 충전 시스템에 적용된 센서의 진단 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템은, 차량(10) 내에 구비되는 차량 탑재형 충전기(On Board Charger: OBC)의 입력단, 즉 외부 충전 설비(20)로부터 교류의 계통 전력이 입력되는 입력단의 교류 입력전압 센서(11)의 진단이 가능한 충전 시스템일 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템은, 교류 전력이 입력되는 입력단의 전압을 검출하는 교류 입력전압 센서(11)와, 입력단에 연결된 저항(Rini)과, 저항(Rini)을 통해 인가되는 교류 전력의 역률을 조정하여 출력하는 역률 보정 회로부(15)와, 역률 보정 회로부(15)의 출력 전압이 인가되는 커패시터(CDC)와 저항(Rini)에 흐르는 전류(IBS)의 크기와 커패시터(CDC)의 전압(VDC)의 크기 및 저항(Rini)의 저항값에 기반하여 교류 입력전압 센서(11)를 진단하는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
교류 입력전압 센서(11)는 외부 충전 설비(20)에서 차량의 충전기 입력단으로 제공되는 교류 입력전압(VAC)를 검출하기 위한 요소로서 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템에서 진단의 대상이 된다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템에서는, 충전기 내에서 검출된 전류/전압 및 저항(Rini)의 값들을 이용하여 연산된 교류 입력전압의 추정값과 교류 입력전압 센서(11)에서 검출된 교류 입력전압의 검출값을 비교함으로써 교류 입력전압 센서(11)의 상태를 진단할 수 있다.
저항(Rini)는 충전기의 입력단에 연결되는 저항으로 충전을 개시한 경우 급격한 전류의 유입(과전류)을 차단하기 위해 적용되는 저항이다. 이 저항(Rini)은 충전의 초기에만 사용되는 저항이므로 '초기충전저항' 또는 '초충저항'이라고도 한다. 이 저항(Rini)에는 병렬 연결 관계로 릴레이(12)가 연결될 수 있다. 충전기를 제어하는 컨트롤러(100)는 충전기의 동작이 개시된 이후 커패시터(CDC)의 전압이 사전 설정된 기준값 이상이 되면 릴레이(12)를 개방상태에서 단락상태로 전환할 수 있다. 즉, 충전 초기에 릴레이(12)는 개방되어 입력단으로 입력되는 전력이 저항(Rini)을 통해 전달되고, 커패시터(CDC)가 일정 수준 이상 충전된 이후에는 릴레이(12)가 단락되어 전력은 더 이상 저항(Rini)을 통해 전달되지 않고 릴레이(12)를 통해 전달된다.
이와 같은 저항(Rini)과 릴레이(12)의 연결 관계를 고려할 때, 본 발명의 여러 실시형태에 의해 구현되는 센서 진단 기법은 릴레이(12)가 단락 상태가 되기 이전, 즉 저항(Rini)을 통해 전력이 전달되는 초기 충전 상태에서 실시 가능하다.
역률 보정 회로부(15)는 외부 전력 공급 장치로부터 제공되는 교류 전력의 역률을 조정하여 출력한다. 예를 들어, 역률 보정 회로부(14)는 인덕터와 스위칭 소자 등으로 구성되는 부스트 컨버터의 토폴로지를 적용하여 구성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시한 것과 같이, 역률 보정 회로부(14)의 입력단은 저항(Rini) 측에 연결되어 저항(Rini)을 통해 전달되는 전력을 입력 받고, 저항(Rini) 측에 일단이 연결되고 타단이 커패시터(CDC)의 타단에 연결된 인덕터(L)와 인덕터(L)의 타단과 커패시터(CDC)의 타단 사이의 전기적 연결을 형성/차단하는 스위칭 소자(S)를 포함할 수 있다. 이러한 회로 구조에서, 역률 보정 회로부(10)는 커패시터(CDC)를 초기 충전하는 동작을 수행한 후에 스위칭 소자(S)가 PWM 제어됨으로써 부스트 컨버터로 동작할 수 있다.
한편, 저항(Rini)과 역률 보정 회로부(15) 사이에는 교류 전력을 정류하기 위한 정류 회로부(13)가 포함될 수 있다. 정류 회로부(13)는 네 개의 다이오드로 구성된 풀브릿지 회로로 구성되는 다이오드 정류 회로부(13)로 구현될 수 있다. 또한, 역률 보정 회로부(14)의 입력단에는 저항(Rini)에 흐르는 전류(IBS), 즉 역률 보정 회로부(15)로 입력되는 전류(IBS)를 검출하기 위한 전류 센서(14)가 구비될 수 있다.
커패시터(CDC)는 역률 보정 회로부(15)에서 출력되는 전력에 의해 충전된다. 커패시터(CDC)의 충전에 의해 커패시터 양단에 형성되는 전압(VDC)은 직류전압 센서(16)에 의해 검출될 수 있다. 커패시터(CDC)의 전압은 직류(Direct Current)-직류 컨버터(17)에 의해 전압 레벨이 변환된 후 배터리(18)로 인가되어 배터리(18)가 충전될 수 있다. 직류-직류 컨버터(17)는 그 입출력 단자가 상호 전기적으로 절연된 절연형 직류-직류 컨버터 회로 또는 비절연형 직류-직류 컨버터 등 당 기술분야에 공지된 다양한 토폴로지로 구현될 수 있다.
컨트롤러(100)는 저항(Rini)에 흐르는 전류(IBS)와 커패시터(CDC)의 전압(VDC) 및 저항(Rini)의 저항값에 기반하여 교류 입력전압 센서(11)의 상태를 진단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템의 컨트롤러를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템의 컨트롤러(100)는, 교류 입력전압 센서(11)의 진단을 위해 필요한 인자인 저항(Rini)에 흐르는 전류(IBS)와 커패시터(CDC)의 전압(VDC) 및 외기 온도(To)를 입력 받는 신호 입력 모듈(110)과, 저항(Rini)의 온도(저항 주변 온도)를 연산을 통해 추정하는 온도 추정 모듈(120)과, 외기 온도(To) 또는 온도 추정 모듈(120)에 의해 연산된 저항(Rini)의 온도를 이용하여 저항(Rini)의 저항값을 추정하는 저항 추정 모듈(130)과, 저항 추정 모듈(130)에서 연산된 저항 추정값과 전류(IBS) 및 전압(VDC)의 크기를 이용하여 교류 입력전압의 크기를 추정하는 교류 입력전압 추정 모듈(140)과, 교류 입력전압 센서(11)에서 검출된 전압 검출값과 교류 입력전압 추정 모듈에서 연산된 교류 입력전압 추정값을 비교하여 교류 입력전압 센서(11)의 상태를 진단하는 교류 입력전압 센서 진단 모듈(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템에 적용되는 센서 진단 방법에 대해 상세하게 설명한다. 충전 시스템에 적용되는 센서 진단 방법에 대한 설명을 통해 충전 시스템의 작용 효과에 대한 충분한 이해가 이루어질 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 시스템에 적용된 센서 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
외부 충전 설비(20)와 차량(10)의 탑재형 충전기 사이의 전기적 연결이 체결되고 외부 충전 설비(20)로부터 교류 전력이 제공됨으로써 차량의 충전이 개시되면, 컨트롤러(100)는 릴레이(12)를 개방하여 저항(Rini)을 거쳐 충전기에 교류 전력이 입력 되게 하고, 각 센서(11, 14, 16)에서 검출되는 값과 저항(Rini)의 온도에 대한 정보를 신호 입력 모듈(110)을 통해 입력 받는다(S11).
이어, 컨트롤러(100)의 저항 추정 모듈(130)은 저항(Rini)의 초기 저항값을 설정한다. 저항(Rini)은 충전 초기에만 사용되므로 충전을 개시한 직후에 저항(Rini)의 온도는 외기온과 실질적으로 동일한 것으로 간주할 수 있다. 따라서, 컨트롤(100)는 차량에 마련된 외기온도 센서에서 검출된 온도 검출값을 기반으로 초기 저항값을 결정할 수 있다(S12).
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 시스템에 적용된 센서 진단 방법에서 저항의 저항값을 결정하는 기법의 일례를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 시스템에 적용된 센서 진단 방법에서는, 저항 추정 모듈(130) 데이터 맵 또는 연산식을 저장하고 충전 초기에는 외기온(To)을 입력으로 하여 그에 대응되는 저항값을 데이터 맵에서 찾거나 연산식에 대입하여 저항값을 도출할 수 있다. 통상적으로 저항은 온도에 따라서 그 저항값이 변동되는 특징을 갖는다. 따라서, 저항의 제조사는 온도에 따른 저항값 변동의 특성을 제공하고 있다. 또한 저항의 제조사로부터 저항값 변동의 특성을 제공받지 못하는 경우라도 실험적인 방법을 통해 저항값 변동의 특성을 파악하여 데이터 맵이나 연산식을 사전에 결정해둘 수 있다.
단계(S12)에서는 외기 온도를 데이터 맵이나 연산식에 입력하여 저항의 초기 저항값을 결정할 수 있다.
이어, 현재 수행 중인 과정들이 교류 입력전압 센서의 최초 진단을 위한 과정인 경우에는, 컨트롤러(100)의 교류 입력전압 추정 모듈(140)이 단계(S12)에서 결정된 저항(Rini)의 초기 저항값과 검출된 커패시터 전압(VDC)의 크기 및 저항(Rini)에 흐르는 전류(IBS)의 크기를 이용하여 교류 입력전압의 크기를 추정할 수 있다(S16).
도 1에 도시된 회로 구조에서, 교류 입력전압의 추정값(VAC_EST)은 다음의 식 1과 같이 결정될 수 있다.
[식 1]
VAC _EST = (Rn × IBS) ＋ VDC
식 1에서 Rn는 저항 추정 모듈(130)이 온도에 기반하여 결정한 저항(Rini)의 추정 저항값으로, 최초 진단에서는 외기온(To)를 기반으로 결정한 초기 저항값일 수 있다. 또한, 식 1에서 교류 입력전압의 추정값(VAC_EST)은 회로 해석을 통해 도출되는 교류 입력전압과 완전히 일치하지는 않지만(정류회로(13)의 다이오드에 의한 전압 강하분 미반영), 이 교류 입력전압의 추정값(VAC_EST)과 센서(11)에 의해 검출된 교류 입력전압의 검출값을 비교하여 그 차이로써 센서(11)를 진단하는 과정에서 이상 여부를 판단하는 기준 범위를 적절하게 설정함으로써 불일치의 문제를 해소할 수 있다.
이어, 컨트롤러(100)의 교류 입력전압 센서 진단 모듈(150)은, 교류 입력전압 센서(11)에서 검출된 교류 입력전압 검출값과 교류 입력전압 추정 모듈(140)에서 도출된 교류 입력전압 추정값을 서로 비교할 수 있다(S17).
이어, 컨트롤러(100)의 교류 입력전압 센서 진단 모듈(150)은, 교류 입력전압 센서(11)에서 검출된 교류 입력전압 검출값과 교류 입력전압 추정 모듈(140)에서 도출된 교류 입력전압 추정값의 차이가 사전 설정된 범위를 벗어나면 교류 입력전압 센서(11)에 이상이 발생한 것으로 판단하고(S18), 두 값의 차이가 사전 설정된 범위 이내인 경우 교류 입력전압 센서(11)가 정상인 것으로 판단할 수 있다(S19).
이어, 컨트롤러(100)는 릴레이(12)의 단락 제어가 이루어지지 않은 상태라면, 진단을 종료하지 않고 다시 진단 과정을 수행할 수 있다(S20). 즉 컨트롤러(100)는 저항(11)을 통해 전력이 전달되는 상황에서는 반복적으로 설정 주기마다 교류 입력전압 센서(11)를 진단하는 일련의 과정들을 수행할 수 있다. 물론, 새로운 주기가 시작되면 센서(14, 16)를 통해 교류전류 검출값(IBS) 및 직류전압 검출값(VDC)을 다시 검출할 수 있다(S21).
컨트롤러(100)는 최초 진단이 아니고 설정 주기에 따라 이전 진단이 수행되었던 경우라면(S13), 저항(Rini)의 실시간 온도값을 추정하는 과정(S14)를 수행하게 된다. 즉, 초기 충전이 수행되면서 저항(Rini)의 온도가 변동한 것을 고려하여 다시 저항(Rini)의 온도를 추정하는 과정이 수행될 수 있다(S14).
컨트롤러(100)의 온도 추정 모듈(120)은 현재 주기에서 검출된 교류전류 검출값(IBS)과 이전 주기에서 검출된 저항(Rini)의 추정 저항값 및 사전 설정된 방전량을 이용하여 온도 변화량을 도출하고 이를 이전 주기에서 도출된 온도 추정값에 합산하여 현재 주기의 실시간 온도 추정값(Tn)을 연산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 시스템에 적용된 저항의 온도 추정 기법의 일례를 도시한 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 교류전류 검출값(IBS)을 제곱하고 이전 주기에 도출된 저항(Rini)의 추정값(또는 초기 저항값)을 서로 승산하면 전력이 도출되고 이 전력에서 저항(Rini)이 설치된 영역의 방열량을 차감하면 온도 변화량이 도출될 수 있다. 도 5에서, Ka는 이론적인 계산법과 실제 검출된 값을 이용한 계산법 사이의 차이를 보상하기 위한 상수로서 실험적으로 결정될 수 있다. 또한, 도 5에서는 각 연산을 통해 원하는 물리량을 얻기 위해 요구되는 변환에 대해서는 도시하지 않았으며 단지 개념적인 측면을 이해하는데 도움을 주기 위한 것으로 이해되어야 할 것이다.
단계(S14)에서 도출된 실시간 저항 온도 추정값(Tn)은 온도 추정 모듈(120)으로 제공되고, 온도 추정 모듈(120)은 저항 온도 추정값(Tn)을 데이터 맵이나 연산식에 적용하여 저항(Rini)의 추정 저항값을 도출할 수 있다.
이어, 전술한 것과 같이, 식 1을 이용하여 교류 입력전압 추정값을 생성하고(S16), 센서(11)에 의해 검출된 값과 단계(S16)에서 추정된 추정값을 비교하여(S17), 교류 입력전압 센서(11)의 상태를 진단할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 센서 진단이 가능한 충전 시스템 및 이 충전 시스템에 적용된 센서의 진단 방법은, 센서 진단을 요구하는 표준이나 사양을 만족시키기 위해 별도의 센서를 부가하는 등의 추가적 비용 부담없이 소프트웨어적인 기법으로 간단히 센서 진단을 구현할 수 있다.
또한, 실시간 온도 변화를 반영하여 매우 정확하게 센서 진단이 가능하므로 차량 배터리 충전 시간이 지연되거나 충전이 불가한 경우 매우 신속하게 원인 분석을 가능하게 하여 차량 상품성 향상에 기여할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 차량 11: 교류 입력전압 센서
12: 릴레이 13: 정류 회로
14: 교류 입력전류 센서 15: 역률 보정 회로부
16: 직류 전압 센서 17: 직류-직류 컨버터
18: 배터리 100: 컨트롤러
Rini: (초충)저항 L: 인덕터
S: 스위칭 소자 CDC: (직류)커패시터

Claims (11)

  1. 교류 전력이 입력되는 입력단의 전압을 검출하는 교류 입력전압 센서;
    상기 입력단에 연결된 저항;
    상기 저항을 통해 인가되는 교류 전력의 역률을 조정하여 출력하는 역률 보정 회로부;
    상기 역률 보정 회로부의 출력 전압이 인가되는 커패시터; 및
    상기 저항에 흐르는 전류의 크기와 상기 커패시터의 전압의 크기 및 상기 저항의 저항값에 기반하여 상기 교류 입력전압 센서를 진단하는 컨트롤러;
    를 포함하는 센서 진단이 가능한 충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항과 병렬 연결된 릴레이를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 충전 시스템의 동작이 개시된 이후 상기 커패시터의 전압이 사전 설정된 기준값 이상이 되면 상기 릴레이를 개방상태에서 단락상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 센서 진단이 가능한 충전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 릴레이가 개방 상태인 경우 상기 교류 입력전압 센서를 진단하는 것을 특징으로 하는 센서 진단이 가능한 충전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항은 온도에 따라 저항값이 변동되는 저항이며,
    상기 컨트롤러는, 상기 저항의 온도를 추정하고, 상기 저항의 추정 온도에 기반하여 상기 저항의 저항값을 추정하며, 상기 저항의 추정 저항값을 이용하여 상기 교류 입력전압 센서를 진단하는 것을 특징으로 하는 센서 진단이 가능한 충전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 저항에 흐르는 전류의 크기와 상기 저항의 추정 저항값 및 상기 커패시터의 전압의 크기를 이용하여 교류 입력전압의 크기를 추정하는 것을 특징으로 하는 센서 진단이 가능한 충전 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 교류 입력전압의 추정된 크기와 상기 교류 입력전압 센서에서 검출된 검출값을 비교하여 상기 교류 입력전압 센서의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 센서 진단이 가능한 충전 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 사전 설정된 주기에 따라 반복적으로 상기 교류 입력전압 센서의 상태를 판단하며,
    일 판단 주기에서, 상기 컨트롤러는 상기 저항에 흐르는 전류와 그 이전 주기에서 추정된 상기 저항의 추정 저항값을 이용하여 상기 저항에 의한 발열량을 연산하고, 연산된 발열량에 사전 설정된 방열량을 감산하여 온도 변화량을 도출하며, 그 이전 주기에서 결정된 상기 저항의 추정 온도에 상기 온도 변화량을 가산하여 상기 저항의 추정 온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 진단이 가능한 충전 시스템.
  8. 청구항 1의 충전 시스템에 적용된 센서 진단 방법에 있어서,
    상기 입력단으로 교류 입력전압이 인가되면, 상기 저항에 흐르는 전류의 검출값과 상기 커패시터의 전압의 검출값을 입력 받는 입력 단계;
    온도에 기반하여 상기 저항의 저항값을 추정하는 저항 추정 단계;
    상기 저항의 추정 저항값과, 상기 전류의 검출값 및 상기 전압의 검출값을 이용하여 교류 입력전압의 크기를 추정하는 전압 추정 단계;
    상기 교류 입력전압 센서에서 검출된 교류 입력전압 검출값과 상기 전압 추정 단계에서 추정된 교류 입력전압 추정값을 비교하는 단계; 및
    상기 교류 입력전압 검출값과 상기 교류 입력전압 추정값의 차에 기반하여 상기 교류 입력전압 센서의 상태를 진단하는 단계;
    를 포함하는 센서 진단 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 센서 진단 방법은 일정한 주기로 반복적으로 수행되며,
    상기 저항 추정 단계는, 최초 주기에서 외기온에 기반하여 상기 저항의 저항값을 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 저항 추정 단계는,
    상기 저항에 흐르는 전류와 그 이전 주기에서 추정된 상기 저항의 추정 저항값을 이용하여 상기 저항에 의한 발열량을 연산하고, 연산된 발열량에 사전 설정된 방열량을 감산하여 온도 변화량을 도출하며, 그 이전 주기에서 결정된 상기 저항의 추정 온도에 상기 온도 변화량을 가산하여 상기 저항의 추정 온도를 결정하는 단계와 상기 저항의 추정 온도에 기반하여 상기 저항의 저항값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 입력 단계는 상기 저항의 양단에 병렬 연결된 릴레이를 개방하여 상기 저항을 통해 상기 입력단을 통해 입력되는 교류 전력이 전달되게 하는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
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