KR20200084455A - Fail-Safety 기능을 구비하는 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법 - Google Patents

Fail-Safety 기능을 구비하는 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Fail-Safety 기능을 구비하는 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리는 내부에 통신부를 구비하여, BMS와 CAN 통신 또는 LIN 통신 방식으로 상호 통신을 수행한다. PRA는 CAN 통신 또는 LIN 통신 방식에 따라서 BMS로부터 PRA의 온/오프/유지 제어 신호를 수신하여 제어 신호에 따라서 동작하고, PRA의 현재 상태 정보를 BMS로 전달하여 BMS로 하여금 현재 PRA를 제어할 수 있도록 한다. 이와 동시에, PRA와 BMS 간의 통신에 장애가 발생하면, PRA와 BMS는 상호간에 연결된 와이어를 통해서, BMS는 PRA로 PRA의 온/오프/유지를 지시하는 PWM 제어 신호를 출력하고, PRA는 BMS로 PRA의 상태를 나타내는 PWM 신호를 출력함으로써, 신뢰성 높은 Fail-Safety 기능을 제공할 수 있다.

Description

Fail-Safety 기능을 구비하는 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법{Power relay assembly and driving method of the same}
본 발명은 파워 릴레이 어셈블리(PRA:Power Relay Assembly) 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 Fail-Safety 기능을 구비하는 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 파워 릴레이 어셈블리(PRA:Power Relay Assembly)는 전기 차량 및 하이브리드 차량에서 배터리로부터 PCU(Power Control Unit)를 거쳐 모터로 연결되는 전원을 연결하고 차단하는 전력 차단 장치로, 전력을 공급하기 위한 메인 게이트(Main Gate) 역할을 수행하는 핵심 부품이다.
뿐만 아니라, 파워 릴레이 어셈블리(PRA)는 시스템 오류 발생 또는 정비 등의 상황에서 전력을 완전히 차단하는 안전 장치 역할을 수행함으로써 전기 차량/하이브리드 차량에서 매우 중요한 안전을 담당한다.
이러한 파워 릴레이 어셈블리는 프리-충전 릴레이(Pre-Charging Relay) (450V, 10A 이상) 및 메인 릴레이(Main Relay) (450V, 100~150A 이상) 등의 고전압 릴레이와 배터리/인버터로의 와이어링 연결을 위한 고전압/대전류 버스바 및 단자 등의 부품으로 구성된다.
이중 핵심 부품은 고전압/대전류를 연결 및 차단하는 역할을 수행하는 고전압 릴레이이다. 이러한 고전압 릴레이로서는 통상적으로 릴레이의 접점에서 발생 가능한 스파크를 방지하기 위해 특수 가스(Gas), 예를 들어 H2 가스를 주입 밀봉한 기계식 릴레이 구조가 채택되고 있다.
그런데, 상기 고전압 릴레이는 특수 가스로 인해 무겁기 때문에 파워 릴레이 어셈블리의 전체 무게를 증가시킨다. 그 결과, 차량의 연비가 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 고전압 릴레이는 복잡한 기계적인 구조를 갖추고 있을 뿐 아니라 그 부품의 재료비 자체가 높아 그 부품의 가격이 높다. 그 결과, 파워 릴레이 어셈블리의 원가가 증가되는 문제가 있다.
또한, 상기 고전압 릴레이를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리는 주변 장치의 추가로 인해 배선의 증가를 필요로 한다. 그 결과, 배선의 배열이 복잡해지는 문제가 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위한 종래 기술의 일 예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 스위칭 소자가 이용된 스마트 PRA가 제안된 바 있다. 도 1에 도시된 한국특허 제 10-0559398 호(발명의 명칭:하이브리드 및 연료전지 차량용 동력 연결 제어 장치)는 시동 초기에 전지와 인버터의 -단자를 서로 연결하는 제2 메인 릴레이(7)를 ON 시킨 후, 제1 메인 릴레이(5)를 접속하기 전에 전력 반도체(6)를 펄스 폭 변조(PWM) 제어를 하여 전류를 단속적으로 흐르게 하여 캐패시터(8b)를 미리 충전하여 제1 메인 릴레이(5) 양단의 전압이 같게 등전위를 형성한 후, 제1 메인 릴레이(5)를 접속하여, 제1 메인 릴레이(5) 접속 시 제 1 메인 릴레이(5) 양단에 스파크가 발생하는 것을 방지한다.
또한, 전원 공급 차단시에, 제1 메인 릴레이(5), 전력 반도체(6) 및 제2 메인 릴레이(7)가 동시에 온(On)된 상태에서, 제1 메인 릴레이(5) 만을 먼저 오프(Off)한다. 이때 제1 메인 릴레이(5)를 통하여 흐르던 전류가 전력 반도체(6)를 통해 계속 흐르기 때문에 제1 메인 릴레이(5)는 접점에서 스파크가 일어나지 않아 안전하게 전원을 차단할 수 있다.
그러나, 이러한 종래 기술의 경우, 전기 차량의 고전압 배터리에서 부하(인버터)로 전력 공급 중 일반적인 전원 차단은 가능하지만, 고전압 배터리 충전시 전력을 차단하는 동작은 실행할 수 없으므로, 새로운 구조의 전기차용 파워 릴레이 어셈블리가 요구된다.
또한, 종래의 PRA는 와이러를 통해서 BMS(Battery Management System)와 연결되고, BMS로부터 PRA의 온(ON) 제어 신호 및 오프(OFF) 제어 신호를 수신하여, PRA 온 동작 및 PRA 오프 동작을 수행하며, PRA의 상태 정보를 BMS로 전송한다.
그러나, 이러한 종래 기술의 경우에는, 와이어에 단선이나 단락과 같은 문제가 발생하면, 릴레이 스위치(5,7) 및 전력 반도체(6)에 대한 제어를 상실하는 문제가 있고, PRA 내부의 부품이 파손되는 등의 문제가 발생하므로, PRA를 보호하기 위한 Fail-Safety 기능을 구비하는 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, Fail-Safety 기능을 구비하는 동시에, 전기차의 고전압 배터리가 방전하여 부하에 전원을 공급하는 경우 뿐만 아니라, 고전압 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에도 릴레이의 스파크 발생을 방지하면서 전원 공급 및 차단을 수행할 수 있는 전기차용 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리는, 차량의 BMS(Battery Management System)와 통신을 수행하여, 상기 BMS로부터 파워 릴레이 어셈블리를 온(ON) 또는 오프(OFF) 시키는 제어 명령을 수신하여 제어부로 출력하고, 상기 제어부로부터 입력되는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 정보를 상기 BMS로 전송하는 통신부; 배터리의 음의 단자와 부하측 음의 단자 사이에 연결되는 제 1 릴레이; 상기 배터리의 양의 단자와 상기 부하측 양의 단자 사이에 연결되는 제 2 릴레이; 일단은 상기 배터리의 양의 단자측 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결되고, 타단은 제 2 스위칭부와 연결되는 제 1 스위칭부; 일단은 상기 제 1 스위칭부와 연결되고, 타단은 상기 제 2 릴레이의 부하측 일단과 연결되는 상기 제 2 스위칭부; 상기 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 상기 제 1 스위칭부로 전압 제어 신호를 출력하여, 상기 제 1 스위칭부를 통해서 흐르는 전류량을 제한하는 전압 제어 모듈; 및 상기 통신부로부터 제어 명령이 입력되면, 제어신호를 출력하여 상기 제 1 릴레이, 상기 제 2 릴레이, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부를 제어하는 상기 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부 각각은, 상기 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 온/오프되는 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부에 각각 포함된 다이오드는 순방향이 서로 반대일 수 있다.
또한, 상기 제 1 스위칭부의 다이오드는 상기 배터리의 양의 단자측 방향이 순방향이 되도록 설정되고, 상기 제 2 스위칭부의 다이오드는 상기 부하측의 양의 단자측 방향이 순방향으로 되도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리로부터 상기 부하측으로 전원을 공급하는 경우에, 상기 제 1 릴레이를 온시키고, 상기 전압 제어 모듈을 통해서 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록하여 프리차지를 수행하고, 상기 제 2 릴레이의 양단간 등전위가 형성되면, 상기 제 2 릴레이를 온시키고 상기 전압 제어 모듈을 통해서 상기 제 1 스위칭부를 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 1 릴레이 및 상기 제 2 릴레이가 온인 상태에서, 상기 배터리로부터 상기 부하측으로의 전원 공급을 차단하는 경우에, 상기 전압 제어 모듈을 통해서 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 온시켜, 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 2 릴레이, 및 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록한 후, 상기 제 2 릴레이를 오프시키고, 그 후 상기 전압 제어 모듈을 통해서 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 오프시켜 전원 공급을 차단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하여 상기 제 2 릴레이 양단간에 등전위를 형성한 후, 상기 제 2 릴레이를 온(ON)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 충전 전류가 흐르도록 한 후, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 정규 충전을 진행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 1 릴레이 및 상기 제 2 릴레이가 온인 상태에서, 충전 전류 공급을 차단하는 경우에, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 한 후, 상기 제 2 릴레이를 오프(OFF)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 흐르는 충전 전류를 차단한 후, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전규 공급을 차단할 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리는, 상기 배터리의 양의 단자와 상기 제 2 릴레이의 일단 사이에 설치되어, 상기 배터리에서 출력되는 전류 및 상기 배터리로 유입되는 전류 중 적어도 하나를 측정하여 상기 제어부로 출력하는 전류 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전류 센서에서 입력된 전류값에 따라서 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 BMS와 상기 제어부는 와이어로 직접 연결되고, 상기 BMS와 상기 통신부 간의 통신 오류가 발생하면, 상기 BMS와 상기 제어부는 상기 제어 명령과 상기 상태 명령을 나타내는 PWM 신호를 상기 와이어를 통해서 상호 송수신할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법은, 배터리의 음의 단자와 부하측 음의 단자 사이에 연결된 제 1 릴레이, 상기 배터리의 양의 단자가 연결된 제 1 노드 및 부하측 양의 단자가 연결된 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 릴레이, 상기 제 1 노드와 제 2 스위칭부 사이에 연결되는 제 1 스위칭부, 상기 제 1 스위칭부와 상기 제 2 노드사이에 연결되는 제 2 스위칭부, 및 차량의 BMS와 통신을 수행하는 통신부를 포함하고, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부는 스위칭 소자 및 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 다이오드를 각각 포함하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법으로서, 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로부터 상기 부하측으로 전원을 공급하는 경우에, 상기 제 1 릴레이를 온시키는 단계; 전압 제어 모듈을 통해서 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록하여 프리차지를 수행하는 단계; 및 상기 제 2 릴레이의 양단간 등전위가 형성되면, 상기 제 2 릴레이를 온시키고 상기 전압 제어 모듈을 통해서 상기 제 1 스위칭부를 오프시키는 단계를 포함하고, 상기 각 단계들의 성공 또는 오류 여부를 나타내는 상태 정보가 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로 전송될 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법은, 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로부터 상기 부하측으로의 전원 공급을 차단하는 경우에, 상기 전압 제어 모듈을 통해서 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 온시켜, 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 2 릴레이, 및 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록 하는 단계; 상기 제 2 릴레이를 오프시키는 단계; 및 상기 전압 제어 모듈을 통해서 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 오프시켜 전원 공급을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법은, 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하여 상기 제 2 릴레이 양단간에 등전위를 형성하는 단계; 상기 제 2 릴레이를 온(ON)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 충전 전류가 흐르도록 하는 단계; 및 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 정규 충전을 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법은, 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 충전 전류 공급을 차단하는 경우에, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하는 단계; 상기 제 2 릴레이를 오프(OFF)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 흐르는 충전 전류를 차단하는 단계; 및 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전규 공급을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리는, 차량의 BMS(Battery Management System)와 통신을 수행하여, 상기 BMS로부터 파워 릴레이 어셈블리를 온(ON) 또는 오프(OFF) 시키는 제어 명령을 수신하여 제어부로 출력하고, 상기 제어부로부터 입력되는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 정보를 상기 BMS로 전송하는 통신부; 배터리의 음의 단자와 부하측 음의 단자 사이에 연결되는 제 1 릴레이; 상기 배터리의 양의 단자와 상기 부하측 양의 단자 사이에 연결되는 제 2 릴레이; 일단은 상기 배터리의 양의 단자측 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결되고, 타단은 제 2 스위칭부와 연결되는 제 1 스위칭부; 일단은 상기 제 1 스위칭부와 연결되고, 타단은 상기 제 2 릴레이의 부하측 일단과 연결되는 상기 제 2 스위칭부; 일단이 상기 배터리의 양의 단자측 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결되고, 타단은 보호 저항에 연결되는 프리차지 스위칭부; 상기 프리차지 스위칭부와 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부의 접속 노드 사이에 연결되는 보호 저항; 및 상기 통신부로부터 제어 명령이 입력되면, 제어신호를 출력하여 상기 제 1 릴레이, 상기 제 2 릴레이, 상기 제 1 스위칭부, 상기 제 2 스위칭부, 및 상기 프리차지 스위칭부의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부 각각은, 상기 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 온/오프되는 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부에 각각 포함된 다이오드는 순방향이 서로 반대일 수 있다.
또한, 상기 제 1 스위칭부의 다이오드는 상기 배터리의 양의 단자측 방향이 순방향이 되도록 설정되고, 상기 제 2 스위칭부의 다이오드는 상기 부하측의 양의 단자측 방향이 순방향으로 되도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리로부터 상기 부하측으로 전원을 공급하는 경우에, 상기 제 1 릴레이를 온시키고, 상기 프리차지 스위칭부를 온(ON)시켜 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 프리차지 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록하여 프리차지를 수행하고, 상기 제 2 릴레이의 양단간 등전위가 형성되면, 상기 제 2 릴레이를 온시키고 상기 프리차지 스위칭부를 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 1 릴레이 및 상기 제 2 릴레이가 온인 상태에서, 상기 배터리로부터 상기 부하측으로의 전원 공급을 차단하는 경우에, 상기 제 1 스위칭부에 포함된 스위칭 소자를 온시켜, 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 2 릴레이, 및 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록한 후, 상기 제 2 릴레이를 오프시키고, 그 후 상기 제 1 스위칭부에 포함된 스위칭 소자를 오프시켜 전원 공급을 차단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하여 상기 제 2 릴레이 양단간에 등전위를 형성한 후, 상기 제 2 릴레이를 온(ON)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 충전 전류가 흐르도록 한 후, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 정규 충전을 진행할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 1 릴레이 및 상기 제 2 릴레이가 온인 상태에서, 충전 전류 공급을 차단하는 경우에, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 한 후, 상기 제 2 릴레이를 오프(OFF)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 흐르는 충전 전류를 차단한 후, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전규 공급을 차단할 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리는, 상기 배터리의 양의 단자와 상기 제 2 릴레이의 일단 사이에 설치되어, 상기 배터리에서 출력되는 전류 및 상기 배터리로 유입되는 전류 중 적어도 하나를 측정하여 상기 제어부로 출력하는 전류 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전류 센서에서 입력된 전류값에 따라서 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 BMS와 상기 제어부는 와이어로 직접 연결되고, 상기 BMS와 상기 통신부 간의 통신 오류가 발생하면, 상기 BMS와 상기 제어부는 상기 제어 명령과 상기 상태 명령을 나타내는 PWM 신호를 상기 와이어를 통해서 상호 송수신할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법은, 배터리의 음의 단자와 부하측 음의 단자 사이에 연결된 제 1 릴레이, 상기 배터리의 양의 단자가 연결된 제 1 노드 및 부하측 양의 단자가 연결된 제 3 노드 사이에 연결된 제 2 릴레이, 상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 연결되는 제 1 스위칭부, 상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결되는 제 2 스위칭부, 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 직렬로 연결된 프리차지 스위칭부 및 보호 저항, 및 차량의 BMS와 통신을 수행하는 통신부를 포함하고, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부는 스위칭 소자 및 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 다아오드를 각각 포함하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법으로서, 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로부터 상기 부하측으로 전원을 공급하는 경우에, 상기 제 1 릴레이를 온시키는 단계; 상기 프리차지 스위칭부를 온(ON)시켜 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 프리차지 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록하여 프리차지를 수행하는 단계; 및 상기 제 2 릴레이의 양단간 등전위가 형성되면, 상기 제 2 릴레이를 온시키고 상기 프리차지 스위칭부를 오프시키는 단계를 포함하고, 상기 각 단계들의 성공 또는 오류 여부를 나타내는 상태 정보가 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로 전송될 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법은, 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로부터 상기 부하측으로의 전원 공급을 차단하는 경우에, 상기 제 1 스위칭부에 포함된 스위칭 소자를 온시켜, 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 2 릴레이, 및 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록 하는 단계; 상기 제 2 릴레이를 오프시키는 단계; 및 상기 제 1 스위칭부에 포함된 스위칭 소자를 오프시켜 전원 공급을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법은, 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하여 상기 제 2 릴레이 양단간에 등전위를 형성하는 단계; 상기 제 2 릴레이를 온(ON)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 충전 전류가 흐르도록 하는 단계; 및 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 정규 충전을 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법은, 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 충전 전류 공급을 차단하는 경우에,상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하는 단계; 상기 제 2 릴레이를 오프(OFF)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 흐르는 충전 전류를 차단하는 단계; 및 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전규 공급을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리는 내부에 통신부를 구비하여, BMS와 CAN 통신 또는 LIN 통신 방식으로 상호 통신을 수행한다. PRA는 CAN 통신 또는 LIN 통신 방식에 따라서 BMS로부터 PRA의 온/오프/유지 제어 신호를 수신하여 제어 신호에 따라서 동작하고, PRA의 현재 상태 정보를 BMS로 전달하여 BMS로 하여금 현재 PRA를 제어할 수 있도록 한다.
이와 동시에, PRA와 BMS 간의 통신에 장애가 발생하면, PRA와 BMS는 상호간에 연결된 와이어를 통해서, BMS는 PRA로 PRA의 온/오프/유지를 지시하는 PWM 제어 신호를 출력하고, PRA는 BMS로 PRA의 상태를 나타내는 PWM 신호를 출력함으로써, 신뢰성 높은 Fail-Safety 기능을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전기차용 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법은, 서로 직렬로 연결된 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부를, 릴레이 스위치와 병렬로 연결하되, 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부가 내부에 반도체 스위칭 소자 및 다이오드를 포함하도록 함으로써, 배터리로부터 부하측으로 전원을 공급하는 경우 뿐만 아니라, 배터리로 충전 전류를 공급하여 충전을 수행하는 경우에도 릴레이의 점점에서 스파크 및 아크를 방지하면서 전원을 공급하거나 차단할 수 있다. 또한, 제 1 스위칭부 또는 제 2 스위칭부에 포함된 반도체 스위칭 소자의 전류 특성을 이용하여, 프리차지(Pre-Charge) 동작 중에는 일정한 전류 이상이 흐르지 못하도록 반도체 스위칭 소자에 인가되는 전압을 조절하여 전류를 제한함으로써, 별도의 저항을 설치하지 않고도 급격한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전기차용 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법은, 프리차지 스위칭부와, 서로 직렬로 연결된 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부를, 릴레이 스위치와 병렬로 연결하되, 제 1 스위칭부 및 제 2 스위칭부가 내부에 반도체 스위칭 소자 및 다이오드를 포함하도록 함으로써, 배터리로부터 부하측으로 전원을 공급하는 경우 뿐만 아니라, 배터리로 충전 전류를 공급하여 충전을 수행하는 경우에도 릴레이의 점점에서 스파크 및 아크를 방지하면서 전원을 공급하거나 차단할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스마트 PRA의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전기차용 PRA의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 일반적인 IGBT 및 FET의 출력 전류 특성을 각각 도시하는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서 배터리로부터 부하측으로 전원이 공급되는 동작 과정을 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서 배터리로 충전 전류가 공급되는 동작 과정을 설명하는 도면이다.
도 6a는 BMS와 통신부 사이에 송수신되는 CAN 통신 프레임의 일 예를 도시하는 도면이고, 도 6b는 BMS와 제어부 사이에 송수신되는 PWM 신호의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전기차용 PRA의 구성을 도시하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 배터리로부터 부하측으로 전원이 공급되는 동작 과정을 설명하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 배터리로 충전 전류가 공급되는 동작 과정을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전기차용 PRA의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전기차용 PRA(이하,"구동 장치"로 약칭함)는 제 1 릴레이(210), 제 2 릴레이(220), 제 1 스위칭부(110), 제 2 스위칭부(120), 전압 제어 모듈(130), 전류 센서(400), 통신부(700) 및 제어부(300)를 포함하여 구성된다. 이하, 각 구성요소의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 통신부(700)는 CAN 통신 방식 또는 LIN 통신 방식에 따라서 차량의 BMS(Battery Management System)와 통신을 수행하여 BMS로부터 PRA 온/오프/유지 명령을 수신하여 제어부(300)로 출력하고, 제어부(300)로부터 PRA의 상태 정보를 입력받아 BMS로 전송한다(도 6a 참조). BMS는 배터리(500)의 충전 전력을 부하측(600)으로 제공하여 방전하는 과정 및 상용 전원을 이용하여 배터리(500)를 충전하는 과정에서 PRA를 온/유지/오프시키도록 제어 명령을 제어부(300)로 출력하게 된다.
제어부(300)는 후술하는 바와 같이, BMS로부터 수신된 명령에 따라서 PRA를 동작시키고, 동작이 최종 종료된 후에 상태 정보를 통신부(700)를 통해서 BMS로 전송하거나, 해당 동작을 수행하는 각 단계마다 PRA가 제대로 동작하고 있는지 여부를 상태 정보로서 BMS로 전송할 수도 있다.
예컨대, 제어부(300)는 통신부(700)를 통해서 BMS로부터 PRA 온(ON) 명령을 수신하면, 후술하는 도 4a 내지 도 4c의 단계를 수행하여 PRA 온(ON) 과정을 수행하고, PRA 온 과정이 최종적으로 성공하면, 이를 나타내는 상태 정보를 BMS로 전송하고, PRA 온 동작 중간에 오류가 발생하면, PRA 온 동작에 오류가 발생하였음을 나타내는 상태 정보를 BMS로 전송할 수 있다.
한편, 제어부(300)가 수행 단계별로 상태정보를 전송하는 방식의 경우, 제어부(300)는 전압 제어 모듈(130)을 동작시켜 프리 차징(Pre-charging) 단계를 수행한 후(도 4a를 참조), 프리 차징이 성공하면 프리 차징이 성공하였음을 나타내는 상태 정보를 BMS로 전송한다. 그 후, 제어부(300)는 제 2 릴레이(220)를 온(ON)시키고(도 4b 참조), 제 2 릴레이(200)가 제대로 작동하였음을 나타내는 상태 정보를 BMS로 전송하며, 전압 제어 모듈(130)을 제어하여 제 1 스위칭 소자(111)가 오프(OFF)되면(도 4c 참조), PRA 온 동작이 완료되었음을 나타내는 상태 정보를 BMS로 전송한다. 이 경우, 제어부(300)는 각 단계마다 오류가 발생하면 오류 발생을 나타내는 상태 정보를 BMS로 전송한다.
마찬가지로, 제어부(300)는 통신부(700)를 통해서 BMS로부터 PRA 오프(OFF) 명령을 수신하면, 후술하는 도 4d 및 도 4e의 단계를 수행하여 PRA 오프(OFF) 과정을 수행하고, PRA 오프 과정이 최종적으로 성공하면, 이를 나타내는 상태 정보를 BMS로 전송하고, PRA 오프 동작 중간에 오류가 발생하면, PRA 오프 동작에 오류가 발생하였음을 나타내는 상태 정보를 BMS로 전송할 수 있다. 또한, 도 4a 내지 도 4c 의 경우와 마찬가지로, 제어부(300)는 도 4d 및 도 4e의 각 단계가 성공하거나 오류가 발생마다 상태 정보를 BMS로 전송할 수 있다.
한편, BMS와 통신부(700)는 일정한 시간 주기(예컨대, 10ms)로 서로 신호를 송수신하면서 통신이 제대로 수행되고 있는지 여부를 확인하고, 통신부(700)를 통한 통신 오류가 발생한 경우에, BMS와 제어부(300)는 Fail-Safety 기능을 활성화하여, BMS와 제어부(300)간에 연결된 와이어를 통해서 PWM 신호를 서로 송수신하면서 BMS는 제어부(300)로 PRA의 온/오프/유지 명령을 전송하고, 제어부(300)는 상태 신호를 전송할 수 있다.
이 때, BMS와 제어부(300)는 수신되는 PWM 신호의 듀티비를 이용하여 명령 및 상태 정보를 식별할 수 있다. 예컨대, BMS는 통신 오류가 발생하면 1KHz 주파수의 PWM 신호를 와이어를 통해서 제어부(300)로 직접 전송하되, PRA 온(ON) 명령은 듀티비가 80%인 PWM 신호를, PRA 오프(OFF) 명령은 듀티비가 30%인 PWM 신호를 전송함으로써 제어부(300)로 제어 명령을 전송하고, 제어부(300)는 수신된 PWM 신호의 듀티비를 확인하여 PRA 온/오프/유지 명령 등을 식별할 수 있다(도 6b 참조). 마찬가지로, 제어부(300)가 BMS로 PWM 신호로 상태 정보를 전송하는 경우에, PWM 신호의 듀티비를 조절하여 각각의 상태 정보를 전송할 수 있다.
한편, 제 1 릴레이(210)는 배터리(500)의 - 단자와 부하측(600) - 단자 사이에 연결되고, 제어부(300)의 제어 신호에 따라서, 부하측(600)으로 전원 공급시 및 배터리(500) 충전시 제일 먼저 온(ON)되어 상기 배터리(500)의 - 단자와 상기 부하측(600) - 단자를 전기적으로 연결시키고, 전원 공급 중단시 및 충전 중단시 가장 마지막에 오프(OFF)되어, 상기 배터리(500)의 - 단자와 상기 부하측(600) - 단자를 전기적으로 단절시킨다.
제 2 릴레이(220)는 배터리(500)의 + 단자와 부하측(600) + 단자 사이에 연결되고, 제어부(300)의 제어 신호에 따라서 온(ON)되어, 부하측(600)으로 정규 전원이 공급되도록 하고, 부하측(600)에 연결된 충전 장치(미도시 됨)로부터 충전 전류가 배터리(500)측으로 공급되도록 한다.
제 1 스위칭부(110) 및 제 2 스위칭부(120)는 서로 직렬로 연결되고, 서로 직렬로 연결된 제 1 스위칭부(110) 및 제 2 스위칭부(120)는 제 2 릴레이(220)의 양단에 병렬로 연결된다.
제 1 스위칭부(110)의 일단은 배터리(500)의 양의 단자측 제 2 릴레이(220)의 일단에 연결되고, 제 1 스위칭부(110)의 타단은 제 2 스위칭부(120)의 일단과 연결되어, 전압 제어 모듈(130)로부터 입력되는 전압 제어 신호에 따라서 전류의 흐름을 제어한다.
제 1 스위칭부(110)는 전압 제어 모듈(130)로부터 입력되는 전압 제어 신호에 따라서 온(ON)/오프(OFF)되는 스위칭 소자(이하, "제 1 스위칭 소자"라 칭함)(111) 및 이와 병렬로 연결된 다이오드(113)를 포함하여 구현된다.
제 1 스위칭 소자(111)는 반도체 스위칭 소자, 예컨대, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOS-FET(Field Effect Transistor)로 구현될 수 있다. 반도체 스위칭 소자(111)와 병렬로 연결된 다이오드(113)는 반도체 스위칭 소자(111)의 턴 온시 흐르는 전류 방향과 반대 방향이 순방향이 되도록 반도체 스위칭 소자(111)와 병렬로 연결되며, 반도체 스위칭 소자(111)와 별도의 다이오드가 결합될 수도 있고, 반도체 스위칭 소자(111) 내부의 다이오드로 구현될 수도 있다.
한편, 제 2 스위칭부(120)의 일단은 제 1 스위칭부(110)의 타단과 연결되고, 타단은 제 2 릴레이(220)의 부하측(600) 일단과 연결되어, 제어부(300)의 제어신호에 따라서 전류의 흐름을 제어한다.
제 2 스위칭부(120)는 제어부(300)의 제어 신호에 따라서 온(ON)/오프(OFF)되는 스위칭 소자(이하, "제 2 스위칭 소자"라 칭함)(121) 및 이와 병렬로 연결된 다이오드(123)로 구현된다. 제 2 스위칭 소자(121)는 반도체 스위칭 소자로 구현될 수 있고, 반도체 스위칭 소자와 병렬로 연결된 다이오드(123)는 반도체 스위칭 소자(121)의 턴 온시 흐르는 전류 방향과 반대 방향이 순방향이 되도록 반도체 스위칭 소자(121)와 병렬로 연결된다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에서, 스위칭 소자(121)는 IGBT 또는 FET로 구현될 수 있고, 스위칭 소자(121)에 병렬로 연결된 다이오드(123)는 별도의 다이오드로 구현될 수도 있고, 반도체 스위칭 소자 내부 다이오드로 구현될 수도 있다.
여기서, 제 1 스위칭부(110) 및 제 2 스위칭부(120)에 포함된 다이오드(113,123)가 내부 다이오드로 구현되는 경우에, 스위칭 소자(111,121)가 IGBT인 경우에는 에미터와 콜렉터간 형성된 내부 다이오드로 구현되고, 스위칭 소자(111,121)가 FET인 경우에는 소오스와 드레인간에 형성된 내부 다이오드로 구현될 수도 있다.
이 때, 제 1 스위칭부(110)의 다이오드(113)와 제 2 스위칭부(120)의 다이오드(123)는 순방향이 서로 반대로 설정되는데, 제 1 스위칭부(110)의 다이오드(113)는 제 2 스위칭부(120)로부터 배터리(500)의 양의 단자측이 순방향이 되도록 설치되고, 제 2 스위칭부(120)의 다이오드(123)는 제 1 스위칭부(110)로부터 부하측(600) 양의 단자측이 순방향이 되도록 설치된다.
한편, 전압 제어 모듈(130)은 제어부(300)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 제 1 스위칭 소자(111)를 온(ON)/오프(OFF)시켜 제 2 릴레이 양단의 등전위를 형성하되, 제 1 스위칭 소자(111)를 통해서 흐르는 전류량을 제한한다.
구체적으로, 전압 제어 모듈(130)은 제어부(300)로부터 프리차지를 위한 제 1 스위칭 소자(111) 턴온 제어신호를 수신하면, 제 1 스위칭 소자(111)의 특성에 따라서 사전에 정의된 크기 이상의 전압이 흐르지 않는 범위내에서 전류가 흐르도록 제 1 스위칭 소자(111)에 전압 제어 신호를 출력한다.
만약, 제 1 스위칭 소자(111)가 갑자기 턴온되면 고전압 배터리(500)로부터 부하측으로 큰 전류가 일시에 출력될 수 있고, 이러한 큰 전류는 제 1 스위칭 소자(111) 뿐만 아니라 제 2 스위칭 소자(121) 및 부하측에 파손을 유발할 수 있다. 따라서, 전류량을 제한하여 부하측의 커패시터를 천천히 충전할 필요가 있다. 이를 위해서, 제 1 스위칭 소자(111)가 IGBT로 구현되는 경우에는 활성 영역에서 동작하도록 게이트-에미터간 전압(VGE)을 조절하고, 제 1 스위칭 소자(111)가 FET로 구현되는 경우에는 포화 영역에서 동작하도록 게이트-소오스간 전압(VGS)을 조절한다.
도 3a 및 도 3b는 일반적인 IGBT 및 FET의 출력 전류 특성을 각각 도시하는 그래프이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, IGBT 의 경우, 게이트-에미터간 전압(VGE)이 임계 전압(VTH)을 넘으면 전류가 흐르게 되는데, 이때 콜렉터-에미터간 전압(VCE)이 VGE-VTH 보다 작은 동안에는 VCE가 증가함에 따라서 전류가 선형적으로 증가하지만, 콜렉터-에미터간 전압(VCE)이 VGE-VTH 보다 커지면 VCE가 증가하여도 전류값은 일정하게 유지된다. 본 발명의 바람직한 제 1 실시예는 이러한 영역을 활성 영역이라고 정의하고, 제 1 스위칭 소자(111)가 IGBT인 경우에, 전압 제어 모듈(130)은 제 1 스위칭 소자(111)가 활성 영역에서 동작하도록 게이트 전압 및 에미터 전압을 출력한다. 특히, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예는 제 1 스위칭 소자(111)를 통해서 흐르는 전류가 20A 이하가 유지되도록 조절하는데, 도 3a 의 그래프를 본 발명에 적용한다면, 빨간색 점선으로 표시된 바와 같이, 전압 제어 모듈(130)은 VGE-VTH 전압값이 2V~4V가 되고, 콜렉터-에미터간 전압값이 4V~10V 정도가 되도록, 게이트 전압 및 에미터 전압을 출력한다.
마찬가지로, 도 3b에 도시된 바와 같이, MOS-FET의 경우, 게이트-소오스간 전압(VGS)이 임계 전압(VTH)을 넘으면 전류가 흐르게 되는데, 이때 드레인-소오스간 전압(VDS)이 VGS-VTH 보다 작은 동안에는 VDS가 증가함에 따라서 전류가 선형적으로 증가하지만, 드레인-소오스간 전압(VDS)이 VGS-VTH 보다 커지면 VDS가 증가하여도 전류값은 일정하게 유지된다. 본 발명의 바람직한 제 1 실시예는 이러한 영역을 포화 영역이라고 정의하고, 제 1 스위칭 소자(111)가 MOS-FET인 경우에, 전압 제어 모듈(130)은 제 1 스위칭 소자(111)가 포화 영역에서 동작하도록 게이트 전압 및 소오스 전압을 출력한다. 특히, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예는 제 1 스위칭 소자(111)를 통해서 흐르는 전류가 20A 이하가 유지되도록 조절하는데, 도 3b 의 그래프를 본 발명에 적용한다면, 빨간색 점선으로 표시된 바와 같이, 전압 제어 모듈(130)은 VGS-VTH 전압값이 2V~4V가 되고, 드레인-소오스간 전압값이 5V~10V 정도가 되도록, 게이트 전압 및 소오스 전압을 출력한다.
전류 센서(400)는 배터리(500)의 양의 단자측에 설치되어 배터리(500)로부터 출력되는 전류 또는 배터리(500)로 입력되는 충전 전류를 측정하여 제어부(300)로 출력한다.
제어부(300)는 통신부(300)을 통해서 또는 PWM 신호를 통해서 직접 BMS로부터 수신된 PRA 온/오프/유지 제어 명령에 따라서 PRA를 동작시키되, 전류 센서(400)로부터 전류값을 수신하여 조사하고, 이에 따라서 제 1 릴레이(210), 제 2 릴레이(220), 제 1 스위칭 소자(111), 및 제 2 스위칭 소자(121)의 온/오프를 제어하는 제어신호를 각 구성요소들로 출력함으로써 PRA를 동작시킨다. 다만, 제 1 스위칭 소자(111)를 제어하기 위한 제어 신호는 전압 제어 모듈로 출력됨은 상술한 바와 같다.
한편, 도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전기차용 PRA는 각 구성요소간의 연결점을 노드로 정의하여 아래와 같이 간략하게 표현될 수도 있다.
제 1 릴레이(210)는 배터리(500)의 음의 단자와 부하측(600) 음의 단자 사이에 연결되고, 제 2 릴레이(220)는 배터리(500)의 양의 단자가 연결된 제 1 노드(N1) 및 부하측(600) 양의 단자가 연결된 제 2 노드(N2) 사이에 연결된다. 제 1 스위칭부(110)는 제 1 노드(N1)와 제 2 스위칭부(120) 사이에 연결되고, 제 2 스위칭부(120)는 제 1 스위칭부(110)와 제 2 노드(N2) 사이에 연결된다.
제 1 스위칭 소자(111)가 IGBT(N타입 FET)로 구현된 경우에는, 콜렉터(드레인)가 제 1 노드(N1)에 연결되고, 에미터(소오스)가 제 2 스위칭 소자(121)에 연결된다. 마찬가지로, 제 2 스위칭 소자(121)가 IGBT(N타입 FET)로 구현된 경우에는, 콜렉터(드레인)가 제 2 노드(N2)에 연결되고, 에미터(소오스)가 제 1 스위칭 소자(111)에 연결된다.
이하에서는 도 4a 내지 도 5c를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전기차용 파워 릴레이 어셈블리의 각 구성요소의 기능과, 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법을 설명한다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서 배터리(500)로부터 부하측(600)으로 전원이 공급되는 동작 과정을 설명하는 도면이다. 이하에서는 도 4a 내지 도 4e를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서 배터리(500)로부터 부하측(600)으로 전원이 공급되고 차단되는 동작 과정을 설명한다.
먼저, 모든 스위칭 소자들이 오픈된 상태에서, 배터리(500)에서 부하측(600)으로 전원 공급을 개시하는 경우에, 제어부(300)는 제 1 릴레이(210)를 온(ON)시킨다. 그리고, 제어부(300)는 전압 제어 모듈(130)로 제 1 스위칭 소자(111)를 온(ON)시키도록 제어신호를 출력하고, 전압 제어 모듈(130)은 제 1 스위칭 소자(111)의 게이트 및 에미터(또는 소오스)로 각각 전압을 출력하여 제 1 스위칭 소자를 온(ON)시킨다. 이 때, 전압 제어 모듈(130)로부터 제 1 스위칭 소자(111)로 출력되는 전압은, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 스위칭 소자(111)를 통해서 20A 미만의 전류가 흐르도록, 제 1 스위칭 소자(111)에 따라서 적절히 선정된다.
그러면, 배터리(500)로부터 출력된 전류가 제 1 스위칭 소자(111) 및 제 2 스위칭부(120)의 다이오드(123)를 통해서 부하측(600)으로 흐르고, 부하측(600)에 포함된 커패시터를 프리 차지(Pre-charge)시킨다.(도 4a 참조)
프리차지가 완료된 후, 제어부(300)는 제 2 릴레이(220)를 온(ON)시키고, 제 1 스위칭 소자(131)를 통해서 흐르던 전류보다 큰 전류가 제 2 릴레이(220)를 통해서 흐르게 된다.(도 4b 참조) 프리차지가 완료되면 제 2 릴레이(220) 양단간에 등전위가 형성되므로, 제 2 릴레이(220)를 온(ON)시켜도 제 2 릴레이(220)의 접점에서 스파크 또는 아크가 발생하지 않게 된다.
제 2 릴레이(220)를 통해서 전류가 흐르게 되면, 제어부(300)는 제 1 스위칭 소자(111)를 오프(OFF)시키도록 전압 제어 모듈(130)로 제어신호를 출력하고, 전압 제어 모듈(130)은 제 1 스위칭 소자(111)를 오프(OFF)시킨다.(도 4c 참조) 이 경우, 배터리(500)로부터 부하측(600)으로 정상적인 전류 공급이 이루어진다.
그 후, 배터리(500)로부터 부하측(600)으로 전원 공급을 차단하는 경우에, 제어부(300)는 전압 제어 모듈(130)로 제어신호를 출력하고, 전압 제어 모듈(130)은 도 4a와 동일하게 제어 신호를 제 1 스위칭 소자(111)의 게이트 및 에미터(또는 소오스)로 출력하여 제 1 스위칭 소자(111)를 온(ON)시키고, 배터리(500)로부터 제 2 릴레이(220)를 통해서 부하측(600)으로 공급되던 전류의 일부는 제 1 스위칭 소자(111) 및 제 2 스위칭부(120)의 다이오드(123)를 통해서 부하측(600)으로 흐르게 된다.(도 4d 참조)
제어부(300)는 다음 단계로, 제 2 릴레이(220)를 오프(OFF)시키고, 배터리(500)로부터 부하측(600)으로 흐르던 전류는 이제 제 1 스위칭 소자(111)를 통해서만 흐르게 된다(도 4e 참조). 제 2 릴레이(220)와 제 1 스위칭 소자(111)를 통해서 전류가 함께 흐르는 상태에서, 제 2 릴레이(220)의 양단은 등전위를 형성하고 있으므로, 제 2 릴레이(220)가 오프(OFF)되는 경우에도 제 2 릴레이(220)의 접점에는 스파크나 아크가 발생하지 않는다.
여기서, 상술한 바와 같이, 제어부(300)는 통신부(700)를 통해서 BMS로부터 PRA 온/오프 명령을 수신하여 PRA를 온/오프시킨다. 이 때, 제어부(300)는 도 4a 내지 도 4e 에 도시된 각 단계마다 통신부(700)를 통해서 상태 정보를 BMS로 전송할 수도 있고, 도 4a 내지 도 4c 단계가 수행되어 PRA가 온(ON)된 후, 및 도 4d 및 도 4e 단계가 수행되어 PRA가 오프(OFF)된 후에 통신부(700)를 통해서 상태 정보를 BMS로 전송할 수도 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서 배터리(500)로 충전 전류가 공급되는 동작 과정을 설명하는 도면이다. 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서 배터리(500)로 충전 전류가 공급되고 차단되는 동작 과정을 설명한다.
먼저, 모든 스위칭 소자들이 오픈된 상태에서, 배터리(500)측으로 충전 전류 공급을 개시하는 경우에, 제어부(300)는 제 1 릴레이(210)를 온(ON)시키고, 제 2 스위칭 소자(121)를 온(ON)시킨다. 그러면, 충전 전류가 제 2 스위칭 소자(121)와 제 1 스위칭부(110)의 다이오드(113)를 통해서 배터리(500)측으로 흐르고(전류 ① 참조), 그 후, 제 2 릴레이(220)를 온(ON)시키면 제 2 스위칭 소자(121)를 통해서 흐르던 충전 전류의 일부가 제 2 릴레이(220)를 통해서 배터리(500)측으로 흐르게 되며(전류 ② 참조), 제어부(300)가 제 2 스위칭 소자(121)를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전류는 제 2 릴레이(220)를 통해서만 흐르게 되어 정규 충전 과정이 수행된다.(도 5a 참조)
충전 전류를 차단하여 충전을 종료하는 과정에서, 제어부(300)는 제 2 스위칭 소자(121)를 온(ON)시키고, 그러면 제 2 릴레이(220)를 통해서 배터리(500)로 공급되던 충전 전류의 일부가 제 2 스위칭 소자(121) 및 제 1 스위칭부(110)의 다이오드(113)를 통해서 배터리(500)로 흐르게 된다(도 5b 참조).
그 후, 제어부(300)는 제 2 릴레이(220)를 오프(OFF)시키고, 배터리(500)로 흐르던 전류는 이제 제 2 스위칭 소자(121)를 통해서만 흐르게 된다(도 5c 참조). 제 2 릴레이(220)와 제 2 스위칭 소자(121)를 통해서 전류가 함께 흐르는 상태에서, 제 2 릴레이(220)의 양단은 등전위를 형성하고 있으므로, 제 2 릴레이(220)가 오프(OFF)되는 경우에도 제 2 릴레이(220)의 접점에는 스파크나 아크가 발생하지 않는다.
마지막으로, 제어부(300)가 제 2 스위칭 소자(121)를 오프시키면 배터리(500)로 흐르던 충전 전류는 완전 차단되고, 배터리(500) 충전 과정은 종료된다.
배터리(500)를 충전하는 과정도 마찬가지로, 제어부(300)는 통신부(700)를 통해서 BMS로부터 PRA 온/오프 명령을 수신하여 PRA를 온/오프시키고, 충전 과정에서 각 릴레이 스위치 및 스위칭 소자가 온/오프되는 단계마다 통신부(700)를 통해서 상태 정보를 BMS로 전송할 수도 있고, PRA가 온(ON)된 후, 및 PRA가 오프(OFF)된 후에 통신부(700)를 통해서 상태 정보를 BMS로 전송할 수도 있다.
지금까지 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기차용 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법에 대해서 설명하였다. 이하에서는, 도 7 내지 도 9c을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기차용 파워 릴레이 어셈블리 및 그 구동 방법에 대해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전기차용 PRA의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전기차용 PRA(이하,"구동 장치"로 약칭함)는 제 1 릴레이(1210), 제 2 릴레이(1220), 제 1 스위칭부(1110), 제 2 스위칭부(1120), 프리차지 스위칭부(1130), 전류 센서(1400), 보호 저항(1140), 통신부(1700) 및 제어부(1300)를 포함하여 구성된다.
이하, 각 구성요소의 동작에 대해서 설명한다. 다만, 통신부(1700)를 통해서 BMS와 제어부(1300) 사이에 CAN 통신 또는 LIN 통신을 수행하는 과정 및 통신부(1700)를 통한 통신이 오류일 때 BMS와 제어부(1300) 사이에 PWM 신호를 이용하여 통신을 수행하는 과정은 제 1 실시예와 동일하므로, 제 2 실시예에서는 설명을 생략한다.
제 1 릴레이(1210)는 배터리(1500)의 - 단자와 부하측(1600) - 단자 사이에 연결되고, 제어부(1300)의 제어 신호에 따라서, 부하측(1600)으로 전원 공급시 및 배터리(1500) 충전시 제일 먼저 온(ON)되어 상기 배터리(1500)의 - 단자와 상기 부하측(1600) - 단자를 전기적으로 연결시키고, 전원 공급 중단시 및 충전 중단시 가장 마지막에 오프(OFF)되어, 상기 배터리(1500)의 - 단자와 상기 부하측(1600) - 단자를 전기적으로 단절시킨다.
제 2 릴레이(1220)는 배터리(1500)의 + 단자와 부하측(1600) + 단자 사이에 연결되고, 제어부(1300)의 제어 신호에 따라서 온(ON)되어, 부하측(1600)으로 정규 전원이 공급되도록 하고, 부하측(1600)에 연결된 충전 장치(미도시 됨)로부터 충전 전류가 배터리(1500)측으로 공급되도록 한다.
제 1 스위칭부(1110) 및 제 2 스위칭부(1120)는 서로 직렬로 연결되고, 서로 직렬로 연결된 제 1 스위칭부(1110) 및 제 2 스위칭부(1120)는 제 2 릴레이(1220)의 양단에 병렬로 연결된다.
제 1 스위칭부(1110)의 일단은 배터리(1500)의 양의 단자측 제 2 릴레이(1220)의 일단에 연결되고, 제 1 스위칭부(1110)의 타단은 제 2 스위칭부(1120)의 일단과 연결되어 제어부(1300)의 제어 신호에 따라서 전류의 흐름을 제어한다.
제 2 스위칭부(1120)의 일단은 제 1 스위칭부(1110)의 타단과 연결되고, 타단은 제 2 릴레이(1220)의 부하측(1600) 일단과 연결되어, 제어부(1300)의 제어신호에 따라서 전류의 흐름을 제어한다.
제 1 스위칭부(1110) 및 제 2 스위칭부(1120)는 각각 제어부(1300)의 제어 신호에 따라서 온(ON)/오프(OFF)되는 스위칭 소자(1111,1121) 및 이와 병렬로 연결된 다이오드(1113,1123)로 구현된다. 스위칭 소자(1111,1121)는 반도체 스위칭 소자로 구현될 수 있고, 반도체 스위칭 소자와 병렬로 연결된 다이오드(1113,1123)는 반도체 스위칭 소자(1111,1121)의 턴온시 흐르는 전류 방향과 반대 방향이 순방향이 되도록 반도체 스위칭 소자(1111,1121)와 병렬로 연결된다.
구체적으로, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에서, 스위칭 소자(1111,1121)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 FET(Field Effect Transistor)로 구현될 수 있고, 스위칭 소자(1111,1121)에 병렬로 연결된 다이오드(1113,1123)는 별도의 다이오드로 구현될 수도 있고, 반도체 스위칭 소자 내부 다이오드로 구현될 수도 있다.
제 1 스위칭부(1110) 및 제 2 스위칭부(1120)에 포함된 다이오드(1113,1123)가 내부 다이오드로 구현되는 경우에, 스위칭 소자(1111,1121)가 IGBT인 경우에는 에미터와 콜렉터간 형성된 내부 다이오드로 구현되고, 스위칭 소자(1111,1121)가 FET인 경우에는 소오스와 드레인간에 형성된 내부 다이오드로 구현될 수도 있다.
이 때, 제 1 스위칭부(1110)의 다이오드(1113)와 제 2 스위칭부(1120)의 다이오드(1123)는 순방향이 서로 반대로 설정되는데, 제 1 스위칭부(1110)의 다이오드(1113)는 제 2 스위칭부(1120)로부터 배터리(1500)의 양의 단자측이 순방향이 되도록 설치되고, 제 2 스위칭부(1120)의 다이오드(1123)는 제 1 스위칭부(1110)로부터 부하측(1600) 양의 단자측이 순방향이 되도록 설치된다.
프리차지 스위칭부(1130)는 일단이 배터리(1500)의 양의 단자측 제 2 릴레이(1220)의 일단에 연결되고, 타단이 보호 저항(1140)과 연결된다. 즉, 프리차지 스위칭부(1130)의 일단은 제 1 노드(N1)에 접속되고, 제 1 노드(N1)에는 제 2 릴레이(1220), 제 1 스위칭부(1110) 및 프리차지 스위칭부(1130)가 연결된다. 아울러, 프리차지 스위칭부(1130) 역시 제 1 스위칭부(1110) 및 제 2 스위칭부(1120)와 마찬가지로 제어부(1300)의 제어 신호에 따라서 온(ON)/오프(OFF)되는 반도체 스위칭 소자(이하,"프리차지 스위칭 소자"라 칭함)(1131) 및 이와 병렬로 연결된 다이오드(1133)로 구성되고, 프리차지 스위칭 소자(1131)는 IGBT 또는 FET로 구현된다. 다이오드(1133) 역시 별도의 다이오드로 구현될 수도 있고, 프리차지 스위칭 소자(1131) 내부의 다이오드로 구현될 수도 있다. 또한, 프리차지 스위칭부(1130)의 다이오드(1133)의 순방향은 제 2 스위칭부(1120)의 다이오드(1123)의 순방향과 서로 반대로 설정된다.
보호 저항(1140)은 프리차지 스위칭부(1130)와, 제 1 스위칭부(1110) 및 제 2 스위칭부(1120)의 접속 노드(N2) 사이에 연결되어 프리차지 스위칭부(1130)를 통해서 급격한 전류가 흐르는 것을 방지한다.
전류 센서(1400)는 배터리(1500)의 양의 단자측에 설치되어 배터리(1500)로부터 출력되는 전류 또는 배터리(1500)로 입력되는 충전 전류를 측정하여 제어부(1300)로 출력한다.
제어부(1300)는 전류 센서(1400)로부터 전류값을 수신하여 조사하고, 이에 따라서 제 1 릴레이(1210), 제 2 릴레이(1220), 제 1 스위칭부(1110)의 스위칭 소자(이하, "제 1 스위칭 소자"라 칭함)(1111), 제 2 스위칭부(1120)의 스위칭 소자(이하, "제 2 스위칭 소자"라 칭함)(1121) 및 프리차지 스위칭 소자(1131)의 온/오프를 제어하는 제어신호를 각 구성요소들로 출력한다.
한편, 도 7에 도시된 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전기차용 PRA는 각 구성요소간의 연결점을 노드로 정의하여 아래와 같이 간략하게 표현될 수도 있다.
제 1 릴레이(1210)는 배터리(1500)의 음의 단자와 부하측(1600) 음의 단자 사이에 연결되고, 제 2 릴레이(1220)는 배터리(1500)의 양의 단자가 연결된 제 1 노드(N1) 및 부하측(1600) 양의 단자가 연결된 제 3 노드(N3) 사이에 연결된다.
제 1 스위칭부(1110)는 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 연결되고, 제 2 스위칭부(1120)는 제 2 노드(N2)와 제 3 노드(N3) 사이에 연결된다. 프리차지 스위칭부(1130) 및 보호 저항(1140)은 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 서로 직렬로 연결된다.
또한, 프리차지 스위칭 소자(1131) 및 제 1 스위칭 소자(1111)가 IGBT(N타입 FET)로 구현된 경우에는, 상기 스위칭 소자들(1131,1111)의 콜렉터(드레인)가 제 1 노드(N1)에 연결되고, 에미터(소오스)가 제 2 노드(N2)에 연결된다. 마찬가지로, 제 2 스위칭 소자(1121)가 IGBT(N타입 FET)로 구현된 경우에는, 콜렉터(드레인)가 제 3 노드(N3)에 연결되고, 에미터(소오스)가 제 2 노드(N2)에 연결된다.
이하에서는 도 8a 내지 도 9c를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전기차용 파워 릴레이 어셈블리의 각 구성요소의 기능과, 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법을 설명한다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 배터리(1500)로부터 부하측(1600)으로 전원이 공급되는 동작 과정을 설명하는 도면이다. 이하에서는 도 8a 내지 도 8e를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 배터리(1500)로부터 부하측(1600)으로 전원이 공급되고 차단되는 동작 과정을 설명한다.
먼저, 모든 스위칭 소자들이 오픈된 상태에서, 배터리(1500)에서 부하측(1600)으로 전원 공급을 개시하는 경우에, 제어부(1300)는 제 1 릴레이(1210)를 온(ON)시킨다. 그리고, 프리차지 스위칭 소자(1131)를 온(ON)시킨다. 그러면, 배터리(1500)로부터 출력된 전류가 프리차지 스위칭 소자(1131), 보호 저항(1140) 및 제 2 스위칭부(1120)의 다이오드(1123)를 통해서 부하측(1600)으로 흐르고, 부하측(1600)에 포함된 커패시터를 프리 차지(Pre-charge)시킨다.(도 8a 참조)
프리차지가 완료된 후, 제어부(1300)는 제 2 릴레이(1220)를 온(ON)시키고, 프리차지 스위칭 소자(1131)를 통해서 흐르던 전류의 대부분은 제 2 릴레이(1220)를 통해서 흐르게 된다.(도 8b 참조) 프리차지가 완료되면 제 2 릴레이(1220) 양단간에 등전위가 형성되므로, 제 2 릴레이(1220)를 온(ON)시켜도 제 2 릴레이(1220)의 접점에서 스파크 또는 아크가 발생하지 않게 된다.
제 2 릴레이(1220)를 통해서 전류가 흐르게 되면, 제어부(1300)는 프리차지 스위칭 소자(1131)를 오프(OFF)시킨다.(도 8c 참조) 이 경우, 배터리(1500)로부터 부하측(1600)으로 정상적인 전류 공급이 이루어진다.
그 후, 배터리(1500)로부터 부하측(1600)으로 전원 공급을 차단하는 경우에, 제어부(1300)는 제 1 스위칭 소자(1111)를 온(ON)시키고, 배터리(1500)로부터 제 2 릴레이(1220)를 통해서 부하측(1600)으로 공급되던 전류의 일부는 제 1 스위칭 소자(1111) 및 제 2 스위칭부(1120)의 다이오드(1123)를 통해서 부하측(1600)으로 흐르게 된다.(도 8d 참조)
제어부(1300)는 다음 단계로, 제 2 릴레이(1220)를 오프(OFF)시키고, 배터리(1500)로부터 부하측(1600)으로 흐르던 전류는 이제 제 1 스위칭 소자(1111)를 통해서만 흐르게 된다(도 8e 참조). 제 2 릴레이(1220)와 제 1 스위칭 소자(1111)를 통해서 전류가 함께 흐르는 상태에서, 제 2 릴레이(1220)의 양단은 등전위를 형성하고 있으므로, 제 2 릴레이(1220)가 오프(OFF)되는 경우에도 제 2 릴레이(1220)의 접점에는 스파크나 아크가 발생하지 않는다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 배터리(1500)로 충전 전류가 공급되는 동작 과정을 설명하는 도면이다. 도 9a 내지 도 9c를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 배터리(1500)로 충전 전류가 공급되고 차단되는 동작 과정을 설명한다.
먼저, 모든 스위칭 소자들이 오픈된 상태에서, 배터리(1500)측으로 충전 전류 공급을 개시하는 경우에, 제어부(1300)는 제 1 릴레이(1210)를 온(ON)시키고, 제 2 스위칭 소자(1121)를 온(ON)시킨다. 그러면, 충전 전류가 제 2 스위칭 소자(1121)와 제 1 스위칭부(1110)의 다이오드(1113)를 통해서 배터리(1500)측으로 흐르고(전류 ① 참조), 그 후, 제 2 릴레이(1220)를 온(ON)시키면 제 2 스위칭 소자(1121)를 통해서 흐르던 충전 전류의 일부가 제 2 릴레이(1220)를 통해서 배터리(1500)측으로 흐르게 되며(전류 ② 참조), 제어부(1300)가 제 2 스위칭 소자(1121)를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전류는 제 2 릴레이(1220)를 통해서만 흐르게 되어 정규 충전 과정이 수행된다.(도 9a 참조)
충전 전류를 차단하여 충전을 종료하는 과정에서, 제어부(1300)는 제 2 스위칭 소자(1121)를 온(ON)시키고, 그러면 제 2 릴레이(1220)를 통해서 배터리(1500)로 공급되던 충전 전류의 일부가 제 2 스위칭 소자(1121) 및 제 1 스위칭부(1110)의 다이오드(1113)를 통해서 배터리(1500)로 흐르게 된다(도 9b 참조).
그 후, 제어부(1300)는 제 2 릴레이(1220)를 오프(OFF)시키고, 배터리(1500)로 흐르던 전류는 이제 제 2 스위칭 소자(1121)를 통해서만 흐르게 된다(도 9c 참조). 제 2 릴레이(1220)와 제 2 스위칭 소자(1121)를 통해서 전류가 함께 흐르는 상태에서, 제 2 릴레이(1220)의 양단은 등전위를 형성하고 있으므로, 제 2 릴레이(1220)가 오프(OFF)되는 경우에도 제 2 릴레이(1220)의 접점에는 스파크나 아크가 발생하지 않는다.
마지막으로, 제어부(1300)가 제 2 스위칭 소자(1121)를 오프시키면 배터리(1500)로 흐르던 충전 전류는 완전 차단되고, 배터리(1500) 충전 과정은 종료된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 제 1 스위칭부
111 : 제 1 스위칭 소자 113 : 다이오드
120 : 제 2 스위칭부
121 : 제 2 스위칭 소자 123 : 다이오드
130 : 전압 제어 모듈
210 : 제 1 릴레이 220 : 제 2 릴레이
300 : 제어부 400 : 전류 센서
500 : 배터리 600 : 부하측
700 : 통신부
1110 : 제 1 스위칭부
1111 : 제 1 스위칭 소자 1113 : 다이오드
1120 : 제 2 스위칭부
1121 : 제 2 스위칭 소자 1123 : 다이오드
1130 : 프리차지 스위칭부
1131 : 프리차지 스위칭 소자 1133 : 다이오드
1140 : 보호 저항
1210 : 제 1 릴레이 1220 : 제 2 릴레이
1300 : 제어부 1400 : 전류 센서
1500 : 배터리 1600 : 부하측
1700 : 통신부

Claims (28)

  1. 차량의 BMS(Battery Management System)와 통신을 수행하여, 상기 BMS로부터 파워 릴레이 어셈블리를 온(ON) 또는 오프(OFF) 시키는 제어 명령을 수신하여 제어부로 출력하고, 상기 제어부로부터 입력되는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 정보를 상기 BMS로 전송하는 통신부;
    배터리의 음의 단자와 부하측 음의 단자 사이에 연결되는 제 1 릴레이;
    상기 배터리의 양의 단자와 상기 부하측 양의 단자 사이에 연결되는 제 2 릴레이;
    일단은 상기 배터리의 양의 단자측 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결되고, 타단은 제 2 스위칭부와 연결되는 제 1 스위칭부;
    일단은 상기 제 1 스위칭부와 연결되고, 타단은 상기 제 2 릴레이의 부하측 일단과 연결되는 상기 제 2 스위칭부;
    상기 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 상기 제 1 스위칭부로 전압 제어 신호를 출력하여, 상기 제 1 스위칭부를 통해서 흐르는 전류량을 제한하는 전압 제어 모듈; 및
    상기 통신부로부터 제어 명령이 입력되면, 제어신호를 출력하여 상기 제 1 릴레이, 상기 제 2 릴레이, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부를 제어하는 상기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부 각각은
    상기 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 온/오프되는 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부에 각각 포함된 다이오드는 순방향이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부의 다이오드는 상기 배터리의 양의 단자측 방향이 순방향이 되도록 설정되고, 상기 제 2 스위칭부의 다이오드는 상기 부하측의 양의 단자측 방향이 순방향으로 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 배터리로부터 상기 부하측으로 전원을 공급하는 경우에,
    상기 제 1 릴레이를 온시키고,
    상기 전압 제어 모듈을 통해서 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록하여 프리차지를 수행하고,
    상기 제 2 릴레이의 양단간 등전위가 형성되면, 상기 제 2 릴레이를 온시키고 상기 전압 제어 모듈을 통해서 상기 제 1 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 릴레이 및 상기 제 2 릴레이가 온인 상태에서, 상기 배터리로부터 상기 부하측으로의 전원 공급을 차단하는 경우에,
    상기 전압 제어 모듈을 통해서 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 온시켜, 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 2 릴레이, 및 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록한 후, 상기 제 2 릴레이를 오프시키고, 그 후 상기 전압 제어 모듈을 통해서 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 오프시켜 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  7. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하여 상기 제 2 릴레이 양단간에 등전위를 형성한 후, 상기 제 2 릴레이를 온(ON)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 충전 전류가 흐르도록 한 후, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 정규 충전을 진행하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  8. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 릴레이 및 상기 제 2 릴레이가 온인 상태에서, 충전 전류 공급을 차단하는 경우에,
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 한 후, 상기 제 2 릴레이를 오프(OFF)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 흐르는 충전 전류를 차단한 후, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전규 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  9. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리의 양의 단자와 상기 제 2 릴레이의 일단 사이에 설치되어, 상기 배터리에서 출력되는 전류 및 상기 배터리로 유입되는 전류 중 적어도 하나를 측정하여 상기 제어부로 출력하는 전류 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전류 센서에서 입력된 전류값에 따라서 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BMS와 상기 제어부는 와이어로 직접 연결되고,
    상기 BMS와 상기 통신부 간의 통신 오류가 발생하면, 상기 BMS와 상기 제어부는 상기 제어 명령과 상기 상태 명령을 나타내는 PWM 신호를 상기 와이어를 통해서 상호 송수신하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  11. 배터리의 음의 단자와 부하측 음의 단자 사이에 연결된 제 1 릴레이, 상기 배터리의 양의 단자가 연결된 제 1 노드 및 부하측 양의 단자가 연결된 제 2 노드 사이에 연결된 제 2 릴레이, 상기 제 1 노드와 제 2 스위칭부 사이에 연결되는 제 1 스위칭부, 상기 제 1 스위칭부와 상기 제 2 노드사이에 연결되는 제 2 스위칭부, 및 차량의 BMS와 통신을 수행하는 통신부를 포함하고, 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부는 스위칭 소자 및 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 다이오드를 각각 포함하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법으로서,
    상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로부터 상기 부하측으로 전원을 공급하는 경우에,
    상기 제 1 릴레이를 온시키는 단계;
    전압 제어 모듈을 통해서 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록하여 프리차지를 수행하는 단계; 및
    상기 제 2 릴레이의 양단간 등전위가 형성되면, 상기 제 2 릴레이를 온시키고 상기 전압 제어 모듈을 통해서 상기 제 1 스위칭부를 오프시키는 단계를 포함하고,
    상기 각 단계들의 성공 또는 오류 여부를 나타내는 상태 정보가 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로 전송되는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로부터 상기 부하측으로의 전원 공급을 차단하는 경우에,
    상기 전압 제어 모듈을 통해서 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 온시켜, 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 2 릴레이, 및 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록 하는 단계;
    상기 제 2 릴레이를 오프시키는 단계; 및
    상기 전압 제어 모듈을 통해서 제 1 스위칭부의 스위칭 소자를 오프시켜 전원 공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하여 상기 제 2 릴레이 양단간에 등전위를 형성하는 단계;
    상기 제 2 릴레이를 온(ON)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 충전 전류가 흐르도록 하는 단계; 및
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 정규 충전을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 충전 전류 공급을 차단하는 경우에,
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하는 단계;
    상기 제 2 릴레이를 오프(OFF)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 흐르는 충전 전류를 차단하는 단계; 및
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전규 공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법.
  15. 차량의 BMS(Battery Management System)와 통신을 수행하여, 상기 BMS로부터 파워 릴레이 어셈블리를 온(ON) 또는 오프(OFF) 시키는 제어 명령을 수신하여 제어부로 출력하고, 상기 제어부로부터 입력되는 파워 릴레이 어셈블리의 상태 정보를 상기 BMS로 전송하는 통신부;
    배터리의 음의 단자와 부하측 음의 단자 사이에 연결되는 제 1 릴레이;
    상기 배터리의 양의 단자와 상기 부하측 양의 단자 사이에 연결되는 제 2 릴레이;
    일단은 상기 배터리의 양의 단자측 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결되고, 타단은 제 2 스위칭부와 연결되는 제 1 스위칭부;
    일단은 상기 제 1 스위칭부와 연결되고, 타단은 상기 제 2 릴레이의 부하측 일단과 연결되는 상기 제 2 스위칭부;
    일단이 상기 배터리의 양의 단자측 상기 제 2 릴레이의 일단에 연결되고, 타단은 보호 저항에 연결되는 프리차지 스위칭부;
    상기 프리차지 스위칭부와 상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부의 접속 노드 사이에 연결되는 보호 저항; 및
    상기 통신부로부터 제어 명령이 입력되면, 제어신호를 출력하여 상기 제 1 릴레이, 상기 제 2 릴레이, 상기 제 1 스위칭부, 상기 제 2 스위칭부, 및 상기 프리차지 스위칭부의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부 각각은
    상기 제어부로부터 입력되는 제어신호에 따라서 온/오프되는 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부에 각각 포함된 다이오드는 순방향이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부의 다이오드는 상기 배터리의 양의 단자측 방향이 순방향이 되도록 설정되고, 상기 제 2 스위칭부의 다이오드는 상기 부하측의 양의 단자측 방향이 순방향으로 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 배터리로부터 상기 부하측으로 전원을 공급하는 경우에,
    상기 제 1 릴레이를 온시키고,
    상기 프리차지 스위칭부를 온(ON)시켜 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 프리차지 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록하여 프리차지를 수행하고,
    상기 제 2 릴레이의 양단간 등전위가 형성되면, 상기 제 2 릴레이를 온시키고 상기 프리차지 스위칭부를 오프시키는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  20. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 릴레이 및 상기 제 2 릴레이가 온인 상태에서, 상기 배터리로부터 상기 부하측으로의 전원 공급을 차단하는 경우에,
    상기 제 1 스위칭부에 포함된 스위칭 소자를 온시켜, 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 2 릴레이, 및 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록한 후, 상기 제 2 릴레이를 오프시키고, 그 후 상기 제 1 스위칭부에 포함된 스위칭 소자를 오프시켜 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  21. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하여 상기 제 2 릴레이 양단간에 등전위를 형성한 후, 상기 제 2 릴레이를 온(ON)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 충전 전류가 흐르도록 한 후, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 정규 충전을 진행하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  22. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 1 릴레이 및 상기 제 2 릴레이가 온인 상태에서, 충전 전류 공급을 차단하는 경우에,
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 한 후, 상기 제 2 릴레이를 오프(OFF)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 흐르는 충전 전류를 차단한 후, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전규 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  23. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리의 양의 단자와 상기 제 2 릴레이의 일단 사이에 설치되어, 상기 배터리에서 출력되는 전류 및 상기 배터리로 유입되는 전류 중 적어도 하나를 측정하여 상기 제어부로 출력하는 전류 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전류 센서에서 입력된 전류값에 따라서 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  24. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BMS와 상기 제어부는 와이어로 직접 연결되고,
    상기 BMS와 상기 통신부 간의 통신 오류가 발생하면, 상기 BMS와 상기 제어부는 상기 제어 명령과 상기 상태 명령을 나타내는 PWM 신호를 상기 와이어를 통해서 상호 송수신하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리.
  25. 배터리의 음의 단자와 부하측 음의 단자 사이에 연결된 제 1 릴레이, 상기 배터리의 양의 단자가 연결된 제 1 노드 및 부하측 양의 단자가 연결된 제 3 노드 사이에 연결된 제 2 릴레이, 상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 연결되는 제 1 스위칭부, 상기 제 2 노드와 상기 제 3 노드 사이에 연결되는 제 2 스위칭부, 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 사이에 직렬로 연결된 프리차지 스위칭부 및 보호 저항, 및 차량의 BMS와 통신을 수행하는 통신부를 포함하고,
    상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부는 스위칭 소자 및 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 다아오드를 각각 포함하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법으로서,
    상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로부터 상기 부하측으로 전원을 공급하는 경우에,
    상기 제 1 릴레이를 온시키는 단계;
    상기 프리차지 스위칭부를 온(ON)시켜 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 프리차지 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록하여 프리차지를 수행하는 단계; 및
    상기 제 2 릴레이의 양단간 등전위가 형성되면, 상기 제 2 릴레이를 온시키고 상기 프리차지 스위칭부를 오프시키는 단계를 포함하고,
    상기 각 단계들의 성공 또는 오류 여부를 나타내는 상태 정보가 상기 통신부를 통해서 상기 BMS로 전송되는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로부터 상기 부하측으로의 전원 공급을 차단하는 경우에,
    상기 제 1 스위칭부에 포함된 스위칭 소자를 온시켜, 상기 배터리에서 출력된 전류가 상기 제 2 릴레이, 및 상기 제 1 스위칭부의 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭부의 다이오드를 통해서 부하측으로 흐르도록 하는 단계;
    상기 제 2 릴레이를 오프시키는 단계; 및
    상기 제 1 스위칭부에 포함된 스위칭 소자를 오프시켜 전원 공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 상기 배터리로 충전 전류를 공급하는 경우에
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하여 상기 제 2 릴레이 양단간에 등전위를 형성하는 단계;
    상기 제 2 릴레이를 온(ON)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 충전 전류가 흐르도록 하는 단계; 및
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 정규 충전을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 통신부를 통해서 상기 BMS로부터 수신된 제어 명령에 따라서 충전 전류 공급을 차단하는 경우에,
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 온(ON)시켜, 상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자 및 상기 제 1 스위칭부의 다이오드를 통해서 상기 배터리로 충전 전류가 흐르도록 하는 단계;
    상기 제 2 릴레이를 오프(OFF)시켜 상기 제 2 릴레이를 통해서 흐르는 충전 전류를 차단하는 단계; 및
    상기 제 2 스위칭부의 스위칭 소자를 오프(OFF)시킴으로써 충전 전규 공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 릴레이 어셈블리 구동 방법.
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