KR20210112089A - 차량 및 차량용 배터리 팩 - Google Patents

차량 및 차량용 배터리 팩 Download PDF

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민병선
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Abstract

실시예들은 배터리를 포함하는 차량 및 차량용 배터리 팩에 관한 것이다. 차량은 배터리, 상기 배터리에 저장된 전기 에너지에 의해 구동하는 전기 모터, 상기 배터리와 상기 전기 모터 사이에 연결되는 스위치, 가속도 신호를 출력하는 관성 센서, 상기 가속도 신호에 대응하는 가속도의 크기에 따라 조절되는 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하는 컨트롤러, 및 상기 PWM 신호에 기초하여 상기 스위치를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하는 스위치 구동 회로를 포함한다.

Description

차량 및 차량용 배터리 팩{Vehicle and battery pack for the same}
본 발명은 차량 및 차량용 배터리 팩에 관한 것이다.
전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등과 같은 친환경 차량은 모터와, 모터의 구동에 필요한 전기 에너지를 공급하는 고전압 배터리를 포함한다. 차량 충돌 시에, 고전압 배터리와 이에 연결된 전장 부품이 손상되어 화재가 발생하는 등의 피해가 커질 수 있다.
차량 충돌 시 사고 피해가 커지는 것을 방지하지 위해 배터리 관리 장치(Battery Management System)는 릴레이를 차단한다. 충돌이 발생하면 탑승자 보호 컨트롤러 (Occupant Restraint Component)는 이를 감지하여 배터리 관리 장치에 충돌 신호를 송신하고, 배터리 관리 장치는 충돌 신호에 응답하여 릴레이를 차단할 수 있다.
하지만 릴레이가 실제로 개방되기까지는 어느 정도의 시간이 소요된다. 통상 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 듀티값을 통해 릴레이를 제어하는 경우, 갑자기 듀티값을 0%로 감소시키더라도 릴레이가 실제로 개방되기까지는 약 10~30ms의 시간이 소요된다. 비록 짧은 시간에 불과하지만, 이 시간 동안에 발생한 전기 스파크로 인하여 화재가 발생할 수도 있다. 따라서, 릴레이가 실제로 개방되는 시간을 최대한 단축시키는 노력이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 릴레이가 개방되기까지 소요되는 시간을 최대한 단축시킬 수 있는 배터리 팩을 포함하는 차량 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량은 배터리, 상기 배터리에 저장된 전기 에너지에 의해 구동하는 전기 모터, 상기 배터리와 상기 전기 모터 사이에 연결되는 스위치, 가속도 신호를 출력하는 관성 센서, 상기 가속도 신호에 대응하는 가속도의 크기에 따라 조절되는 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하는 컨트롤러, 및 상기 PWM 신호에 기초하여 상기 스위치를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하는 스위치 구동 회로를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 제1 임계치 이상이고 상기 제1 임계치보다 큰 제2 임계치 미만이면, 미리 설정된 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 듀티비는 상기 스위치를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비보다 크고 100%보다 작을 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 상기 제1 임계치 미만이면, 상기 스위치를 단락시키기 위해 100%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하고, 상기 가속도의 크기가 상기 제2 임계치 이상이면, 상기 스위치를 개방시키기 위해 0%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 차량은 충돌을 감지하면 충돌 신호를 출력하는 충돌 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 충돌 신호에 응답하여 0%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 제1 임계치 미만이면, 상기 스위치를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비와 100% 사이의 범위에서 상기 가속도의 크기에 따라 단조 감소하는 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 가속도 신호는 종방향 가속도 신호 및 횡방향 가속도 신호를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 종방향 가속도 신호에 대응하는 종방향 가속도의 크기와 상기 횡방향 가속도 신호에 대응하는 횡방향 가속도의 크기 중 하나가 상기 제1 임계치 이상 상기 제2 임계치 미만이면, 상기 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 배터리 팩은 배터리, 상기 배터리와 외부단자 사이에 연결되는 스위치, 상기 차량의 가속도 정보를 수신하고, 가속도의 크기에 따라 조절되는 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하는 배터리 컨트롤러, 및 상기 PWM 신호에 기초하여 상기 스위치를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하는 스위치 구동 회로를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 배터리 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 제1 임계치 이상이고 상기 제1 임계치보다 큰 제2 임계치 미만이면, 미리 설정된 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 듀티비는 상기 스위치를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비보다 크고 100%보다 작을 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 배터리 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 상기 제1 임계치 미만이면, 상기 스위치를 단락시키기 위해 100%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하고, 상기 가속도의 크기가 상기 제2 임계치 이상이면, 상기 스위치를 개방시키기 위해 0%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 배터리 컨트롤러는 충돌 센서에 의해 생성되는 충돌 정보를 수신하면, 0%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 배터리 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 제1 임계치 미만이면, 상기 스위치를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비와 100% 사이의 범위에서 상기 가속도의 크기에 따라 단조 감소하는 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 가속도 신호는 종방향 가속도 신호 및 횡방향 가속도 신호를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 종방향 가속도 신호에 대응하는 종방향 가속도의 크기와 상기 횡방향 가속도 신호에 대응하는 횡방향 가속도의 크기 중 하나가 상기 제1 임계치 이상 상기 제2 임계치 미만이면, 상기 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 차량 및 차량용 배터리 팩에 따르면, 차량의 동역학 정보에 기초하여 충돌 전에 미리 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 감소시킴으로써 릴레이 구동 전류를 빠르게 감소시킬 수 있다. 따라서, 릴레이가 실제로 개방되기까지 소요되는 시간이 감소될 수 있으며, 차량 충돌에 의한 추가 피해가 발생할 가능성을 감소시킬 수 있으며, 추가 피해 역시 감소시킬 수 있다.
아래에 첨부 도면들을 참조로 예시적인 실시예들을 더욱 자세하게 설명함으로써 특징들이 본 기술분야의 당업자들에게 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 차량의 일부 구성들을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 컨트롤러의 동작 흐름을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라서 가속도 크기에 따른 듀티비의 설정치를 나타내는 그래프이다.
도 4는 차량의 충돌 시에 가속도의 변화를 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 5a는 본 발명에 따른 배터리 컨트롤러에 의해 동작하는 경우의 PWM 신호의 듀티비 및 코일 전류를 나타낸다.
도 5b는 종래의 배터리 컨트롤러에 의해 동작하는 경우의 PWM 신호의 듀티비 및 코일 전류를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 가속도 크기에 따른 듀티비의 설정치를 나타내는 그래프이다.
이제, 예시적인 실시예들이 첨부 도면들을 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 그러나, 여러 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에서 설명되는 실시예들로 한정되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 차라리, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 완벽해지며, 예시적인 구현예들을 본 기술분야의 당업자들에게 완전하게 전달할 수 있도록 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 예시적인 실시예들이 도시되는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 완벽하게 실시예들이 설명될 것이다. 전체적으로 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 도면들에서, 동일하거나 대응하는 구성 요소들에는 동일한 도면번호가 부여되고, 이에 대하여 중복하여 설명하지 않을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 차량의 일부 구성들을 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 차량(1000)은 배터리(110), 배터리(110)에 저장된 전기 에너지에 의해 구동하는 전기 모터(210), 배터리(110)와 전기 모터(210) 사이에 연결되는 스위치(130), 가속도 신호를 출력하는 관성 센서(230), 가속도 신호에 대응하는 가속도의 크기에 따라 조절되는 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하는 배터리 컨트롤러(120), 및 PWM 신호에 기초하여 스위치(130)를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하는 스위치 구동 회로(140)를 포함한다.
배터리 팩(100)은 차량(1000)에 장착되며, 배터리(110), 스위치(130), 스위치 구동 회로(140) 및 배터리 컨트롤러(120)를 포함할 수 있다.
배터리(110)는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하며, 배터리 셀은 충전가능한 이차 전지일 수 있다. 예컨대, 배터리 셀은 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
배터리(110)에 포함되는 배터리 셀들의 개수 및 연결 방식은 차량(1000)의 전기 부하들이 필요로 하는 전력량, 전기 모터(210)의 동작 전압 등을 기초로 결정될 수 있다.
도 1에는 오로지 개념적인 목적으로 배터리(110)는 배터리 셀들이 직렬로 연결되는 것으로 도시되지만, 배터리(110)는 각각 복수의 배터리 셀들로 구성되는 복수의 배터리 모듈들을 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 전기 모터(210)와 같은 전기 부하가 연결될 수 있는 한 쌍의 전력 단자를 포함한다.
스위치(130)는 배터리(110)와 전기 모터(210) 사이에 연결되어 배터리(110)에서 전기 모터(210)로 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 스위치(130)는 스위치 구동 회로(140)에 의해 제어될 수 있다. 스위치 구동 회로(140)는 스위치(130)를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하며, 스위치(130)는 제어 전류에 따라 개방 또는 단락될 수 있다.
예를 들어 제어 전류의 크기가 스위치(130)의 동작 전류의 크기 이상이면 스위치(130)는 단락되고, 제어 전류의 크기가 스위치(130)의 동작 전류의 크기보다 작으면 스위치(130)는 개방될 수 있다. 여기서, 동작 전류의 크기는 스위치(130)의 사양에 의해 결정되며, 스위치(130)의 개방과 단락을 결정하는 전류를 의미한다.
스위치(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 릴레이 스위치(RS)일 수 있다. 스위치 구동 회로(140)는 릴레이 스위치(RS)를 제어하기 위한 릴레이 코일(RC)을 포함할 수 있다. 릴레이 코일(RC)에 동작 전류의 크기 이상의 전류가 흐르면, 릴레이 코일(RC)은 전류의 크기에 비례하는 자기력을 생성하며, 릴레이 스위치(RS)는 자기력에 의해 접점에 연결되면서 단락될 수 있다. 릴레이 코일(RC)에 동작 전류의 크기보다 작은 전류가 흐르게 되면, 릴레이 코일(RC)은 충분한 크기의 자기력을 생성할 수 없게 되며, 릴레이 스위치(RS)는 반대 방향으로 작용하는 스프링에 의해 접점과 분리되면서 개방될 수 있다. 릴레이 스위치(RS)와 릴레이 코일(RC)은 릴레이 소자를 구성할 수 있다.
스위치 구동 회로(140)는 릴레이 코일(RC)과 직렬로 연결되는 제어 스위치(T1)를 더 포함할 수 있다. 제어 스위치(T1)는 배터리 컨트롤러(120)로부터 PWM 신호를 수신할 수 있다. PWM 신호는 배터리 컨트롤러(120)에 의해 설정되는 듀티비를 가질 수 있다. 예컨대, 80%의 듀티비를 갖는 경우, PWM 신호는 미리 설정된 주기를 갖는 구형파 신호로서, 하이 레벨의 구간이 전체 구간의 80%인 신호이다.
PWM 신호의 듀티비가 증가하면 릴레이 코일(RC)에 흐르는 평균 전류의 크기가 증가하고, PWM 신호의 듀티비가 감소하면 릴레이 코일(RC)에 흐르는 평균 전류의 크기는 감소한다. 따라서, 스위치(130)의 개방 및 단락은 PWM 신호의 듀티비에 의해 제어될 수 있다. 본 명세서에서, 임계 듀티비 이상의 듀티비를 PWM 신호가 스위치 구동 회로(140)의 제어 스위치(T1)에 인각되면 스위치(130)는 단락되고, 임계 듀티비 미만의 듀티비를 갖는 PWM 신호가 제어 스위치(T1)에 인가되면 스위치(130)는 개방된다. 본 명세서에서는 스위치(130)의 개방과 단락을 결정하는 기준이 되는 듀티비를 임계 듀티비라 지칭한다.
스위치 구동 회로(140)의 구동 전압(Vd)은 배터리 컨트롤러(120)에 의해 공급될 수 있다. 그러나 이는 예시적이고 배터리(110)의 출력 전압이 스위치 구동 회로(140)의 구동 전압일 수도 있다.
스위치 구동 회로(140)는 릴레이 코일(RC)과 병렬로 연결되는 다이오드(D1)를 더 포함할 수 있으며, 다이오드(D1)는 프리휠링 다이오드로 기능할 수 있다. 다이오드(D1)는 릴레이 코일(RC)의 양단에 연결되어 릴레이 코일(RC)에 축적된 에너지를 방출하기 위한 폐회로를 형성하며, 릴레이 코일(RC)을 흐르는 전류의 선형성을 확보하고, 제어 스위치(T1)가 PWM 신호에 의해 스위칭할 때 발생할 수 있는 과도한 전압 상승을 억제하는 기능을 수행할 수 있다. 다이오드(D1)는 빠른 응답 특성을 갖는 다이오드로 선택될 수 있다.
제어 스위치(T1)는 배터리 컨트롤러(120)로부터 PWM 신호를 수신하여, PWM 신호에 응답하여 전류를 릴레이 코일(RC)에 인가하는 스위칭 소자일 수 있다. 제어 스위치(T1)는 PWM 신호에 응답하여 정확하게 턴 온 및 턴 오프될 수 있는 FET(Field Effect Transistor)와 같은 고속 스위칭인 가능한 스위칭 소자일 수 있다.
다른 예에 따르면, 스위치(130)는 전력 반도체 스위치일 수 있으며, 스위치 구동 회로(140)는 전력 반도체 스위치의 개방 및 단락을 제어할 수 있는 제어 회로일 수 있으며, 이 제어 회로는 배터리 컨트롤러(120)로부터의 PWM 신호를 수신할 수 있다.
도 1에 도시되지 않았지만, 배터리 컨트롤러(120)는 배터리(110)를 관리할 수 있다. 배터리 컨트롤러(120)는 배터리(110)의 충전 상태, 충방전 전류 등을 관리할 수 있다. 예컨대, 배터리(110)의 배터리 셀들 각각의 셀 전압을 측정하고, 배터리(110)의 온도를 측정하고, 배터리 셀들의 셀 전압을 균등화할 수도 있다. 배터리 컨트롤러(120)는 배터리(110)가 과충전, 과방전, 또는 고온 상태가 되면, 이를 감지하고 스위치(130)를 개방시킬 수도 있다.
도 1에 도시되지 않았지만, 배터리 팩(100)은 배터리 보호 회로, 퓨즈, 전류 센서 등을 더 포함할 수 있다.
전기 모터(210)는 배터리(110)에 저장된 전기 에너지에 의해 구동되어 차량(1000)을 운동시킬 수 있다. 도 1에는 전기 모터(210)만 도시되어 있지만, 발전기, 히터, 에어컨 등의 차량(1000)의 일반적인 전기 부하가 전기 모터(210)와 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 전기 모터(210)가 배터리 팩(100)의 전력 단자에 직접 연결되는 것으로 도시되지만, 이는 오로지 개념적이며, 배터리 팩(100)과 전기 모터(210) 사이에는 인버터 회로, DC-DC 컨버터 회로 등이 배치될 수 있다.
차량(1000)은 전자 제어 유닛(220)을 포함할 수 있다. 전자 제어 유닛(220)은 차량(1000)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 전자 제어 유닛(220)은 자동차의 엔진, 자동 변속기 등을 제어할 수 있다.
차량(1000)은 관성 센서(230)를 포함할 수 있다. 관성 센서(230)는 요 레이트(yaw rate) 센서, 또는 각가속도 센서를 포함할 수 있다. 관성 센서(230)는 차량(1000)의 가속도를 감지하여 가속도 신호를 출력할 수 있다. 가속도 신호는 종방향 가속도 신호와 횡방향 가속도 신호를 포함할 수 있다.
차량(1000)은 관성 측정 유닛(240)을 포함할 수 있다. 관성 측정 유닛(240)은 관성 센서(230)로부터 가속도 신호를 수신하고, 가속도 신호에 기초하여 차량(1000)의 가속도 정보를 생성하여 출력할 수 있다. 가속도 정보는 종방향 가속도 정보 및 횡방향 가속도 정보를 포함할 수 있다.
관성 측정 유닛(240)는 종방향 가속도 정보와 횡방향 가속도 정보를 이용하여 수평 방향 가속도의 크기를 산출할 수 있다. 예컨대, 종방향 가속도 크기의 제곱과 횡방향 가속도 크기의 제곱을 더한 후 제곱근을 산출함으로써, 수평 방향 가속도의 크기가 산출될 수 있다.
차량(1000)은 충돌 센서(250)를 포함할 수 있다. 충돌 센서(250)는 차량(1000)의 충돌을 감지하여 충돌이 감지되면 충돌 신호를 출력할 수 있다.
차량(1000)은 탑승자 보호 컨트롤러(260)를 포함할 수 있다. 탑승자 보호 컨트롤러(260)는 충돌 센서(250)로부터 충돌 신호를 수신하면 에어백을 전개하는 등의 동작을 수행할 수 있다.
배터리 컨트롤러(120), 전자 제어 유닛(220), 관성 측정 유닛(240), 및 탑승자 보호 컨트롤러(260)는 통신 버스(300)를 통해 서로 통신할 수 있다. 통신 버스(300)는 CAN 통신 버스일 수 있다.
관성 센서(230)가 출력한 가속도 신호에 기초로 생성되는 가속도 정보, 충돌 센서(250)가 출력한 출력 신호에 기초하여 생성되는 충돌 정보는 통신 버스(300)를 통해 배터리 컨트롤러(120)에 의해 수신될 수 있다. 다른 예에 따르면, 관성 센서(230)는 가속도 신호를 통신 버스(300)를 통해 배터리 컨트롤러(120)에 전송하고, 충돌 센서(240)는 충돌 신호를 통신 버스(300)를 통해 배터리 컨트롤러(120)에 전송할 수 있다. 또 다른 예에 따르면, 관성 센서(230)는 가속도 신호를 직접 배터리 컨트롤러(120)에 전송하고, 충돌 센서(240)는 충돌 신호를 직접 배터리 컨트롤러(120)에 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 컨트롤러의 동작 흐름을 도시한다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 배터리 컨트롤러(120)는 관성 센서(230)가 출력한 가속도 신호에 기초로 생성되는 가속도 정보를 수신할 수 있다(S10). 배터리 컨트롤러(120)는 통신 버스(300)를 통해 가속도 정보를 수신할 수 있으며, 가속도 정보는 가속도 신호를 수신한, 예컨대, 관성 측정 유닛(240) 또는 전자 제어 유닛(220)으로부터 전송될 수 있다.
가속도 정보는 횡방향 가속도(ax)에 대응하는 횡방향 가속도 정보, 및 종방향 가속도(ay)에 대응하는 종방향 가속도 정보를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 배터리 컨트롤러(120)는 횡방향 가속도 정보와 종방향 가속도 정보를 기초로 수평방향 가속도 크기를 산출할 수 있다. 예컨대, 수평방향 가속도 크기(|a|)는 (ax 2+ ay 2)1/2와 같이 산출될 수 있다. 수평방향 가속도 크기(|a|)는 아래에서 간략하게 가속도 크기(|a|)로 지칭한다.
배터리 컨트롤러(120)는 가속도 크기(|a|)를 제1 임계값(th1) 및 제2 임계값(th2)과 비교할 수 있다(S20, S30). 제2 임계값(th2)은 차량의 중대한 사고가 발생한 것으로 간주할 수 있을 정도의 큰 가속도 값일 수 있다. 예컨대 제2 임계값(th2)은 15g 내지 30g 사이에서 선택될 수 있으며, 예컨대, 20g일 수 있다. 여기서 g는 중력 가속도이다.
제1 임계값(th1)은 차량의 비교적 경미한 사고의 발생 또는 차량의 중대한 사고가 발생하기 전의 가속도 값일 수 있다. 제1 임계값(th1)은 제2 임계값(th2)보다 작으며, 예컨대 5g 내지 15g 사이에서 선택될 수 있으며, 예컨대 10g일 수 있다.
차량이 정상적으로 동작할 때 가속도의 크기(|a|)는 제1 임계값(th1)에 도달할 수 없도록 제1 임계값(th1)이 설정된다. 차량은 정상적으로 환경에서 가속 및 감속하는 1.5g를 넘기 어렵다고 알려져 있다. 제1 임계값(th1)은 1.5g보다 큰 값을 설정된다.
제1 임계값(th1)과 제2 임계값(th2)은 차량의 성능, 종류 및 프레임 구조에 따라 달라질 수 있다. 제1 임계값(th1)과 제2 임계값(th2)은 본 발명을 한정하지 않는다. 아래에서는 오로지 예시적인 목적으로 제1 임계값(th1)은 10g이고, 제2 임게값(th2)은 20g인 것으로 가정한다.
배터리 컨트롤러(120)는 가속도 크기(|a|)를 제1 임계값(th1)과 비교할 수 있다(S20).
가속도 크기(|a|)가 제1 임계값(th1) 미만인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 스위치(130)를 완전히 단락시키기 위한 제1 설정값(DUTY_CLOSE)의 듀티값을 갖는 PWM 신호를 스위치 구동 회로(140)에 출력할 수 있다(S25). 제1 설정값(DUTY_CLOSE)은 예컨대 100%일 수 있다. 즉, 배터리 컨트롤러(120)는 100%의 듀티값을 갖는 PWM 신호, 즉, 하이 레벨의 제어 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 제어 스위치(T1)는 100%의 듀티값을 갖는 PWM 신호에 의해 턴 온될 수 있고, 릴레이 코일(RC)에 동작 전류 이상의 전류가 흐르게 되어 스위치(130)는 단락될 수 있다.
단계(S25) 후에, 배터리 컨트롤러(120)는 단계(S10)로 진행하여 가속도 정보를 수신할 수 있다.
가속도 크기(|a|)가 제1 임계값(th1) 이상인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 가속도 크기(|a|)를 제2 임계값(th2)과 비교할 수 있다(S30). 배터리 컨트롤러(120)는 충돌 센서(250)가 출력한 충돌 신호에 기초하여 생성되는 충돌 정보를 수신하는지를 판정할 수 있다(S30).
가속도 크기(|a|)가 제1 임계값(th1) 이상이고 제2 임계값(th2) 미만이면서, 충돌 정보를 수신하지 않은 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 스위치(130)를 개방시키지 않는 제2 설정값(DUTY_PRECRASH)의 듀티값을 갖는 PWM 신호를 스위치 구동 회로(140)에 출력할 수 있다(S35). 제2 설정값(DUTY_ PRECRASH)은 임계 듀티비의 값보다 크게 설정된다. 제2 설정값(DUTY_ PRECRASH)은 예컨대 60%일 수 있다. 예컨대, 배터리 컨트롤러(120)는 60%의 듀티값을 갖는 PWM 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 제어 스위치(T1)는 60%의 듀티값을 갖는 PWM 신호에 의해 턴 온 및 턴 오프를 반복할 수 있고, 릴레이 코일(RC)에 흐르는 전류의 크기는 낮아지게 되지만, 스위치(130)는 여전히 단락 상태를 유지할 수 있다.
단계(S35) 후에, 배터리 컨트롤러(120)는 단계(S10)로 진행하여 가속도 정보를 수신할 수 있다.
가속도 크기(|a|)가 제2 임계값(th2) 이상이거나, 충돌 정보를 수신한 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 스위치(130)를 완전히 개방시키지 위한 제3 설정값(DUTY_OPEN)의 듀티값을 갖는 PWM 신호를 스위치 구동 회로(140)에 출력할 수 있다(S40). 제3 설정값(DUTY_ OPEN)은 예컨대 0%일 수 있다. 예컨대, 배터리 컨트롤러(120)는 0%의 듀티값을 갖는 PWM 신호, 즉, 로우 레벨의 제어 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 제어 스위치(T1)는 0%의 듀티값을 갖는 PWM 신호에 의해 턴 오프될 수 있고, 릴레이 코일(RC)에는 전류가 흐르지 않게 되며, 스위치(130)는 개방되게 된다.
단계(S40) 후에, 배터리 컨트롤러(120)는 종료할 수 있다. 배터리 컨트롤러(120)는 가속도 정보가 변경되더라도 이를 반영하여 듀티비를 조절하지 않을 수 있다. 즉, 단계(40) 후에는, 별도의 수동 제어에 의하지 않고는 스위치(130)를 다시 단락시키지 않을 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 컨트롤러(120)는 횡방향 가속도 크기(|ax|)와 종방향 가속도 크기(|ay|)를 각각 제1 임계값(th1) 및 제2 임계값(th2)과 비교할 수 있다(S20, S30).
예를 들면, 단계(S20)에서 배터리 컨트롤러(120)는 횡방향 가속도 크기(|ax|)와 종방향 가속도 크기(|ay|)를 각각 제1 임계값(th1)과 비교할 수 있다(S20). 배터리 컨트롤러(120)는 횡방향 가속도 크기(|ax|)와 종방향 가속도 크기(|ay|)가 모두 제1 임계값(th1) 미만인 경우에 단계(S25)를 수행할 수 있다. 배터리 컨트롤러(120)는 횡방향 가속도 크기(|ax|)와 종방향 가속도 크기(|ay|) 중 어느 하나라도 제1 임계값(th1) 이상인 경우에 단계(S30)를 수행할 수 있다.
단계(S30)에서 배터리 컨트롤러(120)는 횡방향 가속도 크기(|ax|)와 종방향 가속도 크기(|ay|)를 각각 제2 임계값(th2)과 비교하고, 충돌 정보를 수신하였는지의 여부를 판정할 수 있다(S30). 배터리 컨트롤러(120)는 횡방향 가속도 크기(|ax|)와 종방향 가속도 크기(|ay|)가 모두 제2 임계값(th2) 미만이고 충돌 정보를 수신하지 않은 경우에 단계(S35)를 수행할 수 있다. 배터리 컨트롤러(120)는 횡방향 가속도 크기(|ax|)와 종방향 가속도 크기(|ay|) 중 어느 하나라도 제2 임계값(th2) 이상이거나 충돌 정보를 수신한 경우에 단계(S40)를 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라서 가속도 크기에 따른 듀티비의 설정치를 나타내는 그래프이다.
배터리 컨트롤러(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 가속도 크기(|a|)에 따라 제어 스위치(T1)에 출력하는 PWM 신호의 듀티비를 결정할 수 있다.
가속도 크기(|a|)가 0 이상 제1 임계값(예컨대, 10g) 미만인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 제1 설정값(DUTY_CLOSE)(예컨대, 100%)의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 스위치(130)는 스위치 구동 회로(140)에 의해 단락된다.
가속도 크기(|a|)가 제1 임계값(예컨대, 10g) 이상 제2 임계값(예컨대, 20g) 미만인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 제2 설정값(DUTY_PRECRASH)(예컨대, 60%)의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 스위치(130)는 스위치 구동 회로(140)에 의해 단락 상태를 유지하지만, 릴레이 코일(RC)에 흐르는 전류의 크기는 감소하게 된다.
가속도 크기(|a|)가 제2 임계값(예컨대, 20g) 이상인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 제3 설정값(DUTY_OPEN)(예컨대, 0%)의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 스위치(130)는 스위치 구동 회로(140)에 의해 개방된다.
도 4는 차량의 충돌 시에 가속도의 변화를 나타내는 예시적인 그래프이다.
시간 0s에 차량의 사고가 발생한 것이다. 대략 20ms 후에 -10g의 감속도를 갖게 되고, 대략 50ms 후에 -20g의 감속도를 감게 되고, 80ms 후에 가장 큰 감속도를 갖게 된다. 그 후 감속도의 크기가 감소하여 110ms 후에 차량의 가속도 운동은 사라지게 된다.
제1 시간(t1)은 감속도의 크기가 제1 임계값(th1, 10g)에 도달하는 시간이고, 제2 시간(t2)은 감속도의 크기가 제2 임계값(th2, 20g)에 도달하는 시간이다.
도 5a는 본 발명에 따른 배터리 컨트롤러에 의해 동작하는 경우의 PWM 신호의 듀티비 및 코일 전류를 나타내고, 도 5b는 종래의 배터리 컨트롤러에 의해 동작하는 경우의 PWM 신호의 듀티비 및 코일 전류를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 본 발명에 따르면, 제1 시간(t1)에 PWM 신호의 듀티비는 제2 설정값(DUTY_PRECRASH)(예컨대, 60%)으로 감소하게 되고, 릴레이 코일(RC)의 전류는 감소하게 된다.
제2 시간(t2)에 PWM 신호의 듀티비는 제3 설정값(DUTY_ OPEN)(예컨대, 0%)으로 감소하게 되고, 릴레이 코일(RC)의 전류는 감소하게 된다. 릴레이 코일(RC)의 전류가 동작 전류(Ith)보다 작아지는 제3 시간(t3)에 스위치(130)는 개방되게 된다. 제2 시간(t2)과 제3 시간(t3)은 5ms 이하일 수 있다.
그러나, 종래에는 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2 시간(t1)에 PWM 신호의 듀티비는 제3 설정값(DUTY_ OPEN)(예컨대, 0%)으로 감소하게 되고, 릴레이 코일(RC)의 전류는 감소하게 된다. 릴레이 코일(RC)의 전류가 동작 전류(Ith)보다 작아지는 제4 시간(t4)에 스위치(130)는 개방되게 된다. 제2 시간(t2)과 제4 시간(t4)은 대략 20ms 정도일 수 있다.
이와 같이 종래에는 차량에 사고가 발생하여 차량의 감속도가 큰 값을 갖더라도 릴레이 스위치(130)를 구동하는 릴레이 코일(RC)의 전류가 빠르게 감소하지 않기 때문에, 실제로 릴레이 스위치(130)가 개방되는데 20~30ms 정도의 시간이 소요된다. 이 시간에 손상된 차체 또는 차량의 배선을 통해 전류가 흐르게 되고, 화재 등의 큰 사고를 유발할 수 있다.
본 발명에 따르면 제1 임계값(th1)을 통해 사고의 발생을 사전에 감지하고, 릴레이 코일(RC)의 전류를 미리 감소시켜 놓을 수 있다. 따라서, 차량의 감속도가 제2 임계값(th2) 이상이 되었을 때, 매우 짧은 시간 내에 스위치(130)를 개방할 수 있으므로, 추가 피해 발생 가능성을 현저하게 낮출 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 가속도 크기에 따른 듀티비의 설정치를 나타내는 그래프이다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 컨트롤러(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 가속도 크기(|a|)에 따라 제어 스위치(T1)에 출력하는 PWM 신호의 듀티비를 결정할 수 있다.
배터리 컨트롤러(120)는 가속도 크기(|a|)가 제1 임계값(예컨대, 10g) 미만인 경우, 스위치(130)를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비(즉, 임계 듀티비)와 100% 사이의 범위에서 가속도 크기(|a|)에 따라 단조 감소하는 듀티비를 갖는 PWM 신호를 스위치 구동 회로(140)에 출력하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 가속도 크기(|a|)가 0 이상 제3 임계값(예컨대, 1.5g) 미만인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 제1 설정값(DUTY_CLOSE)(예컨대, 100%)의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 스위치(130)는 스위치 구동 회로(140)에 의해 단락된다.
가속도 크기(|a|)가 제3 임계값(예컨대, 1.5g) 이상 제1 임계값(예컨대, 10g) 미만인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 가속도 크기(|a|)에 따라 단조 감소하는 듀티비를 갖는 PWM 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 스위치(130)는 스위치 구동 회로(140)에 의해 단락된다.
도 6에는 듀티비가 가속도 크기(|a|)에 따라 1차 함수로 감소하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 오로지 예시적이고, 비선형으로 감소할 수도 있으며, 계단형으로 감소할 수도 있다.
가속도 크기(|a|)가 제1 임계값(예컨대, 10g) 이상 제2 임계값(예컨대, 20g) 미만인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 제2 설정값(DUTY_PRECRASH)(예컨대, 60%)의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 스위치(130)는 스위치 구동 회로(140)에 의해 단락 상태를 유지하지만, 릴레이 코일(RC)에 흐르는 전류의 크기는 감소하게 된다.
가속도 크기(|a|)가 제2 임계값(예컨대, 20g) 이상인 경우, 배터리 컨트롤러(120)는 제3 설정값(DUTY_OPEN)(예컨대, 0%)의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 제어 스위치(T1)에 출력할 수 있다. 스위치(130)는 스위치 구동 회로(140)에 의해 개방된다.
본 발명의 다양한 실시예들은 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것이며, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가적인 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 구현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같은 구체적인 언급이 없다면, 본 발명의 실시를 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000: 차량
100: 배터리 팩
110: 배터리
120: 배터리 컨트롤러
130: 스위치
140: 스위치 구동 회로
230: 관성 센서
250: 충돌 센서
300: 통신 버스

Claims (12)

  1. 배터리;
    상기 배터리에 저장된 전기 에너지에 의해 구동하는 전기 모터;
    상기 배터리와 상기 전기 모터 사이에 연결되는 스위치;
    가속도 신호를 출력하는 관성 센서;
    상기 가속도 신호에 대응하는 가속도의 크기에 따라 조절되는 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하는 컨트롤러; 및
    상기 PWM 신호에 기초하여 상기 스위치를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하는 스위치 구동 회로를 포함하는 차량.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 제1 임계치 이상이고 상기 제1 임계치보다 큰 제2 임계치 미만이면, 미리 설정된 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되고,
    상기 제1 듀티비는 상기 스위치를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비보다 크고 100%보다 작은 것을 특징으로 하는 차량.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 가속도의 크기가 상기 제1 임계치 미만이면, 상기 스위치를 단락시키기 위해 100%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하고,
    상기 가속도의 크기가 상기 제2 임계치 이상이면, 상기 스위치를 개방시키기 위해 0%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
  4. 제2 항에 있어서,
    충돌을 감지하면 충돌 신호를 출력하는 충돌 센서를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 충돌 신호에 응답하여 0%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 제1 임계치 미만이면, 상기 스위치를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비와 100% 사이의 범위에서 상기 가속도의 크기에 따라 단조 감소하는 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 가속도 신호는 종방향 가속도 신호 및 횡방향 가속도 신호를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 종방향 가속도 신호에 대응하는 종방향 가속도의 크기와 상기 횡방향 가속도 신호에 대응하는 횡방향 가속도의 크기 중 하나가 상기 제1 임계치 이상 상기 제2 임계치 미만이면, 상기 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
  7. 차량용 배터리 팩에 있어서,
    배터리;
    상기 배터리와 외부단자 사이에 연결되는 스위치;
    상기 차량의 가속도 정보를 수신하고, 가속도의 크기에 따라 조절되는 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하는 배터리 컨트롤러; 및
    상기 PWM 신호에 기초하여 상기 스위치를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하는 스위치 구동 회로를 포함하는 차량용 배터리 팩.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 제1 임계치 이상이고 상기 제1 임계치보다 큰 제2 임계치 미만이면, 미리 설정된 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되고,
    상기 제1 듀티비는 상기 스위치를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비보다 크고 100%보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는,
    상기 가속도의 크기가 상기 제1 임계치 미만이면, 상기 스위치를 단락시키기 위해 100%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하고,
    상기 가속도의 크기가 상기 제2 임계치 이상이면, 상기 스위치를 개방시키기 위해 0%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는 충돌 센서에 의해 생성되는 충돌 정보를 수신하면, 0%의 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 배터리 컨트롤러는 상기 가속도의 크기가 제1 임계치 미만이면, 상기 스위치를 단락 상태로 유지하기 위한 최소 듀티비와 100% 사이의 범위에서 상기 가속도의 크기에 따라 단조 감소하는 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 가속도 신호는 종방향 가속도 신호 및 횡방향 가속도 신호를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 종방향 가속도 신호에 대응하는 종방향 가속도의 크기와 상기 횡방향 가속도 신호에 대응하는 횡방향 가속도의 크기 중 하나가 상기 제1 임계치 이상 상기 제2 임계치 미만이면, 상기 제1 듀티비를 갖는 PWM 신호를 상기 스위치 구동 회로에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 팩.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114013280A (zh) * 2021-10-28 2022-02-08 浙江吉利控股集团有限公司 一种车辆双电机控制架构、放电功能安全控制方法和系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11833913B2 (en) * 2021-07-12 2023-12-05 Beta Air, Llc System and method for disconnecting a battery assembly from an electric aircraft

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5528721A (en) * 1992-05-04 1996-06-18 John Svoboda Direct current motor speed control apparatus
JP4066882B2 (ja) 2003-05-22 2008-03-26 トヨタ自動車株式会社 車載燃料電池発電システムの制御装置および制御方法
KR100877965B1 (ko) 2007-10-11 2009-01-12 현대자동차주식회사 차량 충돌시 배터리전원 차단장치
DE102010045292A1 (de) * 2009-10-22 2011-04-28 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Verfahren für die Steuerung einer Vorrichtung mittels Pulsbreitenmodulation und Steuerungssystem
JP5461155B2 (ja) * 2009-11-24 2014-04-02 澤藤電機株式会社 パルス電圧を利用する高電圧印加装置および当該高電圧印加方法
JP2012065503A (ja) 2010-09-17 2012-03-29 Toyota Motor Corp 車両用電源装置
KR101206783B1 (ko) 2010-11-12 2012-11-30 주식회사 만도 차량의 전자 제어 장치
DE102016211931B4 (de) 2016-06-30 2023-03-16 Te Connectivity Germany Gmbh Leistungsschütz mit hoher mechanischer Schockfestigkeit
CN106004454B (zh) 2016-07-01 2018-09-28 广州汽车集团股份有限公司 一种电动汽车安全控制方法及装置
JP2018057127A (ja) 2016-09-28 2018-04-05 株式会社ケーヒン 電源制御装置及び電源システム
JP6383048B1 (ja) * 2017-05-18 2018-08-29 レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド 触覚フィードバック・システム、電子機器および振動強度の調整方法
CN110696792A (zh) * 2018-07-10 2020-01-17 成都安的光电科技有限公司 应用于拖挂房车的刹车控制方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114013280A (zh) * 2021-10-28 2022-02-08 浙江吉利控股集团有限公司 一种车辆双电机控制架构、放电功能安全控制方法和系统

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