KR20220042794A - 릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템 및 전기 차량 - Google Patents

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KR20220042794A
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Abstract

배터리 어셈블리의 양극 단자와 평활 커패시터를 가지는 전기 부하의 제1 단 간에 연결되는 제1 릴레이 및 상기 배터리 어셈블리의 음극 단자와 상기 전기 부하의 제2 단 간에 연결되는 제2 릴레이를 가지는 릴레이 어셈블리를 위한 릴레이 진단 장치가 제공된다. 상기 릴레이 진단 장치는, 상기 제1 단와 상기 음극 단자 간에 연결되는 제1 진단 회로; 상기 음극 단자와 상기 제2 단 간에 연결되는 제2 진단 회로; 및 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환될 예정임을 알리는 제어 예정 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 회로로부터의 제1 진단 전압 및 상기 제2 진단 회로로부터의 제2 진단 전압을 반복 검출한다. 상기 제어부는, 상기 릴레이 어셈블리가 열림 상태로 제어 중임을 알리는 제어 완료 신호에 응답하여, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인지 여부를 판정한다.

Description

릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템 및 전기 차량{RELAY DIAGNOSIS APPARATUS, RELAY DIAGNOSIS METHOD, BATTERY SYSTEM AND ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 배터리 어셈블리와 전기 부하 간에 설치되는 릴레이 어셈블리의 고장을 진단하기 위한 기술에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
전기 차량 등 전기 에너지를 필요로 하는 다양한 전동 장치들은, 배터리 어셈블리 및 릴레이 어셈블리를 가지는 배터리 시스템이 필수적이다. 배터리 시스템은, 릴레이 어셈블리를 닫힘 상태와 열림 상태 간에 선택적으로 제어함으로써 배터리 어셈블리와 전기 부하 사이의 안정적인 전원 공급을 담당한다.
릴레이 어셈블리의 대표적인 고장 유형으로는 닫힘 고착 고장을 들 수 있다. 닫힘 고착 고장이란, 릴레이 어셈블리에 포함된 적어도 하나의 릴레이가 닫힘 상태로 용착되어, 닫힘 상태로부터 열림 상태로의 전환이 불가인 상태를 칭한다.
전기 부하측에는 릴레이 어셈블리를 통해 배터리 어셈블리로부터 제공되는 직류 전압의 급격한 변동을 억제하는 기능을 담당하는 평활 커패시터가 마련된다.
통상적으로는, 릴레이를 열림 상태로 제어하는 중에 릴레이의 양단에 걸친 전압을 기초로 닫힘 고착 고장 여부를 판정한다. 중에 릴레이의 양단에 걸친 전압은, 배터리 어셈블리와 평활 커패시터 간의 전압차에 대응한다. 그런데, 릴레이가 닫힘 상태로 일정 시간 이상 유지되면, 평활 커패시터가 배터리 어셈블리와 동등 수준의 전압으로 충전된다. 따라서, 릴레이가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 정상적으로 전환되었음에도 불구하고, 배터리 어셈블리와 평활 커패시터 간에 매우 작은 전압차만이 존재하여, 릴레이가 닫힘 고착 고장인 것으로 오판정될 가능성이 크다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해, 특허문헌 1은 릴레이 진단에 앞서서 평활 커패시터를 강제적으로 방전시키는 방안을 제안하고 있다. 평활 커패시터의 방전은, 평활 커패시터에 병렬 연결된 전기 부하(또는 방전 저항)에 의해 진행된다. 그런데, 평활 커패시터의 강제 방전 절차와 릴레이 진단 절차를 순차적으로 진행하기 위해서는, 전기 차량측의 컨트롤러와 배터리 시스템 간의 통신 절차가 추가적으로 필요하다는 제약이 있다.
한편, 배터리 어셈블리에서 제공되는 전압이 수백 볼트 정도로 매우 크기 때문에, 평황 커패시터 역시 상당히 큰 용량을 가진다. 따라서, 강제 방전에 의해 평활 커패시터의 양단에 걸친 전압이 충분히 저하되기 까지는 상당한 시간이 소요되므로, 닫힘 고착 고장을 신속하게 진단할 수 없다는 문제가 있다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-0750463호
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기 차량의 전기 부하측에 마련된 평활 커패시터에 대한 강제 방전 절차없이도, 릴레이 어셈블리에 포함된 적어도 하나의 릴레이의 닫힘 고착 고장을 신속하게 진단하기 위한 릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템 및 전기 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 릴레이 어셈블리에 포함된 각 릴레이의 일측과 타측 간의 전압 비교없이도, 닫힘 고착 고장을 신속하게 진단하기 위한 릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템 및 전기 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 릴레이 진단 장치는, 배터리 어셈블리의 양극 단자와 평활 커패시터를 가지는 전기 부하의 제1 단 간에 연결되는 제1 릴레이 및 상기 배터리 어셈블리의 음극 단자와 상기 전기 부하의 제2 단 간에 연결되는 제2 릴레이를 가지는 릴레이 어셈블리를 위한 것이다. 상기 릴레이 진단 장치는, 서로 직렬 연결되는 제1 저항 그룹 및 제1 진단 스위치를 포함하고, 상기 제1 단와 상기 음극 단자 간에 연결되는 제1 진단 회로; 서로 직렬 연결되는 제2 저항 그룹 및 제2 진단 스위치를 포함하고, 상기 음극 단자와 상기 제2 단 간에 연결되는 제2 진단 회로; 및 상기 제1 진단 회로 및 상기 제2 진단 회로에 동작 가능하게 결합되는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환될 예정임을 알리는 제어 예정 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 동안, 상기 제1 저항 그룹에 의해 생성되는 제1 진단 전압 및 상기 제2 저항 그룹에 의해 생성되는 제2 진단 전압을 반복 검출하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 제어 중임을 알리는 제어 완료 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 동안에 검출된 상기 제1 진단 전압의 변화 및 상기 제2 진단 전압의 변화를 기초로, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인지 여부를 판정하도록 구성된다.
상기 제1 저항 그룹은, 서로 직렬 연결되는 제1 저항 및 제2 저항을 포함할 수 있다. 상기 제2 저항 그룹은, 서로 직렬 연결된 제3 저항 및 제4 저항을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 저항과 상기 제2 저항의 제1 연결 노드와 상기 음극 단자 간의 전압을 상기 제1 진단 전압으로서 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제3 저항과 상기 제4 저항의 제2 연결 노드와 상기 음극 단자 간의 전압을 상기 제2 진단 전압으로서 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 진단 회로는, 상기 제2 연결 노드와 상기 음극 단자 간에서 상기 제3 저항에 직렬 연결되는 정전압원을 더 포함할 수 있다. 상기 정전압원의 출력 전압은, 상기 배터리 어셈블리의 만충전 전압과 기준값의 곱보다 클 수 있다. 상기 기준값은, 상기 제1 내지 제4 저항의 저항값의 합산치에 대한 상기 제3 저항의 저항값의 비율일 수 있다.
상기 제2 진단 회로는, 상기 정전압원에 병렬 연결되는 보호 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 진단 전압의 변화량이 제1 임계 전압 이상이고, 상기 제2 진단 전압의 변화량이 제2 임계 전압 이상인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 진단 전압의 변화율이 제1 임계 비율 이상이고, 상기 제2 진단 전압의 변화율이 제2 임계 비율 이상인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 시스템은, 상기 릴레이 진단 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 차량은, 상기 배터리 시스템을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 릴레이 진단 방법은, 상기 릴레이 진단 장치에 의해 실행 가능하도록 제공된다. 상기 릴레이 진단 방법은, 상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환될 예정임을 알리는 제어 예정 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계; 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 동안, 상기 제1 저항 그룹에 의해 생성되는 제1 진단 전압 및 상기 제2 저항 그룹에 의해 생성되는 제2 진단 전압을 반복 검출하는 단계; 및 상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 제어 중임을 알리는 제어 완료 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 동안에 검출된 상기 제1 진단 전압의 변화 및 상기 제2 진단 전압의 변화를 기초로, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인지 여부를 판정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전기 차량의 전기 부하측에 마련된 평활 커패시터에 대한 강제 방전 절차없이도, 릴레이 어셈블리에 포함된 적어도 하나의 릴레이의 닫힘 고착 고장을 신속하게 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 릴레이 어셈블리에 포함된 각 릴레이의 일측과 타측 간의 전압 비교없이도, 닫힘 고착 고장을 신속하게 진단할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 릴레이 및 제2 릴레이가 둘 다 닫힘 고착 고장인 경우의 배터리 시스템의 회로 상태를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 릴레이는 닫힘 고착 고장이고 제2 릴레이는 열림 상태로 전환된 경우의 배터리 시스템의 회로 상태를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 릴레이는 열림 상태로 전환되고 제2 릴레이는 닫힘 고착 고장인 경우의 배터리 시스템의 회로 상태를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 릴레이 및 제2 릴레이가 둘 다 열림 상태로 전환된 경우의 배터리 시스템의 회로 상태를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 6은 도 2 내지 도 4의 회로 상태에서의 제1 진단 전압 및 제2 진단 전압의 변화를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 5의 회로 상태에서의 제1 진단 전압 및 제2 진단 전압의 변화를 예시적으로 보여주는 그래프다.
도 8은 도 1에 도시된 릴레이 진단 장치에 의해 실행 가능한, 제1 실시예에 따른 릴레이 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 9는 도 1에 도시된 릴레이 진단 장치에 의해 실행 가능한, 제2 실시예에 따른 릴레이 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어부>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량(1)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 차량(1)은, 배터리 시스템(100), 전기 부하(200) 및 차량 컨트롤러(300)를 포함한다.
배터리 시스템(100)은, 배터리 어셈블리(110), 릴레이 어셈블리(120) 및 릴레이 진단 장치(400)를 포함한다.
배터리 어셈블리(110)는, 직렬 연결되는 복수의 배터리 셀(111)을 포함한다. 배터리 셀(111)은, 예컨대 리튬 이온 배터리 셀일 수 있다. 물론, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 배터리 셀(111)의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
릴레이 어셈블리(120)는, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)를 포함한다.
제1 릴레이(121)의 제1 단과 제2 단은, 배터리 어셈블리(110)의 양극 단자와 평활 커패시터(210)의 제1 단에 각각 연결된다.
제2 릴레이(122)의 제1 단과 제2 단은, 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자와 평활 커패시터(210)의 제2 단에 각각 연결된다.
제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 각각은, 차량 컨트롤러(300)로부터의 제어 신호(S1, S2)에 응답하여, 열림 상태와 닫힘 상태 간에서 제어된다. 예컨대, 각 릴레이는, 정상 상태에서, 제어 신호(S1, S2)의 전압 레벨이 하이(High)인 동안 닫힘 상태로 유지되고, 제어 신호(S1, S2)의 전압 레벨이 로우(Low)인 동안 열림 상태로 유지된다. 정상 상태란, 닫힘 고착 고장도 열림 고착 고장도 아닌 상태 즉, 차량 컨트롤러(300)에서 요구되는 상태로 제어 가능한 상태를 칭한다.
제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 열림 상태인 경우, 배터리 어셈블리(110)로부터 전기 부하(200)로의 전력 공급이 차단된다.
전기 부하(200)는, 평활 커패시터(210), 인버터(220) 및 전기 모터(230)를 포함한다. 전기 부하(200)는, 유저 디바이스(예, 시동 On/Off 버튼), 히터, 냉각팬 등과 같은 차량 주변 장치를 더 포함할 수 있다.
평활 커패시터(210)는, 배터리 어셈블리(110), 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)의 직렬 회로에 병렬로 연결되어, 직류 전력의 급격한 변동을 억제한다.
인버터(220)는, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 둘다 닫힘 상태인 동안, 배터리 어셈블리(110)로부터 평활 커패시터(210)를 거쳐 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전기 부하(200)에게 공급한다.
릴레이 진단 장치(400)는, 제1 진단 회로(410), 제2 진단 회로(420) 및 제어부(430)를 포함한다.
제1 진단 회로(410)는, 제1 저항 그룹(411) 및 제1 진단 스위치(412)를 포함한다. 제1 저항 그룹(411)과 제1 진단 스위치(412)는, 전기 부하(200)의 제1 단과 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자 간에 직렬로 연결된다. 제1 저항 그룹(411)은, 서로 직렬 연결되는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다.
제2 진단 회로(420)는, 제2 저항 그룹(421) 및 제2 진단 스위치(422)를 포함한다. 제2 저항 그룹(421)과 제2 진단 스위치(422)는, 전기 부하(200)의 제2 단과 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자 간에 직렬로 연결된다. 즉, 제2 진단 회로(420)는, 제2 릴레이(122)에 병렬 연결된다. 제2 저항 그룹(421)은, 서로 직렬 연결되는 제3 저항(R3) 및 제4 저항(R4)을 포함할 수 있다.
제1 진단 스위치(412) 및 제2 진단 스위치(422) 각각은, 제어부(430)로부터의 제어 신호(SA, SB)에 응답하여, 열림 상태와 닫힘 상태 간에서 제어된다. 예컨대, 각 진단 스위치는, 정상 상태에서, 제어 신호(SA, SB)의 전압 레벨이 하이인 동안 닫힘 상태로 유지되고, 제어 신호(SA, SB)의 전압 레벨이 로우인 동안 열림 상태로 유지된다. MOSFET 등과 같은 공지의 스위칭 소자가 제1 진단 스위치(412) 및 제2 진단 스위치(422)로 이용될 수 있다.
제1 진단 스위치(412)가 닫힘 상태를 가지는 동안, 전기 부하(200)의 제1 단과 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자 간의 전압은, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 간의 저항비에 따라 분압된다. 제2 진단 스위치(422)가 닫힘 상태를 가지는 동안, 전기 부하(200)의 제2 단과 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자 간의 전압은, 제3 저항(R3)과 제4 저항(R4) 간의 저항비에 따라 분압된다.
제1 저항(R1) 및 제3 저항(R3)은 동일한 저항값을 가질 수 있다. 제2 저항(R2) 및 제4 저항(R4)은 동일한 저항값을 가질 수 있다.
제2 진단 회로(420)는, 정전압원(423)을 더 포함할 수 있다.
제2 진단 회로(420)는, 정전압원(423)에 병렬 연결되는 보호 저항(RP)을 더 포함할 수 있다.
제어부(430)는, '제어 회로'라고 칭할 수도 있으며, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(430)에는 메모리가 내장될 수 있다. 메모리에는, 후술할 방법들을 실행하는 데에 필요한 프로그램 및 각종 데이터가 저장될 수 있다. 메모리는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
제어부(430)에는 아날로그-디지털 컨버터가 내장될 수 있다. 제어부(430)는, 릴레이 어셈블리(120)의 진단 이벤트 동안, 아날로그-디지털 컨버터를 이용하여, 제1 진단 회로(410)에 의해 생성되는 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 회로(420)에 의해 생성되는 제2 진단 전압(VB)을 개별적으로 검출(샘플링)할 수 있다.
제1 진단 전압(VA)은, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 제1 연결 노드(N1)와 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자 간의 전압일 수 있다.
제2 진단 전압(VB)은, 제3 저항(R3)과 제4 저항(R4)의 제2 연결 노드(N2)와 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자 간의 전압일 수 있다. 정전압원(423)은, 제2 연결 노드(N2)와 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자 사이에서, 제3 저항(R3)과 직렬 연결될 수 있다. 정전압원(423)의 출력 전압은, 배터리 어셈블리(110)의 만충전 전압과 기준값의 곱보다 클 수 있다. 기준값은, 제1 내지 제4 저항(R1~R4)의 저항값의 합산치에 대한 제3 저항(R3)의 저항값의 비율일 수 있다. 예컨대, 만충전 전압이 400 V이고, 기준값이 1/200인 경우, 정전압원(423)의 출력 전압은 2.0V보다 큰 2.5 V일 수 있다. 기준값은, 제1 내지 제4 저항(R1~R4)의 저항값의 합산치에 대한 제3 저항(R3)의 저항값의 비율일 수 있다.
정전압원(423)은, 제2 연결 노드(N2)와 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자 간의 전압이 0 V 미만으로 됨으로 인해 제어부(430)의 아날로그-디지털 컨버터가 손상되는 것을 방지하도록 제공된다.
차량 컨트롤러(300)는, 전기 차량(1)의 구동 중에 유저 디바이스로부터의 키오프 신호가 수신된 것에 응답하여, 릴레이 진단 장치(400)에게 전환 예정 신호를 전송한 다음, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 제어한다. 제어 예정 신호는, 릴레이 어셈블리(120)가 소정 시간 경과 후에 열림 상태로 전환될 예정임을 통지하기 위한 신호이다. 소정 시간은, 제어부(430)가 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 전압(VB) 각각을 적어도 2회 이상 검출 가능한 시간일 수 있다.
제어부(430)는, 차량 컨트롤러(300)로부터의 제어 예정 신호가 수신된 것에 응답하여, 제1 진단 스위치(412) 및 상기 제2 진단 스위치(422)를 닫힘 상태로 제어함으로써, 릴레이 어셈블리(120)를 위한 진단 절차를 개시한다.
차량 컨트롤러(300)는, 릴레이 어셈블리(120)를 열림 상태로 제어한 다음, 릴레이 진단 장치(400)에게 제어 완료 신호를 전송한다. 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 제어되고 있음을 통지하기 위한 신호이다.
제어부(430)는, 차량 컨트롤러(300)로부터의 제어 완료 신호가 수신된 것에 응답하여, 진단 기간 동안에 걸쳐 적어도 2회 이상 각각 검출된 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 전압(VB) 각각의 검출값들을 기초로, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인지 여부를 판정한다.
진단 기간은, 제어 예정 신호의 수신 시점부터 제어 완료 신호의 수신 시점까지일 수 있다.
제어부(430)는, 제어 완료 신호가 수신된 것에 응답하여, 제1 진단 스위치(412) 및 제2 진단 스위치(422)를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)가 둘 다 닫힘 고착 고장인 경우의 배터리 시스템(100)의 회로 상태를 설명하는 데에 참조되는 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 제1 릴레이(121)는 닫힘 고착 고장이고 제2 릴레이(122)는 열림 상태로 전환된 경우의 배터리 시스템(100)의 회로 상태를 설명하는 데에 참조되는 도면이며, 도 4는 도 1에 도시된 제1 릴레이(121)는 열림 상태로 전환되고 제2 릴레이(122)는 닫힘 고착 고장인 경우의 배터리 시스템(100)의 회로 상태를 설명하는 데에 참조되는 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)가 둘 다 열림 상태로 전환된 경우의 배터리 시스템(100)의 회로 상태를 설명하는 데에 참조되는 도면이고, 도 6은 도 2 내지 도 4의 회로 상태에서의 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 전압(VB)의 변화를 예시적으로 보여주는 그래프이고, 도 7은 도 5의 회로 상태에서의 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 전압(VB)의 변화를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)가 둘 다 닫힘 고착 고장인 경우에는, 배터리 어셈블리(110)와 평활 커패시터(210) 간의 전류 경로가 도통된다. 따라서, 평활 커패시터(210)의 전압은 배터리 어셈블리(110)의 전압과 동등 수준으로 유지된다. 특히, 전기 부하(200)의 제2 단으로부터 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자로의 전류(I1)의 대부분은 제2 릴레이(122)를 통해 흐르게 된다. 그 이유는, 제2 진단 스위치(422)가 닫힘 상태를 가지더라도, 제2 진단 회로(420)의 높은 저항값으로 인해, 옴의 법칙에 따라 저항값이 훨씬 작은 제2 릴레이(122)로 전류(I1)가 집중되기 때문이다. 따라서, 제1 진단 전압(VA)과 제2 진단 전압(VB)의 순간적인 전압 변화는 발생하지 않는다.
도 3을 참조하면, 제1 릴레이(121)가 닫힘 고착 고장이고 제2 릴레이(122)가 열림 상태인 동안에는, 도 2와는 달리 제2 진단 회로(420)를 통해 전류(I2)가 흐르게 된다. 다만, 배터리 어셈블리(110)와 평활 커패시터(210) 간의 전류 경로가 여전히 존재하므로, 평활 커패시터(210)의 전압은 배터리 어셈블리(110)의 전압과 동등 수준으로 유지된다. 따라서, 제2 진단 회로(420)를 통해 전류(I2)가 흐르더라도, 제2 진단 회로(420)의 양단에 걸친 전압은 0 V에 가깝다. 결과적으로, 도 2의 상황과 유사하게, 제1 진단 전압(VA)과 제2 진단 전압(VB)의 순간적인 전압 변화는 발생하지 않는다.
도 4를 참조하면, 제1 릴레이(121)가 열림 상태이고 제2 릴레이(122)가 닫힘 고착 고장인 동안에는, 배터리 어셈블리(110)와 평활 커패시터(210) 간의 전류 경로가 완전히 차단되고, 제1 진단 회로(410), 평활 커패시터(210) 및 제2 릴레이(122)로 구성되는 폐회로를 통해 전류(I3)가 흐른다. 다만, 도 2와 유사하게, 배터리 어셈블리(110)의 음극 단자와 전기 부하(200)의 제2 단 간은 제2 릴레이(122)에 의해 단락되므로, 제2 진단 회로(420)의 양단에 걸친 전압은 0 V에 가깝다. 따라서, 제1 릴레이(121)만이 열림 상태로 실제 전환된 시점에서, 평활 커패시터(210)의 전압의 대부분은 제1 진단 회로(410)의 양단에 인가된다. 결과적으로, 도 4와 같은 상황에서도, 제1 진단 전압(VA)과 제2 진단 전압(VB)의 순간적으로 큰 폭의 전압 변화는 발생하지 않는다.
도 5를 참조하면, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)가 둘 다 열림 상태인 동안에는, 도 3과 마찬가지로 배터리 어셈블리(110)와 평활 커패시터(210) 간의 전류 경로가 완전히 차단된다. 또한, 제1 진단 회로(410), 평활 커패시터(210) 및 제2 진단 회로(420)로 구성되는 폐회로를 통해 전류(I4)가 흐른다. 따라서, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 실제 전환된 시점에서, 평활 커패시터(210)의 전압은 제1 저항 그룹(411) 및 제2 저항 그룹(421)의 직렬 회로에 의해 균등하게 분압된다. 결과적으로, 도 2 내지 도 4와는 달리, 제1 진단 전압(VA)과 제2 진단 전압(VB) 둘다 순간적으로 큰 폭으로 변화한다.
도 6 및 도 7에서, 시점(t1)은 제어 예정 신호의 수신 시점, 시점(t2)은 제어 완료 신호의 수신 시점, 시점(tcon)은 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122)가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 제어된 시점이다.
도 6을 참조하면, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인 경우, 제1 진단 전압(VA)과 제2 진단 전압(VB)은 시점(tcon) 전후로 거의 일정하게 유지된다. 반면, 도 7을 참조하면, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 둘다 정상 상태인 경우, 시점(tcon)을 기준으로 큰 폭의 전압 강하가 제1 진단 전압(VA)과 제2 진단 전압(VB)으로부터 관측된다.
따라서, 제어부(430)는, 시점(t1)부터 시점(t3)까지의 진단 기간(예, 1초)에 걸쳐 설정 시간(예, 0.01초)마다 반복 측정되어 메모리에 시계열적으로 기록되어 있는, 제1 진단 전압(VA)과 제2 진단 전압(VB) 각각의 전압값 변화를 기초로, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인지 여부를 판정할 수 있다.
예컨대, 제어부(430)는, 제1 진단 전압(VA)의 변화량이 제1 임계 전압 이상인 경우 및/또는 제2 진단 전압(VB)의 변화량이 제2 임계 전압 이상인 경우, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인 것으로 판정할 수 있다. 제1 진단 전압(VA)의 변화량은, 시점(t1) 이후 최초로 검출된 제1 진단 전압(VA)과 시점(t2) 이전에 마지막으로 검출된 제1 진단 전압(VA) 간의 전압차일 수 있다. 제2 진단 전압(VB)의 변화량은, 시점(t1) 이후 최초로 검출된 제2 진단 전압(VB)과 시점(t2) 이전에 마지막으로 검출된 제2 진단 전압(VB) 간의 전압차일 수 있다.
다른 예로, 제어부(430)는, 제1 진단 전압(VA)의 변화율이 제1 임계 비율 이상인 경우 및/또는 제2 진단 전압(VB)의 변화율이 제2 임계 비율 이상인 경우, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인 것으로 판정할 수 있다. 제1 진단 전압(VA)의 변화율은, 시점(t1) 이후 최초로 검출된 제1 진단 전압(VA)에 대한 시점(t2) 이전에 마지막으로 검출된 제1 진단 전압(VA)의 비율일 수 있다. 제2 진단 전압(VB)의 변화율은, 시점(t1) 이후 최초로 검출된 제2 진단 전압(VB)에 대한 시점(t2) 이전에 마지막으로 검출된 제2 진단 전압(VB)의 비율일 수 있다.
제어부(430)는, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인지 여부를 나타내는 메시지를 차량 컨트롤러(300)에게 전송할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 릴레이 진단 장치(400)에 의해 실행 가능한, 제1 실시예에 따른 릴레이 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 단계 S810에서, 제어부(430)는, 차량 컨트롤러(300)로부터의 제어 예정 신호가 수신되었는지 여부를 판정한다. 단계 S810의 값이 "예"인 경우, 단계 S820로 진행된다. 단계 S810의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S810이 재진행될 수 있다.
단계 S820에서, 제어부(430)는, 제어 예정 신호에 응답하여, 제1 진단 스위치(412) 및 제2 진단 스위치(422)를 닫힘 상태로 제어한다.
단계 S830에서, 제어부(430)는, 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 전압(VB)을 검출한다. 검출된 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 전압(VB) 각각을 나타내는 전압값은 메모리에 기록될 수 있다.
단계 S840에서, 제어부(430)는, 차량 컨트롤러(300)로부터의 제어 완료 신호가 수신되었는지 여부를 판정한다. 단계 S840의 값이 "예"인 경우, 단계 S850로 진행된다. 단계 S840의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S830이 재진행된다.
단계 S850에서, 제어부(430)는, 제1 진단 전압(VA)의 변화량이 제1 임계 전압 이상인지 및 제2 진단 전압(VB)의 변화량이 제2 임계 전압 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S850의 값이 "예"인 경우, 단계 S860으로 진행된다. 단계 S850의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S870으로 진행될 수 있다.
단계 S860에서, 제어부(430)는, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장임을 알리는 제1 메시지를 차량 컨트롤러(300)에게 전송한다.
단계 S870에서, 제어부(430)는, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 둘다 닫힘 고착 고장이 아님을 알리는 제2 메시지를 차량 컨트롤러(300)에게 전송한다.
도 9는 도 1에 도시된 릴레이 진단 장치(400)에 의해 실행 가능한, 제2 실시예에 따른 릴레이 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 1 내지 도 7 및 도 9를 참조하면, 단계 S910에서, 제어부(430)는, 차량 컨트롤러(300)로부터의 제어 예정 신호가 수신되었는지 여부를 판정한다. 단계 S910의 값이 "예"인 경우, 단계 S920로 진행된다. 단계 S910의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S910이 재진행될 수 있다.
단계 S920에서, 제어부(430)는, 제어 예정 신호에 응답하여, 제1 진단 스위치(412) 및 제2 진단 스위치(422)를 닫힘 상태로 제어한다.
단계 S930에서, 제어부(430)는, 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 전압(VB)을 검출한다. 검출된 제1 진단 전압(VA) 및 제2 진단 전압(VB) 각각을 나타내는 전압값은 메모리에 기록될 수 있다.
단계 S940에서, 제어부(430)는, 차량 컨트롤러(300)로부터의 제어 완료 신호가 수신되었는지 여부를 판정한다. 단계 S940의 값이 "예"인 경우, 단계 S950로 진행된다. 단계 S940의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S930이 재진행된다.
단계 S950에서, 제어부(430)는, 제1 진단 전압(VA)의 변화율이 제1 임계 비율 이상인지 및 제2 진단 전압(VB)의 변화율이 제2 임계 비율 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S950의 값이 "예"인 경우, 단계 S960으로 진행된다. 단계 S950의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S970으로 진행될 수 있다.
단계 S960에서, 제어부(430)는, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장임을 알리는 제1 메시지를 차량 컨트롤러(300)에게 전송한다.
단계 S970에서, 제어부(430)는, 제1 릴레이(121) 및 제2 릴레이(122) 둘다 닫힘 고착 고장이 아님을 알리는 제2 메시지를 차량 컨트롤러(300)에게 전송한다.
차량 컨트롤러(300)는, 제1 메시지에 응답하여,
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 전기 차량
100: 배터리 시스템
110: 배터리 어셈블리
120: 릴레이 어셈블리
121: 제1 릴레이
122: 제2 릴레이
200: 전기 부하
210: 평활 커패시터
220: 인버터
230: 전기 모터
300: 차량 컨트롤러
400: 릴레이 진단 장치
410: 제1 진단 회로
420: 제2 진단 회로
430: 제어부

Claims (11)

  1. 배터리 어셈블리의 양극 단자와 평활 커패시터를 가지는 전기 부하의 제1 단 간에 연결되는 제1 릴레이 및 상기 배터리 어셈블리의 음극 단자와 상기 전기 부하의 제2 단 간에 연결되는 제2 릴레이를 가지는 릴레이 어셈블리를 위한 릴레이 진단 장치에 있어서,
    서로 직렬 연결되는 제1 저항 그룹 및 제1 진단 스위치를 포함하고, 상기 제1 단와 상기 음극 단자 간에 연결되는 제1 진단 회로;
    서로 직렬 연결되는 제2 저항 그룹 및 제2 진단 스위치를 포함하고, 상기 음극 단자와 상기 제2 단 간에 연결되는 제2 진단 회로; 및
    상기 제1 진단 회로 및 상기 제2 진단 회로에 동작 가능하게 결합되는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환될 예정임을 알리는 제어 예정 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하고,
    상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 동안, 상기 제1 저항 그룹에 의해 생성되는 제1 진단 전압 및 상기 제2 저항 그룹에 의해 생성되는 제2 진단 전압을 반복 검출하고,
    상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 제어 중임을 알리는 제어 완료 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 동안에 검출된 상기 제1 진단 전압의 변화 및 상기 제2 진단 전압의 변화를 기초로, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인지 여부를 판정하도록 구성되는 릴레이 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저항 그룹은, 서로 직렬 연결되는 제1 저항 및 제2 저항을 포함하고,
    상기 제2 저항 그룹은, 서로 직렬 연결된 제3 저항 및 제4 저항을 포함하는 릴레이 진단 장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 저항과 상기 제2 저항의 제1 연결 노드와 상기 음극 단자 간의 전압을 상기 제1 진단 전압으로서 검출하도록 구성되는 릴레이 진단 장치
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제3 저항과 상기 제4 저항의 제2 연결 노드와 상기 음극 단자 간의 전압을 상기 제2 진단 전압으로서 검출하도록 구성되는 릴레이 진단 장치
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 진단 회로는,
    상기 제2 연결 노드와 상기 음극 단자 간에서 상기 제3 저항에 직렬 연결되는 정전압원을 더 포함하되,
    상기 정전압원의 출력 전압은, 상기 배터리 어셈블리의 만충전 전압과 기준값의 곱보다 크고,
    상기 기준값은, 상기 제1 내지 제4 저항의 저항값의 합산치에 대한 상기 제3 저항의 저항값의 비율인 릴레이 진단 장치
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 진단 회로는,
    상기 정전압원에 병렬 연결되는 보호 저항을 더 포함하는 릴레이 진단 장치
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 진단 전압의 변화량이 제1 임계 전압 이상이고, 상기 제2 진단 전압의 변화량이 제2 임계 전압 이상인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 릴레이 진단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 진단 전압의 변화율이 제1 임계 비율 이상이고, 상기 제2 진단 전압의 변화율이 제2 임계 비율 이상인 경우, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 릴레이 진단 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 릴레이 진단 장치를 포함하는 배터리 시스템.
  10. 제9항에 따른 상기 배터리 시스템을 포함하는 전기 차량.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 릴레이 진단 장치에 의해 실행 가능한 릴레이 진단 방법에 있어서,
    상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환될 예정임을 알리는 제어 예정 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계;
    상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 동안, 상기 제1 저항 그룹에 의해 생성되는 제1 진단 전압 및 상기 제2 저항 그룹에 의해 생성되는 제2 진단 전압을 반복 검출하는 단계; 및
    상기 릴레이 어셈블리가 닫힘 상태로부터 열림 상태로 제어 중임을 알리는 제어 완료 신호에 응답하여, 상기 제1 진단 스위치 및 상기 제2 진단 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 동안에 검출된 상기 제1 진단 전압의 변화 및 상기 제2 진단 전압의 변화를 기초로, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나가 닫힘 고착 고장인지 여부를 판정하는 단계를 포함하는 릴레이 진단 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2023142196A (ja) * 2022-03-24 2023-10-05 いすゞ自動車株式会社 固着診断装置および固着診断方法
WO2024066551A1 (zh) * 2022-09-30 2024-04-04 联合汽车电子有限公司 车辆电池包的高压采样电路、继电器诊断及预充方法
WO2024119951A1 (zh) * 2022-12-06 2024-06-13 联合汽车电子有限公司 一种车辆电池包中高压继电器的诊断电路及方法

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