KR20220130516A - 릴레이 제어 장치, 배터리 팩 및 전기 차량 - Google Patents

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KR20220130516A
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최호빈
김영민
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명에 따른 릴레이 제어 장치는, 배터리의 양극과 부하 사이에 연결되는 접점; 및 릴레이 전원 단자와 접지 사이에 연결되고 통전 중에 상기 접점을 닫힘 위치로 이동시키는 코일을 포함하는 릴레이를 위한 것이다. 상기 릴레이 제어 장치는, 릴레이 온-명령에 응답하여 제1 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호인 제1 스위칭 신호를 출력하도록 구성되는 제어 회로; 및 상기 코일의 일단과 상기 릴레이 전원 단자 사이 또는 상기 코일의 타단과 상기 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 스위칭 신호에 응답하여 턴 온되는 코일 제어 스위치; 및 상기 배터리로부터 공급되는 전력을 이용하여, 비상 전력을 저장하도록 구성되는 릴레이 홀딩 회로를 포함한다. 상기 릴레이 홀딩 회로는, 상기 제어 회로에 의한 상기 제1 스위칭 신호의 출력이 중단되는 경우, 상기 비상 전력을 이용하여 상기 제어 회로를 대신해 상기 제1 스위칭 신호를 출력하도록 구성된다.

Description

릴레이 제어 장치, 배터리 팩 및 전기 차량{RELAY CONTROL APPARATUS, BATTERY PACK AND ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은, 비상 상황에서 릴레이의 닫힘 상태로부터 개방 상태로의 전환을 지연시키는 기술에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 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.
배터리를 안전하게 사용하기 위해서는, 배터리와 부하 간에 릴레이가 연결된다. 릴레이는, 접점 및 코일을 포함하며, 코일을 여기시킴에 따라 발생하는 자력에 의해 접점이 닫힘 위치와 열림 위치 간에서 전환된다.
릴레이의 종류를 다양하며, 이들 중 NO(normally open)-릴레이가 전기 차량용으로 널리 적용되고 있다. NO 릴레이의 접점은, 코일이 통전 중인 동안에만 닫힘 위치로 이동하고, 그 외에는 열림 위치로 유지된다. 접점이 닫힘 위치인 경우 배터리로부터 부하(예, 전기 차량의 모터)로 전력이 공급되는 반면, 접점이 열림 위치인 경우에는 배터리와 부하 간의 전기적 연결이 끊어진다.
코일의 통전을 제어하기 위한 코일 제어 스위치로는, 하이 사이드 스위치, 로우 사이드 스위치 또는 둘의 조합이 이용될 수 있다. 코일 제어 스위치는 MCU(micro control unit) 등의 제어 회로로부터의 신호에 의해 온 상태와 오프 상태 간에서 전환된다.
다만, 접점이 닫힘 위치로 유지 중, 제어 회로의 이상(예, 파워 오프)으로 인해 제어 회로로부터 코일 제어 스위치로의 신호가 소실되어 코일의 통전이 의도치 않게 중단되면, 배터리로부터 부하로의 전원이 차단되기 때문에, 안정 상의 큰 위험이 초래된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 제어 회로로부터 코일 제어 스위치로의 신호가 소실되는 이상이 발생하는 경우, 릴레이의 닫힘 상태로부터 개방 상태로의 전환을 지연시키는 릴레이 제어 장치, 배터리 팩 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 제어 장치는, 배터리의 양극과 부하 사이에 연결되는 접점; 및 릴레이 전원 단자와 접지 사이에 연결되고 통전 중에 상기 접점을 닫힘 위치로 이동시키는 코일을 포함하는 릴레이를 위한 것이다. 상기 릴레이 제어 장치는, 릴레이 온-명령에 응답하여 제1 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호인 제1 스위칭 신호를 출력하도록 구성되는 제어 회로; 및 상기 코일의 일단과 상기 릴레이 전원 단자 사이 또는 상기 코일의 타단과 상기 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 스위칭 신호에 응답하여 턴 온되는 코일 제어 스위치; 및 상기 배터리로부터 공급되는 전력을 이용하여, 비상 전력을 저장하도록 구성되는 릴레이 홀딩 회로를 포함한다. 상기 릴레이 홀딩 회로는, 상기 제어 회로에 의한 상기 제1 스위칭 신호의 출력이 중단되는 경우, 상기 비상 전력을 이용하여 상기 제어 회로를 대신해 상기 제1 스위칭 신호를 출력하도록 구성된다.
상기 코일 제어 스위치는, 상기 릴레이 전원에 연결되는 콜렉터, 상기 코일의 일단에 연결되는 이미터 및 상기 제어 회로에 연결되는 베이스를 구비하는 NPN 트랜지스터일 수 있다.
상기 릴레이 홀딩 회로는, 상기 배터리의 양극과 상기 접지 간에 연결되고, 상기 배터리의 양단에 걸친 전압을 소정 비율로 분압하여 출력 전압을 생성하도록 구성되는 전압 분배기; 일단이 상기 접지에 연결되고, 상기 비상 전력이 저장되는 커패시터; 및 상기 전압 분배기와 상기 커패시터의 타단 간에 연결되는 제1 보조 스위치를 포함할 수 있다. 상기 제1 보조 스위치가 턴 온되는 경우, 상기 커패시터가 상기 출력 전압에 의해 충전된다.
상기 제1 보조 스위치는, 상기 전압 분배기의 출력 노드에 연결되는 콜렉터, 상기 커패시터의 타단에 연결되는 이미터 및 상기 제어 회로에 연결되는 베이스를 구비하는 NPN 트랜지스터일 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 릴레이 온-명령에 응답하여, 제2 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호인 제2 스위칭 신호를 상기 제1 보조 스위치의 상기 베이스에 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 보조 스위치는, 상기 제1 보조 스위치의 상기 베이스에 상기 제2 스위칭 신호가 출력되는 경우 턴 온된다.
상기 릴레이 홀딩 회로는, 상기 코일 제어 스위치의 상기 베이스와 상기 이미터 사이에 연결되는 방전 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 릴레이 홀딩 회로는, 상기 제어 회로에 연결되는 애노드 및 상기 코일 제어 스위치의 상기 베이스에 연결되는 캐소드를 구비하는 제1 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 다이오드는, 상기 제어 회로에 의해 상기 제1 스위칭 신호가 출력되는 경우 광 신호를 출력하는 발광 다이오드일 수 있다. 상기 제1 보조 스위치는, 상기 전압 분배기의 출력 노드에 연결되는 콜렉터, 상기 커패시터의 타단에 연결되는 이미터 및 베이스를 구비하는 포토 트랜지스터일 수 있다. 상기 제1 보조 스위치는, 상기 제1 보조 스위치의 상기 베이스에 상기 광 신호가 수신되는 경우 턴 온될 수 있다.
상기 릴레이 홀딩 회로는, 상기 커패시터의 타단에 연결되는 애노드 및 상기 코일 제어 스위치의 상기 베이스에 연결되는 캐소드를 구비하는 제2 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 릴레이 홀딩 회로는, 상기 커패시터의 타단에 연결되는 이미터, 상기 코일 제어 스위치의 상기 베이스에 연결되는 콜렉터 및 상기 제어 회로에 연결되는 베이스를 구비하는 PNP 트랜지스터인 제2 보조 스위치; 및 상기 제2 보조 스위치의 상기 베이스와 상기 접지 사이에 연결되는 풀다운 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 제어 회로는, 제3 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호인 제3 스위칭 신호를 상기 제2 보조 스위치의 상기 베이스에 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 보조 스위치는, 상기 제어 회로에 의해 상기 제3 스위칭 신호가 출력되는 경우 턴 오프되고, 상기 제어 회로에 의한 상기 제3 스위칭 신호의 출력이 중단되는 경우 턴 온될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은 상기 릴레이 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기 차량은, 상기 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제어 회로로부터 코일 제어 스위치로의 신호가 소실되는 이상이 발생하는 경우, 릴레이의 닫힘 상태로부터 개방 상태로의 전환을 지연시킬 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 발명의 제1 실시예에 따른 릴레이 제어 장치를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이 제어 장치(100)를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 릴레이 제어 장치를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 릴레이 제어 장치를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
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 발명의 제1 실시예에 따른 릴레이 제어 장치를 설명하는 데에 참조되는 도면이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이 제어 장치(100)를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전기 차량(1)은, 배터리 팩(10) 및 부하(15)를 포함한다. 전기 차량(1)은, 보조 전원(18)을 더 포함할 수 있다.
배터리 팩(10)은, 배터리(20), 릴레이(30) 및 릴레이 제어 장치(100)를 포함한다.
배터리(20)는, 부하(15)에 전력을 공급하도록 제공된다. 배터리(20)는, 하나 또는 둘 이상의 배터리 셀(21)을 포함한다. 배터리 셀(21)은, 예컨대 리튬 이온 배터리 셀일 수 있다. 물론, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 배터리 셀(21)의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
릴레이(30)는, 배터리(20)와 부하(15) 간의 전력 공급 경로를 개폐하도록 제공된다. 릴레이(30)는, NO(normally open) 릴레이일 수 있다. 릴레이(30)는, 접점(31) 및 코일(32)을 포함한다. 코일(32)의 통전이 중단되는 경우, 접점(31)은 열림 위치로 이동한다. 코일(32)의 통전 중, 접점(31)은 닫힘 위치로 이동한다.
코일(32)은, 릴레이 전원 단자와 접지 사이에 연결된다. 릴레이 전원 단자는, 보조 전원(18)의 출력 단자(P+) 또는 배터리(20)의 양극 단자일 수 있다. 보조 전원(18)으로는, 예컨대 납축 전지 등과 같은 직류 전압원이 이용될 수 있다. 도 1에서는, 보조 전원(18)이 출력 단자(P+)를 릴레이 전원 단자로 이용하는 것을 예시하였다. 코일(32)은, 코일 제어 스위치(120)가 턴 온되는 경우, 릴레이 전원 단자를 통해 공급되는 직류 전압에 의해 통전된다.
릴레이 제어 장치(100)는, 제어 회로(110), 코일 제어 스위치(120) 및 릴레이 홀딩 회로(131)를 포함한다.
코일 제어 스위치(120)는, 코일(32)의 일단과 릴레이 전원 단자 사이 또는 코일(32)의 타단과 접지 사이에 연결된다. 코일 제어 스위치(120)로는, 콜렉터, 이미터 및 베이스를 가지는 NPN 트랜지스터가 이용될 수 있다.
도 1은, 코일 제어 스위치(120)가 코일(32)의 일단과 릴레이 전원 단자 사이에 연결되는 것을 예시하고 있으며, 코일 제어 스위치(120)를 '하이 사이드 스위치'라고 칭할 수 있다. 코일 제어 스위치(120)가 하이 사이드 스위치로서 제공되는 경우, 코일 제어 스위치(120)의 콜렉터, 이미터 및 베이스는 각각 릴레이 전원 단자, 코일(32)의 일단 및 제어 회로(110)에 연결될 수 있다.
도 2는, 코일 제어 스위치(120)가 코일(32)의 타단과 접지 사이에 연결되는 것을 예시하고 있으며, 이 경우 코일 제어 스위치(120)를 '로우 사이드 스위치'라고 칭할 수 있다. 코일 제어 스위치(120)가 로우 사이드 스위치로서 제공되는 경우, 코일 제어 스위치(120)의 콜렉터, 이미터 및 베이스는 각각 코일(32)의 타단, 접지 및 제어 회로(110)에 연결될 수 있다.
제어 회로(110)는, 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 포함하여 구현될 수 있다.
제어 회로(110)는, 릴레이 온-명령에 응답하여, 코일 제어 스위치(120)에게 스위칭 신호(S1)를 출력하도록 구성된다. 제어 회로(110)에 의한 스위칭 신호(S1)의 출력은, 릴레이 오프-명령이 수신될 때까지 지속될 수 있다. 제어 회로(110)는, 릴레이 오프-명령에 응답하여, 스위칭 신호(S1)의 출력을 중단한다. 릴레이 온-명령 및 릴레이 오프-명령은, 전기 차량(1)에 마련된 사용자 입력 장치(미도시)로부터 전달되는 신호일 수 있다. 사용자 입력 장치는, 예컨대 전기 차량(1)의 시동 버튼일 수 있다.
스위칭 신호(S1)는, 제1 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호일 수 있다. 제1 임계 전압은, 코일 제어 스위치(120)의 턴 온을 유도하는 베이스 전류를 형성하는 데에 필요한 최소 전압일 수 있다. 코일 제어 스위치(120)의 베이스에 스위칭 신호(S1)가 인가되는 경우, 코일 제어 스위치(120)가 턴 온된다. 코일 제어 스위치(120)가 턴 온되는 경우, 코일(32)이 통전되어 접점(31)은 닫힘 위치로 이동한다.
릴레이 홀딩 회로(131)는, 배터리(20)로부터 공급되는 전력을 이용하여, 비상 전력을 저장하도록 구성된다. 릴레이 홀딩 회로(131)에 저장된 비상 전력은, 릴레이(30)의 닫힘 상태로부터 개방 상태로의 전환을 지연시키는 데에 이용된다. 릴레이 홀딩 회로(131)는, 전압 분배기(140), 커패시터(150) 및 보조 스위치(160)를 포함한다. 릴레이 홀딩 회로(131)는, 다이오드(180), 다이오드(190) 및 방전 저항(170) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
전압 분배기(140)는, 배터리(20)의 양극과 접지 간에 연결된다. 배터리(20)의 음극은 접지에 연결될 수 있다. 전압 분배기(140)는, 제1 저항값을 가지는 저항(141)과 제2 저항값을 가지는 저항(142)의 직렬 회로일 수 있다. 전압 분배기(140)는, 배터리(20)의 양단에 걸친 전압을 소정 비율로 분압하여 출력 전압을 생성하도록 구성된다. 일 예로, 제1 저항값이 제2 저항값의 9배인 경우, 배터리 전압의 9/10가 저항(141)의 양단에 걸쳐 인가되고, 배터리 전압의 1/10이 저항(142)의 양단에 걸쳐 인가된다. 전압 분배기(140)의 출력 전압은, 저항(142)의 양단에 걸친 전압을 지칭한다.
커패시터(150)는, 배터리(20)에 의해 충전되어 비상 전력을 저장하도록 제공된다. 커패시터(150)의 일단은 접지에 연결되고, 커패시터(150)의 타단은 보조 스위치(160)를 통해 전압 분배기(140)의 출력 노드(143)에 연결된다. 전압 분배기(140)의 출력 노드(143)는, 저항(141)과 저항(142)의 접속 노드일 수 있다. 커패시터(150)는, 커패시터(150)에 저장된 비상 전력의 전압이 제1 임계 전압보다 큰 경우, 커패시터(150)의 양단에 걸친 전압이 제1 임계 전압 이하로 저하할 때까지, 커패시터(150)에 저장된 비상 전력을 이용하여, 제어 회로(110)와 함께 또는 제어 회로(110)를 대신해 스위칭 신호(S1)를 출력한다.
보조 스위치(160)는, 전압 분배기(140)와 커패시터(150)의 타단 간에 연결되고, 전압 분배기(140)의 출력 노드(143)와 커패시터(150) 간의 전력 공급 경로를 개폐한다. 제1 보호 스위치로는, 콜렉터, 이미터 및 베이스를 가지는 NPN 트랜지스터가 이용될 수 있다. 보조 스위치(160)의 콜렉터, 이미터 및 베이스는 각각 전압 분배기(140)의 출력 노드(143), 커패시터(150)의 타단 및 제어 회로(110)에 연결될 수 있다.
제어 회로(110)는, 스위칭 신호(S1)와는 독립적으로, 스위칭 신호(S2)를 보조 스위치(160)의 베이스에 출력하도록 구성된다. 제어 회로(110)는, 릴레이 온-명령에 응답하여, 소정 시간 동안 소정의 듀티비(예, 39%)를 가지는 스위칭 신호(S2)를 출력할 수 있다. 스위칭 신호(S2)는, 제2 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호이다. 제2 임계 전압은, 제1 보호 스위치의 턴 온을 유도하는 베이스 전류를 형성하는 데에 필요한 최소 전압일 수 있다. 보조 스위치(160)의 베이스에 스위칭 신호(S2)가 인가되는 경우, 제1 보호 스위치는 턴 온된다.
다이오드(180)는, 제어 회로(110)와 코일 제어 스위치(120) 간에 연결된다. 다이오드(180)의 애노드는 제어 회로(110)에 연결되고, 다이오드(180)의 캐소드는 코일 제어 스위치(120)의 베이스에 연결될 수 있다. 다이오드(180)는, 제어 회로(110)로부터 코일 제어 스위치(120)로의 스위칭 신호(S1)의 전달 경로로서 기능한다.
다이오드(190)는, 커패시터(150)와 코일 제어 스위치(120) 간에 연결된다. 다이오드(190)의 애노드는 커패시터(150)의 타단에 연결되고, 다이오드(190)의 캐소드는 코일 제어 스위치(120)의 베이스에 연결될 수 있다. 다이오드(190)는, 커패시터(150)로부터 코일 제어 스위치(120)로의 스위칭 신호(S1)의 전달 경로로서 기능한다.
방전 저항(170)은, 코일 제어 스위치(120)의 베이스와 이미터 간에 연결된다. 방전 저항(170)은, 커패시터(150)를 방전시키기 위해 제공된다. 커패시터(150)가 스위칭 신호(S1)의 출력을 지속하는 시간은, 커패시터(150)의 전압과 방전 저항(170)의 저항값 및 커패시터(150)의 커패시턴스의 곱인 시상수에 의존한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 릴레이 제어 장치를 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 3에서는 코일 제어 스위치(120)가 하이 사이드 스위치(도 1 참조)로 이용되는 것으로 예시하였으나, 로우 사이드 스위치(도 2 참조)로 이용될 수도 있다.
제3 실시예에 따른 릴레이 제어 장치(100)의 릴레이 홀딩 회로(133)는, 제어 회로(110)가 스위칭 신호(S2)를 출력하지 않고 스위칭 신호(S1)를 출력하는 것만으로도 커패시터(150)에 비상 전력이 저장 가능하도록, 다이오드(180)로서 발광 다이오드(181)를 이용하고, 보조 스위치(160)로서 포토 트랜지스터(161)를 이용하며, 제어 회로(110)와 포토 트랜지스터(161) 간의 신호 전달 경로가 제거된다는 점에서, 제1 실시예와 상이하다. 그 외에는 제1 실시예와 동일한바, 이하에서는 제1 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 3를 참조하면, 제어 회로(110)가 스위칭 신호(S1)를 출력하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로 코일 제어 스위치(120)는 스위칭 신호(S1)에 의해 턴 온된다. 이와 동시에, 다이오드(181)의 양단 간에 스위칭 신호(S1)에 의한 순방향 전압이 인가되어, 다이오드(181)로부터 광 신호(182)가 출력된다. 포토 트랜지스터(161)는, 포토 트랜지스터(161)의 베이스에 광 신호(182)가 수신되는 경우 턴 온된다. 포토 트랜지스터(161)가 턴 온되는 경우, 전압 분배기(140)로부터 커패시터(150)로의 충전 경로가 제공된다.
제3 실시예에 따르면, 제어 회로(110)에 의해 스위칭 신호(S1)가 출력됨에 의해, 코일(32)의 통전 및 커패시터(150)의 충전이 일괄적으로 이루어진다. 결과적으로, 스위칭 신호(S2)의 출력에 요구되는 전력 소모를 줄이면서, 회로 복잡도를 완화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 릴레이 제어 장치를 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 4에서는 코일 제어 스위치(120)가 하이 사이드 스위치(도 1 참조)로 이용되는 것으로 예시하였으나, 로우 사이드 스위치(도 2 참조)로 이용될 수도 있다.
제4 실시예에 따른 릴레이 제어 장치(100)의 릴레이 홀딩 회로(134)는, 제어 회로(110)로부터의 스위칭 신호(S1)가 비정상적으로 소실되는 경우에 한하여, 제어 회로(110)를 대신해 스위칭 신호(S1)를 출력하도록 구성된다는 점에서, 제1 실시예와 상이하다. 그 외에는 제1 실시예와 동일한바, 이하에서는 제1 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4을 참조하면, 제4 실시예에 따른 릴레이 제어 장치(100)의 릴레이 홀딩 회로(134)는, 보조 스위치(201) 및 풀다운 저항(202)을 더 포함한다.
보조 스위치(201)로는, 콜렉터, 이미터 및 베이스를 가지는 PNP 트랜지스터가 이용될 수 있다. 보조 스위치(201)의 콜렉터, 이미터 및 베이스는 각각 커패시터(150)의 타단, 코일 제어 스위치(120)의 베이스 및 제어 회로(110)에 연결될 수 있다.
풀다운 저항(202)은, 보조 스위치(201)의 베이스와 접지 간에 연결된다.
제어 회로(110)는, 정상 동작 중, 제3 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호인 스위칭 신호(S3)를 보조 스위치(201)의 베이스에 출력한다. 제3 임계 전압은, 보조 스위치(201)의 턴 온을 유도하는 베이스 전류를 차단하는 데에 필요한 최소 전압일 수 있다. 보조 스위치(201)는, 스위칭 신호(S3)가 보조 스위치(201)의 베이스에 인가되는 경우, 턴 오프된다.
따라서, 제어 회로(110)가 정상적으로 스위칭 신호(S1)의 출력을 중단한 경우에는, 스위칭 신호(S3)에 의해 커패시터(150)가 코일 제어 스위치(120)로부터 전기적으로 분리되므로, 릴레이(30)가 닫힘 상태로부터 개방 상태로 즉시 전환될 수 있다.
반면, 제어 회로(110)가 오동작 중(예, 파워 오프)이라면, 스위칭 신호(S1) 및 스위칭 신호(S2)는 물론, 스위칭 신호(S3)도 제어 회로(110)로부터 출력되지 않는다. 이 경우, 풀다운 저항(202)을 통해 접지에 연결되는 보조 스위치(201)의 베이스에 0 V의 전압이 인가되어, 보조 스위치(201)는 턴 온된다. 결과적으로, 릴레이(30)가 닫힘 상태로 제어되는 중에 제어 회로(110)의 오동작으로 인해 제어 회로(110)에 의한 스위칭 신호(S1)의 출력이 돌연 중단되더라도, 릴레이 홀딩 회로(134)로부터 즉시 출력되는 스위칭 신호(S1)에 의해 코일(32)의 통전이 일시적으로 유지되어, 릴레이(30)의 닫힘 상태로부터 개방 상태로의 전환이 지연된다.
제4 실시예에 따른 릴레이 제어 장치(100)는, 제어 회로(110)가 릴레이 오프-명령에 응답하여 정상적으로 스위칭 신호(S1)의 출력을 중단한 경우에는, 릴레이 홀딩 회로(131)로부터 코일 제어 스위치(120)로의 신호 경로를 차단함으로써, 릴레이(30)의 닫힘 상태로부터 개방 상태로의 전환이 불필요하게 지연되지 않도록 할 수 있다.
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
10: 배터리 팩
15: 부하
20: 배터리
30: 릴레이
100: 릴레이 제어 장치
110: 제어 회로
120: 코일 제어 스위치
131, 132, 133, 134: 릴레이 홀딩 회로

Claims (12)

  1. 배터리의 양극과 부하 사이에 연결되는 접점; 및 릴레이 전원 단자와 접지 사이에 연결되고 통전 중에 상기 접점을 닫힘 위치로 이동시키는 코일을 포함하는 릴레이를 위한 릴레이 제어 장치에 있어서,
    릴레이 온-명령에 응답하여 제1 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호인 제1 스위칭 신호를 출력하도록 구성되는 제어 회로; 및
    상기 코일의 일단과 상기 릴레이 전원 단자 사이 또는 상기 코일의 타단과 상기 접지 사이에 연결되고, 상기 제1 스위칭 신호에 응답하여 턴 온되는 코일 제어 스위치; 및
    상기 배터리로부터 공급되는 전력을 이용하여, 비상 전력을 저장하도록 구성되는 릴레이 홀딩 회로를 포함하고,
    상기 릴레이 홀딩 회로는,
    상기 제어 회로에 의한 상기 제1 스위칭 신호의 출력이 중단되는 경우, 상기 비상 전력을 이용하여 상기 제어 회로를 대신해 상기 제1 스위칭 신호를 출력하도록 구성되는 릴레이 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일 제어 스위치는,
    상기 릴레이 전원에 연결되는 콜렉터, 상기 코일의 일단에 연결되는 이미터 및 상기 제어 회로에 연결되는 베이스를 구비하는 NPN 트랜지스터인 릴레이 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 릴레이 홀딩 회로는,
    상기 배터리의 양극과 상기 접지 간에 연결되고, 상기 배터리의 양단에 걸친 전압을 소정 비율로 분압하여 출력 전압을 생성하도록 구성되는 전압 분배기;
    일단이 상기 접지에 연결되고, 상기 비상 전력이 저장되는 커패시터; 및
    상기 전압 분배기와 상기 커패시터의 타단 간에 연결되는 제1 보조 스위치를 포함하고,
    상기 제1 보조 스위치가 턴 온되는 경우, 상기 커패시터가 상기 출력 전압에 의해 충전되는 릴레이 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 보조 스위치는,
    상기 전압 분배기의 출력 노드에 연결되는 콜렉터, 상기 커패시터의 타단에 연결되는 이미터 및 상기 제어 회로에 연결되는 베이스를 구비하는 NPN 트랜지스터인 릴레이 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 릴레이 온-명령에 응답하여, 제2 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호인 제2 스위칭 신호를 상기 제1 보조 스위치의 상기 베이스에 출력하도록 구성되고,
    상기 제1 보조 스위치는, 상기 제1 보조 스위치의 상기 베이스에 상기 제2 스위칭 신호가 출력되는 경우 턴 온되는 릴레이 제어 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 릴레이 홀딩 회로는,
    상기 코일 제어 스위치의 상기 베이스와 상기 이미터 사이에 연결되는 방전 저항을 더 포함하는 릴레이 제어 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 릴레이 홀딩 회로는,
    상기 제어 회로에 연결되는 애노드 및 상기 코일 제어 스위치의 상기 베이스에 연결되는 캐소드를 구비하는 제1 다이오드를 더 포함하는 릴레이 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 다이오드는, 상기 제어 회로에 의해 상기 제1 스위칭 신호가 출력되는 경우 광 신호를 출력하는 발광 다이오드이고,
    상기 제1 보조 스위치는, 상기 전압 분배기의 출력 노드에 연결되는 콜렉터, 상기 커패시터의 타단에 연결되는 이미터 및 베이스를 구비하는 포토 트랜지스터이고,
    상기 제1 보조 스위치는, 상기 제1 보조 스위치의 상기 베이스에 상기 광 신호가 수신되는 경우 턴 온되는 릴레이 제어 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 릴레이 홀딩 회로는,
    상기 커패시터의 타단에 연결되는 애노드 및 상기 코일 제어 스위치의 상기 베이스에 연결되는 캐소드를 구비하는 제2 다이오드를 더 포함하는 릴레이 제어 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 릴레이 홀딩 회로는,
    상기 커패시터의 타단에 연결되는 이미터, 상기 코일 제어 스위치의 상기 베이스에 연결되는 콜렉터 및 상기 제어 회로에 연결되는 베이스를 구비하는 PNP 트랜지스터인 제2 보조 스위치; 및
    상기 제2 보조 스위치의 상기 베이스와 상기 접지 사이에 연결되는 풀다운 저항을 더 포함하고,
    상기 제어 회로는, 제3 임계 전압 이상의 전압 레벨을 가지는 신호인 제3 스위칭 신호를 상기 제2 보조 스위치의 상기 베이스에 출력하도록 구성되고,
    상기 제2 보조 스위치는, 상기 제어 회로에 의해 상기 제3 스위칭 신호가 출력되는 경우 턴 오프되고, 상기 제어 회로에 의한 상기 제3 스위칭 신호의 출력이 중단되는 경우 턴 온되는 릴레이 제어 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 릴레이 제어 장치를 포함하는 배터리 팩.
  12. 제10항에 따른 상기 배터리 팩을 포함하는 전기 차량.
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