KR20230084351A - 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템 및 이를 이용한 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법 - Google Patents

상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템 및 이를 이용한 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 이상 상황이 발생하여 차량의 상시 전원 공급 라인이 단선되는 경우에 고장 안전(fail safe) 모드로 천이하기 위한 반응 시간을 확보할 수 있는 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템 및 이를 이용한 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예인 시스템은, 차량에 장착된 배터리와 상시 연결되는 상시 전원 공급 라인; 메인 릴레이를 통해 상기 배터리와 연결 또는 차단되는 비 상시 전원 공급 라인; 상기 메인 릴레이의 온 동작시에 한해 상기 배터리로부터 전력을 공급받도록 상기 비 상시 전원 공급 라인에 연결된 비 상시 구동 부하; 상기 비 상시 구동 부하로의 전력 공급이 차단되는 경우 상기 비 상시 구동 부하에 저장된 에너지를 프리휠링 하도록 상기 비 상시 구동 부하에 연결된 프리휠링 다이오드; 상기 상시 전원 공급 라인 상의 제1 노드와 상기 비 상시 전원 공급 라인 상의 제2 노드의 전압 각각을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 제1 노드에 연결되어 상시 전원 공급 라인으로부터 공급받는 전력으로 작동하며, 상기 상시 전원 공급 라인의 단선을 감지하는 제어부;를 포함하고, 상기 프리휠링 다이오드는, 상기 상시 전원 공급 라인에 단선 발생 시, 상기 상시 전원 공급 라인으로 프리휠링되도록 연결될 수 있다.

Description

상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템 및 이를 이용한 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법{Disconnection detection system of permanent power supply line and method for detecting disconnection of permanent power supply line using the same}
본 발명은, 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템 및 이를 이용한 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 이상 상황이 발생하여 차량의 상시 전원 공급 라인이 단선되는 경우에 고장 안전(fail safe) 모드로 천이하기 위한 반응 시간을 확보할 수 있는 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템 및 이를 이용한 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법에 관한 것이다.
도 1은, 상시 전원 공급 라인의 단선 감지를 수행하는 기존 시스템을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 이상 상황 발생으로 퓨즈(17)가 단선되거나 상시 전원 공급 라인(11)의 와이어가 단선되는 경우, 상시 전원의 공급 불가로 제어기가 동작이 불가하게 된다. 제어기가 동작이 불가하게 되면 제어기에 의해 제어되던 메인 릴레이(15)가 오프(off) 되며, 메인 릴레이(15)를 통해 전원을 공급받던 부하(41)는 배터리(10)로부터의 전원 공급이 차단되어 구동이 멈추게 된다.
이처럼, 기존에는, 상시 전원 공급 라인에 단선이 발생하는 즉시 제어기가 멈추고 메인 릴레이(15)가 오프 되었으며, 따라서, 차량을 고장 안전(fail safe) 모드로 천이하기 위한 반응 시간의 확보가 어려운 문제가 있었다.
본 발명은, 이상 상황이 발생하여 차량의 상시 전원 공급 라인이 단선되는 경우에 고장 안전(fail safe) 모드로 천이하기 위한 반응 시간을 확보할 수 있는 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템 및 이를 이용한 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템은, 차량에 장착된 배터리와 상시 연결되는 상시 전원 공급 라인; 메인 릴레이를 통해 상기 배터리와 연결 또는 차단되는 비 상시 전원 공급 라인; 상기 메인 릴레이의 온 동작시에 한해 상기 배터리로부터 전력을 공급받도록 상기 비 상시 전원 공급 라인에 연결된 비 상시 구동 부하; 상기 비 상시 구동 부하로의 전력 공급이 차단되는 경우 상기 비 상시 구동 부하에 저장된 에너지를 프리휠링 하도록 상기 비 상시 구동 부하에 연결된 프리휠링 다이오드; 상기 상시 전원 공급 라인 상의 제1 노드와 상기 비 상시 전원 공급 라인 상의 제2 노드의 전압 각각을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 제1 노드에 연결되어 상시 전원 공급 라인으로부터 공급받는 전력으로 작동하며, 상기 상시 전원 공급 라인의 단선을 감지하는 제어부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 프리휠링 다이오드는, 상기 상시 전원 공급 라인에 단선 발생 시, 상기 상시 전원 공급 라인으로 프리휠링되도록 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 프리휠링 다이오드의 애노드(anode)는 상기 비 상시 구동 부하에 연결되며, 상기 프리휠링 다이오드의 캐소드(cathode)는 상기 상시 전원 공급 라인에 연결될 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 전압 측정부로부터 상기 제1 노드의 전압과 상기 제2 노드의 전압을 전달받아 크기를 비교하고, 상기 비교의 결과를 기초로 상기 상시 전원 공급 라인의 단선 발생을 감지할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 단선 발생을 감지하는 경우, 기 설정된 고장 안전(fail safe) 제어가 수행될 수 있도록 상기 차량을 안전 상태(Safe state)로 천이할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전압 측정부로부터 상기 제1 노드의 전압과 상기 제2 노드의 전압을 전달받아 크기를 비교하고, 상기 비교의 결과, 하기 수학식을 만족하는 시점부터 이상 상태인 것으로 판단 및 상기 이상 상태의 지속 시간을 카운트할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
(여기서, 상기 VVBD는 상기 제1 노드의 전압이고, 상기 VVBRD는 상기 제2 노드의 전압이며, VTH는 상기 이상 상태의 판단을 위한 문턱 전압의 크기임)
아울러, 상기 제어부는, 상기 지속 시간이 기 설정된 기준 진단 시간보다 커지면, 상기 상시 전원 공급 라인의 단선 발생을 확정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 비교의 결과, 상기 수학식 1을 만족하는 경우, 상기 상시 전원 공급 라인에 연결된 적어도 하나 이상의 상시 구동 부하를 오프(off) 제어할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는, 차량에 장착된 배터리에 상시 연결되는 상시 전원 공급 라인과, 메인 릴레이를 통해 상기 배터리와 연결 또는 차단되는 비 상시 전원 공급 라인과, 상기 메인 릴레이의 온 동작시에 한해 상기 배터리로부터 전력을 공급받도록 상기 비 상시 전원 공급 라인에 연결된 비 상시 구동 부하와, 상기 비 상시 구동 부하로의 전력 공급이 차단되는 경우 상기 비 상시 구동 부하에 저장된 에너지를 상기 상시 전원 공급 라인으로 프리휠링 하는 프리휠링 다이오드를 포함하는 시스템이 수행하는 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법으로서, 상기 상시 전원 공급 라인 상의 제1 노드와 상기 비 상시 전원 공급 라인 상의 제2 노드의 전압 각각을 측정하는 단계; 및 상기 제1 노드의 전압과 상기 제2 노드의 전압을 비교하여 상기 비교의 결과를 기초로 상기 상시 전원 공급 라인의 단선 발생을 감지하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 시스템은, 상기 프리휠링 다이오드의 애노드(anode)는 상기 비 상시 구동 부하에 연결되며, 상기 프리휠링 다이오드의 캐소드(cathode)는 상기 상시 전원 공급 라인에 연결될 수 있다.
이때, 상기 단선 발생을 감지하는 단계 이후에, 상기 단선 발생을 감지하는 경우, 기 설정된 고장 안전(fail safe) 제어가 수행될 수 있도록 상기 차량을 안전 상태(Safe state)로 천이하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단선 발생을 감지하는 단계는, 상기 제1 노드의 전압과 상기 제2 노드의 전압을 전달받아 크기를 비교하고, 상기 비교의 결과, 하기 수학식을 만족하는 시점부터 이상 상태인 것으로 판단 및 상기 이상 상태의 지속 시간을 카운트할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00002
(여기서, 상기 VVBD는 상기 제1 노드의 전압이고, 상기 VVBRD는 상기 제2 노드의 전압이며, VTH는 상기 이상 상태의 판단을 위한 문턱 전압의 크기임).
또한, 상기 단선 발생을 감지하는 단계는, 상기 지속 시간이 기 설정된 기준 진단 시간보다 커지면, 상기 상시 전원 공급 라인의 단선 발생을 확정할 수 있다.
또한, 상기 단선 발생을 감지하는 단계는, 상기 비교의 결과, 상기 수학식 2를 만족하는 경우, 상기 상시 전원 공급 라인에 연결된 적어도 하나 이상의 상시 구동 부하를 오프(off) 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이상 상황이 발생하여 차량의 상시 전원 공급 라인이 단선되는 경우에 프리휠링 다이오드가 상시 전원 공급 라인으로 프리휠링됨으로써, 고장 안전(fail safe) 모드로 천이하기 위한 반응 시간을 확보할 수 있다.
도 1은, 상시 전원 공급 라인의 단선 감지를 수행하는 기존 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템의 개념도이다.
도 3은 도 2의 시스템에 있어서, 복수의 부하 중 일부에 대한 오프 제어하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 시스템에 있어서, 단선 발생 시점부터 고장 안전(fail safe) 모드로 천이되는 시점 사이의 반응 시간에 대해 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
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 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템은, 차량에 장착된 배터리(10)에 상시 연결되는 상시 전원 공급 라인(11)과, 메인 릴레이(15)를 통해 배터리(10)와 연결 또는 차단되는 비 상시 전원 공급 라인(13)을 포함한다.
상시 전원 공급 라인(11)은 배터리(10)로부터 제공된 전원을 전원부(100)를 통해 제어부(400)로 공급할 수 있다. 상시 전원 공급 라인(11) 상에는 퓨즈 스위치(17)가 배치될 수 있다.
알려진 바와 같이, 차량에는 다양한 기능을 위해 구동되는 복수의 부하가 포함될 수 있다. 복수의 부하는 전력을 공급받는 경로에 따라 비 상시 구동 부하(41)와 상시 구동 부하(45,47)로 구분될 수 있다. 상기 부하는 예를 들어, 구동 모터, 공조 장치, 네비게이션, 블랙박스 등일 수 있다. 각각의 부하는 구동 전력을 공급받도록 배터리(10)와 연결되어야 하는데, 그 기능에 따라 상시 전원 공급 라인(11)과 비 상시 전원 공급 라인(13) 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 예를 들어, 비 상시 구동 부하(41)인 구동 모터와 공조 장치는 메인 릴레이(15)가 온 되는 때에만 전력을 공급받도록 비 상시 전원 공급 라인(13)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상시 구동 부하(45,47)인 블랙박스는 차량이 정차 또는 주차된 경우에도 배터리(10)로부터 전력을 상시 공급받아 동작할 수 있도록 상시 전원 공급 라인(11)에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템은, 프리휠링 다이오드(300)를 더 포함할 수 있다. 프리휠링 다이오드(300)는 비 상시 구동 부하(41)로의 전력 공급이 차단되는 경우 비 상시 구동 부하(41)에 저장된 에너지를 프리휠링 하도록 비 상시 구동 부하(41)에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템은, 상시 전원 공급 라인(11)과 비 상시 전원 공급 라인(13)에 각각 연결되어 전압을 측정하는 전압 측정부(200)를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 전압 측정부(200)는, 상시 전원 공급 라인(11) 상의 제1 노드(VBD)와 연결되어 제1 노드(VBD)의 전압을 측정할 수 있다. 전압 측정부(200)는, 비 상시 전원 공급 라인(13) 상의 제2 노드(VBRD)와 연결되어 제2 노드(VBRD)의 전압을 측정할 수 있다. 전압 측정부(200)는, 아날로그 전압을 입력 받아 디지털 값으로 측정하도록 ADC(Analog to Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다.
이때, 제1 노드(VBD)는 상시 전원 공급 라인(11)에 마련된 다이오드(D1)보다 후단의 지점으로 정의되고, 제2 노드(VBRD)는 비 상시 전원 공급 라인(13)에 마련된 다이오드(D2)보다 후단의 지점으로 정의된다. 상기 다이오드들(D1,D2)은 전원부(100), 전압 측정부(200) 및 제어부(400)를 포함하고 있는 제어기의 외부에서 내부로만 전류가 흐르도록 마련되는 소자이다. 제1 노드(VBD)와 제2 노드(VBRD)는 제어기 내부에 포함된 회로 라인의 일 지점일 수 있다.
전압 측정부(200)는, 자신이 측정한 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압을 후술할 제어부(400)로 전달할 수 있다. 정상 구동(normal operation) 상태에서 측정되는 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압은 동일하거나 기 설정된 문턱 전압보다 작은 차이를 가지게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템은, 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.
제어부(400)는, 상기 제1 노드(VBD)에 연결되어 상시 전원 공급 라인(11)으로부터 공급받는 전력으로 작동할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(400)는 전원부(100)를 통해 배터리(10)의 전원을 공급받을 수 있다.
이때, 전원부(100)는 배터리(10)로부터 제공되는 전원을 제어기 내의 각 소자에 맞게 가변하여 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 전원부(100)는 부스트-벅 회로를 구비하여 배터리(10)의 전압을 강압 또는 승압할 수 있다.
전원부(100)는, 제어기의 여러 소자들이 요구하는 여러 종류의 전원에 대응하여 각 전원의 종류에 맞춰진 전압과 전류를 각각 출력시키는 복수 개의 출력 단자를 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 출력 단자는 제1 노드(VBD)를 전원 소스로 하는 출력 단자와 제2 노드(VBRD)를 전원 소스로 하는 출력 단자가 포함될 수 있다.
제어부(400)는, 상시 전원 공급 라인(11)의 단선을 감지할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(400)는, 전압 측정부(200)로부터 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압을 전달받아 크기를 비교할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제어부(400)는, CPU, MCU, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하여 동작을 수행할 수 있는 각종 컨트롤러 중 어느 하나를 포함하거나 상기 컨트롤러일 수 있다.
상술한 바와 같이, 정상 구동 상태에서는 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압의 차이가 기 설정된 문턱 전압보다 작은 차이를 가지지만, 상시 전원 공급 라인(11)에 단선이 발생한 상태(fault detection)에서는 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 커지게 된다. 따라서, 제어부(400)는 상기 비교의 결과를 기초로 상시 전원 공급 라인(11)의 단선 발생을 감지, 확정할 수 있다.
이때, 제어부(400)는 단선 발생을 감지하는 경우, 기 설정된 고장 안전(fail safe) 제어가 수행될 수 있도록 차량의 상태를 안전 상태(Safe state)로 천이할 수 있다. 상기 안전 상태는 정상 구동 상태에 대비되는 상태로서, 상기 기 설정된 고장 안전 제어는 예를 들어, Limp Home Mode로의 제어일 수 있다. Limp Home Mode에서는, 엔진의 회전수가 일정 rpm 이상으로 올라가지 않거나 변속기가 고정되는 등 탑승객의 안전을 위해 차량의 일부 기능이 제한된다. 안전 상태에서는 차량 운행자가 제어기 이상을 인지하고 차량을 정비소에 입고시킬 수 있도록 경고가 표시될 수 있다. 제어부(400)는, CAN 통신을 통해 차량의 클러스터에 정보를 송부하여 LED를 점등하는 방식으로 상기 경고를 표시할 수 있다.
한편, 제어부(400)는 상술한 복수의 부하들(41,45,47)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(400)는, 상기 복수의 부하들(41,45,47)을 구동하는 구동 회로(510,520,530)에 제어 신호를 전달할 수 있다. 상기 제어 신호는 상술한 복수의 부하들(41,45,47)의 동작을 온(on) 또는 오프(off)하는 신호일 수 있다. 가능한 실시예로 상기 구동 회로(510,520,530)는 제어부(400)에 포함될 수 있다. 다른 가능한 실시예로 상기 구동 회로(510,520,530)는 제어부(400)와 별도로 구비될 수 있다. 또 다른 가능한 실시예로 상기 구동 회로(510,520,530)는 전원 복합 반도체의 일 구성으로서 전원부(100)와 함께 하나의 모듈로 구비될 수도 있다.
도 1을 다시 참조하면, 기존 시스템에서 프리휠링 다이오드(42)의 애노드(anode)는 비 상시 구동 부하(41)에 연결되고 캐소드(cathode) 또한 비 상시 구동 부하(41)와 함께 비 상시 전원 공급 라인(13)에 연결되어 있다.
이때, 비 상시 구동 부하(41)의 구동이 멈추는 경우, 비 상시 구동 부하(41)와 함께 비 상시 전원 공급 라인(13)에 연결되어 있는 프리휠링 다이오드(42)가 비 상시 전원 공급 라인(13)으로 프리휠링 되거나, 제너 다이오드(43)를 통하여 일정 전압 이상의 서지 전압을 제너 다이오드(43)로 클램핑하도록 구성된다.
이와 달리, 본 발명의 실시예에서는, 프리휠링 다이오드(300)의 애노드는 비 상시 구동 부하(41)에 연결되고, 프리휠링 다이오드(300)의 캐소드는 상시 전원 공급 라인(11)에 연결될 수 있다. 즉, 프리휠링 다이오드(300)의 애노드는 기존과 동일하게 비 상시 구동 부하(41)에 연결되나, 캐소드는 비 상시 구동 부하(41)와 별도로 분리되어 상시 전원 공급 라인(11) 측으로 연결된다.
다시 말해, 프리휠링 다이오드(300)는, 상시 전원 공급 라인(11)에 단선 발생 시, 상시 전원 공급 라인(11)으로 프리휠링되도록 연결되며 상시 전원 공급 라인(11)으로 비 상시 구동 부하(41)의 에너지를 공급한다.
다른 관점에서 설명하자면, 본 발명에서 제안하는 시스템에서는 비 상시 전원 공급 라인(13), 비 상시 구동 부하(41), 프리휠링 다이오드(300) 및 상시 전원 공급 라인(11)으로 연결되는 전류 패스가 구성되어 있다. 정상 구동 상태에서는 상기 전류 패스를 통해서 전류가 흐르지 않고 상시 전원 공급 라인(11)의 단선 발생시에만 프리휠링에 의해 전류가 흐르게 된다.
따라서, 상시 전원 공급 라인(11)의 단선이 발생되어도 기존과는 달리 일정 시간 동안에는 제1 노드(VBD)로 공급되는 프리휠링 전류에 의해 메인 릴레이(15)가 오프되지 않는다. 따라서, 제어기도 문제없이 구동할 수 있다. 본 발명에 개시된 시스템은, 확보된 상기 일정 시간(반응 시간) 동안에 단선이 발생하였음을 감지하여 진단을 확정하고 차량을 구동 안전 상태로 천이하기 위한 일련의 제어를 수행할 수 있다.
이에 대해서 설명하자면 다음과 같다.
제어부(400)는 전압 측정부(200)로부터 전달받은 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압의 크기를 비교한다. 상기 비교의 결과, 하기 수학식 1을 만족하는 시점부터 제어기가 이상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00003
여기서, 상기 VVBD는 상기 제1 노드의 전압이고, 상기 VVBRD는 상기 제2 노드의 전압이며, VTH는 상기 이상 상태의 판단을 위한 문턱 전압의 크기를 의미한다.
이때, 제어부(400)는 이상 상태를 판단한 시점부터 이상 상태가 계속되는 동안의 지속 시간을 카운트(count)할 수 있다. 제어부(400)는 상기 지속 시간이 기 설정된 기준 진단 시간보다 커지면, 상시 전원 공급 라인(11)의 단선이 발생하였다는 사실을 확정할 수 있다. 여기서, 지속 시간의 카운팅은 알 수 없는 원인의 전기적인 노이즈로 인해 제1 노드(VBD) 전압과 제2 노드(VBRD) 전압간에 문턱 전압보다 큰 차이가 발생하였다가 다시 정상으로 돌아오는 경우를 단선 발생 진단 확정에서 제외하기 위한 것이다.
상기 기준 진단 시간은 미리 설정되어 저장되어 있는 값이며 상술한 노이즈 상황을 진단 확정에서 제외시킬 수 있도록 충분한 실험 및 데이터를 기초로 하여 설정될 수 있다.
이처럼 기준 진단 시간을 설정하고 이상 상태 지속 시간이 이를 초과하는 경우에 한정하여 단선 발생의 진단을 확정할 수 있는 것 또한, 본 발명의 실시예에 따른 시스템이 단선 발생의 진단을 확정할 수 있는 반응 시간을 충분히 확보해 주기 때문에 가능한 것이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 시스템에서 반응 시간을 확보함으로써 단선 발생 판단의 신뢰성도 함께 향상될 수 있다.
도 3은 도 2의 시스템에 있어서, 복수의 부하 중 일부에 대한 오프 제어하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면 가능한 실시예로서, 제어부(400)는 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압의 크기를 비교한 결과 상기 수학식 1을 만족하는 경우에, 상시 전원 공급 라인(11)에 연결된 적어도 하나 이상의 상시 구동 부하(45,47)를 오프 제어할 수 있다. 이는, 제어부(400)가 상시 구동 부하(45,47) 중 적어도 하나에 연결된 구동 회로(520,530)에 오프 제어 신호를 전달함으로써 구현될 수 있다. 즉, 제어부(400)는, 상시 구동 부하(45,47) 중 일부는 온 제어 신호를 유지하고 일부는 오프 제어 신호를 전달하여, 프리휠링되는 전원을 소모하는 부하의 수를 최소화할 수 있다.
이때, 오프 제어되는 상시 구동 부하(45,47)는 필수 구동 부하가 아닌 비 필수 구동 부하인 것이 바람직하다. 비 필수 구동 부하는 차량의 안전한 운행에 영향을 미치지 않는 부하로 정의될 수 있다. 예를 들어, 비 필수 구동 부하는 블랙 박스일 수 있다. 프리휠링되는 전원에서 비 필수 부하가 소모하는 전원만큼이 절감되면, 단선 발생의 감지와 구동 안전으로의 천이를 위한 반응 시간을 더 길게 확보할 수 있게 된다.
도 4는 도 2의 시스템에 있어서, 단선 발생 시점부터 고장 안전(fail safe) 모드로 천이되는 시점 사이의 반응 시간에 대해 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, case 1은 필수 구동 부하와 비 필수 구동 부하를 구분하여 제어하지 않을 때의 반응 시간을 나타낸 것이고, case 2는 이상 상태를 감지한 즉시 필수 구동 부하만을 온 제어하고 비 필수 구동 부하를 오프 제어했을 때의 반응 시간을 나타낸 것이다. 상술한 바와 같이, case 2에서 반응 시간을 더 길게 확보할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법은, 상술한 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인(11)의 단선 감지 방법은, 먼저, 상시 전원 공급 라인(11) 상의 제1 노드(VBD)와 비 상시 전원 공급 라인(13) 상의 제2 노드(VBRD)의 전압 각각을 측정하는 단계가 수행된다.
보다 구체적으로 본 단계에서 전압 측정부(200)는, 상시 전원 공급 라인(11) 상의 제1 노드(VBD)와 연결되어 제1 노드(VBD)의 전압을 측정할 수 있다. 본 단계에서 전압 측정부(200)는, 비 상시 전원 공급 라인(13) 상의 제2 노드(VBRD)와 연결되어 제2 노드(VBRD)의 전압을 측정할 수 있다.
각 노드의 전압을 측정한 후에 전압 측정부(200)는, 자신이 측정한 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압을 후술할 제어부(400)로 전달할 수 있다. 정상 구동(normal operation) 상태에서 측정되는 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압은 동일하거나 기 설정된 문턱 전압보다 작은 차이를 가지게 될 것이다. 상시 전원 공급 라인(11)에 단선이 발생한 상태(fault detection)에서는 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압의 차이가 상기 문턱 전압보다 커지게 될 것이다.
다음으로, 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압을 비교한 결과를 기초로 상시 전원 공급 라인(11)의 단선 발생을 감지하는 단계가 수행된다.
보다 구체적으로, 본 단계에서 제어부(400)는, 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압을 전달받아 크기를 비교하고, 상기 비교의 결과, 상기 수학식 1을 만족하는지 판단할 수 있다.(S210)
만일, 상기 수학식 1을 만족하는 경우에는, 상기 수학식 1을 만족하는 시점부터 이상 상태인 것으로 판단하고 상기 이상 상태의 지속 시간을 카운트할 수 있다.(S220)
이때, 제어부(400)는, 상기 지속 시간이 기 설정된 기준 진단 시간보다 커지는지 모니터링할 수 있다.(S230) 상기 모니터링 결과 상기 지속 시간이 상기 기 설정된 기준 진단 시간보다 커지게 되면 상시 전원 공급 라인(11)의 단선 발생을 확정할 수 있다.(S240)
이처럼, 기준 진단 시간을 설정하고 이를 초과하는 경우에만 단선 발생으로 확정함으로써 단순 노이즈에 의해 상태 이상이 감지되고 확정되는 오류가 배제될 수 있다.
한편, 본 단계에서 제어부(400)는, 제1 노드(VBD)의 전압과 제2 노드(VBRD)의 전압의 크기를 비교한 결과 상기 수학식 1을 만족하는 경우에, 상기 지속 시간을 카운트함과 동시에 상시 전원 공급 라인(11)에 연결된 적어도 하나 이상의 상시 구동 부하(45,47)를 오프 제어할 수 있다. 이는, 제어부(400)가 상시 구동 부하(45,47) 중 적어도 하나에 연결된 구동 회로(520,530)에 오프 제어 신호를 전달함으로써 구현될 수 있다. 즉, 제어부(400)는, 상시 구동 부하(45,47) 중 일부는 온 제어 신호를 유지하고 일부는 오프 제어 신호를 전달하여 프리휠링되는 전원을 소모하는 부하의 수를 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상시 전원 공급 라인(11)의 단선 감지 방법은, 단선을 감지하는 단계(S200) 이후에, 차량을 안전 상태로 천이하는 단계를 더 수행할 수 있다.(S300)
본 단계에서 차량이 안전 상태로 천이되면, 기 설정된 고장 안전 제어가 수행될 수 있다. 상기 기 설정된 고장 안전 제어는 예를 들어, Limp Home Mode로의 제어일 수 있다. 안전 상태에서는 차량 운행자가 제어기 이상을 인지하고 차량을 정비소에 입고시킬 수 있도록 클러스터에 경고를 표시할 수도 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이상 상황이 발생하여 차량의 상시 전원 공급 라인이 단선되는 경우에 프리휠링 다이오드가 상시 전원 공급 라인으로 프리휠링됨으로써, 고장 안전(fail safe) 모드로 천이하기 위한 반응 시간을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 배터리
11: 상시 전원 공급 라인
13: 비 상시 전원 공급 라인
15: 메인 릴레이
17: 퓨즈
41: 비 상시 구동 부하
45, 47: 상시 구동 부하
100: 전원부
200: 전압 측정부
300: 프리휠링 다이오드
400: 제어부
510,520,530: 구동회로

Claims (13)

  1. 차량에 장착된 배터리와 상시 연결되는 상시 전원 공급 라인;
    메인 릴레이를 통해 상기 배터리와 연결 또는 차단되는 비 상시 전원 공급 라인;
    상기 메인 릴레이의 온 동작시에 한해 상기 배터리로부터 전력을 공급받도록 상기 비 상시 전원 공급 라인에 연결된 비 상시 구동 부하;
    상기 비 상시 구동 부하로의 전력 공급이 차단되는 경우 상기 비 상시 구동 부하에 저장된 에너지를 프리휠링 하도록 상기 비 상시 구동 부하에 연결된 프리휠링 다이오드;
    상기 상시 전원 공급 라인 상의 제1 노드와 상기 비 상시 전원 공급 라인 상의 제2 노드의 전압 각각을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 제1 노드에 연결되어 상시 전원 공급 라인으로부터 공급받는 전력으로 작동하며, 상기 상시 전원 공급 라인의 단선을 감지하는 제어부;를 포함하고,
    상기 프리휠링 다이오드는,
    상기 상시 전원 공급 라인에 단선 발생 시, 상기 상시 전원 공급 라인으로 프리휠링되도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리휠링 다이오드의 애노드(anode)는 상기 비 상시 구동 부하에 연결되며,
    상기 프리휠링 다이오드의 캐소드(cathode)는 상기 상시 전원 공급 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 측정부로부터 상기 제1 노드의 전압과 상기 제2 노드의 전압을 전달받아 크기를 비교하고, 상기 비교의 결과를 기초로 상기 상시 전원 공급 라인의 단선 발생을 감지하는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단선 발생을 감지하는 경우, 기 설정된 고장 안전(fail safe) 제어가 수행될 수 있도록 상기 차량을 안전 상태(Safe state)로 천이하는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 측정부로부터 상기 제1 노드의 전압과 상기 제2 노드의 전압을 전달받아 크기를 비교하고,
    상기 비교의 결과, 하기 수학식 1을 만족하는 시점부터 이상 상태인 것으로 판단 및 상기 이상 상태의 지속 시간을 카운트하는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템.
    [수학식 1]
    Figure pat00004

    (여기서, 상기 VVBD는 상기 제1 노드의 전압이고, 상기 VVBRD는 상기 제2 노드의 전압이며, VTH는 상기 이상 상태의 판단을 위한 문턱 전압의 크기임)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 지속 시간이 기 설정된 기준 진단 시간보다 커지면, 상기 상시 전원 공급 라인의 단선 발생을 확정하는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비교의 결과, 상기 수학식 1을 만족하는 경우, 상기 상시 전원 공급 라인에 연결된 적어도 하나 이상의 상시 구동 부하를 오프(off) 제어하는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 시스템.
  8. 차량에 장착된 배터리에 상시 연결되는 상시 전원 공급 라인과, 메인 릴레이를 통해 상기 배터리와 연결 또는 차단되는 비 상시 전원 공급 라인과, 상기 메인 릴레이의 온 동작시에 한해 상기 배터리로부터 전력을 공급받도록 상기 비 상시 전원 공급 라인에 연결된 비 상시 구동 부하와, 상기 비 상시 구동 부하로의 전력 공급이 차단되는 경우 상기 비 상시 구동 부하에 저장된 에너지를 상기 상시 전원 공급 라인으로 프리휠링 하는 프리휠링 다이오드를 포함하는 시스템이 수행하는 상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법으로서,
    상기 상시 전원 공급 라인 상의 제1 노드와 상기 비 상시 전원 공급 라인 상의 제2 노드의 전압 각각을 측정하는 단계; 및
    상기 제1 노드의 전압과 상기 제2 노드의 전압을 비교하여 상기 비교의 결과를 기초로 상기 상시 전원 공급 라인의 단선 발생을 감지하는 단계;를 포함하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 프리휠링 다이오드의 애노드(anode)는 상기 비 상시 구동 부하에 연결되며,
    상기 프리휠링 다이오드의 캐소드(cathode)는 상기 상시 전원 공급 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 단선 발생을 감지하는 단계 이후에,
    상기 단선 발생을 감지하는 경우, 기 설정된 고장 안전(fail safe) 제어가 수행될 수 있도록 상기 차량을 안전 상태(Safe state)로 천이하는 단계를 더 포함하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 단선 발생을 감지하는 단계는,
    상기 제1 노드의 전압과 상기 제2 노드의 전압을 전달받아 크기를 비교하고,
    상기 비교의 결과, 하기 수학식 2를 만족하는 시점부터 이상 상태인 것으로 판단 및 상기 이상 상태의 지속 시간을 카운트하는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00005

    (여기서, 상기 VVBD는 상기 제1 노드의 전압이고, 상기 VVBRD는 상기 제2 노드의 전압이며, VTH는 상기 이상 상태의 판단을 위한 문턱 전압의 크기임).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단선 발생을 감지하는 단계는,
    상기 지속 시간이 기 설정된 기준 진단 시간보다 커지면, 상기 상시 전원 공급 라인의 단선 발생을 확정하는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단선 발생을 감지하는 단계는,
    상기 비교의 결과, 상기 수학식 2를 만족하는 경우, 상기 상시 전원 공급 라인에 연결된 적어도 하나 이상의 상시 구동 부하를 오프(off) 제어하는 것을 특징으로 하는,
    상시 전원 공급 라인의 단선 감지 방법.

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101083174B1 (ko) * 2006-01-04 2011-11-11 로베르트 보쉬 게엠베하 모터 부하를 모니터링하기 위한 시스템 및 방법
JP6296169B2 (ja) * 2014-11-14 2018-03-20 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 インバータ制御装置及び車両用制御装置
KR20200020089A (ko) * 2018-08-16 2020-02-26 주식회사 경신 차량 전원 제어 장치

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