KR20230108596A - 전기 차량의 시동 제어 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

전기 차량의 시동 제어 시스템 및 그 동작 방법 Download PDF

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정병철
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에이치디현대인프라코어 주식회사
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Abstract

본 문서의 다양한 실시예들은 전기 차량의 시동 제어 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 전기 차량의 시동 제어 시스템은, 고전압을 제공하는 제1 배터리, 저전압을 제공하는 제2 배터리, 상기 제1 배터리로부터 제공되는 상기 고전압을 강압하여 상기 제2 배터리로 제공하는 DC/DC 컨버터, 시동 시, 상기 제1 배터리의 상기 고전압을 이용하여 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터에 대한 초기 충전을 수행하는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly), 상기 DC/DC 컨버터와 상기 제2 배터리 사이를 개폐하는 DC/DC 릴레이(DC/DC relay), 및 상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 DC/DC 릴레이를 온(on)시켜 상기 DC/DC 컨버터와 상기 제2 배터리 사이를 연결하는 차량 제어부를 포함할 수 있다.

Description

전기 차량의 시동 제어 시스템 및 그 동작 방법{SYSTEM FOR CONTROLLING START OF ELECTRIC VEHICLE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 문서의 다양한 실시예들은 전기 차량의 시동을 제어하기 위한 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
기술의 발전에 따라, 배터리를 이용하여 동작하는 다양한 전기 차량들이 증가하고 있다. 예를 들어, 소형 전기 굴착기와 같이, 고전압 배터리가 장착된 전기 차량이 공급되고 있다.
전기 차량에서는, 차량의 시동 시, 고전압(예: 약 51V) 배터리가 인버터, 및 저전압(예: 약 12V)의 내부 보조 배터리에 연결된다. 이 경우, 고전압 및 저전압의 전위차로 인해 순간적인 돌입 전류(고전압 전류)가 발생되어 전기 차량 내 인버터가 손상될 수 있다. 따라서, 종래에는 전기 차량의 시동 시, 순간적인 돌입 전류가 발생되는 것을 방지하기 위해, 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly; PRA)를 통해, 고전압 배터리와 인버터 사이의 DC 링크 캐패시터(DC link capacitor)를 충전하여 등전위를 형성한 후, 인버터에 전압을 공급하는 초기 충전 시스템을 구비한다.
파워 릴레이 어셈블리는 프리차지 릴레이(pre-charge relay), 프리차지 레지스터(pre-charge resistor), 및 메인 릴레이(main relay)를 포함함으로써, 전기 차량의 시동 시에 발생되는 순간적인 돌입 전류에 의해 인버터가 손상되는 것을 방지하면서, 전기 차량 내 시스템이 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.
전기 차량에서 저전압 배터리에 연결된 DC/DC 컨버터는 일정 전압이 인가되는 경우, 자동으로 온(on) 된다. 따라서, DC/DC 컨버터는 전기 차량의 시동 시, PRA를 이용한 초기 충전이 완료되기 전에, 자동으로 온 될 수 있다. 초기 충전 완료 이전에 DC/DC 컨버터가 온 된 상태에서 저전압 배터리가 방전되어 있는 경우, DC/DC 컨버터는 저전압 배터리의 충전을 위해 고전압 배터리로부터의 고전압을 저전압 배터리로 제공하게 되며, 이에 따라, 초기 충전에 소요되는 시간이 증가하게 되는 문제점이 있다. 초기 충전에 소요되는 시간이 증가할 수록 PRA의 프리차지 레지스터(pre-charge resistor)에 전류가 흐르는 시간이 증가되어, 프리차지 레지스터에 가해지는 데미지가 증가될 수 있다. 이는, 프리차지 레지스터의 소손으로 이어질 수 있다.
따라서, 본 문서의 목적은 전기 차량의 시동 시, 초기 충전에 소요되는 시간을 최소화하기 위한 시스템 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시물이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따르면, 전기 차량의 시동 제어 시스템은, 고전압을 제공하는 제1 배터리, 저전압을 제공하는 제2 배터리, 상기 제1 배터리로부터 제공되는 상기 고전압을 강압하여 상기 제2 배터리로 제공하는 DC/DC 컨버터, 시동 시, 상기 제1 배터리의 상기 고전압을 이용하여 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터에 대한 초기 충전을 수행하는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly), 상기 DC/DC 컨버터와 상기 제2 배터리 사이를 개폐하는 DC/DC 릴레이(DC/DC relay), 및 상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 DC/DC 릴레이를 온(on)시켜 상기 DC/DC 컨버터와 상기 제2 배터리 사이를 연결하는 차량 제어부를 포함할 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 전기 차량의 시동 제어 시스템은, DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 인버터, 및 상기 제1 배터리로부터 제공되는 고전압인 DC 전압을 상기 인버터와 상기 DC/DC 컨버터에 분배하는 전력 분배부를 더 포함하며, 상기 파워 릴레이 어셈블리는, 상기 전력 분배부에 포함될 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터는, 상기 인버터에 포함되는 제1 DC 링크 캐패시터, 또는 상기 DC/DC 컨버터에 포함되는 제2 DC 링크 캐패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단의 전압을 측정하는 제1 및 제2 전압센서를 더 포함하며, 상기 차량 제어부는, 상기 제1 및 제2 전압센서에서 측정된 전압을 리드하여, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성되는지 여부를 결정하고, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성된 경우, 상기 초기 충전이 완료된 것으로 결정할 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 파워 릴레이 어셈블리는, 프리차지 릴레이, 상기 프리 차지 릴레이에 직렬 연결되는 프리차지 레지스터, 및 상기 프리 차지 릴레이와 병렬 연결되는 메인 릴레이를 포함하며, 상기 차량 제어부는, 상기 시동 시에 상기 프리차지 릴레이를 온시키고, 상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 메인 릴레이를 온시킬 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 파워 릴레이 어셈블리는, 상기 제1 배터리에 포함되며, 상기 제1 배터리는, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단의 전압을 측정하는 제1 및 제2 전압센서, 및 상기 제1 및 제2 전압센서에서 측정된 전압을 리드하여, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성되는지 여부를 결정하고, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성된 경우, 상기 차량 제어부에 상기 초기 충전 완료를 알리는 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 파워 릴레이 어셈블리는, 프리차지 릴레이, 상기 프리 차지 릴레이에 직렬 연결되는 프리차지 레지스터, 및 상기 프리 차지 릴레이와 병렬 연결되는 메인 릴레이를 포함하며, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 시동 시에 상기 프리차지 릴레이를 온시키고, 상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 메인 릴레이를 온시킬 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 DC/DC 컨버터로부터 강압된 전압을 공급받는 전장부하를 더 포함하며, 상기 전장부하의 입력단은, 상기 DC/DC 컨버터의 출력단과 상기 DC/DC 릴레이 사이의 노드, 또는 상기 DC/DC 릴레이와 상기 제2 배터리 사이의 노드에 연결될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따르면, 전기 차량의 시동 제어 시스템의 동작 방법은, 시동 시, 제1 배터리의 DC 전압을 이용하여 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터에 대한 초기 충전을 수행하는 동작, 및 상기 초기 충전이 완료된 이후에 DC/DC 릴레이를 온(on)시켜 DC/DC 컨버터와 제2 배터리 사이를 연결하는 동작을 포함하며, 상기 DC/DC 릴레이는, 상기 초기 충전 동안에 오프(off) 상태이며, 상기 제2 배터리의 공칭 전압은, 상기 제1 배터리의 공칭 전압보다 낮을 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 초기 충전을 수행하는 동작은, 상기 제1 배터리, 또는 전력 분배부에 포함된 파워 릴레이 어셈블리 내 프리차지 릴레이를 온시켜, 상기 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터를 충전하는 동작을 포함하며, 상기 파워 릴레이 어셈블리는, 프리차지 릴레이, 상기 프리 차지 릴레이에 직렬 연결되는 프리차지 레지스터, 및 상기 프리차지 릴레이와 병렬 연결되는 메인 릴레이를 포함할 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 초기 충전을 수행하는 동작은, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단의 전압을 측정하여, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성되는지 여부를 결정하는 동작을 더 포함하며, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성된 경우, 상기 초기 충전이 완료된 것으로 결정할 수 있다.
본 문서의 일실시예에 따르면, 상기 초기 충전이 완료된 이후에 DC/DC 릴레이를 온(on)시켜 DC/DC 컨버터와 제2 배터리 사이를 연결하는 동작은, 상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 메인 릴레이를 온시키는 동작, 및 상기 메인 릴레이를 온시킨 이후에 상기 DC/DC 릴레이를 온 시키는 동작을 포함할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따르면, 전기 차량에서 초기 충전에 소요되는 시간을 최소화하고, 프리차지 레지스터에 가해지는 데미지를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 문서의 일 실시예에 따른 전기 차량의 시동 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 문서의 일 실시예에 따른 전기 차량에서 시동을 제어하는 흐름도이다.
도 3은 본 문서의 다른 실시예에 따른 전기 차량의 시동 제어 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 문서의 다른 실시예에 따른 전기 차량에서 시동을 제어하는 흐름도이다.
도 5a는 종래 기술에 따른 전기 차량에서 시동 동작 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전기 차량에서 시동 동작 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시물의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 장치 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시물은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 개시물의 개시가 완전하도록 하며, 본 개시물이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시물의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시물은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시물을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제 1, 제 2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다.
따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성 요소는 본 개시물의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소 일 수도 있음은 물론이다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시물이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 실시 예에서 사용되는 '부' 또는 '모듈'이라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부' 또는 '모듈'은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.
본 개시물의 몇몇 실시 예들과 관련하여 설명되는 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 기록 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 기록 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 기록 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 기록 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 기록 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다.
이하 실시예들에서, 전기 차량은, 건설 장비가 구비된 산업용 차량(예: 소형 전기 굴착기)을 포함할 수 있다. 그러나, 본 문서의 다양한 실시예들은 건설 기계에 한정되지 않고, 모든 전기 차량에 적용될 수 있다.
도 1은 본 문서의 일 실시예에 따른 전기 차량의 시동 제어 시스템(100)의 구성도이다. 도 1에 도시된 전기 차량의 시동 제어 시스템(100)의 구성은 일 실시예로, 도 1에 도시되지 않은 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 도 1에 도시된 구성 요소들 중 일부 구성 요소는 복수 개의 구성 요소들로 분리되어 서로 다른 칩, 또는 서로 다른 부품, 또는 서로 다른 전자 회로로 구성될 수 있으며, 일부 구성 요소들은 결합되어 하나의 칩, 하나의 부품, 또는 하나의 전자 회로로 구성될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 전기 차량의 시동 제어 시스템(100)은, 제1 배터리(110), 전력 분배부(power distribution unit; PDU, 120), 제1 전압센서(121), 제2 전압센서(122), 인버터(inverter, 130), 차량 제어부(vehicle control unit; VCU, 140), DC/DC 컨버터(DC/DC converter, 150), 제2 배터리(160), 전장부하(170), 및 DC/DC 릴레이(DC/DC relay, 180)를 포함할 수 있다.
제1 배터리(110)는, 적어도 하나의 배터리 모듈(미도시), 및 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS, 미도시)을 포함하는 배터리 팩(battery pack)일 수 있다. 배터리 모듈(미도시)은, 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(미도시)은 제1 배터리(110)의 상태를 확인 및 관리할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(미도시)은 배터리 셀 및/또는 배터리 모듈에 대한 전압을 측정하고, 측정된 전압을 기반으로 과충전 보호, 과방전 보호, 과전류 차단, 및 단락 보호와 같은 기본적인 배터리 보호 기능을 수행할 뿐만 아니라, 통신 기능, 모니터 기능, 계산 기능, 셀 밸런싱 기능 등과 같은 추가적인 배터리 관리 기능을 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제1 배터리(110)의 용량은 약 20kwh이고, 공칭 전압은 51V일 수 있다. 이는 예시일 뿐, 본 문서의 실시예들은 이에 한정되지 않는다.
전력 분배부(120)는 배터리로부터 공급되는 고전압을 인버터(130), 및 DC/DC 컨버터(150)로 분배할 수 있다. 전력 분배부(120)는 고전압 정선 박스(high-voltage junction box; HVJB)일 수 있다.
일실시예에 따르면, 전력 분배부(120)는 프리차지 릴레이(pre-charge relay, 125), 프리차지 레지스터(pre-charge resistor, 127), 메인 릴레이(main relay, 129)로 구성된 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly; PRA)(124)를 포함할 수 있다. 프리차지 릴레이(125)와 프리차지 레지스터(127)는 직렬 연결되고, 프리차지 릴레이(125)와 메인 릴레이(129)는 병렬 연결될 수 있다. 일실시예에 따르면, 프리차지 릴레이(125), 및 메인 릴레이(129)는 차량 제어부(140)의 제어에 의해 온/오프될 수 있다.
일실시예에 따르면, 프리차지 릴레이(125)는 제1 배터리(110)로부터의 고전압을 인버터(130) 입력단 측으로 전달할 수 있다. 메인 릴레이(129)가 온(on)되기 전에 프리차지 릴레이(125)가 온(on) 상태로 변경됨으로써, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(DC link capacitor)가 충전되는 초기 충전 동작이 수행될 수 있으며, 이에 따라 인버터(130)에 순간적인 돌입 전류가 공급되는 것을 방지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터는, 인버터(130)의 입력단 측에 구비된 제1 DC 링크 캐패시터(132)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터는 제1 DC 링크 캐패시터(132)를 포함하고, 추가적으로, DC/DC 컨버터(150)의 입력단 측에 구비된 제2 DC 링크 캐패시터(152), 또는 기타 전동화 부품들(예: 모터(미도시))의 입력단 측에 구비된 기타 DC 링크 캐패시터들(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 프리차지 레지스터(127)는 프리차지 릴레이(125)에 연결됨으로써, 프리차지 릴레이(125)를 통해 제1 배터리(110)에서 인버터(130)측으로 흐르는 전류의 크기를 감소시킬 수 있다.
일실시에에 따르면, 프리차지 릴레이(125) 및 프리차지 레지스터(127)를 이용한 초기 충전이 완료될 시, 제1 배터리(110)의 출력단과 인버터(130) 입력단, 및 제1 배터리(110)의 출력단과 DC/DC 컨버터(150) 입력단, 또는 파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단에는 등전위가 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 메인 릴레이(129)는 차량 제어부(140)의 제어에 의해 온됨으로써, 제1 배터리(110)와 인버터(130) 사이, 및 제1 배터리(110)와 DC/DC 컨버터(150) 사이를 연결할 수 있다. 전력 분배부(120)는 차량 제어부(140)의 제어에 의해 메인 릴레이(129)가 온되면, 제1 배터리(110)의 고전압을 인버터(130), 및 DC/DC 컨버터(150)로 공급할 수 있다.
제1 전압센서(121)는 제1 배터리(110)의 출력단과 전력 분배부(120)의 입력단 사이에 구비되어, 전력 분배부(120)의 입력단의 전압을 측정할 수 있다. 일실시예에 따르면, 제1 전압센서(121)는 차량 제어부(140)의 제어에 따라 전력 분배부(120)의 입력단의 전압을 측정하고, 측정된 전력 분배부(120)의 입력단의 전압을 차량 제어부(140)로 제공할 수 있다.
제2 전압센서(122)는 전력 분배부(120)의 출력단과 인버터(130)의 입력단, 및 DC/DC 컨버터(150)의 입력단 사이의 노드에 구비되어, 전력 분배부(120)의 출력단의 전압을 측정할 수 있다. 일실시예에 따르면, 제2 전압센서(122)는 차량 제어부(140)의 제어에 따라 전력 분배부(120)의 출력단의 전압을 측정하고, 측정된 전력 분배부(120)의 출력단의 전압을 차량 제어부(140)로 제공할 수 있다.
인버터(130)는 전력 분배부(120) 를 통해 배터리(110)로부터 공급되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다. 인버터(130)는 변환된 AC 전압을 모터에 공급하고, 모터(미도시)를 제어할 수 있다. 인버터(130)는 제1 DC 링크 캐패시터(132)를 포함하며, 제1 DC 링크 캐패시터(132)는 프리차지 릴레이(125)가 온 상태인 동안에 충전될 수 있다.
DC/DC 컨버터(150)는 고전압의 직류 전압을 저전압의 직류 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(150)는 전력 분배부(120)로부터 공급되는 약 51V의 고전압을 약 13.7V의 저전압으로 강압할 수 있다. DC/DC 컨버터(150)는 입력단을 통해 일정 전압(예: 약 27V)이 인가되면, 자동으로 온될 수 있다. DC/DC 컨버터(150)는 제2 DC 링크 캐패시터(152)를 포함하며, 제2 DC 링크 캐패시터(152)는 프리차지 릴레이(125)가 온 상태인 동안에 충전될 수 있다.
DC/DC 릴레이(180)는 DC/DC 컨버터(150)와 제2 배터리(160) 사이를 연결할 수 있다. DC/DC 릴레이(180)는 차량 제어부(140)의 제어에 의해 온/오프될 수 있다. 일실시예에 따르면, DC/DC 릴레이(180)는 차량의 시동 시, 초기 충전 동작이 완료된 이후에 온될 수 있다. DC/DC 릴레이(180)는 온됨으로써, DC/DC 컨버터(150)로부터 출력되는 저전압을 제2 배터리(160)로 제공할 수 있다.
제2 배터리(160)는, 전기 차량에 구비된 저전압의 보조 배터리일 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리(160)는 공칭 전압이 12V인 저전압 배터리일 수 있다. 이는, 예시일 뿐, 본 문서의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 제2 배터리(160)는 DC/DC 릴레이(180)를 통해 DC/DC 컨버터(150)로부터 공급되는 저전압을 이용하여 충전될 수 있다.
전장부하(170)는, 저전압의 동작 전원을 필요로하는 전기 장비를 포함할 있다. 예를 들어, 전장부하(170)는 12V의 저전압을 동작 전원으로 이용하는, 램프, 오디오, 또는 스위치를 포함할 수 있다. 이는, 예시일뿐, 본 문서의 실시예들은 이에 한정되지 않는다.
차량 제어부(140)는 전기 차량에 탑재된 EV(electric vehicle) 시스템의 구동에 필요한 제어 기능을 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면, 차량 제어부(140)는 전기 차량의 시동을 위해 적어도 하나의 구성 요소를 제어할 수 있다. 차량 제어부(140)는 전기 차량의 시동 이벤트를 감지할 수 있다. 전기 차량의 시동 이벤트는, 키 온(key on)에 의해 발생될 수 있다.
차량 제어부(140)는 시동 이벤트가 감지되면, 전기 차량의 초기 충전을 위한 제어 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(140)는 초기 충전 시에 발생될 수 있는 순간적인 돌입 전류에 의해 전기 차량 내 구성 요소(예: 인버터)가 손상되는 것을 보호하기 위해, 메인 릴레이(129)를 오프 상태로 유지하면서, 프리차지 릴레이(125)에 전기적 신호를 인가하여 프리차지 릴레이(125)를 온(on) 시킬 수 있다. 또한, 차량 제어부(140)는 제1 전압센서(121) 및 제2 전압센서(122)를 통해, 전력 분배부(120)의 입출력단(또는 파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단)의 전압을 확인(또는 리드(read))할 수 있다.
차량 제어부(140)는 프리차지 릴레이(125)가 온된 상태에서, 전력 분배부(120)의 입출력단(또는 파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단)의 전압을 계속적으로 확인하여, 전력 분배부(120)의 입출력단에 등전위가 형성되는지 여부를 결정할 수 있다. 전력 분배부(120)의 입출력단에 등전위가 형성될 시, 차량 제어부(140)는 초기 충전이 완료된 것으로 판단하고, 메인 릴레이(129)에 전기적 신호를 인가하여, 메인 릴레이(129)를 온(ON) 시킬 수 있다. 메인 릴레이(129) 보다 프리차지 릴레이(125)를 먼저 온 시키는 것은, 프리차지 릴레이(125) 및 프리차지 레지스터(127)를 통해, 돌입 전류를 억제하면서 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(132, 152)를 충전하여 시스템을 안정적으로 동작시키기 위함이다.
차량 제어부(140)는 메인 릴레이(129)를 온 시킨 후, 프리차지 릴레이(125)를 오프시키고, DC/DC 릴레이(180)를 온시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 차량 제어부(140)는 DC/DC 릴레이(180)를 온 시키기 전에 프리차지 릴레이(125)를 오프시킬 수도 있고, DC/DC 릴레이(180)를 온 시킨 이후에 프리차지 릴레이(125)를 오프시킬 수도 있다. 또는, 차량 제어부(140)는 DC/DC 릴레이(180)를 온 시키는 시점에 프리차지 릴레이(125)를 오프시킬 수도 있다.
차량 제어부(140)는 초기 충전이 완료된 이후에, 메인 릴레이(129) 및 DC/DC 릴레이(180)가 온 되도록 제어함으로써, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(132, 152)의 충전이 완료된 상태에서, DC/DC 컨버터(150)를 통해 제2 배터리(160)로 전압이 공급되도록 제어할 수 있다. 즉, 차량 제어부(140)는 초기 충전이 완료되지 않은 상태에서는 DC/DC 릴레이(180)를 오프 상태로 유지함으로써, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(132, 152)의 충전이 완료되기 전에 DC/DC 컨버터(150)를 통해 제2 배터리(160)로 전압이 공급되는 것을 방지할 수 있다. 본 문서에서는 이를 통해, 초기 충전 시간을 최소화하여, 프리차지 레지스터(127)가 소손되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 도 1에서는, 전장부하(170)의 입력단이 DC/DC 컨버터(150)와 DC/DC 릴레이(180) 사이의 노드에 연결된다. 이에 따라, 전장부하(170)는 DC/DC 릴레이(180)가 오프된 상태에서, 즉, 초기 충전이 완료되지 않은 상태에서 DC/DC 컨버터(150)로부터 저전압의 동작 전원을 공급받을 수 있다. 그러나, 일반적으로 전기 차량의 시동이 완료되기 전에, 사용자가 전장부하를 온 시키고자 하는 경우는 매우 드물다. 따라서, 전장부하(170)의 입력단이 DC/DC 컨버터(150)와 DC/DC 릴레이(180) 사이의 노드에 연결되더라도, 전장부하(170)가 초기 충전 시간에 미치는 영향은 매우 작을 것이다.
그러나, 다양한 실시예들에 따라 전장부하(170)의 입력단은 DC/DC 릴레이(180)와 제2 배터리(160) 사이의 노드에 연결될 수 있다. 이 경우, 전장부하(170)는 DC/DC 릴레이(180)가 온된 상태에서, 즉, 초기 충전이 완료된 상태에서 DC/DC 컨버터(150)로부터 저전압의 동작 전원을 공급받을 수 있다.
도 2는 본 문서의 일 실시예에 따른 전기 차량에서 시동을 제어하는 흐름도이다. 여기서, 전기 차량은 도 1에 도시된 시동 제어 시스템(100)을 포함할 수 있다. 이하 실시 예에서 각 동작들은 순차적으로 수행될 수도 있으나, 반드시 순차적으로 수행되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 동작들의 순서가 변경될 수도 있으며, 적어도 두 동작들이 병렬적으로 수행될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 전기 차량의 차량 제어부(140)는 동작 201에서 시동 이벤트를 감지할 수 있다. 예를 들어, 전기 차량은 사용자에 의한 키 온(key on)이 감지될 시, 시동 이벤트가 발생됨을 감지할 수 있다.
동작 203에서, 차량 제어부(140)는 프리차지 릴레이(125)를 온(on) 시킬 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(140)는 프리차지 릴레이(125)에 전기적 신호를 인가함으로써, 프리차지 릴레이(125)를 온 시킬 수 있다. 이때, 차량 제어부(140)는 메인 릴레이(129) 및 DC/DC 릴레이(180)에는 전기적 신호를 인가하지 않음으로써, 메인 릴레이(129) 및 DC/DC 릴레이(180)를 오프(off) 상태로 유지할 수 있다.
동작 205에서, 차량 제어부(140)는 파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단의 전압을 리드(read)할 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(140)는 제1 전압센서(121), 및 제2 전압센서(122)를 이용하여 파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단의 전압을 계속적, 또는 반복적으로 확인할 수 있다.
동작 207에서, 차량 제어부(140)는 리드된 전압에 기초하여, 파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단에 등전위가 형성되었는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(140)는 제1 전압센서(121)에 의해 측정된 전압과 제2 전압센서(122)에 의해 측정된 전압을 기반으로, 파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단에 등전위가 형성되었는지 여부를 결정할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단에 등전위가 형성되지 않은 경우, 차량 제어부(140)는 동작 205로 되돌아가 파워 릴레이 어셈블리의 양단의 전압을 계속해서 리드할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단에 등전위가 형성된 경우, 차량 제어부(140)는 동작 209에서 메인 릴레이(129)를 온(on) 시킬 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(140)는 파워 릴레이 어셈블리(124)의 양단에 등전위가 형성된 경우, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(132, 152)를 충전하는 초기 충전이 완료된 것으로 판단하고, 메인 릴레이(129)를 온 시킬 수 있다.
차량 제어부(140)는 동작 211에서 프리차지 릴레이(125)를 오프(off) 시키고, 동작 213에서 DC/DC 릴레이(180)를 온(on) 시킬 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(140)는 초기 충전이 완료되었으므로, 프리차지 릴레이(125)를 오프시키고, DC/DC 릴레이(180)를 온 시켜, DC/DC 컨버터(150)와 제2 배터리(160) 사이를 연결할 수 있다. 본 문서의 일 실시예에서는, 초기 충전이 완료된 이후에 DC/DC 릴레이(180)를 온 시킴으로써, 방전된 제2 배터리(160)에 의해 초기 충전 시간이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 도 1 및 도 2에서는, 파워 릴레이 어셈블리(124)가 전력 분배부에 포함되는 실시예에 대해 설명하였으나, 파워 릴레이 어셈블리(124)는 고전압 배터리(예: 도 1의 제1 배터리(110))에 포함될 수도 있다. 이하 도 3 및 도 4의 실시예에서는, 고전압 배터리에 초기 충전 시스템이 포함되는 실시예에 대해 설명할 것이다.
도 3은 본 문서의 다른 실시예에 따른 전기 차량의 시동 제어 시스템(300)의 구성도이다. 도 3에 도시된 전기 차량의 시동 제어 시스템(300)의 구성은 일 실시예로, 도 3에 도시되지 않은 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 도 3에 도시된 구성 요소들 중 일부 구성 요소는 복수 개의 구성 요소들로 분리되어 서로 다른 칩, 또는 서로 다른 부품, 또는 서로 다른 전자 회로로 구성될 수 있으며, 일부 구성 요소들은 결합되어 하나의 칩, 하나의 부품, 또는 하나의 전자 회로로 구성될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 전기 차량의 시동 제어 시스템(300)은, 제1 배터리(310), 전력 분배부(power distribution unit; PDU, 320), 인버터(inverter, 330), 차량 제어부(vehicle control unit; VCU, 340), DC/DC 컨버터(DC/DC converter, 350), 제2 배터리(360), 전장부하(370), 및 DC/DC 릴레이(DC/DC relay, 380)를 포함할 수 있다.
제1 배터리(310)는, 배터리 모듈(311), 제1 전압센서(312), 제2 전압센서(313), 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly; PRA, 314), 및 배터리 관리 시스템(battery management system; BMS, 318)을 포함하는 배터리 팩(battery pack)일 수 있다. 일실시예에 따르면, 제1 배터리(310)의 용량은 약 20kwh이고, 공칭 전압은 51V일 수 있다. 이는 예시일 뿐, 본 문서의 실시예들은 이에 한정되지 않는다.
배터리 모듈(311)은, 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
제1 전압센서(312)는 배터리 모듈(311) 출력단과 파워 릴레이 어셈블리(314)의 입력단 사이에 구비되어, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 입력단의 전압을 측정할 수 있다. 일실시예에 따르면, 제1 전압센서(312)는 배터리 관리 시스템(318)의 제어에 따라 파워 릴레이 어셈블리(314)의 입력단의 전압을 측정하고, 측정된 파워 릴레이 어셈블리(314)의 입력단의 전압을 배터리 관리 시스템(318)으로 제공할 수 있다.
제2 전압센서(313)는 파워 릴레이 어셈블리(314)의 입력단에 구비되어, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 출력단의 전압을 측정할 수 있다. 일실시예에 따르면, 제2 전압센서(313)는 배터리 관리 시스템(318)의 제어에 따라 파워 릴레이 어셈블리(314)의 출력단의 전압을 측정하고, 측정된 파워 릴레이 어셈블리(314)의 출력단의 전압을 배터리 관리 시스템(318)으로 제공할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, 314), 프리차지 릴레이(pre-charge relay, 315), 프리차지 레지스터(pre-charge resistor, 316), 메인 릴레이(main relay, 317)를 포함할 수 있다. 프리차지 릴레이(315)와 프리차지 레지스터(316)는 직렬 연결되고, 프리차지 릴레이(315)와 메인 릴레이(317)는 병렬 연결될 수 있다. 일실시예에 따르면, 프리차지 릴레이(315), 및 메인 릴레이(317)는 배터리 관리 시스템(318)의 제어에 의해 온/오프될 수 있다.
일실시예에 따르면, 프리차지 릴레이(315)는 배터리 모듈(315)로부터의 고전압을 전력 분배부(320) 및 인버터(330) 측으로 전달할 수 있다. 메인 릴레이(317)가 온(on)되기 전에 프리차지 릴레이(315)가 온(on) 상태로 변경됨으로써, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터가 충전되는 초기 충전 동작이 수행될 수 있으며, 이에 따라 인버터(330)에 순간적인 돌입 전류가 공급되는 것을 방지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터는, 인버터(330)의 입력단 측에 구비된 제1 DC 링크 캐패시터(332)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터는 제1 DC 링크 캐패시터(332)를 포함하고, 추가적으로 DC/DC 컨버터(350)의 입력단 측에 구비된 제2 DC 링크 캐패시터(352), 또는 기타 전동화 부품들(예: 모터(미도시))의 입력단 측에 구비된 기타 DC 링크 캐패시터들(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 프리차지 레지스터(316)는 프리차지 릴레이(315)에 직렬 연결됨으로써, 배터리 모듈(311)에서 인버터(330)측으로 흐르는 전류의 크기를 감소시킬 있다.
일실시예에 따르면, 프리차지 릴레이(315) 및 프리차지 레지스터(316)에 의해 초기 충전이 완료될 시, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에는 등전위가 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 메인 릴레이(317)는 배터리 관리 시스템(318)의 제어에 의해 온됨으로써, 제1 배터리(310)를 인버터(330) 및 DC/DC 컨버터(350)에 연결할 수 있다.
배터리 관리 시스템(318)은 제1 배터리(310), 및/또는 배터리 모듈(311)의 상태를 확인 및 관리할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(318)은 배터리 배터리 모듈(311)에 대한 전압을 측정하고, 측정된 전압을 기반으로 과충전 보호, 과방전 보호, 과전류 차단, 및 단락 보호와 같은 기본적인 배터리 보호 기능을 수행할 뿐만 아니라, 통신 기능, 모니터 기능, 계산 기능, 셀 밸런싱 기능 등과 같은 추가적인 배터리 관리 기능을 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(318)은 전기 차량의 시동 이벤트를 감지할 수 있다. 전기 차량의 시동 이벤트는, 키 온(key on)에 의해 발생될 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(318)은 차량 제어부(340)와의 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해, 전기 차량의 시동 이벤트를 감지할 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(318)은 시동 이벤트가 감지되면, 전기 차량의 초기 충전을 위한 제어 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(318)은 초기 충전 시에 발생될 수 있는 순간적인 돌입 전류에 의해 전기 차량 내 구성 요소(예: 인버터(330))가 손상되는 것을 보호하기 위해, 프리차지 릴레이(315)에 전기적 신호를 인가하여 프리차지 릴레이(315)를 온(on) 시킬 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(318)은 제1 전압센서(312) 및 제2 전압센서(313)를 통해, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단의 전압을 확인(또는 리드(read))할 수 있다.
배터리 관리 시스템(318)은 프리차지 릴레이(315)가 온된 상태에서, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단의 전압을 계속적으로 확인하여, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에 등전위가 형성되는지 여부를 결정할 수 있다. 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에 등전위가 형성될 시, 배터리 관리 시스템(318)은 초기 충전이 완료된 것으로 판단하고, 메인 릴레이(317)에 전기적 신호를 인가하여, 메인 릴레이(317)를 온(ON) 시킬 수 있다. 메인 릴레이(317) 보다 프리차지 릴레이(315)를 먼저 온 시키는 것은, 프리차지 릴레이(315) 및 프리차지 레지스터(316)를 통해 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(332, 352)를 초기 충전함으로써, 돌입 전류가 발생되는 것을 억제하기 위함이다.
배터리 관리 시스템(318)은 메인 릴레이(317)를 온 시킨 후, 프리차지 릴레이(315)를 오프시키고, 차량 제어부(340)에 초기 충전 완료 메시지를 전송할 수 있다. 초기 충전 완료 메시지는, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에 등전위가 형성되었음을 알리는 메시지, 또는 DC/DC 릴레이(380)의 온을 요청하는 메시지일 수 있다. 초기 충전 완료 메시지는 CAN 통신을 통해 전송될 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(318)은 차량 제어부(340)에 초기 충전 완료 메시지를 전송하기 전에 프리차지 릴레이(315)를 오프시킬 수도 있고, 차량 제어부(340)에 초기 충전 완료 메시지를 전송한 이후에 프리차지 릴레이(315)를 오프시킬 수도 있다. 또는, 배터리 관리 시스템(318)은 차량 제어부(340)에 초기 충전 완료 메시지를 전송하는 시점에 프리차지 릴레이(315)를 오프시킬 수도 있다.
전력 분배부(320)는 배터리로부터 공급되는 고전압을 인버터(330), 및 DC/DC 컨버터(350)로 분배할 수 있다. 전력 분배부(320)는 고전압 정선 박스(high-voltage junction box; HVJB)일 수 있다.
인버터(330)는 전력 분배부(320)를 통해 배터리(310)로부터 공급되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환할 수 있다. 인버터(330)는 변환된 AC 전압을 모터에 공급하고, 모터(미도시)를 제어할 수 있다. 인버터(330)는 제1 DC 링크 캐패시터(332)를 포함하며, 제1 DC 링크 캐패시터(332)는 프리차지 릴레이(315)가 온 상태인 동안에 충전될 수 있다.
DC/DC 컨버터(350)는 고전압의 직류 전압을 저전압의 직류 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(350)는 전력 분배부(320)로부터 공급되는 약 51V의 고전압을 약 13.7V의 저전압으로 강압할 수 있다. DC/DC 컨버터(350)는 입력단을 통해 일정 전압(예: 약 27V)이 인가되면, 자동으로 온될 수 있다. DC/DC 컨버터(350)는 제2 DC 링크 캐패시터(352)를 포함하며, 제2 DC 링크 캐패시터(352)는 프리차지 릴레이(315)가 온 상태인 동안에 충전될 수 있다.
DC/DC 릴레이(380)는 DC/DC 컨버터(350)와 제2 배터리(360) 사이를 연결할 수 있다. DC/DC 릴레이(380)는 차량 제어부(340)의 제어에 의해 온/오프될 수 있다. 일실시예에 따르면, DC/DC 릴레이(380)는 전기 차량의 시동 시, 초기 충전 동작이 완료된 이후에 온될 수 있다. DC/DC 릴레이(380)는 온됨으로써, DC/DC 컨버터(350)로부터 출력되는 저전압을 제2 배터리(360)로 제공할 수 있다.
제2 배터리(360)는, 전기 차량에 구비된 저전압의 보조 배터리일 수 있다. 예를 들어, 제2 배터리(360)는 공칭 전압이 12V인 저전압 배터리일 수 있다. 이는, 예시일 뿐, 본 문서의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 제2 배터리(360)는 DC/DC 릴레이(380)를 통해 DC/DC 컨버터(350)로부터 공급되는 저전압을 이용하여 충전될 수 있다.
전장부하(370)는, 저전압의 동작 전원을 필요로 하는 전기 장비를 포함할 있다. 예를 들어, 전장부하(370)는 12V의 저전압을 동작 전원으로 이용하는, 램프, 오디오, 또는 스위치를 포함할 수 있다. 이는, 예시일뿐, 본 문서의 실시예들은 이에 한정되지 않는다.
차량 제어부(340)는 전기 차량에 탑재된 EV(electric vehicle) 시스템의 구동에 필요한 제어 기능을 수행할 수 있다.
차량 제어부(340)는 전기 차량의 시동 시, 배터리 관리 시스템(318)과의 CAN 통신을 통해 초기 충전이 완료되는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(340)는 CAN 통신을 통해 배터리 관리 시스템(318)으로부터 초기 충전 완료 신호를 수신할 수 있다.
차량 제어부(340)는 초기 충전 완료 신호가 수신되면, DC/DC 릴레이(380)가 온 되도록 제어함으로써, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(332, 352)의 충전이 완료된 상태에서, DC/DC 컨버터(350)를 통해 제2 배터리(360)로 전압이 공급되도록 제어할 수 있다. 즉, 차량 제어부(340)는 초기 충전 완료 신호가 수신되지 않은 상태에서는 DC/DC 릴레이(380)를 오프 상태로 유지함으로써, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(332, 352)의 충전이 완료되기 전에 DC/DC 컨버터(350)를 통해 제2 배터리(360)로 전압이 공급되는 것을 방지할 수 있다. 본 문서에서는 이를 통해, 초기 충전 시간을 최소화하여, 프리차지 레지스터(316)가 소손되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 도 3에서도, 전장부하(370)의 입력단이 DC/DC 컨버터(350)와 DC/DC 릴레이(380) 사이의 노드에 연결되었으나, 상술한 바와 같이 전장부하(370)의 입력단은 DC/DC 릴레이(380)와 제2 배터리(360) 사이의 노드에 연결될 수 있다.
도 4는 본 문서의 다른 실시예에 따른 전기 차량의 시동을 제어하는 흐름도이다. 여기서, 전기 차량은 도 3에 도시된 시동 제어 시스템(300)을 포함할 수 있다. 이하 실시 예에서 각 동작들은 순차적으로 수행될 수도 있으나, 반드시 순차적으로 수행되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 동작들의 순서가 변경될 수도 있으며, 적어도 두 동작들이 병렬적으로 수행될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 전기 차량의 배터리 관리 시스템(318)은 동작 401에서 시동 이벤트를 감지할 수 있다. 예를 들어, 전기 차량은 사용자에 의한 키 온(key on)이 감지될 시, 시동 이벤트가 발생됨을 감지할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 관리 시스템(318)은 차량 제어부(340)와의 CAN 통신을 통해 키 온에 의한 시동 이벤트를 감지할 수 있다.
동작 403에서, 배터리 관리 시스템(318)은 제1 배터리(310) 내부에 구비된 프리차지 릴레이(315)를 온(on) 시킬 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(318)은 프리차지 릴레이(315)에 전기적 신호를 인가함으로써, 프리차지 릴레이(315)를 온 시킬 수 있다. 이때, 메인 릴레이(317) 및 DC/DC 릴레이(380)에는 전기적 신호가 인가되지 않음으로써, 메인 릴레이(317) 및 DC/DC 릴레이(380)는 오프(off) 상태를 유지할 수 있다.
동작 405에서, 배터리 관리 시스템(318)은 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단의 전압을 리드(read)할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(318)은 제1 전압센서(312), 및 제2 전압센서(313)을 이용하여 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단의 전압을 계속적, 또는 반복적으로 확인할 수 있다.
동작 407에서, 배터리 관리 시스템(318)은 리드된 전압에 기초하여, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에 등전위가 형성되었는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(318)은 제1 전압센서(312)에 의해 측정된 전압과 제2 전압센서(313)에 의해 측정된 전압을 기반으로, 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에 등전위가 형성되었는지 여부를 결정할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에 등전위가 형성되지 않은 경우, 배터리 관리 시스템(318)은 동작 405로 되돌아가 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단의 전압을 계속해서 리드할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에 등전위가 형성된 경우, 배터리 관리 시스템(318)은 동작 409에서 메인 릴레이(317)를 온(on) 시킬 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(318)은 파워 릴레이 어셈블리(314)의 양단에 등전위가 형성된 경우, 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터(332, 352)를 충전하는 초기 충전이 완료된 것으로 판단하고, 메인 릴레이(317)를 온 시킬 수 있다.
동작 411에서, 배터리 관리 시스템(318)은 차량 제어부(340)로 초기 충전 완료 메시지를 전송하여, 차량 제어부(340)로 초기 충전 완료를 알릴 수 있다. 초기 충전 완료 메시지는 CAN 통신을 통해 전송될 수 있다.
동작 413에서, 차량 제어부(340)는 DC/DC 릴레이(380)를 온(on) 시킬 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(340)는 배터리 관리 시스템(318)으로부터 초기 충전 완료 메시지를 수신한 이후에 DC/DC 릴레이(380)를 온 시킬 수 있다. 본 문서에서는 초기 충전이 완료된 이후에 DC/DC 릴레이(380)를 온 시킴으로써, 방전된 제2 배터리(360)에 의해 초기 충전 시간이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
동작 415에서, 배터리 관리 시스템(318)은 프리차지 릴레이(315)를 오프시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 프리차지 릴레이(315)를 오프시키는 동작은, 동작 409 이후의 어느 시점에서나 수행될 수 있다.
도 5a는 종래 기술에 따른 전기 차량에서 시동 동작 시퀀스를 나타내는 도면이고, 도 5b는 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전기 차량에서 시동 동작 시퀀스를 나타내는 도면이다. 도 5a는 DC/DC 릴레이가 구비되지 않은, 종래 기술에 따른 전기 차량의 시동 제어 시스템의 시동 동작 시퀀스를 나타낸다. 도 5b는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 DC/DC 릴레이가 구비된, 전기 차량의 시동 제어 시스템(100, 300)의 시동 동작 시퀀스를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 종래의 시동 제어 시스템에서는, 시동(key on)(501) 이벤트가 발생되면, 프리차지 릴레이(503)가 온(on)된다. 이에 따라, DC 링크 캐패시터의 전압(507)에 대한 충전이 시작되면서, 순간적인 돌입 전류(509)가 발생된다. 종래의 시동 제어 시스템에서는, DC/DC 컨버터(150, 350)가 제2 배터리(저전압 배터리)와 연결됨으로써, DC 링크 캐패시터의 전압(507)이 50V 이상이 되기 전에(예컨대, 99%미만인 상태에서) DC/DC 컨버터(150, 350)가 온 될 수 있다. 즉, 종래 시동 제어 시스템에서는 메인 릴레이(505)가 온 되기 전에 DC/DC 컨버터(511)가 온 됨으로써, 제1 배터리(고전압 배터리)의 전압 중 일부가 제2 배터리(저전압 배터리)의 충전에 이용되어, DC 링크 캐패시터의 전압(507)을 충전하는데 소요되는 시간이 길어지게 된다. 종래의 시동 제어 시스템에 따르면, DC 링크 캐패시터의 전압(507) 충전에 소요되는 시간이 길어지게 됨으로써, 프리차지 레지스터에 가해지는 데미지가 증가하게 된다.
도 5b를 참조하면, 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 시동 제어 시스템(100, 300)에서는, 시동(key on)(551) 이벤트가 발생되면, 프리차지 릴레이(125, 315)가 온(on)된다. 이에 따라, DC 링크 캐패시터의 전압(557)에 대한 충전이 시작되면서, 순간적인 돌입 전류(559)가 발생된다. 본 문서의 다양한 실시예들에서는, DC/DC 컨버터(150, 350)와 제2 배터리(160, 360) 사이에 구비된 DC/DC 릴레이(180, 380)가 DC 링크 캐패시터의 전압(557)이 50V 이상이 될 때까지(예컨대, 99%이상이 될 때까지), 오프 상태를 유지한다. DC/DC 릴레이(180, 380)가 오프 상태인 동안에, DC/DC 컨버터(150, 350) 또한 오프 상태를 유지하게 되며, 이에 따라 제1 배터리(110, 310)의 전압은 DC 링크 캐패시터의 전압(557) 충전에만 이용되므로, DC 링크 캐패시터의 전압(577)이 빠르게 충전될 수 있다. 본 문서의 다양한 실시예들에서는 DC 링크 캐패시터의 전압(557)에 대한 충전이 완료된 후, 메인 릴레이(129, 317)가 온되고, 메인 릴레이(129, 317)가 온된 이후에 DC/DC 릴레이(180, 380)가 온될 수 있다.
또한, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 문서의 다양한 실시예들에 따른 시동 제어 시스템(100, 300)에서 메인 릴레이(129, 317)의 온에 소요되는 시간 구간(571)은 종래의 시동 제어 시스템에서 메인 릴레이(505)의 온에 소요되는 시간 구간(531)보다 짧은 것을 알 수 있다. 여기서, 메인 릴레이(500, 129, 317)의 온에 소요되는 시간 구간(531, 571)은 사용자에 의해 시동(key on)(501, 551) 이벤트가 발생된 시점부터 메인 릴레이(500, 129, 317)가 온되는 시점까지의 시간 구간을 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 시동 제어 시스템(100, 300)에서, 전장부하(170, 370)는 시동 이벤트 발생 직후가 아닌, 메인 릴레이(129, 317)가 온된 이후에 전원을 공급받을 수 있다. 이때, 메인 릴레이(129, 317)의 온에 소요되는 시간 구간(571)은 종래 시동 제어 시스템에서 메인 릴레이(505)의 온에 소요되는 시간 구간(531)보다 짧다. 따라서, 메인 릴레이(129, 317)의 온 이후에 전장부하(170)에 전원이 공급되더라도, 사용자가 시동 후 차량의 전장부하를 사용하는 데에는 큰 영향을 미치지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따르면, 상술한 바와 같이, DC 링크 캐패시터의 전압 충전에 소요되는 시간을 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 프리차지 레지스터에 가해지는 데미지를 최소화할 수 있다.
100, 300: 시동 제어 시스템 110, 310: 제1 배터리
120, 320: 전력 분배부 121, 312: 제1 전압센서
122, 313: 제2 전압센서 124, 314: 파워 릴레이 어셈블리
125, 315: 프리차지 릴레이 127, 316: 프리차지 레지스터
129, 317: 메인 릴레이 130, 330: 인버터
132, 332: 제1 DC 링크 캐패시터 140, 340: 차량 제어부
150, 350: DC/DC 컨버터 152, 352: 제2 DC 링크 캐패시터
160, 360: 제2 배터리 170, 370: 전장부하
180, 380: DC/DC 릴레이 311: 배터리 모듈
318: 배터리 관리 시스템

Claims (12)

  1. 전기 차량의 시동 제어 시스템에 있어서,
    고전압을 제공하는 제1 배터리;
    저전압을 제공하는 제2 배터리;
    상기 제1 배터리로부터 제공되는 상기 고전압을 강압하여 상기 제2 배터리로 제공하는 DC/DC 컨버터;
    시동 시, 상기 제1 배터리의 상기 고전압을 이용하여 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터에 대한 초기 충전을 수행하는 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly);
    상기 DC/DC 컨버터와 상기 제2 배터리 사이를 개폐하는 DC/DC 릴레이(DC/DC relay); 및
    상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 DC/DC 릴레이를 온(on)시켜 상기 DC/DC 컨버터와 상기 제2 배터리 사이를 연결하는 차량 제어부를 포함하는, 전기 차량의 시동 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 인버터; 및
    상기 제1 배터리로부터 제공되는 고전압인 DC 전압을 상기 인버터와 상기 DC/DC 컨버터에 분배하는 전력 분배부를 더 포함하며,
    상기 파워 릴레이 어셈블리는, 상기 전력 분배부에 포함되는, 전기 차량의 시동 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터는, 상기 인버터에 포함되는 제1 DC 링크 캐패시터, 또는 상기 DC/DC 컨버터에 포함되는 제2 DC 링크 캐패시터 중 적어도 하나를 포함하는, 전기 차량의 시동 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단의 전압을 측정하는 제1 및 제2 전압센서를 더 포함하며,
    상기 차량 제어부는, 상기 제1 및 제2 전압센서에서 측정된 전압을 리드하여, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성되는지 여부를 결정하고,
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성된 경우, 상기 초기 충전이 완료된 것으로 결정하는, 전기 차량의 시동 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파워 릴레이 어셈블리는,
    프리차지 릴레이;
    상기 프리 차지 릴레이에 직렬 연결되는 프리차지 레지스터; 및
    상기 프리 차지 릴레이와 병렬 연결되는 메인 릴레이를 포함하며,
    상기 차량 제어부는, 상기 시동 시에 상기 프리차지 릴레이를 온시키고, 상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 메인 릴레이를 온시키는, 전기 차량의 시동 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파워 릴레이 어셈블리는, 상기 제1 배터리에 포함되며,
    상기 제1 배터리는,
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단의 전압을 측정하는 제1 및 제2 전압센서; 및
    상기 제1 및 제2 전압센서에서 측정된 전압을 리드하여, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성되는지 여부를 결정하고, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성된 경우, 상기 차량 제어부에 상기 초기 충전 완료를 알리는 배터리 관리 시스템을 포함하는, 전기 차량의 시동 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파워 릴레이 어셈블리는,
    프리차지 릴레이;
    상기 프리 차지 릴레이에 직렬 연결되는 프리차지 레지스터; 및
    상기 프리 차지 릴레이와 병렬 연결되는 메인 릴레이를 포함하며,
    상기 배터리 관리 시스템은, 상기 시동 시에 상기 프리차지 릴레이를 온시키고, 상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 메인 릴레이를 온시키는, 전기 차량의 시동 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터로부터 강압된 전압을 공급받는 전장부하를 더 포함하며,
    상기 전장부하의 입력단은, 상기 DC/DC 컨버터의 출력단과 상기 DC/DC 릴레이 사이의 노드, 또는 상기 DC/DC 릴레이와 상기 제2 배터리 사이의 노드에 연결되는, 전기 차량의 시동 제어 시스템.
  9. 전기 차량의 시동 제어 시스템의 동작 방법에 있어서,
    시동 시, 제1 배터리의 DC 전압을 이용하여 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터에 대한 초기 충전을 수행하는 동작; 및
    상기 초기 충전이 완료된 이후에 DC/DC 릴레이를 온(on)시켜 DC/DC 컨버터와 제2 배터리 사이를 연결하는 동작을 포함하며,
    상기 DC/DC 릴레이는, 상기 초기 충전 동안에 오프(off) 상태이며,
    상기 제2 배터리의 공칭 전압은, 상기 제1 배터리의 공칭 전압보다 낮은, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 초기 충전을 수행하는 동작은,
    상기 제1 배터리, 또는 전력 분배부에 포함된 파워 릴레이 어셈블리 내 프리차지 릴레이를 온시켜, 상기 적어도 하나의 DC 링크 캐패시터를 충전하는 동작을 포함하며,
    상기 파워 릴레이 어셈블리는, 프리차지 릴레이, 상기 프리 차지 릴레이에 직렬 연결되는 프리차지 레지스터, 및 상기 프리차지 릴레이와 병렬 연결되는 메인 릴레이를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 초기 충전을 수행하는 동작은,
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단의 전압을 측정하여, 상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성되는지 여부를 결정하는 동작을 더 포함하며,
    상기 파워 릴레이 어셈블리의 양단에 등전위가 형성된 경우, 상기 초기 충전이 완료된 것으로 결정하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 초기 충전이 완료된 이후에 DC/DC 릴레이를 온(on)시켜 DC/DC 컨버터와 제2 배터리 사이를 연결하는 동작은,
    상기 초기 충전이 완료된 이후에 상기 메인 릴레이를 온시키는 동작; 및
    상기 메인 릴레이를 온시킨 이후에 상기 DC/DC 릴레이를 온 시키는 동작을 포함하는, 방법.
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