KR20230169509A - 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리 - Google Patents

전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치에 관한 것으로, 외부의 제어 신호(15)에서 역전압을 방지하기 위한 역전압 보호 회로(25); 정전원 생성 회로(35)가 포함되며, 내부의 변압기를 통한 절연(95) 구조로 상기 제어 신호(15)와 고전압 배터리(50)간에 전기적 절연구조를 제공하고, 상기 정전원 생성 회로(35)가 정전원을 제공하는 게이트 드라이버(30); 상기 게이트 드라이버(30) 출력으로 일정한 전류를 공급하는 저항(40); 상기 저항(40)을 통해 일정한 전류를 공급받아 구동되어 전기자동차에서 상기 고전압 배터리와 모터 구동용 인버터 간의 전기적 접속을 턴 온(Turn-on) 또는 턴 오프(Turn-off)하는 스위칭 소자(45)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서는, 기존에 일반 적으로 사용되던 포토 커플러를 사용한 무접점 릴레이 회로보다 스위칭 소자를 제어할 수 있는 출력 에너지가 크고, 포토 커플러의 단점인 온도에 따른 출력 편차가 적어 안정적인 턴 온(Turn-On), 턴 오프(Turn-Off)를 할 수 있다.

Description

전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리 {Electronic precharge relay device for electric vehicles and power relay assembly including same}
본 발명은 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 전기 자동차 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)내에 부품의 형태로 제작되며, 기계식 릴레이와 같은 단일 제어 신호로 동작이 가능하여 릴레이 제어부의 회로 추가나 변경 없이 기존 기계식 릴레이의 대체품으로의 사용이 가능한, 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다.
따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다.
이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이러한 전기자동차 내의 전자 기기에 에너지를 제공하는 전원으로 배터리 팩을 적용함으로써, 구동 모터와 같은 기계적 장치로 전원을 공급하기 위해 일반적으로 기계식 스위칭 장치를 사용하고 있다.
이러한 기계식 스위칭 장치를 구성하기 위해서는 고가의 직접 회로(Intergrated Circuit)가 필요할 뿐만 아니라, 이로 인해 열방출을 위한 히트 싱트(heatsink) 부착으로 인한 전체적인 회로의 사이즈 확대에 대한 문제점이 있어 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 국내공개특허 2015-0061447호에 전기자동차 기반의 무접점 릴레이 회로가 개시되어 있다.
이러한 선행기술은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 외부 전원을 필요로 하지 않아 고가의 집적회로(Intergrated circuit)을 추가하지 않아도 되는 효과가 있다.
이러한 선행기술은, 발광소자로 저전압 배터리의 전압에 의해 구동되는 포토 다이오드 어레이 타입(Photo-Diode Array Type)의 포토 커플러(Photo coupler); 및 전압구동형 스위칭소자로 상기 포토 커플러 내부적으로 발생된 미리 설정된 게이트전압을 공급받아 구동되어 전기자
동차에서 고전압 배터리와 부하 간에 전기적 접속을 턴 온(Turn-on) 및 턴 오프(Turn-off) 하는 IGBT; 를 포함한다.
그러나 이러한 선행기술은 포토 커플러를 사용한 무접점 릴레이 회로 타입으로서, 스위칭 소자를 제어할수 있는 출력 에너지가 작고, 포토 커플러의 단점인 온도에 따른 출력 편차가 커서 안정적인 턴 온(Turn-On), 턴 오프(Turn-Off)를 할 수 없는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제를 개선하기 위한 것으로, 기존에 일반 적으로 사용되던 포토 커플러를 사용한 무접점 릴레이 회로보다 스위칭 소자를 제어할 수 있는 출력 에너지가 크고, 포토 커플러의 단점인 온도에 따른 출력 편차가 적어 안정적인 턴 온(Turn-On), 턴 오프(Turn-Off)를 할 수 있는, 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제를 개선하기 위한 것으로, 전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)내에 부품의 형태로 제작되며, 기계식 릴레이와 같은 단일 제어 신호로 동작이 가능하여 릴레이 제어부의 회로 추가나 변경 없이 기존 기계식 릴레이의 대체품으로의 사용이 가능한, 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제를 개선하기 위한 것으로, 절연 정전원 생성 회로가 포함된 게이트 드라이버를 사용함으로써 2차측 스위칭 소자인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하: IGBT)의 동작을 위한 절연된 전원 생성을 위한 별도의 변압기가 필요 없어 회로가 간소해지고, 이로 인해 제품 사이즈를 소형화 할수 있는, 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치는,
전기 자동차의 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에 있는 파워 릴레이 어셈블리(10)에 포함되며, 상기 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에서 고전압 메인 릴레이(65, 70)와 병렬로 연결되는 전자식 프리챠지 릴레이 장치(20)로서,
외부의 제어 신호(15)에서 역전압을 방지하기 위한 역전압 보호 회로(25);
정전원 생성 회로(35)가 포함되며, 내부의 변압기를 통한 절연(95) 구조로 상기 제어 신호(15)와 고전압 배터리(50)간에 전기적 절연구조를 제공하고, 상기 정전원 생성 회로(35)가 정전원을 제공하는 게이트 드라이버(30);
상기 게이트 드라이버(30) 출력으로 일정한 전류를 공급하는 저항(40);
상기 저항(40)을 통해 일정한 전류를 공급받아 구동되어 전기자동차에서 상기 고전압 배터리와 모터 구동용 인버터 간의 전기적 접속을 턴 온(Turn-on) 또는 턴 오프(Turn-off)하는 스위칭 소자(45)를 포함한다.
상기 스위칭 소자(45)는 상기 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 턴온 되고, 소정 시간 후에 턴오프된다.
상기 스위칭 소자(45)는 상기 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 턴온 되어 상기 고전압 배터리(50)와 상기 모터 구동용 인버터(60) 내부의 고용량 캐패스터의 전위차로 발생되는 돌입 전류로 부터 상기 모터 구동용 인버터(60) 및 상기 고전압 배터리를 보호한다.
상기 제어신호(15)는 4개의 단자(75, 80, 85, 90)로 입력되며,
상기 4개의 단자(75, 80, 85, 90)는,
상기 게이트 드라이버(30)의 1차측의 +단(75) 및 -단(80),
상기 고전압 배터리(50)와 연결되는 스위칭 소자(45)의 컬렉터(C)단(85),
프리차지 저항(55)에 연결되는 상기 스위치 소자(45)의 에미터(E)단(90)을 포함한다.
상기 정전원 생성 회로(35)는 상기 스위칭 소자(45) 동작에 필요한 15V 정전원을 제공하여 안정된 스위칭 소자(45) 동작용 전원을 제공한다.
상기 역전압 보호 회로(25)는 트렌치(trench) 타입의 쇼트키 다이오드를 사용하여 역전압의 유입을 방지하고 순방향 바이어스 손실을 최소화 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리는,
전기 자동차의 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에 있는 파워 릴레이 어셈블리(10)로서,
상기 고전압 배터리와 상기 모터 구동용 인버터 사이에서 전원을 공급 또는 차단하는 고전압 메인 릴레이(65, 70);
프리차지 저항(55)을 통해 모터 구동용 인버터(60)와 연결되고, 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에서 고전압 메인 릴레이(+)(65)와 병렬 연결되는 전자식 프리 차지 릴레이 장치(20)를 포함하고,
상기 프리챠지 릴레이 장치(20)는,
외부의 제어 신호(15)에서 역전압을 방지하기 위한 역전압 보호 회로(25);
정전원 생성 회로(35)가 포함되며, 내부의 변압기를 통한 절연(95) 구조로 상기 제어 신호(15)와 고전압 배터리(50)간에 전기적 절연구조를 제공하고, 상기 정전원 생성 회로(35)가 정전원을 제공하는 게이트 드라이버(30);
상기 게이트 드라이버(30) 출력으로 일정한 전류를 공급하는 저항(40);
상기 저항(40)을 통해 일정한 전류를 공급받아 구동되어 전기자동차에서 상기 고전압 배터리와 모터 구동용 인버터 간의 전기적 접속을 턴 온(Turn-on) 또는 턴 오프(Turn-off)하는 스위칭 소자(45)를 포함한다.
상기 스위칭 소자(45)는 상기 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 턴온 되고, 소정 시간 후에 턴오프된다.
상기 스위칭 소자(45)는 상기 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 턴온 되어 상기 고전압 배터리(50)와 상기 모터 구동용 인버터(60) 내부의 고용량 캐패스터의 전위차로 발생되는 돌입 전류로 부터 상기 모터 구동용 인버터(60) 및 상기 고전압 배터리를 보호한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전기자동차용 릴레이 장치는,
전기 자동차의 공급원 또는 부하(14)와 다른 공급원 또는 부하(21) 사이에 있는 릴레이 장치로서,
외부의 제어 신호에서 역전압을 방지하기 위한 역전압 보호 회로;
정전원 생성 회로가 포함되며, 내부의 변압기를 통한 절연 구조로 상기 제어 신호와 고전압 배터리간에 전기적 절연구조를 제공하고, 상기 정전원 생성 회로가 정전원을 제공하는 게이트 드라이버;
상기 게이트 드라이버 출력으로 일정한 전류를 공급하는 저항(28);
상기 저항(28)을 통해 일정한 전류를 공급받아 구동되어 전기자동차에서 상기 고전압 배터리와 모터 구동용 인버터 간의 전기적 접속을 턴 온(Turn-on) 또는 턴 오프(Turn-off)하는 스위칭 소자(7)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서는, 기존에 일반 적으로 사용되던 포토 커플러를 사용한 무접점 릴레이 회로보다 스위칭 소자를 제어할 수 있는 출력 에너지가 크고, 포토 커플러의 단점인 온도에 따른 출력 편차가 적어 안정적인 턴 온(Turn-On), 턴 오프(Turn-Off)를 할 수 있는, 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)내에 부품의 형태로 제작되며, 기계식 릴레이와 같은 단일 제어 신호로 동작이 가능하여 릴레이 제어부의 회로 추가나 변경 없이 기존 기계식 릴레이의 대체품으로의 사용이 가능한, 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는,, 절연 정전원 생성 회로가 포함된 게이트 드라이버를 사용함으로써 2차측 스위칭 소자인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하: IGBT)의 동작을 위한 절연된 전원 생성을 위한 별도의 변압기가 필요 없어 회로가 간소해지고, 이로 인해 제품 사이즈를 소형화 할수 있는, 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치 및 그를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 포함하는 전기자동차용 파워릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, PRA)(10)의 동작 순서를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치에서 게이트(G)핀 전압의 순간적인 하강의 파형(a) 제안하는 회로 일때의 게이트(G)핀 전압(b)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 무접점 릴레이 장치에 적용한 예를 보인 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리의 전체적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 포함하는 전기자동차용 파워릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly, PRA)(10)의 동작 순서를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치에서 게이트(G)핀 전압의 순간적인 하강의 파형(a) 제안하는 회로 일때의 게이트(G)핀 전압(b)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)(10)는 전기자동차의 고전압 배터리(50)와 모터구동용 인버터(60) 사이에 위치하여 고전압 배터리(50)의 전원을 공급 또는 차단하는 역할을 한다.
파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)(10)는 고전압 메인 릴레이(65, 70), 프리차지 릴레이 장치(20), 프리차지 저항(55) 등을 포함한다.
고전압 메인 릴레이(65, 70)는 고전압 배터리와 모터 구동용 인버터 사이에서 전원을 공급 또는 차단하는 역할을 한다.
전자식 프리 차지 릴레이 장치(20)는 프리차지 저항(55)을 통해 모터 구동용 인버터(60)와 연결되고, 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에서 고전압 메인 릴레이(+)(65)와 병렬 연결된다.
상기 전자식 프리 차지 릴레이 장치(20)는 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 동작 되어 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 내부의 고용량 캐패스터의 전위차로 발생되는 돌입 전류로 부터 모터 구동용 인버터(60) 등의 장치를 보호하는 역할을 한다.
상기 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)는 역전압 보호 회로(25), 절연된 15V 정전원 생성 회로(35)가 포함된 게이트 드라이버(30), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)(45), 저항(40)을 포함하고, 인쇄 회로 기판(Print Circuit Board : PCB)으로 형성될 수 있다.
이하에서는 절연된 15V 정전원 생성 회로(35)가 포함된 게이트 드라이버(30)를 이용한 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)의 각 구성에 대해서 상세히 설명한다.
먼저 외부의 제어 신호(15)는 7~48 VDC전원을 상기 게이트 드라이버(30) 에 제공함과 동시에 2차측 스위칭 소자(45) 동작에 필요한 절연된 15V 정전원을 생성(35)하기 위한 전원으로 제공된다.
또한, 본 발명은 단일 제어 신호(15)로 모든 동작이 가능하여 별도의 회로 추가나 변경 없이 기존의 기계식 릴레이가 사용되던 곳에 대체하여 사용 가능한 효과를 제공한다.
상기 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)의 외부 연결은 모두 4개의 단자(75, 80, 85, 90)로 제어 신호(15)가 입력된다.
4개의 단자(75, 80, 85, 90)는,
게이트 드라이버(30) 1차측의 +단(75) 및 -단(80),
고전압 배터리(50)와 연결되는 스위칭 소자(45)의 컬렉터(C)단(85),
프리차지 저항(55)에 연결되는 스위치 소자의 에미터(E)단(90)을 포함한다.
역전압 보호 회로(25)는 trench 타입의 쇼트키 다이오드를 사용하여 역전압의 유입을 방지하고 순방향 바이어스 손실을 최소화 한다.
절연된 15V 정전원 생성 회로(35)가 포함된 게이트 드라이버(30)는 내부의 변압기를 통한 절연(95) 구조로 인해 상기 제어 신호(15)와 고전압 배터리(50)간에 전기적 절연구조를 제공하며, 또한 절연된 15V 정전원 생성 회로(35)가 스위칭 소자(45) 동작에 필요한 15V 정전원을 제공하여 안정된 스위칭 소자(45) 동작용 전원을 제공한다.
저항(40)은 게이트 드라이버(30) 출력과 스위칭 소자(45)의 게이트(G)핀 사이에 연결되고, 상기 스위칭 소자(45) 동작에 필요한 일정한 전류를 공급하고 안정적으로 턴 온(Turn-On), 턴 오프(Turn-Off) 가 가능해 지도록 돕는 역할을 한다.
도 2 또는 도 3의 정상 동작 상태(24)에서의 프리차지 릴레이 동작에서는 인버터(60) 내부의 캐패스터에 전압(4)이 충전되면, 전류(8)는 줄어들어 턴 오프(Turn-Off)시에 많은 에너지가 필요하지 않다.
그러나 도 4의 인버터의 비정상 동작 상태(32)에는 프리차지 저항에 비례하는 전류(16)가 지속적으로 흐르기 때문에 턴 오프(Turn-Off)에 많은 에너지가 필요하게 된다.
이때, 도 1의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)(45)에 흐르는 에너지의 양에 따라 턴 오프(Turn-Off)시 스위칭 소자의 게이트(G)핀의 도 5의 (a)의 그래프와 같이, 전압이 순간적인 하강(9)이 발생되고, 하강되는 전압의 크기에 따라 도 1의 스위칭 소자(45)의 소손으로 이어질 수 있다.
본 발명의 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)에서 저항(40)은 게이트 드라이버 출력과 스위칭 소자(45)의 게이트(G)핀에 연결되어 동작에 필요한 일정한 전류를 공급하고, 도 5의 (b)(6)의 그래프처럼 안정적으로 턴 온(Turn-On), 턴 오프(Turn-Off) 가 가능하도록 돕는 역할을 한다.
스위칭 소자(45)는 IGBT, MOSFET 등의 전압으로 구동되는 반도체를 사용하며, 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)는 다이오드가 없는 형태의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)(45)를 적용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)의 동작을 상세히 설명한다.
먼저, 전기 자동차의 저전압 제어 신호(15)로 부터 상기 절연된 15V 정전원 생성 회로(35)가 포함된 게이트 드라이버(30)의 동작 전압인 7~48V 이내의 전압 제어 신호(15)가 인가된다.
그러면 절연된 15V 정전원 생성 회로(35)가 포함된 게이트 드라이버(30)가 동작 하게 되고 게이트 드라이버(30) 내부의 고주파 변압기의 2차측 에너지로 발생된 15V의 정전압이 저항(40)을 통하여 스위칭 소자(45)인 상기 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)(45)의 게이트(G)핀으로 인가된다.
그러면 상기 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)(45)가 턴 온(Turn-On)된다.
그리고, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)(45)의 컬렉터(C)핀에 연결된 고전압 배터리(50)의 에너지가 에미터(E)핀에 연결된 프리차지 저항(55)을 통하여 모터 구동용 인버터(60)로 인가된다.
그러면, 모터 구동용 인버터(60) 내부의 캐패시터가 충전되기 시작한다.
이후, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 모터 구동용 인버터(60) 내부의 커패시터의 전압(4)이 일정수준으로 충전되면, 프리차지 릴레이 장치(20)의 신호(36)가 0이 되면서 턴 오프(Turn-Off) 되고, 고전압 배터리(50)와 프리차지 저항(55)은 단선 된다.
이러한 본 발명의 실시예에서는 전기자동차용 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)에 대하여 설명 하였으나, 본 발명의 전기자동차용 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)는 다양한 응용이 가능하다.
본 발명의 전기자동차용 전자식 프리차지 릴레이 장치(20)를 일반적인 무접점 릴레이 장치(42)로 사용하는 예를 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 무접점 릴레이 장치에 적용한 예를 보인 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 무접점 릴레이 장치(42)는,
전기 자동차의 공급원 또는 부하(14)와 다른 공급원 또는 부하(21) 사이에 있는 무접점 릴레이 장치(28)로서,
외부의 제어 신호에서 역전압을 방지하기 위한 역전압 보호 회로;
정전원 생성 회로가 포함되며, 내부의 변압기를 통한 절연 구조로 상기 제어 신호와 고전압 배터리간에 전기적 절연구조를 제공하고, 상기 정전원 생성 회로가 정전원을 제공하는 게이트 드라이버;
상기 게이트 드라이버 출력으로 일정한 전류를 공급하는 저항(28);
상기 저항(28)을 통해 일정한 전류를 공급받아 구동되어 전기자동차에서 상기 고전압 배터리와 모터 구동용 인버터 간의 전기적 접속을 턴 온(Turn-on) 또는 턴 오프(Turn-off)하는 스위칭 소자(7)를 포함한다.
이러한 전기 자동차의 공급원 또는 부하(14)와 다른 공급원 또는 부하(21) 사이에 있는 무접점 릴레이 장치(28)는 도 1의 전자식 프리챠지 릴레이 장치(20)와 유사하며, 공급원 또는 부하(14)와 다른 공급원 또는 부하(21) 사이에 있는 것이 차이이다.
다만, 상기 스위칭 소자(7)의 구성 방식에 따라 직류, 교류 , 양방향, 단방향 등의 다양한 응용 회로에 사용이 가능하다.
본 발명의 실시예에서, 절연된 15V 정전원 생성 회로(35)가 포함된 게이트 드라이버(30)를 사용한 전기 자동차용 전자식 프리차지 릴레이 회로(20)는, 전기 자동차 파워 릴레이 어셈블리(Power Relay Assembly: PRA)(10)내에 부품의 형태로 제작되며 기계식 릴레이와 같은 단일 제어 신호(15)로 동작이 가능하여 릴레이 제어부의 회로 추가나 변경 없이 기존 기계식 릴레이의 대체품으로의 사용이 가능한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 절연 정전원 생성 회로(35)가 포함된 게이트 드라이버(30) 를 사용함으로써 2차측 스위칭 소자인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하: IGBT) (45)의 동작을 위한 절연된 전원 생성을 위한 별도의 변압기가 필요 없어 회로가 간소해지며 이는 제품 사이즈를 소형화 할수 있는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에서, 기존에 일반 적으로 사용되던 포토 커플러를 사용한 무접점 릴레이 회로보다 스위칭 소자를 제어할수 있는 출력 에너지가 크고, 포토 커플러의 단점인 온도에 따른 출력 편차가 적어 안정적인 턴 온(Turn-On), 턴 오프(Turn-Off)를 할 수 있는 효과를 제공한다.
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 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 전기 자동차의 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에 있는 파워 릴레이 어셈블리(10)에 포함되며, 상기 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에서 고전압 메인 릴레이(65, 70)와 병렬로 연결되는 전자식 프리챠지 릴레이 장치(20)로서,
    외부의 제어 신호(15)에서 역전압을 방지하기 위한 역전압 보호 회로(25);
    정전원 생성 회로(35)가 포함되며, 내부의 변압기를 통한 절연(95) 구조로 상기 제어 신호(15)와 고전압 배터리(50)간에 전기적 절연구조를 제공하고, 상기 정전원 생성 회로(35)가 정전원을 제공하는 게이트 드라이버(30);
    상기 게이트 드라이버(30) 출력으로 일정한 전류를 공급하는 저항(40);
    상기 저항(40)을 통해 일정한 전류를 공급받아 구동되어 전기자동차에서 상기 고전압 배터리와 모터 구동용 인버터 간의 전기적 접속을 턴 온(Turn-on) 또는 턴 오프(Turn-off)하는 스위칭 소자(45)를 포함하는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자(45)는 상기 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 턴온 되고, 소정 시간 후에 턴오프되는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 소자(45)는 상기 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 턴온 되어 상기 고전압 배터리(50)와 상기 모터 구동용 인버터(60) 내부의 고용량 캐패스터의 전위차로 발생되는 돌입 전류로 부터 상기 모터 구동용 인버터(60) 및 상기 고전압 배터리를 보호하는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어신호(15)는 4개의 단자(75, 80, 85, 90)로 입력되며,
    상기 4개의 단자(75, 80, 85, 90)는,
    상기 게이트 드라이버(30)의 1차측의 +단(75) 및 -단(80),
    상기 고전압 배터리(50)와 연결되는 스위칭 소자(45)의 컬렉터(C)단(85),
    프리차지 저항(55)에 연결되는 상기 스위치 소자(45)의 에미터(E)단(90)을 포함하는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정전원 생성 회로(35)는 상기 스위칭 소자(45) 동작에 필요한 15V 정전원을 제공하여 안정된 스위칭 소자(45) 동작용 전원을 제공하는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 역전압 보호 회로(25)는 trench 타입의 쇼트키 다이오드를 사용하여 역전압의 유입을 방지하고 순방향 바이어스 손실을 줄이는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치.
  7. 전기 자동차의 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에 있는 파워 릴레이 어셈블리(10)로서,
    상기 고전압 배터리와 상기 모터 구동용 인버터 사이에서 전원을 공급 또는 차단하는 고전압 메인 릴레이(65, 70);
    프리차지 저항(55)을 통해 모터 구동용 인버터(60)와 연결되고, 고전압 배터리(50)와 모터 구동용 인버터(60) 사이에서 고전압 메인 릴레이(+)(65)와 병렬 연결되는 전자식 프리 차지 릴레이 장치(20)를 포함하고,
    상기 프리챠지 릴레이 장치(20)는,
    외부의 제어 신호(15)에서 역전압을 방지하기 위한 역전압 보호 회로(25);
    정전원 생성 회로(35)가 포함되며, 내부의 변압기를 통한 절연(95) 구조로 상기 제어 신호(15)와 고전압 배터리(50)간에 전기적 절연구조를 제공하고, 상기 정전원 생성 회로(35)가 정전원을 제공하는 게이트 드라이버(30);
    상기 게이트 드라이버(30) 출력으로 일정한 전류를 공급하는 저항(40);
    상기 저항(40)을 통해 일정한 전류를 공급받아 구동되어 전기자동차에서 상기 고전압 배터리와 모터 구동용 인버터 간의 전기적 접속을 턴 온(Turn-on) 또는 턴 오프(Turn-off)하는 스위칭 소자(45)를 포함하는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 소자(45)는 상기 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 턴온 되고, 소정 시간 후에 턴오프되는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 소자(45)는 상기 고전압 메인 릴레이(65, 70)를 동작시키기 전에 먼저 턴온 되어 상기 고전압 배터리(50)와 상기 모터 구동용 인버터(60) 내부의 고용량 캐패스터의 전위차로 발생되는 돌입 전류로 부터 상기 모터 구동용 인버터(60) 및 상기 고전압 배터리를 보호하는 전기자동차용 전자식 프리챠지 릴레이 장치를 포함하는 파워 릴레이 어셈블리.
  10. 전기 자동차의 공급원 또는 부하(14)와 다른 공급원 또는 부하(21) 사이에 있는 릴레이 장치로서,
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    상기 게이트 드라이버 출력으로 일정한 전류를 공급하는 저항(28);
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