WO2014030914A1 - 전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리 및 파워 릴레이 어셈블리가 구비된 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법 - Google Patents

전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리 및 파워 릴레이 어셈블리가 구비된 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법 Download PDF

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power
motor
battery pack
electric vehicle
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음영환
조세훈
이윤녕
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에스케이이노베이션 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle power relay assembly and a method of operating an electric vehicle energy system equipped with a power relay assembly, and in detail, can be reduced in weight and size, and high voltage even in an emergency situation in which power supplied to the motor is cut off while driving.
  • the present invention relates to a method of operating a power relay assembly for an electric vehicle and a method of operating an energy system for an electric vehicle, which can prevent damage to a relay by a power source and which has excellent power cut reliability.
  • hybrid vehicles and electric vehicles are attracting attention as vehicles considering the environment.
  • the hybrid vehicle uses a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter in addition to a conventional engine as a driving power source. More specifically, the engine is driven to provide a driving power source, and further, the inverter converts the DC voltage provided from the DC power source into an AC voltage for driving the motor to provide the driving power source.
  • Electric vehicles use a motor driven by the inverter as well as a DC power source and an inverter.
  • An object of the present invention is to provide a power relay assembly for an electric vehicle that can be reduced in weight and size, and can prevent damage to a relay by a high voltage power even in an emergency situation in which power supplied to a motor is cut off while driving. It is to provide a method of operating an energy system for an electric vehicle equipped with such a power relay assembly.
  • the power relay assembly is an electric vehicle power relay assembly, a first power relay connected in series with the + terminal of the battery pack for an electric vehicle, a second power relay connected in series with the stage of the battery pack and the first power relay And a resistive element connected in parallel to form a parallel path, wherein only the resistive element is provided on the parallel path.
  • the resistive element may include a resistor, an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT), a bipolar transistor (BJT), or a metal oxide semiconductor electric field.
  • Active devices including metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), or thermally variable resistors including positive temperature coefficient thermistors (PTC thermistors) or negative temperature coefficient thermistors (NTC thermistors). (thermistor).
  • the power relay assembly may further include a current sensor between the + terminal of the battery pack and the first power relay.
  • a method of operating an energy system for an electric vehicle includes a first power relay connected in series with a + stage of a battery pack for supplying charged electric power to a motor for driving a vehicle, and a second power relay connected in series with the stage of the battery pack. And a resistive element connected in parallel to the first power relay to form a parallel path, and controlling the power relay assembly and the power relay assembly having only the resistive element on the parallel path to control the vehicle from the battery pack.
  • a method of operating an energy system (I) for an electric vehicle including a battery management system (BMS) for controlling the supply of power to the motor to be driven.
  • BMS battery management system
  • the operation method of the electric vehicle energy system I according to the present invention is based on the above-described energy system I for the electric vehicle, in the driving state in which the vehicle is driven by a motor, the battery management system is stored in the memory emergency According to the situation reference information, the emergency judgment step for determining whether an emergency is generated and in case of an emergency occurs, the battery management system turns off the first power relay of the power relay assembly, so that the battery pack and the motor, And a current limiting step of forming an electrical closed circuit by the parallel paths of the power relay assembly and the second power relay of the power relay assembly.
  • the battery management system turns off the second power relay (OFF) to electrically open the circuit between the battery pack and the motor. Opening step to form a may be further performed.
  • the emergency reference information is a high current state which is a current value exceeding a rated current of a motor, and a holding time which is a time during which the high current state is maintained. And one or more information selected from the amount of power calculated by the high current state and the high current holding time.
  • a method of operating an energy system for an electric vehicle includes a first power relay connected in series with a + stage of a battery pack for supplying charged electric power to a motor for driving a vehicle, and a second power relay connected in series with the stage of the battery pack. And a resistive element connected in parallel to the first power relay to form a parallel path, the power relay assembly including a pre-charge relay in series at a battery pack + end of the resistive element; And a battery management system (BMS) for controlling the power relay assembly to control whether power is supplied from the battery pack to the motor driving the vehicle.
  • BMS battery management system
  • a method of operating the energy system II for an electric vehicle according to the present invention is based on the energy system II for an electric vehicle described above.
  • the opening step of the battery management system to turn off the second power relay (OFF) to form an electrical open circuit between the battery pack and the motor May be performed further.
  • the emergency reference information is a high current state that is a current value exceeding the rated current of the motor
  • the holding time is the time the high current state is maintained
  • the power relay assembly according to the present invention constitutes a parallel path that provides a current movable path in a power relay line between a battery pack and a motor, and introduces a resistive element capable of limiting the current in the parallel path, thereby driving an electric vehicle. Even in the case of an emergency such as overload of the motor, there is an advantage of stopping the driving of the motor while preventing damage to the automotive energy system components including the power relay assembly. There is an advantage that can cut off the power supplied to the motor with reliability, and the damage of the low withstand voltage device is prevented, there is an advantage to extend the life of the component.
  • the energy system operating method according to the present invention constitutes a parallel path that provides a current moving path on a power relay line between a battery pack and a motor, and in case of an emergency such as an overload of a motor during operation of an electric vehicle, current limitation
  • an emergency such as an overload of a motor during operation of an electric vehicle
  • current limitation By cutting off the power supplied to the motor through the step and the opening forming step, it is possible to stop the driving of the motor while preventing the damage of the automotive energy system components.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration of an energy system for an electric vehicle provided with a power relay assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a power relay assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing another configuration of the power relay assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an electric vehicle energy system I equipped with a power relay assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of operating an energy system I for an electric vehicle according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an electric vehicle energy system II equipped with a power relay assembly.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of operating an energy system II for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to a power relay assembly for an electric vehicle provided in the electric vehicle.
  • an electric vehicle includes a vehicle driven by an electric motor, and may include a series, parallel or hybrid hybrid vehicle.
  • Power relay assembly is a power relay assembly for an electric vehicle, parallel to the first power relay connected in series with the + stage of the battery pack for the electric vehicle, the second power relay and the first power relay connected in series with the stage of the battery pack And a resistive element connected to form a parallel path, wherein only the resistive element is provided on the parallel path.
  • Power relay assembly according to an embodiment of the present invention is provided between the battery pack for the electric vehicle and the motor for driving the electric vehicle, it is possible to supply the power of the battery pack to the motor (ON / OFF) selectively.
  • the battery pack may be directly connected to the motor through a power relay, but typically, as the motor control unit receives the voltage and current of the battery pack, converts the battery pack into a rated voltage and current of the motor, and supplies the same to the motor.
  • the power relay is located between the battery pack and the motor control unit.
  • the battery pack may be directly connected to the motor through the power relay assembly.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an energy system for an electric vehicle provided with a power relay assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the power relay assembly 100 may include a battery pack 200 that charges electric power to a motor, a vehicle driving motor 400 that drives a vehicle, and In an electric vehicle energy system including a motor control unit (MCU) 300 connected to a motor to control the motor, the battery pack 200 and the motor control unit 300 are connected to each other, and the motor 400 is connected to the motor.
  • MCU motor control unit
  • the power relay assembly 100 is provided with the battery pack 200, the vehicle driving motor 400, and the motor control unit 300 in the electric vehicle, and the motor control unit 300.
  • the power of the battery pack 200 may serve to supply or cut off to the vehicle driving motor 400.
  • FIG 2 is an example of a detailed circuit diagram of the power relay assembly 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the power relay assembly 100 includes a first power relay 10 connected in series with a + terminal of the battery pack 200 and a second power relay 20 connected in series with a stage of the battery pack 200. ) And a resistive element 30 connected in parallel to both ends of the first power relay 10 to form a parallel path, and only the resistive element 30 may be provided on the parallel path.
  • the power relay assembly 100 includes a first power relay 10 connecting the + terminal of the battery pack 200 and the motor control unit 300; A second power relay 20 connecting the stage of the battery pack 200 and the motor control unit 300; And a resistive element 30 connected in parallel to the first power relay 10 to form a parallel path between the + end of the battery pack 200 and the motor control unit 300.
  • the resistive element 30 is included on the parallel path. ) May be provided.
  • the power relay assembly 100 together with the first power relay 10 and the second power relay 20 that can control whether or not the motor 400 of power, the first power relay It may include a resistive element 30 connected in parallel with (10). Since the switch or the relay element for opening and closing the path is not formed in the parallel path of the first power relay 10, and the parallel path is formed only by the resistive element 30, the parallel path is the first power relay 10 and / or Regardless of the second power relay 20 switching state (ON or OFF state), a path through which a current flows may be provided.
  • the power relay assembly 100 is connected to the first power relay 10 and the second power relay 20 so that the current path is turned on. To form.
  • the resistive element 30 connected in parallel to the first power relay 10 is provided in the parallel path, and there is no switch element for opening and closing the parallel path, the first power relay 10 and the second power relay are provided. Along with the current path by 20, current can also flow in the parallel path.
  • the power relay assembly 100 when the power of the battery pack 200 is not applied to the motor 400, the power relay assembly 100 is turned off by the first power relay 10 and the second power relay 20. It forms a state in which current cannot flow.
  • the parallel path is not provided with a switch element for opening and closing the parallel path, so that the + end of the battery pack 200 and the motor control unit ( It is possible to provide a path for current flow between 300).
  • the power relay assembly 100 includes the second power relay 20 connected to the negative terminal of the battery pack 200 together with the first power relay 10, the blocking of the second power relay 20 is performed. By OFF, no closed circuit is formed between the battery and the motor, so that the power supplied to the motor 400 can be stably cut off even though the parallel path provides a current flow path.
  • Power relay assembly 100 according to an embodiment of the present invention, as described above, irrespective of the operation of the first power relay 10 and the second power relay 20, in parallel to provide a current movable path at all times
  • an emergency such as overloading of the motor, rather than driving or stopping of the motor by a user who runs an electric vehicle, by introducing a resistive element 30 that configures a path and restricts current in such a parallel path.
  • the motor can be stopped while preventing damage to automotive energy system components including the power relay assembly.
  • the first power relay 10 and the second power relay 20 of the power relay assembly 100 are in an ON state, and the electric vehicle is driven by driving of the motor. As such, a large amount of current flows through the first and second power relays.
  • the power relay assembly 100 provides a parallel path capable of always moving current even in an operating state, and by introducing the resistive element 30 which is a current limiting element in such a parallel path, When a situation occurs, damage to the devices due to overcurrent can be prevented, and in particular, the premature burnout and fusion of the relay with low withstand voltage characteristics can be prevented by the miniaturization and weight reduction conditions of the components provided in the electric vehicle, and the reliability of breaking It can increase.
  • the first power relay 10 connected in parallel with the resistive element 30 is turned off, so that the parallel path and the second power relay 20 by the resistive element 30 are turned off.
  • the second power relay 20 is turned off (OFF) to electrically open the circuit between the battery pack 200 and the motor 400 By forming a can be reliably cut off the power applied to the motor.
  • the resistive element 30 includes a resistor; An active device including an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT), a bipolar transistor (BJT), or a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET); Or a thermally variable resistor including a positive temperature coefficient thermistor (PTC thermistor) or a negative temperature coefficient thermistor (NTC thermistor).
  • IGBT insulated gate bipolar mode transistor
  • BJT bipolar transistor
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • a thermally variable resistor including a positive temperature coefficient thermistor (PTC thermistor) or a negative temperature coefficient thermistor (NTC thermistor).
  • the power relay assembly 100 is a battery. It may further include a current sensor 40 provided between the + end of the pack 200 and the first power relay 10 and the resistive element 30.
  • the current sensor 40 is a sensor for measuring a current value flowing in the path of the first power relay 10 and the parallel path at the + end of the battery pack 200, and is measured by a battery management system (BMS) to be described later.
  • BMS battery management system
  • the battery management system may be used to determine whether an emergency situation of the vehicle occurs, that is, whether the vehicle is normally driven or an emergency situation occurs.
  • FIG. 4 is an example showing a configuration diagram of an electric vehicle energy system I is provided with the above-described power relay assembly 100 according to an embodiment of the present invention.
  • an energy system for an electric vehicle includes a first power relay 10 connected in series with a + stage of a battery pack 200, and a stage with a stage of the battery pack 200. And a resistive element 30 connected in parallel with the first power relay 10 to form a parallel path with the first power relay 10, wherein only the resistive element is disposed on the parallel path.
  • Battery management system (BMS) that controls the power relay assembly 100 and the power relay assembly 100 provided to control the power supply from the battery pack 200 to the motor control unit (and / or motor) 300
  • a battery management system 500 A battery management system 500.
  • the energy system for an electric vehicle includes a battery pack 200 for charging power to supply a motor; A motor 400 for driving the vehicle; A motor control unit (MCU) 300 connected to the vehicle driving motor 400 and controlling the motor 400; The above-described power relay assembly 100 connecting the battery pack 200 and the motor control unit 300; And a battery management system (BMS) 500 controlling the power relay assembly 100 to control whether power is supplied from the battery pack 200 to the motor control unit (and / or the motor) 300. It may include.
  • the battery pack 200 may include at least one or more rechargeable secondary batteries, and a plurality of secondary batteries may be connected in series / parallel.
  • the motor control unit 300 generates and applies a control signal for driving the at least one motor 400 connected to the motor control unit 300 to the motor 400 and at the same time, the high voltage of the battery pack 200 The power may be changed to suit the characteristics of the motor 400 and supplied to the motor 400.
  • the motor control unit 300 may include a capacitor 310 and an inverter 320 connected in parallel with each other.
  • the first node formed by connecting the first power relay 10 and the resistive element 30 in parallel with the power relay assembly 100 is connected to one end of the capacitor 310 and the second of the power relay assembly 100.
  • the power relay 20 may be connected to another end of the capacitor 310.
  • the battery management system 500 detects and determines the occurrence of such an emergency, and ends the motor in order to terminate the emergency.
  • the power supplied to the 400 may be cut off.
  • the battery management system 500 may further include a nonvolatile memory, and whether an emergency occurs according to emergency reference information previously stored in the memory.
  • the power relay assembly 100 may be controlled to cut off the power supplied to the motor 400.
  • the emergency reference information previously stored in the memory of the battery management system 500 is a high current state that is a current value exceeding the rated current of the motor 400; A holding time which is a time for maintaining the high current state; And the amount of power calculated by the high current state and the high current holding time.
  • the high current state may be a current value of 2 times or more based on the rated current of the motor 400, the holding time may be within 2 minutes, and the amount of power is 2 times or more based on the rated current of the motor 400. It may be an amount of power calculated by multiplying the value by the holding time within 2 minutes.
  • the battery management system 500 may determine whether an emergency situation occurs based on one or more information selected from a high current state, a holding time, and an amount of power previously stored in a memory.
  • the management system 500 may determine whether an emergency situation occurs based on the high current state and the maintenance time or based on the amount of power.
  • the high current state may be a current value of 2 times to 8 times based on the rated current of the motor
  • the holding time may be 0.5 seconds to 2 minutes
  • the amount of power is the current value and the holding time of the high current state It can be the amount multiplied by.
  • the battery management system 500 receives in real time a current value flowing from the + end of the battery pack 200 measured by the current sensor 40 that may be provided in the power relay assembly 100, the current
  • the measured current value of the sensor 40 is compared with the emergency reference information previously stored in the memory, and the measured current value is equal to or greater than the current value of the current state of the emergency reference information, the motor overload condition (emergency situation) occurs.
  • the real time clock (RTC) built in the battery management system can be used to measure the time that the overload condition is maintained, and the overload condition is maintained for a certain period of time, which is a value stored in the emergency reference information. In this case, it may be determined that an emergency has occurred.
  • the battery management system 500 receives in real time a current value flowing from the + end of the battery pack 200 measured by the current sensor 40 that can be provided in the power relay assembly 100, the battery
  • the real time clock (RTC) built in the management system
  • the real power amount is calculated by accumulating the current value flowing for a certain time, and the real power amount and the power amount which is a standard of occurrence of emergency stored in the memory.
  • RTC real time clock
  • the battery management system 500 cuts off the first power relay 10 of the power relay assembly 100 so that the battery relay 200 is connected between the battery pack 200 and the motor 400.
  • the current limiting operation of forming the electrical closed circuit may be performed by the parallel path of the control circuit 100 and the second power relay 20 of the power relay assembly 100.
  • the battery management system 500 determines whether an emergency situation occurs, when an emergency situation occurs, the first power relay of the power relay assembly 100
  • the overcurrent can be limited by the resistive element 30 by cutting off the (10).
  • the battery management system 500 is The power supplied to the motor 400 (power of the battery pack) by performing an opening operation of turning off the second power relay 20 to form an electrical open circuit between the battery pack 200 and the motor 400. Can be blocked.
  • the battery management apparatus may further include a battery management system (BMS) that charges and maintains the voltage difference between the cells in the battery pack evenly so that the battery is not overcharged or overdischarged.
  • BMS battery management system
  • the present invention provides a method of operating the above-described electric vehicle energy system (I) based on FIG.
  • the electric system energy system I is connected to the + end of the battery pack 200 for supplying the charged electric power to the motor 400 for driving the vehicle and the motor 400.
  • the first power relay 10 for connecting the motor control unit 300 for controlling the control unit 300, the second power relay 20 for connecting the stage of the battery pack 200 and the motor control unit 300 and the first power relay ( And a resistive element 30 connected in parallel to the battery pack 200 and forming a parallel path between the + end of the battery pack 200 and the motor control unit 300, wherein the power relay includes only the resistive element 30 on the parallel path.
  • a battery management system 500 controlling the power supply to the motor control unit 300 from the battery pack 200 by controlling the assembly 100; and the power relay assembly 100; Provides a way to operate the system.
  • a method of operating an electric vehicle energy system I includes a driving determination state s10 for determining whether a vehicle is driven by a motor; In a state in which the vehicle is driven, an emergency situation determination step (s20) for determining whether an emergency situation occurs and a current limit step (s30) for allowing a limited current to flow in case of an emergency situation may be performed. State s10; After the emergency determination step s20 and the current limiting step s30 are performed, an open step s40 of forming an open circuit to cut off power supplied to the motor may be further performed.
  • the driving state in which the vehicle is driven by the motor is driven by an external drive input, for example, a vehicle user's start, so that the battery management system turns ON the first power relay and the second power relay of the power relay assembly.
  • the power of the battery pack may be modified to be suitable for the motor through the motor control unit to be applied to the motor, and the motor may be driven.
  • both of the first power relay and the second power relay are in a conductive state. If at least one of the first power relay and the second power reel is in the OFF state, it may be determined as being non-driven.
  • an emergency situation determination step (S20) of determining whether or not an emergency situation occurs according to emergency situation reference information previously stored in a memory may be performed by the battery management system.
  • the battery management system may determine whether an emergency occurs based on emergency situation reference information stored in a nonvolatile memory memory.
  • the emergency reference information previously stored in the memory is a high current state that is a current value exceeding the rated current of the motor 400; A holding time which is a time for maintaining the high current state; And the amount of power calculated by the high current state and the high current holding time.
  • the battery management system 500 receives in real time a current value flowing from the + end of the battery pack 200 measured by the current sensor 40 that may be provided in the power relay assembly 100, the current
  • the measured current value of the sensor 40 is compared with the emergency reference information previously stored in the memory, and the measured current value is equal to or greater than the current value of the current state of the emergency reference information, the motor overload condition (emergency situation) occurs.
  • the real time clock (RTC) built in the battery management system can be used to measure the time that the overload condition is maintained, and the overload condition is maintained for a certain period of time, which is a value stored in the emergency reference information. In this case, it may be determined that an emergency has occurred.
  • the battery management system 500 receives in real time a current value flowing from the + end of the battery pack 200 measured by the current sensor 40 that can be provided in the power relay assembly 100, the battery
  • the real time clock (RTC) built in the management system
  • the real power amount is calculated by accumulating the current value flowing for a certain time, and the real power amount and the power amount which is a standard of occurrence of emergency stored in the memory.
  • RTC real time clock
  • the step of determining the driving state (ie, driving) of the vehicle as shown in FIG. 5 is again performed.
  • the current limiting step s30 may be performed.
  • the current limiting step (s30) causes the battery management system to turn off the first power relay of the power relay assembly, so that the parallel path between the battery module and the motor, the power relay assembly, and the power relay assembly may be It may be a step of forming an electrical closed circuit by the second power relay.
  • the parallel path of the power relay assembly and the closed circuit of the second power relay of the power relay assembly are formed, the amount of current applied to the motor control unit and the motor may be controlled by the resistive element 30 of the parallel path, and the first power may be controlled. It is possible to prevent overcurrent from occurring when the relay is shut off.
  • the opening step s40 may be further performed.
  • the opening step s40 limits the current by the parallel path of the resistive element 30 of the power relay assembly 100.
  • the battery management system 500 cuts off the second power relay 20 to form an electrical open circuit between the battery pack 200 and the motor 400. s40) can cut off the power supplied to the motor (power of the battery pack).
  • the open step s40 may be performed after the current limit step s30 limits the current stably.
  • a current sensor which may be provided in the power relay assembly 100 measures a current value flowing from the + end of the battery pack, and the battery management system may receive a current value measured in real time from the current sensor. .
  • the battery management system compares the measured current value with reference current value information that is obtained when the current is limited by the resistive element 30 stored in the nonvolatile memory, and the measured current value is equal to or lower than the reference current value information. It may be determined that the current limit step s30 is performed stably, and the open step s40 may be performed.
  • the operation of limiting the current by the parallel path of the resistive element 30 of the power relay assembly 100 is performed After the second power relay 20 is turned off, the electric power supplied to the motor 400 is cut off to prevent damage to the devices due to overcurrent during an emergency.
  • the electric vehicle Due to the miniaturization and weight reduction conditions of the parts provided in the circuit, premature burnout and fusion of the relay with low withstand voltage characteristics can be prevented, and the breaking reliability can be improved.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of an electric vehicle energy system II according to an embodiment of the present invention, and a configuration diagram of the electric vehicle energy system II equipped with the power relay assembly 100 '.
  • the energy system II for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention may have a structure similar to that of the energy system I described above with reference to FIG. 4, except that a power relay assembly is provided. (100 ') may have a different structure.
  • the power relay assembly 100 ′ provided in the energy system II includes a pre-charge relay along with the resistive element 30 in the parallel path of the power relay assembly 100 described above with reference to FIGS. 2 and 3. It may be a power relay assembly in which 50 is formed.
  • the power relay assembly 100 ′ provided in the energy system II includes the + of the battery pack 200 for supplying charged electric power to the motor 400 for driving the vehicle.
  • a first power relay 10 connected in series with a stage, a second power relay 20 connected in series with the stage of the battery pack 200, and a pre-charge relay 50 connected in series with a resistive element 30 may be connected in parallel to both ends of the first power relay 10 to form a parallel path.
  • the + terminal of the battery pack 200 for supplying the charged power to the motor 400 for driving the power relay assembly vehicle and the motor 400 are connected to the motor 400 to supply power to the motor 400 and at the same time the motor (
  • a resistive element 30 connected in parallel to the + terminal of the battery pack 200 and forming a parallel path between the motor control unit 300 and the battery pack 200 + of the resistive element 30.
  • a pre-charge relay 50 may be provided in series at one end.
  • the power relay assembly 100 'provided in the energy system II has a parallel path formed by the pre-charge relay 50 and the resistive element 30 connected in series, and the + end side of the battery pack.
  • the pre-charge relay 50 is positioned at the resistive element 30 at the motor control unit 300 side to form a parallel path.
  • the configuration except for the power relay assembly 100 ′ is similar to that of the electric vehicle energy system I described above, and thus a detailed description thereof is omitted. do.
  • a method of operating an electric vehicle energy system II includes a driving determination state s10 for determining whether a vehicle is driven by a motor; A path forming step (s15) of forming a parallel path of the power relay assembly in a state where the vehicle is driven; In a state in which the vehicle is driven, an emergency situation determination step (s20) for determining whether an emergency situation occurs and a current limit step (s30) for allowing a limited current to flow in case of an emergency situation may be performed. State s10; Path forming step (s15); After the emergency determination step s20 and the current limiting step s30 are performed, an open step s40 of forming an open circuit to cut off power supplied to the motor may be further performed.
  • the driving state in which the vehicle is driven by the motor is driven by an external drive input, for example, a vehicle user's start, so that the battery management system turns ON the first power relay and the second power relay of the power relay assembly.
  • the power of the battery pack may be modified to be suitable for the motor through the motor control unit to be applied to the motor, and the motor may be driven.
  • both of the first power relay and the second power relay are in a conductive state. If at least one of the first power relay and the second power reel is in the OFF state, it may be determined as being non-driven.
  • the battery management system 500 When the vehicle is in a driving state, the battery management system 500 conducts (ON) the pre-charge relay 50 of the power relay assembly 100 ′ described above with reference to FIG. 6 to the + end of the battery pack 200. It is possible to form a parallel path (s15) through which the current between the motor control unit 300 can flow.
  • the battery management system 500 may maintain the pre-charge relay 50 in the ON state, so that the current flows through the parallel path at all times in the driving state.
  • the battery management system 500 determines whether or not an emergency occurs according to emergency reference information previously stored in a memory.
  • An emergency situation determination step (s20) may be performed.
  • the emergency determination step (s20) may determine whether an emergency situation occurs based on the emergency reference information stored in the nonvolatile memory memory of the battery management system. .
  • the emergency reference information previously stored in the memory is a high current state that is a current value exceeding the rated current of the motor 400; A holding time which is a time for maintaining the high current state; And the amount of power calculated by the high current state and the high current holding time.
  • the current limiting step (s30) causes the battery management system to turn off the first power relay of the power relay assembly, so that the parallel path between the battery module and the motor, the power relay assembly, and the power relay assembly may be It may be a step of forming an electrical closed circuit by the second power relay.
  • the parallel path of the power relay assembly and the closed circuit of the second power relay of the power relay assembly are formed, the amount of current applied to the motor control unit and the motor may be controlled by the resistive element 30 of the parallel path, and the first power may be controlled. It is possible to prevent overcurrent from occurring when the relay is shut off.
  • the opening step s40 may be further performed, and the opening step s40 is the power relay assembly 100.
  • the battery management system 500 turns off the second power relay 20 to turn off the battery pack 200 and the motor 400.
  • the open step (s40) it is possible to cut off the power (power of the battery pack) supplied to the motor.
  • the open step s40 may be performed after the current limit step s30 limits the current stably.
  • a current sensor which may be provided in the power relay assembly 100 measures a current value flowing from the + end of the battery pack, and the battery management system may receive a current value measured in real time from the current sensor. .
  • the battery management system compares the measured current value with reference current value information that is obtained when the current is limited by the resistive element 30 stored in the nonvolatile memory, and the measured current value is equal to or lower than the reference current value information. It may be determined that the current limit step s30 is performed stably, and the open step s40 may be performed.
  • the driving determination step (s10) may be performed again, when the vehicle is driven in the driving determination step (s10), the battery management system Checking the switch state (ON / OFF) of the pre-charge relay 50, if the pre-charge relay 50 is already in a state, the emergency determination step (s20) can be performed immediately, of course to be.
  • the pre-charge relay in the vehicle driving state, the pre-charge relay is always turned on to maintain the parallel path is formed, and an emergency situation occurs
  • the second power relay 20 is turned off and supplied to the motor 400.
  • first power relay 20 second power relay
  • resistive element 40 current sensor

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Abstract

본 발명은 전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리 및 파워 릴레이 어셈블리가 구비된 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 본 발명에 따른 파워 릴레이 어셈블리는 전기자동차용 배터리 팩의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이; 상기 배터리 팩의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이; 상기 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자; 를 포함하며, 상기 병렬 경로 상에는 저항성 소자만이 구비된다.

Description

전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리 및 파워 릴레이 어셈블리가 구비된 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법
본 발명은 전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리 및 파워 릴레이 어셈블리가 구비된 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법에 관한 것으로, 상세하게, 경량화 및 소형화 가능하며, 운행중 모터에 공급되는 전력이 차단되는 긴급상황에서도 고전압 전원에 의해 릴레이의 손상을 방지할 수 있으며, 전원 차단 신뢰도가 우수한 전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리 및 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법에 관한 것이다.
최근, 환경을 고려한 자동차로서 하이브리드자동차 및 전기자동차가 주목받고 있다. 하이브리드자동차는 구동력원으로, 종래의 엔진 이외에 DC전원, 인버터 및 상기 인버터에 의해 구동되는 모터를 이용한다. 보다 상세하게는, 엔진이 구동되어 구동력원을 제공하게 되고, 추가로 인버터가 DC전원으로부터 제공되는 DC전압을 모터를 구동하기 위한 AC전압으로 변환하여 구동력원을 제공하게 된다. 전기자동차는 구동력원으로서, DC전원과 인버터뿐만 아니라 상기 인버터에 의해 구동되는 모터를 이용한다.
차량에 탑재 가능하며, 주행 효율을 향상시키기 위해, 차량용 부품들은 소형화 및 경량화가 필수적이나, 부품들의 소형화 및 경량화를 위해서는 내전압 특성이 소자들이 사용될 수 밖에 없는 한계가 있다. 이에 의해, DC 전원을 이용하여 모터를 구동하는 경우, 돌입전류 또는 과전류에 의해 릴레이등 내전압 특성이 낮은 소자들의 조기 소손 및/또는 융착이 발생하여 잦은 고장의 원인이 되고 있다.
이러한 내전압 특성이 낮은 소자들을 보호하기 위해, 대한민국 공개특허 제 2011-0051564호와 같이, 전력원과 변환기 간에 전류제한회로부를 구성하여 돌입전류로부터 소자들을 보호하는 기술들이 개발되고 있으나, 차단 전류 제한 또는 전류 차단 안정성을 높이기 위해 부피가 크거나 고도로 복잡한 회로가 추가되어야 하는 한계가 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 공개특허 제 2011-0051564호
본 발명의 목적은 경량화 및 소형화 가능하며, 차량 운행중 모터에 공급되는 전력이 차단되는 긴급상황에서도 고전압 전원에 의해 릴레이의 손상을 방지할 수 있으며, 전원 차단 신뢰도가 우수한 전기 자동차용 파워 릴레이 어셈블리를 제공하는 것이며, 이러한 파워 릴레이 어셈블리가 구비된 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 파워 릴레이 어셈블리는 전기자동차용 파워 릴레이 어셈블리로, 전기자동차용 배터리 팩의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이, 상기 배터리 팩의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이 및 상기 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자를 포함하며, 병렬 경로 상에는 저항성 소자만이 구비된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리에 있어, 저항성 소자는 저항(resistor), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT; insulated gate bipolar mode transistor), 바이폴라 트랜지스터(BJT; bipolar junction transistor) 또는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistor)를 포함하는 능동소자, 또는 정특성 서미스터(PTC thermistor; positive temperature coefficient thermistor) 또는 부특성 서미스터(NTC thermistor; negative temperature coefficient thermistor)를 포함하는 열가변 저항기(thermistor) 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리는 배터리 팩의 +단과 제1파워 릴레이 사이에 전류 센서가 더 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법은 차량을 구동하는 모터에 충전된 전력을 공급하는 배터리 팩의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이, 상기 배터리 팩의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이, 및 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자를 포함하며, 상기 병렬 경로 상에는 저항성 소자만이 구비된 파워 릴레이 어셈블리와 상기 파워 릴레이 어셈블리를 제어하여, 상기 배터리 팩으로부터 차량을 구동하는 상기 모터로의 전력 공급 여부를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) 을 포함하는 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법이다.
본 발명에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법은 상술한 전기자동차용 에너지 시스템(I)에 기반하여, 모터에 의해 차량이 구동되는 구동상태에서, 배터리 관리 시스템이 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보에 따라 응급상황을 발생 여부를 판단하는 응급상황 판단단계 및 응급상황이 발생하는 경우, 배터리 관리 시스템이 파워 릴레이 어셈블리의 제1파워릴레이를 차단(OFF)시켜, 배터리 팩과 모터 간, 파워 릴레이 어셈블리의 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리의 제2파워릴레이에 의해 전기적 폐회로를 형성하는 전류제한단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법은 전류제한단계가 수행된 후, 배터리 관리 시스템이 제2파워릴레이를 차단(OFF)시켜 배터리 팩과 모터 간 전기적 개회로를 형성하는 개로단계가 더 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법에 있어, 응급상황 기준 정보는 모터의 정격 전류를 초과하는 전류값인 고전류상태, 상기 고전류상태가 유지되는 시간인 유지시간 및 상기 고전류상태와 상기 고전류유지시간에 의해 산출되는 전력량에서 하나 또는 둘 이상 선택된 정보일 수 있다.
본 발명에 따른 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법은 차량을 구동하는 모터에 충전된 전력을 공급하는 배터리 팩의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이, 상기 배터리 팩의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이, 및 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자를 포함하며, 상기 저항성 소자의 배터리 팩 +단 측에 프리-차지 릴레이(pre-charge relay)가 직렬 구비된 파워 릴레이 어셈블리; 와 상기 파워 릴레이 어셈블리를 제어하여, 상기 배터리 팩으로부터 차량을 구동하는 상기 모터로의 전력 공급 여부를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) 을 포함하는 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 작동 방법이다.
본 발명에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 작동 방법은 상술한 전기자동차용 에너지 시스템(II)에 기반하여, 모터에 의해 차량이 구동되는 구동상태에서, 배터리 관리 시스템이 프리-차지 릴레이를 도통(ON)시켜, 구동상태에서 병렬 경로를 전류가 흐르는 저저항 경로로 제어하는 병렬경로형성단계; 모터에 의해 차량이 구동되는 구동상태에서, 배터리 관리 시스템이 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보에 따라 응급상황을 발생 여부를 판단하는 응급상황 판단단계; 및 응급상황이 발생하는 경우, 배터리 관리 시스템이 파워 릴레이 어셈블리의 제1파워릴레이를 차단(OFF)시켜, 배터리 팩과 모터 간, 저저항 경로로 제어된 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리의 제2파워릴레이에 의해 전기적 폐회로를 형성하는 전류제한단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 작동 방법에 있어, 배터리 관리 시스템이 제2파워릴레이를 차단(OFF)시켜 배터리 팩과 모터 간 전기적 개회로를 형성하는 개로단계가 더 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 작동 방법에 있어, 응급상황 기준 정보는 모터의 정격 전류를 초과하는 전류값인 고전류상태, 상기 고전류상태가 유지되는 시간인 유지시간 및 상기 고전류상태와 상기 고전류 유지시간에 의해 산출되는 전력량에서 하나 또는 둘 이상 선택된 정보일 수 있다.
본 발명에 따른 파워 릴레이 어셈블리는 배터리 팩과 모터간의 파워 릴레이 선로에 전류 이동 가능한 경로를 제공하는 병렬 경로를 구성하고, 이러한 병렬 경로에 전류를 제한 할 수 있는 저항성 소자를 도입하여, 전기 자동차의 운행 중, 모터의 과부하등의 응급상황이 발생한 경우에도, 파워 릴레이 어셈블리를 포함하는 자동차 에너지 시스템 구성 요소들의 손상을 방지하면서 모터의 구동을 정지시킬 수 있는 장점이 있으며, 경량화 및 소형화 가능하면서도 안정적이고 높은 신뢰도로 모터에 공급되는 전력을 차단할 수 있는 장점이 있으며, 내전압이 낮은 소자들의 손상이 방지되어, 부품의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 에너지 시스템 작동 방법은 배터리 팩과 모터간의 파워 릴레이 선로에 전류 이동 가능한 경로를 제공하는 병렬 경로를 구성하고, 전기 자동차의 운행 중, 모터의 과부하등의 응급상황이 발생한 경우, 전류 제한 단계 및 개로 형성단계를 통해 모터에 공급되는 전력을 차단함에 따라, 자동차 에너지 시스템 구성 요소들의 손상을 방지하면서 모터의 구동을 정지시킬 수 있는 장점이 있으며, 경량화 및 소형화 가능하면서도 안정적이고 높은 신뢰도로 모터에 공급되는 전력을 차단할 수 있는 장점이 있으며, 내전압이 낮은 소자들의 손상이 방지되어, 부품의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리가 구비되는 전기자동차용 에너지 시스템의 일 구성도를 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 일 구성도를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리의 다른 일 구성도를 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리가 구비된 전기 자동차용 에너지 시스템(I)의 구성도를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법을 도시한 일 순서도이며,
도 6은 파워 릴레이 어셈블리가 구비된 전기 자동차용 에너지 시스템(II)의 구성도를 도시한 도면이며,
도 7 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 에너지 시스템(II)의 작동 방법을 도시한 일 순서도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 파워 릴레이 어셈블리, 에너지 저장장치 및 이의 작동방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 전기자동차에 구비되는 전기자동차용 파워 릴레이 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명을 상술함에 있어, 전기자동차는 전기 모터에 의해 운행되는 자동차를 포함하며, 직렬식, 병렬식 또는 혼합식 하이브리드 자동차를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 파워 릴레이 어셈블리는 전기자동차용 파워 릴레이 어셈블리로, 전기자동차용 배터리 팩의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이, 배터리 팩의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이 및 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자를 포함하며, 병렬 경로 상에는 저항성 소자만이 구비된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리는 전기자동차용 배터리 팩과 전기자동차를 구동하는 모터 사이에 구비되어, 배터리 팩의 전력을 모터로 선택적(ON/OFF)으로 공급할 수 있다.
배터리 팩이 파워 릴레이를 통해 모터와 바로 연결될 수 있으나, 통상적으로, 모터 컨트롤 유닛이 배터리 팩의 전압 및 전류를 입력받아 모터의 정격 전압 및 전류로 변환시켜 모터에 공급함에 따라, 아래의 일 실시예를 기반한 설명에 있어, 파워릴레이가 배터리 팩과 모터 컨트롤 유닛 사이에 위치하는 경우를 가정하나, 상술한 바와 같이, 배터리 팩이 파워 릴레이 어셈블리를 통해 바로 모터와 연결될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리가 구비되는 전기자동차용 에너지 시스템의 일 구성도를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 일 예와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리(100)는 전력을 충전하여 모터에 공급하는 배터리 팩(200), 차량을 구동하는 차량 구동 모터(400) 및 모터와 연결되어 모터를 제어하는 모터 컨트롤 유닛(MCU; Motor Control Unit)(300)을 포함하는 전기자동차용 에너지 시스템에서, 배터리 팩(200)과 모터 컨트롤 유닛(300)을 연결하며, 모터(400)에 인가되는 배터리 팩(200)의 전력 공급 여부를 제어하는 파워 릴레이 어셈블리일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리(100)는 전기 자동차에 배터리 팩(200), 차량 구동 모터(400) 및 모터 컨트롤 유닛(300)과 함께 구비되어, 모터 컨트롤 유닛(300)을 통해, 배터리 팩(200)의 전력이 차량 구동 모터(400)에 공급 또는 차단되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리(100)의 상세 회로도를 도시한 일 예이다.
도 2의 일 실시예와 같이, 파워 릴레이 어셈블리(100)는 배터리 팩(200)의 +단에 직렬 연결된 제1파워 릴레이(10), 배터리 팩(200)의 단과 직렬 연결된 제2파워 릴레이(20) 및 제1파워 릴레이(10)의 양 단에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자(30) 를 포함하며, 병렬 경로 상에는 저항성 소자(30)만이 구비될 수 있다.
보다 상세하게, 파워 릴레이 어셈블리(100)는 배터리 팩(200)의 +단과 모터 컨트롤 유닛(300)을 연결하는 제1파워 릴레이(10); 배터리 팩(200)의 단과 모터 컨트롤 유닛(300)을 연결하는 제2파워 릴레이(20); 제1파워 릴레이(10)에 병렬 연결되어, 배터리 팩(200)의 +단과 모터 컨트롤 유닛(300) 사이에 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자(30);를 포함하며, 병렬 경로 상에는 저항성 소자(30)만이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리(100)는 전력의 모터(400) 인가 여부를 제어할 수 있는 제1파워 릴레이(10) 및 제2파워 릴레이(20)와 함께, 제1파워 릴레이(10)와 병렬로 연결된 저항성 소자(30)를 포함할 수 있다. 제1파워 릴레이(10)의 병렬 경로에 경로를 개폐하는 스위치 또는 릴레이 소자가 형성되지 않으며, 저항성 소자(30)만으로 병렬 경로가 이루어짐에 따라, 병렬 경로는 제1파워 릴레이(10) 및/또는 제2파워 릴레이(20) 스위칭 상태(ON 또는 OFF 상태)와 무관하게, 전류가 흐르는 경로를 제공할 수 있다.
상세하게, 모터(400)에 배터리 팩(200)의 전력이 인가되는 경우, 파워 릴레이 어셈블리(100)는 제1파워 릴레이(10) 및 제2파워 릴레이(20)가 도통(ON)되어 전류 경로를 형성한다. 이때, 병렬 경로에는 제1파워 릴레이(10)에 병렬 연결된 저항성 소자(30)만이 구비되어, 병렬 경로를 개폐하는 스위치 소자가 구비되지 않음에 따라, 제1파워 릴레이(10) 및 제2파워 릴레이(20)에 의한 전류 경로와 함께, 병렬 경로에도 전류가 흐를 수 있다.
상세하게, 모터(400)에 배터리 팩(200)의 전력이 인가되지 않는 경우, 파워 릴레이 어셈블리(100)는 제1파워 릴레이(10) 및 제2파워 릴레이(20)가 차단(OFF)되어, 전류가 흐를 수 없는 상태를 형성한다. 이때, 병렬 경로는 모터(400)에 배터리 팩(200)의 전력이 인가되는 경우와 마찬가지로, 병렬 경로를 개폐하는 스위치 소자가 구비되지 않음에 따라, 배터리 팩(200)의 +단과 모터 컨트롤 유닛(300)사이에 전류 흐름 가능한 경로를 제공할 수 있다. 그러나, 파워 릴레이 어셈블리(100)가 제1파워 릴레이(10)와 함께 배터리 팩(200)의 음의 단자와 연결된 제2파워 릴레이(20)를 포함함에 따라, 제2파워 릴레이(20)의 차단(OFF)에 의해, 배터리와 모터간의 폐회로가 형성되지 않아, 병렬 경로가 전류 흐름 가능한 경로를 제공함에도 불구하고, 안정적으로 모터(400)에 공급되는 전력을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리(100)는 상술한 바와 같이, 제1파워 릴레이(10) 및 제2파워 릴레이(20)의 동작과 무관하게, 항상 전류 이동 가능한 경로를 제공하는 병렬 경로를 구성하고, 이러한 병렬 경로에 전류를 제한 할 수 있는 저항성 소자(30)를 도입하여, 전기 자동차를 운행하는 사용자에 의한 모터의 구동 또는 정지가 아닌, 모터의 과부하등의 응급상황이 발생한 경우에도, 파워 릴레이 어셈블리를 포함하는 자동차 에너지 시스템 구성 요소들의 손상을 방지하면서 모터의 구동을 정지시킬 수 있는 장점이 있다.
상세하게, 전기 자동차의 운전 중, 파워 릴레이 어셈블리(100)의 제1파워 릴레이(10) 및 제2파워 릴레이(20)은 도통(ON) 상태에 있으며, 모터의 구동에 의해 전기 자동차가 주행 중에 있음에 따라, 다량의 전류가 제1 및 제2파워 릴레이를 통해 흐르는 상태이다.
이러한 운전 상태에서, 사용자의 지시와 무관하게 모터에 공급되는 전력을 차단해야 하는 응급상황에서 제1파워 릴레이(10) 또는 제2파워 릴레이(20)를 차단(OFF)시키는 경우, 극심한 과전류가 발생하여 파워 릴레이를 포함하는 내 전압 특성이 낮은 소자들의 손상을 피할 수 없다.
본 발명에 따른 파워 릴레이 어셈블리(100)는 상술한 바와 같이, 운전 상태에서도 항상 전류의 이동이 가능한 병렬 경로를 제공하고, 이러한 병렬 경로에 전류 제한 소자인 저항성 소자(30)를 도입함에 따라, 응급상황 발생시, 과전류에 의한 소자들의 손상을 방지할 수 있으며, 특히, 전기자동차에 구비되는 부품의 소형화 및 경량화 조건에 의해, 내전압 특성이 낮은 릴레이의 조기 소손 및 융착을 방지할 수 있으며, 차단 신뢰도를 높일 수 있다.
상세하게, 운전 상태 중 응급상황 발생시, 저항성 소자(30)와 병렬 연결된 제1파워 릴레이(10)를 차단(OFF)하여, 저항성 소자(30)에 의한 병렬 경로와 제2파워 릴레이(20)가 전기적 폐회로를 형성하여 과전류를 제한하고, 저항성 소자(30)에 의한 과전류 제한이 이루어진 후, 제2파워 릴레이(20)를 차단(OFF)하여 배터리 팩(200)과 모터(400) 간의 전기적 개회로를 형성하여 모터에 인가되는 전력을 안정적으로 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리에 있어, 저항성 소자(30)는 저항(resistor); 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT; insulated gate bipolar mode transistor), 바이폴라 트랜지스터(BJT; bipolar junction transistor) 또는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistor)를 포함하는 능동소자; 또는 정특성 서미스터(PTC thermistor; positive temperature coefficient thermistor) 또는 부특성 서미스터(NTC thermistor; negative temperature coefficient thermistor)를 포함하는 열가변 저항기(thermistor)일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리(100)의 다른 회로도를 도시한 일 예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 릴레이 어셈블리(100)는 배터리 팩(200)의 +단과 제1파워 릴레이(10) 및 저항성 소자(30) 사이에 구비되는 전류 센서(40)를 더 포함할 수 있다. 전류 센서(40)는 배터리 팩(200)의 +단에서 제1파워 릴레이(10) 경로 및 병렬 경로로 흐르는 전류값을 측정하는 센서로, 후술하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)에 측정된 전류값을 제공하여, 배터리 관리 시스템 이 차량의 응급상황 발생 여부 즉, 차량이 정상적으로 구동되는 상태인지 아니면 응급상황이 발생한 상태인지를 판단하는데 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상술한 파워 릴레이 어셈블리(100)가 구비된 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 일 구성도를 도시한 예이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템은 배터리 팩(200)의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이(10), 상기 배터리 팩(200)의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이(20), 및 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 제1파워 릴레이(10)와 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자(30)를 포함하며, 상기 병렬 경로 상에는 저항성 소자만이 구비된 파워 릴레이 어셈블리(100) 및 파워 릴레이 어셈블리(100)를 제어하여, 배터리 팩(200)으로부터 모터 컨트롤 유닛(및/또는 모터)(300)으로의 전력 공급 여부를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System) (500)을 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템은 전력을 충전하여 모터에 공급하는 배터리 팩(200); 차량을 구동하는 모터(400); 차량 구동 모터(400)와 연결되어 모터(400)를 제어하는 모터 컨트롤 유닛(MCU; Motor Control Unit)(300); 배터리 팩(200)과 모터 컨트롤 유닛(300) 사이를 연결하는 상술한 파워 릴레이 어셈블리(100); 및 파워 릴레이 어셈블리(100)를 제어하여, 배터리 팩(200)으로부터 모터 컨트롤 유닛(및/또는 모터)(300)으로의 전력 공급 여부를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)500)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템에 있어, 배터리 팩(200)은 적어도 하나 이상의 충 방전 가능한 2차 전지를 포함할 수 있으며, 다수개의 2차 전지가 직/병렬 연결된 것일 수 있다. 또한, 모터 컨트롤 유닛(300)은 모터 컨트롤 유닛(300)과 연결된 적어도 하나의 모터(400)를 구동하기 위한 제어신호를 생성하여 모터(400)에 인가함과 동시에, 배터리 팩(200)의 고전압의 전원을 모터(400) 특성에 적합하도록 변경하여 모터(400)에 공급할 수 있다. 일 예로, 도 4의 일 예와 같이, 모터 컨트롤 유닛(300)은 서로 병렬 연결된 캐패시터(310) 및 인버터(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 파워 릴레이 어셈블리(100)의 제1파워 릴레이(10)와 저항성 소자(30)가 병렬 연결되어 형성된 제1 노드가 캐패시터(310)의 일 단과 연결되며, 파워 릴레이 어셈블리(100)의 제2파워 릴레이(20)가 캐패시터(310)의 다른 단과 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템에 있어, 차량의 운행 중 응급상황이 발생한 경우, 배터리 관리 시스템(500)이 이러한 응급상황 발생을 감지 및 판단하고, 응급상황을 종료하기 위해 모터(400)에 공급되는 전력을 차단할 수 있다.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템에 있어, 배터리 관리 시스템(500)은 비휘발성 메모리를 더 포함할 수 있으며, 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보에 따라 응급상황 발생 여부를 판단하며, 응급상황이 발생하는 경우, 파워 릴레이 어셈블리(100)를 제어하여 모터(400)에 공급되는 전력을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 배터리 관리 시스템(500)의 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보는 모터(400)의 정격 전류를 초과하는 전류값인 고전류상태; 상기 고전류상태가 유지되는 시간인 유지시간; 및 상기 고전류상태와 상기 고전류유지시간에 의해 산출되는 전력량;에서 하나 또는 둘 이상 선택된 정보일 수 있다. 상세하게, 고전류상태는 모터(400)의 정격 전류를 기준으로 2배 이상의 전류값일 수 있으며, 유지시간은 2분 이내 일 수 있으며, 전력량은 모터(400)의 정격 전류를 기준한 2배 이상의 전류값과 2분 이내의 유지시간을 곱하여 산출되는 전력량일 수 있다. 상술한 바와 같이, 배터리 관리 시스템(500)은 메모리에 기 저장된 고전류상태, 유지시간 및 전력량에서 하나 또는 둘 이상 선택된 정보를 기준으로, 응급상황의 발생 여부를 판별할 수 있으며, 바람직한 일 예로, 배터리 관리 시스템(500)은 고전류상태 및 유지시간을 기준하거나, 전력량을 기준하여 응급상황의 발생여부를 판별할 수 있다. 비한정적인 일 예로, 고전류상태는 모터의 정격 전류를 기준으로 한 2배 내지 8배의 전류값일 수 있으며, 유지시간은 0.5초 내지 2분일 수 있으며, 전력량은 상기 고전류상태의 전류값과 유지시간을 곱한 양일 수 있다.
실질적인 일 예로, 배터리 관리 시스템(500)은 파워 릴레이 어셈블리(100)에 구비될 수 있는 전류 센서(40)에서 측정된 배터리 팩(200)의 +단으로부터 흘러나오는 전류값을 실시간으로 입력받아, 전류 센서(40)의 측정 전류값과 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보를 비교하여, 측정 전류값이 응급상황 기준 정보의 전류 상태의 전류값과 같거나 큰 경우, 모터 과부하상태(응급상황 발생)로 판단할 수 있으며, 배터리 관리 시스템에 내장된 리얼타임클록(RTC; real time clock)에 의해, 과부하상태가 유지되는 시간을 측정하여, 이러한 과부하상태가 응급상황 기준 정보에 저장된 값인 일정 기간 이상 유지되는 경우, 응급상황이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
실질적인 일 예로, 배터리 관리 시스템(500)은 파워 릴레이 어셈블리(100)에 구비될 수 있는 전류 센서(40)에서 측정된 배터리 팩(200)의 +단으로부터 흘러나오는 전류값을 실시간으로 입력받고, 배터리 관리 시스템에 내장된 리얼타임클록(RTC; real time clock)을 이용하여, 일정시간 동안 흐른 전류값을 누적하여 실 전력량을 산출하고, 이러한 실 전력량과 메모리에 기 저장된 응급상황 발생의 기준이 되는 전력량을 비교하여, 기준 전력량보다 실 전력량이 같거나 큰 경우, 응급상황이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
응급상황이 발생한 경우, 배터리 관리 시스템(500)은 파워 릴레이 어셈블리(100)의 제1파워 릴레이(10)를 차단(OFF)시켜, 배터리 팩(200)과 모터(400) 간, 파워 릴레이 어셈블리(100)의 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리(100)의 제2파워 릴레이(20)에 의해 전기적 폐회로를 형성하는 전류제한동작을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템에 있어, 배터리 관리 시스템(500)은 응급상황 발생 여부를 판단하여, 응급상황이 발생한 경우, 파워 릴레이 어셈블리(100)의 제1파워 릴레이(10)를 차단시켜, 저항성 소자(30)에 의해 과전류를 제한할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템에 있어, 파워 릴레이 어셈블리(100)의 저항성 소자(30)의 병렬 경로에 의해 전류를 제한하는 동작이 수행된 후, 배터리 관리 시스템(500)은 제2파워 릴레이(20)를 차단(OFF)시켜 배터리 팩(200)과 모터(400) 간 전기적 개회로를 형성하는 개로동작을 수행하여, 모터(400)에 공급되는 전력(배터리 팩의 전력)을 차단시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템은 상술한 배터리 팩(200), 모터 컨트롤 유닛(300), 모터(400) 및 배터리 관리 시스템(500)과 함께, 외부 전력을 통해 배터리 팩을 충전하고, 배터리 팩 내의 셀 간의 전압차를 고르게 유지하여, 배터리가 과충전되거나 과방전되지 않도록 제어하는 배터리 균일화장치(BMS; Battery management system)를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 도 4를 기반으로 상술한 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법을 제공한다.
상세하게, 전기자동차용 에너지 시스템(I)은 상술한 바와 같이, 차량을 구동하는 모터(400)에 충전된 전력을 공급하는 배터리 팩(200)의 +단과 모터(400)와 연결되어 모터(400)를 제어하는 모터 컨트롤 유닛(300)을 연결하는 제1파워 릴레이(10), 배터리 팩(200)의 단과 모터 컨트롤 유닛(300)을 연결하는 제2파워 릴레이(20) 및 제1파워 릴레이(10)에 병렬 연결되어, 배터리 팩(200)의 +단과 모터 컨트롤 유닛(300) 사이에 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자(30)를 포함하며, 병렬 경로 상에는 저항성 소자(30)만이 구비된 파워 릴레이 어셈블리(100);와 파워 릴레이 어셈블리(100)를 제어하여, 배터리 팩(200)으로부터 모터 컨트롤 유닛(300)으로의 전력 공급 여부를 제어하는 배터리 관리 시스템(500);을 포함하는 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법을 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법을 도시한 일 순서도이다. 도 5에 도시한 일 순서도와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법은 모터에 의해 차량이 구동되는지 여부를 판단하는 구동 판단상태(s10); 차량이 구동되는 상태에서, 응급상황 발생 여부를 판단하는 응급상황 판단단계(s20) 및 응급상황이 발생한 경우, 제한된 전류가 흐르도록 하는 전류제한단계(s30)를 포함하여 수행될 수 있으며, 구동 판단상태(s10); 응급상황 판단단계(s20) 및 전류제한단계(s30)가 수행된 후, 개회로를 형성하여 모터에 공급되는 전력을 차단하는 개로단계(s40)가 더 수행될 수 있다.
상세하게, 모터에 의해 차량이 구동되는 구동상태는 외부 구동 입력, 일 예로, 차량 사용자의 시동에 의해, 배터리 관리 시스템이 파워 릴레이 어셈블리의 제1파워 릴레이 및 제2파워 릴레이를 도통(ON)시켜, 배터리 팩의 전력이 모터 컨트롤 유닛을 통해 모터에 적합하도록 변형되어 모터에 인가되고, 모터가 구동되는 상태일 수 있다.
구동 판단상태(s10)는 배터리 관리 시스템이 제1파워 릴레이 및 제2파워 릴레이의 스위칭 상태(ON 또는 OFF)를 확인하여 제1파워 릴레이 및 제2파워 릴에이가 모두 도통상태인 경우, 구동중으로 판단하며, 제1파워 릴레이 및 제2파워 릴에이중 적어도 어느 한 릴레이가 차단(OFF)상태인 경우, 비구동중으로 판단할 수 있다.
차량이 구동상태인 경우, 배터리 관리 시스템이 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보에 따라 응급상황을 발생 여부를 판단하는 응급상황 판단단계(s20)가 수행될 수 있다.
응급상황 판단단계(s20)는 배터리 관리 시스템이 비휘발성 메모리메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보를 바탕으로 응급상황 발생 여부를 판단할 수 있다.
상세하게, 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보는 모터(400)의 정격 전류를 초과하는 전류값인 고전류상태; 상기 고전류상태가 유지되는 시간인 유지시간; 및 상기 고전류상태와 상기 고전류유지시간에 의해 산출되는 전력량;에서 하나 또는 둘 이상 선택된 정보일 수 있다.
실질적인 일 예로, 배터리 관리 시스템(500)은 파워 릴레이 어셈블리(100)에 구비될 수 있는 전류 센서(40)에서 측정된 배터리 팩(200)의 +단으로부터 흘러나오는 전류값을 실시간으로 입력받아, 전류 센서(40)의 측정 전류값과 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보를 비교하여, 측정 전류값이 응급상황 기준 정보의 전류 상태의 전류값과 같거나 큰 경우, 모터 과부하상태(응급상황 발생)로 판단할 수 있으며, 배터리 관리 시스템에 내장된 리얼타임클록(RTC; real time clock)에 의해, 과부하상태가 유지되는 시간을 측정하여, 이러한 과부하상태가 응급상황 기준 정보에 저장된 값인 일정 기간 이상 유지되는 경우, 응급상황이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
실질적인 일 예로, 배터리 관리 시스템(500)은 파워 릴레이 어셈블리(100)에 구비될 수 있는 전류 센서(40)에서 측정된 배터리 팩(200)의 +단으로부터 흘러나오는 전류값을 실시간으로 입력받고, 배터리 관리 시스템에 내장된 리얼타임클록(RTC; real time clock)을 이용하여, 일정시간 동안 흐른 전류값을 누적하여 실 전력량을 산출하고, 이러한 실 전력량과 메모리에 기 저장된 응급상황 발생의 기준이 되는 전력량을 비교하여, 기준 전력량보다 실 전력량이 같거나 큰 경우, 응급상황이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
응급상황 판단단계(s20)에서, 배터리 관리 시스템이 응급상황이 발생하지 않은 것으로 판단한 경우, 도 5에 도시한 일 예와 같이 차량의 운행 상태(즉, 구동여부)를 판별하는 단계가 다시 수행될 수 있으며, 응급상황이 발생한 것으로 판단하는 경우, 전류제한단계(s30)을 수행할 수 있다.
전류제한단계(s30)는 응급상황이 발생하는 경우, 배터리 관리 시스템이 파워 릴레이 어셈블리의 제1파워릴레이를 차단(OFF)시켜, 배터리 모듈과 모터 간, 파워 릴레이 어셈블리의 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리의 제2파워 릴레이에 의해 전기적 폐회로를 형성하는 단계일 수 있다. 파워 릴레이 어셈블리의 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리의 제2파워 릴레이의 폐회로가 형성되는 경우, 병렬경로의 저항성 소자(30)에 의해 모터 컨트롤 유닛 및 모터에 인가되는 전류량을 제어할 수 있으며, 제1파워 릴레이 차단시의 과전류 발생을 방지할 수 있다.
전류제한단계(s30)가 수행된 후, 개로단계(s40)가 더 수행될 수 있는데, 개로단계(s40)는 파워 릴레이 어셈블리(100)의 저항성 소자(30)의 병렬 경로에 의해 전류를 제한하는 동작이 수행된 후, 배터리 관리 시스템(500)은 제2파워 릴레이(20)를 차단(OFF)시켜 배터리 팩(200)과 모터(400) 간 전기적 개회로를 형성하는 단계로, 이러한 개로단계(s40)에 의해, 모터에 공급되는 전력(배터리 팩의 전력)을 차단시킬 수 있다.
상세하게, 개로단계(s40)는 전류제한단계(s30)가 안정적으로 전류를 제한 한 후, 수행될 수 있다. 실질적인 일 예로, 파워 릴레이 어셈블리(100)에 구비될 수 있는 전류센서가 배터리 팩의 +단으로부터 흘러나오는 전류값을 측정하고, 배터리 관리 시스템은 전류센서로부터 실시간으로 측정된 전류값을 입력받을 수 있다. 배터리 관리 시스템은 측정된 전류값과 비휘발성 메모리에 기 저장된 저항성 소자(30)에 의해 전류가 제한된 경우 갖게 되는 기준 전류값 정보를 비교하여, 측정된 전류값이 기준 전류값 정보와 같거나 낮은 경우 전류제한단계(s30)가 안정적으로 수행되는 것으로 판단하여 개로단계(s40)를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법에 있어, 응급상황이 발생하는 경우, 파워 릴레이 어셈블리(100)의 저항성 소자(30)의 병렬 경로에 의해 전류를 제한하는 동작이 수행된 후, 제2파워 릴레이(20)를 차단(OFF)시켜 모터(400)에 공급되는 전력을 차단시킴에 따라, 응급상황 발생시, 과전류에 의한 소자들의 손상을 방지할 수 있으며, 특히, 전기자동차에 구비되는 부품의 소형화 및 경량화 조건에 의해, 내전압 특성이 낮은 릴레이의 조기 소손 및 융착을 방지할 수 있으며, 차단 신뢰도를 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 일 구성도를 도시한 예로, 파워 릴레이 어셈블리(100’)가 구비된 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 일 구성도의 예이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)은 도 4를 기반으로 상술한 에너지 시스템(I)과 유사한 구조를 가질 수 있으며, 다만, 파워 릴레이 어셈블리(100’)가 상이한 구조를 가질 수 있다.
상세하게, 에너지 시스템(II)에 구비되는 파워 릴레이 어셈블리(100’)는 도 2 및 도 3을 기반으로 상술한 파워 릴레이 어셈블리(100)의 병렬 경로에 저항성 소자(30)와 함께 프리-차지 릴레이(50)가 형성되는 파워 릴레이 어셈블리일 수 있다.
보다 상세하게, 도 6에 도시한 바와 같이, 에너지 시스템(II)에 구비되는 파워 릴레이 어셈블리(100’)는 차량을 구동하는 모터(400)에 충전된 전력을 공급하는 배터리 팩(200)의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이(10), 상기 배터리 팩(200)의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이(20), 및 직렬 연결된 프리-차지 릴레이(pre-charge relay)(50)와 저항성 소자(30)가 제1파워 릴레이(10) 양 단에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성할 수 있다. 보다 더 상세하게, 파워 릴레이 어셈블리차량을 구동하는 모터(400)에 충전된 전력을 공급하는 배터리 팩(200)의 +단과 모터(400)와 연결되어 모터(400)에 전력을 공급함과 동시에 모터(400)를 제어하는 모터 컨트롤 유닛(300)을 연결하는 제1파워 릴레이(10), 배터리 팩(200)의 단과 모터 컨트롤 유닛(300)을 연결하는 제2파워 릴레이(20) 및 제1파워 릴레이(10)에 병렬 연결되어, 배터리 팩(200)의 +단과 모터 컨트롤 유닛(300) 사이에 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자(30)를 포함하며, 저항성 소자(30)의 배터리 팩(200) +단 측에 프리-차지 릴레이(pre-charge relay)(50)가 직렬 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 에너지 시스템(II)에 구비되는 파워 릴레이 어셈블리(100’)는 직렬 연결된 프리-차지 릴레이(50)와 저항성 소자(30)에 의해 병렬 경로가 형성되며, 배터리 팩의 +단 측에 프리-차지 릴레이(50)가 위치하며, 모터 컨트롤 유닛(300) 측에 저항성 소자(30)가 위치하여 병렬 경로를 형성할 수 있다.
도 6의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)에 있어, 파워 릴레이 어셈블리(100’)를 제외한 구성은 상술한 전기자동차용 에너지 시스템(I)과 유사함에 따라 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 작동 방법을 도시한 일 순서도이다. 도 7에 도시한 일 순서도와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 작동 방법은 모터에 의해 차량이 구동되는지 여부를 판단하는 구동 판단상태(s10); 차량이 구동되는 상태에서, 파워 릴레이 어셈블리의 병렬 경로를 형성하는 경로형성단계(s15); 차량이 구동되는 상태에서, 응급상황 발생 여부를 판단하는 응급상황 판단단계(s20) 및 응급상황이 발생한 경우, 제한된 전류가 흐르도록 하는 전류제한단계(s30)를 포함하여 수행될 수 있으며, 구동 판단상태(s10); 경로형성단계(s15); 응급상황 판단단계(s20) 및 전류제한단계(s30)가 수행된 후, 개회로를 형성하여 모터에 공급되는 전력을 차단하는 개로단계(s40)가 더 수행될 수 있다.
상세하게, 모터에 의해 차량이 구동되는 구동상태는 외부 구동 입력, 일 예로, 차량 사용자의 시동에 의해, 배터리 관리 시스템이 파워 릴레이 어셈블리의 제1파워 릴레이 및 제2파워 릴레이를 도통(ON)시켜, 배터리 팩의 전력이 모터 컨트롤 유닛을 통해 모터에 적합하도록 변형되어 모터에 인가되고, 모터가 구동되는 상태일 수 있다.
구동 판단상태(s10)는 배터리 관리 시스템이 제1파워 릴레이 및 제2파워 릴레이의 스위칭 상태(ON 또는 OFF)를 확인하여 제1파워 릴레이 및 제2파워 릴에이가 모두 도통상태인 경우, 구동중으로 판단하며, 제1파워 릴레이 및 제2파워 릴에이중 적어도 어느 한 릴레이가 차단(OFF)상태인 경우, 비구동중으로 판단할 수 있다.
차량이 구동상태인 경우, 배터리 관리 시스템(500)은 도 6을 기반으로 상술한 파워 릴레이 어셈블리(100’)의 프리-차지 릴레이(50)를 도통(ON)시켜 배터리 팩(200)의 +단과 모터 컨트롤 유닛(300)간의 전류가 흐를 수 있는 병렬 경로를 형성(s15)시킬 수 있다.
상세하게, 차량이 운행중인 경우, 배터리 관리 시스템(500)은 프리-차지 릴레이(50)를 도통(ON)상태로 유지하여, 운행 상태에서 항상 병렬 경로를 통해 전류가 흐르는 상태를 유지할 수 있다.
경로형성단계(s15)가 수행된 후, 전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법과 유사하게, 배터리 관리 시스템(500)이 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보에 따라 응급상황을 발생 여부를 판단하는 응급상황 판단단계(s20)가 수행될 수 있다.
전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법과 유사하게, 응급상황 판단단계(s20)는 배터리 관리 시스템이 비휘발성 메모리메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보를 바탕으로 응급상황 발생 여부를 판단할 수 있다.
상세하게, 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보는 모터(400)의 정격 전류를 초과하는 전류값인 고전류상태; 상기 고전류상태가 유지되는 시간인 유지시간; 및 상기 고전류상태와 상기 고전류유지시간에 의해 산출되는 전력량;에서 하나 또는 둘 이상 선택된 정보일 수 있다.
전류제한단계(s30)는 응급상황이 발생하는 경우, 배터리 관리 시스템이 파워 릴레이 어셈블리의 제1파워릴레이를 차단(OFF)시켜, 배터리 모듈과 모터 간, 파워 릴레이 어셈블리의 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리의 제2파워 릴레이에 의해 전기적 폐회로를 형성하는 단계일 수 있다. 파워 릴레이 어셈블리의 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리의 제2파워 릴레이의 폐회로가 형성되는 경우, 병렬경로의 저항성 소자(30)에 의해 모터 컨트롤 유닛 및 모터에 인가되는 전류량을 제어할 수 있으며, 제1파워 릴레이 차단시의 과전류 발생을 방지할 수 있다.
전기자동차용 에너지 시스템(I)의 작동 방법과 유사하게, 전류제한단계(s30)가 수행된 후, 개로단계(s40)가 더 수행될 수 있는데, 개로단계(s40)는 파워 릴레이 어셈블리(100)의 저항성 소자(30)의 병렬 경로에 의해 전류를 제한하는 동작이 수행된 후, 배터리 관리 시스템(500)은 제2파워 릴레이(20)를 차단(OFF)시켜 배터리 팩(200)과 모터(400) 간 전기적 개회로를 형성하는 단계로, 이러한 개로단계(s40)에 의해, 모터에 공급되는 전력(배터리 팩의 전력)을 차단시킬 수 있다.
상세하게, 개로단계(s40)는 전류제한단계(s30)가 안정적으로 전류를 제한 한 후, 수행될 수 있다. 실질적인 일 예로, 파워 릴레이 어셈블리(100)에 구비될 수 있는 전류센서가 배터리 팩의 +단으로부터 흘러나오는 전류값을 측정하고, 배터리 관리 시스템은 전류센서로부터 실시간으로 측정된 전류값을 입력받을 수 있다. 배터리 관리 시스템은 측정된 전류값과 비휘발성 메모리에 기 저장된 저항성 소자(30)에 의해 전류가 제한된 경우 갖게 되는 기준 전류값 정보를 비교하여, 측정된 전류값이 기준 전류값 정보와 같거나 낮은 경우 전류제한단계(s30)가 안정적으로 수행되는 것으로 판단하여 개로단계(s40)를 수행할 수 있다.
이때, 응급상황 판단단계(s20)에서 응급상황이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 구동판단 단계(s10)가 다시 수행될 수 있는데, 구동판단 단계(s10)에서 차량이 구동중인 경우, 배터리 관리 시스템이 프리-차지 릴레이(50)의 스위치 상태(ON/OFF)를 확인하여, 프리-차지 릴레이(50)가 이미 도통된 상태인 경우, 응급상황 판단단계(s20)가 바로 수행될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 에너지 시스템(II)의 작동 방법에 있어, 차량 운전상태에서, 항상 프리-차지 릴레이를 도통(ON)시켜 병렬 경로가 형성되도록 유지하고, 응급상황이 발생하는 경우, 파워 릴레이 어셈블리(100)의 저항성 소자(30)의 병렬 경로에 의해 전류를 제한하는 동작이 수행된 후, 제2파워 릴레이(20)를 차단(OFF)시켜 모터(400)에 공급되는 전력을 차단시킴에 따라, 응급상황 발생시, 과전류에 의한 소자들의 손상을 방지할 수 있으며, 특히, 전기자동차에 구비되는 부품의 소형화 및 경량화 조건에 의해, 내전압 특성이 낮은 릴레이의 조기 소손 및 융착을 방지할 수 있으며, 차단 신뢰도를 높일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
[부호의 설명]
100 : 파워 릴레이 어셈블리 200 : 배터리 팩
300 : 모터 컨트롤 유닛 400 : 모터
10 : 제 1 파워릴레이 20 : 제 2 파워릴레이
30 : 저항성 소자 40 : 전류 센서
500 : 배터리 관리 시스템 50 : 프리-차지 릴레이

Claims (9)

  1. 전기자동차용 배터리 팩의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이;
    상기 배터리 팩의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이; 및
    상기 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자;
    를 포함하며, 상기 병렬 경로 상에는 저항성 소자만이 구비된 전기자동차용 파워 릴레이 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저항성 소자는
    저항(resistor); 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT; insulated gate bipolar mode transistor), 바이폴라 트랜지스터(BJT; bipolar junction transistor) 또는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistor)를 포함하는 능동소자; 또는 정특성 서미스터(PTC thermistor; positive temperature coefficient thermistor) 또는 부특성 서미스터(NTC thermistor; negative temperature coefficient thermistor)를 포함하는 열가변 저항기(thermistor)인 파워 릴레이 어셈블리.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 +단과 상기 제1파워 릴레이 사이에 전류 센서가 더 구비되는 파워 릴레이 어셈블리.
  4. 차량을 구동하는 모터에 충전된 전력을 공급하는 배터리 팩의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이, 상기 배터리 팩의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이, 및 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자를 포함하며, 상기 병렬 경로 상에는 저항성 소자만이 구비된 파워 릴레이 어셈블리;와 상기 파워 릴레이 어셈블리를 제어하여, 상기 배터리 팩으로부터 차량을 구동하는 상기 모터로의 전력 공급 여부를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System);을 포함하는 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법이며,
    모터에 의해 차량이 구동되는 구동상태에서, 상기 배터리 관리 시스템이 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보에 따라 응급상황을 발생 여부를 판단하는 응급상황 판단단계; 및
    응급상황이 발생하는 경우, 상기 배터리 관리 시스템이 상기 파워 릴레이 어셈블리의 제1파워릴레이를 차단(OFF)시켜, 상기 배터리 팩과 상기 모터 간, 파워 릴레이 어셈블리의 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리의 제2파워릴레이에 의해 전기적 폐회로를 형성하는 전류제한단계;
    를 포함하여 수행되는 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법은
    상기 전류제한단계가 수행된 후,
    상기 배터리 관리 시스템이 제2파워릴레이를 차단(OFF)시켜 상기 배터리 팩과 상기 모터 간 전기적 개회로를 형성하는 개로단계;가 더 수행되는 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 응급상황 기준 정보는
    모터의 정격 전류를 초과하는 전류값인 고전류상태; 상기 고전류상태가 유지되는 시간인 유지시간; 및 상기 고전류상태와 상기 고전류유지시간에 의해 산출되는 전력량;에서 하나 또는 둘 이상 선택된 정보인 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법.
  7. 차량을 구동하는 모터에 충전된 전력을 공급하는 배터리 팩의 +단과 직렬 연결되는 제1파워 릴레이, 상기 배터리 팩의 단과 직렬 연결되는 제2파워 릴레이, 및 제1파워 릴레이에 병렬 연결되어, 병렬 경로를 형성하는 저항성 소자를 포함하며, 상기 저항성 소자의 배터리 팩 +단 측에 프리-차지 릴레이(pre-charge relay)가 직렬 구비된 파워 릴레이 어셈블리; 와 상기 파워 릴레이 어셈블리를 제어하여, 상기 배터리 팩으로부터 차량을 구동하는 상기 모터로의 전력 공급 여부를 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System);을 포함하는 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법이며,
    모터에 의해 차량이 구동되는 구동상태에서, 상기 배터리 관리 시스템이 상기 프리-차지 릴레이를 도통(ON)시켜, 상기 구동상태에서 상기 병렬 경로를 전류가 흐르는 저저항 경로로 제어하는 병렬경로형성단계;
    모터에 의해 차량이 구동되는 구동상태에서, 상기 배터리 관리 시스템이 메모리에 기 저장된 응급상황 기준 정보에 따라 응급상황을 발생 여부를 판단하는 응급상황 판단단계; 및
    응급상황이 발생하는 경우, 상기 배터리 관리 시스템이 상기 파워 릴레이 어셈블리의 제1파워릴레이를 차단(OFF)시켜, 상기 배터리 팩과 상기 모터 간, 상기 저저항 경로로 제어된 병렬경로와 파워 릴레이 어셈블리의 제2파워릴레이에 의해 전기적 폐회로를 형성하는 전류제한단계;
    를 포함하여 수행되는 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법은
    상기 전류제한단계가 수행된 후,
    상기 배터리 관리 시스템이 제2파워릴레이를 차단(OFF)시켜 상기 배터리 팩과 상기 모터 간 전기적 개회로를 형성하는 개로단계;가 더 수행되는 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 응급상황 기준 정보는
    모터의 정격 전류를 초과하는 전류값인 고전류상태; 상기 고전류상태가 유지되는 시간인 유지시간; 및 상기 고전류상태와 상기 고전류유지시간에 의해 산출되는 전력량;에서 하나 또는 둘 이상 선택된 정보인 전기자동차용 에너지 시스템의 작동 방법.
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