WO2014077522A1 - 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치 및 방법 Download PDF

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precharge
main
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허근회
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에스케이이노베이션 주식회사
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    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

Definitions

  • the present invention relates to a relay fusion detection apparatus and method for a battery system.
  • the present invention relates to a relay welding detection device and method for detecting whether welding has occurred.
  • a relay is used to control the power supply from a high voltage battery pack to a motor or the like.
  • a relay is provided between the battery pack and the high voltmeter circuit component to control the power supply from the high voltage battery pack to the high voltmeter circuit component.
  • the connection or opening of the high voltmeter circuit component and the battery pack is performed by a relay in accordance with the vehicle control state.
  • the purpose of using the relay is to ensure complete electrical isolation between the energy storage medium and other systems, and when the vehicle is running, the relay is short-circuited to supply power, but the key is off or maintained.
  • the relay In the emergency situation, the relay is open to ensure electrical stability. In addition, it prevents the occurrence of a serious secondary accident such as electric shock, fire due to high voltage when the first accident occurs, and also to block the dark current of the battery pack.
  • the present invention provides a relay fusion detection apparatus of a battery system capable of detecting whether the main and pre-charge relays are connected to each other in parallel on the same path among relays of a battery pack.
  • the purpose is to provide a method.
  • the relay fusion detection apparatus of a battery system includes a power supply unit for supplying current to one main relay and a precharge relay connected in parallel on the same path; A switching unit positioned between the power supply unit and the main relay and the precharge relay connected in parallel to switch a connection; A current sensor positioned on the same path as the main relay and the precharge relay connected in parallel and sensing a current value I T flowing on the path; And a controller configured to detect whether the main relay and the precharge relay are fused according to the current value I T sensed by the current sensor when the switching unit is turned on.
  • the relay fusion detection apparatus of the battery system may further include a resistor unit for limiting the amount of current supplied by the power source unit.
  • Relay fusion detection method of a battery system comprises the steps of supplying a current to one main relay and a precharge relay connected in parallel on the same path by a separate power supply unit; Detecting, by the controller, a current value I T flowing on the path through a current sensor positioned on the same path as the main relay and the precharge relay connected in parallel; And detecting, by the controller, whether the main relay and the precharge relay are fused according to the sensed current value I T.
  • the controller when the detected current value I T is a value corresponding to 0 and a predetermined error range, the controller does not fusion the main relay and the precharge relay. If it is determined that the detected current value I T is within a predetermined error range and a predetermined value of I 1 , the current value that appears when the precharge relay is fused among the parallel-connected main relay and the precharge relay is fused. If the value, the control unit determines that the main relay is not fused and the precharge relay is fused, and that the sensed current value I T is fused between the main relay and the precharge relay connected in parallel.
  • the control unit If the current value appears in the case of a value corresponding to a predetermined I 2 value and a predetermined error range, the control unit is It is determined that the main relay is fused and the precharge relay is not fused to detect whether the main relay and the precharge relay are fused.
  • the controller in the fusion detection step, when the detected current value I T is a value corresponding to a value of 0 and a predetermined error range, the controller may be connected to the main relay.
  • the precharge relay is determined to be non-fused, the sensed current value (I T) is the parallel connected main relay and the precharge relay of the I 1 values pre-set as a current value that appears in the case where the precharge relay fusion
  • the control unit determines that the main relay is not fused and the precharge relay is fused, wherein the sensed current value I T is one of the main relay and the precharge relay connected in parallel.
  • the current value that appears when the main relay is fused is a value corresponding to a preset I 2 value and a value within a certain error range If the control unit determines that the main relay is fused and the precharge relay is not fused, and the sensed current value I T is greater than the I 2 value beyond a predetermined error range, It is determined that both the main relay and the precharge relay are fused to detect whether the main relay and the precharge relay are fused.
  • the present invention supplies a separate current to one main relay and a precharge relay connected in parallel on the same path among the relays connected to the battery pack in the battery system, the current flowing on the path depending on whether the relays are fused Monitoring the value through the current sensor provides a technique to detect whether the relay is fused.
  • the present invention makes it possible to detect the welding of each of the main relay and the precharge relay connected in parallel on the same path through current value sensing through the current sensor.
  • FIG. 1 is a view illustrating an embodiment of a relay fusion detection method of a conventional battery system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for detecting relay fusion of a battery system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a relay fusion detection method of a battery system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a first embodiment illustrating a detailed configuration of step S320 illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a second embodiment showing the detailed configuration of step S320 shown in FIG. 3.
  • FIG. 1 is a view illustrating an embodiment of a relay fusion detection method of a conventional battery system.
  • a main (+) relay 11 and a precharge relay 12 are connected in parallel to a high voltage (+) terminal of the battery pack 10, and a main () terminal is connected to a high voltage ( ⁇ ) terminal of the battery pack 10.
  • -) Relay 13 is connected.
  • the precharge relay 12 is turned on before the main relay 11 is turned on so that the current flows to the high voltage circuit components while the peak current is limited due to the precharge resistor R.
  • the main relay (11) is turned on so that a current flows through the main (+) relay (11).
  • the components 14 and 15 for measuring respective voltages at the front and rear ends of the relay are provided.
  • the relays are detected by fusion using the order in which the relays are turned on and the voltage values of the front and rear ends of the relays measured by the components 14 and 15.
  • each relay For example, suppose that the order of turning on each relay is the precharge relay 12, the main (-) relay 13, and the main (+) relay 11.
  • the main (-) relay 13 and the precharge relay 12 are fused or the main (-) relay ( 13 and the main relay 11 is fused.
  • the precharge relay 12 is turned on, so that the main relay 13 is abnormal. It can be seen that the on state, that is, the fused state.
  • the present invention proposes a relay fusion detection apparatus and method capable of detecting whether each main relay and a precharge relay are connected to each other in parallel in the same path among relays of a battery pack. do.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a relay fusion detection apparatus of a battery system according to an exemplary embodiment of the present disclosure. As illustrated in FIG. 2, a separate power supply unit 200, a resistor unit 210, and a switching unit are illustrated. 220, the current sensor 230, and the controller 240 may be configured.
  • the controller 240 senses the current value through the current sensor 230. According to the sensed current value, it is configured to detect whether the welding is performed for each of the one main relay and the precharge relay.
  • the power supply unit 200 may be configured as a current source or a voltage source, and is configured to supply current to one main relay and a pre-autonomous relay connected in parallel on the same path.
  • the power supply unit 200 is a reference potential Is connected such that is the potential of the positive terminal.
  • the power supply unit 200 has a reference potential of the negative terminal. Will be connected.
  • the resistor unit 210 is configured to perform a function of limiting the amount of current supplied by the power supply unit 200, and may be provided as necessary.
  • the switching unit 220 is on / off according to the switching control signal SW_CTL of the control unit 240 and serves to conduct or open a connection between one main relay and a precharge relay connected in parallel with the power supply unit 200. . Therefore, the switching unit 220 is located between the relays 110 and 120 connected in parallel with the power supply unit 200.
  • the current sensor 230 is located on the same path as the parallel-connected relays 110 and 120 and senses a current value flowing on the path. Accordingly, as shown in FIG. 2, the current sensor 230 is connected between the main relay 110 and the precharge relay 120 and the battery pack 100, that is, the main relay 110 connected in parallel. ) And the front end of the precharge relay 120, it can detect the current value flowing on the path.
  • the control unit 240 controls the switching unit 220 by outputting a switching control signal SW_CTL for turning on / off the switching unit 220.
  • the current value I T sensed by the current sensor 230 is received.
  • the control unit 240 After the control unit 240 provides the switching control signal SW_CTL to turn on the switching unit 220, the main relay 110 connected in parallel according to the current value I T sensed by the current sensor 230. ) And whether the fusion to each of the precharge relay 120 is detected.
  • the controller 240 outputs an operation control signal BS_CTL of the battery system according to whether the detected relays are fused. If, as a result of fusion detection, it is detected that fusion occurs in any one of the relays, the controller 240 outputs a control signal BS_CTL to stop the operation of the battery system. You can prevent it.
  • the relay fusion detection apparatus supplies a separate current to one main relay and a precharge relay connected in parallel on the same path, and according to whether the relays are fused.
  • the current value (I T ) flowing on the path through the current sensor 230 is configured to simply determine whether the relay fusion.
  • the present invention can detect whether or not welding is performed for each of the main relay and the precharge relay connected in parallel on the same path.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a relay fusion detection method of a battery system according to an exemplary embodiment.
  • control unit 240 provides a switching control signal (SW_CTL) to turn on the switch unit 220 to connect the connection between one main relay and precharge relay connected in parallel on the same path and the power unit 200 provided separately Turn on.
  • SW_CTL switching control signal
  • the controller 240 allows the current to be supplied to one main relay and the precharge relay connected in parallel on the same path (S300).
  • controller 240 senses a current value I T flowing on the path through the current sensor 230 positioned on the same path as the relays connected in parallel (S310).
  • the controller 240 detects whether the main relay and the precharge relay are connected to each other in accordance with the sensed current value I T (S320).
  • the controller 240 controls the operation of the battery system according to whether the detected relay is fused (S330).
  • FIG. 4 is a first embodiment illustrating a detailed configuration of step S320 illustrated in FIG. 3.
  • I 1 amp A refers to a current value flowing in the path when a precharge relay is fused among one main relay and a precharge relay connected in parallel on the same path
  • I 2 amp A corresponds to the above.
  • the main relay When the main relay is fused, it means a current value flowing on the path.
  • I 1 and I 2 values are as follows.
  • I 1 V / (R1 + R2 + R pre-chg )
  • I 2 V / (R2 + R main (+) )
  • V is the voltage value supplied through the power supply unit 200
  • R pre-chg is the relay internal resistance value when the precharge relay 120 is fused
  • R main (+) is the precharge relay 120
  • the relay internal resistance value when the main relays 110 connected in parallel are fused.
  • R1 is a precharge resistance value
  • R2 is a resistance value of the resistor unit 210.
  • the I 1 and I 2 current values vary depending on the configuration of the relay fusion detection device. After the relay fusion detection device is operated, each of the main relays and the precharge relays connected in parallel are turned on before the relay fusion detection device is operated. This value can be obtained by measuring the current flowing on the connected path.
  • the apparatus and method for detecting relay fusion according to an embodiment of the present invention is obtained by previously obtaining and setting current values of I 1 and I 2 and used for detecting whether the relay is fused.
  • the controller 240 may precharge one of the main relay and the precharge relay connected in parallel. Since the fusion occurs in the relay and is a current value, the precharge relay is fused and the main relay is determined as not fused (S430).
  • the controller 240 When the current value I T detected by the current sensor 230 is a value within a predetermined error range at I 2 amps (S440), the controller 240 is fused to the main relay of one main relay and the precharge relay connected in parallel. Since the generated current value appears, the main relay is fused and the precharge relay is determined as not fused (S450).
  • FIG. 5 is a second embodiment showing the detailed configuration of step S shown in FIG.
  • the second embodiment illustrated in FIG. 5 may also determine a case where both the main relay and the precharge relay connected in parallel on the same path are fused.
  • the embodiment is configured to.
  • the current value I T sensed by the current sensor 230 is larger than the current value sensed by the current sensor 230, that is, the I 2 current value when only the current flow of F1 is generated.
  • the controller 240 is connected to one main relay connected in parallel. If all of the precharge relays are determined to be normal (S510) and the current value I T detected by the current sensor 230 is within a certain error range at I 1 amp (S520), the precharge relay is fused and the main relay is If it is determined that it is not fused (S530), and the current value I T detected through the current sensor 230 is a value within a certain error range at I 2 amperes (S540), the main relay is fused and the precharge relay is fused. It is determined that it is not (S550).
  • control unit 240 when the current value I T detected by the current sensor 230 is greater than the I 2 current value beyond a predetermined constant error range (S560), the control unit 240 includes one main relay and a precharge relay connected in parallel. It is determined that all are fused (S570).
  • switching unit 230 current sensor
  • control unit 240 control unit

Abstract

배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 릴레이 융착 검출 장치는 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이에 전류를 공급하는 전원부와, 상기 전원부와 상기 병렬 연결된 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이 사이에 위치하며 연결을 스위칭하는 스위칭부와, 상기 병렬 연결된 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이와 동일 경로 상에 위치하며 상기 경로 상에 흐르는 전류값(IT)을 감지하는 전류 센서와, 상기 스위칭부가 온된 경우, 상기 전류 센서에 감지된 전류값(IT)에 따라 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하는 제어부로 구성된다. 본 발명에 따르면, 전류 센서를 통한 전류 값 감지를 통해서 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부 검출이 가능하다.

Description

배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치 및 방법
본 발명은 배터리 시스템의 릴레이(relay) 융착 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 각종 전기 자동차(HEV, PHEV, EV) 또는 전력 저장 시스템(ESS)용 배터리 시스템(Battery System)에서 배터리 팩에 연결되는 릴레이에 융착(welding)이 발생하였는지의 여부를 검출하는 릴레이 융착 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고전압의 배터리 팩으로부터 모터 등에 전력 공급을 제어하기 위해, 릴레이가 사용되고 있다.
예를 들면, 전기 자동차, 하이브리드(hybrid) 자동차 등에 있어서, 고전압의 배터리 팩으로부터 고전압계 회로부품으로의 전력 공급을 제어하기 위해, 배터리 팩과 고전압계 회로 부품 사이에 릴레이가 설치된다. 그리고, 고전압계 회로부품과 배터리 팩과의 접속 또는 개방은 차량 제어 상태에 따라 릴레이에 의해서 행하여진다.
여기서, 릴레이를 사용하는 목적은 에너지 저장 매체와 그 외의 시스템 간에 전기적인 완전한 절연을 확보하기 위함이며, 차량 운행시에는 릴레이가 단락되어 전원을 공급하지만, 키 오프(key off)나 정비(maintenance), 위기(emergency) 상황에서는 릴레이가 개방되어 전기적인 안정성을 확보하기 위함이다. 또한 1차 사고 발생시 고전압에 의한 전기적인 감전, 화재 등 중대한 2차 사고의 발생을 방지하며, 배터리 팩의 암전류를 차단하기 위함이기도 하다.
그러므로, 릴레이가 과전류 등의 원인에 의해 융착이 발생된다면, 배터리 시스템 내에 비정상적인 전류가 흐르게 되면서 위험한 상황이 발생된다.
일 예로, 하이브리드 자동차의 경우, 모터 제어기의 고장시 엔진 RPM에 따라 모터의 역기전력에 의한 역기전압이 발생하고, 이로 인해 배터리가 과충전되는 상황이 발생한다. 이때에, 배터리 과충전이 발생되면 배터리 보호를 위하여 배터리 제어부가 릴레이를 개방시키는 제어를 수행하나, 이때에 릴레이가 융착되어 있다면, 제어부의 상기 제어가 수행되지 않아, 결국 지속적인 과충전 발생으로 발화 및 차량의 폭발 가능성이 있다.
이에 따라, 각종 전기 자동차(HEV, PHEV, EV) 또는 전력 저장 시스템(ESS) 용 배터리 시스템에서 배터리 팩에 연결되는 릴레이들에 융착(welding)이 발생하였는지의 여부를 검출하는 것은 안전을 위해 중요하다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
미국특허문헌 제7368829호 (공개일 : 2006.01.26.)
미국특허문헌 제7573150호 (공개일 : 2008.01.03.)
본 발명은 배터리 팩의 릴레이들 중에 동일 경로상에 병렬로 연결되어 있는 하나의 메인(main) 릴레이와 프리차지(pre-charge) 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출 가능한 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치는 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이에 전류를 공급하는 전원부; 상기 전원부와 상기 병렬 연결된 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이 사이에 위치하며 연결을 스위칭하는 스위칭부; 상기 병렬 연결된 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이와 동일 경로 상에 위치하며 상기 경로 상에 흐르는 전류값(IT)을 감지하는 전류 센서; 및 상기 스위칭부가 온된 경우, 상기 전류 센서에 감지된 전류값(IT)에 따라 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하는 제어부를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치는 상기 전원부에 의해 공급되는 전류량을 제한하기 위한 저항부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 방법은 별도로 구비된 전원부에 의해 동일 경로 상에 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이로 전류가 공급되는 단계; 제어부가 상기 병렬 연결된 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이와 동일 경로 상에 위치하는 전류 센서를 통해 상기 경로 상에 흐르는 전류값(IT)을 감지하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 감지된 전류값(IT)에 따라 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 융착 여부 검출 단계의 제1 실시 예는, 상기 감지된 전류값(IT)이 0 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별, 상기 감지된 전류값(IT)이 상기 병렬 연결된 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 상기 프리차지 릴레이가 융착된 경우에 나타나는 전류값으로 미리 설정해 놓은 I1 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이는 융착되지 않고 상기 프리차지 릴레이는 융착된 것으로 판별, 및 상기 감지된 전류값(IT)이 상기 병렬 연결된 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 상기 메인 릴레이가 융착된 경우에 나타나는 전류값으로 미리 설정해 놓은 I2 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이는 융착되고 상기 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별하여, 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출한다.
그리고, 상기 융착 여부 검출 단계의 제2 실시 예는, 상기 융착 여부 검출 단계는, 상기 감지된 전류값(IT)이 0 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별, 상기 감지된 전류값(IT)이 상기 병렬 연결된 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 상기 프리차지 릴레이가 융착된 경우에 나타나는 전류값으로 미리 설정해 놓은 I1 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이는 융착되지 않고 상기 프리차지 릴레이는 융착된 것으로 판별, 상기 감지된 전류값(IT)이 상기 병렬 연결된 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 상기 메인 릴레이가 융착된 경우에 나타나는 전류값으로 미리 설정해 놓은 I2 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이는 융착되고 상기 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별, 및 상기 감지된 전류값(IT)이 일정 오차 범위를 넘어서 상기 I2 값보다 큰 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 둘 다 융착된 것으로 판별하여, 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출한다.
본 발명은 배터리 시스템 내 배터리 팩에 연결되는 릴레이들 중 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이로 별도의 전류를 공급해 주고, 그 릴레이들의 융착 여부에 따라 상기 경로 상에 흐르는 전류 값을 전류 센서를 통해 감시함으로써 릴레이 융착 여부를 검출할 수 있는 기술을 제공한다. 특히나, 본 발명은 전류 센서를 통한 전류 값 감지를 통해서 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부 검출이 가능하게 해 준다.
도 1은 종래 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 방식의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 S320 단계의 상세 구성을 도시한 제1 실시 예이다.
도 5는 도 3에 도시된 S320 단계의 상세 구성을 도시한 제2 실시 예이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 종래 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 방식의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 1에는 배터리 팩(10)의 고전압 (+)단자에 메인(+) 릴레이(11)와 프리차지 릴레이(12)가 병렬 연결되어 있고, 배터리 팩(10)의 고전압 (-)단자에 메인(-) 릴레이(13)가 연결되어 있다. 여기서, 메인(+) 릴레이(11)와 메인(-) 릴레이(13)가 온되면 순간적으로 발생하는 서지(surge) 전류가 고전압계 회로부품으로 흘러들어가 부품 손상 또는 서지 전류에 의해 릴레이 융착이 발생될 수 있다. 그러므로, 메인(+) 릴레이(11)를 온시키기 전에 프리차지 릴레이(12)를 온시키어 프리차지 저항(R)으로 인해 피크 전류가 제한되면서 고전압계 회로부품들로 전류가 흐르도록 한다. 그리고 그 이후에, 메인(+) 릴레이(11)를 온시키어 메인(+) 릴레이(11)를 통해 전류가 흐르도록 동작된다.
이때에, 릴레이 융착 여부를 검출하기 위해서, 도 1에 도시된 바와 같이 릴레이들을 중심으로 릴레이 전단과 후단에 각각의 전압을 측정하는 구성요소(14,15)를 구비한다. 그리고 각 릴레이들이 온되는 순서와 상기 구성요소(14,15)를 통해 측정된 릴레이 전단과 후단의 전압값을 이용하여 릴레이들의 융착 여부를 검출한다.
예를 들어, 각 릴레이들을 온시키는 순서가 프리차지 릴레이(12), 메인(-) 릴레이(13), 메인(+) 릴레이(11) 순이라고 가정해 본다.
프리차지 릴레이(12)를 온시키기 전에 측정된 릴레이 전단과 후단의 각각 전압값이 거의 동일하다면, 메인(-) 릴레이(13)와 프리차지 릴레이(12)가 융착되거나 아니면 메인(-) 릴레이(13)와 메인(+) 릴레이(11)가 융착됨을 알 수 있다.
그리고, 메인(-) 릴레이(13)를 온시키기 전에 측정된 릴레이 전단과 후단의 각각 전압값이 거의 동일하다면, 프리차지 릴레이(12)가 온된 상태이므로, 메인(-) 릴레이(13)가 비정상적으로 온된 상태, 즉 융착된 상태임을 알 수 있다.
또한, 메인(+) 릴레이(13)를 온시키기 전에 측정된 릴레이 전단의 전압값이 릴레이 후단의 전압값보다 작거나 거의 동일하다면, 메인(+) 릴레이(11)가 융착됨을 알 수 있다.
이에 따라, 릴레이 양단의 전압을 측정한 값과 각 릴레이들을 온시키는 순서를 고려하여 프리차지 릴레이(12), 메인(+) 릴레이(11), 및 메인(-) 릴레이(13)의 융착 여부를 검출하게 된다.
그러나, 도 1에 도시된 릴레이 융착 검출 방식은 메인(+) 릴레이(11)와 메인(-) 릴레이(13) 각각에 대한 융착 여부는 검출 가능하나, 메인(+) 릴레이(11)와 프리차지 릴레이(12) 중 하나만이 융착이 일어났을 경우에 어느 릴레이가 융착되었는지는 검출이 불가능하다.
본 발명은 배터리 팩의 릴레이들 중에 동일 경로상에 병렬로 연결되어 있는 하나의 메인(main) 릴레이와 프리차지(pre-charge) 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출 가능한 릴레이 융착 검출 장치 및 방법을 제안한다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 릴레이 융착 검출 장치 및 방법에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치의 구성을 도시한 도면으로, 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 전원부(200)와, 저항부(210)와, 스위칭부(220)와, 전류 센서(230)와, 제어부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스위칭부(220)의 온/오프에 따라 융착 여부를 검출하고자 하는 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이측으로 별도의 전원부(200)에 의해 전류가 공급 또는 차단되도록 구성된다. 그리고, 제어부(240)는 스위칭부(220) 및 전원부(200)에 의해 공급된 전류가 상기 하나의 메인 릴레이 또는 프리차지 릴레이를 통해 흐르는 경우 그 전류값을 전류 센서(230)를 통해 감지하고 그 감지된 전류값에 따라 상기 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하도록 구성된다.
전원부(200)는 전류원 또는 전압원으로 구성될 수 있으며, 동일 경로상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리자치 릴레이로 전류를 공급하기 위한 구성이다. 그래서, 도 2에 도시된 바와 같이 메인(+) 릴레이(110)와 프리차지 릴레이(120)가 병렬로 배터리 팩(100)의 (+)단자에 연결되어 있는 경우, 전원부(200)는 기준 전위가 (+) 단자의 전위가 되도록 연결된다. 만약, 반대로 메인(-) 릴레이(130)와 프리차지 릴레이(120)가 병렬로 배터리 팩(100)의 (-)단자에 연결되어 있다면, 전원부(200)는 기준 전위가 (-)단자의 전위가 되도록 연결될 것이다.
저항부(210)는 전원부(200)에 의해 공급되는 전류량을 제한하는 기능을 수행하는 구성으로, 필요에 의해 구비될 수 있다.
스위칭부(220)는 제어부(240)의 스위칭 제어신호(SW_CTL)에 따라 온/오프되며 전원부(200)와 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 간에 연결을 도통 또는 개방하는 역할을 수행한다. 따라서 스위칭부(220)는 전원부(200)와 병렬로 연결된 릴레이들(110, 120) 사이에 위치한다.
전류 센서(230)는 상기 병렬 연결된 릴레이들(110,120)과 동일 경로 상에 위치하며 경로 상에 흐르는 전류값을 감지한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전류 센서(230)는 병렬로 연결된 메인(+) 릴레이(110)와 프리차지 릴레이(120)와 배터리 팩(100) 사이, 즉 메인(+) 릴레이(110)와 프리차지 릴레이(120)의 전단에 존재하며, 경로 상에 흐르는 전류값을 감지할 수 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 병렬 연결된 메인(+) 릴레이(110)에 융착이 발생되는 경우, F1의 전류 흐름만이 발생되고, 프리차지 릴레이(120)에 융착이 발생되는 경우 F2의 전류 흐름만이 발생된다. 만약, 메인(+) 릴레이(110)와 프리차지 릴레이(120) 모두 융착이 된 경우에는 F1과 F2 전류 흐름이 모두 발생된다. 그에 따라, 전류 센서(230)에 감지되는 전류값은 서로 다르게 된다.
제어부(240)는 스위칭부(220)를 온/오프시키는 스위칭 제어신호(SW_CTL)를 출력하여 스위칭부(220)를 제어한다. 그리고 전류 센서(230)에 감지되는 전류값(IT)을 입력받는다.
제어부(240)는 스위칭부(220)를 온시키는 스위칭 제어신호(SW_CTL)를 제공한 이후에, 전류 센서(230)에 감지되는 전류값(IT)에 따라 병렬 연결된 메인(+) 릴레이(110)와 프리차지 릴레이(120) 각각에 대한 융착 여부를 검출한다. 그리고 제어부(240)는 상기 검출한 릴레이들의 융착 여부에 따라 배터리 시스템의 동작 제어신호(BS_CTL)를 출력한다. 만약, 상기 융착 여부 검출 결과, 어느 하나의 릴레이에 융착이 발생됨이 검출된 경우, 제어부(240)는 배터리 시스템의 동작을 중지시키는 제어신호(BS_CTL)를 출력함으로써 비정상적인 작동 상태가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
여기서, 제어부(240)가 상기 감지된 전류값(IT)에 따라 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하는 방식에 대해서는, 이하 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하도록 하겠다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 릴레이 융착 여부 검출 장치는 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이로 별도의 전류를 공급해 주고, 상기 릴레이들의 융착 여부에 따라 상기 경로 상에 흐르는 전류값(IT)을 전류 센서(230)를 통해 모니터링함으로써 간단하게 릴레이 융착 여부를 판단할 수 있도록 구성된다. 특히나, 본 발명은 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 각각에 대해서 융착 여부를 검출할 수가 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
살펴보면, 제어부(240)는 스위치부(220)를 온시키는 스위칭 제어신호(SW_CTL)를 제공하여 동일 경로 상에 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이와 별도로 구비한 전원부(200) 사이의 연결을 도통시킨다. 그럼으로서, 제어부(240)는 동일 경로 상에 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이로 전류가 공급되도록 한다(S300).
그리고, 제어부(240)는 상기 병렬로 연결된 릴레이들과 동일 경로 상에 위치하는 전류 센서(230)를 통해서 상기 경로 상에 흐르는 전류값(IT)을 감지한다(S310).
제어부(240)는 그 감지된 전류값(IT)에 따라 상기 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출한다(S320).
여기서, 제어부(240)가 상기 감지된 전류값(IT)에 따라 릴레이 융착 여부를 검출하는 단계(S320)는 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 살펴보도록 한다.
제어부(240)는 상기 검출한 릴레이 융착 여부에 따라 배터리 시스템의 동작을 제어한다(S330).
도 4는 도 3에 도시된 S320 단계의 상세 구성을 도시한 제1 실시 예이다.
여기서, I1 암페어(A)는 동일 경로 상에 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 프리차지 릴레이가 융착된 경우 상기 경로 상에 흐르는 전류값을 의미하고, I2 암페어(A)는 상기 메인 릴레이가 융착된 경우 상기 경로 상에 흐르는 전류값을 의미한다.
따라서, 앞서 도 2에 도시된 릴레이 융착 검출 장치의 일 실시 예 구성에 따르면, I1 및 I2 값은 다음과 같다.
I1 = V / (R1 + R2 + Rpre-chg)
I2 = V / (R2 + Rmain(+))
여기서, V는 전원부(200)를 통해 공급되는 전압값, Rpre-chg은 프리차지 릴레이(120)가 융착된 경우의 릴레이 내부 저항값, 및 Rmain(+)은 프리차지 릴레이(120)와 병렬 연결된 메인(+) 릴레이(110)가 융착된 경우의 릴레이 내부 저항값을 의미한다. 그리고, R1은 프리차지 저항값, R2는 저항부(210)의 저항값이다.
I1 및 I2 전류값은 릴레이 융착 검출 장치의 구성에 따라 달라지는 값으로, 릴레이 융착 검출 장치를 동작시키기 전에 시험적으로 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이를 각각 온시킨 후, 상기 릴레이들이 연결된 경로 상에 흐르는 전류를 측정함으로서 구할 수 있는 값이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 릴레이 융착 검출 장치 및 방법은 I1 및 I2 전류값을 미리 구하여 설정해 놓고 릴레이 융착 여부 검출시에 이용한다.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(240)는 전류 센서(230)를 통해 검출된 전류값(IT)이 일정 오차 범위를 가지며 0 암페어에 가까운 경우(S400), 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 둘 다 개방되어 있는 정상 상태이므로, 두 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별한다(S410).
또한, 제어부(240)는 전류 센서(230)를 통해 검출된 전류값(IT)이 I1 암페어에서 일정 오차 범위 내의 값인 경우(S420), 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 프리차지 릴레이에 융착이 발생되어 나타나는 전류값이므로, 프리차지 릴레이는 융착되고 메인 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별한다(S430).
제어부(240)는 전류 센서(230)를 통해 검출된 전류값(IT)이 I2 암페어에서 일정 오차 범위 내의 값인 경우(S440), 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 메인 릴레이에 융착이 발생되어 나타나는 전류값이므로, 메인 릴레이는 융착되고 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별한다(S450).
따라서, 본 발명에 따르면, 동일 경로상에 병렬로 연결되어 있는 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출할 수가 있다.
도 5는 도 3에 도시된 S 단계의 상세 구성을 도시한 제2 실시 예이다.
도 5에 도시된 제2 실시 예는, 앞서 도 4에 도시된 제1 실시 예와는 달리, 동일 경로 상에 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 둘 다 융착이 된 경우에 대해서도 판별할 수 있도록 구성된 실시 예이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 병렬 연결된 메인(+) 릴레이(110)와 프리차지 릴레이(120) 둘다 융착이 되면 F1과 F2 두 개의 전류 흐름이 발생된다. 그에 따라 전류 센서(230)에 감지되는 전류값(IT)은 F1의 전류 흐름만이 발생된 경우에 전류 센서(230)에 감지되는 전류값, 즉 I2 전류값 보다 크게 된다.
따라서, 제어부(240)는 도 4에 도시된 바와 같이 전류 센서(230)를 통해 검출된 전류값(IT)이 일정 오차 범위를 가지며 0 암페어에 가까운 경우(S500) 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이가 모두 정상으로 판별(S510), 전류 센서(230)를 통해 검출된 전류값(IT)이 I1 암페어에서 일정 오차 범위 내의 값인 경우(S520) 프리차지 릴레이는 융착되고 메인 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별(S530), 및 전류 센서(230)를 통해 검출된 전류값(IT)이 I2 암페어에서 일정 오차 범위 내의 값인 경우(S540), 메인 릴레이는 융착되고 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별한다(S550).
또한 제어부(240)는 전류 센서(230)를 통해 검출된 전류값(IT)이 기 설정된 일정 오차 범위를 넘어서 I2 전류값 보다 큰 경우(S560), 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 모두 융착된 것으로 판별한다(S570).
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
[부호의 설명]
10,100 : 배터리 팩 11,110 : 메인(+) 릴레이
12,120 : 프리차지 릴레이 13,130 : 메인(-) 릴레이
200 : 전원부 210 : 저항부
220 : 스위칭부 230 : 전류 센서
240 : 제어부

Claims (5)

  1. 동일 경로 상에 병렬로 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이에 전류를 공급하는 전원부;
    상기 전원부와 상기 병렬 연결된 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이 사이에 위치하며 연결을 스위칭하는 스위칭부;
    상기 병렬 연결된 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이와 동일 경로 상에 위치하며 상기 경로 상에 흐르는 전류값(IT)을 감지하는 전류 센서; 및
    상기 스위칭부가 온된 경우, 상기 전류 센서에 감지된 전류값(IT)에 따라 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하는 제어부;
    를 포함하는 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전원부에 의해 공급되는 전류량을 제한하기 위한 저항부;를 더 포함하는 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 장치.
  3. 별도로 구비된 전원부에 의해 동일 경로 상에 병렬 연결된 하나의 메인 릴레이와 프리차지 릴레이로 전류가 공급되는 단계;
    제어부가 상기 병렬 연결된 메인 릴레이 및 프리차지 릴레이와 동일 경로 상에 위치하는 전류 센서를 통해 상기 경로 상에 흐르는 전류값(IT)을 감지하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 감지된 전류값(IT)에 따라 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하는 단계;
    를 포함하는 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 융착 여부 검출 단계는,
    상기 감지된 전류값(IT)이 0 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별,
    상기 감지된 전류값(IT)이 상기 병렬 연결된 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 상기 프리차지 릴레이가 융착된 경우에 나타나는 전류값으로 미리 설정해 놓은 I1 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이는 융착되지 않고 상기 프리차지 릴레이는 융착된 것으로 판별, 및
    상기 감지된 전류값(IT)이 상기 병렬 연결된 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 상기 메인 릴레이가 융착된 경우에 나타나는 전류값으로 미리 설정해 놓은 I2 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이는 융착되고 상기 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별하여, 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하는 것인 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 융착 여부 검출 단계는,
    상기 감지된 전류값(IT)이 0 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별,
    상기 감지된 전류값(IT)이 상기 병렬 연결된 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 상기 프리차지 릴레이가 융착된 경우에 나타나는 전류값으로 미리 설정해 놓은 I1 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이는 융착되지 않고 상기 프리차지 릴레이는 융착된 것으로 판별,
    상기 감지된 전류값(IT)이 상기 병렬 연결된 메인 릴레이와 프리차지 릴레이 중 상기 메인 릴레이가 융착된 경우에 나타나는 전류값으로 미리 설정해 놓은 I2 값과 일정 오차 범위 내에 해당되는 값인 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이는 융착되고 상기 프리차지 릴레이는 융착되지 않은 것으로 판별, 및
    상기 감지된 전류값(IT)이 일정 오차 범위를 넘어서 상기 I2 값보다 큰 경우, 상기 제어부가 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 둘 다 융착된 것으로 판별하여, 상기 메인 릴레이와 상기 프리차지 릴레이 각각에 대한 융착 여부를 검출하는 것인 배터리 시스템의 릴레이 융착 검출 방법.
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