WO2017222186A1 - 전기 자동차용 구동 회로 및 그 제어 방법 - Google Patents

전기 자동차용 구동 회로 및 그 제어 방법 Download PDF

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송정주
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a driving circuit for an electric vehicle and a control method thereof, and more particularly, to a driving circuit and a method for emergency driving of an electric vehicle.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that they have a primary advantage of dramatically reducing the use of fossil fuels, as well as no by-products of energy use.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0027510 (hereinafter referred to as "prior document") has been disclosed as a conventional technology using such a secondary battery.
  • 1 is a diagram schematically showing the configuration of an electric vehicle disclosed in the prior art.
  • the electric vehicle 10 includes a pre-charge and voltage supply system 30, a DC-AC inverter 40, a vehicle motor system 50, a vehicle controller 52, and the like.
  • the system 30 includes a first battery 60, a voltage sensor 70, a contactor 80, a contactor driver 90, a voltage sensor 110, a DC-DC voltage converter 120, and a second.
  • the battery 130 is included.
  • the first battery 60 is configured to supply power for driving the vehicle motor system 50.
  • the second battery 130 is configured to supply power for pre-charging the capacitor in the DC-AC inverter 40.
  • the electric vehicle 10 disclosed in the prior document essentially includes a second battery 130 for pre-charging the capacitor in the DC-AC inverter 40, which increases costs and constrains space. This happens.
  • the prior art document does not provide a technique for emergency control of the electric vehicle 10 during the contactor 80 is abnormally operated.
  • the present invention has been made to solve the above problems, using a single battery provided in the electric vehicle, the drive circuit for performing the pre-charge operation of the capacitor in the inverter as well as the emergency driving operation and its It is an object to provide a control method.
  • a driving circuit is for an electric vehicle having a battery pack and an inverter.
  • the driving circuit may include a first contactor connected between the first terminal of the battery pack and the first terminal of a capacitor included in the inverter; A second contactor and a current limiting circuit connected in parallel with the first contactor; And a controller configured to control operations of the first contactor and the second contactor.
  • the second contactor and the current limiting circuit are connected in series with each other, and the current limiting circuit includes at least one resistor.
  • the controller outputs a first control signal while the first contactor is operating normally.
  • the controller outputs a second control signal while the first contactor is operating abnormally.
  • the first control signal induces turn-on of the first contactor
  • the second control signal induces turn-on of the second contactor.
  • the apparatus may further include a third contactor connected between the second terminal of the battery pack and the second terminal of the capacitor.
  • the controller may output a third control signal together with the second control signal while the first contactor is operating normally.
  • the third control signal may be to induce turn-on of the third contactor.
  • the controller may stop the output of the first control signal while the first contactor is operating abnormally.
  • the apparatus may further include a voltage measuring circuit configured to measure a voltage at both ends of the first contactor.
  • the controller may determine whether the first contactor is normally operated based on the voltages of both ends of the first contactor measured by the voltage measuring circuit while outputting the first control signal. .
  • the current limiting circuit may further include a first current limiting unit connected in series with the second contactor; And a second current limiter connected in parallel with the first current limiter.
  • the first current limiting unit may include a first switch and a first resistor connected in series with each other.
  • the second current limiting unit may include a second switch and a second resistor connected in series with each other. In this case, the resistance value of the first resistor and the resistance value of the second resistor may be different from each other.
  • the controller may turn on at least one of the first switch and the second switch while the first contactor is operating abnormally.
  • the controller may turn on at least one of the first switch and the second switch based on driving information of the electric vehicle.
  • the driving information may include at least one of a driving speed, a geographic position, and a vehicle body tilt of the electric vehicle.
  • the control unit may further include the second control signal when the driving speed is lower than a reference speed while the resistance of the first resistor is greater than the resistance of the second resistor and the first contactor is abnormally operated. And a fourth control signal can be output. The first switch may be turned on by the fourth control signal.
  • the control unit may further include the second control signal when the driving speed is greater than or equal to a reference speed while the resistance value of the first resistor is greater than the resistance value of the second resistor and the first contactor is abnormally operated. And a fifth control signal may be output. The second switch may be turned on by the fifth control signal.
  • an electric vehicle including the driving circuit is provided.
  • the control unit outputs a first control signal; Determining whether the first contactor is normally operated while the controller outputs the first control signal; Outputting the second control signal by the controller while it is determined that the first contactor operates abnormally; And the second contactor being turned on by the second control signal to electrically connect the first terminal of the battery pack and the first terminal of the capacitor.
  • the present invention by using a single battery provided in the electric vehicle, it is possible to perform the pre-charging operation of the capacitor in the inverter as well as the emergency driving operation.
  • the magnitude of the current supplied from the battery pack to the electric motor may be adjusted based on the driving information of the electric vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an electric vehicle disclosed in the prior art.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of an electric vehicle having a driving circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 schematically shows the configuration of a current limiting circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 schematically illustrates a configuration of a current limiting circuit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a control method of a driving circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • control unit> means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of an electric vehicle 1 having a driving circuit 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the electric vehicle 1 includes a sensing device 2, a battery pack 100, a driving circuit 10, a load 20, voltage output lines 11 to 16 and electric lines 31. 38).
  • the driving circuit 10 may include a first contactor 210, a second contactor 220, a third contactor 230, a current limiting circuit 240, a voltage measuring circuit 300, and a controller 400. It may include. In some embodiments, at least one of the first contactor 210, the second contactor 220, and the third contactor 230 may be included in the electric vehicle 1, not the driving circuit 10.
  • the battery pack 100 is configured to output a predetermined range of operating voltages V H to operate the load 20.
  • the battery pack 100 may include a plurality of battery modules 110 and 120 electrically connected in series with each other.
  • each of the battery modules 110 and 120 may be configured to include at least one unit cell.
  • the load 20 may include an inverter 21 and an electric motor 22.
  • the first terminal and the second terminal of the inverter 21 are each a battery pack. It may be electrically connected between the first terminal 130 and the second terminal 140 of the (100). Accordingly, the inverter 21 can supply the electric motor 22 with a predetermined range of operating voltages through the electric line 38.
  • the inverter 21 may convert a direct current voltage supplied from the battery pack 100 into an alternating voltage and then supply the electric motor 22. The pre-charge operation on the capacitor 21a will be described later.
  • the sensing device 2 comprises a plurality of sensors for measuring or calculating different parameters.
  • the sensing device 2 may transmit a signal S1 indicating a measurement value collected by the sensors included therein, to the controller 400.
  • the sensing device 2 may include at least one of a speed sensor, a position sensor and a tilt sensor.
  • the speed sensor may measure the traveling speed of the electric vehicle 1 and provide a signal to the controller 400 indicating the measured traveling speed.
  • the position sensor may provide a signal corresponding to the geographical position of the electric vehicle 1 to the controller 400.
  • the position sensor may be configured as a GPS receiver.
  • the tilt sensor may provide a signal to the controller 400 indicating a vehicle body tilt of the battery vehicle 1. Information provided from the sensing device 2 to the controller 400 may be referred to as 'driving information'.
  • the driving information may include information about the traveling speed, the geographic position or the vehicle body tilt of the electric vehicle 1, and the signal S1 indicating the driving information is received by the controller 400, and the driving circuit 10 is received. Can be used to control
  • the controller 400 controls the overall operation of the driving circuit 10.
  • the controller 400 is configured to control an operation position of at least one of the first contactor 210, the second contactor 220, and the third contactor 230.
  • the controller 400 may include a microprocessor 410, a memory 420, and at least three voltage output units 431 to 433.
  • the microprocessor 410 may be implemented in hardware such as application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and processors ( It may be implemented using at least one of processors, micro-controllers, or an electrical unit for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors It may be implemented using at least one of processors, micro-controllers, or an electrical unit for performing other functions.
  • the microprocessor 410 may control the operation of the voltage measurement circuit 300.
  • the microprocessor 410 may individually control the operation of each switching element included in the current limiting circuit 240.
  • the memory 420 may store various data and instructions required for the overall operation of the driving circuit 10.
  • the microprocessor 410 may control the operation position of the first contactor 210, the second contactor 220, and the third contactor 230 with reference to data and instructions stored in the memory 420.
  • the signal may be output or a process for determining whether the first contactor 210, the second contactor 220, and the third contactor 230 may operate normally may be performed.
  • the memory may be a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SSD type, a silicon disk drive type, a multimedia card micro type.
  • RAM random access memory
  • SRAM static random access memory
  • ROM read-only memory
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • PROM programmable read-only memory It may include a storage medium of the type.
  • the first voltage output unit 431 may output a voltage of a predetermined level to the first voltage output line 11 and the second voltage output line 12 in response to a signal provided from the microprocessor 410. Can be.
  • the first voltage output unit 431 may output the voltage of the first level to the first voltage output line 11 and the voltage of the second level to the second voltage output line 12.
  • the second voltage output unit 432 may output a voltage of a predetermined level to the third voltage output line 13 and the fourth voltage output line 14 in response to a signal provided from the microprocessor 410. have.
  • the second voltage output unit 432 may output a third level of voltage to the thirty-first voltage output line 13, and output a fourth level of voltage to the fourth voltage output line 14.
  • the third voltage output unit 433 may output a voltage of a predetermined level to the fifth voltage output line 15 and the sixth voltage output line 16 in response to a signal provided from the microprocessor 410. have.
  • the third voltage output unit 433 may output a fifth level voltage to the fifth voltage output line 15, and output a sixth level voltage to the sixth voltage output line 16.
  • the first contactor 210 may include a first contactor coil 211 and a first connector 212.
  • the first contactor 210 may be electrically connected to the battery pack 100 and the load 20 in series.
  • the first contactor 210 may be connected in series between the first terminal 130 of the battery pack 100 and the first terminal of the capacitor 21a.
  • the first terminal 130 of the battery pack 100 may be a terminal 130 having a relatively higher potential among both terminals 130 and 140 of the battery pack 100.
  • the first terminal 130 of the battery pack 100 may be connected to one end of the first connector 212 through the electric line 31.
  • the other end of the first connector 212 may be electrically connected to the first terminal of the capacitor 21a through the electric line 32.
  • One end of the first contactor coil 211 may be electrically connected to the first voltage output line 11, and the other end of the first contactor coil 211 may be electrically connected to the second voltage output line 12. .
  • the controller 400 may output a first control signal for turning on the first contactor 210. That is, the first control signal induces turn-on of the first contactor 210.
  • the first control signal may be provided to the first contactor coil 211 through the first voltage output line 11 and the second voltage output line 12.
  • the controller 400 may output a voltage having a predetermined level to each of the first voltage output line 11 and the second voltage output line 12, and apply power to the first contactor coil 211. .
  • the level of the voltage output to one end of the first contactor coil 211 through the first voltage output line 11 is the other end of the first contactor coil 211 through the second voltage output line 12. It may be different from the level of the output voltage.
  • the current connected to the first contactor coil 211 to which the power is applied makes the first connection portion 212 a closed operating position. While the first connector 212 is in the closed operating position, electrical connection between the battery pack 100 and the load 20 may be made.
  • the controller 400 may interrupt the output of the voltage to at least one of the first voltage output line 11 and the second voltage output line 12 to cut off power to the first contactor coil 211.
  • the first contact portion 212 is in an open operational position. While the first connector 212 is in the open operating position, electrical separation between the battery pack 100 and the load 20 can be made.
  • the first contactor 210 may be referred to as a 'main contactor'.
  • the second contactor 220 may include a second contactor coil 221 and a second connector 222.
  • the second contactor 220 may be electrically connected in parallel to the first contactor 210 together with the current limiting circuit 240 connected in series thereto.
  • one end of the second connector 222 may be electrically connected to the electric line 31 through the electric line 34.
  • the other end of the second connector 222 may be electrically connected to the electric line 32 through the current limiting circuit 240 and the electric line 35.
  • Each resistor included in the current limiting circuit 240 may be referred to as a 'pre-charge resistor'.
  • a first pre-charge resistor when two resistors are included in the current limiting circuit 240, one of them may be referred to as a first pre-charge resistor and the other may be referred to as a second pre-charge resistor.
  • One end of the second contactor coil 221 may be electrically connected to the third voltage output line 13, and the other end of the second contactor coil 221 may be electrically connected to the fourth voltage output line 14. .
  • the controller 400 may output a second control signal for turning on the second contactor 220. That is, the second control signal induces turn-on of the second contactor 220.
  • the second control signal may be provided to the second contactor coil 221 through the third voltage output line 13 and the fourth voltage output line 14.
  • the controller 400 may output a voltage of a predetermined level to each of the third voltage output line 13 and the fourth voltage output line 14 to apply power to the second contactor coil 221. .
  • the level of the voltage output to one end of the second contactor coil 221 through the third voltage output line 13 is the other end of the second contactor coil 221 through the fourth voltage output line 14. It may be different from the level of the output voltage.
  • the current flowing through the powered second contactor coil 221 causes the second connection portion 222 to be in a closed operational position. While the second connector 222 is in the closed operating position, electrical connection between the battery pack 100 and the load 20 may be made.
  • the controller 400 may interrupt the output of at least one of the third voltage output line 13 and the fourth voltage output line 14 to cut off power to the second contactor coil 221.
  • the second connector 222 may be opened at an open position ( open operational position. While the second connector 222 is in the open operating position, electrical separation between the battery pack 100 and the load 20 may be made.
  • the second contactor 220 may be referred to as a 'pre-charge contactor'.
  • the third contactor 230 may include a third contactor coil 231 and a third connector 232.
  • the third contactor 230 may be electrically connected to the battery pack 100 and the load 20 in series.
  • one end of the third connector 232 may be electrically connected to the second terminal 140 of the battery pack 100 through the electric line 36.
  • the other end of the third connector 232 may be electrically connected to the second terminal of the capacitor 21a through the electric line 37.
  • One end of the third contactor coil 231 may be electrically connected to the fifth voltage output line 15, and the other end of the third contactor coil 231 may be electrically connected to the sixth voltage output line 16. .
  • the controller 400 may output a third control signal for turning on the third contactor 230. That is, the third control signal induces turn-on of the third contactor 230.
  • the third control signal may be provided to the third contactor coil 231 through the fifth voltage output line 15 and the sixth voltage output line 16.
  • the controller 400 may output a voltage having a predetermined level to each of the fifth voltage output line 15 and the sixth voltage output line 16, and apply power to the third contactor coil 231. .
  • the level of the voltage output to one end of the third contactor coil 231 through the fifth voltage output line 15 is the other end of the third contactor coil 231 through the sixth voltage output line 16. It may be different from the level of the output voltage.
  • the current flowing through the powered third contactor coil 231 causes the third connection portion 232 to be in a closed operational position. While the third connector 232 is in the closed operating position, electrical connection between the second terminal of the battery pack 100 and the second terminal of the capacitor 21a may be made.
  • the controller 400 may interrupt the output of the voltage to at least one of the fifth voltage output line 15 and the sixth voltage output line 16 to cut off power to the third contactor coil 231.
  • the third connection part 232 may be opened at an open operation position ( open operational position. While the third connector 232 is in the open operating position, electrical separation between the second terminal of the battery pack 100 and the second terminal of the capacitor 21a may be performed.
  • the third contactor 230 may also be referred to as a "ground contactor.”
  • the driving circuit 10 uses the current limiting circuit 240 while the first connecting portion 212 is in the open operating position and the second connecting portion 222 and the third connecting portion 232 are in the closed operating position, thereby providing a battery pack ( Power supplied from 100 may be supplied to the capacitor 21a. Accordingly, the pre-charge to the capacitor 21a can be made before the first connection portion 212 is in the closed operating position.
  • the controller 400 guides the first connector 212 to the closed operating position after the capacitor 21a is pre-charged to a target value or more, so that the battery pack 100 having the high voltage is electrically connected to the capacitor 21a. It can reduce the magnitude of the instantaneous inrush current.
  • the advantage of the driving circuit 10 is, by using the second contactor 220 and the current limiting circuit 240, the inverter 21 in a state in which the normal operation of the first contactor 210 is possible.
  • the battery pack 100 may be transferred from the battery pack 100 to the capacitor 21a during abnormal operation in which the first contactor 210 does not have a closed operating position. Maintain electrical connections for power supply.
  • the cause of the abnormal operation of the first contactor 210 may vary. For example, when the first contactor coil 211 or the first contact portion 212 of the first contactor 210 is damaged, even if the first control signal is output from the controller 400, the first contact portion 212 is closed. It will not have an operating position. As another example, even if there is no damage to the first contactor coil 211 and the first connector 212, the first voltage output line 11 or the second voltage output line 12 is disconnected or the first voltage output unit 431 1) may fail to have a closed operating position.
  • the voltage measuring circuit 300 may be configured to measure the first voltage V1 and the second voltage V1, respectively.
  • the first voltage V1 represents the difference between the potential of the electric line 31 and the potential of the reference point
  • the second voltage V2 represents the difference between the potential of the electric line 32 and the potential of the reference point.
  • the first voltage V1 represents one end of the voltage connected to the first terminal 130 side of the battery pack 100 among the both ends of the first contactor 210
  • the second voltage V2 represents the contactor. It may represent the voltage of the other end connected to the capacitor 21a side of both ends of (210).
  • the reference point may be the ground or the second terminal 140 of the battery pack 100.
  • the voltage measuring circuit 300 may measure a voltage applied to both ends of the first connection part 211 based on the first and second voltages V1 and V2. For example, the voltage applied to both ends of the first contactor 210 may be equal to V1-V2 which is a difference between the first voltage V1 and the second voltage v2.
  • the voltage measuring circuit 300 may provide the control unit 400 with a signal S2 indicating a voltage applied to both ends of the first connector 211.
  • the signal S2 has a format of a binary value and may be repeatedly outputted every predetermined period.
  • the controller 400 may measure the voltage applied to both ends of the first connector 211 by using the voltage measuring circuit 300.
  • the controller 400 may measure the voltage applied to both ends of the first connector 212 using the voltage measuring circuit 300 at at least one time point while outputting the first control signal. .
  • the first control signal is a signal for inducing turn-on of the first contactor 210. That is, the first control signal may correspond to a voltage of a predetermined level output from each of the first voltage output line 11 and the second voltage output line 12. For example, when the driver of the electric vehicle 1 presses the accelerator pedal, the controller 400 may output the first control signal.
  • the first connector 212 When the first contactor 210 is normally operable, the first connector 212 may have a closed operating position as power is applied to the first contactor coil 211 in response to the first control signal. . On the other hand, when the contactor 210 is in a state where normal operation is impossible due to a failure or the like, the first connector 211 may have an open operation position even though the first control signal is being output.
  • the controller 400 determines whether the first contactor 210 operates normally based on the voltages of both ends of the first contactor 210 measured by the voltage measuring circuit 300 while outputting the first control signal. It can be determined. According to the exemplary embodiment, when the voltage at both ends of the first connector 212 measured while outputting the first control signal is greater than or equal to a predetermined reference voltage, the first contactor 210 is abnormally operated. Can be determined.
  • the controller 400 may stop the output of the first control signal.
  • the controller 400 may output a signal for notifying the user that the first contactor 210 is abnormally operated through a monitor or a speaker provided in the electric vehicle 1.
  • the controller 400 may determine that the first contactor 210 is operating normally when the voltage at both ends of the first connection unit 212 measured while the first control signal is output is less than the reference voltage. .
  • the reference voltage is determined through a preliminary experiment, and data representing the reference voltage may be stored in the memory 420 in advance.
  • FIG. 3 schematically illustrates a configuration of a current limiting circuit 240 according to an embodiment of the present invention.
  • the third connector 232 shown in FIG. 2 has a closed operating position.
  • the current limiting circuit 240 may be made of a resistor R P.
  • one end of the resistor R P may be electrically connected to the first terminal 130 of the battery pack 100 through the second contactor 220 and the electric line 34.
  • the other end of the resistor R P may be electrically connected to the first terminal of the capacitor 21a through the electric line 35.
  • the controller 400 may output the second control signal and the third control signal while it is determined that the first contactor 210 is abnormally operated.
  • the second control unit 222 has a closed operating position by the second control signal
  • the third connection unit 232 has a closed operating position by the third control signal. Accordingly, while the first connector 212 has an open operating position (ie, cannot have a closed operating position) due to a failure of the first contactor 210 or the like, the first terminal of the capacitor 21a and The second terminal may be electrically connected to the first terminal 130 and the second terminal 140 of the battery pack 100 through the second connector 222 and the third connector 232, respectively.
  • the power supplied from the battery pack 100 may be replaced by the second contactor 220, the resistor R P , instead of the first contactor 210. It may be supplied to the electric motor 22 via the inverter 20. As a result, the emergency running of the electric vehicle 1 becomes possible.
  • FIG. 4 schematically illustrates a configuration of the current limiting circuit 240 according to another embodiment of the present invention.
  • the current limiting circuit 240 may include a plurality of current limiting units. Hereinafter, for convenience of description, it is assumed that the current limiting circuit 240 includes two current limiting parts 241 and 242. One current limiting unit included in the current limiting circuit 240 may be electrically connected in parallel with the other current limiting unit.
  • the first current limiting unit 241 includes a first switch S1 and a first resistor R1.
  • the first switch S1 and the first resistor R1 are connected in series.
  • the second current limiter 242 includes a second switch S2 and a second resistor R2 similarly to the first current limiter 241.
  • the second switch S2 and the second resistor R2 are connected in series with each other.
  • the first switch S1 and the second switch S2 may be known switching elements such as a MOFET.
  • the resistance of the first resistor R1 and the resistance of the second resistor R2 may be different from each other.
  • the resistance value of the first resistor R1 is greater than the resistance value of the second resistor R2.
  • the control unit 400 turns on at least one of the first switch S1 and the second switch S2 while the first contactor 210 is abnormally operating and the second control signal is being output. You can output In detail, when the fourth control signal is output from the controller 400, the first switch S1 may be turned on by the fourth control signal. In addition, when the fifth control signal is output from the controller 400, the second switch S2 may be turned on by the fifth control signal.
  • the fourth control signal and the fifth control signal may be output at the same time.
  • the output of the other control signal eg, the fifth control signal
  • the fourth control signal and the fifth control signal are output at the same time, since the first switch S1 and the second switch S2 are turned on, the first resistor R1 and the second resistor R2 are electrically connected in parallel. Can be.
  • the first resistor R1 and the second resistor R2 are connected in parallel, the first resistor R1 and the second resistor R2 may be expressed as one equivalent resistor.
  • the parallel connection between the first resistor R1 and the second resistor R2 is performed.
  • the equivalent resistance may be 1 ohm.
  • the controller 400 may determine which of the fourth control signal and the fifth control signal is to be output based on the driving information provided from the sensing device 2 of the electric vehicle 1.
  • the controller 400 when the traveling speed of the electric vehicle 1 is less than the reference speed (eg, 10 km / h) at least at any point during the determination of abnormal operation of the first contactor 210, the controller 400. ) May output the fourth control signal together with the second control signal. Since the second connection part 222 is closed by the second control signal and the first switch S1 is turned on by the fourth control signal, the first terminal 130 which is the high potential terminal of the battery pack 100. ) Is electrically connected to the first terminal of the capacitor 21a through the second contactor 220, the first switch S1, and the first resistor R1.
  • the reference speed e. 10 km / h
  • the controller 400 supplies a fifth control signal together with the second control signal.
  • That the traveling speed of the electric vehicle 1 is less than the reference speed means that the electric power required for the electric motor 22 is relatively lower than when the traveling speed is above the reference speed.
  • the power from the battery pack 100 is supplied to the inverter 21 through the first resistor R1
  • the power from the battery pack 100 is supplied to the inverter 21 through the second resistor R2.
  • the magnitude of the current flowing between the battery pack 100 and the capacitor 21a becomes smaller than when supplied.
  • any of the fourth control signal and the fifth control signal may be based on the geographic position of the electric vehicle 1 at at least one point during the determination of abnormal operation of the first contactor 210. You can decide whether to print.
  • the controller 400 may output the fourth control signal together with the second control signal when the distance from the current geographical position of the electric vehicle 1 to the nearest repair shop is less than the reference distance (for example, 40 km).
  • the controller 400 may output the fifth control signal together with the second control signal.
  • the power required for the electric motor 22 decreases, so that the first resistor R1 and the second resistor R2 are relatively smaller.
  • the battery pack 100 and the capacitor 21a are electrically connected through the first resistor R1 having a large resistance value.
  • the power required for the electric motor 22 increases, so that the resistance of the first resistor R1 and the second resistor R2 is relatively high.
  • the battery pack 100 and the capacitor 21a are electrically connected through the second resistor R2 having a small value.
  • the data indicating the distance from the current geographic position of the electric vehicle 1 to the nearest repair shop is calculated by the control unit 400, or from the sensing device 2, the MCU, or the like of the electric vehicle 1; It may be provided.
  • the control unit 400 with the second control signal 4 Control signal can be output.
  • output of the first control signal and the fifth control signal may be stopped.
  • the controller 400 when the inclination of the vehicle body of the electric vehicle 1 is greater than or equal to the reference angle at any point in time determined as abnormal operation of the first contactor 210, the controller 400 generates a fifth control signal together with the second control signal. You can print In this case, output of the first control signal and the fourth control signal may be stopped.
  • the inclination of the vehicle body of the electric vehicle 1 below the reference angle means that the electric vehicle 1 is traveling on a road with a gentle slope such as flat land. That is, when the electric vehicle 1 is traveling on a road having a gentle slope, the electric power required for the electric motor 22 may be relatively lower than when driving the road having a steep slope.
  • the power from the battery pack 100 is supplied to the inverter 21 through the first resistor R1
  • the power from the battery pack 100 is supplied to the inverter 21 through the second resistor R2.
  • the magnitude of the current flowing between the battery pack 100 and the capacitor 21a becomes smaller than when supplied.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a control method of the driving circuit 10 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the controller 400 outputs the third control signal, that is, the third connection unit 232 has the closed operation position.
  • the controller 400 may output a first control signal.
  • the first control signal is a signal for inducing turn-on of the first contactor 210.
  • the first control signal may be output according to a driver's command (for example, by pressing the accelerator pedal).
  • the controller 400 outputs a voltage having a first level through the first voltage output line 11 using the first voltage output unit 431, and generates a second voltage through the second voltage output line 12. Two levels of voltage can be output.
  • the controller 400 may determine whether the first contactor 210 is normally operating while outputting the first control signal through operation S510.
  • the first contactor 212 when the first contactor 210 is operating normally, the first contactor 212 has a closed operating position by the first control signal, and the first contactor measured by the voltage measuring circuit 300. The voltage across 210 will be less than the reference voltage.
  • the controller 400 may determine that the first contactor 210 is normally operated when the voltage at both ends of the first contactor 210 measured while the first control signal is output is smaller than the reference voltage. If the voltage at both ends of the first contactor 210 measured while the first control signal is output is greater than or equal to the reference voltage, the controller 400 determines that the first contactor 210 is abnormally operated. Can be.
  • step S520 If the determination value of step S520 is 'YES', the control unit 400 may return to step S510. On the other hand, when the determination value of step S520 is 'NO', the control unit 400 may perform step S530.
  • the controller 400 may output a second control signal.
  • the twenty-first control signal is a signal for inducing turn-on of the second contactor 220.
  • the controller 400 outputs a third level of voltage through the third voltage output line 13 using the second voltage output unit 432 and generates a third voltage through the fourth voltage output line 14. 4 levels of voltage can be output.
  • the second contactor 220 may be turned on by the second control signal to electrically connect the battery pack 100 and the load 20. Specifically, as the second connection part 212 has the closed operating position by the second control signal, the first terminal 130 of the battery pack 100 may include the second contactor 220 and the current limiting circuit ( 240 may be electrically connected to the first terminal of the capacitor 21a.
  • the current limiting circuit 240 may further include a first current limiting unit 241 and a second current limiting unit 242 connected in parallel with each other.
  • the control method may further include steps S540 and S550.
  • the controller 440 may select at least one switch included in the current limiting circuit 240 based on the driving information of the electric vehicle 1. For example, the controller 440 may select only one of the first switch S1 and the second switch S2, or select both switches S1 and S2.
  • the driving information may be indicative of information about a traveling speed, a geographic position, or a body tilt of the electric vehicle 1.
  • the controller 440 may turn on the selected switch in operation S540. For example, the controller 440 may output a fourth control signal when the first switch S1 is selected and output a fifth control signal when the second switch S2 is selected.
  • the first switch S1 may be turned on by the fourth control signal. In this case, a current limited to the resistance value of the first resistor R1 may be supplied from the battery pack 100 to the inverter 21.
  • the second switch S2 may be turned on by the fifth control signal. In this case, a current limited to the resistance value of the second resistor R2 may be supplied from the battery pack 100 to the inverter 21.
  • the inverter 20 Accordingly, power is supplied from the battery pack 100 to the inverter 20 via the second contactor 220 and the current limiting circuit 240, and the inverter 20 receives the power supplied from the battery pack 100.
  • the electric motor 22 can be converted into electric power required.

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Abstract

본 발명은 배터리 팩과 인버터를 구비하는 전기 자동차용 구동 회로 및 그것의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로는, 상기 배터리 팩의 제1 단자와 상기 인버터에 포함된 커패시터의 제1 단자 사이에 연결되는 제1 컨택터; 상기 제1 컨택터에 병렬 연결되는 제2 컨택터와 전류 제한 회로; 및 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다. 상기 제2 컨택터와 상기 전류 제한 회로는 상호 직렬 연결되고, 상기 전류 제한 회로는 적어도 하나의 저항을 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 컨택터가 정상적으로 동작하고 있는 동안에는 제1 제어신호를 출력하고, 상기 제1 컨택터의 비정상으로 동작하고 있는 동안에는 제2 제어신호를 출력한다. 상기 제1 제어신호는 상기 제1 컨택터의 턴온을 유도하고, 상기 제2 제어신호는 상기 제2 컨택터의 턴온을 유도하는 것이다.

Description

전기 자동차용 구동 회로 및 그 제어 방법
본 발명은 전기 자동차용 구동 회로 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기 자동차의 비상 주행을 위한 구동 회로 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 6월 22일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2016-0078193호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
이러한 이차 전지를 이용한 종래 기술로서 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0027510호(이하, '선행 문헌'이라고 칭함)가 개시된 바 있다. 도 1은 선행 문헌에 개시된 전기 자동차의 구성을 개락적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차(10)는 프리-차지 및 전압 공급 시스템(30), DC-AC 인버터(40), 차량 모터 시스템(50) 및 차량 컨트롤러(52) 등을 포함한다. 상기 시스템(30)은, 제1 배터리(60), 전압 센서(70), 컨택터(80), 컨택터 드라이버(90), 전압 센서(110), DC-DC 전압 컨버터(120) 및 제2 배터리(130)를 포함한다. 제1 배터리(60)는 차량 모터 시스템(50)의 구동을 위한 전력을 공급하도록 구성된다. 제2 배터리(130)는 DC-AC 인버터(40) 내의 커패시터를 프리-차지하기 위한 전력을 공급하도록 구성된다.
하지만, 선행 문헌에 개시된 전기 자동차(10)는 DC-AC 인버터(40) 내의 커패시터를 프리-차지하기 위한 제2 배터리(130)가 필수적으로 포함하는바, 이로 인해 비용이 증대되고, 공간의 제약이 발생한다. 아울러, 선행 문헌은 컨택터(80)가 비정상적으로 동작하는 동안에 전기 자동차(10)에 대한 비상 제어를 위한 기술은 제시하지 못하고 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기 자동차에 구비되는 단일의 배터리를 이용하여, 인버터 내의 커패시터에 대한 프리-차지 동작은 물론 비상 주행 동작을 수행하기 위한 구동 회로 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 구동 회로는, 배터리 팩 및 인버터를 구비하는 전기 자동차를 위한 것이다. 상기 구동 회로는, 상기 배터리 팩의 제1 단자와 상기 인버터에 포함된 커패시터의 제1 단자 사이에 연결되는 제1 컨택터; 상기 제1 컨택터에 병렬 연결되는 제2 컨택터와 전류 제한 회로; 및 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다. 상기 제2 컨택터와 상기 전류 제한 회로는 상호 직렬 연결되고, 상기 전류 제한 회로는 적어도 하나의 저항을 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 컨택터가 정상적으로 동작하고 있는 동안에는 제1 제어신호를 출력한다. 상기 제어부는, 상기 제1 컨택터가 비정상으로 동작하고 있는 동안에는 제2 제어신호를 출력한다. 상기 제1 제어신호는 상기 제1 컨택터의 턴온을 유도하고, 상기 제2 제어신호는 상기 제2 컨택터의 턴온을 유도하는 것이다.
또한, 상기 배터리 팩의 제2 단자와 상기 커패시터의 제2 단자 사이에 연결되는 제3 컨택터;를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 컨택터가 정상적으로 동작하고 있는 동안에는 상기 제2 제어신호와 함께 제3 제어신호를 출력할 수 있다. 상기 제3 제어신호는 상기 제3 컨택터의 턴온을 유도하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하고 있는 동안에는 상기 제1 제어신호의 출력을 중단할 수 있다.
또한, 상기 제1 컨택터의 양단의 전압을 측정하도록 구성되는 전압 측정 회로;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 제어신호를 출력하는 동안 상기 전압 측정 회로에 의해 측정되는 상기 제1 컨택터의 양단의 전압을 기초로, 상기 제1 컨택터의 정상 동작 여부를 판정할 수 있다.
또한, 상기 전류 제한 회로는, 상기 제2 컨택터와 직렬 연결되는 제1 전류 제한부; 및 상기 제1 전류 제한부와 병렬 연결되는 제2 전류 제한부;를 포함할 수 있다. 상기 제1 전류 제한부는, 상호 직렬 연결되는 제1 스위치 및 제1 저항을 포함할 수 있다. 상기 제2 전류 제한부는, 상호 직렬 연결되는 제2 스위치 및 제2 저항을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 저항의 저항값과 상기 제2 저항의 저항값은 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하고 있는 동안에는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 턴온시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전기 자동차의 주행 정보를 기초로, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 턴온시킬 수 있다.
또한, 상기 주행 정보는, 상기 전기 자동차의 주행 속도, 지리적 위치 및 차체 기울기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 저항의 저항값이 상기 제2 저항의 저항값보다 크고, 상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하고 있는 동안 상기 주행 속도가 기준 속도 미만인 경우, 상기 제2 제어 신호와 함께 제4 제어 신호를 출력할 수 있다. 상기 제1 스위치는 상기 제4 제어 신호에 의해 턴온될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 저항의 저항값이 상기 제2 저항의 저항값보다 크고, 상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하고 있는 동안 상기 주행 속도가 기준 속도 이상인 경우, 상기 제2 제어 신호와 함께 제5 제어 신호를 출력할 수 있다. 상기 제2 스위치는 상기 제5 제어 신호에 의해 턴온될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 구동 회로를 포함하는 전기 자동차가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부가 제1 제어 신호를 출력하는 단계; 상기 제어부가 상기 제1 제어 신호를 출력하는 동안 상기 제1 컨택터의 정상 동작 여부를 판정하는 단계; 상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하는 것으로 판정되는 동안, 상기 제어부가 상기 제2 제어 신호를 출력하는 단계; 및 상기 제2 컨택터가 상기 제2 제어신호에 의해 턴온되어, 상기 배터리 팩의 제1 단자와 상기 커패시터의 제1 단자를 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 구동 회로의 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전기 자동차에 구비되는 단일의 배터리를 이용하여, 인버터 내의 커패시터에 대한 프리-차지 동작은 물론 비상 주행 동작을 수행할 수 있다. 특히, 비상 주행 시, 전기 자동차의 주행 정보를 기초로, 배터리 팩으로부터 전기 모터로 공급되는 전류의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 선행 문헌에 개시된 전기 자동차의 구성을 개락적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로를 구비하는 전기 자동차의 기능적 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제한 회로의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 제한 회로의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로의 제어 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 구동 회로(10)에 대해 도 2 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로(10)를 구비하는 전기 자동차(1)의 기능적 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전기 자동차(1)는 센싱 장치(2), 배터리 팩(100), 구동 회로(10), 부하(20), 전압 출력 라인들(11~16) 및 전기 라인들(31~38)을 포함할 수 있다.
또한, 구동 회로(10)는 제1 컨택터(210), 제2 컨택터(220), 제3 컨택터(230), 전류 제한 회로(240), 전압 측정 회로(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다. 구현예에 따라, 제1 컨택터(210), 제2 컨택터(220) 및 제3 컨택터(230) 중 적어도 하나는, 구동 회로(10)가 아닌 전기 자동차(1)에 포함될 수도 있다.
배터리 팩(100)은 부하(20)를 동작시키기 위해, 소정 범위의 동작 전압(VH)을 출력하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 배터리 팩(100)은, 상호 전기적으로 직렬로 연결된 복수개의 배터리 모듈들(110, 120)을 포함할 수 있다. 이때, 배터리 모듈들(110, 120) 각각은 적어도 하나의 단위 셀을 포함하도록 구성될 수 있다.
부하(20)는 인버터(21) 및 전기 모터(22)를 포함할 수 있다. 커패시터(21a)에 대한 프리-차지가 완료된 후, 접속부들(212, 232)이 동시에 닫힌 작동 위치(closed operational position)에 있는 동안에, 인버터(21)의 제1 단자와 제2 단자는 각각 배터리 팩(100)의 제1 단자(130)와 제2 단자(140) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 인버터(21)는 전기 라인(38)을 통해 전기 모터(22)에 소정 범위의 작동 전압을 공급할 수 있다. 예컨대, 인버터(21)는 배터리 팩(100)으로부터 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환한 후 전기 모터(22)에 공급할 수 있다. 커패시터(21a)에 대한 프리-차지 동작에 관하여는 후술하기로 한다.
센싱 장치(2)는 서로 다른 파라미터를 측정 또는 연산하는 복수개의 센서들을 포함한다. 또한, 센싱 장치(2)는 이에 포함된 센서들에 의해 수집되는 측정값을 나타내는 신호(S1)를 제어부(400)에게 전송할 수 있다.
바람직하게는, 센싱 장치(2)는 속도 센서, 위치 센서 및 기울기 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 속도 센서는 전기 자동차(1)의 주행 속도를 측정하고, 측정된 주행 속도를 나타내는 신호를 제어부(400)에 제공할 수 있다. 위치 센서는 전기 자동차(1)의 지리적 위치에 대응하는 신호를 제어부(400)에 제공할 수 있다. 예컨대, 위치 센서는 GPS 수신기로 구성될 수 있다. 기울기 센서는 전지 자동차(1)의 차체 기울기를 나타내는 신호를 제어부(400)에 제공할 수 있다. 센싱 장치(2)로부터 제어부(400)로 제공되는 정보를 '주행 정보'라고 칭할 수 있다.
즉, 주행 정보에는 전기 자동차(1)의 주행 속도, 지리적 위치 또는 차체 기울기에 대한 정보가 포함될 수 있고, 이러한 주행 정보를 나타내는 신호(S1)가 제어부(400)에 의해 수신되어, 구동 회로(10)를 제어하는 데에 활용될 수 있다.
제어부(400)는 구동 회로(10)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 제어부(400)는 제1 컨택터(210), 제2 컨택터(220) 및 제3 컨택터(230) 중 적어도 하나의 동작 위치를 제어하도록 구성된다. 이러한 제어부(400)는 마이크로프로세서(410), 메모리(420) 및 적어도 3개의 전압 출력부(431~433)를 포함할 수 있다.
마이크로프로세서(410)는, 하드웨어적으로 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
구현예에 따라, 마이크로프로세서(410)는 전압 측정 회로(300)의 동작을 제어할 수도 있다. 도 4와 같이 전류 제한 회로(240)에 스위칭 소자가 포함되는 경우, 마이크로프로세서(410)는 전류 제한 회로(240)에 포함된 스위칭 소자 각각의 동작을 개별적으로 제어할 수도 있다.
메모리(420)는, 구동 회로(10)의 전반적인 동작에 요구되는 각종 데이터들 및 명령어를 저장할 수 있다. 마이크로프로세서(410)는 메모리(420)에 저장된 데이터들 및 명령어를 참조하여, 제1 컨택터(210), 제2 컨택터(220) 및 제3 컨택터(230)의 동작 위치를 제어하기 위한 신호를 출력하거나, 제1 컨택터(210), 제2 컨택터(220) 및 제3 컨택터(230)이 정상 동작 여부를 판정하기 위한 프로세스를 실행할 수 있다.
예컨대, 메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
제1 전압 출력부(431)는, 마이크로프로세서로(410)부터 제공되는 신호에 응답하여, 제1 전압 출력 라인(11) 및 제2 전압 출력 라인(12)으로 미리 정해진 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 예컨대, 제1 전압 출력부(431)는 제1 전압 출력 라인(11)으로 제1 레벨의 전압을 출력하고, 제2 전압 출력 라인(12)으로 제2 레벨의 전압을 출력할 수 있다.
제2 전압 출력부(432)는, 마이크로프로세서(410)로부터 제공되는 신호에 응답하여, 제3 전압 출력 라인(13) 및 제4 전압 출력 라인(14)으로 미리 정해진 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 예컨대, 제2 전압 출력부(432)는 제31 전압 출력 라인(13)으로 제3 레벨의 전압을 출력하고, 제4 전압 출력 라인(14)으로 제4 레벨의 전압을 출력할 수 있다.
제3 전압 출력부(433)는, 마이크로프로세서(410)로부터 제공되는 신호에 응답하여, 제5 전압 출력 라인(15) 및 제6 전압 출력 라인(16)으로 미리 정해진 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 예컨대, 제3 전압 출력부(433)는 제5 전압 출력 라인(15)으로 제5 레벨의 전압을 출력하고, 제6 전압 출력 라인(16)으로 제6 레벨의 전압을 출력할 수 있다.
제1 컨택터(210)는 제1 컨택터 코일(211) 및 제1 접속부(212)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 컨택터(210)는 배터리 팩(100) 및 부하(20)와 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 컨택터(210)는 배터리 팩(100)의 제1 단자(130)와 커패시터(21a)의 제1 단자 사이에 직렬 연결될 수 있다. 이때, 배터리 팩(100)의 제1 단자(130)는, 배터리 팩(100)의 양 단자(130, 140) 중 상대적으로 더 높은 전위를 가지는 단자(130)일 수 있다.
배터리 팩(100)의 제1 단자(130)는 전기 라인(31)을 통해 제1 접속부(212)의 일단에 연결될 수 있다. 또한, 제1 접속부(212)의 타단은 전기 라인(32)을 통해서 커패시터(21a)의 제1 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 컨택터 코일(211)의 일단은 제1 전압 출력 라인(11)과 전기적으로 연결되고, 제1 컨택터 코일(211)의 타단은 제2 전압 출력 라인(12)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(400)는 제1 컨택터(210)를 턴온시키기 위한 제1 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제1 제어 신호는 제1 컨택터(210)의 턴온을 유도하는 것이다. 제1 제어 신호는 제1 전압 출력 라인(11) 및 제2 전압 출력 라인(12)을 통해 제1 컨택터 코일(211)에 제공될 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 제1 전압 출력 라인(11) 및 제2 전압 출력 라인(12) 각각에 소정 레벨의 전압을 출력하여, 제1 컨택터 코일(211)에 전원을 인가할 수 있다. 이때, 제1 전압 출력 라인(11)을 통해 제1 컨택터 코일(211)의 일단으로 출력되는 전압의 레벨은, 제2 전압 출력 라인(12)을 통해 제1 컨택터 코일(211)의 타단으로 출력되는 전압의 레벨과는 상이할 수 있다. 전원이 인가된 제1 컨택터 코일(211)에 흐르는 전류에 의해 제1 접속부(212)는 닫힌 동작 위치가 된다. 제1 접속부(212)가 닫힌 동작 위치에 있는 동안에, 배터리 팩(100)과 부하(20)의 전기적인 연결이 이루어 질 수 있다.
제어부(400)는 제1 전압 출력 라인(11) 및 제2 전압 출력 라인(12) 중 적어도 하나에 대한 전압의 출력을 중단하여, 제1 컨택터 코일(211)에 전원을 차단할 수 있다. 제1 컨택터 코일(211)의 전원이 차단되는 경우, 제1 접속부(212)는 열린 동작 위치(open operational position)가 된다. 제1 접속부(212)가 열린 동작 위치에 있는 동안에, 배터리 팩(100)과 부하(20)의 전기적인 분리가 이루어 질 수 있다.
한편, 제1 컨택터(210)는 '메인 컨택터'라고 칭할 수도 있다.
제2 컨택터(220)는 제2 컨택터 코일(221) 및 제2 접속부(222)를 포함할 수 있다. 이러한 제2 컨택터(220)는 이와 직렬 연결되는 전류 제한 회로(240)와 함께 제1 컨택터(210)에 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
구체적으로, 제2 접속부(222)의 일단은 전기 라인(34)을 통해 전기 라인(31)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 접속부(222)의 타단은 전류 제한 회로(240) 및 전기 라인(35)을 통해 전기 라인(32)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 제한 회로(240)에 포함되는 각각의 저항은 '프리-차지 저항'이라고 칭할 수 있다. 예를 들어, 전류 제한 회로(240)에 2개의 저항이 포함되는 경우, 이 중 어느 하나를 제1 프리-차지 저항이라고 칭하고, 다른 하나를 제2 프리-차지 저항이라고 칭할 수 있다.
제2 컨택터 코일(221)의 일단은 제3 전압 출력 라인(13)과 전기적으로 연결되고, 제2 컨택터 코일(221)의 타단은 제4 전압 출력 라인(14)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(400)는 제2 컨택터(220)를 턴온시키기 위한 제2 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제2 제어 신호는 제2 컨택터(220)의 턴온을 유도하는 것이다. 제2 제어 신호는 제3 전압 출력 라인(13) 및 제4 전압 출력 라인(14)을 통해 제2 컨택터 코일(221)에 제공될 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 제3 전압 출력 라인(13) 및 제4 전압 출력 라인(14) 각각에 소정 레벨의 전압을 출력하여, 제2 컨택터 코일(221)에 전원을 인가할 수 있다. 이때, 제3 전압 출력 라인(13)을 통해 제2 컨택터 코일(221)의 일단으로 출력되는 전압의 레벨은, 제4 전압 출력 라인(14)을 통해 제2 컨택터 코일(221)의 타단으로 출력되는 전압의 레벨과는 상이할 수 있다. 전원이 인가된 제2 컨택터 코일(221)에 흐르는 전류에 의해 제2 접속부(222)는 닫힌 동작 위치(closed operational position)가 된다. 제2 접속부(222)가 닫힌 동작 위치에 있는 동안에, 배터리 팩(100)과 부하(20)의 전기적인 연결이 이루어 질 수 있다.
제어부(400)는 제3 전압 출력 라인(13) 및 제4 전압 출력 라인(14) 중 적어도 하나에 대한 전압의 출력을 중단하여, 제2 컨택터 코일(221)에 전원을 차단할 수 있다. 제2 컨택터 코일(221)에 제2 컨택터 코일(221)의 전원이 차단되는 경우, 제2 컨택터 코일(221)에 전류가 흐르지 못하므로, 제2 접속부(222)는 열린 동작 위치(open operational position)가 된다. 제2 접속부(222)가 열린 동작 위치에 있는 동안에, 배터리 팩(100)과 부하(20)의 전기적인 분리가 이루어 질 수 있다.
한편, 제2 컨택터(220)는 '프리-차지 컨택터'라고 칭할 수도 있다.
제3 컨택터(230)는 제3 컨택터 코일(231) 및 제3 접속부(232)를 포함할 수 있다. 이러한 제3 컨택터(230)는 배터리 팩(100) 및 부하(20)와 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 제3 접속부(232)의 일단은 전기 라인(36)을 통해 배터리 팩(100)의 제2 단자(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제3 접속부(232)의 타단은 전기 라인(37)을 통해 커패시터(21a)의 제2 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 컨택터 코일(231)의 일단은 제5 전압 출력 라인(15)과 전기적으로 연결되고, 제3 컨택터 코일(231)의 타단은 제6 전압 출력 라인(16)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(400)는 제3 컨택터(230)를 턴온시키기 위한 제3 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제3 제어 신호는 제3 컨택터(230)의 턴온을 유도하는 것이다. 제3 제어 신호는 제5 전압 출력 라인(15) 및 제6 전압 출력 라인(16)을 통해 제3 컨택터 코일(231)에 제공될 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 제5 전압 출력 라인(15) 및 제6 전압 출력 라인(16) 각각에 소정 레벨의 전압을 출력하여, 제3 컨택터 코일(231)에 전원을 인가할 수 있다. 이때, 제5 전압 출력 라인(15)을 통해 제3 컨택터 코일(231)의 일단으로 출력되는 전압의 레벨은, 제6 전압 출력 라인(16)을 통해 제3 컨택터 코일(231)의 타단으로 출력되는 전압의 레벨과는 상이할 수 있다. 전원이 인가된 제3 컨택터 코일(231)에 흐르는 전류에 의해 제3 접속부(232)는 닫힌 동작 위치(closed operational position)가 된다. 제3 접속부(232)가 닫힌 동작 위치에 있는 동안에, 배터리 팩(100)의 제2 단자와 커패시터(21a)의 제2 단자의 전기적인 연결이 이루어 질 수 있다.
제어부(400)는 제5 전압 출력 라인(15) 및 제6 전압 출력 라인(16) 중 적어도 하나에 대한 전압의 출력을 중단하여, 제3 컨택터 코일(231)에 전원을 차단할 수 있다. 제3 컨택터 코일(231)에 제3 컨택터 코일(231)의 전원이 차단되는 경우, 제3 컨택터 코일(231)에 전류가 흐르지 못하므로, 제3 접속부(232)는 열린 동작 위치(open operational position)가 된다. 제3 접속부(232)가 열린 동작 위치에 있는 동안에, 배터리 팩(100)의 제2 단자와 커패시터(21a)의 제2 단자의 전기적인 분리가 이루어 질 수 있다.
한편, 제3 컨택터(230)는 '접지 컨택터'라고 칭할 수도 있다.
구동 회로(10)는 제1 접속부(212)가 열린 동작 위치이고 제2 접속부(222) 및 제3 접속부(232)가 닫힌 동작 위치에 있는 동안에 전류 제한 회로(240)를 이용하여, 배터리 팩(100)으로부터 공급되는 전력을 커패시터(21a)에 공급할 수 있다. 이에 따라, 제1 접속부(212)가 닫힌 동작 위치가 되기 전에, 커패시터(21a)에 대한 프리-차지가 이루어질 수 있다.
제어부(400)는 커패시터(21a)가 목표치 이상으로 프리-차지된 후에 제1 접속부(212)를 닫힌 동작 위치로 유도함으로써, 고전압을 가지는 배터리 팩(100)이 캐패시터(21a)에 전기적으로 연결될 때의 순간적인 돌입 전류(inrush current)의 크기를 감소시킬 수 있다.
후술할 바와 같이, 구동 회로(10)의 장점은, 제2 컨택터(220)와 전류 제한 회로(240)를 이용하여, 제1 컨택터(210)의 정상적인 동작이 가능한 상태에서는 인버터(21)에 포함된 커패시터(21a)를 프리-차지하는 기본적인 동작을 담당하는 데에서 더 나아가, 제1 컨택터(210)가 닫힌 동작 위치를 가지지 못하게 되는 비정상적인 동작 중에는 배터리 팩(100)으로부터 커패시터(21a)로의 전원 공급을 위한 전기적인 연결을 유지하는 것이다.
한편, 제1 컨택터(210)가 비정상적으로 동작하게 되는 원인은 다양할 수 있다. 예컨대, 제1 컨택터(210)의 제1 컨택터 코일(211) 또는 제1 접속부(212)가 손상된 경우, 제어부(400)로부터 제1 제어 신호가 출력되더라도, 제1 접속부(212)는 닫힌 동작 위치를 가지지 못할 것이다. 다른 예로, 제1 컨택터 코일(211) 및 제1 접속부(212)의 손상이 없더라도, 제1 전압 출력 라인(11) 또는 제2 전압 출력 라인(12)이 단선되거나 제1 전압 출력부(431)가 고장난 경우에도 제1 접속부(212)는 닫힌 동작 위치를 가지지 못할 것이다.
전압 측정 회로(300)는 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V1)을 각각 측정하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1 전압(V1)은 전기 라인(31)의 전위와 기준점의 전위의 차이를 나타내고, 제2 전압(V2)은 전기 라인(32)의 전위와 상기 기준점의 전위의 차이를 나타내는 것일 수 있다. 다시 말해, 제1 전압(V1)은 제1 컨택터(210)의 양단 중 배터리 팩(100)의 제1 단자(130) 측에 연결된 일단의 전압을 나타내고, 제2 전압(V2)은 컨택터(210)의 양단 중 커패시터(21a) 측에 연결된 타단의 전압을 나타내는 것일 수 있다. 이 경우, 기준점은 접지 또는 배터리 팩(100)의 제2 단자(140)일 수 있다.
전압 측정 회로(300)는 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 기초로, 제1 접속부(211)의 양단에 인가된 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 컨택터(210)의 양단에 인가된 전압은, 제1 전압(V1)과 제2 전압(v2)의 차이인 V1-V2와 동일할 수 있다.
전압 측정 회로(300)는 제1 접속부(211)의 양단에 인가된 전압을 나타내는 신호(S2)를 제어부(400)에 제공할 수 있다. 바람직하게는, 상기 신호(S2)는 이진값의 형식을 가지고, 소정 주기마다 반복적으로 출력될 수 있다.
제어부(400)는 미리 정해진 조건이 만족된 경우, 전압 측정 회로(300)를 이용하여 제1 접속부(211)의 양단에 인가된 전압을 측정할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(400)는 제1 제어 신호를 출력하는 동안의 적어도 하나의 시점에, 전압 측정 회로(300)를 이용하여 제1 접속부(212)의 양단에 인가된 전압을 측정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 제어 신호는 제1 컨택터(210)의 턴온을 유도하는 신호이다. 즉, 제1 제어 신호는 제1 전압 출력 라인(11) 및 제2 전압 출력 라인(12) 각각으로부터 출력되는 소정 레벨의 전압에 대응하는 것일 수 있다. 예컨대, 전기 자동차(1)의 운전자가 액셀 페달을 밟는 경우, 제어부(400)는 제1 제어 신호를 출력할 수 있다.
제1 컨택터(210)가 정상적으로 동작 가능한 상태인 경우, 상기 제1 제어 신호에 응답하여 제1 컨택터 코일(211)에 전원이 인가됨에 따라 제1 접속부(212)는 닫힌 동작 위치를 가질 것이다. 반면, 컨택터(210)가 고장 등으로 인해 정상적인 동작이 불가능한 상태인 경우, 제1 접속부(211)는 제1 제어 신호가 출력 중임에도 불구하고, 열린 동작 위치를 가질 것이다.
제어부(400)는 제1 제어 신호를 출력하는 동안 전압 측정 회로(300)에 의해 측정되는 제1 컨택터(210)의 양단의 전압을 기초로, 제1 컨택터(210)의 정상 동작 여부를 판정할 수 있다. 구현예에 따라, 제어부(400)는 제1 제어 신호를 출력하는 동안에 측정되는 제1 접속부(212)의 양단의 전압이 미리 정해진 기준 전압 이상인 경우, 제1 컨택터(210)가 비정상적으로 동작 중인 것으로 판정할 수 있다.
제어부(400)는 제1 컨택터(210)가 비정상적으로 동작 중인 것으로 판정 시, 제1 제어 신호의 출력을 중단할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 전기 자동차(1)에 구비된 모니터나 스피커 등을 통해 제1 컨택터(210)가 비정상적으로 동작 중임을 사용자에게 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다.
반면, 제어부(400)는 제1 제어 신호가 출력되는 동안에 측정되는 제1 접속부(212)의 양단의 전압이 상기 기준 전압 미만인 경우, 제1 컨택터(210)가 정상적으로 동작 중인 것으로 판정할 수 있다. 상기 기준 전압은 사전 실험을 통해 결정되는 것으로서, 상기 기준 전압을 나타내는 데이터는 메모리(420)에 미리 저장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제한 회로(240)의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 설명의 편의를 위해, 도 2에 도시된 제3 접속부(232)는 닫힌 동작 위치를 가지는 것으로 가정한다.
도 3을 참조하면, 전류 제한 회로(240)는 저항(RP)으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 도시된 바와 같이, 저항(RP)의 일단은 제2 컨택터(220)와 전기 라인(34)을 통해 배터리 팩(100)의 제1 단자(130)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 저항(RP)의 타단은 전기 라인(35)을 통해 커패시터(21a)의 제1 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 제어부(400)는 제1 컨택터(210)가 비정상적으로 동작 중인 것으로 판정되는 동안 제2 제어 신호 및 제3 제어 신호를 출력할 수 있다.
제2 제어 신호에 의해 제2 접속부(222)는 닫힌 동작 위치를 가지고, 제3 제어 신호에 의해 제3 접속부(232)는 닫힌 동작 위치를 가지게 된다. 이에 따라, 제1 컨택터(210)의 고장 등으로 인해 제1 접속부(212)가 열린 동작 위치를 가지는 동안(즉, 닫힌 동작 위치를 가질 수 없는 동안), 커패시터(21a)의 제1 단자와 제2 단자는 각각 제2 접속부(222) 및 제3 접속부(232)를 통해 배터리 팩(100)의 제1 단자(130)와 제2 단자(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 제1 컨택터(210)가 비정상적으로 동작하고 있는 동안, 배터리 팩(100)으로부터 공급되는 전력은 제1 컨택터(210) 대신 제2 컨택터(220), 저항(RP) 및 인버터(20)를 거쳐 전기 모터(22)에 공급될 수 있다. 결과적으로, 전기 자동차(1)의 비상 주행이 가능해진다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 제한 회로(240)의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
전류 제한 회로(240)는 복수개의 전류 제한부를 포함할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 전류 제한 회로(240)에 두 개의 전류 제한부(241, 242)가 포함되는 것으로 가정한다. 전류 제한 회로(240)에 포함되는 어느 한 전류 제한부는 다른 한 전류 제한부와 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
제1 전류 제한부(241)는 제1 스위치(S1) 및 제1 저항(R1)을 포함한다. 이때, 제1 스위치(S1) 및 제1 저항(R1)은 상호 직렬 연결된다. 또한, 제2 전류 제한부(242)는, 제1 전류 제한부(241)와 유사하게 제2 스위치(S2) 및 제2 저항(R2)을 포함한다. 제2 스위치(S2) 및 제2 저항(R2)은 상호 직렬 연결된다. 이 경우, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)는 MOFET과 같은 공지의 스위칭 소자일 수 있다. 바람직하게는, 제1 저항(R1)의 저항값이 제2 저항(R2)의 저항값은 서로 상이할 수 있다. 이하에서는, 제1 저항(R1)의 저항값이 제2 저항(R2)의 저항값보다 큰 것으로 가정한다.
제어부(400)는 제1 컨택터(210)가 비정상적으로 동작 중이면서 제2 제어 신호가 출력되고 있는 동안, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2) 중 적어도 하나를 턴온시키기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)로부터 제4 제어 신호가 출력되는 경우, 제1 스위치(S1)는 제4 제어 신호에 의해 턴온될 수 있다. 또한, 제어부(400)로부터 제5 제어 신호가 출력되는 경우, 제2 스위치(S2)는 제5 제어 신호에 의해 턴온될 수 있다.
제4 제어 신호와 제5 제어 신호는 동시에 출력될 수 있다. 또는, 제4 제어 신호와 제5 제어 신호 중 어느 하나(예, 제4 제어 신호)가 출력되고 있는 동안, 다른 제어 신호(예, 제5 제어 신호)의 출력은 중단될 수 있다. 제4 제어 신호와 제5 제어 신호가 동시에 출력되는 경우, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 턴온되므로, 제1 저항(R1)와 제2 저항(R2)은 전기적으로 병렬 연결될 수 있다. 제1 저항(R1)와 제2 저항(R2)가 병렬 연결되는 경우, 제1 저항(R1)와 제2 저항(R2)는 하나의 등가 저항으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 제1 저항(R1)이 3옴(Ω)이고, 제2 저항(R2)이 1.5옴(Ω)인 경우, 제1 저항(R1)와 제2 저항(R2)의 병렬 연결에 의한 등가 저항은 1옴(Ω)일 수 있다. 결과적으로, 다른 조건(예, 온도)이 동일하다고 가정할 때, 제4 제어 신호와 제5 제어 신호 중 어느 하나만이 출력되는 경우에 비하여, 제4 제어 신호와 제5 제어 신호가 동시에 출력되는 경우, 전류 제한 회로(240)를 통해 흐르는 전류가 상대적으로 증가할 수 있다.
한편, 제1 접속부(211)가 열린 동작 위치를 가지고, 제2 접속부(222)가 닫힌 동작 위치를 가지는 동안에, 배터리 팩(100)의 제1 단자(130)와 커패시터(21a)의 제1 단자 사이의 전기적 연결이 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 중 어느 것을 통해 이루어지는지에 따라, 배터리 팩(100)과 커패시터(21a) 사이에 흐르는 전류의 크기가 달라질 수 있다. 따라서, 제어부(400)는 전기 자동차(1)의 센싱 장치(2)로부터 제공되는 주행 정보를 기초로, 제4 제어 신호 및 제5 제어 신호 중 어느 것을 출력할지 결정할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 컨택터(210)의 비정상 동작으로 판정되는 동안의 적어도 어느 한 시점에서 전기 자동차(1)의 주행 속도가 기준 속도(예, 10km/h) 미만인 경우, 제어부(400)는 제2 제어 신호와 함께 제4 제어 신호를 출력할 수 있다. 제2 제어 신호에 의해 제2 접속부(222)가 닫힌 동작 위치를 가지고, 제4 제어 신호에 의해 제1 스위치(S1)가 턴온되므로, 배터리 팩(100)의 고전위 단자인 제1 단자(130)가 제2 컨택터(220), 제1 스위치(S1) 및 제1 저항(R1)을 통해 커패시터(21a)의 제1 단자에 전기적으로 연결된다. 반면, 제1 컨택터(210)의 비정상 동작으로 판정되는 어느 한 시점에서 전기 자동차(1)의 주행 속도가 상기 기준 속도 이상인 경우, 제어부(400)는 제2 제어 신호와 함께 제5 제어 신호를 출력할 수 있다. 제2 제어 신호에 의해 제2 접속부(222)가 닫힌 동작 위치를 가지고, 제5 제어 신호에 의해 제2 스위치(S2)가 턴온되므로, 배터리 팩(100)의 고전위 단자인 제1 단자(130)가 제2 컨택터(220), 제2 스위치(S2) 및 제2 저항(R2)을 통해 커패시터(21a)의 제1 단자에 전기적으로 연결된다.
전기 자동차(1)의 주행 속도가 기준 속도 미만이라는 것은, 주행 속도가 기준 속도 이상일 때보다 전기 모터(22)에 요구되는 전력이 상대적으로 낮음을 의미한다. 이 경우, 배터리 팩(100)으로부터의 전력은 제1 저항(R1)을 통해 인버터(21)에 공급되므로, 배터리 팩(100)으로부터의 전력이 제2 저항(R2)을 통해 인버터(21)에 공급되는 경우보다, 배터리 팩(100)과 커패시터(21a) 사이에 흐르는 전류의 크기는 작아진다.
다른 구현예에 따르면, 제1 컨택터(210)의 비정상 동작으로 판정되는 동안의 적어도 어느 한 시점에서 전기 자동차(1)의 지리적 위치를 기초로, 제4 제어 신호 및 제5 제어 신호 중 어느 것을 출력할지 결정할 수 있다. 예컨대, 제어부(400)는 전기 자동차(1)의 현재 지리적 위치로부터 가장 가까운 정비소까지의 거리가 기준 거리(예, 40km) 미만인 경우, 제2 제어 신호와 함께 제4 제어 신호를 출력할 수 있다. 반면, 제어부(400)는 전기 자동차(1)로부터 가장 가까운 정비소까지의 거리가 기준 거리 이상인 경우, 제2 제어 신호와 함께 제5 제어 신호를 출력할 수 있다.
다시 말해, 전기 자동차(1)로부터 가장 가까운 정비소까지의 거리가 상대적으로 짧을수록, 전기 모터(22)에 요구되는 전력은 감소하므로, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2) 중 상대적으로 저항값이 큰 제1 저항(R1)을 통해 배터리 팩(100)과 커패시터(21a)를 전기적으로 연결하는 것이다. 반대로, 전기 자동차(1)로부터 가장 가까운 정비소까지의 거리가 상대적으로 멀수록, 전기 모터(22)에 요구되는 전력은 증가하므로, 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2) 중 상대적으로 저항값이 작은 제2 저항(R2)을 통해 배터리 팩(100)과 커패시터(21a)를 전기적으로 연결하는 것이다.
한편, 전술한 전기 자동차(1)의 현재 지리적 위치로부터 가장 가까운 정비소까지의 거리를 나타내는 데이터는 제어부(400)에 의해 연산되는 것이거나, 전기 자동차(1)의 센싱 장치(2)나 MCU 등으로부터 제공되는 것일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 제1 컨택터(210)의 비정상 동작으로 판정되는 어느 한 시점에서 전기 자동차(1)의 차체 기울기가 기준 각도 미만인 경우, 제어부(400)는 제2 제어 신호와 함께 제4 제어 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 제1 제어 신호 및 제5 제어 신호의 출력은 중단될 수 있다.
반면, 제1 컨택터(210)의 비정상 동작으로 판정되는 어느 한 시점에서 전기 자동차(1)의 차체 기울기가 상기 기준 각도 이상인 경우, 제어부(400)는 제2 제어 신호와 함께 제5 제어 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 제1 제어 신호 및 제4 제어 신호의 출력은 중단될 수 있다.
전기 자동차(1)의 차체 기울기가 기준 각도 미만이라는 것은, 전기 자동차(1)가 평지와 같은 경사가 완만한 도로를 주행 중임을 의미한다. 즉, 전기 자동차(1)가 경사가 완만한 도로를 주행 중인 경우, 경사가 가파른 도로를 주행 중인 경우보다 전기 모터(22)에 요구되는 전력이 상대적으로 낮을 수 있다. 이 경우, 배터리 팩(100)으로부터의 전력은 제1 저항(R1)을 통해 인버터(21)에 공급되므로, 배터리 팩(100)으로부터의 전력이 제2 저항(R2)을 통해 인버터(21)에 공급되는 경우보다, 배터리 팩(100)과 커패시터(21a) 사이에 흐르는 전류의 크기는 작아진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로(10)의 제어 방법을 보여주는 순서도이다. 설명의 편의를 위해, 제어부(400)는 제3 제어 신호를 출력하고 있는 상태 즉, 제3 접속부(232)가 닫힌 동작 위치를 가지는 것으로 가정한다.
단계 S510에서, 제어부(400)는 제1 제어 신호를 출력할 수 있다. 제1 제어 신호는 제1 컨택터(210)의 턴온을 유도하는 신호이다. 일 예로, 제1 제어 신호는 운전자의 명령(예, 액셀 페달을 밟음)에 따라 출력되는 것일 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 제1 전압 출력부(431)를 이용하여, 제1 전압 출력 라인(11)을 통해 제1 레벨의 전압을 출력하고, 제2 전압 출력 라인(12)을 통해 제2 레벨의 전압을 출력할 수 있다.
단계 S520에서, 제어부(400)는 단계 S510을 통해 제1 제어 신호를 출력하는 동안 제1 컨택터(210)가 정상적으로 동작 중인지 여부를 판정할 수 있다.
구체적으로, 제1 컨택터(210)가 정상적으로 동작 중이라면, 제1 제어 신호에 의해 제1 접속부(212)는 닫힌 동작 위치를 가지게 되고, 전압 측정 회로(300)에 의해 측정되는 제1 컨택터(210)의 양단의 전압은 기준 전압 미만일 것이다.
제어부(400)는 제1 제어 신호가 출력되는 있는 동안에 측정되는 제1 컨택터(210)의 양단의 전압이 기준 전압보다 작은 경우 제1 컨택터(210)가 정상적으로 동작 가능한 것으로 판정할 수 있다. 만약, 제1 제어 신호가 출력되는 있는 동안에 측정되는 제1 컨택터(210)의 양단의 전압이 기준 전압 이상인 경우, 제어부(400)는 제1 컨택터(210)가 비정상적으로 동작 중인 것으로 판정할 수 있다.
단계 S520의 판정값이 'YES'인 경우, 제어부(400)는 단계 S510로 회귀할 수 있다. 반면, 단계 S520의 판정값이 'NO'인 경우, 제어부(400)는 단계 S530을 수행할 수 있다.
단계 S530에서, 제어부(400)는 제2 제어 신호를 출력할 수 있다. 제21 제어 신호는 제2 컨택터(220)의 턴온을 유도하는 신호이다. 구체적으로, 제어부(400)는 제2 전압 출력부(432)를 이용하여, 제3 전압 출력 라인(13)을 통해 제3 레벨의 전압을 출력하고, 제4 전압 출력 라인(14)을 통해 제4 레벨의 전압을 출력할 수 있다.
제2 컨택터(220)가 제2 제어 신호에 의해 턴온되어, 배터리 팩(100)과 부하(20)를 전기적으로 연결할 수 있다. 구체적으로, 제2 제어 신호에 의해 제2 접속부(212)가 닫힌 동작 위치를 가지게 됨에 따라, 배터리 팩(100)의 제1 단자(130)는, 제2 컨택터(220)와 전류 제한 회로(240)를 통해 커패시터(21a)의 제1 단자에 전기적으로 연결 가능한 상태가 될 수 있다.
구현예에 따라, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이, 전류 제한 회로(240)는 상호 병렬 연결되는 제1 전류 제한부(241) 및 제2 전류 제한부(242)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어 방법은 단계 S540 및 S550을 더 포함할 수 있다.
단계 S540에서, 제어부(440)는 전기 자동차(1)의 주행 정보를 기초로, 전류 제한 회로(240)에 포함된 적어도 하나의 스위치를 선택할 수 있다. 예컨대, 제어부(440)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2) 중 어느 하나만 선택하거나, 두 스위치(S1, S2)를 모두 선택할 수 있다. 주행 정보는 전기 자동차(1)의 주행 속도, 지리적 위치 또는 차체 기울기에 관한 정보를 나타내는 것일 수 있다.
단계 S550에서, 제어부(440)는 단계 S540을 통해 선택된 스위치를 턴온시킬 수 있다. 예컨대, 제어부(440)는 제1 스위치(S1)가 선택된 경우에는 제4 제어 신호를 출력하고, 제2 스위치(S2)가 선택된 경우에는 제5 제어 신호를 출력할 수 있다.
제1 스위치(S1)는 제4 제어 신호에 의해 턴온될 수 있다. 이 경우, 제1 저항(R1)의 저항값에 대응하는 만큼 제한된 전류가 배터리 팩(100)으로부터 인버터(21)로 공급될 수 있다. 제2 스위치(S2)는 제5 제어 신호에 의해 턴온될 수 있다. 이 경우, 제2 저항(R2)의 저항값에 대응하는 만큼 제한된 전류가 배터리 팩(100)으로부터 인버터(21)로 공급될 수 있다.
이에 따라, 배터리팩(100)으로부터 제2 컨택터(220)와 전류 제한 회로(240)를 거쳐 인버터(20)로 전력이 공급되고, 인버터(20)는 배터리팩(100)으로부터 공급되는 전력을 전기 모터(22)에 요구되는 전력으로 변환할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (14)

  1. 배터리 팩 및 인버터를 구비하는 전기 자동차용 구동 회로에 있어서,
    상기 배터리 팩의 제1 단자와 상기 인버터에 포함된 커패시터의 제1 단자 사이에 연결되는 제1 컨택터;
    상기 제1 컨택터에 병렬 연결되는 제2 컨택터와 전류 제한 회로; 및
    상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제2 컨택터와 상기 전류 제한 회로는 상호 직렬 연결되고,
    상기 전류 제한 회로는 적어도 하나의 저항을 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 제1 컨택터가 정상적으로 동작하고 있는 동안에는 제1 제어신호를 출력하고, 상기 제1 컨택터가 비정상으로 동작하고 있는 동안에는 제2 제어신호를 출력하며,
    상기 제1 제어신호는 상기 제1 컨택터의 턴온을 유도하고, 상기 제2 제어신호는 상기 제2 컨택터의 턴온을 유도하는, 전기 자동차용 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩의 제2 단자와 상기 커패시터의 제2 단자 사이에 연결되는 제3 컨택터;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제1 컨택터가 정상적으로 동작하고 있는 동안에는 상기 제2 제어신호와 함께 제3 제어신호를 출력하며,
    상기 제3 제어신호는 상기 제3 컨택터의 턴온을 유도하는, 전기 자동차용 구동 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하고 있는 동안에는 상기 제1 제어신호의 출력을 중단하는, 전기 자동차용 구동 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 컨택터의 양단의 전압을 측정하도록 구성되는 전압 측정 회로;를 더 포함하는, 전기 자동차용 구동 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 제어신호를 출력하는 동안 상기 전압 측정 회로에 의해 측정되는 상기 제1 컨택터의 양단의 전압을 기초로, 상기 제1 컨택터의 정상 동작 여부를 판정하는, 전기 자동차용 구동 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제한 회로는,
    상기 제2 컨택터와 직렬 연결되는 제1 전류 제한부; 및
    상기 제1 전류 제한부와 병렬 연결되는 제2 전류 제한부;를 포함하고,
    상기 제1 전류 제한부는,
    상호 직렬 연결되는 제1 스위치 및 제1 저항을 포함하며,
    상기 제2 전류 제한부는,
    상호 직렬 연결되는 제2 스위치 및 제2 저항을 포함하는, 전기 자동차용 구동 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 저항의 저항값과 상기 제2 저항의 저항값은 서로 상이한, 전기 자동차용 구동 회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하고 있는 동안에는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 턴온시키는, 전기 자동차용 구동 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전기 자동차의 주행 정보를 기초로, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 중 적어도 하나를 턴온시키는, 전기 자동차용 구동 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주행 정보는,
    상기 전기 자동차의 주행 속도, 지리적 위치 및 차체 기울기 중 적어도 하나를 포함하는, 전기 자동차용 구동 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 저항의 저항값이 상기 제2 저항의 저항값보다 크고, 상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하고 있는 동안 상기 주행 속도가 기준 속도 미만인 경우, 상기 제2 제어 신호와 함께 제4 제어 신호를 출력하되,
    상기 제1 스위치는 상기 제4 제어 신호에 의해 턴온되는, 전기 자동차용 구동 회로.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 저항의 저항값이 상기 제2 저항의 저항값보다 크고, 상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하고 있는 동안 상기 주행 속도가 기준 속도 이상인 경우, 상기 제2 제어 신호와 함께 제5 제어 신호를 출력하되,
    상기 제2 스위치는 상기 제5 제어 신호에 의해 턴온되는, 전기 자동차용 구동 회로.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 전기 자동차용 구동 회로;
    를 포함하는, 전기 자동차.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 전기 자동차용 구동 회로의 제어 방법에 있어서,
    상기 제어부가 제1 제어 신호를 출력하는 단계;
    상기 제어부가 상기 제1 제어 신호를 출력하는 동안 상기 제1 컨택터의 정상 동작 여부를 판정하는 단계;
    상기 제1 컨택터가 비정상적으로 동작하는 것으로 판정되는 동안, 상기 제어부가 상기 제2 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제2 컨택터가 상기 제2 제어신호에 의해 턴온되어, 상기 배터리 팩의 제1 단자와 상기 커패시터의 제1 단자를 전기적으로 연결하는 단계;
    를 포함하는, 전기 자동차용 구동 회로의 제어 방법.
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