KR20140006151A

KR20140006151A - 차량 배터리시스템의 릴레이모듈

Info

Publication number: KR20140006151A
Application number: KR1020120068662A
Authority: KR
Inventors: 최용환; 김달; 방준호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: JP6023503B2; JP2014007137A; CN103515155B; CN103515155A; US9070523B2; DE102012221472A1; KR101926864B1; US20130342292A1; DE102012221472B4

Abstract

본 발명은 파워릴레이어셈블리를 구성하는 릴레이의 고장 발생시, 해당 릴레이의 고장을 직접적으로 정확하고 신속하게 검출할 수 있도록 함으로써, 고장 수리의 작업성이 크게 향상되어 비용과 시간의 대폭적인 저감이 가능하고, 고장 수리의 신뢰성 향상으로 차량이 예기치 못한 위험 상황에 빠지지 않도록 함은 물론, 각 릴레이의 상태를 실시간으로 모니터링하여 릴레이 단품의 고장인지, BMS 내부의 릴레이 제어회로의 고장인지, 제어 출력 와이어의 단락 또는 단선인지를 판단하는 고장 진단 성능이 향상되어, 차량의 시스템 안정성을 확보할 수 있도록 한다.

Description

차량 배터리시스템의 릴레이모듈{RELAY MODULE FOR BATTRY SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 차량 배터리시스템의 릴레이모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최근 친환경차량으로 분류되고 있는 하이브리드 차량이나 전기차 등과 같이 차량의 구동에 사용되는 전력을 공급할 목적으로 차량에 탑재되는 배터리시스템에 구비되는 파워릴레이어셈블리를 구성하는 릴레이모듈에 관한 기술이다.

친환경 차량에 탑재되는 배터리시스템은 도 1과 같이 구성되며, 이중, 점선으로 표시한 부분은 PRA(POWER RELAY ASSEMBLY; 파워릴레이어셈블리: 500)를 구성하는 것으로서, 차량 시스템 사이의 완전한 전기적 절연확보와 전기적 안정성을 확보하며, 아울러 1차 사고 발생시 고전압에 의한 감전, 전기적 원인의 화재 등 중대한 2차 사고 발생을 방지하고, 고전압배터리의 암전류 차단 등의 기능을 수행한다.

상기한 바와 같은 파워릴레이어셈블리(500)는 플러스메인릴레이(502)와 마이너스메인릴레이(504) 및 초기충전릴레이(506)를 포함하여 구성되며, 차량의 이그니션온 상태가 되면, 마이너스메인릴레이(504)가 온 된 후, 초기충전릴레이(506)가 온되어 레지스터에 의한 피크전류가 제한 되도록하고, 커패시터의 충전이 완료되면서 상기 플러스메인릴레이(502)가 온된 후, 상기 초기충전릴레이(506)가 오프됨으로써, 릴레이 온 시퀀스 제어가 완료되며, 이후 릴레이 오프 시퀀스 제어는 상기와 같이 초기충전릴레이(506)가 오프된 상태에서, 이그니션 오프 상태로 되면, 상기 플러스 메인릴레이와 마이너스 메인릴레이가 동시에 오프됨으로써 이루어진다.

BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)에서는 상기와 같이 작동되는 릴레이들의 융착 등과 같은 고장을 진단하기 위하여, 상기와 같이 작동되는 각 릴레이들의 일련의 작동에 따른 로직을 이용하여 간접적으로 진단을 수행하고 있는데, 이러한 로직에 의한 간접적인 진단은 시동시에 릴레이의 융착과 초기충전릴레이(506)의 개회로 고장만을 진단할 수 있을 뿐, 릴레이 온 시퀀스 진행 도중 문제가 발생하였을 때, 이것이 릴레이 자체의 문제인지 BMS 내부의 제어회로 고장인지, 제어 출력 와이어의 단선이나 단락에 의한 것인지를 알 수 없고, 릴레이 자체의 고장이라고 판단되는 경우라고 하더라도, 릴레이의 접점 융착인지, 오픈 상태 고장인지, 또한 이러한 고장이 구체적으로 플러스메인릴레이(502)와 마이너스메인릴레이(504) 및 초기충전릴레이(506) 중 어느 것에 발생한 것인지를 명확하게 파악할 수 없는 한계가 있다.

따라서 상기 파워릴레이어셈블리(500)를 구성하는 릴레이의 고장 발생시, 즉각적이고 정확한 진단이 불가능하고, 릴레이 관련 고장이라는 판단으로 특정 릴레이만 교체한 경우 실제 고장난 릴레이를 교체하지 못할 가능성이 있어 차량이 예기치 못한 위험 상황에 노출될 수 있고, 차량의 점검시 고장 검출과 관련하여 릴레이 및 BMS를 일일이 교체한 후 확인을 해야 하는 등 고장 수리의 작업성이 크게 떨어져 시간적 경제적 손실이 발생하는 문제가 있다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 파워릴레이어셈블리를 구성하는 릴레이의 고장 발생시, 해당 릴레이의 고장을 직접적으로 정확하고 신속하게 검출할 수 있도록 함으로써, 고장 수리의 작업성이 크게 향상되어 비용과 시간의 대폭적인 저감이 가능하고, 고장 수리의 신뢰성 향상으로 차량이 예기치 못한 위험 상황에 빠지지 않도록 함은 물론, 각 릴레이의 상태를 실시간으로 모니터링하여 릴레이 단품의 고장인지, BMS 내부의 릴레이 제어회로의 고장인지, 제어 출력 와이어의 단락 또는 단선인지를 판단하는 고장 진단 성능이 향상되어, 차량의 시스템 안정성을 확보할 수 있도록 한 차량 배터리시스템의 릴레이모듈을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량 배터리시스템의 릴레이모듈은

릴레이 내부에서 코일의 자기장 및 리턴스프링에 의해 이동하여 릴레이전극들의 전기적 연결상태를 단속하도록 하는 가동부재와;

상기 가동부재와 상기 가동부재에 대하여 고정된 위치를 유지하는 고정부재 사이에 설치되어, 상기 고정부재에 대한 상기 가동부재의 위치 변화에 의해 전기적 물리량의 변화를 발생시키는 마이크로센서;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 파워릴레이어셈블리를 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량 배터리시스템의 릴레이모듈 구조를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 마이크로센서의 구조를 설명한 도면,
도 4는 도 3에 비교하여 릴레이모듈의 온 상태에서 마이크로센서의 상태 변화를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 릴레이모듈을 이용한 고장진단의 개념을 설명한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 실시예는 릴레이 내부에서 코일(1)의 자기장 및 리턴스프링(3)에 의해 이동하여 릴레이전극(11)들의 전기적 연결상태를 단속하도록 하는 가동부재(5)와; 상기 가동부재(5)와 상기 가동부재(5)에 대하여 고정된 위치를 유지하는 고정부재(7) 사이에 설치되어, 상기 고정부재(7)에 대한 상기 가동부재(5)의 위치 변화에 의해 전기적 물리량의 변화를 발생시키는 마이크로센서(9)를 포함하여 구성된다.

즉, 종래의 일반적인 릴레이의 내부에 릴레이전극(11)들의 단속 동작에 연동하는 초소형의 마이크로센서(9)를 내장시켜 일체화함으로써, 해당 릴레이의 고장을 직접적으로 실시간으로 감지해낼 수 있도록 한 것이다.

상기 마이크로센서(9)는 전기저항을 측정할 수 있도록 서로 이격된 두 감지전극(13)과, 상기 가동부재(5)가 상기 릴레이전극(11)들을 전기적으로 접속시키는 방향으로 이동할 때, 동일한 방향으로 이동되어 상기 두 감지전극(13) 사이를 전기적으로 연결하도록 된 감지접촉부재(15)를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 상기 코일(1)에 전원이 인가되어 상기 가동부재(5)가 릴레이전극(11)들을 접속시킬 때, 상기 감지접촉부재(15)가 상기 두 감지전극(13)을 접속시켜 측정되는 전기저항이 급격히 저감되는 것에 의해, 상기 가동부재(5)와 릴레이전극(11)의 정상적인 작동으로 당해 릴레이의 정상적인 온 작동을 인식하고, 상기 코일(1)에 전원이 차단되어 상기 가동부재(5)가 릴레이전극(11)들을 차단시킬 때, 상기 감지접촉부재(15)가 상기 두 감지전극(13)을 차단시켜서 전기저항이 급격히 증가하는 것에 의해 상기 가동부재(5)와 릴레이전극(11)의 정상적인 작동으로 당해 릴레이의 정상적인 오프 작동을 인식할 수 있도록 하는 것이다.

본 실시예에서 상기 마이크로센서(9)는 도 3에 예시한 바와 같이, 전기저항을 측정할 수 있도록 서로 이격된 두 감지전극(13)과, 상기 가동부재(5)가 상기 릴레이전극(11)들을 전기적으로 접속시키는 방향으로 이동할 때, 동일한 방향으로 이동되어 상기 두 감지전극(13) 사이를 전기적으로 연결하도록 된 감지접촉부재(15)를 포함하여 구성된 측정유닛(17)과; 전기저항을 측정할 수 있도록 서로 이격된 두 참조전극(19)을 구비하며, 상기 가동부재(5)가 상기 릴레이전극(11)들을 전기적으로 접속시키는 방향으로 이동할 때 상기 측정유닛(17)과 연동되어 상기 가동부재(5)와 동일한 방향으로 이동되는 작동부(21)를 갖되, 상기 작동부(21)는 상기 참조전극(19)을 전기적으로 연결시킬 수 없는 부도체만으로 이루어진 참조유닛(23)을 포함하여 구성되어 있다.

즉, 상기 측정유닛(17)만으로 상기 마이크로센서(9)를 구성할 수 있으나, 보다 정확하고 신뢰성 있는 릴레이의 상태 판단을 위해 상기 참조유닛(23)을 병렬적으로 추가 구비한 것으로, BMS는 상기 측정유닛(17)의 두 감지전극(13)들 사이의 전기적 저항 변화와 상기 참조유닛(23)의 두 참조전극(19)들 사이의 전기적 저항 변화를 함께 고려하여, 해당 릴레이의 상태를 판단하도록 하는 것이다.

상기 측정유닛(17)은 상기한 바와 같이 측정유닛(17)만으로 이루어진 마이크로센서(9)의 작동과 동일하며, 상기 참조유닛(23)은 상기 작동부(21)가 상기 측정유닛(17)과는 달리 감지접촉부재(15)를 구비하지 않고, 부도체로만 이루어져 있어서, 상기 측정유닛(17)의 두 감지전극(13)이 도 4의 좌측과 같이 전기적으로 연결되는 상황에서도 상기 두 참조전극(19) 사이에는 지속적으로 큰 저항값이 검출되어야 하며, 도 3과 같이 상기 작동부(21)가 두 참조전극(19)으로부터 멀어진 상태에서도 상기 두 참조전극(19)의 저항값에는 변화가 없어야 한다.

즉, 상기 측정유닛(17)의 두 감지전극(13) 사이의 저항값이 변화할 때에, 상기 참조유닛(23)의 두 참조전극(19) 사이의 저항값은 항상 일정한 상태를 유지해야 정상이라고 판단하고, 만약 마이크로센서(9)의 오작동이나 노이즈 등에 의해 상기 참조전극(19) 사이의 저항값에 변화가 초래되면, 릴레이가 비정상적인 상태임을 나타내는 것으로 판단하는 것이다.

상기 측정유닛(17)과 참조유닛(23)은 상기 가동부재(5)의 이동방향에 수직한 방향으로 나란히 배치되어, 상기 가동부재(5)의 작동에 함께 병렬적으로 연동하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마이크로센서(9)는 PDMS( [출처] |작성자

polydimethylsiloxane)와 같은 유연한 실리콘 기반 물질을 이용하여 반도체 제작 공정을 사용하여 제작되며, 상기 측정유닛(17)의 감지전극(13)과 감지접촉부재(15) 및 상기 참조유닛(23)의 참조전극(19)과 작동부(21) 내부는 도시된 것처럼 실링된 구조가 안정성 확보 측면에서 바람직하다.

즉, 상기 마이크로센서(9)는 유연한 실리콘 기반 물질을 이용하여 반도체 제작 공정을 사용하여 제작되며, 상기 전기적 물리량의 변화를 발생시키는 부분은 플라즈마 공정 등을 통해 완벽히 실링된 구조로 구성함으로써, 이물질의 침투 등으로부터 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 것이다.

본 실시예에서, 상기 가동부재(5)는, 상기 릴레이전극(11)들에 직접 접촉하는 전도체로 이루어진 접촉코어(25)와, 상기 접촉코어(25)와 일체로 연결되며 상기 코일(1)의 중심에서 직선경로를 따라 슬라이딩되는 슬라이드코어(27)를 포함하여 구성되고, 상기 마이크로센서(9)는 상기 코일(1)의 중심에서 상기 가동부재(5)의 직선경로를 가이드하고 상기 슬라이드코어(27)에 대해 고정된 상대위치를 제공하는 상기 고정부재(7)인 고정코어(29)와, 상기 슬라이드코어(27) 사이에 설치된다.

한편, 상기 마이크로센서(9)는 상기한 바와 같은 접촉식 센서 이외에, 종래 공지의 기술에 의한 초음파센서나 적외선센서로 구성할 수도 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 릴레이모듈로 이루어진 플러스메인릴레이, 마이너스메인릴레이 및 초기충전릴레이를 포함하여 구성된 배터리시스템의 파워릴레이어셈블리를 구성할 수 있는 바, 도 5는 이러한 파워릴레이어셈블리의 각 릴레이를 점검하는 구성을 개략적으로 예시하고 있다.

즉, 상기 마이크로센서(9)의 측정유닛(17)과 참조유닛(23)의 저항값을 BMS(31)에서 실시간으로 모니터링할 수 있도록 구성되고, 상기 BMS(31)는 ECU(ENGINE CONTROL UNIT: 33)로부터 이그니션 온 오프의 신호를 받아 상기 릴레이의 코일(1)에 전원을 인가하거나 차단할 수 있도록 구성되며, 상기 BMS(31)의 작동 정보를 또한 상기 ECU(33)에 제공할 수 있도록 구성된다.

상기한 바와 같은 구성에서, 상기 BMS(31)는 상기 ECU의 이그니션 온 오프 상태에 따라, 상기 코일(1)에 전원을 인가함과 아울러, 그에 따라 상기 마이크로센서(9)의 저항값들을 상기한 바와 같이 측정하여 비교함으로써, 해당 릴레이의 정상 작동 유무를 즉각적이고 직접적으로 판단할 수 있게 되는 것이다.

예컨대, 상기 ECU(33)가 이그니션 온 신호를 보내면, 상기 BMS(31)는 상기 코일(1)에 전원을 인가하면서, 플러스메인릴레이, 마이너스메인릴레이 및 상기 초기충전릴레이 각각의 상기 감지전극(13)과 참조전극(19)들의 전기 저항값 변화를 측정하여 고장을 진단하는데, 예컨대 상기 플러스메인릴레이에 융착에 의한 고장이 발생한 경우, 상기 플러스메인릴레이의 감지전극(13)은 계속해서 낮은 저항값을 나타내고, 상기 BMS(31)는 이를 감지하여 플러스메인릴레이의 고장을 판단한 후, 사용자에게 경고등 등으로 표시하여, 수리 작업 등의 후속조치가 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 코일
3; 리턴스프링
5; 가동부재
7; 고정부재
9; 마이크로센서
11; 릴레이전극
13; 감지전극
15; 감지접촉부재
17; 측정유닛
19; 참조전극
21; 작동부
23; 참조유닛
25; 접촉코어
27; 슬라이드코어
29; 고정코어
31; BMS
33; ECU

Claims

릴레이 내부에서 코일(1)의 자기장 및 리턴스프링(3)에 의해 이동하여 릴레이전극(11)들의 전기적 연결상태를 단속하도록 하는 가동부재(5)와;
상기 가동부재(5)와 상기 가동부재(5)에 대하여 고정된 위치를 유지하는 고정부재(7) 사이에 설치되어, 상기 고정부재(7)에 대한 상기 가동부재(5)의 위치 변화에 의해 전기적 물리량의 변화를 발생시키는 마이크로센서(9);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 마이크로센서(9)는
전기저항을 측정할 수 있도록 서로 이격된 두 감지전극(13)과;
상기 가동부재(5)가 상기 릴레이전극(11)들을 전기적으로 접속시키는 방향으로 이동할 때, 동일한 방향으로 이동되어 상기 두 감지전극(13) 사이를 전기적으로 연결하도록 된 감지접촉부재(15);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 2에 있어서, 상기 마이크로센서(9)는
전기저항을 측정할 수 있도록 서로 이격된 두 감지전극(13)과, 상기 가동부재(5)가 상기 릴레이전극(11)들을 전기적으로 접속시키는 방향으로 이동할 때, 동일한 방향으로 이동되어 상기 두 감지전극(13) 사이를 전기적으로 연결하도록 된 감지접촉부재(15)를 포함하여 구성된 측정유닛(17)과;
전기저항을 측정할 수 있도록 서로 이격된 두 참조전극(19)을 구비하며, 상기 가동부재(5)가 상기 릴레이전극(11)들을 전기적으로 접속시키는 방향으로 이동할 때 상기 측정유닛(17)과 연동되어 상기 가동부재(5)와 동일한 방향으로 이동되는 작동부(21)를 갖되, 상기 작동부(21)는 상기 참조전극(19)을 전기적으로 연결시킬 수 없는 부도체만으로 이루어진 참조유닛(23);
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 3에 있어서,
상기 측정유닛(17)과 참조유닛(23)은 상기 가동부재(5)의 이동방향에 수직한 방향으로 나란히 배치된 것
을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 3에 있어서,
상기 마이크로센서(9)는 유연한 실리콘 기반 물질을 이용하여 반도체 제작 공정을 사용하여 제작되며, 상기 측정유닛(17)의 감지전극(13)과 감지접촉부재(15) 및 상기 참조유닛(23)의 참조전극(19)과 작동부(21) 내부는 실링된 것
을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로센서(9)는 유연한 실리콘 기반 물질을 이용하여 반도체 제작 공정을 사용하여 제작되며, 상기 전기적 물리량의 변화를 발생시키는 부분은 실링된 것
을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 가동부재(5)는, 상기 릴레이전극(11)들에 직접 접촉하는 전도체로 이루어진 접촉코어(25)와, 상기 접촉코어(25)와 일체로 연결되며 상기 코일(1)의 중심에서 직선경로를 따라 슬라이딩되는 슬라이드코어(27)를 포함하여 구성되고;
상기 마이크로센서(9)는 상기 코일(1)의 중심에서 상기 가동부재(5)의 직선경로를 가이드하고 상기 슬라이드코어(27)에 대해 고정된 상대위치를 제공하는 상기 고정부재인 고정코어(29)와, 상기 슬라이드코어(27) 사이에 설치되는 것
을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로센서(9)는 초음파센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로센서(9)는 적외선센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 배터리시스템의 릴레이모듈.
청구항 1 내지 9항 중 어느 한 항의 릴레이모듈로 이루어진 플러스메인릴레이, 마이너스메인릴레이 및 초기충전릴레이를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배터리시스템의 파워릴레이어셈블리.