WO2022080709A1 - 릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템, 및 전기 차량 - Google Patents

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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a technology for diagnosing a relay installed in a power line connecting a battery and a load.
  • Various electric devices requiring electric energy such as an electric vehicle, typically include a battery assembly, an electric load, and two relays respectively installed on positive and negative sides of the battery.
  • each relay For stable power supply between the battery assembly and the electrical load, each relay must be able to normally switch between an on state and an off state according to an external command.
  • the short-circuit failure refers to a state in which a relay is welded in an on state and cannot be switched from an on state to an off state.
  • an open failure refers to a state in which the relay is welded to the OFF state and cannot be switched from the OFF state to the ON state.
  • the smoothing capacitor also referred to as 'X-cap'
  • the smoothing capacitor also referred to as 'X-cap'
  • a method of forcibly discharging the smoothing capacitor prior to relay diagnosis by connecting a discharge circuit (a series circuit of a discharge switch and a discharge resistor) to the smoothing capacitor in parallel may be considered.
  • a discharge circuit a series circuit of a discharge switch and a discharge resistor
  • the smoothing capacitor cannot be discharged, and even if the discharging circuit is normal, the forced discharging procedure for the large-capacity smoothing capacitor takes a considerable amount of time.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus, a method, and an electric vehicle including the apparatus for detecting a failure of each relay based on a change in insulation resistance between a battery assembly and a chassis of the electric vehicle.
  • a relay diagnosis apparatus is for a first relay and a second relay respectively installed in a pair of power lines connecting an electric load of an electric vehicle to a battery assembly.
  • the relay diagnostic device may include: a first voltage detection circuit configured to generate a first diagnostic voltage from a voltage between a positive terminal of the battery assembly and a chassis of the electric vehicle; a second voltage detection circuit configured to generate a second diagnostic voltage at a voltage between the negative terminal of the battery assembly and the chassis; and between the positive terminal and the chassis based on the first diagnostic voltage at a first time point and the second diagnostic voltage at a second time point while the first relay and the second relay are controlled to be in an off state and a controller configured to determine a first insulation resistance and a second insulation resistance between the negative terminal and the chassis.
  • the controller is configured to, while the first relay and the second relay are controlled in an on state, based on the first diagnosis voltage at a third time point and the second diagnosis voltage at a fourth time point, the positive terminal and and determine a third insulation resistance between the chassis and a fourth insulation resistance between the negative terminal and the chassis.
  • the controller is configured to detect a failure of at least one of the first relay and the second relay based on the first to fourth insulation resistances.
  • the first voltage detection circuit may be a series circuit of a first voltage divider and a first switch connected between the positive terminal and the chassis.
  • the second voltage detection circuit may be a series circuit of a second voltage divider and a second switch connected between the negative terminal and the chassis.
  • Each voltage divider can be a series circuit of two resistors.
  • the first time point may be a time point during which the first switch and the second switch are controlled to be in an on state and an off state, respectively, by the controller.
  • the second time point may be a time point during which the first switch and the second switch are controlled in an off state and an on state, respectively, by the controller.
  • the third time point may be a time point during which the first switch and the second switch are controlled to be in an on state and an off state, respectively, by the controller.
  • the fourth time point may be a time point during which the first switch and the second switch are controlled in an off state and an on state, respectively, by the controller.
  • the controller determines that the first relay is faulty when a resistance difference between the first insulation resistance and the third insulation resistance is less than or equal to a threshold resistance or when a ratio of the difference in resistance to the first insulation resistance is less than or equal to a threshold percentage may be configured to determine.
  • the controller may be configured to determine that the first relay is an open failure when the third insulation resistance is equal to or greater than the first reference resistance.
  • the controller determines that the second relay is faulty when a resistance difference between the second insulation resistance and the fourth insulation resistance is less than or equal to a threshold resistance or when a ratio of the resistance difference to the second insulation resistance is less than or equal to a threshold percentage may be configured to determine.
  • the controller may be configured to determine that the second relay is an open failure when the fourth insulation resistance is equal to or greater than a second reference resistance.
  • An electric vehicle includes the relay diagnosis apparatus.
  • the relay diagnosis method is executable by the relay diagnosis apparatus.
  • the relay diagnosis method includes: while the first relay and the second relay are controlled to be in an off state, based on the first diagnosis voltage at a first time point and the second diagnosis voltage at a second time point, the positive determining a first insulation resistance between a terminal and the chassis and a second insulation resistance between the negative terminal and the chassis; While the first relay and the second relay are controlled to be in an on state, based on the first diagnostic voltage at a third time point and the second diagnostic voltage at a fourth time point, the first relay between the positive terminal and the chassis 3 determining an insulation resistance and a fourth insulation resistance between the negative terminal and the chassis; and detecting a failure of at least one of the first relay and the second relay based on the first to fourth insulation resistances.
  • a failure of each relay may be detected even if a configuration (eg, a discharge circuit) and a control procedure necessary for forcibly discharging the smoothing capacitor are omitted.
  • a configuration eg, a discharge circuit
  • a control procedure necessary for forcibly discharging the smoothing capacitor are omitted.
  • each Relay failure can be detected.
  • FIG. 1 is a view exemplarily showing the configuration of an electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart exemplarily illustrating a relay diagnosis method according to the first embodiment executable by the relay diagnosis apparatus shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 and 4 are flowcharts exemplarily illustrating a relay diagnosis method according to a second embodiment executable by the relay diagnosis apparatus shown in FIG. 1 .
  • FIG. 1 is a view exemplarily showing the configuration of an electric vehicle 1 according to the present invention.
  • an electric vehicle 1 includes a chassis 2 , a battery assembly 10 , an electrical load 20 , a first relay 31 , a second relay 32 , and a relay diagnosis device. .
  • the battery assembly 10 includes a plurality of battery cells 11 connected in series.
  • the battery cell 11 may be, for example, a lithium ion battery cell 11 .
  • the type of the battery cell 11 is not particularly limited.
  • the electrical load 20 includes a smoothing capacitor 21 , an inverter 22 , and an electric motor 23 .
  • the smoothing capacitor 21 is connected in parallel to the series circuit of the battery assembly 10 , the first relay 31 , and the second relay 32 , and between the battery assembly 10 and the inverter 22 , Suppress rapid fluctuations.
  • the inverter 22 converts DC power supplied from the battery assembly 10 through the smoothing capacitor 21 into AC power while both the first relay 31 and the second relay 32 are in an on state to convert the electric motor (23) is supplied.
  • the first relay 31 is installed on the power line L 1 connecting the positive terminal B P of the battery assembly 10 and the positive terminal E P of the electrical load 20 . That is, the first terminal and the second terminal of the first relay 31 are respectively connected to the positive terminal B P of the battery assembly 10 and one end of the smoothing capacitor 21 .
  • the second relay 32 is installed on the power line L 2 connecting the negative terminal B N of the battery assembly 10 and the negative terminal E N of the electrical load 20 . That is, the first terminal and the second terminal of the second relay 32 are respectively connected to the negative terminal B N of the battery assembly 10 and the other terminal of the smoothing capacitor 21 .
  • each of R A1 , R A2 , R B1 and R B2 shown in FIG. 1 represents four insulation resistances present in the electric vehicle 1 .
  • Each insulation resistance is not a resistance of a physical resistor, but a virtual resistance component representing an insulation state between a specific position of the electric vehicle 1 and the chassis 2 .
  • the insulation resistance R A1 represents a first insulation state between the positive terminal B P of the battery assembly 10 and the chassis 2
  • the insulation resistance R A2 is the negative terminal B N of the battery assembly 10
  • the second insulation state between the chassis 2 the insulation resistance R B1 represents a third insulation state between the positive terminal E P of the electrical load 20 and the chassis 2
  • the insulation resistance R B2 is A fourth insulation state between the negative terminal E N of the electrical load 20 and the chassis 2 is respectively indicated.
  • each insulation resistance When the insulation state is normal, each insulation resistance has a very large value of, for example, 10 [M ⁇ ] or more. When the insulation state is abnormal (ie, dielectric breakdown exists) due to submersion of the electric vehicle 1 or the like, each insulation resistance is lowered to a very small value of, for example, 10 [ ⁇ ] or less.
  • the insulation resistance R B1 is electrically isolated from the insulation resistance R A1 , only the insulation resistance R A1 affects the first diagnostic voltage V 1 . give.
  • the insulation resistance R B1 is connected in parallel to the insulation resistance R A1 , so the combined resistance of the insulation resistance R A1 and the insulation resistance R B1 is the first 1 It affects the diagnostic voltage (V 1 ).
  • the insulation resistance R B2 is electrically isolated from the insulation resistance R A2 , only the insulation resistance R A2 affects the second diagnostic voltage V 2 . give.
  • the insulation resistance R B2 is connected in parallel to the insulation resistance R A2 , so the combined resistance of the insulation resistance R A2 and the insulation resistance R B2 is the second 2 It affects the diagnostic voltage (V 2 ).
  • the first diagnostic voltage V 1 and the second diagnostic voltage V 2 may be changed.
  • the relay diagnosis apparatus 100 includes a first voltage detection circuit 110 , a second voltage detection circuit 120 , and a controller 130 .
  • the first voltage detection circuit 110 is provided so as to be connectable between the positive terminal B P and the chassis 2 .
  • the first voltage detection circuit 110 may selectively provide a first current path between the positive terminal B P and the chassis 2 .
  • the first voltage detection circuit 110 divides the voltage between the positive terminal B P and the chassis 2 at a predetermined ratio to generate the first diagnostic voltage V 1 .
  • the first voltage detection circuit 110 may be a series circuit of the first voltage divider 111 and the first switch SW 1 .
  • the first voltage divider 111 may include a first protection resistor 113 and a first detection resistor 115 connected in series.
  • the first diagnostic voltage V 1 may be a voltage across both ends of the first detection resistor 115 .
  • the second voltage detection circuit 120 is provided so as to be connectable between the negative terminal B N and the chassis 2 .
  • the second voltage detection circuit 120 may selectively provide a second current path between the negative terminal B N and the chassis 2 .
  • the second voltage detection circuit 120 divides the voltage between the negative terminal B N and the chassis 2 at a predetermined ratio to generate the second diagnostic voltage V 2 .
  • the second voltage detection circuit 120 is a series circuit or constant voltage source 127 of the second voltage divider 121 and the second switch SW 2 , the second voltage divider 121 and the second switch SW 2 ) may be a series circuit of
  • the second voltage divider 121 may include a second protection resistor 123 and a second detection resistor 125 connected in series.
  • the second diagnostic voltage V 2 may be the sum of the voltage across both ends of the second detection resistor 125 and the output voltage of the constant voltage source 127 .
  • the resistance of the first protection resistor 113 and the second protection resistor 123 may be the same.
  • the resistance of the first detection resistor 115 and the second detection resistor 125 may be the same.
  • a voltage greater than 0 [V] may be input to the controller 130 as the second diagnostic voltage V 2 .
  • the magnitude of the output voltage may be predetermined in consideration of a rated voltage of the battery assembly 10 and a resistance ratio between the second protection resistor 123 and the second detection resistor 125 .
  • a known switching element such as a MOSFET may be used.
  • the controller 130 is operatively coupled to the first voltage detection circuit 110 and the second voltage detection circuit 120 .
  • the controller 130 may be additionally operatively coupled to the first relay 31 and the second relay 32 .
  • When the two components are operatively coupled it means that the two components are directly or indirectly connected to transmit/receive signals in one direction or in both directions.
  • the controller 130 may include a data processing unit.
  • Data processing unit in hardware, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), microprocessors (microprocessors) ), and may be implemented including at least one of an electrical unit for performing other functions.
  • the data processing unit is responsible for various arithmetic processing for relay diagnosis and various signal outputs for relay control.
  • the controller 130 may include a switch driver.
  • the switch driver according to the command of the data processing unit, the first relay 31, the second relay 32, the first switch (SW 1 ) and the second switch (SW 2 ) each of the switching signals for on-off control can be printed out.
  • the controller 130 may include an analog-to-digital converter.
  • the analog-to-digital converter may convert the first diagnostic voltage V 1 and the second diagnostic voltage V 2 , which are analog signals, into digital values.
  • the controller 130 may include a memory.
  • a program and various data necessary for executing methods to be described later may be stored in the memory.
  • the memory is, for example, a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type (Silicon Disk Drive type), and 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 type of storage medium.
  • the controller 130 may individually control on/off of the first relay 31 , the second relay 32 , the first switch SW 1 , and the second switch SW 2 .
  • the controller 130 may record a first measurement value of the first diagnostic voltage V 1 generated by the first voltage detection circuit 110 at a first time point in the memory.
  • the controller 130, at the second point in time while controlling the first relay 31 and the second relay 32 to be in the off state, the first switch SW 1 to the off state, and the second switch SW 2 is control in the on state.
  • the controller 130 may record the second measurement value of the second diagnostic voltage V 2 generated by the second voltage detection circuit 120 at the second time point in the memory.
  • the controller 130, the first relay 31 and the second relay 32 at the third point in time of controlling the on state, the first switch (SW 1 ) in the on state, the second switch (SW 2 ) is Control in off state.
  • the controller 130 may record a third measurement value of the first diagnostic voltage V 1 generated by the first voltage detection circuit 110 at a third time point in the memory.
  • the controller 130, the first relay 31 and the second relay 32 at a fourth point in time of controlling the on state, the first switch (SW 1 ) in the off state, the second switch (SW 2 ) is control in the on state.
  • the controller 130 may record a fourth measurement value of the second diagnostic voltage V 2 generated by the second voltage detection circuit 120 at a fourth time point in the memory.
  • the controller 130 may monitor (estimate) first to fourth insulation resistances, which will be described later, while controlling on/off of the first relay 31 and the second relay 32 .
  • the following equation is an example of a function that may be used by the controller 130 to calculate each of the first to fourth insulation resistances.
  • R Leak(+) is the insulation resistance between the positive terminal (B P ) and the chassis (2)
  • R Leak(-) is the insulation resistance between the negative terminal (B N ) and the chassis (2)
  • V Bat is the battery
  • V 1 is the first diagnostic voltage
  • V 2 is the second diagnostic voltage
  • R 1 is the resistance of the first protection resistor 113
  • R 2 is the resistance of the first sense resistor 115 .
  • the resistance, V DC represents the output voltage of the constant voltage source 127 .
  • the controller 130, the first switch (SW 1 ) and the second switch (SW 2 ) to the sum of the first diagnostic voltage (V 1 ) and the second diagnostic voltage (V 2 ) while controlling both the on state V Bat can be determined by multiplying the ratio.
  • V Bat may be measured by an additional voltage detection circuit (not shown) connected in parallel to the battery assembly 10 .
  • R Leak( +) and R Leak(-) may be written to the memory as the first insulation resistance and the second insulation resistance, respectively.
  • the first insulation resistance and the second insulation resistance are the insulation resistance between the positive terminal B P and the chassis 2 and the negative terminal ( B N ) and the insulation resistance between the chassis 2 respectively.
  • the first insulation resistance When the first relay 31 is in the OFF state at the first time point without a short circuit failure, the first insulation resistance will be equal to the insulation resistance R A1 . On the other hand, when the first relay 31 is maintained in the on state at the first time point due to a short circuit failure, the first insulation resistance will be equal to the combined resistance of the insulation resistance R A1 and the insulation resistance R B1 .
  • the combined resistance of the insulation resistance R A1 and the insulation resistance R B1 is (R A1 ⁇ R B1 ) / (R A1 + R B1 ).
  • the second insulation resistance When the second relay 32 is in the off state at the second time point without a short circuit failure, the second insulation resistance will be equal to the insulation resistance R A2 . On the other hand, when the second relay 32 is maintained in the on state at the second time point due to a short circuit failure, the second insulation resistance will be equal to the combined resistance of the insulation resistance R A2 and the insulation resistance R B2 .
  • the combined resistance of the insulation resistance R A2 and the insulation resistance R B2 is (R A2 ⁇ R B2 ) / (R A2 + R B2 ).
  • R Leak( +) and R Leak(-) may be written to the memory as the third insulation resistance and the fourth insulation resistance, respectively.
  • the third insulation resistance and the fourth insulation resistance are the insulation resistance between the positive terminal B P and the chassis 2 and the negative terminal ( B N ) and the insulation resistance between the chassis 2 respectively.
  • the above equation corresponds to an example that can be used to determine the first to fourth insulation resistances, and one or a combination of two or more of other known functions may be used instead of the above equation.
  • the third insulation resistance When the first relay 31 is turned on at the third time point without an open failure, the third insulation resistance will be equal to the combined resistance of the insulation resistance R A1 and the insulation resistance R B1 . On the other hand, when the first relay 31 is maintained in the off state at the third time point due to an open failure, the third insulation resistance will be equal to the insulation resistance R A1 .
  • the fourth insulation resistance will be equal to the combined resistance of the insulation resistance R A2 and the insulation resistance R B2 .
  • the second insulation resistance will be equal to the insulation resistance R A2 .
  • FIG. 2 is a flowchart exemplarily illustrating a relay diagnosis method according to the first embodiment executable by the relay diagnosis apparatus 100 shown in FIG. 1 .
  • step S210 the controller 130 controls the first relay 31 and the second relay 32 to be turned off.
  • step S220 the controller 130, the first switch (SW 1 ) and the second switch (SW 2 ) is a first detection value representing the first diagnostic voltage (V 1 ) being controlled to the on state and the off state, respectively write to memory.
  • step S230 the controller 130, the first switch (SW 1 ) and the second switch (SW 2 ) is a second detection value representing the second diagnostic voltage (V 2 ) being controlled to the off state and the on state, respectively write to memory.
  • step S240 the controller 130 determines a first insulation resistance and a second insulation resistance based on the first detection value and the second detection value.
  • step S250 the controller 130 controls the first relay 31 and the second relay 32 to be turned on.
  • step S260 the controller 130, the first switch (SW 1 ) and the second switch (SW 2 ) is a third detection value representing the first diagnostic voltage (V 1 ) being controlled in an on state and an off state, respectively write to memory.
  • step S270 the controller 130, the first switch (SW 1 ) and the second switch (SW 2 ) is a fourth detection value representing the second diagnostic voltage (V 2 ) being controlled to the off state and the on state, respectively write to memory.
  • step S280 the controller 130 determines a third insulation resistance and a fourth insulation resistance based on the third detection value and the fourth detection value.
  • step S292 the controller 130 compares the first insulation resistance with the third insulation resistance, and determines whether the first relay 31 is faulty.
  • the controller 130 (i) when the resistance difference between the first insulation resistance and the third insulation resistance is equal to or less than the threshold resistance, or (ii) when the ratio of the resistance difference to the first insulation resistance is equal to or less than the threshold percentage, the first relay ( 31) can be determined as a failure. If the value of step S292 is “Yes”, the process may proceed to step S294.
  • step S294 the controller 130 outputs a first diagnostic signal indicating that the first relay 31 is faulty.
  • the first diagnostic signal may be transmitted to an external device through wired/wireless communication.
  • step S296 the controller 130 compares the second insulation resistance with the fourth insulation resistance, and determines whether the second relay 32 is faulty.
  • the controller 130 (i) when the resistance difference between the second insulation resistance and the fourth insulation resistance is equal to or less than the threshold resistance, or (ii) when the ratio of the resistance difference to the second insulation resistance is equal to or less than the threshold percentage, the second relay ( 32) can be determined as a failure.
  • the process may proceed to step S298.
  • step S298 the controller 130 outputs a second diagnostic signal indicating that the second relay 32 is faulty.
  • the second diagnostic signal may be transmitted to an external device through wired/wireless communication.
  • FIG. 3 and 4 are flowcharts exemplarily illustrating a relay diagnosis method according to a second embodiment executable by the relay diagnosis apparatus 100 shown in FIG. 1 .
  • the method of FIG. 3 may be additionally executed when it is determined that the first relay 31 is faulty in step S292 of FIG. 2 . 1 and 3 , in step S310 , the controller 130 determines whether the third insulation resistance is equal to or greater than the first reference resistance.
  • the first reference resistance may be a predetermined value representing the combined resistance of the insulation resistance R A1 and the insulation resistance R B1 when both the first insulation state and the third insulation state are normal.
  • the third insulation resistance is equal to or greater than the first reference resistance, it means that (i) at least a first insulation state among the first insulation state and the third insulation state is normal, and (ii) the first relay 31 has an open failure. .
  • step S320 the controller 130 outputs a third diagnostic signal indicating that the first insulation state is normal and the first relay 31 is an open failure.
  • the third diagnostic signal may be transmitted to an external device through wired/wireless communication.
  • the method of FIG. 4 may be additionally executed when it is determined that the first relay 31 is faulty in step S292 of FIG. 2 . 1 and 4 , in step S410 , the controller 130 determines whether a fourth insulation resistance is equal to or greater than a second reference resistance.
  • the second reference resistance may be a predetermined value representing the combined resistance of the insulation resistance R A2 and the insulation resistance R B2 when both the second insulation state and the fourth insulation state are normal.
  • the second reference resistance may be the same as the first reference resistance.
  • the fourth insulation resistance is equal to or greater than the second reference resistance, it means that (i) at least a second insulation state among the second insulation state and the fourth insulation state is normal, and (ii) the second relay 32 has an open failure. .
  • step S420 the controller 130 outputs a fourth diagnostic signal indicating that the second insulation state is normal and the 21st relay 32 is an open failure.
  • the fourth diagnostic signal may be transmitted to an external device through wired/wireless communication.
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.

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Abstract

본 발명에 따른 릴레이 진단 장치는, 배터리 어셈블리의 양극 단자와 섀시 간의 전압에서 제1 진단 전압을 생성하는 제1 전압 검출 회로; 배터리 어셈블리의 음극 단자와 섀시 간의 전압에서 제2 진단 전압을 생성하는 제2 전압 검출 회로; 및 제1 및 제2 릴레이가 오프 상태로 제어되는 중, 제1 시점에서의 제1 진단 전압 및 제2 시점에서의 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하는 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는, 제1 및 상기 제2 릴레이가 온 상태로 제어되는 중, 제3 시점에서의 제1 진단 전압 및 제4 시점에서의 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 섀시 간의 제3 절연 저항 및 상기 음극 단자와 섀시 간의 제4 절연 저항을 결정한다. 컨트롤러는, 제1 내지 상기 제4 절연 저항을 기초로, 제1 및 제2 릴레이 중 적어도 하나의 고장을 검출한다.

Description

릴레이 진단 장치, 릴레이 진단 방법, 배터리 시스템, 및 전기 차량
본 발명은, 배터리와 부하 간을 연결하는 전력 라인에 설치되는 릴레이를 진단하는 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 10월 15일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2020-0133688호에 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 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
전기 차량 등 전기 에너지를 필요로 하는 다양한 전동 장치들은, 통상적으로 배터리 어셈블리, 전기 부하 및 배터리의 양극측과 음극측에 각각 설치되는두 릴레이를 포함한다. 배터리 어셈블리와 전기 부하 사이의 안정적인 전력 공급을 위해서는, 각 릴레이가 외부로부터의 명령에 따라 온 상태와 오프 상태 간에서 정상적으로 전환 가능해야 한다.
릴레이의 대표적인 2가지 고장 유형으로는, 단락 고장('닫힘 고착 고장'이라고 칭할 수 있음) 및 개방 고장('열림 고착 고장'이라고 칭할 수 있음)을 들 수 있다. 단락 고장이란, 릴레이가 온 상태로 용착되어, 온 상태로부터 오프 상태로의 전환이 불가인 상태를 칭한다. 반대로, 개방 고장이란, 릴레이가 오프 상태로 용착되어, 오프 상태로부터 온 상태로의 전환이 불가인 상태를 칭한다.
관련하여, 릴레이의 양쪽 단부 간의 전압차를 기초로 릴레이의 고장을 진단하는 방식이 널리 이용되고 있다.
그런데, 릴레이가 온 상태로 일정 시간 이상 유지되면, 전기 부하에 구비된 평활 커패시터('X-cap'이라고 칭하기도 함)가 배터리 어셈블리와 동등 수준의 전압으로 충전된다. 따라서, 릴레이가 온 상태로부터 오프 상태로 정상적으로 전환되었음에도 불구하고, 릴레이의 양단에 걸쳐 충분한 전압차가 발생하지 않아, 릴레이가 단락 고장인 것으로 오진단될 가능성이 크다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해, 평활 커패시터에 방전 회로(방전 스위치 및 방전 저항기의 직렬 회로)를 병렬 연결하여, 릴레이 진단에 앞서서 평활 커패시터를 강제적으로 방전시키는 방안을 고려할 수 있다. 그런데, 방전 회로가 고장나는 경우에는 평활 커패시터의 방전이 불가하고, 방전 회로가 정상이더라도 대용량인 평활 커패시터에 대한 강제 방전 절차에 상당한 시간이 소요된다는 제약이 따른다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 어셈블리와 전기 부하 간을 연결하는 한 쌍의 전력 라인 각각에 설치되는 두 릴레이의 온 상태와 오프 상태 간에서의 전환 제어에 의한, 배터리 어셈블리와 전기 차량의 섀시 간의 절연 저항의 변화를 기초로, 각 릴레이의 고장을 검출하기 위한 장치, 방법 및 상기 장치를 포함하는 전기 차량을 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 릴레이 진단 장치는, 전기 차량의 전기 부하를 배터리 어셈블리에 연결하는 한 쌍의 전력 라인에 각각 설치되는 제1 릴레이 및 제2 릴레이를 위한 것이다. 상기 릴레이 진단 장치는, 상기 배터리 어셈블리의 양극 단자와 상기 전기 차량의 섀시 간의 전압에서 제1 진단 전압을 생성하도록 구성되는 제1 전압 검출 회로; 상기 배터리 어셈블리의 음극 단자와 상기 섀시 간의 전압에서 제2 진단 전압을 생성하도록 구성되는 제2 전압 검출 회로; 및상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이가 오프 상태로 제어되는 중, 제1 시점에서의 상기 제1 진단 전압 및 제2 시점에서의 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이가 온 상태로 제어되는 중, 제3 시점에서의 상기 제1 진단 전압 및 제4 시점에서의 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제3 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제4 절연 저항을 결정하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는, 상기 제1 내지 제4 절연 저항을 기초로, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나의 고장을 검출하도록 구성된다.
상기 제1 전압 검출 회로는, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간에 연결되는, 제1 전압 분배기 및 제1 스위치의 직렬 회로일 수 있다. 상기 제2 전압 검출 회로는, 상기 음극 단자와 상기 섀시 간에 연결되는, 제2 전압 분배기 및 제2 스위치의 직렬 회로일 수 있다. 각 전압 분배기는, 두 저항기 의 직렬 회로일 수 있다.
상기 제1 시점은, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 각각 온 상태 및 오프 상태로 제어되는 중의 시점일 수 있다. 상기 제2 시점은, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 각각 오프 상태 및 온 상태로 제어되는 중의 시점일 수 있다.
상기 제3 시점은, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 각각 온 상태 및 오프 상태로 제어되는 중의 시점일 수 있다. 상기 제4 시점은, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 각각 오프 상태 및 온 상태로 제어되는 중의 시점일 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제1 절연 저항과 상기 제3 절연 저항 간의 저항 차이가 임계 저항 이하인 경우 또는 상기 제1 절연 저항에 대한 상기 저항 차이의 비율이 임계 비율 이하인 경우, 상기 제1 릴레이가 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제3 절연 저항이 제1 기준 저항 이상인 경우, 상기 제1 릴레이가 개방 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제2 절연 저항과 상기 제4 절연 저항 간의 저항 차이가 임계 저항 이하인 경우 또는 상기 제2 절연 저항에 대한 상기 저항 차이의 비율이 임계 비율 이하인 경우, 상기 제2 릴레이가 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제4 절연 저항이 제2 기준 저항 이상인 경우, 상기 제2 릴레이가 개방 고장인 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전기 차량은, 상기 릴레이 진단 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 릴레이 진단 방법은, 상기 릴레이 진단 장치에 의해 실행 가능하다. 상기 릴레이 진단 방법은, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이가 오프 상태로 제어되는 중, 제1 시점에서의 상기 제1 진단 전압 및 제2 시점에서의 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하는 단계; 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이가 온 상태로 제어되는 중, 제3 시점에서의 상기 제1 진단 전압 및 제4 시점에서의 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제3 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제4 절연 저항을 결정하는 단계; 상기 제1 내지 제4 절연 저항을 기초로, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나의 고장을 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 어셈블리와 전기 부하 간을 연결하는 한 쌍의 전력 라인 각각에 설치되는 두 릴레이의 온 상태와 오프 상태 간에서의 전환 제어에 의한, 배터리 어셈블리와 전기 차량의 섀시 간의 절연 저항의 변화를 기초로, 각 릴레이의 고장을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 평활 커패시터를 강제 방전시키는 데에 필요한 구성(예, 방전 회로) 및 제어 절차를 생략하여도, 각 릴레이의 고장을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 전기 부하측의 전압(즉, 평활 커패시터의 양단에 걸친 전압)을 측정하는 데에 필요한 구성(예, 전압 센서) 및 절차를 생략하여도, 각 릴레이의 고장을 검출할 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 본 발명에 따른 전기 차량의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 릴레이 진단 장치에 의해 실행 가능한 제1 실시예에 따른 릴레이 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 릴레이 진단 장치에 의해 실행 가능한 제2 실시예에 따른 릴레이 진단 방법을 예시적으로 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
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 <~~부(unit)>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 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.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량(1)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 차량(1)은, 섀시(2), 배터리 어셈블리(10), 전기 부하(20), 제1 릴레이(31), 제2 릴레이(32) 및 릴레이 진단 장치를 포함한다.
배터리 어셈블리(10)는, 직렬 연결되는 복수의 배터리 셀(11)을 포함한다. 배터리 셀(11)은, 예컨대 리튬 이온 배터리 셀(11)일 수 있다. 물론, 반복적인 충방전이 가능한 것이라면, 배터리 셀(11)의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
전기 부하(20)는, 평활 커패시터(21), 인버터(22) 및 전기 모터(23)를 포함한다.
평활 커패시터(21)는, 배터리 어셈블리(10), 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)의 직렬 회로에 병렬로 연결되어, 배터리 어셈블리(10)와 인버터(22) 간에서 직류 전력의 급격한 변동을 억제한다.
인버터(22)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32) 둘다 온 상태인 동안, 배터리 어셈블리(10)로부터 평활 커패시터(21)를 거쳐 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전기 모터(23)에게 공급한다.
제1 릴레이(31)는, 배터리 어셈블리(10)의 양극 단자(BP)와 전기 부하(20)의 플러스 단자(EP) 간을 연결하는 전력 라인(L1)에 설치된다. 즉, 제1 릴레이(31)의 제1 단과 제2 단은, 배터리 어셈블리(10)의 양극 단자(BP)와 평활 커패시터(21)의 일단에 각각 연결된다.
제2 릴레이(32)는, 배터리 어셈블리(10)의 음극 단자(BN)와 전기 부하(20)의 마이너스 단자(EN) 간을 연결하는 전력 라인(L2)에 설치된다. 즉, 제2 릴레이(32)의 제1 단과 제2 단은, 배터리 어셈블리(10)의 음극 단자(BN)와 평활 커패시터(21)의 타단에 각각 연결된다.
한편, 도 1에 도시된 RA1, RA2, RB1 및 RB2 각각은 전기 차량(1) 내에 존재하는 4가지 절연 저항을 나타낸다. 각 절연 저항은, 물리적인 저항기의 저항이 아니라, 전기 차량(1)의 특정 위치와 섀시(2) 간의 절연 상태를 나타내는 가상의 저항 성분이다.
절연 저항(RA1)은 배터리 어셈블리(10)의 양극 단자(BP)와 섀시(2) 간의 제1 절연 상태를, 절연 저항(RA2)은 배터리 어셈블리(10)의 음극 단자(BN)와 섀시(2) 간의 제2 절연 상태를, 절연 저항(RB1)은 전기 부하(20)의 플러스 단자(EP)와 섀시(2) 간의 제3 절연 상태를, 절연 저항(RB2)은 전기 부하(20)의 마이너스 단자(EN)와 섀시(2) 간의 제4 절연 상태를 각각 나타낸다.
절연 상태가 정상인 경우, 각 절연 저항은 예컨대 10 [MΩ] 이상의 매우 큰 값을 가진다. 전기 차량(1)의 침수 등으로 인해 절연 상태가 비정상인 경우(즉, 절연 파괴 존재), 각 절연 저항은 예컨대 10 [Ω] 이하의 매우 작은 값으로 저하된다.
제1 릴레이(31)가 오프 상태인 경우에는, 절연 저항(RB1)이 절연 저항(RA1)으로부터 전기적으로 분리되므로, 절연 저항(RA1)만이 제1 진단 전압(V1)에 영향을 준다. 반면, 제1 릴레이(31)가 온 상태인 경우에는 절연 저항(RB1)이 절연 저항(RA1)에 병렬 연결되므로, 절연 저항(RA1)과 절연 저항(RB1)의 합성 저항이 제1 진단 전압(V1)에 영향을 준다.
제2 릴레이(32)가 오프 상태인 경우에는, 절연 저항(RB2)이 절연 저항(RA2)으로부터 전기적으로 분리되므로, 절연 저항(RA2)만이 제2 진단 전압(V2)에 영향을 준다. 반면, 제2 릴레이(32)가 온 상태인 경우에는 절연 저항(RB2)이 절연 저항(RA2)에 병렬 연결되므로, 절연 저항(RA2)과 절연 저항(RB2)의 합성 저항이 제2 진단 전압(V2)에 영향을 준다.
즉, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32) 각각의 오프 상태와 온 상태 간의 전환에 따라, 제1 진단 전압(V1) 및 제2 진단 전압(V2)이 변화될 수 있다.
릴레이 진단 장치(100)는, 제1 전압 검출 회로(110), 제2 전압 검출 회로(120) 및 컨트롤러(130)를 포함한다.
제1 전압 검출 회로(110)는, 양극 단자(BP)와 섀시(2) 간에 연결 가능하도록 제공된다. 제1 전압 검출 회로(110)는, 양극 단자(BP)와 섀시(2) 간의 제1 전류 경로를 선택적으로 제공할 수 있다. 제1 전압 검출 회로(110)는, 제1 전류 경로가 제공되는 경우, 양극 단자(BP)와 섀시(2) 간의 전압을 소정의 비율로 분압하여 제1 진단 전압(V1)을 생성할 수 있다.
제1 전압 검출 회로(110)는, 제1 전압 분배기(111) 및 제1 스위치(SW1)의 직렬 회로일 수 있다. 제1 전압 분배기(111)는, 직렬 연결된, 제1 보호 저항기(113) 및 제1 검출 저항기(115)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 온 상태인 경우, 제1 전류 경로가 제공된다. 제1 진단 전압(V1)은, 제1 검출 저항기(115)의 양단에 걸친 전압일 수 있다.
제2 전압 검출 회로(120)는, 음극 단자(BN)와 섀시(2) 간에 연결 가능하도록 제공된다. 제2 전압 검출 회로(120)는, 음극 단자(BN)와 섀시(2) 간의 제2 전류 경로를 선택적으로 제공할 수 있다. 제2 전압 검출 회로(120)는, 제2 전류 경로가 제공되는 경우, 음극 단자(BN)와 섀시(2) 간의 전압을 소정의 비율로 분압하여 제2 진단 전압(V2)을 생성할 수 있다.
제2 전압 검출 회로(120)는, 제2 전압 분배기(121) 및 제2 스위치(SW2)의 직렬 회로 또는 정전압원(127), 제2 전압 분배기(121) 및 제2 스위치(SW2)의 직렬 회로일 수 있다. 제2 전압 분배기(121)는, 직렬 연결된, 제2 보호 저항기(123) 및 제2 검출 저항기(125)를 포함할 수 있다. 제2 스위치(SW2)가 온 상태인 경우, 제2 전류 경로가 제공된다. 제2 진단 전압(V2)은, 제2 검출 저항기(125)의 양단에 걸친 전압과 정전압원(127)의 출력 전압의 합일 수 있다.
제1 보호 저항기(113)와 제2 보호 저항기(123)의 저항은 동일할 수 있다. 제1 검출 저항기(115)와 제2 검출 저항기(125)의 저항은 동일할 수 있다.
정전압원(127)의 출력 전압에 의해, 0 [V]보다 큰 전압이 제2 진단 전압(V2)으로서 컨트롤러(130)에 입력될 수 있다. 출력 전압의 크기는, 배터리 어셈블리(10)의 정격 전압과 제2 보호 저항기(123) 및 제2 검출 저항기(125) 간의 저항비를 고려하여 미리 정해질 수 있다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)로는, MOSFET 등과 같은 공지의 스위칭 소자가 이용될 수 있다.
컨트롤러(130)는, 제1 전압 검출 회로(110) 및 제2 전압 검출 회로(120)에 동작 가능하게 결합된다. 컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)에 추가적으로 동작 가능하게 결합될 수 있다. 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하도록 두 구성이 직간접적으로 연결되어 있음을 의미한다.
컨트롤러(130)는, 데이터 처리부를 포함할 수 있다. 데이터 처리부는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 포함하여 구현될 수 있다. 데이터 처리부는, 릴레이 진단을 위한 각종 연산 처리 및 릴레이 제어를 위한 각종 신호 출력을 담당한다.
컨트롤러(130)는, 스위치 드라이버를 포함할 수 있다. 스위치 드라이버는, 데이터 처리부의 명령에 따라, 제1 릴레이(31), 제2 릴레이(32), 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2) 각각을 온오프 제어하기 위한 스위칭 신호들을 출력할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는, 아날로그 신호인 제1 진단 전압(V1) 및 제2 진단 전압(V2)을 디지털 값으로 변환할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에는, 후술할 방법들을 실행하는 데에 필요한 프로그램 및 각종 데이터가 저장될 수 있다. 메모리는, 예컨대 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.
컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31), 제2 릴레이(32), 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 온오프를 개별적으로 제어할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)를 오프 상태로 제어하는 중의 제1 시점에서, 제1 스위치(SW1)를 온 상태로 제2 스위치(SW2)는 오프 상태로 제어한다. 컨트롤러(130)는, 제1 시점에서 제1 전압 검출 회로(110)에 의해 생성된 제1 진단 전압(V1)의 제1 측정값을 메모리에 기록할 수 있다. 컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)를 오프 상태로 제어하는 중의 제2 시점에서, 제1 스위치(SW1)를 오프 상태로 제2 스위치(SW2)는 온 상태로 제어한다. 컨트롤러(130)는, 제2 시점에서 제2 전압 검출 회로(120)에 의해 생성된 제2 진단 전압(V2)의 제2 측정값을 메모리에 기록할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)를 온 상태로 제어하는 중의 제3 시점에서, 제1 스위치(SW1)를 온 상태로 제2 스위치(SW2)는 오프 상태로 제어한다. 컨트롤러(130)는, 제3 시점에서 제1 전압 검출 회로(110)에 의해 생성된 제1 진단 전압(V1)의 제3 측정값을 메모리에 기록할 수 있다. 컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)를 온 상태로 제어하는 중의 제4 시점에서, 제1 스위치(SW1)를 오프 상태로 제2 스위치(SW2)는 온 상태로 제어한다. 컨트롤러(130)는, 제4 시점에서 제2 전압 검출 회로(120)에 의해 생성된 제2 진단 전압(V2)의 제4 측정값을 메모리에 기록할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)의 온오프를 제어하면서, 후술될 제1 내지 제4 절연 저항을 모니터링(추정)할 수 있다. 하기의 수식은, 컨트롤러(130)가 제1 내지 제4 절연 저항 각각을 연산하는 데에 이용될 수 있는 함수의 일 예이다.
Figure PCTKR2021013269-appb-img-000001
위 수식에서, RLeak(+)는 양극 단자(BP)와 섀시(2) 간의 절연 저항, RLeak(-)는 음극 단자(BN)와 섀시(2) 간의 절연 저항, VBat는 배터리 어셈블리(10)의 양단에 걸친 전압, V1은 제1 진단 전압, V2은 제2 진단 전압, R1은 제1 보호 저항기(113)의 저항, R2은 제1 검출 저항기(115)의 저항, VDC는 정전압원(127)의 출력 전압을 나타낸다.
컨트롤러(130)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 둘 다 온 상태로 제어하는 중의 제1 진단 전압(V1)과 제2 진단 전압(V2)의 합에 상기 비율을 곱하여 VBat를 결정할 수 있다. 대안적으로, VBat는, 배터리 어셈블리(10)에 병렬 연결된 추가적인 전압 검출 회로(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
컨트롤러(130)는, 제1 시점에서의 제1 진단 전압(V1) 및 제2 시점에서의 제2 진단 전압(V2)을 위 수식의 V1 및 V2에 각각 입력 시의 RLeak(+) 및 RLeak(-)을 각각 제1 절연 저항 및 제2 절연 저항으로 메모리에 기록할 수 있다. 제1 절연 저항 및 제2 절연 저항은, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)를 오프 상태로 제어하는 중의, 양극 단자(BP)와 섀시(2) 간의 절연 저항과 음극 단자(BN)와 섀시(2) 간의 절연 저항을 각각 나타낸다.
제1 릴레이(31)가 단락 고장없이 제1 시점에서 오프 상태인 경우, 제1 절연 저항은 절연 저항(RA1)과 동일할 것이다. 반면, 제1 릴레이(31)가 단락 고장으로 인해 제1 시점에서 온 상태로 유지된 경우, 제1 절연 저항은 절연 저항(RA1)과 절연 저항(RB1)의 합성 저항과 동일할 것이다. 절연 저항(RA1)과 절연 저항(RB1)의 합성 저항은, (RA1 × RB1) / (RA1 + RB1)이다.
제2 릴레이(32)가 단락 고장없이 제2 시점에서 오프 상태인 경우, 제2 절연 저항은 절연 저항(RA2)과 동일할 것이다. 반면, 제2 릴레이(32)가 단락 고장으로 인해 제2 시점에서 온 상태로 유지된 경우, 제2 절연 저항은 절연 저항(RA2)과 절연 저항(RB2)의 합성 저항과 동일할 것이다. 절연 저항(RA2)과 절연 저항(RB2)의 합성 저항은, (RA2 × RB2) / (RA2 + RB2)이다.
컨트롤러(130)는, 제3 시점에서의 제1 진단 전압(V1) 및 제4 시점에서의 제2 진단 전압(V2)을 위 수식의 V1 및 V2에 각각 입력 시의 RLeak(+) 및 RLeak(-)을 각각 제3 절연 저항 및 제4 절연 저항으로 메모리에 기록할 수 있다. 제3 절연 저항 및 제4 절연 저항은, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)를 온 상태로 제어하는 중의, 양극 단자(BP)와 섀시(2) 간의 절연 저항과 음극 단자(BN)와 섀시(2) 간의 절연 저항을 각각 나타낸다.
물론, 위 수식은 제1 내지 제4 절연 저항을 결정하는 데에 이용될 수 일 예에 해당하며, 위 수식 대신 공지의 다른 함수들 중 하나 또는 둘 이상의 조합이 이용될 수 있다.
제1 릴레이(31)가 개방 고장없이 제3 시점에서 온 상태인 경우, 제3 절연 저항은 절연 저항(RA1)과 절연 저항(RB1)의 합성 저항과 동일할 것이다. 반면, 제1 릴레이(31)가 개방 고장으로 인해 제3 시점에서 오프 상태로 유지된 경우, 제3 절연 저항은 절연 저항(RA1)과 동일할 것이다.
제2 릴레이(32)가 개방 고장없이 제4 시점에서 온 상태인 경우, 제4 절연 저항은 절연 저항(RA2)과 절연 저항(RB2)의 합성 저항과 동일할 것이다. 반면, 제2 릴레이(32)가 개방 고장으로 인해 제4 시점에서 오프 상태로 유지된 경우, 제2 절연 저항은 절연 저항(RA2)과 동일할 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 릴레이 진단 장치(100)에 의해 실행 가능한 제1 실시예에 따른 릴레이 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 단계 S210에서, 컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)를 오프 상태로 제어한다.
단계 S220에서, 컨트롤러(130)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 각각 온 상태 및 오프 상태로 제어되는 중의 제1 진단 전압(V1)을 나타내는 제1 검출값을 메모리에 기록한다.
단계 S230에서, 컨트롤러(130)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 각각 오프 상태 및 온 상태로 제어되는 중의 제2 진단 전압(V2)을 나타내는 제2 검출값을 메모리에 기록한다.
단계 S240에서, 컨트롤러(130)는, 제1 검출값 및 제2 검출값을 기초로, 제1 절연 저항 및 제2 절연 저항을 결정한다.
단계 S250에서, 컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31) 및 제2 릴레이(32)를 온 상태로 제어한다.
단계 S260에서, 컨트롤러(130)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 각각 온 상태 및 오프 상태로 제어되는 중의 제1 진단 전압(V1)을 나타내는 제3 검출값을 메모리에 기록한다.
단계 S270에서, 컨트롤러(130)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 각각 오프 상태 및 온 상태로 제어되는 중의 제2 진단 전압(V2)을 나타내는 제4 검출값을 메모리에 기록한다.
단계 S280에서, 컨트롤러(130)는, 제3 검출값 및 제4 검출값을 기초로, 제3 절연 저항 및 제4 절연 저항을 결정한다.
단계 S292에서, 컨트롤러(130)는, 제1 절연 저항과 제3 절연 저항을 비교하여, 제1 릴레이(31)의 고장 여부를 판정한다. 컨트롤러(130)는, (i)제1 절연 저항과 제3 절연 저항 간의 저항 차이가 임계 저항 이하인 경우 또는 (ii)제1 절연 저항에 대한 저항 차이의 비율이 임계 비율 이하인 경우, 제1 릴레이(31)가 고장인 것으로 판정할 수 있다. 단계 S292의 값이 "예"인 경우, 단계 S294로 진행할 수 있다.
단계 S294에서, 컨트롤러(130)는, 제1 릴레이(31)가 고장임을 나타내는 제1 진단 신호를 출력한다. 제1 진단 신호는, 유/무선 통신을 통해 외부 디바이스로 전송될 수 있다.
단계 S296에서, 컨트롤러(130)는, 제2 절연 저항과 제4 절연 저항을 비교하여, 제2 릴레이(32)의 고장 여부를 판정한다. 컨트롤러(130)는, (i)제2 절연 저항과 제4 절연 저항 간의 저항 차이가 임계 저항 이하인 경우 또는 (ii)제2 절연 저항에 대한 저항 차이의 비율이 임계 비율 이하인 경우, 제2 릴레이(32)가 고장인 것으로 판정할 수 있다. 단계 S296의 값이 "예"인 경우, 단계 S298로 진행할 수 있다.
단계 S298에서, 컨트롤러(130)는, 제2 릴레이(32)가 고장임을 나타내는 제2 진단 신호를 출력한다. 제2 진단 신호는, 유/무선 통신을 통해 외부 디바이스로 전송될 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 릴레이 진단 장치(100)에 의해 실행 가능한 제2 실시예에 따른 릴레이 진단 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 3의 방법은, 도 2의 단계 S292에서 제1 릴레이(31)가 고장인 것으로 판정된 경우에 추가적으로 실행될 수 있다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 단계 S310에서, 컨트롤러(130)는, 제3 절연 저항이 제1 기준 저항 이상인지 여부를 판정한다. 제1 기준 저항은, 제1 절연 상태 및 제3 절연 상태가 둘 다 정상인 경우의 절연 저항(RA1)과 절연 저항(RB1)의 합성 저항을 나타내는 소정값일 수 있다. 제3 절연 저항이 제1 기준 저항 이상인 것은, (i)제1 절연 상태 및 제3 절연 상태 중 적어도 제1 절연 상태가 정상이고, (ii)제1 릴레이(31)가 개방 고장인 것을 의미한다.
단계 S320에서, 컨트롤러(130)는, 제1 절연 상태가 정상이고, 제1 릴레이(31)가 개방 고장임을 나타내는 제3 진단 신호를 출력한다. 제3 진단 신호는, 유/무선 통신을 통해 외부 디바이스로 전송될 수 있다.
도 4의 방법은, 도 2의 단계 S292에서 제1 릴레이(31)가 고장인 것으로 판정된 경우에 추가적으로 실행될 수 있다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 단계 S410에서, 컨트롤러(130)는, 제4 절연 저항이 제2 기준 저항 이상인지 여부를 판정한다. 제2 기준 저항은, 제2 절연 상태 및 제4 절연 상태가 둘 다 정상인 경우의 절연 저항(RA2)과 절연 저항(RB2)의 합성 저항을 나타내는 소정값일 수 있다. 제2 기준 저항은, 제1 기준 저항과 동일할 수 있다. 제4 절연 저항이 제2 기준 저항 이상인 것은, (i)제2 절연 상태 및 제4 절연 상태 중 적어도 제2 절연 상태가 정상이고, (ii)제2 릴레이(32)가 개방 고장인 것을 의미한다.
단계 S420에서, 컨트롤러(130)는, 제2 절연 상태가 정상이고, 제21 릴레이(32)가 개방 고장임을 나타내는 제4 진단 신호를 출력한다. 제4 진단 신호는, 유/무선 통신을 통해 외부 디바이스로 전송될 수 있다.
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 (10)

  1. 전기 차량의 전기 부하를 배터리 어셈블리에 연결하는 한 쌍의 전력 라인에 각각 설치되는 제1 릴레이 및 제2 릴레이를 위한 릴레이 진단 장치에 있어서,
    상기 배터리 어셈블리의 양극 단자와 상기 전기 차량의 섀시 간의 전압에서 제1 진단 전압을 생성하도록 구성되는 제1 전압 검출 회로;
    상기 배터리 어셈블리의 음극 단자와 상기 섀시 간의 전압에서 제2 진단 전압을 생성하도록 구성되는 제2 전압 검출 회로; 및
    상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이가 오프 상태로 제어되는 중, 제1 시점에서의 상기 제1 진단 전압 및 제2 시점에서의 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이가 온 상태로 제어되는 중, 제3 시점에서의 상기 제1 진단 전압 및 제4 시점에서의 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제3 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제4 절연 저항을 결정하고,
    상기 제1 절연 저항 내지 상기 제4 절연 저항을 기초로, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나의 고장을 검출하도록 구성되는 릴레이 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압 검출 회로는, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간에 연결되는, 제1 전압 분배기 및 제1 스위치의 직렬 회로이고,
    상기 제2 전압 검출 회로는, 상기 음극 단자와 상기 섀시 간에 연결되는, 제2 전압 분배기 및 제2 스위치의 직렬 회로이고,
    각 전압 분배기는, 두 저항기의 직렬 회로인 릴레이 진단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 시점은, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 각각 온 상태 및 오프 상태로 제어되는 중의 시점이고,
    상기 제2 시점은, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 각각 오프 상태 및 온 상태로 제어되는 중의 시점인 릴레이 진단 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제3 시점은, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 각각 온 상태 및 오프 상태로 제어되는 중의 시점이고,
    상기 제4 시점은, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 각각 오프 상태 및 온 상태로 제어되는 중의 시점인 릴레이 진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 절연 저항과 상기 제3 절연 저항 간의 저항 차이가 임계 저항 이하인 경우 또는 상기 제1 절연 저항에 대한 상기 저항 차이의 비율이 임계 비율 이하인 경우, 상기 제1 릴레이가 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 릴레이 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제3 절연 저항이 제1 기준 저항 이상인 경우, 상기 제1 릴레이가 개방 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 릴레이 진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제2 절연 저항과 상기 제4 절연 저항 간의 저항 차이가 임계 저항 이하인 경우 또는 상기 제2 절연 저항에 대한 상기 저항 차이의 비율이 임계 비율 이하인 경우, 상기 제2 릴레이가 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 릴레이 진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제4 절연 저항이 제2 기준 저항 이상인 경우, 상기 제2 릴레이가 개방 고장인 것으로 판정하도록 구성되는 릴레이 진단 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 릴레이 진단 장치를 포함하는 전기 차량.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 릴레이 진단 장치에 의해 실행 가능한 릴레이 진단 방법에 있어서,
    상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이가 오프 상태로 제어되는 중, 제1 시점에서의 상기 제1 진단 전압 및 제2 시점에서의 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제1 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제2 절연 저항을 결정하는 단계;
    상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이가 온 상태로 제어되는 중, 제3 시점에서의 상기 제1 진단 전압 및 제4 시점에서의 상기 제2 진단 전압을 기초로, 상기 양극 단자와 상기 섀시 간의 제3 절연 저항 및 상기 음극 단자와 상기 섀시 간의 제4 절연 저항을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 절연 저항 내지 상기 제4 절연 저항을 기초로, 상기 제1 릴레이 및 상기 제2 릴레이 중 적어도 하나의 고장을 검출하는 단계를 포함하는 릴레이 진단 방법.
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