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KR101000160B1 - 배터리 스위치 보호 장치 및 그 방법 - Google Patents

배터리 스위치 보호 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR101000160B1
KR101000160B1 KR1020080121450A KR20080121450A KR101000160B1 KR 101000160 B1 KR101000160 B1 KR 101000160B1 KR 1020080121450 A KR1020080121450 A KR 1020080121450A KR 20080121450 A KR20080121450 A KR 20080121450A KR 101000160 B1 KR101000160 B1 KR 101000160B1
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unit
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최원경
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 스위치 보호 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배터리 스위치 보호 장치는 모터에 동작 전원을 공급하는 인버터, 배터리의 전원을 상기 인버터에 전달하는 배터리 스위치부, 상기 배터리 스위치부에 선택적으로 병렬 연결되어 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 배터리 스위치부에 과전압이 발생하는 것을 방지하는 과전압 방지부 및 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 과전압 방지부가 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 고전압 배터리와 고전압부품의 전기적 연결 및 단선을 수행하는 배터리 스위치의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
인버터, 배터리, 스위치, 손상, 스너버

Description

배터리 스위치 보호 장치 및 그 방법{Device for protecting battery switch and method thereof}
본 발명은 배터리 스위치 보호 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 스위치를 급히 오프 시키는 경우 배터리 스위치에 인가되는 과전압을 방지할 수 있는 배터리 스위치 보호 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
하이브리드, 연료전지차, 플러그인 하이브리드 또는 전기자동차 등은 고전압 배터리의 에너지를 이용하여 구동된다. 즉, 고전압 배터리의 전기 에너지를 이용하여 인버터로 모터를 구동시켜 전기 에너지를 기계 에너지로 전환하여 동력을 차량의 바퀴에 전달함으로써 바퀴가 움직여 차량이 움직이게 된다.
이때, 고전압 배터리와 인버터 등의 차량 내 부품 사이에 배터리 스위치를 구비하여, 배터리 스위치를 통해 고전압 배터리의 전기 에너지가 인버터 등 차량 내 부품에 인가되도록 한다.
이러한 배터리 스위치는, 차량의 부품 고장 또는 시스템 고장 발생 시, 차량의 시스템 및 운전자 보호를 위해 가능한 빠른 시간 내에 오프되어, 고전압 배터리를 그외 부품으로부터 분리시켜야 한다.
이에, 차량의 부품 고장 또는 시스템 고장 시 배터리 스위치를 통해 흐르는 전류량과 상관없이 무조건 배터리 스위치를 오프시키는 것이 바람직하다.
그러나, 대전류 도통 시 배터리 스위치를 오프 하게 되면 주변 인덕턴스에 의해 스위치 접점에 과전압이 유기된다. 이때, 배터리 스위치가 기계적 접점을 이용하는 경우 접점 융착(融着)을 발생시키고, 배터리 스위치가 반도체 소자인 경우 과전압에 의해 부품이 손상되는 문제점이 있었다.
이러한 배터리 스위치의 융착 또는 손상으로 인해 고전압 배터리가 시스템과 분리되지 않아 2차 사고를 유발할 수 있으며 운전자의 감전을 초래할 수 있는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 배터리 스위치부를 직렬로 다중 설치하기도 하나 배터리 스위치부의 비용이 고가이고 부피도 커서 차량 양산 경쟁력을 악화시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 고전압 배터리와 고전압 부품의 전기적 연결 및 단선을 수행하는 배터리 스위치의 손상을 방지할 수 있는 배터리 스위치 보호 장치 및 그 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 스위치 보호 장치는 모터에 동작 전원을 공급하는 인버터, 배터리의 전원을 상기 인버터에 전달하는 배터리 스위치부, 상기 배터리 스위치부에 선택적으로 병렬 연결되어 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 배터리 스위치부에 과전압이 발생하는 것을 방지하는 과전압 방지부 및 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 과전압 방지부가 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 과전압 방지부는 상기 제어부에 제어하에 상기 배터리 스위치부가 온(on) 되기 전에 온되고, 상기 배터리 스위치부가 오프되면 소정 시간 후에 오프되는 과전압 완충 스위치부 및 상기 과전압 완충 스위치부의 온/오프에 따라 상기 배터리 스위치부에 선택적으로 병렬 연결되며, 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 배터리 스위치부에 발생된 전기 에너지를 소비시키는 과전압 완충 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과전압 방지부는 상기 제어부에 제어하에 상기 배터리 스위치부가 온된 후 온되고, 상기 배터리 스위치부가 오프되면 소정 시간 후에 오프되는 과전압 완충 스위치부 및 상기 과전압 완충 스위치부의 온/오프에 따라 상기 배터리 스위치부에 선택적으로 병렬 연결되며, 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 배터리 스위치부에 발생된 전기 에너지를 흡수하는 과전압 완충부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과전압 방지 충전부는 직렬 연결된 과전압 완충 저항 및 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 스위치 보호 장치는 상기 배터리 스위치부가 온되기 전에 상기 배터리의 전원을 상기 인버터에 전달하는 초기 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초기 충전부는 상기 제어부의 제어하에 상기 배터리 스위치부가 온 되기 전에 온되는 초기 충전 스위치부 및 상기 초기 충전 스위치부가 온되면 배터리 전원을 상기 인버터에 전달하는 초기 충전 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
저항과 캐패시터가 직렬 연결된 과전압 완충부를 포함하는 배터리 스위치 보호 장치에 대한 본 발명에 따른 배터리 스위치 보호 방법은 배터리 스위치부가 온되면, 상기 과전압 완충부를 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결시키는 제 1 단계 및 상기 배터리 스위치부가 오프시, 상기 과전압 완충부가 기 설정된 소정 시간 동안 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결되도록 유지시키는 제 2 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 스위치 보호 방법은 배터리 스위치부가 온되기 전에, 저항을 통해 배터리의 전원을 인버터에 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리와 인버터 사이에 직렬 연결된 저항과 과전압 완충 스위치부를 포함하는 배터리 스위치 보호 장치에 대한 본 발명에 따른 배터리 스위치 보호 방법은 배터리 스위치부가 온되기 전에 상기 과전압 완충 스위치부를 온 시켜 상기 저항을 통해 상기 배터리의 전원을 상기 인버터로 전달하는 제 1 단계, 상기 배터리 스위치부를 온 시키는 제 2 단계 및 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 저항이 기 설정된 소정 시간 동안 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결되도록 유지시키는 제 2 단계를 포함한다.
상기와 같이 본 발명은 고전압 배터리와 고전압부품의 전기적 연결 및 단선을 수행하는 배터리 스위치의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 배터리 스위치 보호 장치를 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 장치의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 장치는 모터(110), 인버터(120), 인덕터(L1), 배터리(130), 배터리 스위치부(140), 초기 충전부(150), 제어부(160) 및 과전압 방지부(170)를 구비한다.
모터(110)는 인버터(120)로부터 동작 전원을 공급받아 동작되며, 인버터(120)는 배터리(130)로부터 인가받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜 모터(110)에 동작 전원을 공급한다. 이러한 인버터(120)는 병렬 연결되는 전류원(121)과 캐패시터(C1)를 구비한다.
인덕터(L1)는 시간 변화에 따른 전류상승률을 제한하여 배터리 스위치부(140)의 온 오프 시 전류가 급격히 증가하는 것을 방지한다.
배터리(130)는 고전압을 배터리 스위치부(140)를 통해 인버터(120)로 공급한다.
배터리 스위치부(140)는 배터리(130)와 인버터(120) 사이에 연결되어 제어부(160)의 제어에 따라 온/오프되어 배터리(130)의 전원을 인버터(120)에 전달한다. 이를 위해, 배터리 스위치부(140)는 스위치 소자(SW1)를 구비한다.
초기 충전부(150)는 배터리 스위치부(140)와 병렬 연결되어, 배터리 스위치부(140)가 온 되기 전 배터리(130)의 전원을 인버터(120)에 먼저 전달하여 인버터(120)의 캐패시터(C1)를 충전시킨다. 즉, 초기 충전부(150)는 초기에 배터리 스위치부(140)가 바로 온되면 배터리(130)와 인버터(120)의 전압레벨 차에 의해 배터리 스위치부(140)에 과전류가 흐를 수 있으므로 이를 방지하기 위해, 시스템 동작 초기 배터리 스위치부(140)가 온되기 전에 배터리(130)로부터 인가된 전원을 인버터(120)에 먼저 전달하여 캐패시터(C1)를 충전시킴으로써 배터리 스위치부(140)가 온 되었을 때 배터리 스위치부(140)에 과전류가 흐르는 것을 방지한다.
이러한, 초기 충전부(150)는 직렬 연결된 초기 충전 저항(R1), 초기 충전 스위치부(151)를 구비한다. 초기 충전 저항(R1)은 초기 충전 스위치부(151)와 직렬연결되어 초기 충전 스위치부(151)가 온되면 배터리(130)로부터 인가되는 전원을 인버터(120)에 전달한다. 초기 충전 스위치부(151)는 제어부(160)의 제어하에 배터리 스위치부(140)가 온되기 전에 온되고, 충전이 완료되면 오프된다. 이때, 초기 충전 스위치부(151)는 스위치 소자(SW2)를 구비한다.
제어부(160)는 차량 정보(부품 고장, 시스템 고장 등)를 이용하여 배터리 스위치부(140), 초기 충전 스위치부(151) 및 과전압 완충 스위치부(171)의 온오프를 제어한다.
과전압 방지부(170)는 배터리 스위치부(140)가 오프될 때 배터리 스위치부(140)의 접점에 과전압이 발생되는 것을 방지한다. 이러한, 과전압 방지부(170)는 배터리 스위치부(140) 및 초기 충전부(150)와 병렬 연결되고, 과전압 완충 스위치부(171) 및 과전압 완충부(172)를 구비한다.
과전압 완충 스위치부(171)는 제어부(160)의 제어하에 배터리 스위치부(140)가 온되면 함께 온되고, 배터리 스위치부(140)가 오프되면 소정 시간 후에 오프되며, 스위치소자(SW3)를 구비한다. 즉, 과전압 완충 스위치부(171)는 배터리 스위치부(140)가 오프되더라도 기 설정된 소정 시간 동안 과전압 완충부(172)를 배터리 스위치부(140)의 양단에 연결시켜준다.
과전압 완충부(172)는 배터리 스위치부(140)가 오프시 배터리 스위치부(140)의 접점에 과전압이 발생되는 것을 방지한다. 즉, 과전압 완충부(172)는 직렬 연결된 저항(R2)과 캐패시터(C2)가 과전압 완충 스위치부(171)를 통해 배터리 스위치부(140)의 양단에 연결되도록 형성됨으로써 과전압 완충 스위치부(171)가 온 된 상태에서 배터리 스위치부(140)가 오프될 때 발생되는 전기 에너지의 일부를 캐패시터(C2)가 흡수(충전)함으로써 배터리 스위치부(140)의 양단 전압이 급격하게 상승하는 것을 제한시키는 스너버(snubber) 회로의 기능을 수행한다. 이러한 스너버 회로의 기능은 이미 공지된 내용이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 제어부(160)는 초기 충전 스위치부(151)를 온시켜 캐패시터(C1)에 대한 초기 충전을 시작한다(S101). 그 후, 제어부(160)는 초기 충전이 완료되면(S102) 초기 충전 스위치부(151)를 오프시킨다(S103).
이어, 제어부(160)는 배터리 스위치부(140)를 온 시키고(S104), 과전압 완충 스위치부(171)를 온시킨다(S105).
그 후, 제어부(160)는 부품 고장, 시스템 고장 등으로 인해 배터리 스위치부(140)를 오프해야 하는 경우가 발생하였는지를 체크하여(S106), 배터리 스위치부(140)를 오프시켜하는 경우 배터리 스위치부(140)를 오프시키고(S107), 소정 시간이 경과한 후(S108), 과전압 완충 스위치부(171)를 오프시킨다(S109).
이와같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 장치는 별도의 과전압 방지부(170)를 구비하여, 배터리 스위치부(140)가 온되면 과전압 완충 스위치부(171)를 함께 온 시키고 반면에 배터리 스위치부(140)가 오프될 때는 배터리 스위치부(140)가 오프되고 소정 시간 후에 과전압 완충 스위치부(171)를 오프시켜 과전압 방지부(170)가 배터리 스위치부(140) 양단에 소정 시간 동안 연결된 상태를 유지시킴으로써, 배터리 스위치부(140) 오프 시 배터리 스위치부(140)의 접점에 과전압이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 장치의 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 장치는 모터(210), 인버터(220), 인덕터(L2), 배터리(230), 배터리 스위치부(240), 과전압 방지부(250) 및 제어부(260)를 포함한다.
모터(210), 인버터(220), 인덕터(L2), 배터리(230) 및 배터리 스위치부(240)는 도 1의 모터(110), 인버터(120), 인덕터(L1), 배터리(130), 배터리 스위치부(140)와 그 구성과 기능이 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
과전압 방지부(250)는 배터리 스위치부(240)와 병렬 연결되고, 초기 충전/과전압 완충 저항(R3) 및 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)를 포함한다. 이러한, 과전압 방지부(250)는 직렬연결되는 초기 충전/과전압 완충 저항(R3) 및 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)를 구비한다.
초기 충전/과전압 완충 저항(R3)은 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)가 온 되었을 때 배터리(230)로부터 인가되는 전원을 인버터(220)에 전달하여 캐패시터(C3)를 초기 충전시키고, 배터리 스위치부(240)가 오프될 때는 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)에 의해 소정 시간 동안 배터리 스위치부(240)와 병렬 연결되어 배터리 스위치부(240)에 발생된 전기 에너지를 소비함으로써 배터리 스위치부(240)에 과전압이 발생되는 것을 방지한다.
초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)는 제어부(260)의 제어에 따라 배터리 스위치부(240)가 온되기 전에 온되어 배터리(230)로부터 인가되는 전원을 초기 충전/과전압 완충 저항(R3)에 전달한다. 또한, 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)는 배터리 스위치부(240)가 온되었을 때도 온 상태를 유지하며 배터리 스위치부(240)가 오프되면 소정 시간 후에 오프된다. 이러한, 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)는 스위치소자(SW5)를 구비한다.
제어부(260)는 차량 정보(부품 고장, 시스템 고장 등)를 이용하여 배터리 스위치부(240) 및 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)의 온오프를 제어한다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 제어부(260)가 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)를 온시키면 배터리(230)의 전원이 초기 충전/과전압 완충 저항(R3)을 통해 인버터(220)로 공급되어 캐패시터(C3)를 초기 충전시킨다(S201).
이후, 캐패시터(C3)의 초기 충전이 완료되면(S202), 제어부(260)는 배터리 스위치부(240)를 온시킨다(S203).
그 후, 제어부(260)는 부품 고장, 시스템 고장 등으로 인해 배터리 스위치부(240)를 오프시켜야 하는 경우가 발생하였는지를 체크하여(S204), 배터리 스위치부(240)를 오프 시켜야 하는 경우 배터리 스위치부(240)를 오프시킨다(S205).
이어, 제어부(260)는 배터리 스위치부(240)가 오프된 후 소정 시간이 경과하였는지를 체크하여(S206), 소정 시간이 경과한 경우 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)를 오프시킨다(S207).
이와같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 장치는 과전압 방지부(250)를 구비하고, 과전압 방지부(250)가 초기 충전을 수행한 후에 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)를 오프시키지 않고 온상태를 유지하다가 배터리 스위치부(240)가 오프된 후 초기 충전/과전압 완충 스위치부(251)를 오프시킴으로써, 배터리 스위치부(240)의 오프 시 배터리 스위치부(240)의 스위치 접점에 발생하는 과전압을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 방법을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 스위치 보호 방법을 나타내는 순서도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110, 210 : 모터 120, 220 : 인버터
130, 230 : 배터리 140, 240 : 배터리 스위치부
150 : 초기 충전부 160, 260 : 제어부
170, 250 : 과전압 방지부 171 : 과전압 완충 스위칭부
172 : 과전압 완충부 151 : 초기 충전 스위치부
251 : 초기 충전/과전압 완충 스위칭부

Claims (9)

  1. 모터에 동작 전원을 공급하는 인버터;
    배터리의 전원을 상기 인버터에 전달하는 배터리 스위치부;
    상기 배터리 스위치부가 온(on) 될 때는 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결되고 상기 배터리 스위치부가 오프(off)되면 기 설정된 소정 시간 후에 상기 배터리 스위치부와의 병렬 연결이 끊어져 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 배터리 스위치부에 과전압이 발생하는 것을 방지하는 과전압 방지부; 및
    상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 과전압 방지부가 상기 소정 시간 동안 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결되도록 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 스위치 보호 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 과전압 방지부는
    상기 제어부의 제어하에 상기 배터리 스위치부가 온 되기 전에 온 되고, 상기 배터리 스위치부가 오프되면 상기 소정 시간 후에 오프되는 초기 충전/과전압 완충 스위치부; 및
    상기 초기 충전/과전압 완충 스위치부가 온 시 상기 배터리의 전원을 상기 인버터에 전달하며, 상기 배터리 스위치부가 오프시 상기 배터리 스위치부에 발생된 전기 에너지를 소비시키는 초기 충전/과전압 완충 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스위치 보호 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 과전압 방지부는
    상기 제어부의 제어하에 상기 배터리 스위치부가 온 되면 함께 온 되고, 상기 배터리 스위치부가 오프되면 상기 소정 시간 후에 오프되는 과전압 완충 스위치부; 및
    상기 과전압 완충 스위치가 온 된 상태에서 상기 배터리 스위치부가 오프될 때 상기 배터리 스위치부에 발생된 전기 에너지를 흡수하는 과전압 완충부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스위치 보호 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 과전압 완충부는
    직렬 연결된 저항 및 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스위치 보호 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리 스위치부가 온되기 전에 상기 배터리의 전원을 상기 인버터에 전달하는 초기 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스위치 보호 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 초기 충전부는
    상기 제어부의 제어하에 상기 배터리 스위치부가 온 되기 전에 온되는 초기 충전 스위치부; 및
    상기 초기 충전 스위치부가 온되면 배터리 전원을 상기 인버터에 전달하는 초기 충전 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스위치 보호 장치.
  7. 저항과 캐패시터가 직렬 연결된 과전압 완충부를 포함하는 배터리 스위치 보호 장치의 배터리 스위치 보호 방법에 있어서,
    배터리 스위치부가 온되면, 상기 과전압 완충부를 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결시키는 제 1 단계; 및
    상기 배터리 스위치부가 오프시, 상기 과전압 완충부가 기 설정된 소정 시간 동안 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결되도록 유지시키는 제 2 단계를 포함하는 배터리 스위치 보호 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    배터리 스위치부가 온되기 전에, 저항을 통해 배터리의 전원을 인버터에 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스위치 보호 방법.
  9. 배터리와 인버터 사이에 직렬 연결된 저항과 과전압 완충 스위치부를 포함하는 배터리 스위치 보호 장치의 배터리 스위치 보호 방법에 있어서,
    배터리 스위치부가 온되기 전에 상기 과전압 완충 스위치부를 온 시켜 상기 저항을 통해 상기 배터리의 전원을 상기 인버터로 전달하는 제 1 단계;
    상기 배터리 스위치부를 온 시키는 제 2 단계; 및
    상기 배터리 스위치부가 오프시, 상기 저항이 기 설정된 소정 시간 동안 상기 배터리 스위치부에 병렬 연결되도록 유지시키는 제 3 단계를 포함하는 배터리 스위치 보호 방법.
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