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KR20230057814A - 릴레이 어셈블리 및 이를 가지는 전기 자동차 - Google Patents

릴레이 어셈블리 및 이를 가지는 전기 자동차 Download PDF

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KR20230057814A
KR20230057814A KR1020210142030A KR20210142030A KR20230057814A KR 20230057814 A KR20230057814 A KR 20230057814A KR 1020210142030 A KR1020210142030 A KR 1020210142030A KR 20210142030 A KR20210142030 A KR 20210142030A KR 20230057814 A KR20230057814 A KR 20230057814A
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KR
South Korea
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contact bar
battery
inverter
relay assembly
lever
Prior art date
Application number
KR1020210142030A
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English (en)
Inventor
이상래
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to PCT/KR2022/014355 priority patent/WO2023068579A1/ko
Priority to JP2023532382A priority patent/JP2023551832A/ja
Priority to EP22883803.3A priority patent/EP4235725A4/en
Priority to US18/266,020 priority patent/US20240034152A1/en
Priority to CN202280008024.4A priority patent/CN116601736A/zh
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Abstract

본 발명은, 배터리를 동력원으로 하여 구동되는 디바이스의 인버터와 배터리를 연결시키는 릴레이 어셈블리로서, 배터리와 인버터를 연결 또는 해제시키기 위한 스위칭부와, 스위칭부를 작동시키도록 설치되는 전자석부를 포함하여 구성되고, 스위칭부는, 전자석부의 자력에 의해 회전하며, 회전 정도에 따라 접속 및 분리가 제어되는 복수개의 접점을 구비하는 릴레이 어셈블리와, 이를 가지는 전기 자동차로서, 설치 구조를 단순화시킬 수 있고, 설치 공간을 줄일 수 있는 릴레이 어셈블리 및 이를 가지는 전기 자동차가 제시된다.

Description

릴레이 어셈블리 및 이를 가지는 전기 자동차{RELAY ASSEMBLY AND ELECTRIC VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명은 릴레이 어셈블리 및 이를 가지는 전기 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 설치 구조를 단순화시킬 수 있고, 설치 공간을 줄일 수 있는 릴레이 어셈블리 및 이를 가지는 전기 자동차에 관한 것이다.
전기 자동차는 배터리에 저장된 전력을 동력원으로 하여 모터를 구동시켜 주행하는 자동차이다. 전기 자동차는 배터리의 전력을 모터로 공급 및 차단하기 위한 파워 릴레이를 구비한다.
한편, 전기 자동차에서 사용되는 배터리는 주로 고출력, 대용량의 중대형 배터리 팩이다. 따라서, 전기 자동차의 시동 시 배터리 팩에서 모터로 전력이 공급될 때, 고전압의 돌입전류가 순간적으로 도통될 수 있고, 돌입전류에 의하여 파워 릴레이가 융착되는 등의 손상이 발생할 수 있다.
따라서, 종래에는 돌입전류에 의한 파워 릴레이의 손상을 방지하기 위해, 추가적으로 프리차지 릴레이를 마련하여 파워 릴레이와 병렬로 연결하였고, 프리차지 릴레이가 우선적으로 배터리 팩에서 모터로 전력을 도통시킨 후, 순차적으로 파워 릴레이가 배터리 팩에서 모터로 전력을 도통시켰다.
이에, 종래의 전기 자동차는 프리차지 릴레이의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 부재들이 추가적으로 필요하였고, 이들 부재로 인하여 설치 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다. 또한, 전기 자동차의 한정된 내부공간 내에서 이들 부재의 설치 공간을 확보해야 하는 등의 이유로 인해, 공간 손실의 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2013-0034812 A KR 10-2019-0064844 A
본 발명은 설치 구조를 단순화시킬 수 있고, 설치 공간을 줄일 수 있는 릴레이 어셈블리 및 이를 가지는 전기 자동차를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 릴레이 어셈블리는, 배터리를 동력원으로 하여 구동되는 디바이스의 인버터와 배터리를 연결시키는 릴레이 어셈블리로서, 상기 배터리와 상기 인버터를 연결 또는 해제시키기 위한 스위칭부; 및 상기 스위칭부를 작동시키도록 설치되는 전자석부;를 포함하여 구성되고, 상기 스위칭부는, 상기 전자석부의 자력에 의해 회전하며, 회전 정도에 따라 접속 및 분리가 제어되는 복수개의 접점을 포함하여 구성된다.
상기 스위칭부는, 상기 배터리와 연결되는 배터리 접속단자; 상기 인버터와 연결되는 인버터 접속단자; 상기 배터리 접속단자의 끝단으로부터 일방향으로 연장되는 레버; 상기 레버의 끝단에 연결되며, 상기 일방향과 교차하는 타방향으로 경사지게 연장되는 메인접점바; 상기 레버의 끝단으로부터 이격되어 연결되며, 상기 타방향으로 경사지게 연장되며, 접점저항을 구비하는 프리차지접점바; 상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바와 접촉 가능하도록 상기 인버터 접속단자의 끝단으로부터 일방향으로 연장되며 상기 레버와 마주보도록 배치되는 접촉바;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전자석부는 타방향으로 연장되고, 일방향으로 상기 전자석부, 상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바 순서로 배치될 수 있다.
상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바는 각각의 적어도 일부가 자력 부재를 포함하고, 상기 전자석부는 상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바를 향하는 방향으로 상기 자력 부재와 동일한 극성을 형성하기 위한 코일을 포함하며, 상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바는 상기 전자석부로부터 인가되는 척력에 의해 상기 레버와 연결된 각각의 일단을 중심으로 상기 각각의 일단과 대향하는 각각의 타단이 일방향으로 회전하여 상기 접촉바에 접속될 수 있도록, 상기 각각의 일단이 상기 레버에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
상기 스위칭부는, 비전도성 물질을 포함하며, 상기 메인접점바와 상기 프리차지접점바의 일방향으로의 간격을 유지하기 위해 상기 메인접점바와 상기 프리차지접점바의 사이에 배치되는 스페이서;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 접촉바는, 상단이 상기 인버터 접속단자와 연결되고, 일방향으로 연장되는 제1 부재; 일단이 상기 프리차지접점바와 접촉될 수 있도록 상기 제1 부재의 하단으로부터 타방향으로 연장되는 제2 부재; 일측면이 상기 프리차지접점바와 접촉될 수 있고 하단이 상기 메인접점바와 접촉될 수 있도록 상기 제2 부재로부터 일방향으로 연장되는 제3 부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 메인접점바의 타방향의 연장 길이는 상기 레버와 상기 제3 부재의 일측면과의 이격 거리보다 길고, 상기 레버와 상기 제3 부재의 타측면의 이격 거리보다 짧을 수 있다.
상기 프리차지접점바의 타방향의 연장 길이는 상기 레버와 상기 제3 부재의 일측면과의 이격 거리와 동일할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 전기 자동차는, 배터리; 상기 배터리의 전력을 전기 모터로 공급하기 위한 인버터; 상기 배터리로부터 상기 인버터로 전력을 공급 및 차단하기 위한 상기 릴레이 어셈블리;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 릴레이 어셈블리가 자력에 의해 연동하여 회전하며 회전 정도에 따라 접속 및 분리가 제어되는 복수개의 접점을 포함하는 스위칭부를 이용하여, 배터리로부터 인버터로 프리차지 전압과 메인 전압을 순차적으로 인가할 수 있다.
이로부터 종래의 프리차지 릴레이와, 이의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 부재들을 생략할 수 있다. 이에, 릴레이 어셈블리의 설치 구조를 단순화시킬 수 있고, 릴레이 어셈블리가 설치되는 공간의 크기를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차 및 릴레이 어셈블리의 개략도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 어셈블리의 작동도이다.
도 6은 본 발명의 비교 예에 따른 릴레이 어셈블리의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
1. 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차 및 릴레이 어셈블리의 개략도이다. 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 어셈블리의 작동도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차(1000)는 배터리(100), 배터리(100)의 전력을 전기 모터(미도시)로 공급하기 위한 인버터(200), 배터리(100)로부터 인버터(200)로 전력을 공급 또는 차단하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 어셈블리(300)를 포함하여 구성된다. 이때, 릴레이 어셈블리(300)는 배터리(100)의 양극 단자와 인버터(200)를 연결할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차(1000)는 배터리(100)의 음극 단자와 인버터(200)를 연결하는 메인 릴레이(400)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
1.1. 배터리(100)
배터리(100)는 전기 자동차의 동력원으로 사용되는 전력을 저장하는 역할을 한다. 배터리(100)는 충전 및 방전 가능한 복수개의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 이때, 복수개의 배터리 셀은 복수개의 이차전지 셀을 포함할 수 있다. 또한, 복수개의 배터리 셀은 배터리 팩의 형태로 제공될 수 있다. 배터리 팩에는 BMS(Battery Management System)가 구비될 수 있다.
1.2. 인버터(200)
인버터(200)는 배터리(100)의 직류 전류를 교류 전류로 변환하여, 전기 모터로 공급할 수 있다. 또한, 인버터(200)는 교류 전류의 주파수 및 전압을 제어하여, 전기 모터의 출력을 조절할 수 있다. 이때, 출력은 회전수 및 토크를 지칭할 수 있다.
1.3. 릴레이 어셈블리(300)
릴레이 어셈블리(300)는 배터리(100)와 인버터(200) 사이의 전력 공급 경로를 연결 또는 차단시키는 역할을 한다. 릴레이 어셈블리(300)는 배터리(100)의 양극 단자와 인버터(200)를 연결하도록 설치될 수 있다. 릴레이 어셈블리(300)는 자력에 의해 회전하며 회전 정도에 따라 접속 및 분리가 제어되는 복수개의 접점을 포함하는 스위칭부(310)를 이용하여, 배터리(100)로부터 인버터(200)로 프리차지 전압과 메인 전압을 순차적으로 인가할 수 있다. 한편, 릴레이 어셈블리(300)는 회로기판(미도시)에 탑재되며, 하우징(미도시)에 의해 보호될 수 있다.
1.4. 메인 릴레이(400)
메인 릴레이(400)는 배터리(100)의 음극 단자와 인버터(200)를 연결하도록 설치될 수 있다. 메인 릴레이(400)의 구성과 방식은 다양할 수 있다.
2. 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 어셈블리
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 어셈블리(300)를 상세하게 설명한다. 이때, 이하에서는 릴레이 어셈블리(300)가 전기 자동차에 적용되는 경우를 예시하여, 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 물론, 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 어셈블리(300)는 배터리를 동력원으로 하여 구동되는 다양한 디바이스에 적용되어, 해당 디바이스의 인버터와 배터리를 연결시키는 것에 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 어셈블리(300)는, 배터리(100)와 인버터(200)를 연결 또는 해제시키기 위해, 전자석부의 자력에 의해 회전하며, 회전 정도에 따라 접속 및 분리가 제어되는 복수개의 접점을 구비하는 스위칭부(310), 및 스위칭부(310)를 작동시키도록 설치되는 전자석부(320)를 포함하여 구성된다.
2.1. 스위칭부(310)
스위칭부(310)는 배터리 접속단자(311), 인버터 접속단자(312), 레버(313), 메인접점바(314), 프리차지접점바(315), 접촉바(316) 및 스페이서(317)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 배터리 접속단자(311), 인버터 접속단자(312), 레버(313), 메인접점바(314), 프리차지접점바(315) 및 접촉바(316)는 전기 전도성 재질을 포함할 수 있다. 그중, 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)는 각각의 적어도 일부가 자력 부재를 포함할 수 있다. 이때, 자력 부재는 전자석부(320)가 생성하는 자력과 동일한 극성을 가질 수 있다. 한편, 스페이서(317)는 비전도성 물질을 포함할 수 있다.
스위칭부(310)는 제1 및 제2 전력 공급 경로를 포함할 수 있다. 제1 전력 공급 경로는 배터리 접속단자(311), 인버터 접속단자(312), 레버(313), 프리차지접점바(315), 접촉바(316)가 연결됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 제2 전력 공급 경로는 배터리 접속단자(311), 인버터 접속단자(312), 레버(313), 메인접점바(314), 접촉바(316)가 연결됨으로써 형성될 수 있다. 스위칭부(310)는 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)를 접촉바(316)와 분리시킴으로써, 제1 및 제2 전력 공급 경로를 차단할 수 있다. 즉, 스위칭부(310)는 제1 전력 공급 경로를 형성하거나, 제2 전력 공급 경로를 형성하거나, 이들 전력 공급 경로를 차단하도록 작동할 수 있다. 여기서, 스위칭부(310)의 작동은 전자석부(320)에 의해 제어될 수 있다.
2.1.1. 배터리 접속단자(311)
배터리 접속단자(311)는 일단이 배터리(100)의 양극 단자와 연결될 수 있다. 배터리 접속단자(311)의 일단과 대향하는 타단은 인버터 접속단자(312)를 향하도록 연장될 수 있다. 배터리 접속단자(311)의 타단에는 레버(313)가 연결될 수 있다.
2.1.2. 인버터 접속단자(312)
인버터 접속단자(312)는 일단이 배터리 접속단자(311)의 타단과 마주보며 이격될 수 있다. 인버터 접속단자(312)의 타단은 인버터(200)와 연결될 수 있다.
2.1.3. 레버(313)
레버(313)는 배터리 접속단자(311)의 끝단으로부터 일방향으로 연장될 수 있다. 여기서, 배터리 접속단자(311)의 끝단을 배터리 접속단자(311)의 타단이라 지칭할 수 있다. 일방향은 배터리 접속단자(311)가 연장된 방향과 교차하는 방향일 수 있다. 예컨대 배터리 접속단자(311)는 좌우 방향으로 연장될 수 있다. 이 경우, 일방향은 전후 방향 혹은 상하 방향일 수 있다. 이하에서는 일방향이 상하 방향인 것을 기준으로 본 발명의 실시 예를 설명한다. 물론, 배터리 접속단자(311)가 연장된 방향은 다양할 수 있고, 그에 따라 일방향도 다양할 수 있다. 한편, 배터리 접속단자(311)가 연장된 방향을 타방향이라고 지칭할 수 있다.
레버(313)는 상단이 접속단자(311)의 타단과 연결될 수 있고, 하단이 전자석부(320)를 상하 방향으로 마주보며 이격될 수 있다.
2.1.4. 메인접점바(314)
메인접점바(314)는 일단이 레버(313)의 끝단에 연결될 수 있고, 타방향으로 경사지게 연장될 수 있다. 여기서, 레버(313)의 끝단은 레버(313)의 하단일 수 있다. 메인접점바(314)의 일단과 대향하는 타단에는 상방으로 돌출된 메인접점(314a)이 형성될 수 있다. 메인접점바(314)가 타방향을 경사지게 연장된 길이는 레버(313)와 접촉바(316)의 후술하는 제3 부재(316c)의 일측면과의 이격 거리보다 길고, 레버(313)와 상술한 제3 부재(316c)의 타측면의 이격 거리보다 짧을 수 있다.
메인접점바(314)는 전자석부(320)로부터 인가되는 척력에 의해 레버(313)와 연결된 일단을 중심으로 타단이 일방향으로 회전하여 접촉바(316)에 접속될 수 있도록, 일단이 레버(313)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 물론, 메인접점바(314)는 탄력을 가지는 재질로 형성되어, 탄력에 의해 굽힘 변형되면서 접촉바(316)에 접속될 수 있고, 탄성 복원되어 접촉바(316)로부터 이격될 수도 있다.
메인접점바(314)는 회전 여부에 따라 타단의 높이가 다를 수 있다. 이때, 회전은 상술한 것처럼, 메인접점바(314)의 일단을 중심으로 하여 메인접점바(314)의 일단과 대향하는 타단이 일방향으로 회전하는 것을 의미할 수 있다.
메인접점바(314)의 타단은 메인접점바(314)가 회전되지 않은 초기 상태에서 접촉바(316)의 하단으로부터 제1높이만큼 이격될 수 있다(도 2 참조). 또한, 메인접점바(314)의 타단은 메인접점바(314)가 제1각도만큼 회전된 상태인 제1회전 상태에서 상술한 제1높이보다 높은 제2높이만큼 상승할 수 있고, 접촉바(316)의 하단과 이격될 수 있다(도 3 참조). 또한, 메인접점바(314)의 타단은 메인접점바(314)가 제1각도보다 작은 제2각도만큼 회전된 상태인 제2회전 상태에서 상술한 제2높이보다 높은 제3높이만큼 상승하여 접촉바(316)의 하단과 접촉될 수 있다(도 4 참조). 제3높이는 접촉바(316)의 하단의 높이일 수 있다. 또한, 메인접점바(314)의 타단은 메인접점바(314)가 제2각도보다 작은 제3각도만큼 회전된 상태인 제3회전 상태에서 상술한 제3높이보다 높은 제4높이만큼 상승할 수 있다. 제4높이는 접촉바(316)의 하단의 수축된 높이일 수 있고, 메인접점바(314)의 타단은 접촉바(316)의 하단과의 접촉을 유지할 수 있다(도 5 참조). 즉, 메인접점바(314)가 제3각도만큼 회전할 때, 접촉바(316)의 하단이 상방으로 수축됨으로써, 메인접점바(314)와 접촉바(316)의 손상이 방지될 수 있다.
물론, 접촉바(316)의 하단이 수축되는 대신에 메인접점바(314)의 일단과 타단 사이가 굽혀짐으로써 메인접점바(314)와 접촉바(316)의 손상이 방지될 수도 있다.
여기서, 상술한 제1높이, 제2높이, 제3높이 및 제4높이는 접촉바(316)의 하단을 기준으로 하는 소정의 높이일 수 있다. 또한, 제1각도, 제2각도 및 제3각도는 레버(313)와 메인접점바(314)의 상면 사이의 소정 각도일 수 있다. 한편, 메인접점바(314)의 회전은 전자석부(320)에 의해 이루어질 수 있다.
2.1.5. 프리차지접점바(315)
프리차지접점바(315)는 접점저항 예컨대 프리차지저항을 구비할 수 있다. 접점저항은 프리차지접점바(315)가 접촉바(316)에 접촉하였을 때 돌입전류에 의한 프리차지접점바(315)의 융착을 방지해주는 역할을 한다.
프리차지접점바(315)는 일단이 레버(313)의 하단으로부터 소정 높이 이격될 수 있고, 레버(313)의 상단과 하단의 사이에서 레버(313)와 연결될 수 있다. 프리차지접점바(315)는 타방향으로 경사지게 연장됨으로써, 메인접점바(314)와 평행하도록 배치될 수 있다. 프리차지접점바(315)의 타단에는 프리차지접점바(315)가 연장된 방향으로 프리차지접점(315a)이 돌출 형성될 수 있다. 프리차지접점바(315)가 타방향으로 경사지게 연장된 길이는 레버(313)와 상술한 제3 부재(316c)의 일측면과의 이격 거리와 동일할 수 있다.
프리차지접점바(315)는 전자석부(320)로부터 인가되는 척력에 의해 레버(313)와 연결된 일단을 중심으로 타단이 일방향으로 회전하여 접촉바(316)에 접속될 수 있도록, 일단이 레버(313)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 물론, 프리차지접점바(315)는 탄력을 가지는 재질로 형성되어, 탄력에 의해 굽힘 변형되면서 접촉바(316)에 접속되고, 탄성 복원되면서 접촉바(316)로부터 이격될 수도 있다.
프리차지접점바(315)는 회전 여부에 따라 타단의 높이가 다를 수 있다. 프리차지접점바(315)의 타단은 프리차지접점바(315)가 회전되지 않은 초기 상태에서 접촉바(316)의 하단으로부터 제5높이만큼 이격될 수 있다(도 2 참조). 또한, 프리차지접점바(315)의 타단은 프리차지접점바(315)가 제4각도만큼 회전된 상태인 제4회전 상태에서 상술한 제5높이보다 높은 제6높이만큼 상승하여, 접촉바(316)와 접촉될 수 있다(도 3 참조). 또한, 프리차지접점바(315)의 타단은 프리차지접점바(315)가 제4각도보다 작은 제5각도만큼 회전된 상태인 제5회전 상태에서 상술한 제6높이보다 높은 제7높이만큼 상승할 수 있고, 접촉바(316)와의 접촉을 유지할 수 있다(도 4 참조). 또한, 프리차지접점바(315)의 타단은 프리차지접점바(315)가 제5각도보다 작은 제6각도만큼 회전된 상태인 제6회전 상태에서 상술한 제7높이보다 높은 제8높이만큼 상승할 수 있고, 접촉바(316)와의 접촉이 해제될 수 있다(도 5 참조).
여기서, 제5높이, 제6높이, 제7높이 및 제8높이는 접촉바(316)의 하단을 기준으로 하는 소정의 높이일 수 있다. 그중 제5높이는 접촉바(316)의 하단보다 낮은 높이일 수 있다. 또한, 제6높이, 제7높이 및 제8높이는 접촉바(316)의 하단보다 높은 높이일 수 있다. 또한, 제4각도, 제5각도 및 제6각도는 레버(313)와 프리차지접점바(315)의 상면 사이의 소정 각도일 수 있다. 이때, 제4각도는 상술한 제1각도와 동일한 각도일 수 있고, 제5각도는 상술한 제2각도와 동일한 각도일 수 있고, 제6각도는 상술한 제3각도와 동일한 각도일 수 있다.
한편, 프리차지접점바(315)의 회전은 전자석부(320)에 의해 이루어질 수 있다.
2.1.6. 접촉바(316)
접촉바(316)는 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)와 접촉 가능하도록 인버터 접속단자(312)의 끝단 예컨대 일단으로부터 일방향으로 연장되며 레버(313)와 마주보도록 배치될 수 있다. 접촉바(316)는 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)의 회전 각도에 따라 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)와 접촉 및 이격될 수 있다.
접촉바(316)의 구조는 다양할 수 있다. 접촉바(316)는 예컨대 상단이 인버터 접속단자(312)와 연결되고, 일방향으로 연장되는 제1 부재(316a)와, 일단이 프리차지접점바(315)와 접촉될 수 있도록 제1 부재(316a)의 하단으로부터 타방향으로 연장되는 제2 부재(316b)와, 일측면이 프리차지접점바(315)와 접촉될 수 있고 하단이 메인접점바(314)와 접촉될 수 있도록 제2 부재(316b)로부터 일방향으로 연장되는 제3 부재(316c)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제2 부재(316b)의 상면의 높이는 프리차지접점바(315)의 일단의 높이와 오차범위 내에서 동일할 수 있다.
메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)는 접촉바(316)의 제3 부재 등의 접촉부분과 접촉하여 전류 경로를 형성하도록 메인접점(314a), 프리차지접점(315a)가 접촉한다.
2.1.7. 스페이서(317)
스페이서(317)는 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 스페이서(317)는 메인접점바(314)와 프리차지접점바(315)를 이격시키는 역할을 한다. 더욱 구체적으로, 스페이서(317)는 메인접점바(314)와 프리차지접점바(315)의 일방향으로의 간격을 유지하기 위해 메인접점바(314)와 프리차지접점바(315)의 사이에 배치될 수 있다. 스페이서(317)에 의하여 메인접점바(314)와 프리차지접점바(315)가 동일한 각도로 회전할 수 있다.
2.2. 전자석부(320)
전자석부(320)는 메인접점바(314)의 하측에 배치될 수 있고, 메인접점바(314)를 상하 방향으로 마주볼 수 있다. 따라서, 하측으로부터 상측으로 전자석부(320), 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315) 순서로 배치될 수 있다.
전자석부(320)는 배터리(100)의 BMS(미도시) 혹은 전기 자동차의 통합전력제어장치(미도시)로부터 전류를 공급받아서 자력을 생성할 수 있다. 이때, 전자석부(320)에서 생성되는 자력은 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)에 각기 포함되는 자력 부재의 극성과 동일한 극성일 수 있다. 이를 위해, 전자석부(320)는 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)를 향하는 방향으로 상술한 자력 부재와 동일한 극성을 형성하기 위한 코일을 구비할 수 있다.
전자석부(320)에 전류가 공급되어 자력이 생성되면, 전자석부(320)에서 생성되는 자력에 의해 전자석부(320)와 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315) 사이에 척력이 형성될 수 있다. 척력에 의해, 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)의 각각의 타단이 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)의 각각의 일단을 중심으로 일방향으로 회전될 수 있다. 이때, 전자석부(320)는 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)에 자력을 효과적으로 인가하기 위하여 타방향으로 연장될 수 있다.
3. 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차 및 릴레이 어셈블리의 작동
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차 및 릴레이 어셈블리의 작동을 설명한다.
전기 자동차는 주행을 위해 릴레이 어셈블리(300)를 작동시켜 배터리(100)와 인버터(200)를 전기적으로 연결시킨다. 이때, 메인 릴레이(400)가 먼저 작동하여 배터리(100)의 음극 단자와 인버터(200)를 연결시킨다. 이후, 릴레이 어셈블리(300)가 작동하여 배터리(100)의 양극 단자와 인버터(200)를 연결시킨다.
이때, 릴레이 어셈블리(300)는 돌입전류에 의해 릴레이 어셈블리(300)가 손상되지 않도록, 배터리 접속단자(311), 인버터 접속단자(312), 레버(313), 프리차지접점바(315)의 프리차지접점(315a)와 접촉바(316)를 연결시켜 제1 전력 경로를 형성하고, 제1 전력 경로를 이용하여 배터리(100)로부터 인버터(200)로 프리차지 전압을 먼저 인가한다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 전자석부(320)에 제1전류를 인가하여 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)를 회전시키기 위한 척력을 생성한다. 척력에 의하여, 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)가 제1각도 및 제4각도로 회전하고, 회전에 의하여 프리차지접점바(315)의 타단이 제2높이로 상승하면서 접촉바(316)와 접촉될 수 있다. 이때, 메인접점바(314)의 타단은 제6높이로 상승하며, 접촉바(316)와 이격될 수 있다.
이에, 배터리 접속단자(311), 인버터 접속단자(312), 레버(313), 프리차지접점바(315), 접촉바(316)를 거쳐, 프리차지 전압이 배터리(100)로부터 인버터(200)로 공급될 수 있다. 이에, 인버터(200)의 커패시터에 소정의 전류가 충전될 수 있다.
배터리(100)로부터 인버터(200)로 프리차지 전압이 소정시간 공급된 이후에, 릴레이 어셈블리(300)는 배터리 접속단자(311), 인버터 접속단자(312), 레버(313), 메인접점바(314)의 메인접점(314a)과 접촉바(316)를 연결시켜 제2 전력 경로를 형성하고, 제2 전력 경로를 이용하여 배터리(100)로부터 인버터(200)로 메인 전압을 순차적으로 인가할 수 있다.
구체적으로 도 4를 참조하면, 전자석부(320)에 제1전류보다 큰 제2전류를 인가하여 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)를 회전시키기 위한 척력의 크기를 증가시킨다. 증가된 척력에 의하여, 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)가 제2각도 및 제5각도로 회전하고, 회전에 의해 프리차지접점바(315)의 타단이 제3높이로 상승하고, 메인접점바(314)의 타단이 제7높이로 상승할 수 있다. 이에 의해, 프리차지접점바(315)의 타단은 접촉바(316)와의 접촉을 유지하고, 메인접점바(314)의 타단은 접촉바(316)와 접촉될 수 있다.
이로부터 배터리 접속단자(311), 인버터 접속단자(312), 레버(313), 메인접점바(314), 접촉바(316)를 거쳐, 메인 전압이 배터리(100)로부터 인버터(200)로 공급될 수 있다.
메인 전압의 공급이 개시되면, 프리차지접점바(315)를 접촉바(316)로부터 이격시킬 수 있다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 전자석부(320)에 제2전류보다 큰 제3전류를 인가하여 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)를 회전시키기 위한 척력의 크기를 더욱 증가시킨다. 더욱 증가된 척력에 의해, 메인접점바(314) 및 프리차지접점바(315)가 제3각도 및 제6각도로 회전하고, 회전에 의해 프리차지접점바(315)의 타단이 제4높이로 상승하고, 메인접점바(314)의 타단이 제8높이로 상승할 수 있다. 이에, 프리차지접점바(315)의 타단은 접촉바(316)와 분리될 수 있고, 메인접점바(314)의 타단은 접촉바(316)와의 접촉을 유지할 수 있다. 이때, 메인접점바(314)의 타단의 손상을 방지하기 위해, 메인접점바(314)의 타단이 상승한만큼 접촉바(316)의 제3부재(316)의 하단이 상방으로 수축할 수 있다.
이후, 배터리(100)로부터 인버터(200)로 메인 전압을 공급하며, 인버터(200)와 연결된 전기 모터를 작동시켜 전기 자동차가 안정적으로 주행할 수 있다.
즉, 본 발명의 스위치부를 구성하는 릴레이는 전자석의 동작에 따라, 저항에 연결된 프리차지접점(315a)이 먼저 접촉바(316)의 접점에 연결되고, 이후 프리차지접점(315a)과 메인접점(314a)이 동시에 접촉바(316)의 접점에 연결되며, 이후에는 프리차지접점(315a)은 떨어지고 메인접점(314a)만이 연결되도록 제어된다.
4. 본 발명의 비교 예와 실시 예에 따른 전기 자동차 및 릴레이 어셈블리의 대비
도 6은 본 발명의 비교 예에 따른 전기 자동차 및 릴레이 어셈블리의 개략도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 비교 예에 따른 릴레이 어셈블리(31, 32)는 복수개의 접점을 포함하지 않는 구조이다. 이에, 본 발명의 비교 예에 따른 릴레이 어셈블리(31, 32)는 프리차지 전압과 메인 전압을 공급할 수 있도록 복수개 마련될 수 있다.
따라서, 본 발명의 비교 예에 따른 전기 자동차(1000')는 프리차지 전압 공급용의 릴레이 어셈블리(31)와 메인전압 공급용의 릴레이 어셈블리(32)와 메인 릴레이(40)를 설치에 상대적으로 넓은 공간이 사용되어야 하고, 배터리(100)와 인버터(200) 사이의 회로 구조가 복잡할 수 있다.
반면, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 어셈블리(300)는 자력에 의해 연동하여 회전하며, 회전 정도에 따라 접속 및 분리가 제어되는 복수개의 접점(314, 315)을 포함하는 구조이므로, 하나의 릴레이 어셈블리(300)가 마련될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차(1000)는 하나의 릴레이 어셈블리(300)와 메인 릴레이(400)의 설치에 상대적으로 좁은 공간이 사용되고, 배터리(100)와 인버터(200) 사이의 회로 구조가 상대적으로 단순할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 배터리
200: 인버터
300: 릴레이 어셈블리
310: 스위칭부
311: 배터리 접속단자
312: 인버터 접속단자
313: 레버
314: 메인접점바
315: 프리차지접점바
316: 접촉바
317: 스페이서
320: 전자석부

Claims (9)

  1. 배터리를 동력원으로 하여 구동되는 디바이스의 인버터와 배터리를 연결시키는 릴레이 어셈블리로서,
    상기 배터리와 상기 인버터를 연결 또는 해제시키기 위한 스위칭부; 및
    상기 스위칭부를 작동시키도록 설치되는 전자석부;를 포함하여 구성되고,
    상기 스위칭부는,
    상기 전자석부의 자력에 의해 회전하며, 회전 정도에 따라 접속 및 분리가 제어되는 복수개의 접점을 구비하는 것을 특징으로 하는 릴레이 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 배터리와 연결되는 배터리 접속단자;
    상기 인버터와 연결되는 인버터 접속단자;
    상기 배터리 접속단자의 끝단으로부터 일방향으로 연장되는 레버;를 포함하여 구성되고,
    상기 레버의 끝단에 연결되며, 상기 일방향과 교차하는 타방향으로 경사지게 연장되는 메인접점바;
    상기 레버의 끝단으로부터 이격되어 연결되며, 상기 타방향으로 경사지게 연장되며, 접점저항을 구비하는 프리차지접점바;
    상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바와 접촉 가능하도록 상기 인버터 접속단자의 끝단으로부터 일방향으로 연장되며 상기 레버와 마주보도록 배치되는 접촉바;를 포함하여 구성되는 릴레이 어셈블리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 메인접점바와 상기 프리차지접점바는 상호 소정간격 이격되어 형성되어, 상기 전자석부의 동작 시 프리차지접점바가 먼저 상기 접촉바와 연결되어 전력 경로를 형성하고, 이후에 메인접점바가 상기 접촉바와 연결되어 전력 경로를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 릴레이 어셈블리.
  4. 청구항 3에 있어서
    상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바는 각각의 적어도 일부가 자력 부재를 포함하고,
    상기 전자석부는 상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바를 향하는 방향으로 상기 자력 부재와 동일한 극성을 형성하기 위한 코일을 구비하며,
    상기 메인접점바 및 상기 프리차지접점바는 상기 전자석부로부터 인가되는 척력에 의해 상기 레버와 연결된 각각의 일단을 중심으로 상기 각각의 일단과 대향하는 각각의 타단이 일방향으로 회전하여 상기 접촉바에 접속될 수 있도록, 상기 각각의 일단이 상기 레버에 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 릴레이 어셈블리.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    비전도성 물질을 포함하며, 상기 메인접점바와 상기 프리차지접점바의 일방향으로의 간격을 유지하기 위해 상기 메인접점바와 상기 프리차지접점바의 사이에 배치되는 스페이서;를 포함하여 구성되는 릴레이 어셈블리.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 접촉바는,
    상단이 상기 인버터 접속단자와 연결되고, 일방향으로 연장되는 제1 부재;
    일단이 상기 프리차지접점바와 접촉될 수 있도록 상기 제1 부재의 하단으로부터 타방향으로 연장되는 제2 부재;
    일측면이 상기 프리차지접점바와 접촉될 수 있고 하단이 상기 메인접점바와 접촉될 수 있도록 상기 제2 부재로부터 일방향으로 연장되는 제3 부재;를 포함하여 구성되는 릴레이 어셈블리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 메인접점바의 타방향의 연장 길이는 상기 레버와 상기 제3 부재의 일측면과의 이격 거리보다 길고, 상기 레버와 상기 제3 부재의 타측면의 이격 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 릴레이 어셈블리.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 프리차지접점바의 타방향의 연장 길이는 상기 레버와 상기 제3 부재의 일측면과의 이격 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 릴레이 어셈블리.
  9. 배터리;
    상기 배터리의 전력을 전기 모터로 공급하기 위한 인버터;
    상기 배터리로부터 상기 인버터로 전력을 공급 및 차단하기 위한 청구항 1에 기재된 릴레이 어셈블리;를 포함하여 구성되는 전기 자동차.
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