본 발명에 따르면, 메인릴레이 접속하기 전에 프리챠지릴레이와 저항을 통해 직류링크 캐패시터를 충전시킴으로써, 메인릴레이 접속시 아크가 발생되는 것을 방지하여 회로의 안정성을 확보하는 효과가 있다.

본 발명은 하이브리드 전기 자동차에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 메인 릴레이를 접속하기 전에 프리챠지릴레이와 저항을 이용하여 직류 링크 캐패시터를 프리챠지(pre-charge)시키는 릴레이 제어방법에 관한 것이다.

최근 들어, 친환경적인 자동차로서 하이브리드 전기자동차가 개발되어 사용되고 있다. 이와 같은 하이브리드 전기자동차는 동력원으로서 내연기관과 배터리를 복합적으로 사용하고 있는데, 통상 시동 및 출발시에는 전기모터만을 이용하여 주행시키고, 일반 주행시에는 전기모터와 내연기관을 연동시켜서 주행시킨다.

상기 전기모터를 이용하여 자동차를 주행시킬 때는 메인릴레이를 접속시켜서 배터리의 전원이 메인 릴레이와 직류 링크 캐패시터를 통해 인버터로 공급되고, 상기 인버터의 작동에 의해 직류가 교류로 전환되어 모터/제너레이터를 작동시킨다.

그러나, 상기와 같이 메인릴레이가 접속시에 접촉부위에 아크가 발생하여 접점이 손상되고 이것이 누적됨에 따라 릴레이의 동작 불능을 유발시키게 되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 메인릴레이 접속하기 전에 프리챠지릴레이와 저항을 통해 직류 링크 캐패시터를 충전시킴으로써, 메인릴레이 접속시 아크가 발생되는 것을 방지하여 회로의 안정성을 확보하는 하이브리드 전기 자동차의 릴레이 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특허 기술 설명

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 릴레이 제어시스템은, 고전압의 전원이 저장되는 고전압배터리와, 상기 고전압배터리에서 출력된 직류를 교류로 변환하여 모터/제너레이터로 전달하거나 상기 모터/제너레이터에서 생성된 교류를 직류로 변환하여 상기 고전압배터리로 전달하는 인버터와, 상기 고전압배터리와 인버터를 연결하는 (+)전원 라인에 설치되어 있는 (+)단 메인릴레이와, 상기 고전압배터리와 인버터를 연결하는 (-)전원 라인에 설치되어 있는 (-)단 메인릴레이와, 상기 (+)단 메인릴레이와 병렬로 연결되어 있는 프리챠지릴레이와, 상기 프리챠지릴레이의 후단에 연결되어 있는 저항과, 상기 인버터의 앞단에 병렬로 연결되어 있는 직류 링크 캐패시터와, 상기한 릴레이들을 접속시 미리 설정되어 있는 프로그램에 따라(-)단 메인릴레이, 프리챠지릴레이, (+)단 메인릴레이 순으로 순차 접속시키는 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 릴레이 제어방법은, 고전압배터리의 전압을 측정하는 단계와, (-)단 메인릴레이를 "온"시키는 단계와, 미리 설정되어 있는 제1시간만큼 지연시키는 단계와, 프리챠지릴레이를 "온시키는 단계와, 직류 링크 캐패시터의 전압을 측정하는 단계와, 직류 링크 캐패시터의 전압이 제1기준전압 이상이면 (+)단 메인릴레이를 "온"시키는 단계와, 미리 설정되어 있는 제2시간만큼 지연시키는 단계와, 프리챠지릴레이를 "오프"시키는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 프리챠지릴레이가 "오프"된후 미리 설정된 제3시간 지연후 고전압배터리 및 직류 링크 캐패시터 전압을 측정하여 직류 링크 캐패시터 전압이 제2기준전압과 같지 않으면 고장으로 판정하는 단계를 더 포함하여 구성된것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 릴레이 제어시스템의 회로

도 1)

상기 도 1에 도시된 바와 같이, 고전압배터리(1)는 고전압의 전원이 저장되며, (+) 메인릴레이(2-1)와 (-)단 메인릴레이(2-2) 및 프리챠지릴레이(2-3)는 제어기(3)의 제어에 따라 고전압배터리(1)와 인버터(4)를 전기적으로연결하거나 차단하도록 되어 있다.

상기 인버터(4)의 앞단에는 직류 링크 캐패시터(5)가 병렬로 연결되어 있고, 상기 인버터(4)는 상기 제어기(3)의 제어에 따라 동작하여 상기 고전압배터리(1)에서 출력된 직류를 교류로 변환하여 모터/제너레이터(6)로 전달하거나 상기 모터/제너레이터(6)에서 생성된 교류를 직류로 변환하여 상기 고전압배터리(1)로 전달하도록 되어 있다.

그리고, 양방향 DC-DC 컨버터(7)는 제어기(3)의 제어에 따라 동작하여 저전압배터리(8)를 충전하거나 상기 저전압배터리(8)의 전압을 승압하여 고전압배터리(1)측으로 공급하도록 상기 메인릴레이(2)와 직류 링크 캐패시터(5) 사이에 연결되어 있다.

또한, 제1전압센서(9)는 상기 고전압배터리(1)의 전압을 감지하여 제어기(3)로 입력하도록 되어 있고, 제2전압센서(10)는 상기 직류 링크 캐패시터(5)의 전압을 감지하여 제어기(3)로 입력하도록 되어 있다.

상기 제어기(3)는 메인릴레이(2)의 접속시 (-)단 메인릴레이(2-2)를 먼저 접속시킨 후 프리챠지릴레이(2-3)를접속하여 저항(R)을 통해 전류를 감쇄시키면서 상기 직류 링크 캐패시터(5)를 먼저 충전시킨 다음 상기 제2전센서(10)에 의해 감지된 직류 링크 캐패시터(5)의 전압이 제1기준전압, 즉 상기 제1전압센서(9)에 의해 감지된 고전압배터리(1)의 전압에 가중치(예를 들어, 0.98)를 곱한 값 이상이 되면 (+)단 메인릴레이(2-1)를 접속시키도록 되어 있다.

하이브리드 전기 자동차의 릴레이 제어시스템 및 방법의 작용 및 효과

도2)

도3)

 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 릴레이 제어방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 릴레이 제어시스템 및 방법의 동작 타이밍도이다

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 단계(S1)에서는 제1전압센서(9)가 고전압배터리(1)의 전압을 측정하여 제어기(3)로 입력한다.

단계(S2)에서는 제어기(3)가 (-)단 메인릴레이(2-2)를 "온"시키고, 단계(S3)에서는 제어기(3)가 미리 설정되어 있는 제1시간(도 3의 t1, 바람직하게는 10msec)만큼 지연시킨다.

단계(S4)에서는 제어기(3)가 프리챠지릴레이(2-3)를 "온시키고 이에 따라 고전압배터리(1)의 전류가 상기 프리 챠지릴레이(2-3)와 저항(R1)을 통해 직류 링크 캐패시터(5)에 충전되기 시작한다.

단계(S5)에서는 제2전압센서(10)가 직류 링크 캐패시터(5)의 전압을 측정하여 제어기(3)로 입력하고, 단계(S6)에서는 제어기(3)가 상기 직류 링크 캐패시터(5)의 전압이 제1기준전압, 즉 상기 단계(S1)에서 측정한 고전압배터리(1)의 전압에 가중치(0.98)를 곱한 값 이상인지를 판단하여 제1기준전압 이상이면 단계(S7)를 수행하고 그 렇지 않으면 상기 단계(S5)를 반복 수행한다.

상기 단계(S7)에서는 제어기(3)가 (+)단 메인릴레이(2-1)를 "온"시키고, 단계(S8)에서는 제어기(3)가 제2시간(도 3의 t2-t3, 바람직하게는 100msec)만큼 지연시킨다.

이어서, 단계(S9)에서는 제어기(3)가 프리챠지릴레이(2-3)를 "오프"시키고, 단계(S10)에서는 제어기(3)가 제3시간(도 3의 t3-t4, 바람직하게는 1sec)만큼 지연시키고, 단계(S11)에서는 제1전압센서(9)와 제2전압센서(10)가고전압배터리(1) 및 직류 링크 캐패시터(5)의 전압을 측정하여 제어기(3)로 입력한다.

단계(S12)에서는 제어기(3)가 상기 단계(S11)에서 측정된 직류 링크 캐패시터(5)의 전압이 제2기준전압(바람직하게는 상기 단계(S11)에서 측정된 고전압배터리(1)의 전압)과 같은지를 판단하여 같으면 종료하고, 같지 않으면 단계(S13)를 수행하여 단계(S13)에서 제어기(3)가 릴레이 시스템의 고장이라고 판단한다.

발명자: 박해우

대리인: 한양특허법인

 
'하이브리드 전기 자동차의 릴레이 제어방법' 특허 자세히 보기