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▶ ユラ コーポレーション カンパニー リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-26
(45)【発行日】2022-05-10
(54)【発明の名称】電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動装置及び方法
(51)【国際特許分類】
H02H 9/02 20060101AFI20220427BHJP
H02J 1/00 20060101ALI20220427BHJP
【ＦＩ】
H02H9/02 E
H02J1/00 309R
【請求項の数】
25
(21)【出願番号】P 2020532912
(86)(22)【出願日】2018-12-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-02-22
(86)【国際出願番号】 KR2018016131
(87)【国際公開番号】W WO2019132373
(87)【国際公開日】2019-07-04
【審査請求日】2020-06-15
(31)【優先権主張番号】10-2017-0183019
(32)【優先日】2017-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2017-0183020
(32)【優先日】2017-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】513316083
【氏名又は名称】ユラ コーポレーション カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000154
【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】クウォン ダエ ハン
(72)【発明者】
【氏名】キム ホ キュン
【審査官】坂東 博司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－２５４６５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０３５２７８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－２４１１８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０３０１０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１７２６０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２５２８４７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００９－０４４９１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１９３５５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７３１１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０８２８２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第２０１０－０１０４７２８（ＫＲ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１１１２６８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】韓国登録特許第１０－１５２１９８４（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】韓国登録特許第１０－１７８０３９６（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００２５６７４（ＫＲ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１３－００６９００２（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１３０７６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０６０３１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｈ ９／０２
Ｈ０２Ｊ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッテリの負端子と負荷側の負端子と間に接続される第１リレー；前記バッテリの正端子と前記負荷側の正端子と間に接続される第２リレー；
一端が前記バッテリの正端子側の前記第２リレーの一端に接続され、他端が第２スイッチ部と接続される第１スイッチ部；
一端が前記第１スイッチ部と接続され、他端が前記第２リレーの負荷側の一端と接続される前記第２スイッチ部；
制御部から入力される制御信号に応じて、前記第１スイッチ部に電圧制御信号を出力し、前記第１スイッチ部を通して流れる電流量を制限する電圧制御モジュール；及び
制御信号を出力し、前記第１リレー、前記第２リレー、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を制御する前記制御部；
を含み、
車両のメイン制御器又はＢＭＳ（Battery Management System）とＣＡＮ通信方式又はＬＩＮ通信方式により通信を行い、前記メイン制御器又はＢＭＳからパワーリレーアセンブリを作動開始（オン（ＯＮ））又は作動中断（オフ（ＯＦＦ））を指示する制御命令を受信して前記制御部に出力し、前記制御部から入力されるパワーリレーアセンブリの状態情報を前記メイン制御器又は前記ＢＭＳに伝送する通信部；をさらに含むことを特徴とする電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項2】
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部のそれぞれは、前記制御部から入力される制御信号に応じて、オン／オフされるスイッチ素子；及び
前記スイッチ素子と並列接続されるダイオード；
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項3】
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部にそれぞれ含まれたダイオードは、順方向が互いに反対であることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項4】
前記第１スイッチ部のダイオードは、前記バッテリの正端子側方向が順方向になるように設定され、前記第２スイッチ部のダイオードは、前記負荷側の正端子側方向が順方向になるように設定されることを特徴とする請求項３に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項5】
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部に含まれたスイッチ素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＦＥＴ（Field Effect Transistor）で具現され、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部に含まれたダイオードは、ＩＧＢＴ又はＦＥＴ内部に含まれた内部ダイオードで具現されることを特徴とする請求項３に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項6】
前記制御部は、前記バッテリから前記負荷側に電源を供給する場合に、
前記第１リレーをオンし、
前記電圧制御モジュールを介して前記第１スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記バッテリから出力された電流が、前記第１スイッチ部のスイッチ素子及び前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにしてプレチャージを行い、
前記第２リレーの両端間に等電位が形成されれば、前記第２リレーをオンし、前記電圧制御モジュールを介して前記第１スイッチ部をオフすることを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項7】
前記制御部は、前記バッテリから前記負荷側への電源供給を遮断する場合に、
前記電圧制御モジュールを介して第１スイッチ部のスイッチ素子をオンし、前記バッテリから出力された電流が、前記第２リレー、及び前記第１スイッチ部のスイッチ素子と前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにした後、前記第２リレーをオフし、その後、前記電圧制御モジュールを介して第１スイッチ部のスイッチ素子をオフし、電源供給を遮断することを特徴とする請求項６に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項8】
前記制御部は、前記バッテリに充電電流を供給する場合に、
前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにして、前記第２リレー両端間に等電位を形成した後、前記第２リレーをオン（ＯＮ）し、前記第２リレーを介して充電電流が流れるようにした後、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、正規充電を行うことを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項9】
前記制御部は、充電電流供給を遮断する場合に、
前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにした後、前記第２リレーをオフ（ＯＦＦ）し、前記第２リレーを介して流れる充電電流を遮断した後、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、充電電流供給を遮断することを特徴とする請求項８に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項10】
前記バッテリの正端子と前記第２リレーの一端と間に設けられ、前記バッテリから出力される電流及び前記バッテリに流入される電流の少なくとも一つを測定して、前記制御部に出力する電流センサをさらに含み、前記制御部は、前記電流センサから入力された電流値に応じて、制御信号を出力することを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項11】
バッテリの負端子と負荷側の負端子と間に接続される第１リレー；前記バッテリの正端子と前記負荷側の正端子と間に接続される第２リレー；
一端が前記バッテリの正端子側の前記第２リレーの一端に接続され、他端が第２スイッチ部と接続される第１スイッチ部；
一端が前記第１スイッチ部と接続され、他端が前記第２リレーの負荷側の一端と接続される前記第２スイッチ部；
一端が前記バッテリの正端子側の前記第２リレーの一端に接続され、他端が保護抵抗に接続されるプレチャージスイッチ部；
前記プレチャージスイッチ部と前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部の接続ノードの間に接続される保護抵抗；及び
制御信号を出力し、前記第１リレー、前記第２リレー、前記第１スイッチ部、前記第２スイッチ部、及び前記プレチャージスイッチ部のオン／オフを制御する制御部；
を含むことを特徴とする電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項12】
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部のそれぞれは、前記制御部から入力される制御信号に応じて、オン／オフされるスイッチ素子；及び
前記スイッチ素子と並列接続されるダイオード；
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項13】
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部にそれぞれ含まれたダイオードは、順方向が互いに反対であることを特徴とする請求項１２に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項14】
前記第１スイッチ部のダイオードは、前記バッテリの正端子側方向が順方向になるように設定され、前記第２スイッチ部のダイオードは、前記負荷側の正端子側方向が順方向になるように設定されることを特徴とする請求項１３に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項15】
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部に含まれたスイッチ素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＦＥＴ（Field Effect Transistor）で具現され、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部に含まれたダイオードは、ＩＧＢＴ又はＦＥＴ内部に含まれた内部ダイオードで具現されることを特徴とする請求項１３に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項16】
前記制御部は、前記バッテリから前記負荷側に電源を供給する場合に、
前記第１リレーをオンし、
前記プレチャージスイッチ部をオン（ＯＮ）し、前記バッテリから出力された電流が、前記プレチャージスイッチ部及び前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにして、プレチャージを行い、
前記第２リレーの両端間に等電位が形成されれば、前記第２リレーをオンし、前記プレチャージスイッチ部をオフすることを特徴とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項17】
前記制御部は、前記バッテリから前記負荷側への電源供給を遮断する場合に、
前記第１スイッチ部に含まれたスイッチ素子をオンし、前記バッテリから出力された電流が、前記第２リレー、及び前記第１スイッチ部のスイッチ素子と前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにした後、前記第２リレーをオフし、その後、前記第１スイッチ部に含まれたスイッチ素子をオフし、電源供給を遮断することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項18】
前記制御部は、前記バッテリに充電電流を供給する場合に、
前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにして、前記第２リレー両端間に等電位を形成した後、前記第２リレーをオン（ＯＮ）し、前記第２リレーを介して充電電流が流れるようにした後、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、正規充電を行うことを特徴とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項19】
前記制御部は、充電電流供給を遮断する場合に、
前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにした後、前記第２リレーをオフ（ＯＦＦ）し、前記第２リレーを介して流れる充電電流を遮断した後、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、充電電流供給を遮断することを特徴とする請求項１８に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項20】
前記バッテリの正端子と前記第２リレーの一端と間に設けられ、前記バッテリから出力される電流及び前記バッテリに流入される電流の少なくとも一つを測定して、前記制御部に出力する電流センサをさらに含み、前記制御部は、前記電流センサから入力された電流値に応じて、制御信号を出力することを特徴とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項21】
車両のメイン制御器又はＢＭＳ（Battery Management System）とＣＡＮ通信方式又はＬＩＮ通信方式により通信を行い、前記メイン制御器又はＢＭＳからパワーリレーアセンブリを作動開始（オン（ＯＮ））又は作動中断（オフ（ＯＦＦ））を指示する制御命令を受信して前記制御部に出力し、前記制御部から入力されるパワーリレーアセンブリの状態情報を前記メイン制御器又は前記ＢＭＳに伝送する通信部；をさらに含むことを特徴とする請求項１１～１５のいずれか１項に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ。
【請求項22】
バッテリの負端子と負荷側の負端子と間に接続された第１リレー、前記バッテリの正端子が接続された第１ノード及び負荷側の正端子が接続された第３ノードの間に接続された第２リレー、前記第１ノードと第２ノードと間に接続される第１スイッチ部、前記第２ノードと前記第３ノードと間に接続される第２スイッチ部、前記第１ノードと前記第２ノードと間に直列接続されたプレチャージスイッチ部及び保護抵抗を含み、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部は、スイッチ素子及びスイッチ素子と並列接続されるダイオードをそれぞれ含む電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法であって、前記バッテリから前記負荷側に電源を供給する場合に、
前記第１リレーをオンするステップ；
前記プレチャージスイッチ部をオン（ＯＮ）し、前記バッテリから出力された電流が、前記プレチャージスイッチ部及び前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにして、プレチャージを行うステップ；及び
前記第２リレーの両端間に等電位が形成されれば、前記第２リレーをオンし、前記プレチャージスイッチ部をオフするステップ；
を含むことを特徴とする電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法。
【請求項23】
前記バッテリから前記負荷側への電源供給を遮断する場合に、前記第１スイッチ部に含まれたスイッチ素子をオンし、前記バッテリから出力された電流が、前記第２リレー、及び前記第１スイッチ部のスイッチ素子と前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにするステップ；
前記第２リレーをオフするステップ；及び
前記第１スイッチ部に含まれたスイッチ素子をオフし、電源供給を遮断するステップ；をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法。
【請求項24】
前記バッテリに充電電流を供給する場合に、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにして、前記第２リレー両端間に等電位を形成するステップ；
前記第２リレーをオン（ＯＮ）し、前記第２リレーを介して充電電流が流れるようにするステップ；及び
前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、正規充電を行うステップ；
をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法。
【請求項25】
充電電流供給を遮断する場合に、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにするステップ；
前記第２リレーをオフ（ＯＦＦ）し、前記第２リレーを介して流れる充電電流を遮断するステップ；及び
前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、充電電流供給を遮断するステップ；をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パワーリレーアセンブリ（ＰＲＡ）及びその駆動方法に関する。より具体的には、電気自動車用パワーリレーアセンブリ及びその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、パワーリレーアセンブリ（ＰＲＡ）は、電気自動車両及びハイブリッド車両において、バッテリからＰＣＵ（Power Control Unit）を経てモーターに繋がる電源を接続し、遮断する電力遮断装置であり、電力を供給するためのメインゲート役割を果たす核心部品である。
【0003】
さらに、パワーリレーアセンブリ（ＰＲＡ）は、システム障害発生又は整備などの状況で、電力を完全に遮断する安全装置の役割を果たすことで、電気自動車両／ハイブリッド車両において大変重要な安全を担当する。
【0004】
このようなパワーリレーアセンブリは、プレチャージリレー（Pre-Charging Relay）４５０Ｖ、１０Ａ以上）及びメインリレー（Main Relay）４５０Ｖ、１００～１５０Ａ以上）等の高電圧リレーとバッテリ／インバータへのワイーリング連結のための高電圧／大電流バスバー及び端子などの部品で構成される。
【0005】
これらのうちの核心部品は、高電圧／大電流を接続及び遮断する役割を果たす高電圧リレーである。この高電圧リレーとしては、通常的にリレーの接点で生じ得るスパークを防止するために、特殊ガス（Gas）、例えば、Ｈ２ガスを注入密封した機械式リレー構造が採択されている。
【0006】
しかし、前記高電圧リレーは、特殊ガスにより重いので、パワーリレーアセンブリの全体重量を増大させる。その結果、車両の燃費が低下される問題がある。
【0007】
また、前記高電圧リレーは、複雑な機械的な構造を備えているだけでなく、その部品の材料費自体が高く、その部品の価格が高い。その結果、パワーリレーアセンブリの原価が増大する問題がある。
【0008】
また、前記高電圧リレーを含むパワーリレーアセンブリは、周辺機器の追加により配線の増加を必要とする。その結果、配線の配列が複雑になる問題がある。
【0009】
このような問題点を解決するための従来技術の一例として、図１に示されるように、半導体スイッチ素子が利用されたスマートＰＲＡが提案された。図１に示された特許文献は、始動初期にバッテリとインバータの－端子を互いに接続する第２メインリレー７をオンし後、第１メインリレー５を接続する前に、電力半導体６を、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行い、電流を断続的に流れるようにして、キャパシタ８Ｂを予め充電し、第１メインリレー５の両端の電圧が同じにように等電位を形成した後、第１メインリレー５を接続し、第１メインリレー５接続時、第１メインリレー５の両端にスパークが生じることを防止している。
【0010】
また、電源供給遮断時に、第１メインリレー５、電力半導体６及び第２メインリレー７が同時にオンされた状態で、第１メインリレー５のみをまずオフする。このとき、第１メインリレー５を介して流れた電流が電力半導体６を介して流れ続けるため、第１メインリレー５は、接点でスパークが生じることなく、安全に電源を遮断することができる。
【0011】
しかし、このような従来技術の場合、電気自動車両の高電圧バッテリにおいて、負荷（インバータ）への電力供給中に一般的な電源遮断は可能であるが、高電圧バッテリ充電時、電力を遮断する動作は行うことができないので、新しい構造の電気自動車用パワーリレーアセンブリが必要とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【文献】韓国 特許第１０－０５５９３９８号（発明の名称：ハイブリッド及び燃料バッテリ車両用動力連結制御装置）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明が、解決しようとする課題は、電気自動車の高電圧バッテリが放電して、負荷に電源を供給する場合だけでなく、高電圧バッテリに充電電流を供給する場合にも、リレーのスパーク発生を防止し、電源供給及び遮断することができる電気自動車用パワーリレーアセンブリ及びその駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前記課題を解決するための本発明の好ましい第１実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリは、バッテリの負端子と負荷側の負端子と間に接続される第１リレー；前記バッテリの正端子と前記負荷側の正端子と間に接続される第２リレー；一端が前記バッテリの正端子側の前記第２リレーの一端に接続され、他端が第２スイッチ部と接続される第１スイッチ部；一端が前記第１スイッチ部と接続され、他端が前記第２リレーの負荷側の一端と接続される前記第２スイッチ部；制御部から入力される制御信号に応じて、前記第１スイッチ部に電圧制御信号を出力し、前記第１スイッチ部を通して流れる電流量を制限する電圧制御モジュール；及び制御信号を出力し、前記第１リレー、前記第２リレー、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を制御する前記制御部；を含み、車両のメイン制御器又はＢＭＳ（Battery Management System）とＣＡＮ通信方式又はＬＩＮ通信方式により通信を行い、前記メイン制御器又はＢＭＳからパワーリレーアセンブリを作動開始（オン（ＯＮ））又は作動中断（オフ（ＯＦＦ））を指示する制御命令を受信して前記制御部に出力し、前記制御部から入力されるパワーリレーアセンブリの状態情報を前記メイン制御器又は前記ＢＭＳに伝送する通信部；をさらに含む。
【0015】
また、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部のそれぞれは、前記制御部から入力される制御信号に応じて、オン／オフされるスイッチ素子；及び前記スイッチ素子と並列接続されるダイオード；を含む。
【0016】
さらに、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部にそれぞれ含まれたダイオードは、順方向が互いに反対であってもよい。
【0017】
また、前記第１スイッチ部のダイオードは、前記バッテリの正端子側方向が順方向になるように設定され、前記第２スイッチ部のダイオードは、前記負荷側の正端子側方向が順方向になるように設定される。
【0018】
さらに、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部に含まれたスイッチ素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＦＥＴ（Field Effect Transistor）で具現され、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部に含まれたダイオードは、ＩＧＢＴ又はＦＥＴ内部に含まれた内部ダイオードで具現される。
【0019】
また、前記制御部は、前記バッテリから前記負荷側に電源を供給する場合に、前記第１リレーをオンし、前記電圧制御モジュールを介して前記第１スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記バッテリから出力された電流が前記第１スイッチ部のスイッチ素子及び前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにしてプレチャージを行い、前記第２リレーの両端間に等電位が形成されれば、前記第２リレーをオンし、前記電圧制御モジュールを介して前記第１スイッチ部をオフする。
【0020】
さらに、前記制御部は、前記バッテリから前記負荷側への電源供給を遮断する場合に、前記電圧制御モジュールを介して第１スイッチ部のスイッチ素子をオンし、前記バッテリから出力された電流が、前記第２リレー、及び前記第１スイッチ部のスイッチ素子と前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにした後、前記第２リレーをオフし、その後、前記電圧制御モジュールを介して第１スイッチ部のスイッチ素子をオフして電源供給を遮断する。
【0021】
また、前記制御部は、前記バッテリに充電電流を供給する場合に、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにして、前記第２リレー両端間に等電位を形成した後、前記第２リレーをオン（ＯＮ）し、前記第２リレーを介して充電電流が流れるようにした後、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、正規充電を行う。
【0022】
さらに、前記制御部は、充電電流供給を遮断する場合に、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにした後、前記第２リレーをオフ（ＯＦＦ）し、前記第２リレーを介して流れる充電電流を遮断した後、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、充電電流供給を遮断する。
【0023】
また、本発明の好ましい実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリは、前記バッテリの正端子と前記第２リレーの一端と間に設けられ、前記バッテリから出力される電流及び前記バッテリに流入される電流の少なくとも一つを測定して、前記制御部に出力する電流センサをさらに含み、前記制御部は前記電流センサから入力された電流値に応じて、制御信号を出力する。
【0029】
一方、前記課題を解決するための本発明の好ましい第２実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリは、バッテリの負端子と負荷側の負端子と間に接続される第１リレー；前記バッテリの正端子と前記負荷側の正端子と間に接続される第２リレー；一端が前記バッテリの正端子側の前記第２リレーの一端に接続され、他端が第２スイッチ部と接続される第１スイッチ部；一端が前記第１スイッチ部と接続され、他端が前記第２リレーの負荷側の一端と接続される前記第２スイッチ部；一端が前記バッテリの正端子側の前記第２リレーの一端に接続され、他端が保護抵抗に接続されるプレチャージスイッチ部；前記プレチャージスイッチ部と前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部の接続ノードの間に接続される保護抵抗；及び制御信号を出力して前記第１リレー、前記第２リレー、前記第１スイッチ部、前記第２スイッチ部、及び前記プレチャージスイッチ部のオン／オフを制御する制御部；を含む。
【0030】
また、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部それぞれは、前記制御部から入力される制御信号に応じて、オン／オフされるスイッチ素子；及び前記スイッチ素子と並列接続されるダイオード；を含む。
【0031】
さらに、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部にそれぞれ含まれたダイオードは、順方向が互いに反対であってもよい。
【0032】
また、前記第１スイッチ部のダイオードは、前記バッテリの正端子側方向が順方向になるように設定され、前記第２スイッチ部のダイオードは、前記負荷側の正端子側方向が順方向になるように設定される。
【0033】
また、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部に含まれたスイッチ素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＦＥＴ（Field Effect Transistor）で具現され、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部に含まれたダイオードは、ＩＧＢＴ又はＦＥＴ内部に含まれた内部ダイオードで具現される。
【0034】
さらに、前記制御部は、前記バッテリから前記負荷側に電源を供給する場合に、前記第１リレーをオンし、前記プレチャージスイッチ部をオン（ＯＮ）し、前記バッテリから出力された電流が、前記プレチャージスイッチ部及び前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにしてプレチャージを行い、前記第２リレーの両端間に等電位が形成されれば、前記第２リレーをオンし、前記プレチャージスイッチ部をオフする。
【0035】
また、前記制御部は、前記バッテリから前記負荷側への電源供給を遮断する場合に、前記第１スイッチ部に含まれたスイッチ素子をオンし、前記バッテリから出力された電流が、前記第２リレー、及び前記第１スイッチ部のスイッチ素子と前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにした後、前記第２リレーをオフしてその後、前記第１スイッチ部に含まれたスイッチ素子をオフして電源供給を遮断する。
【0036】
さらに、前記制御部は、前記バッテリに充電電流を供給する場合に、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにして、前記第２リレー両端間に等電位を形成した後、前記第２リレーをオン（ＯＮ）し、前記第２リレーを介して充電電流が流れるようにした後、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、正規充電を行う。
【0037】
また、前記制御部は、充電電流供給を遮断する場合に、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにした後、前記第２リレーをオフ（ＯＦＦ）し、前記第２リレーを介して流れる充電電流を遮断した後、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、充電電流供給を遮断する。
【0038】
また、本発明の好ましい実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリは、前記バッテリの正端子と前記第２リレーの一端と間に設けられ、前記バッテリから出力される電流及び前記バッテリに流入される電流のうち少なくとも一つを測定して、前記制御部に出力する電流センサをさらに含み、前記制御部は、前記電流センサから入力された電流値に応じて、制御信号を出力する。
【0039】
さらに、本発明の好ましい実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリは、車両のメイン制御器又はＢＭＳ（Battery Management System）とＣＡＮ通信方式又はＬＩＮ通信方式により通信を行い、前記メイン制御器又はＢＭＳからパワーリレーアセンブリを作動開始（オン（ＯＮ））又は作動中断（オフ（ＯＦＦ））を指示する制御命令を受信して前記制御部に出力し、前記制御部から入力されるパワーリレーアセンブリの状態情報を前記メイン制御器又は前記ＢＭＳに伝送する通信部；をさらに含む。
【0040】
一方、前記課題を解決するための本発明の好ましい第２実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法は、バッテリの負端子と負荷側の負端子と間に接続された第１リレー、前記バッテリの正端子が接続された第１ノード及び負荷側の正端子が接続された第３ノードの間に接続された第２リレー、前記第１ノードと第２ノードと間に接続される第１スイッチ部、前記第２ノードと前記第３ノードと間に接続される第２スイッチ部、前記第１ノードと前記第２ノードと間に直列接続されたプレチャージスイッチ部及び保護抵抗を含み、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部は、スイッチ素子及びスイッチ素子と並列接続されるダイオードをそれぞれ含む電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法であって、前記バッテリから前記負荷側に電源を供給する場合に、前記第１リレーをオンするステップ；前記プレチャージスイッチ部をオン（ＯＮ）し、前記バッテリから出力された電流が、前記プレチャージスイッチ部及び前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにして、プレチャージを行うステップ；及び前記第２リレーの両端間に等電位が形成されれば、前記第２リレーをオンし、前記プレチャージスイッチ部をオフするステップ；を含む。
【0041】
また、本発明の好ましい実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法は、前記バッテリから前記負荷側への電源供給を遮断する場合に、前記第１スイッチ部に含まれたスイッチ素子をオンし、前記バッテリから出力された電流が、前記第２リレー、及び前記第１スイッチ部のスイッチ素子と前記第２スイッチ部のダイオードを介して負荷側に流れるようにするステップ；前記第２リレーをオフするステップ；及び前記第１スイッチ部に含まれたスイッチ素子をオフして電源供給を遮断するステップ；をさらに含む。
【0042】
さらに、本発明の好ましい実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法は、前記バッテリに充電電流を供給する場合に、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにして、前記第２リレー両端間に等電位を形成するステップ；前記第２リレーをオン（ＯＮ）し、前記第２リレーを介して充電電流が流れるようにするステップ；及び前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、正規充電を行うステップ；をさらに含む。
【0043】
また、本発明の好ましい実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ駆動方法は、充電電流供給を遮断する場合に、前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオン（ＯＮ）し、前記第２スイッチ部のスイッチ素子及び前記第１スイッチ部のダイオードを介して前記バッテリに充電電流が流れるようにするステップ；前記第２リレーをオフ（ＯＦＦ）し、前記第２リレーを介して流れる充電電流を遮断するステップ；及び前記第２スイッチ部のスイッチ素子をオフ（ＯＦＦ）することで、充電電流供給を遮断するステップをさらに含む。
【発明の効果】
【0044】
本発明の第１実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ及びその駆動方法は、互いに直列接続された第１スイッチ部及び第２スイッチ部を、リレースイッチと並列接続し、第１スイッチ部及び第２スイッチ部が内部に半導体スイッチ素子及びダイオードを含むようにすることで、バッテリから負荷側に電源を供給する場合だけでなく、バッテリに充電電流を供給して充電を行う場合にも、リレーの接点でスパーク及びアークを防止し、電源を供給又は遮断することができる。また、第１スイッチ部又は第２スイッチ部に含まれた半導体スイッチ素子の電流特性を利用して、プレチャージ作動中には、一定の電流以上が流れないように半導体スイッチ素子に印加される電圧を調節して電流を制限することで、別途の抵抗を設けることなく、急激な電流が流れることを防止することができる。
【0045】
本発明の第２実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ及びその駆動方法は、プレチャージスイッチ部と、互いに直列接続された第１スイッチ部及び第２スイッチ部をリレースイッチと並列接続し、第１スイッチ部及び第２スイッチ部が内部に半導体スイッチ素子及びダイオードを含むようにすることで、バッテリから負荷側に電源を供給する場合だけでなく、バッテリに充電電流を供給して充電を行う場合にも、リレーの接点でスパーク及びアークを防止し、電源を供給又は遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】従来技術によるスマートＰＲＡの一例を示す図である。
【図2】本発明の好ましい第１実施例による電気自動車用ＰＲＡの構成を示す図である。
【図3A】一般的なＩＧＢＴ及びＦＥＴの出力電流特性をそれぞれ示すグラフである。
【図3B】一般的なＩＧＢＴ及びＦＥＴの出力電流特性をそれぞれ示すグラフである。
【図4B】本発明の好ましい第１実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図4C】本発明の好ましい第１実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図4D】本発明の好ましい第１実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図4E】本発明の好ましい第１実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図5A】本発明の好ましい第１実施例によりバッテリに充電電流が供給される作動過程を説明する図である。
【図5B】本発明の好ましい第１実施例によりバッテリに充電電流が供給される作動過程を説明する図である。
【図5C】本発明の好ましい第１実施例によりバッテリに充電電流が供給される作動過程を説明する図である。
【図6】本発明の好ましい第１実施例の変形実施例による電気自動車用ＰＲＡの構成を示す図である。
【図7】本発明の好ましい第２実施例による電気自動車用ＰＲＡの構成を示す図である。
【図8A】本発明の好ましい第２実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図8B】本発明の好ましい第２実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図8C】本発明の好ましい第２実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図8D】本発明の好ましい第２実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図8E】本発明の好ましい第２実施例によりバッテリから負荷側に電源が供給される作動過程を説明する図である。
【図9A】本発明の好ましい第２実施例によりバッテリに充電電流が供給される作動過程を説明する図である。
【図9B】本発明の好ましい第２実施例によりバッテリに充電電流が供給される作動過程を説明する図である。
【図9C】本発明の好ましい第２実施例によりバッテリに充電電流が供給される作動過程を説明する図である。
【図10】本発明の好ましい第２実施例の変形実施例による電気自動車用ＰＲＡの構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0047】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【0048】
図２は、本発明の好ましい第１実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ（ＰＲＡ）の構成を示す図である。
【0049】
図２を参照すれば、本発明の好ましい第１実施例による電気自動車用ＰＲＡ（以下、「駆動装置」と称する）は、第１リレー２１０、第２リレー２２０、第１スイッチ部１１０、第２スイッチ部１２０、電圧制御モジュール１３０、電流センサ４００及び制御部３００を含んで構成される。
【0050】
以下、各構成要素の作動について説明する。
【0051】
第１リレー２１０は、バッテリ５００の－端子と負荷側６００－端子と間に接続され、制御部３００の制御信号に応じて、負荷側６００に電源供給時及びバッテリ５００充電時、最初にオン（ＯＮ）され、前記バッテリ５００の－端子と前記負荷側６００－端子を電気的に接続し、電源供給中断時及び充電中断時、最後にオフ（ＯＦＦ）され、前記バッテリ５００の－端子と前記負荷側６００－端子を電気的に断絶させる。
【0052】
第２リレー２２０は、バッテリ５００の＋端子と負荷側６００＋端子と間に接続され、制御部３００の制御信号に応じてオン（ＯＮ）され、負荷側６００に正規電源が供給されるようにし、負荷側６００に接続された充電装置（未図示）から充電電流がバッテリ５００側に供給されるようにする。
【0053】
第１スイッチ部１１０及び第２スイッチ部１２０は、互いに直列接続され、互いに直列接続された第１スイッチ部１１０及び第２スイッチ部１２０は、第２リレー２２０の両端に並列接続される。
【0054】
第１スイッチ部１１０の一端がバッテリ５００の正端子側の第２リレー２２０の一端に接続され、第１スイッチ部１１０の他端が第２スイッチ部１２０の一端と接続され、電圧制御モジュール１３０から入力される電圧制御信号に応じて、電流の流れを制御する。
【0055】
第１スイッチ部１１０は、電圧制御モジュール１３０から入力される電圧制御信号に応じて、オン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）されるスイッチ素子（以下、「第１スイッチ素子」と称する）１１１及びこれと並列接続されたダイオード１１３を含んで具現される。
【0056】
第１スイッチ素子１１１は、半導体スイッチ素子、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳ－ＦＥＴ（Field Effect Transistor）で具現され得る。半導体スイッチ素子１１１と並列接続されたダイオード１１３は、半導体スイッチ素子１１１のターンオンのときに流れる電流方向と反対方向が順方向になるように半導体スイッチ素子１１１と並列接続され、半導体スイッチ素子１１１と別途のダイオードが接続されていてもよく、半導体スイッチ素子１１１内部のダイオードで具現され得る。
【0057】
一方、第２スイッチ部１２０の一端が第１スイッチ部１１０の他端と接続され、他端が第２リレー２２０の負荷側６００一端と接続され、制御部３００の制御信号に応じて電流の流れを制御する。
【0058】
第２スイッチ部１２０は、制御部３００の制御信号に応じて、オン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）されるスイッチ素子（以下、「第２スイッチ素子」と称する）１２１及びこれと並列接続されたダイオード１２３で具現される。第２スイッチ素子１２１は、半導体スイッチ素子で具現されてもよく、半導体スイッチ素子と並列接続されたダイオード１２３は、半導体スイッチ素子１２１のターンオンのときに、流れる電流方向と反対方向が順方向になるように半導体スイッチ素子１２１と並列接続される。
【0059】
本発明の好ましい第１実施例において、スイッチ素子１２１は、ＩＧＢＴ又はＦＥＴで具現されてもよく、スイッチ素子１２１に並列接続されたダイオード１２３は、別途のダイオードで具現されてもよく、半導体スイッチ素子内部ダイオードで具現され得る。
【0060】
ここで、第１スイッチ部１１０及び第２スイッチ部１２０に含まれたダイオード１１３、１２３が内部ダイオードで具現される場合に、スイッチ素子１１１、１２１がＩＧＢＴのときには、エミッタとコレクタと間形成された内部ダイオードで具現され、スイッチ素子１１１、１２１がＦＥＴのときには、ソースとドレーン間に形成された内部ダイオードで具現され得る。
【0061】
このとき、第１スイッチ部１１０のダイオード１１３と第２スイッチ部１２０のダイオード１２３は、順方向が互いに反対に設定されるが、第１スイッチ部１１０のダイオード１１３は、第２スイッチ部１２０からバッテリ５００の正端子側が順方向になるように設けられ、第２スイッチ部１２０のダイオード１２３は、第１スイッチ部１１０から負荷側６００正端子側が順方向になるように設けられる。
【0062】
一方、電圧制御モジュール１３０は、制御部３００から入力される制御信号に応じて、第１スイッチ素子１１１をオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）し、第２リレー両端の等電位を形成し、第１スイッチ素子１１１を介して流れる電流量を制限する。
【0063】
具体的に、電圧制御モジュール１３０は、制御部３００からプレチャージのための第１スイッチ素子１１１ターンオン制御信号を受信すれば、第１スイッチ素子１１１の特性に従って事前に定義された大きさ以上の電圧が流れない範囲内で電流が流れるように、第１スイッチ素子１１１に電圧制御信号を出力する。
【0064】
仮に、第１スイッチ素子１１１が突然ターンオンとなれば、高電圧バッテリ５００から負荷側に大きな電流が一時出力されることがあり、このような大きな電流は、第１スイッチ素子１１１だけでなく、第２スイッチ素子１２１及び負荷側に破損を誘発することがある。従って、電流量を制限し、負荷側のキャパシタをゆっくり充電する必要がある。そのために、第１スイッチ素子１１１がＩＧＢＴで具現される場合には、活性領域で作動するように、ゲート－エミッタ間電圧ＶＧＥを調節し、第１スイッチ素子１１１がＦＥＴで具現される場合には、飽和領域で作動するように、ゲート－ソース間電圧ＶＧＳを調節する。
【0065】
【0066】
まず、図３Ａに示されるように、ＩＧＢＴの場合、ゲート－エミッタ間電圧ＶＧＥが臨界電圧ＶＴＨを越えると、電流が流れるようになり、このとき、コレクタ－エミッタ間電圧ＶＣＥが、ＶＧＥ－ＶＴＨよりも小さい間には、ＶＣＥが増加することにより、電流が線形的に増加するが、コレクタ－エミッタ間電圧ＶＣＥが、ＶＧＥ－ＶＴＨよりも大きくなれば、ＶＣＥが増加しても電流値は一定に維持される。本発明の好ましい第１実施例は、このような領域を活性領域と定義し、第１スイッチ素子１１１がＩＧＢＴである場合に、電圧制御モジュール１３０は、第１スイッチ素子１１１が活性領域で作動するように、ゲート電圧及びエミッタ電圧を出力する。特に、本発明の好ましい第１実施例は、第１スイッチ素子１１１を介して流れる電流が２０Ａ以下に維持されるように調節するが、図３Ａのグラフを本発明に適用すると、赤点線で示されるように、電圧制御モジュール１３０は、ＶＧＥ－ＶＴＨ電圧値が２Ｖ～４Ｖとなり、コレクタ－エミッタ間電圧値が４Ｖ～１０Ｖ程度になるように、ゲート電圧及びエミッタ電圧を出力する。
【0067】
同様に、図３Ｂに示されるように、ＭＯＳ－ＦＥＴの場合、ゲート－ソース間電圧ＶＧＳが臨界電圧ＶＴＨを越えると、電流が流れることになり、このとき、ドレーン－ソース間電圧ＶＤＳが、ＶＧＳ－ＶＴＨよりも小さい間には、ＶＤＳが増加することにより、電流が線形的に増加するが、ドレーン－ソース間電圧ＶＤＳが、ＶＧＳ－ＶＴＨよりも大きくなれば、ＶＤＳが増加しても電流値は一定に維持される。本発明の好ましい第１実施例は、このような領域を飽和領域と定義し、第１スイッチ素子１１１がＭＯＳ－ＦＥＴである場合に、電圧制御モジュール１３０は、第１スイッチ素子１１１が飽和領域で作動するよう、にゲート電圧及びソース電圧を出力する。特に、本発明の好ましい第１実施例は第１スイッチ素子１１１を介して流れる電流が、２０Ａ以下に維持されるように調節するが、図３Ｂのグラフを本発明に適用すると、赤点線で示されるように、電圧制御モジュール１３０は、ＶＧＳ－ＶＴＨ電圧値が２Ｖ～４Ｖとなり、ドレーン－ソース間電圧値が５Ｖ～１０Ｖ程度になるように、ゲート電圧及びソース電圧を出力する。
【0068】
電流センサ４００は、バッテリ５００の正端子側に設けられ、バッテリ５００から出力される電流又はバッテリ５００に入力される充電電流を測定して制御部３００に出力する。
【0069】
制御部３００は、電流センサ４００から電流値を受信して調査し、それに応じて、第１リレー２１０、第２リレー２２０、第１スイッチ素子１１１、及び第２スイッチ素子１２１のオン／オフを制御する制御信号を各構成要素に出力する。ただ、第１スイッチ素子１１１を制御するための制御信号は、電圧制御モジュールに出力されることは前述と同様である。
【0070】
一方、図２に示された本発明の好ましい第１実施例による電気自動車用ＰＲＡは、各構成要素間の接続点をノードとして定義し、下記のように簡略に表現することもできる。
【0071】
第１リレー２１０は、バッテリ５００の負端子と負荷側６００負端子と間に接続され、第２リレー２２０はバッテリ５００の正端子が接続された第１ノードＮ１及び負荷側６００正端子が接続された第２ノードＮ２の間に接続される。第１スイッチ部１１０は、第１ノードＮ１と第２スイッチ部１２０と間に接続され、第２スイッチ部１２０は、第１スイッチ部１１０と第２ノードＮ２の間に接続される。
【0072】
第１スイッチ素子１１１が、ＩＧＢＴ（ＮタイプのＦＥＴ）で具現された場合には、コレクタ（ドレーン）が第１ノードＮ１に接続され、エミッタ（ソース）が第２スイッチ素子１２１に接続される。同様に、第２スイッチ素子１２１が、ＩＧＢＴ（ＮタイプのＦＥＴ）で具現された場合には、コレクタ（ドレーン）が第２ノードＮ２に接続され、エミッタ（ソース）が第１スイッチ素子１１１に接続される。
【0073】
【0074】
図４Ａ～図４Ｅは、本発明の好ましい第１実施例によりバッテリ５００から負荷側６００に電源が供給される作動過程を説明する図である。以下では、図４Ａ～図４Ｅを参照して、本発明の好ましい第１実施例によりバッテリ５００から負荷側６００に電源が供給され、遮断される作動過程を説明する。
【0075】
まず、全てのスイッチ素子がオープンされた状態で、バッテリ５００から負荷側６００に電源供給を開始する場合に、制御部３００は、第１リレー２１０をオン（ＯＮ）する。そして、制御部３００は、電圧制御モジュール１３０で第１スイッチ素子１１１をオン（ＯＮ）するように制御信号を出力し、電圧制御モジュール１３０は、第１スイッチ素子１１１のゲート及びエミッタ（又はソース）にそれぞれ電圧を出力し、第１スイッチ素子をオン（ＯＮ）する。このとき、電圧制御モジュール１３０から第１スイッチ素子１１１に出力される電圧は、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明したように、第１スイッチ素子１１１を介して２０Ａ未満の電流が流れるように、第１スイッチ素子１１１によって適宜選定される。
【0076】
そうすれば、バッテリ５００から出力された電流が、第１スイッチ素子１１１及び第２スイッチ部１２０のダイオード１２３を介して負荷側６００に流れ、負荷側６００に含まれたキャパシタをプリチャージ（Pre-charge）させる（図４Ａ参照）。
【0077】
プレチャージ完了後、制御部３００は、第２リレー２２０をオン（ＯＮ）し、第１スイッチ素子１３１を介して流れていた電流よりも大きな電流が第２リレー２２０を介して流れるようになる（図４Ｂ参照）。プレチャージが完了すれば、第２リレー２２０両端間に等電位が形成されるので、第２リレー２２０をオン（ＯＮ）しても第２リレー２２０の接点でスパーク又はアークが生じなくなる。
【0078】
第２リレー２２０を介して電流が流れるようになれば、制御部３００は、第１スイッチ素子１１１をオフ（ＯＦＦ）するように電圧制御モジュール１３０に制御信号を出力し、電圧制御モジュール１３０は、第１スイッチ素子１１１をオフ（ＯＦＦ）する（図４Ｃ参照）。このとき、バッテリ５００から負荷側６００に正常な電流供給が行われる。
【0079】
その後、バッテリ５００から負荷側６００に電源供給を遮断する場合に、制御部３００は、電圧制御モジュール１３０に制御信号を出力し、電圧制御モジュール１３０は、図４Ａと同様に、制御信号を第１スイッチ素子１１１のゲート及びエミッタ（又はソース）に出力し、第１スイッチ素子１１１をオン（ＯＮ）し、バッテリ５００から第２リレー２２０を介して負荷側６００に供給されていた電流の一部は、第１スイッチ素子１１１及び第２スイッチ部１２０のダイオード１２３を介して負荷側６００に流れるようになる（図４Ｄ参照）。
【0080】
制御部３００は、次のスッテプに、第２リレー２２０をオフ（ＯＦＦ）し、バッテリ５００から負荷側６００に流れていた電流は、第１スイッチ素子１１１のみを介して流れるようになる（図４Ｅ参照）。第２リレー２２０と第１スイッチ素子１１１を介して電流が共に流れる状態で、第２リレー２２０の両端は等電位を形成しているので、第２リレー２２０がオフ（ＯＦＦ）される場合にも、第２リレー２２０の接点にはスパークやアークが発生しない。
【0081】
図５Ａ～図５Ｃは、本発明の好ましい第１実施例によりバッテリ５００に充電電流が供給される作動過程を説明する図である。図５Ａ～図５Ｃを参照して、本発明の好ましい第１実施例によりバッテリ５００に充電電流が供給され、遮断される作動過程を説明する。
【0082】
まず、全てのスイッチ素子がオープンされた状態で、バッテリ５００側に充電電流供給を開始する場合に、制御部３００は、第１リレー２１０をオン（ＯＮ）し、第２スイッチ素子１２１をオン（ＯＮ）する。そうすると、充電電流が第２スイッチ素子１２１と第１スイッチ部１１０のダイオード１１３を介してバッテリ５００側に流れ（電流１参照）、その後、第２リレー２２０をオン（ＯＮ）すると、第２スイッチ素子１２１を介して流れていた充電電流の一部が、第２リレー２２０を介してバッテリ５００側に流れるようになり（電流２参照）、制御部３００が第２スイッチ素子１２１をオフ（ＯＦＦ）することで、充電電流は第２リレー２２０を介してのみ流れるようになり、正規充電過程が行われる。（図５Ａ参照）
【0083】
充電電流を遮断して充電を終了する過程において、制御部３００は、第２スイッチ素子１２１をオン（ＯＮ）し、そうすると、第２リレー２２０を介してバッテリ５００に供給されていた充電電流の一部が、第２スイッチ素子１２１及び第１スイッチ部１１０のダイオード１１３を介してバッテリ５００に流れるようになる（図５Ｂ参照）。
【0084】
その後、制御部３００は、第２リレー２２０をオフ（ＯＦＦ）し、バッテリ５００に流れていた電流は、その時点から第２スイッチ素子１２１を介してのみ流れるようになる（図５Ｃ参照）。第２リレー２２０と第２スイッチ素子１２１を介して電流が共に流れる状態で、第２リレー２２０の両端は等電位を形成しているので、第２リレー２２０がオフ（ＯＦＦ）される場合にも、第２リレー２２０の接点にはスパークやアークが生じなくなる。
【0085】
最後に、制御部３００が、第２スイッチ素子１２１をオフすると、バッテリ５００に流れていた充電電流は完全遮断され、バッテリ５００充電過程は終了する。
【0086】
図６は、本発明の好ましい第１実施例の変形実施例による電気自動車用ＰＲＡの構成を示す図である。
【0087】
前述した図２～図５Ｃに示された第１実施例による電気自動車用ＰＲＡの制御部３００は、車両のメイン制御器（未図示）又はＢＭＳ（Battery Management System）７００と通信をする方式については制限がないが、図６に示された変形実施例による電気自動車用ＰＲＡの制御部３００は、車両のメイン制御器（未図示）又はＢＭＳ（Battery Management System）と通信を行う方式としてＣＡＮ通信方式又はＬＩＮ通信方式を採択した。そのために、パワーリレーアセンブリ（ＰＲＡ）は、通信部７００をさらに含み、通信部７００を介して車両のメイン制御器又はＢＭＳとＣＡＮ通信又はＬＩＮ通信を行う。
【0088】
図６を参照すれば、本発明の変形実施例の通信部７００は、ＣＡＮ通信方式としてＢＭＳと通信を行い、ＰＲＡの制御部３００は、通信部７００を介してＢＭＳからＰＲＡの作動開始（ＰＲＡオン（ＯＮ））、維持、及び作動中断（ＰＲＡオフ（ＯＦＦ））を指示する制御命令を受信し、受信された制御命令に応じて、図２～図５Ｃを参照して説明したように、ＰＲＡを作動させる。
【0089】
また、制御部３００は、ＰＲＡのオン／維持／オフ作動を行う過程で、図２～図５Ｃを参照して説明した細部ステップが行われるたびに、それぞれの状態を示す状態情報を、通信部７００を介して状態情報としてＢＭＳに伝送するか、ＰＲＡのオン／維持／オフ作動が完了した後に、これを示す状態情報を、通信部７００を介して状態情報としてＢＭＳに伝送する。ＢＭＳは、状態情報を受信し、ＰＲＡの異常有無を確認し、これらに基づいてＰＲＡを制御する。
【0090】
さらに、制御部３００は、車両のメイン制御器（未図示）又はＢＭＳとワイヤで直接連結され、車両のメイン制御器又はＢＭＳと通信部７００と間に通信エラーが発生した場合に、ＰＷＭ信号を利用して制御命令及び状態情報を相互送受信することによって、フェイルセーフ機能を提供する。
【0091】
このとき、車両のメイン制御器又はＢＭＳから通信部７００に伝送される制御命令は、ＰＷＭ信号のデューティ比を調節することによって識別が可能となる。例えば、ＰＲＡオン（ＯＮ）命令は、デューティ比が８０％であるＰＷＭ信号を、ＰＲＡオフ（ＯＦＦ）命令は、デューティ比が３０％であるＰＷＭ信号を伝送し、制御部３００へ制御命令を伝送し、制御部３００は受信されたＰＷＭ信号のデューティ比を確認し、ＰＲＡオン／オフ／維持命令などを識別することができる。同様に、制御部３００もＰＷＭ信号のデューティ比を調節することによって、互いに異なる状態情報をＰＷＭ信号として伝送することができる。
【0092】
以上では、本発明の第１実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ及びその駆動方法について説明した。以下では、図７～図１０を参照して、本発明の第２実施例による電気自動車用パワーリレーアセンブリ及びその駆動方法について説明する。
【0093】
図７は、本発明の好ましい第２実施例による電気自動車用ＰＲＡの構成を示す図である。
【0094】
図７を参照すれば、本発明の好ましい第２実施例による電気自動車用ＰＲＡ（以下、「駆動装置」と称する）は、第１リレー１２１０、第２リレー１２２０、第１スイッチ部１１１０、第２スイッチ部１１２０、プレチャージスイッチ部１１３０、電流センサ１４００、保護抵抗１１４０及び制御部１３００を含んで構成される。以下、各構成要素の動作について説明する。
【0095】
第１リレー１２１０は、バッテリ１５００の－端子と負荷側１６００－端子と間に接続され、制御部１３００の制御信号に応じて、負荷側１６００に電源供給時及びバッテリ１５００充電時、最初に、オン（ＯＮ）され、前記バッテリ１５００の－端子と前記負荷側１６００－端子を電気的に接続し、電源供給中断時及び充電中断時、最後にオフ（ＯＦＦ）さえ、前記バッテリ１５００の－端子と前記負荷側１６００－端子とを電気的に断絶させる。
【0096】
第２リレー１２２０は、バッテリ１５００の＋端子と負荷側１６００＋端子と間に接続され、制御部１３００の制御信号に応じて、オン（ＯＮ）となり、負荷側１６００に正規電源が供給されるようにし、負荷側１６００に接続された充電装置（未図示）から充電電流がバッテリ１５００側に供給されるようにする。
【0097】
第１スイッチ部１１１０及び第２スイッチ部１１２０は、互いに直列接続され、互いに直列接続された第１スイッチ部１１１０及び第２スイッチ部１１２０は、第２リレー１２２０の両端に並列接続される。
【0098】
第１スイッチ部１１１０の一端が、バッテリ１５００の正端子側の第２リレー１２２０の一端に接続され、第１スイッチ部１１１０の他端が、第２スイッチ部１１２０の一端と接続され、制御部１３００の制御信号に応じて電流の流れを制御する。
【0099】
第２スイッチ部１１２０の一端が第１スイッチ部１１１０の他端と接続され、他端が第２リレー１２２０の負荷側１６００一端と接続され、制御部１３００の制御信号に応じて電流の流れを制御する。
【0100】
第１スイッチ部１１１０及び第２スイッチ部１１２０は、それぞれ制御部１３００の制御信号に応じて、オン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）されるスイッチ素子１１１１、１１２１及びこれと並列接続されたダイオード１１１３、１１２３で具現される。スイッチ素子１１１１、１１２１は、半導体スイッチ素子で具現されてもよく、半導体スイッチ素子と並列接続されたダイオード１１１３、１１２３は、半導体スイッチ素子１１１１、１１２１のターンオンのとき、流れる電流方向と反対方向が順方向になるように半導体スイッチ素子１１１１、１１２１と並列接続される。
【0101】
具体的に、本発明の好ましい第２実施例において、スイッチ素子１１１１、１１２１はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＦＥＴ（Field Effect Transistor）で具現されてもよく、スイッチ素子１１１１、１１２１に並列接続されたダイオード１１１３、１１２３は、別途のダイオードで具現されてもよく、半導体スイッチ素子内部ダイオードで具現され得る。
【0102】
第１スイッチ部１１１０及び第２スイッチ部１１２０に含まれたダイオード１１１３、１１２３が内部ダイオードで具現される場合に、スイッチ素子１１１１、１１２１がＩＧＢＴである場合には、エミッタとコレクタと間に形成された内部ダイオードで具現され、スイッチ素子１１１１、１１２１がＦＥＴである場合には、ソースとドレーンと間に形成された内部ダイオードで具現され得る。
【0103】
このとき、第１スイッチ部１１１０のダイオード１１１３と第２スイッチ部１１２０のダイオード１１２３は、順方向が互いに反対に設定されるが、第１スイッチ部１１１０のダイオード１１１３は、第２スイッチ部１１２０からバッテリ１５００の正端子側が順方向になるように設けられ、第２スイッチ部１１２０のダイオード１１２３は、第１スイッチ部１１１０から負荷側１６００正端子側が順方向になるように設けられる。
【0104】
プレチャージスイッチ部１１３０は、一端がバッテリ１５００の正端子側の第２リレー１２２０の一端に接続され、他端が保護抵抗１１４０と接続される。即ち、プレチャージスイッチ部１１３０の一端が第１ノードＮ１に接続され、第１ノードＮ１には、第２リレー１２２０、第１スイッチ部１１１０及びプレチャージスイッチ部１１３０が接続される。また、プレチャージスイッチ部１１３０も第１スイッチ部１１１０及び第２スイッチ部１１２０と同様に制御部１３００の制御信号に応じて、オン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）される半導体スイッチ素子（以下、「プレチャージスイッチ素子」と称する）１１３１及びこれと並列接続されたダイオード１１３３で構成され、プレチャージスイッチ素子１１３１は、ＩＧＢＴ又はＦＥＴで具現される。また、ダイオード１１３３も別途のダイオードで具現されてもよく、プレチャージスイッチ素子１１３１内部のダイオードで具現され得る。また、プレチャージスイッチ部１１３０のダイオード１１３３の順方向は、第２スイッチ部１１２０のダイオード１１２３の順方向と互いに反対に設定される。
【0105】
保護抵抗１１４０は、プレチャージスイッチ部１１３０と、第１スイッチ部１１１０及び第２スイッチ部１１２０の接続ノードＮ２の間に接続され、プレチャージスイッチ部１１３０を通して急激な電流が流れることを防止する。
【0106】
電流センサ１４００は、バッテリ１５００の正端子側に設けられ、バッテリ１５００から出力される電流又はバッテリ１５００に入力される充電電流を測定し、制御部１３００に出力する。
【0107】
制御部１３００は、電流センサ１４００から電流値を受信して調査し、それに応じて、第１リレー１２１０、第２リレー１２２０、第１スイッチ部１１１０のスイッチ素子（以下、「第１スイッチ素子」と称する）１１１１、第２スイッチ部１１２０のスイッチ素子（以下、「第２スイッチ素子」と称する）１１２１及びプレチャージスイッチ素子１１３１のオン／オフを制御する制御信号を各構成要素に出力する。
【0108】
一方、図７に示された本発明の好ましい第２実施例による電気自動車用ＰＲＡは、各構成要素間の連結点をノードとして定義し、下記のように簡略に表現することもできる。
【0109】
第１リレー１２１０は、バッテリ１５００の負端子と負荷側１６００負端子と間に接続され、第２リレー１２２０は、バッテリ１５００の正端子が接続された第１ノードＮ１及び負荷側１６００正端子が接続された第３ノードＮ３の間に接続される。
【0110】
第１スイッチ部１１１０は、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２と間に接続され、第２スイッチ部１１２０は、第２ノードＮ２と第３ノードＮ３と間に接続される。プレチャージスイッチ部１１３０及び保護抵抗１１４０は、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２と間に互いに直列接続される。
【0111】
また、プレチャージスイッチ素子１１３１及び第１スイッチ素子１１１１がＩＧＢＴＮタイプＦＥＴ）で具現された場合には、前記スイッチ素子１１３１、１１１１のコレクタ（ドレーン）が第１ノードＮ１に接続され、エミッタ（ソース）が第２ノードＮ２に接続される。同様に、第２スイッチ素子１１２１がＩＧＢＴ（ＮタイプのＦＥＴ）で具現された場合には、コレクタ（ドレーン）が第３ノードＮ３に接続され、エミッタ（ソース）が第２ノードＮ２に接続される。
【0112】
【0113】
図８Ａ～図８Ｅは、本発明の好ましい第２実施例によりバッテリ１５００から負荷側１６００に電源が供給される動作過程を説明する図である。以下では、図８Ａ～図８Ｅを参照して、本発明の好ましい第２実施例によりバッテリ１５００から負荷側１６００に電源が供給され、遮断される動作過程を説明する。
【0114】
まず、全てのスイッチ素子がオープンされた状態で、バッテリ１５００から負荷側１６００に電源供給を開始する場合に、制御部１３００は、第１リレー１２１０をオン（ＯＮ）する。そして、プレチャージスイッチ素子１１３１をオン（ＯＮ）する。そうすると、バッテリ１５００から出力された電流が、プレチャージスイッチ素子１１３１、保護抵抗１１４０及び第２スイッチ部１１２０のダイオード１１２３を介して負荷側１６００に流れ、負荷側１６００に含まれたキャパシタをプリチャージ（Pre-charge）する。（図８Ａ参照）
【0115】
プレチャージ完了後、制御部１３００は、第２リレー１２２０をオン（ＯＮ）し、プレチャージスイッチ素子１１３１を介して流れていた電流の大部分は、第２リレー１２２０を介して流れるようになる。（図８Ｂ参照）プレチャージが完了すれば、第２リレー１２２０の両端間に等電位が形成されるので、第２リレー１２２０をオン（ＯＮ）しても、第２リレー１２２０の接点でスパーク又はアークが生じなくなる。
【0116】
第２リレー１２２０を介して電流が流れるようになれば、制御部１３００は、プレチャージスイッチ素子１１３１をオフ（ＯＦＦ）させる（図８Ｃ参照）。この場合、バッテリ１５００から負荷側１６００に正常な電流供給が行われる。
【0117】
その後、バッテリ１５００から負荷側１６００への電源供給を遮断する場合に、制御部１３００は、第１スイッチ素子１１１１をオン（ＯＮし、バッテリ１５００から第２リレー１２２０を介して負荷側１６００に供給されていた電流の一部は、第１スイッチ素子１１１１及び第２スイッチ部１１２０のダイオード１１２３を介して負荷側１６００に流れるようになる。（図８Ｄ参照）
【0118】
制御部１３００は、次のステップで、第２リレー１２２０をオフ（ＯＦＦ）し、バッテリ１５００から負荷側１６００に流れていた電流は、その時点から第１スイッチ素子１１１１を介してのみ流れるようになる（図８Ｅ参照）。第２リレー１２２０と第１スイッチ素子１１１１を介して電流が共に流れる状態で、第２リレー１２２０の両端は等電位を形成しているので、第２リレー１２２０がオフ（ＯＦＦ）された場合にも、第２リレー１２２０の接点にはスパークやアークが生じなくなる。
【0119】
図９Ａ～図９Ｃは、本発明の好ましい第２実施例によりバッテリ１５００に充電電流が供給される動作過程を説明する図である。図９Ａ～図９Ｃを参照して、本発明の好ましい第２実施例によりバッテリ１５００に充電電流が供給され、遮断される動作過程を説明する。
【0120】
まず、全てのスイッチ素子がオープンされた状態で、バッテリ１５００側に充電電流供給を開始する場合に、制御部１３００は、第１リレー１２１０をオン（ＯＮ）し、第２スイッチ素子１１２１をオン（ＯＮ）する。そうすると、充電電流が第２スイッチ素子１１２１と第１スイッチ部１１１０のダイオード１１１３を介してバッテリ１５００側に流れ（電流１参照）、その後、第２リレー１２２０をオン（ＯＮ）すると、第２スイッチ素子１１２１を介して流れていた充電電流の一部が、第２リレー１２２０を介してバッテリ１５００側に流れるようになり（電流２参照）、制御部１３００が第２スイッチ素子１１２１をオフ（ＯＦＦ）することで、充電電流は、第２リレー１２２０を介してのみ流れるようになり、正規充電過程が行われる。（図９Ａ参照）
【0121】
充電電流を遮断し、充電を終了する過程で、制御部１３００は第、２スイッチ素子１１２１をオン（ＯＮ）する。そうすると、第２リレー１２２０を介してバッテリ１５００に供給されていた充電電流の一部が、第２スイッチ素子１１２１及び第１スイッチ部１１１０のダイオード１１１３を介してバッテリ１５００に流れるようになる（図９Ｂ参照）。
【0122】
その後、制御部１３００は、第２リレー１２２０をオフ（ＯＦＦ）し、バッテリ１５００に流れていた電流は、その時点から第２スイッチ素子１１２１を介してのみ流れるようになる（図９Ｃ参照）。第２リレー１２２０と第２スイッチ素子１１２１を介して電流が共に流れる状態で、第２リレー１２２０の両端は等電位を形成しているので、第２リレー１２２０がオフ（ＯＦＦ）された場合にも、第２リレー１２２０の接点にはスパークやアークが生じなくなる。
【0123】
最後に、制御部１３００が第２スイッチ素子１１２１をオフすれば、バッテリ１５００に流れていた充電電流は完全遮断され、バッテリ１５００充電過程は終了する。
【0124】
図１０は、本発明の好ましい第２実施例の変形実施例による電気自動車用ＰＲＡの構成を示す図である。
【0125】
前述した図７～図９Ｃに示された第２実施例による電気自動車用ＰＲＡの制御部１３００は、車両のメイン制御器（未図示）又はＢＭＳ（Battery Management System）１７００と通信をする方式について制限がないが、図１０に示された変形実施例による電気自動車用ＰＲＡの制御部１３００は、車両のメイン制御器（未図示）又はＢＭＳと通信を行う方式としてＣＡＮ通信方式又はＬＩＮ通信方式を採択した。そのために、第２実施例の変形実施例によるパワーリレーアセンブリ（ＰＲＡ）は、通信部１７００をさらに含み、通信部１７００を介して車両のメイン制御器又はＢＭＳとＣＡＮ通信又はＬＩＮ通信を行う。
【0126】
制御部１３００は、通信部１７００を介して車両のメイン制御部（未図示）又はＢＭＳからＰＲＡのオン（ＯＮ）／維持／オフ（ＯＦＦ）命令を受信し、前述した図７～図９Ｃを参照して説明したように、ＰＲＡを作動させ、各ステップの状態情報を車両のメイン制御部（未図示）又はＢＭＳに伝送する。
【0127】
また、制御部１３００とＢＭＳ（又は車両のメイン制御部）は、ワイヤを介して直接連結され、通信部１７００とＢＭＳ（又は車両のメイン制御部）と間の通信エラーが発生すれば、制御部１３００とＢＭＳ（又は車両のメイン制御部）は、ワイヤを介してＰＷＭ信号を相互送受信することによって、制御命令と状態情報を相互交換する。
【0128】
【0129】
以上で、本発明についてその好ましい実施例を中心に説明した。本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で変形された形態で具現される可能性があることを理解することができる。従って、開示された実施例は、限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮するべきである。本発明の範囲は、前述した説明ではなく特許請求範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、本発明に含まれるものとして解釈しなければならない。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】