KR100946635B1 - 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치 - Google Patents

다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광과 상용전원을 이용한 배터리팩 장치에 있어서, 태양광전지판(100), 32채널 4단자 충전장치(200), 모니터링부(300), 32채널 배터리 전원 공급모듈(400)로 구성됨으로서, 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기 및 상용전원을 다채널 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리에 충전시킬 경우에 다채널 4단자망 방식으로 빠르게 충전시킬 수 있고, 다채널 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리가 각각 독립적으로 착탈식구조를 이루며 부착되고, 4개의 충전배터리마다 4개의 충전배터리를 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 4단자망 컨트롤보드부가 하나씩 삽입되어, 충전배터리의 교체를 손쉽게 할 수 있고, RS233로 연결된 모니터링부를 통해 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리 상태를 실시간으로 체크할 수가 있어, 다채널 배터리 전원장치의 충전율을 효율적으로 향상시킬 수 있는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
태양광전지판, 다채널 4단자 충전장치, 다채널 4단자 배터리, 모니터링부

Description

다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치{THE APPARATUS OF BATTERY PACK TO HAVE A FOUR TERMINAL NETWORK CHARGING MOUDLE OF MULTI CHANNEL AND POWER SUPPLY MOUDLE OF MULTI CHANNEL}
본 발명은 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기를 충전배터리에 충전시킬 경우에 다채널 배터리 전원 입력단자(DC잭)의 전압을 읽어들여 4단자 망에 의한 검출 및 연산처리한 후, 빠르게 충전시킬 수 있는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치에 관한 것이다.
환경 문제대책의 일환으로서, 엔진 및 모터의 적어도 어느 한쪽으로부터의 구동력에 의해 주행하는 하이브리드자동차이 주목받고 있다.
이와 같은 하이브리드자동차에서는, 모터에 전력을 공급하는 고전압의 주행용 배터리가 탑재되어 있다.
이 주행용 배터리에 축적된 전력은, 엔진 시동에도 이용된다.
구체적으로는, 예를 들면 엔진에 연결된 모터 제너레이터에 전력을 공급하고, 모터 제너레이터를 모터로서 구동시켜 엔진을 시동시킨다.
하이브리드자동차에는 또한, 주행제어나 차량 탑재의 보조기기류에 전력을 공급하기 위한 저전압의 보조기기 배터리가 탑재되어 있다.
하이브리드자동차에서의 보조기기 배터리는, 엔진만에 의하여 주행하는 시스템과 비교하면, 보조기기용 전원으로서 뿐만 아니라, 주행용 배터리를 포함하는 고전압계의 제어용 전원으로서도 기능하는 등, 그 부하의 증대에 따라 중요성이 한층 더 커지고 있다.
그래서, 종래의 하이브리드자동차에서는, 고전압계의 전기 에너지를 저전압으로 변환하여 보조기기 배터리의 충전을 행하는 컨버터회로를 탑재하여, 보조기기 배터리에 대한 전기 에너지 보급에 배려하고 있다(예를 들면 일본국 특개2003-70103호 공보, 특개2003-l89401호 공보 및 특개2001-320807호 공보 참조).
하지만, 하이브리드자동차의 보조기기 배터리에 태양에너지를 통해 생성된 전기 및 상용전원을 충전시킬 경우에, 급속충전이 어려워 충전시간이 오래 걸리고, 이로 인해 전력누수가 많이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 가정에서 하이브리드자동차를 충전시킬 경우에는 보조기기 배터리에 연결된 전선을 가정으로 인가시켜, 6시간~12시간동안 일일이 충전시켜야 하는 불편함이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기 및 상용전원을 다채널 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리에 충전시킬 경우에 다채널 4단자망 방식으로 빠르게 충전시킬 수 있고, 다채널 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리가 각각 독립적으로 착탈식구조를 이루며 부착되고, 4개의 충전배터리마다 4개의 충전배터리를 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 4단자망 컨트롤보드가 하나씩 삽입되어, 충전배터리의 교체를 손쉽게 할 수 있고, RS233로 연결된 모니터링부를 통해 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리 상태를 실시간으로 체크할 수가 있어, 다채널 배터리 전원장치의 충전율을 효율적으로 향상시킬 수 있는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치는,
태양전지판에서 생성된 전기 및 상용전원(18V~60V)을 이용한 배터리팩 장치(100)에 있어서,
상기 배터리팩 장치(100)는
직사각형상의 박스형상의 본체(110)와,
본체 내부에 형성되고, 32채널 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리 (+)(-)연결잭에 연결되어, 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 읽어들여 4단자 망에 의한 검출 및 연산처리한 후, 32채널 배터리 전원 공급모듈를 32채널 4단자망 방식으로 충전시키는 32채널 4단자 충전장치(120)과,
32개의 충전배터리 셀 구조로 이루어지고, 각 충전배터리의 (+)연결잭에 32채널 4단자 충전장치(120)의 입력전압 검출단자와 입력전류 검출단자가 연결되고, 각 충전배터리의 (-)연결잭에 32채널 4단자 충전장치(120)의 출력전압 검출단자와 출력전류 검출단자가 연결되어, 32채널 4단자 충전장치(120)을 통해 32채널 4단자망 방식으로 급속충전되는 32채널 배터리 전원 공급모듈(130)로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명드린 바와 같이, 본 발명에서는 4단자망을 통해 전원공급을 일정하게 하여 정확한 전압과 전류 공급이 되도록 제어할 수 있고, 다채널 배터리 전원 장치에 동시에 충전시킬 수 있으며, 다채널 4단자 배터리의 출력전압 및 소비전류를 실시간으로 모니터링할 수 있어, 다채널 배터리 전원 장치의 충전율을 효율적으로 기존에 비해 다채널 수만큼 향상시키는 좋은 효과가 있다.
본 발명에 따른 다채널 4단자망 충전장치과 다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치는 4개의 충전배터리마다 4개의 충전배터리를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 4단자망 컨트롤보드가 하나씩 삽입되어, 언제 어디서든 충전배터리를 손쉽게 교체할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 복수개의 4단자망 컨트롤보드를 ID로 설정하여, 모니터링부를 통해 32개로 이루어진 충전배터리의 위치 및 교체 시기를 자동차 내부 또는 원격통신으로 원격지에서 관리할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 충전배터리 입력단자에 충전시킬 때, 하나씩 입력될 경우에는 시간이 많이 걸리기 때문에, 제1충전배터리에서 다 수 충전배터리까지 다채널 4단자 충전장치을 통해, 다 수개의 배터리를 동시에 충전시킬 수 있고, 포트확장을 통해 16개, 32개, 64개, 128개까지 동시에 충전시킬 수 있는 다채널 4단자망 충전장치과 다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치를 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 설명되는 다채널 배터리 전원 공급모듈은 자동차의 하이브리드 장치에 응용시켜, 다채널로 전원을 급속충전시킬 수가 있다.
본 발명에서는 충전배터리부가 제1충전배터리, 제2충전배터리, 제3충전배터리, 제4충전배터리, 제5충전배터리, 제6충전배터리, 제7충전배터리, 제8충전배터리, 제9충전배터리, 제10충전배터리, 제11충전배터리, 제12충전배터리, 제13충전배터리, 제14충전배터리, 제15충전배터리, 제16충전배터리, 제17충전배터리, 제18충전배터리, 제19충전배터리, 제20충전배터리, 제21충전배터리, 제22충전배터리, 제23충전배터리, 제24충전배터리, 제25충전배터리, 제26충전배터리, 제27충전배터리, 제28충전배터리, 제29충전배터리, 제30충전배터리, 제31충전배터리, 제32충전배터리로 이루어진 32채널 배터리 전원공급모듈과, 32채널 배터리 전원공급모듈을 충전시키는 32채널 4단자 충전장치로 이루어진 배터리 팩 장치(100)가 구성된다.
그리고, 포트축소 및 확장을 통해 16채널 4단자망 충전장치과 16채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치, 또는 8채널 4단자망 충전장치과 8채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치를 구성할 수가 있다.
그리고, 본 발명에서 설명되는 첫번째 충전배터리는 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "00"에 해당하는 첫번째 충전배터리인 제1충전배터리(131-1), 제5충전배터리(131-5), 제9배터리(131-9), 제13배터리(131-13).....를 말한다.
이와 마찬가지로, 두번째 충전배터리는 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "01"에 해당하는 두번째 충전배터리인 제2충전배터리(131-2), 제6충전 배터리(131-6), 제10배터리(131-10), 제14배터리(131-14).....를 말한다.
또한, 세번째 충전배터리는 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "10"에 해당하는 세번째 충전배터리인 제3충전배터리(131-3), 제7충전배터리(131-7), 제11배터리(131-11), 제15배터리(131-15).....를 말한다.
네번째 충전배터리는 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "11"에 해당하는 네번째 충전배터리인 제4충전배터리(131-4), 제8충전배터리(131-8), 제12배터리(131-12), 제16배터리(131-16).....를 말한다.
본 발명에서는 주로, 32채널 4단자망 충전장치과 32채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리팩 장치에 관해 설명한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 32채널 4단자망 충전장치과 32채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리팩 장치(100)가 모니터링부(200)와 태양전지판(300)이 연결되어 구성된 것을 도시한 사시도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 32채널 4단자망 충전장치과 32채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리팩 장치(100)는 도 6에서 도시한 바와 같이, 직사각의 박스형상을 갖는 본체(110)로 이루어지고, 본체의 측면 일측에 하이브리드자동차의 모터 및 발전기와 연결되는 외부기기연결용 접속단자(111)가 구성되고, 본체의 또 다른 측면 일측에 태양전지판에서 생성된 전기 및 상용전원(18V~60V)이 본체 내부로 유입되도록 전원공급용 접속단자(112)가 구성된다.
그리고, 본체의 또 따른 측면 일측에 모니터링 기능을 갖는 노트북 및 데스트 탑 컴퓨터와 연결되도록 RS 232 케이블 포트 및 USB 포트(113)가 구성된다.
또한, 본체 내부 바닥면에는 32채널 4단자 충전장치(120)의 구성요소 중 전력변환부(Power Control)(121), 마이컴부(122)가 제1PCB 기판(120a)으로 이루어져 구성된다.
그리고, 제1PCB 기판(120a)의 후단면이 위를 향하면서 수평으로 반듯하게 위치되도록 제1PCB 기판의 양 끝단이 본체 내부 접촉면과 서로 볼트체결되어 설치된다.
본 발명에 따른 제1PCB 기판(120a)의 후단면에는 도 7에서 도시한 바와같이, 충전배터리부 접속용 컨넥터(131-1a)와 4단자망 컨트롤보드 접속용 컨넥터(136)가 복수개로 형성된다.
특히, 4개의 충전배터리부마다 4개의 충전배터리를 4단자망 컨트롤보드(123)에서 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류를 검출하도록 하기 위해, 4개의 충전배터리부 접속용 컨넥터(131-1a)마다 하나의 4단자망 컨트롤보드 접속용 컨넥터(136)가 구성된다.
상기 제1PCB 기판에 형성된 충전배터리부 접속용 컨넥터에 32채널 배터리 전원 공급모듈의 구성요소인 충전배터리부가 탈부착식으로 접속되어 결합된다.
상기 충전배터리부는 도 8에서 도시한 바와 같이, 슬림한 사각 박스 형상으로 이루어지며, 바닥면에 4핀형 충전배터리부 접속용 컨넥터에 탈부착식으로 설치되도록 4핀형 접속핀이 돌출되어 형성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 배터리팩 장치(100)의 구성요소 중 32채널 4단자 충전장치(120)에 관해 구체적으로 설명한다.
상기 32채널 4단자 충전장치(120)은 직사각의 박스형상을 갖는 본체(110) 내부에 형성되고, 32채널 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리 (+)(-)연결잭에 연결되어, 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 읽어들여 4단자 망에 의한 검출 및 연산처리한 후, 32채널 배터리 전원 공급모듈을 32채널 4단자망 방식으로 충전시키는 곳으로, 이는 도 3에서 도시한 바와 같이, 전력변환부(Power Control)(121), 마이컴부(122), 4단자망 컨트롤보드부(123)로 구성된다.
여기서, 전력변환부(Power Control)(121), 마이컴부(122)는 하나의 제1 PCB 기판으로 이루어져 본체의 바닥면에 설치된다.
그리고, 4단자망 컨트롤보드부(123)는 핀삽입형 PCB 기판으로 이루어지며, 일측면에 50핀형 접속핀이 형성되어, 32채널 4단자 충전장치(120)의 4단자망 컨트롤보드 접속용 컨넥터에 꽂아져 탈부착식으로 설치된다.
상기 전력변환부(Power Control)(121)는 태양광전지판에서 발생된 전기 및 상용전원(18V~60V)을 충전배터리부의 용량에 따라 다운시켜 공급되도록 전력을 변 환시키는 곳으로, 이는 도 15에서 도시한 바와 같이, DC/DC컨버터부와, 버퍼부, 제1D/A 컨버터부, 증폭부, DAR 트랜지스터로 구성된다.
상기 DC/DC컨버터부는 스텝-다운 컨버터 기능을 갖는 것으로, 본 발명에서는 태양광전지판에서 발생된 전기(SOL_POWER) 및 상용전원(16V~50V)이 충전배터리부의 용량보다 1V 정도 높게 다운시켜 전력 변환이 되도록 구성된다.
즉, 저항 R135, R136, R137을 통해 충전배터리부의 용량보다 1V 정도 높게 프로그램 설정하여, DC/DC컨버터부의 INV 단자에 인가시키고, 태양광전지판에서 발생된 전기 및 상용전원(18V~50V)을 저항 R121, R122, R124를 통해 전압분배하여 DC/DC컨버터부의 V+단자와 전류피크센스 단자(SI)에 인가시키면, DC/DC컨버터의 비교인버팅입력단자(INV)에 입력된 전압과 내부 레퍼런스 전압(1.25V)을 비교기를 통해 비교 연산한 후, 레퍼런스 전압 이상의 경우에는 드라이브 컬렉터 단자(CD)가 구동되어 센싱 저항 R130을 통해 트랜지스터 Q3를 턴온시킨다.
트랜지스터 Q3가 턴온되며, 트랜지스터 Q3의 컬렉터 단자에 있던 전압분배된 SOL_POWER 전압 및 상용전원(16V~50V)이 이미터 단자를 지나 다이오드 D68을 통해 평활되고, 인덕터 L4을 통해 출력하게 된다.
이때, 인덕터 L4를 통해 출력된 전압(POW1)은 5.2V가 출력되어 DAR 트랜지스터 Q5의 컬렉터 단자에 인가되어 대기 상태로 대기한다.
마이컴부에서 제1 배터리의 현재 충전전압 상태를 버퍼부로 8비트 디지털 신호로 보내면, 버퍼부에서 이를 제1 D/A 컨버터로 전송시키고, 제1 D/A 컨버터에서 현재 충전전압을 레퍼런스 전압(4.2V)과 비교 연산한 후, 레퍼런스 전압(4.2V)이하 일 경우에는 출력단자 IOUT와 연결된 증폭부의 (+)단자로 DAR 트랜지스터 Q5의 턴온 구동전류를 흘러 보낸다.
그리고, 증폭부에서는 제1 D/A 컨버터에서 출력된 DAR 트랜지스터 Q5의 턴온 구동전류를 증폭시켜 DAR 트랜지스터 Q5의 베이스 단자로 흘러보낸다.
이때, DAR 트랜지스터 Q5의 턴온 구동전류가 인가되면, DAR 트랜지스터 Q5의 컬렉터 단자에 있던 충전전압(5.2V)이 이미터 단자를 지나 제1충전배터리에 충전된다.
이와 동일한 방식으로, 도 15에서 도시한 바와 같이, 제2충전배터리, 제3충전배터리, 제4충전배터리, 제5충전배터리, 제6충전배터리, 제7충전배터리, 제8충전배터리, 제9충전배터리, 제10충전배터리, 제11충전배터리, 제12충전배터리, 제13충전배터리, 제14충전배터리, 제15충전배터리, 제16충전배터리, 제17충전배터리, 제18충전배터리, 제19충전배터리, 제20충전배터리, 제21충전배터리, 제22충전배터리, 제23충전배터리, 제24충전배터리, 제25충전배터리, 제26충전배터리, 제27충전배터리, 제28충전배터리, 제29충전배터리, 제30충전배터리, 제31충전배터리, 제32충전배터리에도 태양광전지판에서 발생된 전기(SOL_POWER) 및 상용전원(18V~50V)이 마이컴부의 제어신호에 따라 전력변환부를 통해 충전된다.
이처럼, DC/DC컨버터부에서 충전배터리부의 용량보다 1V 정도 높게 다운시켜 전력 변환한 후 DAR 트랜지스터의 컬렉터 단자에 대기상태로 대기시킨 후, 마이컴부에서 충전배터리부의 현재 충전전압을 레퍼런스 전압(4.2V)과 비교 연산하여, 레 퍼런스 전압(4.2V)이하일 경우에만 DAR 트랜지스터의 턴온 구동전류를 흘러 보내어 DAR 트랜지스터를 턴온시켜서 충전배터리를 충전시키도록 구성됨으로서, 충전배터리 충전시 발생되는 충전배터리가 뜨거워지는 현상을 효과적으로 방지할 수가 있다.
상기 마이컴부(122)는 전력변환부(Power Control)를 통해 변환된 전력을 공급받아 각 기기로 웨이크업 구동신호를 보내고, 4단자망 컨트롤 보드부를 통해 각 충전배터리부의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 읽어들여 4단자 망에 의한 검출 및 연산처리한 후, 32채널 배터리 전원공급모듈을 32채널 4단자망 방식으로 충전시키도록 설정된 타이밍에 기준설정치로 샘플링을 행하고, 32채널로 순차적으로 32채널 배터리 전원 공급모듈을 충전시키도록 제어하고, 모니터링부를 통해 화면상에 충전배터리부의 상태 및 32채널 배터리 전원 공급모듈의 상태를 표시하도록 제어하는 역할을 한다.
이는 89C52 8비트 마이크로컨트롤러로 구성된다.
본 발명에 따른 마이컴부는 도 9에서 도시한 바와 같이, 입출력 포트 P1.0단자~P1.7단자에 RS 232케이블을 통해 모니터링부가 연결되어, 충전배터리와 다채널 배터리와의 접속신호(POW_LED), 충전 배터리의 풀 충전 신호(FULL_CHARGE), 전력변화부를 통한 충전배터리의 충전 입력신호(CHARGE_LED), 충전 배터리의 방전 신호(DISCHARGE_LED), 충전 배터리의 과전압신호(OVER_VOLTAGE), 충전배터리의 과전류신호(OVER_CURRENT), 충전배터리의 과방전신호(OVER_DISCHARGE), 충전배터리의 테스트입력신호(TEST)를 모니터링부로 출력시키며, 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자를 8비트 디지털 신호 입력단자로 설정하고, 제1 A/D 컨버터부(123b), 제2 A/D 컨버터부(123c), 제3 A/D 컨버터부(123d), 제4 A/D 컨버터부(123e)가 연결되어, 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호가 입력되고, 입출력 포트 P2.0~2.5 단자에 보드 ID 설정부(123a)가 연결되어, 보드 ID 설정부(123a)를 통해 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5의 6비트 어드레스값에 따라 설정한 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부의 4개씩 짝을 이루는 충전배터리가 읽기명령신호(RD)단자 및 쓰기명령신호(WR) 단자에 의해 선택(Select)되도록 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 마이컴부에서 읽기명령신호(RD)단자를 인에이블(Enable)시키면, 도 11 내지 도 14에서 도시한 바와 같이, 보드 ID 설정부(123a)를 통해 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5의 6비트 어드레스값에 따라 설정한 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루는 충전배터리가 선택되고, 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자에 제1 A/D 컨버터부(123b), 제2 A/D 컨버터부(123c), 제3 A/D 컨버터부(123d), 제4 A/D 컨버터부(123e)의 D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7가 각각 연결되어, 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성하는 각 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호가 입력된다.
그리고, 마이컴부에서 쓰기명령신호(WR) 단자를 인에이블(Enable)시키면, 도 15에서 도시한 바와 같이, 보드 ID 설정부(123a)를 통해 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5의 6비트 어드레스값에 따라 설정한 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루는 충전배터리가 선택되고, 충전배터리가 충전이 되도록 전력변환부의 버 퍼부 입력단자에 충전시키고자 하는 충전배터리 선택신호와, 충전배터리의 현재 충전전압 상태를 8비트 디지털 신호로 출력시킨다.
또한, 마이컴부의 송신단자(TXD)와 수신단자(RXD)에 RS 232 케이블이 연결되어, 모니터링 기능을 갖는 노트북 및 외부 컴퓨터와 연결되도록 구성된다.
즉, 송신 단자(TXD)를 통해 모니터링 기능을 갖는 노트북 및 외부 컴퓨터로 충전배터리와 다채널 배터리와의 접속신호(POW_LED), 충전 배터리의 풀 충전 신호(FULL_CHARGE), 전력변화부를 통한 충전배터리의 충전 입력신호(CHARGE_LED), 충전 배터리의 방전 신호(DISCHARGE_LED), 충전 배터리의 과전압신호(OVER_VOLTAGE), 충전배터리의 과전류신호(OVER_CURRENT), 충전배터리의 과방전신호(OVER_DISCHARGE), 충전배터리의 테스트입력신호(TEST)를 송신시킨다.
그리고, 수신단자(RXD)를 통해 모니터링 기능을 갖는 노트북 및 외부 컴퓨터로부터 리튬이온전지(4.2V), 납축전지(13.8V)로 이루어진 충전배터리부의 베이스 전압을 셋팅하거나 또는, 포트확장을 통해 16개, 64개까지 동시에 충전시킬 수 있는 채널수를 변경시킨다.
상기 4단자망 컨트롤보드부(123)는 32채널 배터리 전원 공급모듈의 구성요소 중 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 사이에 착탈식 구조로 삽입되고, 각 충전배터리부의 각 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 충전배터리부의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 읽어들여 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 충전배터리부의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 역할을 하는 곳으로, 이는 4개의 충전배터리마다 4개의 충전배터리를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 4단자망 컨트롤보드부가 하나씩 삽입되어 구성된다.
본 발명에 따른 4단자망 컨트롤보드부(123)는 도 7에서 도시한 바와 같이, 제1충전배터리(131-1), 제2충전배터리(131-2), 제3충전배터리(131-3), 제4충전배터리(131-4)로 이루어진 제1군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 첫번째 4단자망 컨트롤보드(123-1)와;, 제5충전배터리(131-5), 제6충전배터리(131-6), 제7충전배터리(131-7), 제8충전배터리(131-8)로 이루어진 제2군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 두번째 4단자망 컨트롤보드(123-2)와;, 제9배터리(131-9), 제10배터리(131-10), 제11배터리(131-11), 제12배터리(131-12)로 이루어진 제3군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 세번째 4단자망 컨트롤보드(123-3)와; 제13배터리(131-13), 제14배터리(131-14), 제15배터리(131-15), 제16배터리(131-16)로 이루어진 제4군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 네번째 4단자망 컨트롤보드(123-4)와; 제17배터리(131-17), 제18배터리(131-18), 제19배터리(131-19), 제20배터리(131-20)로 이루어진 제5군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 다섯번째 4단자망 컨트롤보드(123-5)와; 제21배터리(131-21), 제22배터리(131-22), 제23배터리(131-23), 제24배터 리(131-24)로 이루어진 제6군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 여섯번째 4단자망 컨트롤보드(123-6)와; 제25배터리(131-25), 제26배터리(131-26), 제27배터리(131-27), 제28배터리(131-28)로 이루어진 제7군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 일곱번째 4단자망 컨트롤보드(123-7)와; 제29배터리(131-29), 제30배터리(131-30), 제31배터리(131-31), 제32배터리(131-32)로 이루어진 제8군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 여덟번째 4단자망 컨트롤보드(123-8)로 이루어진다.
그리고, 본 발명에 따른 4단자망 컨트롤보드부(123)는 도 4에서 도시한 바와 같이, 보드 ID 설정부(123a), 제1 A/D 컨버터부(123b), 제2 A/D 컨버터부(123c), 제3 A/D 컨버터부(123d), 제4 A/D 컨버터부(123e)로 구성된다.
상기 보드 ID 설정부(123a)는 마이컴부(220)의 어드레스 설정 단자와 연결되어, 마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택되도록 4단자망 컨트롤보드부에 특정 보드 ID를 설정한 후, 특정보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부가 마이컴부의 읽기명령신호(RD) 및 쓰기명령신호(WD)에 의해 선택(Select)되도록 중계하는 역할을 하는 곳으로, 이는 도 11 내지 도 14에서 도시한 바와 같이, 16V8 버퍼로 구성된다.
보드 ID 설정부(123a)는 입력단자 I0~I7에 마이컴부의 6비트 어드레스 설정단자(AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5), 읽기명령신호(RD)단자 및 쓰기명령신호(WD)단자가 연결되고, 출력단자 F0에 A/D컨버터를 통해 변환된 첫번째 충전배터리의 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 입력신호가 연결되고, 출력단자 F1에 A/D컨버터를 통해 변환된 두번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압에 관한 8비트 디지털 입력신호가 연결되어 구성된다.
그리고, 출력단자 F6에 제1 A/D 컨버터부(123b), 제2 A/D 컨버터부(123c), 제3 A/D 컨버터부(123d), 제4 A/D 컨버터부(123e)와 각각 연결된 제1,2,3,4 배터리 실렉팅부(123b-1.123c-1.123d-1,123e-1)가 연결되어, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 4비트로 실렉팅된다.
즉, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID가 "000"이면, 첫번째 4단자망 컨트롤보드(123-1)가 실렉팅되고, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID가 "001"이면, 두번째 4단자망 컨트롤보드(123-2)가 실렉팅되고, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID가 "010"이면, 세번째 4단자망 컨트롤보드(123-3)가 실렉팅되고, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID가 "011"이면, 네번째 4단자망 컨트롤보드(123-4)가 실렉팅되고, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID가 "100"이면, 다섯번째 4단자망 컨트롤보드(123-5)가 실렉팅되고, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID가 "101"이면, 여섯번째 4단자망 컨트롤보드(123-6)가 실렉 팅되고, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID가 "110"이면, 일곱번째 4단자망 컨트롤보드(123-7)가 실렉팅되고, 출력단자 F2,F3,F4,F5의 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID가 "111"이면, 여덟번째 4단자망 컨트롤보드(123-8)가 실렉팅된다.
상기 마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택한다는 것은, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "00000"이면, 제1충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "00001"이면, 제2충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "00010"이면, 제3충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "00011"이면, 제4충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "00110"이면, 제5충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "00111"이면, 제6충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "01000"이면, 제7충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "01001"이면, 제8충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "01010"이면, 제9충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "01011"이면, 제10충전배터리가 선택되고, 마이컴부에서 설정된 어드레스값이 "01100"이면, 제11충전배터리가 선택되는 것을 말한다.
상기 제1 A/D 컨버터부(123b)는 마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택되도록 4단자망 컨트롤보드부의 특정 보드 ID에 해당하는 4단자 망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "00"에 해당하는 첫번째 충전배터리가 2비트로 실렉팅되고, 제1충전배터리의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 첫번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 첫번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 11에서 도시한 바와 같이, 제1 배터리 실렉팅부(123b-1), 제1아날로그 멀티플렉서(123b-2), 제1A/D컨버터 IC(123b-3), 제1난인버팅 버퍼(123b-4)로 구성된다.
상기 제1 배터리 실렉팅부(123b-1)는 마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택되도록 4단자망 컨트롤보드부의 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "00"에 해당하는 첫번째 충전배터리를 2비트로 실렉팅하는 역할을 한다.
즉, 입력단자 I0에 보드 ID 설정부(123a)의 출력단자 F6이 연결되어, 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 4비트로 실렉팅되어 입력되고, 입력단자 I1~I8단자에 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자가 연결되어, 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성하는 첫번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호가 입력되도록 출력신호를 보낸다.
그리고, 출력단자 F0에 2채널 아날로그 멀티플렉서의 채널 A단자가 연결되고, 출력단자 F1에 제1 아날로그 멀티플렉서의 채널 B단자가 연결되어, 2비트 연산을 통해 "00"에 해당하는 첫번째 충전배터리가 실렉팅(Selecting)된다.
상기 제1 아날로그 멀티플렉서(123b-2)는 첫번째 충전배터리의 입력전압 검출단자, 입력전류 검출단자, 출력전압 검출단자, 출력전류 검출단자와 연결되어, 첫번째 충전배터리로부터 전송된 여러개의 아날로그 신호 중 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그 신호를 검출하여, 2채널로 제1 A/D 컨버터 IC로 전송시키는 역할을 한다.
일예로, 제1 아날로그 멀티플렉서에서 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그 신호를 검출하여, 2채널로 제1 A/D 컨버터 IC로 전송시키는 과정을 설명한다.
즉, 채널 A단자에 제1 배터리 실렉팅부의 출력단자 F0가 연결되고, 채널 B단자에 제1 배터리 실렉팅부의 출력단자 F1이 연결되어, 2비트 연산을 통해 "00"에 해당하는 첫번째 충전배터리가 실렉팅(Selecting)되면, 입력단자 X0와 입력단자 Y0에 첫번째 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 출력전압을 인가받아 출력단자 X를 통해 A/D 컨버터 IC의 VIN+단자로 전송시키고, 출력단자 Y를 통해 A/D 컨버터 IC의 VIN-단자로 전송시키며, 입력단자 X1과 입력단자 Y1에 첫번째 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 출력전류를 인가받아 출력단자 X를 통해 A/D 컨버터 IC의 VIN+단자로 전송시키고, 출력단자 Y를 통해 A/D 컨버터 IC의 VIN-단자로 전송시킨다.
상기 제1 A/D컨버터 IC(123b-3)는 제1 아날로그 멀티플렉서로부터 전송된 첫번째 충전배터리의 출력전압과 출력전류에 관한 아날로그 신호를 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 버퍼부로 전송시킨다.
즉, 제1 A/D컨버터 IC의 VIN+단자에 제1 아날로그 멀티플렉서의 출력단자 X가 연결되고, 제1 A/D컨버터 IC의 VIN-단자에 제1 아날로그 멀티플렉서의 출력단자 Y가 연결되어, 첫번째 충전배터리의 출력전압 및 출력전류에 관한 아날로그 신호가 입력되면, 이를 DB0~DB7단자를 통해 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 버퍼부의 입력단자로 인가시킨다.
상기 난인버팅 버퍼부(123b-4)는 제1 A/D컨버터 IC로부터 전송된 첫번째 충전배터리의 출력전압과 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 난인버팅(Noninveting)하여 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자로 출력시킨다.
난인버팅 버퍼부의 1OE단자와 20E단자를 통해 첫번째 충전배터리의 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 입력신호(XRD0)가 보드 ID 설정부(123a)의 출력단자 F0에 인가된다.
상기 제2 A/D 컨버터부(123c)는 마이컴부의 어드레스 설정신호에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "01"에 해당하는 두번째 충전배터리가 2비트로 실렉팅되고, 두번째 충전배터리의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 두번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그신호 를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 두번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 12에서 도시한 바와 같이, 제2 배터리 실렉팅부(123c-1), 제2아날로그 멀티플렉서(123c-2), 제2A/D컨버터 IC(123c-3), 제2난인버팅 버퍼(123c-4)로 구성된다.
상기 제2 배터리 실렉팅부(123c-1)는 마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택되도록 4단자망 컨트롤보드부의 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "01"에 해당하는 두번째 충전배터리를 2비트로 실렉팅하는 역할을 한다.
즉, 입력단자 I0에 보드 ID 설정부(123a)의 출력단자 F6이 연결되어, 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 4비트로 실렉팅되어 입력되고, 입력단자 I1~I8단자에 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자가 연결되어, 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성하는 두번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호가 입력되도록 출력신호를 보낸다.
그리고, 출력단자 F0에 2채널 아날로그 멀티플렉서의 채널 A단자가 연결되고, 출력단자 F1에 제1 아날로그 멀티플렉서의 채널 B단자가 연결되어, 2비트 연산을 통해 "01"에 해당하는 두번째 충전배터리가 실렉팅(Selecting)된다.
상기 제2 아날로그 멀티플렉서(123c-2)는 두번째 충전배터리의 입력전압 검출단자, 입력전류 검출단자, 출력전압 검출단자, 출력전류 검출단자와 연결되어, 두번째 충전배터리로부터 전송된 여러개의 아날로그 신호 중 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그 신호를 검출하여, 2채널로 제2 A/D 컨버터 IC로 전송시키는 역할을 한다.
일예로, 제2 아날로그 멀티플렉서에서 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그 신호를 검출하여, 2채널로 제32A/D 컨버터 IC로 전송시키는 과정을 설명한다.
즉, 채널 A단자에 제2 배터리 실렉팅부의 출력단자 F0가 연결되고, 채널 B단자에 제2 배터리 실렉팅부의 출력단자 F1이 연결되어, 2비트 연산을 통해 "01"에 해당하는 두번째 충전배터리가 실렉팅(Selecting)되면, 입력단자 X0와 입력단자 Y0에 두번째 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 출력전압을 인가받아 출력단자 X를 통해 A/D 컨버터 IC의 VIN+단자로 전송시키고, 출력단자 Y를 통해 제2 A/D 컨버터 IC의 VIN-단자로 전송시키며, 입력단자 X1과 입력단자 Y1에 두번째 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 출력전류를 인가받아 출력단자 X를 통해 제2 A/D 컨버터 IC의 VIN+단자로 전송시키고, 출력단자 Y를 통해 제2 A/D 컨버터 IC의 VIN-단자로 전송시킨다.
상기 제2 A/D컨버터 IC(123c-3)는 제2 아날로그 멀티플렉서로부터 전송된 두번째 충전배터리의 출력전압과 출력전류에 관한 아날로그 신호를 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 제2 난인버팅 버퍼부로 전송시킨다.
즉, 제2 A/D컨버터 IC의 VIN+단자에 제2 아날로그 멀티플렉서의 출력단자 X가 연결되고, 제2 A/D컨버터 IC의 VIN-단자에 제2 아날로그 멀티플렉서의 출력단자 Y가 연결되어, 두번째 충전배터리의 출력전압 및 출력전류에 관한 아날로그 신호가 입력되면, 이를 DB0~DB7단자를 통해 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 제2 난인버팅 버퍼부의 입력단자로 인가시킨다.
상기 제2 난인버팅 버퍼부(123c-4)는 제2 A/D컨버터 IC로부터 전송된 두번째 충전배터리의 출력전압과 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 난인버팅(Noninveting)하여 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자로 출력시킨다.
제2 난인버팅 버퍼부의 1OE단자와 20E단자를 통해 두번째 충전배터리의 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 입력신호(XRD0)가 보드 ID 설정부(123a)의 출력단자 F1에 인가된다.
상기 제3 A/D 컨버터부(123d)는 마이컴부의 어드레스 설정신호에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "10"에 해당하는 세번째 충전배터리가 2비트로 실렉팅되고, 세번째 충전배터리의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 세번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 세번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 13에서 도시한 바와 같이, 제3 배터리 실렉팅부(123d-1), 제3아날로그 멀티플렉서(123d-2), 제3A/D컨버터 IC(123d-3), 제3난인버팅 버퍼(123d-4)로 구성된다.
상기 제3 배터리 실렉팅부(123d-1)는 마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택되도록 4단자망 컨트롤보드부의 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "10"에 해당하는 세번째 충전배터리를 2비트로 실렉팅하는 역할을 한다.
즉, 입력단자 I0에 보드 ID 설정부(123a)의 출력단자 F6이 연결되어, 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 4비트로 실렉팅되어 입력되고, 입력단자 I1~I8단자에 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자가 연결되어, 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성하는 세번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호가 입력되도록 출력신호를 보낸다.
그리고, 출력단자 F0에 제3 아날로그 멀티플렉서의 채널 A단자가 연결되고, 출력단자 F1에 제3 아날로그 멀티플렉서의 채널 B단자가 연결되어, 2비트 연산을 통해 "10"에 해당하는 세번째 충전배터리가 실렉팅(Selecting)된다.
상기 제3 아날로그 멀티플렉서(123d-2)는 세번째 충전배터리의 입력전압 검출단자, 입력전류 검출단자, 출력전압 검출단자, 출력전류 검출단자와 연결되어, 세번째 충전배터리로부터 전송된 여러개의 아날로그 신호 중 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그 신호를 검출하여, 2채널로 제3 A/D 컨버터 IC로 전송시키는 역할을 한다.
일예로, 제3 아날로그 멀티플렉서에서 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그 신호를 검출하여, 2채널로 제3 A/D 컨버터 IC로 전송시키는 과정을 설명한다.
즉, 채널 A단자에 제3 배터리 실렉팅부의 출력단자 F0가 연결되고, 채널 B단자에 제3 배터리 실렉팅부의 출력단자 F1이 연결되어, 2비트 연산을 통해 "01"에 해당하는 세번째 충전배터리가 실렉팅(Selecting)되면, 입력단자 X0와 입력단자 Y0에 세번째 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 출력전압을 인가받아 출력단자 X를 통해 A/D 컨버터 IC의 VIN+단자로 전송시키고, 출력단자 Y를 통해 제3 A/D 컨버터 IC의 VIN-단자로 전송시키며, 입력단자 X1과 입력단자 Y1에 세번째 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 출력전류를 인가받아 출력단자 X를 통해 제3 A/D 컨버터 IC의 VIN+단자로 전송시키고, 출력단자 Y를 통해 제3 A/D 컨버터 IC의 VIN-단자로 전송시킨다.
상기 제3 A/D컨버터 IC(123d-3)는 제3 아날로그 멀티플렉서로부터 전송된 세번째 충전배터리의 출력전압과 출력전류에 관한 아날로그 신호를 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 제3 난인버팅 버퍼부로 전송시킨다.
즉, 제3 A/D컨버터 IC의 VIN+단자에 제3 아날로그 멀티플렉서의 출력단자 X가 연결되고, 제3 A/D컨버터 IC의 VIN-단자에 제3 아날로그 멀티플렉서의 출력단자 Y가 연결되어, 세번째 충전배터리의 출력전압 및 출력전류에 관한 아날로그 신호가 입력되면, 이를 DB0~DB7단자를 통해 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 제3난인버팅 버퍼부의 입력단자로 인가시킨다.
상기 제3 난인버팅 버퍼부(123d-4)는 제3 A/D컨버터 IC로부터 전송된 세번째 충전배터리의 출력전압과 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 난인버팅(Noninveting)하여 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자로 출력시킨다.
제3 난인버팅 버퍼부의 1OE단자와 20E단자를 통해 세번째 충전배터리의 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 입력신호(XRD0)가 또 다른 보드 ID 설정부(123a)의 출력단자 F0에 인가된다.
상기 제4 A/D 컨버터부(123e)는 마이컴부의 어드레스 설정신호에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "11"에 해당하는 네번째 충전배터리가 2비트로 실렉팅되고, 네번째 충전배터리의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 네번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 네번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 14에서 도시한 바와 같이, 제4 배터리 실렉팅부(123e-1), 제4아날로그 멀티플렉서(123e-2), 제4A/D컨버터 IC(123e-3), 제4난인버팅 버퍼(123e-4)로 구성된다.
상기 제4 배터리 실렉팅부(123e-1)는 마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택되도록 4단자망 컨트롤보드부의 특정 보드 ID에 해당하는 4 단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "11"에 해당하는 네번째 충전배터리를 2비트로 실렉팅하는 역할을 한다.
즉, 입력단자 I0에 보드 ID 설정부(123a)의 출력단자 F6이 연결되어, 4비트 연산에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 4비트로 실렉팅되어 입력되고, 입력단자 I1~I8단자에 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자가 연결되어, 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성하는 네번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호가 입력되도록 출력신호를 보낸다.
그리고, 출력단자 F0에 제4 아날로그 멀티플렉서의 채널 A단자가 연결되고, 출력단자 F1에 제4 아날로그 멀티플렉서의 채널 B단자가 연결되어, 2비트 연산을 통해 "11"에 해당하는 네번째 충전배터리가 실렉팅(Selecting)된다.
상기 제4 아날로그 멀티플렉서(123e-2)는 네번째 충전배터리의 입력전압 검출단자, 입력전류 검출단자, 출력전압 검출단자, 출력전류 검출단자와 연결되어, 세번째 충전배터리로부터 전송된 여러개의 아날로그 신호 중 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그 신호를 검출하여, 2채널로 제4 A/D 컨버터 IC로 전송시키는 역할을 한다.
일예로, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그 신호를 검출하여, 2채널로 제4 A/D 컨버터 IC로 전송시키는 과정을 설명한다.
즉, 채널 A단자에 제4 배터리 실렉팅부의 출력단자 F0가 연결되고, 채널 B단자에 제4 배터리 실렉팅부의 출력단자 F1이 연결되어, 2비트 연산을 통해 "01"에 해당하는 네번째 충전배터리가 실렉팅(Selecting)되면, 입력단자 X0와 입력단자 Y0에 네번째 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 출력전압을 인가받아 출력단자 X를 통해 제4 A/D 컨버터 IC의 VIN+단자로 전송시키고, 출력단자 Y를 통해 제4 A/D 컨버터 IC의 VIN-단자로 전송시키며, 입력단자 X1과 입력단자 Y1에 네번째 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 출력전류를 인가받아 출력단자 X를 통해 제4 A/D 컨버터 IC의 VIN+단자로 전송시키고, 출력단자 Y를 통해 제4 A/D 컨버터 IC의 VIN-단자로 전송시킨다.
상기 제4 A/D컨버터 IC(123e-3)는 제4 아날로그 멀티플렉서로부터 전송된 네번째 충전배터리의 출력전압과 출력전류에 관한 아날로그 신호를 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 제4 난인버팅 버퍼부로 전송시킨다.
즉, 제4 A/D컨버터 IC의 VIN+단자에 제4 아날로그 멀티플렉서의 출력단자 X가 연결되고, 제4 A/D컨버터 IC의 VIN-단자에 제4 아날로그 멀티플렉서의 출력단자 Y가 연결되어, 네번째 충전배터리의 출력전압 및 출력전류에 관한 아날로그 신호가 입력되면, 이를 DB0~DB7단자를 통해 8비트 디지털 신호로 변환시켜, 제4난인버팅 버퍼부의 입력단자로 인가시킨다.
상기 제4 난인버팅 버퍼부(123e-4)는 제4 A/D컨버터 IC로부터 전송된 네번째 충전배터리의 출력전압과 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 난인버팅(Noninveting)하여 마이컴부의 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자로 출력시킨다.
제4 난인버팅 버퍼부의 1OE단자와 20E단자를 통해 네번째 충전배터리의 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 입력신호(XRD0)가 또 다른 보드 ID 설정부(123a)의 출력단자 F1에 인가된다.
이와 같이, 보드 ID 설정부(123a), 제1 A/D 컨버터부(123b), 제2 A/D 컨버터부(123c), 제3 A/D 컨버터부(123d), 제4 A/D 컨버터부(123e)로 구성된 4단자망 컨트롤보드부(123)는 첫번째 4단자망 컨트롤보드, 두번째 4단자망 컨트롤보드, 세번째 4단자망 컨트롤보드, 네번째 4단자망 컨트롤보드, 다섯번째 4단자망 컨트롤보드. 여섯번째 4단자망 컨트롤보드, 일곱번째 4단자망 컨트롤보드, 여덟번째 4단자망 컨트롤보드에 각각 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 32채널 배터리 전원 공급모듈(130)에 관해 설명한다.
상기 32채널 배터리 전원 공급모듈(130)은 32개의 충전배터리 셀 구조로 이루어지고, 각 충전배터리의 (+)연결잭에 32채널 4단자 충전장치(120)의 입력전압 검출단자와 입력전류 검출단자가 연결되고, 각 충전배터리의 (-)연결잭에 32채널 4단자 충전장치(120)의 출력전압 검출단자와 출력전류 검출단자가 연결되어, 32채널 4단자 충전장치(120)을 통해 32채널 4단자망 방식으로 급속충전되는 곳으로, 이는 도 5에서 도시한 바와 같이, 충전배터리부(131), 입력전압 검출단자(132), 입력전류 검출단자(133), 출력전압 검출단자(134), 출력전류 검출단자(135), 충전배터리부 접속용 컨넥터(136)로 구성된다.
상기 충전배터리부(131)는 태양광전지판에서 발생된 전기 및 상용전원(18V~60V)을 DC-DC컨버터부를 통해 1V 정도 높게 다운시켜 전력 변환하고, DAR 트랜지스터의 컬렉터 단자에 대기상태로 대기시킨 후, 마이컴부에서 충전배터리부의 현재 충전전압을 레퍼런스 전압(4.2V)과 비교 연산하여, 레퍼런스 전압(4.2V)이하일 경우에만 DAR 트랜지스터의 턴온 구동전류를 흘러 보내어 DAR 트랜지스터를 턴온시켜서 충전된다.
이는 도 8에서 도시한 바와 같이, 슬림한 사각 박스 형상으로 이루어지며, 바닥면에 4핀형 충전배터리부 접속용 컨넥터에 탈부착식으로 설치되도록 4핀형 접속핀(131-1b)이 돌출되어 형성된다.
그리고, 도 7에서 도시한 바와 같이, 제1충전배터리(131-1), 제2충전배터리(131-2), 제3충전배터리(131-3), 제4충전배터리(131-4)로 이루어진 제1군충전배터리부와;, 제5충전배터리(131-5), 제6충전배터리(131-6), 제7충전배터리(131-7), 제8충전배터리(131-8)로 이루어진 제2군충전배터리부와;, 제9배터리(131-9), 제10배터리(131-10), 제11배터리(131-11), 제12배터리(131-12)로 이루어진 제3군충전배터리부와; 제13배터리(131-13), 제14배터리(131-14), 제15배터리(131-15), 제16배터리(131-16)로 이루어진 제4군충전배터리부와; 제17배터리(131-17), 제18배터리(131-18), 제19배터리(131-19), 제20배터리(131-20)로 이루어진 제5군충전배터리부와; 제21배터리(131-21), 제22배터리(131-22), 제23배터리(131-23), 제24배터 리(131-24)로 이루어진 제6군충전배터리부와; 제25배터리(131-25), 제26배터리(131-26), 제27배터리(131-27), 제28배터리(131-28)로 이루어진 제7군충전배터리부와; 제29배터리(131-29), 제30배터리(131-30), 제31배터리(131-31), 제32배터리(131-32)로 이루어진 제8군충전배터리부로 구성된다.
본 발명에 따른 충전배터리부는 제1PCB 기판에 형성된 충전배터리부 접속용 컨넥터에 탈부착식으로 접속되어 결합된다.
본 발명에 따른 32채널 배터리 전원 공급모듈(130)의 구성요소 중 4개씩 짝을 이루면 군을 형성한 충전배터리는 일측에 4개의 충전배터리를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 4단자망 컨트롤보드가 하나씩 삽입되어, 언제 어디서든 충전배터리를 손쉽게 교체할 수 있도록 구성된다.
즉, 제1충전배터리(131-1), 제2충전배터리(131-2), 제3충전배터리(131-3), 제4충전배터리(131-4)로 이루어진 제1군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 첫번째 4단자망 컨트롤보드(123-1)가 착탈식으로 연결되고;, 제5충전배터리(131-5), 제6충전배터리(131-6), 제7충전배터리(131-7), 제8충전배터리(131-8)로 이루어진 제2군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 두번째 4단자망 컨트롤보드(123-2)가 착탈식으로 연결되며;, 제9배터리(131-9), 제10배터리(131-10), 제11배터리(131-11), 제12배터리(131-12)로 이루어진 제3군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 세번째 4단자망 컨트롤 보드(123-3)가 착탈식으로 연결되고; 제13배터리(131-13), 제14배터리(131-14), 제15배터리(131-15), 제16배터리(131-16)로 이루어진 제4군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 네번째 4단자망 컨트롤보드(123-4)가 착탈식으로 연결되며; 제17배터리(131-17), 제18배터리(131-18), 제19배터리(131-19), 제20배터리(131-20)로 이루어진 제5군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 다섯번째 4단자망 컨트롤보드(123-5)가 착탈식으로 연결되고; 제21배터리(131-21), 제22배터리(131-22), 제23배터리(131-23), 제24배터리(131-24)로 이루어진 제6군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 여섯번째 4단자망 컨트롤보드(123-6)가 착탈식으로 연결되며; 제25배터리(131-25), 제26배터리(131-26), 제27배터리(131-27), 제28배터리(131-28)로 이루어진 제7군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 일곱번째 4단자망 컨트롤보드(123-7)가 착탈식으로 연결되고; 제29배터리(131-29), 제30배터리(131-30), 제31배터리(131-31), 제32배터리(131-32)로 이루어진 제8군충전배터리부를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 여덟번째 4단자망 컨트롤보드(123-8)가 착탈식으로 연결되어 구성된다.
상기 입력전압 검출단자(132)는 전력변환부(Power Control)를 통해 충전배터리부의 (+)단자로 충전되는 입력전압을 검출하는 역할을 한다.
이는 도 10에서 도시한 바와 같이, 충전배터리부의 (+)단자 선단에 연결된 라인(BT0)를 입력전압 검출단자로 설정한다.
상기 입력전류 검출단자(133)는 전력변환부(Power Control)를 통해 충전배터리부의 (-)단자로 흐르는 입력전류를 검출하는 역할을 한다.
이는 도 10에서 도시한 바와 같이, 충전배터리부의 (-)단자 선단을 지나 저항 R25에 연결된 라인(G0)를 입력전압 검출단자로 설정한다.
상기 출력전압 검출단자(134)는 충전배터리부의 (+)(-)단자에 걸리는 출력전압을 검출하는 역할을 한다.
이는 도 10에서 도시한 바와 같이, 충전배터리부의 (+)(-) 양단에 걸리는 출력전압을 검출하는 라인(BT_SO)를 출력전압 검출단자로 설정한다.
상기 출력전류 검출단자(135)는 충전배터리부의 (+)(-)단자에 걸리는 출력전류를 검출하는 역할을 한다.
이는 도 10에서 도시한 바와 같이, 충전배터리부의 (-)단자에 연결된 저항 R25를 통해 센싱된 출력전류를 검출하는 라인(G_S0)를 출력전류 검출단자로 설정한다.
그리고, 출력전류 검출단자는 출력전류 검출단자에서 검출된 충전배터리부의 출력전류를 증폭시켜 충전배터리부 접속용 컨넥터를 통해 4단자망 컨트롤보드 연결 용 접속 컨넥터로 인가시키는 출력전류 증폭부가 포함되어 구성된다.
상기 충전배터리부 접속용 컨넥터는 충전배터리부의 입력전압 검출단자, 입력전류 검출단자, 출력전압 검출단자, 출력전류 검출단자와 1:1로 연결되어, 4단자망 컨트롤보드의 접속 컨넥터로 연결시키는 역할을 한다.
이는 제1 PCB 기판의 후단면 일측에 구성되어, 32개로 이루어진 충전배터리부의 입력전압 검출단자, 입력전류 검출단자, 출력전압 검출단자, 출력전류 검출단자와 1:1로 각각 연결되어, 4단자망 컨트롤보드 접속용 컨넥터와 접속연결된다.
또한, 충전배터리부 접속용 컨넥터는 출력단자 일측에 마이컴부의 8비트 디지털 신호 입력단자, 어드레스 설정 신호단자와 각각 연결된다.
다음으로, 모니터링부(200)에 관해 설명한다.
상기 모니터링부(200)는 배터리 팩 장치의 RS 232 연결포트와 연결되어, 32채널 4단자 충전장치(120)의 마이컴부로부터 충전배터리와 다채널 배터리와의 접속신호(POW_LED), 충전 배터리의 풀 충전 신호(FULL_CHARGE), 전력변환부를 통한 충전배터리의 충전 입력신호(CHARGE_LED), 충전 배터리의 방전 신호(DISCHARGE_LED), 충전 배터리의 과전압신호(OVER_VOLTAGE), 충전배터리의 과전류신호(OVER_CURRENT), 충전배터리의 과방전신호(OVER_DISCHARGE), 충전배터리의 테스트입력신호(TEST)를 입력받아, 화면상에 32채널 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리 상태를 표시하는 곳으로, 이는 모니터링 기능을 갖는 노트북 및 데스트 탑 컴퓨터로 구성된다.
본 발명에 따른 모니터링부는 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 충전전압, 충전전류를 모니터링하여, 충전배터리 전압이 기준 설정전압보다 크거나 작으면, 이벤트가 발생되어 마이컴부로 전달되고, 이때 마이컴부의 제어하에 충전배터리가 충전 및 방전을 하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 태양광전지판(300)에 관해 설명한다.
상기 태양광전지판(300)은 태양광을 모으고 발전(發電)을 하여 생성된 전기를 전력변환부로 공급시키는 곳으로, 이는 투과율 저하가 적은 PVB(Poly Vinyl Butylol)나 내습성이 뛰어난 EVA(Ethylene Vinyl Asetate) 등으로 이루어진 충전재에 의해 인쇄회로기판의 상면에 부착된다.
태양전지판은 플러스 단자의 제1 단위셀과 마이너스 단자의 제2 단위셀이 다수개 상호 이격되어 매트릭스 형태로 배열되며, 각각의 단위셀은 알루미늄 금속박으로 이루어진 인터커넥터에 의해 상호 직렬 또는 병렬로 연결되어 솔라셀 어레이를 형성한다.
이때, 직렬 연결되는 솔라셀의 수량은 충전배터리의 충전용량에 따라 결정된다.
각 단위셀을 연결하는 인터커넥터는 인쇄회로기판의 일측에 도금된 전원단자에 접속된다.
솔라셀 어레이의 상부에는 종전의 유리기판 대신, 투명 폴리카보네이트창이 적층된다.
이와 같이, 솔라셀 어레이 상부에 투명 폴리카보네이트창을 적층시킴으로 인해, 종래 유리기판의 표면에서 태양광이 반사됨으로 인해 광에너지가 손실되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 마이컴부의 제어를 통해 4단자망 연산처리하여 소정의 타이밍에 기준설정치로 샘플링을 행하고, 다채널(다수개의 충전배터리)로 동시에 다채널 배터리 전원모듈을 충전시키는 과정에 관해 설명한다.
여기서, 다채널 배터리 전원모듈을 32채널 배터리 전원모듈로 설정한다.
먼저, 본 발명에서 설명되는 4단자망(four terminal network)이란 회로망 N에서 2개(한 쌍)의 입력단자 1, 1`와 2개(한 쌍)의 출력단자 2, 2`를 인출하여 4개의 단자만으로써 회로망을 취급할 때 이와 같은 회로망을 말한다.
이에 본 발명에서는 전력변환부를 통해 변환된 DC 전원이 32채널 배터리 전원 모듈로 입력될 때, 이때의 입력전압과 입력전류를 검출하고, 32채널 배터리 전원 장치의 (+)단자와, (-)단자로부터 출력되는 출력전압과 출력전류를 검출하여 마이컴부로 전달하고, 그 마이컴부의 제어를 통해 연산처리하여 소정의 타이밍에 기준설정치로 샘플링을 행하고, 32채널(32개의 충전배터리)로 동시에 32채널 배터리 전원모듈을 충전시킨다.
도 16은 4단자망의 기본 회로도를 도시한 것으로, R1은 태양전지판에서 생성된 전기가 충전된 충전기와 제1 충전배터리 연결선 사이에서 발생되는 저항을 나타낸 것이고, R2는 제1 충전배터리에 흐르는 전류를 측정하기 위해 0.1Ω 저항을 삽입한 것을 나타낸 것이며, Vx는 입력전압을 나타낸 것이고, V1은 제1 충전배터리 충전 전류에 의해 R1 양단에 발생하는 전압(=입력전압)을 나타낸 것이며, I1은 입력전류를 나타낸 것이며, V2는 R2 양단에 발생하는 전압을 나타낸 것이고, Vb는 제1 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 전압(=출력전압)을 나타낸 것이며, V3는 V1+V2를 나타낸 것이며, I2는 제1 충전배터리에 흐르는 전류(=출력전류)를 나타낸 것이다.
이때, 제1 충전배터리에 흐르는 전류를 수식으로 표현하기 위해 V2 전압을 측정한다.
여기서, 제1 충전배터리에 흐르는 전류(I2)는 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수가 있다.
Figure 112009057022357-pat00001
이어서, 제1 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 전압(Vb)을 수식으로 표현하기 위해 V3 값을 측정한다.
여기서, 제1 충전배터리 (+)(-)양단에 걸리는 전압(Vb)은 다음의 수학식 2와 같이 표현할 수가 있다.
Figure 112009057022357-pat00002
상기 수학식 1과 수학식 2를 이용하여, 제1 충전배터리의 정격전류(=출력전류)와 정격전압(=출력전압)을 기준으로 4단자 망 방식으로 충전한다.
이러한 과정을 통해 마이컴부에서는 4단자망 연산처리한 후 0.02T~0.5T의 타이밍에 기준설정치(일예 : 리튬이온배터리 4.2V 설정)로 샘플링을 행하고, 16채널, 32채널, 64채널, 128채널 등 다채널(다수개의 충전배터리)로 동시에 다채널 배터리 전원모듈을 충전시킬 수가 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 32채널 4단자망 충전장치과 32채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리팩 장치(100)가 모니터링부(200)와 태양전지판(300)이 연결되어 구성된 것을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 32채널 4단자망 충전장치과 32채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리팩 장치(100)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 32채널 4단자 충전장치(120)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 4단자망 컨트롤보드부(123)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 32채널 배터리 전원 공급모듈(130)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 32채널 4단자망 충전장치과 32채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리팩 장치(100)의 외관을 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 32채널 4단자망 충전장치과 32채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리팩 장치(100)의 내부 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 8은 본 발명에 따른 32채널 배터리 전원 공급모듈 중 4개의 충전배터리마 다 4개의 충전배터리를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 4단자망 컨트롤보드가 하나씩 삽입되는 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 마이컴부와 주변기기가 연결되는 것을 도시한 회로도,
도 10은 본 발명에 따른 32개의 충전배터리 셀구조로 이루어진 충전배터리부와 충전배터리부 접속용 컨넥터(136)가 연결되어 구성된 것을 도시한 회로도,
도 11은 본 발명에 따른 4단자망 컨트롤보드부(123)의 구성요소 중 보드 ID 설정부(123a)와 제1 A/D 컨버터부(123b)가 연결되어 구성된 것을 도시한 회로도,
도 12는은 본 발명에 따른 4단자망 컨트롤보드부(123)의 구성요소 중 보드 ID 설정부(123a)와 제1 A/D 컨버터부(123c)가 연결되어 구성된 것을 도시한 회로도,
도 13은 본 발명에 따른 4단자망 컨트롤보드부(123)의 구성요소 중 보드 ID 설정부(123a)와 제1 A/D 컨버터부(123d)가 연결되어 구성된 것을 도시한 회로도,
도 14는 본 발명에 따른 4단자망 컨트롤보드부(123)의 구성요소 중 보드 ID 설정부(123a)와 제1 A/D 컨버터부(123e)가 연결되어 구성된 것을 도시한 회로도,
도 15는 본 발명에 따른 전력변환부의 구성을 도시한 회로도,
도 16은 본 발명에 따른 4단자망의 기본 회로도.
※ 도면 부호의 간단한 설명 ※
100 : 32채널 4단자망 충전장치과 32채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리팩 장치
110 : 본체 120 : 32채널 4단자 충전장치
121 : 전력변환부(Power Control) 122 : 마이컴부
123 : 4단자망 컨트롤보드부 123a : 보드 ID 설정부
123b : 제1 A/D 컨버터부 123c : 제2 A/D 컨버터부
123d : 제3 A/D 컨버터부 123e : 제4 A/D 컨버터부
130 : 32채널 배터리 전원 공급모듈 131 : 충전배터리부
132 : 입력전압 검출단자 133 : 입력전류 검출단자
134 : 출력전압 검출단자 135 : 출력전류 검출단자
136 : 충전배터리부 접속용 컨넥터
200 : 모니터링부 300 : 태양전지판

Claims (9)

  1. 태양전지판에서 생성된 전기 및 상용전원(18V~60V)을 이용한 배터리팩 장치(100)로 이루어지고,
    상기 배터리팩 장치(100)는 직사각형상의 박스형상의 본체(110)와,
    본체 내부에 형성되고, 32채널 배터리 전원 공급모듈의 충전배터리 (+)(-)연결잭에 연결되어, 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 읽어들여 4단자 망에 의한 검출 및 연산처리한 후, 32채널 배터리 전원 공급모듈를 32채널 4단자망 방식으로 충전시키는 32채널 4단자 충전장치(120)와,
    32개의 충전배터리 셀 구조로 이루어지고, 각 충전배터리의 (+)연결잭에 32채널 4단자 충전장치(120)의 입력전압 검출단자와 입력전류 검출단자가 연결되고, 각 충전배터리의 (-)연결잭에 32채널 4단자 충전장치(120)의 출력전압 검출단자와 출력전류 검출단자가 연결되어, 32채널 4단자 충전장치(120)를 통해 32채널 4단자망 방식으로 급속충전되는 32채널 배터리 전원 공급모듈(130)로 구성되는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치에 있어서,
    상기 32채널 4단자 충전장치(120)는
    태양광전지판에서 발생된 전기 및 상용전원(18V~60V)을 충전배터리부의 용량에 따라 다운시켜 공급되도록 전력을 변환시키는 전력변환부(Power Control)(121)와,
    전력변환부(Power Control)를 통해 변환된 전력을 공급받아 각 기기로 웨이크업 구동신호를 보내고, 4단자망 컨트롤 보드부를 통해 각 충전배터리부의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 읽어들여 4단자 망에 의한 검출 및 연산처리한 후, 32채널 배터리 전원공급모듈을 32채널 4단자망 방식으로 충전시키도록 설정된 타이밍에 기준설정치로 샘플링을 행하고, 32채널로 순차적으로 32채널 배터리 전원 공급모듈을 충전시키도록 제어하고, 모니터링부를 통해 화면상에 충전배터리부의 상태 및 32채널 배터리 전원 공급모듈의 상태를 표시하도록 제어하는 마이컴부(122)와,
    32채널 배터리 전원 공급모듈의 구성요소 중 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 사이에 착탈식 구조로 삽입되고, 각 충전배터리부의 각 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 충전배터리부의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 읽어들여 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 충전배터리부의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 4단자망 컨트롤보드부(123)로 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 전력변환부(121)는
    저항 R135, R136, R137을 통해 충전배터리부의 용량보다 1V 정도 높게 프로그램 설정하여, DC/DC컨버터부의 INV 단자에 인가시키고, 태양광전지판에서 발생된 전기 및 상용전원(18V~50V)을 저항 R121, R122, R124를 통해 전압분배하여 DC/DC컨버터부의 V+단자와 전류피크센스 단자(SI)에 인가시키면, DC/DC컨버터의 비교인버팅입력단자(INV)에 입력된 전압과 내부 레퍼런스 전압(1.25V)을 비교기를 통해 비교 연산한 후, 레퍼런스 전압 이상의 경우에 드라이브 컬렉터 단자(CD)가 구동되어 센싱 저항 R130을 통해 트랜지스터 Q3를 턴온되며, 트랜지스터 Q3의 컬렉터 단자에 있던 전압분배된 SOL_POWER 전압 및 상용전원(16V~50V)이 이미터 단자를 지나 다이오드 D68을 통해 평활되고, 인덕터 L4을 통해 출력되어 DAR 트랜지스터 Q5의 컬렉터 단자에 인가되어 대기 상태로 대기하고, 마이컴부에서 충전배터리부의 현재 충전전압 상태를 버퍼부로 8비트 디지털 신호로 보내면, 버퍼부에서 이를 제1 D/A 컨버터로 전송시키고, 제1 D/A 컨버터에서 현재 충전전압을 레퍼런스 전압(4.2V)과 비교 연산한 후, 레퍼런스 전압(4.2V)이하 일 경우에는 출력단자 IOUT와 연결된 증폭부의 (+)단자로 DAR 트랜지스터 Q5의 턴온 구동전류를 흘러 보내어, DAR 트랜지스터 Q5의 턴온 구동전류가 인가되면, DAR 트랜지스터 Q5의 컬렉터 단자에 있던 충전전압(5.2V)이 이미터 단자를 지나 충전배터리부에 충전되는 것을 특징으로 하는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치.
  4. 제1항에 있어서, 마이컴부(122)는
    입출력 포트 P1.0단자~P1.7단자에 RS 232케이블을 통해 모니터링부가 연결되어, 충전배터리와 다채널 배터리와의 접속신호(POW_LED), 충전 배터리의 풀 충전 신호(FULL_CHARGE), 전력변화부를 통한 충전배터리의 충전 입력신호(CHARGE_LED), 충전 배터리의 방전 신호(DISCHARGE_LED), 충전 배터리의 과전압신호(OVER_VOLTAGE), 충전배터리의 과전류신호(OVER_CURRENT), 충전배터리의 과방전신호(OVER_DISCHARGE), 충전배터리의 테스트입력신호(TEST)를 모니터링부로 출력시키며, 입출력 포트 P0.0~P0.7 단자를 8비트 디지털 신호 입력단자로 설정하고, 제1 A/D 컨버터부(123b), 제2 A/D 컨버터부(123c), 제3 A/D 컨버터부(123d), 제4 A/D 컨버터부(123e)가 연결되어, 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호가 입력되고, 입출력 포트 P2.0~2.5 단자에 보드 ID 설정부(123a)가 연결되어, 보드 ID 설정부(123a)를 통해 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5의 6비트 어드레스값에 따라 설정한 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부의 4개씩 짝을 이루는 충전배터리가 읽기명령신호(RD)단자 및 쓰기명령신호(WR) 단자에 의해 선택(Select)되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치.
  5. 제1항에 있어서, 4단자망 컨트롤보드부(123)는
    마이컴부(220)의 어드레스 설정 단자와 연결되어, 마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택되도록 4단자망 컨트롤보드부에 특정 보드 ID를 설정한 후, 특정보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부가 마이컴부의 읽기명령신호(RD) 및 쓰기명령신호(WD)에 의해 선택(Select)되도록 중계하는 보드 ID 설정부(123a)와,
    마이컴부에서 설정된 어드레스값에 따라 충전배터리부가 선택되도록 4단자망 컨트롤보드부의 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "00"에 해당하는 첫번째 충전배터리가 2비트로 실렉팅되고, 제1충전배터리의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 첫번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 첫번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 제1 A/D 컨버터부(123b)와,
    마이컴부의 어드레스 설정신호에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "01"에 해당하는 두번째 충전배터리가 2비트로 실렉팅되고, 두번째 충전배터리의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 두번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 두번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 제2 A/D 컨버터부(123c)와,
    마이컴부의 어드레스 설정신호에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "10"에 해당하는 세번째 충전배터리가 2비트로 실렉팅되고, 세번째 충전배터리의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 세번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 세번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 제3 A/D 컨버터부(123d)와,
    마이컴부의 어드레스 설정신호에 의해 특정 보드 ID에 해당하는 4단자망 컨트롤보드부가 선택되면, 그 4단자망 컨트롤보드부와 4개씩 짝을 이루며 군을 형성한 충전배터리부 중 "11"에 해당하는 네번째 충전배터리가 2비트로 실렉팅되고, 네번째 충전배터리의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어, 네번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 아날로그신호를 디지털 신호로 변환시킨 후, 마이컴부로 네번째 충전배터리의 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전류에 관한 8비트 디지털 신호를 전송시키는 제4 A/D 컨버터부(123e)로 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치.
  6. 제1항에 있어서, 32채널 배터리 전원 공급모듈(130)은
    제1충전배터리, 제2충전배터리, 제3충전배터리, 제4충전배터리로 이루어진 제1군충전배터리부와, 제5충전배터리, 제6충전배터리, 제7충전배터리, 제8충전배터리로 이루어진 제2군충전배터리부와, 제9충전배터리, 제10충전배터리, 제11충전배터리, 제12충전배터리로 이루어진 제3군충전배터리부와, 제13충전배터리, 제14충전배터리, 제15충전배터리, 제16충전배터리로 이루어진 제4군충전배터리부와, 제17충전배터리, 제18충전배터리, 제19충전배터리, 제20충전배터리로 이루어진 제5군충전배터리부와, 제21충전배터리, 제22충전배터리, 제23충전배터리, 제24충전배터리로 이루어진 제6군충전배터리부와, 제25충전배터리, 제26충전배터리, 제27충전배터리, 제28충전배터리로 이루어진 제7군충전배터리부와, 제29충전배터리, 제30충전배터리, 제31충전배터리, 제32충전배터리로 이루어진 제8군충전배터리부로 이루어진 충전배터리부(131)와;
    전력변환부(Power Control)를 통해 충전배터리부의 (+)단자로 가해지는 입력전압을 검출하는 입력전압 검출단자(132)와;,
    전력변환부(Power Control)를 통해 충전배터리부의 (-)단자로 가해지는 입력전류를 검출하는 입력전류 검출단자(133)와;,
    충전배터리부의 (+)(-)단자에 걸리는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출단자(134)와;,
    충전배터리부의 (+)(-)단자에 걸리는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출단자(135)와;,
    충전배터리부의 입력전압 검출단자, 입력전류 검출단자, 출력전압 검출단자, 출력전류 검출단자와 1:1로 연결되어, 4단자망 컨트롤보드의 접속 컨넥터로 연결시키는 충전배터리부 접속용 컨넥터(136);로 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치.
  7. 제6항에 있어서, 충전배터리부(131)는 제1PCB 기판에 형성된 충전배터리부 접속용 컨넥터(131-1a)에 탈부착식으로 접속되어 결합되도록 하단부에 4핀형 접속핀(131-1b)이 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치.
  8. 제6항에 있어서, 출력전류 검출단자는 출력전류 검출단자에서 검출된 충전배터리부의 출력전류를 증폭시켜 충전배터리부 접속용 컨넥터를 통해 4단자망 컨트롤보드 연결용 접속 컨넥터로 인가시키는 출력전류 증폭부가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치.
  9. 제1항에 있어서, 배터리팩 장치(100)는 4개씩 짝을 이루면 하나의 군을 형성한 충전배터리마다 4개의 충전배터리를 직접 컨트롤하여 입력전압, 입력전류, 출력전압, 출력전압을 검출하는 4단자망 컨트롤보드가 착탈식으로 하나씩 삽입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 4단자망 충전 장치·다채널 배터리 전원 공급모듈로 이루어진 배터리 팩 장치.
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