KR100954944B1 - 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬폴리머 배터리를 백업 배터리로 채용함과 동시에 독립적인 셀 단위로 충/방전이 이루어지도록 관리해줌으로써, 리튬폴리머 배터리의 특성상의 장점을 최대한 활용할 뿐만 아니라, 사용기한의 연장 및 관리상의 용이성까지도 극대화시켜주는 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 스위치(100), 정전감지 모듈(200), 스위치 제어모듈(300), DC/AC 인버터(400)를 구비한 무정전시스템에 있어서, 다수개의 리튬폴리머 배터리 셀(510)을 구비한 LiPo 배터리모듈(500); 개별 배터리의 상태를 디스플레이하는 디스플레이부(600); 리튬폴리머 배터리의 개별 셀(510)을 관리하여 이에 대한 상태를 디스플레이하는 배터리상태 체크모듈(700); 배터리 충전용 DC 전원을 공급하는 배터리충전용 전원공급부(800); 및 리튬폴리머 배터리 셀(510)의 충/방전을 관리하고, 이에 대한 상황을 체크하여 배터리상태 체크모듈(700)에 보고하는 배터리 제어모듈(900);로 구성된 것에 특징이 있다.

무정전시스템, 전원 안정화, 리튬폴리머 배터리, 배터리 관리, 순간정전,

Description

리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템{UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY SYSTEM USING LITHIUM POLYMER BATTERY}

본 발명은 리튬폴리머(LiPo : Lithium Polymer) 배터리(Battery)를 이용한 무정전시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 순간정전 및 정전에 대비하여 대용량 반도체 장비에 안정된 전원을 공급하되, 리튬폴리머 배터리를 백업 배터리로 채용함과 동시에 독립적인 셀(Cell) 단위로 충/방전이 이루어지도록 관리해줌으로써, 리튬폴리머 배터리의 특성상의 장점을 최대한 활용할 뿐만 아니라, 사용기한의 연장 및 관리상의 용이성까지도 극대화시켜주는 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

주지하다시피, 현대사회는 급속한 고도성장으로 인해 대용량 반도체 장비나 대용량 컴퓨터의 사용이 급증하고 있다. 이러한 상황 가운데 대용량 시스템으로 인입되는 AC 전원의 안정화는 너무나도 중요한 문제로 여겨지고 있다. 왜냐하면, 대용량 반도체 장비나 컴퓨터의 정전 또는 순간정전에 따른 시스템 정전사고는 대용량의 데이터 및 정보 손실로 이어져 막대한 경제적, 물질적 피해로 작용할 수밖 에 없기 때문이다.

이에 발맞춰 개발된 시스템이 바로 무정전전원장치(Uninterruptible Power Supply System)인데, 무정전전원장치란 말 그대로 정전이 존재하지 않는 전원공급장치를 의미하며, 정전시에도 동작 안정성이 확보되어야 하는 컴퓨터나 의료기기, 이동통신용 중계기 등과 같은 시스템에 사용되고 있다.

종래의 무정전시스템은 백업 배터리, 상기 백업 배터리의 DC 전력을 AC 전력으로 변환시키는 DC/AC 인터버(Inverter), 및 정전시 백업 배터리의 전원을 부하로 공급하는 스위칭 제어부로 구성되어 있었다.

이때 대부분의 종래 무정전시스템은 순간정전만 보상하든지, 아니면 정전에만 대응할 수 있는 반면, 두 가지 모두를 보상할 수 없어 그만큼 기능상의 한계성이 존재했고, 백업 배터리로 납축전지를 사용했기 때문에 부피가 지나치게 커 부하장비에 탈부착하기가 어려웠으며, 그뿐만 아니라 단기간 고율방전에 부적합함과 동시에 배터리의 충/방전 및 상태관리도 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 순간정전 및 정전에 대비하여 대용량 반도체 장비에 안정된 전원을 공급하되, 리튬폴리머 배터리를 백업 배터리로 채용함과 동시에 독립적인 셀 단위로 충/방전이 이루어지도록 관리해줌으로써, 리튬폴리머 배터리의 특성상의 장점을 최대한 활용할 뿐만 아니라, 사용기한의 연장 및 관리상의 용이성까지도 극대화시켜주기 위한 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적으로는, 리튬폴리머 배터리를 셀 당 관리하여 수명이 다 된 셀을 관리자에게 디스플레이시켜 줌과 동시에, 소형의 경량으로 탈/장착이 용이한 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하고자 하는 본 발명의 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템은, 정전시 스위칭 되는 스위치와; 순간정전 또는 정전을 감지하는 정전감지 모듈과; 정전시 상기 스위치를 제어하여 AC 전원과 백업 배터리의 전력을 선택적으로 스위칭하는 스위치 제어모듈과; 백업 배터리의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 상기 스위치로 공급하는 DC/AC 인버터;를 구비한 무정전시스템에 있어서,

다수개의 리튬폴리머 배터리 셀을 구비한 LiPo 배터리모듈;

개별 배터리의 상태를 디스플레이하는 디스플레이부;

상기 스위치 제어모듈과 접속되어, 상기 리튬폴리머 배터리의 개별 셀을 관리하여 이에 대한 상태를 상기 디스플레이부를 통해 디스플레이하고, 저전압 체크 및 관리동작을 수행하는 배터리상태 체크모듈;

배터리 충전용 DC 전원을 공급하는 배터리충전용 전원공급부; 및

상기 배터리충전용 전원공급부로부터 DC 전원을 공급받아, 상기 리튬폴리머 배터리 셀의 충/방전을 관리하고, 이에 대한 상황을 체크하여 상기 배터리상태 체크모듈에 보고하는 배터리 제어모듈;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 해결하고자 하는 본 발명의 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템의 제어방법은, 스위치, 정전감지 모듈, 스위치 제어모듈, DC/AC 인버터, LiPo 배터리모듈, 디스플레이부, 배터리상태 체크모듈, 배터리충전용 전원공급부 및 배터리 제어모듈을 구비한 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템의 제어방법에 있어서,

상기 배터리 제어모듈이 상기 배터리충전용 전원공급부로부터 DC 전원을 공급받아 상기 리튬폴리머 배터리를 셀 단위로 충전시키는 제 101 단계;

상기 배터리 제어모듈이 상기 리튬폴리머 배터리 셀의 상태를 관리 및 체크하여, 이에 대한 상황을 상기 배터리상태 체크모듈에 보고하는 제 102 단계; 및

상기 배터리상태 체크모듈이 상기 배터리 제어모듈로부터 상기 리튬폴리머 배터리 셀의 상태를 입력받아 상기 디스플레이부를 통해 관리자에게 디스플레이하 는 제 103 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 순간정전 및 정전에 대비하여 대용량 반도체 장비에 안정된 전원을 공급하되, 리튬폴리머 배터리를 백업 배터리로 채용함과 동시에 독립적인 셀 단위로 충/방전이 이루어지도록 관리해줌으로써, 리튬폴리머 배터리의 특성상의 장점을 최대한 활용할 뿐만 아니라, 사용기한의 연장 및 관리상의 용이성까지도 극대화시켜주는 뛰어난 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 리튬폴리머 배터리를 셀 당 관리하여 수명이 다 된 셀을 관리자에게 디스플레이시켜 줌과 동시에, 소형의 경량으로 탈/장착이 용이한 효과가 있다.

이하에서는 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명에 의한 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 의한 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템의 구성을 도시하는 기능블록도이다.

도 1에 도시된 바에 의하면 본 발명 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템은 정전시 스위칭(Switching) 되는 스위치(100)와; 순간정전 또는 정전을 감지하는 정전감지 모듈(200)과; 정전시 상기 스위치(100)를 제어하여 AC 전원과 백업 배터리(Backup Battery)의 전력을 선택적으로 스위칭하는 스위치 제어모듈(300)과; 백업 배터리의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 상기 스위치(100)로 공급하는 DC/AC 인버터(400)와; LiPo 배터리모듈(500)과; 디스플레이(Display)부(600)와; 배터리상태 체크모듈(700)과; 배터리충전용 전원공급부(800)와; 배터리 제어모듈(900);로 구성되되, 상기 스위치(100), 정전감지 모듈(200), 스위치 제어모듈(300) 및 DC/AC 인버터(400)에 대한 동작설명은 이미 공지된 기술이므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다.

이때, 상기 LiPo 배터리모듈(500)은 다수개의 리튬폴리머 배터리 셀(510)을 구비하고 있다. 일반적으로 리튬폴리머 배터리는, 첫째 내부 방전이 적고 메모리 효과가 없어 에너지 보존율이 좋고(충전을 장시간 안 해도 에너지가 보존되어 있는 것을 이용함, 자가 방전율은 20℃에서 한 달에 약 5% 미만임.), 둘째 배터리 수명은 충전회수와 관계가 있으며(500회 이상 충/방전을 반복할 수 있음.), 셋째 단 셀당 4.37V 이상 과충전시 파손이 발생할 수 있고, 넷째 단 셀당 1.5V 이하의 과방전 상태에서는 음극의 집전체인 동이 전해액에 녹기 시작하여 전지성능이 떨어지기 시작하는 특성이 있다.

또한, 상기 디스플레이부(600)는 상기 배터리상태 체크모듈(700)의 제어하에 개별 리튬폴리머 배터리 셀(510)의 상태정보를 관리자에게 디스플레이하는 역할을 한다.

한편, 상기 배터리상태 체크모듈(700)은 상기 스위치 제어모듈(300)과 접속되어, 상기 리튬폴리머 배터리의 개별 셀(510)을 관리하여 이에 대한 상태를 상기 디스플레이부(600)를 통해 디스플레이하고, 저전압 체크 및 관리동작을 수행하는 역할을 한다. 이때, 상기 배터리상태 체크모듈(700)의 디스플레이관리는 상기 개 별 리튬폴리머 배터리 셀(510) 불량에 대한 알람, 저전압 알람, 리튬폴리머 배터리 충전 표시, 및 정전 표시 등을 포함한다.

또한, 상기 배터리충전용 전원공급부(800)는 배터리 충전용 DC 전원을 상기 배터리 제어모듈(900)로 공급하는 역할을 한다.

한편, 상기 배터리 제어모듈(900)은 상기 배터리충전용 전원공급부(800)로부터 DC 전원을 공급받아, 상기 리튬폴리머 배터리 셀(510)의 충/방전을 관리하고, 이에 대한 상황을 체크하여 상기 배터리상태 체크모듈(700)에 보고하는 역할을 하되, 상기 리튬폴리머 배터리 셀(510)의 관리는 개별 배터리 셀(510) 충전상태 관리, 과충전 체크 및 방지관리, 및 충전전류 관리 등을 포함한다.

이때, 상기 배터리 제어모듈(900)은 도 2에 도시된 것처럼, 다수개의 DC-DC 변환부(910), 다수개의 배터리 충전회로부(920) 및 다수개의 배터리 셀 체크회로부(930)로 구성되어 있다.

상기 배터리 제어모듈(900) 내 다수개의 DC-DC 변환부(910)는 상기 배터리충전용 전원공급부(800)에 병렬로 접속되어, 상기 배터리충전용 전원공급부(800)의 DC 전압을 변환시켜 각각 상기 다수개의 배터리 충전회로부(920)로 공급하는 역할을 한다.

또한, 상기 배터리 제어모듈(900) 내 다수개의 배터리 충전회로부(920)는 상기 다수개의 DC-DC 변환부(910) 및 리튬폴리머 배터리 셀(510) 사이에 일대일 접속되어, 상기 DC-DC 변환부(910)로부터 DC 전원을 공급받아 해당 리튬폴리머 배터리 셀(510)을 각각 충전시키는 역할을 한다.

한편, 상기 배터리 제어모듈(900) 내 다수개의 배터리 셀 체크회로부(930)는 상기 다수개의 배터리 충전회로부(920)에 각각 접속되어, 각 배터리 셀(510)의 충전상태를 체크하여 상기 배터리상태 체크모듈(700)에 각각 보고하는 역할을 한다. 이때, 상기 다수개의 배터리 셀 체크회로부(930)는 각각 포토커플러(940)와 접속되어 이를 통해 시리얼통신으로 배터리 셀의 정보를 상기 배터리상태 체크모듈(700)로 전달한다.

그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템의 제어방법에 대해 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

우선, 상기 배터리 제어모듈(900)은 상기 배터리충전용 전원공급부(800)로부터 DC 전원을 공급받아 상기 리튬폴리머 배터리의 셀(510)을 충전시킨다(S101).

한편, 상기 배터리 제어모듈(900)은 상기 리튬폴리머 배터리 셀(510)의 상태를 관리 및 체크(Check)하여, 이에 대한 상황을 상기 배터리상태 체크모듈(700)에 보고한다(S102). 이때, 상기 배터리 제어모듈(900)의 상기 리튬폴리머 배터리 셀(510)의 관리는 개별 배터리 셀 충전상태 관리, 과충전 체크 및 방지관리, 및 충전전류 관리 등을 포함한다.

그러면, 상기 배터리상태 체크모듈(700)은 상기 배터리 제어모듈(900)로부터 상기 리튬폴리머 배터리 셀(510)의 상태를 입력받아 상기 디스플레이부(600)를 통해 관리자에게 디스플레이한다(S103). 이때, 상기 배터리상태 체크모듈(700)의 디스플레이관리는 상기 개별 리튬폴리머 배터리 셀(510) 불량에 대한 알람, 저전압 알람, 리튬폴리머 배터리 충전 표시, 및 정전 표시 등을 포함한다.

이상 다수의 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예로 국한되어 해석되지 아니하며, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템의 구성을 나타낸 기능블록도,

도 2는 도 1에 따른 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템에서 배터리 제어모듈의 구성을 나타낸 기능블록도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템의 제어방법을 나타낸 동작 플로우챠트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 스위치

200 : 정전감지 모듈

300 : 스위치 제어모듈

400 : DC/AC 인버터

500 : LiPo 배터리모듈

510 : 리튬폴리머 배터리 셀

600 : 디스플레이부

700 : 배터리상태 체크모듈

800 : 배터리충전용 전원공급부

900 : 배터리 제어모듈

910 : DC-DC 변환부 920 : 배터리 충전회로부

930 : 배터리 셀 체크회로부 940 : 포토커플러

Claims (8)

1. 정전시 스위칭 되는 스위치와; 순간정전 또는 정전을 감지하는 정전감지 모듈과; 정전시 상기 스위치를 제어하여 AC 전원과 백업 배터리의 전력을 선택적으로 스위칭하는 스위치 제어모듈과; 백업 배터리의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 상기 스위치로 공급하는 DC/AC 인버터;를 구비한 무정전시스템에 있어서,

   다수개의 리튬폴리머 배터리 셀을 구비한 LiPo 배터리모듈;

   개별 배터리의 상태를 디스플레이하는 디스플레이부;

   상기 스위치 제어모듈과 접속되어, 상기 리튬폴리머 배터리의 개별 셀을 관리하여 이에 대한 상태를 상기 디스플레이부를 통해 디스플레이하고, 저전압 체크 및 관리동작을 수행하는 배터리상태 체크모듈;

   배터리 충전용 DC 전원을 공급하는 배터리충전용 전원공급부; 및

   상기 배터리충전용 전원공급부로부터 DC 전원을 공급받아, 상기 리튬폴리머 배터리 셀의 충/방전을 관리하고, 이에 대한 상황을 체크하여 상기 배터리상태 체크모듈에 보고하는 배터리 제어모듈;을 구비하되,

   상기 배터리 제어모듈은, 상기 배터리충전용 전원공급부에 병렬로 접속되어, 상기 배터리충전용 전원공급부의 DC 전압을 변환시켜 각각 공급하는 다수개의 DC-DC 변환부; 상기 다수개의 DC-DC 변환부 및 리튬폴리머 배터리 셀 사이에 일대일 접속되어, 상기 DC-DC 변환부로부터 DC 전원을 공급받아 해당 리튬폴리머 배터리 셀을 각각 충전시키는 다수개의 배터리 충전회로부; 및 상기 다수개의 배터리 충전회로부에 각각 접속되어, 각 배터리 셀의 충전상태를 체크하여 상기 배터리상태 체크모듈에 각각 보고하는 다수개의 배터리 셀 체크회로부;로 구성된 것을 특징으로 하는 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배터리상태 체크모듈의 디스플레이관리는, 상기 개별 리튬폴리머 배터 리 셀 불량에 대한 알람, 저전압 알람, 리튬폴리머 배터리 충전 표시, 및 정전 표시를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 배터리 제어모듈의 상기 리튬폴리머 배터리 셀의 관리는, 개별 배터리 셀 충전상태 관리, 과충전 체크 및 방지관리, 및 충전전류 관리를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 다수개의 배터리 셀 체크회로부는, 각각 포토커플러와 접속되어 이를 통해 시리얼통신으로 배터리 셀의 정보를 상기 배터리상태 체크모듈로 전달함을 특징으로 하는 리튬폴리머 배터리를 이용한 무정전시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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