KR101140244B1 - 축전지 팩 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축전지 팩 모듈에 관한 것으로서, 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 에너지저장장치와; 상기 에너지저장장치 양단의 전위차를 감지하는 감지부와; 상기 에너지저장장치의 전위차를 관리 및 조절하기 위하여 상기 에너지저장장치에 접속되는 밸런싱부와; 상기 감지부에서 전송된 감지신호에 따라 상기 밸런싱부에 제어신호를 송출하는 제어회로부와; 상기 제어회로부에서 전송된 신호에 따라 상기 에너지저장장치의 충, 방전 시간을 조절하는 충, 방전 타이밍부;를 포함하며, 상기 제어회로부는 상기 에너지저장장치의 출력강도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 축전지를 구성하는 단위셀을 커패시터를 이용하여 구성함과 동시에 상기 단위셀의 전위차를 감지하여 적정 수준으로 관리하고 충, 방전 시간을 제어함으로써, 출력강도가 자유롭게 조절되고 내구성 및 효율성이 증대될 수 있다.

Description

축전지 팩 모듈{A STORAGE BATTERY PACK MODULE}
본 발명은 축전지 팩 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 축전지를 구성하는 단위셀을 커패시터를 이용하여 구성함과 동시에 상기 단위셀의 전위차를 감지하여 적정 수준으로 관리하고 충, 방전 시간을 제어함으로써, 출력강도가 자유롭게 조절되고 내구성 및 효율성이 증대될 수 있는 축전지 팩 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 전기에너지를 저장하는 소자로는 전지(battery)와 커패시터(capacitor)가 대표적이며, 상기 커패시터(capacitor)는 전기 용량을 얻기 위한 에너지 저장소로서, 2차 전지와 더불어 전기에너지를 저장하는 수단으로 이용되고 있다.
커패시터는 그 용량을 증가시키기 위해 사용한 유전체의 재료에 따라 용량, 내전압, 주파수 특성, 누설 전류 및 내부 저항 등의 스펙(Spec)이 결정되고, 전해 커패시터, 탄탈 커패시터, 세라믹 커패시터 및 전기 이중층 커패시터 등으로 분류된다.
또한, 커패시터는 용량 및 용도에 따라 초박경량화된 소형칩에 이용되는 소용량 커패시터부터 전력계통에 이용되는 중, 대용량 커패시터에 이르기까지 다양하게 활용되고 있다.
특히, 상기 커패시터는 매우 긴 충, 방전 수명과, 높은 충, 방전 효율, 온도 변화에 대한 우수한 성능 편차, 빠른 충, 방전 등의 장점이 있어 휴대용 전동공구, 전기자전거, 전기스쿠터 등과 같이 순간적으로 고출력을 요구하는 기기의 전원으로 사용되기에 적합하다.
이러한, 커패시터를 전원장치로 사용하는 장비들은 순간적인 고전압을 요구하기 때문에, 복수의 커패시터가 직렬 또는 병렬로 연결되어 축전지의 전체 용량이 결정된다.
그런데, 상기 커패시터를 다수 연결하면 각 단위셀 사이의 용량 편차, 초기 전압 편차, 누설 전류편차, 사용 시간에 따른 용량 감소율 편차 등에 의해 각 단위셀 사이에 전압 편차가 발생하게 되며, 이러한 단위셀의 전압 편차는 축전지 팩의 고장 및 수명 단축의 원인이 된다는 문제점이 있었다.
따라서, 각 단위셀의 충, 방전 제어와 전압 편차 등을 감소시키고, 출력강도가 자유롭게 조절되어 축전지 팩의 내구성 및 효율성이 증대될 수 있는 축전지 팩 모듈의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은, 축전지를 구성하는 단위셀을 커패시터를 이용하여 구성함과 동시에 상기 단위셀의 전위차를 감지하여 적정 수준으로 관리하고 충, 방전 시간을 제어함으로써, 출력강도가 자유롭게 조절되고 내구성 및 효율성이 증대될 수 있는 축전지 팩 모듈을 제공하는 데 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 에너지저장장치와; 상기 에너지저장장치 양단의 전위차를 감지하는 감지부와; 상기 에너지저장장치의 전위차를 관리 및 조절하기 위하여 상기 에너지저장장치에 접속되는 밸런싱부와; 상기 감지부에서 전송된 감지신호에 따라 상기 밸런싱부에 제어신호를 송출하는 제어회로부와; 상기 제어회로부에서 전송된 신호에 따라 상기 에너지저장장치의 충, 방전 시간을 조절하는 충, 방전 타이밍부;를 포함하며, 상기 제어회로부는 상기 에너지저장장치의 출력강도를 조절하도록 마련되는 축전지 팩 모듈에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 에너지저장장치는 슈퍼커패시터 또는 전기이중층커패시터 또는 양극과 음극의 구성이 상이하게 제작된 하이브리드 전기이중층커패시터 중의 어느 하나 이상으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 감지부는 감지된 에너지저장장치의 전위차에 대한 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환시키는 AD컨버터를 추가적으로 포함하며, 상기 AD컨버터는 변환된 정보를 상기 제어회로부로 입력하도록 마련될 수 있다.
여기서, 상기 제어회로부는 상기 AD컨버터에서 입력된 정보에 따라 상기 충, 방전 타이밍부에 상이한 제어신호를 송출하도록 마련될 수 있다.
한편, 상기 충, 방전 타이밍부는 상기 에너지저장장치의 충, 방전을 제어하는 스위칭드라이버를 추가적으로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 축전지 팩 모듈은 상기 에너지저장장치의 충전을 위한 충전스위치와 상기 에너지저장장치의 방전을 위한 방전스위치를 포함하며, 상기 충전스위치와 방전스위치는 상기 스위칭드라이버에 의해 제어되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 방전스위치의 후단에는 축전지 팩 모듈과 연결된 구동대상물에 공급될 최대 출력을 결정하기 위한 션트 저항(Shunt Resistance)이 배치될 수 있다.
한편, 상기 축전지 팩 모듈은 외부의 입력신호를 상기 제어회로부로 송출하기 위한 통신회로부를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에 의해, 축전지를 구성하는 단위셀을 커패시터를 이용하여 구성함과 동시에 상기 단위셀의 전위차를 감지하여 적정 수준으로 관리하고 충, 방전 시간을 제어함으로써, 출력강도가 자유롭게 조절되고 내구성 및 효율성이 증대될 수 있다.
첨부의 하기 도면들은, 전술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 축전지 팩 모듈의 블럭도이며,
도 2 는 본 발명에 따른 축전지 팩 모듈의 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 축전지 팩 모듈의 블럭도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 축전지 팩 모듈의 회로도이다.
도 1 내지 도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 축전지 팩 모듈은, 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 에너지저장장치(10)와; 상기 에너지저장장치(10) 양단의 전위차를 감지하는 감지부(20)와; 상기 에너지저장장치(10)의 전위차를 관리 및 조절하기 위하여 상기 에너지저장장치(10)에 접속되는 밸런싱부(30)와; 상기 감지부(20)에서 전송된 감지신호에 따라 상기 밸런싱부(30)에 제어신호를 송출하는 제어회로부(40)와; 상기 제어회로부(40)에서 전송된 신호에 따라 상기 에너지저장장치(10)의 충, 방전 시간을 조절하는 충, 방전 타이밍부(50);를 포함하며, 상기 제어회로부(40)는 상기 에너지저장장치(10)의 출력강도를 조절하도록 마련된다.
여기서, 상기 에너지저장장치는(10) 축전지 팩의 전체 용량에 따라 복수의 에너지저장장치(10)가 직렬 또는 병렬로 연결되어 방전스위치(70)를 통해 요구되는 축전지 팩의 출력전원을 공급한다.
또한, 상기 에너지저장장치(10)에 연결된 정류회로(12)를 통해 제어회로부(40)과 그 주변회로에 전원을 공급한다.
또한, 상기 에너지저장장치(10)는, 슈퍼커패시터, 전기이중층커패시터, 양극과 음극의 구성이 상이하게 제작된 하이브리드 전기이중층커패시터 중의 어느 하나 이상으로 마련될 수 있지만, 상기 커패시터의 종류는 이에 한정되는 것은 아니며 에너지를 저장하는 여러가지 장치로 마련될 수 있다.
또한, 상기 에너지저장장치(10)의 양단에는 감지부(20)가 연결되어 상기 에너지저장장치(10)의 전위차를 실시간으로 감지하며, 상기 감지부(20)는 감지된 전위차에 대한 정보를 상기 제어회로부(40)로 전송한다.
여기서, 상기 감지부(20)는 연산증폭기(Operational Amplifier) 및 도선과 저항, 콘덴서로 마련되어 상기 에너지저장장치(10)의 전위차에 대한 정보를 상기 제어회로부(40)로 전송하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 감지부(20)는 감지된 에너지저장장치(10)의 전위차에 대한 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환시키는 AD컨버터(22)를 추가적으로 포함하며, 상기 AD컨버터(22)는 변환된 정보를 상기 제어회로부(40)로 입력하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제어회로부(40)는 상기 감지부(20)에서 전송된 에너지저장장치(10)의 전위차에 대한 정보를 토대로 상기 밸런싱부(30)에 제어신호를 송출하도록 마련된다.
상기 제어회로부(40)는 내부 메모리를 구비하는 마이크로프로세서로 마련될 수 있으며, 상기 마이크로프로세서는 전송된 정보를 연산하며 연산결과에 의해 제어신호를 상기 밸런싱부(30)로 전송하는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 내부 메모리는 EEPROM, FlashROM 등으로 마련되어 사용자에 의해 상기 밸런싱부(30)의 동작여부에 대한 범위를 설정할 수 있도록 마련될 수 있다.
여기서, 상기 밸런싱부(30)는 상기 에너지저장장치(10)에 병렬로 연결되어 상기 에너지저장장치(10)의 전위차를 관리 및 조절하는 구성요소로서, 상기 제어회로부(40)에서 송출된 제어신호에 따라 선택적으로 동작하도록 마련될 수 있다.
즉, 상기 에너지저장장치(10) 간의 전위차가 사용자에 의해 미리 설정된 전위차 범위에서 벗어날 경우, 상기 제어회로부(40)는 상기 밸런싱부(30)로 각 에너지저장장치(10)의 전위차를 설정된 범위로 조절하도록 하는 제어신호를 송출하게 된다.
또한, 상기 제어회로부(40)는 상기 AD컨버터(22)에서 입력된 정보에 따라 상기 충, 방전 타이밍부(50)에 상이한 제어신호를 송출하도록 마련될 수 있다.
즉, 상기 에너지저장장치(10)에 저장된 전력이 미리 설정된 범위 미만으로 감지될 경우, 상기 제어회로부(40)는 상기 충, 방전 타이밍부(50)에 충전스위치(60)를 온시키는 제어신호를 송출하고, 전원공급수단(110)에 의해 충전전원이 에너지저장장치(10)로 공급된다.
반대로, 상기 에너지저장장치(10)에 저장된 전력이 미리 설정된 범위를 초과하거나 구동대상물(100)에 전원공급이 필요한 경우, 상기 제어회로부(40)는 상기 충, 방전 타이밍부(50)에 방전스위치(70)를 온시키는 제어신호를 송출하고, 상기 에너지저장장치(10)에서 방전된 출력전원이 상기 구동대상물(100)에 공급된다.
여기서, 상기 충, 방전 타이밍부(50)는 상기 에너지저장장치(10)의 충, 방전을 제어하는 스위칭드라이버(52)를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위칭드라이버(52)는 상기 에너지저장장치(10)의 충전을 위한 충전스위치(60)와 상기 에너지저장장치(10)의 방전을 위한 방전스위치(70)를 상기 제어회로부(40)의 제어신호에 따라 온오프시키는 역할을 수행한다.
또한, 상기 충, 방전 타이밍부(50)는 사용자로부터 입력된 미리 설정된 시간동안 상기 에너지저장장치(10)의 충, 방전을 자동적으로 수행하도록 구성될 수도 있다.
여기서, 도 1 에서와 같이, 상기 방전스위치(70)의 후단에는 축전지 팩 모듈과 연결된 구동대상물(100)에 공급될 최대 출력을 결정하기 위한 션트 저항(Shunt Resistance)(80)이 배치될 수 있다.
상기 션트 저항(80)은 상기 에너지저장장치(10)에서 출력된 전류를 체크하여 상기 구동대상물(100)에 공급할 수 있는 출력을 결정하기 위하여 정밀 밀리옴 저항으로 마련될 수 있다.
여기서, 상기 션트 저항(80)의 입력단과 출력단은 상기 AD컨버터(22)에 연결되어, 출력되는 전류에 대한 전위차 정보가 입력되며, 상기 AD컨터버(22)는 이 정보를 제어회로부(40)에 송출하여 에너지저장장치(10)의 충, 방전량을 조절할 수 있도록 마련될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 축전지 팩 모듈은 사용자에 의한 외부의 입력신호를 상기 제어회로부(40)로 송출하기 위한 통신회로부(90)를 추가적으로 포함할 수 있다.
즉, 사용자는 상기 통신회로부(90)를 통해 상기 제어회로부(40)의 에너지저장장치(10), 밸런싱부(30) 및 충, 방전 타이밍부(50)를 제어하는 제어회로부(40)에 출력강도설정, 전위차에 대한 범위설정, 충, 방전 시간설정 등의 정보를 미리 저장하거나 실시간으로 조절할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 축전지 팩 모듈은, 축전지를 구성하는 단위셀을 커패시터를 이용하여 구성함과 동시에 상기 단위셀의 전위차를 감지하여 적정 수준으로 관리하고 충, 방전 시간을 제어함으로써, 출력강도가 자유롭게 조절되고 내구성 및 효율성이 증대될 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 에너지저장장치 12 : 정류회로
20 : 감지부 22 : AD컨버터
30 : 밸런싱부 40 : 제어회로부
50 : 충, 방전 타이밍부 52 : 스위칭드라이버
60 : 충전스위치 70 : 방전스위치
80 : 션트 저항 90 : 통신회로부
100 : 구동대상물 110 : 전원공급수단

Claims (8)

  1. 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 에너지저장장치와;
    상기 에너지저장장치 양단의 전위차를 감지하는 감지부와;
    상기 에너지저장장치의 전위차를 관리 및 조절하기 위하여 상기 에너지저장장치에 접속되는 밸런싱부와;
    상기 감지부에서 전송된 감지신호에 따라 상기 밸런싱부에 제어신호를 송출하는 제어회로부와;
    상기 제어회로부에서 전송된 신호에 따라 상기 에너지저장장치의 충, 방전 시간을 조절하는 충, 방전 타이밍부;를 포함하며,
    상기 제어회로부는 상기 에너지저장장치의 출력강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 축전지 팩 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지저장장치는 슈퍼커패시터 또는 전기이중층커패시터 또는 양극과 음극의 구성이 상이하게 제작된 하이브리드 전기이중층커패시터 중의 어느 하나 이상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 축전지 팩 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부는 감지된 에너지저장장치의 전위차에 대한 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환시키는 AD컨버터를 추가적으로 포함하며, 상기 AD컨버터는 변환된 정보를 상기 제어회로부로 입력하는 것을 특징으로 하는 축전지 팩 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어회로부는 상기 AD컨버터에서 입력된 정보에 따라 상기 충, 방전 타이밍부에 상이한 제어신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 축전지 팩 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 충, 방전 타이밍부는 상기 에너지저장장치의 충, 방전을 제어하는 스위칭드라이버를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지 팩 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 축전지 팩 모듈은 상기 에너지저장장치의 충전을 위한 충전스위치와 상기 에너지저장장치의 방전을 위한 방전스위치를 포함하며, 상기 충전스위치와 방전스위치는 상기 스위칭드라이버에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 축전지 팩 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방전스위치의 후단에는 축전지 팩 모듈과 연결된 구동대상물에 공급될 최대 출력을 결정하기 위한 션트 저항(Shunt Resistance)이 배치되는 것을 특징으로 하는 축전지 팩 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 축전지 팩 모듈은 외부의 입력신호를 상기 제어회로부로 송출하기 위한 통신회로부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지 팩 모듈.

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