KR101307480B1

KR101307480B1 - 충전기 제어장치

Info

Publication number: KR101307480B1
Application number: KR1020120025738A
Authority: KR
Inventors: 염길훈
Original assignee: 염길훈
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-11

Abstract

본 발명은 충전기 제어장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 수명 예측을 하여 노후화된 배터리 충전에 따른 배터리 전력 손실을 최소화하여 그 교체 시기를 알려주고, 급속 충전시 온도에 따른 충전을 네트워크를 이용하여 원격/로컬에서 제어할 수 있는 통신기능 등이 구현된 충전기 제어장치에 관한 것이다.
본 발명은 입력 전압과 충방전 전압 예약 시간을 설정하기 위하여 충전기 성능을 측정하여 충방전 전압을 조정하는 충방전조정부와, 저항법을 이용하여 배터리 수명 예측을 하여 노후화된 배터리 충전에 따른 배터리 전력 손실을 최소화하도록 교체 시기를 알려주는 알림부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

충전기 제어장치{Control system for battery charger}

본 발명은 충전기 제어장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 수명 예측을 하여 노후화된 배터리 충전에 따른 배터리 전력 손실을 최소화하여 그 교체 시기를 알려주고, 급속 충전시 온도에 따른 충전을 네트워크를 이용하여 원격/로컬에서 제어할 수 있는 통신기능 등이 구현된 충전기 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 충전기는 주위온도 -25˚C 이상 40˚C 이하의 상태에서 다수의 축전지를 부동운전방식(Floating)과 균등운전방식(Equalizing)으로 충전시키는데 사용하는 것으로서 평상시에는 부동운전 상태로 운전해야하며, 정전되었다가 다시 전원을 인가할 때에는 균등운전을 수행하고 충전후에는 다시 부동운전상태로 전환되어야 한다.

이를 보완하기 위하여 축전지 전압에 따라 부동운전과 균등운전이 자동으로 절체되는 Automatic mode와 사용자가 예약한 시간내에 균등운전으로 전환되는 manual mode가 있는데, 이는 주위온도 -25도 ~ 40도 상태에서 다수의 축전지를 부동, 균등 운전으로 충전하는데 온도 및 비중을 피드백 받아 운전하지 않으므로 최적의 충전을 할 수가 없는 문제점이 있었다.

한편 한국공개특허 제2004-0032695호는 3상전력을 공급하는 전력 공급수단; 외부로부터 인가되는 제어신호에 동기되어 상기 전력 공급수단으로부터 공급되는 3상 전력을 정류하되, 상기 제어신호의 위상에 따라 정류되는 3상 전력의 전류값을 조절하는 위상제어정류수단; 상기 위상제어정류수단에 의해 정류된 3상 전력을 충전하는 충전수단; 및 상기 위상제어정류수단에 의해 정류된 3상 전력의 전류값을 검출하고, 상기 검출된 전류값에 응하여 위상이 가변된 제어신호를 생성하여 상기 위상제어정류수단에 인가하는 제어수단을 포함하여 구성되어, 배터리 충전기에 충전되는 전류값이 정상값을 유지하지 않아 충전기의 품질이 저하되지 않도록 하고 충전기에 고장이 발생되는 것을 미연에 방지하는 효과가 있다.또한 한국공개특허 제1999-0086001호는 3상의 AC 380V가 메인트랜스에 의해 전압강하되고 TNR소자 및 퓨우즈를 거쳐 SCR 브릿지를 경유하는 중에 적정치의 DC전압으로 바뀌어 60개의 DC 2V 축전지 단자로 인가되는 동시에 다수의 마그네트 스위치에 의해 다이오드를 선택적으로 경유하면서 정격의 DC전압으로 부하에 출력되도록 하되, 전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러를 통해 5가지의 계기값을 디지탈로 표시하여 알려주도록 하고, 균등운전의 시간을 년,월,일,시,분,초의 단위로 최대 20회까지 저장하였다가 출력하도록 하고, 축전기로 출력되는 전압을 적어도 3가지의 채널에 따른 값으로 설정하여 간단하게 선택할 수 있도록 하고, 부하로 출력되는 125V의 전압보다 작거나 큰 상태를 검출하여 사용자에게 알려주는 동시에 마이크로 프로세서에 전달하여 이에 따라 공급되는 전원의 값을 조절할 수 있도록 한 것이다.

따라서 상술한 문제점을 해결할 수 있는 온도와 비중을 측정하는 sensing module 등을 구성하여 정확한 충전방식을 구현한 새로운 충전기 제어장치가 필요하게 되었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 배터리 전력 손실을 최소화하여 그 교체 시기를 알려주고, 네트워크를 이용하여 원격/로컬에서 제어할 수 있는 통신기능(시스템 예측 및 제어 기능)이 구현된 충전기 제어장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 입력 전압과 충방전 전압 예약 시간을 설정하기 위하여 충전기 성능을 측정하여 충방전 전압을 조정하는 충방전조정부와, 저항법을 이용하여 배터리 수명 예측을 하여 노후화된 배터리 충전에 따른 배터리 전력 손실을 최소화하도록 교체 시기를 알려주는 알림부로 구성된다.

상기 충방전조정부는 온도를 측정하는 온도 센싱 모듈(sensing module)과, 비중을 측정하는 비중 센싱 모듈로 구성된다.

상기 알림부는 충전과 방전 상황을 검출하여 충방전 기준에 불일치하는 경우 경고정보를 발송하는 충방전검출모듈과, 충전과 방전 상황이 양호한지 불량인지 일정 기준치에 따라 판별하여 불량일 경우 경고 정보를 발송하는 판별모듈과, 상기 충전기 제어장치의 온도, PH, 비중을 측정하는 센싱 모듈로 부터 정보를 전송받아 일정 기준치 이하인 경우 경고 정보를 발송하는 센서판별모듈과, 급속 충전 또는 온도에 따른 충전전류 시간 제어를 네트워크를 이용하여 원격/로컬에서 제어할 수 있도록 유션 또는 무선 통신 모듈을 포함하는 통신모듈로 구성된다.

본 발명에 따르면 온도와 비중을 측정하는 sensing module을 구성하여 정확한 정보에 따라 특정 충전방식을 구현할 수 있다.

본 발명에 따르면 원격지의 배터리 charger의 배터리 상태 check 뿐만 아니라 자동으로 제어되도록 제어하거나 차후 변동 관계 정보를 실시간으로 보고 받을 수도 있다.

도1은 본 발명에 따른 충전기 제어장치의 구성을 자세히 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 의한 저항법으로 충전기의 수명을 예측하는 과정을 개략적으로 보여주는 도면.
도3은 본 발명에 따른 충전기 제어장치의 구동 순서를 대략적으로 보여주는 도면.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면을 참고하여 자세히 설명한다.

본 발명의 충전기 제어장치(100)에 따른 정전류신호 인가 방법으로서 n개의 배터리에 정전류신호를 인가하기 위해서는 n개의 정전류 신호가 필요하나 이를 구성하기 위해서는 시스템이 커지고 비용이 많이 들게 되므로 비효율적이다.

이를 위해서 정해진 ch(예를 들어 8ch)의 정류기 신호를 릴레이를 이용하여 8개의 배터리에 인가할 수 있다.

정류기 신호 인가 모듈은 8개의 릴레이로 구성되고, 정류기 신호 모듈은 8 ch 이므로 총 64개의 배터리에 신호를 인가할 수 있고, 정류기 신호 인가 모듈은 통신 모듈이었으므로 대량의 배터리 모듈을 충전할 시에는 n개의 모듈로 증설할 수 있는 시스템이다.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 충전기 제어장치(100)는 입력 전압과 충방전 전압 예약 시간 등을 설정하기 위하여 다양한 방법으로 충전기 성능을 측정하여 무선 또는 유선 네트워크를 통하여 자동으로 충방전 전압을 조정할 수 있도록 제어하는 충방전조정부(10)와, 저항법 등을 이용하여 배터리 수명 예측을 하여 노후화된 배터리 충전에 따른 배터리 전력 손실을 최소화하도록 교체 시기를 유선 또는 무선 네트워크를 통해 알려주는 알림부(20)로 구성되는 것이 바람직하다.

즉 본 발명에 따른 충전기 제어장치는 예를 들어 충전기 제어장치에 관한 것으로서, 축전지 전압에 따라 부동운전과 균등운전이 자동으로 절체되는 Automatic mode와 사용자가 예약한 시간내에 균등운전으로 전환되는 manual mode로 운용될 수도 있다.

종래에는 주위온도 -25도 ~ 40도 상태에서 다수의 축전지를 부동, 균등 운전으로 충전하는데 온도 및 비중을 피드백 받아 운전하지 않으므로 최적의 충전을 할 수가 없었다.

그러나 본 발명에서는 온도와 비중을 측정하는 센싱 모듈(sensing module)을 구성하여 정확한 충전방식을 구현할 수 있게 된다.

상기 식에 의한 부동 전압 범위가 2.17 ~ 2.18 Volt가 되도록 하고, 균등전압은 2.25 ~ 2.3 Volt 가 되도록 제어를 하며, 이 경우 전압을 정확하게 하기 위해 수소전극을 이용한 전위측정을 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 충방전조정부(10)는 온도를 측정하는 온도 센싱 모듈(sensing module; 14)과, 비중을 측정하는 비중 센싱 모듈(16)로 구성될 수 있는 데, 여기에서는 온도와 비중에 따라 차이가 있으므로 온도와 비중을 sensing 하는 모듈을 구현하여 최적의 전압을 연산하는 회로를 구현하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 원격지의 배터리 charger의 배터리 상태 check 도 가능한데, 본 발명에 따른 충전기 제어장치(100)는 다양한 제어 모듈(12)을 포함할 수 있는 데, 일반 센서 모듈을 중앙에서 제어하는 제어 모듈을 둘 수 있거나 통신 모듈에 일반 센서 모듈을 바로 연결하여 일반 센서 모듈을 정보를 바로 전송받게 설계할 수 도 있는 데, 예를 들어 상기 알림부(20)는 충전과 방전 상황을 검출하여 충방전 기준에 불일치하는 경우 경고정보를 발송하는 충방전검출모듈(22)과, 충전과 방전 상황이 양호한지 불량인지 일정 기준치에 따라 판별하여 불량일 경우 경고 정보를 발송하는 판별모듈(24)과, 상기 충전기 제어장치의 온도, PH, 비중을 측정하는 센싱 모듈로 부터 정보를 전송받아 일정 기준치 이하인 경우 경고 정보를 발송하는 센서판별모듈(26)과, 급속 충전 또는 온도에 따른 충전전류 시간 제어를 네트워크를 이용하여 원격이나 로컬에서 제어할 수 있도록 유선 또는 무선 통신 모듈을 포함하는 통신모듈(28)로 구성될 수 있어 원격지의 배터리 charger의 배터리 상태 check 뿐만 아니라 자동으로 제어되도록 제어하거나 차후 변동 관계 정보를 실시간으로 보고 받을 수도 있고 도2에서 처럼 교체 여부를 판단할 수도 있다.따라서 본 발명은 종래의 충전기는 아날로그 구성으로 그 구성이 복잡하고 부동 운전과 수동운전이 타이머에 의한 수동운전 시간을 스위치로 선택조정하고 그 전압을 조정하여 부정확한 점이 많이 있었는 데 이를 바로 해결할 수 있게 되었다.

또한 본 발명은 입력 전압과 충방전 전압 예약 시간 등을 정확하게 하기 위하여 온도와 비중을 측정하여 충방전 전압을 정확히 조정하고 AC 저항법을 이용하여 배터리 수명 예측을 하여 노후화된 배터리 충전에 따른 배터리 전력 손실을 최소화하여 그 교체 시기를 알려주고, 급속 충전시 온도에 따른 충전을 네트워크를 이용하여 원격이나 로컬에서 제어할 수 있는 통신기능(시스템 예측 및 제어 기능)이 구현된 배터리 charger 시스템 구현할 수 있게 된다.

실시예1

본 발명에 따른 충전기 제어장치는 상술한 구성에 의하여 3상의 AC 전압을 MAIN TR 에 의해 전압강하를 하고 정류를 시켜서 다수의 DC 축전지 단자로 인가하고 Relay 를 이용하여 선택적으로 경유하면서 정격의 DC 전압의 부하로 출력하고, 배터리의 수명을 AC 저항으로 절연하는 루틴을 구성하여 수명을 예측하는 기능과 정전류, 정전압 혼합방식의 충전방식을 구현할 수 있다.

실시예2

본 발명에 따른 충전기 제어장치는 일정 시간 기준으로 충전 중에 충전기의 전압이 상승에 따라 충전전압을 높여주기 위한 정전류 충전부와, 초기에 충전전압을 일정하게 유지하면서 충전을 하고, 충전 전류가 급격히 증가 하거나 점차적으로 감소하도록 하는 정전압 충전부와, 초기에 정전류로 충전하다가 일정 전압에 도달하면 정전압으로 충전하는 혼합부로 구성된 제어부를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 충전기의 충전 방식에는 정전류, 정전압 충전 방식이 있고 이들을 혼합한 혼합식으로 구성될 수 있다.

충전기 회로 관점에서 충전 전류를 일정한 값으로 유지하고 충전을 하는 데 보통 8시간 기준으로 충전 중에 충전기의 전압이 상승하므로 충전전압을 높여주는 정전류 충전 방식과, 초기에 충전전압을 일정하게 유지하면서 충전을 하고, 충전 전류가 급격히 증가 하거나 점차적으로 감소하는 정전압 충전방식과, 초기에 정전류로 충전하다가 일정 전압에 도달하면 정전압으로 충전하는 혼합식이 있다.

실시예3

배터리 수명 체크 루틴을 예를 들어 설명하면, 본 발명에 따른 배터리의 수명 체크는 AC 저항법을 이용하여 측정하면, 내부 저항 값에 따라 값이 크게 나오면 배터리의 수명이 다한 것으로 추정하며, 예를 들어 그 값은 11 M ohm이다.

즉 제어장치인 마이크로 프로세서에서 D/A 컨버젼(conversion) 방식을 이용하여 AC 100Hz의 교류를 배터리에 인가하여 저항을 측정한다.

여기에서 기본 전압은 1V로 계산한다.

예를 들어 도3에서 보는 바와 같이 저항값 > 11 M ohm이면 수명 완료이고, 저항값 < 11 M ohm이면 수명이 남아 있음으로 볼 수 있다. 상기 기준으로 판단하여 배터리의 수명을 예측하여 알람으로 표시하고, 원격지에서 모니터링을 할 경우 일정 통신 모듈을 통하여 원격지 서버에 정보 데이터를 송신할 수 있다.

상기 정보 데이터를 데이터베이스화하여 여러 장소에 있는 배터리 충전장치 시스템에 대한 배터리 수명을 예측하여 관리를 효율적으로 할 수 있도록 한다.

100 : 충전기 제어장치 10 : 충방전조정부
12 : 제어 모듈 14 : 온도 센싱 모듈
16 : 비중 센싱 모듈 20 : 알림부
22 : 충방전검출모듈 24 : 판별모듈
26 : 센서판별모듈 28 : 통신모듈

Claims

온도와 비중을 측정하는 센싱 모듈을 포함하여 배터리의 성능을 측정하고, 측정치에 따라 충방전 전압을 조정함으로써 입력 전압과 충방전 전압 예약 시간을 설정하는 충방전조정부;,
일정 시간 기준으로 충전 중에 충전기의 전압이 상승에 따라 충전전압을 높여주기 위한 정전류 충전부와, 초기에 충전전압을 일정하게 유지하면서 충전을 하고 충전 전류가 급격히 증가하거나 점차적으로 감소하도록 하는 정전압 충전부와, 초기에 정전류로 충전하다가 일정 전압에 도달하면 정전압으로 충전하는 혼합부로 구성된 제어부;
배터리의 충전과 방전 상황을 검출하여 충방전 기준에 불일치하는 경우 경고정보를 발송하는 충방전검출모듈과, 충전과 방전 상황이 양호한지 불량인지 일정 기준치에 따라 판별하여 불량일 경우 경고 정보를 발송하는 판별모듈과, 상기 센싱 모듈로부터 정보를 전송받아 일정 기준치 이하인 경우 경고 정보를 발송하는 센서판별모듈과, 급속 충전 또는 온도에 따른 충전전류 시간 제어를 네트워크를 이용하여 원격이나 로컬에서 제어할 수 있도록 하는 통신모듈을 포함하는 알림부;를 포함하되,
상기 알림부는 저항법을 이용해 AC 100Hz의 교류를 배터리에 인가하여 저항을 측정하고, 측정된 저항값이 11 M ohm 보다 크면 수명이 완료이고 저항값이 11 M ohm보다 작으면 수명이 남아 있는 것으로 판단하여 배터리의 수명을 예측함으로써 배터리 교체시기를 알려주는 것을 특징으로 하는 충전기 제어장치.
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