KR101324516B1 - 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치 및 이의 배터리 충전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 전기제품별 각 배터리의 충전 여부를 결정함으로써, 전력 소비의 효율성을 제공할 수 있는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치 및 이의 배터리 충전 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 전원 공급 제어장치는, 상용전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터로부터 공급된 직류 전원을 저장 관리하도록 BMS(Battery Management Sytem)이 구축된 배터리; 배터리의 출력 전압을 교류 전원으로 변환하는 인버터; 상용전원에 대한 정전 상태를 인지하기 위한 정전 검출부; 정전 검출부의 결과에 따라 상용전원을 부하고 공급하거나, 인버터에서 출력되는 전원을 공급하는 스위칭부; 및 전기제품의 전력소비 패턴을 학습하고, 학습된 정보와 현재 전력상황에 대응하는 소비전력량 정보에 기반하여 배터리의 충전 여부를 결정하며, 정전 시점에서 스위칭부의 절환 제어와 더불어 전력 위상을 인지한 후, 인버터를 통해 부하로의 전력 위상을 동조시키는 제어부로 구성된다.
따라서, 본 발명은 설정된 시간대별로 학습된 전기제품의 전력소비 패턴 정보와, 전력거래소로부터 제공되는 계절별, 시간대별 소비전력량 정보에 근거하여, 전기제품별 각 배터리의 충전 여부를 결정함으로써, 전력 소비의 효율성을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치 및 이의 배터리 충전 방법{POWER CONTROLLER CONNECTED ELECTRONIC DEVICE AND BATTERY CHARGING METHOD THEREOF}

본 발명은 전원 충전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가정용 또는 산업용 전기 제품과 접속되거나, 전기 제품에 내설된 일체형 구조로서, 전력 소비가 낮은 시간대에 상용전원을 충전한 후, 해당 전기 제품으로 위상제어 기반의 전력 공급을 수행하는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치 및 이의 배터리 충전 방법에 관한 것이다.

근래에 들어, 환경 파괴, 자원 고갈 등이 문제되면서, 전력을 저장하고, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 이와 함께 발전 과정에서 공해를 유발하지 않는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 전력 저장 시스템은 이러한 신재생 에너지, 전력을 저장한 배터리, 그리고 기존의 계통 전력을 연계시키는 시스템으로서, 오늘날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.

이러한 전력 연계 시스템으로써, 첨부된 특허문헌에서는 안정적인 동작을 수행하고 배터리의 수명 감소를 방지할 수 있는 장치를 제시하고 있다. 이를 구체적으로 설명하면 먼저, 종래의 전력 연계 시스템은 발전 시스템, 배터리 및 계통을 연계하여 부하에 전력을 공급하는 전력 저장 시스템의 제어방법에 있어서, 계통에서 정전이 발생하였을 때, 정전의 지속시간이 기준시간 이상인지를 판단하는 단계와, 지속시간이 기준시간 이상인 경우, 배터리의 충전상태를 판단하는 단계와, 계통의 정전이 종료되었을 때, 지속시간이 기준시간 미만인 경우 또는 배터리가 기준치 이상 충전된 상태이면 제1 정전 복귀 모드를 수행하고, 배터리가 기준치 미만으로 충전된 상태이면 제2 정전 복귀 모드를 수행하는 단계를 포함한다.

또한, 제1 정전 복귀 모드는, 발전 시스템 또는 배터리로부터 계통으로의 전력 공급을 미리 정해진 시간 동안 차단하는 단계와, 발전 시스템에서 생산한 전력의 위상과 계통 전력의 위상을 일치시키는 단계와, 미리 정해진 시간의 경과 후, 발전 시스템에서 생산한 전력을 계통 또는 부하에 공급하는 단계를 구성한다.

또한 제2 정전 복귀 모드는, 부하의 전력 소비량을 판단하는 단계와, 부하의 전력 소비량이 기준 소비량 이상인 경우에는 제1 정전 복귀 모드로 돌아가고, 부하의 전력 소비량이 기준 소비량 미만인 경우에는 배터리의 충전을 수행한다.

이때, 제2 정전 복귀 모드는, 발전 시스템이 전력을 생산하는지 여부를 판단하는 단계와, 발전 시스템이 전력을 생산하는 경우, 발전 시스템이 생산하는 전력량과 배터리의 충전에 필요한 전력량의 크기를 비교하는 단계로 구성된다.

다른 방식으로서, 제2 정전 복귀 모드는, 발전 시스템이 생산하는 전력량이 배터리의 충전에 필요한 전력량 이상인 경우, 발전 시스템이 생산하는 전력으로 배터리를 충전하고, 발전 시스템에서 생산한 전력 중 배터리를 충전하고 남는 전력을 부하 또는 계통으로 공급하는 단계로 구성될 수 있다.

따라서, 종래 제어방식은 부하의 전력 소비량을 판단하는 소비전력 판단부를 더 포함하고, 전력 소비량이 기준 소비량 이상인 경우 배터리로부터 계통으로의 전력 공급을 미리 정해진 시간 동안 차단하는 제1 정전 복귀 모드를 수행하고, 전력 소비량이 기준 소비량 미만인 경우 발전 시스템 또는 계통의 전력을 사용하여 배터리를 충전하는 제2 정전 복귀 모드를 수행토록 하는 것이다.

이와 같이, 근래에는 BMS 장치가 이슈화되고 있어, 소비전력이 증가하는 시간대에 BMS 시스템에 의한 전력 공급이 이루어지고, 소비전력이 감소하는 시간대에서 전력을 충전토록 하고 있어 전력 운용의 중요성이 부각되고 있다.

그러나, 단순히 전력을 저장한 후 정전 발생 시에 이를 공급하는 구조는 전력 사용 측면에서 안정성이 부여되고 있으나, 충전 전력을 공급받는 전기제품의 관점에서는 전력의 위상 차로 인해 제품의 손상이 우려되는 문제가 있다. 따라서, 전력 운용의 중요성과 더불어, 제품 보호를 위한 안정화된 시스템 구현이 필연적으로 요구되어야 할 것이다.

1. 대한민국 등록특허 10-1097265, 등록일자 2011년 12월 15일, 발명의 명칭 '전력 저장 시스템 및 그 제어방법' 2. 대한민국 공개특허 10-2012-0007786, 공개일자 2012년 01월 25일, 발명의 명칭 '전자 기기 및 전자 기기의 배터리 충전 방법'

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기제품과 단독으로 접속되거나, 전기제품에 내설되는 구조로서 배터리 관리 시스템(Battery Management System)을 제공할 수 있는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치 및 이의 배터리 충전 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 설정된 시간대별로 학습된 전기제품의 전력소비 패턴 정보와, 전력거래소로부터 제공되는 계절별, 시간대별 소비전력량 정보에 근거하여, 전기제품별 각 배터리의 충전 여부를 결정함으로써, 전력 소비의 효율성을 제공할 수 있는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치 및 이의 배터리 충전 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 순간 정전 시 인버터의 출력 시그널의 위상을 제어하여, 전기제품으로 공급되는 전력의 위상을 동조시킴으로써 전기제품의 안정적 구동을 유도할 수 있는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치 및 이의 배터리 충전 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치는, 보조 배터리를 이용하여 전기제품의 전원을 공급 제어하기 위한 장치에 있어서, 상용전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터로부터 공급된 직류 전원을 저장 관리하도록 BMS(Battery Management Sytem)이 구축된 배터리; 상기 배터리의 출력 전압을 교류 전원으로 변환하는 인버터; 상용전원에 대한 정전 상태를 인지하기 위한 정전 검출부; 상기 정전 검출부의 결과에 따라 상용전원을 부하고 공급하거나, 상기 인버터에서 출력되는 전원을 공급하는 스위칭부; 및 상기 전기제품의 전력소비 패턴을 학습하고, 학습된 정보와 현재 전력상황에 대응하는 소비전력량 정보에 기반하여 상기 배터리의 충전 여부를 결정하며, 정전 시점에서 상기 스위칭부의 절환 제어와 더불어 전력 위상을 인지한 후, 상기 인버터를 통해 부하로의 전력 위상을 동조시키는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제어부는, 내부 메모리를 보유하며, 상기 내부 메모리는 날짜별, 시간별 평균화된 소비전력량 정보와, 해당 전기제품의 사용에 따른 소비전력의 패턴을 검출 및 평균화한 전력소비 패턴정보를 저장 관리하고, 상기 배터리의 충전 제어를 위한 충전제어 알고리즘 및 위상제어 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치의 배터리 충전 방법은, 제 1 항에 따른 전원 공급 제어장치를 이용한 배터리 충전 방법에 있어서, a) 현재 전기제품의 전력소비 패턴이 소비전력량이 높은 시간대인 제1 설정 값의 범위에 포함되는지를 판단하는 단계; b) 상기 전력소비 패턴이 제1 설정 값 범위에 일부 또는 전체가 포함된 경우, 상기 전기제품에 대한 평균 전력소비량이 배터리의 용량보다 높은가를 판단하는 단계; c) 상기 전기제품에 대한 평균 전력 소비량이 배터리의 안정적 사용 가능 용량을 넘을 경우, 상기 제1 설정 값 이내에서 상기 배터리의 충전을 수행하고, 그렇지 않을 경우, 전력수급이 안정적인 상태로 인지되는 제2 설정 값 이내에서 상기 배터리의 충전을 수행하는 단계; d) 상기 배터리의 충전전압을 이용하여 상기 전기제품이 구동하는 단계; e) 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 현재 전기제품의 전력소비 패턴이 제1 설정 값의 범위에 포함되지 않을 경우, 상용전원을 통해 상기 전기제품을 구동하고, 상기 배터리를 충전하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제시하는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치 및 이의 배터리 충전 방법은, 설정된 시간대별로 학습된 전기제품의 전력소비 패턴 정보와, 전력거래소로부터 제공되는 계절별, 시간대별 소비전력량 정보에 근거하여, 전기제품별 각 배터리의 충전 여부를 결정함으로써, 전력 소비의 효율성을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 순간 정전 시 인버터의 출력 시그널의 위상을 제어하여, 전기제품으로 공급되는 전력의 위상을 동조시킴으로써 전기제품의 안정적 구동을 유도할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 전원 공급 제어장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 배터리 충전 방법을 설명하는 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 소비전력량 및 전력소비 패턴을 예시한 그래프이다.
도 4는 도 1의 전원 공급을 위한 위상제어 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서 제시하는 전원 공급 제어장치는 전기 제품의 내부에 설치되어 전기제품과의 일체형 구조로 제시될 수 있으며, 필요에 따라 전기제품과는 별도로 전원 충전 제어장치로 적용될 수 있을 것이다. 그러나, 전기제품과 별도로 구성되더라도, 하나의 전기제품에 하나의 전원 충전 제어장치로 사용되어야 할 것이며, 다수 개의 전원 충전 제어장치를 결합한 후, 다수 개의 전기제품의 전원 충전 제어장치로 사용되는 것은 본 발명의 요지를 벗어나지 않을 것이다.

전술한 전원 충전 제어장치는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)과 연동하여 배터리의 충전 및 방전 제어가 수행되며, 배터리 관리 시스템에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 본 발명에서는 BMS를 이용하여 전기 제품으로의 전력 공급과 전기제품의 사용 패턴에 대응하는 충전 제어를 수행하는 것이다.

여기서, 전기제품의 사용 패턴이라 함은 가정 내 또는 산업 내 설비되는 전기제품의 사용 시간대, 요일, 소비 전력량 등의 주기를 평균화한 데이터이다. 본 발명에서는 전기제품의 사용 패턴과 더불어 소비전력량 정보에 기반하여 배터리의 충전 여부를 결정한다. 상기 소비전력량 정보는 날짜별, 시간대별 국내 소비 전력상태를 나타내는 정보로서, 예컨대 전력 거래소의 전력 거래정보 또는 전력 수급 현황에 대한 연평균 정보를 나타낸다.

한편, 본 발명에서는 상용전원의 일시적 정전 시 배터리에 충전된 전원을 인버터를 통해 부하로 공급토록 함에 있어, 공급 전원의 위상을 제어토록 한다. 이는 정전 시점에서 전력 위상을 인지한 후, 인버터를 통해 공급되는 전원의 위상을 정전 시점에서의 위상에 맞춰 공급하는 것이다. 이는 전기제품의 전력 소비과정에서 위상 차이에 의한 오동작 또는 시스템 훼손 등을 방지함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전원 공급 제어장치를 설명하기 위한 구성도이다.

상용전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(103)와, 상기 컨버터(103)로부터 공급된 직류 전원을 저장 관리하도록 BMS(Battery Management Sytem)이 구축된 배터리(105)와, 상기 배터리(105)의 출력 전압을 교류 전원으로 변환하는 인버터(107)와, 상용전원에 대한 정전 상태를 인지하기 위한 정전 검출부(111)와, 상기 정전 검출부(111)의 결과에 따라 상용전원을 부하고 공급하거나, 상기 인버터(107)에서 출력되는 전원을 공급하는 스위칭부(109)와, 해당 전기제품의 전력소비 패턴을 학습하고, 학습된 정보와 현재 전력상황에 대응하는 소비전력량 정보에 기반하여 상기 배터리(105)의 충전 여부를 결정하며, 정전 시점에서 상기 스위칭부(109)의 절환 제어와 더불어 전력 위상을 인지한 후, 상기 인버터(107)를 통해 부하로의 전력 위상을 동조시키는 제어부(101)로 구성된다.

상기 제어부(101)는 내부 메모리를 보유하며, 상기 내부 메모리는 날짜별, 시간별 평균화된 소비전력량 정보와, 해당 전기제품의 사용에 따른 소비전력의 패턴을 검출 및 평균화한 전력소비 패턴정보를 저장 관리하고, 상기 배터리(105)의 충전 제어를 위한 충전제어 알고리즘 및 위상제어 알고리즘을 포함한다.

상기 소비전력량 정보는 제품의 출시 과정에서 내부 메모리에 등록 저장되거나, 전기제품의 특성에 따라 유무선 네트워크를 통해 실시간 제공받을 수 있을 것이다.

상기 전력소비 패턴정보는 해당 전기제품의 사용 패턴을 의미하는 것으로, 사용 시간 및 소비전력량을 지속적으로 검출하고, 요일별, 시간대별 평균화한 정보로 등록된다. 따라서, 상기 전력소비 패턴정보는 전기제품의 운용 시간에 대응하여 업데이트된다.

상기 충전제어 알고리즘은 전력 거래정보에 기반한 소비전력량 정보 및 해당 전기제품에 대한 전력소비 패턴 정보를 토대로 배터리(105)의 충전 시점과 방전 구간을 정의하게 된다.

이를 위해, 첫 번째로 전력소비 패턴이 소비전력량이 높은 구간에 위치하는지를 판단하고, 두 번째로 해당 전기제품의 평균 소비전력량을 인지하며, 세 번째로 해당 전기제품의 평균 소비전력량에 대응하여 사전에 충전할 수 있도록 소비전력량이 낮은 구간이 존재하는지를 판단한다. 물론, 상기 제어부(101)는 부하에 따른 배터리(105)의 소진 비율을 인지하고 있다. 이는 배터리(105)의 용량, 특성에 기반하여 부하에 대응하는 소진 상태로서, 제조과정에서 이미 인지되기 때문이다.

도 2는 본 발명에 따른 충전 제어 알고리즘을 설명하기 위한 제어부의 동작 플로우챠트이다.

도시한 바와 같이, S201 단계에서 소비전력정보 및 전력 소비패턴 정보를 상기 내부 메모리로부터 읽어 들인다. 상기 소비전력정보는 전술한 바와 같이 전력거래 정보로부터 실시간 수집되거나, 제품 출시 시점에서 기 저장된 연간 평균 전력거래 정보일 수 있다. 상기 전력거래 정보는 전력 거래소에서 제공하는 정보를 대치할 수 있으며, 이러한 전력거래 정보 중 소비전력정보는 현재 시점에 대응하는 시간대별 소비전력량을 나타낸다. 필요에 따라 전력 거래 가격 정보로 대치될 수 있을 것이다.

또한, 상기 전력 소비패턴 정보는 해당 전기제품의 전력 사용패턴으로 평균 전력사용량, 전력 사용 시간대, 전력 사용 확률 시간대 등을 의미한다. 도 3은 소비전력량 및 전력소비 패턴을 예시하고 있으며, 현재 시점에서의 소비전력량 정보가 시간대별로 제공된다.

상기 전력소비 패턴은 전기제품의 사용시간과 사용량을 지속적으로 측정하여, 전력 소비가 이루어지는 시간대를 확률적으로 도시한 것이다. 또한, 평균 전력소비량을 측정하여 표시하고 있다. 이러한 전력소비의 형태는 해당 전기제품의 사용이 소비전력량이 높은 시간에 사용되는지, 얼마나 사용되는지를 판단한다. 상기 전력소비 패턴은 설정된 시간 동안에 평균화한 데이터이다.

따라서, 상기 제어부(101)는 S203 단계에서 현재 전기제품의 전력소비가 소비전력량이 높은 시간대 즉, 제1 설정 값의 범위에 포함되는지를 판단한다. 여기서, 상기 제1 설정 값은 소비전력량을 기준으로 기 설정되는 값으로, 예컨대 전력거래소 기준 전력수급 현황의 4단계 또는 예비율 10% 이하로 설정될 수 있을 것이다. 반면, 도 3에서 도시한 제2 설정 값은 전력수급이 매우 안정적인 상태로서, 전력수급 현황의 2단계 또는 예비율 30% 이하로 설정될 수 있다. 물론, 제1 설정 값 및 제2 설정 값의 기준은 제조자에 의해 임의로 설정 가능함은 당연할 것이다.

상기 제어부(101)가 판단한 결과, 전력소비 패턴이 제1 설정 값 범위에 일부 또는 전체가 포함된 경우, S205 단계로 진입하여 해당 전기제품에 대한 평균 전력소비량이 배터리(105)의 용량보다 높은가를 판단한다. 즉, 현재 전기제품에 장착 또는 연결되는 배터리(105)의 안정적 사용 가능 용량과 전기제품의 평균 전력 소비량을 비교하는 것으로, 배터리(105)의 안정적 사용 가능 용량이 높을 경우에는 S207 단계와 같이 제2 설정 값 이내에서 충전을 수행한다.

이는 전력수급이 안정적인 구간에서 배터리(105)를 충전하기 위한 것으로, 상기 제어부(101)는 내부 타이머 또는 외부 RTC(Real Timer Controller) 접속을 통해 시간 정보를 인지한 후, 상기 소비전력량 정보를 토대로 충전 시간을 판단한다. 이러한 판단 결과는 상기 배터리(105)로 통지되며, 배터리(105)는 설정된 시간 동안에 충전을 수행한다.

이러한 충전 구간은 현재 또는 당일 시점에서 이루어지는 것이 아니라, 소비전력량 정보 및 평균 전력소비 패턴 정보를 토대로 전일 또는 전기제품의 사용 전에 이루어지는 것이다.

반면, S205 단계에서 판단한 결과 평균 전력소비량이 배터리 용량보다 높을 경우 즉, S219 단계로 진입하여 제1 설정 값 이내에서 충전을 수행한다. 본 단계에서는 배터리(105)의 충전 용량이 전력 소비량보다 적은 것으로, 실질적으로 배터리(105)의 용량 증설이 필요한 상황이다. 그러나, 전기제품의 사용과정에서 전력 소비량이 증가한 경우로 상정될 수 있으며, 이러한 상황에서도 배터리(105)의 충전 제어를 수행하여 소비전력량이 높은 시간대에서 전력 소비를 최소화하는 것이다.

한편, S209 단계에서 현재 전기제품이 동작하였는지를 판단한다. 즉, 전력 소비가 개시되었는지를 판단하는 것으로, 도 3의 평균 전력소비 패턴 내에 포함되는 시간대이다.

이후, 상기 제어부(101)는 배터리(105)의 방전을 지시함과 동시에, 인버터(107)를 인에이블시킨다. 그리고, 상기 스위칭부(109)는 인버터(107)의 출력 전압이 부하고 공급되도록 스위칭 전환을 수행한다. 따라서, S211 단계와 같이 전기제품으로 배터리(105)의 충전 전력이 방전되는 것이다.

도 3의 충전제어 패턴 그래프는 해단 전기제품이 on ~ off 구간에서 사용됨을 예시한 것으로, 배터리(105)의 충전 구간은 배터리의 용량 또는 전기제품의 전력소비량에 따라 제2 설정 값 범위 이내에 존재하거나, 제1 설정 값 범위 이내에 존재할 수 있다.

따라서, 상기 S209 단계에서 전기제품이 동작 개시될 때, S211 단계에서 제2 설정 값 범위 내에서 충전이 완료된 후, 전기제품이 ON 되는 시점에서 방전이 이루어진다. 또는, 전기제품이 ON 되는 시점까지 지속적으로 배터리(105)의 충전이 이루어질 수 있다. 그리고, 배터리(105)의 방전 시점부터 배터리(105)의 전력이 소진되며, S213 단계에서 상기 제어부(101)는 배터리의 재충전 시점이 도래했는지를 판단한다.

여기서, 배터리의 재충전 시점은 배터리가 완전히 소진되기 전(前) 상태로서, 예컨대 배터리 잔량이 10%에 도달하는 시점을 나타낸다. 배터리의 완전 소진은 배터리 및 전기제품에 악영향을 끼칠 수 있기 때문이다.

S213 단계에서 판단한 결과, 배터리가 재충전되어야 할 시점일 경우, 상기 제어부(101)는 S215 단계를 통해 스위칭부(109)를 제어하여 상용전원(AC)이 전기제품으로 공급되도록 스위칭 전환을 수행한다. 그리고, S217 단계와 같이 전기제품이 오프 상태인지를 판단한다. 전기제품이 오프 상태가 아닌 경우에는, S215 단계로 피드백하고, 전기제품이 오프 상태인 경우에는 초기 상태로 복귀한다.

반면, S213 단계에서 배터리의 재충전 시점이 아닌 경우 즉, 배터리의 용량이 충분히 확보되고 있는 경우, 제어부(101)는 S221 단계로 진입하여 전기제품이 오프 상태인지를 판단한다. 전기제품이 오프 상태가 아닌 경우에는 S211 단계로 피드백하여 배터리(105)를 지속적으로 사용한다. 그러나, 전기제품이 오프인 경우에는 초기 상태로 복귀한다.

결국, 본 발명에서는 소비전력량 정보와 평균 전력소비 패턴을 기반으로 배터리의 충전시점을 판단하며, 배터리의 방전 구간은 최대한 제1 설정 값 범위 내에서 존재하도록 제어하는 것이다.

한편, 상기 S203 단계에서 판단한 결과, 전력소비 패턴이 제1 설정 값 범위에 포함하지 않을 경우 즉, 평균 전력소비 패턴이 제2 설정 값 범위에 모두 포함된 경우에는, S221 단계와 같이 제2 설정 값 이내에서 배터리를 충전하며, 또한 S223 단계와 같이 전기제품이 온 되는 시점에서 AC 전원을 사용한다.

이는 배터리를 충전함과 동시에 상용전원을 먼저 사용토록 하는 것으로, 제어부(101)는 S225 단계에서 스위칭부(109)를 제어하여 상용전원이 전기제품으로 공급되도록 한다. 이후, S227 단계와 같이 전기제품이 오프 상태인 경우에는 초기 상태로 복귀토록 한다.

한편, 본 발명에 따른 전원 충전 제어장치는 정전 현상 시 배터리에 충전된 전원을 전기제품으로 공급하는데, 정전 시점에서의 위상을 유지토록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 위상제어 알고리즘을 수행하는 제어부의 동작을 설명하기 위한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 상기 제어부(101)는 상용전원의 전압에 대한 샘플링 데이터 및 상기 샘플링 데이터에 대한 각각의 코드정보를 보유하는 이이피롬(EEPROM)과, 상기 정전 검출부(111)로부터 정전 상태를 인지한 후, 정전 시 상용전원의 전압을 연속하는 두 시점에서 검출하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(403)와, 상기 연속하는 두 시점에서의 전압정보를 기반으로 상기 이이피롬에서 두개의 전압정보를 검출하고 이로부터 해당 전압의 위상을 판단한 후, 판단된 전압에 대한 코드정보를 추출하며, 상기 코드정보에 대응하는 교류전압의 위상 시점에서부터 인버팅 전압을 출력하도록 상기 인버터(107)를 제어하는 제어모듈(401)로 이루어진다.

상기 이이피롬은 제어부(101)의 내부 메모리를 지칭하는 것으로, 필요에 따라 외부 메모리를 사용할 수 있을 것이다. 상기 이이피롬으로 저장되는 상용전원에 대한 전압 샘플링 데이터는 샘플링 주기에 따라 데이터의 정밀도가 상이할 것이며, 본 발명의 실시 예에서는 10Bit를 이용하여 180도 위상에서 +512비트, -180도 위상에서 -512비트를 사용하고 있다. 즉, 교류신호의 한 주기를 1024(10비트)로 샘플링하여 설명할 것이다.

먼저, 상기 제어부(101)는 정전 검출부(111)로부터 현재 공급되는 전원에 대한 정전 여부를 판단한다. 이는 상기 제어모듈(401)에 의해 수행하며, 정전 검출부(111)에서 정전 상태임을 통지할 때, 상기 제어모듈(401)은 정전 시점에서 교류 신호의 전압을 측정한다.

즉, 상기 제어모듈(301)은 A/D 컨버터(403)를 이용하여 상용전원(AC)에 대한 지속적인 감시가 이루어지며, 아날로그 신호에 대한 디지털 신호변환을 수행한다. 상기 A/D 컨버터(403)는 상용전원(AC)에 대한 전압 분배를 토대로 교류신호를 디지털 신호로 변환하나, 본 발명의 동작 설명의 편의성을 위해 전압 분배는 생략할 것이다. 따라서, 상기 이이피롬에 등록된 전압은 상용전원으로 -220V 내지 +220V를 표시하고 있다.

따라서, 상기 제어모듈(401)은 정전 시점에서 상용전원의 전압을 검출하며, 정전 시점 이후에서 근접하는 두 시점의 전압을 인지한다. 이는 어느 하나의 시점에 대응하는 전압은 사인파 곡선(교류전압)에서 두 지점을 지칭하기 때문에, 정확한 위상을 판단하기 위함이다.

상기 제어모듈(401)은 정전 시점에서 두 지점의 전압을 인지한 후, 전압의 신호가 사인파 곡선의 + 지역에 위치하는지 또는 - 지역에 위치하는지를 판단하고, 상승곡선에 위치하는지 또는 하강곡선에 위치하는지를 판단한다. 즉, 상기 제어모듈(401)은 두 번째 지점의 전압 값으로부터 첫 번째 지점의 전압 값을 감산하여, 음(-)의 수가 연산되면 하강곡선에 위치함으로 판단하고, 양(+)의 수가 연산될 경우 상승곡선에 위치함으로 인지한다. 또한, 사인파 곡선의 +지역 및 -지역에 대한 판단은 상기 이이피롬에 등록되는 전압의 범위를 -220V 내지 +220V로 샘플링함에 따라 검출되는 전압정보를 토대로 사인파 곡선의 지역 범위를 인지하게 된다.

따라서, 상기 제어모듈(401)은 현재 검출된 두 지점 중 어느 하나의 지점에 대응하는 전압을 판단하고, 검출된 전압에 대응하는 코드정보를 상기 이이피롬에서 추출한다. 상기 코드정보는 +0V에서 +220V, -0V, -220V, 0V 순으로 할당됨에 따라, 임의의 코드정보가 설정되면, 카운트를 이용하여 다음 코드정보를 연산 없이 적용하게 된다.

상기 제어모듈(401)은 상기 스위칭부(109)를 인에이블 제어함과 동시에, 상기 이이피롬에서 추출된 코드정보를 상기 인버터(107)로 제공하며, 인버터(107)는 해당 코드정보에 대응하는 전압을 전기제품의 부하로 공급한다. 그리고, 상기 제어모듈(401)은 내부 카운트를 이용하여 현재 코드정보 이후부터 연속하는 코드를 인버터(107)로 공급한다. 따라서, 상기 전기제품의 부하는 정전 시점 이후에서 위상의 변화없이 전력을 공급받게 되는 것이다.

101 : 제어부 103 : 컨버터
105 : 배터리(BMS) 107 : 인버터
109 : 스위칭부 111 : 정전 검출부
401 : 제어모듈 403 : A/D 컨버터

Claims (7)

1. 보조 배터리를 이용하여 전기제품의 전원을 공급 제어하기 위한 장치에 있어서,
   상용전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터로부터 공급된 직류 전원을 저장 관리하도록 BMS(Battery Management Sytem)이 구축된 배터리, 상기 배터리의 출력 전압을 교류 전원으로 변환하는 인버터, 상용전원에 대한 정전 상태를 인지하기 위한 정전 검출부, 상기 정전 검출부의 결과에 따라 상용전원을 부하고 공급하거나, 상기 인버터에서 출력되는 전원을 공급하는 스위칭부, 상기 전기제품의 전력소비 패턴을 학습하고, 학습된 정보와 현재 전력상황에 대응하는 소비전력량 정보에 기반하여 상기 배터리의 충전 여부를 결정하며, 정전 시점에서 상기 스위칭부의 절환 제어와 더불어 전력 위상을 인지한 후, 상기 인버터를 통해 부하로의 전력 위상을 동조시키는 제어부로 구성되며;
   상기 제어부는 내부 메모리를 보유하며, 상기 내부 메모리는 날짜별, 시간별 평균화되어 제품의 출시 과정에서 내부 메모리에 등록 저장되거나, 전기제품의 특성에 따라 유무선 네트워크를 통해 실시간 제공받는 소비전력량 정보와, 해당 전기제품의 사용에 따른 소비전력의 패턴을 검출 및 평균화한 전력소비 패턴정보를 저장 관리하고, 상기 배터리의 충전 제어를 위한 충전제어 알고리즘 및 위상제어 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서 상기 제어부는,
   상용전원의 전압에 대한 샘플링 데이터 및 상기 샘플링 데이터에 대한 각각의 코드정보를 보유하는 이이피롬(EEPROM);
   상기 정전 검출부로부터 정전 상태를 인지한 후, 정전 시 상용전원의 전압을 연속하는 두 시점에서 검출하여 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 및
   상기 연속하는 두 시점에서의 전압정보를 기반으로 상기 이이피롬에서 두 개의 전압정보를 검출하고 이로부터 해당 전압의 위상을 판단한 후, 판단된 전압에 대한 코드정보를 추출하며, 상기 코드정보에 대응하는 교류전압의 위상 시점에서부터 인버팅 전압을 출력하도록 상기 인버터를 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 전원 공급 제어장치는 상기 전기제품에 내설되는 것을 특징으로 하는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치.
6. 제 1 항에 따른 전원 공급 제어장치를 이용한 배터리 충전 방법에 있어서,
   a) 제품의 출시 과정에서 내부 메모리에 등록 저장되거나, 전기제품의 특성에 따라 유무선 네트워크를 통해 실시간 제공받는 소비전력량 정보를 기반으로, 현재 전기제품의 전력소비 패턴이 소비전력량이 높은 시간대인 제1 설정 값의 범위에 포함되는지를 판단하는 단계;
   b) 상기 전력소비 패턴이 제1 설정 값 범위에 일부 또는 전체가 포함된 경우, 상기 전기제품에 대한 평균 전력소비량이 배터리의 용량보다 높은가를 판단하는 단계;
   c) 상기 전기제품에 대한 평균 전력 소비량이 배터리의 안정적 사용 가능 용량을 넘을 경우, 상기 제1 설정 값 이내에서 상기 배터리의 충전을 수행하고, 그렇지 않을 경우, 전력수급이 안정적인 상태로 인지되는 제2 설정 값 이내에서 상기 배터리의 충전을 수행하는 단계;
   d) 상기 배터리의 충전전압을 이용하여 상기 전기제품이 구동하는 단계;
   e) 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 현재 전기제품의 전력소비 패턴이 제1 설정 값의 범위에 포함되지 않을 경우, 상용전원을 통해 상기 전기제품을 구동하고, 상기 배터리를 충전하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치의 배터리 충전방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 d) 단계에서, 상기 배터리가 설정된 잔량까지 방전한 경우, 상용전원을 상기 전기제품으로 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 제품과 접속되는 전원 공급 제어장치의 배터리 충전방법.
   
   

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