KR101538304B1 - 자동 충전 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 충전 제어 장치에 관한 것으로서, 부동 충전(浮動充電, floating charge) 방식으로 연동된 둘 이상의 배터리와 각각 개별적으로 접속되는 둘 이상의 접속모듈; 상기 접속모듈로 상기 배터리를 충전시키기 위한 전압을 공급하는 충전제어모듈; 및 유, 무선 통신 기능을 제공하며, 상기 충전제어모듈에 동작 제어신호를 전달하는 통신제어모듈; 을 포함하며, 상기 충전제어모듈은 제어신호에 따라 상기 둘 이상의 배터리 중 단일의 배터리를 완충시키고, 순차적으로 차순의 배터리를 개별적으로 완충시키는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 기 설치된 비상용 보조전원 시스템의 변동없이 선택적으로 설치되어 부동 충전 방식으로 연동된 각 배터리에 균등 충전을 수행할 수 있다.
또한, 통신 모듈 및 제어 모듈을 통해 원격 제어가 구현되며, 작동에 관한 정보가 관리되며, 휴대성이 보장되어 시스템 유지 효율이 증대될 수 있다.
또한, 충전 전압 인가로 인한 정류기 또는 장비에 영향을 주지 않으면서도 만충되지 않는 배터리를 선택적으로 충전시킴으로써 균등 충전을 신속하게 구현할 수 있다.

Description

자동 충전 제어 장치{AUTOMATIC CHARGING CONTROL DEVICE}
본 발명은 자동 충전 제어 장치에 관한 것이다.
각종 장비에 적용되는 비상용 보조전원 시스템은 복수의 배터리를 하나의 그룹으로 직렬 연결한 후, 정류기와 병렬로 장비에 연결되는 형태로 마련되어 대전류 공급 또는 정류기 이상 시에는 무정전으로 전원을 공급하며, 평상 시에는 일정 전압으로 배터리에 부동 충전을 수행하도록 구성되며, 충전 관련 종래 기술로는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0093464호가 있었다.
한편, 부동 충전 상태로 충방전을 계속하게 되면 배터리 내부 특성차이로 인해 배터리가 균등하게 충전되지 않으며 이로인해 각 배터리의 노화가 촉진되고 용량 감소 등 수명이 단축되는 요인이 되어 비상 시 축전지의 최대 성능을 제공하지 못한다는 문제가 있다. 상기 종래기술의 경우, 회수 통로 수단의 채택으로 기존의 부동 충전 방식의 보조전원 시스템을 대체할 수는 있지만, 기존 시스템의 변동없이 균등 충전을 보조하는 기능은 수행하지 못한다는 문제점이 있었다.
따라서, 부동 충전의 한계를 보완함과 동시에 기존 시스템의 변동없이 적용 가능하면서도 균등 충전 기능을 수행할 수 있는 기술의 개발이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은, 기 설치된 비상용 보조전원 시스템의 변동없이 선택적으로 설치되어 부동 충전 방식으로 연동된 각 배터리에 균등 충전을 수행할 수 있는 자동 충전 제어 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 통신 모듈 및 제어 모듈을 통해 원격 제어가 구현되며, 작동에 관한 정보가 관리되고, 휴대성이 보장되어 시스템 유지 효율이 증대될 수 있는 자동 충전 제어 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 충전 전압 인가로 인한 정류기 또는 장비에 영향을 주지 않으면서도 만충되지 않는 배터리를 선택적으로 충전시킴으로써 균등 충전을 신속하게 구현할 수 있는 자동 충전 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 부동 충전(浮動充電, floating charge) 방식으로 연동된 둘 이상의 배터리와 각각 개별적으로 접속되는 둘 이상의 접속모듈; 상기 접속모듈로 상기 배터리를 충전시키기 위한 전압을 공급하는 충전제어모듈; 및 유, 무선 통신 기능을 제공하며, 상기 충전제어모듈에 동작 제어신호를 전달하는 통신제어모듈; 을 포함하며, 상기 충전제어모듈은 제어신호에 따라 상기 둘 이상의 배터리 중 단일의 배터리를 완충시키고, 순차적으로 차순의 배터리를 개별적으로 완충시키도록 마련되는 자동 충전 제어 장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 접속모듈은 배터리와 접속되어 배터리 전압 및 배터리 온도 정보를 상기 충전제어모듈 및 통신제어모듈로 전달하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 충전제어모듈은, 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 정전압을 제공하며, 충전 전류를 센싱하는 전압공급부; 및 상기 전압공급부로부터 전달된 충전 정전압을 통해 상기 접속모듈의 순차적인 충전 동작을 제어하며, 배터리의 충전 전압, 전류, 온도 센싱 경로를 제공하는 제1제어부; 를 포함한다.
여기서, 배터리의 충전이 진행됨에 따라 충전 전류가 감소하게 되고 이로 인해 케이블의 전압강하가 줄어들어 배터리 충전 전압이 상승하게 된다. 따라서 상기 제1제어부는 충전 전류에 따른 배터리 연결용 케이블의 전압강하를 조절하여 배터리 충전 전압을 일정하게 유지시키는 정전압 연산회로를 더 포함한다.
여기서, 상기 충전제어모듈로부터 배터리로 인가되는 전압은 부동 충전을 통해 배터리로 인가되는 전압보다 높게 설정된다.
또한, 상기 통신제어모듈은, 상기 충전제어모듈이 접속모듈로 순차적인 배터리 충전 정전압을 제공하도록 제어신호를 전송하며, 접속모듈 및 충전제어모듈로부터 전달되는 충전 전압, 전류, 배터리 온도를 측정하는 제2제어부; 상기 제2제어부로부터 측정된 정보를 저장하며 원격으로 접속되는 관리단말로부터 제어신호를 수신하여 상기 제2제어부 및 충전제어모듈을 제어하는 제3제어부; 및 관리단말과 유선으로 접속되는 포트를 구비하는 유선연결부; 를 포함하며, 상기 제2제어부는 장거리 무선통신 방식의 통신수단을 더 포함하고, 상기 제3제어부는 근거리 무선통신 방식의 통신수단을 더 포함한다.
여기서, 상기 장거리 무선통신 방식의 통신수단은, 3G 모뎀, LTE 모뎀, LTE-A 모뎀, WiMAX 모뎀 중 어느 하나로 마련되며, 상기 근거리 무선통신 방식의 통신수단은 WiFi 모듈, ZigBee 모듈, RFID 모듈, NFC 모듈, 블루투스 모듈 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
한편, 상기 자동 충전 제어 장치는, 자동 충전 제어 장치 내부의 쿨링을 위한 팬; 및 상기 충전제어모듈로부터 충전되는 배터리의 충전 상태를 표시하기 위한 복수의 LED; 를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의해, 기 설치된 비상용 보조전원 시스템의 변동없이 선택적으로 설치되어 부동 충전 방식으로 연동된 각 배터리에 균등 충전을 수행할 수 있다.
또한, 통신 모듈 및 제어 모듈을 통해 원격 제어가 구현되며, 작동에 관한 정보가 관리되며, 휴대성이 보장되어 시스템 유지 효율이 증대될 수 있다.
또한, 충전 전압 인가로 인한 정류기 또는 장비에 영향을 주지 않으면서도 만충되지 않는 배터리를 선택적으로 충전시킴으로써 균등 충전을 신속하게 구현할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 자동 충전 제어 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
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.
아울러, 도 1 의 경우, 복수의 배터리와 접속되는 접속모듈(10) 및 자동 충전 제어 장치(100)의 내부 구성을 명확하게 도시하기 위하여 장치의 크기를 과장하여 표현하였으나, 실제의 자동 충전 제어 장치는 단일의 배터리 사이즈와 유사하거나 작게 구성되며, 자동 충전 제어 장치와 배터리의 접속은 전선 케이블로 이루어지는 것임을 미리 밝혀둔다.
도 1 은 본 발명에 따른 자동 충전 제어 장치(100)의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 자동 충전 제어 장치(100)는, 접속모듈(10), 충전제어모듈(20), 통신제어모듈(30), 하나 이상의 LED(40) 및 팬(50)을 포함하며, 충전제어모듈(20)은 제어신호에 따라 둘 이상의 배터리(B) 중 단일의 배터리(B)를 완충시키고, 순차적으로 차순의 배터리(B)를 개별적으로 완충시키도록 마련된다.
또한, 복수의 배터리(B)는 상용전원과 연결된 정류기를 통해 부동 충전을 수행하는 형태로 마련되며, 상시에는 정류기를 통한 전압이 장비와 배터리(B)로 공급되며, 전력 차단 또는 정류기 이상 시에는 각 배터리(B)에서 공급되는 전원이 장비를 구동시키도록 마련된다.
또한, 이하에서는 정류기에서 27V의 직류전압이 인가되며, 12개의 배터리(B)가 구비된 보조전원 시스템에 12개의 접속모듈(10)이 구비된 자동 충전 제어 장치(100)가 상호 접속되어 부동 충전 방식으로 연동된 복수개의 배터리(B)에 균등 충전을 수행하는 것을 전제로 설명한다.
접속모듈(10)은 부동 충전 방식으로 연동된 둘 이상의 배터리(B)와 각각 개별적으로 접속되는 구성으로, 배터리(B)와 케이블로 상호 접속되어 배터리(B) 전압 및 배터리(B) 온도 정보를 충전제어모듈(20) 및 통신제어모듈(30)로 전달하도록 마련된다.
충전제어모듈(20)은 접속모듈(10)을 통해 배터리(B)를 충전시키기 위한 전압을 공급하는 구성으로 전압공급부(22)와 제1제어부(24)를 포함한다.
여기서, 전압공급부(22)는 상용전원(교류 220V)으로부터 전원을 공급받아 자동 충전 제어 장치(100)에 소요되는 전원을 공급함과 동시에 제1제어부(24)의 제어에 따라 접속모듈(10)을 통해 배터리(B)를 충전시키기 위한 충전 정전압을 제공함과 동시에 충전 전류를 센싱하는 역할을 수행하며, 센싱된 충전 전류는 제1제어부(24) 및 후술할 통신제어모듈(30)로 전달되어 동작 제어를 위한 기반 정보로서 이용된다.
제1제어부(24)는 전압공급부(22)로부터 전달된 충전 정전압을 통해 접속모듈(10)의 순차적인 충전 동작을 제어하며, 배터리의 충전 전압, 전류, 온도 센싱 경로를 제공한다.
여기서, 충전제어모듈(20)로부터 배터리(B)로 인가되는 전압은 부동 충전을 통해 배터리로 인가되는 전압보다 높게 설정된다.
예를 들어, 27V의 직류 전원이 12개의 각 배터리(B)에 인가될 경우, 각 배터리 당 대략 2.25V의 부동 충전 전압이 인가되는데, 이보다 낮은 전압으로 균등 충전 전압을 인가할 경우, 각 배터리에 충전압이 공급되지 않아 배터리의 완충을 기대하기 어렵다. 때문에, 균등 충전 전압을 인가하는 자동 충전 제어 장치(100)에서는 부동 충전 전압인 2.25V보다 높은 대략 2.38V 정도의 균등 충전 전압을 배터리(B)에 공급함으로써, 부동 충전 전압 중인 배터리(B)가 균등 충전 전압을 인가받아 완충될 수 있는 것이다. 또한, 여기서, 배터리(B)에 인가되는 균등 충전 전압은 부동 충전 전압보다는 높되 보조 전원 시스템에 부하가 걸리지 않는 범위 내에서 최대치로 설정되는 것이 바람직하며, 이에 의해, 부동 충전 중인 배터리(B)의 균등 충전을 신속하게 구현할 수 있다.
아울러, 제1제어부(24)는 충전 전류에 따른 배터리 연결용 케이블의 전압강하를 조절하여 배터리 충전 전압을 일정하게 유지시키는 정전압 연산회로(미도시)를 더 포함한다.
상기 정전압 연산회로는 배터리(B) 충전의 진행에 따라 균등 충전 전압을 정전압 형태로 조절함으로써 배터리(B)의 완충 시까지 배터리(B)의 이상발생을 방지하는 구성이다.
구체적으로는, 균등 충전을 위한 초기 충전 전압을 미리 설정하였을 경우에도, 충전이 진행됨에 따라 충전 전류가 감소하게 되고 이로인해 케이블에 의한 전압강하가 줄어들어 초기 설정한 충전 전압이 상대적으로 높아지게 된다.
이 경우, 상대적으로 높아진 초기 충전 전압이 그대로 배터리(B)에 인가되게 되면, 배터리에 무리가 가해지고, 배터리 내부의 가스 발생 및 이로 인한 배터리 수명 단축이 생길 수 있다.
따라서, 배터리 충전 진행 상태에 대한 정보(전류, 전압, 온도 센싱)를 기반으로 충전 진행에 따라 발생하는 전압강하를 보상하여 배터리(B)에 공급되는 충전 전압을 강하(배터리에 인가되는 균등 충전 전압을 정전압으로 유지)시켜 배터리(B)의 균등 충전을 구현하는 것이다.
한편, 통신제어모듈(30)은 유, 무선 통신 기능을 제공하며, 충전제어모듈(20)에 동작 제어신호를 전달하는 구성으로, 제2제어부(32)와 제3제어부(34) 및 유선연결부(36)를 포함하여 구성될 수 있다.
제2제어부(32)는 충전제어모듈(20)이 접속모듈(10)로 순차적인 배터리 충전압을 제공하도록 제어신호를 전송하며, 접속모듈(10) 및 충전제어모듈(20)로부터 전달되는 충전 전압, 전류, 배터리 온도를 측정하는 역할을 수행하며, 장거리 무선 통신 방식의 통신수단을 포함한다.
여기서, 상기 장거리 무선 통신 방식의 통신수단은 3G 모뎀, LTE 모뎀, LTE-A 모뎀, WiMAX 모뎀 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
제3제어부(34)는 제2제어부(32)로부터 측정된 정보를 저장하며 원격으로 접속되는 관리단말로부터 제어신호를 수신하여 제2제어부(32) 및 충전제어모듈(20)을 제어하는 역할을 수행하며, 근거리 무선통신 방식의 통신수단을 포함한다.
여기서, 상기 근거리 무선통신 방식의 통신수단은 WiFi 모듈, ZigBee 모듈, RFID 모듈, NFC 모듈, 블루투스 모듈 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
유선연결부(36)는 관리단말과 유선으로 접속되는 포트를 구비한다.
한편, 본 발명에 따른 자동 충전 제어 장치(100)는, 자동 충전 제어 장치 내부의 쿨링을 위한 팬(40) 및 충전제어모듈(20)로부터 충전되는 배터리의 충전 상태를 표시하기 위한 복수의 LED(50)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 구성을 통해 본 발명에 따른 자동 충전 제어 장치(100)는 다양한 원격 제어가 구현된다.
예를 들면, 작업자가 노트북을 유선연결부(36)를 통해 자동 충전 제어 장치(100)에 접속하여 기 설치된 보조전원 시스템의 각 배터리(B)에 균등 충전을 수행하도록 설정할 수 있으며, 이러한 과정은 스마트폰 또는 태블릿 PC와 WiFi 모듈의 접속으로도 구현이 가능하다. 또한, 자동 충전 제어 장치(100)를 보조전원 시스템에 연결시킨 후, 원격에서 장거리 무선통신을 통해 제어하는 것 또한 가능하며, 자동 충전 제어 장치(100)는 관리단말에 근거리 무선통신 또는 장거리 무선통신을 통해 충전 진행 상황 및 관련 정보를 전송하도록 하여 정보 관리 및 실시간 상황 보고에 따른 용이한 업무 진행이 구현될 수 있다. 아울러, 관리자 및 작업자가 충전시간(균등 충전 진행 시간)동안 배터리 설치 장소에 대기하지 않고, 그 장소를 떠나 다른 업무를 볼 수도 있으며, 이에 의해 인력운용의 효율성의 증대 및 비용 절감 효과를 발휘할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 충전 제어 장치는, 기 설치된 비상용 보조전원 시스템의 변동없이 선택적으로 설치되어 부동 충전 방식으로 연동된 각 배터리에 자동으로 순차적인 균등 충전을 수행할 수 있다.
또한, 통신 모듈 및 제어 모듈을 통해 원격 제어가 구현되며, 작동에 관한 정보가 관리되며, 휴대성이 보장되어 시스템 유지 효율이 증대될 수 있다.
또한, 충전 전압 인가로 인한 정류기 또는 장비에 영향을 주지 않으면서도 만충되지 않는 배터리를 선택적으로 충전시킴으로써 균등 충전을 신속하게 구현할 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*
100 : 자동 충전 제어 장치
10 : 접속모듈
20 : 충전제어모듈
22 : 전압공급부
24 : 제1제어부
30 : 통신제어모듈
32 : 제2제어부
34 : 제3제어부
36 : 유선연결부
40 : LED
50 : 팬
B : 배터리

Claims (8)

  1. 부동 충전(浮動充電, floating charge) 방식으로 연동된 둘 이상의 배터리와 각각 개별적으로 접속되는 둘 이상의 접속모듈;
    상기 접속모듈로 상기 배터리를 충전시키기 위한 전압을 공급하는 충전제어모듈; 및
    유, 무선 통신 기능을 제공하며, 상기 충전제어모듈에 동작 제어신호를 전달하는 통신제어모듈; 을 포함하며,
    상기 충전제어모듈은 상기 통신제어모듈로부터 수신된 동작 제어신호에 따라 상기 둘 이상의 배터리 중 단일의 배터리를 완충시키고, 순차적으로 차순의 배터리를 개별적으로 완충시키도록 마련되며,
    상기 충전제어모듈은,
    상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 정전압을 제공하며, 충전 전류를 센싱하는 전압공급부; 및
    상기 전압공급부로부터 전달된 충전 정전압을 통해 상기 접속모듈의 순차적인 충전 동작을 제어하며, 배터리의 충전 전압, 전류, 온도 센싱 경로를 제공하는 제1제어부; 를 포함하고,
    상기 제1제어부는 배터리의 충전이 진행됨에 따라 충전 전류에 따른 배터리 연결 케이블의 전압강하를 조절하여 배터리 충전 전압을 일정하게 유지시키는 정전압 연산회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동 충전 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속모듈은 배터리와 접속되어 배터리 전압 및 배터리 온도 정보를 상기 충전제어모듈로 전달하고 상기 충전제어모듈은 수신된 배터리 전압 및 배터리 온도 정보를 통신제어모듈로 전달하는 것을 특징으로 하는
    자동 충전 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전제어모듈로부터 배터리로 인가되는 전압은 부동 충전을 통해 배터리로 인가되는 전압보다 높게 설정되는 것을 특징으로 하는
    자동 충전 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통신제어모듈은,
    상기 충전제어모듈이 접속모듈로 순차적인 배터리 충전 정전압을 제공하도록 동작 제어신호를 전송하며, 접속모듈로부터 충전제어모듈을 통해 전달되는 충전 전압, 전류, 배터리 온도를 수신하는 제2제어부;
    상기 제2제어부로부터 수신된 정보를 저장하며 원격으로 접속되는 관리단말로부터 동작 제어신호를 수신하여 상기 제2제어부 및 충전제어모듈을 제어하는 제3제어부; 및
    관리단말과 유선으로 접속되는 포트를 구비하는 유선연결부; 를 포함하며,
    상기 제2제어부는 장거리 무선통신 방식의 통신수단을 더 포함하고, 상기 제3제어부는 근거리 무선통신 방식의 통신수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동 충전 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 장거리 무선통신 방식의 통신수단은, 3G 모뎀, LTE 모뎀, LTE-A 모뎀, WiMAX 모뎀 중 어느 하나로 마련되며, 상기 근거리 무선통신 방식의 통신수단은 WiFi 모듈, ZigBee 모듈, RFID 모듈, NFC 모듈, 블루투스 모듈 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는
    자동 충전 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자동 충전 제어 장치는,
    자동 충전 제어 장치 내부의 쿨링을 위한 팬; 및
    상기 충전제어모듈로부터 충전되는 배터리의 충전 상태를 표시하기 위한 복수의 LED; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동 충전 제어 장치.
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