KR101576249B1 - 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 변압기의 소손을 방지하고 다수의 충전기들을 1개의 변압기에 연결하므로 발열을 줄여 효율을 높이고 전체 시스템을 간소화하여 고장을 줄여 배터리 생산양을 증가 시킬수 있고 정밀한 디지털 제어로 배터리의 충전을 효과적으로 할 수 있도록 하는 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템을 제공한다.
본 발명은 외부로부터 공급되는 전압을 변환하기 위한 변압기(1)와; 상기 변압기(1)에 의해 변환된 전력의 과전류, 지락보호 및 전원을 온/오프하기 위한 저압 메인 차단기(2)와; 상기 변압기(1)와 상기 저압 메인 차단기(2) 사이에 설치되어 상기 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 상기 저압 메인 차단기(2)로 공급하기 위한 제1부스덕트(3)와; 상기 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 균등하게 제어하여 배터리(6)를 충전하기 위한 디지털 충전기 소그룹(4)과; 상기 저압 메인 차단기(2)와 상기 디지털 충전기 소그룹(4) 사이에 설치되어 상기 저압 메인 차단기(2)를 통해 공급되는 전력을 상기 디지털 충전기 소그룹(4)으로 공급하기 위한 제2부스덕트(5)를 포함하는 것에 있어서, 상기 디지털 충전기 소그룹(4)은 상기 변압기(1)에 의해 변환된 교류전원의 과전류, 지락보호 및 전원을 온/오프하기 위한 주차단기(7)와; 상기 주차단기(7)에서 분배되어 복수개의 병렬로 연결된 상기 배터리(6)로 전력을 공급하는 전력선 상에 설치되는 차단기(8)와; 상기 차단기(8)가 설치된 각각의 전력선 상에 설치되어 상기 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 균등하게 제어하여 상기 배터리(6)를 충전시키기 위한 충전기(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템를 제공한다.

Description

디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템{Digital control through a battery of multiplex efficient charger systems}

본 발명은 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템에 관한 것으로 많은 수의 배터리를 생산하기 위한 효율적이고 간단한 충전기들의 병렬운전 방식에 관한 것이다.

좀 더 구체적으로는 전력상(3상 R, S T)간의 입력전류 균등제어가 가능한 디지털 충전기를 통해 배터리를 충전하도록 함으로써 전력상간 전류의 정밀한 균등제어가 가능하기 때문에 다중 충전기 시스템의 고장 빈도를 낮추고 배터리의 충전을 효과적으로 할 수 있도록 하는 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템에 관한 것이다.

또한, 변압기, 저압 메인 차단기 및 디지털 충전기의 사이에 개별 변압기를 제거하고 부스덕트를 설치함으로써 설치공간을 최소화하여 협소한 공간에도 설치가 가능하고, 충전기 시스템의 초기 설치비용을 줄일 수 있으며, 전체 충전 시스템의 발열을 줄여 효율을 증대하고, 전력간선에 균등한 전류가 흘러 양질의 전원을 공급할 수 있도록 하는 입력전류 균등제어가 가능한 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리는 화학에너지를 전기에너지로 변화시키는 방전과 전기에너지를 화학에너지로 변화시키는 충전을 유한 반복 가능한 2차 전지를 말한다.

상기의 배터리는 전조, 전조의 내부에 채워지는 전해액, 전조의 내부에 각각 병렬로 연결 설치되는 복수의 양극 판과 복수의 음극판, 전조의 내부에서 양극판과 음극판을 격리시키는 격리판, 양극판과 음극판에 각각 연결된 양단자와 음단자로 구성된다.

따라서 외부로부터 직류전원이 양단자와 음단자를 통해 양극판과 음극판으로 입력되면 전기에너지가 화학에너지로 변화되어 전해액의 비중이 증가하면서 충전이 이루어지게 되고, 양단자와 음단자를 통해 직류전원이 외부로 출력되면, 화학에너지가 전기에너지로 변화되어 전해액의 비중이 감소하면서 방전이 이루어지게 된다.

이러한 배터리는 가공된 전극판과 격리판을 전조에 설치하고 전조에 전해액을 주입한 후 복수를 한 조로 직렬 연결하여 대용량 충전기로 충전 운전 또는 대용량 충방전기를 사용하여 충방전 운전을 반복 진행하는 공정을 통해 대량으로 생산된다.

이와 같은 배터리를 생산하기 위한 시스템은 외부로부터 공급되는 전력을 변환하여 충전기를 통해 배터리를 충전하도록 구성된다.

종래의 배터리 충전기 시스템(200)은 도 1에서 보는 바와 같이 변압기(210), 부스덕트(230, 250), 저압메인 차단기(220), 저압분배반(260), 아날로그 충전기 소그룹(240)을 포함하여 구성되어 진다. 이와 같은 종래의 배터리 충전기 시스템(200)은 많은 배터리를 생산하기 위해서는 많은 충전기들이 필요하지만 입력전류의 균등제어 기능이 없어 전력간선에 1개의 상으로 전류의 쏠림 현상이 발생한다. 이에 의해 종래 배터리 충전기는 각각의 변압기를 사용 하지만 변압기의 무부하 손실로 효율이 떨어지고 열이 많이 발생하며 별도의 대형 냉각 시스템이 필요하다. 1개의 변압기에 여러개의 충전기들을 연결하여 사용할 경우에는 전력선간 입력전류의 쏠림 현상이 발생하면 변압기의 소손이 발생하므로 최대 출력을 낼 수가 없고 안정적으로 연결할 수 있는 충전기의 개수가 10여 대로 제한이 된다.

또한, 종래의 배터리 충전기 시스템(200)은 각각의 충전기(270)들에게 개별 변압기(280)로 전력 입력 배선을 별도로 하여야 하므로 많은 설치비용과 개별 변압기(280)를 부착할 넓은 설치공간이 필요하다.
[특허문헌] 대한민국 등록특허공보 제10-1192677호(2012. 10. 19. 공고)

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 전력상간 전류 균등제어가 가능한 디지털 충전기를 통해 배터리를 충전하도록 함으로써 전력상간 전류의 정밀한 균등제어가 가능하기 때문에 충전기들의 병렬운전을 안정적으로 수행하여 배터리 생산을 효과적으로 할 수 있도록 하는 새로운 형태의 전력상간 전류의 균등한 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 변압기, 저압 메인 차단기 및 디지털 충전기의 사이에 부스덕트를 설치하고 개별 변압기를 제거하여 설치공간을 최소화하여 협소한 공간에도 설치가 가능하고 전체 충전 시스템의 발열을 줄여 효율을 증대하고, 전력간선에 균등한 전류가 흘러 양질의 전원을 공급할 수 있도록 하는 새로운 형태의 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외부로부터 공급되는 전압을 변환하기 위한 변압기와; 상기 변압기에 의해 변환된 전력의 과전류, 지락보호 및 전원을 온/오프하기 위한 저압 메인 차단기와; 상기 변압기와 상기 저압 메인 차단기 사이에 설치되어 상기 변압기에 의해 변환된 전력을 상기 저압 메인 차단기로 공급하기 위한 제1부스덕트와; 상기 변압기에 의해 변환된 전력을 균등하게 제어하여 배터리를 충전하기 위한 디지털 충전기 소그룹과; 상기 저압 메인 차단기와 상기 디지털 충전기 소그룹 사이에 설치되어 상기 저압 메인 차단기를 통해 공급되는 전력을 상기 디지털 충전기 소그룹으로 공급하기 위한 제2부스덕트를 포함하는 것에 있어서, 상기 디지털 충전기 소그룹은 상기 변압기에 의해 변환된 교류전원의 과전류, 지락보호 및 전원을 온/오프하기 위한 주차단기와; 상기 주차단기에서 분배되어 복수개의 병렬로 연결된 상기 배터리로 전력을 공급하는 전력선 상에 설치되는 차단기와; 상기 차단기가 설치된 각각의 전력선 상에 설치되어 상기 변압기에 의해 변환된 전력을 균등하게 제어하여 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템를 제공한다.
또한, 본 발명의 충전기는 변압기에 의해 변환된 교류전원이 입력되는 전원입력부와, 전원입력부로 입력된 교류전원을 복수의 실리콘 제어 정류기를 통해 직류전원으로 변환한 후 직렬 연결된 복수의 배터리를 공급하여 충전하는 충전구동부와, 복수의 배터리의 전압과 전류를 실시간으로 검출하는 전력검출부와, 충전구동부로 입력되는 교류전원의 각 상의 중성점과 진폭이 균등하지 않을 경우, 이전의 각 상에 대한 시간 데이터와 이전의 각 상의 출력 보정값 및 현재의 출력 보정값을 연산처리하여 실리콘 제어 정류기의 출력마다 매번 각 상 출력시 보정 출력하여 입력전류를 균등화시키기 위한 입력전류균등제어부와, 전력검출부에서 검출된 배터리의 실제 전압과 전류를 통해 전원입력부와 충전구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

이상과 같이 본 발명에 따른 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템에 의하면, 전력 변압기의 소손을 방지하고 다수의 충전기들을 1개의 변압기에 연결하므로 발열을 줄여 효율을 높이고 전체 시스템을 간소화하여 고장을 줄여 배터리 생산양을 증가 시킬수 있고 정밀한 디지털 제어로 배터리의 충전을 효과적으로 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 변압기, 저압 메인 차단기 및 디지털 충전기의 사이에 부스덕트를 설치함으로써 설치공간을 최소화하여 협소한 공간에도 설치가 가능하고, 전체 충전 시스템의 발열이 감소하여 효율을 높이고 전력간선에 균등한 전류가 흐르도록 디지털 제어를 하여 양질의 전원을 공급할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 자동차 배터리 충전기 시스템을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템에서 디지털 충전기를 설명하기 위한 블럭도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 2 및 도 3에 의거하여 상세히 설명하며, 도 2 및 도 3에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템(100)은 변압기(1), 저압 메인 차단기(2), 제1부스덕트(3), 디지털 충전기 소그룹(4), 제2부스덕트(5)를 포함하여 이루어진다.

변압기(1)는 외부로부터 공급되는 전압을 변환하기 위한 것으로, 고전압 교류 3상 6600V를 교류 3상 280V로 변환한다. 3상 280V 전력은 후술하는 디지털 충전기 소그룹(4)로 공급하기 위한 공급전압이다.

저압 메인 차단기(2)는 변압기(1)에 의해 변환된 전력의 과전류, 지락보호 및 전원을 온/오프하기 위한 역할을 한다.

제1부스덕트(3)는 변압기(1)와 저압 메인 차단기(2) 사이에 설치되어 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 저압 메인 차단기(2)로 공급하기 위한 것이다.

디지털 충전기 소그룹(4)은 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 균등하게 제어하여 배터리(6)를 충전하기 위한 것으로, 정밀제어가 가능하고, 3상 전력 입력을 균등하게 제어가 가능하다.

이와 같은 디지털 충전기 소그룹(4)은 변압기(1)에 의해 변환된 교류전원의 과전류, 지락보호 및 전원을 온/오프하기 위한 주차단기(7)와, 주차단기(7)에서 분배되어 복수개의 병렬로 연결된 배터리(6)로 전력을 공급하는 전력선 상에 설치되는 차단기(8)와, 차단기(8)가 설치된 각각의 전력선 상에 설치되어 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 균등하게 제어하여 배터리(6)를 충전시키기 위한 충전기(9)를 포함하여 이루어진다.

상기 충전기(9)는 변압기(1)에 의해 변환된 교류전원이 입력되는 전원입력부(10)와, 전원입력부(10)로 입력된 교류전원을 복수의 실리콘 제어 정류기를 통해 직류전원으로 변환한 후 직렬 연결된 복수의 배터리(6)를 공급하여 충전하는 충전구동부(11)와, 복수의 배터리(6)의 전압과 전류를 실시간으로 검출하는 전력검출부(12)와, 충전구동부(12)로 입력되는 교류전원의 각 상의 중성점과 진폭이 균등하지 않을 경우, 이전의 각 상에 대한 시간 데이터와 이전의 각 상의 출력 보정값 및 현재의 출력 보정값을 연산처리하여 실리콘 제어 정류기의 출력마다 매번 각 상 출력시 보정 출력하여 입력전류를 균등화시키기 위한 입력전류균등제어부(13)와, 전력검출부(12)에서 검출된 배터리(6)의 실제 전압과 전류를 통해 전원입력부(10)와 충전구동부(11)의 작동을 제어하는 제어부(14)를 포함하여 이루어진다.

따라서 배터리(6) 생산 공장에서 제작된 배터리(6)를 화성(formation)하기 위해 대용량 충방전기의 출력단자 사이에 직렬로 연결 한 후 충전 운전을 진행하는 과정에서 충전구동부로 입력되는 3상 교류전원의 각 상의 중성점과 진폭이 균등하지 않을 경우, 입력전류균등제어부가 이전의 각 상에 대한 시간 데이터와 이전의 각 상의 출력 보정값 및 현재의 출력 보정값을 고속으로 연산처리하여 실리콘 제어 정류기의 출력마다 매번 각 상 출력시 보정 출력하여 입력전류를 균등화시키게 된다.

이에 따라 충전 운전을 안정적으로 진행할 수 있을 뿐만 아니라 입력 전류가 균등하지 못하여 관련된 전기 부품의 손상과 안전사고의 발생 및 전력 손실 등의 문제를 해소할 수 있다. 그리고 종래와 달리 전류 검출용 소자를 사용하지 않으므로 제조 비용 및 유지보수 비용도 절감할 수 있을 뿐만 아니라 실리콘 제어 정류기의 출력마다 매번 각 상 출력시 보정 출력하므로 신속하고 안정적으로 입력 전류를 균등화시킬 수 있다.

제2부스덕트(5)는 저압 메인 차단기(2)와 디지털 충전기 소그룹(4) 사이에 설치되어 저압 메인 차단기(2)를 통해 공급되는 전력을 주차단기(7)와 차단기(8)을 통하여 충전기(9)로 공급하기 위한 것이다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템(100)에서 제1부스덕트(3) 및 제2부스덕트(5)는 대용량 부스덕트로 구성된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템(100)에 의하면, 디지털 충전기 소그룹(4)을 통해 배터리(6)를 충전하도록 함으로써 정밀제어가 가능하기 때문에 전력의 손실을 막아 배터리(6)의 충전을 효과적으로 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 변압기(1), 저압 메인 차단기(2) 및 디지털 충전기 소그룹(4)의 사이에 부스덕트(3, 5)를 설치함으로써 설치공간을 최소화하여 협소한 공간에도 설치가 가능하고, 전력간선에 의한 언바란스 및 발열이 감소하여 양질의 전원을 공급할 수 있도록 하는 효과가 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 변압기 2 : 저압 메인 차단기
3 : 제1부스덕트 4 : 디지털 충전기 소그룹
5 : 제2부스덕트 6 : 배터리
7 : 주차단기 8 : 차단기
9 : 충전기
100 : 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템

Claims (2)

1. 외부로부터 공급되는 전압을 변환하기 위한 변압기(1)와;
   상기 변압기(1)에 의해 변환된 전력의 과전류, 지락보호 및 전원을 온/오프하기 위한 저압 메인 차단기(2)와;
   상기 변압기(1)와 상기 저압 메인 차단기(2) 사이에 설치되어 상기 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 상기 저압 메인 차단기(2)로 공급하기 위한 제1부스덕트(3)와;
   상기 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 균등하게 제어하여 배터리(6)를 충전하기 위한 디지털 충전기 소그룹(4)과;
   상기 저압 메인 차단기(2)와 상기 디지털 충전기 소그룹(4) 사이에 설치되어 상기 저압 메인 차단기(2)를 통해 공급되는 전력을 상기 디지털 충전기 소그룹(4)으로 공급하기 위한 제2부스덕트(5)로 이루어진 것에 있어서,
   상기 디지털 충전기 소그룹(4)은 상기 변압기(1)에 의해 변환된 교류전원의 과전류, 지락보호 및 전원을 온/오프하기 위한 주차단기(7)와;
   상기 주차단기(7)에서 분배되어 복수개의 병렬로 연결된 상기 배터리(6)로 전력을 공급하는 전력선 상에 설치되는 차단기(8)와;
   상기 차단기(8)가 설치된 각각의 전력선 상에 설치되어 상기 변압기(1)에 의해 변환된 전력을 균등하게 제어하여 상기 배터리(6)를 충전시키기 위한 충전기(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 충전기(9)는 변압기(1)에 의해 변환된 교류전원이 입력되는 전원입력부(10)와, 전원입력부(10)로 입력된 교류전원을 복수의 실리콘 제어 정류기를 통해 직류전원으로 변환한 후 직렬 연결된 복수의 배터리(6)를 공급하여 충전하는 충전구동부(11)와, 복수의 배터리(6)의 전압과 전류를 실시간으로 검출하는 전력검출부(12)와, 충전구동부(12)로 입력되는 교류전원의 각 상의 중성점과 진폭이 균등하지 않을 경우, 이전의 각 상에 대한 시간 데이터와 이전의 각 상의 출력 보정값 및 현재의 출력 보정값을 연산처리하여 실리콘 제어 정류기의 출력마다 매번 각 상 출력시 보정 출력하여 입력전류를 균등화시키기 위한 입력전류균등제어부(13)와, 전력검출부(12)에서 검출된 배터리(6)의 실제 전압과 전류를 통해 전원입력부(10)와 충전구동부(11)의 작동을 제어하는 제어부(14)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 제어를 통한 배터리의 고효율 다중 충전기 시스템.

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