KR101584289B1

KR101584289B1 - 전력 관리 장치

Info

Publication number: KR101584289B1
Application number: KR1020090094309A
Authority: KR
Inventors: 허세완; 양일석; 이재우; 장문규; 김종대
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2016-01-21
Also published as: KR20110037058A

Abstract

본 발명에 따른 전력 관리 장치는 배터리를 이용하여 신재생 에너지원으로부터 생성된 전력을 안정적인 전력으로 제공할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 전력 관리 장치는 배터리에서 출력되는 전류의 양을 제어하여 과전류 및 과방전이 발생되지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라 신재생 에너지원으로부터 생성된 전력을 효율적으로 활용 및 관리할 수 있다.

신재생 에너지, 배터리, 전력 관리, 과부하, 충전 상태

Description

전력 관리 장치{The apparatus for power management}

본 발명은 전력 관리 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 신재생 에너지원으로부터 생성된 전력을 효율적으로 활용 및 관리할 수 있는 전력 관리 장치에 관한 것이다.

인구 증가와 산업 발전으로 인하여 인류는 에너지 부족과 환경 오염 문제들에 직면해 있으며, 이를 해결하기 위해 근래 많은 과학자들은 기존의 화석연료를 대체할 신규 에너지원을 찾고 있다.

이러한 신규 에너지원의 하나로서, 태양열, 태양광, 풍력, 조력 등의 신재생 에너지원이 환경오염의 문제가 없고 무한히 사용할 수 있어 점점 주요한 에너지원으로 각광받고 있다.

하지만, 신재생 에너지원은 에너지의 발생량을 인위적으로 제어하는 것이 어렵기 때문에 안정적인 전력의 사용을 위해서는 배터리에 저장해서 사용해야 하며, 따라서 과전류 또는 과방전과 같은 문제를 방지하여 출력단에 안정적으로 전력을 전달할 수 있는 전력 관리 기술이 필요하다.

예를 들어, 센서 노드와 같은 기기는 전원공급부가 별도로 없으므로 일정한 수명을 갖는 충전 배터리를 사용하거나, 스스로 전력을 생성하여 사용해야 한다. 후자의 경우, 만약 신재생 에너지원을 이용하여 전력을 생성하다면 안정적인 전력 공급을 위해서는 생성된 전력을 배터리에 저장해서 사용해야 한다.

또한, 전원공급부가 별도로 없는 기기에서는 저전력 설계를 통해 전력 소모 자체를 줄이는 것도 중요하지만, 외부 부하와 배터리 상태에 따라 배터리의 전력 사용을 효율적으로 제어하는 것 또한 중요하다. 기기의 불필요한 동작으로 인해 배터리의 전력이 과다 소모되면 반드시 필요한 동작을 수행할 수 없기 때문이다.

이에 본 발명자들은 신재생 에너지원으로부터 생성된 전력을 효율적으로 활용 및 관리할 수 있는 전력 관리 장치를 구현하였다.

본 발명의 목적은 신재생 에너지원으로부터 생성된 전력을 효율적으로 활용 및 관리할 수 있는 전력 관리 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 관리 장치는, 외부로부터 입력된 전력을 저장하는 배터리; 출력단에 과전류가 흐르지 않도록 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 제어하는 과전류 방지부; 상기 배터리의 충전 상태에 따라 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 제어하는 과방전 방지부; 상기 과전류 방지부와 상기 과방전 방지부에 의해 온/오프가 제어되며, 서로 병렬로 접속되는 제한 전류 스위치 및 정격 전류 스위치를 포함하는 스위치부; 및 상기 배터리로부터 출력되는 전압을 다른 크기의 전압으로 변환하여 출력단으로 전달하는 DC-DC 변환부를 포함하며; 상기 DC-DC 변환부는, 상기 배터리로부터 출력되는 전압과 기준 전압의 차이에 따라 펄스폭 변조 신호를 생성하고 상기 펄스폭 변조 신호에 의해 전력 트랜지스터를 스위칭하여 상기 배터리로부터 출력되는 전압을 출력단에 연결된 외부 장치에 필요한 크기의 전압으로 변환하며; 상기 과전류 방지부는, 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 검출하는 전류 검출부와; 상기 검출된 전류의 양이 소정 임계치 이상이면서 상기 배터리에서 출력 가능한 최대 전류값 미만인 경우, 상기 정격 전류 스위치는 오프시키고 상기 제한 전류 스위치는 온시켜 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 제한하는 과전류 판단부를 구비한다.

상기 과전류 판단부는 상기 검출된 전류의 양이 상기 소정 임계치 이상이면서 상기 배터리에서 출력가능한 최대 전류값 이상인 경우 상기 정격 전류 스위치와 상기 제한 전류 스위치를 모두 오프시켜 전류를 차단한다.

상기 과방전 방지부는 상기 배터리의 전압 및 온도를 각각 검출하기 위한 전압 검출부 및 온도 검출부와, 상기 검출된 전압값과 온도값에 따라 룩업 테이블을 기반으로 상기 배터리의 충전 상태를 판단하여 상기 판단 결과에 따라 상기 스위치부를 통해 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 제어하는 충전 상태 판단부를 포함한다. 상기 충전 상태 판단부는 상기 배터리가 정상 충전 상태인 경우 상기 제한 전류 스위치와 상기 정격 전류 스위치를 모두 온시켜 출력단으로 전류가 흐르도록 하며, 상기 배터리가 저충전 상태인 경우에는 상기 제한 전류 스위치와 상기 정격 전류 스위치를 모두 오프시켜 전류 흐름을 차단한다.

삭제

본 발명에 따른 전력 관리 장치는 인위적인 제어가 어려운 신재생 에너지원으로부터 생성된 전력을 배터리에 저장하여 안정적인 전력으로 제공할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 전력 관리 장치는 배터리에서 출력되는 전류의 양을 제어하여 과전류 및 과방전이 발생되지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라 배터리에 저장된 전력을 효율적으로 활용 및 관리할 수 있다.

또한, 본 발명의 전력 관리 장치는 출력 전압의 크기를 간단하게 변화시킬 수 있으며, 이에 따라 출력단에 연결된 외부 장치를 위해 별도의 전원공급부를 구비하지 않아도 된다.

이하, 본 발명에 따른 전력 관리 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(100)의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치(100)는 외부로부터 입력된 전력을 저장하기 위한 배터리(110), 출력단에 과전류가 흐르지 않도록 하는 과전류 방지부(130), 상기 배터리(110)의 과방전을 방지하는 과방전 방지부(150), 상기 과전류 방지부(130)와 상기 과방전 방지부(150)에 의해 온/오프되는 스위치부(170) 및 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전압을 다른 크기의 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 변환부(190)를 포함하며, 상기 스위치부(170)는 제한 전류 스위치(171) 및 정격 전류 스위치(173)로 구성된다.

신재생 에너지원으로부터 생성된 전력이 외부로부터 입력되면, 본 발명에 따른 전력 관리 장치(100)는 상기 외부로부터 입력된 전력을 상기 배터리(110)에 저 장하여 두었다가 안정적인 전력으로 출력하며, 상기 과전류 방지부(130), 상기 과방전 방지부(150) 및 상기 스위치부(170)를 통해 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전류의 양을 제어한다.

먼저, 상기 과전류 방지부(130)는 출력단에 과전류가 흐르지 않도록 상기 스위치부(170)를 통해 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전류의 양을 제어하며, 상기 과전류 방지부(130)에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1에 도시된 과전류 방지부(130)의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 과전류 방지부(130)는, 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전류의 양을 검출하는 전류 검출부(131)와, 상기 검출된 전류의 양을 소정 임계치와 비교하여 과전류 상태인지 판단하고 상기 판단 결과에 따라 상기 스위치부(170)를 통해 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전류의 양을 제어하는 과전류 판단부(133)를 포함한다.

먼저 상기 전류 검출부(131)가 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전류의 양을 검출하면, 상기 과전류 판단부(133)는 상기 검출된 전류의 양을 소정 임계치와 비교하여 소정 임계치 이상인 경우 과전류 상태로 판단한다.

이 때, 상기 과전류 판단부(133)는 상기 검출된 전류의 양이 상기 배터리(110)에서 출력가능한 최대 전류값 이상인 경우, 상기 제한 전류 스위치(171)와 상기 정격 전류 스위치(173)를 모두 오프시켜 전류를 차단한다.

그리고, 상기 과전류 판단부(133)는 상기 검출된 전류의 양이 상기 배터리(110)에서 출력가능한 최대 전류값 미만인 경우, 상기 제한 전류 스위치(171)는 온시키고 상기 정격 전류 스위치(173)는 오프시켜 전류량을 제한한다. 이를 위하여, 제한 전류 스위치(171) 및 정격 전류 스위치(173)는 병렬로 접속된다.

다음으로, 상기 과방전 방지부(150)는 상기 배터리(110)의 충전 상태에 따라 상기 스위치부(170)를 통해 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전류의 양을 제어하며, 상기 과방전 방지부(150)에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 도 1에 도시된 과방전 방지부(150)의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 과방전 방지부(150)는 전압 검출부(151), 온도 검출부(153) 및 충전 상태 판단부(155)를 포함한다.

상기 전압 검출부(151)와 상기 온도 검출부(153)를 통해 상기 배터리(110)의 전압 및 온도가 검출되면, 상기 충전 상태 판단부(155)에서는 상기 검출된 전압값과 온도값에 따라 룩업테이블을 기반으로 충전 상태를 판단한다.

상기 충전 상태 판단부(155)는 상기 배터리(110)가 정상 충전 상태인 경우 상기 제한 전류 스위치(171)와 상기 정격 전류 스위치(173)를 모두 온시켜 전류가 잘 흐르도록 한다.

만약 상기 배터리(110)가 과도한 방전으로 인하여 저충전 상태인 경우, 상기 충전 상태 판단부(155)는 상기 제한 전류 스위치(171)와 상기 정격 전류 스위치(173)를 모두 오프시켜 전류를 차단한다.

즉, 상기 과방전 방지부(150)는 저충전 상태인 경우 전력 전달을 차단하여 상기 배터리(110)의 과방전을 방지한다.

다음으로, 상기 DC-DC 변환부(190)는 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전압을 다른 크기의 전압으로 변환하여 출력단으로 전달하며, 상기 DC-DC 변환부(190) 에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 도 1에 도시된 DC-DC 변환부(190)의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 상기 DC-DC 변환부(190)는 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전압과 기준 전압(Vref)의 차이에 따라 펄스폭 변조(pulse-width modulation, PWM) 신호를 생성하고, 상기 펄스폭 변조 신호에 의해 전력 트랜지스터를 스위칭하여 상기 배터리(110)로부터 출력되는 전압을 다른 크기의 전압으로 변환하여 출력단으로 전달한다.

여기에서, 상기 기준 전압(Vref)을 변화시키면 출력 전압의 크기도 변화되므로 여러 크기의 출력 전압을 출력할 수 있으며, 이에 따라 출력단에 서로 다른 전압을 요구하는 외부 장치가 연결되더라도 별도의 전원공급부를 구비할 필요가 없게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 관리 장치(100)는 인위적인 제어가 어려운 신재생 에너지원으로부터 생성된 전력을 상기 배터리(110)에 저장하여 안정적인 전력으로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력 관리 장치(100)는 상기 배터리(110)에서 출력되는 전류의 양을 제어하여 과전류 및 과방전을 방지할 수 있으며, 이에 따라 상기 배터리(110)에 저장된 전력을 효율적으로 활용 및 관리할 수 있다.

또한, 본 발명의 전력 관리 장치(100)는 출력 전압의 크기를 간단하게 변화시킬 수 있으며, 이에 따라 출력단에 연결된 외부 장치를 위해 별도의 전원공급부를 구비하지 않아도 되는 잇점이 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것으로, 본 발명의 범위가 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치의 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 과전류 방지부의 구성도이다.

도 3은 도 1에 도시된 과방전 방지부의 구성도이다.

도 4는 도 1에 도시된 DC-DC 변환부의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 본 발명의 전력 관리 장치 　　

110 : 배터리

130 : 과전류 방지부

131 : 전류 검출부　　　　　

133 : 과전류 판단부

150 : 과방전 방지부

151 : 전압 검출부

153 : 온도 검출부

155 : 충전 상태 판단부

170 : 스위치부

171 : 제한 전류 스위치

173 : 정격 전류 스위치

190 : DC-DC 변환부

Claims

외부로부터 입력된 전력을 저장하는 배터리;

출력단에 과전류가 흐르지 않도록 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 제어하는 과전류 방지부;

상기 배터리의 충전 상태에 따라 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 제어하는 과방전 방지부;

상기 과전류 방지부와 상기 과방전 방지부에 의해 온/오프가 제어되며, 서로 병렬로 접속되는 제한 전류 스위치 및 정격 전류 스위치를 포함하는 스위치부; 및

상기 배터리로부터 출력되는 전압을 다른 크기의 전압으로 변환하여 출력단으로 전달하는 DC-DC 변환부를 포함하며;

상기 DC-DC 변환부는,

상기 배터리로부터 출력되는 전압과 기준 전압의 차이에 따라 펄스폭 변조 신호를 생성하고 상기 펄스폭 변조 신호에 의해 전력 트랜지스터를 스위칭하여 상기 배터리로부터 출력되는 전압을 출력단에 연결된 외부 장치에 필요한 크기의 전압으로 변환하며;

상기 과전류 방지부는,

상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 검출하는 전류 검출부와;

상기 검출된 전류의 양이 소정 임계치 이상이면서 상기 배터리에서 출력 가능한 최대 전류값 미만인 경우, 상기 정격 전류 스위치는 오프시키고 상기 제한 전류 스위치는 온시켜 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 제한하는 과전류 판단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 검출된 전류의 양이 상기 소정 임계치 이상이면서 상기 배터리에서 출력가능한 최대 전류값 이상인 경우, 상기 과전류 판단부가 상기 정격 전류 스위치와 상기 제한 전류 스위치를 모두 오프시켜 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 과방전 방지부는,

상기 배터리의 전압 및 온도를 각각 검출하기 위한 전압 검출부 및 온도 검출부와,

상기 검출된 전압값과 온도값에 따라 룩업 테이블을 기반으로 상기 배터리의 충전 상태를 판단하여 상기 판단 결과에 따라 상기 스위치부를 통해 상기 배터리로부터 출력되는 전류의 양을 제어하는 충전 상태 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
제 5항에 있어서,

상기 배터리가 정상 충전 상태인 경우, 상기 충전 상태 판단부는 상기 제한 전류 스위치와 상기 정격 전류 스위치를 모두 온시켜 출력단으로 전류가 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
제 5항에 있어서,

상기 배터리가 저충전 상태인 경우, 상기 충전 상태 판단부는 상기 제한 전류 스위치와 상기 정격 전류 스위치를 모두 오프시켜 전류 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 장치.
삭제