KR101686864B1 - Dual Battery Package - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 자전거를 위한 경량화된 배터리 패키지에 관한 것이다.이중 배터리 패키지는 배터리, 부스트 컨버터, 및 일단이 상기 배터리의 양극 및 상기 부스트 컨버터와 제1 노드에서 연결되고 타단이 제2노드에서 상기 부스트 컨버터와 연결된 커패시터를 포함하고, 제2 노드를 통해 외부 부하에 전류를 공급한다. 이렇게 구현된 이중 배터리 패키지는 기존에 제품에 비해 신뢰성이 높아질 수 있고, 배터리의 무게와 부피 및 원가를 줄일 수 있게 된다.The dual battery package includes a battery, a boost converter, and a boost converter, one end of which is connected to the anode of the battery and the boost converter at a first node, and the other end of which is connected to the boost And a capacitor connected to the converter, and supplies current to the external load through the second node. The dual battery package thus implemented can be made more reliable than the existing product, and the weight, volume and cost of the battery can be reduced.

Description

이중 배터리 패키지{Dual Battery Package}A dual battery package {Dual Battery Package}

본 발명은 전기 자전거를 위한 경량화된 배터리 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a lightweight battery package for an electric bicycle.

전기 자전거는 배터리, 모터 구동 인버터 및 모터를 구비한다. 전기 자전거는 탑승자가 페달을 구르는 힘을 동력으로 사용할 수 있지만, 모터의 힘을 동력으로 사용하기도 한다.The electric bicycle includes a battery, a motor-driven inverter, and a motor. Electric bikes can use the force of the passenger to roll the pedals as power, but they also use the power of the motor as power.

강압형 인버터를 채용한 기존의 자전거는 모터 정격전압인 24V보다 배터리 전압이 높게(예를 들어 36V) 설정되어야 한다. 전기 자전거용 배터리로 주로 리튬계열의 2차 전지가 사용되는데 이러한 전압을 얻기 위하여 배터리 셀들을 직렬로 연결하여 사용한다. 배터리 셀들을 직렬로 연결하는 것은 배터리의 신뢰성을 전체적으로 저하시키는 요인이 되고 있다. 한편 모터에 순간적으로 최대 전류를 공급할 수 있도록 배터리의 방전 전류가 커야 하는데 이를 위해 여러 개의 배터리를 병렬로 연결하여 사용하기도 한다.Conventional bicycles that use a step-down inverter should be set to have a higher battery voltage (for example, 36V) than the rated motor voltage of 24V. Lithium secondary batteries are mainly used for electric bicycles. To obtain these voltages, battery cells are connected in series. Connecting the battery cells in series has been a factor to deteriorate the overall reliability of the battery. On the other hand, the discharge current of the battery must be large so that the maximum current can be instantly supplied to the motor. In order to do this, several batteries may be connected in parallel.

이러한 요인들은 배터리의 신뢰성을 저하시키고 배터리의 무게와 부피를 증가시키고 나아가 전기 자전거의 원가 상승 요인이 되고 있다.These factors reduce the reliability of the battery, increase the weight and volume of the battery, and further increase the cost of the electric bicycle.

도 1은 36V/10A의 배터리 전원을 사용하는 기존의 전기 자전거의 구동부를 보여준다.1 shows a driving part of a conventional electric bicycle using a battery power of 36V / 10A.

배터리(10)는 36V의 전압과 10A의 전류를 공급할 수 있도록 12V/10A의 배터리 셀 3개를 직렬로 연결하여 구현한다.배터리(10)는 인버터 회로(20)에 공급되고, 전류를 공급하고 인버터 회로(20)는 모터(30)를 구동한다.The battery 10 is implemented by connecting three battery cells of 12 V / 10 A in series so as to supply a voltage of 36 V and a current of 10 A. The battery 10 is supplied to the inverter circuit 20, The inverter circuit (20) drives the motor (30).

도 2를 참조하면, 기존의 전기 자전거는 출발한 직후(기동 시)에는 속도가 매우 느리지만 모터에 공급되는 전류는 급격히 증가한다. 그러다가 속도가 최대에 도달할 무렵이면(정상 주행 시) 모터에 공급되는 전류는 다시 줄어든다. 배터리는 이러한 최대전류를 공급할 수 있어야 한다. 배터리에서 공급되는 최대전류가 작을 경우에 전기 자전거의 가속도는 줄어들게 된다. 따라서 전기 자전거를 기동할 때 적절한 가속도를 얻을 수 있도록 충분한 전류 공급능력을 갖는 배터리를 사용한다.Referring to FIG. 2, a conventional electric bicycle is very slow at the time of starting (at startup), but the electric current supplied to the motor rapidly increases. Then, when the speed reaches the maximum (normal driving), the current supplied to the motor is reduced again. The battery should be able to supply this maximum current. When the maximum current supplied from the battery is small, the acceleration of the electric bicycle is reduced. Therefore, a battery having sufficient current supply capability is used so that an appropriate acceleration can be obtained when the electric bicycle is started.

도 3은 인버터 회로의 구성을 보여주는 개념도이다.3 is a conceptual diagram showing a configuration of an inverter circuit.

인버터 회로(20)는 배터리(10)에서 전류를 공급받아서 모터(30)로 공급한다. 통상적으로 인버터 회로(20)는 복수 개(예를 들면, 6개)의 인버터들(21)을 포함하고 있다.The inverter circuit 20 receives the current from the battery 10 and supplies it to the motor 30. [ Typically, the inverter circuit 20 includes a plurality (e.g., six) of inverters 21.

인버터(21)는 PWM 신호 발생기(22)의 신호에 따라 모터(30)에 전류를 공급한다. 인버터(21)는 PWM 신호 발생기(22)에서 발생한 신호의 듀티비(Duty Ratio)가 작을 경우에는 모터(30)에 적은 전류 공급하고 듀티비가 클 경우에는 많은 전류를 공급한다.The inverter 21 supplies current to the motor 30 in accordance with the signal of the PWM signal generator 22. [ The inverter 21 supplies a small current to the motor 30 when the duty ratio of the signal generated by the PWM signal generator 22 is small and supplies a large amount of current when the duty ratio is large.

PWM 신호가 생성되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.The process of generating the PWM signal will be described below.

제1비교기(26)가 목표 각속도 신호와 모터(30)의 현재 각속도를 비교한 값을 출력하면, 속력 제어기(25)가 그 값에 어떤 상수 값을 곱해서 목표 전류 신호를 생성한다.When the first comparator 26 outputs a value obtained by comparing the target angular velocity signal and the current angular velocity of the motor 30, the speed controller 25 multiplies the value by a constant value to generate the target current signal.

제2비교기(24)가 인버터(21)가 모터(30)에 공급하는 전류와 목표 전류를 비교하면, 전류 제어기(23)가 그 값에 다른 상수 값을 곱해서 목표 전압 신호를 생성한다.When the second comparator 24 compares the current supplied to the motor 30 by the inverter 21 with the target current, the current controller 23 multiplies the value by another constant value to generate the target voltage signal.

PWM 신호 발생기(22)는 목표 전압 신호에 따른 듀티비를 갖는 PWM 신호를 발생하고, 이를 이용하여 인버터(21)가 모터로 전류를 공급한다.The PWM signal generator 22 generates a PWM signal having a duty ratio corresponding to the target voltage signal, and the inverter 21 supplies current to the motor using the PWM signal.

이러한 종래 기술은 높은 배터리 전압과 큰 전류를 위해 많은 배터리 셀을 직렬 및 병렬 연결한다. 이는 배터리의 신뢰성 저하, 무게 증가, 부피 증가 및 비용증가를 초래한다.This conventional technique connects many battery cells in series and in parallel for high battery voltage and large current. This leads to a decrease in the reliability of the battery, an increase in weight, an increase in volume, and an increase in cost.

특허 제10-1065309호는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술이 개시되어 있다. 구체적으로 살펴보면 커패시터를 이용하여 평상시에 배터리가 공급하는 전류를 충전해뒀다가 최대 전류가 필요할 경우에 배터리 전류 외에도 커패시터의 전류를 모터로 함께 공급한다. 이렇게 함으로써 배터리의 병렬 연결하는 개수를 줄일 수 있고, 무게와 부피 및 원가를 줄일 수 있다. 그렇지만 이 기술에서도 여전히 고압 커패시터를 사용해야 하고, 다수 배터리의 직렬 연결에 의한 신뢰성 저하 문제는 여전히 남아 있다.Patent No. 10-1065309 discloses a technique for solving such a problem. Specifically, when a current supplied from a battery is charged using a capacitor, and the maximum current is required, the current of the capacitor is supplied to the motor together with the battery current. This reduces the number of parallel connections of the battery and reduces weight, volume, and cost. However, this technique still requires the use of high-voltage capacitors, and reliability problems due to the series connection of multiple batteries still remain.

한편 이러한 종래의 전기 자전거의 배터리가 방전된 경우에 이미 충전된 배터리와 교환하거나 별도의 외부 충전기를 사용하여 충전한다. 그렇지만 전기 자전거를 이용할 때, 충전된 교체용 배터리 또는 외부 충전기를 별도로 운반해야 하는 불편함이 있다.On the other hand, when the battery of the conventional electric bicycle is discharged, the battery is replaced with an already charged battery or charged using a separate external charger. However, when using an electric bicycle, it is inconvenient to carry the charged replacement battery or the external charger separately.

따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art.

본 발명은 커패시터를 이용하여 고전압 배터리 사용 문제를 해결하고, 배터리의 무게 및 비용 절감을하는 것을 하나의 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problem of using a high-voltage battery by using a capacitor, and to reduce the weight and cost of the battery.

본 발명의 다른 목적은 충전기 혹은 인버터 회로를 배터리와 함께 배터리 패키지에 통합하여 배터리 패키지의 신뢰성을 높이고 원가절감 및 사용의 편의성을 증대하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to integrate a charger or an inverter circuit together with a battery in a battery package, thereby improving the reliability of the battery package and reducing the cost and convenience of use.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.In order to accomplish the objects of the present invention as described above and achieve the characteristic effects of the present invention described below, the characteristic structure of the present invention is as follows.

본 발명의 일 태양에 따르면, 이중 배터리 패키지는 배터리, 부스트 컨버터, 및 일단이 상기 배터리의 양극 및 상기 부스트 컨버터와 제1 노드에서 연결되고 타단이 제2 노드에서 상기 부스트 컨버터와 연결된 커패시터를 포함하고, 제2 노드를 통해 외부 부하에 전류를 공급한다.According to one aspect of the present invention, a dual battery package includes a battery, a boost converter, and a capacitor whose one end is connected at the first node to the positive electrode of the battery and the boost converter and the other end is connected to the boost converter at the second node , And supplies current to the external load through the second node.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 이중 배터리 패키지는 배터리, 부스트 컨버터 및 커패시터 이외에 충전기를 포함한다. 이 때 충전기에 포함된 트랜스포머의 2차 코일은 부스트 컨버터의 인덕터 역할을 함께 수행할 수도 있다.According to another aspect of the present invention, a dual battery package includes a charger in addition to a battery, a boost converter, and a capacitor. At this time, the secondary coil of the transformer included in the charger may also serve as an inductor of the boost converter.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 이중 배터리 패키지는 배터리, 부스트 컨버터 및 커패시터 외에 인버터 회로를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a dual battery package includes an inverter circuit in addition to a battery, a boost converter, and a capacitor.

본 발명에 적어도 일부 실시 태양에 따르면,이중 배터리 패키지는 배터리 및 커패시터를 함께 이용하기 때문에 저전압배터리를 사용할 수 있고, 이는 배터리 패키지의 신뢰성 증가와 무게 및 부피 감소를 가능케 하고 원가를 절감할 수 있게 한다.According to at least some embodiments of the present invention, a dual battery package utilizes a battery and a capacitor together so that a low voltage battery can be used, which allows for increased reliability of the battery package, weight and volume reduction, and cost savings .

본 발명의 적어도 일부 실시 태양에 따르면, 이중 배터리 패키지는 충전기를 통합하고 있어서, 사용자의 편의성이 크게 증가한다. 또한 충전기의 일부 구성요소를 기존 배터리 패키지의 구성요소와 유기적으로 통합함으로써 원가 절감이 가능하다.According to at least some embodiments of the present invention, the dual battery package incorporates a charger, which greatly increases the convenience of the user. Cost savings can also be achieved by organically integrating some components of the charger with components of the existing battery package.

본 발명의 적어도 일부 실시 태양에 따르면, 이중 배터리 패키지는 인버터 회로를 통합하고 있어서 별도로 설계할 때에 비해 신뢰성 상승을 기대할 수 있다.According to at least some embodiments of the present invention, the dual battery package incorporates an inverter circuit, so that a reliability increase can be expected compared with a separate design.

도 1은 기존의 전기 자전거의 구동부를 보여주는 개념도이다.
도 2는 전기 자전거의 모터에 공급되는 전류의 크기를 보여주는 그래프이다.
도 3은 인버터 회로의 구성을 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 따른 이중 배터리 패키지를 보여주는 도면이다.
도 5는 부스트 컨버터의 구성을 간략히 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 따른 이중 배터리 패키지를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 배터리 패키지를 보여주는 도면이다.1 is a conceptual diagram showing a driving part of an existing electric bicycle.
2 is a graph showing the magnitude of the current supplied to the motor of the electric bicycle.
3 is a conceptual diagram showing a configuration of an inverter circuit.
4 is a view showing a dual battery package according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a simplified configuration of the boost converter.
6 is a view showing a dual battery package according to another embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating a dual battery package according to another embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 따른 이중 배터리 패키지를 보여주는 도면이다.4 is a view showing a dual battery package according to an embodiment of the present invention.

이중 배터리 패키지(1)는 배터리(100)와 커패시터(200)와 부스트 컨버터(300)를 포함한다.The dual battery package 1 includes a battery 100, a capacitor 200, and a boost converter 300.

이중 배터리 패키지(1)는 사용자의 제어에 따른 전류를 인버터 회로(400)에 공급하는데, 전기 자전거가 기동하거나 모터의 출력을 최대로 해야할 경우에 커패시터(200)와 배터리(100) 양자 모두가 인버터 회로(400)에 전류를 공급하고, 모터가 출력을 최대로 하지 않아도 되는 경우(예를 들면 정상 주행시)에는 배터리(100)만 전류를 공급한다.The dual battery package 1 supplies the current according to the user's control to the inverter circuit 400. When the electric bicycle is started or the output of the motor is to be maximized, both the capacitor 200 and the battery 100 are driven by the inverter When the current is supplied to the circuit 400 and the motor does not need to maximize the output (for example, during normal traveling), only the battery 100 supplies current.

배터리(100)는 두 개의 12V/10A의 배터리 셀을 병렬로 연결하여 사용할 수 있다. 배터리(100)의 양극은 노드 1에 연결되고 배터리(100)의 음극은 접지와 연결된다. 배터리(100)는 부스트 컨버터(300)를 포함하여 여러 제어 회로(도시되지 않음)에 전류 혹은 전압을 공급한다.The battery 100 can be used by connecting two 12V / 10A battery cells in parallel. The anode of the battery 100 is connected to the node 1 and the cathode of the battery 100 is connected to the ground. The battery 100 includes a boost converter 300 and supplies current or voltage to various control circuits (not shown).

노드 1을 통해 공급되는 12V의 전압은 부스트 컨버터(300)를 거쳐 노드 2의 전압은 36V로 승압된다. 따라서 노드 1과 노드 2 사이에 연결된 커패시터(200)에는 24V의 전압이 걸린다.The voltage of 12V supplied through the node 1 is boosted to the voltage of the node 2 through the boost converter 300 to 36V. Therefore, a voltage of 24 V is applied to the capacitor 200 connected between the node 1 and the node 2.

인버터 회로(400)는 이중 배터리 패키지(1)로부터 전류를 공급받고, 이에 비례하는 전류를 모터(500)로 공급한다. 이러한 인버터 회로(400)는 복수 개의 인버터들을 포함할 수 있다. 또한 기존에 검증된 인버터 회로를 사용할 수도 있다.The inverter circuit 400 receives a current from the dual battery package 1 and supplies a current proportional thereto to the motor 500. The inverter circuit 400 may include a plurality of inverters. It is also possible to use a previously proven inverter circuit.

인버터 회로(400)는 BLDC(Brush-Less Direct Current) 모터나 PMSM(Permanent-Magnet Synchronous Motor)에 적합한 강압형 6-스위치 DC/AC 인버터(Power MOSFET 6개로 구현할 수 있음)들로 구현할 수 있고, MOSFET의 온오프 제어를 위해 마이크로 프로세서 및 인버터 제어 로직을 포함하도록 구현할 수 있다. 본 실시예에서 인버터 회로(400)를 구현할 때, 기존에 일반적으로 사용하는 회로를 채용한다.The inverter circuit 400 may be implemented as a step-down type six-switch DC / AC inverter (which can be implemented with six power MOSFETs) suitable for BLDC (Brushless Less Direct Current) motors or PMSM (Permanent- Magnet Synchronous Motor) It can be implemented to include a microprocessor and inverter control logic for on-off control of the MOSFET. In implementing the inverter circuit 400 in this embodiment, a circuit which is conventionally used is employed.

인버터 회로(400)는 도 4의 실시예와 같이 이중 배터리 패키지에 포함되지 않고 별개로 구현되는 것도 가능하지만, 이중 배터리 패키지에 포함되도록 구현될 수도 있다. 이중 배터리 패키지에 포함되도록 구현될 경우에는 이중 배터리 패키지의 가격이 상승하지만 별도로 양자를 별개로 구현하고 이를 통합할 때에 비해 통합에 따른 신뢰성 저하를 피할 수 있다. 한편 이중 배터리 패키지의 가격 상승분은 별개의 인버터 회로 구현에 따른 비용 발생을 억제하는 것에 의해 상쇄시킬 수 있다. 이하의 다른 실시예는 이중 배터리 패키지 안에 인버터 회로가 구현되지 않은 것을 기준으로 설명하고 통합된 버전에 대한 설명은 생략한다.The inverter circuit 400 may not be included in the dual battery package as in the embodiment of FIG. 4, but may be separately implemented, but may be included in the dual battery package. When implemented in a dual battery package, the cost of the dual battery package increases, but the reliability of integration can be avoided as compared with the case where the two are separately implemented and integrated. On the other hand, the price increase of the dual battery package can be offset by suppressing the cost incurred by the separate inverter circuit implementation. Other embodiments below will be described on the basis that the inverter circuit is not implemented in the dual battery package, and a description of the integrated version will be omitted.

모터(500)는 인버터 회로(400)로부터 전류를 공급받아 회전운동을 한다. BLDC 모터나 PMSM 모터 중 어느 것을 채택해도 무방하다. 저가형 전기 자전거 구현을 위해 DC 모터를 사용할 수 있는데, 이 경우에 인버터 회로의 수정이 필요하다.The motor 500 receives the current from the inverter circuit 400 and rotates. Either a BLDC motor or a PMSM motor may be adopted. A DC motor can be used to implement a low-cost electric bicycle, in which case the inverter circuit needs to be modified.

이하, 이중 배터리 패키지의 동작을 살펴본다.Hereinafter, the operation of the dual battery package will be described.

전기 자전거가 기동할 때, 배터리(100)에서 부스트 컨버터(300)를 통해서 노드 2를 거쳐 인버터 회로(400)로 필요한 전류의 일부가 공급된다. 부스트 컨버터의 적절한 제어를 통해 배터리(100)에서 공급하는 전류의 최대치를 제한이 가능하고, 이에 따라 배터리(100)의 용량, 즉 병렬 연결 셀 수를 줄일 수 있다. 기동 시 인버터 회로(400)에 필요한 모자라는 전류는 커패시터(200)에서 노드 2를 거쳐 공급된다.When the electric bicycle is started, a part of the necessary current is supplied from the battery 100 through the boost converter 300 to the inverter circuit 400 via the node 2. It is possible to limit the maximum value of the current supplied from the battery 100 through appropriate control of the boost converter, thereby reducing the capacity of the battery 100, that is, the number of cells connected in parallel. The insufficient current necessary for the inverter circuit 400 at the start is supplied from the capacitor 200 through the node 2. [

전기 자전거의 기동상태가 끝나고 정상 운행 중일 때 캐패시터(200)에서 인버터 회로(400)에 공급하는 전류는 없고, 배터리(100)에서 부스트 컨버터(300)를 통해 필요한 인버터(400) 회로 전류를 모두 공급한다. 즉, 캐패시터(200)는 기동 시 짧은 시간 동안만 전력공급을 행하므로 적은 용량으로 구현 가능하다. 이를 통해 배터리 패키지의 경량화와 저비용화를 달성할 수 있다.There is no current supplied from the capacitor 200 to the inverter circuit 400 when the electric bicycle is in the normal operation state after the start of the electric bicycle and the inverter circuit 400 is supplied with all the necessary inverter 400 circuit current through the boost converter 300 from the battery 100 do. That is, since the capacitor 200 performs power supply only for a short period of time during startup, the capacitor 200 can be implemented with a small capacity. Thus, the weight and cost of the battery package can be reduced.

전기 자전거가 제동할 때, 모터(500)에서 발생하는 역전류는 인버터(400)를 거쳐 노드 2를 통해 커패시터(200)로 공급되어 기동 시에 방전된 커패시터(200)를 일부 충전하게 된다. 전기 자전거가 완전 정지(휴식) 중에 있을 때는 배터리(100)에서 부스트 컨버터(300)를 통해 기동 시 방전된 커패시터(200)를 완전히 충전하게 된다.When the electric bicycle is braking, the reverse current generated in the motor 500 is supplied to the capacitor 200 through the node 400 via the inverter 400 to partially charge the discharged capacitor 200 at the time of starting. When the electric bicycle is in a complete stop state (rest), the capacitor 200 discharged from the battery 100 through the boost converter 300 is completely charged.

본 발명에 사용되는 부스트 컨버터는 일반적으로 사용되는 전력 회로 Topology 를 채용할 수 있다. The boost converter used in the present invention can employ a commonly used power circuit topology.

도 5는 부스트 컨버터의 구성 예를 나타낸다. 부스트 컨버터(300)는 노드 1과 노드 2, 그리고 접지 노드 사이에 인덕터Lb(320), 스위칭 부(330), 스위칭 부 (310)를 구비하는데, 스위칭 부(330) 컨버터 제어회로(340)에서 발생한 스위치 도통/차단 신호에 따라 도통 차단을 반복한다. 5 shows an example of the configuration of the boost converter. The boost converter 300 includes an inductor Lb 320, a switching unit 330 and a switching unit 310 between the node 1 and the node 2 and between the ground node and the switching unit 330. In the converter control circuit 340, And repeats the interruption of the conduction according to the generated switch conduction / cutoff signal.

스위칭 부(310)는 주로 다이오드 D6를 사용하며, 경우에 따라 SW1을 추가해도 무방하다. 단, SW1 의 도통은 SW2 의 차단시에만, SW1의 차단은 SW2의 도통시에 발생하도록 SW1을 도통/차단해야 한다. 제어회로(340)에서 발생하는 신호는 통상 수십 KHz 이상의 신호이고, 도통 신호 발생시 스위칭 부(330)는 도통되고 스위칭 부(310)는 차단된다. 이때 배터리(100) - 인덕터Lb - SW2의 경로로 전류가 흘러 인덕터에 에너지가 저장된다. The switching unit 310 mainly uses the diode D6, and it is also possible to add SW1 in some cases. However, the conduction of the SW1 must be conducted / blocked only when the SW2 is interrupted, and the SW1 is interrupted so that the interrupting of the SW1 occurs at the time of the conduction of the SW2. The signal generated by the control circuit 340 is usually a signal of several tens of KHz or more, and when the conduction signal is generated, the switching unit 330 is turned on and the switching unit 310 is turned off. At this time, the current flows to the path of the battery 100 - the inductor Lb - SW2, and energy is stored in the inductor.

차단 신호 발생시 스위칭 부(330)는 차단되고 배터리(100) - 인덕터 - SW1의 경로로 인덕터에 저장된 에너지는 배터리(100) 에너지와 더해져서 인버터 회로(400)로 전달하게 된다. 따라서, 노드 N2 와 접지 노드 사이 전압은 배터리 (100) 전압보다 크게 부스팅 되어 인버터 회로 (400)에 인가된다. The switching unit 330 is cut off and the energy stored in the inductor by the path of the battery 100 and the inductor SW1 is added to the energy of the battery 100 and is transmitted to the inverter circuit 400. [ Therefore, the voltage between the node N2 and the ground node is boosted to be higher than the voltage of the battery 100 and applied to the inverter circuit 400. [

스위치(330)의 도통/차단 동작은 Ts의 주기로 반복되며, 스위치 도통 시간을 Ton 이라고 하면, 시비율 D 를 Ton/Ts 로 정의할 수 있다. The ON / OFF operation of the switch 330 is repeated in the cycle of Ts, and if the switch conduction time is Ton, the duty ratio D can be defined as Ton / Ts.

전기 자전거의 기동 시 많은 인버터 전류가 필요하면, 시비율 D를 크게 하여 동작한다. 스위치(330)의 도통 시간이 길어져 인덕터에 저장된 에너지가 커져서, 기동 시 순간 필요 전력을 공급할 수 있다. 단, 배터리(100)의 허용 전류 이상이 공급되지 않도록 시비율 D의 크기를 제한하고 동작한다. 기동 시 모자라는 전력은 상기 서술한 바대로 커패시터(200)에서 공급한다. 정상/운행 조건시 에는 시비율 D가 낮아지도록 동작한다. 제동시나 완전 휴식기에는 노드 2와 접지 노드 사이의 전압이 인버터 (400) 허용 전압 미만이 되도록 시비율 D 조절 동작을 행한다. 이는 배터리(100)의 수명에 도움을 준다.If many inverter currents are required when the electric bicycle is started, the operation ratio D is increased to operate. The conduction time of the switch 330 becomes long, and the energy stored in the inductor becomes large, so that the instantaneous required power can be supplied at startup. However, the size of the application ratio D is limited so that the allowable current or more of the battery 100 is not supplied. The power shortage at startup is supplied from the capacitor 200 as described above. And operates so that the duty ratio D is lowered under the normal / running condition. During the braking or the complete rest, the operation ratio D adjustment operation is performed so that the voltage between the node 2 and the ground node becomes less than the allowable voltage of the inverter 400. This contributes to the life of the battery 100.

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 따른 이중 배터리 패키지를 보여주는 도면이다.6 is a view showing a dual battery package according to another embodiment of the present invention.

이중 배터리 패키지(2)는 도 4의 이중 배터리 패키지(1)와 마찬가지로 배터리와 부스트 컨버터 및 커패시터가 구비된 회로인 이중 배터리 장치(600)를 포함할 뿐만 아니라 충전기(700)도 포함한다. 충전기(700)에는 트랜스 포머(710)가 구비되어 220V의 교류전압을 낮추어서 충전 과정에서 배터리에 발생할 수 있는 데미지를 줄여 줄 뿐 아니라, 전기적 절연이 가능하여 사용자 감전 사고등 안전을 보장한다. .The dual battery package 2 includes a dual battery device 600, which is a circuit with a battery, a boost converter and a capacitor, as well as the dual battery package 1 of FIG. 4, but also includes a charger 700. A transformer 710 is provided in the charger 700 to reduce the AC voltage of 220V to reduce damages that may occur in the battery during the charging process and also to ensure electrical insulation and safety such as user's electric shock. .

인버터 회로(400)는 이중 배터리 패키지(1)에 포함되지 않지만 포함되도록 구현하는 것도 가능하다.The inverter circuit 400 is not included in the dual battery package 1 but can be implemented to be included.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 배터리 패키지를 보여주는 도면이다.7 is a view illustrating a dual battery package according to another embodiment of the present invention.

도 6의 이중 배터리 패키지(2)는 충전기(700)를 이중 배터리 패키지에 포함시킴으로써 사용자가 별도로 충전기를 갖고 다니게 하는 불편함을 줄이는 것에 그쳤지만,본 실시예에 따른 이중 배터리 패키지(3)는 기존에 부스트 컨버터에 포함되어 있는 인덕터를 충전기(900)에 포함된 트랜스 포머(910)의 2차 코일로 사용한다. 이렇게 함으로써 부품을 줄일 수 있고, 원가와 무게를 줄일 수 있다.
The dual battery package 2 of FIG. 6 merely reduces the inconvenience that the charger 700 is included in the dual battery package so that the user can carry the charger separately. However, The inductor included in the boost converter is used as the secondary coil of the transformer 910 included in the charger 900. This reduces parts and reduces cost and weight.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, I will say.

100: 배터리 200: 커패시터
300: 부스트 컨버터 310: 스위칭 회로
400: 인버터 회로 500: 모터
600, 800: 이중 배터리 장치 700, 900: 배터리 충전기100: Battery 200: Capacitor
300: Boost converter 310: Switching circuit
400: inverter circuit 500: motor
600, 800: Dual battery device 700, 900: Battery charger

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 배터리, 부스트 컨버터, 일단이 상기 배터리의 양극 및 상기 부스트 컨버터와 제1 노드에서 연결되고 타단이 제2노드에서 상기 부스트 컨버터와 연결된 커패시터, 및 배터리 충전기를 포함하되,
상기 배터리 충전기는 트랜스 포머를 포함하고, 상기 트랜스 포머의2차 코일의 일단은 상기 배터리의 양극과 연결되고 타단은 상기 부스트 컨버터에 연결되어 부스팅 동작에서 일시적으로 에너지를 저장하는 인덕터 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 패키지.A battery, a boost converter, a capacitor having one end connected to the positive electrode of the battery and the boost converter at a first node and the other end connected to the boost converter at a second node, and a battery charger,
The battery charger includes a transformer, one end of the secondary coil of the transformer is connected to the anode of the battery, and the other end is connected to the boost converter, thereby performing an inductor function to temporarily store energy in the boosting operation Features dual battery package. 제4항에 있어서, 상기 부스트 컨버터는
상기 제1 노드 및 제3 노드 사이에 연결되고, 부스팅을 위하여 일시적으로 에너지를 저장하며, 상기 트랜스포머의 2차 코일인 인덕터;
상기 제2노드 및 상기 제3 노드 사이에 연결되는 제1 스위칭부;
상기 제3 노드 및 상기 배터리의 음극 사이에 연결되는 제2 스위칭부; 및
상기 제1스위칭부를 차단할 때, 제2스위칭부를 도통시키고, 상기 제1스위칭부를 도통시킬 때 상기 제2스위칭부를 차단시키는 컨버터 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 배터리 패키지.
5. The power converter according to claim 4, wherein the boost converter
An inductor, connected between the first node and a third node, for temporarily storing energy for boosting, the inductor being a secondary coil of the transformer;
A first switching unit connected between the second node and the third node;
A second switching unit connected between the third node and the cathode of the battery; And
And a converter control circuit that turns on the second switching unit when the first switching unit is cut off and cuts off the second switching unit when the first switching unit is turned on.
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