KR101849967B1 - 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템 - Google Patents

충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 드롭퍼의 이중화를 통해 비상 상태를 대비할 수 있고, 축전지가 과충전되는 것을 방지함과 동시에 충전기 출력의 전압 공급원인 드롭퍼의 고장 시 부하에 전원을 공급하지 못하는 경우 예비 드롭퍼에 의한 DC 전원공급을 부하에 공급할 수 있도록 하여, 안정적인 전원공급이 가능하도록 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 대한 것이다.

Description

충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템{Automatic control system for duplicated dropper of charger}
본 발명은 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 드롭퍼의 이중화를 통해 비상 상태를 대비할 수 있고, 축전지가 과충전되는 것을 방지함과 동시에 충전기 출력의 전압 공급원인 드롭퍼의 고장 시 부하에 전원을 공급하지 못하는 경우 예비 드롭퍼에 의한 DC 전원공급을 부하에 공급할 수 있도록 하여, 안정적인 전원공급이 가능하도록 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 대한 것이다.
DC UPS(DC 무정전 전원장치(DC Uninterruptible power supply))는 변전소, 전기실, 수배전반, 제어 전원시스템 등의 안전한 사용을 위해 전원을 공급해주는 장치로, 정전 등으로부터 시스템을 보호한다. 하기의 특허문헌과 같이, DC UPS(DC 무정전 전원장치)는 크게 충전기 및 배터리를 포함하며, 상기 충전기는 상용전원을 이용하여 부하에 전원을 공급하는 동시에 배터리를 충전시켜 배터리가 충전 상태에 있도록 하며, 정전 등이 발생하여 충전기가 부하에 전원을 공급하지 못하는 경우 무순단 절체에 의해 배터리가 방전되어 순간의 정전도 없어 부하에 계속 DC 전원이 공급되도록 한다.
<특허문헌>
특허공보 제10-0573620호(2006. 04. 18. 등록) "이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기"
하지만, 종래의 무정전 전원장치는 전압강하를 보상하면서 정격전압이 부하에 공급되도록 하는 드롭퍼의 고장 시 부하에 전원을 공급하지 못하는 문제가 있다. 또한, 종래의 무정전 전원장치는 배터리의 과충전을 방지하기 위한 구성이 없어 배터리의 100% 충전시 배터리가 폭발할 수 있어 배터리의 폭발을 방지하기 위해 배터리를 80 ~ 90% 정도만 충전하도록 설정되어 자원의 효율적 이용이 불가능한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명은 드롭퍼의 이중화를 통해 부하에 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 축전지의 과충전을 방지함과 동시에 충전기가 부하에 전원을 공급하지 못하는 경우 축전기가 부하에 바로 전원을 공급할 수 있도록 하여, 축전지 손상을 방지하면서도 축전지의 만충전이 가능하도록 하며 안정적인 전원공급이 가능하도록 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 병렬운전이 가능하고, 작동 상황이 디스플레이되며 간단한 버튼 조작을 통해 용이하게 제어할 수 있으며, 구성의 모듈화를 통해 적층 연결하여 기존 설치공간의 변동 없이 제품의 업그레이드가 가능한 드롭퍼 이중화 자동제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 부하에 전원을 계속적으로 공급하면서도 축전기의 일시적 방전을 통해 축전지의 상태를 정확하게 진단할 수 있는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 축전지와 부하에 공급하는 전원공급부와; 상기 전원공급부와 부하를 연결하는 부하선로 상에 설치되어 상기 전원공급부에서 출력된 직류 전원에 대해 전압강하를 보상하여 정격전압이 부하에 공급되도록 하는 드롭퍼와; 상기 축전지의 충전 및 부하에의 전원 공급을 제어하는 컨트롤러;를 포함하며, 상기 전원공급부는 이중화되어 제1전원공급부는 제1부하선로를 통해 부하에 연결되고 제2전원공급부는 제2부하선로를 통해 부하에 연결되고, 상기 드롭퍼는 이중화되어 제1드롭퍼는 제1부하선로 상에 설치되고 제2드롭퍼는 제2부하선로 상에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 있어서 상기 컨트롤러는 상기 전원공급부와 정보를 교환하여 상기 전원공급부가 적정치의 직류전원을 출력하도록 하는 전원부를 포함하며, 상기 전원부는 상기 제1전원공급부 및 제2전원공급부 각각이 분배하여 직류전원을 출력하도록 제어하고, 일 전원공급부가 고장이나 이에 대한 신호가 일 전원공급부로부터 출력되어 수신된 경우 타 전원공급부가 100%의 직류전원을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 있어서 상기 컨트롤러는 상기 드롭퍼와 정보를 교환하여 상기 드롭퍼가 정격전압을 출력하도록 제어하는 전압강하부를 포함하며, 상기 전압강하부는 상기 제1드롭퍼 및 제2드롭퍼 각각이 분배하여 정격전압을 출력하도록 제어하고, 일 드롭퍼가 고장이나 이에 대한 신호가 일 드롭퍼로부터 출력되어 수신된 경우 타 드롭퍼가 100%의 정격전압을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템은 일단은 전원공급부와 드롭퍼 사이의 부하선로에 연결되며 타단은 축전지에 연결되는 충전선로 상에 설치되어 상기 전원공급부와 축전지가 연결된 상태를 유지하도록 하며 축전지의 과충전시 축전지에 전원이 공급되지 않도록 하는 과충전보호부;를 추가로 포함하며, 상기 컨트롤러는 축전지에 연결된 비엠에스에서 출력된 정보를 분석하여 상기 과충전보호부를 제어하여 축전지가 과충전 상태에 들어가지 않도록 제어하는 과충전방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 있어서 상기 과충전보호부는 상기 충전선로에 설치되어 축전지에서 전원공급부 방향으로만 전류가 흐를 수 있도록 하는 정류기와, 일단은 정류기 전측 충전선로에 연결되고 타단은 정류기 후측 충전선로에 연결되는 분기선로 상에 설치되어 상기 컨트롤러의 제어하에 작동하여 상기 분기선로를 개폐하는 충전스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 있어서 상기 과충전방지부는 상기 전원공급부가 작동하고 충전스위치가 온되어 축전지가 충전되고 있는 상태에서 상기 비엠에스가 출력한 셀별 충전전압을 확인하여 설정된 최대충전전압을 초과하는 경우 과충전신호를 출력하는 과충전판단모듈과, 상기 과충전판단모듈에서 과충전신호가 출력된 경우 상기 충전스위치를 오프시켜 분기선로가 개방되도록 하여 상기 축전지에 전원이 공급되지 않도록 한 상태에서 상기 전원공급부의 작동을 중단시켜 축전지가 설정된 정격전압까지 방전하도록 하여 축전지의 전원이 드롭퍼에 공급되도록 하는 전원제어모듈과, 상기 전원제어모듈이 작동하여 상기 축전지가 설정된 정격전압까지 방전된 경우 충전스위치를 온시키고 전원공급부를 작동시켜 상기 축전지의 셀이 최대충전전압까지 다시 충전되도록 하는 재충전모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 있어서 상기 과충전방지부는 상기 비엠에스에서 출력된 셀별 충전전압을 확인하여 상기 재충전모듈에 의해 충전된 축전지의 셀별 충전전압이 최대충전전압을 유지하는 경우 이상이 없는 것으로 판단하여 충전상태를 유지하고, 축전지의 셀별 충전전압이 최대충전전압을 유지하지 못하는 경우 충전스위치를 오프시키고 고장신호를 출력하는 이상판단모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 있어서 상기 컨트롤러는 상기 축전지를 일시적으로 방전시키고 이때 상기 비엠에스가 출력한 정보를 분석하여 축전지의 상태를 진단하는 축전지진단부를 포함하며, 상기 축전지진단부는 축전기가 설정된 시간만큼 전류를 방전하도록 제어하는 방전모듈과, 상기 방전모듈이 작동하여 설정된 시간만큼 상기 축전기가 전류를 방전하는 경우 상기 비엠에스에서 출력된 셀별 충전전압의 양이 달라짐으로 이를 분석하여 특정 셀에서 단위 시간당 설정범위를 넘어서는 전압변화가 있다고 판단된 경우 셀의 이상이 있는 것을 판단하는 셀진단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 있어서 상기 축전지진단부는 상기 방전모듈이 작동하여 상기 축전지가 방전할 때 상기 비엠에스가 출력한 정보를 분석하여 셀의 밸런싱을 확인하여 축전지의 이상 여부를 판단하는 축전지진단모듈을 추가로 포함하며, 상기 축전지진단모듈은 셀간의 단위 시간당 전압변화량의 차이가 일정 범위를 벗어나는 경우 축전지가 이상이 있는 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템에 있어서 상기 방전모듈은 상기 충전스위치를 오프시키고 전원공급부의 작동을 중단시켜 축전지의 전류가 충전선로를 따라 흘러 드롭퍼에 전달되어 부하에 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
본 발명은 드롭퍼의 이중화를 통해 부하에 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 축전지의 과충전을 방지함과 동시에 충전기가 부하에 전원을 공급하지 못하는 경우 축전기가 부하에 바로 전원을 공급할 수 있도록 하여, 축전지 손상을 방지하면서도 축전지의 만충전이 가능하도록 하며 안정적인 전원공급이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 병렬운전이 가능하고, 작동 상황이 디스플레이되며 간단한 버튼 조작을 통해 용이하게 제어할 수 있으며, 구성의 모듈화를 통해 적층 연결하여 기존 설치공간의 변동 없이 제품의 업그레이드가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 부하에 전원을 계속적으로 공급하면서도 축전기의 일시적 방전을 통해 축전지의 상태를 정확하게 진단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동제어시스템의 블럭도.
도 2는 도 1의 충전기를 설치상태를 설명하기 위한 참고도.
도 3은 도 1의 컨트롤러의 세부 구성을 나타내는 블럭도.
도 4는 도 3의 조작표시부를 설명하기 위한 참고도.
도 5는 도 3의 과충전방지부의 세부 구성을 나타내는 블럭도.
도 6은 도 3의 축전지진단부의 세부 구성을 나타내는 블럭도.
도 7 내지 9는 도 1의 자동제어시스템의 작동과정을 설명하기 위한 참고도.
이하에서는 본 발명에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동제어시스템의 블럭도이며, 도 2는 도 1의 충전기를 설치상태를 설명하기 위한 참고도이고, 도 3은 도 1의 컨트롤러의 세부 구성을 나타내는 블럭도이며, 도 4는 도 3의 조작표시부를 설명하기 위한 참고도이고, 도 5는 도 3의 과충전방지부의 세부 구성을 나타내는 블럭도이며, 도 6은 도 3의 축전지진단부의 세부 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 7 내지 9는 도 1의 자동제어시스템의 작동과정을 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템의 일 실시예를 도 1 내지 9를 참조하여 설명하면, 상기 자동제어시스템은 상용전원을 이용하여 부하(4)에 전원을 공급하는 동시에 축전지시스템(2)의 축전지(21)를 충전하여, 정전 등이 발생하여 충전기(1)가 부하(4)에 전원을 공급하지 못하는 경우 축전지(21)가 방전되어 순간의 정전도 없어 부하(4)에 계속 전기가 공급되도록 하며, 상기 충전기(1)와 축전지시스템(2)을 포함한다. 상기 충전기(1)를 설명하기에 앞서 축전지시스템(2)을 설명하면, 상기 축전지시스템(2)은 축전기(21)와, 상기 축전기(21)의 충전상태를 센싱하여 충전기(1)에 전송하는 비엠에스(22, BMS(Battery managenent system)) 등을 포함한다. 상기 축전지(21)는 복수 개의 셀이 연결되어 형성되며, 예컨대 리튬 배터리 등이 사용될 수 있다. 상기 비엠에스(22)는 셀별로 충전상태를 센싱하여 셀별 충전 전압 및 축전지의 충전 전압에 대한 정보를 출력한다. 앞서 설명한 바와 같이, 종래에는 축전지의 과충전을 방지하기 위한 구성이 없어 축전지의 100% 충전시 축전지가 폭발할 수 있어 축전지의 폭발을 방지하기 위해 축전지를 80 ~ 90% 정도만 충전하도록 설정되어 자원의 효율적 이용이 불가능하다(이때, 상기 비엠에스(22)가 셀의 충전상태를 센싱하여 충전기(1)에 전송하는 것뿐만 아니라 특정 셀에서 과충전이 일어나는 경우 화재, 폭발의 위험을 방지하기 위해 충전기(1)와 축전지(21)를 연결하는 선로를 개방하여 축전지(21)에 더이상 전원이 공급되지 않도록 할 수 있으나, 위 경우 선로의 개방으로 인해 충전기(1)가 부하(4)에 전원을 공급하지 못하는 경우에 상기 축전지(21)도 부하(4)에 전원을 공급할 수 없어 무정전 전원공급의 기능을 수행할 수 없음). 따라서, 본원발명은 축전지(21)가 과충전되는 것을 방지함과 동시에 충전기(1)가 부하(4)에 전원을 공급하지 못하는 경우 축전기(21)가 부하(4)에 바로 전원을 공급할 수 있도록 하여, 축전지 손상을 방지하면서도 축전지의 만충전이 가능하도록 하며 안정적인 전원공급이 가능하도록 하는데, 이에 대해서는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 충전기(1)는 상용전원을 이용하여 부하(4)에 전원을 공급하는 동시에 축전지시스템(2)의 축전지(21)를 충전하며 정전 등이 발생하여 충전기(1)가 부하(4)에 전원을 공급하지 못하는 경우 축전지(21)에서 방전된 전기가 순간의 정전도 없이 부하(4)에 계속 공급되도록 하는 구성으로, 전원공급부(11), 드롭퍼(12), 과충전보호부(13), 컨트롤러(14) 등을 포함한다.
상기 전원공급부(11)는 교류 전원을 적정치의 직류 전원으로 변환하여 공급하는 구성으로, 상기 전원공급부(11)에서 공급되는 전원은 부하(4)에 사용되고 축전지(21)의 충전에 이용되게 된다. 상기 전원공급부(11)는 다양한 구성 및 방법에 의해 교류 전원을 적정치의 직류 전원으로 변환하여 공급할 수 있는데, 도시하지 않았지만 일 예로 상기 컨트롤러(14)와 정보를 교환하는 통신모듈(미도시)와, 교류 전원을 적정치의 직류 전원으로 변환하여 공급하는 전원모듈(미도시)과, 상기 전원모듈의 작동상태를 표시하고 사용자의 조작에 따른 조작신호를 출력하는 조작출력모듈(미도시)와, 조작출력모듈 또는 상기 컨트롤러(14)에서 출력된 조작신호에 따라 전원모듈의 작동을 제어하고 전원모듈의 작동 상태를 조작출력모듈 및 컨트롤러(14)에 출력하는 제어모듈(미도시) 등을 포함하며, 상기 전원모듈은 예컨대 노이즈 필터와 서지 제거 소자를 이용하여 교류전압에서 노이즈와 서지 전압을 제거한 후 다이오드 브릿지를 이용하는 AC-DC 컨버터를 통해 직류전압으로 변환하고 IGBT를 이용하는 DC-DC 컨버터를 통해 적정치의 직류 전원으로 변환하여 공급되도록 할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전원공급부(11)는 케이스에 통신모듈, 전원모듈, 조작출력모듈 및 제어모듈이 설치되어 모듈화된 형태를 가지며, 상기 전원공급부(11)와 컨트롤러(14)는 상하로 적층되어 케이블(미도시) 등에 의해 연결될 수 있다. 상기 전원공급부(11)는 하나가 사용될 수도 있으나, 바람직하게는 두 개가 사용되어 즉 이중화되어 제1전원공급부(11a)는 제1부하선로(100a)를 통해 부하측의 분전반(3)에 연결되고 제2전원공급부(11b)는 제2부하선로(100b)를 통해 부하측의 분전반(3)에 연결되게 된다. 이중화된 전원공급부(11)는 자동절체 방식(어느 하나의 전원공급부가 작동하여 전원을 공급하다가 고장이 나면 다른 전원공급부가 작동하여 전원을 공급하는 방식)에 의해 전원을 공급할 수도 있으나, 바람직하게는 병렬운전 방식(두 개의 전원공급부 각각이 분배하여 전원을 공급하다가 어느 하나가 고장이 나면 나머지 하나가 100%의 전원을 공급하는 방식)으로 전원을 공급하게 된다.
상기 드롭퍼(12)는 전원공급부(11)와 부하(4, 부하(4)는 분전반(3)에 연결되어 충전기(1)에서 출력되는 전원을 공급받으므로 정확히는 부하측의 분전반(3))를 연결하는 부하선로(100) 상에 설치되어, 전압강하를 보상하면서 정격전압이 부하(4)에 공급되도록 한다. 상기 드롭퍼(12)는 다양한 구성 및 방법에 의해 정격전압이 부하(4)에 공급되도록 할 수 있는데, 도시하지 않았지만 일 예로 상기 컨트롤러(14)와 정보를 교환하는 통신모듈(미도시)와, 전압강하를 보상하면서 정격전압이 출력되도록 하는 전압강하모듈(미도시)과, 상기 전압강하모듈의 작동상태를 표시하고 사용자의 조작에 따른 조작신호를 출력하는 조작출력모듈(미도시)와, 조작출력모듈 또는 상기 컨트롤러(14)에서 출력된 조작신호에 따라 전압강하모듈의 작동을 제어하고 전압강하모듈의 작동 상태를 조작출력모듈 및 컨트롤러(14)에 출력하는 제어모듈(미도시) 등을 포함하며, 상기 전압강하모듈은 예컨대 실리콘 다이오드 군이 마그네트 스위치에 의해 선택적으로 온되는 상태에 의해 정압강하를 보상하면서 정격전압이 부하(3)에 공급되도록 할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 드롭퍼(12)는 케이스에 통신모듈, 전압강하모듈, 조작출력부 및 제어모듈이 설치되어 모듈화된 형태를 가지며, 상기 드롭퍼(12)와 컨트롤러(14)는 상하로 적층되어 케이블 등에 의해 연결될 수 있다. 상기 드롭퍼(12)는 하나가 사용될 수도 있으나, 바람직하게는 두 개가 사용되어 즉 이중화되어 제1드롭퍼(12a)는 제1부하선로(100a) 상에 설치되고 제2드롭퍼(12b)는 제2부하선로(100b) 상에 설치되게 된다. 이중화된 드롭퍼(12)는 자동절체 방식(어느 하나의 드롭퍼가 작동하여 정격전압을 출력하다가 고장이 나면 다른 드롭퍼가 작동하여 정격전원을 출력하는 방식)에 의해 정격전압을 출력할 수도 있으나 바람직하게는 병렬운전 방식(두 개의 드롭퍼 각각이 분배하여 정격전압을 출력하다가 어느 하나가 고장이 나면 나머지 하나가 100%의 정격전압을 출력하는 방식)으로 정격전압을 출력하게 된다. 종래의 충전기는 드롭퍼의 고장 시 부하에 전원을 공급하지 못하였는데, 본 발명은 드롭퍼의 이중화를 통해 부하에 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.
상기 과충전보호부(13)는 일단은 상기 전원공급부(11)와 드롭퍼(12) 사이의 부하선로(100)에 연결되며 타단은 축전지(21)에 연결되는 충전선로(200) 상에 설치되어 상기 전원공급부(11)와 축전지(21)가 연결된 상태를 유지하도록 하며 축전지(21)의 과충전시 축전지(21)에 전원이 공급되지 않도록 하는 구성으로, 정류기(131), 충전스위치(132) 등을 포함한다. 상기 전원공급부(11)와 드롭퍼(12)는 이중화되므로, 상기 충전선로(200)는 일단이 제1부하선로(100a)에 연결되고 타단이 제2부하선로(100b)에 연결되는 제1충전선로(210)와, 일단이 제1충전선로(210)와 연결되고 타단이 축전지(21)에 연결되는 제2충전선로(220)을 포함한다.
상기 정류기(131)는 상기 충전선로(100)에 설치되어 축전지(21)에서 충전기(1) 방향으로만 전류가 흐를 수 있도록 하는 구성으로, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 다이오드가 사용될 수 있다.
상기 충전스위치(132)는 일단은 정류기(131) 전측 충전선로(200)에 연결되고 타단은 정류기(131) 후측 충전선로(200)에 연결되는 분기선로(300) 상에 설치되어 상기 컨트롤러(14)의 제어하에 작동하여 상기 분기선로(300)를 개폐하는 구성으로, 예컨대 전기적 스위치가 사용될 수 있다. 상기와 같은 구성을 가지는 과충전보호부(13)는 상기 컨트롤러(14)의 제어에 의해 축전지의 과충전을 방지함과 동시에 충전기가 부하에 전원을 공급하지 못하는 경우 축전기가 부하에 바로 전원을 공급할 수 있도록 하여, 축전지 손상을 방지하면서도 축전지의 만충전이 가능하도록 하며 안정적인 전원공급이 가능하도로 하는데, 이에 대한 구체적인 작동과정은 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 컨트롤러(14)는 축전지(21)의 충전과 상태진단 및 부하(4)에 전원공급을 제어하는 구성으로, 송수신부(141), 조작표시부(142), 전원부(143), 전압강하부(144), 과충전방지부(145), 축전지진단부(146), 저장부(147) 및 제어부(148) 등을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤러(14)는 케이스에 송수신부(141), 조작표시부(142), 전원부(143), 전압강하부(144), 과충전방지부(145), 축전지진단부(146), 저장부(147) 및 제어부(148)가 설치되어 모듈화된 형태를 가지며, 상기 전원공급부(11), 드롭퍼(12) 및 컨트롤러(14)는 상하로 적층되어 케이블 등에 의해 연결될 수 있다. 또한, 상기 컨트롤러(14)의 외형을 형성하는 케이스에는 상기 과충전보호부(13)가 설치되는 것도 가능하다. 즉, 상기 전원공급부(11), 드롭퍼(12) 및 컨트롤러(14)는 모듈화되어 상하적층을 통해 위치시킨 후 케이블 연결을 통해 용이하게 설치가 가능하게 된다.
상기 송수신부(141)는 상기 비엠에스(22), 전원공급부(11) 및 드롭퍼(12)에서 출력되는 정보를 수신하고, 상기 전원공급부(11), 드롭퍼(12), 과충전보호부(13) 각각에 제어신호를 출력한다.
상기 조작표시부(142)는 충전기(1)의 작동상태를 표시하고 사용자의 조작에 따른 조작신호를 출력하는 구성으로, 사용자의 조작(조작버튼(142a)의 터치)을 통해 조작신호를 출력하는 조작모듈(142c)과, 상기 충전기(1)의 작동상태가 디스플레이(142b)에 표시되도록 하는 디스플레이모듈(142d) 등을 포함한다. 상기 사용자는 전원공급부(11), 드롭퍼(12)의 조작출력모듈을 통해 전원공급부(11), 드롭퍼(12) 각각을 제어하는 것도 가능하나, 상기 조작버튼(142)을 통해 상기 전원공급부(11), 드롭퍼(12)를 제어하는 것도 가능하다. 도 4에 도시된 바와 같이 디스플레이(142b)에는 상기 충전기(1)의 작동상태가 도형화되어 표시되게 되므로 사용자는 용이하게 상기 충전기(1)의 작동상태를 파악할 수 있게 된다.
상기 전원부(143)는 상기 전원공급부(11)와 정보를 교환하여 상기 전원공급부(11)가 적정치의 직류전원을 출력하도록 한다. 예컨대, 상기 조작모듈에 의해 병렬운전 방식이 선택된 경우 상기 전원부(143)는 상기 제1전원공급부(11a) 및 제2전원공급부(11b) 각각이 분배하여 직류전원을 출력하도록 제어하고, 일 전원공급부가 고장이나 이에 대한 신호가 전원공급부로부터 출력되어 수신된 경우 타 전원공급부가 100%의 직류전원을 출력하도록 제어하게 된다.
상기 전압강하부(144)는 상기 드롭퍼(12)와 정보를 교환하여 상기 드롭퍼(12)가 정격전원을 출력하도록 한다. 예컨대, 상기 조작모듈에 의해 병렬운전 방식이 선택된 경우 상기 전압강하부(144)는 상기 제1드롭퍼(12a) 및 제2드롭퍼(12b) 각각이 분배하여 정격전원을 출력하도록 제어하고, 일 드롭퍼가 고장이나 이에 대한 신호가 드롭퍼로부터 출력되어 수신된 경우 타 드롭퍼가 100%의 정격전압을 출력하도록 제어하게 된다.
상기 과충전방지부(145)는 축전지(21)의 충전을 제어하며 상기 비엠에스(22)에서 출력된 정보를 분석하여 축전지(21)가 과충전 상태에 들어가지 않도록 하는 구성으로, 과충전판단모듈(145a), 전원제어모듈(145b), 재충전모듈(145c), 이상판단모듈(145d) 등을 포함한다.
상기 과충전판단모듈(145a)은 상기 전원공급부(11)가 작동하고 충전스위치(132)가 온되어 축전지(21)가 충전되고 있는 상태에서 상기 비엠에스(22)에서 출력된 셀별 충전전압을 확인하여 설정된 최대충전전압(4.2V)을 초과하는 경우 과충전신호를 출력한다.
상기 전원제어모듈(145b)은 상기 과충전판단모듈(145a)에서 과충전신호가 출력된 경우 상기 충전스위치(132)를 오프시켜 분기선로(300)가 개방되도록 하여 상기 축전지(21)에 전원이 공급되지 않도록 한 상태에서 상기 전원공급부(11)의 작동을 중단시켜 축전지(21)가 설정된 정격전압(3.7V)까지 방전하여 축전지(21)의 전원이 드롭퍼(12)에 공급되도록 한다.
상기 재충전모듈(145c)은 상기 전원제어모듈(145b)이 작동하여 상기 축전지(21)가 설정된 정격전압까지 방전된 경우 충전스위치(132)를 온시키고 전원공급부(11)를 작동시켜 상기 축전지(21)의 셀이 최대충전전압까지 다시 충전되도록 한다.
상기 이상판단모듈(145d)은 상기 비엠에스(22)에서 출력된 셀별 충전전압을 확인하여 상기 재충전모듈(145c)에 의해 충전된 축전지(21)의 셀별 충전전압이 최대충전전압을 유지하는 경우(일정 범위 내에 있는 경우) 이상이 없는 것으로 판단하여 충전상태를 유지하고, 축전지(21)의 셀별 충전전압이 최대충전전압을 유지하지 못하는 경우(일정 범위를 벗어나는 경우) 충전스위치(132)를 오프시키고 고장신호를 디스플레이(142b)에 출력하게 된다.
상기 축전지진단부(146)는 상기 축전지(21)를 일시적으로 방전시키고 이때 상기 비엠에스(22)가 출력한 정보를 분석하여 축전지(21)의 상태를 진단하는 구성으로, 방전모듈(146a), 셀진단모듈(146b), 축전지진단모듈(146c) 등을 포함한다. 상기 축전지(21)를 일정시간 동안 방전시키고 상기 축전지(21)의 각각의 셀의 단위 시간당 전압의 변화량을 분석하는 것이 가장 간단하고 정확하게 축전지(21)의 상태(축전지의 상태라 함은 축전지가 손상 없이 정상적으로 작동하는 여부를 의미함)를 진단할 수 있는 방법인데, 상기 전원공급부(11)가 정상적으로 작동하는 경우 축전지(21)는 전류를 부하(4)로 방전하지 않으므로, 본 발명은 상기 축전지진단부(146)가 상기 전원공급부(11)의 작동 중단을 제어하여 일시적으로 축전지(21)를 방전시키고 이때 비엠에스(22)가 출력한 정보를 분석하여 축전지(21)의 상태를 진단하게 된다. 상기 축전지진단부(146)에서는 축전지(21)를 구성하는 셀별 이상 여부, 셀의 밸런싱을 판단하여 축전지(21)의 상태를 판단하게 된다.
상기 방전모듈(146a)은 축전기(21)가 설정된 만큼의 전류를 방전하도록 제어하는 구성으로, 구체적으로 상기 충전스위치(132)를 오프시키고 전원공급부(11)의 작동을 중단시켜 축전지(21)의 전류가 충전선로(200)를 따라 흘러 드롭퍼(12)에 전달되어 부하(4)에 공급되도록 한다.
상기 셀진단모듈(146b)은 상기 방전모듈(145a)이 작동하여 설정된 만큼의 전류를 상기 축전기(21)가 방전하는 경우 상기 비엠에스(22)에서 출력된 셀별 충전전압의 양이 달라짐으로 이를 분석하여 셀의 이상 여부를 진단한다. 구체적으로, 상기 비엠에스(22)는 셀별 충전전압을 실시간으로 측정하여 전송하므로, 상기 셀별 단위시간당 전압의 변화를 측정하여 셀의 이상 여부를 진단하게 된다. 예컨대, 상기 특정 셀에서 단위 시간당 설정범위를 넘어서는 전압변화가 있다는 정보(예를 들어, 정상적인 셀에서는 1시간당 0.9 내지 1.1V의 전압 변화가 있어야 하는데, 상기 비엠에스(22)에서 1시간당 1.1V를 넘어서는 전압변화가 출력된 경우)가 출력된 경우, 상기 셀은 경화 등이 발생하여 손상된 것으로 판정하게 된다.
상기 축전지진단모듈(146c)은 상기 방전모듈(145a)이 작동하여 상기 축전지가 방전할 때 상기 비엠에스(22)가 출력한 정보를 분석하여 셀의 밸런싱(balancing)을 확인하여 축전지의 이상 여부를 판단한다. 축전지(21)의 방전시 각 셀의 단위 시간당 전압 변화량이 설정범위에 있더라도 셀 간의 단위 시간당 전압변화량의 차이가 일정 범위를 벗어나는 경우(예컨대, 셀 간의 전압변화량 차이 0.05V 이내라고 설정되어 있는데, 제1의 셀에서는 1시간당 1V의 전압변화가 있고, 제2의 셀에서는 1시간당 1.06V의 전압변화가 있는 경우에 해당), 즉 셀 간의 밸런싱이 유지되지 않는 경우 상기 축전지진단모듈(146c)은 축전지(21)가 이상이 있는 것으로 판정하게 된다. 상기 축전지진단부(146)에서 분석된 결과는 디스플레이(142b)에 나타내어지게 된다.
상기 저장부(147)는 상기 컨트롤러(14) 작동의 기준이 되는 설정정보, 상기 비엠에스(22)가 출력한 정보 및 상기 컨트롤러(14)에서 생성된 정보가 저장되어 있다. 상기 제어부(148)는 컨트롤러(14)의 전체적인 작동을 제어한다.
상기와 같은 구성을 포함하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템을 제어하는 방법을 도 1 내지 9를 참조하여 살펴보면, 상기 자동제어시스템의 제어방법은 충전 및 정상전원공급단계, 비상전원공급단계, 과충전방지단계, 상태진단단계 등을 포함한다.
상기 충전 및 정상전원공급단계는 상기 컨트롤러(14)의 제어하에 전원공급부(11)가 적정치의 직류 전원을 생성하여 전원을 부하(4) 및 축전지(21)에 공급하는 단계로, 부하(4)에의 전원 공급 및 축전지(21)의 충전이 이루어지게 된다. 도 7(도 7에서 굵은 실선은 전류의 흐름을 나타냄)에 도시된 바와 같이, 상기 충전 및 정상전원공급단계에서는 전원부(143)가 전원공급부(11)를 작동시켜 적정치의 직류 전원이 생성되도록 하고, 상기 과충전방지부(145)는 충전스위치(132)를 온시켜 상기 전원공급부(11)에서 생성된 직류 전원이 축전지(21)에 공급되도록 하며, 상기 전압강하부(144)는 드롭퍼(12)를 작동시켜 상기 전원공급부(11)에 생성된 직류 전원을 정적전압으로 변환하여 부하(4)에 공급되도록 한다.
상기 비상전원공급단계는 상기 충전 및 정상전원공급단계에서 전원공급부(11)가 부하(4)에 전원을 공급하는 중에 정전 등의 사유로 상기 전원공급부(11)가 부하(4)에 전원을 공급하지 못하는 경우, 도 8(도 8에서 굵은 실선은 전류의 흐름을 나타냄)에 도시된 바와 같이, 전압불평형에 의해 자동으로 축전지(21)에서 전류가 방전되어 부하(4)에 공급(즉, 무순단 절체)되는 단계이다.
상기 과충전방지단계는 상기 충전 및 정상전원공급단계에서 부하(4) 및 축전지(21)에 전원을 공급하는 중에 상기 과충전판단모듈(145a)이 과충전신호를 출력한 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 전원제어모듈(145b)가 충전스위치(132)를 오프시켜 분기선로(300)가 개방되도록 하여 상기 축전지(21)에 전원이 공급되지 않도록 한 상태에서 상기 전원공급부(11)의 작동을 중단시켜 축전지(21)가 설정된 정격전압(3.7V)까지 방전하여 축전지(21)의 전원이 드롭퍼(12)에 공급되도록 한다. 이후, 상기 재충전모듈(145c)이 충전스위치(132)를 온시키고 전원공급부(11)를 작동시켜 상기 축전지(21)의 셀이 최대충전전압까지 다시 충전되도록 하고, 상기 이상판단모듈(145d)은 상기 비엠에스(22)에서 출력된 정보를 확인하여 재충전모듈(145c)에 의해 충전된 축전지(21)의 셀별 충전전압이 최대충전전압을 유지하는 경우(일정 범위 내에 있는 경우) 이상이 없는 것으로 충전상태를 유지하고 판단하고, 축전지(21)의 셀별 충전전압이 최대충전전압을 유지하지 못하는 경우(일정 범위를 벗어나는 경우) 도 9에 도시된 바와 같이 충전스위치(132)를 오프시키고 고장신호를 디스플레이에 출력한다.
상기 상태진단단계는 상기 컨트롤러(14)가 상기 축전지(21)를 방전되도록 하고 이때 상기 비엠에스(21)가 출력한 정보를 분석하여 축전지(21)의 상태를 진단하는 단계이다. 상기 상태진단단계에서는 상기 방전모듈(146a)이 도 8에 도시된 바와 같이 상기 충전스위치(132)를 오프시키고 전원공급부(11)의 작동을 중단시켜 축전지(21)의 전류가 충전선로를 따라 흘러 방전되도록 하고, 상기 셀진단모듈(146b)이 이때 비엠에스(22)에서 출력된 셀별 단위시간당 전압의 변화를 측정하여 특정 셀에서 단위 시간당 설정범위를 넘어서는 전압변화가 있다는 정보된 출력된 경우 상기 셀은 경화 등이 발생하여 손상된 것으로 판정하게 되고, 상기 축전지진단모듈(146c)이 비엠에스(22)가 출력한 정보를 분석하여 셀의 밸런싱(balancing)을 확인하여 단위 시간당 전압변화량의 차이가 일정 범위를 벗어나는 경우 축전지(21)가 이상이 있는 것으로 판정하여 디스플레이에 표시하게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 충전기 2: 축전지시스템 3: 분전반
4: 부하 11: 전원공급부 12: 드롭퍼
13: 과충전보호부 14: 컨트롤러 21: 축전지
22: 비엠에스 131: 정류기 132: 충전스위치
141: 송수신부 142: 조작표시부 143: 전원부
144: 전압강하부 145: 과충전방지부 146: 축전지진단부
147: 저장부 148: 제어부 142a: 조작버튼
142b: 디스플레이 142c: 조작모듈 142d: 디스플레이모듈
145a: 과충전판단모듈 145b: 전원제어모듈 145c: 재충전모듈
145d: 이상판단모듈 146a: 방전모듈 146b: 셀진단모듈
146c: 축전지진단모듈 100: 부하선로 200: 충전선로
210: 제1충전선로 220: 제2충전선로 300: 분기선로

Claims (10)

  1. 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 축전지와 부하에 공급하는 전원공급부와; 상기 전원공급부와 부하를 연결하는 부하선로 상에 설치되어 상기 전원공급부에서 출력된 직류 전원에 대해 전압강하를 보상하여 정격전압이 부하에 공급되도록 하는 드롭퍼와; 상기 축전지의 충전 및 부하에의 전원 공급을 제어하는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 전원공급부는 이중화되어 제1전원공급부는 제1부하선로를 통해 부하에 연결되고 제2전원공급부는 제2부하선로를 통해 부하에 연결되고,
    상기 드롭퍼는 이중화되어 제1드롭퍼는 제1부하선로 상에 설치되고 제2드롭퍼는 제2부하선로 상에 설치되며,
    상기 컨트롤러는 상기 축전지를 일시적으로 방전시키고 이때 비엠에스가 출력한 정보를 분석하여 축전지의 상태를 진단하는 축전지진단부를 포함하고,
    상기 축전지진단부는 축전기가 설정된 시간만큼 전류를 방전하도록 제어하는 방전모듈과, 상기 방전모듈이 작동하여 설정된 시간만큼 상기 축전기가 전류를 방전하는 경우 비엠에스에서 출력된 셀별 충전전압의 양이 달라짐으로 이를 분석하여 특정 셀에서 단위 시간당 설정범위를 넘어서는 전압변화가 있다고 판단된 경우 셀의 이상이 있는 것을 판단하는 셀진단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 전원공급부와 정보를 교환하여 상기 전원공급부가 적정치의 직류전원을 출력하도록 하는 전원부를 포함하며,
    상기 전원부는 상기 제1전원공급부 및 제2전원공급부 각각이 분배하여 직류전원을 출력하도록 제어하고, 일 전원공급부가 고장이나 이에 대한 신호가 일 전원공급부로부터 출력되어 수신된 경우 타 전원공급부가 100%의 직류전원을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 드롭퍼와 정보를 교환하여 상기 드롭퍼가 정격전압을 출력하도록 제어하는 전압강하부를 포함하며,
    상기 전압강하부는 상기 제1드롭퍼 및 제2드롭퍼 각각이 분배하여 정격전압을 출력하도록 제어하고, 일 드롭퍼가 고장이나 이에 대한 신호가 일 드롭퍼로부터 출력되어 수신된 경우 타 드롭퍼가 100%의 정격전압을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템은 일단은 전원공급부와 드롭퍼 사이의 부하선로에 연결되며 타단은 축전지에 연결되는 충전선로 상에 설치되어 상기 전원공급부와 축전지가 연결된 상태를 유지하도록 하며 축전지의 과충전시 축전지에 전원이 공급되지 않도록 하는 과충전보호부;를 추가로 포함하며,
    상기 컨트롤러는 축전지에 연결된 비엠에스에서 출력된 정보를 분석하여 상기 과충전보호부를 제어하여 축전지가 과충전 상태에 들어가지 않도록 제어하는 과충전방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 과충전보호부는
    상기 충전선로에 설치되어 축전지에서 전원공급부 방향으로만 전류가 흐를 수 있도록 하는 정류기와, 일단은 정류기 전측 충전선로에 연결되고 타단은 정류기 후측 충전선로에 연결되는 분기선로 상에 설치되어 상기 컨트롤러의 제어하에 작동하여 상기 분기선로를 개폐하는 충전스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 과충전방지부는
    상기 전원공급부가 작동하고 충전스위치가 온되어 축전지가 충전되고 있는 상태에서 상기 비엠에스가 출력한 셀별 충전전압을 확인하여 설정된 최대충전전압을 초과하는 경우 과충전신호를 출력하는 과충전판단모듈과, 상기 과충전판단모듈에서 과충전신호가 출력된 경우 상기 충전스위치를 오프시켜 분기선로가 개방되도록 하여 상기 축전지에 전원이 공급되지 않도록 한 상태에서 상기 전원공급부의 작동을 중단시켜 축전지가 설정된 정격전압까지 방전하도록 하여 축전지의 전원이 드롭퍼에 공급되도록 하는 전원제어모듈과, 상기 전원제어모듈이 작동하여 상기 축전지가 설정된 정격전압까지 방전된 경우 충전스위치를 온시키고 전원공급부를 작동시켜 상기 축전지의 셀이 최대충전전압까지 다시 충전되도록 하는 재충전모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 과충전방지부는
    상기 비엠에스에서 출력된 셀별 충전전압을 확인하여 상기 재충전모듈에 의해 충전된 축전지의 셀별 충전전압이 최대충전전압을 유지하는 경우 이상이 없는 것으로 판단하여 충전상태를 유지하고, 축전지의 셀별 충전전압이 최대충전전압을 유지하지 못하는 경우 충전스위치를 오프시키고 고장신호를 출력하는 이상판단모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 축전지진단부는 상기 방전모듈이 작동하여 상기 축전지가 방전할 때 상기 비엠에스가 출력한 정보를 분석하여 셀의 밸런싱을 확인하여 축전지의 이상 여부를 판단하는 축전지진단모듈을 추가로 포함하며,
    상기 축전지진단모듈은 셀간의 단위 시간당 전압변화량의 차이가 일정 범위를 벗어나는 경우 축전지가 이상이 있는 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방전모듈은 충전스위치를 오프시키고 전원공급부의 작동을 중단시켜 축전지의 전류가 충전선로를 따라 흘러 드롭퍼에 전달되어 부하에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 충전기 드롭퍼 이중화 자동제어시스템.
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