KR102093451B1 - 배터리 보호 시스템 및 그 보호 방법 - Google Patents

배터리 보호 시스템 및 그 보호 방법 Download PDF

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KR102093451B1 KR1020190003473A KR20190003473A KR102093451B1 KR 102093451 B1 KR102093451 B1 KR 102093451B1 KR 1020190003473 A KR1020190003473 A KR 1020190003473A KR 20190003473 A KR20190003473 A KR 20190003473A KR 102093451 B1 KR102093451 B1 KR 102093451B1
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이종현
오지용
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템은 전기 에너지를 생산하기 위한 적어도 하나의 발전모듈이 구비된 전력공급부, 전력공급부에서 출력되는 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장되도록 하기 위해 전력공급부의 출력을 제어하는 충전제어부, 충전제어부로부터 전달된 전기 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 배터리 모듈이 포함된 배터리부, 제어전압에 기초하여 충전제어부와 배터리부를 연결하거나 차단시키기 위한 릴레이스위치가 포함된 스위칭부 및 배터리 모듈의 출력전압에 기초하여 릴레이스위치의 동작을 제어하기 위한 제어전압이 출력되는 배터리보호부가 포함될 수 있다.

Description

배터리 보호 시스템 및 그 보호 방법{THE BATTERY PROTECTION SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME}
본 발명은 배터리 보호 시스템 및 그 보호 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈의 출력 전압을 검출하여 배터리와 충전 제어부(Charge Controller)를 연결하거나 차단하기 위한 릴레이스위치를 제어함으로써 배터리를 보호할 수 있는 배터리 보호 시스템 및 이를 이용한 배터리 보호 방법에 관한 것이다.
스마트 그리드(Smart Grid)는 '발전-송전-배전-판매'의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 지능형 전력망을 지칭하는데, 이러한 스마트 그리드에서는 원하는 시간에 전력을 생산하기 어려운 태양광이나 풍력과 같은 신재생에너지를 미리 저장했다가 필요한 시간대에 사용하기 위해 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이 필수적이다.
에너지 저장 시스템(ESS)는 에너지를 저장하는 방법에 따라 리튬전지(LiB), 레독스 플로 전지(redox flow battery), 나트륨 유황 전지(Nas) 등의 배터리 모듈이 사용될 수 있는데, 배터리의 수명이 다하여 배터리 내부의 충전 물질이 고갈되거나, 충전용 반도체 소자의 고장으로 인하여 배터리가 보호 전압 이상으로 과충전이 될 경우 스웰링 현상이 발생할 수 있으며, 배터리가 정격전압 이하로 방전되는 경우 황산화 현상으로 전극의 회복 불능 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 과전압 보호(OVP: Overvoltage protection) 및 부족전압 보호(UVP: Undervoltage protection) 회로가 구비되고, OVP/UVP 회로에 의해 릴레이스위치의 동작으로 스위칭이 수행됨으로써 과충전 및 과방전으로 이한 배터리의 손상을 방지하기 위한 기술의 개발이 필요하다.
또한, 도 1은 태양광발전시스템에 있어서 기존의 직병렬 스위칭 기반의 저압 및 고압의 순차전압제어시스템을 나타낸 예시도로써, 도 1을 참조하면 태양광 발전으로부터 생산된 전력을 필요에 따라 저압(12V)과 고압(48V)로 구분하여 출력을 제어할 수 있다. 다만, 상기와 같은 기존의 전압제어시스템은 24V, 48V의 저전압까지만 제어하는 경우가 많아 다수의 컨트롤러가 필요하여 시스템의 불안정성을 초래하거나 고장발생 가능성이 높아지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 10kW급 태양광 시스템을 48V 저전압으로 제어한다면 상당한 전류(Ex. 208A)가 발생할 수 있어 이에 따라 케이블이 두꺼워지는 등 설비의 비용 및 유지보수 관련 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 순차적으로 릴레이스위치의 개방 동작에 따른 배터리의 출력 전압을 저압에서 고압으로 승압시킬 수 있는 순차전압제어 시스템에 대한 개발도 함께 요구되고 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-0452967호 "태양광 발전용 전력조절기의 제어장치 및 제어방법" (2004.10.05 등록)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 배터리 보호 시스템은 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하고자 함에 그 목적이 있다.
또한, 순차 전압 제어를 통해 고전압 배터리 시스템을 구현하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로써, 배터리 보호 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템은 전기 에너지를 생산하기 위한 적어도 하나의 발전모듈이 구비된 전력공급부, 전력공급부에서 출력되는 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장되도록 하기 위해 전력공급부의 출력을 제어하는 충전제어부, 충전제어부로부터 전달된 전기 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 배터리 모듈이 포함된 배터리부, 제어전압에 기초하여 충전제어부와 배터리부를 연결하거나 차단시키기 위한 릴레이스위치가 포함된 스위칭부 및 배터리 모듈의 출력전압에 기초하여 릴레이스위치의 개방 동작 또는 닫힘 동작되도록 제어하기 위한 제어전압이 출력되는 배터리보호부가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템의 배터리보호부에는 배터리 모듈의 출력전압이 기준 과전압을 초과하는 경우 릴레이스위치가 차단되도록 하기 위한 과전압보호부 및 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 릴레이스위치가 차단되도록 하기 위한 부족전압보호부가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템의 과전압보호부에는 제 1 트랜지스터가 포함되고, 부족전압보호부에는 제 2 트랜지스터가 포함되며, 제 1 트랜지스터가 도통된다면 제 2 트랜지스터는 차단되고 제 1 트랜지스터가 차단된다면 제 2 트랜지스터가 도통되도록 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터는 서로 상반되게 동작됨으로써 제어전압이 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템의 과전압보호부에는 기준 과전압의 조정을 위한 제 1 가변저항이 제 1 트랜지스터의 베이스(B) 단자에 연결되고, 부족전압보호부에는 기준 부족전압의 조정을 위한 제 2 가변저항이 제 2 트랜지스터의 베이스 단자에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로써, 배터리 보호 시스템을 이용한 배터리 보호 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 방법은 적어도 하나의 발전모듈이 구비된 전력공급부에서 전기 에너지가 생산되는 단계, 전력제어부에 의해 생산된 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장되도록 하기 위해 충전제어부에 의해 전력공급부의 출력이 제어되는 단계, 출력 제어 결과에 따라 적어도 하나의 배터리 모듈에 전기 에너지를 전달받아 저장하는 단계, 배터리 모듈의 출력전압에 기초하여 릴레이스위치가 개방 동작 또는 닫힘 동작되도록 제어하기 위한 제어전압이 출력되는 단계 및 제어전압에 기초하여 충전제어부와 배터리 모듈이 포함된 배터리부를 연결하거나 차단시키기 위해 릴레이스위치가 동작되는 단계가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 방법의 제어전압이 출력되는 단계에서는 배터리 모듈의 출력전압이 기준 과전압을 초과하거나 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 릴레이스위치가 차단될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 방법의 제어전압이 출력되는 단계는 배터리 모듈의 출력전압이 기준 과전압을 초과하는 경우 릴레이스위치가 차단되도록 하는 제 1 트랜지스터 및 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 릴레이스위치가 차단되도록 하는 제 2 트랜지스터의 동작에 따라 수행되고, 제 1 트랜지스터가 도통된다면 제 2 트랜지스터는 차단되고 제 1 트랜지스터가 차단된다면 제 2 트랜지스터가 도통되도록 서로 상반되게 동작됨으로써 제어전압이 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 방법에 있어서, 제 1 트랜지스터의 베이스(B) 단자에는 기준 과전압의 조정을 위한 제 1 가변저항이 연결되고, 제 2 트랜지스터의 베이스 단자에는 기준 부족전압의 조정을 위한 제 2 가변저항이 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로써, 전술한 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체가 제공될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 배터리 보호 시스템은 과충전 및 과방전이 발생할 경우 릴레이 스위치를 순차적으로 개방시킴으로써 배터리의 치명적인 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 태양광발전시스템에 있어서 기존의 직병렬 스위칭 기반의 저압 및 고압의 순차전압제어시스템을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템에 있어서, 전력차단부, 전력변환부 및 부하가 포함된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템에 있어서, 배터리보호부의 회로 구성을 나타낸 예시도이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템에 있어서, 발전모듈의 연결을 달리하여 입력전압이 달라진 상태를 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템을 이용한 배터리 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예로써, 배터리 보호 시스템(10)이 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)에 있어서, 전력차단부, 전력변환부 및 부하가 포함된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)은 전기 에너지를 생산하기 위한 적어도 하나의 발전모듈(110)이 구비된 전력공급부(100), 전력공급부(100)에서 출력되는 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장되도록 하기 위해 전력공급부(100)의 출력을 제어하는 충전제어부(200), 충전제어부(200)로부터 전달된 전기 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 배터리 모듈이 포함된 배터리부(300), 제어전압에 기초하여 충전제어부(200)와 배터리부(300)를 연결하거나 차단시키기 위한 릴레이스위치가 포함된 스위칭부(400) 및 배터리 모듈의 출력전압에 기초하여 릴레이스위치가 개방 동작 또는 닫힘 동작되도록 제어하기 위한 제어전압이 출력되는 배터리보호부(500)가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 전력공급부(100)에서는 전기 에너지를 생산하기 위한 다양한 발전모듈(110)이 구비될 수 있는데, 예를 들어 상기 발전모듈(110)에는 태양광 발전 모듈, 풍력 발전 모듈 등의 신재생에너지 발전을 위한 발전모듈(110)이 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에서 발전모듈(110)은 일정한 시간동안 일정한 전기 에너지를 발전할 수 있는 시스템보다는 외부 요소(Ex. 풍속, 태양광량 등) 혹은 시간대에 따라 발전량이 변동가능하여 배터리에 저장한 후 부하에 공급하는 발전방식을 이용하는 발전모듈(110)을 지칭할 수 있다. 이하에서는 태양전지로부터 획득된 태양 에너지를 이용하여 전력발생이 가능한 태양광 발전모듈(110)을 전제로 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 충전제어부(200)에서는 발전모듈(110)에서 생산된 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장되도록 발전모듈(110)이 구비된 전력공급부(100)의 출력이 제어될 수 있다. 즉, 상기 충전제어부(200)에서는 전력공급부(100)에서 생산된 전기 에너지에 관한 정보인 발전 데이터를 획득하고, 획득된 발전 데이터를 기초로 배터리 모듈에 저장될 전기 에너지를 공급하거나 혹은 전기 에너지의 공급을 차단할 수 있다. 상기 발전 데이터에는 발전모듈(110)의 출력 전류, 발전모듈(110)에서 생산된 발전전력, 배터리 모듈의 출력 전압, 배터리 모듈에 흐르는 충전전류, 배터리 모듈의 온도 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 충전제어부(200)에서는 최대전력 추종(MPPT: Maximum Power Point Tracking) 알고리즘을 이용하여 발전모듈(110)의 최대 전력 발생지점을 추적함으로써 최대 발전전력이 배터리 모듈로 충전되도록 할 수 있으며, CVCC(Constant Voltage and Constant Current) 제어를 통해 배터리 모듈이 충전되도록 하는 등 다양한 제어 알고리즘을 이용함으로써 발생된 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장될 수 있도록 할 수 있다. 상기 충전 제어 알고리즘에 관한 상세한 내용은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 생략한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 배터리부(300)에는 충전제어부(200)로부터 전달된 전기 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 배터리 모듈이 구비될 수 있다. 즉, 상기 배터리부(300)는 전력공급부(100)에서 생상된 전기 에너지가 저장되는 구성을 지칭할 수 있으며, 넓게는 에너지 저장 시스템(ESS)을 지칭할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 스위칭부(400)에는 후술하는 제어전압에 기초하여 충전제어부(200)와 배터리부(300)를 전기적으로 연결하거나 차단시키기 위한 릴레이스위치가 포함될 수 있다. 상기 릴레이스위치는 소정의 입력 신호(Ex. 입력 전압)에 따라 스위칭(ON/OFF)이 수행될 수 있는 스위치를 지칭할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 배터리보호부(500)에서는 배터리 모듈의 출력전압에 기초하여 릴레이스위치의 동작을 제어하기 위한 제어전압이 출력될 수 있다. 즉, 제어전압은 릴레이스위치의 동작을 위한 상기 소정의 입력 신호에 해당되는 것으로 배터리 모듈의 출력전압이 상기 배터리보호부(500)에 입력되어 상기 제어전압이 출력될 수 있다. 다시 말하면, 배터리보호부(500)에는 릴레이스위치의 동작을 결정하기 위한 제어 회로가 포함되어 있는데, 상기 제어 회로의 입력으로 배터리 모듈의 출력전압이 인가될 수 있고, 인가된 배터리 모듈의 출력전압에 따라 상기 제어 회로에서는 상기 제어전압을 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)에는 배터리부(300)에서 부하단으로 전력을 공급하거나 공급을 차단하기 위한 전력차단부(600)가 포함될 수 있다. 상기 전력차단부(600)는 고장 전류가 흐르는 경우 이를 예방하기 위해 전류의 흐름을 끊을 수 있는 개폐장치(circuit breaker)를 지칭할 수 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)에는 전력변환부(700)가 포함될 수 있다. 전술한 전력공급부(100), 충전제어부(200), 스위칭부(400), 배터리부(300) 및 배터리보호부(500)에서는 직류(DC) 전압 혹은 직류 전류를 이용할 수 있는데, 상기 전력변환부(700)에는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 DC-AC 인버터가 포함될 수 있다. 즉, 부하(800)에 교류 전력을 공급하기 위해 상기 전력변환부(700)에서는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)에 있어서, 배터리보호부(500)의 회로 구성을 나타낸 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 배터리보호부(500)에는 배터리 모듈의 출력전압(Vbo)이 기준 과전압을 초과하는 경우 릴레이스위치가 차단되도록 하기 위한 과전압보호부(510) 및 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 릴레이스위치가 차단되도록 하기 위한 부족전압보호부(520)가 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 과전압보호부(510)에는 제 1 트랜지스터(512)가 포함되고, 부족전압보호부(520)에는 제 2 트랜지스터(522)가 포함되며, 제 1 트랜지스터(512)가 도통된다면 제 2 트랜지스터(522)는 차단되고 제 1 트랜지스터(512)가 차단된다면 제 2 트랜지스터(522)가 도통되도록 제 1 트랜지스터(512) 및 제 2 트랜지스터(522)는 서로 상반되게 동작됨으로써 제어전압(Vc)이 출력될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)의 과전압보호부(510)에는 기준 과전압의 조정을 위한 제 1 가변저항(515)이 제 1 트랜지스터(512)의 베이스(B) 단자에 연결되고, 부족전압보호부(520)에는 기준 부족전압의 조정을 위한 제 2 가변저항(525)이 제 2 트랜지스터(522)의 베이스 단자에 연결될 수 있다. 더불어, 제 1 트랜지스터(512)의 베이스(B) 단자와 제 1 가변저항(515) 사이에 제 1 제너다이오드(513)가 추가됨으로써 제 1 제너전압(Vz1) 만큼 고려되어 상기 기준 과전압이 조정될 수 있으며, 마찬가지로 제 2 트랜지스터(522)의 베이스 단자와 제 2 가변저항(525) 사이에 제 2 제너다이오드(523)가 추가됨으로써 상기 기준 부족전압의 조정을 위해 제 2 제너전압(Vz2) 만큼 고려되어 조정될 수 있다.
이하에서는 전술한 배터리보호부(500)가 동작되는 과정을 설명한다. 먼저, 배터리보호부(500)에 입력되는 배터리 모듈의 출력전압(Vbo)이 기준 과전압 미만이고 기준 부족전압을 초과하는 정상범위인 경우에는 제 2 저항(R4)과 제 2 가변저항의 비율에 따른 제 2 바이어스 전압이 제 2 트랜지스터(522)에 인가됨으로써 제 2 트랜지스터(522)가 도통 동작될 수 있다. 즉, 제 2 트랜지스터(522)의 도통 동작에 따라 제어전압(Vc)가 스위칭부(400)의 릴레이스위치에 인가될 수 있고, 이에 따라 릴레이스위치의 도통(ON) 동작이 수행될 수 있다.
다음으로, 배터리보호부(500)에 입력되는 배터리 모듈의 출력전압(Vbo)이 기준 과전압을 초과하면, 제 1 트랜지스터(512)의 도통 동작에 따라 제 2 트랜지스터(522)의 베이스 전위는 접지점의 전위(Ex. 0V)에 해당되므로 제 2 트랜지스터(522)는 차단(OFF)됨으로써 릴레이스위치의 차단(OFF) 동작이 수행될 수 있다.
마지막으로, 배터리보호부(500)에 입력되는 배터리 모듈의 출력전압(Vbo)이 기준 부족전압 미만인 경우에는 제 2 트랜지스터(522)가 구동되지 못하고 차단됨으로써 릴레이스위치의 차단(OFF) 동작이 수행될 수 있다.
정리하면, 배터리 모듈의 출력전압(Vbo)이 기준 과전압을 초과하거나 기준 부족전압 미만인 경우에는 제 2 트랜지스터(522)의 차단 동작에 의해 릴레이스위치가 차단(개방 동작)되고, 배터리 모듈의 출력전압(Vbo)이 정상범위에 해당된다면 제 2 트랜지스터(522)의 도통(ON) 동작에 의해 릴레이스위치가 도통(닫힘 동작)될 수 있다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)에 있어서, 발전모듈(110)의 연결을 달리하여 입력전압이 달라진 상태를 나타낸 예시도이다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 발전모듈(110) 및 배터리 모듈의 개수를 달리하여 순차적인 전압제어가 가능한 배터리 보호 시스템(10)을 나타낸 회로도이다. 즉, 도 6에서는 두 개의 발전모듈(110)과 하나의 배터리 모듈이 1SET를 구성하도록 하여 16개의 SET를 통해 순차적인 전압제어가 수행될 수 있도록 하였으며, 도 7은 네 개의 발전모듈(110) 및 두 개의 배터리 모듈이 1 SET를 구성함으로써 순차 전압 제어가 수행될 수 있도록 하였다.
본 발명의 일 실시 예로써, 전술한 배터리 보호 시스템(10)을 이용한 배터리 보호 방법이 제공될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 시스템(10)을 이용한 배터리 보호 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 방법은 적어도 하나의 발전모듈(110)이 구비된 전력공급부(100)에서 전기 에너지가 생산되는 단계, 전력제어부에 의해 생산된 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장되도록 하기 위해 충전제어부(200)에 의해 전력공급부(100)의 출력이 제어되는 단계, 출력 제어 결과에 따라 적어도 하나의 배터리 모듈에 전기 에너지를 전달받아 저장하는 단계, 제어전압에 기초하여 충전제어부(200)와 배터리 모듈이 포함된 배터리부(300)를 연결하거나 차단시키기 위해 릴레이스위치가 동작되는 단계 및 배터리 모듈의 출력전압에 기초하여 릴레이스위치의 동작을 제어하기 위한 제어전압이 출력되는 단계가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 방법의 제어전압이 출력되는 단계에서는 배터리 모듈의 출력전압이 기준 과전압을 초과하거나 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 릴레이스위치가 차단될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 방법의 제어전압이 출력되는 단계는 배터리 모듈의 출력전압이 기준 과전압을 초과하는 경우 릴레이스위치가 차단되도록 하는 제 1 트랜지스터 및 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 릴레이스위치가 차단되도록 하는 제 2 트랜지스터의 동작에 따라 수행되고, 제 1 트랜지스터가 도통된다면 제 2 트랜지스터는 차단되고 제 1 트랜지스터가 차단된다면 제 2 트랜지스터가 도통되도록 서로 상반되게 동작됨으로써 제어전압이 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 보호 방법에 있어서, 제 1 트랜지스터의 베이스(B) 단자에는 기준 과전압의 조정을 위한 제 1 가변저항이 연결되고, 제 2 트랜지스터의 베이스 단자에는 기준 부족전압의 조정을 위한 제 2 가변저항이 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예로써, 전술한 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체가 제공될 수 있다.
또한, 전술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 프로그램이나 코드를 기록하는 기록 매체는, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 보호 시스템
100: 전력공급부 110: 발전모듈
200: 충전제어부 300: 배터리부
400: 스위칭부 500: 배터리보호부
510: 과전압보호부 512: 제 1 트랜지스터
515: 제 1 가변저항
520: 부족전압보호부 522: 제 2 트랜지스터
525: 제 2 가변저항
600: 전력차단부 700: 전력변환부
800: 부하

Claims (9)

  1. 배터리 보호 시스템에 있어서,
    전기 에너지를 생산하기 위한 적어도 하나의 발전모듈이 구비된 전력공급부;
    상기 전력공급부에서 출력되는 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장되도록 하기 위해 상기 전력공급부의 출력을 제어하는 충전제어부;
    상기 충전제어부로부터 전달된 전기 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 배터리 모듈이 포함된 배터리부;
    제어전압에 기초하여 상기 충전제어부와 상기 배터리부를 연결하거나 차단시키기 위한 릴레이스위치가 포함된 스위칭부; 및
    상기 배터리 모듈의 출력전압에 기초하여 상기 릴레이스위치가 개방 동작 또는 닫힘 동작되도록 제어하기 위한 상기 제어전압이 출력되는 배터리보호부;가 포함되고,
    상기 배터리보호부에는 상기 배터리 모듈의 출력전압이 기준 과전압을 초과하는 경우 상기 릴레이스위치가 차단되도록 하기 위한 과전압보호부 및 상기 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 상기 릴레이스위치가 차단되도록 하기 위한 부족전압보호부가 포함되며,
    상기 과전압보호부에는 제 1 트랜지스터가 포함되고,
    상기 부족전압보호부에는 제 2 트랜지스터가 포함되며,
    상기 제 1 트랜지스터가 도통된다면 상기 제 2 트랜지스터는 차단되고 상기 제 1 트랜지스터가 차단된다면 상기 제 2 트랜지스터가 도통되도록 상기 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터는 서로 상반되게 동작됨으로써 상기 제어전압이 출력되는 배터리 보호 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 과전압보호부에는 상기 기준 과전압의 조정을 위한 제 1 가변저항이 상기 제 1 트랜지스터의 베이스(B) 단자에 연결되고,
    상기 부족전압보호부에는 상기 기준 부족전압의 조정을 위한 제 2 가변저항이 상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자에 연결되는 배터리 보호 시스템.
  5. 배터리 보호 시스템을 이용한 배터리 보호 방법에 있어서,
    적어도 하나의 발전모듈이 구비된 전력공급부에서 전기 에너지가 생산되는 단계;
    상기 생산된 전기 에너지가 배터리 모듈에 저장되도록 하기 위해 충전제어부에 의해 상기 전력공급부의 출력이 제어되는 단계;
    상기 출력 제어 결과에 따라 적어도 하나의 배터리 모듈에 상기 전기 에너지를 전달받아 저장하는 단계;
    상기 배터리 모듈의 출력전압에 기초하여 릴레이스위치가 개방 동작 또는 닫힘 동작되도록 제어하기 위한 제어전압이 출력되는 단계; 및
    상기 제어전압에 기초하여 상기 충전제어부와 상기 배터리 모듈이 포함된 배터리부를 연결하거나 차단시키기 위해 상기 릴레이스위치가 동작되는 단계;가 포함되고,
    상기 제어전압이 출력되는 단계는,
    상기 배터리 모듈의 출력전압이 기준 과전압을 초과하거나 상기 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 상기 릴레이스위치가 차단되고,
    상기 제어전압이 출력되는 단계는,
    상기 배터리 모듈의 출력전압이 기준 과전압을 초과하는 경우 상기 릴레이스위치가 차단되도록 하는 제 1 트랜지스터 및 상기 배터리 모듈의 출력전압이 기준 부족전압 미만인 경우 상기 릴레이스위치가 차단되도록 하는 제 2 트랜지스터의 동작에 따라 수행되고,
    상기 제 1 트랜지스터가 도통된다면 상기 제 2 트랜지스터는 차단되고 상기 제 1 트랜지스터가 차단된다면 상기 제 2 트랜지스터가 도통되도록 서로 상반되게 동작됨으로써 상기 제어전압이 출력되는 배터리 보호 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터의 베이스(B) 단자에는 상기 기준 과전압의 조정을 위한 제 1 가변저항이 연결되고,
    상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자에는 상기 기준 부족전압의 조정을 위한 제 2 가변저항이 연결되는 배터리 보호 방법.
  9. 제 5 항 또는 제 8 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
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