KR102320107B1 - Power supply for motorcycle start motor - Google Patents

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KR102320107B1 KR1020170092109A KR20170092109A KR102320107B1 KR 102320107 B1 KR102320107 B1 KR 102320107B1 KR 1020170092109 A KR1020170092109 A KR 1020170092109A KR 20170092109 A KR20170092109 A KR 20170092109A KR 102320107 B1 KR102320107 B1 KR 102320107B1
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윤석진
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명의 전원 공급 장치는, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS), 상기 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키는 레귤레이터, 상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결되어 있는 커패시터를 포함하여 구성될 수 있다.The power supply device of the present invention includes a battery pack composed of a plurality of lithium ion cells, a battery management system (BMS) for controlling charging and discharging of the battery pack based on the current, voltage, and temperature of the battery pack, and the battery pack. A regulator for stabilizing the output voltage may include a capacitor connected to an output terminal of the battery management system.

Description

오토바이용 스타트 모터 전원 공급 장치{POWER SUPPLY FOR MOTORCYCLE START MOTOR}Starter motor power supply for motorcycles {POWER SUPPLY FOR MOTORCYCLE START MOTOR}

본 발명은 오토바이의 납축 전지를 리튬 이온 배터리로 대체하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for replacing lead acid batteries in motorcycles with lithium ion batteries.

보다 구체적으로는, 리튬 이온 배터리의 전압을 커패시터를 이용하여 종래의 납축 전지의 전압으로 출력하는 기술에 관한 것이다.More specifically, it relates to a technique for outputting the voltage of a lithium ion battery to the voltage of a conventional lead-acid battery using a capacitor.

일반적인 오토바이는 납축 전지(14,4V)를 이용하여 스타트 모터에 전원을 공급하였다.A typical motorcycle supplied power to the starter motor using a lead-acid battery (14, 4V).

이로 인해 오토바이의 다른 전장 부품이나, 납축 전지를 이용하여 구동되는 부품은 기준 전압이 14.4V로 설정되어 왔다.For this reason, the reference voltage has been set to 14.4V for other electronic parts of the motorcycle or parts driven using lead-acid batteries.

한편, 근래에 납축 전지보다 에너지 밀도가 높고, 경량화가 가능한 리튬 이온 배터리의 기술이 발달함에 따라 오토바이용 전원 공급장치도 리튬 이온 배터리를 사용하고자 하는 노력이 있어왔다.On the other hand, in recent years, as the technology of a lithium-ion battery that has a higher energy density than a lead-acid battery and can be lightened has been developed, there has been an effort to use a lithium-ion battery for a power supply device for a motorcycle.

그러나 일반적인 리튬 이온 배터리 팩은 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되고 각각의 리튬 이온 셀은 4.2V의 전압을 출력할 수 있다.However, a typical lithium-ion battery pack is composed of a plurality of lithium-ion cells, and each lithium-ion cell can output a voltage of 4.2V.

이러한 리튬 이온 셀을 직렬 및 병렬 조합하여 배터리 팩을 구성하게 되면, 12.6V, 16.8V등과 같은 전압을 출력하는 배터리 팩만 만들 수 있어 종래의 납축 전지의 출력 전압인 14.4V를 맞출 수 없었다.When such lithium ion cells are combined in series and parallel to form a battery pack, only a battery pack that outputs a voltage such as 12.6V, 16.8V, etc. can be made, so that the output voltage of a conventional lead acid battery, 14.4V, cannot be met.

도 1은 12.6V인 배터리 팩을 사용하는 경우 레귤레이터의 출력 파형을 나타낸 그래프이다.1 is a graph illustrating an output waveform of a regulator when a 12.6V battery pack is used.

즉, 배터리의 충전 전압(12.6V)과 레귤레이터의 전압이 달라, 도 1의 그래프와 같은 파형이 관측되어, 전장장치에 정전압을 공급하기 어려워 전장장치의 오작동 및 고장이 발생할 가능성이 크다.That is, since the charging voltage of the battery (12.6V) and the voltage of the regulator are different, a waveform as shown in the graph of FIG. 1 is observed, and it is difficult to supply a constant voltage to the electric device, so that malfunction and failure of the electric device are highly likely to occur.

한편, 상기 리튬 이온 셀의 출력 전압을 변경하여, 배터리 팩을 구성하는 방법도 존재하지만, 이러한 방법은 리튬 이온 셀을 구성하는 물질을 변경 해야 되므로 시간, 비용적인 측면에서 손실이 많았다.On the other hand, there is also a method of configuring a battery pack by changing the output voltage of the lithium ion cell. However, this method requires a change of a material constituting the lithium ion cell, resulting in a lot of loss in terms of time and cost.

따라서, 본 발명에서는 일반적인 리튬 이온 셀을 이용하여 종래의 오토바이의 납축 전지를 대체하는 전원 공급 장치를 제안한다.Therefore, the present invention proposes a power supply that replaces the conventional lead-acid battery of a motorcycle using a general lithium ion cell.

본 발명은 리튬 이온 배터리의 충전 허용 전압을 승압 시켜 전장 장치에 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 제공한다.The present invention provides a power supply for supplying power to an electric device by boosting the allowable charging voltage of a lithium ion battery.

본 발명의 실시 에에 따른 납축 전지 대체용 전원 공급 장치는, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS), 상기 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키는 레귤레이터, 상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결되어 있는 커패시터를 포함하여 구성될 수 있다.A power supply for replacing a lead acid battery according to an embodiment of the present invention is a battery pack consisting of a plurality of lithium ion cells, a battery management system for controlling the charging and discharging of the battery pack based on the current, voltage, and temperature of the battery pack ( BMS), a regulator for stabilizing an output voltage of the battery pack, and a capacitor connected to an output terminal of the battery management system.

한편, 상기 배터리 관리 시스템(BMS)는, 상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 측정하는 상태 측정부, 마이크로 컨트롤 유닛(MCU), 상기 배터리 팩과 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)의 통신용 프로세스인 아날로그 프론트 앤드(AFE)를 포함하여 구성되며, 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)은, 상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 상태를 판단하는 상태 판단부 및 상기 상태 판단부의 결과에 따라 배터리 팩의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the battery management system (BMS), a state measuring unit for measuring the current, voltage, and temperature of the battery pack, a micro control unit (MCU), an analog that is a process for communication between the battery pack and the micro control unit (MCU) and a front end (AFE), wherein the micro control unit (MCU) is configured to: a state determination unit that determines the state of the battery pack based on current, voltage, and temperature of the battery pack; and a result of the state determination unit It may be configured to include a control unit for controlling charging or discharging of the battery pack.

한편, 상기 커패시터는, 일단이 상기 배터리 관리 시스템의 (+)출력단에 연결되고, 타단은 상기 배터리 관리 시스템의 (-)출력단에 연결되어, 상기 레귤레이터가 온 상태 동안에는 소정의 전하량을 축전하고, 레귤레이터가 오프 상태 동안에는 축전된 소정의 전하량의 방전할 수 있다.On the other hand, the capacitor, one end is connected to the (+) output terminal of the battery management system, the other end is connected to the (-) output terminal of the battery management system, to store a predetermined amount of charge while the regulator is on, the regulator During the OFF state, a predetermined amount of stored electric charge can be discharged.

한편, 상기 커패시터의 최소 요구 용량은, 상기 레귤레이터의 지연 시간, 상기 배터리 팩이 사용되는 시스템의 전류 및 최대 전압 변화량에 따라, 아래 수식을 기반으로 산출될 수 있다.Meanwhile, the minimum required capacity of the capacitor may be calculated based on the following equation according to a delay time of the regulator, a current of a system in which the battery pack is used, and a maximum voltage change amount.

(수식)

Figure 112017069805853-pat00001
(formula)
Figure 112017069805853-pat00001

(C[f] : 커패시터 용량, System max Load [A] : 시스템의 최대 소모 전류, Regulator delay time [S] : 레귤레이터의 지연 시간, V[V] : 시스템에서 허용되는 전압 변화량의 최대값) (C[f] : Capacitor capacity, System max Load [A] : Maximum current consumption of the system, Regulator delay time [S] : Delay time of the regulator, V[V] : Maximum value of voltage change allowed in the system)

본 발명의 다른 실시 예에 따른 납축 전지 대체용 전원 공급 장치는, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 배터리 팩, 상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS), 상기 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키는 레귤레이터, 상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결되어 상기 배터리 관리 시스템의 제어에 따라 선택적으로 연결되는 둘 이상의 커패시터를 포함하는 커패시터부를 포함하여 구성될 수 있다.A power supply for replacing a lead-acid battery according to another embodiment of the present invention is a battery pack consisting of a plurality of lithium ion cells, and battery management for controlling the charging and discharging of the battery pack based on the current, voltage, and temperature of the battery pack A system (BMS), a regulator for stabilizing the output voltage of the battery pack, and a capacitor unit including two or more capacitors connected to an output terminal of the battery management system and selectively connected according to the control of the battery management system. have.

한편, 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 배터리 팩이 연결되는 전장장치의 최대 소모 전류를 측정하는 최대 소모 전류 측정부, 상기 최대 소모 전류 측정부에서 측정된 최대 소모 전류를 기반으로 커패시터의 용량을 산출하는 커패시터 용량 산출부, 상기 커패시터 용량 산출부에서 산출된 커패시터의 용량에 따라, 상기 커패시터부의 커패시터 중 어느 하나 이상을 상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결하는 커패시터 연결 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the battery management system, the maximum consumption current measuring unit for measuring the maximum consumption current of the electric device to which the battery pack is connected, calculating the capacity of the capacitor based on the maximum consumption current measured by the maximum consumption current measurement unit The capacitor capacity calculator may include a capacitor connection controller configured to connect one or more of the capacitors of the capacitor unit to an output terminal of the battery management system according to the capacity of the capacitor calculated by the capacitor capacity calculator.

한편, 상기 커패시터 연결 제어부는, 상기 커패시터부의 커패시터를 직렬 또는 병렬로 연결하여, 상기 커패시터 용량 산출부에서 산출한 커패시터 용량으로 설정할 수 있다.Meanwhile, the capacitor connection control unit may connect the capacitors of the capacitor unit in series or in parallel to set the capacitor capacity calculated by the capacitor capacity calculation unit.

본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 배터리 팩을 이용하여 전장장치에 전원을 공급하는 방법은, 상기 전장장치의 소모 전류를 산출하는 소모 전류 산출 단계, 상기 소모 전류 산출 단계에서 산출된 전류, 레귤레이터의 지연 시간 및 최대 전압 변화량을 기반으로 커패시터의 최소 요구 용량을 산출하는 커패시터 용량 산출 단계, 상기 커패시터 용량 산출 단계에서 산출된 커패시터의 최소 요구 용량을 상기 배터리 팩의 출력단에 연결하여 배터리 팩의 출력 전압을 소정의 값만큼 상승시키는 출력 전압 값 상승 단계를 포함하여 구성될 수 있다.In the method of supplying power to an electric device using a battery pack comprising a plurality of lithium ion cells according to an embodiment of the present invention, the current consumption calculation step of calculating the consumption current of the electronic device is calculated in the consumption current calculation step. Capacitor capacity calculation step of calculating the minimum required capacity of the capacitor based on the current, the delay time of the regulator, and the maximum voltage variation, and connecting the minimum required capacity of the capacitor calculated in the capacitor capacity calculation step to the output terminal of the battery pack It may be configured to include an output voltage value increasing step of increasing the output voltage of , by a predetermined value.

한편, 상기 커패시터 용량 산출 단계는, 아래 수식을 만족할 수 있다.Meanwhile, the capacitor capacity calculation step may satisfy the following equation.

(수식)

Figure 112017069805853-pat00002
(formula)
Figure 112017069805853-pat00002

(C[f] : 커패시터 용량, System max Load [A] : 시스템의 최대 소모 전류, Regulator delay time [S] : 레귤레이터의 지연 시간, V[V] : 시스템에서 허용되는 전압 변화량의 최대값) (C[f] : Capacitor capacity, System max Load [A] : Maximum current consumption of the system, Regulator delay time [S] : Delay time of the regulator, V[V] : Maximum value of voltage change allowed in the system)

한편, 상기 출력 전압 값 상승 단계는, 둘 이상의 커패시터 중, 어느 하나 이상의 커패시터를 직렬 또는 병렬 연결하여 상기 커패시터 용량 산출 단계에서 산출된 커패시터 최소 요구 용량으로 설정할 수 있다.Meanwhile, in the step of increasing the output voltage, any one or more capacitors among the two or more capacitors may be connected in series or in parallel to set the capacitor minimum required capacity calculated in the capacitor capacity calculation step.

본 발명은 리튬 이온 배터리의 충전 허용 전압을 승압 시킴으로써, 종래의 납축 전지를 대신할 수 있다.The present invention can replace the conventional lead-acid battery by boosting the allowable charge voltage of the lithium ion battery.

도 1은 종래 리튬 이온 배터리 팩을 그대로 사용했을 때 레귤레이터의 출력 전압의 파형이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 보다 구체적을 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 사용했을 때 레귤레이터의 출력 전압의 파형이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 방법의 순서도이다.1 is a waveform of an output voltage of a regulator when a conventional lithium ion battery pack is used as it is.
2 is a block diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
3 is a more detailed configuration diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
4 is a waveform diagram of an output voltage of a regulator when a power supply device according to an embodiment of the present invention is used.
5 is a block diagram of a power supply device according to another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a power supply method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 도면부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, it includes not only the case where it is “directly connected” but also the case where it is “electrically connected” with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. As used throughout this specification, the term “step for” or “step for” does not mean “step for”.

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. The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

1. 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치.1. A power supply device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 보다 구체적을 구성도이다.3 is a more detailed configuration diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 설명한다.Hereinafter, a power supply device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .

본 발명의 전원 공급 장치는, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 배터리 팩(10), 상기 배터리 팩(10)의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩(10)의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS,20), 상기 배터리 팩(10)의 출력 전압을 안정화 시키는 레귤레이터(30), 상기 배터리 관리 시스템(20)의 출력단에 연결되어 있는 커패시터(40)를 포함하여 구성될 수 있다.The power supply device of the present invention is a battery pack 10 composed of a plurality of lithium ion cells, and battery management for controlling the charging and discharging of the battery pack 10 based on the current, voltage, and temperature of the battery pack 10 . The system BMS 20 , a regulator 30 for stabilizing the output voltage of the battery pack 10 , and a capacitor 40 connected to an output terminal of the battery management system 20 may be included.

한편, 상기 레귤레이터(30)는, 배터리 관리 시스템의 출력 (+),(-)단에 병렬로 연결되어, 배터리 관리 시스템의 출력 전압을 소정의 값만큼 상승 시켜 전장장치에 공급할 수 있자.Meanwhile, the regulator 30 is connected in parallel to the output (+) and (-) terminals of the battery management system, so that the output voltage of the battery management system can be increased by a predetermined value and supplied to the electric device.

한편, 상기 레귤레이터(30)는 배터리의 전압에 따라 동작 특성이 결정될 수 있다. 예컨대, 배터리의 출력 전압이 14.5V 이상인 경우 오프되고, 14.5V 미만인 경우, 온 되어 정전압을 전장장치에 공급할 수 있다.Meanwhile, operation characteristics of the regulator 30 may be determined according to the voltage of the battery. For example, when the output voltage of the battery is 14.5V or more, it is turned off, and when it is less than 14.5V, it is turned on to supply a constant voltage to the electric device.

즉, 배터리 팩(10)의 관점에서 레귤레이터(30)의 동작을 살펴보면, 레귤레이터(30)가 온 되는 경우에는 배터리 팩(10)은 충전 상태가 될 수 있고, 레귤레이터(30)가 오프 되는 동안에는 배터리 팩(10)은 방전 상태가 될 수 있다.That is, looking at the operation of the regulator 30 from the perspective of the battery pack 10 , when the regulator 30 is on, the battery pack 10 may be in a charged state, and while the regulator 30 is off, the battery The pack 10 may be in a discharged state.

한편, 상기 배터리 관리 시스템(BMS)는 상기 배터리 팩(10)의 전류, 전압, 온도를 측정하는 상태 측정부(21), 마이크로 컨트롤 유닛(MCU,22), 상기 배터리 팩(10)과 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU,22)의 통신용 프로세스인 아날로그 프론트 앤드(AFE,23)를 포함하여 구성될 수 있다.Meanwhile, the battery management system (BMS) includes a state measuring unit 21 measuring current, voltage, and temperature of the battery pack 10 , a micro control unit (MCU, 22 ), the battery pack 10 and the microcontroller. It may be configured to include an analog front end (AFE, 23) that is a process for communication of the control unit (MCU, 22).

한편, 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU,22)은 상기 배터리 팩(10)의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩(10)의 상태를 판단하는 상태 판단부 및 상기 상태 판단부의 결과에 따라 배터리 팩의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the micro control unit (MCU, 22) is a state determination unit that determines the state of the battery pack 10 based on the current, voltage, and temperature of the battery pack 10, and the battery pack according to the result of the state determination unit It may be configured to include a control unit for controlling the charging or discharging of the.

한편, 상기 커패시터(30)는, 일단이 상기 배터리 관리 시스템(20)의 (+)출력단에 연결되고, 타단은 상기 배터리 관리 시스템(20)의 (-)출력단에 연결되어, 상기 배터리 관리 시스템(20)의 출력단을 통해 배터리 팩에서 출력되는 전압을 소정의 값만큼 상승시킬 수 있다.On the other hand, the capacitor 30, one end is connected to the (+) output terminal of the battery management system 20, the other end is connected to the (-) output terminal of the battery management system 20, the battery management system ( 20), the voltage output from the battery pack may be increased by a predetermined value.

한편, 상기 커패시터(40)의 최소 요구 용량은, 상기 레귤레이터(30)의 지연 시간(delay time), 상기 배터리 팩(10)이 사용되는 시스템(전장 장치,50)의 전류 및 최대 전압 변화량으로 산출될 수 있다.Meanwhile, the minimum required capacity of the capacitor 40 is calculated by the delay time of the regulator 30 and the amount of change in current and maximum voltage of the system (electronic device, 50) in which the battery pack 10 is used. can be

보다 구체적으로, 상기 커패시터(40) 최소 요구 용량은 아래 수식을 기반으로 산출될 수 있다.More specifically, the minimum required capacity of the capacitor 40 may be calculated based on the following equation.

(수식)

Figure 112017069805853-pat00003
(formula)
Figure 112017069805853-pat00003

(C[f] : 커패시터 용량, System max Load [A] : 시스템의 최대 소모 전류, Regulator delay time [S] : 레귤레이터의 지연 시간, V[V] : 시스템에서 허용되는 전압 변화량의 최대값) (C[f] : Capacitor capacity, System max Load [A] : Maximum current consumption of the system, Regulator delay time [S] : Delay time of the regulator, V[V] : Maximum value of voltage change allowed in the system)

한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원공급 장치를 사용하였을 때 레귤레이터의 출력 전압의 파형을 나타낸 그래프이다.Meanwhile, FIG. 4 is a graph illustrating a waveform of an output voltage of a regulator when a power supply device according to an embodiment of the present invention is used.

도 4의 그래프를 살펴보면, 도1 의 그래프보다 레귤레이터(30)에서 출력되는 파형의 격차가 줄어든 것을 확인할 수 있다.Looking at the graph of FIG. 4 , it can be seen that the difference in the waveform output from the regulator 30 is reduced compared to the graph of FIG. 1 .

따라서, 전장장치에 공급되는 전압이 일정하게 유지되어 전장장치의 오동작 및 손상을 방지할 수 있다.Accordingly, the voltage supplied to the electric device is kept constant, thereby preventing malfunction and damage to the electric device.

2. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 장치.2. A power supply device according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 구성도이다.5 is a block diagram of a power supply device according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 설명한다.Hereinafter, a power supply device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 .

본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원 공급 장치는, 복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 배터리 팩(10), 상기 배터리 팩(10)의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS,20), 상기 배터리 팩(10)의 출력 전압을 안정화 시키는 레귤레이터(30), 상기 배터리 관리 시스템(20)의 출력단에 연결되어 상기 배터리 관리 시스템(20)의 제어에 따라 연결되는 둘 이상의 커패시터를 포함하는 커패시터부(41)를 포함하여 구성될 수 있다.A power supply device according to another embodiment of the present invention is a battery pack 10 composed of a plurality of lithium ion cells, and controlling the charging and discharging of the battery pack based on the current, voltage, and temperature of the battery pack 10 . It is connected to the battery management system (BMS) 20 , the regulator 30 for stabilizing the output voltage of the battery pack 10 , and the output terminal of the battery management system 20 , and is connected according to the control of the battery management system 20 . It may be configured to include a capacitor unit 41 including two or more capacitors.

보다 구체적으로, 상기 배터리 관리 시스템(20)은, 상기 배터리 팩(10)이 연결되는 전장장치(50)의 최대 소모 전류를 측정하는 최대 소모 전류 측정부(26), 상기 최대 소모 전류 측정부(26)에서 측정된 최대 소모 전류를 기반으로 커패시터의 최소 요구 용량을 산출하는 커패시터 용량 산출부(27), 상기 커패시터 용량 산출부(27)에서 산출된 용량의 커패시터의 용량에 따라, 상기 둘 이상의 커패시터 중 어느 하나 이상을 상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결하는 커패시터 연결 제어부(28)를 포함하여 구성될 수 있다.More specifically, the battery management system 20 includes a maximum consumption current measurement unit 26 that measures the maximum consumption current of the electric device 50 to which the battery pack 10 is connected, the maximum consumption current measurement unit ( 26), the capacitor capacity calculating unit 27 for calculating the minimum required capacity of the capacitor based on the measured maximum current consumption, and according to the capacity of the capacitor having the capacity calculated by the capacitor capacity calculating unit 27, the two or more capacitors It may be configured to include a capacitor connection control unit 28 for connecting one or more of them to an output terminal of the battery management system.

한편, 상기 커패시터부(41)의 최소 요구 용량은, 상기 레귤레이터(30)의 지연 시간(delay time), 상기 배터리 팩(10)이 사용되는 시스템(전장 장치,50)의 전류 및 최대 전압 변화량으로 산출될 수 있다.On the other hand, the minimum required capacity of the capacitor unit 41 is the delay time of the regulator 30 and the current and the maximum voltage change amount of the system (electronic device, 50) in which the battery pack 10 is used. can be calculated.

보다 구체적으로, 상기 커패시터부(41)의 최소 요구 용량은 아래 수식을 기반으로 산출될 수 있다.More specifically, the minimum required capacity of the capacitor unit 41 may be calculated based on the following equation.

(수식)

Figure 112017069805853-pat00004
(formula)
Figure 112017069805853-pat00004

(C[f] : 커패시터 용량, System max Load [A] : 시스템의 최대 소모 전류, Regulator delay time [S] : 레귤레이터의 지연 시간, V[V] : 시스템에서 허용되는 전압 변화량의 최대값)(C[f] : Capacitor capacity, System max Load [A] : Maximum current consumption of the system, Regulator delay time [S] : Delay time of the regulator, V[V] : Maximum value of voltage change allowed in the system)

한편, 상기 커패시터 연결 제어부(28)는, 상기 둘 이상의 커패시터(41)를 직렬 또는 병렬로 연결하여, 상기 커패시터 용량 산출부에서 산출한 커패시터 용량으로 설정할 수 있다.Meanwhile, the capacitor connection control unit 28 may connect the two or more capacitors 41 in series or in parallel to set the capacitor capacity calculated by the capacitor capacity calculation unit.

보다 구체적으로, 상기 커패시터 연결 제어부(28)는, 상기 커패시터부(41)를 구성하고 있는 커패시터들의 연결 상태를 제어할 수 있는 스위치부를 더 포함하여 구성될 수 있다.More specifically, the capacitor connection control unit 28 may further include a switch unit capable of controlling the connection state of the capacitors constituting the capacitor unit 41 .

예컨대, 상기 커패시터부(41)가 2개의 10,000μF의 커패시터로 구성되고, 상기 커패시터 용량 산출부(27)에서 산출된 커패시터의 최소 요구 용량이 10,000μF인 경우에는 상기 스위치부를 제어하여 하나의 10,000μF 커패시터만 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결할 수 있다. 한편. 상기 커패시터 용량 산출부(27)에서 산출된 커패시터의 최소 요구 용량이 20,000μF인 경우에는 스위치부를 제어하여 10,000μF 커패시터 2개가 병렬 연결되도록 설정하여 커패시터부(41)의 전체 용량을 20,000μF로 설정하고, 이와 같이 설정된 커패시터부(41)를 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결할 수 있다.For example, when the capacitor unit 41 is composed of two 10,000 µF capacitors and the minimum required capacity of the capacitor calculated by the capacitor capacity calculation unit 27 is 10,000 µF, the switch unit is controlled to control one 10,000 µF capacitor. Only capacitors can be connected to the output of the battery management system. Meanwhile. When the minimum required capacity of the capacitor calculated by the capacitor capacity calculation unit 27 is 20,000 μF, the switch unit is controlled to set two 10,000 μF capacitors to be connected in parallel to set the total capacity of the capacitor unit 41 to 20,000 μF, , the capacitor unit 41 set as described above may be connected to an output terminal of the battery management system.

3. 본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 배터리 팩을 이용하여 전장장치에 전원을 공급하는 방법.3. A method of supplying power to an electric device using a battery pack including a plurality of lithium ion cells according to an embodiment of the present invention.

일반적인 납축 전지는 14.4V로 충전 및 방전하도록 설계되어 있는데 비해, 리튬 이온 셀은 하나의 셀이 4.2V를 출력하도록 설정되어 있어, 리튬 이온 셀을 조합하더라도 종래의 납축 전지의 출전 및 방전 전압이 달라 종래의 납축 전지를 리튬 이온 셀의 조합으로 대체하기 어려움이 있었다.A typical lead-acid battery is designed to charge and discharge at 14.4V, whereas in a lithium-ion cell, one cell is set to output 4.2V. It was difficult to replace the conventional lead-acid battery with a combination of lithium ion cells.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법을 아래와 같이 제안한다.Therefore, the present invention proposes a method for solving this problem as follows.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 배터리 팩을 이용하여 전장장치에 전원을 공급하는 방법의 순서도이다.6 is a flowchart of a method of supplying power to an electric device using a battery pack including a plurality of lithium ion cells according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 배터리 팩을 이용하여 전장장치에 전원을 공급하는 방법은, 상기 전장장치의 소모 전류를 산출하는 소모 전류 산출 단계(S100), 상기 소모 전류 산출 단계에서 산출된 전류, 레귤레이터의 지연 시간 및 최대 전압 변화량을 기반으로 커패시터의 최소 요구 용량을 산출하는 커패시터 용량 산출 단계(S200), 상기 커패시터 용량 산출 단계에서 산출된 용량을 커패시터를 상기 배터리 팩의 출력단에 연결하여 배터리 팩의 출력 전압을 소정의 값만큼 상승시키는 출력 전압 값 상승 단계(S300)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the method of supplying power to an electrical device using a battery pack including a plurality of lithium ion cells according to an embodiment of the present invention, a consumption current calculation step of calculating the consumption current of the electrical device ( S100 ) , a capacitor capacity calculation step (S200) of calculating the minimum required capacity of the capacitor based on the current calculated in the current consumption calculation step, the delay time of the regulator, and the maximum voltage change amount (S200), and the capacitor calculated in the capacitor capacity calculation step It may be configured to include an output voltage value increasing step ( S300 ) of increasing the output voltage of the battery pack by a predetermined value by connecting to the output terminal of the battery pack.

보다 구체적으로, 상기 커패시터 용량 산출 단계는, 아래 수식을 만족할 수 있다.More specifically, the capacitor capacity calculation step may satisfy the following equation.

(수식)

Figure 112017069805853-pat00005
(formula)
Figure 112017069805853-pat00005

(C[f] : 커패시터 용량, System max Load [A] : 시스템의 최대 소모 전류, Regulator delay time [S] : 레귤레이터의 지연 시간, V[V] : 시스템에서 허용되는 전압 변화량의 최대값) (C[f] : Capacitor capacity, System max Load [A] : Maximum current consumption of the system, Regulator delay time [S] : Delay time of the regulator, V[V] : Maximum value of voltage change allowed in the system)

한편, 상기 출력 전압 값 상승 단계는, 둘 이상의 커패시터 중, 어느 하나 이상의 커패시터를 직렬 또는 병렬 연결하여 상기 커패시터 용량 산출 단계에서 산출된 커패시터의 최소 요구 용량에 맞도록 커패시터 연결을 설정할 수 있다.Meanwhile, in the step of raising the output voltage value, one or more capacitors among two or more capacitors may be connected in series or in parallel to set the capacitor connection to match the minimum required capacity of the capacitor calculated in the capacitor capacity calculation step.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.On the other hand, although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above embodiments, it should be noted that the above embodiments are for description and not for limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention.

10 : 배터리 팩
20 : BMS
30 : 레귤레이터
40 : 커패시터
50 : 전장장치10 : battery pack
20: BMS
30: regulator
40: capacitor
50: battlefield device

Claims (10)

납축 전지 대체용 전원 공급 장치에 있어서,
상기 전원 공급 장치는,
복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 배터리 팩;
상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS);
상기 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키는 레귤레이터;
상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결되어 있는 커패시터;
를 포함하여 구성되고,
상기 커패시터는,
일단이 상기 배터리 관리 시스템의 (+)출력단에 연결되고, 타단은 상기 배터리 관리 시스템의 (-)출력단에 연결되어 상기 레귤레이터가 온 상태 동안에는 소정의 전하량을 축전하고, 레귤레이터가 오프 상태 동안에는 축전된 소정의 전하량의 방전하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
A power supply for replacing lead-acid batteries, comprising:
The power supply is
a battery pack comprising a plurality of lithium ion cells;
a battery management system (BMS) for controlling charging and discharging of the battery pack based on the current, voltage, and temperature of the battery pack;
a regulator for stabilizing the output voltage of the battery pack;
a capacitor connected to an output terminal of the battery management system;
consists of,
The capacitor is
One end is connected to a (+) output terminal of the battery management system, and the other end is connected to a (-) output terminal of the battery management system to store a predetermined amount of charge while the regulator is in an on state, and to store a predetermined amount of charge while the regulator is in an off state Power supply, characterized in that the discharge of the amount of charge.
 청구항 1에 있어서,
상기 배터리 관리 시스템(BMS)는,
상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 측정하는 상태 측정부;
마이크로 컨트롤 유닛(MCU);
상기 배터리 팩과 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)의 통신용 프로세스인 아날로그 프론트 앤드(AFE);
를 포함하여 구성되며,
상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)은,
상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 상태를 판단하는 상태 판단부; 및
상기 상태 판단부의 결과에 따라 배터리 팩의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
The method according to claim 1,
The battery management system (BMS),
a state measuring unit for measuring current, voltage, and temperature of the battery pack;
micro control unit (MCU);
an analog front end (AFE) which is a process for communication between the battery pack and the micro control unit (MCU);
It consists of
The micro control unit (MCU),
a state determination unit configured to determine a state of the battery pack based on current, voltage, and temperature of the battery pack; and
a control unit for controlling charging or discharging of the battery pack according to a result of the state determination unit;
A power supply comprising a.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 커패시터의 최소 요구 용량은,
상기 레귤레이터의 지연 시간, 상기 배터리 팩이 사용되는 시스템의 전류 및 최대 전압 변화량에 따라, 아래 수식을 기반으로 산출되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
(수식)
Figure 112017069805853-pat00006

(C[f] : 커패시터 용량, System max Load [A] : 시스템의 최대 소모 전류, Regulator delay time [S] : 레귤레이터의 지연 시간, V[V] : 시스템에서 허용되는 전압 변화량의 최대값)
The method according to claim 1,
The minimum required capacity of the capacitor is,
The power supply device, characterized in that calculated based on the following equation according to the delay time of the regulator, the current and maximum voltage variation of a system in which the battery pack is used.
(formula)
Figure 112017069805853-pat00006

(C[f] : Capacitor capacity, System max Load [A] : Maximum current consumption of the system, Regulator delay time [S] : Delay time of the regulator, V[V] : Maximum value of voltage change allowed in the system)
 납축 전지 대체용 전원 공급 장치에 있어서,
상기 전원 공급 장치는,
복수개의 리튬 이온 셀로 구성되는 배터리 팩;
상기 배터리 팩의 전류, 전압, 온도를 기반으로 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS);
상기 배터리 팩의 출력 전압을 안정화 시키는 레귤레이터;
상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결되어 상기 배터리 관리 시스템의 제어에 따라 선택적으로 연결되는 둘 이상의 커패시터를 포함하는 커패시터부;
를 포함하여 구성되고,
상기 배터리 관리 시스템(BMS)은,
상기 배터리 팩이 연결되는 전장장치의 최대 소모 전류를 측정하는 최대 소모 전류 측정부;
상기 최대 소모 전류 측정부에서 측정된 최대 소모 전류를 기반으로 커패시터의 용량을 산출하는 커패시터 용량 산출부;
상기 커패시터 용량 산출부에서 산출된 커패시터의 용량에 따라, 상기 커패시터부의 커패시터 중 어느 하나 이상을 상기 배터리 관리 시스템의 출력단에 연결하는 커패시터 연결 제어부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
A power supply for replacing lead-acid batteries, comprising:
The power supply is
a battery pack comprising a plurality of lithium ion cells;
a battery management system (BMS) for controlling charging and discharging of the battery pack based on the current, voltage, and temperature of the battery pack;
a regulator for stabilizing the output voltage of the battery pack;
a capacitor unit connected to an output terminal of the battery management system and including two or more capacitors selectively connected according to the control of the battery management system;
consists of,
The battery management system (BMS),
a maximum consumption current measuring unit for measuring a maximum consumption current of an electric device to which the battery pack is connected;
a capacitor capacity calculator configured to calculate a capacity of the capacitor based on the maximum consumption current measured by the maximum consumption current measuring unit;
a capacitor connection control unit connecting one or more of the capacitors of the capacitor unit to an output terminal of the battery management system according to the capacity of the capacitor calculated by the capacitor capacity calculating unit;
A power supply comprising a.
 삭제delete 청구항 5에 있어서,
상기 커패시터 연결 제어부는
상기 커패시터부의 커패시터를 직렬 또는 병렬로 연결하여, 상기 커패시터 용량 산출부에서 산출한 커패시터 용량으로 설정하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
6. The method of claim 5,
The capacitor connection control unit
The capacitor of the capacitor unit is connected in series or in parallel to set the capacitor capacity calculated by the capacitor capacity calculating unit.
 복수개의 리튬 이온 셀로 이루어진 배터리 팩을 이용하여 전장장치에 전원을 공급하는 방법에 있어서,
상기 전장장치의 소모 전류를 산출하는 소모 전류 산출 단계;
상기 소모 전류 산출 단계에서 산출된 전류, 레귤레이터의 지연 시간 및 최대 전압 변화량을 기반으로 커패시터의 최소 요구 용량을 산출하는 커패시터 용량 산출 단계;
상기 커패시터 용량 산출 단계에서 산출된 커패시터의 최소 요구 용량을 상기 배터리 팩의 출력단에 연결하여 배터리 팩의 출력 전압을 소정의 값만큼 상승시키는 출력 전압 값 상승 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.
A method of supplying power to an electric device using a battery pack consisting of a plurality of lithium ion cells, the method comprising:
a current consumption calculation step of calculating the consumption current of the electric device;
a capacitor capacity calculation step of calculating a minimum required capacity of the capacitor based on the current calculated in the current consumption calculation step, a delay time of the regulator, and a maximum voltage change amount;
an output voltage value increasing step of increasing an output voltage of the battery pack by a predetermined value by connecting the minimum required capacity of the capacitor calculated in the capacitor capacity calculation step to an output terminal of the battery pack;
Power supply method comprising a.
 청구항 8에 있어서,
상기 커패시터 용량 산출 단계는,
아래 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.
(수식)
Figure 112017069805853-pat00007

(C[f] : 커패시터 최소 요구 용량, System max Load [A] : 시스템의 최대 소모 전류, Regulator delay time [S] : 레귤레이터의 지연 시간, V[V] : 시스템에서 허용되는 전압 변화량의 최대값)
9. The method of claim 8,
The capacitor capacity calculation step includes:
A power supply method, characterized in that it satisfies the following formula.
(formula)
Figure 112017069805853-pat00007

(C[f]: Capacitor minimum required capacity, System max Load [A]: System’s maximum current consumption, Regulator delay time [S]: Regulator’s delay time, V[V]: Maximum allowable voltage change in the system )
 청구항 8에 있어서,
상기 출력 전압 값 상승 단계는,
둘 이상의 커패시터 중, 어느 하나 이상의 커패시터를 직렬 또는 병렬 연결하여 상기 커패시터 용량 산출 단계에서 산출된 커패시터 최소 요구 용량으로 설정하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 방법.

9. The method of claim 8,
The step of increasing the output voltage value,
A power supply method, characterized in that by connecting one or more capacitors in series or parallel among two or more capacitors, the capacitor minimum required capacity calculated in the capacitor capacity calculation step is set.
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