KR102341490B1 - 전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크 - Google Patents

전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 고전력 파워뱅크 제품에서 발생되는 충전 및 방전시 전위차에 의해 발생되는 스파크 문제를 해결하면서 제조 비용의 상승을 억제할 수 있는 고전력 파워뱅크의 전원스위치 및 이를 포함하는 고전력 파워뱅크를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 고전력 파워뱅크는, 배터리 팩, 배터리 팩의 전원을 관리하기 위한 배터리 관리 모듈, 상기 배터리 팩 및 배터리 관리 모듈이 수납되는 외장케이스를 포함하여 구성되고, 상기 배터리 관리 모듈에는 배터리 관리 모듈을 셧다운하기 위한 복수의 비상용 스위치 포트가 제공되고, 상기 외장케이스에는 배터리 관리 모듈을 온/오프하기 위한 저전류 단순 DC 스위치가 제공되고, 상기 저전류 단순 DC 스위치는 복수의 비상용 스위치 포트 중 하나에 연결된 것을 특징으로 한다.

Description

전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크{High power power bank with power switch}
본 발명은 고전력 파워뱅크에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 휴대용 전기공급장치인 고전력 파워뱅크에 대전류용 스위치 또는 릴레이를 이용하지 않고 외장 케이스의 외부에 간단한 저전류용 스위치만을 부착하여 파워뱅크의 전원을 온/오프 제어할 수 있는, 고전력 파워뱅크의 전원스위치 및 이를 포함하는 고전력 파워뱅크에 관한 것이다.
최근 캠핑, 낚시 등 아웃도어 활동과 및 비상용/긴급용으로 휴대용 전기공급장치인 파워뱅크(또는 파워스테이션)의 사용이 증가하고 있으며, 또한 많은 제품이 유통 및 판매되고 있다.
통상적으로 배터리 팩 용량의 증가와 더불어 전압 역시 높아지기 때문에 전원 연결 또는 차단시 발생하는 전위차에 의해 스파크 현상이 발생하게 된다. 정격 출력 12V의 파워뱅크 제품은 전압이 낮기 때문에 스파크 발생 문제가 심하지 않지만, 정격 출력이 24V 이상인 고전력 파워뱅크 제품부터는 충전과 방전시 발생하는 전위차에 의해 발생하는 스파크가 문제점으로 인식되고 있다. 그러나 일부 저가의 고전력 파워뱅크 제품에서는 비용 절감을 위해 스파크 문제에 대한 최소한의 조치도 하지 않은 상태에서 파워뱅크를 출시하고 있다. 하지만 고전력 파워뱅크 제품의 배터리 및 배터리 팩을 충전 및 방전 단자에 직접 연결해서 사용할 경우 파워뱅크의 충전 또는 방전을 위해 케이블을 연결하거나 뽑을 때 스파크가 발생하여 배터리 및 배터리 팩의 손상이나 화재의 위험에 노출되게 된다.
이와 같이 파워뱅크에 케이블을 연결할 때 발생하는 스파크 현상을 방지하기 위하여 보통 큰 용량의 릴레이, 대전류용 스위치, 내부 CPU를 사용하여 회로를 구성하여 제품을 제작하는데, 이같은 부품의 추가에 따라 파워뱅크 내부에 추가적인 공간이 필요하게 되며, CPU 등 주변 회로의 구성에 추가적인 비용이 발생하게 될 뿐만 아니라 큰 용량의 릴레이 또는 대전류용 스위치를 사용하더라도 최근 배터리의 용량 및 전압이 높아지는 상황에서는 사용상의 많은 제약이 발생한다는 문제가 있다. 구체적으로는,
첫째, 높은 용량의 릴레이 및 대전류용 스위치를 사용함에 따라 배터리 및 배터리 팩을 충전과 방전하기 위하여 케이블을 연결하거나 뽑을 때 전위차에 의해 스파크가 발생하게 되고, 이때 각종 회로 및 제품이 손상된다든가 화재 등 안전사고의 위험이 있으며, 사용자에게 심리적인 두려움을 야기하게 된다는 문제가 있다.
둘째, 높은 용량의 릴레이 및 대전류용 스위치 제품은 가격 자체가 고가이고, 전원 제어를 위하여 추가적인 부품이 필요하므로 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있으며,
셋째, 높은 용량의 릴레이와 대전류용 스위치는 사이즈가 크기 때문에 파워뱅크 제품의 내부공간을 많이 차지하게 될 뿐만 아니라 디자인적인 측면과 효율적인 면에서 문제가 있다.
따라서 고전압의 파워뱅크 제품에서 스파크 문제를 개선하고 효과적으로 해결하기 위한 배터리 및 배터리 팩의 전원스위치 제어기술이 필요한 실정이다.
대한민국 특허등록 제10-1620385호(2016. 05. 04. 등록) 대한민국 특허등록 제10-1620390호(2016. 05. 04. 등록) 대한민국 특허등록 제10-2131948호(2020. 07. 02. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 휴대용 전기공급장치인 고전력 파워뱅크 제품에 충전 및 방전을 위해 케이블을 연결하거나 뽑을 때 전위차에 의해 발생되는 스파크 현상 및 그로 인한 각종 안전사고 방지는 물론 전원제어에 따른 발열이 전혀 없으며, 제조 비용의 상승을 억제할 수 있고, 제품의 공간적인 측면과 디자인적인 측면 및 효율성을 향상시킬 수 있는, 고전력 파워뱅크의 전원스위치 및 이를 포함하는 고전력 파워뱅크를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 고전력 파워뱅크는, 배터리 팩, 배터리 팩의 전원을 관리하기 위한 배터리 관리 모듈, 상기 배터리 팩 및 배터리 관리 모듈이 수납되는 외장케이스를 포함하여 구성되고, 상기 배터리 관리 모듈에는 배터리 관리 모듈을 셧다운하기 위한 복수의 비상용 스위치 포트가 제공되고, 상기 외장케이스에는 배터리 관리 모듈을 온/오프하기 위한 저전류 단순 DC 스위치가 제공되고, 상기 저전류 단순 DC 스위치는 복수의 비상용 스위치 포트 중 하나에 연결된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 저전류 단순 DC 스위치는 복수의 비상용 스위치 포트 중 하나에 연결되고, 저전류 단순 DC 스위치가 연결된 비상용 스위치 포트에는 열보호센서(TPS)가 연결된다.
바람직하게는, 저전류 단순 DC 스위치는 복수의 비상용 스위치 포트 중 하나에 연결되고, 다른 하나의 비상용 스위치 포트에는 열보호센서(TPS)가 연결된다.
본 발명에 따른 고전력 파워뱅크에 설치되는 고전력 파워뱅크의 전원스위치는, 고전력 파워뱅크에는 배터리 관리 모듈을 셧다운하기 위한 복수의 비상용 스위치 포트가 제공되고, 전원스위치는 복수의 비상용 스위치 포트 중 하나에 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 저전류 단순 DC 스위치는 센서를 통해 비상용 스위치 포트에 연결된다.
파워뱅크는 배터리 관리를 위한 BMS 또는 PCM 모듈에 배터리 및 배터리 팩의 기능을 온/오프 할 수 있도록 각종 비상용 스위치 포트가 구비되어 있고, 고전력일수록 각종 제어를 위해 큰 용량의 릴레이나 대전류용 스위치를 사용하고 있는데, 본 발명에 따른 고전력 파워뱅크는 배터리 및 배터리 팩의 기능을 제어하기 위해 큰 용량의 릴레이나 대전류용 스위치를 사용하지 않고 외장케이스의 외부에 간단한 저전류용 스위치만을 부착한 구조이기 때문에 제조 비용 및 내부공간의 효율적인 사용으로 인하여 파워뱅크의 크기를 훨씬 줄 일 수 있고, 큰 용량의 릴레이나 대전류용 스위치 사용으로 인한 열손실을 줄이면서 전원 제어에 따른 발열이 전혀 없기 때문에 파워뱅크의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 고전압 파워뱅크 제품에서 배터리 및 배터리 팩을 충전과 방전하기 위하여 케이블을 연결하거나 뽑을 때 전위차에 의해 발생되는 스파크 현상을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파워뱅크의 전원스위치 연결구조의 제1실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파워뱅크의 전원스위치 연결구조의 제2실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3는 본 발명에 따른 파워뱅크의 전원스위치 연결구조의 제3실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 파워뱅크의 전원스위치 연결구조의 제4실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 파워뱅크의 전원스위치 연결구조의 제5실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 6는 본 발명에 따른 파워뱅크의 전원스위치 연결구조의 제6실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른에 파워뱅크의 전원스위치 연결구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 파워뱅크(10)는 파워뱅크(10)의 외장케이스(200)와, 외장케이스(200) 내부에 수납되는 배터리 팩(300)과, 배터리 팩(300)의 동작을 제어하는 BMS(Battery Management System) 또는 PCM(Protection Circuit Module) 모듈(100)이 포함된다. BMS 또는 PCM 모듈(100)은 배터리 및 배터리 팩을 제어하기 위한 배터리 관리 모듈이다.
외장케이스(200)의 외측에는 외장케이스(200) 내부에 수납된 배터리 팩(300)을 충전하기 위한 충전용 단자(210)와, 사용하기 위한 부하장치가 연결되는 방전용 단자(220) 및 배터리 팩(300)의 충전상태 또는 방전상태를 표시하기 위한 디스플레이(230)가 설치되고, 여기서 충전용 단자(210)와 방전용 단자(220)는 전원제어회로(140)을 통해 제공되고 있다.
사용자는 필요시 충전용 단자(210)에 AC 전원을 연결하여 배터리 팩(300)을 충전할 수 있으며 배터리 팩(300)이 충전된 후에는 방전용 단자(220)에 제품을 연결하여 사용할 수 있게 된다.
BMS 또는 PCM 모듈(100)은 배터리 팩(300) 전원의 충전 또는 방전작동이 안정적으로 이루어지도록 배터리 팩의 전원 관리를 수행한다. 구체적으로, BMS는 충전용 단자(210)로부터 입력 전원이 공급되면 충전회로(미도시)를 통해 배터리팩(300)을 충전하고, BMS 또는 PCM 모듈(100)에 포함된 방전회로를 통해 방전용 단자(220)에 DC 전원을 공급한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서 충전회로는 파워 뱅크(10) 내에 포함되지 않은 것으로 도시되고 있지만, 이는 대용량 파워 뱅크의 경우 충전시 발열 문제로 인하여 배터리 충전기 형태로 파워 뱅크(10)의 외부에 별도로 제공되는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 도 5, 6에 도시된 바와 같이 파워 뱅크(10) 내에 충전회로(320)가 더 포함될 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, BMS 또는 PCM 모듈(100)은 제1 및 제2 비상용 스위치 포트(152, 154)를 더 포함한다. 제1 및 제2 비상용 스위치 포트(152, 154)는 특정 이벤트 발생시 이를 전원제어회로(140)에 전달하고 신호를 수신한 전원제어회로(140)는 전원차단신호를 발생시킴에 따라 BMS 또는 PCM 모듈(100)로 공급되는 전원을 차단하게 된다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 내부의 발열상태를 감지하는 TPS(Thermal Protection Sensor, 열보호센서)(156)를 비상용 스위치 포트에 설치하여, TPS(156)로부터 기준값 이상의 발열이 감지되면 열감지신호가 전원제어회로(140)에 전달되고, 전원제어회로(140)는 BMS 또는 PCM 모듈(100)로 공급되는 전원을 차단하게 된다.
최근 파워뱅크의 고용량, 고전압 추세에 따라 큰 용량의 릴레이, 저항, 대전류용 스위치, CPU 제어방식 등 추가적인 부품을 사용하기 때문에 내부공간이 필요해지면서 파워뱅크의 크기도 커져야 하는 문제가 있으나, 본 발명에서는 이와 같은 추가적인 부품을 사용하지 않고도 BMS 또는 PCM 모듈의 비상용 스위치 포트를 이용하여 배터리 또는 배터리 팩의 전원을 안전하고 간편하게 온/오프시킬 수 있는 기능을 구현할 수 있게 하였다.
본 발명의 제1 실시예에서 전원스위치(250)는 TPS(156)가 제공된 측의 제1 비상용 스위치 포트(152)에 연결되어 설치된다. 도시된 바와 같이, 전원스위치(250)의 하나의 접점은 제1 비상용 스위치 포트(152)의 제1 접점에 연결되고 전원스위치(250)의 다른 하나의 접점은 제1 비상용 스위치 포트(152)의 제2 점점에 연결되어 있고, TPS(156)는 제1 비상용 스위치 포트(152)의 제1 접점 또는 제2 접점을 통해 전원스위치의 두 개의 접점 중 하나에 연결된다. 여기서 전원스위치(250)는 저전류 단순 DC 전원스위치가 이용된다.
이와 같은 구성에 따르면, 사용자가 방전용 단자(220)에 부하기기를 연결하기 전에 먼저 전원스위치(250)를 오프(off)시키면 제1 비상용 스위치 포트(152)를 통해 차단 신호가 전원제어회로(140)로 입력되고 전원제어회로(140)는 비상 이벤트가 발생한 것으로 판단하여 BMS 또는 PCM 모듈(100)로의 전원 공급을 차단하게 되어 BMS 또는 PCM 모듈(100)이 셧다운된다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 파워뱅크의 전원스위치 연결구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 파워뱅크(10)는 파워뱅크(10)의 외장케이스(200)와, 외장케이스(200) 내부에 수납되는 배터리 팩(300)과, 배터리 팩(300)의 동작을 제어하는 BMS(Battery Management System) 또는 PCM(Protection Circuit Module) 모듈(100)이 포함된다.
외장케이스(200)의 외측에는 외장케이스(200) 내부에 수납된 배터리 팩(300)을 충전하기 위한 충전용 단자(210)와, 사용하기 위한 부하장치가 연결되는 방전용 단자(220) 및 배터리 팩(300)의 충전상태 또는 방전상태를 표시하기 위한 디스플레이(230)가 설치되고, 여기서 충전용 단자(210)와 방전용 단자(220)는 전원제어회로(140)을 통해 제공되고 있다.
사용자는 필요시 충전용 단자(210)에 AC 전원을 연결하여 배터리 팩(300)을 충전할 수 있으며 배터리 팩(300)이 충전된 후에는 방전용 단자(220)에 제품을 연결하여 사용할 수 있게 된다.
BMS 또는 PCM 모듈(100)은 배터리 팩(300)의 전원의 충전 또는 방전 동작이 안정적으로 이루어지도록 배터리 팩의 전원 관리를 수행한다.
BMS 또는 PCM 모듈(100)은 제1 및 제2 비상용 스위치 포트(152, 154)를 더 포함한다. 제1 및 제2 비상용 스위치 포트(152, 154)는 특정 이벤트 발생시 이를 전원제어회로(140)에 전달하고 신호를 수신한 전원제어회로(140)는 BMS 또는 PCM 모듈(100)로 공급되는 전원을 차단하게 된다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, TPS(Thermal Protection Sensor, 열보호센서)(156)가 비상용 스위치 포트에 제공된 경우 TPS(156)로부터 기준값 이상의 발열이 감지되면 열감지신호가 전원제어회로(140)에서 수신되고 전원제어회로(140)는 BMS 또는 PCM 모듈(100)로 공급되는 전원을 차단하게 된다.
본 발명의 제2 실시예에서 전원스위치(250)는 TPS(156)가 제공되지 않은 제1 비상용 스위치 포트(152)에 연결되어 설치된다. 도시된 바와 같이 전원스위치(250)의 하나의 접점은 제2 비상용 스위치 포트(154)의 제1 접점에 연결되고 전원스위치(250)의 다른 하나의 접점은 제2 비상용 스위치 포트(154)의 제2 점점에 연결되어 있고, TPS(156)는 제1 비상용 스위치 포트(152)의 제1 접점과 제2 접점에 연결되어 있다. 여기서 전원스위치(250)는 저전류 단순 DC 전원 스위치가 이용된다.
이와 같은 구성에 따르면 사용자가 방전용 단자(220)에 부하기기를 연결하기 전에 먼저 전원스위치(250)를 오프시키면 제2 비상용 스위치 포트(154)를 통해 비상신호가 전원제어회로(140)로 입력되고 전원제어회로(140)는 비상 이벤트가 발생한 것으로 판단하여 BMS 또는 PCM 모듈(100)로의 전원 공급을 차단하여 BMS 또는 PCM 모듈(100)이 셧다운된다.
전술한 설명에서 전원스위치(250)는 TSP(156)를 통해 비상스위치 포트에 연결되거나 직접적으로 비상용 스위치 포트에 연결되는 것으로 설명되고 있지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 TSP(156) 이외의 다른 센서들을 통해 비상용 스위치 포트에 연결될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 고전력 파워뱅크의 전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크의 제3실시예를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 실시예에서는 도 1에 도시된 실시예와 모두 동일하지만, 도 1에 도시된 실시예에서 충전용 단자(210)과 방전용 단자(220)는 전원제어회로(140)을 통해 독립적으로 제공되고 있지만, 도 3에 도시된 실시예에서는 충전과 방전을 겸용할 수 있는 하나의 충전/방전용 단자(210a)가 제공된 것을 제외하고는 다른 구성은 도 1의 실시예와 모두 동일하다.
도 4은 본 발명에 따른 고전력 파워뱅크의 전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크의 제4실시예를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 실시예에서는 도 2에 도시된 실시예와 모두 동일하지만, 도 2에 도시된 실시예에서 충전용 단자(210)과 방전용 단자(220)는 전원제어회로(140)을 통해 독립적으로 제공되고 있지만, 도 4에 도시된 실시예에서는 충전과 방전을 겸용할 수 있는 하나의 충전/방전용 단자(210a)가 제공된 것을 제외하고는 다른 구성은 도 2의 실시예와 모두 동일하다.
도 5는 본 발명에 따른 고전력 파워뱅크의 전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크의 제5실시예를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 실시예에서는 도 1에 도시된 실시예와 모두 동일하지만, 도 1에 도시된 실시예에서 충전회로(320)가 파워 뱅크(10) 내에 제공된 경우를 나타내고 있다.
따라서 도 5에 도시된 실시예에서는 충전용 단자(210)는 충전회로(320)에 연결되고 충전회로(320)는 배터리 팩(300)에 연결되도록 구성되고, 방전용 단자(220)는 전원제어회로(140)를 통해 연결되고 있으며, 그 이외의 구성은 도 1의 실시예와 모두 동일하다.
도 6은 본 발명에 따른 고전력 파워뱅크의 전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크의 제6실시예를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 실시예에서는 도 2에 도시된 실시예와 모두 동일하지만, 도 2에 도시된 실시예에서 충전회로(320)가 파워 뱅크(10)에 함께 제공된 경우를 나타내고 있다.
따라서 도 6에 도시된 실시예에서는 충전용 단자(210)는 충전회로(320)에 연결되고 충전회로(320)는 배터리 팩(300)에 연결되도록 구성되고, 방전용 단자(220)는 전원제어회로(140)을 통해 연결되고 있으며, 그 이외의 구성은 도 2의 실시예와 모두 동일하다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: BMS 또는 PCM 모듈 140: 전원제어회로
152: 제1 비상용 스위치 포트 154: 제2 비상용 스위치 포트
156: TPS
200: 외장케이스
210: 충전용 단자 220: 방전용 단자
230: 디스플레이 250: 전원스위치
300 : 배터리 팩 320: 충전회로

Claims (7)

  1. 배터리 팩;
    배터리 팩의 전원을 관리하기 위한 배터리 관리 모듈;
    상기 배터리 팩 및 배터리 관리 모듈이 수납되는 외장케이스;
    를 포함하여 구성되고, 상기 배터리 관리 모듈에는 배터리 관리 모듈을 셧다운하기 위한 제1 비상용 스위치 포트 및 제2 비상용 스위치 포트가 제공되고,
    상기 외장케이스에는 배터리 관리 모듈을 온/오프하기 위한 저전류 단순 DC 스위치가 제공되고,
    상기 저전류 단순 DC 스위치는 제1 및 제2 비상용 스위치 포트 중 어느 하나에 연결되고, 저전류 단순 DC 스위치가 연결된 비상용 스위치 포트에는 TPS(Thermal Protection Sensor)가 연결되며, 저전류 단순 DC 스위치를 오프(off)시킨 후에 부하기기를 연결하는 것을 특징으로 하는 전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크.
  2. 삭제
  3. 배터리 팩;
    배터리 팩의 전원을 관리하기 위한 배터리 관리 모듈;
    상기 배터리 팩 및 배터리 관리 모듈이 수납되는 외장케이스;
    를 포함하여 구성되고, 상기 배터리 관리 모듈에는 배터리 관리 모듈을 셧다운하기 위한 제1 비상용 스위치 포트 및 제2 비상용 스위치 포트가 제공되고,
    상기 외장케이스에는 배터리 관리 모듈을 온/오프하기 위한 저전류 단순 DC 스위치가 제공되고,
    상기 저전류 단순 DC 스위치는 제1 및 제2 비상용 스위치 포트 중 어느 하나에 연결되고, 다른 하나의 비상용 스위치 포트에는 TPS가 연결되며, 저전류 단순 DC 스위치를 오프(off)시킨 후에 부하기기를 연결하는 것을 특징으로 하는 전원스위치를 포함하는 고전력 파워뱅크.
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