KR102655063B1 - Bcs용 전원 공급 장치 및 그의 전원 공급 방법 - Google Patents

Bcs용 전원 공급 장치 및 그의 전원 공급 방법 Download PDF

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Abstract

BMS(Battery Management System)에 전원을 공급하는 BCS용 전원 공급 장치 및 그의 전원 공급 방법에 관한 것으로, 교류 전압 생성하는 전원부, 상기 전원부로부터 입력되는 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성하는 제1 정류부, 상기 제1 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력하는 제1 평활부, 상기 제1 평활부로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하는 변압부, 상기 변압부로부터 입력되는 고주파 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성하는 제2 정류부, 상기 제2 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력하는 제2 평활부, 그리고 상기 평활부로부터 입력된 평활 전압을 정전압으로 출력하는 레귤레이터부를 포함하고, 상기 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부는, BCS(Battery Management System)의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가되고, 상기 변압부는, 상기 BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 관계 없이 하나의 개수로 고정되는 1차 코일단과, 상기 BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가되는 2차 코일단을 포함할 수 있다.

Description

BCS용 전원 공급 장치 및 그의 전원 공급 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SUPPLYING VOLTAGE IN BATTARY CELL SIMULATOR}
본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 BMS(Battery Management System)에 전원을 공급하는 BCS용 전원 공급 장치 및 그의 전원 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 차량은, 연료를 이용하는 차량과 달리 다수의 배터리 셀들을 직렬로 연결하여 에너지원으로 사용하고 있다.
하지만, 직렬로 연결된 다수의 배터리 셀에는, 다른 배터리 셀에 비해 과도하게 충전되거나 또는 다른 배터리 셀에 비해 충전이 미약한 배터리 셀이 발생할 수 있다.
그러므로, 전기 차량은, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)을 통해 배터리 셀의 충전량을 관리할 수 있다.
이러한, 배터리 관리 시스템을 평가하기 위하여 실제 배터리를 사용할 경우에는, 많은 시간과 에너지가 소모될 수 있다.
따라서, 실제 배터리가 아닌 배터리를 모사한 배터리 셀 모사 장치(BCS: Battery Cell Simulator)를 이용하여 배터리 관리 시스템을 평가할 수 있다.
배터리 셀 모사 장치는, 배터리를 모사하여 배터리 관리 시스템에 전압(V)를 인가하는 장치로서, 안정적인 전압 공급을 위하여 전원 공급 장치가 배치될 수 있다.
하지만, 배터리 셀 모사 장치가 하나의 단일 셀인 경우에는, 그에 상응하여 하나의 변압기를 갖는 전원 공급 장치가 배치될 수 있지만, 배터리 셀 모사 장치가 다수의 복합 셀인 경우에는, 각각의 셀 마다 변압기를 갖는 전원 공급 장치가 배치되어야 하므로, 필요한 셀의 개수가 많아질수록 그에 비례하여 변압기의 수도 증가할 수 밖에 없기 때문에 배터리 셀 모사 장치의 전체적인 부피 및 크기가 커짐으로써, 장치의 공간 효율이 저하되고, 장치의 이동 및 보관이 불편한 문제들이 있었다.
특히, 일반 전기 차량의 배터리 셀은, 수십 개 혹은 수백 개이고, 일반 상용차의 배터리 셀은, 일반 전기 차량의 2배 혹은 그 이상을 사용하므로, 이를 시험하기 위한 배터리 셀 모사 장치의 크기는, 셀 개수에 비례하게 커져서 이동 및 보관이 불편한 문제들이 있었다.
따라서, 향후, 셀의 개수가 증가하여도 변압기의 크기를 최소화하여 공간 효율을 극대화시킬 수 있는 BCS용 전원 공급 장치의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 10-2020-0071362호(2020. 6. 19 공개)
본 발명의 일실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 저주파의 교류 전원을 고주파의 교류 전원으로 변환하여 사용함으로써, 전압 모사 셀의 개수가 증가하여도 변압기의 크기를 최소화하여 공간 효율을 극대화시킬 수 있는 BCS용 전원 공급 장치 및 그의 전원 공급 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의한 BCS용 전원 공급 장치는, BMS(Battery Management System)의 기능/성능 시험용 시뮬레이터에 사용되는 배터리를 모사한 BCS(Battery Cell Simulator)의 전원 공급 장치에 있어서, 교류 전압 생성하는 전원부, 상기 전원부로부터 입력되는 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성하는 제1 정류부, 상기 제1 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력하는 제1 평활부, 상기 제1 평활부로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하는 변압부, 상기 변압부로부터 입력되는 고주파 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성하는 제2 정류부, 상기 제2 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력하는 제2 평활부, 그리고 상기 평활부로부터 입력된 평활 전압을 정전압으로 출력하는 레귤레이터부를 포함하고, 상기 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부는, BCS(Battery Management System)의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가되고, 상기 변압부는, 상기 BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 관계 없이 하나의 개수로 고정되는 1차 코일단과, 상기 BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가되는 2차 코일단을 포함할 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 전원부, 제1 정류부 및 제1 평활부는, 상기 BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 관계 없이 하나의 개수로 고정될 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부는, 상기 BCS의 전압 모사 셀에 각각 일대일 대응되어 배치될 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 변압부는, 상기 제1 평활부로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하는 스위칭 변압기를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 스위칭 변압기는, 상기 제1 평활부에 연결되는 1차 코일단, 상기 1차 코일단의 일측 끝단에 일측이 연결되고 타측이 접지되는 제1 스위치, 상기 1차 코일단의 타측 끝단에 일측이 연결되고 타측이 접지되는 제2 스위치, 그리고 상기 BCS의 전압 모사 셀에 각각 일대일 대응되어 배치되는 제2 정류부에 각각 대응하여 연결되는 2차 코일단을 포함할 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 변압부는, 상기 BCS의 전압 모사 셀의 개수에 대응하여 배치되는 복수의 제2 정류부들에 병렬 연결될 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 전원 공급 장치는, 전압 정보 입력 장치에 연결되어 상기 전압 정보 입력 장치로부터 전압 정보가 입력되면 상기 BMS로 전원을 공급할 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 전원 공급 장치는, 상기 전원부, 제1 정류부, 제1 평활부 및 변압부의 1차 코일단을 포함하는 하나의 전단부, 그리고 상기 변압부의 2차 코일단, 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부를 포함하는 복수의 후단부를 포함하고, 상기 BCS(Battery Cell Simulator)의 전압 모사 셀이 복수 개일 때, 상기 전원 공급 장치의 전단부를 하나만 배치하고, 상기 전원 공급 장치의 후단부를 각각의 BCS의 전압 모사 셀별로 하나씩 배치될 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 전원 공급 장치는, 양 전압 출력단이 상기 BMS의 양 전압 입력단에 제1 배선으로 연결되고, 음 전압 출력단이 상기 BMS의 음 전압 입력단에 제2 배선으로 연결될 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 전원 공급 장치의 제1 배선은, 일측에 인접하는 BCS의 전원 공급 장치의 제2 배선에 연결되고, 상기 전원 공급 장치의 제2 배선은, 타측에 인접하는 BCS의 전원 공급 장치의 제1 배선에 연결될 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 BMS는, 상기 BCS의 전원 공급 장치의 제1, 제2 배선에 연결되어 밸런싱 상태를 검출하는 밸런싱부, 그리고 상기 BCS의 전원 공급 장치의 제1, 제2 배선에 연결되어 전압을 측정하는 전압 측정부를 포함할 수 있다.
전원 공급 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 BCS는, 상기 BMS의 밸런싱부로부터 밸런싱 상태 정보를 추출하고, 상기 추출된 밸런싱 상태 정보를 기초로 출력 전압을 가변하도록 상기 전원 공급 장치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 전원 공급 장치의 전원 공급 방법은, BMS(Battery Management System)에 전원을 공급하는 BCS용 전원 공급 장치의 전원 공급 방법으로서, 교류 전압 생성하는 단계, 상기 교류 전압의 파형을 정류하여 제1 정류 파형을 생성하는 단계, 상기 제1 정류 파형을 평활화하여 제1 평활 전압을 출력하는 단계, 상기 제1 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하여 복수의 전압 모사 셀로 전송하는 단계, 상기 각각의 전압 모사 셀에서 상기 고주파 교류 전압의 파형을 정류하여 제2 정류 파형을 생성하는 단계, 상기 각각의 전압 모사 셀에서 상기 제2 정류 파형을 평활화하여 제2 평활 전압을 출력하는 단계, 그리고 상기 각각의 전압 모사 셀에서 상기 제2 평활 전압을 정전압으로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 BCS용 전원 공급 장치 및 그의 전원 공급 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 저주파의 교류 전원을 고주파의 교류 전원으로 변환하여 사용함으로써, 전압 모사 셀의 개수가 증가하여도 변압기의 크기를 최소화하여 공간 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 동일한 셀 개수를 갖는 배터리 셀 모사 장치 구현 시, 기존에 비해 상대적으로 소형 제작이 가능하므로 이동 및 보관이 용이할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 본 발명에 따른 BCS용 전원 공급 장치를 포함하는 전체 시스템을 보여주는 블록 구성도이다.
도 2는, 도 1의 전원 공급 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은, 본 발명 일 실시예에 따른 전원 공급 장치의 회로 구성도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 전원 공급 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되는 것으로서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
도 1은, 본 발명에 따른 BCS용 전원 공급 장치를 포함하는 전체 시스템을 보여주는 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, BCS용 전원 공급 장치를 포함하는 전체 시스템은, BCS(Battery Cell Simulator)(100), BMS(Battery Management System)(200), 그리고 전압 정보 입력 장치(400)를 포함할 수 있다.
BCS(100)에는, BMS(200)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치(110)가 배치될 수 있다.
여기서, 전원 공급 장치(110)는, 전압 정보 입력 장치(400)에 연결되어 전압 정보 입력 장치(400)로부터 전압 정보가 입력되면 BMS(200)로 전원을 공급할 수 있다.
그리고, 전원 공급 장치(110)는, 전원부, 제1 정류부, 제1 평활부 및 변압부의 1차 코일단을 포함하는 하나의 전단부(110a)와 변압부의 2차 코일단, 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부를 포함하는 복수의 후단부(110b)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명은, BCS(Battery Cell Simulator)(100)의 전압 모사 셀이 복수 개일 때, 전원 공급 장치(110)의 전단부(110a)를 하나만 배치하고, 전원 공급 장치(110)의 후단부(110b)를 각각의 BCS(110)의 전압 모사 셀별로 하나씩 배치될 수 있다.
이때, 변압부는, 제1 평활부로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하는 스위칭 변압기를 포함할 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 변압부는, 약 60Hz 교류전원을 고주파의 교류 전원으로 변환하는 스위칭 변압기로서, 변압기의 크기를 소형화하여 공간 효율을 극대화시킬 수 있다.
하기 수식과 같이, 주파수와 변압기의 코일 권수는, 반비례하므로, 본 발명의 변압기는, 고주파의 교류 전원으로 변환하기 위하여 코일 권수를 감소시킬 수 있어 변압기의 크기를 줄일 수 있다.
Npri = (Vin(nom) × 108) / (4 × f × Bmax × Ac) (여기서, Npri는 1차측 코일 턴 수이고, Vin(nom)는 공칭 입력 전압이며, f는 주파수이고, Bmax는 최대 자속 밀도이며, Ac는 유효 단면적임)
이어, 전원 공급 장치(110)는, 양 전압 출력단이 BMS(200)의 양 전압 입력단에 제1 배선으로 연결되고, 음 전압 출력단이 BMS(200)의 음 전압 입력단에 제2 배선으로 연결될 수 있다.
여기서, 전원 공급 장치(110)의 제1 배선은, 일측에 인접하는 BCS(100)의 전원 공급 장치(110)의 제2 배선에 연결되고, 전원 공급 장치(110)의 제2 배선은, 타측에 인접하는 BCS(100)의 전원 공급 장치(110)의 제1 배선에 연결될 수 있다.
다음, BMS(200)는, BCS(100)의 전원 공급 장치(110)의 제1, 제2 배선에 연결되어 밸런싱 상태를 검출하는 밸런싱부, 그리고 BCS(100)의 전원 공급 장치(110)의 제1, 제2 배선에 연결되어 전압을 측정하는 전압 측정부를 포함할 수 있다.
여기서, BMS(200)의 밸런싱부와 전압 측정부는, 각 BCS(100)의 전원 공급 장치(110) 중 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부를 포함하는 후단부(110b)에 일대일 대응되어 연결될 수 있다.
또한, BCS(100)는, BMS(200)의 밸런싱부로부터 밸런싱 상태 정보를 추출하고, 추출된 밸런싱 상태 정보를 기초로 출력 전압을 가변하도록 전원 공급 장치(110)를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 전원 공급 장치(100)는, 교류 전압을 생성하는 전원부, 전원부로부터 입력되는 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성하는 제1 정류부, 제1 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력하는 제1 평활부, 제1 평활부로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하는 변압부, 변압부로부터 입력되는 고주파 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성하는 제2 정류부, 제2 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력하는 제2 평활부, 그리고 평활부로부터 입력된 평활 전압을 정전압으로 출력하는 레귤레이터부를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부는, BCS(100)의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가되고, 변압부는, BCS(100)의 전압 모사 셀의 개수 증가에 관계 없이 하나의 개수로 고정되는 1차 코일단과, BCS(100)의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가되는 2차 코일단을 포함할 수 있다.
또한, 전원부, 제1 정류부 및 제1 평활부는, BCS(100)의 전압 모사 셀의 개수 증가에 관계 없이 하나의 개수로 고정될 수 있다.
이어, 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부는, BCS(100)의 전압 모사 셀에 각각 일대일 대응되어 배치될 수 있다.
본 발명은, 저주파의 교류 전원을 고주파의 교류 전원으로 변환하여 사용함으로써, 전압 모사 셀의 개수가 증가하여도 변압기의 크기를 최소화하여 공간 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 동일한 셀 개수를 갖는 배터리 셀 모사 장치 구현 시, 기존에 비해 상대적으로 소형 제작이 가능하므로 이동 및 보관이 용이할 수 있다.
도 2는, 도 1의 전원 공급 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 3은, 본 발명 일 실시예에 따른 전원 공급 장치의 회로 구성도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전원 공급 장치(110)는, 전원부(112), 제1 정류부(113), 제1 평활부(114) 및 변압부(115)를 포함하는 하나의 전단부(110a)와, 제2 정류부(116), 제2 평활부(117) 및 레귤레이터부(118)를 포함하는 복수의 후단부(110b)를 포함할 수 있다.
여기서, 전원부(112)는, 약 60Hz 교류 전압 생성할 수 있다.
그리고, 제1 정류부(113)은, 전원부(112)로부터 입력되는 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성할 수 있다.
일 예로, 제1 정류부(113)는, 전원부(112)의 일측에 연결되는 제1, 제2 브릿지 다이오드(113a, 113b), 그리고 전원부(112)의 타측에 연결되는 제3, 제4 브릿지 다이오드(113c, 113d)를 포함할 수 있다.
여기서, 전원부(112)의 일측은, 제1, 제2 브릿지 다이오드(113a, 113b) 사이를 연결하는 배선의 노드에 연결되고, 전원부(112)의 타측은, 제3, 제4 브릿지 다이오드(113c, 113d) 사이를 연결하는 배선의 노드에 연결될 수 있다.
이때, 제1, 제2 브릿지 다이오드(113a, 113b)는, 서로 직렬 연결되고, 제3, 제4 브릿지 다이오드(113c, 113d)에 대해 병렬 연결될 수 있다.
그리고, 제3, 제4 브릿지 다이오드(113c, 113d)는, 서로 직렬 연결되고, 제1, 제2 브릿지 다이오드(113a, 113b)에 대해 병렬 연결될 수 있다.
다음, 제1 평활부(114)는, 제1 정류부(113)로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력할 수 있다.
여기서, 제1 평활부(114)는, 제1 정류부(113)로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하는 커패시터를 포함할 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지는 않는다.
이때, 커패시터는, 일측이 제1 정류부(113)의 제1, 제3 브릿지 다이오드(113a, 113c)의 캐소드측에 연결되고, 타측이 제1 정류부(113)의 제2, 제4 브릿지 다이오드(113b, 113d)의 애노드측에 연결될 수 있다.
이어, 변압부(115)는, 제1 평활부(114)로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환할 수 있다.
여기서, 변압부(115)는, 제1 평활부(114)로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하는 스위칭 변압기를 포함할 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지는 않는다.
일 예로, 스위칭 변압기는, 제1 평활부(114)에 연결되는 1차 코일단(115a), 1차 코일단(115a)의 일측 끝단에 일측이 연결되고 타측이 접지되는 제1 스위치(115b), 1차 코일단(115a)의 타측 끝단에 일측이 연결되고 타측이 접지되는 제2 스위치(115c), 그리고 BCS의 전압 모사 셀에 각각 일대일 대응되어 배치되는 제2 정류부(116)에 각각 대응하여 연결되는 2차 코일단(115d)을 포함할 수 있다.
이때, 2차 코일단(115d)은, BCS(100)의 전압 모사 셀의 개수에 대응하여 배치되는 복수의 제2 정류부(116)들에 각각 직렬 연결될 수 있다.
즉, 변압부(115)의 각 2차 코일단(115d)은, BCS(100)의 전압 모사 셀의 개수에 대응하여 배치되는 복수의 제2 정류부(116)들에 각각 대응하여 직렬 연결될 수 있다.
다음, 제2 정류부(116)는, 변압부(115)로부터 입력되는 고주파 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성할 수 있다.
여기서, 제2 정류부(116)는, 변압부(115)의 2차 코일단(115d) 일측에 연결되는 제5, 제6 브릿지 다이오드(116a, 116b), 그리고 변압부(115)의 2차 코일단(115d) 타측에 연결되는 제7, 제8 브릿지 다이오드(116c, 116d)를 포함할 수 있다.
이때, 변압부(115)의 2차 코일단(115d) 일측은, 제5, 제6 브릿지 다이오드(116a, 116b) 사이를 연결하는 배선의 노드에 연결되고, 변압부(115)의 2차 코일단(115d) 타측은, 제7, 제8 브릿지 다이오드(116c, 116d) 사이를 연결하는 배선의 노드에 연결될 수 있다.
일 예로, 제5, 제6 브릿지 다이오드(116a, 116b)는, 서로 직렬 연결되고, 제7, 제8 브릿지 다이오드(116c, 116d)에 대해 병렬 연결될 수 있다.
또한, 제7, 제8 브릿지 다이오드(116c, 116d)는, 서로 직렬 연결되고, 제5, 제6 브릿지 다이오드(116a, 116b)에 대해 병렬 연결될 수 있다.
이어, 제2 평활부(117)는, 제2 정류부(116)로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력할 수 있다.
여기서, 제2 평활부(117)는, 제2 정류부(116)로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하는 커패시터를 포함할 수 있다.
일 예로, 커패시터는, 일측이 제2 정류부(116)의 제5, 제7 브릿지 다이오드(116a, 116c)의 캐소드측에 연결되고, 타측이 제2 정류부(116)의 제6, 제8 브릿지 다이오드(116b, 116d)의 애노드측에 연결될 수 있다.
다음, 레귤레이터부(118)는, 평활부(117)로부터 입력된 평활 전압을 정전압으로 출력할 수 있다.
여기서, 레귤레이터부(118)는, 제2 평활부(117)로부터 입력된 평활 전압을 정전압으로 출력하는 제1 레귤레이터(118a)와, 제1 레귤레이터(118a)로부터 입력된 입력전압을 정전압으로 출력하는 제2 레귤레이터(118b)를 포함할 수 있다.
이때, 제1, 제2 레귤레이터(118a, 118b)는, 서로 병렬될 수 있다.
경우에 따라, 레귤레이터부(118)는, 단일 레귤레이터로 구성될 수도 있다.
이와 같이, 구성되는 본 발명의 전원 공급 장치에서, 제2 정류부(116), 제2 평활부(117) 및 레귤레이터부(118)0는, BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가될 수 있다.
이에 반해, 변압부(115)는, BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 관계 없이 하나의 개수로 고정되는 1차 코일단과, BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가되는 2차 코일단을 포함할 수 있다.
그 이유는, 본 발명의 변압부(115)가 약 60Hz 교류전원을 고주파의 교류 전원으로 변환하는 스위칭 변압기로서, 변압기의 크기를 소형화하여 공간 효율을 극대화시킬 수 있기 때문이다.
즉, 하기 수식과 같이, 주파수와 변압기의 코일 권수는, 반비례하므로, 본 발명의 변압기는, 고주파의 교류 전원으로 변환하기 위하여 코일 권수를 감소시킬 수 있어 변압기의 크기를 줄일 수 있다.
Npri = (Vin(nom) × 108) / (4 × f × Bmax × Ac) (여기서, Npri는 1차측 코일 턴 수이고, Vin(nom)는 공칭 입력 전압이며, f는 주파수이고, Bmax는 최대 자속 밀도이며, Ac는 유효 단면적임)
또한, 본 발명의 전원 공급 장치에서, 전원부(112), 제1 정류부(113) 및 제1 평활부(114)도, BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 관계 없이 하나의 개수로 고정될 수 있다.
그리고, 제2 정류부(116), 제2 평활부(117) 및 레귤레이터부(118)는, BCS의 전압 모사 셀에 각각 일대일 대응되어 배치될 수 있다.
즉, 전원 공급 장치는, 전원부(112), 제1 정류부(113), 제1 평활부(114) 및 변압부(115)의 1차 코일단을 포함하는 하나의 전단부(110a)와, 변압부(115)의 2차 코일단, 제2 정류부(116), 제2 평활부(117) 및 레귤레이터부(118)를 포함하는 복수의 후단부(110b)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명은, BCS(Battery Cell Simulator)의 전압 모사 셀이 복수 개일 때, 전원 공급 장치(110)의 전단부(110a)를 하나만 배치하고, 전원 공급 장치(110)의 후단부(110b)를 각각의 BCS(110)의 전압 모사 셀별로 하나씩 배치될 수 있다.
도 4는, 본 발명에 따른 전원 공급 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 먼저 교류 전압 생성할 수 있다(S10).
이어, 본 발명은, 교류 전압의 파형을 정류하여 제1 정류 파형을 생성할 수 있다(S20).
다음, 본 발명은, 제1 정류 파형을 평활화하여 제1 평활 전압을 출력할 수 있다(S30).
그리고, 본 발명은, 제1 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환할 수 있다(S40).
여기서, 본 발명은, 스위칭 변압기를 이용하여 제1 평활부로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환할 수 있다.
본 발명은, 약 60Hz 교류전원을 고주파의 교류 전원으로 변환하는 스위칭 변압기를 사용함으로써, 변압기의 크기를 소형화하여 공간 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은, 고주파의 교류 전원으로 변환하기 위하여 코일 권수를 감소시킬 수 있는 소형 변압기를 사용함으로써, 공간 효율을 극대화시키고, 장치의 이동 및 보관이 용이할 수 있다.
이어, 본 발명은, 고주파 교류 전압을 복수의 전압 모사 셀로 전송할 수 있다(S50).
여기서, 본 발명의 변압부는, 전압 모사 셀의 개수에 대응하여 배치되는 복수의 제2 정류부들에 병렬 연결될 수 있다.
다음, 본 발명은, 각각의 전압 모사 셀에서 고주파 교류 전압의 파형을 정류하여 제2 정류 파형을 생성할 수 있다(S60).
그리고, 본 발명은, 각각의 전압 모사 셀에서 제2 정류 파형을 평활화하여 제2 평활 전압을 출력할 수 있다(S70).
이어, 본 발명은, 각각의 전압 모사 셀에서 제2 평활 전압을 정전압으로 출력할 수 있다(S80).
이와 같이, 본 발명은, 저주파의 교류 전원을 고주파의 교류 전원으로 변환하여 사용함으로써, 전압 모사 셀의 개수가 증가하여도 변압기의 크기를 최소화하여 공간 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 동일한 셀 개수를 갖는 배터리 셀 모사 장치 구현 시, 기존에 비해 상대적으로 소형 제작이 가능하므로 이동 및 보관이 용이할 수 있다.
이상에서 본 발명들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: BCS
110: 전원공급장치
112: 전원부
113: 제1 정류부
114: 제1 평활부
115: 변압부
116: 제2 정류부
117: 제2 평활부
118: 레귤레이터부
200: BMS
400: 전압 정보 입력 장치

Claims (10)

  1. BMS(Battery Management System)의 기능/성능 시험용 시뮬레이터에 사용되는 배터리를 모사한 BCS(Battery Cell Simulator)의 전원 공급 장치에 있어서,
    교류 전압 생성하는 전원부;
    상기 전원부로부터 입력되는 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성하는 제1 정류부;
    상기 제1 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력하는 제1 평활부;
    상기 제1 평활부로부터 입력된 평활 전압을 고주파 교류 전압으로 변환하는 스위칭 변압기를 포함한 변압부;
    상기 변압부로부터 입력되는 고주파 교류 전압의 파형을 정류하여 정류 파형을 생성하는 제2 정류부;
    상기 제2 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하여 평활 전압을 출력하는 제2 평활부; 그리고,
    상기 평활부로부터 입력된 평활 전압을 정전압으로 출력하는 레귤레이터부를 포함하고,
    상기 변압부의 스위칭 변압기는,
    상기 제1 평활부에 연결되는 1차 코일단과, 상기 1차 코일단의 일측 끝단에 일측이 연결되고 타측이 접지되는 제1 스위치, 상기 1차 코일단의 타측 끝단에 일측이 연결되고 타측이 접지되는 제2 스위치, 및 상기 제2 정류부에 각각 대응하여 직렬 연결되는 2차 코일단을 포함하되,
    상기 2차 코일단의 일측은 상기 제2 정류부의 제5, 제6 브릿지 다이오드 사이를 연결하는 배선의 노드에 연결되고, 상기 2차 코일단의 타측은 상기 제2 정류부의 제7, 제8 브릿지 다이오드 사이를 연결하는 배선의 노드에 연결되며,
    상기 2차 코일단은 상기 BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 비례하여 동일한 비율로 개수가 증가하는 한편,
    상기 전원부, 제1 정류부, 제1 평활부 및 변압부의 1차 코일단을 포함하여 전단부를 구성하고, 상기 변압부의 2차 코일단, 제2 정류부, 제2 평활부 및 레귤레이터부를 포함하여 후단부를 구성하며,
    상기 전단부는 상기 BCS의 전압 모사 셀의 개수 증가에 관계없이 하나의 개수로 고정되고, 상기 후단부는 상기 BCS의 전압 모사 셀이 복수 개일 때 상기 BCS의 전압 모사 셀에 각각 일대일 대응되게 배치되며,
    상기 후단부를 통해 출력되는 출력 전압이 상기 BMS의 밸런싱부로부터 추출된 밸런싱 상태 정보를 기초로 가변되도록 상기 BCS의 제어부를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 정류부는,
    상기 전원부의 일측에 연결되는 제1, 제2 브릿지 다이오드; 그리고,
    상기 전원부의 타측에 연결되는 제3, 제4 브릿지 다이오드를 포함하고,
    상기 전원부의 일측은,
    상기 제1, 제2 브릿지 다이오드 사이를 연결하는 배선의 노드에 연결되고,
    상기 전원부의 타측은,
    상기 제3, 제4 브릿지 다이오드 사이를 연결하는 배선의 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 평활부 및 상기 제2 평활부는,
    상기 제1 정류부 및 상기 제2 정류부로부터 입력되는 정류 파형을 평활화하는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  6. 삭제
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