KR20000072680A

KR20000072680A - 유피에스의 축전지 관리 장치

Info

Publication number: KR20000072680A
Application number: KR1020000054928A
Authority: KR
Inventors: 이호철
Original assignee: 이호철; 주식회사 태진전기
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2000-12-05

Abstract

본 발명은 축전지를 평상시 감시하고, 방전을 시작하면 셀별로 방전되는 전압을 측정하는 한편, 축전지의 충전상태, 충방전테스트 및 이상유무 등을 감시하여 축전지를 보다 효율적으로 관리하도록 하는 UPS의 축전지 관리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 상용전원을 공급받아 직류전원으로 변환시키는 정류기와; 복수개의 트랜지스터와 필터장치로 이루어져 직류전압의 주기를 교번시켜 교류전압으로 변환시키는 인버터와; 상기 인버터의 고장 또는 과부하등의 문제발생시 바이패스로 절체시키는 무접점형 자동절체부와; 상기 정류기를 거친 전류에 의하여 충전되는 무보수 무누액형의 축전지와; 상기 축전지의 충방전량을 검출하는 검출회로와; 상기 검출회로를 통하여 상기 축전지를 평상시 감시하고, 방전을 시작하면 셀별로 방전되는 전압을 측정하며, 방전시 주어진 시간동안 급속하게 변화되는 축전지에 대하여 경보를 발생시키는 BMS 제어부와; 문자 또는 숫자로 축전지 및 기기의 상태를 표시하는 LCD 표시부로 구성된다.

Description

유피에스의 축전지 관리 장치{Battery management system of UPS}

본 발명은 UPS의 축전지 관리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무정전전원장치에서 직류전원을 공급하는 축전지를 보다 효율적으로 관리하도록 하는 UPS의 축전지 관리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무정전전원장치(이하 UPS라 칭한다)란 상용전원의 일부를 축전지에 저장하여 상용전원의 이상 현상이 발생할 경우에 축전지에서 전력을 공급하여 인버터에서 부하측에 교류전원을 공급하는 장치이다.

즉, UPS는 평상시 교류(AC)전원을 직류(DC)로 변환하여 축전지(Battery)에 저장하고 있다가 교류전원의 정전, 순간정전, 전압변동 등이 발생될 때 축전지에 저장되어 있던 직류전원을 인버터를 통하여 다시 교류전원으로 변환해주는 장치인데, 여기에서 축전지의 중요성이 대두된다.

그러나, 이와 같은 종래의 UPS는 축전지의 충전상태, 충방전테스트 및 이상유무 등을 감시하는 기능이 없기 때문에, 축전지를 효율적으로 관리할 수 없는 문제점이 있었다. 즉, 평상시에는 교류-교류(AC-AC)로 사용되기 때문에 관계 없으나 정전, 순간정전, 전압변동 발생시에는 직류-교류(DC-AC)로 동작되기 때문에, 이러한 상태에서 축전지가 불량일 경우에는 그 사용목적을 달성할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 그 목적은, 축전지를 평상시 감시하고, 방전을 시작하면 셀별로 방전되는 전압을 측정하는 한편, 축전지의 충전상태, 충방전테스트 및 이상유무 등을 감시하여 축전지를 보다 효율적으로 관리하도록 하는 UPS의 축전지 관리 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 UPS의 축전지 관리 장치를 나타낸 블록도.

도 2a 내지 도 2b는 UPS의 동작을 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 정류기의 상세 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 인버터의 상세 블록도.

도 5는 본 발명에 따른 표시장치의 상세 블록도.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 LCD 표시상태를 나타낸 도면.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 축전지셀 표시상태를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 BMS 상세 블록도.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 BMS 동작을 나타낸 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 정류기 20 : 인버터

30 : 자동절체부 40 : 축전지

50 : 검출회로 60 : BMS 제어부

70 : LCD 표시부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 상용전원을 공급받아 직류전원으로 변환시키는 정류기와; 복수개의 트랜지스터와 필터장치로 이루어져 직류전압의 주기를 교번시켜 교류전압으로 변환시키는 인버터와; 상기 인버터의 고장 또는 과부하등의 문제발생시 바이패스로 절체시키는 무접점형 자동절체부와; 상기 정류기를 거친 전류에 의하여 충전되는 무보수 무누액형의 축전지와; 상기 축전지의 충방전량을 검출하는 검출회로와; 상기 검출회로를 통하여 상기 축전지를 평상시 감시하고, 방전을 시작하면 셀별로 방전되는 전압을 측정하며, 방전시 주어진 시간동안 급속하게 변화되는 축전지에 대하여 경보를 발생시키는 BMS 제어부와; 문자 또는 숫자로 축전지 및 기기의 상태를 표시하는 LCD 표시부로 구성된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 UPS의 축전지 관리 장치를 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 상용전원을 공급받아 직류전원으로 변환시키는 정류기(10)와; 복수개의 트랜지스터(Q1~Q4)와 필터장치(22)로 이루어져 직류전압의 주기를 교번시켜 교류전압으로 변환시키는 인버터(20)와; 상기 인버터(20)의 고장 또는 과부하등의 문제발생시 바이패스로 절체시키는 무접점형 자동절체부(30)와; 상기 정류기(10)를 거친 전류에 의하여 충전되는 무보수 무누액형의 축전지(40)와; 상기 축전지(40)의 충방전량을 검출하는 검출회로(50)와; 상기 검출회로(50)를 통하여 상기 축전지(40)를 평상시 감시하고, 방전을 시작하면 셀별로 방전되는 전압을 측정하며, 방전시 주어진 시간동안 급속하게 변화되는 축전지(40)에 대하여 경보를 발생시키는 BMS 제어부(60)와; 문자 또는 숫자로 축전지 및 기기의 상태를 표시하는 LCD 표시부(70)로 구성된다.

도 2a 내지 도 2b는 UPS의 동작을 나타낸 블록도로서, 도시된 바와 같이 초기동작은 입력전원이 초기에 정류기(10)를 거쳐 인입되면, 충전장치에 의하여 축전지는 충전을 시작한다. 동시에 인버터(20)에 직류전원을 공급한다(도 2a 참조). 인버터(20)를 온시키면, 직류전압은 인버터(20) 입력에 전력을 공급하고, 인버터(20)는 천천히 상승하고, 바이패스 전원과 동기상태를 검출, 출력부하에 전원을 공급할것인가를 내부적으로 자동판단한다(도 2b 참조). 이후, 인버터(20)가 무순단으로 부하측으로 절체되면, 안정된 교류전원이 부하에 공급된다. 동시에 축전지(40)는 충전을 계속하고, BMS는 축전지(40)를 감시한다.

도 3은 본 발명에 따른 정류기의 상세 블록도로서, 도시된 바와 같이 정류기소자(11)와 정류기 제어반(12)으로 구성된다. 따라서, 이 정류기(10)는 상용전원을 공급받아 직류전원으로 변환시키는 장치로서, 정전압기능을 가지며, 평상시 축전지(40)에 충전기능과 축전지의 방전테스트를 위한 제어기능이 있다.

한편, 축전지(40)는 도면에 도시하지는 않았으나, 무보수 무누액형으로 사용하고 내부의 축전지(40)를 유지 보수할 수 있는 구조로 제작되어 있으며, 상용전원 이상시 인버터(20)에 직류전원을 공급한다.

도 4는 본 발명에 따른 인버터의 상세 블록도로서, 도시된 바와 같이 복수개의 트랜지스터(Q1~Q4)로 구성된 인버터부(21)와, 리액터(23), 변압기(24) 및 교류용 콘덴서(25)로 구성된 필터장치(22)로 이루어진다. 이 인버터(20)는 직류전압을 반도체를 이용하여 주기를 교번시켜 교류전압으로 변환시키는 장치로서 주변장치로는 상기 필터장치(22)가 내장되어 제작되었으며, 인버터부(21)는 IGBT소자를 사용한다.

또한, 본 발명의 자동절체부(30)는 인버터의 고장 또는 과부하등의 문제로 인하여 인버터를 보호하고자 바이패스로 절체시키는 무접점형 절체 스위치로서, 절체조건은 출력과부하시, 직류전압 셧다운시, 인버터 고장시, 수동 온/오프 스위치 조작시 등이다.

도 5는 본 발명에 따른 표시장치의 상세 블록도로서, 도시된 바와 같이 기기에 있어서 그 동작상태를 확인할 수 있도록 램프(CB1~CB5) 또는 LCD를 이용한 문자, 숫자표시로 기기의 상태(예로서, AC입력, 바이패스, 축전지 등)를 관리자가 쉽게 관측할 수 있도록 한다. 각부의 동작상태 및 이상시 표시등으로 경보상태를 표시하며, 이상유무를 확인할 수 있는 램프 테스트 키가 부착됨이 바람직하다

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 LCD 표시상태를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 경보 상태를 실시간으로 LCD에 표시하여 주며, 글자로서 내용을 표출한다(도 6a). 또한, 시스템에 대한 운영내역을 표시하고, 별도로 삭제할 수 있다(도 6b). 또한, 표출할 문자 내용을 영어 또는 한글로 변환시킬 수 있으며, 입/출력라인수를 3/1-3/3-1/1로 선택할 수 있고, 모든 지시값은 자동으로 변환된다(도 6c).

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 축전지셀 표시상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 축전지 테스트를 실행하고, 축전지 계측 상태를 보면 화면과 같이 축전지를 셀별로 감시를 시작하여 실제 측정전압을 숫자로 표시한다(도 7a). 축적지의 불량 판정을 위하여 축전지 저잔압 기준을 설정하여 우측상단에 표시한다. 방전이 시작되면 축진지 전압은 떨어지게 된다. 이때의 데이터 표출시간은 전압의 변화율을 감안하여 약 5분정도 소요된다(도 7b). 12개의 축전지중 15번의 축전지가 기준설정값 이하로 검출되어 불량으로 판독하고 엠보싱하며, 동시에 경보내역에 문자로써 저장된다(도 7c). 문제된 축전지 번호를 경보내역으로 표시한다(도 7d). 본 축전지 테스트 장치인 BMS는 최대 2V 축전지 180셀 까지 감시할 수 있으며, 셀수에 맞게 표출값도 자동 변환된다. 축전지의 수량을 선택하면 감시하여 표시하는 화면이 자동으로 변환되어 사용하는데 편리하다(도 7e).

도 8은 본 발명의 BMS 상세 블록도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 BMS 제어부(60)는 축전지(40)를 평상시 감시하고, 방전을 시작하면 셀별로 방전되는 전압을 측정한다. 방전시 주어진 시간동안 급속하게 변화되는 축전지(40)는 경보를 발생시키며, 불량표출된 축전지(40)는 경보내역에 문자로 표시하여 준다. 축전지의 변화율에 대한 값은 검출회로의 A/D 변환을 하여 제어부(60)에 저장하며, 동시에 LCD 표시부(70)에 RS-232C로 송신하여 숫자로 표시하고, 문제된 셀은 엠보싱처리되어 쉽게 판독할 수 있다.

이와 같은 BMS의 동작은 제어반(12)에서 축전지 테스트 기능을 온하면, 신호는 RS-232C의 통신으로 정류기의 제어전압을 축전지(40)의 기준전압보다 낮게 설정한다. 이때 축전지(40)는 정류기 전압이 낮으므로 방전을 시작하고, 인버터(20)에 축전지전압을 흘려보낸다. 축전지(40)는 테스트 설정 시간동안 방전하고 방전되어 지는 실측값을 LCD 표시부(70)에 표시한다. 혹 축전지(40)가 문제되어 0V로 측정시에는 정류기(10)에서 직류전력을 공급하여 인버터(20)는 계속적인 안정영역에서 운전을 한다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 BMS 동작을 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 축전지 테스트를 실시하면, 정류기는 전력공급을 정지하고 축전지에서 직류전력을 공급한다. 단 정류기는 저잔압에서 운전중에 있는 상태이다(도 9a). 축전지가 불량되어 직류전력을 공급하지 못할 경우 정류기에서 직류전력을 공급한다(9b). 또한 문제발생시 축전지가 문제되었음을 표시한다(도 9c).

한편, 상기 정류기(10), 인버터(20), 자동절체부(30), 축전지(40), 검출회로(50), BMS 제어부(60) 및 LCD 표시부(70)를 도면에는 도시되지 않았으나, 통상의 충전기회로, 정류기회로, 인버터회로 또는 컨버터회로에 적용할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 의하면, 축전지를 평상시 감시하고, 방전을 시작하면 셀별로 방전되는 전압을 측정하는 한편, 축전지의 충전상태, 충방전테스트 및 이상유무 등을 감시하여 축전지를 보다 효율적으로 관리하도록 하는 효과가 있다.

Claims

상용전원을 공급받아 직류전원으로 변환시키는 정류기(10)와;

복수개의 트랜지스터(Q1~Q4)와 필터장치(22)로 이루어져 직류전압의 주기를 교번시켜 교류전압으로 변환시키는 인버터(20)와;

상기 인버터(20)의 고장 또는 과부하등의 문제발생시 바이패스로 절체시키는 무접점형 자동절체부(30)와;

상기 정류기(10)를 거친 전류에 의하여 충전되는 무보수 무누액형의 축전지(40)와;

상기 축전지(40)의 충방전량을 검출하는 검출회로(50)와;

상기 검출회로(50)를 통하여 상기 축전지(40)를 평상시 감시하고, 방전을 시작하면 셀별로 방전되는 전압을 측정하며, 방전시 주어진 시간동안 급속하게 변화되는 축전지(40)에 대하여 경보를 발생시키는 BMS 제어부(60)와;

문자 또는 숫자로 축전지 및 기기의 상태를 표시하는 LCD 표시부(70)로 구성되는 것을 특징으로 하는 UPS의 축전지 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 인버터(20)는 IGBT소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UPS의 축전지 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 정류기(10)는 정전압기능을 가지며, 평상시 축전지(40)에 충전기능과 축전지의 방전테스트를 위한 제어기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS의 축전지 관리 장치.
제 1항에 있어서, 축전지 테스트를 실시하면, 상기 정류기(10)는 전력공급을 정지하고 상기 축전지(40)에서 직류전력을 공급하는 한편, 상기 정류기(10)는 저잔압에서 운전중에 있는 상태이며, 상기 축전지(40)가 불량되어 직류전력을 공급하지 못할 경우 상기 정류기(10)에서 직류전력을 공급하고, 문제발생시 축전지(40)가 문제되었음을 상기 LCD 표시부(70)에 표시하는 것을 특징으로 하는 UPS의 축전지 관리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 정류기(10), 인버터(20), 자동절체부(30), 축전지(40), 검출회로(50), BMS 제어부(60) 및 LCD 표시부(70)를 통상의 충전기회로에 적용하는 것을 특징으로 하는 UPS의 축전지 관리 장치.
제 1항에 있어서,

상기 정류기(10), 인버터(20), 자동절체부(30), 축전지(40), 검출회로(50), BMS 제어부(60) 및 LCD 표시부(70)를 통상의 인버터회로 또는 컨버터회로에 적용하는 것을 특징으로 하는 UPS의 축전지 관리 장치.