KR20030078290A - 배터리 충전 및 방전 분석 시스템 - Google Patents

배터리 충전 및 방전 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리의 충전, 방전을 다채널 충전/방전기를 통해 많은 양의 배터리를 충전, 방전할 수 있는 시스템으로, 충전, 방전데이터를 이용해 배터리의 현재 진행상태를 분석하여 배터리가 불량품인지 또는 양품인지를 검출할 수 있는 배터리 충전 및 방전 분석시스템에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 적어도 하나이상의 채널로 이루어지고, 외부로부터 전송된 각 채널의 충전, 방전을 위한 제어신호를 통해 충전 또는 방전동작을 수행하는 한편, 상기 제어신호에 따라 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 외부로 전송하는 다채널 충전/방전기; 상기 다채널 충전/방전기로부터 전송된 충전, 방전진행상황신호를 외부로 전송하는 한편, 외부로부터 전송된 제어신호를 상기 다채널 충전/방전기로 전송하는 인터페이스부; 및 관리자로부터 충전, 방전할 전압 및 종료시간을 입력받고, 입력받은 충전, 방전제어정보를 이용하여 상기 다채널 충전/방전기가 구동되도록 충전, 방전제어신호를 상기 인터페이스부를 통해 전송하여 각 채널의 배터리가 충전, 방전되도록 지원하는 한편, 상기 인터페이스부를 통해 전송된 배터리의 충전, 방전된 진행상황신호를 토대로 배터리의 상태를 분석하고, 분석된 결과를 통해 배터리가 불량품인지 양품인지 여부를 검출하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 충전 및 방전 분석 시스템{SYSTEM FOR ANALYZING CHARGE AND DISCHARGE OF A BATTERY}
본 발명은 배터리 충전 및 방전 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Advance Multi 충전, 방전기로 산업현장에서도 효율성을 기할 수 있는 진보된 다채널 충전/방전기에 적용되어 많은 양의 배터리를 충전, 방전할 수 있을 뿐만 아니라 충전, 방전된 진행상황신호에 따라 배터리가 불량품 또는 양품인지를 검출할 수 있는 배터리 충전 및 방전 분석시스템에 관한 것이다.
최근 노트북과 휴대용 시스템의 에너지 소스로 충전, 방전이 가능한 배터리는 급변하는 정보화 사업에 없어서는 안될 중요한 부품으로 인식되고 있어 다양한 배터리의 수요는 날로 증가하고 있다.
배터리를 생산하는 제조사는 배터리의 성능을 최대한으로 발휘할 수 있는 최적의 조건으로 반복되는 충전, 방전 공정을 충전장치로 검사 및 품질 관리를 한다.
그러나, 배터리의 충전 시간과 방전시간이 많이 걸리는 이유로 생산성이 떨어지고, 기존의 충전장치로는 정확한 데이터를 분석하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 국내 배터리 산업의 낙후화로 첨단 배터리의 충전장치가 대부분 고단가의 외국산 충전기에 잠식당해 있는 것이 오늘날 우리나라의 현실이다. 몇몇 업체에서 충전기 개발을 시도하였으나 대부분 중소기업을 중심으로 이루어져 성과를 거두지 못하고 있는 실정이다.
한편, 기존 제품은 고가의 외국산이며 충전, 방전할 수 있는 출력 개수(5개)가 적으며, 단순한 충전, 방전 기능만 수행할 수 있어서 별도의 배터리 분석이 되지 않아 다른 품질관리 공정에 적용할 수 없으며, 충전, 방전 속도가 느리고, 생산라인에 적용시 많은 시스템이 필요한 단점이 있었다.
또한, 배터리 제조사는 시스템(충전장치)이 과열 또는 성능에 문제발생시 셀(cell)과 팩(pack)에 영향을 주는 일이 생겨 보호막이 필요하지만, 이러한 보호막으로도 차단할 수 없는 경우가 발생할 경우, 충전기에 가장 심각한 손상을 입게할 수 있는 문제점이 있었다.
상기 충전기는 배터리 종류별로 파라미터들이 초과되지 않도록 조심해야 하고, 허용범위에 대해 고려할 때는 반드시 보다 안전한 방향으로 결정해야하고, 제대로 동작하지 않는 충전기는 1. 과다한 셀 전압에서 허용 한계를 넘어서는 전류를 공급하는 경우, 2. 충전을 종료하지 못해 계속 과충전이 되는 경우(Cell 4.25V 이상의 전압), 3. 방전에서의 허용 한계를 넘어서는 과방전(Cell 2.2V 이하의 전압), 4. 방전에서의 허용 한계를 넘어서는 과전류 및 쇼트인 경우 등으로 배터리에 큰 영향을 미치는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 다채널 충전/방전기를 통해 전송된 충전, 방전진행상황신호를 토대로 현재 배터리의 상태가 불량품인지 또는 양품인지를 편리하게 검출할 수 있는 배터리 충전 및 방전 분석시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 배터리의 충전, 방전을 다채널 충전/방전기를 통해 많은 양의 배터리를 충전, 방전할 수 있는 시스템으로, 상기 다채널 충전/방전기를 통해 전송된 충전, 방전진행상황신호를 이용하여 배터리의 현재 진행상태를 분석하고, 분석된 충전, 방전 데이터를 토대로 충전기의 손상 없이 적절한 시간에 배터리의 충전, 방전이 이루어짐으로써 과전압, 과전류, 온도상승으로 인해 배터리를 보호할 수 있는 배터리 충전 및 방전 분석 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 충전 및 방전분석시스템은, 적어도 하나이상의 채널로 이루어지고, 외부로부터 전송된 각 채널의 충전, 방전을 위한 제어신호를 통해 충전 또는 방전동작을 수행하는 한편, 상기 제어신호에 따라 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 외부로 전송하는 다채널 충전/방전기; 상기 다채널 충전/방전기로부터 전송된 충전, 방전진행상황신호를 외부로 전송하는 한편, 외부로부터 전송된 제어신호를 상기 다채널 충전/방전기로 전송하는 인터페이스부; 및 관리자로부터 충전, 방전할 전압 및 종료시간을 입력받고, 입력받은 충전, 방전제어정보를 이용하여 상기 다채널 충전/방전기가 구동되도록 충전, 방전제어신호를 상기 인터페이스부를 통해 전송하여 각 채널의 배터리가 충전, 방전되도록 지원하는 한편, 상기 인터페이스부를 통해 전송된 배터리의 충전, 방전된 진행상황신호를 토대로 배터리의 상태를 분석하고, 분석된 결과를 통해 배터리가 불량품인지 양품인지 여부를 검출하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 다채널 충전/방전기는 상기 컴퓨터로부터 전송된 충전, 방전제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A컨버터; 상기 D/A컨버터를 통해 변환된 충전제어신호를 토대로 배터리가 충전되도록 하는 충전 시스템; 상기 D/A컨버터를 통해 변환된 방전제어신호를 토대로 배터리가 방전되도록 하는 방전 시스템; 상기 충전 시스템 및 방전시스템을 통해 배터리의 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터; 및 각 기능을 제어하며, 상기 컴퓨터로부터 전송된 충전, 방전제어신호에 따라 배터리가 충전, 방전되도록 상기 충전 시스템 및 방전시스템에 구동제어신호를 출력하는 한편, 과전압, 과전류, 온도상승시정지등 배터리를 분석할 수 있는 기능이 내장되어 있어, 과전압, 과전류, 온도상승시 배터리가 보호되도록 하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 컴퓨터는 상기 다채널 충전/방전기로 인터페이스부를 통해 전송한 충전, 방전제어신호와 상기 다채널 충전/방전기로부터 인터페이스부를 통해 전송된 충전, 방전진행상황신호를 대응시켜 저장하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 충전 및 방전 분석 시스템을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 도 1의 다채널 충전/방전기 중 한 채널의 구성도를 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 배터리 충전 및 방전 분석 시스템의 외형도 및 전체적인 시스템 구성도를 도시한 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 컴퓨터 20 : 인터페이스부
30 : 다채널 충전/방전기
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
이하에서의 본 발명은 배터리의 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 분석하고, 분석된 결과를 토대로 배터리가 불량품인지 또는 양품인지 여부를 검출하는 배터리 충전 및 방전 분석 시스템을 바람직한 실시예로써 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 배터리 충전 및 방전 분석 시스템에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 충전 및 방전 분석 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1의 다채널 충전/방전기 중 한 채널의 구성도를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 충전 및 방전 분석 시스템의 외형도 및 전체적인 시스템 구성도를 도시한 도면이다.
상기 본 발명에 따른 배터리 충전 및 방전 분석시스템은 컴퓨터(10)로부터 전송된 충전, 방전을 위한 제어신호에 따라 해당 채널의 충전, 방전이 이루어지도록 하는 다채널 충전/방전기(30), 상기 다채널 충전/방전기(30)로부터 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 컴퓨터(10)로 전송하는 인터페이스부(20), 상기 다채널 충전/방전기로 각채널의 충전, 방전을 위한 제어신호를 전송하는 한편, 상기 인터페이스부(20)를 통해 전송된 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 분석하고, 분석된 결과를 토대로 배터리가 불량품인지 또는 양품인지 여부를 검출하는 컴퓨터(10)로 구성된다. 이때, 상기 다채널 충전/방전기(30)는 50개의 채널로 되어 있다.
도 1을 참조하여 상기 본 발명에 따른 배터리 충전 및 방전 분석 시스템을 설명하면, 우선, 상기 다채널 충전/방전기(30)는 상기 컴퓨터(10)로부터 전송된 배터리의 충전, 방전을 위한 제어신호에 따라 지그세트(40)에 장착된 배터리가 충전, 방전동작을 수행하고, 상기 지그 세트(40)에 장착된 배터리의 충전전류와 전압을 분석하고, 충전용량을 누적하여 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 인터페이스부(20)를 통해 컴퓨터(30)로 전송한다.
또한, 상기 다채널 충전/방전기(30)는 과전압, 과전류, 온도상승시 정지등 배터리를 분석할 수 있는 기능이 내장되어 있어 과전압이나 과전류가 흐르면 충전을 정지하거나 종료시킨다.
또한, 다채널 충전/방전기(30)는 대기 모드에서 배터리를 충전, 방전회로와 분리함으로서 누설전류를 제거하고, 전류의 설정범위가 0.01A 단계로 선택할 수 있도록 되어 있어 작은 값의 전류에서도 높은 정밀도를 유지할 수 있다.
한편, 상기 인터페이스부(20)는 상기 다채널 충전/방전기(30)로부터 전송된 충전, 방전상태신호를 RS 485 통신방식을 통해 전송받고, 상기 전송받은 신호를 컴퓨터(10)로 RS232 통신방식을 통해 전송한다.
상기 RS 485 통신방식은 시리얼 전송의 인터페이스 규격의 하나로서, 전송거리는 최대 1200m이지만 전송속도에 의해 바뀌며, RS-232C 보다 노이즈에 강하고 고속전송이 가능하다.
상기 컴퓨터(10)는 상기 다채널 충전/방전기(30)의 각 채널로 배터리의 충전/방전시킬 전압, 충전/방전 완료시간을 상기 관리자로부터 입력장치(예를 들면, 키보드 등과 같은)를 통해 입력받고, 상기 입력받은 충전, 방전정보를 토대로 충전시스템 및 방전시스템을 구동시킬 충전, 방전을 위한 제어신호를 상기 인터페이스부(20)의 RS232 통신방식 및 RS485 통신방식을 통해 다채널 충전/방전기(30)의 마이크로 프로세서(35)로 전송하여 배터리가 충전, 방전 제어신호에 따라 충전, 방전되도록 하는 한편, 상기 인터페이스부(20)로부터 상기 RS485통신방식 및 RS 232통신방식을 통해 전송된 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 분석하고, 분석 결과 배터리가 불량품인지 또는 양품인지를 검출한다.
또한, 상기 컴퓨터(10)는 전압에 무관하게 일정한 전류로 충전, 방전하는 정전류 모드, 전류에 무관하게 일정한 전압으로 충전, 방전하는 정전압 모드, 전류와 전압을 동시에 제어하여 전력이 일정하도록 하는 정전력 모드, 전류가 전압에 비례하도록 하는 정저항 모드, 충전시 전압이 종지전압에 근접할 때 충전 전류를 전압증가에 따라 서서히 낮추어 충전하도록 하는 CC/CV 모드를 관리자로부터 선택받으면, 상기 선택된 모드에 따라 다채널 충전/방전기(30)가 구동되도록 제어신호를 전송한다.
또한, 상기 컴퓨터(10)는 배터리 설정조건 편집기를 포함하고 있으며, 상기 배터리 설정조건 편집기를 통하여 배터리 전압 전류의 설정치, 충전, 방전 모드, 충전, 방전 시간 등을 설정단계별로 다르게 지정할 수 있으며, 저장된 설정조건을 통하여 언제든지 동일한 설정조건으로 배터리 충전 또는 방전을 수행하며, 채널별 상세정보와 실시간 그래프를 통해 배터리 충전 또는 방전의 시작, 종료 및 현재의 상태를 파악할 수 있다.
또한, 상기 컴퓨터(10)는 다채널 충전/방전기(30)를 통해 전송된 각 채널의 전압, 전류 및 용량, 배터리의 온도, 압력 또는 내부 임피던스 등을 디스플레이하고, 디스플레이된 정보를 프린터(50)를 통해 출력할 수 있도록 지원하는 한편, 배터리 설정 일정이나 옵션에 의해서 지정된 간격으로 배터리 설정 데이터가 데이터베이스(11)에 저장되고, 이를 이용하여 채널별 용량변화를 비롯한 통계처리가 수행된다.
또한, 상기 컴퓨터(10)는 상기 다채널 충전/방전기(30)의 각 채널에 대하여 전압이나 전류, 온도 등의 범위를 지정함으로써 과전압 또는 과전류로부터 배터리를 보호할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 상기 배터리 충전 및 방전 분석 시스템을 좀더 상세하게 설명하면, 상기 배터리 충전 및 방전 분석 시스템은 먼저, 충전, 방전을 할배터리를 지그세트(JIG SET)(이하, '배터리 거치대'라 한다.)(40)의 충전기 단자에 연결시키면서 이루어진다. 이때, 상기 충전기 단자는 충전 및 장전 기능을 가지고 있으며, 피시험 전지를 주어진 조건에 따라 충전 및 방전한다.
도 3의 (a)는 상기 배터리 충전 및 방전 분석 시스템의 외형도이고, 도 3의 (b)는 상기 배터리 충전 및 방전 분석 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3의 (a)를 참조하여 설명하면, 상기 배터리 충전 및 방전 시스템은 전원부(33), 모니터(1), 컴퓨터(10), 키보드(5), 제 1 모듈(30a), 제 2 모듈(30b), 제 3 모듈(30c), 제 4 모듈(30d), 제 5 모듈(30e), 프린터(50) 및 AC전원공급기(60)를 포함한다.
상기 다채널 충전/방전기(30)는 배터리 거치대(40)에 장착된 배터리를 주어진 조건에 따라 배터리가 충전/방전되도록 한다.
또한, 상기 다채널 충전/방전기(30)의 제 1 모듈 및 제 5 모듈(30a, 30e)은 10개의 채널로 되어 있으며 10개의 채널에 각각의 배터리 거치대(40)가 연결되어 있다.
상기 배터리를 연결할 수 있는 충전기 단자는 50개로 이루어져 있고, 각각의 단자는 다채널 충전/방전기(30)에 연결된다.
그러면, 상기 마이크로 프로세서(35)는 상기 컴퓨터(30)로부터 전송된 각 채널의 배터리 충전, 방전을 위한 제어신호에 따라 충전시스템(36) 및 방전시스템(37)을 통해 배터리가 충전, 방전되도록 한다.
그 후, 마이크로 프로세서(35)는 배터리 거치대(40)에 장착된 배터리의 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 A/D컨버터(32)를 통해 디지털신호로 변환한 다음, 변환된 신호를 인터페이스부(20)의 RS485 통신방식 및 RS232 통신방식을 통해 컴퓨터(30)로 전송되면, 상기 컴퓨터(30)는 상기 인터페이스부(20)로부터 전송된 배터리의 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 데이터베이스(11)에 저장한다.
한편, 상기 컴퓨터(10)는 상기 다채널 충전/방전기(30)로부터 전송된 충전, 방전진행상황신호를 분석하고, 분석결과를 토대로 배터리가 불량품인지 또는 양품인지여부를 판단한다.
미설명 부호 34는 FND 디스플레이부이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 배터리 충전 및 방전 분석 시스템의 전체적인 동작을 설명하면, 상기 마이크로프로세서(35)는 충전, 방전을 할 배터리를 배터리 거치대(40)의 충전기 단자에 장착시키고, 장착된 배터리를 상기 컴퓨터(30)로부터 전송된 충전, 방전을 위한 제어신호에 따라 충전, 방전 동작이 수행되도록 한다.
그 후, 상기 마이크로 프로세서(35)는 상기 배터리 거치대(40)에 장착된 배터리의 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 검출하여 검출된 신호를 A/D컨버터(32)를 통해 디지털신호로 변환시킨 다음, 인터페이스부(20)를 통해 컴퓨터(30)로 전송한다.
그러면, 상기 컴퓨터(30)는 상기 다채널 충전/방전기(30)의 마이크로 프로세서(35)로부터 전송된 충전, 방전진행상황신호를 분석하고, 분석된 정보를 토대로 배터리가 불량품인지 또는 양품인지여부를 검출한다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 다채널 충전/방전기로 전송된 충전, 방전시킬 전압 및 종료시간으로 많은 양의 배터리를 충전, 방전시킬 수 있을 뿐만 아니라, 다채널 충전/방전기로부터 전송된 배터리 충전, 방전진행상황신호를 분석하여 배터리가 불량품인지 또는 양품인지를 편리하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 과전압, 과전류, 온도 상승시 배터리를 분석할 수 있는 기능이 내장되어 있어 과전압, 과전류, 온도 상승시 배터리를 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 충전, 방전 모드전환으로 계전기의 접점 단속이 빈번하지 않기 때문에 배터리 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 충전 및 방전시 별도의 모드 전환 없이 전류 지령의 극성만으로 충전 및 방전이 가능하여 충전에서 방전 또는 방전에서 충전으로 전환할 때, 시간지연이 없기 때문에 충전, 방전 동작이 곧바로 이루어지는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 적어도 하나이상의 채널로 이루어지고, 외부로부터 전송된 각 채널의 충전, 방전을 위한 제어신호를 통해 충전 또는 방전동작을 수행하는 한편, 상기 제어신호에 따라 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 외부로 전송하는 다채널 충전/방전기(30);
    상기 다채널 충전/방전기로부터 전송된 충전, 방전진행상황신호를 외부로 전송하는 한편, 외부로부터 전송된 제어신호를 상기 다채널 충전/방전기로 전송하는 인터페이스부(20); 및
    관리자로부터 충전, 방전할 전압 및 종료시간을 입력받고, 입력받은 충전, 방전제어정보를 이용하여 상기 다채널 충전/방전기가 구동되도록 충전, 방전제어신호를 상기 인터페이스부를 통해 전송하여 각 채널의 배터리가 충전, 방전되도록 지원하는 한편, 상기 인터페이스부를 통해 전송된 배터리의 충전, 방전된 진행상황신호를 토대로 배터리의 상태를 분석하고, 분석된 결과를 통해 배터리가 불량품인지 양품인지 여부를 검출하는 컴퓨터(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 및 방전 분석 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다채널 충전/방전기는,
    상기 컴퓨터로부터 전송된 충전, 방전제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A컨버터(31);
    상기 D/A컨버터를 통해 변환된 충전제어신호를 토대로 배터리가 충전되도록 하는 충전 시스템(36);
    상기 D/A컨버터를 통해 변환된 방전제어신호를 토대로 배터리가 방전되도록 하는 방전 시스템(37);
    상기 충전 시스템 및 방전시스템을 통해 배터리의 충전, 방전을 수행하는 진행상황신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터(32); 및
    각 기능을 제어하며, 상기 컴퓨터로부터 전송된 충전, 방전제어신호에 따라 배터리가 충전, 방전되도록 상기 충전 시스템 및 방전시스템에 구동제어신호를 출력하는 한편, 과전압, 과전류, 온도상승시 정지등 배터리를 분석할 수 있는 기능이 내장되어 있어, 과전압, 과전류, 온도상승시 배터리가 보호되도록 하는 마이크로 프로세서(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 및 방전 분석시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 컴퓨터는,
    상기 다채널 충전/방전기로 인터페이스부를 통해 전송한 충전, 방전제어신호와 상기 다채널 충전/방전기로부터 인터페이스부를 통해 전송된 충전, 방전진행상황신호를 대응시켜 저장하는 데이터베이스(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 및 방전 분석 시스템.
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