KR200320154Y1 - 배터리충전제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배터리 충전 제어 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 트랜지스터 제어 방식을 이용하여 입력전원을 정전압/정전류로 변환하여 안정된 배터리 충전전원으로 인가함으로써 배터리의 성능과 수명 단축을 방지할 수 있도록 된 배터리 충전 제어 장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 고안은 트랜스에 의해 감압된 교류전원을 소정 레벨의 직류 전원으로 정류 및 평활하는 정류 및 평활부와, 정전압/정전류 출력부로부터 배터리의 +단자로 입력되는 전압 및 전류신호를 피드백받아 소정 레벨의 설정전압 및 설정전류와 1차 비교하여 그 편차를 산출하고, 산출된 편차를 소정 주기의 기준 신호를 발생하는 기준신호 발생기로부터 출력되는 신호와 각각 2차 비교하여 그 편차를 출력하는 정전압/정전류제어부와, 상기 정전압/정전류제어부로부터 출력되는 편차 출력값의 증감에 따라 트랜지스터의 베이스-에미터 단자간에 인가되는 바이어스값을 조정하는 출력신호증폭부와, 상기 출력신호증폭부의 출력신호에 따라 상기 정류 및 평활부로부터 공급된 직류전원을 제어하여 배터리로 설정 전압 레벨의 정전압/정전류를 인가하는 정전압/정전류출력부로 이루어지는 정전압/정전류부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 충전 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING TO CHARGING BATTERY}

본 고안은 배터리 충전 제어 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 트랜지스터 제어 방식을 이용하여 입력전원을 정전압/정전류로 변환하여 안정된 배터리 충전전원으로 인가함으로써 배터리의 성능과 수명 단축을 방지할 수 있도록 된 배터리 충전 제어 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 배터리충전 제어 장치의 구성을 보인 블록도로써, 종래의 일반적인 배터리 충전장치에서는 사이리스터 제어부(30)를 통해 입력전원을 제어하여 배터리 충전 전원으로 제공하였다. 즉, 입력교류전원을 변압기(1)에서 소정 전원전압으로 감압시킨 다음 감압된 전원을 사이리스터 제어부(30)에서 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 소정 직류 레벨의 배터리 충전 전원 일예로 +16VDC의 전압신호로 출력한다. 배터리(40)에서는 사이리스터 제어부(30)로부터 출력되는 직류 전원을 입력받아 충전되게 된다. 이때, 충전이 완료되는 경우에는 램프(500)를 통해 배터리(40)의 충전 완료를 표시한다.

그러나, 도 2(a)에 도시된 종래 배터리 충전 장치의 입력전압 및 도 2(b)에 도시된 출력전압파형에서 보듯이, 종래의 배터리 충전 전원을 제어하기 위한 방식은 사이리스터를 이용한 위상 제어 방식을 채택하여 사용하고 있으므로 사이리스터제어부(30)를 통해 위상제어된 전압신호인 +16 VDC 출력 전압의 전압변동율이 약 4.3%(DC 16V±0.7V)로 전압파형이 불안정하여 충전 배터리의 성능에 치명적인 악영향을 미치고 있다.

또한, 충전시 안정된 일정한 전류(정전류)를 흘려줄 수 없기 때문에 배터리(40)가 과 방전되었거나 내부저항이 작아져 있을 경우 충전 초기에 큰 충전 전류를 필요로 하게 된다. 그에 따라 충전 제어 장치에 과 전류가 인가되어 사이리스터 제어부(30)가 파괴되고, 배터리가 충격을 받아 성능이 저하되는 등의 문제점이 발생되었다.

그리고, 충전중에 배터리의 충전 전류 및 충전 전압을 사용자가 육안으로 용이하게 확인할 수 없기 때문에 효과적인 충전을 수행하기 위한 적절한 조치를 취할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 배터리의 성능을 유지하면서 배터리 충전 전원으로써 정전압/정전류를 인가하여 배터리 충전 제어 장치를 과 전류로부터 보호할 수 있도록 된 배터리 충전 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

나아가, 본 고안의 다른 목적은 배터리를 충전하는 중에 배터리 충전 전류와 충전 전압을 각각 디지털 전류계 및 디지털 전압계로 표시하고, 충전 상태를 램프로 출력함으로써 사용자가 배터리 충전중에 충전에 필요한 모든 정보를 육안으로용이하게 식별할 수 있도록 하여 배터리 충전상태에 따른 적절한 조치를 취할 수 있도록 한 배터리 충전 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래 배터리 충전 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도,

도 2(a) 및 (b)는 종래 배터리 충전 장치의 입력전압파형 및 출력전압파형을 보인 파형도,

도 3은 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도,

도 4는 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치에서의 정전압/정전류부의 상세 구성을 보인 블록도,

도 5는 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치의 설정전류검출부, 충전전류 검출부 및 충전상태 검출부의 상세 구성을 보인 회로도,

도 6(a) 및 (b)는 본 고안의 배터리 충전 제어 장치에 의한 배터리 입력전압 및 출력전압 파형도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1...감압트랜스 10...정류 및 평활부

20...전원부 40...배터리

50...전류검출저항 60...정전압/정전류부

70...디지털 전압계 80...디지털 전류계

90...설정전류검출부 100...충전전류검출부

200...충전상태검출부 300...절환스위치

400...충전중 표시램프 500...충전완료 표시램프.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치는, 상용교류전원을 감압 및 소정의 신호처리를 수행하여 배터리의 충전전원으로 인가하는 배터리 충전 제어 장치에 있어서, 감압된 교류전원을 소정 레벨의 직류 전원으로 정류 및 평활하는 정류 및 평활부와, 후술하는 정전압/정전류출력부로부터 배터리의 +단자로 입력되는 전압 및 전류신호를 피드백받아 소정 레벨의 설정전압 및 설정전류와 1차 비교하여 그 편차를 산출하고, 산출된 편차를 소정 주기의 기준신호를 발생하는 기준신호 발생기로부터 출력되는 신호와 각각 2차 비교하여 그 편차를 출력하는 정전압/정전류제어부와, 상기 정전압/정전류제어부로부터 출력되는 편차출력값의 증감에 따라 트랜지스터의 베이스-에미터 단자간에 인가되는 바이어스값을 조정하는 출력신호증폭부와, 상기 출력신호증폭부의 출력신호에 따라 상기 정류 및 평활부로부터 공급된 직류전원을 제어하여 배터리로 설정 전압 레벨의 정전압/정전류를 인가하는 정전압/정전류출력부를 구비함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 정전압/정전류부의 정전압/정전류 제어부에 설정된 배터리의 설정 전류를 검출하는 설정 전류 검출부와, 상기 배터리의 -단자에 접속된 전류검출저항에 의해 검출된 배터리 충전 전류를 소정 크기로 증폭하여 출력하는 충전 전류 검출부와, 상기 설정 전류 검출부 및 상기 충전 전류 검출부에 의해 검출된 충전 전류 및 설정 전류를 절환스위치의 절환동작에 의해 선택적으로디스플레이하는 전류표시계와, 상기 정전압/정전류부로부터 상기 배터리에 인가되는 충전전류를 검출하여 충전완료 및 충전중을 판단하기 위하여 기설정된 판별기준값과 비교하여 충전 완료 및 충전중을 검출하는 충전 상태 검출부와, 상기 충전 상태 검출부의 출력신호에 따라 충전 중 및 충전 완료를 각각 표시하는 표시램프를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 고안의 양호한 실시예에 따른 배터리 충전 제어 장치의 구성 및 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 양호하게 설명한다.

도 3은 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 블록구성도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치는 감압트랜스(1)에 의해 일차측에 입력되는 상용 교류 입력 전원(220V,60Hz의 교류 전원)을 소정 레벨로 감압시킨다. 정류 및 평활부(10)는 상기 감압 트랜스(1)의 이차측에 접속되어 소정 레벨 일예로 100V로 감압된 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 정류하고, 정류된 직류 전원을 평활하여 직류 전원신호의 리플성분을 제거하여 출력한다. 이때, 정류 및 평활부(10)에서는 도시되지 않은 브릿지 다이오드 및 평활콘덴서등에 의하여 교류전원에 대한 정류 및 평활을 수행하여 입력전압을 소정 레벨의 직류 전원 일예로 +24VDC의 직류 전원을 정전압/정전류부(60)로 출력한다.

정류 및 평활부(10)에서 정류 및 평활을 거쳐 출력되는 +24VDC 전원은 정전압/정전류부(60)로 인가되고, 정전압/정전류부(60)에서는 트랜지스터를 통한 전원 스위칭을 통하여 소정 레벨의 배터리 충전 전원 즉,+16VDC의 정전압 및 정전류를 배터리(40)의 일입력단자(+단자)로 출력한다.

전술한 정전압/정전류부(60)로부터 출력되는 충전전압을 인가받아 배터리(40)는 충전되게 되고, 이때 충전전류 검출부(100)는 배터리(40)에 인가되는 충전전류를 검출하여 소정 크기로 증폭시킨 후 디지털 전류계(80)로 출력하여 디지털값으로 배터리 충전 전류를 디스플레이한다.

또한, 충전 상태 검출부(200)에서는 배터리(40)의 충전완료를 검출하기 위하여 배터리(40)의 -단자측에 접속된 전류검출저항(50)을 통하여 검출된 배터리 충전 전류를 입력받는다. 그리고, 입력된 배터리 충전 전류를 소정 크기로 증폭한 후 충전중 및 충전 완료를 판단하기 위한 소정 기준값으로 설정된 각 판별기준값과 비교하여 충전중 표시램프(400) 혹은 충전 완료 표시램프(500)를 구동시켜 배터리 충전 상태를 표시하게 된다.

전술한 구성에서의 전원부(20)는 감압트랜스(1)에 의해 소정 레벨로 감압된 전원신호를 소정 크기의 직류 전원으로 정류 및 평활한 후 정전압/정전류부(60) 및 각 검출부의 구동전원으로써 제공한다.

도 4는 도 3에 도시된 본 고안의 정전압/정전류부의 상세한 구성을 보인 회로블록도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안을 구현하기 위한 정전압/정전류부(60)는 후술하는 정전압/정전류출력부(63)로부터 배터리(40)의 +단자로 입력되는 전압 및 전류신호를 피드백받아 배터리 전원의 전압 및 전류를 전류조정기(66) 및 전압조정기(65)에 의해 설정된 소정 레벨의 설정전압 및 설정전류와 1차 비교하고, 각 비교 편차를 소정 주기의 기준 신호를 발생하는 기준신호 발생기로부터 출력되는 신호와 2차 비교하여 출력하는 정전압/정전류제어부(61)와, 정전압/정전류제어부(61)로부터 출력되는 편차출력값의 증감에 따라 트랜지스터(TR1)의 베이스-에미터단자간에 인가되는 바이어스값을 조정하는 출력신호증폭부(62)와, 출력신호증폭부(62)의 출력신호에 따라 배터리(40)로 소정 레벨의 정전압/정전류를 인가하는 정전압/정전류출력부(63)와, 상기 정전압/정전류출력부(63)로부터 배터리(40)의 +단자로부터 입력되는 전압레벨을 검출하는 출력전압검출저항(64)을 구비하여 이루어진다.

전술한 정전압/정전류 제어부(61)의 기준신호발생기와, 출력신호증폭부(62) 및 대용량 정전압/정전류출력부(63)의 트랜지스터(TR1)(TR3~TR10)의 컬렉터단에는 전원부(20)의 구동전원인 +24VDC의 전압이 인가된다.

또한, 정전압/정전류 제어부(61)의 비교 판단을 위하여 설정전압 및 설정전류를 설정하기 위한 전압조정기(65) 및 전류조정기(66)는 가변 저항으로 구현가능하며, 이때 전압조정기(65)는 설정전압을 배터리(40)의 정격전압인 16[V]로 설정하도록 조정되고, 전류조정기(66)는 설정전류를 일예로 배터리의 정격전류인 10[A]로 설정하게 된다.

이러한 정전압/정전류부(60)의 동작을 설명하면, 먼저 상기 전원부(20)로부터 구동전원이 인가된 상태에서 전압조정기(65)를 통해 출력전압 기준값을 설정하게 되면, 설정전압값 즉 +16V와, 정전압/정전류출력부(63)로부터 배터리(40)의 +단자측에 입력되는 출력전압값을 피드백받아 입력되는 출력전압값을 정전압/정전류 제어부(61)의 제 1 비교기(A)에서 1차 비교하게 된다. 이때, 제 1 비교기(A)는 설정전압값과 피드백된 출력전압값의 편차를 산출하여 그 편차신호를 제 2 비교기(B)로 입력하게 된다. 제 2 비교기(B)는 기준신호발생기로부터 출력된 편차기준값과 제 1 비교기(A)로부터 입력받은 편차값을 2차로 비교하여 그 비교 결과를 출력신호증폭부(62)의 트랜지스터(TR1)의 베이스단에 인가하게 된다.

출력신호증폭부(62)는 정전압/정전류제어부(61)로부터 입력되는 편차신호의 증감에 따라 그 편차를 보상하여 항시 동일한 레벨 범위내의 정전압/정전류가 배터리에 인가될 수 있도록 트랜지스터(TR1)의 베이스-에미터단에 인가되는 바이어스값을 조절하게 된다.

또한, 정전압/정전류 출력부(63)는 출력신호증폭부(62)의 트랜지스터(TR1)의 구동에 따라 트랜지스터(TR3~TR10)의 에미터- 컬렉터 단자간의 내부저항이 커지거나 작아져 배터리(40)의 +단자로 인가되는 최종출력전압 즉, 컨덴서(C4)의 양단전압이 설정전압값에서 항상 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

한편, 정전류를 인가하기 위한 정전압/정전류 제어부(61)는 전류조정기(66)로 출력전류기준값을 설정하게 되면, 설정전류값과 출력전류 검출용 저항에서 검출되어 정전압/정전류 제어부(61)로 피드백되는 부하전류값을 제 3 비교기(C)를 통해 1차 비교하여 그 편차를 산출한다. 또한, 제 4 비교기(D)는 제 3 비교기(C)로부터 출력되는 편차신호와 기준신호 발생기로부터 출력되는 편차기준신호를 2차 비교하여 그 편차를 출력한다.

따라서, 출력신호증폭부(62)의 트랜지스터(TR1)(TR2)의 베이스 에미터 단자에 인가되는 바이어스전압을 조절하여 줌으로써, 정전압/정전류 출력부(63)의 트랜지스터(TR3~TR10)의 컬렉터- 에미터단자를 통하여 배터리(40)의 +단자측으로 흘러들어가는 출력전류를 제어하게 된다. 이로 인해 정전압/정전류 출력부(63)로부터 배터리(40)로 출력되는 출력전류값을 설정전류값과 일치되도록 하여 항상 일정한 전류(정전류)가 흐르도록 한다.

한편, 사용자가 필요시 설정전압과 설정전류를 가변할 수 있으며, 배터리(40)로 출력되는 출력전압은 디지털 전압계(70)로 출력되고, 출력전류 및 전류조정기에 설정되는 출력전류는 설정전류검출부(90)에 인가된 후 디지털 전류계(80)에 선택적으로 표시되어 사용자가 육안으로 용이하게 인식할 수 있도록 한다.

도 5는 본 고안을 구현하기 위한 설정전류검출부, 충전전류검출부 및 충전상태 검출부의 상세한 구성을 보인 회로블록도이다. 도4에 도시된 바와 같이, 본 고안을 구현하기 위한 설정 전류 검출부(90)는 정전압/정전류제어부(정전압/정전류제어 IC)(60)의 일단자로부터 설정전류값을 입력받아 버퍼(IC4-2)를 거쳐 증폭기(IC4-1)에서 일정한 레벨로 증폭되어 절환스위치(300)를 통해 디지털 전류계(80)로 보내져 실시간 출력된다.

전술한 충전 전류 검출부(100)는 배터리(40)의 -단자에 접속된 전류검출저항(50)을 통하여 검출된 전류신호를 입력받아 증폭기(IC5-1)를 통해 소정 레벨로 증폭한 후 버퍼(IC5-2)를 통해 2차 전류증폭된 후 절환스위치(300)를 통해 디지털 전류계(80)로 보내져 실시간 출력되도록 한다.

이때, 절환스위치(300)는 사용자의 조작에 따라 접점이 절환되어 디지털 전류계(80)로 출력되는 신호를 상기 설정전류검출부(90) 및 상기충전전류검출부(100)의 출력신호로 절환시켜 선택적으로 입력되도록 한다.

한편, 충전상태 검출부(200)는 전류검출저항(50)을 통해 검출된 배터리 전류값을 1차 증폭기(IC2-1) 및 2차 증폭기(IC2-2)를 통해 증폭한 후 비교기(IC2-3)로 입력하여 배터리의 충전중 및 충전완료를 검출하기 위한 판단 기준값과 비교되게 된다. 이때 비교기(IC2-3)의 출력신호에 따라 릴레이구동부(201)의 트랜지스터(TR1)가 도통되거나 차단되어 그 컬렉터단에 접속된 릴레이(RY)를 여자 또는 소자시키게 된다.

예를 들어 검출 전류가 판별 기준값보다 큰 경우에는 릴레이(RY)가 소자되므로 그 a 접점은 오프되어 충전 완료 표시램프(500)를 소등시키고, b접점은 온되어 충전중 표시 램프(400)는 점등되게 된다. 한편, 검출 전류가 판별 기준값보다 작은 경우에는 릴레이(RY)가 여자되므로 그 a접점이 온되어 충전완료 표시 램프(500)를 점등시키고, b접점은 오프되어 충전중 표시램프(400)는 소등된다.

도 6(a) 및 도6(b)는 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치의 입력전압 및 출력전압파형도를 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 고안의 정전압/정전류부에는 24V의 직류전압이 인가되고, 정전압/정전류 제어부(61) 및 출력신호증폭부(62), 정전압/정전류 출력부(63)에 의해 입력전압의 변동이 제거되어 안정된 정전류 및 정전압이 배터리 충전전원으로 출력되게 된다. 즉, 종래와 비교할 때 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치에 의해 배터리에 인가되는 충전전압의 변동율이 0.25%(DC 16V±0.04V)를 불과하게 된다.

본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본고안의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 배터리 충전 제어 장치는 상용 교류전원을 사이리스터 제어 방식이 아닌 트랜지스터 제어 방식을 사용하여 소정의 직류전원으로 변환하여 안정된 정전압 및 정전류를 배터리의 충전전원으로 공급함으로서 불안정한 출력전압에 따른 배터리의 소손 및 충전 효율 저하를 방지하고, 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

나아가, 본 고안에 따른 배터리 충전 제어장치에서는 배터리에 충전되는 전압을 검출하여 디지털 전압계에 표시하고, 충전 전류 및 설정 전류값을 검출하여 디지털 전류계에 표시함으로서 사용자가 육안으로 배터리 충전 상태를 용이하게 식별할 수 있도록 하여 배터리 충전 작업시 적절한 조치를 취할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상용교류전원을 감압 및 소정의 신호처리를 수행하여 배터리의 충전전원으로 인가하는 배터리 충전 제어 장치에 있어서,

   감압된 교류전원을 소정 레벨의 직류 전원으로 정류 및 평활하는 정류 및 평활부와,

   후술하는 정전압/정전류출력부로부터 배터리의 +단자로 입력되는 전압 및 전류신호를 피드백받아 소정 레벨의 설정전압 및 설정전류와 1차 비교하여 그 편차를 산출하고, 산출된 편차를 소정 주기의 기준신호를 발생하는 기준신호 발생기로부터 출력되는 신호와 각각 2차 비교하여 그 편차를 출력하는 정전압/정전류제어부와,

   상기 정전압/정전류제어부로부터 출력되는 편차출력값의 증감에 따라 트랜지스터의 베이스-에미터 단자간에 인가되는 바이어스값을 조정하는 출력신호증폭부와,

   상기 출력신호증폭부의 출력신호에 따라 상기 정류 및 평활부로부터 공급된 직류전원을 제어하여 배터리로 설정 전압 레벨의 정전압/정전류를 인가하는 정전압/정전류출력부를 구비함을 특징으로 하는 배터리의 충전 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 정전압/정전류부의 정전압/정전류 제어부에 설정된 배터리의 설정 전류를 검출하는 설정 전류 검출부와,

   상기 배터리의 -단자에 접속된 전류검출저항에 의해 검출된 배터리 충전 전류를 소정 크기로 증폭하여 출력하는 충전 전류 검출부와,

   상기 설정 전류 검출부 및 상기 충전 전류 검출부에 의해 검출된 충전 전류 및 설정 전류를 절환스위치의 절환동작에 의해 선택적으로 디스플레이하는 전류표시계와,

   상기 정전압/정전류부로부터 상기 배터리에 인가되는 충전전류를 검출하여 충전완료 및 충전중을 판단하기 위하여 기설정된 판별기준값과 비교하여 충전 완료 및 충전중을 검출하는 충전 상태 검출부와,

   상기 충전 상태 검출부의 출력신호에 따라 충전 중 및 충전 완료를 각각 표시하는 표시램프를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리의 충전 제어 장치.