KR20080103262A - 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치 - Google Patents

과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축전지의 온도 상승에 의한 과충전을 방지하기 위한 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치에 관한 것으로서, 축전지를 구비하며, 상용전원라인의 단전시 상기 축전지에 저장된 전력을 부하측에 공급하는 무정전 전원장치에 있어서, 상기 축전지 내부 또는 일측에 설치되어 축전지의 온도를 검출하는 온도센서; 및 상기 축전지의 부동 충전전압을 설정하는 부동 충전전압 설정부와, 상기 부동 충전전압에 비해 상대적으로 낮은 축전지의 충전전압을 설정하는 온도보상 충전전압 설정부와, 상기 온도센서에 의해 검출된 축전지의 온도가 상한 설정치 이상으로 상승하면 상기 온도보상 충전전압 설정부로 절체하고 상기 온도센서에 의해 검출된 축전지의 온도가 하한 설정치 이하로 내려가면 상기 부동 충전전압 설정부로 절체하여 축전지에 연결하는 충전모드 절체부를 포함하는 충전장치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
무정전 전원장치, UPS, 축전지, 온도센서, 충전모드 절체부

Description

과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치{Uninterruptible power supply having over-charge prevention function}
도 1은 본 발명에 따른 무정전 전원장치의 일예를 보인 구성도
도 2는 본 발명에서 충전모드 절체부의 일예를 보인 회로도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 큐비클 12 : 축전지
14 : 충전장치 20 : 온도센서
22 : 레벨센서 24 : 쿨링팬
30 : 충전모드 절체부 32 : 균등 충전전압 설정부
34 : 부동 충전전압 설정부 36 : 온도보상 충전전압 설정부
본 발명은 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축전지의 온도 상승에 의한 과충전을 방지하여 축전지의 수명을 보 전할 수 있도록 한 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로, 무정전 전원장치(UPS;Uninterruptible Power Supply)는 상시 전원이 살아있어야 하는 서버장치 혹은 지하철 스크린도어 등의 부하에 무정전으로 전원을 공급하는 장치이다. 통상, 이러한 무정전 전원장치에는 축전지가 설치되며, 축전지에 저장된 전력은 무정전 전원장치에 인입되는 전원라인의 단전시 부하측에 공급된다.
종래 무정전 전원장치에서, 축전지는 두 가지 모드로 충전되었다. 일반적으로 축전지는 다수개의 셀을 직렬로 연결한 상태에서 충전전압을 설정하고, 축전지에 흐르는 전류의 변화에 대응하여 축전지의 충전과 방전을 반복하는 부동충전 방식으로 충전된다. 하지만, 이러한 부동충전을 장시간 실시할 경우 셀당 전압차가 발생되므로, 셀당 전압 편차를 다운시키기 위한 목적으로 수개월에 한번씩 균등충전을 실시한다. 균등충전 방식은 부동충전 방식에 비해 높은 셀당 전압을 정해진 시간동안 강제로 인가하여 전체 셀을 균등하게 충전하는 방식으로서, 타이머에 의해 설정된 시간 후에는 균등 충전모드에서 다시 부동 충전모드로 복귀하여 축전지를 충전하게 된다. 예컨대, 부동충전 방식에서 셀당 충전전압이 대략 1.34V/Cell로 설정됨에 비해, 균등충전 방식에서는 셀당 충전전압이 대략 1.42V/Cell로 설정된다.
그러나 부동 충전모드에서 축전지를 충전하는 중에, 주변의 온도 상승 또는 전해액의 교체 지연 등에 의해 축전지의 온도가 상승하는 경우, 각 셀의 충전전류 가 상승하고, 이에 따라 충전전압이 하락하면서 이를 보상하기 위해 축전지가 과충전되는 경우가 빈번히 발생되고 있다. 이러한 축전지의 과충전은 축전지의 수명을 단축시키는 가장 큰 원인이 되며, 예기치 못한 축전지의 수명 단축으로 인해 무정전 전원공급이 이루어지지 않는 등의 문제점으로 이어진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 무정전 전원장치에 있어 축전지의 온도 상승을 검출하여 축전지의 부동 충전전압을 강제로 다운시킴으로써, 축전지의 과충전을 방지하고 축전지의 수명을 보전하여, 예기치 못한 축전지 수명단축으로 인한 전원불량을 방지하고 안정적인 운전을 기할 수 있도록 된 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치는, 축전지를 구비하며, 상용전원라인의 단전시 상기 축전지에 저장된 전력을 부하측에 공급하는 무정전 전원장치에 있어서, 상기 축전지 내부 또는 일측에 설치되어 축전지의 온도를 검출하는 온도센서; 및 상기 축전지의 부동 충전전압을 설정하는 부동 충전전압 설정부와, 상기 부동 충전전압에 비해 상대적으로 낮은 축전지의 충전전압을 설정하는 온도보상 충전전압 설정부와, 상기 온도센서에 의해 검출된 축전지의 온도가 상한 설정치 이상으로 상승하면 상기 온도보상 충전 전압 설정부로 절체하고 상기 온도센서에 의해 검출된 축전지의 온도가 하한 설정치 이하로 내려가면 상기 부동 충전전압 설정부로 절체하여 축전지에 연결하는 충전모드 절체부를 포함하는 충전장치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예로서, 상기 축전지 내부에는 축전지 내에 수용된 전해액의 높이를 검출하는 레벨센서가 더 설치되며, 상기 충전모드 절체부는 상기 레벨센서에서 검출된 전해액의 레벨이 기준치 이상으로 상승하면 상기 온도보상 충전전압 설정부로 절체하고, 기준치 미만으로 내려가면 상기 부동 충전전압 설정부로 절체하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 축전지에 근접하여 축전지측으로 에어를 송풍하는 쿨링팬이 더 설치되며, 상기 쿨링팬은 상기 온도센서에 의해 검출된 축전지의 온도가 상한 설정치 이상으로 상승하거나 상기 레벨센서에 의해 검출된 전해액의 레벨이 기준치 이상으로 상승하면 작동되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 부동 충전전압 설정부 및 온도보상 충전전압 설정부는 각각 충전전압을 가변 조절하는 가변저항을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 충전장치는 부동 충전전압 설정부에서 설정된 부동 충전전압에 비해 상대적으로 높은 균등 충전전압을 설정하는 균등 충전전압 설정부를 더 포함 하며, 상기 충전모드 절체부는 외부의 수동 스위치가 입력되거나 설정된 시간이 도래하면 정해진 시간동안 상기 균등 충전전압 설정부로 절체하여 축전지에 연결할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명은 무정전 전원장치에 있어, 축전지의 온도 변화를 검출하여 축전지의 온도가 상한 설정치 이상으로 상승될 때 부동 충전전압을 강제로 다운시킴으로써, 축전지 온도 상승에 따른 과충전을 방지하는 것을 특징으로 한다. 이하의 설명에서는 축전지의 온도 변화에 따라 축전지의 충전전압을 변화시키는 구성에 대하여 중점적으로 설명하며, 축전지의 전압을 승압하여 부하측에 공급하는 인버터 및 기타 무정전 전원장치의 일반적인 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무정전 전원장치의 일예를 보인 구성도이다. 이를 참조하면, 통상의 무정전 전원장치와 마찬가지로, 본 발명의 무정전 전원장치는 박스 형태의 큐비클(10) 내에 설치된다. 큐비클(10) 내에는 다수의 축전지(12)가 장치되며, 도시되지 않았지만, 본 발명의 무정전 전원장치는 내부에 상용전원라인의 단전을 검출하고, 상용전원라인의 단전시 축전지(12)에 저장된 전원을 부하측에 공급하는 설비들이 내장 설치된다. 또한, 도 1에서 개념적으로 도시된 바와 같이, 축전지(12)에는 상용전원에 의해 축전지(12)를 충전하는 충전장치(14)가 연결된다. 충 전장치(14)는 상용전원을 축전지(12)의 충전전압으로 다운시키는 정류회로 및 각 축전지(12)에 정류전원을 공급하여 축전지(12)들을 충전하는 충전회로 등으로 구성될 것이다. 이러한 정류회로 및 충전회로 등은 통상의 무정전 전원장치와 다름없으므로, 자세한 설명을 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 축전지(12)의 내부 혹은 외부 일측에 축전지(12)의 온도를 검출하는 온도센서(20)가 설치된다. 또한, 각 축전지(12) 내부에는 전해액의 높이를 검출하는 레벨센서(22)가 더 설치될 수 있다. 온도센서(20)와 레벨센서(22)의 출력은 충전장치(14)에 전달되며, 충전장치(14)는 축전지(12)의 온도 상승 또는 전해액의 레벨 상승을 검출하여 축전지(12)의 부동 충전전압을 강제로 다운시킨다.
도 1에서와 같이, 충전장치(14)는 균등 충전전압 설정부(32)와, 부동 충전전압 설정부(34)와, 온도보상 충전전압 설정부(36)와, 충전모드 절체부(30)를 포함한다. 충전모드 절체부(30)는 충전모드에 따라 균등 충전모드, 부동 충전모드, 온도보상 충전모드를 선택하여 충전장치(14)와 축전지(12)를 연결하는 절체수단으로서, 계전기 또는 PLC(Programmable Logic Controller)로 구성된다.
도 2의 회로도에 도시된 바와 같이, 각각의 충전전압 설정부(32)는 가변저항(VR1, VR2, VR3)을 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대, 균등 충전전압 설정부(32)는 가변저항(VR1)을 축전지(12) 셀당 충전전압이 1.42V/Cell이 되도록 세팅하는 것으로 균등 충전전압을 설정한다. 또한, 부동 충전전압 설정부(34)는 가변저항(VR2)을 세팅하여 축전지(12) 셀당 충전전압을 1.34V/Cell로 설정하며, 온도보상 충전전 압 설정부(36)는 가변저항(VR3)을 세팅하여 축전지(12) 셀당 충전전압을 1.30V/Cell로 설정한다.
충전모드 절체부(30)가 균등 충전전압 설정부(32)와 부동 충전전압 설정부(34)를 절체하는 것은 종래와 유사하다. 예컨대, 충전모드 절체부(30)는 평상시 1.34V/Cell의 부동 충전전압을 충전회로에 공급한다. 이때, 도 2의 회로도에서 계전기 RY2 접점이 폐쇄되면서, 부동 충전전압 설정부(34)가 충전회로에 연결될 것이다. 그리고 각각의 축전지 셀당 전압 편차를 없애기 위한 균등 충전은 수개월에 한번씩 혹은 관리감독자가 외부의 균등 충전 스위치를 입력할 때 실시된다. 이때, 도 2의 회로도에서 계전기 RY1 접점이 폐쇄되면서, 균등 충전전압 설정부(32)가 충전회로에 연결되며, 부동 충전모드에 비해 높은 1.42V/Cell의 균등 충전전압이 충전회로에 공급될 것이다. 부동 충전모드에서는 축전지(12)에 흐르는 전류 변화에 따라 축전지의 충전과 방전이 반복될 수 있으나, 균등 충전모드에서는 일정 시간 균등 충전전압이 강제로 인가된다. 균등 충전모드의 시간은 초기 설정치에 따라 달라질 수 있으며, 대략 2시간으로 설정된다. 2시간의 균등 충전이 완료되면, 충전모드 절체부(30)는 다시 계전기 RY1 접점을 개방하고, RY2 접점을 폐쇄시켜 부동 충전모드로 복귀한다.
본 발명의 무정전 전원장치는 앞서 언급한 바와 같이, 축전지(12)의 온도 상승에 따른 과충전을 방지하기 위해 축전지(12)측에 온도센서(20)가 설치된다. 온도센서(20)는 바이메탈일 수 있으며, 축전지(12)의 온도변화를 그에 대응하는 전압치로 출력하는 통상의 센서수단일 수 있다. 충전모드 절체부(30)는 온도센서(20)에서 검출된 온도값이 상한 설정치 이상으로 상승되면, 계전기 RY2 접점을 개방하고, RY3 접점을 폐쇄시켜 온도보상 충전전압 설정부(36)로 절체된다. 본 실시예에서 온도보상 충전전압 설정부(36)는 축전지(12) 셀당 충전전압이 부동 충전전압에 비해 낮은 1.30V/Cell이 되도록 가변저항(VR3)을 세팅하는 것으로, 온도보상 충전전압을 설정한다. 따라서, 축전지(12)의 온도가 상승하여 충전전류가 상승하여도, 축전지(12)의 충전전압을 강제로 다운시킴으로써, 축전지(12)가 과충전되는 것을 방지할 수 있다.
충전모드 절체부(30)가 온도보상 충전전압 설정부(36)로 절체된 상태에서, 온도센서(20)에서 검출된 온도값이 하한 설정치 이하로 내려가면, 충전모드 절체부(30)는 다시 계전기 RY3 접점을 개방하고, RY2 접점을 폐쇄시켜 부동 충전전압 설정부(34)로 복귀한다. 본 실시예에서, 온도센서(20)에서 검출된 온도값의 상한 설정치는 40℃, 하한 설정치는 30℃로 설정된다. 한편, 온도센서(20)의 상한 설정치 및 하한 설정치는 축전지(12)의 용량 및 규격 등에 의해 다른 값으로 설정될 수도 있음은 물론이다. 본 발명에서 온도보상 충전모드는 부동 충전모드와 마찬가지로, 온도보상 충전전압을 기준으로 축전지(12)를 충방전하는 제2의 부동 충전모드로서 기능한다.
본 발명에서 충전모드 절체부(30)는 축전지(12) 내부의 전해액 레벨에 따라 온도보상 충전전압 설정부(36)로 절체될 수도 있다. 충전모드 절체부(30)는 레벨센서(22)에서 검출된 전해액의 레벨이 기준치 이상으로 상승되면, 위에서와 마찬가지로 부동 충전전압 설정부(34)에서 온도보상 충전전압 설정부(36)로 절체되며, 전해 액의 레벨이 기준치 미만으로 내려가면 다시 부동 충전전압 설정부(34)로 복귀하도록 작동된다.
이와 같이, 본 발명의 무정전 전원장치는 온도센서(20)에 의한 축전지 온도변화 검출 및 레벨센서(22)에 의한 전해액 레벨 검출을 병행하여, 축전지(12)의 부동 충전전압을 조정함으로써, 축전지(12)의 충전전류 상승에 의한 과충전을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 축전지(12)에 근접하여 축전지(12)측으로 에어를 송풍하는 쿨링팬(24)이 더 설치될 수 있다. 바람직하게는, 쿨링팬(24)은 축전지(12) 혹은 큐비클(10)의 외측에 장착되는 히트싱크 등에 설치된다. 쿨링팬(24)은 별도의 드라이버에 의해 작동되거나 충전모드 절체부(30)에 의해 작동될 수 있다. 예컨대, 통상의 쿨링팬 드라이버와 마찬가지로 쿨링팬(24)의 정격에 맞는 DC 전원을 발생시키고, 이 DC 전원을 쿨랭팬(24)에 공급하는 스위칭소자를 포함하여 쿨랭팬 드라이버를 구성할 수 있을 것이다. 이때, 충전모드 절체부(30)에 구비된 계전기 RY3 접점이 쿨링팬(24)의 드라이버측에 병설되거나 쿨랭팬(24)의 구동을 스위칭하는 스위칭소자가 계전기 RY3의 다른 접점이다. 따라서, 쿨링팬(24)은 충전모드 절체부(30)가 온도보상 충전전압 설정부(36)로 절체될 때 동기되어 작동된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 무정전 전원장치는 축전지(12)의 온도 상승에 따라 충전모드 절체부(30)에서 부동 충전전압 설정부(34)를 온도보상 충전전압 설정부(36)로 절체함으로써, 축전지(12)의 부동 충전전압을 강제로 다운시킨다. 따라 서, 축전지(12)의 온도 상승에 의해 발생될 수 있는 과충전을 방지하며, 이에 따라 축전지(12)가 과충전에 의해 수명이 단축되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 또한, 축전지(12)의 수명이 온전히 보전됨에 따라 예기치 못한 전력 중단과 같은 사고를 예방하고, 안정적인 무정전 공급을 수행할 수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무정전 전원장치는 축전지의 온도 상승에 의한 충전전류 상승에 기인하여 축전지가 과충전되는 것을 방지함으로써, 축전지의 수명을 온전히 보전하고, 예기치 못한 전력중단 등의 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 축전지의 온도 상승에 대응하여 부동 충전전압을 강제로 다운시킴과 동시에, 축전지의 온도를 떨어뜨리기 위한 냉각팬을 작동시킴으로써, 축전지가 보다 신속하게 원래의 부동 충전모드로 복귀되도록 하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 축전지를 구비하며, 상용전원라인의 단전시 상기 축전지에 저장된 전력을 부하측에 공급하는 무정전 전원장치에 있어서,
    상기 축전지 내부 또는 일측에 설치되어 축전지의 온도를 검출하는 온도센서; 및
    상기 축전지의 부동 충전전압을 설정하는 부동 충전전압 설정부와, 상기 부동 충전전압에 비해 상대적으로 낮은 축전지의 충전전압을 설정하는 온도보상 충전전압 설정부와, 상기 온도센서에 의해 검출된 축전지의 온도가 상한 설정치 이상으로 상승하면 상기 온도보상 충전전압 설정부로 절체하고 상기 온도센서에 의해 검출된 축전지의 온도가 하한 설정치 이하로 내려가면 상기 부동 충전전압 설정부로 절체하여 축전지에 연결하는 충전모드 절체부를 포함하는 충전장치;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 축전지 내부에는 축전지 내에 수용된 전해액의 높이를 검출하는 레벨센서가 더 설치되며, 상기 충전모드 절체부는 상기 레벨센서에서 검출된 전해액의 레벨이 기준치 이상으로 상승하면 상기 온도보상 충전전압 설정부로 절체하고, 기준치 미만으로 내려가면 상기 부동 충전전압 설정부로 절체하는 것을 특징으로 하는 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 축전지에 근접하여 축전지측으로 에어를 송풍하는 쿨링팬이 더 설치되며, 상기 쿨링팬은 상기 온도센서에 의해 검출된 축전지의 온도가 상한 설정치 이상으로 상승하거나 상기 레벨센서에 의해 검출된 전해액의 레벨이 기준치 이상으로 상승하면 작동되는 것을 특징으로 하는 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 부동 충전전압 설정부 및 온도보상 충전전압 설정부는 각각 충전전압을 가변 조절하는 가변저항을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 충전장치는 부동 충전전압 설정부에서 설정된 부동 충전전압에 비해 상대적으로 높은 균등 충전전압을 설정하는 균등 충전전압 설정부를 더 포함하며, 상 기 충전모드 절체부는 외부의 수동 스위치가 입력되거나 설정된 시간이 도래하면 정해진 시간동안 상기 균등 충전전압 설정부로 절체하여 축전지에 연결하는 것을 특징으로 하는 과충전 방지기능이 부가된 무정전 전원장치.
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