KR20090132901A - 무정전 전압장치 충전전압 제어방식 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상용전원의 고장 또는 정전대비로 설치되는 무정전 전원장치(Uninteruptible PowerSource : UPS)의 잔류용량을 표시하는 배터리(Battery)잔량 표시장치 및 그 충전전압의 제어방법에 관한 것으로서, 상기 배터리 잔량을 표시하는 표시부와; UPS의 온도를 감지하는 온도감지부와; 상기 배터리의 출력전압을 측정하는 출력전압 감지부와; 상기 배터리온도와 상기 충전전류의 관계에 따라 정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터가 저장된 잔량데이터저장부와; 상기배터리의 충전시, 상기 출력전압이 소정의 기준전압을 유지하는 경우, 상기 온도감지부 및 상기 충전전류 감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 충전전류의 측정값에 대응하는 상기 잔량데이터저장부의 상기 배터리잔량데이터로부터 상기 배터리잔량을 구하여 상기 표시부에 표시하고 이를 설정값으로 유지하고 ON/OFF를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 배터리의 충전 중에도 잔존용량을 표시할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리의 충전 용량에 따른 충전 전압의 제어가 가능하게된다.

무정전 전원장치(Uninteruptible PowerSource : UPS) , 배터리 충전전압 제어 , 배터리 잔량표시

Description

무정전 전압장치 충전전압 제어방식 {Uninteruptible PowerSource : UPS}

본 발명은 상용전원의 고장 또는 정전대비로 설치되는 무정전 전원장치(Uninteruptible PowerSource : UPS)의 잔류용량을 표시하는 배터리잔량 표시장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 충전 전압을 제어 함으로써 만충전된 배터리에 과충전되는 것과 배터리 충전 전압을 제어하는 방법에 관한 것이다.

전력공급장치의 일예로서, 여기서는 대용량 컴퓨터, 의료기기, 이동통신 기지국 및 중계기 등에 있어서의 정전시의 트러블회피를 위하여 이용되고 있는 무정전전원장치를 예로 들어 종래 기술을 설명한다. 무정전전원장치는, 통상은 상용 전력계통으로부터, 또 정전시에는 축전지로부터 직류전력을 얻어 안정된 교류전력을 부하에 공급하는 것이며, 직류전력을 교류로 변환하는 인버터와, 인버터가 발생하는 고조파(高調波) 전압을 출력전압파형으로부터 제거하기 위한 출력필터로 구성되어 있다. 좀더 정확한 무정전 전원 공급 장치의 설명하면 충전용 바테리와, 상기 충전용 바테리를 충전하는 정전압충전기와, 배터리의 AC전력을 직류전력으로 변환시켜 출력하는 교류-직류전력 변환부와, 입력 교류 전원의 상태를 체크하여 전원상태신호를 발생하는 입력감시부와, 입력 교류 전원의 파형을 분석하여 전원의 위상각에 대한 입력위상신호를 발생하는 입력위상(PCM)검출부와, 입력감시부의 전원상태신호와 입력위상검출부의 입력위상신호를 받아서 상기 직류-교류 전력변환부와 밧테리를 연결 및 차단하고 상용 전력과 교류-직류전력 변환부의 직류전력을 출력으로 연결하고 차단하는 스위치를 제어하여 입력 교류 전원에 이상이 발생되면 상기 바테리의 직류전력을 전력으로 변환하여 출력시키는 중앙제어부를 포함한다.

현재 이동통신 기지국 및 중계기 등에 주로 사용되고 있는 배터리는 납축전지(충전식 밀폐형 연축전지) 배터리이며, 배터리잔량을 계산하는 데 있어서는 주로 배터리의 출력전압을 측정하여 그에 대응하는 배터리잔량을 표시하는 방법이 사용된다. 이러한 배터리를 충전하는 경우, 배터리의 충전초기에는 일정한 크기의 전류를 공급하여 배터리를 충전한다. 이를 정전류충전모드라 하며, 일정한 전류가 계속 공급되므로 배터리의 전압은 상승하게 된고. 이때부터 전압이 일정한 상태에서 배터리의 용량이 증가되어 정전압충전이 이루어진다. 따라서, 배터리의 전압크기를 감지하여 배터리잔량을 표시하는 방법과 배터리 전류를 검출하여 표시하는 방법 두가지가 있으며, 이를 함께 사용함으로써 좀 더 정확한 표시가 이루어 진다, 배터리의 출력전압과 전류가 일정수준이 되면 배터리 과충전을 방지하기 위한 충전 전압을 제어하여야 하는데, 현재 이를 위한 장치는 되어 있지 않고, 충전이 완료되어 만충전 상태의 배터리에 계속하여 충전전압을 사용하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 배터리의 만충전시에 충전 전압을 제어하여 충전전압의 낭비를 제거할 수 있을 뿐 아니라, 배터리의 계속적인 충전으로 인한 용량 감소 등의 배터리의 불량을 제거하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 배터리의 잔류용량을 표시하는 배터리잔량 표시장치에 있어서, 상기 배터리의 잔량을 표시하는 표시부와; UPS의 온도를 측정하는 온도감지부와; 상기 배터리의 출력전압을 측정하는 출력전압감지부와; 상기 배터리를 충전하기 위해 공급되는 충전전류를 측정하는 충전전류감지부와; 상기 배터리온도와 상기 충전전류의 관계에 따라 정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터가 저장된 잔량데이터저장부와; 상기배터리의 충전시, 상기 출력전압이 소정의 기준전압을 유지하는 경우, 상기 온도감지부 및 상기 충전전류감지부로부터의 상기 온도 및 상기 충전전류의 측정값에 대응하는 상기 잔량데이터저장부의 상기 배터리잔량데이터로부터 상기 배터리잔량을 구하여 상기 표시부에 표시하는 제어부를 포함하는 것으로 하는 배터리잔량 표시장치에 의해 달성된다. 여기서 상기 배터리잔량데이터는, 상기 배터리의 충방전 횟수별로 작성되어 배터리잔량의 오차를 줄이는 것이 바람직하다.

또한, 상기 잔량데이터저장부는, 배터리온도와 상기 출력전압의 관계에 따라 정해지는 배터리잔량에 대한 배터리잔량데이터를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배 터리의 충전시 상기 충전전류가 일정한 경우 상기 온도감지부 및 상기 출력전압감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 출력전압의 측정값에 대응하는 상기 배터리잔량을 표시하는 것이 가능하다.

위와 같이 상기 목적은 본 발명에 필요한 배터리 표시부와 이를 제어하는 제어부에 부가되어 있으며, 다음표와 같이 표기 용량을 정할 수 있다.

표 1

표 2

위와 같이 1~8단계까지 세분화된 배터리 충전용량표시로 LED에 표기되며. 그림 1 과같이 LED를 사용하여 단계를 UPS 표면에서 확인 할 수 있게 되며, 이를 기준으로 충전 용량을 제어할 수 있는 용량의 단계를 알 수 있다.

그림 1

위 방법에 따르면, 배터리잔량 표시방법에 있어서, 배터리온도와 배터리를 충전하기 위해 공급되는 전류인 충전전류의 변화에 따른 배터리의 잔량을 나타내는 배터리잔량데이터를 저장하는 단계와; 상기 배터리의 충전시, 상기 배터리의 출력전압, 상기 배터리온도 및 상기 충전전류를 측정하는 단계와;상기 출력전압이 소정의 기준전압을 유지하는 경우, 측정된 상기 배터리의 온도와 상기 충전전류에 따른 상기 배터리의 잔량을 상기 배터리잔량데이터에 기초하여 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리잔량 표시방법에 의해서도 달성된다.

결론적으로 세부적인 배터리용량의 표기가 가능하고 이에 따라 충전용량설정이 가능하며 이를 제어부에 의해 제어하게 된다.

또한 AC정전을 감시하여 배터리로 절체 할 경우와 배터리의 만충전이 이루어져서 출력을 절체시 순간적으로 끊어지는 현상을 제거하기 위해 도면 1과 같이 메인 전압을 감시하여 설정된 전압 이하로 Down될 경우 배터리로 전환 하도록 구성된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리잔량 표시장치의 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 배터리잔량 표시장치와 배터리 동작 제어회로는, 전원을 공급받는 전원의 SURGE 보호회로 및 라인필터(5)와, 충전 가능한 배터리(1)에 충전전원을 공급하는 충전전원공급부(12), 충전전원공급부(12)로부터 배터리(1)로 공급되는 충전전류 값을 감지, 배터리(1)의 출력전압을 감지하는 출력전압감지부, 배터리(1)의 온도를 감지하는 온도감지부등의 상태를 검출하고 이를 제어하는 제어회로 및 상태 검출회로(18), 배터리 잔량데이터가 저장되고 배터리(1)의 잔량을 표시하는 배터리 상태 표시부(22), 배터리(1) 상태에 따라 배터리(1)롤 공급되는 전원을 제어하는 배터리 전원 릴레이회로(16)를 포함한다.

또한 AC 전원의 상태를 감시하여 AC의 전압이 DOWN되는 경우에 이 정보를 제어부에 전달하는 AC감시회로(14), AC의 전압이 DOWN되는 경우에 배터리(1)로 동작시키는 배터리 동작 릴레이 회로(13), AC의 전압이 DOWN되는 경우에도 부가 DC출력회로(15)와 메인 DC출력이 동작하도록 구성 되어 있는 구조를 가지게 된다.

여기서, 제어부(18)는 AC감시회로(14)를 감지하여 배터리(1)가 충전모드인지, 방전모드인지를 판단하고, 출력전압감지 및 온도감지기능으로 감지되는 배터리(1) 출력 전압 및 배터리온도에 기초하여 배터리상태, 즉 충전시 온도범위 및 전압을 체크한 후 충전여부를 판단한다. 배터리(1)를 충전해야 하는 경우,제어부(10)는 충전전원공급부(12)를 제어하여 배터리(1)로 전원이 공급되도록 배터리 전원 릴레이회로(16)를 동작 시킨다.

또한, 제어부(10)는 배터리(1) 충전시, 출력전압, 온도감지, 충전전류 감지되는 배터리(1)의 값에 기초하여 배터리(1)의 상태를 체크하고, 배터리상태표시부(22)에는 배터리(1)의 상태와 배터리잔량과의 관계를 나타내는 배터리잔량데이터가 저장되고 표시되어 진다. 따라서, 제어부(10)는 배터리(1)의 출력전압, 배터리온도, 충전전류에 기초하여 배터리잔량데이터

에서 배터리(1)의 상태에 해당하는 배터리잔량을 독출하여 표시부(22)에 표시한다.

그런데, 배터리(1)를 충전시 종래기술에서 전술한바와 같이, 배터리의 만충전시에 충전 전압을 제어하여 충전전압의 낭비를 제거할 수 있을 뿐 아니라, 배터리의 계속적인 충전으로 인한 용량 감소 등의 배터리의 불량을 제거하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 배터리잔량 표시방법에 따른 충전전압 제어방법은 도 2에 도시된 것과 같이 배터리(1) 충전이 시작되면 배터리(1)의 충전전류, 출력전압, 배터리온도를 감지하여 충전전류가 일정한지, 출력전압이 일정한지를 분석하여 충전모드를 판단해 낸다. 판단결과 정전류충전모드일 경우 출력전압만이 변화하므로 출력전압에 따른 배터리잔량을 표시하고, 정전압충전모드일 경우 충전전류만이 변화 하므로 충전전류에 따른 배터리잔량을 표시한다. 여기서, 표시되는 배터리잔량은 잔량데이터저장부(20)에 저장된 배터리잔량데이터에 따른 것이고 이에 따라 배터리의 충전 전압을 제어하는 방식이다.

이하, 배터리잔량데이터에서 얻어진 데이터에 따른 충전전원 공급에 대해 자세히 설명한다.

배터리잔량데이터는 배터리온도, 배터리(1)의 출력전압, 배터리(1)에 공급되는 충전전류, 배터리(1)의 라이프사이클 등에 따른 배터리잔량을 나타낸 것으로서, 정전류충전모드일 경우의 배터리잔량데이터과 정전압충전모드일 경우의 배터리잔량데이터가 저장되어 있다.

도 4은 배터리(1) 충전 시 충전전류 및 충전시간 및 충전온도에 따른 특성을 나타낸 그래프이다. 충전 초기인 정전류충전모드는 배터리(1) 충전초기에 배터리(1)에 일정값의 전류를 공급하여 배터리(1)의 용량을 상승시킴으로써 배터리(1)를 충전하는 구간이다. 이때, 배터리(1)에 공급되는 전류값은 1A로 일정하며, 배터리(1)의 출력전압은 상승한다. 배터리(1) 출력전압의 변화에 따른 배터리잔량을 테이블로 나타낸 것이 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터이며, 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터는 <표1>과 같이 나타낼 수 있다.

<표1>은 충전모드에서의 배터리잔량데이터의 일부를 예시한 것으로서, 정전류충전모드일 때 감지되는 배터리(1)의 출력전압에 기초하여 배터리잔량을 표시하도록 한다.또한, 도 3에 도시된 그래프에 도시된 정전압충전모드는, 정전류충전모드에서 배터리(1)의 출력전압이 상승하여 소정의 기준전압에 도달하면, 배터리(1)의 출력전압이 일정하도록 제어하여 출력전압을 일정하게 유지하면서 배터리(1)의 용량을 상승시킴으로써 배터리(1)를 충전하는 구간이다. 이때, 배터리(1)의 출력전압은 일정수준을유지하도록 제어되므로, 배터리(1)에 공급되는 충전전류량은 감소하게 된다. 이에 따라, 배터리(1)에 공급되는충전전류량의 변화에 따른 배터리잔량을 테이블로 나타낸 것이 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터이다.

방전모드에서의 배터리잔량데이터는 <표2>와 같다.

<표2>는 방전모드일 경우, 충전전류의 변화에 따른 배터리잔량데이터의 예를 나타낸 것으로서, 실험에 의해 얻어지는 값이다.이러한 구성에 의해, 어댑터(5)로부터 전원이 공급되면, 제어부(10)는 감지된 배터리온도 및 출력전압에 기초하여 배터리잔량을 계산하고, 충전여부를 판단한다. 배터리잔량이 부족하다고 판단되면 제어부(10)는 충전전원공급부(12)를 제어하여 일정값의 전류를 배터리(1)에 공급한다. 이때 출력전압감지부로부터 감지되는 배터리(1)의 출력전압은 서서히 상승하게 된다. 배터리(1)가 충전되는동안 출력전압감지부와 충전전류감지부는 감지값을 제 어부(10)에 전달하며, 제어부(10)는 배터리(1)의 출력전압이 소정의 기준전압까지 상승할 때까지 배터리(1)에 공급되는 충전전류값이 일정하도록 충전전원공급부(12)를 제어한다. 이때, 통상적으로 배터리(1) 셀당 공급되는 전류는 1A 정도이다. 제어부(10)는, 정전류가 공급되는 동안 출력전압감지부로부터 감지되는 배터리(1)의 출력전압을 정전류충전모드에서의 배터리잔량데이터와 비교하여 해당되는 배터리잔량을 표시부(22)에 표시한다.

제어부는, 감지된 출력전압이 소정의 기준전압까지 상승하였는지를 판단하여 충전중인 배터리(1)의 출력전압이 소정 기준까지 상승하면 제어부(10)는 배터리(1)의 출력전압이 더 이상 상승하지 않도록 충전전원공급부(12)를 제어한다. 이에 따라, 출력전압은 일정전압을 유지하고 충전전류감지부로부터 감지되는 충전전류 값은 서서히 감소한다. 충전전류감지부는 배터리(1)로 공급되는 충전전류를 감지하여 제어부(10)에 전달하며,제어부(10)는 정전압충전모드에서의 배터리잔량데이터에서, 감지된 충전전류값에 따라 해당되는 배터리잔량을 표시부(22)에 표시한다.

한편, 배터리잔량은 배터리(1)의 충방전횟수인 라이프사이클, 배터리온도, 시스템 사용환경 등에 따라 달라질 수가 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배터리잔량을 배터리온도, 충전전류값에 따라 보정하도록하는 보정데이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

충전전원 공급부(12)와 제어회로는 IC(TL494등)을 이용한여 만든 계통도의 예는 도면3과 같다.

Relay와 FET를 병렬로 구성하여 Reiay의 수명 향상 및 절체시간 단축하고, COMPARATOR IC로 구성 되어지며 입력되는 값을 기준 전압과 비교하여 Relay와 FET를 제어하며 R76 : BATTERY 전압을 감시하여 과방전 차단 및 R77 : 메인 전압을 감시하여 BATTERY _ BACK-UP유무 결정한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 더미배터리의 잔존용량을 표시할 수있을 뿐 아니라, 배터리의 충전중에도 잔존용량을 표시할 수 있는 배터리의 잔량표시장치 및 그 제어방법이 제공된다. 배터리 충전 완료시 그 상태에 따라 충전 전압을 ON , OFF가 가능하다.

도면 1을 참조하여 적절한 제어장치를 만들고, 배터리 충전전압 제어방식은 도면 3을 참조한다.

이동통신용 UPS 및 대용량 컴퓨터, 의료시스템에 적용될 수 있다

제 1 도는 본 발명의 대표도로 무정전 전원장치(Uninteruptible PowerSource : UPS)의 블록 도이다.

제 2 도는 구현하는 배터리 표시 장치와 배터리 충전전압 제어 방식을 나타낸다.

제 3 도는 배터리 제어방식의 예를 표시한 것이다.

제 4 도는 배터리(1) 충전 시 충전전류 및 충전시간 및 충전온도에 따른 특성이다.

Claims (1)

1. 청구항 1

   배터리의 잔류용량을 표시하는 배터리 잔량 표시장치에 있어서, 상기 배터리 잔량을 표시하는 표시부와; 배터리온도를 측정하는 온도감지부와; 상기 배터리의 출력전압을 측정하는 출력전압감지부; 상기 배터리를 충전하기 위해 공급되는 충전전류를 측정하는 충전전류감지부와; 상기 배터리온도와 상기 충전전류의 관계에 따라 정해지는 배터리 잔량에 대한 배터리잔량데이터가 저장된 잔량데이터저장부와; 상기 배터리의 충전시, 상기 출력전압이 소정의 기준전압을 유지하는 경우, 상기 온도감지부 및 상기 충전전류감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 충전전류의 측정값에 대응하는 상기 잔량데이터저장부의 상기 배터리 잔량데이터로부터 상기 배터리 잔량을 구하여 상기 표시부에 표시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 표시장치 및 이를 제어하는 제어부

   제 1항에 있어서, 상기 배터리잔량데이터는, 상기 배터리의 상황별로 작성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 표시장치.

   제 1항에 있어서, 상기 잔량데이터저장부는, 상기 배터리온도와 상기 출력전압의 관계에 따라 정해지는 배터리 잔량에 대한 배터리잔량데이터를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리의 충전시, 상기 충전전류가 일정한 경우, 상기 온도감지부 및 상기 출력전압감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 출력전압의 측정값에 대응하는 상기 배터리 잔량을 표시하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 표시장치.

   제 1항에 있어서, 상기 배터리 잔량을 표시하는 단계는, 상기 배터리의 충전시, 상기 충전전류가 일정한 경우, 상기 온도감지부 및 상기 출력전압감지부로부터의 상기 배터리온도 및 상기 출력전압의 측정값에 대응하는 상기 배터리 잔량을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 잔량 표시방법에 의해 배터리 전원공급회로를 자동제어하는 제어회로.

Images