KR20110005459A - 충방전 전류 센싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충방전 시스템에 관한 것으로, 특히 방전 전력을 회생해서 구동회로의 동력원으로 활용할 수 있도록 된 회생전기의 동력원 전환형 충방전 시스템에 관한 것으로, 전원으로부터 수신한 전기에너지를 정류하는 정류모듈(210); 정류된 전기에너지를 배터리(400)의 충전 전압으로 변압하는 변압유닛(311)과, 변압유닛(311)의 구동을 제어하는 PWM제어유닛(314)을 구비한 파워모듈(310); 배터리(400)의 충전상태를 확인해서 배터리(400)의 충방전을 진행하는 PWM출력유닛(321)과, 배터리(400)와 PWM출력유닛(321) 간의 전압 및 전류를 확인하는 전압센서(323) 및 전류센서(325)와, 전압센서(323) 및 전류센서(325)로부터 수신한 센싱값과 설정된 기준값을 비교하는 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)와, 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)의 비교결과를 수신해서 PWM출력유닛(321)을 제어하는 PWM제어유닛(322)으로 된 채널모듈(320); 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)의 기준값을 각각 설정하는 전압제어유닛(342) 및 전류제어유닛(343)과, 전압제어유닛(342) 및 전류제어유닛(343)의 구동을 제어하는 CPU(341)로 된 메인모듈(340); 작업자가 입력한 신호를 수신해 CPU(341)의 구동을 조작하는 메인제어모듈(510); 배터리(400)의 전기에너지를 방전하는 방전모듈(319);을 포함하는 충방전 시스템에 있어서, 상기 전류센서(325)는 배터리(400)와 PWM출력유닛(321) 간 전류를 확인하는 전류센싱(325a)과, 전류센싱(325a)의 센싱값을 증폭하는 전류신호증폭(325b)과, 전류신호증폭(325b)과 통전하고 온도에 따라 가변저항을 갖는 재질로 되어서 전류 신호증폭(325b)으로 공급되는 전기에너지가 온도에 따라 변경되어 센싱값의 증폭 정도를 조정하는 온도보상유닛(325c)를 포함하는 것이다.

Description

충방전 전류 센싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템{Charge and discharge system for the battery test by temperature compensation}

본 발명은 충방전 시스템에 관한 것으로, 특히, 배터리의 방전 전력을 회생해서 구동회로의 동력원으로 활용할 수 있고, 배터리로부터 충방전되는 전기에너지의 전류 센싱값을 온도에 따라 보상해서 전류 센싱값을 기준으로 제어되는 배터리의 충방전 처리가 정밀하게 이루어질 수 있도록 하는 충방전 전류 센싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템에 관한 것이다.

2차 전지는 작용물질의 화학변화가 끝나면 수명을 다하여 재생할 수 없는 1차 전지와는 달리, 전기에너지를 소모해 화학적으로 변화된 작용물질에 전기에너지를 공급하면 작용물질이 변화해 다시 전기에너지를 발생시킬 수 있도록 된 것으로, 주로 축전지로 사용된다.

충방전 시스템은 제작된 2차 전지를 테스트하는 것으로, 상기 2차 전지의 충전 및 방전을 수회 반복하여 2차 전지의 성능을 확인할 수 있도록 구성된다.

종래 충방전 시스템은 DC전력을 감압하여 2차 전지를 충전하고, 당해 2차 전지가 충분히 충전되면 방전용 부하와 2차 전지를 통전시켜서 충전된 전기에너지가 소비되도록 하였다.

그러나, 종래 충방전 시스템은 2차 전지의 충전을 위해 전기에너지를 소비하고, 충전된 2차 전지는 방전 과정에서 충전된 전기에너지를 그대로 소비하므로, 최초 공급되는 전기에너지는 2차 전지 충전 이외에 그 활용이 전혀 이루어지지 못하였고, 이로 인해 충방전 시스템의 구동을 위한 전력소모가 상대적으로 비효율적일 수밖에 없었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로, 2차 전지의 충방전 테스트를 위해 소비되는 전기에너지를 회생전기로 재활용해서, 전력소비에 대한 효율성을 높일 수 있고, 배터리를 충방전하는 전기에너지의 전류를 정확히 확인해서 배터리의 충방전 제어 및 회생전기 대상을 주변 온도에 상관없이 정확히 선별할 수 있으며, 이를 통해 배터리의 완전방전과 완전충전이 오류 없이 진행되는 충방전 전류 센싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템의 제공을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

전원으로부터 수신한 전기에너지를 정류하는 정류모듈; 정류된 전기에너지를 배터리의 충전 전압으로 변압하는 변압유닛과, 변압유닛의 구동을 제어하는 PWM제어유닛을 구비한 파워모듈; 배터리의 충전상태를 확인해서 배터리의 충방전을 진행하는 PWM출력유닛과, 배터리와 PWM출력유닛 간의 전압 및 전류를 확인하는 전압센서 및 전류센서와, 전압센서 및 전류센서로부터 수신한 센싱값과 설정된 기준값을 비교하는 전압비교기 및 전류비교기와, 전압비교기 및 전류비교기의 비교결과를 수신해서 PWM출력유닛을 제어하는 PWM제어유닛으로 된 채널모듈; 전압비교기 및 전류비교기의 기준값을 각각 설정하는 전압제어유닛 및 전류제어유닛과, 전압제어유닛 및 전류제어유닛의 구동을 제어하는 CPU로 된 메인모듈; 작업자가 입력한 신호를 수신해 CPU의 구동을 조작하는 메인제어모듈; 배터리의 전기에너지를 방전하는 방전모듈;을 포함하는 충방전 시스템에 있어서,

상기 전류센서는 배터리와 PWM출력유닛 간 전류를 확인하는 전류센싱과, 전류센싱의 센싱값을 증폭하는 전류신호증폭과, 전류신호증폭과 통전하고 온도에 따라 가변저항을 갖는 재질로 되어서 전류신호증폭으로 공급되는 전기에너지가 온도에 따라 변경되어 센싱값의 증폭 정도를 조정하는 온도보상유닛를 포함하는 충방전 전류 감지의 온도보상을 통해 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템이다.

상기의 본 발명은, 2차 전지로부터 방전되는 전기에너지를 회생해서 충방전 시스템을 이루는 구동회로의 동력원으로 재활용하고, 이를 통해 2차 전지의 충전 이외에 충방전 시스템을 구동하기 위해 소비되는 전력량을 줄일 수 있으므로, 2차 전지의 충방전시험을 위한 전력소비를 대폭 감축할 수 있는 경제적 효과를 기대할 수 있다.

또한, 배터리가 충방전하는 전기에너지의 상태를 확인해서 배터리의 완전충전과 완전방전을 반복적으로 정확히 수행하고, 이를 통해 배터리 검사의 신뢰도를 높일 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 충방전 시스템을 도시한 블록도인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 충방전 시스템은, AC전원(100)의 교류전류를 직류전류로 정류하는 정류모듈(210)과, 정류모듈(210)로부터 유입된 전기에너지를 배터리(400)의 충전 환경에 맞도록 변압시키는 파워모듈(310)과, 배터리(400)별로 충방전 상태를 관리하고 조정하는 채널모듈(320)과, 채널모듈(320)의 충방전 상태를 감지하는 감지모듈(330)과, 감지모듈(330)이 감지한 채널모듈(320)의 상태를 확인하고 이를 통합관리하는 메인모듈(340)을 포함하고, 메인모듈(340)의 제어를 위한 제어부(500)를 더 포함한다.

여기서, 상기 파워모듈(310)은 배터리(400)로부터 방전을 위해 유입된 전기에너지를 분전해서 충방전 시스템의 구동을 위해 부하(600; 도 2 참조)로 공급할 수 있도록 된다. 여기서, 부하(600)는 충방전 시스템의 정상적인 구동을 위해 전기에너지를 소비하는 구성요소로, 파워모듈(310) 자체는 물론 채널모듈(320)과 감지모듈(330) 및 메인모듈(340) 등이 포함될 수 있을 것이다. 또한, 이외에도 방열팬(601; 도 5 참조)도 될 수 있고, 별도의 단말기로 운영될 수 있는 제어부(500)의 동력원으로도 활용될 수 있을 것이다. 이에 대한 예시는 아래에서 상세히 하겠다.

한편, 본 발명에 따른 충방전 시스템은 다수 개의 배터리(400)를 일지점에서 통합 및 동시테스트가 가능하도록 구성되고, 이를 위해 채널모듈(320)은 배터리(400)의 개수에 상응하는 개수로 형성되어 배터리(400)와 각각 연결된다. 따라서, 채널모듈(320)과 배터리(400)는 그 개수가 동일할 것이다. 하지만, 구조적으로 둘 이상의 채널모듈(320)을 단품으로 제작할 수도 있으므로, 채널모듈(320)과 배터리(400)의 개수가 반드시 일치하는 것은 아니다.

도 2는 도 1의 충방전 시스템의 각 구성요소를 세분화한 블록도인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 충방전 시스템은 배터리(400)의 충방전 시험을 위한 정류모듈(210), 파워모듈(310), 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)을 포함하고, 상기 모듈들(210, 310, 320, 330, 340)의 제어 및 조작을 위한 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 충방전 시스템의 구동모습을 배터리(400)의 충방전 과정을 따라 순차 설명한다.

AC전원(100)으로부터 유입된 220V 전압의 교류전류는 정류모듈(210)에서 직류전류로 정류되되, 정류된 직류전류의 전압은 300V를 이룰 수 있다.

정류모듈(210)을 통해 정류된 300V의 직류전류는 외부DC입출력유닛(230)을 통해 파워모듈(310)로 전달된다. 여기서, 정류모듈(210) 및 외부DC입출력유닛(230)은 정류부(200)를 구성하되, 파워모듈(310), 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)과는 위치적으로 이격 분리된다. 참고로, 파워모듈(310), 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)은 카드 타입의 충방전부(300)로 집적되어서, 정류부(200)와는 별품으로 분리될 것이다. 이는 정류부(200)가 자체 구동시 고온의 발열이 일어나므로, 열에 민감하게 동작하는 충방전부(300)가 정류부(200)의 발열로 오작동하거나 훼손되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 파워모듈(310)은 변압유닛(311), 제어유닛(314), 전원유닛(315a, 315b), 과전류감시유닛(316), 기준전압유닛(317) 및 전압비교유닛(318)을 포함한다.

정류모듈(210)에서 정류된 전기에너지는 파워모듈(310)의 1,2차PWM출력기(311a, 311c) 및 트랜스포머(311b)로 구성된 변압유닛(311)으로 유입된다. 이때, 정류부(200)와 파워모듈(310)은 물리적으로 분리된 구성이므로, 상호 간의 전기적 연결을 위해 정류부(200)는 외부DC입출력유닛(230)을 포함할 수 있다. 참고로, 외부DC입출력유닛(230)은 일반적인 포트의 기능을 하는 것으로, 카드와 카드를 전기적으로 연결하기 위한 공지기술이다.

1,2차PWM출력기(311a, 311c) 및 트랜스포머(311b)로 구성된 변압유닛(311)은 300V의 직류전류로 유입된 전기에너지를 배터리(400)의 충방전 조건으로 변압하기 위한 것이다. 물론, 배터리(400)의 충방전 조건이 달라질 경우, 상기 트랜스포머(311b)는 조건에 맞는 사양으로 교체되거나, 변압 조건이 달라지도록 조작될 것이다.

한편, 파워모듈(310)은 변압유닛(311)의 동작상태를 실시간으로 확인하고 이를 관리 및 제어하는 PWM제어유닛(314)을 더 포함한다.

PWM제어유닛(314)은 PWM제어기(314a)와, 1,2차PWM출력기(311a, 311c)와 각각 연결되고 PWM제어기(314a)로부터 전송된 제어신호를 증폭하는 1,2차PWM제어신호증폭기(314b, 314c)로 구성된다. 여기서, PWM제어기(314a)는 1,2차PWM출력기(311a, 311c)를 통하는 전기에너지의 형태를 확인해서 통전 또는 단전 제어신호를 출력하고, 1,2차PWM제어신호증폭기(314b, 314c)는 PWM제어기(314a)로부터 생성 및 전송된 상기 제어신호를 수신받아 증폭한 후 1,2차PWM출력기(311a, 311c)로 전송한다.

결국, PWM제어유닛(314)으로부터 전송된 제어신호에 따라 1,2차PWM출력기(311a, 311c)는 통전 또는 단전되어서, 트랜스포머(311b)에 의해 변압된 전기에너지가 채널모듈(320) 또는 정류부(200)로 유입되도록 하거나 유입되지 않도록 한다.

계속해서, PWM제어유닛(314)은 과전류감시유닛(316)과 전압비교유닛(318)으로부터 전달된 신호에 따라 상기 제어신호의 발신을 결정한다.

과전류감시유닛(316)은 변압유닛(311)과 정류부(200) 간에 통전 상태를 확인하면서, 과전류의 발생 여부를 감지하는 것으로, 과전류감지시 해당 감지신호를 PWM제어유닛(314)으로 전송한다.

전압비교유닛(318)은 변압유닛(311)과 채널모듈(320) 간에 통전 상태를 확인하면서, 기준전압과의 일치 여부를 감지하는 것으로, 불일치 확인시 해당 감지신호를 PWM제어유닛(314)으로 전송한다.

물론, PWM제어유닛(314)은 과전류감시유닛(316)과 전압비교유닛(318)으로부터 상기 감지신호를 수신하면, 전술한 바와 같이 제어신호를 1,2차PWM출력기(311a, 311c)로 전송한다.

참고로, 기준전압유닛(317)은 전압비교유닛(318)이 채널모듈(320)과 변압유닛(311) 사이에서 확인한 전기에너지의 전압 크기를 비교하기 위해 기준이 되는 전기에너지를 입수 및 생성하는 것이다.

한편, 파워모듈(310)을 구성하는 PWM제어유닛(314)과, 전압비교유닛(318)에 기준이 되는 전기에너지를 제시하는 기준전압유닛(317)은, 구동에 필요한 동력원을 채널모듈(320)과 파워모듈(310) 또는 정류부(200)와 파워모듈(310) 간의 별도의 통전라인으로부터 공급받을 수 있다.

또한, 방열팬(601)과 같은 부하(600), 채널모듈(320) 및 메인모듈(340)의 구동을 위한 동력원도 상기 통전라인으로부터 분전 받을 수 있다. 이외에도, 상기 통전라인과 통전하는 별도의 입출력단자(800)를 배치해서, 다른 충방전부로의 전기에너지 공급 및 수급을 진행할 수 있다.

좀 더 상세히 설명하면, 충방전부(300)는 도 5에 도시한 바와 같이, 다수 개가 병렬 연결될 수 있는데, 이는 다수 개의 배터리(400) 검사를 통합 진행할 수 있도록 하기 위함이다. 한편, 각각의 충방전부(300)는 배터리(400)의 충방전이 독립적으로 이루어지므로, 임의 충방전부에서는 배터리(400)의 충전이, 다른 충방전부에서는 배터리(400)의 방전이 진행될 수 있다. 따라서, 방전이 진행되는 충방전부에서 충전이 진행되는 충방전부로 전기에너지를 공급할 수 있다면, 전기에너지의 활용 효율이 향상될 수 있는 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 충방전 시스템은 입출력단자(800)를 포함하고, 이 입출력단자(800)는 제2전원유닛(315b)의 제어를 받아 동작한다. 참고로, 충방전부(300)에 구비된 입출력단자(800)는 다른 충방전부의 입출력단자와 연결될 수 있고, 이를 통해 충방전부 간의 전기에너지 교류가 이루어질 수 있을 것이다. 따라서, 입출력단자(800)는 둘 이상의 충방전부(300)와 연결되는 것이 바람직하다. 좀 더 상세한 동작 설명은 제2전원유닛(315b)의 설명과 더불어 한다.

한편, 배터리(400)로부터 방전되는 전기에너지 중 제2전원유닛(315b)을 통해 회생된 전기에너지 외 전기에너지는 일반적인 과정에 따라 방전모듈(319)로 전달돼 방전된다.

본 발명에 따른 충방전 검사시스템은 전술한 바와 같이 잔여 전기에너지를 처리하기 위한 방전모듈(319)을 포함하되, 상기 방전모듈(319)은 파워모듈(310)을 이루는 기판(303; 도 3 참조) 별로 개별 장착되어서, 해당 파워모듈(310)에 연결된 각 채널모듈(320)의 PWM출력유닛(321)으로부터 발생하는 전기에너지에 대한 방전을 처리토록 한다. 참고로, 다수의 채널모듈(320)은 하나의 파워모듈(310)에 연결될 수 있고, 이러한 연결을 이루는 채널모듈(320)과 파워모듈(310)의 한 세트는 다수 개의 세트가 집적돼 구성될 수 있다. 결국, 본 발명에 따른 방전모듈(319)은 임의 파워모듈(310)에 연결된 해당 채널모듈(320)의 출력 전기에너지만을 방전 처리하면 되므로, 다수 개의 세트가 집적된 시스템 제작시 상기 세트로부터 출력되는 전기에너지를 집중 방전하기 위한 별도의 방전수단이 불필요하다. 물론, 상기 방전수단은 세트를 구성하는 모든 채널모듈(320)의 PWM출력유닛(321)으로부터 출력되는 전기에너지를 방전할 수 있는 용량을 갖추어야 하고, 구동시 일지점에 집중되는 발생 열을 차단하면서 주변기기로의 열전도를 최소화하기 위한 별도의 냉각수단을 구비해야하므로, 파워모듈(310) 별로 분리 배치되는 방전모듈(319)은 시스템 제작에 따른 원가 절감은 물론 안정된 구동성을 기대할 수 있는 효과가 있다.

전술한 바와 같이, 파워모듈(310)은 정상적인 구동을 위해 전기에너지를 공급받아야 하고, 이 전기에너지는 상기 통전라인으로부터 제공받는다. 하지만, 충 방전 시스템을 최초에 구동(시동)할 때는 파워모듈(310)의 정상적인 구동을 위한 충분한 전기에너지를 확보한 상태가 아니므로, 파워모듈(310) 등의 시동을 위한 별도의 동력원이 요구된다.

이를 위해 본 발명 따른 파워모듈(310)은 AC전원(100)의 전기에너지를 공급받아 파워모듈(310) 등의 구동에 필요한 전기에너지를 공급하는 제1전원유닛(315a)을 포함한다.

변압유닛(311)으로부터 전송된 충전용 전기에너지는 채널모듈(320)의 PWM출력유닛(321)으로 유입되고, PWM제어유닛(322)의 제어를 통해 당해 채널모듈(320)과 연결된 배터리(400)로 전달된다. 물론, 배터리(400)는 PWM출력유닛(321)로부터 유입된 전기에너지를 받아 충전된다.

한편, 채널모듈(320)은 PWM출력유닛(321), PWM제어유닛(322), 전압센서(323), 전압비교기(324), 전류센서(325) 및 전류비교기(326)를 포함한다.

전압센서(323) 및 전류센서(325)는 배터리(400)의 충전 상태를 확인하거나 방전 상태를 확인해서 PWM출력유닛(321)의 구동을 제어하는 PWM제어유닛(322)에게 정보를 전달한다. 이를 위해 전압센서(323) 및 전류센서(325)는 PWM출력유닛(321)과 배터리(400) 사이에 전기적으로 연결되어서, 전압센싱(323a) 및 전류센싱(325a)을 이용해 배터리(400)에 통전하는 전기에너지의 상태를 확인하고, 전압신호증폭(323b) 및 전류신호증폭(325b)을 이용해 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)는 물론 PWM제어유닛(322)이 센싱 결과를 확인할 수 있도록 증폭한다.

전압비교기(324) 및 전류비교기(326)는 전압센서(323) 및 전류센서(325)로부 터 유입된 센싱값을 기준값과 비교해서 비교결과를 PWM제어유닛(322)으로 전송한다. 참고로, 배터리(400)의 충방전 상태에 따라 전압센서(323) 및 전류센서(325)가 감지하는 센싱값은 변하게 되는데, 전압비교기(324)와 전류비교기(326)는 배터리(400)가 충전상태 또는 방전상태일 때의 기준이 되는 기준값을 포함하므로, 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)에서의 비교결과에 따라 PWM제어유닛(322)는 PWM출력유닛(321)를 조작해서 배터리(400)의 충방전을 제어한다.

그런데, 배터리(400)에 통전하는 전기에너지의 센싱값은 온도변화와 더불어 변할 수밖에 없다. 특히 전류의 경우에는 주변온도의 변화에 따른 전선의 물리적 변화 및 기타 외부 요인에 의해 이론치와 큰 차이가 발생하므로, 온도에 상관없이 항시 일정한 전류 센싱값을 확인해서 배터리(400)의 충방전을 제어하는 PWM제어유닛(322)에 제공되어야 한다. 물론, PWM제어유닛(322)은 설정된 기준값과 전류 센싱값을 비교해서 설정된 사항에 따라 배터리(400)의 충전 또는 방전을 선택해 진행할 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 충방전 시스템의 전류센서(325)는 온도보상유닛(325c)을 포함한다.

통상적으로, 온도가 증감하면 매질의 상태 변화 및 기타 물리적인 주변 변화로 인해, 감지되는 전류 센싱값 또한 증감한다. 이때, 전류센서(325)는 배터리(400)를 통전하는 전기에너지의 전류를 감지하는데, 전술한 바와 같이 전류는 온도에 따라 그 변화가 크므로, 전류센서(325)는 잘못된 센싱값을 전류비교기(326) 및 PWM제어유닛(322)으로 전송할 수 있다. 물론, 이러한 오류는 PWM제어유닛(322) 의 정밀제어를 방해할 수 있으므로, 이에 대한 보완이 요구된다.

온도보상유닛(325c)은 전류센서(325)가 배터리(400)를 통전하는 전기에너지의 전류를 감지해서 온도에 상관없이 전류비교기(326) 및 PWM제어유닛(322)에 정확한 전기에너지 센싱값을 전송해서, PWM제어유닛(322)이 PWM출력유닛(321)을 정밀하게 제어할 수 있도록 한다.

이를 위한 온도보상유닛(325c)은 부온도계수(負溫度係數, Negative Temperature Coefficient, NTC)를 이용하는 서미스터를 통해 현재의 온도를 확인하고, 확인된 온도에서 전류센싱(325a)이 감지한 전류가 보상될 수 있도록 전류신호증폭(325b)에 신호를 보내 증폭 정도를 조정한다.

일 예를 들어 설명하면, 온도 상승시 저항이 감소하는 특징을 갖는 NTC를 이용한 서미스터는 전류신호증폭(325b)으로의 전기공급을 매개하되, 온도에 따라 자체적으로 저항이 변하면서 다른 전류값을 전류신호증폭(325b)에 전달하므로, 전류신호증폭(325b)은 해당 전류값의 정도에 따라 전류센싱(325a)이 감지한 전류를 보상해서 전류비교기(326) 및 PWM제어유닛(322)은 온도에 상관없는 정확한 전류를 확인할 수 있다.

참고로, 온도보상유닛(325c)은 정온도계수(正溫度係數, Positive Temperature Coefficient, PTC)를 이용하는 서미스터가 적용될 수도 있음은 물론이다. 여기서, PTC는 온도 상승시 저항이 증가하는 특징을 갖는다.

메인모듈(340)은 CPU(341), 전압제어유닛(342), 전류제어유닛(343), 전압모니터(344) 및 전류모니터(345)를 포함하고, 필요에 따라 통신유닛(346)을 더 포함 할 수 있다.

전압제어유닛(342) 및 전류제어유닛(343)은 CPU(341)의 제어를 받아 채널모듈(320)의 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)의 기준값을 조정한다. 즉, 배터리(400)의 사양에 따라 달라지는 기준값을 조정해서 본 발명에 따른 충방전 시스템은 다양한 형태와 기종의 배터리(400)의 테스트를 진행할 수 있는 것이다.

전압모니터(344) 및 전류모니터(345)는 감지모듈(330)로부터 제공된 채널모듈(320)의 구동상태정보를 수신해서 CPU(341)에 제공한다. 이에 대한 설명은 감지모듈(330)의 설명과 더불어 상세히 한다.

통신유닛(346)은 메인모듈(340)의 구동을 제어하는 제어부(500)와의 통신을 매개하는 것으로서, 유/무선 타입의 중개가 모두 가능할 것이다. 이 또한 제어부(500)의 설명과 더불어 상세히 한다.

감지모듈(330)은 채널모듈(320)을 통전하는 전기에너지의 상태를 확인해서 전압모니터(344) 및 전류모니터(345)에 전송하고, CPU(341)의 제어를 통해 해당 채널모듈(320)의 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)의 기준값을 조정한다.

전술한 바와 같이, 채널모듈(320)은 배터리(400)의 수만큼 다수 구비되므로, 채널모듈(320)들의 일괄제어는 물론, 채널모듈(320) 별 제어도 요구된다. 따라서, 메인모듈(340)의 전압제어유닛(342) 및 전류제어유닛(343)은 모든 채널모듈(320)을 일괄제어하고, 감지모듈(330)은 작업자가 지정한 특정 채널모듈(320)에 한해 제어한다.

참고로, 본 발명에 따른 실시예에서는 감지모듈(330)이 전압센서(323) 및 전 압비교기(324)와, 전류센서(325) 및 전류비교기(326) 사이의 통전신호(센싱값)를 확인하고, 메인모듈(340)의 전압모니터(344) 및 전류모니터(345)로 전송해서 출력 및 기록되도록 하며, 제어에 따라 해당 채널모듈(320)의 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)의 기준값을 조정한다. 결국, 감지모듈(330)은 채널모듈(320)의 개수에 상응하는 포트를 갖추어서, 다수의 채널모듈(320)과 통신할 것이다.

제어부(500)는 작업자의 조작으로 메인모듈(340)의 구동을 제어하는 것으로, 작업자가 직접 조작하는 메인제어모듈(510)을 포함할 수 있다. 이때 메인제어모듈(510)은 통신유닛(346)을 매개로 메인모듈(510)과 통신할 것이다. 한편, 메인제어모듈(510)은 원격에 배치되는 일반 컴퓨터(520) 단말기와 통신할 수 있고, 작업자는 컴퓨터(520)에 메인제어모듈(510)의 제어를 위한 프로그램을 설치한 후 당해 프로그램을 이용해 메인제어모듈(510)을 제어할 것이다.

참고로, 메인제어모듈(510)은 컴퓨터(520)의 통신을 위해 포트(511; 도 4 참조)를 갖추고, 상기 포트(511)와 연결되는 케이블(미 도시함)을 매개로 메인제어모듈(510)과 컴퓨터(520) 간의 통신을 가능케 할 것이다.

배터리(400)가 방전할 경우, 방전되는 전기에너지의 방전과정을 설명한다.

PWM출력유닛(321)과 배터리(400) 간 통신하는 전기에너지 상태를 확인해서, 배터리(400)의 충분한 충전이 확인되면, PWM제어유닛(322)은 PWM출력유닛(321)이 더이상 배터리(400)를 충전하지 않도록 제어한 후, 배터리(400)가 정상적인 방전을 진행하도록 한다. 한편, PWM출력유닛(321)은 방전되는 전기에너지는 제2전원유 닛(315b)으로 집중될 수 있다.

계속해서, 제2전원유닛(315b)은 배터리(400)로부터 전송된 전기에너지를 채널모듈(320) 또는 파워모듈(310)과 각종 부하(600)의 동력원으로 활용할 수 있다. 이때, 부하(600)와의 연결을 위해 콘센트에 상응하는 전원공급단자(730)가 더 구비될 수 있고, 부하(600)에 해당하는 다양한 전기기기들은 전원공급단자(730)와 연결되어서 필요한 전기에너지를 공급할 수도 있음은 물론이다.

제2전원유닛(315b)에서 소비되지 않거나, 기타 설정에 의해 남는 잔여 전기에너지는 파워모듈(310)에 구비된 방전모듈(319)로 전송돼 방전될 수 있다.

한편, 제2전원유닛(315b)은 변압유닛(311)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1전원유닛(315a)은 본 발명에 따른 충방전 시스템의 시동을 위해 전기에너지를 공급받아 배전하는 것이고, 제2전원유닛(315b)은 제1전원유닛(315a)이 전기에너지를 공급하지 않는 모듈 또는 부하(600)에 전기에너지를 공급하는 것이다. 이때, 제2전원유닛(315b)은 배터리(400)로부터 방전되는 전기에너지를 회생해 활용하므로, 배터리(400)의 방전이 중단되면 상기 모듈 또는 부하(600)의 지속적인 구동을 위해 변압유닛(311)의 2차PWM출력기(311c)로부터 공급되는 전기에너지를 수급할 수 있다.

방전모듈(319)은 분전된 전기에너지의 전압을 확인해서 방전처리 여부를 결정하고 이를 실행하는 방전제어유닛(319a)과, 접지 등과 같은 방전수단을 통해 방전제어유닛(319a)의 제어에 따라 유입된 전기에너지를 방전시키는 방전유닛(319b)을 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 충방전 시스템을 이루는 충방전부의 모습을 도시한 사시도인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 충방전 시스템은, 변압기능을 수행하면서 전기에너지의 회생을 위해 분전이 이루어지는 파워모듈(310)과, 배터리(400)와 각각 연결되어서 배터리(400) 별로 충방전이 이루어지도록 개별 제어하는 채널모듈(320)과, 채널모듈(320)을 개별 관리 및 제어를 위해 중개하는 감지모듈(330)과, 채널모듈(320) 및 감지모듈(330)과 통신하면서 이들을 통합 관리하는 메인모듈(340)이 집적되어 카드타입을 이루는 충방전부(300)를 포함한다.

전술한 바와 같이, 충방전 시스템은 정류모듈(210)을 구비한 정류부(200)를 포함하는데, 상기 정류부(200)는 충방전 시스템에서 발열량이 가장 높은 구성이다. 따라서, 본 발명에 따른 충방전 시스템은 열에 민감한 모듈(310, 320, 330, 340)을 정류부(200)와 분리시키고, 집적효율을 높이기 위해 상기 모듈(310, 320, 330, 340)을 집적해서 카드 타입의 충방전부(300)가 되도록 했다.

결국, 충방전 시스템에서 충방전부(300)를 정류부(200)와 이격시켜서, 충방전부(300)의 오작동을 방지하고, 배터리(400)에 대한 안정된 충방전 테스트를 진행할 수 있도록 한다.

통상적으로, 충방전부(300)를 구성하는 채널모듈(320)은 배터리(400)의 개수와 일치한다. 따라서, 다수의 배터리(400) 테스트를 위해서는 그에 상응하는 채널모듈(320)이 요구된다. 한편, 종래 채널모듈은 정류부(200)의 정류모듈(210)이 인 접하면서 채널모듈의 공냉 효과를 높이기 위해 기판(303)의 평면을 기준으로 입설되도록 실장했다. 결국, 채널모듈은 공기와의 접촉면적이 넓어져서 냉각 효과를 높일 수 있는 것이다.

하지만, 본 발명에 따른 충방전 시스템에서는 정류부(200)와 충방전부(300)를 분리 배치하면서 채널모듈(320)이 받는 온도를 최소화할 수 있다. 따라서, 채널모듈(320)은 도 3에 도시한 바와 같이 공냉 효율과 관계없이 기판(303)에 밀착하도록 실장할 수 있고, 이를 통해 충방전부(300)의 폭을 크게 줄일 수 있다.

한편, 채널모듈(320)에 의한 공간점유를 줄일 수 있게 되면서, 충방전부(300)를 구성하는 기판(303)의 개수를 증가시킬 수 있고, 이를 통해 하나의 충방전부(300)에서 수용할 수 있는 채널모듈(320)의 수를 증가시킬 수 있다. 도 3에서는 하나의 충방전부(300)를 구성하는 기판(303)의 수를 2개로 하였지만, 3개 이상 될 수도 있음은 물론이다. 참고로, 기판(303)에는 감지모듈(330)이 실장되어서, 당해 기판(303)에 실장된 채널모듈(320)의 상태를 개별 제어 및 관리한다. 또한, 다수의 기판(303)에 횡방향으로 배치되는 전면패널(301)을 두어서 기판(303)들의 물리적인 연결 및 고정을 이루고, 전면패널(301)의 전면에 배터리(400)와 연결되는 케이블(미도시함)이 탈부착하는 커넥터(302)를 두어서 채널모듈(320)와 배터리(400) 간의 전기적인 탈부착이 용이하도록 하였다.

계속해서, 충방전부(300)의 구동을 총괄 제어하는 메인모듈(340)은 상호 나란히 이격 배치된 기판(303)의 횡방향으로 배치해서 메인모듈(340)이 점유하는 공간을 최소화했다. 또한, 메인모듈(340)이 위치하는 기판(303)의 일지점을 절개해 서 절개부(303a)를 형성시키고, 메인모듈(340)은 상기 절개부(303a)에 맞물리도록 삽입해서 메인모듈(340)에 의한 부피의 증가율을 최소화했다.

한편, 구동에 의한 발열량이 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)에 비해 상대적으로 많은 파워모듈(310)은 기판(303)과 분리돼 배치되되, 기판(303)과 나란한 길이방향으로 배치되어서 충방전부(300) 전체가 하나의 판 형태를 이루도록 된다.

계속해서, 열에 민감한 부분인 충방전부(300)의 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)의 효과적인 냉각을 위해, 상기 충방전부(300)는 통풍로(304)를 더 포함할 수 있다.

통풍로(304)는 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)을 향하는 협소한 직선로를 구비하고, 이 직선로는 방열팬(601; 도 5 참조)과 연통하도록 배치해서, 방열팬(601)의 송풍력 또는 흡풍력이 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)에 직접적인 영향을 미치도록 기류를 안내한다.

또한, 상기 통풍로(304)는 발열이 일어나는 파워모듈(310)과 공간적으로 격리되도록 파워모듈(310)과 마주하는 일면이 폐구되어서, 통풍로(304)를 통하는 공기가 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)이 위치한 공간과 외부 공간만을 통행할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 충방전 시스템의 테스트장치를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 테스트장치를 분해 도시한 사시도인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 충방전 시스템에서 정류부(200)와 다수의 충방전부(300) 및 제어부(500)는, 작업자의 관리 및 구동 등에 대한 효율을 높이기 위해 일체로 된 테스트장치로 제작할 수 있다. 이때, 상기 테스트장치는 하나의 정류부(200)와 다수 개의 충방전부(300)를 포함하고, 정류부(200) 및 충방전부(300)를 제어하는 하나의 제어부(500)를 포함할 수 있다.

한편, 정류부(200), 충방전부(300) 및 제어부(500)의 일체화를 위해 하우징(700)을 더 포함한다.

하우징(700)은, 다수의 충방전부(300)를 개별적으로 탈부착할 수 있도록 수용하는 카드수용지(a)와 정류모듈(210) 및 방전모듈(220)로 된 정류부(200)를 수용하는 구동수용지(b)를 상호 구획하는 격벽(711)을 구비한 박스 형상의 본체(710)와, 정류부(200)의 용이한 관리를 위해 작업자가 정류부(200)를 용이하게 인입출할 수 있도록 하는 슬라이더(720)를 포함하고, 정류부(200)와 충방전부(300)와 제어부(500)를 전기적으로 탈부착 가능하게 연결하면서 중개하고 본체(710)의 개구된 일면을 덮어 폐구하는 연결패널(740)을 더 포함한다.

본체(710)는 카드수용지(a)와 구동수용지(b)가 격벽(711)에 의해 상하로 구획되어서, 충방전부(300)와 정류부(200)가 상호 격리되도록 한다. 따라서, 상기 격벽(711)에 의해 정류부(200)로부터 방출되는 열이 충방전부(300)로 전달되지 못하므로, 충방전부(300)의 안정된 구동환경을 유지시킬 수 있다.

한편, 카드수용지(a)는 다수 개의 충방전부(300)와 메인제어모듈(510)을 수용하면서, 충방전부(300) 각각이 개별적으로 탈부착될 수 있도록 된다. 이때, 충 방전부(300)들이 상호 긴밀히 맞닿도록 위치시키면서 이웃하는 충방전부(300)가 이탈되어도 현 위치를 고수할 수 있도록, 격벽(711)에는 상호 나란히 위치하는 다수의 레일(711a)이 형성된다. 상기 레일(711a)은 충방전부(300)의 가장자리가 이동가능하게 맞물려서, 충방전부(300)의 진행방향을 안내함은 물론 격벽(711)과 충방전부(300) 간의 물리적인 연결을 도모한다.

구동수용지(b)에 배치되는 정류부(200)는 상대적으로 부피와 하중이 크므로, 자체 이동성이 낮다. 따라서, 구동수용지(b)에 서랍형태로 슬라이딩하는 슬라이더(720)에 정류부(200)를 안착시켜서, 작업자가 슬라이더(720)의 이동을 통해 정류부(200) 전체를 본체(710)로부터 쉽게 이탈시킬 수 있고, 이로 인해 정류부(200)에 대한 작업자의 관리가 용이토록 한다.

한편, 본체(710) 또는 슬라이더(720)에는 파워모듈(310)에서 분전된 전기에너지가 통전하는 콘센트와 같은 전원공급단자(730)가 배치될 수 있다. 이 전원공급단자(730)는 전술한 바와 같이, 제어부(500)의 컴퓨터(520)와 같은 별도 기기 등의 구동을 위한 동력원을 제공하는 것으로, 배터리(400)로부터 방전되는 전기에너지를 회생시켜 사용할 수 있도록 하는 것이다.

전술한 바와 같이, 충방전부(300)와 메인제어모듈(510)은 레일(711a)을 따라 카드수용지(a)에서 인입출되도록 되므로, 작업자는 충방전부(300) 및 메인제어모듈(510) 등의 전기적인 연결 조작이 곤란하다.

따라서, 본 발명에 따른 하우징(700)은 작업자가 충방전부(300) 및 메인제어모듈(510)을 카드수용지(a)로부터 분리시키면, 물리적인 결속의 해제는 물론 전기 적인 연결이 단전되도록 하고, 충방전부(300) 및 메인제어모듈(510)을 카드수용지(a)로 삽입하면, 물리적인 결속은 물론 전기적인 연결이 이루어지도록 하였다.

이를 위해 상기 하우징(700)은 카드수용지(a)와 구동수용지(b)의 배면을 덮어 폐구하는 연결패널(740)을 포함한다.

연결패널(740)은 충방전부(300) 및 메인제어모듈(510)과 전기적/물리적으로 연결되는 제1,2통전포트(741, 742)를 구비하고, 정류부(200)와 전기적으로 연결되는 정류부커넥터(743)를 구비한다. 즉, 제1,2통전포트(741, 742)에 접속한 충방전부(300) 및 메인제어모듈(510)과 정류부커넥터(743)에 접속한 정류부(200)는 모두 연결패널(740)을 매개로 전기적 연결이 완성되므로, 정류부(200), 충방전부(300) 및 제어부(500) 간의 통신이 가능해진다. 참고로, 제1통전포트(741)는 정류부(200)의 외부DC입출력유닛(230)과 전기적으로 연결되어서, 정류부(200)와 파워모듈(310)을 통전한다.

한편, 카드수용지(a)에 배치되는 다수 개의 충방전부(300)는 일렬로 나란히 이격 배치되므로, 이웃하는 충방전부(300) 사이의 통기는 일방향으로만 이루어지는 조건이 된다. 따라서, 카드수용지(a) 간의 강제적인 통풍을 위한 방열팬(601)은 연결패널(740)에 형성될 수밖에 없고, 이를 위해 연결패널(740)은 방열팬(601)의 통풍을 위한 통풍구(744)가 형성된다. 즉, 방열팬(601)은 통풍구(744)에 고정되어서, 충방전부(300)들 간의 이격공간으로 통기가 이루어지도록 하고, 특히 통풍로(304)를 통한 채널모듈(320), 감지모듈(330) 및 메인모듈(340)에 대한 냉각이 효과적으로 이루어지도록 한다.

채널모듈(320)과 각각 연결되는 배터리(400)는 채널모듈(320)의 개수에 상응하는 개수로 구비되고, 자체 부피 또한 크므로, 하우징(700)에 수용돼 일체되는 테스트장치와는 별도로 보관 및 배치된다. 따라서, 배터리(400)는 충방전부(300)에 구비된 전면패널(301)의 커넥터(302)를 매개로 테스트장치와 연결되나, 테스트장치와는 분리 보관될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 충방전 시스템을 도시한 블록도이고,

도 2는 도 1의 충방전 시스템의 각 구성요소를 세분화한 블록도이고,

도 3은 본 발명에 따른 충방전 시스템을 이루는 충방전부의 모습을 도시한 사시도이고,

도 4는 본 발명에 따른 충방전 시스템의 테스트장치를 도시한 사시도이고,

도 5는 도 4의 테스트장치를 분해 도시한 사시도이다.

- 첨부도면의 주요부분에 대한 용어설명 -

100; AC전원 200; 정류부

210; 정류모듈 220; 방전모듈

300; 충방전부 310; 파워모듈

311; 변압유닛 314; PWM제어유닛

315a, 315b; 전원유닛 316; 과전류감시유닛

317; 기준전압유닛 318; 전압비교유닛

320; 채널모듈 321; PWM출력유닛

322; PWM제어유닛 323; 전압센서

324; 전압비교기 325; 전류센서

326; 전류비교기 330; 감지모듈

340; 메인모듈 341; CPU

342; 전압제어유닛 343; 전류제어유닛

344; 전압모니터 345; 전류모니터

346; 통신유닛 400; 배터리

500; 제어부 510; 메인제어모듈

520; 컴퓨터 600; 부하

601; 방열팬 700; 하우징

710; 본체 711; 격벽

720; 슬라이더 730; 콘센트

740; 연결패널

Claims (5)

1. 정류된 전기에너지를 배터리(400)의 충전 전압으로 변압하는 변압유닛(311)과, 변압유닛(311)의 구동을 제어하는 PWM제어유닛(314)을 구비한 파워모듈(310); 배터리(400)의 충전상태를 확인해서 배터리(400)의 충방전을 진행하는 PWM출력유닛(321)과, 배터리(400)와 PWM출력유닛(321) 간의 전압 및 전류를 확인하는 전압센서(323) 및 전류센서(325)와, 전압센서(323) 및 전류센서(325)로부터 수신한 센싱값과 설정된 기준값을 비교하는 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)와, 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)의 비교결과를 수신해서 PWM출력유닛(321)을 제어하는 PWM제어유닛(322)을 구비한 채널모듈(320); 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)의 기준값을 각각 설정하는 전압제어유닛(342) 및 전류제어유닛(343)과, 전압제어유닛(342) 및 전류제어유닛(343)의 구동을 제어하는 CPU(341)를 구비한 메인모듈(340); 작업자가 입력한 신호를 수신해 CPU(341)의 구동을 조작하는 메인제어모듈(510); 배터리(400)의 전기에너지를 방전하는 방전모듈(319)을 포함하는 충방전 시스템에 있어서,

   상기 전류센서(325)는 배터리(400)와 PWM출력유닛(321) 간 전류를 확인하는 전류센싱(325a)과, 전류센싱(325a)의 센싱값을 증폭하는 전류신호증폭(325b)과, 전류신호증폭(325b)과 통전하고 온도에 따라 가변저항을 갖는 재질로 되어서 전류신호증폭(325b)으로 공급되는 전기에너지가 온도에 따라 변경되어 센싱값의 증폭 정도를 조정하는 온도보상유닛(325c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 전류 센 싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 파워모듈(310)의 시동을 위해 전원으로부터 전기에너지를 받아 PWM제어유닛(314)으로 공급하는 제1전원유닛(315a); 및

   배터리(400)로부터 방전되는 전기에너지를 받아 파워모듈(310)ㆍ채널모듈(320)ㆍ메인모듈(340)ㆍ메인제어모듈(510) 중 선택된 하나 이상에 공급하되, 입출력단자(800)를 매개로 이웃하는 다른 제2전원유닛과 통전하면서 배터리(400)의 충전 진행시 다른 제2전원유닛으로부터 전기에너지를 받거나, 배터리(400)의 방전 진행시 다른 제2전원유닛으로 전기에너지를 공급하는 제2전원유닛(315b)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 전류 센싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 방전모듈(319)은 다수 개의 파워모듈(310)에 각각 개별 실장되어서, 해당 파워모듈(310)에 연결된 배터리(400)가 방전하는 전기에너지를 방전하는 것을 특징으로 하는 충방전 전류 센싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 채널모듈(320)은 배터리(400)의 개수에 상응하는 다수 개가 구비되면서 하나의 파워모듈(310)과 전기적으로 병렬 연결되고, CPU(341)의 제어를 받아 전압비교기(324) 및 전류비교기(326)의 기준값을 채널모듈(320) 별로 개별 제어하는 감지모듈(330)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 전류 센싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 감지모듈(330)은 전압센서(323) 및 전류센서(325)의 센싱값을 채널모듈(320) 별로 수신하고, 메인모듈(340)은 감지모듈(330)이 수신한 센싱값을 채널모듈(320) 별로 출력 및 기록하는 전압모니터(344) 및 전류모니터(345)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충방전 전류 센싱값의 온도보상을 통한 제어정밀도 향상 및 검사결과의 신뢰도를 높인 배터리 검사용 충방전 시스템.

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