KR20140094857A - Battery charger and method of operating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 충전기 및 이의 구동 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a charger and a driving method thereof.
도 1은 일반적인 충전기를 도시한 도면이다. 1 is a view showing a general charger.
도 1에 도시된 바와 같이, 충전기는 전원(V1), 배터리(100) 및 컨버터(102)를 포함한다. 1, the charger includes a power source V1, a
컨버터(102)는 한국공개특허공보 제2012-0090446호에서 보여지는 바와 같이 절연형 타입, 비절연형 타입 및 소프트 스위칭 타입 등 다양한 종류를 가지며, 스위치를 포함한다. 다만, 스위치는 듀티비가 일반적으로 0.9 이상으로 상승하면 단락되는 현상이 발생한다. The
이러한 스위치의 특징은 배터리(100)의 완전 방전을 불가능하게 한다. 구체적으로는, 배터리 방전시 배터리(100)의 전압이 일정 전압 이하로 떨어지면 스위치의 듀티비가 상승하게 되며, 따라서 스위치가 단락될 수 있기 때문에 배터리(100)를 상기 일정 전압 이하로 방전시킬 수가 없었다. The feature of such a switch makes it impossible to discharge the
본 발명은 컨버터의 스위치의 듀티비를 안정적으로 유지하면서 배터리를 완전 방전시킬 수 있는 충전기 및 이의 구동 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a charger capable of fully discharging a battery while stably maintaining a duty ratio of a switch of a converter and a driving method thereof.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기는 제 1 전원과 메인 충전/방전부 사이에 연결된 메인 컨버터; 및 상기 제 1 전원과 보조 충전/방전부 사이에 연결된 보조 컨버터를 포함한다. 여기서, 상기 보조 충전/방전부는 상기 메인/충전 방전부에 연결되며, 상기 메인 충전/방전부의 방전 동작시 상기 메인 충전/방전부의 전압이 기설정 전압보다 클 때에는 상기 메인 컨버터와 상기 보조 컨버터 중 상기 메인 컨버터만이 활성화되고, 상기 메인 충전/방전부의 전압이 상기 기설정 전압 이하인 때에는 상기 메인 컨버터와 상기 보조 컨버터가 모두 활성화된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a charger including: a main converter connected between a first power source and a main charge / discharge unit; And an auxiliary converter connected between the first power source and the auxiliary charging / discharging unit. When the voltage of the main charging / discharging unit is higher than a predetermined voltage during the discharging operation of the main charging / discharging unit, the auxiliary charging / discharging unit is connected to the main / Only the main converter is activated and both the main converter and the auxiliary converter are activated when the voltage of the main charging / discharging portion is lower than the preset voltage.
본 발명의 일 실시예에 따른 충전기 구동 방법은 배터리 방전시 배터리의 전압이 기설정 전압에 도달하였는지를 판단하는 단계; 및 상기 배터리의 전압이 상기 기설정 전압에 도달한 경우 제 1 전원과 상기 배터리를 연결하는 컨버터 내의 제 1 스위치 또는 제 2 스위치의 듀티비를 조절하는 단계를 포함한다.A method of driving a charger according to an embodiment of the present invention includes: determining whether a voltage of a battery reaches a preset voltage when a battery is discharged; And adjusting a duty ratio of the first switch or the second switch in the converter that connects the first power source and the battery when the voltage of the battery reaches the preset voltage.
본 발명의 다른 실시예에 따른 충전기 구동 방법은 배터리를 활성화시키기 위한 제 1 스위치로 제 1 제어 신호를 출력하는 단계; 및 상기 배터리의 방전시 상기 배터리의 전압이 기설정 전압에 도달한 때 상기 배터리와 연결된 보조 충전/방전부를 활성화시키기 위한 제 3 스위치로 제 3 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.A method of driving a charger according to another embodiment of the present invention includes: outputting a first control signal to a first switch for activating a battery; And outputting a third control signal to a third switch for activating an auxiliary charging / discharging unit connected to the battery when the voltage of the battery reaches a preset voltage upon discharge of the battery.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전기 구동 방법은 배터리를 방전시키는 단계; 및 상기 배터리를 방전시키는 동안 상기 배터리의 전압이 기설정 전압에 도달하면 상기 배터리와 직렬로 연결된 보조 충전/방전부를 충전시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method of driving a charger includes discharging a battery; And charging the auxiliary charging / discharging unit connected in series with the battery when the voltage of the battery reaches a predetermined voltage while discharging the battery.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전기 구동 방법은 배터리를 경유하는 제 1 전류 패스를 형성하는 단계; 및 상기 배터리와 연결된 보조 충전/방전부를 경유하는 제 2 전류 패스를 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 배터리 방전시 상기 배터리의 전압이 기설정 전압보다 큰 경우에는 상기 제 1 전류 패스만이 활성화되고, 상기 배터리의 전압이 상기 기설정 전압 이하인 경우에는 상기 제 1 전류 패스뿐만 아니라 상기 제 2 전류 패스도 활성화된다.A method of driving a charger according to another embodiment of the present invention includes: forming a first current path through a battery; And forming a second current path via an auxiliary charge / discharge unit connected to the battery. When the voltage of the battery is greater than a preset voltage, only the first current path is activated. When the voltage of the battery is less than the predetermined voltage, The current path is also activated.
본 발명에 따른 충전기 및 이의 구동 방법은 방전시 배터리 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지면 보조 충전/방전부를 활성화시켜 컨버터 내의 스위치의 듀티비를 조절한다. 결과적으로, 상기 스위치가 안정적으로 동작할 수 있으므로, 상기 배터리의 100% 완전 방전이 가능할 수 있다. The charger and the driving method thereof according to the present invention adjust the duty ratio of the switch in the converter by activating the auxiliary charging / discharging unit when the battery voltage falls below the preset voltage during discharging. As a result, the switch can operate stably, so that a 100% full discharge of the battery is possible.
도 1은 일반적인 충전기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 충전기의 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 구동 동작을 도시한 순서도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 동작을 도시한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 충전/방전부의 파형들을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예예 따른 메인 충전/방전부의 파형들을 도시한 도면이다. 1 is a view showing a general charger.
2 is a circuit diagram showing a charger according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram of the charger of FIG. 2 according to one embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a driving operation of the charger according to an embodiment of the present invention.
5 to 8 are views showing the operation of a charger according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing waveforms of an auxiliary charge / discharge portion according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing waveforms of a main charging / discharging portion according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 배터리의 전압을 0V까지 완전 방전을 시킬 수 있는 충전기 및 이의 구동 방법을 제안하며, 구체적으로는 컨버터 내의 스위치의 듀티비(duty rate)가 기준 값, 예를 들어 0.9 이상으로 상승하지 않도록 제어한다. 이것은 상기 스위치의 듀티비가 기준 값 이상으로 상승하면 단락될 수 있기 때문에 상기 스위치의 듀티비를 강제적으로 기준 값 이하로 유지시키기 위한 것이다. The present invention proposes a charger capable of fully discharging a voltage of a battery up to 0 V and a driving method thereof. More specifically, the present invention provides a charger that does not increase the duty ratio . This is to forcibly maintain the duty ratio of the switch below the reference value since the duty ratio of the switch can be short-circuited when the duty ratio is raised above the reference value.
종래의 충전기들은 이러한 스위치의 듀티비 문제로 인하여 방전시 배터리 전압을 소정 전압 이하로 방전시킬 수 없었다. 그러나, 본 발명의 충전기는 배터리 방전 동작 동안 스위치의 듀티비를 기설정 값 이하로 유지시킬 수 있으므로, 상기 배터리를 100% 완전 방전시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 배터리의 수명이 늘어날 수 있다. 또한, 상기 컨버터가 상기 배터리의 전압을 최대 전압으로부터 0V까지 제어할 수 있으므로 상기 컨버터는 배터리 성능 테스트용으로 사용될 수도 있다. Conventional chargers have been unable to discharge the battery voltage below a predetermined voltage during discharging due to the duty ratio problem of such a switch. However, the charger of the present invention can maintain the duty ratio of the switch below the predetermined value during the battery discharging operation, so that the battery can be fully discharged at 100%. As a result, the lifetime of the battery can be increased. In addition, the converter may be used for battery performance test because the converter can control the voltage of the battery from the maximum voltage to 0V.
최근, 아연 브롬 플로 배터리(zinc-bromine flow battery)가 안정성 및 가격 경쟁력면에서 우수하기 때문에 대용량 배터리로서 사용되어지고 있다. 예를 들어, 아연 브롬 플로 배터리는 스마트 그리드의 ESS(Energy Storage System), 풍력 및 태양광 발전의 출력 보상 장치 등에 사용될 수 있다. 다만, 이러한 아연 브롬 플로 배터리는 특성상 6~10회 충전/방전 주기로 완전 방전을 시켜주어야 하는 Strip operation이 수행되어야 한다. 그러나, 종래의 충전기들은 듀티비 문제로 인하여 배터리를 완전 방전시킬 수 없었으며, 배터리를 완전 방전시킬 수 있는 새로운 회로 구조가 필요하였다. 본 발명의 충전기는 스위치의 듀티비를 기설정 값 이하로 유지하면서 배터리를 완전 방전시킬 수 있는 구동 회로를 제시한다. Recently, a zinc-bromine flow battery has been used as a large-capacity battery because of its excellent stability and price competitiveness. For example, Zinc Bromflow batteries can be used in Smart Grid's Energy Storage System (ESS), wind power and solar power output compensation devices. However, such a Zinc Bromofluor battery should be subjected to a strip operation which requires a full discharge at a charge / discharge cycle of 6 to 10 times. However, conventional chargers have not been able to fully discharge the battery due to the duty ratio problem, and a new circuit structure capable of discharging the battery completely was needed. The charger of the present invention suggests a drive circuit capable of discharging the battery completely while maintaining the duty ratio of the switch below a preset value.
한편, 본 발명의 충전기의 구동 회로는 아연 브롬 플로 배터리 외의 다른 배터리에도 적용될 수 있다. On the other hand, the driving circuit of the charger of the present invention can be applied to batteries other than the zinc Bromofluor battery.
이하, 본 발명의 충전기 및 이의 구동 방법의 다양한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다. 본 발명의 충전기는 양방향 충전기일 수 있으나, 이하 설명의 편의를 위하여 도 2에서 제 1 전원의 전압(Vin)을 출력 전압으로 가정하고, 충전/방전부(200 및 204)의 전압을 입력 전압으로 가정하겠다. Hereinafter, various embodiments of the charger of the present invention and the driving method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2, it is assumed that the voltage Vin of the first power source is an output voltage and the voltage of the charge /
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기를 도시한 회로도이다. 2 is a circuit diagram showing a charger according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 충전기는 제 1 전원(V), 메인 충전/방전부(200), 메인 컨버터(202), 보조 충전/방전부(204) 및 보조 컨버터(206)를 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예의 충전기 구동 회로는 메인 컨버터(202), 보조 충전/방전부(204) 및 제어부(미도시)를 포함한다. 여기서, 메인 충전/방전부(200)는 배터리를 의미하며, 보조 충전/방전부(204)는 선택적으로 활성화되는 에너지 충전이 가능한 캐패시터일 수 있다. 2, the charger of the present embodiment includes a first power source V, a main charging /
일 실시예에 따르면, 상기 충전기 구동 회로는 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지기 전까지는 메인 충전/방전부(200)만을 구동시키고 보조 충전/방전부(204)는 활성화시키지 않으며, 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지면 메인 충전/방전부(200) 뿐만 아니라 보조 충전/방전부(204)도 활성화시킨다. 예를 들어, 상기 구동 회로는 방전시 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압에 도달하기 전까지는 보조 충전/방전부(204)를 비활성화시키고, 기설정 전압에 도달한 때에는 보조 충전/방전부(204)를 활성화시킬 수 있다. 결과적으로, 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지기 전까지는 입력 전압은 메인 충전/방전부(200)의 전압(Vbat)이 되며, 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지면 입력 전압은 메인 충전/방전부(200)의 전압 및 보조 충전/방전부(204)의 전압의 합에 해당하는 전압(Vbat+Vcap)일 수 있다. 상기 제어부는 이러한 입력 전압을 기초로 하여 컨버터들(202 및 206)의 동작을 제어하는 제어 신호들의 로직을 결정한다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하겠다. The charger driving circuit drives only the main charging /
메인 컨버터(202) 및 보조 컨버터(206)는 각기 양방향 DC/DC 컨버터일 수 있다. 또한, 절연형 타입, 비절연형 타입, 소프트 스위칭 타입 등 다양한 컨버터가 컨버터들(202 및 206)로서 이용될 수 있다. The
일 실시예에 따르면, 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지기 전까지는 메인 컨버터(202)만이 활성화되고, 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지면 메인 컨버터(202) 뿐만 아니라 보조 컨버터(206)도 활성화될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하겠다. According to one embodiment, only the
정리하면, 본 실시예의 충전기는 방전시 메인 충전/방전부(200)의 전압에 따라 보조 컨버터(206)를 선택적으로 활성화시킨다. 구체적으로는, 상기 충전기는 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지면 메인 컨버터(202)의 스위치의 듀티비가 기설정 값 이상으로 상승하지 못하도록 보조 컨버터(206)를 활성화시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 충전기는 스위치의 듀티비를 기설정 값 이하로 유지하면서 메인 충전/방전부(206)를 완전 방전시킬 수 있으며, 즉 0V까지 방전시킨다. In summary, the charger of the present embodiment selectively activates the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 충전기의 회로를 도시한 도면이다. 3 is a circuit diagram of the charger of FIG. 2 according to one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 메인 컨버터(202)는 제 1 스위치(G1) 및 제 2 스위치(G2)를 포함하며, 보조 컨버터(206)는 제 3 스위치(G3) 및 제 4 스위치(G4)를 포함할 수 있다. 상기 스위치들(G1 내지 G4)은 각기 N 모스 트랜지스터일 수 있다. 3, the
제 1 스위치(G1)는 드레인은 제 1 전원(V1)에 연결되고, 소스는 메인 충전/방전부(200)에 연결될 수 있다. The drain of the first switch G1 may be coupled to the first power source V1 and the source thereof may be coupled to the main charge /
제 2 스위치(G2)는 드레인은 제 1 스위치(G1)에 연결되고, 소스는 접지에 연결될 수 있다. The drain of the second switch G2 may be connected to the first switch G1, and the source may be connected to the ground.
제 1 스위치(G1) 및 제 2 스위치(G2) 사이의 노드는 메인 충전/방전부(200)에 연결된다. 또한, 상기 노드와 메인 충전/방전부(200) 사이에는 인덕터가 추가적으로 형성될 수 있다. A node between the first switch G1 and the second switch G2 is connected to the main charging /
일 실시예에 따르면, 구동 회로의 제어부는 제 1 제어 신호를 제 1 스위치(G1)로 전송하고, 제 2 제어 신호를 제 2 스위치(G2)로 전송할 수 있다. 상기 제 2 제어 신호는 후술하는 바와 같이 상기 제 1 제어 신호의 인버팅 신호일 수 있다. 결과적으로, 스위치들(G1 및 G2)이 동일한 종류의 트랜지스터이면, 스위치들(G1 및 G2) 중 하나가 턴-온(turn on)될 때 다른 스위치는 턴-오프(turn off)될 수 있다. According to one embodiment, the control section of the drive circuit may transmit the first control signal to the first switch G1 and the second control signal to the second switch G2. The second control signal may be an inverting signal of the first control signal as described later. As a result, if the switches G1 and G2 are the same kind of transistors, the other switches can be turned off when one of the switches G1 and G2 is turned on.
제 3 스위치(G3)는 일단, 예를 들어 드레인이 제 1 전원(V1) 및 제 1 스위치(G1)의 일단, 예를 들어 드레인에 연결된다. The third switch G3 is connected to one end of the first power supply V1 and one end of the first switch G1, for example, a drain, for example, a drain.
제 4 스위치(G4)는 일단, 예를 들어 드레인이 제 3 스위치(G3)의 소스에 연결될 수 있다. The fourth switch G4 may be connected to the source of the third switch G3 once, for example, the drain thereof.
제 3 스위치(G3)와 제 4 스위치(G4) 사이의 노드는 보조 충전/방전부(204)에 연결될 수 있다. A node between the third switch G3 and the fourth switch G4 may be connected to the auxiliary charge /
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 제 3 제어 신호를 제 3 스위치(G3)로 전송하고, 제 4 제어 신호를 제 4 스위치(G4)로 전송할 수 있다. 상기 제 4 제어 신호는 후술하는 바와 같이 상기 제 3 제어 신호의 인버팅 신호일 수 있다. 결과적으로, 스위치들(G3 및 G4)이 동일한 종류의 트랜지스터이면, 스위치들(G3 및 G4) 중 하나가 턴-온될 때 다른 스위치는 턴-오프될 수 있다. According to one embodiment, the control unit may transmit the third control signal to the third switch G3, and may transmit the fourth control signal to the fourth switch G4. The fourth control signal may be an inverting signal of the third control signal as described later. As a result, if the switches G3 and G4 are the same kind of transistors, the other switch can be turned off when one of the switches G3 and G4 is turned on.
이러한 구조의 충전기의 동작을 간략히 살펴보겠다. Let's briefly look at the operation of the charger with this structure.
상기 충전기는 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지기 전까지는 제 3 스위치(G3)를 비활성화시키나, 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압 이하로 떨어지면 제 3 스위치(G3)를 활성화된다. 이것은 방전시 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비를 기설정 값 이상으로 상승시키지 않기 위해서이다. The charger deactivates the third switch G3 until the voltage of the main charging / discharging
일반적으로, 입력 전압 및 출력 전압은 아래의 수학식 1에서 표현된 바와 같이 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비와 관련된다. In general, the input voltage and the output voltage are related to the duty ratio of the switch G1 or G2 as expressed in Equation (1) below.
수학식 1을 정리하면, 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. In summary, the duty ratio of the switch G1 or G2 can be expressed by the following equation (2).
수학식 2를 참조하면, 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비는 입력 전압 및 출력 전압에 결정될 수 있다. 출력 전압이 예를 들어 60V로 고정되었다고 가정하면, 입력 전압을 증가시킴에 의해 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명은 입력 전압을 검출하고, 상기 검출된 입력 전압에 따라 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비가 기설정 값, 예를 들어 0.9 이하로 유지되도록 해당 제어 신호를 스위치(G1 또는 G2)로 출력할 수 있다.Referring to Equation (2), the duty ratio of the switch G1 or G2 can be determined to the input voltage and the output voltage. Assuming that the output voltage is fixed at, for example, 60 V, the duty ratio of the switch G1 or G2 can be lowered by increasing the input voltage. Therefore, the present invention detects the input voltage and switches the corresponding control signal to the switch G1 or G2 so that the duty ratio of the switch G1 or G2 is maintained at a predetermined value, for example 0.9 or less, Can be output.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충전기는 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비가 기설정 값 이하일 때에는 메인 충전/방전부(200) 및 보조 충전/방전부(202) 중 메인 충전/방전부(200)만을 활성시키나, 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비가 기설정 값 이상으로 상승할 것으로 예상되는 경우, 다시 말하면 메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압에 도달하면 메인 충전/방전부(200) 및 보조 충전/방전부(202) 모두를 활성화시켜 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비를 강제적으로 기설정 값 이하로 유지시킬 수 있다. 결과적으로, 메인 충전/방전부(200)의 전압이 완전 방전될 때까지 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비가 기설정 값 이하로 유지될 수 있다. 따라서, 상기 충전기는 에러없이 안정적으로 메인/충전 방전부(200)를 완전 방전시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when the duty ratio of the switch G1 or G2 is less than a predetermined value, the main charger /
정리하면, 본 발명의 충전기 구동 회로는 메인 충전/방전부(200)의 전압에 따라 메인 충전/방전부(200)와 연결된 메인 컨버터(204)의 스위치(G1 및 G2)의 듀티비를 조절할 수 있다. 여기서, 상기 입력 전압은 양방향 충전기의 특성상 출력 전압일 수도 있다. In summary, the charger drive circuit of the present invention can adjust the duty ratios of the switches G1 and G2 of the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 구동 동작을 도시한 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a driving operation of the charger according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 구동 회로의 제어부는 메인 컨버터(202)를 활성화시켜서 메인 충전/방전부(200)를 충전시키고 방전시킨다(S400). 이 때, 보조 컨버터(206)는 활성화되지 않는다. Referring to FIG. 4, the control unit of the driving circuit activates the
이어서, 상기 제어부는 메인 충전/방전부(200)의 충전/방전 횟수가 기설정 횟수를 초과하는 지의 여부를 판단한다(S402). 예를 들어, 메인 충전/방전부(200)가 아연 브롬 플로 배터리인 경우, 상기 제어부는 상기 충방전 횟수가 예를 들어 6회를 초과하는 지의 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 기설정 횟수는 메인 충전/방전부(200)를 제조한 제조사에 따라 달라질 수 있다. Then, the controller determines whether the number of charging / discharging times of the main charging / discharging
상기 충방전 횟수가 기설정 횟수를 초과하지 않은 경우, 단계 S400이 다시 수행된다. If the number of charging / discharging times does not exceed the predetermined number, step S400 is performed again.
반면에, 상기 충방전 횟수가 기설정 횟수를 초과하는 경우, 상기 제어부는 메인 충전/방전부(200)를 완전 방전시키는 동작(Strip operation)을 수행한다. 구체적으로는, 우선 상기 제어부는 메인 충전/방전부(200)의 전압을 측정하고(S404), 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 메인 컨버터(202)의 제 1 스위치(G1) 및 제 2 스위치(G2)로 각기 전송하여 메인 충전/방전부(200)를 방전시키기 시작한다(S406).On the other hand, if the number of charging / discharging exceeds the predetermined number, the controller performs a full discharge operation of the main charging / discharging
계속하여, 상기 제어부는 메인 충전/방전부(200)의 전압이 듀티 형성을 위한 최소 전압(기설정 전압)에 도달하였는지를 판단한다(S408).Subsequently, the control unit determines whether the voltage of the main charging / discharging
메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압에 도달하지 않은 경우 단계 S406이 다시 수행된다.If the voltage of the main charging / discharging
반면에, 메인 충전/방전부(200)의 전압이 상기 기설정 전압에 도달한 경우, 상기 제어부는 제 3 제어 신호 및 제 4 제어 신호를 전송하여 보조 컨버터(206)를 활성화시킨다(S410). 이 경우, 메인 컨버터(202)는 활성화 상태를 유지한다. 결과적으로, 충전기의 입력 전압이 상승하며, 따라서 메인 컨버터(202)의 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비가 소정 값 이상으로 상승하지 않을 수 있다. On the other hand, when the voltage of the main charging / discharging
보조 컨버터(206)를 활성화시킨 상태에서, 상기 제어부는 메인 컨버터(202)의 스위치들(G1 및 G2) 및 보조 컨버터(206) 내의 스위치들(G3 및 G4)을 제어하여 메인 충전/방전부(200)를 완전 방전시킨다(S412). 즉, 상기 제어부는 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비를 기설정 값 이하로 유지시키면서 메인 충전/방전부(200)를 0V까지 방전시킨다. With the
메인 충전/방전부(200)가 완전 방전되면, 상기 제어부는 보조 충전/방전부(204)를 방전시킨다(S414).When the main charging / discharging
이어서, 상기 제어부는 메인 충전/방전부(200)의 충전/방전시킬 수 있도록 대기한다(S416).Then, the control unit waits for charging / discharging of the main charging / discharging unit 200 (S416).
이하, 본 발명의 충전기의 충전 및 방전 동작을 도 3의 충전기를 기초로 하여 상술하겠다. Hereinafter, the charging and discharging operations of the charger of the present invention will be described on the basis of the charger of Fig.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 동작을 도시한 도면들이다. 5 to 8 are views showing the operation of a charger according to an embodiment of the present invention.
(1) 메인 충전/(1) Main charge /
방전부(200)의In the
도 5의 (A)를 참조하면, 구동 회로의 제어부는 제 1 제어 신호를 제 1 스위치(G1)로 전송하여 제 1 스위치(G1)를 턴-온시키고, 제 3 제어 신호를 제 3 스위치(G3)로 전송하여 제 3 스위치(G3)를 턴-오프시킨다. 결과적으로, 제 1 전원(V1), 제 1 스위치(G1), 메인 충전/방전부(200) 및 제 5 스위치(G5)를 통하여 제 1 전류 패스가 형성되고, 제 1 전원(V1)에 따른 전류가 메인 충전/방전부(200)로 흘러서 메인 충전/방전부(200)가 충전된다. 여기서, 제 5 스위치(G5)는 보조 충전/방전부(204)에 병렬로 연결되며, 메인 충전/방전부(200)의 충전 동작시 턴-온될 수 있다. 결과적으로, 메인 충전/방전부(200)의 충전시 보조 충전/방전부(204)는 충전되지 않는다. 5A, the control unit of the driving circuit transmits the first control signal to the first switch G1 to turn on the first switch G1, and the third control signal to the third switch G3 to turn off the third switch G3. As a result, the first current path is formed through the first power source V1, the first switch G1, the main charging / discharging
이어서, 상기 제어부는 제 1 제어 신호를 제 1 스위치(G1)로 전송하여 제 1 스위치(G1)을 턴-오프시킨다. 결과적으로, 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이 제 2 스위치(G2), 메인 충전/방전부(200) 및 제 5 스위치(G5)를 통하여 제 2 전류 패스가 형성되며, 전류가 프리휠링(freewheeling)할 수 있다.
Then, the control unit transmits the first control signal to the first switch G1 to turn off the first switch G1. As a result, a second current path is formed through the second switch G2, the main charging / discharging
(2) 메인 충전/(2) Main charge /
방전부(200)의In the
도 6의 (A)를 참조하면, 상기 제어부는 제 2 제어 신호를 제 2 스위치(G2)로 전송하여 제 2 스위치(G2)를 턴-온시키고, 제 3 제어 신호를 제 3 스위치(G3)로 전송하여 제 3 스위치(G3)를 오프 상태로 유지시키며, 제 5 제어 신호를 제 5 스위치(G5)로 전송하여 제 5 스위치(G5)를 턴-온시킨다. 따라서, 메인 충전/방전부(200), 제 2 스위치(G2) 및 제 5 스위치(G5)를 통하여 제 3 전류 패스가 형성되고, 그 결과 메인 충전/방전부(200)의 전하가 방전된다. 6A, the controller transmits a second control signal to the second switch G2 to turn on the second switch G2, and the third control signal to the third switch G3, To keep the third switch G3 in the off state and to transmit the fifth control signal to the fifth switch G5 to turn on the fifth switch G5. Therefore, the third current path is formed through the main charging / discharging
이어서, 상기 제어부는 제 2 제어 신호를 제 2 스위치(G2)로 전송하여 제 2 스위치(G2)를 턴-오프시킨다. 따라서, 메인 충전/방전부(200), 제 1 스위치(G1), 제 1 전원(V1) 및 제 5 스위치(G5)를 통하여 전류 패스가 형성되며, 메인 충전/방전부(200)의 전하가 상기 전류 패스를 통하여 방전된다.
Then, the control unit transmits the second control signal to the second switch G2 to turn off the second switch G2. Therefore, a current path is formed through the main charging / discharging
(3) (3) StripStrip operationoperation 시 전류 흐름 (메인 충전/Current flow (main charge / 방전부가Discharge part 기설정 횟수 이상 Above setting frequency 충방전Charging and discharging 동작한 후에 수행되는 메인 충전/ The main charge / 방전부의Discharge 완전 방전 동작) Full discharge operation)
Strip operation 수행시 도 6의 방전 동작이 계속되며, 상기 제어부는 메인 충전/방전부(200)의 전압을 측정한다. In the strip operation, the discharging operation of FIG. 6 continues, and the control unit measures the voltage of the main charging / discharging
메인 충전/방전부(200)의 전압이 기설정 전압에 도달하면, 즉 메인 컨버터(202)의 스위치(G1 또는 G2)의 듀티비가 기설정 값 이상으로 상승할 것으로 예상되면, 상기 제어부는 도 7의 (A)에 도시된 바와 같이 제 3 제어 신호를 제 3 스위치(G3)로 전송하여 제 3 스위치(G3)를 턴-온시키고, 제 5 제어 신호를 제 5 스위 치(G5)로 전송하여 제 5 스위치(G5)를 턴-오프시킨다. 따라서, 제 1 전원(V1), 제 3 스위치(G3) 및 보조 충전/방전부(204)를 통하여 전류 패스가 형성되며, 그 결과 보조 충전/방전부(204)가 충전된다. 보조 충전/방전부(204)의 충전 동작시 메인 충전/방전부(500), 제 2 스위치(G2) 및 보조 충전/방전부(204)를 통하여 전류 패스가 형성되며, 그 결과 메인 충전/방전부(500)의 전하가 방전된다. 따라서, 메인 충전/방전부(206)의 전압이 낮아지더라도 보조 충전/방전부(204)의 전압에 의해 전체적인 입력 전압은 낮아지지 않을 수 있으며, 예를 들어 60V를 유지할 수 있다. 결과적으로, 메인 컨버터(202)의 스위치들(G1 및 G2)의 듀티비가 기설정 값 이상으로 상승하지 않을 수 있다. When the voltage of the main charging / discharging
이어서, 상기 제어부는 제 1 제어 신호를 제 1 스위치(G1)에 전송하여 제 1 스위치(G1)을 턴-온시키고 제 3 제어 신호를 제 3 스위치(G3)에 전송하여 제 3 스위치(G3)를 턴-오프시킨다. 따라서, 메인 충전/방전부(200), 제 1 스위치(G1), 제 1 전원(V1) 및 보조 충전/방전부(204)를 통하여 전류 패스가 형성되며, 그 결과 메인 충전/방전부(200)의 전하가 방전된다. 이 때, 보조 충전/방전부(204) 및 제 4 스위치(G4)를 통하여 전류 패스가 형성되며, 즉 전류가 상기 전류 패스를 통하여 프리휠링하며, 그 결과 보조 충전/방전부(204)가 계속적으로 충전된다. The control unit then transmits the first control signal to the first switch G1 to turn on the first switch G1 and the third control signal to the third switch G3 to turn on the third switch G3, Lt; / RTI > Accordingly, a current path is formed through the main charging / discharging
상기 제어부는 위의 과정을 통하여 메인 컨버터(202)의 스위치들(G1 및 G2)의 듀티비를 기설정 값 이하로 유지시키면서 메인 충전/방전부(200)를 완전 방전시킨다.
The controller discharges the main charging / discharging
(4) 보조 충전/(4) Auxiliary charge /
방전부(204)의In the
메인 충전/방전부(200)가 완전 방전되면, 상기 제어부는 보조 충전/방전부(204)를 방전시키는 동작을 수행한다. 구체적으로는, 상기 제어부는 제 1 제어 신호를 제 1 스위치(G1)에 전송하여 제 1 스위치(G1)를 턴-오프시키고, 제 3 제어 신호를 제 3 스위치(G3)에 전송하여 제 3 스위치(G3)를 턴-온시킨다. 따라서, 도 8의 (A)에 도시된 바와 같이 보조 충전/방전부(204), 제 3 스위치(G3) 및 제 1 전원(V1)을 통하여 전류 패스가 형성되며, 그 결과 보조 충전/방전부(204)의 전하가 방전된다. When the main charging / discharging
이어서, 상기 제어부는 제 3 제어 신호를 제 3 스위치(G3)로 전송하여 제 3 스위치(G3)를 턴-오프시킨다. 따라서, 보조 충전/방전부(204) 및 제 4 스위치(G4)를 통하여 전류 패스가 형성되며, 그 결과 보조 충전/방전부(204)의 전하가 방전된다. Then, the control unit transmits the third control signal to the third switch G3 to turn off the third switch G3. Therefore, a current path is formed through the auxiliary charging / discharging
정리하면, 본 발명의 충전기는 위의 (1) 내지 (4) 과정을 통하여 메인 컨버터(202)의 스위치들(G1 및 G2)의 듀티비를 기설정 값 이하로 유지시키면서 메인 충전/방전부(200)를 완전 방전시킬 수 있다. In summary, the charger of the present invention maintains the duty ratios of the switches G1 and G2 of the
위에서 설명하지는 않았지만, 제어부의 내부 동작을 간단히 살펴보겠다. Although not described above, let's briefly look at the internal operation of the controller.
상기 제어부는 메인 충전/방전부(200)로 흐르는 전류(I_bat)를 PI 제어기(Proportional-Integral controller)를 통과시킨 후 입력 전압(Edc)을 더하고, 상기 더해진 전압을 출력 전압으로 나누어서 듀티비를 형성한다. 이어서, 상기 제어부는 상기 듀티비를 삼각파 파형을 가지는 스위칭 캐리어와 비교하여 상기 제 1 제어 신호 및 상기 제 2 제어 신호를 생성한다. 여기서, 상기 제 2 제어 신호는 상기 제 1 제어 신호의 인버팅 신호일 수 있으며, 상기 제 1 제어 신호 및 상기 제 2 제어 신호는 각기 펄스 파형을 가질 수 있다. The control unit adds the input voltage Edc after passing the current I_bat flowing to the main charging / discharging
상기 제어부는 보조 충전/방전부(204)를 위한 기준 전압(V_cap ref)로부터 보조 충전/방전부(204)의 전압(V_cap)과 메인 충전 방전부(200)의 전압(V_bat)의 합을 뺀 후 PI 제어기를 통과시키며, 상기 PI 제어기를 통과한 전류로부터 보조 충전/방전부(204)로 흐르는 전류(I_cap)를 뺀 후 PI 제어기를 통과시킨다. 이어서, 상기 제어부는 상기 PI 제어기로부터의 출력에 보조 충전/방전부(204)의 전압(V_cap)을 더한 후 입력 전압(Edc)으로 나누어 듀티비를 형성하고, 상기 형성된 듀티비와 삼각파 파형을 가지는 스위칭 캐리어를 비교하여 제 3 제어 신호 및 제 4 제어 신호를 생성한다. 여기서, 상기 제 4 제어 신호는 상기 제 3 제어 신호의 인버팅 신호일 수 있으며, 상기 제 3 제어 신호 및 상기 제 4 제어 신호는 각기 펄스 파형을 가질 수 있다. The control unit subtracts the sum of the voltage V_cap of the auxiliary charging / discharging
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 충전/방전부의 파형들을 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예예 따른 메인 충전/방전부의 파형들을 도시한 도면이다. 다만, 실험에서는 보조 컨버터의 활성화의 기준이 되는 기설정 전압을 60V로 설정하였다. FIG. 9 is a view showing waveforms of an auxiliary charging / discharging part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a view showing waveforms of a main charging / discharging part according to an embodiment of the present invention. However, in the experiment, the preset voltage which is a reference for the activation of the auxiliary converter is set to 60V.
도 9 및 도 10을 참조하면, T1 구간에서는 배터리 전압이 60V(기설정 전압) 이상이므로 보조 컨버터(206)는 활성화되지 않으며, 그 결과 보조 충전/방전부(204)의 전압은 0V이다. Referring to FIGS. 9 and 10, in the T1 period, the battery voltage is equal to or higher than 60 V (preset voltage), so that the
이어서, T1 구간이 종료하고 T2 구간이 시작되는 시점에서 보조 컨버터(206)가 활성화되며, 그 결과 전체 입력 전압이 도 9의 첫번째 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이 T2 구간에서 60V 전압을 유지하고 도 10의 두번째 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이 메인 충전/방전부(200)가 완전 방전된다. 이 경우, 도 10의 마지막 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이 메인 컨버터(202)의 스위치(G1 및 G2)의 듀티비는 0.9를 초과하지 않는다. 스위치(G1 및 G2)의 듀티비가 0.9를 초과하면 스위치(G1 및 G2)가 단락될 수 있다. Subsequently, the
계속하여, T3 구간에서 보조 충전/방전부(204)의 전하가 방전되며, T4 구간에서 메인 충전/방전부(200)가 다시 재충전될 수 있다. Subsequently, in the period T3, the charge of the auxiliary charging / discharging
한편, 도 9의 세번째 그래프 및 도 10의 세번째 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 제어부는 1A 미만의 작은 전류로 충전/방전부들(200 및 204)의 전류를 제어할 수 있다. Meanwhile, as can be seen from the third graph in FIG. 9 and the third graph in FIG. 10, the controller can control the currents of the charge /
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be regarded as belonging to the following claims.
200 : 메인 충전/방전부 202 : 메인 컨버터
204 : 보조 충전/방전부 206 : 보조 컨버터200: main charge / discharge unit 202: main converter
204: Auxiliary charge / discharge unit 206: Auxiliary converter
Claims (26)
상기 제 1 전원과 보조 충전/방전부 사이에 연결된 보조 컨버터를 포함하되,
상기 보조 충전/방전부는 상기 메인/충전 방전부에 연결되며, 상기 메인 충전/방전부의 방전 동작시 상기 메인 충전/방전부의 전압이 기설정 전압보다 클 때에는 상기 메인 컨버터와 상기 보조 컨버터 중 상기 메인 컨버터만이 활성화되고, 상기 메인 충전/방전부의 전압이 상기 기설정 전압 이하인 때에는 상기 메인 컨버터와 상기 보조 컨버터가 모두 활성화되는 것을 특징으로 하는 충전기. A main converter connected between the first power source and the main charge / discharge unit; And
And an auxiliary converter connected between the first power source and the auxiliary charging / discharging unit,
Wherein the auxiliary charging / discharging unit is connected to the main / charging discharging unit, and when the voltage of the main charging / discharging unit is greater than a predetermined voltage during the discharging operation of the main charging / discharging unit, Only the main converter is activated and both the main converter and the auxiliary converter are activated when the voltage of the main charging / discharging part is lower than the predetermined voltage.
상기 메인 충전/방전부의 충전/방전 동작을 기설정 횟수만큼 수행하면 상기 메인 충전/방전부를 방전시키는 동작(Strip operation)을 수행하도록 상기 컨버터들을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기. The method according to claim 1,
Further comprising a control unit for controlling the converters to perform a strip operation for discharging the main charging / discharging unit when the charging / discharging operation of the main charging / discharging unit is performed a preset number of times.
상기 제 1 스위치는 상기 제 1 전원에 연결되고 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치 사이의 노드는 상기 메인 충전/방전부에 연결되며, 상기 제 3 스위치는 상기 제 1 전원 및 상기 제 1 스위치의 일단에 연결되고, 상기 제 3 스위치와 상기 제 4 스위치 사이의 노드는 상기 보조 충전/방전부에 연결되되,
상기 메인 충전/방전부의 방전시 상기 메인 충전/방전부의 전압이 상기 기설정 전압에 도달하기 전까지는 상기 제 3 스위치는 오프 상태를 가지며, 상기 기설정 전압에 도달하면 상기 제 3 스위치는 턴-온되는 것을 특징으로 하는 충전기. The method of claim 1, wherein the converters are bi-directional DC-DC converters, the main converter includes a first switch and a second switch, the auxiliary converter includes a third switch and a fourth switch,
Wherein the first switch is connected to the first power source and the node between the first switch and the second switch is connected to the main charging / discharging part, and the third switch is connected to the first power source and the first switch And a node between the third switch and the fourth switch is connected to the auxiliary charging / discharging unit,
The third switch is in the off state until the voltage of the main charging / discharging portion reaches the predetermined voltage upon the discharge of the main charging / discharging portion, and when the voltage of the main charging / discharging portion reaches the preset voltage, - the charger being turned on.
상기 보조 충전/방전부에 병렬로 연결된 제 5 스위치를 더 포함하되,
상기 제 5 스위치는 상기 제 3 스위치가 턴-온될 때 턴-오프되는 것을 특징으로 하는 충전기. 5. The method of claim 4,
And a fifth switch connected in parallel to the auxiliary charging / discharging unit,
And the fifth switch is turned off when the third switch is turned on.
상기 배터리의 전압이 상기 기설정 전압에 도달한 경우 제 1 전원과 상기 배터리를 연결하는 컨버터 내의 제 1 스위치 또는 제 2 스위치의 듀티비를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 구동 방법. Determining whether a voltage of the battery reaches a predetermined voltage when the battery is discharged; And
And adjusting a duty ratio of a first switch or a second switch in a converter that connects the first power source and the battery when the voltage of the battery reaches the preset voltage.
상기 배터리의 충전/방전 횟수가 기설정 횟수 이상인지를 판단하는 단계;
상기 배터리의 충전/방전 횟수가 상기 기설정 횟수 이상이면 상기 배터리를 0V까지 방전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 구동 방법. 10. The method of claim 9,
Determining whether the number of charging / discharging times of the battery is equal to or greater than a predetermined number;
Discharging the battery to 0V when the number of charging / discharging times of the battery is equal to or greater than the preset number of times.
상기 배터리를 0V까지 방전시킨 후 상기 배터리와 직렬로 연결된 보조 충전/방전부를 방전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 구동 방법. 13. The method of claim 12,
Discharging the auxiliary charging / discharging unit connected in series with the battery after discharging the battery to 0V.
상기 배터리의 방전시 상기 배터리의 전압이 기설정 전압에 도달한 때 상기 배터리와 연결된 보조 충전/방전부를 활성화시키기 위한 제 3 스위치로 제 3 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 구동 방법. Outputting a first control signal to a first switch for activating the battery; And
And outputting a third control signal to a third switch for activating an auxiliary charging / discharging unit connected to the battery when the voltage of the battery reaches a preset voltage upon discharging of the battery. Way.
상기 제 1 스위치와 연결된 제 2 스위치로 제 2 제어 신호를 출력하는 단계;
상기 제 3 스위치와 연결된 제 4 스위치로 제 4 제어 신호를 출력하는 단계; 및
상기 보조 충전/방전부와 병렬로 연결된 제 5 스위치로 제 5 제어 신호를 출력하는 단계를 더 포함하되,
상기 제 2 제어 신호는 상기 제 1 제어 신호의 인버팅 신호이며, 상기 제 4 제어 신호는 상기 제 3 제어 신호의 인버팅 신호인 것을 특징으로 하는 충전기 구동 방법. 16. The method of claim 15,
Outputting a second control signal to a second switch connected to the first switch;
Outputting a fourth control signal to a fourth switch connected to the third switch; And
And outputting a fifth control signal to a fifth switch connected in parallel with the auxiliary charging / discharging unit,
Wherein the second control signal is an inverting signal of the first control signal and the fourth control signal is an inverting signal of the third control signal.
상기 배터리를 방전시키는 동안 상기 배터리의 전압이 기설정 전압에 도달하면 상기 배터리와 직렬로 연결된 보조 충전/방전부를 충전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전기 구동 방법.Discharging the battery; And
And charging the auxiliary charging / discharging unit connected in series with the battery when the voltage of the battery reaches a preset voltage while discharging the battery.
상기 배터리와 연결된 보조 충전/방전부를 경유하는 제 2 전류 패스를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 배터리 방전시 상기 배터리의 전압이 기설정 전압보다 큰 경우에는 상기 제 1 전류 패스만이 활성화되고, 상기 배터리의 전압이 상기 기설정 전압 이하인 경우에는 상기 제 1 전류 패스뿐만 아니라 상기 제 2 전류 패스도 활성화되는 것을 특징으로 하는 충전기 구동 방법. Forming a first current path through the battery; And
And forming a second current path via an auxiliary charge / discharge unit connected to the battery,
Wherein when the voltage of the battery is greater than a preset voltage, only the first current path is activated, and when the voltage of the battery is equal to or lower than the predetermined voltage, Is activated.
상기 배터리가 완전 방전된 경우 상기 보조 충전/방전부를 경유한 제 3 전류 패스를 형성하는 단계를 더 포함하되,
상기 제 3 전류 패스는 상기 보조 충전/방전부를 방전시키기 위한 전류 패스이며, 상기 제 3 전류 패스 형성시 상기 제 1 전류 패스는 활성화되지 않는 것을 특징으로 하는 충전기 구동 방법. 25. The method of claim 24,
And forming a third current path via the auxiliary charge / discharge unit when the battery is completely discharged,
Wherein the third current path is a current path for discharging the auxiliary charging / discharging portion, and the first current path is not activated when the third current path is formed.
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---|---|---|---|---|
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2013
- 2013-01-23 KR KR1020130007426A patent/KR20140094857A/en not_active Application Discontinuation
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