KR20160007043A - Modular apparatus for charge and dischare of electric energy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 충방전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차전지 공정에서 충방전 테스트를 하기 위한 모듈화된 충방전 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge and discharge apparatus, and more particularly, to a modular charge and discharge apparatus for performing a charge and discharge test in a secondary battery process.
2차전지란 충전(charge)과 방전(discharge)을 계속 반복시킬 수 있는 전지를 말하며, 2차전지는 이온화 경향 차이가 큰 두 전극의 전해질을 통한 가역적으로 산화환원 반응에 따른 전자의 이동현상 즉 전기 에너지의 제조공정으로 볼 수 있다.The secondary battery is a battery capable of repeatedly charging and discharging the secondary battery. The secondary battery is reversibly reversible through the electrolyte of the two electrodes having a large difference in ionization tendency, As shown in FIG.
2차전지 산업의 형태는 중형은 납축전지가 차지하고 있지만, 소형 2차전지의 생산은 리튬 이온 2차전지 계열만 남아 있으며, 시장 현황은 리튬 이온 2차전지, Ni-Cd, Ni-MH 2차전지가 다양하게 용도에 맞게 쓰이고 있다.The rechargeable battery industry is dominated by lead-acid batteries, but small-sized rechargeable batteries are only produced by lithium-ion rechargeable batteries. The market for lithium-ion rechargeable batteries, Ni-Cd and Ni-MH secondary batteries The paper is used for various purposes.
리튬 2차전지는 현존하는 2차전지 시스템 중 단위전지 전압(3.0~3.7V)이 가장 높고 에너지 밀도가 우수하며, 단위전지 전압이 높음에 따라 이동기기에 최적화된 특성을 가지고 있으나, 대전류 특성 및 과충전, 과방전에 약하다는 단점이 있다.Lithium secondary battery has the highest unit cell voltage (3.0 ~ 3.7V) and high energy density among existing rechargeable battery systems, and has characteristics optimized for mobile devices due to high unit cell voltage. However, , And weakness before overdose.
리튬 이온전지는 리튬 이온을 약극과 음극 간에 가역적으로 전달할 수 있는 물질로 구성된다. 전지는 intercalation 반응에 의해 작동되는데 전지를 충전 및 방전함에 따라 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 교대로 드나들기 때문에 흔들의자 전지(rocking chair battery) 또는 셔틀콕 전지라고 한다.A lithium ion battery is composed of a material capable of reversibly transferring lithium ions between an anode and a cathode. A battery is operated by an intercalation reaction, which is called a rocking chair battery or a shuttlecock battery because lithium ions alternate between an anode and a cathode as the battery is charged and discharged.
리튬 이온전지를 충전하기 위해서는 정전류/정전압(Constant Current/Constant Voltage) 방식 충전기를 사용해야 한다. 충전기는 전지의 개별 전압이 4.2V가지 충전될 수 있도록 충전 전류를 조절한다. 리튬 이온전지는 0.1C에서 1.5C 사이의 전류 범위 안에서 정전류로 충전되다가 정전압 조건에 이르면 충전 전류가 점차 감소하여 영에 이르게 되어 전지의 과충전을 막는다.A constant current / constant voltage charger should be used to charge the lithium ion battery. The charger regulates the charging current so that the individual voltage of the battery can be charged to 4.2V. The lithium ion battery is charged with a constant current within a current range of 0.1C to 1.5C, and when the constant voltage condition is reached, the charging current gradually decreases to zero, thereby preventing overcharge of the battery.
충방전 장치는 제작된 2차전지를 테스트하는 것으로, 2차 전지의 충전 및 방전을 수회 반복하여 2차전지의 성능을 확인할 수 있도록 구성된다. The charging / discharging device tests the manufactured secondary battery so that charging and discharging of the secondary battery can be repeated several times to confirm the performance of the secondary battery.
종래의 충방전 장치는 DC전력을 감압하여 2차전지를 충전하고, 당해 2차전지가 충분히 충전되면 방전용 부하와 2차전지를 통전시켜서 충전된 전기에너지가 소비되도록 하였다.The conventional charge / discharge device charges the secondary battery by reducing the DC power. When the secondary battery is sufficiently charged, the discharging load and the secondary battery are energized to consume the charged electric energy.
그러나, 종래 충방전 장치는 현실적으로 다수 개의 2차전지를 개별적으로 테스트해야 하므로, 피시험대상인 2차전지의 개수에 상응하는 충방전 장치가 요구되었다. 물론, 2차전지의 개수에 따라 구성된 충방전 장치는 일정한 공간을 점유하므로, 2차전지의 개수가 증가할수록 충방전 장치를 배치할 공간이 기하급수적으로 증가할 수 밖에 없었다.However, in the conventional charge / discharge apparatus, a plurality of secondary batteries must be tested separately in practice, and a charging / discharging device corresponding to the number of secondary batteries to be tested is required. Of course, since the charge / discharge device constructed according to the number of secondary cells occupies a certain space, the space for disposing the charging / discharging device increases exponentially as the number of secondary cells increases.
한편, 충방전 장치는 2차전지의 충방전 과정에서 적지 않은 열을 방출하므로, 발생한 열을 제거하기 위해 충방전 장치 별로 방열장치 등이 개별 설치되었다. 그러나, 방열장치의 보강 설치는 곧 충방전 장치가 점유하는 공간의 증가를 의미하므로, 종래의 충방전 장치 하에서 일시에 테스트할 수 있는 2차전지의 개수는 현실적으로 제한될 수 밖에 없었다. On the other hand, since the charge / discharge device discharges a considerable amount of heat during the charge / discharge process of the secondary battery, a heat dissipating device is individually installed for each charge / discharge device in order to remove generated heat. However, since the reinforcing installation of the heat dissipating device means an increase in the space occupied by the charging / discharging device, the number of secondary batteries that can be tested at a time under the conventional charging / discharging device has been practically limited.
이외에도, 종래의 충방전 장치는 특정 지점에 일단 설치되면, 충방전 장치를 구성하는 요소들이 분산배치되므로, 충방전 장치의 위치 이동시 분산배치된 요소들에 의해 작업이 곤란하고, 원격지로의 운송작업 또한 용이치 못하여 충방전 장치의 관리 및 활용이 번거롭고 불편해지는 문제가 있었다.In addition, since the elements constituting the charging / discharging device are dispersedly arranged in the conventional charging / discharging device once it is installed at a specific point, it is difficult to work by the elements arranged in a distributed manner when the charging / discharging device is moved, In addition, there is a problem that the management and utilization of the charge / discharge device becomes cumbersome and inconvenient because it is inadequate.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0935686호(2009.12.29 등록)에 기재되어 있다.The technique which is the background of the present invention is described in Korean Patent Registration No. 10-0935686 (registered on Dec. 29, 2009).
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 2차전지 공정에서 충방전 테스트를 하기 위한 모듈화된 충방전 장치를 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a modular charging / discharging device for a charging / discharging test in a secondary battery process.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 2차전지 공정에 따른 충방전 테스트를 위한 충방전 장치에 있어서, 모듈화된 충방전 장치는, 운영 PC로부터 상기 테스트에 관한 명령을 전송 받아 테스트 스케줄을 제어하며, 상기 테스트 중의 데이터를 상기 운영 PC로 전송하는 제어부; 상기 측정된 2차전지의 충전 전류 및 단자 전압의 측정치 중에서 적어도 하나를 피드백 받아 기설정된 기준값과 비교하는 센싱부; 상기 센싱부의 비교 결과를 이용하여 상기 피드백된 측정치가 상기 기준값에 도달하는 경우 충전 또는 방전을 완료하여 과충전 또는 과방전을 방지하는 충방전부; 상기 제어부로부터 제어신호를 수신 받아 상기 충방전부에 충전/방전 신호를 출력하는 릴레이부; 상기 제어부에 따른 제어 상태를 표시하는 표시부를 포함하며, 상기 센싱부, 충방전부, 릴레이부 및 표시부는 1개의 모듈로 모듈화되며 상기 2차전지의 개수에 대응하는 하나 이상의 모듈이 메인보드에 형성된 커넥터에 탈착될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a charge / discharge device for a charge / discharge test according to a secondary battery process, the device comprising: A control unit for receiving a command to control a test schedule and transmitting the data under test to the operating PC; A sensing unit for receiving at least one of the measured values of the charging current and the terminal voltage of the secondary battery, and comparing the measured value with a preset reference value; A charging unit for charging or discharging when the feedback measurement value reaches the reference value using the comparison result of the sensing unit to prevent overcharge or overdischarge; A relay unit receiving a control signal from the control unit and outputting a charging / discharging signal to the charging unit; Wherein the sensing unit, the charging unit, the relay unit, and the display unit are modularized into one module, and one or more modules corresponding to the number of the secondary batteries are formed on the main board, As shown in FIG.
또한, 상기 제어부는, 상기 하나 이상의 모듈과 서로 다른 채널로 통신하고, 각 채널 별로 D/A 컨버터를 통해 전압 및 전류에 관한 상기 기준값을 설정할 수 있다.The controller may communicate with the one or more modules via different channels, and may set the reference value for voltage and current through a D / A converter for each channel.
또한, 상기 제어부는, 상기 피드백 받은 전류 및 전압 값 중에서 적어도 하나를 A/D 컨버터를 통해 디지털 변환할 수 있다.Also, the control unit may convert at least one of the feedback current and voltage value to an A / D converter.
또한, 상기 센싱부는, 모듈화 설계를 위해 채널마다 구성되는 복수의 충방전 드라이버 형태로 구비될 수 있다.In addition, the sensing unit may be provided in the form of a plurality of charge / discharge drivers configured for each channel for modular design.
또한, 상기 충방전부는, 충전과 방전을 서로 분리하여 각각 수행하는 충전회로 및 방전회로를 포함할 수 있다.The charging and discharging unit may include a charging circuit and a discharging circuit that separately perform charging and discharging and perform charging and discharging, respectively.
또한, 상기 충방전부는, 상기 센싱부에서 출력된 전압 레벨을 통해 구동되며, 상기 피드백되는 충전 전류 값이 측정되는 션트(shunt)저항을 포함할 수 있다.The charging and discharging unit may include a shunt resistor which is driven through a voltage level output from the sensing unit and whose feedback charging current value is measured.
또한, 상기 릴레이부는, 상기 제어부에서 전송된 I2C 데이터를 이용하여 채널 별로 충방전 신호를 세팅할 수 있다.Also, the relay unit may set a charge / discharge signal for each channel by using the I 2 C data transmitted from the control unit.
또한, 상기 표시부는, 상기 제어부의 범용 입출력 단자(GPIO)를 이용하여 제어부의 상태를 LED형 타워램프(Tower Lamp)를 통해 표시할 수 있다.Also, the display unit may display the state of the control unit through an LED-type tower lamp using the general-purpose input / output terminal (GPIO) of the control unit.
본 발명인 연료전지 스택의 상태 진단 장치 및 그 방법에 따르면, 충방전 장치의 각 구성요소를 모듈화함으로써 테스트 2차전지의 증가에 따른 설비 확장이 용이하다. 또한, 운영 PC와 통신하는 하나의 제어부를 구성함으로써 채널 별로 2차전지의 충방전을 용이하게 제어할 수 있다.According to the apparatus and method for diagnosing a state of a fuel cell stack according to the present invention, the respective components of the charge and discharge apparatus are modularized, thereby facilitating expansion of the equipment as the test secondary battery increases. In addition, by constituting one control unit communicating with the operating PC, it is possible to easily control charge / discharge of the secondary battery on a channel-by-channel basis.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치를 포함하는 전체 충방전 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치의 채널 별 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치의 제어부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치의 센싱부의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an overall charge / discharge system including a modular charge / discharge device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining control for each channel of the modular charge / discharge device according to the embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a control unit of a modular charge / discharge apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of a sensing unit of a modular charge / discharge device according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "including" an element, it is to be understood that the element may include other elements as well as other elements, And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치를 포함하는 전체 충방전 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an overall charge / discharge system including a modular charge / discharge device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 충방전 시스템은 모듈화된 충방전 장치(100), 전체 충방전 테스트를 제어하는 운영 PC(200) 및 충방전 테스트 대상인 2차전지(300)를 포함한다.The charge / discharge system according to the embodiment of the present invention includes a modular charge /
본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치(100)는 제조공정 중의 2차전지(300)의 충방전 테스트를 위해 구성된다. 여기서, 테스트 대상인 2차전지(200) 개수의 증가에 따라 모듈화된 충방전 장치(100)는 모듈화된 구성 요소를 손쉽게 확장할 수 있도록 구성될 수 있다.The modular charge and
운영 PC(200)는 모듈화된 충방전 장치(100)에 2차전지(200) 테스트를 위한 테스트 스케줄(Test Schedule) 구동을 위한 명령을 전송한다. 여기서, 모듈화된 충방전 장치(100)는 운영 PC(200)와 랜으로 연결되어 서로 통신할 수 있다.The operating PC 200 transmits a command for driving a test schedule for testing the
2차전지(300)는 충방전 테스트 대상이 되는 전지이다. 본 발명에 따른 실시예에 따라 충방전 테스트가 가능한 2차전지의 종류는 리튬 이온 전지, 니카드 전지, 납축전지 등을 포함하며 향후 개발될 수 있는 2차전지도 포함할 수 있다.The
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치(100)는 제어부(110), 센싱부(120), 충방전부(130), 릴레이부(140), 표시부(150) 및 전원부(160)을 포함한다. 여기서, 제어부(110)를 제외한 구성요소들은 하나의 모듈로 모듈화 될 수 있다. 즉, 하나의 모듈에는 센싱부(120), 충방전부(130), 릴레이부(140), 표시부(150) 및 전원부(160)이 포함될 수 있다. 도 1은 센싱부(120), 충방전부(130), 릴레이부(140), 표시부(150) 및 전원부(160)가 모듈화 된 경우에 있어서, 하나의 모듈이 메인 보드에 장착된 경우를 상정한 구성도이다.1, a modularized charging and discharging
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치의 채널 별 제어를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining control for each channel of the modular charge / discharge device according to the embodiment of the present invention.
도 2에서, 제어부(110)를 제외한 구성 요소들이 모듈화 되는 경우, 모듈 별 테스트를 수행하기 위해서, 운영 PC(200)와 제어부(110)는 랜으로 연결되어 서로 통신을 한다. 운영 PC (200)에서 전송된 명령은 제어부(110)를 거쳐 모듈 별로 설정된 각 채널을 통해 각각의 모듈에 하달될 수 있다.2, when the components other than the
또 다른 구성으로서, 하나의 모듈은 제어부(110), 표시부(150) 및 전원부(160)를 제외한 나머지 구성 요소들을 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(110), 표시부(150) 및 전원부(160) 각각은 복수의 모듈에 대해 공통된다. 즉, 복수 개의 모듈의 상태 표시는 하나의 표시부(150)를 통해 표시할 수 있고, 복수 개의 모듈에 포함된 2차 전지는 병렬로 하나의 전원부(160)에 연결되어 전원을 공급받는다.In another configuration, one module may include other components except for the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치의 제어부의 구성도이다.3 is a block diagram of a control unit of a modular charge / discharge apparatus according to an embodiment of the present invention.
제어부(110)는 CPU(Central Processing Unit)가 포함된 MCU(Micro Control Unit) 부분과 디지털 회로로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로는 D/A Converter와 A/D Converter를 포함한다.The
CPU(Central Processing Unit)는 충방전 장치 설비의 주제어를 하는 부분으로서, 운영 PC(200), MCU(Micro Control Unit), 확장 통신 모듈을 이용하여 충방전 장치 설비를 구동한다.The CPU (Central Processing Unit) is a main part of the charge / discharge device facility, and drives the charge / discharge device facility using the
구체적으로, CPU는 운영 PC(200)로부터 명령을 전송받아, 실행할 2차전지 충방전 테스트 스케줄(Test Schedule)을 구동하며, 테스트 중의 데이터를 취합하여 운영 PC(200)로 전송할 수 있다.Specifically, the CPU receives a command from the operating
CPU와 디지털 회로와의 연결은 직렬 주변기기 인터페이스(SPI: Serial Peripheral Interface) 통신으로 구현될 수 있다. MCU는 운영 PC(200)로부터 전송받은 테스트 스케줄의 순서대로 조건을 설정할 수 있다. 그 밖에 확장 통신 모듈의 통신은 RS-232로 구성될 수 있다.The connection between the CPU and the digital circuit can be implemented by serial peripheral interface (SPI) communication. The MCU can set the conditions in the order of the test schedule received from the operating
또한, CPU는 다목적 입출력 포트(GPIO)를 이용하여 충방전 장치 설비의 상태 표시를 직접 제어할 수 있다.In addition, the CPU can directly control the status display of the charge / discharge device facility using the multipurpose input / output port (GPIO).
MCU(Micro Control Unit)에서 CPU를 제외한 MCU회로는 CPU로부터 전송받은 명령으로 각 채널별로 충전, 방전에 따른 설정과 전압, 전류의 세팅과 피드백을 받는다. 여기서, 충전과 방전의 설정은 별도로 장착된 릴레이부(140)의 Relay Drive Board에 데이터를 전송하여 각 채널 별로 충전 및 방전 제어를 한다. 전송되는 데이터의 방식으로는 I2C에 의해 구현될 수 있다.In MCU (Micro Control Unit), MCU circuit excluding CPU is command received from CPU and receives setting and voltage and current setting and feedback according to charge and discharge for each channel. Here, the charge and discharge settings are performed by transmitting data to the Relay Drive Board of the separately installed
도 3에서, 제어부(110)는 디지털 데이터와 아날로그 데이터의 변환을 위해 D/A Converter 및 A/D Converter를 포함한다.3, the
MCU는 D/A Converter를 통해 전압, 전류를 설정한다. D/A Converter와 MCU와의 통신 방식은 SPI로 구성될 수 있으며, 비트 레이트(Bit Rate)는 12Bit로 설계될 수 있다.MCU sets voltage and current through D / A converter. The communication method between the D / A converter and the MCU can be configured as SPI, and the bit rate can be designed to be 12 bits.
전압, 전류의 피드백은 A/D Converter를 통해 받을 수 있다. A/D Converter와 MCU의 통신은 SPI로 구성될 수 있으며, 비트 레이트(Bit Rate)는 16Bit로 설계될 수 있다.Voltage and current feedback can be received via A / D Converter. The communication between the A / D converter and the MCU can be composed of SPI, and the bit rate can be designed to be 16 bits.
부가적으로 장착된 RS-232 포트는 MCU의 현재 상태를 확인할 수 있도록 해준다.An additional RS-232 port allows you to check the current status of the MCU.
직렬 주변기기 인터페이스(SPI: Serial Peripheral Interface)는 CPU와 메인보드와의 통신 호환과 Long Distance 통신의 안정성을 위한 회로이다.Serial Peripheral Interface (SPI) is a circuit for communication compatibility between CPU and main board and stability of long distance communication.
CPU에서 데이터는 Single Ended 형태로 전송되며, 이를 Differential Data 형태로 변환하여 메인보드의 MCU로 전송한다.In the CPU, data is transferred in Single Ended form, converted into Differential Data type, and transferred to MCU of main board.
확장 통신 모듈과의 통신은 SM-Bus Interface로 구현될 수 있다. CPU에서 RS-232 형태의 데이터를 RS-485 형태로 변환을 하여, SM-Bus 모듈에 전송한다. Long Distance 통신의 안정화와 n개의 SM-Bus 모듈의 병렬 통신을 위해 데이터를 RS-485 형태로 변환을 한다. SM-Bus Interface는 외부로 출력이 되어야 하므로 통신 전용 커넥터(D-Sub 9pin)를 사용한다.The communication with the extended communication module can be implemented by the SM-Bus interface. The CPU converts RS-232 data into RS-485 format and transmits it to the SM-Bus module. It converts data to RS-485 form for long distance communication stabilization and parallel communication of n SM-Bus modules. Since the SM-Bus Interface needs to be output to the outside, it uses the communication exclusive connector (D-Sub 9pin).
LAN 드라이버는 CPU와 운영 PC(200)와의 LAN 통신을 위해 구성된 회로이다. Extend I/O는 CPU의 범용 입출력 단자(GPIO: General Purpose Input/Output)를 이용하여 현재 CPU의 상태를 표시할 수 있는 출력을 전송한다.The LAN driver is a circuit configured for LAN communication between the CPU and the
D/A Converter 회로의 구성은 전압, 전류를 설정하는 3개의 D/A Converter(DAC7558)와 Offset 보정을 위한 1개의 D/A Converter(DAC8532)로 구성될 수 있다. DAC7558은 20개의 채널에 전압, 전류를 설정할 수 있다. DAC7558 1개는 8 포트로 구성되어 있어서, 총 24개의 D/A Converter 포트를 구성할 수 있다.The configuration of the D / A converter circuit can be composed of three D / A converters (DAC7558) for setting voltage and current and a D / A converter (DAC8532) for offset correction. The DAC7558 can set voltage and current for 20 channels. One DAC7558 is composed of 8 ports, so a total of 24 D / A converter ports can be configured.
여기서, 전류 설정은 각 채널 별로 개별적으로 설정이 가능하다. 전압 설정은 D/A Converter 출력 1 포트에 5개의 채널이 연결되어 있으며, 5개의 채널이 같은 전압의 조건으로 구동된다.Here, the current setting can be individually set for each channel. In the voltage setting, 5 channels are connected to 1 port of D / A converter output, and 5 channels are driven with the same voltage condition.
DAC8532는 회로상의 Offset을 보정하여 오차를 줄이기 위한 용도로 설계되었는데, 때에 따라 Optinal 동작이 가능하다.The DAC8532 is designed to compensate for offsets in the circuit to reduce the error, which can sometimes be optinally operated.
D/A 출력회로는 D/A Converter에서 출력된 신호를 증폭하여, 각 채널 별로 구성된 센싱부(120)의 CHG-DCH Drive 모듈에 전압, 전류를 세팅할 수 있다. 이는 버퍼의 의미로 장착된 것이며, Long Distance 의 신호를 증폭하여 노이즈를 감쇄시킬 용도로 사용될 수 있다.The D / A output circuit can amplify the signal output from the D / A converter and set the voltage and current to the CHG-DCH Drive module of the
A/D Converter 회로는 센싱부(120)의 CHG-DCH Drive 모듈에서 측정된 전압, 전류를 피드백 받아 멀티프렉서(Multiplexer)를 이용하여 순차적으로 A/D Converter에서 받은 후에 MCU에 데이터를 전달하는 회로이다. 기준전압으로는 D/A Converter와 A/D Converter에서 아날로그 적인 전압 레벨에 대한 계산을 위해 적용되는 회로이다.The A / D converter circuit receives the voltage and current measured in the CHG-DCH Drive module of the
그 밖에 Gain & Offset Control 회로는 회로상의 Offset과 각 부품의 증폭률을 보정하기 위한 회로이며, 때에 따라 Optional 동작이 가능하다.In addition, the Gain & Offset control circuit is a circuit for offsetting the circuit and correcting the amplification factor of each part, and optional operation is possible at times.
A/D Converter 입력회로는 센싱부(120)의 CHG-DCH Drive 모듈에서 측정된 전압, 전류를 멀티프렉서(Multiplexer)를 이용하여 순차적으로 A/D Converter 회로 입력으로 전송한다.The A / D converter input circuit sequentially transmits the voltage and current measured by the CHG-DCH Drive module of the
그 밖에 MUX는 8 포트로 구성되어 있으며, 각각 3개의 MUX를 이용하여 전압, 전류를 측정한다.In addition, the MUX consists of eight ports, each of which measures voltage and current using three MUXs.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치의 센싱부의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a sensing unit of a modular charge / discharge device according to an embodiment of the present invention.
센싱부(120)는 2차전지(300)의 충전 전류 및 단자 전압의 측정치 중에서 적어도 하나를 피드백 받아 기설정된 기준값과 비교한다. 센싱부(120)는 전류 또는 전압 센싱을 위해 CHG-DCH Drive 모듈과 V-Sensing 모듈을 포함할 수 있다.The
CHG-DCH Drive 모듈은 전압, 전류를 피드백 받아 A/D Converter 회로에서 계산을 할 수 있는 전압 레벨로 변환한다. 또한, CHG-DCH Drive 모듈은 D/A Converter에서 세팅된 전압, 전류의 설정치와 피드백된 전압, 전류를 비교하여 정전압, 정전류를 제어하는 회로이다. CHG-DCH Drive 모듈의 출력으로 충방전부(130)를 제어한다.The CHG-DCH Drive module converts the voltage and current into a voltage level that can be calculated from the A / D converter circuit by feedback. In addition, the CHG-DCH Drive module is a circuit that controls the constant voltage and constant current by comparing the voltage and current set by the D / A converter with the feedback voltage and current. And controls the charging
설계에 있어서, 모듈화 설계를 위해 각 채널마다 구성되어 있는 CHG-DCH Drive 모듈을 메인보드에 장착한다. CHG-DCH Drive 모듈은 메인보드의 I/O과 인터페이스가 되도록 할 수 있으며, 기능적인 면보다는 각 파트와 인터페이스가 되도록 하는 커넥터 역할을 할 수 있다.For the design, the CHG-DCH Drive module, which is configured for each channel, is mounted on the main board for modular design. The CHG-DCH Drive module can be used as an interface with the main board I / O, and can serve as a connector to interface with each part rather than the functional one.
충방전부(130)의 회로는 실제 출력 전류를 구동하는 회로이다. 충방전부(130)는 센싱부(120)의 피드백 측정치와 기준값 비교 결과를 이용하여 피드백 측정치가 기준값에 도달하는 경우, 충전 또는 방전을 완료함으로써 과충전 또는 과방전을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 충전시에 2차전지의 단자 전압이 기준치 전압에 근접하거나, 방전시에 2차 전지의 전압이 기준치 전압(방전 한계 전압)에 근접하는 경우에 충전 또는 방전 전류의 양을 줄여 가면서 과충전 과방전을 방지할 수 있다.The circuit of the charging
충방전부(130)는 근본적으로는 센싱부(120)의 CHG-DCH Drive 모듈에서 출력된 전압 레벨을 통해, 트랜지스터를 구동하도록 설계된 회로이다. The charging
충방전부(130)는 서로 분리된 충전 회로와 방전 회로를 포함한다. 충전, 방전의 전환은 릴레이부(140)의 Relay Drive Board에서의 신호를 MUX가 받아 전환을 함으로써 이루어진다.The charging
충방전부(130)는 부하의 전압이 낮을 경우, 트랜지스터에서 생기는 발열을 감소시키기 위해 릴레이 전환을 통해 충전 전원을 변경시킬 수 있다.When the voltage of the load is low, the charging
2차전지(300)와의 연결 커넥터의 (-)단자에 연결된 션트(Shunt) 저항은 전류가 흐를 때 저항 양단에 생기는 전압을 계산하여 전류를 측정하도록 할 수 있다.The shunt resistor connected to the negative terminal of the connector of the
충방전부(130)는 피드백되는 충전 전류 값이 측정되는 션트(Shunt) 저항을 포함한다. 즉, 충방전부(130) 션트(Shunt) 저항에서 측정된 전압을 메인보드의 기준전압회로 출력 전압에 맞춰 다시 증폭을 하며, 증폭된 전압은 CHG-DCH Drive 모듈로 피드백된다.The charging
릴레이부(140)는 제어부(110)에서 전송된 I2C 데이터를 이용하여 채널 별로 충방전 신호를 세팅한다. 즉, MCU에서 I2C(Inter Integrated Circuit) 통신을 이용하여 별도로 장착된 릴레이부(140)의 Relay Drive를 구동한다. I2C 의 설계에서 여분의 I2C Drive를 구성할 수 있다. 즉, 메인보드의 MCU에서 전송된 I2C 데이터를 이용하여 복수의 채널의 충전, 방전 신호를 세팅할 수 있다. 2개의 확장 범용 입출력 단자(GPIO)를 이용하여 복수 채널의 충전, 방전을 세팅할 수 있다.The
Relay Control 회로는 포토커플러(Photo-Coupler) 수신부의 출력을 통해 충방전부(130)의 충전, 방전 신호를 공급한다. Relay Control 회로에 연결되는 회로(MUX 또는 Relay)에 따라 증폭 모듈을 사용할 수 있다.The relay control circuit supplies the charging and discharging signals of the charging
충방전부(130)의 충전 전압 전환을 위해 Relay 구동 단자를 별도로 구성할 수 있으며, 5개의 채널이 동시 동작하도록 설계될 수 있다.The relay driving terminal may be separately configured for switching the charging voltage of the charging
표시부(150)는 상태 표시를 위해 LED를 이용할 수 있다. LED PCB는 각 채널의 충전, 방전, 휴식 및 양품, 불량 등의 상태를 LED로 표시할 수 있다. 제어부(110) 상태를 표시하는 LED는 메인보드의 상태에 따라, 비가동 상태에서는 노랑, 가동 상태에서는 녹색, 이상이 있는 경우에는 빨강 LED를 점등하여 표시할 수 있다. 이를 구현하기 위해서 타워 램프를 이용할 수 있다.The
전원부(160)의 회로는 주 전원 회로와 충전 전원 회로, 시스템 구동 전원 회로로 구성될 수 있다. 충전 전원 회로는 +20V와 +12V로 구성되어 있으며, 충방전부(130)에서 전원을 전환할 수 있도록 설계될 수 있다.The circuit of the
또한, 전원부(160)는 CPU 디지털 회로에 +5V를 +3.3V로 변환하여 공급한다.Further, the
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 모듈화된 충방전 장치는, 충방전 장치의 각 구성요소를 모듈화함으로써 테스트 2차전지의 증가에 따른 설비 확장이 용이하다. 또한, 운영 PC와 통신하는 하나의 제어부를 구성함으로써 채널 별로 2차전지의 충방전을 용이하게 제어할 수 있다.As described above, the modularized charging and discharging apparatus according to the embodiment of the present invention modularizes each constituent element of the charging and discharging apparatus, thereby facilitating expansion of the equipment as the number of test secondary batteries increases. In addition, by constituting one control unit communicating with the operating PC, it is possible to easily control charge / discharge of the secondary battery on a channel-by-channel basis.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to the embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims and equivalents thereof.
100: 모듈화된 충방전 장치,
110: 제어부,
120: 센싱부,
130: 충방전부,
140: 릴레이부,
150: 표시부,
160: 전원부,
200: 운영 PC,
300: 2차전지100: a modular charge / discharge device, 110: a control section,
120: sensing part, 130: charging part,
140: Relay unit, 150: Display unit,
160: power supply unit, 200: operating PC,
300: secondary battery
Claims (8)
운영 PC로부터 상기 테스트에 관한 명령을 전송 받아 테스트 스케줄을 제어하며, 상기 테스트 중의 데이터를 상기 운영 PC로 전송하는 제어부;
상기 측정된 2차전지의 충전 전류 및 단자 전압의 측정치 중에서 적어도 하나를 피드백 받아 기설정된 기준값과 비교하는 센싱부;
상기 센싱부의 비교 결과를 이용하여 상기 피드백된 측정치가 상기 기준값에 도달하는 경우 충전 또는 방전을 완료하여 과충전 또는 과방전을 방지하는 충방전부;
상기 제어부로부터 제어신호를 수신 받아 상기 충방전부에 충전/방전 신호를 출력하는 릴레이부;
상기 제어부에 따른 제어 상태를 표시하는 표시부를 포함하며,
상기 센싱부, 충방전부, 릴레이부 및 표시부는 1개의 모듈로 모듈화되며 상기 2차전지의 개수에 대응하는 하나 이상의 모듈이 메인보드에 형성된 커넥터에 탈착될 수 있는 모듈화된 충방전 장치.A charge / discharge device for a charge / discharge test according to a secondary battery process,
A control unit that receives a command related to the test from the operating PC to control a test schedule and transmits the data under test to the operating PC;
A sensing unit for receiving at least one of the measured values of the charging current and the terminal voltage of the secondary battery, and comparing the measured value with a preset reference value;
A charging unit for charging or discharging when the feedback measurement value reaches the reference value using the comparison result of the sensing unit to prevent overcharge or overdischarge;
A relay unit receiving a control signal from the control unit and outputting a charging / discharging signal to the charging unit;
And a display unit for displaying a control state according to the control unit,
Wherein the sensing unit, the charging unit, the relay unit, and the display unit are modularized into one module, and one or more modules corresponding to the number of the secondary batteries can be detachably attached to the connector formed on the main board.
상기 제어부는
상기 하나 이상의 모듈과 서로 다른 채널로 통신하고,
각 채널 별로 D/A 컨버터를 통해 전압 및 전류에 관한 상기 기준값을 설정하는 모듈화된 충방전 장치.The method according to claim 1,
The control unit
Communicating with the one or more modules on different channels,
Wherein said reference value for voltage and current is set for each channel through a D / A converter.
상기 제어부는,
상기 피드백 받은 전류 및 전압 값 중에서 적어도 하나를 A/D 컨버터를 통해 디지털 변환하는 모듈화된 충방전 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
And at least one of the feedback current and voltage value is digitally converted through an A / D converter.
상기 센싱부는,
모듈화 설계를 위해 채널마다 구성되는 복수의 충방전 드라이버 형태로 구비되는 모듈화된 충방전 장치.The method according to claim 1,
The sensing unit includes:
A modular charge / discharge device comprising a plurality of charge / discharge drivers configured for each channel for modular design.
상기 충방전부는,
충전과 방전을 서로 분리하여 각각 수행하는 충전회로 및 방전회로를 포함하는 모듈화된 충방전 장치.The method according to claim 1,
The charge /
A charging / discharging device comprising a charging circuit and a discharging circuit which perform charging and discharging separately from each other.
상기 충방전부는,
상기 센싱부에서 출력된 전압 레벨을 통해 구동되며,
상기 피드백되는 충전 전류 값이 측정되는 션트(shunt)저항을 포함하는 모듈화된 충방전 장치.The method according to claim 1,
The charge /
A sensing unit driven by a voltage level output from the sensing unit,
And a shunt resistor for measuring the feedback charge current value.
상기 릴레이부는,
상기 제어부에서 전송된 I2C 데이터를 이용하여 채널 별로 충방전 신호를 세팅하는 모듈화되 충방전 장치.The method according to claim 1,
The relay unit includes:
Wherein the charge / discharge signal is set for each channel by using the I2C data transmitted from the control unit.
상기 표시부는,
상기 제어부의 범용 입출력 단자(GPIO)를 이용하여 제어부의 상태를 LED형 타워램프(Tower Lamp)를 통해 표시하는 모듈화된 충방전 장치.The method according to claim 1,
The display unit includes:
Wherein the state of the control unit is displayed through an LED-type tower lamp using a general-purpose input / output terminal (GPIO) of the control unit.
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