KR20190012845A - Pcm 과전류·bms 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치 - Google Patents

Pcm 과전류·bms 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 기존의 PCM 과전류발생시, PCM에서 구동되는 자동복구방식의 경우에는 과부하가 제거되지 않은 상태여서 PCM의 OCP가 자동복구될 때마다 짧은 시간동안 배터리팩에서 과전류가 출력되어 배터리셀이나 BMS 또는 외부 연결 기기를 손상시키는 문제점과, BMS 과전류발생시, BMS OCP 차단 전류를 너무 높게 설정하면, BMS PCB의 부피가 커지고, 비용이 올라가는 문제점과, 반대로, BMS OCP 차단 전류를 너무 낮게 설정하는 방식으로 구성하면, 배터리셀의 출력을 제대로 활용할 수 없는 문제점과, BMS 과전류발생시, BMS OCP 회로를 자동복구 방식을 적용하면 BMS나 외부 응용기기에 손상을 줄 수 있고, 강제 차단방식을 이용하면 충전전압 인가나 배터리 배선 분리하는 방식을 이용해야 하는 문제점을 개선하고자, 파워뱅크본체(100), 배터리부(200), 파워뱅크용 PCM회로부(300), 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)가 구성됨으로서, PCM 과전류 발생시, 출력전자스위치를 통해 배터리부 출력전류가 흐르지 않도록 오픈(open) 스위칭시키고, 마이컴의 제어신호에 따라 정상화신호가 입력되면 배터리부 출력전류가 흐르도록 클로즈(Close) 스위칭시켜 각 기기의 구동을 자동복구시킬 수 있고, BMS 과전류 발생시, 마이컴을 통해 차단대기, 복구, 대기, 정상동작의 순서를 거쳐 순차적으로 BMS 과전류를 차단시키고 정상복구시키도록 제어할 수 있어, PCM 과전류, BMS 과전류로 인한 배터리셀, BMS, 외부 디바이스의 손상을 80% 방지할 수 있고, BMS OCP 차단 전류를 마이컴에서 기준값에 맞게 설정할 수 있어, 기존에 비해 40% 슬림하고, 70% 가벼우면서 80% 향상된 배터리셀 출력을 낼 수 있는 BMS PCB를 제공할 수 있으며, 배터리셀에 충전된 전원을 5V, 12V, 24V, 220V 중 어느 하나로 선택한 가변형 DC전원으로 가변시켜 접속된 전기기기의 전원기준에 맞게 1:1 맞춤형으로 출력시킬 수 있어, 선박, 야외공연장, 캠핑장, 공사장, 회사, 가정, 군사용으로 폭넓게 사용할 수 있는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치{THE APPARATUS AND METHOD OF SMART POWER BANK WITH HYBRID CHARGING}
본 발명에서는 PCM 과전류 발생시, 출력전자스위치를 통해 배터리부 출력전류가 흐르지 않도록 오픈(open) 스위칭시키고, 마이컴의 제어신호에 따라 정상화신호가 입력되면 배터리부 출력전류가 흐르도록 클로즈(Close) 스위칭시켜 각 기기의 구동을 자동복구시킬 수 있고, BMS 과전류 발생시, 마이컴을 통해 차단대기, 복구, 대기, 정상동작의 순서를 거쳐 순차적으로 BMS 과전류를 차단시키고 정상복구시키도록 제어할 수 있는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치에 관한 것이다.
현재, 선박, 야외공연장, 캠핑장에서 휴대용 스마트 파워뱅크장치를 많이 사용하고 있다.
상기 휴대용 스마트 파워뱅크장치에는 과전류로부터 배터리를 보호하는 과전류보호회로가 구성된다.
과전류보호회로는 과전류보호차단(OCP:Over Current Protection)이라고 하는데, 배터리를 보호하기 위한 PCM(Protection Circuit Module)에서 기본적으로 제공한다.
또한, 배터리팩과 함께 포장되는 PCM에는 OCP기능뿐만 아니라 과충전, 과방전, 단선보호기능도 기본적으로 포함한다.
그런데, 이 PCM에서의 OCP기능은 자동복구 방식으로 구현할 수도 있고, 강제 차단방식으로 구현할 수도 있다.
이 방식은 제공되는 PCM용 IC기능에 의해서 결정된다.
강제차단방식은 자동복구가 안되어 차단을 해지하기 위해서는 배터리의 충전단자에 충전전압을 인가하든지, 배터리팩의 연결배선을 강제로 외부 응용기기(또는 회로)와 분리를 해줘야 복구가 된다.
자동복구방식은 PCM 차단전류 이상으로 배터리에서 전류가 출력될 때 출력 전자스위치를 주기적으로 여닫으며, PCM 차단 전류 이하로 배터리 출력전류가 떨어지기를 기다리는 방식이다.
그런데, 이 방식은 과부하가 제거되지 않은 상태에서는 PCM의 OCP가 자동복구될 때마다 짧은 시간동안 배터리팩에서 과전류가 출력되어 배터리셀이나 BMS 또는 외부 연결 기기를 손상시키는 문제를 야기해왔다.
또한, BMS 과전류발생시, BMS OCP 차단 전류를 높게 설정하는 방식이 있다. 하지만, BMS OCP 차단 전류를 너무 높게 설정하면, BMS PCB의 부피가 커지고, 비용이 올라가는 문제점이 있었다.
반대로, BMS OCP 차단 전류를 너무 낮게 설정하는 방식으로 구성하면, 배터리셀의 출력을 제대로 활용할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, BMS OCP 회로를 OCP 차단 IC를 이용하여 하드웨어로 구현하면 PCM OCP 회로와 동일한 문제가 발생한다.
이때, BMS OCP 회로를 자동복구 방식을 적용하면 BMS나 외부 응용기기에 손상을 줄 수 있고, 강제 차단방식을 이용하면 충전전압 인가나 배터리 배선 분리하는 방식을 이용해야 하는 문제점이 있었다.
특허등록공보 제10-1620385호
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 PCM 과전류 발생시, 출력전자스위치를 통해 배터리부 출력전류가 흐르지 않도록 오픈(open) 스위칭시키고, 마이컴의 제어신호에 따라 정상화신호가 입력되면 배터리부 출력전류가 흐르도록 클로즈(Close) 스위칭시켜 각 기기의 구동을 자동복구시킬 수 있고, BMS 과전류 발생시, 마이컴을 통해 차단대기, 복구, 대기, 정상동작의 순서를 거쳐 순차적으로 BMS 과전류를 차단시키고 정상복구시키도록 제어할 수 있으며, BMS OCP 차단 전류를 마이컴에서 기준값에 맞게 설정할 수 있고, 배터리셀에 충전된 전원을 5V, 12V, 24V, 220V 중 어느 하나로 선택한 가변형 DC전원으로 가변시켜 접속된 전기기기의 전원기준에 맞게 1:1 맞춤형으로 출력시킬 수 있는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치는
박스형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 파워뱅크본체(100)와,
파워뱅크본체의 내부공간에 위치되고, N개의 배터리셀로 이루어져 전기에너지를 저장시키는 배터리부(200)와,
배터리셀 일측에 형성되어, PCM 과전류 발생시, 배터리 출력전류를 차단시켜 배터리셀을 보호하는 파워뱅크용 PCM회로부(300)와,
배터리부를 직렬 또는 병렬로 연결시킨 형태에서 배터리부 전체를 관리해주면서, BMS 과전 류발생시, 차단대기, 복구, 대기, 정상동작의 순서를 거쳐 순차적으로 차단시키고 정상복구시키도록 제어하는 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)로 이루어짐으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는
첫째, PCM 과전류 발생시, 출력전자스위치를 통해 배터리부 출력전류가 흐르지 않도록 오픈(open) 스위칭시키고, 마이컴의 제어신호에 따라 정상화신호가 입력되면 배터리부 출력전류가 흐르도록 클로즈(Close) 스위칭시켜 각 기기의 구동을 자동복구시킬 수 있고, BMS 과전류 발생시, 마이컴을 통해 차단대기, 복구, 대기, 정상동작의 순서를 거쳐 순차적으로 BMS 과전류를 차단시키고 정상복구시키도록 제어할 수 있어, PCM 과전류, BMS 과전류로 인한 배터리셀, BMS, 외부 디바이스의 손상을 80% 방지할 수 있다.
둘째, BMS OCP 차단 전류를 마이컴에서 기준값에 맞게 설정할 수 있어, 기존에 비해 40% 슬림하고, 70% 가벼우면서 80% 향상된 배터리셀 출력을 낼 수 있는 BMS PCB를 제공할 수 있다.
셋째, 배터리셀에 충전된 전원을 5V, 12V, 24V, 220V 중 어느 하나로 선택한 가변형 DC전원으로 가변시켜 접속된 전기기기의 전원기준에 맞게 1:1 맞춤형으로 출력시킬 수 있어, 선박, 야외공연장, 캠핑장, 공사장, 회사, 가정, 군사용으로 폭넓게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 2는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 외부모습을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치(1)의 오픈구조로 형성된 내부구성요소를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 구성요소를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 배터리부와 파워뱅크용 PCM회로부의 구성을 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 파워뱅크용 스마트 BMS부가 파워뱅크형 본체의 내부공간 일측에 PCB 구조로 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 마이컴부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 PCM 과전류 발생시 자동복구기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 구체적인 동작과정을 구성요소와 그래프형태로 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 BMS 과전류 발생시 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 구체적인 동작과정을 구성요소와 그래프형태로 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 마이컴의 구체적인 동작과정을 도시한 순서도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 구성요소를 도시한 블럭도에 관한 것이고, 도 2는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 외부모습을 도시한 사시도에 관한 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치(1)의 오픈구조로 형성된 내부구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 파워뱅크본체(100), 배터리부(200), 파워뱅크용 PCM회로부(300), 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 파워뱅크본체(100)에 관해 설명한다.
상기 파워뱅크본체(100)는 박스형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 상부박스형 커버(110)와 하부박스형 커버(120)로 이루어지고, 상부박스형 커버와 하부박스형 커버 사이에 힌지부(130)가 구성되고, 정면헤드부 상에 끼움걸이부(140)가 포함되어 구성된다.
외부표면상에 배터리 잔량표시부(443)가 형성되고, 배터리 잔량표시부 일측에 기동스위치(460)가 형성되며, 외부 측면 일측에 충전입력단자가 형성되고, 외부 측면 타측에 방전출력단자가 형성되며, 내부공간 일측에 배터리부, 파워뱅크용 PCM회로부, 파워뱅크용 스마트 BMS부가 포함되어 형성된다.
그리고, 본 발명에 따른 박스형본체는 덮개를 오픈시키는 오픈구조와, 덮개를 클로즈시키는 클로즈구조로 동작된다.
그리고, 오픈구조로 오픈되었을 때, 내부공간의 양면에 배터리부가 내부커버 안쪽에 각각 탈부착식으로 설치되어 구성된다.
또한, 상부박스형 커버의 내부공간 일측에 파우치백(160)이 형성되어, 배터리부에 접속시켜 충전시키고자 하는 전자기기를 외부의 충격으로 보호시키고 수납시킨다.
본 발명에 따른 배터리부는 비디오디스켓 형상과 같이 직사각형상으로 이루어져, 탈부착식으로 내부커버에 설치된다.
다음으로, 본 발명에 따른 배터리부(200)에 관해 설명한다.
상기 배터리부(200)는 파워뱅크본체의 내부공간에 위치되고, N개의 배터리셀(210)로 이루어져 전기에너지를 저장시키는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, N개의 배터리셀(210)로 구성된다.
상기 배터리셀(210)은 전기에너지를 저장시키는 역할을 한다.
이는 리튬이온배터리, 리튬폴리머배터리로 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 파워뱅크용 PCM회로부(300)에 관해 설명한다.
상기 파워뱅크용 PCM회로부(300)는 배터리셀 일측에 형성되어, PCM 과전류 발생시, 배터리 출력전류를 차단시켜 배터리셀을 보호하는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, PCM OCP가 포함되어 구성되고, 전용 PCM IC와 주변회로로 PCB를 만들어 배터리셀과 함께 구성된다.
상기 파워뱅크용 PCM회로부(300)는 PCM 과전류 발생시 다음과 같은 과정을 거쳐 구동된다.
먼저, 방전출력단자에 PCM 과전류가 흐르면, 전류감지센서에서 PCM 과전류를 감지하여, 파워뱅크용 PCM회로부로 입력시킨다.
이때, 파워뱅크용 PCM회로부가 구동되어, 배터리셀의 PCM에서 과전류 차단을 한다.
이어서, 배터리부의 출력이 전면 중지되므로, 마이컴 구동도 정지가 되며, 출력전자스위치도 열려서 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 전체 구동은 완전 정지상태가 된다.
이어서, 파워뱅크용 PCM회로부의 PCM OCP가 복구되더라도 출력전자스위치가 오픈상태(열림)에 있으므로 마이컴과 휴대용 스마트 파워뱅크장치는 여전히 동작하지 않는다.
이어서, 기동스위치를 누르면 일시적으로 마이컴이 동작하면서 초기화상태가되고, 마이컴에 의해 출력전자스위치가 닫히므로 파워뱅크는 정상적으로 동작한다.
다음으로, 본 발명에 따른 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)에 관해 설명한다.
상기 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)는 배터리부를 직렬 또는 병렬로 연결시킨 형태에서 배터리부 전체를 관리해주면서, BMS 과전 류발생시, 차단대기, 복구, 대기, 정상동작의 순서를 거쳐 순차적으로 차단시키고 정상복구시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 파워뱅크형 본체의 내부공간 일측에 PCB 구조로 형성된다.
상기 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)는 도 4에 도시한 바와 같이, 충전입력부(410), 전류전압센서(420), 방전출력부(430), 중앙제어부(440)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 충전입력부(410)에 관해 설명한다.
상기 충전입력부(410)는 외부전원으로부터 전원을 인가받아 배터리부를 충전시키는 역할을 한다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 충전입력단자(411), 입력연결센서(412), 제1 과전압방지회로(413), 충전회로(414)로 구성된다.
상기 충전입력단자(411)는 외부전원기기의 잭과 접속연결시키는 역할을 한다.
상기 입력연결센서(412)는 충전입력단자 일측에 형성되어, 충전입력단자에 외부전원기기의 잭이 접속연결되었음을 센싱한 후, 센싱한 신호를 중앙제어부의 마이컴부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 접점스위치 형태로 구성된다.
상기 제1 과전압방지회로(413)는 충전전압 이상의 과전압이 인입되었을 때, 충전회로와, 충전회로에 연결된 배터리셀을 보호하는 역할을 한다.
상기 충전회로(414)는 배터리셀의 (+),(-)단자와 연결되어, 배터리셀을 충전시키는 역할을 한다.
둘째, 본 발명에 따른 전류전압센서(420)에 관해 설명한다.
상기 전류전압센서(420)는 배터리부로 입출력되는 전기의 전압과 전류를 센싱시킨 후, 센싱된 전압과 전류를 중앙제어부로 전달시키는 역할을 한다.
셋째, 본 발명에 따른 방전출력부(430)에 관해 설명한다.
상기 방전출력부(430)는 접속되는 외부 디바이스쪽으로 전원을 공급시키는 역할을 한다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 방전출력단자(431), 제1 출력연결센서(432), 제2 과전류방지회로부(433), 출력전압변환회로부(434), 변환전압방전출력단자(435), 제2 출력연결센서(436)로 구성된다.
상기 방전출력단자(431)는 외부디바이스의 접속단자와 접속연결되어, 외부디바이스의 접속단자쪽으로 과전류방지회로부를 통과한 배터리 전류를 출력시키는 역할을 한다.
상기 제1 출력연결센서(432)는 방전출력단자 일측에 형성되어, 방전출력단자에 외부디바이스의 접속단자가 접속연결되었음을 센싱한 후, 접속센싱신호를 중앙제어부의 마이컴부로 전달시키는 역할을 한다.
상기 제2 과전류방지회로부(433)는 BMS OCP(Over Current Protection) 신호가 감지가 안되면, 배터리 전압을 방전출력단자로 인가시키고, BMS OCP(Over Current Protection) 신호가 감지되면, 마이컴의 제어신호에 개폐되는 전자스위치를 통해 회로의 손상이나 발열, 전자파 발생을 방지하는 역할을 한다.
상기 출력전압변환회로부(434)는 과전류방지회로부와 방전출력단자 사이에 위치되어, 과전류방지회로부를 통과한 배터리 전압을 외부디바이스의 사용전압 5V, 12V, 220V 중 어느 하나를 선택하여 변환시키는 역할을 한다.
상기 변환전압방전출력단자(435)는 외부디바이스의 접속단자와 접속연결되어, 외부디바이스의 접속단자쪽으로 출력전압변환회로부로 변환된 사용전압을 인가시키는 역할을 한다.
상기 제2 출력연결센서(436)는 변환전압방전출력단자 일측에 형성되어, 변환전압방전출력단자에 외부디바이스의 접속단자가 접속연결되었음을 센싱한 후, 접속센싱신호를 중앙제어부의 마이컴부로 전달시키는 역할을 한다.
넷째, 본 발명에 따른 중앙제어부(440)에 관해 설명한다.
상기 중앙제어부(440)는 각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 역할을 한다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 내부전압변환회로부(441), 마이컴부(442), 배터리 잔량표시부(443)로 구성된다.
[내부전압변환회로부(441)]
상기 내부전압변환회로부(441)는 배터리부의 배터리셀로부터 전압을 전달받아 마이컴 구동에 필요한 3.3V 또는 5V 전압으로 변환시키는 역할을 한다.
[마이컴부(442)]
상기 마이컴부(442)는 입력연결센서, 제1 출력연결센서, 제2 출력연결센서, 과전류방지회로부가 연결되어, 입력연결센서, 제1 출력연결센서, 제2 출력연결센서로부터 입력된 배터리 전압값을 배터리 잔량표시부에 출력시키도록 제어하면서, BMS 과전류 발생시, 각 기기의 구동을 온오프제어시키는 역할을 한다.
이는 도 7에 도시한 바와 같이, 차단대기모드(442a), 복구모드(442b), 대기모드(442c), 정상동작모드(442d)로 구성된다.
상기 차단대기모드(442a)는 과전류방지회로부로부터 BMS 과전류 신호가 입력되면, 10초~30초의 차단대기시간 동안 각 기기의 구동을 차단시키도록 카운팅 제어시키는 역할을 한다.
상기 복구모드(442b)는 차단대기모드를 통해 차단대기 시간 이내에 방전전류가 BMS 과전류 차단 전류 이하로 떨어지지 않으면, 10초~15초의 복구시도 시간 동안 과전류방지회로부의 전자스위치쪽으로 전자스위치를 개폐시키는 개폐신호를 보내어, 과전류를 차단시키도록 제어시키는 역할을 한다.
상기 대기모드(442c)는 복구모드를 통해 복구시도 시간 이내에 방전전류가 BMS 과전류 차단 전류 이하로 떨어지지 않으면, 과전류방지회로부의 전자스위치쪽으로 전자스위치를 오픈시키는 오픈신호를 보내어, 과전류를 차단시키도록 제어시키는 역할을 한다.
상기 정상동작모드(442d)는 입력연결센서로부터 충전입력단자와 접속되는 외부전원기기의 잭 변화신호와, 제1 출력연결센서로부터 방전출력단자와 접속되는 외부디바이스의 접속변화신호, 그리고, 제2 출력연결센서로부터 변환전압방전출력단자와 접속되는 외부디바이스의 접속변화신호 중 어느 하나 또는 둘 이상이 감지되면, 각 기기의 구동을 정상으로 구동시키도록 제어하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 마이컴은 입출력 단자에 외부기기가 연결되지 않으면 대기모드로 전환하여 배터리의 입출력 회로들을 대부분 차단하고, 마이컴 자체도 저전력 모드로 들어간다.
그리고, 저전력 모드에서 충방전 입출력 단자에 젝이 연결되면 입출력 연결센서가 마이컴으로 연결상태를 알려주고, 마이컴은 동작모드로 전환하면서 다른 충전입력부, 방전출력부도 정상 가동시킨다.
[배터리 잔량표시부(443)]
상기 배터리 잔량표시부(443)는 마이컴부의 제어신호에 따라 배터리부의 잔량을 표시시키는 역할을 한다.
이는 LCD 디스플레이 또는 LED 디스플레이로 구성된다.
이처럼, 충전입력부(410), 전류전압센서(420), 방전출력부(430), 중앙제어부(440)로 이루어진 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)는 출력전자스위치(450), 기동스위치(460)가 더 포함되어 구성된다.
상기 출력전자스위치(450)는 전류전압센서 일측에 연결되어, 전류전압센서로부터 PCM 과전류 신호가 감지되면 배터리부 출력전류가 흐르지 않도록 오픈(open) 스위칭시키고, 마이컴의 제어신호에 따라 정상화신호가 입력되면 배터리부 출력전류가 흐르도록 클로즈(Close) 스위칭시켜 각 기기의 구동을 자동복구시키는 역할을 한다.
상기 기동스위치(460)는 전류전압센서 타측에 연결되어, 정지된 마이컴을 푸쉬버튼을 통해 강제로 기동시키는 역할을 한다.
이는 푸쉬형 기계스위치로 이루어지고, 파워뱅크 본체의 외부면에 형성된 배터리 잔량표시부 일측에 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 충전입력부를 통해 외부전원으로부터 전원을 인가받아 배터리부를 충전시킨다.
다음으로, 중앙제어부의 내부전압변환회로부에서 배터리부의 배터리셀로부터 전압을 전달받아 중앙제어부의 마이컴 구동에 필요한 3.3V 또는 5V 전압으로 변환시킨다.
다음으로, 내부전압변환회로부로부터 전압을 전달받아 중앙제어부의 마이컴이 웨이크업 구동된다.
다음으로, 전류전압센서에서 배터리부로 입력되는 전기의 전압과 전류를 센싱시킨 후, 센싱된 전압과 전류를 중앙제어부의 마이컴부로 전달시킨다.
다음으로, 배터리부 충전이 완료되면, 방전출력부를 통해 접속되는 외부 디바이스쪽으로 전원을 공급시킨다.
다음으로, 전류전압센서에서 배터리부로 출력되는 전기의 전압과 전류를 센싱시킨 후, 센싱된 전압과 전류를 중앙제어부의 마이컴부로 전달시킨다.
끝으로, 마이컴부에서 입력연결센서, 제1 출력연결센서, 제2 출력연결센서로부터 입력된 배터리 전압값을 배터리 잔량표시부에 출력시키도록 제어한다.
[ PCM 과전류 발생시 자동복구기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 구체적인 동작과정(S100)]
먼저, 도 8에 도시한 바와 같이, PCM 과전류 발생시, 파워뱅크용 PCM회로부에서 배터리 출력전류를 차단시켜 배터리셀을 보호한다(S110).
이때는 배터리부 출력이 전면 중지되므로, 마이컴 구동도 정지가 되고, 출력전자스위치도 오픈(열림) 스위칭되어, 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 전체구동이 완전 정지상태가 된다.
다음으로, 파워뱅크용 PCM회로부의 OCP가 복구되더라도, 출력전자스위치가 오픈(열림) 스위칭되어 있으므로 마이컴과 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 전체구동은 여전히 동작하지 않게 된다(S120).
끝으로, 기동스위치를 누르면 일시적으로 마이컴이 동작하면서 초기화상태가 되고, 마이컴의 제어신호에 따라 출력전자스위치가 클로즈(닫힘) 스위칭이 되어, 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 전체구동이 정상적으로 동작하게 된다(S130).
[ BMS 과전류 발생시 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치의 구체적인 동작과정( S200 )]
먼저, 도 9에 도시한 바와 같이, 방전출력단자에 BMS 과전류 발생시, 전류전압센서에서 배터리부에서의 방전전류를 측정하여 마이컴으로 전송시킨다(S210).
다음으로, 마이컴에서는 사용자에게 과전류 경보를 보내고, 차단대기모드가 구동되어 차단대기 시간 동안(10초~30초) 기다린다(S220).
이때, 차단대기시간 이내에 방전전류가 BMS 차단 전류 이하로 떨어지면 마이컴은 경보를 해제한다.
하지만, 방전출력단자에 BMS 차단 과전류 이상이 걸리면 마이컴은 사용자에게 과전류 경보를 보내고 차단대기 시간(10초~30초) 동안 기다린다.
다음으로, 차단대기 시간(10초~30초) 이내에 BMS 차단 전류 이하로 떨어지지 않으면 마이컴은 복구모드를 구동시켜, 복구시도 시간(10초~20초) 동안 과전류방지회로의 전자스위치를 개폐하면서 차단을 시도한다(S230).
다음으로, 복구시도 시간(10초~20초) 이내에 방전전류가 BMS차단전류 이하로 떨어지지 않으면 마이컴은 대기모드를 구동시켜, 과전류방지회로의 전자스위치를 열고 대기상태로 들어간다(S240).
끝으로, 입력연결센서로부터 충전입력단자와 접속되는 외부전원기기의 잭 변화신호와, 제1 출력연결센서로부터 방전출력단자와 접속되는 외부디바이스의 접속변화신호, 그리고, 제2 출력연결센서로부터 변환전압방전출력단자와 접속되는 외부디바이스의 접속변화신호 중 어느 하나 또는 둘 이상이 감지되면, 마이컴에서는 정상동작모드를 구동시켜, 각 기기의 구동을 정상으로 구동시키도록 제어한다(S250).
[마이컴의 구체적인 동작과정]
먼저, 도 10에 도시한 바와 같이, PCM 과전류발생시 마이컴 구동을 정지된다(S310~S320).
다음으로, 기동스위치를 누르면 마이컴이 기동된다(S330~S340).
다음으로, 마이컴이 동작모드로 구동되면서, 출력전자스위치, 과전류방지회로부의 전자스위치를 클로즈(닫힘)시킨다(S350~S360).
다음으로, 전류전압센서로부터 배터리부로 입출력되는 전기의 전압과 전류 센싱값이 마이컴의 입력단자에 입력된다(S370).
이때, 방전출력단자에 BMS 과전류 발생시, 전류전압센서에서 배터리부에서의 방전전류를 측정하여 마이컴으로 전송시킨다(S380).
다음으로, BMS 과전류가 발생되면, 마이컴에서는 차단대기모드를 구동시켜, 10초~30초의 차단대기시간 동안 각 기기의 구동을 차단시키도록 카운팅 제어시킨다(S390).
다음으로, 마이컴에서 차단대기모드를 통해 차단대기 시간 이내에 방전전류가 BMS 과전류 차단 전류 이하로 떨어지지 않으면, 복구모드를 구동시켜 10초~15초의 복구시도 시간 동안 과전류방지회로부의 전자스위치쪽으로 전자스위치를 개폐시키는 개폐신호를 보내어, 과전류를 차단시키도록 제어시킨다(S390a~S390b).
다음으로, 마이컴에서 복구모드를 통해 복구시도 시간 이내에 방전전류가 BMS 과전류 차단 전류 이하로 떨어지지 않으면, 대기모드를 구동시켜 과전류방지회로부의 전자스위치쪽으로 전자스위치를 오픈시키는 오픈신호를 보내어, 과전류를 차단시키도록 제어시킨다(S390c~S390e).
끝으로, 마이컴에서 입력연결센서로부터 충전입력단자와 접속되는 외부전원기기의 잭 변화신호와, 제1 출력연결센서로부터 방전출력단자와 접속되는 외부디바이스의 접속변화신호, 그리고, 제2 출력연결센서로부터 변환전압방전출력단자와 접속되는 외부디바이스의 접속변화신호 중 어느 하나 또는 둘 이상이 감지되면, 정상동작모드를 구동시켜 각 기기의 구동을 정상으로 구동시키도록 제어한다(S390f).
1 : 휴대용 스마트 파워뱅크장치
100 : 파워뱅크본체 200 : 배터리부
300 : 파워뱅크용 PCM회로부 400 : 파워뱅크용 스마트 BMS부

Claims (8)

  1. 박스형상으로 이루어져 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 파워뱅크본체(100)와,
    파워뱅크본체의 내부공간에 위치되고, N개의 배터리셀로 이루어져 전기에너지를 저장시키는 배터리부(200)와,
    배터리셀 일측에 형성되어, PCM 과전류 발생시, 배터리 출력전류를 차단시켜 배터리셀을 보호하는 파워뱅크용 PCM회로부(300)와,
    배터리부를 직렬 또는 병렬로 연결시킨 형태에서 배터리부 전체를 관리해주면서, BMS 과전 류발생시, 차단대기, 복구, 대기, 정상동작의 순서를 거쳐 순차적으로 차단시키고 정상복구시키도록 제어하는 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)로 구성되는 것을 특징으로 하는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)는
    외부전원으로부터 전원을 인가받아 배터리부를 충전시키는 충전입력부(410)와,
    배터리부로 입출력되는 전기의 전압과 전류를 센싱시킨 후, 센싱된 전압과 전류를 중앙제어부로 전달시키는 전류전압센서(420)와,
    접속되는 외부 디바이스쪽으로 전원을 공급시키는 방전출력부(430)와,
    각 기기의 전반적인 동작을 제어하는 중앙제어부(440)로 구성되는 것을 특징으로 하는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)는
    전류전압센서 일측에 연결되어, 전류전압센서로부터 PCM 과전류 신호가 감지되면 배터리부 출력전류가 흐르지 않도록 오픈(open) 스위칭시키고, 마이컴의 제어신호에 따라 정상화신호가 입력되면 배터리부 출력전류가 흐르도록 클로즈(Close) 스위칭시켜 각 기기의 구동을 자동복구시키는 출력전자스위치(450)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파워뱅크용 스마트 BMS부(400)는
    전류전압센서 타측에 연결되어, 정지된 마이컴을 푸쉬버튼을 통해 강제로 기동시키는 기동스위치(460)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 충전입력부(410)는
    외부전원기기의 잭과 접속연결시키는 충전입력단자(411)와,
    충전입력단자 일측에 형성되어, 충전입력단자에 외부전원기기의 잭이 접속연결되었음을 센싱한 후, 센싱한 신호를 중앙제어부의 마이컴부로 전달시키는 입력연결센서(412)와,
    충전전압 이상의 과전압이 인입되었을 때, 충전회로와, 충전회로에 연결된 배터리셀을 보호하는 제1 과전압방지회로(413)와,
    배터리셀의 (+),(-)단자와 연결되어, 배터리셀을 충전시키는 충전회로(414)로 구성되는 것을 특징으로 하는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 방전출력부(430)는
    외부디바이스의 접속단자와 접속연결되어, 외부디바이스의 접속단자쪽으로 과전류방지회로부를 통과한 배터리 전류를 출력시키는 방전출력단자(431)와,
    방전출력단자 일측에 형성되어, 방전출력단자에 외부디바이스의 접속단자가 접속연결되었음을 센싱한 후, 접속센싱신호를 중앙제어부의 마이컴부로 전달시키는 제1 출력연결센서(432)와,
    BMS OCP(Over Current Protection) 신호가 감지가 안되면, 배터리 전압을 방전출력단자로 인가시키고, BMS OCP(Over Current Protection) 신호가 감지되면, 마이컴의 제어신호에 개폐되는 전자스위치를 통해 회로의 손상이나 발열, 전자파 발생을 방지하는 제2 과전류방지회로부(433)와,
    과전류방지회로부와 방전출력단자 사이에 위치되어, 과전류방지회로부를 통과한 배터리 전압을 외부디바이스의 사용전압 5V, 12V, 220V 중 어느 하나를 선택하여 변환시키는 출력전압변환회로부(434)와,
    외부디바이스의 접속단자와 접속연결되어, 외부디바이스의 접속단자쪽으로 출력전압변환회로부로 변환된 사용전압을 인가시키는 변환전압방전출력단자(435)와,
    변환전압방전출력단자 일측에 형성되어, 변환전압방전출력단자에 외부디바이스의 접속단자가 접속연결되었음을 센싱한 후, 접속센싱신호를 중앙제어부의 마이컴부로 전달시키는 제2 출력연결센서(436)로 구성되는 것을 특징으로 하는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 중앙제어부(440)는
    배터리부의 배터리셀로부터 전압을 전달받아 마이컴 구동에 필요한 3.3V 또는 5V 전압으로 변환시키는 내부전압변환회로부(441)와,
    입력연결센서, 제1 출력연결센서, 제2 출력연결센서, 과전류방지회로부가 연결되어, 입력연결센서, 제1 출력연결센서, 제2 출력연결센서로부터 입력된 배터리 전압값을 배터리 잔량표시부에 출력시키도록 제어하면서, BMS 과전류 발생시, 각 기기의 구동을 온오프제어시키는 마이컴부(442)와,
    마이컴부의 제어신호에 따라 배터리부의 잔량을 표시시키는 배터리 잔량표시부(443)로 구성되는 것을 특징으로 하는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 마이컴부(442)는
    과전류방지회로부로부터 BMS 과전류 신호가 입력되면, 10초~30초의 차단대기시간 동안 각 기기의 구동을 차단시키도록 카운팅 제어시키는 차단대기모드(442a)와,
    차단대기모드를 통해 차단대기 시간 이내에 방전전류가 BMS 과전류 차단 전류 이하로 떨어지지 않으면, 10초~15초의 복구시도 시간 동안 과전류방지회로부의 전자스위치쪽으로 전자스위치를 개폐시키는 개폐신호를 보내어, 과전류를 차단시키도록 제어시키는 복구모드(442b)와,
    복구모드를 통해 복구시도 시간 이내에 방전전류가 BMS 과전류 차단 전류 이하로 떨어지지 않으면, 과전류방지회로부의 전자스위치쪽으로 전자스위치를 오픈시키는 오픈신호를 보내어, 과전류를 차단시키도록 제어시키는 대기모드(442c)와,
    입력연결센서로부터 충전입력단자와 접속되는 외부전원기기의 잭 변화신호와, 제1 출력연결센서로부터 방전출력단자와 접속되는 외부디바이스의 접속변화신호, 그리고, 제2 출력연결센서로부터 변환전압방전출력단자와 접속되는 외부디바이스의 접속변화신호 중 어느 하나 또는 둘 이상이 감지되면, 각 기기의 구동을 정상으로 구동시키도록 제어하는 정상동작모드(442d)로 이루어져 순차적으로 차단시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 PCM 과전류·BMS 과전류 발생시 자동복구기능과 순차적 차단기능을 갖는 휴대용 스마트 파워뱅크장치.
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KR20240048619A (ko) 2022-10-06 2024-04-16 코스텍유한회사 소형 선박용 파워뱅크 장치

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