KR20230159730A - Battery charging voltage/current controller - Google Patents

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KR20230159730A
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Abstract

배터리 충전을 위해 필수적으로 사용하는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)에 디지털 포텐쇼미터(Digital Potentiometer)를 부가하여 배터리 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조정하도록 하고, 실시간 배터리의 전압 및 전류 감지가 가능하여 장치와 배터리 이상 발생 시 즉시 배터리를 차단하여 안전성을 도모하도록 한 배터리 충전 전압/전류 제어장치에 관한 것으로서, 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 충전 전원을 공급하되, 충전 제어 신호에 따라 충전 전원의 출력, 전압 및 전류를 조절하는 직류-직류 컨버터, 직류-직류 컨버터를 통해 공급되는 충전 전압/전류로 충전을 하는 배터리 및 직류-직류 컨버터를 제어하여 충전 전원의 출력을 제어하며, 직류-직류 컨버터에 충전 제어 신호를 전달하여 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조절하는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)을 포함하여, 배터리 충전 전압/전류 제어장치를 구현한다.By adding a digital potentiometer to the DC-DC converter, which is essential for battery charging, the battery charging voltage and current can be precisely adjusted, and real-time battery voltage and current can be detected. This is a battery charging voltage/current control device that promotes safety by immediately shutting off the battery when a problem occurs between the device and the battery. It supplies charging power by boosting or stepping down the input power, but outputs the charging power according to the charging control signal. , DC-DC converter that regulates voltage and current, controls the output of charging power by controlling the battery and DC-DC converter that charges with the charging voltage/current supplied through the DC-DC converter, and controls the output of the charging power to the DC-DC converter. A battery charging voltage/current control device is implemented, including a microcontroller unit (MCU) that transmits a charging control signal to precisely adjust the charging voltage and current.

Description

배터리 충전 전압/전류 제어장치{Battery charging voltage/current controller}Battery charging voltage/current controller {Battery charging voltage/current controller}

본 발명은 배터리 충전 전압/전류 제어장치에 관한 것으로, 특히 배터리 충전을 위해 필수적으로 사용하는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)에 디지털 포텐쇼미터(Digital Potentiometer)를 부가하여 배터리 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조정하도록 하고, 실시간 배터리의 전압 및 전류 감지가 가능하여 장치와 배터리 이상 발생 시 즉시 배터리를 차단하여 안전성을 도모하도록 한 배터리 충전 전압/전류 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging voltage/current control device. In particular, the battery charging voltage and current are precisely controlled by adding a digital potentiometer to the DC-DC converter essential for battery charging. It relates to a battery charging voltage/current control device that allows for real-time battery voltage and current detection and ensures safety by immediately shutting off the battery when an abnormality occurs between the device and the battery.

기술 발전으로 배터리의 무게 대비 용량 효율이 향상함에 따라 배터리를 이용하는 전기 모빌리티 시스템, 예컨대, 드론, 전기 스쿠터, 전기 자전거, 전동 휠, 전기차, 전동 킥보드 등이 대중화되고 있다. 이에 따라 배터리를 효율적으로 관리하고 충전하는 수요도 커지고 있다.As the capacity-to-weight efficiency of batteries improves due to technological advancements, electric mobility systems using batteries, such as drones, electric scooters, electric bicycles, electric wheels, electric vehicles, and electric kickboards, are becoming popular. Accordingly, the demand for efficient battery management and charging is also increasing.

전기 모빌리티 시스템에 구비되는 배터리는 통상 복수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩이 내장되고, 이러한 배터리 팩은 충전을 통해 사용한다.Batteries provided in electric mobility systems usually have a built-in battery pack consisting of a plurality of battery cells, and this battery pack is used through charging.

전기를 동력으로 사용하는 전기 모빌리티 시스템은 대부분 배터리팩(전지 팩), 배터리 관리 시스템(메인 컨트롤러 유닛, MCU), 모터, 모터 제어기(제어장치)가 필수적으로 구비되며, 대부분의 구성 및 작용이 유사하다. 따라서 이하에서는 전동 킥보드를 실시 예로 설명하나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 전기를 동력으로 사용하는 전기 모빌리티 시스템에 보편적으로 적용 가능함은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 기술자에게 자명하다 할 것이다. 이하, 전동 킥보드는 전기를 동력으로 사용하는 전기 모빌리티 시스템을 의미한다.Most electric mobility systems that use electricity as power are essentially equipped with a battery pack (cell pack), a battery management system (main controller unit, MCU), a motor, and a motor controller (control device), and most of them have similar configurations and functions. do. Therefore, an electric kickboard is described below as an example, but the present invention is not limited to this, and it will be obvious to a technician with ordinary knowledge in the field that it is universally applicable to electric mobility systems that use electricity as power. . Hereinafter, electric kickboard refers to an electric mobility system that uses electricity as power.

전동 킥보드는 평균 25km/h 내외의 평균속도를 가지며, 일부 고급형은 40 내지 60km/h의 평균속도를 제공하는 것도 있다.Electric kickboards have an average speed of around 25 km/h, and some high-end models offer an average speed of 40 to 60 km/h.

일반적인 전동 킥보드는 몸체, 주로 몸체에 탑재되며 복수의 배터리 셀을 포함하고 구동 전원을 공급해주는 배터리팩(배터리 보호회로인 BMS(Battery Management System)가 내장됨), 배터리팩에서 공급하는 전력으로 모터 드라이버를 제어하여 구동 모터의 구동/정지, 속도 조절을 수행하는 모터 제어기(제어장치; MCU), 상기 모터 제어기의 제어에 따라 주행 속도, 배터리 잔량, 운전자의 속도 제어량 등을 표시해주는 디스플레이, 배터리 충전을 위한 충전장치 등을 포함한다.A typical electric kickboard is mainly mounted on the body and contains a plurality of battery cells, a battery pack that supplies driving power (a battery protection circuit, BMS (Battery Management System) is built-in), and a motor driver using the power supplied from the battery pack. A motor controller (control unit; MCU) that controls the drive/stop and speed control of the drive motor, a display that displays driving speed, remaining battery capacity, and driver's speed control amount according to the control of the motor controller, and battery charging. Includes charging devices, etc.

이러한 전동 킥보드는 정전류 모드 제어와 정전압 모드 제어를 위한 알고리즘과, 정전류 제어회로 및 정전압 제어 회로를 구비하고, 고정전류 모드와 고정전압 모드 순으로 배터리를 충전한다. 고정전류모드일 때, 충전기는 정전류로 배터리 용량에 비례하여 최대 전류를 공급하지만, 고정전압모드에서는 이미 배터리가 충전 제한 전압까지 거의 포화하였기 때문에 급격히 충전 전류를 감소시켜 공급하게 된다.This electric kickboard is equipped with an algorithm for constant current mode control and constant voltage mode control, a constant current control circuit, and a constant voltage control circuit, and charges the battery in the order of fixed current mode and fixed voltage mode. In the fixed current mode, the charger supplies the maximum current in proportion to the battery capacity at a constant current, but in the fixed voltage mode, the charging current is rapidly reduced because the battery is already almost saturated to the charging limit voltage.

이와 같이 일반적인 전기 모빌리티 시스템의 배터리 충전은 정전류와 정전압 제어를 위한 복잡한 알고리즘을 이용하여 배터리를 충전하며, 아울러 정전류 모드와 정전압 모드 제어를 위한 충전 회로도 별도로 필요하여, 시스템 구현 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.In this way, battery charging in a general electric mobility system uses a complex algorithm for constant current and constant voltage control to charge the battery. In addition, separate charging circuits for constant current mode and constant voltage mode control are required, which has the disadvantage of requiring a high cost to implement the system. there is.

한편, 배터리 충전을 위한 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.Meanwhile, a conventional technology for battery charging is disclosed in <Patent Document 1> below.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 배터리 팩 내부에 충전회로를 내장하여 배터리 셀 충전시 정전류 및 정전압을 유지하여 공급할 수 있도록 하되, 보호회로와 전기적으로 연결하여 쇼트 및 외부의 압력에 의한 손상 등으로 인한 과충전 또는 과방전 등을 방지하면서 배터리 셀에 원활한 충전 및 방전이 이루어질 수 있도록 하는 휴대폰 배터리팩에 내장되는 충전회로를 제공한다.The prior art disclosed in <Patent Document 1> has a charging circuit built into the battery pack to maintain and supply constant current and constant voltage when charging the battery cells, but is electrically connected to a protection circuit to prevent damage due to short circuit or external pressure. Provides a charging circuit built into the mobile phone battery pack that allows smooth charging and discharging of the battery cells while preventing overcharging or overdischarging due to .

이러한 종래기술도 정전류 및 정전압 충전을 위한 별도의 충전 회로와 복잡한 충전 알고리즘을 이용하여 배터리를 충전하므로, 시스템 구현 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.This prior art also has the disadvantage of requiring a high cost to implement the system because it charges the battery using a separate charging circuit for constant current and constant voltage charging and a complex charging algorithm.

대한민국 등록특허 10-0456448(2004.11.01. 등록)(휴대폰 배터리팩에 내장되는 충전회로)Republic of Korea registered patent 10-0456448 (registered on November 1, 2004) (charging circuit built into a mobile phone battery pack)

따라서 본 발명은 일반적인 전기 모빌리티 시스템의 배터리 충전시스템 및 종래기술에서 발생하는 복잡한 충전 알고리즘과 별도의 정전압/정전류 충전 회로가 필요하다는 단점을 개선하기 위해서 제안된 것으로서, 배터리 충전을 위해 필수적으로 사용하는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)에 디지털 포텐쇼미터(Digital Potentiometer)를 부가하여 배터리 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조정하도록 하여, 별도의 충전회로를 구현하는 비용을 절감하고 시스템 구성을 단순화할 수 있도록 한 배터리 충전 전압/전류 제어장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was proposed to improve the disadvantages of requiring a complex charging algorithm and a separate constant voltage/constant current charging circuit that occur in the battery charging system of a general electric mobility system and the prior art, and direct current that is essentially used for battery charging. -A digital potentiometer is added to the DC-DC converter to precisely adjust the battery charging voltage and current, reducing the cost of implementing a separate charging circuit and simplifying the system configuration. The purpose is to provide a battery charging voltage/current control device.

본 발명의 다른 목적은 실시간으로 배터리의 전압 및 전류 감지가 가능하여 장치와 배터리 이상 발생 시 즉시 배터리를 차단하여 안전성을 도모하도록 한 배터리 충전 전압/전류 제어장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a battery charging voltage/current control device that can detect the voltage and current of the battery in real time and immediately shuts off the battery when an abnormality occurs between the device and the battery to ensure safety.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "배터리 충전 전압/전류 제어장치"는,In order to achieve the above-mentioned purpose, the “battery charging voltage/current control device” according to the present invention,

입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 충전 전원을 공급하되, 충전 제어 신호에 따라 충전 전원의 출력, 전압 및 전류를 조절하는 직류-직류 컨버터;A DC-DC converter that supplies charging power by boosting or stepping down the input power, and adjusts the output, voltage, and current of the charging power according to the charging control signal;

상기 직류-직류 컨버터를 통해 공급되는 충전 전압/전류로 충전을 하는 배터리; 및a battery that is charged with a charging voltage/current supplied through the DC-DC converter; and

상기 직류-직류 컨버터를 제어하여 충전 전원의 출력을 제어하며, 상기 직류-직류 컨버터에 충전 제어 신호를 전달하여 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조절하는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by comprising a microcontroller unit (MCU) that controls the output of charging power by controlling the DC-DC converter and transmits a charging control signal to the DC-DC converter to precisely adjust the charging voltage and current. .

상기에서 직류-직류 컨버터는,In the above, the DC-DC converter is,

상기 마이크로 컨트롤러 유닛에서 출력되는 충전 제어 신호에 따라 승압 또는 강압한 충전 전원의 전압 및 전류를 조절하여 정전압 및 정전류로 출력하는 디지털 포텐쇼미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by including a digital potentiometer that adjusts the voltage and current of the boosted or reduced charging power according to the charging control signal output from the microcontroller unit and outputs constant voltage and constant current.

또한, 본 발명에 따른 "배터리 충전 전압/전류 제어장치"는,In addition, the “battery charging voltage/current control device” according to the present invention,

상기 배터리의 충전 전압을 감지하는 전압 감지부;a voltage detection unit that detects the charging voltage of the battery;

상기 배터리의 충전 전류를 감지하는 전류 감지부를 더 포함하고,Further comprising a current detection unit that detects the charging current of the battery,

상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 상기 전압 감지부 및 전류 감지부에서 감지한 충전 전압 및 충전 전류를 기초로 상기 직류-직류 컨버터의 충전 전원 출력 제어와 정전압/정전류 출력 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.The microcontroller unit is characterized in that it performs charging power output control and constant voltage/constant current output control of the DC-DC converter based on the charging voltage and charging current detected by the voltage detection unit and the current detection unit.

또한, 본 발명에 따른 "배터리 충전 전압/전류 제어장치"는,In addition, the “battery charging voltage/current control device” according to the present invention,

상기 직류-직류 컨버터와 상기 배터리 사이에 게재되어, 상기 직류/직류 컨버터에서 상기 배터리로 충전되는 충전 전원을 차단하여 장치를 보호하는 보호 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.It may further include a protection circuit disposed between the DC-DC converter and the battery to protect the device by blocking charging power from the DC/DC converter to the battery.

상기에서 마이크로 컨트롤러 유닛은 상기 전압 감지부 및 전류 감지부에서 감지한 충전 전압 및 충전 전류를 기초로 과전압, 과전류, 회로 이상 동작을 판단하여, 과전압 또는 과전류 또는 회로 이상 동작으로 판단되면 상기 보호 회로를 제어하여 충전 전원이 배터리로 공급되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.In the above, the microcontroller unit determines overvoltage, overcurrent, and circuit abnormality based on the charging voltage and charging current detected by the voltage detection unit and the current detection unit, and if it is determined to be overvoltage, overcurrent, or circuit abnormality, the protection circuit is activated. It is characterized by controlling and blocking charging power from being supplied to the battery.

본 발명에 따르면 배터리 충전을 위해 필수적으로 사용하는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)에 디지털 포텐쇼미터(Digital Potentiometer)만을 부가하여 배터리 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조정함으로써, 기존과 같이 정전압 및 정전류 제어를 위한 별도의 충전회로를 구현할 때 발생하는 시스템 구현 비용을 감소할 수 있으며, 별도의 충전회로 제거로 시스템 구성도 단순화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, only a digital potentiometer is added to the DC-DC converter, which is essential for battery charging, to precisely adjust the battery charging voltage and current, thereby controlling constant voltage and constant current as before. The system implementation cost incurred when implementing a separate charging circuit for can be reduced, and the system configuration can also be simplified by eliminating the separate charging circuit.

또한, 본 발명에 따르면 실시간으로 배터리의 전압 및 전류 감지가 가능하여 장치와 배터리 이상 발생 시 즉시 배터리를 차단하여 시스템의 안전성도 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to detect the voltage and current of the battery in real time, which has the effect of ensuring the safety of the system by immediately shutting off the battery when a problem occurs between the device and the battery.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 충전 전압/전류 제어장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a battery charging voltage/current control device according to the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 충전 전압/전류 제어장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a battery charging voltage/current control device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present invention described below should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his/her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, and therefore various equivalents and It should be understood that variations may exist.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 충전 전압/전류 제어장치의 구성도로서, 직류/직류 컨버터(DC-DC Converter)(110), 보호 회로(120), 배터리(130), 전압 감지부(140), 전류 감지부(150) 및 마이크로 컨트롤러 유닛(160)을 포함할 수 있다.1 is a configuration diagram of a battery charging voltage/current control device according to a preferred embodiment of the present invention, including a DC/DC converter 110, a protection circuit 120, a battery 130, and a voltage detection. It may include a unit 140, a current detection unit 150, and a microcontroller unit 160.

직류-직류 컨버터(110)는 외부에서 충전을 위해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 충전 전원을 공급하되, 마이크로 컨트롤러 유닛(160)의 충전 제어 신호에 따라 충전 전원의 출력을 제한하거나, 전압 및 전류를 조절하여 출력하는 역할을 한다.The DC-DC converter 110 supplies charging power by boosting or stepping down the power input for charging from the outside, but limits the output of the charging power according to the charging control signal of the microcontroller unit 160 or adjusts the voltage and current. It controls and outputs.

이러한 직류-직류 컨버터(110)는 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)의 제어 신호에 따라 온/오프 동작을 한다. 직류-직류 컨버터(110)는 입력과 출력이 결합된 비 절연 방식과, 입력과 출력이 분리된 절연 형태로 구현될 수 있다.This DC-DC converter 110 operates on/off according to the control signal from the microcontroller unit 160. The DC-DC converter 110 can be implemented in a non-insulated form in which input and output are combined, or in an insulated form in which input and output are separated.

상기 직류-직류 컨버터(110)는 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)에서 출력되는 충전 제어 신호에 따라 승압 또는 강압한 충전 전원의 전압 및 전류를 조절하여 정밀하게 조절하여 정전압 및 정전류로 출력하는 디지털 포텐쇼미터(Digital Potentiometer)(111)를 포함할 수 있다.The DC-DC converter 110 is a digital potentiometer ( Digital Potentiometer) (111) may be included.

배터리(130)는 상기 직류-직류 컨버터(110)를 통해 공급되는 충전 전압/전류로 충전을 하는 역할을 한다. 이러한 배터리(130)는 배터리 셀이 복수로 이루어진 배터리 셀 어레이로 구현될 수 있다.The battery 130 serves to charge with the charging voltage/current supplied through the DC-DC converter 110. This battery 130 may be implemented as a battery cell array consisting of a plurality of battery cells.

전압 감지부(140)는 상기 배터리(130)의 충전 전압을 감지하여 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)에 전달해주는 역할을 하며, 전류 감지부(150)는 상기 배터리(130)의 충전 전류를 감지하여 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)에 전달해주는 역할을 한다.The voltage detection unit 140 detects the charging voltage of the battery 130 and transmits it to the microcontroller unit 160, and the current detection unit 150 detects the charging current of the battery 130 and It serves to transmit it to the microcontroller unit 160.

마이크로 컨트롤러 유닛(160)은 상기 직류-직류 컨버터(110)를 제어하여 충전 전원의 출력을 제어하며, 상기 직류-직류 컨버터(110)에 구성된 디지털 포텐쇼미터(Digital Potentiometer)(111)에 제어 신호를 전달하여 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조절하는 역할을 한다.The microcontroller unit 160 controls the output of charging power by controlling the DC-DC converter 110 and transmits a control signal to the digital potentiometer 111 configured in the DC-DC converter 110. This serves to precisely control the charging voltage and current.

이러한 마이크로 컨트롤러 유닛(160)은 상기 전압 감지부(140) 및 전류 감지부(150)에서 감지한 충전 전압 및 충전 전류를 기초로 상기 직류-직류 컨버터(110)의 충전 전원 출력 제어와 정전압/정전류 출력 제어를 수행할 수 있다.This microcontroller unit 160 controls the charging power output of the DC-DC converter 110 and constant voltage/constant current based on the charging voltage and charging current detected by the voltage detection unit 140 and the current detection unit 150. Output control can be performed.

보호 회로(120)는 상기 직류-직류 컨버터(110)와 상기 배터리(130) 사이에 게재되어, 상기 직류/직류 컨버터(110)에서 상기 배터리(130)로 충전되는 충전 전원을 차단하여 장치를 보호하는 역할을 한다.The protection circuit 120 is placed between the DC-DC converter 110 and the battery 130 to protect the device by blocking the charging power from the DC/DC converter 110 to the battery 130. It plays a role.

이러한 보호 회로(120)는 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)에서 발생하는 보호 제어 신호에 따라 상기 직류-직류 컨버터(110)에서 상기 배터리(130)로 공급되는 전원을 차단할 수 있는 차단 회로를 구비할 수 있다. 차단 회로로는 릴레이, 모스펫(MOSFET), IGBT, 트랜지스터, 트라이악(TRIAC) 등의 전력 소자로 구현할 수 있다.This protection circuit 120 may be provided with a blocking circuit capable of blocking power supplied from the DC-DC converter 110 to the battery 130 according to a protection control signal generated from the microcontroller unit 160. there is. The blocking circuit can be implemented with power devices such as relays, MOSFETs, IGBTs, transistors, and TRIACs.

상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)은 상기 전압 감지부(140) 및 전류 감지부(150)에서 감지한 충전 전압 및 충전 전류를 기초로 과전압, 과전류, 회로 이상 동작을 판단하여, 과전압 또는 과전류 또는 회로 이상 동작으로 판단되면 상기 보호 회로(120)를 제어하여 충전 전원이 배터리(130)로 공급되는 것을 차단하여, 시스템을 보호할 수 있다.The microcontroller unit 160 determines overvoltage, overcurrent, and circuit abnormality based on the charging voltage and charging current detected by the voltage detection unit 140 and current detection unit 150, and detects overvoltage, overcurrent, or circuit abnormality. If it is determined to be in operation, the protection circuit 120 is controlled to block charging power from being supplied to the battery 130, thereby protecting the system.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 배터리 충전 전압/전류 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The operation of the battery charging voltage/current control device according to the present invention configured as described above will be described in detail as follows.

먼저, 배터리(130)를 충전하는 경우, 마이크로 컨트롤러 유닛(160)은 직류-직류 컨버터(110)를 온 상태로 제어하여 충전 전원을 출력하도록 한다.First, when charging the battery 130, the microcontroller unit 160 controls the DC-DC converter 110 to be turned on to output charging power.

상기 직류-직류 컨버터(110)는 마이크로 컨트롤러 유닛(160)에서 출력되는 충전 전원 출력 제어신호에 따라, 외부에서 충전을 위해 입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 충전 전원을 출력한다. 이때, 출력되는 충전 전원은 초기에 설정된 정전압 또는 정전류 출력 모드에 따라 디지털 포텐쇼미터(111)의 제어를 통해 직류-직류 컨버터(110)의 출력이 정전압 형태 또는 정전류 형태로 출력된다.The DC-DC converter 110 boosts or steps down power input for charging from the outside according to a charging power output control signal output from the microcontroller unit 160 and outputs charging power. At this time, the output charging power is output from the DC-DC converter 110 in the form of constant voltage or constant current through control of the digital potentiometer 111 according to the initially set constant voltage or constant current output mode.

초기 정전압 또는 정전류 레벨에 따라 전압 또는 전류가 조절된 초기 충전 전원은 보호 회로(120)를 통해 배터리(130)에 공급되어 충전이 이루어진다.The initial charging power, whose voltage or current is adjusted according to the initial constant voltage or constant current level, is supplied to the battery 130 through the protection circuit 120 to perform charging.

배터리(130)의 충전이 시작되거나, 시스템이 동작하는 상황에서 실시간으로 전압 감지부(140)는 상기 배터리(130)의 충전 전압을 감지하여 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)에 전달해주며, 전류 감지부(150)는 상기 배터리(130)의 충전 전류를 감지하여 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)에 전달해준다.When charging of the battery 130 begins or the system operates, the voltage detection unit 140 detects the charging voltage of the battery 130 in real time and transmits it to the microcontroller unit 160, and the current detection unit 140 detects the charging voltage of the battery 130 in real time. 150 detects the charging current of the battery 130 and transmits it to the microcontroller unit 160.

예컨대, 전압 감지부(140)는 차동 증폭기(OP AMP) 및 비교기를 이용하여, 배터리(130) - 단과 그라운드(GND) 사이의 전압을 감지한다.For example, the voltage detection unit 140 uses a differential amplifier (OP AMP) and a comparator to detect the voltage between the battery 130 terminal and the ground (GND).

또한, 전류 감지부(140)는 배터리(130)의 -단과 그라운드(GND) 사이에 구비된 션트(Shunt) 저항을 이용하고, 전류 흐름에 따라 션트(Shunt) 양단(감지한 전류 및 기준 전류)의 전류 차를 이용하여 충전 또는 방전을 감지하거나 방전시 이상 전류를 감지한다.In addition, the current sensing unit 140 uses a shunt resistance provided between the -end of the battery 130 and the ground (GND), and detects both ends of the shunt (sensed current and reference current) according to the current flow. Detects charging or discharging using the current difference, or detects abnormal current during discharging.

상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)은 상기 전압 감지부(140) 및 전류 감지부(150)에서 각각 감지한 전압 값과 과전압 판단을 위해 미리 설정된 기준 전압 값을 비교하고, 감지한 전류 값과 과전류 판단을 위해 미리 설정된 기준 전류 값을 비교하여, 그 대소 유무로 과전압 또는 과전류를 판단한다. 아울러 상기 전압 감지 값으로 배터리의 충전 레벨을 인지한다.The microcontroller unit 160 compares the voltage value detected by the voltage detection unit 140 and the current detection unit 150 with a preset reference voltage value for overvoltage determination, and determines the detected current value and overcurrent. Overvoltage or overcurrent is determined by comparing the preset reference current value. In addition, the charge level of the battery is recognized using the voltage detection value.

상기 판단 결과, 과전압 또는 과전류가 검출되지 않고, 배터리의 충전 레벨이 충전 가능한 레벨이면, 상기 직류-직류 컨버터(110)를 제어하여 충전 전원 출력이 이루어지도록 하고, 보호 회로(120)는 동작시키지 않아 직류-직류 컨버터(110)에서 출력되는 충전 전원이 그대로 배터리(130)로 공급되어, 배터리 충전이 이루어지도록 한다.As a result of the determination, if no overvoltage or overcurrent is detected and the charge level of the battery is at a chargeable level, the DC-DC converter 110 is controlled to output charging power, and the protection circuit 120 is not operated. The charging power output from the DC-DC converter 110 is directly supplied to the battery 130 to charge the battery.

아울러 배터리의 충전 레벨이 만충전 상태이면, 상기 직류-직류 컨버터(110)를 오프 상태로 제어하여, 배터리에 공급되는 충전 전원이 차단되도록 한다.In addition, when the charge level of the battery is fully charged, the DC-DC converter 110 is controlled to be turned off, so that the charging power supplied to the battery is cut off.

또한, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛(160)은 실시간으로 배터리의 충전 전류를 감시하여, 배터리의 충전 전류 레벨에 따라 직류-직류 컨버터(110)의 디지털 포텐쇼미터(111)의 제어를 통해, 배터리(130)에 충전되는 충전 전류가 일정하게 유지되거나, 증가 또는 감소하도록 하여 정전류 제어를 수행한다. 여기서 충전 전류 유지, 증가, 감소는 내부 충전 전류 제어 프로그램을 통해 제어 값을 설정함으로써, 간단하게 구현할 수 있다.In addition, the microcontroller unit 160 monitors the charging current of the battery in real time and controls the digital potentiometer 111 of the DC-DC converter 110 according to the charging current level of the battery to control the battery 130. Constant current control is performed by ensuring that the charging current remains constant, increases, or decreases. Here, maintaining, increasing, and decreasing the charging current can be simply implemented by setting the control value through the internal charging current control program.

이와 같이 본 발명은 직류-직류 컨버터에 단순한 디지털 포텐쇼미터만을 부가함으로써, 기존과 같이 별도의 정전압/정전류 회로를 이용하지 않고서도, 배터리의 충전 전류를 정밀하게 제어할 수 있어, 시스템 구현 비용을 절감하고 시스템 구현을 단순화할 수 있다.In this way, by adding only a simple digital potentiometer to the DC-DC converter, the present invention can precisely control the charging current of the battery without using a separate constant voltage/constant current circuit as in the past, reducing system implementation costs and reducing system implementation costs. System implementation can be simplified.

또한, 마이크로 컨트롤러 유닛(160)은 상기 전류 감지부(150)에서 감지한 충전 전류 값을 분석하여, 충전 전류 이상이 감지되거나 충전 등이 이루어지지 않을 경우 장치 내 문제가 발생한 것으로 간주하고, 시스템 보호를 위해 보호 회로(120)에 보호 제어 신호를 전달한다.In addition, the microcontroller unit 160 analyzes the charging current value detected by the current detection unit 150, and if an abnormal charging current is detected or charging is not performed, it is considered that a problem has occurred in the device and protects the system. A protection control signal is transmitted to the protection circuit 120 for this purpose.

상기 보호 회로(120)는 보호 제어 신호가 전달되면, 직류-직류 컨버터(110)에서 배터리(130)로 공급되는 충전 전원을 차단하여, 충전 장치 이상 또는 장치 내의 문제 발생으로 배터리가 손상되거나 시스템이 손상되는 것을 방지한다.When the protection control signal is transmitted, the protection circuit 120 blocks the charging power supplied from the DC-DC converter 110 to the battery 130, preventing damage to the battery or system failure due to a malfunction of the charging device or a problem within the device. Prevent damage.

이상 설명한 본 발명은 배터리 충전을 위해 필수적으로 사용하는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)에 디지털 포텐쇼미터(Digital Potentiometer)만을 부가하여 배터리 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조정함으로써, 기존과 같이 정전압 및 정전류 제어를 위한 별도의 충전회로를 구현할 때 발생하는 시스템 구현 비용을 감소할 수 있으며, 별도의 충전회로 제거로 시스템 구성도 단순화할 수 있다.The present invention described above precisely adjusts the battery charging voltage and current by adding only a digital potentiometer to the DC-DC converter, which is essential for battery charging, so that constant voltage and constant current are used as before. System implementation costs incurred when implementing a separate charging circuit for control can be reduced, and system configuration can be simplified by eliminating the separate charging circuit.

또한, 본 발명은 실시간으로 배터리의 전압 및 전류 감지가 가능하여 장치와 배터리 이상 발생 시 즉시 배터리를 차단하여 시스템의 안전성도 확보할 수 있다.In addition, the present invention is capable of detecting the voltage and current of the battery in real time, thereby ensuring the safety of the system by immediately shutting off the battery when a problem occurs between the device and the battery.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.Although the invention made by the present inventor has been described in detail according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the invention, as is known in the art. It is self-evident to those who have it.

110: 직류-직류 컨버터
111: 디지털 포텐쇼미터
120: 보호회로
130: 배터리
140: 전압 감지부
150: 전류 감지부
160: 마이크로 컨트롤러 유닛110: DC-DC converter
111: digital potentiometer
120: protection circuit
130: battery
140: voltage detection unit
150: current detection unit
160: Microcontroller unit

Claims (5)

입력되는 전원을 승압 또는 강압하여 충전 전원을 공급하되, 충전 제어 신호에 따라 충전 전원의 출력, 전압 및 전류를 조절하는 직류-직류 컨버터;
상기 직류-직류 컨버터를 통해 공급되는 충전 전압/전류로 충전을 하는 배터리; 및
상기 직류-직류 컨버터를 제어하여 충전 전원의 출력을 제어하며, 상기 직류-직류 컨버터에 충전 제어신호를 전달하여 충전 전압 및 전류를 정밀하게 조절하는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 전압/전류 제어장치.
A DC-DC converter that supplies charging power by boosting or stepping down the input power, and adjusts the output, voltage, and current of the charging power according to the charging control signal;
a battery that is charged with a charging voltage/current supplied through the DC-DC converter; and
Characterized by comprising a microcontroller unit (MCU) that controls the output of charging power by controlling the DC-DC converter, and transmits a charging control signal to the DC-DC converter to precisely adjust the charging voltage and current. Battery charging voltage/current control device.
 청구항 1에서, 상기 직류-직류 컨버터는,
상기 마이크로 컨트롤러 유닛에서 출력되는 충전 제어 신호에 따라 승압 또는 강압한 충전 전원의 전압 및 전류를 조절하여 정전압 및 정전류로 출력하는 디지털 포텐쇼미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 전압/전류 제어장치.
In claim 1, the direct current-direct current converter,
A battery charging voltage/current control device comprising a digital potentiometer that adjusts the voltage and current of the boosted or reduced charging power according to the charging control signal output from the microcontroller unit and outputs constant voltage and constant current.
 청구항 1에서,
상기 배터리의 충전 전압을 감지하는 전압 감지부;
상기 배터리의 충전 전류를 감지하는 전류 감지부를 더 포함하고,
상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 상기 전압 감지부 및 전류 감지부에서 감지한 충전 전압 및 충전 전류를 기초로 상기 직류-직류 컨버터의 충전 전원 출력 제어와 정전압/정전류 출력 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 전압/전류 제어장치.
In claim 1,
a voltage detection unit that detects the charging voltage of the battery;
Further comprising a current detection unit that detects the charging current of the battery,
The microcontroller unit performs charging power output control and constant voltage/constant current output control of the DC-DC converter based on the charging voltage and charging current detected by the voltage detection unit and the current detection unit. /current control device.
 청구항 1에서,
상기 직류-직류 컨버터와 상기 배터리 사이에 게재되어, 상기 직류/직류 컨버터에서 상기 배터리로 충전되는 충전 전원을 차단하여 장치를 보호하는 보호 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 전압/전류 제어장치.
In claim 1,
A battery charging voltage/current control device further comprising a protection circuit disposed between the DC-DC converter and the battery to protect the device by blocking charging power supplied from the DC/DC converter to the battery. .
 청구항 3에서, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛은,
상기 전압 감지부 및 전류 감지부에서 감지한 충전 전압 및 충전 전류를 기초로 과전압, 과전류, 회로 이상 동작을 판단하여, 과전압 또는 과전류 또는 회로 이상 동작으로 판단되면 상기 보호 회로를 제어하여 충전 전원이 배터리로 공급되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 전압/전류 제어장치.In claim 3, the microcontroller unit:
Based on the charging voltage and charging current detected by the voltage detection unit and the current detection unit, overvoltage, overcurrent, and circuit abnormality are determined. If overvoltage, overcurrent, or circuit abnormality is determined, the protection circuit is controlled to ensure that the charging power is transferred to the battery. A battery charging voltage/current control device characterized in that it blocks the supply to.
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