WO2021080054A1 - 스마트 충전기 - Google Patents

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WO2021080054A1
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charging current
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김구용
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주식회사 엠디엠
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Definitions

  • the present invention relates to a smart charger, and more particularly to a smart charger for charging a battery of a small vehicle.
  • Eco-friendly vehicles are characterized by using eco-friendly fuels such as general batteries and hydrogen, and as types of vehicles, general electric vehicles (EV), hydrogen vehicles (HEV), and hybrid electric vehicles (PHEV) are leading the market.
  • EV general electric vehicles
  • HEV hydrogen vehicles
  • PHEV hybrid electric vehicles
  • interchangeable batteries and small electric vehicles with built-in batteries, electric motorcycles, and electric bicycles are used as means of transportation.
  • the 24V-72V battery system constitutes the main market according to the product specifications of the manufacturer, and by developing one universal charger to cope with various battery systems, the performance of charging equipment and the market expansion are stabilized. Is the time to need it.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a smart charger capable of integrating battery charging and other interfaces of an eco-friendly small vehicle, and capable of coping with various battery systems.
  • a smart charger for charging a battery of a small vehicle includes an outer case including an upper heat dissipation part, a lower heat dissipation part, a connector part, and a handle part, and a circuit part included in the outer case to charge the battery, and the circuit part boosts the input voltage.
  • a boost converter that outputs a DC voltage
  • a half-bridge resonant converter in which an input terminal is electrically connected to an output terminal of the boost converter, an input terminal is electrically connected to an output terminal of the half-bridge resonant converter, and the half-bridge resonance
  • a buck converter for stepping down the output voltage of the converter to output a DC voltage in a preset range, and when the battery is connected to the output terminal of the buck converter, a reference voltage range corresponding to the output voltage of the battery is set, and a first charging current
  • the battery is charged with a value, and when the voltage of the battery is greater than the lower limit of the reference voltage range, the battery is charged with a second charging current value greater than the first charging current value, and the voltage of the battery is the reference
  • the control unit stops charging of the battery.
  • the upper heat dissipation part and the lower heat dissipation part have a plurality of holes
  • the connector part includes a plurality of terminal insertion parts
  • the handle part is coupled to one side of the upper heat dissipation part, and the other side may be coupled to one side of the lower heat dissipation part.
  • the smart charger is included in the external case and may further include a speaker unit for outputting a warning sound
  • the control unit includes an output voltage of the battery when a battery is connected to the output terminal of the buck converter and a preset charging allowable voltage value It is determined whether it is equal to or not, and when the output voltage of the battery is different from a preset charging allowable voltage value, the speaker unit may be operated.
  • a battery charging method of a smart charger for charging a battery of a small vehicle includes setting a reference voltage range according to an output voltage of the battery when the battery is connected, charging the battery with a first charging current value, and the voltage of the battery is less than a lower limit value of the reference voltage range. Charging the battery with a second charging current value greater than the first charging current value when greater, lowering the size of the charging current when the voltage of the battery is greater than the upper limit of the reference voltage range, and the charging And stopping charging of the battery when the magnitude of the current is equal to a preset value.
  • setting the reference voltage range according to the output voltage of the battery includes: measuring the output voltage of the battery, determining whether the output voltage of the battery is equal to a preset charging allowable voltage value. Step, if the output voltage of the battery is the same as the preset charging allowable voltage value, setting a reference voltage range according to the output voltage of the battery, and if the output voltage of the battery is different from the preset charging allowable voltage value, a warning sound It may include the step of outputting.
  • FIG. 1 is a block diagram of a smart charger according to an embodiment.
  • FIGS. 2 and 3 are views for explaining an external case of a smart charger according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit part of a smart charger according to an embodiment.
  • 6A, and 6B are flowcharts of a battery charging method of a smart charger according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a graph for explaining a battery charging method of a smart charger.
  • 1 is a block diagram of a smart charger according to an embodiment.
  • 2 and 3 are views for explaining an external case of a smart charger according to an embodiment.
  • 4 is a diagram illustrating a circuit part of a smart charger according to an embodiment.
  • 5, 6A, and 6B are flowcharts of a battery charging method of a smart charger according to an embodiment.
  • 7 is a graph for explaining a battery charging method of a smart charger.
  • a smart charger includes an external case 110, a circuit unit 120, a control unit 130, and a speaker unit 140.
  • the outer case 110 includes an upper radiating part 111, a lower radiating part 112, a connector part 113, and a handle part 114.
  • the upper radiating part 111 and the lower radiating part 112 have a plurality of holes.
  • the upper radiating part 111 and the lower radiating part 112 are coupled to the waterproof housing inside the charger.
  • the weight of the charger may be reduced, and portability may be improved.
  • it is portable even in rainy weather through the waterproof housing.
  • the connector part 113 may include a plurality of terminal insertion parts 113a, 113b, and 113c as an embodiment.
  • Various electronic devices eg, mobile phones, notebook computers, etc.
  • having different battery voltage specifications may be charged through the connector unit 113.
  • the handle portion 114 may be coupled to one side of the upper radiating portion 111 and one side of the handle portion 114 coupled to one side of the lower radiating portion 112. The user can easily carry the charger by using the handle part 114.
  • the circuit unit 120 is included in the external case 110 and charges the battery 300.
  • the circuit unit 120 includes a boost converter 121, a half-bridge resonant converter 122, and a buck converter 123.
  • the boost converter 121 outputs a DC voltage by boosting the DC input voltage rectified by AC power.
  • the boost converter 121 controls the power factor (PFC).
  • the input terminal is electrically connected to the output terminal of the boost converter.
  • the half-bridge resonant converter 122 can maintain high efficiency through insulation and open loop control of the primary side and the secondary side.
  • the buck converter 123 has an input terminal electrically connected to the output terminal of the half-bridge resonant converter 122, and outputs a DC voltage in a preset range by stepping down the output voltage of the half-bridge resonant converter 122.
  • the DC voltage in the preset range may be a DC voltage ranging from 24V to 72V as an example.
  • the buck converter 123 is a DC-DC converter and may vary an output voltage of 24V-72V.
  • the controller 130 sets a reference voltage range corresponding to the output voltage of the battery 300 (S100 ). Specifically, the controller 130 monitors in real time whether the battery 300 is connected to the output terminal of the buck converter 123 (S111), and when the battery 300 is connected to the output terminal of the buck converter 123, the battery ( The output voltage of 300) is measured (S112).
  • the control unit 130 determines whether the output voltage of the battery 300 is equal to a preset charging allowable voltage value (S113).
  • the preset charging allowable voltage value may be 72V, 48V, or 24V.
  • the controller 130 sets a reference voltage range according to the output voltage of the battery 300.
  • the control unit 130 sets the reference voltage range to 62V to 84V (S114), and when the output voltage of the battery 300 is 48V, the reference voltage range is set to 32.5V to 55V. It is set (S115), and if the output voltage of the battery 300 is 24V, the reference voltage range is set to 17.5V to 30V (S116).
  • the controller 130 may output a warning sound through the speaker unit 140 (S117).
  • the controller 130 sets the reference voltage range according to the output voltage of the battery 300 and then charges the battery 300 with the first charging current value (S200) (conditioning step).
  • the first charging current value ICOND is a current value for battery protection, and may be a value greater than a minimum charging current value and smaller than a maximum charging current value.
  • the controller 130 sets a reference voltage range according to the output voltage of the battery 300, then executes a charging operation (S211), sets a timer (S212), and sets the charging current value to the first charging current.
  • the battery 300 is charged by setting the value ICOND (S213).
  • the controller 130 charges the battery with a second charging current value IMAX greater than the first charging current value ICOND (S300). (Bulk step).
  • the controller 130 charges the battery 300 by greatly increasing the charging current value when entering the bulk stage.
  • the lower limit value VMIN of the reference voltage range may be 62V.
  • the controller 130 determines whether the voltage of the battery 300 is greater than the lower limit value (VMIN) of the reference voltage range (S311), and the voltage of the battery 300 is greater than the lower limit value (VMIN) of the reference voltage range.
  • the controller 130 sets a timer (S313), and sets the charging current value as the second charging current value IMAX to set the battery 300 ) Is charged (S314).
  • the controller 130 When the voltage of the battery 300 is greater than the upper limit value VBLK of the reference voltage range, the controller 130 lowers the size of the charging current (S400) (TOPOFF step). When entering the top-off stage, the controller 130 maintains the charging voltage as the upper limit value (VBLK) of the reference voltage range, and decreases the magnitude of the charging current. For example, when the reference voltage range is set to 62V to 84V, the upper limit value VBLK of the reference voltage range may be 84V. Specifically, the controller 130 determines whether the voltage of the battery 300 is greater than the upper limit value VBLK of the reference voltage range (S411), and the voltage of the battery 300 is greater than the upper limit value VBLK of the reference voltage range. If not, it is determined whether the gradient is less than 0 or a timer is set according to whether the timer is ended (S412). The controller 130 sets a timer if the gradient is less than 0, otherwise enters the bulk phase.
  • the controller 130 stops charging the battery (S500) (maintenance step).
  • the controller 130 charges by setting the charging voltage to a voltage value (VFLT) lower than the upper limit value (VBLK) of the reference voltage range, and charging the battery when the magnitude of the charging current is equal to a preset value of 0. Stop.
  • the controller 130 sets a timer (S510), and sets the charging voltage to a voltage value lower than the upper limit value (VBLK) of the reference voltage range. Charge it by setting it to (VFLT) (S512).
  • the controller 130 determines whether the magnitude of the charging current is equal to the current value IMIN less than the first charging current value ICOND (S513), and the magnitude of the charging current is greater than the first charging current value ICOND. If it is not equal to the small current value IMIN, it is determined whether the top-off phase is entered or whether the battery 300 is connected according to whether the timer is ended (S514). The controller 130 determines whether the magnitude of the charging current is equal to a preset value of 0 (S515), and stops charging of the battery when the magnitude of the charging current is equal to the preset value of 0 (S516).
  • the speaker unit 140 is included in the external case 110 and outputs a warning sound.
  • the method of charging a battery of a smart charger includes setting a reference voltage range according to an output voltage of the battery when the battery is connected (S100), a first charging current Charging the battery with a value (S200), when the voltage of the battery is greater than the lower limit of the reference voltage range, charging the battery with a second charging current value greater than the first charging current value (S300), the voltage of the battery When it is greater than the upper limit of the reference voltage range, lowering the size of the charging current (S400), and when the size of the charging current is equal to a preset value, stopping the charging of the battery (S500).
  • the step of setting the reference voltage range according to the output voltage of the battery (S100) includes measuring the output voltage of the battery (S112), and determining whether the output voltage of the battery is equal to a preset charging allowable voltage value. Determining (S113), if the output voltage of the battery is the same as the preset charging allowable voltage value, setting a reference voltage range according to the output voltage of the battery (S114, S115, S116), and the output voltage of the battery If it is different from the set charging allowable voltage value, a step of outputting a warning sound (S117).
  • Steps (S100, S200, S300, S400, S500, S111, S112, S113, S114, S115, S116, S117) are the same as the operation process of the control unit 130 described above, a detailed description thereof will be omitted.

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Abstract

소형 이동 수단의 배터리를 충전하는 스마트 충전기로서, 상단 방열부, 하단 방열부, 커넥터부, 및 손잡이부를 포함하는 외장케이스, 그리고 상기 외장케이스 내부에 포함되며, 상기 배터리를 충전하는 회로부를 포함하고, 상기 회로부는, 입력전압을 승압하여 직류전압을 출력하는 부스트 컨버터, 입력단이 상기 부스트 컨버터의 출력단에 전기적으로 연결되는 하프브리지(Half-bridge) 공진 컨버터, 입력단이 상기 하프브리지 공진 컨버터의 출력단에 전기적으로 연결되며, 상기 하프브리지 공진 컨버터의 출력 전압을 강압하여 미리 설정된 범위의 직류전압을 출력하는 벅 컨버터, 및 상기 벅 컨버터의 출력단에 상기 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압에 대응하는 기준전압 범위를 설정하고, 제1 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하며, 상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 하한값 보다 클 때, 상기 제1 충전전류값보다 큰 제2 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하며, 상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 상한값 보다 클 때, 충전전류의 크기를 낮추며, 상기 충전전류의 크기가 미리 설정된 값과 같을 때, 상기 배터리의 충전을 중단하는 제어부를 포함하는 스마트 충전기가 제공된다.

Description

스마트 충전기
본 발명은 스마트 충전기에 관한 것으로, 특히 소형 이동 수단의 배터리를 충전하는 스마트 충전기에 관한 것이다.
친환경 차량의 경우 일반 배터리, 수소 등의 친환경 연료를 사용하는 특징을 가지며, 차량의 종류로는 일반적인 전기자동차(EV), 수소자동차(HEV), 하이브리드전기차(PHEV) 등이 시장을 주도하고 있으며, 그 외에 교체식 배터리 및 배터리 내장형 소형전기차, 전기이륜차, 전기자전거 등이 교통수단으로 사용되고 있다.
각종 배터리를 사용하는 친환경 차량의 경우 각 제작사 및 모델마다 고유의 배터리 용량을 적용하며, 이를 충전하기 위한 충전기의 형태도 다양하게 개발되고 있다. 이는 충전기 및 배터리의 비공용화로 인한 충전기, 배터리 가격 인하에 저해 요소로 작용한다.
특히, 2인승 이하의 소형 전기차 또는 이륜차 시장의 경우 제조사 마다 서로 다른 충전, 배터리 플랫폼을 사용하고 있으며, 발전하고 있는 판매 시장에서 가격 경쟁력을 높이기 위한 중국산 충전기 및 배터리 등을 사용하는 경우가 많다.
기존의 소형전기차용 충전기는 서로 다른 성능 차로 인하여 낮은 역률과 효율 기능을 가지고 있어서 충전요금이 증가되는 단점이 있으며, 이러한 성능의 향상 및 소비자 만족을 위한 역률보상기능 및 효율이 높은 범용 충전기 개발이 필요하다.
서로 다른 소형 전기차 배터리 시스템들의 충전효율을 일정하게 관리하기 위한 범용 인터페이스 기능을 가지는 충전기의 개발이 시급하며, 소비자의 사용 방식에 따라 건물 내부 또는 외부에서도 자유롭게 충전이 될 수 있고, 차량탑재가 가능한 형태의 생활 방수형 충전기의 개발이 필요하다.
국내 소형전기차 배터리 및 충전시스템 시장은 제조사의 제품사양에 맞추어 24V-72V 배터리 시스템이 주요 시장을 구성하고 있으며, 다양한 배터리시스템에 대응하기 위한 하나의 범용 충전기를 개발하여 충전장비의 성능 안정화 및 시장 확대가 필요한 시점이다.
기존의 충전기는 추가적인 연산모듈 및 정밀한 충전 범위 설정이 어려운 문제점이 있었다. 또한, 기존의 충전기는 24V-72V와 같은 넓은 범위의 전압을 제어하기 어려운 문제점이 있었다.
이에 따라, 친환경 소형 이동 수단의 배터리 충전 및 기타 인터페이스를 통합할 수 있고, 여러 배터리시스템에 대응하기 위한 배터리 자동 인식형 1.2kW급의 스마트 충전기 기술이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 친환경 소형 이동 수단의 배터리 충전 및 기타 인터페이스를 통합할 수 있고, 여러 배터리시스템에 대응할 수 있는 스마트 충전기를 제공하는 것이다.
한 실시예에 따르면, 소형 이동 수단의 배터리를 충전하는 스마트 충전기가 제공된다. 상기 스마트 충전기는 상단 방열부, 하단 방열부, 커넥터부, 및 손잡이부를 포함하는 외장케이스, 그리고 상기 외장케이스 내부에 포함되며, 상기 배터리를 충전하는 회로부를 포함하고, 상기 회로부는, 입력전압을 승압하여 직류전압을 출력하는 부스트 컨버터, 입력단이 상기 부스트 컨버터의 출력단에 전기적으로 연결되는 하프브리지(Half-bridge) 공진 컨버터, 입력단이 상기 하프브리지 공진 컨버터의 출력단에 전기적으로 연결되며, 상기 하프브리지 공진 컨버터의 출력 전압을 강압하여 미리 설정된 범위의 직류전압을 출력하는 벅 컨버터, 및 상기 벅 컨버터의 출력단에 상기 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압에 대응하는 기준전압 범위를 설정하고, 제1 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하며, 상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 하한값 보다 클 때, 상기 제1 충전전류값보다 큰 제2 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하며, 상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 상한값 보다 클 때, 충전전류의 크기를 낮추며, 상기 충전전류의 크기가 미리 설정된 값과 같을 때, 상기 배터리의 충전을 중단하는 제어부를 포함한다.
상기 상단 방열부 및 하단 방열부는 복수의 홀을 갖고, 상기 커넥터부는 복수의 단자 삽입부를 포함하고, 상기 손잡이부는 일측이 상기 상단 방열부의 일측에 결합되고, 타측이 상기 하단 방열부의 일측에 결합될 수 있다.
상기 스마트 충전기는 상기 외장케이스 내부에 포함되며, 경고음을 출력하는 스피커부를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 벅 컨버터의 출력단에 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일한지 여부를 판단하고, 상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 다르면, 상기 스피커부를 동작시킬 수 있다.
한 실시예에 따르면, 소형 이동 수단의 배터리를 충전하는 스마트 충전기의 배터리 충전 방법이 제공된다. 상기 배터리 충전 방법은 상기 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계, 제1 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하는 단계, 상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 하한값 보다 클 때, 상기 제1 충전전류값보다 큰 제2 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하는 단계, 상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 상한값 보다 클 때, 충전전류의 크기를 낮추는 단계, 그리고 상기 충전전류의 크기가 미리 설정된 값과 같을 때, 상기 배터리의 충전을 중단하는 단계를 포함한다.
상기 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계는, 상기 배터리의 출력 전압을 측정하는 단계, 상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일한지 여부를 판단하는 단계, 상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일하면, 상기 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계, 및 상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 다르면, 경고음을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
초소형 전기차, 전기이륜차, 휠체어 등의 배터리 전압 사양(24V-72V)에 따라 충전 전압을 자동으로 감지 및 충전을 수행함으로써, 친환경 소형 이동 수단의 배터리 충전 및 기타 인터페이스를 통합할 수 있고, 여러 배터리시스템에 대응할 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 외장케이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 회로부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5, 도 6a, 및 도 6b는 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 배터리 충전 방법의 흐름도이다.
도 7은 스마트 충전기의 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 블록도이다. 도 2 및 도 3은 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 외장케이스를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 회로부를 설명하기 위한 도면이다. 도 5, 도 6a, 및 도 6b는 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 배터리 충전 방법의 흐름도이다. 도 7은 스마트 충전기의 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 한 실시예에 따른 스마트 충전기는 외장케이스(110), 회로부(120), 제어부(130), 및 스피커부(140)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 외장케이스(110)는 상단 방열부(111), 하단 방열부(112), 커넥터부(113), 및 손잡이부(114)를 포함한다.
상단 방열부(111) 및 하단 방열부(112)는 복수의 홀을 갖는다. 상단 방열부(111) 및 하단 방열부(112)는 충전기 내부의 방수 하우징에 결합된다. 본 발명은 상단 방열부(111) 및 하단 방열부(112)를 통해 별도의 외부 팬이 필요하지 않으므로, 충전기 무게를 감소시킬 수 있고, 휴대성을 향상시킬 수 있다. 또한, 방수 하우징을 통해 우천시에도 휴대가 가능하다.
커넥터부(113)는 한 실시예로서 복수의 단자 삽입부(113a, 113b, 113c)를 포함할 수 있다. 커넥터부(113)를 통해 배터리 전압 사양이 다른 다양한 전자기기(예, 휴대폰, 노트북 등)를 충전할 수 있다.
손잡이부(114)는 한 실시예로서 일측이 상단 방열부(111)의 일측에 결합되고, 타측이 하단 방열부(112)의 일측에 결합될 수 있다. 사용자는 손잡이부(114)를 이용하여 손쉽게 충전기를 휴대할 수 있다.
회로부(120)는 외장케이스(110) 내부에 포함되며, 배터리(300)를 충전한다.
도 4를 참조하면, 회로부(120)는 부스트 컨버터(121), 하프브리지(Half-bridge) 공진 컨버터(122), 및 벅 컨버터(123)를 포함한다.
부스트 컨버터(121)는 교류전원이 정류된 직류 입력전압을 승압하여 직류전압을 출력한다.
부스트 컨버터(121)는 역률(PFC)을 제어한다.
하프브리지(Half-bridge) 공진 컨버터(122)는 입력단이 부스트 컨버터의 출력단에 전기적으로 연결된다.
하프브리지(Half-bridge) 공진 컨버터(122)는 1차측과 2차측의 절연 및 오픈 루프(open loop) 제어를 통해 높은 효율을 유지시킬 수 있다.
벅 컨버터(123)는 입력단이 하프브리지 공진 컨버터(122)의 출력단에 전기적으로 연결되며, 하프브리지 공진 컨버터(122)의 출력 전압을 강압하여 미리 설정된 범위의 직류전압을 출력한다. 미리 설정된 범위의 직류전압은 한 실시예로서 24V부터 72V까지의 직류전압일 수 있다.
벅 컨버터(123)는 DC-DC 컨버터로써, 24V-72V의 출력 전압을 가변할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 제어부(130)는 벅 컨버터(123)의 출력단에 배터리(300)가 접속되면 배터리(300)의 출력 전압에 대응하는 기준전압 범위를 설정한다(S100). 구체적으로, 제어부(130)는 벅 컨버터(123)의 출력단에 배터리(300)가 접속되는 지 여부를 실시간 모니터링하고(S111), 벅 컨버터(123)의 출력단에 배터리(300)가 접속되면 배터리(300)의 출력 전압을 측정한다(S112).
제어부(130)는 배터리(300)의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일한지 여부를 판단한다(S113). 미리 설정된 충전허용 전압값은 한 실시예로서, 72V, 48V, 24V일 수 있다.
제어부(130)는 배터리(300)의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일하면, 배터리(300)의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정한다. 제어부(130)는 배터리(300)의 출력 전압이 72V이면, 기준전압 범위를 62V~84V로 설정하고(S114), 배터리(300)의 출력 전압이 48V이면, 기준전압 범위를 32.5V~55V로 설정하며(S115), 배터리(300)의 출력 전압이 24V이면, 기준전압 범위를 17.5V~30V로 설정한다(S116).
제어부(130)는 배터리(300)의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 다르면, 스피커부(140)를 통해 경고음을 출력할 수 있다(S117).
제어부(130)는 배터리(300)의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정한 후, 제1 충전전류값으로 배터리(300)를 충전한다(S200)(컨디셔닝(CONDITIONING) 단계). 제1 충전전류값(ICOND)은 배터리 보호를 위한 전류값으로써, 최소 충전전류값보다 크고 최대 충전전류값보다 작은 값일 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 배터리(300)의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정한 후, 충전 동작을 실행하고(S211), 타이머를 설정하며(S212), 충전전류값을 제1 충전전류값(ICOND)으로 설정하여 배터리(300)를 충전한다(S213).
제어부(130)는 배터리(300)의 전압이 기준전압 범위의 하한값(VMIN) 보다 클 때, 제1 충전전류값(ICOND)보다 큰 제2 충전전류값(IMAX)으로 배터리를 충전한다(S300)(벌크(BULK) 단계). 제어부(130)는 벌크 단계로 진입시 충전전류값을 크게 증가시켜 배터리(300)를 충전한다. 예를 들어, 기준전압 범위를 62V부터 84V로 설정한 경우, 기준전압 범위의 하한값(VMIN)은 62V일 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 배터리(300)의 전압이 기준전압 범위의 하한값(VMIN) 보다 큰 지 여부를 판단하고(S311), 배터리(300)의 전압이 기준전압 범위의 하한값(VMIN) 보다 크지 않으면 타이머 종료 여부에 따라 컨디셔닝 단계에 진입하거나 또는 배터리(300)의 접속 여부를 판단한다(S312). 제어부(130)는 배터리(300)의 전압이 기준전압 범위의 하한값(VMIN) 보다 클 때, 타이머를 설정하고(S313), 충전전류값을 제2 충전전류값(IMAX)으로 설정하여 배터리(300)를 충전한다(S314).
제어부(130)는 배터리(300)의 전압이 기준전압 범위의 상한값(VBLK) 보다 클 때, 충전전류의 크기를 낮춘다(S400)(탑오프(TOPOFF) 단계). 제어부(130)는 탑오프 단계로 진입시 충전전압을 기준전압 범위의 상한값(VBLK)으로 유지하고, 충전전류의 크기를 낮춘다. 예를 들어, 기준전압 범위를 62V부터 84V로 설정한 경우, 기준전압 범위의 상한값(VBLK)은 84V일 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 배터리(300)의 전압이 기준전압 범위의 상한값(VBLK) 보다 큰 지 여부를 판단하고 (S411), 배터리(300)의 전압이 기준전압 범위의 상한값(VBLK) 보다 크지 않으면 타이머 종료 여부에 따라 그레디언트(Gradient)가 0보다 작은지 판단하거나 타이머를 설정한다(S412). 제어부(130)는 그레디언트(Gradient)가 0보다 작으면 타이머를 설정하고 그렇지 않으면 벌크 단계에 진입한다.
제어부(130)는 충전전류의 크기가 미리 설정된 값과 같을 때, 배터리의 충전을 중단한다(S500)(메인터넌스(MAINTENANCE) 단계). 제어부(130)는 메인터넌스 단계로 진입시 충전전압을 기준전압 범위의 상한값(VBLK)보다 낮은 전압값(VFLT)으로 설정하여 충전하고, 충전전류의 크기가 미리 설정된 값인 0과 같을 때, 배터리의 충전을 중단한다. 구체적으로, 제어부(130)는 배터리(300)의 전압이 기준전압 범위의 상한값(VBLK) 보다 클 때, 타이머를 설정하고(S510), 충전전압을 기준전압 범위의 상한값(VBLK)보다 낮은 전압값(VFLT)으로 설정하여 충전한다(S512). 제어부(130)는 충전전류의 크기가 제1 충전전류값(ICOND)보다 작은 전류값(IMIN)과 동일한 지 여부를 판단하고(S513), 충전전류의 크기가 제1 충전전류값(ICOND)보다 작은 전류값(IMIN)과 동일하지 않으면 타이머 종료 여부에 따라 탑오프 단계에 진입하거나 배터리(300)의 접속 여부를 판단한다(S514). 제어부(130)는 충전전류의 크기가 미리 설정된 값인 0과 같은 지 여부를 판단하고(S515), 충전전류의 크기가 미리 설정된 값인 0과 같을 때, 배터리의 충전을 중단한다(S516).
스피커부(140)는 외장케이스(110) 내부에 포함되며, 경고음을 출력한다.
도 5, 도 6a, 및 도 6b를 참조하면, 한 실시예에 따른 스마트 충전기의 배터리 충전 방법은 배터리가 접속되면 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계(S100), 제1 충전전류값으로 배터리를 충전하는 단계(S200), 배터리의 전압이 기준전압 범위의 하한값 보다 클 때, 제1 충전전류값보다 큰 제2 충전전류값으로 배터리를 충전하는 단계(S300), 배터리의 전압이 기준전압 범위의 상한값 보다 클 때, 충전전류의 크기를 낮추는 단계(S400), 그리고 충전전류의 크기가 미리 설정된 값과 같을 때, 배터리의 충전을 중단하는 단계(S500)를 포함한다.
배터리가 접속되면 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계(S100)는, 배터리의 출력 전압을 측정하는 단계(S112), 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일한지 여부를 판단하는 단계(S113), 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일하면, 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계(S114, S115, S116), 및 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 다르면, 경고음을 출력하는 단계(S117)를 포함한다.
단계(S100, S200, S300, S400, S500, S111, S112, S113, S114, S115, S116, S117)은 위에서 설명한 제어부(130)의 동작 과정과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 소형 이동 수단의 배터리를 충전하는 스마트 충전기로서,
    상단 방열부, 하단 방열부, 커넥터부, 및 손잡이부를 포함하는 외장케이스, 그리고
    상기 외장케이스 내부에 포함되며, 상기 배터리를 충전하는 회로부를 포함하고,
    상기 회로부는,
    입력전압을 승압하여 직류전압을 출력하는 부스트 컨버터,
    입력단이 상기 부스트 컨버터의 출력단에 전기적으로 연결되는 하프브리지(Half-bridge) 공진 컨버터,
    입력단이 상기 하프브리지 공진 컨버터의 출력단에 전기적으로 연결되며, 상기 하프브리지 공진 컨버터의 출력 전압을 강압하여 미리 설정된 범위의 직류전압을 출력하는 벅 컨버터, 및
    상기 벅 컨버터의 출력단에 상기 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압에 대응하는 기준전압 범위를 설정하고, 제1 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하며, 상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 하한값 보다 클 때, 상기 제1 충전전류값보다 큰 제2 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하며, 상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 상한값 보다 클 때, 충전전류의 크기를 낮추며, 상기 충전전류의 크기가 미리 설정된 값과 같을 때, 상기 배터리의 충전을 중단하는 제어부
    를 포함하는 스마트 충전기.
  2. 제1항에서,
    상기 상단 방열부 및 하단 방열부는 복수의 홀을 갖고,
    상기 커넥터부는 복수의 단자 삽입부를 포함하고,
    상기 손잡이부는 일측이 상기 상단 방열부의 일측에 결합되고, 타측이 상기 하단 방열부의 일측에 결합되는, 스마트 충전기.
  3. 제1항에서,
    상기 외장케이스 내부에 포함되며, 경고음을 출력하는 스피커부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 벅 컨버터의 출력단에 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일한지 여부를 판단하고, 상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 다르면, 상기 스피커부를 동작시키는, 스마트 충전기.
  4. 소형 이동 수단의 배터리를 충전하는 스마트 충전기의 배터리 충전 방법으로서,
    상기 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계,
    제1 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하는 단계,
    상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 하한값 보다 클 때, 상기 제1 충전전류값보다 큰 제2 충전전류값으로 상기 배터리를 충전하는 단계,
    상기 배터리의 전압이 상기 기준전압 범위의 상한값 보다 클 때, 충전전류의 크기를 낮추는 단계, 그리고
    상기 충전전류의 크기가 미리 설정된 값과 같을 때, 상기 배터리의 충전을 중단하는 단계
    를 포함하는 배터리 충전 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 배터리가 접속되면 상기 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계는,
    상기 배터리의 출력 전압을 측정하는 단계,
    상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일한지 여부를 판단하는 단계,
    상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 동일하면, 상기 배터리의 출력 전압에 따라 기준전압 범위를 설정하는 단계, 및
    상기 배터리의 출력 전압이 미리 설정된 충전허용 전압값과 다르면, 경고음을 출력하는 단계를 포함하는, 배터리 충전 방법.
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