KR101120429B1

KR101120429B1 - 지게차의 고주파 배터리 충전회로

Info

Publication number: KR101120429B1
Application number: KR1020090055048A
Authority: KR
Inventors: 최형오
Original assignee: 최형오
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2012-03-15
Also published as: KR20100136769A

Abstract

본 발명은 지게차 배터리 충전회로에 관한 것이다.

본 발명은 교류전원을 직류전원으로 변환하여 제공하는 전원입력부; 상기 전원입력부로부터 직류전원을 입력받아 목적하는 충전전압으로 변환하여 충전배터리에 제공하는 충전전원제공부;를 포함한 지게차 배터리 충전회로에 있어서, 단상 교류전원을 입력받아 직류전원으로 변환하여 제공하는 전원입력부; 제어신호에 따라 스위칭 동작하면서 고주파신호를 출력하고 평활시켜 충전배터리로 제공하는 충전전원제공부; 상기 충전전원제공부의 과전압/과전류 및 온도를 감지하여 회로의 안정 동작을 유지시키는 한편, 충전전원제공부로 제어신호를 제공하는 제어부;를 포함하여서 될 수 있다.

본 발명은 입력전원을 단상 교류전원으로 함으로써, 어디에서는 손쉽게 충전이 이루어지도록 한다. 또한, 본 발명은 충전전원제공부를 풀-브리지인버터로 적용하여 트랜스의 중량을 저감시켜 전체적인 충전회로의 중량을 다운시키면서도 고주파, 고전류(60A)를 발생시켜 제공한다. 또한, 본 발명은 회로의 과전압/과전류는 물론, 주요 회로소자의 온도를 측정하여 일정온도 이상이면 회로 동작을 차단함으로써, 전체 회로를 보호한다.

Description

지게차의 고주파 배터리 충전회로{CHARGING CIRCUIT OF BATTERY FOR FORKLIFT TRUCK}

본 발명은 지게차 배터리 충전회로에 관한 것이다.

일반적으로, 지게차의 배터리 충전회로는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 제공하는 전원입력부; 상기 전원입력단으로부터 직류전원을 입력받아 목적하는 충전전압으로 변환하여 충전배터리에 제공하는 충전전원제공부;를 포함하여 구성되며, 이는 통상의 충전회로와 다를 바 없다.

이와 같은 종래 대용량 지게차의 배터리 충전회로는 공업용으로 주로 사용되는 3상 교류전원을 사용한다.

그러나, 종래 지게차 배터리의 충전회로가 사용하는 3상 교류전원은 어느 특 정 장소에서만 제공되므로, 충전을 요할 경우에는 특정 장소를 이용하여야 하므로, 사용에 따른 제약의 문제점이 있다.

또한, 3상 교류전원의 경우, 발전할 때 코일을 두개가 아닌 3개를 120도로 감아 발전하게 되므로, 트랜스의 부피가 커지고 중량이 무거워져 충전회로의 전체적인 무게 역시 증대시키게 되므로, 결국 충전회로를 지게차에 탑재시킬 경우 지게차의 중량에 대한 부담을 가중시키는 문제점이 있다.

또한, 종래 지게차 충전회로의 경우, 과전압/과전류를 보호하는 회로가 포함되어 있으나, 온도 상승에 대한 대처 기능이 포함되어 있지 않아, 온도에 민감하고 취약한 특정 회로소자의 온도 상승 시, 회로를 보호하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 입력전원을 단상 교류전원으로 함으로써, 어디에서는 손쉽게 충전이 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명은 충전전원제공부를 풀-브리지인버터로 적용하여 트랜스의 중량을 저감시켜 전체적인 충전회로의 중량을 다운시키면서도 고주파, 고전류(60A)를 발생시켜 제공한다.

또한, 본 발명은 회로에 CPU를 적용하여 정전압, 정전류 충전, 과충전, 과전압/과전류는 물론, 주요 회로소자의 온도를 측정하여 일정온도 이상이면 회로 동작을 차단함으로써, 충전 완료후 자동으로 충전부족 셀에 균등충전을 하여 밧데리 과충전 방지등 전체 회로를 보호한다.

본 발명을 설명하기에 앞서 기술의 이해를 돕도록 제시하는 첨부 도면 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회로 구성을 간략히 도시한 회로블럭도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회로 구성을 보다 구체적으로 도시한 회로도를 나타낸 것이다.

이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 첨부 도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 교류전원을 직류전원으로 변환하여 제공하는 전원입력부(11); 상기 전원입력부(11)로부터 직류 전원을 입력받아 목적하는 충전전압으로 변환하여 충전배터리에 제공하는 충전전원제공부(12);를 포함한 지게차 배터리 충전회로(10)에 있어서, 단상 교류전원을 입력받아 직류전원으로 변환하여 제공하는 전원입력부(11); 제어신호에 따라 스위칭 동작하면서 고주파신호를 출력하고 평활시켜 충전배터리로 제공하는 충전전원제공부(12); 상기 충전전원제공부(12)의 과전압/과전류 및 온도를 감지하여 회로의 안정 동작을 유지시키는 한편, 충전전원제공부(12)로 제어신호를 제공하는 제어부(13);를 포함하여서 될 수 있다.

여기서, 본 발명 중 상기 전원입력부(11)는 EMI필터(11a)와 돌입전류보호회로(11b)와 브리지정류회로(11c) 및 평활회로(11d)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기, EMI필터(11a)는 공급되는 단상 교류전원에 포함된 입력 선로의 잡음을 제거하기 위한 필터 회로로서, 전원이 입력되는 방향에 커패시터31,32,33,34(C31~C34)와 동조코일1,2(T1, T2)가 병렬로 배치되어서 이루어진 필터회로일 수 있다.

또한, 상기 돌입전류보호회로(11b)는 초기전원 인가 시 비접촉 동작하여 레지스터30(R30)으로 전류가 흐르도록 하는 릴레이(RY1)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 돌입전류보호회로(11b)는 EMI필터(11a)와 브리지정류회로(11c) 사이에 배치되며, 상기 레지스터30(R30)과 릴레이(RY1)는 병렬 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브리지정류회로(11c)는 다이오드의 결합으로 이루어진 전파정류회로일 수 있다.

또한, 상기 평활회로(11d)는 브리지정류회로(11c)의 출력 측 사이에 병렬 연 결되는 커패시터16,17,18(C16,C17,C18) 및 레지스터25(R25)일 수 있다. 이때, 상기 커패시터16,17,18(C16,C17,C18)은 전해콘덴서일 수 있다.

한편, 본 발명 중 상기 충전전원제공부(12)는 상기 전원입력부(11)의 평활회로(11d)에서 출력되는 전원과 상기 제어부(13)에서 입력되는 신호를 통해 순차적으로 턴온되면서 PWM신호를 발생시키는 풀-브리지회로(12a); 상기 풀-브리지회로(12a)에서 출력되는 전압을 저전압으로 변환시켜 2차측으로 제공하는 전원변환회로(12b); 상기 전원변환회로(12b)에서 출력되는 전원을 정류하고 평활시켜 충전배터리(미도시)로 제공하는 정류 및 평활회로(12c); 상기 제어부(13)와 절연시키는 절연회로(12d); 상기 전원입력부(11)에서 입력되는 전원이 과전류일 경우 상기 제어부(13)로 입력시키는 과전류보호회로(12e);를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 풀-브리지회로(12a)는 IGBT를 이용한 4개의 스위칭소자4,5,6,7(Q4~Q7)이 전원입력부(11)의 평활회로(11d)의 출력양단 "A","B" 에 직병렬 연결될 수 있다.

이때, 상기 스위칭소자4,5,6,7(Q4~Q7)은 FET(전계효과트랜지스터)일 수 있으며, 이들의 연결 상태는 스위칭소자4(Q4)와 스위칭소자6(Q6)이 또한, 스위칭소자5(Q5)와 스위칭소자7(Q7)이 평활회로의 출력양단 "A","B" 사이에 각각 직렬로 연결되어, 상기 스위칭소자4(Q4)와 스위칭소자6(Q6), 스위칭소자5(Q5)와 스위칭소자7(Q7)은 각각 병렬 상태로 될 수 있다.

상기, 스위칭소자4,5,6,7(Q4~Q7) 들의 소스와 드레인 사이에는 레지스터5,6,7,8(R5~R8)과 커패시터2,3,4,5(C2~C5)가 각각 직렬 연결되고, 각각의 게이트에 는 역방향 다이오드1,2,3,4(D1~D4)와 레지스터1,2,3,4(R1~R4)가 병렬 연결될 수 있다.

이때, 스위칭소자4,6(Q4,Q6)을 포함하는 부분을 진상 레그로, 스위칭소자5,7(Q5,Q7)을 포함하는 부분을 지상 레그로 구분할 수 있다.

또한, 상기 전원변환회로(12b)는 트랜스4(T4)로서, 풀-브리지회로(12a)에서 출력되는 전압을 저전압으로 변환시켜 2차측으로 제공한다.

또한, 상기 정류 및 평활회로(12c)는 상기 트랜스4(T4)의 2차측 양단에 커패시터6(C6)과 레지스터19(R19) 및 다이오드12(D12), 커패시터11(C11)과 레지스터18(R18) 및 다이오드11(D11)이 각각 병렬 연결되어 정류회로를 구성하고, 정류된 전원을 필터링하는 인덕터5(T5)와 트랜스4(T4)의 2차측 출력 단 사이에 병렬 연결되는 커패시터19,20,21(C19,C20,C21) 및 레지스터25(R25)가 평활회로를 구성할 수 있다.

이때, 상기 인덕터5(T5)의 출력 단측에는 퓨즈가 연결되고, 트랜스4(T4)의 2차측 출력 단 측에는 제어부(13)에서 정전압 정전류로 충전하기 위하여 흐르는 전압 전류를 감지하는 션트저항(ST)이 연결될 수 있다.

또한, 상기 절연회로(12d)는 트랜스6,7(T6,T7)로서, 1차측은 상기 제어부(13)의 제어신호 출력 측과 연결되고, 2차측은 각각 상기 풀-브리지회로(12a)의 각 스위칭소자4,5,6,7(Q4~Q7)의 게이트 측에 연결될 수 있다.

또한, 상기 과전류보호회로(12e)는 전원입력부(11)의 출력 단 "A"에 연결되는 코일(CT)로서, 후기하는 처리회로7(IC7)과 연결될 수 있다.

또 한편, 본 발명 중 상기 제어부(13)는 충전회로의 전류, 전압, 온도의 신호를 입력 받아 사전에 설정된 값과 비교하여 제어신호를 출력하는 CPU(13a); 상기 CPU(13a)의 제어신호를 입력받아 설정된 충전전압과 충전전류를 처리회로3,4(IC3,IC4)에 기준전압으로 전달하는 처리회로2(IC2); 상기 기준전압과 제어부(13)에서 출력되는 전압을 비교하여 PWM발생회로(IC6)로 전달하는 처리회로3(IC3); 상기 기준전압과 상기 션트저항(ST)에서 출력되는 전압을 비교하여 일정 레벨이상이면 도통을 차단하는 한편, PWM발생회로(IC6)로 전달하는 처리회로4(IC4); 상기 션트저항(ST)으로부터 입력되는 신호를 상기 처리회로4(IC4)로 전달하는 처리회로5(IC5); 상기 처리회로3,4(IC3,IC4)의 출력 신호를 입력받아 PWM신호를 발생시키는 처리회로6(IC6); 상기 과전류보호회로(CT)로부터 출력되는 신호를 입력받아 CPU(13a)로 전달하는 처리회로7(IC7); 상기 스위칭소자4,5,6,7(Q4~Q7)의 온도를 감지하여 제어부(13)로 전달하는 더어미스터(TH) 및 처리회로8(IC8);을 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 단상의 220V 전원이 입력되면, EMI필터(11a)가 공급되는 단상 교류전원에 포함된 입력 선로의 잡음을 제거한다. 이때, 상기 돌입전류보호회로(11b)에서 초기전원 인가 시 비접촉 동작하여 레지스터5(R5)로 전류가 흐르도록 하고 약 1초후 전류가 안정되면 릴레이(RY1)가 접점 동작한다.

즉, 레지스터5(R5)와 릴레이(RY1)가 병렬 연결되어 있어, 릴레이(RY1)가 접점상태에서는 단락 상태로 레지스터5(R5)의 영향 없이 전류가 흐르고, 릴레이(RY1)가 비 접점상태에서는 레지스터5(R5)의 영향을 받아 일정 레벨로 조절되면서 서서 히 입력시키며, 이와 같이 하여 전원이 입력되면, 전원입력부(11)의 평활회로(11d)가 평탄한 직류로 변환시켜 구동 전압으로 제공한다.

상기와 같이, 상기 전원입력부(11)를 통해 전원이 공급되는 상태에서 상기 제어부(13)의 처리회로6(IC6)으로부터 제어신호가 출력되면,(단극성(unipolar) PWM 방식 사용 조건에서) 양의 PWM 전압을 발생시키기 위하여 풀-브리지회로(12a)의 스위칭소자3(Q3)을 도통시키고 스위칭소자2(Q2) 및 스위칭소자4(Q4)는 전압의 크기에 따라 변조시키고, 마찬가지로 음의 PWM 전압을 발생시킬 경우에는 스위칭소자4(Q4)를 도통시키고 스위칭소자1(Q1) 및 스위칭소자3(Q3)을 전압의 크기에 따라 변조시킨다.

이와 같이 하여 출력되는 전압은 상기 전원변환회로(12b)를 통해 저전압(충전 구동에 필요한 전압, 전류)으로 변환되고, 상기 정류 및 평활회로(12c)를 통해 정류되고 평활되어 충전배터리로 제공 충전된다. 이때, 상기 전원입력부(11)에서 입력되는 전원이 과전류일 경우에는 상기 과전류보호회로(12e)가 동작하여 이상 전류 만큼에 대한 유도전류신호를 처리회로7(IC7)을 거쳐 제어부(13)로 입력시킴으로써 제어부(13)가 과전류에 대처하도록 한다.

본 발명은 또한, 상기 인덕터5(T5)의 출력 단측에 퓨즈가 연결되고, 트랜스4(T4)의 2차측 출력 단 측에는 제어부(13)에서 정전압 정전류로 충전하기 위하여 흐르는 전압 전류를 감지하는 션트저항(ST)이 연결되어 있어, 정밀한 정전압, 정전류 충전을 하며, 이상전원 입력에 대처한다.

상기와 같이 동작하는 과정에서 포텐션메타인 처리회로2(IC2)는 CPU(13a)의 신호를 입력받아 설정된 충전전압과 충전전류를 처리회로3,4,(IC3,IC4)에 기준전압으로 제공하게 되는데, 처리회로3(IC3)의 입력단인 "F"는 처리회로4(IC4) 보다 낮은 전압이 걸려 있어, 충전전류를 제어하는 처리회로4(IC4)의 출력이 다이오드2(D2)를 통하여 처리회로6(IC6)에 입력됨으로써 PWM신호를 발생시키게 하며, 상기 처리회로6(IC6)에서 출력되는 PWM신호는 "F"와 "G"를 통해 출력되어 충전전원제공부(12)로 입력시켜 충전동작이 이루어지도록 한다.

이와 같이 하여, 목적한(설정된) 충전전압에 도달하면 처리회로3(IC3)이 처리회로4(IC4) 보다 전압이 높게 되어 처리회로6(IC6)에 PWM 파형을 제어하는데, 상기 CPU(13a)는 이것을 감지하여 정전압, 정전류로 제어하고 충전전압을 체크하여 충전을 완료시킨다.

이때, 본 발명은 상기 스위칭소자4,5,6,7(Q4~Q7)의 온도를 더어미스터(TH)가 감지하여 처리회로8(IC8)을 통해 제어부(13)의 CPU(13a)로 입력시켜, 제어부(13)가 충전전원제공부(12)의 동작으로 다운 제어함으로써, 상기 스위칭소자4,5,6,7(Q4~Q7)의 과열을 방지한다.

이와 같이 되는 본 발명은 입력전원을 단상 교류전원으로 함으로써, 어디에서는 손쉽게 충전이 이루어지도록 하고, 충전전원제공부를 풀-브리지인버터로 적용하여 고전류(60A) 고주파 방식으로 트랜스의 중량을 저감시켜 전체적인 충전회로의 중량을 다운시키며, 회로의 과전압/과전류는 물론, 주요 회로소자의 온도를 측정하여 일정온도 이상이면 회로 동작을 차단함으로써, 전체 회로를 보호한다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하 여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회로 구성을 간략히 도시한 회로블럭도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회로 구성을 보다 구체적으로 도시한 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 지게차 배터리 충전회로 11 : 전원입력부

11a : EMI필터 11b : 돌입전류보호회로

11c : 브리지정류회로 11d : 평활회로

12 : 충전전원제공부 12a : 풀-브리지회로

12b : 전원변환회로 12c : 정류 및 평활회로

12d : 절연회로 12e : 과전류보호회로

13 : 제어부 13a : CPU

IC2~IC8 : 처리회로2~처리회로8

Claims

교류전원을 직류전원으로 변환하여 제공하는 전원입력부(11); 상기 전원입력부(11)로부터 직류전원을 입력받아 목적하는 충전전압으로 변환하여 충전배터리에 제공하는 충전전원제공부(12); 상기 충전전원제공부(12)로 제어신호를 제공하는 제어부(13);를 포함한 지게차 배터리 충전회로(10)에 있어서, 상기 제어부(13)는 충전회로의 전류, 전압, 온도의 신호를 입력 받아 사전에 설정된 값과 비교하여 제어신호를 출력하는 CPU(13a); 상기 CPU(13a)의 제어신호를 입력받아 설정된 충전전압과 충전전류를 처리회로3,4(IC3,IC4)에 기준전압으로 전달하는 처리회로2(IC2); 상기 기준전압과 제어부(13)에서 출력되는 전압을 비교하여 PWM발생회로(IC6)로 전달하는 처리회로3(IC3); 상기 기준전압과 션트저항(ST)에서 출력되는 전압을 비교하여 일정 레벨이상이면 도통을 차단하는 한편, PWM발생회로(IC6)로 전달하는 처리회로4(IC4); 상기 션트저항(ST)으로부터 입력되는 신호를 상기 처리회로4(IC4)로 전달하는 처리회로5(IC5); 상기 처리회로 3,4(IC3,IC4)의 출력 신호를 입력받아 PWM신호를 발생시키는 처리회로6(IC6); 상기 충전전원제공부(12)를 구성하는 과전류보호회로(12e)로부터 출력되는 신호를 입력받아 CPU(13a)로 전달하는 처리회로7(IC7); 상기 충전전원제공부(12)를 구성하는 풀-브리지회로(12a)의 스위칭소자4,5,6,7(Q4~Q7)의 온도를 감지하여 제어부(13)로 전달하는 더어미스터(TH) 및 처리회로8(IC8);을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 지게차 배터리 충전회로.