KR20150119572A - 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류전원을 바테리 충전용 직류전원으로 정류하는 정류부(20); 제어부(90)의 지령에 따라 구동되며, 정류부(20) 출력을 동시에 병렬로 연결하여 직류전원을 릴레이 선택된 배터리에 인가하는 충전릴레이부(30); 충전모드일 때 충전릴레이부(30)를 통해 연결된 릴레이 단자로부터 전원을 순차공급받도록 설치된 배터리부(40); 충전모드일 때 배터리부(40)의 각 배터리(B1~Bn)의 만충전을 순차 인식하여 제어부(90)로 순차 알려주는 충전완료인식부(50); 방전모드일 때 각 배터리(B1~Bn)의 전원을 순차로 부하(L)로 공급하도록 연결하는 방전릴레이부(60); 방전릴레이부(60)의 방전 전원레벨을 입력받아 방전완료 여부를 인식하여 제어부(90)로 순차 알려주는 방전완료 인식부(60); 충전모드와 방전모드를 선택하도록 제어부(90)에 지령하는 스위치부(80); 및
스위치부(80)의 선택이 충전모드일 때, 상기 충전완료인식부(50)의 인식값에 따라 대응하는 충전릴레이부(30)의 다음 릴레이를 선택하도록 순차적으로 지령을 하고, 방전모드일 때, 충전릴레이부(30)의 작동을 차단하고 방전릴레이부(60)를 순차 작동시켜 부하(L)에 배터리부(40)의 해당 배터리 전원을 순차 연속하여 공급하도록 제어하는 제어부(90)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치 및 충방전밥법이다

Description

배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치 및 이를 이용한 충방전방법{Battery charger and discharger and method thereof}

본 발명은 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치 및 이를 이용한 충방전방법에 관한 것이다.

일반적으로 이동행사 서비스, 홍보차량, 캠핑카, 밤낚시 장소, 전동차 등에는 12.5V의 출력을 갖는 배터리가 많이 사용되어 지는데, 하나의 배터리만 단독으로 사용되지 않고 병렬로 연결한 다수개의 배터리를 사용함으로써 장시간 사용이 가능토록 한다.

이러한 복수의 배터리를 충전하기 위해서 도 1과 같이 복수 개의 배터리(11,12,13,14)가 충전회로(10)에 병렬로 연결되는데, 각각 12.5V의 출력을 갖는 배터리(11,12,13,14)를 동시에 충전하기 위해서 약 30A, 6kw의

출력을 갖는 충전회로(10)를 사용하게 된다.

그런데, 이러한 충전회로(10)는 대용량의 충전회로로서, 일반 가정용 220V 전압으로는 충전이 가능하지 않아서 전력공급이 충분히 가능한 사업장 등에서만 충전이 가능하게 된다. 이로 인해 충전장소가 매우 제한적인 문제점이 뒤따르며 되며, 대용량의 충전장치는 매우 고가이다.

또한, 배터리(11,12,13,14)를 병렬로 연결하여 장시간 사용이 가능토록 하지만, 어느 하나의 배터리가 불량이면 나머지 배터리들이 정상이라고 할지라도 제 용량의 출력을 발생할 수 없게 된다.

그리고, 모든 배터리가 모두 새 배터리일지라도 사용하다 보면 모든 배터리가 균일한 출력을 발생하지 못하게 되어 전체적인 배터리 성능이 급속히 저하되는 문제점이 발생하며, 이를 극복하고자 모든 배터리를 다시 새 배터리로 교체하는 경우 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

이렇게 병렬로 접속한 배터리를 이용하는 충전기술은 국내공개특허10-2009-0014897호 및 일본 특개 2000-324709호로 알려졌으나, 직렬연결 방식으로 충전과 방전을 수행하는 기술은 알려진바 없다.

본 발명은 이를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 직류전원을 공급하는 정류부 출력을 충전릴레이부에서 선택 인가하면 해당 배터리가 충전하고, 중전완료는 충전완료인식부의 인식출력을 제어부를 통해 각 배터리를 순차 연속적으로 충전하고, 동시에 충전완료를 알 수 있도록 하여 각 배터리의 성능에 상관없이 배터리마다 순차 충전을 알 수 있도록 하는 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치 및 이를 이용한 충방전방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 방전모드시 직류전원을 공급받은 해당 배터리의 직류전원을 방전릴레이부 작동 및 방전완료인식부를 통한 인식값으로 부하에 각 배터리의 방전완료를 알 수 있도록 하여 각 배터리의 순차 방전을 수행하여 별도의 조작 없이도 연속하여 방전 사용이 가능하도록 하는 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치 및 이를 이용한 충방전방법을 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본원발명은 교류전원을 배터리 충전용 직류전원으로 정류하는 정류부;

제어부의 지령에 따라 구동되며, 정류부 출력을 동시에 병렬로 연결하여 직류전원을 릴레이 선택된 배터리에 인가하는 충전릴레이부;

충전모드일 때 충전릴레이부를 통해 연결된 릴레이 단자로부터 전원을 순차공급받도록 설치된 배터리부;

충전모드일 때 배터리부의 각 배터리의 만충전을 순차 인식하여 제어부로 순차 알려주는 충전완료인식부;

방전모드일 때 각 배터리의 전원을 순차로 부하로 공급하도록 연결하는 방전릴레이부;

방전릴레이부의 방전 전원레벨을 입력받아 방전완료 여부를 인식하여 제어부로 순차 알려주는 방전완료 인식부;

충전모드와 방전모드를 선택하도록 제어부에 지령하는 스위치부; 및

스위치부의 선택이 충전모드일 때, 상기 충전완료인식부의 인식 값에 따라 대응하는 충전릴레이부의 다음 릴레이를 선택하도록 순차적으로 지령을 하고, 방전모드일 때, 충전릴레이부의 작동을 차단하고 방전릴레이부를 순차 작동시켜 부하에 배터리부의 해당 배터리 전원을 순차 연속하여 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성한 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치를 제공한다.

본 발명은 또한 충전시 정류부의 직류전원을 충전 전압의 만충전시 인접 배터리를 순차 충전하고, 방전시 배터리의 전압을 사용 가능 전압까지 사용하고 인접 배터리 전원을 이어 공급하는 방식으로 부하에 직류전원을 순차 인가하도록 제어부에서 제어하고;

제어부는 정류부가 작동하는지 출력 직류전원값의 입력 여부로 인식하는 전원인가 인식단계;

충전모드 인지 방전모드 인지를 확인하는 모드 확인단계;

충전모드시 초기에는 첫번째 배터리를 충전하고, 첫번째 배터리의 충전이 완료되면 인접 배터리에 순차적으로 이어 충전하는 충전단계; 및

충전 완료 후 초기에는 첫번째 배터리의 전원을 부하로 방전하고, 첫번째 배터리의 방전이 완료되면 인접 배터리로 순차적으로 방전하는 방전단계;

를 순차 수행하는 배터리 충방전 방법을 제공하려는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 직류전원을 공급하는 정류부 출력을 충전릴레이부에서 선택 인가하면 해당 배터리가 충전하고, 충전완료는 충전완료인식부의 인식출력을 제어부를 통해 각 배터리를 순차 연속적으로 충전하고, 동시에 충전완료를 알 수 있도록 하여 각 배터리의 성능에 상관없이 배터리마다 순차 충전을 알 수 있도록 한다.

본 발명은 방전모드시 직류전원을 공급받은 해당 배터리의 직류전원을 방전릴레이부 작동 및 방전완료인식부를 통한 인식 값으로 부하에 각 배터리의 방전완료를 알 수 있도록 하여 각 배터리의 순차 방전을 수행하여 별도의 조작 없이도 연속하여 방전 사용이 가능하도록 한다.

또한 본원발명은 설정된 전압 기준으로 충전을 순차적으로 충전하고, 방전시에도 설정된 기준전압과 비교하여 방전을 순차적으로 수행하므로 배터리의 성능에 상관없이 원하는 출력레벨로 충전하고 방전하므로, 충전 및 방전 시간이 가변적으로 사용 가능하여, 종래의 시간설정 방식에 비하여 효율적인 충방전을 가능토록 한다.

도 1은 종래의 장치 구성도,
도 2는 본 발명의 회로도 이다.

이하 본원발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 교류전원을 배터리 충전용 직류전원으로 정류하는 정류부(20);

제어부(90)의 지령에 따라 구동되며, 정류부(20) 출력을 동시에 병렬로 연결하여 직류전원을 릴레이 선택된 배터리에 인가하는 충전릴레이부(30);

충전모드일 때 충전릴레이부(30)를 통해 연결된 릴레이 단자로부터 전원을 순차공급받도록 설치된 배터리부(40);

충전모드일 때 배터리부(40)의 각 배터리(B1~Bn)의 만충전을 순차 인식하여 제어부(90)로 순차 알려주는 충전완료인식부(50);

방전모드일 때 각 배터리(B1~Bn)의 전원을 순차로 부하(L)로 공급하도록 연결하는 방전릴레이부(60);

방전릴레이부(60)의 방전 전원레벨을 입력받아 방전완료 여부를 인식하여 제어부(90)로 순차 알려주는 방전완료 인식부(60);

충전모드와 방전모드를 선택하도록 제어부(90)에 지령하는 스위치부(80); 및

스위치부(80)의 선택이 충전모드일 때, 상기 충전완료인식부(50)의 인식값에 따라 대응하는 충전릴레이부(30)의 다음 릴레이를 선택하도록 순차적으로 지령을 하고, 방전모드일 때, 충전릴레이부(30)의 작동을 차단하고 방전릴레이부(60)를 순차 작동시켜 부하(L)에 배터리부(40)의 해당 배터리 전원을 순차 연속하여 공급하도록 제어하는 제어부(90)를 포함하여 구성한다.

상기, 충전완료인식부(50)는 충전완료로 설정한 기준전압(ref1)을 각 네거티브 입력단에, 각 배터리(B1~Bn)의 충전전압을 대응하는 각 포지티브입력단에 인가받는 비교기(CO1~COn)를 포함하여 이루어지며, 각 비교기(CO1~COn)의 출력값은 제어부(90)의 입력단(I1~In)에 연결하도록 구성한다.

상기, 방전완료인식부(70)는 방전완료로 설정한 기준전압(ref10)을 각 네거티브 입력단에, 각 배터리(B1~Bn)의 방전전압을 대응하는 각 포지티브입력단에 인가받는 비교기(CO10~CO1n)를 포함하여 이루어지며,

각 비교기(CO10~CO1n)의 출력값은 제어부(90)의 입력단(I10~I1n)에 연결하도록 구성한다.

본 발명의 충방전방법은, 충전시 정류부(20)의 직류전원(D1)을 하나의 배터리(B1)에서 충전하고, 만충전시 인접 배터리(B2~Bn)를 이어 순차 충전하고, 방전시 충전된 배터리(B1~Bn)의 전압을 하나의 배터리마다 사용 가능 설정전압까지 사용하고, 하나의 배터리(B1) 사용이 끝나면, 끊김 없이 인접 배터리(B2~Bn) 전원을 부하(L)에 연속 공급하는 방식으로 직류전원을 연속하여 순차 인가하도록 제어부(90)에서 제어하고;

제어부(90)는 정류부(20)가 작동하는지 출력 직류전원(D2) 레벨의 하이레벨 입력 여부를 포트(PD2)를 통해 인식하는 전원인가 인식단계(S1);

제어부(90)의 포트(C1)를 통한 스위치부(80)의 선택키가 충전모드스위치(81) 인지 방전모드스위치(82) 인지로 충전모드인지와 방전모드인지를 확인하는 모드 확인단계(S2)를 수행한다.

이어 충전모드스위치(81)를 선택한 것으로 제어부(90)가 인식하면, 초기에는 출력 포트(P1)를 통한 하이레벨을 릴레이(Ry1)의 코일에 인가하고, 하이레벨을 인가받은 코일은 자화되어 접점을 턴온시키고, 접점이 턴온됨에 따라 직류전원(D1)이 배터리부(40)의 해당 배터리인 첫번째 배터리(B1)에 인가되어 충전을 시작한다.

첫번째 배터리(B1)의 충전의 충전완료는 배터리((B1)의 충전단의 충전 전압이 통상 오피앰프로 이루어진 비교기(CO1)의 기준전압(ref1)(예를 들어 12.5볼트)보다 높아지면 비교기(CO1)출력이 하이레벨로 변하고 이러한 레벨 변화는 포트(I1)에 인가된다. 제어부(90)는 이를 첫번째 배터리(B1)의 충전이 완료된 것으로 판단하고, 포트(P1)를 통한 하에레벨 출력을 로레벨로 바꾸고, 인접 포트를 통한 하이레벨을 인가하여 인접 릴레이를 구동하여 대응 배터리를 충전하는 식으로 순차 충전하다가 마지막 배터리를 충전하기 위하여는 포트(Pn)를 통한 하이레벨을 대한 릴레이(Ryn) 코일에 인가하면 접점이 턴온되어 직류전원(D1)이 마지막 배터리(Bn)를 충전한다. 충전완료시점은 배터리(Bn) 충전단의 전압이 역시 기준전압(Ref1)보다 높으면 비교기COn) 출력이 하이레벨로 변하여 제어부(90)가 인식하도록 하여 포트(Pn)를 통한 출력을 로레벨로 변화시켜 릴레이(Ryn) 구동을 중지토록한다. 이렇게 마지막 배터리(Bn)까지 순차적으로 충전하는 과정을 충전단계(S3)로 칭한다.

충전이 완료된 상태에서 사용자가 부하에 전원을 공급하기 위하여는 스위치부(80)의 방전모드스위치(82)를 턴온시키면, 제어부(90)는 포트(C1)를 통하여 인식하고 방전모드를 수행한다. 물론 이 경우 부하(L)를 이루는 전등이나 전열기기 등을 연결 설치하여야 한다. 다양한 부하가 사용 가능하기에 본 발명에서는 단순히 부하(L)로만 명기하였다.

충전 완료 상태에서 사용자가 스위치부(80)의 방전모드스위치(82)를 턴온시키면, 제어부(90)는 포트(C1)를 통하여 이를 인식하고, 포트(P10)로 하이레벨을 출력하여 해당 리리레이(P10)의 코일을 자화시키고, 코일이 자화되면서 접점을 턴온시켜 대응 배터리(B1)의 출력을 부하(L)로 인가한다.

부하로의 전전 전원 인가하다가 배터리(B1)의 전원이 방전되면, 이는 기준전압(Re10) 이하로 비교기(CO10)의 입력단에 인가되므로 비교기(CO10)의 출력은 하이레벨에서 로레벨로 변하고, 이는 제어부(90)의 포트(I10)를 통하여 제어부(90)가 인식하고, 제어부(90)는 실시간으로 포트(P10)를 통한 하이레벨 출력을 중단하고 인접 포트를 통하여 대응 릴레이를 구동시켜 인접 배터리를 방전시킨다.

이런 원리로 순차 배터리를 방전시킨 후 마지막 배터리(Bn)를 방전할 경우는 포트(P1n)를 통하여 하이레벨을 해당 릴레이(Ryn) 코일을 자화시키고, 코일의 자화에 의하여 접점이 턴온되어 해당 배터리(Bn)의 충전 전압이 부하(L)로 방전된다.

마지막 방전은 비교기(CO1n)의 포지티브 전압 입력단에 마지막 배터리(Bn)의 출력 직류전압이 마지막 비교기(CO1n)의 기준전압(ref10)(예를 들어 13볼트)보다 낮아지면 비교기(CO1n)의 출력은 로레벨로 변하고 이는 제어부(90)의 포트(I1n)에서 인식하여 제공하던 하이레벨을 제공하던 포트(P1n)로의 출력을 중단하여 릴레이(Ry1n)를 오프시켜 부하로(L)로 제공하던 충전전압의 제공을 차단한다.

결국, 이는 별다른 조작 없이 방전모드 스위치(82)를 턴온 시키면, 부하(L)에 초기 배터리(B1)부터 마지막 배터리(Bn)까지 순차적으로 방전 되도록 작용하므로 장시간 부하에 전원을 공급할 수 있다.

20;정류부 30;충전릴레이부 40;배터리부 50;충전완료인식부 60;충전릴레이부 70;충전완료인식부 80스위치부 90;제어부

Claims (4)

1. 교류전원을 바테리 충전용 직류전원으로 정류하는 정류부(20);
   제어부(90)의 지령에 따라 구동되며, 정류부(20) 출력을 동시에 병렬로 연결하여 직류전원을 릴레이 선택된 배터리에 인가하는 충전릴레이부(30);
   충전모드일 때 충전릴레이부(30)를 통해 연결된 릴레이 단자로부터 전원을 순차공급받도록 설치된 배터리부(40);
   충전모드일 때 배터리부(40)의 각 배터리(B1~Bn)의 만충전을 순차 인식하여 제어부(90)로 순차 알려주는 충전완료인식부(50);
   방전모드일 때 각 배터리(B1~Bn)의 전원을 순차로 부하(L)로 공급하도록 연결하는 방전릴레이부(60);
   방전릴레이부(60)의 방전 전원레벨을 입력받아 방전완료 여부를 인식하여 제어부(90)로 순차 알려주는 방전완료 인식부(60);
   충전모드와 방전모드를 선택하도록 제어부(90)에 지령하는 스위치부(80); 및
   스위치부(80)의 선택이 충전모드일 때, 상기 충전완료인식부(50)의 인식값에 따라 대응하는 충전릴레이부(30)의 다음 릴레이를 선택하도록 순차적으로 지령을 하고, 방전모드일 때, 충전릴레이부(30)의 작동을 차단하고 방전릴레이부(60)를 순차 작동시켜 부하(L)에 배터리부(40)의 해당 배터리 전원을 순차 연속하여 공급하도록 제어하는 제어부(90)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 충전완료인식부(50)는 충전완료로 설정한 기준전압(ref1)을 각 네거티브 입력단에, 각 배터리(B1~Bn)의 충전전압을 대응하는 각 포지티브입력단에 인가받는 비교기(CO1~COn)를 포함하여 이루어지며, 각 비교기(CO1~COn)의 출력값은 제어부(90)의 입력단(I1~In)에 연결하도록 구성한 것을 특징으로 하는 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 방전완료인식부(70)는 방전완료로 설정한 기준전압(ref10)을 각 네거티브 입력단에, 각 배터리(B1~Bn)의 방전전압을 대응하는 각 포지티브입력단에 인가받는 비교기(CO10~CO1n)를 포함하여 이루어지며,
   각 비교기(CO10~CO1n)의 출력값은 제어부(90)의 입력단(I10~I1n)에 연결하도록 구성한 것을 특징으로 하는 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치.
   
4. 충전시 정류부의 직류전원을 충전 전압의 만충전시 인접 배터리를 순차 충전하고, 방전시 배터리의 전압을 사용 가능 전압까지 사용하고 인접 배터리 전원을 이어 공급하는 방식으로 부하에 직류전원을 순차 인가하도록 제어부에서 제어하고;
   제어부는 정류부가 작동하는지 출력 직류전원값의 입력 여부로 인식하는 전원인가 인식단계(S1);
   충전모드 인지 방전모드 인지를 확인하는 모드 확인단계(S2);
   충전모드시 초기에는 첫번째 배터리(B1)를 충전하고, 첫번째 배터리(B1)의 충전이 완료되면 인접 배터리에 순차적으로 충전하는 충전단계(S3); 및
   충전 완료 후 초기에는 첫번째 배터리(B1)의 전원을 부하로 방전하고, 첫번째 배터리(B1)의 방전이 완료되면 인접 배터리에서 순차적으로 방전하는 방전단계(S4);
   를 순차 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리충전 및 방전이 일체로 이루어진 장치를 이용한 충방전 방법.

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