KR20160008111A - 배터리 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DC 전력 계통에 연결된 다수의 배터리를 충전 및 사용이 가능하도록 제어하는 배터리 컨버터에 관한 것으로, 상하부에 배터리가 탈부착이 되며, 전기에너지를 저장 및 방전하는 멀티 배터리부; 상기 멀티 배터리부와 접속되어 전원 공급 경로를 제어하는 가변레일부; 상기 가변레일부와 설치되어 충전을 제어하는 복수개의 충전 스위치부; 그리고 상기 멀티 배터리부에 충전된 에너지를 설정된 전압에 따라 출력시키는 복수개의 컨버터부;를 포함한다.

Description

배터리 컨버터 {Second battery converter}

본 발명은 배터리 컨버터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DC 전력 계통에 연결된 다수의 배터리를 충전 및 사용이 가능하도록 제어하는 배터리 컨버터에 관한 것이다.

리튬 이온 전지, 즉 충전용 배터리는 방송용 카메라와 같이 단위 배터리의 기본 전위보다 높은 전위가 필요한 경우, 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 사용하는 것이 통상적이다.

그러나 통상적인 제조 방법을 통해 제조된 배터리는 동일한 양극, 음극 및 전해질 물질을 이용하여 동일한 구조로 제조되었다 하더라도 직렬 연결된 배터리 각각의 충전 또는 방전(및 자가방전) 특성에 차이가 존재한다.

따라서, 직렬 연결된 배터리의 사용시 단위 배터리의 전위차가 존재해 직렬 연결된 배터리는 다른 배터리의 전위에 관계없이 하나의 배터리가 완전히 방전되었을 경우에도 전체전압(직렬 연결된 배터리의 전체 전압)이 0이 되어 재충전이 필요하게 된다.

재충전 시에도 각각의 배터리의 전위가 서로 다름으로 인해 일정 전압에 먼저 도달한 배터리의 과충전 문제와 셀안에 구비된 각각의 배터리가 과충전을 일으킴에도 일정 전압에 도달하지 못한 배터리가 존재하는 충전 효율의 문제가 발생한다.

또한, 충방전 횟수가 많아지게 되면 배터리를 구성하는 물질의 저하가 발생하여 배터리의 특성이 달라지고 이러한 노화 현상은 개별 전지 간의 편차를 더욱 심화시키는 역할을 하게 된다.

따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 다양한 장치가 활발히 제안되고 있는 실정이다.

대한민국 특허 공개 2003-0096978는 복수개의 단위셀, 충전수단, 방전 수단 및 직렬 병렬 전환 스위치를 포함하여 구성되며, 복수개의 단위셀을 각각 균등하게 방전시킨 후, 방전된 단위셀을 직렬 병렬 전환 스위치를 이용하여 직렬로 연결해 충전을 수행하는 시스템에 관한 것이다.

그러나, 이런 종래의 장치들은 직렬 연결된 배터리 각각에 전하 균일화 장치가 구비되어 개별 배터리의 충전 또는 방전을 수행하여, 전하 균일 장치의 복잡성 및 부피가 증가하여 생산성을 저하시키고 제조원가를 상승시키는 요인이 되어 왔으며, 제어를 위한 스위치 모듈이 구성되어 소자들이 높은 전압 스트레스를 견뎌 내야 하는 문제점이 있다.

대한민국특허공개 제 2003-0096978호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 복수개의 배터리가 셀을 구획하여 설치된 배터리를 통해 승압과 갑압 되도록 내부를 구성함으로써 간단한 스위칭 신호만으로 각각의 배터리들의 충방전을 제어하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 효율적인 유지관리가 용이한 배터리 컨버터를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위하여 본 발명은, 상하부에 배터리가 탈부착이 되며, 전기에너지를 저장 및 방전하는 멀티 배터리부; 상기 멀티 배터리부와 접속되어 전원 공급 경로를 제어하는 가변레일부; 상기 가변레일부와 설치되어 충전을 제어하는 복수개의 충전 스위치부; 그리고 상기 멀티 배터리부에 충전된 에너지를 설정된 전압에 따라 출력시키는 복수개의 컨버터부;를 포함할 수 있다.

상기 멀티 배터리부의 일면에는 복수개로 구획된 소용량 배터리 셀영역이 구비되고, 다른 일면에는 대용량 배터리 셀이 구비될 수 있다.

상기 멀티 배터리부는 승압과 감압을 제어하는 변경 전압부와 연결될 수 있다.

상기 멀티 배터리부에 삽입되는 복수개의 배터리가 각각 섹터별로 병렬 연결되며, 각 섹터가 서로 직렬 연결되어 상기 컨버터에 의해 승압 될 수 있다.

상기 멀티 배터리부 외부에는 전압량을 체크하도록 디스플레이부와 연결될 수 있다.

상기 충전 스위치부는 전압감압부와 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터는 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리들의 접속상태에 따라 출력전압을 여러 단계로 조정할 수 있도록 함으로써 사용기기의 출력범위를 확대할 수 있다.

또한, 복수개의 배터리 충전을 획일화함으로써 각각의 배터리가 과충전과 배터리의 충전 효율을 해결함으로써 효율적으로 유지관리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터를 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터를 보인 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터를 보인 회로도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터를 보인 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터를 보인 회로도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터(10)는 멀티 배터리부(11)와 멀티 배터리부(11)와 접속되는 가변레일부(12), 가변레일부(12)에 설치되어 충전을 제어하는 충전스위치(13), 설정된 전압에 따라 전압을 출력시키는 컨버터(14)를 포함한다.

멀티 배터리부(11)는 상하부가 탈부착 되도록 착탈홈을 가지며, 복수개의 배터리들이 장착되도록 구획되어 있다.

멀티 배너리부(11)의 상부에는 복수개의 소용량 배터리가 장착되기 위한 공간이 구비되고, 하부에는 대용량 배터리가 장착되도록 공간이 구비된다.

상부에 장착된 복수개의 배터리는 각각의 섹터별로 병렬 연결되며, 각 섹터별로 병렬 연결된 복수개의 섹터를 직렬 연결하여 출력전압을 승압하게 된다.

또한, 멀티 배터리부(11)에는 출력전압과 배터리의 잔여량을 체크하도록 디스플레이부(111)가 설치될 수 있다.

이는 발명의 구성에 대한 편의상 구획되어 있는 것이며, 상하부에 부착되는 배터리가 복수개, 단수개임은 통상의 발명자가 응용하여 사용할 수 있다.

멀티 배터리부(11)는 복수개의 배터리를 지칭하며, 설치되는 배터리들은 각각의 고유의 전압을 가지고 있다.

이때, 설치되는 배터리들의 전압은 1.2 ~ 15V로 각각의 최소전압과 최대 전압을 가지고 있다.

다만 본 발명의 상세한 설명에 기재되는 전압의 수치들은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 실시 형태에 따라서는 다른 값이 적용될 수 있다.

가변레일부(12)는 배터리에 에너지를 저장하는 소자로 DC 전력 계통에 연결되어 멀티 배터리부(11)에 구비된 배터리를 충전할 수 있다.

가변레일부(12)는 전도성이 좋은 구리를 사용할 수 있다.

또한, 가변레일부(12)와 접속된 복수개의 배터리는 전체 전위가 동일하게 적용되어 충전 전력을 제공할 수 있다.

가변레일부(12)는 멀티 배터리부(11)에 설치된 복수개의 배터리와 상하부에 부착된 각 배터리들이 모두 접속 되도록 설치된다.

이때, 가변레일부(12)를 통해 제공되는 전류는 충전 스위치부(13)에 의해 전류의 이동 경로를 제공하게 되고, 충전 스위치부(13)를 통해 복수개의 배터리를 충전할 수 있게 한다.

충전 스위치부(13)는 멀티 배터리부(11)로 충전 전류로 공급하게 된다.

또한, 충전스위치부(13)에 공급되는 전류는 멀티 배터리부(11)에 전체 전위를 이용하도록 함으로써, 균일화된 전압을 공급하게 되는 것이다.

이때, 충전스위치부(13)는 가변전압부(14)와 연결된 복수개의 배터리를 통해 컨버터부(14)로 전력을 제공하게 되는데, 가변레일부(12)와의 접속을 통해 온오프시키기 위한 스위치형 제어를 할 수 있다.

예를 들어, 가변레일부(12)와 접지된 충전 스위치부(13)는 승압과 충전을 위한 제어이며, 가변레일부(12)와 접지되지 않은 충전 스위치부(13)는 복수개의 배터리를 개별적으로 사용하기 위한 제어이다.

컨버터부(14)는 인가된 스위칭 신호에 따라 멀티 배터리부(11)에 저장된 에너지를 출력시키게 된다.

이때, 컨버터부(14)는 배터리와 직렬 연결되어 각각의 배터리 별로 출력되는 전압을 이용하여 사용할 수 있다.

또한, 컨버터부(14)에는 전압 감압부(141)가 설치된다.

컨버터부(14)와 배터리에 설치되는 전압 감압부(141)는 다이오드가 브릿지 형상으로 배선되고, 다이오드에 의해 전압의 출력이 조절된다.

또한, 복수개의 배터리에서 교류 전압이 인가되면 출력전압을 정류시킬 수 있다.

따라서, 전압 감압부(141)에 배선된 다이오드는, 각각의 배터리 전압을 컨버터부(14)로 순차적으로 출력시키므로, 이에 의해 나타나는 출력 전압을 조절하여 컨버터부(14)에서 전압을 사용할 수 있도록 하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터에 대한 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3을 참조하여 설명하면 멀티 배터리부의 상부에는 복수개의 공간이 구획되어 소용량 배터리가 결합되도록 구성되고, 하부에는 대용량배터리가 결합되도록 배터리를 배치시킨다.

이때, 복수개의 배터리는 충전스위치와 (+)극, (-)극으로 접촉되게 된다.

이렇게 배터리가 충전스위치부(13)와 접촉되어 접촉면을 이루면 가변레일부(12)가 접촉면을 통해 접촉되어 충전이 가능한 상태로 유지된다.

또한, 충전이 완료되면 멀티 배터리부(11)에 설치된 디스플레이부(111)를 통해 각각의 배터리 충전상태를 확인하게 된다.

이때, 배터리의 내부 잔여율에 따라 충전이 완료된 배터리 섹터별로 충전스위치부가 오프되면서 충전시간의 소요를 줄일 수 있게 된다.

섹터별로 충전이 완료된 배터리는 각각에 배터리별로 구비된 전압 감압부(141)에 의해 컨버터부(14)로 정상전압을 출력시키게 된다.

이는 컨버터부(14)에 결합되는 사용기기가 사용 용량에 맞는 전압이 조절되어 출력됨으로써 복합적인 기기를 컨버터부(14)와 결합되어 다양한 전압을 광범위하게 사용할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 컨버터는 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리들의 접속상태에 따라 출력전압을 여러 단계로 조정할 수 있도록 함으로써 사용기기의 출력범위를 확대할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 배터리 컨버터
11 : 멀티 배터리부
12 : 가변 레일부
13 : 충전스위치부
14 : 컨버터부
141 : 가변전압부

Claims (6)

1. 상하부에 배터리가 탈부착이 되며, 전기에너지를 저장 및 방전하는 멀티 배터리부;
   상기 멀티 배터리부와 접속되어 전원 공급경로를 제어하는 가변레일부;
   상기 가변레일부와 설치되어 충전을 제어하는 복수개의 충전 스위치부; 그리고,
   상기 멀티 배터리부에 충전된 에너지를 설정된 전압에 따라 출력시키는 복수개의 컨버터부;를 포함하는 배터리 컨버터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 멀티 배터리부의 일면에는 복수개로 구획된 소용량 배터리 셀영역이 구비되고, 다른 일면에는 대용량 배터리 셀이 구비된 배터리 컨버터.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 멀티 배터리부는 승압과 감압을 제어하는 변경 전압부와 연결된 배터리 컨버터.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 멀티 배터리부에 삽입되는 복수개의 배터리가 각각 섹터별로 병렬 연결되며, 각 섹터가 서로 직렬 연결되어 상기 컨버터에 의해 승압되는 배터리 컨버터.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 멀티 배터리부 외부에는 전압량을 체크하도록 디스플레이부와 연결된 배터리 컨버터.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 충전 스위치부는 전압감압부와 연결된 배터리 컨버터.
   

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