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KR20190116004A - 용량 가변형 파워뱅크 시스템 - Google Patents

용량 가변형 파워뱅크 시스템

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Publication number
KR20190116004A
KR20190116004A KR1020180039392A KR20180039392A KR20190116004A KR 20190116004 A KR20190116004 A KR 20190116004A KR 1020180039392 A KR1020180039392 A KR 1020180039392A KR 20180039392 A KR20180039392 A KR 20180039392A KR 20190116004 A KR20190116004 A KR 20190116004A
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KR
South Korea
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switch
unit
converter
battery
series
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KR1020180039392A
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KR102131948B1 (ko
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송광철
송광석
박성민
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(주)엘탑
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Publication date
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 용량 가변형 파워뱅크 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 용량 가변형 DC-DC 컨버터부와 자속 공유형 변압부를 통하여 제품에 따른 배터리 용량 확보가 용이하게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 복수 개의 스위치를 구비하여, 상기 복수 개의 스위치에 대한 인터리브드 스위칭 방식으로 입력 전압에 대한 전력량을 변환하는 DC-DC 컨버터부; 복수 개의 권선을 구비하며, 상기 복수 개의 권선을 통하여 상기 DC-DC 컨버터부의 출력에 대한 자속을 공유하는 변압부; 및 복수 개의 배터리 셀을 구비하며, 상기 복수 개의 배터리 셀에 상기 변압부의 출력 전압을 충전하는 배터리부를 포함하는 용량 가변형 파워뱅크 시스템을 개시한다.

Description

용량 가변형 파워뱅크 시스템{VARIABLE CAPACITY POWER BANK SYSTEM}
본 발명은 용량 가변형 파워뱅크 시스템에 관한 것이다.
최근 스마트 그리드(Smart Grid)의 부각으로 에너지 저장 장치 중 하나인 2차 전지에 대한 관심이 고조되고 있다. 현재 2차 전지는 다양한 형태로 산업에 응용되고 있고, 특히 대부분의 신재생 에너지의 불규칙 출력에 대응하기 위해 배터리를 이용하는 연구가 많이 이루어지고 있으며, 전지의 용량도 대형화기 이루어지고 있는 추세이다.
여기서, 전지의 대형화를 위해서는 전지 모듈의 직렬 구성이 필수적이다. 그러나, 전지 모듈을 직렬로 구성하는 경우, 각 전지 모듈의 배터리 간에 미소한 용량의 차이로 인해 충전 및 방전 시 전지 모듈 간에 전압차가 발생하여 전압 불평형이 생기게 된다. 이러한 전압 불평형은 전지의 효율 및 성능 저하의 주원인이 되고 있다. 예를 들어, 전압 불평형에 의해 과충전되는 전지 모듈은 용량이 급격히 저하되고 노화 현상이 촉진되어 수명이 줄어들게 된다. 따라서, 전지 모듈의 직렬 회로에서 전압 불평형을 제거하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
등록특허공보 제10-0869709호(2008.11.21)
본 발명은 용량 가변형 DC-DC 컨버터부와 자속 공유형 변압부를 통하여 제품에 따른 배터리 용량 확보가 용이한 용량 가변형 파워뱅크 시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 용량 가변형 파워뱅크 시스템은 복수 개의 스위치를 구비하여, 상기 복수 개의 스위치에 대한 인터리브드 스위칭 방식으로 입력 전압에 대한 전력량을 변환하는 DC-DC 컨버터부; 복수 개의 권선을 구비하며, 상기 복수 개의 권선을 통하여 상기 DC-DC 컨버터부의 출력에 대한 자속을 공유하는 변압부; 및 복수 개의 배터리 셀을 구비하며, 상기 복수 개의 배터리 셀에 상기 변압부의 출력 전압을 충전하는 배터리부를 포함할 수 있다.
상기 DC-DC 컨버터부는 전원 입력단에 병렬로 연결되도록 서로 직렬로 연결된 복수 개의 커패시터를 포함하고, 상기 복수 개의 커패시터 각각에 대하여, 서로 직렬로 연결된 적어도 하나의 스위치를 포함하는 단위 스위치부가 복수 개로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 단위 스위치부는 제1 커패시터에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치가 병렬로 연결되는 제1 컨버터; 상기 제1 커패시터에 대하여 직렬로 연결된 제2 배터리 셀에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치가 병렬로 연결되는 제2 컨버터; 및 상기 제2 커패시터에 대하여 직렬로 연결된 제3 커패시터에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제5 스위치 및 제6 스위치가 병렬로 연결되는 제3 컨버터를 포함하고, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치 사이, 상기 제3 스위치 및 제4 스위치 사이, 상기 제5 스위치 및 제6 스위치 사이에 각각의 출력단으로서 제1 노드, 제2 노드, 제3 노드가 형성될 수 있다.
상기 단위 스위치부 복수 개는, 하나의 변압기를 통해 자속을 공유한다.
상기 인터리브드 스위칭 방식을 통하여, 상기 제1 스위치 내지 제6 스위치 중 어느 하나는 해당 배터리 셀의 양극에 연결되고, 나머지 스위치 중 어느 하나는 해당 배터리 셀의 음극에 연결될 수 있다.
상기 변압부는 상기 DC-DC 컨버터부의 출력을 미리 설정된 스위칭 방식으로 제어하는 충전제어부; 및 상기 충전제어부에 의하여 제어된 출력을 자속 공유를 통하여 상기 배터리부로 출력하는 변압기를 포함할 수 있다.
본 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템은 상기 DC-DC 컨버터부 및 변압부의 스위칭 방식에 대한 제어신호를 발생시키는 신호 발생부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템은 용량 가변형 DC-DC 컨버터부와 자속 공유형 변압부를 통하여 제품에 따른 배터리 용량 확보가 용이할 수 있다.
또한, 본 발명은 소비자가 제품 구매이후 추가적인 배터리 용량 확보가 용이하고, 병렬구동식 회로를 구성하여 간편하게 배터리를 끼워넣는 형식으로 제품의 용량 확보가 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템을 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1의 용량 가변형 파워뱅크 시스템중 양방향 DC-DC 컨버터부를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 1의 양방향 DC-DC 컨버터부의 동작모드를 나타내는 등가회로도이다.
도 4는 도 1의 양방향 DC-DC 컨버터부의 충방전 시뮬레이션 결과 중 인덕터 전류 리플과 컨버터 출력전압의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 양방향 DC-DC 컨버터부의 충방전 시뮬레이션 결과 중 배터리 전류 리플과 컨버터 출력 전압의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 변압부의 자속공유 충전방식을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템을 나타내는 회로도이고, 도 2는 도 1의 용량 가변형 파워뱅크 시스템중 양방향 DC-DC 컨버터부를 나타내는 도면이며, 도 3a 내지 도 3e는 도 1의 양방향 DC-DC 컨버터부의 동작모드를 나타내는 등가회로도이며, 도 4는 도 1의 양방향 DC-DC 컨버터부의 충방전 시뮬레이션 결과 중 인덕터 전류 리플과 컨버터 출력전압의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 1의 양방향 DC-DC 컨버터부의 충방전 시뮬레이션 결과 중 배터리 전류 리플과 컨버터 출력 전압의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 1의 변압부의 자속공유 충전방식을 설명하기 위한 도면이다.
기존의 제품들은 제품의 내장 배터리의 용량에 따른 용량 제한으로 인해 향후 소비자들이 사용 중 용량을 늘려 사용하고자 할 경우에 새로 제품을 구매해야 하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명에서는 내부에 추가 배터리 장착 공간을 별도로 두어 사용자가 언제든지 용량을 늘리고 싶은 경우에 배터리만 구매하여 간편히 장착함으로써, 정파워 출력과 충전전류 제어가 가능하게 한다.
즉, 이하에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템은 출력으로 AC220v(120v)와 DC 12V 핸드폰 및 각종 USB등(5V)을 통해 전력을 받아 구동하는 제품들의 전력 공급이 가능하고, 기존 제품들의 배터리 용량 한정에 대비하여 정파워출력과 충전시 1C/0.5C/0.2C 등으로 하여 소비자가 언제든지 추가 배터리 구매를 통해 손쉽게 용량확장이 가능하도록 설계되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템(10)은 DC-DC 컨버터부(120), 변압부(140), 배터리부(160) 및 신호 발생부(150)를 포함한다.
상기 DC-DC 컨버터부(120)는 전위레벨 변위와 전력량 변경을 위한 소자로서, 복수 개의 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6)를 구비하여, 복수 개의 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6)에 대한 인터리브드 스위칭 방식으로 입력 전압에 대한 전력량을 변환한다.
이를 위하여, 상기 DC-DC 컨버터부(120)는 전원 입력단(110)에 병렬로 연결되도록 서로 직렬로 연결된 복수 개의 커패시터(VC1, VC2, VC3)를 포함한다. 이때, 상기 복수 개의 커패시터(VC1, VC2, VC3) 각각에 대하여, 서로 직렬로 연결된 적어도 하나의 스위치를 포함하는 단위 스위치부가 복수 개로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 단위 스위치부는 제1 컨버터(121), 제2 컨버터(122) 및 제3 컨버터(123)를 포함한다.
상기 제1 컨버터(121)는 제1 커패시터(VC1)에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 병렬로 연결된다. 즉, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 제1 커패시터(VC1)의 양단에 병렬로 연결된다.
상기 제2 컨버터(122)는 제1 커패시터(VC1)에 대하여 직렬로 연결된 제2 커패시터(VC2)에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 병렬로 연결된다. 즉, 상기 제3 스위치 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 제2 커패시터(VC2)의 양단에 병렬로 연결된다.
상기 제3 컨버터(123)는 제2 커패시터(VC2)에 대하여 직렬로 연결된 제3 커패시터(VC3)에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제5 스위치 및 제6 스위치(SW5, SW6)가 병렬로 연결된다. 즉, 상기 제5 스위치 및 제6 스위치(SW5, SW6)가 제3 커패시터(VC3)의 양단에 병렬로 연결된다.
여기서, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치(SW1, SW2) 사이, 제3 스위치 및 제4 스위치(SW3, SW4) 사이, 제5 스위치 및 제6 스위치(SW5, SW6) 사이에 각각의 출력단으로서 제1 노드(N1), 제2 노드(N2), 제3 노드(N3)가 형성될 수 있다.
상기 제1 컨버터(121), 제2 컨버터(122) 및 제3 컨버터(123)는 예를 들어, 하프 브리지 컨버터, 풀 브리지 컨버터, 2 스위치 포워드 컨버터, 및 플라이벡 컨버터 등 다양한 구조의 컨버터가 사용될 수 있다.
또한, 하프 브리지 컨버터, 풀 브리지 컨버터, 2 스위치 포워드 컨버터, 및 플라이벡 컨버터들이 조합된 형태의 컨버터가 사용될 수도 있다.
상기와 같은 DC-DC 컨버터부(120)는 신호 발생부(150)에 의한 인터리브드 스위칭 방식을 통하여, 제1 스위치 내지 제6 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6) 중 어느 하나는 해당 배터리 셀의 양극에 연결되고, 나머지 스위치 중 어느 하나는 해당 배터리 셀의 음극에 연결될 수 있다. 이때, 상기 신호 발생부(150)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 적용하여 복수 개의 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6) 조합을 통하여 입력전위를 변위시킬 수 있게 된다.
도 3a 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템(10)은 DC-DC 컨버터부(120)의 동작모드를 복수 개의 스위치 조합을 통하여 입력전위의 변위(즉, 전위레벨)를 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 DC-DC 컨버터부(120)는 도 2에서와 같이, 배터리 충방전시 인터리브드 스위칭 방법을 이용할 경우 스위칭에 따라 출력단의 인덕터(L1, L2)에 걸리는 전류 리플을 현저하게 줄일 수 있을 뿐 만 아니라 커패시터의 사이즈가 줄어 DC-DC 컨버터부(120)의 전체 사이즈를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 3-레벨 인터리브드 스위칭에서는 스위치의 정격 전압을 2-레벨 스위칭에 비해 절반인 VDC/2로 줄일 수 있고 2배의 스위칭 주파수 효과를 가질 수 있다(표 1 참조).
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템(10)의 DC-DC 컨버터부(120)는 아래 표 1에서와 같이 모드 1, 모드 2, 모드 3, 모드 4, 모드 5로 각각의 입력을 컨텐더로 나누어 입력에 대한 전압 레벨을 변경시킬 수 있게 된다.
모드 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 컨버터출력
1 1 0 0 0 0 1 Vdc
2 1 0 1 0 0 0 Vdc/4
3 0 1 0 1 0 0 Vdc/4
4 1 0 0 0 1 0 Vdc/2
5 0 1 0 0 0 1 3Vdc/4
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 모드 1에서는 제1 스위치(SW1)와 제6 스위치(SW2)만을 온시켜 DC-DC 컨버터부(120)의 출력을 Vdc 로 조절할 수 있다. 이때, 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 오프된 상태이다. 모드 1에 의한 DC-DC 컨버터부(120)의 출력은 기준전압 Vdc이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 모드 2에서는 제1 스위치(SW1)와 제3 스위치(SW3)만을 온시켜 DC-DC 컨버터부(120)의 출력을 Vdc/4로 조절할 수 있다. 이때, 제2 스위치(SW2), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)는 오프된 상태이다. 모드 2에 의한 DC-DC 컨버터부(120)의 출력은 기준전압 Vdc의 1/4이다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 모드 3에서는 제2 스위치(SW2)와 제4 스위치(SW4)만을 온시켜 DC-DC 컨버터부(120)의 출력을 Vdc/4로 조절할 수 있다. 이때, 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3), 제5 스위치(SW5) 및 제6 스위치(SW6)는 오프된 상태이다. 모드 3에 의한 DC-DC 컨버터부(120)의 출력은 기준전압 Vdc의 1/4이다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 모드 4에서는 제1 스위치(SW1)와 제5 스위치(SW5)만을 온시켜 DC-DC 컨버터부(120)의 출력을 Vdc/2로 조절할 수 있다. 이때, 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제6 스위치(SW6)는 오프된 상태이다. 모드 4에 의한 DC-DC 컨버터부(120)의 출력은 기준전압 Vdc의 1/2이다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 모드 5에서는 제2 스위치(SW2)와 제6 스위치(SW6)만을 온시켜 DC-DC 컨버터부(120)의 출력을 3 Vdc/4 로 조절할 수 있다. 이때, 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제5 스위치(SW5)는 오프된 상태이다. 모드 1에 의한 DC-DC 컨버터부(120)의 출력은 기준전압 Vdc의 3/4이다.
상기 변압부(140)는 변압기의 출력을 자속 공유를 통하여 각 배터리로 충전시키는 역할을 수행하는 소자로서, 복수 개의 권선을 구비하며, 복수 개의 권선을 통하여 DC-DC 컨버터부(120)의 출력에 대한 자속을 공유한다.
이러한 변압부(140)는 하나의 변압기를 통하여 단위 스위치부 복수 개의 자속을 공유하게 된다.
보다 상세하게 변압부(140)는 기능적으로 분류하자면, 충전제어부(130) 및 변압기(one-transformer)를 포함한다.
상기 충전제어부(130)는 DC-DC 컨버터부(120)의 출력을 미리 설정된 스위칭 방식으로 제어한다.
상기 변압기(one-transformer)는 충전제어부(130)에 의하여 제어된 출력을 자속 공유를 통하여 배터리부(160)로 출력한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템(10)은 변압부(140)를 통하여 배터리를 등가화한 콘덴서 C1, C2, C3의 초기 전압을 0[V], 4[V], 12.5[V]로 설정하고, C3의 에너지가 C2 및 C1에 전달하면서 C3*j 전압은 감소하고 C2 및 C1이 전압은 증가하여 최종적으로 세 개의 콘덴서 전압을 동일하게 조절하는 방식으로, 입력전력을 자속 공유를 통하여 전력 공급을 함으로써 추가적 배터리 부착과 밸런싱 기능을 수행할 수 있도록 한다.
이러한 변압부(140)는 입력전력을 자속공유를 통해서 전력의 공급을 하는 구조로서 추가적 배터리부(160)의 부착과 밸런싱 기능을 수행할 수 있도록 구성한다.
보다 구체적으로, 변압기는 N개의 권선을 구비한다. N개의 권선들은 N개의 컨버터들의 출력측에 각각 연결된다. 이 경우, 하나의 변압기에 N개의 컨버터가 연결됨으로써, N개의 컨버터들이 자속을 공유하여 N개의 컨버터들의 전압이 동일한 전압으로 수렴되게 된다. 변압기는 1대1 권선비를 갖는 절연형 변압기를 사용할 수 있다. 이 경우, 별도의 1차 및 2차 권선이 없이 변압기의 N개의 권선이 전압 상황에 따라 1차 또는 2차로 동작하게 된다. 여기서, 컨버터는 전류 불연속 모드(Discontinuous Conduction Mode)로 동작하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 직렬로 연결된 복수 개의 배터리들에 각각 병렬로 연결된 컨버터들이 하나의 변압기에 모두 연결됨으로써, 이 변압기의 자속을 공유하여 모든 컨버터들의 전압이 동일한 전압으로 수렴되게 된다. 그로 인해, 직렬로 연결된 복수 개의 배터리들의 충전 및 방전 시 배터리들 간에 전압 불평형을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 컨버터들의 전압(또는 배터리들의 전압)이 변압기의 자속을 공유하는 것을 통해 자동으로 동일한 전압으로 수렴되기 때문에, 배터리 전압 밸런싱을 위해 각 배터리들의 전압을 검출할 필요가 없게 된다. 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)을 위해 전압을 검출할 필요가 있다 하더라도, 한 개의 배터리의 전압만 검출하면 되므로 배터리 관리 시스템에 사용되는 전압 검출 센서의 개수를 현저히 줄일 수 있게 된다.
또한, 직렬로 연결된 복수 개의 배터리에 각각 병렬로 연결된 컨버터들이 하나의 변압기에 모두 연결되는 구조를 취함으로써, 과충전된 배터리 또는 부족 충전된 배터리의 위치에 관계 없이 직렬로 연결된 모든 배터리들에 에너지를 전달하여 배터리 전압 밸런싱을 구현할 수 있게 된다.
도 6은 실제 배터리를 커패시터로 대체하여 실험한 결과이고, 각 배터리를 등가화한 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 및 제3 커패시터(C3)의 초기 전압은 각각 OV, 4V, 및 12.5V로 설정하였다.
실험 결과, 제3 커패시터(C3)의 에너지가 제2 커패시터(C2) 및 제1 커패시터(C1)에 전달되면서 제3 커패시터(C3)의 전압은 감소하고 제2 커패시터(C2) 및 제1 커패시터(C1)의 전압은 증가하여 최종적으로는 3개의 커패시터(C1, C2, C3)의 전압이 동일하게 된다.
이는 3개의 커패시터(C1, C2, C3)가 하나의 변압기의 자속을 공유하기 때문이다. 이때, 시작 시간으로부터 약 45ms 이후에 3개의 커패시터(C1, C2, C3)의 전압이 동일하게 되는 것을 볼 수 있다. 3개의 커패시터(C1, C2, C3)의 전압이 동일하게 되는 시점은 변압기 내 스위치 소자의 소프트 스타트 정도에 따라 가변될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 각 배터리 중 높은 전압을 갖는 배터리에서 낮은 전압을 갖는 배터리로 에너지가 전달되므로, 상호 직렬로 연결된 배터리들 간에 배터리 밸런싱을 유지하지 못하는 배터리(즉, 과충전 배터리 또는 부족 충전 배터리)의 위치에 관계없이 배터리 밸런싱이 이루어지게 된다.
상기 배터리부(160)는 복수 개의 배터리 셀을 구비하며, 복수 개의 배터리 셀에 변압부(140)의 출력 전압을 충전하게 된다.
이때, 복수 개의 배터리 셀은 복수 개가 직렬로 연결된다. 예를 들어, N 개의 배터리들이 직렬로 연결될 수 있다. 이때, N 개의 배터리들의 전압은 각각 상이할 수도 있고 동일할 수도 있으며 일부는 동일하고 일부는 서로 상이할 수도 있다.
상기 신호 발생부(150)는 DC-DC 컨버터부(120) 및 변압부(140)의 스위칭 방식에 대한 제어신호를 발생시키는 장치로서, 인터리브드 스위칭 방식을 구현하기 위한 DC-DC 컨버터부(120)에 구비된 복수 개의 스위치에 대한 PWM 제어신호(턴온(Turn On) 또는 턴오프(Turn Off))나, 변압부(140)에서 충전 전력의 출력을 위한 충전제어부의 스위칭에 대한 PWM 제어신호(턴온(Turn On) 또는 턴오프(Turn Off))를 발생시킨다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 용량 가변형 파워뱅크 시스템(10)은 상술한 기능이외에 신호 발생부(150)에 자체 전원 스위치를 구비하여 고성능 BMS의 구성을 통해 과충전, 과방전, 과전류, 단락, 고온보호, 셀 밸런싱 기능 장비자체의 전원스위치를 통해 간편한 On/Off기능을 제공할 수 있다.
이에 따라, 소비자가 제품 구매이후 추가적인 배터리 용량 확보가 용이하고, 병렬구동식 회로를 구성하여 간편하게 배터리를 끼워넣는 형식으로 제품의 용량 확보가 가능하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 용량 가변형 파워뱅크 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템
110: 전원 입력단 120: DC-DC 컨버터부
130: 충전부 140: 변압부
150: 신호 발생부 160: 배터리부

Claims (7)

  1. 복수 개의 스위치를 구비하여, 상기 복수 개의 스위치에 대한 인터리브드 스위칭 방식으로 입력 전압에 대한 전력량을 변환하는 DC-DC 컨버터부;
    복수 개의 권선을 구비하며, 상기 복수 개의 권선을 통하여 상기 DC-DC 컨버터부의 출력에 대한 자속을 공유하는 변압부; 및
    복수 개의 배터리 셀을 구비하며, 상기 복수 개의 배터리 셀에 상기 변압부의 출력 전압을 충전하는 배터리부를 포함하는 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터부는
    전원 입력단에 병렬로 연결되도록 서로 직렬로 연결된 복수 개의 커패시터를 포함하고,
    상기 복수 개의 커패시터 각각에 대하여, 서로 직렬로 연결된 적어도 하나의 스위치를 포함하는 단위 스위치부가 병렬로 연결되는 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단위 스위치부는
    제1 커패시터에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치가 병렬로 연결되는 제1 컨버터;
    상기 제1 커패시터에 대하여 직렬로 연결된 제2 배터리 셀에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치가 병렬로 연결되는 제2 컨버터; 및
    상기 제2 커패시터에 대하여 직렬로 연결된 제3 커패시터에 대하여, 서로 직렬로 연결된 제5 스위치 및 제6 스위치가 병렬로 연결되는 제3 컨버터를 포함하고,
    상기 제1 스위치 및 제2 스위치 사이, 상기 제3 스위치 및 제4 스위치 사이, 상기 제5 스위치 및 제6 스위치 사이에 각각의 출력단으로서 제1 노드, 제2 노드, 제3 노드가 형성되는 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위 스위치부 복수 개는, 하나의 변압부를 통해 자속을 공유하는 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인터리브드 스위칭 방식을 통하여, 상기 제1 스위치 내지 제6 스위치 중 어느 하나는 해당 배터리 셀의 양극에 연결되고, 나머지 스위치 중 어느 하나는 해당 배터리 셀의 음극에 연결되는 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변압부는
    상기 DC-DC 컨버터부의 출력을 미리 설정된 스위칭 방식으로 제어하는 충전제어부; 및
    상기 충전제어부에 의하여 제어된 출력을 자속 공유를 통하여 상기 배터리부로 출력하는 변압기를 포함하는 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터부 및 변압부의 스위칭 방식에 대한 제어신호를 발생시키는 신호 발생부를 더 포함하는 용량 가변형 차량용 파워뱅크 시스템.
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