KR101400123B1 - Current collector for charging of high capacity battery using portable generator - Google Patents

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KR101400123B1
KR101400123B1 KR1020130121966A KR20130121966A KR101400123B1 KR 101400123 B1 KR101400123 B1 KR 101400123B1 KR 1020130121966 A KR1020130121966 A KR 1020130121966A KR 20130121966 A KR20130121966 A KR 20130121966A KR 101400123 B1 KR101400123 B1 KR 101400123B1
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박병건
이지영
구대현
한충규
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a current collector for charging a high capacity battery using a portable generator. The current collector for charging the high capacity battery using the portable generator according to one embodiment of the present invention includes: a plurality of low capacity generators; the high capacity battery; and a power converting unit which is connected to the low capacity generators and the high capacity battery and controls power from the low capacity generators to be suitable for a voltage and a current required in the high capacity battery by switching a boosting voltage using a switch.

Description

휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치{CURRENT COLLECTOR FOR CHARGING OF HIGH CAPACITY BATTERY USING PORTABLE GENERATOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a high capacity battery charging collector using a portable generator,

본 발명은 여러 대의 소용량 발전기를 이용하여 대용량 배터리를 충전할 수 있는 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치에 관한 것이다. The present invention relates to a large capacity battery charging current collector using a portable generator capable of charging a large capacity battery using several small capacity generators.

최근 군사 기술의 비약적인 발전에 따라 전장에서 전원 공급을 필요로 하는 전자 장비의 사용이 증가하고 있으며, 전원 공급 장치로 이차 전지와 같은 재충전이 가능한 배터리가 널리 사용되고 있다. 대표적인 이차 전지로는 납축전지, 니켈전지, 리튬 이온 전지가 있으며, 이 중 리튬 이온 전지는 무게당 용량이 가장 크고 성능이 우수하여 군장비 전지로 유용하게 사용되고 있다. BACKGROUND ART [0002] With the rapid development of military technology in recent years, the use of electronic equipment requiring power supply from the battlefield is increasing, and a rechargeable battery such as a secondary battery is widely used as a power supply. Typical secondary batteries include lead acid batteries, nickel batteries, and lithium ion batteries. Of these, lithium ion batteries have the largest capacity per weight and are excellent in performance, which is useful for armored batteries.

또한, 대용량 배터리에서 출력되는 전기 에너지를 이용한 전동차 등의 전자 장비가 늘어남에 따라, 배터리의 방전에 의한 비상 상황이 흔하게 발생하고 있다. 이러한 비상 상황에서 여러 대의 소용량 수동 발전기를 이용하여 하나의 대용량 배터리를 충전하기 위한 전력 변환 장치의 필요성이 증대되고 있다. In addition, as electronic equipment such as electric trains using electric energy output from a large capacity battery increases, an emergency situation due to discharge of a battery is frequently occurring. In such an emergency situation, there is a growing need for a power conversion device for charging one large capacity battery using several small capacity passive generators.

한국등록특허 10-2001-0112683(2011.11.01) Korean Patent No. 10-2001-0112683 (2011.11.01)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 여러 대의 소용량 수동 발전기를 이용하여 대용량의 전기 장치에 사용하는 배터리를 비상시에 충전할 수 있는 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치를 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a large-capacity battery charging current collector using a portable generator that can charge a battery used in a large-capacity electric apparatus by using several small-capacity passive generators in an emergency.

본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치는, 복수의 소용량 발전기; 대용량 배터리; 및 상기 복수의 소용량 발전기 및 대용량 배터리와 각각 연결되고, 스위치를 이용하여 승압 전압을 스위칭하여 상기 복수의 소용량 발전기로부터 발생한 전원을 상기 대용량 배터리에 요구되는 전압 및 전류에 맞게 제어하는 전력변환부;를 포함한다. A large-capacity battery charging current collector using a portable generator according to an embodiment of the present invention includes a plurality of small capacity generators; High capacity battery; And a power conversion unit connected to the plurality of small capacity generators and the large capacity battery and switching a boost voltage using a switch to control the power generated from the plurality of small capacity generators according to voltage and current required for the large capacity battery .

실시 예에 있어서, 상기 복수의 소용량 발전기는, 인력에 의해 자가 발전이 가능한 복수의 휴대용 소용량 수동 발전기인 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the plurality of small capacity generators are a plurality of portable small capacity passive generators capable of self-generation by attraction.

실시 예에 있어서, 상기 전력변환부는, 상기 복수의 소용량 발전기와 독립적으로 연결되는 복수의 전력변환모듈 형태로 구성되며, 상기 대용량 배터리의 용량에 따라 확장 가능한 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the power conversion unit is configured in the form of a plurality of power conversion modules independently connected to the plurality of small capacity generators, and is expandable according to the capacity of the large capacity battery.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 전력변환모듈 각각은, 승압 전압을 스위칭하는 스위치, 상기 복수의 소용량 발전기로부터 발생한 전기 에너지를 저장하는 인덕터 및 전류의 방향을 상기 복수의 소용량 발전기에서 상기 대용량 배터리로 일정하게 유지시키는 다이오드를 포함할 수 있다. In one embodiment, each of the plurality of power conversion modules includes a switch for switching a step-up voltage, an inductor for storing electric energy generated from the plurality of small capacity generators, and a controller for controlling the direction of the current from the plurality of small capacity generators And a diode that keeps the voltage drop across the diode.

실시 예에 있어서, 상기 전력변환부는, 인터리브드 부스트 컨버터 방식으로 제어될 수 있다. In an embodiment, the power converter may be controlled by an interleaved boost converter.

실시 예에 있어서, 상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전압과 상기 대용량 배터리의 요구 전압을 비교하여, 오차를 감소시키고 상기 요구 전압의 크기로 상기 출력 전압의 크기를 제어하는 전압 제어기; 상기 전압 제어기에서 출력되는 전류를 기준으로 상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전류를 제어하고, 상기 전압 제어기의 기준 전류와 상기 전력변환부의 출력 전류의 오차 성분으로부터 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성하기 위한 기준 전압을 발생시키는 전류 제어기; 상기 복수의 소용량 발전기의 개수(K개)로 일정한 시간(Ts)을 나누고, 상기 일정한 시간 내에서 스위치 구동을 위한 상기 복수의 소용량 발전기의 개수(K개)의 캐리어를 시간 차를 두고 발생시키는 타임 시프트; 및 상기 기준 전압과 상기 캐리어를 비교하여 상기 스위치의 턴 온 및 턴 오프 시간을 결정하는 펄스폭 변조 신호를 발생시키는 펄스폭 변조 신호부;를 포함하여, 상기 전력변환부의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다. The voltage controller may further include a voltage controller for comparing an output voltage output from the power converter with a required voltage of the large capacity battery to reduce an error and control the magnitude of the output voltage to a magnitude of the required voltage; (PWM) signal from an error component of a reference current of the voltage controller and an output current of the power conversion unit, based on a current output from the voltage controller, A current controller for generating a reference voltage for the reference voltage; (K) of the plurality of small capacity generators for driving the switch within a predetermined time, and generating a carrier having the number of small capacity generators (K) shift; And a pulse width modulation signal unit for comparing the reference voltage with the carrier to generate a pulse width modulation signal for determining a turn-on and a turn-off time of the switch, wherein the output of the power conversion unit is controlled do.

실시 예에 있어서, 상기 전압 제어기 및 전류 제어기는, 각각 비례-적분(PI) 제어기를 사용하여 상기 전력변환부의 출력 전압 및 출력 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the voltage controller and the current controller each control an output voltage and an output current of the power converter using a proportional-integral (PI) controller.

본 발명에 의하면, 여러 대의 소용량 수동 발전기를 이용하여 대용량 전자 장비에 사용되는 대용량 배터리를 비상시에 충전함으로써, 대용량 전자 시스템의 사용 증가에 따라 발생할 수 있는 긴급 상황에 적극적으로 대처할 수 있다. According to the present invention, a large capacity battery used in large-capacity electronic equipment can be charged at an emergency by using a plurality of small capacity passive generators, thereby positively coping with emergency situations that may occur as the use of a large-capacity electronic system increases.

또한, 본 발명에 따른 집전장치를 휴대용 소용량 수동 발전기와 독립적으로 연결 가능한 전력변환모듈 형태로 구성하여 충전이 필요한 배터리 용량에 따라 간단하게 확장할 수 있다. 이에 따라, 대용량 배터리를 신속하고 용이하게 충전할 수 있다. Further, the current collector according to the present invention may be configured in the form of a power conversion module that can be independently connected to the portable small-capacity manual generator, so that the current collector can be easily expanded according to the capacity of the battery required for charging. Thus, the large-capacity battery can be quickly and easily charged.

아울러, 본 발명에 따른 집전장치의 전체적인 제어 및 구성으로 인터리브드 부스트 컨버터 방식을 채택할 수 있다. 인터리브드 부스트 컨버터 방식은 동일한 전원을 가지고 타임 시프트에 의해 일정한 시간 내에서 서로 다른 전력변환모듈 개수(K개)의 스위칭 신호(캐리어)를 발생시키는 방식이다. 이에 따라, 병렬로 연결된 각각의 전력변환모듈에 대해 스위칭을 함으로써, 전류 리플을 최소화시키고 전류의 품질을 향상시킬 수 있다. In addition, an interleaved boost converter system can be adopted as the overall control and configuration of the current collector according to the present invention. The interleaved boost converter system has the same power supply and generates switching signals (carriers) of different number of power conversion modules (K) within a certain time by time shift. Thus, by switching for each power conversion module connected in parallel, it is possible to minimize the current ripple and improve the quality of the current.

도 1은 본 발명에 따른 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 집전창치의 세부적인 구성과 집전장치의 출력을 제어하기 위한 제어 구성도를 보여주는 개념도이다.
도 3은 도 2에서 전력변환모듈 스위치의 온 및 오프 상태를 보여주는 개념도이다. 1 is a block diagram showing an embodiment of a large capacity battery charging current collector using a portable generator according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a detailed configuration of the current collector according to FIG. 1 and a control configuration diagram for controlling the output of the current collector. FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing on and off states of the power conversion module switch in FIG.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 하지만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly explain the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

본 발명에 따른 집전장치는 복수의 소용량 발전기에서 발생 되는 전원을 모아, 대용량 배터리의 용량에 따라 요구되는 전압 및 전류를 제어하여 대용량 배터리를 충전하는 장치이다. The current collector according to the present invention collects power generated from a plurality of small capacity generators and controls a voltage and a current required according to the capacity of the large capacity battery to charge the large capacity battery.

도 1은 본 발명에 따른 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다. 1 is a block diagram showing an embodiment of a large capacity battery charging current collector using a portable generator according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치(100)는 복수의 소용량 발전기(10), 전력변환부(20) 및 대용량 배터리(30)를 포함한다. 1, a large capacity battery charging current collector 100 using a portable generator according to an embodiment of the present invention includes a plurality of small capacity generators 10, a power conversion unit 20, and a large capacity battery 30 do.

구체적으로, 상기 소용량 발전기(10)는 자가 발전 시스템으로서 군사적 특성상 휴대가 간편하면서도 인력만으로 배터리 충전을 위한 전력을 생산하고 공급할 수 있는 휴대용 발전기이다. Specifically, the small-capacity generator 10 is a portable generator capable of producing and supplying electric power for charging the battery only by manpower while being portable due to its military characteristics as a self-generated power system.

예를 들면, 휴대용 소용량 발전기(10)는 야전에서 장병들에게 보급되어 수십 또는 수백 대의 휴대용 소용량 발전기(10)를 각각 집전장치에 연결하고, 수십 또는 수백 명의 장병들이 수동 발전기(10)를 돌려 발전시키면, 집전장치를 통해 수동 발전기(10)로부터 전류를 모을 수 있다. For example, the portable small-capacity generator 10 is installed in the field so that dozens or hundreds of portable small-capacity generators 10 are connected to the current collectors respectively, and dozens or hundreds of soldiers turn the passive generators 10 The current can be collected from the passive generator 10 through the current collector.

또한, 본 발명에 따른 집전장치(100)는 복수의 소용량 수동 발전기(10)에 독립적으로 연결되어 전기 에너지를 입력받는 입력부(22), 나뉘어져 입력된 직류 전원을 승압하고 각각의 직류 전원을 스위칭 제어하는 전력변환부(20) 및 대용량 배터리(30)에 연결되어 전력변환부(20)에서 출력되는 전압을 배터리에 인가하는 출력부(23)를 포함한다. The power collecting apparatus 100 according to the present invention further includes an input unit 22 that is independently connected to the plurality of small capacity passive generators 10 to receive electrical energy, a step-up converter that steps up the input DC power, And an output unit 23 connected to the power conversion unit 20 and the large capacity battery 30 to apply the voltage output from the power conversion unit 20 to the battery.

구체적으로, 전력변환부(20)는 복수의 소용량 수동 발전기(10)에 각각 독립적인 전력변환모듈(21)로 구성되며, 각 전력변환모듈(21)은 충전이 필요한 배터리 용량에 따라 간단하게 확장할 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 복수의 전력변환모듈(21)의 개수는 수동 발전기(10)의 용량, 개수, 대용량 배터리(30)의 용량, 충전시간 등에 따라 결정된다. Specifically, the power conversion unit 20 is constituted by a plurality of power conversion modules 21 independent of the plurality of small capacity passive generators 10, and each power conversion module 21 can be easily expanded And the like. The number of the plurality of power conversion modules 21 is determined according to the capacity and number of the passive generator 10, the capacity of the large capacity battery 30, the charging time, and the like.

그리고, 입력부(22)는 각각의 수동 발전기(10)에 연결되어 수동 발전기(10)로부터 발생 되는 직류 전원을 입력받는다. The input unit 22 is connected to each of the manual generators 10 and receives the DC power generated from the manual generator 10.

또한, 출력부(23)는 대용량 배터리(30)와 연결되고, 대용량 배터리(30)를 충전하기 위한 양(+) 단자 및 음(-) 단자로 구성된다. The output unit 23 is connected to the large capacity battery 30 and is composed of a positive terminal and a negative terminal for charging the large capacity battery 30. [

도 2는 도 1에 따른 집전창치의 세부적인 구성과 집전장치의 출력을 제어하기 위한 제어 구성도를 보여주는 개념도이며, 도 3은 도 2에서 전력변환모듈 스위치의 온 및 오프 상태를 보여주는 개념도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a detailed configuration of the current collector according to FIG. 1 and a control configuration diagram for controlling the output of the current collector, and FIG. 3 is a conceptual diagram showing on and off states of the power conversion module switch in FIG.

도 2를 참조하면, 집전장치(100)를 구성하고 있는 각 전력변환모듈(21)은 부스트 컨버터 형태를 구성하고 있으며, 수동 발전기(10)에 의해 발생된 직류 전원을 승압하기 위해 부스트 인덕터, 스위치 및 다이오드를 포함한다. Referring to FIG. 2, each of the power conversion modules 21 constituting the power collector 100 forms a boost converter type. In order to boost the DC power generated by the passive generator 10, a boost inductor, And a diode.

구체적으로, 인덕터는 각각의 수동 발전기(10)에서 발생되는 직류 전원, 즉 전기 에너지를 저장하여 전압을 승압시켜 준다. Specifically, the inductor boosts the voltage by storing the DC power generated by each passive generator 10, that is, the electric energy.

그리고, 전력용 반도체 스위치는 온/오프 작동됨으로써 대용량 배터리(300에 전류를 인가하거나 차단하여 전력을 변환하는 역할을 한다. The power semiconductor switch is turned on / off so that the large capacity battery 300 functions to convert the power by applying or cutting off the current to the large capacity battery 300.

또한, 다이오드는 전류의 흐름이 바뀌지 않게, 즉 전류의 흐름 방향을 수동 발전기(10)에서 대용량 배터리(30)로 일정하게 유지하는 역할을 한다. In addition, the diode serves to keep the flow of the current unchanged, that is, to keep the flow direction of the current constant from the passive generator 10 to the large capacity battery 30. [

도 3을 참조하면, 각각의 전력변환모듈(21)에서 상기 스위치가 온되면 인덕터에 전기 에너지가 저장된다. 또는, 상기 스위치가 오프되면 인덕터에 저장된 전기 에너지와 발전기의 에너지가 더해져 대용량 배터리(30)로 출력된다. 그 결과, 실제 출력되는 전압의 크기가 증가하게 된다. Referring to FIG. 3, when the switch is turned on in each power conversion module 21, electric energy is stored in the inductor. Alternatively, when the switch is turned off, the electric energy stored in the inductor and the energy of the generator are added to the large capacity battery 30. As a result, the magnitude of the actual output voltage increases.

이때, 각 수동 발전기(10)의 정격용량, 정격전압 및 정격전류를 각각 합한 값이 대용량 배터리(30)의 정격용량, 정격전압 및 정격전류와 다르기 때문에, 여러 대의 수동 발전기(10)에서 발전한 전기 에너지를 모은 다음 대용량 배터리(30)에서 요구되는 전압 및 전류에 맞게 집전장치(100)의 출력을 제어하기 위한 제어부가 필요하다. At this time, since the sum of the rated capacity, the rated voltage and the rated current of each of the manual generators 10 is different from the rated capacity, the rated voltage and the rated current of the large capacity battery 30, the electricity generated by the plurality of manual generators 10 There is a need for a controller for collecting energy and then controlling the output of the current collector 100 in accordance with the voltage and current required in the large capacity battery 30. [

예를 들면, 수동 발전기(10)는 100W 용량, 30V 전압, 1A 전류이고, 대용량 배터리(30)는 1kW 용량, 100V 전압, 5A 전류라면, 이를 위해 수동 발전기(10)는 10대가 필요하다. For example, if the passive generator 10 is a 100 W capacity, 30 V voltage, 1A current, and the large capacity battery 30 is 1 kW capacity, 100 V voltage, 5 A current, ten passive generators 10 are required for this.

또한, 각 수동 발전기(10)의 전압 30V를 모두 합한 전압 값이 300V(30V×10대)이므로, 대용량 배터리(30)의 요구 전압 100V에 맞게 제어해야 한다. 이와 같이 상기 요구 전압이 정해지면, 각 수동 발전기(10)의 전류 1A를 모두 합한 값이 10A(1A×10대)이므로, 이를 제한하여 대용량 배터리(30)의 요구 전류 5A에 맞게 제어해야 한다. In addition, since the voltage value of 30 V of the voltage of each passive generator 10 is 300 V (30 V × 10 batteries), it is necessary to control it to meet the required voltage 100 V of the large capacity battery 30. When the required voltage is determined as described above, the combined value of the currents 1A of the respective manual generators 10 is 10 A (1A × 10 generations). Therefore, it is necessary to control the current to meet the required current 5 A of the large capacity battery 30.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 집전장치(100)의 출력을 대용량 배터리(30)의 요구 전압 및 전류로 제어하기 위한 제어부(controller)는 전압 제어기(voltage regulator; 41), 전류 제어기(current regulator; 42), 펄스폭 변조 신호 발생부(43) 및 타임 시프트(Time Shift; 44)를 포함한다. 2, a controller for controlling the output of the current collector 100 according to the present invention to the required voltage and current of the large capacity battery 30 includes a voltage regulator 41, a current controller a current regulator 42, a pulse width modulation signal generator 43, and a time shift 44.

구체적으로, 상기 전압 제어기(41)는 실제 제어를 위해 집전장치(100)의 출력 전압과 전류를 입력받고, 집전장치(100)의 출력 전압을 배터리의 요구 전압으로 제어한다. Specifically, the voltage controller 41 receives the output voltage and current of the current collector 100 for actual control and controls the output voltage of the current collector 100 to the required voltage of the battery.

또한, 전압 제어기(41)는 비례-적분(PI) 제어기를 사용하여 요구되는 전압(Vreq)과 출력 전압(Vout)을 비교하고, 오차를 최소화시켜 출력 전압(Vout)을 요구되는 전압(Vreq)의 크기로 제어한다. The voltage controller 41 also compares the required voltage V req with the output voltage V out using a proportional-integral (PI) controller and minimizes the error so as to convert the output voltage V out to the required voltage (V req ).

상기 전류 제어기(42)는 집전장치(100)의 출력 전류를 배터리(30)의 요구 전류로 제어할 수 있다. 구체적으로, 전류 제어기(42)는 전압 제어기(41)에서 출력되는 전류를 기준(ireq)으로 하여 실제 출력되는 전류(iout)의 크기를 제어한다. The current controller 42 can control the output current of the current collector 100 to the required current of the battery 30. [ Specifically, the current controller 42 controls the magnitude of the actual output current i out by setting the current output from the voltage controller 41 as a reference (i req ).

또한, 상기 기준 전류(ireq)와 출력 전류(iout)의 오차 성분을 가지고 다시 비례-적분(PI) 제어기를 이용함으로써, 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성하기 위한 기준 전압(Vref)을 발생시킨다. A reference voltage V ref for generating a pulse width modulation (PWM) signal is generated by using a proportional-integral (PI) controller again with an error component of the reference current i req and the output current i out . .

상기 펄스폭 변조 신호 발생부(43)는 각 전력변환모듈(21)의 스위치의 온/오프 시간을 결정할 수 있다. 또한, 상기 타임 시프트(44)는 일정한 시간(제어를 위한 샘플링 시간; Ts) 내에서 각 전력변환모듈(21)의 스위치를 구동하기 위한 전력변환모듈(21) 개수(K개)의 캐리어를 발생시킨다. The pulse width modulation signal generator 43 can determine the on / off times of the switches of the respective power conversion modules 21. The time shift 44 generates a carrier of the number of power conversion modules 21 (K) for driving the switch of each power conversion module 21 within a predetermined time (sampling time Ts for control) .

상기 전력변환모듈(21)의 스위치는 펄스폭 변조 신호에 의해 온/오프 시간이 결정되고, 스위치의 온/오프는 전류 제어기(42)에서 생성된 기준 전압(Vreq)과 각 전력변환모듈(21)에서 발생되는 캐리어를 비교하여 결정된다. The on / off time of the switch of the power conversion module 21 is determined by the pulse width modulation signal. The on / off time of the switch is determined based on the reference voltage Vreq generated by the current controller 42 and the power conversion module 21). ≪ / RTI >

이때, 기준 전압(Vreq)은 일정한 값이고 캐리어는 시간에 따라 변동되는 값으로, 캐리어가 기준 전압(Vreq)보다 크거나 같으면 스위치가 턴 오프되고 캐리어가 기준 전압(Vreq)보다 작으면 스위치가 턴 온 되도록 설정될 수 있다. At this time, the reference voltage V req is a constant value and the carrier varies with time. If the carrier is equal to or greater than the reference voltage V req , if the switch is turned off and the carrier is smaller than the reference voltage V req The switch may be set to be turned on.

또한, 수동 발전기(10) 및 전력변환모듈(21)의 개수가 여러 대로 일대일 대응되고 각 수동 발전기(10)로부터 발전 되어 각 전력변환모듈(21)에 저장되는 전기 에너지는 전력변환모듈(21)마다 서로 다르므로, 각 전력변환모듈(21)의 스위치를 일정한 시간 내에 시간 차를 두고 독립적으로 온/오프 시킴으로써 전류 리플의 증가를 최소화할 수 있다. The electric energy corresponding to the number of the passive generator 10 and the power conversion module 21 one by one corresponding to each other and generated by each passive generator 10 and stored in each power conversion module 21 is supplied to the power conversion module 21, So that the increase of the current ripple can be minimized by independently turning on / off the switches of the respective power conversion modules 21 with a time difference within a predetermined time.

이를 위해, 타임 시프트(44)에 일정한 시간(샘플링 시간; Ts)을 수동 발전기(10) 및 전력변환모듈(21)의 개수와 동일한 K개로 나누고, 펄스폭 변조 신호 발생부(43)에서 일정한 시간 내에 나눠진 시간 동안 각기 다른 K개의 캐리어를 발생시킨다. 이러한 캐리어는 각 전력변환모듈(21)의 구동을 위한 게이트 시그널(G1, G2,....Gk)을 발생시킴으로써 각 전력변환모듈(21)의 스위치를 독립적으로 온/오프 시킬 수 있다. To this end, a predetermined time (sampling time Ts) is divided into K equal to the number of the passive generator 10 and the power conversion module 21 in the time shift 44, And generates different K carriers for the time divided within the time interval. These carriers can independently turn on / off the switches of each power conversion module 21 by generating gate signals G1, G2, ..., Gk for driving each power conversion module 21. [

여기서, 상기 집전장치(100)의 전체적인 제어 및 구성은 인터리브드 부스트 컨버터(Interleaved Boost Converter) 방식으로 제어된다. Here, the overall control and configuration of the power collector 100 is controlled by an interleaved boost converter.

인터리브드 부스트 컨버터는 동일한 전원을 가지고 타임 시프트(44)에 의해 일정한 시간을 나누어 각 전력변환모듈(21)에 대하여 각각의 스위칭을 함으로써, 실제 출력되는 전류 리플을 줄이고 전류 공급에 대한 품질을 높일 수 있다. The interleaved boost converter can switch the power conversion module 21 by dividing a certain time by the time shift 44 with the same power source, thereby reducing the actual output current ripple and improving the quality of the current supply have.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 여러 대의 소용량 수동 발전기를 이용하여 대용량 전자 장비에 사용되는 대용량 배터리를 비상시에 충전함으로써, 대용량 전자 시스템의 사용 증가에 따라 발생할 수 있는 긴급 상황에 적극적으로 대처할 수 있다. As a result, according to the present invention, it is possible to positively cope with emergency situations that may occur due to an increase in the use of a large-capacity electronic system by charging a large-capacity battery used in large-capacity electronic equipment by using several small-capacity passive generators at an emergency.

또한, 본 발명에 따른 집전장치를 휴대용 소용량 수동 발전기와 독립적으로 연결 가능한 전력변환모듈 형태로 구성하여 충전이 필요한 배터리 용량에 따라 간단하게 확장할 수 있다. 이에 따라, 대용량 배터리를 신속하고 용이하게 충전할 수 있다. Further, the current collector according to the present invention may be configured in the form of a power conversion module that can be independently connected to the portable small-capacity manual generator, so that the current collector can be easily expanded according to the capacity of the battery required for charging. Thus, the large-capacity battery can be quickly and easily charged.

아울러, 본 발명에 따른 집전장치의 전체적인 제어 및 구성으로 인터리브드 부스트 컨버터 방식을 채택할 수 있다. 인터리브드 부스트 컨버터 방식은 동일한 전원을 가지고 타임 시프트에 의해 일정한 시간 내에서 서로 다른 전력변환모듈 개수(K개)의 스위칭 신호(캐리어)를 발생시키는 방식이다. 이에 따라, 병렬로 연결된 각각의 전력변환모듈에 대해 스위칭을 함으로써, 전류 리플을 최소화시키고 전류의 품질을 향상시킬 수 있다. In addition, an interleaved boost converter system can be adopted as the overall control and configuration of the current collector according to the present invention. The interleaved boost converter system has the same power supply and generates switching signals (carriers) of different number of power conversion modules (K) within a certain time by time shift. Thus, by switching for each power conversion module connected in parallel, it is possible to minimize the current ripple and improve the quality of the current.

상기와 같이 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치는 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.It is to be understood that the present invention is not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments may be modified in various ways Or may be selectively combined.

10 - 발전기
20 - 전력변환부
21 - 전력변환모듈
22 - 입력부
23 - 출력부
30 - 대용량 배터리
41 - 전압 제어기
42 - 전류 제어기
43 - 펄스폭 변조 신호 발생부
44 - 타임 시프트10 - Generator
20 - power conversion unit
21 - Power conversion module
22 - Input unit
23 - Output section
30 - High capacity battery
41 - Voltage controller
42 - Current controller
43 - Pulse Width Modulation Signal Generator
44 - Time shift

Claims (7)

복수의 소용량 발전기;
대용량 배터리;
일단은 상기 복수의 소용량 발전기와 연결되고, 타단은 상기 대용량 배터리와 연결되며, 스위치를 이용하여 승압 전압을 스위칭하여 상기 복수의 소용량 발전기로부터 발생한 전원을 상기 대용량 배터리에 요구되는 전압 및 전류에 맞게 제어하는 전력변환부; 및
상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전압 및 전류를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는
상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전압과 상기 대용량 배터리의 요구 전압을 비교하여, 오차를 감소시키고 상기 요구 전압의 크기로 상기 출력 전압의 크기를 제어하는 전압 제어기;
상기 전압 제어기에서 출력되는 전류를 기준으로 상기 전력변환부로부터 출력되는 출력 전류를 제어하고, 상기 전압 제어기의 기준 전류와 상기 전력변환부의 출력 전류의 오차 성분으로부터 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성하기 위한 기준 전압을 발생시키는 전류 제어기;
상기 복수의 소용량 발전기의 개수(K개)로 일정한 시간(Ts)을 나누고, 상기 일정한 시간 내에서 스위치 구동을 위한 상기 복수의 소용량 발전기의 개수(K개)의 캐리어를 시간 차를 두고 발생시키는 타임 시프트; 및
상기 기준 전압과 상기 캐리어를 비교하여 상기 스위치의 턴 온 및 턴 오프 시간을 결정하는 펄스폭 변조 신호를 발생시키는 펄스폭 변조 신호부를 포함하여 상기 전력변환부의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치.A plurality of small capacity generators;
High capacity battery;
The power source is connected to the plurality of small capacity generators at one end and connected to the large capacity battery at the other end. The power source generated by the plurality of small capacity generators is controlled in accordance with the voltage and current required for the large capacity battery ; And
And a control unit for controlling an output voltage and a current output from the power conversion unit,
The control unit
A voltage controller for comparing an output voltage output from the power converter with a required voltage of the large capacity battery to reduce an error and control the magnitude of the output voltage to a magnitude of the required voltage;
(PWM) signal from an error component of a reference current of the voltage controller and an output current of the power conversion unit, based on a current output from the voltage controller, A current controller for generating a reference voltage for the reference voltage;
(K) of the plurality of small capacity generators for driving the switch within a predetermined time, and generating a carrier having the number of small capacity generators (K) shift; And
And a pulse width modulation signal unit for comparing the reference voltage with the carrier to generate a pulse width modulation signal for determining a turn-on and a turn-off time of the switch, thereby controlling an output of the power conversion unit. A large - capacity battery charge collecting device. 제 1항에 있어서,
상기 복수의 소용량 발전기는,
인력에 의해 자가 발전이 가능한 복수의 휴대용 소용량 수동 발전기인 것을 특징으로 하는 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of small-
Wherein the power generator is a plurality of portable small capacity passive generators capable of self generation by manpower. 제 1항에 있어서,
상기 전력변환부는,
상기 복수의 소용량 발전기와 독립적으로 연결되는 복수의 전력변환모듈 형태로 구성되며, 상기 대용량 배터리의 용량에 따라 확장 가능한 것을 특징으로 하는 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치.The method according to claim 1,
Wherein the power conversion unit comprises:
Wherein the plurality of small capacity generators are configured in the form of a plurality of power conversion modules independently connected to the plurality of small capacity generators and are expandable according to the capacity of the large capacity batteries. 제 3항에 있어서,
상기 복수의 전력변환모듈 각각은,
승압 전압을 스위칭하는 스위치, 상기 복수의 소용량 발전기로부터 발생한 전기 에너지를 저장하는 인덕터 및 전류의 방향을 상기 복수의 소용량 발전기에서 상기 대용량 배터리로 일정하게 유지시키는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치.The method of claim 3,
Wherein each of the plurality of power conversion modules includes:
A switch for switching a step-up voltage, an inductor for storing electric energy generated from the plurality of small capacity generators, and a diode for constantly maintaining the direction of the current from the plurality of small capacity generators to the large capacity battery. A large - capacity battery charge collecting device. 제 1항에 있어서,
상기 전력변환부는,
인터리브드 부스트 컨버터 방식으로 제어되는 것을 특징으로 하는 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치.The method according to claim 1,
Wherein the power conversion unit comprises:
Wherein the power generator is controlled by an interleaved boost converter. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전압 제어기 및 전류 제어기는,
각각 비례-적분(PI) 제어기를 사용하여 상기 전력변환부의 출력 전압 및 출력 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대용 발전기를 이용한 대용량 배터리 충전용 집전장치. The method according to claim 1,
Wherein the voltage controller and the current controller comprise:
And controls an output voltage and an output current of the power conversion unit using proportional-integral (PI) controllers, respectively.
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