KR20240123861A - Battery Charging System - Google Patents
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Abstract
실시예는, 배터리 충전 시스템에 대한 것이다. 실시예에 따른 배터리 충전 시스템은, AC 전원과 연결되고, 컨버터를 통해 배터리 셀로 전력을 공급하기 위한 오프라인 충전기; 충전 대상인 상기 배터리 셀에 연결되는 온보드 충전기; 및 상기 오프라인 충전기 및 상기 온보드 충전기 각각에 연결되는 코어 플러그를 포함하고, 상기 오프라인 충전기의 코어 플러그 및 상기 온보드 충전기의 코어 플러그가 상호 접합되어 상기 배터리 셀의 충전이 이루어지고, 상기 오프라인 충전기는 이동 유닛을 포함할 수 있다.The embodiment relates to a battery charging system. The battery charging system according to the embodiment comprises: an offline charger connected to an AC power source and supplying power to a battery cell through a converter; an onboard charger connected to the battery cell to be charged; and core plugs connected to each of the offline charger and the onboard charger, wherein the core plug of the offline charger and the core plug of the onboard charger are mutually connected to charge the battery cell, and the offline charger may include a mobile unit.
Description
실시예는, 배터리 충전 시스템에 관한 것이다.The embodiment relates to a battery charging system.
자가 접속 배터리 충전 방식은 무선 충전 시스템에서 대표적으로 차용되고 있다. 이는 자기 유도 방식으로 전력 송신부의 코일에서 자기장을 발생시키면 자기장이 수신부의 2차 코일에 유도되어 전류를 공급하는 전자기 유도 원리를 이용한 것이다.Self-connected battery charging method is typically borrowed from wireless charging systems. This is a magnetic induction method that uses the principle of electromagnetic induction, where a magnetic field is generated in the coil of the power transmitter, and the magnetic field is induced in the secondary coil of the receiver to supply current.
공명의 조건에서 진동체가 서로 연결되어 있는 경우, 에너지 교환이 쉽게 이루어지는데, 이를 무선 충전에 적용하면 전력 송수신 기계에 각각 코일을 입히고 송수신부 간 주파수를 매개로 진동수를 맞추면 송신부와 수신부가 공진을 통해 전력의 송수신이 가능하다.When vibratory bodies are connected to each other under resonance conditions, energy exchange occurs easily. If this is applied to wireless charging, coils are placed on each power transmitting and receiving machine, and the frequency between the transmitting and receiving parts is adjusted through the frequency, so that the transmitting and receiving parts can transmit and receive power through resonance.
한편, 하이브리드 차량이나 전기 자동차, 지게차 등의 전동 차량에는, 전원으로서 배터리가 탑재되어 있다. 전동 차량 중, 플러그인 하이브리드 차량이나 전기 자동차 등은 일반적으로 차량 외부의 전원으로부터 유선으로 차량의 배터리에 충전이 가능하도록 기능이 제공된다.Meanwhile, electric vehicles such as hybrid vehicles, electric vehicles, and forklifts are equipped with batteries as a power source. Among electric vehicles, plug-in hybrid vehicles and electric vehicles are generally provided with a function that allows the vehicle's battery to be charged via a wire from a power source outside the vehicle.
지게차와 같은 대용량의 배터리의 경우 일반 전기차의 배터리 용량이 10배 정도에 해당하는 대용량 배터리에 해당한다.For large-capacity batteries such as those used in forklifts, this corresponds to a large-capacity battery that is approximately 10 times the battery capacity of a typical electric vehicle.
도 1은 일반적인 급속 충전 방식을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a drawing for explaining a general rapid charging method.
지게차와 같은 대용량 배터리가 이용되는 경우, 배터리의 충전 스케일을 고려하여 고전압/저전류 시스템으로 적용된다. 이러한 경우, 도 1과 같은 방식으로 급속 충전을 하게 되면, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀에 불균형한 충전이 일어나게 될 가능성이 높다.In cases where large-capacity batteries such as forklifts are used, a high-voltage/low-current system is applied considering the battery charging scale. In such cases, if rapid charging is performed in the manner shown in Fig. 1, there is a high possibility that unbalanced charging will occur in a number of battery cells connected in series.
배터리 셀 간 충전 불균형이 발생하면, 배터리의 충전 가능 용량이 제한될 수 있고, 배터리의 수명이 단축된다.If a charge imbalance occurs between battery cells, the battery's chargeable capacity may be limited and its lifespan may be shortened.
그러나, 충전 중에 배터리 셀 밸런싱을 동시에 진행하는 것은 각 배터리 셀 간의 SOC(State of Charge)를 추정하는 데에 어려움이 발생하는 원인이 되고, 충전량 예측 또한 어려워진다.However, simultaneously performing battery cell balancing during charging causes difficulties in estimating the SOC (State of Charge) between each battery cell, and also makes it difficult to predict the amount of charge.
따라서, 일반적으로 셀 밸런싱과 충전을 동시에 할 수 없으며, 대용량 배터리는 셀 밸런싱을 고려하면서 급속 충전을 하기 어렵다.Therefore, cell balancing and charging cannot generally be done simultaneously, and it is difficult to rapidly charge large-capacity batteries while considering cell balancing.
도 2는 셀 균등 충전을 위한 급속 충전기용 전력 변환 시스템을 도시한 것이다.Figure 2 illustrates a power conversion system for a rapid charger for cell equalization charging.
도 2의 충전 방식은 기존의 충전 방식에서 셀 밸런싱을 고려한 이상적인 형태의 충전 방식이다. 도 1의 충전 방식에 의한 셀 밸런싱 문제를 해결하기 위해 도 2와 같이 각 셀 전압 간에 DC/DC 전력 변환 장치를 연결하여 셀 충전량에 따라 충전 전력의 차이를 두어 충전하도록 할 수 있다.The charging method of Fig. 2 is an ideal form of charging method that takes cell balancing into account in the existing charging method. In order to solve the cell balancing problem by the charging method of Fig. 1, a DC/DC power conversion device can be connected between each cell voltage as shown in Fig. 2 to charge by differentiating the charging power according to the cell charge amount.
도 2의 방법은 충전 접속을 할 시, 고전압 DC 단을 연결해야 할 경우 고전력 전송을 위해 높은 절연체의 두꺼운 전송선이 포함된 충전 접속기가 필요하고, 셀 전압 충전용 DC를 연결할 경우, 접속 단자가 각각 필요하므로 충전 접속기 및 이를 연결하기 이한 전선이 많이 필요하게 된다.In the method of Fig. 2, when connecting a charging connection, if a high-voltage DC terminal must be connected, a charging connector including a thick transmission line with high insulation for high power transmission is required, and when connecting a DC for cell voltage charging, each connection terminal is required, so a lot of charging connectors and wires for connecting them are required.
또한, DC link의 유지를 위한 커패시터가 필요하며, 이에 따른 순간적인 돌입 전류와 이를 저감하기 위한 대용량 커패시터 및 돌입 전류 제한 회로가 필요하게 된다.In addition, a capacitor is required to maintain the DC link, which requires a momentary inrush current and a large-capacity capacitor and inrush current limiting circuit to reduce it.
따라서, 실제로 구현하기에 많은 비용과 크기에서 비효율이 발생하게 되어 실효성이 높지 않다.Therefore, it is not very effective because it is inefficient in terms of cost and size when actually implemented.
이와 관련하여, 일본공개특허 제1994-070477호에서는 배터리 지게차용 충전 장치에 대해서 개시합니다.In this regard, Japanese Patent Publication No. 1994-070477 discloses a charging device for a battery forklift.
실시예에 있어서, 무선 충전 방식을 차용하여 전기 지게차의 대용량 배터리를 급속 충전하는 시스템을 제공하고자 한다.In an embodiment, a system for rapidly charging a large-capacity battery of an electric forklift is provided by using a wireless charging method.
자세하게는, 코일을 직접 접속시킴으로써 누설 자속을 줄이고 효율을 향상시키며, 전력 송신 부와 수신부의 전력 전송을 위한 대전력의 고주파 교류 신호를 생성할 필요 없는 배터리 충전 시스템을 제공하고자 한다.Specifically, the present invention aims to provide a battery charging system that reduces leakage flux and improves efficiency by directly connecting coils, and does not require generation of high-power, high-frequency AC signals for power transmission between a power transmitter and receiver.
지게차를 위한 배터리 충전 시스템에 있어서, AC 전원과 연결되고, 컨버터를 통해 배터리 셀로 전력을 공급하기 위한 오프라인 충전기; 충전 대상인 상기 배터리 셀에 연결되는 온보드 충전기; 및 상기 오프라인 충전기 및 상기 온보드 충전기 각각에 연결되는 코어 플러그를 포함하고, 상기 오프라인 충전기의 코어 플러그 및 상기 온보드 충전기의 코어 플러그가 상호 접합되어 상기 배터리 셀의 충전이 이루어지고, 상기 오프라인 충전기는 이동 유닛을 포함하는, 배터리 충전 시스템이 제공될 수 있다.A battery charging system for a forklift may be provided, comprising: an offline charger connected to an AC power source and supplying power to a battery cell through a converter; an onboard charger connected to the battery cell to be charged; and core plugs connected to each of the offline charger and the onboard charger, wherein the core plug of the offline charger and the core plug of the onboard charger are mutually connected to charge the battery cell, and the offline charger includes a mobile unit.
상기 AC 전원은 3상 전원이고, AC/AC 컨버터 또는 AC/DC 컨버터를 통해 상기 오프라인 충전기의 코어 플러그와 연결될 수 있다.The above AC power source is a three-phase power source and can be connected to the core plug of the offline charger through an AC/AC converter or an AC/DC converter.
상기 오프라인 충전기는, 상기 컨버터에서 상기 오프라인 충전기의 코어 플러그의 최적 출력을 위한 변환 주파수가 선택될 수 있다.The above offline charger can have a conversion frequency selected from the converter for optimal output of the core plug of the offline charger.
상기 오프라인 충전기의 코어 플러그가 복수 개인 경우, 상기 복수 개의 오프라인 충전기의 코어 플러그의 길이에 따라 제어를 위한 주파수가 선택될 수 있다.When the offline charger has multiple core plugs, the frequency for control can be selected according to the length of the core plugs of the multiple offline chargers.
상기 온보드 충전기의 코어 플러그는, 각각 다른 길이를 가지는 복수 개의 코어가 접합된 형태로 구성되고, 상기 복수 개의 코어는, 각각 컨버터로 접합될 수 있다.The core plug of the above onboard charger is configured in a form in which a plurality of cores, each having a different length, are joined, and each of the plurality of cores can be joined to a converter.
상기 복수 개의 코어는, 상기 오프라인 충전기의 코어 플러그와 접촉하는 면적이 각각 동일하고, 상기 배터리 셀의 연결되는 배터리 열과 연결되는 거리가 균등할 수 있다.The above plurality of cores may have equal areas in contact with the core plugs of the offline charger, and may have equal distances from the battery rows to which the battery cells are connected.
상기 이동 유닛은, 상기 상하좌우 이동 가능한 형태로 상기 오프라인 충전기에 구비될 수 있다.The above-mentioned moving unit can be provided in the offline charger in a form that can move up, down, left, and right.
상기 오프라인 충전기의 코어 플러그 및 상기 온보드 충전기의 코어 플러그는 고리 형태로 상호 접합되고, 상기 오프라인 충전기의 코어 플러그 및 상기 온보드 충전기의 코어 플러그의 접합 시 압착될 수 있다.The core plug of the offline charger and the core plug of the onboard charger are connected to each other in a ring shape, and can be compressed when the core plug of the offline charger and the core plug of the onboard charger are connected.
오프라인 충전기에 있어서, AC 전원; 컨버터; 및 코어 플러그를 포함하고, 상기 AC 전원은 상기 컨버터를 통해 상기 코어 플러그와 연결되고, 상기 코어 플러그를 통해 지게차의 온보드 충전기의 코어 플러그와 직접 연결되어 충전 대상인 배터리 셀로 상기 AC 전원의 전력을 공급하는, 오프라인 충전기가 제공될 수 있다.In an offline charger, an AC power source; a converter; and a core plug are provided, wherein the AC power source is connected to the core plug through the converter, and is directly connected to the core plug of an onboard charger of a forklift through the core plug to supply power of the AC power source to a battery cell to be charged.
지게차의 온보드 충전기에 있어서, 각각 다른 길이를 가지는 복수 개의 코어가 접합된 형태로 구성된 코어 플러그; 및 복수 개의 컨버터를 포함하고, 상기 코어 플러그는 상기 복수 개의 컨버터와 연결되고, 상기 복수개의 컨버터는 충전 대상인 배터리 셀의 각 배터리 열과 연결되고, 상기 코어 플러그를 통해 오프라인 충전기의 코어 플러그와 직접 연결함으로써 AC 전원을 수신하여 상기 배터리 셀을 충전하는, 온보드 충전기가 제공될 수 있다.In an onboard charger of a forklift, an onboard charger may be provided, comprising: a core plug configured in a form in which a plurality of cores having different lengths are joined; and a plurality of converters, wherein the core plug is connected to the plurality of converters, the plurality of converters are connected to each battery row of battery cells to be charged, and the onboard charger receives AC power by directly connecting to the core plug of an offline charger through the core plug to charge the battery cells.
실시예에 따른 발명을 통해 무선 충전 방식을 차용하여 전기 지게차의 대용량 배터리를 급속 충전하는 시스템을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the invention, a system for rapidly charging a large-capacity battery of an electric forklift can be provided by using a wireless charging method.
자세하게는, 코일을 직접 접속시킴으로써 누설 자속을 줄이고 효율을 향상시키며, 전력 송신 부와 수신부의 전력 전송을 위한 대전력의 고주파 교류 신호를 생성할 필요 없는 배터리 충전 시스템을 제공할 수 있다.Specifically, by directly connecting the coils, leakage flux can be reduced, efficiency can be improved, and a battery charging system can be provided that does not require generating a high-power, high-frequency AC signal for power transmission between a power transmitter and a receiver.
도 1은 일반적인 급속 충전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 셀 균등 충전을 위한 급속 충전기용 전력 변환 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 실시예에서, 배터리 충전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시예에서, 지게차 용 충전 시스템의 연결 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예에서, 온보드 충전기의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 실시예에서, 오프라인 충전기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a drawing for explaining a general rapid charging method.
Figure 2 illustrates a power conversion system for a rapid charger for cell equalization charging.
FIG. 3 is a drawing for explaining the configuration of a battery charging system in an embodiment.
FIG. 4 is a drawing for explaining a method of connecting a charging system for a forklift, in an embodiment.
FIG. 5 illustrates the configuration of an onboard charger in an embodiment.
Figure 6 is a drawing for explaining the configuration of an offline charger in an embodiment.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, since various modifications may be made to the embodiments, the scope of rights of the patent application is not limited or restricted by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for the purpose of description only and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but should be understood to not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined in this application.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the attached drawings, the same components will be given the same reference numerals regardless of the drawing numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted. When describing an embodiment, if it is determined that a specific description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. Also, in describing components of the embodiments, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only intended to distinguish the components from other components, and the nature, order, or sequence of the components are not limited by the terms. When it is described that a component is "connected," "coupled," or "connected" to another component, it should be understood that the component may be directly connected or connected to the other component, but another component may also be "connected," "coupled," or "connected" between each component.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components that have common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions made in one embodiment may be applied to other embodiments, and specific descriptions will be omitted to the extent of overlap.
도 3은 실시예에서, 배터리 충전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a drawing for explaining the configuration of a battery charging system in an embodiment.
도시된 바와 같이, 오프라인 충전기(310) 및 온보드 충전기(320)를 포함할 수 있고, 오프라인 충전기(310)의 송신 전력은 코어 플러그(330)를 통해 온보드 충전기에 연결된 배터리 셀로 전송될 수 있다.As illustrated, it may include an offline charger (310) and an onboard charger (320), and the transmission power of the offline charger (310) may be transmitted to a battery cell connected to the onboard charger via a core plug (330).
코어 플러그(330)는 분리되어 오프라인 충전기(310) 및 온보드 충전기(320) 각각에 연결되는 형태로 제공되고, 오프라인 충전기(310) 및 온보드 충전기(320) 각각에 연결된 코어 플러그가 서로 접속될 수 있다. 코어 플러그(330)를 이용함으로써, 코어 간 직접 연결을 통해 배터리 셀의 균등한 충전이 가능하도록 할 수 있다. The core plug (330) is provided in a form that is separated and connected to each of the offline charger (310) and the onboard charger (320), and the core plugs connected to each of the offline charger (310) and the onboard charger (320) can be connected to each other. By using the core plug (330), it is possible to enable equal charging of the battery cells through direct connection between cores.
오프라인 충전기(310)는 AC/AC 컨버터를 통해 AC 전력을 온보드 충전기(320)로 제공할 수 있다. AC/AC 컨버터는 코어 플러그(330)의 한쪽 면, 즉 오프라인 충전기(310)에 연결된 코어 플러그(330)로 전력을 전달할 수 있고, 코어 플러그(330)가 플러그 역할을 하여 온보드 충전기(320)의 코어 플러그와 연결이 되면, 각 배터리 셀에 전력을 공급할 수 있다.The offline charger (310) can provide AC power to the onboard charger (320) through an AC/AC converter. The AC/AC converter can deliver power to one side of the core plug (330), that is, the core plug (330) connected to the offline charger (310), and when the core plug (330) acts as a plug and is connected to the core plug of the onboard charger (320), power can be supplied to each battery cell.
온보드 충전기(320)는 복수의 AC/DC 컨버터를 포함할 수 있고, 각 AC/DC 컨버터는 배터리 셀 각각에 연결될 수 있다.The onboard charger (320) may include multiple AC/DC converters, each AC/DC converter connected to a respective battery cell.
코어 플러그(330)를 이용하여 코어 간 직접 연결을 통해 배터리 셀의 균등한 충전이 가능한 배터리 충전 시스템을 제공함으로써, 대용량 전력 송신을 위한 플러그의 절연/전류 용량이 고려될 필요가 없고, 셀 간 균등 충전을 할 경우 이를 위한 다수의 전력선이 필요 없이 자기 회로를 위한 포트의 연결만이 필요하여 구조가 간략한 형태의 배터리 충전 시스템을 제공할 수 있다.By providing a battery charging system capable of evenly charging battery cells through direct connection between cores using a core plug (330), the insulation/current capacity of the plug for large-capacity power transmission does not need to be considered, and in case of evenly charging between cells, only connection of ports for magnetic circuits is required without the need for a plurality of power lines, so that a battery charging system with a simple structure can be provided.
또한 대용량의 DC-link가 불필요하므로 대용량 커패시터나 돌입 전류 제한 회로 또한 불필요하다.Additionally, since a large DC link is unnecessary, a large capacitor or inrush current limiting circuit is also unnecessary.
오프라인 충전기(310)는 AC 소스단의 PFC(Power Factor Correction) 제어와 멀티와인딩 변압기의 효율적인 전력 송신을 위한 주파수 변조를 담당할 수 있다.The offline charger (310) can be responsible for PFC (Power Factor Correction) control of the AC source and frequency modulation for efficient power transmission of the multi-winding transformer.
전기 지게차에 탑재되는 온보드 충전기(320)의 경우 낮은 전력 출력의 비절연형 전력변환장치들이 멀티와인딩 변압기를 통해 각 셀에 전력을 전달할 수 있다. 각 셀 간의 절연은 코어의 멀티와인딩 방법을 통해 얻어지며 온보드 충전기(320)의 AC/DC 컨버터는 BMS(Battery Management System)에서 보내주는 각 배터리 셀의 충전 상태에 따라 충전전력을 제어할 수 있다.In the case of an onboard charger (320) mounted on an electric forklift, non-isolated power conversion devices with low power output can transmit power to each cell through a multi-winding transformer. Insulation between each cell is obtained through a multi-winding method of the core, and the AC/DC converter of the onboard charger (320) can control the charging power according to the charging status of each battery cell sent from a BMS (Battery Management System).
도 4는 실시예에서, 지게차 용 충전 시스템의 연결 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a drawing for explaining a method of connecting a charging system for a forklift, in an embodiment.
전기 지게차에 응용될 수 있는 연결 방법이 제공될 수 있다. 실시예에서, 오프라인 충전기의 코일과 온보드 충전기의 코어 플러그를 접합하기 위해서, 먼저 AC/AC 컨버터가 탑재된 오프라인 충전기가 이동이 가능한 형태로 제공될 수 있다. 예컨대, 바퀴를 포함하거나, 상하좌우로 움직이기 위한 이동 유닛을 포함할 수 있다.A connection method applicable to an electric forklift may be provided. In an embodiment, in order to connect the coil of an offline charger and the core plug of an onboard charger, an offline charger equipped with an AC/AC converter may first be provided in a movable form. For example, it may include wheels or a moving unit for moving up, down, left, and right.
오프라인 충전기의 코어 플러그는 충전이 이루어지지 않는 동안은 충전기 내부로 내재될 수 있도록 구성될 수 있다.The core plug of an offline charger may be configured to remain retractable within the charger while charging is not taking place.
배터리 충전 시스템은 오프라인 충전기가 이동하여 온보드 충전기용 코어와 접합할 때 코어의 접합이 정확한 위치에 이루어지도록 고정하기 위한 코어 접합 유닛이 더 포함될 수 있다.The battery charging system may further include a core bonding unit to secure the core in the correct position when the offline charger moves to bond with the core for the onboard charger.
코어 접합 유닛은 오프라인 충전기용 코어가 이동 유닛을 통하여 정확한 위치에 코어를 접합할 수 있도록 수광/발광 센서가 활용될 수 있고, 해당 센서를 이용하여 오프라인 충전기의 이동 유닛이 코어 플러그 접합을 위한 위치로 이동할 수 있다. 또는, 센서 값에 기초하여 이동 유닛이 자동으로 이동할 수 있다.The core joining unit may utilize a light-receiving/light-emitting sensor to enable the offline charger core to be joined at an accurate location via the moving unit, and the moving unit of the offline charger may be moved to a location for core plug joining using the sensor. Alternatively, the moving unit may be moved automatically based on the sensor value.
오프라인 충전기의 이동유닛은 코어의 상하좌우 운동이 가능하도록 구성되며, 이를 위해 오프라인 충전기 코어 권선과 AC/AC컨버터의 출력선 간의 연결은 전선을 통해 연결될 수 있다.The moving unit of the offline charger is configured to enable the core to move up, down, left, and right, and for this purpose, the connection between the offline charger core winding and the output line of the AC/AC converter can be connected via a wire.
코어 플러그 사이가 단단히 고정될 수 있도록 코어 접합 유닛의 코어 접합 형태는 고리 형태로 구성될 수 있다. 또한 변압기 설계에 있어 적절한 위치를 코어 접합 유닛에 위치시킬 수 있으며 이 경우에는 두 개의 코어 플러그를 단단히 고정시킬 수 있는 압착기 등이 활용될 수 있다.The core joint shape of the core joint unit can be configured in a ring shape so that the core plugs can be firmly fixed together. In addition, an appropriate position can be placed on the core joint unit in the transformer design, and in this case, a crimping device or the like that can firmly fix the two core plugs can be utilized.
도 5는 실시예에서, 온보드 충전기의 구성을 도시한 것이다.FIG. 5 illustrates the configuration of an onboard charger in an embodiment.
도 5(a)는 온보드 충전기의 측면도를 도시한 것이고, 도 5(b)는 온보드 충전기의 상평면도를 도시한 것이다.Figure 5(a) illustrates a side view of the onboard charger, and Figure 5(b) illustrates a top plan view of the onboard charger.
오프라인 충전기의 코어 플러그를 통해 송신된 전력이 온보드 충전기의 코어 플러그를 통해 입력되면, 온보드 충전기의 코어와 연결된 배터리 셀의 충전이 이루어질 수 있다.When power transmitted through the core plug of the offline charger is input through the core plug of the onboard charger, charging of the battery cell connected to the core of the onboard charger can occur.
오프라인 충전기는 각 배터리 셀에 접합된 AC/DC 컨버터를 통해 배터리의 충전 전력을 공급할 수 있다.Offline chargers can supply charging power to the battery through an AC/DC converter connected to each battery cell.
이 때, 일반적인 하나의 코어의 형태로는 각 셀 간의 배터리까지 선 길이가 서로 달라지게 된다. 특히 가장 가까운 코어에 위치된 배터리 열과 가장 먼 배터리열은 배터리 사이즈와 병렬 연결 수에 따라 선 길이에 따른 임피던스 차이가 상당할 수 있다. 또한 전기 지게차는 내부의 온도가 온도 변동이 심하고 열환경이 열악하기 때문에 열에 의한 저항 증가분에 의해 그 차이가 더 크게 나타날 수 있다.At this time, in the form of a general single core, the line length between each cell to the battery will be different. In particular, the battery row located on the closest core and the battery row located farthest can have a significant difference in impedance according to the line length depending on the battery size and the number of parallel connections. In addition, since the internal temperature of the electric forklift fluctuates greatly and the thermal environment is poor, the difference can be greater due to the increase in resistance caused by heat.
오프라인 충전기의 코어가 하나의 큰 코어의 형태로 구성될 수 있으며, 온보드 충전기 코어의 형태는 오프라인 충전기의 코어와 달리 각각 분리된 코어를 접합한 형태로 구성될 수 있다. 또한 오프라인 충전기의 코어 역시 각 온보드 충전기 코어에 따라 별도의 코어로 구성될 수 있다. 이는 도 6(c), 도 6(d)의 구성과 같다.The core of the offline charger may be configured in the form of a single large core, and the form of the onboard charger core may be configured in the form of bonding separate cores, unlike the core of the offline charger. In addition, the core of the offline charger may also be configured as a separate core according to each onboard charger core. This is the same as the configuration of Fig. 6(c) and Fig. 6(d).
오프라인 충전기 코어와 맞닿는 부분의 면적은 동일하게 가져가고, 각 배터리 열과 연결된 코어는 도5(a) 및 도 5(b)와 같이 병렬 연결된 배터리 수에 따라 분리된 코어를 배치하여 각 배터리 열과 코어와의 거리를 최대한 균등하도록 배치할 수 있다.The area of the part in contact with the offline charger core is taken equally, and the cores connected to each battery row are arranged as separated cores according to the number of batteries connected in parallel, as shown in Fig. 5(a) and Fig. 5(b), so that the distance between each battery row and the core can be arranged as evenly as possible.
도 6은 실시예에서, 오프라인 충전기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a drawing for explaining the configuration of an offline charger in an embodiment.
오프라인 충전기는 도 6(a) 내지 도 6(d)와 같은 형태의 3상 AC 전원의 접속 방법으로 전력을 공급할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 여러가지 형태로 전력 변환 장치가 연결될 수 있다.The offline charger can supply power by connecting a three-phase AC power source in the form of Fig. 6(a) to Fig. 6(d). Power conversion devices can be connected in various forms as shown in Fig. 6.
실시예에서는, 도 6(a)와 같이, 3상 AC 전원은 AC/DC 컨버터와 3상으로 연결되고, AC/DC 컨버터는 대용량이므로 PFC 제어를 하게 된다. 이에 연결된 DC/AC 인버터에서 최적 주파수를 통해 오프라인 충전기의 코어 플러그로 전력을 전송하는 형태로 전력 변환 장치가 구성될 수 있다.In the embodiment, as shown in Fig. 6(a), a three-phase AC power source is connected to an AC/DC converter in three phases, and since the AC/DC converter has a large capacity, PFC control is performed. A power conversion device can be configured to transmit power to the core plug of an offline charger through an optimal frequency from a connected DC/AC inverter.
도 6(b)는, AC/AC 컨버터를 이용하여 AC 전원에 대한 PFC 전력 제어를 수행하고, 코어 플러그의 고주파에 맞추어 최적의 출력을 위한 주파수로 제어하는 방식의 전력 변환 장치를 도시한 것이다.Fig. 6(b) illustrates a power conversion device that performs PFC power control for AC power using an AC/AC converter and controls the frequency for optimal output in accordance with the high frequency of the core plug.
도 6(c)는, AC/AC 컨버터를 통해 3상 AC 전원의 PFC 전력 제어를 수행하고, 3상의 코어 플러그에 대해서 코어 플러그 각각의 주파수에 맞춰 3 AC 변환을 수행하는 형태를 도시한 것이다.Fig. 6(c) illustrates a form in which PFC power control of a three-phase AC power source is performed through an AC/AC converter, and three AC conversions are performed for the three-phase core plugs according to the frequency of each core plug.
도 (d)는 3상 AC 전원 각각에 대해 DC/AC 인버터를 적용하되, DC 전압을 공유하고 DC/AC 인버터에 연결된 각 코어 플러그에 최적화된 주파수로 제어하는 방식으로 동작하는 전력 변환 장치의 구조가 제공될 수 있다.In the diagram (d), a structure of a power conversion device can be provided that operates in a manner that applies a DC/AC inverter to each of the three-phase AC power sources, shares the DC voltage, and controls it at a frequency optimized for each core plug connected to the DC/AC inverter.
3상 전원의 접속 방법은 크게 두 가지가 고려된다. 먼저 변압기의 턴 수 비율은 여러가지가 고려되어야 하지만, 그 중 1차측 전압과 2차측 전압의 비율이 가장 중요한데, 2차측 전압의 기준은 배터리 셀 전압을 기준으로 설정할 수 있다.There are two main ways to consider when connecting a three-phase power supply. First, the ratio of the number of turns of the transformer must be considered, but among them, the ratio of the primary voltage to the secondary voltage is the most important. The secondary voltage standard can be set based on the battery cell voltage.
AC/AC변환을 위한 전력 변환 장치 구성은 AC-DC-AC 변환 방식과 3상 입력 전원에 대한 단상 출력의 AC/AC 변환 방식, 3상 입력 전원에 대한 3상 출력의 AC/AC 전원 변환 방식이 적용될 수 있다. 이 중 ,3상 입력전원에 대한 3상 출력 전원 방식의 경우 3개의 오프라인 충전기의 코어 플러그가 3개의 온보드 충전기의 코어 플러그와 각각 연계되는 방식으로 구성될 수 있다. 따라서 이 경우엔 도 5에 도시된 형태의 온보드 충전기 코어가 3개 필요하다. 이러한 3상 출력의 경우 AC-DC-AC변환의 구조에서도 가능하다.The power conversion device configuration for AC/AC conversion can be applied to an AC-DC-AC conversion method, an AC/AC conversion method for single-phase output for three-phase input power, and an AC/AC power conversion method for three-phase output for three-phase input power. Among these, in the case of a three-phase output power method for three-phase input power, it can be configured in a manner in which the core plugs of three offline chargers are respectively connected to the core plugs of three onboard chargers. Therefore, in this case, three onboard charger cores of the type shown in Fig. 5 are required. This three-phase output is also possible in the structure of AC-DC-AC conversion.
3상 입력 전원에 연계되는 전력 변환 장치의 제어의 경우 PFC 제어를 수행하며, 출력 전원의 경우는 각 배터리 셀 충전에 효율적인 주파수를 선택하여 제어할 수 있다. 컨버터는 구동 상황에 따라 최적의 주파수로 변경하면서 제어할 수 있다. 3상 출력을 위한 경우, 각 셀 그룹의 코어 길이를 고려한 최적의 변환 주파수를 선택하여 제어할 수 있다.In the case of controlling a power conversion device connected to a three-phase input power supply, PFC control is performed, and in the case of output power, the frequency that is efficient for charging each battery cell can be selected and controlled. The converter can be controlled by changing to the optimal frequency according to the operating situation. In the case of a three-phase output, the optimal conversion frequency considering the core length of each cell group can be selected and controlled.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination. The program commands recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiment or may be those known to and usable by those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands such as ROMs, RAMs, flash memories, etc. Examples of the program commands include not only machine language codes generated by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiment, and vice versa.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing device to perform a desired operation or may independently or collectively command the processing device. The software and/or data may be permanently or temporarily embodied in any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, or transmitted signal wave, for interpretation by the processing device or for providing instructions or data to the processing device. The software may also be distributed over network-connected computer systems and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, appropriate results can be achieved even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also included in the scope of the claims described below.
Claims (11)
AC 전원과 연결되고, 컨버터를 통해 배터리 셀로 전력을 공급하기 위한 오프라인 충전기;
충전 대상인 상기 배터리 셀에 연결되는 온보드 충전기; 및
상기 오프라인 충전기 및 상기 온보드 충전기 각각에 연결되는 코어 플러그
를 포함하고,
상기 오프라인 충전기의 코어 플러그 및 상기 온보드 충전기의 코어 플러그가 상호 접합되어 상기 배터리 셀의 충전이 이루어지고,
상기 오프라인 충전기는 이동 유닛을 포함하는,
배터리 충전 시스템.
In a battery charging system for a forklift,
An offline charger that is connected to AC power and supplies power to the battery cells through a converter;
An onboard charger connected to said battery cell to be charged; and
Core plugs connected to each of the above offline charger and the above onboard charger
Including,
The core plug of the above offline charger and the core plug of the above onboard charger are mutually connected to charge the battery cell,
The above offline charger comprises a mobile unit,
Battery charging system.
상기 AC 전원은 3상 전원이고,
AC/AC 컨버터 또는 AC/DC 컨버터를 통해 상기 오프라인 충전기의 코어 플러그와 연결되는,
배터리 충전 시스템.
In the first paragraph,
The above AC power is a three-phase power supply,
Connected to the core plug of the above offline charger via an AC/AC converter or an AC/DC converter,
Battery charging system.
상기 오프라인 충전기는,
상기 컨버터에서 상기 오프라인 충전기의 코어 플러그의 최대 효율을 위한 변환 주파수가 선택되는,
배터리 충전 시스템.
In the first paragraph,
The above offline charger is,
In the above converter, the conversion frequency is selected for maximum efficiency of the core plug of the offline charger.
Battery charging system.
상기 오프라인 충전기의 코어 플러그가 복수 개인 경우,
상기 복수 개의 오프라인 충전기의 코어 플러그의 길이에 따라 제어를 위한 주파수가 선택되는,
배터리 충전 시스템.
In the third paragraph,
If the above offline charger has multiple core plugs,
The frequency for control is selected according to the length of the core plug of the above multiple offline chargers.
Battery charging system.
상기 온보드 충전기의 코어 플러그는,
각각 다른 길이를 가지는 복수 개의 코어가 접합된 형태로 구성되고,
상기 복수 개의 코어는, 각각 컨버터로 접합되는,
배터리 충전 시스템.
In the first paragraph,
The core plug of the above onboard charger is,
It is composed of multiple cores, each having a different length, joined together,
The above multiple cores are each connected to a converter,
Battery charging system.
상기 복수 개의 코어는,
상기 오프라인 충전기의 코어 플러그와 접촉하는 면적이 각각 동일하고,
각기 다른 위치의 배터리 열에 대해 상기 배터리 셀과 연결되는 거리를 균등하게 하는,
배터리 충전 시스템.
In paragraph 5,
The above multiple cores are,
The contact area of the core plug of the above offline charger is the same,
Equalizing the distance between the battery cells and the battery rows at different locations;
Battery charging system.
상기 이동 유닛은,
상기 상하좌우 이동 가능한 형태로 상기 오프라인 충전기에 구비되는,
배터리 충전 시스템.
In the first paragraph,
The above moving unit is,
Equipped in the offline charger in the form of the above-mentioned up, down, left, and right movement,
Battery charging system.
상기 오프라인 충전기의 코어 플러그 및 상기 온보드 충전기의 코어 플러그는 고리 형태로 상호 접합되고,
상기 오프라인 충전기의 코어 플러그 및 상기 온보드 충전기의 코어 플러그의 접합 시 압착되는,
배터리 충전 시스템.
In the first paragraph,
The core plug of the above offline charger and the core plug of the above onboard charger are mutually connected in a ring shape,
When the core plug of the above offline charger and the core plug of the above onboard charger are joined,
Battery charging system.
AC 전원;
컨버터; 및
코어 플러그
를 포함하고,
상기 AC 전원은 상기 컨버터를 통해 상기 코어 플러그와 연결되고,
상기 코어 플러그를 통해 지게차의 온보드 충전기의 코어 플러그와 직접 연결되어 충전 대상인 배터리 셀로 상기 AC 전원의 전력을 공급하는,
오프라인 충전기.
For offline chargers,
AC power;
converter; and
Core plug
Including,
The above AC power is connected to the above core plug through the above converter,
The core plug is directly connected to the core plug of the onboard charger of the forklift through the core plug, and supplies power from the AC power to the battery cell to be charged.
Offline charger.
각각 다른 길이를 가지는 복수 개의 코어가 접합된 형태로 구성된 코어 플러그; 및
복수 개의 컨버터
를 포함하고,
상기 코어 플러그는 상기 복수 개의 컨버터와 연결되고,
상기 복수개의 컨버터는 충전 대상인 배터리 셀의 각 배터리 열과 연결되고,
상기 코어 플러그를 통해 오프라인 충전기의 코어 플러그와 직접 연결함으로써 AC 전원을 수신하여 상기 배터리 셀을 충전하는,
온보드 충전기.
For onboard chargers in forklifts,
A core plug comprising a plurality of cores each having a different length joined together; and
Multiple converters
Including,
The above core plug is connected to the above multiple converters,
The above plurality of converters are connected to each battery row of battery cells to be charged,
By directly connecting the core plug of the offline charger through the above core plug, AC power is received to charge the battery cell.
Onboard charger.
3상 AC 전원; 및
상기 3상 AC 전원과 연결되는 컨버터 장치;
상기 컨버터의 변환된 전력을 온보드 충전기로 전송하기 위한 하나 이상의 코어 플러그
를 포함하고,
상기 컨버터 장치는,
AC/DC 컨버터 및 하나 이상의 DC/AC 인버터로 구성되거나
AC/AC 컨버터로 구성되고,
상기 코어 플러그를 통해 온보드 충전기의 코어 플러그와 직접 연결되어 상기 3상 AC 전원의 변환 전력이 상기 온보드 충전기로 전송되는,
전력 변환 장치.
In the power conversion device of the offline charger,
3 phase AC power; and
A converter device connected to the above three-phase AC power supply;
One or more core plugs for transmitting the converted power of the above converter to the onboard charger.
Including,
The above converter device,
Consists of an AC/DC converter and one or more DC/AC inverters;
It consists of an AC/AC converter,
The core plug is directly connected to the core plug of the onboard charger through the core plug, and the converted power of the three-phase AC power is transmitted to the onboard charger.
Power conversion device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020230016023A KR20240123861A (en) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | Battery Charging System |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020230016023A KR20240123861A (en) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | Battery Charging System |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20240123861A true KR20240123861A (en) | 2024-08-16 |
Family
ID=92586612
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020230016023A KR20240123861A (en) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | Battery Charging System |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20240123861A (en) |
-
2023
- 2023-02-07 KR KR1020230016023A patent/KR20240123861A/en unknown
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