KR101859336B1 - 배터리의 충, 방전 및 재생장치 - Google Patents

배터리의 충, 방전 및 재생장치 Download PDF

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이병년
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Abstract

본 발명은 배터리 셀을 하나의 장치를 이용하여 연속적이면서 한번에 다수의 터리 셀을 충, 방전 및 재생시킬 수 있는 배터리의 충, 방전 및 재생장치에 관한 것으로, 전원 공급부, 방전부, 재생부 및 상기 충, 방전부와 배터리 셀 사이에 형성되며, 충, 방전부와 재생부를 전기적으로 연결 또는 연결 해제하기 위한 스위치부와, 상기 충전부, 방전부, 재생부, 스위치부와 연동되어 평상시 또는 재생부의 작동시에는 스위치부의 제1, 2 단자를 떨어뜨려 놓고, 충, 방전부 작동시에는 스위치부의 제1, 2 단자가 맞닿도록 작동하는 제어부;를 포함하여 구성되어 있어, 충, 방전부와 재생부가 제어부를 통해 전기적으로 연결된 상태에서 재생하고자 하는 배터리 셀을 충전, 방전 및 재생을 한번에 실시하여 작업성 및 편의성을 향상시킬 수 있고, 배터리 셀의 충전 및 방전시 이상이 있을 때에 바이패스 유닛이 전원을 바이패스시켜 해당 셀의 파손을 방지할 수 있으며, 고전류를 이용하는 방전시에는 엑추에이터를 이용하여 가압함으로써 안정적으로 배터리 셀의 방전을 실시할 수 있음은 물론, 바이스패스부를 통해 각각의 배터리 셀 상태를 모니터링 할 수 있어 별도로 각각의 배터리 셀의 시험을 하지 않더라도 불량의 배터리 셀을 쉽게 찾을 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있는 배터리의 충, 방전 및 재생장치를 제공한다.

Description

배터리의 충, 방전 및 재생장치{A charging, over-discharging, recycling apparatus for battery}
본 발명은 배터리 셀을 하나의 장치를 이용하여 연속적이면서 한번에 다수의 배터리 셀을 충, 방전 및 재생시킬 수 있는 배터리의 충, 방전 및 재생장치에 관한 것이다.
일반적으로 배터리는 전류의 화학적 작용을 이용하는 것이며, 화학적 에너지를 전기 에너지로 사용할 수 있도록 하는 것으로서, 방전될 경우 충전하게 되면 다시 배터리의 기능을 회복할 수 있다. 배터리는 외부 전극 단자에 부하를 접속하면 배터리 내의 전극판과 전해액이 화학 반응을 일으켜 전압을 발생시킨다.
배터리는 전해액으로 묽은 황산을 이용하고, 양극판은 과산화 납, 음극판은 순수한 납을 사용하는 것이 일반적이다.
배터리는 작은 체적으로 가능한 큰 전기 에너지를 얻기 위하여 화학반응을 일으키는 극판과 전해액의 접촉 면적이 커지도록 극판을 얇은 판으로 구성하여 여러 장 병렬로 접속하고 양극판과 음극판이 서로 마주보도록 배치되어 있다.
양극판과 음극판 두 전극의 반응은 불용성인 PbSO4를 생성하여 두 전극에 부착되며, 배터리가 방전시 황산이 소모되어 물이 생성되고, 물의 밀도는 황산의 밀도보다 낮기 때문에 배터리의 충전 상태는 전해액의 밀도를 측정하여 확인한다. 배터리가 재충전될 때는 전극 반응은 역반응이 일어난다.
그러나, 장기간 충방전을 반복하면, 전극판에 달라붙어 있던 황산염이 충전시에 이탈되지 않고 그대로 달라붙어 있게 되며, 이를 황산화 현상이라 한다.
이러한 황산화 현상은 전극판의 전기 반응의 통로가 차단되어 절연기능을 하게 되므로 배터리의 전압, 용량 및 비중도를 저하시키는 문제점이 발생하게 된다.
이러한, 문제점을 해결하기 위해 종래에는 대한민국 등록특허 제10-1189122호(이하, '특허문헌 1'이라 함)를 제안한 바 있다.
상기 특허문헌 1은 배터리의 충전을 위하여 외부의 전원을 공급받는 전원부와, 상기 전원부로부터 제공되는 전류를 인가받는 충전부와, 상기 충전부로 고주파 펄스 신호를 출력하는 메인 제어부와, 상기 메인 제어부의 제어에 따라 상기 배터리의 방전이 이루어지도록 하는 방전부와, 상기 배터리의 충전 또는 방전에 관한 정보를 표시하는 표시부 및 상기 배터리의 충전 또는 방전에 관한 설정값을 사용자가 설정할 수 있도록 하는 사용자 입력부를 포함하고, 상기 충전부는 상기 전원부로부터 전달되는 전류를 고주파 펄스 형태로 변환하여 상기 배터리로 공급하고, 상기 메인 제어부는 상기 배터리의 내부저항값에 따라 상기 방전부에 의한 배터리 방전 여부를 결정하고, 상기 메인 제어부는, 상기 배터리로 공급되는 전압 또는 전류의 크기를 측정하는 검출부와, 상기 검출부를 통하여 측정된 값과 기설정된 값을 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 비교결과로부터 상기 충전부 및 방전부의 동작을 제어하는 서브 제어부를 포함하여 이루어져 있다.
(특허문헌 1) KR10-1189122 B1 배터리의 재생과 충전을 동시에 하는 장치 및 그 방법
상술한 특허문헌 1은 고주파 전류를 통해 배터리 전극에 붙은 황산염을 제거하도록 되어 있으나 전극의 황산염을 제거하기 위해서는 높은 전압의 전원을 인가하여야만 하여 그 효율성이 저하되는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리의 충, 방전 및 재생장치는 고전압으로 작업을 하는 재생부의 구동시 재생부와 저전압으로 작업하는 충, 방전부를 전기적으로 분리하여 충전, 방전, 재생 작업을 하나의 장비를 통해 실시할 수 있어 중량이 무거운 다수의 배터리 셀을 이동시키지 않더라도 작업이 이루어져 작업의 편의성 및 효율성을 높일 수 있는 배터리의 충, 방전 및 재생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 바이패스부를 통해 다수의 배터리 셀을 연속적인 작업으로 충전, 방전, 재생하는 작업을 실시하여 작업의 효율성을 높일 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 바이패스부를 통해 각각의 배터리 셀의 모니터링을 실시하여 작업성을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
본 발명은 충, 방전부와 재생부가 제어부를 통해 전기적으로 연결된 상태에서 재생하고자 하는 다수의 배터리 셀을 충전, 방전 및 재생을 한번에 실시함으로써 중량이 무거운 배터리 셀을 이동시키지 않아도 되어 작업성 및 편의성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 다수의 배터리 셀의 충전 및 방전시 과전압 또는 일부 고장으로 인한 쇼트가 나거나 과전류 발생시 바이패스 유닛이 이웃하는 배터리 셀로 전원을 바이패스 시켜 해당 셀의 파손을 방지할 수 있다.
그리고 충, 방전부와 다수의 배터리 셀을 연결하기 위한 스위치부의 다수의 제1, 2 단자를 경사진 형태로 제작하여 먼지 등에 의한 스파크 발생을 방지할 수 있다.
특히, 다수의 제1, 2 단자로 이루어진 스위치부를 고압으로 가압할 수 있는 엑추에이터를 형성하여 안전하고 효율적인 방전을 실시할 수 있다.
아울러, 바이스패스부를 통해 각각의 배터리 셀 상태를 모니터링 할 수 있어 별도로 각각의 배터리 셀의 시험을 하지 않더라도 불량의 배터리 셀을 쉽게 찾을 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리의 충, 방전 및 재생장치의 블록도.
도 2는 본 발명에서 스위치부를 도시한 개략도.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 도 1에서 도시된 바와 같이 다수의 배터리 셀(1)을 재생하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은 다수의 배터리 셀(1)의 충전, 방전, 재생 작업을 실시할 수 있도록 구성된다.
우선, 전원 공급부(10)는 도 1에서와 같이 통상의 전원을 공급하기 위한 구성으로서 상세한 설명은 생략하도록 한다.
다음으로, 충전부(20)는 다수의 배터리 셀(1)을 충전할 수 있는 전류 및 전압을 변환하는 구성이다.
다음으로, 방전부(30)는 다수의 배터리 셀(1)을 완전히 방전시키기 위한 구성이다.
여기서, 다수의 배터리 셀(1)의 방전은 정해진 시간 내에 고전류를 이용해 실시하여야 하는 만큼 고전류를 생성할 수 있는 수단이 포함되어야만 한다.
다음으로, 재생부(40)는 다수의 배터리 셀(1)을 재생하기 위한 구성이다.
더욱 구체적으로는, 상기 재생부(40)는 고전압을 인가하여 도면에는 도시하지 않았지만 배터리를 구성하는 전극에 부착된 황산을 탈락시켜 다수의 배터리 셀(1)을 재생시키는 구성이기 때문에 고압을 발생할 수 있는 수단(도면에 미도시)이 포함되어야만 한다.
다음으로, 스위치부(50)는 충, 방전부(20, 30)와 다수의 배터리 셀(1) 사이에 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 엑추에이터(53)에 의해 구동하도록 작동한다.
즉, 상기 스위치부(50)의 다수의 제1, 2 단자(51, 52)는 평상시 및 재생부(40)를 통한 다수의 배터리 셀(1)의 재생시에는 떨어져 있어 전기적으로 연결되지 않은 상태가 된다.
그러다가 사용자가 충전부(20) 및 방전부(30)를 통해 다수의 배터리 셀(1)을 충, 방전할 때에는 제어부(60)에서 다수의 제1, 2 단자(51, 52) 중 어느 하나의 단자를 구동하도록 구성된 엑추에이터(53)를 구동시켜 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 접촉하도록 작동한다.
여기서, 다수의 배터리 셀(1)의 방전시에는 고전류를 이용하여 방전을 실시하게 되는 만큼 도 2에서와 같이 상기 엑추에이터(53)를 통한 다수의 제1, 2 단자(51, 52)의 가압은 매우 강한 힘으로 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 맞닿아 있을 수 있도록 구성하여야만 한다.
만약, 가압력이 약해지게 되어 접촉면 일부가 떨어지게 되면 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 고전류에 의해 아크 방전이 발생할 수 있기 때문이다.
따라서, 상술한 엑추에이터(53)는 특별히 한정 짓는 것은 아니지만 대략 100kg 정도의 힘을 발생할 수 있는 실린더 또는 모터를 이용하는 것이 좋다.
특히, 상술한 다수의 제1, 2 단자(51, 52)는 외부에 노출되어 있어 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 먼지 등의 이물질이 쌓일 수 있게 되며 이럴 경우 스파크가 발생할 수도 있다.
이에 본 발명에서는 상기 다수의 제1, 2 단자(51, 52)의 형성시 경사각을 준 상태로 제작하여 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 접촉하는 면에 이물질 등이 묻어있지 않도록 할 수도 있다.
다음으로, 제어부(60)는 상술한 전원 공급부(10)를 통해 전원을 인가받으며, 충, 방전부(20, 30) 및 재생부(40)와 연동하여 작동할 수 있도록 구성된다.
즉, 상기 제어부(60)는 평상시 및 고압을 발생하는 재생부(40)의 작동시에는 스위치부(50)의 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 연결되지 않도록 하여 충, 방전부(20, 30)와 재생부(40)가 전기적으로 연결되지 않도록 제어하고, 재생부(40)가 작동하지 않는 상태에서 충, 방전부(20, 30)가 작동하면 제어부(60)가 엑추에이터(53)를 구동시켜 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 맞닿도록 하여 전기적으로 연결될 수 있도록 작동한다.
특히, 상술한 제어부(60)는 스위치부(50)의 엑추에이터(53)를 구동하기 위한 전원을 검출하여 엑추에이터(53)가 작동하였을 때에만 충, 방전부(20, 30)로 전원을 인가하도록 제어하게 된다.
한편, 본 발명에서는 상기 충, 방전부(20, 30)와 스위치부(50) 사이에 바이패스부(70)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기 바이패스부(70)는 상술한 충전부(20) 및 방전부(30)와 다수의 배터리 셀(1)을 연결하는 연결라인 상에서 어느 하나의 배터리 셀(1)과 이웃하는 배터리 셀(1) 사이에 배치되는 바이패스 유닛(71)이 배터리 셀(1)의 개수만큼 형성되어 있다.
이러한, 바이패스부(70)는 바이패스 유닛(71)에서 해당 배터리 셀(1)의 전압 및 전류를 측정할 수 있음은 물론, 어느 하나의 배터리 셀(1)에서 측정된 전압 및 전류가 기준치를 벗어날 경우에는 해당 배터리 셀(1)로 유입되는 전원을 차단할 수 있도록 바이 패스시켜 이웃하는 배터리 셀(1)로 전원이 인가되도록 작동하게 되며, 이는, 충전부(20)를 통한 충전 및 방전부(40)를 통한 방전시에 구동이 이루어지게 된다.
특히, 제어부(60)는 상술한 전원 공급부(10)에서 전원을 인가받아 충전부(20), 방전부(30), 재생부(40)에 전원을 인가하는 한편 위의 구성들과 연동하여 각 구성요소들을 제어할 수 있도록 이루어져 있다.
즉, 제어부(60)는 다수의 배터리 셀(1)의 충, 방전시 바이패스부(70)를 통해 해당 배터리 셀(1)로 유입되는 전류 및 전압이 기준치를 벗어남을 인지할 경우 바이스패스부(70)에 신호를 송신해 전원이 바이패스 되도록 할 수 있는 것이다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 배터리의 충, 방전 및 재생장치의 바람직한 실시 예에 대해 살펴보도록 한다.
우선, 본 발명에 따른 배터리의 충, 방전 및 재생장치(100)는 충, 방전부(20, 30)와 재생부(40)가 제어부(60)를 통해 전기적으로 연결된 상태를 유지하여 재생하고자 하는 다수의 배터리 셀(1)을 본 발명을 통해 충전, 방전 및 재생을 한번에 실시함으로써 중량이 무거운 배터리 셀(1)을 이동시키지 않아도 되어 작업성 및 편의성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 통상의 충, 방전부(20, 30)는 다수의 배터리 셀(1)의 전체 전압, 예컨대, 2V의 배터리 셀(1)이 24개수 일 경우 약 48 ∼ 54V의 비교적 낮은 저전압에서 구동될 수 있도록 구성된다.
하지만, 재생부(40)는 다수의 배터리 셀(1)의 전극에 붙은 황산을 떼어내기 위해 대략 1,000V 이상의 고압을 인가하여야만 한다.
만약, 재생부(40)를 구동시킨 상태에서 충, 방전부(20, 30)가 재생부(40)와 전기적으로 연결된 상태이게 되면 재생부(40)의 전압에 의해 충, 방전부(20, 30)가 견디지 못하고 파손되는 문제가 발생하게 된다.
이에 본 발명에서는 충, 방전부(20, 30)와 다수의 배터리 셀(1) 사이에 스위치부(50)를 형성하여 평상시 및 재생부(40)가 작동할 때에는 스위치부(50)의 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 떨어져 있어 전기적으로 연결되지 않도록 함으로써 재생부(40)가 구동하더라도 충, 방전부(20, 30)에 영향을 미치지 않도록 함으로써 충, 방전부(20, 30)와 재생부(40)를 선택적으로 사용할 수 있도록 구성하여 작업성 및 편의성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
또한, 충, 방전부(20, 30)의 구동시에는 엑추에이터(53)에 의해 다수의 제1, 2 단자(51, 52)가 접촉하여 전기적으로 연결되어 배터리 셀(1)의 충전 및 방전을 실시할 수 있게 된다.
한편, 상술한 방전부(30)를 통한 다수의 배터리 셀(1)의 방전은 정해진 시간 내에 다수의 배터리 셀(1) 내의 에너지를 모두 방전시켜야만 한다.
따라서, 방전시에는 고전류가 발생하게 되는데, 상술한 다수의 제1, 2 단자(51, 52)의 접촉면이 완전히 밀착되지 않은 상태일 경우 아크 방전이 발생하여 화재가 발생하게 된다.
이에 본 발명에서는 높은 가압력을 형성할 수 있는 실린더 또는 모터 중 어느 하나의 수단을 이용하여 가압함으로써 다수의 제1, 2 단자(51, 52)의 접촉면이 완전히 밀착될 수 있도록 하여 아크 방전에 따른 화재가 발생하지 않도록 작용하게 된다.
더욱이, 상술한 스위치부(50)의 다수의 제1, 2 단자(51, 52)는 경사각을 형성한 형태로 구성되어 먼지 등으로 인한 스파크의 발생도 막을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는 스위치부(50)의 엑추에이터(53)를 작동시키는 전원이 인가되었는지 여부를 검출하여 엑추에이터(53)의 작동이 이루어진 것으로 판별될 때에만 제어부(60)에서 충, 방전부(20, 30)를 구동하기 위한 전원을 공급하도록 작동하여 안전사고를 방지할 수 있는 효과도 얻을 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 바이패스부(70)를 통해 다수의 배터리 셀(1)의 충, 방전 및 재생 작업이 끊김 없이 연속적으로 이루어질 수 있어 작업시간을 대폭 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명에서 바이패스부(70)는 어느 하나의 배터리 셀(1)과 이웃하는 배터리 셀(1) 사이에 배치되어 어느 하나의 배터리 셀(1)의 전류, 전압을 검출할 수 있음은 물론, 해당 배터리 셀(1)로 유입되는 전원을 차단하여 다른 이웃하는 배터리 셀(1)로 바이패스 시킬 수 있는 다수의 바이패스 유닛(71)이 구성되어 있다.
이러한, 바이패스부(70)는 다수의 배터리 셀(1)의 충전시 어느 하나의 배터리 셀(1)에 과전압 또는 일부 고장으로 인한 쇼트가 나거나 과전류가 흐르게 되면 바이패스 유닛(71)이 이웃하는 배터리 셀(1)로 전원을 바이패스 시켜 해당 배터리 셀(1)의 파손을 방지할 수 있게 된다.
또한, 다수의 배터리 셀(1)의 방전시 다수의 배터리 셀(1)은 순차적으로 방전이 이루어지게 되는데, 이때에, 이미 방전이 완료된 배터리 셀(1)이 발생할 경우 이를 인지하여 바이패스 시킴으로써 방전의 효율성을 높일 수 있게 된다.
더욱이 본 발명은 각각의 배터리 셀(1) 상태를 다수의 바이패스 유닛(71)이 모니터링 하기 때문에 충전량이 충분치 않은 배터리 셀(1)을 손쉽게 선별할 수 있다.
따라서, 각각의 배터리 셀(1)을 검사하지 않더라도 개별적인 검사가 이루어질 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자들에게 있어 명백한 것이다.
1 : 배터리 셀
10 : 전원 공급부
20 : 충전부
30 : 방전부
40 : 재생부
50 : 스위치부
51 : 제1 단자 52 : 제2 단자 53 : 엑추에이터
60 : 제어부
70 : 바이패스부
71 : 바이패스 유닛
100 : 배터리의 충, 방전 및 재생장치

Claims (5)

  1. 다수의 배터리 셀(1)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(10);
    상기 다수의 배터리 셀(1)을 충전하는 충전부(20);
    상기 다수의 배터리 셀(1)을 방전시키기 위한 방전부(30);
    상기 다수의 배터리 셀(1)을 재생하기 위한 재생부(40);
    상기 충, 방전부(20, 30)와 상기 다수의 배터리 셀(1) 사이에 형성되며, 평상시 및 재생부의 작동시에 충, 방전부(20, 30)와 재생부(40)가 전기적으로 연결되지 않도록 작동하고, 충, 방전시에는 전기적으로 연결되도록 작동하는 다수의 제1, 2 단자(51, 52)와 상기 제1, 2 단자(51, 52)가 접촉시에는 제어부(60)에 의해 제어되는 실린더 또는 모터로 이루어진 엑추에이터(53)를 이용하여 제1, 2 단자(51, 52)가 강한 힘으로 완전히 밀착된 상태로 맞닿도록 이루어진 스위치부(50);
    상기 충전부(20), 방전부(30), 재생부(40), 스위치부(50)와 연동되어 평상시 또는 재생부(40)의 작동시에는 스위치부(50)의 제1, 2 단자(51, 52)를 떨어뜨려 놓고, 충, 방전부(20, 30) 작동시에는 스위치부(50)의 제1, 2 단자(51, 52)가 맞닿도록 작동하도록 하며, 상기 엑추에이터(53)로 공급되는 전원을 감지하여 엑추에이터(53)에 전원이 공급된 상태일 때에만 충, 방전부(20, 30)에 전원을 공급하도록 작동하고, 엑추에이터(53)에 전원이 인가되지 않은 상태일 때에는 충, 방전부(20, 30)에 전원을 공급하지 않도록 작동하는 제어부(60);를 포함하여 구성되어 있어,
    다수의 배터리 셀에 대해 충, 방전 및 재생작업을 한번에 실시할 수 있는 것에 특징이 있는 배터리의 충, 방전 및 재생장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스위치부(50)의 제1, 2 단자(51, 52)는 경사진 형태로 형성되어 있는 것에 특징이 있는 배터리의 충, 방전 및 재생장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 충, 방전부(20, 30)와 스위치부(50) 사이에 배치되어 충, 방전부(20, 30) 작동시 어느 하나의 배터리 셀(1) 내의 전류 및 전압이 기준치를 벗어나면, 해당 배터리 셀(1)로 공급되는 전원을 바이패스 시켜 전원 공급을 차단하면서 이웃하는 배터리 셀(1)로 전원을 공급하는 다수의 바이패스 유닛(71)으로 이루어진 바이패스부(70)가 더 포함되어 구성되는 것에 특징이 있는 배터리의 충, 방전 및 재생장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023167508A1 (ko) * 2022-03-02 2023-09-07 주식회사 마루온 배터리 방전장치 및 그 방전방법

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