KR20190060497A - 배터리 장치 및 배터리 온도 조절방법 - Google Patents

배터리 장치 및 배터리 온도 조절방법 Download PDF

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Abstract

발전기와 연결되는 발전 전력라인에 연결되는 복수개의 배터리를 마련하는 과정; 상기 복수개의 배터리가 위치하는 공간의 온도를 측정하는 과정; 및 측정된 온도에 따라, 상기 복수개의 배터리 간의 충방전을 제어하여 배터리의 온도를 상승시키는 과정;을 포함하고, 배터리의 온도 저하를 방지할 수 있다.

Description

배터리 장치 및 배터리 온도 조절방법{Battery and Method for controlling battery temperature}
본 발명은 배터리 장치 미 배터리 온도 조절방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 온도 저하를 방지할 수 배터리 장치 및 배터리 온도 조절방법에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 최근에 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 저장된 전력을 효율적으로 활용할 수 있는 배터리 장치에 관심과 연구가 집중되고 있다.
배터리 장치에 구비되는 배터리로, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 및 리튬 이온 전지 등이 사용될 수 있다. 이 중에서 리튬 이온 전지는 충방전이 자유롭고, 자가 방전율 매우 낮으며, 에너지 밀도가 높은 장점이 있기 때문에, 각광을 받고 있다.
그러나 리튬 이온 전지는, 충전 또는 방전 과정이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지기 때문에, 주변 온도 환견 조건에 많은 영향을 받는다. 리튬 이온 전지가 고온 환경에 장시간 노출되는 경우, 충방전 효율이 낮아지고, 수명이 단축될 수 있다. 또한, 리튬 이온 전지의 온도가 지나치게 상승하는 경우, 발열로 인한 전해질 분해, 열폭주 형상 등이 발생할 우려가 있다. 이에, 에어컨 등의 냉각기를 가동하여 리튬 이온 전지가 고온 환경에 노출되는 것을 방지하였다.
반대로, 리튬 이온 전지가 저온 환경에 노출되는 경우, 방출되는 전류의 양이 감소하여, 리튬 이온 전지의 능력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나 리튬 이온 전지의 온도는 낮추는 기술에 비해, 리튬 이온 전지의 온도를 상승시키는 기술에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
KR 2016-0125829 A
본 발명은 배터리의 온도를 용이하게 상승시킬 수 있는 배터리 장치 및 배터리 온도 조절방법을 제공한다.
본 발명은 배터리의 온도를 조절하는데 사용되는 에너지의 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 장치 및 배터리 온도 조절방법을 제공한다.
본 발명은 외부 발전기에 연결되는 발전 전력라인에 연결되는 복수개의 배터리; 및 상기 배터리가 위치하는 공간의 온도에 따라 배터리들 간에 충방전을 제어하여, 배터리의 온도를 상승시킬 수 있는 제어기;를 포함하여 구성되며, 상기 복수개의 배터리는 병렬로 연결되고, 상기 병렬로 연결된 복수개의 배터리의 최종단자가 상기 발전 전력라인에 연결된다.
상기 배터리와 연결되고, 상기 배터리가 위치하는 공간으로 온풍을 공급해주도록 설치되는 온풍기를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 배터리에서 방전되는 전류 중 적어도 일부를 상기 온풍기로 공급해주도록 상기 배터리의 방전을 제어할 수 있다.
상기 발전 전력라인과 상기 배터리 사이에 설치되는 제1 스위치; 및 상기 온풍기와 상기 배터리 사이에 설치되는 제2 스위치;를 더 포함한다.
상기 복수개의 배터리 간의 전류의 흐름을 제어하도록, 상기 복수개의 배터리 사이에 설치되는 복수개의 보조 스위치를 더 포함한다.
상기 제어기는, 상기 배터리가 위치하는 공간의 온도를 측정할 수 있는 온도 감지부; 상기 온도 감지부에서 측정된 온도값과 미리 설정된 설정 온도값을 비교할 수 있는 제1 비교부; 및 상기 제1 비교부에서 비교한 결과에 따라, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 및 상기 복수개의 보조 스위치의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어기는, 상기 배터리의 전압을 측정할 수 있는 전압 측정부; 및 상기 전압 측정부에서 측정된 전압값과 미리 설정된 설정 전압값을 비교할 수 있는 제2 비교기;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제2 비교부에서 비교한 결과에 따라, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 및 상기 복수개의 보조 스위치의 작동을 제어한다.
본 발명은 발전기와 연결되는 발전 전력라인에 연결되는 복수개의 배터리를 마련하는 과정; 상기 복수개의 배터리가 위치하는 공간의 온도를 측정하는 과정; 및 측정된 온도에 따라, 상기 복수개의 배터리 간의 충방전을 제어하여 배터리의 온도를 상승시키는 과정;을 포함한다.
상기 복수개의 배터리 간의 충방전을 제어하는 과정은, 상기 복수개의 배터리와 상기 발전 전력라인의 연결을 차단하는 과정; 및 상기 복수개의 배터리 간의 충방전 경로를 형성하여 배터리를 발열시키는 과정;을 포함한다.
상기 복수개의 배터리 간에 충방전을 제어하는 과정은, 상기 배터리와, 상기 배터리가 위치하는 공간으로 온풍을 공급해주도록 설치되는 온풍기를 연결해주는 과정; 및 상기 배터리에서 방전되는 전류 중 적어도 일부를 상기 온풍기에 공급하는 과정;을 더 포함한다.
상기 배터리에서 방전되는 전류 중 적어도 일부를 상기 온풍기에 공급하는 과정은, 복수개의 배터리 중 적어도 일부를 방전시켜 상기 온풍기에 전류를 공급하는 과정; 및 방전되는 배터리를 발열시키는 과정;을 포함한다.
상기 복수개의 배터리 간에 충방전을 제어하는 과정은, 상기 온풍기에 전류를 공급을 중단하는 과정; 복수개의 배터리 중 방전된 배터리로, 다른 배터리의 전류를 공급하는 과정; 및 복수개의 배터리 중 충전되는 배터리와, 방전되는 배터리를 발열시키는 과정;을 포함한다.
상기 복수개의 배터리 간에 충방전을 제어하는 과정은, 상기 배터리의 전압을 측정하는 과정; 측정되는 전압값이 미리 설정된 전압값과 비교하는 과정; 및 측정되는 전압값이 미리 설정된 전압값보다 작으면, 상기 배터리와 상기 온풍기의 연결을 차단하는 과정;을 더 포함한다.
측정되는 전압값이 미리 설정된 전압값과 비교한 후에, 측정되는 전압값이 미리 설정된 전압값보다 작으면, 상기 배터리와 상기 발전 전력라인을 연결하여, 상기 배터리를 충전하는 과정을 더 포함한다.
상기 복수개의 배터리가 위치하는 공간의 온도를 측정하는 과정은, 측정된 온도값과 미리 설정된 설정 온도값을 비교하는 과정을 포함하고, 상기 측정된 온도에 따라 배터리의 온도를 상승시키는 과정은, 측정된 온도값이 상기 설정 온도값 이하이면, 상기 배터리의 온도를 상승시키는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 배터리가 저온 환경에 노출되는 경우, 배터리의 온도를 용이하게 상승시킬 수 있다. 이에, 낮은 온도로 인해 배터리의 출력이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 배터리의 온도를 상승시키는데 사용되는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. 이에, 에너지가 낭비되는 것을 방지할 수 있고, 적은 에너지로 배터리의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 에너지의 사용 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 온도 조절방법을 나타내는 플로우 차트.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리에서 온풍기로 전류를 공급하는 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 일 배터리에서 다른 배터리로 전류를 공급하는 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다른 배터리에서 또 다른 배터리로 전류를 공급하는 구조를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리를 충전하는 구조를 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 장치(100)는, 발전 전력라인(51)과 연결되는 배터리(110), 및 제어기(120)를 포함한다. 또한, 배터리 장치(100)는 온풍기(130), 제1 스위치(140), 제2 스위치(150), 제3 스위치(미도시), 및 복수개의 보조 스위치를 더 포함할 수 있다.
발전기(50)는, 배터리(110)로 전력을 공급하거나, 배터리(110)로부터 공급된 전력을 입력받는다. 이에, 배터리(110) 내 전압이 부족한 경우, 발전 전력라인(51)에서 배터리(110)로 전력을 공급해주어, 배터리(110)가 충전될 수 있다. 배터리(110) 내 전압이 충분한 경우, 배터리(110)가 발전 전력라인(51)으로 전력을 전달해줄 수 있다. 이때, 발전기(50) 대신 변전소, 송전선가 구비될 수도 있다.
발전 전력라인(51)은, 발전기(50)와 배터리(110)를 전기적으로 연결해주는 역할을 한다. 이에, 발전기(50)의 전력이 발전 전력라인(51)을 통해 배터리(110)로 전달될 수 있다.
배터리(110)는 발전 전력라인(51)과 전기적으로 연결된다. 배터리(110)는 발전 전력라인(51)으로부터 공급되는 전력을 저장할 수 있다. 예를 들어, 배터리(110)는 리튬 이온 전지일 수 있다.
또한, 배터리(110)는 복수개가 구비될 수 있다. 복수개의 배터리(110)는 병렬로 연결되어 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이에, 하나의 배터리(110)에 저장된 전류가 다른 배터리(110)로 흐를 수 있다. 따라서, 배터리(110)들 간에 전류가 흐르면서, 배터리(110)가 충방전될 수 있다. 이때, 병렬로 연결된 배터리(110)들의 최종단자가 발전 전력라인(51)과 연결된다.
제1 스위치(140)는 발전 전력라인(51)(또는, 배터리(110)와 발전소(50) 사이)에 설치된다. 이에, 제1 스위치(140)는 발전소(50)와 배터리(110) 사이의 전기적 연결을 차단하거나, 전기적으로 연결해줄 수 있다. 즉, 제1 스위치(140)는 발전 전력라인(51)과 배터리(110) 사이를 온/오프할 수 있다. 따라서, 제1 스위치(140)의 작동을 제어하여, 발전 전력라인(51)에서 배터리(110)로 전력을 공급하거나, 배터리(110)에서 발전 전력라인(51)으로 전력을 전달해주는 것이 중단될 수 있다.
보조 스위치(160)는 복수개의 배터리(110) 간의 전류의 흐름을 제어하는 역할을 한다. 보조 스위치(160)는 복수개가 구비되어, 복수개의 배터리(110) 사이에 설치될 수 있다. 보조 스위치(160)는 배터리(110)가 구비되는 개수만큼 구비될 수 있다. 이에, 보조 스위치(160)의 작동을 제어하여, 병렬로 연결된 배터리(110)들 간에 전류를 흘려 보낼 수 있다.
또한, 복수개의 보조 스위치(160)는 제1 스위치(140)에 연결되는 라인과 연결될 수 있다. 이에, 복수개의 보조 스위치(160)의 작동을 제어하여, 원하는 배터리(110)에만 발전 전력라인(51)의 전력을 공급해주거나, 원하는 배터리(110)에서만 발전 전력라인(51)으로 전력을 전달해줄 수 있다.
온풍기(130)는 배터리(110)가 위치하는 공간으로 온풍을 공급해주는 역할을 한다. 온풍기(130)는 배터리(110)와 전기적으로 연결된다. 이때, 병렬로 연결된 배터리(110)들의 최종단자가 온풍기(130)와 연결될 수 있다. 즉, 병렬로 연결된 배터리(110)들의 최종단자가 발전 전력라인(51) 및 온풍기(130)와 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 배터리(110)에서 공급되는 전력에 의해 온풍기(130)가 작동하여 열풍을 발생시킬 수 있고, 배터리(110)의 온도를 상승시켜줄 수 있다.
또한, 온풍기(130)는 발열체 및 팬을 포함할 수 있다. 발열체는 열을 발생시키는 역할을 하고, 팬은 발열체의 뒤쪽에 설치되어 전방의 배터리(110) 측으로 공기를 밀어보낼 수 있다. 이에, 발열체에서 열을 발생시키는 상태에서, 팬을 작동시키면 따뜻한 바람이 배터리(110)의 저장공간으로 강제적으로 보내질 수 있다.
제2 스위치(150)는 온풍기(130)와 배터리(110)들 사이에 설치된다. 이에, 제2 스위치(150)는 온풍기(130)와 배터리(110) 사이의 전기적 연결을 차단하거나, 전기적으로 연결해줄 수 있다. 즉, 제2 스위치(150)는 온풍기(130)와 배터리(110) 사이를 온/오프할 수 있다. 따라서, 제2 스위치(150)의 작동을 제어하여, 배터리(110)에서 온풍기(130)로 전력을 전달되거나 전달되지 않으면서, 온풍기(130)가 작동하거나 작동하지 않을 수 있다.
이때, 배터리(110)와 발전 전력라인(51)은 전력을 소비하는 장치(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 배터리(110)에 저장된 전력이나 발전 전력라인(51)이 공급하는 전력이 전력을 소비하는 장치로 공급될 수 있고, 전력을 소비하는 장치가 공급되는 전력에 의해 작동할 수 있다.
제3 스위치는 전력을 소비하는 장치와 배터리(110) 사이에 설치된다. 또한, 제3 스위치는 전력을 소비하는 장치와 발전 전력라인(51) 사이에 설치된다. 이에, 제3 스위치는 전력을 소모하는 장치와 배터리(110) 사이, 및 전력을 소모하는 장치와 발전 전력라인(51) 사이를 전기적으로 연결해 주거나 차단할 수 있다. 따라서, 제3 스위치의 작동을 제어하여, 전력을 소모하는 장치로 전력을 공급해주거나 공급을 중단시킬 수 있다.
제어기(120)는 배터리(110)가 위치하는 공간의 온도에 따라 배터리(110)들 간에 충방전을 제어할 수 있다. 이에, 배터리(110)들 간의 충방전으로 발생하는 열을 이용하여, 배터리(110)의 온도를 상승시킬 수 있다.
또한, 제어기(120)는 배터리(110)에서 방전되는 전류 중 적어도 일부를 온풍기(130)로 공급해주도록, 배터리(110)의 방전을 제어할 수 있다. 이에, 제어기(120)는 배터리(110)를 방전시켜 열을 발생시키면서, 온풍기(130)를 작동시켜 배터리(110)가 위치하는 공간으로 온풍을 공급해줄 수 있다. 따라서, 배터리(110)가 발열될 뿐만 아니라, 배터리(110)가 저장되는 공간도 가열되어, 배터리(110)의 온도가 신속하게 상승할 수 있다.
제어기(120)는, 온도 감지부(121), 제1 비교부(122), 및 제어부(123)를 포함한다. 또한, 제어기(120)는 전압 측정부(124), 및 제2 비교부(125)를 더 포함할 수 있다.
온도 감지부(121)는 배터리(110)가 위치하는 공간의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 온도 감지부(121)는 온도 측정센서일 수 있고, 배터리(110)가 위치하는 공간에 설치될 수 있다. 이에, 온도 감지부(121)로 배터리(110)가 위치하는 공간의 온도를 모니터링할 수 있다.
제1 비교부(122)는 온도 감지부(121)와 연결된다. 제1 비교부(122)는 온도 감지부(121)에서 측정된 온도값과 미리 설정된 설정 온도값을 비교할 수 있다. 설정 온도값은 -20℃ 내지 0도 사이의 값 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 이에, 측정되는 온도값이 설정 온도값보다 크면, 배터리(110)가 위치하는 공간의 온도가 상온이기 때문에 배터리(110)가 정상적으로 작동할 수 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리(110)의 온도를 상승시킬 필요가 없다고 판단할 수 있다.
반면, 측정되는 온도값이 설정 온도값 이하이면, 배터리(110)가 위치하는 공간의 온도가 저온이기 때문에 배터리(110)의 출력이 저하될 수 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리(110) 또는 배터리(110)가 위치한 공간의 온도를 상승시키는 작업을 수행해야 한다고 판단할 수 있다.
제어부(123)는 제1 비교부(122)와 연결된다. 이에, 제어부(123)는 제1 비교부(122)에서 비교한 결과에 따라 배터리(110)들 간의 충방전 및 온풍기(130)로 전류 공급해주는 것을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(123)는 제1 스위치(140), 제2 스위치(150), 제3 스위치, 및 복수개의 보조 스위치(160)의 작동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 배터리(110)가 위치한 공간의 온도가 저온이라도 판단되는 경우, 제어부(123)는 제1 스위치(140)와 제3 스위치를 끌 수 있다. 즉, 배터리(110)와 발전 전력라인(51)의 전기적 연결을 차단하고, 배터리(110)와 전력을 소모하는 장치의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 제2 스위치(150)는 켜서 배터리(110)와 온풍기(130)를 전기적으로 연결해줄 수 있다.
그 다음, 제어부(123)는 복수개의 보조 스위치(160) 중 적어도 일부는 키고 다른 일부는 끌 수 있다. 그런 상태에서 제어부(123)가 제2 스위치(150)를 키면, 복수개의 배터리(110) 중 보조 스위치(160)가 켜진 배터리(110)에서 온풍기(130)로 전류를 방전시킬 수 있다. 이에, 방전되는 배터리(110)가 발열할 수 있고, 온풍기(130)가 작동되어 배터리(110)가 저장된 공간으로 온풍을 공급해줄 수 있다. 따라서, 배터리(110)가 저장된 공간의 온도가 신속하게 상승할 수 있다.
그 다음, 보조 스위치(160)가 켜진 배터리(110)가 완전히 방전되면, 제어부(123)는 제2 스위치(150)를 끌 수 있다. 즉, 배터리(110)와 온풍기(130)의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 이에, 온풍기(130)의 작동이 중단될 수 있다.
그 다음, 제어부(123)는 보조 스위치(160)의 작동을 제어하여, 방전된 배터리(110)와 방전되지 않은 배터리(110)를 전기적으로 연결해줄 수 있다. 이에, 방전되지 않은 배터리(110)에서 방전된 배터리(110)로 전류가 공급될 수 있다. 방전되지 않은 배터리(110)는 방전되고, 방전된 배터리(110)는 충전되면서 배터리(110)들이 발열할 수 있다. 따라서, 배터리(110)가 상온 상태를 유지할 수 있다.
배터리(110)가 저장된 공간의 온도가 상온으로 상승하면, 배터리(110)들을 충방전시키는 작업을 중단할 수 있다. 이후, 제어부(123)는 제1 스위치(140)나 제3 스위치를 킬 수 있다. 즉, 배터리(110)와 발전 전력라인(51)의 전기적으로 연결해주거나, 배터리(110)와 전력을 소모하는 장치의 전기적으로 연결해줄 수 있다.
전압 측정부(124)는 배터리(110)의 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 전압 측정부(124)는 배터리(110)의 전압을 검출할 수 있는 검출기일 수 있다. 전압 측정부(124)는 하나가 구비되어 복수개의 배터리(110) 전체 전압을 측정할 수 있다. 또는, 전압 측정부(124)가 복수개가 구비되어 각 배터리(110)의 전압을 측정하고, 측정된 값들의 평균을 산출하여 복수개의 배터리(110) 전체 전압을 측정할 수도 있다. 이에, 전압 측정부(124)로 배터리(110) 전체의 전압 상태를 모니터링할 수 있다.
제2 비교부(125)는 전압 측정부(124)와 연결된다. 제2 비교부(125)는 전압 측정부(124)에서 측정된 전압값과 미리 설정된 설정 전압값을 비교할 수 있다. 설정값은 완충된 배터리(110)의 전압 100%에 대하여, 40~60% 크기의 값 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 이에, 측정되는 전압값이 설정 전압값보다 크면, 배터리(110)가 완전히 방전될 위험이 없다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리(110)의 온도를 상승시키는 작업을 중단할 필요가 없다고 판단할 수 있다.
반면, 측정되는 전압값이 설정 전압값 이하이면, 배터리(110)가 완전히 방전될 위험이 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리(110)의 온도를 상승시키는 작업을 중단시켜, 배터리(110)가 방전되는 것을 방지해야 한다고 판단할 수 있다.
이때, 제어부(123)는 제2 비교부(125)와도 연결된다. 이에, 제어부(123)는 제2 비교부(125)에서 비교한 결과에 따라 배터리(110)들 간의 충방전 및 온풍기(130)로 전류 공급해주는 것을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(123)는 제1 스위치(140), 제2 스위치(150), 제3 스위치, 및 복수개의 보조 스위치(160)의 작동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 배터리(110)들 전체가 방전될 위험이 있다고 판단되는 경우, 제어부(123)는 제2 스위치(150)와 제3 스위치를 끌 수 있다. 즉, 배터리(110)와 전력을 소모하는 장치의 전기적 연결을 차단하고, 배터리(110)와 온풍기(130)의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
그 다음, 제어부(123)는 보조 스위치(160)들을 모두 킨 상태에서 제1 스위치(140)를 킬 수 있다. 즉, 배터리(110)들을 전기적으로 모두 연결할 상태에서, 배터리(110)들과 발전 전력라인(51)을 전기적으로 연결해줄 수 있다. 이에, 발전 전력라인(51)이 배터리(110)들에 전력을 공급해주어, 배터리(110)들이 충전될 수 있다.
한편, 배터리(110)가 위치한 공간의 온도가 저온이라도 판단되는 동시에, 배터리(110)들 전체가 방전될 위험이 있다고 판단되는 경우, 제어부(123)는 제1 스위치(140), 제2 스위치(150), 및 보조 스위치(160)를 모두 킨 상태에서 제3 스위치만 끌 수 있다. 이에, 발전 전력라인(51)에서 공급해주는 전력이 배터리(110)를 충전시켜주면서, 온풍기(130)를 작동시켜 배터리(110)가 위치한 공간으로 온풍을 공급해줄 수 있다.
이처럼 배터리(110)가 저온 환경에 노출되는 경우, 자동으로 배터리(110)의 온도를 용이하게 상승시킬 수 있다. 이에, 낮은 온도로 인해 배터리(110)의 출력이 저하되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 배터리(110)의 온도를 상승시키는데 사용되는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. 이에, 에너지가 낭비되는 것을 방지할 수 있고, 적은 에너지로 배터리의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 에너지의 사용 효율이 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 온도 조절방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리에서 온풍기로 전류를 공급하는 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 일 배터리에서 다른 배터리로 전류를 공급하는 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다른 배터리에서 또 다른 배터리로 전류를 공급하는 구조를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리를 충전하는 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 온도 조절방법에 대해 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 온도 조절방법은, 발전기와 연결되는 발전 전력라인에 연결되는 복수개의 배터리를 마련하는 과정(S110), 복수개의 배터리가 위치하는 공간의 온도를 측정하는 과정(S120), 및 측정된 온도에 따라 복수개의 배터리 간의 충방전을 제어하여 배터리의 온도를 상승시키는 과정(S130)을 포함한다.
이때, 배터리의 온도조절은, 휴지기간(Rest)에 수행될 수 있다. 즉, 배터리가 충방전을 하지 않아 배터리의 발열이 없기 때문에, 휴지기간에 배터리가 쉽게 저온 상태가 될 수 있다. 따라서, 휴지기간에 배터리가 위치하는 공간의 온도에 따라, 배터리의 온도를 상승시키는 작업을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 배터리가 제1 배터리, 제2 배터리, 및 제3 배터리를 포함하고, 보조 스위치가 제1 보조 스위치, 제2 보조 스위치, 및 제3 보조 스위치를 포함하는 경우를 예시하여 설명한다. 그러나 배터리 및 보조 스위치가 구비되는 개수는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
온도 감지부로 배터리가 위치하는 공간의 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 온도 감지부에서 측정되는 온도값과 미리 설정된 설정 온도값을 비교할 수 있다. 설정 온도값은 -20℃ 내지 0도 사이의 값 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 이에, 측정되는 온도값이 설정 온도값보다 크면, 배터리가 위치하는 공간의 온도가 상온이기 때문에 배터리가 정상적으로 작동할 수 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리의 온도를 상승시킬 필요가 없다고 판단할 수 있다.
반면, 측정되는 온도값이 설정 온도값 이하이면, 배터리가 위치하는 공간의 온도가 저온이기 때문에 배터리의 출력이 저하될 수 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 또는 배터리가 위치한 공간의 온도를 상승시키는 작업을 수행해야 한다고 판단할 수 있다.
배터리가 위치한 공간의 온도가 저온이라도 판단되는 경우, 도 3과 같이 제1 스위치(140)와 제3 스위치를 끌 수 있다. 즉, 배터리(110)들과 발전 전력라인(51)의 전기적 연결을 차단하고, 배터리(110)들과 전력을 소모하는 장치의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 제2 스위치(150)는 켜서 배터리(110)와, 배터리(110)가 위치하는 공간으로 온풍을 공급해주도록 설치되는 온풍기(130)를 전기적으로 연결해줄 수 있다.
이때, 제1 보조 스위치(161)는 끄고, 제2 보조 스위치(162)와 제3 보조 스위치(163)는 킬 수 있다. 따라서, 제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)만 온풍기(130)와 전기적으로 연결되고, 제1 배터리(111)와 온풍기(130)는 전기적으로 연결되지 않는다. 이에, 제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)에서 방전되는 전류가 온풍기(130)로 공급되어, 온풍기(130)를 작동시킬 수 있다.
제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)는 방전되면서 발열할 수 있고, 온풍기(130)가 작동되어 배터리(110)가 저장된 공간으로 온풍을 공급해줄 수 있다. 따라서, 배터리(110)가 저장된 공간의 이중으로 가열되어 온도가 신속하게 상승할 수 있다. 이에, 제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)의 전력을 효율적으로 사용하여 온도를 상승시킬 수 있다.
그 다음, 제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)가 방전되면, 도 4와 같이 제2 스위치(150)를 끌 수 있다. 즉, 배터리(110)와 온풍기(130)의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 이에, 온풍기(130)에 전류 공급이 중단되어 온풍기(130)의 작동이 중단될 수 있다.
그 다음, 배터리(110)들 간에 전류를 흘려 보내어 배터리(110)들을 충방전시킬 수 있도록, 배터리(110)들 간에 충방전 경로를 형성할 수 있다. 즉, 복수개의 배터리(110) 중 방전된 배터리(110)로, 방전되지 않은 다른 배터리(110)의 전류를 흘려 보낼 수 있다. 이에, 충전되는 배터리와, 방전되는 배터리(110)가 발열하여, 배터리(110)가 위치하는 공간의 온도가 상승할 수 있다.
예를 들어, 제1 보조 스위치(161)와 제2 보조 스위치(162)를 킨 상태에서 제3 보조 스위치(163)를 끌 수 있다. 이에, 제1 배터리(111)와 제2 배터리(112)는 전기적으로 연결되고, 제3 배터리(113)는 제1 배터리(111) 및 제2 배터리(112)와 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
방전되지 않은 제1 배터리(111) 내부의 전압이, 방전된 제2 배터리(112)의 내부 전압보다 높기 때문에, 제1 배터리(111)에서 제2 배터리(112)로 전류가 흘러간다. 이에, 제1 배터리(111)는 방전되고 제2 배터리(112)는 충전되면서, 제1 배터리(111)와 제2 배터리(112)가 발열할 수 있다. 제1 배터리(111)와 제2 배터리(112)의 전압이 같아지면, 전류의 공급이 중단될 수 있다.
그 다음, 도 5와 같이 제1 보조 스위치(161)를 끈 상태에서 제3 스위치를 킬 수 있다. 이에, 제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)는 전기적으로 연결되고, 제1 배터리(111)는 제2 배터리(112) 및 제3 배터리(113)와 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
제1 배터리(111)에 의해 충전된 제2 배터리(112) 내 전압이, 방전된 제3 배터리(113) 내부의 전압보다 높기 때문에, 제2 배터리(112)에서 제3 배터리(113)로 전류가 흘러간다. 이에, 제2 배터리(112)는 방전되고 제3 배터리(113)는 충전되면서, 제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)가 발열할 수 있다. 제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)의 전압이 같아지면, 전류의 공급이 중단될 수 있다.
제2 배터리(112)의 전압이 제1 배터리(111)의 전압이 낮아졌기 때문에, 제2 배터리(112)와 제3 배터리(113)의 전기적 연결을 차단하고, 제1 배터리(111)와 제2 배터리(112)를 전기적으로 다시 연결해줄 수 있다. 이에, 제1 배터리(111)에서 제2 배터리(112)로 전류가 흐르면서 제1 배터리(111)는 방전되고 제2 배터리(112)는 충전된다. 따라서, 제1 배터리(111)와 제2 배터리(112)가 발열할 수 있다.
이후로 이러한 충방전을 반복하여, 배터리(110)들을 발열시킬 수 있다. 따라서, 온풍기(130)로 상승된 온도를, 배터리(110)들 간의 충방전으로 발생하는 열로 유지시켜줄 수 있다. 이에, 배터리(110)가 위치하는 공간이 상온을 유지할 수 있다. 배터리(110)가 저장된 공간의 온도가 일정 온도까지 상승하거나, 일정 온도로 유지되면, 배터리(110)들을 충방전시키는 작업을 중단시킬 수 있다.
한편, 배터리(110)의 온도를 상승시키는 작업을 수행할 때, 전압 측정부에서 배터리(110)들의 전압을 측정하여, 실시간으로 모니터링할 수 있다. 전압 측정부에서 측정된 전압값과 미리 설정된 설정 전압값을 비교할 수 있다. 설정값은 완충된 배터리(110)의 전압 100%에 대하여, 40~60% 크기의 값 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 이에, 측정되는 전압값이 설정 전압값보다 크면, 배터리(110)가 완전히 방전될 위험이 없다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리(110)의 온도를 상승시키는 작업을 중단할 필요가 없다고 판단할 수 있다.
반면, 측정되는 전압값이 설정 전압값 이하이면, 배터리(110)가 완전히 방전될 위험이 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리(110)의 온도를 상승시키는 작업을 중단시켜, 배터리(110)가 방전되는 것을 방지해야 한다고 판단할 수 있다.
온풍기(130)를 작동시킬 때, 측정되는 전압값이 설정 전압값 이하이면, 제2 스위치(150)를 끌 수 있다. 즉, 배터리(110)와 온풍기(130)의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 이에, 배터리(110)에서 온풍기(130)로 전류가 방전되지 않을 수 있고, 배터리(110)의 전압이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
그 다음, 보조 스위치(160)들을 모두 킨 상태에서, 제1 스위치(140)를 킬 수 있다. 즉, 배터리(110)들과 발전 전력라인(51)을 전기적으로 연결해줄 수 있다. 이에, 도 6과 같이 발전 전력라인(51)에서 배터리(110)로 전력을 공급해주어, 배터리(110)들이 모두 방전되기 전에 충전될 수 있다. 이때, 제3 스위치는 꺼진 상태에 있다.
또한, 배터리(110)가 위치한 공간의 온도가 저온이라도 판단되는 동시에, 배터리(110)들 전체가 방전될 위험이 있다고 판단되는 경우, 제1 스위치(140), 제2 스위치(150), 및 보조 스위치(160)를 모두 킨 상태에서 제3 스위치만 끌 수 있다. 이에, 발전 전력라인(51)에서 공급해주는 전력이 배터리(110)를 충전시켜주면서, 온풍기(130)를 작동시켜 배터리(110)가 위치한 공간으로 온풍을 공급해줄 수 있다. 따라서, 배터리(110)의 충전과, 배터리(110)가 위치한 공간의 온도를 상승시키는 작업이 동시에 수행될 수 있다.
이처럼 배터리(110)가 저온 환경에 노출되는 경우, 자동으로 배터리(110)의 온도를 용이하게 상승시킬 수 있다. 이에, 낮은 온도로 인해 배터리(110)의 출력이 저하되는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 배터리(110)의 온도를 상승시키는데 사용되는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. 이에, 에너지가 낭비되는 것을 방지할 수 있고, 적은 에너지로 배터리의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 에너지의 사용 효율이 향상될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 배터리 장치 110: 배터리
120: 제어기 121: 온도 감지부
122: 제1 비교부 123: 제어부
124: 전압 측정부 125: 제2 비교기
130: 온풍기 140: 제1 스위치
150: 제2 스위치 160: 보조 스위치

Claims (14)

  1. 외부 발전기에 연결되는 발전 전력라인에 연결되는 복수개의 배터리; 및
    상기 배터리가 위치하는 공간의 온도에 따라 배터리들 간에 충방전을 제어하여, 배터리의 온도를 상승시킬 수 있는 제어기;를 포함하여 구성되며,
    상기 복수개의 배터리는 병렬로 연결되고, 상기 병렬로 연결된 복수개의 배터리의 최종단자가 상기 발전 전력라인에 연결되는 배터리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리와 연결되고, 상기 배터리가 위치하는 공간으로 온풍을 공급해주도록 설치되는 온풍기를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 배터리에서 방전되는 전류 중 적어도 일부를 상기 온풍기로 공급해주도록 상기 배터리의 방전을 제어할 수 있는 배터리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 발전 전력라인에 설치되는 제1 스위치; 및
    상기 온풍기와 상기 배터리 사이에 설치되는 제2 스위치;를 더 포함하는 배터리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 간의 전류의 흐름을 제어하도록, 상기 복수개의 배터리 사이에 설치되는 복수개의 보조 스위치를 더 포함하는 배터리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 배터리가 위치하는 공간의 온도를 측정할 수 있는 온도 감지부;
    상기 온도 감지부에서 측정된 온도값과 미리 설정된 설정 온도값을 비교할 수 있는 제1 비교부; 및
    상기 제1 비교부에서 비교한 결과에 따라, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 및 상기 복수개의 보조 스위치의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 배터리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 배터리의 전압을 측정할 수 있는 전압 측정부; 및
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압값과 미리 설정된 설정 전압값을 비교할 수 있는 제2 비교기;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제2 비교부에서 비교한 결과에 따라, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 및 상기 복수개의 보조 스위치의 작동을 제어하는 배터리 장치.
  7. 외부 발전기에 연결되는 발전 전력라인에 연결되는 복수개의 배터리를 마련하는 과정;
    상기 복수개의 배터리가 위치하는 공간의 온도를 측정하는 과정; 및
    측정된 온도에 따라, 상기 복수개의 배터리 간의 충방전을 제어하여 배터리의 온도를 상승시키는 과정;을 포함하는 배터리 온도 조절방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 간의 충방전을 제어하는 과정은,
    상기 복수개의 배터리와 상기 발전 전력라인의 연결을 차단하는 과정; 및
    상기 복수개의 배터리 간의 충방전 경로를 형성하여 배터리를 발열시키는 과정;을 포함하는 온도 조절방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 간에 충방전을 제어하는 과정은,
    상기 배터리와, 상기 배터리가 위치하는 공간으로 온풍을 공급해주도록 설치되는 온풍기를 연결해주는 과정; 및
    상기 배터리에서 방전되는 전류 중 적어도 일부를 상기 온풍기에 공급하는 과정;을 더 포함하는 배터리 온도 조절방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리에서 방전되는 전류 중 적어도 일부를 상기 온풍기에 공급하는 과정은,
    복수개의 배터리 중 적어도 일부를 방전시켜 상기 온풍기에 전류를 공급하는 과정; 및
    방전되는 배터리를 발열시키는 과정;을 포함하는 배터리 온도 조절방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 간에 충방전을 제어하는 과정은,
    상기 온풍기에 전류를 공급을 중단하는 과정;
    복수개의 배터리 중 방전된 배터리로, 다른 배터리의 전류를 공급하는 과정; 및
    복수개의 배터리 중 충전되는 배터리와, 방전되는 배터리를 발열시키는 과정;을 포함하는 배터리 온도 조절방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 간에 충방전을 제어하는 과정은,
    상기 배터리의 전압을 측정하는 과정;
    측정되는 전압값이 미리 설정된 전압값과 비교하는 과정; 및
    측정되는 전압값이 미리 설정된 전압값보다 작으면, 상기 배터리와 상기 온풍기의 연결을 차단하는 과정;을 더 포함하는 배터리 온도 조절방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    측정되는 전압값이 미리 설정된 전압값과 비교한 후에,
    측정되는 전압값이 미리 설정된 전압값보다 작으면, 상기 배터리와 상기 발전 전력라인을 연결하여, 상기 배터리를 충전하는 과정을 더 포함하는 배터리 온도 조절방법.
  14. 청구항 7 내지 청구항 13 중 어느 한 항이 있어서,
    상기 복수개의 배터리가 위치하는 공간의 온도를 측정하는 과정은, 측정된 온도값과 미리 설정된 설정 온도값을 비교하는 과정을 포함하고,
    상기 측정된 온도에 따라 배터리의 온도를 상승시키는 과정은, 측정된 온도값이 상기 설정 온도값 이하이면, 상기 배터리의 온도를 상승시키는 과정을 포함하는 배터리 온도 조절방법.
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