KR0144287B1 - 1차 전지형태의 전압원을 재생시키는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공급되는 직류전압 형태의 직류전압에 의해 1차 전지형태의 전압원(11)을 재생시키는 방법 및 장치(10)에 관한 것이다. 재생될 전압원(11)에는 예정된 시간간격 동안 주기적으로 인가되는, 예정된 진폭 및 예정된 펄스길이의 전압펄스(18)가 공급된다. 이것을 위해 필요한 직류전압신호(13)는 낮은 옴의 직류전압원(23)으로 부터 공급된다. 클록 발생기(15)에 의해 클록제어된 스위칭 장치(14)에서 전압펄스열(18)이 발생되며, 상기 전압펄스 열은 재생될 전압원(11)의 한극에 전달된다.

Description

1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법 및 장치

제 1도는 전압원을 재싱시키는 방법을 실시하기 위한 장치의 블록 회로도.

제 2도는 제 1도에 따라 상세히 형성된 장치의 실시예를 나타낸 회로도.

제 3도는 250mA에 상응하는 6오옴의 부하에서 시간에 따른 1차 전압원의 전압 파형도.

제 4도는 재생될 다수의 전압원을 수용하기 위한 장치의 하우징을 나타낸 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 장치 11: 전압원

12: 전압펄스 13: 직류 전압 신호

14: 스위칭 장치 15: 클록 발생기

18: 전압 펄스열 19,20: 극

21: 조절장치 22: 시간소자

23: 직류 전압원 24: 스위치

25: 트랜스포머 26: 콘덴서

27,28: 트랜지스터 29: 자동 차단 장치

30: 다이오드 31: 시간 스위칭 키

본 발명은 공급된 전기 에너지에 의해 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

1차 전지 또는 1차 전압원은 일상생활로부터 분리하여 생각할 수 없으며, 수많은 장치에서 이러한 장치에 공급하기 위한 전기 전압원으로 사용된다. 이러한 1차 전압원은 예컨대 망간-, 알칼리-, 아연-, 탄소- 또는 다른 전지가 있는데, 이것들은 모두 일정 작동시간 후 접속된 소비재의 목적에 맞는 작동이 불가능할 정도로 낮은 전압만을 그것의 출력극에 공급한다.

강하한 출력 전압에 의해 이러한 1차 전지의 내부에서 전기 화학적 변동으로 인해 전지의 내부 저항이 변하므로, 전지의 출력이 정격 전압과 같이 줄어든다. 전형적으로, 1차 전지는 예컨대 부하를 받지 않은 원래 상태에서 1.5V의 전압을 갖는다. 이러한 전지는 전압이 약 1 내지 1.2V로 강하다면 다쓴 것으로 간주된다.

일반적으로, 이와 같이 다쓴 전지는 누차 가정용 쓰레기 또는 산업 쓰레기를 통해 무심코 폐기되지만, 이것은 이러한 전지 성분의 재료적 및 화학적 조성으로 인해 환경 보호의 관점에서 볼 때 매우 중요하고 위험한 것이다. 또한, 최근에는 이렇게 사용된 전지가 별도의 수집 장소에 수집되어 그 성분이 재활용에 공급되기는 하지만, 전지가 1 내지 1.2V의 전압 경계에 이르면 여전히 전지의 성분의 실제로 온전하더라도 전술한 의미에서 다쓴 것으로 간주된다.

여기서, 전지의 작동 중에 변하는 전지의 전압 및 그에 따라 나타나는 전류 출력의 감소가 전지의 사용시 그것의 내부에서 사용시간 경과중에 생기는 반응에 의해서만 결정된다는 것에 주의해야 한다.

전술한 의미에서 다쓴 1차 전압원을 계속해서 미리 설정된 출력을 출력할 수 있게 할 목적으로 다시 처리하고자 하는 여러가지 시도가 있었다. 그러나, 지금까지 공지된 모든 방법은 실제로 효과적인 재생을 할 수 없거나 또는 매우 불충분하게만 할 수 있다는 단점을 갖는다.

본 발명의 목적은 거의 사용되지 않은 1차 전압원의 출력이 얻어지도록 1차 전압원을 재생할 수 있는 전술한 방식의 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 상기 방법 및 장치는 간단하고 저렴하게 실시 및 제조될 수 있으므로 이들은 매우 적은 원가로 대량으로 사용될 수 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 재생될 전압원에 미리 설정된 시간 간격 동안 주기적으로 인가되는, 미리 설정된 진폭 및 미리 설정된 펄스 길이를 갖는 전압 펄스가 공급됨으로써 달성된다.

본 발명에 따른 방법의 장점은 1차 전압원이 의도한 바대로 사용되지 않은, 1차 전압원에 의해 얻어질 수 있는 출력이 거의 얻어질 수 있도록 재생될 수 있다는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 1차 전압원이 여러번의 방전 후에도 여러번 재생될 수 있으며, 매 재생 단계 후 재차 거의 원래의 출력이 얻어질 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 방법에 의해 원재료의 절감과 더불어 폐기의 문제가 제거되고, 1차 전압원이 여러번의 재생후 실제로 수리 불가능한 1차 전압원의 내부 파괴가 일어날 때만 폐기되면 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 전압 펄스가 짧은 상승 구간 및 하강 구간을 가지도록 형성된다. 즉, 급경사 에지를 가진 전압 펄스가 다루어지며, 이 펄스는 재생 효과를 확대시키는데 기여한다.

펄스 길이는 10^-3S 내지 2x10^-3S가 바람직하며, 상기 펄스 길이는 재생될 전지에 따라 가변되고 다른 파라미터에 따라 세팅될 수 있다.

바람직하게는, 전압 펄스의 주파수가 가변되며, 예컨대 특히 2 내지 200Hz의 범위에 놓이도록 선택되어 인가될 수 있다.

끝으로, 바람직하게는 재생 전류가 예컨대 5x10^-2A 내지 15A의 범위에 놓이도록 세팅될 수 있다. 이 경우, 예컨대 재생 전류를 상기 범위로 고정적으로, 즉, 일정 펄스 전류로 세팅하고 1차 전압원의 재생 상태에 따라 변하는 전압 펄스 진폭이 재생될 수 있으나, 미리 설정된 진폭을 가진 전압에서 재생 전류가 재생될 전압원의 내부 저항에 따라 독립적으로 세팅될 수도 있다.

직류 전압의 형태로 공급되는 전기 에니지에 의해 1차 전압원의 형태인 전압원을 재싱시키기 위한 장치는 낮은 오옴의 직류 전압원을 특징으로 하는데, 상기 직류 전압원의 직류 전압 신호는 클록 발생기에 의해 클록 제어되는 스위칭 장치로 전달되고, 전압 펄스열을 공급하는 상기 스위칭 장치의 출력은 재생될 전압원의 한 극에 접속될 수 있다.

상기 장치의 장점은 장치가 비용이 저렴한 소자로 간단히 구성될 수 있으므로, 장치가 전체적으로 낮은 원가를 가지며, 그에 따라 거의 모든 개인적 및 산업적 분야에 대량으로 사용될 수 잇다는 것이다. 이러한 장치는 통상적으로 도처에 존재하는 라인 전압으로부터 그것의 용도에 맞은 작동에 필요한 1차 에너지를 끌어내므로, 이것에 대한 전기적 매칭을 위해 복잡한 회로 기술상 조치가 필요없다. 즉, 통상의 변압기 및/또는 회로만으로 가능하다. 바람직하게는, 스위칭 장치가 전압 펄스 진폭을 정하기 위한 조절 장치, 및 변하는 전압 펄스 진폭에서 재생 전류가 재생될 1차 전압원의 재생율에 따라 일정하게 세팅될 경우, 상기 재생 전류를 제어하기 위한 제어장치를 포함한다.

제어 장치의 제어 특성은 특히 전압원의 재생율에 따라 변하는 내부 저항에 대해 조절될 수 있으나, 재생될 전압원의 종류에 의해 다른 제어 특성이 요구되거나 특별한 재생 특성이 요구되면 다른 제어 특성이 선택될 수 있다.

끝으로, 재생될 전압원의 재생 시간 간격이 상기 시간 간격을 세팅할 수 있는 시간 소자에 의해 미리 정해지므로, 재생 프로세스의 종료 후 거의 자동으로 재생이 종료되는 것, 즉 1차 전압원이 차단되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 실시하기 위한 장치(10)가 먼저 제 1도에 도시된 블록 회로도를 참고로 설명된다. 낮은 오옴의 직류 전압원(23)은 예컨대 적합한 치수로 설계된 네트워크부로 형성될 수 있고, 상기 네트워크부의 입력은 임의의 그리고 적합한 방식으로 매칭된 라인 교류 전압원에 접속될 수 있다. 직류 전압원(23)은 공지된 방식으로 직류 전압 또는 직류 전압 신호(13)를 스위칭 장치(14)의 입력에 공급한다. 클록 발생기(15)는 스위칭 장치(14)에 직접 작용하며, 이 클록 발생기(15)는 직류 전압 신호로 부터 클록 제어되는 스위칭 장치(14)와 협력하는 조절 장치(21)에 의해 펄스 길이가 조절될 수 있는 전압 펄스열(18)이 출력(16)에 공급되게 한다. 상기 펄스열(18)의 ½ 주기의 펄스 길이는 예컨대 10^-3내지 2x10^-3s이다.

조절 장치(21)에는 재생 전류를 5x10^-2A 내지 15A로 제어하는 제어 장치가 배열될 수도 있다.

클록 발생기(15)는 그것에 의해 전압 펄스열(18)의 전압 펄스의 주파수가 예컨대 2 내지 200Hz의 범위로 조절될 수 있도록 세팅될 수 있다.

시간 소자(22)는 클록 제어되는 스위칭 장치(14)의 출력(16)에 놓인 전압 펄스(18)가 재생될 전압원(11)의 한 극(19)에 인가될 수 있도록 스위치(24)에 접속된다. 재생될 전압원(11)의 다른 극(20)은 공지된 방식으로 직류 전압원(23)의 다른 극, 본 경우에는 그것의 접지에 접속된다. 시간 소자(22)는 조절가능하게 설계될 수 있으므로 재생 과정이 예정된 방식으로, 즉, 전압 펄스열(18)을 재생될 전압원(11)에 공급하는 것이 미리 설정된 시간 간격으로 이루어질 수 있다. 시간 간격의 끝에 이르면, 이전에 시간 간격 키를 누름으로써 폐쇄되었던 전기 스위치(24)가 개방되므로 재생될 전압원(11)에 대한 전압 펄스열(18)의 공급이 자동으로 중단된다.

장치(10)는 기본적으로 재생 전류가 재생될 전압원(11)의 내부 저항에 따라 일정하게 세팅될 수 있도록(정전류 충전 또는 재생) 설계되지만, 필요시에 제어가능하게 또는 재생 과정 동안 재생될 전압원(11)의 변하는 내부 저항에 따라 독립적으로 세팅될 수 있다.

제 2도는 제 1도에 따른 장치를 회로 기술적으로 상세히 구현된 실시예로 나타낸다.

장치의 전압 공급은 정상의 공급 전압 라인에 접속가능한 트랜스포머(25)를 통해 이루어진다. 트랜스포머(25)의 2차측의 한 극에는 2개의 콘덴서(26)가 접속되고, 다른 극에는 함께 공지된 방식으로 동작하는 배전압 정류회로를 형성하는 2개의 다이오드(30)가 접속된다. 이로 인해, 공지된 방식으로 장치(10)의 하기 기능단에 공급하기 위한 낮은 오옴의 직류 전압원이 형성된다:

높은 재생 효과를 위해 필요한 급경사 에지를 가진 펄스를 발생 및 형성시키는 것은 클록 발생기 또는 펄스 발생기(15)에서 이루어진다. 상기 클록 발생기 또는 펄스발생기(15)는 트랜지스터(27) 및 (28)를 가진 비대칭 멀티바이브레이터로 동작하며, 2-5Hz의 펄스열 주파수를 가진 펄스를 발생 및 형성시킨다. 상기 펄스는 또다른 펄스 형성회로를 통해 전자 스위치(14)에 공급되어 증폭된다. 그 다음에, 상기 전압 펄스는 재생될 전지가 삽입될 수 있는 장치의 부분에 공급된다.

장치(10) 및 그 안에 재생을 위해 배열된 전지 또는 전압원(11)의 보호를 위해, 장치(10)의 회로는 소위 자동 차단 장치(29)를 가질 수 있고, 상기 자동 차단 장치(29)는 재생 또는 신속한 충전 프로세스를 예정된 시간으로 예컨대 최대 25분으로 제한한다. 필요한 경우, 시간 스위칭 키(31)를 재차 누름으로써 재생 또는 신속한 충전 프로세스가 재차 미리 세팅된 시간 동안 활성화될 수 있다.

제 3도는 약 250mA에 상응하는 6 오옴의 부하 저항을 통한 방전후 시간에 따른 전압원의 출력 전압 파형을 나타낸다. 약 12시간 후에 전압원(11)의 전압은 1.5V로부터 1.2V로 강하된다. 250mA는 대략 전형적인 플래시램프에 사용되는 백열등의 소비 전류에 상응한다. 전압원(11)의 제 1 방전 과정은 제 3도에 곡선(A)으로 표시된다. 여기서는 사용되지 않은 새로운 전압원(11)이 다루어진다.

본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에 의해 재생되는 전압원은 약 20분에 걸친 한번의 재생후 재차 약 1.5V의 정격 전압을 공급한다. 전술한 부하 파라미터를 유지하면서 12시간 동안의 재생된 전압원(11)의 후속하는 부하는 원래의 부하 곡선(A)에 거의 상응하는 곡선(B)을 나타낸다. 본 발명의 방법 및 발명의 장치에 의한 20분에 걸친 다시 한번의 재생후 재생된 전압원은 재차 약 1.5V의 정격 전압을 공급하며, 전술한 부하 파라미터를 유지시키면 곡선(A) 및 (B)와 약간 다른 곡선(C)이 얻어진다.

시험 결과, 통상의 양호한 품질의 1차 전압원이 그 출력을 현저히 떨어뜨리지 않으면서 전술한 방식으로 10번 재생될 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 방법에 의해 1차 전압원(11)의 내부에서 일어나는 화학적 또는 전기 화학적 반응의 효과가 바뀔 수 있다. 전기 소비재의 접속시 정상적인 전기 화학적 반응은 전극상에 절연 작용을 하는 침전물이 생기게 한다. 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치(10)에 의해 전극으로부터 절연 침전물이 제거되므로 그것의 원래 출력 또는 그것의 원래 용량의 계속적인 회복이 이루어진다.

제 4도는 예컨대 다수의 재생될 전압원(11)을 수용하기 위한 장치(10)의 하우징을 나타낸다. 상이한 또는 충전될 전압원이 그 안에 수용되며, 개별적으로 또는 동시에 재생될 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치(10)는 1차 전압원(11)의 재생에 적합할 뿐만 아니라, 일정한 시간에 걸쳐 그리고 미리 설정된 펄스폭, 진폭 및 주파수의 전압 펄스에 의해 본 발명에 따른 재생 또는 충전 원리를 벗어나지 않으면서 2차 전압원, 즉, 여러가지 방식의 어큐뮬레이터의 매우 신속한 충전에도 적합하다. 2차 전압원의 충전에도 본 발명에 따른 방법 및 장치가 매우 효과적이고 적합한 것으로 나타났다.

Claims (10)

1. 공급된 전기 에너지에 의해 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법에 있어서, 미리 설정된 시간 간격동안 주기적으로 인가되는 미리 설정된 진폭 및 미리 설정된 펄스 길이를 가지는 전압 펄스가 재생될 전압원에 공급되며, 상기 전압 펄스는 짧은 상승 구간을 갖는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 펄스 길이는 10^-3s 내지 2x10^-3인 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 2 내지 200Hz 범위의 주파수를 가진 전압 펄스가 인가되는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 5x10^-2A 내지 15A의 범위의 재생 전류가 세팅되는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법.
5. 제 4항에 있어서, 재생 전류가 재생될 전압원의 내부 저항에 따라 세팅 및/또는 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법.
6. 공급된 전기 에너지에 의해 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 장치에 있어서, 직류전압신호(13)가 클록 발생기(15)에 의해 제어되는 스위칭장치(14)로 전달되는 낮은 오옴의 직류 전압원(23)과, 미리 설정된 진폭, 짧은 상승 구간 및 미리 설정된 펄스 길이로 재생 과정이 미리 설정된 시간 간격내에 진행될 수 있도록 하기 위한 시간 소자(22)를 포함하며, 전압 펄스열(18)을 공급하는 상기 스위칭 장치(14)의 출력은 재생될 전압원의 한 극(19)에 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 스위칭 장치(14)는 재생 전류의 제어를 위한 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 제어 장치의 제어 특성은 상기 전압원(11)의 재생률에 따라 변하는 내부 저항에 대해 조절되는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 장치.
9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압원(11)의 재생 시간 간격은 시간 간격 세팅 가능한 시간 소자(22)에 의해 세팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 장치.
10. 제 3항에 있어서, 5x10^-2A 내지 15A의 범위의 재생 전류가 세팅되는 것을 특징으로 하는 1차 전지 형태의 전압원을 재생시키는 방법.