KR100692424B1 - 황산화된 납축전지의 자동복구 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

황산화된 납축전지의 자동복구방법 및 장치는 전지를 충전하는 동안에 전지전압, 전류 및 내부저항에 의존한다. 납축전지가 사용되도록 복구하는 방법 및 장치에서는, 상기 납축전지가 복구가 불가능한 정도(단계205)로 그 내부저항이 높은지(단계203) 또는 정상충전방법을 사용될 수 있을 정도로 낮은지를 확인하기 우해 내부저항을 측정한다(단계201). 만약, 내부저항이 두 한계 사이에 있으면, 상기 전지는 제1 충전정전류를 공급받는다(단계213). 납축전지가 충전정전류에 의해 천천히 충전됨에 따라서, 상기 전지전압을 측정한다(단계215). 충전되는 동안에 상기 전지전압은 충전으로 인해서 전지전압은 증가되는 반면에, 상기 전지의 내부저항(IR)이 감소로 인해 감소하게 된다. 상기 전지전압이 최소전압에 도달하여 소정의 시간동안에 증가하는 것이 감지되면(단계217), 보다 높은 충전전류를 수용할 수 있는 납축전지의 용량이 증가되어 상기 충전전류는 실질적으로 증가하게 된다(예, 2배로 증가됨). 충전전류가 증가됨에 따라, 납축전지의 복구 및 충전은 보다 용이하고 효과적으로 수행될 수 있다는 잇점이 있다.

납축전지, 충전, 내부저항

Description

황산화된 납축전지의 자동복구 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC RECOVERY OF SULFATED LEAD ACID BATTERIES}

본 발명은 일반적으로 납축전지에 관한 것으로, 특히 황산화 납축전지의 자동복구장치 및 방법에 관한 것이다.

전지는 자신의 활성화물질에 포함된 화학 에너지를 전기화학적 산화-환원 반응을 통해 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 이 형태의 반응은 한 물질에서 다른 물질로 전자를 이동시키는 것을 포함한다. 일반적으로, 전지는 전기에너지를 저장하고 방출하는 전기화학적 작용을 이용한다.

도1은 종래 배터리의 전기화학적 작용을 도시한다. 도1을 참조하면, 음극(애노드(2))은 전자를 제공하고 그 반응에서 산화될 수 있는 구성요소이다. 이는 전자를 수용할 수 있는 구성요소이며, 양극(캐소드(1))인 산화 물질(oxidizing material)로부터 분리되어 있다. 전자이동은 상기 두 물질에 연결된 외부회로(11)와 상기 전지에서 전자이동을 위한 이온매개를 제공하는 전해질(3)에서 발생된다.

납축전지와 같은 특정 형태의 전지는 재충전이 가능하다. 상기 납축전지는 음극(애노드(2))로 해면 납(sponge lead)를 사용하고, 양극(캐소드(1))로 산화납을 사용하며, 전해질(3)로는 황산을 사용한다. 상기 납축전지(4)는 사용하지 않을 때는 충전된 상태로 있다. 방전되는 동안에, 상기 납축전지의 활성화 물질은 황산화납으로 변환되고, 상기 황산 용액은 희석화된다. 즉, 그 비중은 감소된다. 황산화 납은 상기 납축전지(4)의 적절한 충전을 방해하는 절연체이나, 상기 납축전지(4)는 재충전한 후에는 사용가능해진다.

상기 납축전지를 복구하기 위해, 상기 황산화 납은 상기 전지를 낮은 전류에서 충전시킴으로써 활성화 물질로 변환시킬 수 있다. 상기 납축전지가 오랫동안, 통상적으로 수일간 방전 상태로 있게 되면, 황산화되어 재충전이 어렵게 된다. 상기 황산화된 납축전지는 복구가 불가능하여 폐기되고, 결국 이는 경제적으로 낭비이며, 환경문제가 된다.

따라서, 당 기술분야에서는 납축전지를 복구하는 개선된 장치 및 방법에 대한 일반적인 요구가 있어 왔으며, 불필요한 재원낭비를 막기 위한 효과적인 납축전지 복구장치 및 방법이 요구된다.

상기 납축전지는 사용하지 않을 때는 충전된 상태에서 배치하여 보관한다. 보관시에, 전지전압을 감소시키는 자기 방전(self-discharge)이 발생된다. 상기 전지가 오래기간 동안에 보관 상태로 있을 때에는, 황산화 납 결정의 성장에 의해 내부저항(internal resistance: IR)은 감소된다. 특히, 상기 전지가 방전 상태로 저장될 때에, 이는 더욱 감소된다. 낮은 정전류(constant current)로 상기 전지를 충전함으로써 납축전지를 복구하여 사용할 수 있다. 상기 납축전지는 정전류에 의해 천천히 충전됨에 따라, 충전되는 동안의 전지전압(battery voltage)은 전지복구과정에서 최소전압으로 접근하게 된다. 이어, 상기 납축전지의 충전이 계속 진행됨에 따라 상기 전지전압은 점차 증가한다. 상기 복구과정을 수행함에 따라서, 상기 납축전지의 황산은 IR 드랍 전압(IR drop voltage)의 감소로 인해 상기 전지전압을 감소시키는 활성화 물질로 변환된다. 황산납을 활성화 물질로 변환시키는 충전으로 인해, 그 전지 전압은 증가된다.

본 발명에 따르면, 전지전압이 최소전압에 도달했고 증가하기 시작한 것이 탐지될 때에는, 보다 높은 충전전압을 수용하는 납축전지 용량이 증가하였기 때문에 상기 충전전류가 실질적으로 증가된다(예, 약 2배 증가). 충전전류가 증가됨에 따라, 바람직하게도 상기 납축전지의 복구 및 충전은 보다 용이하고 효율적으로 될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 전지의 내부저항을 측정한다. 내부저항이 복구가능한계(recoverable limit)를, 예를 들어 5 오옴( Ω)을 초과하면, 상기 전지는 폐기된다. 만약, 정상한계(normal limit), 예를 들면 0.2 오옴( Ω)미만이면, 정상충전을 한다. 상기 두 한계 사이에 있는 경우에는, 전해질 수준(electrolyte level)을 검사하고, 낮으면 정정한다. 이어, 제어되는 충전전류 예를 들어, 0.5 암페어(A)를 상기 전지의 충전을 위해 전송하고, 상기 전지전압을 측정하고 최소전압과 비교한다. 만약, 상기 전지가 미리 설정된 시간 간격, 예를 들어 1시간 내에 최소치에 이르면, 상기 충전을 예를 들어 2 배로 증가시킨다. 이어, 상기 충전전류가 전류한계를 초과했는지를 테스트한다. 만약, 상기 전류한계를 초과하지 않았다면, 상기 전지전압을 새로운 수준에서 측정하고, 다른 최소치에 도달했으면, 상기 충전을 다시 증가시킨다. 이를 상기 전지가 다른 시간, 예를 들어 8시간 동안에 충전될 때, 또는 전지복구가 완료되고 더이상 황산화되지 않는 것을 나타내는 전류한계(current limit) 도달시까지 반복한다. 이어, 정상충전을 이용하여 상기 전지를 사용상태로 제공한다.

다른 실시형태에서는, 상기 전지전압이 소정 시간 후에 계속하여 증가되면, 상기 충전을 짧은 시간, 예를 들어 5분간 중단하고, 이어 상기 충전전류가 상기 한계를 초과했는지를 확인하기 위해 검사하는 시점부터 상기 공정을 반복한다. 만약, 상기 전압이 감소되거나 동일하다면, 상기 전지는 최소치에 도달하고 증가하기 시작하는지를 확인하기 위해 검사한다. 그렇게 확인되면, 상기 충전을 제2 시간, 예를 들어 5분 동안에 중단한다. 이어, 내부저항을 측정하는 초기과정부터 상기 공정을 시작한다.

본 발명에 따른 장치의 실시형태에서는, 본 발명의 방법에 따른 상기 공정단계(여기서, 다양한 실시형태로 예시되는 공정단계)를 실행하도록 컴퓨터 및 마이크로프로세서를 프로그래밍한다. 바람직하게는, 상기 방법을 이루는 단계는, 예를 들어 제어 충전전류(controlled charge voltage)에 의해 전지를 충전하는 실시형태와 대조되는 전압제어 방법을 실행하기 위해, 컴퓨터 또는 마이크로프로세서에 의해 재구성될 수 있다.

본 발명에 전압제어방법의 실시형태에서는, 상기 납축전지는 제어된 충전전압에 의해 충전된다. 상기 충전전압은 전지의 내부저항이 복구가능한 범위에 있으 면 증가된다. 전지전류가 제1 전류한계에 도달할 때까지 상기 충전전압을 증가시킨다. 이어, 전지전류가 충전전압이 감소되는 지점인 제2 전류한계에 도달할 때까지 상기 전지를 충전한다. 또한, 상기 충전전압을 미리 설정된 한계와 비교한다. 상기 충전전압이 미리설정된 한계 미만으로 떨어지면, 본 발명에 따른 전압 제어방법의 공정단계를 반복한다. 정상 충전이 완료된 후에 상기 전지는 사용가능하게 된다.

도1은 종래의 납축전지 작동을 나타낸다.

도2 및 2a는 본 발명의 전류제어방법의 실시형태를 나타내는 흐름도이다.

도2b는 본 발명의 방법을 사용하여 복구된 전지의 전압응답을 나타내는 그래프이다.

도3은 본 발명의 전류제어방법의 다른 실시형태를 나타내는 흐름도이다.

도4는 본 발명의 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략도이다.

도4a는 본 발명의 장치의 다른 실시형태를 나타낸다.

도5는 본 발명의 전압제어방법의 일 실시형태를 나타내는 흐름도이다.

첨부도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 이해할 때에, 그 설명으로부터 본 발명의 다른 특징 또는 잇점은 자명해질 것이다. 상기 도면의 유사한 특징은 제시된 도면에 걸쳐 유사한 참조부호로 표시된다. 여기서 참조된 도면은 특별하게 지적되지 않으면, 균일하게 축적되어 도시되지 않은 것으로, 본 발명에 따른 원리를 설명하기 위한 것보다는 강조하기 위한 것으로 이해될 것이다.

도2 및 2a는 본 발명의 전류제어방ㅂ버의 실시형태를 설명하는 흐름도이다. 도2를 참조하면, 납축전지의 내부저항(IR)을 측정한다. 단계(203)에서 상기 IR을 복구가능 한계와 대비하여 검사한다. 만약, 상기 전지의 IR이 복구가능 한계, 예를 들어 5오옴(Ω)보다 크다면, 상기 전지는 복구불가능하며, 신호를 전송하여 그 전지를 폐기하거나 그 전지를 폐기해야 한다는 통지를 한다(단계205). 상기 전지의 IR은 복구가능 한계보다 크지 않으면, 제어흐름은 단계(207)로 진행한다.

단계(207)에서 상기 IR을 정상한계와 대비하여 검사한다. 그 IR이 정상한계, 예를 들어 0.2 오옴(Ω)보다 크지 않으면, 상기 전지는 사용상태가 되도록 정상충전만이 요구될 뿐이고, 제어흐름은 단계(223)로 진행된다. 상기 전지의 정상충전은 도2a의 단계(223)에서 실행된다. 여기서는, 펄스 전류 충전, 정전류 충전 및 정전압 충전 등의, 당 기술분야에서 공지된 다양한 충전방법이 사용될 수 있다. 상기 납축전지가 충전된 후에는 사용가능하게 된다. 상기 IR이 상기 정상 한계보다 크다면, 제어흐름은 단계(209)로 진행된다.

단계(209)에서, 상기 전지의 전해질 수준을 검사한다. 만약, 전해질 수준이 낮다면, 즉 상기 전해질 수준이 수용가능(acceptable) 수준 미만이면, 단계(211)에서 물을 첨가하거나 전지의 전해질을 보충하는 것과 같은 방식에 의해 상기 전해질 수준을 보정하기 위한 신호가 전송된다. 이어, 제어흐름은 전지의 IR을 측정하는 단계(201)로 복귀한다.

전해질 수준이 낮지 않으면, 즉, 수용가능 수준 이상이면, 단계(213)에서, 제어 충전전류, 바람직하게는 1 암페어(A)이하를 도통시켜 상기 전지를 충전한다. 상기 전지는 충전될 때에, 미리 설정된 시간 동안에 전지전압을 측정한다(단계215). 단계(217)에서, 그 전지전압을 최소전압과 비교한다. 상기 전지전압이 최소전압에 도달하지 않았다면(최소전압 도달 후에 다시 증가하기 시작함), 제어흐름은 단계(215)로 복귀하여 상기 전지전압을 다시 측정한다. 상기 전지전압이 최소전압에 도달하면, 그 후에 미리 설정된 시간동안에 증가하고, 이어 제어흐름은 도2a의 단계(219)로 진행된다. 예를 들어, 이 단계에서는 충전전류를 50 또는 100 퍼센트로 증가시킨다.

단계(221)는 충전전류가 전류한계를 초과하였는지를 확인하기 위해 검사한다. 상기 충전전류(단계(219)에서 증가한 후)가 전류한계를 초과하지 않았다면, 제어흐름은 도2의 단계(213)로 복귀하여 상기 제어되는 충전전류는 전지를 계속하여 충전시키고, 단계(213)에서 시작되는 공정단계을 반복한다. 즉, 상기 충전을 증가시키고 전압을 측정한다. 상기 충전전류가 전류한계를 초과하였다면, 복구가 완료되고, 상기 전지는 더 이상 황산화되지 않게 된다. 정상충전(도2a의 단계(223)) 후에는, 상기 전지는 사용가능하게 된다.

도2b는 본 발명의 방법을 사용하여 충전된 전지의 전압응답(voltage response)을 나타내는 그래프이다. 도2b와 같이, 상기 그래프는 시간의 경과에 따라 전지전압과 충전전류의 관계를 나타낸다. 시간 t1에서, 상기 전지를 0.5A의 초기 전류로 충전한다. 상기 전지전압은 최소치로 떨어지고, 이어 t2까지 느리게 상승한다. 본 발명의 방법에 따르면, t2 전의 전지전압의 동작에 응답하여, 상기 충전전류는 1A로 증가된다. 그리고 나서, 활성화 물질로 변환되는 동안에 IR의 감소 에 기인하여 상기 전지전압은 떨어지고, 이어 비교적 정전압으로 안정화된 후에, t3까지 작은 폭으로 상승한다. 그 상승된 충전전류 때문에, 상기 전지전압은 t2 전보다 t2 후가 높게 된다. t2에서 전류의 증가로 인해 증가되었던 IR이 떨어지기 때문에, 전압이 급격히 상승한다. 유사하게, t3,t4 및 t5에서, 상기 전지전압은 최소치로 떨어진 후에 급격하게 상승하고, 그에 따라 상기 충전된 전류는 2A, 4A 및 8A으로 각각 증가된다. 본 발명의 방법에 따른 장점은, 낮은 정전류로 전지를 느리게 충전시키는 것과 대비되는 바와 같이, 일단 전지전압의 특정 동작이 검출되면 충전전류를 실질적으로 증가시킴으로써 전지를 신속하게 충전시킬 수 있다는 것이다.

더 나아가, 본 발명의 방법은 황산화된 납축전지의 복구 및 충전을 제어하는 컴퓨터 내의 프로그램가능한 소프트 웨어에서 자동화된 방식으로 완전하게 구현할 수 있다는 특별한 장점이 있다.

도3은 본 발명에 따른 전류제어방법의 다른 실시형태를 나타내는 흐름도이다. 도3을 참조하면, 납축전지의 IR을 측정한다(단계301). 단계(303)에서 상기 IR을 정상한계와 대비하여 검사한다. IR이 정상한계, 예를 들어 2오옴(Ω)보다 작으면, 상기 납축전지는 황산화된 것이 아니다. 상기 전지는 앞서 설명한 통상의 충전방법을 이용하는 정상충전으로 복구한다(단계305). 정상충전이 완료된 후에, 상기 전지는 사용가능하게 된다.

상기 IR이 정상한계보다 작다면, 제어흐름은 단계(307)로 진행된다. 여기서, IR과 복구가능한계를 대비하는 테스트를 한다. IR이 복구가능한계, 예를 들어 5오 옴(Ω)보다 크다면, 상기 전지는 복구가 불가능하며, 신호를 전송하여 폐기하거나 그 전지를 폐기해야 한다는 통지를 한다(단계309). 상기 전지의 IR이 복구가능한계보다 크지 않으면, 단계(311)에서 제어 충전전류를 도통시켜 전지를 충전시킨다. 단계(313)에서는, 상기 충전전류를 충전전류한계(charge current limit)와 대비하는 테스트를 한다. 만약, 충전전류가 충전전류한계, 예를 들어 8 암페어(A)이상이면, 상기 복구는 완료된 것이고, 단계(305)에서 상기 전지는 정상충전방법(이는 상기 설명됨)을 사용하여 충전한다. 정상 충전이 완료된 후에, 상기 전지는 사용가능하게 된다.

상기 충전전류가 충전전류한계보다 작으면, 상기 충전전류를 예를 들어 50 또는 100퍼센트로 증가시킨다(단계 315). 그 결과로, 상기 전지전압은 점차 증가된다. 단계(317)에서 상기 납축전지를 제1 시간(본 실시형태에서는 1시간까지)동안 모니터링한다. 만약, 전지전압이 제1 시간이 끝난 후에도 계속 증가하면, 단계(321)에서는 충전을 중단시킨다. 제2 시간 경과한 후(단계 323)에 제어흐름은 단계(311)로 되돌아 간다. 여기서는, 단계(313)에서 시작하는 공정단계를 반복한다. 상기 전지전압이 감소되거나 동일한 상태로 되면, 단계(325)에서는 납축전지의 전지전압이 최소전압에 도달하였고 일정한 시간에 증가하기 시작했는지를 판단한다. 상기 전지전압이 최소전압에 도달하여 증가하기 시작했다면, 단계(327)에서 충전을 중단시킨다. 제2 시간 경과한 후(단계 329)에, 제어흐름은 단계(301)로 되돌아 간다. 여기서, 상기 전지의 IR를 측정하고, 단계(301)에서 시작하는 공정단계를 반복한다.

전지전압이 최소전압에 도달하면, 단계(331)에서 납축전지를 제3 시간 이상으로, 예를 들어 본 실시형태에서는 8시간 이상으로 충전시켰는지를 판단한다. 만약, 충전이 8시간 이상동안 지속되지 않았으면, 제어흐름은 단계(325)로 되돌아가고, 상기 전지가 8시간 이상동안 충전되었다면, 단계(327)에서 충전을 중단한다. 제2 시간(예, 5분)이 경과한 후(단계329)에 제어흐름은 (C를 경유하여) 단계(311)로 되돌아간다. 여기서, 단계(311)에서 시작하는 공정을 반복한다.

도4는 본 발명을 실행하기 위한 장치의 일 실시형태를 개략적으로 나타내는 블럭도이다. 도4를 참조하면, 프로그램 장치(programmed device: 40)은 본 발명의 방법의 공정단계를 저장하고 있고, 컴퓨터 또는 마이크로프로세서(41)은 도2,3 및 5에 구체화된 방법을 포함하는 공정단계를 실행한다. 상기 방법을 구성하는 단계들은 프로그램 장치(40)로 프로그래밍되며, 상기 프로그램 장치(40)에 있는 소프트웨어를 재기록하거나 재프로그래밍함으로써 재구성할 수도 있다. 컴퓨터(41)는 아날로그-디지털 변환, 디지털-아날로그 변환, 증폭 또는 잡음저감과 같은 방법을 이용하여 상기 컴퓨터(41)에서 사용될 수 있는 형태로 전지로부터 얻은 데이터를 처리하는 데이터 수집장치(42)에 연결된다. 데이터 수집장치(42)를 통해서 컴퓨터(41)는 전력공급부(49)의 충전전류 및 충전전압을 제어할 뿐만 아니라, 내부저항(IR), 전지(47)의 전압 및 전류를 측정함으로써 상기 전지(47)의 충전을 지시한다. 상기 데이터 수집장치(42)는 컴퓨터(41)에 맞게 IR, 전지전류 또는 전압 데이터를 아날로그-디지털 컨버터(ADC: 43)를 통해서 수집한다. 상기 ADC(43)는 아날로그를 디지털 형태로 변환하고, 전지(47)로부터 얻은 데이터를 컴퓨터(41)에서 사용가능한 형 태로 처리한다. 충전전류를 측정하는 분류기(shunt: 46)는 충전전류데이터를 ADC(43) 및 데이터 수집장치(42)를 통해 컴퓨터(41)로 향하도록 한다. 컴퓨터(41)는 전력공급부(49)로부터 충전전류의 전송을 중단시킴으로써 일정 시간동안 전지(47)의 충전을 중지시킬 수 있다. 또한, 컴퓨터(41)는 전력공급부(49)에 의해 공급되는 충전전류 또는 충전전압을 제어함으로써 전지(47)의 충전을 지시할 수도 있다. 컴퓨터(41)는 데이터 수집장치(42)와 컴퓨터(41)의 디지털신호를 전력공급부(49)를 제어할 수 있는 아날로그형태로 변환시키는 디지털-아날로그 컨버터(DAC: 45)를 통해 명령어를 전송함으로써 전력공급부(49)를 제어할 수 있다. 제어릴레이(48)는 전류 펄스 충전과 같은 정상충전(이는 상기에서 설명되었음)을 실행하고, 전지(47)을 컴퓨터(41)의 명령어에 응답하여 개폐함으로써 오픈 회로 내에 배치할 수 있다. 컴퓨터(41)는 릴레이 모듈(44)를 통해 명령어를 전송함으로써 제어 릴레이(48)를 제어한다. 제어 릴레이(48)는 일정 시간(약 5분)동안에 오픈회로에 전지를 위치시킴으로써 스위치와 같이 동작하게 된다.

이하, 도4에 도시된 바와 같은, 본 발명의 장치에 따른 작동의 일실시형태를 도3과 결합하여 설명하기로 한다. 특히, 전지(47)는 IR 데이터를 그 IR 데이터를 아날로그에서 디지털 형태로 변환하는 ADC(43)와 IR 데이터의 잡음을 저감시키고 컴퓨터에서 사용되도록 증폭시키는 데이터 수집 장치(42)를 통해 컴퓨터(41)로 전송한다. 컴퓨터(41)는 전지(47)의 IR을 정상한계와 대비하여 검사한다. 만약 IR이 정상한계, 예를 들어 0.2 오옴(Ω)보다 작으면, 전지(47)는 황산화된 것이 아니다. 이어, 컴퓨터(41)는 제어 릴레이(48)와 전력공급부(49)에서 앞서 설명된 통상의 충 전방법을 사용하여 전지를 복구시키기 위해 정상충전을 사용하도록 지시한다(단계305). 정상충전 후에는, 상기 전지(47)는 사용가능하게 된다.

단계(307)을 참조하면, 전지(47)의 IR은 정상한계보다 작지 않다. 이어, 컴퓨터(41)는 IR을 복구가능한계와, 예를 들어 5오옴(Ω)과 대비하여 검사한다. 이는 전력공급부(49)의 출력용량에 의존한다. 상기 IR이 복구가능한계보다 크다면, 전지(47)은 복구불가능하며, 컴퓨터(41)는 신호를 전송하여 폐기하거나 상기 전지가 폐기되어야 한다는 것을 통지한다(단계309). 만약, 상기 IR이 복구가능한계보다 크지 않다면, 컴퓨터(41)는 전력공급부(49)가 제어 충전전류를 보내어 전지(47)를 충전시키도록 명령한다(단계311). 컴퓨터(41)는 충전전류를 충전전류한계와 대비하는 검사를 한다(단계313). 만약, 충전전류가 충전전류한계 이상, 예를 들어 8암페어(A) 이상이면, 상기 복구는 완료된 것이며, 컴퓨터(41)는 제어릴레이(48)와 전력공급부(49)가 정상충전방법(이는 상기에서 설명되었음)을 사용하여 전지(47)를 충전하도록 명령한다(단계305). 정상충전이 완료된 후에, 전지(47)는 사용가능하게 된다.

충전전류가 충전전류한계보다 작으면, 컴퓨터(41)는 전력공급부(49)에서 충전전류를 예를 들어 50 또는 100퍼센트로 증가시키도록 명령한다(단계315). 그 결과로, 상기 전지전압은 점차적으로 증가한다. 컴퓨터(41)는 전지를 제1 시간, 예를 들어 본 실시형태에서는 1시간동안 모니터링한다(단계 317). 전지(47)은 ADC(43)와 데이터 수집장치(42)를 통해 전지전압데이터를 계속하여 컴퓨터(41)로 전송한다. 상기 전지전압이 제1 시간이 끝난 후에도 계속하여 증가하면, 컴퓨터(41)는 전력공 급부(49)에게 전지(47) 충전을 중지하도록 명령한다(단계321). 컴퓨터(41)는 제2 시간, 예를 들어 5분이 경과하기는 것을 기다리고(단계323), 이어 단계(311)에서 시작하는 공정단계를 반복한다. 전지(47)의 전지전압이 감소하거나 동일한 상태이면, 컴퓨터(41)는 상기 전지(47)의 전지전압이 최소전압에 도달하였다가 일정시간동안 다시 증가하기 시작했는지를 확인하기 위해 검사한다(단계325). 전지전압이 최소전압에 도달했다가 증가하기 시작했다면, 컴퓨터(41)는 전력공급부(49)가 전지(47)의 충전을 중단하도록 명령한다(단계327). 컴퓨터(41)는 제2 시간이 경과하기를 기다린다(단계329). 이어, 컴퓨터(41)는 단계(301)에서 시작하는 공정단계를 반복한다.

상기 전지전압이 최소전압에 도달하지 않았다면, 컴퓨터(41)는 전력공급부(49)가 제3 시간 이상, 예를 들어 8시간 이상 동안 전지(47)를 충전했는지를 판단한다(단계331). 만약, 8시간 이상으로 상기 충전이 지속되지 않았다면, 컴퓨터(41)는 전력공급부(49)에 전지(47)의 충전을 중지하도록 명령한다(단계327). 컴퓨터(41)는 제2 시간, 예를 들어 5분이 경과하기를 기다린다(단계329). 이어, 단계(311)에서 시작하는 공정단계를 반복한다.

도4a는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시형태이다. 도4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는 열전쌍 모듈(42A), 열전쌍(47A), 전기로드(49A) 및 다이오드(49B)를 포함한다. 이들은 도4와 같은 장치에 추가되는 요소들이다. 도4a의 장치는, 열전쌍 모듈(42A), 열전쌍(47A), 전기로드(49A) 및 다이오드(49B)에 의해 수행되는 기능을 제외하고는, 도4에 도시된 장치와 본질적으로 동일한 기능을 수행한다. 컴퓨터 또는 마이크로프로세서(41)는 (열전쌍 모듈(42A)을 통해) 열전쌍(47A)을 이용하여 상기 전지(47)의 온도를 모니터링할 수 있다. 컴퓨터(41)는 상기 열전쌍(47A)에 의해 측정된 전지온도가 지나치게 높으면(예를 들어, 허용한계 초과한다면), 전지(47)의 충전을 중지시킬 수 있다. 나아가, 전기 모듈(49A)은 전지(47)를 충전시킬 수 있다. 또한, 다이오드(49B)는, 전력공급부 전압이 낮거나 전력공급부(49)의 전력이 잘못되었을 때에 전지(47)로부터 전력공급부(49)로 향하는 전류를 중단시킴으로써 전력공급부(49)를 보호할 수 있다.

특히, 본 발명은 본 공정을 이루는 단계를 컴퓨터 또는 마이크로 프로세서(41)에서 자동화방식으로 실행시킬 수 있는 잇점이 있으며, 프로그램된 장치(40)을 재프로그래밍함으로써 재구성할 수도 있다. 또한, 컴퓨터 또는 마이크로프로세서(41)는 도2 및 3와 같은 다양한 실시형태의 전류제어방법을 대신하여 제어 충전전압으로 전지(47)를 충전시키도록 프로그래밍될 수 있다.

도5는 본 발명의 전압제어방법에 따른 다른 실시형태를 나타내는 흐름도이다. 도5를 참조하면, 납축전지의 내부저항(IR)을 측정한다(단계501). 단계(503)에서, 상기 IR이 복구가능한 범위, 예를 들어 0.2 내지 5 오옴(Ω) 내에 있는지를 판단한다. IR이 복구가능한 범위 내에 있지 않으면, 상기 전지는 복구불가능하며, 신호를 전송하여 폐기하거나 상기 전지를 폐기하여야 한다는 것을 통지한다(단계504). 전지의 IR이 복구가능한 범위에 있다면, 상기 충전전압을 증가시킨다(단계505). 단계(507)에서, 전지 전류를 제1 전류한계와 대비하여 검사한다. 상기 전지전류가 제1 전류한계에 도달하지 않았다면, 제어흐름은 단계(505)로 되돌아가 충전전압을 더 증가시키고, 단계(505)에서 시작하는 공정단계를 반복한다. 상기 전지전류가 제1 전류한계에 도달했다면, 상기 전지를 증가된 전압으로 충전한다(단계 509).

단계(511)에서, 전지 전류를 제2 전류한계와 대비하여 검사한다. 상기 전지전류가 충전 정전류 하에서 제2 전류한계에 도달하지 않았으면, 제어흐름은 단계(509)로 되돌아가 상기 전지를 그 충전전압으로 충전하고 단계(509)에서 시작하는 공정단계를 반복한다. 전지전류가 제2 전류한계에 도달했다면, 단계(513)에서 상기 충전전압을 감소시킨다.

단계(515)에서, 전지 전류를 제2 전류한계와 대비하여 검사한다. 상기 전지전류가 제1 전류한계에 도달하지 않았으면, 제어흐름은 단계(513)로 되돌아가 충전전압으로 감소시키고 단계(513)에서 시작하는 공정단계를 반복한다. 전지전류가 제1 전류한계에 도달했다면, 제어흐름은 단계(517)로 진행된다.

단계(517)에서, 상기 충전전압을 미리 설정된 한계와 대비하여 검사한다. 상기 충전전압이 미리 설정된 한계보다 크다면, 제어흐름은 단계(509)로 되돌아가 상기 전지를 그 충전전압으로 충전하고 단계(509)에서 시작하는 공정단계를 반복한다. 충전전압이 미리 설정된 한계 이하이면, 단계(519)에서 정상충전(이는 상기에서 설명되었음)을 수행한다. 정상충전이 완료된 후에, 상기 전지는 사용가능하게 된다.

본 발명의 방법 및 장치는 납축전지를 사용하는 어떤 응용형태, 예를 들어 자동 스타팅, 라이팅, 이그니션(SLI), 잔디깎는 기계, 트랙터, 선박, 운반선 등에서도 사용될 수 있다. 다른 응용형태는 산업용 트럭, 재료취급, 잠수함동력, 긴급동력, 다용도 장치, 무정전 전원공급장치(UPS), 텔레비젼, 휴대용 기구, 가정용 제품, 라디오, 카세트 및 컴팩트 디스크 플레이어 등의 원동력, 스테이션너리 (stationary) 또는 밀봉 전지 용도를 포함한다.

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Claims (33)

1. 납축전지를 복구하기 위한 방법에 있어서,

   상기 전지의 내부저항을 측정하는 단계(201);

   상기 내부저항이 복구가능한계(recoverable limit)보다 크다면(단계203), 상기 전지를 폐기하도록 신호를 발생시키는 단계(205);

   상기 내부저항이 정상한계(normal limit)보다 크지 않으면(단계207), 정상충전방식을 이용하여 상기 전지를 충전하는 단계(223);

   상기 내부저항이 상기 복구가능한계보다는 작고 상기 정상한계보다는 크면, 소정의 충전전류로 상기 전지를 충전하는 단계(213);

   상기 전지전압을 측정하는 단계(215);

   상기 전지전압이 최소전압에 도달하였고 증가하기 시작하였다면, 상기 충전전류를 증가시키는 단계(219);

   상기 충전전류가 충전전류한계(charge current limit)를 초과하였는지를 검사하는 단계(221); 및

   상기 충전전류가 상기 충전전류한계를 초과하였다면, 정상충전방식을 이용하여 상기 전지를 충전하는 단계(223)를 포함하는 납축전지 복구방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복구가능한계는 5 오옴(Ω)인 것을 특징으로 하는 납축전지 복구방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 정상한계는 0.2 오옴(Ω)인 것을 특징으로 하는 납축전지 복구방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전지의 전해질 양이 수용가능수준 미만이면, 상기 전해질 수준을 보정하는 신호를 발생시키는 단계(211)를 더 포함하는 납축전지 복구방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 충전전류는 단계(213)의 충전전류 대비 100퍼센트만큼 증가되는 것을 특징으로 하는 납축전지 복구방법.
6. 제1항에 있어서,

   제1 시간동안 상기 전지를 모니터링하는 단계(317);

   상기 전지전압이 상기 제1 시간동안 계속 증가되면(단계319), 상기 전지 충전을 중단하는 단계(321); 및

   제2 시간이 경과한 후에(단계323), 상기 전지를 충전하는 단계(311)를 더 포함하는 납축전지 복구방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제1 시간은 1시간이고, 상기 제2 시간은 5분인 것을 특징으로 하는 납축전지 복구방법.
8. 제6항에 있어서,

   제3 시간 이상으로 상기 전지를 충전하였다면(단계331), 상기 전지 충전을 중단하는 단계(327); 및

   제3 시간이 경과한 후에(단계327), 상기 전지의 내부저항을 측정하는 단계(301)를 더 포함하는 납축전지 복구방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제2 시간은 5분이고, 상기 제3 시간은 8시간인 것을 특징을 하는 납축전지 복구방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 방법을 이루는 단계는 소프트 웨어로 실행되는 것을 특징으로 하는 납축전지 복구방법.
11. 납축전지를 복구하기 위한 방법에 있어서,

    상기 전지의 내부저항을 측정하는 단계(501);

    상기 내부저항이 복구가능한 범위 내에 있지 않으면(단계503), 상기 전지를 폐기하도록 신호를 발생시키는 단계(504);

    상기 내부저항이 상기 복구가능한 범위 내에 있으면, 상기 전지를 충전전압으로 충전하는 단계(505);

    상기 전지 전류를 제1 전류한계(current limit)와 대비하여 검사하는 단계(507);

    상기 전지 전류가 상기 제1 전류한계에 도달하지 않았다면, 상기 충전전압을 증가시키는 단계(505);

    상기 전지 전류를 제2 전류한계와 대비하여 검사하는 단계(511);

    상기 전지전류가 상기 제2 전류한계에 도달했다면, 상기 충전전압을 감소시키는 단계(513);

    상기 충전전압을 미리 설정된 한계와 대비하여 검사하는 단계(517); 및

    상기 충전전압이 상기 미리 설정된 한계보다 크지 않으면, 정상충전방식을 이용하여 상기 전지를 충전하는 단계(519)를 포함하는 납축전지 복구방법.
12. 납축전지를 복구하기 위한 장치에 있어서,

    상기 전지(47)에 연결되며, 상기 전지를 충전하는 충전전류를 제어하고, 상기 전지의 내부저항, 전압 및 전류를 측정하기 위한 프로그램 장치(40)를 구비한 컴퓨터(41);

    상기 전지와 상기 컴퓨터에 연결되어, 상기 전지에 상기 충전전류를 공급하는 전력 공급부(49); 및

    상기 전지와 상기 컴퓨터에 연결되어, 상기 충전전류를 측정하는 분류기(shunt:46)를 포함하고,

    상기 프로그램 장치는,

    상기 내부저항이 복구가능한계보다 크면, 상기 전지를 폐기하도록 신호를 발생(205)시키기 위한 수단과,

    상기 내부저항이 복구가능한계보다 작으면, 상기 전력공급부에서 정상충전방식을 이용하여 상기 전지를 충전하도록 지시(223)하기 위한 수단과,

    상기 내부저항이 상기 복구가능한계보다 작고 상기 정상한계보다 클 경우에, 상기 전력공급부에서 상기 전지를 소정의 충전전류로 충전하도록 지시(213)하기 위한 수단과,

    상기 내부저항이 상기 복구가능한계보다 작고 상기 정상한계보다 클 때에,상기 상기 전지 전압이 최소전압에 도달하였고 증가하기 시작했다면(217), 상기 충전전류를 증가(219)시키기 위한 수단을 갖는 납축전지 복구장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 컴퓨터는 상기 전지를 충전하는 충전전압을 제어하고, 상기 전력공급부는 상기 전지에 상기 충전전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 납축전지 복구장치.
14. 제12항에 있어서,

    상기 컴퓨터에 의해 제어되고, 상기 전지를 오픈회로 상태가 되도록 하는 제어 릴레이(48)를 더 포함하는 납축전지 복구장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 컴퓨터에서 상기 제어 릴레이로 커맨드를 실행하는 릴레이 모듈(44)을 더 포함하는 납축전지 복구장치.
16. 제12항에 있어서,

    상기 전지로부터 얻은 데이터를 상기 컴퓨터에 의해 사용될 수 있는 형태로 처리하는 데이터 수집 장치(42)를 더 포함하는 납축전지 복구장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 데이터 수집 장치는 아날로그-디지털 변환, 디지털-아날로그 변환, 증폭 및 잡음저감으로 이루어진 그룹 중에서 하나를 이용하여 상기 데이터를 처리하는 것을 특징으로 하는 납축전지 복구장치.
18. 제12항에 있어서,

    상기 전지에 연결되어, 상기 전지의 온도를 측정하는 열전쌍부(thermo-couple: 47A)를 더 포함하는 납축전지 복구장치.
19. 제12항에 있어서,

    상기 전력공급부와 병렬로 연결되어, 상기 전지를 방전시키는 전기로드부(49A)를 더 포함하는 납축전지 복구장치.
20. 제12항에 있어서,

    상기 전력공급부와 직렬로 연결되어, 상기 전지가 상기 전력공급부로 방전되는 것으로부터 상기 전력공급부를 보호하는 다이오드(49B)를 더 포함하는 납축전지 복구장치.
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