KR101426859B1 - 배터리 밀폐장치 - Google Patents

Abstract

전해액 충전식 납축전지의 전해질 상태를 감시하고, 상태를 현시해주어 전해질 상태 관리에 용이함을 도모해주도록 한 배터리 밀폐장치가 개시된다.
개시된 배터리 밀폐장치는, 전해액의 전도도 및 전해액의 양을 검지하는 전해액 검지 센서와; 전해액 검지 센서에서 출력된 검지 신호를 받아 전해액의 전도도 및 전해액의 잔량을 판단하여, 배터리의 상태를 현시하기 위한 현시 제어신호를 발생하는 제어부와; 제어부에서 발생하는 현시 제어신호에 따라 배터리의 상태를 시각적으로 표시해주는 상태 표시부와; 제어부와 연동하고 상기 제어부로부터 출력되는 배터리 상태데이터를 사용자의 단말기로 전송해주는 통신부를 포함한다.

Description

배터리 밀폐장치{Battery cap}

본 발명은 배터리 밀폐장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해액 충전식 납축전지의 전해질 상태를 감시하고, 상태를 현시해주어 전해질 상태 관리에 용이함을 도모해주도록 한 배터리 밀폐장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량 특히, 전기 자동차는 구동 연료로서 2차 전지인 납축전지를 사용하고 있으며, 납축전지에서 출력되는 전원으로 동력발생장치를 구동시키고, 이를 동력 전달장치를 통해 구동 휠로 전달하여 구동 휠을 회전시킴으로써 동작한다.

이와 같이 동력발생장치를 구동시키기 위한 전원을 공급해주는 종래 납축전지에 대한 기술이 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2008-0016233호(2008.02.21. 공개)(발명의 명칭: 차량의 납축전지)(이하, "종래기술"이라 약칭함)에 개시되어 있다.

구성을 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부에 납 전극으로 구성된 셀이 형성되어 있고 그 주위에 전해액이 있어 전원의 충전 및 방전이 이루어지도록 하는 납축전지에 있어서, 전해액을 저장하는 전해액 용기, 상기 전해액 용기에서 공급되는 전해액을 축전지의 +전극측으로 공급하는 제1모세관, 축전지의 -전극 측의 전해액이 배출되도록 하는 제2모세관, 상기 제2 모세관을 통해 배출되는 전해액을 전해액 용기 측으로 순환될 수 있도록 경로를 개방하거나 폐쇄하는 밸브, 상기 밸브를 통과한 전해액을 전해액 용기로 순환 속력이 증가하도록 하는 펌프로 구성되어 있다. 그리고 납축전지에 전해액을 주입하기 위한 주입구(전해액을 넣는 곳)가 구비되어 있다.

이와 같이 구성된 종래기술은 납축전지에 전해액을 방출하고 유입되도록 하는 모세관을 설치하고 배터리의 충전 및 방전 상황에 따라 전해액이 밸브와 펌프를 통해 이동되도록 하여 전기충전용량 대비 중량이 낮춰지도록 하였다. 도 2는 상기와 같은 배터리 납축전지의 충전/방전 과정을 보인 것이다.

이러한 전해액 충전식 납축전지의 경우 충전 과정에서 이온화된 수소 및 산소 원자가 전극 판에 모두 환원되지 못하여 가스가 발생하며, 방전 과정에서 전해액의 농도가 낮아지는 과정을 반복하게 되는 데, 이 과정에서 발생하는 산소 및 수소 가스의 유실로 인하여 전력상태가 불량해지는 경우가 발생한다. 직렬/병렬로 조합하여 사용하는 배터리 시스템에서는 하나의 배터리에 이상이 발생하면 연계되어 있는 배터리에 과충전, 과방전과 같은 무리를 주어 배터리 시스템의 효율이 나빠지고 이 과정에서 배터리를 전력 원으로 사용하는 시스템에 장애를 유발할 수 있다.

이를 방지하기 위하여 주기적으로 전해액의 상태를 육안으로 계측하거나 계측장비를 직접 사용하여 점검하는 방식으로 전해질의 상태를 관리하게 된다.

1. 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2008-0016233호(2008.02.21. 공개)(발명의 명칭: 차량의 납축전지)

그러나 상기와 같은 종래기술은 배터리 시스템의 효율이 저하되고, 전력상태가 불량해지는 것을 방지하기 위하여, 주기적으로 전해액의 상태를 육안으로 계측하거나 계측장비를 직접 사용하여 점검하는 방식으로 전해질의 상태를 관리하게 되므로, 육안 계측이나 직접 계측장비 사용에 따른 불편함이 있었다. 특히, 육안 계측 방법은 정확성이 결여된다.

또한, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전해액 상태를 육안으로 확인 가능한 밀폐형 전지가 제안되었으나, 밀폐형의 경우 사용수명이 다한 경우에는 사용자에 의한 재생이 불가능한 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전해액 충전식 납축전지의 전해질 상태를 자동으로 감시하고, 상태를 현시해주어 전해질 상태 관리에 용이함을 도모해주도록 한 배터리 밀폐장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 배터리 전해액 밀폐장치에 전기전도도 측정 센서를 부착하여 전해액의 양과 전해액의 농도를 측정하고 측정된 값을 자동으로 판단하여 상태를 현시해줌으로써, 사용자가 보다 쉽게 배터리의 상태를 판단할 수 있도록 한 배터리 밀폐장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 배터리의 상태를 표시해주어 더욱 안전한 배터리 관리 시스템을 제공할 수 있도록 한 배터리 밀폐장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 "배터리 밀폐장치"는,

전해액의 전도도 및 전해액의 양을 검지하는 전해액 검지 센서;

상기 전해액 검지 센서에서 출력된 검지 신호를 받아 전해액의 전도도 및 전해액의 잔량을 판단하여, 배터리의 상태를 현시하기 위한 현시 제어신호를 발생하는 제어부;

상기 제어부에서 발생하는 현시 제어신호에 따라 배터리의 상태를 시각적으로 표시해주는 상태 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "배터리 밀폐장치"는,

상기 제어부와 연동하고 상기 제어부로부터 출력되는 배터리 상태데이터를 사용자의 단말기로 전송해주는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "배터리 밀폐장치"는,

상기 제어부에 구동용 전원을 공급해주는 전원부를 더 포함하고,

상기 전원부는 메인 전원과 보조 전원을 포함하고, 상기 메인 전원과 보조 전원을 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전해액 검지 센서는 상기 전해액의 농도와 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "배터리 밀폐장치"는,

상기 전해액을 주입하는 주입구를 밀폐하기 위한 캡을 포함하고,

상기 전해액 검지 센서와 제어부와 상태 표시부와 통신부 및 전원부는 상기 캡에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 전해액 충전식 납축전지의 전해질 상태를 자동으로 감시하고 상태를 현시해줌으로써, 배터리 전해질 상태 관리에 용이함을 도모해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 배터리 전해액 밀폐장치에 전기전도도 측정 센서를 부착하여 전해액의 양과 전해액의 농도를 측정하고 측정된 값을 자동으로 판단하여 상태를 현시해줌으로써, 사용자가 보다 쉽게 배터리의 상태를 판단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 배터리의 상태를 표시해줌으로써, 사용자가 배터리의 상태를 실시간으로 인지할 수 있으므로 더욱 안전하게 배터리를 관리할 수 있도록 도모해주는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 전해액 충전식 납축전지의 개략 구성도.
도 2는 일반적인 전해액 충전식 납축전지의 충전/방전 과정의 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 밀폐장치의 구조도.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 밀폐장치의 시스템 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 밀폐장치의 상측 표시부의 배터리 상태표시 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 배터리 밀폐장치의 구조도이고, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 밀폐장치의 시스템 구성도로서, 도 1의 전해액 주입구에 씌워질 수 있도록 캡(cap) 형상으로 구현하며, 캡의 내측에는 전해액 저장 용기에 삽입되어 전해액의 전도도, 전해액 량, 전해액 온도 및 전해액 농도를 측정하는 전해액 검지 센서(101)가 설치된다.

또한, 상기 캡의 내측에는 제어부(100) 및 센서부(101) 등에 구동용 전원을 공급해주는 전원부(104)가 내장되는 데, 이러한 전원부(104)는 메인 전원과 보조 전원을 구비하고, 상기 메인 전원과 보조 전원을 선택적으로 공급하게 된다.

아울러 상기 캡의 내측에는 상기 전해액 검지 센서(101)에서 출력된 검지 신호를 받아 전해액의 전도도 및 전해액의 잔량을 판단하여, 배터리의 상태를 현시하기 위한 현시 제어신호를 발생하고, 배터리 상태데이터의 전송 신호를 발생하는 제어부(105)가 내장된다. 이러한 제어부(105)는 마이크로프로세서, 마이컴, 중앙처리장치, 컨트롤러 등과 같은 제어 유닛으로 구현하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 캡의 상부에는 상기 제어부(105)에서 발생하는 현시 제어신호에 따라 배터리의 상태를 시각적으로 표시해주는 상태 표시부(103)가 설치된다.

이러한 상태 표시부(103)는 도 5에 도시한 바와 같이, 복수의 발광다이오드(LED)(103a ~ 103c)를 포함하며, 이러한 복수의 발광다이오드(103a ~ 103c)를 이용하여 배터리의 정상 상태, 주의 상태, 위험 상태를 표시해주고, 전해액 량을 표시해주는 레벨 표시기(103d)를 통해 전해액 량을 표시해주게 된다. 따라서 사용자는 복수의 발광다이오드(103a ~ 103c)가 점등되는 상태에 따라 배터리의 상태를 인지하고, 레벨 표시기(103d)가 표시해주는 레벨에 따라 전해액의 잔량을 인지하게 된다. 여기서 레벨 표시기(103d)는 막대 표시기를 통해 개수로 전해액 잔량을 표시해주는 것이 바람직하며, 사용자는 막대 표시기를 통해 디스플레이되는 막대의 개수에 따라 전해액 잔량을 인지하게 된다.

또한, 상기 캡의 내측에는 상기 제어부(105)와 연동하고 상기 제어부(105)로부터 출력되는 배터리 상태데이터를 사용자의 단말기로 전송해주는 통신부(102)가 내장된다. 이러한 통신부(102)는 유선 통신 모듈 또는 무선 통신 모듈로 구현할 수 있으나, 사용자의 편의를 고려하여 사용자가 휴대한 스마트기기(스마트폰, PDA, 기타)에 배터리 상태데이터를 전송해줄 수 있도록 무선 통신 모듈로 구현하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 배터리 밀폐장치(100)는 캡에 설치된 전해액 검지 센서(101)를 전해액 저장 용기에 삽입하고, 캡을 도 1과 같은 납축전지의 전해액 주입구에 결합하게 된다. 여기서 캡을 전해액 주입구에 결합하는 방식은 캡의 내측에 나사 산을 형성하여 주입구에 결합하는 방식도 가능하고, 탄성력을 갖도록 캡을 형성한 후 주입구에 억지 끼움 방식으로 캡을 주입구에 결합하는 것도 가능하다.

캡을 전해액 주입구에 결합한 상태에서, 전원부(104)에 의해 제어부(105) 및 전해액 검지 센서(101) 등에 구동용 전원이 공급되면 전해액 상태를 검출하여 표시하는 동작을 수행하게 된다. 여기서 본 발명은 도면에는 도시하지 않았지만 배터리 밀폐장치(100)의 동작을 온/오프하기 위한 스위치를 구비하고, 캡을 전해액 주입구에 결합한 후 온/오프 스위치를 온상태로 동작시켜 전해액 검지 동작을 수행하도록 하는 것이 바람직하다.

전해액 검지 동작이 시작되면 전해액 검지 센서(101)는 전해액의 잔량, 농도, 전도도, 온도 등을 검출하여 제어부(105)에 전달하게 되고, 제어부(105)는 검출되는 전해액의 상태 값을 분석하여 정상상태인지 주의상태인지 위험 상태인지를 판단하게 되고, 동시에 전해액의 잔량을 확인하게 된다. 여기서 전해액 상태 판단은 전도도, 농도, 온도 등의 기준 값을 미리 메모리에 저장하고, 검출되는 전도도, 농도, 온도 값을 기준 값과 비교하여 대소 여부로 판단하는 것이 바람직하다.

아울러 전해액 잔량 확인 또한 동일하게 전해액 최소 치부터 최대치에 대한 기준 값을 저장하고, 검출되는 전해액 잔량 값을 전압 값으로 변환하고, 이를 디지털 값으로 다시 변환하여 상기 기준 값과 비교하여 전해액 잔량을 확인하게 된다.

이후 분석한 전해액 상태에 따라 상태 표시부(103)에 배터리 상태데이터를 전송하여 복수의 발광다이오드(103a ~ 103c) 중 배터리 상태에 대응하는 하나의 발광다이오드만을 점등시키게 된다. 예컨대, 전해액의 온도가 상대적으로 높거나 농도가 상대적으로 현저히 낮거나 전도도가 상대적으로 현저히 떨어진 경우에는 배터리 상태를 위험 상태로 인지하고, 위험을 알리는 발광다이오드(103c)가 점등되도록 표시 제어신호를 발생하게 된다. 이로써 상태 표시부(103)는 위험을 알리는 발광다이오드가 점등되어, 사용자가 육안으로 용이하게 배터리의 상태를 인지할 수 있도록 하며, 사용자는 위험 상태를 인지하게 되면 신속하게 후속 조치를 취하여 배터리의 이상으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미리 방지하게 되는 것이다.

또한, 전해액 잔량을 확인한 결과를 레벨 표시기(103d)를 통해 표시해주어, 사용자가 용이하게 전해액 잔량을 인지할 수 있도록 한다. 이로써 사용자는 편리하게 전해액 잔량을 실시간으로 인지할 수 있으며, 전해액이 부족한 것으로 인지되면 보충을 하여 전해액 잔량 부족으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미리 방지하게 되는 것이다.

아울러 제어부(105)는 주지한 바와 같이 납축전지의 상태를 획득하게 되면, 통신부(102)에 배터리 상태데이터를 전달하게 되고, 통신부(102)는 이를 무선 통신 모듈을 통해 원격의 사용자가 휴대한 스마트기기에 이를 전송하게 된다. 따라서 사용자는 납축전지를 직접 확인하지 않아도 원격에서 실시간으로 납축전지의 상태를 인지할 수 있게 되는 것이다.

이러한 본 발명에 따르면 실시간으로 납축전지의 상태를 확인하여 표시장치를 통해 상태를 현시해줌으로써, 사용자는 편리하게 납-축전지의 상태를 인지할 수 있는 장점이 있다. 특히, 통신장치를 통해 원격에서도 납축전지의 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100… 배터리 밀폐장치
101… 전해액 검지 센서
102… 통신부
103… 상태 표시부
104… 전원부
105… 제어부

Claims (6)

1. 전해액의 전도도 및 전해액의 양을 검지하는 전해액 검지 센서;
   상기 전해액 검지 센서에서 출력된 검지 신호를 받아 전해액의 전도도 및 전해액의 잔량을 판단하여, 배터리의 상태를 현시하기 위한 현시 제어신호를 발생하는 제어부;
   상기 제어부에서 발생하는 현시 제어신호에 따라 배터리의 상태를 시각적으로 표시해주는 상태 표시부;
   상기 제어부와 연동하고 상기 제어부로부터 출력되는 배터리 상태데이터를 사용자의 단말기로 전송해주는 통신부;
   상기 제어부에 구동용 전원을 공급해주는 전원부;
   상기 전해액을 주입하는 주입구를 밀폐하기 위한 캡을 포함하고,
   상기 전원부는 메인 전원과 보조 전원을 포함하고, 상기 메인 전원과 보조 전원을 선택적으로 공급하며,
   상기 전해액 검지 센서와 제어부와 상태 표시부와 통신부 및 전원부는 상기 캡에 형성되며,
   상기 상태 표시부는 복수의 발광다이오드(LED)와 레벨 표시기를 포함하고, 상기 복수의 발광다이오드를 이용하여 배터리의 정상 상태, 주의 상태, 위험 상태를 표시해주며, 상기 레벨 표시기를 이용하여 전해액 량을 표시해주는 것을 특징으로 하는 배터리 밀폐장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 전해액 검지 센서는 상기 전해액의 농도와 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 밀폐장치.
   
6. 삭제

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