KR101704359B1 - 배터리 충전관리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 충전관리장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전관리장치는, 외부의 통신기기와 통신하는 통신부와, 배터리 케이스 내부에 수용되는 적어도 하나의 배터리를 충전 또는 방전하는 전원관리부와, 상기 배터리 케이스 내부와 외부의 온도 및 습도를 감지하고, 상기 배터리 케이스 내부의 온도 및 습도를 기 설정된 기준치를 유지하도록 관리하는 온습도관리부와, 상기 배터리의 충전상태, 성능상태 및 환경상태 중 적어도 하나를 상기 외부의 통신기기로 전송하도록 하며, 상기 배터리 케이스의 내부와 외부의 온도편차 또는 습도편차를 이용하여 상기 온습도관리부의 동작모드를 다르게 설정하는 제어부를 포함한다.
이에 따라, 배터리 케이스의 내부와 외부의 온도 및 습도 편차를 이용함으로써 배터리의 과열이나 화재의 발생을 최소화할 수 있다.

Description

배터리 충전관리장치{APPARATUS FOR MANAGING BATTERY CHARGER}
본 발명은 배터리 충전관리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 배터리를 충전시키면서 배터리의 충전상태, 성능상태, 환경상태를 관리하는 기술이 개시된다.
휴대용 전자제품의 증가로 인해 배터리의 사용이 증가하고 있다. 최근에는 스마트폰, 노트북, 드론, 무선조종 자동차(Radio-controlled car : RC카)와 같은 휴대용장치에 고용량의 배터리가 사용되고 있다. 이들 장치에 가장 많이 사용되는 리튬 배터리의 경우 니켈 배터리에 비해 출력도 높고 배터리 홀더가 필요 없으며 재충전이 가능하지만, 쇼트가 나거나 과충전시에 폭발 및 화재의 위험성이 있다. 따라서, 리튬 배터리를 고온이나 저온에서 장기간 보관하게 되면 성능이 저하되거나 산화되어 부풀어 오르거나 폭발하는 현상 등이 발생하고 충격 등에도 약해 안전상의 문제가 대두되고 있다.
종래의 기술 중, 대한민국 등록특허공보 제10-1051446호는 배터리 케이스에 관한 것으로, 배터리 팩이 조밀하게 수납되는 내부 케이스와, 상기 배터리 팩의 배터리를 제어하는 제어부품이 설치될 설치부를 구비함과 아울러 상기 내부 케이스를 수용하는 외부 케이스와, 상기 외부 케이스의 내측 벽면에 설치되어 상기 내부 케이스를 탄성적으로 지지하는 탄성부재와, 상기 외부 케이스에 설치되어 상기 내부 케이스에 수납된 배터리 팩을 냉각시키는 쿨링 팬을 포함하여 이루어진 배터리 케이스를 제공한다.
그러나, 상기 종래의 기술의 경우 내기와 외기 간의 온도 편차나 습도 편차를 고려하지 않는다는 점에서 배터리의 방열 효과가 떨어질 수 있으며, 겨울철이나 추운지방에서는 배터리의 작동온도 이하로 기온이 하강하는 경우에는 사용할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 케이스의 내부와 외부의 온도 및 습도 편차를 이용함으로써 배터리의 과열이나 화재의 발생을 최소화하기 위한 배터리 충전관리장치를 제공하기 위함이다.
또한, 복수의 배터리를 동시에 충전하는 경우 충전전력을 최대전력 이하로 구동시켜 과열로 인한 화재를 예방하고, 전체 배터리를 안정적으로 충전시키는 배터리 충전관리장치를 제공하기 위함이다.
또한, 과열로 인한 배터리의 발화시 배터리 케이스 내부에서 초기에 화재를 진압할 수 있는 배터리 충전관리장치를 제공하기 위함이다.
또한, 배터리의 충전성능을 판단하여 배터리의 교체주기 또는 사용가능시간에 대한 정보를 사용자에게 제공하는 배터리 충전관리장치를 제공하기 위함이다.
또한, 배터리 케이스에 가해지는 충격 또는 배터리의 형상 변화를 감지하여 폭발이나 화재의 위험을 줄일 수 있는 배터리 충전관리장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전관리장치는, 외부의 통신기기와 통신하는 통신부와, 배터리 케이스 내부에 수용되는 적어도 하나의 배터리를 충전 또는 방전하는 전원관리부와, 상기 배터리 케이스 내부와 외부의 온도 및 습도를 감지하고, 상기 배터리 케이스 내부의 온도 및 습도를 기 설정된 기준치를 유지하도록 관리하는 온습도관리부와, 상기 배터리의 충전상태, 성능상태 및 환경상태 중 적어도 하나를 상기 외부의 통신기기로 전송하도록 하며, 상기 배터리 케이스의 내부와 외부의 온도편차 또는 습도편차를 이용하여 상기 온습도관리부의 동작모드를 다르게 설정하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 배터리 케이스 내부에 형성되어 기 설정된 농도를 초과하는 가스또는 불꽃을 감지하는 경우 소화물질을 상기 배터리로 분사하는 소화부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리에 기 설정된 시간 간격으로 복수의 제1 검사신호를 인가하여 얻어지는 각각의 제1 반응신호의 합과, 상기 복수의 제1 검사신호를 중첩한 제2 검사신호를 인가하여 얻어지는 제2 반응신호를 비교하여 상기 배터리의 이상 유무를 판단하는 배터리성능관리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 케이스에 가해지는 충격을 감지하거나, 상기 배터리가 팽창하는 압력을 감지하면 상기 배터리에 전원 공급을 차단하고, 상기 외부의 통신기기로 이상신호를 전송하도록 하는 배터리충격관리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원관리부는, 제1 배터리에 제1 충전신호를 생성하고, 제2 배터리에 제2 충전신호를 생성하되, 기 설정된 주기 내에서 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리의 동시 동작 구간 내 충전전력의 합이 최대전력 이하로 동작하도록 할 수 있다.
이에 따라, 배터리 케이스의 내부와 외부의 온도 및 습도 편차를 이용함으로써 배터리의 과열이나 화재의 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 복수의 배터리를 동시에 충전하는 경우 충전전력을 최대전력 이하로 구동시켜 과열로 인한 화재를 예방하고, 전체 배터리를 안정적으로 충전시킬 수 있다.
또한, 과열로 인한 배터리의 발화시 배터리 케이스 내부에서 초기에 화재를 진압할 수 있다.
또한, 배터리의 충전성능을 판단하여 배터리의 교체주기 또는 사용가능시간에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 배터리 케이스에 가해지는 충격 또는 배터리의 형상 변화를 감지하여 폭발이나 화재의 위험을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전관리장치와 외부의 통신기기 간의 관계를 설명하기 위한 예시도,
도 2는 도 1에 따른 배터리 충전관리장치의 세부구성도,
도 3은 도 2에 따른 배터리 충전관리장치 중 전원관리부에서 복수의 배터리의 충전전력에 따른 동작 타이밍을 설명하기 위한 예시도,
도 4는 도 2에 따른 배터리 충전관리장치 중 온습도관리부의 기능을 설명하기 위한 예시도,
도 5는 도 2에 따른 배터리 충전관리장치 중 소화부의 기능을 설명하기 위한 예시도,
도 6은 도 2에 따른 배터리 충전관리장치 중 배터리상태관리부에서 판단하는 배터리의 전류-전압 특성을 설명하기 위한 예시도,
도 7은 도 2에 따른 배터리 충전관리장치가 외부의 통신기기와 통신하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전관리장치와 외부의 통신기기 간의 관계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전관리장치(100)는 외부의 통신기기(10)와 통신한다. 여기서, 외부의 통신기기(10)는 블루투스, NFC(Near Field Communication), 지그비(zigbee), 와이파이와 같은 근거리 네트워크 통신과, 3G, 4G, 5G 통신이나 위성통신 등의 장거리 네트워크 통신이 가능한 장치를 포괄하는 의미로 사용된다. 배터리 충전관리장치(100)는 외부의 통신기기(10)로 배터리의 충전상태, 성능상태, 배터리 케이스(101) 내부의 온도 또는 습도와 같은 환경상태의 정보를 전송할 수 있다. 또한, 배터리 충전관리장치(100)는 배터리 케이스(101) 내부에 화재가 발생하는 경우에도 외부의 통신기기(10)로 화재를 경고할 수 있다.
배터리 충전관리장치(100)는 배터리가 보관되는 배터리 케이스(101) 내부의 충전상태, 성능상태, 환경상태 등의 정보를 관리한다. 이 경우, 배터리 케이스(101)는 본체(101-1)에 배터리가 하나 이상 수용되도록 할 수 있다. 이 경우, 배터리 케이스(101)의 본체(101-1)는 커버(101-2)에 의해 폐쇄되도록 구현할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 배터리 케이스(101)에 커버(101-2)가 형성되는 경우, 커버(101-2)의 외표면에는 충전패드(101-3)가 형성될 수 있다. 충전패드(101-3)는 외부의 이동유닛(20)을 무선으로 충전하도록 유도한다. 여기서, 이동유닛(20)은 드론, 무선조종 자동차, 로봇청소기 등 전기에 의해 움직이는 장치를 포괄하는 의미로 사용된다. 이 경우, 배터리 충전관리장치(100)는 내부의 배터리의 전력을 무선으로 방전시켜 이동유닛(20)으로 공급하도록 할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 배터리 충전관리장치(100)에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 충전관리장치의 세부구성도이다.
도 2를 참조하면, 배터리 충전관리장치(100)는 통신부(110), 전원관리부(120), 온습도관리부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
통신부(110)는 외부의 통신기기와 통신하여 배터리(200)의 충전상태, 성능상태, 환경상태 등에 대한 정보를 전송한다. 통신부(110)는 외부의 통신기기로부터 제어명령을 수신하는 것도 가능하다. 통신부(110)는 블루투스, NFC(Near Field Communication), 지그비(zigbee), 와이파이와 같은 근거리 네트워크 통신과, 3G, 4G, 5G 통신이나 위성통신 등의 장거리 네트워크 통신이 가능할 수 있다. 통신부(110)는 외부의 통신기기 뿐만 아니라 도 1에서 설명한 이동유닛(20)과 통신을 통해 배터리 케이스(101)의 위치정보를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 이동유닛이 드론이고 무선충전이 가능한 경우 배터리 케이스(101)의 위치정보를 수신하여 배터리 케이스(101)에 안착된 상태로 내부배터리를 충전하는 것도 가능하다.
전원관리부(120)는 배터리 케이스(101) 내부에 수용되는 적어도 하나의 배터리(200)를 충전한다. 배터리 케이스(101) 내부에는 서로 다른 종류의 복수의 배터리(200)를 수용하여 충전할 수 있다. 이 경우, 전원관리부(120)는 각 배터리(200)의 충전전력, 충전전압, 충전전류와 같은 특성정보를 획득할 수 있다. 전원관리부(120)는 각 배터리(200)의 충전상태를 외부의 통신기기로 전송하거나 제어부(140)로 출력한다.
또한, 전원관리부(120)는 복수의 서로 다른 배터리(200)를 동시에 충전하는 경우 각 배터리(200)의 충전 타이밍을 분할하여 최대전력 내에서 전력을 분배하는 것도 가능하다.
예를 들어, 제1 배터리의 충전신호인 제1 제어신호를 생성하고, 제2 배터리의 충전신호인 제2 제어신호를 생성하되, 기 설정된 주기 내에서 제1 배터리 및 제2 배터리의 동시 동작 구간 내 충전전력의 합이 최대전력 이하로 동작하도록 제어한다. 이는 제1 배터리 및 제2 배터리를 상시로 충전시키는 것이 아니라, 시간을 분할하여 선택적으로 충전함으로써 최대전력의 범위 내에서 충전전력을 분할하도록 하기 위함이다. 제1 배터리 및 제2 배터리는 충전 타이밍을 다르게 함으로써 전체 최대전력을 초과하지 않으면서 배터리 케이스(101) 내부의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
예를 들어, 전원관리부(120)는 제1 배터리의 동작 중 제2 배터리를 동작시키는 경우, 제1 배터리와 제2 배터리의 충전전력이 최대전력 이하이면 동시에 동작하도록 하고, 최대전력을 초과하면 제1 배터리의 충전구간을 감소시키면서 제2 배터리를 충전시켜 제1 배터리와 제2 배터리의 충전전력이 최대전력 이하로 유지시키도록 제어한다.
또한, 전원관리부(120)는 배터리 케이스(101) 내부에 수용되는 적어도 하나의 배터리(200)에 전원을 방전할 수도 있다. 전원관리부(120)는 외부의 전원으로부터 전기를 공급받아 배터리(200)를 충전시키나, 외부의 전원으로부터 전원이 차단되는 경우 배터리(200)를 방전시켜 후술하는 온습도관리부(130)를 구동시키기 위해 배터리(200)를 방전시킬 수 있다. 전원관리부(120)는 배터리(200)가 충전중이거나 완충된 상태에서도 외부의 통신기기와 통신하거나, 이동유닛에 전원을 공급하는 경우에도 전원을 방전하는 것도 가능하다.
온습도관리부(130)는 배터리 케이스(101) 내부 및 외부의 온도 및 습도를 감지한다. 이 경우, 배터리 케이스(101)의 내부와 외부에는 복수의 온도센서(도시하지 않음), 습도센서(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 온습도관리부(130)는 배터리 케이스(101) 내부의 온도 및 습도를 기 설정된 기준치를 유지하도록 관리한다. 예를 들어, 온습도관리부(130)는 배터리 케이스(101) 내부의 온도를 공랭식(air cooling type) 또는 수랭식(water cooling type)으로 냉각시키거나, 내부의 온도를 전열식으로 가열시키는 것도 가능하다. 이는 배터리(200)의 동작특성에 따라 최적의 상태를 유지하기 위함이다.
또한, 온습도관리부(130)는 기 설정된 시간 주기마다 배터리 케이스(101) 내부의 온도 및 습도를 파악하고, 이를 배터리 케이스(101) 외부의 온도 및 습도와 비교할 수 있다. 이 경우, 배터리 케이스(101)의 외부 온도 및 습도는 외부의 통신기기를 통해 획득하는 것도 가능하다. 배터리 케이스(101) 외부의 온도 및 습도를 파악하는 것은 외부의 환경에 따라 온습도관리부(130)가 공랭식 또는 수랭식으로 동작하는 것을 결정하기 위함이다. 온습도관리부(130)는 배터리 케이스(101) 내부와 외부의 온도 및 습도의 변화를 기 설정된 주기마다 외부의 통신기기 또는 제어부(140)로 출력한다.
제어부(140)는 배터리의 충전상태, 성능상태 및 환경상태 중 적어도 하나를 외부의 통신기기로 전송하도록 한다. 이 경우, 제어부(140)는 기 설정된 시간 주기 또는 외부의 통신기기의 요청에 의해 배터리(200)의 충전상태, 성능상태 및 환경상태의 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 배터리 케이스(101) 내부에 화재 또는 폭발이 발생하는 경우 외부의 통신기기를 통해 경고를 하는 것도 가능하다.
또한, 제어부(140)는 배터리 케이스(101)의 내부와 외부의 온도편차 또는 습도편차를 이용하여 온습도관리부(130)의 동작모드를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 배터리 케이스(101)의 내부와 외부의 온도편차가 기준치 이상인 경우 내외기교환모드로 팬을 이용하여 배터리 케이스(101) 내부를 냉각 또는 가열시킬 수 있다. 이는 배터리 케이스(101) 내부와 외부의 온도 차이로 인해 배터리 케이스(101) 내부와 외부 공기간의 열교환이 용이하기 때문이다. 제어부(140)는 배터리 케이스(101) 내부와 외부의 온도편차가 기준치 이하인 경우 내부구동모드로 열교환기 또는 전열기를 이용하여 배터리 케이스(101) 내부를 냉각 또는 가열시킬 수 있다. 이는 별도의 전원을 이용하여 열교환펌프를 이용하여 냉각하거나, 배터리(200)를 이용하여 가열시키도록 하는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전관리장치(100)는 소화부(150)를 더 포함할 수 있다.
소화부(150)는 배터리 케이스(101) 내부에 형성되어 기 설정된 농도를 초과하는 가스 또는 불꽃을 감지하는 경우 소화물질을 배터리(200)로 분사한다. 소화부(150)는 배터리(200)의 과열로 인한 화재시 조기에 진압하기 위한 구성이다. 이 경우, 소화물질은 액상 또는 분말 상태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 소화부(150)는 배터리 케이스(101) 내부의 이산화탄소의 농도가 기준치를 초과하면 소화물질을 토출할 수 있다. 소화부(150)는 배터리(200)의 발화시 발생하는 열화상의 파장을 분석하여 화재의 발생 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 소화부(150)는 배터리(200)의 일측면에 대향하여 형성될 수 있다.
또한, 소화부(150)는 배터리 케이스(101) 내부의 온도에 의해 소화물질을 분사하는 것도 가능하다. 예를 들어, 소화부(150)는 분사물질을 내열성 비닐에 밀봉되어 형성되며, 기 설정된 온도 이상으로 내부 온도가 상승하는 경우 비닐이 녹으면서 소화물질을 분사할 수 있다. 소화부(150)는 소화물질을 일부 영역 또는 전부 영역에 소화물질을 분사할 수 있다.
이에 따라, 과열로 인한 배터리(200)의 발화시 배터리 케이스(101) 내부에서 초기에 화재를 진압할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전관리장치(100)는 배터리성능관리부(160)를 더 포함할 수 있다.
배터리성능관리부(160)는 배터리(200)의 사용에 따른 성능저하를 판단한다. 예를 들어, 배터리성능관리부(160)는 배터리(200)에 기 설정된 시간 간격으로 복수의 제1 검사신호를 인가하여 얻어지는 각각의 제1 반응신호의 합과, 복수의 제1 검사신호를 중첩한 제2 검사신호를 인가하여 얻어지는 제2 반응신호를 비교하여 배터리(200)의 이상 유무를 판단한다. 이 경우, 검사신호는 직류신호 또는 정현파신호일 수 있다. 배터리성능관리부(160)는 복수의 제1 반응신호의 합과, 제2 반응신호를 비교하여 중첩의 원리가 성립하는 경우에는 배터리(200)의 성능을 정상으로 판단하고, 중첩의 원리가 성립하지 않는 경우 그 차이를 이용하여 성능 열화를 판단할 수 있다. 배터리성능관리부(160)는 이러한 배터리(200) 정보를 외부의 통신기기 또는 제어부(140)로 출력한다.
이에 따라, 배터리(200)의 충전성능을 판단하여 배터리(200)의 교체주기 또는 사용가능시간에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전관리장치(100)는 배터리충격관리부(170)를 더 포함할 수 있다.
배터리충격관리부(170)는 배터리 케이스(101)에 가해지는 충격을 감지한다. 배터리충격관리부(170)는 압력감지센서(도시하지 않음)를 이용하여 배터리 케이스(101)에 가해지는 압력을 감지할 수 있다. 배터리충격관리부(170)는 배터리 케이스(101)에 기 설정된 기준치 이상의 압력이 가해지는 경우 충격신호를 외부의 통신기기 또는 제어부(140)로 출력할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 배터리(200)의 충전을 중단시킬 수도 있다.
또한, 배터리충격관리부(170)는 배터리 케이스(101) 내부의 압력을 감지하는 것도 가능하다. 예를 들어, 배터리(200)가 팽창하는 압력을 감지하면 배터리(200)에 전원 공급을 차단하고, 외부의 통신기기로 이상신호를 전송하도록 할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 배터리(200)가 비정상적인 범위로 팽창하는 것으로 판단되면 충전을 차단하고, 소화물질을 분사하도록 소화부(150)를 구동시키는 것도 가능하다.
이에 따라, 배터리 케이스(101)에 가해지는 충격 또는 배터리(200)의 형상 변화를 감지하여 폭발이나 화재의 위험을 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전관리장치(100)는 발전부(180)를 더 포함할 수 있다.
발전부(180)는 태양전지를 이용하여 배터리(200)를 충전할 수 있다. 발전부(180)는 배터리 케이스(101)의 외표면에 태양전지를 형성하여 구현할 수 있다. 발전부(180)는 배터리 케이스(101)가 실외에 있는 경우 태양에너지를 전기에너지로 전환하여 배터리(200)를 충전한다. 발전부(180)는 태양의 위치를 감지하여 태양의 위치에 따라 태양전지의 위치를 가변시킬 수 있는 구조로 형성될 수도 있다. 이는 태양에너지를 최대로 입력받기 위한 것으로, 단위면적당 시간대별 입사량을 분석하여 태양전지의 위치를 가변시킬 수 있다.
이에 따라, 외부의 전원공급 없이도 자연에너지를 이용하여 배터리(200)를 충전시킬 수 있다.
도 3은 도 2에 따른 배터리 충전관리장치 중 전원관리부에서 복수의 배터리의 충전전력에 따른 동작 타이밍을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 제1 배터리, 제2 배터리 및 제3 배터리의 충전 타이밍을 나타내며, 이 경우 배터리 충전관리장치의 최대전력(일정한 주기 내에서 충전 시간 100%인 경우)이 각각 30W, 40W 및 50W이고, 동작 주기가 1분이며, 전력 허용치는 70W라고 가정하여 설명하도록 한다.
세번째 주기(cycle 3)를 비교하면, 제2 배터리가 턴-온되어 충전을 개시함과 동시에 제1 배터리의 동작이 잠시 멈춘다. 그리고 제2 배터리가 주기적으로 턴-오프(turn-off)되는 시간동안 제1 배터리가 턴-온되어 동작함으로써 동시 동작 구간이 0으로 맞추어 순간 충전전력을 최소로 줄이는 효과가 있다.
한편, 셋 이상의 배터리가 동작할 때 동시 동작 구간이 불가피하게 생길 경우(0초 초과)에는 적어도 셋 이상의 배터리들 중 적어도 어느 둘 이상의 배터리의 소모전력의 합이 최소이면서, 동시 동작 구간이 최소가 되는 조합으로 각 배터리의 타이밍을 제어한다.
즉, 또한 다섯번째 주기(cycle 5)를 비교하면, 제1 배터리 및 제2 배터리가 동작 개시 중에 제3 배터리가 소모전력 50%, 즉, 동작 시간 30초로 주기적으로 턴-온된다. 이때 제1 배터리와 제2 배터리의 충전에 따른 소모전력의 합은 70W, 제2 배터리와 제3 배터리의 충전에 따른 소모전력의 합은 90W, 제3 배터리와 제1 배터리의 충전에 따른 소모전력의 합은 80W이므로, 상기 조합 중에서 가장 작은 소모전력의 합을 가지는 제1 배터리와 제2 배터리가 동시 동작 구간을 갖도록 동작 개시 타이밍을 제어한다. 따라서 제3 배터리의 충전 시간과 이격되어 제1 배터리 및 제2 배터리가 동시 동작 구간을 갖도록 개시 타이밍을 조절하면, 배터리 충전관리장치는 한 주기 내에서 순간 소모 전력은 30초 동안 50W 및 이후 30초 동안 70W로 안정적으로 동작하게 된다.
도 4는 도 2에 따른 배터리 충전관리장치 중 온습도관리부의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 배터리 충전관리장치(100) 중 온습도관리부(130)는 냉각기(131) 및 발열체(132)를 포함할 수 있다. 온습도관리부(130)는 냉각기(131)를 이용하여 공랭식(air cooling type) 또는 수랭식(water cooling type)으로 배터리 케이스(101) 내부의 공기를 냉각시킬 수 있다. 이 경우, 냉각기(131)는 배터리 케이스(101) 내부의 온도 편차를 이용하여 외기를 순환시키거나 펠티에 소재나 냉매를 이용한 냉각도 가능하다. 또한, 온습도관리부(130)는 발열체(132)를 이용하여 배터리 주변의 온도를 상승시킬 수 있다. 이는 겨울철이나 추운 지방에서 배터리의 작동온도 이하로 기온이 하강하는 경우에 동작할 수 있다. 이 경우, 발열체(132)로는 면상발열체(132)를 이용할 수 있으며, PTC 소재의 카본 제품을 사용하는 것도 가능하다.
도 5는 도 2에 따른 배터리 충전관리장치 중 소화부의 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5를 참조하면, 배터리 충전관리장치(100) 중 소화부(150)는 배터리 케이스(101) 내부에 형성된다. 예를 들어, 배터리 케이스(101) 중 본체(101-1)에 복수의 배터리(200)를 충전하는 경우, 배터리 케이스(101) 중 커버(101-2)에 복수의 소화부(150)가 형성된다. 이 경우, 소화부(150)는 소화물질이 충전되어 배터리(200)의 상부에 대응하는 위치로 형성될 수 있다. 소화부(150)는 배터리 케이스(101) 내부의 화재감지센서(151)에 의해 가스 또는 불꽃을 감지하여 동작할 수 있다. 소화부(150)는 소화물질을 분사한 후, 추가적으로 가스 도는 불?을 감지하여 통해 외부의 통신기기 또는 제어부(140)로 소화 여부에 대한 정보를 출력할 수 있다.
또한, 소화부(150)는 배터리 케이스(101) 내부의 온도에 따라 소화물질을 분사하도록 하는 것도 가능하다. 소화부(150)는 온습도관리부를 통해 배터리 케이스(101) 내부에 비정상적인 온도편차가 발생하는 경우 화재의 위험이나 폭발의 위험을 방지하기 위해 소화물질을 분사할 수 있다. 이 경우, 소화부(150)는 가스감지, 불꽃감지 및 온도감지를 통해 화재 위험성을 복합적으로 판단할 수도 있다. 예를 들어, 가스감지가 기 설정된 농도 이하이고, 불꽃이 감지되지 아니한 경우라도 내부 온도가 기준편차 이상으로 증가하는 경우 소화물질을 분사하게 할 수 있다.
한편, 배터리충격관리부(170)는 배터리 케이스(101) 내부에 위치하여 배터리(200)와 맞닿도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 배터리(200)가 과열이나 과충전에 의해 부풀어 오르는 등 외형상의 변형이 일어나면 소화부(150)를 통해 소화물질을 분사하도록 할 수 있다. 또한, 배터리충격관리부(170)는 배터리 케이스(101)가 외부로부터 충격을 받으면, 충격이 가해진 시간 및 충격의 세기를 저장하는 것도 가능하다.
도 6은 도 2에 따른 배터리 충전관리장치 중 배터리상태관리부에서 판단하는 배터리의 전류-전압 특성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6을 참조하면, (a)의 경우, 배터리의 전압-전류 특성 곡선은 V=-2.498*I+41.26[V]와 같은 식으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 배터리 자체의 특성입력신호인 전류가 1[A]로 설정된 것으로 가정하면, 특성반응신호인 전압은 38.7620[V]가 된다. 예를 들어, 제1 검사신호가 각각 0.1[A], 0.2[A]인 경우, 특성입력신호인 1[A]와 합쳐져 각각 1.1[A], 1.2[A]가 배터리에 인가되며, 제1 반응신호는 각각 38.5122[V], 38.2624[V]가 된다.
또한, 중첩된 제2 검사신호는 0.1[A]와 0.2[A]의 합인 0.3[A]가 되며, 특성입력신호인 1[A]와 합쳐진 1.3[A]가 배터리에 인가되며 제2 반응신호는 38.0126[V]가 된다. 제1 검사신호가 0.1[A], 0.2[A]인 경우의 제1 반응신호의 합은 38.5122[V] + 38.2624[V] = 76.7746[V]가 되고, 중첩된 제2 검사신호가 0.3[A]인 경우의 제2 반응신호는 38.0126[V]이고, 배터리의 특성반응신호가 38.7620[V]이므로, 38.0126[V] + 38.7620[V]= 76.7746[V]가 된다. 결국, 복수의 제1 검사신호에 대응하는 각각의 제2 반응신호 합과 제2 검사신호에 대응하는 제2 반응신호가 같은 값을 가지므로, 배터리의 상태는 중첩의 원리가 성립되어 선형성을 가지므로 정상상태로 판단할 수 있다.
한편, (b)의 경우, 전압-전류 특성 곡선은 V=-0.067*I3+0.6943I2-3.992I+41.33[V]와 같은 식으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 배터리 자체의 특성입력신호가 1[A]로 설정된 것으로 가정하면, 특성반응신호인 전압은 37.9653[V]가 된다. 예를 들어, 제1 검사신호가 각각 0.1[A], 0.2[A]인 경우, 특성입력신호인 1[A]와 합쳐져 각각 1.1[A], 1.2[A]가 배터리에 인가되며, 제1 반응신호는 각각 37.6897[V], 37.4236[V]가 된다.
또한, 중첩된 제2 검사신호는 0.1[A]와 0.2[A]의 합인 0.3[A]가 되며, 배터리의 특성입력신호인 1[A]와 합쳐진 1.3[A]가 배터리에 인가되며 제2 반응신호는 37.1666[V]가 된다. 제1 검사신호가 0.1[A], 0.2[A]인 경우의 제1 반응신호의 합은 37.6897[V] + 37.4236[V] = 75.1133[V]가 되고, 제2 검사신호가 0.3[A]인 경우의 반응신호는 37.1666[V]이고, 배터리의 특성입력신호에 따른 반응신호가 37.9653[V]이므로, 제2 반응신호는 37.1666[V] + 37.9653[V]= 75.1319[V]가 된다. 결국, 복수의 제1 검사신호에 대응하는 각각의 반응신호 합인 제1 반응신호와 중첩된 신호인 제2 검사신호에 대응하는 제2 반응신호가 다른 값을 가지므로, 배터리의 상태는 중첩의 원리가 성립되지 않아 비선형성을 가지므로 비정상상태로 판단할 수 있다.
도 7은 도 2에 따른 배터리 충전관리장치가 외부의 통신기기와 통신하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7을 참조하면, 외부의 통신기기(10)는 배터리 충전관리장치와 네트워크를 통해 연결되고, 배터리 충전관리장치를 통해 배터리의 충전상태, 성능상태, 환경상태에 대한 종합적인 정보를 획득할 수 있다. 또한, 배터리 케이스 내부에서 문제가 발생시 푸시알람 방식으로 외부의 통신기기(10)로 전송하는 것도 가능하다. 외부의 통신기기(10)는 복수의 배터리를 충전하고 있는 배터리 충전관리장치를 원격으로 제어하는 것도 가능하다. 예를 들어, 배터리2의 경우 과열로 인한 화재 위험을 경고받은 경우, 소화분말을 강제로 분사하도록 조작할 수 있다. 또한, 충전량에 따라 일부 배터리의 충전을 선택적으로 중지시키는 것도 가능하다.
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.
10 : 통신기기
20 : 이동유닛
100 : 배터리 충전관리장치
101 : 배터리 케이스
101-1 : 본체
101-2 : 커버
101-3 : 충전패드
110 : 통신부
120 : 전원관리부
130 : 온습도관리부
131 : 냉각기
132 : 발열체
140 : 제어부
150 : 소화부
151 : 화재감지센서
160 : 배터리성능관리부
170 : 배터리충격관리부
180 : 발전부
200 : 배터리

Claims (5)

  1. 외부의 통신기기와 통신하는 통신부;
    배터리 케이스 내부에 수용되는 적어도 하나의 배터리를 충전 또는 방전하는 전원관리부;
    상기 배터리 케이스 내부와 외부의 온도 및 습도를 감지하고, 상기 배터리 케이스 내부의 온도 및 습도를 기 설정된 기준치를 유지하도록 관리하는 온습도관리부;
    상기 배터리에 특성입력신호 및 상기 특성입력신호에 대한 특성반응신호를 설정하고, 기 설정된 시간 간격으로 상기 특성입력신호에 복수의 제1 검사신호를 합하여 인가하여 얻어지는 제1 반응신호와 상기 특성입력신호에 상기 복수의 제1 검사신호를 중첩한 제2 검사신호를 합하여 인가하여 얻어지는 제2 반응신호를 비교하여 상기 배터리의 이상 유무를 판단하는 배터리성능관리부; 및
    상기 배터리의 충전상태, 성능상태 및 환경상태 중 적어도 하나를 상기 외부의 통신기기로 전송하도록 하며, 상기 배터리 케이스의 내부와 외부의 온도편차 또는 습도편차를 이용하여 상기 온습도관리부의 동작모드를 다르게 설정하는 제어부를 포함하는 배터리 충전관리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 케이스 내부에 형성되어 기 설정된 농도를 초과하는 가스 또는 불꽃을 감지하는 경우 소화물질을 상기 배터리로 분사하는 소화부를 더 포함하는 배터리 충전관리장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 케이스에 가해지는 충격을 감지하거나, 상기 배터리가 팽창하는 압력을 감지하면 상기 배터리에 전원 공급을 차단하고, 상기 외부의 통신기기로 이상신호를 전송하도록 하는 배터리충격관리부를 더 포함하는 배터리 충전관리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전원관리부는,
    제1 배터리에 제1 충전신호를 생성하고, 제2 배터리에 제2 충전신호를 생성하되, 기 설정된 주기 내에서 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리의 동시 동작 구간 내 충전전력의 합이 최대전력 이하로 동작하도록 하는 배터리 충전관리장치.
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