KR101718333B1 - 하이브리드 충방전 시스템 - Google Patents

하이브리드 충방전 시스템 Download PDF

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KR101718333B1 KR1020170002826A KR20170002826A KR101718333B1 KR 101718333 B1 KR101718333 B1 KR 101718333B1 KR 1020170002826 A KR1020170002826 A KR 1020170002826A KR 20170002826 A KR20170002826 A KR 20170002826A KR 101718333 B1 KR101718333 B1 KR 101718333B1
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Abstract

본 발명은 하이브리드 충방전 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 하이브리드 충방전 장치(100) 및 하이브리드 배터리장치(200)를 포함하는 하이브리드 충방전 시스템에 있어서, 하이브리드 충방전 장치(100)는, 입력 전압으로 AC 220,380,440 ± 10%, 상 1,3Ph, 주파수 50/60Hz, 입력 전류로 Max.12A ±1A를 갖으며, 출력으로는 충전전압 12 내지 65V ± 1V, 충전전류 Max. 30A ± 1A를 갖으며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충방전이 수행되는 하이브리드 배터리장치(200)는 배터리 전압 12 내지 48V인 것에 적용되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의한 충전방식은 정정압, 정전류이며, 하이브리드 충방전 장치(100)의 과열을 방지하는 냉각방식은 팬(FAN)이 활용되며, 계기부(110), 조정부(120), 표시등 및 스위치부(130)를 구비하되, 계기부(110)는, AMMETER(111), TIMER(112), 그리고 VOLTAGE(113)를 구비하며,AMMETER(111)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전 및 방전되는 충전전류 및 방전전류를 표시하며, TIMER(112)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)의 충전시간 제어용이며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 하이브리드 배터리장치(200)의 방전시는 방전누적시간을 출력하여 방전되는 배터리 성능을 알 수 있도록 하기 위해 구비되며, VOLTAGE(113)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전 및 방전되는 하이브리드 배터리장치(200)의 충전전압 및 방전전압을 실시간 표시하고, 방전전압이 사용자에 의해 선택되어 방전전압이 표시되는 경우, 저전압 검출시 그 신호를 보내 방전을 정지할 수 있도록 하기 위해 구비되며, 조정부(120)는, CHARGE CURRENT ADJUST(충전전류 조정단)(121), CHARGER VOLTAGE ADJUST(충전전압 조정단)(122)로 이루어지며, CHARGE CURRENT ADJUST(121)은 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 하이브리드 배터리장치(200)로 충전시, 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전전류를 원하는 만큼 선택할 수 있도록 구비되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 최대의 충전전류는 20A이며, CHARGER VOLTAGE ADJUST(122)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전시 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전전압을 원하는 만큼 선택할 수 있도록 구비되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 최대의 충전전압은 65Vdc이며, 표시등 및 스위치부(130)는, SYSTEM MODE 영역(운전방법 선택 영역)(131), CHARGE MODE 영역(충전 방법 선택 영역)(132), DISCHARGE MODE 영역(배터리 방전 방법 및 방전량 선택 영역)(133)으로 이루어지며, SYSTEM MODE 영역(131)은, CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a), DISCH-CH 수단(방전 후 충전 수단)(131b), START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c), ROUND 수단(운전 자동 횟수 수단)(131d), ACTIVE 수단(활성화 수단)(131e)으로 이루어지며, CH-DISCH 수단(131a)은 ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택된 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전 후 방전까지를 1회로 선택된 횟수를 수행 후 자동 정지되며, ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택되지 않은 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전만 진행 후 자동 정지되도록 하는 기능을 수행하기 위해 구비되며, DISCH-CH 수단(131b)은 ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택된 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 배터리(200)로의 방전 후 충전까지를 1회로 선택된 횟수를 수행 후 자동 정지되며, ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택되지 않은 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 배터리(200)로의 방전만 진행 후 자동 정지되도록 하는 기능을 수행하기 위해 구비되며, START/STOP 수단(131c)은 기능 선택 후 한번 누르면 시작하고 또 한번 누르면 정지하는 기능을 수행하기 위해 구비되며, ROUND 수단(131d)은 1, 2, 3에 해당하는 횟수에 대한 선택에 따라 선택된 횟수만큼 동작 후 자동정지를 위해 구비되며, ACTIVE 수단(131e)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200) 상태에 따라 1, 2, 3 중 하나에 대한 선택 설정을 수행하기 위해 구비되며, 선택 설정에 따른 동작 후 정지를 수행하며, CHARGE MODE 영역(충전 방법 선택 영역)(132)은 CHARGE 점등단(132a), 85% 점등단(132b), 100% 점등단(132c), 12H OVER 점등단(132d), NORMAL CHARGE 수단(일반 충전 수단)(132e), TIME CONTROL 수단(선택시간 동안 충전 수단)(132f), EQUALIZE CHARGE 수단(균등충전 수단)(132g)을 구비하며, CHARGE 점등단(132a)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전시 점등되며, 85% 점등단(132b)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전량이 85% 도달시 점등되며, 100% 점등단(132c)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전량이 충전 완료에 해당하는 100%로 완충시 점등되며, 12H OVER 점등단(132d)은 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력시 START LED가 점등하고 기능이 동작하고, 한번 더 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력시 START LED가 소등하고 기능이 정지하며, 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력 후 12시간 경과시 END LED가 점등하면서, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)의 충전이 정지하며, NORMAL CHARGE 수단(일반 충전 수단)(132e)은 NORMAL CHARGE 수단 버튼을 누르면, NORMAL CHARGE 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 한번 더 ORMAL CHARGE 수단 버튼 누르면 NORMAL CHARGE 수단 LED가 소등하면 기능도 정지하며, TIME CONTROL 수단(선택시간 동안 충전 수단)(132f)은 TIME CONTROL 수단 버튼을 누르면, TIME CONTROL 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 TIME CONTROL 수단 버튼을 한번 더 누르면 TIME CONTROL 수단 LED 소등하면서 기능도 정지하며, TIME CONTROL 수단(132f)을 위한 시간조정방법은 DISCHARGE MODE 영역(133)의 TIMER 수단(133a)에서 TIMER 수단 버튼을 누르면 LED 점등 하에 상부에 있는 계기부(110) 중TIMER(112)에 전원이 들어오면서 먼저 선택된 시간을 지시하므로, 시간 변경시 미리 설정된 TIMER 조정요령에 따라 시간 값을 변경하고 TIMER 수단(133a)에서 TIMER 수단 버튼을 눌러 계기부(110) 중TIMER(112) 전원을 소등하면 충전 시간이 변경되며, EQUALIZE CHARGE 수단(균등충전 수단)(132g)은 EQUALIZE CHARGE 수단 버튼을 누르면, EQUALIZE CHARGE 수단 LED 점등하에 기능이 동작하고 한번 더 EQUALIZE CHARGE 수단 버튼 누르면 EQUALIZE CHARGE 수단 LED이 소등하면서 기능도 정지하며, DISCHARGE MODE 영역(133)은 TIMER 수단(133a), 그리고 VOLTAGE 수단(133b)을 구비하며, TIMER 수단(133a)은 TIMER 수단 버튼을 누르면 TIMER 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 TIMER 수단 버튼을 한번 더 누르면 TIMER 수단 LED 소등하면서 기능도 정지한다. 시간 설정 시는 1, 2, 3회 라운드 기능 시에는 사용할 수 없고, 반드시 방전만 사용할 때 적용해야 하며, VOLTAGE 수단(133b)은 VOLTAGE 수단 버튼을 누르면, VOLTAGE 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고, VOLTAGE 수단 버튼을 한번 더 누르면 VOLTAGE 수단 LED 소등하면서 기능도 정지하며, 1 내지 8번 버튼(133c)은 배터리 방전용으로, 각 버튼을 누르면, 각 버튼 LED 점등 하에 기능이 동작하고 한번 더 각 버튼을 누르면 각 버튼 LED가 소등하면서 기능도 정지하며, 추가로, AC POWER 버튼(134)은 위로 누르면 LED 점등 하에 입력전원을 공급하고 밑으로 내리면 소등하면서 입력전원을 차단하며, SYSTEM END 버튼(135)은 선택한 방법에 따라 동작 완료 시에 표시등이 점멸하며, 하이브리드 충방전 장치(100)의 운전 방법에 있어서, 하이브리드 충방전 장치(100)로 외부전원 연결(AC 220V) 이후(S1), AC POWER 버튼(134)의 상부를 누르면 입력전원을 공급받은 뒤(S2), SYSTEM MODE 영역(131)에서 운전방법을 선택하는데, "제 1 실시예"로, 충전 후 방전을 위해, CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a) 버튼을 누른 후, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법 선택 후, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 수초 후에 CHARGE 점등단(132a)이 점등하면서 충전 기능만 실행하며, 이 경우 충전할 하이브리드 배터리장치(200)를 선택 및 전압, 전류를 먼저 선택한 후에 동작시키되, 하이브리드 배터리장치(200)는 세 전극으로 구성되며, 제 1 전극(210)은 제 2 전극(220)과 짝을 이루고 그 사이에 제 1 전해질이 끼어 있으며, 전해질은 액체이거나 또는 고체 상태의 전해질이며, 제 1 전해질(215)이 제 1 및 제 2 전극(210, 220)의 사이에 접촉하도록 배열되며, 제 3 전극(230)은 또한 제 2 전극(220)과 연결되도록 배열되며, 며됨제 2 전극(220) 및 제 3 전극(230)은 제 2 전해질(225)이 전극 사이에 놓이도록 그리고 전극과 접촉하도록 배열되며, 제 1 내지 제 3 전극(210 내지 230)은 두 전해질이 제 1 및 제 2 전극(210 및 220) 사이에 그리고 제 2 및 제 3 전극(220 및 230) 사이에 각각 배치되는 구조를 형성하며, 제 2 전극(220)이 배터리 영역과 커패시터 영역 양쪽에 공통으로 걸쳐있는 구조를 갖으며, 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과 제 1 전해질(115)은 배터리 부분을 이룰 수 있고 제 2 전극(220) 및 제 3 전극(230)과 제 2 전해질(125)은 커패시터 부분을 이루거나 그 반대의 경우가 되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해 배터리 내구성 회복 및 방전량 테스트를 위한 충방전 장치와, 고효율의 배터리장치를 활용하여 배터리 성능 향상을 이루도록 하기 위한 범용 배터리의 충방전이 동시에 멀티로 가능한 효과를 제공한다.
또한, 충전 또는 방전이 제대로 이루어졌는지를 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 제대로 충전 또는 방전이 되지 않은 경우에는 자동적으로 재차 충전 또는 방전을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 고에너지 밀도를 유지하면서, 종래보다 안전성을 높인 2차 전지를 기반으로, 전기화학 배터리와 커패시터를 겸비하고 작은 패키지에 많은 양의 에너지를 저장할 수 있으며 저렴한 비용에서 제작할 수 있는 전기 에너지 장치를 유지할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

하이브리드 충방전 시스템{HYBRID CHARGING AND DISCHARGING SYSTEM}
본 발명은 하이브리드 충방전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 배터리 내구성 회복 및 방전량 테스트를 위한 충방전 장치와, 고효율의 배터리장치를 활용하여 배터리 성능 향상을 이루도록 하기 위한 하이브리드 충방전 시스템에 관한 것이다.
기술의 빠른 진보에 따라 배터리의 용량 및 효율이 중요시되고 있다.
특히 배터리를 이용한 시스템 또는 장치에 일정하고 오랜 시간 동안의 전압이 인가되어야 하지만, 전압이 불안정하게 되거나 끊기는 경우, 시스템 또는 장치에 있어서 오버슛(Overshoot) 등과 같은 불안정을 유발하는 현상이 발생할 수 있다.
이에 따라 해당 기술분야에 있어서는 배터리 내구성 회복 및 방전량 테스트가 가능하며, 배터리의 효율을 향상시키기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2013-0013109호 "병렬운전 이용한 차량용 배터리 충전기 및 이를 포함하는 차량용 배터리 충전시스템(Vehicle battery charger using parallel operation, and vehicle battery charging system including the same)" 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2016-0031820호 "공기조화기를 이용한 배터리 충전시스템(Battery charging system using air handling unit)" 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-2003-0038992호 "전기자동차용 전지관리시스템의 배터리 충전상태 추정 방법(Battery state of charge presumed method of battery management system for electric vehicle)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리 내구성 회복 및 방전량 테스트를 위한 충방전 장치와, 고효율의 배터리장치를 활용하여 배터리 성능 향상을 이루도록 하기 위한 범용 배터리의 충방전이 동시에 멀티로 가능하도록 하기 위한 하이브리드 충방전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 충전 또는 방전이 제대로 이루어졌는지를 검증하도록 하기 위한 하이브리드 충방전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 제대로 충전 또는 방전이 되지 않은 경우에는 재차 충전 또는 방전을 수행하도록 하기 위한 하이브리드 충방전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 고에너지 밀도를 유지하면서, 종래보다 안전성을 높인 2차 전지를 기반으로, 전기화학 배터리와 커패시터를 겸비하고 작은 패키지에 많은 양의 에너지를 저장할 수 있으며 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 전기 에너지 장치를 유지하도록 하기 위한 하이브리드 충방전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템은, 하이브리드 충방전 장치(100) 및 하이브리드 배터리장치(200)를 포함하는 하이브리드 충방전 시스템에 있어서, 하이브리드 충방전 장치(100)는, 입력 전압으로 AC 220,380,440 ± 10%, 상 1,3Ph, 주파수 50/60Hz, 입력 전류로 Max.12A ±1A를 갖으며, 출력으로는 충전전압 12 내지 65V ± 1V, 충전전류 Max. 30A ± 1A를 갖으며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충방전이 수행되는 하이브리드 배터리장치(200)는 배터리 전압 12 내지 48V인 것에 적용되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의한 충전방식은 정정압, 정전류이며, 하이브리드 충방전 장치(100)의 과열을 방지하는 냉각방식은 팬(FAN)이 활용되며, 계기부(110), 조정부(120), 표시등 및 스위치부(130)를 구비하되, 계기부(110)는, AMMETER(111), TIMER(112), 그리고 VOLTAGE(113)를 구비하며,AMMETER(111)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전 및 방전되는 충전전류 및 방전전류를 표시하며, TIMER(112)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)의 충전시간 제어용이며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 하이브리드 배터리장치(200)의 방전시는 방전누적시간을 출력하여 방전되는 배터리 성능을 알 수 있도록 하기 위해 구비되며, VOLTAGE(113)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전 및 방전되는 하이브리드 배터리장치(200)의 충전전압 및 방전전압을 실시간 표시하고, 방전전압이 사용자에 의해 선택되어 방전전압이 표시되는 경우, 저전압 검출시 그 신호를 보내 방전을 정지할 수 있도록 하기 위해 구비되며, 조정부(120)는, CHARGE CURRENT ADJUST(충전전류 조정단)(121), CHARGER VOLTAGE ADJUST(충전전압 조정단)(122)로 이루어지며, CHARGE CURRENT ADJUST(121)은 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 하이브리드 배터리장치(200)로 충전시, 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전전류를 원하는 만큼 선택할 수 있도록 구비되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 최대의 충전전류는 20A이며, CHARGER VOLTAGE ADJUST(122)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전시 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전전압을 원하는 만큼 선택할 수 있도록 구비되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 최대의 충전전압은 65Vdc이며, 표시등 및 스위치부(130)는, SYSTEM MODE 영역(운전방법 선택 영역)(131), CHARGE MODE 영역(충전 방법 선택 영역)(132), DISCHARGE MODE 영역(배터리 방전 방법 및 방전량 선택 영역)(133)으로 이루어지며, SYSTEM MODE 영역(131)은, CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a), DISCH-CH 수단(방전 후 충전 수단)(131b), START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c), ROUND 수단(운전 자동 횟수 수단)(131d), ACTIVE 수단(활성화 수단)(131e)으로 이루어지며, CH-DISCH 수단(131a)은 ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택된 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전 후 방전까지를 1회로 선택된 횟수를 수행 후 자동 정지되며, ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택되지 않은 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전만 진행 후 자동 정지되도록 하는 기능을 수행하기 위해 구비되며, DISCH-CH 수단(131b)은 ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택된 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 배터리(200)로의 방전 후 충전까지를 1회로 선택된 횟수를 수행 후 자동 정지되며, ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택되지 않은 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 배터리(200)로의 방전만 진행 후 자동 정지되도록 하는 기능을 수행하기 위해 구비되며, START/STOP 수단(131c)은 기능 선택 후 한번 누르면 시작하고 또 한번 누르면 정지하는 기능을 수행하기 위해 구비되며, ROUND 수단(131d)은 1, 2, 3에 해당하는 횟수에 대한 선택에 따라 선택된 횟수만큼 동작 후 자동정지를 위해 구비되며, ACTIVE 수단(131e)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200) 상태에 따라 1, 2, 3 중 하나에 대한 선택 설정을 수행하기 위해 구비되며, 선택 설정에 따른 동작 후 정지를 수행하며, CHARGE MODE 영역(충전 방법 선택 영역)(132)은 CHARGE 점등단(132a), 85% 점등단(132b), 100% 점등단(132c), 12H OVER 점등단(132d), NORMAL CHARGE 수단(일반 충전 수단)(132e), TIME CONTROL 수단(선택시간 동안 충전 수단)(132f), EQUALIZE CHARGE 수단(균등충전 수단)(132g)을 구비하며, CHARGE 점등단(132a)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전시 점등되며, 85% 점등단(132b)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전량이 85% 도달시 점등되며, 100% 점등단(132c)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전량이 충전 완료에 해당하는 100%로 완충시 점등되며, 12H OVER 점등단(132d)은 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력시 START LED가 점등하고 기능이 동작하고, 한번 더 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력시 START LED가 소등하고 기능이 정지하며, 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력 후 12시간 경과시 END LED가 점등하면서, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)의 충전이 정지하며, NORMAL CHARGE 수단(일반 충전 수단)(132e)은 NORMAL CHARGE 수단 버튼을 누르면, NORMAL CHARGE 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 한번 더 ORMAL CHARGE 수단 버튼 누르면 NORMAL CHARGE 수단 LED가 소등하면 기능도 정지하며, TIME CONTROL 수단(선택시간 동안 충전 수단)(132f)은 TIME CONTROL 수단 버튼을 누르면, TIME CONTROL 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 TIME CONTROL 수단 버튼을 한번 더 누르면 TIME CONTROL 수단 LED 소등하면서 기능도 정지하며, TIME CONTROL 수단(132f)을 위한 시간조정방법은 DISCHARGE MODE 영역(133)의 TIMER 수단(133a)에서 TIMER 수단 버튼을 누르면 LED 점등 하에 상부에 있는 계기부(110) 중TIMER(112)에 전원이 들어오면서 먼저 선택된 시간을 지시하므로, 시간 변경시 미리 설정된 TIMER 조정요령에 따라 시간 값을 변경하고 TIMER 수단(133a)에서 TIMER 수단 버튼을 눌러 계기부(110) 중TIMER(112) 전원을 소등하면 충전 시간이 변경되며, EQUALIZE CHARGE 수단(균등충전 수단)(132g)은 EQUALIZE CHARGE 수단 버튼을 누르면, EQUALIZE CHARGE 수단 LED 점등하에 기능이 동작하고 한번 더 EQUALIZE CHARGE 수단 버튼 누르면 EQUALIZE CHARGE 수단 LED이 소등하면서 기능도 정지하며, DISCHARGE MODE 영역(133)은 TIMER 수단(133a), 그리고 VOLTAGE 수단(133b)을 구비하며, TIMER 수단(133a)은 TIMER 수단 버튼을 누르면 TIMER 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 TIMER 수단 버튼을 한번 더 누르면 TIMER 수단 LED 소등하면서 기능도 정지한다. 시간 설정 시는 1, 2, 3회 라운드 기능 시에는 사용할 수 없고, 반드시 방전만 사용할 때 적용해야 하며, VOLTAGE 수단(133b)은 VOLTAGE 수단 버튼을 누르면, VOLTAGE 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고, VOLTAGE 수단 버튼을 한번 더 누르면 VOLTAGE 수단 LED 소등하면서 기능도 정지하며, 1 내지 8번 버튼(133c)은 배터리 방전용으로, 각 버튼을 누르면, 각 버튼 LED 점등 하에 기능이 동작하고 한번 더 각 버튼을 누르면 각 버튼 LED가 소등하면서 기능도 정지하며, 추가로, AC POWER 버튼(134)은 위로 누르면 LED 점등 하에 입력전원을 공급하고 밑으로 내리면 소등하면서 입력전원을 차단하며, SYSTEM END 버튼(135)은 선택한 방법에 따라 동작 완료 시에 표시등이 점멸하며, 하이브리드 충방전 장치(100)의 운전 방법에 있어서, 하이브리드 충방전 장치(100)로 외부전원 연결(AC 220V) 이후(S1), AC POWER 버튼(134)의 상부를 누르면 입력전원을 공급받은 뒤(S2), SYSTEM MODE 영역(131)에서 운전방법을 선택하는데, "제 1 실시예"로, 충전 후 방전을 위해, CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a) 버튼을 누른 후, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법 선택 후, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 수초 후에 CHARGE 점등단(132a)이 점등하면서 충전 기능만 실행하며, 이 경우 충전할 하이브리드 배터리장치(200)를 선택 및 전압, 전류를 먼저 선택한 후에 동작시키되, 하이브리드 배터리장치(200)는 세 전극으로 구성되며, 제 1 전극(210)은 제 2 전극(220)과 짝을 이루고 그 사이에 제 1 전해질이 끼어 있으며, 전해질은 액체이거나 또는 고체 상태의 전해질이며, 제 1 전해질(215)이 제 1 및 제 2 전극(210, 220)의 사이에 접촉하도록 배열되며, 제 3 전극(230)은 또한 제 2 전극(220)과 연결되도록 배열되며, 며됨제 2 전극(220) 및 제 3 전극(230)은 제 2 전해질(225)이 전극 사이에 놓이도록 그리고 전극과 접촉하도록 배열되며, 제 1 내지 제 3 전극(210 내지 230)은 두 전해질이 제 1 및 제 2 전극(210 및 220) 사이에 그리고 제 2 및 제 3 전극(220 및 230) 사이에 각각 배치되는 구조를 형성하며, 제 2 전극(220)이 배터리 영역과 커패시터 영역 양쪽에 공통으로 걸쳐있는 구조를 갖으며, 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과 제 1 전해질(115)은 배터리 부분을 이룰 수 있고 제 2 전극(220) 및 제 3 전극(230)과 제 2 전해질(125)은 커패시터 부분을 이루거나 그 반대의 경우가 되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템은, 하이브리드 충방전 장치(100)의 운전 방법에 있어서, 하이브리드 충방전 장치(100)로 외부전원 연결(AC 220V) 이후(S1), AC POWER 버튼(134)의 상부를 누르면 입력전원을 공급받은 뒤(S2), SYSTEM MODE 영역(131)에서 운전방법을 선택하는데, 충전 후 방전을 위해, CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a) 버튼을 누른 후, ROUND 수단(131d)에서 ROUND의 횟수 선택(1,2,3) 이후, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법을 선택하며, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법 선택 이후, DISCHARGE MODE 영역(133)에서 방전 정지 방법 및 방전량 선택에 따라, ROUND의 횟수, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법, DISCHARGE MODE 영역(133)에서 방전 정지 방법 및 방전량 선택에 따라 준비가 끝이 나면, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 CHARGE 점등단(132a)이 점등하면서 수초 후에 모든 기능이 자동으로 진행 후 정지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템은, 하이브리드 충방전 장치(100)의 운전 방법에 있어서, 하이브리드 충방전 장치(100)로 외부전원 연결(AC 220V) 이후(S1), AC POWER 버튼(134)의 상부를 누르면 입력전원을 공급받은 뒤(S2), DISCH-CH 수단(131b) 버튼을 누른 후, DISCHARGE MODE 영역(133)의 방전 방법 선택 후, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 수초 후에 방전 냉각 팬(FAN)이 동작하면서 방전 기능만 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템은, 하이브리드 충방전 장치(100)의 운전 방법에 있어서, 하이브리드 충방전 장치(100)로 외부전원 연결(AC 220V) 이후(S1), AC POWER 버튼(134)의 상부를 누르면 입력전원을 공급받은 뒤(S2), DISCH-CH 수단(131b) 버튼을 누른 후, ROUND 수단(131d)에서 ROUND의 횟수 선택(1,2,3) 이후, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법을 선택하며, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법 선택 이후, DISCHARGE MODE 영역(133)에서 방전 정지 방법 및 방전량 선택에 따라 ROUND의 횟수, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법, DISCHARGE MODE 영역(133)에서 방전 정지 방법 및 방전량 선택에 따라 준비가 끝이 나면, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 수초 후에 모든 기능이 자동으로 진행 후 정지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템은, 배터리 내구성 회복 및 방전량 테스트를 위한 충방전 장치와, 고효율의 배터리장치를 활용하여 배터리 성능 향상을 이루도록 하기 위한 범용 배터리의 충방전이 동시에 멀티로 가능한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템은, 충전 또는 방전이 제대로 이루어졌는지를 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 제대로 충전 또는 방전이 되지 않는 경우 자동으로 재차 충전 또는 방전을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템은, 고에너지 밀도를 유지하면서, 종래보다 안전성을 높인 2차 전지를 기반으로, 전기화학 배터리와 커패시터를 겸비하고 작은 패키지에 많은 양의 에너지를 저장할 수 있으며 저렴한 비용에서 제작할 수 있는 전기 에너지 장치를 유지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템 중 하이브리드 충방전 장치(100)의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템 중 하이브리드 충방전 장치(100)에서 상부의 5개의 충전단자(101) 각각과 하이브리드 배터리장치(200)가 연결되고 하부의 1개의 방전단자(102)와 하이브리드 배터리장치(200)가 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템 중 하이브리드 배터리장치(200)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 장치(100)의 주요 내부 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템 중 하이브리드 충방전 장치(100)가 실제로 제작된 상태를 나타내는 참조도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템 중 하이브리드 충방전 장치(100)의 외관을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 하이브리드 충방전 장치(100)는 입력 전압은 AC 220,380,440 ± 10%, 상 1,3Ph(One, Three Phase), 주파수 50/60Hz, 입력 전류로 Max.12A ±1A를 갖으며, 출력으로는 충전전압 12 내지 65V ± 1V, 충전전류 Max. 30A ± 1A를 갖는다.
하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충방전이 수행되는 하이브리드 배터리장치(200)는 배터리 전압 12 내지 48V인 것에 적용되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의한 충전방식은 정정압, 정전류이며, 하이브리드 충방전 장치(100)의 과열을 방지하는 냉각방식은 팬(FAN)을 활용한다.
한편, 도 1을 참조하여, 하이브리드 충방전 장치(100)의 운전 방법에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
먼저 계기부(110)는 AMMETER(111), TIMER(112), 그리고 VOLTAGE(113)를 구비한다. AMMETER(111)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전 및 방전되는 충전전류 및 방전전류를 표시한다. TIMER(112)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)의 충전시간을 제어할 수 있고, 또한 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 하이브리드 배터리장치(200)의 방전시는 방전누적시간을 출력하여 방전되는 배터리 성능을 알 수 있도록 하기 위해 구비된다. VOLTAGE(113)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전 및 방전되는 하이브리드 배터리장치(200)의 충전전압 및 방전전압을 실시간 표시하고, 방전전압이 사용자에 의해 선택되어 방전전압이 표시되는 경우, 저전압 검출시 그 신호를 보내 방전을 정지할 수 있도록 하기 위해 구비된다.
다음으로 조정부(120)는 CHARGE CURRENT ADJUST(충전전류 조정단)(121), CHARGER VOLTAGE ADJUST(충전전압 조정단)(122)로 이루어진다.
CHARGE CURRENT ADJUST(121)은 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 하이브리드 배터리장치(200)로 충전시, 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전전류를 원하는 만큼 선택할 수 있도록 구비되며, 본 발명에서 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 최대의 충전전류는 20A일 수 있다.
CHARGER VOLTAGE ADJUST(122)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전시 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전전압을 원하는 만큼 선택할 수 있도록 구비되며, 본 발명에서 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 최대의 충전전압은 65Vdc일 수 있다.
표시등 및 스위치부(130)는 SYSTEM MODE 영역(운전방법 선택 영역)(131), CHARGE MODE 영역(충전 방법 선택 영역)(132), DISCHARGE MODE 영역(배터리 방전 방법 및 방전량 선택 영역)(133)으로 이루어진다.
SYSTEM MODE 영역(131)은 CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a), DISCH-CH 수단(방전 후 충전 수단)(131b), START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c), ROUND 수단(운전 자동 횟수 수단)(131d), ACTIVE 수단(활성화 수단)(131e)으로 이루어진다.
CH-DISCH 수단(131a)은 ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택된 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전 후 방전까지를 1회로 선택된 횟수를 수행 후 자동 정지되며, ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택되지 않은 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전만 진행 후 자동 정지되도록 하는 기능을 수행하기 위해 구비된다.
DISCH-CH 수단(131b)은 ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택된 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 배터리(200)로의 방전 후 충전까지를 1회로 선택된 횟수를 수행 후 자동 정지되며, ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택되지 않은 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 배터리(200)로의 방전만 진행 후 자동 정지되도록 하는 기능을 수행하기 위해 구비된다.
START/STOP 수단(131c)은 모든 기능 선택 후 한번 누르면 시작하고 또 한번 누르면 정지하는 기능을 수행하기 위해 구비된다.
ROUND 수단(131d)은 1, 2, 3에 해당하는 횟수에 대한 선택에 따라 선택된 횟수만큼 동작 후 자동정지를 위해 구비된다.
ACTIVE 수단(131e)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200) 상태에 따라 1, 2, 3 중 하나에 대한 선택 설정을 수행하기 위해 구비되며, 선택 설정에 따른 동작 후 정지를 수행할 수 있도록 한다.
CHARGE MODE 영역(충전 방법 선택 영역)(132)은 CHARGE 점등단(132a), 85% 점등단(132b), 100% 점등단(132c), 12H OVER 점등단(132d), NORMAL CHARGE 수단(일반 충전 수단)(132e), TIME CONTROL 수단(선택시간 동안 충전 수단)(132f), EQUALIZE CHARGE 수단(균등충전 수단)(132g)을 구비할 수 있다.
CHARGE 점등단(132a)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전시 점등된다.
85% 점등단(132b)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전량이 85% 도달시 점등된다.
100% 점등단(132c)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전량이 충전 완료에 해당하는 100%로 완충시 점등된다.
12H OVER 점등단(132d)은 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력시 START LED가 점등하고 기능이 동작하고, 한번 더 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력시 START LED가 소등하고 기능이 정지한다. 그리고, 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력 후 12시간 경과시 END LED가 점등하면서, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)의 충전이 정지한다.
NORMAL CHARGE 수단(일반 충전 수단)(132e)은 NORMAL CHARGE 수단 버튼을 누르면, NORMAL CHARGE 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 한번 더 ORMAL CHARGE 수단 버튼 누르면 NORMAL CHARGE 수단 LED가 소등하면 기능도 정지한다.
TIME CONTROL 수단(선택시간 동안 충전 수단)(132f)은 TIME CONTROL 수단 버튼을 누르면, TIME CONTROL 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 TIME CONTROL 수단 버튼을 한번 더 누르면 TIME CONTROL 수단 LED 소등하면서 기능도 정지한다.
여기서, TIME CONTROL 수단(132f)을 위한 시간조정방법은 DISCHARGE MODE 영역(133)의 TIMER 수단(133a)에서 TIMER 수단 버튼을 누르면 LED 점등 하에 상부에 있는 계기부(110) 중TIMER(112)에 전원이 들어오면서 먼저 선택된 시간을 지시하므로, 시간 변경시 미리 설정된 TIMER 조정요령에 따라 시간 값을 변경하고 TIMER 수단(133a)에서 TIMER 수단 버튼을 눌러 계기부(110) 중TIMER(112) 전원을 소등하면 충전 시간이 변경된다.
EQUALIZE CHARGE 수단(균등충전 수단)(132g)은 EQUALIZE CHARGE 수단 버튼을 누르면, EQUALIZE CHARGE 수단 LED 점등하에 기능이 동작하고 한번 더 EQUALIZE CHARGE 수단 버튼 누르면 EQUALIZE CHARGE 수단 LED이 소등하면서 기능도 정지한다.
다음으로 DISCHARGE MODE 영역(133)은 TIMER 수단(133a), 그리고 VOLTAGE 수단(133b)을 구비한다.
TIMER 수단(133a)은 TIMER 수단 버튼을 누르면 TIMER 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 TIMER 수단 버튼을 한번 더 누르면 TIMER 수단 LED 소등하면서 기능도 정지한다. 시간 설정 시는 1, 2, 3회 라운드 기능 시에는 사용할 수 없고, 반드시 방전만 사용할 때 적용해야 한다.
시간조정방법에 있어서, 상술한 바와 같이, DISCHARGE MODE 영역(133)의 TIMER 수단(133a)에서 TIMER 수단 버튼을 누르면 LED 점등 하에 상부에 있는 계기부(110) 중TIMER(112)에 전원이 들어오면서 먼저 선택된 시간을 지시하므로, 시간 변경시 미리 설정된 TIMER 조정요령에 따라 시간 값을 변경하고 TIMER 수단(133a)에서 TIMER 수단 버튼을 눌러 계기부(110) 중 TIMER(112) 전원을 소등하면 충전 시간이 변경된다.
VOLTAGE 수단(133b)은 VOLTAGE 수단 버튼을 누르면, VOLTAGE 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고, VOLTAGE 수단 버튼을 한번 더 누르면 VOLTAGE 수단 LED 소등하면서 기능도 정지한다.
1 내지 8번 버튼(133c)은 배터리 방전용으로, 각 버튼을 누르면, 각 버튼 LED 점등 하에 기능이 동작하고 한번 더 각 버튼을 누르면 각 버튼 LED가 소등하면서 기능도 정지한다.
다음으로, AC POWER 버튼(134)은 위로 누르면 LED 점등 하에 입력전원을 공급하고 밑으로 내리면 소등하면서 입력전원을 차단한다.
SYSTEM END 버튼(135)은 선택한 방법에 따라 동작 완료 시에 표시등이 점멸한다.
이하에서는, 하이브리드 충방전 장치(100)의 운전 방법에 대해서 구체적인 예를 들어 살펴보도록 한다. 먼저, 하이브리드 충방전 장치(100)로 외부전원 연결(AC 220V) 이후(S1), AC POWER 버튼(134)의 상부를 누르면 입력전원을 공급받는다(S2).
단계(S2) 이후, SYSTEM MODE 영역(131)에서 운전방법을 선택하는데, "제 1 실시예"로, 충전 후 방전을 위해, CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a) 버튼을 누른 후, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법 선택 후, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 수초 후에 CHARGE 점등단(132a)이 점등하면서 충전 기능만 실행한다.
이 경우, 충전할 하이브리드 배터리장치(200)를 선택 및 전압, 전류를 먼저 선택한 후에 동작시키는 것이 바람직하다.
여기서, 단계(S2) 이후의 다른 실시예로, SYSTEM MODE 영역(131)에서 운전방법을 선택하는데, "제 2 실시예"로, 충전 후 방전을 위해, CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a) 버튼을 누른 후, ROUND 수단(131d)에서 ROUND의 횟수 선택(1,2,3) 이후, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법을 선택할 수 있다. 이 경우, 12H OVER 점등단(132d)을 이용한 12H OVER 기능은 선택할 수가 없다.
한편, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법 선택 이후, DISCHARGE MODE 영역(133)에서 방전 정지 방법 및 방전량 선택할 수 있으며, 상술한 ROUND의 횟수, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법, DISCHARGE MODE 영역(133)에서 방전 정지 방법 및 방전량 선택에 따라 준비가 끝이 나면, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 CHARGE 점등단(132a)이 점등하면서 수초 후에 모든 기능이 자동으로 진행 후 정지한다.
여기서, 단계(S2) 이후의 다른 실시예인 "제 3 실시예"로, DISCH-CH 수단(131b) 버튼을 누른 후, DISCHARGE MODE 영역(133)의 방전 방법 선택 후, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 수초 후에 방전 냉각 팬(FAN)이 동작하면서 방전 기능만 실행할 수 있다. 이때 방전할 배터리 용량 및 전압에 따라 정지 전압 및 전류를 선택 후 동작해야 한다. 그리고, 정지 전압 선택 시 방전 시작 후 정지할 때 방전 시간을 기억하므로, 반드시 계기부(110)의 TIMER(112) 시간을 충분히 선택해야 한다.
또한, 단계(S2) 이후의 다른 실시예인 "제 4 실시예"로, DISCH-CH 수단(131b) 버튼을 누른 후, ROUND 수단(131d)에서 ROUND의 횟수 선택(1,2,3) 이후, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법을 선택할 수 있다. 이 경우, 12H OVER 점등단(132d)을 이용한 12H OVER 기능은 선택할 수가 없다.
한편, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법 선택 이후, DISCHARGE MODE 영역(133)에서 방전 정지 방법 및 방전량 선택할 수 있으며, 상술한 ROUND의 횟수, CHARGE MODE 영역(132)의 충전 방법, DISCHARGE MODE 영역(133)에서 방전 정지 방법 및 방전량 선택에 따라 준비가 끝이 나면, START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c) 버튼을 누르면 수초 후에 모든 기능이 자동으로 진행 후 정지한다.
다음으로, 단계(S2) 이후의 다른 실시예인 "제 5 실시예"로, ACTIVE 수단(131e)을 이루는 1번 수단, 2번 수단, 3번 수단을 선택할 수 있다.
즉, ACTIVE 수단(131e)에 의한 ACTIVE(활성화)는 충전, 방전 후 상태가 좋지않은 배터리 검출 시 검수자의 1, 2, 3의 선택에 따라 충전을 자동으로 진행 후 충전완료한다. ACTIVE 수단(131e) 중 1번 수단이 선택된 경우, 하이브리드 배터리장치(200)의 충전 선택 전압의 70% 검출 후 2단계로 충전 방법 조정 후 완료할 수 있다. ACTIVE 수단(131e) 중 2번 수단이 선택된 경우, 하이브리드 배터리장치(200)의 충전 선택 전압의 70% 검출 후 3단계로 충전 방법 조정 후 완료할 수 있다. ACTIVE 수단(131e) 중 3번 수단이 선택된 경우, 배터리(200)의 충전 선택 전압의 70% 검출 후 4단계로 충전 방법 조정 후 완료할 수 있다. 여기서 2단계 내지 4단계는 충전전압 및 충전전류의 세기 강도를 구분한 것일 수 있다.
한편, 하이브리드 충방전 장치(100)에 있어서, 방전량 선택 방법에 대해서 살펴보면, 기본적으로 배터리 전압 48Vdc 기준으로 설계시 DISCHARGE MODE 영역(배터리 방전 방법 및 방전량 선택 영역)(133)에 구비된 1 내지 8번 버튼(133c)을 이용한 방전량 설정이 하기의 표 1과 같이 설정될 수 있다.
버튼번호 1 2 3 4 5 6 7 8 합 계
48V 10A 20A 20A 20A 15A 20A 20A 20A 145A
36V 7.5A 15A 15A 15A 11.25A 15A 15A 15A 108.75A
24V 5A 10A 10A 10A 7.5A 10A 10A 10A 72.5A
12V 2.5A 5A 5A 5A 3.75A 5A 5A 5A 36.25A
** 전압별 방전량 ** ±3%
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 장치(100)의 충전전압 및 전류 조정범위는 전압의 경우 12 내지 65Vdc ± 1Vdc이며, 전류의 경우 3 내지 30Adc ± 1Adc일 수 있다.
한편, 본 발명은 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)는 세 전극 구성을 이용하는 전기 에너지 저장 장치의 혼합 형태로 구성될 수 있다.
여기서 하이브리드 배터리장치(200)의 세 전극 구성은 단일 셀 안의 배터리 셀과 커패시터 둘 다의 이점을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템 중 하이브리드 충방전 장치(100)에서 상부의 5개의 충전단자(101) 각각과 하이브리드 배터리장치(200)가 연결되고 하부의 1개의 방전단자(102)와 하이브리드 배터리장치(200)가 연결된 상태를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템 중 하이브리드 배터리장치(200)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 하이브리드 배터리장치(200)는 세 전극으로 구성된다.
제 1 전극(210)은 제 2 전극(220)과 짝을 이루고 그 사이에 제 1 전해질이 끼어 있다. 여기서 전해질은 액체이거나 또는 고체 상태의 전해질이 될 수 있다. 전극은 제 1 전해질(215)이 제 1 및 제 2 전극(210, 220)의 사이에 접촉하도록 배열된다. 제 3 전극(230)은 또한 제 2 전극(220)과 연결되도록 배열된다. 제 2 전극(220) 및 제 3 전극(230)은 제 2 전해질(225)이 전극 사이에 놓이도록 그리고 전극과 접촉하도록 배열된다.
도 3에서와 같이, 제 1 내지 제 3 전극(210 내지 230)은 두 전해질이 제 1 및 제 2 전극(210 및 220) 사이에 그리고 제 2 및 제 3 전극(220 및 230) 사이에 각각 배치되는 구조를 형성한다. 이러한 배열에서 두 전극은 배터리와 커패시터의 기능을 한다. 커패시터나 배터리인 한 쌍의 전극을 선택하는 일은 완전히 임의적이라는 것이 분명하다. 어느 경우든지 하이브리드 배터리장치(200)의 구조는 제 2 전극(220)이 배터리 영역과 커패시터 영역 양쪽에 공통으로 걸쳐있는 구조를 갖는다.
본 발명의 일 실시예로, 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과 제 1 전해질(115)은 배터리 부분을 이룰 수 있고 반면에 제 2 전극(220) 및 제 3 전극(230)과 제 2 전해질(125)은 커패시터 부분을 이루거나 그 반대의 경우가 될 수도 있다.
제 1 및 제 2 전해질(215, 225)은 같은 물질일 필요가 없으며 전해질의 선택은 전극의 선택과 상관 관계가 있을 것이다.
본 발명에서 제 1 내지 제 3 전극을 구비한 하이브리드 배터리장치(200)에 있어서, 배터리 부분을 구성하는 양극은 복합리튬 산화물을 포함하는 양극합제 및 이것을 담지하는 양극집전체를 포함하며, 음극은 리튬을 흡장 및 방출 가능한 재료를 포함하며, 양극과 음극과의 사이에 개재하는 폴리올레핀 수지를 포함하는 세퍼레이터, 비수전해질, 및, 양극과 음극과의 사이에 개재하는 내열성 절연층을 구비하는 2차 전지일 수 있다. 여기서, 양극과 음극이, 이들 사이에 개재하는 세퍼레이터 및 내열성 절연층과 함께 권회되어 있고, 양극합제의 100℃에 있어서의 추정 발열속도는, 25W/kg 이하일 수 있다. 여기서, 내열성 절연층의 두께는, 예를 들면 0.5㎛ 이상, 0.75㎛ 이하, 또는 0.5㎛ 이상 2.5㎛ 이하일 수 있다.
본 발명에서, 복합리튬 산화물에는, 예를 들면 이하를 이용하는 것이 바람직하다.
(ⅰ) 일반식(1) : LiaMbNidCoeO2로 표시되는 조성을 갖고, 원소 M은, Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이고, 일반식(2)은, 0.7<a<1.1, 0.01≤b≤0.4, 0.2≤d≤0.4, 0.2≤e≤0.3, 및 0.90≤b+d+e≤1.10을 충족시키는 복합리튬 산화물. 일반식(1)은, 0.01≤b≤0.4, 0.2≤d≤0.4 및 0.2≤e≤0.3를 충족시키는 것이 특히 바람직하다.
(ⅱ) 일반식(2) : LiaMbMecO2로 표시되는 조성을 갖고, 원소 M은, Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이고, 원소 Me는, Ni 및 Co로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이고, 일반식(2)는, 0.8<a<1.0, 0.03≤b≤0.3, 0.3≤c≤0.96, 및 0.93≤b+c≤1.02를 충족하는 복합리튬 산화물일 수 있다.
(ⅲ) 임의의 조성을 갖고, 원소 M을 포함하고, 원소 M은, Al, Mn, Sn, In, Fe, Cu, Mg, Ti, Zn, Zr 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이고, 원소 M은, 내부보다 표층부에 많이 분포하는 복합리튬 산화물.
일반식(1) 및 (2)로 표시되는 복합리튬 산화물에 있어서도, 원소 M은, 복합리튬 산화물의 내부보다 표층부에 많이 분포하는 것이 바람직하다.
복합리튬 산화물은, 일반식(3) : X-Si-Y3으로 표시되는 Si화합물로 처리되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, X는, 복합리튬 산화물과 반응하는 관능기를 포함하고, Y는, C, H, O, F 또는 Si를 포함하는 관능기를 포함한다.
이러한 조성에 의해, 하이브리드 배터리장치(200)는 동시에 다수의 단락점이 생기는 가혹한 상황에 있어서도, 내부단락에 의한 발열과 연쇄적인 발열반응이 효과적으로 억제된다. 따라서, 단락의 지속이 회피되기 때문에, 전지의 최고 도달온도를 안정하게 74℃ 이하로 억제하는 것이 가능해진다. 본 발명에 따른 하이브리드 배터리장치(200)에 의하면, 고에너지 밀도를 유지하면서, 종래보다 안전성을 높인 2차 전지를 제공할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 하이브리드 배터리장치(200)를 효과적으로 사용하기 위해서는 충전과 방전이 반드시 가능해야만 한다. 배터리 부분과 커패시터 부분은 각 전극의 접촉부(210a, 220a, 230a)에 의해 외부와 연결된다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 장치(100)의 주요 내부 구성요소를 나타내는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 충방전 장치(100)의 제 1 제어부(100p)는 배터리 부분과 커패시터 부분 사이에서 하이브리드 배터리장치(200)의 출력을 바꾸는 방식으로 각 접촉부(210a, 220a, 230a)에 연결된다.
제 1 제어부(100p)는 수동으로 움직이거나 전기적으로 움직이는 스위치거나 또는 개인이 감지할 수 없을 정도로 충분히 높은 비율로 하이브리드 배터리장치(200)의 배터리 부분과 커패시터 부분 사이에서 스위치를 넣거나 순환하는 조절기 또는 마이크로 프로세서가 될 수 있다. 제 1 제어부(100p)의 출력은 하이브리드 충방전 장치(100)의 방전단자(102)로 연결될 수 있다. 하이브리드 배터리장치(200)는 배터리와 커패시터 부분의 충전 상태를 감지하는 제 2 제어부(100r)를 더 구비할 수 있으며, 하이브리드 배터리장치(200)를 충전하기 위해 전원장치(100q)도 구비할 수 있다. 이러한, 전원장치(100q)는 각 접촉부(210a, 220a, 230a)에 연결될 수 있고 전기 에너지는 하이브리드 배터리장치(200)의 커패시터 부분과 배터리 부분의 어느 한쪽 또는 양쪽 전부에 저장될 수 있다. 이 전하의 저장은 동시에 행해지거나 또는 다른 두 가지 시간에 행해질 수 있다. 통상적으로 배터리를 충전하는데 있어서 일정한 전압은 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220)을 거쳐 인가된다. 커패시터 부분을 충전할 때 일정한 전류는 제 2 전극(220)과 제 3 전극(230)을 거쳐 인가된다. 그러나 실시예의 변형은 본 발명의 범위 내에서 이뤄질 수 있다. 예를 들어 전류, 전압 둘 다 배터리 부분이나 커패시터 부분을 충전하는 동안 변화할 수 있다.
충전하는 한가지 방법에서 전원장치(100q)는 하이브리드 배터리장치(200)의 배터리 부분에 에너지를 공급하고 배터리 부분은 이어서 커패시터 부분에 전력을 공급할 수 있다. 본질적으로 전원장치(100q)는 하이브리드 배터리장치(200)의 배터리 부분을 충전시키고 배터리 부분은 커패시터 부분을 충전시킨다. 이러한 과정의 다른 진보는 커패시터가 방전된 후 배터리 부분에 저장된 에너지에 의해 재충전되는 하이브리드 배터리장치(200)가 방전하는 동안 일어난다. 본질적으로 커패시터가 방전될 때 커패시터는 배터리 부분에서의 전기화학적 작용으로부터 전하를 되찾는다.
이러한 구성을 통해 하이브리드 배터리장치(200)는 전기화학 배터리와 커패시터를 겸비하고 작은 패키지에 많은 양의 에너지를 저장할 수 있으며 저렴한 비용에서 제작할 수 있는 전기 에너지 장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로 제 1 전극(210)은 통상적으로 금속 전극 예를 들면, 카드뮴이다. 금속 전극으로서 다른 유용한 물질은 란탄, 세륨, MISCH 금속 및 이러한 금속들의 수산화물이다. MISCH금속은 세륨, 란탄 및 다른 희귀한 토양 금속의 혼합물로 구성된 합금이다. 합금은 녹은 염화나트륨에 용해된 금속의 혼합된 염화물을 전기분해함으로써 얻어진다. MISCH금속은 보통 글로우 타입 전압 조절기 튜브의 캐소드를 코팅하는데 사용된다. 실시예에서 제 2 전극(220)은 수산화니켈 전극일 수 있다. 수산화카드뮴과 수산화니켈 전극과 함께 수산화칼륨 기저 전해질이 통상적으로 사용된다. 커패시터 부분을 구성하는 제 3 전극(230)은 지지부에 흩어진 활성화된 카본과 같은 물질이다. 제 2 전해질(225)은 또한 수산화칼륨 기저물질이다. 이러한 배열에서 수산화카드뮴과 수산화니켈 전극은 에너지 저장 장치의 배터리부분을 형성하고 니켈-카드뮴 재충전 배터리와 유사하며 반면에 수산화니켈과 활성화된 카본 전극은 배터리의 커패시터 부분을 형성하고 전하 저장 영역의 역할을 한다. 상기 수산화니켈 전극은 배터리 부분과 커패시터 부분 양쪽에 공통적이며 그럼으로써 외부에서 함께 연결된 분리되어 있는 별개의 배터리나 커패시터를 사용한 공지 기술의 장치보다 더 소형이고 통합된 에너지 저장 장치를 형성한다.
그리고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 충방전 시스템 중 하이브리드 충방전 장치(100)가 실제로 제작된 상태를 나타내는 참조도면이다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 하이브리드 충방전 장치
101 : 충전단자
100p : 제 1 제어부
100r : 제 2 제어부
100q : 전원장치
102 : 방전단자
200 : 하이브리드 배터리장치

Claims (1)

  1. 하이브리드 충방전 장치(100) 및 하이브리드 배터리장치(200)를 포함하는 하이브리드 충방전 시스템에 있어서, 하이브리드 충방전 장치(100)는,
    입력 전압으로 AC 220,380,440 ± 10%, 상 1,3Ph, 주파수 50/60Hz, 입력 전류로 Max.12A ±1A를 갖으며, 출력으로는 충전전압 12 내지 65V ± 1V, 충전전류 Max. 30A ± 1A를 갖으며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충방전이 수행되는 하이브리드 배터리장치(200)는 배터리 전압 12 내지 48V인 것에 적용되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의한 충전방식은 정전압, 정전류 방식이며, 계기부(110), 조정부(120), 표시등 및 스위치부(130)를 구비하되,
    계기부(110)는,
    AMMETER(111), TIMER(112), 그리고 VOLTAGE(113)를 구비하며,
    AMMETER(111)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전 및 방전되는 충전전류 및 방전전류를 표시하며, TIMER(112)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)의 충전시간 제어를 수행하며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 하이브리드 배터리장치(200)의 방전시는 방전누적시간을 출력하여 방전되는 배터리 성능을 알 수 있도록 하기 위해 구비되며, VOLTAGE(113)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전 및 방전되는 하이브리드 배터리장치(200)의 충전전압 및 방전전압을 표시하며,
    조정부(120)는,
    CHARGE CURRENT ADJUST(충전전류 조정단)(121), CHARGER VOLTAGE ADJUST(충전전압 조정단)(122)로 이루어지며,
    CHARGE CURRENT ADJUST(121)은 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 하이브리드 배터리장치(200)로 충전시, 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전전류를 선택할 수 있도록 구비되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 최대의 충전전류는 20A이며, CHARGER VOLTAGE ADJUST(122)는 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전시 충전되는 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전전압을 선택할 수 있도록 구비되며, 하이브리드 충방전 장치(100)에 의해 충전되는 최대의 충전전압은 65Vdc이며,
    표시등 및 스위치부(130)는,
    SYSTEM MODE 영역(운전방법 선택 영역)(131), CHARGE MODE 영역(충전 방법 선택 영역)(132), DISCHARGE MODE 영역(배터리 방전 방법 및 방전량 선택 영역)(133)으로 이루어지며,
    SYSTEM MODE 영역(131)은, CH-DISCH 수단(충전 후 방전 수단)(131a), DISCH-CH 수단(방전 후 충전 수단)(131b), 그리고 START/STOP 수단(시작/정지 수단)(131c)을 포함하며,
    CH-DISCH 수단(131a)은 ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택된 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전 후 방전까지를 1회의 운동 자동 횟수로 할 때, 선택된 횟수를 수행 후 자동 정지되며, ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택되지 않는 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전만 진행 후 자동 정지되도록 하는 기능을 수행하기 위해 구비되며,
    DISCH-CH 수단(131b)은 ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택된 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 배터리(200)로의 방전 후 충전까지를 1회의 운동 자동 횟수로 할 때, 선택된 횟수를 수행 후 자동 정지되며, ROUND 수단(131d)을 이용한 운동 자동 횟수가 선택되지 않는 경우, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 배터리(200)로의 방전만 진행 후 자동 정지되도록 하는 기능을 수행하기 위해 구비되며,
    START/STOP 수단(131c)은 특정한 기능 선택 후 한번 누르면 선택된 기능 수행을 시작하고, 추가로 한번 누르면 선택된 기능 수행을 정지하는 기능을 수행하기 위해 구비되며,
    CHARGE MODE 영역(충전 방법 선택 영역)(132)은 CHARGE 점등단(132a), 85% 점등단(132b), 100% 점등단(132c), 12H OVER 점등단(132d), NORMAL CHARGE 수단(일반 충전 수단)(132e), TIME CONTROL 수단(선택시간 동안 충전 수단)(132f), EQUALIZE CHARGE 수단(균등충전 수단)(132g)을 구비하며,
    CHARGE 점등단(132a)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전 개시시 점등되며,
    85% 점등단(132b)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전량이 85% 도달시 점등되며,
    100% 점등단(132c)은 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)로의 충전량이 충전 완료에 해당하는 100%로 완충시 점등되며,
    12H OVER 점등단(132d)은 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력시 START LED가 점등하고 기능이 동작하고, 한번 더 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력시 START LED가 소등하고 기능이 정지하며, 12H OVER 점등단(132d) 버튼을 입력 후 12시간 경과시 END LED가 점등하면서, 하이브리드 충방전 장치(100)와 연결된 하이브리드 배터리장치(200)의 충전이 정지하며,
    NORMAL CHARGE 수단(일반 충전 수단)(132e)은 NORMAL CHARGE 수단 버튼을 누르면, NORMAL CHARGE 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 한번 더 ORMAL CHARGE 수단 버튼을 누르면 NORMAL CHARGE 수단 LED가 소등하면서 기능도 정지하며,
    TIME CONTROL 수단(선택시간 동안 충전 수단)(132f)은 TIME CONTROL 수단 버튼을 누르면, TIME CONTROL 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 TIME CONTROL 수단 버튼을 한번 더 누르면 TIME CONTROL 수단 LED가 소등하면서 기능도 정지하며,
    EQUALIZE CHARGE 수단(균등충전 수단)(132g)은 EQUALIZE CHARGE 수단 버튼을 누르면, EQUALIZE CHARGE 수단 LED 점등하에 기능이 동작하고 한 번 더 EQUALIZE CHARGE 수단 버튼 누르면 EQUALIZE CHARGE 수단 LED가 소등하면서 기능도 정지하며,
    DISCHARGE MODE 영역(133)은 TIMER 수단(133a), 그리고 VOLTAGE 수단(133b)을 구비하며,
    TIMER 수단(133a)은 TIMER 수단 버튼을 누르면 TIMER 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고 TIMER 수단 버튼을 한 번 더 누르면 TIMER 수단 LED가 소등하면서 기능도 정지하며,
    VOLTAGE 수단(133b)은 VOLTAGE 수단 버튼을 누르면, VOLTAGE 수단 LED 점등 하에 기능이 동작하고, VOLTAGE 수단 버튼을 한 번 더 누르면 VOLTAGE 수단 LED가 소등하면서 기능도 정지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 충방전 시스템.
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