KR101732482B1 - 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비상 전원을 저장하기 위한 복수의 배터리를 구비함에 있어 배터리별 상태 감지를 통한 모니터링은 물론 감지 정보에 기반하여 배터리별로 효율적인 충전을 수행할 수 있는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치에 관한 것으로, 적어도 둘 이상이 배터리가 연결되는 배터리모듈; 외부로부터 입력되는 제어신호에 의해 상기 배터리모듈의 각 배터리에 대한 충, 방전을 실시하기 위한 충방전모듈; 상기 배터리모듈의 배터리별로 연결되어 배터리별 상태를 실시간 감지하고 감지정보를 송신하기 위한 감지모듈; 상기 감지모듈에서 송신한 감지정보를 수신하여 이를 모니터링하며 상기 감지정보를 비교 분석하여 상기 충방전모듈을 제어하기 위한 제어신호를 생성하기 위한 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 모니터링되는 감시정보를 표시하기 위한 디스플레이모듈;을 포함하는 것이 특징이다.
Description
본 발명은 비상 전원을 저장하기 위한 복수의 배터리를 구비함에 있어 배터리별 상태 감지를 통한 모니터링은 물론 감지 정보에 기반하여 배터리별로 효율적인 충전을 수행할 수 있는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치에 관한 것이다.
일반적으로 정류기&축전지반은 특고압용(22,9KV) 수전설비의 필수 구성 중 하나라 할 수 있으며, 인가된 교류전원을 직류전원으로 정류하고 입력전원으로 직류전원을 요구하는 다양한 전력기기의 조작 전원을 공급하는 기능을 가짐은 물론 일정시간 동안 전력을 축전지에 저장했다가 정전과 같은 비상 상황에서는 비상 전원 공급용으로도 사용되는 전력장치이다.
이러한 정류기&축전지반은 대부분 납축전지의 사용과 SCR 스위칭 방식으로 설치 공간을 많이 차지하고 있으며 내구연한 10년 내외 중 총가동시간이 1시간을 넘지 않아 가동 효율이 현저히 떨어지기 때문에 축전지 고장이 잦고 스위칭 변환효율이 떨어지는 것이 문제점이 있다.
또한 연결된 축전지 중 1개가 고장일 경우, 전체가 사용 불능이 되어 정전 시 동작하지 않는 경우가 많고 장기간 방치하였을 시 축전지 자체의 열화로 인하여 화재나 폭발사고의 요인으로도 작용할 수 있다.
이에 따라 사용환경, 고품질의 충방전 기술, 신속한 고장셀 교환 등을 통해 교체비용이 높은 축전지의 유지관리 기술 필요성 증대되고 있지만, 통상적으로 실시되고 있는 분기(3개월)단위의 수동 점검만으로는 축전지에 대한 불량 예측이 어려운 실정이다.
특히 정류기&축전지반에 있어 축전지의 불량은 비상발전기를 이용한 비상전원공급장치에도 영향으로 주게 되는데, 정전과 같은 비상상황에서 정상 작동이 보장되지 않기 때문에 실제 정전 시 전원공급 및 비상 조명 점등 불가 등 블랙아웃이 발생할 수 있으며, 화재 시의 경우 소방 스프링쿨러용 펌프 등의 작동이 불가하여 대형화재와 인명사고를 초래하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 배터리별 상태 감시 및 제어로 배터리의 효율증대는 물론 노후화 방지 및 화재사고 예방을 도모할 수 있는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치를 제공하고자 함이다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치는, 적어도 둘 이상이 배터리가 연결되는 배터리모듈; 외부로부터 입력되는 제어신호에 의해 상기 배터리모듈의 각 배터리에 대한 충, 방전을 실시하기 위한 충방전모듈; 상기 배터리모듈의 배터리별로 연결되어 배터리별 상태를 감지하고 감지정보를 송신하기 위한 감지모듈; 상기 감지모듈에서 송신한 감지정보를 수신하여 이를 모니터링하며 상기 감지정보를 비교 분석하여 상기 충방전모듈을 제어하기 위한 제어신호를 생성하기 위한 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 모니터링되는 감시정보를 표시하기 위한 디스플레이모듈;을 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 감지모듈은, 상기 배터리모듈을 수용하는 수용부; 상기 수용부 내부의 습도정보를 감지하기 위한 습도감지부; 각 배터리를 구성하는 개별 셀에 대한 전압정보 및 전류정보를 감지하기 위한 전원감지부; 각 배터리를 구성하는 개별 셀에 대한 온도정보를 감지하기 위한 온도감지부; 및 상기 습도감지부, 전원감지부, 온도감지부에 감지된 각 감지정보를 상기 컨트롤러로 송신하기 위한 송신부;를 포함할 수 있다.
하나의 예로써, 외부로부터 수신한 제어신호에 의해 구동되어 상기 수용부 내부의 습도를 제어하기 위한 습도조절수단;을 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 감지모듈의 습도감지부로부터 감지된 습도정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 상기 습도조절수단을 선택적으로 구동하기 위한 제어신호를 생성하고 이를 상기 습도조절수단으로 송신할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 감지모듈은, 각 배터리를 구성하는 개별 셀에 내장되어 개별 셀의 내부저항정보를 감지하기 위한 제 1저항감지부;를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 감지모듈에서 감지된 개별 셀의 내부저항정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 각 배터리의 노후화 정도를 분석하고 교체 주기를 추정할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 감지모듈은, 각 배터리를 구성하는 개별 셀간 결선 부위에 구비되어 셀간 결선저항정보를 감지하기 위한 제 2저항감지부;를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 감지모듈에서 감지된 셀간의 결선저항정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 각 배터리의 노후화 정도를 분석하고 교체 주기를 추정할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 감지모듈은, 각 배터리를 구성하는 개별 셀에 대한 충전정보 및 방전정보를 감지하기 위한 충방전감지부;를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 감지모듈에서 감지된 개별 셀의 충전 및 방전정보를 기반으로 선택된 배터리의 개별 셀에 대한 충전 설정값을 부여하여 제어신호를 생성하고 이를 상기 충방전모듈로 송신하며, 상기 충방전모듈은, 상기 컨트롤러로부터 수신한 제어신호에 의해 개별 셀별로 부여된 충전 설정값에 따른 충전을 실시하되, 기설정된 충전 구간별로 정전류(CC ; Constant Current)충전과 정전압(CV ; Constant Voltabe)충전을 병행하여 충전을 실시할 수 있다.
하나의 예로써, 상기 수용부는 그 내부면에 방열프라이머가 도포되되, 상기 방열프라이머는 실리콘계 수지 100중량부에 대해 나노다이아몬드 분말 30 내지 120중량부, 선형 금속분말 30 내지 120중량부, 글리콜류 1 내지 3중량부, 탄닌 0.5 내지 1중량부를 포함할 수 있다.
하나의 예로써, 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 컨트롤러와 연결되어 컨트롤러로부터 상기 배터리모듈의 배터리별 감지정보를 수신 및 저장하며, 외부로부터 입력되는 요청신호에 응답하여 선택된 하나 이상의 배터리에 대한 감지정보를 출력하는 관제 서버;를 더 포함할 수 있다.
상술한 해결 수단에 의해 본 발명의 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치는, 비상 전원을 저장하기 위한 복수의 배터리를 구비함에 있어 배터리별 상태 감지를 통한 모니터링과 노후화 정도를 분석하여 제공함은 물론 감지 정보에 기반하여 배터리별로 충전을 제어하는 등 배터리의 효율적인 운용 및 관리를 수행함으로써, 배터리의 노후화에 따른 제반 문제점을 해결하고 화재사고 예방을 도모할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 구성을 나타내는 블록도.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 제 1저항감지부를 나타내는 도면.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 제 2저항감지부를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전모듈의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전모듈에 의한 배터리의 셀별 충전 방식을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이모듈의 표시 화면을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 구성을 나타내는 블록도.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 제 1저항감지부를 나타내는 도면.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 제 2저항감지부를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전모듈의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전모듈에 의한 배터리의 셀별 충전 방식을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이모듈의 표시 화면을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치를 나타내는 개략도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 구성을 나타내는 블록도이다. 그리고 도 3a 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 제 1저항감지부를 나타내는 도면이며, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지모듈의 제 2저항감지부를 나타내는 도면이다.
또한 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전모듈의 구성을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전모듈에 의한 배터리의 셀별 충전 방식을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이모듈의 표시 화면을 나타내는 도면이다.
본 발명의 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치(이하 '충방전 관제 장치'라 함)은 비상 전원을 저장하는 복수의 배터리(110)에 대한 상태 감시를 수행하여 배터리(110)의 이상 유무를 판단함으로써 실제 정전과 같은 비상 상황에서 작동 불능 상태를 사전에 방지하고 배터리(110)에 저장된 비상 전원이 원활하게 활용될 수 있도록 지원한다.
이러한 충방전 관제 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 배터리모듈(100)과 충방전모듈(200)과 감지모듈(300)과 컨트롤러(400) 및 디스플레이모듈(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리모듈(100)은 요구되는 전력량에 따라 적어도 둘 이상이 배터리(110)가 전기적으로 연결될 수 있으며, 외부로부터 공급되는 전원을 저장하였다가 정전과 같은 비상 상황을 감지하게 되면 연결된 전력기기로 비상 전원으로 공급할 수 있다.
이때 상기 배터리(110)는 복수의 셀(111)로 이루어진 리튬-이온 전지로 구성되어 기존 사용되던 납전지 배터리의 단점을 보완할 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 충방전모듈(200)은 외부로부터 입력되는 제어신호에 의해 상기 배터리모듈(100)의 각 배터리(110)에 대한 충, 방전을 실시할 수 있다. 여기서 상기 충방전모듈(200)로 입력되는 제어신호는 상기 컨트롤러(400)의 분석 과정 및 그 결과로부터 생성되는 제어신호이거나 관리자로부터 입력되는 명령에 따른 제어신호일 수 있다.
상기 감지모듈(300)은 상기 배터리모듈(100)을 구성하는 각각의 배터리(110)에 연결되어 배터리별 상태를 실시간 감지하고, 이렇게 감지된 감지정보를 실시간 또는 기설정된 시간 주기 예를 들면 5분 내지 10분 단위로 송신할 수 있다.
상기 컨트롤러(400)는 상기 감지모듈(300)에서 송신한 감지정보를 수신하여 이를 모니터링하고, 상기 감지정보를 기설정된 임의의 기준값과 비교 분석을 수행하여 상기 충방전모듈(300)을 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있으며, 생성된 제어신호를 상기 충방전모듈(300)로 송신할 수 있다.
또한 상기 컨트롤러(400)는 상기 비교 분석과정을 통한 결과값에 따라 각 배터리(110)의 상태에 대한 수준을 판단하고, 정상 수준 또는 위험 수준 또는 경고 수준 등 상태 수준을 단계별로 안내할 수 있는 알람 신호를 생성 및 출력할 수 있다.
그리고 상기 컨트롤러(400)는 도면에 도시된 바 없으나 데이터베이스를 포함할 수 있으며, 상기 감지모듈(300)에서 송신한 감지정보를 저장 및 누적하여 데이터화할 수 있음은 물론 외부로부터 입력되는 요청신호에 응답하여 특정 데이터를 추출 및 제공할 수 있다.
또한 상기 데이터베이스에 저장된 데이터를 통해 추후 배터리(110)별 이력관리 정보, 주기별 리포트 정보 등의 제공은 물론 배터리의 수명 진단 및 예측에 있어 기초 자료로 활용될 수 있음은 당연하다.
한편 상기 감지모듈(300)은 앞서 설명한 바와 같이 배터리모듈(100)의 각 배터리(110)에 대한 상태를 감지하고, 그에 따른 감지정보를 생성하여 상기 컨트롤러(400) 등으로 송신할 수 있다.
상기 감지모듈(300)은 배터리(110)의 습도 및 온도 등을 포함하는 환경 상태 와 함께 과전압, 과전류, 과충전, 과방전, 저전압 등을 포함하는 전력 상태를 감지할 수 있는 바, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이 상기 배터리모듈(100)을 수용하는 수용부(310)와, 상기 수용부(310) 내부의 습도정보를 감지하기 위한 습도감지부(320)와, 각 배터리(110)를 구성하는 개별 셀(111)에 대한 전압정보 및 전류정보를 감지하기 위한 전원감지부(330)와, 각 배터리(110)를 구성하는 개별 셀(111)에 대한 온도정보를 감지하기 위한 온도감지부(340) 및 상기 습도감지부(320), 전원감지부(330), 온도감지부(340)에 감지된 각 감지정보를 상기 컨트롤러(400)로 송신하기 위한 송신부(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 감지모듈(300)은 각 배터리(110)의 저항값을 수집하고 이를 상기 컨트롤러로 송신하여 각 배터리(110)에 대한 노후화 정도를 분석하여 제공할 수 있도록 한다.
일 예로써 상기 감지모듈(300)은 도 3a에 도시된 바와 같이 각 배터리(110)를 구성하는 개별 셀(111)에 내장되는 내부저항(361)을 구비하여 셀(111)별 내부저항정보를 감지하기 위한 제 1저항감지부(360)를 더 포함할 수 있으며, 상기 컨트롤러(400)는 상기 감지모듈(300)의 제 1저항감지부(360)에서 감지된 개별 셀(111)의 내부저항정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 각 배터리(110)의 노후화 정도를 분석하고 교체 주기를 추정할 수 있다.
여기서 상기 컨트롤러(400)의 기준값은 신품 배터리 기준 개별 셀에 대한 내부 저항값이거나, 전체 셀의 내부 저항값의 평균값일 수 있다.
또한 상기 컨트롤러(400)는 설정된 기준값과 대비 상기 감지모듈(300)의 제 1저항감지부(360)로부터 전송되는 내부저항값의 초과 정도에 따라 노후화 정도를 분석할 수 있으며, 분석된 노후화 정도에 따라 교체 주기를 판단할 수 있게 된다.
또 다른 예로써, 상기 감지모듈(300)은 도 3b에 도시된 바와 같이 각 배터리(110)를 구성하는 개별 셀(111)간 결선 부위에 연결되는 결선저항(371)을 구비하여 셀(111)간 결선저항정보를 감지하기 위한 제 2저항감지부(370)를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 컨트롤러(400)는 상기 감지모듈(300)의 제 2저항감지부(370)에서 감지된 셀(111)간의 결선저항정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 각 배터리(110)의 노후화 정도를 분석하고 교체 주기를 추정할 수 있다.
이 경우도 마찬가지로 상기 컨트롤러(400)의 기준값은 신품 배터리 기준 셀간 결선 저항값이거나 전체 셀 간 결선 저항값의 평균값일 수 있으며, 상기 컨트롤러(400)는 설정된 기준값과 대비 상기 감지모듈(300)의 제 2저항감지부(370)로부터 전송되는 결선저항값의 초과 정도에 따라 노후화 정도를 분석할 수 있으며, 분석된 노후화 정도에 따라 교체 주기를 판단할 수 있게 된다.
한편 본 발명의 충방전 관제 장치는, 상기 배터리모듈(100)의 습도 변화에 대응하여 항상 일정한 습도 환경이 유지될 수 있도록 습도를 제어할 수 있다.
통상 리튬-이온 전지로 구성되는 배터리의 경우 습기에 의한 수분과 접촉하게 되면 수산화리튬(LiOH)층을 형성하게 됨으로써 산화 부식을 발생시켜 배터리의 수명을 단축시키기 때문에 배터리에 대한 최적의 습도 환경을 조성할 필요성을 갖게 된다.
이를 위해 본 발명의 충반전 관제 장치는 외부로부터 수신한 제어신호에 의해 구동되어 상기 수용부(310) 내부의 습도를 제어하기 위한 습도조절수단을 더 포함할 수 있으며, 상기 습도조절수단은 도면에 도시된 바 없으나 대표적으로 히터 내지 송풍팬 등의 공조 기기들을 포함할 수 있다.
그리고 상기 컨트롤러(400)는 상기 감지모듈(300)의 습도감지부(320)로부터 감지된 습도정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 상기 습도조절수단을 선택적으로 구동하기 위한 제어신호를 생성하고, 이를 상기 습도조절수단으로 송신하여 습도조절수단에 의한 최적의 습도 환경이 제어될 수 있도록 한다.
이때 상기 컨트롤러(400)의 기준값은 배터리(110)의 운용에 있어 최적의 습도값으로 설정될 수 있으며 바람직하게는 40 내지 60%의 습도값을 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 충반전 관제 장치는 배터리모듈(100)에 대한 습도를 감시하도록 하고 습도 변화에도 항상 일정한 습도가 유지될 수 있도록 제어함으로써 습도로 인한 문제점들을 사전에 방지할 수 있게 된다.
한편 본 발명의 충방전모듈(200)은 상기 컨트롤러(400)로부터 전송되는 제어신호에 의해 각 배터리(110)에 대한 충전과 방전을 제어하게 되는데, 이때 충전을 실시함에 있어 각 배터리(110)를 구성하는 단위 셀(111)의 충전정보 및 방전정보를 감시하도록 하고 그 감시 결과에 따라 셀(111)별 충전을 실시하도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 감지모듈(300)은 도면에 도시된 바 없으나 각 배터리(110)를 구성하는 개별 셀(111)에 대한 충전정보 및 방전정보를 감지하기 위한 충방전감지부를 더 포함할 수 있으며, 상기 컨트롤러(400)는 상기 감지모듈(300)에서 감지된 개별 셀(111)의 충전 및 방전정보를 기반으로 선택된 배터리(110)의 개별 셀(111)에 대한 충전 설정값을 부여하여 제어신호를 생성하고 이를 상기 충방전모듈(200)로 송신할 수 있다.
즉, 상기 컨트롤러(400)는 하나의 배터리(110)에 대하여 충전을 실시함에 있어, 상기 감지모듈(300)로부터 전송되는 셀(111)별 충전정보 및 방전정보를 통해 각 셀(111)에 대한 충,방전 상태를 파악할 수 있다.
이에 따라 상기 컨트롤러(400)는 완전히 방전된 셀(111)이나 일부 충전이 요구되는 셀(111) 등 각 셀(111)별로 충전 시 필요한 충전 전력을 분석할 수 있고, 그 결과에 따른 셀(111)별 충전 설정값을 부여한 제어신호를 생성하게 된다.
이렇게 컨트롤러(400)에서 생성된 제어신호는 상기 충방전모듈(200)로 전송될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 충반전모듈(200)은 컨트롤러로부터 생성된 제어신호를 수신하여 셀(111)별로 부여된 충전 설정값에 따라 각각의 셀(111)을 충전하게 된다.
이때 상기 충방전모듈(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 각 셀(111)별로 연결되어 개별 셀(111)의 충전을 실시하도록 하는 복수의 충전부(210)와, 외부의 공급 전력을 상기 복수의 충전부(210)로 분배하여 공급하거나 차단하기 위한 스위치(220)를 포함할 수 있다.
또한 상기 충방전모듈(200)의 각 충전부(210)는 안정적인 충전을 실시하기 위한 방법으로서 충전 구간을 사전에 설정하도록 하며, 충전 구간별로 정전류(CC ; Constant Current)충전과 정전압(CV ; Constant Voltabe)충전을 병행하여 충전을 실시함으로써 충전 대상 배터리(110)의 셀밸런싱을 수행할 수 있다.
예를 들면, 상기 충방전모듈(200)은 초기 급속충전이 요구되는 특정 충전 구간에서는 정전류 방식으로 충전을 실시하도록 하며, 이후의 충전 구간에서는 배터리(110)의 안전, 효율, 수명 등을 고려하여 보다 안정적인 정전압으로 충전을 실시하여 해당 배터리(110)가 만충전되도록 할 수 있는 것이다.
한편 상기 디스플레이모듈(500)은 상기 컨트롤러(400)에서 모니터링되는 감시정보 즉, 상기 감지모듈(300)로부터 감지되는 배터리(110)의 환경 상태나 전력 상태 등을 그래픽화하여 관리자가 용이하게 인지할 수 있도록 표시할 수 있다.
예를 들면 상기 디스플레이모듈(500)은 도 6에 도시된 바와 같이 선택된 배터리(110)의 용량, 전압, 온도, 습도, 출력 전압 등을 그래픽화하여 표시할 수 있으며, 개별 배터리(110)에 대한 충전 정보 및 방전 정보에 기반하여 현재 충전중인 배터리(110)와 충전 비율 등을 그래픽화하여 표시할 수 있다.
또한 상기 디스플레이모듈(500)은 사용자 UI(user interface)를 제공하는 터치패널로 구성되어 상기 감시정보의 표시와 함께 컨트롤러(400)의 설정값을 입력하기 위한 입력 수단으로서도 활용될 수 있도록 함이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 충방전 관제 장치는 상기 배터리모듈(100)에서 발생하는 열을 외부로 용이하게 방출될 수 있도록 하는 구조를 가짐으로써 배터리모듈(100)의 열화로 인한 화재 위험이나 단점 등을 보완할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
구체적으로 상기 배터리(110)를 수용하기 위한 수용부(310)는 그 내부면에 방열프라이머를 도포하여 상기 배터리(110)로부터 발생하는 열을 수용부(310)로 유도될 수 있도록 하고, 유도된 열이 상기 수용부(310)를 통해 외부로 방출될 수 있도록 한다.
이때 상기 수용부(310)는 기본적으로 열전도성이 있는 재질로 구성될 수 있는데, 열전도성이 있는 재질이면 그 종류를 한정하지 않는다.
상기 방열프라이머는 열전도성을 갖도록 구성되어 내부의 배터리(110)로부터 발생하는 열을 상기 수용부(310)로 전달하여 외부로 방출될 수 있도록 하는데, 상기 방열프라이머에 열전도성을 부과하더라도 방열프라이머의 경화 시 발생되는 미세균열, 온도차에 의한 신장에 의한 미세균열 등에 의해 부분적으로 열차단층이 형성되어 상기 수용부(310)로 열전달효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
이에 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 방열프라이머가 실리콘계 수지 100중량부에 대해 나노다이아몬드 분말 30 내지 120중량부, 선형 금속분말 30 내지 120중량부, 글리콜류 1 내지 3중량부, 탄닌 0.5 내지 1중량부를 포함하는 예를 제시한다.
먼저 상기 실리콘계 수지는 타 조성의 바인더로서 기능을 하는 것으로 수용부(310)의 내부면과의 부착력을 가질 수 있도록 한다.
상기 나노 다이아몬드 분말은 우수한 열전도 특성과 함께 미세 공극(micro pore)이 형성되어 있어 표면적 증대를 통한 방열기능이 발현되도록 하는 것이다. 상기와 같이 나노 다이아몬드의 배합량을 한정하는 이유는 배합량 미만으로 첨가되는 경우 충분한 방열기능을 기대하기 어려우며, 상기 배합량을 초과하는 경우 타 조성간 결합력이 약화로 도포층의 내구성이 저하되는 문제가 있어 상기와 같이 한정하는 것이다.
그런데 이러한 도포층은 도포 후 경화과정 등에서 온도차 등에 의해 미세균열이 유발될 수 있는데 이러한 미세균열은 열전도율을 저하시켜 결과적으로 방열기능을 방해하는 요인이 된다.
이에 본 실시 예에서는 선형 금속분말이 더 첨가되도록 하여 선형을 이루는 금속분말에 의해 페이스트의 가교 작용이 이루어지도록 하여 경화과정, 온도차에 의한 신장 등에서 페이스트에 발생하는 인장력을 완화시켜 페이스트의 미세균열을 제어토록 하는 것이다.
이러한 선형 금속분말은 다양한 공지의 방법에 의해 제조될 수 있는 바, 일 예로 나노금속으로 이산화티탄을 사용하는 경우 염기성 수용액을 제조하고 상기 염기성 수용액에 적정 중량비로 이산화티탄을 첨가하여 교반시키고 이렇게 교반된 혼합물을 고온에서 적정시간을 반응시키고 이러한 반응 후, 용매 및 불순물을 제거하여 결정화시켜 제조되도록 하는 예가 제시될 수 있다.
이렇게 다양한 공지의 방법에 의해 제조되는 선형 금속분말은 페이스트에서 보강섬유와 같은 기능을 하는 것으로 열전도성이 우수하고 인장 강도가 큰 금속재질을 사용하여 나노화시키면서도 선형의 구조를 가지도록 하여 페이스트에서 가교 작용이 이루어지도록 한다.
즉 일반적인 금속분말의 경우 구형에 가까운 형상을 가지고 있어 단지 페이스트에서 충진제로서 기능을 수행할 뿐인데 본 실시 예에서는 선형의 금속분말이 첨가되도록 함으로서 페이스트의 인장강도를 보강하도록 하는 것이다. 이렇게 하여 페이스트의 미세균열을 제어하거나 미세균열이 발생되는 경우에도 미세균열의 간극을 선형의 금속분말이 연결되도록 하여 미세균열의 간극을 통해서도 열이 전달되도록 하는 것이다.
또한 이렇게 선형의 금속분말을 첨가하는 이유는 상기 방열프라이머의 도포과정에서 공기가 연행되는데 이러한 공기는 차후 열전도성을 저하시키는 포인트가 되는 바, 선형의 금속분말은 도포과정 등에서 연행된 공기와 충돌에 의해 연행된 공기를 물리적으로 터트리도록 하는 기능을 수행하게 되는 것이다.
한편 상기 방열프라이머의 경화 과정에서 온도차에 의한 균열이 아니라 프라이머 내 용제의 증발에 의한 표면균열의 제어를 위해서 상기 방열프라이머에는 글리콜류가 더 배합되도록 한다.
상기 글리콜류는 페이스트의 공극에 용제증발 시 모세관장력을 저하시킴으로서 내부 인장 응력을 줄여 줌에 의해 경화 후 수축 저감을 유도하도록 하는 것이다. 즉 수축에 의한 균열을 제어하도록 하는 것이다.
바람직하게 상기 글리콜류는, 부틸디글리콜, 부틸트라이글리콜, 부틸글리콜, 메틸디글리콜, 부틸폴리글리콜, 에틸폴리글리콜, 메틸트라이글리콜, 에틸글리콜로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합물인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 방열프라이머의 배합 및 도포과정에서 금속이온 등이 표면으로 용출되어 방열프라이머와 상기 케이싱 경계면에서 금속이온이 흡착 등에 의해 상호 부착력을 저하시킬 수 있는데, 이러한 점을 개선하기 위해 상기 방열프라이머에는 금속이온 등과 결합을 통해 금속이온이 표면으로 용출되는 것을 제어할 수 있는 탄닌을 더 첨가하여 상기 문제점을 해결할 수 있도록 한다.
이처럼 본 실시 예에서 제시하는 방열프라이머에 따라 상기 배터리모듈(100)은 내부에 수용된 배터리(110)의 인한 열화로 인한 화재 위험과 수명 단축 등의 문제점을 개선할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 충방전 관제 장치는 도면에 도시된 바 없으나, 상기 컨트롤러(400)와 연결되어 원격지에서 상기 컨트롤러(400)의 설정값과 제어신호 등을 입력할 수 있으며, 상기 감지모듈(300)로부터 감지되는 배터리(110)의 감지정보를 컨트롤러(400)로부터 전달받을 수 있는 관제 서버를 더 포함할 수 있다.
상기 관제 서버는 유선 또는 무선 통신망 중 선택된 하나의 통신망을 통해 연결되어 상호 데이터의 송수신을 수행할 수 있는 바, 예를 들면, 아이피를 기반으로 한 TCP/IP 및 이더넷통신망, 이동통신망(2G, 3G, 4G, LTE), Wibro(Wireless Broadband)망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)망, 위성통신망 및 와이파이(WI-FI, Wireless Fidelity)망 중 적합한 어느 하나를 선택적으로 사용하여 상기 컨트롤러(400)와 연결될 수 있으며, 컨트롤러(400)로부터 상기 배터리모듈(100)의 배터리(110)별 감지정보를 수신 및 저장할 수 있다.
또한 상기 관제 서버는 입력장치를 포함하여 관리자의 명령을 입력할 수 있으며 관리자로부터 입력되는 요청신호에 응답하여 선택된 하나 이상의 배터리(110)에 대한 감지정보를 모니터 등을 통해 출력하여 표시할 수 있다.
뿐만 아니라 상기 관제 서버는 관리자의 설정에 따라 상기 컨트롤러(400)에서 분석된 배터리(110)의 상태 수준이 위험 수준일 경우 생성된 알람 신호를 기저장된 관리자의 모바일 기기로 SMS 형태로 전송하거나, 관리자의 계정으로 메일 형태로 전송할 수도 있다.
이처럼 본 발명의 충방전 관제 장치는 상기 디스플레이모듈(500)을 통해 관리자가 현장에서 직접 배터리의 상태를 확인할 수 있음은 물론 상기 관제 서버의 구성으로 동일한 감지 정보를 원격지에서도 용이하게 확인할 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
100 : 배터리모듈 110 : 배터리
111 : 셀 200 : 충방전모듈
210 : 충전부 220 : 스위치
300 : 감지모듈 310 : 수용부
320 : 습도감지부 330 : 전원감지부
340 : 온도감지부 350 : 송신부
360 : 제 1저항감지부 361 : 내부저항
370 : 제 2저항감지부 372 : 결선저항
400 : 컨트롤러
111 : 셀 200 : 충방전모듈
210 : 충전부 220 : 스위치
300 : 감지모듈 310 : 수용부
320 : 습도감지부 330 : 전원감지부
340 : 온도감지부 350 : 송신부
360 : 제 1저항감지부 361 : 내부저항
370 : 제 2저항감지부 372 : 결선저항
400 : 컨트롤러
Claims (8)
- 적어도 둘 이상이 배터리가 연결되는 배터리모듈; 외부로부터 입력되는 제어신호에 의해 상기 배터리모듈의 각 배터리에 대한 충, 방전을 실시하기 위한 충방전모듈; 상기 배터리모듈의 배터리별로 연결되어 배터리별 상태를 감지하고 감지정보를 송신하기 위한 감지모듈; 상기 감지모듈에서 송신한 감지정보를 수신하여 이를 모니터링하며 상기 감지정보를 비교 분석하여 상기 충방전모듈을 제어하기 위한 제어신호를 생성하기 위한 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 모니터링되는 감시정보를 표시하기 위한 디스플레이모듈;을 포함하는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치에 있어서,
상기 감지모듈은, 상기 배터리모듈을 수용하는 수용부; 상기 수용부 내부의 습도정보를 감지하기 위한 습도감지부; 각 배터리를 구성하는 개별 셀에 대한 전압정보 및 전류정보를 감지하기 위한 전원감지부; 각 배터리를 구성하는 개별 셀에 대한 온도정보를 감지하기 위한 온도감지부; 및 상기 습도감지부, 전원감지부, 온도감지부에 감지된 각 감지정보를 상기 컨트롤러로 송신하기 위한 송신부;를 포함하고,
상기 감지모듈은, 각 배터리를 구성하는 개별 셀간 결선 부위에 구비되어 셀간 결선저항정보를 감지하기 위한 제 2저항감지부;를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 감지모듈에서 감지된 셀간의 결선저항정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 각 배터리의 노후화 정도를 분석하고 교체 주기를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
외부로부터 수신한 제어신호에 의해 구동되어 상기 수용부 내부의 습도를 제어하기 위한 습도조절수단;을 더 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 감지모듈의 습도감지부로부터 감지된 습도정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 상기 습도조절수단을 선택적으로 구동하기 위한 제어신호를 생성하고 이를 상기 습도조절수단으로 송신하는 것을 특징으로 하는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 감지모듈은,
각 배터리를 구성하는 개별 셀에 내장되어 개별 셀의 내부저항정보를 감지하기 위한 제 1저항감지부;를 더 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 감지모듈에서 감지된 개별 셀의 내부저항정보를 기설정된 기준값과 비교 분석하여 각 배터리의 노후화 정도를 분석하고 교체 주기를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 감지모듈은,
각 배터리를 구성하는 개별 셀에 대한 충전정보 및 방전정보를 감지하기 위한 충방전감지부;를 더 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 감지모듈에서 감지된 개별 셀의 충전 및 방전정보를 기반으로 선택된 배터리의 개별 셀에 대한 충전 설정값을 부여하여 제어신호를 생성하고 이를 상기 충방전모듈로 송신하며,
상기 충방전모듈은,
상기 컨트롤러로부터 수신한 제어신호에 의해 개별 셀별로 부여된 충전 설정값에 따른 충전을 실시하되, 기설정된 충전 구간별로 정전류(CC ; Constant Current)충전과 정전압(CV ; Constant Voltabe)충전을 병행하여 충전을 실시하는 것을 특징으로 하는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 수용부는 그 내부면에 방열프라이머가 도포되되,
상기 방열프라이머는 실리콘계 수지 100중량부에 대해 나노다이아몬드 분말 30 내지 120중량부, 선형 금속분말 30 내지 120중량부, 글리콜류 1 내지 3중량부, 탄닌 0.5 내지 1중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치.
- 제 1항에 있어서,
유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 컨트롤러와 연결되어 컨트롤러로부터 상기 배터리모듈의 배터리별 감지정보를 수신 및 저장하며, 외부로부터 입력되는 요청신호에 응답하여 선택된 하나 이상의 배터리에 대한 감지정보를 출력하는 관제 서버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020160098437A KR101732482B1 (ko) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 배터리의 개별 감시가 가능한 충방전 관제 장치 |
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ID=59222138
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181344U1 (ru) * | 2018-03-06 | 2018-07-11 | Андрей Николаевич Перчиц | Зарядно-разрядный модуль (зрм) с системой диагностики акб |
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- 2016-08-02 KR KR1020160098437A patent/KR101732482B1/ko active IP Right Grant
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