KR101921135B1 - 연소 엔진과 자동차에 이용되는 무연 시동 축전 배터리, 처리 방법 및 그 용도 - Google Patents

연소 엔진과 자동차에 이용되는 무연 시동 축전 배터리, 처리 방법 및 그 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소 엔진과 자동차용 축전 배터리, 처리 방법 및 그 용도에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 축전 베터리는 적어도 하나 이상의 NiMH(Nickel metal hydride) 전지 및/또는 Li-Ion(Lithium-Ion) 전지 및/또는 Li-Pol(Lithium polymer) 전지와 울트라커패시터를 직병렬로 연결하여 구성된다.

Description

연소 엔진과 자동차에 이용되는 무연 시동 축전 배터리, 처리 방법 및 그 용도{LEADLESS STARTING ACCUMULATOR BATTERY, PROCESSING METHOD AND ITS USE, PARTICULARLY FOR COMBUSTION ENGINES AND MOTOR VEHICLES}
본 발명은 압축 점화 및 스파크 점화 연소 엔진의 개시에 이용되는 신형 축전 배터리와 모든 종류의 자동차에 사용되는 배터리에 관한 것이다.
기존에 알려져 있는 모든 연소 엔진 및 자동차용 개시 배터리(이하 "오토 배터리"라 함)는 2차 납전지(이하 "납배터리"라 함)의 전기화학적 반응에 기초를 두고 있다. 모든 종류의 납 오토 배터리에서는 전극으로서 납을 사용하고 전해질로서는 황산(H2SO4)을 쓰고 있으며, 충방전 중에 이미 알고 있는 화학적 반응이 일어난다. 이러한 여러 가지 납 오토 배터리는 전지 구조(예컨대 전극 형태, 전극 제조 방법, 전지 형태, 탈기 채널과 밸브 등), 제조 중에 납 소모를 줄이는 납 페이스트의 재료, 격리판, 전해질 첨가제 등에 있어서만 다르다. 현재 알려져 있는 형태의 납 오토 배터리는 완전히 밀봉된 것은 없고, 배터리에 담겨진 물질이 작동 중에 부분적으로 항상 바깥으로 새나오고 있다. AGM과 겔 납 배터리와 같이 최신형 배터리라 하더라도 배터리가 과충전되면 이러한 현상이 일어난다. 지금까지 알려진 모든 형태의 배터리는 2002/95/EC RoHS의 지침에 따르자면 독성(납 Pb)을 가진 위험한(황산(H2SO4) 용액) 물질을 함유하고 있다. 지금까지 알려진 형태의 납 오토 배터리는 -18℃ 내지 40℃의 작동 온도를 보장해왔었다.
지금의 NiMH, Li-Ion 및 Li-Pol 전지는 충분히 높은 전류를 흘러 보내거나 받아들일 수 없으며 -20℃ 이하의 온도에서는 에너지를 효율적으로 내보내거나 받아들일 수 없다.
니켈-카드뮴 축전지(NiCd)
이 축전지에서 니켈은 양전극이고, 카드뮴은 음전극이며, 격리판과 전극 내에 고정된 수산화칼륨은 전해액이다. 이 축전지는 무게-용량 비와 같은 특성이 좋기 때문에 많이 사용되며, 전류 부하가 높아도 적절히 사용될 수 있고, 내부 저항이 작고, 대전류를 흘릴 수 있고, 충전 속도가 빠르고, (과충전이나 과방전과 같은) 부적절한 이용에 대해서도 잘 견디고, (-40℃까지의) 혹한 상황에서도 잘 작동한다. 이 축전지는 실제로 소정 시간 동안 전기적 특성을 잃지 않고 방전될 수 있다. 이 축전지의 단점은 인체에 축적되어 심각한 치명적인 질병을 유발할 수 있는 독성이 있는 중금속인 카드뮴을 함유하고 있다는 것이다. 이 축전지는 용량이 비교적 작고(최대 1100 mAh) 자가 방전(self-discharging)이 비교적 크다(내부 저항이 상승됨).
니켈-금속 수소화물 축전지(NiMH)
이 축전지는 위에서 설명된 니켈-카드뮴 축전지를 개량해서 만든 것인데, 동일 체적으로 용량은 더 크며 환경에 대해서도 덜 위험하다. 이 축전지에서 양전극은 마찬가지로 니켈이지만, 음전극은 예컨대 산화 니켈(Ni(OH)2) 수소화물과 같은 금속 수소화물이며, 전해액도 수산화칼륨이다. 이 축전지는 명목 전압이 1.2 내지 1.25V이며, 충전 방식은 NiCd 축전지와 같고, 용량은 40% 더 높고, 평탄한 방전 특정을 갖고 있고, 따라서 자가 방전이 더 작다. 그러나 이 축전지는 (비록 -20℃에서도 잘 견디는 경우도 있지만) -10℃까지 내려가는 혹한 상황에서는 사용하는데 문제가 있고, 방전 전류는 높다 하더라도 현재로서는 용량의 10분의 1로 한정되어 있다. 이 축전지는 충방전될 수 있지만 1년에 몇 차례, 적어도 한 번은 반드시 충방전시켜야 하며, 또는 화학적 반응 때문에 축전지 전극이 손상되고 용량이 비가역적으로 손실될 것이다.
리튬-이온 축전지(Li-Ion)
이 축전지는 1차 리튬 전지를 개량하여 만든 것이다. 이 축전지에서 양전극은 산화 리튬과 기타 다른 금속의 화합물(보통은 리튬 코발트(III) 산화물(+Li2OCo2O3)로 구성되며, 음전극은 여러 가지 화학 물질이 혼합된 탄소이고, 전해액은 에스테르 화합물이다(정확한 조성은 제조업의 기밀 사항인데, 일반적으로는 리튬 테트라플루오로붕산염(LiBF4)이 이용됨). 이 축전지는 정격 전압이 3.6V이다. 이 축전지는 과전류에서는 충방전이 되지 않으나, 단점은 충방전 중에 개별 전지의 전력 보호가 필요하다는 것이다. 충전 중에는 최종 전압을 초과하지 않으며, 방전은 특정 한계치 이하로 제한되어야 하는데 이는 셀마다 보호 회로를 구비해야 한다는 것을 의미한다. Li-Ion 축전지의 동작 조건은 NiMH 축전지와 비슷하며, 장시간 보관하는 경우에는 배터리가 자가 방전하여 특정 한계치 이하로 방전하는 것을 막기 위해서 1년에 적어도 한 번은 방전시켜주어야 한다. 에너지 밀도는 120 내지 130 Wh/kg 또는 200 내지 250 Wh/dm3이다.
리튬 폴리머 축전지(Li-Pol)
이 축전지는 리튬-이온 축전지를 개량하여 만든 것인데, 명목 전압, 용량 및 전류를 비롯한 특성은 리튬 이온 축전지와 비슷하다. 이 축전지가 리튬-이온 축전지와 다른 점은 그 구조가 각기둥이어서 더 가볍지만 기계적 내구성은 좀 떨어진다. 이 축전지는 리튬-이온 축전지처럼 충방전시에 개별 전지의 전력 보호가 필요하고 방전 전류가 낮다는 단점이 있다.
울트라커패시터(Ultracapacitor)
울트라커패시터는 원칙적으로는 특수 기술로 제조된 전해질 콘덴서로서 콘덴서의 특성, 특히 고속 충방전 능력을 유지하면서 수천 패럿의 고용량을 얻고자 만든 것이다. 콘덴서 용량은 전극 표면적에는 정비례하고 전극(전하) 거리에는 반비례한다. 울트라커패시터의 전극은 알루미늄 박막에 도포된 탄소 분말로 구성된다. 탄소 분말 입자는 분말 1그램당 2000m2까지의 표면적을 갖고 있다. 2개의 전극은 폴리프로필렌으로 된 격리판에 의해 분리되어 있으며, 전극 사이의 공간에는 전해액이 채워져 있다. 전극의 표면적이 크고 특정 탄소 입자간 거리가 매우 작으면(10-10m 정도) 수 패럿 정도의 용량이 생긴다. 이런 정도로 탄소 입자간 거리가 작으면 콘덴서의 동작 전압이 약 2.5V 정도 감소한다. 이렇게 하면 고속 전기 에너지 공급과 저장에 편리한 초고용량 초저 직렬 저항을 가진 분극 콘덴서가 된다. 울트라커패시터의 전기적 파라미터는 전기화학적 소스(배터리, 축전지)의 전기적 파라미터와 비슷하다. 울트라커패시터에 저장된 에너지는 보통의 콘덴서에 저장된 에너지의 대략 10배 정도이다. 내부 저항이 작기 때문에 고속 방전이 가능하며, 울트라커패시터가 공급하는 최대 전력은 울트라커패시터의 무게 1kg당 수 킬로와트 정도에 이른다. 울트라커패시터의 전기적 파라미터는 -40℃까지의 저온에서도 보존된다.
본 발명은 바람직하게는 전자 제어 장치를 이용하는 무연 형태의 NiMH, Li-Ion, Li-Pol 2차 전지와 울트라커패시터의 직병렬 연결에 기초한 신형 축전 배터리에 관한 것이다. 본 발명에 따른 축전 배터리는 전자 제어 장치를 이용하지 않더라도 동일한 정성적 특성을 갖는다. 본 발명의 축전 배터리는 기존의 납 배터리를 대체할 수 있을 뿐만 아니라 이를 개량한 것이다. 본 발명에 따른 배터리는 공지의 부품들을 새로운 형태로 연결하여 만든 것으로 기존의 납 배터리에 비해 더 양호한 정량적 및 정성적 특성을 제공한다.
본 발명의 축전 배터리의 원리는 기존의 납 축전지를 대체하기 위해 NiMH, Li-Ion, Li-Pol 전지와 울트라커패시터를 직병렬로 연결하는 것이다. 이들 구성요소들을 영구적으로 연결하여 하나의 고형 복합체(solid complex)를 만들면 다음과 같은 것들이 보장된다. 임의의 상황에서 전 동작 시간 동안의 특성들(특정 연결 브랜치와 조인트의 내부 저항 크기, 그 전이 저항, 열도전성 및 도선으로부터의 열제거, 연결 도선과 단자의 전도성, 전기적 절연성, 기계적 강도 및 개별 구성성분의 위치 안정성)의 보전, 유해 환경(과도한 습도, 대기 중의 부식 요소, 조인트 산화 등)에서의 화학적 기계적 내성, 동작(에폭시 용기 내의 여러 가지 충전제 사용, 실제 필요에 따른 도전성 또는 단열 제공) 중에 상응 온도 환경, NiMH, Li-Ion 또는 Li-Pol 전지의 고용량과 같은 특정 구성성분의 유리한 특성의 최대 활용을 위한 신형 오토 배터리의 여러 부품의 조합, 급속 충전 능력, 과방전 시의 전류 공급 능력, 비교적 작은 내부 저항, 그리고 전 동작 시간 동안 환경에 영향을 받는 조인트의 저하 없이 명목 용량보다 최소한 3배 높은 전류 제공 가능성; 울트라커패시터는 짧은 시간 동안에 열 손실에 위해 유발된 손상없이 수천 패럿 정도의 고전류를 제공하는데 사용되고, 내부 저항이 작고 따라서 고에너지 출력이 가능하고, 사용된 전지로부터 또는 최종적으로 연결된 전원 장치로부터 매우 짧은 시간 내에 충전될 수 있다. 보통의 연결로는 가능하지 않은 이들의 단점, 즉 (Li-Pol 전지에 대해서는 심각한) 기계적 내구성이 작다는 문제 등이 해소될 수 있다. 전지의 수는 신형 배터리의 필요한 용량과 최종 전압에 따라 정해진다.
높은 방전 전류가 요구되는 경우에는 이는 주로 울트라커패시터가 제공한다. NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지는 내부 저항값, 연결 도체 및 개별적인 브랜치 단자 때문에, 결국은 그러한 것이 이용되는 경우에는 전자 제어 장치 때문에 과충전되지 않는다. 특정 브랜치와 조인트는 (주로 최대 방전 전류 때문에) 전지 종류에 관해 특정된 선택적 저항을 가진다.
NiMH 브랜치, Li-Ion 또는 Li-Pol 전지에 있어서 저항은 울트라커패시터보다 3 내지 10배 정도 높다. 저항비와 저항의 절대치는 특정 구성성분의 종류와 특성에 따라 다르다.
이 신형 축전 배터리는 그 명목 용량의 20 내지 30배에 이르는 전류에 의해 짧은 시간 동안 방전될 수 있다.
방전 전류가 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지의 영구 방전 전류 레벨 이하로 감소하는 동안에 울트라커패시터는 전기 기구로 되어 그 충전이 진행된다. 울트라커패시터가 충전되는 전류는 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지의 충전 레벨, 주위 온도 및 필요한 총에너지량에 따라 다르며 지수적으로 감소한다. 여기서 설명된 시스템은 사용된 축전지 용량의 10배(NiMH 전지를 사용하는 경우) 또는 3배(Li-Ion 또는 Li-Pol 전지을 사용하는 경우) 까지 에너지를 영구적으로 필요로 하는 설비에서 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지를 사용할 수 있으며, 또 이와 함께 이 시스템은 지금까지는 가능하지 않았던 사용된 축전지의 명목 용량의 30배까지의 크기를 가진 지속적인 전류를 수초 동안 단속적으로 필요로 한다. -20℃ 이하의 온도에서는 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지의 최대 방전 전류가 20℃에서 도달된 값의 약 30%로 감소하는 경우에 울트라커패시터는 충분한 량의 전류를 전달할 수 있으며 따라서 -40℃까지의 온도에서도 축전지의 기능은 보장된다. NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지의 평탄한 방전 특성과 축전지 구성에 관해서는 이런 종류의 축전지는 명목 용량의 10% 이하로 과방전되더라도 명목 용량의 값의 20배까지 전류를 전달할 수 있다.
본 발명의 주요 이점은 다음과 같다.
- 이 신형 축전 배터리는 납, 황산 용액, 또는 2002/95/EC RoHS 지침에 따르자면 위험하거나 독성이 있는 물질을 전혀 포함하지 않으며, 따라서 생태학적으로 무해하다(저장과 작동 중에 풀린 독성이 있는 위험한 물질은 주위 환경과 완전히 차단됨).
- 이 신형 축전 배터리는 보다 넓은 동작 온도 범위(-40℃ 내지 60℃)에서 사용될 수 있다.
- 울트라커패시터의 사용과 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지의 평탄 방전 특성 때문에 명목 용량의 90%만큼 방전된 축전 배터리로도 연소 엔진을 기동시킬 수 있다. 납 배터리 용량과 비교해서 이 용량의 절반만 가진 축전 배터리를 해당 장치에 사용할 수 있다.
- 설명된 형태의 축전 배터리는 그 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지와 울트라커패시터의 조성과 조합 때문에 납 배터리보다 가볍고 크기가 작다. 저장된 에너지의 밀도는 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지의 구성 모드와 선택에 따라서 150Wh/dm3에서 시작한다(납 축전지의 경우 통상적으로 50Wh/dm3임).
- 사용된 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지와 울트라커패시터의 구성과 축전 배터리 자체의 모놀리식 구성 때문에 손상과 진동에 훨씬 더 잘 견딘다. 울트라커패시터가 본 발명의 일부를 구성한다는 사실 때문에 전 동작 온도 범위에서 더 높은 개시 전류를 연속적으로 제공하는 것이 가능하다.
단점 측면에서 그리고 납 배터리와 비교해서, (적당한 보상 전자 장치가 사용되지 않은 경우에) 축전 배터리의 극성 뒤바뀜에 대한 민감성과 40℃ 이상의 온도에서의 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지의 일반적으로 더 높은 방전을 생각해 볼 수 있지만, 이러한 문제는 서로 다른 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지를 사용함으로써(다만 이 경우에는 동작 온도가 -25℃ 내지 -30℃ 범위로 줄어듬) 해소될 수 있다. NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지로서 Li-Pol(Li-Ion) 전지를 선택하는 경우에는 충방전 전류를 제어하기 위한 전자 회로적인 보호책을 이용하는 것을 고려해야 한다.
신형 축전 배터리는 전자 제어 장치("E"로 표기함)의 존부와 관계없이 블록들로서 배치된, NiMH, Li-Pol, Li-Ion 2차 전지 또는 전지 블록("B"로 표기함)과 울트라커패시터("C"로 표기함)의 직병렬 연결로 구성된다. 개별 블록의 필요한 특성은 여러 가지 형태의 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지와 울트라커패시터를 적당히 조합하고 전자 제어 장치를 설정하여 조정될 수 있다. 상기 절차에 의해서 NiMH(Li-Ion, Li-Pol) 전지의 이점, 즉 부피 대 무게 비에 비해 높은 용량을 얻을 수 있고, 동시에, 방전 전류가 낮다고 하는 단점이 해소될 수 있다. 계속해서, 울트라커패시터의 이점은 특히, 높은 방전 전류(약 1000A)와 낮은 내부 저항(약 1mΩ)이며, 그 단점인 낮은 용량 문제가 해소된다. 이러한 블록들은 명목 전압, 필요 용량에 대한 필요성 또는 다른 필요성에 따라서 개별적으로 또는 함께 연결되고, 전자 제어 장치와 연결되고, 적당한 물질이 삽입되어 단자를 구비한 모놀리식 제품을 얻고, 이를 경화시킨 후에 기존의 납 배터리와 오토 배터리의 대체용으로 제작된다.
본 발명에 따른 배터리의 제조 방법의 특징은 NiMH, Li-Pol, Li-Ion 2차 전지 또는 전지 블록과 울트라커패시터를 블록으로서 직병렬 연결한다는 것이다. 그 결과, 신형 배터리의 정성적 특성과, 용량에 관한 정량적 특성이 더 좋아지게 된다.
본 발명의 주요 이점은 상기 구성성분들의 직병렬 연결에 의해서 압축 점화와 스파크 점화 연소 엔진의 개시와 모든 종류의 자동차에 NiMH, Li-Pol, Li-Ion 2차 전지 또는 전지 블록과 울트라커패시터를 블록으로서 사용할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 배터리는 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 연결을 이용함으로써 적어도 하나의 NiMH 또는 Li-Pol 축전지, Li-Ion 2차 전지, 전지 블록과 울트라커패시터로 구성된다.
다음에 제시된 샘플들에서는 사용된 구성성분, 물질 및 구성 형태의 선택에 따른 장치의 기술적 파라미터를 보여준다.
기술적 해법의 실시예의 예
샘플 1
도 1에 따라서, 명목 용량이 22Ah, 명목 전압이 1.2V, 최대 방전 전류가 2C인 10개의 NiMH 전지(B)와 용량이 400F, 명목 전압이 2.7V, 최대 전류가 500A인 5개의 울트라커패시터(C)의 직병렬 연결로 배터리가 만들어진다. 이 배터리 및 전지 팩은 연결을 완료한 후에 에폭시로 씌워서 모놀리식 장치를 만든다. 이 장치의 기술적 특성은 표 1에 나타낸다. 고전류에 의한 충전, 장기 방전 및 단기 개시 방전 과정은 도 2에 나타나 있다. 이 배터리는 주로 100kW 이상의 스파크 점화 엔진의 개시용으로 설계되며, 36 내지 45Ah 범위의 용량을 가진 보통의 납 오토 배터리를 대체할 수 있다. 이 배터리는 전자 제어 또는 마스터 장치를 포함하지 않는다.
모든 내부 조인트에 있는 도선의 단면은 각자 10mm2의 표면적을 갖고 있으며 구리로 만들어지며, 특정 부위는 SnAg3 솔더에 연결된다.
원하는 이용을 위해서는 최종적인 기계적 실시예, 크기, 에폭시 종류, 충전제, 형태, 출력 분포 및 도선의 단면을 고려해야 한다.
자동차에 이용하기 위해서는 선택된 크기는 207x175x175mm(LxWxH)이고, 출력 극은 타입 1이고, 배터리 극성은 0이다. 에폭시는 알루미늄 기재의 열도전성 충전제를 포함한다.
20℃에서의 명목 용량 22Ah
명목 전압 12V
EN과 등가인 개시 전류 390A
차단 전류 600A
예비 용량 RC 40분
최대 방전 전류(max 1s) 500A
최대 열구 방전 전류 25A
동작 온도 범위 -40 내지 60℃
울트라커패시터 용량 80F
에너지 밀도 6Ah/kg
샘플 2
도 3에 따라서, 명목 용량이 4500mAh, 명목 전압이 1.2V, 최대 방전 전류가 40C인 110개의 NiMH 전지(B)와 용량이 400F, 명목 전압이 2.7V, 최대 전류가 500A인 10개의 울트라커패시터(C)의 직병렬 연결로 배터리가 만들어진다. 이 배터리 및 전지 팩은 연결을 완료한 후에 에폭시로 씌워서 모놀리식 장치를 만든다. 이 장치의 기술적 특성은 표 2에 나타낸다. 고전류에 의한 충전, 장기 방전 및 단기 개시 방전 과정은 도 4에 나타나 있다. 이 배터리는 주로 200kW 이상의 스파크 점화 및 압축 점화 엔진의 개시용으로 설계되며, 100Ah까지의 용량을 가진 보통의 납 오토 배터리를 대체할 수 있다. 이 배터리는 과거에 축전 배터리 극성이 변경되었는지 여부 또는 15V 이상의 전압을 가진 전원에 연결되었는지 여부를 나타내는 전자 제어 장치(E)(도 5, 하기 설명 참조)를 포함한다.
전지들(B)을 직렬 연결하는 도선의 단면은 각자 10mm2의 표면적을 갖고 있으며, 울트라커패시터(C)들을 직렬 연결하는 도선의 단면은 각자 20mm2의 표면적을 갖고 있으며, 모든 브랜치를 분기시키는 연결 단자는 25mm2의 표면적을 갖고 있다. 모든 도선과 단자는 구리로 만들어지며, 특정 부위는 SnAg3 솔더에 연결된다.
원하는 이용을 위해서는 최종적인 기계적 실시예, 크기, 에폭시 종류, 충전제, 형태, 출력 분포 및 도선의 단면을 고려해야 한다. 자동차에 이용하기 위해서는 선택된 크기는 207x175x175mm(LxWxH)이고, 출력 극은 타입 1이고, 배터리 극성은 0이다. 에폭시는 알루미늄 기재의 열도전성 충전제를 포함한다.
20℃에서의 명목 용량 48Ah
명목 전압 12V
EN과 등가인 개시 전류 800A
차단 전류 2000A
예비 용량 RC 107분
최대 방전 전류(max 1s) 1800A
최대 열구 방전 전류 500A
동작 온도 범위 -40 내지 60℃
울트라커패시터 용량 160F
에너지 밀도 7Ah/kg
전자 제어 장치(E)의 선택된 샘플의 기능에 대한 설명:
도 5에 도시된 장치(E)는 동작 전압이 15V인 제너 다이오드(D)와 명목 전류가 40mA인 안전 퓨즈(P)로 구성되며, 이들은 직렬 연결되어 있다. 배터리 극성을 뒤바꾸면 제너 다이오드(D)가 열리고 전류가 안전 퓨즈(D)에 흘러 이 퓨즈를 끊는다. 전압이 15V 이상인 전원에 연결되면, 제너 다이오드(D)는 전압이 안정화되도록 반대 방향으로 채널이 열린다. 전원 전압이 약 17V 이상으로 상승하면 안전 퓨즈(P)에 흐르는 전류가 40mA를 넘게 되고 퓨즈는 끊어진다. 안전 퓨즈(P)의 상태, 최종적으로 제너 다이오드(D)의 상태는 축전 배터리 극성이 변경되었는지, 또는 이것이 설명서에서 규정된 전압보다 높은 전압을 가진 전원에 연결되었는지 여부를 나타낸다.
도 6에 도시된 장치(E)는 도 5에 도시된 상기 블록으로 구성되며, 20V의 측정 범위로 설정된 전압 안정화기(S)를 통해 전력이 공급되는 전압계(M) 모듈이 이 장치로 분기된다. 과거에 극성이 변경되었는지 여부 또는 이것이 설명서에서 규정된 전압보다 높은 전압을 가진 전원에 연결되었는지 여부에 대한 정보를 제외하고는 이 장치는 배터리의 실제 전압 상태를 보여준다.
부가된 도면과 구성에서는 본 발명의 특정 샘플에 대한 특징과 전자적 연결이 표시된다.
산업상 이용가능성
이런 형태의 축전 배터리는 주로 압축 점화 및 스파크 점화 연소 엔진과 모든 종류의 배터리의 개시용으로 설계되며, 특히 이는 자동차에 사용되는 기존의 납 배터리를 대체할 수 있는 유지 보수가 필요없는 현대적인 생태학적 배터리이다.
더욱이 이 배터리는 전기 자동차, 전기 스쿠터, 휠체어 등에서 "구동 배터리"로서 이용될 수 있다. 더욱이 백업용 전원 장치 시스템 등에 이용가능하다.
도 1은 명목 용량이 22Ah, 명목 전압이 1.2V, 최대 방전 전류가 2C인 10개의 NiMH 전지(B)와 용량이 400F, 명목 전압이 2.7V, 최대 전류가 500A인 5개의 울트라커패시터(C)의 직병렬 연결로 만든 배터리.
도 2는 샘플 1에 따른 축전 배터리 충방전의 사양을 보여주는 도.
도 3은 명목 용량이 4.5Ah, 명목 전압이 1.2V, 최대 방전 전류가 10C인 110개의 NiMH 전지(B)와 용량이 400F, 명목 전압이 2.7V, 최대 전류가 500A인 10개의 울트라커패시터(C)의 직병렬 연결로 만든 배터리.
도 4는 샘플 2에 따른 축전 배터리 방전의 사양을 보여주는 도.
도 5에 도시된 장치는 명목 전류가 40mA인 안전 퓨즈(P), 동작 전압이 15V인 제너 다이오드(D) 및 충분한 단면적을 가진 연결 도선으로 구성된다.
도 6에 도시된 장치는 도 5의 구성에 더하여 동작 전압이 8V인 전압 안정화기(S)와, 0 내지 20V 사이의 전압을 측정하고 표시할 수 있는 전압계(M) 모듈을 갖고 있다.
<도면부호의 설명>
B - NiMH 전지
C - 울트라커패시터
P - 안전 퓨즈
D - 제너 다이오드
S - 전압 안정화기
E - 전자 제어 장치

Claims (9)

  1. 납 성분이 없으며, 적어도 하나 이상의 NiMH(Nickel metal hydride) 전지, Li-Ion(Lithium-Ion) 전지 또는 Li-Pol(Lithium polymer) 전지와 울트라커패시터를 직병렬로 연결하여 구성되되,
    상기 NiMH, Li-Pol, Li-Ion 2차 전지 또는 전지 블록과 상기 울트라커패시터를 블록으로서 직병렬 연결하고,
    상기 NiMH, Li-Pol, Li-Ion 2차 전지 또는 전지 블록과 상기 울트라커패시터 블록은 전자 제어 장치를 가지는 블록에 연결되며,
    상기 전자 제어 장치는,
    안전 퓨즈, 제너 다이오드, 전압 안정화기 및 전압계 모듈로 구성되고,
    상기 안전 퓨즈의 상태 및 최종적인 상기 제너 다이오드의 상태는,
    과거에 배터리 극성이 변경되었는지 여부 또는 미리 설정된 동작 전압보다 높은 전압을 가진 전원에 연결되었는지 여부를 나타내며,
    모든 배터리는,
    200kW 이상의 스파크 점화 및 압축 점화 엔진의 개시용으로 설계되며, 고형 모놀리식 블록으로 만들어지며, 상기 고형 모놀리식 블록은 에폭시로 부착된 배터리 및 전지로 구성된 자동차 배터리.
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