KR102162468B1 - 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치 및 그 방법 - Google Patents

이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치는 이모빌리티에 장착되는 배터리의 내부저항, 온도 및 전압 중 적어도 하나 이상을 기준정보와 비교하여 상태를 검사하는 배터리검사부와, 상기 배터리에 충전전류를 공급하거나, 상기 배터리를 방전시키는 충방전부와, 상기 배터리의 검사정보에 따라 충전 여부를 선택하고, 상기 배터리를 충전시 상기 배터리의 충전전압의 변동에 따라 상기 충전전류를 증감시키는 제어부를 포함한다.

Description

이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치 및 그 방법{CHARGING APPARATUS AND METHOD FOR PREVENTING EXPLOSION AND EXTENDING LIFETIME OF BATTERY OF E-MOBILITY}
본 발명은 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동수단의 배터리의 충전 상태를 검사하여 자동으로 충전전류를 조절하는 기술이 개시된다.
최근에는 이모빌리티(electric Mobility, e-mobility)에 배터리를 이용하는 경우가 증가하고 있다. 이모빌리티는 전기를 이용함으로써 환경오염도 적고, 엔진 구동에 따른 소음도 줄일 수 있어 각광받고 있다. 배터리를 독립적인 에너지원으로 사용하는 산업기기, 가정기기 및 자동차 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 특히 ESS(Energy Storage System)이나 전기자동차 기술분야에서 활발히 다루어지고 있다.
예를 들어, 전기자동차의 배터리는 다수의 셀 전지의 직렬 연결을 통해 모듈 전지로 구성되고, 또 다수의 모듈 전지는 직렬, 병렬 연결을 통해 배터리 팩을 구성하게 된다. 일반적으로 배터리 팩을 일괄적으로 충전과 방전을 수행하며 배터리 팩을 구성하는 모듈 전지 간의 편차가 발생하여 이용률 및 수명 측에서 비효율적이다.
즉, 배터리 팩으로 패키지 된 모듈 전지의 위치에 따라 누적되는 열과 방출되는 열이 달라서 모듈별 온도가 각기 다르게 된다. 이로 인하여 배터리를 관리하는 BMS에서 센서를 통해 읽어들이는 전압과 실제 모듈 전지의 전압이 다르게 되는 문제가 발생한다. 따라서 제어기를 통한 정확한 제어가 불가능하여 모듈 전지 별 이용률 저감, 효율 감소, 수명 저하 등 여러 가지 문제가 발생한다.
종래의 기술 중 대한민국 등록특허 제10-1956254호(2019. 03. 04 등록)는 전기자동차 배터리의 모듈별 전압값에 따른 전류지령 변경을 통한 밸런싱 제어 시스템에 관한 것으로, 전기자동차의 배터리를 모듈 단위로 관리하여 각기 필요한 출력 전류량을 제어하여 충전함으로써 기존보다 높은 기대 수명을 보장하는 것을 기술적 특징으로 한다.
그러나, 상기 종래의 기술은 각 배터리 모듈의 출력 전류량을 개별적으로 제어하여 충전하는 것으로, 충전전류와 충전전압의 연관관계에 따라 충전전류를 조절할 수 없다는 점에서 그 한계가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리의 상태에 따라 충전전류를 가변시키면서 상대적으로 충전전압의 변화를 기준으로 충전 여부를 판단함으로써 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 이모빌리티용 배터리 충전검사장치를 제공하기 위함이다.
또한, 배터리의 충전 중에도 배터리의 상태를 검사하면서 완충시까지 충전전류를 증감시키면서 과충전 등에 의한 화재나 폭발을 예방할 수 있는 이모빌리티용 배터리 충전검사장치를 제공하기 위함이다.
또한, 이모빌리티의 이동 여부를 감지하여 이동 중의 배터리 방전성능을 평가하여 배터리의 수명을 예측할 수 있는 이모빌리티용 배터리 충전검사장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치는 이모빌리티에 장착되는 배터리의 내부저항, 온도 및 전압 중 적어도 하나 이상을 기준정보와 비교하여 상태를 검사하는 배터리검사부와, 상기 배터리에 충전전류를 공급하거나, 상기 배터리를 방전시키는 충방전부와, 상기 배터리의 검사정보에 따라 충전 여부를 선택하고, 상기 배터리를 충전시 상기 배터리의 충전전압의 변동에 따라 상기 충전전류를 증감시키는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 배터리검사부는 상기 배터리의 표면에 접촉하여 제1 온도정보를 획득하고, 상기 배터리를 적외선 감지하여 제2 온도정보를 획득하고, 상기 제어부는 상기 배터리의 상기 제1 온도정보와 상기 제2 온도정보의 변화정보를 비교하여 기 설정된 오차범위 이내인 경우에는 상기 제1 온도정보를 상기 배터리의 온도로 결정하고, 오차범위를 초과하는 경우에는 상기 제2 온도정보를 상기 배터리의 온도로 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 충전전류를 증가시키면서 상기 충전전압이 기 설정치 이상으로 증가하지 않는 경우 상기 배터리의 충전을 중단하고 고장신호를 출력할 수 있다.
또한, 배터리 주변의 소음을 감지하는 소음감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 소음정보가 기준소음정보를 초과하는 경우 상기 충방전부의 구동을 종료시킬 수 있다.
한편, 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치의 충전방법은, 이모빌리티(electric Mobility, e-mobility)에 장착되는 배터리의 내부저항, 온도 및 전압 중 적어도 하나 이상을 기준정보와 비교하여 상태를 검사하는 배터리검사단계와, 상기 배터리에 충전전류를 공급하거나, 상기 배터리를 방전시키는 충방전단계와, 상기 배터리의 검사정보에 따라 충전 여부를 선택하고, 상기 배터리를 충전시 상기 배터리의 충전전압의 변동에 따라 상기 충전전류를 증감시키는 제어단계를 포함한다.
이에 따라, 배터리의 상태에 따라 충전전류를 가변시키면서 상대적으로 충전전압의 변화를 기준으로 충전 여부를 판단함으로써 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 배터리의 충전 중에도 배터리의 상태를 검사하면서 완충시까지 충전전류를 증감시키면서 과충전 등에 의한 화재나 폭발을 예방할 수 있다.
또한, 이모빌리티의 이동 여부를 감지하여 이동 중의 배터리 방전성능을 평가하여 배터리의 수명을 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치의 충전방법의 흐름도이다.
도 4는 도 2에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치의 충전전류 및 충전전압의 변화를 나타내는 예시도이다.
도 5는 도 2에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치에서 배터리 교체를 여부를 확인하는 것을 설명하는 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 이모빌리티 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 이모빌리티 시스템은 이모빌리티(10), 사용자 단말(20) 및 충전장치(100)를 포함한다.
이모빌리티(electric Mobility, e-mobility)(10)는 전기자동차, 전동킥보드, 전기자전거 등 전기로 구동되는 운송수단을 포괄하는 의미로 사용된다. 이모빌리티(10)는 내부에 복수의 셀로 구성된 배터리가 장착된다. 이모빌리티(10)의 내부에는 배터리를 충전검사하고 충방전시키는 충전장치(100)가 장착된다. 이모빌리티(10)는 배터리가 탈부착형 또는 고정형으로 형성될 수 있다. 이모빌리티(10)는 하이브리드 방식으로 형성되는 것도 가능하다.
사용자 단말(20)은 이모빌리티(10) 또는 충전장치(100)와 통신한다. 이 경우, 사용자 단말(20)에는 이모빌리티(10) 또는 충전장치(100)와 통신할 수 있는 어플리케이션이 설치되는 것이 바람직하다. 사용자 단말(20)은 이모빌리티(10)를 사용하는 사용자나, 배터리 충전을 관리하는 관리자가 사용하는 단말일 수 있다. 사용자 단말(20)은 배터리 충전 상태정보를 제공받을 수 있다. 이 경우, 사용자 단말(20)에는 이모빌리티(10) 또는 충전장치(100)와 통신할 수 있는 어플리케이션이 설치되는 것이 바람직하다.
충전장치(100)는 이모빌리티(10) 내부에 장착되어 배터리의 충방전을 제어하고, 배터리의 상태를 검사한다. 충전장치(100)는 배터리의 상태에 따라 충전전류의 양을 조절할 수 있다. 충전장치(100)는 외부의 사용자 단말(20)과 통신하여 배터리의 검사정보, 제어정보를 제공할 수 있다. 충전장치(100)는 이모빌리티(10)에 장착된 디스플레이를 통해 배터리의 검사정보, 제어정보를 출력하는 것도 가능하다. 이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 충전장치(100)에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치의 구성도이고, 도 3은 도 2에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치의 충전방법의 흐름도이고, 도 4는 도 2에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치의 충전전류 및 충전전압의 변화를 나타내는 예시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치(100)는 배터리검사부(110), 충방전부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
배터리검사부(110)는 이모빌리티에 장착되는 배터리의 내부저항, 온도 및 전압 중 적어도 하나 이상을 기준정보와 비교하여 상태를 검사한다. 이 경우, 배터리는 복수의 셀로 구성될 수 있으며, 배터리감지부는 다양한 센서를 통해 검사정보를 생성할 수 있다. 배터리검사부(110)는 배터리를 충전하기 전에 초기에 검사를 진행하여 검사정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 배터리검사부(110)는 기준정보와 비교하여 배터리 셀 간의 전압편차, 온도편차, 내부저항편차, 단락에 의한 전압변화가 기 설정치를 초과하는 경우 경고신호를 출력할 수 있다. 이는 초기에 배터리가 불안정한 경우 충전을 하지 않도록 하기 위함이다.
또한, 배터리검사부(110)는 충전이 진행중에도 배터리의 상태를 검사할 수 있다. 예를 들어, 배터리검사부(110)는 기 설정된 시간 주기로 배터리의 내부저항, 온도 및 전압 중 적어도 하나 이상을 기준정보와 비교하여 상태를 검사한다. 충전중에 기준정보와 비교하여 배터리 셀 간의 전압편차, 온도편차, 내부저항편차, 충전전류에 따른 전압변화가 기 설정치를 초과하는 경우 충전전류가 감소된다. 이 경우, 배터리검사부(110)는 감소한 충전전류 상태에서도 다시 배터리의 상태를 검사하여 기준정보와 비교한다. 배터리검사부(110)는 배터리의 검사정보가 기준정보와 기 설정치를 초과하는 경우 충전을 종료하도록 경고신호를 출력할 수 있다.
또한, 배터리검사부(110)는 충전 중에 배터리의 검사정보가 기준정보와 기 설정치 이내인 경우, 충전전류가 상승함에 따른 과충전이 발생하는지 검사한다. 배터리검사부(110)는 배터리가 충전 진행중이나 완충상태에서 과충전이 발생하는지 판단한다. 이 경우, 배터리가 과충전되는 경우 이를 방전하도록 충방전부(120)나 제어부(130)로 검사정보를 출력한다. 배터리검사부(110)는 배터리에 과충전이 발생하지 않는 경우에는 타이머가 기 설정치에 도달하기까지 충전을 진행한다. 이는 배터리가 완충상태에서 특정 셀의 손상에 의해 전압이 급상승하는 것을 감지하기 위함이다. 이에 따라, 배터리의 과충전에 의한 화재를 예방할 수 있다.
이와 같이, 배터리검사부(110)는 충전 시작 전에 1차적으로 배터리의 상태를 검사하고, 충전 중에도 2차적으로 배터리의 상태를 검사하며, 배터리가 완충된 상태에서도 3차적으로 배터리의 상태를 검사한다. 3단계 배터리 검사 과정을 통해 보다 안정하여 이모빌리티용 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 배터리검사부(110)는 배터리에 고유특성신호 및 고유특성신호에 대한 반응신호를 설정한다. 배터리검사부(110)는 기 설정된 시간 간격으로 고유특성신호에 복수의 제1 테스트신호를 합하여 얻어지는 제1 평가신호와, 고유특성신호에 복수의 제1 테스트신호를 중첩한 제2 테스트신호를 인가하여 얻어지는 제2 평가신호를 비교한다. 여기서 제1 테스트신호 또는 제2 테스트신호는 DC신호 또는 AC신호일 수 있다. 배터리검사부(110)는 충전 전이나 충전 중이나 충전 후에도 제1 테스트신호 및 제2 테스트신호를 공급할 수 있다.
또한, 배터리검사부(110)는 배터리의 표면에 접촉하여 제1 온도정보를 획득한다. 이는 배터리의 과열을 방지하기 위함이다. 배터리검사부(110)는 배터리를 적외선 감지하여 제2 온도정보를 획득한다. 이 경우, 배터리검사부(110)는 배터리와 이격된 위치에 적외선 카메라가 형성될 수 있다. 배터리검사부(110)는 기 설정된 시간 주기로 제1 온도정보와 제2 온도정보를 획득하여 검사정보로 생성할 수 있다. 배터리검사부(110)는 제1 온도정보와 제2 온도정보를 기 설정된 시간 주기로 제어부(130)에 출력한다.
충방전부(120)는 충전모드인 경우 배터리에 충전전류를 공급한다. 충방전부(120)는 배터리로 정전류인 충전전류를 공급한다. 충방전부(120)는 배터리의 상태에 따라 충전전류를 증감시킬 수 있다. 예를 들어, 충방전부(120)는 배터리에 여 배터리 셀 간의 전압편차, 온도편차, 내부저항편차, 단락에 의한 전압변화가 기 설정치를 초과하는 경우 충전전류를 감소시킨다. 이 경우, 제어부(130)에 의해 충방전부(120)의 충전전류가 제어될 수 있다. 충방전부(120)는 충전전류 대비 충전전압의 상승폭이 기 설정치를 초과하는 경우 충전전류를 감소시킨다. 충방전부(120)는 배터리 충전중에 배터리 검사정보가 정상인 경우 충전전류를 증가시킨다.
또한, 충방전부(120)는 배터리를 방전시킨다. 충방전부(120)는 방전모드인 경우 배터리로부터 외부의 부하로 전류를 방전시킨다. 이는 배터리가 충전 중에 과충전이 발생하는 경우 화재를 예방하기 위함이다. 이 경우, 부하는 전기저항을 이용하여 전류를 소비하도록 할 수도 있다. 충방전부(120)는 방전모드인 경우 충전전류를 차단시키고 배터리를 부하와 전기적으로 스위칭하여 전류를 외부로 공급한다. 충방전부(120)는 배터리가 완충상태에 이르기까지 과충전이 발생하는 경우 수시로 방전모드로 동작할 수 있다.
제어부(130)는 배터리검사부(110), 충방전부(120)를 제어한다. 제어부(130)는 배터리검사부(110)로부터 실시가능로 검사정보를 입력받는다. 제어부(130)는 검사정보를 기초로 배터리의 상태를 판단하고, 충방전부(120)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(130)는 충전 시작 후 일정 시간 이내에 배터리에 이상이 발생한 경우 충전을 시작하지 않고 종료하게 된다. 충전시작 초기에는 배터리의 셀전압 편차, 배터리 셀 온도 상승, 내부저항의 변화, 배터리 셀에 단락이 발생하여 전압이 급상승하는 경우에는 충전을 즉시 중단하게 된다. 제어부(130)는 디스플레이나 스피커를 통해 고장신호를 출력하여 사용자에게 알림할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 충전 시작 후 일정 시간이 경과한 후 충전이 지속되면서 실시간으로 배터리의 검사정보를 입력받는다. 제어부(130)는 검사정보 중 배터리의 셀전압 편차, 배터리 셀 온도 상승, 내부저항의 변화, 충전전류 대비 충전전압의 상승폭이 기 설정치를 초과하는 경우에는 충전전류를 감소시킨다. 이는 충전 중 배터리 셀의 화학적 물질의 안정화를 유도하기 위한 것이다. 다시 말해, 충전전류를 지속적으로 상승시키는 것이 아니라, 충전전류를 감소시키면서 배터리가 안정화될 때까지 대기한다. 이는 배터리 사이클 수명을 연장시키도록 하기 위함이다.
또한, 제어부(130)는 충전전류를 증가시키면서 충전전압이 기 설정치 이상으로 증가하지 않는 경우 충전을 중단하고 고장신호를 출력한다. 이 경우, 제어부(130)는 배터리 셀이나 충방전부(120)의 이상으로 판단하게 된다. 제어부(130)는 자동으로 충전전류를 감소시키다가 다시 충전전류를 증가시킬 수도 있다. 제어부(130)는 일정 이상 충전전류를 증가시키면서 충전전압을 재차 확인하여 증가하지 않으면 충전을 중단시킬 수도 있다. 이는 충전전압을 증가시키기 위해 필요 이상의 충전전류가 공급되어 배터리의 화재나 폭발사고가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 제어부(130)는 충방전부(120)를 충전모드로 동작시킨다. 이 경우, 제어부(130)는 충전전류가 증가하면서 배터리의 과충전이 발생하는지 판단한다. 제어부(130)는 검사정보로부터 배터리의 과충전이 발생하면 충방전부(120)를 방전모드로 전환시킬 수 있다. 이는 배터리가 과충전되어 화재 등이 발생을 방지하기 위함이다. 제어부(130)는 충방전부(120)를 방전모드로 전환시킨 후, 배터리가 정상 완충전압에 도달하면 방전모드를 중단시킨다. 제어부(130)는 배터리에 과충전이 발생하지 않은 경우, 타이머가 기 설정값이 도달하기까지 충전을 진행한다. 이 경우, 타이머는 배터리의 용량에 따라 설정될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 복수의 제1 평가신호와, 제2 반응신호를 비교하여 중첩의 원리가 성립하는 경우에는 배터리의 성능을 정상으로 판단한다. 제어부(130)는 복수의 제1 평가신호와, 제2 반응신호를 비교하여 중첩의 원리가 성립하지 않는 경우 그 차이를 이용하여 성능 열화를 판단할 수 있다. 제어부(130)는 배터리 중 어느 하나의 성능 열화를 파악한 경우 충방전부(120)를 제어하여 충전전류를 감소시키거나 중단시킬 수 있다. 이는 전기적 응답신호를 기반으로 배터리의 성능을 주기적으로 판단하여 그 상태에 맞게 충전을 함으로써 배터리의 수명을 연장시키기 위함이다.
또한, 제어부(130)는 배터리의 제1 온도정보와 제2 온도정보의 변화정보를 비교하여 기 설정된 오차범위 이내인지 판단한다. 예를 들어, 제어부(130)는 제1 온도정보와 제2 온도정보의 변화정보가 기 설정된 오차 범위 이내인 경우 제1 온도정보를 배터리의 온도로 결정한다. 제어부(130)는 제1 온도정보와 제2 온도정보의 변화정보가 기 설정된 오차범위를 초과하는 경우에는 제2 온도정보를 상기 배터리의 온도로 결정한다. 제어부(130)는 배터리의 온도에 따라 충방전부(120)를 제어하여 충전전류를 감소시키거나 중단시킬 수 있다.
또한, 제어부(130)는 배터리의 충전전류 제어정보를 빅데이터를 이용할 수 있다. 이 경우, 유사한 배터리 상태조건에서의 충전전류 제어정보를 외부의 관리서버에서 빅데이터로 수집할 수 있다. 제어부(130)는 타 이모빌리티에서 사용된 충전전류 제어정보를 획득하여 현재의 배터리 검사정보에 기초하여 충전전류를 제어할 수 있다. 이는 이모빌리티의 배터리 충전전류 빅데이터를 이용함으로써 비슷한 환경에서 최적의 충전전류 제어방법을 획득하기 위함이다. 이에 따라, 배터리의 수명을 연장하면서 최적의 조건으로 배터리를 충전할 수 있다.
도 3을 참조하면, 충전장치(100)는 먼저 배터리의 초기상태를 검사한다(S110). 이 경우, 배터리의 초기상태는 초기 충전전류가 인가되면서 배터리의 상태를 검사할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 내부저항, 온도 및 전압 중 적어도 하나 이상을 기준정보와 비교하여 상태를 검사한다. 충전장치(100)는 배터리 상태가 기 설정된 정상범위 이내인지 판단한다(S120). 이 경우, 충전장치(100)는 배터리의 상태가 정상인 경우 배터리 충전을 시작하면 배터리의 상태를 검사한다(S130). 만약, 배터리의 상태가 비정상인 경우에는 충전을 종료한다. 이 경우, 충전장치(100)는 외부에 경고신호를 출력할 수 있다.
충전장치(100)는 2차적으로 배터리의 충전 중 배터리의 상태가 정상범위인지 판단한다(S140). 만약 배터리의 충전 중 상태가 비정상인 경우 배터리의 충전전류를 감소시킨다(S145). 이는 배터리의 수명을 연장시키면서 배터리가 안정될 때까지 대기하기 위함이다. 충전장치(100)는 배터리 상태가 정상인 경우, 충전전류를 단계적으로 증가시킨다(S150).
이후, 충전장치(100)는 배터리가 과충전 상태인지 여부를 판단한다(S160). 배터리가 과충전인 경우 충전장치(100)는 배터리를 방전모드로 동작시킨다(S165). 이는 배터리의 과열로 인한 화재나 폭발을 방지하기 위함이다. 충전장치(100)는 배터리가 과충전이 아닌 경우 배터리가 완충되었는지 여부를 판단한다(S170). 이 경우, 배터리가 완충되면 충전을 종료시키고, 완충되지 않은 경우 S150단계로 이동하여 완충시까지 반복하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치(100)는 소음감지부(140)를 더 포함할 수 있다.
소음감지부(140)는 배터리 주변의 소음을 감지하여 이상 여부를 판단한다. 예를 들어, 배터리를 충전 중에 특정셀에서 폭발음이나 미세한 소음을 감지한다. 이 경우, 소음감지부(140)는 배터리 셀 주변에 발생하는 소음정보를 생성하여 제어부(130)로 출력한다. 제어부(130)는 이러한 소음정보를 기준소음정보와 비교한다. 제어부(130)는 소음감지부(140)로부터 수신한 소음정보가 기준소음정보를 초과하는 경우 충방전부(120)의 구동을 종료시킬 수 있다. 이는 배터리 셀이 부풀어 오르거나 단락 등에 의해 발생하는 소음에 의해 화재 등이 발생하는 것을 미연에 방지하기 위함이다.
도 5는 도 2에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치에서 배터리 교체를 여부를 확인하는 것을 설명하는 예시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치(100)는 통신부(150)를 더 포함할 수 있다.
통신부(150)는 사용자 단말(20)과 통신한다. 이 경우, 사용자 단말(20)은 이동형 또는 고정형으로 형성될 수 있으며, 충전장치(100)와는 네트워크 통신이 가능하다. 통신부(150)는 배터리(11)의 충방전모드를 사용자 단말(20)로 전송할 수 있다. 통신부(150)는 충전 중의 배터리(11) 상태를 사용자 단말(20)로 전송하는 것도 가능하다. 이 경우, 제어부(130)는 고장신호가 발생하는 경우 사용자 단말(20)로 고장신호를 출력할 수 있다. 제어부(130)는 사용자 단말(20)이 배터리(11)에 형성된 식별코드(500)를 획득하여 전송하는 경우 해당 배터리(11)의 교체를 확인할 수 있다. 이는 문제가 된 배터리(11) 셀을 교체하도록 하여 실제 교체가 이뤄졌는지 확인하기 위함이다. 제어부(130)는 새로운 배터리(11)의 셀이 교체되는 경우 배터리(11) 상태를 처음부터 다시 검사하도록 할 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티용 충전장치(100)는 이동감지부(160)를 더 포함할 수 있다.
이동감지부(160)는 이모빌리티의 이동 여부를 감지한다. 예를 들어, 이동감지부(160)는 이모빌리티의 속도, 가속도, 기울기 중 적어도 하나 이상의 이동정보를 획득할 수 있다. 이동감지부(160)는 이모빌리티가 실제로 구동 중에 배터리의 성능을 판단하기 위해 이동정보를 생성한다. 이 경우, 제어부(130)는 이동정보에 따른 배터리의 방전성능을 분석한다. 제어부(130)는 방전성능에 따라 배터리의 교체주기를 판단한다. 예를 들어, 제어부(130)는 배터리가 완충된 상태에서 배터리의 방전까지의 시간을 측정하여 배터리의 열화상태를 판단할 수 있다. 이에 따라, 배터리의 방전성능을 분석하여 교체주기를 파악할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치(100)는 비전검사부(170)를 더 포함할 수 있다.
비전검사부(170)는 배터리에 대한 비전영상정보를 기 설정된 시간주기로 획득하여 기 설정된 정상정보와 비교하여 이상 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 배터리로부터 이격된 위치에 비전카메라가 장착되는 것이 바람직하다. 배터리의 비전영상정보는 성능열화에 의해 셀이 부피의 변화를 파악하기 위한 정보이다. 이 경우, 비전검사부(170)는 배터리에 대한 비전영상을 기 설정된 영역으로 분할하여 복수의 분할비전영상을 생성하고, 생성된 분할비전영상의 픽셀값을 기 설정된 임계값을 기준으로 이진 데이터 처리하여 이진영상을 생성하여 제어부(130)로 출력한다.
이 경우, 제어부(130)는 생성된 이진영상에 대해 검사 대상 영역을 설정하고, 설정된 검사 대상 영역을 기 설정된 기준 영역 정보와 패턴분석하여 최종적으로 배터리에 대한 불량 여부를 판단할 수 있다. 제어부(130)는 배터리의 비전영상정보가 정상정보와 기 설정치 이상의 오차가 발생하는 경우 충방전부(120)의 동작을 중단시킬 수 있다. 이는 배터리의 외형적인 크랙이나 부피의 변화를 신속히 파악하여 화재나 폭발 등의 위험을 피하기 위함이다.
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.
100 : 충전장치
110 : 배터리검사부
120 : 충방전부
130 : 제어부
140 : 소음감지부
150 : 통신부
160 : 이동감지부
170 : 비전검사부
500 : 식별코드

Claims (5)

  1. 이모빌리티(electric Mobility, e-mobility)에 장착되는 배터리의 내부저항, 온도 및 전압 중 적어도 하나 이상을 기준정보와 비교하여 상태를 검사하는 배터리검사부;
    상기 배터리에 충전전류를 공급하거나, 상기 배터리를 방전시키는 충방전부; 및
    상기 배터리의 검사정보에 따라 충전 여부를 선택하고, 상기 배터리를 충전시 상기 배터리의 충전전압의 변동에 따라 상기 충전전류를 증감시키는 제어부를 포함하고,
    상기 배터리검사부는,
    상기 배터리의 표면에 접촉하여 제1 온도정보를 획득하고, 상기 배터리를 적외선 감지하여 제2 온도정보를 획득하고,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 상기 제1 온도정보와 상기 제2 온도정보의 변화정보를 비교하여 기 설정된 오차범위 이내인 경우에는 상기 제1 온도정보를 상기 배터리의 온도로 결정하고, 오차범위를 초과하는 경우에는 상기 제2 온도정보를 상기 배터리의 온도로 결정하는 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전전류를 증가시키면서 상기 충전전압이 기 설정치 이상으로 증가하지 않는 경우 상기 배터리의 충전을 중단하고 고장신호를 출력하는 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    배터리 주변의 소음을 감지하는 소음감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    소음정보가 기준소음정보를 초과하는 경우 상기 충방전부의 구동을 종료시키는 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치.
  5. 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전장치의 충전방법에 있어서,
    이모빌리티(electric Mobility, e-mobility)에 장착되는 배터리의 내부저항, 온도 및 전압 중 적어도 하나 이상을 기준정보와 비교하여 상태를 검사하는 배터리검사단계;
    상기 배터리에 충전전류를 공급하거나, 상기 배터리를 방전시키는 충방전단계; 및
    상기 배터리의 검사정보에 따라 충전 여부를 선택하고, 상기 배터리를 충전시 상기 배터리의 충전전압의 변동에 따라 상기 충전전류를 증감시키는 제어단계를 포함하고,
    상기 배터리검사단계는,
    상기 배터리의 표면에 접촉하여 제1 온도정보를 획득하고, 상기 배터리를 적외선 감지하여 제2 온도정보를 획득하고,
    상기 제어단계는,
    상기 배터리의 상기 제1 온도정보와 상기 제2 온도정보의 변화정보를 비교하여 기 설정된 오차범위 이내인 경우에는 상기 제1 온도정보를 상기 배터리의 온도로 결정하고, 오차범위를 초과하는 경우에는 상기 제2 온도정보를 상기 배터리의 온도로 결정하는 이모빌리티 배터리 폭발방지 및 수명연장 충전방법.
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