KR102230131B1 - 휴대용 전원장치 및 이의 온도 조절방법 - Google Patents

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김영광
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한화시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치로서, 내부공간을 가지는 케이스; 상기 케이스의 내부공간에 설치되는 배터리 셀; 열을 발생시켜 상기 배터리 셀을 가열할 수 있도록, 상기 배터리 셀에 설치되는 가열부; 상기 케이스와 상기 가열부 사이에 설치되는 단열부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있는 온도측정부; 및 상기 배터리 셀의 온도에 따라 상기 가열부의 작동을 제어할 수 있는 제어부;를 포함하고, 배터리 셀의 성능이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

Description

휴대용 전원장치 및 이의 온도 조절방법{PORTABLE POWER SUPPLY APPARATUS AND TEMPERATURE CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 휴대용 전원장치 및 이의 온도 조절방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 셀의 성능이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있는 휴대용 전원장치 및 이의 온도 조절방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대용 전원장치는 군복이나, 소방복, 또는 경찰복과 같은 의복 내에 탑재된다. 휴대용 전원장치에는 배터리 셀이 구비되기 때문에, 배터리 셀에 전기를 충전시켜 저장할 수 있다. 따라서, 군인이나, 소방관, 또는 경찰관이 휴대용 전원장치를 소지하고 다니다가 필요할 때 휴대용 전원장치를 이용하여 웨어러블(Wearable) 기기들에 전원을 공급하고 사용할 수 있다.
이때, 배터리 셀의 성능은 주변 환경의 온도로부터 영향을 받는다. 특히, 주변 환경의 온도가 너무 낮아지면, 배터리 셀의 성능이 급격히 저하되면서 휴대용 전원장치가 웨어러블 기기들에 전원을 안정적으로 공급하지 못할 수 있다. 군인의 경우 겨울철에도 다양한 환경에서 작전을 수행하기 때문에, 휴대용 전원장치가 사용되는 환경의 온도가 매우 낮아 웨어러블 기기들에 전원이 제대로 공급되지 못하는 상황이 자주 발생하고 있다.
그러나 종래에는 온도에 의해 휴대용 전원장치에 구비되는 배터리 셀의 성능이 저하되면, 사용자가 온도가 높은 환경으로 휴대용 전원장치를 이동시켜 사용하였다. 따라서, 온도가 낮은 환경에서는 휴대용 전원장치가 전원을 제대로 공급하지 못하여, 웨어러블 기기들이 정상적으로 작동하지 못하는 문제가 있다.
KR 2017-0056361 A
본 발명은 배터리 셀이 저온상태가 되는 것을 억제하거나 방지할 수 있는 휴대용 전원장치 및 이의 온도 조절방법을 제공한다.
본 발명은 배터리 셀의 성능이 저하되거나 운용불가 상태가 되는 것을 억제하거나 방지할 수 있는 휴대용 전원장치 및 이의 온도 조절방법을 제공한다.
본 발명은 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치로서, 내부공간을 가지는 케이스; 상기 케이스의 내부공간에 설치되는 배터리 셀; 열을 발생시켜 상기 배터리 셀을 가열할 수 있도록, 상기 배터리 셀에 설치되는 가열부; 상기 케이스와 상기 가열부 사이에 설치되는 단열부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있는 온도측정부; 및 상기 배터리 셀의 온도에 따라 상기 가열부의 작동을 제어할 수 있는 제어부;를 포함한다.
본 발명은 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치로서, 내부공간을 가지는 케이스; 상기 케이스의 내부공간에 설치되는 배터리 셀; 열을 발생시켜 상기 배터리 셀을 가열할 수 있도록, 상기 배터리 셀에 설치되는 가열부; 상기 가열부에서 발생시키는 열이 외부로 방출되는 것을 차단할 수 있는 단열부; 상기 케이스 외부에서 전달되는 충격을 완화시킬 수 있도록, 상기 케이스와 상기 단열부 사이에 설치되는 완충부; 상기 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있는 온도측정부; 및 상기 배터리 셀의 온도에 따라 상기 가열부의 작동을 제어할 수 있는 제어부;를 포함한다.
상기 가열부는, 상기 배터리 셀의 가장자리 영역과 연결되는 제1 발열부재; 및 상기 배터리 셀의 중심 영역과 연결되는 제2 발열부재;를 포함한다.
상기 온도측정부는, 상기 배터리 셀의 가장자리 영역의 온도를 측정할 수 있는 제1 온도센서, 및 상기 배터리 셀의 중심 영역의 온도를 측정할 수 있는 제2 온도센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 가장자리 영역과 상기 배터리 셀의 중심 영역의 온도를 개별적으로 조절할 수 있다.
상기 제1 발열부재 및 상기 제2 발열부재 각각은, 제1 발열체; 및 상기 제1 발열체에서 상기 배터리 셀을 향하여 돌출되는 제2 발열체;를 포함한다.
상기 제1 발열부재와 상기 제2 발열부재는 상기 배터리 셀과 연결되고, 상기 제어부는 상기 배터리 셀 자체를 발열시킬 수 있도록, 상기 배터리 셀에서 상기 제1 발열부재 및 상기 제2 발열부재 중 적어도 어느 하나로 공급되는 전류의 양을 조절할 수 있다.
상기 단열부는 충격을 완화시킬 수 있는 폼 형태로 형성된다.
상기 제어부는, 상기 온도측정부에서 측정되는 측정온도와, 미리 설정된 제1 설정온도를 비교할 수 있는 제1 비교기; 상기 온도측정부에서 측정되는 측정온도와, 상기 제1 설정온도보다 높은 값을 가지도록 미리 설정된 제2 설정온도를 비교할 수 있는 제2 비교기; 및 상기 온도측정부에서 측정되는 측정온도가 상기 제1 설정온도보다 낮으면 상기 가열부를 작동시키고, 상기 온도측정부에서 측정되는 측정온도가 상기 제2 설정온도보다 높으면 상기 가열부의 작동을 중단시킬 수 있는 제어기;를 포함한다.
본 발명은 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치의 온도를 조절하는 방법으로서, 상기 휴대용 전원장치에 구비되는 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정; 상기 배터리 셀의 측정온도와, 미리 설정된 제1 설정온도를 비교하는 과정; 상기 배터리 셀의 측정온도가 상기 제1 설정온도보다 낮으면, 상기 휴대용 전원장치에 구비되는 가열부로 상기 배터리 셀을 가열하는 과정; 가열되는 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정; 가열되는 상기 배터리 셀의 측정온도와, 상기 제1 설정온도보다 높은 값을 가지도록 미리 설정된 제2 설정온도를 비교하는 과정; 및 상기 배터리 셀의 측정온도가 상기 제2 설정온도보다 높으면, 상기 가열부의 작동을 중단시키는 과정;을 포함한다.
상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정은, 상기 배터리 셀의 가장자리 영역과, 상기 배터리 셀의 중심 영역의 온도를 개별적으로 측정하는 과정을 포함한다.
상기 가열부로 상기 배터리 셀을 가열하는 과정은, 상기 배터리 셀에서 상기 가열부로 공급되는 전류의 양을 증가시켜 상기 배터리 셀 자체를 발열시키는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 휴대용 전원장치에 구비되는 배터리 셀의 온도를 조절해줄 수 있다. 이에, 주변 환경의 온도가 너무 낮으면 배터리 셀의 온도를 상승시켜, 배터리 셀이 저온상태가 되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 온도 저하에 의해 배터리 셀의 성능이 저하되거나 운용불가 상태가 되는 것을 억제하거나 방지하여, 휴대용 전원장치가 웨어러블 기기들에 전원을 안정적으로 공급해줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 전원장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩과 온도측정부의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가열부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휴대용 전원장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 전원장치의 온도 조절방법을 나타내는 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 전원장치의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩과 온도측정부의 구조를 나타내는 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가열부의 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 전원장치에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 전원장치는, 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치이다. 도 1을 참조하면, 휴대용 전원장치(100)는 케이스(110), 배터리 셀(120), 가열부(130), 단열부(140), 온도측정부(150), 및 제어부(160)를 포함한다.
케이스(110)는 챔버 형태로 형성될 수 있다. 이에, 케이스(110)는 휴대용 전원장치(100)의 외관을 형성하며 내부공간을 가질 수 있다. 따라서, 케이스(110)의 내부공간에 배터리 셀(120) 등의 다른 구성요소들이 수납될 수 있다.
또한, 케이스(110)는 알루미늄과 같은 금속 재질로 제작될 수 있다. 이에, 케이스(110)가 외부 충격으로부터 내부공간에 수납된 다른 구성요소들을 보호해줄 수 있다.
배터리 셀(120)은 케이스(110)의 내부공간에 설치된다. 배터리 셀(120)은 전기를 충전하거나 방전할 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)에 전기가 충전되어 저장되거나, 배터리 셀(120)에 저장된 전기가 방전되어 웨어러블 기기들에 전원으로 공급될 수 있다.
또한, 배터리 셀(120)은 도 2와 같이 가장자리 영역(A)과 중심 영역(B)을 가질 수 있다. 가장자리 영역(A)이 중심 영역(B)의 둘레 일부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이에, 중심 영역(B)은 가장자리 영역(A)에 의해 감싸져 있기 때문에, 가장자리 영역(A)에 비해 열 방출이 상대적으로 적을 수 있다.
가열부(130)는 배터리 셀(120)에 설치된다. 가열부(130)는 열을 발생시켜 배터리 셀(120)을 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열부(130)는 발열필름일 수 있고, 배터리 셀(120)의 둘레를 감싸도록 설치될 수 있다. 이에, 가열부(130)에서 발생시킨 열이 배터리 셀(120)에 전달되어 배터리 셀(120)의 온도를 상승시킬 수 있다.
또한, 가열부(130)는 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과 중심 영역(B)의 온도를 개별적으로 조절하게 설치될 수 있다. 이에, 도 1 및 도 3과 같이 가열부(130)는 제1 발열부재(131), 및 제2 발열부재(132)를 포함할 수 있다.
제1 발열부재(131)는 도 3의 (a)와 같이 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과 연결된다. 즉, 제1 발열부재(131)는 가장자리 영역(A)의 둘레를 감싸도록 설치되어 가장자리 영역(A)과 접촉할 수 있다. 이에, 제1 발열부재(131)에서 발생시키는 열은 가장자리 영역(A)으로 전달될 수 있다. 따라서, 가장자리 영역(A)의 온도는 제1 발열부재(131)에 의해 조절될 수 있다.
제2 발열부재(132)는 도 3의 (b)와 같이 배터리 셀(120)의 중심 영역과 연결된다. 즉, 제2 발열부재(132)는 중심 영역(B)에서 가장자리 영역(A)이 감싸지 않는 부분을 감싸도록 설치되어 중심 영역(B)과 접촉할 수 있다. 이에, 제2 발열부재(132)에서 발생시키는 열은 중심 영역(B)으로 전달될 수 있다. 따라서, 중심 영역(B)의 온도는 제2 발열부재(132)에 의해 조절될 수 있다.
이때, 제1 발열부재(131)와 제2 발열부재(132)는 배터리 셀(120)과 접촉면적을 증가시킬 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 도 3의 (b)와 같이 제1 발열부재(131) 및 제2 발열부재(132) 각각은, 제1 발열체(130a) 및 제2 발열체(130b)를 포함할 수 있다.
제1 발열체(130a)는 배터리 셀(120)과 마주보게 배치될 수 있다. 제1 발열체(130a)는 배터리 셀(120)과 면 접촉할 수 있다. 이에, 제1 발열체(130a)는 접촉하는 면 전체로 열을 공급해줄 수 있다.
제2 발열체(130b)는 제1 발열체(130a)에서 배터리 셀(120)을 향하여 돌출될 수 있다. 제2 발열체(130b)는 배터리 셀(120)에 형성된 공간에 삽입될 수 있다. 제2 발열체(130b)는 복수개가 구비될 수 있다. 이에, 발열부재들과 배터리 셀(120)의 접촉면적이 증가하여, 발열부재들이 배터리 셀(120)의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있고, 발열부재들과 배터리 셀(120) 사이의 구속력이 강화될 수 있다.
단열부(140)는 케이스(110)와 가열부(130) 사이에 설치된다. 단열부(140)는 가열부(130)에서 발생시키는 열이 외부로 방출되는 것을 차단할 수 있다. 이에, 가열부(130)에서 발생시키는 열이 배터리 셀(120)에 더 안정적으로 공급되어 배터리 셀(120)의 온도를 더 신속하게 상승시킬 수 있다.
또한, 단열부(140)는 배터리 셀(120)을 보온해줄 수도 있다. 이에, 가열부(130)에 의해 온도가 상승한 배터리 셀(120)의 온도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 단열부(140)는 배터리 셀(120)이 정상적으로 작동할 수 있는 온도를 유지시켜줄 수 있다.
한편, 단열부(140)는 충격을 완화시킬 수 있는 폼 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 단열부(140)가 신장수축할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 이에, 외부에서 충격이 발생하면 단열부(140)가 신장수축하면서 충격을 완화시켜 배터리 셀(120)을 보호해줄 수 있다. 따라서, 사용자가 이동이 많아 충격이 많이 발생하더라도 휴대용 전원장치(100)를 안정적으로 사용할 수 있다.
이때, 단열부(140)가 완충 역할도 수행할 수 있기 때문에, 별도의 완충재를 구비하지 않을 수 있다. 따라서, 휴대용 전원장치(100)의 두께를 감소시킬 수 있기 때문에, 사용자가 소지하기 용이해질 수 있다.
온도측정부(150)는 배터리 셀(120)의 온도를 측정할 수 있게 설치된다. 이에, 온도측정부(150)를 통해 배터리 셀(120)의 온도 상태를 확인할 수 있다. 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과 중심 영역(B)의 온도를 개별적으로 측정할 수 있도록, 온도측정부(150)는 제1 온도센서(151), 및 제2 온도센서(152)를 포함할 수 있다.
제1 온도센서(151)는 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과 접촉하게 설치될 수 있다. 이에, 제1 온도센서(151)는 가장자리 영역(A)의 온도를 직접 측정할 수 있다. 따라서, 제1 온도센서(151)를 통해 가장자리 영역(A)의 온도 상태를 모니터링할 수 있다.
제2 온도센서(152)는 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)과 접촉하게 설치될 수 있다. 이에, 제2 온도센서(152)는 중심 영역(B)의 온도를 직접 측정할 수 있다. 따라서, 제2 온도센서(152)를 통해 중심 영역(B)의 온도 상태를 모니터링할 수 있다.
제어부(160)는 배터리 셀(120)의 온도에 따라 가열부(130)의 작동을 제어할 수 있다. 제어부(160)는 제1 비교기(161), 제2 비교기(162), 및 제어기(163)를 포함한다.
제1 비교기(161)는 온도측정부(150)와 신호를 주고받을 수 있다. 이에, 제1 비교기(161)는 온도측정부(150)에서 측정되는 측정온도 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 제1 비교기(161)는 온도측정부(150)에서 측정되는 측정온도와, 미리 설정된 제1 설정온도를 비교할 수 있다.
또한, 제1 비교기(161)는 측정온도와 제1 설정온도의 비교결과에 따라 배터리 셀(120)의 상태를 판단할 수 있다. 즉, 배터리 셀(120)의 온도가 제1 설정온도 이상이면, 제1 비교기(161)는 배터리 셀(120)이 정상적으로 작동할 수 있는 온도 환경에 있기 때문에 배터리 셀(120)의 온도를 상승시킬 필요가 없다고 판단할 수 있다. 배터리 셀(120)의 온도가 제1 설정온도 미만이면, 제1 비교기(161)는 배터리 셀(120)이 정상적으로 작동할 수 없는 온도에 근접하기 때문에 배터리 셀(120)의 온도를 상승시켜야 한다고 판단할 수 있다.
이때, 제1 비교기(161)는 온도측정부(150)의 제1 온도센서(151)와 제2 온도센서(152)에서 측정되는 각각의 결과를, 제1 설정온도와 비교할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과 중심 영역(B)의 상태를 개별적으로 확인할 수 있다.
제2 비교기(162)는 온도측정부(150)와 신호를 주고받을 수 있다. 이에, 제2 비교기(162)는 온도측정부(150)에서 측정되는 측정온도 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 제2 비교기(162)는 온도측정부(150)에서 측정되는 측정온도와, 제1 설정온도보다 높은 값을 가지도록 미리 설정된 제2 설정온도를 비교할 수 있다.
또한, 제2 비교기(162)는 측정온도와 제2 설정온도의 비교결과에 따라 가열되는 배터리 셀(120)의 상태를 판단할 수 있다. 즉, 배터리 셀(120)의 온도가 제2 설정온도 이하이면, 제2 비교기(162)는 배터리 셀(120)의 온도를 계속 상승시켜도 된다고 판단할 수 있다. 배터리 셀(120)의 온도가 제2 설정온도를 초과하면, 제2 비교기(162)는 배터리 셀(120)이 온도를 상승시키는 것을 중단시켜야 한다고 판단할 수 있다.
이때, 제2 비교기(162)는 온도측정부(150)의 제1 온도센서(151)와 제2 온도센서(152)에서 측정되는 각각의 결과를, 제2 설정온도와 비교할 수 있다. 따라서, 가열부(130)에 의해 가열되는 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과 중심 영역(B)의 상태를 개별적으로 확인할 수 있다.
제어기(163)는 가열부(130)의 작동을 제어할 수 있다. 이에, 온도측정부(150)에서 측정되는 측정온도가 제1 설정온도보다 낮으면 가열부(130)를 작동시키고, 온도측정부(150)에서 측정되는 측정온도가 제2 설정온도보다 높으면 가열부(130)의 작동을 중단시킬 수 있다. 따라서, 제어기(163)가 배터리 셀(120)의 온도를 제1 설정온도와 제2 설정온도 사이에서 조절하기 때문에, 배터리 셀(120)의 작동환경을 미리 설정된 범위 내에서 일정하게 유지시켜줄 수 있다.
이때, 제어부(160)는 제1 발열부재(131)와 제2 발열부재(132)의 작동을 개별적으로 제어할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 제1 온도센서(151)에서 측정되는 결과에 따라 제1 발열부재(131)의 작동을 제어하고, 제2 온도센서(152)에서 측정되는 결과에 따라 제2 발열부재(132)의 작동을 제어할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)의 온도를 개별적으로 조절할 수 있다.
한편, 제1 발열부재(131)와 제2 발열부재(132)는 배터리 셀(120)과 연결되어, 배터리 셀(120)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 제어부(160)는 배터리 셀(120) 자체를 발열시킬 수 있도록, 배터리 셀(120)에서 제1 발열부재(131) 및 제2 발열부재(132) 중 적어도 어느 하나로 공급되는 전류의 양을 조절할 수 있다. 즉, 제1 발열부재(131) 및 제2 발열부재(132) 중 적어도 어느 하나로 공급되는 전류를 증가시켜 배터리 셀(120)을 자체적으로 발열시킬 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 외부는 가열부(130)에 의해 온도가 상승하고, 내부는 자체 발열로 인해 온도가 상승할 수 있어, 배터리 셀(120)의 온도를 신속하게 상승시켜줄 수 있다.
이처럼, 휴대용 전원장치(100)에 구비되는 배터리 셀(120)의 온도를 조절해줄 수 있다. 따라서, 주변 환경의 온도가 너무 낮으면 배터리 셀(120)의 온도를 상승시켜, 배터리 셀(120)이 저온상태가 되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 온도 저하에 의해 배터리 셀(120)의 성능이 저하되거나 운용불가 상태가 되는 것을 억제하거나 방지하여, 휴대용 전원장치(100)가 웨어러블 기기들에 전원을 안정적으로 공급해줄 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휴대용 전원장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 하기에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휴대용 전원장치에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 다른 휴대용 전원장치는, 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치이다. 도 4를 참조하면, 휴대용 전원장치(100)는 케이스(110), 배터리 셀(120), 가열부(130), 단열부(140), 완충부(170), 온도측정부(150), 및 제어부(160)를 포함한다.
이때, 본 발명의 다른 실시 예에 휴대용 전원장치(100)는, 도 1과 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 전원장치와 동일한 구조의 케이스(110), 배터리 셀(120), 가열부(130), 단열부(140), 온도측정부(150), 및 제어부(160)를 포함할 수 있다. 따라서, 케이스(110), 배터리 셀(120), 가열부(130), 단열부(140), 온도측정부(150), 및 제어부(160)에 대한 설명은 생략하기로 한다.
완충부(170)는 케이스(110)와 단열부(140) 사이에 설치된다. 완충부(170)는 단열부(140)의 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다. 완충부(170)는 탄성력을 가지는 재질로 제작될 수 있다. 따라서, 외부에서 충격이 발생하면 완충부(170)가 충격을 흡수하여, 단열부(140)와 배터리 셀(120)을 보호해줄 수 있다.
또한, 완충부(170)는 케이스(110)와 단열부(140) 사이를 이격시켜줄 수 있다. 이에, 케이스(110)의 외부 환경에 의해 단열부(140) 내부의 열이 뺏기는 것을 더 효과적으로 차단할 수 있다. 따라서, 단열부(140) 내부를 효과적으로 보온해줄 수 있다.
이때, 단열부(140)는 충격을 완화시킬 수 있는 폼 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 단열부(140)가 신장수축할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 완충부(170)와 단열부(140)가 이중으로 외부에서 발생하는 충격을 흡수하여, 배터리 셀(120)을 더 안전하게 보호해줄 수 있다.
이처럼, 완충부(170)와 단열부(140)가 배터리 셀(120)을 이중으로 보온해주면서, 충격으로부터 배터리 셀(120)을 이중으로 보호해줄 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 온도가 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있고, 배터리 셀(120)의 손상을 방지하여 배터리 셀(120)의 수명이 연장될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 전원장치의 온도 조절방법을 나타내는 플로우차트이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 전원장치의 온도 조절방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 전원장치의 온도 조절방법은, 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치의 온도를 조절하는 방법이다. 도 5를 참조하면, 온도 조절방법은, 휴대용 전원장치에 구비되는 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정(S110), 배터리 셀의 측정온도와, 미리 설정된 제1 설정온도를 비교하는 과정(S120), 배터리 셀의 측정온도가 제1 설정온도보다 낮으면, 휴대용 전원장치에 구비되는 가열부로 배터리 셀을 가열하는 과정(S130), 가열되는 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정(S140), 가열되는 배터리 셀의 측정온도와, 제1 설정온도보다 높은 값을 가지도록 미리 설정된 제2 설정온도를 비교하는 과정(S150), 및 배터리 셀의 측정온도가 제2 설정온도보다 높으면, 가열부의 작동을 중단시키는 과정(S160)을 포함한다.
도 1과 같은 휴대용 전원장치(100)는 군복이나, 소방복, 또는 경찰복과 같은 의복 내에 탑재된다. 군인이나, 소방관, 또는 경찰관이 휴대용 전원장치를 소지하고 다니다가 필요할 때 휴대용 전원장치를 이용하여 웨어러블 기기들에 전원을 공급하고 사용할 수 있다. 그러나 휴대용 전원장치(100)가 사용되는 환경의 온도가 매우 낮아지면, 휴대용 전원장치(100)에 구비되는 배터리 셀(120)의 성능이 저하되어, 휴대용 전원장치(100)가 웨어러블 기기들에 전원이 제대로 공급되지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 따라서, 휴대용 전원장치(100)가 웨어러블 기기들에 전원을 공급하지 않는 대기상태에 있더라도 배터리 셀(120)의 온도를 모니터링하면서 배터리 셀(120)의 온도를 관리할 수 있다.
우선, 휴대용 전원장치(100)에 구비되는 배터리 셀(120)의 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 대기 상태에 있는 배터리 셀(120)의 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
이때, 배터리 셀(120)의 온도는 제1 온도센서(151)와 제2 온도센서(152)가 측정할 수 있다. 제1 온도센서(151)는 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)의 온도를 측정하고, 제2 온도센서(152)는 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)의 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과, 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)의 온도를 개별적으로 측정할 수 있다.
그 다음, 배터리 셀(120)의 측정온도와, 미리 설정된 제1 설정온도를 비교할 수 있다. 제1 설정온도는 배터리 셀(120)이 정상적으로 작동하지 못하는 온도보다 높은 온도일 수 있다. 배터리 셀(120)의 측정온도와 제1 설정온도의 비교결과에 따라 배터리 셀(120)의 온도를 조절하는 작업의 수행여부를 결정할 수 있다.
예를 들어, 배터리 셀(120)의 온도가 제1 설정온도 이상이면, 배터리 셀(120)의 온도가, 정상적으로 작동할 수 있는 온도 범위에 있다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 온도를 상승시키는 작업을 수행하지 않기로 결정할 수 있다.
반대로, 배터리 셀(120)의 온도가 제1 설정온도 미만이면, 배터리 셀(120)의 온도가, 정상적으로 작동할 수 없는 온도 범위에 근접해지고 있다고 판단할 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)의 온도를 상승키는 작업을 수행하기로 결정할 수 있다.
이때, 배터리 셀(120)의 온도는 제1 온도센서(151)와 제2 온도센서(152)가 서로 다른 영역에서 측정하고 있기 때문에, 두 영역의 측정온도를 각각 확인할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)의 온도를 제1 설정온도와 비교하는 작업, 및 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)의 온도를 제1 설정온도와 비교하는 작업이, 독립적으로 수행될 수 있다.
배터리 셀(120)의 측정온도가 제1 설정온도보다 낮으면, 가열부(130)를 작동시켜 배터리 셀(120)을 가열할 수 있다. 가열부(130)는 열을 발생시킬 수 있다. 따라서, 가열부(130)에서 발생시킨 열이 배터리 셀(120)에 전달되어 배터리 셀(120)의 온도를 상승시킬 수 있다.
이때, 가열부(130)는, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)을 가열하는 제1 발열부재(131), 및 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)을 가열하는 제2 발열부재(132)를 포함할 수 있다. 따라서, 가열부(130)는 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)과 중심 영역(B)의 온도를 개별적으로 조절할 수 있다.
예를 들어, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)의 온도가 제1 설정온도보다 낮고, 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)의 온도를 제1 설정온도보다 높은 경우, 제1 발열부재(131)를 작동시키고, 제2 발열부재(132)는 작동시키지 않을 수 있다. 따라서, 가장자리 영역(A)만 가열되고, 중심 영역(B)은 가열되지 않을 수 있다.
반대로, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)의 온도가 제1 설정온도보다 높고, 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)의 온도를 제1 설정온도보다 낮은 경우, 제1 발열부재(131)를 작동시키지 않고, 제2 발열부재(132)는 작동시킬 수 있다. 따라서, 중심 영역(B)만 가열되고, 가장자리 영역(A)은 가열되지 않을 수 있다.
또는, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)의 온도와 중심 영역(B)의 온도가 모두 제1 설정온도보다 낮은 경우, 제1 발열부재(131)와 제2 발열부재(132)는 모두 작동시킬 수 있다. 따라서, 가장자리 영역(A)과 중심 영역(B) 모두를 가열하여 온도를 상승시킬 수 있다.
한편, 가열부(130)로 배터리 셀(120)을 가열할 때, 배터리 셀(120) 자체를 발열시킬 수도 있다. 즉, 배터리 셀(120)에서 가열부(130)로 공급되는 전류의 양을 증가시켜 배터리 셀(120) 자체를 발열시킬 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)의 내외부가 가열되면서 배터리 셀(120)의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다.
그 다음, 가열되는 배터리 셀(120)의 온도를 측정한 후, 가열되는 배터리 셀(120)의 측정온도와, 미리 설정된 제2 설정온도를 비교할 수 있다. 제2 설정온도는 제1 설정온도보다 높은 값을 가질 수 있다. 배터리 셀(120)의 측정온도와 제2 설정온도의 비교결과에 따라 가열부(130)의 작동을 중단할 수 있다.
예를 들어, 배터리 셀(120)의 온도가 제2 설정온도를 이하이면, 배터리 셀(120)의 온도를 더 상승시켜도 된다고 판단할 수 있다. 따라서, 가열부(130)를 계속 작동시켜 배터리 셀(120)의 온도를 상승시키기로 결정할 수 있다.
반대로, 배터리 셀(120)의 온도가 제2 설정온도를 초과하면, 배터리 셀(120)의 온도가 너무 많이 상승했다고 판단할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 온도가 상승하기 않도록 가열부(130)의 작동을 중단하기로 결정할 수 있다.
이때, 배터리 셀(120)의 온도는 제1 온도센서(151)와 제2 온도센서(152)가 서로 다른 영역에서 측정하고 있기 때문에, 두 영역의 측정온도를 각각 확인할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 가장자리 영역(A)의 온도를 제2 설정온도와 비교하는 작업, 및 배터리 셀(120)의 중심 영역(B)의 온도를 제2 설정온도와 비교하는 작업이, 독립적으로 수행될 수 있다. 이에, 가장자리 영역(A)을 가열하는 시간과, 중심 영역을 가열하는 시간이 개별적으로 제어될 수 있다.
가열되는 배터리 셀(120)의 측정온도가 제2 설정온도보다 높으면, 가열부(130)의 작동을 중단시킬 수 있다. 이에, 가열부(130)가 배터리 셀(120)에 열을 전달하지 않아, 배터리 셀(120)의 온도가 더 이상 상승하지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 셀(120)의 온도가 제1 설정온도와 제2 설정온도 사이에서 자동으로 조절될 수 있기 때문에, 배터리 셀(120)이 성능이 저하되지 않는 온도 범위에서 안정적으로 사용될 수 있다.
또한, 배터리 셀(120)의 온도가 제2 설정온도에 도달하면 가열부(130)가 작동을 자동으로 중단하기 때문에, 가열부(130)가 배터리 셀(120)에 저장된 전기를 계속 사용하는 것을 방지할 수 있다. 이에, 배터리 셀(120)이 방전되어 웨어러블 기기들에 전원을 공급하지 못하는 문제가 발생하는 것을 방지할 수도 있다.
이처럼, 휴대용 전원장치(100)에 구비되는 배터리 셀(120)의 온도를 조절해줄 수 있다. 따라서, 주변 환경의 온도가 너무 낮으면 배터리 셀(120)의 온도를 상승시켜, 배터리 셀(120)이 저온상태가 되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 온도 저하에 의해 배터리 셀(120)의 성능이 저하되거나 운용불가 상태가 되는 것을 억제하거나 방지하여, 휴대용 전원장치(100)가 웨어러블 기기들에 전원을 안정적으로 공급해줄 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 휴대용 전원장치 110: 케이스
120: 배터리 셀 130: 가열부
140: 단열부 150: 온도측정부
160: 제어부 170: 완충부

Claims (11)

  1. 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치로서,
    내부공간을 가지는 케이스;
    상기 케이스의 내부공간에 설치되는 배터리 셀;
    열을 발생시켜 상기 배터리 셀을 가열할 수 있도록 상기 배터리 셀에 설치되며, 상기 배터리 셀의 가장자리 영역에 연결되어 가장자리 영역의 온도를 조절하는 제1 발열부재와, 상기 배터리 셀의 중심 영역에 연결되어 중심 영역의 온도를 조절하는 제2 발열부재를 구비하는 가열부;
    상기 케이스와 상기 가열부 사이에 설치되는 단열부;
    상기 배터리 셀의 가장자리 영역의 온도를 측정할 수 있는 제1 온도센서와, 상기 배터리 셀의 중심 영역의 온도를 측정할 수 있는 제2 온도센서를 구비하는 온도측정부; 및
    상기 배터리 셀의 가장자리 영역과 중심 영역 각각의 온도에 따라 상기 배터리 셀의 가장자리 영역과 상기 배터리 셀의 중심 영역의 온도를 개별적으로 조절하도록, 상기 제1 발열부재와 상기 제2 발열부재의 작동을 개별적으로 제어할 수 있는 제어부;를 포함하는 휴대용 전원장치.
  2. 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치로서,
    내부공간을 가지는 케이스;
    상기 케이스의 내부공간에 설치되는 배터리 셀;
    열을 발생시켜 상기 배터리 셀을 가열할 수 있도록 상기 배터리 셀에 설치되며, 상기 배터리 셀의 가장자리 영역에 연결되어 가장자리 영역의 온도를 조절하는 제1 발열부재와, 상기 배터리 셀의 중심 영역에 연결되어 중심 영역의 온도를 조절하는 제2 발열부재를 구비하는 가열부;
    상기 가열부에서 발생시키는 열이 외부로 방출되는 것을 차단할 수 있는 단열부;
    상기 케이스 외부에서 전달되는 충격을 완화시킬 수 있도록, 상기 케이스와 상기 단열부 사이에 설치되는 완충부;
    상기 배터리 셀의 가장자리 영역의 온도를 측정할 수 있는 제1 온도센서와, 상기 배터리 셀의 중심 영역의 온도를 측정할 수 있는 제2 온도센서를 구비하는 온도측정부; 및
    상기 배터리 셀의 가장자리 영역과 중심 영역 각각의 온도에 따라 상기 배터리 셀의 가장자리 영역과 상기 배터리 셀의 중심 영역의 온도를 개별적으로 조절하도록, 상기 제1 발열부재와 상기 제2 발열부재의 작동을 개별적으로 제어할 수 있는 제어부;를 포함하는 휴대용 전원장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 발열부재 및 상기 제2 발열부재 각각은,
    제1 발열체; 및
    상기 제1 발열체에서 상기 배터리 셀을 향하여 돌출되는 제2 발열체;를 포함하는 휴대용 전원장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 발열부재와 상기 제2 발열부재는 상기 배터리 셀과 연결되고,
    상기 제어부는 상기 배터리 셀 자체를 발열시킬 수 있도록, 상기 배터리 셀에서 상기 제1 발열부재 및 상기 제2 발열부재 중 적어도 어느 하나로 공급되는 전류의 양을 조절할 수 있는 휴대용 전원장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단열부는 충격을 완화시킬 수 있는 폼 형태로 형성되는 휴대용 전원장치.
  8. 청구할 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도측정부에서 측정되는 측정온도와, 미리 설정된 제1 설정온도를 비교할 수 있는 제1 비교기;
    상기 온도측정부에서 측정되는 측정온도와, 상기 제1 설정온도보다 높은 값을 가지도록 미리 설정된 제2 설정온도를 비교할 수 있는 제2 비교기; 및
    상기 온도측정부에서 측정되는 측정온도가 상기 제1 설정온도보다 낮으면 상기 가열부를 작동시키고, 상기 온도측정부에서 측정되는 측정온도가 상기 제2 설정온도보다 높으면 상기 가열부의 작동을 중단시킬 수 있는 제어기;를 포함하는 휴대용 전원장치.
  9. 웨어러블 기기에 전원을 공급할 수 있는 휴대용 전원장치의 온도를 조절하는 방법으로서,
    상기 휴대용 전원장치에 구비되는 배터리 셀의 가장자리 영역과 상기 배터리 셀의 중심 영역의 온도를 각각 온도를 측정하는 과정;
    상기 배터리 셀의 가장자리 영역과 상기 배터리 셀의 중심 영역에서 측정된 각각의 측정온도와, 미리 설정된 제1 설정온도를 비교하는 과정;
    상기 배터리 셀 가장자리 영역의 측정온도가 상기 제1 설정온도보다 낮으면, 상기 휴대용 전원장치에 구비되는 가열부의 제1 발열부재로 상기 배터리 셀 가장자리 영역을 가열하고, 상기 배터리 셀 중심 영역의 측정온도가 상기 제1 설정온도보다 낮으면, 상기 가열부의 제2 발열부재로 상기 배터리 셀 중심 영역을 가열하는 과정;
    가열되는 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 과정;
    가열되는 상기 배터리 셀의 가장자리 영역과 상기 배터리 셀의 중심 영역에서 측정된 각각의 측정온도와, 상기 제1 설정온도보다 높은 값을 가지도록 미리 설정된 제2 설정온도를 비교하는 과정; 및
    상기 배터리 셀 가장자리 영역의 측정온도가 상기 제2 설정온도보다 높으면, 상기 제1 발열부재의 작동을 중단시키고, 상기 배터리 셀 중심 영역의 측정온도가 상기 제2 설정온도보다 높으면, 상기 제2 발열부재 작동을 중단시키는 과정;을 포함하는 휴대용 전원장치의 온도 조절방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 가열부로 상기 배터리 셀을 가열하는 과정은,
    상기 배터리 셀에서 상기 가열부로 공급되는 전류의 양을 증가시켜 상기 배터리 셀 자체를 발열시키는 과정을 포함하는 휴대용 전원장치의 온도 조절방법.
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