KR102573783B1 - 배터리 방전 장치 및 배터리 방전 프로세스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐배터리 재활용을 위한 배터리 방전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 방전 제어에 필요한 배터리 데이터를 계측하여, 상기 계측 결과 및 배터리 사양에 따라 배터리 방전 장치를 제어하는 메인 제어부, 저항 부하를 포함하는 저항부, 상기 메인 제어부의 제어에 기초하여 저항부의 저항을 이용하여 배터리를 방전시키는 DC/DC 승강합형 컨버터부, 배터리에 직렬 연결되어 배터리의 저전압 영역에서 정전류 방전 및 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위한 전압을 공급하는 AC/DC 승압 전원부, 배터리 연결시 과전류를 방지하는 과전류 방지부, 및 배터리의 방전 후 배터리의 재승압을 방지하기 위하여 배터리의 양극을 단락하는 배터리 단락부를 포함하는 배터리 방전 장치에 관한 것이다.

Description

배터리 방전 장치 및 배터리 방전 프로세스{APPARATUS AND PROCESS FOR DISCHARGING BATTERY}

본 발명은 폐배터리 재활용을 위한 배터리 방전 장치 및 배터리 방전 프로세스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리(특히, 폐배터리)를 재사용 또는 재활용하기 이전에 배터리의 사양, 안정성, 충전 상태, 잔여 수명 등을 확인하고, 배터리를 안전하고 비용 효과적으로 방전시키는 장치 및 프로세스에 관한 것이다.

최근 국내 탄소중립 선언과 국내 전기차 보급 정책 등으로 인해 대용량 리튬이온 배터리의 사용이 증가하고 있다. 이러한 배터리는 큰 전기용량이 필요한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 많이 사용되고 있으며, 전기자동차는 탄소중립을 통한 기후변화 문제 해결 수단 중 가장 각광받고 있다. 그러나, 이와 같은 다수의 배터리의 사용으로 인해 추후 전기자동차에서 발생하는 폐배터리의 발생량이 향후 급격히 증가할 것으로 예상되고 있는 실정이다.

한편, 친환경 차량에 사용되다가 회수된 차량용 폐배터리를 바로 폐기(예컨대, 자원 회수 등)할 경우 2024년부터 연간 엄청난 비용의 폐기 비용이 소요될 것으로 예상되며, 2031년 이후부터는 폐기 비용이 폭발적으로 증가할 것으로 예측된다. 이러한 문제를 일부라도 해소하기 위해서는 상기 차량용 폐배터리를 다른 응용 분야에 재활용해야 하지만, 폐배터리 내부에 남아있는 에너지, 즉 기 충전된 전력으로 인해 안전성을 보장할 수 없어, 언제든 화재나 폭발의 위험성을 지닌 차량용 폐배터리를 어떠한 보증도 없이 그대로 재활용하기란 기술적으로나 사회적으로 매우 위험한 문제점을 지니고 있다.

따라서, 폐배터리의 재활용 또는 재사용을 위해서는 폐배터리 내 남아있는 에너지 즉, 기 충전된 전력을 일정 SoC(State of Charge) 이하로 낮추거나, 완전히 방전시킬 필요가 있다.

종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해 친환경 자동차로부터 폐배터리를 회수한 뒤 폐배터리를 염수에 담가 폐배터리 내 기 충전된 전력을 방전시키는 방법(이른바, 염수 침전법)이 주로 사용되고 있었으나(한국공개특허 10-2019-0018340), 이처럼 염수에 폐배터리를 담가 방전시키는 방법은 많은 시간이 필요하고, 친환경 자동차로부터 회수된 폐배터리(주로, 중대형 폐배터리)를 염수에 담그기 위해서는 큰 공간이 필요하여 비용 효과적이지 않은 문제가 있으며, 폐염수를 다시 처리하는데 환경 오염을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다.

또한, 전류를 이용하는 방전 장치를 사용하여 폐배터리를 단순 방전시키더라도, 배터리를 이루고 있는 소재(양극재, 음극재 전해질 등)와 설계 특성을 고려하지 않고 무작정 배터리 내 에너지를 소거하는 방전을 진행할 경우, 폐배터리 내 심각한 부하를 일으킬 수 있다. 예컨대, 폐배터리를 단순히 급속 방전시킨다면 폐배터리 내 전해액 부반응으로 인한 스웰링(swelling) 현상 및 과방전으로 인해 배터리 내 발열 현상이 발생하여 열폭주 및 발화(ignition)를 일으키는 등 안전상의 문제가 발생할 수 있으며, 방전 후에도 개방전압으로 인한 안전문제가 발생할 수 있다.

따라서, 폐배터리의 재사용 또는 재활용하기 이전에 폐배터리에 남아 있는 기 충전된 전력 즉, 잔여 에너지를 안전하고 환경 친화적으로 완전 방전시켜, 폐배터리를 용이하게 재사용 또는 재활용할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2019-0018340호 대한민국 공개특허 제10-2019-0018342호

본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 폐배터리의 재사용 또는 재활용 이전에 폐배터리에 기 충전된 전력을 방전시키는 배터리 방전 장치 및 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 종래의 염수 침전법을 대체하여 비용 효과적이고, 안전하며, 친환경적으로 폐배터리를 방전시킬 수 있는 방전 장치 및 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 제3 과제는 폐배터리의 종류 및 전극을 이루고 있는 소재(양극재, 음극재, 전해질 등) 및 설계를 고려한 최적의 방전 장치 및 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 제4 과제는 폐배터리를 폐기 및 재활용하는 데에 있어 안전사고 유발을 방지하고 피해를 최소화하면서도, 경제적이고 친환경적인 방전 장치 및 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 제5 과제는 배터리 방전 장치에 있어서 불필요한 구성을 줄이고 회로를 단순화하여 고장을 줄일 수 있는 방전 장치 및 프로세스를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치는, 배터리 방전 제어에 필요한 배터리 데이터를 계측하여, 상기 계측 결과 및 배터리 사양에 따라 배터리 방전 장치를 제어하는 메인 제어부, 저항 부하를 포함하는 저항부, 상기 메인 제어부의 제어에 기초하여 상기 저항부의 저항을 이용하여 상기 배터리를 방전시키는 DC/DC 승강합형 컨버터부, 상기 배터리에 직렬 연결되어 상기 배터리의 저전압 영역에서 정전류 방전 및 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위한 전압을 공급하는 AC/DC 승압 전원부, 상기 배터리 연결시 과전류를 방지하는 과전류 방지부, 및 상기 배터리의 방전 후 상기 배터리의 재승압을 방지하기 위하여 상기 배터리의 양극을 단락하는 배터리 단락부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 방전 장치는, 상기 배터리의 전압이 설정 방전 전압에 도달할 때까지, 배터리 전압과 무관하게 일정한 전류로 방전을 행하는 정전류 제어, 배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 전력으로 방전을 행하는 정전력 제어, 및 배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 저항으로 방전을 행하는 정저항 제어 중 적어도 하나를 행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 방전 장치는, 상기 배터리의 전압이 설정 방전 전압 이하가 되면, 배터리 전압을 일정하게 유지하며 방전을 행하는 정전압 제어를 행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설정 방전 전압은, 상기 배터리 사양에 기초하여 사전 설정된 값일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리의 전류가 설정 방전 전류 이하가 되면, 상기 배터리 단락부가 상기 배터리의 양극을 단락할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설정 방전 전류는 상기 배터리 사양에 기초하여 사전 설정된 값일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 방전 장치는, 상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 측정부, 및 상기 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하고, 상기 측정된 전류 및 전압은 상기 배터리 데이터로서 메인 제어부에 전달될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 저전압 영역은 상기 배터리의 전압이 설정된 저전압 값 이하인 영역일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 방전 장치는, 상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 AC/DC 승압 전원부와 배터리 간의 연결을 제어하는 연결 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 제어부는, 상기 배터리의 방전 시작 전에, 상기 배터리 방전 장치와 상기 배터리의 전압 차가 상기 배터리 전압의 10% 이내가 되도록 상기 과전류 방지부 동작 후 상기 배터리의 방전을 시작하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 방전 장치는 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 방전 프로세스는, 배터리 방전 제어에 필요한 배터리 데이터를 계측하는 단계, 상기 계측 결과 및 배터리 사양에 따라 저항부의 저항을 이용하여 배터리를 방전시키는 단계, 배터리의 저전압 영역에서 정전류 방전 및 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위한 전압을 공급하는 단계, 및 상기 배터리의 방전 후 상기 배터리의 재승압을 방지하기 위하여 상기 배터리의 양극을 단락하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리를 방전시키는 단계는, 상기 배터리의 전압이 설정 방전 전압에 도달할 때까지, 배터리 전압과 무관하게 일정한 전류로 방전을 행하는 단계, 배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 전력으로 방전을 행하는 단계, 및 배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 저항으로 방전을 행하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리를 방전시키는 단계는, 배터리의 전압이 설정 방전 전압 이하가 되면, 배터리 전압을 일정하게 유지하며 방전을 행하는 정전압 제어를 행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리의 양극을 단락하는 단계는, 상기 배터리의 전류가 설정 방전 전류 이하가 되면 상기 배터리의 양극을 단락하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 방전 프로세스는, 상기 배터리의 방전 시작 전에, 상기 배터리 방전 장치와 상기 배터리의 전압 차가 상기 배터리 전압의 10% 이내가 되도록 상기 과전류 방지부 동작 후 상기 배터리의 방전을 시작하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 방전 프로세스는 DC/DC 승강합형 컨버터부의 온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

기존의 염수 침전법과 같은 습식 방전법을 통해 폐배터리에 남아있는 잔여 에너지를 방전시키는 방법은 오랜 시간과 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 폐염수 처리 등 환경오염의 문제가 발생해 대량, 대용량 방전의 한계를 가지는 반면, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스는, 건식 방법으로써 상술한 종래 문제점에서 벗어나 빠른 시간 내 방전이 가능하며, 폐염수 처리를 할 필요가 없어 환경 친화적이고, 비용효과적으로 폐배터리를 재활용 또는 재사용할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스는 배터리의 규격 정보 및 배터리에 포함된 전극 물질 정보 등 배터리 구성물질 및 설계에 따라 변할 수 있는 특성을 종합적으로 고려한 방전 프로세스를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스는 폐배터리의 보관, 이동, 재사용을 위한 기초 설비로서 활용이 가능하며, 배터리 재사용 및 재활용 산업의 안전성 향상을 기대할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스는 폐배터리의 사양 및 계측 결과를 기초로 정전류, 정전력, 정저항, 정전압 제어 등의 다양한 방전 동작을 통해 배터리를 완전 방전함으로써, 배터리를 폐기 및 재활용하는 데에 있어 기존처럼 일률적인 정전류 제어 사용시 발생할 수 있는 안전사고 유발을 방지하고 피해를 최소화할 수 있으며, 배터리를 재활용할 수 있어 경제적이고 친환경적이기도 하다. 나아가, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스는 정전압 제어, AC/DC 승압 전원부, 배터리 단락부 등을 사용하여, 배터리의 방전을 완료한 뒤에 발생할 수 있는 재승압 등의 현상을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스는 DC/DC 승강합형 컨버터부를 사용하여 저항을 변화시키지 않고 배터리를 완전 방전함에 따라, 기존에 개발되어 있는 장비보다 릴레이 및 저항 부품을 줄일 수 있어 회로를 단순화하여 릴레이 및 저항 고장을 줄일 수 있고, 이에 따라 유지보수비도 줄어든다. 또한, 저항 변화를 위한 불필요한 동작없이 배터리 방전 시간을 최소화할 수도 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 방전 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.

이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.

한편, 제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스를 설명한다.

본 발명의 배터리 방전 장치 및 프로세스를 설명하기에 앞서, 본 발명에서 지칭하는 배터리(주로, 폐배터리)는 친환경 자동차(예컨대, 전기자동차, 수소자동차 등)에서 사용되다가 각각의 이유(예컨대, 점검, 수리, 기간만료, 사고, 폐차 등)로 회수된 차량용 폐배터리를 의미하며, 검사대상 배터리는 배터리 셀 또는 배터리 모듈 또는 배터리 팩 중 하나일 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스에 있어서, 상기 폐배터리가 배터리 모듈인 경우, 상기 배터리 모듈은 N(N≥2)개의 배터리 셀과, 배터리 제조사가 차량용 배터리 제조 시점에 탑재한 배터리 제조사의 BMS(Battery Management System)를 포함할 수 있으며, 상기 배터리 제조 시점이나 상기 배터리의 차량 탑재 시점에 구비한 차량용 케이스(단, 별도의 케이스 없이 차량에 탑재한 경우 생략 가능)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 방전 장치 및 프로세스에 있어서, 폐배터리를 준비하는 단계에서는, 상기 친환경 차량에서 폐배터리를 회수하고, 상기 폐배터리로부터 상기 배터리 제조사의 BMS와 상기 차량용 케이스(생략 가능)를 분리한 뒤, N개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 준비(또는 입고)할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 방전 장치(100)는 배터리(200)에 연결되어 상기 배터리(200)를 방전시키는 것을 목적으로 하는 장치이다. 일례로서, 배터리(200)는 주로, 사용이 완료된 폐배터리로서 재활용 또는 재사용을 위하여 방전을 필요로 하는 것이나, 이에 한정되지는 아니한다.

상기 배터리 방전 장치(100)는 메인 제어부(110), 방전 유닛(120), 측정 유닛(130), 저전압 영역 승압 유닛(140), 과전류 방지부(150) 및 배터리 단락부(160)를 포함할 수 있다.

상기 방전 유닛(120)은 상기 배터리(200)의 방전을 행하는 유닛으로서, DC/DC 승강합형 컨버터부(121), 저항부(122) 및 온도 측정부(123)를 포함할 수 있다.

상기 측정 유닛(130)은 상기 배터리(200)에 관한 데이터(주로, 배터리의 상태)를 측정하는 유닛으로서, 전압 측정부(131) 및 전류 측정부(132)를 포함할 수 있다.

상기 저전압 영역 승압 유닛(140)은 상기 배터리(200)의 저전압 영역에서 정전류 방전 및 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위한 전압을 공급하는 유닛으로서, AC/DC 승압 전원부(141) 및 연결 제어부(142)를 포함할 수 있다.

상기 메인 제어부(110)는 배터리 데이터 및 사전 입력된 배터리 사양에 기초하여 배터리 방전 동작을 제어할 수 있다. 이 때, 상기 측정 유닛(130)은 상기 배터리 데이터(주로, 배터리의 전압, 전류 등 배터리에 상태에 관한 데이터)를 측정하여 상기 메인 제어부(110)에 전달할 수 있다.

구체적으로, 상기 측정 유닛(130)은 전압 측정부(131) 및 전류 측정부(132)를 포함할 수 있다.

상기 전압 측정부(131)는 상기 배터리(200)에 병렬 연결되어 상기 배터리(200)의 전압을 측정할 수 있다.

상기 전류 측정부(132)는 상기 배터리(200)에 직렬 연결되어 상기 배터리(200)의 전류를 측정할 수 있다.

이 때, 상기 배터리 사양에 기초하여, 방전 동작에 필요한 설정 방전 전압 및 설정 방전 전류가 설정될 수 있다. 구체적으로, 상기 설정 방전 전압 및 상기 설정 방전 전류는 배터리 사양에 따라 배터리(200)의 최적의 방전을 위해 설정된 값일 수 있다.

일례로서, 배터리 사양은 배터리를 이루고 있는 구성(양극재, 음극재, 전해질 등)을 고려하여 배터리의 종류에 따라 설정되는 것일 수 있다. 여기서, 배터리의 방전 특성을 나타내는 배터리의 용량-전압 곡선은 배터리의 양극재와 음극재에 의해 정해지기 때문에 후술하는 방전 동작의 구체적인 조건을 설정하기 위해서는 배터리 사양을 항시 고려해야 한다.

상기 메인 제어부(110)는 상기 배터리 데이터의 변화에 따라 상기 설정 방전 전압 및 상기 설정 방전 전류를 기준으로 배터리 방전 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 메인 제어부(110)는 정전류 제어, 정전력 제어, 정저항 제어, 및 정전압 제어를 행할 수 있다. 상기 제어 방식들에 관하여는 이하 방전 유닛(120)에 관한 설명에서 상세히 기술한다.

상기 메인 제어부(110)는 배터리(200)의 방전 시작 전에, 상기 배터리 방전 장치(100)와 상기 배터리(200)의 전압 차가 특정 범위 내에 진입하면 방전을 시작하도록 과전류 방지부(150)의 동작을 제어할 수 있다. 이 때, 과전류 방지부(150)는, 상기 배터리(200)가 상기 배터리 방전 장치(100)에 연결될 때 발생할 수 있는 과전류를 방지할 수 있다.

예를 들면, 상기 메인 제어부(110)는 상기 배터리 방전 장치(100)와 상기 배터리(200)의 전압 차가 상기 배터리(200) 전압의 10% 이내가 되도록 과전류 방지부(150)를 동작시킨 후, 배터리(200)의 방전을 시작하도록 제어할 수 있다.

상기 방전 유닛(120)의 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는, 상기 메인 제어부(110)의 제어에 기초하여 상기 저항부(122)의 저항을 이용하여 상기 배터리(200)를 방전시킬 수 있다.

상기 저항부(122)는 저항 부하를 포함할 수 있다.

상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는 상기 저항부(122)에 포함된 저항 부하의 저항 성분을 이용하여 상기 배터리(200)의 잔여 전력을 방전시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는 상기 메인 제어부(110)의 제어에 기초하여, 상기 배터리 데이터의 변화에 따라 상기 설정 방전 전압 및 상기 설정 방전 전류를 기준으로 배터리 방전 동작을 수행할 수 있다. 일례로서, 배터리 방전은 정전류 제어, 정전력 제어, 정저항 제어, 및 정전압 제어 중 적어도 하나의 방식으로 행해질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 메인 제어부(110)가 상기 정전류 제어를 명령하면, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는 배터리 전압과 무관하게 일정한 전류로 방전을 행할 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부(110)가 상기 정전력 제어를 명령하면, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는 배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 전력으로 방전을 행할 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부(110)가 상기 정저항 제어를 명령하면, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는 배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 저항으로 방전을 행할 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부(110)가 상기 정전압 제어를 명령하면, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는 배터리 전압을 일정하게 유지하며 방전을 행할 수 있다.

이 때, 상기 메인 제어부(110)는 계측된 상기 배터리(200)의 전압이 상기 설정 방전 전압에 도달할 때까지는, 상기 정전류 제어, 상기 정전력 제어, 및 상기 정저항 제어 중 적어도 하나를 명령할 수 있다. 그리고, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는 상기 정전류 제어, 상기 정전력 제어, 및 상기 정저항 제어 중 적어도 하나에 따라 배터리 방전을 행할 수 있다.

또한, 상기 메인 제어부(110)는 계측된 상기 배터리(200)의 전압이 상기 설정 방전 전압 이하가 되면, 상기 정전압 제어를 명령할 수 있다. 그리고, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)는 상기 정전압 제어에 따라 방전을 행할 수 있다.

상기 온도 측정부(123)는, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)의 온도를 측정할 수 있다.

상기 저전압 영역 승압 유닛(140)의 상기 AC/DC 승압 전원부(141)는, 상기 배터리(200)에 직렬 연결되어 배터리의 저전압 영역에서 정전류 방전 및 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위한 전압을 공급할 수 있다.

일반적으로, 저항 부하를 이용한 배터리 방전에 있어서, 정전류 방전 구간에서 배터리(200)의 전압이 저전압 영역에 진입하는 경우 일정한 전류로 방전을 수행하는 것에 적합한 저항값으로 가변하지 않으면 정전류 방전이 어려워진다. 더불어, OV이하 역전위전압까지의 방전은 단순 저항 부하만으로는 불가능하다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치(100)의 상기 AC/DC 승압 전원부(141)는, 상기 배터리(200)의 전압이 저전압 영역에 진입하면 상기 배터리(200)에 전압을 공급하여 정전압 제어에 의한 방전이 이루어지기 전까지 정전류 방전이 가능하도록 한다. 이 때, AC/DC 승압 전원부(141)에 의해 상기 배터리(200)에 공급되는 전압은, 배터리(200)의 정전류 방전이 가능하도록 하는 전압일 수 있다. 그리고, AC/DC 승압 전원부(141)에 의해 상기 배터리(200)에 공급되는 전압은, 상기 배터리(200)가 저전압 영역에 진입하면 배터리(200)의 전압을 상승시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 저전압 영역은, 상기 배터리(200)의 전압이 설정된 저전압 값 이하(예: 10 V 이하)인 영역일 수 있다.

또한, AC/DC 승압 전원부(141)는, 상기 배터리(200)에 직렬 연결되어 배터리의 저전압 영역에서 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위한 전압을 공급할 수도 있다.

상기 연결 제어부(142)는 상기 배터리(200)의 전압에 기초하여 상기 AC/DC 승압 전원부(141)와 상기 배터리(200)의 연결을 제어할 수 있다. 구체적으로, 연결 제어부(142)는, 상기 배터리(200)의 전압이 저전압 영역에 진입하기 전에는 상기 AC/DC 승압 전원부(141)와 상기 배터리(200)의 연결을 해제할 수 있다. 그리고, 연결 제어부(142)는, 상기 배터리(200)의 전압이 저전압 영역에 진입하면 상기 AC/DC 승압 전원부(141)와 상기 배터리(200)를 연결할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 과전류 방지부(150)는, 상기 배터리(200)가 상기 배터리 방전 장치(100)에 연결될 때 발생할 수 있는 과전류를 방지할 수 있다.

상기 배터리 단락부(160)는, 배터리(200)의 방전 후 상기 배터리(200)의 재승압을 방지하기 위하여 상기 배터리(200)의 양극을 단락할 수 있다.

일반적으로, 배터리는 회복 전압 특성으로 인해 방전 후에 재승압하는 경우가 발생한다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치(100)의 상기 배터리 단락부(160)는 배터리(200)의 방전 후에 상기 배터리(200)의 양극을 단락할 수 있다. 구체적으로, 상기 배터리 단락부(160)는, 상기 배터리(200)의 전류가 상기 설정 방전 전류 이하가 되면 상기 배터리(200)의 양극을 단락할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 방전 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 방전 프로세스는, 방전이 필요한 배터리(200)를 배터리 방전 장치(100)에 연결하고, 상기 배터리(200)의 데이터를 계측하는 단계(S100)를 포함할 수 있다. 상기 배터리(200)의 데이터는 배터리 방전 제어에 필요한 데이터로서, 예를 들어, 상기 배터리(200)의 전압, 전류 등일 수 있다.

여기서, 상기 배터리 방전 프로세스는, 배터리 방전 장치(100)에 대한 배터리(200) 연결시 발생할 수 있는 과전류를 방지하기 위해, 과전류 방지부(150)를 통해 상기 배터리(200)와 상기 배터리 방전 장치(100)를 연결하는 단계(S200)를 더 포함할 수 있다.

상기 배터리 방전 프로세스는, 상기 배터리(200)의 사양에 따라 방전 제어 방식을 설정하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리(200)의 사양에 따라 설정 방전 전압 및 설정 방전 전류를 사전 설정할 수 있다.

상기 배터리 방전 프로세스는, 상기 과전류 방지부(150)를 동작하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.

상기 배터리 방전 프로세스는, 배터리(200)의 방전 시작 전에 상기 배터리 방전 장치(100)와 상기 배터리(200)의 전압 차이가 특정 범위 내에 진입하기 전까지는 배터리의 상태를 감시하는 단계(S500)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 방전 프로세스는 상기 배터리 방전 장치(100)와 상기 배터리(200)의 전압 차이가 특정 범위 내에 진입하면 과전류 방지부(150)의 동작을 제어하여 배터리(200)의 방전 동작을 시작하는 단계(S600)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 특정 범위는 상기 배터리(200)의 전압의 10% 이내일 수 있다.

상기 배터리 방전 프로세스는 상기 계측 결과 및 배터리 사양에 따라 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)를 통해 저항부(122)의 저항을 이용하여 상기 배터리(200)에 대한 방전 동작을 수행하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.

상기 배터리 방전 프로세스는, 상기 배터리(200)의 전압이 상기 설정 방전 전압에 도달할 때까지, 상기 배터리(200)의 전압과 무관하게 일정한 전류로 방전을 행하는 단계, 상기 배터리(200)의 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 전력으로 방전을 행하는 단계 및 상기 배터리(200)의 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 저항으로 방전을 행하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다(S800, S1000).

상기 배터리 방전 프로세스는, 상기 방전 동작에 따라 감소하던 상기 배터리(200)의 전압이 저전압 영역에 진입하면, 연결 제어부(142)의 동작에 의해 AC/DC 승압 전원부(141)를 상기 배터리(200)에 연결하는 단계(S900)를 포함한다. 상기 AC/DC 승압 전원부(141)는 상기 배터리(200)의 저전압 영역에서 정전류 방전 및 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위해 필요한 전압을 공급할 수 있다.

상기 배터리 방전 프로세스는, 상기 방전 동작에 따라 감소하던 상기 배터리(200)의 전압이 상기 설정 방전 전압 이하가 되면, 상기 배터리(200)의 전압을 일정하게 유지하며 방전을 행하는 정전압 제어를 행하는 단계(S1100) 및 배터리 단락 명령이 내려지기 전까지 상기 정전압 제어를 계속하는 단계(S1200)를 포함한다.

상기 배터리 방전 프로세스는, 상기 배터리(200)의 전류가 상기 설정 방전 전류 이하가 되면 상기 배터리(200)의 양극을 단락하는 단계(S1300) 및 방전 종료 명령이 내려지기 전까지 상기 단락을 유지하는 단계(S1400)를 포함한다.

상기 배터리 방전 프로세스는 방전 종료 명령에 의해 종료되며, 이에 따라 상기 배터리(200)의 방전은 완료된다.

이외에도, 도시되지는 않았으나, 상기 배터리 방전 프로세스는, 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)의 온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이외에도, 도시되지는 않았으나, 상기 배터리(200)에 대한 방전 동작을 시작하기 전에, 상기 배터리(200)에 대한 전기흐름 검사를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전기흐름 검사는 절연저항 측정 단계, 전압 측정 단계 및 EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) 측정 단계를 포함할 수 있다. 폐배터리를 방전하기 전에 전기흐름 검사를 수행함으로써, 방전 프로세스를 진행할 폐배터리의 전기적 안전성을 평가하고, 폐배터리의 SoC(State of Charge), SoH(State of Health)를 진단할 수 있다. 이 때, 상기 전기흐름 검사 단계에서 측정된 SoC, SoH는 후속하는 방전 동적 조건을 설정하는데 적용된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치(100) 및 프로세스는 폐배터리의 사양 및 계측 결과를 기초로 정전류, 정전력, 정저항, 정전압 제어 등의 다양한 방전 동작을 통해 배터리를 완전 방전함으로써, 배터리를 폐기 및 재활용하는 데에 있어 기존처럼 일률적인 정전류 제어 사용시 발생할 수 있는 안전사고 유발을 방지하고 피해를 최소화할 수 있으며, 배터리를 재활용할 수 있어 경제적이고 친환경적이기도 하다.

나아가, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치(100) 및 프로세스는 정전압 제어, AC/DC 승압 전원부(141), 배터리 단락부(160) 등을 사용하여, 배터리의 방전을 완료한 뒤에 발생할 수 있는 재승압 등의 현상을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 방전 장치(100) 및 프로세스는 DC/DC 승강합형 컨버터부(121)를 사용하여 저항을 변화시키지 않고 배터리를 완전 방전함에 따라, 기존에 개발되어 있는 장비보다 릴레이 및 저항 부품을 줄일 수 있어 회로를 단순화하여 릴레이 및 저항 고장을 줄일 수 있고, 이에 따라 유지보수비도 줄어든다. 또한, 저항 변화를 위한 불필요한 동작없이 배터리 방전 시간을 최소화할 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

100: 배터리 방전 장치
110: 메인 제어부
120: 방전 유닛
121: DC/DC 승강합형 컨버터부
122: 저항부
123: 온도 측정부
130: 측정 유닛
131: 전압 측정부
132: 전류 측정부
140: 저전압 영역 승압 유닛
141: AC/DC 승압 전원부
142: 연결 제어부
150: 과전류 방지부
160: 배터리 단락부
200: 배터리

Claims (15)

1. 배터리 방전 장치로서,
   배터리 방전 제어에 필요한 배터리 데이터를 계측하여, 상기 계측 결과 및 배터리 사양에 따라 배터리 방전 동작을 제어하는 메인 제어부;
   저항 부하를 포함하는 저항부;
   상기 메인 제어부의 제어에 기초하여 상기 저항부의 저항을 이용하여 상기 배터리를 방전시키는 DC/DC 승강합형 컨버터부;
   상기 배터리에 직렬 연결되어 상기 배터리의 저전압 영역에서 정전류 방전 및 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위한 전압을 공급하는 AC/DC 승압 전원부;
   상기 배터리 연결시 과전류를 방지하는 과전류 방지부; 및
   상기 배터리의 방전 후 상기 배터리의 재승압을 방지하기 위하여 상기 배터리의 양극을 단락하는 배터리 단락부를 포함하고,
   상기 DC/DC 승강합형 컨버터부는,
   상기 배터리의 전압이 설정 방전 전압에 도달할 때까지,
   배터리 전압과 무관하게 일정한 전류로 방전을 행하는 정전류 제어;
   배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 전력으로 방전을 행하는 정전력 제어; 및
   배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 저항으로 방전을 행하는 정저항 제어 중 적어도 하나를 행하고,
   상기 DC/DC 승강합형 컨버터부는,
   상기 배터리의 전압이 설정 방전 전압 이하가 되면, 배터리 전압을 일정하게 유지하며 방전을 행하는 정전압 제어를 행하고,
   상기 AC/DC 승압 전원부는,
   상기 배터리의 전압이 저전압 영역에 진입하면, 상기 배터리에 전압을 공급하여 상기 DC/DC 승강합형 컨버터부에 의해 행해지는 정전압 제어에 의한 방전이 이루어지기 전까지 상기 배터리의 정전류 방전이 이루어지도록 유도하는, 배터리 방전 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 설정 방전 전압은,
   상기 배터리 사양에 기초하여 사전 설정된 값인, 배터리 방전 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 배터리의 전류가 설정 방전 전류 이하가 되면, 상기 배터리 단락부가 상기 배터리의 양극을 단락하는, 배터리 방전 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 설정 방전 전류는,
   상기 배터리 사양에 기초하여 사전 설정된 값인, 배터리 방전 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 배터리의 전류를 측정하는 전류 측정부; 및
   상기 배터리의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하고,
   상기 측정된 전류 및 전압은 상기 배터리 데이터로서 상기 메인 제어부에 전달되는, 배터리 방전 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 저전압 영역은,
   상기 배터리의 전압이 설정된 저전압 값 이하인 영역인, 배터리 방전 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 AC/DC 승압 전원부와 배터리 간의 연결을 제어하는 연결 제어부를 더 포함하는, 배터리 방전 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 배터리의 방전 시작 전에, 상기 배터리 방전 장치와 상기 배터리의 전압 차가 상기 배터리 전압의 10% 이내가 되도록 상기 과전류 방지부 동작 후 상기 배터리의 방전을 시작하도록 제어하는, 배터리 방전 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 DC/DC 승강합형 컨버터부의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는, 배터리 방전 장치.
12. 배터리 방전 장치를 이용한 배터리 방전 프로세스로서,
    배터리 방전 제어에 필요한 배터리 데이터를 계측하는 단계;
    상기 계측 결과 및 배터리 사양에 따라 저항부의 저항을 이용하여 배터리를 방전시키는 단계;
    배터리의 저전압 영역에서 정전류 방전 및 0V이하 역전위전압까지의 방전을 위한 전압을 공급하는 단계; 및
    상기 배터리의 방전 후 상기 배터리의 재승압을 방지하기 위하여 상기 배터리의 양극을 단락하는 단계를 포함하고,
    상기 배터리를 방전시키는 단계는, 상기 배터리의 전압이 설정 방전 전압에 도달할 때까지,
    배터리 전압과 무관하게 일정한 전류로 방전을 행하는 단계;
    배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 전력으로 방전을 행하는 단계; 및
    배터리 전압에 따라 전류를 조절하여 일정한 저항으로 방전을 행하는 단계 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 배터리를 방전시키는 단계는, 배터리의 전압이 설정 방전 전압 이하가 되면, 배터리 전압을 일정하게 유지하며 방전을 행하는 정전압 제어를 행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 전압을 공급하는 단계에서,
    상기 배터리의 전압이 저전압 영역에 진입하면, 상기 배터리에 전압을 공급하여 상기 정전압 제어에 의한 방전이 이루어지기 전까지 상기 배터리의 정전류 방전이 이루어지도록 유도하는, 배터리 방전 프로세스.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제12항에 있어서,
    상기 배터리의 양극을 단락하는 단계는, 상기 배터리의 전류가 설정 방전 전류 이하가 되면 상기 배터리의 양극을 단락하는 단계를 더 포함하는, 배터리 방전 프로세스.
    
    

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