KR20030008507A - Charging with electricity equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전변환을 이용한 충전 시스템에 관한 것으로, 특히 열에너지에 의하여 온도차를 발생시켜 열전반도체에 의해 전기에너지로 바꾸어 휴대폰과 같은 배터리의 전원공급시간을 연장하거나 배터리의 자기충전을 할 수 있는 열전변환을이용한 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a charging system using a thermoelectric conversion, and in particular, to generate a temperature difference by the thermal energy to convert the electrical energy by the thermoelectric semiconductor to extend the power supply time of a battery such as a mobile phone or a thermoelectric conversion that can be self-charging the battery It relates to a charging system using.
일반적으로 전기를 생성하는 발전기는 가스나 연료 및 전기등의 외부의 에너지원을 이용하여 피스톤의 왕복엔진이나 터빈의 회전력을 이용하여 전기에너지를 생성하여 사용하거나 배터리를 충전하여 사용하여 왔다.In general, a generator that generates electricity has been used to generate electrical energy using a reciprocating engine of a piston or a rotational force of a turbine using external energy sources such as gas, fuel, and electricity or to charge a battery.
그러나 상기와 같은 전기에너지의 변환 장치는 복잡한 기계적장치로 되어있어 제조단가가 고가이며 운반이나 휴대가 불편하였으며 전기에너지를 생성할 때 소음이 발생하는 문제점이 있었다.However, the conversion device of the electrical energy as described above is a complicated mechanical device, the manufacturing cost is expensive, uncomfortable to carry or carry, there is a problem that noise occurs when generating electrical energy.
특히 휴대폰의 배터리와 같이 반복적인 재충전이 가능한 배터리의 경우 배터리의 용량에 따라 일정한 시간의 전원을 공급하여 충전하여야 하므로서 별도의 충전기를 이용하여 전원을 공급해야 되었으며 핸즈프리와 같은 장치를 이용하여 자동차의 전원으로 배터리를 충전하는 방법이 사용되어 오고 있었다.In particular, batteries that can be recharged repeatedly, such as the battery of a mobile phone, need to be charged by supplying power for a certain time according to the capacity of the battery. Therefore, power must be supplied by using a separate charger. The method of charging the battery has been used.
그러나 이와같은 충전장치는 전원이 공급되는 한정된 곳에서만 충전할 수 있었으므로 전원의 공급이 없이도 자동으로 충전하여 사용할 수 없는 문제점이 있었다.However, since such a charging device could be charged only in a limited place where power was supplied, there was a problem in that it could not be automatically charged and used without supplying power.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 전원의 공급이 없이도 이동통신 전화기의 밧데리를 자동으로 충전할 수 있도록 사람의 체온이나 별도의 열원에 의하여 이것을 전기에너지로 변환시키므로서 배터리를 충전할 수 있도록 할 수 있는 열전변환을 이용한 충전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and converts it into electrical energy by a human body temperature or a separate heat source so that the battery of the mobile phone can be automatically charged without supplying power. It is an object of the present invention to provide a charging system using a thermoelectric conversion capable of charging a battery.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 열전 소자를 이용하여 배터리를 충전시켜 주는 충전 시스템에 있어서, 양극에 연결되어 상대적으로 고온의 열을 공급하는 제 1열원과, 그 음극에 연결되어 열을 흡수하는 제 2열원 중 적어도 하나를 포함하여 온도차에 의하여 기전력을 발생하는 열전 소자와, 상기 열전 소자에서 출력되는 전류량을 감지하는 커렌트 센서와, 상기 열전 소자에서 출력되는 전원의 출력전압을 듀티싸이클에 의하여 설정되어 스위칭시켜 주는 스위칭부와, 상기 스위칭부에서 출력되는 전압을 정류시켜 배터리를 충전시켜 주는 정류부와, 상기 커렌트 센서를 통하여 상기 열전 소자에서 출력되는 전압을 측정하는 전압설정부와, 출력 전류량을 설정하는 전류설정부와, 충전시간을 설정할 수 있는 시간 설정부와를 포함하며 상기 스위칭부의 출력 전압을 제어하는 제어부와, 상기 제어부에 연결되어 상기 축전지의 충전 상태를 표시해 주는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전변환을 이용한 충전 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a charging system for charging a battery using a thermoelectric element, the first heat source is connected to the positive electrode and supplies a relatively high temperature heat, and the heat is connected to the cathode A duty cycle including a thermoelectric element generating an electromotive force by a temperature difference including at least one of the second heat sources to absorb, a current sensor sensing an amount of current output from the thermoelectric element, and an output voltage of a power output from the thermoelectric element A switching unit set by the switching unit, a rectifying unit rectifying the voltage output from the switching unit to charge the battery, a voltage setting unit measuring the voltage output from the thermoelectric element through the current sensor; It includes a current setting section for setting the output current amount, and a time setting section for setting the charging time, A control unit for controlling the switching unit the output voltage, connected to said control unit provides a charging system using an electrothermal transducer, characterized in that it comprises a display unit that displays the charge status of the battery.
따라서 별도의 열원으로 베터리를 자동충전하여 전원공급시간의 연장 및 자동충전할 수 있어 제품의 효율성을 향상 시킬 수 있다.Therefore, the battery can be automatically charged with a separate heat source to extend the power supply time and automatically charge, thereby improving product efficiency.
도 1은 본 발명에 따른 열전변환을 이용한 충전 시스템을 나타낸 블럭도,1 is a block diagram showing a charging system using a thermoelectric conversion according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 열전변환을 이용한 충전 시스템의 구성을 나타낸 개략적인 사용상태도이다.2 is a schematic use state diagram showing the configuration of a charging system using a thermoelectric conversion according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 열전소자 11 : 제 1열원10: thermoelectric element 11: first heat source
12 : 제 2열원 20 : 커렌트센서12: second heat source 20: current sensor
30 : 스위칭부 40 : 정류부30: switching part 40: rectifying part
50 : 배터리 60 : 제어부50: battery 60: control unit
61 : 표시부 62 : 전압설정부61: display unit 62: voltage setting unit
63 : 전류설정부 64 : 시간설정부63: current setting unit 64: time setting unit
이하 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention as described above with reference to the accompanying drawings in detail as follows.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 열전변환을 이용한 충전 시스템을 나타낸 블럭도이고 도 2는 본 발명에 따른 열전변환을 이용한 충전 시스템의 구성을 나타낸 개략적인 사용상태도이다.1 is a block diagram showing a charging system using a thermoelectric conversion according to the present invention, Figure 2 is a schematic state diagram showing the configuration of the charging system using a thermoelectric conversion according to the present invention.
이에 도시된 바와같이 본 발명의 열전변환을 이용한 충전 시스템은 열전 소자를 이용하여 배터리를 충전시켜 주는 충전 시스템에 있어서, 온도차에 의하여 기전력을 발생하는 열전 소자(10)를 형성하되 상기 열전소자(10)는 그 양극에 연결되어 상대적으로 고온의 열을 공급하는 제 1열원(11 : P TYPE)과; 그 음극에 연결되어 열을 흡수하는 제 2열원(12 : N TYPE)으로 형성되어 있으며 상기 제 1열원(11)은 상대적으로 고온의 열 발생원에 접촉되어 열을 흡수하여 승온되는 열을 흡수하며 제 2열원(12)은 상대적으로 저온체에 접촉되어 열을 방열하여 강온되는 열을 방열한다.In the charging system using the thermoelectric conversion of the present invention as shown in the charging system for charging the battery using a thermoelectric element, forming a thermoelectric element 10 for generating an electromotive force by the temperature difference, the thermoelectric element 10 ) Is a first heat source 11 (P TYPE) connected to the anode to supply relatively high temperature heat; It is formed of a second heat source (12: N TYPE) that is connected to the cathode to absorb heat, and the first heat source 11 is in contact with a relatively high temperature heat generating source to absorb heat to absorb the heat raised The second heat source 12 is relatively in contact with the low-temperature body to dissipate heat to dissipate heat that is lowered.
이러한 열전 소자(10)에서 출력되는 전류량은 커렌트 센서(20)에 의해서 감지되고 상기 열전 소자(10)에서 출력되는 전원은 스위칭부(30)에 의하여 스위칭 시켜 주되 출력 전압은 하기할 제어부(60)에 의한 듀티사이클에 의하여 설정된다.The amount of current output from the thermoelectric element 10 is detected by the current sensor 20, and the power output from the thermoelectric element 10 is switched by the switching unit 30, but the output voltage is controlled by the controller 60. Is set by the duty cycle.
또한 상기 스위칭부(30)에서 출력되는 전압은 정류부(40)을 통하여 정류시켜 배터리(50)를 충전시켜 주며 이러한 상기 커렌트 센서(20)를 통하여 상기 열전 소자(10)에서 출력되는 전압을 측정하여 상기 스위칭부(30)의 출력 전압을 제어하는 제어부(60)는 배터리(50)의 충전상태를 표시하기 위하여 표시부(61)를 형성하며 출력전압을 설정하기 위하여 전압설정부(62)를 구성하고 출력 전류량을 설정하기 위하여 전류 설정부(63)으로 구성된다.In addition, the voltage output from the switching unit 30 rectifies through the rectifier 40 to charge the battery 50, and measures the voltage output from the thermoelectric element 10 through the current sensor 20. The control unit 60 for controlling the output voltage of the switching unit 30 forms the display unit 61 to display the state of charge of the battery 50, and configures the voltage setting unit 62 to set the output voltage. And a current setting unit 63 to set the output current amount.
한편, 상기 제어부(60)는 충전 시간을 설정할 수 있는 시간 설정부(64)를 구성하여 충전시간을 설정할 수 있도록 구성한다.On the other hand, the control unit 60 is configured to set the charging time by configuring the time setting unit 64 to set the charging time.
상기와 같이 구성된 본 발명의 열전변환을 이용한 충전 시스템은 금속재료나열전변환소자의 양측으로 열전변환을 주어 전압이 발생하도록 하여 열 에너지를 전기에너지로, 또는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 에너지 직접변환특성인 열전변환특성을 이용하여 전압을 발생하게 하는 제백효과(See-Back effect)를 이용하여 전기에너지를 얻는 방법으로 상기의 방법의 일 예로는 우주, 군사분야인 1977년에 발사된 보이쟈 1호로 태양전지에 의한 광발전이 불가능한 상태에서 외부와의 온도차를 이용하기 위하여 열원으로 핵연료를 사용하여 큰 전력을 얻어 발전하여 사용하여 왔다.The charging system using the thermoelectric conversion of the present invention configured as described above is a direct conversion of energy for converting thermal energy into electrical energy, or electrical energy to thermal energy by giving a thermoelectric conversion to both sides of the metal material or the thermoelectric conversion element to generate a voltage A method of obtaining electrical energy using a See-Back effect that generates a voltage by using a thermoelectric conversion characteristic, which is a characteristic. An example of the above method is Vojja 1, launched in 1977 in space and military. In order to take advantage of the temperature difference with the outside in a state in which photovoltaic power generation by solar cell is impossible, the nuclear power has been used as a heat source to generate a large amount of power.
이러한 열전변환은 도 2에 도시된 바와같이 금속막대(13)의 양단에 온도차(ΔT= T1-T2)가 발생하면 N형 반도체의 경우, 고온단에 있는 전자들이 저온단에 있는 전자들보다 더 높은 운동에너지를 가지게 되어 고온단의 전자들이 에너지를 낮추기 위해 저온단으로 확산하게 된다.In the thermoelectric conversion, as shown in FIG. 2, when a temperature difference (ΔT = T1-T2) occurs at both ends of the metal rod 13, electrons in the high temperature stage are more than those in the low temperature stage. It has a high kinetic energy so that the electrons in the hot end diffuse into the cold end to lower the energy.
전자들이 저온단으로 이동함에 따라 저온단은 "-"로 대전되고 고온부는 "+"로 대전되어 금속 막대의 양단간에 전위차가 발생하며, 이를 제백(Seebak)전압이라 한다.As the electrons move to the low temperature stage, the low temperature stage is charged with "-" and the high temperature portion is charged with "+" to generate a potential difference between both ends of the metal rod, which is referred to as Seebak voltage.
이 제백전압은 전자들을 막대의 고온단으로 되돌려 보내려는 방향으로 작용하며, 제백전위가 저온단으로 전자의 이동을 일으키는 열적 구동력과 정확히 균형을 이룰 때 평형상태가 된다.This Seebeck voltage acts in a direction to send the electrons back to the hot end of the rod and is in equilibrium when the Seebeck potential is exactly balanced with the thermal driving force that causes the electrons to move to the low end.
이와같이 재료 양단간의 온도차에 의해 발생하는 제백전압(V)을 열기전력(Thermoelectromotive force)라 하며, 양단간의 온도차기 매우 적은 범위에서는 전압은 양단간의 온도차 ΔT에 비례하여 출력된다.As such, the Seebeck voltage V generated by the temperature difference between the two ends of the material is called thermoelectromotive force, and the voltage is output in proportion to the temperature difference ΔT between the two ends in a very small temperature difference between the two ends.
이때 발생하는 전압 V는 다음의 수식과 같이The voltage V generated at this time is as shown in the following formula.
V=α×ΔTV = α × ΔT
V=α×Δ(TH-TC)이다.V = α × Δ (T H -T C ).
여기서 α는 제백 계수로서 재료고유의 물성치이다.Where α is the Seebeck coefficient and is the material property.
또한 출력전류 I는In addition, output current I is
I=(αΔT)2/4RL I = (αΔT) 2 / 4R L
따라서 필요한 소비전력 W는Therefore, the required power consumption W
W=V×I 에 의하여 구할 수 있다.It can obtain | require by W = VxI.
이와같이 본 발명에서는 휴대폰 배터리의 열전변환을 이용한 충전 시스템으로서 휴대폰의 배터리 요구조건은 다음 표1과 같다.As described above, the battery requirements of the mobile phone as the charging system using the thermoelectric conversion of the mobile phone battery are shown in Table 1 below.
표 1Table 1
여기서 전압 V는 V=α×Δ(TH-TC)와 같이 온도차(ΔT)와 제백 계수(α)에 의하여 구하므로 필요한 3.6V를 얻기 위해서는 다음의 조건을 만족하여야 한다.Since the voltage V is obtained by the temperature difference ΔT and the Seebeck coefficient α, such as V = α × Δ (T H -T C ), the following conditions must be satisfied to obtain the required 3.6V.
ΔT=Δ(TH-TC)=Δ(36.5-20)=16.5℃ΔT = Δ (T H -T C ) = Δ (36.5-20) = 16.5 ° C
α=0.22α = 0.22
를 만족하는 엘리먼트(Element)를 제조하면 된다.You can make an Element that satisfies.
일예로 440℃에서 압출한 P형의 제백 계수(α)는 0.231V/℃다.As an example, the Seebeck coefficient α of P-type extruded at 440 ° C. is 0.231 V / ° C.
또한 출력전류 I는 I=(αΔT)2/4RL에 의하여 결정되며 본 발명에서 요구하는 전류 I는 약 1A이므로 이의 요구전류를 결정하는 저항 RL은 RL=0.9를 만족하도록 엘리먼트의 크기와 수를 결정하여 제작하는 것이 바람직하다.In addition, the output current I is determined by I = (αΔT) 2 / 4R L , and the current I required by the present invention is about 1A, so that the resistance R L that determines its required current is equal to the size of the element to satisfy R L = 0.9. It is preferable to determine and produce a number.
상기와 같이 온도차에 의하여 기전력을 발생라도록 하기 위해서 온도차를 발생시킬 수 있는 여러가지의 방법이 있을 수 있으나 그 중 몇가지 예를 설명한면 열전소자의 한쪽면에 온도를 강온시키도록 하는 방법으로 냉매용기를 장착하여 긴급한 상황시 냉매를 분출하게 하여 온도차를 발생하게 할 수 있으며, 다른 방법으로는 열전소자의 한쪽면에 장탈착식의 용기를 냉동보관후 온도차를 발생하게 충전할수도 있다.As described above, there may be various methods for generating a temperature difference in order to generate an electromotive force by the temperature difference. However, if some examples are described, the refrigerant container may be cooled by lowering the temperature on one side of the thermoelectric element. It can be installed to make the temperature difference by ejecting the refrigerant in an emergency situation, and alternatively, it is possible to charge the long-term detachable container on one side of the thermoelectric element to generate the temperature difference after freezing storage.
또 다른 예로 열전소자의 한쪽면에 온도를 승온시켜 기전력을 발생하는 방법으로 열전소자의 일측면에 자동차나 라이터, 곤로와 같은 가열기구나 사용자의 체온에 의하여 온도차를 발생시켜 충전하는 방법등이 있다.Another example is a method of generating an electromotive force by raising the temperature on one side of the thermoelectric element, there is a method of generating a temperature difference on the one side of the thermoelectric element by a heating device such as a car, a lighter, a stove, or the user's body temperature.
이상에서와 같이 본 발명은 가열기구나 냉온기구 및 사람의 체온에 의한 온도차에 의하여 전기에너지를 발생시켜 전원의 공급없이도 배터리를 자동으로 충전할 수 있도록 하므로서 별도의 충전기를 휴대하지 않아도 되며 배터리의 전원공급시간을 연장하거나 충전할 수 있어 제품의 효율성을 높일 수 있다.As described above, the present invention generates electric energy by a temperature difference caused by a heating device, a cold or hot device, and a human body temperature, so that the battery can be automatically charged without supplying power, and a separate charger does not need to be carried. Extended or rechargeable time can increase product efficiency.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have
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