KR200408458Y1

KR200408458Y1 - 자동차용 배터리의 성능 유지장치

Info

Publication number: KR200408458Y1
Application number: KR2020050032174U
Authority: KR
Inventors: 김호상
Original assignee: (주)한성월드칸
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2006-02-09

Abstract

본 고안은 자동차용 배터리의 성능 유지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리에 전원이 충전될 때 상기 배터리의 전극단자에 직류펄스를 공급하고, 이 직류펄스에 의해 배터리 극판에 붙어 있는 황산염을 제거함으로써 깨끗한 극판과 강한 전해질을 유지하게 하여 배터리의 성능을 일정하게 유지시킴은 물론, 이로 인해 배터리의 수명을 연장할 수 있도록 하는 자동차용 배터리의 성능 유지장치에 관한 것이다.

본 고안은 배터리와 커넥터로서 연결되어 상기 배터리에 전원이 충전상태임을 감지하는 충전감지부와, 상기 충전감지부의 출력신호에 의해 일정주기의 클럭을 출력하는 클럭발생기와, 상기 클럭발생기로부터 출력되는 클럭에 의해 동작되어 일정주기의 직류펄스를 배터리의 전극에 공급하는 직류펄스발생기로 이루어진 자동차용 배터리 성능 유지장치에 있어서,

상기 충전감지부는 상기 배터리의 보유 전압보다 높은 전압이 상기 배터리의 전극단자 사이에 인가되는 전압을 감지하여 제어신호를 출력하는 제너다이오드가 구비되고, 상기 제너다이오드의 출력단에는 상기 펄스발생기를 구동하는 스위칭 트랜지스터의 베이스와 콘덴서 및 저항의 일측단이 연결되고, 상기 스위칭 트랜지스터의 에미터에는 커넥터를 통한 배터리의 + 전극단과 저항의 타측단에 병렬 접속되어 구성되고,

상기 클럭발생기는 상기 스위칭 트랜지스터의 출력신호에 의해 동작되어 10.1 KHz대의 클럭을 발생시키는 발진기가 구비되고, 상기 발진기로부터 출력되는 클럭에 의해 점멸되어 배터리의 충전상태임을 알리는 발광다이오드(52)를 포함하여 이루어지고,

상기 직류펄스발생기는 상기 발진기로부터 출력되는 클럭에 의해 스위칭 동작을 수행하는 전계효과트랜지스터가 구비되고, 상기 전계효과트랜지스터의 출력단에는 역기전력에 의해 직류 펄스를 발생하는 두 개의 코일이 직렬 접속되며, 상기 코일 사이에는 콘덴서가 병렬 연결되고, 상기 코일에는 역류방지용 다이오드가 연결되고, 상기 코일의 출력단에는 휴즈를 통해 배터리의 + 전극단이 연결되어 이루어지는 것에 특징이 있다.

배터리, 납축전지. 황산염, 황산화, 황산연화, 납, 이산화납

Description

자동차용 배터리의 성능 유지장치{Device preserving the capacity of a battery for a car}

도 1은 본 고안에 따른 자동차용 배터리의 성능 유지장치 상세회로도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 배터리 20 : 커넥터

30 : 배터리 성능 유지장치 40 : 충전감지부

50 : 클럭발생기 60 : 직류펄스발생기

일반적으로 자동차용 배터리로 사용되는 납 축전지의 배터리는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어주는 방전과 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어주는 충전의 사이클을 통해 배터리의 기능을 수행하는 장치로서, 방전시 황산염(sulfate, SO₄)이 극판과 결합되어 물이 생성되어 비중이 낮아지고, 다시 충전 시에는 결합된 황산염이 전해액으로 돌아와 비중이 높아지게 된다.

이러한 배터리는 갈바니(Galvani)전지의 응용인 납축전지로서 진한 황산 수용액에 담근 납(Pb)과 이산화납(PbO₂)의 전극으로 구성되어 있으며, 아래의 화학반응식과 같은 전지반응이 일어난다.

양극 : Pb(s) + HSO₄ ^- → PbSO₄(s) + H⁺ + 2e-

음극 : PbO₂(s) + HSO₄ ^- - + 3H⁺ + 2e- →PbSO₄(s) + 2H₂O

전지 : Pb(s) + PbO₂(s) + 2HSO₄ ^- - + 2H⁺ →2PbSO₄ (s) + 2H₂O

상기의 화학반응식에서 보는 바와 같이 두 전극반응은 불용성인 PbSO₄를 생성하여 두 전극에 부착되며, 전지가 방전시 황산이 소모되고 물이 생성되고, 이때물의 밀도는 황산용액 밀도의 약 70퍼센트가 되기 때문에 전지의 충전상태는 전해액의 밀도를 측정하면 알 수 있으며, 전지가 재충전될 때 전극반응은 역반응이 된다.

그러나 오랜 기간 동안의 충.방전 사이클을 거치는 동안 방전시 전극에 달라 붙어있던 황산염이 충전시에 이탈되지 아니하고 그대로 달라붙어 있는 경우가 발생하는데, 이것을 황산화(황산연화)현상이라 하며. 이러한 황산화 현상은 배터리가 보다 많이 방전될수록 충.방전 사이클의 횟수가 많을수록 심해지며, 이에 기인하여 일반적인 연산 배터리의 80% 이상이 폐기 처리되는 것으로 알려져 있다.

상기 황산염(SO₄)은 활물질층에서 극판과 결합 및 황산염끼리 결합을 형성하여 피막형태로 극판을 덮어 싸고 있는 절연막인데, 이에 따라 화학, 전기반응의 통로가 차단되고 절연 기능을 하게 되어 배터리의 전압, 용량 및 비중도를 떨어뜨림은 물론 배터리의 황산화를 형성하는 황분자는 전해질로부터 없어지게 되어 배터리의 비효율적 원인이 되는 것이다.

배터리가 충전전류를 받고 강한 방전전류를 공급하기 위해서는 깨끗한 극판과 강한 전해질의 여부가 매우 중요한 것으로, 황산연화 된 배터리는 충.방전을 할 수 없게 되며, 물론 전술한 바와 같이 강력한 재충전의 경우 어느 정도의 황산염은 제거가 가능하나 그 전부를 제거할 수는 없으며, 궁극적으로 어느 정도의 방전주기를 지난 후에는 배터리 극판은 효과적인 재충전을 불가능하게 하는 황산염으로 덮이게 되거나 극판이 부식되어 결국 배터리가 폐기된다.

즉, 황산연화 현상은 배터리의 극판들이 심하게 부식되고 극판물질들이 배터리 바닥으로 가라앉는 현상은 극판의 표면적을 극대화하여 짧은 기간에 최고 전류방전을 위해 고다공성으로 제조되기 때문에 발생하는 것으로, 이 것은 소형 배터리의 구조가 짧은 시간 안에 고전류 용량을 발생할 수 있도록 함에 기인하는 것이고, 황산염은 극판의 정공속으로 들어가며, 결정화 상태까지 진행하면서 빠르게 팽창하여 극판의 활물질층을 파괴함으로써 이를 탈락시키게 되어 결국 배터리의 노후화와 수명의 단축을 야기 하는 문제점이 있는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 배터리에 전원이 충전될 때 상기 배터리의 전극단자에 직류펄스를 공급하고, 이 직류펄스에 의해 배터리 극판에 붙어 있는 황산염을 제거함으로써 깨끗한 극판과 강한 전해질을 유지하게 하여 배터리의 성능을 일정하게 유지시킴은 물론, 이로 인해 배터리의 수명을 연장할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 고안은 배터리와 커넥터로서 연결되어 상기 배터리에 전원이 충전상태임을 감지하는 충전감지부와, 상기 충전감지부의 출력신호에 의해 일정주기의 클럭을 출력하는 클럭발생기와, 상기 클럭발생기로부터 출력되는 클럭에 의해 동작되어 일정주기의 직류펄스를 배터리의 전극에 공급하는 직류펄스발생기로 이루어진 자동차용 배터리 성능 유지장치에 있어서, 상기 충전감지부는 상기 배터리의 보유 전압보다 높은 전압이 상기 배터리의 전극단자 사이에 인가되는 전압을 감지하여 제어신호를 출력하는 제너다이오드가 구비되고, 상기 제너다이오드의 출력단에는 상기 펄스발생기를 구동하는 스위칭 트랜지스터의 베이스와 콘덴서 및 저항의 일측단이 연결되고, 상기 스위칭 트랜지스터의 에미터에는 커넥터를 통한 배터리의 + 전극단과 저항의 타측단에 병렬 접속되어 구성되고, 상기 클럭발생기는 상기 스위칭 트랜지스터의 출력신호에 의해 동작되어 10.1 KHz대의 클럭을 발생시키는 발진기가 구비되고, 상기 발진기로부터 출력되는 클럭에 의해 점멸되어 배터리의 충전상태임을 알리는 발광다이오드(52)를 포함하여 이루어지고, 상기 직류펄스발생기는 상기 발진기로부터 출력되는 클럭에 의해 스위칭 동작을 수행하는 전계효과트랜지스터가 구비되고, 상기 전계효과트랜지스터의 출력단에는 역기전력에 의해 직류 펄스를 발생하는 두 개의 코일이 직렬 접속되며, 상기 코일 사이에는 콘덴서가 병렬 연결되고, 상기 코일에는 역류방지용 다이오드가 연결되고, 상기 코일의 출력단에는 휴즈를 통해 배터리의 + 전극단이 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 고안에 따른 자동차용 배터리의 성능 유지장치를 첨부된 도 1에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 자동차용 배터리 성능 유지장치(30)의 상세회로도로서, 배터리(10)와 배터리 성능 유지장치(30)는 커넥터(20)로서 연결되며, 상기 배터리 성능 유지장치(30)는 배터리(10)에 전원이 충전상태임을 감지하는 충전감지부(40)와, 이 충전감지부(40)의 출력신호에 의해 일정주기의 펄스를 발생하는 클럭발생기(50)와, 상기 클럭발생기(50)로부터 출력되는 펄스에 의해 동작되어 일정주기의 직류펄스를 배터리(10)의 전극에 공급하는 직류펄스발생기(60)로 구성되며, 배터리(10)와 배터리 성능 유지장치(30)는 커넥터(20)로서 서로 연결된다.

상기 충전감지부(40)는 배터리(10)의 전극단자(+,-) 사이의 전압을 읽어 들여 배터리(10)의 충전 상태를 인식하는 기능을 갖는 것으로서, 배터리(10)의 보유 전압보다 높은 전압이 상기 배터리(10)의 전극단자(+,-)사이에 인가되는 전압을 감지하여 제어신호를 출력하는 제너다이오드(44)가 구비되고, 이 제너다이오드(44)의 출력단에는 펄스발생기(50)를 구동하는 스위칭 트랜지스터(45)의 베이스와 콘덴서(43) 및 저항(42)의 일측단이 연결되고, 상기 스위칭 트랜지스터(45)의 에미터에는 커넥터(20)를 통한 배터리(10)의 + 전극단과 저항(41)(42)의 타측단에 병렬 접속되어 구성된다.

상기 클럭발생기(50)는 충전감지부(40)인 스위칭 트랜지스터(45)의 콜렉터단이'로우'레벨로 하강될 경우 10.1 KHz대의 클럭을 발생시키는 발진기(51)와, 상기 발진기(51)로부터 출력되는 클럭에 의해 점멸되어 배터리(10)의 충전상태임을 알리는 발광다이오드(52)를 포함하여 이루어진다.

상기 직류펄스발생기(60)는 발진기(50)로부터 출력되는 펄스에 의해 동작되어 일정주기의 직류펄스를 배터리(10)의 전극에 공급하는 것으로써, 발진기(50)로부터 출력되는 클럭에 의해 스위칭 동작을 수행하는 전계효과트랜지스터(61)가 구비되고, 이 전계효과트랜지스터(61)의 출력단에는 역기전력에 의해 직류 펄스를 발생하는 두 개의 코일(62)(63)이 직렬 접속되며, 이 코일(62)(63) 사이에는 콘덴서(65)가 병렬 연결되고, 상기 코일(62)(63)에는 역류방지용 다이오드(64)가 연결되고, 상기 코일(63)의 출력단에는 휴즈(F)를 통해 배터리(10)의 + 전극단이 연결되는 구성으로 이루어진다.

상기와 같이 이루어진 배터리 성능 유지장치(30)는 자동차용 배터리에 한정하지 않으며, 재충전 가능한 산업용 배터리가 모두 포함 될 수 있다.

상기와 같이 이루어진 본 고안에 따른 자동차용 배터리의 성능 유지장치(30)의 동작과정을 자동차의 배터리(10)에 설치한 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

통상적으로 자동차의 시동이 꺼져있는 상태에서 배터리(10) 보유 전압은 대략 12.5 볼트를 유지하게 되며, 이때 충전감지부(40)의 제너다이오드(44)에서는 배터리(10)의 전원단자(+,-) 사이에 인가되는 전압이 12.5 볼트임을 감지하여 구동신호를 발생하지 않는다.

이를 상세히 설명하면 충전감지부(40)의 제너다이오드(44) 및 저항(41)(42)에 의해 약 13.2볼트 근방에서 동작 기준전압을 설정해 둔 상태에서 자용차에 시동이 걸리면 상기 자용차의 엔진 룸 내의 발전기인 제너레이터가 교류발전을 수행하게 된다.

상기 교류발전을 직류 전압으로 바꾸는 제너레이터 내부의 정류 작용을 행하여 직류로 변환하게 되면 이를 수신하는 정전압기는 약 13.2~13.8 볼트의 직류전압을 충전용 전압으로서 출력하게 됨으로써 제너다이오드(44)의 구동전압을 저항(41)(42)에 의해 13.2볼트로 설정한다.

따라서 상기 충전감지부(40)는 배터리(10)의 전원단자(+,-) 사이에 인가되는 전압이 13.2볼트 이상이 될 경우 충전감지부(40)인 제너다이오드(44)가 도통되어 스위칭 트랜지스터(45)를 턴온상태로 전환시킴에 따라 상기 스위칭 트랜지스터(45)는 "로우"레벨의 신호를 출력하게 된다.

상기 충전감지부(40)인 스위칭 트랜지스터(45)의 구동으로 인하여 클럭발생기(50)인 발진기(51)에 "로우"레벨의 신호가 인가되면 상기 발진기(51)는 발진을 시작하여 10.1 KHz대의 클럭을 발생시켜 발광다이오드(52)를 점멸시킴과 동시에 직류펄스발생기(60)의 전계효과트랜지스터(61)를 주기적으로 반복 동작시키게 된다.

상기 직류펄스발생기(60)의 전계효과트랜지스터(61)가 일정한 주기로 턴온과 턴오프의 스위칭 동작을 번갈아 행하게 되면 다이오드(64), 인덕터 코일(62) (63), 전계효과트랜지스터(61)를 차례로 통하여 접지에 이르는 전류 경로가 형성된다.

이에 따라 직류펄스발생기(60)내의 코일(62)에는 역기전력이 그 때마다 생성되고, 이 역기전력은 직류 펄스로서 상기 배터리(10)의 전원단자(+)에 공급되며, 이 경우 직류 펄스의 인가 경로는 전계효과트랜지스터(61)에서 다이오드(64)을 통해 배터리(10)의 전원단자(+)에 이르는 경로가 형성됨으로써 13.2볼트 이상의 직류펄스가 상기 배터리의 양극을 통해 양극판에 연속적으로 공급되어 배터리(10)의 극판에 축적된 결정화된 황산염이 재활성화 되어 활성 황 분자로 되며 이는 다시 배터리 용액인 전해질로 되돌아가게 되는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 고안은 배터리에 전원이 충전될 때 상기 배터리의 전극단자에 13.2볼트 이상의 직류펄스를 공급하고, 이 직류펄스에 의해 배터리 극판에 붙어 있는 황산염을 제거함으로써 깨끗한 극판과 강한 전해질을 유지하게 하여 배터리의 성능을 일정하게 유지시킴은 물론, 이로 인해 배터리의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

배터리(10)와 커넥터(20)로서 연결되어 상기 배터리(10)에 전원이 충전상태임을 감지하는 충전감지부(40)와, 상기 충전감지부(40)의 출력신호에 의해 일정주기의 클럭을 출력하는 클럭발생기(50)와, 상기 클럭발생기(50)로부터 출력되는 클럭에 의해 동작되어 일정주기의 직류펄스를 배터리(10)의 전극에 공급하는 직류펄스발생기(60)로 이루어진 자동차용 배터리 성능 유지장치에 있어서,

상기 충전감지부(40)는,

상기 배터리(10)의 보유 전압보다 높은 전압이 상기 배터리(10)의 전극단자(+) 사이에 인가되는 전압을 감지하여 제어신호를 출력하는 제너다이오드(44)가 구비되고, 상기 제너다이오드(44)의 출력단에는 상기 펄스발생기(50)를 구동하는 스위칭 트랜지스터(45)의 베이스와 콘덴서(43) 및 저항(42)의 일측단이 연결되고, 상기 스위칭 트랜지스터(45)의 에미터에는 커넥터(20)를 통한 배터리(10)의 + 전극단과 저항(41)(42)의 타측단에 병렬 접속되어 구성되고,

상기 클럭발생기(50)는,

상기 스위칭 트랜지스터(45)의 출력신호에 의해 동작되어 10.1 KHz대의 클럭을 발생시키는 발진기(51)가 구비되고, 상기 발진기(51)로부터 출력되는 클럭에 의해 점멸되어 배터리(10)의 충전상태임을 알리는 발광다이오드(52)를 포함하여 이루어지고,

상기 직류펄스발생기(60)는,

상기 발진기(50)로부터 출력되는 클럭에 의해 스위칭 동작을 수행하는 전계효과트랜지스터(61)가 구비되고, 상기 전계효과트랜지스터(61)의 출력단에는 역기전력에 의해 직류 펄스를 발생하는 두 개의 코일(62)(63)이 직렬 접속되며, 상기 코일(62)(63) 사이에는 콘덴서(65)가 병렬 연결되고, 상기 코일(62)(63)에는 역류방지용 다이오드(64)가 연결되고, 상기 코일(63)의 출력단에는 휴즈(F)를 통해 배터리(10)의 + 전극단이 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 성능 유지장치.