KR20070014796A - 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설페이션을 방지하면서 배터리를 급속 충전할 수 있는 장치에 관한 것으로, 충/방전 과정에서 음/양극판에 황산염이 쌓이는 문제 즉, 셀페이션(sulfation) 현상을 억제하면서 배터리를 급속 충전할 수 있는 장치를 제공한다.

특히 커패시터에 축적된 에너지를 일시에 인덕터를 통해서 방전시켜 큰 펄스를 출력하여 설페이션 현상을 억제하고, 마이크로프로세서를 사용해 배터리의 상태를 파악하면서 충전해 배터리의 상태에 따라 최적의 충전을 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 배터리의 충전이 완료되었을 경우에는 마이크로프로세서를 사용하여 자동적으로 충전을 중지하고, 온도제어소자를 사용하여 배터리의 온도가 고온일 경우 충전을 차단해 사고의 위험을 예방할 수 있다.

배터리, 설페이션 (Sulfation), 급속충전

Description

설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치 {Quick charging device having Anti sulfation function for Lead Acid Battery}

도 1은 본 발명에 의한 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치이다.

도 2는 도 1의 작동 과정을 설명하기 위해 도시한 플로우차트이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치를 나타낸 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 전압변환부 110 라인필터부

120 평활부 200 검출부

300 마이크로프로세서 400 충전부

500 펄스발생부 600 온도제어부

700 상태표시부 800 배터리

본 발명은 배터리의 급속충전에 관한 것으로, 특히 충/방전 과정에서 음/양극판에 황산염이 쌓이는 문제 즉, 셀페이션(sulfation) 현상을 억제하면서 배터리를 급속충전할 수 있는 장치에 관한 것이다.

배터리는 양극(과산화납), 음극(납), 전해액(묽은 황산)으로 구성된다. 배터리의 수명이 다하는 이유는 배터리를 충/방전할 때 양· 음극판에 황산염이 달라붙어 피막을 형성하여 이것들이 화학/전기반응의 통로를 차단하여 절연물 형태가 되는 현상 즉, 설페이션(sulfation)현상 때문이다.

극판에 달라붙은 황산염으로 인해 전해액 비중이 낮아 결국 폐배터리가 되는데 종전의 고안 대부분은 설페이션을 방지하기 위해 별도의 회로가 없는 단순한 배터리 충전기였다.

또한, 배터리를 충전하는 방법은 정전류 방식, 정전압 방식 또는 이 두가지 방법을 혼합한 방식으로 대부분 충전 전류(전압)가 적어 충전하는데 오랜 시간이 걸렸다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리에 큰 펄스를 인가하여 설페이션 현상을 억제하고, 마이크로프로세서를 사용해 배터리의 상태를 파악하면서 충전함으로써 최적의 충전을 할 수 있으며, 배터리의 충전이 완료되었을 경우에는 마이크로프로세서를 사용하여 자동적으로 충전을 중지하고, 온도제어소자를 사용하여 배터리의 온도가 고온일 경우 충전을 차 단해 사고의 위험을 예방할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치는 외부로 부터 입력된 상용 교류전압의 전자기파를 제거하고 직류전압으로 바꿔 충전부로 인가하는 전압변환부; 상기 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치에 장착된 배터리로부터 전압과 전류를 측정하여 그 결과값을 마이크로프로세서로 인가하는 검출부; 상기 배터리의 온도를 측정하여 온도제어소자인 서미스터(thermistor)를 이용해 마이크로프로세서를 제어하는 온도제어부;상기 검출부와 온도제어부의 신호를 인가받아 내부프로그램에 의해 연산된 결과값에 따라 충전부, 펄스발생부 및 상태표시부를 제어하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서의 신호를 받아 배터리에 전력을 인가하여 급속충전하는 충전부; 상기 마이크로프로세서의 제어신호를 받아 과방전 요인이 제거된 펄스를 배터리에 인가하여 설페이션 현상을 방지하는 펄스발생부; 및 상기 마이크로프로세서의 제어에 따라 배터리의 충전상태를 표시하여 알리는 상태표시부; 를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 마이크로프로세서는 상기 검출부에서 전압· 전류값을 인가받아 내부프로그램에서 연산해 충전 전압과 전류값을 조정하여 생성한 펄스를 충전부에 인가해 구동시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치를 나 타낸 회로블록도로서 전압변환부(100), 검출부(200), 마이크로프로세서(300), 충전부(400), 펄스발생부(500), 온도제어부(600), 상태표시부(700), 배터리(800)로 구성되어 있다.

상기 전압변환부(100)는 외부로부터 입력된 상용 교류전압을 라인필터부(110)에서 전자기파를 제거하고 평활부(120)에서 직류로 바꿔 충전부(400)로 인가하고, 상기 검출부(200)는 상기 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치에 장착된 배터리(800)로부터 전압과 전류를 측정하여 그 결과값을 마이크로프로세서(300)로 인가하고, 상기 온도제어부(600)는 배터리(800)의 온도를 측정하여 온도제어소자인 서미스터(thermistor)를 이용해 마이크로프로세서(300)를 제어하고, 상기 마이크로프로세서(300)는 상기 검출부(200)와 온도제어부(600)의 신호를 인가받아 내부프로그램에 의해 연산된 결과값에 따라 충전부(400), 펄스발생부(500) 및 상태표시부(700)를 제어하도록 구성되어 있다.

상기 충전부(400)는 마이크로프로세서(300)의 신호를 받아 배터리(800)에 전력을 인가하여 급속충전하고, 상기 펄스발생부(500)는 마이크로프로세서(300)의 제어신호를 받아 과방전 요인이 제거된 펄스를 배터리(800)에 인가하여 설페이션 현상을 방지하며, 상기 상태표시부(700)는 마이크로프로세서(300)의 제어에 따라 배터리(800)의 충전상태를 표시하여 알리도록 구성되어있다.

상기 마이크로프로세서(300)는 상기 검출부(200)에서 전압· 전류값을 인가받아 내부프로그램에서 연산한 충전전압· 전류를 생성하여 충전부(400)에 인가해 구동시키며, 상기 검출부(200)에서 받은 배터리(800)의 전압을 기준전압과 비교하 여 배터리(800)의 전압이 기준전압보다 높을 경우 상기 충전부(400)로 펄스 보내지 않아 충전을 차단하고, 상기 온도제어부(600)로부터 배터리(800)의 온도에 관한 정보를 인가받아 설정온도와 비교하여 배터리(800)의 온도가 더 높을 경우 상기 충전부(400)로의 펄스인가를 차단해 충전을 중지시키도록 구성되어있다.

상기 충전부(400)는 마이크로프로세서(300)로 부터 구동신호를 인가받아 전압변환부(100)로부터 받은 직류전압을 포토 아이솔라이터(Isolator)를 사용해 분리하고, 반파 브릿지(HALF BRIDGE0) 방식으로 스위칭하고, 다이오드로 평활(smoothing)시켜 인덕터를 사용하여 배터리(800)를 충전하도록 구성되어 있다.

상기 셀페이션방지용 펄스발생부(500)는 마이크로프로세서(300)로부터 받은 펄스를 반전 증폭하는 트랜지스터(Q1)와 상기 트랜지스터의 출력신호에 응답하여 펄스를 배터리(800)로 인가시키는 스위칭수단(Q2)과 과방전을 방지하는 저항(R2)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 상태표시부(700)는 마이크로프로세서(300)의 제어신호를 인가받아 배터리(800)의 충전상태를 표시하는 발광 다이오드들을 포함하여 구성되어 있다.

이하 본 발명의 동작을 나타낸 플로우차트인 도 2와 전체 회로도인 도 3을 통해 좀 더 상세하세 설명한다.

상기 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치에 배터리(800)를 삽입하면, 상기 전압변환부(100)는 입력된 AC전압을 라인필터부(110)에서 전자기파를 제거하고 평활부(120)에서 직류로 바꿔 충전부(400)로 인가하고, 상기 검출부(200)는 배터리(800)의 음극에서 전류를 검출하는데, 이때 저항(R1)에 흐르는 전류를 곱 하여 전압도 함께 검출한 후 이 값을 마이크로프로세서(300)에 인가한다.

상기 마이크로프로세서(300)는 상기 검출부(200)로 부터 받은 측정값을 내부 프로그램 의해 비교하여, 배터리(800)의 전압이 기준전압보다 낮으면 충전부(400)에 구동신호를 보내고 높으면 펄스발생부(500)에 구동신호를 보낸다.

상기 충전부(400)는 마이크로세서로부터 구동신호를 받아 포토 아이솔레이터(Isolator)에서 분리하고, 반파 브릿지(HALF BRIDGE)방식으로 스위칭하여, 트랜스포머로 강압하고, 다이오드 (D1,D2)로 DC로 평활(smoothing)시켜, 에너지를 저장하는 인턱터(L1)을 사용하여 배터리(800)를 급속충전한다.

상기 펄스발생부(500)는 마이크로프로세서(300)로부터 구동신호를 받아 FET(Q1)의 ON/OFF 반복작용을 유도해 펄스를 발생하고, 저항(R2)으로 과방전을 방지하면서 배터리(800)에 인가한다. 이때 충전된 펄스 에너지가 역기전력에 의해 배터리(800)로 인가되어 배터리(800)의 극판에 축적된 황산염결정을 재활성화시켜 활성화 분자로 만들어 다시 배터리용액인 전해질로 환원함으로써 설페이션 현상을 방지한다.

상기 온도제어부(600)는 온도제어소자인 서미스터(TH1)가 온도에 따라 저항값이 달라지는 성질을 이용하여 배터리(800)의 전압값을 마이크로프로세서(300)로 인가하면 마이크로프로세서(300)는 인가받은 전압과 내부의 설정전압을 비교하여 인가받은 전압이 높으면 충전부(400)로 보내던 구동신호를 차단하여 충전을 중지시킨다.

상기 상태표시부(700)는 마이크로프로세서(300)로부터 제어신호를 받아 충전 이 완료되면 발광다이오드1(D1)을 점등하고 충전이 완료되지 않으면 발광다이오드2(D2)를 점등한다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

따라서, 본 발명은 큰 펄스를 배터리로 인가해 설페이션 현상을 억제하고, 마이크로프로세서를 사용해 배터리의 상태를 파악하면서 충전하기 때문에 배터리의 상태에 따라 최적의 충전을 하고 배터리의 충전이 완료되었을 경우에는 마이크로프로세서를 사용하여 자동적으로 충전을 중지하고, 온도제어소자를 사용하여 배터리의 온도가 고온일 경우 충전을 차단해 사고의 위험을 예방할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치에 있어서:

   외부로 부터 입력된 상용 교류전압의 전자기파를 제거하고 직류전압으로 바꿔 충전부로 인가하는 전압변환부;

   상기 급속충전장치에 장착된 배터리로부터 전압과 전류를 측정하여 그 결과값을 마이크로프로세서로 인가하는 검출부;

   상기 배터리의 온도를 측정하여 온도제어소자인 서미스터(thermistor)를 이용해 마이크로프로세서를 제어하는 온도제어부;

   상기 검출부와 온도제어부의 신호를 인가받아 내부프로그램에 의해 연산된 결과값에 따라 충전부, 펄스발생부 및 상태표시부를 제어하는 마이크로프로세서;

   상기 마이크로프로세서의 신호를 받아 배터리에 전력을 인가하여 급속충전하는 충전부;

   상기 마이크로프로세서의 제어신호를 받아 과방전 요인이 제거된 펄스를 배터리에 인가하여 설페이션 현상을 방지하는 펄스발생부; 및

   상기 마이크로프로세서의 제어에 따라 배터리의 충전상태를 표시하여 알리는 상태표시부; 를 구비한 것을 특징으로 하는 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로프로세서는,상기 검출부에서 전압·전류값을 인가받아 내부프로그램에서 연산해 충전 전압과 전류값을 조정하여 생성한 펄스를 충전부에 인가해 구동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 설페이션 방지가 가능한 배터리용 급속충전장치.

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