KR20090119047A - Recycling method for lead-acid battery and device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 본 발명의 실시예에 따른 납산축전지재생장치의 전체구성도이다.1 is an overall configuration diagram of a lead acid battery regeneration device according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11 : 충전장치단자 14 : 방전선택버튼11: Charging device terminal 14: Discharge selection button
15 : 단자전압검출부 16 : 메모리15: terminal voltage detector 16: memory
17 : 제어부 20 : 충전회로부17
21 : 충전전압생성부 22 : 충전스위칭부21: charge voltage generation unit 22: charge switching unit
30 : 방전회로부 31 : 방전저항30: discharge circuit portion 31: discharge resistance
32 : 방전스위칭부 201 : 납산축전지32: discharge switch 201: lead acid battery
본 발명은 납산축전지재생방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lead acid battery regeneration method and an apparatus thereof.
납산축전지(Lead-Acid Battery)는 외부의 타 전원장치로부터 공급받은 전기에너지를 화학에너지로 변환시켜 저장할 수 있고 저장된 전기에너지를 부하에 공급할 수 있는 2차 전지로서, 격벽에 의해 내부공간이 복수 개(보통 6개)로 구획된 함 체와 각 구획공간에 하나씩 설치된 극판군(極板群, Cell)을 포함하고 있다.Lead-Acid Battery is a secondary battery that can convert and store electrical energy supplied from other external power supply into chemical energy and supply the stored electrical energy to the load. It contains enclosures (usually six) and groups of pole plates, one for each compartment.
각 극판군은 격리판에 의해 분리된 음극판 및 양극판과, 음극판과 양극판에 접촉하도록 수용된 전해액을 갖고 있다.Each electrode plate group has a negative electrode plate and a positive electrode plate separated by a separator plate, and an electrolyte solution accommodated in contact with the negative electrode plate and the positive electrode plate.
각 음극판과 양극판은 격자(Grid)상의 기판과, 기판의 각 격자공간에 채워진 활물질을 갖고 있다.Each negative electrode plate and the positive electrode plate have a substrate on a lattice and an active material filled in each lattice space of the substrate.
기판은 납(Pb)과 안티몬(Sb)의 합금으로 제작된다.The substrate is made of an alloy of lead (Pb) and antimony (Sb).
음극판의 활물질은 분말형태의 해면상 납(Spongy Lead)을 묽은 황산으로 반죽해 페이스트(Paste) 형태로 기판의 각 격자공간에 채워 넣고 건조시킨 후 전기화학처리를 해 만든다.The active material of the negative electrode plate is made by spongy lead in powder form with dilute sulfuric acid, filled in a lattice space of the substrate in the form of paste, and dried, followed by electrochemical treatment.
양극판의 활물질은 분말형태의 과산화납을 묽은 황산으로 반죽해 페이스트(Paste) 형태로 기판의 각 격자공간에 채워 넣고 건조시킨 후 전기화학처리를 해 만든다.The active material of the positive electrode plate is made by kneading powdered lead peroxide with dilute sulfuric acid, filling it into the lattice space of the substrate in the form of a paste, and drying it, followed by electrochemical treatment.
여기서 양극판의 활물질과 음극판의 활물질은 전해액과의 접촉에 의해 화학작용이 원활하게 일어나도록 다수의 통공이 형성된다.Here, the active material of the positive electrode plate and the active material of the negative electrode plate are formed with a plurality of through-holes so that the chemical reaction occurs smoothly by contact with the electrolyte.
각 극판군은 충전된 상태에서 약 2.1V의 기전력이 발생하고, 연결편(Connector)을 통해 직렬로 연결된다.Each pole group generates about 2.1V of electromotive force in a charged state, and is connected in series through a connector.
전해액은 양극판과 음극판사이의 도전경로를 제공한다.The electrolyte provides a conductive path between the positive and negative plates.
이러한 구성을 갖는 납산축전지는 충전상태에서 한 쌍의 축전지단자를 통해 외부의 부하에 연결하여 방전시키고, 축전지단자사이의 전압이 방전종지전압에 도달하기 전에 한 쌍의 축전지단자를 통해 본충전전압을 납산축전지에 지속적으로 인 가하여 충전시키게 된다.The lead-acid battery having such a configuration discharges by being connected to an external load through a pair of battery terminals in a charged state, and before the voltage between the battery terminals reaches the discharge end voltage, The lead acid battery is continuously charged and charged.
한편 충전과 방전 과정을 반복하게 되면 방전과정에서 황산납으로 변했던 활물질이 충전과정에서 원상으로 회복하지 못하고 양극판과 음극판에 고착되는 황산화 현상(Sulfation)이 발생한다.On the other hand, if the charging and discharging process is repeated, the active material, which has been changed into lead sulfate in the discharge process, does not recover to its original state, but the sulfation is fixed to the positive electrode plate and the negative electrode plate.
이러한 황산화현상이 발생하면 다음과 같은 이유로 활물질과 전해액사이의 유효접촉이 감소하게 된다.When such sulphation occurs, the effective contact between the active material and the electrolyte is reduced for the following reasons.
첫째, 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납에 의해 활물질과 전해액사이의 접촉면적이 감소한다.First, the contact area between the active material and the electrolyte is reduced by lead sulfate fixed to the positive electrode plate or the negative electrode plate.
둘째, 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납에 의해 통공이 부분적으로 폐쇄되어 전해액이 지속적으로 통공의 내부로 확산되는 것이 제한된다. 이러한 전해액의 통공 내부확산의 제한은 충전시 양극판에서 발생하는 산소가 통공을 통과하는 동안 활물질이 변형되면서 통공의 폐쇄도가 증가함에 따라 가중된다.Second, the hole is partially closed by lead sulfate fixed to the positive electrode plate or the negative electrode plate, thereby limiting the diffusion of the electrolyte into the hole. The limitation of the diffusion inside the hole of the electrolyte solution is increased as the active material is deformed while oxygen generated in the positive electrode plate passes through the hole, thereby increasing the closing degree of the hole.
셋째, 활물질의 변형이 증가하면 활물질이 기판으로부터 탈락하게 된다.Third, when the deformation of the active material increases, the active material falls off from the substrate.
그리고 황산화현상이 발생하면 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납에 의해 납산축전지 내부의 전기저항이 증가하게 된다.In addition, when sulphation occurs, the electrical resistance inside the lead-acid battery increases due to lead sulfate fixed on the positive electrode plate or the negative electrode plate.
그런데 종래의 납산축전지재생방법에 따르면 충전단계에서 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납이 제거되지 않기 때문에 충전시간이 증가하고 재생된 납산축전지의 용량(재생된 납산축전지를 일정한 전류로 연속 방전해 방전종지전압에 도달할 때까지 사용 가능한 총 전기량 Ah(Amphre hour)이 감소한다는 문제점이 있었다. 재생된 납산축전지의 용량이 감소하면 재생율도 감소된다.However, according to the conventional lead acid battery regeneration method, since the lead sulfate adhered to the positive electrode plate or the negative electrode plate is not removed in the charging step, the charging time increases and the capacity of the regenerated lead acid battery (the discharged lead acid battery is discharged continuously with a constant current) There is a problem that the total available amount of Ah (Amphre hour) decreases until the voltage is reached, and as the capacity of the regenerated lead acid battery decreases, the regeneration rate also decreases.
따라서 본 발명의 목적은, 충전시간을 단축시킬 수 있고, 재생된 납산축전지의 용량을 증가시킬 수 있도록 한 납산축전지재생방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a lead acid storage battery regeneration method and apparatus for shortening a charging time and increasing a capacity of a regenerated lead acid storage battery.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 한 쌍의 축전지단자를 갖는 납산축전지를 재생 충전하기 위한 납산축전지재생방법에 있어서, 상기 한 쌍의 축전지단자를 통해 충격충전전압을 납산축전지에 단속적으로 인가하는 충격충전단계와; 상기 한 쌍의 축전지단자를 통해 본충전전압을 납산축전지에 지속적으로 인가하는 본충전단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 납산축전지재생방법에 의해 달성된다.According to the present invention, in the lead acid battery regeneration method for regenerating and charging a lead acid battery having a pair of battery terminals, the impact of intermittently applying a shock charging voltage to the lead acid battery through the pair of battery terminals; A charging step; It is achieved by a lead acid battery regeneration method comprising a main charging step of continuously applying the main charge voltage to the lead acid storage battery through the pair of battery terminals.
여기서, 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납을 효율적으로 제거할 수 있도록, 상기 충격충전전압을 납산축전지에 인가하기 전에 상기 한 쌍의 축전지단자를 통해 납산축전지를 방전회로부에 연결하여 강제 방전시키는 방전단계를 더 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.Here, the discharge step of forcibly discharging by connecting the lead-acid battery to the discharge circuit unit through the pair of battery terminals before applying the impact charge voltage to the lead-acid battery in order to efficiently remove the lead sulfate adhered to the positive or negative plate It is preferable to configure to further include.
그리고 충전시간을 더욱 더 단축시킬 수 있도록, 상기 한 쌍의 축전지단자사이의 전압을 검출하는 축전지단자전압검출단계를 더 포함하고; 상기 충격충전단계는 상기 한 쌍의 축전지단자사이의 전압이 축전지초기전압값을 넘어갈 때까지 실시되도록 구성하는 것이 바람직하다.And further comprising a battery terminal voltage detecting step of detecting a voltage between the pair of battery terminals to further shorten the charging time. The impact charging step is preferably configured to be performed until the voltage between the pair of battery terminals exceeds the initial voltage value of the battery.
한편 상기 목적은 본 발명의 다른 분야에 따라, 한 쌍의 축전지단자를 갖는 납산축전지를 재생 충전하기 위한 납산축전지재생장치에 있어서, 상기 한 쌍의 축 전지단자를 각각 연결하기 위한 한 쌍의 충전장치단자와; 상기 충전장치단자에 연결되어 충격충전전압과 본충전전압을 공급하는 충전전압생성부와 상기 충전전압생성부와 상기 충전장치단자사이에 개재된 충전스위칭부를 갖는 충전회로부와; 상기 충격충전전압이 단속적으로 상기 충전장치단자를 통해 납산축전지에 인가된 후 상기 본충전전압이 지속적으로 납산축전지에 인가되도록 상기 충전스위칭부의 온오프상태를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 납산축전지재생장치에 의해 달성된다.Meanwhile, the above object is a lead acid battery regeneration device for regenerating and charging a lead acid storage battery having a pair of battery terminals according to another field of the present invention, and a pair of charging devices for connecting the pair of storage battery terminals, respectively Terminals; A charging circuit unit connected to the charging device terminal and having a charging voltage generation unit supplying an impact charging voltage and the main charging voltage and a charging switching unit interposed between the charging voltage generation unit and the charging device terminal; And a controller configured to control an on / off state of the charging switch unit such that the impact charge voltage is intermittently applied to the lead acid storage battery through the charging device terminal and the main charge voltage is continuously applied to the lead acid storage battery. Achieved by the battery regeneration device.
이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 납산축전지재생장치의 전체구성도이다.1 is an overall configuration diagram of a lead acid battery regeneration device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 납산축전지재생장치는, 도1에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하는 장치하우징(도시되지 않음)과, 장치하우징(도시되지 않음)의 외표면에 노출되도록 설치된 충전장치단자(11) 및 방전선택버튼(14)과, 한 쌍의 충전장치단자(11)에 연결된 충전전압생성부(21)를 갖는 충전회로부(20)와, 충전전압생성부(21)에 대하여 병렬을 이루도록 한 쌍의 충전장치단자(11)에 연결된 방전저항(31)을 갖는 방전회로부(30)와, 충전장치단자(11)사이의 전압을 검출하는 단자전압검출부(15)와, 장치하우징(도시되지 않음)의 내부에 내장된 피시비상에 구현된 메모리(16) 및 제어부(17)를 갖고 있다.The lead acid storage battery regeneration device according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, the charging device is installed so as to be exposed to the outer surface of the device housing (not shown) and the device housing (not shown) forming the appearance The
충전장치단자(11)는 한 쌍으로 구성되고, 각 충전장치단자(11)는 상호 전기적으로 연결된 3개의 연결탭(12)을 갖도록 형성된다.The
이러한 구성을 갖는 각 충전장치단자(11)는 축전지단자(201a)에 전기적으로 연결된다.Each
방전선택버튼(14)은 복귀형으로 구성되어 있고 종래 널리 알려진 바와 같은 방법으로 누름 동작시 전압형태의 방전선택신호가 제어부(17)에 전달되도록 구현할 수 있다. The
충전회로부(20)는 충전전압생성부(21)에 더하여 충전전압생성부(21)와 충전장치단자(11)사이에 개재된 충전스위칭부(22)를 갖고 있다.The
충전전압생성부(21)는 상용전압전원에 연결되어 단일의 직류전압을 생성하도록 구성되어 있다. 즉, 종래 널리 알려진 바와 같이 상용의 교류전압을 낮은 값의 교류전압으로 변환하는 트랜스포머, 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류회로, 평활회로 등을 사용하여 정전압회로형태로 구현할 수 있다.The charging
충전전압생성부(21)에서 생성된 직류전압은 제어부(17)의 제어동작을 통해 충격충전전압 또는 본충전전압으로 납산축전지(201)에 인가된다. 이에 따라 충격충전전압과 본충전전압은 동일한 크기를 갖게 된다.The DC voltage generated by the charging
충전스위칭부(22)는 SSR(Solid State Relay)를 사용하여 구현할 수 있다. The
방전회로부(30)는 방전저항(31)에 더하여 방전저항(31)과 충전장치단자(11)사이에 개재된 방전스위칭부(32)를 갖고 있다.The
방전스위칭부(32)는 SSR(Solid State Relay)를 사용하여 구현할 수 있다. The
단자전압검출부(15)는 종래 널리 알려진 바와 같이 한 쌍의 충전장치단자(11)사이의 전압을 검출하고 검출된 전압값에 대응하는 전압형태의 검출신호가 제어부(17)로 전달되도록 구현할 수 있다.As is well known in the art, the
메모리(16)에는 작업자단말기를 통해 입력되는 납산축전지의 축전지초기전압값(재생 직전의 축전지단자사이의 전압)과 축전지재생목표전압값이 저장된다.The
제어부(17)는 입력단에 방전선택버튼(14)과 단자전압검출부(15)가 연결되어 있고, 출력단에는 방전스위칭부(32)와 충전스위칭부(22)가 각각 연결되어 있다.The
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 납산축전지재생장치를 사용하여 납산축전지를 재생 충전하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the method of regenerating and charging a lead acid storage battery using the lead acid battery regeneration device according to an embodiment of the present invention having such a configuration as follows.
먼저 재생 대상이 되는 납산축전지(201)의 축전지초기전압값(재생시마다 측정)을 작업단말기를 통해 입력하여 메모리(16)에 저장한다. 여기서 축전지초기전압값은 단자전압검출부(15)로부터의 초기입력값에 기초하여 제어부(17)가 산출하고 산출된 축전지초기전압값을 메모리(16)에 저장되도록 구현할 수 있다.First, the battery initial voltage value (measured at every regeneration) of the lead
다음에 한 쌍의 축전지단자(201a)를 한 쌍의 충전장치단자(11)에 연결한다.Next, the pair of
다음에 작업자가 방전선택버튼(14)을 누름조작하면 제어부(17)에는 방전선택신호가 입력된다.Next, when the operator presses the
다음에 제어부(17)는 방전저항(31)이 충전장치단자(11)에 연결되었다가, 다시 연결상태가 해제되도록 방전스위칭부(32)를 온오프시킨다. 여기서 방전스위칭부(32)의 온상태는 한 쌍의 축전지단자(201a)사이의 전압이 방전종지전압이하로 하강할 때까지 지속되어도 무방하다.Next, the
다음에 제어부(17)는 방전스위칭부(32)가 오프상태일 때 충전전압생성부(21)에서 생성된 직류전압이 단속적으로 납산축전지(201)에 인가되도록 충전스위칭부(22)를 반복하여 온오프시킨다. 여기서 충전스위칭부(22)의 반복 온오프제어는 단자전압검출부(15)로부터의 검출신호와 메모리(16)에 저장된 축전지초기전압값에 기초하여 충전장치단자(11)사이의 전압이 축전지초기전압값을 넘어갈 때까지 이루어진다. 이에 따라 충격충전전압이 납산축전지(201)에 인가된다.Next, the
납산축전지(201)에 충격충전전압이 인가되는 동안 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납에 전기적 충격이 가해지면서 충전화학반응이 일어나고 이에 따라 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납은 양극판 또는 음극판으로부터 분리된다.While the shock charging voltage is applied to the lead-
다음에 제어부(17)는 충전전압생성부(21)에서 생성된 직류전압이 지속적으로 납산축전지(201)에 인가되도록 충전스위칭부(22)를 온시킨다. 이에 따라 납산축전지(201)에 본충전전압이 인가된다. 본충전전압이 인가된 후 토핑충전(본충전전압에 의해 높은 전류로 균등충전된 후 납산축전지가 포화 상태에 도달할 때까지 충전전류값을 낮추어 가면서 하는 충전), 부동충전(충전이 완료된 후 자가방전을 보충해 주는 충전) 등의 과정을 추가할 수 있다.Next, the
다음에 제어부(17)는 단자전압검출부(15)로부터의 검출신호와 메모리(16)에 저장된 축전지재생목표전압값에 기초하여 충전장치단자(11)사이의 전압이 축전지재생목표전압값에 도달하면 충전스위칭부(22)를 오프시킨다.Next, when the voltage between the charging
마지막으로 축전지단자(201a)와 충전장치단자(11)사이의 연결상태를 해제한 후, 동일한 방법으로 다른 납산축전지를 재생 충전시킨다.Finally, after the connection between the
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 본충전전압을 납산축전지(201)에 인가하기 전에 충격충전전압을 인가하여 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납을 제거함으로써, 충전시간을 단축시킬 수 있고, 재생된 납산축전지의 용량 을 증가시킬 수 있게 된다. 재생된 납산축전지의 용량이 증가하면 재생율도 향상된다.According to the embodiment of the present invention as described above, the charging time can be shortened by removing the lead sulfate adhered to the positive electrode plate or the negative electrode plate by applying the impact charge voltage before applying the main charge voltage to the lead
실제 본 발명의 실시예에 다른 납산축전지의 용량 증가 효과를 측정한 결과는 다음과 같다.Actually, the result of measuring the capacity increase effect of the lead-acid battery according to the embodiment of the present invention is as follows.
그리고 충격충전전압을 납산축전지에 인가하기 전에 납산축전지를 강제 방전시킴으로써, 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납을 효율적으로 제거할 수 있게 된다(양극판 또는 음극판에 고착된 황산납에 가해지는 전기적 충격이 커짐). 그리고 충격전압인가에 따른 열발생율을 감소시킬 수 있게 된다(방전에 의해 충격전압의 크기를 줄일 수 있음). By forcibly discharging the lead-acid battery before the impact charge voltage is applied to the lead-acid battery, the lead sulfate adhered to the positive electrode plate or the negative electrode plate can be efficiently removed (the electric shock applied to the lead sulfate adhered to the positive electrode plate or the negative electrode plate is increased. ). The heat generation rate due to the application of the impact voltage can be reduced (the magnitude of the impact voltage can be reduced by the discharge).
또한 한 쌍의 축전지단자(201a)사이의 전압이 축전지초기전압값을 넘어갈 때 까지 충격충전전압을 납산축전지에 인가되도록 함으로써, 충전시간을 더욱 더 단축시킬 수 있게 된다.In addition, the charging time is further shortened by applying the shock charging voltage to the lead-acid battery until the voltage between the pair of
한편 전술한 실시예에서는 단일의 직류전압을 생성하도록 충전전압생성부(21)를 구성하고 있으나, 각 충격충전전압과 본충전전압에 대응하는 두개의 직류전압(전압값을 달리함)을 생성하도록 충전전압생성부(21)를 구성하여 본 발명을 실시할 수 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the charging
그리고 전술한 실시예에서는 제어부(17)를 통해 방전저항(31)과 충전장치단자(11)사이의 전기적 연결을 개폐하도록 구성하고 있으나, 작업자가 방전조작스위치를 조작하여 방전저항(31)과 충전장치단자(11)사이의 전기적 연결을 개폐하도록 본 발명을 실시할 수 있다(방전조작스위치는 첫 번째 누름 조작시 방전스위칭부가 온상태가 되고 두 번째 누름 조작시 방전스위칭부가 오프상태가 되도록 하고, 제어부는 별도로 마련된 충전선택버튼으로부터 충전선택신호가 입력될 때 충전스위칭부의 온오프상태를 제어하도록 함).In the above-described embodiment, the
따라서 본 발명에 따르면, 본충전전압을 납산축전지에 인가하기 전에 충격충전전압을 인가하여 양극판 또는 음극판에 고착된 황산납을 제거함으로써, 충전시간을 단축시킬 수 있고, 재생된 납산축전지의 용량을 증가시킬 수 있다. 재생된 납산축전지의 용량이 증가하면 재생율도 향상된다.Therefore, according to the present invention, by applying the impact charge voltage before removing the main charge voltage to the lead-acid battery, by removing the lead sulfate fixed on the positive electrode plate or negative electrode plate, the charging time can be shortened, and the capacity of the regenerated lead acid battery is increased. You can. As the capacity of the regenerated lead acid accumulator increases, the regeneration rate also improves.
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KR102532850B1 (en) * | 2023-01-06 | 2023-05-15 | 윤혜련 | Charging and discharging system for lead acid batteries |
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2008
- 2008-05-15 KR KR20080044857A patent/KR20090119047A/en active Search and Examination
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