KR20130068097A - 배터리 복원기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 전극판에 달라붙어 고화된 황산염을 제거하여 전극판의 고유 기능을 복원한 후, 그 복원 된 배터리의 방전 효율에 대한 열화 정도를 정확히 측정할 수 있는 배터리 복원기 및 제어방법을 제공한다.
본 발명의 배터리 복원기(10)의 제어방법은 배터리상태 점검회로(4)를 통하여 배터리(1)의 상태를 검출한 후, 최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이상이면 충전회로(8)를 통하여 배터리에 충전을 진행하는 단계,
최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이하이면 발진회로(5)를 통하여 고주파를 배터리 전극에 인가하는 단계,
상기 2단계에서 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이상이 될 때까지 일정시간 동안 반복하는 단계,
상기 배터리 정격 전압에 대하여 90% 이상의 전압이 충전되면 그 충전된 배터리에 대하여 종지 전압까지 방전하여 방전 시간을 측정하고 그 방전 시간과 배터리 정격 전압을 연산하여 배터리의 열화 상태를 표시하는 단계,
상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 복원기의 제어방법{Control method of battery charger}

본 발명은 배터리의 복원 후 그 복원 상태를 알 수 있는 배터리 복원기 및 제어방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 배터리는 전류의 화학적 작용을 이용하는 것이며, 화학적 에너지를 전기적 에너지로 사용할 수 있도록 하는 것으로서 방전될 경우 충전하면 다시 배터리의 기능을 회복할 수 있다. 배터리는 외부 전극 단자에 부하를 접속하면 배터리 내의 전극판과 전해액이 화학 반응을 일으켜 전압을 발생시킨다.

배터리는 전해액으로 묽은 황산을 이용하고, 양극판은 과산화 납, 음극판은 순수한 납을 사용하는 것이 일반적이다.

배터리는 작은 체적으로 가능한 큰 전기 에너지를 얻기 위해 화학반응을 일으키는 극판과 전해액의 접촉 면적이 커지도록 전극판을 얇은 판으로 구성하여 여러장 병렬로 접속하고 양극판과 음극판이 서로 마주보도록 배치되어 있다.

양극판과 음극판의 두 전극 반응은 불용성인 PbSO₄를 생성하여 두 전극에 부착되며, 배터리의 방전시 황산이 소모되어 물이 생성되고, 물의 밀도는 황산의 밀도보다 낮기 때문에 배터리의 충전 상태는 전해액의 밀도를 측정하여 확인한다. 배터리가 재충전될 때는 전극 반응은 역반응이 일어난다.

그러나 장기간 충방전을 반복하면 전극판에 달라붙어 있던 황산염이 충전시에 이탈되지 않고 그대로 달라붙는 황산화 현상이 발생한다.

상기 황산화 현상은 전극판의 전기 반응의 통로가 차단되어 절연기능을 하게 되므로 배터리의 전압, 용량 및 비중도를 저하시키는 문제점이 발생한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 국내 특허공개 2010-59039호가 개시되어 있다.

종래 배터리 복원기의 제어방법은 배터리상태 점검회로를 통하여 배터리 상태를 검출한 후, 최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이상이면 충전회로를 통하여 배터리에 충전을 진행하는 2단계,

최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이하이면 발진회로를 통하여 고주파를 배터리 전극에 인가하는 2단계로 이루어지고,

상기 2단계에서 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이상이 될 때까지 일정시간 동안 반복하여 고주파를 배터리전극에 인가하는 방법을 이용한다.

상기 방법을 이용하는 배터리 복원 방법은 배터리 복원이 종료된 후 배터리의 열화 정도 즉, 배터리의 노후 상태나 성능을 정확히 판단하여 표시할 수 없는 단점이 있다.

특허공개 2010-59039호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리 전극판에 달라붙어 고화된 황산염을 제거하여 전극판의 고유 기능을 복원한 후, 그 복원 된 배터리의 방전 효율에 대한 열화 정도를 정확히 측정할 수 있는 배터리 복원기 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 배터리를 장기간 재활용하여 사용할 수 있는 배터리 복원기 및 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 배터리 복원기의 제어방법은 배터리상태 점검회로(4)를 통하여 배터리(1)의 상태를 검출한 후, 최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이상이면 충전회로(8)를 통하여 배터리에 충전을 진행하는 단계,

최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이하이면 발진회로(5)를 통하여 고주파를 배터리 전극에 인가하는 단계,

상기 2단계에서 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이상이 될 때까지 일정시간 동안 반복하는 단계,

상기 배터리 정격 전압에 대하여 90% 이상의 전압이 충전되면 그 충전된 배터리에 대하여 방전회로(7)를 이용하여 종지 전압까지 방전하여 방전 시간을 측정하고 그 방전 시간과 배터리 정격 전압을 연산하여 배터리의 열화 상태를 표시하는 단계,

상기 배터리를 충전하는 단계로 이루어진다.

또, 상기 배터리 정격 전압에 대하여 최초로 90% 이상 충전된 후 종지 전압까지 방전하는 과정을 반복하는 회수는 2회로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 배터리의 사용 수명을 연장하고 배터리의 성능을 저하시키지 않고 장기간 유지 관리할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또, 배터리를 복원한 후, 그 복원 된 배터리의 방전 효율에 대한 열화 정도를 정확히 측정할 수 있고, 배터리를 재활용함으로써 환경오염을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 배터리와 배터리 복원기의 연결상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 배터리 복원기의 회로구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 배터리 복원기의 고전압 출력 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 배터리 복원기의 제어방법을 설명하기 위한 플로차트이다.

이하, 도 1내지 도 4를 참고하여 본 발명의 배터리 복원기의 기술구성 및 제어방법을 상세히 설명한다.

배터리 복원기(10)의 전압 안정화회로(2) 및 발진회로(5)를 통하여 배터리(1)에 고전압을 인가한다. 그 인가되는 전압 또는 시간 패턴을 미리 설정된 기준전압과 비교한 예를 도 3에 나타낸다.

전압 안정화회로(2)는 방전 전류를 제어량, 발생 전압을 조작량으로 하는 제어기능을 구비하도록 한다.

상기 제어기능은 고저항 물질의 감소 현상이 발생하는 임계 전류 이상의 방전 전류를 인가하여 제어한다.

전류 패턴의 최적은 배터리에 따라 다르므로 배터리상태 점검회로(4)를 통하여 얻어진 표준 데이터를 적용한다.

그리고, 결정된 전류패턴을 중앙처리장치(3)에 제어 명령으로 하여 입력시킨다.

상기 임계전류 이상의 방전 전류를 불연속적으로 흐르게 하는 제어에 대하여는 통상의 (펄스 충전기)의 펄스전류, 펄스전압이 아니라 더 시간 간격이 긴 고전압인가가 바람직하다.

구체적으로는 20m초보다 긴 시간 간격으로 발진회로(5)를 통하여 전류제어 실행을 반복한다.

또는 발진회로(5)를 통하여 상용의 펄스를 출력하고 임계 전류 이상의 방전 전류를 반복하여 흘린다.

또, 임계 전류 이상의 피크 방전 전류를 갖는 단독 펄스 전압의 발생 명령을 출력하여도 된다.

예를 들어 고전압 물질을 부분적으로 파괴하도록 선택되는 전극에 부분적으로 임팩트된 에너지가 공급되도록 구성하여도 된다.

고전압 인가, 방전 조작의 조작 량과 타이밍, 충전 방전의 반복 회수를 결정하는 것은 배터리상태 점검회로(4)를 통하여 얻어진 데이터를 중앙처리장치가 연산하여 배터리의 내부 저항을 측정함으로써 결정된다.

배터리 내부 저항의 측정에 대하여는 공지의 측정 방법을 이용한다.

또 고주파 진동 부여에 대하여도 상기 배터리의 내부 저항의 측정값에 기초하여 진동 강도와 진동시간을 결정할 수 있다.

특히, 배터리상태 점검회로(4)에는 배터리 복원이 종료되고 충전이 완료된 후, 방전회로(7)를 통하여 종지 전압까지 강제 방전하는 과정에서 배터리 용량 대비 방전 시간을 측정하여 배터리 열화 상태를 판단할 수 있도록 하는 기능을 추가로 구성한다.

전압 안정화회로에 대하여는 정전기의 축적 충전기와 커패시터로 구성되고, 커패시터에 정전기의 축적 충전기로부터 전하를 충전하여 고전압 펄스를 배터리에 공급할 수 있도록 구성된다.

전원공급부(6)는 사일리스터 혹은 트라이악, 게이트 턴오프 트랜지스터, 정전유도 트랜지스터, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터로 된 부품을 이용하여 구성한다.

본 발명의 바람직한 배터리 복원기의 동작과정을 설명하면 먼저, 도 2와 같이 충전회로(8)를 통하여 배터리(1)에 충전을 수행한다.

소정시간 동안 충전이 진행된 후 배터리상태 점검회로(4)에 의하여 입력된 데이터를 중앙처리장치(3)가 판단하여 재충전이 가능한 배터리 인지 재생 과정이 필요한 상태의 배터리인지 디스플레이(9)에 표시한다.

예를 들어 최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90%의 전압 값(제1측정전압)이 얻어지고 있는지, 혹은 바로 앞전의 충전에 대하여 90이하(제2측정전압)의 전압상승이 얻어졌는가를 판정한다. 제1측정전압에 도달하면 정상적인 배터리로 판단하여 전압 안정화회로(2)를 오프하고, 충전회로(8)를 통하여 정상적인 충전을 진행한다. 상기 정상적인 충전 후에는 방전회로(7)를 통하여 종지 전압까지 강제 방전하고 그 방전까지 걸리는 시간을 중앙처리장치(3)가 배터리상태 점검회로(4)를 통하여 배터리 용량 대비 방전시간을 측정 환산함으로써 배터리의 열화 상태를 디스플레이(9)에 표시할 수 있도록 한다. 배터리 복원 후 배터리의 열화 상태를 측정하기 위한 충방전 회수는 2회 이상 실시하여도 그 평균값으로 판단하여도 된다.

한편, 제2측정전압이면 배터리 내부의 전극에 황산물이 부착되기 시작하거나 이미 시작된 것으로 판단하여 전압 안정화회로(2) 및 발진회로(5)를 통하여 배터리 외부단자에 고주파를 인가하는 과정을 제1측정전압이 될 때까지 반복한다.

전압 안정화회로(2)와 발진회로(5)를 통하여 발생되는 고주파는 충전회로(8)로부터 배터리에 인가되는 전압에 중복하여 인가하여도 된다.

전압 인가시 혹은 인가 전후에 고주파 진동을 발생시켜도 된다.

상기 설명은 배터리의 외부단자 즉, 도 1의 배터리(1)의 음전극(-전극)과 배터리의 양전극(+전극)을 배터리 복원기(10)에 접속하여 이루어진 구조를 이용하여 설명하였다.

그러나 실재로는 배터리의 각 셀마다 고저항 물질의 부착 정도가 다르기 때문에 각각 개별 셀에 대하여 별개의 적절한 재생 조작이 필요하다.

각 셀 단자의 음전극 양전극마다 충전하고 그 전압 값 혹은 내부 저항 추정 값을 이용하여 상기 설명한 과정을 거쳐 배터리의 각 셀 전극에 부착된 고저항 물질인 황산화막을 제거한다.

각 셀마다의 내부 저항 추정은 공지의 배터리 내부저항 추정 방법을 이용하면 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 배터리 복원기의 제어방법은 도 4를 참고하여 설명한다.

먼저, 전원을 온(on)하여 배터리 복원기(10)를 동작모드(S10)로 전환하면, 중앙처리장치(3)는 배터리 복원기(10)가 배터리(1)에 연결되어 있는 가를 판단(S20)한다.

배터리(1)가 배터리 복원기(10)에 정확히 연결되지 않은 경우에는 복원기와 배터리의 전극이 반대로 접속되어있는가를 판단(S30)하여 반대로 접속된 경우에는 부저(S40)를 울린다.

한편, 배터리가 정상적으로 연결된 경우에는 배터리 복원기(10)의 디스플레이(9)를 통하여 연결된 배터리의 전압과 전류를 표시한다(S50).

이어서, 충전이 가능한 배터리 인지 재생 동작이 필요한 배터리 인지를 배터리 상태 점검회로(4)를 통하여 중앙처리장치가 판단(S60)하고,

배터리의 재생동작이 필요한 경우에는 전압 안정화회로(2) 및 발진회로(5)를 통하여 고주파 펄스를 배터리의 전극에 인가한다(S70).

상기 배터리 전극에 고주파 펄스를 가함으로써 배터리 내부의 납 전극에 부착된 황산화물이 초음파 진동에 의하여 분리되므로 납 전극의 저항을 줄이도록 작용한다.

충전이 가능한 배터리로 판단되면 충전회로(8)를 통하여 충전이 시작되고(S80), 일정 시간 동안 타이머가 동작(S90)할 때까지 충전이 이루어진다.

상기 충전이 종료되면 중앙처리장치(3)는 배터리상태 점검회로(4) 및 방전회로(7)를 통하여 종지전압까지 방전(S100)을 실시하고 그 방전 시간을 측정하여 배터리 용량 대비 방전 시간을 연산하여 배터리의 열화 상태를 등급화하여 디스플레이(9)에 표시(S110)한다. 상기 배터리 정격 전압에 대하여 최초로 90% 이상 충전된 후 종지 전압까지 방전하는 과정을 반복하는 회수는 2회 또는 그 이상 실시할 수 있도록 구성하여도 된다.

이어서, 배터리를 충전(S120)하고 로드테스트(S130)를 실시한 후 배터리 복원을 완료한다.

본 발명의 배터리 복원기의 제어방법은 상기 예시된 도면 구조에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 청구범위 및 목적의 범주 내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다.

1 - 배터리 2 - 전압 안정화회로
3 - 중앙처리장치 4 - 배터리상태 점검회로
5 - 발진회로 6 - 전원공급부
7 - 방전회로 8 - 충전회로
9 - 디스플레이 10 - 배터리 복원기

Claims (2)

1. 배터리상태 점검회로를 통하여 배터리의 상태를 검출한 후, 최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이상이면 충전회로를 통하여 배터리에 충전을 진행하는 단계,
   최초 충전 후 전압이 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이하이면 발진회로를 통하여 고주파를 배터리 전극에 인가하는 단계,
   상기 2단계에서 배터리 정격 전압에 대하여 대략 90% 이상이 될 때까지 일정시간 동안 반복하는 단계,
   상기 배터리 정격 전압에 대하여 90% 이상의 전압이 충전되면 그 충전된 배터리에 대하여 종지 전압까지 방전하여 방전 시간을 측정하고 그 방전 시간과 배터리 정격 전압을 연산하여 배터리의 열화 상태를 표시하는 단계,
   상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 복원기의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 정격 전압에 대하여 최초로 90% 이상 충전된 후 종지 전압까지 방전하는 과정을 반복하는 회수는 2회로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 복원기의 제어방법.
   

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