KR20180130952A - 배터리의 성능 회복 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 전극에 고주파의 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리의 성능을 회복시키는 배터리의 성능 회복 장치에 있어서, 상기 배터리의 전압을 감지하는 전압감지부, 상기 배터리의 주변온도를 감지하는 온도감지부, 상기 배터리의 주변습도를 감지하는 습도감지부, 상기 감지된 배터리의 전압, 주변온도, 주변습도에 따라 각각 정해지는 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치를 미리 정해진 기준 펄스의 진폭과 주파수에 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 제어부, 및 상기 결정된 진폭과 주파수를 가지는 충전 펄스를 생성시켜 상기 배터리 전극에 인가하는 펄스공급부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 펄스공급부가 미리 정해진 제1시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와, 상기 제1시간 보다 짧게 정해진 제2시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하지 않음으로써 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리의 성능 회복 장치{An Apparatus for Capacity Recovery of Battery}
본 발명은 배터리의 성능 회복 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 배터리의 전압, 상기 배터리가 설치된 공간의 온도, 및 습도 조건에 따라 진폭과 주파수가 다르게 제어되는 고주파의 충전 펄스를 상기 배터리 전극에 인가하여 배터리의 전극에 부착되는 황산납을 제거하는 방식으로 상기 배터리의 성능을 회복시키되, 배터리 전극에 충전 펄스를 인가하는 경우 상기 고주파 충전 펄스를 인가하여 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와 고주파 충전 펄스의 인가를 중단하여 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행함으로써 상기 전극에 부착된 황산납의 제거가 더욱 신속하고 효과적으로 이루어질 수 있는 배터리의 성능 회복 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 장치는 전해액 내에 양극과 음극이 배치되는 구성을 가지며, 화학 작용에 의하여 직류 전기를 발생하여서 전원을 공급하며, 자동차, 노트북 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
배터리 장치는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방전 기능과 외부 전원에 의하여 화학 에너지를 저장하는 충전 기능을 갖는 것이 일반적이며, 이와 같이 충전과 방전을 반복하는 배터리 장치를 이차 전지로 칭한다.
이러한 배터리 장치는 충전을 위하여 일반적으로 펄스충전방식을 채용하며, 충전 전압이 완충 전압에 도달할 때까지 펄스가 제공되고, 펄스의 충격계수를 조정함으로써 전지의 충전 시간을 빠르게 할 수 있다.
그러나, 배터리 장치는 충전과 방전을 반복하는 과정에서 전극판이 산화하여서 전극판 표면에 황산염(납축전지의 경우, 구체적으로는 황산납)이 부착될 수 있는데, 이러한 황산염이 과다하게 부착되는 경우 화학적 전기적 반응 통로가 막히는 결과를 초래하여 내부 저항의 증가로 인하여 배터리의 효율이 떨어지고, 수명이 감소되는 문제점이 발생된다.
이러한 문제점을 해결하고자 다양한 기술들이 개발된 바 있으며, 일예로 하기 [문헌 1]과 [문헌 2] 등에는 방전 펄스전류를 흘린 직후에 이 방전한 전기량보다도 큰 전기량의 충전펄스전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 납축전지의 활성화법이 개시된 바 있다.
그러나, 상기 문헌들의 경우 배터리의 방전상태나 배터리가 설치된 주변의 온도나 습도 등을 전혀 고려하지 않고 항상 일정한 진폭과 주파수를 가지는 펄스를 인가하는 방식이기 때문에 배터리 전극에 고착된 황산납의 제거가 효과적으로 이루어지지 않을 뿐만 아니라 고온 등의 악조건에서 무리하게 고주파 펄스를 인가함으로써 배터리가 과열되어 오히려 기능이 저하되는 문제점을 야기시킬 수 있다.
또한, 상기 문헌들의 경우 배터리 전극의 표면에 고착된 황산염을 제거하기 위하여 고주파 펄스를 연속적으로 인가하여 전극을 진동시키는 방식을 적용하고 있는데, 이 경우 고주파 펄스에 의한 충격이 일정하게 유지되기 때문에 전극 표면에 고착된 황산납을 신속하게 제거하기 곤란한 문제점이 있다.
[문헌 1] 일본 공개특허 제2000-323188호(2000. 11. 24. 공개)
[문헌 2] 한국 등록실용신안 제20-0462031호(2012. 8. 23. 공고)
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리의 전압, 상기 배터리가 설치된 공간의 온도, 및 습도 조건에 따라 배터리 전극에 인가되는 고주파 충전 펄스의 진폭과 주파수를 다르게 제어함으로써 배터리 전극에 부착된 황산납의 제거가 신속하고 효과적으로 이루어질 뿐만 아니라 충전 펄스의 인가에 의한 배터리의 기능 저하나 손상을 방지할 수 있는 배터리의 성능 회복 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 배터리 전극에 고주파 충전 펄스를 인가하는 경우 고주파 충전 펄스를 인가하여 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와 고주파 충전 펄스의 인가를 중단하여 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행함으로써 상기 배터리 전극에 부착된 황산납의 제거가 더욱 신속하고 효과적으로 이루어질 수 있는 배터리의 성능 회복 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 배터리 전극에 고주파의 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리의 성능을 회복시키는 배터리의 성능 회복 장치에 있어서, 상기 배터리의 전압을 감지하는 전압감지부, 상기 배터리의 주변온도를 감지하는 온도감지부, 상기 배터리의 주변습도를 감지하는 습도감지부, 상기 감지된 배터리의 전압, 주변온도, 주변습도에 따라 각각 정해지는 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치를 미리 정해진 기준 펄스의 진폭과 주파수에 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 제어부, 및 상기 결정된 진폭과 주파수를 가지는 충전 펄스를 생성시켜 상기 배터리 전극에 인가하는 펄스공급부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 펄스공급부가 미리 정해진 제1시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와, 상기 제1시간 보다 짧게 정해진 제2시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하지 않음으로써 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충전 펄스의 주파수는 5kHz 내지 30kHz의 범위이고, 상기 제1시간은 수십 ㎳ 내지 수백 ㎳, 제2시간은 수 ㎳ 내지 수십 ㎳의 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압 가중치는 상기 감지된 배터리의 전압이 설정전압 미만인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지고, 상기 온도 가중치는 상기 감지된 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 감소되고, 상기 제1설정온도 보다 낮은 제2설정온도 미만인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지며, 상기 습도 가중치는 상기 감지된 배터리의 주변습도가 설정습도 이상인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치 중 가장 높은 가중치를 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하되, 상기 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 경우에는 온도 가중치만을 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 감지된 배터리의 주변온도가 제2설정온도 미만인 경우에는 상기 펄스공급부가 제1모드만을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리 전극에 고주파의 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리의 성능을 회복시키는 배터리의 성능 회복 장치의 제어방법에 있어서, 상기 배터리의 전압, 배터리의 주변온도, 및 배터리의 주변습도를 감지하는 제1단계, 상기 감지된 배터리의 전압, 주변온도, 주변습도에 따라 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치를 각각 설정하고, 미리 저장된 기준 펄스의 진폭 및 주파수에 상기 가중치를 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 제2단계, 및 상기 제2단계에서 결정된 진폭과 주파수를 가지는 충전 펄스를 생성하여 상기 배터리 전극에 인가하는 제3단계를 포함하되, 상기 제3단계는 미리 정해진 제1시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와, 상기 제1시간 보다 짧게 정해진 제2시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하지 않음으로써 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리의 성능 회복 장치는 배터리의 전압, 상기 배터리가 설치된 공간의 온도, 및 습도 조건에 따라 배터리 전극에 인가되는 고주파 충전 펄스의 진폭과 주파수를 다르게 제어하도록 구성되기 때문에 배터리 전극에 부착된 황산납의 제거가 신속하고 효과적으로 이루어질 뿐만 아니라 충전 펄스의 인가에 의한 배터리의 기능 저하나 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리의 성능 회복 장치는 상기 배터리 전극에 고주파 충전 펄스를 인가하는 경우 고주파 충전 펄스를 인가하여 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와 고주파 충전 펄스의 인가를 중단하여 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행함으로써 상기 배터리 전극에 부착된 황산납의 제거가 더욱 신속하고 효과적으로 이루어질 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 성능 회복 장치가 배터리의 일측에 장착된 상태를 나타낸 사시도,
도2는 도1에 도시한 배터리의 성능 회복 장치의 회로 구성 및 동작 구성을 설명하기 위한 블럭도, 및
도3과 도4는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 성능 회복 장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도 및 배터리의 전압 상태 및 주변 환경에 따라 충전 펄스를 인가하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 성능 회복 장치가 배터리의 일측에 장착된 상태를 나타낸 사시도이고, 도2는 도1에 도시한 배터리의 성능 회복 장치의 회로 구성 및 동작 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
또한, 도3과 도4는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 성능 회복 장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도 및 배터리의 전압 상태 및 주변 환경에 따라 충전 펄스를 인가하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 성능 회복 장치는 일예로서 도1에 도시한 바와 같이 배터리(10)의 일측에 성능 회복 장치(20)가 일체로 결합되도록 구성될 수 있는데, 이때 성능 회복 장치의 단자(미도시)는 각각 배터리(10)의 양극 전극(L1)과 음극 전극(L2)에 연결되도록 구성된다.
여기에서, 배터리(10)는 차량용 전지, 면도기용과 같은 가정용 전지, 핸드폰 전지, 노트북 컴퓨터의 전지 등 다양한 이차 전지를 포함하는 것이며, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 상기 배터리(10)가 차량 등에 일반적으로 사용되는 납축전지인 경우를 일예로서 설명한다.
이때, 상기 배터리(10)와 용량 회복 장치(20)를 일체로 결합하는 방법은 결합 부재를 이용한 결합이나 접착 부재를 이용한 접착 등 제작자의 의도에 따라서 다양하게 실시될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법의 설명은 생략한다.
상기 배터리(10)는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 방전과 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 주는 충전의 사이클을 반복적으로 수행하는 것으로서, 이온화 경향이 다른 두 개의 금속(+, - 전극)과 액체(전해액)로 폐회로를 만들어 두 금속과 전해액의 화학반응에 의해 전기에너지를 발생시키게 된다.
이때, 상기 금속(즉, 전극)은 전기에 대한 전도체로서 전자가 이동할 수 있는 경로를 제공하고 용액은 이온이 이동하는 경로를 제공하게 된다.
또한, 전자 및 이온은 모두 전기적 성질을 가지므로 전위에 의한 반응이 일어나는데, 두 금속 사이에서의 전위차에 의한 반응으로 한쪽의 반응은 산화되고 다른 한쪽의 반응은 환원되는 구조로 이루어짐으로써 충전과 방전이 발생하게 된다.
이와 같이 구성되는 상기 배터리에서의 양극 전극 및 음극 전극의 방전에 따른 이온반응은 다음과 같으며, 충전시의 이온반응은 그 역과 같다.
(음극반응) Pb(s) + H2SO4 → PbSO4(s) + 2H+ + 2e-
(양극반응) PbO2 + H2SO4 + 2e- → PbSO4 + 2OH-
즉, 방전에 의하여 양 전극에 형성되는 황산염(즉, 황산납)은 충전에 의하여 양극에서는 황산납의 황산이 전해액으로 돌아가 양극 전극이 과산화납이 되며, 음극에서는 황산납의 황산이 전해액으로 돌아가게 되어 음극 전극이 납 스펀치인 납이 되며, 전해액은 양 전극에서 되돌아 온 황산기에 의해서 묽은 황산으로 변한다.
그러나, 이러한 배터리는 오랫동안 충전과 방전을 하는 과정에서 황산염이 전극에 고착화되어 배터리의 성능이 저하되는 현상이 발생되는데, 이를 해결하기 위하여 종래에는 앞서 설명한 바와 같이 배터리의 전극에 고주파의 충전 펄스를 일정하게 인가하여 전극을 진동시킴으로써 황산염을 제거하는 방식을 적용하였다.
그러나, 이러한 종래 방식은 배터리의 상태나 주변 환경 요인을 고려하지 않고 항상 일정한 고주파 충전 펄스를 인가하는 방식이기 때문에 경우에 따라서는 오히려 배터리의 성능을 저하시키게 될 소지가 있을 뿐만 아니라, 상기 고주파 충전 펄스를 항상 연속적으로 인가하는 방식이기 때문에 전극과 황산납의 고착면에 가해지는 충격이 일정하여 황산납의 제거 속도 및 제거 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 현재 배터리의 전압 상태(즉, 배터리의 방전량 또는 충전량), 배터리가 설치된 장소의 온도와 습도 조건에 따라 배터리 전극에 인가되는 고주파 충전 펄스의 진폭과 주파수를 다르게 제어함으로써 황산납의 제거 효율을 향상시킴은 물론, 배터리의 불필요한 기능 저하나 손상을 방지하도록 구성한 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 고주파의 충전 펄스가 미리 정해진 시간 간격으로 단속적으로 배터리 전극에 인가되도록 구성하여 배터리 전극과 황산염의 고착면에 가해지는 충격이 시간에 따라 지속적으로 변화되도록 함으로써 황산염의 제거 속도 및 제거 효율을 향상시키도록 한 것을 기술적 특징으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 성능 회복 장치(20)는 배터리(10)의 양 전극(L1,L2)에서 출력되는 전압으로 구동 전원을 제공하는 구동전원부(21), 배터리(10)의 양 전극(L1,L2)에서 출력되는 전압을 감지하는 전압감지부(23), 상기 구동전원부(21)에 공급하는 전원에 의하여 구동되며 후술하는 바와 같이 배터리(10)의 전극에 인가되는 고주파 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 제어부(22), 및 상기 결정된 진폭과 주파수를 가지는 충전 펄스를 생성시켜 상기 배터리 전극에 인가하는 펄스공급부(24)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 성능 회복 장치(20)는 배터리(10)가 설치된 공간의 일측에 설치되어 배터리의 주변온도를 감지하는 온도감지부(30)와 배터리의 주변습도를 감지하는 습도감지부(40)를 더 포함할 수 있는데, 상기 온도감지부(30)와 습도감지부(40)는 공지된 온도센서와 습도센서 중 어느 하나를 이용하여 바람직하게 구성될 수 있다.
이때, 상기 구동전원부(21)는 일예로서 다이오드(미도시), 정전압 회로(미도시) 및 구동 전압 안정 회로(미도시)를 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 다이오드는 배터리(10)의 양극 전극(L1)에 연결되어서 역전압이 인가되는 것을 방지하는 한편, 불안정한 전압을 정류하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 정전압 회로는 다이오드를 통하여 입력되는 전압을 정전압의 안정적인 직류 상태로 출력하는 기능을 가지며, 일예로서 통상의 DC-DC 컨버터 회로로 이루어지거나 통상의 평활회로와 마찬가지로 다이오드에 직렬 연결되는 저항과 저항에 병렬로 연결되는 캐패시터를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 구동전압 안정회로는 정전압 회로의 전압을 인가받아서 제어부(22)의 동작 전압으로 이용할 수 있는 수준을 가지면서 직류 레벨을 안정화한 구동 전압을 출력하는 기능을 갖는다.
또한, 상기 전압감지부(23)는 배터리(10)의 양 전극(L1,L2)에서 출력되는 전압을 감지하여 제어부(22)로 출력하는 기능을 수행하는데, 구체적으로 도시하지는 않았으나 일예로서 배터리(10)의 양 전극에서 출력되는 전압을 분압하기 위하여 다수의 직렬 연결된 저항들과 이들 저항들 사이에 병렬로 연결되는 저항을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부(22)는 상기 감지된 배터리의 전압, 주변온도, 주변습도에 따라 각각 정해지는 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치를 후술하는 바와 같이 미리 정해진 기준 펄스의 진폭과 주파수에 적용하여 후술하는 바와 같이 배터리 전극에 인가되는 고주파 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 기능을 수행한다.
즉, 배터리 전극에 황산납이 고착되는 황산화 현상은 배터리의 방전량이 클수록, 그리고 배터리의 습도가 높을수록 가속화되는 현상이 있기 때문에 본 실시예에서는 배터리의 전압이 낮거나 주변습도가 높은 경우에 전극에 많은 에너지가 전달될 수 있도록 충전 펄스의 진폭과 주파수를 증가시키게 된다.
즉, 본 실시예에서는 상기 전압 가중치가 상기 감지된 배터리의 전압이 설정전압 미만인 경우 상기 기준 펄스의 진폭(이하, m0)과 주파수(이하, f0)가 증가되도록 정해지는데, 구체적으로는 일예로서 배터리의 전압이 설정전압 이상인 정상인 경우 전압 가중치는 진폭과 주파수에 대하여 각각 1* m0와 1*f0로 설정되고, 설정전압 미만인 경우에는 각각 2* m0와 2*f0로 설정될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 습도 가중치도 상기 감지된 배터리의 주변습도가 설정습도 이상인 경우 상기 기준 펄스의 진폭(이하, m0)과 주파수(이하, f0)가 증가되도록 정해지는데, 구체적으로는 일예로서 배터리의 주변습도가 설정습도 미만으로 정상인 경우 습도 가중치는 진폭과 주파수에 대하여 각각 1* m0와 1*f0로 설정되고, 설정습도 이상인 경우에는 각각 2* m0와 2*f0로 설정될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 배터리의 온도가 낮을 경우 배터리의 용량저하가 발생되기 때문에 이 경우에도 배터리의 전극에 많은 에너지가 전달될 수 있도록 충전 펄스의 진폭과 주파수를 증가시키게 되고, 반면에 배터리의 온도가 높은 경우에는 과열에 의한 배터리 손상을 방지하기 위하여 전극에 최소한의 에너지가 전달될 수 있도록 충전 펄스의 진폭과 주파수를 감소시키게 된다.
즉, 본 실시예에서는 상기 온도 가중치가 상기 감지된 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 경우(즉, 고온인 경우) 상기 기준 펄스의 진폭(이하, m0)과 주파수(이하, f0)가 감소되도록 정해지고, 상기 감지된 배터리의 주변온도가 제1설정온도 보다 낮은 제2설정온도 미만인 경우(즉, 저온인 경우) 상기 기준 펄스의 진폭(이하, m0)과 주파수(이하, f0)가 증가되도록 정해진다.
구체적으로는, 일예로서 배터리의 주변온도가 제1설정온도(일예로서, 60℃)이상인 고온인 경우 온도 가중치는 진폭과 주파수에 대하여 각각 0.5* m0와 0.5*f0로 설정되고, 제2설정온도(일예로서, 0℃) 미만인 저온인 경우 온도 가중치는 진폭과 주파수에 대하여 각각 2* m0와 2*f0로 설정되며, 상기 제1설정온도와 제2설정온도 사이인 정상인 경우 온도 가중치는 진폭과 주파수에 대하여 각각 1* m0와 1*f0로 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배터리 성능 회복 장치는 배터리의 전압, 상기 배터리가 설치된 공간의 온도, 및 습도 조건에 따라 배터리 전극에 인가되는 고주파 충전 펄스의 진폭과 주파수를 다르게 제어하도록 구성되기 때문에 배터리 전극에 부착된 황산납의 제거가 신속하고 효과적으로 이루어질 뿐만 아니라 충전 펄스의 인가에 의한 배터리의 기능 저하나 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 제어부(22)는 상기 감지된 배터리의 전압, 주변온도, 주변습도 중 적어도 어느 하나를 를 성능 회복 장치(20)의 본체 일측에 설치된 디지털 표시기(36)를 통하여 표시하는 기능을 더 수행할 수 있는데, 상기 디지털 표시기(36)는 바람직하게는 소수점 두 자리를 갖는 백분율로 충전 정도를 표시하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부(22)는 상기 감지된 전압을 이용하여 배터리(10)가 정상인지 비정상(전압이 인가되지 않는 상태 등)인지를 판별할 수 있으며, 알람이나 발광 다이오드를 더 포함하여서 판별된 결과에 따라서 발광 다이오드가 점등되거나 알람을 발생시키는 구성을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 펄스공급부(24)는 제어부(22)에서 결정한 충전 펄스의 진폭 및 주파수를 이용하여 고주파의 충전 펄스를 발생시키게 되는데, 이를 위하여 상기 펄스공급부(24)는 펄스 발생수단, 펄스 증폭수단, 및 펄스 변조수단 등으로 구성될 수 있다.
다음으로, 도3과 도4를 이용하여 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배터리 성능 회복 장치의 제어방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 상기 배터리(10)가 일예로서 차량에 설치되는 납축전지인 경우 본 발명에 따른 배터리 성능 회복 장치(20)는 차량의 제너레이터에 의한 발전이 이루어지는 경우(즉, 시동이 걸린 경우) 동작이 이루어지도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 배터리 성능 회복 장치(20)의 동작이 개시되면 제어부(22)는 배터리의 전압, 배터리의 주변온도, 및 배터리의 주변습도를 포함하는 배터리의 전압 상태 및 배터리의 주변 환경 변수를 감지하게 된다(S10).
상기 S10 단계가 완료되면, 제어부(22)는 상기 배터리의 전압이 설정전압 미만인지 여부를 판단하고(S20), 그 판단결과에 따라 전술한 바와 같은 방식으로 전압 가중치를 결정하게 된다(S21,S22).
상기 S20 내지 S22 단계가 완료되면, 제어부(22)는 상기 배터리의 주변습도가 설정습도 이상인지 여부를 판단하고(S30), 그 판단결과에 따라 전술한 바와 같은 방식으로 습도 가중치를 결정하게 된다(S31,S32).
상기 S30 내지 S32 단계가 완료되면, 제어부(22)는 상기 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인지 여부와 제2설정온도 미만인지 여부를 판단하고(S40,S41), 그 판단결과에 따라 전술한 바와 같은 방식으로 온도 가중치를 결정하게 된다(S42,S43,S44).
상술한 바와 같이 배터리의 현재 전압상태, 주변온도, 주변습도를 고려한 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치가 설정되면, 상기 제어부(22)는 이를 이용하여 기준 펄스의 진폭과 주파수에 적용될 가중치를 결정하고, 이를 기준 펄스에 적용하여 배터리 전극에 인가될 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하게 된다(S50,S51).
이때, 상기 제어부(22)는 상기 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치 중 가장 높은 가중치를 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하되, 상기 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 경우에는 온도 가중치만을 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하게 된다.
이는 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 고온일 경우에는 배터리의 고온 열화를 방지하기 위하여 배터리의 전압조건 또는 배터리 주변습도 조건에 우선하여 배터리의 주변온도에 따른 영향을 우선적으로 고려하기 위함이다.
한편, 상기 S50 단계 및 S51단계가 완료되면, 상기 제어부(22)는 결정된 진폭과 주파수를 가지는 충전 펄스를 생성시키게 되는데(S60), 상기 생성된 충전 펄스는 일예로서 5kHz 내지 30kHz의 범위를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 S60 단계가 완료되면, 제어부(22)는 배터리(10)의 주변온도가 제2설정온도 미만인지 여부를 판단하고(S70), 제2설정온도 이상인 경우이면 미리 정해진 제1시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와, 상기 제1시간 보다 짧게 정해진 제2시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하지 않음으로써 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행하는 방식으로 상기 생성된 충전 펄스를 배터리 전극에 인가하게 된다(S71).
이때, 일예로서 상기 제1시간은 수십 ㎳ 내지 수백 ㎳, 제2시간은 수 ㎳ 내지 수십 ㎳의 범위로 설정될 수 있으나 이에 한정되지 아니하며, 본 발명에 따른 기술적 사상을 구현하기 위한 범위내에서는 상기 제1,2시간은 이와 다르게 설정될 수도 있음은 물론이다.
이와 같이 본 발명에 따른 배터리 성능 회복 장치는 상기 배터리 전극에 고주파 충전 펄스를 인가하는 경우 고주파 충전 펄스를 인가하여 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와 고주파 충전 펄스의 인가를 중단하여 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행하여 배터리 전극과 황산염의 고착면에 가해지는 충격이 시간에 따라 지속적으로 변화되도록 구성되기 때문에 황산염의 제거 속도 및 제거 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
반면에, 상기 S70 단계의 판단결과 배터리의 주변온도가 제2설정온도 미만인 경우이면 상기 제어부(22)는 제1모드만을 연속적으로 수행하는 방식으로 상기 생성된 충전 펄스를 배터리 전극에 인가하게 되는데(S72), 이는 배터리 주변온도가 저온일 경우에는 황산납의 제거에 우선하여 배터리의 저온 열화를 방지하기 위한 것이다.
도4에는 이상에서 설명한 배터리 성능 향상 장치의 제어방법에 따라 배터리의 전압조건, 배터리 주변의 온도 및 습도 조건을 고려하여 배터리 전극에 인가되는 고주파 충전 펄스의 예를 각 경우의 수에 대응되도록 도시하였다.
이상에서 설명한 본 실시예에서는 설명한 전압 가중치, 온도 가중치, 및 습도 가중치의 적용 기준 및 가중치의 크기는 설명을 위한 일예에 불과한 것으로서, 필요에 따라서는 이와 다르게 설정될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예에서는 각 경우에 적용되는 가중치가 진폭과 주파수에 동일하게 적용되는 것을 일예로서 설명하였으나, 필요에 따라서는 각 조건별 가중치가 진폭과 주파수에 다르게 적용될 수도 있음은 물론이다.
10 : 배터리 20 : 성능 회복 장치
21 : 구동전원부 22 : 제어부
23 : 전압감지부 24 : 펄스공급부
30 : 온도감지부 40 : 습도감지부

Claims (8)

  1. 배터리 전극에 고주파의 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리의 성능을 회복시키는 배터리의 성능 회복 장치에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 감지하는 전압감지부;
    상기 배터리의 주변온도를 감지하는 온도감지부;
    상기 배터리의 주변습도를 감지하는 습도감지부;
    상기 감지된 배터리의 전압, 주변온도, 주변습도에 따라 각각 정해지는 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치를 미리 정해진 기준 펄스의 진폭과 주파수에 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 제어부; 및
    상기 결정된 진폭과 주파수를 가지는 충전 펄스를 생성시켜 상기 배터리 전극에 인가하는 펄스공급부를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 펄스공급부가 미리 정해진 제1시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와, 상기 제1시간 보다 짧게 정해진 제2시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하지 않음으로써 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리의 성능 회복 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 펄스의 주파수는 5kHz 내지 30kHz의 범위이고,
    상기 제1시간은 수십 ㎳ 내지 수백 ㎳, 제2시간은 수 ㎳ 내지 수십 ㎳의 범위인 것을 특징으로 하는 배터리의 성능 회복 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압 가중치는 상기 감지된 배터리의 전압이 설정전압 미만인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지고,
    상기 온도 가중치는 상기 감지된 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 감소되고, 상기 제1설정온도 보다 낮은 제2설정온도 미만인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지며,
    상기 습도 가중치는 상기 감지된 배터리의 주변습도가 설정습도 이상인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 배터리의 성능 회복 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치 중 가장 높은 가중치를 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하되, 상기 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 경우에는 온도 가중치만을 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 성능 회복 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 감지된 배터리의 주변온도가 제2설정온도 미만인 경우에는 상기 펄스공급부가 제1모드만을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리의 성능 회복 장치.
  6. 배터리 전극에 고주파의 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리의 성능을 회복시키는 배터리의 성능 회복 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 배터리의 전압, 배터리의 주변온도, 및 배터리의 주변습도를 감지하는 제1단계;
    상기 감지된 배터리의 전압, 주변온도, 주변습도에 따라 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치를 각각 설정하고, 미리 저장된 기준 펄스의 진폭 및 주파수에 상기 가중치를 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 제2단계; 및
    상기 제2단계에서 결정된 진폭과 주파수를 가지는 충전 펄스를 생성하여 상기 배터리 전극에 인가하는 제3단계를 포함하되,
    상기 제3단계는 미리 정해진 제1시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하여 상기 배터리 전극을 진동시키는 제1모드와, 상기 제1시간 보다 짧게 정해진 제2시간 동안 상기 충전 펄스를 인가하지 않음으로써 상기 배터리 전극의 진동을 중단시키는 제2모드를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리의 성능 회복 장치의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압 가중치는 상기 감지된 배터리의 전압이 설정전압 미만인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지고, 상기 온도 가중치는 상기 감지된 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 감소되고, 상기 제1설정온도 보다 낮은 제2설정온도 미만인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지고, 상기 습도 가중치는 상기 감지된 배터리의 주변습도가 설정습도 이상인 경우 상기 기준 펄스의 진폭과 주파수가 증가되도록 정해지며,
    상기 제2단계는 상기 전압 가중치, 온도 가중치, 습도 가중치 중 가장 높은 가중치를 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하되, 상기 배터리의 주변온도가 제1설정온도 이상인 경우에는 온도 가중치만을 적용하여 상기 충전 펄스의 진폭과 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리의 성능 회복 장치의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3단계는 상기 감지된 배터리의 주변온도가 제2설정온도 미만인 경우 상기 제1모드만을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리의 성능 회복 장치의 제어방법.
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