KR20210023069A - 하이브리드 배터리 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 배터리 충전장치 및 하이브리드 배터리 충전 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 충전 배터리(170)의 양극단자(+)에 제 1 충전효율 상승 모듈(130)을, 충전 배터리(170)의 음극단자(-)에 제 2 충전효율 상승 모듈(160)을 각각 접속한 상태로 유지하는 제 1 단계; 및 제어부(180)가 발전기(110)에서 충전 배터리(170)로 전원을 공급에 따른 충전을 위해 충전 전원 공급스위치(120)를 오프(Off)에서 온(On) 상태, 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어한 뒤, 발전기(110)를 동작시켜 발전기(110)에서 발생한 직류 전류를 충전 배터리(170)로 충전을 개시하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 충전 배터리 충전시 고속으로 충전되는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 충전 배터리 성능이 거의 100%의 전류가 완충되도록 하고, 엔진 연결시 엔진의 출력도 증가되도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 엔진 연결시 약 5~7% 정도의 부하절감 효과로 엔진효율을 얻을 수 있으며, 자동차 전원 사용에 안정되고 충분한 전력을 공급함으로써, 자동차 구동의 모든 전자 장비를 안전하게 유도하여 최적의 엔진 효율을 얻을 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Description

하이브리드 배터리 충전장치 및 하이브리드 배터리 충전 방법{Hybrid battery charging apparatus, and method thereof}
본 발명은 하이브리드 배터리 충전장치 및 하이브리드 배터리 충전 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 충전 배터리 충전시 고속으로 충전되는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 충전 배터리 성능이 거의 100%의 전류가 완충되도록 하고, 엔진 연결시 엔진의 출력도 증가되도록 하기 위한 하이브리드 배터리 충전장치 및 하이브리드 배터리 충전 방법에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 지구온난화 등 이상 기후변화에 맞서 주요 원인으로 지목되고 있는 온실가스를 줄이기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있다. 이에 따라 온실가스 배출이 없는 전기자동차(EV) 및 친환경 신재생 에너지의 효율 향상 등을 위한 중·대형 전력저장시스템(ESS)에 대한 수요가 급증하고 있으며, 이에 적용할 수 있는 중·대형 전지뿐만 아니라 소형 전지에 대한 관심이 고조되고 있다.
또한, 해당 기술 분야에 있어서는 충전 배터리 충전시 보다 고속으로 충전되도록 할 뿐만 아니라, 완충 효과를 높이고 연결되는 부하의 출력도 높이도록 하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-2012-0143483(2012.12.11)호 "전원 공급 장치의 축전지 최적 효율 제어 방법 및 이를 위한 전원 공급 시스템(Method and system of efficiency optimization control of battery charging and discharging in power supply equipment)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충전 배터리 충전시 고속으로 충전되는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 충전 배터리 성능이 거의 100%의 전류가 완충되도록 하고, 엔진 연결시 엔진의 출력도 증가되도록 하기 위한 하이브리드 배터리 충전장치 및 하이브리드 배터리 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 엔진 연결시 약 5~7% 정도의 부하절감 효과로 엔진효율을 얻을 수 있으며, 자동차 전원 사용에 안정되고 충분한 전력을 공급함으로써, 자동차 구동의 모든 전자 장비를 안전하게 유도하여 최적의 엔진 효율을 얻을 수 있도록 하기 위한 하이브리드 배터리 충전장치 및 하이브리드 배터리 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전장치는, 충전 배터리(170)의 양극단자(+)에 제 1 충전효율 상승 모듈(130)을, 충전 배터리(170)의 음극단자(-)에 제 2 충전효율 상승 모듈(160)을 각각 접속한 상태로 유지하는 제 1 단계; 및 제어부(180)가 발전기(110)에서 충전 배터리(170)로 전원을 공급에 따른 충전을 위해 충전 전원 공급스위치(120)를 오프(Off)에서 온(On) 상태, 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어한 뒤, 발전기(110)를 동작시켜 발전기(110)에서 발생한 직류 전류를 충전 배터리(170)로 충전을 개시하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명은, 상기 제 2 단계 이후, 제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131)의 그래핀과 제 1 마그네슘 플레이트(132)의 마그네슘의 자유전자가 추가로 충전 배터리(170)에 인가되어, 충전 배터리(170) 양단의 전자의 충전을 보조하는 제 3 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 3 단계 이후, 제어부(180)가 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어하고, 충전 전원 공급스위치(120)에서 오프(Off)에서 온(On) 상태로 제어한 뒤, 충전 배터리(170)는 양극단자(+)에 연결된 제 1 충전효율 상승 모듈(130)과, 음극단자(-)에 연결된 제 2 충전효율 상승 모듈(160)과 각각 한 단씩 연결된 전류 조정용 부하(150)를 거쳐 외부 부하로 전원 공급 제어하는 제 4 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 제 4 단계 이후, 제 1 충전효율 상승 모듈(130) 및 제 2 충전효율 상승 모듈(160)이 충전 배터리(170)의 황산화납 표면의 산화막에 대해서 그래핀과 마그네슘을 이용한 전자를 이용해 자극하여 충전 배터리(170)의 황산화납 생성을 예방하고 기 설정된 황산화납을 제거하기 위한 자극 전자를 제공하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전장치는, 충전 배터리(170); 충전 배터리(170)의 양극단자(+)에 형성되는 제 1 충전효율 상승 모듈(130); 및 충전 배터리(170)의 음극단자(-)에 형성되는 제 2 충전효율 상승 모듈(160); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 디지털 스위치에 해당하는 충전 전원 공급스위치(120), 전원 공급 스위치(140)에 대한 제어, 가변 부하에 해당하는 전류 조정용 부하(150)에 대한 저항값 조절, 발전기(110)에 의한 전원 출력을 제어하는 제어부(180); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제어부(180)는, 발전기(110)에서 충전 배터리(170)로 전원을 공급에 따른 충전을 위해 충전 전원 공급스위치(120)를 오프(Off)에서 온(On) 상태, 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어한 뒤, 발전기(110)를 동작시켜 발전기(110)에서 발생한 직류 전류를 충전 배터리(170)로 충전을 개시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전장치 및 하이브리드 배터리 충전 방법은, 충전 배터리 충전시 고속으로 충전되는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 충전 배터리 성능이 거의 100%의 전류가 완충되도록 하고, 엔진 연결시 엔진의 출력도 증가되도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전장치 및 하이브리드 배터리 충전 방법은, 엔진 연결시 약 5~7% 정도의 부하절감 효과로 엔진효율을 얻을 수 있으며, 자동차 전원 사용에 안정되고 충분한 전력을 공급함으로써, 자동차 구동의 모든 전자 장비를 안전하게 유도하여 최적의 엔진 효율을 얻을 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전장치(100)의 회로도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전장치(100)에 의한 충전성능 향상의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전장치(100)의 회로도를 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전장치(100)에 의한 충전성능 향상의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 하이브리드 배터리 충전장치(100)는 발전기(110), 충전 전원 공급스위치(120), 제 1 충전효율 상승 모듈(130), 전원 공급 스위치(140), 전류 조정용 부하(150), 제 2 충전효율 상승 모듈(160), 충전 배터리(170), 제어부(180)를 포함할 수 있다.
여기서, 충전 전원 공급스위치(120), 제 1 충전효율 상승 모듈(130), 전원 공급 스위치(140), 전류 조정용 부하(150), 제 2 충전효율 상승 모듈(160), 제어부(180)는 자가 발전기의 배터리 충전기와 대응될 수 있으며, 충전 배터리(170)는 자가 발전기의 배터리와 대응될 수 있다.
제어부(180)는 디지털 스위치에 해당하는 충전 전원 공급스위치(120), 전원 공급 스위치(140)에 대한 제어, 가변 부하에 해당하는 전류 조정용 부하(150)에 대한 저항값 조절, 발전기(110)에 의한 전원 출력을 제어할 수 있다.
그리고, 충전 배터리(170)는 일반적으로 200A 이하의 차량용 축전지뿐만 아니라 600A, 1000A, 1500A, 1800A, 2000A, 3000A 등과 같은 대용량 산업용 축전지(주로 통신용 장비나 무정전전원장치(UPS) 등에 활용)에 대응하기 위한 것일 수 있으며, 이러한 대용량 산업용 축전지의 경우 2V의 단위 셀들을 직병렬 연결하여 원하는 수준의 축전지를 구성하는데, 이러한 개별 2V 단위 셀의 용량이 크기 때문에 가격이 상당하여 이러한 2V 단위 셀을 높은 효율로 오랫동안 사용할 수 있다. 이러한 대용량 2V 셀들을 이용한 산업용 축전지로 이루어지는 충전 배터리(170)는 그 용량이 다양하며 그 용량 차이의 편차가 크기 때문에 전체 축전지의 크기와 용량은 대단히 다양하게 구성될 수 있으며, 사용 전압에 따라 축전지를 6개, 12개, 24개의 수로 직렬 연결하여 12V, 24V, 48V를 구성할 수 있으며, 그 외에도 다양한 전압과 용량에 대응할 수 있으며, 24개의 축전지를 연결하여 48V의 출력 전압을 구성한 경우이다. 따라서, 기존에 알려져 있는 단순한 축전지 전체에 대한 수명 연장 방식을 적용할 경우 용량 차이에 의해 제공 펄스에 따른 효과가 미비하거나 충격이 발생할 수 있다.
이러한 2V 단위 셀이 제공하는 배터리 전원만으로 동작하도록 함과 아울러, 이러한 단위 셀들의 직병렬 연결과 그 방전 혹은 충전 동작과 무관하게 항상 상기 배터리 충전기가 동작하도록 함으로써 황산화납의 생성 자체를 예방함과 아울러 생성된 황산화납을 지속적으로 제거하여 축전지의 수명은 물론이고 그 효율(내부저항)을 높은 상태로 유지하도록 한다.
발전기(110)는 충전 배터리(170)로 전원을 공급시, 외부에서 공급받은 220V 교류전압을 직류전압으로 정류할 수 있으며, 직류전압을 매끄러운 직류로 평한 뒤, 충전 전원 공급스위치(120)가 오프(Off)에서 온(On) 상태로 제어되고, 충전 전원 공급스위치(120)가 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어된 상태에서 충전 배터리(170)로 직류 전원을 공급할 수 있다.
보다 구체적으로, 충전 배터리(170)는 충전 전원 공급스위치(120)가 오프(Off)에서 온(On) 상태로 제어되는 경우 양극단자(+)에 형성된 제 1 충전효율 상승 모듈(130) 및 음극단자(-)에 형성된 제 2 충전효율 상승 모듈(160)에 연결된 상태로 발전기(110)로부터 DC 전원을 공급받아 충전될 수 있다.
이후, 충전 전원 공급스위치(120)가 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어되고, 충전 전원 공급스위치(120)가 오프(Off)에서 온(On) 상태로 제어된 상태에서 충전 배터리(170)는 양극단자(+)에 연결된 제 1 충전효율 상승 모듈(130)과, 음극단자(-)에 연결된 제 2 충전효율 상승 모듈(160)과 각각 한 단씩 연결된 전류 조정용 부하(150)를 거쳐 외부 부하로 전원을 공급할 수 있다.
여기서, 제 1 충전효율 상승 모듈(130)은 제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131) 및 제 2 마그네슘 플레이트(132)를 포함할 수 있다.
제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131)는 충전 배터리(170)에서 전류 조정용 부하(150)로 흐르는 전기장을 극대화하기 위해 그래핀 1 내지 2 중량부(g)에 전도성 그리스(500g)를 혼합하여 형성한 뒤, 내부의 제 2 마그네슘 플레이트(132)를 함침시키는 용기에 형성될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 그래핀은 산화 그래핀으로 나노유체 시스템에 적용하는 것이 큰 각광을 받고 있는 것으로, 그래핀은 탄소의 단 분자 층으로써, 매우 뛰어난 전기적, 열적, 기계적 특성이 있으며, 특히 열 전도도가 약 5000Wm/K으로 탄소나노튜브보다 약 2배 이상 높은 특징이 있다.
본 발명에서는 상온에서 용매로서 전도성 그리스 500g에 산화 그래핀 1 내지 2g을 첨가하여 1 시간 이상 교반하여 얻어진 0.2 내지 0.4 질량 퍼센트의 산화 그래핀 용액을 나노 분산기에 도입하여 교반 속도를 36000 rpm으로 20 내지 30 분동안 처리한다. 나노 분산기의 교반에 의하여 용매의 온도는 120 내지 145 ℃로 상승하며, 발생한 열 에너지로 인하여 산화 그래핀이 환원되는 동시에 응집현상을 억제하여 분산성을 높이게 된다. 환원처리가 완결된 환원된 그래핀을 X-선 광전자 분광법을 통하여 분석한 결과, 탄소-산소 간의 결합에 해당하는 128, 123 eV에서의 피크가 감소하는 것을 확인하였으며, 이를 통하여 기계적 혼합에 의하여 환원이 가능함을 확인하였다. 0.2 내지 0.4 질량 퍼센트의 환원된 그래핀 나노유체에서 열 전도도를 측정한 결과, 순수한 용매의 열 전도도에 비하여 5 내지 7% 증가하였다. 또한, 얻어진 나노유체는 자연 방치하였을 경우에도 한 달 이상 침전이 발생하지 않은 것을 확인하였다.
한편, 열 계면 물질(thermal interface material: TIM)로, 전도성 그리스는 열 관리 해법에 있어서, 열-발생 반도체 부품의 불완전하게 평탄하고 매끄러운 표면으로 인해 존재하는 미시적인 공기-틈을 채워서 열 전달을 개선시키도록 하며, 예를 들면, 열-발생 반도체 부품, 예컨대 집적 회로 또는 트랜지스터와 방열판, 열 분산기(spreader) 및 다른 열 관리 부품 사이에 끼워지는 물질로서 필수적인 역할을 한다. 전도성 그리스는 고도로 충전된, 점성 실리콘 또는 탄화수소 오일로, 매트릭스로서 실리콘 오일을 갖는 그리스는 화학적 공격에 대한 내성 및 넓은 작동 온도 범위를 포함하는 다수의 원하는 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명에서 사용되는 전도성 그리스는 과분지화된 올레핀성 유체를 기반으로 하는 다양한 열 그리스를 제공한다. 이러한 올레핀성 유체는 열-전도성 충전제인 그래핀와 조합되어, 종래의 이용가능한 열 그리스에 비해 다수의 이점을 제공하는 열 그리스를 형성시킴으로써, 제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131)에 포함된 그래핀과, 제 1 마그네슘 플레이트(132)의 전자가 활발히 이동하도록 하는 효과를 제공할 수 있다.
제 1 마그네슘 플레이트(132)는 20mm(가로)×10mm(세로)×1mm(두께)의 마그네슘 재질의 플레이트로 형성됨으로써, 제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131) 용기에 함침되어 형성될 수 있으며, 양측으로 (+) 단자 및 (-) 단자가 형성될 수 있으며, 제 2 마그네슘 플레이트(132)의 (+) 단자가 충전 배터리(170)의 양극단자(+) 및 충전 전원 공급스위치(120)와 병렬로 연결된 형태로 형성될 수 있으며, 제 2 마그네슘 플레이트(132)의 (-) 단자가 전원 공급 스위치(140)와 직렬로 연결된 형태로 형성될 수 있다.
에너지 밀도, 기대 수명 및 성능 신뢰성이 높아 대형전지의 전원으로도 응용이 확대되고 있는 충전 배터리(170)에 대한 제 1 마그네슘 플레이트(132)에 포함된 마그네슘은 지각에 풍부하여 리튬금속에 비해 수십배 분의 일 수준으로 저렴하고, 마그네슘 금속의 용량밀도가 3,833 Ah/L, 2,205 Ah/kg으로 리튬이온전지의 음극소재인 흑연(843 Ah/L) 뿐 아니라 리튬금속(2,062 Ah/L)과 비교했을 때도 2 배가량 높은 장점이 있다. 또한 마그네슘 금속은 충·방전 시 수지상이 발달하지 않아 안전하고 효율이 매우 높을 뿐 아니라, 공기 중에 노출 시에도 안정하여 대형화에 유리하다.
또한, 제 2 충전효율 상승 모듈(160)은 제 2 그래핀 혼합 용액 제공부(161) 및 제 2 마그네슘 플레이트(162)를 포함하며, 각각 제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131) 및 제 2 마그네슘 플레이트(132)와 동일한 구성 및 재질로 형성될 수 있다. 여기서 제 2 마그네슘 플레이트(132)의 (+) 단자는 전류 조정용 부하(150)와 연결되고, 제 2 마그네슘 플레이트(132)의 (-) 단자는 충전 배터리(170)의 (-) 단자와 연결된 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에서는 발전기(110)에서 충전 배터리(170)로 전원을 충전시에 충전 배터리(170)의 양극단자(+)에 제 1 충전효율 상승 모듈(130)을 충전 배터리(170)의 음극단자(-)에 제 2 충전효율 상승 모듈(160)을 각각 접속한 상태에서 충전 배터리(170)에 대한 충전을 수행시, 제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131)의 그래핀과 제 1 마그네슘 플레이트(132)의 마그네슘의 자유전자가 추가로 충전 배터리(170)에 인가됨으로써, 충전 배터리(170) 양단의 전자가 신속하게 충전될 수 있도록 하는 효과를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 충전 배터리(170)의 방전 시 충전 배터리(170)의 전극판에 황산화 현상이 발생하게 되는데, 이러한 황산화 현상에 따라 방전시 충전 배터리(170)의 전극판에 달라붙는 황산염이 충전시에도 이탈되지 않고 잔류하여 충전 배터리(170) 전극판에 절연 피막을 형성하게 된다. 이러한 절연 특성에 의해 충전 배터리(170) 내부의 저항이 증가하며 이러한 내부 저항이 20% 이상 증가하게 되면 해당 충전 배터리(170)는 더 이상 사용하지 못하게 되어 폐기되기에 이른다.
이에 따라 제 1 충전효율 상승 모듈(130) 및 제 2 충전효율 상승 모듈(160)은 황산화납 표면의 산화막에 대해서 그래핀과 마그네슘을 이용한 전자를 이용해 자극하여 충전 배터리(170)의 황산화납 생성을 예방하고 기 설정된 황산화납을 제거하기 위한 자극 전자를 제공하며, 제어부(180)에 의한 전류 조정용 부하(150)의 저항값 조절을 통해 충전 배터리(170)로 제공되는 자극 전자의 양에 대한 조절을 통해 충전 배터리(170)의 수명을 지속적이면서 효과적으로 연장시킬 수 있다.
결과적으로, 제 1 충전효율 상승 모듈(130) 및 제 2 충전효율 상승 모듈(160)에 의해 충전시 2배속으로 충전되는 효과가 나오며 충전은 지속적으로 약 20시간 경과 후에는 배터리 성능이 100%의 전류가 완충되도록 할 뿐만 아니라, 전류 조정용 부하(150)와 엔진이 연결시 엔진의 출력도 증가되는 효과를 제공할 수 있다. 이에 따라, 약 5~7% 정도의 부하절감 효과로 엔진효율을 얻을 수 있으며, 자동차 전원 사용에 안정되고 충분한 전력을 공급함으로써, 자동차 구동의 모든 전자 장비를 안전하게 유도하여 최적의 엔진 효율을 얻을 수 있게 될 수 있다. 즉 도 2와 같이 5년 사용된 충전 배터리(170)에 대해서 발전기(110), 충전 전원 공급스위치(120), 제 1 충전효율 상승 모듈(130), 전원 공급 스위치(140), 전류 조정용 부하(150), 제 2 충전효율 상승 모듈(160), 제어부(180)를 부착한 직후의 충전 배터리(170)에 대한 완충 시험에서 도 2a와 같이 나타났던 것이, 도 2b와 같이 제 1 충전효율 상승 모듈(130) 및 제 2 충전효율 상승 모듈(160)을 활용한 충전 및 방전을 지속적으로 약 20시간 경과 후에는 배터리 성능이 100%의 전류가 완충되는 것으로 나타났다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 배터리 충전 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 제어부(180)는 발전기(110)에서 충전 배터리(170)로 전원을 공급에 따른 충전을 위해 충전 전원 공급스위치(120)를 오프(Off)에서 온(On) 상태, 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어한 뒤, 발전기(110)를 동작시켜 발전기(110)에서 발생한 직류 전류를 충전 배터리(170)로 충전한다(S11).
단계(S12) 이후, 충전 배터리(170)의 양극단자(+)에 제 1 충전효율 상승 모듈(130)을, 충전 배터리(170)의 음극단자(-)에 제 2 충전효율 상승 모듈(160)을 각각 접속한 상태에서 충전 배터리(170)에 대한 충전을 수행시, 제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131)의 그래핀과 제 1 마그네슘 플레이트(132)의 마그네슘의 자유전자가 추가로 충전 배터리(170)에 인가되어, 충전 배터리(170) 양단의 전자의 충전을 보조한다(S12).
단계(S12) 이후, 제어부(180)는 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어하고, 충전 전원 공급스위치(120)에서 오프(Off)에서 온(On) 상태로 제어한 뒤, 충전 배터리(170)는 양극단자(+)에 연결된 제 1 충전효율 상승 모듈(130)과, 음극단자(-)에 연결된 제 2 충전효율 상승 모듈(160)과 각각 한 단씩 연결된 전류 조정용 부하(150)를 거쳐 외부 부하로 전원 공급 제어한다(S13).
단계(S13) 이후, 제 1 충전효율 상승 모듈(130) 및 제 2 충전효율 상승 모듈(160)이 충전 배터리(170)의 황산화납 표면의 산화막에 대해서 그래핀과 마그네슘을 이용한 전자를 이용해 자극하여 충전 배터리(170)의 황산화납 생성을 예방하고 기 설정된 황산화납을 제거하기 위한 자극 전자를 제공한다(S14).
단계(S14) 이후, 제어부(180)에 의한 디지털 타입의 가변 저항에 해당하는 전류 조정용 부하(150)의 저항값 조절을 통해 충전 배터리(170)로 제공되는 자극 전자의 양에 대한 조절을 통해 충전 배터리(170)의 수명을 지속적이면서 효과적으로 연장한다(S15).
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 하이브리드 배터리 충전장치
110 : 발전기
120 : 충전 전원 공급스위치
130 : 제 1 충전효율 상승 모듈
140 : 전원 공급 스위치
150 : 전류 조정용 부하
160 : 제 2 충전효율 상승 모듈
170 : 충전 배터리
190 : 제어부

Claims (7)

  1. 충전 배터리(170)의 양극단자(+)에 제 1 충전효율 상승 모듈(130)을, 충전 배터리(170)의 음극단자(-)에 제 2 충전효율 상승 모듈(160)을 각각 접속한 상태로 유지하는 제 1 단계; 및
    제어부(180)가 발전기(110)에서 충전 배터리(170)로 전원을 공급에 따른 충전을 위해 충전 전원 공급스위치(120)를 오프(Off)에서 온(On) 상태, 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어한 뒤, 발전기(110)를 동작시켜 발전기(110)에서 발생한 직류 전류를 충전 배터리(170)로 충전을 개시하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 충전 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 단계 이후,
    제 1 그래핀 혼합 용액 제공부(131)의 그래핀과 제 1 마그네슘 플레이트(132)의 마그네슘의 자유전자가 추가로 충전 배터리(170)에 인가되어, 충전 배터리(170) 양단의 전자의 충전을 보조하는 제 3 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 충전 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 3 단계 이후,
    제어부(180)가 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어하고, 충전 전원 공급스위치(120)에서 오프(Off)에서 온(On) 상태로 제어한 뒤, 충전 배터리(170)는 양극단자(+)에 연결된 제 1 충전효율 상승 모듈(130)과, 음극단자(-)에 연결된 제 2 충전효율 상승 모듈(160)과 각각 한 단씩 연결된 전류 조정용 부하(150)를 거쳐 외부 부하로 전원 공급 제어하는 제 4 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 충전 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제 4 단계 이후,
    제 1 충전효율 상승 모듈(130) 및 제 2 충전효율 상승 모듈(160)이 충전 배터리(170)의 황산화납 표면의 산화막에 대해서 그래핀과 마그네슘을 이용한 전자를 이용해 자극하여 충전 배터리(170)의 황산화납 생성을 예방하고 기 설정된 황산화납을 제거하기 위한 자극 전자를 제공하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 충전 방법.
  5. 충전 배터리(170);
    충전 배터리(170)의 양극단자(+)에 형성되는 제 1 충전효율 상승 모듈(130); 및
    충전 배터리(170)의 음극단자(-)에 형성되는 제 2 충전효율 상승 모듈(160); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 충전장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    디지털 스위치에 해당하는 충전 전원 공급스위치(120), 전원 공급 스위치(140)에 대한 제어, 가변 부하에 해당하는 전류 조정용 부하(150)에 대한 저항값 조절, 발전기(110)에 의한 전원 출력을 제어하는 제어부(180); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 충전장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 제어부(180)는,
    발전기(110)에서 충전 배터리(170)로 전원을 공급에 따른 충전을 위해 충전 전원 공급스위치(120)를 오프(Off)에서 온(On) 상태, 충전 전원 공급스위치(120)에 대해서 온(On)에서 오프(Off) 상태로 제어한 뒤, 발전기(110)를 동작시켜 발전기(110)에서 발생한 직류 전류를 충전 배터리(170)로 충전을 개시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리 충전장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070088721A (ko) * 2005-09-27 2007-08-29 후루카와 덴치 가부시키가이샤 납축전지 및 납축전지의 제조방법
KR20130102647A (ko) * 2005-09-09 2013-09-17 에이일이삼 시스템즈 인코포레이티드 고속 충전 및 방전 능력과 낮은 임피던스 증가를 나타내는 리튬 2차 전지
KR20180137560A (ko) * 2016-08-09 2018-12-27 가부시끼가이샤 도시바 축전 시스템, 차량, 및 기계 설비
KR20190066677A (ko) * 2017-12-06 2019-06-14 현대자동차주식회사 배터리 충전 시스템 및 제어방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130102647A (ko) * 2005-09-09 2013-09-17 에이일이삼 시스템즈 인코포레이티드 고속 충전 및 방전 능력과 낮은 임피던스 증가를 나타내는 리튬 2차 전지
KR20070088721A (ko) * 2005-09-27 2007-08-29 후루카와 덴치 가부시키가이샤 납축전지 및 납축전지의 제조방법
KR20180137560A (ko) * 2016-08-09 2018-12-27 가부시끼가이샤 도시바 축전 시스템, 차량, 및 기계 설비
KR20190066677A (ko) * 2017-12-06 2019-06-14 현대자동차주식회사 배터리 충전 시스템 및 제어방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
대한민국 특허출원 출원번호 제10-2012-0143483(2012.12.11)호 "전원 공급 장치의 축전지 최적 효율 제어 방법 및 이를 위한 전원 공급 시스템(Method and system of efficiency optimization control of battery charging and discharging in power supply equipment)"

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