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KR101793720B1 - 태양광 led 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치 - Google Patents

태양광 led 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 LED 조명 리듐배터리의 과열방지 및 수명연장, 저온에서 배터리 용량 감소를 방지할 수 있는 태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치에 관한 것이다.

Description

태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치 {Overheating and low temperature protection device of lithium battery used for solar LED lighting}
본 발명은 태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 LED 조명 리듐배터리의 과열방지 및 수명연장, 저온에서 배터리 용량 감소를 방지할 수 있는 태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치에 관한 것이다.
일반적으로 리륨이온은 -극에서 +극으로 전해액 안에서 이동을 하는데 겨울처럼 온도가 낮아질 때에는 전해액의 점도가 높아져 내부저항이 증가하여 리튬 이온이 이동하는데 어렵게 되고 전압이 낮아져 충분히 방전하지 못하는 원인이 되며, 이러한 이유로 겨울철에는 배터리가 빨리 소모되는 문제점이 있다.
그리고, 여름처럼 온도가 높을 때에는 배터리 내의 내부 저항이 감소하고 방전 전압 영역이 증가하여 용량의 증가를 가져오게 된다.
한편, 리튬 계열의 배터리는 통상 5℃~40℃의 조건에서 충전이 이루어지는데, 45℃ 이상에서의 충전은 전지 내 리튬 이온의 화학 반응성이 현저히 떨어지기 때문에 배터리의 노화를 가져오게 된다.
따라서, 동절기나 추운 지역에서는 영하권에서 배터리 충전/방전이 가능하도록 배터리 온도를 충전 가능한 온도로 유지하기 위한 히터 장치를 시스템에 추가하게 되는데, 이러한 히팅 장치의 추가는 시스템의 구성을 복잡하게 하고 제작 비용이 많이 소요되며 시스템의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 리튬 계열의 배터리는 복수의 셀을 직렬로 연결하여 전압을 높여서 사용하게 되는데, 이때 셀 간 전압, 전류, 온도 등을 관리하기 위하여 BMS(Battery Management System)가 사용된다.
BMS는 충전 및 방전시에 복수의 셀로 구성된 리듐배터리의 셀 간 전압 편차가 최소화되도록 제어하게 되는데, 이렇게 배터리의 셀간 전압, 전류의 관리하는 BMS는 배터리로부터 전원을 공급받아 동작하게 된다.
여기서, 리듐배터리 충전시스템의 구성은 외부로부터 입력되는 직류전원(DC INPUT)은 컨트롤러를 통하여 배터리를 충전시키게 된다.
그리고, 배터리의 전원 공급이 필요한 경우, 배터리에 충전된 DC 전원은 컨트롤러의 제어에 따라 부하에 직류전원을 공급(DC OUTPUT)하게 된다.
한편, 컨트롤러는 배터리의 충전 가능한 온도 범위를 설정한 후 온도 범위를 벗어났을 경우 충전 정지 신호를 전송하여 배터리 충전이 정지되도록 제어하게 된다.
이러한 충전/방전 회로와 시스템 부하 소모전력과 BMS의 소모전력에 의해 배터리는 계속 방전하게 되고, 저온 상태가 장기간 지속되게 되면 결국 배터리가 과방전되는 현상이 발생하며, 배터리 전압이 동작 정지전압 이하로 방전되면 충전 가능한 조건이 되어도 재기동이 불가능해 배터리를 교체하거나 재생을 시켜야하는 문제점이 발생하게 된다.
한국 특허등록제10-1395427호
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 태양광 LED 조명의 리듐배터리 과열방지 및 수명 연장, 저온에서 리듐배터리 용량 감소를 방지하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다수의 SMD 저항과 위 SMD 저항이 부착 고정되어 발열판 기능을 하는 메탈 PCB와 위 발열판 기능을 하는 메탈 PCB의 온도를 감지하는 온도센서를 이용하여 영하의 기온에서 배터리를 저온 방전용량 감소를 방지하고 45℃ 이상 온도가 올라갈 경우 충전을 차단함으로 인하여 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치에 관한 것이다.
본 발명은 리듐배터리의 온도에 따라서 발열 모듈에 흐르는 전류를 제어하여 배터리 저온방전의 용량감소를 방지할 수 있음과 아울러 고온 충전차단으로 배터리 수명을 연장하고 배터리를 효과적으로 보호할 수 있는 특징이 있다.
그리고, 본 발명은 리튬배터리를 사용하는 태양광 LED 조명에 다양하게 적용하여 배터리를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 요부가 설치되어진 상태를 계략적으로 나타낸 사용 상태도.
도 2는 본 발명의 요부인 발열판의 조립 상태를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 요부인 리튬배터리 케이스에 발열판이 고정되어진 상태의 사시도.
도 4는 본 발명의 요부인 리튬배터리의 케이스에 발열판이 고정되어진 상태의 측면도.
도 5은 본 발명의 또 다른 요부인 리튬배터리의 케이스를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 구성을 나타낸 회로도.
도 7은 본 발명의 구성을 나타낸 블록도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제어하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 다수의 SMD 저항(42)과 위 SMD 저항(42)이 부착 고정되어 발열 기능을 하는 메탈 PCB(41)와 위 발열 기능을 하는 메탈 PCB(41)의 온도를 감지하는 온도센서(60)를 이용하여 영하의 기온에서 배터리(50)를 저온 방전용량 감소를 방지하고 45℃ 이상 온도가 올라갈 경우 충전을 차단함으로 인하여 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 구성이다.
그리고, 발열판(40)은 메탈 PCB(41) 상측에 다수의 SMD 저항(42)이 고정됨과 아울러 온도센서(60)가 형성되는 구성이다.
여기서, 메탈 PCB(41)의 배면에는 접착부재(43)가 형성되어 배터리 케이스(51) 표면에 접착될 수 있는 구성이다.
그리고, 메탈 PCB(41)에 형성된 온도센서(60)는 컨트롤러(10)와 충전회로(20)와 연동된다.
한편, 메탈 PCB(41)에 형성된 SMD 저항(42)에는 1와트 정도의 전류가 공급되어 발열판(40)에는 40 ~ 45℃의 온도가 유지될 수 있는 구성이다.
여기서, 메탈 PCB(41)의 온도가 45℃ 이상 상승되는 경우에는 온도센서(60)가 이를 감지한 후 컨트롤러(10)의 제어에 의해 발열판(40) 모듈에 흐르는 전류를 제어할 수 있는 구성이다.
따라서, 배터리(50)의 과열방지에 따른 수명 연장을 보장할 수 있는 것이다.
즉, 솔라판넬(70)을 통하여 발생하는 전력은 충전회로(20)를 거쳐 배터리(50)에 충전되며, 이때 배터리(50)의 전력은 야간에 조명장치(30)에 공급되는 구성이다.
여기서, 겨울처럼 온도가 영하 10℃로 낮아질 때 배터리(50)의 소모는 빨라지므로 발열판(40)의 작용에 의해 방전전압을 증가시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 배터리(50)의 온도를 감지하여 45℃ 이상 상승되는 경우 충전을 차단하고, 영하 10℃로 떨어지는 상황에서는 발열판(40)에 형성된 SMD 저항(42)이 구동될 수 있다.
이때, 40 ~ 45℃의 정상온도에 도달하면 발열판(40)의 SMD 저항(42)은 컨트롤러(10)의 제어에 의해 작동이 중지된다.
또한, 배터리(50)는 컨트롤러(10)의 제어에 의해 조절되면서 조명장치(30)로 전력을 공급할 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 도면과 같이 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 요부가 설치되어진 상태를 계략적으로 나타낸 사용 상태도이다.
여기서, 본 발명은 도로에 설치되는 태양열 LED 가로등과, 공장 및 사무실, 공원등에 설치되는 태양열 LED 경관조명에 사용될 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 요부인 발열판의 조립 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
여기서, 발열판(40)으로 사용되는 메탈 PCB(41)은 알루미늄과 같은 금속재질이다.
위 발열되는 메탈 PCB(41)는 상측에 다수의 SMD 저항(42)이 고정됨과 아울러 온도센서(60)가 형성되어 있다.
도 3은 본 발명의 요부인 리튬배터리 케이스에 발열판이 고정되어진 상태의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 요부인 리튬배터리의 케이스에 발열판이 고정되어진 상태의 측면도이다.
여기서, 메탈 PCB(41)의 배면에는 접착부재(43)가 형성되어 배터리 케이스(51) 표면에 접착될 수 있다.
그리고, 메탈 PCB(41)에 형성된 온도센서(60)는 컨트롤러(10)와 충전회로(20)와 연동된다.
도 5은 본 발명의 또 다른 요부인 리튬배터리의 케이스를 나타낸 사시도이다.
조명장치(30)의 사용용도와 전력 소비에 따라 배터리(50)의 숫자를 확대할 수 있는 것을 나타낸 것이며, 이때 사용되는 발열판(40)의 크기는 커지게 되고 SMD 저항(42)도 더욱 많아지게 된다.
도 6은 본 발명의 구성을 나타낸 회로도이다.
솔라판넬(70)을 통하여 발생하는 전력은 충전회로(20)를 거쳐 배터리(50)에 충전되며, 이때 배터리(50)의 전력은 야간에 조명장치(30)에 공급되는 구성이다.
여기서, 겨울처럼 온도가 영하 10℃로 낮아질 때 배터리(50)의 소모는 빨라지므로 발열판(40)의 작용에 의해 방전전압을 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 구성을 나타낸 블록도이다.
여기서, 온도센서(60)는 배터리(50)의 온도를 감지하여 45℃ 이상 상승되는 경우 충전을 차단한다.
그리고 영하 10℃로 떨어지는 상황에서는 발열판(40)에 형성된 SMD 저항(42)이 구동된다.
이때, 정상온도에 도달하면 발열판(40)의 SMD 저항(42)은 컨트롤러(10)의 제어에 의해 작동이 중지된다.
또한, 배터리(50)는 컨트롤러(10)의 제어에 의해 조절되면서 조명장치(30)로 전력을 공급할 수 있다.
이상과 같이 배터리의 온도에 따라서 발열 모듈에 흐르는 전류를 제어하여 배터리 저온방전의 용량감소를 방지할 수 있음과 아울러 고온 충전차단으로 배터리 수명을 연장하고 배터리를 효과적으로 보호할 수 있는 특징이 있다.
그리고, 본 발명은 리튬 배터리를 사용하는 태양광 LED 조명에 다양하게 적용하여 배터리를 보호할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
예를 들어 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합 된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석 되어야 한다.
10. 컨트롤러
20. 충전회로
30. 조명장치
40. 발열판
41. 메탈 PCB
42. SMD 저항
43. 접착부재
50. 배터리
51. 배터리 케이스
60. 온도센서
70. 솔라판넬

Claims (4)

  1. 다수의 SMD 저항(42)과,
    위 SMD 저항(42)이 부착 고정되어 발열 기능을 하는 메탈 PCB(41)와,
    위 발열 기능을 하는 메탈 PCB(41)의 온도를 감지하는 온도센서(60)와,
    위 온도센서(60)와 연동되는 충전회로(20)와,
    위 충전회로(20)를 제어하는 컨트롤러(10)를 포함하되,
    위 온도센서(60) 감지온도가 45℃ 이상 상승되는 경우 충전을 차단하며,
    위 온도센서(60)가 영하 10℃의 온도를 감지하면 발열판(40)에 형성된 SMD 저항(42)이 구동되어 40 ~ 45℃의 정상온도에 도달됨과 함께 위 SMD 저항(42)은 컨트롤러(10)의 제어에 의해 작동이 중지되고,
    배터리(50)는 컨트롤러(10)의 제어에 의해 조절되면서 조명장치(30)로 전력을 공급할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    위 메탈 PCB(41)의 배면에는 접착부재(43)가 형성되어 배터리(50) 케이스(51) 표면에 접착 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    위 메탈 PCB(41)에 형성된 SMD 저항(42)에는 배터리(50)로부터 1와트의 전류를 공급받아 메탈 PCB(41)를 40 ~ 45℃의 온도로 유지시켜 영하의 기온에서 배터리(50)의 저온 방전을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 태양광 LED 조명에 사용되는 리듐배터리의 과열 및 저온 보호장치.



  4. 삭제
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