KR100266515B1 - Method and the apparatus of charge to the microprocessor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로프로세서(Micro Processor)를 이용한 충전방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 밧데리의 전류, 전압을 자동으로 제어하여 충전할 수 있도록 마이크로프로세서와 홀(Hall) 소자를 사용하여 초기충전전류를 정전류화함으로서 최대의 급속충전을 시키고 밧데리의 각 셀(Cell)에 대한 충전량을 고루 공급시키며 자동으로 정전압 상태로 전환유지함으로서 밧데리의 온도상승을 제어하고 모든 회로의 작동상태를 체크하여 밧데리에 만충전을 하는데 이상이 없도록 하기 위한 마이크로프로세서를 이용한 충전방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging method and apparatus using a microprocessor, and in particular, to the initial charging current using a microprocessor and a Hall element to automatically charge and control the current and voltage of the battery. It provides the maximum rapid charging by supplying the charge amount to each cell of the battery evenly and automatically converts it into the constant voltage state to control the temperature rise of the battery and check the operation status of all circuits to fully charge the battery. The present invention relates to a charging method and apparatus using a microprocessor to prevent abnormalities.
종래의 밧데리용 충전기는 누설식 준정전압충전방식으로서 충전전류를 코아 (Core)의 자속밀도를 이용하여 누설전류를 제어하는 방식으로 구성회로는 간단하나 이 누설충전기는 기본적으로 전류, 전압 감지회로를 삽입할 수 없어 연축전지의 상태 또는 변압기의 특성에 의해 충전전류가 불규칙하게 제어하게 되므로 과충전 및 부족충전되는 문제와 입력전압이 불규칙한 작업장에서는 제어불능의 과전류가 공급될 문제가 있으며 이로 인한 밧데리의 충전과정에서 비중, 온도, 전류가 고르지 못하기 때문에 밧데리의 수명이 단축되는 문제가 있다.Conventional battery charger is a leak-type quasi-voltage charging method that controls the leakage current by using the magnetic flux density of core as the charging current, and the configuration circuit is simple, but the leakage charger basically uses the current and voltage sensing circuit. Since the charging current is irregularly controlled due to the condition of the lead-acid battery or the characteristics of the transformer because it cannot be inserted, there is a problem of overcharge and undercharge and an uncontrollable overcurrent in the workplace with an irregular input voltage. Since the specific gravity, temperature, and current are uneven in the process, there is a problem that the life of the battery is shortened.
또한, 상기 누설형 충전기의 충전방식은 연축전지의 특성상 제어방법에 있어서 자기 누설저항전류를 억제하지 못하기 때문에 밧데리의 수명이 단축되고 충전된 밧데리의 평균 1일 사용시간율도 약 60%~70%를 사용하지 못하는 문제점이 있다.In addition, the charging method of the leakage type charger does not suppress the magnetic leakage resistance current in the control method due to the characteristics of the lead-acid battery, which shortens the life of the battery and the average daily use time rate of the charged battery is also about 60% to 70%. There is a problem that cannot be used.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 창출된 것으로, 마이크로프로세서와 홀소자를 사용하여 초기 충전전류를 정전류화함으로서 최대의 급속충전을 시키고 축전지의 각 셀에 대한 충전량을 고루 공급하도록 하며 정전압상태로 전환 유지함으로서 밧데리의 온도상승을 제어하고 비중과 전압을 적정하게 유지하며 자기진단기능으로 인한 모든 회로의 상태를 체크하여 밧데리의 만충전을 하는데 이상이 없도록 하는 마이크로프로세서를 이용한 충전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, by using a microprocessor and the Hall element to make the initial charging current constant current to maximize the rapid charging and to supply the charge amount for each cell of the battery evenly and constant voltage Provides a charging method using a microprocessor that controls the temperature rise of the battery by maintaining the transition to a state, maintains the specific gravity and voltage properly, and checks the state of all circuits due to the self-diagnosis function so that there is no problem to fully charge the battery. Its purpose is to.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기 마이크로프로세서를 이용한 충전방법을 실시하기에 적합한 마이크로프로세서를 이용한 충전장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a charging device using a microprocessor suitable for implementing the charging method using the microprocessor.
이러한 본 발명의 목적은 교류전원을 인가하기 위한 전원부와, 이 전원부의 출력전원을 평상시에는 온상태로 하고 입력측의 휴즈역활을 하는 입력스위치와 초기충전을 시작할 때 자동으로 온시키고 충전상태가 만충전일때 자동으로 오프되게 하는 입력구동전환스위치와 초기충전과 만충전전압을 감지하여 상기 입력구동전환 스위치를 온, 오프하게 하고 직류전원을 공급하기 위한 입력구동전원제어기와 전자유도작용으로 일측의 교류전원을 변성하여 타측회로에 공급하기 위한 트랜스포머로 이루어진 입력구동부와, 이 입력구동부에서 출력된 교류전원 신호위상을 그대로 유지하기 위한 동기신호부와, 이 동기신호부의 출력신호에 의해 사이리스터의 게이트를 제어하여 정전류충전 및 정전압충전을 구별 제어하기 위한 위상제어부와, 이 위상정류부의 교류출력신호를 정류작용회로인 브릿지회로에 인가하여 직류전원으로 출력하도록 하기 위한 위상정류부와, 이 위상정류부에서 출력된 신호인 전류와 전압의 노이즈를 방지하고 제3고주파의 영향을 방지하여 상기 제어신호를 소거하기 위한 필터 및 홀소자부와, 이 필터 및 홀소자부의 출력신호에 의해 밧데리의 초기충전전압을 감지하여 자동으로 충전시키고 밧데리의 충전이 정전류충전 및 정전압 충전인지를 검출하며 밧데리내의 온도센서를 통해 충전온도를 감지하기 위한 검출제어부와, 이 검출제어부에서 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하기 위한 A/D 변환부와, 상기 입력구동부의 출력신호와 상기 동기신호부의 출력신호와 상기 A/D 변환부의 출력신호를 연산 및 제어하여 상기 위상제어부를 감시제어하기 위한 프로세서중앙부로 이루어져 달성하게 된다.The object of the present invention is to turn on the power supply unit for applying AC power, and the output power of the power supply unit is normally on and the input switch acts as a fuse on the input side and automatically turns on when the initial charging is started and the state of charge is fully charged. Input drive switching switch to automatically turn off when the initial charge and full charge voltage is sensed, the input drive switching switch to turn on, off and supply the DC power, and the AC drive of one side by the electromagnetic induction action The input driver comprising a transformer for modifying the circuit and supplying it to the other circuit, a synchronization signal for maintaining the AC power signal phase output from the input driver, and controlling the gate of the thyristor by the output signal of the synchronization signal. Phase control unit for distinguishing and controlling constant current charging and constant voltage charging, and this phase rectification A phase rectifying unit for applying an AC output signal of the signal to a bridge circuit, which is a rectifying action circuit, to be output to a DC power source, and preventing noise of current and voltage, which are signals output from the phase rectifying unit, and preventing the influence of the third high frequency wave. The filter and hall element unit for erasing the control signal, and the output signal of the filter and hall element unit detects the initial charging voltage of the battery and automatically charges the battery, and detects whether the battery is constant current charging or constant voltage charging. A detection control unit for sensing a charging temperature through a sensor, an A / D conversion unit for converting an analog signal output from the detection control unit into a digital signal, an output signal of the input driver unit, an output signal of the synchronization signal unit, and Processor central unit for monitoring and controlling the phase control unit by calculating and controlling the output signal of the A / D conversion unit Made is obtained.
제1도는 본 발명을 나타내기 위한 블록구성도.1 is a block diagram illustrating the present invention.
제2도는 본 발명의 블록구성중 위상정류부와 필터 및 홀소자부를 나타낸 상세회로도.2 is a detailed circuit diagram showing a phase rectifying part, a filter, and a Hall element part of the block configuration of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 전원부 20 : 입력구동부10: power supply unit 20: input drive unit
30 : 동기신호부 40 : 위상제어부30: synchronization signal unit 40: phase control unit
50 : 위상정류부 60 : 필터 및 홀소자부50: phase rectifier 60: filter and Hall element
70 : 검출제어부 80 : A/D 변환부70: detection control unit 80: A / D conversion unit
90 : 프로세서 중앙부 B : 밧데리90: processor center part B: battery
TS : 온도센서 SCR1~SCR6 : 제어정류기TS: Temperature sensor SCR1 ~ SCR6: Control rectifier
CR1~CR6 : 시정수 G1~G6 : 제어정류기의 게이트단CR1 ~ CR6: Time constant G1 ~ G6: Gate stage of control rectifier
F : 필터 HA : 정전류홀소자F: Filter HA: Constant Current Hall Element
HV : 정전압홀소자 T : 사이리스터HV: Constant voltage Hall element T: Thyristor
다음은 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 마이크로프로세서를 이용한 충전방법을 살펴보면 다음과 같다.Next, a charging method using a microprocessor for achieving the above object of the present invention will be described.
교류전원을 인가하기 위한 전원부와, 이 전원부의 출력전원을 평상시에는 온상태로 하고 입력측의 휴즈역활을 하는 입력스위치와 초기충전이 시작될 때 자동으로 온시키고 충전상태가 만충전일 때 자동으로 오프되게 하는 입력구동전환스위치와 초기충전과 만충전전압을 감지하여 상기 입력구동전환스위치를 온, 오프하게 하고 직류전원을 공급하기 위한 입력구동전원제어기와 전자유도작용으로 일측의 교류 전원을 변성하여 타측회로에 공급하기 위한 트랜스포머로 이루어진 입력구동부와, 이 입력구동부에서 출력된 교류전원 신호위상을 그대로 유지하기 위한 동기신호부와, 이 동기신호부의 출력신호에 의해 제어정류기의 게이트를 제어하여 정전류충전 및 정전압충전을 구별제어하기 위한 위상제어부와, 이 위상제어부의 교류출력신호를 정류작용을 하는 브릿지회로에 인가하여 직류전원으로 출력하도록 하기 위한 위상정류부와, 이 위상정류부에서 출력된 신호인 전류와 전압의 노이즈를 방지하고 제3고주파의 영향을 방지하며 상기 제어신호를 소거하기 위한 필터 및 홀소자부와, 이 필터 및 홀소자부의 출력신호에 의해 밧데리의 초기충전전압을 감지하여 자동으로 충전시키고 밧데리의 충전이 정전류충전 및 정전압충전인지를 검출하며 밧데리내의 온도센서를 통해 충전온도를 감지하기 위한 검출제어부와, 이 검출제어부에서 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하기 위한 A/D 변환부와, 상기 입력 구동부의 출력신호와 상기 동기신호부의 출력신호와 상기 A/D 변환부의 출력신호를 연산 및 제어하여 상기 위상제어부를 감시 제어하기 위한 프로세서 중앙부로 이루어진다.A power supply unit for applying AC power, an output switch of this power supply unit that is normally turned on, and an input switch that acts as a fuse on the input side, automatically turns on when initial charging is started, and turns off automatically when the charging state is fully charged. Input drive changeover switch and initial charge and full charge voltage are sensed to turn on and off the input drive changeover switch and input drive power supply controller for supplying DC power and electromagnetic induction action to change one side AC power to other circuit. An input driver consisting of a transformer for supplying, a synchronization signal part for maintaining the AC power signal phase output from the input driver, and a gate of the control rectifier by the output signal of the synchronization signal part to control the constant current charging and the constant voltage charging. Phase control unit for distinguishing and controlling the AC output signal A phase rectifying unit for applying to a bridge circuit to be output to a DC power source, and for preventing noise of current and voltage, signals output from the phase rectifying unit, preventing the influence of a third high frequency wave, and canceling the control signal. Automatically detects the initial charging voltage of the battery based on the filter and the Hall element and the output signal of the filter and the Hall element, and detects whether the battery is charged with constant current or constant voltage.The temperature is measured by the temperature sensor in the battery. A detection controller for sensing, an A / D converter for converting an analog signal output from the detection controller into a digital signal, an output signal of the input driver, an output signal of the synchronization signal unit, and an output of the A / D converter It is composed of a processor center for monitoring and controlling the phase control unit by calculating and controlling the signal.
이러한 본 발명의 방법을 실시하고 있는 본 발명의 장치에 대해 첨부한 도면 도 1 및 도 2에 도시된 것을 참조하여 기술구성을 살펴보기로 한다.With reference to the accompanying drawings shown in Figures 1 and 2 of the apparatus of the present invention for implementing the method of the present invention will be described the technical configuration.
교류전원을 인가하기 위한 전원부(10)와, 이 전원부의 출력전원을 평상시에는 온상태로 하고 입력측의 휴즈역활을 하는 입력스위치와 초기충전이 시작될 때 자동으로 온시키고 충전상태가 만충전일 때 자동으로 오프되게 하는 입력구동전환스위치와 초기충전과 만충전전압을 감지하여 상기 입력구동전환스위치를 온, 오프하게 하고 직류전원을 공급하기 위한 입력구동전원제어기와 전자유도작용으로 일측의 교류전원을 변성하여 타측회로에 공급하기 위한 트랜스포머로 이루어진 입력구동부(20)와, 이 입력구동부에서 출력된 교류전원 신호위상을 그대로 유지하기 위한 동기 신호부(30)와, 이 동기신호부의 출력신호에 의해 제어정류기의 게이트를 제어하여 정전류충전 및 정전압충전을 구별제어하기 위한 위상제어부(40)와, 이 위상제어부의 교류출력신호를 정류작용을 하는 브릿지회로에 인가하여 직류전원으로 출력하도록 하기 위한 위상정류부(50)와, 이 위상정류부에서 출력된 신호인 전류와 전압의 노이즈를 방지하고 제3고주파의 영향을 방지하며 상기 제어신호를 소거하기 위한 필터 및 홀소자부(60)와, 이 필터 및 홀소자부의 출력신호에 의해 밧데리(B)의 초기충전전압을 감지하여 자동으로 충전시키고 밧데리(B)의 충전이 정전류충전 및 정전압충전인지를 검출하며 밧데리(B)내의 온도센서(TS)를 통해 충전온도를 감지하기 위한 검출제어부(70)와, 이 검출제어부에서 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하기 위한 A/D 변환부(80)와, 상기 입력구동부(20)의 출력신호와 상기 동기신호부(30)의 출력신호와 상기 A/D 변환부(80)의 출력신호를 연산 및 제어하여 상기 위상제어부(40)를 감시 제어하기 위한 프로세서 중앙부(90)로 이루어진다.The
도 2는 본 발명의 구성중 상기 위상정류부(50)와 상기 필터 및 홀소자부(60)를 나타내는 상세회로도로써, 상기 위상정류부(50)는 제어정류기(SCR1)와 제어정류기(SCR4)가 직렬연결되고 시정수(CR1)와 시정수(CR4)가 직렬연결되며 상기 제어정류기(SCR1, SCR4)와 상기 시정수(CR1, CR4)는 병렬연결되어지고, 제어정류기(SCR2)와 실리콘제어정기(SCR5)가 직렬연결되고 시정수(CR2)와 시정수(CR5)가 직렬연결되며 상기 제어정류기(SCR2, SCR5)와 상기 시정수(CR2, CR5)는 병렬연결되어지며, 제어정류기(SCR3)와 제어정류기(SCR6)가 직렬연결되고 시정수(CR3)와 시정수(CR6)가 직렬연결되며 상기 제어정류기(SCR3, SCR6)와 상기 시정수(CR3, CR6)는 병렬 연결되어지며, 상기 입력구동부(20)의 3개의 출력신호는 상기 제어정류기(SCR1~SCR6)의 사이와 상기 시정수(CR1~CR6)의 사이에 각각 연결되고 상기 제어정류기(SCR1~SCR6)의 게이트단자(G1~G6)는 상기 위상제어부(40)의 출력단(G1a~G6a)에 각각 연결되어져 직류전원이 출력하도록 이루어진다.FIG. 2 is a detailed circuit diagram illustrating the
또한, 상기 필터 및 홀소자부(60)는 필터(F)와 정전류홀소자(HA)가 직렬연결되고 상기 필터(F)와 정전류홀소자(HA)의 사이에 회로의 안정한 상태를 유지하기 위한 사이리스터(T)가 병렬연결되며, 상기 정전류홀소자(HA)와 정전압홀소자(HV)는 병렬 연결되어지고 상기 정전류홀소자(HA)의 출력단(A1, A2)과 상기 정전압홀소자 (HV)의 출력단(V1, V2)는 상기 검출제어부(70)의 입력단(A1a, A2a, V1a, V2a)에 연결되어져 전류와 전압의 노이즈 및 제3고주파의 영향을 방지하도록 이루어진다.In addition, the filter and the Hall element unit 60 is a thyristor for maintaining a stable state of the circuit between the filter (F) and the constant current Hall element (HA) in series and between the filter (F) and the constant current Hall element (HA) (T) is connected in parallel, and the constant current Hall element HA and the constant voltage Hall element HV are connected in parallel, and the output terminals A1 and A2 of the constant current Hall element HA and the constant voltage Hall element HV The output terminals V1 and V2 are connected to the input terminals A1a, A2a, V1a and V2a of the detection control unit 70 so as to prevent the noise of the current and the voltage and the influence of the third high frequency.
이와 같은 본 발명의 작용을 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다. 상기 전원부(10)에 교류전원이 인가하면 밧데리(B)의 전압단자를 체크한 후 상기 입력구동부(20)를 동작시킨다. 이때 입력구동부(20)의 입력구동전환스위치는 초기충전이 시작될 때 자동으로 온(ON)시키고 충전상태가 만충전일 때 자동으로 오프 (OFF)되도록 스위치를 전환하며, 상기 입력구동부(20)의 입력구동전원제어기능 초기충전과 만충전전압을 감지하여 상기 입력구동전환스위치를 온, 오프하게 하고 직류전원을 상기 프로세서 중앙부(90)에 출력하며 상기 입력구동부(20)의 트랜스포머는 일측의 교류전원을 변성하여 타측회로인 상기 동기신호부(30)와 상기 위상정류부(50)의 제어정류기(SCR1~SCR6), 시정수(CR1~CR6)에 출력한다.The operation of the present invention as described above will be described with reference to FIGS. 1 and 2. When AC power is applied to the
상기 동기신호부(30)는 상기 입력구동부(20)의 트랜스포머에서 출력된 교류전원 신호위상을 그대로 유지시켜 상기 위상제어부(40)와 프로세서 중앙부(90)에 각각 출력하고 상기 위상제어부(40)는 제어정류기(SCR1~SCR6)의 게이트(G1~G6)를 제어하여 정전류충전 및 정전압충전을 구별되도록 출력하며, 상기 위상정류부(50)는 상기 입력구동부(20)의 교류전원을 제어정류기(SCR1~SCR6)와 시정수(CR1~CR6)에 의해 직류전원으로 출력되어진다.The synchronization signal unit 30 maintains the AC power signal phase output from the transformer of the
상기 필터 및 홀소자부(60)는 상기 위상정류부(50)의 출력신호에 따른 전류와 전압의 노이즈를 방지하고 제3고주파의 영향을 방지하며 필터(F)에 의해 제어신호를 소거하도록 한다.The filter and hall element unit 60 prevents noise of current and voltage according to the output signal of the
상기 검출제어부(70)는 밧데리(B)의 초기충전전압을 감지하여 자동으로 충전시키고 밧데리(B)의 충전이 정전류충전 및 정전압충전인지를 검출하는데 충전전류의 공급으로 인하여 만충전전압이 상승하게 되면 자동으로 전압을 검출하여 정전압 충전방식으로 전환되어 충전전류를 공급하게 되고 상기 밧데리(B)의 온도센서(TS)에 의해 온도변화를 감지하여 밧데리의 손실 및 수명을 보호하도록 작동하게 된다.The detection control unit 70 detects the initial charging voltage of the battery (B) and automatically charges the battery, and detects whether the charging of the battery (B) is constant current charging or constant voltage charging so that the full charge voltage increases due to the supply of the charging current. When the voltage is automatically detected and switched to the constant voltage charging method to supply the charging current, and the temperature sensor by the temperature sensor (TS) of the battery (B) to operate to protect the loss and life of the battery.
상기 프로세서 중앙부(90)는 상기 입출력신호를 제어할 뿐 아니라 밧데리의 충전시간과 충전량을 연산하여 만충전신호가 검출되면 상기 입력구동부(20)의 전원을 차단하도록 제어하고 상기 밧데리(B)의 방전량에 따라 충전시간은 다르지만 상기 밧데리가 완전 100% 방전일 경우 과충전과 부족충전을 방지하고 만충전시간은 7시간을 계산하여 금속충전하도록 작동하게 된다.The processor
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 마이크로프로세서와 홀소자를 사용하여 최대로 급속충전을 시킬 수 있는 효과와 밧데리의 각셀에 대한 충전량을 고루 공급시킬 뿐 아니라 정전압상태로 전환유지함으로서 밧데리의 온도상승을 제어하고 모든 회로의 작동상태를 체크하여 밧데리에 만충전을 하는데 이상없도록 하며 밧데리의 수명을 연장하는 효과를 갖는다.As described above, the present invention uses the microprocessor and the Hall element to control the temperature rise of the battery by not only supplying the charging amount to each cell of the battery evenly, but also maintaining the conversion to the constant voltage state. It checks the operation condition of all circuits to make sure that the battery is fully charged and has the effect of extending the life of the battery.
또한, 본 발명은 충전장치의 전류와 전압에서 간습적으로 발생되는 노이즈와 외부에서 발생하는 제3고주파의 영향을 방지하는 효과를 갖는다.In addition, the present invention has the effect of preventing the influence of intermittent noise generated in the current and voltage of the charging device and the third high frequency generated from the outside.
마지막으로, 전동지게차와 같은 산업용 차량이나 충전기를 제품화하기 위해 생산하는 공장에 본 발명의 충전방법 및 장치가 사용되어지므로 안정된 차량운행으로 인한 작업효율과 제품생산성을 극대화할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.Finally, since the charging method and apparatus of the present invention are used in a factory for producing an industrial vehicle or a charger such as an electric forklift, it is a very useful invention that can maximize work efficiency and product productivity due to stable vehicle operation.
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