KR100311133B1 - 배터리 상태 확인 및 보상 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 배터리의 음극에 형성된 션트단의 전압을 전류로 변환시켜 필터링하는 션트 전압 필터링부와; 상기 션트 전압 필터링부에 의해 필터링된 전압을 기준 전류와 비교하는 제1 비교기와; 상기 비교기의 출력에 스위칭 동작을 달리하여 배터리 경고등에 전류가 차단/유입되도록 하는 경고등 제어부와; 경고등 점등시, 상기 비교기의 출력과 브레이크 동작신호 및 가속 페달 동작신호를 인가받아 상기 각 신호에 근거하여 수행된 논리연산 결과에 따라 엔진의 출력을 조절하는 엔진 출력 제어부와; 차량이 주차중일때, 배터리의 전압이 기준 전압 이하이면 일정 시간동안 시동 모터를 구동시켜 배터리의 전압을 보상하는 충전 보상부로 이루어지며, 주행시 배터리의 전압 상태를 운전자에게 알릴 수 있고, 주차시 배터리가 과다 방전되면 배터리를 자동으로 충전시켜 시동이 이루어지도록 한다.

Description

배터리 상태 확인 및 보상 장치{A DEVICE FOR CONFIRMING STATE OF A BATTERY AND COMPENSATING VOLTAGE OF A BATTERY}

본 발명은 자동차의 전기 장치에 관한 것으로서, 특히 차량 운행시 배터리의 충방전에 대한 정보를 운전자가 확인할 수 있도록 하고, 배터리 방전을 보상하는 자동차의 배터리 상태 확인 및 보상 장치에 관한 것이다.

일반적으로 운전자는 배터리 상태 경고등의 확인을 통해 배터리의 충방전 상태를 확인하는데, 배터리 경고등은 배터리의 충전 상태가 양호한 상태가 아닌 경우 즉, 시동에 필요한 충분한 배터리 전압이 아닌 경우에 점등하여 배터리 경고 동작을 수행한다.

그러므로, 배터리 경고등이 점등하지 않으면, 운전자는 배터리의 상태가 양호하다고 생각한다.

여기서, 현재의 배터리 확인 장치는 도1과 같은 구조로 이루어져 있다. 도1은 종래의 배터리 상태 확인 장치를 간략화한 회로도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 배터리 확인 장치는 교류 발전기(ALT)의 출력에 연결된 배터리(B)와, 배티리(B)에 병렬 연결된 부하(LOAD)와, 배터리(B)와 교류 발전기(ALT) 사이에 연결된 배터리 경고등(IND)로 이루어져 있다.

여기서, 경고등(IND)은 교류 발전기(ALT)의 L 단자에 연결되어 있다.

이상과 같이 구성된 배터리 상태 확인 장치는 교류 발전기(ALT)의 L 단자로부터 로우(low) 신호를 출력할 때 배터리 경고등을 점등시킨다.

이와 같은 구조를 가진 종래의 배터리 상태 확인 장치는 차량이 시동 상태가 되면 교류 발전기의 L단자로부터 하이 신호가 출력되어 배터리 경고등이 동작하지 않게 된다.

따라서, 실제 주행시 배터리 상태 확인 장치의 경고등은 점등하지 않음에 따라, 운전자는 부하의 조건에 따른 차량의 충방전 상태를 확인할 수 없고, 외부 환경에 의해 배터리를 과다 방전시켰을 경우에 발생하는 시동 불량에 대한 대처를 하지 못하는 문제점이 있다.

이 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량 구동시 배터리의 충방전 상태를 검출하여 배터리의 저 전압 상태를 경고하고, 보상하는 배터리 상태 확인 및 보상 장치를 제공한다.

도1은 종래의 배터리 상태 확인 장치를 간략화한 회로도이다.

도2는 이 발명에 이용되는 충전 장치의 블록 구성도이다.

도3은 이 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 확인 및 보상 장치의 회로도이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 이 발명의 자동차의 배터리 상태 확인 및 보상 장치는,

검출한 배터리의 음극에 형성된 션트단의 전압을 션트 전압 필터링부에서 전류로 변환시켜 필터링하고, 필터링된 전압을 비교기에서 제1 기준 전압과 비교하여, 상기 션트단의 전압이 기준 전압 이하일 경우 스위칭부를 제어하여 경고등을 점등시키고, 이와 동시에 구동 검출부에서 브레이크 동작 신호 및 가속 페달 동작 신호에 따라 엔진의 출력을 증가시키며, 배터리 충전 보상부에서 배터리의 전압이 제2 기준 전압 이하일때 주차 신호 또는 사이드 브레이크 신호가 입력되면 일정 시간동안 배터리를 충전시킨다.

이하, 도면을 참조로 하여 이 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 확인 및 충전 장치의 동작을 설명한다.

우선, 이 발명의 실시예에 따른 구성을 보면 도2와 같다.

도2는 이 발명의 실시예에 따른 충전 장치의 블록 구성도이다. 도2에 도시되어 있듯이, 이 발명에 이용되는 충전 장치는 교류 발전기(10), 배터리(B), 션트단(20), 부하(30)로 이루어진다.

여기서, 배터리(B)는 교류 발전기(10)의 출력에 양극이 연결되어 있고, 션트단(20)은 배터리(B)의 음극에 일단이 연결되고 타단이 접지된다.

부하(30)는 배터리(B)의 양극에 입력단이 연결되고 출력단이 전기적으로 접지된다.

여기서, 교류 발전기(10)의 출력은 도시하지 않은 전압 조정기에 의해 조정되어 배터리(B)의 양극에 인가되고, 배터리(B)의 양극에 인가된 전류는 음극을 통해 션트단(20)으로 인가된다.

그러면, 션트단(20)은 배터리(B)의 음극에 흐르는 전류를 검출하여 전압으로 출력한다. 따라서, 션트단(20)에서 검출되는 전압은 배터리(B)가 충전하는 동안은 그 값이 크고 방전하는 동안은 그 값이 작다.

이와 같이 션트단(20)을 통해 검출된 전압은 이 발명의 실시예에 따른 배터리 확인 및 보상 장치에 인가된다.

도3은 이 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 확인 및 보상 장치의 회로도이다.

도3에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 확인 및 보상 장치는, 션트 전압 필터링부(100), 비교기(COM1, COM2), 경고등 제어부(200), 경고등(300), 엔진 출력 제어부(400), 배터리 방전 검출부(500), 충전 보상부(600)로 이루어진다.

여기서, 션트 전압 필터링부(100)는 도2의 션트단(20)을 통해 검출한 전압을 증폭하는 이득기(K)와, 이득기(K)의 출력에 연결된 저항(R1)과, 저항(R1)과 접지 사이에 연결된 커패시터(C)로 이루어진다.

비교기(COM1)는 저항(R1)과 커패시터(C)의 접점에 비반전 단자가 연결되고, 기준 전류(Iref)를 반전 입력으로 한다.

경고등 제어부(200)는 비교기(COM1)의 출력에 연결된 인버터(INV)와,인버터(INV)의 출력에 베이스가 연결되고 교류 발전기(10)의 출력 전압(Vi)을 컬렉터 입력으로 하는 NPN 트랜지스터(Q1)와, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 연결된 릴레이 스위치(S1)와, 트랜지스터(Q1)의 이미터와 접지단 사이에 연결되고 릴레이 스위치(S)와 함께 릴레이(REL1)를 구성하는 인덕터(L1)로 이루어진다.

경고등(300)은 릴레이 스위치(S)와 접지단 사이에 위치한다.

엔진 출력 제어부(400)는 브레이크 신호(Sb)와 인버터(INV)의 출력 신호를 입력하여, 논리곱 연산하는 AND 게이트(AND1)와, 가속 페달 동작 신호(Sa)와 인버터(INV)의 출력 신호를 논리곱 연산하는 AND 게이트(AND2)와 AND 게이트(AND1, AND2)의 출력을 논리합 연산하는 OR 게이트(OR)로 이루어진다.

배터리 방전 검출부(500)는 배터리(B)의 전압(Vbat)을 반전 입력으로 하고, 기준 전압(Vref)을 비반전 입력으로 하는 비교기(COM2)와, 비교기(COM2)의 출력과 파킹(parking) 신호(Sp) 또는 사이드 브레이크(side break) 신호(Ssb)를 입력으로 하며, 파킹 신호 또는 사이드 브레이크 신호가 온일때 비교기(COM)의 출력에 따라 동작을 달리하는 타이머(TIM)로 이루어진다.

충전 보상부(600)는 타이머(TIM)의 출력에 베이스가 연결되고, 컬렉터가 배터리(B)의 양극에 연결된 NPN 트랜지스터(Q2)와, 트랜지스터(Q2)의 이미터와 접지단 사이에 연결된 인덕터(L2)와, 트랜지스터(Q2)의 컬렉터와 도시하지 않은 스타트 모터 솔레노이드(ST SOL)에 연결되어 인덕터(L2)와 함께 릴레이(REL2)를 형성하는 릴레이 스위치(S2)로 이루어진다.

이하, 이 발명의 실시예에 따른 배터리 상태 확인 및 보상 장치의 동작을 설명한다.

이하의 동작은 차량 주행 상태일 때이다.

션트단(20)을 통해 검출된 전압은 션트 전압 필터링부(100)의 이득기(K)와 에 입력되어 일정 이득값으로 증폭되고, 전류로 환산하기 위해 저항(R1)을 통해 커패시터(C)에 인가된다.

이때, 커패시터(C)에 인가되는 전류는 RC 시상수에 의해 일정시간동안 시간 지연을 가진다.

여기서, 커패시터(C)에 충전된 전류는 비교기(COM1)의 비반전 단자에 입력되어 기준 전류(Iref)와 비교된다.

비교기(COM1)는 비반전 입력 전류가 반전 입력 전류(Iref)보다 크면 하이 신호를 출력하고, 작으면 로우 신호를 출력하는데, 비반전 입력 전류가 반전 입력 전류(Iref)보다 작다는 것은 RC 시상수에 의해 설정된 일정 시간이상 배터리의 모드가 방전 모드라는 것을 의미한다.

따라서, 비교기(COM1)는 배터리가 일정 시간 이상 방전 모드이면 경고등(300)이 구동하도록 경고등 제어부(200)로 로우 신호를 출력한다.

경고등 제어부(200)는 비교기(COM1)의 출력을 인버터(INV)에서 인력받는데, 인버터(INV)는 로우 신호를 하이 신호로를 반전시켜 NPN 트랜지스터(Q1)를 턴 온시킨다.

트랜지스터(Q1)가 턴 온되면, 릴레이(RET1)의 인덕터(L1)에 전압이 형성되어 릴레이 스위치(S1)을 턴 온시켜, 경고등(300)이 점등된다.

이렇게 경고등(300)이 점등되면 운전자는 운전 도중 이를 확인하여 배터리(B)의 방전이 심하다라는 것을 인식하여 불필요한 부하(30)의 사용을 억제한다.

한편, 인버터(INV)의 하이 출력 신호는 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가됨과 동시에 엔진 출력 제어부(400)의 AND 게이트(AND1, AND2)에 인가된다. 이때, AND 게이트(AND1)는 브레이크 동작 상태를 감지하는 브레이크 신호(Sb)를 입력받고 있으며, AND 게이트(AND2)는 가속 페달의 동작 상태를 감지하는 가속 페달 동작 신호(Sa)를 입력받고 있다.

그러므로, AND 게이트(AND1, AND2)는 이 경우 브레이크 페달 또는 가속 페달 동작 신호(Sb, Sa)가 하이이면 OR 게이트(OR)로 하이 신호를 인가한다.

OR 게이트(OR)는 인가되는 두 신호중 하나의 신호만 하이이더라도 하이 신호를 출력하므로, 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있거나, 가속 페달을 밟고 있으면 하이 신호를 도시하지 않은 ECU로 출력하여 엔진의 출력이 증가하도록 한다.

따라서, 이 발명은 주행중에 배터리(B)의 방전이 심할 경우 운전자가 가속 페달이나 브레이크 페달을 동작시키면 엔진의 출력을 증가시켜 배터리 방전을 보상한다.

한편, 차량이 주차되어 있을 경우 이 발명은 다음과 같은 배터리 전압 보상 동작을 수행한다. 이때의 주차상태는 엔진이 정지된 상태의 주차와 엔진작동중인 상태의 주차를 포함한다.

비교기(COM2)는 배터리(B)의 전압이 차량 시동에 적합한 전압이하 인지를 검출한다. 즉, 비교기(COM2)는 반전 단자로 배터리 전압(Vbat)을 입력받고, 비반전단자로 설정된 기준 전압(Vref)을 입력받아, 두 전압을 비교한다.

이때, 배터리 전압(Vbat)이 기준 전압(Vref)보다 높으면 로우 신호를, 배터리 전압(Vbat)이 기준 전압(Vref)보다 낮으면 하이 신호를 배터리 방전 검출부(500)로 출력한다.

배터리 방전 검출부(500)의 타이머(TIM)는 비교기(COM2)의 출력을 입력으로 하고, 파킹 신호(Sp)와 사이드 브레이크 신호(Ssb)를 입력으로 하여, 비교기(COM2)의 출력 신호가 하이이고, 파킹 신호(Sp) 또는 사이드 브레이크 신호(Ssb)가 하이이면 일정 시간동안 하여 트랜지스터(Q2)를 턴 온시킨다.

여기서, 타이머(TIM)가 동작하는 것은 차량이 주차된 상태에서 차량의 전기 장치를 사용하여 배터리(B)의 전압이 시동 불가 상태가 되었다는 것을 의미한다.

그래서, 배터리(B)의 전압이 시동 가능 상태의 전압이 되도록 트랜지스터(Q2)는 타이머(TIM)에 의해 설정된 일정 시간동안 턴 온하여 릴레이(RET)가 구동되도록 하고, 그에 따라 엔진이 작동중인 경우에는 발전기의 생성전력을 배터리로 전달하고, 엔진이 정지된 상태인 경우에는 스타트 모터를 구동시켜서 발생되는 발전기의 생성전력으로 배터리(B)를 충전시킴으로써, 배터리 전압이 보상되도록 한다.

이 발명은 주행시 배터리의 전압 상태를 운전자에게 알릴 수 있고, 주차시 배터리가 과다 방전되면 배터리를 자동으로 충전시켜 시동이 이루어지도록 한다.

Claims (7)

1. (정정) 배터리의 음극에 형성된 션트단의 전압을 전류로 변환시켜 필터링하는 션트 전압 필터링부;

   상기 션트 전압 필터링부의 출력 신호를 기준 신호와 비교하는 비교기;

   상기 비교기의 출력에 스위칭 동작을 달리하여 인가되는 전류를 차단/유입되도록 하는 경고등 제어부;

   상기 경고등 제어부의 출력에 연결된 배터리 경고등과;

   상기 배터리 경고등 점등시, 상기 비교기의 출력과 브레이크 동작신호 및 가속 페달 동작신호를 인가받아 상기 각 신호에 근거하여 수행된 논리연산 결과에 따라 엔진의 출력을 조절하는 엔진 출력 제어부를 포함하는 배터리 상태 확인 및 보상 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 경고등 제어부는,

   상기 비교기의 출력에 따라 턴 온/턴 오프하는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터와 상기 배터리 경고등 사이에 연결되어 상기 트랜지스터의 스위칭 동작에 동기하여 스위칭 동작하여 전류를 상기 배터리 경고등으로 유입 또는 차단하는 스위칭 소자를 포함하는 배터리 상태 확인 및 보상 장치.
3. 상기 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경고등 제어부는,

   상기 비교기의 출력에 연결된 인버터(INV)와, 인버터(INV)의 출력에 베이스가 연결되고 입력 전압(Vi)을 컬렉터 입력으로 하는 NPN 트랜지스터(Q1)와, 상기 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 연결된 릴레이 스위치(S1)와, 상기 NPN 트랜지스터(Q1)의 이미터와 접지단 사이에 연결되고 상기 릴레이 스위치(S)와 함께 릴레이(REL1)를 구성하는 인덕터(L1)로 이루어진 배터리 상태 확인 및 보상 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 엔진 출력 제어부는,

   상기 비교기의 출력 신호와 브레이크 동작 신호를 논리 연산한 제1 신호와, 상기 비교기의 출력 신호와 가속 페달의 동작 신호를 논리 연산한 제2 신호를 논리 연산한 신호가 배터리 과다 방전이고 브레이크 또는 가속 페달이 동작하는 상태를 나타내는 신호이면, 엔진을 출력을 증가시키는 신호를 발생하는 것이 특징인 배터리 상태 확인 및 보상 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 엔진 출력 제어부는,

   브레이크 신호(Sb)와 인버터(INV)의 출력 신호를 입력하여, 논리곱 연산하는 AND 게이트(AND1)와, 가속 페달 동작 신호(Sa)와 인버터(INV)의 출력 신호를 논리곱 연산하는 AND 게이트(AND2)와 AND 게이트(AND1, AND2)의 출력을 논리합 연산하는 OR 게이트(OR)로 이루어진 배터리 상태 확인 및 보상 장치.
6. 차량 정지시 배터리의 전압이 기준 전압과 비교하는 비교기;

   상기 비교기의 출력과, 주차 신호 또는 사이드 브레이크 신호를 입력하여 배터리의 전압이 기준 전압 이하이고 차량이 주차되어 있는 경우에 일정 시간동안 제어 신호를 출력하는 타이머;

   상기 타이머의 제어 신호에 따라 일정 시간 구동하여 배터리로 전류가 충전되도록 하는 충전 보상부를 포함하는 배터리 보상 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 충전 보상부는,

   상기 타이머의 출력에 베이스가 연결되고, 컬렉터가 배터리의 양극에 연결된 NPN 트랜지스터와, 상기 NPN 트랜지스터의 이미터와 접지단 사이에 연결된 인덕터(L2)와, 상기 NPN 트랜지스터의 컬렉터와 스타트 모터 솔레노이드 사이에 연결된 릴레이 스위치로 이루어진 릴레이로 이루어진 배터리 보상 장치.