KR101172273B1 - 연료 절감기 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전압부로부터 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호의 전압이 기준전압 이상인 경우, 고정된 주파수 및 펄스 폭을 갖는 펄스 폭 변조파를 출력하는 마이크로 컨트롤러 유닛, 상기 펄스 폭 변조파의 출력에 연동하여 축전지의 전원선으로 전압을 제공하는 드라이버, 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛 및 상기 드라이버로 전압을 공급하는 정전압부를 포함하는 연료 절감기를 제공한다.

Description

연료 절감기 및 그 동작 방법{POWER SAVER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 펄스 폭 변조파를 이용하여 축전지의 수명을 연장하기 위한 방안에 관한 것이다.
일반적으로, 축전지란 화학적 에너지를 전기적으로 변환하는 방전과, 전기적 에너지를 화학적 에너지로 변환하는 충전 사이클을 통해 배터리의 기능을 수행하는 것을 말한다. 이러한 축전지는, 방전 시 황산염(SO4)이 극판과 결합함으로써 물이 생성되어 비중이 낮아지고, 다시 충전 시에는 결합된 황산염이 전해액속으로 용융되어 비중이 높이지게 된다.
따라서, 축전지는 오랜 시간 동안 충전과 방전을 거치면서, 방전 시 달라붙어 있던 황산염이 충전 시에 이탈되지 않고, 극판에 달라붙는 황산연화 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 충전 및 방전 횟수가 많을수록 심화되며, 연산 배터리의 대부분이 수명이 다되어 폐기 처리되는 결과를 초래한다.
이러한, 종래기술의 문제점을 해결하고자, 등록번호 제10-0868491호에 기재된 축전지의 수명 연장 장치 및 그 방법(이하, '수명 연장 장치'라 함)에서는 펄스 폭 변조파의 펄스폭 및 주파수를 변경함으로써, 축전지의 극판에 황산염을 쌓이는 문제점을 해결하고 있다. 그러나, 수명 연장 장치는 7 페이지에 개시된 바와 같이 펄스 폭 변조파의 펄스 폭 및 주파수를 주기적으로 변경해야 하기 때문에, 배터리 소모가 많다는 문제점이 있다. 또한, 상기 수명 연장 장치는 펄스 폭 및 주파수 변경 때문에, 극판에 쌓이는 황산염을 100% 제거하지 못하여, 결국 축전지의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
본 발명의 일실시예는 고정된 펄스폭 및 주파수를 가진 펄스 폭 변조파를 축전지의 극판에 출력함으로써, 극판에 쌓이는 황산염을 제거할 수 있는 연료 절감기 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 축전지의 극판에 쌓이는 황산염을 효과적으로 제공하기 위하여 주파수가 9kHz이고, 펄스 폭이 1μs로 고정된 펄스 폭 변조파를 출력함으로써, 극판의 청정도를 유지하여 축전지의 수명을 연장시킬 수 있는 연료 절감기 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 축전지에 꽂는 단자와 연료 절감기를 일체형으로 만들어, 축전지와 연료 절감기 사이의 유선을 없애 사용자 편의를 증대시킬 수 있는 연료 절감기 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기는 정전압부로부터 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호의 전압이 기준전압 이상인 경우, 고정된 주파수 및 펄스 폭을 갖는 펄스 폭 변조파를 출력하는 마이크로 컨트롤러 유닛, 상기 펄스 폭 변조파의 출력에 연동하여 축전지의 전원선으로 전압을 제공하는 드라이버, 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛 및 상기 드라이버로 전압을 공급하는 정전압부를 포함한다.
상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 주파수가 9kHz이고, 펄스 폭이 1μs로 고정된 펄스 폭 변조파를 출력할 수 있다.
상기 기준전압은 상기 마이크로 컨트롤러 유닛에 사용되는 칩의 동작전압에 따라 설정될 수 있다.
상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 'ATtiny 13 IC 칩'으로 구성될 수 있다.
상기 ATtiny 13 IC 칩 5번 핀에서 출력된 상기 펄스 폭 변조파가 전계 효과 트랜지스터 1 N채널 게이트로 입력되면, 상기 드라이버는 상기 전계 효과 트랜지스터의 드레인에 배전압의 전압을 발생시켜 초크 코일 L2 출력을 상기 축전지로 공급할 수 있다.
상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 상기 인가된 전압이 기준전압 미만인 경우, 상기 펄스 폭 변조파 출력을 중지할 수 있다.
상기 연료 절감기는 상기 축전지와 연결되는 단자와 일체형일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기 동작 방법은 정전압부로부터 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 상기 변환된 디지털 신호의 전압이 기준전압 이상인 경우, 고정된 주파수 및 펄스 폭을 갖는 펄스 폭 변조파를 출력하는 단계, 상기 펄스 폭 변조파의 출력에 연동하여 축전지의 전원선으로 전압을 제공하는 단계, 및 상기 제공된 펄스 폭 변조파에 의해 상기 축전지 내 극판에 쌓인 황산염을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 고정된 펄스폭 및 주파수를 가진 펄스 폭 변조파를 축전지의 극판에 출력함으로써, 극판에 쌓이는 황산염을 제거할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 축전지의 극판에 쌓이는 황산염을 효과적으로 제공하기 위하여 주파수가 9kHz이고, 펄스 폭이 1μs로 고정된 펄스 폭 변조파를 출력함으로써, 극판의 청정도를 유지하여 축전지의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 축전지에 꽂는 단자와 연료 절감기를 일체형으로 만들어, 축전지와 연료 절감기 사이의 유선을 없애 사용자 편의를 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기의 회로도를 도시한 도면이다.
도 4는 연료 절감기에 포함된 마이크로 컨트롤러 유닛의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기 동작 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기의 외관을 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연료 절감기는 축전지와 연결되는 단자와, 축전지로 펄스 폭 변조파를 출력하는 마이크로 컨트롤러 유닛이 일체형으로 구성될 수 있다.
종래에는 연료 절감기와 축전지를 이어주는 단자가 유선으로 연결되어 있어, 사용하는데 불편함이 있었다.
그러나, 본 발명의 연료 절감기는 축전지와 연료 절감기 사이의 유선을 없애 사용자 편의를 증대시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참고하면, 연료 절감기(200)는 마이크로 컨트롤러 유닛(210), 드라이버(220) 및 정전압부(230)를 포함할 수 있다.
정전압부(230)는 마이크로 컨트롤러 유닛(210) 및 드라이버(220)로 전압을 공급한다.
마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit; MCU, 210)은 정전압부(230)로부터 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호의 전압이 기준전압 이상인 경우, 고정된 주파수 및 펄스 폭을 갖는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM)파를 출력한다.
실시예로, 마이크로 컨트롤러 유닛(210)은 주파수가 9kHz이고, 펄스 폭이 1μs로 고정된 펄스 폭 변조파를 출력할 수 있다.
종래에는 주파수 및 펄스 폭을 가변하다 보니, 연료 절감기의 배터리 소모가 많이 되었다. 또한, 주파수 및 펄스 폭이 가변되는 펄스 폭 변조파는 축전기의 극판에 쌓인 황산염을 효과적으로 제거하지 못하였다.
그러나, 마이크로 컨트롤러 유닛(210)은 극판에 쌓인 황산염을 효과적으로 제거할 수 있는 특정 주파수대의 펄스 폭 변조파를 출력함으로써, 축전지의 수명 연장에 도움을 줄 수 있다.
다른 실시예로, 마이크로 컨트롤러 유닛(210)은 상기 인가된 전압이 기준전압 미만인 경우, 상기 펄스 폭 변조파 출력을 중지할 수 있다. 예컨대, 연료 절감기(200)가 축전지와 연결된 상태에서는 펄스 폭 변조파를 출력하도록 하지만, 연료 절감기(200)가 축전지와 연결되지 않은 상태에서는 상기 펄스 폭 변조파를 출력할 필요가 없다. 따라서, 연료 절감기(200)가 축전지와 연결되어 동작하는 경우에만, 마이크로 컨트롤러 유닛(210)이 펄스 폭 변조파를 출력함으로써, 연료 절감기(200)의 배터리 소모를 줄일 수 있다.
상기 기준전압은 마이크로 컨트롤러 유닛(210)에 사용되는 칩의 동작전압에 따라 설정될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 컨트롤러 유닛(210)에 사용되는 칩의 동작 전압이 1.8~5.5V 인 경우, 상기 기준전압을 5V로 설정할 수 있다.
드라이버(220)는 상기 펄스 폭 변조파가 출력되는 경우, 축전지(240)의 전원선으로 전압을 제공한다.
또 다른 실시예로, 마이크로 컨트롤러 유닛(210)은 'ATtiny 13 IC 칩'으로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기의 회로도를 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, ATtiny 13 IC 칩 5번 핀에서 출력된 펄스 폭 변조파는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET) 1 N채널 게이트로 입력된다. 이 경우, 드라이버(220)는 상기 전계 효과 트랜지스터의 드레인(Drain)에 배전압의 전압을 발생시켜 초크 코일 L2 출력을 전원선을 통해 축전지로 공급할 수 있다.
이와 같이, 연료 절감기는 축전지가 오랜 기간 충전과 방전을 거치는 동안 방전 시, 전극판에 달라붙게 되는 황산염을 특정 주파수 및 펄스 폭을 갖는 펄스 폭 변조파를 이용하여 제거할 수 있게 된다.
이하, 도 4를 참고하여 'ATtiny 13 IC 칩'에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 연료 절감기에 포함된 마이크로 컨트롤러 유닛의 일례를 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, ATtiny 13 IC 칩은 8 개의 핀으로 구성된 칩이다. ATtiny 13 IC 칩은 8핀(410, VCC)을 통해 전원 전압을 공급하고, 4핀(420, GND)을 통해 접지와 연결되며, 1핀으로 리셋하고, 1핀~7핀(230, PB0-PB5)를 통해 다양한 기능을 제공할 수 있다.
이러한, 상기 ATtiny 13 IC 칩은 고성능, 저전력의 AVR 8비트 마이크로 컨트롤러 유닛이다. 상기 ATtiny 13 IC 칩은 아키텍처 RISC(Reduced Instruction Set Computer)를 120 강력한 지침 단일 클럭 사이클을 실행할 수 있고, 레지스터 32 액스 8범용 완전 정적으로 동작한다.
상기 ATtiny 13 IC 칩은 비휘발성 프로그램(64 바이트 시스템 프로그래밍 EEPROM)과 데이터 메모리(64 바이트 내부 SRAMDMF)를 포함한다.
또한, 상기 ATtiny 13 IC 칩은 주변 장치 기능으로, 하나의 8비트 타이머 프리스케일러(Prescaler)/카운터 펄스 폭 변조파 등의 두채널, 내부 전압 레퍼런스와 4채널, 10 비트 A/D 변환부, A/D 변환부가 소음 감소, 파워 다운모드, 별도의 프로그래밍 가능한 워치독 타이머와 온칩 발진기, 온칩 아날로그 비교기, 특수 마이크로 컨트롤러 기능, 온칩 디버그(Debug) 와이어 시스템, 셀프 시스템 SPI(Serial Peripheral Interface)의 포트를 통해 프로그래밍, 외부 및 내부 인터럽트 소스, 낮은 전력 유휴 모드, 프로그램 브라운 아웃 검출 회로, 내부 발진기 보정, I/O 및 패키지를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 절감기 동작 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 5을 참조하면, 연료 절감기 동작 방법은 도 2에 도시된 연료 절감기에 의해 동작할 수 있다.
단계 S510에서, 연료 절감기는 정전압부로부터 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 연료 절감기는 마이크로 컨트롤러 유닛을 포함하는데, 마이크로 컨트롤러 유닛의 A/D 변환부가 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
단계 S520에서, 상기 연료 절감기는 상기 디지털 신호의 전압이 기준전압 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 상기 기준전압은 상기 마이크로 컨트롤러 유닛에 사용되는 칩의 동작전압과 연관하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준전압은 상기 동작전압에 따라 5V, 10V, 13V 등 가변적으로 설정될 수 있다.
상기 연료 절감기는 상기 디지털 신호의 전압이 기준전압 이상인 경우(예), 단계 S530을 수행하고, 상기 디지털 신호의 전압이 기준전압 미만인 경우(아니오), 단계 S550을 수행할 수 있다.
먼저, 상기 디지털 신호의 전압이 기준전압 이상인 경우, 단계 S530에서, 상기 연료 절감기는 고정된 주파수 및 펄스폭을 갖는 펄스 폭 변조파를 출력할 수 있다.
단계 S540에서, 상기 연료 절감기는 상기 펄스 폭 변조파가 출력되는 경우, 축전지의 전원선으로 전압을 제공할 수 있다.
상기 디지털 신호의 전압이 기준전압 미만인 경우, 단계 S550에서, 상기 연료 절감기는 상기 펄스 폭 변조파 출력을 중지할 수 있다. 상기 연료 절감기는 축전지와 연결되어 있지 않아, 동작하지 않아도 되는 경우에는 상기 펄스 폭 변조파 출력을 출력하지 않음으로써, 전력소모를 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
200: 연료 절감기
210: 마이크로 컨트롤러 유닛
220: 드라이버
230: 정전압부
240: 축전지

Claims (11)

  1. 전압을 공급하는 정전압부; 및
    'ATtiny 13 IC 칩'으로 구동되며, 상기 정전압부로부터 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 이용하여 주파수가 9kHz이고, 펄스 폭이 1μs로 고정된 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM)파를 만들어, 상기 ATtiny 13 IC 칩의 5번 핀으로 출력하는 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit; MCU)
    을 포함하고,
    상기 출력된 상기 펄스 폭 변조파는, 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET) 1 N채널 게이트를 통해 축전지로 입력되고,
    상기 축전지와 연결되는 단자와 일체형인, 연료 절감기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 'ATtiny 13 IC 칩'을 이용하여 정전압부로부터 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 변환된 디지털 신호를 이용하여 주파수가 9kHz이고, 펄스 폭이 1μs로 고정된 펄스 폭 변조파를 상기 ATtiny 13 IC 칩의 5번 핀으로 출력하는 단계;
    상기 출력된 펄스 폭 변조파를 전계 효과 트랜지스터 1 N채널 게이트로 입력하여 일체형으로 연결된 축전지로 제공하는 단계; 및
    상기 제공된 펄스 폭 변조파에 의해 상기 축전지 내 극판에 쌓인 황산염을 제거하는 단계
    를 포함하는 연료 절감기 동작 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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