KR101210523B1 - 충, 방전모듈로 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충, 방전모듈로 구성되어 배터리의 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로 배터리(100)에 연계 구성되어 배터리(100)의 성능을 향상시키고, 배터리(100)의 성능상태를 측정하여 진단하고, 표시할 수 있도록 구성된 배터리블랙박스(11)를 통해 연계되어 배터리(100)의 전압과 전류를 측정하여 마이컴제어부(20)로 보내는 검출부(10)와, 상기 검출부(10)에서 검출된 배터리(100)의 전류와 전압 정보 및 초기 설정 저장된 배터리(100) 정보를 저장하며, 비교처리부(30)에 의해 비교, 분석되어 처리된 결과를 누적 저장하는 마이컴제어부(20)와, 상기 마이컴제어부(20)의 기준정보와, 측정된 정보를 비교, 분석하여 상태출력부(40)로 보내는 비교처리부(30)와, 상기 비교처리부(30)에서 처리한 정보를 유선이나 무선으로 구성된 경보표시부(42)를 통해 정보가 전달되게 함으로서 사용자에게 인식식별 시키며, 제어설정부(41)를 통하여 배터리(100)가 일정 전압을 유지할 수 있도록 충, 방전을 제어하도록 하며 상태출력부(40)로 구성되어, 과도한 전류 및 전압 으로부터 자동으로 안정된 전원공급을 통하여 부하장치를 보호하고 이용효율을 높이며 적절한 충, 방전량을 유지하도록 하고, 과방전 및 과충전을 방지하도록 할 뿐만 아니라, 사용자가 배터리(100)의 수명 저하를 조기에 파악하여 적절한 조치를 할 수 있도록 하여, 배터리(100)를 안정적이고 경제적이며 안전하게 사용할 수 있도록 하는 특징이 있는 충, 방전모듈로 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치에 관한 것이다.

축전지, 충전장치, 배터리, 정류기, 블랙박스,

Description

충, 방전모듈로 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치 {Device for displaying capacity and condition of battery }

본 발명은 배터리에 전기를 충전시키거나 저장된 전기에너지를 부하장치를 통하여 이용할 시, 과도하고 불규칙한 맥류성의 충전이나 방전으로부터 안정된 전압을 유지할 수 있도록 하여, 배터리 및 전기장치의 이용효율을 높이고 수명을 증가시키고, 배터리의 전압과 성능을 자동진단 하여 과충전이나, 과방전으로 인한 불량진행을 미연에 방지하며, 수명이 노후 되거나 방전특성이 불안정하고 성능이 저하된 배터리를 사용자가 쉽게 확인할 수 있도록 함으로서, 적절하게 대처할 수 있도록 하는 특징이 있는 충, 방전모듈로 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 배터리는 전기에너지를 저장하는 매체로서 충전장치를 이용하여 전기를 저장하였다가 부하전기장치에 공급하는 역할로서 주로 이동하는 전동장치의 동력원이나 전기전자장치의 전원과 자동차나 발전기를 구동시키고 자동차 또는 전 동장치 등의 전자장치에 전원을 공급하기 위해 사용되는 것으로서, 현대에 이르러 전기, 전자 기술의 발달과 더불어 배터리를 사용하는 전자장치가 증가되고 다양화, 정밀화, 고기능화, 첨단화되면서 안정적인 전원공급이 요구됨으로서 배터리의 중요도가 점차 높아지고 있다.

이러한 배터리는 충전장치를 통하여 충전하며 배터리에 저장된 전기에너지를 전자장치에 공급 되도록 충전과 방전이 지속적으로 사용되어진다.

이러한 일반적인 연축전지의 경우 제조사 권고수명은 약2년에서 5년 정도의 수명을 가지나 최근 기술의 발달로 수명이 향상되고 특성이 뛰어난 장수명-배터리, 니켈수소-배터리 등 다양한 배터리가 개발 사용되어지고 있다.

배터리의 사용수명은 주위 온도 등의 사용 환경과 충, 방전조건에 의하여 성능과 수명에 영향을 많이 받으며, 충전장치의 이상이나, 사용자의 부주의로 인한 과-충전이나 회복될 수 없을 정도의 방전(과방전) 및 배터리 내부의 셀 불량이나 충전장치의 이상, 발열에 의한 열폭주 등으로 갑작스럽게 성능이 저하되거나 수명이 단축되기도 하며 극판이나 극주의 열화현상으로 방전능력이 감소되어서 축전지로서의 정상적인 기능을 상실하여 전기에너지를 정상적으로 저장하거나 공급하지 못하게 되어서 자동차나 비상발전기의 경우 시동이 불가능하고, 비상전원장치에서 정전보상이 되지 않음으로 사용자가 큰 불편이나, 위험한 상황이 발생되기도 한다.

또한 충전장치 이상으로 배터리전압이 기준치이상으로 과-충전되거나 성능이 저하된 배터리를 충전시키거나 방전시킬 경우 폭발위험성과 함께 전기장치에 고장이나 장애가 발생되는 문제점이 있으며, 현재에는 이를 해결하기 위한 다양한 방법이 시 도되고, 개발되어져 있다.

예컨대, 국내 특허공개번호 10-2006-0130509호의 ‘배터리의 충전 또는 방전 출력 조정방법 및 장치’에서는 배터리 셀 또는 팩의 전압을 측정하여, 전 단계에서 추정된 배터리의 최대출력에 대응되게 미리 정해진 제한 범위를 벗어나는지를 체크하고, 이 범위를 벗어나면 배터리의 방전 또는 충전 출력을 조정하도록 하는 방법이 제시되어 있으며, 국내 실용신안등록번호 20-0431523호의 ‘배터리 충전장치’에서는 배터리의 충전 전압, 충전 전류 및 온도를 감지하여, 사전에 설정된 충방전 시간, 최대 허용 전류, 제 1 기준온도, 제 2 기준온도 및 기준 전압 증가율을 기초로 상기 충전 제어 신호 및 상기 방전 제어 신호를 발생시키는 제어부를 마련하는 배터리 충전 장치가 제시되어 있다.

그리고 국내 특허공개번호 10-2005-0111020호의 ‘충전상태 표시기능을 가진 자동차 배터리의 충방전 시스템’에서는 배터리 및 알터네이터로부터 입력되는 출력전압을 미리 설정된 정상 전압 범위와 비교하여 출력전압의 범위에 따른 전기신호를 출력하여 운전자가 인식이 가능하게 제공하는 기술이 제시되어 있다.

그러나 상술한바와 같은 종래의 기술에서는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

먼저, 국내 특허공개번호 10-2006-0130509호의 ‘배터리의 충전 또는 방전 출력 조정방법 및 장치’와, 국내 실용신안등록번호 20-0431523호의 ‘배터리 충전장치’는 배터리의 충전전압을 검출하는 방식으로서 배터리의 용량저감현상과 배터리의 불량이나 충전장치 이상에 따른 배터리의 성능상태나 사용(기동)불가능한 불량상태나 노후정도 및 잔여 수명을 사용자(운전자)가 알(예측) 수 있는 방법이 제 시되지 않아, 배터리상태를 사전에 파악하여 대처할 수가 없는 문제점이 있으며, 특허공개번호 10-2006-0130509호의 ‘배터리의 충전 또는 방전 출력 조정방법 및 장치’의 경우에는 배터리의 일시적인 전압에만 의존하여 과방전, 과충전의 판정을 통하여 배터리 고장유무를 판정할 경우, 오검출의 염려가 있으며, 배터리의 노후 상태에 관한 정확한 정보를 운전자가 인식하지 못하여 갑작스러운 배터리 성능저하나 배터리불량 발생 시에는 배터리의 성능상태를 인지하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리에 보조적으로 연계되게 구성시킴으로서 기존회로나 사용유무에 무관하게 탈부착 되도록 함으로서 접촉불량을 미연에 방지하고 과도현상을 흡수하고 안정되게 공급하는 기능을 제공함으로서 배터리와 부하장치 양쪽에 매우 안정적인 전원을 유지하고 공급할 수 있도록 함으로서 충전과 방전시에 야기되는 과도전류와 과도전압으로부터 보호하고 완화시킴으로 사용효율을 증대시키고 배터리와 전기장치의 사용수명이 연장됨은 물론, 동시에 배터리의 성능상태, 노후상태, 불량유무를 정확하게 측정하고, 예측하여 그 결과를 유, 무선으로 정보를 사용자에게 인식되도록 함으로서, 이상전압으로부터 전자장치의 고장을 방지하고 성능과 수명을 향상시키고, 배터리의 성능 상태를 예측함으로서 적정교체시점을 파악할 수 있도록 하여 불필요한 점검비용이나 불량발생을 방지하여 보다 경제적으로 안심하고 배터리를 사용할 수 있도록 하 는 특징이 있는 충, 방전모듈이 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치 및 그 방법을 제공함에 주안점을 두고 기술적 과제로 완성한 것이다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리 또는 직류전원회로에 회로의 변경이나 손상없이 병렬구성회로를 통해 연계되어 충전시와 부하사용시에 발생되는 과도에너지를 자동으로 흡수하고, 부족시에는 방출되게 함으로서 항상 안정된 전원공급을 유지시켜 효율과 사용수명이 증가되도록 제어하며, 배터리나 직류전원회로에 배터리 전압과 전류를 측정하여 마이컴제어부로 보내는 검출부와, 상기 검출부에서 검출된 배터리의 전류와 전압 정보 및 초기 설정 저장된 배터리 정보를 저장하며, 비교처리부에 의해 비교, 분석되어 처리된 결과를 비휘발성 기억장치와, 상기 마이컴제어부에 설정 저장된 기준정보와, 측정된 정보를 비교, 분석하여 상태출력부로 보내는 비교처리부와, 상기 비교처리부에서 처리한 정보를 유선이나 무선통신신호로 전송시키거나 제공함으로서 사용자가 인식할 수 있도록 하는 상태출력부로 구성되는 특징이 있는 충, 방전모듈로 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치 및 그 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면 배터리의 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로 배터리블랙박스(11)가 배터리(100)에 연계되어 배터리(100) 의 전압과 전류를 측정하여 배터리의 상태를 정확하게 판정하여 충, 방전시 과도현상을 방지하고 완충시키고 활성화되도록 조절함으로서, 배터리를 효율적으로 안전하게 이용할 수 있도록 하며, 불규칙하고 급격한 충전이나 방전을 방지하여 극판손상을 방지하고, 충전장치와 부하장치를 보호하도록 하여 배터리 수명을 연장시킬 수 있음은 물론, 배터리의 성능저하에 따른 노후를 판정하여 사용자에게 알리도록 함으로서, 사용자가 적정교체시점에 조치하여 배터리불량에 따른 작동 불능상태를 미연에 예방하고, 불필요한 배터리 점검 또는 잦은 교체에 따르는 비용을 낮추고 사고를 미연에 방지시킴으로 경제적으로 유익하고 과도전원으로부터 전기에너지를 저장하고 회생시켜 공급함으로서 에너지사용 효율을 높이고 불안정한 전원을 안정되게 공급하여 장비고장을 예방하고 사용수명을 향상시키며, 또한 교체에 따른 환경오염물질의 배출을 줄이며 사용자와 이용하는 산업설비의 안전사용에 매우 유익되고 경제적인 효과가 있다.

본 발명은 충, 방전모듈과 상태표시부로 구성된 배터리의 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리연결회로 또는 직류전원회로의 훼손 없이 병렬로 연결단자를 통해 연계된 배터리블랙박스(11)에는 충전제어회로 와 함께 방전제어회로가 구성되어서 충전장치로부터 배터리로 충전 공급되거나 부하전기장치로 방전되는 과도하거나 부족한 전력을 함께 감당하며 이때 검출되는 배터리의 전압과 전류를 실시간으로 샘플링검출회로가 구성된 회로에 의해 측정하여 마이컴제어부로 보내는 검출부와, 상기 검출부에서 검출된 배터리의 전류와 전압 정보를 저장하고, 비교처리부에 의해 초기설정 저장된 배터리 정보와, 비교, 분석되어 처리된 결과를 누적 비휘발성메모리에 저장하는 마이컴제어부와, 상기 마이컴제어부의 기준정보와, 측정된 정보를 비교, 분석하여 상태출력부로 보내는 비교처리부와, 상기 비교처리부에서 처리한 정보를 유선이나 무선으로 경보표시부를 통해 사용자에게 알리며, 제어설정부를 통하여 배터리가 안정적인전압을 항상 유지할 수 있도록 충, 방전부를 제어하도록 하고 상태출력부의 구성은 배터리와 전원의 상태에 따라서 과도전압으로부터 전기에너지를 흡수하게하고 부족시에는 저장된 전기에너지를 회생시켜 공급되게 충, 방전을 제어하여 과방전 및 과충전을 방지하고 안정적인 전원을 유지시키며, 배터리의 불량이나 전원이상 및 노후 진행을 사용자가 인식할 수 있도록하는 충, 방전모듈로 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치를 제공한다.

또한 본 발명에 또 다른 측면에 의하면, 배터리의 전압과 전류를 검출하여 초기 설정된 기준 정보와 비교, 분석하고 그 결과와 측정정보를 누적 저장하는 단계와, 상기 누적 정보와 검출측정정보에 대하여 최대, 최소 및 평균 정보를 배터리 특성에 맞게 초기 설정된 기준 정보와 비교, 분석하여 배터리의 상태를 진단, 추정하고 판단하는 단계 및 상기 단계에서 판단된 배터리 노후 진행 상태를 문자, 숫자, 램프, 기호, 경보음 및 유선 및 무선, 광통신등의 통신회로를 통하여 직접 경보 표시되게 하거나 정보를 제공함으로서 사용자에게 인식시키는 단계로 구성되는 충, 방전모듈로 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 보다 상세하게 설명하면, 도 1은 본 발명의 개략적인 검출회로 부분과 충, 방전제어부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 작동 흐름을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 방법을 나타낸 단계도이고, 도 4는 배터리블랙박스(11)의 역할을 구분시켜 놓은 것이다.
배터리블랙박스(11)의 역할은 본 발명의 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치의 전압, 전류 검출 및 제어회로를 나타낸 본 발명의 가장 근본적인 블록도로, 배터리(100)에 연결되어 배터리(100)의 상태를 판단하고, 이에 따라서 적절하게 충, 방전을 조절함과 동시에 사용자에게 배터리(100)의 상태를 표시하여 알릴 수 있도록 하는 것으로서, 도 1에서 도시한바와 같이, 배터리(100)에 연계되는 충, 방전제어회로 및 상태표시로 구성된 배터리블랙박스(11)는 배터리에 연결되어 배터리(100)의 전류 및 전압을 측정하여 마이컴제어부(20)로 신호를 보내는 검출부(10)와, 상기 검출부(10)에서 측정한 전원정보 와 초기 설정된 기준정보를 비휘발성메모리에 저장하는 마이컴제어부(20)와, 상기 검출부(10)에서 측정한 배터리(100)의 전압과 전류검출 정보를 마이컴제어부(20)에서 처리하여 기존 설정 저장된 정보와 비교, 분석하여 배터리(100)의 상태를 파악하는 비교처리부(30)와, 상기 비교처리부(30)에서 처리한 정보를 출력하여, 충, 방전을 자동제어 하도록 하는 프로그램과 회로로서 배터리블랙박스(11)가 구성되며, 유선이나 무선으로 연결되어 정보를 전달시키는 상태출력부(40)로 대분 구성되어진다.
상기 배터리(100)에 연결되는 검출부(10)는 도 1에서 도시한바와 같이 배터리(100)에 방전이나 충전이루어지면 자동적인 방법으로 배터리(100)상태에 대한 전류 및 전압의 최소치와 최대치 및 평균값을 실시간으로 직, 간접적으로 검출할 수 있도록 전압 및 전류치에 대한 각각의 sample & hold 회로로서 연산회로와 마이컴제어부(20)에 의해 최소, 최대 및 평균값을 실시간으로 처리하며, 상기 검출부(10)에서 측정한 배터리(100) 상태정보를 시스템에 적용 가능한 신호로 변환하여 마이컴제어부(20)로 전송하도록 하는 신호 변환부(12)를 구비한다.
상기 마이컴제어부(20)는 사용자 및 설계자에 의해 사전 프로그램화된 흐름에 따라 진행되어질 수 있도록 그 역할에 따라 세분화 구성된다.
마이컴제어부(20)의 기억장치는 운용프로그램과 함께 초기에 데이터베이스화된 정보 및 사용자가 설정저장이 가능한 배터리(100) 종류대로 운영기준에 대한 정보를 저장하는 기준정보메모리(21)와 검출부(10)에서 전송된 배터리(100)의 전류 및 전압 에대한 결과를 저장하는 측정정보메모리(22)가 각각 구비되며, 초기 설정 정보와, 배터리(100)의 측정 정보를 마이컴제어부(20)의 연산프로그램(도3)에 의해 처리된 결과를 비교처리부(30)에서 비교, 분석하며 초과범위와 초과시간과 횟수 사용시간등의 상태판단에 필수적인 그 결과를 누적하여 저장하는 누적메모리(32)가 구비된다.
그리고 상태출력부(40)는 상기 마이컴제어부(20) 및 비교처리부(30)에서 처리한 신호를 전송하여 배터리(100)의 충, 방전상태에 따라 배터리블랙박스(11)에 의해 직류전원과 배터리(100)상태가 항상 안정되도록 하는 제어설정부(41)와, 사용자에게 배터리(100)의 상태를 경보, 표시되게 하는 유선이나 무선으로 배터리(100)상태에 대한 정보를 출력하는 경보표시부(42)를 구비한다.
따라서 상기 마이컴제어부(20)는 프로그램(도2)의 흐름에 따라 비교처리부(30)에서 배터리(100)의 검출된 측정정보와, 초기 설정된 기준정보를 비교, 분석하여 배터리(100)의 상태를 파악하며, 이를 상태출력부(40)와 제어설정부(41)가 서로 연계되어 전원을 안정화시키도록 충전과 방전을 제어함과 동시에, 처리된 정보를 경보표시부(42)로 전달하여 문자, 숫자, 램프, 기호 등으로 표시하고 경보음이나 설정 저장된 내용을 소리로 송출시키고 또한 유선이나 무선 등의 통신회로(43)를 통해 원격지에서도 사용자에게 배터리(100)의 이상유, 무의 상태를 알리도록 하는 것이며, 여기서 상기 제어설정부(41)는 도 4에서 도시한바와 같이, 배터리(100)에 연계되는 배터리블랙박스(11)에는 전기에너지를 자체 저장할 수 있는 콘덴서(50)와 충, 방전에 따르는 전류 조절기능을 가지는 반도체제어회로와 연계되도록 하여, 배터리(100)의 충전이나 방전의 신호 입력 시에는 콘덴서(50)에 저장된 전력을 함께 이용하도록 함으로서 불규칙하게 공급되는 전력을 안정화 시키는 역할을 수행한다.
상기 배터리(100)의 성능을 향상시키는 기능과 배터리(100)의 성능상태를 측정하여 저장하고 진단 표시하는 배터리블랙박스(11)의 경보표시부(42)에 있어서, 표시되는 기능이 배터리(100)의 전압상태, 전류상태, 충전상태, 방전상태, 과충전상태, 과방전상태, 충전 또는 방전 불량상태, 경고단계에 대한 위험정도상태, 정상상태, 주의상태, 위험상태, 불량상태, 온도상태, 감지횟수, 동작시간 등을 구체적으로 문자와 기호, 숫자로 표시되게 하면서 경고램프와 경고음을 발생시키는 경보표시부(42)가 구비되는 것이다.
배터리(100)로부터 급속방전 시에는 방전되는 에너지를 보조하여 배터리(100)를 전기적 충격을 완화시켜 손상을 방지하며, 충전장치나 정류 장치로부터 배터리(100)로 충전되는 불규칙하게 공급, 충전되는 과도전압과 전류를 콘덴서(50)에서 흡수 저장 되도록 함으로서 하여 불규칙하고 과도적인 충전전압으로부터 배터리(100)손상방지와 함께 배터리(100)에 연계 사용되는 전기장치들을 과도전압과 전류로부터 배터리(100)와 부하장치를 안정되게 보호하도록 하는 작용을 한다.
이하 상기 구성에 의한 배터리블랙박스(11)는 본 발명의 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치 작동 및 그 방법의 작동 흐름을 도 2를 참조하여 살펴보면, 최초 작동에서는 마이컴제어부(20)의 초기 진단 및 초기 설정된 기준정보를 표시하며, 상기 기준 정보는 사용자의 선택에 의해 제어신호 변경 유무에 따라서 사용자가 기준정보를 검색, 변경, 설정하거나, 계측 지시 및 측정 정보를 입력하여 마이컴제어부(20)에 저장할 수 있도록 한다.
여기서 상기 기준정보는 배터리(100)의 제조사 및 충전장치와 부하종류와 운용환경 등의 특성이나 운전방법에 따라 제시된 충전특성과 방전특성에 대한 정보와 배터리(100)사용시에 측정되는 부하장치와 전력량에 대응한 정보 및 사용자의 운영기준에 대한 정보를 마이컴제어부(20)와 도2의 프로그램에서 이용이 가능한 대응된 상수 및 기호로 입력시킬 수 있도록 설정 구성시켜 해당되는 각각의 특성을 저장할 수 있도록 하며, 상기 과정에서의 배터리의 규격이나 사용특성조건에 알맞게 제어신호 변경 유무 판정을 통하여 기준정보를 변경 또는 선택하여 설정할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 상기 배터리블랙박스(11)는 배터리(100)와 연결함에 있어 배터리(100)의 +, - 단자에 배터리블랙박스(11)의 +, -단자를 각각 연결시키며, 전압측정과 전류측정 및 충전상태와 방전상태 등 성능진단을 위하여 배터리(100)의 +단자에 연결된 저항(111)의 양단에서 측정되어지며, 측정되어지는 전압과 극성은 콘덴서(50)에 충전되거나 방전될 때에 순시적으로 발생되는 양단전압의 변화를 실시간으로 검출하는 것이다.
상기 검출은 sample & hold 회로를 이용하여 검출된 정보는 마이컴제어부(20)에 의해 측정정보메모리(22)에 저장되어져 비교처리부(30)에서 분석한 배터리(100) 상태가 ‘충전‘ 상태이거나 과도전압발생 시에는 배터리(100)에 공급되는 충전전류를 자동으로 분산시켜 내부회로로 구성된 콘덴서(50)에 저장하여 과도충전전류에 의한 배터리(100)나 부하장치의 손상을 방지하며, 상기 비교처리부(30)에서 분석한 배터리(100)의 상태가 ’방전’ 상태이거나 전원이 낮아질 경우에는 콘덴서(50)에 저장된 전기에너지를 자동적으로 배터리(100) 및 배터리(100)와 직접 연계된 부하전기장치에 보조적으로 추가적으로 공급되도록 하여 급충전이나, 급방전 및 과도전압으로부터 전원을 안정시키도록 하는 것이다.
또한, 전기에너지를 저장하고 공급할 수 있는 콘덴서(50)와 함께 전류제한기능을 수행하는 저항(111)회로와, 충전과 방전을 제한시키는 다이오드(113 )회로 및 배터리(100)상태를 자체진단하거나, 부하장치에 안정된 전원을 계속유지하고 배터리(100)를 활성화시키며, 승압공급하고 할 수 있도록 전기에너지를 축척하였다가 공급하는 인덕터(114)를 제어하는 반도체스위치(112)가 구비되어 마이컴제어부(20)와 연계된 상태출력부(40) 제어신호에 따라 배터리(100)의 성능시험 시에는 반도체스위치(112)가 도통되게 하여 저항(111)과 인덕터(114)에 의해 배터리(100)의 - 단자로 방전이 이루어지며, 저항(111) 양단 전압의 변화를 실시간으로 측정하여 시간에 비례하여 산출되고, 기준정보와 비교처리 됨으로서 성능을 진단하는 것이다.
또한 배터리(100)의 전압과 전류 측정상태가 일정시간동안 변동이 없거나 자연방전 등 비활성상태가 측정되면 반도체스위치(112)의 스위칭작용에 의핸 인덕터(114)에 생성된 전기에너지를 회생시킴으로 배터리(100)를 미세하게 충전과 방전을 시켜 활성화시키며, 배터리(100)의 불량이나 성능진단은 배터리(100)에 대한 설정된 기준정보와 방전 시 측정되는 저항(111) 양단의 전압과 전류량을 측정하여 비교처리하게 함으로서 배터리(100)의 전압드롭에 대한 최소, 최대치를 확인함으로서 배터리(100)의 건전성에 대한 성능상태를 진단하여 사용자가 안전하게 사용할 수 있도록 도움을 주도록 경보표시부가(42)가 구비되도록 하여야 한다.
상기 배터리(100)와 연계 구성된 배터리블랙박스(11)에는 마이컴제어부(20)가 구성되어지고 접속된 검출부(10)는 배터리(100)의 전압 및 전류의 변화를 상시 검출하여 신호변환부(12)에서 전체 시스템에 적용이 가능한 형태의 디지털 신호로 변경하여 마이컴제어부(20)에서 로 전송하여 저장되도록 하며, 또한 비교처리부(30)는 프로그램의 구성에 따라 초기 설정된 정보와 배터리(100)에서 검출되는 검출된 정보를 비교, 분석하여 충전상태와 방전상태 및 누적정보에 대한 배터리(100)의 방전능력 상태를 파악하여 그 해당정보를 저장시키고, 상기에서 판정된 각각의 상태를 상태출력부(40)로 전송하여, 상기 상태출력부(40)에서 제어설정부(41)로 전송하여 충, 방전을 제어토록 함과 동시에 상태에 대한 경보표시를 하거나 유, 무선으로 구성된 통신회로부(43)로 정보를 전송하여 경보표시부(42)에서 사용자에게 배터리(100) 상태를 알린다.
상기 비교처리부(30)의 비교, 분석과정에서 충전이 요구되거나 방전능력이 떨어질 경우 등 배터리(100)의 상태를 경보 표시부(42)를 통해 경보, 표시하여 사용자에게 인지할 수 있도록 처리된다.
그리고 상기 비교처리부(30)에 의한 배터리(100)상태는 정상사용 상태에서나 충전 및 방전시 자동적으로 분석 처리되며 주기적으로 성능 상태를 누적 저장하며, 이 누적된 정보에 대하여 사용시간에 대한 변화추의, 전압, 전류에 대한 초과범위의 크기와 초과횟수 등을 종합적으로 분석하여, 예를 들면 정상, 주의, 경고, 불량 등 상태에 따라 단계별로 표출되도록 하여 배터리(100)의 성능의 저하에 따른 주의와 적정 교체시점을 알 수 있도록 도와준다.
이때, 상기 성능판정에 따른 해당정보의 신호를 경보표시부(42)로 송출하고 초기 단계로 돌아가며, 경보표시부(42)는 소리 및 숫자 또는 기호 등을 표시되게 하여 사용자가 인식할 수 있도록 정보를 제공한다.
한편 정상적인 배터리(100)사용 상태를 판정한 경우에서 충전, 방전 범위를 사전에 설정 할 수 있도록 하여 충전상태와 방전상태의 그 범위를 경보표시부(42)를 통하여 사용자가 확인할 수 있도록 전원의 범위를 표시 후 초기 단계로 돌아간다.
따라서 상기에서 살펴본바와 같이, 비교처리부(30)가 배터리(100)에서 검출되는 전압 및 전류량의 정보와, 기준 정보를 비교, 분석하여 정상 충, 방전 범위를 초과할 경우, 이를 누적 저장하여 그 누적 저장된 정보를 분석하여 상태별로 경보표시하며, 배터리(100) 특정한 범위를 초과하거나 일정량이상 초과할 경우에 배터리(100)의 성능 저하에 따른 노후를 판정하도록 하는 것이다.
배터리블랙박스(11)의 역할에 있어서 배터리(100)의 상태를 진단하고 표시하는 것과 함께 중요한 역할로서 배터리(100)와 공급되는 전원을 안정시키고 보충시키는 기능과 구성에 대하여 도 4를 상세히 설명하면 충전이나 방전시에 흐르는 전류량을 제한시키고 배터리블랙박스(11)를 보호하는 저항(111)과 전류를 일정한 방향으로 흐름을 제어하고 내부과전압을 보호하는 다이오드(113)와 함께 전기에너지를 저장하고 공급하는 콘덴서(50)로 구성되며 콘덴서(50)에는 충전시에나 운용시에 발생하는 과도전압을 흡수하여 전원을 안정시키며 또한 방전시에도 배터리(100)와 함께 콘덴서(50)에 저장된 전기에너지를 방출하게 함으로서 순간적으로 부족한 전류를 보충하여 공급되는 전원을 안정시킴으로 충전장치나 부하장치의 가동시에 나타나는 전원을 안정시키는 역할을 함으로서 과도전류와 전압에 의한 배터리의 손상을 방지하고, 불규칙한 전원에 의해 발생될 수 있는 부하장치의 장애와 고장을 방지하여 효율을 증대시키고 수명을 연장할 수 있도록 하는 것이다.
상기 콘덴서(50)는 용량에 따라 흡수하고 방출하는 전기에너지의 용량이 결정되므로 운용여건에 맞추어 용량을 증가할 수 있도록 외부에 병렬로 증설이 가능한 구조가 되도록 구성된다.
상기 마이컴제어부(20)의 처리결과와 온도 및 열 감지센서(52)의 정보에 따라 상태출력부(40)와 제어설정부(41)에 의해 제어되는 반도체스위치(112)를 통해 배터리(100)을 자체 점검하거나, 부하장치에 항상 양호하고 안정된 전원을 계속유지하고 전압을 승압하여 공급할 수 있도록 하는 반도체스위치(112 )와 함께 전기에너지를 활성화시키며, 전기에너지를 축척하여 증폭시킬 수 있는 인덕터(114)가 연계제어 된다.
그리고 도 3은 본 발명에 따른 배터리 성능 향상과 상태를 진단하고 표시하는 방법을 나타낸 단계도로서, 본 발명에 따르면 배터리의 전압과 전류를 검출하여 초기 설정된 기준 정보와 비교, 분석하고 그 결과와 측정 정보를 누적 저장시키는 단계(S31)와, 상기 배터리의 누적 정보를 배터리의 특성에 맞게 초기 설정된 기준 정보와 비교, 분석하여 배터리의 상태를 진단, 추정하고 판단하는 단계(S32)와, 상기 단계에서 판단된 배터리 노후 진행 상태를 문자, 숫자, 램프, 기호, 경보음, 통신 회로를 통하여 경보 표시되게 하여 사용자에게 인식시키는 단계(S33)로 구성되는 배터리 성능 향상과 상태를 진단하고 표시하는 방법이 제공된다.

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도 1은 본 발명의 개략적인 구성을 나타낸 블록도

도 2는 본 발명의 작동 흐름을 도시한 순서도

도 3은 본 발명의 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 방법을 나타낸 단계도

도 4는 본 발명의 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치의 전압, 전류 검출 및 제어회로를 나타낸 회로도

(도면 주요부호에 대한 설명)

100: 배터리 10: 검출부 11: 배터리블랙박스

12: 신호변환부 20: 마이컴제어부 21: 기준정보메모리

22: 측정정보메모리 30: 비교처리부 31: 누적메모리

40: 상태출력부 41: 제어설정부 42: 경보표시부

43: 통신회로부 50: 콘덴서 60: 원격수신부

51: 전류제한회로 52: 온도 및 열 감지센서 51: 전류제한회로

111: 저항 112: 반도체스위치 113: 다이오드 114: 인덕터

Claims (10)

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2. 배터리(100)와, 상기 배터리(100)의 성능을 향상시키는 기능과 배터리(100)의 성능상태를 측정하여 저장하고, 진단 표시하며, 병렬로 연계되도록 구성되는 배터리블랙박스(11)와, 상기 배터리블랙박스(11)와 연결 구성되되 상기 배터리(100)의 전압과 전류를 측정하여 마이컴제어부(20)로 보내는 검출부(10)와, 상기 검출부(10)에서 검출된 배터리(100)의 전류와 전압 정보를 저장하는 측정정보메모리(22) 및 초기 설정 저장된 배터리(100) 정보를 저장하는 기준정보메모리(21)와 함께 비교처리부(30)에 의해 비교, 분석되어 처리된 결과를 누적 저장하는 누적메모리(31)부분으로 구성되며, 상기 마이컴제어부(20)의 기준정보와, 측정된 정보를 비교, 분석하여 상태출력부(40)로 보내는 비교처리부(30)와, 상기 비교처리부(30)에서 처리한 정보를 유선이나 무선으로 구성된 통신회로부(43)와 연계되어서 경보표시부(42)를 통해 사용자에게 알리며, 제어설정부(41)를 통하여 배터리가 활성화되어 일정 전압을 유지할 수 있도록 콘덴서(50)가 충, 방전을 제어하도록 하는 상태출력부(40)로 구성되되,

   상기 배터리블랙박스(11)는 배터리(100)와 연결함에 있어 배터리(100)의 +, - 단자에 배터리블랙박스(11)의 +, - 단자를 각각 연결시키고, 전기에너지를 저장하고 공급할 수 있는 콘덴서(50)와 함께 전류제한기능을 수행하는 저항(111)회로와, 충전과 방전을 제한시키는 다이오드(113 )회로 및 배터리(100) 상태를 자체진단하거나, 부하장치에 안정된 전원을 계속유지하고, 배터리(100)를 활성화시키며, 승압공급 할 수 있도록 전기에너지를 축척하였다가 공급하는 인덕터(114)를 제어하는 반도체스위치(112)가 구비되되 상기 배터리(100)의 + 단자에 연결된 저항(111)의 양단에서 측정되어지며, 측정되어지는 전압과 극성은 콘덴서(50)에 충전되거나 방전될 때에 순시적으로 발생되는 양단전압의 변화를 실시간으로 검출하고, 검출은 sample & hold 회로를 이용하여 검출된 정보는 마이컴제어부(20)에 의해 측정정보메모리(22)에 저장되어져 비교처리부(30)에서 분석한 배터리(100) 상태가 ‘충전‘ 상태이거나 과도전압발생 시에는 배터리(100)에 공급되는 충전전류를 자동으로 분산시켜 내부회로로 구성된 콘덴서(50)에 저장하여 과도충전전류에 의한 배터리(100)나 부하장치의 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 충, 방전모듈로 구성된 배터리 성능향상과 상태를 진단하고 표시하는 장치
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