KR101741643B1 - 전기노면청소차의 배터리 성능저하 방지를 위한 절전모드회로가 적용된 배터리 제어장치 - Google Patents

전기노면청소차의 배터리 성능저하 방지를 위한 절전모드회로가 적용된 배터리 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절전 모드 시 대기 전력을 줄이기 위한 배터리 제어장치(BMS: Battery Mansgement System)의 웨이크-업 및 전원 제어 회로에 관한 것이다.
본 발명은 웨이크업 스위치의 입력에 따라 전원 FET를 구동시켜 레귤레이터에서 마이컴으로 전원을 공급하고, 상기 마이컴의 출력에 의해 전원 FET의 구동을 제어하는 배터리 절전모드회로에 있어서, 배터리 전원(BATP)이 컨덴서를 통하여 웨이크업 스위치를 통한 후 전원 FET의 구동을 제어하게 하고, 상기 컨덴서에 병렬로 연결된 저항으로 마이컴에 웨이크업 스위치의 눌림을 감지하는 동작전원의 공급을 제어하게 구성함으로써 이루어진다.

Description

전기노면청소차의 배터리 성능저하 방지를 위한 절전모드회로가 적용된 배터리 제어장치{Battery mansgement system with power saving mode circuit}
본 발명은 절전 모드 시 대기 전력을 줄이기 위한 배터리 제어장치(BMS: Battery Mansgement System)의 웨이크-업 및 전원 제어 회로에 관한 것이다.
기존의 배터리 절전모드 회로는 도 1에 도시된 구성을 갖는 것으로, 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 웨이크 업 스위치(SW1)의 외부 입력 동작에 의해 눌리게 되면, 배터리 전원(BATP)이 저항(R2)(R5)으로 분압되어 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transiter:이하 FET라 칭함)의 게이트 전압으로 인가되어 FET(Q3)가 턴-온 하게 되고, FET(Q3)의 턴-온으로 인하여 배터리 전원(BATP)이 저항(R1)(R4)으로 분압되면서 전원 FET(Q1)이 턴-온하게 되며, 전원 FET(Q1)의 턴-온으로 레귤레이터(M1)가 동작을 하게 되면서 동작전원(Vcc)을 출력시키게 되며, 이로 인하여 마이컴(M2)이 동작을 시작하게 된다.
마이컴(M2)은 FET(Q2)의 턴-온 및 턴-오프 동작에 의해 변하게 되는 입력전압을 감지하여 웨이크-업 스위치(SW1)의 입력 유/무를 확인하게 되는 것으로, 웨이크업 스위치(SW1)가 눌려 FET(Q2)가 턴-온하거나 웨이크업 스위치(SW1)가 눌리지 않아 FET(Q2)가 턴-오프할 때 마이컴(M2)의 입력단자(2)로 인가되는 동작전원(Vcc)을 체크하여 웨이크업 스위치(SW1)의 눌림 여부를 확인하게 된다.
마이컴(M2)에서는 단자(3)의 출력을 제어하여 FET(Q4)의 구동을 제어하게 되는 것으로, 평상시는 마이컴(M2)에서 FET(Q4)를 턴-온시키게 되고, 이로 인하여 FET(Q1)는 웨이크업 스위치(SW1)의 눌림 여부에 관계없이 턴-온 상태를 유지하여 마이컴(M2)에 동작전원(Vcc)을 공급하게 되며, 마이컴(M2)은 배터리 제어장치(BMS)의 과방전으로 인한 절전모드 수행시 FET(Q4)를 턴-오프시켜 FET(Q1)을 턴-오프 시킴으로써 절전모드로 진입하도록 하고 있다.
여기서 배터리 제어장치(BMS)는 과방전 상태에서 절전 모드에 진입하나, 도 1에 도시된 기존 회로도에서는 웨이크업 스위치(SW1)가 눌린 상태(쇼트 상태)로 유지되는 경우, 마이컴(M2)에서 FET(Q4)를 턴-오프시키는 제어명령을 내려 FET(Q4)가 턴-오프 상태로 변하더라도 웨이크업 스위치(SW1)의 쇼트로 인하여 FET(Q3)가 턴-온 상태를 유지하기 때문에 FET(Q1)가 턴-온 상태를 유지하여 레귤레이터(M1)에서는 동작전원(Vcc)을 출력시키게 되어, 절전모드를 수행할 수 없으며, 특히, 웨이크업 스위치(SW1)의 눌림시 배터리 전원(BATP)이 저항(R2)(R5)을 통하여 흐르면서 소비전류(I2)를 발생시켜 배터리 전류를 소모하는 문제가 있다.
특허등록 10-1258047호(등록일자 : 2013.04.18. 등록)
본 발명은 웨이크-업 스위치의 입력 유,무에 상관없이 마이컴이 절전 모드로 진입하여 마이컴 및 전원 회로의 절전 모드를 실행하기 위한 것으로, 기존 배터리 절전 모드 회로에서 웨이크업 스위치의 입력으로 쇼트 상태를 유지하는 경우 마이컴은 절전 모드로의 진입이 불가능한 문제를 해결하는 한편 배터리의 과방전 상태에서 바이어스 전류(I2)가 지속적으로 흐르게 되어 배터리의 성능 저하 및 손상을 초래하게 되는 문제를 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 웨이크업 스위치의 입력이 계속되느냐에 관계없이 절전모드로 진입하여 배터리 전원(BATP)에서 전원 FET(Q1)로 흐르는 전류(I1)를 0으로 수렴토록 하는 한편 배터리 전원(BATP)에서 전원 FET의 바이어스 전류(I2)를 0으로 만들어 절전이 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명은 웨이크업 스위치의 입력에 따라 전원 FET를 구동시켜 레귤레이터에서 마이컴으로 전원을 공급하고, 상기 마이컴의 출력에 의해 전원 FET의 구동을 제어하는 배터리 절전모드회로에 있어서, 배터리 전원(BATP)이 컨덴서를 통하여 웨이크업 스위치를 통한 후 전원 FET의 구동을 제어하게 하고, 상기 컨덴서에 병렬로 연결된 저항으로 마이컴에 웨이크업 스위치의 눌림을 감지하는 동작전원의 공급을 제어하게 구성함으로써 이루어지는 것으로, 웨이크업 스위치의 눌림시 저항과 콘덴서의 충전 시정수 동안만 눌림이 인식되는 것이다.
본 발명은 웨이크업 스위치의 눌림에 관계없이 마이컴에서 전원 FET의 구동을 제어하여 절전모드의 수행이 가능한 효과가 있고, 배터리의 과방전 상태에서는 전원 FET로의 전류 흐름과 바이어스 전류의 흐름이 극소화되면서 배터리 전원(BATP)의 소비전류 흐름을 크게 줄일 수 있으며, 이로 인하여 배터리의 성능 저하 및 손상이 발생하지 않는다.
도 1은 기존의 회로도
도 2는 본 발명의 실시예 회로도
본 발명은 웨이크업 스위치의 눌림에 관계없이 절전모드가 수행되어 배터리 절전이 이루어지게 하는 한편 소비전류 흐름을 극소화하여 배터리의 성능저하 및 손상을 방지하기 위한 전기노면청소차의 배터리 성능저하 방지를 위한 절전모드회로가 적용된 배터리 제어장치에 관한 것으로, 도 2의 실시예 회로에 의해 상세히 설명한다.
본 발명은 배터리 전원(BATP)이 전원 FET(Q1)을 통하여 레귤레이터(M1)로 인가되어 동작전원(Vcc)을 마이콤(M2)로 공급하고, 상기 배터리 전원(BATP)는 콘덴서(CE1)를 통한 후 저항(R7)(R9)과 웨이크업 스위치(SW1)를 통하여 흐르게 연결하고, 상기 웨이크업 스위치(SW1)의 눌림 시 저항(R9)에 걸리는 전압으로 FET(Q4)가 턴-온되게 연결하되 상기 FET(Q4)가 턴-온 되면 전원 FET(Q1)가 턴-온 되게 연결하며, 상기 FET(Q4)와 병렬로 FET(Q5)를 설치하되 상기 FET(Q5)는 마이컴(M2)에 의해 구동이 선택되게 제어한다.
본 발명은 전원 FET(Q1)는 웨이크업 스위치(SW1)의 눌림 시 턴-온 되는 FET(Q4)나 마이컴(M2)의 출력에 의해 턴-온 되는 FET(Q5)에 의해 턴-온 되는 것으로, 초기에 FET(Q4)의 턴-온에 의해 전원 FET(Q1)가 턴-온 된 후에는 마이컴(M2)에서 FET(Q5)를 턴-온시켜 전원 공급이 지속적으로 이루어지게 한다.
본 발명은 콘덴서(CE1)의 양단에 병렬로 저항(R1)(R2)를 연결하고, 상기 저항(R1)(R2)에 걸리는 바이어스 전압에 의해 구동되게 FET(Q2)를 연결하고, 상기 FET(Q2)의 턴-온 시 FET(Q3)도 턴-온 되게 연결하되 상기 FET(Q3)의 소오스측에는 동작전원(Vcc)이 공급되게 연결하는 한편 마이컴(M2)의 단자(2)를 연결한다.
마이컴(M2)은 단자(2)에 인가되는 전압 레벨에 따라 웨이크업 스위치(SW1)가 눌렸는지를 감지하는 한편 마이컴(M2)은 절전모드시 단자(3)에 연결된 FET(Q5)를 턴-오프시켜 절전이 이루어지게 한다.
이러한 구성의 본 발명은 컨덴서(CE1)의 시정수를 이용하여 웨이크업 스위치(SW1)의 입력시간이 결정될 수 있도록 함으로써, 웨이크업 스위치(SW1)의 입력 유무에 관계없이 마이컴(M2)에서 절전모드의 수행이 가능토록 하는 것이다.
본 발명은 외부 입력에 의해 웨이크업 스위치(SW1)가 눌리게 되면 웨이크업 스위치(SW1)가 쇼트되면서 저항(R7)(R9)에 걸리는 바이어스 전압에 의해 FET(Q4)가 턴-온 하게 되고, FET(Q4)의 턴-온으로 배터리 전원(BATP)이 저항(R2)(R4)으로 분압되면서 저항(R2)에 걸리는 전압에 의해 전원 FET(Q1)가 턴-온하게 되며, 전원 FET(Q1)의 턴-온으로 레귤레이터(M1)에 배터리 전원(BATP)이 인가되어 동작전원(Vcc)을 출력시키게 되고, 레귤레이터(M1)의 동작전원(Vcc)에 의해 마이컴(M2)의 작동이 이루어지게 된다.
마이컴(M2)은 동작전원(Vcc)이 인가되면 출력단자(3)를 통하여 FET(Q5)를 턴-온시킴으로써 전원 FET(Q1)는 턴-온 상태를 유지하면서 정상적인 동작을 유지하게 된다.
여기서, 마이컴(M2)은 단자(2)로 입력되는 전압레벨에 따라 웨이크업 스위치(SW1)의 입력 유무를 확인하게 되는 것으로, 웨이크업 스위치(SW1)가 눌리게 되면 FET(Q2)(Q3)가 순차적으로 턴-온되면서 마이컴(M2)의 단자(2)에는 로우(Low)레벨을 입력시키고, 웨이크업 스위치(SW1)가 눌리지 않았을 경우는 FET(Q2)(Q3)가 턴-오프를 유지하기 때문에 마이컴(M2)은 입력단자(2)로 인가되는 동작전원(Vcc)을 인식하여 웨이크업 스위치(SW1)가 눌리는지 확인할 수 있다.
본 발명에서는 초기에 웨이크업 스위치(SW1)를 눌러서 FET(Q4)를 턴-온시킴에 따라 전원 FET(Q1)의 턴-온이 이루어져 마이컴(M2)이 정상동작이 이루어지게 한 후에는 마이컴(M2)의 단자(3) 출력으로 FET(Q5)를 턴-온시킴으로써 전원 FET(Q1)는 FET(Q4)의 구동에 관계없이 턴-온 상태를 유지하게 된다.
그리고, 본 발명에서는 웨이크업 스위치(SW1)가 눌릴 때 컨덴서(CE1)의 충전시정수에 따른 시간 동안만 FET(Q4)의 턴-온이 이루어지고, 컨덴서(CE1)의 충전 시정수가 지난 시간에는 FET(Q4)의 게이트에 바이어스 전압이 인가되지 않아 FET(Q4)는 턴-오프 상태를 유지하게 되므로, 전원 FET(Q1)는 마이컴(M2)의 출력단자(3) 출력에 따라 구동 제어가 이루어지게 된다.
즉, 본 발명은 웨이크업 스위치(SW1)의 입력시 쇼트 상태에 관계없이 컨덴서(CE1)의 충전 시정수 동안만 FET(Q4)가 턴-온되어 전원 FET(Q1)를 턴-온시키게 되고, 컨덴서(CE1)의 충전 시정수가 지난 후에는 웨이크업 스위치(SW1)가 쇼트 되어 있는 상태라 하더라도 FET(Q4)는 턴-오프 상태를 유지하여, 전원 FET(Q1)는 오로지 FET(Q5)의 구동에 제어된다.
따라서, 본 발명은 마이컴(M2)이 배터리 제어장치(BMS)의 과방전으로 인한 절전모드 수행시 FET(Q5)를 턴-오프시켜 전원 FET(Q1)을 턴-오프 시킴으로써 웨이크업 스위치(SW1)의 눌림에 관계없이 절전모드의 진입이 가능한 것으로, 이는 종래기술에서 웨이크업 스위치(SW1)가 눌린 상태에서는 절전모드 수행이 불가능한 문제를 해결하는 것이다.
본 발명에서 저항(R1)(R5)(R7)(R9)의 합산 저항값을 수 십 메가 크기로 설정하여 웨이크업 스위치(SW1)가 눌렸을 때 소비전류(I2)를 수 마이크로 암페어로 제어할 수 있고, 배터리 전원(BATP)에서 흐르는 전류(I1)는 마이컴(M2)에서 FET(Q5)를 턴-온시킴으로써 0에 가까워지며 절전모드로 진입하게 되어, 전체 회로에 소비되는 전류(I2)와 소비전류(I1)를 합산한 값이 0가 될 정도로 절전이 이루어지게 된다.
Q1-Q5 : FET R1-R9 : 저항
CE1 : 컨덴서 SW1 : 웨이크업 스위치
M1 : 레귤레이터 M2 : 마이컴

Claims (2)

  1. 배터리 전원(BATP)이 인가되는 컨덴서(CE1)와 웨이크업 스위치(SW1) 및 저항(R7)(R9)을 직렬로 연결하되 웨이크업 스위치(SW1)가 눌릴 때 저항(R7)(R9)의 분압에 의해 FET(Q4)가 턴-온 되게 연결하고,
    상기 FET(Q4)의 턴-온에 의해 전원 FET(Q1)가 턴-온 되면서 배터리 전원(BATT)이 레귤레이터(M1)로 공급되게 연결하되 상기 레귤레이터(M1)는 마이컴(M2)으로 동작전원(Vcc)을 공급하게 연결하고,
    상기 마이컴(M2)은 동작전원(Vcc) 공급시 FET(Q4)와 병렬로 연결된 FET(Q5)를 턴-온시켜 전원 FET(Q1)가 턴-온 상태를 유지하게 연결하되 상기 마이컴(M2)은 배터리의 과방전 모드가 감지될 때 FET(Q5)를 턴-오프시켜 전원 FET(Q1)가 턴-오프 되면서 동작전원(Vcc) 공급이 차단되게 연결하며,
    상기 컨덴서(CE1)에 병렬로 연결된 저항(R1)(R5)에는 FET(Q2)의 게이트를 연결하되 상기 저항(R1)(R5)와 직렬 연결된 웨이크업 스위치(SW1)의 눌림 시 FET(Q2)가 턴-온 되게 연결하고,
    상기 FET(Q2)와 연계되어 작동하는 FET(Q3)를 설치하되 상기 FET(Q3)의 소오스 전압을 마이컴(M2)에서 웨이크업 스위치(SW1)의 눌림 감지신호로 인식하게 연결하는 것을 특징으로 하는 전기노면청소차의 배터리 성능저하 방지를 위한 절전모드회로가 적용된 배터리 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이크업 스위치(SW1)가 눌릴 때 전원 FET(Q1)를 구동시키는 FET(Q4)는 컨덴서(CE1)의 충전 시정수 동안만 작동하고, 상기 전원 FET(Q1)는 배터리 절전모드를 인식한 마이컴(M2)의 출력에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 전기노면청소차의 배터리 성능저하 방지를 위한 절전모드회로가 적용된 배터리 제어장치.
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