KR102382683B1 - 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 남은 용량을 정확히 산출하고, 이를 통해 사용 시간을 예측하여 제품 초기 배터리의 불량이나 전자부품의 조립 불량으로 과전류 소비 상태도 찾아낼 수 있으며, 선제적으로 AS를 진행할 수 있어 AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 하기 위한 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 배터리 관계된 불량 제품이 납품되지 않게 하며, AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 선제 조치가 가능한 효과를 제공하게 된다.

Description

배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기{Digital water meter to predict battery life}

본 발명은 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 남은 용량을 정확히 산출하고, 이를 통해 사용 시간을 예측하여 제품 초기 배터리의 불량이나 전자부품의 조립 불량으로 과전류 소비 상태도 찾아낼 수 있으며, 선제적으로 AS를 진행할 수 있어 AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 하기 위한 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기에 관한 것이다.

일반적으로 수도계량, 보일러 등과 같이 유체의 흐름이 존재하는 소정의 관내에 유량을 감지하기 위하여 유량 감지센서가 설치된다.

여기서, 정확한 사용량을 측정하기 위한 수도 계량기 또는 유량에 따라 해당 장치의 동작을 제어하기 위하여 정확한 유량의 검출은 매우 중요한 센서라 할 수 있다.

예를 들어, 보일러의 경우 유량(물)에 따라 가열온도를 제어하기 위한 가스의 공급 등의 다양한 동작제어가 이루어지게 되므로, 유량의 정확한 검출은 장치의 신뢰성과 직결된다.

또한, 수도계량에 있어서도 정확한 물의 흐름에 따라 유량을 검출하는 것이 곧 계량값이 되므로 유량의 검출은 매우 중요한 요인이다.

이와 같은 수도계량을 위하여, 종래의 수도 미터는 임펠러가 회전하여 물의 사용량을 계량 누적하며, 공급자는 월단위 사용량을 금액으로 환산하여 사용한 금액 만큼 소비자에게 청구하였다.

그러나, 이와 같은 종래의 수도 미터는 임펠러에 영구자석이 취부되어 임펠러 회전시 MR 센서 또는 Reed 스위치로 물의 량을 검출하거나 또는 LC공진회로에 펄스를 가하면, 인덕터(L)와 캐패시터(C)에 진동파가 발생하여 임펠러에 취부된 전극이 회전에 따라 파형이 감쇄, 비감쇄 파형을 검출하여 물의량을 검출하게 되느데, 외란(전자파 또는 정적 자기장) 발생시 영구자석과 LC공진회로에 영향이 있어 계량기 오차에 큰영향이 발생되고 있다.

즉, 종래의 계량기는 자계 기구장치를 이용, 수도 미터의 근처에 설치하면, 임펠러에 취부된 영구자석이 불회전함으로써 물의 사용량을 계량할 수가 없으며, 또한 임펠러에 전극이 취부된 계기는 임펠러 회전을 검출하는 LC 공진 회로 진동파형에도 외부 자계 설치 각도에 따라 계기 오차가 발생하는 문제점이 있으며, 아울러 이와 같은 계량기 오차가 발생함에 따라 공급자 측 비용 손실이 다발적으로 발생하는 문제점도 있었다.

한편, 기존의 디지털 수도계량기는 배터리로 구동을 하다보니, 슬립모드와 동작모드를 구성하게 된다.

상기한 슬립모드는 수도계량기의 중앙처리장치가 대기하고 있는 상태를 의미하며, 물이 흐르고 있지 않은 상태로서, 보통 100 ms 마다 임펠러가 회전했는지를 확인하게 된다.

따라서, 전류를 약간 소모하게 되는데, 보통 9uA 근처를 소모하게 된다.

반면에 동작 모드는 물이 흐르는 상태로 업체마다 약간의 차이가 있기는 하지만, 보통 30uA 정도에서 소모하면서 동작을 하게 된다.

이때, 약 3ms 마다 임펠러가 회전했는지를 확인하고, 이때에 적산을 하면서, 동작하고 있게 된다.

또한, 기본 시험 조건이 배터리를 70%만 사용할 수 있다고 보고, 슬립모드 12시간, 동작모드 12시간을 전제 조건으로 9년(검정유효기간 8년 + 1년) 동안 배터리로 구동 될 수 있어야 하며, 이렇게 수도미터의 배터리 수명을 계산하게 되고, 이때에는 하루 사용시간을 12시간 이하로 보는 것이다.

한편, 디지털 수도 계량기는 배터리 소모량을 검정 유효기간 8년에 1년을 추가하여 총 9년을 사용할 수 있도록 설계되어야 한다.

하지만, 배터리 자체에 불량이 있거나, 또는 상세 불명의 이유에 의해서 배터리가 방전되어, 사용 연한을 채우지 못하는 경우가 빈번히 발생한다.

배터리 문제를 확인하기 위해서 배터리 상태를 표시하는 배터리 잔량 표시가 있기는 하지만 정확하게 지시하지 못한다.

그 이유는 수도 계량기에는 리듐 1차 전지를 사용하며, 이 전지의 방전 특성이 도 1의 그래프처럼 배터리 수명을 다하면, 전압이 급격히 떨어지는 특성을 가지고 있기 때문에, 배터리의 잔량을 알 수 없는 특징이 있다.

따라서, 수도 계량기의 배터리 잔량 표시는 정확하지 않으며, 배터리 잔량 표시가 정확하지 않기 때문에, 배터리 상태 표시만 보고는 디지털 수도 계량기의 수명을 예측할 수 없는 문제가 발생한다.

한편, 핸드폰 등에 많이 사용하고 있는 리듐 이온 2차 전지는 도 2의 그래프와 같은 방전 특성을 가지고 있기 때문에 남은 배터리 용량을 구할 수 있으며, 그렇기에 남은 사용 시간도 예측할 수 있다.

하지만, 1차 전지에 비해서 자가 방전률이 매우 높아서 사용시간이 9년이나 되는 디지털 수도 미터기에는 사용할 수가 없으며, 사용 수명도 2 ~ 3년으로 매우 짧다.

결국, 상기에서 설명한 바와 같이, 디지털 수도 계량기의 남은 배터리 용량을 알 수 없기 때문에, 계량기가 더 이상 검침이나 통신할 수 없는 상태가 되어서야 AS를 진행하며, 또한 문제 발생 인지 시점에 바로 AS가 되는 것이 아니라, AS 처리까지 상당한 시간이 소요되기 때문에 검침할 수 없는 사용량이 발생하게 된다.

따라서, 배터리의 남은 용량을 정확히 산출하고, 이를 통해 사용 시간을 예측하여 제품 초기 배터리의 불량이나 전자부품의 조립 불량으로 과전류 소비 상태도 찾아낼 수 있으며, 또한 선제적으로 AS를 진행할 수 있어 AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 하기 위한 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 새로운 타입의 디지털 수도계량기가 필요하게 된 것이다.

(선행문헌 1) 대한민국등록특허공보 제10-1170986호

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 배터리의 남은 용량을 정확히 산출하고, 이를 통해 사용 시간을 예측하여 제품 초기 배터리의 불량이나 전자부품의 조립 불량으로 과전류 소비 상태도 찾아낼 수 있으며, 선제적으로 AS를 진행할 수 있어 AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 하기 위한 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기는,

저항성 부하를 구성하고 있으며, 이를 통해 과부하 상태를 유발하게 하여 이때에 전압을 측정하여 중앙처리장치로 제공하기 위한 과부하상태유발회로부(100);와

정밀션트저항과 OP-AMP를 포함하여 구성되어 차동 증폭에 따른 전류량에 비례하는 전압을 출력하기 위한 전압출력회로부(200);와

상기 전압출력회로부에 의해 출력된 전압값을 디지털 신호로 변환하여 중앙처리장치로 제공하기 위한 디지털변환부(300);와

상기 디지털변환부에 의해 변환된 디지털 신호를 획득하여 사용 전류량을 측정하여 배터리 잔여 용량을 계산하기 위한 중앙처리장치(400);를 포함하여 구성됨으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

본 발명에 따른 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기는,

배터리의 남은 용량을 정확히 산출하고, 이를 통해 사용 시간을 예측하여 제품 초기 배터리의 불량이나 전자부품의 조립 불량으로 과전류 소비 상태도 찾아낼 수 있으며, 또한 이것을 기준으로 초기 불량을 판별할 수 있으며, 선제적으로 AS를 진행할 수 있어 AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 하기 위한 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기를 제공함으로써, AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 선제 조치가 가능한 효과를 제공하게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 리듐 1차 전지의 방전 특성 그래프를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 일반적인 리듐 이온 2차 전지의 방전 특성 그래프를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기의 개념 블록도이다.
도 4는 배터리의 허용 전류 범위 내 방전 곡선 그래프이며, 도 5는 과부하 상태의 방전 곡선 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기의 과부하상태유발회로부(100)의 저항성 부하 회로 예시도이다.
도 7은 배터리의 온도에 따른 방전 곡선 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기의 전압출력회로부(200)의 차동증폭기 회로 예시도이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다.

또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기는,

저항성 부하를 구성하고 있으며, 이를 통해 과부하 상태를 유발하게 하여 이때에 전압을 측정하여 중앙처리장치로 제공하기 위한 과부하상태유발회로부(100);와

정밀션트저항과 OP-AMP를 포함하여 구성되어 차동 증폭에 따른 전류량에 비례하는 전압을 출력하기 위한 전압출력회로부(200);와

상기 전압출력회로부에 의해 출력된 전압값을 디지털 신호로 변환하여 중앙처리장치로 제공하기 위한 디지털변환부(300);와

상기 디지털변환부에 의해 변환된 디지털 신호를 획득하여 사용 전류량을 측정하여 배터리 잔여 용량을 계산하기 위한 중앙처리장치(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전압출력회로부(200)에 형성되는 OP-AMP는,

저전력 차동증폭 회로인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 중앙처리장치(400)는,

배터리 방전 곡선 데이터를 참조하여 온도에 따른 전압값을 보상 처리하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기의 개념 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기(1000)는,

저항성 부하를 구성하고 있으며, 이를 통해 과부하 상태를 유발하게 하여 이때에 전압을 측정하여 중앙처리장치로 제공하기 위한 과부하상태유발회로부(100);와

정밀션트저항과 OP-AMP를 포함하여 구성되어 차동 증폭에 따른 전류량에 비례하는 전압을 출력하기 위한 전압출력회로부(200);와

상기 전압출력회로부에 의해 출력된 전압값을 디지털 신호로 변환하여 중앙처리장치로 제공하기 위한 디지털변환부(300);와

상기 디지털변환부에 의해 변환된 디지털 신호를 획득하여 사용 전류량을 측정하여 배터리 잔여 용량을 계산하기 위한 중앙처리장치(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 설명하자면, 정상적인 방법으로는 배터리의 남은 용량을 측정하는 것은 불가능하다.

따라서, 과부하 상태로 전류를 출력하는 상태를 만들어, 이때의 전압강하 전압을 측정하여 남은 용량을 계산하는 방식이다.

도 4는 허용 전류 범위 내의 방전 곡선을 나타내며, 도 5는 150mA를 출력하게 하여, 이때의 전압강하를 측정한 그래프다.

상기 그래프에서 배터리의 남은 용량을 계산할 수 있게, 전압강하 현상이 있다는 것을 알 수 있었다.

그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 과부하상태유발회로부(100)는,

트랜지스터(110);

상기 트랜지스터의 입력단에 형성되는 제1저항(120);

상기 트랜지스터와 전압출력단 사이에 형성되는 제2저항(130);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 트랜지스터(Q5)를 기준으로 트랜지스터의 입력단에 제1저항(R29, 1M)을 형성하고, 트랜지스터와 전압출력단 사이에 형성되는 제2저항(R30, 24R, 1%, 1W, 2512)을 형성하게 된다.

이를 과부하상태유발회로부라 정의한 것이며, 도 6과 같은 회로에 의해서 저항성 부하를 만들어서, 과부하 상태를 유발하게 하며, 이때에 전압을 측정하여 배터리 상태를 모니터링하는 것이다.

이때에 문제가 되는 것이 배터리 상태는 온도에 민감하게 반응을 한다.

측정값에서 온도를 어떻게 보상해서 처리할 것인지를 구해야 하는 것인데, 도 7의 그래프는 온도에 따른 영향을 확인할 수 있는 측정 결과이다.

온도에 따른 편차를 어떻게 보정하여 처리할지도 핵심 사항인 것인데, 상기 도 7의 그래프와 같이, 배터리를 25도 일때와 -10도 일때로 측정해 보면 너무 많은 편차가 발생함을 알 수 있었다.

또한, 과부하 상태에서 배터리의 전압이 흔들리게 되는데, 이때에 중앙처리장치의 전원은 흔들리면 안되는데, 이는 시스템이 오동작하거나 멈추게 되는 원인이 되기 때문이다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 중앙처리장치의 전원이 방전 시험중에는 영향을 주지 않도록 구성이 되며, 방전 곡선 데이터를 취득하여, 해당 데이터를 기준으로 보정하게 되는 것이다.

즉, 중앙처리장치(400)에서는 배터리 방전 곡선 데이터를 참조하여 온도에 따른 전압값을 보상 처리하면 되는 것이다.

배터리 방전 곡선 데이터값은 사전에 측정된 데이터값을 활용하게 되고, 이를 토대로 온도에 따른 전압값을 보상 처리하게 되는데, 이러한 기술은 당업자들에게 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 하겠다.

상기 전압출력회로부(200)는 정밀션트저항과 OP-AMP를 포함하여 구성되어 차동 증폭에 따른 전류량에 비례하는 전압을 출력하기 위한 기능을 수행하게 된다.

도 8에 도시한 바와 같이, 배터리의 출력단에 정밀 션트 저항(R3)을 설치하고, OP-AMP로 차동 증폭하여 전류량에 비례하는 전압을 출력하게 하는 것이다.

이후, 디지털변환부(300)는 상기 전압출력회로부에 의해 출력된 전압값을 디지털 신호로 변환하여 중앙처리장치로 제공하게 된다.

이때, 중앙처리장치(400)는 상기 디지털변환부에 의해 변환된 디지털 신호를 획득하여 사용 전류량을 측정하여 배터리 잔여 용량을 계산하게 되는 것이다.

상기한 사용 전류량을 측정하여 잔여 용량을 계산하는 기술은 일반적인 기술이므로 상세한 설명을 생략하도록 하겠다.

여기에서 주의할 것은 측정회로의 전류 소모량이 디지털 수도미터기 사용 시간에 영향을 줄 정도로 많은 전류 소모량을 필요로 하게 설계하면 안 되기 때문에 상기 전압출력회로부(200)에 형성되는 OP-AMP는 저전력 차동증폭기를 사용하여 저전력 차동증폭 회로가 되도록 설계해야 하며, 짧은 시간에 시험을 마쳐야 하며, 또한 주기적으로 시험을 진행하여, 전류 소모량을 최소로 하게 하여 계량기가 9년 정도 사용되는데 문제가 없게 설계되어야 한다.

따라서, 상기와 같은 구성을 가지게 되면 현재의 전류 소모량을 측정하고 남은 배터리 용량을 측정하여 앞으로 몇일 정도를 사용할 수 있는지를 예측할 수 있게 됨으로써, AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 선제 조치가 가능한 효과를 제공하게 된다.

본 발명의 구성 및 동작을 통해, 배터리의 남은 용량을 정확히 산출하고, 이를 통해 사용 시간을 예측하여 제품 초기 배터리의 불량이나 전자부품의 조립 불량으로 과전류 소비 상태도 찾아낼 수 있으며, 또한 이것을 기준으로 초기 불량을 판별할 수 있으며, 선제적으로 AS를 진행할 수 있어 AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 하기 위한 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기를 제공함으로써, AS 기간에 의해 소비되는 기간 동안에 검침할 수 없는 사용량이 생기지 않도록 선제 조치가 가능한 효과를 제공하게 된다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 과부하상태유발회로부
200 : 전압출력회로부
300 : 디지털변환부
400 : 중앙처리장치

Claims (3)

1. 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기에 있어서,
   저항성 부하를 구성하고 있으며, 이를 통해 과부하 상태를 유발하게 하여 이때에 전압을 측정하여 중앙처리장치로 제공하기 위한 과부하상태유발회로부(100);와
   정밀션트저항과 OP-AMP를 포함하여 구성되어 차동 증폭에 따른 전류량에 비례하는 전압을 출력하기 위한 전압출력회로부(200);와
   상기 전압출력회로부에 의해 출력된 전압값을 디지털 신호로 변환하여 중앙처리장치로 제공하기 위한 디지털변환부(300);와
   상기 디지털변환부에 의해 변환된 디지털 신호를 획득하여 사용 전류량을 측정하여 배터리 잔여 용량을 계산하기 위한 중앙처리장치(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하되,
   상기 배터리는,
   리튬 1차 전지인 것을 특징으로 하며,
   상기 과부하상태유발회로부(100)는,
   트랜지스터(110);
   상기 트랜지스터의 입력단에 형성되는 제1저항(120);
   상기 트랜지스터와 전압출력단 사이에 형성되는 제2저항(130);을 포함함으로써, 저항성 부하를 만들어서 과부하 상태를 유발하게 하며, 전압을 측정하여 리튬 1차 전지 상태를 모니터링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하며,
   상기 전압출력회로부(200)에 형성되는 OP-AMP는,
   저전력 차동증폭 회로인 것을 특징으로 하며,
   상기 중앙처리장치(400)는,
   배터리 방전 곡선 데이터를 참조하여 온도에 따른 전압값을 보상 처리하는 것을 특징으로 하는 배터리 사용 가능 시간을 예측하는 디지털 수도계량기.
   
2. 삭제
3. 삭제

Images