KR20020044159A

KR20020044159A - 배터리 케이블을 분로로 사용한 운송수단에 있어서전류측정장치

Info

Publication number: KR20020044159A
Application number: KR1020027004529A
Authority: KR
Inventors: 골롬프베르나르드피; 카세렉존; 팔라니사미티루말라이쥐
Original assignee: 크리스 로저 에이치; 알라이드시그날 인코포레이티드
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2002-06-14
Also published as: EP1218760B1; ATE395606T1; CA2386907A1; JP2003511313A; WO2001027641A1; US6285191B1; EP1218760A1; DE60038887D1; AU7848600A

Abstract

운송수단의 배터리 단자 중 하나와 기준점(8) 사이에 케이블(3)을 갖는 운송수단(3)에 장착되는 배터리(1)로 유입되고 배터리로부터 유출되는 전류은 케이블(3) 양단의 전압를 측정하고 측정된 전류의 디지털 값으로부터 전류를 계산(22)하므로써 판단된다.

케이블의 저항값으로부터 오옴의 법칙을 이용하여 전류가 계산되고, 차동 전류 센서(30)가 케이블 양단에서 측정된 전압에 응답하도록 사용되어 상이한 전류 범위에 적합하게 된다.

케이블(3)의 저항값이 알려져 있지 않는 경우의 실시예에 있어서는, 전위차계(106)의 출력을 조절하는 것에 의해서 케이블 양단에서 측정된 전압에 대해 고정된 이득의 증폭기(111)에 대하여 입력값을 정하기 위하여 사용되는 기지의 전압(128)를 제공하여, 증폭기 출력 전압이 기준 전류 생성기 출력 전압에 매치되어 정해지도록 하여, 증폭기의 전압 출력을 케이블에 있어서 전류의 측정값으로 형성한다.

Description

배터리 케이블을 분로로 사용한 운송수단에 있어서 전류측정장치{MEASUREMENT OF CURRENT IN A VEHICLE USING BATTERY CABLE AS A SHUNT}

많은 응용예에서 전류는 측정되고 또한 모니터 되어진다. 예를 들어 엔진을 구동시키거나 전조등과 같은 전기 시스템을 작동하기 위해서 사용되는 배터리를 갖는 운송수단에 있어서는 기구장치를 제어하기 위해서 전류는 측정되고 모니터되어졌다. 예를 들어 미국특허 4,937,523 "운송수단의 배터리 상태를 검사하는 방법"은 본 발명의 출원인에게 양도된 것으로, 운송수단의 동작중에 전류을 측정하고 모니터하여 배터리의 용량, 충전상태 및 작동의 문제점 등을 판단하게 된다. 이러한 시스템은 비행기, 버스 등의 여러종류의 운송수단에 사용될 수 있다.

자동차, 비행기를 비롯한 운송수단에 있어서 전기시스템의 전류을 검사 및/또는 모니터링하기 위한 한가지의 기술은 도선을 통하는 전류의 흐름에 의해서 발생하는 자기장을 효과적으로 측정하는 센서를 필요로 한다. 공통적으로 사용되는센서타입으로는 Hall effect 및 유도 디바이스 등이 있다. 또 다른 기술은, 상기의 특허에서 사용된 바와 같이, 측정될 전류가 흐르는 도체의 일부와 직렬로 연결된 이미 알려진 저항값을 가진 정밀한 저항 분로를 측정하는 것이다. 측정된 분로 양단의 전압값 및 알려진 분로의 저항값에 의해서 전류가 계산될 수 있다.

분로가 여러가지 용도에 유용하게 사용될 수 있지만, 분로를 사용함으로써 비용이 증대하고 추가적인 전기 결합이 소요된다는 단점을 갖게 된다. 더욱 큰 문제는 전류값의 제곱에 분로의 저항값을 곱한 전력 손실이 생긴다는 것이다. 예를 들어, 자동차의 전기시스템에서 전류를 측정하기 위해서 1 오옴 크기의 분로가 사용된다면, 분로의 저항 가열에 기인한 전력 손실값은 상당하게 크게 되어 자동차의 불필요한 연료손실을 초래하게 된다.

따라서, 분로 또는 다른 형태의 센서와 같은 추가적인 소자를 사용할 필요없이 배터리를 갖는 운송수단의 전류를 측정하는 것이 바람직하다.

본 발명은 전류 측정장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 운송수단의 배터리에 하나 또는 두개의 케이블을 이용한 전류를 측정하는 전류측정 장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 다른 장점은 다음의 명세서 및 첨부한 도면을 첨부하여 설명하므로써 더욱 명료하게 설명될 것이다.

도1은 운송수단에서 기존의 배터리 케이블을 사용하여 전류를 측정하고 모니터링하는 회로를 포함하는 본 발명의 예시적인 실시형태의 도식적인 다이어그램이다.

도2는 차동 증폭기를 갖는 기존의 운송수단의 배터리 케이블을 사용하여 전류를 측정하고 모니터링하는 회로를 제공하는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태의 도식적인 다이어그램이다.

도3은 회로가 자동보정 능력을 갖는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태의 도식적인 다이어그램이다.

운송수단에 사용되는 배터리는 2개의 단자를 갖는다. 하나의 단자는 자동차의 금속 섀시와 같은 자동차의 전기 기준점(접지부)에 연결되고, 다른 하나의 단자는 동작 전압을 제공하는 공급점에 연결된다. 대부분의 운송수단에 있어서는, 케이블이 배터리 단자와, 접지부 또는 운송수단 시스템의 전압 공급점 등의 연결점 사이를 연결한다. 따라서 본 발명의 하나의 실시형태에 있어서는, 하나 또는 두개의 배터리 케이블의 저항값은 이미 알려진 값이다. 예를들어, 전형적인 저항값은, 배터리의 양(positive)단자에 연결된 케이블에 있어서는 1.0mΩ이고, 배터리의 음(negative)단자에 연결된 케이블에 있어서는 0.1mΩ이다.

본 발명에 따르면, 배터리에 연결되어 운송수단의 발전기에 의한 충전기간 동안에 케이블을 통과하여 배터리로 입력되는 전류, 또는 엔진의 구동이나 운송수단의 다른 전기 장치의 작동 기간 동안에 배터리로 부터 출력되어 케이블로 흐르는 전류는 기존의 케이블 및 추가로 필요한 케이블 양단의 전압을 측정하므로써 판단된다. 저항값이 알려진 케이블 양단의 전압 강하를 측정하고, 컴퓨터를 사용하여 잘 알려진 오옴의 법칙의 공식 I = E/R에 의해서 전류를 계산하여 전류값은 판단된다.

본 발명의 하나의 실시형태에서는, 차동 전류 센서가 사용된다. 전류 센서는 그 특성이 상이한 전류 범위들에 적합할 수 있도록 변형될 수 있는 전기 증폭 타입 디바이스이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 케이블의 저항값을 바람직한 값 및 다른 회로의 허용가능값과 다른 경우에 대해서 적합하게 하기위해서, 케이블의 저항값을 정확하게 알 필요없이 배터리의 전류값을 정확하게 측정하기 위한 자동보정 회로가 사용된다. 또한, 시스템의 입력 전류가 0 이되는 경우 오프셋(offset)을 발생시키는 컴포넌트 허용 가능값을 자동적으로 보상하기 위한 대책이 마련된다.

따라서, 본 발명의 목적은 기존의 배터리 케이블 및 필요한 배터리 케이블를 센서 장치의 일부로 사용하여 배터리를 갖는 운송수단의 전류를 모니터하고 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

기지의 저항값을 갖는 케이블이 운송수단의 배터리의 단자의 하나에 연결되어 그 단자를 통하여 흐르는 전류가 차동전류센서의 입력으로 제공되어 배터리 전류를 측정하고 모니터하는 것이 본 발명의 하나의 측면이다.

운송수단의 배터리 단자에 연결된 하나 또는 두개의 케이블이 기지의 저항값이 되고, 또한 전류를 측정하기 위한 분로로 사용되는 운송수단의 전류 센서가 본 발명의 다른 하나의 측면이다.

운송수단의 배터리의 하나의 단자에 연결되어 전류가 흐르는 케이블의 양단의 전압이 케이블의 정확한 저항을 알 필요없이 전류의 정확한 측정을 허용하는 자동 조정 능력을 갖는 배터리 전류를 측정하고 모니터링하는 회로에 제공되는 것이 본 발명의 또 다른 하나의 측면이다.

도 1을 참조하면, 자동차, 비행기, 버스, 또는 보트와 같은 운송수단의 차체는 V로 표시된다. 일반적으로 차체는 금속재질이며, 프레임이나 차대와 같은 전기적인 접지 기준점(8)을 가진다. 운송수단 내에는 연산축전지와 같은 전형적인 배터리(1)가 존재한다. 상기 배터리는 시동(starting), 전조등(lighting) 및 계측장치(instrumentation)(SLI)와 같은 일반적인 용도에 전력을 공급하는데 사용된다. 상기 배터리(1)는 통상 양(positive)단자와 음(negative)단자를 가진다. 상기 배터리에 의해 전력을 공급받는 운송수단의 전기적 부하는 참조부호 2로 표시된다. 상기 부하(2)는 상기 배터리의 양단자와 전기 기준 접지부 사이에 연결된다. 상기 부하는 시동모터, 전조등, 에어컨 등과 같은 임의의 적절한 형태일 수 있다. 전형적인 형태의 배터리 충전 시스템은 도시하지 않는다.

전기적 도체 케이블(3)은 상기 배터리의 음단자와 접지 기준점(8)사이에 연결된다. 상기 케이블은 일반적으로 접지 회귀 케이블(ground return cable)이라 불리운다. 상기 케이블(3)은 실제로 배터리가 장착된 모든 운송수단에서 사용되는, 전기시스템에 있어서 필수적인 요소이다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 상기 케이블(3)은 알려진 저항값을 가지도록 제작된다. 예를들면 상기 저항값은 0.1mΩ일 수 있으며, 운송수단 전기시스템의 전체적인 요구에 따라 임의의 적절한 다른 값을가질 수 있다. 충전 시와 같이 상기 배터리(1)에 유입되는 전류 또는 전기시스템의 작동시와 같이 상기 배터리(1)에서 유출되는 전류는 상기 케이블(3)을 통해 흐른다.

계측장치와 제어 시스템의 작동과 같은 다양한 방법으로, 상기 배터리로 유입되거나 상기 배터리에서 유출되는 전류의 측정과 모니터링이 필요하다. 상기 측정과 모니터링을 위해 상기 케이블(3) 양단간의 전압강하(voltage drop)를 이용한다. 상기 전압은 상기 배터리(1)로 유입되거나 유출되는 전류에 따라 변화한다. 상기 케이블(3)의 양단에 측정되는 전압은 아날로그 값이며, 리드(14)를 통해 아날로그-디지털 변환기(20)의 입력단에 입력된다. 상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 전압의 아날로그 값을 디지털 값으로 변환한다. 상기 디지털 값은 상기 케이블(3)의 저항값을 사용하여 프로그램된 컴퓨터(22)에 공급된다. 상기 컴퓨터는 일반적으로 잘 알려진 오옴의 법칙의 공식에 의해 배터리(1)에 유입되거나 배터리(1)로부터 유출되는 전류를 계산할 수 있다.

I=E/R 에서,

I=전류

E=상기 케이블(3)의 양단에서 측정되는 전압값

R=상기 케이블(3)의 저항값

따라서, 도 1에 도시된 배치는 전력을 소모하는 케이블(3)을 사용한 분로(shunt), 또는 다른 형태의 센서와 그에 따라 요구되는 어떠한 결합과 같은 추가적인 요소를 필요로하지 않고서도 전류를 측정할 수 있다. 상기 계산된 전류값은임의의 원하는 목적으로 사용된다. 상술한 종래 특허에서 나타난 형태의 배터리 모니터링 시스템에 정보를 제공할 수 있도록, 전류의 흐름을 연속적으로 모니터링할 수 있게 된다. 이 모든 것들은 단순하면서도 효율적으로 수행된다.

도 2는 차동(differential) 전류 센서를 사용하는 본 발명의 다른 실시형태를 도시한다. 도 1에서 도시된 공통 요소들에는 같은 참조부호가 사용된다. 1은 운송수단 배터리, 2는 상기 배터리에 의해 공급되는 운송수단 전기시스템의 부하, 3은 상기 배터리의 음단자와 전기 접지 기준점(8) 사이에 존재하는 저항값이 알려진 케이블(3)이다.

계측 증폭기(instrumentation amplfier)(30)는 배터리의 음단자와 운송수단의 전기 접지 기준점(8)과 각각 연결된 입력단(32, 33)을 가진다. 계측 증폭기(30)는 예를 들어 Burr-Brown사의 AWA118 타입을 사용할 수 있다. 상기 계측 증폭기(30)와 같은 장치의 입력단은 높은 입력 임피던스를 가진다. 또한 상기 계측 증폭기(30)는 이득을 설정하기 위해 적절한 단자 사이에 연결된 저항(34)을 가진다. 또한 상기 계측 증폭기(30)는 전원(Vcc)으로부터 양의 작동 전압을 받고 전원(Vdd)으로 부터 음의 전압을 제공 받는다. 상기 계측 증폭기(30)는 출력단(38)과 기준 단자(39)를 가진다.

전류의 흐름에 따른 상기 케이블(3) 양단의 전압은 높은 임피던스를 가진 입력단(31)에서 측정된다. 상기 계측 증폭기(30)의 이득은 저항(34)에 의해 적절한 값으로 설정된다. 예를 들어 상기 케이블을 통해 흐르는 전류값이 ±1000A의 범위에 있을 때 ±5V 의 입력범위(상기 케이블(3) 양단의 전압의 범위) 내에 있도록 설정될 수 있다. 전류의 변화에 따른 케이블(3) 양단의 전압으로서, 상기 계측 증폭기(30)의 입력 단자(31)에서의 신호는 변화한다.

상기 계측 증폭기의 단자(38)의 출력은, 케이블(3)을 통해 배터리로 유입되고 배터리에서 유출되는 전류의 흐름에 상응하는 아날로그 값의 전압이다. 상기 아날로그 값의 전압은 아날로그-디지털 변환기(20)로 입력된다. 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력 디지털 신호는 상기 전류의 흐름을 계산할 수 있도록 프로그램된 컴퓨터(22)로 입력된다.

상기 계측 증폭기(30)의 기준단자(39)는 상기 계측 증폭기(30)의 출력 범위를 오프셋(offset)하도록 조절될 수 있다. 쌍극 아날로그-디지털 변환기(20)가 사용된다면, 상기 계측 증폭기(30)의 상기 기준단자(39)는 상기 계측 증폭기(30) 자체의 내부 오프셋에 따라 0에 가깝게 설정된다. 상기 변환기(20)가 단극이면, 상기 기준단자(39)는 상기 변환기의 전압범위의 가운데값으로 설정된다.

상기 계측 증폭기(30)의 출력(38)은 예를 들어 ±100A, ±10A와 같이 전류 변화의 범위를 줄일 수 있도록 증폭될 수 있다. 즉, 입력 전압을 더욱 섬세하게 조정할 수 있으므로, 상기 아날로그-디지털 변환기로 입력되는 더 높은 입력 전압에 대한 회로의 조정능(resolution)은 증가된다. 상기 컴퓨터(22)는 임의의 주어진 시간에 배터리 전류의 범위를 자동으로 결정하는 알고리듬으로 프로그램된다.

도 3은 상기 케이블의 정확한 저항값을 알지 못한 상태에서 작동하는 본 발명의 또 다른 실시형태를 보인다. 본 실시형태는 운송수단 배터리의 전류를 감시하기 위한 세가지 주된 기능을 제공한다. 제1 기능은 배터리로 유입되는 전류와 배터리에서 유출되는 전류를 모두 측정하는 것이다. 제2 기능은 배터리 전류의 정확한 측정을 가능하도록 분로(shunt)의 형태로 사용되는 배터리 회귀 케이블을 보정하는 자동보정회로이다. 상기 자동보정회로는 상기 케이블의 정확한 임피던스(저항값)를 알아야하는 필요성을 제거한다. 이것은 제작 허용오차에 따라 변화할 수 있으며 또한 자동차의 모델에 따라 변화한다. 제3 기능은 시스템 입력 전류가 0일때, 오프셋(offset)의 원인이 되는 컴포넌트(component) 허용오차에 대한 자동 보정을 제공하는 것이다.

도 3에서는 다음의 요소들은 도 1과 도 2에서 적용된 참조번호와 같은 번호를 사용한다. 이전과 마찬가지로 1은 운송수단 배터리, 2는 운송수단의 전기적 부하, 3은 접지 회귀 케이블, 8은 운송수단의 프레임의 접지 기준 연결지점을 나타낸다. 응용 프로그램에 따른 컴퓨터(22)로부터의 디지털 시그널 또는 입력된 프로그램을 가진 전용 디지털 컨트롤러에 의해 그 작동이 제어되는 오토-제로(auto-zero) 릴레이(104)가 존재한다. 이하 컨트롤러라는 용어가 사용되나 상기 컨트롤러는 컴퓨터의 일부분일 수 있음을 이해하여야 한다. 상기 릴레이(104)의 제1 접촉부는 케이블(3)이 연결된 배터리(1)의 음단자에 연결되며, 상기 릴레이(104)의 제2 접촉부는 접지부(8)에 연결된다. 상기 릴레이(104)의 가운데 연결부는 저항(105)와 연결된다. 상기 저항(105)은 조정 가능한 디지털 방식으로 제어되는 전위차계(potentiometer)(106)를 포함하는 가변 전압 분할기(variable voltage divider)의 입력 역할을 한다. 상기 전위차계는 상기 전위차계의 출력단과 접지부(8) 사이에 연결된 저항(107)을 포함한다. 상기 전위차계의 가운데 연결부의 픽오프(pick-off) 포인트는 상기 컨트롤러(106)에서부터 상기 전위차계의 입력단자까지 디지털 신호를 적용함으로써 설정된다.

저항(108)은 상기 전압 분할기(105-107)의 출력단을 계측 증폭기(111)의 양(positive)의 입력단에 연결된다. 상기 계측 증폭기(111)는 음(negative)의 입력단과 상기 케이블(3)이 연결된 배터리의 음단자 사이에 입력저항(109)을 포함한다. 상기 증폭기(111)은 Burr-Brown사의 INA118 타입일 수 있다. 상기 증폭기(111)의 입력단에는 이득을 설정하기 위한 저항(110)이 존재한다.

회로의 양의 전압 공급 지점과 접지 사이에 연결된 저항(112)와 저항(113)은 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 또 다른 조정가능 디지털 전위차계(114)를 포함하는 오토-제로 회로에 대한 전압 분할부이다. 상기 전위차계(114)의 출력단에 연결된 저항(115)은 저항(116)과 저항(117)에 의해 형성되는 전압 분할기의 상단에 연결된다. 상기 저항(116)과 상기 저항(117)의 연결부는 회로의 음의 전원으로부터 전압을 제공받는다. 상기 전압 분할기의 상단은 버퍼 증폭기(119)의 입력단에 연결된다. 상기 버퍼 증폭기(119)의 출력단은 저항(120)과 저항(121)에 의해 접지부와 연결된다. 이것은 상기 전위차계(114)의 출력전압을 음의 값으로 할 필요없이 상기 증폭기(119)의 입력단에서의 전압을 음의 값으로 변화시킬 수 있는 오토-제로 회로에 음의 바이어스를 제공한다.

상기 증폭기(111)의 기준 전압에 대한 분할 저 임피던스 드라이브(divided down low impedance drive)를 제공하는 저항(120)과 저항(121)의 연결부는 상기 증폭기(111)의 기준단자(111R)로 연결된다.

각각의 증폭기(122)와 증폭기(123)의 입력은 상기 증폭기(111)의 출력(V₀)과 연결된다. 상기 증폭기(122)와 상기 증폭기(123)는 각각 전류 범위에 상응하는 출력을 가지기 위해 설정된 이득을 가진다. 예를들어, 상기 증폭기(122)는 ±10A 전류 범위를 나타내는 100의 이득을 가지며, 상기 증폭기(123)는 ±100A 전류범위를 나타내는 출력을 제공하는 10의 이득을 가진다. 각각의 상기 증폭기(122)와 상기 증폭기(123)의 출력은 도 1의 아날로그-디지털 변환기에 연결되고, 상기 출력은 이후 상기 컨트롤러 또는 컴퓨터(22)로의 데이터 입력이 된다.

바이어스 저항들(126, 127)과 함께 PMOS와 같은 트랜지스터(125)는 기준 전류원이 된다. 상기 트랜지스터(125)를 켜고, 예를 들어 10Ω과 같이 알려진 값을 가지는 정밀한 저항인 저항(128)에 걸리는 전압을 생산하기 위해 상기 컨트롤러로 부터 저항(127)의 하단으로 신호가 인가된다. 저항(128)에 걸리는 상기 트랜지스터(125)의 출력전압은, 저항(128)의 값이 알려져 있으므로 계산이 가능한 전류값에 상응한다. 라인(129) 상의 이 전압은 아날로그-디지털 변환기에 인가되고 시스템의 이득을 보정하기 위해 상기 컨트롤러에 의해 사용된다.

도 3에 도시된 회로의 작동에서 운송수단의 배터리(1)로부터의 전류는 운송수단의 부하(2)를 통과하여 흐르며, 배터리 회귀 케이블(3)을 경유하여 배터리로 되돌아 간다. 상기 회귀 케이블(3)에 걸리는 전압을 측정함으로써 상기 배터리로 유입되고 상기 배터리에서 유출되는 전류를 계산할 수 있다. 상기 케이블(3)에 걸리는 전압인 상기 배터리의 음단자의 전압은 전압 분할기(105, 106, 107)를 지나상기 릴레이(104)의 하부 접촉부로 인가된다. 이 전압의 일부는 디지털 전위차계(106)의 가운데 연결단자로 부터 얻어지며, 상기 증폭기(111)의 양의 입력에 인가된다. 상기 증폭기(111)는 예를 들어 ±5V의 범위로 변화하는 출력을 가질 수 있다. 상기 ±5V의 범위의 출력 변화는 상기 케이블(3)을 통해 흐르는, 예를 들어 ±1000A의 전류변화에 상응한다. 상기 전압은 아날로그-디지털 변환기(20)의 입력으로 제공된다. 또한 상기 증폭기(111)의 출력은 차동 이득을 가진 증폭기들(122, 123)의 입력에 인가되며, 상기 증폭기들(122, 123)의 출력은 아날로그-디지털 변환기에 인가된다. 또한 ±5V의 범위로 변화하는 상기 증폭기들(122, 123)의 출력은 상기 설명한 바와 같이 전류의 범위에 상응한다.

정확한 측정을 위해, 그값이 알려지지 않은 케이블(3)의 저항에 따른 고정된 이득을 가지는 증폭기(111)에 신호를 제공하는 상기 전압 분할기(105, 106, 107)를 적절히 조정할 필요가 있다. 이것은 상기 케이블(3)으로부터 상기 증폭기(111)의 입력으로 연결되는 경로에서, 제어되는 전압 분할기(105, 106, 107)에 의해 이루어진다. 상기 증폭기(111)의 고정된 이득은 저항(110)에 의해 설정된다. 상기 증폭기(111)의 이득과 관련된 상기 분할기(105, 106, 107)의 전압 출력의 범위는 케이블(3)의 저항의 변화에 의해 발생되는 상기 증폭기(111)의 입력에 인가되는 전압 변화의 범위를 포함한다.

분할기(105-107)의 조정은 ON 및 OFF 으로 전환가능한 전원(125)으로부터의 기준전류를 이용하여 이루어진다. 상술한 바와같이, 정밀한 저항(128)의 값을 알고 있으므로 상기 제어기는 저항(128)을 가로지르는 측정된 전압으로부터 전류를 계산할 수 있다. 상기 제어기는 상기 전원(125)으로부터의 전류를 주기적으로 ON 및 OFF으로 전환시키며, 저항(128) 양단의 전압과 ±10A 증폭기의 출력단에서의 전압 차이가 측정된다. 이 차이를 기초로 상기 제어기는 상기 전환된 기준전류와 같은 출력차이를 얻도록 디지털제어된 전위차계(106)의 아암(arm)을 이동시켜 분할기(105-107)을 조정한다. 예를들어, 만일 기준전류가 1A 펄스이면 증폭기(122)의 출력단에서의 전압펄스(±10A범위)는 ±5V(증폭기 출력의 범위)가 ±10A를 나타내므로 500㎷ 피크-피크일 것이다.

증폭기(111)의 출력이 분할기(105-107)에 의해 기준전류로 설정되어짐으로써, 케이블(3)을 양단의 전압을 측정하기 위해 제어기가 회로를 작동시키는 동안, 증폭기(111, 122, 123)의 전압출력은 그 케이블을 통해 흐르는 전류의 정확한 측정값일 것이다. 도 3의 회로에서는 케이블(3)의 저항을 알 필요가 없다.

일단 자동보정(auto-cal)이 완료되면, 제어기는 오토-제로(auto-zero) 기능을 개시한다. 이는 먼저 릴레이(104)을 ON시키며, 즉 센터아암이 위로 갈 것이다.이는 자동차의 케이블(3)으로부터의 입력을 전압 분할기(105-107)로 절연시키고 짧은 회로를 입력단을 가로질러 전류측정회로까지 배치한다. 그후 제어기가 작동하여 디지털 전위차계(114)의 중앙아암을 조정하여 증폭기(111) 기준단자(111R)에서 입력전압을 설정한다. 이로인해 조정되는 증폭기(111)의 출력이 내부 옵셋을 보상하게 한다. 이는 증폭기(111)의 출력이 ±10A 증폭기(123)에서의 출력을, 정해진 허용 오차내에서 0으로 만들때까지 조정된다. 전위차계(114)의 출력단에서의 오토-제로전압은 전압분할기 저항(117, 118)의 정션으로부터의 음전압과 결합되어증폭기(111)의 기준단자(111R)에 대한 입력단에 거의 0인 전압을 제공한다. 저항(120, 121)과 함께 증폭기(119)는 증폭기(111)의 기준단자(111R)에 대하여 낮은 임피던스 드라이브를 제공한다. 저항(117, 118)의 바이어스네트워크를 이용함으로써 전위차계(114)의 출력이 음으로 가지않고, 증폭기(111) 기준단자에 대하여 양에서 음으로의 스윙이 얻어진다. 디지털 전위차계(106)의 중심아암은 제조사양에 따라 디지털 전위차계(114)의 단자(114G)에서의 전압 이하로 갈수 없다.

저항들(115-118)의 정확한 값으로 증폭기(111)에 필요한 기준전압은 디지털 전위차계(114)의 범위의 중심에 있도록 설정될 수 있다. 디지털 전위차계(106, 114)의 주위 성분선택에 있어서 조정범위는 접지 회귀 케이블(3)의 예상된 허용 오차의 편차와 성분 허용 오차에 의해 야기된 여러가지 옵셋 전압을 커버하게 설정된다.

도 1-3의 각회로는 전류분로같은 더이상의 부가적 성분의 필요없이 운송수단의 배터리로 유입되고 그로부터 유출되는 전류을 측정하고 모니터 할 수 있다.

도시된 회로의 변형으로는 배터리 양단자에 연결된 케이블을 사용하거나 양케이블을 사용함을 포함한다. 후자의 경우, 배터리 전류 입력을 위한 하나의 케이블과 전류 출력단을 위한 다른 단자를 가로지르는 전압의 측정값일 수 있다. 또한 컴퓨터(22)를 데이타 룩업 테이블에 제공하여 전압입력 데이타를 오옴의 법칙 형태 계산을 하는 것보다 전압입력 데이타를 전류값으로 직접변환시킬 수도 있다.

본 발명의 특정형태를 편의를 위해 하나 또는 그 이상의 도면에 도시하였으나 이들 각각의 형태는 다른 것과 본 발명의 범위내에서 조합시킬 수 있다. 그리고이들 역시 본 발명의 범위내에 드는 것이다.

따라서 본 발명은 기존의 배터리 케이블 및 필요한 배터리 케이블를 센서 장치의 일부로 사용하여 배터리를 갖는 운송수단의 전류를 모니터하고 측정하는 방법을 제공하기 위해 사용된다.

Claims

하나의 배터리 단자로부터 운송수단의 전기 시스템의 어느 점까지 연결된 저항값을 갖는 케이블로써 운송수단에 설치된 양단자 및 음단자를 갖는 배터리로 가는 전류을 모니터링하는 장치에 있어서,

상기 케이블 양단의 전압변화를 측정하기 위해 연결된 전압측정 수단; 및

상기 케이블 양단의 전압을 기초로 전류를 연산하는 연산기구를 포함함을 특징으로 하는 장치
1항에 있어서, 상기 케이블이 연결되는 운송수단의 전기 시스템의 점은 상기 운송수단의 전기 접지부에 연결되어 있음을 특징으로 하는 장치
1항에 있어서, 상기 케이블은 전류를 연산하는데 있어서 상기 연산수단에 의해 사용되는 알려진 저항값을 가짐으로 특징으로 하는 장치.
1항에 있어서, 상기 전압측정수단은 상기 측정된 전압을 상기 연산수단에 사용되기 위한 디지털값으로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기를 포함함을 특징으로 하는 장치.
3항에 있어서, 상기 전압측정수단은 상기 케이블을 통해 흐르는 전류의 범위에 상당하는 범위에 걸쳐 변하는 상기 측정된 전압에 응답하여 출력전압을 생성하는 증폭기를 포함하는 차동전류 센서를 포함함을 특징으로 하는 장치.
5항에 있어서, 상기 전압측정수단은 또한 상기 전류센서의 출력전압을 상기 연산수단에 사용하기 위한 디지털 값으로 변환시키기 위한 아날로그-디지털 변환기를 포함함을 특징으로 하는 장치
6항에 있어서, 상기 아날로그-디지털 변환기는 쌍극이며, 상기 차동전류센서는 상기 출력전압 변화의 중심을 거의 0으로 설정된 기준값을 가짐을 특징으로 하는 장치.
6항에 있어서, 상기 아날로그-디지털변환기는 단극이며, 상기 차동전류센서는 상기 출력전압 변화의 중심을 상기 변환기의 범위의 중앙에 두도록 설정된 기준값을 가짐을 특징으로 하는 장치.
1항에 있어서, 상기 전압측정수단은,

미리 정해진 값의 기준전류에 상응하는 전압을 형성하기 위한 기준전류원;

상기 케이블 양단에서 측정된 전압에 상응하는 범위에 걸쳐 변하는 출력 전압을 갖는 증폭기; 및

배터리 양단에서 측정된 상기 전압편차의 증폭기에 대한 입력을 조정하여 그출력전압이 정해진 값의 기준전류에 실질적으로 맞게 조절하는 제어수단을 추가적으로 포함함을 특징으로 하는 장치.
9항에 있어서,

상기 제1 언급된 증폭기의 출력을 받고, 그 각각이 상기 케이블을 따라 흐르는 다른 범위의 전류값에 상응하도록 다른 이득을 갖는 제2 및 제3 증폭기를 포함함을 특징으로 하는 장치.
9항에 있어서, 상기 제어수단은,

상기 기준 전류원의 출력전압과 상기 증폭기의 출력전압을 디지털 값으로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기; 및

상기 증폭기에 대한 입력을 조정하기 위해 상기 디지털 제어신호에 응답하는 디지털 전위차계를 포함하고,

상기 컴퓨터는 상기 2개의 디지털 값사이의 차이값을 측정하여 그에 상응하는 디지털 제어신호를 생성함을 특징으로 하는 장치.
11항에 있어서,

상기 제1 언급된 증폭기의 출력을 받는 제2 및 제3 증폭기를 추가적으로 포함하며, 이들 제2 및 제3 증폭기 각각은 상기 케이블을 통해 흐르는 다른 범위의 전류값에 상응하여 다른 이득을 가짐을 특징으로 하는 장치.
9항에 있어서, 상기 증폭기는 그 작동점을 설정하기 위해 기준 전압입력을 가지며, 상기 증폭기 기준전압 입력단에 전압을 제공하여 회로공차 변화를 옵셋시키는 전압원을 추가적으로 포함함을 특징으로 하는 장치.
12항에 있어서, 상기 제1 언급된 증폭기는 그 작동점을 설정하기 위한 기준전압을 가지고, 회로 허용 오차의 변화를 옵셋하기 위해 상기 증폭기 기준전압입력단에 전압을 공급하는 전압원을 추가적으로 포함함을 특징으로 하는 장치.
배터리에 연결된 케이블을 통해 배터리 전류를 모니터링하는 장치에 있어서,

상기 장치는,

상기 케이블 양단에서 측정된 전압을 형성하기 위해 배터리의 단자에 연결된 전위차계;

상기 전위차계의 출력을 제어하는 수단;

상기 전위차계의 상기 출력단에 연결된 증폭기; 및

상기 증폭기의 출력단에 연결된 연산장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 장치.