KR20030045487A - 자동차의 전원을 모니터하기 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

자동차의 전원을 모니터하기 위한 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

자동차의 전원을 모니터하기 위한 장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 방법은 샘플링, 계산, 비교, 결과의 표시, 및 간격 계수를 포함한다. 본 발명의 장치는 안정화 회로, CPU, 전압 샘플링 회로, 전류 제어 회로, 및 칼라 램프 표시 회로를 포함하고 있다. 본 발명은 매우 적은 전력을 소모하면서 배터리의 상태를 운전자에게 알릴 수 있다.

Description

자동차의 전원을 모니터하기 위한 장치 및 그 방법{MOTOR VEHICLE'S ELECTRIC POWER AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 모니터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차 전원 (배터리 및 발전기 또는 충전기)의 모니터 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 배터리는 (예를들어, NP 배터리)는 도 9에 도시된 바와 같이, 방전전류가 적을수록 안정적인 출력 전압이 유지되는 시간이 길어지는 특성을 갖게 된다. 또한 각각 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 주변온도 및 저장시간은 배터리 유효전력에 영향을 미친다. 또한, 배터리의 사용기간은 주변 온도, 충전 기술 및 시간, 및 방전 기술 등에 주로 영향 받는다. 또한, 종래 기술에서는 운전자에게 실시간으로 배터리의 상태에 대한 정보를 제공하지 않았다. 따라서, 운전자는 배터리의 전압이 비정상적으로 낮을 때에만 배터리를 점검하고, 발전기에 문제가 있을때에는 운전자는 기술자에게 점검을 의뢰하는 것이 일반적이다. 따라서, 고장이 발생하는 등 비상상태에서는 문제가 발생하여 개선이 필요하다.
본 발명의 목적은 자동차의 전원을 모니터하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법은 샘플링, 계산, 비교, 결과의 표시, 및 간격의 계수 단계를 포함한다. 본 발명의 장치는 안정화회로, CPU, 전압샘플링 회로, 전류제어회로, 및 칼라 램프 표시회로를 포함한다. 본 발명은 매우 적은 전력을 소모하면서 배터리의 상태를 운전자에게 알려줄 수 있다.
본 발명의 상기의 목적, 특성 및 장점은 다음에 기술되는 상세한 설명 및 도면으로부터 더욱 명백해 질것이다.
도1은 본 발명에 따른 자동차의 전원을 모니터하기 위한 루틴을 설명하는 플로 차트이다.
도2는 도1의 루틴을 설명하는 상세한 플로 차트이다.
도2A는 본 발명에 따른 샘플링 시간 대 전압을 설명하는 그래프이다.
도3은 본 발명에 따른 자동차의 전원을 모니터하기 위한 장치의 바람직한 제1 실시예이다.
도4는 본 발명에 따른 자동차의 전원을 모니터하기 위한 장치의 바람직한 제2 실시예이다.
도5는 본 발명에 따른 자동차의 전원을 모니터하기 위한 장치의 바람직한 제3 실시예이다.
도6는 본 발명에 따른 자동차의 전원을 모니터하기 위한 장치의 바람직한 제4 실시예이다.
도7은 자동차 배터리에 병렬 결합된 장치의 바람직한 실시예 중 하나의 회로 다이어 그램을 도시하고 있다.
도8 및 도8A는 본 발명의 장치에 따른 실험 데이터를 설명하는 그래프이다.
도9는 종래의 NP 배터리에 있어서 방전전류 대 방전시간을 나타내는 그래프이다.
도10은 종래의 NP 배터리에 있어서 배터리 유효전력 대 주위온도를 나타내는 그래프이다.
도11은 종래의 NP 배터리에 있어서 배터리 유효전력 대 저장시간을 나타내는 그래프이다.
도1은 본 발명에 따른 자동차의 전원을 모니터하는 루틴을 도시하고 있다. 본 발명의 루틴은 다음의 단계를 포함한다.
단계 1(샘플링): 샘플된 전압값을 구하기 위하여 매우 짧은 시간 동안에 측정될 배터리가 방전되도록 구동하는 스위치로서 전력 트랜지스터가 사용된다. 샘플링은 N 개의 샘플된 전압값을 얻기 위해서 한번 이상 (N 번, 여기서 N 〉1) 수행된다.
단계 2 (계산): N 개의 샘플된 전압값의 평균값이 계산된다.
단계 3 (비교): 도9에 도시된 바와 같이, 일정 시점을 통과하면 전압이 급격하게 저하되기 때문에, 본 발명에서는 경고값을 정하여, 그 경고값을 평균값과 비교한다. 경고값은 다중레벨의 경고를 하기 위해서 복수개의 중간값으로 분할될 수 있다.
단계 4 (결과의 표시) : 단계 2에서 계산된 결과는 표시장치에 표시된다. 또한, 단계 3에서 경고값에 도달하면 경고가 발생된다. 상기의 4가지 단계는 모니터 프로세서이다.
단계 5 (간격 계수): 본 발명에서 정해진 시간 주기(시간 간격)에 도달할때까지 계수가 행하여 진다. 다음에 전원의 측정이 즉시 수행된다.
도2에는 도1의 루틴을 나타내는 상세한 플로우 차트가 도시되어 있다. 단계(11)은 인터럽트 벡터 어드레스가 루틴의 시작인 시작 단계이다. 단계(12)는 레지스터 및 I/O 핀이 초기화되고, 인터럽트 벡터 및 타이머가 인에이블되는 초기화단계이다. 다음 단계는 본 발명의 모니터 장치에 탑재된 소프트웨어(10)의 단계이다. 단계(13)에서 경고값이 설정된다. 단계(14)에서 부하 및 전력 트랜지스터는 인에이블되고, 부하에 전류가 흐른다. 또한, 타이머의 제1 카운트는 0으로 설정된다. 단계(15)에서 전압은 샘플링 주기 T1으로 샘플된다. 샘플링의 제1 카운트는 1씩 증가한다. 전류는 전압과 전류에 대한 공지의 공식으로부터 구해진다. 따라서, 이 단계는 전류 샘플링 단계이다. 단계(16)에서, 부하 및 전력 트랜지스터는 디스에이블 된다. 따라서 부하에는 전류가 흐르지 않는다. 단계(17)에서 샘플링(제 1 카운트)의 횟수가 N 인지 판단한다. 만약, 샘플링의 횟수가 N이면, 단계(18)로 진행된다. 샘플링의 횟수가 N이 아니면, 단계(14)로 귀환한다. 단계(18)에서 샘플된 전압(또는 전류)의 평균값이 계산된다. 단계(18a)에서, 단계(18)의 결과값이 경고값과 비교되고, 타이머의 제2 카운트는 0 으로 세트되는 비교단계가 수행된다. 단계(18b)에서 결과가 표시된다. 더 나아가서, 경고값에 도달하면 경고가 발하여 진다. 단계(18c)에서, 제2 카운트가 1씩 증가한다. 단계(19)에서, 타이머의 계수가 주기(시간 간격 T2 (후술될 것임))와 동일한 지 여부가 판단된다. 만약에 동일한 것으로 판단되면 프로세스 루프는 단계(14)로 귀환하고, 동일하지 않는 것으로 판단되면 프로세스는 단계(18c)로 귀환한다. 여기에서 단계(14)에서 단계(19)는 소프트웨어(10)의 주요 단계들이다.
도 2A는, 본 발명에 따른 샘플링 시간 대 전압을 나타내는 그래프이다. 수평축은 시간(t), 수직축은 전압값(V)을 나타낸다. T1은 전압의 샘플링 주기이다. 바람직하게는, T1은 1,000μ초 보다 적은 값이다. 더욱 바람직하게는, T1은 50μ초이다. T2는 두 셋트의 샘플링 값 (또는 표시시간)사이의 시간 간격이다. 달리 말하면, 샘플링 셋트 각각은 N번의 샘플링을 포함한다. 또한, 샘플링이 N 번이상 완료된 이후에만 결과는 디스플레이된다. 이 시간에, 타이머의 계수가 T2가 될 때까지 타이머는 카운트 된다. 이 사이클은 자동차의 전원을 계속하여 모니터하기 위해서 반복된다.
도3은 본 발명에 따른 자동차 전원(30)을 모니터하기 위한 장치(20)의 제1 실시예의 블록 다이어 그램이다. 측정될 전원(30)은 모니터 장치(20)에 병렬 연결된다. 전원(30)은 배터리(B2) 및 병렬 연결된 전원(S1)을 포함한다. 모니터 장치(20)은 안정화 회로(21), CPU(22, 중앙 처리장치), 전압 샘플링 회로(23), 전류 제어회로(24), 및 칼라 램프 표시회로(25)를 포함한다. 안정화 회로(21)은 일정한 전류를 CPU(22) 및 다른 회로요소에 공급한다. CPU(22)는 전압 (또는, 전류)의 샘플링, 데이터의 저장, 계산, 결과의 표시 등을 제어한다. 전압 샘플링 회로(23)은 CPU(22)에 의해서 전원(30)으로부터 전류 및 전압 데이터를 패치하도록 명령을 받는다. 전류 제어 회로(24)는 CPU(22)로 부터 명령을 받아 약 1A에서 약 300A 범위에 있는 전원(30)의 전류를 측정하여 부하의 전류를 제어한다. 칼러 램프 표시 회로(25)는 측정 결과에 기초하여 여러가지 칼라 램프 중에서 하나를 보이도록 CPU(22)에 의해서 명령을 받는다. 동작시에, 전류는 배터리(B2)에서 안정화 회로(21) 및 CPU(22)로 흐른다. CPU (22)는 부하가 없는 상태에서 먼저 배터리(B2)의 전압값을 판독한다. 그리고 CPU는 전류 제어 회로(24)에 부하가 없는 상태에서 매우 짧은 샘플링 시간(T1) 동안에 전압 샘플링 회로(23)을 통과하는 배터리(B2)의 전압값을 샘플링 한다. 바람직하게는, N (배터리(B2)의 전압값 샘플링 횟수)는 2와 4의 범위에 있다. 샘플링 후에(즉, 시간 간격 T2), 전류 제어 회로(24)는 N 회의 샘플링의 평균값을 계산하기 전에 디스에이블된다. 다음 결과는 칼러 램프 표시회로(25)에 보내져서 표시된다. 요약하면, 본 발명은 배터리(B2)의 전압값을 정확하게 판독하기 위해서 대용량의 전류부하 방전을 채용하고, 그 결과 전력을 절약한다. 전원(S1)은 발전기 또는 충전기이다.
도4 는 본 발명에 따른 자동차 전원(30)을 모니터 하기 위한 제2 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 배터리의 극성을 반대로 설치하므로써 발생하는 전원(30)에의 손상을 방지하기 위한 배터리 극성 역전방지회로(26), 및 측정 결과치, 배터리의 사용기간에 따른 성능저하, 또는 배터리의 손상 등에 기초한 CPU(22)의 명령에 의해서 비정상 상태(즉, 배터리의 약화)가 되면 경고음을 발하는 오디오 경고회로(27)를 추가로 포함하고 있다.
도5는 본 발명에 따른 자동차 전원(30)을 모니터하기 위한 장치(20)의 제3 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서는 CPU(22)로 부터 명령을 받아서 전원(30)으로부터 전류 및 전압에 대한 데이터를 페치 하여 CPU(22)에 전송하여 전원(30)의 상태를 판단하는 전원 검출 회로(28), CPU(22)에 의해서 명령을 받아 측정 결과치를 표시하는 디지털 표시기(281), 및 측정 결과에 기초하여 인터페이스를 통하여 외부와 통신하는 디지털 신호 인터페이스 컨버터(282)를 추가로 포함한다.
본 발명에서는, 모니터 장치는 배터리(B2) 및 전원(즉, 발전기 또는 충전기)(S1)에 병렬 결합된다. 발전기가 동작하거나 충전되는 경우에는 병렬 측에서 측정되는 전압은 증가한다, 달리 말하면, 전압의 증가가 없으면, 발전기의 고장 또는 충전의 비정상화는 용이하게 발견된다. 전원 검출 회로(28)가 제공되므로, 전원(30)의 오동작이 검출될 수 있다.
도6는 본 발명에 따른 자동차 전원(30)을 모니터하기 위한 장치(30)의 제4 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에는 모니터 장치(20)은 배터리 온도 센서(291), 및 경고값을 변경하기 위해서 사용되는 배터리의 유효 전력을 계산하기 위해서 배터리 온도 센서(291)에 의해서 감지된 온도 데이터를 CPU(22)에 전송하기 위한 배터리 온도 검출 회로(29)를 포함한다. 배터리의 유효 전력 대 온도에 대한 정보는 도10에 도시되어 있다. 이 실시예에서는 배터리(B2)의 온도를 모니터하는 것에 의해서 과충전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도7 은 자동차의 배터리에 병렬 연결된 모니터 장치의 실시예의 회로 다이어 그램을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 전원 트랜지스터는 Q1으로 표시되고, 저항은 R2로 표시되고, LED는 D4로 표시되고, 측정되는 배터리는 B3로 표시된다. 도8 및 도8A는 본 발명의 장치에 의한 실험 데이터를 나타내는 그래프이다.
본 명세서에 기재된 발명은 특정한 실시예들에 의해서 기술되었지만, 청구범위에 기재된 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어지나 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상이 지식을 가진 자에 의해서 그것으로 부터 다양한 변형이 가능하다.
본 발명은 상기의 구성에 의해서 매우 적은 전력을 소모하면서 배터리의 상태를 운전자에게 알려줄 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (13)

  1. 자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법에 있어서:
    (a) 전력 트랜지스터는 자동차 배터리의 방전에 사용되고, 샘플된 전압값을 구하기 위해서 샘플링 되는 단계, 여기서 샘플링은 N 개의 샘플된 전압값(여기서, N은 1보다 큼)을 구하기 위하여 한 번 이상 수행됨;
    (b) 상기 N개의 샘플된 전압값의 평균값을 구하기 위한 계산 단계;
    (c) 경고값이 상기 평균값과 비교되는 비교 단계;
    (d) 계산의 결과를 표시하고, 경고값에 도달하면 경고를 발하는 단계; 및
    (e) 시간 간격에 도달할 때까지 계수를 수행하는 간격 카운팅 단계를 포함하는 자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법.
  2. 청구항 1항에 있어서, 상기 경고값은 복수개의 중간값으로 분할되어 다중레벨 경고를 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법.
  3. 자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법에 있어서:
    (1) 인터럽트 벡터 어드레스가 시작으로 설정되는 시작 단계;
    (2) 레지스터 및 I/O 핀들이 초기화되고 인터럽트 벡터 및 타이머가 인에이블되는 초기화 단계;
    (3) 경고값을 설정하는 단계;
    (4) 부하 및 전력 트랜지스터를 인에이블시켜서 부하에 전류가 흐르도록 하고 제1 카운트를 0으로 설정하는 단계;
    (5) 샘플링의 시간 주기는 T1이고 제1 카운트는 1씩 증가하는 전압 또는 전류의 샘플링 단계;
    (6) 상기 부하 및 전력 트랜지스터를 디스에이블하는 단계;
    (7) 제1 카운트가 1보다 큰 N과 동일한지 여부를 판단하고, 제1카운트가 N과 동일하지 않으면, 단계(4)로 귀환하는 단계;
    (8) 샘플된 전압 또는 전류의 평균값을 계산하는 단계;
    (9) 계산의 결과값을 경고값과 비교하고, 제2 카운트를 0으로 설정하는 단계;
    (10) 상기 계산의 결과를 표시하고, 상기 경고값에 도달하면 경고를 발하는 단계;
    (11) 제2 카운트를 1씩 증가시키는 단계; 및
    (12) 제2 카운트가 시간 간격 T2와 동일한지 여부를 판단하여, 동일하면 단계(4)로 귀환하고, 동일하지 않으면 단계(11)로 귀환하는 단계를 포함하는
    자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법
  4. 청구항 3항에 있어서, 상기 경고값은 복수개의 중간값으로 분할되어 다중레벨 경고를 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법.
  5. 청구항 3항에 있어서, 상기 T1은 1,000 μ초 보다 적은 것을 특징으로 하는 자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법.
  6. 청구항 3항에 있어서, 상기 T1은 바람직하게는 50 μ초 인것을 특징으로하는 자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법.
  7. 청구항 3항에 있어서, 상기 N이 2와 4의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 전원을 모니터하기 위한 방법
  8. 배터리 및 병렬 결합된 구동원(power source)을 포함하는 자동차 전원(electric power)을 모니터하기 위한 장치에 있어서:
    상기 장치는 상기 전원에 병렬 연결되고, 상기 장치는 안정화 회로, CPU (중앙처리장치), 전압 샘플링 회로, 전류 제어회로, 및 칼라 램프 표시회로를 포함하고,
    여기서, 상기 안정화 회로는 상기 모니터 장치에 일정한 전류를 제공하고; 상기 CPU는 전압 또는 전류의 샘플링, 데이터 저장, 계산, 및 결과의 표시를 제어하고; 상기 전압 샘플링 회로는 CPU에 의해서 상기 전원으로부터 전류 및 전압 데이터를 패치하도록 명령을 받고; 상기 전류 제어 회로는 상기 전원의 전류를 측정하여 부하 전류를 제어하도록 상기 CPU에 의해서 명령을 받고; 상기 칼라 램프 표시회로는 상기 측정 결과값에 기초하여 복수의 칼라 램프 중에서 하나를 구동하도록 상기 CPU에 의해서 명령을 받도록 하고;
    상기 CPU는 샘플링이 디스에이블링되는 시간 간격 T2 이전 시간의 복수개의 샘플링 주기 중에서 하나의 주기동안에 전압 샘플링 회로를 통하여 상기 전원의 전압 및 전류값을 판독하고, 상기 칼라 램프 표시 회로를 통하여 측정 결과를 표시하는 것을 특징으로 하는
    자동차 전원을 모니터하기 위한 장치.
  9. 청구항 8항에 있어서, 구동원이 발전기 또는 충전기인 것을 특징으로 하는 자동차 전원을 모니터하기 위한 장치
  10. 청구항 8항에 있어서, 전류 제어회로는 약 1A에서 약 300A의 범위에서 전류를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차 전원을 모니터 하기 위한 장치.
  11. 청구항 8항에 있어서, 상기 모니터 하기 위한 장치는 배터리의 극성을 반대로 연결하는 것에 의해서 발생하는 전원 손상을 방지하기 위한 배터리 극성 역전 방지 회로, 및 측정 결과값, 배터리 사용기간에 의한 성능저하 또는 배터리 손상에 기초한 비정상 상태에서 경고음를 발생시키도록 CPU에 의해서 명령을 받는 경고음 발생회로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전원을 모니터 하기 위한 장치.
  12. 청구항 9항에 있어서, 상기 모니터 장치는 상기 전원으로부터 전류 및 전압 데이터를 페치하여 CPU에 전송하여 상기 전원의 상태를 판단하도록 CPU에 의해서 명령을 받는 전원 검출 회로, 측정 결과를 표시하도록 CPU에 의해서 명령을 받는 디지털 표시기, 및 상기 측정 결과에 근거하여 인터페이스를 통하여 외부와 통신하도록 상기 CPU에 의해서 명령을 받는 디지털 신호 인터페이스 변환기를 추가로 포함하고,
    상기 발전기가 동작하거나 상기 전원이 충전되는 동안에는, 전원의 병렬 단부에서 측정된 전압이 증가하는 것에 의해서 발전기 또는 충전기가 정상적으로 동작하는지 여부를 판단하고, 또한 전원 검출회로가 상기 전원의 비정상적인 동작을 검출하여 램프, 음향, 또는 디지털 표시로 경고를 발하도록 CPU를 엔에이블하는 것을 특징으로 하는 자동차 전원을 모니터 하기 위한 장치.
  13. 청구항 8항에 있어서, 상기 장치는 배터리 온도 센서, 및 상기 배터리 온도 센서에 의해서 측정된 온도 데이터를 CPU에 전송하여 경고 값을 변경하기 위하여 사용되는 배터리의 유효 전원을 계산하여, 배터리의 과충전을 방지하는 배터리 온도 검출회로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전원을 모니터 하기 위한 장치
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