KR20060107473A

KR20060107473A - 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지관리장치

Info

Publication number: KR20060107473A
Application number: KR1020060091702A
Authority: KR
Inventors: 최광남; 구본광
Original assignee: 주식회사 한성전자산업개발; 구본광
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2006-10-13

Abstract

본 발명은 가동 중인 축전지의 개별 임피던스를 측정하기 위한 축전지의 임피던스 측정과 개별 충전 또는 방전 시험 장치 및 방법에 관한 것으로서,

보다 상세하게는 다수의 축전지가 직렬 접속된 상태에서 그룹화되어 운용되고 있는 축전지 시스템에 있어서, 축전지의 상태를 파악하기 위해 축전지에 가해지는 전원을 차단하거나 하나의 축전지를 그룹으로 분리하지 않더라도 축전지가 정상 가동되고 있는 상태를 유지한 채, 개별 축전지의 임피던스를 측정하고 개별 충전 또는 방전 시험을 할 수 있도록 하기 위한 축전지의 개별 임피던스 측정과 개별 충전 또는 방전 시험 등을 하는 축전지 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.

축전지, 임피던스, 충전, 방전, 온라인, 검파기, 동기, 위상동기, 위상편이,

Description

임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치 { An impedance measuring instrument with auto-charging/discharging function battery management system }

도1은 축전지 구성도

도2는 축전지 등가 회로도

도3은 1위상 동기검파기 기본회로도

도4는 2 위상 동기 검파기의 구성도

도5는 1위상 동기 검파기 파형도

도6은 2위상 동기 검파기 구성도

도7은 A신호입력과 B신호입력이 90˚일 경우(출력전압 0V) 파형도

도8은 A신호입력과 B신호입력이 180˚일 경우(출력전압 -5V) 파형도

도9는 신호입력과 B신호입력이 동상일 경우(출력전압 +5V) 파형도

도10은 기본파와 제2조파(출력전압≒ 0V)의 파형도

도11은 기본파와 제3조파(출력전압≒ 0V)의 파형도

도12는 기본파와 제5조파(출력전압≒ 0V)의 파형도

도13은 본원발명의 장치 구성도

도14는 DDS CHIP BLOCK DIAGRAM

도15는 교류 4단자 임피던스 측정 회로도

도16은 교류 정전류 공급 및 SCALE선택 회로도

도17은 절연 및 구동 변류 회로도

도18은 발열부하 방전 회로도

도19는 전력 회생 방전 회로도

도20은 축전지 및 온도센서 선택 회로도

도21은 축전지와 축전지간의 연결부분 접속저항(도체저항 포함) 측정도

도22는 축전지 충/방전시 상태도

도23은 축전지 임피던스 및 단자 전압 측정시 상태도

도24는 입력 신호 분리 회로도

도25는 계측용 증폭기 회로도

도26은 증폭기 1의 회로도

도27은 증폭기 2의 회로도

도28은 증폭기 3의 회로도

도29는 증폭기 4의 회로도

도30은 이득 선택 회로도

도31은 BAND-PASS FILTER 회로도

도32는 온도 계측 BLOCK DIAGRAM

도33은 RTD 센서 직류 정전류 공급 및 선택 계통도

도34는 전파 정류 회로도

도35는 저역 통과 필터 회로도

도36은 위상 동기부(COS) 회로도

도37은 위상 편이부(SIN) 회로도

도38은 동기 검파부(COS) 회로도

도39는 동기 검파부(SIN) 회로도

도40은 단전지 충,방전부 회로도

도41은 정상 충전 동작시 전류 흐름도

도42는 충전중 BY-PASS시 전류 흐름도

도43은 정상 방전 동작시 전류 흐름도

도44는 방전중 BY-PASS시 전류 흐름도

도45는 단전지 충·방전도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 정현파 발생부 200 정전류선택회로부

300 절연 및 구동 변류회로 400 동기검파기

410 동기검출부 411 동기검출회로부

412 밴드패스필터부 413 동기신호증폭부

414 동기신호 이득선택 420 동기신호레벨검출부

430 동기신호 실수검출부 440 동기신호 허수검출부

420 동기신호레벨검출부 421 전파정류부

422 로우패스필터부

423 A/D CONVERTER INPUT SIGNAL LEVEL부

430 동기신호 실수검출부 431 COS 위상동기부

432 COS 동기검파부 433 COS 로우패스필터부

434 COS A/D CONVERTER COS VALUE부

440 동기신호 허수검출부 441 SIN 위상동기편이부

442 SIN 동기검파부 443 SIN 로우패스필터부

444 SIN A/D CONVERTER SIN VALUE부

500 측정부 510 축전지 그룹

520 축전지 및 측온센서 충·방전 선택스위치부

530 직류정전류공급부 540 단전지 충·방전기

600 신호증폭부

610 계측용 증폭부 620 밴드패스필터부

630 증폭부 640 이득선택회로부

630 증폭부 631 제1증폭부

632 제2증폭부 633 제3증폭부

634 제4증폭부

700 온도신호검출부 710 온도신호증폭부

720 A/D CONVERTER TEMPERATURE VALUE부

800 고전압동상 차동검출부 810 차동증폭부

820 로우패스필터부

830 A/D CONVERTER CELL VOLTAGE부

900제어부

910 CPU부 920 조작부

930 표시부 940 통신부

(발명이 속하는 기술분야)

본 발명은 가동 중인 축전지의 개별 임피던스를 측정하기 위한 축전지의 임피던스 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서,

보다 상세하게는 다수의 축전지가 직렬 접속된 상태에서 그룹화되어 운용되고 있는 축전지 시스템에 있어서, 축전지의 상태를 파악하기 위해 축전지에 가해지는 전원을 차단하거나 하나의 축전지를 그룹으로 분리하지 않더라도 축전지가 정상 가동되고 있는 상태를 유지한 채, 개별 축전지의 임피던스를 측정하고 개별 충전 또는 방전 시험을 할 수 있도록 하기 위한 축전지의 개별 임피던스 측정과 개별 충전 또는 방전 시험 장치 및 방법에 관한 것이다.

(발명을 필요로 하는 기술적 배경)

축전지는 양과 음의 전극판과 전해액으로 구성되어 있어, 화학작용에 의해 직류 기전력을 생기게 하여 전원으로 사용할 수 있도록 한 장치를 말한다.

도1은 축전지의 구성을 간략히 나타낸 것이다.

위와 같이 구성된 축전지는 화학에너지를 전기에너지로 변화시켜 외부로 공급하거나, 전기에너지를 화학에너지로 변화시켜 내부에 축적할 수 있으며, 전자의 기능을 방전, 후자의 기능을 축전(혹은 충전)이라 한다.

특히 납축전지나 알칼리 축전지의 경우, 이와 같은 충·방전을 반복하여 수행할 수 있도록 되어 있는데 이와 같이 충전과 방전을 반복하여 수행할 수 있는 전지를 2차전지라고 한다.

위와 같은 기능을 수행하는 2차축전지는 순간정전도 용납되지 않는 디지털화 된 각종 통신 장치나 정보처리 장치 등에 안정적으로 전원을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 단전 등과 같은 비상상태에서 예비전원으로 활용될 수 있다는 장점 때문에 그 수요가 지속적으로 증가해 왔다.

그러나 상기 축전지는 다음과 같은 이유로 인해 주기적으로 항상 세심하게 성능을 점검하고 품질을 관리를 하지 않으면 아니 된다.

첫째, 축전지의 가격이 매우 고가이다.

둘째, 방전종지전압을 초과하여 방전이 되면 그 후 전압강하가 급격히 떨어 져 전체 축전지의 공급전압에 악영향을 미침으로서 공급 전원을 불안정하게 할 뿐만 아니라, 과방전된 축전지 자체의 성능을 회복하기 어려운 상태로 급격히 저하시킨다.

셋째, 축전지의 성능은 모두 다르다. 그러나 축전지는 기본 전압이 낮기 때문에(대개 1.2V ~ 2V 정도) 사용하고자 하는 전압의 크기에 따라(예를 들면 24V, 또는 48V 혹은 수백 V까지) 다수의 축전지를 직렬로 연결하여 사용하게 되며 많은 경우에는 수백 개까지 연결되어 사용되기도 하는데, 이 경우 각각의 축전지를 충전시키게 되면 각각의 축전지가 동일한 크기의 전류로 충전되게 됨에 따라 축전지 개별적으로 보게 되면 과충전 또는 부족충전이나 과방전의 문제가 발생되게 된다. 특히 이러한 과충전 또는 부족충전 ·방전 현상은 축전지의 수명을 향상시키기 위해 주기적으로 수행되는 부동충전과 균등충전 시 더욱 심화됨으로서 동일한 시기에 설치된 축전지라도 축전지의 수명은 모두 달라지게 된다. 따라서 항상 모든 축전지를 개별적으로 일일이 점검하여 각각의 축전지별로 교체시기를 결정하고 불량이 예상될 경우 사전에 교체를 해 주어야 한다.

도21 내지 도 23, 그리고 도45는 다수의 축전지가 연결된 상태를 나타낸 것이다.

또한 현재는 축전지 제조기술과 운용환경이 발전되어 무보수 밀폐화된 축전지로 점진적으로 대체중이며 이에 따라 과거에는 축전지 내부의 전해액의 비중을 측정함으로써 축전지의 성능평가를 하였으나 근래에는 축전지가 밀폐됨으로서 비중 측정이 현실적으로 불가능하다. 따라서 그 대체 수단으로 축전지의 내부저항을 측 정하여 비중 측정 수단에 갈음하고 있다.

위와 같은 이유로 인해 축전지를 관리하는 자는 항상 주기적으로 축전지가 설치되어 있는 곳으로 이동하여 일일이 모든 축전지의 성능을 하나하나 점검하는 한편, 그 품질이 양호하게 유지될 수 있도록 관리하고 있다.

그러나 이러한 축전지의 성능점검 및 품질관리는 축전지가 대부분 원격지에 설치되어 무인으로 운용되는 경우가 많기 때문에 대단히 많은 인력과 시간을 필요로 한다.

뿐만 아니라 성능점검을 위해서는 일시적으로 전원의 공급을 중지하거나 축전지 그룹으로부터 개별적으로 축전지를 분리하여야 하는 등 많은 문제가 수반되기 때문에 이를 개선하기 위한 방안이 다각도로 꾸준히 모색되고 있다.

(종래의 기술)

현재 축전지를 점검하거나 관리하는 일반적인 방법은 대략 두 가지 형태가 있다.

첫째는 점검자가 일일이 축전지가 설치되어 있는 장소를 방문하여 모든 축전지를 가동하여 일일이 충·방전 상태를 점검하는 것이다. 이 방법은 실제 충·방전에 의한 단자전압 및 방전전류를 실시간으로 측정하여 그 성능의 양부를 판정하는 가장 보편적인 방법으로서 축전지 대한 성능평가로서는 가장 확실한 방법이긴 하나 많은 인력과 시간이 소요되며, 경우에 따라서는 전원의 공급을 일시적으로 중단하 여야 한다는 문제가 발생한다. 물론 전원공급을 중단하지 않고 점검을 수행할 수도 있으나 이 경우 점검을 시행하는 도중 점검자의 실수가 있을 때, 전원계통 및 시스템 전체에 심대한 영향을 미치는 중대한 사고로 이어지기 쉽다. 따라서 실무에서는 대부분 전원을 차단하는 방법을 택하고 있다. 특히 최근에는 축전지의 케이스가 불투명하게 제작되므로 과거와 같이 극판이나 전해액의 상태를 시각적으로 점검하는 것이 불가능하여 완전한 점검이 어려워지는 문제도 있다.

둘째는 위와 같은 직접 충·방전에 의한 점검의 문제를 해결하기 위하여 축전지의 임피던스를 측정하는 방법이 최근 개발되어 널리 활용되고 있다. 이 방법은 전원을 살린 상태에서 비교적 간편한 방법으로 축전지의 성능을 정확히 점검할 수 있다는 장점이 있다. 이는 개별적으로 활용되는 축전지를 측정하는 경우에 비교적 정확하게 성능을 진단할 수 있다. 그러나 이 방법은 다수의 축전지가 직렬로 연결되어 고압(상대적인 고압으로서 예를 들면 24V, 또는 48V 혹은 수백 V까지 이르게 됨)으로 될 경우 축전지에 흐르는 전류가 커지게 되며, 그로 인해 축전지의 단자에 많은 고조파가 발생하여 정확한 임피던스 측정이 어려워져 그 측정 결과를 신뢰할 수 없게 되거나 아예 측정이 불가능해지는 문제가 발생한다.

상기 두 번째 방법은 상기 첫 번째 방법의 문제점을 개선한 것이지만, 현재 실무에서는 축전지의 사용 상황에 따라 상기 두 가지 방법이 모두 병행하여 사용되고 있다.

본원발명은 상기 두 번째 방법에 관한 것이다.

여기에서 상기 두 번째 방법에서 상기한 문제가 발생하는 이유를 살펴보면 다음과 같다.

상기 도1과 같이 구성된 축전지의 전기회로를 등가적으로 나타내면 도2와 같이 표현될 수 있다.

도2에서의 여기서 각 요소의 의미는 다음과 같다.

Rm : 도체 저항

Re : 전해액 저항

Rct : 전하 이동 저항

Wi : Warburg 임피던스

Cdl : 전기 이중층의 정전용량이다.

Rm은 극주, 그리드, PASTE 등의 모든 금속체 저항이 포함된다.

Re는 전해액의 저항이다.

Rct는 전하전이 반응에 대한 전하전이저항으로서 산으로부터 paste까지의 이온교환저항을 말한다. 만약 paste가 황산화되면, Rct가 증가하게 되고, 이로 인해 페이스트가 격자에 기계적 또는 전기적으로 부착되지 않으면 전지는 외부로 전자를 흘릴 수 없게 된다.

Warburg 임피던스는 전극 계면에서 반응에 참여하는 화학종의 확산에 의한 저항이다.

Cdl는 전지용량에 중요한 요소이다. 그러나 직류저항 측정만으로는 정전용량(축전지의 중요한 부분)은 무시되게 된다. 따라서 임피던스를 측정해야만 비로소 직류저항과 정전용량 양쪽 모두를 평가 할 수 있게 된다.

현재 축전지의 임피던스 측정방법으로 가장 많이 사용되고 있는 것으로 교류브릿지방식이 있다.

그러나 다수의 축전지를 직렬로 연결하여 가동 중인 상태에서 상기 방식으로 축전지의 임피던스를 측정할 경우, 축전지의 단자를 흐르는 전류가 매우 커지게 되기 때문에 전자유도현상이 심하게 발생하게 되며, 그로인해 유도된 전자파가 잡음의 형태로 다시 축전지의 단자로 유입되기 때문에 축전지의 단자를 중심으로 측정되는 임피던스 측정값에 큰 오차가 생기거나 아예 측정이 불가능해지는 문제가 발생한다.

이를 보다 상세히 설명하면,

온라인 상태에서의 축전지 각 단자에는 도1과 같이 충전기, 정류기 등과 같은 전원장치와 여러 종류의 부하들이 병렬로 접속되게 된다.

이 경우 축전지에 연결된 전원장치 및 각종 부하에서는 불가피하게 잡음을 외부로 방사하게 되며, 상기 전원장치 및 각종 부하로부터 자유공간으로 방사된 무수한 전자파로 인해 축전지 단자에는 불필요한 잡음이 유기되게 된다. 또한 그 잡음은 전류의 크기에 비례하여 커지게 되고 상기 전류의 크기는 직렬로 연결된 축전지의 수에 비례하여 커지게 된다.

바로 이와 같은 이유로 인해 다수의 축전지를 직렬로 연결하여 가동 중인 상태에서, 종래에 사용되던 통상적인 교류브릿지 방식에 의하여 임피던스를 측정하게 되면, 측정신호의 크기보다 잡음신호의 레벨이 수 배 ~ 수백 배 이상 커지게 되어 측정값이 큰 오차를 갖거나 측정이 아예 불가능하게 되는 것이다.

본원발명은 상기와 같이 다수의 축전지를 직렬로 연결하여 사용하는 경우에 임피던스를 측정하고자 할 때, 축전지의 단자를 통해 흐르는 전류가 증가함으로서 축전지의 단자를 통해 유입되는 잡음이 커짐으로 인해 정확한 임피던스 측정이 어려워지는 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

본원발명은 다수의 축전지가 직렬로 연결되어 사용 중인 축전지의 임피던스를 측정함에 있어서, 절연 및 구동변류회로와 제어부의 CPU 사이에 동기검파기를 사용하여 축전지 단자에서 측정된 신호 중에 포함되어 있는 불필요한 잡음을 선택적으로 제거함으로서, 측정값에서 외부잡음의 영향을 최소화하여 측정오차를 가능 한 한 줄임으로서, 정확한 임피던스 측정을 가능하게 하는데 그 목적이 있다.

또한 본원발명은 위와 같이 정확한 임피던스의 측정과 함께 축전지가 직렬 접속된 상태에서 그룹화되어 운용되고 있는 축전지 시스템에 있어서, 축전지의 상태를 파악하기 위해 축전지에 가해지는 전원을 차단하거나 하나의 축전지를 그룹으로 분리하지 않더라도 축전지가 정상 가동되고 있는 상태를 유지한 채, 개별 축전지의 임피던스를 측정하고 개별 충전 또는 방전 시험을 할 수 있도록 하는데 또 다른 목적을 두고 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원발명의 구성을 도13을 참조하여 설명한다.

본원발명의 구성은 도13에서 보는 바와 같이,

제어부(900)에 있는 CPU(910)의 제어 신호에 따라 미리 저장되어 있는 sine ROM table에 의해 고정밀의 파형을 발생하여 정현파를 출력하여 이를 D/A converter를 통해 정전류선택회로(200)로 출력하는 정현파 발생부(100)와;

상기 정현파발생부(100)에서 발생된 정현파를 기준신호로 하여 CPU(910)의 제어신호에 따라 4단자형의 피측정회로인 절연 및 구동변류회로(300)에 교류 정전류를 공급하되, 상기 피측정회로인 절연 및 구동변류회로(300)로 공급되는 전류의 크기는 피측정회로가 고저항일 경우에는 저전류로하고 저저항일때는 고전류로 자동 선택하도록 구성된 정전류선택회로부(200)와;

수 개 또는 수백 개의 축전지가 직렬로 연결되어 축전지의 총 단자전압이 고압(24V 또는 48V 혹은 수백 V에 이르기까지)의 기전력을 가지게 될 경우, 상기 수십 또는 수백 V에 달하는 고압의 축전지군이 반도체로 구성되어 저전압으로 동작되는 본 장치와 직류적으로 직접 접속되는 문제를 방지하기 위한 절연 및 구동 변류 회로(300)와;

서로 다른 주파수가 포함된 잡음으로부터의 위상이 동기되었을 경우에는 그 출력이 최대가 되지만, 위상 또는 주파수가 서로 다른 신호는 시간이 경과하면 결국 0으로 수렴된다는 동기검파기의 원리와, 랜덤한 잡음 신호가 중첩되더라도 동일한 동기신호가 될 확률은 없으며, 동일한 교류 정전류원에서 공급되지 않는 한 그 신호는 설혹 같은 주파수일지라도 동기가 완전히 일치되지 않는다는 원리를 이용하여, 출력부의 저역통과여파기의 차단주파수를 낮게 함으로서 축전지의 단자에 유입되는 잡음의 영향을 최소한으로 줄여 잡음으로 인한 측정 오차를 크게 줄인 다음 동 신호를 CPU(910)로 제공함으로서 상기 CPU가 정확하게 신호해석을 할 수 있도록 하는 동기검파부(400)와;

다수의 축전지(511-1 내지 511-n)가 접속된 축전지 군에서 상기 CPU(910)의 제어 신호에 따라 축전지를 순차적으로 선택하거나 또는 특정한 전지를 개별적으로 선택하는 등 측정에 필요한 사전 조치를 한 다음, 점검하고자 하는 축전지의 온도를 측정하고, Cell의 단자 전압 측정 및 당해 축전지의 내부 임피던스 및 축전지 간의 연결 접속도체 저항(연결도체와 축전지 극주 간의 접촉저항을 포함)을 측정하는 등의 축전지 성능을 판단하는데 필요한 제반 시험을 수행하는 측정부(500)와;

상기 측정부(500)로부터 측정된 신호 중 축전지의 충·방전 및 임피던스를 측정한 계측용 신호값을 증폭하여 여과한 다음, 동 신호를 필요한 레벨로 증폭(예를 들어 10배, 100배... 등)하고, 그 이득값을 선택하여 상기 CPU(910)로 제공하되, 어떠한 이득을 선택하더라도 상기 위상 편이가 되지않도록 하는 신호증폭부(600)와;

상기 측정부(500)로부터 측정된 신호 중 측온센서에 의해 축전지의 온도를 측정한 아나로그신호값을 증폭·변환하여 디지털신호로 변환한 다음, 동 변환된 신호를 상기 CPU(910)로 제공하는 온도신호검출부(700)와;

다수의 축전지가 직렬로 접속된 축전지 군에 선택된 축전지를 검사한 결과를 고압 동상 전압으로부터 개별 축전지의 단자 전압을 차동으로 수신하여 잡음을 제거한 다음, 이를 디지털신호로 변화하여 상기 CPU(910)로 보내주는 고전압동상 차동검출부(800)와;

다수의 축전지가 접속된 축전지 군에서 축전지를 순차적으로 선택하거나 또는 특정 개별 전지를 임의로 선택하여 축전지의 온도측정, 축전지 단자 전압 측정, 축전지의 내부 임피던스 및 축전지간의 연결 접속도체 저항을 측정할 수 있도록 상기 측정부(500) 내에 있는 (축전지 및 측온 저항 센서, 충·방전 선택 스위치부)(520)를 제어할 뿐만 아니라 본 장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(900)로;

구성됨을 특징으로 한다.

상기 정현파 발생부(100)의 세부 구성은 도14와 같이 이루어진다. 이는 복수의 디지털신호를 직접 합성하는 직접디지털합성기(DDS, Direct Digital Synthesis)로서 보통 chip 형태로 이루어져 있고, 본원발명에서는 이를 선택하여 사용하면 충분하다. 따라서 여기에서 상기 정현파발생부(100)의 상세한 구성이나 동작과정에 대한 설명은 생략하기로 한다.

또한 상기 동기검파부(400)는,

절연 및 구동 변류회로로부터 출력되는 신호로부터 동기신호를 검출하고, 상기 검출된 신호 중에서 측정에 필요한 주파수만을 여과·증폭해서 동기신호레벨검출부(420), 동기신호실수(R : Resistance)검출부(430)로 출력하는 동기검출부(410)와;

상기 동기검출부(410)로부터 출력된 기준신호의 크기를 검출하는 동기신호레벨검출부(420)와;

상기 동기검출부(410)로부터 출력된 기준신호와 신호증폭부(600)에서 출력되는 측정신호를 비교하여 실수부를 산출해 내는 동기신호 실수검출부(430)와;

상기 실수검출부(430)의 위상동기부COS(431)로부터 출력된 기준신호를 SIN 값으로 변환하여 출력하는 위상 편이부 SIN(441)의 출력 신호와 상기 신호증폭부(600)에서 출력되는 측정신호를 비교하여 허수부를 산출해 내는 동기신호 허수검출부(440)로;

이루어짐을 특징으로 하고 있다.

또한 상기 동기신호검출부(410)는,

상기 절연 및 구동 변류회로로부터 출력된 신호를 기준신호로 하여 동기신호를 검출하는 동기검출회로부(411)와;

상기 동기검출회로(411)로부터 출력된 신호 중 측정에 필요한 주파수 대역만을 여과하여 출력하는 밴드패스필터부(412)와;

상기 밴드패스필터부(412)로부터 출력된 동기신호를 증폭하여 동기신호 레벨검출부(420) 및 동기신호실수검출부(430)로 출력하는 동기신호증폭부(413)와;

CPU가 상기 동기신호레벨검출부(420)에서 출력되는 동기신호의 크기를 감시하고 그 신호의 크기 대소에 따라 동기신호의 이득을 제어하기 위한 제어신호를 동기신호 이득선택부(414)로 출력하면, 동 제어신호를 받아 상기 동기신호증폭부(413)의 증폭도가 제어되고 상기 동기신호증폭부(413)의 출력신호를 위상동기부(COS)(431) 및 전파정류부(421)의 입력신호가 최적이 되도록 자동 조정하는 동기신호 이득선택부(414)로;

이루어짐을 특징으로 하고 있고,

상기 동기신호레벨검출부(420)는,

상기 동기신호증폭부(413)로부터 입력된 신호를 필요 파형을 선별하여 선택할 수 있도록 파형에 관계없이 일단 모두 정류하여 출력하는 전파정류부(421)와;

상기 전파정류부(421)로부터 출력된 맥류신호를 적분하여 직류화 하는 로우 패스필터부(422)와;

상기 로우패스필터부(422)로부터 출력된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하여 CPU(910)로 제공하는 A/D CONVERTER INPUT SIGNAL LEVEL부(423)로;

이루어짐을 특징으로 하고 있으며,

상기 동기신호 실수검출부(430)는,

리액턴스 성분에 대한 값을 얻기 위하여 상기 동기신호증폭부(413)로부터 출력되는 기준신호(Vr(t))를 상기 증폭부4(634)에서 출력되는 측정신호(Vi(t))와 같이 COS값으로 동기 시키기 위한 위상동기부(COS)(431)와;

상기 위상동기부(COS)(431)에서 출력되는 기준신호와 증폭부4(634)로부터 출력되는 측정신호(Vi(t))를 부가한 다음, 상기 기준신호와 측정신호를 곱셈하여 이를 동기 검파하는 동기검파부(COS)(432)와;

상기 동기검파부(COS)(432)에서 출력된 신호를 적분하여 COS 동기파 만을 여과하여 출력하는 COS 로우패스필터부(433)와;

상기 COS 로우패스필터부(433)로부터 출력된 COS파 아나로그 신호를 COS파 디지털신호로 변환하는 COS A/D CONVERTER COS VALUE부(434)로;

이루어짐을 특징으로 하고 있고,

상기 동기신호 허수검출부(440)는,

저항 성분에 대한 값을 얻기 위하여 상기 위상동기부(COS)(431)로부터 출력된 신호(Vr(t))의 위상을 90 ??편이 시켜 SIN 값으로 하기 위한 위상편이부(SIN)(441)와;

상기 위상편이부(SIN)(441)의 기준신호와 증폭부4(634)로부터 출력되는 측정신호(Vi(t))를 부가한 다음, 상기 기준신호와 측정신호를 곱셈하여이를 동기 검파하는 동기검파부(SIN)(442)와;

상기 동기검파부(SIN)(442)에서 출력된 신호를 적분하여 SIN 동기파 만을 여과하여 출력하는 SIN 로우패스필터부(443)와;

상기 SIN 로우패스필터부(443)로부터 출력된 SIN파 아나로그 신호를 SIN파 디지털신호로 변환하는 SIN A/D CONVERTER SIN VALUE부(444)로;

이루어짐을 특징으로 하고 있다.

또 상기 측정부(500)는,

사용자의 필요에 따라 그 사용전압에 맞추어 직렬로 연결된 다수의 축전지 그룹(510)과;

상기 다수의 축전지 그룹에 연결된 모든 축전지에 개별적으로 구성되어 점검하고자 하는 각각의 축전지를 선택할 수 있도록 하거나 축전지의 개별적인 온도를 측정할 수 있도록 제어를 하거나 실질적인 측정을 수행하는 축전지 및 측온센서 충·방전 선택스위치부(520)와;

상기 측정 대상이 되는 축전지 그룹으로 전원을 공급하거나 그로부터 전원을 공급받는 직류정전류공급부(530)와;

상기 축전지 및 측온센서 충방전 선택스위치부(520)로부터 선택된 축전지에 부하를 연결하여 단속 작용을 함으로서 개별 전지의 충·방전 시험을 수행하는 단전지 충·방전기(540)로;

구성되어 있고,

상기 축전지 그룹(510)은,

다수개의 개별 축전지(511-1 ~ 511-n)가 직렬로 연결되어 구성된다.

상기 신호증폭부(600)는,

상기 축전지 및 측온센서 충,방전 선택스위치부(520)로부터 수신된 미약한 계측신호를 증폭하는 계측용 증폭부(610)와;

상기 계측용 증폭부(610)로부터 수신된 신호로부터 필요한 동상의 주파수대역만을 여과하여 출력함으로서 동 신호에 포함된 수많은 잡음을 제거하는 밴드패스필터부(620)와;

상기 밴드패스필터부(620)로부터 출력된 신호를 사용상황에 적합한 증폭도를 유지하도록 동 신호를 선택적으로 증폭하는 증폭부(630)와;

상기 CPU의 제어에 따라 증폭부(630)로부터 출력되는 신호 중 필요한 증폭도를 갖는 신호를 선택하되 그 이득이 어떤 것이 되더라도 위상이 바뀌지 않도록 하는 이득선택회로부(640)로;

구성됨을 특징으로 하고 있다.

또한 상기 증폭부(630)는,

상기 밴드패스필터부(620)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하고 증폭도가 1배 또는 10배(20dB)인 제1증폭부(631)와;

상기 제1증폭부(631)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하고 증폭도가 1배 또는 10배(20dB)인 제2증폭부(632)와;

상기 제2증폭부(632)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하고 증폭도가 1배 또는 10배(20dB)인 제3증폭부(633)와;

상기 제3증폭부(633)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하고 증폭도가 1배 또는 10배(20dB)인 제4증폭부(634)로;

로 구성됨을 특징으로 하고 있다.

상기 이득선택회로부(640)는 CPU(910)의 제어 명령에 따라 상기와 같이 4단[제1증폭부(631), 제2증폭부(632), 제3증폭부(633), 제4증폭부(634)]으로 구성되어진 증폭부의 입,출력 단자를 ON/OFF 하여 각각의 증폭도를 1배 또는 10배로 제어함으로서 총 1배, 10배, 100배, 1,000배, 10,000배의 종합증폭도를 얻을 수 있게 된 다.

또, 상기 온도신호검출부(700)는,

상기 축전지 및 측온센서 충,방전 선택스위치부(520)의 측온센서로부터 수신된 미약한 계측신호를 증폭하는 온도신호증폭부(710)와;

상기 온도신호증폭부(710)로부터 수신된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D CONVERTER TEMPERATURE VALUE부(720)로;

구성됨을 특징으로 하고 있다.

또 상기 고전압동상차동증폭부(800)는,

상기 축전지 및 측온센서 충,방전 선택스위치부(520)로부터 수신된 직류신호(축전지의 단자전압)을 두 개의 앰프로 분리하여 동상으로 증폭한 다음 차동으로 이를 출력하는 차동증폭부(810)와;

상기 차동증폭부(810)로부터 수신된 신호를 여과하여 잡음을 제거한 다음 출력하는 로우패스필터부(820)와;

상기 로우패스필터부(820)로부터 수신된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D CONVERTER CELL VOLTAGE부(830)로;

구성됨을 특징으로 하고 있다.

상기 제어부(900)는,

다수의 축전지가 접속된 축전지 군에서 충·방전선택스위치를 제어하여 점검 을 필요로 하는 축전지를 사용자가 순차적으로 선택할 수 있도록 하거나, 특정한 개별 축전지를 임의로 선택할 수 있도록 제어하는 한편, 상기 측정부(500) 내에 있는 측온저항센서를 제어하여 상기 선택된 하여 축전지의 온도를 측정하고, 축전지의 내부 임피던스 및 축전지간의 연결 접속도체 저항을 측정하도록 제어함과 동시에 본 장치의 동작 전반(예를 들면, 교류정전류 발생회로의 DDS의 주파수 선택, 정전류원의 크기 선택, 측정신호의 이득제어, 충/방전 선택, 축전지 선택, AD콘버터로 부터의 측정값 분석, 각종 계측값의 OFFSET 및 ZERO POINT 조정, SPAN 조정, 외부와의 통신제어, 바코드 리더 입력 통신포트, 각종 측정값을 표시부에 표시 등의 기능)을 중앙에서 총괄하여 제어하는 CPU부(910)와;

사용자가 자신의 조작에 따라 축전지의 선택 및 선택된 축전지의 측온저항 및 임피던스 측정을 실제로 수행하기 위한 조작을 수행할 뿐만 아니라, 상기 제어를 원활히 하기 위하여 본장치의 영점 조정, 축전지의 정보 입력, 날짜 및 시간 정보, 이상 유무 판정을 위한 경보치 상·하한 값 등을 입력할 수 있도록 하는 조작부(920)와;

상기 사용자의 조작에 따라 제어되거나 측정된 결과(예를 들면 상기 측정된 정보, 축전지 번호 이력, 온도, 내부임피던스 값, 시간정보, 축전지간 접속 저항 값, 축전지 단자 전압, 전류, 이상 유무 판정 등)를 모니터 상에 표시하는 표시부(930)와;

상기 사용자의 제어 및 측정 결과를 원격지에 있는 중앙관리소(본 장치를 여러 장소에 다수개 설치하여 원격지에서 집중감시제어하기 위한 집중 감시제어장치 로서 본원에 도시되지는 않았음)로 유무선통신방식에 의해 전송하거나 중앙관리소의 원격제어신호를 수신하는 통신포트 및 바코드 리더 입력 통신포트를 포함한 통신부(940)로;

구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본원발명의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

본원발명의 기술적 원리의 출발은 외부 잡음에 의한 측정오차를 최소한으로 줄이기 위해 동기검파기를 이용하는데서 시작된다.

따라서 우선 본원발명에서 채택하는 동기검파기의 기본이론을 설명하면 다음과 같다.

축전지의 내부 임피던스를 측정하기위해서는 교류 정전류를 축전지의 양단자에 흘리면 축전지의 임피던스에 상응하는 전압강하가 발생하게 되고 이 전압강하를 측정하면 다음 식으로 임피던스 값을 역산할 수 있다.

V=I X Z 이므로

임피던스 Z = V / I로 표시할 수 있다.

따라서 전류값(I)과 전압 강하(V)를 알면 임피던스(Z)를 환산할 수 있는 것이다.

동기 검파기의 기본적 회로 구성은 도3에 나타나 있듯이, 2개의 입력 단자 (측정신호 입력과 기준 신호 입력)와 하나의 신호 출력을 갖고 있다.

여기에서

측정 신호를 Vi = Acos(ωit + φ),

기준 신호를 Vr = B cos ωrt 로 하면,

곱셈기의 출력 Vm(t)는 다음과 같이 된다.

Vm(t) ∝ {cos[(ωi - ωr)t + φ] + cos[(ωi + ωr)t + φ]}

이 출력을 다음단의 lowpass filter로 적분 하면,

ωi - ωr 가 0 에 가까운 경우만 신호가 출력되게 된다.

이 때ωi + ωr 의 성분은 주파수가 높기 때문에 LOW-PASS 필터로 감쇄시킨다.

또ωi - ωr = 0 시에는 필터의 출력은 cos φ 에 비례한다.

이것에 의해 측정 신호의 위상에 관련한 출력값을 얻게 된다.

또한 τp = RC 의 적분 완화시간을 가진 동기 검파기의 출력을 식으로 나타내면, 다음과 같이 된다.

여기에서 동기 검파기의 측정 신호를 Vi = Acos(ωit + φ)로서 참조 신호의 주파수와 위상을 출력이 최대가 되도록 선택했을 때,

(Vr = B cos(ωit + φ)),

필터의 출력으로서 A/√2 즉 측정 신호의 RMS(root mean square)치를 얻을 수 있게 되어 있다.

또 측정 신호를 도4에 나타낸 것처럼 2 개로 나누어 각각 cos ωrt 와 sinωrt의 기준신호 신호를 가진 2 개의 동기 검파기에 입력하게 되면, 실수부(X(t): 저항 성분)와 허수부(Y(t) : 리액턴스 성분)가 얻어진다.

따라서 임피던스(Z)는,

위상각(Φ)는,

가 된다.

위 식과 같이 임피던스와 위상각이 구해지고 축전지 내부의 순저항값과 리액턴스값이 출력되어 진다. 또한 위상각(Φ)에 따라 동기 검파기 출력값의 음·양으로 바뀌므로 리액턴스가 용량성인지 유도성인지 구분된다.

이것은 2위상 동기 검파기로 불리고 있는 것으로, 여기에서 각각의 출력을 X(t), Y (t)로 해 Z(t) = X(t) +iY (t)의 복소수의 형태로 출력을 정리하면, 다음과 같이 된다.

이 경우, 백색 잡음에 대한 2승평균을 생각하면, 그 등가 잡음 대역폭은1/(2τp)된다.

일반적으로τp 는 10ms 에서 10s 정도로 이 값은 필요한 SNR 에 의하지만, 예를 들면,τp = 1 s 로서 f0 = 1 kHz 의 신호를 측정하면, 공진기의 Q 에 상당하는 것 같은 상대적인 선택도는 이 된다.

이러한 협대역의 측정은 통상적인 방법에서는 어렵다.

상기에서 도3은 1위상 동기검파기 기본회로이고, 도4는 2위상 동기 검파기의 기본회로도이며, 도5는 1위상 동기 검파기 파형도이다.

도6의 입출력 관계식은 아래식과 같이 표시된다

도6에서 A입력과 B입력에 위상편이(0˚, 90˚, 180˚), 고조파(2조파, 3조파, 5조파)를 임의적으로 입력하여 보면, 곱셈기 출력신호 C, 실수부 출력 X 신호 에 관련한 입·출력 파형은 다음 도7 ~도12와 같이 나타남을 확인할 수 있다.

상기 도7 ~도12의 파형과 같이 위상이 동기되었을 경우에 동기검파기 출력이 최대가 되며 더욱이 랜덤한 잡음 신호가 중첩되면 동일한 동기신호가 될 확률이 매우 낮아진다. 또한 동일한 교류 정전류원에서 공급되지 않는 한 같은 주파수일지라도 동기는 일치되지 않는다. 따라서 출력부의 저역통과여파기의 차단주파수를 낮게 하면 잡음의 영향으로부터 측정 오차를 크게 줄일 수 있게 된다.

상기 동기신호 검출회로 도17은 SW1에 의하여 2가지의 동기신호원을 선택할 수 있으며

첫 번째 선택은 신호절연 변류기(CT1)의 접지측 단자로 선택할 경우에는 도17의 R L1 과 C1으로 구성된 직렬공진 필터는 교류정전류 신호원에 대하여는 매우 낮은 임피던스를 가지고 그 외의 주파수(상용전원 주파수 또는 Switching 주파수 등)에는 큰 임피던스를 가지므로 동기 신호 검출용 센서(SHUNT1 또는 변류기(CT2))에는 교류 정전류 신호와 같은 신호만 검출되며 또 다른 경우 축전지회로에 각종 중첩된 잡음 중 교류 정전류 신호의 스팩트럼과 유사한 잡음이 클 경우에는 측정 신호 검출과 동기신호 검출 값의 크기가 달라지므로 잡음이 많은 장소에는 다음 두 번째를 선택 한다.

두 번째의 선택은 축전지 군의 저 전압측(대지전위 또는 접지 기준)에 삽입 된 동기 신호 전류 검출용 센서(SHUNT2 또는 변류기(CT3))로 검출할 경우에는 아래와 같은 장점이 있다. 직렬 접속된 축전지에는 임피던스 측정에 필요한 신호 전류 뿐만 아니라 상기 거론된 여러 종류의 잡음이 중첩되어 있다. 동기 신호와 측정용 입력신호는 양쪽 공히 동일한 종류의 대역통과 필터를 각각 통과 하므로 그 2개 신호의 주파수 스팩트럼은 항상 일치하므로 그 신호의 크기는 각 검출용 센서의 임피던스에 의하여 정하여지고 동기신호 검출 센서는 기지의 값을 가지고 있으므로 동기신호 증폭기의 증폭도만 알게 되면 도34의 전파정류회로의 OUT단자에 나타난 전압을 역산하면 축전지 군에 흐르고 있는 교류 전류의 크기를 계산할 수 있게 된다. 다음으로 축전지 회로에 흐르는 교류 전류의 크기를 상기에서와 같이 알고 있으므로 각 축전지 단자에 나타난 전압강하의 크기는 그 축전지의 내부 임피던스에 따라 당연히 변화하게 된다. 따라서 잡음이 포함된 신호일지라도 동기검파기에 입력되는 2가지의 신호는 기준신호의 크기와 측정신호의 비례관계가 성립되므로 잡음의 영향을 받지 않는 구조로 되어 진다. 다만 동기신호가 과다하게 크게 되지 않도록 미리 정해진 증폭도를 변화 시켜 최적의 신호를 선택하고 역으로 기준검출 센서(분류기 또는 변류기)에 흐르는 전류를 역산하도록 한다.

마찬가지로 축전지에 병렬로 접속된 전원 장치 또는 부하설비의 내부 임피던스에도 상기와 같은 동일한 이유로 축전지 임피던스를 측정하는데 아무런 영향을 끼치지 않는다.

여기에서 도6은 2위상 동기검파기의 구성도이고, 도7은 A신호입력과 B신호입력이 90˚일 경우 출력전압이 0V가 되는 파형도이며, 도8은 A신호입력과 B신호입력이 180˚일 경우 출력전압이 -5V가 되는 파형도이고, 도9는 신호입력과 B신호입력이 동상일 경우 출력전압이 +5V가 되는 파형도이다. 또 도10은 기본파와 제2조파(출력전압≒ 0V)의 파형도이고, 도11은 기본파와 제3조파(출력전압≒ 0V)의 파형도이며, 도12는 기본파와 제5조파(출력전압≒ 0V)의 파형도이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본원발명에서 위 동기검파방식을 채택하면 상기 도7 ~ 도12의 예제 그림에서와 같이 동기가 맞지 않으면 그 출력 값은 거의 "0"에 가까워지며 동기가 일치하면 출력 값이 최대가 되어 상기 식(6)을 만족함을 실증적으로 나타내고 있다. 그러므로 본원발명에서 동기검파방식을 채택하는 것이 잡음을 제거하는 기능이 매우 뛰어난 효율적인 방식임을 알 수 있다.

이와 같은 전제 위에 본원발명의 동작과정을 설명하기로 한다.

먼저 사용자는 조작부(920)를 조작하여 장치의 영점 조정, 축전지의 정보 입력(바코드 리더 입력 또는 통신포트), 날짜 및 시간 정보, 이상 유무 판정을 위한 경보치 상·하한값 등을 입력함으로서 장치의 사용을 위한 사전 조치를 취한 다음, 다시 상기 조작부(920)를 조작하여 점검하고자 하는 축전지를 선택하고 그 측정항목을 선택한다.

상기 조작 결과는 CPU부(910)로 입력되고 상기 CPU부(910)는 상기 입력된 신호를 인식하여 그 제어신호를 축전지 및 측온센서 충·방전선택스위치부(520)로 출력함과 동시에, 그 조작 내용을 표시부(930)로 출력하여 표시부(930)로 하여금 그 내용을 표시하도록 하여 사용자가 자신의 조작의 결과를 직접 확인할 수 있도록 한다.

한편 상기 CPU부(910)로부터 제어신호를 수신한 축전지 및 측온센서 충·방전선택스위치부(520)는 상기 제어신호에 따라 다수의 축전지가 접속된 축전지 군에서 CPU의 제어 신호에 따라 축전지를 순차적으로 선택하거나 또는 특정 개별 전지를 선택하는 기능을 수행하고, 이어서 축전지의 온도를 측정하고, 개별 축전지의 내부 임피던스 및 축전지간의 연결 접속도체 저항(연결도체와 축전지 극주간의 접촉저항 포함), 단전지 전압 등을 동시에 측정한다.

상기 측정은 도19에서와 같이 직류/직류 변환기를 활용 직류전원공급장치에 전력을 되돌릴 수 있는 회생방전 방식과 저항 발열체를 각각 선택할 수 있도록 하여 저항방전 시험 시 손실되는 전력을 재사용할 수 있도록 하여 에너지 절약이 가능하도록 할 뿐만 아니라, 개별 축전지를 축전지 군에서 분리하지 않고 단독으로 충·방전을 실시할 수 있도록 하며, 특정 축전지를 자동적으로 충·방전함과 동시에 상기 측정항목을 동시에 수행할 수 있도록 한다.

도19는 전력회생 방전회로를 도시한 것이고, 도18은 종래에 사용하던 발열부하 방전회로를 참고로 도시한 것이다.

여기에서 먼저 축전지의 온도를 측정하는 방법을 도20을 참조하여 설명한다.

도20은 축전지 및 온도센서 선택 회로를 도시한 것이다.

도20에 도시된 바와 같이, CELL1 ~ 6, CH1R ~ CH6R, BT-1 ~ 6, BT+1 ~ 6,단자는 CPU로부터 보내지는 신호를 수신하여 다음과 같이 각각 동작 한다.

즉, RTD1 ~ RTD6 소자에 IS24+ 부터 직류 정전류가 공급되면 각 RTD의 온도 상태에 따라 각 RTD의 저항값이 변화되므로 당연히 RTD양단간의 전압강하가 변화된다. CPU는 CELL1 ~ 6에 제어신호를 송출하면 직렬 상태로 접속된 RTD를 U1 ~ U6의 ANALOG SWITCH로 선택 접속하여 RTD전압을 온도 측정용 A/D 콘버터로 송출하게 된다.

CH1R ~ CH6R는 계전기 K1 ~ K6를 제어하기 위한 입력 단자이며, 계전기K1 ~ K6은 CPU의 제어 신호에 따라 특정 축전지를 개별적으로 충전이 필요시에 당해 축전지를 충전기(CHG)에 접속하는 기능을 수행 한다.

온도계측을 위한 BLOCK DIAGRAM은 도32와 같이 나타낼 수 있으며, 이는 트란 스듀서(Pt100)에 대한 여기 전류가 디바이스의 레퍼런스(RCM)를 동시에 구동하므로 여기 전원의 저주파 노이즈의 영향이 제거되는 비례동작형 AD콘버터로 구성되어 있다.

이어서 직류 정전류 공급회로(530)에서 RTD 센서 직류정전류를 공급하거나 선택하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도33은 RTD 센서 직류정전류 공급 및 선택 계통도를 나타낸 것이다.

직류 정전류 공급회로(530)에서 공급 되는 직류 200㎂는 (도33)의 IS24+에 공급되고 직렬로 접속된 RT1에서부터 RT6를 통하여 IS1-로 되돌아가는 폐회로를 구성하고 있다.

직류 정전류 최대 공급전압을 5[V]로 하였을 경우 PT100의 연결가능 개수는 다음과 같다.

5[V]/100[Ω]*0.0002[A]=250(개)로 되며

10[V]로 할 경우에는

10[V]/100[Ω]*0.0002[A] = 500[개]까지 RTD를 직렬 접속으로 정밀한 온도 측정이 가능하다.

동작 개요를 예를 들어 설명하면, CPU(910)의 제어신호에 따라 CELL5의 신호가 출력되면 ANALOG SWITCH U5가 작동되며 주위 온도에 따라 변화된RT5의 저항값에 따라 변화된 전압강하 값은 위 신호에 따라 동작되어 있는 ANALOG SWITCH U5를 통하여 PT+,PT-로 출력되고 이 신호는 AD 콘버터에 입력되어 디지털 신호로 분해되어 CPU(910)로 보내어지게 된다.

위 동작은 CPU(910)의 순차적인 신호에 따라 연속적으로 RT를 순환하는 기능을 수행하며, RT 선택 신호는 순차적인 신호뿐만 아니라 특정 RT를 선택할 수도 있다.

이어서 단전지 충·방전부(540)의 기능을 도40 내지 도45를 참조하여 설명한다.

도40은 단전지 충·방전부를 나타낸 것이고, 도41은 정상 충전 동작시 전류 흐름도이며, 도42는 충전중 BY-PASS시 전류 흐름도이다. 또 도43은 정상 방전 동작시 전류 흐름도이고 도44는 방전중 BY-PASS시 전류 흐름도이며, 도45는 단전지 충·방전 상태를 나타낸 도이다.

먼저 방전 시는 (도43), (도44)와 같이 CPU의 제어 신호에 따라 축전지 선택스위치 회로에서 특정 축전지를 선택하고 LS1릴레이로 단전지를 충전 또는 방전할 것인지를 선택한다.

우선 LS1이 방전회로로 선택되면 LS2에 의하여 회생방전방식 또는 저항 발열체 중에 택일하게 된다.

운전 모드는 SHUNT1에 의하여 1차측 정전류 모드와 2차측 정전압 모드를 선택할 수 있다. 상기 모드가 선택 되면 CPU는PWM CONTROLLER에 기동 신호를 송출하고 상기 모드에 따라 동작하게 된다.

LS2가 저항 발열체를 선택하면 기존의 저항체를 직,병렬 접속하여 방전전류를 불연속적으로 가감하던 방식에서와 달리 콘버터를 정전류 또는 정전압 모드로 제어하므로서 축전지의 방전시간이 진행함에 따라 저하되는 축전지 단자전압을 보상하므로서 연속적으로 정전류 방전를 가감할 수 있는 것이 특징이 있다.

또한 LS2가 회생방전방식을 선택할 경우에는 LS2의 출력 단자는 직류전원공급장치의 출력단자로 연결되어 방전부와 직류전원공급장치는 병렬 운전을 하게 되며, 이때 사전 셋팅된 값으로SHUNT1의 검출 신호에 따라 방전과 함께 방전부의 출력 전류는 직류전원장치의 부하전류로 공급하도록 하여 연속적인 정전류 방전시험과 동시에 저항 발열체로 손실되는 에너지를 부하전류로 재활용하므로서 실내 온도상승, 전력요금증가, 화재 등을 예방할 수 있게 된다.

또한 축전지를 완전히 방전한 직후 불가피하게 전력기기 고장, 정전 등의 사고로 직류전원공급 장치로부터 부하시설에 전원 공급이 정지되면 부하전류는 축전지로부터 흘러나오게 된다. 따라서 도45와 같이 상기의 방전시험 축전지는 당연히 역극성으로 충전되는 상태로 되게 되고 이후 전력기기 고장 및 정전상태가 해소되면 당해 축전지는 정상적인 축전지와 달리 또다시 역극성으로 접속되어 방전상태로 이어져 당해 축전지의 수명을 치명적으로 단축시키는 문제가 있었다.

그러나 이러한 문제를 본 발명에서는 도41, 도42, 도43, 도44와 같이 충·방전시 어느 경우에도 충·방전 전류를 당해 축전지에 흘리지 않고 BY-PASS회로가 항시 구성되도록 하여 해결하고 있으므로 그와 같은 문제가 발생되지 않는다.

즉 도42와 같이 충전시의 정전상태를 예시하면 BAT00의 양극(+) 전류는 BY-PASS용 다이오드 D5와 충전부의 정류 다이오드 D3, D4의 순방향으로 방전 전류가 흐르게 된다. 이는 D3, D4의 순방향 전압강하는 약 0.7(V) 이므로 축전지에는 방전전류가 흐르지 않는다.

또한 방전시의 BY-PASS회로는 도44와 같이 정전에따른 방전시의 축전지 전류 흐름은 다음과 같다.

BAT00의 양극(+) 전류는 BY-PASS용 다이오드 D5와 Q1, Q2, Q3, Q4의 FET(FIELD EFFECT TRANSISTOR)에 내장된 BODY DIODE 를 통하여 전류가 흐르게 되어 축전지의 역 충전을 예방 할 수 있게 된다.

다음 축전지 임피던스를 측정하거나 단자간의 접속저항을 측정하는 방법을 도21 내지 도23을 참조하여 설명한다.

도21은 축전지와 축전지간의 연결부분 접속저항(도체저항 포함) 측정하기 위한 구성도이고, 도22는 축전지 충/방전 상태를 측정하기 위한 구성도이며, 도23은 축전지 임피던스 및 단자 전압 측정을 위한 구성도이다.

먼저 전지 임피던스를 측정하거나 단자간의 접속저항을 측정하기 위한 스위칭 신호단자 BT-1 ~ 6, BT+1 ~ 6의 작동 과정은 다음과 같다.

임피던스 측정하고자 할 때에는 각각 계전기의 동일한 번호의 "+"와 "-"(동일한 축전지의 "+"와 "-")의 조합(예, BT1+와 BT1-, BT2+와 BT2- 등) 으로 제어된다.

또한 축전지의 각 단자 간 저항을 측정하고자 하는 기능은 축전지와 축전지간의 저항 측정이므로 특정 계전기와 차 순위 계전기간의 조합(예, BT1-와 BT2+, BT2-와 BT3+ 등)으로 이루어 제어된다.

그 상세한 동작 상태는 (도21), (도22), (도23) 과 같다.

우선 도21에서와 같이 CPU(910)의 제어 신호에 따라 RL-1과 RL+2의 계전기가 동작하게 되며 이때 다른 계전기는 동작하지 않는다. 임피던스를 측정하기 위한 교류 정전류신호 IH24는 장치에 전원이 인가됨과 동시에 지속적으로 BT1 ~ BT6를 거쳐 IL1의 접지로 귀환하게 되며, RL-1 과 RL+2 의 접촉점은 RL-1의 경우에는 BT1의 "-" 극주, RL+2의 경우에는 BT2의 "+"극주에 각각 접촉되어있다. 따라서 정전류 IH24에 의한 전압강하는 "(BT1-극주와 연결도체간의 접촉저항 + 축전지간의 연결도체저항 + BT2+극주와 연결도체간의 접촉저항) X 정전류(I)"로 나타난다.

이 전압강하를 적당한 크기로 증폭하여 비교신호와 동기시켜 최종적으로 목표하는 각각의 2개 신호를 동기검파기(400)에 입력함으로서 원하는 출력 신호를 얻을 수 있게 된다.

다음 도22에서와 같이 CPU(910)의 제어 신호에 따라 K1 계전기가 동작하게 되며 이때 다른 계전기는 동작하지 않는다. K1의 동작에 따라 축전지 BT1은 충전기에 연결되어지며 동시에 정해진 값에 따라 BT1을 충전하게 되며, 상기 CPU(910)에서는 충전기의 내부로부터 보내지는 충전전류 신호를 연속하여 감시하고 충전되고 있는 축전지 BT1의 임피던스 변화 상태를 동시에 측정하게 된다. 이로써 임피던스 저감이 충분히 이루어지면 K1을 OFF하여 충전 작업을 완료하게 된다.

이 충전기간 동안에 임피던스 선택용 계전기군 RL1 ~ RL6중 임피던스를 측정하기 위한 선택은 어느 위치에 있어도 관계가 없다. 다만 RL1 ~RL6의 조합은 2개로 한정되며(3개의 경우에는 순환전류 발생), 수백 개의 계전기 조합(축전지 수백 개 직렬조합)일 경우 임피던스 측정회로와 축전지 단자 전압 측정회로의 입력회로가 허용하는 최대 입력전압 이내로 가능하게 된다. 그 이유는 L1과 L2는 축전지에 충전기가 병렬로 접속됨에 따라 임피던스 측정에 영향이 없도록 정전류신호 주파수에 대하여 큰 리액터스를 가지므로 충전과 임피던스 측정을 동시에 수행하더라도 측정치에는 큰 영향이 없다.

이를 수치적으로 해석하면 1 KHZ의 교류 정전류 주파수를 사용할 경우 축전지의 임피던스를 10mΩ로 가정하고 측정오차를 1%로 하고자 한다면, L1과 L2의 합산 임피던스를 약 1Ω이상으로 하기만 하면 된다. 따라서 합산 L의 인덕턴스를 1mH로 하면 교류 정전류주파수에서의 임피던스는 약 6Ω이 되므로 충전기로 인한 임피던스 측정치의 영향을0.1%이내로 줄일 수 있게 됨에 따라 위 목적을 쉽게 달성할 수 있다.

이어서 도23에서와 같이 CPU(910)의 제어 신호에 따라 RL-1과 RL+2의 계전기가 동작하게 되며 이때 다른 계전기는 동작하지 않는다. 임피던스를 측정하기 위한 교류 정전류신호 IH24는 장치에 전원이 인가됨과 동시에 지속적으로 BT1 ~ BT6를 거쳐 IL1의 접지로 귀환하게 되며 RL-1 과 RL+2 의 접촉점은 RL-1의 경우에는 BT1의 "-" 극주, RL+2의 경우에는 BT2의 "+"극주에 각각 접촉되어있다. 따라서 교류 정전류 IH24에 의한 전압강하는 (BT1-극주와 연결도체간의 접촉저항 + 축전지간의 연결도체저항 + BT2+극주와 연결도체간의 접촉저항) X 교류 정전류(I)로 나타나게 된다.

이 전압강하를 적당한 크기로 증폭하여 비교신호와 동기시킴으로서 최종적으로 목표하는 각각의 2개 신호를 동기검파기에 입력하여 원하는 출력 신호를 얻을 수 있게 된다.

한편 축전지 및 측온센서 충,방전선택스위치부(520)에서 출력된 신호는 동상차동증폭부(810)로 출력된 다음 도24에서와 같이 입력신호가 각각 분리되어 차동증폭된다.

도24의 EH 와 EL단자로부터 측정신호는 교류신호(임피던스 측정용)와 직류(축전지 단자전압 측정용) 신호로 각각 구분되어 진다.

상기 차동증폭부(810)는 2개의 OP-AMP(U22)로 구성된 차동증폭회로로서 여기에서 직류신호(축전지 단자전압)는 동상입력 전압을 크게 할 수 있게 되는 특징이 있다.

이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

U22A1-1의 OP-AMP는 감쇄기로 동작하는 앰프로 구성된다. 만약 R49와 R58의 분압비를 100이라 하면 동상전압 범위는 100배 정도가 되므로 OP-AMP의 전원전압을 15V로 하면 동상 전압이 거의 1500V나 되는 매우 높은 전압을 취급할 수 있으며, U22A1-2 OP-AMP는 전단의 U22A1-1의OP-AMP에서 감쇄된 감쇄비에 반대되는 증폭기로 되어 있다.

이 역시 R52와 R67의 저항비는 앞의 경우와 정반대의 값이 되며 위 2개의 OP-AMP의 합산 증폭도는 1이다.

이는 UPS등과 같이 수백 볼트의 높은 전압이 가해지는 다수의 축전지가 직렬로 접속된 축전지 군에 적용하기 위한 선택이다.

상기 차동증폭부(810)에서 차동증폭되어 출력된 증폭신호는 U22후단의 U17은 축전회로에 포함된 잡음을 제거하기 위한 LOW-PASS FILTER(820)를 거쳐 잡음이 제거된 후, 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하기 위하여 A/D CONVERTER CELL VOLTAGE부(830)로 출력되며, 상기 A/D CONVERTER CELL VOLTAGE부(830)에서 디지털신호로 변환된 신호는 CPU(910)으로 출력되는 한편, 계측용 증폭부(610)로 출력된다.

이어서 상기 계측용 증폭부(610)로 입력된 신호는 다시 한번 증폭되어 밴드패스필터(620)로 출력되어 잡음이 제거된 다음 다수의 증폭도를 갖는 증폭부(630)로 출력된다.

이때, 축전지군은 충전기로부터 계측용 증폭부(610)로 유입되는 신호에는 동상전압 등 많은 잡음이 포함되어 있다. 따라서 계측용 증폭부(610)는 동상전압을 효과적으로 제거하기 위하여 도25에서와 같이 3개의 OP-AMP로 계측용 증폭부(610)를 구성하고 있다. 또한 계측용 증폭부(610)는 매우 높은 입력 임피던스(수십㏁이 상)를 가지고 있으므로 피측정회로에 연결된 리드선 길이의 장·단과 접촉저항의 대·소 관계를 무시할 수 있도록 되어 있다. 그러므로 피측정회로에 대한 임피던스 측정에는 아무런 영향을 미치지 않게 된다.

이후, 각각 1배 또는 10배의 증폭도를 갖는 4개의 증폭부(631 내지 634)로 이루어진 증폭부(630)로 측정된 신호는 각각의 증폭부에서 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하여 출력하게 되고 이득선택회로(640)는 CPU부(910)의 제어 명령에 따라 각각의 증폭부(631 내지 634)의 증폭도를 1배와 10배중에 택일 하게 된다. 따라서 이득선택회로(640)로 구분되는 증폭부(630)의 증폭도는 1배, 10배, 100배, 1,000배, 10,000배의 5가지로 증폭되어 출력된다.

상기 제1증폭부(631)는 도26에서와 같이 상기 밴드패스필터부(620)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거한 다음 제2증폭부(632)로 출력한다.

상기 제2증폭부(632)는 도27에서와 같이 상기 제1증폭부(631)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거한 다음 제3증폭부(633)로 출력한다.

상기 제3증폭부(633)는 도28에서와 같이 상기 제2증폭부(632)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거한 다음 제4증폭부(634)로 출력한다.

상기 제4증폭부(634)는 도29에서와 같이 상기 제3증폭부(633)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거한 다음 상기 동기검파부(COS)(432) 및 동기검파부(SIN)(442)로 각각 출력한다.

다음 이득선택회로(640)는 도30에서와 같이 피측정 회로의 임피던스의 대,소에 따라 CPU(910)의 제어 신호로 상기 증폭기 1,2,3,4 중의 하나를 선택하며, 선택되지 않는 증폭부는 Unity gain follower로 구성되어 증폭도는 1로 되어진다. 자동 이득으로 선택되는 이득은 이미 설명한 바와 같이 각각 1배, 10배, 100배, 1,000배, 10,000배로 되어지며 어떠한 위치의 이득이 되더라도 위상이 뒤짐이 없도록 한다.

또한 상기 BAND PASS FILTER부(620)는 도31에서와 같이 DDS에서 공급되는 특정 신호의 대역만 통과되는 베이크워드 ACTIVE TYPE 대역통과 필터로 구성된다.

상기와 같은 본원발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 다수의 축전지가 직렬로 연결되어 사용 중인 축전지의 임피던스를 측정함에 있어서, 절연 및 구동변류회로와 제어부의 CPU 사이에 동기검파기를 사용하여 축전지 단자에서 측정된 신호 중에 포함되어 있는 불필요한 잡음을 선택적으로 제거함으로서, 측정값에서 외부잡음의 영향을 최소화하여 측정오차를 가능한 한 줄일 수 있게 됨에 따라, 정확한 임피던스 측정이 가능하게 된다.

둘째, 상기와 같이 임피던스를 정확하게 측정할 수 있게 됨에 따라 축전지의 효율적인 운용 관리, 예비전원의 신뢰성 향상, 축전지 수명 연장, 경제적인 축전지 교체 시기 결정, 전기에너지 절약, 유지보수 노력 절감 및 원격 무인 운용 지원 등이 가능해 짐으로서, 하기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

1) 축전지 운용 관리 필요한 일체의 정보(단자 전압, 내부저항, 온도 측정 및 충/방전 시험, 균등 충전 등)를 축전지가 운용중에도 취득할 수 있기 때문에, 축전지 교체 비용을 코스트 다운할 수 있으며, 또한 예기치 못한 조기 열화된 축전지를 검출할 수 있기 때문에, 축전지의 용량 저하에 의한 시스템 정지를 예방할 수 있고, 또한 축전지 수명 연장에 의해 환경 친화적인 설비 운용 가능해 짐에 따라 축전지의 효율적인 운용 관리가 가능해진다.

2) 다수개로 형성된 축전지를 개별 관리할 수 있게 됨으로서 상기 정보를 바탕으로 축전지를 항상 최적의 상태로 관리하여 방전 가능시간을 미리 산출하여 축전지용량 부족으로 정전 등에 의한 전기 재해를 미연에 방지하고, 장기 운용에 따른 축전지간의 접속 부위의 접촉저항을 주기적으로 측정하여 접속 불량에 의한 급격한 전압 저하 및 접속점의 과열에 의한 화재 예방이 가능해 짐에 따라 예비전원의 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.

3) 본원 발명에서 제공되는 상기 정보에 의하여 예상되는 불량 축전지 발견 시에는 내장된 개별 충/방전부를 활용하여 모든 축전지를 최적의 상태로 유지할 수 있으며, 특히 상기 작업은 자동적 또는 원격제어에 의해서도 실행되어 불량축전지를 조기 발견하고 이에 즉시적으로 대처하여 축전지 수명 연장에 기여할 수 있게 된다.

4) 축전지 방전 시험을 별도로 시행하지 않더라도 전지 운용에 중에도 방전 시험이 가능하게 됨에 따라 개별적인 축전지의 경제적인 교체시기를 판단할 수 있게 되며, 이로 인해 각 축전지의 개개의 열화 시기까지 효율적으로 운용할 수 있게 되므로서 내용 년수 경과에 따라 일괄적으로 축전지를 교체하는 낭비를 피할 수 있다.

5) 수 개 이상의 축전지를 장기 운용시 축전지 간의 불균일을 해소하기위해 주기적인 균등 충전이 시행 된다. 이때 부족 축전지는 충전 상태로 되나 만충전된 축전지는 과충전 상태로 되어 축전지에 나쁜 영향을 초래하고 불필요한 전력를 낭비하게 된다. 그러나 본원발명에서는 부족 축전지 발견할 경우에 당해 축전지만 개별 충/방전부에 의해 충전하게 되므로 상기 문제점을 일소하게 되므로 불필요한 전력을 절약할 수 있고 이에 따라 일괄 균등충전을 할 필요가 없어진다.

6) 또한 대부분의 경우 방전시험시에는 축전 에너지를 열로 손실 시키고 있으나 본원발명에서는 단전지 전압을 전원 시스템 전압으로 승압 변환 시켜 부하설비에 재생 공급하므로서 냉방 부하 경감, 전기에너지 절약, 화재 예방 등이 가능하며, 이에 따라 전기 에너지 절약이 가능해 진다.

7) 축전지 유지보수에 필요한 일체의 작업(온도 측정, 단자전압 측정, 전류측정, 내부 저항 측정, 충/방전 시험, 균등 충전 등)이 축전지 운용중에도 상기와 같이 일체로 제공되므로 유지보수 인력을 절감할 수 있으며, 완벽한 무인 운용에 기여할 수 있게 됨에 따라 유지보수 노력 절감 및 원격 무인 운용지원이 가능해진다.

Claims

제어부(900)에 있는 CPU(910)의 제어 신호에 따라 미리 저장되어 있는 sine ROM table에 의해 정현파를 출력하여 정전류선택회로(200)로 출력하는 정현파 발생부(100)와;

상기 정현파발생부(100)에서 발생된 정현파를 기준신호로 하여 CPU(910)의 제어신호에 따라 절연 및 구동변류회로(300)에 교류 정전류를 공급하는 정전류선택회로부(200)와;

다수의 축전지가 직렬로 연결되어 축전지의 총 단자전압이 고압의 기전력을 가지게 될 경우, 고압의 축전지군이 반도체로 구성된 본 장치와 직류적으로 직접 접속되는 문제를 방지하는 절연 및 구동 변류 회로(300)와;

축전지의 단자에 유입되는 잡음의 영향을 최소한으로 줄여 잡음으로 인한 측정 오차를 크게 줄인 다음 동 신호를 CPU(910)로 제공함으로서 상기 CPU가 정확하게 신호해석을 할 수 있도록 하는 동기검파부(400)와;

다수의 축전지가 접속된 축전지 군에서 상기 CPU(910)의 제어 신호에 따라 축전지를 순차적으로 선택하거나 또는 특정한 전지를 개별적으로 선택한 다음, 축전지 성능을 판단하는데 필요한 제반 시험을 수행하는 측정부(500)와;

상기 측정부(500)로부터 측정된 신호 중 축전지의 충·방전 및 임피던스를 측정한 계측용 신호값을 증폭하여 여과한 다음, 동 신호를 필요한 레벨로 증폭하여 그 이득값을 상기 CPU(910)로 제공하는 신호증폭부(600)와;

상기 측정부(500)로부터 측정된 신호 중 측온센서에 의해 축전지의 온도를 측정한 아나로그신호값을 증폭·변환하여 디지털신호로 변환한 다음, 동 변환된 신호를 상기 CPU(910)로 제공하는 온도신호검출부(700)와;

다수의 축전지가 직렬로 접속된 축전지 군에 선택된 축전지를 검사한 결과를 수신하여 잡음을 제거한 다음, 이를 디지털신호로 변화하여 상기 신호증폭부(600)로 보내주는 고전압동상 차동검출부(800)와;

다수의 축전지가 접속된 축전지 군에서 축전지를 순차적으로 선택하거나 또는 특정 개별 전지를 임의로 선택하여 축전지의 온도측정, 축전지의 내부 임피던스 및 축전지간의 연결 접속도체 저항을 측정할 수 있도록 제어할 뿐만 아니라 본 장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(900)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항1에 있어서,

상기 동기검파부(400)는,

절연 및 구동 변류회로로부터 출력되는 신호로부터 동기신호를 검출하여 측정에 필요한 주파수만을 여과·증폭하는 동기신호레벨검출부(420), 동기신호실수(R : Resistance)검출부(430)로 동기신호를 출력하는 동기검출부(410)와;

상기 동기검출부(410)로부터 출력된 신호를 정류하여 동기신호의 레벨을 검 출하는 동기신호레벨검출부(420)와;

상기 동기검출부(410)로부터 출력된 기준신호와 상기 증폭부4(634)에서 출력되는 측정신호를 비교하여 실수부를 산출해 내는 동기신호 실수검출부(430)와;

상기 실수검출부(430)의 위상동기부COS(431)로부터 출력된 기준신호를 SIN값으로 변환하여 상기 증폭부4(634)에서 출력되는 측정신호와 비교하여 허수부를 산출해 내는 동기신호 허수검출부(440)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항2에 있어서,

상기 동기신호검출부(410)는,

상기 절연 및 구동 변류회로로부터 출력된 신호를 입력신호로 하고, CPU(910)의 제어를 받아 공급된 신호를 기준신호로 하여 동기신호를 검출하는 동기검출회로부(411)와;

상기 동기검출회로(411)로부터 출력된 신호 중 측정에 필요한 주파수 대역만을 여과하여 출력하는 밴드패스필터부(412)와;

상기 밴드패스필터부(412)로부터 출력된 동기신호를 증폭하여 동기신호 레벨검출부(420) 및 동기신호실수검출부(430)로 출력하는 동기신호증폭부(413)와;

상기 CPU의 제어신호를 입력받아 상기 동기신호증폭부(413)를 제어함으로서 동기신호증폭부(413)의 증폭도를 위상동기부(COS)(432) 및 전파정류부(421)의 입력신호가 최적이 되도록 자동 조정하는 동기신호 이득선택부(414)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항2에 있어서,

상기 동기신호레벨검출부(420)는,

상기 동기신호증폭부(413)로부터 입력된 신호를 정류하여 출력하는 전파정류부(421)와;

상기 전파정류부(421)로부터 출력된 신호를 적분하여 직류화 하는 로우패스필터부(422)와;

상기 로우패스필터부(422)로부터 출력된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하여 CPU(910)로 제공하는 A/D CONVERTER INPUT SIGNAL LEVEL부(423)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항2에 있어서,

상기 동기신호 실수검출부(430)는,

저항 성분에 대한 값을 얻기 위하여 상기 동기신호증폭부(413)로부터 출력되는 기준신호(Vr(t))를 상기 증폭부4(634)에서 출력되는 측정신호(Vi(t))와 같이 COS값으로 동기 시키기 위한 위상동기부(COS)(431)와;

상기 위상동기부(COS)(431)에서 출력되는 기준신호와 증폭부4(634)로부터 출력되는 측정신호(Vi(t))를 부가한 다음, 상기 기준신호와 측정신호를 곱셈하여 출력하고 이를 동기 검파하는 동기검파부(COS)(432)와;

상기 COS 동기 검파부(432)로부터 출력된 COS 동기파 만을 여과하여 출력하는 COS 로우패스필터부(433)와;

상기 COS 로우패스필터부(433)로부터 출력된 COS파 아나로그 신호를 COS파 디지털신호로 변환하는 COS A/D CONVERTER COS VALUE부(434)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항2에 있어서,

상기 동기신호 허수검출부(440)는,

리액턴스 성분에 대한 값을 얻기 위하여 상기 위상동기부(COS)(431)로부터 출력된 신호(Vr(t))의 위상을 90 ??편이 시켜 SIN 값으로 하기 위한 위상편이부(SIN)(441)와;

상기 위상편이부(SIN)(441)의 기준신호와 증폭부4(634)로부터 출력되는 측정 신호(Vi(t))를 부가한 다음, 상기 기준신호와 측정신호를 곱셈하여이를 동기 검파하는 동기검파부(SIN)(442)와;

상기 SIN 동기검파부(442)로부터 출력된 SIN 동기파 만을 여과하여 출력하는 SIN 로우패스필터부(443)와;

상기 SIN 로우패스필터부(443)로부터 출력된 SIN파 아나로그 신호를 SIN파 디지털신호로 변환하는 SIN A/D CONVERTER SIN VALUE부(444)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항1에 있어서,

상기 측정부(500)는,

사용자의 필요에 따라 그 사용전압에 맞추어 직렬로 연결된 다수의 축전지 그룹(510)과;

상기 다수의 축전지 그룹에 연결된 모든 축전지에 개별적으로 구성되어 점검하고자 하는 각각의 축전지를 선택하거나 실질적인 측정을 수행하는 축전지 및 측온센서 충·방전 선택스위치부(520)와;

상기 측정 대상이 되는 축전지 그룹으로 전원을 공급하거나 그로부터 전원을 공급받는 직류정전류공급부(530)와;

상기 축전지 및 측온센서 충방전 선택스위치부(520)로부터 선택된 축전지에 부하를 연결하여 단속 작용을 함으로서 개별 전지의 충·방전 시험을 수행하는 단전지 충·방전기(540)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항1에 있어서,

상기 신호증폭부(600)는,

상기 축전지 및 측온센서 충,방전 선택스위치부(520)로부터 수신된 미약한 계측신호를 증폭하는 계측용 증폭부(610)와;

상기 계측용 증폭부(610)로부터 수신된 신호로부터 필요한 주파수대역만을 여과하여 동 신호에 포함된 수많은 잡음을 제거하는 밴드패스필터부(620)와;

상기 밴드패스필터부(620)로부터 출력된 신호를 사용상황에 적합한 증폭도를 유지하도록 동 신호를 선택적으로 증폭하는 증폭부(630)와;

상기 CPU의 제어에 따라 증폭부(630)로부터 출력되는 신호 중 필요한 증폭도를 갖는 신호를 선택하는 이득선택회로부(640)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항8에 있어서,

또한 상기 증폭부(630)는,

상기 밴드패스필터부(620)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하는 증폭도는 10배(20dB)의 제1증폭부(631)와;

상기 제1증폭부(631)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하는 증폭도는 10배(20dB) 제2증폭부(632)와;

상기 제2증폭부(632)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하는 증폭도는 10배(20dB)의 제3증폭부(633)와;

상기 제3증폭부(633)로부터 출력된 신호 중 교류신호만 통과하는 증폭기로서 20HZ이상의 신호를 증폭시키는 고역 증폭기로 구성되어 직류성분에 가까운 저역신호를 제거하는 증폭도는 10배(20dB)의 제4증폭부(634)로;

로 구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항1에 있어서,

상기 온도신호검출부(700)는,

상기 축전지 및 측온센서 충,방전 선택스위치부(520)의 측온센서으로부터 수신된 미약한 계측신호를 증폭하는 온도신호증폭부(710)와;

상기 온도신호증폭부(710)로부터 수신된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D CONVERTER TEMPERATURE VALUE부(720)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항1에 있어서,

상기 고전압동상차동증폭부(800)는,

상기 축전지 및 측온센서 충,방전 선택스위치부(520)로부터 수신된 직류신호(축전지의 단자전압)을 두 개의 앰프로 분리하여 동상으로 증폭한 다음 차동으로 이를 출력하는 차동증폭부(810)와;

상기 차동증폭부(810)로부터 수신된 신호를 여과하여 잡음을 제거한 다음 출력하는 로우패스필터부(820)와;

상기 로우패스필터부(820)로부터 수신된 아나로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D CONVERTER CELL VOLTAGE부(830)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치
청구항1에 있어서,

상기 제어부(900)는,

다수의 축전지가 접속된 축전지 군에서 충·방전선택스위치를 점검을 필요로 하는 축전지를 선택하거나, 상기 측정부(500) 내에 있는 측온저항센서을 제어하여 상기 선택된 하여 축전지의 온도를 측정하고, 축전지의 내부 임피던스 및 축전지간의 연결 접속도체 저항을 측정하도록 제어함과 동시에 본 장치의 동작 전반을 중앙에서 총괄하여 제어하는 CPU부(910)와;

사용자가 자신의 조작에 따라 축전지의 선택 및 선택된 축전지의 측온저항 및 임피던스 측정을 실제로 수행하기 위한 조작을 수행할 수 있도록 하는 조작부(920)와;

상기 사용자의 조작에 따라 제어되거나 측정된 결과를 모니터 상에 표시하는 표시부(930)와;

상기 사용자의 제어 및 측정 결과를 원격지에 있는 중앙관리소로 유무선통신방식에 의해 전송하거나 중앙관리소의 원격제어신호를 수신하는 통신포트 및 바코드 리더 입력 통신포트를 포함한 통신부(940)로;

구성됨을 특징으로 하는 임피던스 측정 및 개별 자동 충·방전 기능을 가진 축전지 관리장치