KR20080072468A - 자동차 순시피크전압 안정장치 - Google Patents

자동차 순시피크전압 안정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 자동차 순시피크전압 안정장치는 고용량, 내열성의 리플전압제거 콘덴서(10) 및 충방전 콘덴서(12)를 구비하고, 씨피유(40)에서는 감지되는 배터리의 전압값에 따라 충방전 에프이티(50) 및 충방전 트랜지스터(51)를 제어하여 PWM 방식으로 듀티비(Duty ratio)에 대응하도록 회로설계되어, 순간적인 전압상승시에는 충방전 콘덴서(12)에 전기를 충전하고, 전압강하시에는 충전된 전하를 방출하여 항상 정전압을 유지할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 엔진 점화코일을 포함한 각종 전원부의 리플전압을 차단하고, 자동차에 안정적인 전압을 공급함으로써, 안정적이고 강한 점화, 폭발력 증가와 인젝터 등 ECU 출력부의 응답성 향상, 전원부 등에 대한 근본적인 노이즈를 차단함으로써 차량의 출력이 개선되는 다른 효과가 있다.
자동차, 배터리, 전압제어, CPU, FET

Description

자동차 순시피크전압 안정장치{Divice for peak-voltage stability of car}
도 1은 본 발명에 의한 자동차 순시피크전압 안정장치의 사시도,
도 2는 도 1의 일 실시례로서, 자동차 순시피크전압 안정장치의 회로도,
도 3은 도 1의 씨피유 및 에프이티에서 듀티비에 의해 전압의 방전량을 제어하는 것을 개략적으로 나타내는 신호도.
<도면 중 주요부호에 대한 간단한 설명>
1 : 본체 2 : 양극단자
3 : 음극단자 4 : 배터리양극
5 : 배터리음극
10 : 리플전압제어용 콘덴서 11 : 필터 콘덴서
12 : 충방전 콘덴서
20 : 정전압회로부 30 : 엘이디표시부
31 : 적색엘이디 32 : 녹색엘이디
33 : 청색엘이디
40 : 씨피유(CPU) 41 : 전압분배부
42 : 노이즈제거 콘덴서 43 : 역전압안정 다이오드
44 : 보호 휴즈 50 : 방전제어 에프이티(FET)
51 : 방전제어 트랜지스터(Tr) 60 : 씨피유 리셋부
70 : 이상신호 경보부 71 : 부저
80 : 외부연결포트
본 발명은 자동차용 배터리의 보조장치에 관한 것으로서, 특히 씨피유(CPU)의 제어신호에 따라 에프이티(FET)로 고성능 고용량의 콘덴서에 직접 전하를 충방전시킴으로써, 차량 운행시 순간적인 전압방출(피크출력)이 요구되는 상황에서 배터리보다 신속하게 충전된 전력을 공급할 수 있는 자동차 순시피크전압 안정장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 등에 장착되어 있는 배터리는 차량운행에 핵심적인 역활을 담당하는 전압발생장치(알터네이터)와 연결되어 있으며, 상기 전압발생장치는 안정적 전력을 차량에 공급함으로써 간접적으로 연료소비 및 배기가스 배출에 큰 영향을 미치게 된다.
이때, 상기 배터리는 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 차량에 공급(방전), 전기에너지를 화학에너지로 변환하여 배터리에 저장(충전)하는 싸이클을 반복 하게 되며, 일반적으로 13.5 ∼ 14.5 (V) 정도의 출력을 내도록 설계된다.
그러나, 상기 배터리의 사용환경이 열악하거나 사용시간이 과다한 경우에는 배터리의 방전 전압이 불안정하게 되고, 이로 인해 차량에서 전원에 의해 동작하는 각종 부품에 악영향을 미치게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 온도보상형 씨피유(CPU)의 제어신호에 따라 에프이티(FET)로 고성능 고용량의 콘덴서에 직접 전하를 충방전시킴으로써, 차량 운행시 순간적인 전압방출(피크출력)이 요구되는 상황에서 배터리보다 신속하게 충전된 전력을 공급할 수 있는 자동차 순시피크전압 안정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 씨피유에서 감지된 배터리의 전압이 기준전압에 미달할 경우 경보신호를 발생하여 이를 운전자가 인식할 수 있도록 한 자동차 순시피크전압 안정장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명에 의한 자동차 순시피크전압 안정장치는 고용량, 내열성의 리플전압제거 콘덴서 및 충방전 콘덴서를 구비하고, 씨피유에서는 감지되는 배터리의 전압값에 따라 충방전 에프이티(FET) 및 충방전 트랜지스터(Tr)를 제어하여 PWM 방식으 로 듀티비(Duty ratio)에 대응하도록 회로설계되어, 순간적인 전압상승시에는 충방전 콘덴서에 전기를 충전하고, 전압강하시에는 충전된 전하를 방출하여 정전압을 유지할 수 있도록 함에 그 기술적 특징이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 배터리 순시피크전압 안정장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 자동차 순시피크전압 안정장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 일 실시례로서, 자동차 순시피크전압 안정장치의 회로도이고, 도 3은 도 1의 씨피유 및 에프이티에서 듀티비에 의해 전압의 방전량을 제어하는 것을 개략적으로 나타내는 신호도이다.
본 발명에 의한 배터리 순시피크전압 안정장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 전자소자를 포함하여 구성되는 회로기판(도시되지 않음)이 본체(1)의 내부에 장착되며, 상기 본체(1)의 일측으로는 배터리의 양극(4), 음극(5)에 연결할 수 있도록 양극단자(2) 및 음극단자(3)가 연장형성된다.
또한, 상기 본체에 구현된 회로기판은 동일한 목적 및 효과에 한정하더라도, 회로설계 엔지니어의 선택에 따라 등가회로 또는 부품변경 등 다양한 형태로 제작될 수 있음은 물론이다. 본 발명에서는 일 실시례로서 도 2에 도시된 바와 같이 회로설계하였다.
먼저, 배터리양극(4)에는 리플전압제거 콘덴서(10)가 연결되며, 상기 리플전압제거 콘덴서(10)는 배터리의 방전 전압중 피크(peak)값이 높은 리플 전압(Ripple voltage)을 제거하여 배터리의 방전 전압을 1차 안정시키게 되고, 상기 배터리의 방전 전압에 포함된 고주파신호는 상기 리플전압제거 콘덴서(10)에 병렬연결된 필터 콘덴서(11)에서 제거된다.
상기 안정된 배터리 방전전압은 상기 리플전압제거 콘덴서(10)에 병렬연결된 충방전 콘덴서(12)에 충전되며, 상기 충전된 전압은 씨피유(40)의 제어신호에 따라 필요순간에 다시 방전된다.
이때, 상기 리플전압 콘덴서(10)와 충방전 콘덴서(12)는 안정적인 충방전이 가능하도록 정격용량 10,000 (㎌) 이상의 고용량, 고효율의 내열성 콘덴서를 사용하게 된다.
또한, 배터리에서 공급되는 방전전압은 정전압아이씨(U1) 및 바이패스(bypass) 기능을 하는 복수의 콘덴서로 이루어진 정전압회로부(20)에서 재차 안정화된 후, 삼색(R,G,B)의 엘이디(31, 32, 33)가 병렬연결된 엘이디표시부(30)로 전달된다.
상기 엘이디표시부(30)는 씨피유(40)의 제어신호에 따라 점등하여 회로의 동작상태를 표시하게 된다.
즉, 배터리로부터 전압이 공급되어 씨피유(40)가 정상작동하면 적색(R) 엘이디(32)가 점등하고, 충방전 콘덴서(12)에서 방전이 이루어지면 녹색(G) 엘이디(33) 가 점등하며, 충방전 콘덴서(12)에서 충전이 이루어지면 청색(B) 엘이디(33)가 점등하게 된다.
본 발명에 의한 배터리 순시피크전압 안정장치는 배터리 전압을 감지하여 디지털방식에 의해 충방전 제어를 수행함에 그 기술적 특징이 있는 것으로서, 이를 위해 씨피유(40)와 방전제어 에프이티(50) 및 방전제어 트랜지스터(51)를 포함하여 회로구성된다.
이때, 상기 에프이티(FET; Field Effect Transistor) 및 트랜지스터(Transistor)는 종래 아날로그 및 디지털회로에 일반적으로 사용되는 공지의 전자부품이으로 상세한 설명은 생략하며, 본 발명에서는 상기 에프이티 및 트랜지스터의 회로적 특성을 응용하여 배터리 전압제어에 활용한다.
상기 배터리의 방전전압은 전압분배부(41)에서 소정비율로 분할(예를 들면, 배터리 전압이 15V인 경우, 2:1로 분할하여 씨피유에는 5V만)하게 되며, 상기 씨피유(40)에서는 상기 분할된 전압을 기준 전압과 비교한 후, 소정의 제어신호를 발생하여 방전제어 에프이티(50) 및 방전제어 트랜지스터(51)를 통해 충방전 콘덴서(12)의 충방전을 제어하게 된다.
다시말해, 배터리의 전압이 기준전압보다 낮은 경우에는 방전제어 에프이티(50) 및 방전제어 트랜지스터(51)에 의해 충방전 콘덴서(12)에 저장된 전압이 방전되며, 배터리의 전압이 기준전압보다 높은 경우에는 방전제어 에프이티(50) 및 방전제어 트랜지스터(51)에 의해 충방전 콘덴서(12)에 전기가 충전된다.
본 발명에 의한 씨피유(40)는 엔진룸의 고온 또는 겨울철 혹한시에도 동작가능하도록 -40 ∼ 125℃에서도 안정적으로 동작하는 온도보상형 씨피유로 구성되되, 배터리의 아날로그 전압신호를 PWM(Pulse Width Modulation) 변환하고, 듀티비(Duty ratio)에 의해 충방전 콘덴서(12)의 방전량을 결정하게 된다.
즉, 상기 씨피유(40)는 방전제어 에프이티(50) 및 방전제어 트랜지스터(51)에 의해 충방전 콘덴서(12)를 보다 효율적으로 제어하기 위해 PWM 변조 방식으로 구현되어 있으므로, 배터리의 방전전압에 따라 듀티비로 정밀하게 충방전 콘덴서의 방전 전압을 제어할 수 있게 된다.
도 3은 아날로그 신호로 이루어진 배터리의 방전전압이 씨피유(40)에서 PWM 방식에 의해 디지털 신호로 변환되는 것을 표시한 파형도이다.
예를 들어, 배터리 전압이 14.5V에 가까울 수록(듀티가 좁게 나타남) 첫번째 파형으로 나타나고, 배터리의 전압이 13.5V에 가까운 경우(듀티가 넓게 나타남)에는 세번째 파형으로 표시되므로, 상기 충방전 콘덴서(12)에서는 충전된 전하를 상기 듀티비에 대응하도록 지속적으로 방전함으로써 배터리의 순시피크전압을 조절하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 차량에 순간적인 피크전압이 반복적으로 발생하는 경우에도 씨피유(40)에서 이에 대응하여 충방전 콘덴서(12)에 저장된 전하를 방전할 수 있게 된다.
또한, 상기 씨피유(40)에는 공급되는 동작전압의 노이즈를 제거하는 노이즈제거 콘덴서(42)와, 역기전력에 의한 씨피유(40) 손상을 방지하는 안정 다이오드(43) 및 보호 휴즈(44)가 연결되며, 오동작시 씨피유(40)를 초기상태로 리셋(reset)시키는 리셋부(60)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 일 실시례로서, 차량 이용자의 편의를 위해 상기 씨피유(40)에는 감지된 배터리 전압이 소정 전압 이하일 경우 부저(71)를 동작시켜 배터리 교환을 안내하는 이상신호 경보부(70)가 부가하는 것이 바람직하며, 상기 씨피유(40)에 그 저장되어 있는 프로그램을 외부에서 수정 또는 삭제할 수 있도록 외부연결포트(80)를 부가함으로써, 사용환경 및 목적에 따라 본 발명에 의한 배터리 순시피크전압 안정장치의 기능을 개선(patch) 또는 변경(modify)할 수 있게 된다.
이상 도 1 내지 도 3에 도시된 도면은 본 발명의 일 실시례로서 나타낸 것으로서, 각 구성요소에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않으며, 동일 유사한 기능 및 효과를 갖는 대체 구성요소를 사용하거나 일부의 동작방식을 변경하는 경우도 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.
본 발명에 의한 자동차 순시피크전압 안정장치는 고용량, 내열성의 리플전압제거 콘덴서(10) 및 충방전 콘덴서(12)를 구비하고, 씨피유(40)에서는 감지되는 배터리의 전압값에 따라 충방전 에프이티(50) 및 충방전 트랜지스터(51)를 제어하여 PWM 방식으로 듀티비(Duty ratio)에 대응하도록 회로설계되어, 순간적인 전압상승시에는 충방전 콘덴서(12)에 전기를 충전하고, 전압강하시에는 충전된 전하를 방출하여 항상 정전압을 유지할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 엔진 점화코일을 포함한 각종 전원부의 리플전압을 차단하고, 자동차에 안정적인 전압을 공급함으로써, 안정적이고 강한 점화, 폭발력 증가와 인젝터 등 ECU 출력부의 응답성 향상, 전원부 등에 대한 근본적인 노이즈를 차단함으로써 차량의 출력이 개선되는 다른 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 자동차용 배터리 보조장치에 있어서,
    배터리양극(4)에 연결되며, 배터리의 방전 전압중 피크(peak)값이 높은 리플 전압(Ripple voltage)을 제거하는 리플전압제거 콘덴서(10)와;
    상기 리플전압제거 콘덴서(10)에 병렬연결되며, 배터리의 방전 전압에서 발생되는 고주파를 제거하는 필터 콘덴서(11)와;
    상기 리플전압제거 콘덴서(10)에 병렬연결되며, 배터리의 방전 전압에 의해 충전되고 씨피유(40)의 제어신호에 따라 방전하는 충방전 콘덴서(12)와;
    배터리에서 공급되는 방전전압을 안정화시키는 정전압회로부(20)와;
    삼색(R,G,B)의 엘이디(31, 32, 33)가 병렬연결되며, 씨피유(40)의 제어신호에 따라 점등하여 회로의 동작상태를 표시하는 엘이디표시부(30)와;
    배터리의 전압을 감지하고, 자동차에 필요한 순시전압을 방전할 수 있도록 에프이티 및 전압제어 트랜지스터를 제어하는 씨피유(40)와;
    상기 씨피유(40)에서 안정적으로 배터리 전압을 인식할 수 있도록 배터리 전압을 일정비율로 분배하는 전압분배부(41)와;
    씨피유(40)에 전달되는 전압의 노이즈를 제거하는 노이즈제거 콘덴서(42)와, 역기전력에 의한 씨피유(40) 손상을 방지하는 안정 다이오드(43) 및 보호 휴즈(44)와;
    씨피유(40)의 제어신호를 전달받으며, 방전제어 트랜지스터의 스위칭신호에 따라 충방전 콘덴서(12)에 저장된 전압의 방전량을 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 제어하는 방전제어 에프이티(50)와;
    로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 순시피크전압 안정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리플전압 콘덴서(10)와 충방전 콘덴서(12)는 정격용량 10,000 (㎌) 이상의 고용량 내열성 콘덴서를 사용하는 것을 특징으로 하는 순시피크전압 안정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 씨피유(40)는 엔진룸의 고온 또는 겨울철 혹한시에도 동작가능하도록 -40 ∼ 125℃에서도 안정적으로 동작하는 온도보상형 씨피유로 구성되되,
    배터리의 아날로그 전압신호를 PWM(Pulse Width Modulation) 변환하고, 듀티비(Duty ratio)에 의해 충방전 콘덴서의 방전량을 결정하는 것을 특징으로 하는 순시피크전압 안정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    오동작시 씨피유(40)를 초기상태로 리셋(reset)시키는 리셋부(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 순시피크전압 안정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 씨피유(40)에는 감지된 배터리 전압이 기준 전압 이하일 경우 부저(71)를 동작시켜 배터리 교환을 안내하는 이상신호 경보부(70)가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 순시피크전압 안정장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 씨피유(40)는 그 저장되어 있는 프로그램을 외부에서 수정 또는 삭제할 수 있도록 외부연결포트(80)가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 순시피크전압 안정장치.
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