KR20150093298A - 배터리 방전 차단 장치 - Google Patents

Abstract

배터리 방전 차단 장치로서, 배터리 전압 검출부, 타이머, 릴레이부, 제어부를 포함한다. 배터리 전압 검출부는 배터리의 출력 전압을 검출한다. 타이머는 제1 설정 시간이 경과하면 제1 종료 신호를 출력한다. 릴레이부는 배터리의 접지 단자와 그라운드 사이에 연결된다. 제어부는 배터리의 출력 단자에 연결되고, 배터리 전압 검출부로부터 수신하는 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 낮아지면 타이머를 동작시키고, 타이머로부터 제1 종료 신호를 수신하면 릴레이부를 오프시킨다.

Description

배터리 방전 차단 장치{An Apparatus for Blocking Discharge of Battery}

본 발명은 전원 차단 장치에 관한 것으로, 상세하게는 배터리 방전을 차단하는 장치에 관한 것이다.

배터리는 다양한 분야에서 전원공급 장치로 이용되고 있다. 예를들어, 자동차용 배터리는 자동차의 시동을 걸어주는 기본 역할 외에도, 조명 장치, 오디오, 네비게이션, 블랙박스 등에 전원을 공급한다.

그런데, 배터리는 관련 장치들에 전기적으로 연결되어 있어, 전력이 계속적으로 소비된다. 예를들어, 블랙박스는 차량의 시동이 꺼지고 주차된 상태에서도 전방을 감시하여 차량 사고를 촬영하는 기능을 갖고 있는데, 이 경우 블랙박스는 지속적으로 전력을 소비하게 된다. 이로인해, 배터리의 전압은 급격히 감소하게 되고, 시동 장치를 동작시키는데 필요한 최소 전압인 방전 종지전압 이하로까지 떨어지게 된다. 그 결과, 시동마저 걸 수 없는 상태가 된다.

배터리 전압이 방전 종지전압 아래로 떨어져 시동이 걸리지 않으면, 보통은 외부의 도움으로, 즉 외부 배터리 점프 방식으로 시동을 걸어 주게 된다. 그러나, 배터리의 충전 전압이 방전 종지전압 아래로 떨어지면, 회당 약 20%의 배터리 사용능력이 저하되며, 그 결과 이러한 전압 강하가 3번 정도 발생하면 해당 배터리를 더이상 사용할 수 없다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술을 보면, 전력을 소비하는 블랙박스 등에 타이머를 설치하여 소정 시간 동안만 블랙박스가 동작하도록 구성하고 있다. 그러나, 이러한 구성에서, 블랙박스의 동작을 정지시키더라도, 블랙박스는 배터리에 연결되어 있어 누설 전류에 의해 전력 소비가 일어나고 있기 때문에, 배터리의 전압 강하가 빠른 속도로 진행할 수밖에 없다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

첫째, 배터리의 누설 방전을 원천 차단함으로써 장시간 사용하지 않아도 배터리 출력 전압이 오랫 유지될 수 있고,

둘째, 배터리 전압이 방전 종지전압 아래로 떨어지는 것을 최소화함으로써 배터리 재사용율을 크게 높일 수 있는, 배터리 방전 차단 장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 일 실시예는 배터리 전압 검출부, 타이머, 릴레이부, 제어부를 포함하여 구성할 수 있다.

배터리 전압 검출부는 배터리 출력 전압을 검출하여 제어부로 전송한다.

타이머는 배터리 출력 전압이 기준 전압까지 떨어지는 시점부터 제1 설정 시간이 경과하면 제1 종료 신호를 출력하여 제어부로 전송한다.

릴레이부는 배터리의 접지 단자와 그라운드 사이에 연결되어 온/오프하며, 배터리 전원이 관련 장치들에 공급되는 것을 허용 또는 차단한다.

제어부는 배터리의 출력 단자에 연결된다. 제어부는 배터리 전압 검출부로부터 수신하는 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 낮아지면 타이머를 동작시킨다. 제1 설정 시간의 경과에 따라 타이머로부터 제1 종료 신호를 수신하면, 제어부는 릴레이부를 오프시켜, 배터리 전원이 관련 장치들에 공급되는 것을 차단한다.

본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 다른 실시예는 리셋부를 더 포함할 수 있다. 리셋부는 외부의 제어에 따라 릴레이부 온 신호를 출력하여 제어부로 전송한다. 이때, 제어부는 릴레이부 온 신호를 수신에 따라 릴레이부를 온시킨다.

제어부는, 릴레이부 온 신호를 수신하면, 배터리 전압 검출부로부터 수신하는 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 낮은 지를 다시 판단하고 낮으면 타이머를 동작시키고 이후 타이머로부터 제1 종료 신호를 다시 수신한다. 이어서, 제어부는 타이머를 다시 동작시킨 후 제2 설정 시간의 경과에 따른 제2 종료 신호를 타이머로부터 수신한다. 이 때, 제어부는 리셋부를 활성화시키며, 이로써 외부의 제어가 있으면, 리셋부가 릴레이부 온 신호를 다시 제어부로 전송할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 또다른 실시예는 상태 표시부를 더 포함할 수 있는데, 상태 표시부는 릴레이부의 온/오프 상태를 외부로 표시한다.

본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 또다른 실시예는 기준전압 조정부를 더 포함할 수 있는데, 기준전압 조정부는 환경에 따라 기준 전압을 조정할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 배터리 방전 차단 장치에 의하면, 배터리의 누설 방전을 원천 차단함으로써 배터리를 장시간 사용하지 않는 경우에도 배터리 출력 전압이 오랫 유지될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치에 의하면, 배터리 전압이 방전 종지전압 아래로 떨어지는 것을 최소화함으로써 배터리 수명을 늘릴 뿐 아니라 재사용율도 크게 높일 수 있다.

도 1a~1d는 본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 제1~4 실시예를 도시하고 있다.
도 2는 도 1a의 제1 실시예의 동작 과정을 보여주는 플로우챠트이다.
도 3은 도 1b의 제2 실시예의 동작 과정을 보여주는 플로우챠트이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1a은 본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 제1 실시예를 도시하고 있다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 배터리(100), 분배부(200) 등을 포함하는 전원 공급 장치에, 배터리 전압 검출부(310), 타이머(320), 메모리(330), 릴레이부(340), 제어부(350)를 포함하는 배터리 방전 차단 장치를 추가하여 구성할 수 있다.

배터리(100)는 보통 화학 배터리를 사용하는데, 자동차용 배터리를 보면 전해액을 채운 용기 속에 양극판과 음극판을 이격 배치하고 그 사이에 세퍼레이터를 개재하여 구성하고 있다. 여기서, 양극판으로는 산화납을 사용하고, 음극판으로는 납을 사용할 수 있는데, 충전과 방전을 반복하며 관련 장치들에 전력을 공급한다.

배터리(100)는 온도가 높은 환경에서는 반응이 활발하여 높은 성능을 발휘하지만, 저온 환경에서는 성능이 떨어지기도 한다.

분배부(200)는 배터리(100)의 전압을 관련 장치들로 전달하는 기능을 수행한다. 자동차에서, 분배부(200)는 휴즈 박스일 수 있다. 분배부(200)의 입력단은 배터리(100)의 출력 단자(+)에 연결되고, 분배부(200)의 출력단에는 조명 장치, 네비게이션, 블랙 박스 등과 접속되는 다수의 접속 단자가 구비되어 있다.

배터리 전압 검출부(310)는 배터리(100)의 출력 전압을 검출하여 제어부(350)로 전송한다. 배터리 전압 검출부(310)는 배터리(100)의 출력 단자(양극)와 접지 단자(음극)에 직접 연결하여 구성할 수도 있고, 제어부(350)에 연결되어 간접적으로 배터리(100)의 출력 전압을 검출하게 구성할 수도 있다.

타이머(320)는 배터리 출력 전압이 설정한 기준 전압까지 떨어지더라도 일정 시간이 경과한 후에 배터리 전원이 차단되도록 구성하기 위한 것이다. 여기서, 일정 시간은 1~120 초의 범위에서 설정할 수 있으며, 여름철에는 1~30 초의 범위에서 설정할 수도 있다.

이와 같이, 배터리 출력 전압이 기준 전압까지 떨어진 후에도 배터리 전원을 바로 차단하지 않고 지연 시간을 추가로 두는 이유는 시동을 걸 때 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 훨씬 낮은 전압으로 떨어지기 때문이다. 즉, 승용차의 경우, 충전 전압은 13.5 ~ 14.1 V 이고, 기준 전압은 12 V 라고 할 때, 시동을 걸면 배터리의 출력 전압이 순간적으로 9.5 V 까지 떨어질 수 있다. 이 경우, 지연 시간을 두지 않으면, 시동을 거는 사이에 전원이 차단되어 시동을 걸 수 없게 될 수 있기 때문이다. 또한, 여름보다 겨울철에 지연 시간을 길게 설정하는 것은 겨울철에 시동 거는데 더 시간이 걸리기 때문이다.

메모리(330)는 기준 전압, 지연 시간, 배터리의 누설 방전 및 자연 방전 특성 등의 데이터를 저장한다. 예를들어, 기준 전압을 1월~3월, 10월~12월의 기간에는 12V, 4월~9월의 기간에는 11.6V로 설정하고, 지연 시간을 1월~3월, 10월~12월의 기간에는 90초, 4월~9월의 기간에는 20초 등으로 설정하여 저장할 수 있다. 배터리의 누설 방전 및 자연 방전 특성은 계절별 기준 전압과 지연 시간을 정할 때 자료가 될 수 있다.

또한, 메모리(330)는 배터리의 누설 방전 및 자연 방전 특성 등의 데이터로부터 기준 전압 또는 지연 시간을 계산하는 프로그램도 저장할 수 있다.

릴레이부(340)는 일종의 스위칭 소자로서, 배터리(100)의 접지 단자(-)와 그라운드(차량의 경우에는 차체) 사이에 연결되며, 제어부(350)의 제어에 따라 온/오프한다. 온인 경우에는 배터리 전원이 관련 장치들에 공급되고, 오프인 경우에는 배터리 전원이 차단된다.

제어부(350)는 배터리(100)의 출력 단자(+)에 연결된다. 제어부(350)는 배터리 전압 검출부(310)로부터 수신하는 배터리 출력 전압이 설정한 기준 전압보다 낮아지면 타이머(320)를 동작시킨다. 설정한 지연 시간이 경과하면, 타이머로부터 지연시간 종료신호를 수신한다. 이때, 제어부(350)는 릴레이부(340)를 오프시키며, 이를 통해 배터리 전원이 관련 장치들에 공급되는 것을 차단한다.

한편, 제어부(350)는 외부로부터 기준 전압, 지연 시간, 배터리의 누설 방전 및 자연 방전 특성 등의 데이터를 수신하면, 이를 메모리(330)에 저장한다. 또한, 제어부(350)는 메모리(330)에 저장된 프로그램을 이용하여 배터리의 누설 방전 및 자연 방전 특성 등에 기초하여 기준 전압 또는 지연 시간을 계산하여 타이머(320) 등의 제어에 적용시킬 수 있다.

도 1b는 본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 제2 실시예를 도시하고 있다.

도 1b에 도시한 바와 같이, 배터리 방전 차단 장치는 리셋부(360)를 더 포함할 수 있다. 리셋부(360)는 예를들어 버튼 형태로 구성할 수 있으며, 차량의 경우에는 차량 내부의 시동키 옆에 구비할 수 있다.

리셋부(360)는 리셋 버튼의 누름에 의해 릴레이부 온 신호를 제어부(350)로 전송한다. 이때, 제어부(350)는 릴레이부(340)를 온시킨다. 제어부(350)가 릴레이부(340)를 온시키면, 도 1a의 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 제어부(350)는 배터리 전압 검출부(310)로부터 배터리 출력 전압을 수신하고 이를 기준 전압과 비교하며, 만약 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 낮으면 타이머(320)를 동작시킨다.

이후, 타이머(320)로부터 지연시간 종료신호를 수신하면, 제어부는 타이머를 다시 동작시켜 제2 지연 시간의 경과에 따른 제2 지연시간 종료신호를 타이머(320)로부터 수신한다. 이때, 제어부(350)는 리셋부(360)를 활성화시켜, 사용자가 리셋부(360)를 다시 조작할 수 있게 한다. 이와 같이, 제2 지연 시간을 두는 것은, 배터리 출력 전압이 기준 전압 아래로 떨어져 있는 경우에도, 일정 시간 후에 시동을 다시 걸면 이전 시동의 시도로 인해 다음 시도의 시동이 걸리는 경우가 있기 때문이다. 여기서, 제2 지연 시간은 예를들어 10~ 30초의 범위에서 설정할 수 있다.

도 1c는 본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 제3 실시예를 도시하고 있다.

도 1c에 도시한 바와 같이, 배터리 방전 차단 장치는 상태 표시부(370)를 더 포함할 수 있다. 상태 표시부(370)는 예를들어 LED 점등 장치로 구성할 수 있으며, 차량의 경우에는 운전석 전방의 차량 내부에 구비할 수 있다.

상태 표시부(370)는 릴레이부(340)의 온/오프 상태를 확인할 수 있게 해준다.

도 1d는 본 발명에 따른 배터리 방전 차단 장치의 제4 실시예를 도시하고 있다.

도 1d에 도시한 바와 같이, 배터리 방전 차단 장치는 기준전압 조정부(380)를 더 포함할 수 있다. 기준전압 조정부(380)는 예를들어 가변 저항 등으로 구성할 수 있는데, 이를 이용하면 사용자가 계절 등의 환경에 따라 기준 전압을 수동으로 조정할 수 있다.

도 2는 도 1a의 제1 실시예의 동작 과정을 보여주는 플로우챠트이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 먼저 배터리 전압 검출부(310)가 배터리(100)의 출력 전압을 측정한다(S111). 이 경우, 배터리 전압 검출부(310)는 배터리 출력 전압을 배터리(100)의 양 단자에 직접 연결되어 측정할 수도 있고, 제어부(350)를 통해 간접적으로 측정할 수도 있다.

이후, 제어부(350)는 수신한 배터리 출력 전압과 설정한 기준 전압을 비교한다(S113). 이때, 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 낮으면, 제어부(350)는 타이머(320)를 동작시킨다. 그렇지 않고, 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 높은 상태이면, 소정 시간마다 배터리 출력 전압을 다시 측정한다.

타이머(320)가 동작한 후(S115), 타이머(320)로부터 제1 종료신호, 즉 지연시간 종료신호를 수신하면(S117), 제어부(350)는 릴레이부(340)를 오프시킨다(S119). 이 경우, 관련 장치들에 공급되는 배터리 전원이 차단되고, 미미한 전력만이 제어부(350)를 구동하는데 사용된다. 물론, 제어부(350)는 일정 시간 동안 관련 제어 신호를 수신하지 않으면, 휴면 상태로 들어가게 구성함으로써, 제어부(350)에 의한 전력 소모를 최소화할 수 있다.

제어부(350)는, 릴레이부(340)를 오프시킨 후, 리셋부(360)를 활성화시켜, 사용자가 릴레이부(340)를 수동으로 온시킬 수 있게 한다(S121).

도 3은 도 1b의 제2 실시예의 동작 과정을 보여주는 플로우챠트이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 리셋부(360)가 활성화된 상태에서(S211), 리셋부(360)가 동작하면, 제어부(350)는 리셋부(360)로부터 릴레이부 온 신호를 수신한다(S213). 이 경우, 제어부(350)는 릴레이부(340)를 온시키고(S215), 다시 도 2에서 설명한 과정을 수행한다(S111~S121).

이후, 제어부(350)는 타이머(320)를 다시 동작시킨다(S217). 이 경우, 타이머(320)는 제2 지연 시간이 경과하면, 그에 따른 제2 지연시간 종료신호를 제어부(350)로 전송한다(S219). 이때, 제어부(350)는, 리셋부(360)를 활성화시킨다.

이상, 몇가지 실시예로서 본 발명을 설명하였으나, 이는 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것이다. 따라서, 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 사상 범위 내에서 위 실시예를 다른 형태로 변형할 수 있을 것이다.

그러나, 본 발명의 권리범위는 위에서 설명한 실시예가 아니라 아래의 청구범위에 의해 결정되므로, 통상의 기술자가 행하는 그러한 변형례들이 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

100 : 배터리 200 : 분배부
310 : 배터리 전압 검출부 320 : 타이머
330 : 메모리 340 : 릴레이부
350 : 제어부 360 : 리셋부
370 : 상태 표시부 380 : 기준전압 조정부

Claims (5)

1. 배터리의 출력 전압을 검출하는 배터리 전압 검출부;
   제1 설정 시간이 경과하면 제1 종료 신호를 출력하는 타이머;
   상기 배터리의 접지 단자와 그라운드 사이에 연결되는 릴레이부;
   상기 배터리의 출력 단자에 연결되고, 상기 배터리 전압 검출부로부터 수신하는 상기 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 낮아지면 상기 타이머를 동작시키고, 상기 타이머로부터 상기 제1 종료 신호를 수신하면 상기 릴레이부를 오프시키는 제어부를 포함하는, 배터리 방전 차단 장치.
2. 제1항에 있어서,
   릴레이부 온 신호를 출력하는 리셋부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 리셋부로부터 상기 릴레이부 온 신호를 수신하면 상기 릴레이부를 온시키는, 배터리 방전 차단 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 릴레이부 온 신호를 수신할 경우, 상기 배터리 전압 검출부로부터 수신하는 상기 배터리 출력 전압이 기준 전압보다 낮은 지를 다시 판단하고 낮으면 상기 타이머를 동작시킨 후 상기 타이머로부터 상기 제1 종료 신호를 다시 수신하고, 이후 상기 타이머를 다시 동작시킨 후 제2 설정 시간의 경과에 따른 제2 종료 신호를 상기 타이머로부터 수신하면 상기 리셋부를 활성화시키는, 배터리 방전 차단 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 릴레이부의 온/오프 상태를 표시하는 상태 표시부를 더 포함하는, 배터리 방전 차단 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기준 전압을 조정하는 기준전압 조정부를 더 포함하는, 배터리 방전 차단 장치.

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