KR101144101B1 - Method and apparatus for improving starting faculty of automobiles - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은 자동차의 배터리 전압을 일정하게 유지시켜 시동 능력을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 슈퍼 커패시터(이하, "EDLC"라 함), 배터리, 배터리의 전압을 승압시켜 EDLC에 충전하기 위한 DC/DC 컨버터로 된 승압부, 자동차의 시동기(starter)를 포함한 부하장치에서 소모 전력에 따라 전압 강하에 대응하는 전력을 조절하여 공급하는 스위치부, 및 배터리의 전압을 검출하여 시동 전후를 판단하고 공급해야할 전력량을 산출하거나 전원이 꺼졌을 때 소모전류를 줄이기 위한 기능을 수행하는 마이크로프로세서로 구성된다. 따라서, 본 발명은 승압된 전압을 EDLC에 충전한 후 자동차 배터리와 병렬 연결되어 소모된 전류량을 공급함으로써 배터리 전압을 일정하게 유지하게 하여 자동차의 시동을 원활하게 하며 자동차 시동능력을 향상시키는 효과를 제공한다. The present disclosure relates to a method and apparatus for improving the starting capability by keeping a battery voltage of a vehicle constant. The present invention consumes power in a load device including a super capacitor (hereinafter referred to as "EDLC"), a booster made of a battery, a DC / DC converter for boosting the voltage of the battery and charging the EDLC. According to the voltage drop according to the switching unit for supplying the power supply, and detects the voltage of the battery to determine before and after the start and calculate the amount of power to be supplied or to perform a function to reduce the current consumption when the power is turned off It consists of. Accordingly, the present invention provides an effect of smoothly starting the car and improving the starting ability of the car by maintaining the battery voltage by supplying the consumed current amount in parallel with the car battery after charging the boosted voltage to the EDLC. do.
배터리, EDLC, 시동 Battery, EDLC, Startup
Description
본 발명은 자동차의 시동능력 향상을 위해 배터리(battery)에 슈퍼 커패시터(super capacitor)를 병렬 연결하는 것에 관한 것으로서, 특히 자동차의 시동 전?후에 따라 슈퍼 커패시터의 방전을 제어하여 배터리의 전압이 일정할 수 있도록 한 자동차의 시동능력 향상 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to the parallel connection of a super capacitor to the battery (battery) in order to improve the starting ability of the vehicle, in particular, the voltage of the battery by controlling the discharge of the super capacitor before and after the start of the vehicle The present invention relates to a method and apparatus for improving the starting capability of an automobile.
일반적으로 자동차 배터리는 자동차 엔진의 구동에 의해 발전하는 발전기에 의해 충전되고, 자동차를 시동시키는 스타팅 모터를 구동시키기 위한 동력을 공급한다. 그러므로, 자동차 배터리에 엔진의 초기 구동을 위한 전력이 충전되어 있지 않은 경우 자동차 엔진이 구동되지 않고, 엔진이 구동되지 않으면 배터리는 새로이 충전되지 못하여 완전 방전되므로 자동차를 시동할 수 없게 된다.In general, a car battery is charged by a generator that is generated by driving of an automobile engine, and supplies power for driving a starting motor for starting a vehicle. Therefore, when the vehicle battery is not charged with power for the initial driving of the engine, the vehicle engine is not driven, and if the engine is not driven, the battery cannot be newly charged and is completely discharged so that the vehicle cannot be started.
종래에는 자동차 배터리가 방전되는 경우 점프 케이블을 이용하여 타 차량의 배터리로부터 시동 전류를 인가받아 자동차를 시동시키거나, 별도의 전력공급장치로부터 전류를 인가받아 자동차를 시동시킨 후 엔진 구동에 의해 배터리가 충전되도록 하였다.Conventionally, when the vehicle battery is discharged, the vehicle is started by the start current from the battery of another vehicle using a jump cable or the vehicle is started by driving the engine after receiving the current from a separate power supply. To be charged.
따라서, 종래에는 타 차량이나 별도의 전력공급장치가 없는 경우 자동차의 시동을 위한 전류가 공급되지 않아 자동차를 시동할 수 없어 운행이 불가능한 문제점이 있었다.Therefore, in the related art, when there is no other vehicle or a separate power supply device, a current cannot be started because a current for starting the vehicle is not supplied, and thus the vehicle cannot be started.
최근에는 자동차의 성능 특히, 시동 능력을 향상시키기 위해 많은 검토가 이루어지고 있다. 그래서, 슈퍼 커패시터인 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 자동차 배터리에 연결하여 전기에너지의 용량을 극대화해 전기에너지를 공급해 줌으로서 전기에너지가 부족하여 발생하는 문제를 해결해주는 방법이 개발되었다.In recent years, many studies have been made to improve the performance of the vehicle, especially the starting ability. Therefore, a method of solving a problem caused by lack of electric energy has been developed by supplying electric energy by maximizing electric energy capacity by connecting a super capacitor EDLC (Electric Double Layer Capacitor) to a car battery.
이와 같이 배터리의 성능은 자동차의 성능과 직접 관계되며, 자동차의 성능을 향상시키기 위해서는 배터리의 성능이 우수해야 한다.As such, the performance of the battery is directly related to the performance of the vehicle, and in order to improve the performance of the vehicle, the performance of the battery must be excellent.
하지만, 자동차에서 배터리의 충전 상태에 따른 정확한 배터리 관리가 이루어지지 않아 배터리의 상태에 관계없이 충전을 하였기 때문에 배터리 에너지를 효율적으로 이용하지 못할뿐만 아니라 적정한 충전 제어를 하지 못하는 문제점이 있었다. However, since accurate battery management is not performed in accordance with the state of charge of the battery in the vehicle, the battery is charged regardless of the state of the battery, and thus there is a problem that the battery energy cannot be efficiently used and proper charge control is not performed.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 점을 감안하여 안출된 것으로, 자동차의 배터리에 전력 공급시 배터리의 상태에 따른 정확한 관리와 적정한 충전을 통해 배터리 전압을 일정하게 유지하게 하며 자동차의 시동을 원활하게 할 수 있도록 한 자동차의 시동능력 향상 방법 및 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention has been made in view of the above-mentioned, when the power supply to the battery of the vehicle to maintain a constant battery voltage through accurate management and proper charging according to the state of the battery smoothly starting the car The present invention provides a method and apparatus for improving the starting capability of a vehicle.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차의 시동능력 향상 방법은, 자동차의 시동능력을 향상시키기 위한 방법에 있어서, (1) 상기 자동차의 배터리 전압을 승압시켜 승압된 전압을 배터리에 병렬 연결되는 EDLC에 충전시키는 단계와, (2) 상기 배터리의 현재 전압을 검출하여 시동기 구동 전후를 판단하고, 판단결과에 따라 배터리에 공급해야할 전력량을 산출하는 단계, 및 (3) 상기 산출된 전력량에 따라 방전시간을 조절하여 상기 EDLC에 충전된 전압을 상기 배터리측에 방전시켜 배터리의 전압을 일정하게 유지시키는 단계를 포함한다.Method for improving the starting capability of a vehicle according to the present invention for achieving the above object, in the method for improving the starting capability of the vehicle, (1) by boosting the battery voltage of the vehicle by connecting the boosted voltage to the battery in parallel Charging the EDLC, and (2) determining the start and the start of the starter by detecting the current voltage of the battery, calculating the amount of power to be supplied to the battery according to the determination result, and (3) the calculated amount of power. Controlling a discharge time to discharge the voltage charged in the EDLC to the battery side to maintain a constant voltage of the battery.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 자동차의 시동능력 향상 장치는, 자동차 시동능력을 향상시키는 장치에 있어서, 자동차의 배터리에 병렬로 연결되는 EDLC와, 상기 배터리의 전압을 승압하여 승압된 전압을 상기 EDLC에 충전시키는 승압부와, 상기 EDLC에 충전된 승압 전압을 상기 배터리측에 방전시켜 배터리 전압을 일정하게 유지시키는 스위치부, 및 상기 배터리의 현재 전압을 검출하여 소모된 전류량만큼 배터리 충전이 이루어지도록 상기 스위치부의 스위칭시간을 제어하는 마이크로 프로세서를 포함한다.An apparatus for improving the starting capability of an automobile for achieving the object of the present invention includes an EDLC connected in parallel with a battery of an automobile, and a voltage boosted by boosting the voltage of the battery. A boost unit for charging the battery, a switch unit for discharging the boost voltage charged in the EDLC to the battery side to maintain a constant battery voltage, and detecting the current voltage of the battery so that the battery is charged by the amount of current consumed. It includes a microprocessor for controlling the switching time of the switch unit.
본 발명에 따른 자동차의 시동능력 향상 방법 및 장치는, 자동차의 배터리에 전력을 공급시 승압된 전압을 고용량 캐패시터인 EDLC에 충전한 후, 부하장치에 의해 수시로 떨어지는 전압을 검출하여 필요한 전기량을 공급함으로써, 배터리 전압을 일정하게 유지하게 하며, 자동차의 시동을 원활하게 할 수 있는 효과를 갖는다. 아울러, 오래된 배터리를 사용하더라도 새 배터리처럼 시동이 잘 걸릴 수 있게 된다.Method and apparatus for improving the starting capability of a vehicle according to the present invention, by charging the voltage boosted during the power supply to the battery of the vehicle in the EDLC, a high capacity capacitor, by detecting the voltage often dropped by the load device to supply the required amount of electricity The battery voltage can be kept constant, and the vehicle can be started smoothly. In addition, even old batteries can start as well as new ones.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 시동능력 향상 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1 장치의 각 구성을 나타내는 상세 회로도이다. 1 is a configuration diagram of an apparatus for improving starting capability of a vehicle according to the present invention, and FIG. 2 is a detailed circuit diagram illustrating each configuration of the apparatus of FIG. 1.
도 1에 나타낸 장치는 자동차의 배터리(10), 배터리(10)에 병렬로 연결되는 EDLC(30), 및 배터리(10)와 EDLC(30) 사이에 연결되며 배터리(10)의 전압을 승압시켜 EDLC(30)에 충전하기 위한 승압부(20)를 구비한다. 도 1의 장치는 또한, 배터리(10)의 전압을 검출하여 시동기(stater) 구동 전후를 판단하고 공급해야할 전력량을 산출하거나 전원이 꺼졌을 때 소모전류를 줄이기 위한 기능을 수행하는 마이크로프로세서(50)와, 마이크로프로세서(50)의 제어에 따라 자동차의 시동기를 포함한 부하장치에서의 소모 전력에 따라 전압 강하에 대응하는 전력을 조절하여 공급 하는 스위치부(40)를 구비한다. 이러한 구성을 갖는 도 1 장치의 자동차 시동능력을 향상시키는 동작에 대해 도 2를 통해 구체적으로 설명한다.The device shown in FIG. 1 is connected between the
배터리(10)의 (+)극과 접지(GND) 사이에는 다수개의 커패시터를 직렬로 연결한 고용량의 EDLC(30)가 병렬로 연결된다. 이때, 배터리(10)와 EDLC(30)는 같은 극성끼리 올바르게 접속되어야 한다. 여기서, 자동차 배터리(10)와 EDLC(30)를 승압부(20)를 통해 연결함으로서 배터리(10)의 전압을 승압시켜 EDLC(30)에 충전한다. 본 실시예에서, 승압부(20)는 DC-DC 컨버터(converter)로써 LM2577 승압용 스위칭 레귤레이터(21)를 사용한다. 즉, 승압부(20)는 배터리(10)로부터의 입력전압에 따라 인덕터(T1)에 전류를 흘려주면 전압이 발생하는데, 이때 LM2577 승압용 스위칭레귤레이터(21)로 전류를 스위칭시켜주면 고압이 발생하게 된다. 여기서 나온 고압펄스를 다이오드(D5)와 커패시터(C19)를 통해 정류 및 평활하여 직류로 바꾸어 출력하는 데 이를 승압이라 하며, 이 출력전압을 LM2577 승압용 스위칭레귤레이터(21)로 궤환(Feedback)시켜 스위칭시간을 제어하여 원하는 일정한 전압을 유지하게 만든다. 승압부(20)는 배터리(10)로부터 12V의 전압을 입력받아 20V의 전압으로 승압시키고, 승압된 전압을 EDLC(30)에 공급하여 커패시터들을 충전시킨다. A
EDLC(30)는 대략 8~9개 정도의 커패시터들이 직렬로 연결된 고용량의 슈퍼 커패시터로 구성되어 승압부(20)를 통해 20V로 승압된 전압을 공급받아 충전하고 있다가 자동차의 시동기 기동이나 각 부하장치 작동시 배터리의 방전전류가 감당하지 못하여 출력이 순간적으로 부족하게 될 때 충전하고 있던 전류가 순간적으로 방전되면서 배터리를 보조하는 역할을 하게 된다. EDLC (30) is composed of a high-capacity supercapacitor of about 8 to 9 capacitors connected in series, and is charged with a voltage boosted to 20V through
한편, 마이크로프로세서(50)는 배터리(10)의 전압을 검출하여 세그먼트 표시부(60)에 숫자로 표시되도록 한다. 마이크로프로세서(50)는 또한, 19번핀으로 인가되는 전압을 통해 배터리(10)의 현재 전압을 검출하게 되는 데, 마이크로프로세서(50)의 19번핀에 연결된 전압검출부(51)는 복수개의 저항(R2,R3)과 가변저항(VR)이 직렬로 연결되어 배터리(10)의 현재 전압을 마이크로프로세서(50)의 19번핀으로 전달한다. 마이크로프로세서(50)는 배터리(10)의 전압을 검출하여 자동차의 시동기(starter) 구동 전후를 판단한다. 즉, 마이크로프로세서(50)는 자동차 엔진의 시동이 걸리기 전과 시동이 걸려 발전기(alternator)의 전압이 배터리(10)에 걸렸을 때를 판단하여 공급해야할 전력량을 산출한다. 시동기(starter) 구동시점에서는 대전류가 순간적으로 소모되어 전압이 10V 이하로 급격하게 떨어지는 반면, 시동이 걸린 후에는 전류 소모가 거의 없어 전압 변화가 심하지 않게 된다. 마이크로프로세서(50)는 일정시간 동안 현재의 배터리 전압을 평균한 평균전압과 순간적인 전압강하에 따른 전압 차이를 비교하여 이에 비례하는 전력량을 산출한다. 자동차 엔진의 시동이 걸리면 내부 발전기(alternator)에 의해 전기가 생성되고 이를 정류하여 자동차의 배터리(10)와 부하장치에 전기를 공급하게 된다. 이때 부하장치에 의해 수시로 배터리(10) 전압이 떨어지게 된다. 마이크로프로세서(50)는 산출된 공급해야할 전력량에 따라 스위치부(40)를 제어하여 필요한 전기량이 EDLC(30)을 통해 배터리(10)측에 공급되도록 한다. 배터리(10)는 스위치부(40)를 통해 EDLC(30)로부터 소모된 전류량만큼 전력을 공급받아 충전하여 시동 전후나 부하장치 가동에 상관없이 항시 일정한 전압을 유지하게 된다. Meanwhile, the
스위치부(40)는 복수개의 npn형 트랜지스터(Q2,Q4)와 전계효과트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)(Q3)로 구성된다. 마이크로프로세서(50)의 13번핀에 베이스가 연결된 트랜지스터(Q2)는 마이크로프로세서(50)로부터 인가되는 제어신호에 따라 "온(ON)/오프(OFF)" 된다. 트랜지스터(Q2)의 에미터에 베이스가 연결된 트랜지스터(Q4)는 트랜지스터(Q2)가 "온(ON)" 상태일 때 "턴-온(ON)" 된다. 트랜지스터(Q2,Q4)의 콜렉터에 게이트(G)가 연결된 FET(Q3)는 게이트(G)에 인가되는 제어 전압의 크기에 따라서 드레인(D) 전류가 제어된다. The
즉, 마이크로프로세서(50)는 대전류가 소모되어 배터리 전압이 급격히 떨어지게 되는 자동차의 시동기(starter) 구동에서는, 스위치부(40)의 트랜지스터(Q2,Q4)가 "온(ON)"되는 시간의 주기를 길게 한다. 마이크로프로세서(50)는 또한, 엔진에 시동이 걸린 상태에서 부하장치 사용에 의해 큰 전력소모 없이 전압이 서서히 떨어지는 경우에는 스위치부(40)의 트랜지스터(Q2,Q4)가 "온(ON)"되는 시간의 주기를 짧게 한다. 스위치부(40)의 FET(Q3)는 트랜지스터(Q2,Q4)가 "온(ON)" 상태인 동안 소스(S)에 인가되는 EDLC(30)의 방전 전류를 드레인(D)을 통해 배터리(10)측에 PWM 방전을 하여 배터리전압을 일정하게 유지하게 한다.That is, the
마이크로프로세서(50)는 자동차 엔진의 작동이 멈추어 발전기(alternator)의 전압이 배터리(10)에 공급되지 않는 경우 즉, 시동이 꺼진 상태에서는 승압부(20)와 세그먼트 표시부(60)의 구동전원을 "오프(OFF)"시켜 불필요한 소모전류를 줄일 수 있도록 한다. The
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 시동능력 향상 장치를 나타내는 구성도,1 is a block diagram showing an apparatus for improving starting capability of a vehicle according to the present invention;
도 2는 도 1 장치의 각 구성을 나타내는 상세 회로도.FIG. 2 is a detailed circuit diagram illustrating each configuration of the device of FIG. 1. FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 배터리 20 : 승압부10: battery 20: booster
30 : EDLC 40 : 스위치부30: EDLC 40: switch unit
50 : 마이크로프로세서 60 : 세그먼트 표시부50: microprocessor 60: segment display unit
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