JP2018534907A

JP2018534907A - 輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置

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Publication number: JP2018534907A
Application number: JP2018545101A
Authority: JP
Inventors: パク，ヨンミン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-11-22
Also published as: US20190052107A1; EP3379685A1; KR101746418B1; WO2017086705A1; EP3379685A4; KR20170057616A

Abstract

本発明は、輸送手段の放電バッテリーの再充電用ジャンプスターター装置に関するものである。より詳しくは、各種電気電子機器が自動車の始動が停止しても作動されている傾向により放電現象が継続的に増加している状況で、既存の携帯用ジャンプスターター装置に比べて少ない数の電池を使用してコストを削減することができながらも、数秒で充電を完了することができ、また、体積と重量を最小化することができて、携帯性と便宜性を極大化することができる輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置に関するものである。このため、本発明は、１次電池または二次電池が複数が電気的に（直）並列に接続されて輸送手段の放電バッテリー充電のための直流電源を発生する電池部と、電池部の（＋）端子と（−）端子と電気的に接続されて、電池部から出力される電源の電圧を特定値以上に昇圧させる昇圧回路部と、一側は昇圧回路部と電気的に接続され、他側は再充電対象バッテリーの端子に電気的に接続される接続端子とを含む、輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置を提供する。

Description

本発明は、輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置に関するものである。より詳しくは、各種電気電子機器が車の始動を停止しても作動することにより放電現象が継続的に増加している状況で、既存の携帯ジャンプスターター装置に比べて少ない数の電池を使用してコストを削減することができながらも、数秒で充電を完了することができ、また体積と重量を最小化することができて、携帯性と便宜性を極大化することができる輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置に関するものである。

自動車の始動と電気装置の作動のためにバッテリーが用いられる。エンジンの作動中に発電機が各電装品に電力を供給し、エンジンが停止していたり、始動する時は発電機が作動しないことからバッテリが電力を供給する。

車のバッテリーは負荷によって放電が発生する可能性があり、無負荷状態でも長時間放置されると、自己放電が発生する場合がある。放電によりバッテリーの電力が不十分になる場合、エンジン始動が不可能で、別途の外部電源を利用して充電する必要がある。

一般に、バッテリの放電時、他の車の助けを受けたり、保険会社の緊急出動サービスを利用している。助けを要請する車がない場合は、他の車の助けを受けにくく、通勤時間にバッテリの放電が発生する場合、保険会社の充電車両が到着するまでたくさん時間がかかる。

これに対する代案として、携帯用バッテリー充電器が開発されて発売された。充電用リチウムポリマーバッテリーを用いてバッテリーの充電器を作り、これを携帯して車両のバッテリーの放電時に用いるのである。これらの製品は、大部分値段が高価であり、充電に最低１０分以上の時間がかかって、消費者の購買を阻害する要因として作用している。

一方、韓国登録実用新案公報第０２５７１２２号（２００１．１２．２４公告）には、市販の乾電池を利用した非常用車バッテリー充電器が開示されている。上記技術は、１．５Ｖの乾電池９つを直列に接続して１３．５Ｖに作り、これを再び３回並列接続して、自動車のシガーオブジェクトに差し込んで、約１０〜２０分充電させて始動をかける方式である。必要な乾電池数が少なくとも２７個もあり、約３Ａの電流を作ることができる。上記技術の場合にも、充電時間が長すぎ、必要な乾電池の数が多すぎるという欠点がある。

本発明は、前述したような問題点を解決するために案出されたものであり、特に携帯が可能でありながらも、充電時間が短く、低廉な放電バッテリー充電用ジャンプスターター装置を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するために案出された本発明に係る輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置は、１次電池または二次電池を複数電気的に並列に接続されて輸送手段の放電バッテリーの再充電のための直流電源を発生する電池部と、電池部の（＋）端子と（−）端子と電気的に接続されて、電池部から出力される電源の電圧を特定値以上に昇圧させる昇圧回路部と、一側は昇圧回路部と電気的に接続され、他側は再充電対象バッテリーの端子に電気的に接続される接続端子とを含む。

また、電池部は１次電池を複数（直）並列して、３０Ａ以上の直流電流を作り出し、昇圧回路部は１２〜４８Ｖの直流電圧を出力することができる。

また、昇圧回路部は、電池部の（＋）端子側に電気的に接続された第１抵抗と、第１抵抗と電池部の（−）端子との間に電気的に接続された第１キャパシタと、電池部の（＋）端子側に電気的に接続されるが、第１抵抗と並列に接続されたインダクタと、インダクタに電気的に接続された第２抵抗と、コレクタ電極はインダクタに電気的に接続され、ベース電極は第２抵抗に電気的に接続され、エミッタ電極は電池部の（−）端子側に電気的に接続されるトランジスタと、トランジスタのエミッタ電極に電気的に接続される第２キャパシタと、一側は第２抵抗とトランジスタのベース電極との間に電気的に接続され、他側は電池部の（−）端子側に電気的に接続される第１ダイオードと、コレクタ電極に電気的に接続される第２ダイオードをと含むことができる。

また、本発明は、電池と昇圧回路及び放電バッテリーが構成する閉回路を流れる電流値がＩ_{ｌｉｍｉｔ}を超えないように電流値Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}を検出してコンパレータ（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）を通じてＩ_{ｌｉｍｉｔ}とＩ_{ｓｅｎｓｅ}を比較する制限電流制御部を含むことができる。

本発明によれば、突然やってくる異常寒波、車の性能が向上すればするほど増加する電気電子機器、車の始動が停止された後でも作動する車両用品と、高輝度外装エクステリアなどによる放電現象が継続的に増加する状況で、既存の携帯ジャンプスターター装置に比べて少ない数の電池を用いてコストを削減することができながらも、数秒で充電を完了することができ、体積と重量を最小化することができ、携帯性と便宜性を極大化することができるという効果を奏する。

本発明の好ましい実施例による輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置のブロック図である。図１における昇圧回路部の回路図である。

本発明に係る輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置は、１次電池または二次電池が複数電気的に直列または並列または直並列混合で接続されて輸送手段の放電バッテリー再充電のための直流電源を発生する電池部と、電池部の（＋）端子と（−）端子と電気的に接続されて、電池部から出力される電源の電圧を特定値以上に昇圧させる昇圧回路部と、一側は昇圧回路部と電気的に接続され、他側は再充電対象バッテリーの端子に電気的に接続される接続端子とを含む。

以下、本発明の好ましい実施例を添付された図面を参照して詳しく説明する。まず、各図面の構成要素に参照符号を付加する際に、同じ構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても同じ符号を付けていることに留意すべきである。また、本発明を説明するにおいて、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にする虞があると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。なお、以下では、本発明の好ましい実施例を説明するが、本発明の技術的思想はこれに限定または制限されず、当業者によって変形されて多様に実施されることができることはもちろんである。

図１は、本発明の好ましい実施例による輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置のブロック図であり、図２は、図１における昇圧回路部の回路図である。

本発明の好ましい実施例による輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置は、図１及び図２によれば、電池部２、昇圧回路部６は、及び接続端子６を含む。

電池部２は、電池が複数電気的に（直）並列に接続されて輸送手段の放電バッテリーの再充電のための直流電源を発生する。電池としては、市販で入手可能な１次電池（乾電池）が用いられることができ、充電が可能な二次電池も用いることができる。二次電池が用いられる場合には、過充電や過放電を防止するために保護回路がさらに備えられることが好ましい。

一例として、電池部２は、１．５Ｖの電圧を有する１次電池が複数（直）並列に接続して構成することができる。複数の１次電池が（直）並列接続を介して３０Ａ以上の直流電流を発生することによって、充電時間が数秒に過ぎず、すぐに運送手段の始動をかけることができる。輸送手段が車である場合、車のバッテリーは約１２Ｖが用いられており、今後発売される一部モデルの車には４８Ｖが用いられる予定もある。従って、本発明では電圧を昇圧させるための昇圧回路が必要である。

昇圧回路部４は、電池部２の（＋）端子と（−）端子と電気的に接続されて、電池部２から出力される電源の電圧を特定値（例えば１２〜４８Ｖ）以上に昇圧させた後接続端子６に出力する。

図２によれば、昇圧回路部４は、電池部２の（＋）端子側に電気的に接続された第１抵抗１０と、第１抵抗１０と電池部２の（−）端子との間に電気的に接続された第１キャパシタ１２と、電池部２の（＋）端子側に電気的に接続されるが、第１抵抗１０と並列に接続されたインダクタ１４と、インダクタ１４に電気的に接続された第２抵抗１６と、コレクタ電極Ｃはインダクタ１４に電気的に接続され、ベース電極Ｂは第２抵抗１６に電気的に接続され、エミッタ電極Ｅは電池部２の（−）端子側に電気的に接続されるトランジスタ１８と、トランジスタ１８のエミッタ電極Ｅに電気的に接続される第２キャパシタ２４と、一側は第２抵抗１６とトランジスタ１８のベース電極Ｂとの間に電気的に接続され、他側は電池部２の（−）端子側に電気的に接続される第１ダイオード２０と、コレクタ電極Ｃに電気的に接続される第２ダイオード２２とを含む。

第１抵抗１０と第１キャパシタ１２は、発振周波数を調整するためのＲＣ回路に相当し、第１抵抗１０を可変抵抗や一般抵抗にして出力電圧を調節する。

トランジスタ１８によるＯＮ／ＯＦＦ時、インダクタ１４で起電力を発生させる。つまり、トランジスタ１８がＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチの役割を果たして、回路に電流が流れるようにまたは流れないように制御し、それによりインダクタ１４のトロイダルコア（ＴｏｒｏｉｄＣｏｒｅ）に誘導起電力が発生し、電気エネルギーを保存することになる。電池部２の電圧とインダクタ１４に保存された電圧が合わせて昇圧効果を発生させる。

電源供給時に、第１抵抗１０と第１キャパシタ１２の充電電流により所定電圧になると、トランジスタ１８が導通（ＯＮ）されて、第１抵抗１０→インダクタ１４→第２抵抗１６→トランジスタ１８の経路で電流が流れるようになる。

第２抵抗１６は、過電圧からトランジスタ１８を保護するための素子であり、第１ダイオード２０としてはツェナーダイオードが適用されることができる。第２ダイオード２２と第２キャパシタ２４は、ＡＣ成分をＤＣに変換するための素子である。

接続端子６の一側は昇圧回路部４と電気的に接続され、他側は再充電対象バッテリーの端子に電気的に接続される。接続端子６を介して３０Ａ以上の電流と１２〜４８Ｖの電圧を有する直流電源が出力される。

本発明では、昇圧回路部は昇圧コンバータ（Ｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、フライバックコンバータ（Ｆｌｙｂａｃｋｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などの多様なスイッチに基づく電力変換回路に具現可能である。昇圧回路は、補充電流制限及び乾電池最大放電電流以下への制限のためにｌｉｍｉｔ制御機能が要求される。一般的な昇圧回路は、出力電圧を一定に制御するもので、昇圧回路と乾電池保護のためには乾電池と昇圧回路及び放電されたバッテリに流れる電流が一定以上超えないように制御する必要がある。

図３は、制限電流制御を含む昇圧コンバータに基づく昇圧回路部の原理を説明するための図である。

Ｖ_０／Ｖ_１＝１／（１−Ｄ）として知られており、巻線比が（１−Ｄ）：１であるＤＣＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒと見ることができる。ここで、Ｄ＝Ｔｏｎ／Ｔｓで定義し、この場合、Ｉ_１をＩ_{ｌｉｍｉｔ}に制御しているので、Ｒ_ＴＨ＝１／（１−Ｄ）×Ｖ_１／Ｉ_１と定義され、Ｒ＝１／（１−Ｄ）×Ｖ_１／Ｉ_{ｌｉｍｉｔ}に固定される。

ここで、Ｉ_{ｌｉｍｉｔ}制御を含まない場合、昇圧回路を放電バッテリーに接続時にＩ_１＝∞となって、回路の破損を引き起こすことになる。

本発明では、昇圧コンバータの導入によりＲ_ＴＨを追加することなく具現可能で、消費電力を低減して、少ない数の直列接続乾電池で具現可能である。

図４は、制限電流制御機能が含まれない昇圧回路部の問題点を説明するための図である。

図４の上部に示された昇圧回路は下部に示された等価回路で表すことができる。

Ｖ_ＬＯＷは放電されたバッテリを表すので、低電圧を示し、この時、昇圧された回路で高い出力Ｖ_０に比べて低い電圧を有するのでＩ_{ｓｕｐｐｌｙ}が無限の電流で流れるようになる。これらの電流は昇圧回路が焼けたり乾電池が爆発すなどの問題を引き起こすことになる。

図５は制限電流制御が含まれた昇圧回路を昇圧コンバータに基づいて具現した一例を示した回路図である。図６は図５の昇圧回路で時間による発振器、ｉ_Ｌ（ｔ）、ＳＷの値を示したグラフである。

昇圧コンバータの場合、制限する電流値と入力インダクタで電流を検出してコンパレータ（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）で比較する。ＳＲラッチでＳは発振器（ＯＳＣ）を通じてスイッチ信号が入り、Ｓが１になったときＳＲラッチの出力値が１になる。

Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒで検出された電流が制限電流よりも小さい場合は、Ｒ０が入る。一方、Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒで検出された電流が制限電流よりも大きい場合は、Ｒ１が入り、ＳＲラッチの出力値が０になる。

図７は制限電流制御が含まれた昇圧回路をフライバックコンバータに基づいて具現した一例を示した回路図である。

Ｆｌｙｂａｃｋｃｏｎｖｅｒｔｅｒの場合Ｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒと同じ方法で電流を検出して制御する。

本発明に係る輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置は、複数の電池と昇圧回路とで構成されて、体積と重量を最小化することができるので、携帯が容易であり、使用が便利である。現在発売されている携帯用ジャンプスターター装置はコストが高く、充電に最低１０分以上の時間がかかって、消費者の低迷を招いている状況である。最近の車にはＬＥＤ照明とブラックボックス機器を含んで様々な電気電子機器が車の始動が停止されても作動するため放電現象は継続的に増加している傾向にある。本発明に係る輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置は、複数の乾電池のみで構成することができて、従来の携帯用ジャンプスターター装置に比べてコストを削減することができ、３０Ａ以上の電流を通じて５〜１０秒で充電を完了することができ、また、体積と重量を最小化することができて、携帯性と便宜性が極大化される。

一方、今後は自動車に４８Ｖのバッテリーが適用される予定（ハイブリッドを含む）であり、図１の構成及び図２の昇圧回路部によって次世代の車両用バッテリー電圧である４８Ｖの直流電圧に適用可能である。

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な修正、変更及び置換が可能ある。従って、本発明に開示された実施例及び添付された図面は本発明の技術的思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施例及び添付された図面によって本発明の技術的思想の範囲が限定されるのではない。本発明の保護範囲は特許請求範囲によって解釈すべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術的思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。

Claims

１次電池または二次電池が複数電気的に直列または並列または直並列混合で接続されて輸送手段の放電バッテリーの再充電のための直流電源を発生する電池部と、
電池部の（＋）端子と（−）端子と電気的に接続されて、電池部から出力される電源の電圧を特定値以上に昇圧させる昇圧回路部と、
一側は昇圧回路部に電気的に接続され、他側は再充電対象バッテリーの端子に電気的に接続される接続端子とを含む、輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置。
電池部は１次電池を複数直列または並列または直並列混合で接続して、３０Ａ以上の直流電流を作り出し、昇圧回路部は１２〜４８Ｖの直流電圧を出力する、請求項１に記載の輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置。
昇圧回路部は、
電池部の（＋）端子側に電気的に接続された第１抵抗と、
第１抵抗と電池部の（−）端子との間に電気的に接続された第１キャパシタと、
電池部の（＋）端子側に電気的に接続されるが、第１抵抗と並列に接続されたインダクタと、
インダクタに電気的に接続された第２抵抗と、
コレクタ電極はインダクタに電気的に接続され、ベース電極は第２抵抗に電気的に接続され、エミッタ電極は電池部の（−）端子側に電気的に接続されるトランジスタと、
トランジスタのエミッタ電極に電気的に接続される第２キャパシタと、
一側は第２抵抗とトランジスタのベース電極との間に電気的に接続され、他側は電池部の（−）端子側に電気的に接続される第１ダイオードと、
コレクタ電極に電気的に接続される第２ダイオードをと含む、請求項１に記載の輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスタータ装置。
乾電池と昇圧回路部及び放電バッテリーが構成する閉回路を流れる電流値がＩ_{ｌｉｍｉｔ}を超えないように電流値Ｉ_{ｓｅｎｓｅ}を検出してコンパレータ（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）を通じてＩ_{ｌｉｍｉｔ}とＩ_{ｓｅｎｓｅ}を比較する制限電流制御部を含む、請求項１に記載の輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置。
昇圧回路部によって軍用装甲車と次世代車両用バッテリー電圧である４８Ｖの直流電圧に適用可能な、請求項３または４に記載の輸送手段の放電バッテリー再充電用ジャンプスターター装置。