KR0169478B1 - 전원장치 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 충전전원과 이 충전전원에 의하여 충전된 전하를 전기부하에 공급하는 복수의 콘덴서를 갖는 전원장치에 있어서 복수개의 콘덴서의 충전에 있어 충전시의 돌입전류를 억제하고 콘덴서를 순차 충전함으로써 콘덴서와 충전전원의 연결선에 굵은 도선을 사용할 필요가 없는 전원장치를 제공한다.

Description

전원장치
제1도는 본 발명에 의한 전원장치의 한 실시예를 나타내는 회로도.
제2도는 콘덴서의 충전시의 충전시간과 전류의 관계를 나타내는 특성도.
제3도는 병렬 접속한 복수개의 콘덴서를 사용한 종래의 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
G : 발전기 B : 축전지
C1,C2,C3: 콘덴서 ZD1,ZD2,ZD3: 제너다이오드
R1,R2,R3: 릴레이회로 L : 전기부하
본 발명은, 발전기 또는 축전지등의 충전전원과, 이 충전전원에 의하여 충전되어 축전된 전하를 전기부하에 공급하는 복수의 콘덴서를 갖는 전원장치에 관한다.
차량에는 엔진의 시동기 및 다른 부속품등의 전기부하의 전원으로서 납 축전지(battery)가 장착되어 있다.
엔진 시동시에는 축전지로부터 시동모터에 전력을 공급하여 구동하고, 이 시동모터의 피니언기어를 엔진 크랭크축에 장착된 링기어에 맞물리게하여 크랭크축을 회전시킴으로서 엔진의 시동을 행한다.
이 엔진 시동시에 축전지로부터 시동모터에 공급되는 전류는, 단시간이긴 하지만(예를 들면, 100A 이상) 소비전력이 매우크므로, 축전지용량의 설정시 엔진시동성을 우선적으로 고려하여 결정하고 있는 것이 현상이다. 그리고, 엔진시동시에 소비된 대전력의 공급은, 차량에 장착된 엔진에 의하여 구동되는 발전기(alternator)로부터의 전력을 축전지에 충전시킴으로서 시행된다.
그러나, 차량장착용 축전지에는 2차전지로서 공지의 납축전지가 사용되고 있고, 전극과 전해액과의 화학작용에 의하여, 충·방전이 행해진다. 이와 같은 축전지는 단시간내에 대전류의 방전은 가능하지만, 충전은, 예를 들면 10A 이하의 전류를 장시간 공급하여 서서히 화학변화를 시켜서 행해짐으로, 대전류를 충전용으로 공급하면 발열 및 전극의 변형이 생겨서 파손에 이르는 문제가 있다.
따라서, 주행거리가 짧고, 승차시간이 적은 통근차량 및, 정차 및 발진의 반복이 많은 자가용 차량등의 경우에는, 엔진의 시동회수가 많은 반면에 승차시간이 적기 때문에, 엔진 시동시의 축전지의 방전전력을 보충하는등의 충전이 불가능하고, 소위 축전지가 소모되어 엔진의 시동을 행할 수 없는 문제가 있다.
이와같은 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은, 차량에 장착된 축전지에 의하여 충전되는 대용량 콘덴서를 구비하여, 엔진의 시동시에 이 대용량 콘덴서에 축전된 전하에 의하여 엔진시동을 구동하도록한 차량용 전원장치를 (일본국 특허출원 제63(1988)-329846호, 미국 특허출원 제454,267호, EPC 특허출원 제89313559.0호에 나타냄) 제안했다.
그러나, 상기 제안에 의한 차량용 전원장치는 대용량 콘덴서에 축전된 전하에 의하여 엔진 시동을 구동하도록 하였음으로, 대용량 콘덴서는 집중 전류를 공급할 수 있고, 축전지 전압이 다소 저하되어 있어도, 충전된 콘덴서의 전하에 의하여 엔진의 시동이 가능하게되는 이점은 있지만, 방전이 끝난 대용량 콘덴서를 발전기 및 축전지등의 충전 전원에 의하여 충전할때에, 초기 충전 전류가 대전류가 되기 때문에, 발전기 및 축전지와 대용량 콘덴서를 접속하는 연결선은 대전류에 견딜 수 있는 굵은 도선(harness)을 사용할 필요가 있다.
제3도는 콘덴서를 대용량으로 하기 위하여 복수개(예를 들면 3개)의 콘덴서를 사용하고, 이 콘덴서의 충전에 발전기를 사용하고, 전기부하로서 시동기를 사용한 개략회로도이나, 병렬 접속한 콘덴서와 발전기 사이의 연결선으로는 굵은 도선을 필요로 함과 동시에, 충전 초기에는 대전류가 통하고, 이 대전류 때문에, 발전기가 과부하가 되어, 그 수명이 단축되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 충전전원과 이 충전전원에 의하여 충전된 전하를 전기부하에 공급하는 복수의 콘덴서를 갖는 전원장치에 있어서, 복수개의 콘덴서의 충전에 있어, 충전시의 돌입 전류(rush current)를 억제함으로서, 콘덴서와 충전전원의 연결선에 굵은 도선을 사용할 필요가 없는 전원장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 복수개의 콘덴서에 충전하는 발전기등의 충전전원에 과대한 부하가 걸리는 것을 방지할 수가 있는 전원장치를 제공함에 있다.
본 발명에 의하면, 충전전원과, 이 충전전원에 의하여 충전되고 축적된 전하를 전기 부하에 공급하는 복수의 콘덴서를 갖는 전원장치에 있어서, 이 복수의 콘덴서를 순차 충전하는 순차 충전 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 전원장치가 제공된다.
본 발명에 의한 또다른 목적 및 특징은, 이하의 상술에 의하여 보다 명백하게 될 것이다.
다음 본 발명의 실시예에 따라서 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전원장치를 나타낸다. 상기 전원장치는 서로 병렬로 접속된 복수(제1도에 3개)의 대용량 콘덴서(C1,C2,C3)를 가지며, 각 콘덴서(C1,C2,C3)는 전기 2중층 콘덴서(electric double layer capacitor)이다.
부호 G는 엔진에 의하여 구동되는 발전기이고, 정류 회로를 내포하고 있으며, 따라서 그의 출력단자에는 직류가 출력되고, 콘덴서(C1,C2,C3) 및 축전지(B)의 충전전원이 되는 것이다. 그리고 SC는 복수의 콘덴서의 충전용 스위치이고, SD는 이들의 콘덴서의 전하를 부하에 공급하는 스위치이며, 차량의 전기부하(L)의 시동기를 구동시켜서, 엔진을 시동시킨다.
부호 R1,R2,R3는 각각 릴레이 회로이며, 릴레이 회로(R1)는 개방 접점(RSI, RSII)을 구비하고, 접점(RSII)은 콘덴서(C1)의 양(+)단자에 접속되고, 릴레이 회로(R2)의 개방접점(RS2)은 콘덴서(C2)의 양(+)단자에, 릴레이 회로(R3)의 개방접점(RS3)은 콘덴서(C3)의 양(+)단자에 접속되어, 각각 릴레이 회로에 전압이 가해지면 콘덴서의 회로가 온이되도록 연결되어 있다.
부호 D1내지 D5는 각각 단일 방향성소자의 다이오드이고, 콘덴서의 충전시에는 D1은 C1에, D2는 C2에 직렬 접속되고, 콘덴서의 방전시에는 D3는 C1에, D4는 C2에, D5는 C3에 각각 직렬 접속이 되도록 연결되어 있다.
부호 ZD1및 ZD2는 제너다이오드이고, 역방향 전압이 소정치(항복 전압)이하에는 미소전류만 통하지만, 소정치에 달하면 급격히 역방향 전류를 통하는 것이고, 도시한 바와 같이 ZD1의 캐소드는 콘덴서(C1)에 접속된 접점(RSII)의 반대측 접점이고, 애노드는 릴레이 회로(R2)의 코일의 단자에 접속되어 있다. 그리고, 콘덴서(C1)의 충전시 접점(RSII)이 닫히고, 콘덴서(C1)의 충전말기의 단자 전압이 제너다이오드(ZD1)의 항복전압에 도달하면, 발전기(G) 및 축전지(B)에서의 전류는 D1과 ZD1를 통하여 릴레이 회로(R2)의 코일에 흐르고, 접점(RS2)을 은으로하여, D2를 통하여 콘덴서(C2)의 충전이 시작되도록 연결되어 있다.
또한 제너다이오드(ZD2)의 캐소드는 콘덴서(C2)에 접속된 접점(RS2)의 반대측 접점에, 애노드는 릴레이 회로(R3)의 코일단자에 접속되고, 상술한 제너다이오드(ZD1)의 작동에 준하여, 콘덴서(C2)의 충전 말기를 검출하여 릴레이회로(R3)에 의하여 콘덴서(C3)를 충전하도록 구성되어 있다.
다음에, 이와 같이 구성된 본 실시예의 작동을 설명한다.
복수개의 콘덴서(C1,C2,C3)를 충전시키기 위하여 스위치(SC)를 닫으면, 우선 릴레이 회로(R1)의 코일에 전류가 통하여, 릴레이 회로(R1)의 접점(RSI,RSII)이 닫히고 발전기(G) 및 축전지(B)의 전압이 D1및 접점(RSII)를 통하여 콘덴서 C1에 인가되고, 그 충전이 시작된다.
그리고, 발전기(G) 및 축전지(B)의 내부저항, 충전전류가 통하는 회로의 저항등에 의하여 변하지만, 소정 시간후에, 콘덴서(C1)가 충전말기에 가까워지고, 그 단자전압이 제너다이오드(ZD1)의 항복전압에 도달하면, D1,ZD1을 통하여 릴레이 회로(R2)가 작동하여 접점(RS2)이 닫히고, 콘덴서(C2)의 충전이 시작된다.
또한, 소정시간후에는 콘덴서(C2)가 충전말기에 접근하고, 상술에 준하여 제너다이오드(ZD2)의 역방향 전류가 릴레이 회로(R3)를 작동시키고, 콘덴서(C3)의 충전이 되지만, 이동안, 발전기(G) 및 축전지(B)로 부터는 콘덴서의 1개분씩의 전류가 순차로 공급되어, 3개의 콘덴서(C1,C2,C3) 충전이 완료하게 된다.
제2도는 콘덴서의 충전시의 충전시간과 전류를 나타낸 곡선도이고, 실선은 본 발명에 따른 발전기(G) 및 축전지(B)로부터 전원장치에 공급된 충전전류를 나타내며, 파선은 종래의 전원장치에 있어서 3개의 병렬접속 콘덴서에 요구되는 충전전류이고, 병렬접속의 콘덴서에 유입되는 피크 충전전류에 비하여 본 실시예에 있어서는 약 1/3의 전류치로 감소되고 있다.
다음 제1도에서 있어서 스위치(SD)가 닫히면, 콘덴서(C1)의 전하는 D3을 통하여, 콘덴서(C2)의 전하는 D4를 통하여, 콘덴서(C3)의 전하는 D5를 통하여 동시에 전기부하(L)에 공급되어, 예를 들면 시동기에 돌입전류를 가하여 강력히 구동하고 엔진을 시동시키게 된다.
또한, 엔진 시동후는 스위치(SD)를 열고 방전을 중지한다. 이와 같이 방전된 콘덴서(C1,C2,C3)는 상기와 같은 방법으로 다시 충전시킬 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면, 복수개의 대용량 콘덴서(C1,C2,C3)의 충전에 있어서, 복수개를 병렬 접속하여 함께 충전전원인 발전기(G) 또는 축전지(B)에 접속하여 충전시키는 일이 없고 순차로 콘덴서를 충전시키는 제너다이오드(ZD1,ZD2) 및 릴레이 회로(R2,R3)로 구성되는 순차 충전수단을 의하여, 1개씩의 충전을 행함으로, 충전시의 피크전류는 분산되어 대폭으로 감소하고 따라서 충전전원과 콘덴서와의 사이의 배선은 허용전류 용량보다 작은 전선이 사용될 수 있음과 동시에, 전선의 단면적이 작기 때문에 도선의 배선 작업이 용이하게 실시될 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 충전 초기의 큰 피크 전류가 분산되기 때문에, 충전전원이 되는 발전기의 과부하가 방지되고, 과부하사용에 의한 발전기의 수명이 보존된다.
이상, 본 발명을 상술한 실시예에 의하여 설명했지만, 본 발명의 목적의 범위내에서 여러가지의 변경이 가능하고, 이들을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.

Claims (8)

  1. 전원장치에 있어서, 충전전원; 상기 충전전원에 의해서 충전할 수 있고, 충전되어 축적된 전하를 전기부하에 공급하는 복수의 콘덴서; 그리고 상기 충전전원으로 상기 콘덴서를 순차적으로 충전하는 순차충전수단을 구성한 것을 특징으로 하는 전원장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전전원이 발전기인 것을 특징으로 하는 전원장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 충전전원이 축전지인 것을 특징으로 하는 전원장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 순차 충전수단은 상기 콘덴서의 개개의 충전량을 검출하는 검출 수단과, 상기 콘덴서의 충전량을 검출하는 수단에 의하여 소정의 충전량이 검지된때 다른 콘덴서를 충전전원에 접속제어하는 제어수단인 것을 특징으로 하는 전원장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검출수단은 상기 콘덴서의 각각을 교차하여 전압을 검출한 수단인 것을 특징으로 하는 전원장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 검출 수단은 제너다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 제너다이오드에 접속된 코일을 갖는 릴레이 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서가 상기 전기부하에 병렬로 접속된 것을 특징으로 하는 전원장치.
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