KR101320295B1

KR101320295B1 - 휴대용 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR101320295B1
Application number: KR1020120036012A
Authority: KR
Inventors: 오재기; 심순섭; 김경환; 유창우
Original assignee: (주) 한중
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-10-23
Also published as: KR20130113662A

Abstract

본 발명은 휴대용 전원 공급 장치에 관한 것으로, 내부배터리에 직류 전원을 충전해 두고, 전원을 필요로 하는 외부 장치(부하)가 연결되면 내부배터리에 충전되어 있던 직류 전원을 방전시켜줌으로써 때와 장소에 구애 받지 않고 외부 장치에 전원을 공급할 수 있도록 하되 소비 전력이 큰 부하가 연결되더라도 조기에 출력이 제한되는 일 없이 효율적으로 활용이 가능하다.

Description

휴대용 전원 공급 장치{Portable power supply device}

본 발명은 휴대용 전원 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 내부배터리에 직류 전원을 충전해 두고, 전원을 필요로 하는 외부 장치(부하)가 연결되면 내부배터리에 충전되어 있던 직류 전원을 방전시켜줌으로써 때와 장소에 구애 받지 않고 외부 장치에 전원을 공급할 수 있도록 하는 휴대용 전원 공급 장치에 관한 것이다.

전원을 필요로 하는 전자기기는 일반적으로 가정이나 사무실의 전원 콘센트에 플러그를 꼽아 상용전기을 공급받음으로써 사용할 수가 있다. 한편 가정이나 사무실 이외의 장소에서는 상용전기를 사용할 수가 없기 때문에 전자기기에 별도로 탑재된 배터리를 통해 전원을 공급받아 사용할 수가 있다. 특히 휴대성이 강조된 휴대폰, 태블릿PC, 랩탑컴퓨터 등은 기본적으로 배터리가 내장되어 작동이 가능하다.

그러나 휴대용 전자기기라 하더라도 배터리 용량의 한계 때문에 1~3시간 사용 후에는 배터리의 방전으로 더 이상 사용이 불가능하다.

이를 해결하기 위해 대용량의 내부배터리에 전원을 충전해 두고 전원을 필요로 하는 외부 장치(부하)가 연결되면, 외부 장치에 전원을 공급해주어 장시간 사용이 가능케하는 휴대용 전원 공급 장치가 개발된 바 있다. 즉 휴대용 전원 공급 장치를 통해 야외에서도 각종 전자기기를 사용하거나 방전된 휴대기기들을 충전해줄 수가 있는 것이다.

그러나 휴대용 전원 공급 장치 역시 (대용량이라 할지라도) 내부배터리의 용량은 한정되어 있는 것이기 때문에 외부 장치의 사용으로 인해 전력이 소비되면 언젠가는 내부배터리 역시 방전될 수 밖에 없다. 이때 휴대용 전원 공급 장치는 내부배터리의 완전 방전(과방전)을 막아주기 위하여 내부배터리가 일정 전압 이하로 떨어지게 되면 출력을 차단(드롭)함으로써 내부배터리를 보호해주도록 한다. 예컨대, 내부배터리의 출력 전압이 14V이면, 외부 장치에 전원을 공급함에 따라 출력 전압이 떨어지면서 11.7V가 되면 방전을 차단하는 것이다.

그러나 종래의 휴대용 전원 공급 장치에서는 외부 장치의 소비 전력을 전혀 고려치 아니하고 내부배터리의 출력을 차단하기 때문에 소비 전력이 큰 장치가 연결될 경우 조기에 출력이 차단되는 문제점이 발생한다.

즉, 휴대용 전원 공급 장치의 내부배터리 용량이 200Wh라고 할 시, 20Wh의 소비 전력을 갖는 외부 전자기기가 연결되면 이론적으로는 10시간의 장치 사용이 가능하다. 하지만 내부배터리의 과방전을 방지하기 위해 내부배터리의 출력 전압이 11.7V로 떨어지면 출력을 차단하도록 한다. 이때 20Wh의 소비 전력을 갖는 외부 전자기기는 상대적으로 적은 소비 전력을 사용하기 때문에 내부배터리의 급격한 전압강하를 불러오지 아니한다. 따라서 이론적인 사용 가능시간인 10시간에 거의 근접할때까지 전원을 사용할 수가 있다.

하지만 상대적으로 큰 소비 전력을 갖는 전자기기라면 순간적으로 급격한 전압강하를 불러오는데, 이 때문에 내부배터리가 조기에 출력 차단될 가능성이 있다. 즉 200Wh의 용량을 갖는 내부배터리에 100Wh의 소비 전력을 갖는 외부 전자기기가 연결되면 이론적으로 2시간동안 사용이 가능하다. 하지만, 소비 전력이 큰 기기의 경우 내부배터리의 순간적인 전압 강하가 일어날 수 있다. 예컨대 30분 사용 후에 내부배터리의 출력 전압이 11.7V 이하가 가 될 수 있다. 따라서 내부배터리의 출력 전압이 출력 제한을 위한 기준 전압(11.7V)보다 내려감으로써 출력 제한이 일어나게 된다. 즉, 내부배터리를 충분히 더 활용할 수 있음에도 불구하고 순간적인 전압 강하 때문에 조기에 출력이 차단됨으로써 내부배터리를 효율적으로 활용하지 못하게 되는 것이다.
본 발명의 기술에 관련된 종래기술로는 한국공개특허 제10-2006-0111075호 "유에스비 데이터통신 케이블을 이용하여 이동단말기에 전원을 공급하는 다목적 휴대용 전원공급장치"가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 내부배터리에 전원을 충전해 두고, 전원이 필요한 전자기기(부하)가 연결되면 내부배터리를 방전시켜 전원을 출력해줌으로써 언제 어디에서든지 전자기기를 사용할 수 있도록 하되, 전자기기의 소비 전력에 따라 출력(방전)을 제한하는 기준을 재설정하도록 함으로써, 소비 전력이 큰 기기가 연결되더라도 조기 출력 제한 없이 효율적으로 충전된 전원을 활용할 수 있도록 하는 휴대용 전원 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대용 전원 공급 장치는, 직류 전원을 발생시키는 발전부; 외부 전원을 입력받아 내부배터리 충전용 직류 전원으로 변환하는 변환부; 상기 발전부 또는 변환부에서 출력되는 직류 전원을 충전하고, 전원을 필요로 하는 부하가 연결되면 상기 부하 측으로 상기 충전된 직류 전원을 방전하는 내부배터리; 상기 연결된 부하의 소비 전류를 감지하는 외부전류센서; 및 상기 외부전류센서에서 감지한 상기 연결된 부하의 소비 전류에 따라 상기 내부배터리의 방전 여부를 제어하는 배터리제어부;를 포함한다.

여기서, 상기 배터리제어부는 상기 내부배터리의 전압이 기 설정된 방전기준전압보다 낮아지면 상기 내부배터리의 방전을 중단시키되, 상기 외부전류센서에서 감지한 상기 연결된 부하의 소비 전류를 통해 상기 부하의 소비 전력을 측정하고, 상기 부하의 소비 전력에 따라 상기 방전기준전압을 재설정함으로써 상기 내부배터리의 방전 여부를 탄력적으로 제어할 수 있다.

또한, 상기 변환부는, 외부에서 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부; 및 교류 전원을 필요로 하는 부하가 연결되면 상기 내부배터리에서 방전되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터;를 포함할 수 있다.

또, 상기 사용자가 충전레벨을 설정할 수 있는 충전레벨조절부; 및 상기 충전레벨조절부의 설정에 따라 상기 발전부의 발전량을 조절하는 발전량설정부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 다양한 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환하여 내부배터리를 충전함으로써 언제 어디에서든지 전원을 필요로 하는 전자기기(부하)를 작동시킬 수가 있다. 즉, 휴대용 전원 공급 장치의 회전레버를 수동으로 회전시킴으로써 제너레이터를 이용하여 내부배터리를 충전할 수도 있고, 가정용 또는 사무용 교류전원을 직류로 변환하여 내부배터리를 충전할 수도 있고, 시거잭을 통해 차량의 직류 전원을 이용하여 내부배터리를 충전할 수도 있다. 더불어 솔라셀을 이용하여 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 내부배터리를 충전할 수도 있다.

또한 내부배터리에 충전된 직류 전원을 100V, 220V의 교류 전원이나 12V의 직류 전원으로 출력해줄 수가 있어서, 어떠한 전자기기가 연결되더라도 사용이 가능하다.

또, 소비 전력이 큰 부하가 연결되더라도 조기에 출력이 제한되는 경우 없이 최대한 내부배터리를 효율적으로 활용할 수가 있다. 즉 내부배터리의 보호를 위해 완전 방전(과방전)을 방지해주어야 하는데, 이때 출력 제한을 위한 방전기준전압을 연결된 부하의 소비 전력에 따라 탄력적으로 재설정 함으로써, 소비 전력이 높은 부하가 연결되어 급격한 전압 강하가 일어나더라도 즉시 내부배터리의 출력을 끊어주는 것이 아니기 때문에 내부배터리를 최대한 효율적으로 활용할 수가 있는 것이다.

그리고, 충전레벨조절부를 통해 충전 레벨을 설정한 이후 회전레버를 회전시켜 발전이 가능하기 때문에, 사용자가 적당한 충전 레벨을 설정한 이후 발전이 가능하다. 즉 힘이 좋은 어른의 경우 강한 힘으로 오랫동안 회전 레버를 회전시킴으로써 발전이 가능(생산되는 발전량이 많음)하고, 힘이 약한 어린 아이도 약한 힘으로 회전 레버를 회전시킬 수 있기 때문에 이 경우에도 발전(물론 생산되는 발전량은 적음)을 통해 내부배터리를 충전할 수가 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치를 설명하기 위한 사시도.
도2는 도1에 도시된 휴대용 전원 공급 장치의 구성들을 설명하기 위한 블록도.
도3a, 도3b, 도3c는 도1에 도시된 휴대용 전원 공급 장치에서 배터리제어부의 일부 회로 구성 예를 나타낸 도면.
도4는 도1에 도시된 휴대용 전원 공급 장치에서 외부전류센서의 회로 구성 예를 나타낸 도면.
도5 내지 도9는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도2는 도1에 도시된 휴대용 전원 공급 장치의 구성들을 설명하기 위한 블록도이다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치는 표시부(11), 조작부(12), 충전전원연결부(13), 부하연결부(14), 회전레버(15), 외부전류센서(16), 발전부(20), 변환부(30), 내부배터리(40) 및 배터리제어부(50)를 포함하며, 이들 구성은 케이스(10)에 탑재된다.

먼저, 도1을 참조하면, 케이스(10)의 상부에는 간편한 휴대를 위해 손잡이가 장착되어 있고, 전면에는 표시부(11), 조작부(12), 충전전원연결부(13) 및 부하연결부(14)가 설치되어 있으며, 측면에는 회전레버(15)가 회전 가능하게 힌지결합되어 있다. 상기 구성들은 도2를 함께 참조하여 설명토록 한다.

케이스(10) 내에 탑재된 발전부(20)는 회전동력 또는 태양열 등의 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 것으로, 제너레이터(21) 및 솔라셀(22)을 포함한다.

제너레이터(21)는 케이스(10) 외측의 회전레버(15)와 연동되어 있으며, 사용자가 회전레버(15)를 잡고 회전시키면, 그 회전 동력으로 코일과 마그네트의 간섭이 발생하여 전류가 생성된다. 본 실시예에서는 직류 전원을 생성하는 직류 제너레이터(21)가 탑재되었다. 이렇게 회전레버(15)의 회전으로 제너레이터(21)에서 직류 전원이 발생하면 내부배터리(40)에 전달되어 충전이 이루어진다.

솔라셀(22)은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이며, 솔라셀(22)에서 변환된 전기에너지는 내부배터리(40)에 전달되어 충전이 이루어진다.

한편, 발전부(20)는 회전레버(15)의 회전에 따른 코일 또는 마그네트의 회전 비율을 높여주기 위한 기어 구성이 더 포함될 수도 있다.

또한 본 실시예에서는 발전부(20)가 제너레이터(21) 및 솔라셀(22)을 포함하는 것으로 도시하였지만, 실시하기에 따라 풍력발전을 위한 블레이드 등의 구성을 더 포함할 수도 있다.

더불어 발전부(20) 이외에도 가정용 교류 전원이나 차량의 시거잭을 이용하여서도 내부배터리(40)를 충전할 수 있는데, 이에 대한 설명은 이하의 변환부(30)와 충전전원연결부(13)의 설명을 통해 다시 하도록 한다.

케이스(10) 전면에 설치된 표시부(11)는 휴대용 전원 공급 장치의 On/Off 상태나, 내부배터리(40)의 충전 잔량 상태, 설정된 모드 상태, 오작동 여부 등을 시각적으로 알려주기 위한 구성이며, 표시부(11) 외에 별도의 알림램프나 부저를 통해서도 장치의 상태를 알릴 수 있다.

조작부(12)는 사용자가 충전레벨을 조절하거나 다양한 모드를 설정하기 위한 버튼, 스위치, 볼륨 형태의 조절장치로 구성된다. 이러한 조작부(12)는 크게 충전레벨조절부(12a)와 모드설정부(12b)로 구분된다.

충전레벨조절부(12a)는 회전레버(15)를 통해 수동으로 발전을 시킬 시 사용자가 적당한 충전레벨을 조절할 수 있도록 하는 구성이며, 충전레벨조절부(12a)의 조절 여부에 따라 발전량설정부(55)는 제너레이터(21)의 발전량을 조절한다. 즉, 강한 힘으로 오랫동안 회전레버(15)를 돌릴 수 있는 사용자의 경우 충전레벨조절부(12a)를 통해 충전레벨을 높게 조절할 수 있고, 이에 따라 발전량설정부(55)는 제너레이터(21)의 발전량을 높게 설정할 수 있다. 따라서 이후 회전레버(15)를 돌리게 되면 제너레이터(21)에서 생산되는 발전량이 높아지게 된다. 실시하기에 따라 발전량은 최대 100Wh까지 설정될 수 있다.

반면 힘이 약한 어린 아이의 경우 충전레벨을 높게 조절한 상태에서는 회전레버(15)를 돌릴 수가 없다. 따라서 이 경우에는 충전레벨조절부(12a)를 통해 충전레벨을 낮게 조절할 수 있고, 이에 따라 발전량설정부(55)는 제너레이터(21)의 발전량을 낮게 설정하게 된다. 이후에는 약한 힘으로 회전레버(15)를 돌리게 되더라도 제너레이터(21)를 통한 발전이 가능하다. 물론 상대적으로 제너레이터(21)에서 생산되는 발전량은 낮아지게 되며, 실시하기에 따라 발전량은 최소 10Wh까지 설정할 수 있다.

상기 발전량 설정은 제너레이터(21)에 연결되는 부하인 내부배터리(40)의 충전 전류를 설정함으로써 구현될 수 있다.

즉, 회전레버(15)를 돌리면 제너레이터(21)에서 전압과 전류가 출력되어 내부배터리(40)에 전달되는데(여기서 내부배터리(40) 충전이 가능하기 위해서는 최소 14V 이상의 전압이 출력되어야 함), 이때 내부배터리(40)에 전달되는 전류를 제한함으로써 발전량 설정이 가능한 것이다.

예컨대 충전레벨조절부(12a)를 통해 충전레벨을 높게 설정하면 발전량설정부(55)는 내부배터리(40)에 전달되는 전류를 최대 4A로 설정할 수 있다. 이 경우 상대적으로 높은 전류가 내부배터리(40)에 입력됨으로써 빠른 충전이 가능하다. 하지만 제너레이터(21)의 코일과 마그네트 사이에서는 높은 자기 간섭이 일어나기 때문에 회전레버(15)를 돌리는데 무겁다는 느낌이 든다. 즉 빠른 충전을 위해서는 큰 힘이 필요한 것이다.

반대로 충전레벨조절부(12a)를 통해 충전레벨을 낮게 설정하면 발전량설정부(55)는 내부배터리(40)에 전달되는 전류를 최소 1A로 설정할 수 있다. 이 경우 상대적으로 낮은 전류가 내부배터리(40)에 입력됨으로써 저속 충전이 가능하다. 하지만 제너레이터(21)의 코일과 마그네트 사이에서의 자기 간섭이 상대적으로 낮기 때문에 회전레버(15)가 쉽게 돌아간다. 즉 작은 힘을 통해서도 충전이 가능하지만 그만큼 충전 속도도 낮아지는 것이다.

모드설정부(12b)는 내부배터리(40)를 충전하기 위한 모드, 또는 전원을 필요로 하는 부하에 따른 내부배터리(40)의 출력 모드를 설정할 수 있는 구성이다. 예컨대 모드설정부(12b)를 통해 100V 또는 220V의 교류 전원을 통한 내부배터리(40) 충전 모드 설정이 가능하다. 또는 모드설정부(12b)를 통해 차량용 시거잭을 통한 내부배터리(40) 충전 모드 설정이 가능하다. 또는 모드설정부(12b)를 통해 솔라셀(22)을 통한 내부배터리(40) 충전 모드 설정이 가능하다. 또는 모드설정부(12b)를 통해 회전레버(15) 구동을 통한 내부배터리(40)의 수동 충전 모드 설정이 가능하다. 또는 모드설정부(12b)를 통해 내부배터리(40)의 직류 전원 출력 설정이 가능하다. 또는 모드설정부(12b)를 통해 내부배터리(40)의 교류 전원 출력 설정이 가능하다.

충전전원연결부(13)는 가정이나 사무실의 상용전기(교류)를 이용한 내부배터리(40)의 충전이나, 차량의 시거잭을 통해 출력되는 전원(직류)을 이용한 내부배터리(40)의 충전을 위해 마련되며, 시거잭 케이블이나 전원 플러그의 단자가 접속될 수 있는 소켓을 포함하여 이루어진다. 즉 시거잭 케이블이나 전원 플러그의 단자가 접속되어 교류 전원 또는 직류 전원이 입력되면 이를 변환부(30)로 전달하여 내부배터리(40) 충전을 위한 상태로 변환이 이루어지도록 한다.

부하연결부(14)는 전원을 필요로 하는 전자기기(부하)에 전원을 공급하기 위하여 부하가 연결될 수 있도록 하는 구성이며, 전원 플러그가 접속될 수 있는 접속구를 포함하여 이루어진다.

변환부(30)는 충전전원연결부(13)를 통해 입력되는 교류 또는 직류 전원을 내부배터리(40)에 충전하기 위한 상태로 변환하여 내부배터리(40)에 전달하거나, 내부배터리(40)에 충전된 전원을 부하연결부(14)에 연결된 부하의 종류에 따라 적절하게 변환하여 부하연결부(14)로 전달하기 위한 것이다. 이러한 변환부(30)는 정류부(31), 인버터(32), 승압부(33), 승압제어부(34), 발진부(35) 및 DC-DC컨버터(36)를 포함하여 이루어진다.

정류부(31)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 구성이다. 즉 충전전원연결부(13)를 통해 100V 또는 220V의 교류 전원이 연결되면, 입력되는 교류 전원을 24V의 직류 전원으로 변환한다.

인버터(32)는 내부배터리(40)에 충전되어 있는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 구성이다. 즉 부하연결부(14)에 100V 또는 220V의 교류 전원을 사용하는 부하가 연결되면, 인버터(32)는 내부배터리(40)에 충전되어 있는 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다.

승압부(33)는 낮은 전압을 높여주기 위한 구성이다. 본 실시예에서 사용되는 내부배터리(40)는 14V의 직류 전원을 충전하는 것으로 가정하면, 실질적으로 차량의 시거잭을 통해 출력되는 직류 전원은 차량의 종류에 따라 12V(승용차)일 수도 있고 24V(트럭)일 수도 있다. 이때 내부배터리(40)를 충전해주기 위해서는 최소 14V 이상의 전압이 입력되어야만 하며, 원활한 충전을 위해서는 24V의 전압을 입력하는 것이 바람직하다. 즉 시거잭을 통해 입력되는 24V의 직류 전원을 충전 할 시에는 별도의 승압 과정 없이 내부배터리(40)를 충전하면 된다. 물론 24V의 직류 전원이 입력되더라도 내부배터리(40)는 14V까지만 충전이 이루어진다. 하지만 시거잭을 통해 입력되는 12V의 직류 전원을 충전할 시에는 승압부(33)에서 12V의 직류 전원을 24V로 승압시킨 이후 충전이 이루어지도록 한다.

또한 승압부(33)는 교류 전원을 필요로 하는 부하가 연결되었을 시 내부배터리(40)의 14V 전원을 100V 또는 220V로 승압시킨다. 이때 승압제어부(34)는 내부배터리(40)에서 출력되는 직류 14V의 전류와 전압을 제어하여 교류용 100V 또는 220V로 정확하게 승압되도록 한다.

발진부(35)는 교류 전원을 필요로 하는 부하가 연결되었을 시 내부배터리(40)의 직류 전원을 발진시켜 주파수를 부여하기 위한 구성이다. 즉, 내부배터리(40)의 14V 직류 전원이 승압부(33)를 통해 100V 또는 220V로 승압되면, 직류 100V 또는 220V를 발진시켜 교류 50Hz 또는 60Hz로 변환시킨다. 이렇게 변환된 교류 전원은 부하연결부(14)를 통해 교류 전원을 필요로 하는 부하에 전달된다.

DC-DC컨버터(36)는 부하연결부(14)에 직류 전원을 필요로 하는 부하가 연결되었을 시, 내부배터리(40)의 14V 직류 전원을 12V 직류 전원으로 변환하기 위한 구성이다. 이렇게 변환된 12V 직류 전원은 부하연결부(14)를 통해 직류 전원을 필요로 하는 부하에 전달된다.

내부배터리(40)는 케이스(10) 내에 탑재되어 발전부(20)를 통해 발전된 전원을 충전하거나, 충전전원연결부(13)를 통해 입력되어 변환부(30)에서 변환된 전원을 충전하며, 부하연결부(14)에 부하가 연결되면 부하 측으로 전원을 공급하기 위해 충전된 전원을 방전시키는 구성이다. 내부배터리(40)에서 방전된 전원은 변환부(30)에서 적절한 상태로 변환되어 부하연결부(14)를 통해 부하 측으로 전달된다.

이러한 내부배터리(40)는 배터리제어부(50)를 통해 과충전이나 과방전이 방지된다. 내부배터리(40)를 제어하기 위한 배터리제어부(50)는 과충전보호부(51), 과방전보호부(52), 부하소비전력측정부(54) 및 발전량설정부(55)를 포함한다.

과충전보호부(51)는 내부배터리(40)에 전원이 충전될 시 최대용량까지만 충전이 되도록 하여 내부배터리(40)를 보호하는 구성이다. 즉 발전부(20)를 통해 입력되는 전원 또는 충전전원연결부(13)와 변환부(30)를 거쳐 입력되는 전원으로 내부배터리(40)가 충전될 시, 과충전보호부(51)는 내부배터리(40)의 전압을 측정함으로써 기준 전압(예컨대 14.0V)을 초과하여 충전되는 것을 방지토록 한다. 내부배터리(40)가 완전히 충전 되었음에도 지속적으로 전원이 입력되어 충전된다면, 내부배터리(40)의 종류에 따라 폭발 등의 위험이 발생할 수도 있기 때문에 과충전보호부(51)는 반드시 필요하다.

과방전보호부(52)는 부하연결부(14)에 전원을 필요로 하는 부하가 연결되었을 시 내부배터리(40)가 방전되며 부하에 전원을 공급할 시, 내부배터리(40)가 완전 방전(과방전) 되는 것을 막아주어 내부배터리(40)를 보호하기 위한 구성이다. 이러한 과방전보호부(52)는 기본적으로 내부배터리(40)의 출력 전압을 측정하고, 내부배터리(40)의 출력 전압이 기 설정되어 있는 방전기준전압보다 떨어지면 내부배터리(40)의 출력을 차단(드롭)한다. 이때 본 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치의 과방전보호부(52)는 부하연결부(14)에 연결된 부하의 소비 전력에 따라 방전기준전압을 재설정함으로써 내부배터리(40)의 방전 여부를 탄력적으로 제어하도록 한다. 이에 대한 설명은 이후 부하소비전력측정부(54)와 외부전류센서(16)의 설명을 통해 더욱 자세히 하도록 한다.

부하소비전력측정부(54)는 부하연결부(14)와 연동되는 외부전류센서(16)를 통해 부하의 소비 전류가 측정되면 이를 통해 부하의 소비 전력을 산출함으로써 과방전보호부(52)가 부하의 소비 전력에 대응하여 방전기준전압을 재설정할 수 있도록 한다. 이에 대한 설명 역시 이후 외부전류센서(16)의 설명과 함께 다시 하도록 한다.

발전량설정부(55)는 충전레벨조절부(12a)의 조절 여부에 따른 제너레이터(21)의 발전량을 설정하기 위한 구성으로, 이에 대한 설명은 앞서 충전레벨조절부(12a)의 설명에서 자세하게 언급된 바 있다. 또한 도3a, 도3b, 도3c는 발전량설정부(55)의 회로구성의 한 예를 도시한 것이다.

외부전류센서(16)는 부하연결부(14)에 연결된 부하의 소비 전류를 감지하기 위한 것으로 외부전류센서(16)에서 감지한 소비 전류는 배터리제어부(50)의 부하소비전력측정부(54)로 보내어지며, 이를 통해 부하소비전력측정부(54)에서 부하의 소비 전력을 산출할 수가 있다. 도4는 외부전류센서(16)의 회로구성의 한 예를 도시한 것이다.

부하연결부(14)에 연결된 부하의 소비 전력에 따라 배터리제어부(50)가 내부배터리(40)의 과방전을 방지하는 과정은 다음과 같다.

먼저 내부배터리(40)는 수동 또는 AC 전원 또는 DC 전원을 통해 충분하게 충전된 상태라고 가정한다. 이때 전원을 필요로 하는 외부 장치, 즉 부하가 부하연결부(14)에 연결되면, 외부전류센서(16)는 부하연결부(14)를 통해 흐르는 전류를 측정하며, 부하소비전력측정부(54)에서는 외부전류센서(16)에서 측정한 부하의 소비 전류와 부하연결부(14)를 통한 출력 전압을 통해 부하의 소비 전력을 산출한다. 부하소비전력측정부(54)에서 부하의 소비 전력이 산출되면, 이에 대응하여 과방전보호부(52)는 내부배터리(40)의 출력을 제한하기 위한 방전기준전압을 재설정한다.

예컨대 완전히 충전된 상태의 내부배터리(40)의 용량은 200Wh이고 출력 전압은 14V라고 가정하자. 이때 소비 전력이 20Wh인 부하가 연결되면 이론적으로 10시간동안 외부 전자기기(부하)를 사용할 수가 있다. 하지만 내부배터리(40)가 완전히 방전되면 손상되기 때문에 과방전보호부(52)에서 기준에 따라 내부배터리(40)의 방전을 차단시켜준다. 예컨대 과방전보호부(52)는 소비 전력이 20Wh인 부하가 연결되었을 경우 방전을 차단시키기 위한 방전기준전압을 11.7V라고 설정할 수 있다. 즉 내부배터리(40)의 출력 전압이 11.7V 아래로 떨어지면 내부배터리(40)의 출력을 차단함으로써 더 이상 방전이 일어나지 않도록 하는 것이다. 이때 소비 전력이 20Wh인 부하의 경우 상대적으로 낮은 전력 소비가 이루어지기 때문에 내부배터리(40)의 급격한 전압 강하를 불러오지 않고, 꾸준하게 충전된 전원을 사용하게 된다. 따라서 내부배터리(40)의 출력 전압이 천천히 떨어지면서 이론적인 사용 가능 시간에 근접한 이후 출력 전압이 11.7V가 되면 비로소 방전을 차단한다.

반면 소비 전력이 100Wh인 부하가 연결되면 이론적으로 2시간동안 외부 전자기기(부하)를 사용할 수가 있다. 이 경우 과방전보호부(52)는 내부배터리(40)의 방전을 차단시키기 위한 방전기준전압을 11V라고 재설정할 수 있다. 이때 소비 전력이 100Wh인 부하의 경우 상대적으로 높은 전력 소비가 이루어지기 때문에 내부배터리(40)의 순간적인 출력 전압 강하를 불러올 수 있다. 즉 순간적인 전원의 사용으로 인해 내부배터리(40)의 출력이 11.7V 이하로 급격하게 떨어질 수가 있다는 것이다. 만약 과방전보호부(52)가 내부배터리(40)의 방전을 차단시키기 위한 방전기준전압을 재설정하지 않고 11.7V로 고정해 놓은 상태였다면 내부배터리(40)의 출력 전압이 11.7V 아래로 급격하게 떨어지는 시점에서 방전이 차단되어 외부 전자기기(부하)를 제대로 사용하지 못하게 된다. 즉 내부배터리(40)에 아직 충전된 전원이 남아있음에도 불구하고 사용을 할 수 없게 되는 것이다. 하지만 본 실시예에서는 소비 전력이 100Wh인 부하가 연결되었을 경우 내부배터리(40)의 출력을 제한하기 위한 방전기준전압을 11.0V로 재설정하였기 때문에 순간적인 전압 강하로 인해 내부배터리(40)의 출력 전압이 11.7V 이하로 떨어지더라도 지속적인 사용이 가능하다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치에서는 온도센서(미도시) 및 팬(미도시)을 더 구비하고, 케이스(10)에는 통풍공이 형성되어 있어서, 온도센서를 통해 케이스(10) 내부의 온도가 높아지면 팬을 작동시킴으로써 열기가 통풍공을 통해 케이스(10) 외부로 빠져나가도록 할 수도 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치는, 내부배터리(40)가 거의 완전하게 방전되어 내부배터리(40)의 전원을 부하로 전달할 수 없는 상황에서도 수동으로 발전된 전원을 부하로 직접 전달하기 위한 구성들을 더 포함할 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치의 제어 방법에 대해 설명토록 한다. 즉 도1 및 도2에 도시된 휴대용 전원 공급 장치에서 다양한 모드 설정에 따라 내부배터리(40)를 충전하거나 부하 연결시 부하에 전원을 공급해주는 과정을 설명토록 한다.

<AC 충전>

도5는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치의 제어 방법 중 가정이나 사무실의 상용전기(교류 100V 또는 220V)를 통해 내부배터리(40)를 충전하는 과정을 설명하기 위한 것이다.

먼저 사용자는 케이스(10) 전면의 조작부(12)의 모드설정부(12b)를 통해 AC 충전 모드를 설정<S505>한다. 이후 사용자는 충전 플러그의 양쪽 단자를 각각 콘센트와 충전전원연결부(13)에 연결<S510>한다.

충전 플러그의 연결에 의해 가정 또는 사무실의 상용전기가 휴대용 전원 공급 장치로 입력되며, 입력된 100V 또는 220V의 교류 전원은 변환부(30)의 정류부(31)를 통해 24V 직류 전원으로 변환<S515>되고, 변환된 24V의 직류 전원은 내부배터리(40)로 전달되어 충전이 이루어진다. 또한 내부배터리(40)의 충전량을 실시간으로 체크하고, 충전량을 케이스(10) 전면에 위치한 표시부(11)에 실시간으로 표시(잔량 표시)<S520>할 수 있다.

이때 내부배터리(40)는 정해진 용량까지만 충전이 이루어져야 한다. 따라서 배터리제어부(50)의 과충전보호부(51)는 내부배터리(40)의 출력전압을 실시간으로 체크<S525>하며, 내부배터리(40)의 출력 전압이 기준전압 이하일 경우<S530>에는 충전 과정을 지속적으로 수행토록 하며, 내부배터리(40)의 출력 전압이 기준 전압, 예컨대 14V가 되면<S530> 충전 플러그로부터의 교류 전원 입력을 단락시켜 과충전을 방지토록 한다.

<DC 충전>

도6은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치의 제어 방법 중 차량의 시거잭을 통해 출력되는 직류 전원으로 내부배터리(40)를 충전하는 과정을 설명하기 위한 것이다. 설명에 앞서 차량의 시거잭을 통해 출력되는 직류 전원은 12V인 것으로 가정한다.

먼저 사용자는 케이스(10) 전면의 조작부(12)의 모드설정부(12b)를 통해 DC 충전 모드를 설정<S605>한다. 이후 사용자는 충전 플러그의 양쪽 단자를 각각 차량의 시거잭과 충전전원연결부(13)에 연결<S610>한다.

시거잭 연결에 의해 차량의 12V 직류 전원이 휴대용 전원 공급 장치로 입력되며, 입력된 12V 직류 전원은 변환부(30)의 승압부(33)를 통해 24V 직류 전원으로 변환<S615>되고, 변환된 24V의 직류 전원은 내부배터리(40)로 전달되어 충전이 이루어진다. 또한 내부배터리(40)의 충전량이 실시간으로 체크되어 케이스(10) 전면에 위치한 표시부(11)에 충전량이 표시(잔량 표시)<S620>된다.

또한 과충전보호부(51)는 내부배터리(40)의 출력전압을 실시간으로 체크<S625>하며, 내부배터리(40)의 출력 전압이 기준 전압(14V)이 되면<S630> 충전 플러그로부터의 직류 전원 입력을 단락시켜 과충전을 방지토록 한다.

<수동 충전>

도7은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치의 제어 방법 중 회전레버(15)의 작동을 통한 수동 충전 과정을 설명하기 위한 것이다.

먼저 사용자는 케이스(10) 전면의 조작부(12)의 모드설정부(12b)를 통해 수동 충전 모드를 설정<S705>한다. 또한 사용자는 충전레벨조절부(12a)를 조절하여 적절한 충전 레벨을 설정하며, 충전레벨조절부(12a)의 조작에 대응하여 발전량설정부(55)가 제너레이터(21)의 발전량을 설정<S710>한다. 실시하기에 따라 발전량은 최소 10W에서 최대 100W까지 설정할 수 있다. 체력이 좋은 성인 남성의 경우 최대 발전량인 100W를 설정함으로써 강한 힘으로 오랫동안 회전레버(15)를 회전시켜 빠른 시간에 내부배터리(40)를 충전하는 것이 가능하다. 반면 힘이 약한 어린 아이의 경우 충전레벨을 100W로 설정하면 회전레버(15)를 회전시키는 것이 버거울 수 있다. 따라서 최소 충전 레벨인 10W로 설정하면 손쉽게 회전레버(15)를 회전시킴으로써 발전을 통한 내부배터리(40) 충전이 가능하다. 물론 충전레벨을 최소로 설정할 경우 발전량이 상대적으로 적기 때문에 내부배터리(40)를 완전히 충전하는 것이 불가능할 수도 있다. 하지만 어린 아이에게도 적은 양이지만 수동 충전이 가능토록 설정이 가능하여, 소비 전력이 적은 소형 전자기기를 긴급하게 사용할 수가 있는 것이다.

충전레벨의 조절로 인해 발전량이 설정된 이후 회전레버(15)를 잡고 회전<S715>시키면, 제너레이터(21)에서 직류 전원이 생성되고, 생성된 직류 전원은 내부배터리(40)에 충전되고, 충전량을 체크하여 표시부(11)를 통해 충전량을 표시(잔량 표시)<S720>할 수 있다.

물론 사용자가 회전레버(15)의 회전을 중단할 경우에는 자동적으로 내부배터리(40)의 충전 과정이 중단된다. 하지만 수동 충전 모드에서도 과충전의 경우는 있을 수 있기 때문에 과충전보호부(51)를 통한 과충전보호 과정이 수행될 수도 있다.

즉, 과충전보호부(51)는 내부배터리(40)의 출력전압을 실시간으로 체크<S725>하며, 내부배터리(40)의 출력 전압이 기준 전압(14V)이 되면<S730> 제너레이터(21)에서 생성되는 직류 전원이 내부배터리(40)로 입력되지 못하도록 단락시켜 과충전을 방지토록 한다.

<AC 출력>

도8은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치의 제어 방법 중 교류 전원을 필요로 하는 외부 전자기기(부하)가 연결되었을 시 부하 측으로 교류 전원을 공급하는 과정을 설명하기 위한 것이다. 설명에 앞서 내부배터리(40)는 이미 충분히 충전된 상태라고 가정한다.

먼저 사용자는 케이스(10) 전면의 조작부(12)의 모드설정부(12b)를 통해 AC 출력 모드를 설정<S805>한다. 이후 사용자는 교류 전원을 필요로 하는 전자기기(부하)의 전원 플러그의 양쪽 단자를 각각 부하와 부하연결부(14)에 연결<S810>한다. 실시하기에 따라 전자기기와 전원 플러그가 일체형일 수도 있으며, 이 경우 전원플러그의 한쪽 단자만 부하연결부(14)에 연결하면 된다.

부하연결부(14)에 전원 플러그가 연결되면 내부배터리(40)의 방전과 교류 전원 변환 과정을 통해 부하에 전원 공급이 이루어지게 되는데, 이때 부하연결부(14)와 연동되는 외부전류센서(16)는 부하의 소비 전류를 측정하고, 배터리제어부(50)의 부하소비전력측정부(54)는 외부전류센서(16)에서 측정된 부하의 소비 전류를 통해 부하의 소비 전력을 산출한다. 또한 과방전보호부(52)는 부하소비전력측정부(54)에서 산출된 부하의 소비 전력에 대응하여 내부배터리(40)의 출력을 제한하기 위한 방전기준전압을 설정<S815>한다. 예컨대 과방전보호부(52)는 부하의 소비 전력이 20Wh일 경우 방전기준전압을 11.7V로 설정하고, 부하의 소비 전력이 100Wh일 경우 방전기준전압을 11.0V로 설정할 수 있다.

한편 부하연결부(14)에 부하가 연결되면 내부배터리(40)에 충전된 14V의 직류 전원이 방전되면서 변환부(30)의 인버터(32), 승압부(33), 승압제어부(34) 및 발진부(35)를 통해 100V 또는 220V의 교류 전원으로 변환<S820>된다.

변환된 교류 전원은 부하연결부(14)를 거쳐 부하 측으로 공급되며, 이때 내부배터리(40)의 충전량을 체크하여 표시부(11)를 통해 충전량을 표시(충전잔량 표시)<S825>할 수 있다.

여기서 부하의 연결에 의해 내부배터리(40)가 방전될 시, 완전한 방전에 의해 내부배터리(40)가 손상되는 것을 막아주어야 한다. 따라서 과방전보호부(52)는 내부배터리(40)의 출력 전압을 체크<S830>하여 내부배터리(40)의 출력 전압이 부하의 소비 전력에 대응하여 설정된 방전기준전압까지 떨어지는지 확인한다.

만약 내부배터리(40)의 출력 전압이 부하의 소비 전력에 대응하여 설정된 방전기준전압까지 떨어진 것이 확인되면<S835>, 과방전보호부(52)는 내부배터리(40)의 출력을 차단시켜 더 이상의 방전을 막아준다.

<DC 출력>

도9는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 전원 공급 장치의 제어 방법 중 직류 전원을 필요로 하는 외부 전자기기(부하)가 연결되었을 시 부하 측으로 직류 전원을 공급하는 과정을 설명하기 위한 것이다. 설명에 앞서 내부배터리(40)는 이미 충분히 충전된 상태라고 가정한다.

먼저 사용자는 케이스(10) 전면의 조작부(12)의 모드설정부(12b)를 통해 DC 출력 모드를 설정<S905>한다. 이후 사용자는 직류 전원을 필요로 하는 전자기기(부하)의 전원 플러그의 양쪽 단자를 각각 부하와 부하연결부(14)에 연결<S910>한다. 실시하기에 따라 전자기기와 전원 플러그가 일체형일 수도 있으며, 이 경우 전원플러그의 한쪽 단자만 부하연결부(14)에 연결하면 된다.

부하연결부(14)에 전원 플러그가 연결되면 내부배터리(40)의 방전과 DC-DC 변환 과정을 통해 부하에 전원 공급이 이루어지게 되는데, 이때 부하연결부(14)와 연동되는 외부전류센서(16)는 부하의 소비 전류를 측정하고, 배터리제어부(50)의 부하소비전력측정부(54)는 외부전류센서(16)에서 측정된 부하의 소비 전류를 통해 부하의 소비 전력을 산출한다. 또한 과방전보호부(52)는 부하소비전력측정부(54)에서 산출된 부하의 소비 전력에 대응하여 내부배터리(40)의 출력을 제한하기 위한 방전기준전압을 설정<S915>한다. 예컨대 과방전보호부(52)는 부하의 소비 전력이 20Wh일 경우 방전기준전압을 11.7V로 설정하고, 부하의 소비 전력이 100Wh일 경우 방전기준전압을 11.0V로 설정할 수 있다.

한편 부하연결부(14)에 부하가 연결되면 내부배터리(40)에 충전된 14V의 직류 전원이 방전되면서 변환부(30)의 DC-DC컨버터(36)를 통해 12V의 직류 전원으로 전압 강하<S920>된다.

전압 강하된 직류 전원은 부하연결부(14)를 거쳐 부하 측으로 공급되며, 이때 내부배터리(40)의 충전량을 체크하여 표시부(11)를 통해 충전량을 표시(충전잔량 표시)<S925>할 수 있다.

이때 과방전보호부(52)는 내부배터리(40)의 출력 전압을 체크<S930>하여 내부배터리(40)의 출력 전압이 부하의 소비 전력에 대응하여 설정된 방전기준전압까지 떨어지는지 확인한다.

만약 내부배터리(40)의 출력 전압이 부하의 소비 전력에 대응하여 설정된 방전기준전압까지 떨어진 것이 확인되면<S935>, 과방전보호부(52)는 내부배터리(40)의 출력을 차단시켜 더 이상의 방전을 막아준다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 휴대용 전원 공급 장치에 따르면, 다양한 형태의 에너지를 전기 에너지로 변환하여 내부배터리(40)를 충전함으로써 언제 어디에서든지 전원을 필요로 하는 전자기기(부하)를 작동시킬 수가 있다. 즉, 휴대용 전원 공급 장치의 회전레버(15)를 수동으로 회전시킴으로써 제너레이터(21)를 이용하여 내부배터리(40)를 충전할 수도 있고, 가정용 또는 사무용 교류전원을 직류로 변환하여 내부배터리(40)를 충전할 수도 있고, 시거잭을 통해 차량의 직류 전원을 이용하여 내부배터리(40)를 충전할 수도 있다. 더불어 솔라셀(22)을 이용하여 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 내부배터리(40)를 충전할 수도 있다.

또한 내부배터리(40)에 충전된 직류 전원을 100V, 220V의 교류 전원이나 12V의 직류 전원으로 출력해줄 수가 있어서, 어떠한 전자기기가 연결되더라도 사용이 가능하다.

또, 소비 전력이 큰 부하가 연결되더라도 조기에 출력이 제한되는 경우 없이 최대한 내부배터리(40)를 효율적으로 활용할 수가 있다. 즉 내부배터리(40)의 보호를 위해 완전 방전(과방전)을 방지해주어야 하는데, 이때 출력 제한을 위한 방전기준전압을 연결된 부하의 소비 전력에 따라 탄력적으로 재설정 함으로써, 소비 전력이 높은 부하가 연결되어 급격한 전압 강하가 일어나더라도 즉시 내부배터리(40)의 출력을 끊어주는 것이 아니기 때문에 내부배터리(40)를 최대한 효율적으로 활용할 수가 있는 것이다.

그리고, 충전레벨조절부(12a)를 통해 충전 레벨을 설정한 이후 회전레버(15)를 회전시켜 발전이 가능하기 때문에, 사용자가 적당한 충전 레벨을 설정한 이후 발전이 가능하다. 즉 힘이 좋은 어른의 경우 강한 힘으로 오랫동안 회전레버(15)를 회전시킴으로써 발전이 가능(생산되는 발전량이 많음)하고, 힘이 약한 어린 아이도 약한 힘으로 회전레버(15)를 회전시킬 수 있기 때문에 이 경우에도 발전(물론 생산되는 발전량은 적음)을 통해 내부배터리(40)를 충전할 수가 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 : 케이스
11 : 표시부
12 : 조작부
12a : 충전레벨조절부
12b : 모드설정부
13 : 충전전원연결부
14 : 부하연결부
15 : 회전레버
16 : 외부전류센서
20 : 발전부
21 : 제너레이터
22 : 솔라셀
30 : 변환부
31 : 정류부
32 : 인버터
33 : 승압부
34 : 승압제어부
35 : 발진부
36 : DC-DC컨버터
40 : 내부배터리
50 : 배터리제어부
51 : 과충전보호부
52 : 과방전보호부
54 : 부하소비전력측정부
55 : 발전량설정부

Claims

직류 전원을 발생시키는 발전부;
외부 전원을 입력받아 내부배터리 충전용 직류 전원으로 변환하는 변환부;
상기 발전부 또는 변환부에서 출력되는 직류 전원을 충전하고, 전원을 필요로 하는 부하가 연결되면 상기 부하 측으로 상기 충전된 직류 전원을 방전하는 내부배터리;
상기 연결된 부하의 소비 전류를 감지하는 외부전류센서; 및
상기 외부전류센서에서 감지한 상기 연결된 부하의 소비 전류에 따라 상기 내부배터리의 방전 여부를 제어하는 배터리제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리제어부는 상기 내부배터리의 전압이 기 설정된 방전기준전압보다 낮아지면 상기 내부배터리의 방전을 중단시키되, 상기 외부전류센서에서 감지한 상기 연결된 부하의 소비 전류를 통해 상기 부하의 소비 전력을 측정하고, 상기 부하의 소비 전력에 따라 상기 방전기준전압을 재설정함으로써 상기 내부배터리의 방전 여부를 탄력적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 변환부는,
외부에서 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부; 및
교류 전원을 필요로 하는 부하가 연결되면 상기 내부배터리에서 방전되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서,
사용자가 충전레벨을 설정할 수 있는 충전레벨조절부; 및
상기 충전레벨조절부의 설정에 따라 상기 발전부의 발전량을 조절하는 발전량설정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전원 공급 장치.