KR101571110B1 - 휴대용 비상 전원 공급 장치 - Google Patents

휴대용 비상 전원 공급 장치 Download PDF

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김준호
이재경
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엘에스엠트론 주식회사
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Abstract

차량의 방전된 배터리로부터 짧은 시간 내에 전압을 충전하면서 동시에 차량으로 비상 전원을 공급할 수 있는 휴대용 비상 전원 공급 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치는, 차량의 방전된 배터리의 양극 단자에 연결되는 제 1 단자; 상기 방전된 배터리의 음극 단자에 연결되는 제 2 단자: 및 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자와 연결되어 상기 방전된 배터리로부터 전압을 충전하고 충전된 전압을 시동 보조 전원으로 사용하는 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치;를 포함한다.

Description

휴대용 비상 전원 공급 장치{PORTABLE EMERGENCY POWER SUPPLY DEVICE}
본 발명은 휴대용 비상 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 방전된 차량에 비상 전원을 공급하여 차량의 시동을 걸 수 있도록 하는 휴대용 비상 전원 공급 장치에 관한 것이다.
차량에 설치되는 어플리케이션 예를 들어, 네비게이션, 블랙박스, 고속도로 단말기 등의 증가로 인해 전장부하가 많아져 차량 내 배터리의 방전 사례가 증가하고 있다. 이에 따라 특히, 겨울철에는 배터리 방전으로 인해 손해보험사의 긴급 출동 서비스가 빈번히 발생하고 있는 실정이다.
하지만 이와 같은 긴급 서비스를 이용할 경우 사용자는 인건비와 출장비 등의 추가 비용을 지불해야 하는 비용 측면에서의 부담이 증가한다. 그리고, 다른 차량의 도움을 받아 방전된 배터리를 직접 충전할 경우에는 점프 작업의 미숙으로 인해 점프 케이블의 극성을 반대로 연결하여 다른 전기 장치들이 고장나거나 안정적인 점프 작업에 있어서의 불편함이 존재한다.
이에 대한 대안으로 차량의 방전된 배터리에 연결하여 차량의 시동을 걸 수 있게 도와주는 휴대용 배터리가 제안되고 있다. 그러나 종래의 휴대용 배터리의 경우에는 충전시 수 시간이 필요하여 긴급한 상황에 대응이 불가능하며, 차량의 방전된 배터리에 전원을 공급하기 위해 상기 휴대용 배터리를 연결할 경우 전압 차이로 인한 스파크가 발생하여 작업에 어려움이 있다.
또한, 직접 충전을 위해서 필요한 점프 케이블을 상시 휴대해야 하는 불편함이 존재하며, 충전을 위한 배터리는 무거워 휴대가 용이하지 않다는 문제점이 있다.
또한, 휴대용 배터리가 방전될 경우, 방전된 휴대용 배터리를 별도의 전원에 연결하여 충전을 한 후에, 차량의 방전된 배터리에 연결하여 차량의 시동을 걸어야 하므로, 별도의 전원이 없는 곳에서 차량의 배터리가 방전되고 휴대용 배터리도 방전된 경우 차량의 시동을 걸 수 없는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1144101호(2012.05.24 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 차량의 방전된 배터리로부터 짧은 시간 내에 전압을 충전하면서 동시에 차량으로 비상 전원을 공급할 수 있는 휴대용 비상 전원 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 짧은 시간 내에 전압을 충전하면서 스파크를 방지할 수 있는 휴대용 비상 전원 공급 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치는, 차량의 방전된 배터리의 양극 단자에 연결되는 제 1 단자; 상기 방전된 배터리의 음극 단자에 연결되는 제 2 단자: 및 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자와 연결되어 상기 방전된 배터리로부터 전압을 충전하고 충전된 전압을 시동 보조 전원으로 사용하는 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 단자는, 충전용 단자와 시동용 단자를 포함하고, 상기 충전용 단자와 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치 사이에 스파크 방지를 위한 저항이 연결될 수 있다.
상기 휴대용 비상 전원 공급 장치는, 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치에 연결된 스파크 방지를 위한 저항; 및 상기 제 1 단자를 상기 저항 및 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 스위치;를 더 포함할 수 있다.
상기 휴대용 비상 전원 공급 장치는, 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 상기 측정된 전압에 따른 알림을 표시하는 표시 수단;을 더 포함할 수 있다.
상기 표시 수단은, 상기 측정된 전압과 기 지정된 전압의 비교 결과에 따라 색을 표시할 수 있다.
상기 표시 수단은, 상기 측정된 전압을 수치로 표시할 수 있다.
상기 휴대용 비상 전원 공급 장치는, 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치에 연결된 스파크 방지를 위한 저항; 상기 제 1 단자를 상기 저항 및 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 스위치; 및 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치의 전압을 측정하고, 측정된 전압과 기 지정된 전압의 비교 결과에 따라 상기 스위치의 연결을 제어하는 전압 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 측정부는, 상기 측정된 전압이 상기 기 지정된 전압보다 작으면 상기 제 1 단자와 상기 저항을 연결하는 제어를 수행하고, 상기 측정된 전압이 상기 기 지정된 전압보다 크면 상기 제 1 단자와 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치를 연결하는 제어를 수행할 수 있다.
상기 휴대용 비상 전원 공급 장치는, 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치에 연결된 스파크 방지를 위한 가변 저항; 및 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치의 전압을 측정하고, 측정된 전압과 기 지정된 전압의 비교 결과에 따라 상기 가변 저항의 저항값을 제어하는 전압 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 측정부는, 상기 측정된 전압과 기 지정된 전압의 차가 작아짐에 따라 상기 가변 저항의 저항값이 작아지도록 제어할 수 있다.
상기 휴대용 비상 전원 공급 장치는, 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치에 연결되어 병렬로 배치된 스파크 방지를 위한 적어도 두 개 이상의 저항; 상기 적어도 두 개 이상의 저항 각각에 연결되어 상기 제 1 단자와 저항을 선택적으로 연결하는 적어도 두 개 이상의 제 1 스위치; 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치와 상기 제 1 단자를 선택적으로 연결하는 제 2 스위치; 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치의 전압을 측정하고, 측정된 전압과 기 지정된 전압의 비교 결과에 따라 상기 제 1, 2 스위치의 연결을 제어하는 전압 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 측정부는, 상기 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 작으면 상기 적어도 두 개 이상의 제 1 스위치 중 적어도 하나를 연결시키고, 상기 제 2 스위치의 연결을 끊으며, 상기 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 크면 상기 제 1 스위치의 연결을 끊고 상기 제 2 스위치를 연결시킬 수 있다.
상기 전압 측정부는, 상기 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 작은 경우, 그 전압의 차가 작아짐에 따라 저항값이 작아지도록 상기 적어도 두 개 이상의 제 1 스위치를 제어할 수 있다.
상기 고 정전용량 저장장치가 충전된 후, 상기 충전용 단자는 상기 방전된 배터리와 연결 해제하고, 상기 시동용 단자는 상기 방전된 배터리의 양극단자에 연결하여 차량의 시동을 걸 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치는, 직류-등가 직렬 저항이 상온에서 21.4mΩ 이하일 수 있다.
이때, 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치는, 울트라 커패시터 중형 셀을 다수 개 연결하여 58F 이상의 정전용량을 갖도록 구성할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치는, 직류-등가 직렬 저항이 상온에서 12mΩ 이하일 수 있다.
이때, 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치는, 울트라 커패시터 대형 셀을 다수 개 연결하여 240F 이상의 정전용량을 갖도록 구성할 수 있다.
상기 전극 단자부에 포함되는 케이블은, 도체 공칭단면적이 10SQMM 이상일 수 있다.
본 발명의 휴대용 비상 전원 공급 장치는 충방전이 고속인 고 정전용량 저장 장치를 사용하기 때문에 종래 배터리 대비 충전 시간이 짧아 수분 내로 긴급 상황에 바로 사용 가능하다.
또한, 본 발명의 휴대용 비상 전원 공급 장치는 저항이 작고 급속 충방전이 가능한 고 정전용량 저장 장치를 이용함으로써 특정 전압 혹은 일정 충전량(State Of Charge : SOC) 이상인 차량의 방전된 배터리로부터도 충전이 가능하고 급속 방전이 가능하여 별도의 외부 전원이 없이도 언제 어디서든 방전된 차량의 시동을 걸 수 있다.
또한, 본 발명의 휴대용 비상 전원 공급 장치는 차량의 배터리로부터 충전을 할 때 차량의 배터리와 고 정전용량 저장 장치 간의 전압차에 의한 스파크를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전시 배터리와 휴대용 비상 전원 공급 장치의 전압 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 시동을 걸 때 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
기존 방전된 차량의 배터리를 충전하기 위한 배터리는 일반 승용차용(12V, 80Ah)인 경우 15kg 정도이며, SUV 차량용(12V, 90Ah)인 경우 20kg 정도의 무게를 가지고 있다. 하지만, 본 실시 예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)는 3kg 이하의 무게로 휴대성이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)는 고 정전용량 저장 장치(101), 두 개의 양극 단자(103a, 103b), 하나의 음극 단자(105), 전압 측정부(107) 및 저항(109)을 포함한다. 차량은 방전된 배터리(130)와 배터리(130)로부터 전류를 공급받아 차량의 시동을 거는 로드(150), 즉 스타터를 포함한다.
고 정전용량 저장 장치(101)는, 1개 또는 2개 이상이 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 구조로 연결된다. 이때, 상기 고 정전용량 저장 장치(101)는 울트라 커패시터(Ultra Capacitor : UC), 슈퍼 커패시터(Super Capacitor : SC), 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor: EDLC) 등 일 수 있다.
고 정전용량 저장 장치(101)는 차량의 방전된 배터리(130)로부터 전류를 받아 전압을 충전하고, 이를 고출력 방전을 통해, 방전된 차량에 제공함으로써, 시동 보조 전원으로 사용한다. 고출력 방전이란 준중형급(배기량 1000cc 이상 ~1600cc 미만) 차량의 경우 스타터 모터를 구동할 수 있는 전력(1.4kW 이상)을 짧은 시간 동안 방전된 차량에 제공하는 것을 말하며, 준중형급 이상의 대형 차량(배기량 2000cc 초과)의 경우 스타터 모터를 구동할 수 있는 전력(2.5kW 이상)을 짧은 시간 동안 방전된 차량에 제공하는 것을 말한다.
고 정전용량 저장 장치(101)는, 차량의 배터리가 아닌, 별도의 외부 전원에 연결되어 충전될 수 있지만, 차량의 방전된 배터리(130)로부터 전류를 받아 충전된다. 이때 상기 방전된 배터리(130)는 장기간 방치되거나 손상되어 차량의 시동을 걸 수 없는 상태로 전압이 전혀 없는 상태의 배터리는 아니다.
만약, 시동을 걸고자 하는 차량의 배터리가 전류가 전혀 없는 상태의 배터리 일 경우에는 주변에 있는 차량의 배터리에 고 정전용량 저장 장치(101)를 연결하여 충전함으로써 사용할 수도 있다. 또한, 고 정전용량 저장 장치(101)는 가정에서 어댑터를 사용하여 가정 내 전원에 연결하여 충전할 수도 있다. 또는, 고 정전용량 저장 장치(101)는 직접 납축전지 혹은 파워서플라이 등에 연결되어 전압을 충전할 수 있다.
본 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)는 두 개의 양극 단자(103a, 103b)를 구비한다. 제 1 양극 단자(103a)는 고 정전용량 저장 장치(101)를 충전하기 위한 충전용 단자이고, 제 2 양극 단자(103b)는 충전된 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압을 방전된 배터리(130)에 공급하기 위한 단자이다. 따라서, 제 1 양극 단자(103a)와 제 2 양극 단자(103b)의 색 또는 굵기 등을 달리하거나 위치를 달리하여 사용자가 용도를 구분할 수 있도록 한다.
고 정전용량 저장 장치(101)에 전원을 충전할 때, 제 1 양극 단자(103a)를 차량의 방전된 배터리(130)의 양극 단자에 연결한다. 그리고 차량의 시동을 걸 때, 제 1 양극 단자(103a)의 연결을 해제하고, 제 2 양극 단자(103b)를 차량의 방전된 배터리(130)의 양극 단자에 연결한다. 그리고 음극 단자(105)는 충전 중일 때나 차량의 시동을 걸 때 방전된 배터리(130)의 음극 단자에 연결된다.
양극 단자(103a, 103b)와 음극 단자(105)는 집게가 달린 케이블일 수 있고, 상기 케이블의 길이를 조절할 수 있다.
고 정전용량 저장 장치(101)와 제 1 양극 단자(103a) 사이에는 저항(109)이 연결된다. 저항(109)은 고 정전용량 저장 장치(101)를 충전할 때, 배터리(130)와 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압차에 의해 발생할 수 있는 스파크를 방지한다. 즉 저항(109)은 방전된 배터리(130)의 전압보다 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압이 낮아 배터리(130)로부터 고 정전용량 저장 장치(101)로 짧은 시간에 많은 전류가 흐르는 것을 방지한다.
전압 측정부(107)는 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압을 측정한다. 전압 측정부(107)는 측정된 전압의 값을 디스플레이 장치에 표시할 수 있다. 또한 전압 측정부(107)는 상기 측정된 전압의 값에 따라 발광 소자(예컨대 LED)의 색을 달리하여 표시할 수 있다. 즉 전압 측정부(107)는 측정된 전압이 기 지정된 전압 이상이 되면 발광 소자를 녹색으로 표시하고, 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 작으면 발광 소자를 적색 등의 녹색과 다른 색을 표시한다.
사용자는 디스플레이 장치에 표시되는 전압의 값 또는 발광 소자에 표시되는 색을 보고 고 정전용량 저장 장치(101)의 충전 상태를 알 수 있고, 충전이 완료된 경우 제 1 양극 단자(103a)를 차량의 배터리(130)에서 연결 해제하고, 제 2 양극 단자(103b)를 차량의 배터리(130)에 연결한다. 그리고 차량의 시동을 걸게 되면, 고 정전용량 저장 장치(101)는 음극 단자(105)와 제 2 양극 단자(103b)를 통해 차량에 전원을 공급한다.
배터리가 방전된 차량의 시동시에 해당 차량의 스타터 모터에서 요구하는 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력은 차량의 종류별로 상이하다. 준중형급 차량의 스타터 모터에서 실질적으로 요구하는 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력은 약 1.4kW 이상이다. 준중형급 차량은 배기량이 1000cc 이상에서 1600cc 미만의 차량을 의미한다. 3000cc급 디젤 차량의 스타터 모터에서 실질적으로 요구하는 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력은 약 2.5kW 이상이다. 3000cc급 디젤 차량의 시동을 걸 수 있는 출력이면 모든 종류의 가솔린 차량의 시동을 걸 수 있다. 즉 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력이 약 2.5kW 이상이면, 앞서 설명한 준중형급 가솔린 차량뿐만 아니라, 1000cc 미만의 소형 가솔린 차량, 그리고 1600cc 이상의 배기량을 갖는 중형 및 대형 가솔린 차량의 시동을 걸 수 있다. 따라서 2000cc 이상의 대형 차량의 경우 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력은 약 2.5kW 이상이면 된다.
울트라 커패시터 중형 셀로 구성한 고 정전용량 저장 장치(101)는, 준중형급 차량에 사용하기 위해, 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 직류-등가 직렬 저항(DC-ESR(equivalent series resistance))이 32mΩ 이하인 것이 바람직하다. 배터리가 방전된 차량의 시동을 걸 때 고 정전용량 저장 장치(101)의 시동 충전 전압(V)은 약 13.5V이고, 이때 상술한 바와 같이 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력이 1.4kW 이상이 되기 위해서는, 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 고 정전용량 저장 장치(101)의 직류-등가 직렬 저항은 32mΩ 이하이어야 한다. 32mΩ을 초과하는 경우, 예를 들어 33mΩ인 경우, 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력은 아래 표1에서 보는 바와 같이, 1.38kW로서 응급 시동이 되지 않는다. 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 고 정전용량 저장 장치(101)의 직류-등가 직렬 저항이 32mΩ 이하인 경우, 울트라 커패시터에 사용하는 전해질이 외부 온도에 따라 이온의 활동성에 영향을 미쳐 상온에서 해당 고 정전용량 저장 장치(101)의 직류-등가 직렬 저항은 줄어들어 아래 표1과 같이 21.4mΩ 이하가 된다. 즉 상온 기준으로, 고 정전용량 저장 장치(101)는 직류-등가 직렬 저항이 21.4mΩ 이하인 것이 바람직하다. 상온에서 직류-등가 직렬 저항이 21.4mΩ이면 표1과 같이 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력은 2.13kW이므로 요구 출력을 만족한다.
구분 출력 용량 시동 충전 전압 저항
단위 kW F V mΩ
-40℃~0℃의 저온 UC 중형 셀 모듈 1.42 58.0 13.5 32
1.38 58.0 13.5 33
상온 UC 중형 셀 모듈 2.13 58.0 13.5 21.4
2.07 58.0 13.5 22
울트라 커패시터 중형 셀로 구성한 고 정전용량 저장 장치(101)는 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 직류-등가 직렬 저항이 32mΩ 이하, 다른 표현으로, 상온에서 직류-등가 직렬 저항이 21.4mΩ 이하가 되기 위해, 표1에 기재된 바와 같이, 울트라 커패시터 중형 셀 다수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성하면 된다. 울트라 커패시터 중형 셀은 350F ~ 450F의 정전 용량을 가지며 단방향 단자(양, 음극)인 울트라 커패시터를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 일반적으로 350F ~ 450F의 정전 용량을 갖는 울트라 커패시터가 주로 중형 셀로 사용된다. 예를 들어, 준중형급 차량의 응급 시동을 걸기 위해, 350F의 정전 용량을 갖는 울트라 커패시터 6 개를 직렬로 연결하여 58F 이상의 정전 용량을 만들 수 있다. 울트라 커패시터 중형 셀을 가지고 고 정전용량 저장 장치(101)를 구성하기 위한 최소 사양으로, 상온에서 직류-등가 직렬 저항이 21.4mΩ 이하이며(또는 저온에서 직류-등가 직렬 저항이 32mΩ 이하), 정전용량 58F 이상을 가지고, 정격 전압 13.5V 이상으로 구성해야 한다. 고 정전용량 저장 장치(101)에서 차량의 스타터 모터를 움직이기 위한 출력을 제공하기 위해서는, 상온에서 고 정전용량 저장 장치(100)의 직류-등가 직렬 저항은 21.4mΩ 이하로 구성해야 하며(또는 저온에서 직류-등가 직렬 저항이 32mΩ 이하), 이때 정전용량은 58F 이상이어야 한다. 울트라 커패시터 등의 고 정전용량 저장 장치(101)를 이용하여 차량의 시동을 걸기 위해서는, 차량에서 요구되는 출력을 충분히 유지해야 한다. 차량에서 요구되는 출력을 유지하기 위해서는 정전용량을 고려해야 한다. 즉, 울트라 커패시터 중형 셀로 구성한 고 정전용량 저장 장치(101)의 경우, 준중형 차량의 시동을 걸기 위해 최소 58F 이상의 정전용량을 가져야 차량에서 요구되는 출력을 충분한 시간(약 2초 이상) 동안 유지할 수 있다. 한편, 정격 전압이 2.8V인 울트라 커패시터 중형 셀의 경우 최소 5개 이상 구성해야 고 정전용량 저장 장치(101)의 정격 전압(즉, 13.5V)을 만족하는 안전한 사용이 가능하다. 만약 정격 전압이 2.8V인 울트라 커패시터 중형 셀의 개수를 5개 미만으로 할 경우, 시동 충전 전압(V)인 13.5V를 충족할 수 없어 시동 모듈로서 사용이 불가능하다.
3000cc급 디젤 차량에 사용하기 위해 울트라 커패시터 대형 셀로 구성한 고 정전용량 저장 장치(101)는, 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 직류-등가 직렬 저항이 18mΩ 이하인 것이 바람직하다. 배터리가 방전된 차량의 시동을 걸 때 고 정전용량 저장 장치(101)의 시동 충전 전압(V)은 약 13.5V이고, 고 정전용량 저장 장치(101)의 실질적으로 요구되는 출력은 약 2.5kW 이상이다. 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력이 2.5kW 이상이 되기 위해서는, 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 고 정전용량 저장 장치(101)의 직류-등가 직렬 저항은 18mΩ 이하이어야 한다. 18mΩ을 초과하는 경우, 예를 들어 19.5mΩ인 경우, 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력은 아래 표2에서 보는 바와 같이 2.34kW로서 응급 시동이 되지 않는다. 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 고 정전용량 저장 장치(101)의 직류-등가 직렬 저항이 18mΩ 이하인 경우, 울트라 커패시터에 사용하는 전해질이 외부 온도에 따라 이온의 활동성에 영향을 미쳐 상온에서 해당 고 정전용량 저장 장치(101)의 직류-등가 직렬 저항은 줄어들어 아래 표2와 같이 12mΩ이 된다. 즉 3000cc급 디젤 차량에 사용하기 위한 고 정전용량 저장 장치(101)는 상온 기준으로 직류-등가 직렬 저항이 12mΩ 이하인 것이 바람직하다. 상온에서 직류-등가 직렬 저항이 12mΩ이면 표2와 같이 고 정전용량 저장 장치(101)의 출력은 3.8kW이므로 요구 출력을 만족한다.
구분 출력 용량 시동 충전 전압 저항
단위 kW F V mΩ
-40℃~0℃의 저온 UC 대형 셀 모듈 2.53 240 13.5 18
2.34 240 13.5 19.5
상온 UC 대형 셀 모듈 3.80 240 13.5 12
3.50 240 13.5 13
3000cc급 디젤 차량에 사용하기 위해 울트라 커패시터 대형 셀로 구성한 고 정전용량 저장 장치(101)는 저온(-40℃ ~ 0℃)에서 직류-등가 직렬 저항이 18mΩ 이하, 다른 표현으로, 상온에서 직류-등가 직렬 저항이 12mΩ 이하가 되기 위해, 표2에 기재된 바와 같이, 울트라 커패시터 대형 셀 다수 개를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 구성하면 된다. 울트라 커패시터 대형 셀은 650F ~ 3400F의 정전 용량을 가지며 양방향 단자(양, 음극)인 실린드리컬 타입(cylindrical type)의 울트라 커패시터를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 일반적으로 650F ~ 3400F의 정전 용량을 갖는 울트라 커패시터가 주로 대형 셀로 사용된다. 예를 들어, 3000cc급 디젤 차량의 응급 시동을 걸기 위해, 1200F의 정전 용량을 갖는 울트라 커패시터 5 개를 직렬로 연결하여 240F 이상의 정전 용량을 만들 수 있다. 울트라 커패시터 대형 셀을 가지고 고 정전용량 저장 장치(101)를 구성하기 위한 최소 사양으로 상온에서 직류-등가 직렬 저항이 12mΩ이하이며, 정전용량 240F 이상을 가지고, 정격 전압 13.5V 이상으로 구성해야 한다. 고 정전용량 저장 장치(101)에서 차량의 스타터 모터를 움직이기 위한 출력을 제공하기 위해서는 상온에서 직류-등가 직렬 저항이 12mΩ 이하로 구성해야 하며(또는 저온에서 직류-등가 직렬 저항이 18mΩ 이하), 이때 정전용량이 240F 이상이어야 한다. 울트라 커패시터 등의 고 정전용량 저장 장치(101)를 이용하여 차량의 시동을 걸기 위해서는, 차량에서 요구되는 출력을 충분히 유지해야 한다. 차량에서 요구되는 출력을 유지하기 위해서는 정전용량을 고려해야 한다. 즉, 울트라 커패시터 대형 셀로 구성한 고 정전용량 저장 장치(101)의 경우, 3000cc급 디젤 차량의 시동을 걸기 위해 최소 240F 이상의 정전용량을 가져야 차량에서 요구되는 출력을 충분한 시간(약 5초 이상) 동안 유지할 수 있다. 한편, 정격 전압이 2.7V인 울트라 커패시터 대형 셀의 경우 최소 5개 이상을 구성해야 고 정전용량 저장 장치(101)의 정격 전압(즉 13.5V)을 만족하는 안전한 사용이 가능하다. 만약 울트라 커패시터 대형 셀의 개수를 5개 미만으로 구성할 경우, 시동 충전 전압(V)인 13.5V를 충족할 수 없어 시동 모듈로서 사용이 불가능하다.
한편, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 전극 단자(103a, 103b, 105)와 차량의 배터리의 전극 단자는 병렬로 연결되어야 한다. 그런데, 사용자의 부주의에 의해 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 전극 단자(103a, 103b, 105)와 차량의 배터리의 전극 단자를 직렬로 연결할 수 있고, 이 경우 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)와 차량의 배터리 간에 과전류가 흘러, 전극 단자(103a, 103b, 105)의 케이블의 절연물이 녹고 화재가 발생할 위험이 있다. 또한 사용자의 부주의에 의해 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 양극 단자(103a, 103b)와 음극 단자(105)를 서로 연결하여 쇼트(short)가 발생할 수 있다. 쇼트 발생시 역시 마찬가지로 과전류가 흘러 절연물이 녹고 화재가 발생할 위험이 있다.
따라서, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 전극 단자(103a, 103b, 105)의 케이블은, IEC 규격에 따라 도체 공칭단면적이 10 SQMM 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)에서 쇼트 발생시, 울트라 커패시터 중형 셀로 구성한 고 정전용량 저장 장치(101)의 경우 1초 기준으로 920A의 전류가 흐르고, 울트라 커패시터 대형 셀로 구성한 고 정전용량 저장 장치(101)의 경우 1초 기준으로 1,125A의 전류가 흐른다. 따라서 이러한 전류를 모두 허용할 수 있는 케이블로서 IEC 규격에 따라 도체 공칭단면적이 10 SQMM 이상인 케이블을 사용하는 것이 바람직하다. 도체 공칭단면적이 10 SQMM 이상인 케이블은 쇼트 발생시 허용 전류가 1,430A로서, 상술한 920A 및 1,125A의 전류보다 크기 때문이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에서 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 기능 및 동작을 수행하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)는 도 1을 참조하여 설명한 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)와 달리, 스위치(210)를 더 포함하고, 하나의 양극 단자(103)를 포함한다.
스위치(210)는 사용자의 조작에 의해 스위칭 동작을 수행하는 수동 스위치이다. 스위치(210)는 사용자의 조작에 따라 양극 단자(103)를 저항(109)을 통해 고 정전용량 저장 장치(101)에 연결하거나 저항을 거치지 않고 직접 고 정전용량 저장 장치(101)에 연결한다.
사용자는 고 정전용량 저장 장치(101)를 충전할 때, 스위치(210)를 조작하여 양극 단자(103)와 저항(109)을 연결한다. 사용자는 디스플레이 장치 또는 발광 소자를 통해 고 정전용량 저장 장치(101)에 시동을 걸 수 있을 정도의 전원이 충전된 것을 확인하며 스위치(210)를 조작하여 양극 단자(103)와 고 정전용량 저장 장치(101)를 연결한다.
도 1을 참조한 실시예에서는 고 정전용량 저장 장치(101)를 충전하기 위한 충전용 양극 단자(103a)와 충전된 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압을 방전된 배터리(130)로 공급하는 양극 단자(103b)가 별도로 구분되어 있다. 그러나, 도 2를 참조한 본 실시예에서는 하나의 양극 단자(103)만이 구비되므로, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 도 1을 참조한 실시예에서는 충전할 때와 시동을 걸 때, 사용자가 양극 단자(103a, 103b)를 교체해야 하는 번거로움이 있다. 그러나 도 2를 참조한 본 실시예에서는 양극 단자(103)를 교체하지 않고 배터리(130)의 양극 단자와의 연결을 유지한 상태에서 간단히 스위치(210) 조작만 하면 되므로 편리한 이점이 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3에서 도 2와 동일한 참조부호는 동일한 기능 및 동작을 수행하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)는 스위치(330)를 포함하지만, 도 2의 스위치(210)와 달리, 본 실시예의 스위치(330)는 전압 측정부(310)에 의해 스위칭이 제어된다. 도 2를 참조한 실시예에서 스위치(210)는 사용자의 조작에 의해 스위칭 동작을 수행하는 수동 스위치이다. 반면, 본 실시예의 스위치(330)는 전압 측정부(310)의 제어에 의해 스위칭한다. 예컨대 스위치(330)는 릴레이(relay)일 수 있다.
또한, 도 2를 참조한 실시예에서 전압 측정부(107)는 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압을 측정하여 디스플레이 장치에 표시하거나 측정된 전압의 값에 따라 발광 소자(예컨대 LED)의 색을 달리하여 표시한다.
도 3을 참조한, 본 실시예에 따른 전압 측정부(310)는 이러한 표시 동작을 수행하면서 추가적으로 스위치(330)의 스위칭 동작을 제어한다.
전압 측정부(310)는, 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압을 측정하고, 그 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 작으면 스위치(330)를 제어하여 양극 단자(103)와 저항(109)을 연결한다. 반면, 전압 측정부(310)는 고 정전용량 저장 장치(101)의 측정 전압이 기 지정된 전압보다 크면 스위치(330)를 제어하여 양극 단자(103)와 고 정전용량 저장 장치(101)를 연결한다.
전압 측정부(310)는 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압의 값을 디스플레이 장치에 표시할 수 있다. 또한 전압 측정부(310)는 상기 측정된 전압의 값에 따라 발광 소자(예컨대 LED)의 색을 달리하여 표시할 수 있다. 전압 측정부(310)는 측정된 전압이 기 지정된 전압 이상이 되면 발광 소자를 녹색으로 표시하고, 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 작으면 발광 소자를 적색, 주황색 등의 녹색과 다른 색을 표시한다.
사용자는 디스플레이 장치에 표시되는 전압의 값 또는 발광 소자에 표시되는 색을 보고 고 정전용량 저장 장치(101)의 충전 상태를 알 수 있다. 충전이 완료된 경우, 스위치(330)는 전압 측정부(310)의 제어에 따라 양극 단자(103)와 고 정전용량 저장 장치(101)를 연결하고 있고, 차량의 시동을 걸면 고 정전용량 저장 장치(101)는 단자(103, 105)를 통해 차량으로 시동 보조 전원을 공급한다.
도 2를 참조한 실시예에서는, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)에 전압을 충전할 때와 방전된 차량의 배터리에 전압을 공급할 때 사용자가 스위치(210)를 직접 조작해야 하는 번거로움이 있으나, 도 3을 참조한 본 실시예에서는 충방전시 자동으로 스위치(330)가 조작되어 편리한 이점이 있다.
도 2를 참조한 실시예에서, 사용자가 스위치(210)를 잘못 조작하게 되면 스파크가 발생할 가능성이 있으나, 도 3을 참조한 실시예에서는 자동으로 스위치(330)가 조작됨으로써 스파크 발생 가능성을 줄일 수 있다.
도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 4에서 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능 및 동작을 수행하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)는 가변 저항(430)을 포함한다. 가변 저항(430)은 저항값을 임의로 바꿀 수 있는 것으로서, 전압 측정부(410)의 제어에 따라 저항값이 제어된다. 도 3을 참조한 실시예에서는 스위치(330)와 고정 저항값을 갖는 저항(109)을 포함하였으나, 도 4를 참조한 본 실시예에서는 스위치(330)를 제거하고 고정 저항값을 갖는 저항(109) 대신에, 저항값을 임의로 바꿀 수 있는 가변 저항(430)을 포함한다.
전압 측정부(410)는, 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압을 측정하고, 그 측정된 전압과 기 지정된 전압을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 가변 저항(430)의 저항값을 제어한다.
고 정전용량 저장 장치(101)에 충전이 완료되지 않았을 때 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)를 차량의 방전된 배터리(130)에 연결할 경우, 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압과 배터리(130)의 전압차가 커서 스파크가 발생할 수 있다. 따라서 이때는 가변 저항(430)의 저항값을 크게 하여 많은 전류가 흐르지 않도록 하여 스파크를 방지한다.
고 정전용량 저장 장치(101)에 전원의 충전이 이루어지면 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압과 배터리(130)의 전압차는 줄어들게 되어 스파크 발생 가능성이 줄어든다. 따라서 전압차가 줄어들면 그에 비례하여 가변 저항(430)의 저항값을 줄인다.
최종 충전이 완료되면, 즉 기 지정된 전압 이상으로 고 정전용량 저장 장치(101)에 전압이 충전되면, 가변 저항(430)의 저항값을 '0'으로 만들어 차량의 시동을 걸 때 원활하게 전압이 공급될 수 있도록 한다. 즉, 전압 측정부(410)는, 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압과 기 지정된 전압의 차가 작아짐에 따라 상기 가변 저항의 저항값이 작아지도록 제어하는 것이다.
전압 측정부(410)는 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압 값을 디스플레이 장치에 표시할 수 있다. 또한 전압 측정부(410)는 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압 값에 따라 발광 소자(예컨대 LED)의 색을 달리하여 표시할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조한 실시예에서는, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)에 고정 저항값을 갖는 저항을 사용한다. 고정 저항값을 사용하게 되면 상대적으로 충전 속도가 낮아질 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 5에서 도 4와 동일한 참조부호는 동일한 기능 및 동작을 수행하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)는 고 정전용량 저장 장치(101)에 복수의 저항(520-1,..., 520-N)이 병렬로 연결된다. 그리고 각 저항(520-1,..., 520-N)과 양극 단자(103) 사이에는 스위치(530-1,..., 530-N)가 연결된다. 스위치(530-1,..., 530-N)는 전압 측정부(510)의 제어에 따라 온/오프 제어되어, 저항(520-1,..., 520-N)과 양극 단자(103) 간의 연결을 선택적으로 연결한다. 또한, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)는 고 정전용량 저장 장치(101)와 양극 단자(103)를 선택적으로 연결하는 스위치(550)를 포함한다. 스위치(550) 역시 전압 측정부(510)의 제어에 따라 온/오프 제어된다. 바람직하게, 스위치(530-1,..., 530-N, 550)는 릴레이일 수 있다.
저항(520-1,..., 520-N)은 병렬로 연결되어 있으므로 스위치(530-1,..., 530-N)가 모두 ON 상태가 되면 전체 저항 값은 가장 작다. 저항(520-1,..., 520-N)의 저항값이 모두 동일하다고 가정하면, 스위치(530-1,..., 530-N) 중 하나만 ON 상태일 때 전체 저항 값이 가장 크다. 저항(520-1,..., 520-N)의 저항값은 모두 동일할 수 있고, 또는 각 저항(520-1,..., 520-N)마다 저항값은 다를 수 있다.
전압 측정부(510)는, 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압을 측정하고, 그 측정된 전압과 기 지정된 전압을 비교하여 비교 결과에 따라 스위치(530-1,..., 530-N, 550)의 온/오프를 제어한다.
고 정전용량 저장 장치(101)에 충전이 완료되지 않았을 때 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)를 차량의 방전된 배터리(130)에 연결할 경우, 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압과 배터리(130)의 전압차가 커서 스파크가 발생할 수 있다. 따라서 이때는 전체 저항 값을 크게 하여 많은 전류가 흐르지 않도록 하여 스파크를 방지한다. 그리고 고 정전용량 저장 장치(101)에 전원의 충전이 이루어지면 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압과 배터리(130)의 전압차는 줄어들게 되어 스파크 발생 가능성이 줄어든다. 따라서 전압차가 줄어들면 그에 비례하여 전체 저항값을 줄인다. 최종 충전이 완료되면, 즉 기 지정된 전압 이상으로 고 정전용량 저장 장치(101)에 전원이 충전되면, 전체 저항값을 '0'으로 만들어 차량의 시동을 걸 때 원활하게 전류가 공급될 수 있도록 한다.
구체적으로, 전압 측정부(510)는, 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압이 기 지정된 전압보다 일정 값 이상 작은 경우, 제 1 스위치(530-1)만 온 상태로 만들고 나머지 스위치(530-2,..., 530-N)는 오프 상태로 만든다. 충전이 이루어지면서 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압이 높아짐에 따라 전압 측정부(510)는 순차적으로 나머지 스위치(530-2,..., 530-N)를 온 상태로 만들어 전체 저항값이 낮아지게 한다. 따라서 전압 측정부(410)는 스위치(530-1,..., 530-N)를 온/오프 제어하기 위한 기준 값을 저장할 수 있다.
전압 측정부(510)는, 고 정전용량 저장 장치(101)의 측정 전압이 기 지정된 전압보다 커지면, 저항에 연결된 스위치(530-1,..., 530-N)를 모두 오프 상태로 제어하고, 저항이 연결되어 있지 않은 스위치(550)를 온 상태로 제어한다. 따라서 고 정전용량 저장 장치(101)에 충전된 전압은 스위치(550)의 라인을 따라 차량으로 공급되어 시동 보조 전원으로 사용된다.
전압 측정부(510)는 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압 값을 디스플레이 장치에 표시할 수 있다. 또한 전압 측정부(510)는 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압 값에 따라 발광 소자(예컨대 LED)의 색을 달리하여 표시할 수 있다.
이하에서는, 도 6 및 도 7을 참조하여 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 충전 및 방전의 전압 및 전류 흐름을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 방전된 배터리(130)로부터 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)를 충전할 때 배터리(130)와 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 전압 상태를 나타낸 도면이다. 도 6에서 참조번호 610은 차량의 방전된 배터리(130)의 전압을 나태내고, 참조번호 620은 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 전압을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 충전이 시작되면 방전된 배터리(130)로부터 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)로 순간 전류가 흘러 배터리(130)의 전압이 낮아지고, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압은 높아진다. 그러다 일정한 시간이 흐르면 배터리(130)는 원래의 전압 값으로 높아지고 동시에 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압도 높아지며, 배터리(130)와 고 정전용량 저장 장치(101)의 전압이 균등하게 된다. 이는 차량용 배터리(130)는 납축전지인 반면, 고 정전용량 저장 장치(101)는 울트라 커패시터와 같은 높은 정전용량을 갖는 에너지 저장 장치로서, 에너지 저장 방식이 서로 다르기 때문이다. 그리고, 차량용 배터리(130)의 경우 화학적 결합에 의해 에너지를 저장하나, 본 발명의 고 정전용량 저장 장치(101)는 물리적 결합에 의해 에너지를 저장하기 때문이다.
또한, 고 정전용량 저장장치(101)는 에너지 밀도가 차량용 배터리(납축전지)에 비해 작아 상기 배터리(납축전지)가 소량의 에너지를 가지고 있다면, 상기 고 정전용량 저장장치(101)와 상기 배터리(납축전지)를 연결하는 것으로 상기 고 정전 용량 저장 장치(101)의 충전 및 방전된 배터리로 에너지를 공급하는 것이 가능하여 방전된 차량의 시동을 걸 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)를 이용하여 차량의 시동을 걸 때 전류 흐름을 나타낸 도면이다. 도 7에서 참조번호 720은 배터리(130)의 전류, 참조번호 730은 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)의 전류, 참조번호 740은 전체 전류를 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)를 차량에 연결한 후 A 시점에 시동을 걸게 되면, 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)로부터 높은 순간 전류가 차량으로 공급되고 이후에 차량의 방전된 배터리(130)로부터 점차 증가하는 형태로 전류가 차량으로 공급된다. 시동을 거는 시점에 높은 순간 전류가 휴대용 비상 전원 공급 장치(100)로부터 차량으로 공급되나 이후 점차 차량으로 공급되는 전류는 줄어든다. 그러나 차량의 방전된 배터리(130)로부터 공급되는 전류는 점차 증가하여, 도 7에 도시된 바와 같이 차량으로 공급되는 전체 전류(740)는 일정하다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 휴대용 비상 전원 공급 장치
101 : 고 정전용량 저장 장치
109 : 저항
103 : 양극 단자
105 : 음극 단자
130 : 차량의 배터리

Claims (19)

  1. 별도의 외부 전원에 의한 충전이 없이도, 독립적으로 차량의 시동을 걸 수 없는 만큼의 전압이 남아 있는 차량의 방전된 배터리로부터 전압을 충전하고 상기 차량의 시동을 걸 수 있도록 하는 휴대용 비상 전원 공급 장치에 있어서,
    상기 차량의 방전된 배터리의 양극 단자에 연결되는 제 1 단자;
    상기 차량의 방전된 배터리의 음극 단자에 연결되는 제 2 단자: 및
    상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자와 연결되어 상기 독립적으로 차량의 시동을 걸 수 없는 만큼의 전압이 남아 있는 상기 차량의 방전된 배터리로부터 전압을 충전하고 그 충전된 전압을 고출력 방전하는 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치;를 포함하고,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치는,
    상기 독립적으로 차량의 시동을 걸 수 없는 만큼의 전압이 남아 있는 상기 차량의 방전된 배터리로부터 전압을 충전하고 고출력 방전하여 상기 차량의 시동을 걸 수 있도록 상온에서 직류-등가 직렬 저항이 21.4mΩ 이하인, 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단자는, 충전용 단자와 시동용 단자를 포함하고,
    상기 충전용 단자와 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치 사이에 스파크 방지를 위한 저항이 연결되는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치에 연결된 스파크 방지를 위한 저항; 및
    상기 제 1 단자를 상기 저항 및 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 스위치;를 더 포함하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치의 전압을 측정하는 전압 측정부; 및
    상기 측정된 전압에 따른 알림을 표시하는 표시 수단;을 더 포함하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 표시 수단은,
    상기 측정된 전압과 기 지정된 전압의 비교 결과에 따라 색을 표시하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 표시 수단은,
    상기 측정된 전압을 수치로 표시하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치에 연결된 스파크 방지를 위한 저항;
    상기 제 1 단자를 상기 저항 및 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치 중 어느 하나에 선택적으로 연결하는 스위치; 및
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치의 전압을 측정하고, 측정된 전압과 기 지정된 전압의 비교 결과에 따라 상기 스위치의 연결을 제어하는 전압 측정부;를 더 포함하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 측정된 전압이 상기 기 지정된 전압보다 작으면 상기 제 1 단자와 상기 저항을 연결하는 제어를 수행하고,
    상기 측정된 전압이 상기 기 지정된 전압보다 크면 상기 제 1 단자와 상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치를 연결하는 제어를 수행하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치에 연결된 스파크 방지를 위한 가변 저항; 및
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치의 전압을 측정하고, 측정된 전압과 기 지정된 전압의 비교 결과에 따라 상기 가변 저항의 저항값을 제어하는 전압 측정부;를 더 포함하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 측정된 전압과 기 지정된 전압의 차가 작아짐에 따라 상기 가변 저항의 저항값이 작아지도록 제어하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치에 연결되어 병렬로 배치된 스파크 방지를 위한 적어도 두 개 이상의 저항;
    상기 적어도 두 개 이상의 저항 각각에 연결되어 상기 제 1 단자와 저항을 선택적으로 연결하는 적어도 두 개 이상의 제 1 스위치;
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치와 상기 제 1 단자를 선택적으로 연결하는 제 2 스위치;
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치의 전압을 측정하고, 측정된 전압과 기 지정된 전압의 비교 결과에 따라 상기 제 1, 2 스위치의 연결을 제어하는 전압 측정부;를 더 포함하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 작으면 상기 적어도 두 개 이상의 제 1 스위치 중 적어도 하나를 연결시키고, 상기 제 2 스위치의 연결을 끊으며,
    상기 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 크면 상기 제 1 스위치의 연결을 끊고 상기 제 2 스위치를 연결시키는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 측정된 전압이 기 지정된 전압보다 작은 경우, 그 전압의 차가 작아짐에 따라 저항값이 작아지도록 상기 적어도 두 개 이상의 제 1 스위치를 제어하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 고 정전용량 저장장치가 충전된 후, 상기 충전용 단자는 상기 방전된 배터리와 연결 해제하고, 상기 시동용 단자는 상기 방전된 배터리의 양극단자에 연결하여 차량의 시동을 거는 것을 특징으로 하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치는,
    울트라 커패시터 중형 셀을 다수 개 연결하여 58F 이상의 정전용량을 갖는 것을 특징으로 하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치는,
    직류-등가 직렬 저항이 상온에서 12mΩ 이하인 것을 특징으로 하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 고 정전용량 저장 장치는,
    울트라 커패시터 대형 셀을 다수 개 연결하여 240F 이상의 정전용량을 갖는 것을 특징으로 하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자에 포함되는 케이블은,
    도체 공칭단면적이 10SQMM 이상인 것을 특징으로 하는 휴대용 비상 전원 공급 장치.
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