KR101687947B1 - 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차용 전원 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 배터리전원을 대체한 고용량을 갖는 콘덴서모듈을 사용하여 전기 자동차의 스타트 전원과 차량 내 전기장치의 전원으로 공급되도록 한 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치에 있어서, 시동이 걸릴 시 스타트 릴레이(10)의 작동으로 전기모터(20)에 기충전되어진 직류전압의 스타트 전원을 공급하고 자동차 내의 전기장치에 전원을 공급하며 알터네이터로부터 발전된 직류전압이 충전되는 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell,110)이 구비된 콘덴서모듈(condenser module,100) 및; 상기 전기모터와 연결되어 발전된 교류를 직류로 정류하여 상기 콘덴서모듈에 직류전압을 충전시키는 알터네이터(alternator,200)와; 상기 콘덴서모듈과 알터네이터와 연결되어 직류전압의 전압을 변환하고 변환된 직류전압을 전원분배기(30)로 보내는 DC/DC 레귤레이터(DC to DC regulator,300)와; 상기 콘덴서모듈과 연결되어 상기 콘덴서모듈의 상태를 사용자에게 표시하는 모니터링부(400)와; 상기 콘덴서모듈의 저전압 방전을 방지하기 위해 비상 전원 차단 감시용 전원(505)에 의해 작동되되, 상기 콘덴서모듈의 잔량을 검출하는 잔량검출부(510)와, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 차량 내 전기장치의 전원을 차단하여 콘덴서모듈의 저전압 방전에 방지시키는 ACC 전원 차단부(520)와, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 상기 알터네이터를 일정시간 가동시켜 상기 콘덴서모듈이 충전되도록 하는 비상 발전기 가동부(530)가 구비된 비상 전원 차단부(500)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치를 제공한다.
따라서 본 발명에 의하면, 고용량을 갖으며 배터리에 비해 충방전 효율이 우수하고 충전시간이 짧으며 충방전 회수와 수명이 긴 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell)이 구비된 콘덴서모듈을 전기 자동차의 전원 공급장치에 구성시킴으로써, 기존의 전기 자동차의 전원으로 사용된 배터리전원의 충방전 효율상의 문제점을 개선할 수 있고, 과전압 방지회로와 비상 전원 차단부가 구성됨으로써, 콘덴서모듈의 과충전 및 저전압 방전을 방지하여 수명을 연장시킬 수 있으며, 콘덴서모듈의 전기적 신호를 바탕으로 콘덴서모듈의 상태를 표시하는 모니터링부가 구성됨으로써, 사용자가 콘덴서모듈의 출력량, 수명, 전압, 전류, 잔량, 교환시기를 용이하게 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치{condenser power supply for electric vehicle}

본 발명은 전기 자동차용 전원 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 배터리전원을 대체한 고용량을 갖는 콘덴서모듈을 사용하여 전기 자동차의 스타트 전원과 차량 내 전기장치의 전원으로 공급되도록 한 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차(electric vehicle)는 기존의 화석 연료의 연소로부터 구동 에너지를 얻는 가솔린엔진 또는 디젤엔진 자동차와 달리 축전지(혹은 배터리)에 축적된 전기로 전기모터를 회전시켜 구동 에너지를 얻는 자동차이다.

또한, 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)는 가솔린엔진 또는 디젤엔진 자동차의 내연 엔진과 전기 자동차의 배터리 엔진이 모두 장착된 자동차이다.

여기서 전기 자동차와 하이브리드 자동차의 전원으로 사용되는 배터리(battery)는 기존의 내연 엔진 자동차의 화석 연료의 고갈문제 및 공해문제를 해소할 수 있었다.

그러나 전기 자동차와 하이브리드 자동차의 전원으로 사용되는 배터리는 무거운 중량에 비해 용량이 작고 1회 충전으로 주행할 수 있는 거리가 짧아 자주 충전해줘야 하며 자동차의 수명보다 배터리의 수명이 짧아 몇 번씩 교환해야 하고 충전 시간이 오래 걸리는 문제점이 지적되고 있어 특히 배터리 엔진으로만 구동되는 전기 자동차의 상용화를 위해서는 이들 문제점이 개선된 전원 공급장치가 구축될 필요성이 대두되고 있다.

그 일례로 대한민국 등록특허공보 제10-1251243호(2013. 03. 29.)에는 복수의 배터리 셀로 구성되고 모터의 구동전압을 발생하는 고압 배터리(110)와 전장부하의 구동전압을 발생하는 저압 배터리(140)를 포함하여 구성되는 전기자동차의 전원 공급 시스템에 있어서, 상기 고압 배터리에서 발생되는 고전압을 저전압으로 변환하여 상기 저압 배터리의 충전을 위한 제어전원을 생성하는 저전압 DC-DC 컨버터(150); 상기 모터의 회전 동력을 이용하여 상기 저압 배터리의 충전을 위한 제어전원을 생성하는 알터네이터(160); 및 상기 저전압 DC-DC 컨버터 또는 상기 알터네이터에서 생성된 제어전원을 선택적으로 상기 저압 배터리로 제공하는 제어전원 선택부(170);를 포함하고, 상기 알터네이터는, 상기 모터의 회전 동력으로부터 생성되는 교류 전압을 정류하여 직류 발전전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전원 공급 시스템이 제안된 바 있다(도 1 참조).

그러나 위 제안된 기술은, 고압 배터리와 저압 배터리를 각각 두어 고압 배터리 즉, 메인 배터리의 전력 소모를 줄이고자 유도하였으나 배터리의 개수만 늘려 선택적으로 전력공급 및 충방전이 이루어지도록 할 뿐 전술한 배터리의 근본적인 문제점은 여전히 남아있다.

한편, 콘덴서(condenser, 혹은 축전기, 커패시터)는 화학작용에 의해 전기에너지와 화학에너지 간에 서로 변환되며 충방전이 이루어지는 배터리와 달리 정전기유도에 의해 전하 즉, 전기에너지를 충방전하는 장치로서 배터리에 비해 충ㆍ방전 효율이 우수하여 급속 충전이 가능하고 충방전 회수와 수명이 길며 매년 기존 콘덴서의 2배 이상의 대용량 콘덴서가 개발되고 있어 최근 전기전자분야에 배터리를 대신하여 전원 공급수단으로서 사용되고 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 배터리의 문제점과 전원 공급수단으로서의 콘덴서의 이점을 착안하여 기존 배터리 전원을 이용한 전기 자동차와는 전혀 새로운 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치를 제안한다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 배터리전원을 대체한 고용량을 갖는 콘덴서모듈을 사용하여 전기 자동차의 스타트 전원과 차량 내 전기장치의 전원으로 공급되도록 하고 과전압 방지회로와 비상 전원 차단부를 두어 콘덴서모듈의 수명을 연장시키며 모니터링부를 통해 사용자가 콘덴서모듈의 상태를 용이하게 모니터링 가능한 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치에 있어서, 시동이 걸릴 시 스타트 릴레이(10)의 작동으로 전기모터(20)에 기충전되어진 직류전압의 스타트 전원을 공급하고 자동차 내의 전기장치에 전원을 공급하며 알터네이터로부터 발전된 직류전압이 충전되는 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell,110)이 구비된 콘덴서모듈(condenser module,100) 및; 상기 전기모터와 연결되어 발전된 교류를 직류로 정류하여 상기 콘덴서모듈에 직류전압을 충전시키는 알터네이터(alternator,200)와; 상기 콘덴서모듈과 알터네이터와 연결되어 직류전압의 전압을 변환하고 변환된 직류전압을 전원분배기(30)로 보내는 DC/DC 레귤레이터(DC to DC regulator,300)와; 상기 콘덴서모듈과 연결되어 상기 콘덴서모듈의 상태를 사용자에게 표시하는 모니터링부(400)와; 상기 콘덴서모듈의 저전압 방전을 방지하기 위해 비상 전원 차단 감시용 전원(505)에 의해 작동되되, 상기 콘덴서모듈의 잔량을 검출하는 잔량검출부(510)와, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 차량 내 전기장치의 전원을 차단하여 콘덴서모듈의 저전압 방전에 방지시키는 ACC 전원 차단부(520)와, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 상기 알터네이터를 일정시간 가동시켜 상기 콘덴서모듈이 충전되도록 하는 비상 발전기 가동부(530)가 구비된 비상 전원 차단부(500)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 콘덴서모듈(100)은 상기 모니터링부(400)로부터 만충전 신호를 검측 시 상기 알터네이터(200)에서 발전되어 정류된 직류전압을 차단하여 다수개의 콘덴서 셀(110)의 과전압 충전을 방지하는 과전압 방지회로(120)와, 상기 콘덴서모듈의 직류전압의 리플(ripple)을 제거하여 평활(smoothing)시키는 콘덴서 평활회로(130)와, 상기 모니터링부로 콘덴서모듈의 상태값 전송을 위해 전기적 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(analog to digital converter,140)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 콘덴서 평활회로(130)는, 상기 콘덴서모듈에 구비된 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell,C1,C2,C3,C4) 각각의 고유 임피던스(intrinsic impedance)에 대응한 콘덴서 셀 1개당 평활용 저항(R1,R2,R3,R4)을 각각 설치하여 상기 콘덴서모듈의 평균 임피던스를 평활시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 모니터링부(400)는 출력량 표시부(410), 수명 표시부(420), 전압 표시부(430), 전류 표시부(440), 잔량 표시부(450), 교환시기 알람 표시부(460)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 수명 표시부(420)에 표시되는 수명값의 수식은,

이며, 여기서,

: 콘덴서모듈의 수명값(혹은 콘덴서모듈 열화 추정치)

: 콘덴서모듈의 만충전 전압(혹은 출하 시 만충전 전압)

: 과전압방지회로 작동 후 콘덴서모듈의 강하 전압

: 만충전 신호 검측 후 일정 강하전압 측정시간 이다.

위 수식으로부터 상기 콘덴서모듈의 수명을 상기 수명표시부를 통해 확인할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치는 상기 콘덴서모듈(100)과 DC/DC 레귤레이터(300), 비상 전원 차단부(500)가 일체형으로 내장된 파워 서플라이 케이스(power supply case,600)로 제작되되, 상기 파워 서플라이 케이스의 외부에는 충전용 전원 단자(610)와 모니터링용 단자(620), 전원분배기용 단자(630), ON/START용 단자(640)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

1) 고용량을 갖으며 배터리에 비해 충방전 효율이 우수하고 충전시간이 짧으며 충방전 회수와 수명이 긴 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell)이 구비된 콘덴서모듈을 전기 자동차의 전원 공급장치에 구성시킴으로써, 기존의 전기 자동차의 전원으로 사용된 배터리전원의 충방전 효율상의 문제점을 개선할 수 있다.

2) 과전압 방지회로와 비상 전원 차단부가 구성됨으로써, 콘덴서모듈의 과충전 및 저전압 방전을 방지하여 수명을 연장시킬 수 있다.

3) 콘덴서모듈의 전기적 신호를 바탕으로 콘덴서모듈의 상태를 표시하는 모니터링부가 구성됨으로써, 사용자가 콘덴서모듈의 출력량, 수명, 전압, 전류, 잔량, 교환시기를 용이하게 모니터링할 수 있다.

4) 콘덴서모듈에 구비된 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell) 각각의 고유 임피던스(intrinsic impedance)에 대응한 콘덴서 셀 1개당 평활용 저항을 각각 설치함으로써, 고유 임피던스 차이로 인한 각 콘덴서 셀의 충전량과 전압값의 차이로 콘덴서모듈의 성능저하를 방지하고 콘덴서모듈의 평균 임피던스를 평활시켜 다수개의 콘덴서 셀의 충전 밸런스를 맞출 수 있다.

5) 콘덴서모듈과 DC/DC 레귤레이터, 비상 전원 차단부가 일체형으로 내장된 파워 서플라이 케이스(power supply case)로 제작됨으로써, 기존 전기 자동차의 배터리 위치에 호환되어 용이하게 설치될 수 있도록 하며, 교환 및 수리가 용이하다.

도 1은 종래의 전기자동차의 전원 공급 시스템을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치의 전체 구성을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘덴서모듈의 세부 구성을 나타낸 도면
도 4는 도 3의 콘덴서 평활회로를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비상 전원 차단부의 세부 구성을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치가 내장된 파워 서플라이 케이스를 나타낸 도면

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명은 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치의 핵심 기술적 구성수단은, 콘덴서모듈(condenser module,100), 알터네이터(alternator,200), DC/DC 레귤레이터(DC to DC regulator,300), 모니터링부(monitoring unit,400), 비상 전원 차단부(500)로 이루어진다.

먼저 도 2 내지 도 4를 참조하여, 상기 콘덴서모듈(condenser module,100)은, 전기 자동차(electric vehicle)의 스타트 전원과 차량 내부의 전반적인 전기장치의 전원을 공급하는 전원 공급수단으로서, 시동이 걸릴 시 스타트 릴레이(10)의 작동으로 전기모터(20)에 기충전되어진 직류전압의 스타트 전원을 공급하고 자동차 내의 전기장치에 전원을 공급하며 알터네이터(200)로부터 발전된 직류전압이 충전되는 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell,110)이 구비된다.

여기서, 상기 콘덴서모듈은 후술하는 모니터링부(400)로부터 만충전 신호를 검측 시 상기 알터네이터(200)에서 발전되어 정류된 직류전압을 차단하여 다수개의 콘덴서 셀(110)의 과전압 충전을 방지하는 과전압 방지회로(120)와, 상기 콘덴서모듈의 직류전압의 리플(ripple)을 제거하여 평활(smoothing)시키는 콘덴서 평활회로(130)와, 상기 모니터링부로 콘덴서모듈의 상태값 전송을 위해 전기적 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(analog to digital converter,140)가 구비된다.

상기 과전압 방지회로(120)는 콘덴서모듈에 구비된 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell)의 각각의 콘덴서 셀에 충전되는 아날로그 신호의 충전량을 상기 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환하여 모니터링부(400)로 전송되되, 사전에 설정된 만충전 신호 즉, 디지털 신호의 만충전 전압값을 검측 시 과전압 방지용 릴레이(121)를 스위칭 제어하여 상기 알터네이터(200)와 콘덴서모듈(100) 간의 연결이 차단되도록 하며, 이때 상기 알터네이터에서 발전되어 정류된 직류전압은 전기 자동차 내의 전기장치의 전원으로 전환되어 공급될 수 있다.

상기 과전압 방지용 릴레이(121)는, FET(field effect transistor) 또는 TR(transistor), SSR(solid state relay)로 이루어진 무접점 스위치(non-contact switch) 또는 마그네틱 스위치(magnetic switch)의 전자 릴레이가 사용될 수 있다.

또한, 상기 콘덴서 평활회로(130)는, 상기 콘덴서모듈에 구비된 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell,C1,C2,C3,C4) 각각의 고유 임피던스(intrinsic impedance)에 대응한 콘덴서 셀 1개당 평활용 저항(R1,R2,R3,R4)을 각각 설치하여 상기 콘덴서모듈의 평균 임피던스를 평활시키도록 구성되어 진다(도 4 참조).

다시 말해서, 상기 콘덴서 평활회로는 상기 콘덴서모듈의 리플(ripple)을 제거함과 동시에 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell) 충전 밸런스를 조절하기 위한 회로로서, 이를 위하여 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell) 각각의 내부 저항값 차이로 인한 충전전압과 충전량에 차이가 발생되어 콘덴서모듈의 충전효율을 떨어트리는 것을 방지하고자 콘덴서 셀 각각의 고유 임피던스(intrinsic impedance)에 대응한 콘덴서 셀 1개당 평활용 저항을 각각 설치한 개별 저항기 병렬 평활회로가 더 구성되는 것이다.

또한, 상기 A/D 컨버터(analog to digital converter,140), 상기 콘덴서모듈에 저장되어지는 전기에너지 즉 전하량의 아날로그 신호를 모니터링 가능하도록 디지털 신호로 변환하여 후술하는 모니터링부(400)로 변환된 디지털 신호를 전송하는 수단이다.

한편, 상기 콘덴서모듈의 다수개의 콘덴서 셀은 콘덴서 셀 각각의 용량에 따라 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 구조로 결합되어 모듈화되어진다.

다시 도 2와 도 3을 참조하여, 상기 알터네이터(alternator,200)는, 자동차용 교류 발전기로서 전기 자동차를 구동시키는 전기모터(20)와 연결되어 교류 전기를 발생시키며 정류기(rectifier,210)와 연결되어 발전된 교류 전기는 직류 전기로 정류되어 상기 콘덴서모듈(100)에 직류전압이 공급되도록 한다.

여기서, 상기 알터네이터(200)는 상기 콘덴서모듈의 만충전 상태에 따라 전기 자동차 내의 전기장치에 전원이 공급되도록 하며, 상기 정류기(210)는 정류 다이오드(rectification diode)에 의해 발전된 교류 전기가 정류 및 평활 되도록 한다.

상기 알터네이터는 자동차 분야에서 널리 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2를 참조하여 상기 DC/DC 레귤레이터(DC to DC regulator,300)는, 상기 콘덴서모듈(100)과 알터네이터(200)와 연결되어 직류전압의 전압을 변환하고 변환된 직류전압을 전원분배기(30)로 보내는 역할을 수행한다.

다시 말해서, 상기 DC/DC 레귤레이터는 상기 콘덴서모듈의 충전전압과 알터네이터의 발전전압을 전원분배기의 ACC ON(Accessory ON) 전원, ON/START 전원, 상시전원, USB 전원, 비상 전원 차단 감시용 전원에 요구되는 정전압의 직류전압으로 변환하여 공급되도록 하는 것이다.

도 2와 도 3을 참조하여 상기 모니터링부(monitoring unit)는, 상기 콘덴서모듈(100)과 연결되어 상기 콘덴서모듈의 상태를 사용자에게 표시하는 모니터링 수단으로서, 출력량 표시부(410), 수명 표시부(420), 전압 표시부(430), 전류 표시부(440), 잔량 표시부(450), 교환시기 알람 표시부(460)가 구비된다.

여기서, 상기 모니터링부(400)를 통한 콘덴서모듈(100)의 모니터링(monitoring)은, 전해액과 양ㆍ음극판의 화학작용에 의한 배터리는 특성 상 잔량 정도만 예측 가능하나, 전하 즉, 전기 에너지를 직접 저장하는 콘덴서모듈은 이를 토대로 전압 전류의 검출이 용이하고 이들을 연산하여 수명, 잔량, 교환시기를 파악할 수 있으므로 배터리의 모니터링보다 정확하게 모니터링이 가능하여 사용자가 콘덴서모듈의 상태에 따라 신속하게 대응 가능토록 유도할 수 있다.

또한, 상기 모니터링부(400)는 상기 콘덴서모듈의 A/D 컨버터(140)와 후술하는 비상 전원 차단부(500)에 구비된 잔량검출부(510)로부터 상태 신호를 수신하여 이를 연산 및 표시되어 지도록 하며, 상기 콘덴서모듈에 전압계, 전류계, 멀티미터가 설치될 수도 있다.

또한, 상기 출력량 표시부(410)는, 차량 내부에 설치된 전기모터(20)와 각종 전기장치로 소모되는 콘덴서모듈의 출력량을 표시하는 것으로 콘덴서모듈의 출력측에서 검출 가능하다.

또한, 상기 수명 표시부(420)는, 콘덴서모듈의 수명값을 %(퍼센트) 단위와 같은 수치로 표시하는 것으로 수명값의 수식은 아래와 같다.

여기서,

: 콘덴서모듈의 수명값(혹은 콘덴서모듈 열화 추정치)

: 콘덴서모듈의 만충전 전압(혹은 출하 시 만충전 전압)

: 과전압방지회로 작동 후 콘덴서모듈의 강하 전압

: 만충전 신호 검측 후 일정 강하전압 측정시간 이다.

위 수식으로부터 상기 콘덴서모듈의 수명을 상기 수명표시부를 통해 확인할 수 있다.

이는 콘덴서모듈의 만충전 전압이 초기상태(출하 시 상태)의 만충전 전압과 충방전 회수가 늘어남에 따라 성능저하로 낮아지는 현재상태의 콘덴서모듈의 만충전 전압의 차이를 비교하여 이를 콘덴서모듈의 수명값 수치로 나타낸 것으로 사용자가 이를 통해 콘덴서모듈의 수명을 용이하게 인식할 수 있다.

또한, 상기 전압 표시부(430)와 전류 표시부(440)는, 상기 콘덴서모듈의 A/D 컨버터로부터 수신하여 현재 콘덴서모듈의 충전전압과 충전전류의 상태가 각각 표시된다.

또한, 상기 잔량 표시부(450)는, 후술하는 비상 전원 차단부에 구비된 잔량검출부(510)를 통해 콘덴서모듈의 잔량 검출값을 수신하여 현재 콘덴서모듈의 잔량 상태가 표시된다.

또한, 상기 교환시기 알람 표시부(460)는, 상기 수명 표시부(420)의 수명값을 기초로 교환시기를 연산하여 표시하는 것으로 일례로 수명값이 80% 이하로 떨어지는 시기를 예측하여 그 시기를 교환시기로 지정할 수 있다.

한편, 상기 모니터링부는 차량 내부의 계기판 또는 오디오 패널 화면에 표시되어 사용자가 용이하게 모니터링 가능하도록 한다.

도 2와 도 5를 참조하여 상기 비상 전원 차단부(500)는, 상기 콘덴서모듈의 저전압 방전을 방지하기 위해 비상 전원 차단 감시용 전원(505)에 의해 작동되는 제어 수단이다.

여기서, 상기 비상 전원 차단부(500)는 상기 콘덴서모듈의 잔량을 검출하는 잔량검출부(510)와, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 차량 내 전기장치의 전원을 차단하여 콘덴서모듈의 저전압 방전에 방지시키는 ACC 전원 차단부(520)와, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 상기 알터네이터를 일정시간 가동시켜 상기 콘덴서모듈이 충전되도록 하는 비상 발전기 가동부(530)가 구비된다.

다시 말해서, 상기 비상 전원 차단부(500)는 전기 자동차의 시동 ON/START 상태에서는 수시로 알터네이터에서 발전된 전기가 콘덴서모듈로 충전되므로 콘덴서모듈의 저전압 방전이 발생될 우려가 없으나 시동 걸기 전의 ACC 전원 상태나 시동 OFF(LOCK) 상태 즉, 알터네이터가 가동되지 않는 상태에서 실내등, 블랙박스, 오디오, 네비게이션, USB 전원 등의 악세사리 전기장치로의 전원공급으로 콘덴서모듈이 방전될 우려가 있으므로 이를 사전에 방지하여 항시 시동을 위한 스타트 전원 공급용 콘덴서모듈의 잔량을 유지시키기 위함이다.

상기 잔량검출부(510)는 전원분배기(30)에 내정되거나 연결시켜 콘덴서모듈의 출력측 최종 잔량을 검출하고 검출된 콘덴서 모듈의 잔량은 상기 모니터링부(400)로 전송되어 잔량 표시부(450)에 표시되도록 한다. 여기서 잔량검출부는 전압계(511)가 구성될 수 있으며 잔량검출부와 모니터링부 사이에 A/D 컨버터(미도시)를 두어 잔량값이 디지털 신호로 변환되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 ACC 전원 차단부(520)는, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터(20)에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 콘덴서모듈(100)로부터 전원분배기(30)로 연결되는 회로를 개폐하는 비상 전원 차단용 릴레이(521)를 스위칭 제어하여 차량 내 전기장치로 공급되는 콘덴서모듈의 전원을 차단하여 콘덴서모듈의 저전압 방전을 방지토록 한다.

상기 비상 전원 차단용 릴레이(521)는 FET(field effect transistor) 또는 TR(transistor), SSR(solid state relay)로 이루어진 무접점 스위치(non-contact switch) 또는 마그네틱 스위치(magnetic switch)의 전자 릴레이가 사용될 수 있다.

또한, 상기 비상 발전기 가동부(530)는, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 상기 스타트 릴레이(10)를 스위칭 제어하여 상기 알터네이터가 일정시간 가동되어 상기 콘덴서모듈이 충전되도록 하는 수단이다.

또한, 상기 비상 전원 차단부(500)를 제어하기 위한 마이컴(MICOM, 미도시)과 이에 전원을 공급하는 비상 전원 차단 감시용 전원(505)을 상기 전원분배기에 두고 시동 전 ACC 전원 상태나 OFF(LOCK) 상태(상시전원 상태)에서도 콘덴서모듈의 잔량검출과 ACC 전원 차단 및 상기 알터네이터의 구동 제어가 용이하게 수행될 수 있도록 한다.

또한, 도 6을 참조하여, 본 발명의 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치는 상기 콘덴서모듈과 DC/DC 레귤레이터, 비상 전원 차단부가 일체형으로 내장된 파워 서플라이 케이스(power supply case,600)로 제작되되, 상기 파워 서플라이 케이스의 외부에는 충전용 전원 단자(610)와 모니터링용 단자(620), 전원분배기용 단자(630), ON/START용 단자(640)가 구비되어 기존 전기 자동차의 배터리 위치에 호환되어 용이하게 설치될 수 있도록 하며, 교환 및 수리가 용이하도록 한다.

여기서, 상기 충전용 전원 단자(610)는 알터네이터(200)와의 연결을 위한 단자이며, ON/START용 단자(640)는 시동 ON/START 시 전기모터(20)에 스타트 전원을 공급하기 위한 단자이다.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치는, 고용량을 갖으며 배터리에 비해 충방전 효율이 우수하고 충전시간이 짧으며 충방전 회수와 수명이 긴 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell)이 구비된 콘덴서모듈을 전기 자동차의 전원 공급장치에 구성시킴으로써, 기존의 전기 자동차의 전원으로 사용된 배터리전원의 충방전 효율상의 문제점을 개선할 수 있고, 과전압 방지회로와 비상 전원 차단부가 구성됨으로써, 콘덴서모듈의 과충전 및 저전압 방전을 방지하여 수명을 연장시킬 수 있으며, 콘덴서모듈의 전기적 신호를 바탕으로 콘덴서모듈의 상태를 표시하는 모니터링부가 구성됨으로써, 사용자가 콘덴서모듈의 출력량, 수명, 전압, 전류, 잔량, 교환시기를 용이하게 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 스타트 릴레이 20: 전기모터
30: 전원분배기 100: 콘덴서모듈
110: 다수개의 콘덴서 셀 120: 과전압 방지회로
130: 콘덴서 평활회로 140: A/D 컨버터
200: 알터네이터 210: 정류기
300: DC/DC 레귤레이터 400: 모니터링부
410: 출력량 표시부 420: 수명 표시부
430: 전압 표시부 440: 전류 표시부
450: 잔량 표시부 460: 교환시기 알람 표시부
500: 비상 전원 차단부 510: 잔량검출부
520: ACC 전원 차단부 530: 비상 발전기 가동부
600: 파워 서플라이 케이스

Claims (6)

1. 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치에 있어서,
   시동이 걸릴 시 스타트 릴레이(10)의 작동으로 전기모터(20)에 기충전되어진 직류전압의 스타트 전원을 공급하고 자동차 내의 전기장치에 전원을 공급하며 알터네이터로부터 발전된 직류전압이 충전되는 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell,110)이 구비된 콘덴서모듈(condenser module,100) 및;
   상기 전기모터와 연결되어 발전된 교류를 직류로 정류하여 상기 콘덴서모듈에 직류전압을 충전시키는 알터네이터(alternator,200)와;
   상기 콘덴서모듈과 알터네이터와 연결되어 직류전압의 전압을 변환하고 변환된 직류전압을 전원분배기(30)로 보내는 DC/DC 레귤레이터(DC to DC regulator,300)와;
   상기 콘덴서모듈과 연결되어 상기 콘덴서모듈의 상태를 사용자에게 표시하는 모니터링부(400)와;
   상기 콘덴서모듈의 저전압 방전을 방지하기 위해 비상 전원 차단 감시용 전원(505)에 의해 작동되되, 상기 콘덴서모듈의 잔량을 검출하는 잔량검출부(510)와, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 차량 내 전기장치의 전원을 차단하여 콘덴서모듈의 저전압 방전에 방지시키는 ACC 전원 차단부(520)와, 상기 잔량검출부의 검출값이 상기 전기모터에 요구되는 스타트 전원에 근접 시 상기 알터네이터를 일정시간 가동시켜 상기 콘덴서모듈이 충전되도록 하는 비상 발전기 가동부(530)가 구비된 비상 전원 차단부(500)를 포함하고,
   상기 콘덴서모듈(100)은,
   상기 모니터링부(400)로부터 만충전 신호를 검측 시 상기 알터네이터(200)에서 발전되어 정류된 직류전압을 차단하여 다수개의 콘덴서 셀(110)의 과전압 충전을 방지하는 과전압 방지회로(120)와,
   상기 콘덴서모듈의 직류전압의 리플(ripple)을 제거하여 평활(smoothing)시키는 콘덴서 평활회로(130)와,
   상기 모니터링부로 콘덴서모듈의 상태값 전송을 위해 전기적 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(analog to digital converter,140)를 포함하고,
   상기 콘덴서 평활회로(130)는,
   상기 콘덴서모듈에 구비된 다수개의 콘덴서 셀(condenser cell,C1,C2,C3,C4) 각각의 고유 임피던스(intrinsic impedance)에 대응한 콘덴서 셀 1개당 평활용 저항(R1,R2,R3,R4)을 각각 설치하여 상기 콘덴서모듈의 평균 임피던스를 평활시키고,
   상기 모니터링부(400)는,
   출력량 표시부(410), 수명 표시부(420), 전압 표시부(430), 전류 표시부(440), 잔량 표시부(450), 교환시기 알람 표시부(460)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 수명 표시부(420)에 표시되는 수명값의 수식은,
   

   

   이며,
   여기서,
   

   

   : 콘덴서모듈의 수명값(혹은 콘덴서모듈 열화 추정치)
   

   

   : 콘덴서모듈의 만충전 전압(혹은 출하 시 만충전 전압)
   

   

   : 과전압방지회로 작동 후 콘덴서모듈의 강하 전압
   

   

   : 만충전 신호 검측 후 일정 강하전압 측정시간 이다.
   위 수식으로부터 상기 콘덴서모듈의 수명을 상기 수명표시부를 통해 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치는 상기 콘덴서모듈(100)과 DC/DC 레귤레이터(300), 비상 전원 차단부(500)가 일체형으로 내장된 파워 서플라이 케이스(power supply case,600)로 제작되되, 상기 파워 서플라이 케이스의 외부에는 충전용 전원 단자(610)와 모니터링용 단자(620), 전원분배기용 단자(630), ON/START용 단자(640)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 콘덴서 전원 공급장치.

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