KR102155041B1 - 차량용 전원 안정화 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템 - Google Patents

차량용 전원 안정화 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 전원 안정화 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 그 전원 안정화 장치는 하나 이상의 슈퍼 캐패시터를 포함하는 충방전부; 슈퍼 캐패시터로의 전류 흐름을 제1 경로 및 제2 경로 중 어느 하나로 변경시키기 위한 릴레이부; 충방전부에 포함된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압을 측정하기 위한 전압측정부; 및 측정된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압에 따라 릴레이부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어부;를 포함하고, 제1 경로의 전류 흐름에 의한 슈퍼 캐패시터의 충전 속도가 제2 경로의 전류 흐름에 의한 상기 슈퍼 캐패시터의 충전 속도보다 빠르도록 구성된다.

Description

차량용 전원 안정화 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템{POWER STABILIZATION DEVICE FOR VEHICLE AND POWER SUPPLY SYSTEM THEREOF}
본 발명은 차량용 전원 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 내 전자 기기로의 전원 공급을 안정화할 수 있는 전원 안정화 장치를 포함하는 전원 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 시동시에는 배터리 전압을 이용하게 되고 자동차의 실내 램프 등이나 계기류, 에어컨장치와 같은 전기장치에 전원을 공급하기 위해 배터리와 발전기가 장착되어 있다.
차량의 배터리는 시동을 걸 때 스타터 모터를 회전시켜 엔진을 구동하게 되면 엔진에 팬 벨트로 접속되어 있는 교류발전기가 발전하여 배터리를 충전시키도록 되어 있으나, 충전하여 사용할 수 있는 용량에는 한계가 있어 사용자의 부주의로 인해 배터리가 방전되어 차량 시동을 걸 수 없거나 또는 지속적인 충전 및 방전에 의해 배터리의 용량과 수명이 단축되어 배터리로서의 기능을 발휘할 수 없는 경우도 발생하게 된다.
그에 따라, 차량에서 필요로 하는 전기에너지를 충분히 공급할 수 있도록 메인 배터리와 별도로 보조 배터리를 장착하여 사용하는 경우가 최근 들어 증가하고 있으며, 특히 내비게이션(Navigation)이나 블랙박스(Black box)와 같이 차량에 별도로 장착된 전자 기기에 보조 배터리를 통해 전원을 공급하여 차량이 이동중이거나 정지 간에도 전자 기기가 정상적으로 동작되도록 한다.
한편, 교류발전기에서 정류된 교류가 안정적으로 정류되지 못할 경우에는 완전한 직류가 되지 못하여 굴곡이 있는 파형을 생성하게 되고, 맥류(굴곡이 섞여 있는 직류)를 발생시키게 된다.
더욱이, 교류발전기의 노후 정도에 따라 이러한 맥류의 폭은 커지게 되고, 맥류의 폭이 커지게 되면 차량의 전기 공급에 차질을 빚게 되며, 그에 따라 전압의 불안정과 각종 노이즈가 발생하게 된다.
그리고 차량 내 전력을 소비하는 전장 부품들이 증가함에 따라 전원공급 부족 현상이 발생하기도 하는데, 전원공급이 부족하게 되면, 연비 및 출력 감소, 소음 및 배출가스 증가, 에어컨을 켜면 출력이 떨어지고 RPM이 흔들리는 현상, 진동, 시동 꺼짐, 오디오 상태(음질, 음량) 불량, 노킹, 잡소리 등의 문제가 발생하게 되는 문제가 있다.
선행기술문헌 1. 등록특허 제10-1551068호(2015.09.01 등록)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량 내 전자 기기들에 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 하는 전원 안정화 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전원 안정화 장치는 차량에 구비된 배터리와 연결되어 차량 내 전자 기기로 공급되는 전원을 안정화시키기 위한 것으로, 하나 이상의 슈퍼 캐패시터를 포함하는 충방전부; 상기 슈퍼 캐패시터로의 전류 흐름을 제1 경로 및 제2 경로 중 어느 하나로 변경시키기 위한 릴레이부; 상기 충방전부에 포함된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압을 측정하기 위한 전압측정부; 및 상기 측정된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압에 따라 상기 릴레이부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어부;를 포함하고, 상기 제1 경로의 전류 흐름에 의한 상기 슈퍼 캐패시터의 충전 속도가 상기 제2 경로의 전류 흐름에 의한 상기 슈퍼 캐패시터의 충전 속도보다 빠르도록 구성된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 시스템은 차량에 구비된 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 것으로, 차량의 시동 온 시 구동되어 전기 에너지를 발생시키기 위한 발전기; 상기 발전기의 전기 에너지를 공급받아 충전되는 배터리; 및 상기 발전기에 상기 배터리와 병렬로 연결되어, 상기 전자 기기로 공급되는 전원을 안정화시키기 위한 전원 안정화 장치;를 포함하고, 상기 전원 안정화 장치는 하나 이상의 슈퍼 캐패시터를 포함하는 충방전부; 상기 슈퍼 캐패시터로의 전류 흐름을 제1 경로 및 제2 경로 중 어느 하나로 변경시키기 위한 릴레이부; 상기 충방전부에 포함된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압을 측정하기 위한 전압측정부; 및 상기 측정된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압에 따라 상기 릴레이부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어부;를 포함하고, 상기 제1 경로의 전류 흐름에 의한 상기 슈퍼 캐패시터의 충전 속도가 상기 제2 경로의 전류 흐름에 의한 상기 슈퍼 캐패시터의 충전 속도 보다 빠르도록 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 슈퍼 캐패시터를 포함하는 전원 안정화 장치를 이용해 차량 내 전자 기기들에 공급되는 전원을 안정화시킬 수 있다.
또한, 전원 안정화 장치에 포함된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압에 따라 릴레이부를 이용해 슈퍼 캐패시터로의 전류 흐름을 제1 경로 및 제2 경로 중 어느 하나로 변경시킴으로써, 차량 내 배터리와 슈퍼 캐패시터의 전압 차이에 의해 초기 연결시 스파크가 발생하거나 주행 중 배터리 소모로 인한 전원 공급의 불안정을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 별도의 스위칭부를 이용해 배터리와 슈퍼 캐패시터 사이의 전류 방향을 제한하여 방전된 배터리를 이용해 슈퍼 캐패시터를 완충시킨 후, 완충된 슈퍼 캐패시터를 이용해 배터리에 순간적으로 높은 전류를 공급하여 방전된 배터리를 충전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 전원 공급 시스템의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전원 안정화 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 차량용 전원 안정화 장치의 충방전부 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 전원 안정화 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전원 안정화 장치에서 방전된 차량용 배터리를 충전시키는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
또한, 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비휘발성 저장부를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지 관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 전원 공급 시스템의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 전원 공급 시스템은 본 발명의 일실시예에 따른 전원 안정화 장치(100)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 시스템은 발전기(1), 메인 배터리(20) 및 전원 안정화 장치(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
발전기(1)는 차량의 시동 온 시 구동되어 전기 에너지를 발생시키기 위한 것으로, 차량에 구비되는 배터리(20)로 충전 전원을 공급한다.
전원 안정화 장치(100)는 차량의 발전기(1)에 배터리(20)와 병렬로 연결되어 차량 내 전자 기기로 공급되는 전원을 안정화시키는 역할을 하며, 그를 위해 초고용량의 슈퍼 캐패시터(supercapacitor)를 하나 이상 포함할 수 있다.
예를 들어, 차량 엔진의 회전수 변화 또는 발전기(1)의 노후 등 원인에 따라 배터리(20)로부터 차량 내 전자 기기로 공급되는 전압이 불안정해지고 노이즈가 발생할 수 있으며, 배터리(20)로부터의 전원 공급이 부족하게 되는 경우 연비 및 출력 감소, 소음 및 배출가스 증가, 진동, 시동 꺼짐, 오디오 상태 불량, 노킹 등의 문제가 발생하게 된다.
본 발명에 따른 전원 안정화 장치(100)는, 배터리(20)의 전압이 낮아지거나 전자 기기의 전류 사용량이 증가하는 경우 슈퍼 캐패시터에 저장되어 있던 전류를 배터리(20)로 공급하여 배터리(20)의 전압이 낮아지는 것을 방지하고, 반대로 배터리(20)의 전압이 높아지거나 전자 기기의 전류 사용량이 감소하면 발전기(1)에서 생산된 전류를 전원 안정화 장치(100)로 공급해 슈퍼 캐패시터를 충전시킴으로써, 차량 내 전원 공급 시스템이 안정화될 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 전원 공급 시스템에 슈퍼 캐패시터를 포함하는 전원 안정화 장치(100)를 연결시킴으로써, 엔진, 헤드라이트 등 차량 내 전자 기기의 성능 향상, 차량 급발진 등 오작동 방지, 배터리의 수명 증가, 온도 변화에 적합한 내구성, 전력의 효율적 분배를 통한 차량 수명 증가, 연비 절감, 가속 패달 안정화, 매연 감소, 차체 떨림 감소, 오디오 출력 향상 등 다양한 효과를 거둘 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전원 안정화 장치(100)에 포함된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압에 따라 릴레이부를 이용해 슈퍼 캐패시터로의 전류 흐름을 제1 경로 및 제2 경로 중 어느 하나로 변경시킴으로써, 차량 내 배터리와 슈퍼 캐패시터의 전압 차이에 의해 초기 연결시 스파크가 발생하거나 주행 중 배터리 소모로 인한 전원 공급의 불안정을 방지할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 전원 안정화 장치(100)의 구성 및 동작에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 전원 안정화 장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로, 도시된 전원 안정화 장치(100)는 충방전부(110), 릴레이부(120) 및 승압부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 충방전부(110)는 하나 이상의 슈퍼 캐패시터를 포함하여, 상기한 바와 같이 차량의 발전기(1) 또는 배터리(20)로부터 전류를 공급받아 급속 충전되거나 또는 배터리(20)로 전류를 공급할 수 있다.
여기서, 전원 안정화 장치(100)의 충방전부(110)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그 외부가 메인 케이스(111), 상부 케이스(112) 및 하부 케이스(113)로 구성될 수 있다.
메인 케이스(111)는 서로 병렬 연결된 복수의 슈퍼 캐패시터들(116)과 회로 기판(118)이 수용되기 위한 내부 공간을 가지며, 방열 효과를 높이기 위해 알루미늄 등과 같은 열전도율이 높은 금속 소재로 구성되고, 표면적을 증가시키기 위한 복수의 홈들이 수직 방향으로 형성되어 있을 수 있다.
예를 들어, 전원 안정화 장치(100)의 충방전부(110)에 내장되는 슈퍼 캐패시터(116)는 초고용량을 가지기 위해 복수의 슈퍼 캐패시터들을 직렬로 연결하여 슈퍼 캐패시터 모듈을 만든 후, 복수의 슈퍼 캐패시터 모듈을 병렬로 연결하여 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 충방전부(110)의 경우, 병렬 연결된 6개의 슈퍼 캐패시터들을 포함하는 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 필요한 용량에 따라 변경 가능할 수 있다.
여기서, 슈퍼 캐패시터는 EDLC, 하이브리드형, pesudo 형 중 어느 하나일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 슈퍼 캐패시터의 전압이 과도하게 높아지거나 낮아지는 것을 방지하기 위한 밸런싱 회로가 추가로 구비될 수 있다.
한편, 회로 기판에는 슈퍼 캐패시터들(116)의 충방전을 제어하기 위한 소자가 형성되어 있으며, 예를 들어 콘덴서(condenser), 인덕터(inductor), DC/DC 컨버터(converter) 및 에프이티(FET, Field Effective Transister) 등과 같은 복수의 소자들이 배치될 수 있다.
상부 케이스(112)는 메인 케이스(111)의 상측에 결합되며, 발전기(1) 및 배터리(20)와의 연결을 위한 연결 단자들(114, 115)이 형성되어 있다.
한편, 하부 케이스(113)는 메인 케이스(111)의 하측에 결합되며, 상부 케이스(112)와 하부 케이스(113)는 열전도율이 낮은 합성수지로 구성될 수 있다.
릴레이부(120)는 차량에 구비된 발전기(1)에 배터리(20)와 병렬로 연결되어, 배터리(20)로부터 충방전부(110) 슈퍼 캐패시터로의 전류 흐름을 제1 경로(P1) 및 제2 경로(P2) 중 어느 하나로 변경시키는 역할을 수행한다.
여기서, 제1 경로(P1)의 전류 흐름에 의한 슈퍼 캐패시터의 충전 속도가 제2 경로(P2)의 전류 흐름에 의한 슈퍼 캐패시터의 충전 속도보다 빠르도록 구성될 수 있다.
즉, 릴레이부(120)에 의해 배터리(20)로부터의 전류가 제1 경로(P1)를 통해 충방전부(110)로 공급되도록 스위칭되는 경우, 배터리(20)와 충방전부(110) 슈퍼 캐패시터 사이의 전압차에 의해 순간적으로 높은 크기의 전류가 공급되어 충방전부(110)의 슈퍼 캐패시터가 빠른 속도로 충전될 수 있다.
릴레이부(120)에 의해 배터리(20)로부터의 전류가 제2 경로(P2)를 통해 충방전부(110)로 공급되도록 스위칭되는 경우, 배터리(20)와 충방전부(110) 슈퍼 캐패시터 사이의 전압차가 승압부(130)에 의해 감소되며, 그로 인해 배터리(20)로부터 비교적 낮은 크기에 전류가 공급되어 충방전부(110)의 슈퍼 캐패시터가 느린 속도로 충전될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 승압부(130)는 제2 경로(P2)에 연결되어 충방전부(110)에 내장된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압을 승강시키는 역할을 하며, 그에 따라 제2 경로(P2)를 통해 흐르는 전류의 크기는 제1 경로(P1)를 통해 흐르는 전류의 크기보다 작아질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 릴레이부(120)는 충방전부(110)에 내장된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압에 따라 제1 경로(P1)와 제2 경로(P2) 사이의 스위칭 동작이 제어될 수 있다.
즉, 충방전부(110)에 내장된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 미리 설정된 기준 전압(Vref) 이상인 경우, 릴레이부(120)는 제1 경로(P1)를 통해 배터리(20)로부터 슈퍼 캐패시터로 전류가 공급되도록 제어될 수 있다.
예를 들어, 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 기준 전압(Vref)인 10V 이상인 경우, 배터리(20)의 정상 전압인 13V와 슈퍼 캐패시터의 양단 전압 사이의 전압차가 크지 않기 때문에, 제1 경로(P1)를 통해 배터리(20)로부터 슈퍼 캐패시터로 직접 전류가 공급되도록 할 수 있다.
한편, 충방전부(110)에 내장된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 미리 설정된 기준 전압(Vref) 미만인 경우, 릴레이부(120)는 제2 경로(P2)를 통해 배터리(20)로부터 슈퍼 캐패시터로 전류가 공급되도록 제어될 수 있다.
예를 들어, 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 기준 전압(Vref)인 10V 미만인 경우에는, 배터리(20)의 정상 전압인 13V와 슈퍼 캐패시터의 양단 전압 사이의 전압차가 크기 때문에, 승압부(130)를 이용해 슈퍼 캐패시터의 양단 전압을 승강시켜 제2 경로(P2)를 통해 배터리(20)로부터 슈퍼 캐패시터로 낮은 크기의 전류가 공급되어 슈퍼 캐패시터가 천천히 충전(slow charging)되도록 할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 상기한 바와 같이 슈퍼 캐패시터의 양단 전압에 기초한 릴레이부(120)의 스위칭 동작은 배터리(20)와 전원 안정화 장치(100)의 초기 연결시 수행될 수 있다.
전원 안정화 장치(100)의 초기 연결시, 슈퍼 캐패시터의 충전 전압이 매우 낮아 배터리(20)와 바로 연결되는 경우 스파크가 발생할 수 있으므로, 상기한 바와 같이 슈퍼 캐패시터의 양단 전압을 측정하여 10V 미만인 경우 승압기가 연결된 제2 경로(P2)를 통해 전류가 공급되어 슈퍼 캐패시터가 천천히 충전되도록 하여 스파크 발생 등의 위험을 방지할 수 있다.
또한, 차량의 주행 중에도, 슈퍼 캐패시터의 충전 전압이 매우 낮으면 배터리(20)가 슈퍼 캐패시터를 충전시키기 위해 높은 크기의 전류로 방전되어 차량 내 전자 기기들로의 전원 공급이 불안정해 질 수 있으므로, 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 10V 미만인 경우 승압기가 연결된 제2 경로(P2)를 통해 전류가 공급되어 슈퍼 캐패시터가 천천히 충전되도록 하여 배터리(20)로부터 전자 기기로의 전원 공급을 안정화할 수 있다.
한편, 상기에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 전원 안정화 장치(100)의 충방전부(110)의 구성에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 상기한 바와 같은 릴레이부(120) 및 승압부(130) 등 전원 안정화 장치(100)의 구성 요소들이 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 케이스들(111, 112, 113) 내부에 수용될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 전원 안정화 장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로, 도시된 전원 안정화 장치(100)는 충방전부(110), 릴레이부(120), 승압부(130), 전압 측정부(140), 제어부(150) 및 스위칭부(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 도 5에 도시된 전원 안정화 장치(100)의 구성 및 동작들 중 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 충방전부(110)는 하나 이상의 슈퍼 캐패시터를 포함하며, 예를 들어 서로 병렬로 연결된 복수의 슈퍼 캐패시터들을 포함할 수 있다.
릴레이부(120)는 충방전부(110)에 포함된 슈퍼 캐패시터들로의 전류 흐름을 제1 경로(P1) 및 제2 경로(P2) 중 어느 하나로 변경시키는 역할을 할 수 있다.
여기서, 제1 경로(P1)의 전류 흐름에 의한 슈퍼 캐패시터들의 충전 속도가 제2 경로(P2)의 전류 흐름에 의한 슈퍼 캐패시터들의 충전 속도보다 빠르도록 회로가 구성되며, 그를 위해 제2 경로(P2)에는 슈퍼 캐패시터들의 양단 전압을 승강시키기 위한 승압부(130)가 연결될 수 있다.
전압 측정부(140)는 충방전부(110)에 포함된 슈퍼 캐패시터들의 양단 전압을 측정하며, 제어부(150)는 전압 측정부(140)에 의해 측정된 슈퍼 캐패시터 양단 전압에 따라 릴레이부(120)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(150)는 슈퍼 캐패시터 양단 전압이 기준 전압인 10V 이상인 경우, 제1 경로(P1)를 통해 배터리(20)와 슈퍼 캐패시터 사이에 전류가 흐르도록 릴레이부(120)를 제어하여, 배터리(20)와 슈퍼 캐패시터 사이의 전압차에 의해 배터리(20)로부터 슈퍼 캐패시터가 충전되거나 또는 슈퍼 캐패시터로부터 배터리(20)가 충전되도록 할 수 있다.
한편, 제어부(150)는 슈퍼 캐패시터 양단 전압이 기준 전압인 10V 미만인 경우, 승압부(130)가 연결된 제2 경로(P2)를 통해 배터리(20)로부터 슈퍼 캐패시터로 전류가 공급되도록 릴레이부(120)를 제어하여, 충방전부(110)의 슈퍼 캐패시터들이 느린 속도로 충전되도록 할 수 있다.
위와 같은 제어부(150)에 의한 릴레이부(120)의 스위칭 제어 및 슈퍼 캐패시터의 충전 속도 제어는, 차량의 발전기(1) 및 배터리(20)와 본 발명에 따른 전원 안정화 장치(100)를 초기 연결할 때 수행될 수 있으며, 또한, 차량의 주행 중에도 일정 주기로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 별도의 스위칭부를 이용해 배터리(20)와 슈퍼 캐패시터 사이의 전류 방향을 제한하여 방전된 배터리(20)를 이용해 전원 안정화 장치(100)의 슈퍼 캐패시터를 완충시킨 후, 완충된 슈퍼 캐패시터를 이용해 배터리(20)에 순간적으로 높은 전류를 공급하여 방전된 배터리를 충전시킬 수 있다.
예를 들어, 스위칭부(160)는 배터리(20)로부터 전원 안정화 장치(100)에 내장된 슈퍼 캐패시터로의 방향으로만 전류가 흐르도록 제한할 수 있으며, 그를 위해 하나 이상의 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 스위칭부(160)가 온(ON) 되는 경우, 배터리(20)로부터 공급되는 전류에 의해 전원 안정화 장치(100)의 슈퍼 캐패시터가 충전되어, 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 배터리(20)의 출력 전압보다 높아지게 된다.
그 후, 스위칭부(160)가 오프(OFF) 되면, 양단 전압이 높아진 슈퍼 캐패시터로부터 배터리(20)로 전류가 공급되어, 배터리(20)가 충전될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전원 안정화 장치에서 방전된 차량용 배터리를 충전시키는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 배터리(20)가 방전된 상태에서 사용자에 의해 전원 안정화 장치(100)에 구비된 스위치가 온(ON) 되면(S600 단계), 전원 안정화 장치(100)의 슈퍼 캐패시터로부터 배터리(20) 방향으로 전류가 흐르지 않고 배터리(20)에서 슈퍼 캐패시터 방향으로만 전류가 흐르도록 제한되어, 배터리(20)로부터 슈퍼 캐패시터로 전류가 공급됨에 따라 슈퍼 캐패시터가 충전된다(S610 단계).
예를 들어, 배터리(20)가 방전되어, 배터리(20)의 충전 전압(Vb)과 전원 안정화 장치(100)에 포함된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압(Vc)이 약 9V 미만으로 감소되어 있는 경우, 사용자가 스위치를 온 시키면, 배터리(20)로부터 슈퍼 캐패시터로의 방향으로만 전류가 흐르도록 제한되며, 배터리(20)로부터 공급되는 전류에 따라 슈퍼 캐패시터가 천천히 충전될 수 있다.
그 후, 슈퍼 캐패시터가 완충되어 슈퍼 캐패시터의 양단 전압(Vc)이 배터리(20)의 충전 전압(Vb) 보다 미리 설정된 기준치 이상으로 높아지게 되면(S620 단계), 사용자의 스위치 오프(OFF)를 확인한다(S630 단계).
슈퍼 캐패시터가 완충된 후 사용자가 스위치를 오프시키면, 슈퍼 캐패시터로부터 배터리(20)로 순간적으로 높은 전류가 공급되어 배터리(20)가 충전된다(S640 단계).
예를 들어, 배터리(20)에 의해 슈퍼 캐패시터가 완충되어 양단 전압(Vc)이 약 15V까지 충전되면, 배터리(20)의 충전 전압(Vb) 9V 미만으로 약간 감소하고, 사용자에게 슈퍼 캐패시터의 완충 상태에 대한 알림이 제공될 수 있다.
이때, 사용자가 스위치를 오프 시키면, 배터리(20)와 슈퍼 캐패시터 사이의 전류 방향의 제한이 해제되고, 양단 전압이 15V로 완충된 슈퍼 캐패시터로부터 배터리(20)로 순간적으로 매우 높은 전류가 공급되어, 방전된 배터리(20)의 전압이 높아지고 그에 따라 차량의 시동이 걸릴 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 발전기 20 : 배터리
100 : 전원 안정화 장치 110 : 충방전부
111 : 메인 케이스 112 : 상부 케이스
113 : 하부 케이스 114, 115 : 연결 단자
116 : 슈퍼 캐패시터 118 : 회로 기판
120 : 릴레이부 130 : 승압부
140 : 전압 측정부 150 : 제어부
160 : 스위칭부

Claims (13)

  1. 차량에 구비된 배터리와 연결되어 차량 내 전자 기기로 공급되는 전원을 안정화시키기 위한 전원 안정화 장치에 있어서,
    하나 이상의 슈퍼 캐패시터를 포함하여, 상기 배터리로부터 전류를 공급받아 충전되거나 상기 배터리로 전류를 공급하기 위해 방전되어 상기 배터리를 충전시키는 충방전부;
    상기 배터리로부터 상기 슈퍼 캐패시터로의 전류 흐름을 제1 경로 및 제2 경로 중 어느 하나로 변경시키기 위한 릴레이부;
    상기 충방전부에 포함된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압을 측정하기 위한 전압측정부; 및
    상기 측정된 슈퍼 캐패시터의 양단 전압에 따라 상기 릴레이부의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어부;를 포함하고,
    상기 제2 경로상의 상기 릴레이부와 상기 슈퍼 캐패시터 사이에, 상기 슈퍼 캐패시터의 양단 전압을 승강시키기 위한 승압부;가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 안정화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충방전부는
    서로 병렬로 연결된 복수의 슈퍼 캐패시터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 안정화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 릴레이부는
    상기 차량에 구비된 발전기에 상기 배터리와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 안정화 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 기준 전압 이상인 경우, 상기 제1 경로를 통해 상기 슈퍼 캐패시터로 전류가 공급되도록 상기 릴레이부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 안정화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 기준 전압 미만인 경우, 상기 제2 경로를 통해 상기 슈퍼 캐패시터로 전류가 공급되도록 상기 릴레이부를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 안정화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차량에 구비된 배터리로부터 상기 슈퍼 캐패시터로의 방향으로만 전류가 흐르도록 제한하기 위한 스위칭부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 안정화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭부가 온(ON) 되는 경우, 상기 배터리로부터 공급되는 전류에 의해 상기 슈퍼 캐패시터가 충전되어, 상기 슈퍼 캐패시터의 양단 전압이 상기 배터리의 출력 전압보다 높아지고,
    상기 스위칭부가 오프(OFF) 되는 경우, 상기 양단 전압이 높아진 슈퍼 캐패시터로부터 상기 배터리로 전류가 공급되어, 상기 배터리가 충전되는 것을 특징으로 하는 차량용 전원 안정화 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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