KR102186488B1 - 자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법 - Google Patents

자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102186488B1
KR102186488B1 KR1020180122312A KR20180122312A KR102186488B1 KR 102186488 B1 KR102186488 B1 KR 102186488B1 KR 1020180122312 A KR1020180122312 A KR 1020180122312A KR 20180122312 A KR20180122312 A KR 20180122312A KR 102186488 B1 KR102186488 B1 KR 102186488B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vehicle battery
super capacitor
emergency charging
mode
charging
Prior art date
Application number
KR1020180122312A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200042136A (ko
Inventor
김동휘
이영재
Original Assignee
이영재
김동휘
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이영재, 김동휘 filed Critical 이영재
Priority to KR1020180122312A priority Critical patent/KR102186488B1/ko
Priority to PCT/KR2019/005489 priority patent/WO2020080630A1/ko
Publication of KR20200042136A publication Critical patent/KR20200042136A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102186488B1 publication Critical patent/KR102186488B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

복수의 유닛으로 구성된 슈퍼 커패시터, 상기 슈퍼 커패시터와 자동차 배터리 사이의 전류의 흐름을 충전 또는 방전 모드에 따라 전환하는 릴레이, 충전 모드 또는 방전 모드에 따라 상기 릴레이를 제어하는 제어부를 구비하는 자동차 배터리 비상 충전 장치 및 이를 이용한 자동차 배터리 비상 충전 방법은, 상기 슈퍼 커패시터와 상기 자동차 배터리가 각기 일정 수준 이하로 방전된 경우에 상기 자동차 배터리의 잔류 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 비상 충전 모드를 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법 {Automobile Battery Emergency Charging Device and Method}
본 발명은 자동차 배터리 방전시 이용가능한 비상 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차 배터리 방전시 이용가능한 종래의 방법으로는, 다른 차량의 배터리와 점프선을 통해 차량의 시동을 거는 방법, 전용 배터리 충전기를 이용하여 자동차 배터리를 충전하는 방법 등이 통상적으로 이용되고 있으나, 다른 차량이나 전용 배터리가 없는 상황에서는 문제 해결이 불가능한 단점이 있다.
이런 문제를 해결하기 위한 종래기술로서, 대한민국 특허 제10-1571110호는 저항이 작고 급속 충방전이 가능한 고 정전용량 저장 장치(예를 들어, 슈퍼 커패시터, 울트라 커패시터, 전기이중층 커패시터)를 이용하여 방전된 배터리로부터 전류를 받아 전압을 충전하고 고출력 방전을 통해 다시 방전된 차량의 배터리에 전류를 제공하는 기술을 개시하고 있다.
상기 종래기술을 도 1을 참조하여 설명하면, 휴대용 비상전원 공급장치(100)는 고 정전용량 저장장치(101), 두 개의 양극 단자(103a, 103b), 하나의 음극 단자(105), 전압 측정부(107) 및 저항(109)을 포함하여 구성되며, 차량은 차량 배터리(130)와 로드(150) 즉, 스타터로 구성된다.
차량이 주행 중이거나 차량의 배터리(130) 전압이 전압 측정부(107)에 의해 측정되는 고 정전용량 저장장치(101)의 전압보다 높을 때에는 양극 단자(103a)와 음극 단자(105)를 차량 배터리(130)의 양단에 연결함에 의해 차량 배터리(130)로부터 고 정정용량 저장장치(101)로 전류를 흘려 고 정전용량 저장장치를 충전한다.
이와 반대로, 차량의 배터리가 방전되어 고 정정용량 저장장치(101)의 전압이 차량 배터리(130) 전압보다 높을 때에는 양극 단자(103b)와 음극 단자(105)를 차량 배터리(130)의 양단에 연결함에 의해 고 정전용량 저장장치(101)로부터 차량 배터리(130)로 전류가 흐르게 하여 차량 배터리를 충전한다.
그러나, 도 1의 종래기술에서 차량에 장착된 배터리가 시동을 걸 수 없는 상태로 방전된 경우처럼 차량 배터리(130)의 전압이 고 정전용량 저장장치(101)의 전압보다 낮으면 고 정전용량 저장장치(101)를 충전할 수 없게 되고, 또 차량 배터리(130)와 고 정전용량 저장장치(101) 모두가 방전된 경우에는 아무런 조치도 취할 수 없게 되는 문제점이 있다.
대한민국 특허 제10-1571110호 (2015.11.23. 등록공고)
본 발명은 고 정전용량 저장장치의 하나로서 슈퍼 커패시터 또는 울트라 커패시터 등으로 불리우는 전기이중층 커패시터(EDLC)(이하, '슈퍼 커패시터'라 함)를 이용하여, 차량에 장착된 배터리가 시동을 걸 수 없는 상태로 방전된 경우, 차량 배터리의 전압이 슈퍼 커패시터의 전압보다 낮은 경우, 및 차량 배터리와 슈퍼 커패시터가 모두 방전된 경우에도 자동차 배터리를 충전할 수 있는 비상 충전 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 장치는, 복수의 유닛으로 구성된 슈퍼 커패시터, 상기 슈퍼 커패시터와 자동차 배터리 사이의 전류의 흐름을 충전 또는 방전 모드에 따라 전환하는 릴레이, 충전 모드 또는 방전 모드에 따라 상기 릴레이를 제어하는 제어부를 구비하며, 상기 충전 모드에서는 상기 자동차 배터리 또는 별도의 외부 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터를 충전하며, 상기 방전 모드에서는 상기 슈퍼 커패시터의 방전을 통해 상기 자동차 배터리를 충전하는 자동차 배터리 비상 충전 장치로서, 상기 슈퍼 커패시터와 상기 자동차 배터리가 각기 일정 수준 이하로 방전된 경우에 상기 자동차 배터리의 잔류 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 비상 충전 모드를 구비한다.
상기 비상 충전 장치는, 상기 비상 충전 모드에서 상기 자동차 배터리의 잔류 전압을 승압하여 상기 슈퍼 커패시터에 인가하는 DC-DC 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비상 충전 장치는, 상기 비상 충전 모드를 개시하기 위한 비상충전 스위치를 더 포함하며, 상기 비상충전 스위치의 조작에 따라 상기 제어부는 상기 DC-DC 컨버터의 승압 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비상 충전 장치는, 상기 비상 충전 모드에서 상기 슈퍼 커패시터에 충전되는 에너지는 상기 자동차 배터리에 연결된 스타트 모터를 소정의 단시간 동안 시동하는데 필요한 에너지와 동일 또는 그 이상인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 방법은, 복수의 유닛으로 구성된 슈퍼 커패시터, 상기 슈퍼 커패시터와 자동차 배터리 사이의 전류의 흐름을 충전 또는 방전 모드에 따라 전환하는 릴레이, 충전 모드 또는 방전 모드에 따라 상기 릴레이를 제어하는 제어부를 구비하는 자동차 배터리 비상 충전 장치를 이용한 자동차 배터리 비상 충전 방법으로서, 상기 슈퍼 커패시터와 상기 자동차 배터리가 각기 일정 수준 이하로 방전된 경우에 상기 자동차 배터리의 잔류 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 비상 충전 모드를 수행하는 단계를 포함한다.
상기 자동차 배터리 비상 충전 방법에서 상기 비상 충전 모드의 수행 단계는 DC-DC 컨버터를 이용하여 상기 자동차 배터리의 잔류 전압을 승압하여 상기 슈퍼 커패시터에 인가하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 비상 충전 모드의 수행 단계는 상기 슈퍼 커패시터가 소정 수준 이상으로 충전된 경우에 상기 슈퍼 커패시터에서 상기 자동차 배터리로 전류를 인가하여 상기 자동차 배터리를 충전하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 자동차에 상시 탑재된 슈퍼 커패시터를 이용하여, 차량에 장착된 배터리가 시동을 걸 수 없는 상태로 방전된 경우, 차량 배터리의 전압이 슈퍼 커패시터의 전압보다 낮은 경우, 및 차량 배터리와 슈퍼 커패시터가 모두 방전된 경우에도 자동차 배터리를 충전할 수 있는 비상 충전 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 휴대용 비상전원 공급장치를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 장치의 구성도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 장치의 충전 모드를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 장치의 방전 모드를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 장치의 비상 충전 모드를 도시하고 있다.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 장치의 구성도를 도시하고 있다.
도 2에서, 자동차 배터리 비상 충전 장치(200)는 복수(예컨대, 5개)의 유닛으로 구성된 슈퍼 커패시터(210), 릴레이(220), 회로기판(230), 스위치(240), 커넥터(250)를 포함하여 구성되며, 연결잭(260)과 클램프(270)를 포함하는 점프선이 별도로 구비된다.
슈퍼 커패시터(210)는 예컨대, 정격 충전 전압이 3(V)인 복수의 유닛으로 구성되며, 충전 모드에서는 릴레이(220)를 통해 자동차 배터리(390)로부터 전류를 인가받아 자체 충전을 하고, 방전 모드에서는 릴레이(220)를 통해 자동차 배터리(390)에 전류를 인가하여 자동차 배터리(390)를 충전한다.
릴레이(220)는 제어부(330)의 제어에 따라 충전 또는 방전 모드에 따른 전류의 흐름을 전환한다. 구체적으로는, 자동차 배터리 비상 충전 장치(300)의 전원 스위치(340)를 사용자가 스위치 온으로 조작함에 의해 회로기판에 전원이 인가되면, 회로기판에 구성된 제어부(330)는 슈퍼 커패시터(310)와 자동차 배터리(390) 중 고전위에 있는 구성요소로부터 저전위에 있는 구성요소로 전류가 흐르도록 릴레이(320)를 제어한다.
회로기판(230)은 적어도 제어부(330)와 DC-DC 컨버터(335)를 포함하도록 구성되어 하우징의 일측에 내장된다.
스위치(240)는 사용자에 의해 조작되어 전원을 온/오프하고 비상 충전 모드를 개시는데 사용되며, 경우에 따라 전원 스위치(340)와 비상충전 스위치(345)로 분리되어 구성될 수 있다.
커넥터(250)는 커패시터(310)와 자동차 배터리(390)를 연결하기 위한 입출력부로서, 연결잭(260), 연결선, 클램프(270)를 포함하는 점프선에 연결가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 장치의 충전 모드를 도시하고, 도 4는 방전 모드를 도시하고 있다.
적색 화살표는 제어 신호의 흐름을 나타내고, 흑색 화살표는 전류의 흐름을 나타낸다.
먼저, 자동차 배터리 비상 충전 장치(300)의 충전 모드에서는 자동차 배터리(390) 또는 별도의 외부 전원을 이용하여 슈퍼 커패시터(310)를 충전하게 된다.
자동차가 주행 중인 경우, 자동차에 시동이 걸려 있는 경우를 포함하여 자동차 배터리(390)의 양단 전압이 슈퍼 커패시터(310)의 양단 전압보다 높을 경우 릴레이(320)에 의해 자동차 배터리(390)에서 슈퍼 커패시터(310)로 전류가 흘러 슈퍼 커패시터(310)가 자동 충전된다. 이와 달리, 비상용 배터리와 같은 별도의 외부 전원을 이용하여 슈퍼 커패시터(310)를 충전하는 것도 가능하다.
반대로, 자동차 배터리 비상 충전 장치(300)의 방전 모드에서는 슈퍼 커패시터(310)를 이용하여 자동차 배터리(390)를 충전하게 된다.
자동차 배터리(390)가 방전되어 슈퍼 커패시터(310)의 전압이 자동차 배터리(130) 전압보다 더 높을 때에는 릴레이(320)에 의해 슈퍼 커패시터(310)에서 자동차 배터리(390)로 전류가 흘러 자동차 배터리(390)가 자동 충전된다.
충전 또는 방전 모드에 따른 릴레이(320)의 동작은 제어부(330)에 의해 제어된다. 자동차 배터리 비상 충전 장치(300)의 전원 스위치(340)를 사용자가 조작함에 의해 회로기판에 전원이 인가되면 제어부(330)는 슈퍼 커패시터(310)와 자동차 배터리(390) 중 고전위에 있는 구성요소로부터 저전위에 있는 구성요소로 전류가 흐르도록 릴레이(320)를 제어한다.
또한, 슈퍼 커패시터(310)와 자동차 배터리(390)에 과전류가 흐르거나 과전압이 인가되지 않도록 하는 밸런서(미도시)가 제어부(330)에 구비될 수 있어서, 자동차 배터리 비상 충전 장치(300)의 비정상적인 동작을 예방할 수 있다.
도 3 및 도 4에서 동일 회로기판에 포함된 DC-DC 컨버터(335)는 정상적인 충전 또는 방전 모드에서는 동작하지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배터리 비상 충전 장치의 비상 충전 모드를 도시하고 있다.
적색 화살표는 제어 신호의 흐름을 나타내고, 흑색 화살표는 전류의 흐름을 나타낸다.
자동차 배터리(390)가 시동을 걸 수 없는 상태로 방전된 경우에 자동차 배터리(390)의 전압이 슈퍼 커패시터(310)의 전압보다 낮아지게 되어 슈퍼 커패시터를 충전할 수 없는 상황에서 슈퍼 커패시터(310) 마저 방전되어 버리면, 도 3 또는 도 4의 충전 또는 방전 모드를 통해 정상적인 충방전을 진행할 수 없게 된다.
이와 같이, 자동차 배터리(390)와 슈퍼 커패시터(310)가 동시에 방전된 경우, 비상 충전 모드를 통해 방전된 배터리(390)의 잔류 전원을 이용하여 슈퍼 커패시터(310)를 충전하는 비상 충전 모드가 필요하다.
비상 충전 모드는 전원 스위치(340)와는 별도의 비상충전 스위치(345)를 사용자가 조작함에 의해 개시되어 제어부(330)로 하여금 DC-DC 컨버터(335)를 동작시키는 모드이다. 도 5에서는 전원 스위치(340)와 비상충전 스위치(345)가 별도의 구성요소로 도시되었지만 온/오프/비상 등으로 나누어 다단 접속이 가능한 단일 스위치로 통합되어도 좋다.
DC-CD 컨버터(335)는 리니어 레귤레이터 또는 스위칭 레귤레이터라고도 불리는 소자로서 직류를 다른 전압의 직류로 변환하는 구성요소이다. 전압을 승압하는 경우에는 이를 승압 컨버터, 부스터 컨버터 또는 스텝업 컨버터로 부르기도 한다.
도 5의 DC-DC 컨버터(335)는 그 출력 전압이 슈퍼 커패시터(310)의 충전에 충분한 전압이 될 때까지 자동차 배터리(390)로부터 입력되는 전압을 승압하며, 이는 내부 스위칭 소자의 고속 단속에 의해 수행된다.
예시적으로, 자동차 배터리(390)의 정격 전압이 12V이고 출력이 1kW인 경우 시동을 걸기 위해 X초간 스타트 모터로 전류를 흘려주기 위해서는 대략 1,000W * 12V * Xsec = X * 12,000J(Joule, 줄)의 전기에너지가 소모되므로, 예를 들어 1, 2, 3초간 스타트모터로 전류를 흘려주기 위해서는 각각 12,000J, 24,000J, 36,000J(줄)의 전기에너지가 소모된다. 이러한 과정을 통해 자동차에 시동이 걸리면, 자동차 주행 중 알티네이터가 14V 전후의 전압으로 자동차 배터리(390)를 충전시키게 되며 이를 통해 자동차 배터리(390)는 방전된 에너지를 복구한다.
이와 같이 시동을 걸 수 있기 위해서는 자동차 배터리(390)의 정격 전압이 적정 수준으로 유지된 상태에서 소정량 이상의 전류를 스타트 모터로 흘려 줄 수 있어야 하는데, 자동차 배터리(390)의 전압이 대략 9V 이하로 저하되어 버리면 최소 에너지조차 공급할 수 없게 되어 자동차의 시동을 걸 수 없는 상황이 된다.
이러한 경우, 비상충전 스위치(345)의 조작에 따라 DC-DC 컨버터(335)가 동작하여 자동차 배터리(390)로부터의 입력 전압(예컨대, 2V)을 슈퍼 커패시터 정격 전압에 가까이 예컨대 2.85V로 승압하여 슈퍼 커패시터(310)를 충전하는 동작이 수행된다.
시중에서 구입가능한 슈퍼 커패시터 유닛의 정격 전압은 대체로 2.5~3V 이며, 도 2의 실시예에서는 예시적으로 2.85V의 슈퍼 커패시터 유닛을 적용하였다.
도 2에서와 같이 5개의 슈퍼 커패시터 유닛이 직렬 연결되어 있는 경우, 각 유닛의 용량이 3,000F(패럿)이라 하면, 슈퍼 커패시터 양단 전압은 14.25V이므로, 슈퍼 커패시터에 충전되는 전체 에너지는 아래의 식에 의해 계산된다.
QT = 1/2 * CT * VT 2
CT는 1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4 + 1/C5 = 5/Cn
CT = Cn/5 = 600(F)
QT = 0.5 * 600 * 14.252 ≒ 60,920(J)
비상 충전 모드에서 슈퍼 커패시터에 충전되는 에너지가 60,000(J) 이상이므로, 약 5초간 자동차 시동에 필요한 전기 에너지를 방전된 자동차 배터리(390)에 공급 또는 점프하는데 아무 문제가 없으며, 1 또는 2초간 단속적으로 시동을 거는 경우에는 2~5회까지 가능하게 된다.
슈퍼 커패시터 유닛을 직렬 연결하여 알티네이터가 자동차 배터리에 공급하는 전압 이상의 충전 전압을 유지하도록 구성하고, DC-DC 컨버터(335)를 이용하여 방전된 자동차 배터리(390)의 전압(예컨대, 9V)을 필요 충전 전압(예컨대, 14.25V)으로 승압하여 슈퍼 커패시터 양단에 공급하는 것이 중요하다.
이와 같이, 비상 충전 모드에서 슈퍼 커패시터(310)가 충전되면, 슈퍼 커패시터(310)에서 자동차 배터리(390)로 비상 방전이 수행되고 이에 의해 자동차의 시동을 걸 수 있게 된다. 이 경우의 비상 방전은 도 4에서의 통상적인 방전과 달리 시동에 필요한 최소한의 에너지를 자동차 배터리(390)에 전달하는데 의의가 있다.
이상에서 본 발명의 예시적인 실시예를 통해 예시적인 목적으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에 기재된 바와 같은 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고서 다양한 수정, 추가 및 대체가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예들로 한정되지 않으며, 청구된 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명뿐이 아니라 그들의 등가물들에 의해 결정되어야 한다. 본 명세서 및 도면들에서 사용된 특정 용어들은 단지 설명의 목적으로 사용된 것이며, 어떠한 부분도 본 발명에 대한 제한으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (9)

  1. 복수의 유닛으로 구성된 슈퍼 커패시터, 상기 슈퍼 커패시터와 자동차 배터리 사이의 전류의 흐름을 충전 또는 방전 모드에 따라 전환하는 릴레이, 비상 충전 모드에서 상기 자동차 배터리의 잔류 전압을 승압하여 상기 슈퍼 커패시터에 인가하는 DC-DC 컨버터, 충전 모드 또는 방전 모드에 따라 상기 릴레이를 제어하는 제어부를 구비하며, 상기 충전 모드에서는 상기 자동차 배터리 또는 별도의 외부 전원을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터를 충전하며, 상기 방전 모드에서는 상기 슈퍼 커패시터의 방전을 통해 상기 자동차 배터리를 충전하는 자동차 배터리 비상 충전 장치로서,
    상기 슈퍼 커패시터는 2 이상의 직렬연결된 슈퍼 커패시터 유닛으로 구성되며,
    상기 비상 충전 모드는 상기 자동차 배터리가 시동을 걸 수 없는 수준으로 방전되는 동시에 상기 슈퍼 커패시터마저 상기 자동차 배터리로 충전을 할 수 없는 수준으로 방전되는 경우에 구동되는 동작 모드이며,
    상기 비상 충전 모드에서,
    상기 DC-DC 컨버터는 상기 슈퍼 커패시터와 상기 자동차 배터리가 각기 일정 수준 이하로 방전된 경우에 상기 자동차 배터리의 잔류 전압을 승압하여 상기 슈퍼 커패시터를 충전하고,
    상기 슈퍼 커패시터가 소정 수준 이상으로 충전된 경우에 상기 슈퍼 커패시터에서 상기 자동차 배터리로 전류를 인가하여 상기 자동차 배터리를 충전하는,
    자동차 배터리 비상 충전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비상 충전 모드에서 상기 슈퍼 커패시터에 충전되는 에너지는 상기 자동차 배터리에 연결된 스타트 모터를 소정의 단시간 동안 시동하는데 필요한 에너지와 동일 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는,
    자동차 배터리 비상 충전 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 비상 충전 모드에서 상기 슈퍼 커패시터에 인가되는 전압은 자동차의 알티네이터가 상기 자동차 배터리에 공급하는 통상 전압 이상인 것을 특징으로 하는,
    자동차 배터리 비상 충전 장치.
  6. 복수의 유닛으로 구성된 슈퍼 커패시터, 상기 슈퍼 커패시터와 자동차 배터리 사이의 전류의 흐름을 충전 또는 방전 모드에 따라 전환하는 릴레이, 충전 모드 또는 방전 모드에 따라 상기 릴레이를 제어하는 제어부를 구비하는 자동차 배터리 비상 충전 장치를 이용한 자동차 배터리 비상 충전 방법으로서,
    상기 슈퍼 커패시터와 상기 자동차 배터리가 각기 일정 수준 이하로 방전된 경우에 상기 자동차 배터리의 잔류 전압을 이용하여 상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 비상 충전 모드를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 슈퍼 커패시터는 2 이상의 직렬연결된 슈퍼 커패시터 유닛으로 구성되며,
    상기 비상 충전 모드는 상기 자동차 배터리가 시동을 걸 수 없는 수준으로 방전되는 동시에 상기 슈퍼 커패시터마저 상기 자동차 배터리로 충전을 할 수 없는 수준으로 방전되는 경우에 구동되는 동작 모드이며,
    상기 비상 충전 모드를 수행하는 단계는,
    DC-DC 컨버터를 이용하여 상기 자동차 배터리의 잔류 전압을 승압하여 상기 슈퍼 커패시터에 인가하는 단계; 및
    상기 슈퍼 커패시터가 소정 수준 이상으로 충전된 경우에 상기 슈퍼 커패시터에서 상기 자동차 배터리로 전류를 인가하여 상기 자동차 배터리를 충전하는 단계를 포함하는,
    자동차 배터리 비상 충전 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020180122312A 2018-10-15 2018-10-15 자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법 KR102186488B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180122312A KR102186488B1 (ko) 2018-10-15 2018-10-15 자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법
PCT/KR2019/005489 WO2020080630A1 (ko) 2018-10-15 2019-05-08 자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180122312A KR102186488B1 (ko) 2018-10-15 2018-10-15 자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200042136A KR20200042136A (ko) 2020-04-23
KR102186488B1 true KR102186488B1 (ko) 2020-12-03

Family

ID=70284701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180122312A KR102186488B1 (ko) 2018-10-15 2018-10-15 자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102186488B1 (ko)
WO (1) WO2020080630A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348991B1 (ko) * 2021-04-22 2022-01-10 정진구 리듐인산철 시동배터리 방전시 차량의 인산철배터리 자체 전원복원장치
KR102474788B1 (ko) * 2021-05-07 2022-12-06 (주)디에이치에너지시스템 차량 비상 시동 장치, 그 제어 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체
KR20240065019A (ko) * 2022-11-05 2024-05-14 (주)디에이치에너지시스템 차량 비상 시동 장치 및 그 제어 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101571108B1 (ko) * 2014-09-05 2015-11-23 엘에스엠트론 주식회사 휴대용 비상 전원 공급 장치
KR101620385B1 (ko) * 2015-04-17 2016-05-12 주식회사 라스트리 하이브리드 충전방식형 휴대용 스마트 파워뱅크장치 및 이를 통한 충방전방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007325381A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非常用電源装置
KR101144101B1 (ko) * 2009-07-31 2012-05-24 김명기 자동차의 시동능력 향상 방법 및 장치
JP5503957B2 (ja) * 2009-12-15 2014-05-28 Ｕｄトラックス株式会社 車両用電源装置
KR101571110B1 (ko) 2014-09-12 2015-11-23 엘에스엠트론 주식회사 휴대용 비상 전원 공급 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101571108B1 (ko) * 2014-09-05 2015-11-23 엘에스엠트론 주식회사 휴대용 비상 전원 공급 장치
KR101620385B1 (ko) * 2015-04-17 2016-05-12 주식회사 라스트리 하이브리드 충전방식형 휴대용 스마트 파워뱅크장치 및 이를 통한 충방전방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200042136A (ko) 2020-04-23
WO2020080630A1 (ko) 2020-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10668825B2 (en) Engine start and battery support module
US10404095B2 (en) Uninterruptible power supply unit
KR102186488B1 (ko) 자동차 배터리 비상 충전 장치 및 방법
EP2736146A1 (en) Vehicle power unit
CN107546786B (zh) 电源装置及供电方法
RU2688930C2 (ru) Устройство и способ управления зарядкой и разрядкой суперконденсаторов
US9194357B2 (en) Method for jump starting a vehicle
JP2010110192A (ja) 車両用電源装置
EP2706224A2 (en) Jump starting a vehicle
CN104205593A (zh) 电源装置
KR20150087694A (ko) 울트라 캐패시터를 이용한 배터리 충전 장치
KR101746418B1 (ko) 운송수단의 방전 배터리 재충전용 점프 스타터 장치
CN112218788A (zh) 车载用的电源控制装置和车载用电源系统
JP7117531B2 (ja) 蓄電装置および放電回路
KR20190100678A (ko) 보조 에너지 저장 장치를 이용한 방전 차량 점프 스타트 시스템
JP5304279B2 (ja) 蓄電装置
CN110654251B (zh) 用于给牵引电网中的高压电池组充电的方法和牵引电网
JP2008035573A (ja) 電気二重層コンデンサを用いた蓄電装置
WO2017124148A1 (en) Apparatus and process for starting an internal combustion engine
CN216981538U (zh) 电路结构、电源设备
CN216981537U (zh) 电路结构、电源设备
JP2016146699A (ja) 電源装置
CN216929610U (zh) 电路结构、电源设备
CN110955353B (zh) 一种电容屏的驱动电路、驱动电路输出方法及移动终端
WO2023065084A1 (zh) 电路结构及其控制方法、电源设备

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right