KR102644205B1 - 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 전력 전환 장치는 차량의 엔진에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 발전부; 상기 발전부에 의해 생성된 상기 전기 에너지를 저장하기 위한 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하는 저장부; 상기 저장부에 저장된 상기 전기 에너지를 공급받아 동작하기 위한 부하부; 전환 제어 신호에 따라, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리로부터 상기 부하부로의 전원 공급을 제어하기 위한 전력 전환부; 및 충전 제어 신호에 따라, 상기 전기 에너지를 기초로 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 하나를 충전하기 위한 충전부를 포함하고, 상기 차량의 상태가 시동 ON인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제1 배터리 및 상기 부하부를 연결하고, 상기 차량의 상태가 시동 OFF인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제2 배터리 및 상기 부하부를 연결하고, 상기 제2 배터리는, 상기 제1 배터리와 독립적으로 상기 차량에 탈착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명의 실시예는 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템, 특히 차량의 엔진의 상태에 따라 부하로 인가되는 전력원을 자동으로 전환할 수 있는 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템에 관한 것이다.
차량의 전장화가 가속화됨에 따라 차량에 탑재되는 전자 장비들의 종류가 다양해지고, 그 수도 급격하게 증가하고 있다. 또한, 차량이 캠핑카 또는 냉장차 등의 특수 목적용으로 활용되거나 개조되는 경우, 차량에 탑재되는 전자 장비의 수는 더욱 증가하며, 요구되는 전력 용량도 증가하고 있다.
이를 위하여, 차량은 상술한 전자 장비들을 사용하기 위해 다양한 전력원들을 구비하게 된다. 대표적으로, 차량이 주행중에 엔진으로부터 전력을 생성하는 발전기(Generator) 또는 차량용 배터리(Battery) 등이 있다. 전자 장비들은 전원이 지속적으로 충분히 공급되어야 하며, 충분한 공급이 이루어지지 못하면 차량의 고장이 발생할 수 있다.
최근 차량에 탑재되는 전자 장비들의 수가 증가하고, 각각의 전자 장비에서 요구하는 전력이 커짐에 따라, 차량은 이러한 전자 장비 구동을 의한 별도의 보조 배터리를 구비하게 되었다. 그러나, 일반적으로 사용되고 있는 보조 배터리는 기존의 차량의 발전기와 사용 스펙이 상이하여 한 문제가 있다. 이러한 차이로 인해 차량용 전원으로부터 전자 장비로의 전력 공급이 불안정해지는 문제가 발생하고, 전력 공급의 불안정은 차량에 탑재되는 전자 장비의 고장을 초래하는 가장 큰 원인 중 하나이다.
또한, 차량이 냉장 설비 또는 캠핑 설비와 같이 시동 ON/OFF 상태와 상관없이 항상 동작해야 하는 전자 장비를 탑재하는 경구가 증가하고 있다. 이 경우, 전자 장비로 전력 공급을 시동 상태에 따라 전환해 줄 수 있는 전력 전환 시스템이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 차량 상태에 따라 부하로의 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고속의 절체 속도를 유지하면서 제조 비용을 낮춰 생산성을 향상시킬 수 있는 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 전환 장치는 차량의 엔진에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 발전부; 상기 발전부에 의해 생성된 상기 전기 에너지를 저장하기 위한 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하는 저장부; 상기 저장부에 저장된 상기 전기 에너지를 공급받아 동작하기 위한 부하부; 전환 제어 신호에 따라, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리로부터 상기 부하부로의 전원 공급을 제어하기 위한 전력 전환부; 및 충전 제어 신호에 따라, 상기 전기 에너지를 기초로 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 하나를 충전하기 위한 충전부를 포함하고, 상기 차량의 상태가 시동 ON인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제1 배터리 및 상기 부하부를 연결하고, 상기 차량의 상태가 시동 OFF인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제2 배터리 및 상기 부하부를 연결하고, 상기 제2 배터리는, 상기 제1 배터리와 독립적으로 상기 차량에 탈착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전력 전환부는, 상기 제1 배터리가 연결되기 위한 제1 단자;
상기 제2 배터리가 연결되기 위한 제2 단자; 및 상기 부하부에 연결되며, 상기 전환 제어 신호에 따라 회전하여 상기 부하부를 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 어느 하나에 연결시키기 위한 모터 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량의 상태가 시동 OFF에서 시동 ON으로 변경되면, 상기 충전부는 안정화 기간 동안 상기 제1 배터리 만을 충전하고, 상기 전력 전환부는 상기 안정화 기간이 경과한 후에 상기 제1 배터리 및 상기 부하부를 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 배터리는, 제1 기준 전압을 갖고, 상기 제2 배터리는, 제2 기준 전압을 갖고, 상기 제1 기준 전압 및 상기 제2 기준 전압은, 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 기준 전압은, 상기 제2 기준 전압보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량의 상기 엔진의 동작 상태를 감지하여 제1 감지 정보를 생성하기 위한 제1 감지부; 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 하나의 충전 상태를 감지하여 제2 감지 정보를 생성하기 위한 제2 감지부; 상기 부하부의 전력 요구량을 감지하여 제3 감지 정보를 생성하기 위한 제3 감지부; 및 상기 제1 감지 정보, 상기 제2 감지 정보 및 상기 제3 감지 정보를 기초로, 상기 전환 제어 신호 및 상기 충전 제어 신호 중 적어도 하나를 생성하기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 배터리는, 상기 충전부, 상기 전력 전환부, 상기 제1 감지부, 상기 제2 감지부, 상기 제3 감지부 및 상기 제어부 중 적어도 하나와 배터리 모듈로서 통합되어 일체로 구현되고, 상기 배터리 모듈은, 상기 차량에 탈착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 배터리가 만충 상태 또는 과충전 상태인 경우, 상기 충전부는 상기 제1 배터리만을 충전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량의 상태가 시동 ON일 때, 상기 부하부의 전력 요구량이 변경되는 경우, 상기 충전부는 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 각각 충전량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차 전력 전환 시스템은 차량의 상태에 따라, 적어도 하나의 전자 장비로의 전원 공급을 제어하기 위한 전력 전환 장치. 상기 전력 전환 장치의 동작 이력을 저장하고 모니터링 하기 위한 서버 장치; 및 상기 서버 장치로의 접근을 통해 동작 이력을 확인하기 위한 사용자 장치를 포함하고, 상기 전력 전환 장치는, 상기 차량의 엔진에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 발전부; 상기 발전부에 의해 생성된 상기 전기 에너지를 저장하기 위한 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하는 저장부; 상기 저장부에 저장된 상기 전기 에너지를 공급받아 동작하는 상기 적어도 하나의 전자 장비를 포함하는 부하부; 및 전환 제어 신호에 따라, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리로부터 상기 부하부로의 전원 공급을 제어하기 위한 전력 전환부; 상기 차량의 상태가 시동 ON인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제1 배터리 및 상기 부하부를 연결하고, 상기 차량의 상태가 시동 OFF인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제2 배터리 및 상기 부하부를 연결하고, 상기 제2 배터리는, 상기 제1 배터리와 독립적으로 상기 차량에 탈착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템은 차량 상태에 따라 부하로 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템은 고속의 절체 속도를 유지하면서 제조 비용을 낮춰 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 전력 전환 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 전환 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 전환부를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 전환 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 전환부를 나타내는 도면이다.
본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. "및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함할 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 전력 전환 시스템(10)을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 차량 전력 전환 시스템(10)은 전력 전환 장치(100), 서버 장치(200) 및 사용자 장치(300)를 포함할 수 있다.
전력 전환 장치(100)는 적어도 하나의 전자 장비를 탑재한 차량(MV)의 전력 전환용 장치를 의미할 수 있다. 즉, 전력 전환 장치(100)는 차량(MV)의 상태에 따라 적어도 하나의 전자 장비로의 전원 공급을 제어할 수 있다.
본 발명에서, 적어도 하나의 전자 장비는, 차량(MV)의 편의성을 향상시키기 위한 장비(예컨대, 차량용 오디오, 블랙박스, 네비게이션, 비디오, 난방 장치, 냉방 장치 등)이거나, 특수 목적(예컨대, 캠핑, 콜드 체인 등)을 위해 탑재된 장비(예컨대, 캠핑 장비, 냉각기, 압축기 등)일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 설명되는 전자 장비는 다양한 종류의 전자 장비를 의미할 수 있다.
서버 장치(200)는 전력 전환 장치(100)의 동작 이력을 저장할 수 있다. 서버 장치(200)는 무선 네트워크를 통해 전력 전환 장치(100)의 동작 상태를 모니터링 하고, 이력을 저장할 수 있다.
실시예에 따라 서버 장치(200)는 연산이 가능한 다양한 단말 장치나 네트워크 기능을 구비한 서버로 구현될 수 있다. 여기서 서버는 일반적 인 서버용 하드웨어에 도스(DOS), 윈도우(Windows), 리눅스(Linux), 유닉스(UNIX), 매킨토시(Macintosh) 등의 운영체제에 따라 다양하게 제공되고 있는 서버 프로그램을 이용하여 구현될 수 있으며, 클라우드 방식으로 동작하는 하나 이상의 서버로 구현될 수 있다.
서버 장치(200)는 인터넷과 같은 개방형 컴퓨터 네트워크를 통하여 불특정 다수 클라이언트 및/또는 다른 서버와 연결될 수 있다. 서버 장치(200)는 클라이언트 또는 다른 서버의 작업수행 요청을 접수하고 그에 대한 작업 결과를 도출하여 제공할 수 있다.
사용자 장치(300)는 서버 장치(200)로의 접근을 통해 전력 전환 장치(100)의 동작 이력을 확인할 수 있다. 예컨대, 사용자 장치(300)는 무선 네트워크를 통해 서버 장치(200)로 접근하고, 서버 장치(200)에 저장된 전력 전환 장치(100)의 동작 이력을 다운로드할 수 있다.
또한, 사용자 장치(300)는 무선 네트워크를 통해 전력 전환 장치(100)로 접근하여, 전력 전환 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 사용자 장치(300)는 차량(MV)에 구비된 전자 장비들을 선택적으로 구동할 수 있고, 이에 따른 전력 전환 장치(100)의 동작을 직접적으로 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 사용자 장치(300)는 차량의 센터페시아, 스마트 폰, 타블렛 PC, 노트북, 울트라북, 미니 PC, 마이크로 콘트롤러 기반 단말 장치, 가상 단말 장치, 디스플레이 일체형 컴퓨터, POS 단말 기반 장치, PDA(Personal Digital Assistants), MID(Mobile Internet Device), PMP(Portable Multimedia Player)등을 기본으로 하여 구성되는 디지털 기기로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 전환 장치(100)를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 전력 전환 장치(100)는 엔진(110), 발전부(120), 충전부(130), 저장부(140), 전력 전환부(150), 부하부(160), 제1 감지부(170), 제2 감지부(180), 제3 감지부(190) 및 제어부(195)를 포함할 수 있다.
엔진(110)은 운동 에너지를 생성할 수 있다. 예컨대, 엔진(110)은 차량의 내연 기관 엔진을 의미할 수 있다.
구체적으로, 엔진(110)은 연료를 연소시켜 기계적인 동력을 발생시킬 수 있다. 엔진(110)의 실린더로 공기와 연료가 주입된 후, 점화되어 폭발되면, 그 폭발력으로 피스톤이 움질일 수 있다. 이와 같은 과정을 거쳐 발생되는 피스톤의 왕복 운동은 크랭크 샤프트(Crank Shaft)를 통해 회전 운동으로 전환될 수 있다.
발전부(120)는 차량의 엔진(110)에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 발전부(120)는 차량용 발전기(Generator) 또는 교류 발전기(Alternator) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예컨대, 발전부(120)는 엔진(110)에서 발생되는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할수 있다. 발전부(120)는 엔진(110)의 크랭크 샤프트와 연결되어 엔진이 회전 중에 전기 에너지를 생성할 수 있게 된다.
구체적으로, 발전부(120)는 로터 및 스테이터를 포함하며, 스테이터는 자석 효과를 내고 로터는 그 안에서 회전을 하며 모터와 반대로 기전력을 발생할 수 있다. 이러한 원리로, 발전부(120)는 60V 내지 100V 범위의 교류 전원을 발생시킬 수 있다.
실시예에 따라, 발전부(120)는 교류(AC) 전원 타입의 전기 에너지를 생성할 수 있다. 도 2에 도시되지 않았으나, 발전부(120)에 의해 생성된 교류 전원은 별도로 구비된 레귤레이터(regulator)를 통해 직류 전원(즉, 정전압)으로 변환될 수 있다.
충전부(130)는 충전 제어 신호에 따라, 전기 에너지를 기초로 제1 배터리 및 제2 배터리 중 적어도 하나를 충전할 수 있다.
저장부(140)는 발전부(120)에 의해 생성된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 이를 위해 저장부(140)는 제1 배터리(141) 및 제2 배터리(142)를 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 배터리(141)는 차량 메인 배터리로서, 차량에 실질적으로 고정되도록 탑재된 배터리이고, 제2 배터리(142)는, 제1 배터리(141)와 독립적으로 차량에 탈착 가능하도록 결합되는 보조 배터리일 수 있다.
실시예에 따라, 제1 배터리(141)는 납축전지로 구현되고, 제2 배터리(142)는 리튬 배터리 또는 인산철 배터리 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
제1 배터리(141)는, 제1 기준 전압을 갖고, 제2 배터리(142)는, 제2 기준 전압을 가질 수 있다. 이때, 제1 기준 전압 및 제2 기준 전압은, 상이할 수 있다. 바람직하게는, 제1 기준 전압은, 제2 기준 전압보다 작을 수 있다. 본 명세서에서 배터리의 기준 전압은, 배터리의 충전 전압 및 방전 전압 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.
예컨대, 제1 배터리(141)는 범용적으로 사용되는 일반적인 차량용 배터리로서, 12V의 전압을 출력할 수 있다. 제2 배터리(142)는 보조 배터리로서, 24V의 전압을 출력할 수 있다.
도 2에 도시되지 않았으나, 전력 전환 장치(100)는 제1 배터리(141) 및 제2 배터리(142)로부터 출력되는 전압들 중 적어도 하나를 부하의 동작 전압으로 변경하기 위한 컨버터(convertor)를 더 포함할 수 있다.
전력 전환부(150)는 제어부(195)에 의해 생성된 전환 제어 신호에 따라, 제1 배터리(141) 및 제2 배터리(142)로부터 부하부(160)로의 전원 공급을 제어할 수 있다. 즉, 전력 전환부(150)는 절체 회로를 포함하며, 부하부(160)로의 안정적인 전원 공급을 유지하기 위해, 제1 배터리(141) 및 제2 배터리(142)를 선택적으로 부하부(160)로 연결시킬 수 있다. 예컨대, 전환 제어 신호가 공급되는, 전력 전환부(150)는 부하부(160)로의 연결을 전환할 수 있다.
부하부(160)는 저장부(140)에 저장된 전기 에너지를 공급받아 동작하는 적어도 하나의 전자 장비를 포함할 수 있다. 예컨대, 전자 장비는 다양한 종류의 편의 장비들 또는 특수 목적용 장비들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 감지부(170)는 차량의 엔진(110)의 동작 상태를 감지하여 제1 감지 정보를 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 감지부(170)는 차량의 시동부로부터 시동 신호의 발생 여부를 감지함으로써 엔진(110)의 동작 상태, 즉 시동 여부를 감지할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성하는 범위에서 제1 감지부(170)는 다양한 방법으로 차량의 엔진(110)의 동작 상태를 감지할 수 있다.
제2 감지부(180)는 제1 배터리(141) 및 제2 배터리(142) 중 적어도 하나의 충전 상태를 감지하여 제2 감지 정보를 생성할 수 있다. 예컨대, 제2 감지부(180)는 제1 배터리(141) 및 제2 배터리(142)의 출력 전압을 측정함으로써, 충전 상태를 감지할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성하는 범위에서, 제2 감지부(180)는 다양한 방법으로 배터리의 충전 상태를 감지할 수 있다. 예컨대, 배터리의 충전 상태는 만충, 미충전, 방전 및 과충전 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.
제3 감지부(190)는 부하부(160)의 전력 요구량을 감지하여 제3 감지 정보를 생성할 수 있다. 예컨대, 제3 감지부(190)는 부하부(160)에 포함된 전자 장비들의 동작시 소모 전력을 산출하여 전력 요구량을 감지할 수 있다.
제어부(195)는 제1 감지 정보, 제2 감지 정보 및 제3 감지 정보를 기초로, 전환 제어 신호 및 충전 제어 신호 중 적어도 하나를 생성할 수 있다. 예컨대, 제어부(195)는 도 1에 도시된 사용자 장치(300)로부터 수신한 사용자 제어 신호에 따라, 전력 전환 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
이하에서, 차량의 시동 상태에 따른 전력 전환 장치(100)의 동작을 구체적으로 설명한다.
먼저, 차량의 상태가 시동 OFF에서 시동 ON으로 변경되면, 변경 시점으로부터 안정화 기간 동안, 충전부(130)는 제1 배터리(141)를 충전하고, 제2 배터리(142)를 충전하지 않을 수 있다. 여기서, 안정화 기간은 기 설정된 기간으로서, 사용자에 의해 변경될 수 있다. 즉, 시동 ON으로 변경된 후, 발전부(120)이 출력 전압이 불안정한 상태일 수있다. 이때, 충전부(140)는 안정화 기간 동안 제1 배터리(141)의 충전 전압 및 방전 전압을 안정화할 수 있다.
차량의 상태가 시동 OFF에서 시동 ON으로 변경되고, 안정화 기간 동안 발전부(120)의 출력 전압이 안정화된 후에, 충전부(140)는 제1 배터리(141) 및 제2 배터리(142) 중 적어도 하나를 선택적으로 충전할 수 있다. 그리고, 차량의 상태가 시동 OFF에서 시동 ON으로 변경되고, 안정화 기간이 경과한 후, 전력 전환부(150)는 제1 배터리(141) 및 부하부(160)를 연결할 수 있다.
이후, 차량의 상태가 시동 ON인 경우, 전력 전환부(150)는 제1 배터리(141) 및 부하부(160)를 계속해서 연결할 수 있다. 예컨대, 부하부(160)는 발전부(120)로부터 충전부(130) 및 제1 배터리(141)를 통해 전기 에너지를 공급받을 수 있다.
차량의 상태가 시동 ON에서 시동 OFF으로 변경되면, 충전부(140)는 발전부(120)로부터 공급되는 전기 에너지가 없으므로, 충전을 중단할 수 있다. 그리고, 부하부(160)는 발전부(120)로부터 충전부(130) 및 제1 배터리(141)를 통해 전기 에너지를 공급받을 수 없게 된다. 따라서, 부하부(160)로의 전력 공급을 안정적으로 유지하기 위해, 전력 전환부(150)는 제2 배터리(142) 및 부하부(160)를 연결할 수 있다.
이후, 차량의 상태가 시동 OFF인 경우, 전력 전환부(150)는 제2 배터리(142) 및 부하부(160)를 계속해서 연결할 수 있다. 예컨대, 부하부(160)는 제2 배터리(142)로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 상술한 동작을 구현하기 위하여, 제어부(195)는 충전 제어 신호 및 전환 제어 신호를 적절하게 생성할 수 있다.
이하에서, 배터리의 충전 상태에 따른 전력 전환 장치(100)의 동작을 구체적으로 설명한다.
제2 배터리(142)가 만충 상태 또는 과충전 상태인 경우, 충전부(130)는 제1 배터리(141)를 충전하고, 제2 배터리(142)의 충전을 중단할 수 있다. 즉, 리튬 배터리은 만충 상태 또는 과충전 상태에서 계속해서 충전하는 경우 성능이 저하될 수 있기 때문에, 본 발명의 충전부(130)는 리튬 배터리로 구현된 제2 배터리(142)의 성능 저하를 방지하기 위해, 제2 배터리(142)의 충전을 중단할 수 있다.
제2 배터리(142)가 방전 상태인 경우, 충전부(130)는 제2 배터리(142)를 급속 충전하고, 상대적으로 제1 배터리(141)을 저속 충전할 수 있다. 즉, 리튬 배터리는 방전 상태에서 계속해서 충전되지 않는 경우 성능이 저하될 수 있기 때문에, 본 발명의 충전부(130)는 리튬 배터리로 구현된 제2 배터리(142)의 성능 저하를 방지하기 위해, 제2 배터리(142)를 급속 충전시킬 수 있다. 상술한 동작을 구현하기 위하여, 제어부(195)는 충전 제어 신호를 적절하게 생성할 수 있다.
이하에서, 부하부(160)의 전력 요구량 변경에 따른 전력 전환 장치(100)의 동작을 구체적으로 설명한다.
차량의 상태가 시동 ON일 때, 부하부(160)의 전력 요구량이 변경되는 경우, 충전부(130)는 제1 배터리(141) 및 제2 배터리(142) 각각 충전량을 조절할 수 있다.
예컨대, 부하부(160)의 전력 요구량이 증가하는 경우, 충전부(130)는 전력 요구량의 증가량에 대응하는 만큼, 제1 배터리(141)로의 충전량을 증가시키고, 제2 배터리(142)로의 충전량을 감소시킬 수 있다.
또한, 부하부(160)의 전력 요구량이 감소하는 경우, 충전부(130)는 전력 요구량의 감소량에 대응하는 반큼, 제1 배터리(141)로의 충전량을 감소시키고, 제2 배터리(142)로의 충전량을 증가시킬 수 있다. 상술한 동작을 구현하기 위하여, 제어부(195)는 충전 제어 신호를 적절하게 생성할 수 있다.
실시예에 따라, 제2 배터리(142)는, 충전부(130), 전력 전환부(150), 제1 감지부(170), 제2 감지부(180), 제3 감지부(190) 및 제어부(195) 중 적어도 하나와 배터리 모듈로서 통합되어 일체로 구현될 있다. 이때, 배터리 모듈은, 차량에 탈착 가능하도록 결합될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 전환부(150)를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 전력 전환부(150)는 제1 단자(151), 제2 단자(152) 및 모터 스위치(153)을 포함할 수 있다.
제1 단자(151)는 제1 배터리(141)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 단자(151)는 제1 배터리(141)로부터 공급되는 전기 에너지를 부하부(160)로 전달하기 위한 단자를 의미한다.
제2 단자(152)는 제2 배터리(142)에 연결될 수 있다. 즉, 제2 단자(152)는 제2 배터리(142)로부터 공급되는 전기 에너지를 부하부(160)로 전달하기 위한 단자를 의미한다.
모터 스위치(153)는 부하부(160)에 연결될 수 있다. 예컨대, 모터 스위치(153)는 10ms 이내의 절체 속도를 가질 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 전력 전환 장치는, 차량용 전자 장비의 안정적인 동작을 구현할 수 있다.
실시예에 따라, 모터 스위치(153)는 전환 제어 신호에 따라 회전하여 부하부(160)를 제1 단자(151) 및 제2 단자(152) 중 어느 하나에 연결시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 모터 스위치(153)는 전기적 연결을 위한 도전성 막대 및 도전서 막대를 회전시키기 위한 모터(M)로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 모터 스위치(153)는 본 발명의 목적을 달성하는 범위에서 다양한 구성을 포함할 수 있다.
상술한 방식을 통하여, 본 발명의 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템은 차량 상태에 따라 부하로 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템은 고속의 절체 속도를 유지하면서 제조 비용을 낮춰 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상 본 명세서에서 설명한 기능적 동작과 본 주제에 관한 실시형태들은 본 명세서에서 개시한 구조들 및 그들의 구조적인 등가물을 포함하여 디지털 전자 회로나 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 또는 이들 중 하나 이상이 조합에서 구현 가능하다.
본 명세서에서 기술하는 주제의 실시형태는 하나 이상이 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위하여 또는 그 동작을 제어하기 위하여 유형의 프로그램 매체 상에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상이 모듈로서 구현될 수 있다. 유형의 프로그램 매체는 전파형 신호이거나 컴퓨터로 판독 가능한 매체일 수 있다. 전파형 신호는 컴퓨터에 의한 실행을 위하여 적절한 수신기 장치로 전송하기 위한 정보를 인코딩하기 위하여 생성되는 예컨대 기계가 생성한 전기적, 광학적 또는 전자기 신호와 같은 인공적으로 생성된 신호이다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조합 또는 이들 중 하나 이상이 조합일 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트 또는 코드로도 알려져 있음)은 컴파일되거나 해석된 언어나 선험적 또는 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 파일 장치의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 요청된 프로그램에 제공되는 단일 파일 내에, 또는 다중의 상호 작용하는 파일(예컨대, 하나 이상이 모듈, 하위 프로그램 또는 코드의 일부를 저장하는 파일) 내에, 또는 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장되는 하나 이상이 스크립트) 내에 저장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치하거나 복수의 사이트에 걸쳐서 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속된 다중 컴퓨터나 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.
부가적으로, 본 특허문헌에서 기술하는 논리 흐름과 구조적인 블록도는 개시된 구조적인 수단의 지원을 받는 대응하는 기능과 단계의 지원을 받는 대응하는 행위 및/또는 특정한 방법을 기술하는 것으로, 대응하는 소프트웨어 구조와 알고리즘과 그 등가물을 구축하는 데에도 사용 가능하다.
본 명세서에서 기술하는 프로세스와 논리 흐름은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 기능을 수행하기 위하여 하나 이상이 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상이 프로그래머블 프로세서에 의하여 수행 가능하다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는, 예컨대 범용 및 특수 목적의 마이크로프로세서 양자 및 어떤 형태의 디지털 컴퓨터의 어떠한 하나 이상이 프로세서라도 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 양자로부터 명령어와 데이터를 수신할 것이다.
컴퓨터의 핵심적인 요소는 명령어와 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 메모리 장치 및 명령을 수행하기 위한 프로세서이다. 또한, 컴퓨터는 일반적으로 예컨대 자기, 자기 광학 디스크나 광학 디스크와 같은 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 대량 저장 장치로부터 데이터를 수신하거나 그것으로 데이터를 전송하거나 또는 그러한 동작 둘 다를 수행하기 위하여 동작가능 하도록 결합되거나 이를 포함할 것이다. 그러나, 컴퓨터는 그러한 장치를 가질 필요가 없다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 차량 전력 전환 시스템
100: 전력 전환 장치
110: 엔진
120: 발전부
130: 충전부
140: 저장부
141: 제1 배터리
142: 제2 배터리
150: 전력 전환부
151: 제1 단자
152: 제2 단자
153: 모터 스위치
160: 부하부
170: 제1 감지부
180: 제2 감지부
190: 제3 감지부
195: 제어부
200: 서버 장치
300: 사용자 장치
100: 전력 전환 장치
110: 엔진
120: 발전부
130: 충전부
140: 저장부
141: 제1 배터리
142: 제2 배터리
150: 전력 전환부
151: 제1 단자
152: 제2 단자
153: 모터 스위치
160: 부하부
170: 제1 감지부
180: 제2 감지부
190: 제3 감지부
195: 제어부
200: 서버 장치
300: 사용자 장치
Claims (10)
- 차량의 엔진에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 발전부;
상기 발전부에 의해 생성된 상기 전기 에너지를 저장하기 위한 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하는 저장부;
상기 저장부에 저장된 상기 전기 에너지를 공급받아 동작하기 위한 부하부;
전환 제어 신호에 따라, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리로부터 상기 부하부로의 전원 공급을 제어하기 위한 전력 전환부; 및
충전 제어 신호에 따라, 상기 전기 에너지를 기초로 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 하나를 충전하기 위한 충전부를 포함하고,
상기 차량의 상태가 시동 ON인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제1 배터리 및 상기 부하부를 연결하며,
상기 차량의 상태가 시동 OFF인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제2 배터리 및 상기 부하부를 연결하고,
상기 차량의 상태가 시동 ON일 때, 상기 부하부의 전력 요구량이 변경되는 경우, 상기 충전부는 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 각각 충전량을 조절하는 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전력 전환부는,
상기 제1 배터리가 연결되기 위한 제1 단자;
상기 제2 배터리가 연결되기 위한 제2 단자; 및
상기 부하부에 연결되며, 상기 전환 제어 신호에 따라 회전하여 상기 부하부를 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 어느 하나에 연결시키기 위한 모터 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차량의 상태가 시동 OFF에서 시동 ON으로 변경되면, 상기 충전부는 안정화 기간 동안 상기 제1 배터리만을 충전하고, 상기 전력 전환부는 상기 안정화 기간이 경과한 후에 상기 제1 배터리 및 상기 부하부를 연결하는 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 배터리는, 제1 기준 전압을 갖고,
상기 제2 배터리는, 제2 기준 전압을 갖고,
상기 제1 기준 전압 및 상기 제2 기준 전압은, 상이한 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1 기준 전압은, 상기 제2 기준 전압보다 작은 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차량의 상기 엔진의 동작 상태를 감지하여 제1 감지 정보를 생성하기 위한 제1 감지부;
상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 하나의 충전 상태를 감지하여 제2 감지 정보를 생성하기 위한 제2 감지부;
상기 부하부의 전력 요구량을 감지하여 제3 감지 정보를 생성하기 위한 제3 감지부; 및
상기 제1 감지 정보, 상기 제2 감지 정보 및 상기 제3 감지 정보를 기초로, 상기 전환 제어 신호 및 상기 충전 제어 신호 중 적어도 하나를 생성하기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제2 배터리는, 상기 충전부, 상기 전력 전환부, 상기 제1 감지부, 상기 제2 감지부, 상기 제3 감지부 및 상기 제어부 중 적어도 하나와 배터리 모듈로서 통합되어 일체로 구현되고,
상기 배터리 모듈은, 상기 차량에 탈착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 배터리가 만충 상태 또는 과충전 상태인 경우, 상기 충전부는 상기 제1 배터리만을 충전하는 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 배터리는, 상기 제1 배터리와 독립적으로 상기 차량에 탈착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는,
전력 전환 장치. - 차량의 상태에 따라, 적어도 하나의 전자 장비로의 전원 공급을 제어하기 위한 전력 전환 장치;
상기 전력 전환 장치의 동작 이력을 저장하고 모니터링 하기 위한 서버 장치; 및
상기 서버 장치로의 접근을 통해 동작 이력을 확인하기 위한 사용자 장치를 포함하고,
상기 전력 전환 장치는,
상기 차량의 엔진에 의해 생성된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 발전부;
상기 발전부에 의해 생성된 상기 전기 에너지를 저장하기 위한 제1 배터리 및 제2 배터리를 포함하는 저장부;
상기 저장부에 저장된 상기 전기 에너지를 공급받아 동작하는 상기 적어도 하나의 전자 장비를 포함하는 부하부;
전환 제어 신호에 따라, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리로부터 상기 부하부로의 전원 공급을 제어하기 위한 전력 전환부; 및
충전 제어 신호에 따라, 상기 전기 에너지를 기초로 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 하나를 충전하기 위한 충전부를 포함하고,
상기 차량의 상태가 시동 ON인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제1 배터리 및 상기 부하부를 연결하며,
상기 차량의 상태가 시동 OFF인 경우, 상기 전력 전환부는 상기 제2 배터리 및 상기 부하부를 연결하고,
상기 차량의 상태가 시동 ON일 때, 상기 부하부의 전력 요구량이 변경되는 경우, 상기 충전부는 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 각각 충전량을 조절하는 것을 특징으로 하는,
차량 전력 전환 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020210164554A KR102644205B1 (ko) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템 |
| US17/729,648 US11799313B2 (en) | 2021-11-25 | 2022-04-26 | Power conversion device and vehicle power conversion system including same |
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|---|---|---|---|
| KR1020210164554A KR102644205B1 (ko) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 전력 전환 장치 및 이를 포함하는 차량 전력 전환 시스템 |
Publications (2)
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