KR102667246B1 - 차량에 직접 연결하여 충전이 가능한 차량용 점프 스타터 장치 - Google Patents

차량에 직접 연결하여 충전이 가능한 차량용 점프 스타터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 점프 스타터 장치는, 슈퍼 커패시터; 상기 슈퍼 커패시터와 직렬로 연결되고, 상기 슈퍼 커패시터로 흐르는 전류량을 제어하기 위한 제1 저항; 및 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제1 전압 미만인 경우에 입력 단자가 제1 저항을 거쳐서 상기 슈퍼 커패시터와 연결되는 회로를 구성하는 제1 모드로 동작하고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제1 전압 이상인 경우에 입력 단자가 상기 슈퍼 커패시터와 직접 연결되는 회로를 구성하는 제2 모드로 동작하는 제어 회로를 포함할 수 있다.

Description

차량에 직접 연결하여 충전이 가능한 차량용 점프 스타터 장치{JUMP STARTER DEVICE}
본 발명은 점프 스타터 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 차량의 시동 배터리가 방전된 경우에 차량의 시동을 위한 전원을 공급하기 위한 차량용 점프 스타터 장치에 관한 것이다.
차량의 엔진시동을 위해서는 시동모터에 짧은 시간 동안 큰 전류를 공급해야 한다. 이러한 용도에 적합한 것이 슈퍼 커패시터(Supercapacitor) 또는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor)라고 불리는 전기에너지저장장치이다. 슈퍼 커패시터는 내부저항이 극히 작아 순간적으로 큰 전류를 인가하는 데에 매우 적합하다.
이차전지는 온도가 낮아질수록 성능이 저하되므로 겨울철 엔진시동 실패의 원인 중의 하나가 저온에서 이차전지의 성능저하이다. 그러나 슈퍼 커패시터는 영하의 저온에서도 성능저하가 거의 없어 엔진시동용으로 적합하여 최근 슈퍼 커패시터가 엔진시동용 주전원장치 또는 보조전원장치로 많이 사용되고 있다.
종래 기술에서, 슈퍼 커패시터 모듈과 납축전지 같은 이차전지(차량 배터리)가 병렬로 연결되어 엔진시동모터에 접속되며 그 사이에 엔진시동스위치가 위치한다. 슈퍼 커패시터 모듈을 이차전지(12V 납축전지)와 병렬로 연결하여 사용하면 슈퍼 커패시터 모듈에서 추가적인 전류공급이 가능하므로 엔진시동모터에 보다 큰 전류를 공급할 수 있어 여러 가지 요인에 의해 엔진시동이 실패하는 것을 방지하고, 이차전지가 대전류를 인가하는 것을 방지하여 이차전지의 수명도 연장할 수도 있다.
최근에는 보다 적극적으로 엔진시동모터에 슈퍼 커패시터 모듈을 단독으로 연결하여 슈퍼 커패시터를 엔진시동용으로 사용하는 경우도 있다.
엔진시동을 위한 주전원 또는 보조전원으로서 슈퍼 커패시터를 사용하는 경우에, 슈퍼 커패시터에는 엔진시동에 필요한 충분한 전류가 충전되어 있어야 한다. 충전량이 불충분한 경우에 슈퍼 커패시터에 의한 엔진시동이 불가능하다. 슈퍼 커패시터의 충전량이 엔진시동에 필요한 값보다 작은 경우에, 슈퍼 커패시터를 충전해야 하며, 종래 기술에서는 가정 내의 교류 콘센트에 연결하여 AC/DC 변압기를 이용하여 DC 전류를 슈퍼 커패시터에 입력하는 방식으로 슈퍼 커패시터를 충전하였다. 그러나, 이러한 방식에 의하면 슈퍼 커패시터를 충전하는데 수시간이 걸리므로, 엔진시동을 위하여 점프 스타터를 사용하려고 할 때 미충전인 경우에 매우 난감한 상황이 발생하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 충전 장치를 이용하지 않고 차량에 직접 연결하여 충전이 가능한 차량용 점프 스타터 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 점프 스타터 장치는, 슈퍼 커패시터; 상기 슈퍼 커패시터와 직렬로 연결되고, 상기 슈퍼 커패시터로 흐르는 전류량을 제어하기 위한 제1 저항; 및 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제1 전압 미만인 경우에 입력 단자가 제1 저항을 거쳐서 상기 슈퍼 커패시터와 연결되는 회로를 구성하는 제1 모드로 동작하고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제1 전압 이상인 경우에 입력 단자가 상기 슈퍼 커패시터와 직접 연결되는 회로를 구성하는 제2 모드로 동작하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어 회로는, 상기 제1 저항의 양단과 병렬로 연결되고, 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시키거나, 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시키는 릴레이 스위치; 상기 슈퍼 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압에 비례하는 비례 전압을 출력하는 전압 분배 회로; 상기 전압 분배 회로의 비례 전압의 크기와 제1 임계 전압의 크기를 비교하고, 상기 비례 전압의 크기가 제1 임계 전압 이상인 경우에 제1 출력 전압을 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력 단자가 게이트에 연결되고, 드레인이 상기 릴레이 스위치의 제어 단자와 연결되는 제1 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이하인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 비교기로부터 제1 출력 전압이 출력되지 않고, 제1 트랜지스터의 드레인과 소스 사이에 전류가 흐르지 않으며, 상기 릴레이 스위치는 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하여 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이상인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 비교기로부터 제1 출력 전압이 출력되고, 제1 트랜지스터의 드레인과 소스 사이에 전류가 흐르며, 상기 릴레이 스위치는 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하지 않고 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어 회로는, 상기 제1 저항의 양단에 소스 및 드레인이 각각 병렬로 연결되고, 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시키거나, 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시키는 제2 트랜지스터; 상기 슈퍼 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압에 비례하는 비례 전압을 출력하는 전압 분배 회로; 및 상기 전압 분배 회로의 비례 전압의 크기와 제1 임계 전압의 크기를 비교하고, 상기 비례 전압의 크기가 제1 임계 전압 이상인 경우에 제1 출력 전압을 출력하며, 출력 단자가 상기 제2 트랜지스터의 게이트에 연결되는 비교기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이하인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 비교기로부터 제1 출력 전압이 출력되지 않고, 제2 트랜지스터가 오프(off)되어 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하여 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이상인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 비교기로부터 제1 출력 전압이 출력되고, 제2 트랜지스터가 온(on)되어 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하지 않고 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어 회로는, 상기 제1 저항의 양단과 병렬로 연결되고, 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시키거나, 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시키는 릴레이 스위치; 3개의 전극을 갖는 프로그래머블 션트 레귤레이터 다이오드(ex TL431) 및 제2 저항(R2)을 포함하고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제2 임계 전압 이상이 되는 경우에, 소정의 제2 출력 전압을 출력하는 기준 전압 회로; 및 게이트가 제3 저항을 통하여 상기 기준 전압 회로의 출력 단자에 연결되고, 상기 릴레이 스위치의 제어 단자와 드레인이 연결되는 제3 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이하인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 기준 전압 회로로부터 제2 출력 전압이 출력되지 않고, 제3 트랜지스터 및 상기 릴레이 스위치가 오프(off)되어 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하여 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이상인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 기준 전압 회로로부터 제2 출력 전압이 출력되고, 제3 트랜지스터 및 상기 릴레이 스위치가 온(on)되어 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하지 않고 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 슈퍼 커패시터와, 슈퍼 커패시터와 직렬로 연결되고 슈퍼 커패시터로 흐르는 전류량을 제어하기 위한 제1 저항과, 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제1 전압 미만인 경우에 입력 단자가 제1 저항을 거쳐서 슈퍼 커패시터와 연결되는 회로를 구성하는 제1 모드로 동작하고, 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제1 전압 이상인 경우에 입력 단자가 슈퍼 커패시터와 직접 연결되는 회로를 구성하는 제2 모드로 동작하는 제어 회로를 포함함으로써, 별도의 충전 장치를 이용하지 않고 차량에 직접 연결하여 충전이 가능한 차량용 점프 스타터 장치이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점프 스타터 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 점프 스타터 장치의 제1 실시예에 따른 회로도이다.
도 3은 본 발명의 점프 스타터 장치의 제2 실시예에 따른 회로도이다.
도 4는 본 발명의 점프 스타터 장치의 제3 실시예에 따른 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점프 스타터 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 점프 스타터 장치(10)는 차량 배터리(200) 및 발전기(300)에 연결될 수 있다. 점프 스타터 장치(10)는 제1 저항(RL), 슈퍼 커패시터(11) 및 제어 회로(12)를 포함할 수 있다.
슈퍼 커패시터(11)(Supercapacitor)는 대용량의 축전 용량을 갖는 커패시터로서 화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용하는 소자이다.
슈퍼 커패시터(11)는 급속 방충전이 가능하고 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성으로 보조배터리나 배터리 대체용으로 사용되고 있다. 슈퍼 커패시터(11)는 전력밀도가 높고, 충방전 속도가 빠르며, 충방전 사이클 수명이 50만 사이클 이상으로 매우 길다는 특성을 갖고 있다.
제1 저항(RL)은 슈퍼 커패시터(11)와 직렬로 연결되고, 슈퍼 커패시터(11)로 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.
제어 회로(12)는 슈퍼 커패시터(11)의 충전 전압의 크기가 제1 전압 미만인 경우에 입력 단자가 제1 저항을 거쳐서 슈퍼 커패시터(C1)와 연결되는 회로를 구성하는 SLOW 충전 모드로 동작할 수 있다. 또한, 제어 회로(12)는 슈퍼 커패시터(11)의 충전 전압의 크기가 제1 전압 이상인 경우에 입력 단자가 슈퍼 커패시터(11)와 직접 연결되는 회로를 구성하는 FAST 충전 모드로 동작할 수 있다.
SLOW 충전 모드로 동작할지, FAST 충전 모드로 동작할지를 결정하는 제1 전압은 슈퍼 커패시터(11)가 차량 배터리(200) 또는 차량 발전기(300)에 직접 연결될 때 차량 배터리(200), 차량 발전기(300) 및 슈퍼 커패시터(11)에 과전류가 흐르지 않고, 전자 부품들이 정상 동작할 수 있을 정도의 전류로 제어가 가능한 범위의 전압이다.
점프 스타터 장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 배터리(200) 또는 차량 모터(300)에 직접 연결될 수 있다. 점프 스타터 장치(10)의 충전 전압이 점프 스타트 동작이 불가능할 정도로 낮은 전압인 경우(임계 전압 미만인 경우)에, 점프 스타터 장치(10)를 충전할 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 점프 스타터 장치(10)를 정상 동작 중인 차량의 배터리(200) 또는 차량 발전기(300)에 직접 연결하여 점프 스타터 장치(10)를 충전할 수 있다.
임계 전압 미만으로 충전된 점프 스타터 장치(10)를 전원인 배터리(200) 또는 발전기(300)에 직접 연결하면, 제어 회로(12)는 제1 모드로 동작하고, 이에 따라 슈퍼 커패시터(11)가 제1 저항(RL)를 통하여 전원에 연결될 수 있다. 제1 저항(RL)을 통하여 전원으로부터 충전 전류가 들어오게 되므로, 슈퍼 커패시터(11)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있고, 스파크 발생을 방지할 수 있다.
SLOW 충전 모드에서 동작하다가 슈퍼 커패시터(11)의 충전 전압의 크기가 제2 전압 이상이 되면, 제어 회로(12)는 FAST 충전 모드로 동작하고, 이에 따라 슈퍼 커패시터(11)가 제1 저항(RL)을 경유하지 않고 직접 전원에 연결될 수 있다. 제1 저항(RL)을 경유하지 않고 바로 전원으로부터 충전 전류가 들어오게 되므로, 슈퍼 커패시터(11)에는 SLOW 충전 모드 보다 더 큰 충전 전류가 인입하며, 이에 따라 슈퍼 커패시터(11)의 급속 충전이 가능하다.
슈퍼 커패시터의 충전 전류량을 제어하기 위한 제1 저항(RL) 및 제어 회로(12)가 없는 종래의 점프 스타터 장치의 경우에, 점프 스타터 장치를 차량 배터리(200) 또는 차량 발전기(300)에 직접 연결하면 한꺼번에 대용량의 충전 전류가 차량 배터리(200) 또는 차량 발전기(300)로부터 슈퍼 커패시터로 인입하게 되며, 이렇게 되면 대용량의 충전 전류에 의해 차량 배터리(200), 차량 발전기(300) 및 슈퍼 커패시터의 부품에 고장이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 점프 스타터 장치(10)의 제1 실시예에 따른 회로도이다.
도 2를 참조하면, 점프 스타터 장치(10)의 제어 회로(12)는 릴레이 스위치, 전압 분배 회로, 비교기 및 제1 트랜지스터를 포함할 수 있다.
제1 실시예의 점프 스타터 장치(10)에서는, 슈퍼 커패시터(C1)의 충전을 위하여 외부의 충전용 전원에 직접 연결하는 경우(차량 배터리에 직접 연결하거나, 차량 발전기에 직접 연결하거나, 다른 직류 전원에 직접 연결하는 경우), 충전 초기에는 제1 저항(RL)을 통하여 슈퍼 커패시터(C1)의 충전이 시작되고(SLOW 충전 모드), 소정 시간이 지나면 릴레이 스위치에 의해 제1 저항(RL) 양단이 쇼트(Short)되어 제1 저항(RL)을 통하지 않고 직접 슈퍼 커패시터(C1)에 충전 전류가 인입하게 된다(FAST 충전 모드).
릴레이 스위치(RS : Relay Switch)는 제1 저항(RL)의 양단과 병렬로 연결되고, 제1 저항(RL)의 양단을 직접 연결(close 또는 short)시키거나, 제1 저항(RL)의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킬 수 있다.
전압 분배 회로(R1, R2)는 슈퍼 커패시터와 병렬로 연결되고, 슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압에 비례하는 비례 전압( R2/[R1+R2])을 출력할 수 있다.
비교기(Comparator: Comp)는 전압 분배 회로(R1, R2)의 비례 전압의 크기와 제1 임계 전압의 크기를 비교하고, 비례 전압의 크기가 제1 임계 전압 이상인 경우에 제1 출력 전압을 출력할 수 있다. 제1 임계 전압은 슈퍼 커패시터(C1)의 용량과 제1 저항(RL)의 상세 스펙에 따라 FAST 및 SLOW 충전에 문제가 발생하지 않는 소정의 전압으로 설정될 수 있다. 제1 출력 전압은 제1 트랜지스터(T1)르 온(ON)으로 동작시키기 위한 소정 전압으로 설정될 수 있다.
제1 트랜지스터(T1)는 게이트(G)에 비교기의 출력 단자가 연결되고, 드레인(D)에 릴레이 스위치(RS)의 제어 단자가 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 트랜지스터(T1)는 MOSFET으로 구성될 수 있다.
슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정값 이하인 경우에, 점프 스타터 장치(10)가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 비교기(Comp)로부터 제1 출력 전압이 출력되지 않는다. 이에 따라, 제1 트랜지스터(T1)의 드레인(D)과 소스(S) 사이에 전류가 흐르지 않으며, 릴레이 스위치는 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시키게 된다. 따라서, 충전을 시작한 직후인 SLOW 모드에서는 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하여 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어갈 수 있다.
슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정값 이상인 경우에, 점프 스타터 장치(10)가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 비교기(Comp)로부터 제1 출력 전압이 출력된다. 이에 따라, 제1 트랜지스터(T1)의 드레인(D)과 소스(S) 사이에 전류가 흐르며, 릴레이 스위치(RS)는 제1 저항(RL)의 양단을 직접 연결(close)시키게 된다. 따라서, FAST 모드에서는 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하지 않고 슈퍼 커패시터(C1)에 전류가 흘러 들어갈 수 있다.
SLOW 모드와 FAST 모드를 결정하는 슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압의 소정값은 슈퍼 커패시터(C1), 제1 저항(RL) 및 기타 다른 회로들의 상세 스펙에 따라서 충전시 부품들에 문제가 발생하지 않는 전압값으로 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 점프 스타터 장치(10)의 제2 실시예에 따른 회로도이다.
도 3을 참조하면, 점프 스타터 장치(10)의 제어 회로(12)는 제2 트랜지스터(T2), 전압 분배 회로(R1, R2) 및 비교기(Comp)를 포함할 수 있다.
제2 실시예의 점프 스타터 장치(10)에서는, 슈퍼 커패시터(C1)의 충전을 위하여 외부의 충전용 전원에 직접 연결하는 경우(차량 배터리에 직접 연결하거나, 차량 발전기에 직접 연결하거나, 다른 직류 전원에 직접 연결하는 경우), 충전 초기에는 제1 저항(RL)을 통하여 슈퍼 커패시터(C1)의 충전이 시작되고(SLOW 충전 모드), 소정 시간이 지나면 제2 트랜지스터(T2)의 온(ON) 동작에 의해 제1 저항(RL) 양단이 쇼트(Short)되어 제1 저항(RL)을 통하지 않고 직접 슈퍼 커패시터(C1)에 충전 전류가 인입하게 된다(FAST 충전 모드).
제2 트랜지스터(T2)는 제1 저항(RL)의 양단에 소스(S) 및 드레인(D)이 각각 병렬로 연결되고, 제1 저항(RL)의 양단을 직접 연결(close)시키거나, 제1 저항(RL)의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제2 트랜지스터(T2)는 MOSFET으로 구성될 수 있다.
전압 분배 회로(R1, R2)는 슈퍼 커패시터(C1)와 병렬로 연결되고, 슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압에 비례하는 비례 전압을 출력할 수 있다.
비교기(Comp)는 전압 분배 회로(R1, R2)의 비례 전압의 크기와 제1 임계 전압의 크기를 비교하여 소정 조건을 만족하는 경우에 제1 출력 전압을 출력할 수 있다. 비교기(Comp)는 비례 전압의 크기가 제1 임계 전압 이상인 경우에 제2 출력 전압을 출력하도록 구성될 수 있고, 출력 단자가 제2 트랜지스터(T2)의 게이트에 연결될 수 있다.
슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정값 이하인 경우에, 점프 스타터 장치(10)가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 비교기(Comp)로부터 제1 출력 전압이 출력되지 않는다. 이에 따라, 제2 트랜지스터(T2)가 오프(off)되어 제1 저항(RL)의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하여 슈퍼 커패시터(C1)에 전류가 흘러 들어갈 수 있다.
슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정값 이상인 경우에, 점프 스타터 장치(10)가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 비교기(Comp)로부터 제1 출력 전압이 출력된다. 이에 따라, 제2 트랜지스터(T2)가 온(on)되어 제1 저항(R1)의 양단을 직접 연결(close)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하지 않고 슈퍼 커패시터(C1)에 전류가 흘러 들어갈 수 있다.
도 4는 본 발명의 점프 스타터 장치(10)의 제3 실시예에 따른 회로도이다.
도 4를 참조하면, 점프 스타터 장치(10)는 릴레이 스위치(RS), 기준 전압 회로(R5, RD) 및 제3 트랜지스터(T3)를 포함할 수 있다.
릴레이 스위치(RS)는 제1 저항(RL)의 양단과 병렬로 연결되고, 제1 저항(RL)의 양단을 직접 연결(close)시키거나, 제1 저항(RL)의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킬 수 있다.
기준 전압 회로(R5, RD)는 3개의 전극을 갖는 프로그래머블 션트 레귤레이터 다이오드(예를 들면, TL431) 및 제2 저항(R5)을 포함하고, 슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압의 크기가 제2 임계 전압 이상이 되는 경우에, 소정의 제2 출력 전압을 출력할 수 있다. 제2 임계 전압은 슈퍼 커패시터(C1)의 용량과 제1 저항(RL)의 상세 스펙에 따라 FAST 및 SLOW 충전에 문제가 발생하지 않는 소정의 전압으로 설정될 수 있다. 제2 출력 전압은 제3 트랜지스터(T3)를 온(ON)으로 동작시키기 위한 소정 전압으로 설정될 수 있다.
제3 트랜지스터(T3)는 게이트(G)가 제3 저항(R3)을 통하여 기준 전압 회로(R5, RD)의 출력 단자에 연결되고, 릴레이 스위치(RW)의 제어 단자와 드레인(D)이 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 트랜지스터(T1)는 MOSFET으로 구성될 수 있다.
슈퍼 커패시터(C1)의 충전이 시작되면, 제2 저항(R5)을 통하여 Q1의 제3 단자에 전압이 가해진다. Q1의 제3 단자에 인가되는 전압이 Q1의 설정된 전압에 도달하면, 제1 단자로 전압이 출력되고 저항 R3 및 R4를 거쳐서 제3 트랜지스터(T3)의 게이트(G)에 가해진다.
슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정값 이하인 경우에, 점프 스타터 장치(10)가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 기준 전압 회로(R5, RD)로부터 제2 출력 전압이 출력되지 않는다. 이에 따라, 제3 트랜지스터(T3) 및 릴레이 스위치(RS)가 오프(off)되어 제1 저항(RL)의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하여 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어갈 수 있다.
슈퍼 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정값 이상인 경우에, 점프 스타터 장치(10)가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 기준 전압 회로(R5, RD)로부터 제2 출력 전압이 출력된다. 이에 따라, 제3 트랜지스터(T3) 및 릴레이 스위치(RS)가 온(on)되어 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하지 않고 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어갈 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (7)

  1. 차량의 시동 배터리가 방전된 경우에 차량의 시동을 위한 전원을 공급하기 위한 점프 스타터 장치에 있어서,
    슈퍼 커패시터;
    상기 슈퍼 커패시터와 직렬로 연결되고, 상기 슈퍼 커패시터로 흐르는 전류량을 제어하기 위한 제1 저항; 및
    상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제1 전압 미만인 경우에 입력 단자가 제1 저항을 거쳐서 상기 슈퍼 커패시터와 연결되는 회로를 구성하는 제1 모드로 동작하고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제1 전압 이상인 경우에 입력 단자가 상기 슈퍼 커패시터와 직접 연결되는 회로를 구성하는 제2 모드로 동작하는 제어 회로
    를 포함하고,
    상기 제어 회로는 릴레이 스위치를 포함하며,
    상기 릴레이 스위치는 상기 제1 저항의 양단과 병렬로 연결되고, 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시키거나, 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시키는 점프 스타터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 슈퍼 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압에 비례하는 비례 전압을 출력하는 전압 분배 회로;
    상기 전압 분배 회로의 비례 전압의 크기와 제1 임계 전압의 크기를 비교하고, 상기 비례 전압의 크기가 제1 임계 전압 이상인 경우에 제1 출력 전압을 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기의 출력 단자가 게이트에 연결되고, 드레인이 상기 릴레이 스위치의 제어 단자와 연결되는 제1 트랜지스터
    를 더 포함하는 점프 스타터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이하인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 비교기로부터 제1 출력 전압이 출력되지 않고, 제1 트랜지스터의 드레인과 소스 사이에 전류가 흐르지 않으며, 상기 릴레이 스위치는 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하여 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가고,
    상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이상인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 비교기로부터 제1 출력 전압이 출력되고, 제1 트랜지스터의 드레인과 소스 사이에 전류가 흐르며, 상기 릴레이 스위치는 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하지 않고 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가는 점프 스타터 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    3개의 전극을 갖는 프로그래머블 션트 레귤레이터 다이오드(ex TL431) 및 제2 저항(R2)을 포함하고, 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압의 크기가 제2 임계 전압 이상이 되는 경우에, 소정의 제2 출력 전압을 출력하는 기준 전압 회로; 및
    게이트가 제3 저항을 통하여 상기 기준 전압 회로의 출력 단자에 연결되고, 상기 릴레이 스위치의 제어 단자와 드레인이 연결되는 제3 트랜지스터
    를 더 포함하는 점프 스타터 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이하인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 기준 전압 회로로부터 제2 출력 전압이 출력되지 않고, 제3 트랜지스터 및 상기 릴레이 스위치가 오프(off)되어 상기 제1 저항의 양단의 직접 연결을 개방(open)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하여 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가고,
    상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 소정값 이상인 경우에, 상기 점프 스타터 장치가 차량의 배터리 또는 발전기와 연결되면, 상기 기준 전압 회로로부터 제2 출력 전압이 출력되고, 제3 트랜지스터 및 상기 릴레이 스위치가 온(on)되어 상기 제1 저항의 양단을 직접 연결(close)시킴으로써 차량의 배터리 또는 발전기로부터 제1 저항(RL)을 통하지 않고 상기 슈퍼 커패시터에 전류가 흘러 들어가는 점프 스타터 장치.
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