KR20160142138A - 차량용 통합 전원 관리장치 - Google Patents

차량용 통합 전원 관리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량에 장착하여 복수의 전원을 상황 인지 방식으로 통합 이용하는 것으로 보조 배터리의 충전이나 전원의 활용도를 높이고, 복합 전원 이용에 대한 안정성과 편의성을 개선한 차량용 통합 전원 관리장치에 관한 것으로, 불안정한 발전 전원과 안정적인 상용 전원을 복합적으로 이용하여 수십A 이상의 대용량 보조 배터리를 충전할 수 있고, 이러한 복수의 불균일한 전원을 이용한 충전부들 간의 역전류를 역전류 차단 구성으로 방지함과 아울러 발전 전원의 상태에 따라 충전 여부를 관리하여 역전류 차단에 따른 부하(역전류 차단 구성의 발열이나 파손)를 줄이면서 차량 배터리의 방전을 방지하도록 함으로써 복합적이고 불균일한 전원들을 동시에 이용하면서도 안정적이고 효과적인 전원 확보가 가능한 효과가 있다.

Description

차량용 통합 전원 관리장치{Integrated power source managing apparatus for motor vehicle}
본 발명은 차량용 통합 전원 관리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량에 장착하여 복수의 전원을 상황 인지 방식으로 통합 이용하는 것으로 보조 배터리의 충전이나 전원의 활용도를 높이고, 복합 전원 이용에 대한 안정성과 편의성을 개선한 차량용 통합 전원 관리장치에 관한 것이다.
다양한 전자제품들의 등장에 따라 이동 중이거나 외부에서도 전자제품을 사용하고자 하는 필요성이 증가하고 있어 차량의 전원을 전자제품의 전원으로 공급할 수 있도록 하는 다양한 기술들이 등장하고 있다.
예를 들어, 차량의 배터리 전압을 이용하여 상용 전원을 이용하는 전자 제품을 동작시킬 수 있도록 하는 인버터나 차량 주행 중 생성되는 발전 전압으로 보조 배터리를 충전한 후 이를 전원으로 활용할 수 있도록 하는 보조 전원 장치등이 등장하고 있다.
특히, 차량용 블랙박스와 같이 주차 중에도 지속적으로 전력을 소비하는 전자제품을 이용할 경우 차량의 배터리가 방전되는 경우가 종종 발생하기 때문에 이를 방지하기 위한 목적으로 소규모 보조 배터리를 충전시켜 이를 활용하도록 하는 장치는 비교적 잘 알려져 있는 상황이다.
하지만, 차량내 전자 제품에 의한 소비 전력에 대응하기 위한 구성은 1A 이하의 비교적 적은 보조 배터리를 이용하는 것이기 때문에 차량 주행 시 발전 전력만을 이용하더라도 차량 배터리의 충전 및 지속 활용에 큰 문제를 야기하지 않지만, 상대적으로 많은 전력을 필요로 하는 경우라면 보조 배터리의 용량이 증가하게 되고, 이 경우 일반적인 주행 충전 만으로는 이를 감당하기 어렵다.
최근 자가용을 이용한 캠핑이나 캠핑카를 이용한 캠핑에 대한 관심이 증가하면서 외부에서도 좀 더 쾌적한 환경을 조성하기 위해 소형 냉장고, 전등, 온수 매트, 전자 레인지, 디스플레이 등을 이용하는 경우가 많고, 이러한 차량 캠핑의 수요가 증가하면서 점차 대용량 보조 배터리 사용의 필요성 역시 증가하고 있는 추세이므로 차량을 기준으로 다양한 환경에서 얻을 수 있는 전원을 복합적으로 활용하여 차량 배터리에 큰 부담을 주지 않으면서 충분한 전력을 제공할 수 있는 차량용 통합 전원 관리장치에 대한 필요성이 커지고 있다.
또한, 이러한 캠핑을 위한 목적 뿐만 아니라 일반 차량을 기반으로 다양한 전자 제품을 이용하는 스낵카를 비롯한 다양한 종류의 특수 목적 차량의 경우에도 고가의 기름을 이용하는 발전기가 아닌 비교적 저렴한 충전 전원을 기반으로 하는 전원을 요구하고 있어 충분한 크기의 보조 배터리를 이용하는 통합 전원 관리 장치에 대한 필요성이 커지고 있다.
한국 공개특허 제 10-2007-0018302호 [보조 배터리를 이용한 차량용 충전 시스템 및 그 제어 방법] 한국 등록특허 제 10-1364856호 [차량용 보조배터리 충전제어장치 및 그 충전제어방법]
따라서 본 발명은, 차량 배터리의 방전을 방지하면서도 사용 가능한 다양한 외부 전원의 상태를 확인하여 수십A 이상의 대용량 보조 배터리를 안정적으로 충전함과 아울러, 다양한 전원을 미리 연결된 부하의 결선을 변경하지 않고서도 상황에 따라 자동 절체하여 이용할 수 있도록 한 차량용 통합 전원 관리장치를 제공함을 목적으로 한다.
더불어, 본 발명은, 다양한 종류의 외부 전원을 이용하면서도 역전류 발생이나 충전 전력의 불균일을 방지하도록 함과 아울러, 계절에 따른 보조 배터리 효율 저하를 방지하여 전기적 안정성과 안전성을 모두 높일 수 있도록 한 차량용 통합 전원 관리장치를 제공함을 목적으로 한다.
그 외에도, 본 발명은 복수 보조 배터리를 복수의 연결 인터페이스를 통해 필요에 따라 병렬 연결하여 증설할 수 있도록 하여 사용자 편의성을 개선한 차량용 통합 전원 관리장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량에 장착되어 직류 및 교류 부하와 배선이 연결되는 차량용 통합 전원 관리 장치로서, 차량의 배터리와 연결되어 차량 주행에 따른 발전 전력을 이용하여 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리를 충전하는 주행 충전부와; 차량에 부가된 태양 전지와 연결되어 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리를 충전하는 태양전지 충전부와; 상용 전원이나 인버터 전원을 직류 전원으로 변환하여 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리 전압을 충전하는 AC 전원 충전부와; 상용 전원과 인버터 전원 중 입력되는 전원을 선택하되, 동시 입력 시 상용 전원을 우선 선택하도록 자동 절체하여 선택 전원을 AC 전원 충전부 및 교류 부하 연결을 위한 교류 출력으로 제공하는 AC 절체부와; 연결되는 보조 배터리의 합산 용량을 사용자로부터 선택받는 보조 배터리 용량 선택부와; 충전을 위한 발전 전력이나 교류 전원 및 보조 배터리의 전기적 특성을 센싱하는 센서부와; 상기 보조 배터리 용량 선택부를 통한 보조 배터리 합산 용량을 기준으로 충전 필요 여부를 판단하고, 상기 센서부를 통해 차량 주행에 따른 발전 전력을 확인하여 주행 충전부의 충전을 제어하며, 태양 전지의 발전 전압과 병렬 연결된 보조 배터리 전압을 기준으로 태양전지 충전부의 충전 상태를 제어하고, 교류 전원의 인가 종류에 따라 AC 절체부를 제어함과 아울러 AC 전원 충전부의 충전 상태를 제어하며, 태양 전지와 주행에 따른 발전 전력이 기준 이하가 되거나 발전 전력 간의 편차가 설정 수준 이상인 경우 적어도 일측의 발전 전력을 이용한 충전을 중단하여 차량 배터리의 방전과 역전류 방지를 위한 부하를 경감시키는 제어부를 구비한다.
본 발명의 일례로서, 태양전지 충전부와 주행 충전부는 각각 역전류 방지 다이오드를 통해 보조 배터리에 충전 전력을 제공하여 충전 전력 차이에 따른 역전류를 방지할 수 있다. 또한, AC 전원 충전부는 교류 입력이 존재하는 경우에만 충전 전력을 보조 배터리에 제공하고 그 외의 경우에는 물리적으로 보조 배터리와의 전기적 연결을 차단하는 AC 충전 보호부를 통해 역전류를 방지할 수 있다.
본 발명의 일례로서, 센서부는 온도 센서를 더 포함하며, 제어부는 온도 센서의 측정값에 따라 설정된 기준 이하의 온도인 경우 각 충전부의 충전 전압을 상향 조정할 수 있다.
본 발명의 일례로서, 사용자에게 이상 발생이나 충전 상태에 대한 정보를 제공하는 표시부를 더 포함하며, 제어부는 이상 발생이나 충전 상태에 대한 정보를 생성하여 이를 표시부에 제공할 수 있다.
본 발명의 일례로서, AC 전원 충전부와 주행 충전부는 보조 배터리에 제공할 충전 전압을 설정 전압으로 유지하기 위해 제어부가 제공하는 펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라 충전 전력을 조절할 수 있다.
본 발명의 일례로서, 태양전지 충전부는 제어부의 제어에 따라 태양전지의 발전 전압이 제 1 기준 이하가 될 경우 충전을 중단하고, 충전 진행 과정에서 보조 배터리의 전압이 제 2 기준 이상이 될 경우도 충전을 중단하며, 그 외의 경우에는 발전 전력을 보조 배터리에 지속 제공하여 충전할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 불안정한 발전 전원과 안정적인 상용 전원을 복합적으로 이용하여 수십A 이상의 대용량 보조 배터리를 충전할 수 있고, 이러한 복수의 불균일한 전원을 이용한 충전부들 간의 역전류를 역전류 차단 구성으로 방지함과 아울러 발전 전원의 상태에 따라 충전 여부를 관리하여 역전류 차단에 따른 부하(역전류 차단 구성의 발열이나 파손)를 줄이면서 차량 배터리의 방전을 방지하도록 함으로써 복합적이고 불균일한 전원들을 동시에 이용하면서도 안정적이고 효과적인 전원 확보가 가능한 효과가 있다.
특히, 주차중의 상용 전원 이용, 이동 중 주행 발전 전원 이용 및 태양 전지를 통한 상시 발전 전원 이용을 통해서 대용량 보조 배터리를 효과적으로 충전하고 이를 유지할 수 있도록 하여 안정적인 전원 공급이 가능함과 아울러, 보조 배터리를 통한 DC 출력과 AC 절체부를 통한 AC 출력에 부하를 체결한 이후에도, 이러한 부하 결선의 변화 없이 보조 배터리의 추가나 제거, 입력 교류 전원의 전환이 자유롭도록 하여 사용자 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 활용 구성을 예시한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 구성을 보인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 외부 구성을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 태양전지 충전부의 구성 예를 보인 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 추행 충전부의 구성 예를 보인 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 AC 전원 충전부의 구성 예를 보인 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 활용 구성을 예시한 예시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 통합 전원 관리부(100)는 차량(10)에 고정 장착되는 것으로, 불규칙한 발전 전력을 제공하는 태양 전지(310)와, 차량의 주행 중 발생되는 발전 전력이 수집되는 차량 배터리(320) 및 상용 전원(330) 또는 인버터(340)를 통한 AC 전원을 하나 이상의 보조 배터리(210)의 충전 전원으로 활용할 수 있도록 구성된다.
즉, 출력이 대단히 불규칙한 태양 전지, 출력이 비교적 불규칙한 주행 발전 전력 및 인버터 출력, 그리고 출력이 안정적인 상용 전원을 모두 활용하여 보조 배터리(210)를 충전하되, 각각의 충전용 전원의 상태를 파악하여 적절한 전원 혹은 전원들로 충전을 수행하도록 한다.
특히, 상용 전원을 이용하여 보조 배터리(210)를 만충전 상태로 충전한 후, 소모되는 전력은 차량의 주행 발전 전력이나 태양 전지의 발전 전력으로 충당하도록 함으로써, 수십~수백 A의 대용량 보조 배터리(210)를 이용한다 하더라도 비교적 용이하게 완충 상태를 유지할 수 있게 된다.
기존의 경우에도 차량의 주행 발전 전력을 이용한 보조 배터리의 충전이나 상용 전원을 이용한 보조 배터리의 충전, 신재생 에너지를 이용한 보조 배터리의 충전 등 각각의 개별적 충전 구성은 존재하였으나, 이러한 불규칙한 충전 방식을 통합하여 이용하고자 할경우의 복잡한 결선, 충전 전원 간의 충돌에 따른 역전압 발생, 부하 연결을 위한 사용 전력 선택 결선의 번거로움 등이 존재한다.
하지만, 본 발명에 따른 차량용 통합 전원 관리부(100)는 이러한 불규칙한 전력들을 상황에 맞추어 선별하여 이용함과 아울러 역전류 발생이나 결선의 변경과 같은 전기적으로 위험하고 번거로운 문제점을 효과적으로 해결한다.
더불어, 본 발명에 따른 차량용 통합 전원 관리부(100)는 복수의 보조 배터리(210)를 병렬로 직결 구성함과 아울러 보조 배터리 연결부를 통해서 복수의 보조 배터리(210)를 각각의 연결 단자에 연결할 수 있도록 하는 것으로 원하는 용량의 보조 배터리를 복수의 보조 배터리로 구성할 수 있고 그 착탈이 편리하도록 구성된다. 이러한 보조 배터리(210)의 출력 중 하나를 DC 출력을 이용하는 부하와 결선하면 보조 배터리(210)의 추가나 제거와 무관하게 DC 출력을 이용하는 부하에 대한 결선을 변경되지 않아도 된다.
또한, 상용 전원이나 인버터 출력을 이용하고자 하는 경우에도 사용 전원에 따라 부하의 결선을 변경하지 않도록 상용 전원 입력과 인버터 출력을 입력으로 받아 이를 통해 보조 배터리(210)를 충전함과 아울러, 교류 전력을 필요로 하는 부하와 연결되는 교류 출력단을 단일화하고, 상용 전원이나 인버터 출력 중 하나가 연결되면 이를 해당 단일 교류 출력단으로 제공하도록 하여 교류 부하의 결선을 그대로 유지할 수 있도록 한다. 특히, 상용 전원과 인버터 출력이 모두 연결되는 경우 인버터 출력을 배제하고 상용 전원이 우선 선택되도록 자동 절체하여 선택 전원을 충전 전원으로 이용함과 아울러 이를 단일 교류 출력단으로 출력함으로써, 별도의 결선 변화 없이도 효율이 높은 전원을 자동으로 이용할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 구성을 보인 구성도이다.
도시된 바와 같이 차량용 통합 전원 관리부(100)는 태양 전지의 발전 전력과 차량용 배터리 전력(주행 발전 전력), 외부 상용 전원 및 인버터 전원(출력)을 입력으로 받고, 이들의 상태에 따라 적절한 충전 전원을 선택하여 병렬 연결된 보조 배터리를 충전하며, 입력 교류 전원 중 하나를 교류를 이용하는 부하와 연결할 수 있도록 AC 출력으로 제공한다.
이러한 상황 인지형 충전 및 입력 전력의 절체가 가능한 본 발명에 따른 차량용 통합 전원 관리부(100)는 차량에 장착되어 직류 및 교류 부하와 배선이 연결되는 것으로서, 차량의 배터리와 연결되어 차량 주행 시 차량 주행에 따른 발전 전력을 이용하여 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리를 충전하는 주행 충전부(120)와, 차량에 부가된 태양 전지와 연결되어 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리를 충전하는 태양전지 충전부(110)와, 상용 전원이나 인버터 전원을 직류 전원으로 변환하여 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리 전압을 충전하는 AC 전원 충전부(130)와, 상용 전원과 인버터 전원 중 입력되는 전원을 선택하되, 동시 입력 시 상용 전원을 우선 선택하도록 자동 절체하여 선택 전원을 AC 전원 충전부(130) 및 교류 부하 연결을 위한 교류 출력으로 제공하는 AC 절체부(190)와, 연결되는 보조 배터리의 합산 용량을 사용자로부터 선택받는 보조 배터리 용량 선택부(170)와, 충전을 위한 발전 전력이나 교류 전원 및 보조 배터리의 전기적 특성을 센싱하는 센서부(180)와, 상기 보조 배터리 용량 선택부(170)를 통한 보조 배터리 합산 용량을 기준으로 충전 필요 여부를 판단하고, 상기 센서부(180)를 통해 차량 주행에 따른 발전 전력을 확인하여 주행 충전부(120)의 충전을 제어하며, 태양 전지의 발전 전압과 병렬 연결된 보조 배터리 전압을 기준으로 태양전지 충전부(110)의 충전 상태를 제어하고, 교류 전원의 인가 종류에 따라 AC 절체부(190)를 제어함과 아울러 AC 전원 충전부(130)의 충전 상태를 제어하며, 태양 전지와 주행에 따른 발전 전력이 기준 이하가 되거나 발전 전력 간의 편차가 설정 수준 이상인 경우 적어도 일측의 발전 전력을 이용한 충전을 중단하여 차량 배터리의 방전과 역전류 방지를 위한 부하를 경감시키는 제어부(150)를 구비한다.
태양 전지 충전부(110)와 주행 충전부(120)는 이후 도 4 및 도 5를 통해 좀 더 상세히 설명하겠지만, 이들은 모두 직류 전력을 발전하여 충전 전원으로 제공하는 것이므로 이들 각각은 역전류 방지 다이오드를 통해 보조 배터리에 충전 전력을 제공하도록 구성되며, 비록 태양 전지 충전부(110)의 충전 전압과 주행 충전부(120)의 충전 전압이 다르더라도 이러한 역전류 방지 다이오드에 의해 역전류가 발생하지 않는다.
다만, AC 전원 충전부(130)의 경우 태양 전지의 발전 전력이나 주행 발전 전력에 비해 전류가 크기 때문에 단순히 역전류 방지 다이오드를 이용하는 것은 적합하지 않다. 따라서, 도시된 바와 같이 별도의 AC 충전 보호부(135)를 AC 전원 충전부의 일부 구성으로 적용하여 교류 입력이 존재하는 경우에만 충전 전력을 보조 배터리에 제공하고 그 외의 경우에는 물리적으로 보조 배터리와의 전기적 연결을 차단하여 역전류를 방지한다. 이러한 AC 충전 보호부(135)는 교류 전력의 인가 여부에 따라 동작하는 릴레이일 수 있다.
한편, 차량용 통합 전원 관리부(100)는 사용자에게 이상 발생이나 충전 상태에 대한 정보를 제공하는 표시부(160)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부(150)는 이상 발생이나 충전 상태에 대한 정보를 생성하여 이를 상기 표시부에 제공할 수 있다. 이러한 이상 상황은 개별 충전부 퓨즈의 단선(입력 전력을 검출되지만 충전 전력은 검출되지 않는 경우), 기준 이상의 역전류 발생(개별 충전부의 충전 전력 차이가 설정치 이상인 경우), 역극성 연결 검출(센싱값 이상), 기준 이하의 보조 배터리 혹은 차량 배터리의 전압 검출 등이 있을 수 있다.
표시부(160)는 간단한 발광 다이오드(LED)를 통한 표시일 수 있으나 문자 LCD나 그래픽 LCD 혹은 별도의 표시장치를 통한 표시일 수도 있다.
물론, 이러한 표시부(160) 대신 유무선 통신부를 적용하여 유무선 통신이 가능한 다른 종류의 단말기(차량용 멀티미디어 단말기, 내비게이션, 블랙박스, 사용자의 휴대 단말기 등)에 이상 발생이나 충전 상태에 대한 정보를 제공할 수도 있다.
도시된 보조 배터리 용량 선택부(170)는 병렬 연결되는 보조 배터리의 합산 용량을 선택하기 위한 것으로 간단하게는 배터리 용량을 선택하는 스위치로 구성될 수도 있고, 다른 종류의 사용자 입력을 수신하는 인터페이스일 수 있다.
한편, 도시된 구성에는 보조 배터리 연결부(140)를 포함하는데, 이는 복수의 보조 배터리들을 병렬 연결하기 위해 개별 보조 배터리가 연결 될 수 있는 복수의 접속 단자를 구비한 인터페이스 일 수 있으며, 필요에 따라 추가적인 역전압 방지, 외부 부하 연결 실수에 따른 차단 등의 기능이 더 포함될 수도 있다.
이렇게 여러 보조 배터리들을 각각 연결할 수 있는 인터페이스를 구성할 경우 연결된 다른 보조 배터리의 결선을 유지한 상태로 다른 보조 배터리를 추가 연결할 수 있고, 필요에 따라 기 설치된 보조 배터리를 다른 배터리의 결선에 영향을 주지 않으면서 제거할 수 있어 사용 편의를 개선할 수 있다.
부가적으로, 상기 센서부(180)는 온도 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부(150)는 상기 온도 센서의 측정 값에 따라 설정된 기준 이하의 온도인 경우 각 충전부의 충전 전압을 기준 충전 전압보다 높게 상향 조정할 수 있다. 즉, 겨울과 같이 온도가 낮은 상황에서는 보조 배터리의 충전 효율이 낮아지기 때문에 이를 감안하여 충전 전압을 상향 조정함으로써 이러한 보조 배터리의 충전 효율 저감을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 외부 구성을 보인 예시도이다.
도시된 바와 같이, 차량용 통합 전원 관리부(100)는 복수의 보조 배터리 연결 인터페이스를 포함할 수 있는데, 도시된 예에서는 분리된 2개의 보조 배터리 연결 인터페이스(141, 142)를 구비한다. 물론, 도시되지는 않았으나 측면이나 후면 등에 추가적인 보조 배터리 연결 인터페이스가 더 구성될 수 있고, DC 부하와 연결되는 DC 출력 인터페이스가 더 구성될 수 있다.
더불어 차량용 배터리와 연결하기 위한 연결 인터페이스(121)와 태양전지와 연결하기 위한 연결 인터페이스(111)를 구비하며, 교류 입력으로 상용 전원을 연결하기 위한 인터페이스(131) 및 외부 인버터 전원(출력)을 연결하기 위한 인터페이스(132)를 구비한다.
또한, 이러한 고압의 교류 입력에 대한 퓨즈(133)가 용이한 교체를 위해 외부에 노출되어 구성되며, 교류 입력들 중 하나를 선택하여 교류를 이용하는 부하와 연결할 수 있는 교류 출력 인터페이스(191)가 구성된다. 이러한 교류 출력 인터페이스(191)는 인가되는 교류 전원중 하나가 출력되며, 앞서 설명된 바와 같이 상용 전원과 인버터 전원이 동시에 인가되는 경우 상용 전원이 우선 선택된다. 그에 따라 교류 전원을 이용하는 부하를 단일한 교류 출력 인터페이스(191)에 체결해 두면 이러한 연결을 변경하지 않더라도 상용 전원이나 인버터 전원 중 하나를 이용할 수 있다.
더불어, 교류 입력을 위한 메인 스위치(134)를 더 구성할 수 있다.
그 외에 보조 배터리 용량 선택을 위한 스위치(171)와 표시부로 활용될 수 있는 LED(161)가 구성되며, 좀 더 다양한 정보를 표시하고자 할 경우 외부 표시장치와 연결할 수 있는 연결 인터페이스(162)가 구성된다.
물론, 이러한 구체적인 인터페이스 구성은 다양하게 변형 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 태양전지 충전부의 구성 예를 보인 것이다.
도시된 바와 같이 태양전지를 통해 제공되는 직류 발전 전력을 퓨즈(F1)를 통해 수신하여 역전류 방지 다이오드(D1)를 통해 보조 배터리로 제공하여 충전을 실시하도록 구성된다.
즉, 태양전지의 출력을 스위칭 소자(Q1)를 통해 보조 배터리에 제공하도록 하며 이러한 스위칭 소자(Q1)를 제어부의 제어에 따라 동작하는 충전 제어부(119)가 제어한다. 제어부는 센서부의 일부인 태양전지 발전 전력 측정 센서(182)와 보조 배터리의 전력을 측정하는 센서(181)의 측정 값을 기준으로 충전 제어부(119)를 제어하여 태양전지의 발전 전압이 제 1기준(예를 들어 12.5V) 이하가 될 경우 충전을 중단하고, 보조 배터리 충전 중 보조 배터리의 전압이 제 2 기준(예를 들어 14.4V) 이상이 될 경우도 충전을 중단하며, 그 외의 경우에는 발전 전력을 보조 배터리에 지속 제공하여 충전 상태를 유지하도록 할 수 있다.
태양전지는 그 발전 전압에 비해 전류량이 낮기 때문에 보조 배터리와 연결될 경우 보조 배터리에서 측정되는 충전 전압은 상대적으로 낮아진다. 따라서, 보조 배터리의 전압이 과충전(제 2 기준 이상)이 되지 않도록 하면서 실제 충전이 수행되지 않을 정도의 발전 전압이 되면 충전을 중단한다.
한편, 태양전지를 통한 발전 전력은 외부 환경에 따라 편차가 심하기 때문에 태양전지를 통한 발전 전력을 보조 배터리에 제공할 때, 다른 충전 전력보다 태양전지를 통한 발전 전력이 낮을 경우 역전류 방지 다이오드(D1)에 많은 부하가 발생하게 되며, 이는 발열과 소자 손상을 유발할 수 있다. 따라서, 제어부는 태양전지를 통한 충전이 가능하다 하더라도 그 발전 전력이 다른 충전부의 충전 전력보다 낮을 경우 태양전지를 통한 충전을 중단시켜 역전류 방지 다이오드(D1)의 부하를 줄일 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 추행 충전부의 구성 예를 보인 것이다.
도시된 바와 같이 차량 배터리와 연결되어 주행시 발생되는 주행 발전 전력을 퓨즈(F2)를 통해 수신하여 역전류 방지 다이오드(D2)를 통해 보조 배터리로 제공하는 것으로 충전을 실시한다.
이때, 주행 발전 전력을 스위칭 소자(Q2)의 스위칭에 따라 충전 전력을 생성하여 보조 배터리에 제공하며 이러한 스위칭 소자(Q2)를 제어부의 제어에 따라 동작하는 펄스폭 변조(PWM) 충전 제어부(129)가 제어한다. 이러한 PWM 제어로 주행 발전 전력의 변화에 둔감한 고정적인 충전 전력을 생성하여 제공할 수 있다.
이 경우에도 제어부는 차량 배터리의 전압을 센서(183)를 통해 확인하여 주행 중인지, 정차 중인지를 구분함으로써 주행 중에만 충전이 이루어지도록 하며, 주행 중이라 하더라도 차량 배터리의 전압이 기준 이하로 낮아질 경우 충전을 중단하여 주행 발전 전력이 차량 배터리를 충전하는데 우선 사용될 수 있도록 한다.
한편, 제어부는 차량 배터리 전압이 차량 시동 이후 주행 시 일정한 크기 이상으로 증가하는 것을 감지하여 주행 여부를 판단하게 되는데, 차종이나 차량 배터리의 상태 등에 따라 이러한 주행 전압은 차이가 발생하게 된다. 따라서, 고정 전압을 기준으로 하지 않고 차량 배터리의 전압 편차를 기준으로 주행 여부를 판단하는 것이 바람직하며, 차량 배터리의 방전 여부는 고정된 기준 전압 값을 이용한다.
다만, 제어부가 차량 배터리의 주차 중 전압과 주행 전압의 편차를 측정하여 그 차이가 기준 이상이 되어 주행 상태로 판정한다 하더라도 차량 배터리의 전압이 고정된 방전 위험 전압 이하인 경우 주행 충전을 실시하지 않도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 전원 관리장치의 AC 전원 충전부의 구성 예를 보인 것이다.
도시된 바와 같이 메인 스위치(S1)를 통해 외부 상용 전원(혹은 인버터 전원) 이용 여부를 선택할 수 있고, 퓨즈(F3)를 통해 과전류를 방지한다. 앞서 도 3을 통한 예시와 같이 이러한 메인 스위치(S1)와 퓨즈(F3)는 외부에 노출되도록 구성될 수 있다.
한편, 이러한 상용 전원(혹은 인버터 전원)은 브리지 다이오드(BD)를 통해 정류되며, 이렇게 정류된 전력은 스위칭 소자(Q3)의 스위칭에 따라 트랜스(T1)를 통해 변압되며, 이는 정류 다이오드(D3, D4) 및 커패시터(C1)를 통해 정류 및 평활화되어 충전을 위한 직류 전원이 되며 이는 AC 충전 보호부(135)의 물리적 결선을 통해 보조 배터리에 제공된다.
이러한 AC 충전 보호부(135)는 교류 전원의 인가 여부(예를 들어 센서(184)를 통한 검출 정보)에 따라 자동으로 동작하거나 해당 교류 전원의 인가를 확인한 제어부의 제어 신호에 따라 동작하여 교류 전원이 인가되어 충전을 실시할 경우에만 AC 전원 충전부의 출력을 보조 배터리와 연결할 수 있다.
도시된 스위칭 소자(Q3)는 제어부의 제어에 따라 동작하는 펄스폭 변조(PWM) 충전 제어부(139)가 제어하며 이러한 PWM 제어로 원하는 크기의 충전 전압을 생성할 수 있다.
제어부는 해당 AC 충전부에 인가되는 전원이 인버터 전원이고, 주행 충전이나 태양전지 충전을 통해서도 충분한 충전이 가능하다고 판단하면 AC 충전부의 충전을 중단할 수도 있다. 물론 상용전원이 인가되는 경우 상용전원을 이용한 충전을 최우선으로 할수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 차량용 통합 전원 관리 장치를 이용할 경우 다양하면서 그 특성이 다르며 보조 배터리에 직결할 경우 문제가 발생될 수 있는 여러 전원을 이용한 충전 수단을 각 전원의 상황에 적합하게 파악하여 적절히 이용함으로써 통합적 전원 관리가 안전하면서도 안정적으로 이루어질 수 있고, 배선 용이성을 극대화하여 사용자 편의성을 높일 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 차량 100: 차량용 통합 전원 관리부
110: 태양전지 충전부 120: 주행 충전부
130: AC 전원 충전부 135: AC 충전 보호부
140: 보조 배터리 연결부 150: 제어부
160: 표시부 170: 보조 배터리 용량 선택부
180: 센서부 190: AC 절체부
210: 보조 배터리 310: 태양전지
320: 차량 배터리 330: 상용 전원
340: 인버터

Claims (7)

  1. 차량에 장착되어 직류 및 교류 부하와 배선이 연결되는 차량용 통합 전원 관리 장치로서,
    차량의 배터리와 연결되어 차량 주행에 따른 발전 전력을 이용하여 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리를 충전하는 주행 충전부와;
    차량에 부가된 태양 전지와 연결되어 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리를 충전하는 태양전지 충전부와;
    상용 전원이나 인버터 전원을 직류 전원으로 변환하여 하나 이상의 병렬 연결된 보조 배터리 전압을 충전하는 AC 전원 충전부와;
    상용 전원과 인버터 전원 중 입력되는 전원을 선택하되, 동시 입력 시 상용 전원을 우선 선택하도록 자동 절체하여 선택 전원을 AC 전원 충전부 및 교류 부하 연결을 위한 교류 출력으로 제공하는 AC 절체부와;
    연결되는 보조 배터리의 합산 용량을 사용자로부터 선택받는 보조 배터리 용량 선택부와;
    충전을 위한 발전 전력이나 교류 전원 및 보조 배터리의 전기적 특성을 센싱하는 센서부와;
    상기 보조 배터리 용량 선택부를 통한 보조 배터리 합산 용량을 기준으로 충전 필요 여부를 판단하고, 상기 센서부를 통해 차량 주행에 따른 발전 전력을 확인하여 주행 충전부의 충전을 제어하며, 태양 전지의 발전 전압과 병렬 연결된 보조 배터리 전압을 기준으로 태양전지 충전부의 충전 상태를 제어하고, 교류 전원의 인가 종류에 따라 AC 절체부를 제어함과 아울러 AC 전원 충전부의 충전 상태를 제어하며, 태양 전지와 주행에 따른 발전 전력이 기준 이하가 되거나 발전 전력 간의 편차가 설정 수준 이상인 경우 적어도 일측의 발전 전력을 이용한 충전을 중단하여 차량 배터리의 방전과 역전류 방지를 위한 부하를 경감시키는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 통합 전원 관리장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 태양전지 충전부와 주행 충전부는 각각 역전류 방지 다이오드를 통해 보조 배터리에 충전 전력을 제공하여 충전 전력 차이에 따른 역전류를 방지하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 전원 관리장치.
  3. 청구항 2에 있어서, AC 전원 충전부는 교류 입력이 존재하는 경우에만 충전 전력을 보조 배터리에 제공하고 그 외의 경우에는 물리적으로 보조 배터리와의 전기적 연결을 차단하는 AC 충전 보호부를 통해 역전류를 방지하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 전원 관리장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 센서부는 온도 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 온도 센서의 측정 값에 따라 설정된 기준 이하의 온도인 경우 각 충전부의 충전 전압을 상향 조정하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 전원 관리장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 사용자에게 이상 발생이나 충전 상태에 대한 정보를 제공하는 표시부를 더 포함하며, 상기 제어부는 이상 발생이나 충전 상태에 대한 정보를 생성하여 이를 상기 표시부에 제공하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 전원 관리장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 AC 전원 충전부와 주행 충전부는 보조 배터리에 제공할 충전 전압을 설정 전압으로 유지하기 위해 제어부가 제공하는 펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라 충전 전력을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 전원 관리장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 태양전지 충전부는 제어부의 제어에 따라 태양전지의 발전 전압이 제 1 기준 이하가 될 경우 충전을 중단하고, 충전 진행 과정에서 보조 배터리의 전압이 제 2 기준 이상이 될 경우도 충전을 중단하며, 그 외의 경우에는 발전 전력을 보조 배터리에 지속 제공하하여 충전하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 전원 관리장치.
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