KR20200099383A - 차량용 주행 충전 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템 - Google Patents

차량용 주행 충전 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템 Download PDF

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KR20200099383A
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Abstract

본 발명은 차량용 주행 충전 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 그 주행 충전 장치는 보조 배터리에 구비된 충전지의 충방전을 제어하기 위한 복수의 소자들이 형성되는 회로 기판; 회로 기판의 상측에 배치되는 방열 플레이트; 회로 기판의 하측에 배치되는 히트 싱크; 회로 기판, 방열 플레이트 및 히트 싱크가 수용되기 위한 내부 공간을 가지며 표면적을 증가시키기 위한 복수의 홈들이 외면에 형성되어 있는 메인 케이스; 및 메인 케이스의 상측과 하측에 각각 결합되는 상부 케이스와 하부케이스;를 포함하고, 상부 케이스와 하부케이스 중 적어도 하나에는 차량에 구비된 메인 배터리와의 병렬 연결 및 보조 배터리와의 직렬 연결을 위한 하나 이상의 단자가 구비된다.

Description

차량용 주행 충전 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템{POWER CHARGER FOR VEHICLE AND POWER SUPPLY SYSTEM THEREOF}
본 발명은 전원 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 구비되는 전원 공급 장치의 충전 상태를 안정적으로 유지하면서 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 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.
일반적으로, 보조 배터리는 차량의 메인 배터리와 직접 연결되거나 또는 릴레이를 통해 연결되어, 메인 배터리로부터 출력되는 직류전압을 공급받아 충전하게 된다.
위와 같은 종래 기술에 있어서, 보조 배터리가 메인 배터리에 직접 연결되는 경우, 메인 배터리의 전압상태를 고려하지 않고 시동이 꺼진 상태에서도 보조 배터리가 지속적으로 충전되어, 메인 배터리가 방전될 우려가 있다.
한편, 보조 배터리가 릴레이를 통해 메인 배터리에 연결되어 시동이 켜진 상태에서만 보조 배터리로의 충전이 이루어지는 경우에는, 보조 배터리의 충전효율에 따라 보조 배터리가 충분히 충전되지 않아, 주차시 시동이 꺼진 상태에서 블랙박스 등의 전자 기기가 장시간 동작하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 일반적으로 사용되는 전원 공급 장치뿐 아니라, 블랙박스 등에 전원을 공급하기 위한 차량용 보조 배터리의 경우, 충전 속도를 증가시켜 충전에 소요되는 시간을 단축시키면서, 안정적으로 구동할 수 있는 구조를 가지는 것이 필요하다.
선행기술문헌 1. 한국공개특허 제10-2015-0132767호(2015.09.21 공개)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충전 시간의 단축과 함께 안정적인 구동을 보장할 수 있는 구조를 가지는 차량용 주행 충전 장치 및 그를 이용한 전원 공급 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 주행 충전 장치는 차량에 구비된 보조 배터리와 연결되어 충전 속도를 향상시키기 위한 것으로, 상기 보조 배터리에 구비된 충전지의 충방전을 제어하기 위한 복수의 소자들이 형성되는 회로 기판; 상기 회로 기판의 상측에 배치되는 방열 플레이트; 상기 회로 기판의 하측에 배치되는 히트 싱크(heat sink); 상기 회로 기판, 상기 방열 플레이트 및 상기 히트 싱크가 수용되기 위한 내부 공간을 가지며, 표면적을 증가시키기 위한 복수의 홈들이 외면에 형성되어 있는 메인 케이스; 및 상기 메인 케이스의 상측과 하측에 각각 결합되는 상부 케이스와 하부케이스;를 포함하고, 상기 상부 케이스와 하부케이스 중 적어도 하나에는 상기 차량에 구비된 메인 배터리와의 병렬 연결 및 상기 보조 배터리와의 직렬 연결을 위한 하나 이상의 단자가 구비된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 전원 공급 시스템은 차량에 구비된 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 것으로, 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 충전지가 내장된 보조 배터리; 및 상기 차량에 구비된 발전기에 메인 배터리와 병렬로 연결되며, 상기 보조 배터리와 직렬로 연결되어, 상기 보조 배터리에 충전 전류를 공급하기 위한 주행 충전 장치;를 포함하고, 상기 주행 충전 장치는 상기 보조 배터리에 구비된 충전지의 충방전을 제어하기 위한 복수의 소자들이 형성되는 회로 기판; 상기 회로 기판의 상측에 배치되는 방열 플레이트; 상기 회로 기판의 하측에 배치되는 히트 싱크(heat sink); 상기 회로 기판, 상기 방열 플레이트 및 상기 히트 싱크가 수용되기 위한 내부 공간을 가지며, 표면적을 증가시키기 위한 복수의 홈들이 외면에 형성되어 있는 메인 케이스; 및 상기 메인 케이스의 상측과 하측에 각각 결합되는 상부 케이스와 하부케이스;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 차량의 메인 배터리와 병렬 연결된 주행 충전 장치를 이용해 보조 배터리에 충전 전류를 공급해 안정적으로 보조 배터리의 충전 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 주행 충전 장치에 구비되는 회로 기판의 소자들 중 일부를 하측 면에 배치하고 회로 기판의 하측에 히트 싱크를 배치하고, 회로 기판의 상측에 메인 케이스와 일부분이 접촉되도록 구성된 방열 플레이트를 배치하여, 주행 충전 장치의 방열을 보다 용이하게 할 수 있다.
그리고 상측 케이스와 메인 케이스 사이 공간에 배치되는 방열 플레이트의 일부분이 내부로 인입된 구조를 가져 개구부가 형성되도록 함으로써, 주행 충전 장치 내부의 회로 기판 등에서 발생하는 열이 외부로 용이하게 방출되도록 하며, 그에 따라 높은 전류를 사용해 충전지를 충전하여 충전 시간을 단축시키고자 하는 경우에도 사이즈의 증가없이 안정적인 구동을 보장할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 위와 같이 효과적인 방열 구조를 가지는 주행 충전 장치를 병렬 연결하여 보조 배터리로 공급되는 충전 전류를 안정적으로 증가시킬 수 있으며, 그에 따라 보조 배터리의 충전 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 주행 충전 장치의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 주행 충전 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 방열 플레이트의 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 방열 플레이트가 상부 케이스와 메인 케이스 사이 공간에 배치되는 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 메인 케이스의 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 방열 플레이트와 회로 기판이 연결되는 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 회로 기판의 상측 면에 형성된 소자들의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 회로 기판의 하측 면에 형성된 소자들의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 히트싱크와 회로 기판이 연결되는 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 주행 충전 장치를 포함하는 차량용 전원 공급 시스템의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 주행 충전 장치가 차량의 메인 배터리 및 보조 배터리와 연결되는 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 복수의 주행 충전 장치들이 보조 배터리와 연결되는 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
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 주행 충전 장치의 구성에 대한 일실시예를 사시도로 도시한 것으로, 도시된 주행 충전 장치의 외부는 메인 케이스(100), 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120)로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 주행 충전 장치는 차량에 구비된 보조 배터리와 연결되어 충전 속도를 향상시키기 위한 장치로서, 차량의 발전기에 메인 배터리와 병렬로 연결되고 보조 배터리와는 직렬로 연결되어, 발전기로부터 전기 에너지를 공급받아 보조 배터리에 충전 전류를 공급하는 역할을 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 주행 충전 장치의 메인 케이스(100)는 회로 기판이 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.
주행 충전 장치로부터 충전 전류를 공급받는 보조 배터리에는 충전지가 내장되며, 충전지는 이미 방출된 전류를 다시 외부로부터 유입시켜 전압이 회복되는 전지로서, 외부로부터 유입되는 전류에 의해 충전된 전압을 다른 전자 기기에 공급하는 장치이다.
충전지의 종류로는 니켈 카드뮴(Ni-Cd), 알카라인 전지, 니켈 수소(Ni-Mh), 밀폐형 납산(SLA), 리튬 이온(Li-ion), 리튬 폴리머(Li-polymer) 등과 같이 전기 화학 반응의 가역적 특성을 이용하는 전지일 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따르면 리튬인산철배터리(LiFePO4)일 수 있다. 리튬인산철배터리(LiFePO4)는 충전 효율 및 속도가 빠르며, 폭발의 위험이 적은 장점이 있다.
또한, 보조 배터리에는 충전지의 정상 동작을 위한 보호 회로가 포함될 수 있으며, 예를 들어 보조 배터리의 보호 회로는 충전지의 과방전, 과전압, 과전류 등을 방지하기 위한 회로일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주행 충전 장치의 회로 기판에는 보조 배터리 충전지의 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.
상기 콘덴서는 동작 온도 -55도 내지 105도에서 5000시간 이상 사용 가능하고, 330㎌ 전류의 제어가 가능하며, 칩 마운터 방식을 이용해 최대 역률 개선을 위하여 세라믹 컨덴서를 2중으로 배치한 특징을 가지고 있다.
또한, 상기 인덕터는 100Ah 고전류의 처리가 가능하며, -40도 내지 125도의 온도에서 사용 가능하고, 순간 온도 260도에서도 40도 이상 성능 유지가 가능한 특징으로 가지고 있다.
상기 DC/DC 컨버터는 충전지의 출력을 전자 기기에 맞는 전압으로 변환하여 출력하기 위한 것으로서, 승압(Step-up) 및 강압(Step-down)이 동시에 가능한 동기식 4 스위치 벅-부스트(Buck-boost) DC/DC 컨트롤러를 사용하여 구현될 수 있다.
예를 들어, 상기 동기식 4 스위치 벅-부스트 DC/DC 컨트롤러는 3.5V 내지 42V(최대 60V)의 입력 전압 범위에서 작동하여 다양한 전자 기기들의 전압을 지원하며, 전압 차단, 과전압 보호, EMI 감소등의 다양한 기능을 지원할 수 있다.
한편, 상기 에프이티(FET)는 쇼트 키 플러스 기술을 적용하여 30V, 300A의 전류를 제어할 수 있도록 한 것으로, 최저한의 전자파를 발생시킴과 동시에, 150도에서도 정상 동작할 수 있는 온도 특성을 가진 것일 수 있다.
상부 케이스(110)는 상기 메인 케이스(100)의 상측에 결합되며, 차량의 메인 배터리 및 보조 배터리와의 연결을 위한 단자로서, 연결잭(111)이 형성되어 있다.
한편, 하부 케이스(120)는 상기 메인 케이스(100)의 하측에 결합되며, 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 열전도율이 낮은 합성수지로 구성될 수 있다.
상부 케이스(110)에 형성된 연결잭(111)에 케이블의 일측이 연결되며, 케이블의 타측은 메인 배터리와 보조 배터리에 연결되어, 주행 충전 장치로부터 보조 배터리로 충전 전류가 공급될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 주행 충전 장치는 차량용 보조 배터리와 연결되어 주행 중 보조 배터리를 충전하기 위해 사용될 수 있으며, 이 경우 보조 배터리는 주행 충전 장치를 통해 공급되는 충전 전류를 이용해 충전되며 차량에 구비된 전자 기기(예를 들어, 블랙박스)에 전원을 공급하기 위해 방전될 수 있다.
여기서, 상부 케이스(110)의 연결잭(111)에 결합되는 케이블은 차량의 메인 배터리 및 보조 배터리와 한번에 연결될 수 있도록 구성된 5핀 연결잭을 구비한 케이블일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같은 주행 충전 장치에 구비되는 회로 기판의 소자들 중 일부를 하측 면에 배치하고 회로 기판의 하측에 히트 싱크를 배치하여, 주행 충전 장치의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 회로 기판의 상측에 메인 케이스와 일부분이 접촉되도록 구성된 방열 플레이트를 배치하여, 주행 충전 장치의 방열 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상측 케이스와 메인 케이스 사이 공간에 배치되는 방열 플레이트의 일부분이 내부로 인입된 구조를 가져 개구부가 형성되도록 함으로써, 주행 충전 장치 내부의 회로 기판 등에서 발생하는 열이 외부로 용이하게 방출되도록 하며, 그에 따라 높은 전류를 사용해 보조 배터리의 충전지를 충전시켜 충전 시간을 단축시키고자 하는 경우에도 사이즈의 증가 없이 안정적인 구동을 보장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 주행 충전 장치의 내부 구성을 설명하기 위해 도시한 분해 사시도로서, 도 2에 도시된 주행 충전 장치(10)의 구성들 중 도 1을 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 메인 케이스(100)의 내부 공간에 회로 기판(140)이 배치되고, 회로 기판(140)과 상부 케이스(110)의 연결잭(111)이 케이블을 이용해 연결되어, 외부 전원 공급원(예를 들어, 발전기 또는 차량의 메인 배터리)로부터의 전원 공급과 보조 배터리의 충전지(130)로의 충전 전류 공급이 회로 기판(140)에 형성된 복수의 소자들에 의해 제어될 수 있다.
여기서, 회로 기판(140)의 상측에 방열 플레이트(200)가 배치되며, 상기 방열 플레이트(200)는 적어도 일부분이 메인 케이스(100)에 접촉되도록 메인 케이스(100)와 상부 케이스(110) 사이의 공간에 고정될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 방열 플레이트(200)는 메인 케이스(100)에 접촉되는 외곽부(210)와, 메인 케이스(100)에 접촉되지 않도록 내부로 인입된 형상을 가지는 개구부(220)를 포함하는 형상으로 구성될 수 있다.
방열 플레이트(200)는 열전도율이 높은 소재로 구성되며, 예를 들어 메인 케이스(100)와 동일한 알루미늄으로 제작되어 방열 기능과 함께 EMI 전자파 차폐 기능을 가질 수 있다.
이 경우, 메인 케이스(100)와 접촉되는 방열 플레이트(200)의 외곽부(210)를 통해, 메인 케이스(100) 내부의 회로 기판(140)과 충전지(130) 등에서 발생하는 열이 메인 케이스(100)로 전달되어 외부로 발산된다.
또한, 메인 케이스(100)와 접촉되지 않는 방열 플레이트(200)의 개구부(220)가 외부로 노출되어 메인 케이스(100)와 상부 케이스(110) 사이에 부분적인 개구(open)가 형성되며, 상기 방열 플레이트(200)의 개구부(220)에 의한 개수를 통해 회로 기판(140) 등에서 발생하는 내부 열이 효과적으로 방출될 수 있다.
상기한 바와 같은 방열 플레이트(200)의 개구부(220)는 양측에 하나 이상씩 형성될 수 있으며, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 방열 플레이트(200)의 양측에 각각 2개씩 총 4개의 개구부(220)들이 형성되어 있을 수 있다.
한편, 방열 플레이트(200)에는, 방열 플레이트(200)를 회로 기판(140)의 상측에 고정시키기 위한 제1 결합부(240)와 방열 플레이트(200)를 상부 케이스(110)에 고정되기 위한 제2 결합부(230)가 형성되어 있다.
도 5에 도시된 메인 케이스(100)의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 단면도를 참조하면, 상부 케이스(110)의 상측에서 결합되는 체결 부재가 방열 플레이트(200)에 형성된 제2 결합부(230)와 메인 케이스(100)에 형성된 플레이트 고정부(103)에 체결됨으로써, 방열 플레이트(200)가 상부 케이스(110)와 메인 케이스(100) 사이에 고정될 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 메인 케이스(100)의 외면에 수직방향으로 형성된 복수의 홈들에 의해, 메인 케이스(100) 내부에서 발생하는 열과 방열 플레이트(200)로부터 전달되는 열이 외부로 보다 효율적으로 방출될 수 있다.
그리고 방열 플레이트(200)에는 케이블들이 통과하기 위한 하나 이상 케이블 통과공들(250, 251)이 형성되어 있을 수 있다.
도 6을 참조하면, 회로 기판(140)으로부터 연장된 케이블(710)이 방열 플레이트(200)에 형성된 제1 케이블 통과공(250)을 통해 통과되어, 상부 케이스(110)의 연결잭(111)과 연결될 수 있다.
한편, 회로 기판(140)과 연결된 복수의 지지대들(700)이 방열 플레이트(200)의 제1 결합부(240)를 이용해 방열 플레이트(200)와 결합되어, 방열 플레이트(200)가 회로 기판(140)의 상측에 고정될 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 회로 기판(140)의 하측에 히트 싱크(heat sink, 300)가 배치될 수 있다.
한편, 회로 기판(140)에 형성되는 복수의 소자들 중 일부는 상측 면에 배치되고, 나머지 일부는 하측 면에 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수의 소자들 중 열이 가장 많이 발생하는 하나 이상의 소자들이 회로 기판(140)의 하측 면에 배치되고, 회로 기판(140)의 하측에 히트 싱크(300)가 결합되어, 회로 기판(140)의 하측 면에 배치된 소자들로부터 발생하는 열이 히트 싱크(300)를 통해 용이하게 방열되며, 그로 인해 회로 기판(140)에 형성된 소자들의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 회로 기판의 상측 면에 형성된 소자들의 구성에 대한 일실시예를 도시한 것이며, 도 8은 회로 기판의 하측 면에 형성된 소자들의 구성에 대한 일실시예를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 회로 기판(140)의 상측 면에는 인덕터(141), 콘덴서(142) 및 DC/DC 컨버터 IC(143) 등의 소자들이 배치될 수 있다.
또한, 회로 기판(140)의 상측 면에는 방열 플레이트(200)와의 접촉을 위한 써멀패드(thermal pad, 144)가 배치되어, 회로 기판(140)에서 발생하는 열이 써멀패드(144)를 통해 보다 용이하게 방열 플레이트(200)로 전달되어 방출되도록 할 수 있다.
도 8을 참조하면, FET(145)는 회로 기판(140)의 하측 면에 배치되며, 좀 더 구체적으로 8개의 FET들이 회로 기판(140)의 하측 면에 배치될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 회로 기판(140)의 하측 면에 FET 소자들이 배치되고, 그 위에 히트 싱크(300)가 결합됨으로써, FET 소자들로부터 발생하는 열이 히트 싱크(300)를 통해 바로 방출될 수 있다.
도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 차량에 구비된 보조 배터리와 연결되어 충전 속도를 향상시키기 위한 주행 충전 장치(10)가, 회로 기판(140)의 상측에 배치되는 방열 플레이트(200)와 회로 기판(140)의 하측에 배치되는 히트 싱크(300)를 구비하여, 회로 기판(140)에서 발생하는 열이 보다 효과적으로 외부로 방출되도록 할 수 있으며, 그에 따라 높은 충전 전류(예를 들어, 20Ah 이상)를 안정적으로 보조 배터리로 공급하여 충전 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 회로 기판(140), 방열 플레이트(200) 및 히트 싱크(300)가 수용되는 메인 케이스(100)의 외면에, 표면적을 증가시키기 위한 복수의 홈들을 형성하여, 주행 충전 장치(10)의 방열을 보다 용이하게 할 수 있다.
그리고 회로 기판(140)의 상측 면에 방열 플레이트(200)와의 접촉을 위한 써멀패드(144)를 배치하여, 주행 충전 장치(10)의 방열을 보다 향상시킬 수 있다.
상기에서는 상부 케이스(110)에 연결잭(111)이 구비되는 것을 예로 들어 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 상부 케이스(110)와 하부케이스(120) 중 적어도 하나에 차량에 구비된 메인 배터리와의 병렬 연결 및 보조 배터리와의 직렬 연결을 위한 하나 이상의 단자가 구비될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 주행 충전 장치를 포함하는 차량용 전원 공급 시스템의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 전원 공급 시스템은 발전기(1), 주행 충전 장치(10), 메인 배터리(20) 및 보조 배터리(30)를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 도 10에 도시된 구성들 중 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 주행 충전 장치(10)는 차량의 발전기(1)에 메인 배터리(20)와 병렬로 연결되고, 보조 배터리(30)와 직렬로 연결될 수 있다.
이 구성에서, 발전기(1)는 차량의 시동 온 시 구동되어 전기 에너지를 발생시키기 위한 것으로, 차량에 구비되는 메인 배터리(20)로 충전 전원을 공급한다. 또한, 발전기(1)는 차량의 시동 온 시에 주행 충전 장치(10)로 충전 전원을 공급한다.
메인 배터리(20)는 발전기(1)의 전기 에너지를 공급받아 충전 상태가 되어 퓨즈(미도시)를 통해 차량 내 장치들로 전원을 공급할 수 있다.
여기서, 메인 배터리(20)는 주행 충전 장치(10)로 전원을 공급하지 않으므로, 발전기(1)로부터 제공되는 전기 에너지에 의해 완전 충전 상태에 도달할 수 있다.
주행 충전 장치(10)는 발전기(1)에 메인 배터리(20)와 병렬로 연결되어 발전기(1)의 전기 에너지를 공급받아 보조 배터리(30)로 충전 전류를 공급한다.
주행 충전 장치(10)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 메인 배터리(20)와 병렬로 연결되고, 보조 배터리(30)와는 직렬로 연결될 수 있다.
차량의 퓨즈는 전원 공급 시스템의 도시하지 않은 다른 구성요소에 과전류가 유입되는 경우에 이를 차단하는 기능을 하는 소자이다. 또한, 전자 기기는 차량의 시동 온 또는 오프 시에 보조 배터리(30)로부터 전원을 공급받아 작동하도록 차량에 구비되는, 예를 들어, 블랙박스일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전원 공급 시스템은 발전기(1)와 주행 충전 장치(10) 사이에 연결된 스위칭부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 스위칭부는 차량의 시동 온/오프 상태에 따라 주행 충전 장치(10)의 발전기(1) 및 메인 배터리(20)와의 연결을 제어하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 스위칭부는 차량의 시동 온 시에 주행 충전 장치(10)가 발전기(1)와 연결되도록 스위칭되어, 발전기(1)로부터 주행 충전 장치(10)로 전기 에너지가 제공되어, 주행 충전 장치(10)로부터 공급되는 충전 전류에 의해 보조 배터리(30)가 충전되도록 할 수 있다.
또한, 스위칭부는 차량의 시동 오프 시에 주행 충전 장치(10)가 발전기(1) 및 메인 배터리(20)와 연결되지 않도록 스위칭되어, 메인 배터리(20)와 주행 충전 장치(10) 사이의 전원 공급이 차단되도록 할 수 있다.
스위칭부는 차량에 구비된 퓨즈 박스로부터 차량의 시동 온/오프 상태를 나타내기 위한 스위칭 제어 신호를 공급받는다. 여기서, 스위칭 제어 신호는 퓨즈 박스의 ACC 단자로부터 출력될 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 차량의 시동 온 시에, 발전기(1)와 메인 배터리(20)가 연결된 메인 전원 공급 경로에 주행 충전 장치(10)가 병렬로 연결된 회로가 구성된다. 이에 따라, 발전기(1)를 통해 주행 충전 장치(10) 및 메인 배터리(20)로 전기 에너지가 공급되면서 보조 배터리(30)가 충전될 수 있다.
또한, 차량의 시동 오프 시에는, 발전기(1)와 메인 배터리(20)가 연결된 메인 전원 공급 경로와 주행 충전 장치(10)와 보조 배터리(30)가 연결된 보조 전원 공급 경로가 서로 분리된 회로가 구성된다. 이에 따라, 메인 배터리(20)에 충전된 전원이 주행 충전 장치(10)를 통해 보조 배터리(26)로 공급되지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 바와 같은 주행 충전 장치가 전원 공급 시스템에 복수개 구비되어, 보조 배터리(30)로 공급되는 충전 전류를 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 서로 병렬 연결된 복수의 주행 충전 장치들을 이용해 보조 배터리(30)로 충전 전류를 공급하는 경우, 보조 배터리(30)로 공급되는 충전 전류가 증가되게 되고, 그에 따라 보조 배터리(30)의 충전 속도가 매우 빨라질 수 있다.
도 12 및 도 13은 복수의 주행 충전 장치들이 보조 배터리와 연결되는 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12를 참조하면, 제1 주행 충전 장치(10)와 제2 주행 충전 장치(11)가 서로 병렬로 연결되어, 2개의 주행 충전 장치들(10, 11)이 동시에 보조 배터리(30)로 충전 전류를 공급할 수 있다.
예를 들어, 각각의 주행 충전 장치가 20Ah의 출력 전류를 가지는 경우, 도 12에 도시된 바와 같이 병렬 연결된 제1, 2 주행 충전 장치들(10, 11)은 보조 배터리(30)로 총 40Ah의 충전 전류를 공급할 수 있다.
다만, 보조 배터리(30)로 충전 전류를 공급하는 주행 충전 장치의 동작이 과도한 열의 발생 등으로 정상 동작하지 않는 경우에는 2개의 주행 충전 장치들을 병렬로 연결하더라도 실제 보조 배터리(30)로 공급되는 충전 전류를 증가되지 않을 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 주행 충전 장치는 상기한 바와 같이 효과적인 방열 구조를 가지고 있어 2 개 이상이 서로 병렬 연결되는 경우에도 함께 정상 동작하여 보조 배터리(30)로 공급되는 충전 전류를 안정적으로 증가시킬 수 있다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이 제1, 2 주행 충전 장치들(10, 11)이 서로 병렬 연결되기 위해, 주행 충전 장치(10)의 상부 케이스(110)와 하부케이스(120) 중 적어도 하나에는 또 다른 주행 충전 장치와의 병렬 연결을 위한 하나 이상의 단자가 구비될 수 있다.
예를 들어, 주행 충전 장치(10)의 상부 케이스(110)에 구비된 연결잭(111)을 통해, 주행 충전 장치들이 서로 병렬로 연결될 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 주행 충전 장치(10), 제2 주행 충전 장치(11) 및 제3 주행 충전 장치(13)가 서로 병렬로 연결되어, 3개의 주행 충전 장치들(10, 11, 13)이 동시에 보조 배터리(30)로 충전 전류를 공급할 수 있다.
예를 들어, 각각의 주행 충전 장치가 20Ah의 출력 전류를 가지는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이 병렬 연결된 제1, 2, 3 주행 충전 장치들(10, 11, 13)은 보조 배터리(30)로 총 60Ah의 충전 전류를 공급할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예에 따른 주행 충전 장치가 2개 또는 3개로 병렬 연결되는 것을 예로 들어 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라 4개 시상의 주행 충전 장치들이 서로 병렬 연결되어 보조 배터리(30)로 충전 전류를 공급할 수도 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 10, 11, 13 : 주행 충전 장치
20 : 메인 배터리 30 : 보조 배터리
100 : 메인 케이스 103 : 플레이트 고정부
110 : 상부 케이스 111 : 연결잭
120 : 하부 케이스 140 : 회로 기판
141 : 인덕터 142 : 콘덴서
143 : DC/DC 컨버터 144 : 써멀패드
145 : 에프이티(FET) 200 : 방열 플레이트
210 : 외곽부 220 : 개구부
230, 240 : 결합부 250, 251 : 케이블 통과공
300 : 히트싱크 700 : 지지대
710, 720 : 케이블

Claims (13)

  1. 차량에 구비된 보조 배터리와 연결되어 충전 속도를 향상시키기 위한 주행 충전 장치에 있어서,
    상기 보조 배터리에 구비된 충전지의 충방전을 제어하기 위한 복수의 소자들이 형성되는 회로 기판;
    상기 회로 기판의 상측에 배치되는 방열 플레이트;
    상기 회로 기판의 하측에 배치되는 히트 싱크(heat sink);
    상기 회로 기판, 상기 방열 플레이트 및 상기 히트 싱크가 수용되기 위한 내부 공간을 가지며, 표면적을 증가시키기 위한 복수의 홈들이 외면에 형성되어 있는 메인 케이스; 및
    상기 메인 케이스의 상측과 하측에 각각 결합되는 상부 케이스와 하부케이스;를 포함하고,
    상기 상부 케이스와 하부케이스 중 적어도 하나에는 상기 차량에 구비된 메인 배터리와의 병렬 연결 및 상기 보조 배터리와의 직렬 연결을 위한 하나 이상의 단자가 구비되는 것을 특징으로 하는 주행 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판의 상측 면에는 상기 방열 플레이트와의 접촉을 위한 써멀패드(thermal pad)가 배치되는 것을 특징으로 하는 주행 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 케이스와 하부케이스 중 적어도 하나에는 또 다른 주행 충전 장치와의 병렬 연결을 위한 하나 이상의 단자가 구비되는 것을 특징으로 하는 주행 충전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판의 상측 면에는 콘덴서(condenser), 인덕터(inductor) 및 DC/DC 컨버터(converter)가 배치되는 것을 특징으로 하는 주행 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판의 하측 면에는 에프이티(FET, Field Effective Transister)가 배치되는 것을 특징으로 하는 주행 충전 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방열 플레이트는
    적어도 일부가 상기 메인 케이스에 접촉되도록, 상기 메인 케이스와 상부 케이스 사이의 공간에 고정되는 것을 특징으로 하는 주행 충전 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 방열 플레이트는
    상기 메인 케이스에 접촉되는 외곽부; 및
    상기 메인 케이스에 접촉되지 않도록 내부로 인입된 형상을 가지는 개구부;를 포함하고,
    외부로 노출된 상기 방열 플레이트의 개구부를 통해, 상기 회로 기판에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 주행 충전 장치.
  8. 차량에 구비된 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 시스템에 있어서,
    전자 기기에 전원을 공급하기 위한 충전지가 내장된 보조 배터리; 및
    상기 차량에 구비된 발전기에 메인 배터리와 병렬로 연결되며, 상기 보조 배터리와 직렬로 연결되어, 상기 보조 배터리에 충전 전류를 공급하기 위한 주행 충전 장치;를 포함하고,
    상기 주행 충전 장치는
    상기 보조 배터리에 구비된 충전지의 충방전을 제어하기 위한 복수의 소자들이 형성되는 회로 기판;
    상기 회로 기판의 상측에 배치되는 방열 플레이트;
    상기 회로 기판의 하측에 배치되는 히트 싱크(heat sink);
    상기 회로 기판, 상기 방열 플레이트 및 상기 히트 싱크가 수용되기 위한 내부 공간을 가지며, 표면적을 증가시키기 위한 복수의 홈들이 외면에 형성되어 있는 메인 케이스; 및
    상기 메인 케이스의 상측과 하측에 각각 결합되는 상부 케이스와 하부케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    서로 병렬 연결되어 상기 보조 배터리로 충전 전류를 공급하는 2 이상의 상기 주행 충전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 회로 기판의 상측 면에는 상기 방열 플레이트와의 접촉을 위한 써멀패드(thermal pad)가 배치되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 보조 배터리는
    상기 충전지의 정상 동작을 위한 보호 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 방열 플레이트는
    적어도 일부가 상기 메인 케이스에 접촉되도록, 상기 메인 케이스와 상기 상부 케이스 사이의 공간에 고정되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 방열 플레이트는
    상기 메인 케이스에 접촉되는 외곽부; 및
    상기 메인 케이스에 접촉되지 않도록 내부로 인입된 형상을 가지는 개구부;를 포함하고,
    외부로 노출된 상기 방열 플레이트의 개구부를 통해, 상기 회로 기판에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 시스템.
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