KR101826836B1 - 휴대용 멀티보조전원장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 다양한 환경에서 활용이 가능한 휴대용 멀티보조전원장치에 관한 것으로서, 자동차의 메인배터리부(110)로부터 전력을 공급받는 입력부(2230), 입력부로부터의 전력을 저장하는 보조배터리부(2300), 입출력되는 전력을 변환하는 컨버터부(2420), 이용자단말에 원격으로 보조배터리부의 상태를 전송하는 통신부(2440), 입력부로 태양광으로부터 발생된 전력을 공급하는 솔라셀부(2010), 보조배터리로 입출력되는 전력을 관리하는 제어기부(2100) 및 보조배터리에 저장된 전력을 외부로 출력하는 출력부(2210)를 포함하며, 상기 제어기부는 메인배터리부로부터의 전력을 감시하는 메인배터리 모니터링부(2110)와, 보조배터리의 저장용량과 출력을 감시하는 보조배터리 모니터링부(2120)와, 보조배터리 또는 메인배터리부의 출력한도를 설정하는 리미트설정부(2130)와, 보조배터리로 입력되는 전력 또는 출력을 선택하도록 하는 스위칭부(2150)와, 메인배터리 모니터링부 및 보조배터리 모니터링부의 감지값에 따라 보조배터리의 충방전을 제어하는 충방전제어부(2160)로 구성되는 휴대용 멀티보조전원장치를 제공한다.
Description
본 발명은 보조 전원장치와 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 자동차의 메인배터리의 안정적인 작동을 보장할 수 있으면서도 다양한 환경에서 활용이 가능한 휴대용 멀티보조전원장치에 관한 것이다.
최근에는 대부분의 장치들이 전기를 이용하여 작동하며 복잡한 제어를 수행하도록 첨단화되어가는 추세인바 전원의 안정적인 공급에 대한 요청은 점점 증가되어 가고 있다.
자동차에서 안정적인 전력의 공급을 위하여 배터리가 필수적으로 내장되어 있다. 근래 들어 자동차에서도 각종 전자제어장비들이 도입되기 때문에 시동은 물론 주행과 제어에 있어서 전기의 사용량이 증가되고 있고 이는 배터리의 부하가 증가됨을 의미한다.
자동차용 배터리는 주행 과정에서 발생된 전력을 이용하여 충전하고 필요시에 이를 출력하는 기능을 하는데 자체적으로 일정한 용량의 한계가 있고 방전된 경우 전력을 출력할 수 없어 시동이 불가능한 문제가 종종 발생하고 있었다.
한편, 최근에는 이산화탄소 배출 등의 영향에 대한 환경문제의 인식이 높아지면서 전기자동차와 수소자동차가 증가되고 있는 추세이며, 블랙박스나 네비게이션과 같이 자동차 내부의 전력을 추가적으로 사용하는 경우가 증가하고 있기 때문에 배터리의 중요성이 더욱 높아지고 있다.
또한, 자동차 내부에서 스마트폰이나 가전제품을 충전하는 경우는 흔해졌고 시거잭 등을 통하여 정차 중에도 외부로 전력을 인출하여 사용하는 경우도 많다. 특히 삶의 질이 높아짐에 따라 캠핑이 증가하고 있고 다양한 전자제품을 야외에서 사용하기 위하여 자동차의 전력을 사용하기도 한다.
그러나 자동차의 배터리 용량은 한계가 있기 때문에 시동성의 문제나, 각종 전력의 인출 문제를 해결하기 위하여 보조배터리를 장착하는 사례가 증가하고 있다.
한국등록실용신안공보 제20-0289720호는 종래기술의 보조 배터리가 구비된 자동차의 전원공급장치를 개시하고 있으며, 도 1은 이를 나타내는 회로도이다.
도면을 참고하여 살펴보면, 차량의 제너레이터로부터 발생되는 전기에너지를 공급받아 필요한 전원을 공급하도록 주배터리가 구비된 차량에 있어서, 제너레이트를 통해 전기에너지를 공급받도록 주배터리(10)와 병렬 연결 되어 보조 배터리 충전용 릴레이(20)의 스위칭 동작에 따라 상기 제너레이터로 부터 공급되는 전기에너지를 충전할수 있는 보조배터리(30)와, 상기 보조 배터리 충전용 릴레이(20)의 스위칭 동작을 제어하는 릴레이 구동 제어부(40)와, 상기 보조배터리(30)의 출력전압을 검출하여 부하로 출력되는 전기에너지를 공급/차단시키는 보조배터리 전압검출부(50)로 이루어져 있으며, 보조배터리의 전기에너지를 주배터리로 공급하기 위한 시동용 스위치(60)를 구비하여 구성되고 있다.
그러나, 이러한 보조 배터리의 개념은 단순히 배터리의 용량을 확장하는 것에 그치기 때문에 종래기술의 문제점을 그대로 내포하고 있으며, 활동성이나 확장성이 극히 떨어지는 문제를 가지고 있었다.
그 외에도 외부에서도 자유로운 형태로 업무를 보는 경우가 증가되고 이를 위하여 노트북이나 태블릿과 같은 화상 장비들이 활용되고 있는바 이를 위하여서도 전력의 공급이 필요하다. 때문에 보조배터리를 휴대하고 다니는 경우가 많은데 이 경우에도 대용량의 전기장치를 작동시키기에는 한계가 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자동차에서 발전되는 에너지와 환경으로부터 얻을 수 있는 에너지를 활용하여 충전하여 다양한 용도로 활용할 수 있고 자동차의 주 배터리의 수명을 높여 이용자의 편리성를 향상할 수 있는 휴대용 멀티보조전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명은, 자동차의 메인배터리부(110)로부터 전력을 공급받는 입력부(2230), 입력부로부터의 전력을 저장하는 보조배터리부(2300), 입출력되는 전력을 변환하는 컨버터부(2420), 이용자단말에 원격으로 보조배터리부의 상태를 전송하는 통신부(2440), 입력부로 태양광으로부터 발생된 전력을 공급하는 솔라셀부(2010), 보조배터리로 입출력되는 전력을 관리하는 제어기부(2100) 및 보조배터리에 저장된 전력을 외부로 출력하는 출력부(2210)를 포함하며, 상기 제어기부는 메인배터리부로부터의 전력을 감시하는 메인배터리 모니터링부(2110)와, 보조배터리의 저장용량과 출력을 감시하는 보조배터리 모니터링부(2120)와, 보조배터리 또는 메인배터리부의 출력한도를 설정하는 리미트설정부(2130)와, 보조배터리로 입력되는 전력 또는 출력을 선택하도록 하는 스위칭부(2150)와, 메인배터리 모니터링부 및 보조배터리 모니터링부의 감지값에 따라 보조배터리의 충방전을 제어하는 충방전제어부(2160)로 구성되는 휴대용 멀티보조전원장치를 제공한다.
상기 보조배터리부는 두 개 이상의 배터리유닛(2310)으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배터리유닛의 탈착이 가능한 복수의 슬롯을 구비할 수 있다.
또한, 각각의 슬롯에 대하여 배터리유닛의 장착상태와 충방전상태를 표시하는 슬롯표시부(2320)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 메인배터리 모니터링부는 일실시예로서 알터네이터와 메인배터리의 출력전력을 각각 감시하도록 기능하며, 상기 제어기부는 메인배터리가 정상적으로 충전되지 않는 경우 스위칭부를 동작하여 알터네이터로부터 발전전력을 입력받고 메인배터리로부터 입력되는 전력은 차단하며 메인배터리로 역류성 전압을 허용하여 자동차의 전기작동계통에 대해 정상적인 전력을 공급하도록 하고, 알터네이터의 작동 이상시 알터네이터와의 연결관계를 차단하고 메인배터리로부터 입력되는 전력은 차단하고 메인배터리로 역류성 전압을 허용하여 자동차의 응급 주행상태를 허용하도록 기능할 수 있다.
또한, 알터네이터나 메인배터리 또는 솔라셀부(2010)로 역류되는 전압을 방지하는 과부하 및 역류전압보호모듈(2410)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 입력부는, 자동차의 시거잭 또는 USB포트로부터 보조배터리부의 충전전력을 입력받을 수 있으며, 외부 전력의 입력이 가능한 AC입력포트를 더 구비할 수 있다.
상기 출력부는, 하나 이상의 USB출력포트와 AC소켓으로 구성될 수 있다.
상기 충방전제어부는, 자동차의 주행시에만 메인배터리부로부터 전력을 입력받도록 하는 것이 바람직하며, 솔라셀로부터는 상시적으로 전력을 입력받을 수 있다.
상기 솔라셀부는, 절첩 가능하게 형성되며, 자동차의 외장 또는 유리에 부착 가능하다.
상기 리미트설정부는, 자동차의 메인배터리부의 한도 출력 또는 저장용량을 설정하여 설정된 값 이하인 경우 보조배터리부의 과방전시에 메인배터리부로부터 전력을 인출하지 못하도록 할 수 있다.
상기 충방전제어부는, 보조배터리부의 과열시 충전 및 방전을 제한하고 표시부를 통하여 경보를 수행하도록 하고 팬부(2330)를 구동시킬 수 있다.
본 발명에 따라, 존 자동차의 발전에너지와 솔라셀부를 동시에 활용한 이른바 하이브리드 축전을 이용하여 신재생 에너지를 보다 효과적으로 활용할 수 있도록 하고, 블랙박스나 네비게이션 등의 사용으로 인한 자동차의 방전을 방지함으로써 수명을 높여 자동차의 신뢰성 있는 작동을 보장할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 자동차의 내부는 물론 여가생활이나 야외 근무 등의 다양한 환경에서 큰 용량의 전력을 자유롭게 사용할 수 있도록 함으로써 전기장치나 스마트기기의 사용의 편리성을 증가시킬 수 있으며, 보조배터리로서의 용량을 효율적으로 관리할 수 있으며 유지보수성이 향상되어 경제적인 장점이 있다.
도 1은 종래기술의 보조 배터리가 구비된 자동차의 전원공급장치에 대한 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 멀티보조전원장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에서 제어기부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에 대한 바람직한 실시예의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에서 입력부측에 대한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 멀티보조전원장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에서 제어기부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에 대한 바람직한 실시예의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에서 입력부측에 대한 실시예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 휴대용 멀티보조전원장치를 더욱 상세하게 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 기본적으로, 자동차의 전력을 이용하여 충전을 수행하는 보조배터리로서, 메인배터리부 및 솔라셀부로부터 충전전력을 입력받고 자동차로부터 탈거되어 외부로 전력의 공급이 가능한 휴대용 멀티보조전원장치를 제공한다.
여기서, 자동차는 반드시 도시되거나 설명될 형태에 한정되는 것은 아니며, 시거잭(Cigar Jack) 또는 USB포트를 구비하여 전력을 제공할 수 있는 형태는 물론 알터네이터와 메인배터리를 구비하고 그로부터 직접 멀티보조전원장치로 전원을 공급할 수 있는 형태의 것도 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 멀티보조전원장치를 설명하기 위한 개념도이다.
메인배터리부(110)는 자동차(100)에 구비되어 전력을 공급하는 장치로서, 본 발명에서는 메인배터리와 알터네이터(Alternator)를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 상기 알터네이터는 자동차의 주행시 동력을 통하여 전기를 발생하여 메인배터리를 충전하고 상기 메인배터리는 자동차에 필요한 시동전력, 구동전력, 충전전력 등을 공급하도록 기능하며 납축전지나 리튬이온배터리 등 종류를 불문한다. 이러한 메인배터리는 차량의 주행시 및 주정차시에도 전력의 방전이 가능한데, 본 발명에서는 상기 메인배터리부(110)로부터 멀티보조전원장치(2000)로 전력을 공급하여 충전하며, 멀티보조전원장치(2000)는 발전상태 또는 메인배터리부(110)의 전력상태 등을 모니터링하여 적절하게 전력을 분배하는 기능을 수행하게 되는데 이와 관련하여서는 후술하도록 한다.
멀티보조전원장치(2000)는 하나의 모듈로서 구성되며 후술될 바와 같이 MCU(Micro Controller Unit)와 보조배터리부를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 상기 멀티보조전원장치(2000)는 외부 반출이 가능하도록 자동차에 거치 또는 장착한 상태에서 탈거 가능하도록 배치될 수 있다.
상기 멀티보조전원장치(2000)는 메인배터리부(110)로부터 전력을 공급받아 전력의 저장이 가능하도록 소정의 입력부를 구비하며, 이러한 입력부는 자동차의 시거잭이나 USB포트와 연결되는 경우를 기본으로 하나, 직접적으로 메인배터리부(110)의 배선에 연결되는 경우도 고려될 수 있을 것이다. 이때, 알터네이터와 메인배터리 측에 각각 연결되어 충방전을 수행할 수도 있는데 이와 관련하여서는 후술하도록 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 멀티보조전원장치(2000)의 충전방식으로서 자동차의 전력 뿐만 아니라 환경적인 에너지를 공급받을 수 있도록 솔라셀부(2010)가 적용될 수 있는데, 상기 솔라셀부(2010)는 태양광을 이용하여 전력을 생산하고 자동차의 주행시는 물론 정차시나 멀티보조전원장치(2000)의 탈거시에도 상시적으로 충전이 가능하도록 기능할 수 있다. 이러한 솔라셀부(2010)는 공지의 다양한 형태의 태양광 발전 형태가 적용될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 멀티보조전원장치(2000)는 전력의 상태 등을 모니터링할 수 있도록 소정의 표시부를 구비할 수 있으며, 더욱 편리하고 정확한 상태의 모니터링이 가능하도록 이용자단말(2001)과 무선 방식으로 연결되어 다양한 정보를 표시할 수도 있다.
상기 이용자단말(2001)은 개인용컴퓨터, 모바일단말기나 스마트영상장치를 포함할 수 있고, 상기 모바일단말기는 휴대가 가능한 스마트폰이나 PDA, 노트북과 같은 다양한 멀티미디어 기기들을 의미하며, 스마트영상장치는 화상으로 정보를 구현할 수 있는 다양한 영상장치를 포함할 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 종류의 통신수단 및 네트워크 연결 단말기를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 멀티보조전원장치(2000)는 통신부를 구비하고 ㅇ이용자단이용자단말(2001)과 와이파이(WIFI) 또는 3G나 4G와 같은 이동통신망 등의 다양한 수단을 통하여 정보를 교환할 수 있다. 최근에는 스마트폰이 대중화됨에 따라 어플리케이션(application)을 통하여 정보를 입출력할 수도 있고, 이메일을 통하여 접속할 수도 있음은 물론, 종래의 통신망을 이용한 SNS나 MMS를 통하여 접속할 수도 있다. 또한, 보조적 또는 선택적으로 이용자단말(2001)과 근거리통신을 수행할 수 있으며 RFID, 지그비(Zigbee) 통신이나 블루투스(Bluetooth) 통신 방식이 적용될 수도 있음은 물론이다. 데이터의 통신을 위한 중계망은 이동통신 서비스를 제공하는 통신사의 기지국 등을 포함하는 통신망을 의미할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치의 블록도이다.
본 발명의 멀티보조전원장치(2000)를 구체적으로 살펴보면, 메인배터리부(110)와 연결되어 전력을 입력받고 외부로 출력하는 입출력부(2200)와, 메인배터리부(110) 또는 솔라셀부(2010)로부터의 전력을 저장하는 보조배터리부(2300)와, 전력의 분배 및 작동계통을 통합관리하는 제어기부(2100)로 구성될 수 있다.
상기 입출력부(2200)는 자동차의 시거잭과 연결되거나 또는 AC전원과 연결되어 보조배터리부(2300)를 충전할 수 있는 입력부와, USB포트 또는 AC소켓 출력이 가능한 소켓 등으로 구성되는 출력부로 구성될 수 있다. 다만, 상기 입력부와 출력부는 물리적으로 분리된 독립된 구성이다.
상기 보조배터리부(2300)는 충전과 방전을 반복할 수 있는 2차전지로 구성되는 것이 바람직하고, 니켈카드뮴(Ni-Cd)전지, 니켈수소(NiMH)전지, 납축전지, 리튬이온(Li-ion)전지, 리튬폴리머(Lithium Polymer : LPB)전지 중에서 어느 하나가 선택될 수 있다. 이러한 보조배터리부(2300)는 용량의 확장성과 유지보수성을 고려하여 추가 및 교체 가능한 복수의 배터리유닛으로 구성될 수 이는데 이와 관련하여 후술한다.
상기 제어기부(2100)는 MCU(Micro Controller Unit)로 구성될 수 있으며, 이러한 제어기부(2100)의 제어작동과 관련하여서는 후술하도록 한다.
한편, 본 발명에서는 과부하 및 역류전압보호모듈(2410)을 더 구비하여 기본적으로 알터네이터나 메인배터리 또는 솔라셀부(2010)로 영향을 미칠 수 있는 과부하 또는 역류전압을 방지하도록 기능할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 과부하 및 역류전압보호모듈(2410)에서는 메인배터리부(110) 또는 솔라셀부(2010)와의 연결관계에서 소정의 모니터링 조건에 따라 전력의 흐름을 차단하는 릴레이 및 퓨즈를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 과부하 및 역류전압보호모듈(2410)은 다양한 종류의 과부하 방지 또는 역류전압방지를 위한 회로가 적용될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에서는 입출력 전력의 관리를 위하여 DC-DC 컨버터와, DC-AC컨버터 및 인버터를 구비할 수 있으며, 필요에 따라 적절한 전압을 설정할 수 있다.
또한, 본 발명에서 통신부(2440)는 상술한 바와 같이 이용자단말(2001)과 무선 방식으로 연결되어 정보를 교환하는 기능을 수행할 수 있으며, 경우에 따라 자동차와 CAN(Controller Area Network) 통신 방식을 통하여 다양한 상태를 모니터링하여 적절한 전력의 공급을 제어하도록 할 수도 있을 것이다.
표시부(2430)는, 보조배터리부(2300)의 잔략의 표시, 출력포트의 사용상태 표시, 완충의 표시, 설정된 배터리의 최소 잔량에 이른 경우 알람, 각 충전포트별 상태의 표시, 자동차측으로의 전력공급의 표시 등의 기능을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에서 제어기부를 설명하기 위한 블록도이다.
제어기부(2100)는 마이크로프로세서를 포함하며 메인배터리부(110) 및 보조배터리부(2300)의 상태를 모니터링하고 전력의 분배 및 충방전을 관리하는 기능을 수행한다.
이를 위하여 메인배터리 모니터링부(2110)는 메인배터리부(110)로부터의 전력을 모니터링하여 충방전제어부(2160)에서 충전 또는 방전 상태를 제어할 수 있도록 기능하며, 여기서 메인배터리 모니터링부(2110)는 각각 메인배터리 및/또는 알터네이터로부터의 전력을 모니터링하는 기능을 수행할 수도 있다. 이러한 메인배터리 모니터링부(2110)는 메인배터리부(110)로부터의 전압 및/또는 전류를 측정하여 메인배터리의 충방전상태 또는 알터네이터로부터의 발전여부 및 정상상태 여부를 관리하는 기능을 수행할 수 있으며, 메인배터리부(110)로부터 자동차의 전력공급이 미흡한 상황이 발생한 경우 충방전제어부(2160)로부터 자동차의 전기계통 측으로 전력을 공급하도록 기능할 수 있다.
또한, 보조배터리 모니터링부(2120)는 보조배터리부(2300)의 충방전상태를 모니터링하도록 기능할 수 있으며, 예를 들어 외부로 전력의 인출시 설정된 잔량을 초과한 경우 출력을 차단하도록 스위칭기능을 수행하도록 할 수 있다. 이때, 상기 보조배터리 모니터링부(2120)는 정전전력 감지장치, 온도감지장치, 잔량측정장치 등과 연결되어 상시적인 감시를 수행할 수 있으며, 과방전으로 인한 온도의 상승 등의 이상상태시에는 충전 및 방전을 차단하고 표시부(2430)에 의하여 알람을 수행하도록 기능할 수 있다.
리미트설정부(2130) 및 비교기부(2140)는 주로 보조배터리부(2300)의 잔량 한도를 설정하고 그 이상 방전이 지속되는 경우 전력의 외부 인출을 차단하도록 기능할 수 있으며, 또한 메인배터리부(110)의 출력 한도를 설정하여 메인배터리의 잔량 또는 출력의 설정값 이하인 경우 메인배터리부(110)로부터의 전력을 사용하여 충전할 수 없도록 차단하는 기능을 수행할 수 있다. 경우에 따라 상기 메인배터리부(110)의 이상시에는 보조배터리부(2300)로부터 전력을 인출하여 자동차의 구동 등에 필요한 전력을 추가적으로 공급하도록 기능할 수도 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에서는 스위칭부(2150)를 더 포함하여 전력의 분배를 관리하는 기능을 수행할 수 있으며, 입력관계를 예로 들면 알터네이터로부터 전력이 공급되지 않는 즉, 주행이 되지 않는 상태에서는 메인배터리부(110)로부터 전력을 입력받아 충전하지 않도록 스위치 오프하고, 솔라셀부(2010)로부터는 연속적으로 전력을 공급받도록 기능할 수 있다. 또한, 출력관계에서 이용자의 선택 또는 부하의 양에 따라 USB포트나 AC소켓으로 출력되는 전력을 스위칭 할 수 있으며, 과방전의 대상이 되는 출력에 대해 전력의 공급을 차단하도록 기능할 수 있다.
한편, 상기 스위칭부는 자동차의 전력을 보조적으로 공급하는 관계에서 출력의 제어를 수행할 수 있는데, 상기 입출력부(2200)는 각각 알터네이터 측과 메인배터리 측으로 연결되고, 제1실시예로서 메인배터리가 수명을 다하거나 정상적으로 충전이 되지 않는 상태에서는 자동차의 보조 전력공급원으로서 알터네이터로부터 발전전력을 입력받고 메인배터리로부터 입력되는 전력은 차단하며 메인배터리로 역류성 전압을 허용하여 자동차의 전기작동계통에 대해 정상적인 전력의 공급 기능을 수행하도록 할 수 있다. 이때, 상기 표시부(2430)는 메인배터리의 교체에 대하여 표시하거나 이용자단말(2001)에 알릴 수 있고, 이 경우 멀티보조전원장치(2000)는 자동차의 메인배터리를 대체하도록 기능할 수 있다. 제2실시예로서, 알터네이터의 작동 이상시 알터네이터와의 연결관계를 차단하고 메인배터리로부터 입력되는 전력은 차단하고 메인배터리로 역류성 전압을 허용하여 자동차의 응급 주행상태를 허용하도록 할 수 있다. 이 경우 자동차는 충전된 전력을 소모하여 주행하게 되기 때문에 한정된 주행범위를 증가시키는 데 기여할 수 있고, 표시부(2430) 또는 이용자단말(2001)을 통하여 응급주행상황을 알릴 수 있다.
충방전제어부(2160)는 충전상태와 방전상태를 각각 제어하는 기능을 수행하며, 상술된 컨버터부(2420)의 작동을 직접적으로 관리할 수 있다. 예를 들어, 입출력부(2200)에서 입력되는 상용전압을 저압으로 다운시킨 후 AC 전압을 DC 전압으로 바꿔 공급하는 컨버터를 작동하고, 상기 컨버터의 정류회로부의 직류전압을 공급 받아 정전류회로 방식 및 레귤레이터 방식에 의해 2차 전지인 보조배터리부(2300)와 커패시터의 축전기를 충전하고 방전하도록 기능할 수 있다. 또한, 부하가 변동하더라도 일정한 전압이 공급되게 하는 부하전압조절부를 구성하고, 레귤레이터와 인버터를 사용한 배터리 충전/방전 제어회로를 구성하여 작동하도록 할 수 있다. 이때, 시동시와 같은 순간 기동 토크가 요구되는 부하에 대해 커패시터의 순간 방전특성을 이용하여 상용전원으로서 적극 대응 가능하도록 기능할 수 있다.
한편, 본 발명의 제어기부(2100)는 추가적으로 데이터베이스부를 구비하여 일시, 알람작동 온도 및 충방전 등의 상태와 자동차의 메인배터리의 작동상태 등을 시계열적으로 저장하도록 기능할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에 대한 바람직한 실시예의 구성도이다.
본 발명의 멀티보조전원장치(2000)는 자동차에서 보조전력으로 이용이 가능하면서 야외에서 활동성을 보장할 수 있도록 휴대용으로 구성되는데, 따라서 다양한 용도로 이용 가능한 것이다.
이를 위하여 내부에 제어기부(2100)와 보조배터리부(2300)를 수납하는 케이싱(2020)과 상기 케이싱을 들고 다닐 수 있도록 손잡이부(2021)를 구비할 수 있다. 한편, 경우에 따라 이동성을 보장하기 위하여 케이싱(2020)에는 주행롤러를 추가적으로 구비할 수도 있을 것이다.
또한, 자동차 내부에 탈착이 용이하도록 브라켓부(미도시)를 더 구비할 수 있다.
상기 케이싱(2020)는 직육면체 형태로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 도시된 형태에 한정되는 것은 아니다. 이러한 케이싱(2020)은 내부에 제어기부(2100) 및 보조배터리부(2300) 등을 수납할 수 있는 공간을 마련하게 된다.
본 발명에서는 상기 보조배터리부(2300)가 확장성을 가질 수 있도록 두 개 이상의 배터리유닛(2310)으로 구성되는 것이 바람직하고, 경우에 따라 추가적으로 용량을 확장하도록 복수의 슬롯(미도시)들을 구비하여 구성될 수 있다.
배터리유닛(2310)은 일실시예로서 횡방향으로 긴 판 형태로 이루어져 전후방 또는 상하방향으로 배열된 형태로 슬롯에 장착되고, 이에 따라 용량이 확장될 수 있는 것이다. 상기 배터리유닛(2310)의 일측에는 탈착이 용이하도록 도시된 바와 같이 손잡이가 구비될 수 있다.
이렇게 상기 배터리유닛(2310)들이 확장 가능하도록 구성되는 경우 필요한 용량 만큼만 장착하여 사용이 가능하므로 경제성이 향상되며 휴대에 있어서 무게의 절감이 가능한 이점이 있다. 또한, 필요에 따라 용량을 추가할 수 있고 유지보수성이 향상될 수 있어 사용상의 편리성은 극대화된다.
이러한 배터리유닛(2310)들은 메인배터리부(110) 또는 솔라셀부(2010)로부터 전력을 공급받아 충전하며, 병렬적으로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 출력관계를 위하여 일측에는 출력부(2210)를 구비하며 상기 출력부(2210)는 USB포트 또는 AC포트로 구성될 수 있으며 선택에 따라 각각 하나 이상으로 구성될 수 있다.
상기 출력부(2210) 측에는 바로 보조배터리부(2300)의 상태를 확인할 수 있도록 잔량표시부(2220)가 구비되는 것이 바람직하고 설정된 저장용량 이상 사용시에는 알람을 표시하도록 할 수 있다.
입력부 측에서는 자동차의 메인배터리부(110)와 연결이 이루어질 수 있으며, 상술한 바와 같이 환경적인 에너지의 공급을 위하여 솔라셀부(2010)가 구비될 수 있다. 이러한 솔라셀부(2010)는 절첩 가능한 형태로 이루어져 상기 케이싱(2020)에 장착되는 경우가 고려될 수 있다. 이러한 솔라셀부(2010)는 흡착판을 통하여 자동차의 선택된 부위에 부착될 수 있으며, 자성체를 구비하여 자동차의 루프나 본네트 또는 트렁크 부위에 부착될 수도 있다. 상기와 같이 자성체를 구비하는 경우 절첩되어 수납시 케이싱(2020)에 자성을 통하여 부착됨으로써 휴대성을 극대화할 수도 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 휴대용 멀티보조전원장치에서 입력부측에 대한 실시예를 나타내는 도면이다.
입출력부(2200) 중에서 입력부(2230)는 메인배터리부(110) 및 솔라셀부(2010)로부터 전력을 공급받아 제어기부(2100) 및 보조배터리부(2300)로 입력하는 기능을 수행하며, 자동차에 구비되는 시거잭이나 USB포트와 연결될 수 있을 것이며, 별도로 AC입력포트를 구비하여 가정이나 사무실 또는 현장 등에서 바로 전력을 저장하도록 기능할 수도 있다.
한편, 상기 케이싱(2020)의 일부에는 외부와 공기의 연통을 허용하는 개구와 팬부(2330)를 구비하고, 보조배터리 모니터링부(2120)를 통하여 과열 현상 등이 감지되는 경우 팬을 작동하여 온도를 저감하여 작동성능을 보장하도록 할 수 있을 것이다.
또한, 상술된 바와 같이 복수의 배터리유닛(2310)이 슬롯에 장착된 경우 각각의 배터리유닛(2310)의 장착 및 충방전 상태를 표시할 수 있는 슬롯표시부(2320)를 더 구비할 수 있고, 이에 따라 각각의 슬롯의 장착상태와 각각의 배터리유닛(2310)의 충방전 상태 또는 교체여부 등을 표시하도록 할 수 있다.
상술된 본 발명에 따른 휴대용 멀티보조전원장치는 기존 자동차의 발전에너지와 솔라셀부를 동시에 활용한 이른바 하이브리드 축전을 이용하여 신재생 에너지를 보다 효과적으로 활용할 수 있도록 하고, 블랙박스나 네비게이션 등의 사용으로 인한 자동차의 방전을 방지함으로써 수명을 높여 자동차의 신뢰성 있는 작동을 보장할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 자동차의 내부는 물론 여가생활이나 야외 근무 등의 다양한 환경에서 큰 용량의 전력을 자유롭게 사용할 수 있도록 함으로써 전기장치나 스마트기기의 사용의 편리성을 증가시킬 수 있다.
또한, 보조배터리로서의 용량을 효율적으로 관리할 수 있으며 유지보수성이 향상되어 경제적인 장점이 있다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
100...자동차 110...메인배터리부
2000...멀티보조전원장치 2001...이용자단말
2010...솔라셀부 2020...케이싱
2021...손잡이부 2100...제어기부
2110...메인배터리 모니터링부 2120...보조배터리 모니터링부
2130...리미트설정부 2140...비교기부
2150...스위칭부 2160...충방전제어부
2200...입출력부 2210...출력부
2220...잔량표시부 2230...입력부
2300...보조배터리부 2310...배터리유닛
2320...슬롯표시부 2330...팬부
2410...과부하 및 역류전압보호모듈 2420...컨버터부
2430...표시부 2440...통신부
2000...멀티보조전원장치 2001...이용자단말
2010...솔라셀부 2020...케이싱
2021...손잡이부 2100...제어기부
2110...메인배터리 모니터링부 2120...보조배터리 모니터링부
2130...리미트설정부 2140...비교기부
2150...스위칭부 2160...충방전제어부
2200...입출력부 2210...출력부
2220...잔량표시부 2230...입력부
2300...보조배터리부 2310...배터리유닛
2320...슬롯표시부 2330...팬부
2410...과부하 및 역류전압보호모듈 2420...컨버터부
2430...표시부 2440...통신부
Claims (12)
- 자동차의 메인배터리부(110)로부터 전력을 공급받는 입력부(2230);
입력부로부터의 전력을 저장하는 보조배터리부(2300);
입출력되는 전력을 변환하는 컨버터부(2420);
이용자단말에 원격으로 보조배터리부의 상태를 전송하는 통신부(2440);
입력부로 태양광으로부터 발생된 전력을 공급하는 솔라셀부(2010);
보조배터리로 입출력되는 전력을 관리하는 제어기부(2100); 및
보조배터리에 저장된 전력을 외부로 출력하는 출력부(2210);를 포함하며,
상기 제어기부는,
메인배터리부로부터의 전력을 감시하는 메인배터리 모니터링부(2110)와, 보조배터리의 저장용량과 출력을 감시하는 보조배터리 모니터링부(2120)와, 보조배터리 또는 메인배터리부의 출력한도를 설정하는 리미트설정부(2130)와, 보조배터리로 입력되는 전력 또는 출력을 선택하도록 하는 스위칭부(2150)와, 메인배터리 모니터링부 및 보조배터리 모니터링부의 감지값에 따라 보조배터리의 충방전을 제어하는 충방전제어부(2160)로 구성되고, 알터네이터의 작동 이상시 알터네이터로부터의 입력 및 메인배터리로부터의 입력 전력은 차단하고 메인배터리로 역류성 전압을 허용하여 자동차의 응급 주행상태를 허용하도록 하는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
상기 보조배터리부는,
두 개 이상의 배터리유닛(2310)으로 구성되는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제2항에 있어서,
상기 배터리유닛의 탈착이 가능한 복수의 슬롯을 구비하는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제3항에 있어서,
각각의 슬롯에 대하여 배터리유닛의 장착상태와 충방전상태를 표시하는 슬롯표시부(2320);를 더 포함하는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
상기 메인배터리 모니터링부는,
알터네이터와 메인배터리의 출력전력을 각각 감시하도록 기능하며,
상기 제어기부는,
메인배터리가 정상적으로 충전되지 않는 경우 스위칭부를 동작하고 메인배터리로 역류성 전압을 허용하여 자동차의 전기작동계통에 대해 정상적인 전력을 공급하도록 하는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
알터네이터나 메인배터리 또는 솔라셀부(2010)로 역류되는 전압을 방지하는 과부하 및 역류전압보호모듈(2410);을 더 구비하는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
상기 입력부는,
자동차의 시거잭 또는 USB포트로부터 보조배터리부의 충전전력을 입력받을 수 있으며, 외부 전력의 입력이 가능한 AC입력포트를 더 구비하는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
상기 출력부는,
하나 이상의 USB출력포트와 AC소켓으로 구성되는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
상기 충방전제어부는,
자동차의 주행시에만 메인배터리부로부터 전력을 입력받도록 하는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
상기 솔라셀부는,
절첩 가능하게 형성되며, 자동차의 외장 또는 유리에 부착 가능하도록 이루어지는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
상기 리미트설정부는,
자동차의 메인배터리부의 한도 출력 또는 저장용량을 설정하여 설정된 값 이하인 경우 보조배터리부의 과방전시에 메인배터리부로부터 전력을 인출하지 못하도록 하는 휴대용 멀티보조전원장치.
- 제1항에 있어서,
상기 충방전제어부는,
보조배터리부의 과열시 충전 및 방전을 제한하고 표시부를 통하여 경보를 수행하도록 하고 팬부(2330)를 구동시키도록 하는 휴대용 멀티보조전원장치.
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- 2017-03-20 KR KR1020170034542A patent/KR101826836B1/ko active Active
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