KR20090054915A

KR20090054915A - 전원장치

Info

Publication number: KR20090054915A
Application number: KR1020080117867A
Authority: KR
Inventors: 사다노리 스즈키; 세이키 사카타
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2009-06-01
Also published as: CN101445059A; EP2066003A2; JP2009131110A; US20090134853A1

Abstract

배터리의 전압을 부하에 공급하는 전원장치가 개시된다. 전원장치는 배터리를 전력 저장부에 연결하는 부스터회로를 포함하며, 이 전력 저장부는 부스터회로에 의해 출력된 전력을 일시적으로 저장한다. 전력 저장부는 부하와 병렬로 연결된다.

전원장치, 자동차, 배터리

Description

전원장치{POWER SUPPLY APPARATUS}

본 발명은 전원장치, 특히 일시적인 전력 소비의 증가가 발생하기 쉬운 부하에 대한 전원으로 적합한 전원장치에 관한 것이다.

출력 전압이 낮은 전원에 고전력 부하를 연결하기 위해서는, 대량의 전류가 부하로 공급되도록 전원과 부하를 직경이 큰 케이블로 연결해야만 한다. 케이블의 직경이 충분히 크지 않은 경우, 케이블에서 큰 전압 강하가 발생하여 부하로 공급되는 전압을 감소시킨다. 이 경우, 부하에 필요한 전력을 공급하기 위해서는, 부하에 다량의 전류가 공급되어야 한다. 이러한 목적으로, 고전력 부하에 공급되는 전압을 최대한 증가시킴으로써 케이블에 공급되는 전류를 감소시킨다.

예를 들어, 몇몇 자동차에서, 헤드라이트 또는 와이퍼 구동 모터 등의 보조 장치보다 전력을 더 많이 소비하는 전기식 파워 스티어링 시스템 또는 능동형 스태빌라이저 등의 고전력 부하는 배터리 또는 전원에 의해 직접 전력을 공급받는 것이 아니라 부스터회로를 통해서 전력을 공급받는다. 구체적으로, 부스터회로는 전압이 고전력 부하로 공급되기 전에 12V인 배터리의 출력 전압을 42V로 증가시킬 수 있는데, 이것은 배터리의 원래 출력 전압보다 세 배 이상 큰 값이다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 일본 특허공개공보 제2000-50668 에는 정류회로 (42), 컨버터회로 (43), 평활 커패시터 (44) 및 인버터회로 (45) 를 갖는 모터 속도 제어기가 개시되어 있다. 정류회로 (42) 는 교류전원 (41) 에 의해 공급된 전압을 정류한다. 컨버터회로 (43) 는 정류회로 (42) 에 의해 제공된 직류 전압을 소정의 전압으로 변환한다. 평활 커패시터 (44) 는 컨버터회로 (43) 에 의해 보내진 직류 전압을 평활화한다. 인버터회로 (45) 는 평활 커패시터 (44) 로부터 온 직류 전압을 교류 전압으로 전환한다. 속도 제어기는 컨버터 구동회로 (46), 인버터 구동회로 (47), 및 상태감지회로 (49), 속도감지센서 (50), 및 제어부 (51) 를 더 포함한다. 컨버터 구동회로 (46) 는 컨버터회로 (43) 를 구동하며, 인버터 구동회로 (47) 는 인버터회로 (45) 를 구동한다. 상태감지회로 (49) 는 모터 (48) 의 불안정한 작동 상태를 감지한다. 속도감지센서 (50) 는 모터 (48) 의 회전속도를 감지한다. 제어부 (51) 는 컨버터회로 (43) 의 출력 및 인버터회로 (45) 의 출력을 조절한다.

예를 들어, 자동차의 전기식 파워 스티어링 시스템은 배터리, 스티어링 보조 모터, 및 모터구동회로를 포함한다. 스티어링의 정도가 심해지면 모터는 고전력을 요구하지만, 이러한 요구는 단시간 (예컨대, 수 초) 동안만 지속된다. 자동차가 고속으로 주행하거나 스티어링의 정도가 작을 경우, 모터가 소비하는 전력은 스티어링의 정도가 심할 때 소비하는 전력보다 적다. 모터구동회로가 12V의 전압을 출력하는 통상적인 자동차용 배터리에 의해 전력을 공급받는 자동차에서도, 스티어링의 정도가 심할 때에는 모터구동회로로 공급되는 전류가 100A를 초과한다. 이렇게 심한 스티어링에 필요한 보조를 확실하게 하기 위해서는, 비록 단시간 동안만 지속하는 흐름일지라도 100A의 전류가 케이블에서 원활하게 흐를 수 있도록 배터리를 모터구동회로에 연결하는 케이블의 직경은 충분히 커야한다. 케이블의 큰 직경은 소정 위치에서 케이블의 배선을 복잡하게 하며, 배선을 위한 큰 공간을 요구한다. 또한, 케이블의 소재 비용도 증가한다.

전압이 모터구동회로에 공급되기 전에 부스터회로가 배터리의 출력 전압을 증가시킨다면, 케이블에 흐르는 최대 전류를 100A보다 작은 값으로 낮출 수 있다. 그러나 이 경우에도 스티어링이 심한 경우에는 부하에 흐르는 전류의 최대치에 대응하여 케이블의 직경이 결정된다.

따라서, 본 발명의 목적은 전원의 출력부로부터 부하로 연장되는 케이블의 적어도 일부의 직경을 부하에 흐르는 전류의 최대치에 대응하여 결정된 직경보다 작은 값으로 감소시키는 전원장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 배터리의 전력을 부하에 공급하는 전원장치가 제공된다. 이 전원장치는 배터리에 연결된 부스터회로 및 부스터회로에 의해 출력된 전력을 일시적으로 저장하는 전력 저장부를 포함한다. 이 전력 저장부는 부하와 병렬로 연결된다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 배터리의 전력을 부하에 공급하는 전원장치가 제공된다. 이 전원장치는 배터리에 연결된 부스터회로 또는 스텝다운회로, 및 부스터회로 또는 스텝다운회로에 의해 출력된 전력을 일시적으로 저장하는 전력 저장부를 포함한다. 이 전력 저장부는 부하와 병렬로 연결된다. 부스터회로 또는 스텝다운회로의 출력 전류의 상한은 부하에 흐르는 전류의 시간 평균치 이상으로, 그리고 부하에 흐르는 전류의 최대치보다는 작게 설정된다.

본 발명의 원리를 예시적으로 도시한 첨부 도면을 참조하는 이하의 설명을 통해서 본 발명의 다른 양태 및 이점이 명확해질 것이다.

본 발명, 본 발명의 목적 및 이점은 첨부 도면과 함께 제공된 바람직한 실시예의 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 것이다.

본 발명의 전원장치에 따르면 전원의 출력부로부터 부하로 연장되는 케이블의 적어도 일부의 직경을 부하에 흐르는 전류의 최대치에 대응하여 결정된 직경보다 작은 값으로 감소시킴으로써 장치의 소형화 및 에너지 손실을 절감할 수 있다.

이하 도 1 및 도 2 를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전원장치 (11) 를 설명한다. 전원장치 (11) 는 자동차의 전기식 파워 스티어링 시스템 (이하 "EPS" 라고 함) 의 모터에 전력을 공급한다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 전원장치 (11) 는 배터리 (12), 또는 일반적 보조 장치용 전원, 부스터회로 (13), 및 전력 저장부 (14) 를 포함한다. 부스터회로 (13) 는 배터리 (12) 에 연결된다. 전력 저장부 (14) 는 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 에너지를 일시적으로 저장한다. 배터리 (12) 는 12V의 전압을 출력한다. 부스터회로 (13) 는 배터리 (12) 의 출력 전압 (배터리 전압) 을 세 배 이상 증가시킨다. 예를 들어, 부스터회로 (13) 는 12V인 배터리 (12) 의 출력 전압을 42V의 전압으로 증가시킨다. 본 실시예에서, 전력 저장부 (14) 로서 커패시터가 배치된다. EPS의 모터 (15) 를 구동하는 모터구동회로 (16) 는 부스터회로 (13) 및 전력 저장부 (14) 와 병렬로 연결된다. 본 실시예에서, 모터 (15) 로서 3상 모터가 사용되며 모터구동회로 (16) 로서 3상 인버터가 배치된다. 모터 (15) 및 모터구동회로 (16) 는 부하를 형성한다. 환언하면, 부하는 전력 저장부 (14) 와 병렬로 연결된다. 본 명세서에서, 부하는 전기식 액추에이 터는 물론이고, 몇몇 경우에는 액추에이터에 구동 전류를 공급하는 구동회로를 또한 포함한다.

부스터회로 (13) 는 코일 (17), 다이오드 (18), 스위칭 요소로 작용하는 MOSFET (19), 및 평활 커패시터 (20) 를 포함한다. 코일 (17) 은 배터리 (12) 의 플러스 단자와 다이오드 (18) 의 애노드 사이에 제공된다. MOSFET (19) 의 드레인은 코일 (17) 및 다이오드 (18) 사이의 노드에 연결된다. MOSFET (19) 의 소스는 배터리 (12) 의 마이너스 단자에 연결된다. 커패시터 (20) 는 다이오드 (18) 의 캐소드 및 MOSFET (19) 의 소스에 연결된다.

MOSFET (19) 는 제어기 (21) 에 의해 제어된다. 제어기 (21) 는 모터구동회로 (16) 에 소정의 전압을 제공하기 위하여 구동 신호를 생성하며, 이 구동 신호에 응답하여 MOSFET (19) 이 구동된다. 제어기 (21) 는 MOSFET (19) 의 게이트에 구동 신호를 출력한다. 제어기 (21) 는 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전류가 소정의 상한을 초과하지 않도록 MOSFET (19) 을 제어한다. 부스터회로 (13) 는 전류센서 (S) 를 포함하며, 이 전류센서 (S) 는 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전류를 감지한다. 전류센서 (S) 는 제어기 (21) 에 감지 신호를 출력한다. 이 감지 신호에 기초하여, 제어기 (21) 는 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전류가 소정의 상한을 초과하지 않도록 MOSFET (19) 을 제어한다.

부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전류의 상한은 모터구동회로 (16) 에 흐르는 전류의 시간 평균치 이상으로, 그리고 모터구동회로 (16) 에 흐르는 전류의 최대치보다 작은 값으로 설정된다. 이론적으로는 부스터회로 (13) 의 출력 전류 의 상한이 상기 전류의 시간 평균치와 동일하다고 할지라도, 일정한 마진을 확보하기 위하여 실제로는 상한이 전류의 시간 평균치보다 높은 값으로 설정된다. 그러나 부스터회로 (13) 의 출력 전류의 상한은 모터구동회로 (16) 에 흐르는 전류 이상의 값으로는 설정될 수 없다.

전력 저장부 (14) 를 모터구동회로 (16) 에 연결하는 제 1 케이블 (23) 의 직경은 모터구동회로 (16) 에 최대 전류가 공급될 수 있는 값으로 설정된다. 따라서, 제 1 케이블 (23) 의 직경은 부스터회로 (13) 를 전력 저장부 (14) 에 연결하는 제 2 케이블 (22) 의 직경보다 크다. 따라서, 제 1 케이블 (23) 의 길이는 제 2 케이블 (22) 의 길이 이하인 것이 바람직하다. 나아가, 전력 저장부 (14) 를 수용하기 위한 충분한 공간을 확보하기 위하여, 전력 저장부 (14) 가 모터구동회로 (16) 와 최대한 가까이 배치되어 제 1 케이블 (23) 의 길이가 최소화되는 것이 바람직하다.

이하 전원장치 (11) 의 작동을 설명한다. 도시되지 않은 ECU (전자 제어 유닛) 로부터 온 명령에 응답하여, 제어기 (21) 는 EPS의 모터 (15) 가 원하는 토크에서 구동되도록 부스터회로 (13) 및 모터구동회로 (16) 를 제어한다. 자동차가 직선주로를 따라 운행할 경우, EPS의 모터 (15) 에는 작은 부하가 작용하며 모터 (15) 에 요구되는 토크도 작다. 결과적으로, 모터 (15) 는 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전류에 의해서만 구동된다. 전력 저장부 (14) 는 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 에너지의 일부를 저장한다.

스티어링이 심한 경우, 모터 (15) 를 구동하기 위해서는 모터 (15) 에 1 ~ 1.5kW의 고전력이 제공되어야 하지만, 이러한 공급은 수 초 미만의 짧은 시간 동안만 지속된다. 이 상태에서, 배터리 (12) 의 출력 전압이 증가되지 않은 채로 모터구동회로 (16) 에 공급된다면, 100A 초과의 전류가 제 1 케이블 (23) 에 공급될 것이다. 따라서, 100A 초과의 전류를 제 1 케이블 (23) 을 통해 원활하게 흐르게 하기 위해서는 제 1 케이블 (23) 의 직경을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 본 실시예의 경우, 부스터회로 (13) 는 전압이 모터구동회로 (16) 로 공급되기 전에 배터리 전압 (12V) 을 그 배터리 전압보다 3배 이상 높은 전압 (42V) 으로 증가시킨다. 따라서, 제 1 케이블 (23) 에 흐르는 전류는 부스터회로 (13) 에 의해 배터리 전압이 증가하지 않은 경우의 약 1/3 정도로 작아진다. 부스터회로 (13) 의 출력 전류의 상한이 제한되어있기 때문에, 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 전류는 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전류에 의해 충족될 수 없다. 그러나 이러한 부족을 보상하기 위하여 전력 저장부 (14) 가 모터구동회로 (16) 에 전력을 공급함으로써 모터구동회로 (16) 는 필요한 전류를 공급받게 된다. 즉, 제 1 케이블 (23) 에 흐르는 전류는 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 수준에 도달하지만, 제 2 케이블 (22) 에 흐르는 전류는 제 1 케이블 (23) 에 흐르는 전류보다 작다. 따라서, 제 2 케이블 (22) 의 직경은 모터구동회로 (16) 에 흐르는 전류의 최대치에 기초하여 결정된 값보다 작은 값으로 설정될 수 있다. 나아가, 부스터회로 (13) 의 출력 전류는 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 전류의 시간 평균치 이상이다. 따라서, 시간 평균치의 관점으로부터, 부스터회로 (13) 는 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 전류 모두를 모터구동회로 (16) 에 공급할 수 있다. 이것은 시간이 경과함에 따라 전력 저장부 (14) 에 저장된 에너지가 소실되어 전력 저장부 (14) 가 모터구동회로 (16) 에 에너지를 공급할 수 없게 되는 것을 방지한다. 또한, 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전류의 상한이 제한되어 있기 때문에, 부스터회로 (13) 의 전자 구성요소로서 소형 등급의 소자를 사용할 수 있게 됨으로써 부스터회로 (13) 의 크기가 작아진다. 부스터회로 (13) 의 출력 전류에 대응하는 손실은 MOSFET (19) 또는 다이오드 (18) 에서 발생한다. 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 전류의 총량이 부스터회로 (13) 에 의해서만 공급된다면, 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 큰 전류에 대응하는 손실은 짧은 시간 동안에만 발생한다. 결과적으로, 이러한 손실에 의해 야기된 온도 증가에 의해 MOSFET (19) 또는 다이오드 (18) 가 손상되는 것을 방지하도록 냉각 요소 (열 싱크 등) 가 구성되어야 한다. 그럼에도, 본 실시예와 같이 부스터회로 (13) 의 출력 전류의 상한이 제한되어 있다면, 손실이 감소하여 냉각 요소의 사이즈가 작아진다.

다음으로, 이하에서는 부스터회로 (13) 와 전력 저장부 (14) 양자가 모터구동회로 (16) 에 전류를 공급할 때의 전원장치 (11) 의 작동을 정량적으로 설명한다. 모터 (15) 의 최대 출력은 1.5kW 이다. 도 2 를 참조하여, 정상 상태에서 모터구동회로 (16) 에 5A의 전류가 흐르고 또 모터구동회로 (16) 에 35A의 최대 전류가 15초를 주기로 2초간 연속적으로 흐른다면, 모터구동회로 (16) 에 공급된 전류의 시간 평균치는 9A 이다. 따라서, 부스터회로 (13) 의 출력 전류의 상한은 9A 이다. 이 방식으로, 전력 저장부 (14) 는 정상 상태 동안 충전 상태 를 유지하며, 35A의 최대 전류가 모터구동회로 (16) 에 공급될 때 방전 상태로 전환된다. 환언하면, 35A의 최대 전류가 모터구동회로 (16) 로 공급되는 경우, 모터구동회로 (16) 는 부스터회로 (13) 및 전력 저장부 (14) 로부터 전류를 공급받는다. 이로써 부스터회로 (13) 의 출력 전류가 평준화 (average) 된다. 부스터회로 (13) 가 모터구동회로 (16) 에 흐르는 전류의 최대치에 기초하여 구성된다면, 부스터회로 (13) 는 최대 출력 전류로서 35A의 전류를 출력할 수 있을 것이다. 그러나 본 실시예에서는 전력 저장부 (14) 가 모터구동회로 (16) 와 병렬로 연결되어, 모터구동회로 (16) 가 부스터회로 (13) 및 전력 저장부 (14) 양자로부터 전류를 공급받는다. 이 경우, 부스터회로 (13) 는 최대 출력 전류로서 9A의 전류를 출력할 수 있다. 이것은 MOSFET (19) 또는 다이오드 (18) 의 정격 전류를 감소시켜 부스터회로 (13) 의 크기가 감소한다.

모터구동회로 (16) 에 35A의 최대 전류가 지속되는 시간은 2초이며, 이 시간은 부스터회로 (13) 의 반응 시간 (제어 시간) 보다 충분히 길다. 결과적으로, 모터구동회로 (16) 와 병렬로 연결된 전력 저장부 (14) 가 있더라도, 35A의 최대 전류가 부스터회로 (13) 로부터 모터구동회로 (16) 에 공급된다. 이로 인해 제 2 케이블 (22) 에는 35A의 최대 전류가 흐르게 된다. 이 흐름을 방지하기 위하여, 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전류의 상한이 제한되어야 한다. 본 실시예에서는 부스터회로 (13) 의 출력 전류의 상한이 9A로 제한되어 있다. 따라서, 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 전류가 9A를 초과하는 경우, 전력 저장부 (14) 가 요구 전류의 부족을 보상하는 전류를 모터구동회로 (16) 에 공급한다. 이것은 제 2 케이블 (22) 에 흐르는 전류를 9A로 제한시켜 준다.

제 1 케이블 (23) 에 35A의 최대 전류가 짧은 시간 동안 흐른다고 하더라도, 모터구동회로 (16) 의 바로 옆에 전력 저장부 (14) 를 배치함으로써 제 1 케이블 (23) 의 길이가 최소화된다. 나아가, 제 2 케이블 (22) 에는 9A 이하의 전류가 흐르기 때문에, 제 2 케이블 (22) 의 직경은 9A에 대응하여 결정된 값으로 감소한다. 케이블에 흐를 수 있는 최대 전류는 케이블의 단면적에 비례하여 변경된다. 제 2 케이블 (22) 에 흐르는 전류의 최대치가 대략적으로 제 1 케이블 (23) 에 흐르는 전류의 최대치의 1/4 정도이기 때문에, 제 2 케이블 (22) 의 직경은 제 1 케이블 (23) 의 직경의 절반 정도이다.

도 4 를 참조하면, 일본 특허공개공보 제2000-50668 에 개시된 바와 같이, 평활 커패시터 (44) 는 컨버터회로 (43) 의 출력단자와 인버터회로 (45) 의 입력단자 사이에 제공된다. 그러나 본원에 개시된 바와 같이 커패시터 (44) 는 컨버터회로 (43) 에 의해 전환된 직류 전압과 함께 전류를 소정 수준으로 평활화하도록 작동한다. 즉, 본 발명과 달리, 커패시터 (44) 는 에너지를 일시적으로 저장하지도 않으며 인버터 (45)[본 실시예의 모터구동회로 (16) 에 대응] 가 다량의 전류를 요구할 때 인버터 (45) 에 전류를 공급하지도 않는다. 또한, 상기 특허문헌은 전류의 평활작용 이외에는 평활 커패시터 (44) 의 작용에 대한 설명이 없다.

본 발명에는 다음과 같은 이점이 있다.

(1) 전원장치 (11) 는 배터리 (12) 에 연결된 부스터회로 (13) 및 전력 저장부 (14) 를 포함하며, 전력 저장부 (14) 는 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 전력 을 일시적으로 저장한다. 부하인 모터구동회로 (16) 는 전력 저장부 (14) 와 병렬로 연결된다. 따라서, 일시적으로 짧은 시간 (수 초) 동안 전력 소비가 치솟는 부하에 대한 전력 공급에 있어서, 전력 저장부 (14) 로부터 부하로 송출된 전류는 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 수준과 동일해지지만 부스터회로 (13) 를 전력 저장부 (14) 에 연결하는 제 2 케이블 (22) 에 흐르는 전류는 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 수준보다 작아진다. 따라서, 부스터회로 (13) 를 전력 저장부 (14) 에 연결하는 제 2 케이블 (22) 의 직경은 제 1 케이블 (23) 의 직경보다 작은 값으로 설정된다. 이것은 전력 저장부 (14) 가 없는 경우와 비교할 때 부스터회로 (13) 를 모터구동회로 (16) 에 연결하는 케이블의 적어도 일부의 직경을 줄여준다.

(2) 부스터회로 (13) 의 출력 전류의 상한은 부하인 모터구동회로 (16) 에 흐르는 전류의 시간 평균치 이상으로, 모터구동회로 (16) 에 흐르는 전류의 최대치보다 작게 설정된다. 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 비정상상태의 전류의 공급 시간이 부스터회로 (13) 의 출력의 반응 시간 (제어 시간) 보다 짧으면, 부스터회로 (13) 의 출력 전류를 증가시키지 않고 전력 저장부 (14) 에 의해 공급된 전류를 더함으로써 비정상상태의 전류가 모터구동회로 (16) 에 공급될 수 있다. 그러나 상기 비정상상태의 전류의 공급 시간이 반응 시간 (제어 시간) 을 초과한다면, 모터구동회로 (16) 에 의해 요구되는 전류의 대부분은 부스터회로 (13) 에 의해 공급된다. 이것은 제 2 케이블 (22) 직경의 증가를 필요로 한다. 그러나, 본 실시예의 경우에는 부스터회로 (13) 의 출력 전류의 상한이 모터구동회로 (16) 에 흐르는 전류의 최대치보다 작다. 결과적으로, 제 2 케이블 (22) 의 직경은 모터구동회로 (16) 에 흐르는 최대 전류에 대응하여 결정된 값보다 작은 값으로 설정된다.

(3) 전력 저장부 (14) 를 모터구동회로 (16) 에 연결하는 제 1 케이블 (23) 의 길이는 부스터회로 (13) 를 전력 저장부 (14) 에 연결하는 제 2 케이블 (22) 의 길이보다 더 작은 값으로 설정된다. 제 2 케이블 (22) 보다 제 1 케이블 (23) 에 더 많은 전류가 흐르기 때문에, 제 1 케이블 (23) 의 직경은 제 2 케이블 (22) 의 직경보다 커야한다. 그러나 본 실시예의 경우 제 1 케이블 (23) 이 제 2 케이블 (22) 보다 짧기 때문에, 부스터회로 (13) 를 부하에 연결하는 케이블에서 직경이 작은 케이블 부분의 비율이 증가한다.

(4) 커패시터는 전력 저장부 (14) 로서 사용된다. 이로써 전력 저장부 (14) 로서 2차 전지가 사용되는 경우에 비하여 전력 저장부 (14) 의 비용 및 중량이 감소하고 전력 저장부 (14) 의 수명이 연장된다. 또한, 커패시터의 내부 저항은 2차 전지의 내부 저항보다 작다. 이로써 커패시터가 다량의 전류를 충전 및 방전할 수 있게되며, 2차 전지와 비교할 때 이러한 전류로 인한 발열이 감소한다.

(5) 부스터회로 (13) 에는 변압기가 없다. 따라서 부스터회로 (13) 는 변압기를 포함하는 부스터회로보다 크기가 더 작아진다.

(6) 사용시에, 전원장치 (11) 는 자동차에 장착된다. 자동차에는 많은 장치들이 설치되기 때문에, 장치들 및 이 장치들을 전원에 연결하는 케이블 (하네 스) 공간을 줄임으로써 이러한 장치들 및 케이블의 설치를 용이하게 하는 것을 희망한다. 전원장치 (11) 는 이러한 요구를 충족시켜준다.

본 실시예는 전술한 현태로 제한되지 않으며 다음과 같은 형태로 구현될 수 있다.

전력 저장부 (14) 는 커패시터로 제한되지 않는다. 전력 저장부 (14) 가 부스터회로 (13) 에 의해 출력된 에너지를 일시적으로 저장하는 한 전력 저장부 (14) 는 납전지, 리튬-이온 2차 전지, 또는 니켈-수소 전지 등의 2차 전지가 될 수 있으며, 부하에 공급되는 전류가 부스터회로 (13) 단독으로 충족될 수 없다면 부스터회로 (13) 에 의해 공급되는 전류 및 전력 저장부 (14) 에 의해 공급되는 전류가 조합되어 부하에 공급된다.

전력 저장부 (14) 로서 2차 전지가 사용될 수 있다. 이 경우, 전력 저장부 (14) 로서 커패시터를 사용하는 경우와 비교할 때, 부하로의 전류 공급에 의해 야기된 출력 전압의 강하가 작아진다.

부스터회로 (13) 의 출력 전류의 상한은 부하에 흐르는 전류의 시간 평균값보다 10 ~ 20% 큰 값으로 설정될 수 있다.

부스터회로 (13) 의 출력 전압은 42V로 제한되지 않으며, 부하를 구성하는 모터의 정격 전압에 따라 42V보다 커지거나 작아질 수 있다.

EPS 이외에, 능동형 스태빌라이저, 전기식 브레이크, 또는 엔진 스타터 등의 단기간에 고전력을 소비하는 장치가 부하로서 적당하다.

모터 (15) 는 3상 모터로 제한되지 않으며 단상 모터가 될 수도 있다. 이 경우, 모터구동회로 (16) 로서 단상 인버터가 배치된다.

부스터회로 (13) 는 변압기를 포함할 수도 있다.

스위칭 요소는 MOSFET (19) 로 제한되지 않으며, IGBT (절연 게이트형 양극성 트랜지스터) 또는 다른 스위칭 요소가 될 수 있다.

부하는 모터구동회로 (16) 인 구동회로를 통해서 부스터회로 (13) 의 출력 전류를 공급받을 필요는 없으며, 부스터회로 (13) 로부터 직접 출력 전류를 공급받을 수 있다.

전원장치 (11) 는 자동차에 사용하는 것으로 제한되지 않으며, 다른 액추에이터의 전원으로서 사용될 수 있다.

부스터회로 (13) 가 연결되는 배터리 (12) 의 출력 전압은 12V로 제한되지 않는다. 환언하면, 목적에 따라 배터리 (12) 는 12V보다 높은 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 전원장치 (11) 가 하이브리드 자동차에 사용된다면, 부스터회로 (13) 는 고전압 배터리의 전압을 낮추어 그 낮아진 전압으로 부하에 전류를 공급하는 회로로 교체될 수 있다. 이 경우, 도 3 을 참조하면, 스텝다운회로 (24) 및 전력 저장부 (14) 가 조합되어 배치된다. 스텝다운회로 (24) 는 약 300V를 출력하는 고전압 배터리에 의해 출력된 전압을 42V의 전압으로 낮춘다. 또한 이 경우 적어도 스텝다운회로 (24) 를 전력 저장부 (14) 에 연결하는 제 2 케이블 (22) 의 직경은 부하에 흐르는 전류의 최대치에 대응하여 결정된 직경보다 작은 값으로 설정된다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원장치 및 부하를 나타내는 회로도이다.

도 2 는 모터구동회로에 공급되는 전류의 변화를 시간 경과에 따라 나타낸 그래프이다.

도 3 은 수정된 전원장치 및 부하를 나타내는 회로도이다.

도 4 는 종래의 모터속도 제어기를 나타내는 회로도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11 전원장치 12 배터리 13 부스터회로 14 전력 저장부

22 제 2 케이블 23 제 1 케이블 24 스텝다운회로

Claims

배터리의 전력을 부하에 공급하는 전원장치로서,

배터리에 연결된 부스터회로; 및

상기 부스터회로에 의해 출력된 전력을 일시적으로 저장하는 전력 저장부를 포함하며, 상기 전력 저장부가 상기 부하와 병렬로 연결되는 전원장치.
제 1 항에 있어서,

상기 부스터회로의 출력 전류의 상한은 상기 부하에 흐르는 전류의 시간 평균치 이상으로, 그리고 상기 부하에 흐르는 전류의 최대치보다는 작은 값으로 설정되는 전원장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전력 저장부를 상기 부하에 연결하는 제 1 케이블; 및

상기 부스터회로를 상기 전력 저장부에 연결하는 제 2 케이블을 더 포함하며, 상기 제 1 케이블의 길이가 상기 제 2 케이블의 길이보다 더 작은 전원장치.
제 1 항에 있어서,

상기 부스터회로를 상기 전력 저장부에 연결하는 제 2 케이블의 직경은 상기 부하에 흐르는 전류의 시간 평균치에 대응하는 전류의 원활한 흐름을 보장하는 직 경의 하한보다 20% 이상 큰 값으로 설정되며,

상기 전력 저장부를 상기 부하에 연결하는 제 1 케이블의 직경은 상기 부하에 흐르는 전류의 최대치보다 작은 전류의 흐름을 보장하는 값으로 설정되는 전원장치.
제 1 항에 있어서,

정상 상태의 경우에는 상기 부하가 일정량의 전력을 소비하며, 고전력 상태의 경우에는 상기 부하가 수 초의 짧은 시간에 정상 상태의 전력보다 수배 더 많은 전력을 소비하는 전원장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

차동차에 사용되는 전원장치.
배터리의 전력을 부하에 공급하는 전원장치로서,

배터리에 연결된 스텝다운회로; 및

상기 스텝다운회로에 의해 출력된 전력을 일시적으로 저장하는 전력 저장부를 포함하며, 상기 전력 저장부는 상기 부하와 병렬로 연결되며,

상기 스텝다운회로의 출력 전류의 상한은 상기 부하에 흐르는 전류의 시간 평균치 이상으로, 그리고 상기 부하에 흐르는 전류의 최대치보다는 작은 값으로 설정되는 전원장치.
제 7 항에 있어서,

상기 전력 저장부를 상기 부하에 연결하는 제 1 케이블; 및

상기 스텝다운회로를 상기 전력 저장부에 연결하는 제 2 케이블을 포함하며, 상기 제 1 케이블의 길이가 상기 제 2 케이블의 길이보다 작은 전원장치.