KR20150080559A

KR20150080559A - 차량용 전원 장치

Info

Publication number: KR20150080559A
Application number: KR1020157013785A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 히라노
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-09
Also published as: CN104823350A; RU2015119991A; EP2912747B1; BR112015012237B1; JP5825269B2; CN104823350B; US9744926B2; JP2014141177A; BR112015012237A2; US20150307041A1; RU2617421C2; WO2014114977A3; KR101709423B1; WO2014114977A2; EP2912747A2

Abstract

차량용 전원 장치는 전기 부하(20)가 접속되어 있는 제1 포트(P1)와, 제1 축전 장치(21)가 접속되어 있는 제2 포트(P2)와, 제2 축전 장치(22)가 접속되어 있는 제3 포트(P3)와, 발전 장치(23)가 접속되어 있는 제4 포트(P4)와, 제1 포트와 제2 포트 사이에 배치된 제1 스위치(5)와, 제2 포트와 제4 포트 사이에 배치된 제2 스위치(6)와, 제1 포트와 제3 포트 사이에 배치된 제3 스위치(7)와, 제3 포트와 제4 포트 사이에 배치된 제4 스위치(8)와, 제1 및 제4 스위치가 도통되고, 제2 및 제3 스위치가 차단되어 있는 제1 상태와, 제1 및 제4 스위치가 차단되고, 제2 및 제3 스위치가 도통되어 있는 제2 상태 사이에서 절환하도록 구성된 상태 절환 유닛(11)을 포함한다.

Description

차량용 전원 장치 {VEHICULAR POWER SUPPLY APPARATUS}

본 발명은 전기 부하, 발전 장치 및 축전 장치(storage apparatus)에 접속되는 차량용 전원 장치에 관한 것이다.

종래의 차량용 이중 전원 시스템은 고전압 전원 및 저전압 전원을 포함한다[예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2007-307931호(JP 2007-307931 A) 참조].

이 차량용 이중 전원 시스템에서, 엔진의 회전 출력을 사용하여 전력을 발전하는 저전압 전원으로서 기능하는 발전기와, 저전압 시스템 전원보다 높은 전압을 공급하는 고전압 전원으로서 기능하는 배터리가 직류-대-직류(DC-DC) 변환기를 거쳐 접속된다.

그러나, JP 2007-307931 A에 설명된 차량용 이중 전원 시스템은 DC-DC 변환기를 사용하기 때문에, 그 제조 비용이 높다.

본 발명은 감소된 제조 비용을 갖는 차량용 전원 장치를 제공한다.

본 발명의 일 태양에 따른 차량용 전원 장치는 전기 부하가 접속되어 있는 제1 포트와, 제1 축전 장치가 접속되어 있는 제2 포트와, 제2 축전 장치가 접속되어 있는 제3 포트와, 발전 장치가 접속되어 있는 제4 포트와, 제1 포트와 제2 포트 사이에 배치된 제1 스위치와, 제2 포트와 제4 포트 사이에 배치된 제2 스위치와, 제1 포트와 제3 포트 사이에 배치된 제3 스위치와, 제3 포트와 제4 포트 사이에 배치된 제4 스위치와, 제1 스위치가 도통되고, 제2 스위치가 차단되고, 제3 스위치가 차단되고, 제4 스위치가 도통되어 있는 제1 상태와, 제1 스위치가 차단되고, 제2 스위치가 도통되고, 제3 스위치가 도통되고, 제4 스위치가 차단되어 있는 제2 상태 사이에서 절환하도록 구성된 상태 절환 유닛을 포함한다.

전술된 구성에 따르면, 감소된 제조 비용을 갖는 차량용 전원 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 장점 및 기술적 및 산업적 중요성이 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 나타내고 있는 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티포트 전원 공급 장치의 구성의 예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치를 포함하는 전원 시스템의 개략 회로도이다.
도 3은 제1 상태 절환 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 도 1에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치의 입출력 포트의 전압의 추이를 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티포트 전원 공급 장치의 구성의 예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치를 포함하는 전원 시스템의 개략 회로도이다.
도 7은 제2 상태 절환 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 5에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치의 입출력 포트의 전압의 추이를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티포트 전원 공급 장치의 구성의 예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 10은 축전 장치 이상 검출 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 멀티포트 전원 공급 장치의 구성의 예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 12는 스위치 이상 검출 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다.

본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 전원 장치로서 기능하는 멀티포트 전원 공급 장치(100)의 구성의 예를 도시하는 기능 블록도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치(100)를 포함하는 전원 시스템의 구성의 예를 도시하는 개략 회로도이다.

멀티포트 전원 공급 장치(100)는 엔진, 전기 모터 등을 구동원으로서 사용하는 차량에 설치된 차량 탑재 장치(in-vehicle apparatus)이다. 본 실시예에서, 멀티포트 전원 공급 장치(100)는 제어 장치(1), 제1 스위치(5), 제2 스위치(6), 제3 스위치(7) 및 제4 스위치(8)를 주 구성 요소로서 포함한다. 멀티포트 전원 공급 장치(100)는 4개의 입출력 포트(P1, P2, P3, P4)를 또한 포함한다. 본 실시예에서, 전기 부하(20)가 입출력 포트(P1)에 접속되고, 제1 축전 장치(21)가 입출력 포트(P2)에 접속되고, 제2 축전 장치(22)가 입출력 포트(P3)에 접속되고, 발전 장치(23) 및 시동 장치(24)가 입출력 포트(P4)에 접속된다.

전기 부하(20)는 제1 축전 장치(21) 또는 제2 축전 장치(22)에 의해 공급된 전력을 사용하여 작동되도록 구성된 전기 부하이다. 본 실시예에서, 전기 부하(20)는 12 V 시스템으로부터 전력을 사용하여 작동되도록 구성된 전기 부하이고, 다양한 전자 제어 유닛(ECU)을 포함한다.

제1 축전 장치(21) 및 제2 축전 장치(22)는 충전 및 방전되도록 구성된 차량 탑재 장치이다. 본 실시예에서, 제1 축전 장치(21) 및 제2 축전 장치(22)는 발전 장치(23)에 의해 발전된 전력으로 충전되도록 구성된 12 V 시스템의 보조 배터리로서 기능하고, 전력을 전기 부하(20) 및 시동 장치(24)에 공급한다. 또한, 제1 축전 장치(21) 및 제2 축전 장치(22)의 각각의 용량은 통상의 보조 배터리의 용량의 절반으로 설정될 수도 있다. 이러한 이유는, 통상의 보조 배터리의 용량에 대략 동일한 용량이 제1 축전 장치(21)와 제2 축전 장치(22)의 각각의 용량의 합에 의해 제공될 수 있기 때문이다.

발전 장치(23)는 엔진 또는 엔진 모터와 같은 구동원에 의해 구동된다. 본 실시예에서, 발전 장치(23)는 엔진에 의해 구동되는 교류기(alternator)이고, 12 V 시스템의 전력을 출력 출력한다.

시동 장치(24)는 차량의 구동원을 시동한다. 본 실시예에서, 시동 장치(24)는 엔진을 시동하는 스타터 모터(starter motor)이다.

제어 장치(1)는 멀티포트 전원 공급 장치(100)의 작동을 제어한다. 본 실시예에서, 제어 장치(1)는 중앙 처리 유닛(CPU), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 입출력 인터페이스 등을 포함하는 컴퓨터이다. 제어 장치(1)는 충방전 상태 판정 유닛(10) 및 상태 절환 유닛(11)과 같은 다양한 기능 요소에 대응하는 프로그램을 ROM 또는 RAM으로부터 판독하고, CPU가 다양한 기능 요소에 대응하는 처리를 실행하게 한다. 더 구체적으로, 제어 장치(1)[상태 절환 유닛(11)]는 제1 전압 센서(2), 제2 전압 센서(3) 등으로부터 출력을 수신한 후에 다양한 기능 요소에 대응하는 연산을 실행하고, 연산의 결과에 기초하여 제1 스위치(5), 제2 스위치(6), 제3 스위치(7), 제4 스위치(8) 등을 제어한다.

제1 스위치(5), 제2 스위치(6), 제3 스위치(7) 및 제4 스위치(8)는 도통 상태와 차단 상태 사이에서 전기 회로를 절환하기 위한 장치들이다. 본 실시예에서, 제1 스위치(5), 제2 스위치(6), 제3 스위치(7) 및 제4 스위치(8)는 도통 상태와 차단 상태 사이에서 절환되도록 구성된 접점 릴레이(contact relay) 또는 무접점 릴레이(contactless relay)에 의해 구성된다.

제1 스위치(5)는 입출력 포트(P1)를 입출력 포트(P2)에 접속하는 전력선 상에 배치된다. 제2 스위치(6)는 입출력 포트(P2)를 입출력 포트(P4)에 접속하는 전력선 상에 배치된다. 제3 스위치(7)는 입출력 포트(P1)를 입출력 포트(P3)에 접속하는 전력선 상에 배치된다. 제4 스위치(8)는 입출력 포트(P3)를 입출력 포트(P4)에 접속하는 전력선 상에 배치된다.

제1 전압 센서(2) 및 제2 전압 센서(3)는 멀티포트 전원 공급 유닛(100)을 작동하도록 요구된 전압을 검출한다. 본 실시예에서, 제1 전압 센서(2)는 입출력 포트(P2)의 전압, 또는 달리 말하면 제1 축전 장치(21)의 전압을 검출하기 위해 부착된다. 제1 전압 센서(2)는 입출력 포트(P2)의 전압을 미리 결정된 기간 간격에 반복적으로 검출하고, 검출된 전압값을 제어 장치(1)에 출력한다. 제2 전압 센서(3)는 입출력 포트(P3)의 전압, 또는 달리 말하면 제2 축전 장치(22)의 전압을 검출하기 위해 부착된다. 제2 전압 센서(3)는 입출력 포트(P3)의 전압을 미리 결정된 기간 간격에 반복적으로 검출하고, 검출된 전압값을 제어 장치(1)에 출력한다.

충방전 상태 판정 유닛(10)은 제1 축전 장치(21) 및 제2 축전 장치(22)의 충방전 상태를 판정한다. 본 실시예에서, 충방전 상태 판정 유닛(10)은 제1 전압 센서(2)에 의해 출력된 입출력 포트(P2)의 전압값 및 제2 전압 센서(3)에 의해 출력된 입출력 포트(P3)의 전압값을 얻는다. 충방전 상태 판정 유닛(10)은 이어서 얻어진 전압값에 기초하여, 제1 축전 장치(21) 및 제2 축전 장치(22)의 충방전 상태가 미리 결정된 상태에 대응하는지 여부를 판정한다. 더 구체적으로, 각각의 얻어진 전압값이 제2 미리 결정된 값(β)(예를 들어, 12 V)으로부터 제1 미리 결정된 값(α)(예를 들어, 13 V)으로 연장하는 범위 내에 있을 때, 충방전 상태 판정 유닛(10)은 축전 장치들이 충방전 절환 불필요 상태에 있다고 판정한다. 충방전 절환 불필요 상태는 현재 충전중인 축전 장치를 방전할 필요가 없거나 또는 현재 방전중인 축전 장치를 충전할 필요가 없는 상태이다. 대안적으로, 제1 축전 장치(21)와 제2 축전 장치(22) 중에서, 현재 충전중인 축전 장치의 전압이 제1 미리 결정된 값(α) 이하일 때, 충방전 상태 판정 유닛(10)은 제2 미리 결정된 값(β)에 전압을 비교하지 않고, 현재 충전중인 축전 장치가 충방전 절환 불필요 상태에 있다고 판정할 수도 있다. 또한, 제1 축전 장치(21)와 제2 축전 장치(22) 중에서, 현재 방전중인 축전 장치의 전압이 제2 미리 결정된 값(β) 이상일 때, 충방전 상태 판정 유닛(10)은 제1 미리 결정된 값(α)에 전압을 비교하지 않고, 현재 방전중인 축전 장치가 충방전 절환 불필요 상태에 있다고 판정할 수도 있다. 이 경우에, 충방전 상태 판정 유닛(10)은 예를 들어 제1 내지 제4 스위치(5 내지 8)의 도통/차단 상태에 기초하여, 제1 축전 장치(21)와 제2 축전 장치(22) 중 어느 것이 충전중이고 어느 것이 방전중인지를 판정한다. 충전중인 축전 장치의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과할 때, 충방전 상태 판정 유닛(10)은 충전중인 축전 장치가 방전이 필요한 상태(이하, "방전 필요 상태"라 칭함)에 있다고 판정한다는 것을 주목하라. 또한, 방전중인 축전 장치의 전압이 제2 미리 결정된 값(β)보다 작을 때, 충방전 상태 판정 유닛(10)은 방전중인 축전 장치가 충전이 필요한 상태(이하, "충전 필요 상태"라 칭함)에 있다고 판정한다.

상태 절환 유닛(11)은 멀티포트 전원 공급 장치(100)의 작동 상태를 절환한다. 본 실시예에서, 상태 절환 유닛(11)은 충방전 상태 판정 유닛(10)으로부터의 판정 결과에 기초하여 멀티포트 전원 공급 장치(100)의 작동 상태를 절환한다.

구체적으로, 상태 절환 유닛(11)은, 충방전 상태 판정 유닛(10)이 제1 축전 장치(21)와 제2 축전 장치(22) 중 적어도 하나가 충방전 절환 불필요 상태에 있다고 판정할 때, 멀티포트 전원 공급 장치(100)의 작동 상태를 절환한다. 더 구체적으로, 상태 절환 유닛(11)은 제1 내지 제4 스위치(5 내지 8) 중에서, 도통 상태에 있는 스위치들을 차단 상태로 절환하고, 차단 상태에 있는 스위치들을 도통 상태로 절환한다.

예를 들어, 제1 스위치(5) 및 제4 스위치(8)가 도통 상태에 있고, 제2 스위치(6) 및 제3 스위치(7)가 차단 상태에 있는 경우가 고려될 수도 있다. 이 경우에, 제1 축전 장치(21)는 현재 방전중이고, 또는 달리 말하면 제1 축전 장치(21)가 전기 부하(20)에 전력을 공급하고 있고, 반면에 제2 축전 장치(22)는 현재 충전중이고, 또는 달리 말하면 발전 장치(23)가 제2 축전 장치(22)에 전력을 공급하고 있다.

이 경우에, 상태 절환 유닛(11)은, 제2 축전 장치(22)가 제1 미리 결정된 값(α)을 초과할 때, 현재 충전중인 제2 축전 장치(22)가 방전 필요 상태에 있다고 판정한다. 이에 따라, 상태 절환 유닛(11)은 제1 및 제4 스위치(5, 8)를 차단 상태로 절환하고, 제2 및 제3 스위치(6, 7)를 도통 상태로 절환한다. 그 결과, 제2 축전 장치(22)의 충전이 정지되고, 제2 축전 장치(22)의 방전이 시작된다. 또한, 제1 축전 장치(21)의 방전이 정지되고, 제1 축전 장치(21)의 충전이 시작된다. 더욱이, 상태 절환 유닛(11)은, 제1 축전 장치(21)가 제2 미리 결정된 값(β)보다 작을 때, 현재 방전중인 제1 축전 장치(21)가 충전 필요 상태에 있다고 판정한다. 이에 따라, 상태 절환 유닛(11)은 제1 및 제4 스위치(5, 8)를 차단 상태로 절환하고, 제2 및 제3 스위치(6, 7)를 도통 상태로 절환한다. 그 결과, 제1 축전 장치(21)의 방전이 정지되고, 제1 축전 장치(21)의 충전이 시작된다. 또한, 제2 축전 장치(22)의 충전이 정지되고, 제2 축전 장치(22)의 방전이 시작된다. 모든 경우에, 제1 축전 장치(21)로부터 전기 부하(20)로의 전력 공급과 제2 축전 장치(22)로부터 전기 부하(20)로의 전력 공급 사이의 절환이 순간적으로 수행되고, 따라서 전기 부하(20)는 연속 전력 공급을 받을 수 있다는 것을 주목하라.

유사하게, 제1 스위치(5) 및 제4 스위치(8)가 차단 상태에 있고, 제2 스위치(6) 및 제3 스위치(7)가 도통 상태에 있는 경우가 고려될 수도 있다. 이 경우에, 제2 축전 장치(22)는 현재 방전중에 있고, 또는 달리 말하면 제2 축전 장치(22)가 전기 부하(20)에 전력을 공급하고 있고, 반면에 제1 축전 장치(21)는 현재 충전중에 있고, 또는 달리 말하면 발전 장치(23)가 제1 축전 장치(21)에 전력을 공급하고 있다.

이 경우에, 상태 절환 유닛(11)은, 제1 축전 장치(21)의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과할 때, 현재 충전중인 제1 축전 장치(21)가 방전 필요 상태에 있다고 판정한다. 이에 따라, 상태 절환 유닛(11)은 제1 및 제4 스위치(5, 8)를 도통 상태로 절환하고, 제2 및 제3 스위치(6, 7)를 차단 상태로 절환한다. 그 결과, 제1 축전 장치(21)의 충전이 정지되고, 제1 축전 장치(21)의 방전이 시작된다. 또한, 제2 축전 장치(22)의 방전이 정지되고, 제2 축전 장치(22)의 충전이 시작된다. 더욱이, 상태 절환 유닛(11)은 제2 축전 장치(22)의 전압이 제2 미리 결정된 값(β)보다 작을 때, 현재 방전중인 제2 축전 장치(22)가 충전 필요 상태에 있다고 판정한다. 이에 따라, 상태 절환 유닛(11)은 제1 및 제4 스위치(5, 8)를 도통 상태로 절환하고, 제2 및 제3 스위치(6, 7)를 차단 상태로 절환한다. 그 결과, 제2 축전 장치(22)의 방전이 정지되고, 제2 축전 장치(22)의 충전이 시작된다. 또한, 제1 축전 장치(21)의 충전이 정지되고, 제1 축전 장치(21)의 방전이 시작된다. 모든 경우에, 제2 축전 장치(22)로부터 전기 부하(20)로의 전력 공급과 제1 축전 장치(21)로부터 전기 부하(20)로의 전력 공급 사이의 절환이 순간적으로 수행되고, 따라서 전기 부하(20)가 연속적인 전력 공급을 받을 수 있다는 것을 주목하라.

여기서, 도 3을 참조하여, 멀티포트 전원 공급 장치(100)의 작동 상태를 절환하기 위해 제1 상태 절환 유닛(11)에 의해 수행된 처리(이하, "제1 상태 절환 처리"라 칭함)가 설명될 것이다. 도 3은 제1 상태 절환 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 제어 장치(1)는 미리 결정된 기간 간격에 반복적으로 제1 상태 절환 처리를 실행한다.

먼저, 제어 장치(1)는 발전 장치(23)에 의해 발전된 전력이 그에 충전되도록 접속된 충전용 축전 장치의 충전을 시작하고, 예를 들어 전기 부하(20)에 전력을 공급하기 위해 접속된 방전용 축전 장치의 방전을 시작하고, 카운터를 사용하여 시간 측정을 시작한다(단계 S1). 이 경우에, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)이고, 방전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)라고 가정하면, 제1 및 제4 스위치(5, 8)는 차단 상태에 있고, 제2 및 제3 스위치(6, 7)는 도통 상태에 있다. 다른 한편으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)이고, 방전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 제1 및 제4 스위치(5, 8)는 도통 상태에 있고, 제2 및 제3 스위치(6, 7)는 차단 상태에 있다.

다음에, 제어 장치(1)는 미리 결정된 시간이 경과하였는지 여부를 판정한다(단계 S2). 미리 결정된 시간이 경화되지 않았다고 판정될 때(단계 S2에서, 아니오), 제어 장치(1)는 미리 결정된 시간이 경과할 때까지 카운터를 사용하여 시간 측정을 계속한다.

미리 결정된 시간이 경과되었다고 판정될 때(단계 S2에서, 예), 제어 장치(1)는 카운터를 리셋하고(단계 S3), 충전용 축전 장치의 충전을 중단한다(단계 S4). 이와 같이 함으로써, 충전용 축전 장치의 전압은 더 정확하게 검출될 수 있다. 더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 제어 장치(1)는 제2 스위치(6)를 차단 상태로 절환함으로써 제1 축전 장치(21)의 충전을 중단한다. 이와 같이 함으로써, 제1 전압 센서(2)는 제1 축전 장치(21)의 전압을 더 정확하게 검출할 수 있다. 다른 한편으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 제어 장치(1)는 제4 스위치(8)를 차단 위치로 절환함으로써 제2 축전 장치(22)의 충전을 중단한다. 이와 같이 함으로써, 제2 전압 센서(3)는 제2 축전 장치(22)의 전압을 더 정확하게 검출할 수 있다.

다음에, 제어 장치(1)의 충방전 상태 판정 유닛(10)은, 충전용 축전 장치의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과하는지 또는 방전용 축전 장치의 전압이 제2 미리 결정된 값(β)보다 작은지 여부를 판정한다(단계 S5). 달리 말하면, 충방전 상태 판정 유닛(10)은, 충전용 축전 장치가 방전 필요 상태에 있는지 또는 방전용 축전 장치가 충전 필요 상태에 있는지 여부를 판정한다.

충전용 축전 장치의 전압이 제1 미리 결정된 값(α) 이하이고, 방전용 축전 장치의 전압이 제2 미리 결정된 값(β) 이상인 것으로 판정될 때(단계 S5에서, 아니오), 제어 장치(1)는 충전용 축전 장치의 충전을 재시작한다(단계 S6). 더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 제어 장치(1)는 제2 스위치(6)를 도통 상태로 복귀함으로써 제1 축전 장치(21)의 충전을 재시작한다. 다른 한편으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 제어 장치(1)는 제4 스위치(8)를 도통 상태로 복귀함으로써 제2 축전 장치(22)의 충전을 재시작한다. 제어 장치(1)는 이어서 단계 S2 이후의 처리를 실행한다.

다른 한편으로, 충전용 축전 장치의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과하고 또는 방전용 축전 장치의 전압이 제2 미리 결정된 값(β)보다 작은 것으로 판정될 때(단계 S5에서, 예), 제어 장치(1)의 상태 절환 유닛(11)은 제1 내지 제4 스위치(5 내지 8) 중에서, 도통 상태에 있는 스위치들을 차단 상태로 절환하고, 차단 상태에 있는 스위치들을 도통 상태로 절환한다(단계 S7). 더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 상태 절환 유닛(11)은 제1 및 제4 스위치(5, 8)를 도통 상태로 절환하고, 제2 및 제3 스위치(6, 7)를 차단 상태로 절환한다. 대안적으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 상태 절환 유닛(11)은 제1 및 제4 스위치(5, 8)를 차단 상태로 절환하고, 제2 및 제3 스위치(6, 7)를 도통 상태로 절환한다. 그 결과, 충전용 축전 장치로서 기능하는 축전 장치는 방전용 축전 장치가 되도록 절환되고, 반면에 방전용 축전 장치로서 기능하는 축전 장치는 충전용 축전 장치가 되도록 절환된다. 그 후에, 제어 장치(1)는 금회의 제1 상태 절환 처리를 종료한다.

다음에, 도 4를 참조하여, 제1 상태 절환 처리 중에, 입출력 포트(P1)의 전압 또는 달리 말하면 전기 부하(20)에 인가된 전압의 추이가 설명될 것이다. 도 4는 시간이 횡축에 배치되어 있고, 전압이 종축에 배치되어 있는, 입출력 포트(P1, P2, P3)의 전압의 추이를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 4에서, 흑색 실선에 의해 지시된 추이는 입출력 포트(P1)의 전압의 추이를 표현하고, 백색 점선에 의해 지시된 추이는 입출력 포트(P2)의 전압의 추이를 표현하고, 백색 쇄선에 의해 지시된 추이는 입출력 포트(P3)의 전압의 추이를 표현한다. 더욱이, 점(SP1)은 입출력 포트(P1)의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과하고, 충전용 축전 장치로서 기능하는 제1 축전 장치(21)가 방전 필요 상태에 진입하는 절환점을 지시한다. 점(SP2)은 입출력 포트(P3)의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과하고, 충전용 축전 장치로서 기능하는 제2 축전 장치(22)가 방전 필요 상태에 진입하는 절환점을 지시한다. 점(SP3)은 입출력 포트(P3)의 전압이 제2 미리 결정된 값(β) 미만으로 저하하고, 방전용 축전 장치로서 기능하는 제2 축전 장치(22)가 방전 필요 상태에 진입하는 절환점을 지시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 충전용 축전 장치가 방전 필요 상태에 진입하거나 또는 방전용 축전 장치가 충전 필요 상태에 진입할 때, 멀티포트 전원 공급 장치(100)는 절환을 수행하여 충전용 축전 장치가 방전용 축전 장치가 되고 방전용 축전 장치는 충전용 축전 장치가 된다. 더 구체적으로, 멀티포트 전원 공급 장치(100)는 제1 및 제4 스위치(5, 8)의 조합의 도통/차단 상태 및 제2 및 제3 스위치(6, 7)의 조합의 도통/차단 상태를 절환한다. 이와 같이 함으로써, 멀티포트 전원 공급 장치(100)는 입출력 포트(P1)의 전압을 제2 미리 결정된 값(β)으로부터 제1 미리 결정된 값(α)으로 연장하는 범위 내의 전압으로 유지할 수 있다.

전술된 바와 같이 구성된 멀티포트 전원 공급 장치(100)에서, 저비용으로 DC-DC 변환기의 사용 없이, 발전 장치(23)가 제1 축전 장치(21) 또는 제2 축전 장치(22)를 충전하는 충전 회로는 제2 축전 장치(22) 또는 제1 축전 장치(21)가 전기 부하(20)에 전력을 공급하는 전력 공급 회로로부터 전기적으로 분리될 수 있다. 따라서, 멀티포트 전원 공급 장치(100)에 의해, 전기 부하(20)에 대한 충전 전압의 효과가 억제될 수 있다. 더 구체적으로, 예를 들어 전기 부하(20)가 램프를 포함할 때, 전압 변동에 기인하는 램프의 깜빡임이 억제될 수 있다.

또한, 멀티포트 전원 공급 장치(100)에서, 충전 회로 및 전력 공급 회로는 서로로부터 전기적으로 분리되고, 따라서 제1 축전 장치(21) 및 제2 축전 장치(22)는 각각의 원하는 전압으로 충전될 수 있다. 따라서, 멀티포트 전원 공급 장치(100)에 의해, 제1 축전 장치(21) 및 제2 축전 장치(22)의 수명의 증가가 실현될 수 있다. 더욱이, 멀티포트 전원 공급 장치(100)에 의해, 차량의 상태에 따라 발전 전압을 변동함으로써 엔진 부하를 조절하면서 제1 축전 장치(21) 또는 제2 축전 장치(22)의 충전을 위한 충전중에 사용될 수 있는 발전 전압(충전 전압)의 범위가 확대될 수 있다.

더욱이, 멀티포트 전원 공급 장치(100)에서, 제1 축전 장치(21) 또는 제2 축전 장치(22)가 시동 장치(24)에 전력을 공급하는 회로는 제2 축전 장치(22) 또는 제1 축전 장치(21)가 전기 부하(20)에 전력을 공급하는 회로로부터 전기적으로 분리되고, 따라서 시동 장치(24)에 의한 크랭킹 중에 전압의 강하의 전기 부하(20)에 대한 효과가 억제될 수 있다. 따라서, 멀티포트 전원 공급 장치(100)는 또한 공회전 정지(idling stop) 기능을 갖는 차량에 설치될 수 있고, 이에 의해 시동이 빈번하게 수행된다.

더욱이, 멀티포트 전원 공급 장치(100)에서, 제1 축전 장치(21) 또는 제2 축전 장치(22)가 시동 장치(24)에 전력을 공급하는 회로는 제2 축전 장치(22) 또는 제1 축전 장치(21)가 전기 부하(20)에 전력을 공급하는 회로로부터 전기적으로 분리되기 때문에, 전기 부하(20)에 인가된 암전류에 의해 발생된 배터리 방전이 방지될 수 있다. 더욱이, 멀티포트 전원 공급 장치(100)에 의해, 시동이 배터리 방전에 기인하여 시동 장치(24)에 의해 수행될 수 없는 상황이 방지될 수 있다.

다음에, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티포트 전원 공급 장치(100A)가 설명될 것이다. 도 5는 멀티포트 전원 공급 장치(100A)의 구성의 예를 도시하는 기능 블록도이고, 도 6은 도 5에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치(100A)를 포함하는 전원 시스템의 구성의 예를 도시하는 개략 회로도이다.

멀티포트 전원 공급 장치(100A)는 엔진, 전기 모터 등을 구동원으로서 사용하는 차량 내에 설치된 차량 탑재 장치이다. 본 실시예에서, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)는 제어 장치(1A), 제1 스위치(5A), 제2 스위치(6A), 제3 스위치(7A) 및 제4 스위치(8A)를 주요 구성 요소로서 포함한다.

제4 입출력 포트(P1 내지 P4), 제1 전압 센서(2), 제2 전압 센서(3), 충방전 상태 판정 유닛(10), 전기 부하(20), 제1 축전 장치(21), 제2 축전 장치(22), 발전 장치(23) 및 시동 장치(24)는 멀티포트 전원 공급 장치(100)의 대응부들에 동일하게 구성되고, 따라서 그 설명은 생략되어 있다.

제어 장치(1A)는 멀티포트 전원 공급 장치(100A)의 작동을 제어한다. 본 실시예에서, 제어 장치(1A)는 CPU, RAM, ROM, 입출력 인터페이스 등을 포함하는 컴퓨터이다. 제어 장치(1A)는 충방전 상태 판정 유닛(10) 및 상태 절환 유닛(11A)과 같은 다양한 기능 요소에 대응하는 프로그램을 ROM 또는 RAM으로부터 판독하고, CPU가 다양한 기능 요소에 대응하는 처리를 실행하게 한다. 더 구체적으로, 제어 장치(1A)[상태 절환 유닛(11A)]는 제1 전압 센서(2), 제2 전압 센서(3), 제3 전압 센서(4) 등으로부터 출력을 수신한 후에 다양한 기능 요소에 대응하는 연산을 실행하고, 연산의 결과에 기초하여 제1 스위치(5A), 제2 스위치(6A), 제3 스위치(7A), 제4 스위치(8A) 등을 제어한다.

제1 내지 제4 스위치(5A 내지 8A)는 도통 상태와 차단 상태 사이에서 전기 회로를 절환한다. 구체적으로, 제1 내지 제4 스위치(5A 내지 8A)는 도통 상태와 차단 상태 사이에서 절환되도록 구성된 절환 소자들에 의해 구성된다. 게다가, 도통 상태에서 제1 내지 제4 스위치(5A 내지 8A)의 각각을 구성하는 절환 소자를 통해 흐르는 전류가 제어 가능(변동 가능)하다. 더 구체적으로, 제1 내지 제4 스위치(5A 내지 8A)는 예를 들어, 사이리스터(thyristor), 쌍극 트랜지스터, 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBT), 전계 효과 트랜지스터(FET) 등을 포함한다. 또한, 디프레션형(depression type) 절환 소자 또는 인핸스먼트형(enhancement type) 절환 소자 중 어느 하나가 사용될 수도 있다. 본 실시예에서, 디프레션형 금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)가 제1 내지 제4 스위치(5A 내지 8A)로서 사용된다. 제2 스위치(6A) 내지 제4 스위치(8A)의 각각은 도통 상태에서 릴레이를 통해 흐르는 전류가 제어 가능하지 않도록 구성된 릴레이에 의해 구성될 수도 있다는 것을 주목하라.

제1 스위치(5A)로서 기능하는 MOSFET은 입출력 포트(P1)의 전압을 게이트 구동 전원으로서 사용한다. 제2 스위치(6A)로서 기능하는 MOSFET은 입출력 포트(P2)의 전압을 게이트 구동 전원으로서 사용한다. 제3 스위치(7A)로서 기능하는 MOSFET은 입출력 포트(P1)의 전압을 게이트 구동 전원으로서 사용한다. 제4 스위치(8A)로서 기능하는 MOSFET은 입출력 포트(P3)의 전압을 게이트 구동 전원으로서 사용한다. 또한, 제1 내지 제4 스위치(5A 내지 8A)의 각각의 게이트 전압의 값은 게이트 제어 회로로서 기능하는 제어 장치(1A)에 의해 0 V로부터 게이트 구동 전원의 전압값으로 제어된다. 본 실시예에서, 디프레션형 MOSFET가 사용되고, 따라서 게이트 전압의 값이 감소함에 따라 도통 전류(드레인 전류)가 증가한다.

제3 전압 센서(4)는 제1 전압 센서(2) 및 제2 전압 센서(3)에 유사하게, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)를 작동하도록 요구된 전압을 검출한다. 본 실시예에서, 제3 전압 센서(4)는 입출력 포트(P1)의 전압을 검출하기 위해 부착된다. 제3 전압 센서(4)는 입출력 포트(P1)의 전압을 미리 결정된 기간 간격에 반복적으로 검출하고, 검출된 전압값을 제어 장치(1A)에 출력한다.

상태 절환 유닛(11A)은 멀티포트 전원 공급 장치(100A)의 작동 조건을 절환한다. 본 실시예에서, 상태 절환 유닛(11A)은 충방전 상태 판정 유닛(10)으로부터의 판정 결과에 기초하여 멀티포트 전원 공급 장치(100A)의 작동 상태를 절환한다.

구체적으로, 상태 절환 유닛(11A)은, 충방전 상태 판정 유닛(10)이 제1 축전 장치(21)와 제2 축전 장치(22) 중 적어도 하나가 충방전 절환 불필요 상태에 있지 않다고 판정할 때, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)의 작동 상태를 절환한다. 더 구체적으로, 상태 절환 유닛(11A)은 제1 내지 제4 스위치(5A 내지 8A) 중에서, 도통 상태에 있는 충전-관련 스위치를 차단 상태로 절환한다. 또한, 상태 절환 유닛(11A)은 제1 내지 제4 스위치(5A 내지 8A) 중, 차단 상태에 있는 방전-관련 스위치를 점진적으로 도통 상태로 절환하고, 스위치가 미리 결정된 도통 상태에 도달할 때, 도통 상태에 있는 방전-관련 스위치를 차단 상태로 절환하고, 차단 상태에 있는 충전-관련 스위치를 도통 상태로 절환한다.

예를 들어, 제1 스위치(5A) 및 제4 스위치(8A)가 도통 상태에 있고, 반면에 제2 스위치(6A) 및 제3 스위치(7A)가 차단 상태에 있는 경우가 고려될 수도 있다. 이 경우에, 제1 축전 장치(21)는 현재 방전중이고, 또는 달리 말하면 제1 축전 장치(21)가 전기 부하(20)에 전력을 공급하고 있고, 제2 축전 장치(22)는 현재 충전중이고, 또는 달리 말하면 발전 장치(23)가 제2 축전 장치(22)에 전력을 공급하고 있다.

이 경우에, 충전중인 제2 축전 장치(22)의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과할 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제2 축전 장치(22)가 방전 필요 상태에 있다고 판정한다. 이에 따라, 상태 절환 유닛(11A)은 제1 스위치(5A)를 도통 상태로 유지하면서 제4 스위치(8A)를 차단 상태로 절환한다. 상태 절환 유닛(11A)은 이어서 입출력 포트(P1)의 전압값으로 설정되어 있는 제3 스위치(7A)의 게이트 전압을 미리 결정된 값(ΔV)의 증분으로 0 V까지 점진적으로 감소시켜 제3 스위치(7A)의 드레인 전류가 점진적으로 증가하게 된다. 그 결과, 제2 축전 장치(22)의 충전이 정지되고, 그 방전이 시작된다. 다음에, 입출력 포트(P1)의 전압이 제3 스위치(7A)의 드레인 전류의 증가에 기인하여 증가하기 시작할 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제1 스위치(5A)를 차단 상태로 절환하고, 제2 스위치(6A)를 도통 상태로 절환한다. 그 결과, 제1 축전 장치(21)의 방전이 정지되고, 그 충전이 시작된다. 입출력 포트(P1)의 전압의 증가는 제3 전압 센서(4)에 의해 검출된다는 것을 주목하라.

또한, 방전중인 제1 축전 장치(21)의 전압이 제2 미리 결정된 값(β) 미만으로 저하할 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제1 축전 장치(21)가 충전 필요 상태에 있다고 판정한다. 이에 따라, 상태 절환 유닛(11A)은 제2 축전 장치(22)가 방전 필요 상태에 있다고 판정되는, 전술된 경우의 것에 동일한 처리를 실행한다. 그 결과, 제1 축전 장치(21)의 방전이 정지되고, 그 충전이 시작된다. 또한, 제2 축전 장치(22)의 충전이 정지되고, 그 방전이 시작된다.

모든 경우에, 제1 축전 장치(21)로부터 전기 부하(20)로의 전력 공급과 제2 축전 장치(22)로부터 전기 부하(20)로의 전력 공급 사이의 절환이 짧은 중첩 기간에 수행되고, 따라서 전기 부하(20)는 연속적인 전력 공급을 받을 수 있다는 것을 주목하라.

여기서, 도 7을 참조하여, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)의 작동 상태를 절환하기 위해 제1 상태 절환 유닛(11A)에 의해 수행된 처리(이하, "제2 상태 절환 처리"라 칭함)가 설명될 것이다. 도 7은 제2 상태 절환 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 제어 장치(1A)는 제2 상태 절환 처리를 미리 결정된 시간 간격에 반복적으로 실행한다. 도 7의 단계 S11 내지 S16은 도 3의 단계 S1 내지 S6에 동일하다. 따라서, 단계 S11 내지 S16의 설명은 생략되고, 단계 S17 이후로부터의 상세한 설명이 제공된다.

단계 S17에서, 또는 달리 말하면 충전용 축전 장치가 방전 필요 상태에 있고 또는 방전용 축전 장치가 충전 필요 상태에 있는 것으로 판정될 때, 제어 장치(1A)의 상태 절환 유닛(11A)은 충전용 축전 장치의 충전을 정지한다. 더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제2 스위치(6A)를 차단 상태로 절환함으로써 제1 축전 장치(21)의 충전을 정지한다. 그 결과, 발전 장치(23)의 전압 변동이 제2 스위치(6A) 및 제1 스위치(5A)를 거쳐 전기 부하(20)에 영향을 미치는 것이 방지된다. 이 경우에, 제4 스위치(8A)는 차단 상태에 있다는 것을 주목하라.

대안적으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제4 스위치(8A)를 차단 상태로 절환함으로써 제2 축전 장치(22)의 충전을 정지한다. 그 결과, 발전 장치(23)의 전압 변동이 제4 스위치(8A) 및 제3 스위치(7A)를 거쳐 전기 부하(20)에 영향을 미치는 것이 방지된다. 이 경우에, 제2 스위치(6)는 차단 상태에 있다는 것을 주목하라.

다음에, 제어 장치(1A)는 차단 상태에 있는 방전측 스위치[제1 스위치(5A) 또는 제3 스위치(7A)]의 전압을 미리 결정된 값(ΔV)만큼 감소시킨다(단계 S18). 더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 제어 장치(1A)는 제1 스위치(5A), 즉 차단 상태에 있는 방전측 스위치의 게이트 전압을 ΔV만큼 감소시킨다. 그 결과, 제1 스위치(5A)를 통해 흐르는 드레인 전류가 증가된다. 대안적으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 제어 장치(1A)는 제3 스위치(7A), 즉 차단 상태에 있는 방전측 스위치를 ΔV만큼 감소시킨다. 그 결과, 제3 스위치(7A)를 통해 흐르는 드레인 전류가 증가된다.

다음에, 제어 장치(1A)는 제3 전압 센서(4)의 출력에 기초하여 입출력 포트(P1)의 전압이 증가되었는지 여부를 판정한다(단계 S19). 입출력 포트(P1)의 전압이 증가되지 않았다고 판정되면(단계 S19에서, 아니오), 제어 장치(1A)는 단계 S18로 처리를 복귀하여 차단 상태에 있는 방전측 스위치의 게이트 전압을 ΔV만큼 더 감소시킨다. 제어 장치(1A)는 입출력 포트(P1)의 전압이 증가되었다고 판정될 때까지 단계 S18 및 S19의 처리를 반복한다.

입출력 포트(P1)의 전압이 증가되었다고 판정되면(단계 S19에서, 예), 상태 절환 유닛(11A)은 도통 상태에 있는 방전측 스위치를 차단 상태로 절환한다(단계 S20). 더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제3 스위치(7A), 즉 도통 상태에 있는 방전측 스위치를 차단 상태로 절환한다. 그 결과, 방전용 축전 장치로서 기능하는 제2 축전 장치(22)는 전기 부하(20)로부터 분리되어 제2 축전 장치(22)가 충전될 수 있게 된다. 대안적으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제1 스위치(5A), 즉 도통 상태에 있는 방전측 스위치를 차단 상태로 절환한다. 그 결과, 방전용 축전 장치로서 기능하는 제1 축전 장치(21)는 전기 부하(20)로부터 분리되어 제1 축전 장치(21)가 충전될 수 있게 된다.

다음에, 상태 절환 유닛(11A)은 초기에 방전용 축전 장치였던 축전 장치의 충전을 시작한다(단계 S21). 더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 초기에 제1 축전 장치(21)였을 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제4 스위치(8A)를 도통 상태로 절환함으로써 초기에 방전용 축전 장치였던 제2 축전 장치(22)의 충전을 시작한다. 대안적으로, 충전용 축전 장치가 초기에 제2 축전 장치(22)였을 때, 상태 절환 유닛(11A)은 제2 스위치(6A)를 도통 상태로 절환함으로써 초기에 방전용 축전 장치였던 제1 축전 장치(21)의 충전을 시작한다.

다음에, 제어 장치(1A)는 제3 전압 센서(4)의 출력에 기초하여, 초기에 차단 상태에 있었던 방전측 스위치의 게이트 전압이 도통 전압(예를 들어, 0 V)에 도달하였는지 여부를 판정한다(단계 S22). 더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 초기에 제1 축전 장치(21)였을 때, 상태 절환 유닛(11A)은 초기에 차단 상태에 있는 방전측 스위치였던 제1 스위치(5A)의 게이트 전압이 도통 전압에 도달하였는지 여부를 판정한다. 대안적으로, 충전용 축전 장치가 초기에 제2 축전 장치(22)였을 때, 상태 절환 유닛(11A)은 초기에 차단 상태에 있는 방전측 스위치였던 제3 스위치(7A)의 게이트 전압이 도통 전압에 도달하였는지 여부를 판정한다. 도통 전압은 드레인 전류가 최대일 때 실현된 게이트 전압인 것을 주목하라.

초기에 차단 상태에 있는 방전측 스위치의 게이트 전압이 도통 전압에 도달하지 않았다고 판정되면(단계 S22에서, 아니오), 제어 장치(1A)는 초기에 차단 상태에 있는 방전측 스위치의 게이트 전압을 미리 정해진 값(ΔV)만큼 더 감소시킨다(단계 S23). 제어 장치(1A)는 이어서 초기에 차단 상태에 있는 방전측 스위치의 게이트 전압이 도통 전압에 도달할 때까지 단계 S22 및 S23의 처리를 반복한다.

초기에 차단 상태에 있는 방전측 스위치의 게이트 전압이 도통 전압에 도달하였다고 판정되면(단계 S22에서, 예), 제어 장치(1A)는 금회의 제2 상태 절환 처리를 종료한다.

다음에, 도 8a 및 도 8b를 참조하여, 제2 상태 절환 처리 중에, 입출력 포트(P1)의 전압, 또는 달리 말하면 전기 부하(20)에 인가된 전압의 추이가 설명될 것이다. 도 8a 및 도 8b는 시간이 횡축에 배치되어 있고, 전압이 종축에 배치되어 있는, 입출력 포트(P1, P2, P3)의 전압의 추이를 각각 도시하는 그래프이다. 도 8a는 도 4와 동일한 그래프이고, 도 8b와 비교를 위해 제1 상태 절환 처리 중에 입출력 포트(P1, P2, P3)의 전압의 추이를 도시한다. 또한, 도 8a 및 도 8b에서, 흑색 실선에 의해 지시된 추이는 입출력 포트(P1)의 전압의 추이를 표현하고 있고, 백색 점선에 의해 지시된 추이는 입출력 포트(P2)의 전압의 추이를 표현하고 있고, 백색 쇄선에 의해 지시된 추이는 입출력 포트(P3)의 전압의 추이를 표현하고 있다. 더욱이, 점(SP1)은 입출력 포트(P1)의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과하고 충전용 축전 장치로서 기능하는 제1 축전 장치(21)가 방전 필요 상태에 진입하는 절환점을 지시한다. 점(SP2)은 입출력 포트(P3)의 전압이 제1 미리 결정된 값(α)을 초과하고 충전용 축전 장치로서 기능하는 제2 축전 장치(22)가 방전 필요 상태에 진입하는 절환점을 지시한다. 점(SP3)은 입출력 포트(P3)의 전압이 제2 미리 결정된 값(β) 미만으로 저하하고 방전용 축전 장치로서 기능하는 제2 축전 장치(22)가 충전 필요 상태에 진입하는 절환점을 지시한다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 충전용 축전 장치가 방전 필요 상태에 진입하거나 방전용 축전 장치가 충전 필요 상태에 진입할 때, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)는 절환을 수행하여 충전용 축전 장치가 방전용 축전 장치가 되고, 방전용 축전 장치가 충전용 축전 장치가 된다. 더 구체적으로, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)는 제1 및 제4 스위치(5A, 8A)의 조합의 도통/차단 상태 및 제2 및 제3 스위치(6A, 7A)의 조합의 도통/차단 상태를 절환한다. 그 결과, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)는 입출력 포트(P1)의 전압을 제2 미리 결정된 값(β)으로부터 제1 미리 결정된 값(α)까지 연장하는 범위 내의 전압으로 유지할 수 있다.

또한, 도 8b에 도시된 바와 같이 멀티포트 전원 공급 장치(100A)에 의해 수행된 절환 중에 입출력 포트(P1)에서 발생하는 전압 변동은 도 8a에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치(100)에 의해 발생된 전압 변동보다 완만하다. 이러한 이유는, 초기에 충전용 축전 장치였던 축전 장치로부터 전기 부하(20)에 흐르는 전류가, 도통 상태에 있는 절환 소자를 통해 흐르는 전류가 제어 가능하도록 구성된 절환 소자에 의해 점진적으로 증가될 수 있기 때문이다. 그 결과, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)는 충방전 절환 중에 입출력 포트(P1)의 급속한 전압 변동을 억제하는 것이 가능하다.

이와 같이 구성된 멀티포트 전원 공급 장치(100A)에 의해, 전술된 멀티포트 전원 공급 장치(100)의 효과에 추가하여, 충방전 절환 중에 전기 부하(20)에 인가된 전압의 급속한 변동이 억제될 수 있다. 따라서, 전기 부하(20)가 예를 들어 램프를 포함할 때, 멀티포트 전원 장치(100A)는 충방전 절환 중에 전압 변동에 의해 발생되는 램프의 깜빡임을 더욱 더 억제할 수 있다.

더욱이, 상태 절환 유닛(11A)은 미리 결정된 값(ΔV)의 증분으로 디프레션형 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 게이트 전압을 점진적으로 감소시킴으로써 드레인 전류를 점진적으로 증가시킨다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 대신에 상태 절환 유닛(11A)은 미리 결정된 값(ΔV)의 증분으로 인핸스먼트형 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 게이트 전압을 점진적으로 증가시킴으로써 드레인 전류를 점진적으로 증가시킬 수도 있다.

더욱이, 상기 실시예에서, 멀티포트 전원 공급 장치(100, 100A)는 2개의 축전 장치 중 하나를 충전하면서 다른 하나는 방전시킴으로써 전력을 전기 부하(20)에 연속적으로 공급한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 대신에 멀티포트 전원 공급 장치(100, 100A)는 3개 이상의 축전 장치 중 하나 또는 복수개를 충전하면서 다른 축전 장치는 방전함으로써 전력을 전기 부하(20)에 연속적으로 공급할 수도 있다.

다음에, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티포트 전원 공급 장치(100B)가 설명될 것이다. 도 9는 멀티포트 전원 공급 장치(100B)의 구성의 예를 도시하는 기능 블록도이다.

멀티포트 전원 공급 장치(100B)는 엔진, 전기 모터 등을 구동원으로서 사용하는 차량 내에 설치된 차량 탑재 장치이다. 멀티포트 전원 공급 장치(100B)는 출력 장치(9) 및 축전 장치 이상 검출 유닛(12)의 구성을 제외하고는 멀티포트 전원 공급 장치(100)에 동일하게 구성되고, 따라서 동일한 부분들의 설명은 생략되어 있다. 또한, 도 9에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치(100B)를 포함하는 전원 시스템은, 제어 장치(1B) 및 발전 장치(23)가 신호선에 의해 접속되어 있는 것을 제외하고는 도 2에 도시된 전원 시스템에 동일하고, 따라서 전원 시스템의 개략 회로도는 생략되어 있다.

제어 장치(1B)는 멀티포트 전원 공급 장치(100B)의 작동을 제어한다. 본 실시예에서, 제어 장치(1B)는 CPU, RAM, ROM, 입출력 인터페이스 등을 포함하는 컴퓨터이다. 제어 장치(1B)는 충방전 상태 판정 유닛(10), 상태 절환 유닛(11) 및 축전 장치 이상 검출 유닛(12)과 같은 다양한 기능 요소에 대응하는 프로그램을 ROM 또는 RAM으로부터 판독하고, CPU가 다양한 기능 요소에 대응하는 처리를 실행하게 한다. 더 구체적으로, 제어 장치(1B)[즉, 상태 절환 유닛(11) 및 축전 장치 이상 검출 유닛(12)]는 제1 전압 센서(2), 제2 전압 센서(3) 등으로부터 출력을 수신한 후에 다양한 기능 요소에 대응하는 연산을 실행하고, 연산의 결과에 기초하여 제1 스위치(5), 제2 스위치(6), 제3 스위치(7), 제4 스위치(8), 출력 장치(9) 등을 제어한다.

출력 장치(9)는 다양한 정보를 출력하고, 예를 들어 차량 탑재 스피커 또는 버저(buzzer)와 같은 오디오 출력 장치, 차량 탑재 디스플레이 또는 LED 램프와 같은 디스플레이 장치 및 시트 진동기 또는 스티어링휠 진동기와 같은 진동 장치를 포함한다. 본 실시예에서, 출력 장치(9)는 제어 장치(1B)에 의해 출력된 제어 신호에 따라 다양한 정보를 표시하는 차량 탑재 디스플레이이다.

축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 멀티포트 전원 공급 장치(100B)에 접속된 축전 장치의 이상을 검출한다. 본 실시예에서, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 제1 축전 장치(21) 및 제2 축전 장치(22)의 이상을 검출한다.

구체적으로, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 이상 검출 대상 축전 장치가 발전 장치(23)로부터 분리될 때 이상 검출을 받게 되는 축전 장치의 전압을 얻고, 얻어진 전압에 기초하여 축전 장치의 이상을 검출한다. 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 축전 장치가 미리 결정된 기간 동안 충전된 후에 이상 검출 대상 축전 장치의 전압을 얻을 수도 있다는 것을 주목하라. 이와 같이 함으로써, 축전 장치의 이상은 축전 장치를 충전하려는 시도에도 불구하고, 축전 장치의 전압이 변동되지 않았다고, 또는 달리 말하면 축전 장치가 충전되지 않았다고 판정함으로써 더 용이하게 검출될 수 있다.

더 구체적으로, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은, 축전 장치의 전압이 제3 미리 결정된 값(γ)보다 작을 때 이상 검출 대상 축전 장치에서 이상이 발생되었다고 판정한다. 제3 미리 결정된 값(γ)은 전술된 제2 미리 결정된 값(β) 이하이지만, 축전 장치의 유형에 따라 다양할 수도 있다.

축전 장치에 이상이 발생하였다고 판정한 후에, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 이상이 검출되지 않은 다른 축전 장치, 전기 부하(20) 및 발전 장치(23)가 전기적으로 접속되도록 스위치들을 절환한다. 이와 같이 함으로써, 이상이 검출되지 않은 다른 축전 장치 또는 발전 장치(23)로부터 전기 부하(20)에 전력이 연속적으로 공급될 수 있는 것을 보장하면서, 이상이 검출되지 않은 다른 축전 장치가 충전될 수 있다. 또한, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 발전 장치(23)의 발전 전압이 미리 결정된 범위 내에 남아 있도록 발전 장치(23)를 제어하기 위해 발전 장치(23)에 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 미리 결정된 범위는 제2 미리 결정된 값(β)(예를 들어, 12 V)으로부터 제1 미리 결정된 값(α)(예를 들어, 13 V)으로 연장하는 범위이다. 그 결과, 과도하기 큰 전압이 전기 부하(20)에 인가되지 않는다.

여기서, 도 10을 참조하여, 축전 장치의 이상을 검출하기 위해 축전 장치 이상 검출 유닛(12)에 의해 수행된 처리(이하, "축전 장치 이상 검출 처리"라 칭함)가 설명될 것이다. 도 10은 축전 장치 이상 검출 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 제어 장치(1B)는 축전 장치 이상 검출 처리를 미리 결정된 기간 간격에서 반복적으로 실행한다. 제어 장치(1B)는 예를 들어 이상 검출 대상 축전 장치 상에서 미리 결정된 기간 동안 충전이 수행된 후에 미리 결정된 타이밍에 축전 장치 이상 검출 처리를 실행할 수도 있다는 것을 주목하라.

먼저, 제어 장치(1B)의 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 발전 장치(23)로부터 이상 검출 대상 축전 장치를 전기적으로 분리한다(단계 S21).

더 구체적으로, 이상 검출 대상 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 제2 스위치(6)를 차단 상태로 절환함으로써 발전 장치(23)로부터 제1 축전 장치(21)를 전기적으로 분리한다. 이와 같이 함으로써, 제1 축전 장치(21)의 전압은 발전 장치(23)의 발전 전압에 의해 영향을 받지 않고 검출될 수 있다. 이 경우에, 제1 및 제4 스위치(5, 8)는 차단 상태에 있고, 반면에 제3 스위치(7)는 도통 상태에 있다는 것을 주목하라. 따라서, 전력이 제2 축전 장치(22)로부터 전기 부하(20)로 연속적으로 공급될 수 있는 것을 보장하면서, 전기 부하(20) 및 제1 축전 장치(21)가 전기적으로 분리된다.

대안적으로, 이상 검출 대상 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 제4 스위치(8)를 차단 상태로 절환함으로써 발전 장치(23)로부터 제2 축전 장치(22)를 전기적으로 분리한다. 이와 같이 함으로써, 제2 축전 장치(22)의 전압은 발전 장치(23)의 발전 전압에 의해 영향을 받지 않고 검출될 수 있다. 이 경우에, 제1 스위치(5)는 도통 상태에 있고, 반면에 제2 및 제3 스위치(6, 7)는 차단 상태에 있다는 것을 주목하라. 따라서, 전력이 제1 축전 장치(21)로부터 전기 부하(20)로 연속적으로 공급될 수 있는 것을 보장하면서 전기 부하(20) 및 제2 축전 장치(22)가 전기적으로 분리된다.

다음에, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은, 제1 전압 센서(2) 또는 제2 전압 센서(3)의 출력에 기초하여 이상 검출 대상 축전 장치의 전압이 제3 미리 결정된 값(γ)보다 작은지 여부를 판정한다(단계 S22).

더 구체적으로, 이상 검출 대상 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은, 제1 전압 센서(2)의 출력에 기초하여 제1 축전 장치(21)의 전압이 제3 미리 결정된 값(γ)보다 작은지 여부를 판정한다.

대안적으로, 이상 검출 대상 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은, 제2 전압 센서(3)의 출력에 기초하여 제2 축전 장치(22)의 전압이 제3 미리 결정된 값(γ)보다 작은지 여부를 판정한다.

이상 검출 대상 축전 장치의 전압이 제3 미리 결정된 값(γ)보다 작다고 판정한 후에(단계 S22에서, 예), 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 출력 장치(9)에 제어 신호를 출력하여 이상이 이상 검출 대상 축전 장치에서 검출되었다고 지시하는 메시지가 차량 탑재 디스플레이 상에 표시되게 된다(단계 S23).

다른 한편으로, 이상 검출 대상 축전 장치의 전압이 제3 미리 결정된 값(γ) 이상인 것으로 판정한 후에(단계 S22에서, 아니오), 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 제어 신호를 출력 장치(9)에 출력하지 않고 단계 S24를 실행한다.

다음에, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 이상 검출이 모든 축전 장치에 수행되었는지 여부를 판정한다(단계 S24). 이상 검출이 모든 축전 장치에 수행되지 않았다고 판정될 때(단계 S24에서, 아니오), 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 이상 검출 대상 축전 장치를 다른 축전 장치로 절환하고(단계 S25), 이어서 단계 S21 이후의 처리를 실행한다. 이상 검출이 모든 축전 장치에 수행되었다고 판정될 때(단계 S24에서, 예), 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 이상이 임의의 축전 장치에서 검출되었는지 여부를 판정한다(단계 S26).

축전 장치들 중 하나에서 이상이 검출되었다고 판정될 때(단계 S26에서 예), 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 전기 부하(20), 정상 축전 장치 및 발전 장치(23)를 전기적으로 접속하고, 발전 장치(23)의 발전 전압을 미리 결정된 범위로 제어한다(단계 S27).

더 구체적으로, 제1 축전 장치(21)에만 이상이 검출되었다고 판정될 때, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 제1 및 제2 스위치(5, 6)를 차단 상태로 절환하고, 제3 및 제4 스위치(7, 8)를 도통 상태로 절환한다. 이와 같이 함으로써, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 전기 부하(20), 제2 축전 장치(22) 및 발전 장치(23)를 전기적으로 접속한다. 그 결과, 이상이 검출되지 않은 제2 축전 장치(22)는, 제2 축전 장치(22) 또는 발전 장치(23) 중 어느 하나로부터 전기 부하(20)에 전력이 연속적으로 공급될 수 있는 것을 보장하면서, 발전 장치(23)의 발전 전압으로 충전될 수 있다. 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 또한 발전 장치(23)의 발전 전압을 미리 결정된 범위로 제어한다. 이와 같이 함으로써, 과도하게 큰 전압이 전기 부하(20)에 인가되지 않는다.

대안적으로, 제2 축전 장치(22)에만 이상이 검출되었다고 판정될 때, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 제1 및 제2 스위치(5, 6)를 도통 상태로 절환하고, 제3 및 제4 스위치(7, 8)를 차단 상태로 절환한다. 이와 같이 함으로써, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 전기 부하(20), 제1 축전 장치(21) 및 발전 장치(23)를 전기적으로 접속한다. 그 결과, 이상이 검출되지 않은 제1 축전 장치(21)는, 제1 축전 장치(21) 또는 발전 장치(23) 중 어느 하나로부터 전력이 전기 부하(20)에 연속적으로 공급될 수 있는 것을 보장하면서, 발전 장치(23)의 발전 전압으로 충전될 수 있다. 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 또한 발전 장치(23)의 발전 전압을 미리 결정된 범위로 제어한다. 이와 같이 함으로써, 과도하게 큰 전압이 전기 부하(20)에 인가되지 않는다.

하나 또는 복수의 축전 장치에서 이상이 검출되는 경우에, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 복수의 정상 축전 장치가 존재하는 한, 전기 부하(20)에 접속된 정상 축전 장치에 발전 장치(23)를 연결할 필요가 없다. 이러한 이유는, 복수의 정상 축전 장치를 순차적으로 충전용 축전 장치 또는 방전용 축전 장치로서 사용하면서, 멀티포트 전원 공급 장치(100B)의 작동 상태가 상태 절환 유닛(11)에 의해 계속 절환될 수 있기 때문이다.

또한, 하나의 축전 장치에서 이상을 검출한 후에, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은, 나머지 축전 장치들 중 임의의 하나에 이상 검출을 수행하지 않고, 전기 부하(20), 다른 축전 장치 및 발전 장치(23)를 전기적으로 접속하고, 발전 장치(23)의 발전 전압을 미리 결정된 범위로 제어할 수도 있다.

따라서, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 발전 장치(23)로부터 이상 검출 대상 축전 장치를 분리한 후에, 이상 검출 대상 축전 장치의 전압에 기초하여 이상 검출 대상 축전 장치의 이상의 발생을 판정한다. 그 결과, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 축전 장치의 이상의 발생을 정확하게 판정할 수 있다.

또한, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 정상이 실제로 설정될 때 전압 상태가 축전 장치 내에 설정되는지 여부에 기초하여, 이상 검출 대상 축전 장치의 이상의 발생을 판정한다. 그 결과, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)은 축전 장치의 이상의 발생을 정확하게 판정할 수 있다.

더욱이, 축전 장치 이상 검출 유닛(12)이 하나 또는 복수의 축전 장치의 이상을 검출할 때에도, 적어도 하나의 축전 장치가 정상인 한, 멀티포트 전원 공급 장치(100B)의 작동은 계속될 수 있다. 달리 말하면, 전력은 정상 축전 장치로부터 전기 부하(20)에 연속적으로 공급될 수 있다.

다음에, 도 11을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 멀티포트 전원 공급 장치(100C)가 설명될 것이다. 도 11은 멀티포트 전원 공급 장치(100C)의 구성의 예를 도시하는 기능 블록도이다.

멀티포트 전원 공급 장치(100C)는 엔진, 전기 모터 등을 구동원으로서 사용하는 차량 내에 설치된 차량 탑재 장치이다. 멀티포트 전원 공급 장치(100C)는 제3 전압 센서(4), 제4 전압 센서(40) 및 스위치 이상 검출 유닛(13)의 구성을 제외하고는 멀티포트 전원 공급 장치(100B)와 동일하게 구성되고, 따라서 동일한 부분의 설명은 생략되어 있다. 또한, 도 11에 도시된 멀티포트 전원 공급 장치(100C)를 포함하는 전원 시스템은 멀티포트 전원 공급 장치(100B)를 포함하는 전원 시스템에 동일하고, 따라서 전원 시스템의 개략도는 생략되어 있다.

제어 장치(1C)는 멀티포트 전원 공급 장치(100C)의 작동을 제어한다. 본 실시예에서, 제어 장치(1C)는 CPU, RAM, ROM, 입출력 인터페이스 등을 포함하는 컴퓨터이다. 제어 장치(1C)는 충방전 상태 판정 유닛(10), 상태 절환 유닛(11), 축전 장치 이상 검출 유닛(12) 및 스위치 이상 검출 유닛(13)과 같은 다양한 기능 요소에 대응하는 프로그램을 ROM 또는 RAM으로부터 판독하고, CPU가 다양한 기능 요소에 대응하는 처리를 실행하게 한다. 더 구체적으로, 제어 장치(1C)[즉, 상태 절환 유닛(11), 축전 장치 이상 검출 유닛(12) 및 스위치 이상 검출 유닛(13)]는 제1 전압 센서(2), 제2 전압 센서(3), 제3 전압 센서(4), 제4 전압 센서(40) 등으로부터 출력을 수신한 후에 다양한 기능 요소에 대응하는 연산을 실행하고, 연산의 결과에 기초하여 제1 스위치(5), 제2 스위치(6), 제3 스위치(7), 제4 스위치(8), 출력 장치(9) 등을 제어한다.

제3 전압 센서(4) 및 제4 전압 센서(40)는 제1 전압 센서(2) 및 제2 전압 센서(3)와 유사하게, 멀티포트 전원 공급 장치(100C)를 작동하도록 요구된 전압을 검출한다. 본 실시예에서, 제3 전압 센서(4)는 입출력 포트(P1)의 전압을 검출하기 위해 부착된다. 제3 전압 센서(4)는 입출력 포트(P1)의 전압을 미리 결정된 시간 간격에서 반복적으로 검출하고, 검출된 전압값을 제어 장치(1C)에 출력한다. 또한, 제4 전압 센서(40)는 입출력 포트(P4)의 전압을 검출하기 위해 부착된다. 제4 전압 센서(40)는 입출력 포트(P4)의 전압을 미리 결정된 시간 간격에서 반복적으로 검출하고, 검출된 전압값을 제어 장치(1C)에 출력한다.

스위치 이상 검출 유닛(13)은 멀티포트 전원 공급 장치(100C)를 구성하는 스위치의 이상을 검출한다. 본 실시예에서, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 제1 스위치(5), 제2 스위치(6), 제3 스위치(7) 및 제4 스위치(8) 중 적어도 하나의 이상을 검출한다.

구체적으로, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 발전 장치(23)의 발전 전압을 모든 축전 장치의 전압보다 높은 값으로 설정한다.

스위치 이상 검출 유닛(13)은 이어서 전기 부하(20)가 접속되어 있는 입출력 포트(P1)의 전압, 충전용 축전 장치가 접속되어 있는 입출력 포트의 전압(이하, "충전용 축전 장치 전압"이라 칭함), 방전용 축전 장치가 접속되어 있는 입출력 포트의 전압(이하, "방전용 축전 장치 전압"이라 칭함), 발전 장치(23)가 접속되어 있는 입출력 포트(P4)의 전압을 얻고, 얻어진 전압들에 기초하여 스위치의 이상을 검출한다.

더 구체적으로, 스위치 이상 검출 유닛(13)은, 입출력 포트(P1)의 전압이 충전용 축전 장치 전압에 동일하고, 방전용 축전 장치 전압이 입출력 포트(P4)의 전압에 동일하고, 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압과 상이할 때 스위치에 이상이 발생하지 않았다고 판정한다. 달리 말하면, 스위치 이상 검출 유닛(13)은, 입출력 포트(P1)의 전압이 충전용 축전 장치 전압과 상이할 때, 또는 방전용 축전 장치 전압이 입출력 포트(P4)의 전압이 상이할 때, 또는 입출력 포트(P1)의 전압과 입출력 포트(P4)의 전압이 동일할 때, 스위치에 이상이 발생하였다고 판정한다.

이러한 이유는, 멀티포트 전원 공급 장치(100C)에서, 입출력 포트(P1)와 충전용 축전 장치가 접속되어 있는 입출력 포트 사이의 스위치가 정상일 때 입출력 포트(P1)의 전압과 충전용 축전 장치 전압은 동일하다.

또한, 멀티포트 전원 공급 장치(100C)에서, 방전용 축전 장치가 접속되어 있는 입출력 포트와 입출력 포트(P4) 사이의 스위치가 정상일 때 방전용 축전 장치 전압과 입출력 포트(P4)의 전압은 동일하다.

더욱이, 멀티포트 전원 공급 장치(100C)에서, 모든 스위치가 정상일 때, 충전 회로 및 전력 공급 회로는 전기적으로 분리되고, 따라서 발전 장치(23)의 발전 전압이 모든 축전 장치의 전압보다 크도록 설정되는 한, 입출력 포트(P1)의 전압과 입출력 포트(P4)의 전압은 동일하게 되지 않는다.

다음에, 적어도 하나의 스위치에 이상이 발생한 것으로 판정되면, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 모든 스위치를 도통 상태로 절환한다. 이러한 이유는, 이상이 심지어 단지 하나의 스위치에만 발생할 때, 멀티포트 전원 공급 장치(100C)가 상태 절환 유닛(11)에 의해 실행된 제어를 통해 예측된 바와 같이 작동될 수 없기 때문이다. 그 결과, 멀티포트 전원 공급 장치(100C)의 작동이 차선 작동 상태에서 계속된다. 또한, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 발전 장치(23)의 발전 전압이 미리 결정된 범위 내에 유지되도록 발전 장치(23)를 제어하기 위해 제어 신호를 발전 장치(23)에 출력한다. 예를 들어, 미리 결정된 범위는 제2 미리 결정된 값(β)(예를 들어, 12 V)으로부터 제1 미리 결정된 값(α)(예를 들어, 13 V)으로 연장하는 범위이다. 그 결과, 과도하게 큰 전압이 전기 부하(20)에 인가되지 않는다.

여기서, 도 12를 참조하여, 스위치의 이상을 검출하기 위해 스위치 이상 검출 유닛(13)에 의해 수행된 처리(이하, "스위치 이상 검출 처리"라 칭함)가 설명될 것이다. 도 12는 스위치 이상 검출 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 제어 장치(1C)는 스위치 이상 검출 처리를 미리 결정된 시간 간격에서 반복적으로 실행한다. 제어 장치(1C)는 예를 들어, 차량의 시동 중에 미리 결정된 타이밍에 스위치 이상 검출 처리를 실행할 수도 있다는 것을 주목하라.

먼저, 발전 장치(23)에 의한 발전이 진행중일 때, 제어 장치(1C)의 스위치 이상 검출 유닛(13)은 발전 장치(23)에 의한 발전을 정지한다(단계 S31). 이는 축전 장치의 전압이 얻어질 때, 발전 장치(23)의 발전 전압이 축전 장치의 전압에 영향을 미치는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 경우에, 방전용 축전 장치는 입출력 포트(P1)를 거쳐 전기 부하(20)에 접속되고, 충전용 축전 장치는 입출력 포트(P4)를 거쳐 발전 장치(23)에 접속된다는 것을 주목하라.

다음에, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 멀티포트 전원 공급 장치(100C)를 구성하는 복수의 축전 장치의 각각의 전압을 얻고, 얻어진 전압들 중 최고 전압을 기준 전압(RV)으로서 유도한다(단계 S32).

다음에, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 미리 결정된 값(ΔRV)을 기준 전압(RV)에 가산함으로써 얻어진 값을 발전 장치(23)의 발전 전압으로서 설정한다(단계 S33). 이와 같이 함으로써, 스위치에 어떠한 이상도 발생하지 않을 때 입출력 포트(P4)의 전압이 모든 축전 장치의 전압보다 큰 상태가 설정된다.

다음에, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 발전 장치(23)에 의한 발전을 시작한다(단계 S34). 이와 같이 함으로써, 스위치 이상이 검출될 수 있는 상태가 설정된다.

다음에, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 미리 결정된 조건이 만족되는지 여부를 판정한다(단계 S35). 본 실시예에서, 입출력 포트(P1)의 전압이 충전용 축전 장치 전압에 동일하고, 방전용 축전 장치 전압이 입출력 포트(P4)의 전압에 동일하고, 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압과 상이할 때 미리 결정된 조건이 만족된다.

더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)일 때, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P3)의 전압에 동일하고, 입출력 포트(P2)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압에 동일하고, 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압과 상이한 조건이 만족되는지 여부를 판정한다.

대안적으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)일 때, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P2)의 전압에 동일하고, 입출력 포트(P3)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압에 동일하고, 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압과 상이한 조건이 만족되는지 여부를 판정한다.

미리 결정된 조건이 만족되지 않았다고 판정한 후에(단계 S35에서, 아니오), 스위치 이상 검출 유닛(13)은 이상이 차량 탑재 디스플레이 상의 스위치에서 검출되어 있다는 것을 지시하는 메시지를 표시하기 위해 제어 신호를 출력 장치(9)에 출력한다(단계 S36).

더 구체적으로, 충전용 축전 장치가 제1 축전 장치(21)이고 스위치 이상 검출 유닛(13)이 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P3)의 전압과 상이하다고 판정할 때, 제3 스위치(7)에서 이상이 발생한 것을 지시하는 메시지가 차량 탑재 디스플레이 상에 표시된다. 또한, 스위치 이상 검출 유닛(13)이 입출력 포트(P2)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압과 상이하다고 판정할 때, 제2 스위치(6)에서 이상이 발생한 것을 지시하는 메시지가 차량 탑재 디스플레이 상에 표시된다. 더욱이, 스위치 이상 검출 유닛(13)이 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압에 동일하다고 판정할 때, 제1 스위치(5) 내지 제4 스위치(8) 중 적어도 하나에서 이상이 발생한 것을 지시하는 메시지가 차량 탑재 디스플레이 상에 표시된다.

대안적으로, 충전용 축전 장치가 제2 축전 장치(22)이고 스위치 이상 검출 유닛(13)이 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P2)의 전압과 상이한 것으로 판정할 때, 제1 스위치(5)에서 이상이 발생한 것을 지시하는 메시지가 차량 탑재 디스플레이 상에 표시된다. 또한, 스위치 이상 검출 유닛(13)이 입출력 포트(P3)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압과 상이하다고 판정할 때, 제4 스위치(8)에서 이상이 발생한 것을 지시하는 메시지가 차량 탑재 디스플레이 상에 표시된다. 더욱이, 스위치 이상 검출 유닛(13)이 입출력 포트(P1)의 전압이 입출력 포트(P4)의 전압에 동일하다고 판정할 때, 제2 스위치(6)와 제3 스위치(7) 중 적어도 하나에 이상이 발생한 것을 지시하는 메시지가 차량 탑재 디스플레이 상에 표시된다.

다른 한편으로, 미리 결정된 조건이 만족된다고 판정한 후에(단계 S35에서, 예), 스위치 이상 검출 유닛(13)은 제어 신호를 출력 장치(9)에 출력하지 않고 단계 S37을 실행한다.

다음에, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 멀티포트 전원 공급 장치(100C)의 모든 작동 조건에서 스위치 이상을 검출하기 위한 시도가 행해졌는지 여부를 판정한다(단계 S37). 본 실시예에서, 제1 작동 조건 및 제2 작동 조건의 각각에서 스위치 이상을 검출하기 위한 시도가 행해졌는지 여부에 대한 판정이 이루어진다. 제1 작동 조건은 제1 축전 장치(21)가 방전용 축전 장치로서 기능하고 제2 축전 장치(22)가 충전용 축전 장치로서 기능하는 작동 조건이고, 반면에 제2 작동 조건은 제2 축전 장치(22)가 방전용 축전 장치로서 기능하고 제1 축전 장치(21)가 충전용 축전 장치로서 기능하는 작동 조건이다.

모든 작동 조건에서 스위치 이상을 검출하기 위한 시도가 행해지지 않았다고 판정될 때(단계 S37에서, 아니오), 스위치 이상 검출 유닛(13)은 멀티포트 전원 공급 장치(100C)의 작동 조건을 다른 작동 조건으로 절환하고(단계 S38), 이어서 단계 S31 이후의 처리를 실행한다. 모든 작동 조건에서 스위치 이상을 검출하기 위한 시도가 행해졌다고 판정될 때(단계 S37에서, 예), 스위치 이상 검출 유닛(13)은 임의의 스위치에서 이상이 검출되었는지 여부를 판정한다(단계 S39).

스위치들 중 하나에서 이상이 검출되었다고 판정될 때(단계 S39에서, 예), 스위치 이상 검출 유닛(13)은 모든 스위치를 도통 상태로 절환하고, 발전 장치(23)의 발전 전압을 미리 결정된 범위로 제어한다(단계 S40).

더 구체적으로, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 제1 내지 제4 스위치(5 내지 8)의 모두를 도통 상태로 절환한다. 그 결과, 스위치 이상 검출 유닛(13)이 제1 스위치(5) 또는 제2 스위치(6)의 이상을 검출할 때에도, 발전 장치(23)로부터 제3 스위치(7) 및 제4 스위치(8)를 거쳐 전기 부하(20)에 전력이 공급될 수 있다. 또한, 스위치 이상 검출 유닛(13)이 제3 스위치(7) 또는 제4 스위치(8)의 이상을 검출할 때에도, 발전 장치(23)로부터 제1 스위치(5) 및 제2 스위치(6)를 거쳐 전기 부하(20)에 전력이 공급될 수 있다.

스위치 이상 검출 유닛(13)은 또한 발전 장치(23)의 발전 전압을 미리 결정된 범위로 제어한다. 그 결과, 과도하게 큰 전압이 전기 부하(20)에 인가되지 않는다.

더욱이, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 이상이 검출되는 스위치에 무관하게 모든 스위치를 도통 상태로 절환한다. 따라서, 스위치 이상 검출 유닛(13)은, 멀티포트 전원 공급 장치(100C)에 의해 실현될 수 있는 모든 작동 조건에서 스위치 이상을 검출하려는 시도 없이 이상이 스위치들 중 하나에서 검출되는 시점에 모든 스위치를 도통 상태로 절환할 수도 있다.

축전 장치들이 접속되어 있는 입출력 포트를 거쳐 입출력 포트(P1)와 입출력 포트(P4)를 연결하는 경로들 중 적어도 2개가 정상 기능할 때, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 모든 스위치를 도통 상태로 절환할 필요가 없다는 것을 주목하라. 예를 들어, 특정 축전 장치와 발전 장치(23) 사이의 스위치가 차단(오프) 상태에 고착되어 있다고 판정한 후에, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 특정 축전 장치가 접속되어 있는 입출력 포트를 통해 통과하는 경로만을 분리한다. 그 후에, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 상태 절환 유닛(11)이 멀티포트 전원 공급 장치(100C)의 작동 상태를 계속 절환하게 할 수도 있다.

따라서, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 스위치가 정상일 때 입출력 포트(P1 내지 P4)의 각각의 전압 사이에 설정될 크기 관계에 기초하여 스위치의 이상의 발생을 판정한다. 그 결과, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 스위치의 이상의 발생을 정확하게 판정할 수 있다.

또한, 스위치 이상 검출 유닛(13)은 임의의 하나의 스위치의 이상을 검출한 후에 모든 스위치를 도통 상태로 절환한다. 따라서, 스위치 이상 검출 유닛(13)에 의해, 입출력 포트(P1)와 입출력 포트(P4)를 연결하는 모든 경로가 동시에 차단 상태에 있지 않는 한, 멀티포트 전원 공급 장치(100C)의 작동은 계속될 수 있다. 달리 말하면, 전력은 발전 장치(23)로부터 전기 부하(20)로 공급될 수 있다.

본 발명의 실시예들이 상기에 상세히 설명되었지만, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형 및 치환이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 상기 실시예들에 적용될 수도 있다.

예를 들어, 상기 실시예들에서, 멀티포트 전원 공급 장치(100A)는 축전 장치 이상 검출 유닛(12)과 스위치 이상 검출 유닛(13) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 또한, 멀티포트 전원 공급 장치(100B)는 축전 장치 이상 검출 유닛(12) 대신에, 스위치 이상 검출 유닛(13)을 포함할 수도 있다.

Claims

전기 부하가 접속되어 있는 제1 포트와,
제1 축전 장치가 접속되어 있는 제2 포트와,
제2 축전 장치가 접속되어 있는 제3 포트와,
발전 장치가 접속되어 있는 제4 포트와,
상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 배치된 제1 스위치와,
상기 제2 포트와 상기 제4 포트 사이에 배치된 제2 스위치와,
상기 제1 포트와 상기 제3 포트 사이에 배치된 제3 스위치와,
상기 제3 포트와 상기 제4 포트 사이에 배치된 제4 스위치와,
상기 제1 스위치가 도통되고, 상기 제2 스위치가 차단되고, 상기 제3 스위치가 차단되고, 상기 제4 스위치가 도통되어 있는 제1 상태와, 상기 제1 스위치가 차단되고, 상기 제2 스위치가 도통되고, 상기 제3 스위치가 도통되고, 상기 제4 스위치가 차단되어 있는 제2 상태 사이에서 절환하도록 구성된 상태 절환 유닛을 포함하는 차량용 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 상태에서, 상기 상태 절환 유닛은, 전력이 상기 전기 부하로부터 상기 제1 축전 장치에 공급되고 상기 제2 축전 장치는 상기 제1 축전 장치가 상기 발전 장치로부터 분리되어 있는 상태에서 상기 발전 장치에 의해 충전되도록 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 제어하도록 구성되는 차량용 전원 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 상태에서, 상기 상태 절환 유닛은, 전력이 상기 전기 부하로부터 상기 제2 축전 장치에 공급되고 상기 제1 축전 장치는 상기 제2 축전 장치가 상기 발전 장치로부터 분리되어 있는 상태에서 상기 발전 장치에 의해 충전되도록 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 제어하도록 구성되는 차량용 전원 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치의 각각은 절환 소자의 도통 상태가 제어되도록 구성된 절환 소자에 의해 구성되고,
상기 제1 스위치는 상기 전기 부하와 상기 제1 축전 장치 사이에 점진적으로 도통을 설정하도록 구성되고,
상기 제3 스위치는 상기 전기 부하와 상기 제2 축전 장치 사이에 점진적으로 도통을 설정하도록 구성되는 차량용 전원 장치.
제4항에 있어서, 상기 절환 소자는 도통 상태에 있는 절환 소자를 통해 흐르는 전류가 제어되도록 구성되는 차량용 전원 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치의 각각은 디프레션형 전계 효과 트랜지스터 또는 인핸스먼트형 전계 효과 트랜지스터 중 어느 하나에 의해 구성되고,
상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치의 각각이 디프레션형 전계 효과 트랜지스터에 의해 구성될 때, 게이트 전압을 점진적으로 0에 근접하게 함으로써 드레인 전류가 점진적으로 증가되고,
상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치의 각각이 인핸스먼트형 전계 효과 트랜지스터에 의해 구성될 때, 게이트 전압을 점진적으로 0으로부터 이격시킴으로써 드레인 전류가 점진적으로 증가되는 차량용 전원 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치의 충방전 상태를 판정하도록 구성된 충방전 상태 판정 유닛을 더 포함하고,
상기 상태 절환 유닛은 상기 제1 축전 장치의 충방전 상태 또는 상기 제2 축전 장치의 충방전 상태가 미리 결정된 상태에 도달할 때 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에서 절환하도록 구성되는 차량용 전원 장치.
제7항에 있어서, 상기 미리 결정된 상태는 상기 제1 축전 장치의 전압 및 상기 제2 축전 장치의 전압에 기초하여 판정되는 차량용 전원 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제1 상태에서, 상기 충방전 상태 판정 유닛은 상기 제2 축전 장치의 전압이 제1 미리 결정된 값을 초과하는지 또는 상기 제1 축전 장치의 전압이 상기 제1 미리 결정된 값보다 작은 제2 미리 결정된 값보다 작은지 여부를 판정하도록 구성되고, 상기 상태 절환 유닛은 상기 충방전 상태 판정 유닛이 상기 제2 축전 장치의 전압이 상기 제1 미리 결정된 값을 초과한다고 또는 상기 제1 축전 장치의 전압이 상기 제2 미리 결정된 값보다 작다고 판정할 때 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태로 절환하도록 구성되고,
상기 제2 상태에서, 상기 충방전 상태 판정 유닛은 상기 제1 축전 장치의 전압이 제1 미리 결정된 값을 초과하는지 또는 상기 제2 축전 장치의 전압이 상기 제2 미리 결정된 값보다 작은지 여부를 판정하도록 구성되고, 상기 상태 절환 유닛은 상기 충방전 상태 판정 유닛이 상기 제1 축전 장치의 전압이 상기 제1 미리 결정된 값을 초과한다고 또는 상기 제2 축전 장치의 전압이 상기 제2 미리 결정된 값보다 작다고 판정할 때 상기 제2 상태로부터 상기 제1 상태로 절환하도록 구성되는 차량용 전원 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치 중 적어도 하나의 이상을 검출하도록 구성된 축전 장치 이상 검출 유닛을 더 포함하는 차량용 전원 장치.
제10항에 있어서, 상기 축전 장치 이상 검출 유닛은, 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치 중 적어도 하나의 전압이 제3 미리 결정된 값보다 작을 때, 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치 중 적어도 하나에서의 이상이 검출된 것으로 판정하도록 구성되는 차량용 전원 장치.
제11항에 있어서, 상기 축전 장치 이상 검출 유닛은, 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치 중 하나가 상기 발전 장치로부터 분리되고 전력이 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치 중 다른 하나로부터 상기 전기 부하에 공급되는 상태에서, 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치 중 하나의 이상을 검출하도록 구성되는 차량용 전원 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치 중 적어도 하나의 이상을 검출하도록 구성된 스위치 이상 검출 유닛을 더 포함하는 차량용 전원 장치.
제13항에 있어서,
상기 스위치 이상 검출 유닛은 상기 발전 장치의 발전 전압을 상기 제1 축전 장치의 전압 및 상기 제2 축전 장치의 전압보다 높은 값으로 설정하고, 상기 제1 포트의 전압이 충전용 축전 장치의 전압에 동일한지, 방전용 축전 장치의 전압이 제4 포트의 전압에 동일한지, 상기 제1 포트의 전압이 상기 제4 포트의 전압과 상이한지 여부에 기초하여, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치 중 적어도 하나에서의 이상을 검출하도록 구성되고,
상기 충전용 축전 장치는, 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치 중에서, 상기 제4 포트를 거쳐 상기 발전 장치에 접속되어 있는 축전 장치이고, 상기 방전용 축전 장치는, 상기 제1 축전 장치 및 상기 제2 축전 장치 중에서, 상기 제1 포트를 거쳐 상기 전기 부하에 접속되어 있는 축전 장치인 차량용 전원 장치.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 스위치 이상 검출 유닛은, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치 중 적어도 하나에서의 이상이 검출되었다고 판정한 후에 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치의 모두를 도통 상태가 되게 하도록 구성되는 차량용 전원 장치.