KR0178161B1 - 태양광 자동차의 정보표시 시스템 - Google Patents

태양광 자동차의 정보표시 시스템 Download PDF

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KR0178161B1 KR1019950050114A KR19950050114A KR0178161B1 KR 0178161 B1 KR0178161 B1 KR 0178161B1 KR 1019950050114 A KR1019950050114 A KR 1019950050114A KR 19950050114 A KR19950050114 A KR 19950050114A KR 0178161 B1 KR0178161 B1 KR 0178161B1
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Abstract

본 발명은 태양광 에너지를 이용한 발전에서부터 태양광 차량내부의 에너지의 흐름을 시험운전자가 일목요연하게 알 수 있도록 표시하는 시험용 태양광 자동차의 정보표시 시스템에 관한 것이다. 본발명의 태양광 자동차의 정보표시 시스템은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하고, 상기 변환된 전기에너지를 비축함과 동시에 상기 변환된 전기에너지 또는 비축된 전기에너지에 의하여 태양광 자동차의 각종 부하에 전력을 공급하는 태양광 자동차에 있어서, 상기 태양광 자동차의 주요 전력계통에 대한 전기량을 측정하는 전기량 측정수단; 상기 전기량 측정수단에서 측정된 전기량에 의거하여 공급측에서 부하측으로 에너지의 흐름에 관련된 정보를 산출하는 제어수단과 상기 제어수단에서 산출된 정보를 통합하여 표시하는 표시수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 자동차의 정보표시 시스템
제1도는 종래의 태양광 자동차의 전력계통을 보인 기능블록도.
제2도는 본발명의 태양광 자동차의 정보표시 시스템을 보인 기능블록도.
제3도는 제2도에서 전류측정모듈을 구성하는 기능블록도.
제4도는 제2도에서 제어모듈을 구성하는 기능블록도.
제5도는 제2도에서 표시모듈을 구성하는 기능블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 태양전지패널 2 : 최대전력추적부
3 : 메인배터리 4 : 모터제어부
5 : 모터 6 : DC/DC컨버터
7 : 보조배터리 8 : 표시기
9-16 : 전선 20 : 전류측정모듈
21 : 션트저항 22 : 직류증폭기
23 : A/D컨버터 24 : 광빔변조기
25 : DC/DC컨버터 26 : 커넥터
27 : 전선 30 : 제어모듈
31 : 마이크로프로세서 32 : 온도감지부
33 : 전압감지부 34 : 상태감지부
35 : A/D컨버터 36 : 데이타 전송모듈
40 : 표시모듈 41 : 메모리IC
42 : 키이입력처리부 43 : 표시기구동부
44 : 표시기
본발명은 태양광 자동차의 정보표시 시스템에 관한 것으로, 특히 태양에너지를 이용한 발전에서부터 태양광 차량내부의 에너지의 흐름을 시험운전자가 일목요연하게 알 수 있도록 표시하는 시험용 태양광 자동차의 정보표시 시스템에 관한 것이다.
현재, 화석에너지의 고갈 및 대기오염등의 피해를 고려하여 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하고 이를 비축하여 차량의 보조동력원으로 사용하는 태양광 자동차가 제안되어 활발하게 연구되고 있다.
제1도는 종래의 태양광 자동차의 전력계통을 보인 기능블록도이다. 제1도에 도시한 바와 같이, 종래의 태양광 자동차는 차륜을 회전시키는 모터(5), 다수개의 태양전지셀이 모여서 이루어진 다수개의 태양전지패널(1), 상기 각각의 태양전지패널(1)에 연결되어 태양전지패널(1)에 의해 변환된 전기에너지(전력)에 함유된 리플을 일정한 크기를 가지는 전압으로 조정하는 최대전력점 추적부(2), 상기 최대전력점 추적부(2)에서 출력되는 전기에너지를 비축하는 이외에 태양광 발전량의 부족시에는 모터(5)에 구동전력을 제공하는 메인배터리(3), 메인배터리(3)에서 제공된 동력에 의하여 모터(3)의 단속이나 회전속도를 제어하는 모터제어부(4), 전력계통의 주요부에서의 에너지정보를 표시하는 표시기(8), 메인배터리(3)에 비축된 전압을 소정의 비율로 감압하는 DC/DC컨버터(6) 및 DC/DC컨버터(6)에 의해 감압된 전압을 인가받아 전기에너지를 비축한 후에 표시기(8)를 비롯한 각종 보조부품에 소요되는 전력을 제공하는 보조배터리(7)로 이루어진다. 최대전력점 추적부(2)는, 예를 들어 공칭출력전압이 100V인 태양전지패널(1)에서 발생된 전압을 97%정도의 고효율로 정전압화한다. 메인배터리(3)는 니켈-징크(Nickel Zinc)형의 전지셀(공칭전압 1.2V) 80개 직렬체가 2단으로 병렬연결되어 전체적으로 100V의 출력을 내도록 구성되고, 보조배터리(7)는 일반적인 12V 납축전지로써 양호하게 구현된다. 미설명부호는 9-19은 전선을 나타낸다.
전술한 구성을 가지는 태양광 자동차의 에너지흐름, 예를 들어 발전량이나 소비량을 비롯한 각종 성능을 시험하기 위하여, 종래에는 상기 전선들을 흐르는 전류와 전압에 대해서 각각 독립적으로 마련된 회로시험기로 전압 및 전류등을 확인하여 에너지의 흐름을 파악하였다.
그러나, 부피 및 중량에 많은 제약을 가지는 태양광 자동차에서 측정항목이 많아지면 많아질수록 차량내에 탑재되는 계측장비의 수가 늘어나고 이에 따라 부피 및 중량이 증가하여 차량의 시험운용에 지대한 영향을 받는 문제점이 있었다.
나아가, 시험운전자가 목측에 의하여 계측하여야 할 계측장비의 수량이 늘어날수록 계측에러가 발생할 위험이 상존하였으며, 타차량과의 상호 원격계측을 위해서는 많은 시스템이 장착되어야 하는 문제점이 있었다. 이외에도, 계측장비의 설치, 해체 및 설치위치의 선정등에 많은 여려움이 있었다.
본발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양광 자동차에 장착된 태양전지셀에서 발생한 전기에너지와 부하사이의 총체적인 에너지흐름을 비롯한 차량의 각종 성능에 관련된 정보를 통합하여 일목요연하게 표시하므로써 태양광 자동차의 성능시험을 보다 정확하고 효율적으로 수행할 수 있도록 한 태양광 자동차의 정보표시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본발명의 태양광 자동차의 정보표시 시스템은 크게, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하고, 상기 변환된 전기에너지를 비축함과 동시에 상기 변환된 전기에너지 또는 비축된 전기에너지에 의하여 태양광 자동차의 각종 부하에 전력을 공급하는 태양광 자동차에 있어서, 상기 태양광 자동차의 주요 전력계통에 대한 전기량을 측정하는 전기량 측정수단; 상기 전기량 측정수단에서 측정된 전기량에 의거하여 공급측에서 부하측으로의 에너지의 흐름에 관련된 정보를 산출하는 제어수단 및 상기 제어수단에서 산출된 정보를 통합하여 표시하는 표시수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본발명의 양호한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.
제2도는 본발명의 태양광 자동차의 정보표시 시스템을 보인 기능블록도인 바, 차량의 전력계통은 제1도에 도시한 것과 동일한 구성으로 가지므로 상세한 설명은 생략한다. 제2도에 도시한 바와 같이, 본발명의 태양광 자동차의 정보표시 시스템은 태양광 자동차의 에너지흐름을 비롯하여 차량의 성능에 관련된 각종 정보를 시각적으로 표시하는 표시기(44), 태양광 자동차의 전력계통의 주요 지점의 전류를 측정하는 전류측정모듈(20), 상기 전류측정모듈(20)로부터 측정신호를 제공받아 주요 지점을 전류량을 판단하는 이외에 차량의 주요 부분의 온도, 전압, 동작 및 이상유무를 감지하여 에너지의 총체적인 흐름을 비롯하여 차량의 성능에 관려된 각종 데이타를 산출하는 제어모듈(30) 및 제어모듈(30)의 제어에 따라 상기 표시기(44)를 구동하는 표시모듈(40)로 이루어진다. 제2도에서, 미설명부호 27 및 37은 각각 신호선을 나타낸다.
제3도는 제2도에서 전류모듈을 구성하는 기능블록도이다. 제3도에 도시한 바와 같이, 전류측정모듈(20)은 각각의 태양전지패널(1)에서 최대전력점 추적부(2)로 흐르는 전류량, 모든 최대전력점 추적부(2)에서 흘러나오는 총전류량, 메인배터리(3)를 거쳐서 나오는 전류량 및 메인배터리(3)에서 DC/DC컨버터(6)로 흐르는 전류량을 각각 측정하는데, 각 전류측정모듈(20)은 분류용의 션트저항기(21), 상기 션트저항기(21)의 양단 전압을 증폭하는 직류증폭기(22), 직류증폭기(22)를 거쳐서 증폭된 아날로그 전압신호를 대응되는 디지탈신호로 변환하는 A/D컨버터(23), 상기 A/D변환된 디지탈신호를 광빔으로 변조하여 출력하는 광빔변조기(24) 및 제어모듈과의 연결부인 커넥터(26)로 이루어진다. 전류측정은 션트저항기(21)에 의해서 분류된 미소전류를 전압으로 검출하도록 되어 있기 때문에 이렇게 검출된 전압을 신호선에 의해서 제어모듈(30)까지 직접 전송하는 경우에는 신호선에 의한 전압강하가 발생할 우려가 있기 때문에 상기 션트저항기(21), 직류증폭기(22) 및 A/D컨버터(23)를 단일을 패키지로 모듈화하고 있다. 광빔변조기(24)는 전기자동차의 특성상 많은 외부노이즈원이 존재하기 때문에 전류측정모듈(20)과 제어모듈(30)을 전기적으로 절연시키기 위하여 주어진다. 이렇게하여 전류측정모듈(20)에서 측정된 디지탈 데이타는 커넥터(26)를 경유하여 동기식 직렬통신에 의해 제어모듈(30)로 전송된다. 제3도에서, 미설명부호 25는 제어모듈(30)에서 제공된 전원을 소정의 비율로 감압하여 상기 직류증폭기(22) 및 A/D컨버터(23)에 구동전원으로 공급하는 DC/DC컨버터를 나타내는 바, 감압용 트랜스포머로는 전기절연된 절연트랜스포머를 사용하는 것이 양호하다.
제4도는 제2도에서 제어모듈을 구성하는 기능블록도이다. 제4도에 도시한 바와 같이, 제어모듈(30)은 NTC서미스터에 의하여 소정 개소의 온도, 예를 들어 태양전지패널(1), 모터(5) 및 메인배터리(3)의 온도를 감지하는 온도감지부(32); 소정개소, 예를 들어 메인배터리(3) 및 보조배터리(7)의 전압을 감지하는 전압감지부(33); 차량의 각종 구성부품의 작동 및 이상유무, 예를 들어 모터팬의 작동여부, 모터제어부의 작동여부, 보조배터리의 과방전여부, 회생제동(Regeneration; 차량의 운전중의 정지시에 관성력에 의하여 모터(5)로부터 메인배터리(3)로 역충전동작)의 동작여부, 제어모듈(30)의 작동여부, 최대전력점 추적부(2)용 냉각팬의 작동여부, 모터제어부(4)용 냉각팬의 작동여부 및 최대전력점 추적부(2)의 작동여부등을 판단하여 경고 및 에러신호를 출력하는 상태감지부(34); 상기 온도감지부(32) 및 전압감지부(33)에서 감지된 아날로그 전압신호를 대응되는 디지탈신호로 변환하는 A/D컨버터(35); 상기 A/D컨버터(35)에서 출력되는 디지탈신호, 커넥터(26)를 경유하여 제공된 측정전류에 대한 디지탈신호, 상기 상태감지부(34)로부터의 디지탈신호를 각각 입력받고 이에 의거하여 필요로 하는 각종 데이타를 산출하는 마이크로프로세서(31) 및 상기 산출된 각종 데이타를 표시모듈(40)에 전송하는 데이타전송모듈(36)로 이루어진다. 데이타 전송모듈(36)은, 예를 들어 RS232통신에 의해서 표시모듈(40)로 데이타를 전송하는데, 그 전송포맷은 예를 들어 2바이트의 헤더펄스가 앞에 위치하며, 30바이트의 A/D데이타 그 뒤를 따르고, 마지막으로 A/D데이타에 대한 체크섬데이타가 이어져서 이루어지는데, 이러한 데이타의 전송은 매 200msec마다 이루어진다. 여기서, A/D데이타라고 함은 상기 측정전류데이타, 측정전압데이타, 온도데이타 및 각종 상태데이타 및 모터의 분당 회전수(예를 들어, 100msec마다 들어오는 펄스의 갯수를 카운트하여 측정)등의 데이타를 일컫는다.
제5도는 제2도에서 표시모듈을 구성하는 기능블록도이다. 제5도에 도시한 바와 같이, 표시모듈(40)은 TFT LCD(thin film Transistor LCD)로 양호하게 이루어지는 표시기(44), 시스템의 운영프로그램의 핵심부분을 메모리화시켜서 저장하는 ROM(41), 상기 ROM(41)에 저장된 프로그램에 의거하여 표시기(44)를 구동하는 표시기구동부(43)를 필수적으로 구비하고, 이외에도 시험운전자의 요구에 따른 각종 파라메터를 입력하는 키이입력처리부(42)를 추가로 구비한다. 상기 표시기(44)는 가공 및 처리된 결과를 아날로그 RGB(Red,Green,Blue)형식으로 표시하는데, 여기에 표시되는 정보로는 전술한 각종 계측항목 이외에 실시간클록에 따라 표시되는 시계, 소정시간 예를 들어 1시간동안의 평균차속과 현재차속, 시험운전자에 의하여 임의로 리세트된 시점부터의 주행거리와 총적산주행거리, 메인배터리(3)을 기준으로 하여 모든 최대전력 추적부(2)로부터의 유출전류 및 모터제어부(4)로 흐르는 전류를 토대로하여 산출되는 1시간동안의 평균전력 및 순시전력(표시주기는 예를 들어 0.5초)등을 표시하며, 이외에도 온도계나 타코메터등의 화면구성으로 이루어진다.
한편, 태양광 자동차도 전기자동차이므로 본발명의 정보표시 시스템을 전기자동차의 효율측정에 그대로 이용할 수가 있는데, 이 경우에 필요한 항목, 예를 들어 전압, 전류, 온도, RPM등의 항목만을 추출하여 간략화하므로써 바로 적용할 수가 있다. 나아가, 주파수전이방식(Frequency shihfting keying)이나 위상전이방식(phase shifting keying)의 무선 데이타로거(data logger;자료기입기)를 상기한 제어모듈내에 삽입하는 것만으로도 간단히 텔리메트리 시스템(telemetry system;원격계측시스템)을 운용할 수도 있다. 나아가, 전류측정모듈의 추가만으로도 간단하게 전류측정개소를 확장할 수가 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본발명의 태양광 자동차의 정보표시 시스템에 따르면, 전류측정수단 및 제어수단을 각각 단일의 패키지로 모듈화하고, 여기서 수집.판단된 데이타를 처리하여 태양광 자동차의 모든 중요한 전력계통에 대한 정보를 단일의 표시기에 통합하여 표시하기 때문에 계측장비의 소형경량화가 가능해지고, 이에 따라 태양광 자동차의 시험운행을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다. 나아가, 간단한 시스템을 추가하여 텔리메트리 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 다수개의 태양전지셀이 모여서 이루어진 태양전지패널(1), 상기 태양전지패널(1)에 연결되어 태양전지패널(1)에 의해 변환된 전기에너지에 함유된 리플을 일정한 크기를 가지는 전압으로 조정하는 최대전력점 추적부(2), 상기 최대전력점 추적부(2)로부터 출력되는 전기적 에너지를 충전하고 필요시 차륜구동용모터(5)로 전원을 공급하는 메인배터리(3), 상기 메인배터리(3)로부터 공급되는 전원을 제어하여 상기 차륜구동용모터(5)의 단속 및 회전속도를 제어하는 모터제어부(4), 상기 메인배터리(3)에 충전된 전압을 소정의 비율로 감압하는 DC/DC컨버터(6), 상기 DC/DC컨버터(6)에 의해 감압된 전압을 충전하고 필요시 각종 부하에 전원을 공급하는 보조배터리(7)를 구비한 태양광 자동차에 있어서, 상기 태양전지패널(1)로부터 최대전력점 추적부(2)로 흐르는 전류량과 최대전력점 추적부(2)에 흐르는 총전류량과 메인배터리(3)에서 DC/DC컨버터(6)로 흐르는 전류량 등 태양광 자동차의 전력계통의 주요지점의 전류를 측정하는 전류측정모듈(20)과; 상기 태양전지패널(1)과 차륜구동용 모터(5)와 상기 메인배터리(3)의 온도를 감지하는 NTC서미스터로 이루어진 온도감지부(32)와, 상기 메인배터리(3) 및 보조배터리(7)의 전압을 감지하는 전압감지부(33)와, 차륜구동용모터(5) 및 상기 각종 부하의 동작여부의 작동여부등을 판단하여 경고 및 에러신호를 출력하는 상태감지부(34)와, 상기 상태감지부(34)로부터 감지신호를 입력받고 이에 의거하여 필요로 하는 각종 데이타를 산출하여 데이타를 외부로 전송하기 위한 데이타전송모듈(36)을 통하여 데이타를 전송하는 마이크로프로세서(31)로 이루어진 제어모듈(30)과; 상기 제어모듈(30)로부터 전송된 데이타 및 시스템의 운영프로그램을 저장하는 롬(41)과, 상기 롬(41)에 운전자의 요구에 따른 각종 파라메터를 입력하는 키이입력처리부(42)와, 상기 롬(41)에 저장된 데이타를 상기 운영프로그램에 의거하여 태양광 자동차의 내부 에너지 흐름을 외부에서 알수 있도록 표시기(44)를 구동하는 표시기구동부(43)로 이루어진 표시모듈(40);을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 자동차의 정보표시 시스템.
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