KR101219388B1 - 차량용 태양전지 시스템 - Google Patents

차량용 태양전지 시스템 Download PDF

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Abstract

차량용 태양전지 시스템은 태양전지, 제1 차량 축전지, DC/DC 컨버터를 포함하고 상기 태양전지의 작동 전압 및 상기 제1 차량 축전지 측으로의 출력전압 및 전류를 제어하는 제어장치, 발생되는 전압을 감지할 수 있는 입력부를 포함하는 제1 전력발생기 및 제1 전기부하를 포함하고, 차량 엔진 시동시 상기 제1 전력발생기의 출력전압을 입력받아 상기 제어장치의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1 전력발생기의 출력전압 보다 높게 설정하는 것을 특징으로 한다.
따라서 태양전지가 공급 가능한 최대의 전력을 생성하여 차량 전기 시스템에 공급이 가능하며, 엔진 기동시 및 정지시에 맞추어 태양전지 발전량을 극대화 할 수 있게 된다.
태양전지, 차량용 시스템

Description

차량용 태양전지 시스템{A SOLAR CELL SYSTEM FOR A VEHICLE}
본 발명은 차량용 태양전지 시스템에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 엔진의 구동에 따라 차량용 축전지에 전력을 전달하는 차량용 태양전지 시스템에 관한 것이다.
기존의 차량 구조에서는 엔진과 축전지 사이에서 전자기기로의 전기 전달은 다음과 같은 방식으로 이루어진다. 엔진이 구동하는 경우에는 발전기에 의해 전력이 생산되므로, 엔진 구동 중에는 발전기 및 배터리와 같은 차량 전원을 차량 내의 전자기기의 구동원으로 이용하고, 엔진 정지 중에는 2차전지를 차량 내의 전자기기의 구동원으로 이용한다. 하지만 이러한 방식은 태양 전지가 활용될 경우, 태양 전지에서 생산되는 전력을 이용하기에는 불충분하다.
또한, 다른 기존 방식으로는 태양 전지에 의해 차량 엔진 정지시에 태양전지에서 발생한 전력을 차량환기용 팬에 공급하거나 차량의 배터리를 충전하는데 사용하는 기술이 있다. 이 경우에는 매뉴얼로 작동되는 스위치에 의해 사용자가 태양전지에서 발생한 전력을 차량환기에 사용하거나 배터리 충전에 사용하도록 하고 있다.
이러한 기존의 기술들은 다음과 같은 문제점이 제기되는데, 첫째로는 태양전지 활용 시스템의 충전시 전압에 따라 태양전지 전력의 생성량이 줄어드는 문제가 있고, 둘째로는 전력 컨버터에 따라 2차전지의 충전효율이 변동하며 충전량이 감소하는 문제점이 있다. 따라서 엔진의 기동 여부에 따라 충전을 제어하는 컨버터 제어가 필요한 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하려는 것으로, 엔진 시동에 따라 축전지를 이용하는 차량용 태양전지 시스템을 제공하려는 데에 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템은 일측은 태양전지 및 제1전력발생기와 전기적으로 연결되어 전기를 공급받고 타측은 제1차량 축전기와 제1전기 부하에 연결되어 전기를 송전하는 제어장치와, 상기 제어장치에 설치되어 상기 제1전력 발생기에서 발생하는 전압을 감지할 수 있는 입력부를 포함하되, 상기 제어장치는 DC/DC 컨버터를 포함하여 상기 DC/DC 컨버터에 의해 상기 태양전지의 작동 전압, 상기 제어장치로 공급된 전압, 상기 제1차량 축전지측으로의 출력전압 및 전류를 제어하여, 차량 엔진 시동시 상기 제1전력발생기의 출력전압을 입력받아 상기 제어장치의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1전력발생기의 출력전압 보다 높게 설정하고, 차량 엔진 정지시 상기 태양전지의 출력전압을 입력받아 상기 제어장치의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1 차량 축전지의 최대전압의 설정치로 하여 DC/DC 컨버터를 작동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
또한, 상기 제1전력 발생기 일측에 배치되어 상기 제어장치와 연결되는 제2 전력발생기와, 상기 제2전력 발생기에 연결되는 제2 차량 축전지(270) 및 제2 전기부하(280)를 더 포함하고, 차량 엔진 정지시 상기 제2 차량 축전지(270)의 최대전압을 설정치로 하여 상기 DC/DC 컨버터를 작동하여 전력을 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 태양전지의 전력을 축전지 충전 및 엔진 시동시에도 태양전지가 공급 가능한 최대의 전력을 생성하여 차량 전기 시스템에 공급이 가능하며, 엔진 기동시 및 정지시에 맞추어 태양전지 발전량을 극대화 할 수 있다. 이외에도, 차량의 주행거리 및 연비 절감, 축전지 방전 방지, 축전지의 수명 증대의 효과를 볼 수 있게 된다.
이하 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 차량용 태양전지 시스템을 나타내는 계략적인 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예1에 따른 차량용 태양전지 시스템은 태양전지(110), 제1 차량 축전지(150), 제어장치(120), 제1 전력발생기(130) 및 제1 전기부하(140)를 포함한다. 상기 제어장치(120)는 DC/DC 컨버터를 포함하고, 상기 태양전지의 작동 전압 및 상기 제1 차량 축전지 측으로의 출력전압 및 전류를 제어한다. 상기 제1 전력발생기는 발생되는 전압을 감지할 수 있는 입력부(135)를 포함한다.
상기 태양전지(110)와 제어장치(120), 제1 차량 축전지(150), 제1 전기부하(140) 및 제1 전력발생기(130)가 도 1에서 도시된 바와 같이 전기적으로 서로 연결된다. 상기 제어장치(120)는 상기 태양전지(110)에서 생성되는 전기에너지를 공급받아 배분하는 역할을 하며, 상기 제1 전기부하(140)를 작동시키기 위하여, 상기 제1 전력발생기(130), 제1 차량 축전지(150) 및 태양전지(110)의 전기 에 너지를 적절한 상황에서 배분하여 상기 제1 전기부하(140)를 작동시킨다.
상기 제어장치(120)는 상기 태양전지(110)의 작동 전압을 제어하고 제1 차량 축전지(150)측으로의 출력 전압 및 전류를 제어할 수 있는 장치로 구성된다. 상기 제어장치(120)에는 엔진의 시동을 감지할 수 있는 신호 및 제1 전력발생기(130)의 전압을 감지할 수 있는 입력부(135)가 추가로 설치된다.
도 1에 도시되어 있는 차량용 태양전지 시스템의 경우에는, 차량 엔진 시동시 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압을 입력받아 상기 제어장치(120)의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압 보다 높게 설정한다. 따라서 상기 제어장치(120)의 DC/DC 컨버터의 출력전압이 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압 보다 높기 때문에, 상기 제어장치(120)의 전력이 상기 제1 전기부하(140)에 공급되게 된다.
또한, 차량 엔진이 정지될 경우에는 상기 제어장치(120)의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1 차량 축전지(150)의 최대전압의 설정치로 하여 컨버터를 작동시키도록 한다. 이 경우에는 상기 제1 전력발생기(130)가 작동하지 않게 되고, 태양전지(110)에 의해 생산된 후 상기 제어장치(120)를 통하여 전달되는 전력이 상기 제1 차량 축전지(150)에 저장되게 된다.
도 2는 도 1의 차량용 태양전지 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 첫 단계에서는 엔진의 점화부가 온/오프 되어 있는 지를 입력부(135)에서 확인한다. 엔진이 가동하고 있는 경우에는, 제어장치(120)가 상기 입력부(135)로부터 상기 제1 전력발생기(130)의 전압을 입력 받은 후에 상기 제어장치(120)에서 공급하는 전력의 전압(V2)이 상기 제1 차량 축전지(150)의 전압(V_batt1)보다 큰 경우에는 그대로 처리하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 제어장치(120)의 공급 전압(V2)을 DC/DC 컨버터로 일정 단위만큼 상승시킨다.(△ V) 또한, 엔진이 가동되지 않는 경우에는 상기 제어장치(120)의 공급전압(V2)은 상기 제1 차량 축전지(150)의 최대 설정치(Batt Max V)로 조정하여 진행시킨다.
도 3은 본 발명의 실시예2에 따른 차량용 태양전지 시스템을 나타내는 계략적인 구조도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 차량용 태양전지 시스템은 태양전지(110), 제어장치(120), 제1 전력발생기(130), 제1 차량 축전지(150), 제2 전력발생기(260), 제2 차량 축전지(270), 제1 전기부하(140) 및 제2 전기부하(280)를 포함한다. 상기 제어장치(120)는 DC/DC 컨버터를 포함하고, 상기 태양전지의 작동 전압 및 상기 제1 차량 축전지(150) 및 제2 차량 축전지(270) 측으로의 출력전압 및 전류를 제어한다. 상기 제1 전력발생기(130)는 발생되는 전압을 감지할 수 있는 입력부(135)를 포함한다.
상기 태양전지(110)와 제어장치(120), 제1 전력발생기(130), 제1 차량 축전지(150), 제2 전력발생기(260), 제2 차량 축전지(270), 제1 전기부하(140) 및 제2전기부하(280)가 도 3에서 도시된 바와 같이 전기적으로 서로 연결된다. 상기 제어장치(120)는 상기 태양전지(110)에서 생성되는 전기에너지를 공급받아 배분하는 역할을 하며, 상기 제1 전기부하(140)를 작동시키기 위하여, 상기 제1 전력발생기(130), 제1 차량 축전지(150) 및 태양전지(110)의 전기 에너지를 적절한 상황에서 배분하여 상기 제1 전기부하(140)를 작동시킨다. 또한, 상기 제2 전기부하(280)를 작동시키기 위하여, 상기 제2 전력발생기(260), 제2 차량 축전지(270) 및 태양전지(110)의 전기 에너지를 적절한 상황에서 배분하여 작동시킨다. 상기 제1 전기부하(140)는 차량의 모터와 같은 주요 부하에 해당하고 상기 제2 전기부하(270)는 라이트, 공조 시스템의 팬 등의 부가적인 부하에 해당한다.
도 1의 실시예1과 마찬가지로, 차량 엔진 시동시 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압을 입력받아 상기 제어장치(120)의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압 보다 높게 설정한다. 따라서 상기 제어장치(120)의 DC/DC 컨버터의 출력전압이 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압 보다 높기 때문에, 상기 제어장치(120)의 전력이 상기 제1 전기부하(140)에 공급되게 된다.
또한, 차량 엔진이 정지될 경우에는 상기 제어장치(120)의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제2 차량 축전지(270)의 최대전압을 설정치로 하여 컨버터를 작동시키도록 한다. 이 경우에는 상기 제1 전력발생기(130)가 작동하지 않게 되고, 태양전지(110)에 의해 생산된 후 상기 제어장치(120)를 통하여 전달되는 전력이 상기 제2 차량 축전지(270)에 저장되게 된다.
도 4는 도 3의 차량용 태양전지 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 첫 단계에서는 엔진의 점화부가 온/오프 되어 있는 지를 입력부(135)에서 확인한다. 엔진이 가동하고 있는 경우에는, 제어장치(150)가 상기 입력부(135)로부터 상기 제1 전력발생기(130)의 전압을 입력 받은 후에 상기 제어장치(120)에서 공급하는 전력의 전압(V2)이 상기 제1 차량 축전지(150)의 전압(V_batt1)보다 큰 경우에는 그대로 처리하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 제어장치(120)의 공급 전압(V2)을 DC/DC 컨버터로 일정 단위만큼 상승시킨다.(△ V) 또한, 엔진이 가동되지 않는 경우에는 상기 제어장치(120)의 공급전압(V2)은 상기 제2 차량 축전지(270)의 최대 설정치(Batt Max V)로 조정하여 진행시킨다.
다시 말하면, 상기 태양전지(110)와 제어장치(120), 제어장치에 연결된 제1 차량 축전지(150) 및 제2 차량 축전지(270)로 구성하고 엔진 시동시에는 제1 전력발생기(130)의 출력전압을 입력 받아 제어장치의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압 보다 높게 제어하여 제1 전력시스템(130, 140, 150)에 전력을 공급하고 엔진 정지시에는 제2 전력시스템(260, 270, 280)에 제2 차량 축전지(270)의 사용 가능한 최대전압을 설정치로 하여 컨버터를 작동하여 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.
이러한 차량용 태양전지 시스템을 충전에 활용시 차량 연비의 절감 및 에너지 활용을 증대할 수 있다. 특히 하이브리드 차량과 같이 대용량 전력을 필요로 하는 시스템에서는 태양전지의 전력 공급이 바로 연비절감으로 연결될 수 있다. 태양전지의 전력을 엔진 시동시 전력소모가 많은 상기 제1 전력시스템(130, 140, 150)에 공급하여 차량의 축전지 이용 주행거리를 늘릴 수 있다.
이 경우 엔진기동시에 제1 차량 축전지(150)에 전력보충을 위해 제1 전력발생기(130)가 가동된다. 이에 따라 상기 제어장치(120)의 DC/DC 컨버터 출력전압을 조정하여 최대의 전력이 제1 전력시스템(130, 140, 150)에 공급되기 위해서는 출력전압을 높게 유지하여야 한다. 출력전압이 낮을 때는 태양전지(110)에서 제1 차량 축전지(150)로의 전력이 줄어들게 된다. 이에 따라 태양전지 전력 발생이 줄어들게 되어 에너지 활용 효율이 떨어진다. 본 실시예에서는 DC/DC 컨버터의 출력전압을 제1 전력발생기(130)보다 높게 제어하여 태양전지(110)의 전력이 최우선적으로 공급되게 한다.
반면 엔진 정지시에는 상기 제1 차량 축전지(150)의 최대 설정전압을 DC/DC 컨버터의 출력 전압으로 설정하여 충전 가능한 최대의 전력을 상기 제1 차량 축전지(150)에 저장한다. 상기 제1 차량 축전지(150)가 견딜 수 있는 최고의 전위를 인가하여 태양전지(110)에 의한 충전량을 최대로 제어한다.
일반적으로 상기 제1 전기부하(140)와 같이 차량의 주행모터와 같은 주전원을 상기 제1 차량 축전지(150)에 의존하고 상기 제2 전기부하(280)는 라이트나 팬 등의 가벼운 전원을 상기 제2 차량 축전지(270)에서 사용하게 된다. 이 경우에도 엔진 기동시에는 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압을 입력 받아 제어장치의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1 전력발생기(130)의 출력전압 보다 높게 제어하여 제1 전력시스템(130, 140, 150)에 전력을 공급하는 점은 동일하나, 엔진 정지시에는 제2 차량 축전지(270)에 전력을 공급하여 충전을 한다. 이는 엔진 기동시에는 주로 상기 제1 전력시스템(130, 140, 150)에서 전력이 소모되고 엔진 정지시에는 제2 전력시스템(260, 270, 280)의 전력 소모가 많으므로 제1전력시스템과 제2전력시스템 간 DC/DC 컨버터를 통한 전력손실을 줄여 에너지 효율을 높이기 위한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명 하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주 내에서 변경할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 차량용 태양전지 시스템을 나타내는 계략적인 구조도이다.
도 2는 도 1의 차량용 태양전지 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예2에 따른 차량용 태양전지 시스템을 나타내는 계략적인 구조도이다.
도 4는 도 3의 차량용 태양전지 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
< 도면 부호에 대한 간단한 설명 >
110 : 태양전지 120 : 제어장치
130 : 제1 전력발생기 135 : 입력부
140 : 제1 전기부하 150 : 제1 차량 축전지
260 : 제2 전력발생기 270 : 제2 차량 축전지
삭제
삭제
삭제
280 : 제2 전기부하

Claims (3)

  1. 일측은 태양전지 및 제1전력발생기와 전기적으로 연결되어 전기를 공급받고 타측은 제1차량 축전기와 제1전기 부하에 연결되어 전기를 송전하는 제어장치와, 상기 제어장치에 설치되어 상기 제1전력 발생기에서 발생하는 전압을 감지할 수 있는 입력부를 포함하되,
    상기 제어장치는 DC/DC 컨버터를 포함하여 상기 DC/DC 컨버터에 의해 상기 태양전지의 작동 전압, 상기 제어장치로 공급된 전압, 상기 제1차량 축전지측으로의 출력전압 및 전류를 제어하여,
    차량 엔진 시동시 상기 제1전력발생기의 출력전압을 입력받아 상기 제어장치의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1전력발생기의 출력전압 보다 높게 설정하고,
    차량 엔진 정지시 상기 태양전지의 출력전압을 입력받아 상기 제어장치의 DC/DC 컨버터의 출력전압을 상기 제1 차량 축전지의 최대전압의 설정치로 하여 DC/DC 컨버터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 태양전지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전력 발생기 일측에 배치되어 상기 제어장치와 연결되는 제2 전력발생기와,
    상기 제2전력 발생기에 연결되는 제2 차량 축전지(270) 및 제2 전기부하(280)를 더 포함하고,
    차량 엔진 정지시 상기 제2 차량 축전지(270)의 최대전압을 설정치로 하여 상기 DC/DC 컨버터를 작동하여 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 태양전지 시스템.
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