KR101243694B1 - 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치 및 이를 이용한 태양광 가로등 - Google Patents

이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치 및 이를 이용한 태양광 가로등 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축전지의 수명에 영향을 미치는 충방전 사이클 특성이 다른 이종의 축전지를 조합하여 사용 기간을 연장한 전력 저장 장치 및 상기 전력 저장 장치를 이용하여 장기간 점등이 가능하도록 한 태양광 가로등에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치는 충방전 특성이 다른 2 종류 이상의 축전지의 조합으로 구성되는 이종 축전지모듈; 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 상기 이종 축전지모듈에 공급하는 충전모듈; 상기 이종 축전지모듈 내의 축전지를 선택하는 축전지 선택모듈; 상기 이종 축전지모듈로부터 전력을 공급받아 외부 장치에 공급하는 방전모듈; 상기 이종 축전지모듈 내의 각 축전지의 상태값을 측정하는 상태값 측정모듈 및 상기 충전모듈, 축전지 선택모듈, 방전모듈 및 상태값 측정모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 태양광 가로등은 상기 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치; 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 상기 전력 저장 장치에 공급하는 태양전지 및 상기 전력 저장 장치에서 전력을 공급받아 빛을 내는 조명등을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치 및 이를 이용한 태양광 가로등 {POWER STORAGE APPARATUS COMPRISING DIFFERENT STORAGE BATTERY TYPE AND SOLAR STREETLIGHT USING THE SAME}
본 발명은 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치 및 이를 이용한 태양광 가로등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축전지의 수명에 영향을 미치는 충방전 사이클 특성이 다른 이종의 축전지를 조합하여 사용 기간을 연장한 전력 저장 장치 및 상기 전력 저장 장치를 이용하여 장기간 점등이 가능하도록 한 태양광 가로등에 관한 것이다.
종래에 복수의 축전지부를 구비하여 태양전지로부터 공급되는 전력을 저장하고, 복수의 축전지부 중 어느 하나로부터 전원을 공급받아 가로등을 점등하는 태양광 가로등이 ‘특허문헌 1’에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 태양광 가로등의 구성을 나타낸 블럭도이다. 종래의 태양광 가로등은 태양전지로부터 공급되는 전력을 축전지에 충전가능한 직류로 변환시키는 컨버터(1), 상기 컨버터(1)에서 변환된 전원을 충전하는 복수 개의 축전지(2)(3), 상기 복수 개의 축전지(2)(3)에서 전원을 공급받는 조명수단(4) 및 상기 축전지(2)(3)에 접속되어 조명수단(4)의 점멸을 제어하는 제어수단(5)으로 구성된다. 상기 제어수단(5)에는 타이머제어수단(6)이 구비되고, 타이머제어수단(6)에는 복수 개의 축전지에 대해 각각의 전원공급시간이 설정되어 설정된 시간에 따라 조명수단(4)에 전원을 공급하는 축전지(2)(3)가 번갈아 교체된다. 이는 축전지가 방전됨에 따라 전력이 점차 약화되어 조명수단(4)의 조도가 낮아지는 것을 방지하기 위한 것으로, 예를 들어 오후 6시에서 자정까지 제1 축전지(2)에서 전원을 공급하고, 자정에서 오전 6시까지는 제2 축전지(3)에서 전원을 공급하도록 함으로써 조명수단(4)의 점등시간을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 조도를 일정하게 유지할 수 있게 하기 위한 것이다.
태양광 가로등은 낮에 축전지를 태양전지로 충분히 충전할 수 있는 경우에는 충방전 횟수가 많고 DOD(Depth of Discharge, 방전심도) 특성이 우수한 1 가지 축전지만 사용하는 것이 좋은데, 상기 축전지의 대표적인 예로 리튬계열 축전지가 있다. 그런데 태양광 가로등이 설치된 환경이 항상 낮에 축전지를 태양전지로 충분히 충전할 수 있는 상황일 수는 없으므로, 배터리를 충전할 수 없는 기간(number of sunless day, 이하 ‘부조일수’라 한다)이 길어지는 경우에 대비하여 축전용량을 충분히 확보할 필요가 있다. 이 문제를 해결하기 위해 종래의 태양광 가로등은 동종의 축전지 개수를 늘여 축전용량을 증가시켰으나, 리튬계열 축전지와 같이 충방전 및 DOD 특성이 좋은 축전지는 가격이 높기 때문에 축전지 개수를 늘이는 방법을 적용하는 경우 장비가 전체적으로 고가가 되는 단점이 있다.
그렇다고 해서 저가의 연(Pb) 축전지 등을 사용하여 축전용량을 확보하고자 한다면 연 축전지 등의 방전 특성상 DOD를 높게 하여 충방전 사이클을 수행하는 경우 사이클이 급격하게 줄어들기 때문에{연 축전지의 경우 100% DOD에서 약 300 사이클(약 0.8년), 50% DOD에서 약 1000 사이클(약 1.7년), 30% DOD에서 약 1800 사이클(약 4.9년)의 충방전이 가능하다}, 부조일의 발생 등으로 인해 방전심도가 커지는 경우 연 축전지의 수명이 단축되는 단점이 있다.
즉, 종래의 태양광 가로등은 부조일수를 감안한 축전용량을 확보하기 위하여 동종의 리튬계열 축전지를 복수 개 사용하는 경우 장비의 가격이 비싸지고, 값싼 연 축전지를 복수 개 사용하는 경우 환경에 따라 DOD를 높게 제어할 수밖에 없을 때 장비의 수명이 단축된다는 문제점이 있다.
KR 10-2011-0125000 A (2011. 11. 18.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 이종 축전지를 사용하여 전력이 충전되는 환경에 따라 적합한 축전지를 선택하여 DOD 특성에 맞게 충방전 사이클을 제어할 수 있는 전력 저장 장치 및 이를 이용한 태양광 가로등을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치는 충방전 특성이 다른 2 종류 이상의 축전지의 조합으로 구성되는 이종 축전지모듈; 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 상기 이종 축전지모듈에 공급하는 충전모듈; 상기 이종 축전지모듈 내의 축전지를 선택하는 축전지 선택모듈; 상기 이종 축전지모듈로부터 전력을 공급받아 외부 장치에 공급하는 방전모듈; 상기 이종 축전지모듈 내의 각 축전지의 상태값을 측정하는 상태값 측정모듈 및 상기 충전모듈, 축전지 선택모듈, 방전모듈 및 상태값 측정모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 태양광 가로등은 상기 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치; 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 상기 전력 저장 장치에 공급하는 태양전지 및 상기 전력 저장 장치에서 전력을 공급받아 빛을 내는 조명등을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치는 전력이 충전 및 방전되는 환경에 따라 적합한 축전지를 선택하여 DOD를 효율적으로 관리함으로써 장치의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치를 이용한 태양광 가로등은, 부조일수가 없거나 적은 정상상태에는 방전심도를 깊게 해도 충방전 사이클 횟수에 큰 영향을 미치지 않는, 즉 DOD 특성이 좋은 축전지를 사용하도록 하고, 부조일이 발생해 DOD 특성이 좋은 축전지의 용량으로는 부족하여 추가 용량이 필요한 경우에 저가의 연 축전지를 예비로 사용하도록 함으로써 부조일의 장기화에 대비할 수 있을 뿐만 아니라, 부조일이 발생할 때에만 연 축전지를 사용하기 때문에 연 축전지를 충방전 시키는 횟수가 줄어들어 장기간 안정적인 태양광 가로등 시스템을 유지할 수 있다.
또한, 저가의 연 축전지로 추가 용량을 확보하여, 정상상태에는 고가의 DOD 특성이 좋은 축전지를 사용하고 추가 용량이 필요한 경우에만 저가의 연 축전지를 사용하기 때문에, 정상상태에서 고가의 DOD 특성이 좋은 축전지로 추가 용량을 확보한 효과를 얻으면서도 태양광 가로등 시스템의 전체적인 설치 비용을 낮추는 경제적인 효과가 있다.
도 1은 종래의 태양광 가로등의 구성을 나타낸 블럭도
도 2는 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치의 구성을 도시한 블럭도
도 3은 충전모듈의 세부 구성
도 4는 DC 전압조절부의 실시예
도 5는 스위칭수단을 포함하는 이종 축전지모듈의 세부 구성
도 6은 방전모듈의 세부 구성
도 7은 DC - AC 변환부의 실시예
도 8은 AC 전압조절부의 실시예
도 9는 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치를 이용한 태양광 가로등
아래에서는 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치 및 이를 이용한 태양광 가로등을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치 및 이를 이용한 태양광 가로등에 관한 것으로, 도 2는 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치(100)는 이종 축전지모듈(10), 충전모듈(20), 축전지 선택모듈(30), 방전모듈(40), 상태값 측정모듈(50) 및 제어모듈(60)을 포함하여 구성되고, 충전모듈(20)에 전력이 공급되면 제어모듈(60)에서 축전지 선택모듈(30)에 제어신호를 전송하여 이종 축전지모듈(10)에 있는 복수 개의 축전지 중 하나 이상의 축전지를 선택하여 충전되도록 한다. 한편, 방전모듈(40)을 통해 외부 장치에 전력을 공급해야 하는 경우에는 제어모듈(60)에서 축전지 선택모듈(30)에 제어신호를 전송하여 이종 축전지모듈(10)에 있는 복수 개의 축전지 중 하나 이상의 축전지를 선택하여 방전되도록 한다. 상태값 측정모듈(50)은 이종 축전지모듈(10)에 있는 복수 개의 축전지의 출력 전압, 온도 등 상태값을 검출하여 제어모듈(60)에 전송함으로써 제어모듈(60)에서 복수 개의 축전지의 충전 또는 방전을 제어할 수 있도록 한다. 아래에서는 각 구성요소에 대하여 상세히 설명한다.
이종 축전지모듈(10)은 충방전 특성이 다른 2 종류 이상의 축전지의 조합으로 구성되어, 전력을 저장하는 구성요소이다. 상기 조합 가능한 축전지의 종류로는 예를 들면 전술한 바 있는 DOD 특성이 우수하고 충방전 사이클이 좋은 리튬계열 축전지 및 DOD 특성과 충방전 사이클은 리튬계열 축전지보다 떨어지지만 가격이 저렴한 연 축전지 등이 있으며, 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치가 설치되는 환경에 따라 조합되는 축전지의 종류 및 가짓수는 변경될 수 있다. 이하에서는 편의를 위해 2 종류의 축전지, 즉 제1 축전지(12)인 리튬계열 축전지 및 제2 축전지(14)인 연 축전지가 이종 축전지모듈(10)을 구성하는 실시예로 설명한다.
충전모듈(20)은 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 이종 축전지모듈(10)에 공급하는 역할을 하는 구성요소이다. 외부 전원이 이종 축전지모듈(10)의 축전지별로 적절한 전압, 전류 등 정격에 맞게 입력된다면 충전모듈(20)은 단순히 외부 전원과 이종 축전지모듈(10)을 연결하는 단자와 같이 간단하게 구성될 수 있겠지만, 이종 축전지모듈(10)의 축전지별로 정격이 다를 수가 있고 외부 전원과 이종 축전지모듈(10)의 축전지 간에 부정합(miss-matching)이 발생할 수도 있으므로 충전모듈(20)은 다음과 같은 세부 구성요소를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 3은 충전모듈(20)의 세부 구성을 도시한 것이다. 충전모듈(20)은 AC - DC 변환부(22), DC 전압조절부(24) 또는 회로보호부(26) 중 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
AC - DC 변환부(22)는 입력 전원이 교류인 경우 축전지에 직류를 공급하기 위하여 교류를 직류로 변환하는 구성요소이다. AC - DC 변환부(22)는 정류회로, 레귤레이터 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 전압 조절 회로를 포함하는 경우 후술할 DC 전압조절부(24)를 생략할 수도 있다.
DC 전압조절부(24)는 AC - DC 변환부(22)에서 정류된 직류의 전압을 축전지의 정격 전압으로 조절하는 구성요소이다. 본 실시예에서 채택한 전압조절방식이 DC - DC 방식이므로, 상기 DC 전압조절부(24)는 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter) 또는 플라이백 컨버터(flyback converter) 등일 수 있다. 도 4(a)는 벅-부스트 컨버터의 일 실시예를 도시한 것이고, 도 4(b)는 플라이백 컨버터의 일 실시예를 도시한 것이다. 벅-부스트 컨버터 및 플라이백 컨버터의 스위치(S1)의 온-오프를 제어하는 제어신호(vc)의 듀티사이클을 조절함으로써 출력되는 직류 전압을 조절할 수 있다. DC 전압조절부(24)는 AC - DC 변환부(22)에 전압 조절 기능이 있다면 생략가능하다.
회로보호부(26)는 상기 AC - DC 변환부(22)의 입력측, DC 전압조절부(24)의 입력측 또는 DC 전압조절부(24)의 출력측에 설치되어, AC - DC 변환부(22), DC 전압조절부(24) 또는 DC 전압조절부(24)의 출력에 연결되는 장치에 급격한 전압 또는 전류의 변화(surge)가 인가되는 것을 방지할 수 있다. 회로보호부(26)는 전압, 전류 등을 감지하는 감지회로 및 스위치로 구성되어 감지회로에서 이상상태를 감지한 경우 스위치가 AC - DC 변환부(22), DC 전압조절부(24) 또는 DC 전압조절부(24)의 출력측에 연결되는 구성요소를 전원으로부터 차단되도록 한다. 회로보호부(26)의 구체적인 설계사항은 회로보호부(26)를 AC - DC 변환부(22)의 입력측, DC 전압조절부(24)의 입력측 또는 DC 전압조절부(24)의 출력측 중 어디에 설치하는지에 따라 달라질 수 있다.
축전지 선택모듈(30)은 제1 축전지(12) 또는 제2 축전지(14)를 선택하여 외부 전원으로부터 충전되게 하거나 외부 장치에 전원을 공급하는 구성요소로, 제1 축전지(12) 또는 제2 축전지(14)를 선택할 수 있는 스위칭수단이 구비된다. 도 5는 스위칭수단을 포함하는 이종 축전지모듈(10)의 세부 구성을 도시한 것으로, 스위칭수단은 충전모듈(20)과 제1 축전지(12) 또는 제2 축전지(14)를 연결하는 충전측 스위치부(32) 및 제1 축전지(12) 또는 제2 축전지(14)를 후술할 방전모듈과 연결하는 방전측 스위치부(34)로 구성될 수 있다. 충전측 스위치부(32)와 방전측 스위치부(34)는 외부 장치가 연결된 축전지는 방전되고, 외부 장치가 연결되지 않은 축전지는 충전되도록 하기 위하여 서로 배타적으로 제1 축전지(12) 또는 제2 축전지(14)를 선택할 수 있도록 인터록(interlock)될 수 있다. 축전지 선택모듈(30)은 후술할 제어모듈에서 전송되는 제어신호에 따라 제1 축전지(12) 또는 제2 축전지(14)를 스위칭한다.
방전모듈(40)은 이종 축전지모듈(10)로부터 전력을 공급받아 외부 장치에 공급하는 역할을 하는 구성요소이다. 외부 장치가 이종 축전지모듈(10)의 축전지의 출력 전압에 의해 구동 가능하다면 방전모듈(40)은 충전모듈(20)의 경우와 유사하게 단순히 이종 축전지모듈(10)과 외부 장치를 연결하는 단자와 같이 간단하게 구성될 수 있겠지만, 외부 장치에 교류를 제공해야 하는 경우도 있고, 이종 축전지모듈(10)의 축전지의 출력 전압이 외부 장치의 정격 전압과 다를 수도 있으므로 방전모듈(40)은 다음과 같은 세부 구성요소를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 6은 방전모듈(40)의 세부 구성을 도시한 것이다. 방전모듈(40)은 DC - AC 변환부(42)에 DC 전압조절부(44) 또는 AC 전압조절부(46)를 결합하여 구성될 수 있다. 직류 상태에서 전압을 조절한 후 교류로 변환하려면 도 6(a)와 같이 DC - AC 변환부(42)의 입력단에 DC 전압조절부(44)를 설치하고, 직류를 교류로 변환한 후 전압을 조절하기 위해서는 DC - AC 변환부(42)의 출력단에 AC 전압조절부(46)를 설치하면 된다. DC 전압조절부(44)는 충전모듈(20)의 DC 전압조절부(24)와 동일하므로 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
DC - AC 변환부(42)는 외부 장치에 교류를 공급하기 위하여 직류를 교류로 변환하는 구성요소이다. DC - AC 변환부(42)는 간단하게는 도 7과 같이 직류의 극성을 반전시킬 수 있는 스위칭회로 및 변압기로 구성될 수 있다. 도 7의 회로에서 스위치 Q1, Q2를 교번하여 구동하면 변압기를 거쳐 출력단에 교류 Vout이 출력된다. 한편, DC - AC 변환부(42)는 총 고조파 왜곡(Total Harmonic Distortion)을 줄이기 위해 필터를 더 포함할 수 있다. DC - AC 변환부(42)가 전압 조절 회로를 포함하는 경우 후술할 AC 전압조절부(46)를 생략할 수도 있다.
AC 전압조절부(46)는 DC - AC 변환부(42)에서 변환된 교류의 실효 전압을 외부 장치의 정격 전압으로 조절하는 구성요소이다. 본 실시예에서 채택한 전압조절방식이 AC - AC 방식이므로, 상기 AC 전압조절부(46)는 도 8과 같은 위상제어회로를 채용하여 스위치 S1을 온-오프함으로써 교류 실효 전압을 제어할 수 있다. AC 전압조절부(46)는 DC - AC 변환부(42)에 전압 조절 기능이 있다면 생략가능하다.
상태값 측정모듈(50)은 이종 축전지모듈(10) 내의 각 축전지의 출력 전압, 온도 등의 상태값을 측정하여 후술할 제어모듈에 전송하는 구성요소이다. 축전지의 출력 전압은 일반적인 전압계에 내장되는 전압측정회로를 채용하여 측정될 수 있으며, 상기 측정된 축전지의 출력 전압은 후술할 제어모듈에 전달되어 제어모듈에서 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는데 활용된다.
제어모듈(60)은 상기 충전모듈(20), 축전지 선택모듈(30), 방전모듈(40) 및 상태값 측정모듈(50)을 제어하는 구성요소로, 예를 들면 충전모듈(20)에 충전전압을 설정하기 위한 제어신호, 축전지 선택모듈(30)에 충전 또는 방전될 축전지를 선택하기 위한 제어신호, 방전모듈(40)에 방전전압의 설정 또는 고조파 제거 수준의 설정 등을 위한 제어신호, 상태값 측정모듈(50)에 특정 상태값의 측정을 지시하는 제어신호 등을 생성하여 각 구성요소에 전송한다. 제어모듈(60)은 마이크로컨트롤러를 채용하여 사전에 프로그래밍된 사항에 따라 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치가 자동제어되도록 할 수 있다.
제어모듈(60)에는 축전지별 출력 전압, 과충전 차단 전압, 방전 종지 전압, DOD, 온도 등의 상관관계가 나타난 테이블이 저장되어 있어 상태값 측정모듈(50)에서 측정된 상태값을 기반으로 각 축전지의 DOD, 내부 임피던스 등의 상태를 판단하여 제어신호를 생성한다. 상기 판단된 각 축전지의 상태는 제어모듈(60)에서 사전에 프로그래밍된 사항에 따라 어떤 축전지를 총용량 대비 몇 %까지 방전을 시킬 것인지, 어떤 축전지를 우선으로 충전할 것인지를 결정하기 위한 제어신호를 생성하는데 활용된다. 또한, 상기 제어모듈(60)은 제1 축전지(12)의 방전 개시 전압(축전지의 방전시 출력 전압)이 방전 종지 전압(더 이상 방전해서는 안 되는 한계 전압) 이하의 값이거나, 제1 축전지(12)의 출력 전압이 방전중에 방전 종지 전압에 도달하는 경우, 제2 축전지(14)가 방전되도록 전환시키는 제어신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 제어모듈(60)은 제1 축전지(12)가 리튬계열 축전지이고, 제2 축전지(14)가 연 축전지이고, 외부 전원이 태양전지인 경우, 부조일이 없는 정상상태인 경우에는 제1 축전지(12)를 정상상태에서의 일률인 정상일률로 100% 방전시킨 후, 낮에 100% 충전시키도록 하는 제어신호를 생성할 수 있다. 반면, 제1 축전지(12)를 밤에 정상일률로 100% 방전시켰는데, 이후 태양전지에서 충분한 전력이 공급되지 않는 경우, 즉 부조일수가 소정값 이상으로 커지는 비상상태에 진입하는 경우에는 제1 축전지(12)의 출력 전압이 방전 종지 전압에 도달할 때부터 제2 축전지(14)를 정상일률보다 소정값 또는 소정 % 낮은 일률인 비상일률로 방전시키는 제어신호를 생성할 수 있다. 위와 같은 제어알고리즘을 채택하는 이유는 정상상태에서는 축전지의 충방전이 원활하게 수행될 수 있으므로, 외부 장치에 전력을 최대한 공급할 수 있도록 100% DOD로 활용가능한 제1 축전지(12)를 사용하고, 외부 전원으로부터 전력공급이 원활하지 않은 비상상태인 경우에는 100% DOD로 활용하기는 어렵지만 장기간 전력을 공급할 수 있는 제2 축전지(14)를 사용하도록 하기 위한 것이다.
제어모듈(60)은 비상상태가 지속되는 경우에는 방전되는 전력량을 비상상태의 지속기간에 따라 변경할 수 있다. 예를 들어, 비상상태가 시작된 후에 정상일률의 50%의 일률로 전력을 공급하다가, 제2 축전지(14)의 DOD가 50%가 되면 정상일률의 30%의 일률로 전력을 공급하도록 할 수 있다. 이러한 변경은 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치가 사용되는 환경에 따라 단계를 더 두거나 줄일 수 있으며, 각 단계별로 정상일률 대비 전력을 공급하는 비율(%)을 변경할 수 있다.
한편, 제어모듈(60)은 제2 축전지가 완전 방전되는 것을 방지하기 위하여 제2 축전지(14)가 소정의 DOD(가령 25%)에 도달하는 경우 제2 축전지(14)의 방전을 차단하도록 할 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치를 이용한 태양광 가로등에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치를 이용한 태양광 가로등의 구성을 도시한 것이다. 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치를 이용한 태양광 가로등은 본 발명에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치(100), 태양전지(200) 및 조명등(300)을 포함하여 구성되며, 부조일수가 길어지더라도 지속적으로 전력 저장 장치(100)에 전력을 공급할 수 있도록 풍력발전기(220)가 더 구비될 수 있다. 또한, 주변 환경에 따라 조명등(300)의 밝기를 조절할 수 있도록 조도감지센서(400)가 더 구비될 수 있다.
전력 저장 장치(100)는 상기 태양전지(200) 또는 풍력발전기(220)에서 생성된 전력을 공급받아 축전지에 저장한 후 외부 장치(본 실시예에서는 후술할 조명등)에 공급하는 장치로, 정상상태 또는 비상상태에 따라 외부 장치에 공급되는 일률을 다르게 하여 본 발명에 따른 태양광 가로등이 환경변화에 대해 강인성(robustness)을 가질 수 있도록 한다. 전력 저장 장치(100)의 세부 구성에 대해서는 앞에서 설명하였으므로 반복되는 설명은 생략한다.
태양전지(200)는 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전력 저장 장치(100)에 공급하는 구성요소로서, 전력을 가급적 많이 생성할 수 있도록 설치지역의 위도 등을 고려하여 연직방향과 소정 각도를 이루도록 설치된다. 또한 태양전지(200)는 절기, 시각, 위도 등에 따라 태양을 추종할 수 있도록 각도 조절 장치를 포함할 수 있다. 태양전지(200)에는 풍력발전기(220)가 부가적으로 설치되어 태양광 외에 풍력을 이용하여 전력 저장 장치(100)에 전원을 공급하도록 할 수 있다.
조명등(300)은 상기 전력 저장 장치(100)에서 전력을 공급받아 빛을 내는 구성요소로, 에너지 효율이 좋은 LED 램프 등이 채용될 수 있다. LED 램프는 복수 개의 LED 소자를 개별제어할 수 있는 제어부를 포함하여 전력 저장 장치(100)로부터 전력 공급량이 줄어드는 경우 복수 개의 LED 소자 중 일부만을 점등시켜 전체적인 에너지 효율을 증가시키도록 할 수 있다.
조도감지센서(400)는 조도를 감지하는 구성요소로, 상기 조명등(300)에서 발산되는 빛이 도달하지 않는 위치에 설치되어 본 발명에 따른 태양광 가로등 주변의 조도를 측정하여 상기 조명등(300)의 제어부에 전송할 수 있다. 조명등(300)의 제어부는 상기 전송된 조도를 참조하여 조명등(300)이 단일 조명유닛으로 구성되는 경우 조명유닛의 조도를 변경함으로써, 조명등(300)이 LED 등 복수 개의 조명유닛으로 구성되는 경우 일부의 조명유닛만 점등시킴으로써 전력 저장 장치(100)에서 공급되는 전력이 효율적으로 사용되도록 할 수 있다.
10 이종 축전지모듈 12 제1 축전지
14 제2 축전지 20 충전모듈
22 AC - DC 변환부 24, 44 DC 전압조절부
26 회로보호부 30 축전지 선택모듈
32 충전측 스위치부 34 방전측 스위치부
40 방전모듈 42 DC - AC 변환부
46 AC 전압조절부 50 상태값 측정모듈
60 제어모듈 100 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치
200 태양전지 300 조명등
400 조도감지센서

Claims (12)

  1. 충방전 특성이 다른 2 종류 이상의 축전지의 조합으로 구성되는 이종 축전지모듈(10);
    외부 전원으로부터 전력을 공급받아 상기 이종 축전지모듈(10)에 공급하는 충전모듈(20);
    상기 이종 축전지모듈(10) 내의 축전지를 선택하는 축전지 선택모듈(30);
    상기 이종 축전지모듈(10)로부터 전력을 공급받아 외부 장치에 공급하는 방전모듈(40);
    상기 이종 축전지모듈(10) 내의 각 축전지의 상태값을 측정하는 상태값 측정모듈(50) 및
    상기 충전모듈(20), 축전지 선택모듈(30), 방전모듈(40) 및 상태값 측정모듈(50)을 제어하는 제어모듈(60)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치에 있어서,
    상기 제어모듈(60)은 부조일이 없는 정상상태인 경우에는 제1 축전지(12)를 정상상태에서의 일률인 정상일률로 방전시키고,
    부조일수가 소정값 이상으로 커지는 비상상태인 경우에는 제2 축전지(14)를 상기 정상일률보다 소정값 또는 소정 % 낮은 일률인 비상일률로 방전시키는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충방전 특성이 다른 2 종류 이상의 축전지는 리튬계열 축전지 및 연 축전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전모듈(20)은 AC - DC 변환부(22), DC 전압조절부(24) 또는 회로보호부(26) 중 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전지 선택모듈(30)은 충전모듈(20)과 제1 축전지(12) 또는 제2 축전지(14)를 연결하는 충전측 스위치부(32) 및
    제1 축전지(12) 또는 제2 축전지(14)를 방전모듈(40)과 연결하는 방전측 스위치부(34)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전모듈(40)은 DC - AC 변환부(42)에 DC 전압조절부(44) 또는 AC 전압조절부(46)가 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어모듈(60)에는 축전지별 출력 전압, 과충전 차단 전압, 방전 종지 전압, DOD, 온도 등의 상관관계가 나타난 테이블이 저장되는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어모듈(60)은 상기 테이블과 상태값 측정모듈(50)에서 측정된 상태값을 기반으로 각 축전지의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어모듈(60)은 제1 축전지(12)의 방전 개시 전압이 방전 종지 전압 이하이거나, 제1 축전지(12)의 출력 전압이 방전중에 방전 종지 전압에 도달하는 경우 제2 축전지(14)가 방전되도록 전환시키는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어모듈(60)은 제2 축전지(14)가 소정의 방전심도(DOD)에 도달하는 경우 제2 축전지의 방전을 차단하는 것을 특징으로 하는 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 8 또는 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치(100);
    태양에너지를 전기에너지로 변환하여 상기 전력 저장 장치에 공급하는 태양전지(200) 및
    상기 전력 저장 장치(100)에서 전력을 공급받아 빛을 내는 조명등(300)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 가로등.
  12. 청구항 11에 있어서,
    주변의 조도를 감지하는 조도감지센서(400)를 더 포함하고, 상기 조명등(300)의 조도는 상기 감지된 주변의 조도를 반영하여 조절되는 것을 특징으로 하는 태양광 가로등.
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