KR101266986B1 - 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충전장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지 충방장치 및 방법에 관한 것으로, 태양광전지에 의하여 니켈수소충전지를 충전할 때 태양광전지에서 전달되는 미소전류를 전압으로 변환증폭하여 니켈수소충전지에 충전하도록 하고, 니켈수소충전지가 방전될 때에는 스위칭수단 자체에서 니켈수소충전지로 강하하는 전압을 최소화하는 마이크로콘트롤러를 설치하여 니켈수소충전지의 충방전 효율을 증대시켜 니켈수소충전지의 성능과 수명을 향상시키는 태양광전지를 이용한 니켈수소 충전지의 충전장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충전장치 및 방법{Charger device Of Ni-Mh reachargeable Battery using solar cell and method thereof}

본 발명은 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충전장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 충전아이씨(IC)에 의한 스위칭 펄스전압에 따라서 스위칭수단을 스위칭제어하여 니켈수소충전지를 충전함에 있어서, 상기 니켈수소충전지의 전압을 모니터링하여 정해진 전압 이하에서는 마이크로콘트롤러에 의해 스위칭수단을 제어하여 스위칭수단에 의한 전압강하를 최소화함으로써, 니켈수소충전지의 충전효율과 방전 시의 잔류전압을 최소화하여 니켈수소충전지의 사용효율을 높일 수 있는 니켈수소충전지의 충전장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 니켈수소충전지는 스위칭수단(예를 들면, 전계효과트랜지스터)과 펄스동작신호를 내재한 충전IC를 구비하고 있고, 충전IC에 내재된 펄스동작신호에 따라서 스위칭수단의 동작을 제어하여 니켈수소충전지를 충전하는 원리로 동작한다.

이와 같은 일반적인 종래의 니켈수소충전지의 충전IC를 이용하여 충전장치를 구성하는 경우에 있어서, 니켈수소충전지의 충전지전압이 일정한 전압 이상인 경우에 태양광전지와 같이 미소전류 전압을 충전소스로 제공하는 경우에는 충전작용에 별다른 문제가 없지만, 니켈수소충전지의 충전지전압이 일정한 전압 이하로 떨어진 경우에는 충전이 미미하게 이루어질 수 있다.
이는 충전IC의 펄스전압에 따라서 스위칭수단을 제어함에 따라서 충전IC의 펄스전압구간에 따라서 전압강하가 발생 됨으로써, 태양광전지와 같이 미소전류를 충전소스로 제공하는 경우 상기 스위칭수단의 전압강하에 의해 충전이 효율적으로 이루어지지 않게 되기 때문이다.
또한, 상기 니켈수소충전지의 전압이 일정한 전압 이하로 떨어진 경우 상기 스위칭수단 자체에서 발생하는 전압강하로 인하여 니켈수소충전지에 충전된 전압량 만큼 방전이 이루어지지 않는다.
따라서 종래의 상기 니켈수소충전지의 충전장치는 상기와 같은 스위칭수단(예를 들면, 전계효과트랜지스터)에 의한 전압강하현상으로 인하여 상기 니켈수소충전지의 전압저장용량을 효율적으로 활용하지 못하는 문제점이 있었다.

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또한 종래의 니켈수소 충전지의 충전장치는 상술한 바와 같이 전압저장용량을 효율적으로 활용하지 못함으로써 방전되지 않고 충전지에 잔류되는 전압이 존재함에 따라서 충전지 자체의 수명이 줄어드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 니켈수소충전지의 전압을 모니터링하여 니켈수소충전지의 충전지전압을 구하고, 모니터링 된 충전지전압에 따라서 스위칭수단의 스위칭제어를 달리하여 태양광전지와 같이 미소전류 전압이 충전 소스로 제공되는 경우에도 충전이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 것으로, 충전지전압이 소정의 정해진 전압 이하로 내려간 경우 스위칭수단의 스위칭 온 타임을 유지시키기 위한 제어 전압을 공급 제어하는 마이크로콘트롤러를 구성함으로써, 스위칭수단의 전압강하를 최소화하여 니켈수소충전지에 충전되는 전압을 최대한 증대시킬 수 있도록 하며, 방전 시에는 방전효율을 향상시켜 효율적으로 니켈수소충전지를 사용하여 잔류되는 전압을 최소화시켜 충전지의 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 니켈수소충전지의 충전장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

본 발명은, 태양광전지에서 입사된 태양광을 변환하여 출력하는 전압을 충전하여 부하회로에 공급하는 니켈수소충전지의 충전장치에 있어서,
상기 태양광에서 변환된 전압을 스위칭하여 상기 니켈수소충전지에 공급하는 스위칭수단과, 상기 니켈수소충전지의 충전지전압을 소정의 설정된 전압과 비교하여 설정된 전압 이하인 경우 상기 스위칭수단을 온 동작 제어하는 마이크로콘트롤러와, 상기 스위칭수단에 스위칭 전압 펄스를 공급하여 상기 태양광으로 부터 변환된 전압을 니켈수소충전지에 충전제어하는 충전IC를 포함한다.

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본 발명은, 태양광전지에서 입사된 태양광을 변환하여 출력하는 전압을 충전하여 부하회로에 공급하도록 하는 니켈수소충전지의 충전방법에 있어서,
상기 니켈수소충전지의 동작상태가 충전 또는 방전인지를 체크하는 동작상태체크단계와, 상기 동작상태체크단계에서 상기 니켈수소충전지가 충전상태로 확인되면, 니켈수소충전지의 충전지전압을 모니터링하여 설정된 전압과 비교하는 충전지전압비교단계와, 상기 충전지전압비교단계에서 상기 니켈수소충전지의 충전지전압과 설정전압을 비교하여 니켈수소충전지의 충전지전압이 설정전압이하 인 경우 상기 스위칭수단을 온 동작 제어하는 충전 스위칭제어단계와, 상기 동작상태체크단계에서 상기 니켈수소충전지의 동작상태가 방전상태로 판단되면 상기 스위칭수단을 온동작 제어하는 방전 스위칭제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 니켈수소충전지의 충전지전압이 일정한 전압 이하로 저하될 때 미소전류의 충전 소스가 입력되는 경우에도 충전효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 방전 시에도 효과적으로 방전이 이루어질 수 있도록 하여 니켈수소충전지의 전압저장용량을 최대한 사용할 수 있도록 함과 동시에 상기 니켈수소충전지의 수명을 연장하는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충전장치를 도시한 블럭도로서, 도 1a는 충전 중 동작제어상태를 나타낸 도면이고, 도 1b는 방전중 동작제어상태를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로콘트롤러에서 이루어지는 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충방전방법을 도시한 순서도.
도 3a는 본 발명에 따른 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충전장치 및 방법에서 충전IC의 제어신호를 도시한 도면.
도 3b는 본 발명에 따른 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충전장치 및 방법에서 마이크로콘트롤러의 제어신호를 도시한 도면.

이하에서는 본 발명에 따른 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충전장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지의 충전장치를 도시한 블록도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광전지를 이용한 니켈수소충전지(10)의 충전장치는 태양광 또는 기타 에너지원으로부터 변환된 전원을 충전하고 부하회로(60)등에 충전된 전압을 출력하는 니켈수소충전지(10), 입사되는 태양광을 전류로 변환하여 공급하는 태양광전지(20), 상기 태양광전지(20)에서 출력된 미소 전류 전압을 스위칭하여 니켈수소충전지(10)에 충전 또는 니켈수소충전지(10)으로 부터 방전되는 전압을 부하회로(60)에 공급하는 스위칭수단(30), 상기 스위칭수단(30)을 펄스동작신호로 스위칭 제어하는 충전IC(50), 상기 니켈수소충전지(10)의 충전지전압을 모니터링하고 그 충전지전압을 설정된 전압과 비교하여 상기 스위칭수단(30)을 제어하는 마이크로콘트롤러(40)를 포함한다.

상기 스위칭수단(30)은 입출력단 소오스(S)와 드레인(D), 스위칭 제어전압이 입력되는 게이트(G)를 포함하는 전계효과트랜지스터(FET)로 구성된다.
상기 태양광전지(20)는 입사되는 태양광을 이용하여 전류를 발생시키고, 이 발생된 전류를 상기 스위칭수단(30)의 부하회로(30) 및 스위칭수단(30)의 소오스(S)로 제공한다.
상기 니켈수소충전지(10)는 내부에 전압을 가지는 다수 개의 셀을 포함하고, 상기 스위칭수단(30)의 드레인(D)과 연결된다.

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상기 부하회로(60)는 상기 니켈수소충전지(10) 또는 태양광전지(20)로 부터 제공되는 전압에 의해 동작 되는 장치이다.

상기 충전IC(50)는 니켈수소충전지(10)를 충전하기 위한 펄스 전압을 제어전압으로 스위칭수단(30)의 게이트(G)에 공급하기 위한 수단이다.

상기 마이크로콘트롤러(40)는 니켈수소충전지(10)의 충전지전압을 모니터링하여 일정 전압 레벨 이하로 낮아지는 경우 상기 스위칭수단(30)을 제어하여 니켈수소충전지(10)를 충방전시키기 위한 제어수단이다.
상기 마이크로콘트롤러(40)는 니켈수소충전지(10)의 충전지전압에 따라서 상기 스위칭수단(30)을 제어하기 위한 전압이 설정되며 설정된 전압을 상기 충전지전압과 비교하여 상기 스위칭수단(30)을 온 동작시키기 위한 스위칭 제어전압을 상기 스위칭수단(30)의 게이트로 공급하기 위한 수단이다.
여기서 상기 마이크로콘트롤러(40)는 상기 니켈수소충전기(10)의 충전지전압이 일정 전압 레벨 이하일 경우에만 상기 스위칭수단(30)을 제어하는 것으로서, 상기 충전IC(50)에서 펄스동기신호로 상기 스위칭수단(30)을 제어하기 때문에 발생되는 전압강하를 최소화시켜 니켈수소충전지(10)의 충전지전압이 일정 전압 레벨 이하인 상태에서 미소전류가 충전소스로 제공될 때 상기 니켈수소충전지(10)에 충전되지 못하는 문제점을 해결하고자 한 것이다.
또한, 상기 마이크로콘트롤러(40)는 니켈수소충전지(10)가 방전상태인 경우에도 니켈수소충전지(10)의 충전지전압 레벨이 설정전압 이하가 되면 상기에서 설명한 바와 같이, 스위칭수단(30)의 스위칭 온 동작을 유지시켜 전압강하를 최소화시켜 니켈수소충전지(10)의 방전이 효율적으로 이루어지도록 할 수 있으며, 방전 상태인 경우에는 니켈수소충전지(10)의 충전지전압과 상관없이 상기 스위칭수단(30)의 스위칭 온 동작을 유지시키도록 제어할 수 있다.

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본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 상기와 같은 구성을 통해 달성되는 본 발명의 작용을 첨부된 도 2의 순서도를 이용해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로콘트롤러(40)에서 이루어지는 태양광전지의 니켈수소충전지(10)의 충방전과정을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따라 마이크로콘트롤러(40)에서 이루어지는 니켈수소충전지(10)의 충전방법은 니켈수소충전지(10)의 동작상태가 충전 또는 방전상태인 지를 체크하는 동작상태체크단계와, 상기 동작상태체크단계에서 충전상태로 확인되면 니켈수소충전지(10)의 충전지전압과 설정된 전압을 비교하는 충전지전압비교단계와, 상기 충전지전압비교단계에서 충전지전압이 설정전압 이하이면 상기 스위칭수단(30)을 온 동작시켜 충전제어하는 충전 스위칭제어단계를 포함한다.
또한 상기 동작상태체크단계에서 방전상태로 확인되면 상기 스위칭수단(30)을 온 동작시켜 방전제어하는 방전 스위칭제어단계를 포함한다.

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즉, 마이크로콘트롤러(40)에서는 충 방전상태를 체크 하여 충전상태인 경우에는 충전지전압을 설정된 전압과 비교하여 설정전압 이하인 경우에는 상기 스위칭수단(30)을 온 동작 제어하고, 방전상태에서는 상기 스위칭수단(30)을 온 동작 제어하여 방전 상태에서의 스위칭수단(30)의 전압강하를 최소화시키도록 한다.
상기 동작상태체크단계는 충전지전압을 모니터링 하여 니켈수소충전지(10)의 충방전상태를 판단하기 위한 단계로서, 충전지전압의 변화에 따라서 충방전상태를 판단할 수 있다.
상기 동작상태체크단계는 충방전 상태에 따라서 상기 스위칭수단(30)의 스위칭제어를 달리하기 위한 단계이다.
상기 충전지전압비교단계는 상기 동작상태체크단계에서 상기 니켈수소충전지(10)가 충전상태로 확인되는 경우 충전지전압을 설정된 전압과 비교하는 단계이다.
상기 충전 스위칭제어단계는 상기 충전지전압비교단계에서 충전지전압이 설정된 전압 이하인 경우 상기 스위칭수단(30)을 마이크로콘트롤러(40)에 의해 온 동작제어하기 위한 단계이다.
여기서 상기 마이크로콘트롤러(40)는 예를 들어, 설정전압이 1.4V라면, 현재 니켈수소충전지(10)의 충전지전압과 설정전압을 비교하여 1.4V 이하인 경우에 상기 스위칭수단(30)을 온 동작 제어한다.
즉, 니켈수소충전지(10)의 충전지전압이 1.4V보다 큰 경우에는 스위칭수단(30)을 제어 않도록 하여 충전IC(50)에서 게이트(G)로 제공되는 스위칭 펄스 전압에 의해 상기 스위칭수단(30)의 동작제어가 이루어지도록 하며, 1.4V 이하인 경우에는 마이크로콘트롤러(40)에 의해 스위칭수단(30)이 스위칭제어 되도록 하는 것이다.
한편 상기 동작상태체크단계에서 방전상태로 확인되면, 마이크로콘트롤러(40)에서는 상기 스위치수단(30)에 온 동작 제어전압을 게이트(G)로 제공하여 방전상태에서의 상기 스위칭수단을 제어하는 바,
상기 방전 스위칭제어단계는 방전상태에서 상기 스위칭수단(30)의 스위칭제어가 마이크로콘트롤러(40)에 의해 이루어질 수 있도록 하는 단계이다.
도 3a는 충전IC로 부터 스위칭수단(30)의 게이트(G)로 제공되는 스위칭 제어펄스 신호를 나타낸 도면이고, 도 3b는 마이크로콘트롤러(40)에서 게이트로 제공되는 스위칭 제어전압 신호를 나타낸 도면이다.
상기 스위칭수단(30)은(FET ; 전계효과트랜지스터)은 충전중에 소오스(S)에서 드레인(D)으로 전류가 흐를 경우 게이트(G)를 온으로 제어하면 0.2V의 전압강하가 있고, 게이트(G)를 오프로 제어하면 0.7V의 전압강하가 발생된다.
따라서 도 3a를 참조하면, 충전IC(50)의 스위칭 제어펄스의 경우 온/오프 주기가 짧기 때문에 0.7V의 전압강하가 지속적으로 발생 되므로 1.4V 이하의 충전지전압 상태에서는 상기 태양광전지(20)에서 제공되는 미소전류 충전소스전압으로는 니켈수소충전지(10)의 충전이 효율이 떨어진다.
따라서 도 3b와 같이 1.4V이하로 충전지전압이 떨어지면, 도 3b에서와 같이, 상기 스위칭수단(30)을 온 상태로 유지하도록 하여 0.2V로서 전압강하의 폭을 줄이도록 제어함으로써 니켈수소충전지(10)의 충전효율을 증대시키도록 한다.
또한 니켈수소충전지(10)가 방전하는 경우에도 상기 스위칭수단(30)의 드레인(D)에서 소오스(S)로 전류가 흐르는데 도 3a와 같은 충전IC(50)와 같은 펄스 제어인 경우에는 전압강하 0.7V가 발생한다.
따라서 방전의 경우에 상기 스위칭수단(30)을 온 동작 유지시켜 전압강하의 폭을 0.2V로 유지함으로써, 상기 니켈수소충전지(10)의 방전효율을 높일 수 있다.
이와 같이, 니켈수소충전지(10)의 충전지전압이 일정한 전압 레벨 이하로 떨어지는 경우 스위치수단(30)의 전압강하를 0.2V로 최소화시켜줌으로써, 충방전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

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10 : 니켈수소충전지 20 : 태양광전지
30 : 스위칭수단 40 : 마이크로콘트롤러
50 : 충전IC 60 : 부하회로

Claims (4)

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2. 태양광에서 변환된 전압을 스위칭하여 니켈수소충전지에 공급 및 니켈수소충전지로 부터 전압을 부하회로에 공급하는 스위칭수단과, 스위칭수단의 스위칭제어 펄스를 제공하는 충전IC를 포함하는 니켈수소충전지의 충전장치에 있어서,
   상기 니켈수소충전지의 충전지전압과 설정전압을 비교하여 충전지전압이 설정전압 이하인 경우 상기 스위칭수단을 온 동작 제어하는 마이크로 콘트롤러를 포함하여 구성되며,
   상기 마이크로콘트롤러는, 상기 니켈수소충전지의 충전지전압에 따라서 충 방전을 판단하고 상기 니켈수소충전지가 방전 상태인 경우에는 충전지전압 레벨과 상관없이 상기 스위칭수단을 온 동작 제어하는 것을 특징으로 하는 니켈수소충전지의 충전장치.
3. 태양광전지에서 입사된 태양광을 변환하여 출력하는 전압을 충전하여 부하회로에 공급하도록 하는 니켈수소충전지의 충전방법에 있어서,
   상기 니켈수소충전지의 동작상태가 충전 또는 방전 상태인지를 체크하는 동작상태체크단계와,
   상기 동작상태체크단계에서 상기 니켈수소충전지가 충전상태로 확인되면, 충전지전압을 모니터링하여 설정된 전압과 비교하는 충전지전압비교단계와,
   상기 충전지전압비교단계에서 상기 충전지전압과 설정전압을 비교하여 충전지전압이 설정 전압 이하 인 경우 스위칭수단을 온 동작 제어하는 충전 스위칭제어단계와,
   상기 동작상태체크단계에서 상기 니켈수소충전지의 동작상태가 방전상태로 판단되면 스위칭수단을 온동작 제어하는 방전 스위칭제어단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광전지를 이용한 니켈 수소 충전지의 충전방법.
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