KR101400092B1 - 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치 및 방법 - Google Patents

태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치 및 방법 Download PDF

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(주)에너지와공조
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Abstract

태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치 및 방법이 제공된다. 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치는, 태양 전지의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부와, 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 일정한 기울기로 증가하는 미리 설정된 충전 전류 제어 곡선을 따라 증가하는 충전 전류 제어 신호를 생성하는 충전 전류 제어 신호 생성부와, 생성된 충전 전류 제어 신호와 반송파를 비교하여 펄스폭 변조 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부와, 생성된 펄스폭 변조 신호에 따라 배터리의 충전 전류를 제어하는 DC/DC 컨버터를 포함함으로써, 복잡한 연산에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 일조량 변동에도 불구하고 최대 전류로 배터리 충전이 가능하다.

Description

태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CHARGING BATTERY USING SOLAR CELL}
본 출원은, 태양 전지를 이용한 배터리 충전에 관한 것이다.
일반적으로, 최근 천연 자원의 고갈과, 화력 발전, 원자력 발전 등 기존 발전 방식에 대한 환경 및 안정성 문제가 대두되면서 재생 에너지원의 대표적인 예로서 태양광 발전에 대한 연구가 급속도로 진행되고 있다.
태양광 발전은 온실 가스 등 지구 환경에 유해한 오염 물질을 배출하지 않는 청정 에너지원으로서 주거용 발전, 차량 발전은 물론 가로등, 등대, 각종 통신 기기 등 그 적용 대상이 광범위하다.
이러한 태양광 발전 시스템이 최대 전력을 발생시킬 때 태양 전지의 전력-전압(P-V) 특성 곡선에서 해당 전력 및 전압의 교차점을 최대 전력점(Maximum Power Point : MPP)이라 부른다. 그러나 태양광 발전 시스템에서 발생되는 전력은 태양광의 세기, 온도, 구름 등 주변 환경 등에 따라 달라지는 특성이 있다.
따라서 태양광 발전 시스템은, 변화되는 주변 환경에서 최대 전력을 발생시킬 수 있도록 최대 전력점(MPP)을 추종하여 시스템의 동작점(즉, 태양 전지의 동작 전압)을 태양 전지의 출력 전력이 최대인 최대 전력점(MPP)에서 유지시키는 것이 중요하다. 이를 위한 알고리즘은 다양한 방식이 제안되고 있으며, 이하 통칭하여 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking : MPPT) 알고리즘이라 칭하기로 한다.
상술한 최대 전력점 추종 알고리즘을 적용하여 배터리를 충전하기 위해서는, 우선 태양 전지로부터 출력되는 전압과 전류 모두 센싱하여야 하며, 센싱한 전압과 전류로부터 전력을 연산하는 과정 등 복잡한 연산 과정을 거치게 된다.
하지만, 태양 전지로부터 전원을 공급받아 충전되는 배터리의 입장에서는, 전압보다는 전류의 크기에 기초하여 충전 속도 등이 결정되므로, 기존의 최대 전력점 추종 알고리즘에 기초한 배터리 충전 알고리즘을 적용할 경우 복잡한 연산에 많은 시간이 소요되어 효율적이지 못하다는 문제점이 있다.
1. 일본등록특허 제3267054호(공개일: 2002년 3월 18일) 2. 한국공개특허 제2011-0123130호(2011년 11월 14일)
본 출원은 복잡한 연산에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 일조량 변동에도 불구하고 최대 전류로 배터리 충전이 가능한 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치에 있어서, 상기 태양 전지의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 일정한 기울기로 증가하는 미리 설정된 충전 전류 제어 곡선을 따라 증가하는 충전 전류 제어 신호를 생성하는 충전 전류 제어 신호 생성부; 상기 생성된 충전 전류 제어 신호와 반송파를 비교하여 펄스폭 변조 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부; 및 상기 생성된 펄스폭 변조 신호에 따라 상기 배터리의 충전 전류를 제어하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 배터리 충전 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 충전 전류 제어 신호 생성부는, 상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 상기 미리 설정된 최소 전압 미만으로 떨어지는 경우 상기 생성된 충전 전류 제어 곡선을 따라 상기 충전 전류 제어 신호를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 충전 전류 제어 곡선은, 0부터 일정한 기울기로 증가할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 태양 전지의 출력 전압 및 상기 배터리의 전압에 따라 벅 컨버터, 부스트 컨버터 및 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최대 전압을 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전류의 제어를 정지할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 낮에는 상기 배터리의 충전 전류를 제어하며, 밤에는 상기 배터리에 충전된 전압에 기초하여 발광 다이오드를 구동시킬 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 태양 전지를 이용한 배터리 충전 방법에 있어서, 전압 측정부에서, 상기 태양 전지의 출력 전압을 측정하는 제1 단계; 충전 전류 제어 신호 생성부에서, 상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 일정한 기울기로 증가하는 충전 전류 제어 곡선을 따라 증가하는 충전 전류 제어 신호를 생성하는 제2 단계; 스위칭 신호 생성부에서, 상기 생성된 충전 전류 제어 신호와 반송파를 비교하여 펄스폭 변조 신호를 생성하는 제3 단계; 및 DC/DC 컨버터에서, 상기 생성된 펄스폭 변조 신호에 따라 상기 배터리의 충전 전류를 제어하는 제4 단계를 포함하는 배터리 충전 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제2 단계는, 상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 상기 미리 설정된 최소 전압 미만으로 떨어지는 경우 상기 생성된 충전 전류 제어 곡선을 따라 상기 충전 전류 제어 신호를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 충전 전류 제어 곡선은, 0부터 일정한 기울기로 증가할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 태양 전지의 출력 전압 및 상기 배터리의 전압에 따라 벅 컨버터, 부스트 컨버터 및 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제4 단계는, 상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최대 전압을 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전류의 제어를 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 배터리 충전 방법은, 낮에는 상기 배터리의 충전 전류를 제어하며, 밤에는 상기 배터리에 충전된 전압에 기초하여 발광 다이오드를 구동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 증가하는 충전 전류 제어 곡선에 기초한 충전 전류 제어 신호에 기초하여 배터리를 충전시킴으로써, 복잡한 연산에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 일조량 변동에도 불구하고 최대 전류로 배터리 충전이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치를 포함하는 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 전류 제어 곡선과 충전 전류 제어 신호에 따른 충전 전류를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 일조량 변화에 따른 V-I 곡선의 변동에 따라 최대 전류를 추종해가는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전지를 이용한 배터리 충전 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치를 포함하는 전체 구성도이다. 한편, 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 충전 전류 제어 곡선과 충전 전류 제어 신호에 따른 충전 전류를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 일조량 변화에 따른 V-I 곡선의 변동에 따라 최대 전류를 추종해가는 과정을 도시한 도면이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치는, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)을 측정하는 전압 측정부(110)와, 측정된 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 증가하는 충전 전류 제어 곡선(201)에 기초한 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 생성하는 충전 전류 제어 신호 생성부(120)와, 생성된 충전 전류 제어 신호(Vctrl)와 반송파에 기초하여 펄스폭 변조 신호(Sw)를 생성하는 스위칭 신호 생성부(130)와, 생성된 펄스폭 변조 신호(Sw)에 따라 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)를 제어하는 DC/DC 컨버터(140)를 포함할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치를 상세하게 설명한다.
우선, 도 1을 참조하면, 태양 전지는 태양광을 이용하여 직류 전력을 생산하는 통상의 태양광 어레이(Photo Voltaic array, PV array)이다.
전압 측정부(110)는 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)을 측정하며, 측정된 출력 전압을 충전 전류 제어 신호 생성부(120)로 전달할 수 있다. 상술한 전압 측정부(110)는 직렬 연결된 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)으로 구성되며, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)은 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에 의해 분배되며, 분배된 전압(Vsd)은 충전 전류 제어 신호 생성부(120)로 전달될 수 있다. 상술한 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)의 구체적인 값 내지 비(ratio)는 시스템의 사양 등에 의해 결정되는 사항이므로, 본 발명의 실시 형태에서는 구체적인 수치로 한정하지는 않음에 유의하여야 한다.
충전 전류 제어 신호 생성부(120)는 측정된 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 증가하는 충전 전류 제어 곡선(201)에 기초한 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 생성할 수 있다. 생성된 충전 전류 제어 신호(Vctrl)는 스위칭 신호 생성부(130)로 전달될 수 있다.
구체적으로, 충전 전류 제어 신호 생성부(120)는, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 경우, 시간에 따라 0부터 선형적으로 증가하는 충전 전류 제어 곡선(201)에 기초한 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 생성할 수 있다. 즉, 충전 전류 제어 신호(Vctrl)는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 충전 전류 제어 곡선(201)을 따라 시간에 따라 선형적으로 증가하는 신호일 수 있다.
여기서, 충전 전류 제어 곡선(201)의 기울기는 당업자의 필요에 따라 선택 가능한 것으로, 본 발명의 실시 형태에서는 구체적인 수치로 한정하지는 않는다. 이와 같은 충전 전류 제어 신호(Vctrl)는 후술하는 스위칭 신호 생성부(130) 및 DC/DC 컨버터(140)를 통해 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)의 크기를 조절하는데 이용될 수 있으며, 도 2의 (b)와 같이, 충전 전류 제어 신호(Vctrl)가 증가함에 따라 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)가 비례하여 증가 또는 감소될 수 있다. 도 2의 (b)에서는 발명의 이해를 돕기 위해 충전 전류 제어 신호(Vctrl)가 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)가 비례하는 선형적인 구간만을 도시하였음에 유의하여야 한다.
다음, 스위칭 신호 생성부(130)는 생성된 충전 전류 제어 신호(Vctrl)와 반송파에 기초하여 펄스폭 변조 신호(Sw)를 생성할 수 있다. 생성된 펄스폭 변조 신호(Sw)는 DC/DC 컨버터(140)로 전달될 수 있다.
구체적으로, 스위칭 신호 생성부(130)는 반송파 생성부(132)와 비교기(131)를 포함할 수 있으며, 반송파 생성부(132)는 예를 들면, 삼각파, 톱니파 등과 같은 반송파를 생성하여 비교기(131)로 전달하며, 비교기(131)는 반송파 생성부(132)에서 생성한 반송파와 충전 전류 제어 신호 생성부(120)로부터 전달받은 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 비교하여 펄스폭 변조 신호(Sw)를 생성할 수 있다.
이후, DC/DC 컨버터(140)는 생성된 펄스폭 변조 신호(Sw)에 따라 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)를 제어할 수 있다. 즉, 펄스폭 변조 신호(Sw)의 펄스폭에 따라, 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)의 크기가 조절될 수 있다.
구체적으로, DC/DC 컨버터(140)는, 예컨대 4개의 스위칭 소자, 인덕터 및 커패시터로 구성되어, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs) 및 배터리(Batt)의 전압(Vo)에 따라 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 배터리(Batt)의 전압(Vo)보다 큰 경우 벅 컨버터로 기능하며, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 배터리(Batt)의 전압(Vo)보다 작은 경우 부스트 컨버터로 기능할 수 있다. 또한 실시 형태에 따라서는 벅-부스트 컨버터 컨버터로도 기능할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안, 시간에 따라 증가하는 충전 전류 제어 곡선(201)에 기초한 충전 전류 제어 신호(Vctrl)에 기초하여 태양 전지(101)에서 출력 가능한 최대값까지 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)를 뽑을 수 있다.
다만, 태양 전지(101)에서 출력되는 전류(Is)의 크기가 커짐에 따라 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압보다 작아질 수 있다. 이와 같이 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 미만으로 떨어지는 경우에는 충전 전류 제어 곡선(201)을 따라 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 감소시킴으로써, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건에서 동작되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 일조량 변화에 따른 Vs-Is 곡선의 변동에 따라 최대 전류를 추종해가는 과정을 도시한 도면으로, Vs는 태양 전지(10)의 전압, Is는 태양 전지(101)의 전류이다.
도 3의 도면부호 301에 도시된 바와 같이, 일조량의 증가에 따라 태양 전지(101)의 Vs-Is 곡선도 위로 증가하게 되며, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면 일조량이 증가함에 따라 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 선형적으로 증가시켜 P1 -> P2 -> P3 점에서 최대 전류를 뽑아낼 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터(140)의 내부 스위칭 소자가 과전압으로 소손되는 것을 방지하기 위해서는, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)을 미리 설정된 최대 전압 이하에서 DC/DC 컨버터(140)가 동작하도록 제어할 필요가 있는바, DC/DC 컨버터(140)는, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최대 전압을 초과하는 경우 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)를 제어를 정지하도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상이며 미리 설정된 최대 전압 이하인 조건을 만족하는 동안, 충전 전류 제어 곡선(201)을 따라 충전 전류 제어 신호(Vctrl)의 값이 변경됨으로써, 태양 전지(101)로부터 최대의 전류(Is)를 뽑아낼 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터(140)의 내부 스위칭 소자의 동작 및 과전류 보호를 위해 태양 전지(101)로부터 출력되는 전류(Is)의 최소값과 최대값을 제한할 필요가 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전류 센서(Current Sensor, CS)는 태양 전지(101)로부터 출력되는 전류(Is)를 측정하고, 측정된 전류(Is)를 충전 전류 제어 신호 생성부(120)로 전달할 수 있다. 이후, 태양 전지(101)의 전류(Is)가 최소값 이하이거나 최대값을 초과하는 경우에는 DC/DC 컨버터(140)의 동작을 정지시키도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 배터리(Batt)에 병렬 연결된 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)와 발광 다이오드(LED)의 디밍 제어를 위한 디밍 제어부(160), 배터리 관리부(150)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 배터리 관리부(150)는 배터리(Batt)의 충전 상태(State Of Charge, SOC)를 실시간으로 모니터링하여 충전 전류 제어 신호 생성부(120)로 전달할 수 있으며, 낮에는 제1 릴레이(RL1)를 온(제2 릴레이(RL2): 오프)시켜 상술한 바와 같은 동작에 의해 배터리(Batt)를 충전하도록 하며, 밤에는 제1 릴레이(RL1) 및 제2 릴레이(RL2)를 온시켜 배터리(Batt)에 저장된 전압에 의해 발광 다이오드(LED)를 구동시킬 수 있다. 한편, 디밍 제어부(160)는 충전 전류 제어 신호 생성부(120)의 제어에 따라 디밍 제어를 수행함으로써, 발광 다이오드(LED)의 밝기를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 증가하는 충전 전류 제어 곡선에 기초한 충전 전류 제어 신호에 기초하여 배터리를 충전시킴으로써, 복잡한 연산에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 일조량 변동에도 불구하고 최대 전류로 배터리 충전이 가능하다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 전지를 이용한 배터리 충전 방법을 설명하는 흐름도로, 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지를 이용한 배터리 충전 방법을 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 3과 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 우선 전압 측정부(110)는 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)을 측정하며(S401), 측정된 출력 전압을 충전 전류 제어 신호 생성부(120)로 전달할 수 있다. 상술한 전압 측정부(110)는 직렬 연결된 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)으로 구성되며, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)은 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에 의해 분배되어 충전 전류 제어 신호 생성부(120)로 전달될 수 있다.
다음, 충전 전류 제어 신호 생성부(120)는 측정된 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 증가하는 충전 전류 제어 곡선(201)에 기초한 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 생성할 수 있다(S402). 생성된 충전 전류 제어 신호(Vctrl)는 스위칭 신호 생성부(130)로 전달될 수 있다.
구체적으로, 충전 전류 제어 신호 생성부(120)는, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 경우, 시간에 따라 0부터 선형적으로 증가하는 충전 전류 제어 곡선(201)에 기초한 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 생성할 수 있다. 즉, 충전 전류 제어 신호(Vctrl)는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 충전 전류 제어 곡선(201)을 따라 시간에 따라 선형적으로 증가하는 신호일 수 있다.
다음, 스위칭 신호 생성부(130)는 생성된 충전 전류 제어 신호(Vctrl)와 반송파에 기초하여 펄스폭 변조 신호(Sw)를 생성할 수 있다(S403). 생성된 펄스폭 변조 신호(Sw)는 DC/DC 컨버터(140)로 전달될 수 있다.
구체적으로, 스위칭 신호 생성부(130)는 반송파 생성부(132)와 비교기(131)를 포함할 수 있으며, 반송파 생성부(132)는 예를 들면, 삼각파, 톱니파 등과 같은 반송파를 생성하여 비교기(131)로 전달하며, 비교기(131)는 반송파 생성부(132)에서 생성한 반송파와 충전 전류 제어 신호 생성부(120)로부터 전달받은 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 비교하여 펄스폭 변조 신호(Sw)를 생성할 수 있다.
이후, DC/DC 컨버터(140)는 생성된 펄스폭 변조 신호(Sw)에 따라 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)를 제어할 수 있다(S404). 즉, 펄스폭 변조 신호(Sw)의 펄스폭에 따라, 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)의 크기가 조절될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안, 시간에 따라 증가하는 충전 전류 제어 곡선(201)에 기초한 충전 전류 제어 신호(Vctrl)에 기초하여 태양 전지(101)에서 출력 가능한 최대값까지 배터리(Batt)의 충전 전류(Io)를 뽑을 수 있다. 상술한 S402 내지 S404는 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안, 반복적으로 수행될 수 있다.
다만, 태양 전지(101)에서 출력되는 전류(Is)의 크기가 커짐에 따라 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압보다 작아지게 되므로, 이와 같이 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 미만으로 떨어지는 경우에는 충전 전류 제어 곡선(201)을 따라 충전 전류 제어 신호(Vctrl)를 감소시킴으로써, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건에서 동작되도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 태양 전지(101)의 출력 전압(Vs)이 미리 설정된 최소 전압 이상이며 미리 설정된 최대 전압 이하인 조건을 만족하는 동안, 충전 전류 제어 곡선(201)을 따라 충전 전류 제어 신호(Vctrl)의 값이 변경됨으로써, 태양 전지(101)로부터 최대의 전류(Is)를 뽑아낼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 증가하는 충전 전류 제어 곡선에 기초한 충전 전류 제어 신호에 기초하여 배터리를 충전시킴으로써, 복잡한 연산에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 일조량 변동에도 불구하고 최대 전류로 배터리 충전이 가능하다.
본 출원은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
101: 태양 전지 110: 전압 측정부
120: 충전 전류 제어 신호 생성부 130: 스위칭 신호 생성부
131: 비교기 132: 반송파 생성부
140: DC/DC 컨버터 150: 배터리 관리부
160: 디밍 제어부 201: 충전 전류 제어 곡선
Vctrl: 충전 전류 제어 신호 Sw: 펄스폭 변조 신호

Claims (10)

  1. 태양 전지를 이용한 배터리 충전 장치에 있어서,
    상기 태양 전지의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 일정한 기울기로 증가하는 미리 설정된 충전 전류 제어 곡선을 따라 증가하는 충전 전류 제어 신호를 생성하는 충전 전류 제어 신호 생성부;
    상기 생성된 충전 전류 제어 신호와 반송파를 비교하여 펄스폭 변조 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부; 및
    상기 생성된 펄스폭 변조 신호에 따라 상기 배터리의 충전 전류를 제어하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 배터리 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 전류 제어 신호 생성부는,
    상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 상기 미리 설정된 최소 전압 미만으로 떨어지는 경우 상기 생성된 충전 전류 제어 곡선을 따라 상기 충전 전류 제어 신호를 감소시키는 배터리 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 전류 제어 곡선은,
    0부터 일정한 기울기로 증가하는 배터리 충전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 태양 전지의 출력 전압 및 상기 배터리의 전압에 따라 벅 컨버터, 부스트 컨버터 및 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나로 동작하는 배터리 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최대 전압을 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전류의 제어를 정지하는 배터리 충전 장치.
  6. 태양 전지를 이용한 배터리 충전 방법에 있어서,
    전압 측정부에서, 상기 태양 전지의 출력 전압을 측정하는 제1 단계;
    충전 전류 제어 신호 생성부에서, 상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최소 전압 이상인 조건을 만족하는 동안 시간에 따라 일정한 기울기로 증가하는 충전 전류 제어 곡선을 따라 증가하는 충전 전류 제어 신호를 생성하는 제2 단계;
    스위칭 신호 생성부에서, 상기 생성된 충전 전류 제어 신호와 반송파를 비교하여 펄스폭 변조 신호를 생성하는 제3 단계; 및
    DC/DC 컨버터에서, 상기 생성된 펄스폭 변조 신호에 따라 상기 배터리의 충전 전류를 제어하는 제4 단계를 포함하는 배터리 충전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 상기 미리 설정된 최소 전압 미만으로 떨어지는 경우 상기 생성된 충전 전류 제어 곡선을 따라 상기 충전 전류 제어 신호를 감소시키는 단계를 더 포함하는 배터리 충전 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 충전 전류 제어 곡선은,
    0부터 일정한 기울기로 증가하는 배터리 충전 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 태양 전지의 출력 전압 및 상기 배터리의 전압에 따라 벅 컨버터, 부스트 컨버터 및 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나로 동작하는 배터리 충전 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    상기 측정된 태양 전지의 출력 전압이 미리 설정된 최대 전압을 초과하는 경우 상기 배터리의 충전 전류의 제어를 정지시키는 단계를 더 포함하는 배터리 충전 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3267054B2 (ja) 1994-06-13 2002-03-18 トヨタ自動車株式会社 太陽電池発電電力の蓄電装置
KR20110123130A (ko) * 2010-05-06 2011-11-14 삼성전기주식회사 태양광 ｐｃｓ 일체형 양방향 배터리 충방전 시스템 및 방법

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