KR101471924B1 - 충전 최적화가 구현된 사용자 지향적 에너지 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 충전 최적화가 구현된 사용자 지향적 에너지 저장장치는 태양 전지와 연결되어 직류 전원을 공급받는 입력부; 상기 태양 전지의 전압을 센싱하여 출력하는 센싱부; 크기 변화가 주기적으로 이루어지는 주기 신호를 생성하는 신호 발생부; 상기 주기 신호와 대비되는 기준 전압을 가변적으로 생성하는 전압생성부; 상기 주기 신호의 크기가 상기 기준 전압보다 낮은 구간과 높은 구간을 이용하여 듀티 제어 신호를 생성하는 제어신호생성부; 상기 듀티 제어 신호에 의한 온오프 절환 동작으로 충전 동작을 수행하는 충전부; 상기 충전부의 충전 동작에 의하여 에너지가 충전되는 배터리부; 및 상기 기준 전압이 0V로 시작하여 충전 동작이 개시되도록 제어하되, 현재 태양전지 전압값이 이전 태양전지 전압값 미만인 경우 현재 기준 전압보다 낮은 기준 전압이 생성되도록 제어하고, 이상인 경우 현재 기준 전압보다 높은 기준 전압이 생성되도록 상기 전압생성부를 제어하는 메인제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

충전 최적화가 구현된 사용자 지향적 에너지 저장장치{User oriented energy storage apparatus embodied with charging optimization}

본 발명은 다종 소스 전원을 이용하여 전기 에너지를 충전하고 사용하는 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 다종 입력 전원에 따라 충전 환경을 사용자 지향적으로 최적화할 수 있도록 함은 물론, 태양 전지로부터 충전되는 경우 충전 환경에 따라 이를 추적하여 충전되는 전류의 크기를 가변적으로 적용하여 충전 효율을 최적화할 수 있는 에너지 저장장치에 관한 것이다.

통상 전기 전자 제품을 사용하는 경우 건물 등으로 공급되는 상용 전원을 통하여 전원을 공급받는 방법이 가장 일반적이라고 할 수 있다. 또한, 전원 공급 라인이 물리적으로 닿을 수 있는 위치나 장소에서는 이와 같이 전원 공급 라인을 전개하여 전력을 공급받음으로써 전기 전자 제품 등을 사용할 수 있다.

이와는 달리 전원 공급 라인과 닿지 않거나 또는 이동성이 보장되는 장소 등에서는 에너지 저장장치인 배터리를 충전하고 충전된 에너지를 이용하여 전기 전자 제품 등을 사용하게 된다. 이 경우 배터리는 납축 전지는 물론, 이차 전지 셀 스택 등으로 구현되기도 한다.

이러한 에너지 저장장치는 상용 전류를 직류로 변환하는 어댑터 장치를 이용하여 충전하거나 또는 차량이나 오토바이 등의 제너레이터에서 발생되는 직류 전원으로 공급되는 단자를 통해 충전하고 필요한 장소와 공간 등에서 이 에너지 저장장치를 하나의 전원으로 사용하게 된다.

한편, 근래에는 친환경 에너지에 대한 관심이 집중되면서 P, N 형 반도체를 이용하여 태양 빛에 의하여 발생된 전하가 이동하는 광전효과를 통하여 전원을 발생시키는 태양전지를 이용한 응용 제품도 많이 개시되고 있다.

그러나 종래 개시된 에너지 저장장치는 특정 전원에 의해서만 충전되도록 전원의 종류마다 개별화되어 있고 특정 동작 조건에서만 충전이 이루어지는 거동 특성을 가지도록 설계되어 있어 전원의 종류가 달라지는 경우에 대한 범용성을 가지지 못한다는 단점을 가지고 있다.

나아가 아웃도어(outdoor) 생활이 보편적으로 이루어지고 있는 근래에는 야외에서 태양광을 충전 전원으로 사용할 수 있도록 설계된 에너지 저장장치가 더욱 필요하다고 할 수 있는데, 종래 개시된 태양전지를 이용한 충전 장치는 온도, 환경, 빛 세기 등에 따라 차등적인 거동 특성을 가지는 태양 전지의 특성을 효과적으로 반영하고 있지 못함은 물론, 한국공개공보 2007-0078092에 개시된 바와 같이 태양 전지 효율을 높이기 위한 복잡한 알고리즘만이 적용되어 있어 에너지 저장장치로 구현하는 경우 비경제적임은 물론, 사용자가 쉽게 사용하기에는 상당한 어려움이 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 배경에서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 복수 개 전원에 의하여 충전되더라도 전원의 전기적 특성과 에너지 저장장치에 내장된 배터리의 특성을 효과적으로 반영하여 전원의 종류와 관계없이 최적의 충전 조건이 이루어지도록 하는 에너지 저장 장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의할 때, 태양전지의 전압 특성과 배터리 충전 전류의 거동 특성을 유기적으로 반영하여 더욱 간단하고 높은 충전 효율을 구현할 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래의 설명에 의하여 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 그 구성의 조합에 의하여 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충전 최적화가 구현된 사용자 지향적 에너지 저장장치는 태양 전지와 연결되어 직류 전원을 공급받는 입력부; 상기 태양 전지의 전압을 센싱하여 출력하는 센싱부; 크기 변화가 주기적으로 이루어지는 주기 신호를 생성하는 신호 발생부; 상기 주기 신호와 대비되는 기준 전압을 가변적으로 생성하는 전압생성부; 상기 주기 신호의 크기가 상기 기준 전압보다 낮은 구간과 높은 구간을 이용하여 듀티 제어 신호를 생성하는 제어신호생성부; 상기 듀티 제어 신호에 의한 온오프 절환 동작으로 충전 동작을 수행하는 충전부; 상기 충전부의 충전 동작에 의하여 에너지가 충전되는 배터리부; 및 상기 기준 전압이 0V로 시작하여 충전 동작이 개시되도록 제어하되, 현재 태양전지 전압값이 이전 태양전지 전압값 미만인 경우 현재 기준 전압보다 낮은 기준 전압이 생성되도록 제어하고, 이상인 경우 현재 기준 전압보다 높은 기준 전압이 생성되도록 상기 전압생성부를 제어하는 메인제어부를 포함하여 구성된다.

여기에서 본 발명의 상기 메인제어부는 현재 태양전지 전압값, 이전 태양전지 전압값 및 태양전지 전압값의 센싱 시간 간격을 이용하여 태양 전지 전압값의 시간당 변화율을 연산하고, 연산된 시간당 변화율에 따라 기준 전압의 상승 또는 하강 정도의 크기를 가변적으로 조정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의할 때, 본 발명의 상기 입력부는 차량에 구비된 직류 전원 공급 장치 또는 상용 전원으로부터 직류 전원을 공급하는 어댑터 장치인 외부 전원 장치로부터 직류 전원을 공급받을 수 있도록 구성되며, 가변 조정 수단을 통하여 사용자로부터 충전 설정 전류값을 입력받는 인터페이스부; 및 충전 전류값과 이에 해당하는 기준 전압값이 상호 연계된 데이터가 저장된 DB부를 더 포함할 수 있다. 이 경우 본 발명의 상기 메인제어부는 사용자로부터 상기 충전 설정 전류값이 입력되면 입력된 상기 충전 설정 전류값에 해당하는 기준 전압값을 상기 DB부에서 추출하고 상기 전압생성부가 이 기준 전압값에 해당하는 고정된 기준 전압을 출력하도록 제어하여 상기 충전 설정 전류값에 의하여 상기 배터리부가 충전되도록 제어할 수 있다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 본 발명의 상기 센싱부는 상기 외부 전원 장치로부터 직류 전원이 공급되는 경우, 상기 외부 전원 장치의 전기적 특성값을 센싱하여 출력하도록 구성하고, 이 경우 본 발명의 상기 메인제어부는 상기 센싱부에서 출력된 전기적 특성값과 상기 배터리부의 충전 가능한 최대 전류값을 이용하여 현재 충전 가능한 최대 전류인 맥스 충전 전류값을 연산하고, 사용자로부터 입력된 상기 충전 설정 전류값이 상기 연산된 맥스 충전 전류값보다 큰 경우 알람 정보를 출력하고, 사용자로부터 입력된 상기 충전 전류값이 상기 맥스 충전 전류값보다 작은 경우에 한해 충전 동작이 이루어지도록 제어하도록 구성된다.

또한, 본 발명의 다른 실시형태의 구현을 위하여, 본 발명의 상기 메인제어부는 상기 연산된 맥스 충전 전류값에 해당하는 기준 전압값을 상기 DB부에서 추출하고 상기 전압생성부가 이 기준전압값에 해당하는 고정된 기준 전압을 출력하도록 제어하여 상기 맥스 충전 전류값에 의하여 상기 배터리부가 충전되도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 간단하고 효과적으로 구성을 통하여 태양 전지의 충전에 따른 거동 특성과 외적 환경에 따라 충전 전류가 가변적으로 적용되어 태양 전지의 특성이나 환경에 따른 최적의 충전 환경을 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 사용자가 충전 전원의 종류에 따라 충전 전류 등의 충전 환경을 가변적으로 조정 가능하도록 구성할 수 있음은 물론, 전원의 전기적 특성과 에너지 저장 장치에 내장된 배터리의 특성을 유기적으로 고려하여 충전 가능한 최대 전류에 대한 정보를 생성하고 이를 활용함으로써 최적의 충전 환경이 되도록 유도할 수 있어 더욱 사용자 지향적인 에너지 저장장치를 구현할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 에너지 저장 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 의한 주기 신호의 일 예인 삼각파 신호 및 기준 전압에 대한 바람직한 일 실시예를 도시한 도면,
도 3은 삼각파와 기준 전압 파형을 이용하여 충전 전류를 제어할 듀티 제어 신호를 생성하는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도시한 도면,
도 4는 태양 전지의 거동 특성에 따라 충전 전류를 차등적으로 조정하는 본 발명의 프로세싱 방법의 과정을 도시한 흐름도,
도 5는 태양전지의 전압 거동 특성과 이에 상응하여 생성되는 기준 전압의 변화를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 에너지 저장 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

아울러, 도 1 및 도 6에 도시된 본 발명의 각 구성요소는 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다. 즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 구성되더라도 본 발명의 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 충전 최적화가 구현된 사용자 지향적 에너지 저장장치(이하 에너지 저장장치로 지칭한다)(100)의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 에너지 저장장치(100)는 입력부(110), 센싱부(120), 신호발생부(130), 전압생성부(140), 제어신호생성부(150), 충전부(160), 배터리부(170) 및 메인제어부(180)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 입력부(110)는 후술되는 바와 같이 다양한 외부 전원에 의하여 전원이 공급되는 인터페이스 기능을 수행한다. 이하 설명에서는 이 입력부(110)가 태양 전지와 연결되어 직류 전원을 공급받는 실시예를 상술하며, 도 6 등을 참조하여 후술되는 실시예에서는 차량, 어댑터 등으로부터 직류 전원이 공급되는 형태의 실시예를 상술하도록 한다.

입력부(110)를 통하여 태양전지가 연결되면 본 발명의 센싱부(120)는 태양전지의 전압을 센싱하여 후술되는 메인제어부(180)로 출력한다. 태양 전지에서 생성되는 전압에 대한 n번째(현재) 및 n-1번째(이전) 센싱값은 후술되는 바와 같이 기준 전압 변화는 물론, 기준 전압 변화에 따른 충전 전류를 변화시켜 제어하는 파라미터 정보로 활용된다.

본 발명의 신호발생부(130)는 전자 소자, 다이오드 소자, RLC 등의 소자 등을 이용하여 크기 변화가 주기적으로 이루어지는 주기파를 생성한다. 정현파 또는 정현파를 정류한 정류파 등이 주기파의 일 예가 되며, 후술되는 바와 같이 기준 전압과의 대비를 더욱 명확하게 하기 위하여 상기 주기파는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 삼각파를 이용하는 것이 바람직하다. 이하 본 발명의 실시예의 설명에서는 상기 삼각파를 기준으로 설명한다.

한편, 본 발명의 전압 생성부(140)는 본 발명에 의한 구성이 물리적으로 구현되는 하드웨어 칩의 Vcc, Vref 전압, 비교기 등과 가변저항 또는 인가되는 제어 신호에 의하여 가변적으로 전압이 조정되는 전자 소자 또는 이들의 조합 구성에 의하여 일정한 상수(constant) 값을 가지되, 상수의 크기가 가변되는 기준 전압을 도 2의 (b)와 같이 생성한다.

이러한 기준 전압은 앞서 열거된 다양한 전압 또는 전자 소자 등을 이용하여 IC 칩의 특정 단자인 CTRL 단자 전압에 인가되는 전압으로 구현하는 것이 소자 구현, 전압 조정 및 변화 등의 효율성을 높이고 회로를 더욱 간단게 구현할 수 있다는 점에서 바람직하다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제어신호 생성부(150)가 듀티(duty) 제어신호를 생성하는 방법을 설명하도록 한다. 도 2 (a) 및 (b)와 같이 삼각파 주기 신호와 기준 전압 신호가 생성되면, 본 발명의 제어신호 생성부(150)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 이 두 신호의 비교 연산을 통하여 기준 전압이 삼각파 주기 신호보다 큰 시간 구간과 낮은 구간을 구분하여 각 구간에 대한 on/off 신호 체계를 도 3의 (b)와 같이 생성함으로써 듀티 제어 신호를 생성한다.

도 3에 예시된 바와 같이, 제어신호 생성부(150)는 t1 ~ t2, t3 ~ t4, t5 ~ t6 시간 구간은 기준 전압이 삼각파 주기 신호보다 낮은 구간이므로 이 시간 구간은 "0" 신호가 발생시키고, t2 ~ t3, t4 ~ t5 구간은 기준 전압이 삼각파 주기 신호보다 큰 구간이므로 이 시간 구간은 "1"의 신호를 발생시킨다.

만약 기준 전압 신호가 도 3에 예시된 크기보다 낮게 생성된다면, 기준 전압이 삼각파 주기 신호보다 작은 값을 가지는 구간이 증가하게 되고 기준 전압이 삼각파 주기 신호보다 큰 값을 가지는 구간이 감소하게 된다.

반대로 기준 전압 신호가 도 3에 예시된 크기보다 높게 생성된다면, 기준 전압이 삼각파 주기 신호보다 작은 값을 가지는 구간이 감소하게 되고 기준 전압이 삼각파 주기 신호보다 큰 값을 가지는 구간은 증가하게 된다.

즉, 삼각파 주기 신호와 상대적으로 대비되는 기준 전압의 크기가 차등적으로 생성됨에 따라 제어신호 생성부(150)가 최종적으로 생성하는 듀티 제어 신호의 비가 달라지게 된다. 기준 전압이 낮아질수록 듀티 제어 신호의 off 구간이 증가하게 되고, 기준 전압이 높아질수록 듀티 제어 신호의 off 구간이 감소하게 된다.

이와 반대로 회로 설계 등에 의하여 삼각파 주기 신호와 대비되는 기준 전압이 삼각파 주기 신호보다 클 때 "0"신호, 작을 때 "1"신호가 생성되도록 구성할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 삼각파 주기 신호와 대비되는 기준 전압은 본 발명의 전압생성부(140)에서 생성되는데, 후술되는 메인제어부(180)가 이 전압생성부(140)를 제어하여 생성되는 기준 전압의 크기가 가변적으로 조정되도록 한다.

이와 같이 생성된 듀티 제어 신호는 본 발명의 충전부(160)로 입력되고 충전부(160)는 이 듀티 제어 신호에 의한 스위칭 수단의 온/오프 절환 동작을 통하여 배터리부(170)를 충전시키는 동작을 수행한다.

충전부(160)는 내부에 코일과 커패시터 소자 등이 조합적으로 구비되어 있으므로 듀티 제어신호가 on 또는 off일 때, 충전 루프를 다르게 구성하여 충전 전류가 배터리부(170)로 유입되도록 제어되므로 듀티 제어 신호가 "1" 즉, "ON"에 해당하는 구간이 클수록 더 많은 충전 전류가 배터리부에 유입되게 된다.

결국, 앞서 상술된 바와 같이 기준 전압이 변화되면, 듀티 제어 신호의 구간 비율에 변화가 발생하게 되고, 이 듀티 제어 신호의 변화에 따라 최종적으로 배터리부(170)에 충전되는 충전 전류의 변화가 발생하게 된다.

통상 배터리부(170)에 유입되는 충전 전류가 클수록 충전 속도 등이 향상될 수 있으나, 특정 시점의 충전 전류가 외부 전원이 제공할 수 없는 범위가 된다면 외부 전원 또는 에너지 저장장치를 구현하는 전자 소자 등에 손상이 발생함은 물론, 충전 동작 자체가 이루어지 않을 수 있다.

본 발명의 메인제어부(180)는 이러한 현상을 태양전지를 통하여 충전되는 동작에 반영하여, 태양 전지의 전압값을 지속적으로 모니터링하고 그 결과를 기준 전압의 가변적 설정에 반영함으로써 충전 중단이나 소자 등의 손상이 최소화되도록 제어한다.

이하, 도 4를 참조하여 메인 제어부(180)를 포함한 본 발명의 에너지 저장장치(100)의 충전 동작 과정을 상술하도록 한다.

본 발명의 센싱부(120에 의하여 태양전지 전압값이 센싱되면(S400), 본 발명의 메인제어부(180)는 센싱된 태양전지 전압값이 가변적으로 설정가능한 충전 가능 전압 범위에 해당하는지 판단한다(S410).

전압 값이 너무 낮거나 높은 경우 내부 소자 등의 보호를 위하여 충전 동작이 비활성화(S415)되도록 제어할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이 본 발명의 다른 직류 전원으로부터도 충전될 수 있는데 이 경우 다 입력 전원에 대한 범용성을 구현하기 위하여 특정 전압 범위 내에서만 태양 전지에 의한 충전 동작이 활성화되도록 제어하는 것이 바람직하다.

태양 전지 전압값이 충전 가능한 범위에 해당한다면, 메인 제어부(180)는 전압 생성부(140)가 생성하는 기준 전압이 0V가 되도록 제어하여 충전 동작을 개시한다(S420). 이와 같이 충전 동작의 개시와 관련하여 기준 전압이 0V가 되도록 제어할 수 있음은 물론, 실시형태에 따라 최소한의 동작 개시를 조속히 수행하기 위하여 0.05~0.2V정도가 되도록 제어할 수도 있다.

다음으로 430단계를 수행하는데, 만약 현재 태양전지 전압값이 9V로 감지되었다면, 이전 태양전지 전압값은 없었으므로 0V로 간주되어 현재 태양전지 전압값이 이전 태양전지 전압값 이상인 경우에 해당한다. 이 경우 메인 제어부(180)는 기준 전압이 상승되도록 제어한다.

전원이 이탈되거나, 기 설정된 다른 종료 조건, 퓨즈 파손 등과 같은 종료 조건에 해당하지 않는다면(S460), 다시 태양전지 전압값을 센싱하고 그 결과값을 메인 제어부(180)가 입력받는다(S470). 410단계와 마찬가지로 태양전지 전압값이 충전 가능 전압 범위가 아니면 충전 모드가 비활성화되도록 구성할 수 있다(S490).

현재 시점의 태양전지 전압값(n번째)이 입력되면 이전 시점의 태양 전지 전압값(n-1번째)과 비교하여 그 결과에 따라 기준 전압값의 상승 또는 하강에 대한 프로세싱을 수행하며, 이 과정은 종료 조건 충족 전까지 지속적으로 순환되는 과정을 반복하게 된다.

만약 현재 시점의 태양전지 전압값(n번째)이 이전 시점의 태양 전지 전압값(n-1번째)보다 큰 경우에 해당한다면, 본 발명의 메인 제어부(180)는 전압 생성부(140)를 제어하여 기준 전압이 상승되도록 제어한다. 이와 같이 기준 전압이 상승하여 충전 전류가 증가되어도 여전히 태양전지에서 적정한 전압이상이 출력될 수 있다면 충전 환경에 아무런 무리가 없다는 것을 의미하므로 점진적으로 기준 전압을 상승시켜 충전 전류가 높아지도록 하여 충전 효율을 향상시킨다.

만약 현재 시점의 태양전지 전압값(n번째)이 이전 시점의 태양 전지 전압값(n-1번째)보다 작은 경우에 해당한다면, 본 발명의 메인 제어부(180)는 전압 생성부(140)를 제어하여 기준 전압이 하강되도록 제어한다.

기준 전압이 특정 위치로 점진적으로 상승하고 이에 따라 듀티 제어 신호의 on 구간이 점진적으로 증가하고 충전 전류가 점진적으로 커지는 과정이 지속되는 상태에서 만약 태양 전지가 특정 충전 전류를 제공하지 못하는 상황이 발생하게 되면 태양 전지의 전압은 낮아지게 된다.

태양 전지는 일기, 환경, 온도, 조사 각도 등에 따라 발생시키는 전력이 끊임없이 변화되는 거동 특성을 가진다. 앞서 언급된 바와 같이 외부 환경에 의하여 태양전지가 현재 충전 전류를 감당하지 못함에도 충전 전류 크기가 유지되면 충전 동작 자체가 이루어지 않거나, 태양전지를 이루는 셀 등에 손상이 발생하게 되며, 나아가 에너지 저장장치에도 데미지가 발생할 수 있게 된다.

그러므로 태양 전지가 고 전력을 생성할 때에는 이에 맞추어 고 충전 전류에 의하여 충전 동작이 이루어지도록 하고 태양 전지가 저 전력을 생성할 때에는 다소 충전 시간은 길어지더라도 낮은 충전 전류에 의하여 충전 동작이 중단없이 지속적으로 이루어질 수 있도록 제어하는 것이 배터리부(170)에 충전의 관점에서는 바람직하다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 센싱된 태양전지 전압값(Vs)가 변화되면, 메인제어부(180)의 제어에 의하여 전압 생성부(140)가 생성하는 기준전(Vr)압이 태양전지 전압값의 거동 특성에 상응하는 크기로 변화되도록 제어하고 그에 따라 충전 전류의 크기가 변화되도록 제어하게 된다.

실제 기준 전압의 거동 특성 곡선에서는 샘플링 시간 주기, 소자 특성 등에 의하여 태양 전지 전압보다 딜레이가 발생될 수 있으나, 도 5에 도시된 도면은 설명의 효율성을 높이기 위하여 동 시간대와 대응되는 형태로 도시하였으며 전압 크기의 스케일도 대비를 명확하게 하기 위하여 유사한 형태로 도시하였다.

이와 같은 기준 전압 크기의 제어는 마이컴과 D/A 로직 등을 이용하여 1024구간(10bit인 경우)으로 세밀하게 조정하여 각 단계별로 기준 전압을 조정할 수 있다. 예를 들어 전압 생성부(140)가 발생할 수 있는 기준 전압이 0~2V이라면, 기준 전압의 상승 또는 하강의 단위 스텝 변화량은 2/1,024 V가 되며, 이에 상응하여 현재 태양전지 전압값을 대비하여 다시 기준 전압을 2/1,024 만큼씩 상승시키거나 하강시키게 된다.

회로 설계나 동작 반응의 속도 등을 종합적으로 고려하여 단위 스텝 변화량은 회로 설계자, 제품 스펙, 정책 등에 따라 다양하게 구성할 수 있음은 물론이다. 다만, 더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 본 발명의 메인제어부(180)는 현재 태양전지 전압값, 이전 태양전지 전압값 및 태양전지 전압값의 센싱 시간 간격을 이용하여 태양 전지 전압값의 시간당 변화율을 연산하고, 연산된 시간당 변화율에 따라 기준 전압의 상승 또는 하강 정도의 시간당 변화 크기를 가변적으로 조정하도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

즉, 태양전지의 전압값이 급상승하거나 급하강하는 경우 일정한 크기인 단위 스텝 변화량에 의하여 전압을 하강하거나 상승시키지 않고 그 상승 내지 하강의 비율에 상응하는 정도로 기준 전압을 상승 내지 하강시키도록 제어하여 현재 상태에 가장 최적화된 형태로 충전 동작이 유지되도록 구성하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 에너지 저장장치(100)는 인터페이스부(190) 및 DB부(195)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

앞서 상술된 태양 전지를 전원으로 활용되는 경우는 물론, 차량, 오토바이 등과 같이 내부에 구비된 제네레이터(generator)에 의하여 직류 전원을 공급하는 장치에 의한 전원으로도 충전이 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상용 전원을 직류로 전환하는 일반 어댑터 장치를 통해서도 충전이 이루어지도록 구성하는 것이 바람직한데, 본 발명은 이를 위하여 차량 등의 전원 단자 또는 어댑터 장치와 물리적으로 접속 가능한 복수 개의 접속 포트를 구비한 입력 포트부(105)를 구비하고 이를 통하여 차량에 구비된 직류 전원 공급 장치 또는 상용 전원으로부터 직류 전원을 공급하는 어댑터 장치 등으로 이루어지는 외부 전원 장치로부터 직류 전원이 입력부(110)로 공급되도록 구성한다.

또한, 본 발명의 에너지 저장장치(100)가 물리적 장치로 구현되는 경우 이 물리적 장치 외부에 가변 조정 수단(로터리 스위치, 디지털 스위치, 터치 패널 등)이 구비되도록 구성하여, 사용자가 이러한 가변 조정 수단을 통하여 충전하고자 하는 충전 전류를 가변적으로 설정할 수 있도록 구현한다.

이 가변 조정 수단을 통하여 사용자가 원하는 충전 전류값인 충전 설정 전류값이 가변 조정 수단을 통하여 선택되면 이 충전 설정 전류값은 본 발명의 인터페이스부(190)로 입력된다.

한편, 본 발명의 DB부(195)에는 충전 전류값과 이에 해당하는 기준 전압값이 상호 함수적으로 연계된 데이터가 저장된다.

본 발명의 메인제어부(180)는 인터페이스부(190)에서 사용자가 설정한 충전 설정 전류값이 입력되면, 이에 해당하는 기준 전압값을 상기 DB부(195)에서 독출(read)하여 추출하고, 추출된 값에 해당하는 기준 전압값에 해당하는 고정된(constant) 기준전압이 전압 생성부(140)에서 생성되도록 전압 생성부(140)를 제어한다.

앞서 상술된 바와 같이 기준 전압의 변화는 듀티 제어 신호를 변경시키고 이 신호에 의하여 충전되는 전류의 크기가 가변되므로 상기와 같은 구성을 통하여 사용자가 원하는 특정한 충전 전류 값으로 본 발명의 배터리부(170)가 충전되게 된다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 본 발명의 센싱부(120)는 차량 전원 장치 또는 어댑터 장치 등의 외부 전원 장치로부터 전원이 공급되는 경우 이 외부 전원 장치의 전기적 특성값(전압, 전류, 전력 등)을 더 센싱하여 출력하도록 구성된다.

외부 전원 장치가 물리적으로 입력포트부(105)에 접속되면, 배터리부(170)로 유입되는 회로 루프를 일시적으로 차단하고, 외부 전원 장치 양단의 전압을 센싱하고, 전류 센싱을 위한 회로 루프를 통하여 흐르는 전류를 센싱함으로써 외부 전원 장치의 전류와 같은 전기적 특성값을 센싱할 수 있다.

통상 외부 전원 장치의 공급 전력값이나 전기적 특성값을 사용자가 잘 아는 경우라면, 이에 대응되도록 충전 전류값으로 배터리부(170)가 충전되도록 가변 조정 수단 등으로 조정할 수 있으나, 사용자가 외부 전원 장치의 공급 전력값을 알지 못하는 경우 외부에서 공급 가능한 전력이나 전기적 특성값의 크기 및 내부에 탑재된 배터리부(170)의 충전 용량 스펙(spec) 등을 유기적으로 반영하여 충전 가능한 범위의 전류값으로 자동적으로 최적화되도록 구성하는 것이 사용자 편의성을 높이고 장치 손상 및 충전 효율을 높이기 위하여 바람직하다.

이를 위하여 본 발명의 메인제어부(180)는 상기 센싱부(120)에서 출력된 외부 전원 장치의 전기적 특성값과 내부에 탑재된 배터리부(170)의 충전 가능한 최대 전류값을 이용하여 현재 충전 가능한 최대 전류인 맥스 충전 전류값을 연산한다.

배터리부(170)의 충전 가능한 최대 전류값은 DB부(195) 등에 저장된 배터리부(170)의 충전 용량, 전력, 고유 전압, 충전 가능한 최대 전류값 등에 대한 스펙 정보를 활용할 수 있다.

예를 들어, 배터리부(170)의 가용 전력이 100W이고, 고유 전압이 20V, 최대 충전 전류 5A이고 센싱부(120)에서 입력된 외부 전원 장치의 전기적 특성값으로 전압이 25V, 전류가 2A, 전력이 50W인 경우 만약, 배터리부(170)의 최대 충전 전류인 5A로 충전 동작이 이루어지면 외부 전원이 공급할 수 있는 전류보다 훨씬 큰 전류값이므로 충전 프로세싱이 이루어지지 않음은 물론, 외부 전원 또는 본 발명에 에너지 저장장치(100)를 구성하는 전자 소자 등에 손상이 발생될 수 있다.

이 경우 본 발명의 메인제어부(180)는 입력된 외부 전원의 전기적 특성값과 배터리부의 충전 가능한 최대 전류값을 이용하여 현재 충전 가능한 최대 전류인 맥스 충전 전류값(2A)에 대한 정보를 연산한다.

만약, 사용자로부터 입력된 충전 설정 전류값이 만약 이 맥스 충전 전류값(2A)보다 큰 경우 충전 동작과 내부 소자에 문제가 발생될 수 있으므로 시각, 청각 또는 촉각(화면표시수단이나 램프 점등, 스피커 사운드 출력, 진동 등) 수단 등을 이용한 알람 정보가 출력되도록 제어하여 사용자가 이러한 사실을 인지할 수 있도록 유도하는 것이 바람직하다.

한편, 사용자가 충전 전류값을 설정하지 않는 경우에도 자동적으로 충전 가능한 최대 전류값인 맥스 충전 전류값으로 충전될 수 있도록 하는 것이 충전 시간을 단축한다는 측면에서 바람직할 수 있으므로 본 발명의 메인제어부(180)는 상기 연산된 맥스 충전 전류값에 해당하는 기준 전압값을 상기 DB부(195)에서 추출하고 전압생성부(140)가 이 기준전압값에 해당하는 고정된 기준 전압을 출력하도록 제어하여 상기 맥스 충전 전류값에 의하여 상기 배터리부(170)가 충전되도록 제어할 수 있다.

이러한 구성을 통하여 사용자의 인위적인 조작이나 작동을 필요로 하지 않은 상태에서도 입력부(110)에 접속된 외부 전원에 대한 전기적 특성값을 감지하고 활용하여 최적의 충전 환경이 구현되도록 구성함으로써 더욱 사용자 지향적이고 편의적인 장치를 구현할 수 있다.

배터리부(170)에 연결된 확장 모듈 형태 등으로 적절한 컨버터 모듈 및 인버터 모듈을 구비시켜 충전 에너지의 사용 시, 사용 환경이나 전기 전자 제품의 특성에 부합되는 적절한 크기의 전력이나 교류/직류로 사용할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명의 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 과장되거나 생략된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 기초로 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.

100 : 본 발명에 의한 에너지 저장장치
110 : 입력부 120 : 센싱부
130 : 신호발생부 140 : 전압생성부
150 : 제어신호 생성부 160 : 충전부
170 : 배터리부 180 : 메인제어부
190 : 인터페이스부 195 : DB부

Claims (5)

1. 차량에 구비된 직류 전원 공급 장치 또는 상용 전원으로부터 직류 전원을 공급하는 어댑터 장치인 외부 전원 장치로부터 직류 전원을 공급받는 입력부;
   크기 변화가 주기적으로 이루어지는 주기 신호를 생성하는 신호 발생부;
   상기 주기 신호와 대비되는 기준 전압을 가변적으로 생성하는 전압생성부;
   상기 주기 신호의 크기가 상기 기준 전압보다 낮은 구간과 높은 구간을 이용하여 듀티 제어 신호를 생성하는 제어신호생성부;
   상기 듀티 제어 신호에 의한 온오프 절환 동작으로 충전 동작을 수행하는 충전부;
   상기 충전부의 충전 동작에 의하여 에너지가 충전되는 배터리부;
   가변 조정 수단을 통하여 사용자로부터 충전 설정 전류값을 입력받는 인터페이스부;
   충전 전류값과 이에 해당하는 기준 전압값이 상호 연계된 데이터가 저장된 DB부; 및
   사용자로부터 상기 충전 설정 전류값이 입력되면 입력된 상기 충전 설정 전류값에 해당하는 기준 전압값을 상기 DB부에서 추출하고 상기 전압생성부가 이 기준 전압값에 해당하는 고정된 기준 전압을 출력하도록 제어하여 상기 충전 설정 전류값에 의하여 상기 배터리부가 충전되도록 제어하는 메인제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 지향적 에너지 저장장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 외부 전원 장치로부터 직류 전원이 공급되는 경우, 상기 외부 전원 장치의 전기적 특성값을 센싱하여 출력하는 센싱부를 더 포함하고,
   상기 메인제어부는,
   상기 센싱부에서 출력된 전력값과 상기 배터리부의 충전 가능한 최대 전류값을 이용하여 현재 충전 가능한 최대 전류인 맥스 충전 전류값을 연산하고, 사용자로부터 입력된 상기 충전 설정 전류값이 상기 연산된 맥스 충전 전류값보다 큰 경우 알람 정보를 출력하고, 사용자로부터 입력된 상기 충전 전류값이 상기 맥스 충전 전류값보다 작은 경우에 한해 충전 동작이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 사용자 지향적 에너지 저장장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 메인제어부는,
   상기 연산된 맥스 충전 전류값에 해당하는 기준 전압값을 상기 DB부에서 추출하고 상기 전압생성부가 이 기준전압값에 해당하는 고정된 기준 전압을 출력하도록 제어하여 상기 맥스 충전 전류값에 의하여 상기 배터리부가 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 사용자 지향적 에너지 저장장치.

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