KR101559293B1 - Device for measuring residual capacity of battery and apparatus for controlling battery power using the same - Google Patents

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KR101559293B1
KR101559293B1 KR1020140188591A KR20140188591A KR101559293B1 KR 101559293 B1 KR101559293 B1 KR 101559293B1 KR 1020140188591 A KR1020140188591 A KR 1020140188591A KR 20140188591 A KR20140188591 A KR 20140188591A KR 101559293 B1 KR101559293 B1 KR 101559293B1
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battery
duty ratio
pwm duty
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김범수
황혜린
전진성
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주식회사 미지에너텍
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Abstract

Disclosed are an apparatus for measuring state of charge of a battery and a battery power controlling apparatus using the same which can assure the reliability of a battery power source in a solar cell independent power system such as a photovoltaic street lamp system and an independent lighting system using sunlight. The apparatus for measuring the state of charge of battery includes: a storage part which is connected to a charging control part charging the battery by a pulse width modulation (PWM) charging method, and stores PWM duty ratio of the charging control part; and an extraction part which extracts a specific PWM duty ratio stored at the last time in a previously established time period among PWM duty ratios stored in the storage part, and then outputs the specific PWM duty ratio.

Description

배터리 잔존용량 측정장치 및 이를 이용하는 배터리 전력 제어장치{DEVICE FOR MEASURING RESIDUAL CAPACITY OF BATTERY AND APPARATUS FOR CONTROLLING BATTERY POWER USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery remaining capacity measuring device and a battery power control device using the battery remaining capacity measuring device.

본 발명의 실시예들은 배터리 잔존용량 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 가로등 시스템, 태양광을 이용하는 독립 조명 시스템 등의 태양전지 독립 전원형 장치에서 배터리 전원의 신뢰성을 확보할 수 있는 배터리 잔존용량 측정장치 및 이를 이용하는 배터리 전력 제어장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a battery remaining capacity measuring apparatus, and more particularly, to a battery residual capacity measuring apparatus, a battery capable of securing the reliability of battery power in a solar cell independent power source type apparatus such as a solar street lamp system, A remaining capacity measuring device and a battery power control device using the same.

배터리는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 배터리는 기본적으로 두 개의 전극인 양극과 음극이 전해질을 사이에 두고 배치되는 구조를 가지며, 재충전할 수 없는 형태를 가지거나 재충전 가능한 형태를 가진다.A battery is a device that converts chemical energy into electrical energy. The battery basically has a structure in which an anode and a cathode, which are two electrodes, are disposed with an electrolyte interposed therebetween, and have a non-rechargeable form or a rechargeable form.

휴대폰, 노트북 컴퓨터, 휴대용 게임기, 전자책 등 다양한 모바일 전자 기기들과 자동차, 다양한 산업용, 가정용 설비, 독립 전원형 가로등 장치 등에서는 필요한 전력을 공급받는 전원으로 배터리를 사용한다. 전력 회사로부터 공급받는 상용 전원은 전기 설비 인프라가 갖추어져야만 공급이 가능하므로 전기 설비 인프라가 적절하게 갖추어지지 않은 곳에서는 배터리가 전력 공급의 훌륭한 대안이 되고 있다. 이와 같이 다양한 환경에서 사용되는 배터리는 한정된 용량의 전하들을 축적하기 때문에 시간적으로 제한된 기간 동안에만 전력을 공급할 수 있다. 배터리에 전력을 저장하는 에너지원으로는 상용 전원 외에 다양한 대체 에너지가 존재하나 그 중에 현재 가장 유용한 대체 에너지를 태양광이다.In a variety of mobile electronic devices such as mobile phones, notebook computers, portable game machines, and electronic books, and automobiles, various industrial and household facilities, and independent power source streetlight devices, the battery is used as a power source. Commercial power from utility companies can only be supplied if the infrastructure of electrical equipment is available, so batteries are an excellent alternative to power supplies where the electrical infrastructure is not properly equipped. Since a battery used in various environments stores a limited amount of electric charges, power can be supplied only for a limited period of time. There are various alternative energy sources besides the commercial power source for storing power in the battery, among which the most useful alternative energy is solar light.

배터리에 충전되어 있는 전하가 모두 방전되면 전자 기기 등은 더 이상 동작할 수 없게 되고, 배터리가 과방전되면 배터리의 사용 수명이 단축될 수 있다. 그러므로 전자 기기는 실시간으로 배터리의 잔량을 측정하여 사용자가 확인할 수 있도록 이를 출력해야 한다. 이를 통해 사용자들은 배터리의 잔량을 확인할 수 있고, 배터리 잔량에 따라 전자 기기의 기능들을 선택적으로 사용하거나 배터리가 방전되지 않도록 배터리를 충전할 수 있다. 따라서, 사용자들의 이러한 판단을 위해서는 배터리의 잔량을 정확하게 측정하는 기술이 필요하다. 예를 들어, 전기 자동차의 경우 배터리로부터 공급되는 전원을 동력으로 이용하므로 배터리의 잔량을 정확하게 측정하는 것이 매우 중요하다.When all the charge in the battery is discharged, the electronic devices can no longer operate, and if the battery is overdischarged, the service life of the battery may be shortened. Therefore, the electronic device should measure the remaining amount of the battery in real time and output it so that the user can check it. This allows users to check the remaining amount of the battery and selectively use the functions of the electronic device according to the remaining amount of the battery or charge the battery so that the battery is not discharged. Therefore, in order to make such judgment of users, a technique of accurately measuring the remaining amount of the battery is required. For example, in the case of an electric vehicle, since power supplied from a battery is used as power, it is very important to accurately measure the remaining amount of the battery.

특히, 태양광 가로등의 경우, 비가오거나 구름 때문에 태양전지판이 발전을 하지 못하는 경우에도 램프(LED 램프 등)를 미리 정해진 시간이나 부조일수만큼 점등할 수 있어야 한다. 태양광 가로등 시스템의 경우, 부조일수는 3일 동안 최소 10시간을 정상적으로 점등할 수 있도록 설정된다.In particular, in the case of solar street lamps, even if the solar panel can not generate electricity due to rain or clouds, it is necessary to be able to light the lamp (LED lamp, etc.) for a predetermined time or the number of days. In the case of a solar streetlight system, the number of days of relief is set so that it can normally be turned on for at least 10 hours for 3 days.

배터리의 충전 상태 즉 잔량(SoC, State of Charge)을 산출하는 방법에는 사용 전류(Ampere)와 시간(hour)의 관계를 토대로 소정의 기준 용량에서 사용된 용량을 차감하여 배터리 잔량(SoC)를 산출하는 전류 적산법, 배터리의 내부 임피던스(impedance)와 배터리 잔량 간의 관계에서 배터리 잔량을 계산하는 임피던스 측정법 등이 있다.A method of calculating a state of charge (SoC) of a battery includes calculating a state of charge (SoC) by subtracting a used capacity from a predetermined reference capacity based on a relationship between a used current Ampere and a time (hour) An impedance measurement method for calculating the remaining battery level in relation to the internal impedance of the battery and the remaining battery level, and the like.

전류 적산법은 방전 전류와 시간의 곱으로 잔존용량을 추정하는 방법으로서, 전류 또는 시간의 오차 누적으로 인해 시간이 가면 갈수록 배터리 잔량 측정에 대한 에러가 커지는 단점이 있다. 즉, 전류 또는 시간이 실제 값보다 작게 측정되는 경우, 시간의 경과에 따라 배터리 잔량의 추정값은 실제 배터리 잔량보다 큰 값으로 측정될 수 있다. 또한, 전류 또는 시간이 실제 값보다 크게 측정되는 경우, 시간의 경과에 따라 배터리 잔량의 추정값은 실제 배터리 잔량보다 작은 값으로 측정될 수 있다.The current integration method is a method of estimating the remaining capacity by a product of a discharge current and time, and there is a disadvantage that an error with respect to the battery remaining amount measurement increases as time goes by due to accumulation of current or time error. That is, when the current or time is measured to be smaller than the actual value, the estimated value of the remaining battery capacity may be measured to be larger than the actual remaining battery capacity with the passage of time. Further, when the current or time is measured to be larger than the actual value, the estimated value of the remaining battery power may be measured to be smaller than the actual remaining battery power with the passage of time.

그리고 임피던스 측정법은 배터리를 충전 또는 방전하고 있을 때, 즉 전류가 흐르고 있을 때 배터리의 내부 임피던스가 변하는 것을 감지하여 배터리의 잔량을 계산하므로 변하는 내부 임피던스에 따라 계산을 수행하게 되므로 실제로 정확한 계산, 측정 또는 추정을 할 수 없는 단점이 있다.The impedance measurement method calculates the residual capacity of the battery by detecting the change of the internal impedance of the battery when the battery is being charged or discharged, that is, when the current is flowing. Therefore, the calculation is performed according to the changing internal impedance. There is a disadvantage that estimation can not be performed.

더욱이 전술한 종래의 배터리 잔량 측정 방식은 배터리 관리 시스템에서 배터리의 개방 전압(OCV, Open Circuit Voltage)을 측정하여 계산하는 방식이 아닌 폐회로 전압(CCV, Closed Circuit Voltage)의 측정과 이에 따른 추정에 의해 배터리의 잔량을 측정하는 방식으로서 배터리의 노후화에 따라 많은 오차가 발생하는 문제점이 있다.Furthermore, the above-described conventional battery residual quantity measurement method is not a method of measuring the open circuit voltage (OCV) of the battery in the battery management system, but rather a method of measuring the closed circuit voltage (CCV) As a method of measuring the remaining amount of the battery, there is a problem that a large amount of error occurs due to deterioration of the battery.

또한, 전술한 종래의 배터리 잔량 측정 방식을 이용하는 배터리 전력 제어장치에서는, 오차가 많은 배터리 잔량 측정 방식을 이용하여 배터리의 출력을 제어하게 되므로 태양광 가로등 시스템 등의 태양광 독립 전원형 조명 시스템에 요구되는 부조일수를 지키지 못하는 경우가 다수 발생하게 되며, 그에 의해 태양광 독립 전원형 조명 시스템의 배터리 효율을 저하시킬 뿐 아니라 배터리 상태에 따른 적절한 방전 제어를 할 수 없으므로 배터리의 수명을 단축시키고 태양광 독립 전원형 조명 시스템에 대한 신뢰성을 떨어뜨리고는 문제를 안고 있다.Further, in the battery power control apparatus using the above-described conventional battery remaining amount measuring method, since the output of the battery is controlled by using the remaining battery residual amount measuring method with a large error, In addition, not only can the battery efficiency of the solar-powered power-supply type lighting system be reduced, but also the proper discharge control can not be performed according to the battery state, thereby shortening the life of the battery, The reliability of the power supply type illumination system is deteriorated.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예에서는 배터리 잔존용량을 신뢰성 있게 측정할 수 있는 배터리 잔존용량 측정장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery remaining capacity measuring device capable of reliably measuring a battery remaining capacity in an embodiment of the present invention.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 전술한 배터리 잔존용량 측정장치를 이용하여 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배터리 전력 제어장치를 제공하고자 한다.Another embodiment of the present invention is to provide a battery power control apparatus capable of improving the reliability of a system using the above-described remaining battery capacity measuring apparatus.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 잔존용량 측정장치는, 펄스폭변조(PWM) 충전 방식으로 배터리를 충전하는 충전 제어부에 연결되어 충전 제어부의 PWM 듀티비를 저장하는 저장부, 및 저장부에 저장되는 PWM 듀티비들 중 미리 설정된 시간 구간 중 가장 늦은 시간에 저장된 특정 PWM 듀티비를 추출하여 출력하는 추출부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring remaining capacity of a battery, comprising: a storage unit connected to a charge control unit for charging a battery in a pulse width modulation (PWM) charging mode and storing a PWM duty ratio of the charge control unit; And an extracting unit for extracting and outputting a specific PWM duty ratio stored at a latest time among a preset time interval among the PWM duty ratios stored in the storage unit.

일실시예에서, PWM 충전 방식은 배터리를 정전압 조건하에서 충전하는 방식으로서 충전 시간 경과에 따라 증가하는 배터리 잔존용량에 대응하여 배터리에 대한 충전 전류량을 감소시키는 방식을 포함할 수 있다. 여기서, 특정 PWM 듀티비는 특정 배터리 잔존용량에 대응할 수 있다.In one embodiment, the PWM charging scheme may include a scheme of charging the battery under constant voltage conditions, such as reducing the amount of charging current for the battery in response to the remaining battery capacity that increases with the elapse of charging time. Here, the specific PWM duty ratio may correspond to a specific battery remaining capacity.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 전력 제어장치는, 정전압 조건하에서 배터리를 펄스폭변조(PWM) 충전 방식으로 충전하는 충전 제어부와, 충전 제어부에 연결되어 배터리를 정전압 조건하에서 충전하는 충전시간의 경과에 따라 배터리 잔존용량에 대응하여 감소하는 PWM 듀티비를 저장하는 메모리 시스템과, 메모리 시스템에 저장되는 PWM 듀티비들 중 미리 설정된 시간 구간 내에서 가장 최근에 저장된 특정 PWM 듀티비를 추출하고 특정 PWM 듀티비에 대응하는 배터리의 특정 배터리 잔량을 추출하는 추출부와, 특정 배터리 잔량을 토대로 배터리의 소모 전력을 제어하는 방전 제어부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling a battery power, comprising: a charge controller for charging the battery under a constant voltage condition by a pulse width modulation (PWM) charging method; A memory system for storing a decrementing PWM duty ratio corresponding to a remaining battery capacity of the memory system; a memory system for extracting a most recently stored specific PWM duty ratio within a predetermined time interval among the PWM duty ratios stored in the memory system, An extraction unit that extracts a specific battery remaining amount of the battery corresponding to the battery remaining amount, and a discharge control unit that controls the consumed power of the battery based on the specific battery remaining amount.

일실시예에서, 배터리 전력 제어장치의 제어부 또는 충방전 제어회로는, 특정 배터리 잔량에 대응하는 배터리 작동 모드를 추출하고, 추출된 배터리 작동 모드에 미리 설정된 작동 방식에 따라 배터리의 방전 동작을 제어할 수 있다.In one embodiment, the control unit or charge / discharge control circuit of the battery power control apparatus extracts a battery operation mode corresponding to a specific battery remaining amount, and controls the discharge operation of the battery according to a preset operation mode in the extracted battery operation mode .

일실시예에서, 배터리 전력 제어장치의 제어부 또는 충방전 제어회로는 배터리에 연결되는 램프를 배터리 작동 모드의 미리 설정된 작동 방식에 따라 램프에 대한 디밍(Dimming) 제어를 수행할 수 있다.In one embodiment, the control unit of the battery power control apparatus or the charge / discharge control circuit can perform a dimming control for the lamp according to a predetermined operation mode of the battery operation mode, the lamp connected to the battery.

일실시예에서, 배터리 전력 제어장치의 제어부 또는 충방전 제어회로는 램프가 결합되는 태양광 가로등 시스템을 포함하는 태양광 전원 시스템이 램프의 부조일수 이상으로 동작하도록 부조일의 경과에 따라 미리 설정된 시간이나 하루마다 서로 다른 복수의 배터리 작동 모드로 램프의 동작을 제어할 수 있다.In one embodiment, the control unit or charge / discharge control circuit of the battery power control apparatus is controlled by a predetermined time period according to the lapse of the relief day so that the solar power system including the solar street lamp system to which the lamp is coupled Or to control the operation of the lamp in a plurality of different battery operating modes each day.

본 발명에 의하면, 배터리 잔존용량을 신뢰성 있게 측정할 수 있는 배터리 잔존용량 측정장치를 제공할 수 있다. 즉, 배터리에 태양전지의 발전 전력을 효율적으로 충전하는 충전 기법을 활용하여 배터리의 잔존용량을 측정함으로써 효율적이고 신뢰성 있게 배터리의 잔존용량을 측정할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a remaining battery capacity measuring device capable of reliably measuring the remaining battery capacity. That is, the remaining capacity of the battery can be efficiently and reliably measured by measuring the remaining capacity of the battery using a charging technique that efficiently charges the generated power of the solar cell to the battery.

또한, 본 발명에 의하면, 배터리 전력을 단독 전원이나 메인 전원으로 이용하는 시스템에서 배터리 전원에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배터리 전력 제어장치를 제공할 수 있다. 특히, 본 실시예의 배터리 전력 제어장치는 배터리 잔존용량 측정장치로부터 획득한 데이터를 토대로 배터리 잔존용량을 예측하고 예측한 배터리 잔존용량에 따라 시스템의 구동 특성을 설정하여 배터리의 방전 전력을 제어함으로써 배터리의 효율을 높이고 배터리의 손상을 방지하며 실질적으로 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide a battery power control apparatus capable of improving reliability of battery power in a system using battery power as a sole power source or a main power source. Particularly, the battery power control apparatus of the present embodiment predicts the remaining capacity of the battery based on the data obtained from the remaining battery capacity measuring apparatus, and sets the driving characteristics of the system according to the predicted remaining battery capacity to control the discharge power of the battery, It has the effect of increasing the efficiency, preventing the damage of the battery, and substantially extending the life of the battery.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔존용량 측정장치의 블록도
도 2는 도 1의 배터리 잔존용량 측정장치의 충전 제어부에 대한 작동 원리를 설명하기 위한 그래프
도 3은 도 1의 배터리 잔존용량 측정장치의 작동 순서도
도 4 내지 도 6은 도 1의 배터리 잔존용량 측정장치에서 이용할 수 있는 배터리 충방전 곡선의 예시도들
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 전력 제어장치를 채용하는 독립형 태양광 전원 시스템의 개략적인 구성도
도 8은 도 7의 배터리 전력 제어장치에 대한 블록도
도 9는 도 7의 배터리 전력 제어장치의 작동 순서도
도 10은 도 7의 배터리 전력 제어장치에 채용할 수 있는 작동 모드의 예시도
1 is a block diagram of an apparatus for measuring remaining capacity of a battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph for explaining the operation principle of the charge control unit of the remaining battery capacity measuring apparatus of FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the remaining battery capacity measuring device of FIG. 1
FIGS. 4 to 6 are illustrations of battery charge / discharge curves that can be used in the battery remaining capacity measuring device of FIG.
7 is a schematic diagram of a stand-alone solar power system employing a battery power control apparatus according to another embodiment of the present invention
8 is a block diagram of the battery power control apparatus of FIG.
Fig. 9 is a flowchart of the operation of the battery power control apparatus of Fig.
10 is an exemplary diagram of an operation mode that can be employed in the battery power control apparatus of FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as being consistent with the meanings in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal meanings unless explicitly defined in the present application.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔존용량 측정장치의 블록도이다. 도 2는 도 1의 배터리 잔존용량 측정장치의 제어부에 대한 작동 원리를 설명하기 위한 그래프이다.1 is a block diagram of an apparatus for measuring remaining capacity of a battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph for explaining the operation principle of the control unit of the remaining capacity measuring apparatus of FIG. 1; FIG.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 잔존용량 측정장치(10)는 충전 제어부(11), 저장부(12) 및 추출부(13)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the apparatus 10 for measuring remaining capacity of a battery according to the present embodiment includes a charge control unit 11, a storage unit 12, and an extraction unit 13.

충전 제어부(11)는 배터리 충전 시 태양전지 등의 외부 전원 소스에서 공급되는 전력을 제어하여 배터리를 충전한다. 충전 제어부(11)는 신호파(사인파 등)의 전압에 따라 펄스의 지속시간을 조절하는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 펄스 폭을 조절하여 배터리에 충전되는 전하량을 제어할 수 있다.The charging control unit 11 controls the power supplied from an external power source such as a solar cell to charge the battery when the battery is charged. The charge control unit 11 can control the amount of charge charged in the battery by controlling the pulse width by a PWM (Pulse Width Modulation) method that adjusts the duration of the pulse according to the voltage of the signal wave (sinusoidal wave or the like).

특히, 충전 제어부(11)는 배터리의 잔량(SOC)에 대응하여 펄스폭을 제어함으로써 배터리 충전을 제어한다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 충전 제어부(11)는 PWM 제어 방식으로 배터리를 충전할 때 배터리 잔량(SOC)이 만충전인 100%에 가까워질수록 PWM의 듀티비가 0% 또는 0%에 근접한 값이 되는 것을 활용하여 배터리 잔량이 증가함에 따라 PWM 듀티비를 정비례로 감소시킨 값으로 설정하여 배터리의 충전을 제어하면서 이를 통해 배터리의 잔량을 신뢰성 있게 추정할 수 있다. 여기서, 배터리 잔량이 최소 값(MIN, Minimum)일 때 충전 제어부(11)는 충전 회로의 스위치를 최대 펄스폭(MAX, Maximum) 조건에서 동작시켜 일정 시간이나 일정 전압 또는 특정 배터리 잔량까지 배터리를 벌크 충전할 수 있다.In particular, the charge control unit 11 controls the charge of the battery by controlling the pulse width in accordance with the remaining amount (SOC) of the battery. For example, as shown in FIG. 2, when the battery control unit 11 charges the battery by the PWM control method, the duty ratio of the PWM becomes 0% or 0% as the remaining battery level (SOC) approaches 100% And the PWM duty ratio is set to a value that is directly proportional to the increase in the battery residual amount by utilizing the value that is close to the value, thereby controlling the charging of the battery while reliably estimating the residual amount of the battery. Here, when the battery remaining amount is the minimum value (MIN, Minimum), the charge control section 11 operates the switch of the charging circuit under the condition of the maximum pulse width (MAX, Maximum) It can be charged.

전술한 충전 제어부(11)는 반도체 스위치를 포함하는 PWM 제어부일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 충전 제어부(11)는 PWM 제어를 수행할 수 있는 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부일 수 있다. 예를 들어, 충전 제어부(11)는 플립플롭을 이용한 논리회로, 마이컴 또는 마이크로프로세서를 이용하는 제어장치의 적어도 일부 기능부나 구성부로 구현될 수 있다. 여기서, 제어장치는 계산을 수행하는 연산장치(Arithmetic Logic Unit: ALU), 데이터 및 명령어의 일시적인 저장을 위한 레지스터, 및 미들웨어 간 인터페이스 장치를 제어하거나 관리하기 위한 컨트롤러를 구비할 수 있다.The charging control unit 11 described above may be a PWM control unit including a semiconductor switch, but is not limited thereto. The charge control unit 11 may be a unit that performs PWM control or a component that performs a function corresponding to this means. For example, the charge control unit 11 may be implemented with at least some functional units or components of a control device using a logic circuit using a flip-flop, a microcomputer, or a microprocessor. Here, the control device may include an arithmetic logic unit (ALU) for performing calculations, a register for temporarily storing data and instructions, and a controller for controlling or managing the inter-middleware interface device.

저장부(12)는 충전 제어부(11)의 펄스폭 변조의 듀티비(Duty Ratio)를 저장한다. 또한, 저장부(12)는 듀티비에 대응하는 배터리 잔량에 관한 데이터를 저장할 수 있다. PWM 듀티비와 배터리 잔량의 대응 관계에 대한 데이터는 룩업테이블 형태로 저장부(12)에 저장될 수 있다.The storage unit 12 stores the duty ratio of the pulse width modulation of the charge control unit 11. [ In addition, the storage unit 12 may store data related to the battery remaining amount corresponding to the duty ratio. Data on the correspondence relationship between the PWM duty ratio and the battery remaining amount can be stored in the storage unit 12 in the form of a look-up table.

또한, 저장부(12)는 배터리 잔존용량 측정장치에서 구현되는 배터리 잔존용량 측정 방법이 기록된 프로그램을 저장할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 프로그램은 입력장치 등의 사용자 인터페이스(미도시)나 네트워크에 연결되는 통신부(미도시)를 통해 저장부(12)에 임시 저장될 수 있다. 전술한 저장부(12)는 RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory) 같은 저장 매체 형태의 메인 메모리와, 플로피 디스크, 하드 디스크, 테이프, CD-ROM, 플래시 메모리 등의 장기(long-term) 저장 매체 형태의 보조 메모리를 포함할 수 있다.In addition, the storage unit 12 may store the recorded program of the remaining battery capacity measurement method implemented in the battery remaining capacity measurement apparatus, but is not limited thereto. Such a program may be temporarily stored in the storage unit 12 through a user interface (not shown) such as an input device or a communication unit (not shown) connected to the network. The storage unit 12 may include a main memory in the form of a storage medium such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a long-term memory such as a floppy disk, a hard disk, a tape, a CD- term < / RTI > storage medium.

추출부(13)는 배터리의 충전 구간 중 저장부(12)에 저장되는 PWM 듀티비 중 충전 구간의 가장 늦은 시간에 저장된 특정 PWM 듀티비를 추출한다. 추출부(13)는 충전 제어부(11)의 듀티비를 실시간 비교하면서 정해진 시간 구간이나 PWM 충전 모드 구간에서 가장 늦은 시간에 대응하는 특정 PWM 듀티비를 추출하고 특정 PWM 듀티비를 그대로 출력하거나 특정 PWM 듀티비에 대응하는 특정 배터리 잔량에 대한 신호를 출력할 수 있다. 이러한 추출부(13)는 저장부(12)에 연결되는 제어장치의 적어도 일부 기능부나 구성부로 구현될 수 있다.The extracting unit 13 extracts a specific PWM duty ratio stored in the storage unit 12 at the latest time of the charging interval among the PWM duty ratios stored in the battery charging period. The extraction unit 13 extracts a specific PWM duty ratio corresponding to the latest time in a predetermined time period or PWM charging mode section while comparing the duty ratio of the charge control unit 11 in real time, It is possible to output a signal for a specific battery remaining amount corresponding to the duty ratio. The extractor 13 may be embodied as at least some of the functional units and components of the control unit connected to the storage unit 12.

한편, 본 실시예에서는 배터리 잔존용량 측정장치가 충전 제어부(11)를 포함하는 것으로 설명하나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 배터리 잔존용량 측정장치는 태양광 충전 제어장치나 배터리 전력 제어장치 등의 제어장치로서 배터리의 충방전을 제어하는 장치에 연결되어 배터리 충전을 위한 PWM 듀티비를 제어할 수 있는 제어장치의 적어도 일부 기능부나 구성부로 구현될 수 있다.On the other hand, in the present embodiment, it is described that the remaining battery capacity measuring device includes the charge controller 11, but the present invention is not limited to this. For example, the remaining battery capacity measuring device is a control device such as a solar battery charge control device or a battery power control device, and is connected to a device for controlling the charge / discharge of the battery so as to control the PWM duty ratio for battery charging Or at least some of the functionalities and components of the system.

본 실시예에서 배터리는 재충전 가능한 배터리로서 이차전지, 납축전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지 등을 포함한다. 특히, 본 실시예에 적용가능한 배터리는 PWM 방식의 정전압 충전 시 배터리 잔량에 따라 PWM 듀티비가 비례적으로 감소하는 특성이나 적어도 일정 특성 구간을 갖는 모든 배터리를 포함할 수 있다.In this embodiment, the rechargeable battery includes a secondary battery, a lead-acid battery, a Ni-Cd battery, a Ni-MH battery, and the like. In particular, the battery applicable to the present embodiment may include a characteristic in which the PWM duty ratio is proportionally reduced according to the remaining battery level during the constant voltage charging of the PWM system, or all the batteries having at least a constant characteristic interval.

도 3은 도 1의 배터리 잔존용량 측정장치의 작동 순서도이다.3 is an operational flowchart of the remaining battery capacity measuring device of FIG.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 잔존용량 측정장치는, 배터리의 잔존용량을 효과적으로 정확하게 추정하여 배터리 전력에 의해 구동하는 장치(태양광 가로등 시스템 등)를 효과적으로 제어하기 위하여 하기의 일련의 과정에 따라 작동할 수 있다.3, in order to effectively control an apparatus (a solar street lamp system or the like) which is driven by battery power by accurately estimating the remaining capacity of the battery effectively, a battery residual capacity measuring apparatus according to the present embodiment includes the following series of It can be operated according to the procedure.

본 실시예에서는 설명의 편의상 독립형 태양광 가로등 시스템을 중심으로 설명한다. 다만, 본 실시예는 가장 바람직한 일실시예로써 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 실시예의 배터리 잔존용량 측정장치는 PWM 제어 방식으로 배터리가 충전되고 단독 전원이나 메인 전원으로서 배터리 전력을 이용하여 구동되는 다양한 장치에 적용가능하다.In the present embodiment, the stand-alone solar streetlight system will be mainly described for the convenience of explanation. However, the present embodiment is not intended to limit the present invention as a most preferred embodiment. The battery remaining capacity measuring device of the present embodiment is applicable to various devices that are charged by a PWM control method and driven by using battery power as a single power source or a main power source.

먼저, 배터리 잔존용량 측정장치는 제어장치 또는 충전 제어부를 이용하여 태양전지의 발전 전력을 PWM 제어를 통해 배터리에 충전한다(S31). 충전 제어부는 배터리의 충전회로나 충방전회로에 연결되는 배터리가 나타내는 부하 특성에 따라 PWM 제어를 위한 듀티비(Duty ratio, D/R)를 자동 설정하도록 구현될 수 있다. 여기서, 부하 특성은 배터리의 정전압 충전 시, 미리 설정된 전압과 배터리 충전 상태에 따라 요구되는 전류량이 달라지는 특성 등을 포함할 수 있다.First, the remaining battery capacity measuring device charges the battery through PWM control using the control device or the charge control section (S31). The charge control unit may be configured to automatically set a duty ratio (D / R) for PWM control according to a load characteristic indicated by a battery charging circuit or a battery connected to the charge / discharge circuit. Here, the load characteristic may include a characteristic that a required amount of current varies depending on a preset voltage and a battery charging state when the battery is charged at a constant voltage.

또한, 충전 제어부는 배터리 잔량에 따라 정전압 충전 구간과 정전류 충전 구간을 구비하고, 정전압 충전 구간에서는 배터리의 부하 상태에 따라 자동 설정되는 듀티비의 정전압으로 배터리를 충전하고 정전류 충전 구간에서는 배터리의 부하 상태에 따라 자동 설정되는 듀티비의 정전류로 배터리를 충전할 수 있다.The charging control unit includes a constant voltage charging section and a constant current charging section in accordance with the remaining amount of the battery. In the constant voltage charging section, the battery is charged to a constant voltage of a duty ratio automatically set according to the load state of the battery. It is possible to charge the battery with a constant current having a duty ratio that is automatically set in accordance with the duty ratio.

다음, 배터리 잔존용량 측정장치는 저장부를 통해 미리 정해진 시간 동안 PWM 제어의 듀티비(D/R)를 저장한다(S32). 미리 정해진 시간은 하루 24시간이거나, 24시간보다 작은 시간 예컨대 3, 6 또는 12시간이거나 24시간보다 큰 시간 예컨대 36, 48 시간 등일 수 있다. 특히, 본 실시예에서 미리 정해진 시간은 배터리를 정전압으로 충전하는 구간의 적어도 일부에 대응하는 시간 구간일 수 있다. 이 경우, 정전압으로 배터리를 충전하면, 정전압 충전 모드에서 특정 전압으로 설정되는 기준전압에 기초하여 배터리 단자전압이 기준전압보다 커지면 듀티비를 조금씩 낮추는 것을 반복적으로 수행할 수 있고, 그에 의해 배터리 잔량이 증가함에 따라 듀티비가 감소되는 형태로 배터리 충전 모드를 제어할 수 있다.Next, the remaining battery capacity measuring apparatus stores the duty ratio (D / R) of the PWM control for a predetermined time through the storage unit (S32). The predetermined time may be 24 hours a day, a time less than 24 hours, such as 3, 6 or 12 hours, or a time greater than 24 hours, such as 36, 48 hours, and so on. In particular, the predetermined time in this embodiment may be a time period corresponding to at least a part of a period for charging the battery with a constant voltage. In this case, when the battery is charged with the constant voltage, the duty ratio can be repeatedly lowered slightly if the battery terminal voltage becomes larger than the reference voltage based on the reference voltage set to a specific voltage in the constant voltage charging mode. The battery charging mode can be controlled in such a manner that the duty ratio is decreased.

다음, 배터리 잔존용량 측정장치는 적어도 정전압 충전 모드 구간의 적어도 일부 기간 동안에 저장부에 저장된 듀티비(D/R) 중 최근 듀티비를 추출한다(S33). 최근 듀티비는 미리 정해진 시간 구간 내에서 저장부에 저장되는 듀티비들 중 시간 적으로 가장 늦은 시간에 저장되는 듀티비이다.Next, the battery remaining capacity measuring apparatus extracts the latest duty ratio among the duty ratios (D / R) stored in the storage unit during at least a partial period of at least the constant voltage charging mode period (S33). The latest duty ratio is a duty ratio that is stored at a later time in time among the duty ratios stored in the storage unit within a predetermined time period.

다음, 배터리 잔존용량 측정장치는 최근 듀티비(D/R)에 대응하는 배터리 잔량(SOC)을 추출한다(S34). 배터리 잔존용량 측정장치는 저장부에 저장된 룩업테이블을 참조하여 최근 듀티비에 매칭되는 특정 배터리 잔량을 추출하고 특정 배터리 잔량에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 출력 신호는 특정 배터리 잔량에 대응하는 신호 형태나 레벨을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Next, the remaining battery capacity measuring device extracts the remaining battery level (SOC) corresponding to the latest duty ratio (D / R) (S34). The remaining battery capacity measuring device may extract a specific battery remaining amount matched with the latest duty ratio by referring to the lookup table stored in the storage unit and output a signal corresponding to the specific remaining battery amount. The output signal may have a signal type or a level corresponding to a specific battery residual amount, but is not limited thereto.

도 4 내지 도 6은 도 1의 배터리 잔존용량 측정장치에서 이용할 수 있는 배터리 충방전 곡선의 예시도들이다.4 to 6 are illustrations of battery charge / discharge curves that can be used in the battery remaining capacity measuring apparatus of FIG.

도 4를 참조하면, 배터리 충방전 곡선(G1)은 특정 날짜의 0시에서 24시까지 특정 배터리에서 변화하는 배터리 잔량(SOC)의 일례를 보여준다.Referring to FIG. 4, the battery charge / discharge curve G1 shows an example of the remaining battery level (SOC) that varies from 0 to 24 hours on a specific battery.

즉, 배터리는 0시에서 6시까지 방전되고 6시에서 18시까지 태양전지 등에 연결되는 배터리 충전회로를 통해 충전된 후 21시에서 24시까지 다시 방전하는 동작 사이클을 가진다. 또한, 배터리는 21시 이후의 방전 구간에서 부하에 따른 소비 전력의 차이에 따라 서로 다른 형태(기울기 등)의 방전 곡선(d1, d2, d3)을 그릴 수 있다.That is, the battery is discharged from 0:00 to 6:00 and is charged through a battery charging circuit connected to the solar cell from 6:00 to 18:00, and then has a cycle of discharging again from 21:00 to 24:00. Also, the battery can draw discharge curves d1, d2, and d3 of different shapes (inclination, etc.) according to the difference in power consumption depending on the load in the discharge interval after 21:00.

또한, 본 실시예의 배터리 충전 구간에 있어서, 배터리 충전회로는 6시에서 9시까지 제1 듀티비로 배터리를 충전하여 배터리 잔량(SOC)을 약 40%에서 약 47%까지 상승시키고, 9시에서 12시까지 제2 듀티비로 배터리를 충전하여 배터리 잔량을 약 47%에서 약 60%까지 상승시키고, 12시에서 14시까지 제3 듀티비로 배터리를 충전하여 배터리 잔량을 약 60%에서 약 90%까지 상승시키며, 14시에서 16시까지 제4 듀티비로 배터리를 충전하여 배터리 잔량을 약 90%에서 100%까지 상승시키도록 동작할 수 있다. 여기서, 12시~14시 구간은 태양전지의 최대 발전 구간에 대응하고, 그에 의해 배터리 충전회로의 제3 듀티비는 제1, 2 또는 4 듀티비보다 작을 수 있다.In addition, in the battery charging section of the present embodiment, the battery charging circuit charges the battery with the first duty ratio from 6:00 to 9:00 to raise the remaining battery level (SOC) from about 40% to about 47% The battery charge is increased from about 47% to about 60% by charging the battery with the second duty ratio until the battery is charged at the third duty ratio from 12:00 to 14:00, and the remaining battery charge is increased from about 60% to about 90% , And may operate to charge the battery with the fourth duty ratio from 14:00 to 16:00 to raise the remaining battery level from about 90% to 100%. Here, the period from 12:00 to 14:00 corresponds to the maximum power generation period of the solar cell, whereby the third duty ratio of the battery charging circuit may be smaller than the first, second or fourth duty ratio.

배터리 충방전 곡선(G1)에 의하면, 배터리 충전회로 또는 충전 제어부는 PWM 방식의 정전압 충전 구간에서 배터리 잔량에 따라 듀티비를 서서히 감소시키며 배터리에 대한 정전압 충전 작업을 수행할 수 있다. 정전압 충전 구간은 6시에서 15시까지일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.According to the battery charging / discharging curve G1, the battery charging circuit or the charging controller gradually reduces the duty ratio according to the remaining battery power in the constant voltage charging section of the PWM system and can perform the constant voltage charging operation for the battery. The constant voltage charging period may be from 6 to 15 hours, but is not limited thereto.

배터리의 일종인 납축전지의 경우, 정전압 충전 시 14.4V로 충전하게 된다. 이때, 배터리의 전압을 14.4V로 유지하는 경우 배터리 잔량에 따라 충전되는 전류량을 제한하기 위해 PWM의 듀티비를 조정하게 된다. 좀더 구체적으로 예를 들어 설명하면, 배터리 잔량이 60%일 때 정전압 충전을 위한 PWM의 듀티비가 0.5라고 가정하면, 일정 시간 동안 충전된 배터리는 배터리 잔량의 상승으로 인해 듀티비 0.5로 충전하는 경우 현재의 배터리 잔량에서 정전압 충전을 유지할 수 없는 과도한 전류량을 공급하게 되어 14.4V보다 높은 전압을 나타내게 된다. 따라서, 배터리 충전회로 또는 충전 제어부는 정전압 충전을 위해 듀티비를 0.5보다 작은 다른 듀티비로 변경하여 배터리를 충전하게 된다. 여기서, 다른 듀티비는 현재의 듀티비보다 미리 설정된 크기만큼 작은 듀티비일 수 있다.In the case of a lead-acid battery, which is a type of battery, it is charged to 14.4 V at constant voltage charging. At this time, when the battery voltage is maintained at 14.4 V, the duty ratio of PWM is adjusted to limit the amount of current charged according to the remaining battery capacity. More specifically, for example, assuming that the duty ratio of PWM for constant voltage charging is 0.5 when the remaining battery level is 60%, the battery charged for a certain period of time is charged at a current duty ratio of 0.5 So that a voltage higher than 14.4 V is obtained. Therefore, the battery charging circuit or the charge control unit changes the duty ratio to a duty ratio different from 0.5 or less to charge the battery for constant voltage charging. Here, the other duty ratio may be a duty ratio smaller than the current duty ratio by a predetermined amount.

이와 같이, 충전 제어부 또는 배터리 충전회로는 정전압 충전 작업 중에 배터리 잔량에 따라 변하는 배터리 전압을 측정하여 PWM의 듀티비를 서서히 감소시키면서 배터리 충전 작업을 수행할 수 있다. 배터리가 만충전되거나 만충전에 가까운 상태가 되면, PWM의 듀티비는 0이나 0%에 가까운 값이 될 수 있다.Thus, the charge control unit or the battery charging circuit can perform the battery charging operation while gradually reducing the duty ratio of the PWM by measuring the battery voltage that varies depending on the remaining battery level during the constant voltage charging operation. If the battery is fully charged or close to full charge, the duty ratio of the PWM can be close to 0 or 0%.

또한, 충전 제어부에 연결된 저장부는 6시에서 18시까지 혹은 6시에서 15시까지의 PWM 듀티비를 저장할 수 있다. 그리고, 충전 제어부 또는 저장부에 연결되는 비교부는 정전압 충전 구간에서의 충전 제어부의 PWM 듀티비 중 가장 작은 값을 갖는 듀티비를 추출하여 추출한 듀티비 정보를 출력할 수 있다.Also, the storage unit connected to the charge control unit can store the PWM duty ratio from 6:00 to 18:00 or from 6:00 to 15:00. The comparison unit connected to the charge control unit or the storage unit may extract the duty ratio having the smallest value among the PWM duty ratios of the charge control unit in the constant voltage charge period and output the extracted duty ratio information.

전술한 구성에 의하면, 배터리 잔존용량 측정장치는 배터리 잔량에 해당하는 특정 듀티비 정보를 출력하여 배터리 전력 제어장치 등에 제공할 수 있고, 배터리 전력 제어장치 등은 배터리 잔존용량 측정장치로부터 획득한 특정 듀티비 정보를 토대로 미리 저장된 배터리 잔량 값들 중에서 그에 해당하는 배터리 잔량을 추출함으로써 현재 배터리의 배터리 잔량(SOC)을 매우 효과적이면서 신뢰성 있게 추정할 수 있다.According to the above-described configuration, the remaining battery capacity measuring device can output specific duty ratio information corresponding to the battery remaining amount to provide the battery power control device and the like. The battery power control device, etc., The battery remaining amount (SOC) of the present battery can be estimated very effectively and reliably by extracting the battery remaining amount corresponding to the remaining battery remaining amount values stored in advance based on the non-information.

도 5를 참조하면, 배터리 충방전 곡선(G2)은 특정 날짜의 0시에서 24시까지특정 배터리에서 변화하는 배터리 잔량(SOC)의 일례를 보여준다.Referring to FIG. 5, the battery charge / discharge curve G2 shows an example of the remaining battery level (SOC) of a specific battery varying from 0 to 24 hours on a specific battery.

즉, 배터리는 0시에서 6시까지 방전되고 6시에서 14시까지 태양전지 등에 연결되는 배터리 충전회로를 통해 충전된 후 14시에서 24시까지 방전하는 동작 사이클을 가진다.That is, the battery has an operation cycle of discharging from 0:00 to 6:00 and discharging from 14:00 to 24:00 after being charged through a battery charging circuit connected to the solar cell from 6:00 to 14:00.

본 실시예는 날씨 등의 이유로 태양전지가 6시부터 14시까지만 발전하게 되고, 그에 따라 충전 제어부가 6시부터 14시까지의 태양전지의 발전 전력을 배터리에 충전하는 경우에 해당할 수 있다.The present embodiment can be applied to a case where the solar cell is generated from 6 to 14 o'clock due to weather or the like and the charge control unit charges the battery with the generated power of the solar cell from 6 to 14 o'clock.

배터리 충방전 곡선(G2)에 의하면, 충전 제어부는 6시부터 14시까지 정전압을 배터리를 충전할 수 있다. 이때, 배터리 잔량에 따라 듀티비는 서서히 감소하게 되고, 정전압 구간 내에서 충전이 멈춘 시점에서 듀티비가 가장 작은 값을 갖게 된다. 따라서, 본 실시예에서 배터리 잔존용량 측정장치 혹은 비교부는 연속적인 단일 정전압 충전 구간 중 가장 늦은 시간의 듀티비를 배터리 잔량을 추정하기 위한 특정 듀티비로 추출할 수 있다.According to the battery charge / discharge curve G2, the charge control section can charge the battery with a constant voltage from 6 o'clock to 14 o'clock. At this time, the duty ratio gradually decreases according to the remaining battery level, and the duty ratio has the smallest value at the time when charging stops within the constant voltage section. Therefore, in the present embodiment, the battery remaining capacity measuring device or the comparing unit can extract the duty ratio of the latest one of consecutive single constant voltage charging sections with a specific duty ratio for estimating the remaining battery capacity.

도 6을 참조하면, 배터리 충방전 곡선(G3)은 특정 날짜의 0시에서 24시까지특정 배터리에서 변화하는 배터리 잔량(SOC)의 일례를 보여준다.Referring to FIG. 6, the battery charge / discharge curve G3 shows an example of the remaining battery level (SOC) that varies from 0 to 24 hours on a specific date on a specific battery.

즉, 배터리는 0시에서 6시까지 방전되고 6시에서 9시까지 태양전지 등에 연결되는 배터리 충전회로를 통해 충전되고, 9시에서 17시까지 충전되거나 방전되지 않고, 16시에서 18시까지 충전되고, 18시에서 21시까지 충전되거나 방전되지 않고, 21시에서 24시까지 방전하는 동작 사이클을 가진다.That is, the battery is discharged from 0:00 to 6:00, charged from the battery charging circuit connected to the solar cell from 6:00 to 9:00, charged and discharged from 9:00 to 17:00, and charged from 16:00 to 18:00 And has an operation cycle of discharging from 21:00 to 24:00 without being charged or discharged from 18:00 to 21:00.

배터리 충방전 곡선(G3)에 의하면, 충전 제어부는 6시에서 9시까지의 제1 정전압 충전 구간과 16시에서 18시까지의 제2 정전압 충전 구간을 가질 수 있다. 이때, 배터리 잔존용량 측정장치나 비교부는 제1 및 제2 정전압 충전 구간 중 가장 늦은 시간의 PWM 듀티비를 추출하여 출력할 수 있다. 본 실시예에서 추출되는 PWM 듀티비는 18시 부근에서 정전압 충전이 중단되지 직전의 값이 된다.According to the battery charge / discharge curve G3, the charge control section can have a first constant voltage charge section from 6:00 to 9:00 and a second constant voltage charge section from 16:00 to 18:00. At this time, the battery remaining capacity measuring device or the comparator can extract and output the PWM duty ratio of the latest one of the first and second constant voltage charging sections. The PWM duty ratio extracted in the present embodiment becomes a value immediately before the constant voltage charging is stopped at around 18 o'clock.

한편, 본 실시예에서 배터리 충방전 곡선(G3)에 의해 추출되는 PWM 듀티비가 정전압 충전 구간 중 가장 작은 값일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 9시와 15시 사이에 방전 특성을 갖는 형태 등의 배터리 충전 곡선에 따라 미리 설정된 시간 내의 정전압 충전 구간에서 가장 늦은 시간의 PWM 듀티비는 정전압 충전 구간에서의 PWM 듀비티 중 가장 작은 값이 아니고 중간값을 갖거나 최대값에 가까운 값을 가질 수 있다.Meanwhile, in this embodiment, the PWM duty ratio extracted by the battery charge / discharge curve G3 may be the smallest value among the constant voltage charging sections, but the present invention is not limited thereto. For example, the PWM duty ratio of the latest time in the constant voltage charging section within a predetermined time according to the battery charging curve such as the shape having the discharge characteristic between 9 o'clock and 15 o'clock is the smallest value among the PWM duities in the constant- But can have a median value or a value close to the maximum value.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 전력 제어장치를 채용하는 독립형 태양광 전원 시스템의 개략적인 구성도이다.7 is a schematic configuration diagram of a stand-alone solar power system employing a battery power control apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 독립형 태양광 전원 시스템은, 태양전지 어레이(PV array, 2), DC/DC 컨버터(4), 배터리(6), 배터리 잔존용량 측정장치(10) 및 배터리 전력 제어장치(20)를 포함한다. 태양광 전원 시스템은, 부하(50)의 특성에 따라 배터리(6)의 출력 전력을 변환하는 다른 DC/DC 컨버터나 DC/AC 컨버터(40)를 더 구비할 수 있다.7, the independent solar power system according to the present embodiment includes a solar array (PV array) 2, a DC / DC converter 4, a battery 6, a remaining battery capacity measuring device 10, And a battery power control device (20). The solar power system may further include another DC / DC converter or DC / AC converter 40 that converts the output power of the battery 6 according to the characteristics of the load 50. [

태양전지 어레이(PV array, 2), DC/DC 컨버터(4) 및 배터리(6)는 본 기술분야에 이미 잘 알려져 있으므로, 이것들에 대한 상세 설명은 생략한다.The solar array (PV array) 2, the DC / DC converter 4, and the battery 6 are well known in the art, so that detailed description thereof will be omitted.

배터리 잔존용량 측정장치(10)는 도 1 내지 도 6을 참조하여 앞서 설명한 실시예들 중 어느 하나일 수 있다.The remaining battery capacity measuring apparatus 10 may be any one of the embodiments described above with reference to Figs.

배터리 전력 제어장치(20)는 태양전지 어레이(2)의 발전 전력을 토대로 배터리(6)의 충전을 제어하고, 부하(50)에 전력을 공급하기 위해 배터리(6)에 저장된 에너지의 방전이나 배터리(6)의 소비 전력을 제어할 수 있다. 또한, 배터리 전력 제어장치(20)는 배터리 잔존용량 측정장치(10)로부터 특정 PWM 듀티비를 획득하고, 기저장된 배터리 잔량 정보에서 앞서 획득한 PWM 듀티비에 대응하는 배터리 잔량을 추출하여, 배터리 방전 전에 배터리의 현재 배터리 잔량을 저장하고, 현재의 배터리 잔량에 따라 배터리의 소비전력이나 방전 모드를 결정할 수 있다.The battery power control device 20 controls the charging of the battery 6 based on the generated power of the solar cell array 2 and controls the discharge of the energy stored in the battery 6 (6) can be controlled. Further, the battery power control device 20 acquires a specific PWM duty ratio from the remaining battery capacity measuring device 10, extracts the battery remaining amount corresponding to the previously obtained PWM duty ratio from the previously stored remaining battery power information, The current battery remaining amount of the battery can be stored beforehand, and the power consumption or discharge mode of the battery can be determined according to the current remaining battery amount.

전술한 DC/DC 컨버터(4), 배터리 잔존용량 측정장치(10) 및 배터리 전력 제어장치(20)는 태양광 전력 제어장치(30)의 적어도 일부 구성부일 수 있다.The DC / DC converter 4, the remaining battery capacity measuring device 10, and the battery power control device 20 may be at least a part of the solar power control device 30.

도 8은 도 7의 배터리 전력 제어장치에 대한 블록도이다.8 is a block diagram of the battery power control apparatus of FIG.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 전력 제어장치(20)는, 충방전 회로(21), 스위치(22), 충전 제어부(23), 방전 제어부(24), 메모리 시스템(26), 수신부(27) 및 추출부(28)를 포함한다. 충방전 회로(21), 스위치(22), 충전 제어부(23) 및 방전 제어부(24)는 충방전 제어회로(25)의 적어도 일부 구성요소일 수 있다.8, the battery power control apparatus 20 according to the present embodiment includes a charge / discharge circuit 21, a switch 22, a charge control section 23, a discharge control section 24, a memory system 26, A receiving unit 27 and an extracting unit 28. The charge / discharge circuit 21, the switch 22, the charge control section 23, and the discharge control section 24 may be at least a part of the charge / discharge control circuit 25.

충방전 회로(21)는 충전 모드에서 충전 제어부(23)의 제어에 따라 태양광 전원 시스템에 탑재된 태양전지 어레이에 연결되어 태양광 발전 전력을 배터리에 저장한다. 또한, 충방전 회로(21)는 방전 모드에서 방전 제어부(24)의 제어에 따라 배터리에 저장된 에너지를 부하에 공급한다.The charge / discharge circuit 21 is connected to a solar cell array mounted on the solar power system under the control of the charge controller 23 in the charge mode to store the solar power in the battery. The charge / discharge circuit 21 supplies energy stored in the battery to the load under the control of the discharge control section 24 in the discharge mode.

충전 제어부(23)는 충전 모드에서 태양광 전력을 배터리에 저장할 때 태양전지 어레이의 발전 전력이나 배터리의 충전 상태(state of charge)에 따라 배터리의 충전을 제어한다. 충전 제어부(23)는 PWM 제어부를 포함하며, 배터리의 잔존용량이 증가함에 따라 PWM(Pulse width modulation)의 듀티비(duty ratio)를 점점 짧게 하여 배터리를 정전압 충전할 수 있다. 이러한 PWM 듀티비 정보는 배터리 잔존용량 측정장치에 저장되고, 배터리 잔존용량 측정장치는 미리 설정된 시간 동안 저장되는 PWM 듀티비 중 가장 늦은 시간의 특정 PWM 듀티비를 출력하여 방전 제어부(24)에 전달할 수 있다. 본 실시예에서, 충전 제어부(23)는 도 1에서 설명한 충전 제어부와 실질적으로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The charge control unit 23 controls the charging of the battery according to the generated power of the solar cell array or the state of charge of the battery when the solar power is stored in the battery in the charge mode. The charge control unit 23 includes a PWM control unit. As the remaining capacity of the battery increases, the duty ratio of PWM (Pulse Width Modulation) becomes shorter and the battery can be charged at a constant voltage. The PWM duty ratio information is stored in the battery remaining capacity measuring device. The battery remaining capacity measuring device outputs a specific PWM duty ratio of the latest time among the PWM duty ratios stored for a preset time, have. In this embodiment, the charge control section 23 may be substantially the same as the charge control section described in FIG. 1, but is not limited thereto.

방전 제어부(24)는 방전 모드에서 배터리에 저장된 에너지에 대한 방전을 제어한다. 방전 제어부(24)는 배터리의 충전 상태에 따라 배터리의 방전을 제어할 수 있다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 방전 제어부(24)는 배터리 잔존용량 측정장치로부터 받은 특정 PWM 듀티비에 따라 미리 설정된 방전 모드 중 어느 하나에 따라 배터리 방전을 제어할 수 있다. 즉, 방전 제어부(24)는 특정 PWM 듀티비에 대응하는 배터리 잔존용량을 토대로 미리 설정된 기간(예컨대 3일) 동안 배터리의 작동 상태를 유지하기 위한 작동 모드를 추출하거나 선택하고, 선택한 작동 모드에 따라 기설정된 방식으로 배터리의 출력 전압, 출력 전류 또는 출력 전력을 제어할 수 있다.The discharge control unit 24 controls discharge for energy stored in the battery in the discharge mode. The discharge control unit 24 can control the discharge of the battery according to the charged state of the battery. For this, the discharge controller 24 according to the present embodiment can control the battery discharge according to any one of preset discharge modes according to the specific PWM duty ratio received from the remaining battery capacity measuring device. That is, the discharge controller 24 extracts or selects an operation mode for maintaining the operating state of the battery for a predetermined period (for example, three days) based on the remaining battery capacity corresponding to the specific PWM duty ratio, The output voltage, output current or output power of the battery can be controlled in a predetermined manner.

메모리 시스템(26)은 충전 제어부(23)에 연결되어 미리 설정된 시간 동안의 PWM 듀티비를 저장할 수 있다. 메모리 시스템(26)은 적어도 24시간 이상의 PWM 듀티비를 저장할 수 있는 저장영역을 구비하도록 구현될 수 있다. 메모리 시스템(26)는 RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory) 같은 저장 매체 형태의 메인 메모리와, 플로피 디스크, 하드 디스크, 테이프, CD-ROM, 플래시 메모리 등의 장기(long-term) 저장 매체 형태의 보조 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 메모리 시스템(26)은 기록매체를 포함할 수 있으며, 기록매체에는 본 실시예에 따른 배터리 잔존용량 측정 방법이나 이 방법을 이용하는 배터리 전력 제어 방법이 기록된 데이터나 프로그램이 저장될 수 있다.The memory system 26 may be connected to the charge controller 23 to store a PWM duty ratio for a predetermined time. The memory system 26 may be implemented with a storage area capable of storing a PWM duty ratio of at least 24 hours. The memory system 26 includes a main memory in the form of a storage medium such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory) and a long-term memory such as a floppy disk, a hard disk, a tape, a CD- And may include an auxiliary memory in the form of a storage medium. Also, the memory system 26 may include a recording medium, and the recording medium may store data or a program in which the remaining battery capacity measurement method according to the present embodiment or a battery power control method using the method is recorded.

또한, 메모리 시스템(26)은 충전 제어부(23)의 PWM 듀티비를 저장할 뿐 아니라 PWM 듀티비의 각 값에 대응하는 배터리 잔존용량 값을 저장할 수 있다. 여기서, PWM 듀티비 값과 배터리 잔존용량 값은 룩업테이블 형태로 일대일 대응하거나 구간과 구간이 서로 대응하도록 저장될 수 있다. 이러한 메모리 시스템(26)의 적어도 일부는 도 1에서 앞서 설명한 저장부에 대응할 수 있다.In addition, the memory system 26 not only stores the PWM duty ratio of the charge control section 23, but also can store the remaining battery capacity value corresponding to each value of the PWM duty ratio. Here, the PWM duty ratio value and the remaining battery capacity value may correspond one-to-one in the form of a look-up table or may be stored so that the interval and the interval correspond to each other. At least a portion of such a memory system 26 may correspond to the storage previously described in FIG.

수신부(27)는 배터리 잔존용량 측정장치와 연결되어 배터리 잔존용량 측정장치에서 출력되는 특정 PWM 듀티비 정보를 가진 신호를 수신하는 통신수단이나 수신된 신호를 인식하는 입력단을 포함할 수 있다. 수신부(27)는 배터리 잔존용량 측정장치로부터 입력되는 신호의 형태(아날로그, 디지털 등)에 따라 신호 변환을 위한 아날로그-디지털 컨버터를 구비하거나 디지털-아날로그 컨버터를 구비할 수 있다.The receiving unit 27 may include a communication unit connected to the battery remaining capacity measuring device and receiving a signal having specific PWM duty ratio information output from the remaining battery capacity measuring device, or an input end for recognizing the received signal. The receiving unit 27 may have an analog-to-digital converter for signal conversion or a digital-analog converter depending on the type of signal (analog, digital, etc.) input from the battery remaining capacity measuring device.

추출부(28)는 수신부(27)를 통해 수신되거나 인식된 PWM 듀티비 정보에 대응하는 배터리 잔존용량을 추출한다. 추출부(28)는 메모리 시스템(26)에 저장된 배터리 잔존용량 값들 중에서 앞서 추출한 배터리 잔존용량 정보에 대응하는 특정 배터리 잔존용량을 추출할 수 있다. 추출된 배터리 잔존용량에 대한 정보를 포함하는 추출부(28)의 출력 신호는 방전 제어부(24)에 전달되어 배터리 방전에 대한 작동 모드를 설정하는데 이용될 수 있다.The extracting unit 28 extracts the remaining battery capacity corresponding to the PWM duty ratio information received or recognized through the receiving unit 27. [ The extracting unit 28 can extract the specific battery remaining capacity corresponding to the battery remaining capacity information extracted from the remaining battery capacity values stored in the memory system 26. [ An output signal of the extracting unit 28 including information on the extracted remaining battery capacity may be transmitted to the discharge control unit 24 and used to set an operation mode for the battery discharge.

도 9는 도 7의 배터리 전력 제어장치의 작동 순서도이다.FIG. 9 is an operation flowchart of the battery power control apparatus of FIG. 7; FIG.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 전력 제어장치는, 먼저 배터리 잔존용량 측정장치로부터 특정 PWM 듀티비 또는 특정 PWM 듀티비를 포함한 신호를 수신한다(S91).Referring to FIG. 9, the battery power control apparatus according to the present embodiment first receives a signal including a specific PWM duty ratio or a specific PWM duty ratio from the remaining battery capacity measuring apparatus (S91).

특정 PWM 듀티비는 도 1 내지 도 6을 참조하여 앞서 설명한 배터리 잔존용량 측정장치로부터 획득할 수 있다. 본 실시예에서 특정 PWM 듀티비는 태양전지 어레이의 발전 전력을 정전압 모드로 배터리에 충전할 때 배터리의 잔존용량에 따라 배터리 전압을 일정하게 유지하기 위한 변하는 PWM 듀티비 중 미리 설정된 기간의 마지막 충전 시점의 PWM 듀티비에 대응할 수 있다.The specific PWM duty ratio can be obtained from the battery remaining capacity measuring device described above with reference to Figs. In the present embodiment, the specific PWM duty ratio is a ratio of the PWM duty ratio changing to maintain the battery voltage constant according to the remaining capacity of the battery when the generated power of the solar cell array is charged in the constant voltage mode, The duty ratio of the PWM duty ratio can be matched.

다음, 배터리 전력 제어장치는 특정 PWM 듀티비에 대응하는 배터리 잔존용량을 추출한다(S92). PWM 듀티비와 배터리 잔존용량의 대응 관계에 관련된 데이터는 소정 형태로 메모리 시스템에 미리 저장될 수 있다.Next, the battery power control device extracts the remaining battery capacity corresponding to the specific PWM duty ratio (S92). The data related to the correspondence between the PWM duty ratio and the remaining battery capacity can be stored in advance in the memory system in a predetermined form.

다음, 배터리 전력 제어장치는 추출된 배터리 잔존용량에 대응하는 배터리 작동 모드를 추출한다(S93). 배터리 작동 모드는 배터리의 특정 방전 모드나 배터리의 특정 소비전력 모드를 포함할 수 있다. 배터리 잔존용량과 배터리 동작모드 간의 대응 관계, 혹은 배터리 잔존용량과 장치(태양광 가로등 시스템 등)의 작동에 관련된 타입 간의 대응 관계는 룩업테이블 등의 형태로 메모리 시스템에 미리 저장될 수 있다.Next, the battery power control device extracts the battery operation mode corresponding to the extracted remaining battery capacity (S93). The battery operating mode may include a specific discharge mode of the battery or a specific power mode of the battery. The corresponding relationship between the battery remaining capacity and the battery operation mode, or the correspondence between the battery remaining capacity and the type related to the operation of the apparatus (such as the solar streetlight system) can be stored in advance in the memory system in the form of a lookup table or the like.

다음, 배터리 전력 제어장치는 추출된 배터리 작동 모드에 따라 배터리 출력을 제어한다(S94). 즉, 배터리 전력 제어장치는 배터리 잔존용량에 따라 태양광 가로등 시스템 등에서 요구되는 부조일수 동안 램프 점등 동작을 효과적으로 유지하기 위해 미리 설정된 작동 모드로 램프 점등을 제어할 수 있다.Next, the battery power control device controls the battery output in accordance with the extracted battery operation mode (S94). That is, the battery power control device can control the lamp lighting in a preset operation mode in order to effectively maintain the lamp lighting operation for the required number of days required by the solar street lamp system or the like, depending on the remaining capacity of the battery.

한편, 도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 전력 제어장치(20)는 4단계의 충전 단계에 따라 배터리를 충전하도록 구현될 수 있다. 여기서, 4단계의 충전 단계는 벌크 충전(Bulk Charging), PWM 흡수 충전(PWM Absorption Charging), 평형 충전(Equalizing Charging) 및 부동 충전(Floating Charging)를 포함할 수 있다.8 and 9, the battery power control apparatus 20 according to the present embodiment may be configured to charge the battery according to four stages of charging. Here, the four-stage charging step may include bulk charging, PWM absorption charging, equalizing charging, and floating charging.

전술한 경우, 제2 단계의 정전압 충전 시 충전 제어부(23)는 납축전지의 전압을 14.4V로 유지하기 위해 PWM 방식으로 충방전 회로(21)의 스위치(22)를 제어하여 축전지에 충전되는 전류량을 조절할 수 있다. 스위치(22)는 FET, MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor) 등을 적용하여 제조할 수 있다. 그리고, 축전지가 만충전에 가까울수록 PWM 듀티비(duty ratio)는 점차 줄어들게 되고 전류량도 줄어들게 되어 완충전이 되면 0%의 듀티비로 스위치(22)가 개방(open) 상태인 것으로 볼 수 있다. 한편, 100%의 듀티비일 때, 스위치(22)는 제1 단계의 벌크 충전 단계에서 동작하는 것으로 판단할 수 있다.In the above-described case, the charge control unit 23 controls the switch 22 of the charging and discharging circuit 21 in PWM mode to maintain the voltage of the lead accumulator battery at 14.4 V, Can be adjusted. The switch 22 may be fabricated by applying an FET, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), or the like. Further, as the battery is nearer to the full charge, the PWM duty ratio is gradually reduced and the amount of current is reduced. When the battery is fully charged, the switch 22 is in an open state with a duty ratio of 0%. On the other hand, when the duty ratio is 100%, it can be determined that the switch 22 operates in the bulk charging step of the first step.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 정전압 충전 시의 PWM 듀티비로 축전지의 충전 상태(잔존용량)에 대한 예측이 가능하며 배터리 잔존용량에 따라 아래의 표 1과 같이 배터리의 소비 전력을 제어하여 태양광 가로등 시스템 등에서 램프의 점등 구간을 달리 적용할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, it is possible to predict the charged state (remaining capacity) of the battery with the PWM duty ratio at the time of constant voltage charging and to control the power consumption of the battery according to the remaining battery capacity, It is possible to apply the lighting section of the lamp differently in the street lamp system and the like.

Figure 112014125862362-pat00001
Figure 112014125862362-pat00001

아래의 표 2는 50W 램프를 사용하고 하루 10시간 점등한다고 가정한 경우의 타입별 디밍 제어에 따른 하루 동안의 소모 전력량을 계산한 것이다.Table 2 below shows the calculation of the power consumption per day according to the dimming control for each type assuming that a 50 W lamp is used and lights up for 10 hours a day.

Figure 112014125862362-pat00002
Figure 112014125862362-pat00002

표 2에서 알 수 있듯이, 배터리의 잔존용량과 관계없이 단순 디밍 제어 또는 디밍(Dimming)을 사용하지 않고 간단히 온/오프(ON/OFF) 제어하는 경우, 배터리의 소모전력이 높아 배터리가 쉽게 방전되며, 따라서 부조일수가 상대적으로 짧게 된다. 일반적으로 소정의 장치에서 제시하는 부조일수는 배터리의 잔존용량을 100%로 가정한 경우일 수 있으므로, 실제 장치에서는 배터리의 잔존용량에 따라 배터리 방전을 제어하기 않는다면, 배터리의 조기 방전에 의해 장치가 정상적으로 작동하지 못할 수 있다.As can be seen from Table 2, when simple ON / OFF control is performed without using simple dimming control or dimming irrespective of the remaining capacity of the battery, the consumed electric power of the battery is high and the battery is easily discharged , So the number of days of relief is relatively short. Generally, since the number of days to be provided by a predetermined device may be a case where the remaining capacity of the battery is assumed to be 100%, if the actual device does not control the battery discharge according to the remaining capacity of the battery, It may not operate normally.

이러한 조기의 배터리 방전을 방지하기 위해 본 실시예에서는 아래의 표 3에서와 같이 특정 PWM 듀티비에 대응하는 배터리 잔존용량을 예측하고 예측한 배터리 잔존용량에 따라 A 타입 내지 E 타입으로 배터리 방전을 제어할 수 있다. 일례로써, 배터리 잔량(SOC)이 395Wh 이상인 경우 A 타입을 적용하고, SOC가 370Wh 이상이고 395Wh 미만인 경우 B 타입을 적용하고, SOC가 330Wh 이상이고 370Wh 미만인 경우 C 타입을 적용하고, SOC가 305Wh 이상이고 330Wh 미만인 경우 D 타입을 적용하고, SOC가 305Wh 미만인 경우 E 타입을 적용할 수 있다.In order to prevent such early battery discharge, the battery remaining capacity corresponding to the specific PWM duty ratio is predicted and the battery discharge is controlled in the A type to the E type according to the predicted battery remaining capacity as shown in Table 3 below. can do. For example, when the remaining battery level (SOC) is 395 Wh or more, type A is applied. When the SOC is 370 Wh or more and less than 395 Wh, type B is applied. When the SOC is 330 Wh or less and less than 370 Wh, C type is applied. And the D type is applied when the SOC is less than 330 Wh, and the E type when the SOC is less than 305 Wh.

Figure 112014125862362-pat00003
Figure 112014125862362-pat00003

이상과 같이, 본 실시예에서는 배터리 충전 시의 PWM 듀티비를 토대로 배터리 잔존용량을 신뢰성 있게 예측하고 예측한 배터리 잔존용량에 따라 구간별 혹은 타입별 스마트 디밍 제어를 적용함으로써 현재 배터리의 잔존용량에 가장 적합한 작동 모드로 배터리 전력을 소모하도록 할 수 있으며, 그에 의해 태양광 가로등 시스템 등에서 요구되는 조건(부조일수, 예컨대 3일)을 충분히 만족시킬 수 있다. 부조일수는 장마나 구름이 끼어 태양전지가 발전할 수 없는 날이 길어지더라도 과방전으로 인해 램프가 소등되는 경우가 없도록 요구되는 일수를 지칭한다.As described above, in the present embodiment, the battery remaining capacity is reliably predicted based on the PWM duty ratio at the time of battery charging, and smart dimming control is performed for each section or type according to the predicted battery remaining capacity, It is possible to consume battery power in a suitable operation mode, thereby satisfying the conditions required by the solar streetlight system and the like (the number of days to be relieved, for example, three days). The number of days is the number of days required to prevent lamps from being turned off due to over discharge even if the days when the solar cells can not develop due to a rainy season or a cloud are involved.

한편, 기존의 디밍 제어는 단순히 소모 전력량을 절감하여 부조일수를 늘이는데 목적으로 사용되나, 배터리의 잔존용량을 고려하지 않음으로써 부조일이 길어지게 될 때 배터리의 과방전 보호를 위해 램프를 소등해야만 한다. 하지만, 본 실시예에서는 PWM 충전 구간에서 배터리가 만충전에 도달할수록 PWM 듀티비가 0%에 가까워지는 것을 활용하여 PWM 듀티비로 배터리의 잔존용량을 예측하고 이를 이용하여 당일의 야간에 LED 램프의 디밍 제어를 구간별로 차별화하여 적용함으로써 독립형 태양광 가로등에서 무부조일 시스템을 실현할 수 있다.Meanwhile, the existing dimming control is used simply to reduce the amount of power consumption to increase the number of days of idle time. However, since the remaining capacity of the battery is not considered, the lamp is turned off must do it. However, in this embodiment, the PWM duty ratio is approximated to 0% as the battery reaches the full charge in the PWM charging period, so that the remaining capacity of the battery is predicted with the PWM duty ratio and the dimming control of the LED lamp is performed at that night By differentiating them according to the sections, it is possible to realize an unattended system in an independent solar streetlight.

도 10은 도 7의 배터리 전력 제어장치에 채용할 수 있는 배터리 작동 모드의 예시도이다.10 is an exemplary view of a battery operation mode that can be employed in the battery power control apparatus of FIG.

본 실시예에 따른 배터리 전력 제어장치의 작동 모드는 태양광 가로등 시스템에 적용한 것을 예시한다. 태양광 가로등 시스템은 태양전지판에서 발전하는 전력을 배터리 충전 제어장치를 통해 배터리에 충전하고 야간에 배터리에 저장된 전력을 이용하여 LED 램프를 점등하는 시스템이다.The operation mode of the battery power control apparatus according to the present embodiment is exemplified as applied to the solar streetlight system. The solar streetlight system is a system that charges electric power generated from a solar panel through a battery charge control device and lights an LED lamp by using power stored in the battery at night.

배터리 전력 제어장치는 충전 모드에서 태양전지판의 충전 전압과 배터리의 전압을 상시 감지하여 과충전, 과방전으로부터 보호하며 배터리를 효율적으로 충전하기 위하여 도 10에 도시한 그래프와 같이 4단계의 충전 기법을 적용할 수 있다.The battery power control device constantly senses the charge voltage of the solar panel and the voltage of the battery in the charge mode to protect the battery from overcharging and overdischarge, and in order to efficiently charge the battery, can do.

제1 단계는 벌크 충전(Bulk Charging)으로서 오전과 같이 태양전지의 발전량이 충분하지 않을 때 태양전지에서 발전하는 최대한의 전류로 충전률의 일정 부분이나 소정 전압(V1)까지 충전하는 충전 방법이다. 벌크 충전에서 충전제어부의 제어에 따라 PWM 동작하는 스위치의 듀티비(Duty ratio)는 100%일 수 있다.The first step is bulk charging, which is a charging method in which the maximum electric current generated in the solar cell is charged to a certain portion of the charging rate or a predetermined voltage V1 when the amount of electricity generated by the solar cell is insufficient. The duty ratio of the switch that operates in accordance with the control of the charge control unit in the bulk charge may be 100%.

제2 단계의 PWM 흡수 충전(PWM Absorption Charging)은 벌크 충전 이후에 배터리 잔량이 100%(만충전)가 때까지 전류량을 서서히 제한하여 충전하는 단계를 포함한다. 일반적으로 납축전지의 경우 14.4V의 정전압으로 충전하게 된다. 이때, 배터리의 전압을 14.4V로 유지하기 위해서 PWM 듀티비를 조정함으로써 충전되는 전류량이 제한된다. 즉, 배터리가 만충전에 가까워질수록 PWM 듀티비는 0%에 가까워지게 된다.The PWM absorption charging in the second stage includes a step of slowly charging and limiting the amount of current until the residual amount of the battery reaches 100% (full charge) after the bulk charging. In general, lead-acid batteries are charged at a constant voltage of 14.4V. At this time, the amount of current to be charged is limited by adjusting the PWM duty ratio in order to maintain the voltage of the battery at 14.4V. That is, as the battery gets closer to full charge, the PWM duty ratio becomes closer to 0%.

제3 단계의 평등 충전(Equalize)은 여러 개의 배터리를 한 조로 직렬 또는 병렬 연결하여 장시간 사용할 경우, 배터리 내부의 전지셀의 자기방전 및 내부저항의 차이로 배터리 상태가 불균일하게 되는데, 이것을 균일하게 하기 위한 충전 방법으로 보통 6~7개월에 1회씩 평소의 전압보다 약간 높은 전압으로 충전하는 충전 방법이다. 평등 충전은 12V 배터리를 기준으로 하여 배터리당 1V를 높여 충전할 수 있다.Equalize in the third stage is a case where a plurality of batteries are connected in series or in parallel to each other for a long time, the battery condition becomes uneven due to the difference between the self-discharge and the internal resistance of the battery cells inside the battery. This is a charging method that charges at a voltage slightly higher than the normal voltage once every 6 to 7 months. Equal charge can be charged up to 1V per battery based on 12V battery.

제4 단계의 부동 충전(Float)은 PWM 충전보다 낮은 안전한 준위의 전압에서 충전을 진행함으로써 만충전 상태를 유지하는 충전 방법이다.Floating in the fourth stage is a charging method that maintains the full charge state by advancing charging at a voltage of a lower level than the PWM charging.

본 실시예에 의하면, 태양광 전력 제어장치나 배터리 전력 제어장치는 배터리를 효율적으로 충전하고 충전 상태를 유지할 수 있다.According to this embodiment, the solar power control apparatus and the battery power control apparatus can efficiently charge the battery and maintain the charged state.

전술한 바에 의하면, 본 실시예에 따른 배터리 전력 제어장치는 배터리의 한정된 용량에서 더욱 긴 점등 시간과 부조일수를 가지도록 LED 램프의 소모전력을 제어할 수 있다. 특히, LED 램프를 디밍 제어하는 방식에 있어서, 정전류로 구동되는 LED 램프의 전류량을 배터리의 잔존용량에 따라 차별적으로 제어할 수 있다.According to the above description, the battery power control apparatus according to the present embodiment can control the power consumption of the LED lamp so as to have a longer lighting time and a longer idle time at a limited capacity of the battery. Particularly, in the method of dimming control of the LED lamp, the current amount of the LED lamp driven by the constant current can be differentially controlled according to the remaining capacity of the battery.

예컨대, 기존의 배터리 전력 제어장치는 LED 램프의 밝기를 제어하는 방식으로 일몰 직후 100%의 밝기로 전력소모를 하고 세 시간 후 70% 밝기, 일출시까지 50%의 밝기로 소모함으로써 단순 온/오프(ON/OFF) 제어만 하는 경우에 비해 약 30%의 전력 소모를 절감하는 것이 가능하나, 이에 더하여 본 실시예에서는 현재의 배터리 잔존용량에 따라 결정되는 타입(또는 배터리 작동 모드)에 따라 LED 램프의 작동 시간을 세분화하거나 계속되는 부조일수에 따라 변화되는 배터리 잔존용량에 따라 새롭게 결정되는 타입에 따라 배터리의 소모 전력 또는 LED 램프의 작동 모드를 단계적으로 제어함으로써 무부조일 달성이나 이에 근접한 신뢰성을 제공할 수 있다.For example, a conventional battery power control device controls the brightness of an LED lamp, so it consumes power at 100% brightness immediately after sunset, consumes 70% brightness after 3 hours, 50% It is possible to reduce the power consumption by about 30% compared with the case where only ON / OFF control is performed. In addition, according to the present embodiment, depending on the type (or battery operation mode) And the operation mode of the LED lamp is controlled step by step according to the newly determined type according to the remaining capacity of the battery, which is changed according to the number of days of operation, have.

이상에서와 같이 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood that various combinations and permutations and applications not illustrated in the embodiments are possible. Therefore, it should be understood that the technical contents related to the modification and application that can be easily derived from the embodiments of the present invention are included in the present invention.

10: 배터리 잔존용량 측정장치
11: 충전 제어부
12: 저장부
13: 추출부
20: 배터리 전력 제어장치
21: 충방전 회로
22: 스위치
23: 충전 제어부
24: 방전 제어부
25: 충방전 제어회로
26: 메모리 시스템
27: 수신부
28: 추정부
10: Battery remaining capacity measuring device
11:
12:
13:
20: Battery power control device
21: charge / discharge circuit
22: Switch
23:
24:
25: charge / discharge control circuit
26: Memory system
27: Receiver
28:

Claims (9)

펄스폭변조(PWM)를 이용하여 배터리를 충전하는 충전 제어부;
상기 충전 제어부의 PWM 듀티비들 중 특정 PWM 듀티비를 추출하는 추출부;
상기 특정 PWM 듀티비에 대응하는 배터리 잔량을 예측하는 추정부; 및
상기 추정부에 의해 예측된 배터리 잔량을 토대로 상기 배터리의 방전 또는 소모 전력을 제어하는 방전 제어부를 포함하며,
상기 방전 제어부는 상기 배터리 및 램프와 결합하고 태양전지의 발전 전력을 상기 배터리에 충전하는 태양전지 독립전원형 장치가 미리 설정되는 부조일수 이상으로 동작하도록 상기 배터리에 연결된 상기 램프의 동작을 제어하는 배터리 전력 제어장치.
A charge controller for charging the battery using pulse width modulation (PWM);
An extracting unit for extracting a specific PWM duty ratio among the PWM duty ratios of the charge control unit;
An estimator for predicting a battery remaining amount corresponding to the specific PWM duty ratio; And
And a discharge control unit for controlling the discharge or consumption power of the battery based on the battery remaining amount predicted by the estimating unit,
Wherein the discharge control unit controls the operation of the lamp connected to the battery so that the solar battery independent power source type device that is coupled with the battery and the lamp and charges the battery with the generated power of the solar battery operates at a predetermined number of days or more, Power control device.
청구항 1에 있어서,
상기 방전 제어부는 상기 예측된 배터리 잔량에 대응하는 배터리 작동 모드를 결정하고, 결정된 배터리 작동 모드에 따라 상기 배터리의 방전 또는 소모 전력을 제어하는 배터리 전력 제어장치.
The method according to claim 1,
Wherein the discharge control unit determines a battery operation mode corresponding to the predicted battery remaining amount and controls discharge or consumption power of the battery according to a determined battery operation mode.
청구항 2에 있어서,
상기 방전 제어부는 상기 배터리에 연결되는 램프를 상기 결정된 배터리 작동 모드에 따라 상기 램프에 대한 디밍(Dimming) 제어를 수행하는 배터리 전력 제어장치.
The method of claim 2,
Wherein the discharge control unit controls the lamp connected to the battery to perform dimming control on the lamp according to the determined battery operation mode.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 충전 제어부에 연결되어 미리 설정된 시간 동안 상기 충전 제어부의 PWM 듀티비를 저장하는 메모리 시스템을 더 포함하는 배터리 전력 제어장치.
The method according to claim 1,
And a memory system connected to the charge control unit and storing the PWM duty ratio of the charge control unit for a predetermined time.
청구항 5에 있어서,
상기 추출부는 상기 PWM 듀티비들 중 가장 최근에 저장된 특정 PWM 듀티비를 추출하는 배터리 전력 제어장치.
The method of claim 5,
Wherein the extractor extracts a specific PWM duty ratio most recently stored among the PWM duty ratios.
펄스폭변조(PWM)를 이용하여 배터리를 충전하는 충전 제어부에 연결되고 미리 설정된 시간 동안 상기 충전 제어부의 PWM 듀티비를 저장하는 저장부; 및
상기 저장부에 저장된 PWM 듀티비들 중 가장 늦은 시간에 저장된 특정 PWM 듀티비를 추출하는 추출부;
를 포함하며,
상기 특정 PWM 듀티비는 특정 배터리 잔존용량을 추정하는데 이용되는 배터리 잔존용량 측정장치.
A storage unit connected to a charge control unit for charging the battery using pulse width modulation (PWM) and storing the PWM duty ratio of the charge control unit for a preset time; And
An extracting unit for extracting a specific PWM duty ratio stored at a latest time among the PWM duty ratios stored in the storage unit;
/ RTI >
Wherein the specific PWM duty ratio is used to estimate a specific battery remaining capacity.
청구항 7에 있어서,
상기 충전 제어부는 PWM 충전 중에 정전압 조건하에서 상기 배터리를 충전하며, 상기 PWM 듀티비는 상기 정전압 조건을 유지하기 위해 상기 배터리의 배터리 잔량(SOC, state of charge)이 증가함에 따라 감소하는 배터리 잔존용량 측정장치.
The method of claim 7,
The charge control unit charges the battery under a constant voltage condition during PWM charging, and the PWM duty ratio is determined based on a battery residual capacity measurement (SOC) that decreases as the state of charge (SOC) of the battery increases to maintain the constant voltage condition Device.
청구항 7에 있어서,
상기 충전 제어부는 태양광 가로등 시스템에 구비된 태양전지 어레이의 발전 전력으로 상기 배터리를 충전하는 배터리 잔존용량 측정장치.
The method of claim 7,
Wherein the charge control unit charges the battery with generated power of a solar cell array provided in the solar streetlight system.
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