KR101577291B1 - 차량용 태양전지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 차량용 태양전지 시스템은 차량용 태양전지(200), 상기 차량용 태양전지와 연결된 전력분배 제어회로(440), 상기 전력분배 제어회로에 연결된 컨트롤러(100), 상기 차량용 태양전지 출력라인에 설치되고, 상기 컨트롤러의 하부에 일체로 형성된 보조배터리(300), 상기 컨트롤러(100)와 연결되어 전력을 공급받는 히터(410, 420) 및 상기 컨트롤러(100) 및 보조배터리(300)의 측면에 형성된 방열판(500)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 태양전지 시스템에서 생산되는 전력을 효과적으로 이용 및 저장할 수 있게 되며, 방열효과도 효율적으로 극대화 할 수 있게 된다.

Description

차량용 태양전지 시스템 {A SOLAR CELL SYSTEM FOR A VEHICLE}

본 발명의 차량용 태양전지 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 보다 효율적으로 발산되는 열을 제어할 수 있는 차량용 태양전지 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 태양전지를 차량의 공조 시스템에 적용하려는 시도가 많이 이루어져 오고 있다. 일예로, 태양전지를 이용한 히팅 장치를 들 수 있는데, 이것은 차량의 썬루프에 태양전지를 설치하여 차량 내의 히팅용 열선을 구동하는 방식이다. 히팅 장치는 차량시트 및 운전대에 설치될 수 있으며, 겨울 같은 추운 날씨에 운전자가 바로 차량을 이용할 경우 종래의 히터를 이용하기 전에 빨리 빨리 가열할 수 있도록 전기적으로 예열하는 시스템이다.

또 다른 태양전지와 관련된 차량용 공조시스템으로는, 배터리의 적용을 들 수 있다. 일반적으로 차량의 내부에 태양전지용 배터리를 장치하게 되나, 충전 및 방전 시에 배터리 자체에서 열이 발생되기도 하므로, 여름 같은 냉방이 필요한 때에는 차량의 실내온도를 오히려 증가시키는 단점이 있다. 또한, 태양전지에서 배터리 까지 도달하는 과정에서 손실되는 전력이 존재하게 된다.

하지만 이러한 방법은, 운전자에게 최적으로 차량 이용 환경을 제공할 수 없 으며, 운전자가 탑승하여 작동시키기 전에는 차량의 실내가 여전히 추운 외부의 온도와 같이 불편한 운전환경이 조성되게 된다. 또한, 배터리가 콘트롤러와 별도로 설치된 경우에는 충전 및 방전과 방열 등과 같은 컨트롤러와 보조배터리 간에 작동되는 여러 환경에 효율적으로 대처할 수 없게 되는 불편함이 있게 된다.

본 발명의 목적은 태양전지에서 발생되는 전기를 효율적으로 배터리에게 전달하고, 발생되는 열을 효율적으로 제어할 수 있는 차량용 태양전지 시스템을 제공하는 데에 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 차량용 태양전지 시스템은 차량용 태양전지, 상기 차량용 태양전지와 연결된 전력분배 제어회로, 상기 전력분배 제어회로에 연결된 컨트롤러, 상기 차량용 태양전지 출력라인에 설치되고, 상기 컨트롤러의 하부에 일체로 형성된 보조배터리, 상기 컨트롤러와 연결되어 전력을 공급받는 히터 및 상기 컨트롤러 및 보조배터리의 측면에 형성된 방열판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 차량용 태양전지 시스템은 프리히터 동작 스위치 및 리얼 타임 타이머를 더 포함하여 상기 히터를 시간에 따라 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 히터는 상기 프리히터 동작 스위치 및 리얼 타임 타이머를 감지하여 상기 보조배터리의 전압이 방전종지전압 이상일 때 설정된 시간만큼 동작하며, 상기 히터의 과열로 설정온도 이상이 되면 상기 히터의 동작이 정지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템에 의하면, 태양전지 이용 시스템의 보조배터리를 컨트롤러에 일체화하여 공간을 절약할 수 있고, 이에 의해 소비되는 전력소모도 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 기존에 별도로 공간을 마련하여 보조배터리를 설치하였던 것에 비하여 별도의 보조배터리 설치비용이 필요하지 않게 되어 제작비용을 감소할 수 있게 된다.

한편으로는 보조배터리의 제어를 보다 효과적으로 할 수 있게 되어, 과충전, 저충전, 과열 등을 보다 직접적으로 제어할 수 있게 된다.

또한, 태양전지에서 발생되는 전력을 효과적으로 실내 히팅에 사용할 수 있게 되며, 리얼타임 타이머에 의해 사용자가 필요로 하는 적시에 최소의 전력을 이용하여 차량의 난방에 제공할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하겠다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템은 차 량용 태양전지(200), 상기 차량용 태양전지와 연결된 전력분배 제어회로(440), 상기 전력분배 제어회로에 연결된 컨트롤러(100), 상기 차량용 태양전지 출력라인에 설치되고, 상기 컨트롤러(100)의 하부에 일체로 형성된 보조배터리(300), 상기 컨트롤러(100)와 연결되어 전력을 공급받는 히터(410, 420) 및 상기 컨트롤러(100) 및 보조배터리(300)의 측면에 형성된 방열판(500)을 포함한다.

또한, 상기 차량용 태양전지 시스템은 프리히터 동작 스위치(430) 및 리얼 타임 타이머(480)를 더 포함할 수 있다.

상기 차량용 태양전지 시스템에서는 상기 컨트롤러(100)에 프리히터 동작 스위치(430) 및 상기 리얼 타임 타이머(480)를 직렬로 연결한다. 상기 리얼 타임 타이머(480)는 실제 시간을 표현할 수 있으며 시각 설정 및 시간 설정 기능을 갖는다.

또한 상기 차량용 태양전지 시스템에는 상기 차량용 태양전지(200)와 보조배터리(300), 히터(410, 420)가 연결된다. 또한 상기 태양전지(200)의 작동 전압을 제어하는 전력분배 제어회로(440)를 포함한다. 상기 전력분배 제어회로(440)는 태양광의 세기 및 시간의 흐름에 따라 전력을 생산하는 상기 태양전지(200)의 전압을 효율적으로 변환할 뿐만 아니라, 각각의 부하인 히터(410, 420)에 소비되는 전력량에 따라서도 제어하여 전력의 생산 및 소비를 효율적으로 하도록 한다. 상기 히터(410, 420)로는 시트용 히터와 운전대에 부착되는 운전대용 히터가 사용될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템의 컨트롤러, 보조배터리 및 방열판의 조립된 모습을 나타내는 평면도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템의 컨트롤러, 보조배터리 및 방열판의 조립된 모습을 나타내는 측면도이다.

도 2a 및 2b를 참조하여 본 발명의 특징적인 부분을 살펴보면 다음과 같다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템은 상기 컨트롤러(100)와 상기 보조배터리(300)가 일체형으로 생성되며, 또한 상기 컨트롤러(100)와 보조배터리(300)의 측면에는 방열판(500)이 형성되게 된다.

상기 보조배터리(300)는 히팅을 위해서 전력을 저장하는 기능을 한다. 일반적으로 히팅만을 위해서는 방전문제가 있기 때문에 차량 메인 배터리를 사용할 수는 없으므로, 상기 보조배터리(300)와 같은 별도의 전력 저장장치를 필요하게 된다. 이렇게 차량용 태양전지(200)의 구성에 필수적인 보조배터리(300)는 보통 차량의 트렁크나 엔진룸에 장착하게 되는데, 이러한 경우에는 많은 공간이 필요하며 별도의 설계를 통해 안전을 확보하여야 한다. 또한, 상기 컨트롤러(100)에서 상기 보조배터리(300)까지의 전선의 길이로 인하여 생산되는 전력의 에너지 소모가 발생할 수도 있다.

따라서 본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템에서는 상기 보조배터리(300)를 상기 컨트롤러(100)에 일체화하여 상기 보조배터리(300)의 컨트롤을 용이하게 구성한다. 이러한 경우에 상기 컨트롤러(100)와 직접적인 전기적 연결을 가지게 되므로, 상기 보조배터리(300)가 과충전이나 저충전 또는 과열 상황에 있는 경우에 쉽게 제어할 수 있게 되며, 열방출면에서도 유리한 구조가 된다. 상기 컨트롤 러(100)의 측면에 설치된 방열판(500)을 통해 방열이 되므로 열에 의한 상기 보조배터리(300)의 변형을 방지할 수 있다.

상기 방열판(500)은 상기 컨트롤러(100) 및 보조배터리(300)을 따라 수직으로 설치되어 열을 배출하는데 효과적인 구조를 가진다. 또한 상기 방열판(500)을 HVAC 덕트 내에 삽입하여 송풍시의 바람을 이용하여 효율적으로 방열할 수 있는 구조를 가질 수도 있다.

또한, 본 화면에는 도시되지 않았지만, 상기 컨트롤러(100)를 위한 별도의 케이스가 존재하는 경우 상기 보조배터리(300)를 상기 케이스의 내부에 일체화하여 설치하고, 이어 상기 케이스 다른 면에는 상기 케이스와 일체로 방열판(500)을 부착하여 일체형 방열구조를 제작할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템의 프리히터를 동작하였을 경우에 나타나는 여러 요소를 표현하는 그래프이다.

본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템의 구동을 살펴보면, 상기 보조배터리(300)를 이용한 상기 히터(410, 420) 구동 시에 낮에는 태양광으로부터 생산하는 전력을 상기 보조배터리(300)에 저장하고 해가 져서 온도가 떨어진 시점에서는 상기 리얼 타임 타이머(480)에 의해 상기 히터(410, 420)에 전력이 인가된다. 상기 리얼 타임 타이머(480)에는 앞서 설명한 바와 같이 운전자가 임의로 동작 시점을 조정할 수 있으므로, 운전자가 원하는 시간에 운전 좌석이나 운전대 등을 히팅하여 운전자에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있다.

일종의 전기적 부하인 상기 히터(410, 420)에는 바이메탈과 같은 온도식 안 전장치가 장착될 수 있으며, 이러한 안전장치의 시그널은 상기 컨트롤러(100)에 연결될 수 있다. 상기 컨트롤러(100), 상기 리얼타임 타이머(480) 및 상기 히터(410, 420)가 유기적으로 작동하여 효율적으로 차량 실내를 히팅하게 된다.

상기 히터(410, 420)의 동작은 상기 프리히터 동작 스위치(430)를 감지하고 사용자가 설정한 설정시간이 되었는지를 감지하여 상기 보조배터리(300)의 전압이 방전종지전압 이상일 때 동작한다. 그 후 상기 히터(410, 420)의 과열로 써멀 스위치가 끊어지면 상기 히터(410, 420)의 동작은 정지하게 된다. 또한 상기 히터(410, 420)의 동작시간은 상기 리얼 타임 타이머(480)에 설정된 시간동안 동작하며 동작하는 시간 내내 상기 보조배터리(300)의 전압 모니터링이 이루어져 상기 보조배터리(300)의 방전을 막는다.

낮시간 동안에는 충분한 일사량이 공급되므로 상기 태양전지 시스템이 동작하며 태양전지 발전 전력은 상기 보조배터리(300)에 저장된다. 사용자가 상기 프리 히터 동작 스위치(430)를 켜면 상기 컨트롤러(100)는 타이머에 의해 상기 히터(410, 420) 동작을 체크하며 설정된 시간에 상기 히터(410, 420)가 동작된다. 예를 들면 직장인들은 자신의 출근 시간 직전 30분간 상기 히터(410, 420)의 동작 시간을 설정할 수 있다. 또한 낮 시간에 생산되어 저장된 전력은 태양이 완전히 지고 난 저녁 시간에 다시 사용되어 상기 히터(410, 420)를 구동할 수 있다. 이는 퇴근 후 직장인들이 다시 집에 돌아오는 시간에 맞추어 운전자가 차량에 들어가기 직전 30분간 상기 히터(410, 420)를 통하여 예열되는 것으로 구현될 수 있다.

도 3을 다시 참조하면, 시간에 따른 차량용 태양전지 시스템의 여러 요소들 을 나타낸 그래프임을 알 수 있다. 여기서 외기온도(AMB)는 일반적인 차량 바깥의 온도를 나타내는 부분이고, 히터 인가전력(P_HTR)은 상기 히터(410, 420)에 실질적으로 인가된 전력을 나타낸다. 또한, 평균 히팅온도(AVG_DR)는 차량용 태양전지 시스템을 이용하여 상기 히터(410, 420)을 사용한 경우의 차량 내의 온도를 나타내었고, 평균 차량온도(AVG_PS)는 이러한 시스템을 사용하지 않은 경우 차량 내의 온도를 나타내었다. 충전 전력량(SOC_Batt)는 상기 보조배터리(300)에 충전된 전력량을 나타내고, 태양광의 세기(Solar Intensity)는 시간에 따른 태양광의 세기를 나타낸다.

도 3의 06시 이전을 살펴보면, 밤 동안은 온도가 많이 떨어지기 때문에 외기온도(AMB), 평균 히팅온도(AVG_DR), 평균 차량온도(AVG_PS) 모두 낮은 상태로 유지된다. 여기서 충전 전력량(SOC_Batt)은 낮동안 충전된 양을 유지하고 있다.

도 3의 07시 내지 08시 부근을 살펴보면, 상기 리얼 타임 타이머(480)의 구동에 의해 운전자가 출근하기 전임이 감지되어 운전자가 탑승하기 전에 미리 차량을 예열하는 과정을 볼 수 있다.

이때에 상기 보조배터리(300) 내에 충전되어 있는 충전전력을 사용하므로, 상기 충전 전력량(SOC_Batt)이 급격히 감소하게 되며, 상기 히터 인가전력(P_HTR)은 일정 시간동안 급격히 증가한다. 상기 히터 인가전력(P_HTR)이 증가하는 구간동안 상기 히터(410, 420)가 구동되게 된다. 이때에는 상기 평균 차량온도(AVG_PS)가 증가하여 운전자가 탑승하는 구간에 일시적으로 차량 내의 온도가 영상으로 히팅되어 있음을 알 수 있다.

도 3의 09시 내지 17시 구간을 살펴보면, 차량의 인위적인 히팅이 없이 상기 차량용 태양전지(200)를 통하여 생산된 전력을 상기 보조배터리(300)에 저장하는 구간임을 알 수 있다. 상기 태양광의 세기(Solat Intensity)가 최대로 증가하였다가 감소하였고, 그 구간 동안 상기 충전 전력량(SOC_Batt)이 점진적으로 증가함을 알 수 있다. 상기 외기온도(AMB)에 따라 평균 실내온도(AVG_PS)가 변화하나, 이 경우 실제적으로 차량을 사용하는 구간이 아니어서 별도의 난방은 하지 않게 된다.

다시 도 3의 19시 내지 20시 구간을 살펴보면, 운전자가 퇴근하는 시각에 맞추어 차량을 다시 예열하는 구간임을 알 수 있다. 상기 보조배터리(300)에 있는 전력을 사용하여 상기 히터(410, 420)을 작동시키는 구간이어서 상기 충전전력량(SOC_Batt)이 급격히 감소되고, 상기 평균 차량온도(AVG_PS)가 일시적으로 증가함을 알 수 있다. 또한 상기 히터 인가전력(P_HTR)이 급격히 증가함을 알 수 있다. 이후 남아 있는 상기 보조배터리(300)의 전력은 다음날 아침에 다시 차량을 프리 히팅하는데에 사용하게 된다. 이러한 과정을 통하여 차량용 태양전지 시스템을 효율적으로 활용하여 운전자에게 쾌적한 운전환경을 제공할 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명에 따르면, 상기 보조배터리(300)를 상기 컨트롤러(100)에 일체화하여 효율적으로 방열하는 구조를 가질 수 있을 뿐 아니라, 상기 차량용 태양전지(200)에서 생산되는 전력을 효과적으로 실내 히팅에 사용하고, 또한 상기 리얼 타임 타이머(480)에 의해 사용자가 필요로 하는 적시에 최소의 전력으로 난방을 제공할 수 있게 되어 운전자의 편의성을 더욱 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명 하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주 내에서 변경할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템의 회로도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템의 콘트롤러, 보조배터리 및 방열판의 조립된 모습을 나타내는 평면도이다.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템의 콘트롤러, 보조배터리 및 방열판의 조립된 모습을 나타내는 측면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 태양전지 시스템의 프리히터를 동작하였을 경우에 나타나는 여러 요소를 표현하는 그래프이다.

< 도면 부호에 대한 간단한 설명 >

100 : 컨트롤러 200 : 차량용 태양전지

300 : 보조배터리 410, 420 : 히터

430 : 프리히터 동작 스위치 440 : 전력분배 제어회로

450 : 리얼 타임 타이머 500 : 방열판

AMB : 외기온도 P_HTR : 히터 인가전력

AVG_DR : 평균 히팅온도 AVG_PS : 평균 차량온도

SOC_Batt : 보조 배터리에 충전된 전력량

Solar Intensity : 태양광 세기

Claims (3)

1. 차량용 태양전지(200);

   상기 차량용 태양전지(200)의 출력라인에 설치되는 보조배터리(300);

   상기 보조배터리(300)와 연결되어 상기 보조배터리(300)로부터 전력을 공급받는 히터(410, 420);

   상기 보조배터리(300)와 히터(410,420)에 전기적으로 연결되며, 상기 보조배터리(300)가 그 하부에 일체로 형성되도록 구성된 컨트롤러(100);

   상기 컨트롤러(100)에 연결되어 상기 차량용 태양전지(200)에서 발생된 전력을 상기 보조배터리(300) 및 히터(410,420)로 분배하는 것을 제어하는 전력분배 제어회로(440);

   상기 컨트롤러(100) 및 보조배터리(300)의 측면에 형성된 방열판(500); 및

   상기 컨트롤러(100)에 전기적으로 연결되는 프리히터 동작 스위치(430) 및 리얼 타임 타이머(480);를 포함하고,

   상기 컨트롤러(100)는 상기 프리히터 동작 스위치(430)가 켜진 상태에서 상기 리얼 타임 타이머(280)에 사용자가 설정한 시간에 상기 히터(410,420)가 동작하도록 제어하는 차량용 태양전지 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 히터(410, 420)는 상기 보조배터리(300)의 전압이 방전종지전압 이상일 때 설정된 시간만큼 동작하며, 상기 히터(410, 420)의 과열로 설정온도 이상이 되면 상기 히터(410, 420)의 동작이 정지하는 것을 특징으로 하는 차량용 태양전지 시스템.

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