KR101720031B1 - 에너지 하베스팅 충방전 장치 - Google Patents

에너지 하베스팅 충방전 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101720031B1
KR101720031B1 KR1020160063335A KR20160063335A KR101720031B1 KR 101720031 B1 KR101720031 B1 KR 101720031B1 KR 1020160063335 A KR1020160063335 A KR 1020160063335A KR 20160063335 A KR20160063335 A KR 20160063335A KR 101720031 B1 KR101720031 B1 KR 101720031B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
charging
battery
solar cell
energy harvesting
Prior art date
Application number
KR1020160063335A
Other languages
English (en)
Inventor
강칠세
김선수
노정환
Original Assignee
주식회사아이플러스원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사아이플러스원 filed Critical 주식회사아이플러스원
Priority to KR1020160063335A priority Critical patent/KR101720031B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101720031B1 publication Critical patent/KR101720031B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H02S10/12—Hybrid wind-PV energy systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

에너지 수확 회로를 포함하는 자동 충방전 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 수확 회로를 포함하는 자동 충방전 장치는 태양 전지 및 풍력 발전기에서 발생되는 전압으로부터 축전지를 충전 및 방전시키는 충방전 장치로서, 상기 태양 전지의 전압을 검출하고, 검출된 상기 태양 전지의 전압 크기가 제1 임계치 이하인 경우 상기 태양 전지와 병렬로 연결되는 복수의 충전 소자를 이용하여 상기 태양 전지의 전압을 증폭시켜 상기 축전지에 충전시키는 제1 에너지 수확부, 및 상기 풍력 발전기의 전압을 검출하고, 검출된 상기 풍력 발전기의 전압 크기가 제2 임계치 이하인 경우 상기 풍력 발전기와 연결되는 정류 소자를 이용하여 상기 풍력 발전기의 전압을 증폭시켜 상기 축전지에 충전시키는 제2 에너지 수확부를 포함한다.

Description

에너지 하베스팅 충방전 장치{ENERGY HARVESTING APPARATUS FOR CHARGING AND DISCHARGING}
본 발명의 실시예들은 태양열 및 풍력을 이용하여 축전지를 충전 및 방전시키는 충방전 기술과 관련된다.
석유 매장량의 한정으로 각종 대체 에너지에 대한 중요도가 높아지고 있다. 이에 따라, 최근 석유를 실질적으로 대체할 수 있는 각종 대체 에너지가 널리 활용되고 있다. 많은 대체 에너지 중 그 효율성과 대체 가능성을 고려할 때 가장 각광 받는 대체 에너지는 태양열 에너지와 풍력 에너지이다. 태양열 에너지 및 풍력 에너지는 무공해, 무제한의 청정 에너지원이라는 장점이 있다.
그러나, 날씨가 흐리거나 비가 내리는 경우, 또는 일출 및 일몰시 태양 전지의 전압 및 전류가 미약해지게 되며, 이 경우 태양 전지에서 발생되는 미약한 에너지를 용이하게 수확할 수 없다. 또한, 바람이 약하게 부는 경우 풍력 발전기의 AC 발전 전압이 약하게 생성되며, 이 경우 풍력 발전기에서 발생되는 미약한 에너지를 용이하게 수확할 수 없다.
한국공개특허공보 제10-2013-0039865호(2013.04.23.)
본 발명의 실시예들은 태양 전지 및 풍력 발전기에서 발생되는 미약한 에너지를 용이하게 수확하기 위한 충방전 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 태양 전지 및 풍력 발전기에서 발생되는 전압으로부터 축전지를 충전 및 방전시키는 충방전 장치로서, 상기 태양 전지의 전압을 검출하고, 검출된 상기 태양 전지의 전압 크기가 제1 임계치 이하인 경우 상기 태양 전지와 병렬로 연결되는 복수의 충전 소자를 이용하여 상기 태양 전지의 전압을 증폭시켜 상기 축전지에 충전시키는 제1 에너지 수확부, 및 상기 풍력 발전기의 전압을 검출하고, 검출된 상기 풍력 발전기의 전압 크기가 제2 임계치 이하인 경우 상기 풍력 발전기와 연결되는 정류 소자를 이용하여 상기 풍력 발전기의 전압을 증폭시켜 상기 축전지에 충전시키는 제2 에너지 수확부를 포함하는, 충방전 장치가 제공된다.
상기 제1 에너지 수확부는, 상기 태양 전지의 전압 크기가 상기 제1 임계치 이하인 경우 상기 태양 전지에서 발생되는 전류로부터 상기 태양 전지와 병렬로 연결되는 제1 충전 소자 및 제2 충전 소자를 충전시키고, 상기 제1 충전 소자 및 상기 제2 충전 소자 간의 직렬 연결을 제어함으로써 상기 태양 전지의 전압을 증폭시켜 상기 축전지에 충전시킬 수 있다.
설정된 시간 동안 상기 제1 충전 소자 및 제2 충전 소자가 충전된 이후, 상기 제1 에너지 수확부는, 상기 제1 충전 소자 및 상기 제2 충전 소자를 직렬 연결시킴으로써 직렬 연결된 상기 제1 충전 소자 및 상기 제2 충전 소자와 병렬 연결되는 제3 충전 소자에 상기 태양 전지의 전압을 증폭시켜 충전시키고, 상기 제3 충전 소자에 충전된 전압을 상기 축전지에 충전시킬 수 있다.
상기 제1 에너지 수확부는, 검출된 상기 태양 전지의 전압 크기가 제1 임계치를 초과하는 경우 상기 태양 전지에서 발생되는 전류로부터 상기 축전지를 충전시킬 수 있다.
상기 제2 에너지 수확부는, 검출된 상기 풍력 발전기의 전압 크기가 상기 제2 임계치 이하인 경우 상기 정류 소자를 동작시켜 상기 풍력 발전기에서 발생되는 전류로부터 상기 풍력 발전기의 교류전압 극성에 따라 제4 충전 소자 및 제5 충전 소자를 각각 충전시키고, 상기 제4 충전 소자 및 상기 제5 충전 소자에 충전된 전압을 제6 충전 소자에 충전시키며, 상기 제6 충전 소자에 충전된 전압을 상기 축전지에 충전시킬 수 있다.
상기 제2 에너지 수확부는, 상기 풍력 발전기의 교류전압 극성이 (+)인 경우 상기 풍력 발전기에서 발생되는 전류로부터 상기 제4 충전 소자를 충전시키고, 상기 풍력 발전기의 교류전압 극성이 (-)인 경우 상기 풍력 발전기에서 발생되는 전류로부터 상기 제5 충전 소자를 충전시킬 수 있다.
상기 풍력 발전기는, 일단이 상기 정류 소자에 연결되고 타단이 상기 제4 충전 소자와 상기 제5 충전 소자의 사이에 연결되며, 상기 제4 충전 소자 및 상기 제5 충전 소자는, 직렬 연결되고, 상기 제6 충전 소자는, 직렬 연결된 상기 제4 충전 소자 및 상기 제5 충전 소자와 병렬 연결될 수 있다.
상기 제2 에너지 수확부는, 검출된 상기 풍력 발전기의 전압 크기가 제2 임계치를 초과하는 경우 상기 풍력 발전기에서 발생되는 전류로부터 상기 축전지를 충전시킬 수 있다.
상기 제1 에너지 수확부는, 상기 축전지의 전압 크기가 제3 임계치를 초과하는 경우 상기 제1 에너지 수확부와 상기 축전지와의 연결을 차단시켜 상기 축전지의 충전을 중지시킬 수 있다.
상기 제2 에너지 수확부는, 상기 축전지의 전압 크기가 제3 임계치를 초과하는 경우 상기 제2 에너지 수확부와 상기 축전지와의 연결을 차단시켜 상기 축전지의 충전을 중지시킬 수 있다.
상기 충방전 장치는, 상기 축전지의 전압 크기가 제4 임계치 이하인 경우 상기 축전지와 부하와의 연결을 차단시켜 상기 축전지의 방전을 중지시키고, 상기 축전지의 전압 크기가 상기 제4 임계치보다 높은 제5 임계치를 초과하는 경우 상기 축전지와 상기 부하를 연결시켜 상기 축전지를 방전시키는 방전 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 태양 전지와 풍력 발전기를 동시에 활용하여 에너지를 수확함으로써, 에너지 수확 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 태양 전지 및 풍력 발전기에서 발생되는 저전력을 증폭시켜 축전지에 충전시킴으로써, 날씨가 흐리거나 비가 내리는 경우, 일출 및 일몰시, 바람이 약하게 부는 경우 등에도 에너지를 용이하게 수확할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 상세 구성을 설명하기 위한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 회로도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(100)의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(100)의 회로도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(100)는 태양 전지 및 풍력 발전기에서 발생되는 전압으로부터 축전지를 충전 및 방전시키는 충방전 장치에 관한 것으로, 축전지(200), 제1 에너지 수확부(300), 제2 에너지 수확부(400) 및 방전 제어부(500)를 포함한다.
축전지(200)는 제1 에너지 수확부(300) 및 제2 에너지 수확부(400)에서 수확되는 에너지(또는 전원)를 저장하는 장치로서, 충전 및 방전이 가능하다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 축전지(200)는 예를 들어, 납 축전지, 알칼리 축전지 등이 될 수 있으나 축전지(200)의 종류 및 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 축전지(200)는 제1 에너지 수확부(300) 및 제2 에너지 수확부(400)와 각각 연결될 수 있으며, 제1 에너지 수확부(300) 및 제2 에너지 수확부(400) 각각으로부터 전원을 공급 받아 충전될 수 있다. 또한, 축전지(200)는 부하와 병렬 연결될 수 있으며, 축전지(200)에 저장된 전원을 부하로 공급함으로써 방전될 수 있다.
제1 에너지 수확부(300)는 태양 전지(310)에서 발생되는 전원을 수확하여 축전지(200)를 충전시키는 장치로서, 태양 전지(310), 제1 저전압 검출부(320), 제1 저전압 제어부(330), 제1 병렬 충전 제어부(340), 직렬 방전 제어부(350), 제2 병렬 충전 제어부(360) 및 제1 과충전 제어부(370)를 포함한다.
태양 전지(310)는 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 플렉시블 재료, 예를 들어 실리콘 결정질로 이루어질 수 있다. 도면에서 구체적으로 도시하지는 않았으나, 태양 전지(310)는 복수 개 존재할 수 있으며, 이 경우 각 태양 전지(310)는 직렬 연결될 수 있다.
제1 저전압 검출부(320)는 태양 전지(310)의 전압을 검출한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 저전압 검출부(320)는 태양 전지(310)와 병렬 연결되어 상기 태양 전지(310)의 전압을 검출할 수 있다. 이때, 제1 저전압 검출부(320)는 하나 이상의 저항 및 트랜지스터를 포함할 수 있으나, 상기 제1 저전압 검출부(320)의 세부 구성 및 이들 간의 연결 관계가 도 2에 도시된 대로 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 저전압 검출부(320)는 검출된 태양 전지(310)의 전압과 제1 임계치를 비교할 수 있다. 여기서, 제1 임계치는 태양 전지(310)에 의해 생산되는 전기가 축전지(200)를 직접적으로 충전하기에 충분한지의 여부를 판단하는 기준값으로서, 예를 들어 15볼트(Volt; v) 일 수 있다.
만약, 검출된 태양 전지(310)의 전압 크기가 제1 임계치를 초과하는 경우, 태양 전지(310)에 의해 생성된 전류는 다이오드 D3 및 트랜지스터 TR8을 통과하여 축전지(200)에 충전될 수 있다.
그러나, 제1 저전압 검출부(320)에서의 비교 결과 태양 전지(310)의 전압 크기가 제1 임계치 이하인 경우, 제1 저전압 검출부(320)는 트랜지스터 TR2를 동작시킴으로써 제1 저전압 제어부(330)을 동작시킬 수 있다.
제1 저전압 제어부(330)는 제1 병렬 충전 제어부(340), 직렬 방전 제어부(350) 및 제2 병렬 충전 제어부(360)의 동작을 제어할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 저전압 제어부(330)는 트랜지스터 TR3 또는 트랜지스터 TR4를 동작시켜 제1 병렬 충전 제어부(340), 직렬 방전 제어부(350) 및 제2 병렬 충전 제어부(360)를 동작시킬 수 있다. 구체적으로, 제1 저전압 제어부(330)는 트랜지스터 TR3을 동작시켜 제1 병렬 충전 제어부(340) 및 제2 병렬 충전 제어부(360)를 동작시킬 수 있다. 또한, 제1 저전압 제어부(330)는 트랜지스터 TR4를 동작시켜 직렬 방전 제어부(350)를 동작시킬 수 있다. 본 실시예들에 있어서, 트랜지스터가 동작한다는 것은 트랜지스터에 전류가 흐르는 것을 의미한다. 이때, 제1 저전압 제어부(330)는 하나 이상의 다이오드, 저항 및 트랜지스터를 포함할 수 있으나, 제1 저전압 제어부(330)의 세부 구성 및 이들 간의 연결 관계가 도 2에 도시된 대로 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 저전압 제어부(330)에 의해 제어되는 트랜지스터들은 동시에 동작할 수 없다. 즉, 제1 저전압 제어부(330)에 의해 제어되는 트랜지스터 TR3 및 TR4는 동시에 동작할 수 없다.
제1 병렬 충전 제어부(340)는 제1 충전 소자(301)의 충전을 제어한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 병렬 충전 제어부(340)는 제1 저전압 제어부(330)가 제어하는 트랜지스터 TR3 및 제1 충전 소자(301)와 연결된 트랜지스터 TR5에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 병렬 충전 제어부(340)가 트랜지스터 TR5를 동작시키는 경우, 제1 충전 소자(301)는 태양 전지(310)와 병렬로 연결되어 충전될 수 있다.
제2 병렬 충전 제어부(360)는 제2 충전 소자(302)의 충전을 제어한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 병렬 충전 제어부(360)는 제1 저전압 제어부(330)가 제어하는 트랜지스터 TR3 및 제2 충전 소자(302)와 연결된 트랜지스터 TR7에 연결될 수 있다. 여기서, 제2 병렬 충전 제어부(360)가 트랜지스터 TR7를 동작시키는 경우, 제2 충전 소자(302)는 태양 전지(310)와 병렬로 연결되어 충전될 수 있다.
제1 충전 소자(301) 및 제2 충전 소자(302)의 충전은 제1 저전압 제어부(330)에 의해 미리 설정된 시간 동안 충전될 수 있다. 여기서, 미리 설정된 시간은, 제1 충전 소자(301) 및 제2 충전 소자(302)가 축전지(200)를 충전할 수 있을 만큼 충분하게 충전될 때까지 필요한 시간으로, 예를 들어 제1 충전 소자(301) 및 제2 충전 소자(302)의 충전 용량 등에 따라 달라질 수 있다. 상기 미리 설정된 시간이 경과하는 경우, 제1 저전압 제어부(330)는 트랜지스터 TR4를 동작시켜, 직렬 방전 제어부(350)를 동작시킬 수 있다.
직렬 방전 제어부(350)는 제1 충전 소자(301) 및 제2 충전 소자(302)의 방전 및 제3 충전 소자(303)의 충전을 제어한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 직렬 방전 제어부(350)는 제1 저전압 제어부(330)가 제어하는 트랜지스터 TR4 및 트랜지스터 TR6에 연결될 수 있다.
제1 저전압 제어부(330)가 직렬 방전 제어부(350)를 동작시키기 위해 트랜지스터 TR4를 동작시키는 경우, 제1 저전압 제어부(330)의 제어에 따라 트랜지스터 TR3의 동작은 정지될 수 있다. 따라서, 직렬 방전 제어부(350)의 동작 시 제1 병렬 충전 제어부(340) 및 제2 병렬 충전 제어부(360)의 동작은 정지될 수 있다.
또한, 직렬 방전 제어부(350)가 트랜지스터 TR6을 동작시키는 경우, 제1 충전 소자(301) 및 제2 충전 소자(302)는 직렬로 연결될 수 있다. 이때, 제3 충전 소자(303)는 직렬로 연결된 제1 충전 소자(301) 및 제2 충전 소자(302)와 병렬로 연결된다. 따라서, 제1 충전 소자(301) 및 제2 충전 소자(302)의 방전으로 제3 충전 소자(303)는 태양 전지(310)의 전압보다 증폭된 전압으로 충전된다. 일 예시로서, 충전된 제3 충전 소자(303)의 전압은 제1 충전 소자(301)의 전압과 제2 충전 소자(302)의 전압을 더한 값일 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 충전 소자(303)는 축전지(200)와 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제3 충전 소자(303)에 충전된 전하는 다이오드 D4, 트랜지스터 TR8 및 다이오드 D10을 통해 축전지(200)에 충전될 수 있다.
여기서, 상술한 제1 충전 소자(301), 제2 충전 소자(302) 및 제3 충전 소자(303)의 충전 및 방전은 반복적으로 수행될 수 있다. 이때, 태양 전지(310)의 전압이 제1 임계치를 초과하는 경우 제1 저전압 검출부(320)가 트랜지스터 TR2의 동작을 중지시킬 수 있으며, 이 경우 제1 충전 소자(301), 제2 충전 소자(302) 및 제3 충전 소자(303)의 충전 및 방전은 정지된다.
제1 과충전 제어부(370)는 축전지(200)가 과충전되는 것을 방지하기 위해 제1 에너지 수확부(300)와 축전지(200)의 연결을 차단시킬 수 있다. 제1 과충전 제어부(370)는 하나 이상의 저항, 트랜지스터 및 캐패시터를 포함할 수 있으나, 제1 과충전 제어부(370)의 세부 구성 및 이들 간의 연결 관계가 도 2에 도시된 대로 한정되는 것은 아니다.
제1 과충전 제어부(370)는 축전지(200)의 전압 크기가 제3 임계치를 초과하는지 판단할 수 있다. 만약, 축전지(200)의 전압 크기가 제3 임계치를 초과하는 경우, 제1 과충전 제어부(370)는 트랜지스터 TR8의 동작을 중단시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 에너지 수확부(300)와 축전지(200)의 연결은 차단되고 제1 에너지 수확부(300)에 의한 축전지(200)의 충전은 중지된다. 여기서, 제3 임계치는 축전지(200)가 완전히 충전하였는지 여부를 판단하는 기준값으로서, 예를 들어 15볼트 일 수 있다.
한편, 축전지(200)의 방전으로 축전지(200)의 전압 크기가 미리 설정된 기준(예를들어 0.1V) 이하로 낮아지는 경우, 제1 과충전 제어부(370)는 다시 트랜지스터 TR8를 동작시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 에너지 수확부(300)와 축전지(200)가 다시 연결되고, 제1 에너지 수확부(300)에 의한 축전지(200)의 충전이 재개될 수 있다. 한편, 상술한 제1 과충전 제어부(370)는 본 실시예들에 있어서 반드시 구비되어야 하는 구성은 아니며, 필요에 따라 생략될 수 있다.
한편, 본 실시예들에 있어서 "충전 소자"는 예를 들어, 캐패시터일 수 있으나 충전 소자의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 에너지 수확부(400)는 풍력 발전기(410)에서 발생되는 전원을 수확하여 축전지(200)를 충전시키는 장치로서, 풍력 발전기(410), 전파 정류기(420), 제2 저전압 검출부(430) 및 제2 과충전 제어부(440)를 포함한다.
풍력 발전기(410)는 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 예를 들어, 날개의 회전력으로 전기를 생산하는 풍력 발전기일 수 있다.
전파 정류기(420)는 교류전압을 직류전압으로 변환한다. 전파 정류기(420)는 풍력 발전기(410)에서 발생되는 교류전압을 직류전압으로 변환할 수 있다. 이때, 전파 정류기(420)는 예를 들어, 브리지 정류 회로(Bridge rectifier)일 수 있다.
만약, 전파 정류기(420)에 의해 변환된 직류전압의 크기가 제2 임계치를 초과하는 경우, 전파 정류기(420)에서 발생되는 전류가 다이오드 D5, 트랜지스터 TR9, 다이오드 D9 및 다이오드 D10을 통과함으로써, 축전지(200)가 충전될 수 있다. 여기서, 제2 임계치는 풍력 발전기(410)에 의해 생산되는 전기가 축전지(200)를 직접적으로 충전하기에 충분한지의 여부를 판단하는 기준값으로서, 예를 들어 15볼트 일 수 있다.
제2 저전압 검출부(430)는 전파 정류기(420)에서 변환된 직류전압을 검출한다. 이때, 제2 저전압 검출부(430)는 하나 이상의 저항 및 트랜지스터를 포함할 수 있으나, 제2 저전압 검출부(430)의 세부 구성 및 이들 간의 연결 관계가 도 2에 도시된 대로 한정되는 것은 아니다.
또한, 제2 저전압 검출부(430)는 검출된 직류전압과 제2 임계치를 비교할 수 있다. 만약, 검출된 전압의 크기가 제2 임계치 이하인 경우, 제2 저전압 검출부(430)는 정류 소자(404)를 동작시킬 수 있다. 여기서, 정류 소자(404)는 교류를 정류하여 직류로 만드는 소자로서, 예를 들어 실리콘 제어 정류소자(silicon controlled rectifier; SCR)일 수 있다. 정류 소자(404)의 동작에 따라, 풍력 발전기(410)에 의해 생성된 전기는 제4 충전 소자(401) 및 제5 충전 소자(402)에 충전될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기(410)의 일단은 정류 소자(404)에 연결되고 타단은 제4 충전 소자(401)와 제5 충전 소자(402)의 사이에 연결될 수 있다. 또한, 풍력 발전기(410)에 의해 생성된 전기는 교류이므로 전압이 양의 값(+) 또는 음의 값(-)를 가질 수 있다. 제4 충전 소자(401)가 풍력 발전기(410)와 병렬로 연결되어 있으므로, 풍력 발전기(410)에 의해 생성된 교류전압의 극성이 양(+)의 값인 경우 제4 충전 소자(401)가 충전될 수 있다. 반대로, 풍력 발전기(410)에 의해 생성된 교류전압의 극성이 음(-)의 값인 경우, 전류가 다이오드 D8을 통과할 수 있으며, 이에 따라 제5 충전 소자(402)가 충전될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제4 충전 소자(401)는 정류 소자(404)에 연결되고 제5 충전 소자(402)는 다이오드 D8을 통해 정류 소자(404)에 연결될 수 있다. 여기서, 정류 소자(404)는 단방향 소자이므로, 제4 충전 소자(401) 및 제5 충전 소자(402)에 충전된 전하는 제6 충전 소자(403)에 충전될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제4 충전 소자(401) 및 제5 충전 소자(402)는 직렬 연결되고, 제6 충전 소자(403)는 직렬 연결된 제4 충전 소자(401) 및 제5 충전 소자(402)와 병렬 연결되므로, 제6 충전 소자(403)는 풍력 발전기(410)의 전압보다 증폭된 전압으로 충전될 수 있다. 일 예시로서, 충전된 제6 충전 소자(403)의 전압은 제4 충전 소자(401)의 전압과 제5 충전 소자(402)의 전압을 더한 값일 수 있다. 또한, 제6 충전 소자(403)에 충전된 전하는 트랜지스터 TR9, 다이오드 D9 및 다이오드 D10을 통과하여, 축전지(200)에 저장될 수 있다.
제2 과충전 제어부(440)는 축전지(200)가 과충전되는 것을 방지하기 위해 제2 에너지 수확부(400)와 축전지(200)의 연결을 차단시킬 수 있다. 제2 과충전 제어부(440)는 하나 이상의 저항, 트랜지스터 및 캐패시터를 포함할 수 있으나, 제2 과충전 제어부(440)의 세부 구성 및 이들 간의 연결 관계가 도 2에 도시된 대로 한정되는 것은 아니다.
제2 과충전 제어부(440)는 축전지(200)의 전압 크기가 제3 임계치를 초과하는지 판단할 수 있다. 만약, 축전지(200)의 전압 크기가 제3 임계치를 초과하는 경우, 제2 과충전 제어부(440)는 트랜지스터 TR9의 동작을 중단시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 에너지 수확부(400)와 축전지(200)의 연결은 차단되고 제2 에너지 수확부(400)에 의한 축전지(200)의 충전은 중지될 수 있다.
한편, 축전지(200)의 방전으로 축전지(200)의 전압 크기가 미리 설정된 기준(예를들어 0.1V) 이하로 낮아지면, 제2 과충전 제어부(440)는 다시 트랜지스터 TR9를 동작시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 에너지 수확부(400)와 축전지(200)가 다시 연결되고, 제2 에너지 수확부(400)에 의한 축전지(200)의 충전이 재개될 수 있다. 한편, 상술한 제2 과충전 제어부(440)는 본 실시예들에 있어서 반드시 구비되어야 하는 구성은 아니며, 필요에 따라 생략될 수 있다.
방전 제어부(500)는 축전지(200)의 방전을 제어하는 장치로서, 축전지(200)와 부하 사이에 위치할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 방전 제어부(500)는 축전지(200) 및 부하와 연결되어 트랜지스터 TR10의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 방전 제어부(500)는 하나 이상의 저항 및 트랜지스터를 포함할 수 있다.
방전 제어부(500)는 축전지(200)의 전압을 검출하고 트랜지스터 TR10의 동작을 제어하여 부하에 전원 공급을 제어한다. 축전지(200)가 충전되어 전압 크기가 제5 임계치를 초과하는 경우, 방전 제어부(500)는 트랜지스터 TR10을 동작시켜 축전지와 부하를 연결시키고 축전지(200)에 저장된 전원을 부하에 공급할 수 있다. 반대로, 축전지(200)가 방전되어 전압 크기가 제4 임계치 이하인 경우, 방전 제어부(500)는 트랜지스터 TR10의 동작을 중지시켜 축전지와 부하의 연결을 차단시키고 부하로의 전기 공급을 중지시킬 수 있다. 여기서, 제4 임계치는 축전지(200)가 방전되었는지 여부를 판단하는 기준값으로서, 예를 들어 10볼트일 수 있다. 또한, 제5 임계치는 축전지(200)가 부하에 전기를 공급할 수 있을 정도로 충전되었는지 여부를 판단하는 기준값으로, 사전에 정의될 수 있다. 또한, 제5 임계치는 제4 임계치보다 높은 값일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 태양 전지(310)와 풍력 발전기(410)를 동시에 활용하여 에너지를 수확함으로써, 에너지 수확 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 태양 전지(310) 및 풍력 발전기(410)에서 발생되는 저전력을 증폭시켜 축전지(200)에 충전시킴으로써, 날씨가 흐리거나 비가 내리는 경우, 일출 및 일몰시, 바람이 약하게 부는 경우 등에도 에너지를 용이하게 수확할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 충방전 장치
200: 축전지
300: 제1 에너지 수확부
301: 제1 충전 소자
302: 제2 충전 소자
303: 제3 충전 소자
310: 태양 전지
320: 제1 저전압 검출부
330: 제1 저전압 제어부
340: 제1 병렬 충전 제어부
350: 직렬 방전 제어부
360: 제2 병렬 충전 제어부
370: 제1 과충전 제어부
400: 제2 에너지 수확부
401: 제4 충전 소자
402: 제5 충전 소자
403: 제6 충전 소자
404: 정류 소자
410: 풍력 발전기
420: 전파 정류기
430: 제2 저전압 검출부
440: 제2 과충전 제어부
500: 방전 제어부

Claims (11)

  1. 태양 전지 및 풍력 발전기에서 발생되는 전압으로부터 축전지를 충전 및 방전시키는 충방전 장치로서,
    상기 태양 전지의 전압을 검출하고, 검출된 상기 태양 전지의 전압 크기가 제1 임계치 이하인 경우 상기 태양 전지에서 발생되는 전류로부터 상기 태양 전지와 병렬로 연결되는 제1 충전 소자 및 제2 충전 소자를 충전시키고, 상기 제1 충전 소자 및 상기 제2 충전 소자 간의 직렬 연결을 제어함으로써 상기 태양 전지의 전압을 증폭시켜 상기 축전지에 충전시키는 제1 에너지 수확부; 및
    상기 풍력 발전기의 전압을 검출하고, 검출된 상기 풍력 발전기의 전압 크기가 제2 임계치 이하인 경우 상기 풍력 발전기와 연결되는 정류 소자를 이용하여 상기 풍력 발전기의 전압을 증폭시켜 상기 축전지에 충전시키는 제2 에너지 수확부를 포함하는, 충방전 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    설정된 시간 동안 상기 제1 충전 소자 및 제2 충전 소자가 충전된 이후,
    상기 제1 에너지 수확부는, 상기 제1 충전 소자 및 상기 제2 충전 소자를 직렬 연결시킴으로써 직렬 연결된 상기 제1 충전 소자 및 상기 제2 충전 소자와 병렬 연결되는 제3 충전 소자에 상기 태양 전지의 전압을 증폭시켜 충전시키고, 상기 제3 충전 소자에 충전된 전압을 상기 축전지에 충전시키는, 충방전 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 에너지 수확부는, 검출된 상기 태양 전지의 전압 크기가 제1 임계치를 초과하는 경우 상기 태양 전지에서 발생되는 전류로부터 상기 축전지를 충전시키는, 충방전 장치.
  5. 태양 전지 및 풍력 발전기에서 발생되는 전압으로부터 축전지를 충전 및 방전시키는 충방전 장치로서,
    상기 태양 전지의 전압을 검출하고, 검출된 상기 태양 전지의 전압 크기가 제1 임계치 이하인 경우 상기 태양 전지와 병렬로 연결되는 복수의 충전 소자를 이용하여 상기 태양 전지의 전압을 증폭시켜 상기 축전지에 충전시키는 제1 에너지 수확부; 및
    상기 풍력 발전기의 전압을 검출하고, 검출된 상기 풍력 발전기의 전압 크기가 제2 임계치 이하인 경우 정류 소자를 동작시켜 상기 풍력 발전기에서 발생되는 전류로부터 상기 풍력 발전기의 교류전압 극성에 따라 제4 충전 소자 및 제5 충전 소자를 각각 충전시키고, 상기 제4 충전 소자 및 상기 제5 충전 소자에 충전된 전압을 제6 충전 소자에 충전시키며, 상기 제6 충전 소자에 충전된 전압을 상기 축전지에 충전시키는 제2 에너지 수확부를 포함하는, 충방전 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 에너지 수확부는, 상기 풍력 발전기의 교류전압 극성이 (+)인 경우 상기 풍력 발전기에서 발생되는 전류로부터 상기 제4 충전 소자를 충전시키고, 상기 풍력 발전기의 교류전압 극성이 (-)인 경우 상기 풍력 발전기에서 발생되는 전류로부터 상기 제5 충전 소자를 충전시키는, 충방전 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 풍력 발전기는, 일단이 상기 정류 소자에 연결되고 타단이 상기 제4 충전 소자와 상기 제5 충전 소자의 사이에 연결되며,
    상기 제4 충전 소자 및 상기 제5 충전 소자는, 직렬 연결되고,
    상기 제6 충전 소자는, 직렬 연결된 상기 제4 충전 소자 및 상기 제5 충전 소자와 병렬 연결되는, 충방전 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 에너지 수확부는, 검출된 상기 풍력 발전기의 전압 크기가 제2 임계치를 초과하는 경우 상기 풍력 발전기에서 발생되는 전류로부터 상기 축전지를 충전시키는, 충방전 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 에너지 수확부는, 상기 축전지의 전압 크기가 제3 임계치를 초과하는 경우 상기 제1 에너지 수확부와 상기 축전지와의 연결을 차단시켜 상기 축전지의 충전을 중지시키는, 충방전 장치.
  10. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 에너지 수확부는, 상기 축전지의 전압 크기가 제3 임계치를 초과하는 경우 상기 제2 에너지 수확부와 상기 축전지와의 연결을 차단시켜 상기 축전지의 충전을 중지시키는, 충방전 장치.
  11. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 축전지의 전압 크기가 제4 임계치 이하인 경우 상기 축전지와 부하와의 연결을 차단시켜 상기 축전지의 방전을 중지시키고, 상기 축전지의 전압 크기가 상기 제4 임계치보다 높은 제5 임계치를 초과하는 경우 상기 축전지와 상기 부하를 연결시켜 상기 축전지를 방전시키는 방전 제어부를 더 포함하는, 충방전 장치.
KR1020160063335A 2016-05-24 2016-05-24 에너지 하베스팅 충방전 장치 KR101720031B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160063335A KR101720031B1 (ko) 2016-05-24 2016-05-24 에너지 하베스팅 충방전 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160063335A KR101720031B1 (ko) 2016-05-24 2016-05-24 에너지 하베스팅 충방전 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101720031B1 true KR101720031B1 (ko) 2017-04-04

Family

ID=58588549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160063335A KR101720031B1 (ko) 2016-05-24 2016-05-24 에너지 하베스팅 충방전 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101720031B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060082108A (ko) * 2005-01-11 2006-07-14 (주) 피에스디테크 태양광과 풍력을 이용한 하이브리드 발전시스템
KR100993224B1 (ko) * 2010-06-29 2010-11-09 주식회사 미지에너텍 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치
KR20130039865A (ko) 2011-10-13 2013-04-23 성광기전주식회사 저속 풍력을 이용한 하이브리드 발전 시스템
KR101457094B1 (ko) * 2014-02-07 2014-11-04 주식회사 아두봇 풍력 및 태양광을 이용한 하이브리드 발전 시스템
KR20150061097A (ko) * 2013-11-25 2015-06-04 고등기술연구원연구조합 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리 충전방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060082108A (ko) * 2005-01-11 2006-07-14 (주) 피에스디테크 태양광과 풍력을 이용한 하이브리드 발전시스템
KR100993224B1 (ko) * 2010-06-29 2010-11-09 주식회사 미지에너텍 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치
KR20130039865A (ko) 2011-10-13 2013-04-23 성광기전주식회사 저속 풍력을 이용한 하이브리드 발전 시스템
KR20150061097A (ko) * 2013-11-25 2015-06-04 고등기술연구원연구조합 태양광 및 풍력을 사용하는 하이브리드 발전장치 및 그 배터리 충전방법
KR101457094B1 (ko) * 2014-02-07 2014-11-04 주식회사 아두봇 풍력 및 태양광을 이용한 하이브리드 발전 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10396590B2 (en) Variable power energy harvesting system
KR102577170B1 (ko) 자립형 에너지 채취 시스템
KR101243909B1 (ko) 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법
EP3410551B1 (en) System for interconnected elements of a power system
US20120025752A1 (en) Battery charger
TWI497866B (zh) Charging equipment
WO2013088799A1 (ja) 電力供給システムおよび充放電用パワーコンディショナ
KR102296132B1 (ko) 배터리 팩 및 그의 구동방법
WO2011148908A1 (ja) 太陽電池システム
US8410750B2 (en) Method for solar power energy management with intelligent selection of operating modes
WO2012093538A1 (ja) 直流給電システム
JP6306778B2 (ja) 電気エネルギー蓄積装置
JP2012161189A (ja) 蓄電池への太陽電池電力の充放電制御方法
KR20170075146A (ko) 에너지 하베스팅 시스템
JP5794115B2 (ja) 電源供給装置および電力制御システムならびに電気機器の起動方法
JP3162887U (ja) 充放電システム
KR101661260B1 (ko) 하이브리드 전원공급장치
KR101720031B1 (ko) 에너지 하베스팅 충방전 장치
JP2007288932A (ja) 太陽光発電設備の充電制御装置
KR101492616B1 (ko) 승압용 충전지를 구비한 태양광 발전용 인버터
KR101929249B1 (ko) 태양광 연계형 에너지 저장 시스템
KR101259143B1 (ko) 독립형 태양광 발전설비의 충전 제어 장치 및 방법
KR101695961B1 (ko) 전원변환모듈 및 이를 이용한 안정 전원공급장치와 안정 전원공급방법
WO2018155442A1 (ja) 直流給電システム
KR101259745B1 (ko) 태양광 발전제어장치

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
N231 Notification of change of applicant