KR102030934B1 - 신 재생에너지 파워 뱅크. - Google Patents

신 재생에너지 파워 뱅크. Download PDF

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KR102030934B1 KR1020180084795A KR20180084795A KR102030934B1 KR 102030934 B1 KR102030934 B1 KR 102030934B1 KR 1020180084795 A KR1020180084795 A KR 1020180084795A KR 20180084795 A KR20180084795 A KR 20180084795A KR 102030934 B1 KR102030934 B1 KR 102030934B1
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Abstract

본 발명은 역전압 방지부, 전압크기 판별부, 슈퍼콘덴서 충전조절부, 슈퍼콘덴서 고속충전부, 충전차단부, 배터리 고속충전부, 배터리 충전감시부, 방전차단부, 직류/교류 인버터를 포함하여 이루어짐으로써, 종래 버려지던 저전압의 전기 에너지를 전량 배터리에 충전시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 발진시켜 고속으로 충전되게 함으로써, 향상된 충전효율과 최소화된 충전 시간을 가지게 되었다.

Description

신 재생에너지 파워 뱅크.{Renewable Energy Power Bank}
본 발명은 비 선형적인 특징을 가진 신 재생 에너지(태양광, 풍력, 소수력 등)를 효율적으로 충전하여 배터리에 저장하였다가 다양한 용도로 저장된 전기를 사용할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 신 재생 에너지에는 기존의 화석 연료를 재활용하거나 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로, 태양 에너지, 지열 에너지, 해양 에너지, 풍력 에너지 등이 있고,
특히 인구가 증가하고 산업이 발달하면서 화석 연료에 대한 수요가 늘어남에 따라 자원의 고갈과 함께 국제 가격이 상승과 지구 온난화 등의 문제점으로 인해 활발히 개발되고 있는 추세이다.
그러나 이러한 신 재생 에너지는, 재생이 가능하기 때문에 고갈되지 않는다는 장점과 오염 물질이나 이산화탄소 배출이 적어 환경친화적이 장점이 있지만, 초기 투자 비용이 많이 들고 특히 전력생산이 일정하지 않을 뿐만 아니라 그 편차가 심하다는 문제점이 있다.
간단하게 예를 들면, 태양 에너지의 경우에는 솔라셀이 태양 아래서 노출되어 전기에너지를 생산하게 되면, 컨트롤러가 이를 배터리에 충전시키는 한편, 부하쪽으로 충전된 전기에너지를 방전시킬 수 있게 구축되어 있는데,
통상적으로 저녁이나 아침시간에는 광량이 부족하기 때문에 상기 솔라셀이 전기 에너지를 생산하지 못하고 날씨가 흐린 날이나 비 오는 날의 경우도 전기 에너지를 생산하지 못하는 문제점이 있는 것이다.
더불어 풍력 에너지의 경우에도 일교차에 따라 바람의 방향이 바뀌면서 오전과 오후에 생산하는 전기 에너지의 양 역시 일정하지 않을 뿐만 아니라, 바람의 세기 역시 서로 다르기 때문에 생산하는 전기 에너지가 비선형적인 특징을 가지게 되는 것이다.
따라서 남는 전기 에너지와 생산된 전기 에너지를 보다 더 효율적으로 저장하였다가 필요한 때에 원하는 곳으로 공급할 수 있는 에너지 저장 시스템이 등장하게 되었지만,
신 재생 에너지는 전기에너지 생산시 태양이나 바람 등의 조건이 기준치 이하일 경우, 생산된 전기에너지가 배터리의 전압보다 낮기 때문에 배터리 쪽으로 인가되지 않고 역방향으로 흘러가거나 버려지게 되는 것이다.
따라서 전체적으로 계산하여 보았을 때, 전력변환장치(예, 솔라셀 등등)가 12시간 이상의 전기 에너지를 생산하더라도 컨트롤러에 의해 하루 평균 3~4시간 정도만의 전기에너지를 배터리에 충전하고, 나머지 미미한 전력은 버려지게 되면서 그 효율이 낮았던 것이다.
더욱이 배터리에 충전된 전기 에너지가 어느 정도 이상 충전하게 되면 같은 전하끼리 반발하는 작용이 발생하고,
특히 일정한 공간에 충전되는 전하의 양이 많아지면서 부하가 걸려(반발력이 발생하면서) 받아들이는 전하의 양이 적어질 수밖에 없어져 초기와 같은 충전효율을 유지하지 못하여 충전 효율도 낮아지고 충전 시간도 오래 걸렸던 것이다.
KR 10-1840748 B1 KR 10-2010-0109104 A KR 10-0993224 B1 KR 10-1375652 B1
이에 본 발명은 비 선형적인 특징을 가지는 신 재생 에너지를 배터리에 효율적으로 충전시켰다가 사용자가 원하는 때에 필요한 만큼의 전기 에너지를 다양하게 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은 신 재생 에너지를 생산하는 전력변환장치(10)와, 상기 전력변환장치에 의해 생산된 전기 에너지를 충전하는 배터리(20)와, 상기 배터리(20)와 전력변환장치(10) 사이에 설치되어 배터리로 충전되는 전원을 관리하는 컨트롤러(30)와, 상기 컨트롤러(30)의 커넥터에 연결되어 배터리(20)에 충전된 전원을 인가받아 소모하는 부하(40)를 포함하여 이루어진 상태에서,
상기 컨트롤러(30)는 전력변환장치에 의해 생산된 전기 에너지를 배터리로 고속으로 전량 충전되게 가이드하는 한편, 상기 배터리의 전기 에너지를 부하 쪽으로 안전하게 방전되게 컨트롤하는 충방전모듈(31)을 포함하여 이루어지는 것이다.
이때 배터리는 급속 충전 및 방전이 가능한 슈퍼 콘덴서와 대용량의 전원을 충전할 수 있는 리튬이온 배터리를 포함하고 있는 하이브리드 배터리이고,
상기 충방전모듈은 전력변환장치에 의해 생산된 전기에너지의 전압이 슈퍼 콘덴서의 충전전압보다 높은 정상전압인지 혹은 충전전압보다 낮은 저전압인지 확인 위한 전압크기 판별부와,
상기 전압크기 판별부에 의해 확인된 결과에 따라 정상전압일 경우에는 슈퍼콘텐서 쪽으로 전원이 흘러갈 수 있도록 가이드하고, 저전압일 경우에는 충전전압 이상으로 승압시켜버려 저전압의 전기에너지가 슈퍼 콘덴서 쪽으로 흘러가도록 가이드 하는 슈퍼콘덴서 충전 조절부와,
상기 슈퍼콘덴서 충전 조절부에 의해 인가된 전원을 발진시켜 슈퍼콘덴서에 펄스 입력되게 하도록 하여 고속 충전되게 하기 위한 슈퍼콘덴서 고속충전부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)에 의해 상기 슈퍼콘덴서(22)가 고속충전되면서 과전압으로 과충전되면서 손상되는 것을 방지하기 위한 충전차단부(314)와,
리튬이온 배터리 쪽으로 인가된 슈퍼 콘덴서의 전원을 발진시켜 마이너스 전압과 플러스 전압을 번갈아가면서 반복적으로 리튬이온 배터리에 자극을 가하여 일정한 공간에 다량의 전하가 충전되면서 발생하는 전하끼리의 반발력과 부하를 최소화하여 고속 충전되게하는 배터리 고속충전부(315)와,
상기 리튬이온 배터리가 배터리 고속충전부(315)에 의해 고속 충전되면서 상기 리튬이온 배터리(21)가 과충전으로 손상되는 것을 방지하기 위한 배터리 충전감시부(316)와,
상기 슈퍼콘덴서(22) 혹은 리튬이온 배터리(21)의 전원을 부하 쪽으로 방출할 때 과방전되면서 손상되는 것을 방지하기 위한 방전차단부(317)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 버려지던 저전압의 전기 에너지를 배터리에 충전시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 발진시켜 고속으로 배터리에 충전되게 함으로써, 비 선형적인 특징을 가진 신 재생 에너지를 효율적으로 충전할 수 있게 됨에 따라,
동일한 기간 동안 생산된 전기에너지를 가지고 종래 4일간 동안 사용할 수 있었던 것이 7일 이상 사용할 수 있게 되면서, 향상된 충전효율 및 사용효율을 보이게 되었던 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생에너지 파워 뱅크의 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생에너지 파워 뱅크의 블럭도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생에너지 파워 뱅크의 순서도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생에너지 파워 뱅크의 실험결과 표.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 신 재생에너지 파워 뱅크의 전체 구성을 보여주는 블럭도이고, 도 2는 도 1의 컨트롤러의 전체의 구성을 보여주는 블럭도이다.
이를 참고하여 설명하면, 본 발명은 신 재생 에너지를 생산하는 전력변환장치(10)와, 상기 전력변환장치에 의해 생산된 전기 에너지를 충전하는 배터리(20)와, 상기 배터리(20)와 전력변환장치(10) 사이에 설치되어 배터리로 충전되는 전원을 관리하는 컨트롤러(30)와, 상기 컨트롤러(30)의 커넥터에 연결되어 배터리(20)에 충전된 전원을 인가받는 부하(40)를 포함하여 이루어짐으로써,
상기 전력변환장치(10)가 태양 또는 바람 또는 물 등을 통해 얻은 신 재생 에너지가 상기 컨트롤러(30)에 의해 배터리(20)로 충전되도록 가이드하여 평상시 상기 배터리(20)가 전원을 충전하고 있다가 컨트롤러(30)에 부하가 연결되어 있을 때 상기 컨트롤러(30)의 조작에 따라 부하(40) 쪽으로 배터리의 전원을 흘려줘서 다양한 용도로 저장된 전기를 사용할 수 있도록 한 것이다.
이때 배터리(20)는 대용량의 전원을 충전할 수 있는 리튬이온 배터리(21)를 기본으로 하여 급속 충전 및 방전이 가능한 슈퍼콘덴서(22)를 포함하고 있는 하이브리드 배터리가 바람직하고,
특히, 상기 컨트롤러(30)는, 충전시 필요한 전압, 전류, 과충전, 과방전, 부분방전할 수 있게 컨트롤하는 한편, 저전압 충전 혹은 정상전압충전, 주파수 가변, 전류 가변설정, 전압 설정 등을 프로그램화하여 안정적으로 충전과 방전이 이루어지도록 한다.
더불어 상기 컨트롤러(30)는 방전전압 가변 등을 통하여 배터리의 소모량을 최소화하면서 감지센서를 통해 주변여건(예, 일몰과 일출을 감지 혹은 바람의 세기 등등)에 따라 자체적으로 충전모드 또는 방전모드로 자동 전환할 수 있고,
이때의 충전모드와 방전모드는 후술할 전압크기 판별부를 통해 확인된 정상전압 혹은 저전압 상태에 따라 충전모드 혹은 방전모드의 전환이 자동으로 이루어질 수도 있는 것이다.
그리고 이러한 컨트롤러(30)는 다각형으로 이루어진 케이스 일측에 방전시 혹은 충전시 전압, 전류, 조작패널, 방전 또는 충전 등을 컨트롤할 수 있도록 제어패널이 설치되고, 이와 더불어 충전시 혹은 방전시 각각의 전류값과 전압값 그리고 생산된 전력량이나 방전된 전력량 등을 확인할 수 있는 디스플레이 패널이 설치되어 있다.
그리고 이러한 컨트롤러(30)의 내측에는 전력변환장치(10)에 의해 생산된 전기 에너지를 배터리(20)에 고속으로 전량 충전되게 가이드하는 한편, 상기 배터리(20)의 전기 에너지를 부하(40) 쪽으로 안전하게 방전되게 컨트롤하는 충방전모듈(31)을 포함하여 이루어지게 된다.
이때의 충방전모듈(31)은 슈퍼콘덴서(22)에 전력변환장치의 전기 에너지를 충전시키기 위하여 역 전압 방지부(310)와, 전압크기 판별부(311)와, 슈퍼콘덴서 충전조절부(312)와, 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)를 포함하여 이루어지고,
리튬이온 배터리(21)에 전기에너지를 효율적으로 충전시키기 위한 충전차단부(314)와, 배터리 고속충전부(315)와, 배터리 충전감시부(316)와 방전차단부(317)를 포함하여 이루어지게 된다.
이때 충방전모듈(31)은 부하(40) 쪽으로 배터리(20)의 전원을 공급하기 위하여 직류/교류 인버터(32)와 연결된다.
참고로, 역 전압 방지부(310)는 신 재생 에너지를 인가받았을 때 전력변환장치(10)로 역류되지 않도록 하기 위한 것으로써, 특히 충전전압 이하의 저전압을 충전전압 이상으로 승압시키면서 전위차가 역전되어 상기 전력변환장치(10)로 역류하지 않도록 하기 위한 것이다.
그리고 전압크기 판별부(311)는 전력변환장치(10)에 의해 생산된 전기에너지를 인가받았을 때, 해당 전압이 배터리(20)의 충전전압보다 높은 상태의 정상전압인지 혹은 충전전압보다 낮은 상태의 저전압인지 확인 위한 것이다.
즉, 충전 가능한 전원인지 버려지는 전원인지 판별하기 위한 것이고, 특히 상기 전압크기 판별부(311)에 의해 정상전압 또는 저전압으로 판단한 결과에 따라 컨트롤러가 충전모드 혹은 방전모드로의 전환이 자동으로 이루어지게 구축할 수도 있는 것이다.
참고로, 이때의 충전모드는 컨트롤러가 배터리에 전원을 충전시키는 모드이고, 방전모드는 배터리의 전원을 부하로 공급하는 모드이며, 대기모드는 대기상태로 돌입하여 휴지상태에 있는 모드이다.
그리고 이러한 전압크기 판별부(311)는, FET소자를 사용하여 게이트에 들어오는 전원의 전압의 크기를 확인하고 정상전압일 경우에는 슈퍼콘덴서 쪽으로 흘려주고,
상기 FET소자의 게이트에 들어오는 전원의 전압이 저전압일 경우에는 슈퍼콘덴서 충전 조절부(312)에 의해 승압되어져 저전압의 전기에너지도 전량 슈퍼콘덴서로 흘러가 충전되게 하는 것이다.
즉, 슈퍼콘덴서 충전조절부(312)는 전압크기 판별부(311)에 의해 확인된 버려지는 저전압의 전원을 충전전압 이상으로 승압시켜 강제로 슈퍼 콘덴서에 충전되게 함으로써 충전 효율을 높인 것이다.
그리고 이러한 슈퍼콘덴서 충전조절부(312)는 일조량이나 바람의 세기 등의 주변여건에 따라 그 세기를 레벨에 따라 자동 조절할 수 있고, 기준치 이하의 최저전압이 되면 단선된 것으로 판단하여 자동으로 그 동작이 정지하여 대기모드로 진입하는 것이 바람직하다.
또한, 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)는 충전전압 이상으로 승압된 저전압 또는 정상전압을 슈퍼콘덴서(22)에 고속 충전하기 위한 것으로써, 특히 슈퍼콘덴서 충전조절부(312)에 의해 승압된 전원을 초당 400 hz 이상으로 발진시켜 슈퍼콘덴서에 펄스 입력되게 하는 것이다.
즉, 상기 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)는 발진시 마이너스 전압과 플러스 전압을 번갈아가면서 반복적으로 자극을 가하여 단조작업을 하는 것처럼 슈퍼콘덴서(22)에 충전함으로써,
일정한 공간에 다량의 전하가 충전되면서 발생하는 전하끼리의 반발력과 부하를 최소화함으로써, 향상된 충전효율과 최소화된 충전 시간을 가지도록 한 것이다.
이때 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)는 발열되는 것을 최소화하기 위하여 저전압일 경우에는 1초에 400 hz로 발진되게 하고, 정상전압일 경우에는 1초에 500 hz이상으로 발진되게 하는 멀티채널을 형성하고 있다.
이때 상기 슈퍼콘덴서 고속충전부는 1초에 400 ~ 500 내외로 발진되는 것이 바람직하지만 한정하지는 않는다.
더불어 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)는 충전전압을 높여서 충전시 플러스 접지하고 마이너스만 가지고 펄스를 형성하여 충전되게 하고, 불균형 전압 충전시에는 자동으로 저전압 충전모드(1초에 400hz 발진하는 모드)로 선택되어져 충전되게 할 수도 있는 것이다.
또한, 충전차단부(314)는 상기 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)에 의해 전기 에너지가 펄스 입력되어 고속충전되면서 상기 슈퍼콘덴서(22)가 과전압으로 과충전되면서 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이때 슈퍼콘덴서(22)의 전원은 슈퍼콘덴서의 충전특성과 방전특성 차로 인해 안정화되어 리튬이온 배터리(21) 쪽으로 방전되거나 부하 쪽으로 흘러가도록 되어 있고,
상기 전원이 리튬이온 배터리(21) 쪽으로 흘러갈 때에는 배터리 고속충전부(315)에 의해 발진되어 리튬이온 배터리(21)에 고속충전되게 한다.
이때 배터리 고속충전부(315)는 발진시 마이너스 전압과 플러스 전압을 번갈아가면서 반복적으로 자극을 가하여 리튬이온 배터리에 전원이 충전되게 함으로써, 일정한 공간에 다량의 전하가 충전되면서 발생하는 전하끼리의 반발력과 부하를 강제하여 향상된 충전효율과 최소화된 충전 시간을 가지도록 한 것이다.
또한, 배터리 충전감시부(316)는 배터리 고속충전부(315)에 의해 고속충전이 이루어지면서 상기 리튬이온 배터리(21)가 과충전되어 손상되지 않도록 하기 위한 것이다.
또한, 방전차단부(317)는 슈퍼콘덴서(22) 혹은 리튬이온 배터리(21)로부터 인가된 전원을 부하쪽으로 인가할 때 과방전되면서 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.
더불어 직류/교류 인버터(32)는 커넥터에 연결된 부하(40) 쪽으로 직류 전원을 공급하거나 혹은 교류 전원을 공급하기 위한 것이다.
참고로, 직류/교류 인버터와 함께 배터리 및 컨트롤러는 각각 분리되어 있는 것일 수도 있지만, 하나의 케이스 내장되어 한 몸체를 이루면서 용이하게 이동되고 설치의 편의성을 높일 수도 있는 것이다.
참고로, 부하(40)는 컨트롤러(30)와 연결되어 공급받은 전원을 소비하는 것으로써, 대표적으로 솔라셀이 형성된 가로등이나 교통표지판 등이 있으며, 실시 예에 따라서는 그리드 망에 연결되어 충전된 전원을 외부로 공급할 수도 있는 것이다.
따라서 본 발명은 종래 버려지던 저전압의 전기 에너지를 배터리(20)에 충전시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 발진시켜 고속으로 충전되게 함으로써, 비 선형적인 특징을 가진 신 재생 에너지를 효율적으로 충전하여 줄 수 있게 되는 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 충전 및 방전과정을 보여주는 순서도이다. 이를 참고하여 설명하면,
먼저, 본 발명은 전력변환장치(10)가 태양 또는 바람 또는 물 등을 통해 신 재생 에너지를 얻게 되고, 이때 얻게 되는 신 재생 에너지는 컨트롤러(30)에 의해 배터리(20)에 충전되게 된다.
이때 컨트롤러(30)는 전압크기 판별부(311)를 통해 인가받은 전력변환장치(10)의 전원이 배터리(20)의 충전전압보다 높은 상태의 정상전압인지 혹은 충전전압보다 낮은 상태의 저전압인지 확인하고,
만일 해당 전원이 정산전압일 경우에는 슈퍼콘덴서 쪽으로 전원을 흘려주고, 해당 전원이 저전압일 경우에는 이를 승압시켜 저전압의 전기에너지도 전량 슈퍼콘덴서로 흘려줘서 충전되게 하는 것이다.
이때 상기 컨트롤러(30)는 저전압의 전원이 승압되면서 역전하지 않도록 차단하여 주고, 상기 컨트롤러는 감지센서를 통해 자동으로 방전모드 혹은 충전모드로 전환될 수도 있지만, 상기 전압크기 판별부(311)에 의해 자동으로 방전모드 혹은 충전모드로 전환될 수도 있는 것이다.
즉, 상기 컨트롤러(30)는 상기 감지센서 또는 전압크기 판별부(311)를 통해 밤일 경우 자동으로 방전모드로 전환되면서 부하(가로등)을 밝혀 주고, 낮일 경우에는 상기 감지센서 또는 전압크기 판별부(311)를 통해 자동으로 충전모드로 전환되면서 배터리에 전원이 충전되게 하는 것이다.
그리고 상기 슈퍼콘덴서 충전조절부(312)에 의해 승압된 저전압의 전원 또는 정상전압의 전원은, 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)에 의해 발진되어 펄스 입력됨으로써,
일정한 공간에 다량의 전하가 충전되면서 발생하는 전하끼리의 반발력과 부하를 최소화하여, 향상된 충전효율과 최소화된 충전 시간을 가지도록 하는 것이다.
이때 슈퍼콘덴서(22)는 고속충전되면서 과충전으로 손상되는 것을 방지하고, 상기 컨트롤러(30)는 슈퍼콘덴서의 전원이 부하(40) 또는 리튬이온 배터리(21) 쪽으로 흘러가도록 컨트롤한다.
이때 리튬이온 배터리(21)는 배터리 고속충전부(315)에 의해 발진되어 고속으로 충전되도록 하는 한편, 과충전으로 손상되는 것을 방지하면서, 부하(40) 쪽으로 흘려 주는 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실험결과를 보여주는 것으로써, 2018년 06월 중에, 8일 동안의 비 오거나 흐린 날에, 오전 9시부터 ~ 오후 4/5시까지 충전을 실시하고, 10시~15시간 동안 50W의 LED 조명을 동작시킨 결과이다. 이때 본 발명은 저용량의 24V 80A의 리튬이온 배터리를 사용하여 극대화(차별화)된 결과를 도출할 수 있도록 하였다.
먼저, 첫째 날 설치를 완료하였을 때, 배터리의 전압이 27.2V를 유지하였고, 이후 10시간 동안 50W의 LED 조명을 동작시키면서 이의 배터리 전압이 26.4V로 하강하였다.
그리고 둘째 날에는 비가 오고 흐른 날씨를 유지하였고, 오전 9시부터 ~ 오후 4/5시까지 충전을 실시하면서, 26.4V였던 배터리의 전압이 1.2V만큼 상승하여 27.6V가 되었다. 그리고 저녁부터 다음날 새벽까지 10시간 가량의 LED 조명을 동작시키면서 배터리의 전압이 1.4V만큼 하강하여 26.2V가 되었다.
그리고 셋째 날에는 먹구름이 끼고 비가 왔으며, 오전 9시부터 ~ 오후 4/5시까지 충전을 실시하면서, 26.2V였던 배터리의 전압이 0.6V만큼 상승하여 26.8V가 되었고, 이후 저녁부터 다음날 새벽까지 10시간 가량의 LED 조명을 동작시키면서 이의 배터리의 전압이 1.6V만큼 하강하여 25.2V가 되었다.
그리고 넷째 날에는 비가 오고 흐른 날씨를 유지하였으며, 오전 9시부터 ~ 오후 4/5시까지 충전을 실시하면서, 25.2V였던 배터리의 전압이 1.0V만큼 상승하여 26.2V가 되었고, 이후 저녁부터 다음날 새벽까지 10시간 가량의 LED 조명을 동작시켰을 때, 배터리의 전압이 1V만큼 하강하여 25.2V가 되었다.
그리고 다섯째 날에는 먹구름이 끼고 비가 왔으며, 오전 9시부터 ~ 오후 4/5시까지 충전을 실시하면서, 25.2V였던 배터리의 전압이 0.4V만큼 상승하여 25.6V가 되었고, 이후 저녁부터 다음날 새벽까지 10시간 가량의 LED 조명을 동작시켰을 때, 배터리의 전압이 1.4V만큼 하강하여 24.2V가 되었다.
그리고 여섯째 날에는 비가 오고 흐른 날씨를 유지하였으며, 오전 9시부터 ~ 오후 4/5시까지 충전을 실시하면서 24.2V였던 배터리의 전압이 1.0V만큼 상승하여 25.2V가 되었고, 이후 저녁부터 다음날 새벽까지 10시간 가량의 LED 조명을 동작시켰을 때, 배터리의 전압이 1.6V만큼 하강하여 23.6V가 되었다.
그리고 일곱째 날에는 비가 오고 흐른 날씨를 유지하였으며, 오전 9시부터 ~ 오후 4/5시까지 충전을 실시하면서 23.6V였던 배터리의 전압이 1.2V만큼 상승하여 28.8V가 되었고, 이후 저녁부터 다음날 새벽까지 10시간 가량의 LED 조명을 동작시켰을 때, 배터리의 전압이 1.2V만큼 하강하여 23.6V가 되었다.
참고로 동일 기간 동안, 종래의 태양광모듈과 컨트롤러를 설치하고 본 발명과 동일한 규격의 리튬이온 배터리(24V-80A)를 사용하였을 때, 흐른 날과 비 오는 날씨의 영향으로 충전 조건을 완전히 만족하지 못하여 3~4일 사이에 배터리가 완전히 방전되는 결과를 초래하였다.
따라서 본 발명은 종래 버려지던 저전압의 전기 에너지를 배터리(20)에 충전시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 발진시켜 고속으로 충전함으로써, 비 오는 날이나 흐른 날에도 충전이 되면서 향상된 충전효율을 가지게 됨에 따라 보다 더 오랜 시간 동안 안정적으로 부하를 동작시킬 수 있게 되었다.
지금까지 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형 및 균등이론에 의해 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10:전력변환장치 20:배터리
21:리튬이온 배터리 22:슈퍼콘덴서
30:컨트롤러 31:충방전모듈
310:역 전압 방지부 311:전압크기 판별부
312:슈퍼콘덴서 충전조절부 313:슈퍼콘덴서 고속충전부
314:충전차단부 315:배터리 고속충전부
316:배터리 충전감시부 317:방전 차단부
32:직류/교류 인버터 40:부하

Claims (10)

  1. 재생 에너지를 생산하는 전력변환장치(10)와, 급속 충전 및 방전이 가능한 슈퍼 콘덴서와, 대용량의 전원을 충전할 수 있는 리튬이온 배터리를 포함하고 있는 배터리(20)와, 상기 전력변환장치에 의해 생산된 에너지를 배터리(20)로 고속으로 전량 충전되게 가이드하는 한편, 상기 배터리의 전기 에너지를 부하(40) 쪽으로 안전하게 방전되게 컨트롤하는 충방전모듈(31)을 포함하고 있는 컨트롤러(30)와, 상기 컨트롤러(30)의 커넥터에 연결되어 배터리(20)에 충전된 전원을 인가받는 부하(40)를 포함하여 이루어진 것에 있어서,
    상기 충방전모듈(31)은 전력변환장치에 의해 생산된 전기에너지의 전압이 슈퍼 콘덴서의 충전전압보다 높은 정상전압인지 혹은 충전전압보다 낮은 저전압인지 확인하기 위한 전압크기 판별부(311)와, 상기 전압크기 판별부(311)에 의해 확인된 결과에 따라 정상전압일 경우에는 배터리 쪽으로 전기에너지가 흘러갈 수 있도록 가이드하고, 저전압일 경우에는 충전전압 이상으로 승압시켜 슈퍼 콘덴서(22) 쪽으로 전원이 흘러가도록 가이드 하는 슈퍼콘덴서 충전조절부(312)와, 상기 슈퍼콘덴서 충전조절부(312)에 의해 인가된 저전압의 전원 또는 정상전압의 전원을 발진시켜 슈퍼콘덴서(22)로 펄스 입력되게 하기 위한 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)를 포함하여 이루어지되,
    상기 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)는 펄스 입력시 플러스 접지하고 마이너스만을 가지고 펄스를 형성하여, 안전하게 슈퍼콘덴서로 충전 입력되게 구성한 것을 특징으로 하는 신 재생에너지 파워 뱅크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압크기 판별부(311)는 정상전압 또는 저전압여부를 판단하기 위한 것인 동시에 컨트롤러(30)가 충전모드에서 방전모드로 혹은 방전모드에서 충전모드로 자동 전환되게 구성되어, 편리하게 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 신 재생에너지 파워 뱅크.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)는 저전압일 경우에는 1초에 400 hz 로 발진되게 하고, 정상전압일 경우에는 1초에 500 hz 이상으로 발진되게 하는 멀티채널을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 신 재생에너지 파워 뱅크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압크기 판별부(311)는 FET소자를 사용하여 게이트에 들어오는 전원이 정상전압일 경우에는 슈퍼콘덴서 쪽으로 흘려주고, FET소자의 게이트에 들어오는 전원이 저전압일 경우에는 슈퍼콘덴서 충전 조절부(312)에 의해 승압되어져 저전압의 전기에너지도 전량 슈퍼콘덴서로 흘러가 충전되게 하는 것을 특징으로 하는 신 재생에너지 파워 뱅크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슈퍼콘덴서 충전조절부(312)에 의해 저전압의 전원이 충전전압 이상으로 승압되어 지면서 전위차가 역전하여 전력변환장치(10)로 역류하지 않도록 하기 위한 역 전압 방지부(310)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신 재생에너지 파워 뱅크.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)는, 불균형 전압 충전시 자동으로 1초에 400hz로 발진시키는 저전압 모드로 선택되어 충전되게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 신 재생에너지 파워 뱅크.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슈퍼콘덴서 고속충전부(313)에 의해 상기 슈퍼콘덴서(22)가 고속충전되면서 과전압으로 과충전되면서 손상되는 것을 방지하기 위한 충전차단부(314)와,
    리튬이온 배터리 쪽으로 인가된 슈퍼 콘덴서의 전원을 발진시켜 마이너스 전압과 플러스 전압을 번갈아가면서 반복적으로 리튬이온 배터리에 자극을 가하여 일정한 공간에 다량의 전하가 충전되면서 발생하는 전하끼리의 반발력과 부하를 최소화하여 고속 충전되게하는 배터리 고속충전부(315)와,
    상기 리튬이온 배터리가 배터리 고속충전부(315)에 의해 고속 충전되면서 상기 리튬이온 배터리가 과충전으로 손상되는 것을 방지하기 위한 배터리 충전감시부(316)와,
    상기 슈퍼콘덴서(22) 혹은 리튬이온 배터리(21)의 전원을 부하 쪽으로 방출할 때 과방전되면서 손상되는 것을 방지하기 위한 방전차단부(317)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신 재생에너지 파워 뱅크.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102469259B1 (ko) * 2022-04-11 2022-11-22 (주)효성파워택 슈퍼 커패시터를 이용한 보조전원장치
KR20230105762A (ko) * 2022-01-04 2023-07-12 황재정 이륜차용 스마트 배터리장치

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010104223A (ja) * 2008-09-16 2010-05-06 Commissariat A L'energie Atomique Cea スーパーキャパシタを備えた自律システムにおける電池のパルス充電方法
KR20100109104A (ko) 2009-03-31 2010-10-08 해성쏠라(주) 태양전지를 이용한 하이브리드형 저장장치
KR100993224B1 (ko) 2010-06-29 2010-11-09 주식회사 미지에너텍 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치
KR101375652B1 (ko) 2011-12-26 2014-03-19 한국철도공사 철도 전력 시스템에서의 하이브리드 에너지 저장장치 및 그 방법
KR20160070509A (ko) * 2014-12-10 2016-06-20 (주)한국티이에스 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치
KR101661260B1 (ko) * 2015-05-20 2016-09-30 글루잭테크 주식회사 하이브리드 전원공급장치
KR101742796B1 (ko) * 2016-08-05 2017-06-01 주진관 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치
KR101840748B1 (ko) 2017-02-10 2018-03-21 주식회사 이엘티 보조충전부로써 슈퍼커패시터가 적용된 하이브리드 bess 전력변환시스템

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010104223A (ja) * 2008-09-16 2010-05-06 Commissariat A L'energie Atomique Cea スーパーキャパシタを備えた自律システムにおける電池のパルス充電方法
KR20100109104A (ko) 2009-03-31 2010-10-08 해성쏠라(주) 태양전지를 이용한 하이브리드형 저장장치
KR100993224B1 (ko) 2010-06-29 2010-11-09 주식회사 미지에너텍 하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치
KR101375652B1 (ko) 2011-12-26 2014-03-19 한국철도공사 철도 전력 시스템에서의 하이브리드 에너지 저장장치 및 그 방법
KR20160070509A (ko) * 2014-12-10 2016-06-20 (주)한국티이에스 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치
KR101661260B1 (ko) * 2015-05-20 2016-09-30 글루잭테크 주식회사 하이브리드 전원공급장치
KR101742796B1 (ko) * 2016-08-05 2017-06-01 주진관 직류 고전압 대용량 무접점 스위칭 장치를 이용한 이차 전지 충방전 전원 장치
KR101840748B1 (ko) 2017-02-10 2018-03-21 주식회사 이엘티 보조충전부로써 슈퍼커패시터가 적용된 하이브리드 bess 전력변환시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230105762A (ko) * 2022-01-04 2023-07-12 황재정 이륜차용 스마트 배터리장치
KR102644348B1 (ko) * 2022-01-04 2024-03-06 황재정 이륜차용 스마트 배터리장치
KR102469259B1 (ko) * 2022-04-11 2022-11-22 (주)효성파워택 슈퍼 커패시터를 이용한 보조전원장치

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