KR102033551B1 - 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법 - Google Patents

태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은, PWM신호 또는 태양전지모듈의 전원에 의해 스위칭 동작을 수행하여 태양전지모듈에서 생성된 전력을 출력으로 전달하는 컨버터; 태양전지모듈에서 생성된 전원의 전력을 측정하는 전력측정부; 및 전력측정부에서 측정된 측정전력에 따라 충전모드를 결정하며, 충전모드에 따라 컨버터가 스위칭 동작하도록 PWM신호 생성 여부를 결정하여 컨버터에서 출력되는 전원으로 배터리가 충전되도록 하는 충전제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR CHARGING SOLAR ENERGY AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PWM신호의 생성 여부와 상관없이 태양전지를 활용하여 배터리를 충전하는 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 신재생 에너지란 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스가 아닌 태양에너지, 바이오매스, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄의 액화, 가스화, 해양에너지, 폐기물에너지를 비롯하여 지열, 수소, 석탄에 의한 물질을 혼합한 유동성 연료를 의미한다.
신재생 에너지 중에서 가장 활발하게 연구되고 있는 태양 에너지는 석유, 석탄, 천연 가스와 달리 영구적이며, 화석 에너지를 사용하면서 생길 수 있는 환경오염 문제를 해결할 수 있으며 특히, 필요한 만큼의 에너지를 수급할 수 있다.
또한, 자동차산업은 공해를 유발하며 에너지 소비 비중이 큰 산업으로서, 신재생 에너지 개발사업의 일환으로 전기자동차의 개발에 매진하고 있다.
전기자동차는 이차전지에 의한 전원으로 전기 모터를 구동하여 동력을 얻으므로, 이차전지는 신재생 에너지 부분의 필수 불가결한 제품이다. 또한 이차전지는 자동차 산업 외에 이동하는 모든 제품에 적용되며 환경공해를 해결하고 저비용화를 실현하며 단순함과 편리성을 더해준다.
이러한 이차전지의 사용을 위해서는 충전기가 필수적으로 필요하며, 최근에는 초 급속 대용량의 새로운 대체 이차 전지 전용 충전기가 필요하게 되었다.
이와 같이 태양 에너지를 배터리에 충전하기 위해서는 태양전지에서 생성된 출력전압을 컨버터를 통해 배터리의 충전전압으로 변환하여 충전한다.
이때 충전전압으로 변환하기 위해 컨버터는 PWM 구동모드를 통해 스위칭됨으로써 전압을 변환하게 된다.
그러나 태양전지에서 생성되는 전력량은 일조량에 따라 다르지만 컨버터를 구동할 때는 PWM 구동모드를 통해 스위칭됨으로써, 일조량이 충분하지 않을 경우에는 오동작 가능성이 높아질 뿐만 아니라 PWM 구동으로 인한 스위칭 로스로 인해 충전효율이 낮아지고, 전력소자의 스트레스를 높일 수 있는 문제점이 있다.
또한, 일조량이 충분하지 않은 저전력 상태에서도 PWM신호를 생성하는 MCU(컨트롤소자)를 항상 온(ON) 상태로 유지하여야 하므로 배터리가 방전될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1245647호(공고일 : 2013.03.20.공고)인 "태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템"이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 창안된 것으로, PWM신호의 생성 여부와 상관없이 태양전지를 활용하여 배터리를 충전하는 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 태양 에너지 충전장치는, PWM신호 또는 태양전지모듈의 전원에 의해 스위칭 동작을 수행하여 상기 태양전지모듈에서 생성된 전력을 출력으로 전달하는 컨버터; 상기 태양전지모듈에서 생성된 전원의 전력을 측정하는 전력측정부; 및 상기 전력측정부에서 측정된 측정전력에 따라 충전모드를 결정하며, 상기 충전모드에 따라 상기 컨버터가 스위칭 동작하도록 PWM신호 생성 여부를 결정하여 상기 컨버터에서 출력되는 전원으로 배터리가 충전되도록 하는 충전제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 충전제어부는, 상기 전력측정부에서 측정된 상기 측정전력이 설정전력 이하인 경우, PWM신호를 생성하지 않고 상기 태양전지모듈과 상기 배터리가 직접 연결되도록 하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 전력측정부에서 측정된 상기 측정전력이 설정전력을 초과하는 경우, PWM신호가 생성되도록 하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 컨버터는, 일측이 상기 태양전지모듈과 연결되고 타측이 스위치의 게이트단과 연결된 게이트저항을 구비하여, 상기 태양전지모듈에서 생성된 전력이 상기 게이트저항을 거쳐 상기 스위치에 공급될 수 있도록 하며, 상기 게이트저항을 통해 흐르는 전류가 상기 스위치의 게이트단에 공급되고, 게이트-소스 기생캐패시터를 충전하여 상기 스위치가 턴 온 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 배터리의 충전 전압을 확인하는 배터리전압판단부;를 더 포함하고, 상기 충전제어부는, 상기 배터리전압판단부에서 확인한 상기 배터리의 충전 전압이 완충 상태인 경우, PWM신호가 생성되도록 하여 상기 컨버터의 스위치를 턴 오프 시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 태양 에너지 충전장치의 제어방법은, 충전제어부가 전력측정부로부터 태양전지모듈에서 생성된 전원의 전력을 측정한 측정전력을 입력받는 단계; 상기 충전제어부가 상기 전력측정부로부터 입력된 상기 측정전력과 설정전력을 비교하는 단계; 및 상기 충전제어부가 상기 측정전력과 상기 설정전력을 비교하여 충전모드를 결정하며, 상기 충전모드에 따라 컨버터가 스위칭 동작하도록 PWM신호 생성 여부를 결정하여 상기 컨버터에서 출력되는 전원으로 배터리를 충전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 배터리를 충전하는 단계에서, 상기 충전제어부는, 상기 전력측정부에서 측정된 상기 측정전력이 설정전력 이하인 경우, PWM신호를 생성하지 않고 상기 태양전지모듈과 상기 배터리가 직접 연결되도록 하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 전력측정부에서 측정된 상기 측정전력이 설정전력을 초과하는 경우, PWM신호가 생성되도록 하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 충전제어부가 배터리전압판단부로부터 배터리의 충전 전압을 입력받는 단계; 및 상기 배터리의 충전 전압이 완충 상태인 경우, 상기 충전제어부가 PWM신호가 생성되도록 하여 상기 컨버터의 스위치를 턴 오프 시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은 태양전지에서 생성되는 전력량에 기초하여, 저전력 상태일 때 PWM 신호를 생성하지 않고 태양전지와 배터리를 직접 연결하는 SDCM(Solar Direct Connection Mode)모드로 충전함으로써 일조량이 충분하지 않은 저전력 상태에서의 오동작 가능성을 낮추고, PWM 구동으로 인한 스위칭 로스와 전력소자의 스트레스를 줄여 충전효율을 높이고 전력소자의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은PWM 신호를 생성하는 MCU의 오프(OFF) 상태에서도 배터리가 충전되도록 함으로써, 일조량이 충분하지 않은 저전력 상태에서 MCU에 소모되는 에너지로 인한 배터리 방전을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전류량으로 태양전지에서 생성되는 에너지량을 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치를 나타낸 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 PWM 구동모드 시뮬레이션 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 SDCM 모드 시뮬레이션 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치를 나타낸 회로 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 PWM 구동모드 시뮬레이션 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 SDCM 모드 시뮬레이션 예시도로서, 이를 참조하여 태양 에너지 충전장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치는, 태양전지모듈(100), 배터리(200), 컨버터(300), 전력측정부(400), 배터리전압판단부(500) 및 충전제어부(600)를 포함할 수 있다.
태양전지모듈(100)은 적어도 하나 이상의 솔라셀이 어레이 배열되어 구성될 수 있다. 한편, 태양전지모듈(100)은 전류원과 같이 동작하기 때문에, 본 실시예에서는 전류원과 같이 회로에 도시하였다.
배터리(200)는 컨버터(300)에서 출력되는 전원을 충전한다.
컨버터(300)는 PWM신호에 따라 스위칭 동작을 수행하여 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원크기를 변환하여 출력하는데, 본 실시예에서는 PWM신호가 없더라도, 태양전지모듈(100)의 전원에 의해 스위칭 동작을 수행하여 상기 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원의 크기를 변환하여 출력할 수 있다.
여기서 컨버터(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 PWM신호생성소자(310), 저항(311), 스위치(320), 제1 커패시터(330), 게이트저항(340), 다이오드(350), 인덕터(360) 및 제2 커패시터(370)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 스위치(320)는 n채널 MOSFET을 포함하여 형성될 수 있고, 상기 스위치(320)가 회로 하단부에 위치한 벅(Buck) 컨버터 회로를 예시로 설명하도록 한다. 이때, 본 실시예에서, 저항(311)은 PWM 구동 충전모드일 때, 즉 종래의 PWM 구동에 의한 컨버터 회로에서, PWM신호에 따라 스위치(320)가 스위칭 동작할 수 있도록 하는 게이트 저항을 의미하며, 게이트저항(340)은 SDCM 충전모드일 때 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력이 상기 스위치(320)에 공급되어 상기 스위치(320)가 스위칭 동작할 수 있도록 하는 게이트 저항을 의미할 수 있다.
따라서 컨버터(300)는 충전제어부(600)의 제어에 의해 PWM신호생성소자(310)에서 생성되는 PWM신호에 따라 스위치(320)를 작동시켜 반복적으로 스위칭하여 제1 커패시터(330), 다이오드(350), 인덕터(360) 및 제2 커패시터(370)를 통해 충전과 방전이 이루어지도록 함으로써 태양전지모듈(100)에서 생성된 출력전압을 배터리(200)의 충전전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
한편, 본 실시예의 도면에서는 도시하지 않았으나, PWM신호에 의한 스위칭 동작을 컨트롤하는 MCU(미도시)를 별도로 포함하여, PWM신호생성소자(310)에서 PWM신호가 생성되도록 할 수 있다. 즉, 충전제어부(600)는 전력측정부(400)에서 측정한 전력에 따라 충전모드를 결정하여, PWM 구동모드일 때 MCU(미도시)에 전력이 공급되도록 하며, 이때 MCU(미도시)는 PWM신호생성소자(310)를 통해 PWM신호를 생성하는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 PWM 구동모드 시뮬레이션 예시도로서, PWM신호에 의한 구동이 정상 동작함을 확인할 수 있다. 녹색은 Vin이고, 적색은 Vout으로 듀티가 50%인 PWM 동작을 확인할 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 컨버터(300)는 MCU(미도시)에 전력이 공급되지 않는 경우, 즉 PWM신호생성소자(310)에서 PWM신호가 생성되지 않는 경우, SDCM 충전모드를 수행할 수 있다. 즉, 도 1을 참조하면, 컨버터(300)는 태양전지모듈(100)에 일측이 연결되는 제1커패시터(330), 상기 제1커패시터(330)에 병렬 연결되고 상기 배터리(200)에 일측이 연결되는 제2커패시터(370), 일측이 상기 제2커패시터(370)의 타측에 연결되는 인덕터(360), 상기 인덕터(360)의 타측과 상기 제1커패시터(330)의 타측 사이에 배치되는 스위치(320), 및 상기 제1커패시터(330)의 일측이 연결되고 상기 스위치(320)의 게이트에 타측이 연결되는 게이트저항(340)을 포함한다. 그리고 SDCM 충전모드에서, 컨버터(300)는 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원이 상기 게이트저항(340)을 거쳐 상기 스위치(320)에 제공될 수 있도록 한다. 이때, 태양전지모듈(100)의 전원이 게이트저항(340)을 통해 스위치(320)의 게이트단에 인가되어 상기 스위치(320)가 턴 온 되도록 할 수 있다. 즉, 컨버터(300)는 MCU(미도시)에 전력이 공급되지 않는 경우, 즉 PWM신호생성소자(310)에서 PWM신호가 생성되지 않아도 스위치(320)가 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원에 의해 스위칭되도록 하여 제1 커패시터(330), 다이오드(350), 인덕터(360) 및 제2 커패시터(370)를 통해 충전과 방전이 이루어지도록 함으로써 태양전지모듈(100)에서 생성된 출력전압을 배터리(200)의 충전전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
다시 말해, 본 실시예에서는 전류원인 태양전지모듈(100) 및 게이트저항(340)에 의해 형성되는 게이트 전압에 의해 스위치(320)가 턴 온 된다. 그리고 턴 온 된 후에는 스위치(320)의 게이트-소스 간 커패시턴스로 인해 게이트단에 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 스위치(320)가 턴 오프 상태에서는 태양전지모듈(100)과 배터리(200) 간의 폐회로가 형성되지 않아 충전이 되지 않고, 스위치(320)가 턴 온 된 후에는 태양전지모듈(100)과 배터리(200) 간의 폐회로가 형성되어 그라운드(Ground)가 연결되어 충전이 되는 것이다.
여기서 게이트저항(340)은 스위치(320)의 게이트단과 소스단 사이의 커패시턴스(Capacitance)와 RC 시정수(Time Constant)를 형성하여 스위칭 시간을 늘려줄 수 있는 것으로, 저항값은 달라질 수 있으며, 한정되지 않는다. 예컨대, 게이트저항(340)은 현재 전력 소실, 설계온도에서 스위치(320)의 허용 전력 손실, 스위칭 파형의 주파수 및 듀티 사이클, 및 MOSFET의 게이트와 소스 사이의 커패시턴스와 MOSFET 드라이버의 내부 저항을 고려하여 저항값을 달리할 수 있다.
이때, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 SDCM 모드 시뮬레이션 예시도로서, 스위치(320)가 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원에 의해 턴 온 됨으로써, Vin과 Vout이 연결되어 태양전지모듈(100)에서 생성되는 전원이 12V 배터리(200)로 전달됨을 확인할 수 있다. 즉, 태양전지모듈(100)에서 전원이 생성되면 그 전원으로 스위치(320)가 턴 온 되어 배터리(200)를 충전시키는 시스템이 구현되는 것이다.
전력측정부(400)는 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원의 전압과 전류를 통해 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 측정하여 충전제어부(600)에 제공한다.
여기서, 전력측정부(400)는 복수 개 구비될 수 있고 회로의 임의의 위치에 구비될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 예컨대 전력측정부(400)는 태양전지모듈(100)의 출력전류를 감지하거나, 컨버터(300)의 출력전류를 감지할 수 있다. 또한, 전력측정부(400)는 아날로그 회로로 구현되어, 상시동작 하도록 할 수 있다.
배터리전압판단부(500)는 배터리(200)의 충전 전압을 판단하는 것으로, 판단한 배터리(200)의 충전 전압을 충전제어부(600)에 제공할 수 있다. 또한, 배터리전압판단부(500)는 배터리의 충전 전류도 확인할 수 있으며, 아날로그 회로로 구현되어 상시동작 하도록 할 수 있다.
충전제어부(600)는 전력측정부(400)로부터 입력된 측정전력에 따라 충전모드를 결정하며, 상기 충전모드에 따라 컨버터(300)가 스위칭 동작하도록 PWM신호 생성 여부를 결정하여 상기 컨버터(300)에서 출력되는 전원으로 배터리(200)가 충전되도록 한다.
여기서 충전제어부(600)는 전력측정부(400)로부터 입력된 측정전력과 설정전력을 비교하여 측정전력이 설정전력 이하인 경우, PWM신호를 생성하지 않고 태양전지모듈(100)과 배터리(200)가 직접 연결되도록 하여 상기 배터리(200)를 충전할 수 있다. 또한, 충전제어부(600)는 전력측정부(400)로부터 입력된 측정전력이 설정전력을 초과하는 경우, PWM신호가 생성되도록 하여 배터리(200)를 충전할 수 있다.
여기서, 설정전력은 충전모드를 변경하기 위한 기준전력으로써, 일조량이 충분하여 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 컨버터(300)의 PWM 스위칭 동작으로 변환하여 충전할 때 오동작의 가능성이 낮은 전력으로 설정할 수 있다.
이와 같이 일조량이 충분하지 못하여 저전력 상태인 경우에는 태양전지모듈(100)과 배터리(200)가 직접 연결되어 충전되는 SDCM(Solar Direct Connection Mode) 모드로 충전하고, 일조량이 충분하여 고전력 상태인 경우에는 PWM 구동모드를 통해 정전류 제어, 정전압 제어 및 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 통해 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
그리고 충전제어부(600)는 배터리전압판단부(500)로부터 배터리(200)의 충전 전압을 입력받고, 이때 배터리전압판단부(500)로부터 입력받은 배터리(200)의 충전 전압이 완충 상태인 경우, PWM신호가 생성되도록 하여 컨버터(300)의 스위치(320)를 턴 오프(Turn off) 시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 충전제어부(600)와 별도의 MCU(미도시)를 각각 나누어 설명하고 있으나, 충전제어부(600)와 MCU(미도시)가 동일한 것으로 컨트롤러의 역할을 수행할 수 있다. 이 경우, 전력측정부(400)에서 측정된 전력이 설정전력을 초과하는 경우, 충전제어부(600)에 전력이 공급되고, 상기 측정된 전력이 설정전력 이하인 경우에는 충전제어부(600)에 전력이 공급되지 않도록 회로가 구현될 수 있다. 또한, 배터리전압판단부(500)에서 배터리(200)가 완충상태라고 판단되면, 충전제어부(600)에 전력이 공급되도록 회로가 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치의 제어방법에서는 먼저, 충전제어부(600)가 전력측정부(400)로부터 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원의 전력을 측정한 측정전력을 입력받는다(S10).
여기서, 전력측정부(400)는 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원의 전압과 전류를 통해 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 측정하여 충전제어부(600)에 제공한다. 이때, 전력측정부(400)는 복수 개 구비될 수 있고 회로의 임의의 위치에 구비될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 예컨대 전력측정부(400)는 태양전지모듈(100)의 출력전류를 감지하거나, 컨버터(300)의 출력전류를 감지할 수 있다.
S10 단계에서 전력측정부(400)로부터 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력의 측정전력을 입력받은 후 충전제어부(600)는 입력된 측정전력과 설정전력을 비교한다(S20).
여기서, 설정전력은 충전모드를 변경하기 위한 기준전력으로써, 일조량이 충분하여 태양전지모듈(100)에서 생성된 전력을 컨버터(300)의 PWM 스위칭 동작으로 변환하여 충전할 때 오동작의 가능성이 낮은 전력으로 설정할 수 있다.
S20 단계에서 측정전력과 설정전력을 비교하여 측정전력이 설정전력을 초과하는 경우, 충전제어부(600)는 컨버터(300)의 PWM 스위칭 동작을 통해 태양전지모듈(100)의 출력전압을 배터리(100)의 충전전압으로 변환되도록 PWM신호를 생성하여 컨버터(300)에 인가하는 PWM 구동모드로 배터리(200)를 충전할 수 있다(S30).
이와 같이 일조량이 충분하여 태양전지모듈(100)에서 생성되는 전력이 고전력인 경우, 충전 제어부(600)는 PWM 구동모드를 통해 정전류 제어, 정전압 제어 및 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어를 통해 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
반면, S20 단계에서 측정전력과 설정전력을 비교하여 측정전력이 설정전력 이하인 경우, 충전제어부(600)는 PWM신호를 생성하지 않고 태양전지모듈(100)과 배터리(200)가 직접 연결되도록 하는 SDCM(Solar Direct Connection Mode) 모드로 배터리(200)를 충전할 수 있다(S40).
이와 같이 일조량이 충분하지 못하여 태양전지모듈(100)에서 생성되는 전력이 저전력인 경우, 충전제어부(600)는 PWM신호를 생성하지 않고, SDCM 모드를 통해 태양전지모듈(100)과 배터리(200)가 직접 연결되도록 하여 배터리(200)를 충전할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 컨버터(300)가 일측이 태양전지모듈(100)과 연결되고 타측이 스위치(320)의 게이트단과 연결된 게이트저항(340)을 구비하고, 상기 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원이 상기 게이트저항(340)을 거쳐 상기 스위치(320)에 제공될 수 있도록 함으로써, PWM신호가 없더라도 태양전지모듈(100)의 전원이 스위치(320)의 게이트단에 인가되어 상기 스위치(320)가 턴 온 되도록 할 수 있다.
즉, 컨버터(300)는 PWM신호생성소자(310)에서 PWM신호가 생성되지 않아도 스위치(320)가 태양전지모듈(100)에서 생성된 전원에 의해 스위칭되도록 하여 제1 커패시터(330), 다이오드(350), 인덕터(360) 및 제2 커패시터(370)를 통해 충전과 방전이 이루어지도록 함으로써 태양전지모듈(100)에서 생성된 출력전압을 배터리(200)의 충전전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
다시 말해, 본 실시예에서는 전류원인 태양전지모듈(100) 및 게이트저항(340)에 의해 형성되는 게이트 전압에 의해 스위치(320)가 턴 온 된다. 그리고 턴 온 된 후에는 스위치(320)의 게이트-소스 간 커패시턴스로 인해 게이트단에 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 스위치(320)가 턴 오프 상태에서는 태양전지모듈(100)과 배터리(200) 간의 폐회로가 형성되지 않아 충전이 되지 않고, 스위치(320)가 턴 온 된 후에는 태양전지모듈(100)과 배터리(200) 간의 폐회로가 형성되어 그라운드(Ground)가 연결되어 충전이 되는 것이다.
다음으로, 충전제어부(600)는 배터리전압판단부(500)로부터 배터리(200)의 충전 전압을 입력받는다(S50).
여기서, 배터리전압판단부(500)는 배터리(200)의 충전 전압을 판단하는 것으로, 판단한 배터리(200)의 충전 전압을 충전제어부(600)에 제공할 수 있다. 또한, 배터리전압판단부(500)는 배터리의 충전 전류도 확인할 수 있으며, 아날로그 회로로 구현되어 상시동작 하도록 할 수 있다.
그리고 충전제어부(600)는 S50 단계에서 배터리전압판단부(500)에서 확인한 배터리(200)의 충전 전압이 완충 상태인지 판단하고(S60), 배터리(200)가 완충 상태인 경우, PWM신호가 생성되도록 하여 컨버터(300)의 스위치(320)를 턴 오프 시킨다(S70).
즉, 충전제어부(600)는 12V 배터리(200)의 완충상태를 확인하고 배터리(200)의 충전이 이루어지지 않도록 PWM 구동모드로 스위치(320)를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은 태양전지에서 생성되는 전력량에 기초하여, 저전력 상태일 때 PWM 신호를 생성하지 않고 태양전지와 배터리를 직접 연결하는 SDCM(Solar Direct Connection Mode)모드로 충전함으로써 일조량이 충분하지 않은 저전력 상태에서의 오동작 가능성을 낮추고, PWM 구동으로 인한 스위칭 로스와 전력소자의 스트레스를 줄여 충전효율을 높이고 전력소자의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법은PWM 신호를 생성하는 MCU의 오프(OFF) 상태에서도 배터리가 충전되도록 함으로써, 일조량이 충분하지 않은 저전력 상태에서 MCU에 소모되는 에너지로 인한 배터리 방전을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전류량으로 태양전지에서 생성되는 에너지량을 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 태양전지모듈 200 : 배터리
300 : 컨버터 310 : PWM신호생성소자
311 : 저항 320 : 스위치
330 : 제1 커패시터 340 : 게이트저항
350 : 다이오드 360 : 인덕터
370 : 제2 커패시터 400 : 전력측정부
500 : 배터리전압판단부 600 : 충전제어부

Claims (7)

  1. PWM신호 또는 태양전지모듈의 전원에 의해 스위칭 동작을 수행하여 상기 태양전지모듈에서 생성된 전력을 출력으로 전달하는 컨버터;
    상기 태양전지모듈에서 생성된 전원의 전력을 측정하는 전력측정부; 및
    상기 전력측정부에서 측정된 측정전력에 따라 충전을 수행하는 충전모드를 결정하며, 상기 충전모드에 따라 상기 컨버터가 스위칭 동작하도록 PWM신호 생성 여부를 결정하여 상기 컨버터에서 출력되는 전원으로 배터리가 충전되도록 하는 충전제어부;를 포함하되,
    상기 전력측정부에서 측정된 상기 측정전력이 설정전력 이하인 경우, 상기 충전제어부는 PWM신호를 생성하지 않고, 상기 컨버터는 벅(Buck) 컨버터 회로로서 태양전지모듈의 전원에 의해 스위치 온 되어 상기 태양전지모듈과 상기 배터리가 연결되도록 하고, 상기 충전제어부는 상기 배터리를 충전하는 SDCM(Solar Direct Connection Mode) 충전모드를 수행하며,
    상기 전력측정부에서 측정된 상기 측정전력이 설정전력을 초과하는 경우, 상기 충전제어부는 PWM신호가 생성되도록 하여 상기 배터리를 충전하는 PWM 구동 충전모드를 수행하고,
    상기 컨버터는,
    상기 태양전지모듈에 일측이 연결되는 제1커패시터, 상기 제1커패시터에 병렬 연결되고 상기 배터리에 일측이 연결되는 제2커패시터, 일측이 상기 제2커패시터의 타측에 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 타측과 상기 제1커패시터의 타측 사이에 배치되는 스위치, 및 상기 제1커패시터의 일측이 연결되고 상기 스위치의 게이트에 타측이 연결되는 게이트저항을 포함하고,
    상기 SDCM 충전모드에서, 상기 컨버터는,
    상기 태양전지모듈에서 생성된 전력이 상기 게이트저항을 거쳐 상기 스위치에 공급될 수 있도록 하며, 상기 게이트저항을 통해 흐르는 전류가 상기 스위치의 게이트단에 공급되고, 게이트-소스 기생캐패시터를 충전하여 상기 스위치가 턴 온 되게 함으로써 상기 태양전지모듈과 배터리 간 폐회로가 형성되어 상기 배터리가 충전되게 하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 충전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전 전압을 확인하는 배터리전압판단부;를 더 포함하고,
    상기 충전제어부는,
    상기 배터리전압판단부에서 확인한 상기 배터리의 충전 전압이 완충 상태인 경우, PWM신호가 생성되도록 하여 상기 컨버터의 스위치를 턴 오프 시키는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 충전장치.
  5. 충전제어부가 전력측정부로부터 태양전지모듈에서 생성된 전원의 전력을 측정한 측정전력을 입력받는 단계;
    상기 충전제어부가 상기 전력측정부로부터 입력된 상기 측정전력과 설정전력을 비교하는 단계; 및
    상기 충전제어부가 상기 측정전력과 상기 설정전력을 비교하여 충전을 수행하는 충전모드를 결정하며, 상기 충전모드에 따라 컨버터가 스위칭 동작하도록 PWM신호 생성 여부를 결정하여 상기 컨버터에서 출력되는 전원으로 배터리를 충전하는 단계;를 포함하되,
    상기 배터리를 충전하는 단계에서,
    상기 전력측정부에서 측정된 상기 측정전력이 설정전력 이하인 경우, 상기 충전제어부는 PWM신호를 생성하지 않고, 상기 컨버터는 벅(Buck) 컨버터 회로로서 태양전지모듈의 전원에 의해 스위치 온 되어 상기 태양전지모듈과 상기 배터리가 연결되도록 하고, 상기 충전제어부는 상기 배터리를 충전하는 SDCM(Solar Direct Connection Mode) 충전모드를 수행하며,
    상기 배터리를 충전하는 단계에서,
    상기 전력측정부에서 측정된 상기 측정전력이 설정전력을 초과하는 경우, 상기 충전제어부는 PWM신호가 생성되도록 하여 상기 배터리를 충전하는 PWM 구동 충전모드를 수행하고,
    상기 컨버터는,
    상기 태양전지모듈에 일측이 연결되는 제1커패시터, 상기 제1커패시터에 병렬 연결되고 상기 배터리에 일측이 연결되는 제2커패시터, 일측이 상기 제2커패시터의 타측에 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 타측과 상기 제1커패시터의 타측 사이에 배치되는 스위치, 및 상기 제1커패시터의 일측이 연결되고 상기 스위치의 게이트에 타측이 연결되는 게이트저항을 포함하고,
    상기 SDCM 충전모드에서, 상기 컨버터는,
    상기 태양전지모듈에서 생성된 전력이 상기 게이트저항을 거쳐 상기 스위치에 공급될 수 있도록 하며, 상기 게이트저항을 통해 흐르는 전류가 상기 스위치의 게이트단에 공급되고, 게이트-소스 기생캐패시터를 충전하여 상기 스위치가 턴 온 되게 함으로써 상기 태양전지모듈과 배터리 간 폐회로가 형성되어 상기 배터리가 충전되게 하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 충전방법.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 충전제어부가 배터리전압판단부로부터 배터리의 충전 전압을 입력받는 단계; 및
    상기 배터리의 충전 전압이 완충 상태인 경우, 상기 충전제어부가 PWM신호가 생성되도록 하여 상기 컨버터의 스위치를 턴 오프 시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 충전방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210073891A (ko) * 2019-12-11 2021-06-21 한국항공우주연구원 벅 컨버터가 포함된 전력 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101663991B1 (ko) * 2015-08-12 2016-10-11 주식회사 경일그린텍 하이브리드 충전장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101663991B1 (ko) * 2015-08-12 2016-10-11 주식회사 경일그린텍 하이브리드 충전장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210069955A (ko) * 2019-12-04 2021-06-14 한국항공우주연구원 부스트 컨버터가 포함된 전력 시스템 및 전력 시스템의 제어 방법
KR102333360B1 (ko) * 2019-12-04 2021-12-01 한국항공우주연구원 부스트 컨버터가 포함된 전력 시스템 및 전력 시스템의 제어 방법
KR20210073891A (ko) * 2019-12-11 2021-06-21 한국항공우주연구원 벅 컨버터가 포함된 전력 시스템
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