KR102443157B1 - 도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러 - Google Patents

도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러에 관한 것으로서,
태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지판(solar panel)(S)과, 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 저장장치(배터리)(V)와, 저장장치(배터리)(V)에 충전 된 전기로 점등하는 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)으로 구성된 것에 있어서, 상기 저장장치(배터리)(V)에 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 생산된 전기 에너지를 충전하고 저장된 전기에너지를 출력하여 도로표지판(K)에 전원을 공급하고 컨트롤하는 충전 및 방전 컨트롤러(X)와, 상기 충전 및 방전 컨트롤러(X)는 태양광을 수광하여 전기에너지로 변환하는 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 전기에너지를 충전하고 전기에너지를 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 출력시간을 제어하는 마이컴(MCU CONTROLLER)(200)과, 상기 마이컴(200)과 연결되고 태양전지판으로부터 공급된 전기에너지를 저장하고 또한 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 전원을 공급하는 저장창치로서의 배터리(V)와, 상기 마이컴(200)과 배터리(V) 간에 연결되어 배터리의 과방전 및 과충전을 감지하는 볼테이지 센서(201)와, 상기 마이컴(200)과 연결되고 상기 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 전기에너지가 과전압으로 입력되는 것을 감지하는 볼테이지 센서(202)와, 상기 마이컴(200)과 연결되고 상기 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 태양광 발전 전류를 감지하는 전류측정 소자(Q)와, 상기 마이컴(200)과 연결되고 배터리에 전류량을 감시(과부하 감시)하는 전류 센서(Current Sensor)(205)와, 상기 마이컴(200)과 연결되어 외부로의 전기에너지 출력을 결정하여 조절하는 전류출력조절부(206)를 포함하여서 된 것이다.
위와 같은 본 발명은 첫째, 마이컴과 연결되고 태양전지판(solar panel)으로부터 공급되는 태양광 발전 전압을 감지하는 볼테이지 센서와 함께 태양전지판(solar panel)으로부터 공급되는 태양광 발전 전류를 감지하는 전류측정 소자를 더 포함하여 구성함에 따라 일몰 시 인공조명의 점등에 의해 태양전지판(solar panel)으로부터 상승하는 전압을 볼테이지 센서에 의해 감지하더라도 동시에 전류측정 소자에 의해 전류량을 감지함에 따라 인공조명에 의한 전류량 발생은 극히 미미(예컨대, 인공조명에서는 10㎃이하, 태양광에서는 100㎃이상)함으로 일몰로 판단한 마이컴의 명령에 의해 전류를 출력시켜 발광형 또는 조명형의 도로표지판에 전원을 공급하여 오동작이 없이 정확히 점등할 수 있다.
둘째, 따라서 태양광을 이용하는 도로표지판이 설치되고 난 후에 가로등과 같은 인공조명 시설이 추가 설치되거나 인공조명시설을 인지하지 못하고 태양광용 도로표지판을 설치하더라도 오동작이 발생하지 않아 오동작 방지에 따른 교통이나 도보 등의 안전을 예방할 수 있다.
셋째, 또한 태양광용 도로표지판을 다시 이동설치를 하거나 추가 구조물을 설치하지 않아도 되어 이로 인한 경제적 손실 등의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러{DISCHARGE CONTROLLER WITH SOLAR CHARGING FUNCTION FOR ROAD SIGN}
본 발명은 도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광 충전 및 방전 컨트롤러를 탑재한 도로 표지판으로써 태양전지판(solar panel)과 저장장치(배터리) 및 도로표지판이 유기적으로 연결 된 상태에서 낮에는 태양 전지판에서 생산된 전기 에너지를 저장장치(배터리)에 충전하고, 야간에는 저장장치(배터리)에 충전 된 전기로 발광형 또는 조명형 도로표지판을 점등하는 것인데 태양 전지판에서 발생하는 전압을 측정하여 일몰을 판단하는 일반적인 방식에서 전류측정 소자를 추가하여 전압과 전류를 동시에 측정함으로써 도로 표지판의 점등에 대한 오동작을 개선하기 위한 도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러에 관한 것이다.
일반적으로 태양광을 이용한 도로표지판은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하여 저장장치인 배터리에 저장하였다가 야간에 시인성이 확보될 수 있도록 발광형 또는 조명형 도로표지판을 점등한다.
그런데, 이러한 도로표지판은 도심지내에서의 태양광 도로표지판의 설치는 기존 구조물에 설치하는 경우가 많으며 일반 가로등 또는 가로등과 인접한 구조물이 대부분이다.
태양전지판은 태양광 에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 장치이므로 가로등과 같은 인공 조명에서도 전기(전압)를 발생시켜 전압으로 일몰을 감지하는 시스템에 오동작이 발생한다.
즉, 기존에는 태양전지판에 의해 태양광 에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하여 전압을 발생시키고 발생되는 전압으로 일몰을 감지하였다. 즉, 전압이 발생하지 않으면 일몰로 감지한다.
그런데 도 1에서와 같이 일몰 후에 도심지 내의 가로등이나 간판조명 등의 인공조명에 의해서도 전기에너지로 변환하여 전압을 발생시킴으로서 일몰 시에 정작 낮으로 감지하여 도로표지판을 점등하지 못하는 오동작이 발생하였다.
그 이유는 태양광이나 가로등 또는 간판조명 등의 인공조명에 의해서도 태양전지판에 의해 전기에너지로 변환하여 전압을 발생시키는 전압 대열(5~9V)이 거의 동일하기 때문에 발생되는 전압으로 감지하여 일몰상태를 판단하는 종래의 기술은 일몰 시에도 자칫 낮으로 인식되어 도로표지판에 전류를 출력시키지 않게 되어 점등하지 못하는 오동작이 발생하는 것이다.
가로등과 같은 인공조명 시설은 태양광을 이용하는 도로표지판이 설치되고 난 후에 추가 설치가 될 수 있고, 인공조명시설을 인지하지 못하고 태양광용 도로표지판을 설치 할 수 있기에 오동작이 발생하고 난 후 이동설치를 하거나 추가 구조물을 설치하여야 하는 등의 오류가 발생하는 문제가 있으며 이로 인한 경제적 손실 또한 발생하는 문제가 있었다.
1. (특허문헌 0001) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-2091194호(2020. 03. 19 공고) 2. (특허문헌 0002) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1025825호(2011. 03. 30 공고) 3. (특허문헌 0003) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-2151525호(2020. 09. 03 공고) 4. (특허문헌 0004) 대한민국 공개특허공보 등록번호 10-2019-0032038호(2019. 03. 27 공개)
본 발명은 상기 제시된 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 태양전지판(solar panel)과 저장장치(배터리) 및 도로표지판이 유기적으로 연결된 상태에서 낮에는 태양 전지판에서 생산된 전기 에너지를 저장장치(배터리)에 충전하고, 야간에는 저장장치(배터리)에 충전된 전기로 발광형 또는 조명형 도로표지판을 점등하는 것으로서 실리콘 계열의 태양전지판이 인공조명에서 전압은 상승하지만 전류량은 크게 증가하지 않는 사실에 착안하여 전류측정 소자를 구성하여 전압과 전류를 동시에 측정함으로써 도로 표지판의 점등에 대한 오동작을 개선하기 위한 도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러를 제공함에 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지판(solar panel)과, 태양전지판(solar panel)으로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 저장장치(배터리)와, 저장장치(배터리)에 충전 된 전기로 점등하는 발광형 또는 조명형의 도로표지판으로 구성된 것에서,
상기 저장장치(배터리)에 태양전지판(solar panel)으로부터 생산된 전기 에너지를 충전하고 저장된 전기에너지를 출력하여 도로표지판에 전원을 공급하고 컨트롤하는 충전 및 방전 컨트롤러를 구성하고,
상기 충전 및 방전 컨트롤러는 태양광을 수광하여 전기에너지로 변환하는 태양전지판(solar panel)으로부터 공급되는 전기에너지를 충전하고 전기에너지를 발광형 또는 조명형의 도로표지판에 출력시간을 제어하는 마이컴(MCU CONTROLLER)과,
상기 마이컴과 연결되고 태양전지판으로부터 공급된 전기에너지를 저장하고 또한 발광형 또는 조명형의 도로표지판에 전원을 공급하는 저장창치로서의 배터리와, 상기 마이컴과 배터리 간에 연결되어 배터리의 과방전 및 과충전을 감지하는 볼테이지 센서와, 상기 마이컴과 연결되고 상기 태양전지판(solar panel)으로부터 공급되는 전기에너지가 과전압으로 입력되는 것을 감지하는 볼테이지 센서와, 상기 마이컴과 연결되고 상기 태양전지판(solar panel)으로부터 공급되는 태양광 발전 전류를 감지하는 전류측정 소자를 포함하고,
상기 마이컴과 연결되어 배터리에 충전량을 조절하는 PWM파워를 구성하고 상기 PWM파워에 의한 충전량 조절을 실행하는 스위치를 구성하며, 상기 마이컴과 연결되고 온도에 따라 충전상태(충전량)를 제어하는 온도센서를 구성하여 배터리에 온도가 일정온도 이상 상승하거나 하강하면 충전을 차단하고,
상기 마이컴과 연결되고 배터리에서 발광형 또는 조명형의 도로표지판으로 출력되는 전류량을 감시(과부하 감시)하는 전류 센서(Current Sensor)를 구성하며, 상기 마이컴과 연결되어 외부로의 전기에너지 출력을 결정하여 조절하는 전류출력조절부를 구성하고, 상기 전류출력조절부에 의한 전류출력 여부를 실시하는 스위치를 구성한다.
이상과 같은 본 발명은 첫째, 마이컴과 연결되고 태양전지판(solar panel)으로부터 공급되는 태양광 발전 전압을 감지하는 볼테이지 센서와 함께 태양전지판(solar panel)으로부터 공급되는 태양광 발전 전류를 감지하는 전류측정 소자를 더 포함하여 구성함에 따라 일몰 시 인공조명의 점등에 의해 태양전지판(solar panel)으로부터 상승하는 전압을 볼테이지 센서에 의해 감지하더라도 동시에 전류측정 소자에 의해 전류량을 감지함에 따라 인공조명에 의한 전류량 발생은 극히 미미(예컨대, 인공조명에서는 10㎃이하, 태양광에서는 100㎃이상)함으로 일몰로 판단한 마이컴의 명령에 의해 전류를 출력시켜 발광형 또는 조명형의 도로표지판에 전원을 공급하여 오동작이 없이 정확히 점등할 수 있다.
둘째, 따라서 태양광을 이용하는 도로표지판이 설치되고 난 후에 가로등과 같은 인공조명 시설이 추가 설치되거나 인공조명시설을 인지하지 못하고 태양광용 도로표지판을 설치하더라도 오동작이 발생하지 않아 오동작 방지에 따른 교통이나 도보 등의 안전을 예방할 수 있다.
셋째, 또한 태양광용 도로표지판을 다시 이동설치를 하거나 추가 구조물을 설치하지 않아도 되어 이로 인한 경제적 손실 등의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 태양전지판(solar panel)과 저장장치(배터리) 및 도로표지판이 유기적으로 연결되고 인공조명(가로등)과 함께 지주에 설치 구성된 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 "도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러"에 대한 전체 구성을 나타낸 블럭 다이어그램이다.
이하, 바람직한 실시예로서 도시하여 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능이나 형태 등을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 태양전지판(solar panel)(S)과 저장장치(배터리)(V) 및 도로표지판(K)이 유기적으로 연결되고 인공조명(가로등)(G)과 함께 지주(T)에 설치 구성된 일 예를 도시한 것으로서, 상기 '발명의 배경이 되는 기술'에서도 설명한 바와 같이 일몰 시에도 인공조명(G)의 점등에 의해 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 전압을 발생시켜 전압의 감지로 일몰인데도 불구하고 낮으로 인식하여 도로표지판을 점등하지 못하는 오동작이 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결한 본 발명은 첨부된 도 2에 따라 설명하면 다음과 같다.
태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지판(solar panel)(S)과, 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 저장장치(배터리)(V)와, 저장장치(배터리)(V)에 충전 된 전기로 점등하는 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)으로 구성된 것에서, 상기 저장장치(배터리)(V)에 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 생산된 전기 에너지를 충전하고 저장된 전기에너지를 출력하여 도로표지판(K)에 전원을 공급하고 컨트롤하는 충전 및 방전 컨트롤러(X)를 구성한다.
상기 충전 및 방전 컨트롤러(X)는 태양광을 수광하여 전기에너지로 변환하는 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 전기에너지를 충전하고 전기에너지를 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 출력시간을 제어하는 마이컴(MCU CONTROLLER)(200)으로 구성된다.
상기 마이컴(200)과 연결되고 태양전지판으로부터 공급된 전기에너지를 저장하고 또한 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 전원을 공급하는 저장창치로서의 배터리(V)를 구성하고, 상기 마이컴(200)과 배터리(V) 간에 연결되어 배터리의 과방전 및 과충전을 감지하는 볼테이지 센서(201)를 구성한다.
상기 마이컴(200)과 연결되고 상기 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 전기에너지가 과전압으로 입력되는 것을 감지하는 볼테이지 센서(202)를 구성한다.
그리고 또한 상기 마이컴(200)과 연결되고 상기 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 태양광 발전 전류를 감지하는 전류측정 소자(Q)를 더 포함하여 구성한다.
상기 마이컴(200)과 연결되어 배터리에 충전량을 조절하는 PWM파워(203)를 구성하고 상기 PWM파워(203)에 의한 충전량 조절을 실행하는 스위치(Q1)(Q2)를 구성한다.
상기 마이컴(200)과 연결되고 온도에 따라 충전상태(충전량)를 제어하는 온도센서(204)를 구성하여 배터리에 온도가 일정온도 이상 상승하거나 하강하면 충전을 차단하고, 상기 마이컴(200)과 연결되고 배터리에서 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)으로 출력되는 전류량을 감시(과부하 감시)하는 전류 센서(Current Sensor)(205)를 구성한다.
상기 마이컴(200)과 연결되어 외부로의 전기에너지 출력을 결정하여 조절하는 전류출력조절부(206)를 구성하고, 상기 전류출력조절부(206)에 의한 전류출력 여부를 실시하는 스위치(Q3)를 구성한다.
이상과 같은 본 발명은 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 전기에너지를 충전 및 방전 충전컨트롤러(X)에 의해 저장장치인 배터리(V)에 충전되고 배터리에 충전된 전기 에너지는 일몰 시 전류를 출력시켜 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 공급하여 발광형 도로표지판(K)에서 도로안내(예컨대 도로명 안내)를 발광할 수 있도록 한다.
즉, 상기 충전 및 방전 충전컨트롤러(X)의 마이컴(200) 명령에 의해 배터리(V)에 충전된 전기 에너지를 전류출력조절부(206)에 의해 전류를 출력하여 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 공급하게 된다.
위와 같은 충전 및 방전 충전컨트롤러(X)는 배터리의 전기에너지를 출력하는 시간을 제어하고 배터리의 과방전과 과충전을 제어하며 전류의 과부하 및 과전압 등을 제어한다.
상기 발광형 도로표지판(K)은 주의표지, 규제표지, 지시표지, 보조표지 및 어린이보호구역으로 표시하여 구성할 수 있다.
위와 같은 본 발명은 마이컴(200)과 연결되고 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 태양광 발전 전압을 감지하는 볼테이지 센서(202)와 함께 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 태양광 발전 전류를 감지하는 전류측정 소자(Q)를 더 포함하여 구성함에 따라 일몰 시 인공조명(G)의 점등에 의해 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 상승하는 전압을 볼테이지 센서(202)에 의해 감지하더라도 동시에 전류측정 소자(Q)에 의해 전류량을 감지함에 따라 인공조명(G)에 의한 전류량 발생은 극히 미미(예컨대, 인공조명에서는 10㎃이하, 태양광에서는 100㎃이상)함으로 일몰로 판단한 마이컴(200)의 명령에 의해 전류를 출력시켜 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 전원을 공급하여 오동작이 없이 정확히 점등하게 된다.
따라서 태양광을 이용하는 도로표지판이 설치되고 난 후에 가로등과 같은 인공조명 시설이 추가 설치되거나 인공조명시설을 인지하지 못하고 태양광용 도로표지판을 설치하더라도 오동작이 발생하지 않아 오동작 방지에 따른 교통이나 도보 등의 안전을 예방할 수 있고, 또한 태양광용 도로표지판을 다시 이동설치를 하거나 추가 구조물을 설치하지 않아도 되어 이로 인한 경제적 손실 등의 발생을 방지할 수 있다.
G: 인공조명(가로등) K: 도로표지판
Q: 전류측정 소자 S: 태양전지판(solar panel)
T: 지주 V: 저장장치(배터리)
X: 충전 및 방전 컨트롤러
200: 마이컴 201,202: 볼테이지 센서
203: PWM파워 204: 온도센서
205: 전류 센서 206: 전류출력조절부

Claims (5)

  1. 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지판(solar panel)(S)과, 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 저장장치(배터리)(V)와, 저장장치(배터리)(V)에 충전 된 전기로 점등하는 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)으로 구성된 것에 있어서,
    상기 저장장치(배터리)(V)에 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 생산된 전기 에너지를 충전하고 저장된 전기에너지를 출력하여 도로표지판(K)에 전원을 공급하고 컨트롤하는 충전 및 방전 컨트롤러(X)와,
    상기 충전 및 방전 컨트롤러(X)는 태양광을 수광하여 전기에너지로 변환하는 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 전기에너지를 충전하고 전기에너지를 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 출력시간을 제어하는 마이컴(MCU CONTROLLER)(200)과,
    상기 마이컴(200)과 연결되고 태양전지판으로부터 공급된 전기에너지를 저장하고 또한 발광형 또는 조명형의 도로표지판(K)에 전원을 공급하는 저장창치로서의 배터리(V)와,
    상기 마이컴(200)과 배터리(V) 간에 연결되어 배터리의 과방전 및 과충전을 감지하는 볼테이지 센서(201)와,
    상기 마이컴(200)과 연결되고 상기 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 전기에너지가 과전압으로 입력되는 것을 감지하는 볼테이지 센서(202)와,
    상기 마이컴(200)과 연결되고 상기 태양전지판(solar panel)(S)으로부터 공급되는 태양광 발전 전류를 감지하는 전류측정 소자(Q)와,
    상기 마이컴(200)과 연결되고 배터리에서 발광형이나 조명형의 도로표지판(K)으로 출력되는 전류량을 감시(과부하 감시)하는 전류 센서(Current Sensor)(205)와,
    상기 마이컴(200)과 연결되어 외부로의 전기에너지 출력을 결정하여 조절하는 전류출력조절부(206)와,
    상기 마이컴(200)과 연결되어 배터리에 충전량을 조절하는 PWM파워(203)와,
    상기 PWM파워(203)에 의한 충전량 조절을 실행하는 스위치(Q1)(Q2)를 구성하고,
    상기 마이컴(200)과 연결되고 배터리에 온도가 일정온도 이상 상승하거나 하강하면 충전을 차단하여 온도에 따라 충전상태(충전량)를 제어하는 온도센서(204)와,
    상기 전류출력조절부(206)에 의한 전류출력 여부를 실시하는 스위치(Q3)를 포함하여서 된 도로표지판용 태양광 충전 기능을 갖는 방전 컨트롤러.
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