KR102615238B1

KR102615238B1 - 가로등 제어 시스템

Info

Publication number: KR102615238B1
Application number: KR1020220115093A
Authority: KR
Inventors: 김근식
Original assignee: 김근식
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2023-12-19
Also published as: WO2024058310A1

Abstract

본 발명은 복수의 LED 모듈이 병렬 연결된 조명부; 조명부에 전원을 공급하는 전원부; 및 각 LED 모듈의 전류값을 감지하고, 평균 전류값 또는 설정 전류값과 편차가 발생된 LED 모듈을 PWM 제어하여 전류값을 조절하여 LED 모듈들이 균일한 전류값을 유지하도록 제어하는 전류 균등 제어부; 를 포함하고, 조명부는 LED 모듈의 전원 라인을 스위칭하는 스위칭 소자를 포함하고, 전류 균등 제어부는 전류값의 편차에 따라 듀티비를 가변하여 스위칭 소자를 제어하는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템을 포함한다.

Description

가로등 제어 시스템{Street light control system}

본 발명은 가로등 제어 시스템에 관한 것이다.

가로등은 일반적으로 차량이나 보행자의 안전과 보안을 위하여 가로를 따라서 설치한 조명시설을 말한다.

이러한 가로등은 고속도로나 시가지의 주요도로, 상업지구의 도로, 주택지구의 도로, 교량의 중앙이나 가장자리 등 설치장소에 따라 그에 알맞은 종류의 것이 사용된다.

현재 가로등은 도 1에 도시된 바와 같이 여러 개의 LED 모듈을 병렬연결하여 사용한다. LED 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 LED가 직렬 연결되고, 타 LED 모듈과는 병렬 연결된다.

이와 같이 병렬 연결된 각 LED 모듈들은 소자의 순방향 전압(VF)의 편차가 누적될 수 있으며, 일정한 순방향 전압(예를 들면, 3.3V × 10EA=33.0V)을 갖도록 생산하는 것은 불가능에 가깝다.

그러한 결과로 종래의 병렬 연결된 복수 LED 모듈은 복수 중 어느 하나가 순방향 전압이 다를 시 가장 낮은 LED 모듈에 전류가 집중하여 흐르는 현상을 볼 수 있다.

이와 같이 복수 중 어느 하나의 LED 모듈에 전류가 집중되면 해당 LED 모듈에 과부하로 과열이 발생하고 효율을 떨어지며 수명이 짧아 지는 현상이 발생하게되고 결국은 단선에 의한 고장이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 가로등은 전력회사로부터 공급되는 계통 전원과, 태양광 등의 자연 에너지로부터 발전된 전원을 공급받고 있다. 예를 들면, 가로등은 일조 시간 동안 태양광을 받아 등 자연 에너지에 의해 생산된 전원을 배터리에 충전하여 가로등의 점등 시에 이를 사용하였다.

그러나, 이와 같은 종래의 자연 에너지, 특히 태양광을 이용하여 발전된 전원을 충전하는 배터리는 충전율이 80%를 넘을 경우에 내부 저항이 점점 증가하여 배터리의 화학 작용에 손상을 줄 수 있지만 이에 대한 적절한 조치가 취해지지 않았다.

즉, 종래의 자연 에너지에 의해 발전된 전원을 충전하는 가로등용 배터리는 적절한 충전율의 제어가 이루어지지 않았기에 수명 단축 및 충전 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

KR

10-2292930

B1(2021.08.18)

KR

10-1753193

B1(2017.06.27)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 LED 모듈의 순방향 전압 편차에 따른 전류의 불균형을 해소하여 LED 모듈의 수명은 연장 시킬 수 있는 가로등 제어 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 목적은 태양광, 풍력, 지열, 조력 등 자연 에너지를 이용하여 생산된 전기 에너지를 충전하는 배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 가로등 제어 시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 병렬 연결된 복수의 LED 모듈과, LED 모듈의 전원 라인을 스위칭하여 전류값을 조절하는 전류 조절 수단을 구비하는 조명부와, 조명부에 전원을 공급하는 전원부 및 각 LED 모듈의 전류값을 감지하고, 평균 전류값 또는 설정 전류값과 편차가 발생된 LED 모듈을 PWM 제어하여 전류값을 조절하여 LED 모듈들이 균일한 전류값을 유지하as도록 전류값의 편차에 따라 듀티비를 가변하여 전류 조절 수단을 제어하는 전류 균등 제어부를 포함하고, LED 모듈들은 각각 복수의 LED가 직렬 연결되어 하나의 LED 모듈을 구성하고, 타 LED 모듈과 병렬 연결되어 전원부에서 공급된 전원에 의해 발광하고, 전류 조절 수단은 LED 모듈 별로 설치되어 전류 균등 제어부의 제어에 의해 각 LED 모듈들의 전류값을 조절할 수 있도록 스위칭 소자 및 해당 전원라인의 전류값을 감소시킬 수 있도록 설정된 A의 순방향 전압 값을 갖는 소자로서 스위칭 소자와 역방향으로 체결되어 스위칭 소자가 오프 되면 설정된 범위의 전류를 통전시켜 해당 전원 라인에서 순방향 전압값에 해당하는 전압을 상승시키므로 타 LED 모듈이 연결된 전원라인의 전류값을 증가시키고, 하나의 LED 모듈에서 하나가 설치되어 A 값 만큼의 전압, B개 일 때, B×A 값 만큼의 전압을상승시키는 기생소자와, 스위칭소자의 입력측과 출력측 사이에 연결되어 스위칭소자가 오프될 때 해당 LED 모듈의 전원라인에서 전압을 발생시켜 전류값을 감소시키는 대신 다른 LED 모듈의 전류값을 증가시키는 외부저항과, 스위칭 소자와 일체로 구성되는 기생소자가 내부 다이오드 일때 내부 다이오드의 특성이 실제 원하는 특성값과 다를 경우에 스위칭 소자의 외측에 연결되는 2 이상의 다이오드 중 적어도 하나; 를 포함하고, 스위칭 소자는 소스측이 LED 모듈의 출력측에 연결되고, 드레인측이 접지측으로 연결되었고, 내부 다이오드는 애노드와 캐소드가 스위칭 소자와 역방향으로 체결되고, 전류 균등 제어부는 LED 모듈별 전류의 조절과, 전체 평균값의 산출을 위해 LED 모듈 별 전류를 감지할 수 있도록 스위칭 소자에 FET를 적용시 소스와 드레인 간의 역방향 VF를 측정하고, 스위칭 소자의 기생소자로서 내부 다이오드가 적용시에 전류값에 대한 다이오드 특성 곡선을 이용하여 LED 모듈별 전류값을 측정하거나, 스위칭 소자의 입력측과 출력측 사이에 외부에 연결되는 외부 저항이 설치되면 스위칭 소자가 오프될 때 외부 저항에 걸리는 전압값을 통해 전류값을 측정하는 것을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템을 제공할 수 있다.

삭제

또한, 위 실시예는 자연 에너지를 이용하여 발전된 전기에너지를 전원부에 공급하는 전원 충전 부재를 더 포함하고, 전원 충전 부재는 자연 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전부와, 발전부에서 발전된 전기 에너지를 충전하는 배터리와, 주변의 온도와, 조도, 일조량, 바람의 세기, 시간, 배터리의 충전율, 발전부의 발전량 중 적어도 하나 이상을 감지하는 센서부와, 일간, 주간, 월간, 년간 기상정보가 저장되는 저장부와, 서버로부터 일간, 주간, 월간, 년간 기상 정보를 실시간 또는 주기적으로 수신하는 통신부와, 내일의 날씨와 현재 계절 중 적어도 하나를 고려하여 조명부가 8시간 이상 조명이 가능한 충전율을 유지할 수 있도록 발전부 및 배터리를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 내일의 일조량이 4~8시간 예상되고, 현재 계절이 건기로서 맑은 날씨가 연속해서 이루어지는 계절이라면 배터리를 50%의 충전율로 유지하거나, 현재 계절이 우기이면 80%로 배터리를 충전하고, 내일의 일조 시간이 4 시간 미만이 예측되고, 현재 계절이 건기에 해당되면 80~90%로 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템을 제공한다.

본 발명은 LED 모듈들에 공급되는 전류를 균등하게 유지할 수 있어 LED 모듈의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 설정 시간 이후의 기상 상황과, 주변온도, 충전율에 따라 배터리의 충전율을 조절함에 따라 배터리의 수명을 연장 시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 가로등을 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명에서 조명부의 실시예를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 측정한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 전류 조절 수단의 다른 실시예들을 도시한 회로도이다.
도 7 내지 도 9는 전류 감지 수단의 실시예들을 도시한 회로도이다.
도 10은 전원 충전 부재를 도시한 블럭도이다.
도 11은 제어부를 도시한 블럭도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 가로등 제어 시스템의 전원 충전 방법을 도시한 순서도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있지만, 특정 실시예를 도면에 예시하여 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 서로 다른 방향으로 연장되는 구조물을 연결 및/또는 고정시키기 위한 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물중 어느 하나에 해당되는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제 하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 가로등은 보안등을 포함하는 용어로서 정의될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 자연에너지를 이용하여 생산된 전기 에너지를 배터리(410)에 충전하는 장치 및 방법을 실시예로서 포함하고 있으며, 이하의 명세서에는 자연에너지를 태양광으로 예를 들어 설명하나 이는 한정사항이 아니며, 태양광 외에 풍력, 조력 또는 그외 전기 에너지를 발전시킬 수 있는 자연에너지 모두가 적용될 수 있다. 다만, 아래의 실시예에서 설명의 편의를 위하여 태양광을 일예로서 설명한다.

이하부터 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명을 도시한 블럭도, 도 3은 본 발명에서 조명부의 실시예를 도시한 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 가로등(10)은 복수의 LED 모듈(110, 120, 130, 140)이 병렬 연결된 조명부(100)와, 조명부(100)에 설정 레벨의 정전압을 공급하는 전원부(300)와, 복수의 LED 모듈(110, 120, 130, 140)의 전류를 균등하게 제어하는 전류 균등 제어부(200)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 전원부(300)에 전원을 공급하는 전원 충전 부재(400)를 더 포함할 수 있다.

조명부(100)는 상호 병렬 연결되는 복수의 LED 모듈(110, 120, 130, 140)과, 각 LED 모듈(110, 120, 130, 140)의 전류값을 조절하는 전류 조절 수단(150)을 포함할 수 있다.

LED 모듈(110, 120, 130, 140)들은 각각 복수의 LED가 직렬 연결되어 하나의 LED 모듈(110, 120, 130, 140)을 구성하고, 타 LED 모듈(110, 120, 130, 140)과 병렬 연결되어 전원부(300)에서 공급된 전원에 의해 발광된다.

전류 조절 수단(150)은 LED 모듈(110, 120, 130, 140) 별로 설치되어 전류 균등 제어부(200)의 제어에 의해 각 LED 모듈(110, 120, 130, 140)들의 전류값을 조절한다. 여기서 전류 조절 수단(150)은 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)와, 기생소자(ZD1, ZD2, ZD3, ZD4)를 포함할 수 있다.

스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 전류 균등 제어부(200)의 제어에 의하여 온 오프된다.

기생소자(ZD1, ZD2, ZD3, ZD4)는 예를들면, 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 오프 되면, 설정된 범위의 전류를 통전시킨다. 이때 각 LED 모듈(110, 120, 130, 140)의 전원은 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 오프되면 기생소자(ZD1, ZD2, ZD3, ZD4)로 통전된다.

따라서 전원이 기생소자에 통전됨에 따라 해당 전원라인에서 기생소자(예를 들면, 다이오드, 쇼트키 다이오드)의 순방향 전압값에 해당되는 전압이 상승되기에 그에 비례하여 전류가 감소된다.

즉, 기생소자가 온되는 구간 동안에는 순방향 전압이 증가됨에 따라 그에 비례한 전류가 타 LED 모듈로 출력됨에 따라 해당 LED 모듈의 전류가 감소된다.

도 5의 다이오드(D1)가 적용된 기생소자를 예를 들어 설명하면, 기생소자는 스위칭 소자(Q1)가 오프되면 통전된다. 이때, 기생소자는 0.7V의 순방향 전압 값을 갖는 다이오드(D1) 이기에 해당 LED 모듈의 전압을 0.7V 상승시킨다.

따라서 해당 LED 모듈의 전류는 전압이 상승됨에 따라 병렬 연결된 다른 LED 모듈들로 흘러 간다.

또한, 도 6을 참조하면, 기생소자는 A의 순방향 전압 값을 갖는 소자로서 하나의 LED 모듈에서 하나가 설치되면 A 값만큼의 전압, 2개 일 때(예를 들면, 도 6의 직렬 연결된 D1과 D2)는 2A 값(예를 들면, 0.7V + 0.7V) 만큼의 전압을 상승시킬 수 있다.

이외에도, 외부 저항을 적용함도 가능하다. 예를 들면, 스위칭소자의 입력측과 출력측 사이에 하나에 1옴(ohm)의 저항이 연결되고, 스위칭소자가 오프될 때 전류가 1A라면 해당 LED 모듈에서 1V의 전압을 발생시킬 수 있어 해당 LED 모듈에 인가되는 전류값을 감소시키는 대신 다른 LED 모듈의 전류값을 증가시킨다.

전류 균등 제어부(200)는 전체 LED 모듈(110, 120, 130, 140)들의 평균 전류값과 편차가 있는 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)를 PWM 제어하여 해당 LED 모듈(140)의 전류값을 평균값에 일치하도록 조절한다.

이때, 전류 균등 제어부(200)는 평균 값과의 편차에 따라 듀티비를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들면, 듀티비는 편차가 클수록 온 구간을 길게 한다.

아울러, 전류 균등 제어부(200)는 이와 같은 각 LED 모듈별 전류의 조절과, 전체 평균값의 산출을 위해 LED 모듈 별 전류를 감지할 수 있는 전류 감지 수단을 포함할 수 있다.

예를 들면, 전류 균등 제어부(200)는 스위칭 소자(Q4)에 FET를 적용시 소스와 드레인 간의 역방향 VF를 측정하고, 스위칭 소자(Q4)의 기생소자를 다이오드(D4)로 적용시에 전류값에 대한 다이오드 특성 곡선을 이용하여 LED 모듈별 전류값을 측정할 수 있다.

또는, 본 발명에서는 위와 같은 스위칭 소자에 기생소자가 일체로 이루어진 구성을 통한 전류 감지 수단 외에 외부 소자를 추가로 구비하여 LED 모듈별 전류를 감지할 수 있다. 이와 같은 전류 감지 수단은 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

도 7 내지 도 9는 전류 감지 수단의 실시예를 도시한 도면이다.

먼저, 전류 감지 수단은, 도 7의 (a)을 참조하면, 스위칭 소자(Q4)와 내부 다이오드(D4)가 일체로 이루어진 전류 조절 수단의 외측에 추가로 외부 소자(예를 들면, 다이오드(D3))를 포함한다. 여기서 내부 다이오드(D4)는 역방향으로 연결된다.

또한, 전류 감지 수단은, 도 7의 (b)를 참조하면, 스위칭 소자(Q5)의 외측에 외부 소자로서 2 이상의 다이오드(D5, D6)를 추가하여 구성할 수 있다. 이때, 스위칭 소자(Q5)는 FET로서 드레인 소스간 정방향을 사용 적용한다.

이 실시예는 스위칭 소자(Q5)의 내부 다이오드(D5, D6) 특성이 실제 원하는 특성값과 다를 경우에 도 7의 (b)와 같이 해당 특성을 갖는 다이오드를 하나 이상 연결할 수 있다.

위 회로들은 다이오드의 전압 전류 특성 곡선을 적용할 수 있기에 해당 LED 모듈의 전류값의 산출이 가능하다.

또한, 다른 실시예로서, 전류 감지 수단은, 도 8의 (a)를 참조하면, 스위칭 소자(Q6)의 기생소자로서 역방향으로 연결된 내부 다이오드(D7)로 구비하고, 드레인 소스 간에 저항(R3)을 추가로 포함할 수 있다. 여기서 저항(R3)은 외부 소자이다.

따라서 전류 균등 제어부(200)는 스위칭 소자(Q6)를 오프시킨 뒤에 외부 저항(R3) 양단에 걸리는 전압을 측정한다. 이때, 전류 균등 제어부(200)는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 외부 저항(R3)의 I-V 특성 곡선을 적용하여 전류값을 측정한다.

위 실시예는 스위칭 소자(Q6)가 온 될 때 발생되는 내부 저항에 의한 손실을 줄일 수 있다.

또한, 또 다른 실시예로서, 전류 감지 수단은, 도 9의 (a)와 같이, 정방향으로 쇼트키 다이오드(ZD5)를 스위칭 소자(Q7)의 기생소자로 적용하고, 드레인과 소스간에 외부 저항(R4)을 추가할 수 있다.

여기서 외부 소자 및 외부 저항의 의미는 기생소자 또는 내부 저항과 반대의 의미로서 스위칭 소자와 별개로 독립된 소자를 의미한다.

따라서 전류 균등 제어부(200)는 도 9의 (b)와 같이 쇼트키 다이오드(ZD5)의 순방향 전압(0.7V) 내에서 외부 저항(R4)의 I-V 특성에 따른 선형적인 전류값을 측정한다.

전류 균등 제어부(200)는 위와 같은 전류 감지 수단을 통해 측정된 각 LED 모듈의 전류값을 확인하여 전체 LED 모듈의 전류값을 균등하게 제어할 수 있다.

즉, 전류 균등 제어부(200)는 상술한 전류 감지 수단의 실시예들 중 어느 하나가 적용된 각 LED 모듈(110, 120, 130, 140)의 전류값을 감지할 수 있다. 이때, 제1 LED 모듈(110)과 제2 LED 모듈(120) 및 제3 LED 모듈(130)의 전류값은 동일 범위 내에 속하고, 제4 LED 모듈(140)의 전류값이 높음을 감지할 수 있다. 따라서 전류 균등 제어부(200)는 제1 LED 모듈 내지 제3 LED 모듈(110~130)의 스위칭 소자를 상시 온 하고, 제4 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)를 오프 시킨다.

따라서 제4 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)는 오프되고, 기생소자(예를 들면, 다이오드)에 의해 전압값이 증가되면서 제4 LED 모듈(140)의 전류가 감소된다.

더욱 바람직하게로는 전류 균등 제어부(200)는 제1 내지 제3 LED 모듈(110~130)의 전류 평균값과의 편차에 따라 제4 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)의 듀티비를 가변하면서 PWM 제어를 진행할 수 있다.

즉, 전류 균등 제어부(200)는 제4 LED 모듈(140)의 스위칭 소자(Q4)의 듀티비를 평균 전류값과의 편차 또는 설정된 전류값과의 편차에 따라 온오프 시간 주기를 가변시켜 전체 LED 모듈의 전류를 균일하게 유지할 수 있다. 이와 같은 결과값은 도 4의 그래프를 통해 측정된 바와 같다.

도 4의 그래프를 확인하여 보면, 제1 내지 제3 채널(110~130)의 전류는 낮고, 제4 채널(140)의 전류값은 높게 측정되었다. 따라서 전류 균등 제어부(200)는 상술한 바와 같이 PWM 제어를 통해 제4 LED 모듈(140)의 전압값을 증가시켜 전류를 감소시키고, 다른 LED 모듈(110~130)의 전류값을 증가시켰다.

그러므로 전체 LED 모듈의 전류값은 동일한 범위로 유지할 수 있다.

전원 충전 부재는 도 10 내지 도 11을 참조하여 설명한다.

도 10은 전원 충전 부재를 도시한 블럭도, 도 11은 제어부를 도시한 블럭도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 전원 충전 부재(400)는 제어부(460)와, 발전부(420), 배터리(410), 센서부(430), 저장부(440), 통신부(450) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

발전부(420)는 자연 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 예를 들면, 발전부(420)는 입사된 태양광으로 전기 에너지를 발전시키는 태양광 패널, 풍력에 의해 회전되어 전기 에너지를 발전시키는 풍차가 될 수 있다.

배터리(410)는 발전부(420)에서 발전된 전기 에너지를 충전한다. 여기서 배터리(410)는 제어부(460)의 제어에 의해 충전율이 제어될 수 있다. 이는 후술한다.

센서부(430)는, 예를 들면, 주변의 온도와, 조도, 일조량, 바람의 세기, 시간, 배터리(410)의 충전율, 발전부(420)의 발전량 중 적어도 하나 이상을 감지할 수 있는 복수의 센서들로 구성될 수 있다. 센서부(430)는 제어부(460)에 감지신호를 출력한다.

저장부(440)는 조명부(100)의 제어를 위한 프로그램 및 데이터가 저장된다. 여기서 저장부(440)는 기상정보(예를 들면 일간, 주간, 월간, 년간 기상정보 및 수년간의 기상 빅데이터)가 저장될 수 있다.

통신부(450)는 제어부(460)의 제어에 의해 서버와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(450)는 서버로부터 일간, 주간, 월간, 년간 기상 정보를 실시간 또는 주기적으로 수신할 수 있다.

제어부(460)는 배터리(410)의 충전을 제어하는 충전제어모듈(461)과, 빅데이터를 이용하여 향후 기상정보를 산출하는 예측모듈(462)과, 통신부(450)를 제어하는 통신제어모듈(463)을 포함할 수 있다.

충전제어모듈(461)은 설정된 조건에 따라 배터리(410)의 충전율을 제어한다. 예를 들면, 충전제어모듈(461)은 센서부(430)로부터 감지된 배터리(410)의 현재 충전율을 설정된 값으로 유지할 수 있도록 발전부(420)와 배터리(410) 사이의 전원라인을 온오프 할 수 있다. 아울러 충전제어모듈(461)은 배터리(410)의 방전율을 제어함도 가능하다.

여기서 충전제어모듈(461)의 설정조건은 기상정보와, 주변온도 중 하나 일 수 있다.

공지된 바에 따르면, 배터리(410)는 최대 용량의 100%까지 충전할 경우에 1주기만큼의 배터리(410) 수명이 감소된다고 한다. 그러나 배터리(410)를 최대 용량의 90%까지만 충전할 경우에는0.48주기만큼 소모되며, 100%까지 충전하였을 경우보다 수명이 88%만큼 늘어난다.

또한, 배터리(410)는 최대 용량의 80%까지만 충전할 경우에는 0.26주기만큼 배터리(410)가 소모되고 수명은 211% 만큼 늘어나고, 최대 용량의 70%까지만 충전할 경우에는 0.14주기만큼 배터리(410)가 소모되고 수명은 391% 늘어나고, 최대 용량의 60%까지만 충전할 경우에는 0.10주기만큼 배터리(410)가 소모되고 수명은 490% 늘어나고, 최대 용량의 50%까지만 충전할 경우에는 0.08주기만큼 배터리(410)가 소모되고 수명은 501%까지 늘어난다.

따라서 배터리(410)의 수명을 늘리기 위하여서는 배터리(410)를 최대 용량의 100%까지 완전 충전하는 것보다는 80% 전후로 충전하는 것이 훨씬 효율적이라는 것을 이해할 수 있다.

그러므로 본 발명에서는 배터리(410)의 수명을 연장시킬 수 있도록 내일의 날씨와 현재 계절 중 적어도 하나를 고려하여 배터리(410)의 충전율이 100%로 유지되는 시간을 최소화하고, 8시간 이상 조명이 가능한 충전율을 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

예를 들면, 충전제어모듈(461)은 서버로부터 수신된 내일의 기상정보를 확인하여 100% 충전 가능한 날씨일 경우에 배터리(410) 잔량을 30~80%의 범위로 유지하도록 하고, 또는 내일의 날씨가 100% 충전 가능한 일조량이 확보되지 않은 날씨일 경우에 배터리(410)를 100% 충전시키도록 제어할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하자면, 내일의 날씨가 주간 동안 일조량이 8시간 이상 가능한 날씨로 예측되면, 배터리(410)의 충전율은 최소 8시간 이상 조명부(100)가 작동 가능한 배터리(410) 충전율을 유지한 상태로 충전된다.

여기서 조명부(100)가 8시간 이상을 100% 출력 가능한 전력을 공급할 수 있는 충전율을 유지할 수 있는 최소 기준을 20%로 임의로 지정하였다.

따라서 충전제어모듈(461)은 위와 같은 내일 날씨를 통해 8시간 이상 일조량이 가능 및/또는 현재 시기가 건기로서 맑은 날씨가 연속하여 가능할 경우에는 최소 충전율인 30~50%를 유지한 상태로 충전된다.

또는 충전제어모듈(461)은 내일의 날씨가 중간에 흐림이 예상되어 일조량이 4~8 시간이 예측되면 50~80% 이상의 충전율로서 배터리(410)를 충전시키는 것이 바람직하다.

또한, 예를 들면, 충전제어모듈(461)은 내일의 일조량이 4~8시간 예상되고, 현재 계절이 건기로서 맑은 날씨가 연속해서 이루어지는 계절이라면 배터리(410)를 50% 이상의 충전율로 유지한다. 또는 충전제어모듈(461)은 현재 계절이 우기이고, 내일의 일조량이 4~8시간의 범위라면, 80%로 배터리(410)를 충전시킨다.

또는 충전제어모듈(461)은 내일의 일조 시간이 4시간 미만의 흐린 날씨가 예측되면, 배터리(410) 충전율을 80~90%로 유지함이 바람직하다. 보다 구체적으로 충전제어모듈(461)은 내일의 일조시간이 4시간 미만의 흐린 날씨거나 및/또는 현재 계절이 건기에 해당되면 80~90%로 배터리(410)를 충전시킬 수 있다.

또는 내일 일조시간이 4시간 미만의 흐린 날씨 및/또는 현재 계절이 우기(雨期)로서 연속하여 흐린 날씨가 예상될 경우에는 배터리(410)의 충전율을 100%로 유지시킨다.

즉, 충전제어모듈(461)은 기상정보를 통하여 확인된 내일의 충전 가능한 시간(일조시간 및/또는 일조량)과 현재 계절 중 적어도 하나를 고려하여 금일 배터리(410)의 충전량을 다르게 설정할 수 있다.

또한, 충전제어모듈(461)은 주변온도에 따라 배터리(410)의 충전을 제어함도 가능하다.

예를 들면, 충전제어모듈(461)은 주변온도가 설정온도 이하이거나, 이상일 경우에 충전하지 않고, 주변온도가 설정온도 범위(예를 들면, 10~35℃)에 해당 될 경우에만 배터리(410)를 충전시킨다.

또한, 제어부(460)는 설정조건에 따라 조명부(100)를 제어함도 가능하다. 여기서 제어부는 전류 균등 제어부(200)와 동일한 구성이거나, 별도의 디밍 제어 장치 일 수 있다.

예를 들면, 제어부(460)는 센서부(430)의 감지신호(예를 들면, 현재시간, 점등 유지 시간, 온도, 주변의 조도)에 따라 조명부(100)의 밝기를 단계별로 조절 및 유지한다.

예를 들면, 제어부(460)는 시간대별로 단계(예를 들면 1~5단계)를 설정하고, 각 단계별로 조명부(100)의 밝기를 제어할 수 있다. 예를 들면, 1단계는 100%, 2단계는 90%, 3단계는 80%, 4단계는 90%, 5단계는 100%의 밝기로서 조명하도록 설정된다.

또한, 각 단계는 시간대별(예를 들면, 1단계는 20시부터 4시, 2단계는 7시부터 8시, 3단계는 5시부터 6시)로서 설정될 수 있다.

아울러, 단계별 시간은 계절 또는 일출 및 일몰 시간에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.

또한, 제어부(460)는 주변온도 및/또는 충전량에 따라 조명의 세기(밝기)를 조절하여 배터리(410)의 과방전을 방지할 수 있다.

예를 들면, 제어부(460)는 영상 10도 이하, 충전량이 30% 미만 중 적어도 하나의 조건에 해당 되면, 가로등(10)의 밝기를 현재 단계에서 설정된 비율로 떨어뜨려 추운 날씨에 과방전으로 인한 배터리(410) 수명 단축을 방지한다.

예측모듈(462)은 저장부(440)에 저장된 기상 빅데이터를 통하여 내일의 날씨를 예측한다. 예측된 결과값은 충전제어모듈(461)로 출력된다.

이와 같은 예측모듈(462)은 실시간 기상정보의 수신이 어려울 경우에 수년간 동일 지역의 기상 빅데이터를 통하여 내일의 날씨를 예측한다.

통신제어모듈(463)은 서버와 유무선 통신을 수행하여 서버로부터 실시간 또는 주기적으로 기상정보를 수신할 수 있다.

여기서 충전제어모듈(461)은 서버와 통신 가능하여 기상정보가 수신되면, 수신된 내일의 기상정보를 우선하여 오늘의 충전량을 제어하고, 서버와 통신이 되지 않을 경우에 예측모듈(462)의 결과값을 이용하여 오늘의 충전량을 제어한다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 배터리(410) 수명을 연장할 수 있는 가로등의 배터리(410) 충전 방법을 설명한다.

도 12는 본 발명에 따른 가로등의 배터리(410) 충전 방법을 도시한 순서도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명은 통신 가능 여부를 감지하는 S110 단계와, 통신 가능하면 기상정보를 수신하는 S120 단계와, 내일 날씨가 설정된 일조량 및/또는 시간이 가능한지를 확인하는 S130 단계와, 설정된 일조량 및/또는 시간이 확보되면 배터리(410)를 A조건으로 충전하는 S140 단계와, 통신 가능하지 않으면 빅데이터를 로드하는 S150 단계와, 빅데이터를 통하여 예측값을 산출하는 S160 단계와, 우기 여부를 감지하는 S170 단계와, B조건으로 배터리(410)를 충전하는 S180 단계와, C 조건으로 배터리(410)를 충전하는 S190 단계를 포함할 수 있다.

S110 단계는 제어부(460)가 서버와의 통신 가능 여부를 감지하는 단계이다. 통신제어모듈(463)은 통신부(450)를 통하여 서버를 호출하여 통신 가능 여부를 감지할 수 있다.

S120 단계는 제어부(460)가 서버에 기상정보를 요청 및/또는 수신하는 단계이다. 통신제어모듈(463)은 통신부(450)를 제어하여 기상정보를 요청한다. 여기서 기상정보는 내일 기상정보와 금일 기상 정보와 속보 중 하나 이상이 포함될 수 있다.

S130 단계는 제어부(460)가 기상정보를 수신하여 내일의 배터리(410)를 충전할 수 있는 일조량 또는 시간을 확보할 수 있는 지를 산출하는 단계이다. 예를 들면, 제어부는 내일 날씨가 맑음, 또는 흐림, 비, 눈, 오후 부터 흐림 과 같은 기상 정보를 확인할 수있다.

S140 단계는 제어부(460)가 기상정보를 통하여 산출된 결과를 통하여 일조량 및/또는 시간의 확보가 가능하다면 설정된 A 조건으로 배터리(410)를 충전하는 단계이다. 여기서 제어부(460)는 예를 들면, 내일 날씨가 맑음을 유지하여 배터리(410)가 100% 충전될 수 있는 일조량 및 시간이 확보될 수 있다면, 금일 배터리(410)가 100% 미만으로 충전하도록 배터리(410)의 충전을 제어한다. A조건은 20~80%로 중에서 선택될 수 있다.

여기서 제어부(460)는 내일의 날씨가 일조량 및/또는 시간이 부족할 것으로 예측되면, S160 단계를 진행하여 B 조건으로 배터리(410)를 충전한다.

S150 단계는 제어부(460)가 서버와의 통신이 차단됨을 감지하여 저장된 빅데이터를 로드하는 단계이다.

S160 단계는 제어부(460)가 빅데이터를 통하여 해당 위치에 날씨를 예측할 수 있는 예측값을 산출하는 단계이다. 여기서 예측값은 센서부(430)의 감지정보(위성좌표, 현재 시간, 현재 날짜)와 융합되어 산출되며, 누적된 동일 기간 내의 수년간 날씨 정보를 통하여 산출된다.

S170 단계는 제어부(460)가 예측값을 통하여 내일의 날씨가 흐림, 맑음 또는 건기, 우기 여부를 감지하는 단계이다.

S180 단계는 제어부(460)가 예측값을 통하여 내일의 날씨가 흐림, 또는 우기일 경우에 B 조건으로 배터리(410)를 충전시키는 단계이다.

예를 들면, 제어부(460)는 상술한 바와 같이 배터리(410)가 100% 충전되면 배터리(410)의 화학성분에 손상이 가기에 내일의 날씨에 따라 금일 배터리(410) 충전율을 제어한다. 따라서 제어부(460)는 내일의 날씨가 우기 또는 흐림 날씨로 예측되어 배터리(410)가 100% 충전이 어려운 날씨라면, 금일 충전율을 B 조건(예를 들면, 100% 또는 90~100%)로서 충전시켜 내일의 적은 일조량 및 시간에 대비한다.

S190 단계는 제어부(460)가 예측값을 통하여 건기 또는 맑음 날씨가 예상되면, C조건으로 배터리(410)를 충전하는 단계이다.

배터리(410)는 일조량 및 시간이 충분히 확보되면 100% 충전 가능하다. 따라서 제어부(460)는 배터리(410)가 100% 충전되는 것을 방지 또는 그 시간을 최소화할 수 있도록 금일 배터리(410)의 충전율을 C 조건(예를 들면, 20~80%, 80% 이하)로 충전하도록 제어한다.

즉, 본 발명은 내일의 날씨에 따라 금일 배터리(410)의 충전률을 제어하여 배터리(410)가 100% 충전되을 방지 또는 그 유지 시간을 최소화 하되, 조명부(100)가 전기 에너지가 부족하지 않도록 배터리(410)의 잔량을 유지하는 것을 특징으로 한다.

그리고 가로등(10)은 상술한 과정을 통하여 충전된 배터리(410)를 통하여 공급된 전원을 이용하여 설정된 시간동안 점등된 후 소등되어 상기와 같은 충전과정을 진행할 수 있다.

여기서 본 발명은 조명부(100)의 조명과정에서 과방전을 방지하고, 설정된 온도 범위 이내에서만 충전 가능하도록 제어할 수 있다. 이는 도 5를 참조하여 설명한다.

도 13은 가로등의 점등 과정을 도시한 순서도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명은 점등조건을 감지하는 S210 단계와, 점등하는 S220 단계와, 설정온도를 감지하는 S230 단계와, 설정 조건에 따라 디밍 제어하는 S2420 단계와, 소등 조건을 감지하는 S250 단계와, 소등하는 S260 단계와, 충전 온도를 감지하는 S270 단계와, 충전 온도가 감지되면 배터리(410)를 충전하는 S280 단계를 포함할 수 있다.

여기서 S270 단계와 S280 단계는 앞서 설명한 도 4의 과정에 포함될 수 있ㅇ으며, 상술한 조명 제어 과정으로 한정되는 것은 아니다.

S210 단계는 제어부(460)가 점등조건을 감지하는 단계이다. 여기서 점등조건은 시간, 주변의 온도, 조도 중 적어도 하나일 수 있다.

S220 단계는 제어부(460)가 점등 조건이 감지되면, 조명부(100)에 전원을 공급하여 점등하는 단계이다. 여기서 제어부(460)는 조명부(100)를 설정된 조건에 따라 단계별로 디밍 제어할 수 있다. 예를 들면, 1단계는 100%, 2단계는 90%, 3단계는 80%, 4단계는 90%, 5단계는 100%로서 각 단계별 밝기를 설정하고, 각 단계들은 시간대 및 순서가 선택적으로 적용될 수 있다.

S230 단계는 설정 온도 및/또는 충전량을 감지하는 단계이다.

S240 단계는 제어부(460)가 주변 온도가 설정온도(예를 들면, 10℃ 이하)와 충전량 중 적어도 하나가 감지되면, 배터리(410)의 과방전을 방지할 수 있도록 조명부(100)의 출력을 설정된 수치로 감소시키는 단계이다.

제어부(460)는 현재 조명부(100)의 밝기를 설정된 수치(예를 들면, 현재 단계에서 10~30% 감소) 만큼 낮춰서 배터리(410)의 과방전을 방지할 수 있다.

또한, 제어부(460)는 주변온도와 함께 배터리(410)의 충전량을 감지하여 가로등(10) 밝기를 제어하여 과방전을 방지한다.

여기서 조명부(100)의 밝기를 낮추는 정도는 주변 온도에 따라 다르게 설정됨도 가능하다.

S250 단계는 소등 조건을 감지하는 단계이다.

S260 단계는 제어부(460)가 조명부(100)를 소등시키는 단계이다. 제어부(460)는 소등조건이 감지되면, 배터리(410)와 조명부(100) 사이의 전원라인을 차단하여 조명부(100)를 소등한다.

S270 단계는 제어부(460)가 충전온도를 감지하는 단계이다. 예를 들면, 제어부(460)는 일출 시간 이후에 주변온도를 감지하여 배터리(410)의 충전 여부를 결정할 수 있다.

S280 단계는 제어부(460)가 주변 온도가 충전온도에 해당되면, 배터리(410)를 충전시키는 단계이다. 예를 들면, 배터리(410)는 저온 및 고온에서 충전할 경우에 충전율이 떨어짐과 동시에 손상의 위험이 있어 일반적으로 공지된 같이 10~35℃ 이내의 온도에서 충전하는 것이 바람직하다.

따라서 제어부(460)는 주변 온도를 통하여 일출 이후 온도가 충전온도로 상승되면 배터리(410)의 충전을 개시한다.

이와 같은 충전온도에 따른 배터리(410)의 충전은 상술한 기상정보와 함께 적용될 수 있다.

따라서 본 발명은 기상 정보와, 주변 온도를 통하여 배터리(410)의 손상이 방지되는 범위 내에서 배터리(410)의 충전율을 유지 및 충전을 진행함에 따라 배터리(410) 수명을 연장할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 가로등
100 : 조명부
200 : 전류 균등 제어부
300 : 전원부
400 : 전원 충전 부재
410 : 배터리
420 : 발전부
430 : 센서부
440 : 저장부
450 : 통신부
460 : 제어부

Claims

병렬 연결된 복수의 LED 모듈과, LED 모듈의 전원 라인을 스위칭하여 전류값을 조절하는 전류 조절 수단을 구비하는 조명부;
조명부에 전원을 공급하는 전원부; 및
각 LED 모듈의 전류값을 감지하고, 평균 전류값 또는 설정 전류값과 편차가 발생된 LED 모듈을 PWM 제어하여 전류값을 조절하여 LED 모듈들이 균일한 전류값을 유지하as도록 전류값의 편차에 따라 듀티비를 가변하여 전류 조절 수단을 제어하는 전류 균등 제어부; 를 포함하고,
LED 모듈들은 각각 복수의 LED가 직렬 연결되어 하나의 LED 모듈을 구성하고, 타 LED 모듈과 병렬 연결되어 전원부에서 공급된 전원에 의해 발광하고,
전류 조절 수단은
LED 모듈 별로 설치되어 전류 균등 제어부의 제어에 의해 각 LED 모듈들의 전류값을 조절할 수 있도록 스위칭 소자; 및
해당 전원라인의 전류값을 감소시킬 수 있도록 설정된 A의 순방향 전압 값을 갖는 소자로서 스위칭 소자와 역방향으로 체결되어 스위칭 소자가 오프 되면 설정된 범위의 전류를 통전시켜 해당 전원 라인에서 순방향 전압값에 해당하는 전압을 상승시키므로 타 LED 모듈이 연결된 전원라인의 전류값을 증가시키고, 하나의 LED 모듈에서 하나가 설치되어 A 값 만큼의 전압, B개 일 때, B×A 값 만큼의 전압을상승시키는 기생소자와, 스위칭소자의 입력측과 출력측 사이에 연결되어 스위칭소자가 오프될 때 해당 LED 모듈의 전원라인에서 전압을 발생시켜 전류값을 감소시키는 대신 다른 LED 모듈의 전류값을 증가시키는 외부저항과, 스위칭 소자와 일체로 구성되는 기생소자가 내부 다이오드 일때 내부 다이오드의 특성이 실제 원하는 특성값과 다를 경우에 스위칭 소자의 외측에 연결되는 2 이상의 다이오드 중 적어도 하나; 를 포함하고,
스위칭 소자는
소스측이 LED 모듈의 출력측에 연결되고, 드레인측이 접지측으로 연결되었고,
내부 다이오드는 애노드와 캐소드가 스위칭 소자와 역방향으로 체결되고,
전류 균등 제어부는
LED 모듈별 전류의 조절과, 전체 평균값의 산출을 위해 LED 모듈 별 전류를 감지할 수 있도록 스위칭 소자에 FET를 적용시 소스와 드레인 간의 역방향 VF를 측정하고, 스위칭 소자의 기생소자로서 내부 다이오드가 적용시에 전류값에 대한 다이오드 특성 곡선을 이용하여 LED 모듈별 전류값을 측정하거나,
스위칭 소자의 입력측과 출력측 사이에 외부에 연결되는 외부 저항이 설치되면 스위칭 소자가 오프될 때 외부 저항에 걸리는 전압값을 통해 전류값을 측정하는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템.
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청구항 1에 있어서, 자연 에너지를 이용하여 발전된 전기에너지를 전원부에 공급하는 전원 충전 부재; 를 더 포함하고,
전원 충전 부재는
자연 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전부;
발전부에서 발전된 전기 에너지를 충전하는 배터리;
주변의 온도와, 조도, 일조량, 바람의 세기, 시간, 배터리의 충전율, 발전부의 발전량 중 적어도 하나 이상을 감지하는 센서부;
일간, 주간, 월간, 년간 기상정보가 저장되는 저장부;
서버로부터 일간, 주간, 월간, 년간 기상 정보를 실시간 또는 주기적으로 수신하는 통신부;
내일의 날씨와 현재 계절 중 적어도 하나를 고려하여 조명부가 8시간 이상 조명이 가능한 충전율을 유지할 수 있도록 발전부 및 배터리를 제어하는 제어부; 를 포함하고,
제어부는
내일의 일조량이 4~8시간 예상되고, 현재 계절이 건기로서 맑은 날씨가 연속해서 이루어지는 계절이라면 배터리를 50%의 충전율로 유지하거나, 현재 계절이 우기이면 80%로 배터리를 충전하고,
내일의 일조 시간이 4 시간 미만이 예측되고, 현재 계절이 건기에 해당되면 80~90%로 배터리를 충전시키는 것; 을 특징으로 하는 가로등 제어 시스템.