KR200392339Y1 - 태양광 발전장치의 충전제어기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양에너지를 사용하여 얻은 전력을 충전 가능한 배터리에 충전하도록 되어 있는 태양광 발전장치의 충전제어기에 관한 것이다.

본 고안의 충전조절기는 태양전지, 마이크로컨트롤러, 스위칭소자, 충전배터리, 정전압IC를 포함하여 구성되어 있되 태양전지의 인입 선상에 과전압억제 다이오드1이 설치되어 소정수치 이상의 고전압이 1차 흡수되도록 되어 있고, 정전압IC의 입력 선상에 과전압억제 다이오드2가 설치되어 과전압억제다이오드1에서 흡수되지 못한 소정수치 내의 고전압이 2차 흡수되어 고전압이 민감한 마이크로컨트롤러에 전달되지 않도록 되어 있다.

따라서 본 고안에 의하면, 과전압억제다이오드에 의해 소정수치 이상의 고전압이 민감한 마이크로컨트롤러에 전달되는 것이 방지되어 마이크로컨트롤러의 오작동이 크게 감소된다.

Description

태양광 발전장치의 충전제어기{Charge Controller of Solar Light Power Generator}

본 고안은 태양에너지를 사용하여 얻은 전력을 충전 가능한 배터리에 충전하도록 되어 있는 태양광 발전장치의 충전제어기에 관한 것이다.

최근 환경오염을 일으키지 않으면서 효율이 우수한 에너지 자원에 관심이 집중되면서 태양광 발전장치가 주목받고 있다.

종래의 태양광 발전장치는, 태양전지에서 생산된 전력을 충전 가능한 대용량의 배터리에 충전해 놓고 태양광을 이용하여 전력을 얻을 수 없는 시간에 충전되어 있던 전력을 사용하도록 된 것이 대부분이다.

이러한 태양광 발전장치에는 한국실용신안출원 제20-1981-00072098호(고안의 명칭: 태양광 발전 장치용 충전 조절기)에 개시된 바와 같이 원활한 충전이 가능하도록 충전제어기가 구비되어 있다.

또, 최근의 충전조절기에는 제어의 정밀성을 높이기 위한 마이크로컨트롤러가 구비되어 있다.

그런데, 마이크로컨트롤러는 매우 민감하여 순간적인 고전압이나 조작의 미숙으로 인한 전기적 충격에 잦은 오작동을 일으키는 문제점이 있었다.

한편, 종래의 충전제어기에는 배터리의 잔여 용량을 3??4단계로 세분하여 표시하거나 숫자 등으로 표시하는 잔량표시수단이 구비되어 있기도 하다.

그런데, 종래의 잔량표시수단은 측정 순간에 소비되고 있는 전류가 있을 경우 그 소비되는 전류를 잔량에 반영하여 표시하지 못하는 것이어서 정확한 측정이 이루어지지 못하는 문제점도 있었다.

상기한 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 소정수치 이상의 고전압 및 전기적 충격이 마이크로컨트롤러에 전달되는 것을 방지하여 민감한 마이크로컨트롤러의 오작동이 발생되지 않도록 하는 태양광 발전장치의 충전제어기를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 배터리의 잔량을 표시함에 있어 더욱 정확하게 표시하도록 하는 태양광 발전장치의 충전제어기를 제공하는 데 있다.

본 고안에서는, 태양전지의 인입 선상에 과전압억제다이오드(TVS)를 설치하여 소정수치 이상의 고전압이 1차 흡수되도록 하고, 정전압IC의 인입 선상에 과전압억제다이오드를 설치하여 1차 흡수되지 못한 소정수치 내의 고전압이 2차 흡수되도록 함으로써 마이크로컨트롤러에 소정 수치 이상의 고전압이 전달되는 것을 방지한다.

이하, 본 고안의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

그러나 첨부된 도면은 본 고안의 기술적 사상을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 고안의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 고안은 태양에너지를 사용하여 얻은 전력을 충전 가능한 배터리에 충전하도록 되어 있는 태양광 발전장치의 충전제어기에 관한 것이다.

따라서, 본 고안의 충전제어기도 통상의 충전제어기와 같이 태양전지(10), 마이크로컨트롤러(20), 스위칭소자(30, 35), 충전배터리(40), 정전압IC(50) 등을 포함하여 구성된다.

그러나 본 고안은 충전제어기의 구성요소인 마이크로컨트롤러(20)에 고전압 및 전기적 충격이 가해지는 것을 방지하여 오작동이 발생되지 않도록 하려는 목적을 갖는다.

이를 위하여, 본 고안에서는 태양전지(10)의 인입 선상에 과전압억제다이오드1(60)을 설치하여 소정수치 이상의 고전압이 1차 흡수되도록 한다.

이때 과전압억제다이오드1(60)에 흡수되도록 하는 고전압의 수치(크기) 범위는 마이크로컨트롤러(20)의 사양에 따라 차이가 있지만 마이크로컨트롤러(20)의 오작동을 일으키지 않을 수 있는 수치이면 족하다.

통상적인 마이크로컨트롤러(20)의 경우를 예를 들면, 45V 이상의 고전압이 흡수되도록 설정하는 것이 바람직하다.

그러나 한 개의 과전압억제 다이오드만으로는 고전압을 완전히 흡수하는데 어려움이 있어 본 고안에서는 정전압IC(50)의 입력 선상에도 별도의 과전압억제다이오드2(65)를 설치하여 과전압억제다이오드1(60)에서 흡수되지 못한 소정수치 내의 고전압이 2차 흡수되도록 한다.

과전압억제다이오드2(65)에서 흡수되도록 하는 고전압의 수치는 과전압억제다이오드1(60)에서의 설정된 수치를 기준으로 하한선과 상한선을 설정하는 것이 바람직하다.

통상적인 마이크로컨트롤러(20)의 예로 들면, 과전압억제다이오드1(60)에서의 설정된 수치가 45V이므로 과전압억제다이오드2(65)에서의 바람직한 수치는 24V??50V 이다.

과전압억제다이오드(60,65)는 여러 가지 종류가 있지만, 본 고안에서는 높은 서지 전압에 우수한 Schottky Barrier Rectifier인 MBR1530CT~MBR1560CT(Jiangsu Changjiang Electronics Tech사)를 사용하였다.

한편, 본 고안에 있어서, 스위칭소자(30, 35)와 마이크로컨트롤러(20)를 광결합소자인 포토커플러(70, 75)(Photo coupler)를 사용하여 연결할 경우 마이크로컨트롤러(20)의 오작동을 더욱 방지할 수 있다.

즉, 스위칭소자(30, 35)와 마이크로컨트롤러(20) 사이에는 충격전압이 상존하므로 종래와 같이 직접접속 방식으로 연결한 경우 고전압 및 정전기로 인한 마이크로컨트롤러(20)의 오작동이 종종 발생하게 된다.

그러나 광결합소자인 포토커플러(70, 75)는 입력측과 출력측이 전기적으로 절연되고 광에 의해 신호가 전송되므로 고전압 및 정전기로 인한 마이크로컨트롤러(20)의 오작동을 방지할 수 있다.

본 고안에 있어서, 충전배터리(40)의 잔여 용량을 표시하는 잔량표시수단(80)을 더 구비할 수 있다.

이러한 경우 정확한 잔량 표시를 위하여 소비되고 있는 전류가 있을 경우 소비되는 전류까지도 반영하도록 하면 보다 정확한 잔량을 표시할 수 있다.

구체적으로 설명하면, 소비되는 전류의 유무 및 그 전류의 크기를 검출한 후 마이크로컨트롤러(20)가 소비되는 전류의 크기에 대응하도록 설정된 수치를 배터리의 잔여 용량에 반영하여 잔량표시수단(80)을 통해 표시하도록 구현하는 것이다.

소비되는 전류를 잔량에 반영하는 방식으로는 크게 두 가지 형태가 있다.

구체적으로 설명하면, 소비되는 전류의 크기에 따라 반영하도록 된 수치를 데이터베이스에 가지고 있는 상태에서 측정 순간에 소비되는 전류가 있다면 그 소비되는 전류의 크기를 검출한 후 검출된 값에 대응된 데이터베이스 내의 수치를 배터리의 잔여 용량에 반영하여 표시하는 방식이 있다.

예를 들어 설명하면, 소비중인 부하전류가 8A일 때는 무부하시의 충전배터리(40) 용량에 15%를 추가하고, 10A 일때는 20%를 추가하며, 12A 일때는 25%를 추가하도록 되어 있는 데이터베이스를 갖는다고 할 때, 소비 중인 전류가 10A이고 무부하시의 배터리 용량이 12.4V로서 잔여 용량이 60%에 해당할 경우 테이터베이스의 용량 20% 수치를 반영함으로써 충전배터리(40)의 잔량은 80%가 되는 것이다.

또 다른 반영 방식으로서, 소비되는 전류의 크기를 검출한 후 검출된 값을 마이크로컨트롤러(20)에서 소정의 연산방식에 따라 연산하여 잔량에 반영 후 표시하는 방식이 있다.

이와 같이 배터리 용량을 측정하게 됨으로써 마이크로콘트롤러(20)에 의해 충전 및 방전을 제어하게 되는데 이 알고리즘을 정리하면 다음과 같다.

충전의 경우에는 온도, 전지전압 및 충전전류를 측정하여 이들과의 상관관계에 의해 마이크로콘트롤러(20)에 의해 충전률을 판단하게 되고 배터리 레벨 및 충전상태를 표시하게 되며 펄스폭변조(PWM; Pulse Width Modulation)에 의해 충전을 제어하게 된다. 방전의 경우에는 온도, 전지전압 및 방전전류를 측정하여 이들과의 상관관계에 의해 마이크로콘트롤러(20)에 의해 저장용량을 판단하게 되고 배터리 레벨을 표시하게 되며 저전압 차동(LVD; Low-Voltage Differential)에 의해 방전을 제어하게 된다.

상기와 같은 잔량표시수단(80)은 엘이디(LED) 램프를 통한 방식이나 수치를 사용하는 방식 등 종래와 같은 방식으로 구현할 수 있다.

그러나 수치를 사용한 방법은 고비용이 소요되므로 엘이디 램프를 사용한 방식을 채택하되 10단계 정도로 세분하여 표시하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 본 고안은 시스템의 안정적인 동작을 위한 충전제어, 과충전 및 과방전, 출력 등을 제어할 수 있게 되므로 배터리 접속이후부터 자동으로 운전되게 되어 특별한 주의사항 없이 규격 한도 이내의 부하만 사용하고 마이크로컨트롤러의 표시기를 살피는 것만으로 충분하게 된다.

부호 30은 입력제어용 스위칭소자이고, 35는 출력제어용 스위칭소자이며, 70은 입력제어용 포토커플러이고, 75는 출력제어용 포토커플러이다.

또, 미설명 부호 90은 입광상태 및 충전상태를 표시(LED로 표현되어 있음)하는 상황표시등이다.

또, 100, 105는 부하출력단자이다.

본 고안에 의하면 과전압억제다이오드에 의해 소정수치 이상의 고전압이 민감한 마이크로컨트롤러에 전달되는 것이 방지되어 마이크로컨트롤러의 오작동을 크게 방지할 수 있다.

또, 스위칭소자와 마이크로컨트롤러를 광결합소자인 포토커플러에 의해 연결한 경우 고전압이나 정전기 등의 전기적 충격이 마이크로컨트롤러에 전달되는 것도 방지할 수 있어 마이크로컨트롤러의 오작동을 더욱 방지할 수 있다.

또, 배터리의 잔량을 표시하는 경우 소비 중인 부하전류를 반영하여 잔량을 표시함으로써 더욱 정확한 잔량을 표시할 수도 있다.

도 1은 본 고안을 설명하기 위한 회로도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 태양전지 11, 12: 태양전지접속단자

20: 마이크로컨트롤러 30, 35: 스위칭소자

40: 충전배터리 41, 42: 배터리접속단자

50: 정전압IC 60: 과전압억제다이오드1

65: 과전압억제다이오드 270, 75: 포토커플러

80: 잔량표시수단 90: 상황표시등

100, 105: 부하출력단자

Claims (3)

1. 태양전지(10), 마이크로컨트롤러(20), 스위칭소자(30, 35), 충전배터리(40), 정전압IC(50)를 포함하여 구성된 태양광 발전장치의 충전조절기에 있어서,

   상기 태양전지(10)의 인입 선상에 과전압억제다이오드1(60)을 설치하여 소정수치 이상의 고전압이 1차 흡수되도록 하고, 정전압IC(50)의 입력 선상에 과전압억제다이오드2(65)를 설치하여 과전압억제다이오드1(60)에서 흡수되지 못한 소정수치 내의 고전압이 2차 흡수되도록 함으로써 고전압이 마이크로컨트롤러(20)에 전달되지 않도록 된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 충전제어기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스위칭소자(30, 35)와 마이크로컨트롤러(20)는 광결합소자인 포토커플러(70, 75)에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 충전제어기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 충전배터리(40)의 잔여 용량을 표시하는 잔량표시수단(80)이 더 구비되어 있고,

   상기 마이크로컨트롤러(20)는 소비되고 있는 전류가 있을 경우 소비되는 전류의 크기를 검출한 후 소비되는 전류의 크기에 대응하도록 설정된 수치를 데이터베이스에서 추출하여 잔여 용량에 반영하거나 소비되는 전류의 크기를 소정의 연산방식으로 연산하여 잔여 용량에 반영하도록 된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 충전제어기.