KR200402306Y1 - Device of controlling charge and discharge using solar cell - Google Patents
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Abstract
본 고안은 태양전지에서 발생하는 전력을 최대화하여 효율적인 축전지 충전과 부하 측에 안정된 전력을 일정하게 공급토록 한 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치에 관한 것으로서, 이러한 본 고안은, 태양전지로부터 입력된 전압을 감시하여 과충전을 방지하고, 충전 중 균등충전과 부동충전을 자동으로 제어하여 태양전지로부터 발생한 전원을 최대화하여 축전지에 충전을 수행하며, 부하에 공급되는 전원을 감시하여 항상 일정한 전압이 부하 측에 공급되도록 부하 공급 전원을 제어하며 충전 및 방전 표시를 제어하는 마이컴, 균등충전과 부동충전을 위한 펄스를 발생하는 균등/부동 충전부, 발생된 펄스에 따라 태양전지에서 발생한 전원을 제어하여 충전 전압으로 공급해주는 충전 제어부, 비 충전시 축전지의 충전 전압이 방전하여 태양전지 측으로 역류하는 것을 방지하는 역 전압 방지부, 축전지에 충전되는 전압의 레벨을 검출하여 과 충전시 충전 전압을 차단하여 과충전을 방지하는 과충전 방지부, 축전지에서 부하로 공급되는 부하 전원을 일정하게 조절하는 부하전압 제어부, 충전 또는 방전 상태를 시각적으로 표시해주는 디스플레이부로 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치를 구현한다.The present invention relates to a charge / discharge control device using a solar cell that maximizes the power generated from the solar cell to provide efficient storage battery charging and stable power to the load side. Monitors the voltage to prevent overcharging, automatically controls equal and floating charging during charging, maximizes the power generated from the solar cell to charge the battery, and monitors the power supplied to the load so that a constant voltage is always on the load side. The microcomputer controls the load supply power to be supplied to the power supply, and controls the charging and discharging indication. The equal / floating charging part that generates pulses for equal charging and floating charging, and controlling the power generated by the solar cell according to the generated pulse Charge control unit that supplies, solar battery when the charge voltage of the battery discharges when not charging Reverse voltage prevention unit to prevent the reverse flow to the overcharge, Overcharge prevention unit to detect the level of the voltage charged to the battery to prevent overcharge by blocking the charging voltage during overcharge, Constantly regulate the load power supplied from the battery to the load The load voltage control unit and the display unit to visually display the charge or discharge state implements a charge / discharge control device using a solar cell.
Description
본 고안은 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지에서 발생하는 전력을 최대화하여 효율적인 축전지 충전과 부하 측에 안정된 전력을 일정하게 공급토록 한 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치에 관한 것이다.The present invention relates to a charge / discharge control device using a solar cell, and more particularly, to maximize the power generated from the solar cell, and to efficiently charge the battery and supply a stable power to the load side. It relates to a discharge control device.
우리가 일반적으로 사용하고 있는 에너지는 석유와 석탄 및 천연 가스와 같은 화석에너지이며, 이러한 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되고 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다. 화석에너지를 대체할 수 있는 에너지는 여러 종류가 있는바, 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 얻는 조력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 얻는 풍력, 그리고 땅속의 열을 이용하는 지열 등이 있으며, 이들 에너지의 근원이 되는 태양에너지가 있다. 이들 여러 대체 에너지를 이용하는 방법은 상당 부분 실용화되고 있으며, 태양에너지를 이용하여 발전 및 난방에 이용하는 것도 그 중 하나이다.The energy we generally use is fossil energy, such as oil, coal and natural gas, which is depleted and releases many pollutants sometime because of its limited amount. The situation is developing alternative energy. There are many kinds of energy that can replace fossil energy, such as tidal power using tidal power, wind power using wind power, and geothermal heat using ground heat. There is solar energy that is the source of energy. The use of these various alternative energy has been practically used, and one of them is the use of solar energy for power generation and heating.
태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양 광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양 광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시킴으로써 이 전기로 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법으로 태양광발전이라고 한다.The method of using solar energy is largely divided into a method using solar heat and a method using solar light. The method of using solar heat is to heat and generate electricity using water heated by the sun, and the method of using solar light is to generate electricity by using the light of the sun to operate various machines and appliances. It is called solar power.
태양광발전은 무한정, 무공해의 햇빛을 직접 전기로 바꿀 수 있도록 한 기술로서, 햇빛이 비추는 곳 어디에서나 전기를 얻을 수 있고, 다른 방식과는 달리 대기오염이나 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 에너지원이다. 또한, 연료의 수송과 발전설비의 유지관리가 거의 불필요하며, 수명이 길고 설비규모의 선택과 설치 공사가 쉬운 장점이 있다. 그러나 태양에너지의 밀도와 에너지변환효율이 낮아 넓은 설치면적이 필요하고 발전단가가 상대적으로 높은 단점이 있어, 고효율의 태양전지를 개발할 필요가 있다.Photovoltaic power generation is a technology that allows you to convert sunlight into electricity directly without limit, and you can get electricity wherever sunlight shines. Unlike other methods, there is no pollution such as air pollution, noise, heat generation, vibration, etc. It is a clean energy source. In addition, there is almost no need for transportation of fuel and maintenance of power generation equipment, and has a long service life and easy selection and installation of equipment. However, due to the low density of solar energy and low energy conversion efficiency, a large installation area is required and the cost of generating power is relatively high. Therefore, a high efficiency solar cell needs to be developed.
태양광발전은 반도체 접합으로 이루어진 태양전지에 태양 광이 조사되면 태양 광에 의한 광기전력 효과(photovoltaic effect)로 기전력이 발생하게 되며, 이 기전력에 의해 발생하는 전기에너지를 축전지에 축전하거나 필요한 부하에 따라 적합하게 사용하는 것을 말한다. In photovoltaic power generation, when solar light is irradiated to a solar cell made of a semiconductor junction, electromotive force is generated by a photovoltaic effect caused by sunlight, and the electrical energy generated by the electromotive force is stored in a storage battery or applied to a required load. According to the appropriate use.
태양전지를 이용한 태양광발전에 대한 개요를 설명하면 다음과 같다.An overview of photovoltaic power generation using solar cells is as follows.
태양광발전의 기본 원리는 반도체 PN 접합으로 구성된 태양전지(solar cell)에 태양 광이 입사될 때 태양전지의 내부에서 전자-정공 쌍이 여기 되고, 분리된 전자와 정공이 이동되어 N층과 P층을 각각 음극과 양극으로 대전시키는 광 기전력 효과(photovoltaic effect)를 발생시키는 것이다. 이때, 태양전지의 N층과 P층을 외부 부하에 접속하게 되면 태양전지에서 발생한 전류가 외부 부하로 흐르게 되는 것이다.The basic principle of photovoltaic power generation is that when solar light is incident on a solar cell composed of a semiconductor PN junction, electron-hole pairs are excited inside the solar cell, and the separated electrons and holes are moved to form an N layer and a P layer. To generate a photovoltaic effect (charge) to the cathode and the anode, respectively. In this case, when the N layer and the P layer of the solar cell are connected to an external load, the current generated from the solar cell flows to the external load.
즉, 태양전지에 태양의 빛이 조사되면 광 에너지에 의해 태양전지의 N층 및 P층의 내부에서 전자-정공 쌍이 여기 되고, 이 전자 및 정공이 각각 태양전지의 N층 및 P층의 표면으로 이동하게 됨으로써, 태양전지의 N층과 P층을 가로지르는 전류의 흐름이 발생하게 된다. 이를 광기전력 효과라 하며, 이 광기전력 효과에 의해 발생한 전류 흐름이 태양전지에 연결된 외부 부하에 전류가 흐르게 함으로써 외부That is, when solar light is irradiated to the solar cell, electron-hole pairs are excited inside the N layer and the P layer of the solar cell by the light energy, and the electrons and holes are respectively directed to the surface of the N layer and the P layer of the solar cell. By moving, current flows across the N and P layers of the solar cell. This is called the photovoltaic effect, and the current flow generated by the photovoltaic effect causes the current to flow to an external load connected to the solar cell.
부하를 작동시키게 되는 것이다.The load will be activated.
그러나 태양전지는 태양전지 모듈 속에서 그 효율이 약간 떨어져 태양 광을 받으면 태양 광의 에너지 중 약 10-15%만이 전기로 변환된다. 따라서 대부분의 태양 광 발전설비는 이러한 태양전지 모듈을 여러 개 합쳐서 이용하고 있다. 또한, 비나 눈 또는 구름 등에 의해 햇빛이 비치지 않는 날과 밤에는 전기가 발생하지 않고 일사량의 강도에 따라 불균일한 직류가 발생하는 단점이 있다. 따라서 일반적인 태양 광 발전설비는 사용가능한 충분한 전기를 공급하기 위하여 태양전지 모듈을 직렬 및 병렬로 복수개 연결한 태양전지 어레이와, 전력을 저장하기 위한 축전지, 전력의 세기를 일정하게 조정하기 위한 전력조정기 및 직류를 사용가능한 교류로 전환하기 위한 인버터 등으로 구성되어 있다.However, the solar cell is slightly less efficient in the solar cell module and receives about 10% of the solar energy is converted to electricity. Therefore, most photovoltaic facilities use several of these solar cell modules in combination. In addition, on days and nights where sunlight does not shine due to rain or snow or clouds, electricity is not generated and a nonuniform direct current is generated according to the intensity of solar radiation. Therefore, the general photovoltaic power generation equipment has a solar cell array in which a plurality of solar cell modules are connected in series and in parallel to supply sufficient electricity, a storage battery for storing power, a power regulator for constantly adjusting the power intensity, and It consists of an inverter for converting direct current into usable alternating current.
그러나 태양전지의 가격이 비싸 초기 투자비용이 많이 들고 상용전력에 비해 발전단가가 높을 뿐 아니라 일사량에 따른 발전량의 편차가 심해 안정적인 전력 공급을 위한 추가적인 설비 보완이 필요한 단점이 있다.However, due to the high price of solar cells, the initial investment cost is high, and the cost of power generation is higher than that of commercial power, and the variation in the amount of generation according to the amount of solar radiation is severe, which requires additional equipment supplementation for stable power supply.
이상에서 살펴본 바와 같이 태양광발전은 많은 장점과 단점이 있으나 화석에너지의 고갈에 따라 앞으로 더 많은 연구 개발을 통해 단점을 개선할 필요가 있다.As discussed above, photovoltaic power generation has many advantages and disadvantages, but according to the depletion of fossil energy, it is necessary to improve the disadvantage through more research and development in the future.
이에 본 고안은 주지한 바와 같은 일반적인 태양전지를 좀 더 효율적으로 사용하기 위해서 제안된 것으로서,Therefore, the present invention is proposed to use a general solar cell more efficiently as known,
본 고안의 목적은, 태양전지에서 발생하는 전력을 최대화하여 효율적인 축전지 충전과 부하 측에 안정된 전력을 일정하게 공급토록 한 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a charge / discharge control device using a solar cell to maximize the power generated in the solar cell to efficiently supply a stable battery and stable power to the load side.
본 고안의 다른 목적은, 태양전지로부터 발생한 전원을 축전지에 적정한 전압으로 충전하도록 일정 전압을 가하여 충전을 하고, 축전지의 과방전 방지를 위한 과방전 한계 전압을 설정하여 과방전을 방지하도록 한 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to charge the power generated from the solar cell by applying a constant voltage to charge the battery to an appropriate voltage, and to set the over-discharge limit voltage for preventing over-discharge of the battery to prevent over-discharge To provide a charge / discharge control device using.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 "태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치"는,"Charge / discharge control device using a solar cell" according to the present invention for achieving the above object,
태양전지로부터 발생한 전원을 축전지에 충전하고 그 축전지에 충전된 전원을 방전시켜 부하에 공급해주는 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치에 있어서,In the charge / discharge control device using a solar cell that charges the power generated from the solar cell to the storage battery and discharges the power charged in the battery to the load,
a) 상기 태양전지로부터 입력된 전압을 감시하여 과충전을 방지하고, b) 축전지에 충전된 전압을 감시하여 과충전을 방지하며, c) 충전 중 균등충전과 부동충전을 자동으로 제어하여 상기 태양전지로부터 발생된 전원을 최대화하여 축전지에 충전을 수행하며, d) 부하에 공급되는 전원을 감시하여 항상 일정한 전압이 부하 측에 공급되도록 부하 공급 전원을 제어하며 충전 및 방전 표시를 제어하는 마이컴과;a) to prevent overcharge by monitoring the voltage input from the solar cell, b) to prevent overcharge by monitoring the voltage charged in the storage battery, c) to control the uniform charging and floating charge automatically during charging from the solar cell Maximizing the generated power to charge the storage battery; d) a microcomputer that monitors the power supplied to the load, controls the load supply power so that a constant voltage is always supplied to the load side, and controls charging and discharging indications;
상기 마이컴의 제어에 따라 균등충전과 부동충전을 위한 펄스를 발생하는 균등/부동 충전부와;An equal / floating charging unit generating pulses for equal charging and floating charging according to the control of the microcomputer;
상기 균등/부동 충전부에서 발생된 펄스에 따라 상기 태양전지에서 발생한 전원을 제어하여 충전 전압으로 공급해주는 충전 제어부와;A charging control unit for controlling the power generated by the solar cell and supplying the charging voltage according to the pulse generated by the equal / floating charging unit;
상기 비 충전시 상기 축전지의 충전 전압이 방전하여 상기 태양전지 측으로 역류하는 것을 방지하는 역 전압 방지부와;A reverse voltage prevention unit for preventing the charging voltage of the storage battery from discharging and flowing back to the solar cell during the non-charging;
상기 마이컴의 제어에 따라 상기 축전지에 충전되는 전압의 레벨을 검출하여 과 충전시 충전 전압을 차단하여 과충전을 방지하는 과충전 방지부와;An overcharge preventing unit detecting a level of the voltage charged in the storage battery under the control of the microcomputer and blocking the charging voltage during overcharging to prevent overcharging;
상기 마이컴의 제어에 따라 상기 축전지에서 부하로 공급되는 부하 전원을 일정하게 조절하는 부하전압 제어부와;A load voltage controller configured to constantly adjust the load power supplied from the storage battery to the load under the control of the microcomputer;
상기 마이컴에서 출력되는 표시 제어신호에 따라 충전 또는 방전 상태를 시각적으로 표시해주는 디스플레이부로 구성된 것을 특징으로 한다.The display unit may be configured to visually display a charging or discharging state according to the display control signal output from the microcomputer.
상기에서, 충전 제어부는 MOS-FET를 이용한 무 접점 릴레이를 구비하여 충전 전원을 제어하는 것을 특징으로 한다.In the above, the charging control unit is characterized by including a contactless relay using a MOS-FET to control the charging power.
또한, 역 전압 방지부는 병렬로 구성된 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 구비한 것을 특징으로 한다.In addition, the reverse voltage protection unit is characterized in that it comprises a Schottky diode (Schottky Diode) configured in parallel.
또한, 부하전압 제어부는, 부하 공급 전압이 제1 기준 전압보다 높을 경우 턴-오프되고, 상기 부하 공급 전압이 제2 기준 전압보다 낮을 경우 턴-온되어 부하 공급 전압을 조절하는 MOS-FET와, 상기 MOS-FET의 소스-드레인간에 결합되어 상기 부하 공급 전압이 높을 경우 도통되어 부하 공급 전압을 조절하는 다이오드를 구비한 것을 특징으로 한다.The load voltage controller may include a MOS-FET that is turned off when the load supply voltage is higher than the first reference voltage, and is turned on when the load supply voltage is lower than the second reference voltage to adjust the load supply voltage; And a diode coupled between the source and the drain of the MOS-FET to conduct when the load supply voltage is high to regulate the load supply voltage.
이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 고안의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention according to the technical spirit as described above in detail.
먼저, 본 고안에 따른 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치는, 태양 에너지인 태양 광에서 발전되는 직류전압을 제어하여 축전지에 충전을 하고, 그 축전지 충전 전압을 등명기기에 공급하는 전원제어 장치로 소형 등명기기가 설치되어 있는 표시 시설에 설치되는 것이 바람직하다. 태양전지로부터 발생한 전원을 축전지에 적정한 전압으로 충전하도록 일정 전압을 가하여 충전을 하고, 축전지의 과방전 방지를 위한 과방전 한계 전압을 설정하도록 시스템(장치)이 동작한다. 축전지 충전시 태양전지에 의한 과부하로 축전지 손상이 없도록 제작되어야 하며, 축전지의 과충전을 방지하기 위하여 만 충전시 시스템이 자동으로 부동 충전으로 절체되도록 하여 축전지 상태를 최적화한다. 아울러 해수 및 해풍에 적합하도록 완전 방수형 구조로 설계되고 기존 시설물에 견고히 장착될 수 있도록 제작된다. 그리고 자체 소모 전력이 최대한 최소화 되도록 구현하며, 축전지의 총 전압을 측정하여 충전 전압, 전류를 제어하도록 제작된다. First, a charge / discharge control device using a solar cell according to the present invention is a power control device for controlling the direct current voltage generated from the solar energy solar to charge the storage battery, and supply the battery charging voltage to the lighting device It is preferable to be installed in the display facility in which a small lighting device is installed. The system (apparatus) operates to apply a constant voltage to charge the power source generated from the solar cell to an appropriate voltage, and to set an overdischarge limit voltage for preventing overdischarge of the battery. When charging the battery, it should be manufactured so as not to damage the battery due to the overload caused by the solar cell. In order to prevent overcharging of the battery, the system is automatically switched to floating charging when charging to optimize the state of the battery. In addition, it is designed to be completely waterproof structure to be suitable for seawater and sea breeze and to be firmly installed in existing facilities. In addition, the self-power consumption is minimized to the maximum, and the total voltage of the battery is measured to control the charging voltage and current.
도 1은 본 고안에 의한 "태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치"의 구성을 보인 블록도이고, 도 2는 본 고안에 의한 "태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치"의 구성을 보인 회로도이다.1 is a block diagram showing the configuration of "charge / discharge control device using a solar cell" according to the present invention, Figure 2 is a circuit diagram showing the configuration of "charge / discharge control device using a solar cell" according to the present invention. .
이에 도시된 바와 같이, 참조부호 100은 태양에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 태양전지(SOLAR CELL)를 나타낸다. 여기서 태양전지의 구조 및 전기적 특성은 다음과 같아야한다. (환경조건 25℃). 최대 출력 : 53Watt, 최대 전압: 17.4Volt, 최대 전류: 3.05Amp, 내 전압: DC 2700V / 3sec,50uA, 절연 저항: DC 3000V / 100Mohm, 동작 온도 : -40℃ ~ +85℃, 보존 온도 : -40℃ ~ +85℃, 내 풍압 : 60m/sec. 태양전지 내부에는 바이-패스 다이오드(By-pass Diode)가 장착되는 것이 바람직하다.As shown here, reference numeral 100 denotes a solar cell that converts solar energy into electrical energy. The structure and electrical characteristics of the solar cell should be as follows. (Environmental condition 25 ℃). Max Output: 53Watt, Max Voltage: 17.4Volt, Max Current: 3.05Amp, Withstand Voltage: DC 2700V / 3sec, 50uA, Insulation Resistance: DC 3000V / 100Mohm, Operating Temperature: -40 ℃ ~ + 85 ℃, Storage Temperature:- 40 ° C to + 85 ° C, wind pressure within 60m / sec. It is preferable that a by-pass diode is mounted inside the solar cell.
다음으로, 참조부호 110은 태양전지(100)로부터 입력된 전압을 감시하여 과충전을 방지하고, 후술되는 축전지(150)에 충전된 전압을 감시하여 과충전을 방지하며, 충전 중 균등충전과 부동충전을 자동으로 제어하여 태양전지(100)로부터 발생한 전원을 최대화하여 축전지(150)에 충전을 수행하며, 부하(160)에 공급되는 전원을 감시하여 항상 일정한 전압이 부하(160) 측에 공급되도록 부하 공급 전원을 제어하며 충전 및 방전 표시를 제어하는 마이컴을 나타낸다.Next, reference numeral 110 prevents overcharging by monitoring the voltage input from the solar cell 100, and prevents overcharging by monitoring the voltage charged in the storage battery 150, which will be described later, and even charging and floating charging during charging. It automatically controls to maximize the power generated from the solar cell 100 to charge the storage battery 150, and monitors the power supplied to the load 160 to supply a load so that a constant voltage is always supplied to the load 160 side Represents a microcomputer that controls the power supply and controls the charge and discharge indication.
아울러 참조부호 120은 마이컴(110)의 제어에 따라 균등충전과 부동충전을 위한 펄스를 발생하는 균등/부동 충전부를 나타내고, 참조부호 130은 균등/부동 충전부(120)에서 발생한 펄스에 따라 태양전지(100)에서 발생한 전원을 제어하여 충전 전압으로 공급해주는 충전 제어부를 나타낸다. 여기서 충전 제어부(130)는 MOS-FET를 이용한 무 접점 릴레이(Q1)를 구비하여 충전 전원을 제어하는 것이 바람직하다.In addition, reference numeral 120 denotes an equal / floating charging unit that generates pulses for equal charging and floating charging under the control of the microcomputer 110, and reference numeral 130 denotes a solar cell (according to the pulse generated from the equalizing / floating charging unit 120). Represents a charging control unit that controls the power generated in 100 to supply a charging voltage. Here, the charging control unit 130 may include a contactless relay Q1 using a MOS-FET to control charging power.
다음으로, 참조부호 140은 비 충전시 축전지(150)의 충전 전압이 방전하여 태양전지(100) 측으로 역류하는 것을 방지하는 역 전압 방지부를 나타내며, 병렬로 구성된 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)(D1)(D2)를 사용하는 것이 바람직하다.Next, the reference numeral 140 denotes a reverse voltage prevention unit that prevents the charging voltage of the storage battery 150 from discharging and flowing back to the solar cell 100 side when it is not charged, and a Schottky diode D1 configured in parallel. It is preferable to use (D2).
또한, 참조부호 180은 마이컴(110)의 제어에 따라 축전지(150)에 충전되는 전압의 레벨을 검출하여 과 충전시 충전 전압을 차단하여 과충전을 방지하는 과충전 방지부를 나타내며, 참조부호 170은 마이컴(110)의 제어에 따라 축전지(150)에서 부하(160)로 공급되는 부하 전원을 일정하게 조절하는 부하전압 제어부를 나타낸다. 부하전압 제어부(170)는 부하 공급 전압이 제1기준 전압(14.3V)보다 높을 경우 턴-오프되고, 부하 공급 전압이 제2기준 전압(11.0V)보다 낮을 경우 턴-온되어 부하 공급 전압을 조절하는 MOS-FET(Q2)와, MOS-FET(Q2)의 소스-드레인간에 결합되어 부하 공급 전압이 높을 경우 도통되어 부하 공급 전압을 조절하는 다이오드(D3)를 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the reference numeral 180 denotes an overcharge prevention unit that detects the level of the voltage charged in the storage battery 150 under the control of the microcomputer 110 and cuts off the charging voltage during overcharging to prevent overcharging. The load voltage controller controls the load power supplied from the storage battery 150 to the load 160 under the control of 110. The load voltage control unit 170 is turned off when the load supply voltage is higher than the first reference voltage (14.3V), and is turned on when the load supply voltage is lower than the second reference voltage (11.0V), thereby reducing the load supply voltage. It is preferable to have a diode (D3) coupled between the MOS-FET (Q2) to regulate and the source-drain of the MOS-FET (Q2) to conduct when the load supply voltage is high to regulate the load supply voltage.
또한, 참조부호 190은 마이컴(110)에서 출력되는 표시 제어신호에 따라 충전 또는 방전 상태를 시각적으로 표시해주는 디스플레이부를 나타내는 것으로서, 충전 상태를 시각적으로 표시해주는 발광다이오드(LED1)와, 방전상태를 시각적으로 표시해주는 발광다이오드(LED2)를 구비하는 것이 바람직하다.In addition, reference numeral 190 denotes a display unit for visually displaying a charging or discharging state according to a display control signal output from the microcomputer 110, and a light emitting diode LED1 for visually displaying a charging state and a discharge state. It is preferable to have a light emitting diode (LED2) to display.
이와 같이 구성된 본 고안에 의한 태양전지를 이용한 충전/방전 조절장치의 동작을 첨부한 도면 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 3 attached to the operation of the charge / discharge control device using a solar cell according to the present invention configured as described above in detail as follows.
먼저, 충전 동작을 살펴보면 마이컴(110)은 축전지(150)의 충전 전압을 감시하여 일정 전압 이하이면 충전이 필요하다고 판단하고, 균등/부동 충전부(120)를 제어하여 균등 충전이 이루어지도록 제어를 한다.First, referring to the charging operation, the microcomputer 110 monitors the charging voltage of the storage battery 150 and determines that the charging is necessary if the predetermined voltage is lower than the predetermined voltage, and controls the equal / floating charging unit 120 to perform the equal charging. .
일반적인 배터리(축전지)의 충전 특성을 살펴보면 다음과 같다.The charging characteristics of a typical battery (battery battery) are as follows.
만 충전 모드(Full Charge Mode)는 충 방전 조절기의 일반적인 사양으로 방전 상태의 배터리를 일정 전압까지 충전하는 모드이다. 배터리는 그 특성상 무보수 밀폐형과 보수형으로 나눠지며 충전 방식 또한 여러 가지 형태로 나누어져 있으나, 일반적인 충 방전 조절기는 만 충전 모드 형태로만 충전방식을 갖추고 있다. Full Charge Mode is a general specification of the charge / discharge controller. It is a mode that charges a discharged battery to a certain voltage. The battery is divided into maintenance-free sealed type and maintenance type, and the charging method is also divided into various types, but the general charge / discharge controller has a charging mode only in the charging mode.
보수형 배터리는 만 충전 모드를 지속할 경우 가스(Gas) 발생 우려가 있어 일정시간 사용 후 균등 충전이 필요하다. 태양전지로부터 유기된 직류전압을 방전 상태의 배터리에 일정 전압으로 충전하는 방식이며, 14V까지 배터리 충전 전압이 상승 유지하고 있을 경우 만 충전 모드는 오프된다. The maintenance type battery may generate gas if the battery is kept in the charging mode, and needs to be charged evenly after a certain period of time. The direct current voltage discharged from the solar cell is charged to a battery in a discharged state at a constant voltage, and the charging mode is turned off only when the battery charge voltage is kept up to 14V.
따라서 균등/부동 충전부(120)는 마이컴(110)의 제어에 의해 도 3에 도시된 바와 같이, 충전 전압이 14.2V가 될 때까지는 주기적 펄스(5초 간격으로 온/오프) 를 이용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 충전 방식(균등 충전 방식)으로 충전을 수행하게 된다. 이후 축전지(150)의 충전 전압이 14.2V가 되면 마이컴(110)의 저에 의해 PWM 충전 모드(균등 충전 모드)는 오프된다.Therefore, as shown in FIG. 3 under the control of the microcomputer 110, the equal / floating charging unit 120 uses a PWM (on / off at 5 second intervals) until the charging voltage becomes 14.2V. Pulse Width Modulation) charging is performed using the charging method (equal charging method). Then, when the charging voltage of the battery 150 is 14.2V, the PWM charging mode (equal charging mode) is turned off by the low of the microcomputer 110.
충전 제어부(130)는 균등/부동 충전부(120)와 연결되어 균등/부동 충전부(120)의 제어에 대응하게 충전 동작을 수행하게 된다. 즉, 태양전지(100)로부터 유입된 전력은 모스-전계효과트랜지스터(MOS-FET)(Q1)에 의해 온/오프되어지며, 태양전지(100)로부터 전력이 공급되지 않으면(야간) 마이컴(110)의 제어에 의해 자동으로 오프된다. 여기서 충전 제어부(130)는 통상 릴레이 접점을 이용한 온/오프 제어 방식을 이용하지만, 장시간 사용시 접점과 접점 사이에 발생하는 아크로인해 접점 사이에 큰 저항이 발생하므로 전력에 큰 손실이 발생 된다(10A 부하시 = 0.3V ~ 1V). 따라서 본 고안에서는 통전시 저항이 0.01ohm으로 10A의 전류를 부하에 사용할 시 손실되는 전압은 약 0.1V가 되며, 장시간 사용시에도 그 손실저항은 동일한 MOS-FET를 이용한 무 접점 릴레이를 사용한다. 특히, 본 고안에 적용되는 MOS-FET를 이용한 무 접점 릴레이는 반도체(SEMICONDUCTOR)로서 해풍과 염분에 아무런 영향을 받지 않는다.The charging control unit 130 is connected to the equalization / floating charging unit 120 to perform a charging operation in response to the control of the equalization / floating charging unit 120. That is, the electric power introduced from the solar cell 100 is turned on / off by the MOS-FET MOS Q1, and if power is not supplied from the solar cell 100 (night), the microcomputer 110 Is automatically turned off under the control of). Here, the charging control unit 130 generally uses an on / off control method using a relay contact, but a large resistance is generated between the contacts due to the arc that occurs between the contact and the contact during a long time, causing a large loss in power (10A load). Hour = 0.3 V to 1 V). Therefore, in this design, when the current is applied with a resistance of 0.01 ohm and the current of 10A is applied to the load, the voltage lost is about 0.1V, and even when used for a long time, the contact resistance using the same MOS-FET is used. In particular, the contactless relay using the MOS-FET applied to the present invention is a semiconductor (SEMICONDUCTOR) is not affected by sea wind and salt.
충전 제어부(130)를 통해 공급되는 충전 전원은 역 전압 방지부(140)를 통한 후 축전지(150)에 공급되어 충전이 이루어진다.The charging power supplied through the charging control unit 130 is supplied to the storage battery 150 through the reverse voltage preventing unit 140 to perform charging.
여기서 역 전압 방지부(140)는 태양전지(100)에서 전력을 공급하고 있지 않을 때 축전지(150)로부터의 역 기전력이 발생하며, 태양전지(100) 자체가 부하가 되는 경우를 방지하기 위한 보호회로(Schottky Diode)로 동작한다. 일반적인 정류용 반도체를 사용할 경우 Vf(손실전압) 값이 약 1V ~ 1.5V로 손실이 발열로 지속되며, 10% ~ 20% 이상의 전력 손실이 발생한다. 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)의 Vf(손실전압) 값은 약 0.4V(10A 70℃)이며, 병렬 사용시 Vf(손실전압) 값은 0.2V(10A 70℃)로 가감되어 손실을 최소화할 수 있다. 본 고안에서는 주지한 바와 같이 고 효율의 쇼트키 다이오드(D1)(D2)를 적용하여 축전지(150)의 충전시 태양전지(100)로부터 유입된 전력을 약 98% 이상 축전지(150)에 전달하게 된다.Here, the reverse voltage protection unit 140 generates a counter electromotive force from the storage battery 150 when the solar cell 100 is not supplying power, and protects the solar cell 100 itself from being a load. Operates as a circuit (Schottky Diode). In the case of using a general rectifier semiconductor, Vf (loss voltage) value is about 1V ~ 1.5V, the loss is sustained by heat, and power loss occurs more than 10% ~ 20%. Schottky Diode's Vf (loss voltage) value is about 0.4V (10A 70 ℃) and when used in parallel, Vf (loss voltage) value is added or decreased to 0.2V (10A 70 ℃) to minimize the loss. . In the present invention, a high efficiency Schottky diode (D1) (D2) is applied to transfer the power introduced from the solar cell 100 to the storage battery 150 at the time of charging the storage battery 150. do.
한편, 충전이 진행되면 마이컴(110)은 디스플레이부(190)의 충전용 발광다이오드(LED1)를 발광시켜 외부에서 충전중임을 용이하게 인지하도록 제어한다.On the other hand, when charging is performed, the microcomputer 110 controls the light emitting diode LED1 of the display 190 to emit light to easily recognize that the battery is being charged from the outside.
마이컴(110)은 축전지(150)의 충전 전압을 지속적으로 감시하여 일정 전압 이상(14.2V)이 되면, 과충전 방지부(180)를 제어하여 축전지(150)에 과충전이 이루어지는 것을 방지하게 된다.The microcomputer 110 continuously monitors the charging voltage of the storage battery 150 to control the overcharge preventing unit 180 when the predetermined voltage is higher than 14.2V, thereby preventing overcharging of the storage battery 150.
아울러 균등/부동 충전부(120)를 제어하여 부동 충전 모드(Trickle Charge Mode)로 전환을 한다. 여기서 부동 충전 모드는 도 3에 도시된 바와 같이, 비 주기적인 충전 방식으로 PWM 충전 모드에서 충전 전압을 유지하고(14.2V), 축전지(150) 방전의 요소가 없을 경우 14.5V까지 비 주기적으로(2초 온, 5초 오프) 충전하는 방식을 말한다. 태양전지(100)에서 유입된 직류 전압이 일정하여 최적의 충전 요소를 갖추었을 경우(14.5V) 오프되므로 비 주기적인 충전이라 볼 수 있다.In addition, by controlling the equal / floating charging unit 120 is switched to the floating charge mode (Trickle Charge Mode). Here, the floating charging mode maintains the charging voltage in the PWM charging mode in a non-periodic charging mode as shown in FIG. 3 (14.2V), and aperiodically up to 14.5V when there is no element of discharge of the battery 150 ( 2 seconds on, 5 seconds off). When the DC voltage introduced from the solar cell 100 is constant and is equipped with an optimal charging element (14.5V), it can be regarded as aperiodic charging.
야간 또는 방전요소가 있을 경우 오프되며, 본 고안에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 태양전지(100)로부터 전력을 공급받는 시점부터 만 충전 모드(Full Charge Mode) ⇒ PWM 충전 모드(PWM Charge Mode) ⇒ 부동 충전 모드(Trickle Charge Mode) 순의 사이클로 반복 충전을 수행하게 된다.At night or when there is a discharge element, it is turned off, in the present invention, as shown in Figure 3, only when the power is supplied from the solar cell 100 (Full Charge Mode) ⇒ PWM Charge Mode (PWM Charge Mode) ⇒ Repeated charging is performed in the order of the trickle charge mode.
다음으로, 방전 동작을 살펴보면 스위치(101)가 온 상태(일 측 접점과 타 측 접점이 접속)가 되면 방전 모드가 된다. 이 경우 축전지(150)에서 방전을 하여 부하(160)에 전압을 공급해주게 된다. 이때 마이컴(110)은 디스플레이부(190)의 방전 발광다이오드(LED2)를 발광시켜 외부에서 용이하게 방전중임을 알 수 있도록 한다.Next, the discharge operation will be described when the switch 101 is turned on (one contact and the other contact is connected) to the discharge mode. In this case, the battery 150 is discharged to supply voltage to the load 160. In this case, the microcomputer 110 emits the light emitting diode LED2 of the display 190 so that the microcomputer 110 easily discharges the light from the outside.
아울러 마이컴(110)은 방전 시 지속적으로 부하(160)에 공급되는 부하 공급 전압을 감시하여 기준 전압보다 높거나 낮을 경우 부하전압 제어부(170)를 제어하여 항상 부하(160)에 일정한 전압이 공급되도록 한다.In addition, the microcomputer 110 continuously monitors the load supply voltage supplied to the load 160 during discharge, and controls the load voltage control unit 170 to always supply a constant voltage to the load 160 when it is higher or lower than the reference voltage. do.
즉, 부하(160)에 공급되는 전압을 감시하여 부하 공급 전압이 제1기준전압(14.3V)보다 높을 경우에는 부하전압 제어부(170)의 전계효과트랜지스터(Q2)롤 오프시키고, 다이오드(D3)를 도통시켜 부하(160)에 공급되는 전압을 일정 전압 이하로 낮추어 주게 된다. 이와는 달리 부하(160)에 공급되는 전압이 제2기준전압(11.0V)보다 낮을 경우에는 상기 전계효과트랜지스터(Q2)를 턴-온시켜 부하(1600에 공급되는 전압을 일정 전압(12V)으로 높여 부하(160)에 측에 안정된 전압을 공급하게 된다.That is, when the voltage supplied to the load 160 is monitored and the load supply voltage is higher than the first reference voltage (14.3 V), the field effect transistor Q2 of the load voltage controller 170 is rolled off and the diode D3 is turned off. Through to lower the voltage supplied to the load 160 to a predetermined voltage or less. On the contrary, when the voltage supplied to the load 160 is lower than the second reference voltage (11.0V), the field effect transistor Q2 is turned on to increase the voltage supplied to the load 1600 to a predetermined voltage (12V). The stable voltage is supplied to the load 160 on the side.
한편, 본 고안의 마이컴(110)은 RTU 통신 기능을 구비하고 있다. 따라서 태양전지 전압, 축전지 전압, 축전지 충전전류, 부하 전류 등을 외부 기기로 송출해주어 충전/방전 장치의 감시가 이루어지도록 한다.On the other hand, the microcomputer 110 of the present invention has a RTU communication function. Therefore, the solar cell voltage, the battery voltage, the battery charging current, the load current is sent to an external device to monitor the charge / discharge device is made.
이상에서 상술한 본 고안에 따르면, 태양전지에서 발생하는 전력을 최대화하여 효율적인 축전지 충전과 부하 측에 안정된 전력을 일정하게 공급해줄 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by maximizing the power generated in the solar cell there is an effect that can be supplied to the stable storage of the efficient storage and the load on the efficient battery.
또한, 태양전지로부터 발생된 전원을 축전지에 적정한 전압으로 충전하도록 일정 전압을 가하여 충전을 수행하며, 축전지의 과방전 방지를 위한 과방전 한계 전압을 설정하여 과방전을 방지할 수 있는 장점도 있다.In addition, charging is performed by applying a predetermined voltage to charge the power generated from the solar cell to an appropriate voltage, and has the advantage of preventing over-discharge by setting an over-discharge limit voltage for preventing over-discharge of the battery.
도 1은 본 고안에 의한 태양전지를 이용한 충전/방전 조절 장치의 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a charge / discharge control device using a solar cell according to the present invention.
도 2는 본 고안에 의한 태양전지를 이용한 충전/방전 조절 장치의 회로도.Figure 2 is a circuit diagram of a charge / discharge control device using a solar cell according to the present invention.
도 3은 본 고안에서 충전 사이클 그래프도.Figure 3 is a graph of the charge cycle in the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100… 태양전지100... Solar cell
110… 마이컴110... Micom
120… 균등/부동 충전부120... Equal / Floating Charge
130… 충전 제어부130... Charge control
170… 부하전압 제어부170... Load voltage control unit
180… 과충전 방지부180... Overcharge prevention part
Claims (4)
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| KR20-2005-0027110U KR200402306Y1 (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Device of controlling charge and discharge using solar cell |
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