KR20120114828A

KR20120114828A - 태양전지식 ｌｅｄ 도로 표지병

Info

Publication number: KR20120114828A
Application number: KR1020110032612A
Authority: KR
Inventors: 김원근; 이학모; 윤종구; 남정호; 손성익
Original assignee: 주식회사 동성엔지니어링; 남정호
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-10-17

Abstract

태양전지는 태양광을 전압으로 변환한다. 한 쌍의 배터리는 상기 태양전지로부터의 상기 전압으로 충전되고 방전하며 상보적으로 충전 상태 또는 방전 상태를 유지한다. 제1 및 제2 검출부는 상기 한 쌍의 배터리의 전압을 각각 검출한다. 충전 제어부는 상기 제1 및 제2 검출부에 의해 검출된 상기 한 쌍의 배터리의 전압 각각이 기준 전압 이하인 지를 판단하고 판단 결과에 따라 상보적인 제1 스위칭 신호를 출력한다. 제1 및 제2 스위치는 상기 충전 제어부로부터의 상기 상보적인 제1 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작하여 상기 태양 전지의 전압을 상기 한 쌍의 배터리로 공급 또는 차단하여 충전 상태 또는 방전 상태를 유지시킨다. 방전 제어부는 상기 충전 제어부에 의한 판단 결과에 따라 상기 제1 스위칭 신호와 반대되는 상태를 갖는 상보적인 제2 스위칭 신호를 출력한다. 제3 및 제4 스위치는 상기 방전 제어부로부터의 상기 상보적인 제2 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작하여 상기 한 쌍의 배터리의 방전 전압을 공급 또는 차단한다. 구동부는 상기 한 쌍의 배터리로부터 공급된 방전 전압에 따라 구동 전압을 발생한다. 다수의 발광 다이오드는 상기 구동부로부터의 상기 구동 전압에 의해 발광한다.

Description

태양전지식 ＬＥＤ 도로 표지병{Solar cell type LED road stub}

본 발명은 도로 표지병에 관한 것으로서, 더 상세하게는 태양전지와 축전지(리듐 이온 배터리)를 에너지 원으로 하는 태양전지식 LED 도로 표지병에 관한 것이다.

태양열을 이용한 태양전지의 용량은 일반적으로 배열에 의하여 전압을 결정하고, 면적에 비례하여 전류를 결정하게 된다. 태양전지로부터 발생된 전류를 2차전지인 축전지(이하 리듐 이온 배터리라 함)에 충전하여 LED를 구동하는 에너지 원으로 사용하고 있다. 하지만, 도로 표지병의 경우 그 크기가 작기 때문에 태양전지 역시 작은 크기로 적용하여야만 한다. 이는, 태양전지의 전류 용량의 결정에 한계가 있음을 의미하는 것이다.

LED 도로 표지병에 적용할 수 있는 태양전지의 전류 용량은 일반적으로 50mA 내외로 적용이 가능하다. 하지만, LED의 경우 색상에 따라서 소모 전류는 20mA에서 30mA 까지 다양하게 적용되고 있다. 도로 표지병의 규격에 의거 태양전지의 크기를 무한정 크게 할 수 없는 조건에서 적용 가능한 태양전지의 용량은 일반적으로 50mA의 용량을 초과하기 어려운 상태이다. LED의 구동을 위하여 필요한 전류는 일반적으로 20mA에서 30mA이기 때문에 LED를 2개 이상 사용할 경우 태양저지를 통한 축전지의 충전량은 부족하기 때문에 축전지의 수명을 단축하고 또한, 제품의 사용 수명이 단축되는 원인이 된다.

LED 도로 표지병의 야간 시인성을 높이기 위하여 LED의 사용 수량을 증가하고자 할 경우 태양전지의 발전량과 리듐이온 배터리의 충전량에 대한 비율이 무너지기 때문에 리듐이온 배터리의 수명을 단축하게 되고 또한, 제품의 사용 수명을 단축하게 되는 원인이 된다.

4개의 LED를 적용한 LED 도로 표지병의 예를 들면, 야간에 사용되는 소모 전류는 총 100mA(LED 한 개당 25mA 적용)가 된다. 야간 10시간을 사용할 경우 총 1000mA의 전류를 소모하게 된다. 그리고 주간에 이를 보충하기 위하여 태양전지에서 생산하는 전류는 10시간을 충전 가능한 시간이라 해도 500mA의 전류를 생산하게 된다. 결국 500mA의 전류는 소모된 것으로 간주하며, 리듐이온 배터리는 최초 완충전 상태에서 500mA가 부족한 상태가 된다. 리듐이온 배터리의 용량을 증가하여 사용한다 해도 지속적인 사용에 따라 충전 전류의 부족현상은 증가하게 되고 결국 리듐이온 배터리의 수명은 단축되어 사용할 수 없는 상태가 된다.

이러한 충전과 방전의 비 대칭적인 현상을 제거하고, 보다 안정된 LED 도로 표지병의 사용을 위하여 본 발명에서는 문제 해결에 대한 방법을 제시하고 있다.

본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 종래와 같이 한 개의 태양전지와 1개의 리듐이온 배터리를 사용하는 방식을 벗어나서 1개의 태양전지와 2개의 리듐이온 배터리를 절환하여 교번 사용을 할 수 있는 방법을 적용하여 리듐이온 배터리의 수명 단축을 최소화하고, 충분한 충전 시간을 확보하여, LED 도로 표지병의 사용 수명을 연장할 수 있는 태양전지식 LED 도로 표지병을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 태양 전지식 LED 도로 표지병은 태양광을 전압으로 변환하는 태양전지; 상기 태양전지로부터의 상기 전압으로 충전되고 방전하며 상보적으로 충전 상태 또는 방전 상태를 유지하는 한 쌍의 배터리; 상기 한 쌍의 배터리의 전압을 각각 검출하는 제1 및 제2 검출부; 상기 제1 및 제2 검출부에 의해 검출된 상기 한 쌍의 배터리의 전압 각각이 기준 전압 이하인 지를 판단하고 판단 결과에 따라 상보적인 제1 스위칭 신호를 출력하는 충전 제어부; 상기 충전 제어부로부터의 상기 상보적인 제1 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작하여 상기 태양 전지의 전압을 상기 한 쌍의 배터리로 공급 또는 차단하여 충전 상태 또는 방전 상태를 유지시키는 제1 및 제2 스위치; 상기 충전 제어부에 의한 판단 결과에 따라 상기 제1 스위칭 신호와 반대되는 상태를 갖는 상보적인 제2 스위칭 신호를 출력하는 방전 제어부; 상기 방전 제어부로부터의 상기 상보적인 제2 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작하여 상기 한 쌍의 배터리의 방전 전압을 공급 또는 차단하는 제3 및 제4 스위치; 상기 한 쌍의 배터리로부터 공급된 방전 전압에 따라 구동 전압을 발생하는 구동부; 및 상기 구동부로부터의 상기 구동 전압에 의해 발광하는 다수의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상의 설명에서와 같이, 상기한 바와 같이, 본 발명은 비 대칭적인 충전시간과 방전시간에 의한 배터리의 수명 단축 현상을 제거하였으며, 소 전류형 태양전지를 이용하여 2개 이상의 LED를 구동하여 도로 표지병의 시인성을 향상시킬 수 있다. 태양전지를 사용함으로써 친환경적이며, 저탄소 운동에 동참할 수 있어, 환경문제를 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양 전지식 LED 도로 표지병의 외형도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양 전지식 LED 도로 표지병의 분해도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양 전지식 LED 도로 표지병을 나타낸 블록도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 자기유지회로와 복구 및 배터리 전환회로를 구현함으로써 소용량의 태양전지를 이용하여 2개 이상의 LED 구현이 안정적으로 구동할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 절환방식을 적용한 태양전지식 LED 도로 표지병의 외형도다. 도 2는 본 발명의 모든 구성품의 배열을 나타내며, 조립을 위한 절차도다.

목적을 달성하기 위한 구성으로는 물리적으로는 1개의 태양전지(20), 4개의 LED(31)를 구동하고, 배터리(50)를 교번 사용할 수 있도록 그 기능을 구현하기 위한 1개의 제어용 인쇄회로기판, 2개의 리듐이온 배터리(300), 1개의 렌즈 기능이 있는 상부 덮개(10) 그리고 이러한 구성품을 보호하기 위한 내부 덮개(60)로 구성되어 있다.

제어용 인쇄회로기판에는 충전 제어부(200), 방전 제어부(500), 주/야간 식별부(600) 및 구동부(700)로 구성되어 있다.

조립이 끝나고 상부 덮개(10)와 하부 덮개(60)는 에폭시를 사용하여 결합한다. 에폭시는 태양전지(20), 인쇄회로기판(30) 및 리듐이온 배터리(300)를 제외한 나머지 공간에 채워진다. 회로기판에는 4개의 LED(31)가 결합되어 있으며, 4개의 LED(31)는 2개의 반사경(40)과 함께 결합되며, 반사경(40)은 2개로 구성되어 있으며, 서로 반대 방향으로 지향성을 갖게 배치되어 있다. 또한, 2개의 반사경에는 반사지(41)가 부착되어 LED 도로 표지병이 고장인 경우에도 차량의 헤드라이트 빛을 반사하여 도로 표지병의 기능을 수행할 수 있도록 하고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 태양 전지식 LED 도로 표지병을 나타낸 블록도이다.

본 발명에 따른 태양 전지식 LED 도로 표지병은 태양전지(100), 한 쌍의 배터리(310 및 320), 한 쌍의 검출부(410 및 420), 충전 제어부(200), 제1 및 제2 스위치(S1 및 S2), 방전 제어부(500), 제3 및 제4 스위치(S3 및 S4), 주/야간 식별부(600), 구동부(700), 및 다수의 LED(31)를 포함한다.

태양전지(100)는 태양광을 전압으로 변환한다. 한 쌍의 배터리(310 및 320)는 상기 태양전지(100)로부터의 상기 전압으로 충전되고 방전하며 상보적으로 충전 상태 또는 방전 상태를 유지한다. 상기 한 쌍의 배터리는 각각 리튬이온 배터리를 포함한다. 상기 리듐이온 배터리(300)는 3.7V를 기준으로 하여 충전전압을 0.5V 높은 4.2V에서 충전을 진행하며, 리듐이온 배터리(300)가 4.2V가 되면 더 이상의 충전을 진행하지 못하도록 하여 리듐이온 배터리(300)를 보호하게 된다. 2개의 리듐이온 배터리(300)는 각각 충전상태와 방전상태를 서로 다르게 갖고 있다. 예를 들어 1개의 리듐이온 배터리 (310)가 현재 충전 상태라 하면 다른 1개의 리듐이온 배터리(320) 방전 상태로 되며, 이러한 상태를 지속적으로 유지하고 있도록 하는 기능이 있다. 이는, 방전 중인 리듐이온 배터리(320)가 일정한 전압, 예를 들면 3.2V 이하로 낮아지기 전에는 다른 리듐이온 배터리(310)를 계속 충전될 수 있도록 하기 위함이다. 방전된 리듐이온 배터리(310)가 충분히 충전되도록 하여 누적된 불완전 충전 상태를 없애기 위함이다.

제1 및 제2 검출부(410 및 420)는 상기 한 쌍의 배터리(310 및 320)의 전압을 각각 검출한다. 충전 제어부(200)는 상기 제1 및 제2 검출부(410 및 420)에 의해 검출된 상기 한 쌍의 배터리(310 및 320)의 전압 각각이 기준 전압, 예를 들면 3.2V 이하인 지를 판단하고 판단 결과에 따라 상보적인 제1 스위칭 신호를 출력한다. 상기 충전 제어부(200)는 상기 한 쌍의 배터리(300)가 충전 상태이거나 방전 상태인 것을 지속적으로 유지하기 위한 회로이다.

제1 및 제2 스위치(S1 및 S2)는 상기 충전 제어부(200)로부터의 상기 상보적인 제1 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작하여 상기 태양전지(100)의 전압을 상기 한 쌍의 배터리(310 및 320)로 공급 또는 차단하여 충전 상태 또는 방전 상태를 유지시킨다.

방전 제어부(500)는 상기 충전 제어부(200)에 의한 판단 결과에 따라 상기 제1 스위칭 신호와 반대되는 상태를 갖는 상보적인 제2 스위칭 신호를 출력한다.

제3 및 제4 스위치(S3 및 S4)는 상기 방전 제어부(500)로부터의 상기 상보적인 제2 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작하여 상기 한 쌍의 배터리(310 및 320)의 방전 전압을 공급 또는 차단한다.

주/야간 식별부(600)는 상기 태양전지(100)의 출력 전류가 기준 전류보다 큰 지를 판단하고, 상기 태양전지(100)의 출력 전류가 상기 기준 전류보다 큰 경우 주간 모드로 판단하고 상기 방전 제어부(500)의 제어에 의해 방전 상태에 있는 배터리(310 또는 320)에 대응하는 스위치(S3 또는 S4)로 스위칭 오프 신호를 출력한다. 주간 모드란 외부 조도가 LED의 발광이 없는 정도의 조도를 제공할 때를 말한다. 방전 상태에 있는 리듐이온 배터리(320)의 출력전압은 주/야간 식별부(600)에서 주간일 경우에는 출력이 제한되며, 야간일 경우에는 출력 전압이 구동부(700)에 전달된다. 주/야간 식별부(600)의 사용 목적은 주간에 불필요한 LED(31)의 구동을 제어하고, 리듐이온 배터리(300)의 소모를 막기 위해서 적용된다.

구동부(700)는 상기 한 쌍의 배터리(310 및 320)로부터 공급된 방전 전압에 따라 구동 전압을 발생한다. 상기 구동부(700)는 입력 전압이 3V에서 5V까지 설정되어 있으며, 다수, 예를 들면 4개의 LED(31)를 구동하기 위한 충분한 전압과, 전류를 공급하게 된다. 4개의 LED는 직렬 또는 병렬로 연결되어 LED를 구동하고자 하는 전압과 전류의 소모를 최소화한다. 다수의 LED(31)는 상기 구동부(700)로부터의 상기 구동 전압에 의해 발광한다.

따라서, 본 발명은 종래와 같은 소용량 태양전지를 이용한 LED 도로 표지병의 경우 LED 사용에 있어서 1개 내지 2개의 한정된 제약을 해결하게 되었으며, 동일한 소용량의 태양전지를 사용하여 보다 시인성을 높게 할 수 있도록 4개 이상의 LED 구동도 가능하게 되었다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

10 : 렌즈형 상부 덮개 20 : 태양전지
30 : 인쇄회로기판 31 : LED
40 : 반사경 41 : 반사지
50, 310, 320 : 리듐이온 배터리 60 : 하부 덮개
100 : 태양전지 200 : 충전 제어부
410, 420 : 검출부 500 : 방전 제어부
600 : 주/야간 식별부 700: 구동부
S1, S2, S3, S4: 스위치

Claims

태양광을 전압으로 변환하는 태양전지;
상기 태양전지로부터의 상기 전압으로 충전되고 방전하며 상보적으로 충전 상태 또는 방전 상태를 유지하는 한 쌍의 배터리;
상기 한 쌍의 배터리의 전압을 각각 검출하는 제1 및 제2 검출부;
상기 제1 및 제2 검출부에 의해 검출된 상기 한 쌍의 배터리의 전압 각각이 기준 전압 이하인 지를 판단하고 판단 결과에 따라 상보적인 제1 스위칭 신호를 출력하는 충전 제어부;
상기 충전 제어부로부터의 상기 상보적인 제1 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작하여 상기 태양 전지의 전압을 상기 한 쌍의 배터리로 공급 또는 차단하여 충전 상태 또는 방전 상태를 유지시키는 제1 및 제2 스위치;
상기 충전 제어부에 의한 판단 결과에 따라 상기 제1 스위칭 신호와 반대되는 상태를 갖는 상보적인 제2 스위칭 신호를 출력하는 방전 제어부;
상기 방전 제어부로부터의 상기 상보적인 제2 스위칭 신호에 따라 온/오프 동작하여 상기 한 쌍의 배터리의 방전 전압을 공급 또는 차단하는 제3 및 제4 스위치;
상기 한 쌍의 배터리로부터 공급된 방전 전압에 따라 구동 전압을 발생하는 구동부; 및
상기 구동부로부터의 상기 구동 전압에 의해 발광하는 다수의 발광 다이오드를 포함하는 태양 전지식 LED 도로 표지병.
청구항 1에 있어서, 상기 한 쌍의 배터리는 각각 리듐이온 배터리를 포함하고, 상기 기준 전압은 3.2V인 태양 전지식 LED 도로 표지병.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 태양전지의 출력 전류가 기준 전류보다 큰 지를 판단하고, 상기 태양전지의 출력 전류가 상기 기준 전류보다 큰 경우 주간 모드로 판단하고 상기 방전 제어부의 제어에 의해 방전 상태에 있는 배터리에 대응하는 스위치로 스위칭 오프 신호를 출력하는 주/야간 식별부를 더 포함하는 태양 전지식 LED 도로 표지병.