KR20150071396A - 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법에 관한 것으로, 부하측에서 요구되는 전력 값이 측정되는 단계; 광전지에서 태양광 에너지가 직류 전력으로 변환되는 단계; 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 부하측으로 전달되는 단계; 광전지의 정전류 회로를 이용하여 부하측으로 전달되는 전력 값이 계산되는 단계; 부하에서 요구되는 전력과 광전지의 정전류 회로에서 전달하는 전력간의 전력 값 차이가 계산되는 단계; 저전압 직류/직류 컨버터가 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 부하측으로 인가하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치 {A parallel operation method of the low voltage DC-DC converter and photovoltaic converter and an apparatus for this}
본 발명은 부하 측에서 요구되는 전력을 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터를 병렬로 동작시켜서 공급하는 것을 특징으로 하는 발명이다.
화석 에너지 사용량 증가로 인한 지구 온난화로 기후 변화 및 해수면 상승이 진행되고 있다. 특히, 전기 에너지(energy) 발생을 위하여 사용되는 화학 에너지와 내연기관을 사용하는 자동차들은 이산화탄소를 발생시켜 온난화의 주범으로 지목되고 있다.
따라서, 이산화탄소 감소 및 환경 보호를 위하여 대체 에너지 개발이 진행되고 있으며, 대표적으로 태양광, 풍력, 연료전지를 이용한 친환경 에너지가 주목받고 있다. 그 중에서도 태양광 에너지의 경우에는 타 신재생 에너지에 비하여 수명이 길고 유지 보수가 간편하다는 이유로 널리 사용되고 있다.
그리고, 자동차 분야에도 이러한 태양광 에너지를 사용하여 에너지를 얻고자 하는 연구가 활발히 진행 중이다.
이러한 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는 데는 일반적으로 광전지(PV Cell, Photo voltaic cell)를 사용하여 전기에너지로 변환한다.
광전지는 태양광을 입력받아 이를 직류 전원으로 변환하는 소자로 독립구조의 어플리케이션(application)에 주로 사용된다. 이러한 광전지의 출력은 일사량과 온도에 의하여 지속적으로 변화하므로 태양전지 자체의 특성이 변하지 않아도 동작점은 변할 수 밖에 없다.
따라서, 이러한 광전지에 전달되는 태양광의 입사량을 상승시키기 위하여 솔라 트랙커(solar tracker)를 사용하거나 광전의 최대출력에너지를 부하로 전달하기 위해 최대 점 추종(MPPT, Maximum power point tracking) 방식을 이용하나, 이러한 방법으로는 태양의 조도, 날씨 및 계절 등의 변화에 불안정한 전력을 공급하므로, 안정한 전력공급원으로는 한계가 있다.
또한, 광전지는 크기 대비 정전용량이 크기 않아 차량용으로 사용되는 경우 무더운 날에 실내온도를 제한하는 등 아주 제한적인 분야에만 사용되는 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 광전지 컨버터와 고전압 배터리로부터 전장부하에 전력을 공급하는 저전압 직류/직류 컨버터간의 병렬운전을 통하여, 부하 측에서 소모하는 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치를 제공하고자 한다.
또한, 광전지 컨버터를 최대 점 추종 방식으로 제어하여 부하 측에 전달되는 전력을 극대화할 수 있는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 부하측에서 요구되는 전력 값이 측정되는 단계; 광전지에서 태양광 에너지가 직류 전력으로 변환되는 단계; 상기 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 단계; 상기 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 전력 값이 계산되는 단계; 상기 부하에서 요구되는 전력과 상기 광전지의 정전류 회로에서 전달하는 전력간의 전력 값 차이가 계산되는 단계; 저전압 직류/직류 컨버터가 상기 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 상기 부하측으로 인가하는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 부하측에서 요구되는 전력이 측정되는 단계; 광전지에서 태양광 에너지를 직류 전력으로 변환되는 단계; 상기 광전지에서 변환한 직류 전력 값이 계산되는 단계; 상기 부하측에서 요구되는 전력과 상기 광전지가 변환한 전력간의 전력 값 차이가 계산되는 단계; 저전압 직류/직류 컨버터가 상기 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 상기 부하측으로 인가하는 단계; 상기 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법을 제공한다.
또한, 상기 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 단계는 상기 광전지의 정전류 회로에서 태양광 에너지를 직류 전력으로 변환하는 과정은 최대 점 추종(MPPT, Maximum power point tracking) 기법을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법을 제공한다.
또한, 상기 최대 전력 점 추종기법은 인크레멘탈 컨덕턴스 엠피피티(IncCond[Incremental Conductance] MPPT) 기법 또는 피엠오 엠피피티(P&O[Perturbation and observation] MPPT) 기법을 사용하는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법을 제공한다.
또한, 상기 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 단계는 상기 부하측에서 요구되는 전압의 값은 그대로 유지하고, 상기 정전류 회로를 이용하여 내보내는 전류의 양을 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법을 제공한다.
또한, 저전압 직류/직류 컨버터가 상기 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 상기 부하측으로 인가하는 단계는 상기 부하측에서 요구되는 전압의 값은 그대로 유지하고, 상기 정전류 회로를 이용하여 내보내는 전류의 양을 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법을 제공한다.
또한, 저전압 직류/직류 컨버터가 상기 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 상기 부하측으로 인가하는 단계는, 상기 부하측에서 요구되는 전압의 값은 그대로 유지하고, 상기 정전류 회로를 이용하여 내보내는 전류의 양을 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 태양광 에너지를 직류 전력으로 변환하는 광전지 정전류 회로부; 상기 광전지 정전류 회로부가 최대 출력을 전송할 수 있도록 제어하는 최대 전력 점 추종부; 고전압 배터리의 출력을 저전압 배터리 또는 부하측에서 사용가능한 직류 전압으로 변환하는 저전력 직류/직류 컨버터부; 저전압 배터리 또는 전장부하에서 사용되는 전력 값, 상기 정전류 회로부가 출력하는 전력 값 또는 상기 저전압 직류/직류 컨버터부가 출력하는 전력 값을 측정하는 측정부; 일단이 상기 광전지 회로부의 출력에 연결되고 타단이 상기 저전압 배터리 또는 부하측에 연결되어 상기 광전류 회로부에서 출력되는 전력 값을 조절하는 역할을 수행하는 제1 스위치부; 일단이 상기 저전압 직류/직류 컨버터부의 출력에 연결되고 타단이 상기 저전압 배터리 또는 부하측에 연결되어 상기 저전압 직류/직류 컨버터부에서 출력되는 전력 값을 조절하는 역할을 수행하는 제2 스위치부; 상기 측정부가 측정한 전력 값들을 기초로 상기 제1 스위치부와 상기 제2 스위치부를 온 또는 오프를 조절하여, 상기 광전지 정전류 회로부가 내보내는 전력 값과 상기 저전력 직류/직류 컨버터부가 내보내는 출력 값의 합이 상기 저전압 배터리 또는 부하측에서 요구되는 전력 값이 되도록 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 스위치부는 반도체 스위치 소자와 다이오드를 포함하여 구성되고, 상기 반도체 스위치 소자의 전류 입력 단자에는 상기 다이오드의 애노드와 상기 정전류 회로부의 출력단이 연결되고, 상기 반도체 스위치 소자의 전류 출력 단자에는 상기 다이오드의 캐소드와 상기 저전압 배터리 또는 부하측의 입력단이 연결되는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치를 제공한다.
또한, 상기 제2 스위치부는 반도체 스위치 소자와 다이오드를 포함하여 구성되고, 상기 반도체 스위치 소자의 전류 입력 단자에는 상기 다이오드의 애노드와 상기 저전압 직류/직류 컨버터의 출력단이 연결되고, 상기 반도체 스위치 소자의 전류 출력 단자에는 상기 다이오드의 캐소드와 상기 저전압 배터리 또는 부하측의 입력단이 연결되는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 차량의 전장부하나 저전압 배터리에서 요구되는 전력을 광전지와 고전압 배터리로부터 동시에 입력받을 수 있으므로, 연비 상승의 효과가 있다.
둘째, 저전압 배터리의 충전 에너지 중 일부를 태양광 전지로부터 공급받을 수 있으므로, 충전 효율이 상승 되는 효과가 있다.
셋째, 광전지가 최대출력을 낼 수 있도록 광전지 컨버터를 제어함으로써, 광전지가 생산할 수 있는 전력량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도면 1도는 일반적인 하이브리드(hybrid) 또는 전기 차량에 있어서의 전장 부하 및 저전압 배터리에 전력이 공급되는 체계를 간단히 보여주는 블럭도이다.
도면 2도는 도면 1도의 블럭도를 보다 자세히 회로도로 보여주는 도면이다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법의 각 부분을 블럭으로 간단히 나타낸 도면이다.
도면 4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운정 방법이 달성하고자 하는 목적을 블럭도로 간략히 보여주는 도면이다.
도면 5도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치의 내부 구성을 보여주는 회로도이다.
도면 6도는 최대 점 추종 기법을 그래프로 보여주는 도면이다.
도면 7도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법과 이를 위한 장치에서 내보내는 출력단에서 내보내는 전압과 전류의 신호를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면 1도는 일반적인 하이브리드(hybrid) 또는 전기 차량에 있어서의 전장 부하 및 저전압 배터리에 전력이 공급되는 체계를 간단히 보여주는 블럭도이다.
일반적으로 차량에 사용되는 전장품이나 저전압 배터리는 12 볼트(v) 하에서 작동한다. 그러므로, 차량 내 고전압 배터리를 저전압 직류/직류 컨버터를 사용하여 전압을 다운(down)시켜서, 전장품이나 저전압 배터리에 공급하는 역할을 수행한다.
도면 2도는 도면 1도의 블럭도를 보다 자세히 회로도로 보여주는 도면이다.
고전압 배터리의 전압을 다운시켜 전장부하나 납축전지가 사용할 수 있는 전압으로 변환하는 저전압 직류/직류 컨버터부는 일반적으로 고전압 배터리(10), 제1 내지 제4 반도체 스위치 소자(21, 22, 23, 24), 공진 인덕터(71), 변압기(30), 2차측 다이오드들(41, 42), 출력 인덕터(72), 출력 캐패시터(60)을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 이러한 저전압 직류/직류 컨버터부의 출력단에는 납축전지(80)과 전장부하(90)들이 연결될 수 있다.
이러한 저전압 직류/직류 컨버터부는 고전압 배터리의 출력을 변압기(30)의 1차 측에 구비되어 있는 제1 내지 제4 반도체 스위치(21, 22, 23, 24)의 스위치 조작을 통하여 변압기의 2차측 전력을 발생시키고, 이러한 2차측 교류전압을 엘씨(LC) 필터를 통하여 전장부하나 저전압 배터리가 요구하는 전압을 생성하는 역할을 수행한다.
도면 3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법의 각 부분을 블럭으로 간단히 나타낸 도면이다.
도면 3도를 통하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법은 전장품 또는 저전압 배터리가 필요로 하는 전력을 광전지와 고전압 배터리로부터 동시에 공급받고자 하는 것을 알 수 있다.
이를 위하여, 광전지는 벅 컨버터(buck converter)를 통한 전압 변환을 거쳐서 부하측에 연결되고, 고전압 배터리는 저전압 직류/직류 컨버터를 거쳐서 부하측에 연결되는 것을 확인할 수 있다.
도면 4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운정 방법이 달성하고자 하는 목적을 블럭도로 간략히 보여주는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법을 개념을 간단히 정리하면 다음과 같다.
먼저, 광전지 컨버터부에서는 광전지에 입사되는 태양광을 이용하여 직류전력을 생산할 수 있다. 그리고, 이러한 직류전력 변환의 최대값을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법의 광전지 컨버터부는 최대 점 추종 기법에 따라 제어될 수 있다.
하지만, 광전지 컨버터부에서 생산하는 에너지의 양이 전장부하에서 요구하는 부하량을 다 충족시키지 못할 수 있다.
예를 들어, 부하측에서 필요로 하는 전력 값은 400 와트(watt)인데, 광전지 컨버터부에서 생산되는 전력은 200 와트의 출력만 내보낼 수 있다. 이 경우, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법은 저전압 직류/직류 컨버터를 이용하여 고전압 배터리로부터 나머지 필요한 전력을 변환하여 부하측에 전달할 수 있다. 즉, 나머지 필요한 전력량인 200 와트를 부하측으로 출력할 수 있다.
따라서, 만일 광전지 컨버터부(100)에서 출력하는 전력이 부하측에서 요구되는 전력을 충분히 다 수용할 수 있으면, 저전력 직류/직류 컨버터부(200)에서 출력하는 전력은 '0'이 될 수 있다.
도면 5도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치의 내부 구성을 보여주는 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치는 광전지 컨버터부(100), 저전력 직류/직류 컨버터부(200), 부하부(300) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
광전지 컨버터부(100)는 태양광 에너지를 직류 전력으로 변환하는 역할을 수행하는 부분으로서, 광전지(110), 다이오드(120), 감압 스위치(130), 인덕터(140), 환류 다이오드(150), 정류 캐패시터(160)을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 저전력 직류/직류 컨버터부(200)는 고전압 배터리(210)을 포함하여, 제1 내지 제4 반도체 스위치 소자(221, 222, 223, 224), 공진 인덕터(270), 변압기(230), 2차측 다이오드들(241, 242), 출력 인덕터(250), 출력 캐패시터(260)을 포함하여 구성될 수 있다.
부하부(300)은 납축전지(310)과 전장부하(320)을 포함한다.
전장부하(320)는 자동차의 헤드램프나, 에어컨 등 차량 내에서 전기를 사용되는 각종 제품을 총칭할 수 있으며, 도면상 간략하게 하나의 저항으로 표시할 수 있다.
광전지 컨버터부(100)와 부하부(300)간에는 제1 스위치부가 구비될 수 있다.
제1 스위치부는 반도체 스위치 소자(410), 다이오드(420)을 포함하여 구성될 수 있으며, 광전지 컨버터부(100)에서 생산한 전력의 부하부(300)에 인가할지 여부와 인가되는 전력 값을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
그리고, 저전압 직류/직류 컨버터부(200)와 부하부(300)간에도 제2 스위치부가 구비될 수 있다.
제2 스위치부도 반도체 스위치 소자(430), 다이오드(440)을 포함하여 구성될 수 있으며, 저전압 직류/직류 컨버터부(200)에서 출력하는 전력의 부하부(300)에 인가 여부나 인가되는 전력의 값을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치의 광전지 컨버터부(100)와 저전압 직류/직류 컨버터부(200)는 이러한 제1 스위치부와 제2 스위치부를 통하여 부하부(300)에 병렬로 연결되어 있다.
그리고, 제1 스위치부와 제2 스위치부를 조작을 통하여 광전지 컨버터부(100)와 저전압 직류/직류 컨버터부(200)에서 출력되는 전력의 값을 조절할 수 있다.
제1 스위치부와 제2 스위치부의 반도체 스위치 소자(410, 430)에 병렬로 연결된 다이오드(420, 440)은 광전지 컨버터부(100)와 저전압 직류/직류 컨버터부(200)의 출력전압 상호간섭으로 인한 불안정한 제어를 개선하기 위하여 구비되는 다이오드로서, 출력피드백을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
도면 5도 상에서 화살표 'A'는 광전지 컨버터부(100)로부터 부하부(300)로 인가되는 전류의 방향을 보여주는 것이며, 화살표 'B'는 저전압 직류/직류 컨버터부(200)를 이용하여 고전압 배터리(210)으로부터 부하부(300)로 인가되는 전류의 방향을 보여준다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치는 광전지 컨버터부(100)에서 최대 점 추종 기법을 통하여 부하부(300)로 내보내는 전력을 측정하고, 부하부(300)에서 필요로 하는 전력과 광전지 컨버터부(100)에서 내보내는 전력의 차를 계산할 수 있다.
그리고, 이러한 차에 해당되는 만큼의 전력을 저전압 직류/직류 컨버터부(200)로부터 부하부(300)로 전달할 수 있으며, 이러한 과정을 제1 스위치부와 제2 스위치 부를 통하여 조절할 수 있다. 즉, 광전지 컨버터부(100)에서 출력하는 전력이 안정적인 경우에는 저전압 직류/직류 컨버터부(200)와 함께 병렬로 부하부(300)에 전력을 공급하며, 광전지 컨버터부(100)에서 내보내는 전력이 불안정하거나 태양광이 입사되지 않아서 출력이 없는 경우에는 저전압 직류/직류 컨버터부(200)의 단독 구동을 통하여 부하부(300)에 전력을 공급할 수 있다.
도면 6도는 최대 점 추종 기법을 그래프로 보여주는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치에서 광전지에서 생산하는 전력은 온도와 일사량에 따라 가변적이다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치의 광전지 컨버터부(100)는 최대 전력점 추정 기법(MPPT)을 통하여 전력을 부하부(300)로 전달한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치에서 사용하는 최대 전력점 추정 기법은 인크레멘탈 컨덕턴스 엠피피티(IncCond[Incremental Conductance] MPPT) 기법 또는 피엠오 엠피피티(P&O[Perturbation and observation] MPPT) 기법이 사용될 수 있다. 인크레멘탈 컨덕턴스 엠피피티는 태양 전지의 출력전압, 출력전류의 곡선의 기울기를 이용하는 방식으로, 최대 출력점의 기울기는 '0'이라는 사실에 착안하여 기울기의 부호에 따라 지령값을 변동해 주는 기법으로, 도면 7도에서 기울기가 '0'인 지점을 찾아내는 방식과 같다.(도면 6도에서 'M' 지점) 피엠오 엠피피티는 태양전지 출력단의 출력 전압과 출력 전력에 일정 변동 폭을 설정하여 이 변동 폭들의 극성으로 지령값을 설정하는 방식이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치는 위의 기법에 한정되는 것은 아니며, 다양한 최대 전력점 추종 기법을 사용할 수 있다.
그리고, 이러한 최대 전력점 추종 기법의 구현은 광전지 컨버터부(100)에서 감압 스위치의 역할을 수행하는 반도체 스위치 소자(120)에 인가되는 신호의 듀티(duty)비를 조절함으로서 달성될 수 있다.
도면 7도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법과 이를 위한 장치에서 내보내는 출력단에서 내보내는 전압과 전류의 신호를 보여주는 도면이다.
'A'그래프는 저전압 직류/직류 컨버터부(200)에서 내보내는 출력 전압의 값을 보여주는 그래프이며, 'B'그래프는 저전압 직류/직류 컨버터부(200)에 내보내는 출력 전류의 값을 보여준다.
그리고, 'C'그래프는 광전지 컨버터부(100)에서 내보내는 출력 전압의 값을, 'D'그래프는 광전지 컨버터부(100)에서 내보내는 출력 전류의 값을 보여준다.
마지막 'E'그래프는 부하측에 최종적으로 인가되는 전류의 값을 보여주는 그래프이다.
각 그래프를 통하여서 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법에서 광전지 컨버터부(100)와 저전압 직류/직류 컨버터부(200)에서 내보내는 출력 전압의 값은 14.5 볼트로 동일하다. 이는 동일한 부하소스에 상이한 전원 소스가 연결되기 위하여 각 전원 소스가 내보내는 전압의 값을 동일하도록 조정한 결과를 나타낸다. 따라서, 광전지 컨버터부(100), 저전압 직류/직류 컨버터부(200) 그리고 부하부(300)가 동시에 연결되는 노드의 전압값은 14.5 볼트로 동일하다.
그러나, 'B'그래프를 통하여 알 수 있듯이, 저전압 직류/직류 컨버터부(200)가 내보내는 출력 전류의 값은 8.27 암페어알엠에스(Arms)를 부하측으로 내보내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 'D'그래프를 통하여, 광전지 컨버터부(100)는 12.4 암페어알엠에스 값을 부하측으로 내보내는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 'E'그래프를 통하여, 부하에서 최종적으로 수용되는 전류의 값은 약 20.6 암페어알엠에스인 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법 및 이를 위한 장치는 광전지 컨버터부(100)와 저전압 직류/직류 컨버터부(200)가 내보내는 출력 전류의 값을 조절하여 부하부(300)가 필요로 하는 최종 전력을 인가할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법은 광전지 컨버터부(100)가 생산한 전력이 모두 부하부(300)에 인가되고, 나머지 필요한 전력을 저전압 직류/직류 컨버터부(200)가 인가하는 방식으로 설명하였지만 그 반대의 방식도 사용될 수 있다. 예를 들면, 광전지 컨버터부(100)가 생산할 수 있는 전력의 양이 계산된 후에, 부하부(300)가 필요로 하는 전력에서 광전지 컨버터부(100)가 생산한 전력을 감하여 그 전력 차이가 먼저 계산될 수도 있다. 그리고, 그 차이의 전력 값을 먼저 저전압 직류/직류 컨버터부(200)가 부하부(300)에 인가하고, 나머지 전력을 광전지 컨버터부(100)가 인가하는 방식으로 구동될 수도 있다. 즉, 광전지 컨버터부(100)가 저전압 직류/직류 컨버터부(200)를 보조하는 방식으로 부하부(300)에 전력을 공급할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 고전압 배터리
21 : 제1 반도체 스위치 소자
22 : 제2 반도체 스위치 소자
23 : 제3 반도체 스위치 소자
24 : 제4 반도체 스위치 소자
30 : 변압기
41 : 2차측 다이오드
42 : 2차측 다이오드
60 : 출력 캐패시터
71 : 공진 인덕터
72 : 출력 인덕터
80 : 납축전지
90 : 전장부하
100 : 광전지 컨버터부
110 : 광전지
120 : 다이오드
130 : 감압 스위치
140 : 인덕터
150 : 환류 다이오드
160 : 정류 캐패시터
200 : 저전압 직류/직류 컨버터부
210 : 고전압 배터리
221 : 제1 반도체 스위치 소자
222 : 제2 반도체 스위치 소자
223 : 제3 반도체 스위치 소자
224 : 제4 반도체 스위치 소자
230 : 변압기
241 : 2차측 다이오드
242 : 2차측 다이오드
250 : 출력 인덕턴스
260 : 출력 캐패시터
270 : 공진 인덕터
300 : 부하부
310 : 납축전지
320 : 전장부하
410 : 반도체 스위치 소자
420 : 다이오드
430 : 반도체 스위치 소자
440 : 다이오드

Claims (10)

  1. 부하측에서 요구되는 전력 값이 측정되는 단계;
    광전지에서 태양광 에너지가 직류 전력으로 변환되는 단계;
    상기 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 단계;
    상기 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 전력 값이 계산되는 단계;
    상기 부하에서 요구되는 전력과 상기 광전지의 정전류 회로에서 전달하는 전력간의 전력 값 차이가 계산되는 단계;
    저전압 직류/직류 컨버터가 상기 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 상기 부하측으로 인가하는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법.
  2. 부하측에서 요구되는 전력이 측정되는 단계;
    광전지에서 태양광 에너지를 직류 전력으로 변환되는 단계;
    상기 광전지에서 변환한 직류 전력 값이 계산되는 단계;
    상기 부하측에서 요구되는 전력과 상기 광전지가 변환한 전력간의 전력 값 차이가 계산되는 단계;
    저전압 직류/직류 컨버터가 상기 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 상기 부하측으로 인가하는 단계;
    상기 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 단계는
    상기 광전지의 정전류 회로에서 태양광 에너지를 직류 전력으로 변환하는 과정은 최대 점 추종(MPPT, Maximum power point tracking) 기법을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최대 전력 점 추종기법은
    인크레멘탈 컨덕턴스 엠피피티(IncCond[Incremental Conductance] MPPT) 기법 또는 피엠오 엠피피티(P&O[Perturbation and observation] MPPT) 기법을 사용하는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광전지가 변환한 직류 전력이 광전지의 정전류 회로를 이용하여 상기 부하측으로 전달되는 단계는
    상기 부하측에서 요구되는 전압의 값은 그대로 유지하고, 상기 정전류 회로를 이용하여 내보내는 전류의 양을 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    저전압 직류/직류 컨버터가 상기 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 상기 부하측으로 인가하는 단계는
    상기 부하측에서 요구되는 전압의 값은 그대로 유지하고, 상기 정전류 회로를 이용하여 내보내는 전류의 양을 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    저전압 직류/직류 컨버터가 상기 전력 값 차이에 해당되는 만큼의 전력을 상기 부하측으로 인가하는 단계는,
    상기 부하측에서 요구되는 전압의 값은 그대로 유지하고, 상기 정전류 회로를 이용하여 내보내는 전류의 양을 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 방법.
  8. 태양광 에너지를 직류 전력으로 변환하는 광전지 정전류 회로부;
    상기 광전지 정전류 회로부가 최대 출력을 전송할 수 있도록 제어하는 최대 전력 점 추종부;
    고전압 배터리의 출력을 저전압 배터리 또는 부하측에서 사용가능한 직류 전압으로 변환하는 저전력 직류/직류 컨버터부;
    저전압 배터리 또는 전장부하에서 사용되는 전력 값, 상기 정전류 회로부가 출력하는 전력 값 또는 상기 저전압 직류/직류 컨버터부가 출력하는 전력 값을 측정하는 측정부;
    일단이 상기 광전지 회로부의 출력에 연결되고 타단이 상기 저전압 배터리 또는 부하측에 연결되어 상기 광전류 회로부에서 출력되는 전력 값을 조절하는 역할을 수행하는 제1 스위치부;
    일단이 상기 저전압 직류/직류 컨버터부의 출력에 연결되고 타단이 상기 저전압 배터리 또는 부하측에 연결되어 상기 저전압 직류/직류 컨버터부에서 출력되는 전력 값을 조절하는 역할을 수행하는 제2 스위치부;
    상기 측정부가 측정한 전력 값들을 기초로 상기 제1 스위치부와 상기 제2 스위치부를 온 또는 오프를 조절하여, 상기 광전지 정전류 회로부가 내보내는 전력 값과 상기 저전력 직류/직류 컨버터부가 내보내는 출력 값의 합이 상기 저전압 배터리 또는 부하측에서 요구되는 전력 값이 되도록 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는
    반도체 스위치 소자와 다이오드를 포함하여 구성되고,
    상기 반도체 스위치 소자의 전류 입력 단자에는 상기 다이오드의 애노드와 상기 정전류 회로부의 출력단이 연결되고,
    상기 반도체 스위치 소자의 전류 출력 단자에는 상기 다이오드의 캐소드와 상기 저전압 배터리 또는 부하측의 입력단이 연결되는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 스위치부는
    반도체 스위치 소자와 다이오드를 포함하여 구성되고,
    상기 반도체 스위치 소자의 전류 입력 단자에는 상기 다이오드의 애노드와 상기 저전압 직류/직류 컨버터의 출력단이 연결되고,
    상기 반도체 스위치 소자의 전류 출력 단자에는 상기 다이오드의 캐소드와 상기 저전압 배터리 또는 부하측의 입력단이 연결되는 것을 특징으로 하는 광전지 컨버터와 저전압 직류/직류 컨버터의 병렬 운전 장치.




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