KR20160070509A - 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치 - Google Patents

슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20160070509A
KR20160070509A KR1020140177545A KR20140177545A KR20160070509A KR 20160070509 A KR20160070509 A KR 20160070509A KR 1020140177545 A KR1020140177545 A KR 1020140177545A KR 20140177545 A KR20140177545 A KR 20140177545A KR 20160070509 A KR20160070509 A KR 20160070509A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rechargeable battery
power
voltage
supercapacitor
solar cell
Prior art date
Application number
KR1020140177545A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101718009B1 (ko
Inventor
김대웅
이승호
Original Assignee
(주)한국티이에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)한국티이에스 filed Critical (주)한국티이에스
Priority to KR1020140177545A priority Critical patent/KR101718009B1/ko
Publication of KR20160070509A publication Critical patent/KR20160070509A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101718009B1 publication Critical patent/KR101718009B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S9/00—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply
    • F21S9/02—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator
    • F21S9/03—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator rechargeable by exposure to light
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/02—Details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 태양전지에서 생산된 전원을 슈퍼커패시터와 재충전배터리에 충전한 후 발광소자를 발광하도록 하는 발광장치를 제공한다.
본 발명에 따른 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치는, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지; 상기 태양전지에서의 전력을 기설정된 전압으로 변환하는 전력변환부; 상기 전력변환부에서 변환된 전압을 공급받아 충전하는 슈퍼커패시터; 상기 전력변환부에서 변환된 전압을 공급받아 충전하는 재충전배터리; 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리로부터 충전전압을 공급받아 발광하는 발광소자; 상기 전력변환부로부터 출력되는 전압을 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리로 공급하도록 스위칭하고, 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리의 충전전압을 상기 발광소자로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부; 및 상기 슈퍼커패시터 및 재충전배터리의 충전 및 방전을 위해 상기 스위칭부의 스위칭동작을 제어하는 제어부; 를 포함한다.

Description

슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치{LIGHT EMITTING APPARATUS USING SUPER CAPACITOR AND RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 발광장치에 관한 것으로서, 특히 태양전지에서 생산된 전원을 슈퍼커패시터와 재충전배터리에 충전한 후 그 충전된 전압을 이용하여 발광소자를 발광하도록 하는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치에 관한 것이다.
태양전지패널(solar panel)은 P형 반도체와 N형 반도체가 접합되어 태양광이 수신하도록 설계된다. 이러한 태양전지모듈은 태양전지(solar cell)에 적용되어 태양광이 조사되면 태양광의 에너지를 전기에너지로 변환하도록 한다.
태양광 발전은 친환경 에너지라는 장점으로 인해 다양한 분야에서 연구 및 활용되고 있다. 예컨대, 도로에 설치된 가로등이나 표지병과 같은 장치는 소형 태양광 발전을 통해 전압을 충전한 후 이를 이용하여 LED 등과 같은 램프를 발광하도록 한다.
종래의 소형 태양광 발전 시스템에서는 슈퍼커패시터(EDLC)와 재충전배터리를 병행하여 사용하는 예가 제시되었다. 이러한 종래기술에서는 낮에는 태양전지에서 생산된 전원을 슈퍼커패시터와 재충전배터리에 충전하고 밤에는 이들 충전전원을 부하로 공급하도록 한다.
하지만, 종래기술에서 사용되는 재충전배터리는 충방전 효율이 낮고 열화현상이 발생하며 유해물질을 함유하고 있다는 단점이 있다. 예컨대, 납축전지는 저렴한 가격이 장점이나 배터리 성능에서는 상대적으로 가장 취약하고 니켈카드뮴 전지는 메모리 현상으로 빈번한 급속충전이 어려우며 중량이 무겁다. 또한 코발트 계열 리튬전지는 열에 의해 폭발할 수 있는 안전성 문제가 있다.
소형 태양광발전 시스템의 경우 배터리는 충방전제어가 적절치 못할 경우 배터리에 과충방전이 발생하고, 이로 인해 배터리 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있다. 특히, 태양광발전은 일반 전원과 달리 항상 일정한 안정적인 전원이 아니기 때문에 충전전류 제어가 어렵기 때문에 배터리의 과충전, 과방전이 발생할 우려가 높다. 그리고 태양전지모듈의 발전량이 일사량에 따라 변화가 심하고 동일 일사량에서도 충전전류는 배터리의 상태에 따라 상당한 차이가 생겨 배터리 충전시 사용되는 정전압 충전이나 정전류 충전법을 소형 태양광발전에 적용하기 곤란하다.
또한, 종래기술에서는 조도를 측정하는 센서나 태양광 에너지의 양을 측정하는 센서 등을 이용하여 충방전을 위한 조건, 예컨대 낮과 밤을 구분하도록 한다. 하지만 이 경우 충방전을 위한 조건을 구분하기 위한 설정값이 고정되어 있어 동일한 제품이라도 설치위치나 환경에 따라 빛의 양이 달라질 수 있다. 예컨대, 건물이나 기타 다른 대상체에 의해 햇빛이 가려지거나 이물질이 쌓이는 경우 낮인 경우에도 밤으로 인식하여 부하가 동작하는 문제가 발생한다.
등록특허공보 제10-1299340호 등록특허공보 제10-0648134호 공개특허공보 제10-2010-0109104호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지모듈에서 생산되는 전원을 이용하여 슈퍼커패시터와 재충전배터리의 충방전 시간을 결정하도록 하는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 재충전배터리를 리튬 인산철 배터리를 사용함으로써 에너지밀도가 높고 부피가 작고 무게가 가벼우며 충방전 효율이 우수한 장점을 갖는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 슈퍼커패시터와 재충전배터리에 항상 일정한 전압이 충전 및 방전되도록 하여 과충전 및 과방전에 따른 에너지 낭비를 막을 수 있도록 하는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치를 제공한다.
본 발명에 따른 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치는,
태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지; 상기 태양전지에서의 전력을 기설정된 전압으로 변환하는 전력변환부; 상기 전력변환부에서 변환된 전압을 공급받아 충전하는 슈퍼커패시터; 상기 전력변환부에서 변환된 전압을 공급받아 충전하는 재충전배터리; 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리로부터 충전전압을 공급받아 발광하는 발광소자; 상기 전력변환부로부터 출력되는 전압을 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리로 공급하도록 스위칭하고, 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리의 충전전압을 상기 발광소자로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부; 및 상기 슈퍼커패시터 및 재충전배터리의 충전 및 방전을 위해 상기 스위칭부의 스위칭동작을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부는 상기 태양전지에서 생산되는 전력량을 검출하는 전력량검출부와 상기 슈퍼커패시터 및 재충전배터리의 충전량을 검출하는 충전량검출부를 포함하며, 상기 전력량검출부에서 검출된 태양전지의 전력량이 기설정된 제1기준치보다 크면 상기 슈퍼커패시터를 충전하고 상기 충전량검출부에서 검출된 슈퍼커패시터의 충전량이 기설정된 제2기준치 이상이면 상기 재충전배터리에 충전하며, 상기 전력량검출부에서 검출된 태양전지의 전력량이 상기 제1기준치보다 작으면 상기 슈퍼커패시터의 충전전압을 상기 발광소자로 방전하고 상기 충전량검출부에서 검출된 슈퍼커패시터의 충전량이 기설정된 제3기준치보다 작으면 상기 재충전배터리의 충전전압을 상기 발광소자로 방전하도록 제어한다.
본 발명에서, 상기 전력변환부는, 상기 태양전지에서 출력되는 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부; 상기 센싱된 전압 및 전류를 이용하여 전력을 연산하는 연산부; 상기 연산된 전력이 최대 전력이 되는 전압을 출력하는 출력부; 및 상기 출력부에서 출력되는 전압을 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리에 충전 가능하도록 정전압으로 변환하는 변환부; 를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제어부는 상기 슈퍼커패시터 및 재충전배터리에 기설정된 일정전압이 충전 및 방전되도록 제어한다.
본 발명에서, 상기 스위칭부는 상기 슈퍼커패시터를 기준으로 상기 전력변환부와 상기 발광소자 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 반도체스위치와, 상기 재충전배터리를 기준으로 상기 전력변환부와 상기 발광소자 사이에 각각 연결된 제3 및 제4 반도체스위치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전력량검출부에서 검출된 태양전지의 전력량이 기설정된 제1기준치보다 크면 상기 제1 반도체스위치를 온(on)시킨 후 상기 충전량검출부에서 검출된 슈퍼커패시터의 충전량이 기설정된 제2기준치 이상이면 상기 제1 반도체스위치를 오프(off)시킴과 동시에 상기 제3 반도체스위치를 온(on)시키며, 상기 전력량검출부에서 검출된 태양전지의 전력량이 상기 제1기준치보다 작으면 상기 제2 반도체스위치를 온(on)시킨 후 상기 충전량검출부에서 검출된 슈퍼커패시터의 충전량이 기설정된 제3기준치보다 작으면 상기 제2 반도체스위치를 오프(off)시킴과 동시에 상기 제4 반도체스위치를 온(on)시킨다.
본 발명에서, 상기 태양전지는 태양광을 수신하기 위한 적어도 하나의 태양전지패널을 포함하고, 상기 태양전지패널은 태양의 위치에 따라 각도조정이 가능하도록 구현된다.
본 발명에서, 상기 재충전배터리는 리튬과 인산철의 결정구조가 공유결합을 유지하는 리튬 인산철 배터리이다.
본 발명에 의하면 재충전배터리로서 리튬 인산철 배터리를 사용함으로써 친환경적이고 에너지밀도가 높고 소형/경량이면서도 충방전 효율이 우수한 발광장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 슈퍼커패시터와 재충전배터리에 항상 일정한 전압이 충전 및 방전되도록 하여 과충전 및 과방전에 따른 에너지 낭비를 막을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 조도센서나 태양광 에너지량에 의해 충방전하는 것이 아니라 태양전지에서 생산되는 전력량을 이용하므로 정확한 충방전이 가능하여 제품의 동작에 대한 신뢰성이 높다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전력변환부의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 제어부의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 스위칭부의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 제어부에서의 과충전/과방전 보호기능을 설명하는 도면,
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치(100)는 태양전지(110), 전력변환부(120), 슈퍼커패시터(130), 재충전배터리(140), 발광소자(150), 스위칭부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
태양전지(110)는 적어도 하나의 태양전지패널(solar panel)를 포함하여 태양광 에너지를 이용하여 전원을 생산한다. 도로표지병과 같은 소형장치에 적용하기 위한 소형 태양전지(110)는 발전되는 전력량이 아주 미약하므로, 이러한 미소 에너지를 받아들일 수 있는 wide input range의 장치가 필요하다. 태양전지패널(미도시)은 태양광을 수신하기 위한 것으로서 바람직하게는 태양의 위치에 따라 각도조정이 가능하도록 구현된다. 구체적으로, 태양전지(110)는 다양한 위치에 설치될 수 있다. 예컨대, 설치되는 위치나 환경 등에 따라 수평이나 수직으로 설치될 수도 있고 일정한 각도로 비스듬히 설치될 수도 있다. 따라서, 설치되는 환경이나 조건에 따라 태양광을 더 양호하게, 더 많이 받을 수 있도록 하기 위해 태양전지패널의 설치각도가 조정가능하도록 구현되는 것이다. 본 발명에서 태양전지패널의 설치각도는 다양한 방법으로 조정될 수 있다. 일례로 태양전지패널의 일측에 길이의 조정이 가능한 지지대를 연결하고 그 지지대 길이를 조절함으로써 태양전지패널의 설치각도(기울기)를 조절할 수도 있다.
전력변환부(120)는 태양전지(110)에서 생산된 전원을 기설정된 전압으로 변환한다. 이러한 전력변환부(120)는 바람직하게는 DC/DC 컨버터를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 전력변환부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 센싱부(121), 연산부(122), 출력부(123) 및 변환부(124)를 더 포함한다.
센싱부(121)는 기설정된 주기로 태양전지(110)에서 출력되는 전압 및 전류를 센싱하고, 연산부(122)는 그 센싱된 전압 및 전류를 이용하여 태양전지(110)에서 생산되는 전력을 연산한다. 또한, 출력부(123)는 이와 같이 연산된 전력이 최대 전력이 되는 전압을 출력하고, 이에 변환부(124)는 출력부(123)에서 출력되는 전압을 후술하는 슈퍼커패시터(130) 또는 재충전배터리(140)에 충전가능하도록 정전압으로 변환한다. 전력은 전압과 전류의 곱으로 계산되지만 실제 태양전지(110)에서 생산되는 전력은 전압에 완전히 비례하는 것은 아니다. 즉, 전압이 최대라고 하더라도 전류에 따라 전력이 최대가 아닐 수도 있다. 이처럼 전압과 전류를 이용하여 전력을 계산하되, 최대 전력이 될 때의 전압을 출력하도록 한다. 이로써, 본 발명에 따른 전력변환부(120)는 태양전지(110)에서 생산되는 전력이 최대가 될 때의 전압을 슈퍼커패시터(130)와 재충전배터리(140)로 공급하도록 하는 것이다.
슈퍼커패시터(130) 및 재충전배터리(140)는 전력변환부(130)에서 변환된 전압을 공급받아 각각 충전한다. 본 발명에 따른 슈퍼커패시터(130)는 잔류용량이 전압에 직접적으로 비례하는 전기에너지 저장매체로서 효율이 95%이상이다. 이러한 슈퍼커패시터(130)는 전기적인 분극작용에 의해 충전이 이루어지므로 충전시간이 매우 짧고 환경오염의 염려가 적으며 방전전압을 조절할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 재충전배터리(140)는 리튬과 인산철의 결정구조가 강한 공유결합 상태를 유지하고 있는 리튬 인산철 배터리로 구현됨이 바람직하다. 이는 기존 납축전지나 니켈-카드뮴전지에 비해 3~5배의 높은 에너지밀도로 가지며 부피가 작고 중량이 가볍다. 또한, 리튬과 인산철의 결정구조가 강한 공유결합 상태를 유지하고 있으므로 초고온에서도 산소발생이 없으며 과충전이나 과방전시에도 폭발이나 화재 등의 우려가 전혀 없어 안정성이 매우 높다.
발광소자(150)는 슈퍼커패시터(130) 또는 재충전배터리(140)로부터 충전전압을 공급받아 발광한다. 이러한 발광소자(150)는 예컨대 LED 등이 될 수 있다.
스위칭부(160)는 전력변환부(120)에서 변환된 전압을 슈퍼커패시터(130) 또는 재충전배터리(140)로 공급하도록 스위칭하고, 또한 슈퍼커패시터(130) 또는 재충전배터리(140)에 충전된 전압을 발광소자(150)로 공급하도록 스위칭한다. 이러한 스위칭 동작은 후술하는 제어부(170)에 의해 제어된다. 구체적으로, 스위칭부(160)는 슈퍼커패시터(130)를 기준으로 전력변환부(120)와의 사이에 연결된 제1 반도체스위치, 발광소자(150)와의 사이에 연결된 제2 반도체스위치, 재충전배터리(140)를 기준으로 전력변환부(120)와 사이에 연결된 제3 반도체스위치, 발광소자(150)와의 사이에 연결된 제4 반도체스위치를 포함한다. 이러한 스위칭부(160)의 상세 동작은 도 4에서 구체적으로 설명된다.
제어부(170)는 슈퍼커패시터(130) 및 재충전배터리(140)의 충전/방전을 위해 스위칭부(160)의 스위칭 동작을 제어한다. 또한, 제어부(170)는 도 3에 도시된 바와 같이 태양전지(110)에서 생산되는 전력량을 검출하는 전력량검출부(171)와 슈퍼커패시터(130) 및 재충전배터리(140)의 충전량을 검출하는 충전량검출부(172)를 포함한다. 이때, 제어부(170)는 전력량검출부(171)에서 검출된 태양전지(110)의 전력량이 기설정된 제1기준치보다 크면 슈퍼커패시터(130)를 충전하도록 스위칭을 제어하고, 이후에 충전량검출부(172)에서 검출된 슈퍼커패시터(130)의 충전량이 기설정된 제2기준치 이상이면 재충전배터리(140)에 충전하도록 제어한다. 여기서, 상기한 제1기준치는 태양전지(110)에서 생산된 전원을 슈퍼커패시터(130)에 공급하여 슈퍼커패시터(130)를 충전하기 위한 조건을 만족하는지를 판단하는 기준값이 된다. 즉, 태양전지(110)에서 생산되는 전력량이 제1기준치보다 크다는 것은 태양광을 많이 받아서 태양전지(110)에서 전원을 많이 생산하고 있다는 것이므로 태양전지(110)에서 생산한 전원을 슈퍼커패시터(130) 또는 재충전배터리(140)에 충전하도록 한다. 그리고, 제2기준치는 슈퍼커패시터(130)에 충전하고자 하는 희망 충전량인지를 판단하기 위한 기준값이다. 즉, 슈퍼커패시터(130)에 제2기준치 이상 충전되면 슈퍼커패시터(130)의 충전은 중지하고 재충전배터리(140)에 충전하도록 한다. 이는 슈퍼커패시터(130)와 재충전배터리(140) 중 슈퍼커패시터(130)에 원하는 양만큼 충전한 후에 재충전배터리(140)를 충전하도록 하기 위한 것이다.
반대로, 제어부(170)는 전력량검출부(171)에서 검출된 태양전지(110)의 전력량이 제1기준치보다 작으면 슈퍼커패시터(130)의 충전전압을 발광소자(150)로 방전하도록 스위칭을 제어하고, 이후 충전량검출부(172)에서 검출된 슈퍼커패시터(130)의 충전량이 기설정된 제3기준치보다 작으면 재충전배터리(140)의 충전전압을 발광소자(150)로 방전하도록 제어한다. 여기서, 제3기준치는 슈퍼커패시터(130)에서 발광소자(150)로 1차로 방전하여 거의 방전이 다 되어가면 재충전배터리(140)에서 발광소자(150)로 2차로 방전하고자 할 때 슈퍼커패시터(130)에서 재충전배터리(140)로 전원 공급원을 전환하는 조건을 만족하는지를 판단하는 기준값이 된다. 즉, 슈퍼커패시터(130)에서 먼저 발광소자(150)로 충전전압을 방전하는 동안 슈퍼커패시터(130)에 남아있는 전압이 제3기준치에 도달하게 되면 슈퍼커패시터(130)에서의 방전은 중지하고 재충전배터리(140)에 충전된 전압을 발광소자(150)로 방전하도록 한다. 이는 슈퍼커패시터(130)와 재충전배터리(140) 중 슈퍼커패시터(130)에서 먼저 발광소자(150)를 발광시키고, 슈퍼커패시터(130)가 완전히 방전되기 전에 재충전배터리(140)에서 발광소자(150)를 발광시키도록 하기 위한 것이다. 이로써 슈퍼커패시터(130)의 전압을 완전히 방전하지 않도록 함으로써 발광소자(150)로 낮은 전압이 공급되지 않도록 한다.
여기서, 상기한 제1 내지 제3 기준치는 제어부(170) 내의 메모리부(173)에 미리 저장되어 있으며, 발광소자가 적용되는 환경에 따라 사용자가 임의로 설정 및 변경할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 스위칭부의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스위칭부(160)는 4개의 반도체스위치를 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭부(160)는 슈퍼커패시터(130)를 기준으로 전력변환부(120)와 발광소자(150)의 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 반도체스위치(Q1,Q2)와, 재충전배터리(140)를 기준으로 전력변환부(120)와 발광소자(150)의 사이에 각각 연결된 제3 및 제4 반도체스위치(Q3,Q4)를 포함한다. 이때, 제어부(170)는 전력량검출부(171)에서 검출된 태양전지(110)의 전력량이 기설정된 제1기준치보다 크면 충전모드로서 제1 반도체스위치(Q1)를 온(on)시키고 나머지는 오프(off)시켜 슈퍼커패시터(130)에 충전만 되도록 하고, 이후 충전량검출부(172)에서 검출된 슈퍼커패시터(130)의 충전량이 기설정된 제2기준치 이상이면 제1 반도체스위치(Q1)를 오프(off)로 전환시켜 슈퍼커패시터(130)의 충전을 중지함과 동시에 제3 반도체스위치(Q3)를 온(on)시켜 재충전배터리(140)에 충전만 되도록 한다. 이후에 재충전배터리(140)에 충전이 완료되면 슬립(sleep)모드로 전환하여 전원사용량을 최소화한다.
반대로, 제어부(170)는 전력량검출부(171)에서 검출된 태양전지(110)의 전력량이 제1기준치보다 작으면 방전모드로서 제2 반도체스위치(Q2)를 온(on)시키고 나머지는 오프(off)시켜 슈퍼커패시터(130)의 충전전압만 발광소자(150)로 방전시키고, 이후에 충전량검출부(172)에서 검출된 슈퍼커패시터(130)에 남아있는 충전량이 기설정된 제3기준치보다 작으면 제2 반도체스위치(Q1)를 오프(off)로 전환시켜 슈퍼커패시터(130)의 방전을 중지함과 동시에 제4 반도체스위치(Q4)를 온(on)시켜 재충전배터리(140)의 충전전압만 발광소자(150)로 방전시키도록 한다. 본 발명에서 상기한 제1 내지 제4 반도체스위치(Q1~Q4)는 예컨대 IGBT 소자를 이용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 제어부에서의 과충전/과방전 보호기능을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는 서로 다른 충전 특성을 가진 슈퍼커패시터(130)와 재충전배터리(140)를 일정한 정전압 충전을 위해 슈퍼커패시터(130)와 재충전배터리(140)의 출력단에 R6와 R9를 직렬로 연결하고 R10를 R9에 병렬로 연결하여 출력전압을 피드백받아서 출력단에는 항상 일정한 출력전압이 출력되도록 제어한다. 이렇게 함으로써 슈퍼커패시터(130)와 재충전배터리(140)의 과전압(과충전)을 방지할 수 있다. 본 실시 예에서는 슈퍼커패시터(130)의 충전전압은 일례로 2.8V(R6과 R9의 분배전압)로 제한하고, 재충전배터리(140)의 충전전압은 3.6V(R6과 R10의 분배전압)로 제한한 일례를 도시하고 있다.
또한, 상기와 같이 설정함으로써 하나의 회로에서 슈퍼커패시터(130)와 재충전배터리(140)를 동시에 사용할 수 있다. 즉, 제어부(170) 내 U4의 IN pin과 제1 및 제3 반도체스위치(Q1,Q3)를 제어함으로써 두 가지 동작을 수행가능하다. 즉 U4의 IN pin이 Low이면 도 5(a)에 도시된 슈퍼커패시터 충전모드에서 COM(common) pin과 NC(normal close) pin이 연결되고 제1 반도체스위치(Q1)이 온(on)이면 슈퍼커패시터 충전모드가 된다. 반대로 U4의 IN pin이 High이면 도 5(b)의 재충전배터리 충전모드에서 COM(common) pin과 NO(normal open) pin이 연결되고 제3 반도체스위치(Q3)가 온(on)이면 재충전배터리의 충전모드로 동작하게 된다.
또한, 과방전 보호의 경우, 제어부(170)의 충전량검출부(172)에서는 슈퍼커패시터(130) 및 재충전배터리(140)의 충전전압을 실시간으로 검출한다. 슈퍼커패시터(130)의 경우 특성상 과방전이 되어도 재충전 사용시에 특별한 문제를 일으키지 않으나 안정성을 확보하고자 본 발명에서는 정격전압의 30%를 하한선(제3기준치)으로 유지하기 위해 충전량검출부(172)에서 검출값이 상기 하한선에 도달하면 방전을 차단하여 과방전이 발생하지 않도록 한다. 재충전배터리(140)의 경우는 배터리의 수명을 연장하기 위해 정격전압의 25%를 하한선으로 유지하여 25% 이하로 방전하지 않도록 한다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 태양전지 120 : 전력변환ㅂ
121 : 센싱부 122 : 연산부
123 : 출력부 124 : 변환부
130 : 슈퍼커패시터 140 : 재충전배터리
150 : 발광소자 160 : 스위칭부
170 : 제어부 171 : 전력량검출부
172 : 충전량검출부 173 : 메모리부

Claims (6)

  1. 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지;
    상기 태양전지에서의 전력을 기설정된 전압으로 변환하는 전력변환부;
    상기 전력변환부에서 변환된 전압을 공급받아 충전하는 슈퍼커패시터;
    상기 전력변환부에서 변환된 전압을 공급받아 충전하는 재충전배터리;
    상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리로부터 충전전압을 공급받아 발광하는 발광소자; 및
    상기 전력변환부로부터 출력되는 전압을 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리로 공급하도록 스위칭하고, 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리의 충전전압을 상기 발광소자로 공급하도록 스위칭하는 스위칭부;
    상기 슈퍼커패시터 및 재충전배터리의 충전 및 방전을 위해 상기 스위칭부의 스위칭동작을 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 태양전지에서 생산되는 전력량을 검출하는 전력량검출부와 상기 슈퍼커패시터 및 재충전배터리의 충전량을 검출하는 충전량검출부를 포함하며, 상기 전력량검출부에서 검출된 태양전지의 전력량이 기설정된 제1기준치보다 크면 상기 슈퍼커패시터를 충전하고 상기 충전량검출부에서 검출된 슈퍼커패시터의 충전량이 기설정된 제2기준치 이상이면 상기 재충전배터리에 충전하며, 상기 전력량검출부에서 검출된 태양전지의 전력량이 상기 제1기준치보다 작으면 상기 슈퍼커패시터의 충전전압을 상기 발광소자로 방전하고 상기 충전량검출부에서 검출된 슈퍼커패시터의 충전량이 기설정된 제3기준치보다 작으면 상기 재충전배터리의 충전전압을 상기 발광소자로 방전하도록 제어하는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력변환부는,
    상기 태양전지에서 출력되는 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부;
    상기 센싱된 전압 및 전류를 이용하여 전력을 연산하는 연산부;
    상기 연산된 전력이 최대 전력이 되는 전압을 출력하는 출력부; 및
    상기 출력부에서 출력되는 전압을 상기 슈퍼커패시터 또는 재충전배터리에 충전 가능하도록 정전압으로 변환하는 변환부; 를 포함하는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 슈퍼커패시터 및 재충전배터리에 기설정된 일정전압이 충전 및 방전되도록 제어하는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 슈퍼커패시터를 기준으로 상기 전력변환부와 상기 발광소자 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 반도체스위치와, 상기 재충전배터리를 기준으로 상기 전력변환부와 상기 발광소자 사이에 각각 연결된 제3 및 제4 반도체스위치를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전력량검출부에서 검출된 태양전지의 전력량이 기설정된 제1기준치보다 크면 상기 제1 반도체스위치를 온(on)시킨 후 상기 충전량검출부에서 검출된 슈퍼커패시터의 충전량이 기설정된 제2기준치 이상이면 상기 제1 반도체스위치를 오프(off)시킴과 동시에 상기 제3 반도체스위치를 온(on)시키며, 상기 전력량검출부에서 검출된 태양전지의 전력량이 상기 제1기준치보다 작으면 상기 제2 반도체스위치를 온(on)시킨 후 상기 충전량검출부에서 검출된 슈퍼커패시터의 충전량이 기설정된 제3기준치보다 작으면 상기 제2 반도체스위치를 오프(off)시킴과 동시에 상기 제4 반도체스위치를 온(on)시키는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 태양전지는 태양광을 수신하기 위한 적어도 하나의 태양전지패널을 포함하고, 상기 태양전지패널은 태양의 위치에 따라 각도조정이 가능하도록 구현된 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 재충전배터리는 리튬과 인산철의 결정구조가 공유결합을 유지하는 리튬 인산철 배터리임을 특징으로 하는 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치.
KR1020140177545A 2014-12-10 2014-12-10 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치 KR101718009B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140177545A KR101718009B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140177545A KR101718009B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160070509A true KR20160070509A (ko) 2016-06-20
KR101718009B1 KR101718009B1 (ko) 2017-03-20

Family

ID=56354339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140177545A KR101718009B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101718009B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108601165A (zh) * 2018-07-05 2018-09-28 江苏新日电动车股份有限公司 一种用于电动车的照明显示装置
CN109996373A (zh) * 2019-05-15 2019-07-09 深圳市红邦半导体有限公司 一种控制电路板、控制芯片及控制系统
KR102030934B1 (ko) * 2018-05-30 2019-11-08 이명호 신 재생에너지 파워 뱅크.
KR20210156066A (ko) * 2020-06-17 2021-12-24 주식회사 에스피엠 태양광 엘이디 가로등 전원장치 및 그 제어방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102555171B1 (ko) * 2017-05-17 2023-07-13 삼성전자주식회사 적어도 하나의 전력 소스로부터 전력을 하베스팅하는 전자 장치 및 그 동작 방법
KR102409998B1 (ko) * 2020-10-28 2022-06-21 유한회사 세미 태양광 조명장치 및 이것의 제어방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100648134B1 (ko) 2004-06-11 2006-11-24 (주)엡스코어 태양전지 발광시스템
KR20080093369A (ko) * 2007-04-16 2008-10-21 한라공조주식회사 차량용 태양전지 시스템 및 그 제어방법
KR20100109104A (ko) 2009-03-31 2010-10-08 해성쏠라(주) 태양전지를 이용한 하이브리드형 저장장치
KR20120091530A (ko) * 2011-02-09 2012-08-20 정연학 솔라셀을 이용하는 조명장치
KR101299340B1 (ko) 2012-01-11 2013-08-26 김선근 슈퍼캐패시터 및 재충전배터리의 충방전 제어장치
KR20140058230A (ko) * 2012-11-06 2014-05-14 주식회사 아모센스 솔라셀을 이용한 가로등 전원장치
KR20140120394A (ko) * 2013-03-29 2014-10-14 한서대학교 산학협력단 센서네트워크를 이용하여 운영하는 태양광 발전 시스템 및 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100648134B1 (ko) 2004-06-11 2006-11-24 (주)엡스코어 태양전지 발광시스템
KR20080093369A (ko) * 2007-04-16 2008-10-21 한라공조주식회사 차량용 태양전지 시스템 및 그 제어방법
KR20100109104A (ko) 2009-03-31 2010-10-08 해성쏠라(주) 태양전지를 이용한 하이브리드형 저장장치
KR20120091530A (ko) * 2011-02-09 2012-08-20 정연학 솔라셀을 이용하는 조명장치
KR101299340B1 (ko) 2012-01-11 2013-08-26 김선근 슈퍼캐패시터 및 재충전배터리의 충방전 제어장치
KR20140058230A (ko) * 2012-11-06 2014-05-14 주식회사 아모센스 솔라셀을 이용한 가로등 전원장치
KR20140120394A (ko) * 2013-03-29 2014-10-14 한서대학교 산학협력단 센서네트워크를 이용하여 운영하는 태양광 발전 시스템 및 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102030934B1 (ko) * 2018-05-30 2019-11-08 이명호 신 재생에너지 파워 뱅크.
CN108601165A (zh) * 2018-07-05 2018-09-28 江苏新日电动车股份有限公司 一种用于电动车的照明显示装置
CN109996373A (zh) * 2019-05-15 2019-07-09 深圳市红邦半导体有限公司 一种控制电路板、控制芯片及控制系统
KR20210156066A (ko) * 2020-06-17 2021-12-24 주식회사 에스피엠 태양광 엘이디 가로등 전원장치 및 그 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101718009B1 (ko) 2017-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101718009B1 (ko) 슈퍼커패시터와 재충전배터리를 이용한 발광장치
US8963499B2 (en) Battery pack, method of controlling the same, and energy storage system including the battery pack
KR101074785B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 이의 제어 방법, 및 배터리 관리 시스템을 포함한 에너지 저장 시스템
CN102545291B (zh) 太阳能蓄电系统及太阳能供电系统
EP2793352B1 (en) Power supply system and power conditioner for charging and discharging
EP2605359A1 (en) Storage battery system and method for controlling same
WO2012049915A1 (ja) 電力管理システム
KR20190025523A (ko) 태양에너지 충전시스템 및 제어방법
CN201466691U (zh) 太阳能电池充放电控制器
CN101741124A (zh) 一种电池充电电路及供电装置
KR20140115501A (ko) 배터리 가온 기능을 갖는 전원 변환 장치
CN102624071A (zh) 用于森林防火探测器的供电装置
KR20140115502A (ko) 배터리 가온 기능을 갖는 전원 변환 장치
KR101436019B1 (ko) 듀얼 인버터를 구비한 독립형 태양광발전 시스템의 제어방법
KR102415745B1 (ko) 전기 에너지 공급 유닛 및 그 제어 방법
KR20150085227A (ko) 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법
KR101533337B1 (ko) 듀얼 인버터를 구비한 독립형 태양광발전 시스템 및 이로 구성되는 소규모 전력망의 전력을 제어하는 중앙제어시스템
KR101456475B1 (ko) 듀얼 인버터를 구비한 독립형 태양광발전 시스템 및 이의 제어방법
JP2004064855A (ja) 光電池を使用した電源装置
RU2615985C1 (ru) Автономный интеллектуальный источник питания
KR101215396B1 (ko) 방전전류제어를 이용한 하이브리드 스마트그리드 무정전전원장치
JP4977805B1 (ja) 独立型電源装置
KR101243694B1 (ko) 이종 축전지를 포함하는 전력 저장 장치 및 이를 이용한 태양광 가로등
KR101436015B1 (ko) 듀얼 인버터를 구비한 독립형 태양광발전 시스템의 제어방법
KR101436005B1 (ko) 듀얼 인버터를 구비한 독립형 태양광발전 시스템의 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)