KR20210003407A - 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선박 및 농기계의 정박 및 정차가 오래될 경우 역으로 발생될 수 있는 배터리의 과충전을 보호하면서 항시 만충전 상태를 유지하여 필요 시 즉시 사용할 수 있도록 최적의 만충전 상태를 유지하면서도 배터리의 수명연장을 위한 최적의 충전 시스템을 제공하고, 선박을 운항하지 않고 정박 시에도 낮에 태양 전지로부터 충전된 전력을 이용하여 선박 확인용 경광등 및 블랙박스를 작동시켜 사고 예방 및 채증에 활용할 수 있으며, 선박 운행중 선박의 전원시스템에 문제 발생시 태양전지로부터 발생된 전력을 이용하여 최소한 긴급 상황은 전파하여 위기를 대처할 수 있는 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 어선이나 농기계 시동용 배터리의 충방전에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계절적 요인에 의하여 일정기간 사용하지 않고, 정박 혹은 정차되는 어선이나 농기계 시동용 배터리의 자기 방전이나 독소적 방전에 의해 필요 시 시동이 불안해지는 문제를 해결할 수 있는 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 이차 전지는 만방전이 되면 더 이상 해당 휴대 단말을 사용할 수 없게 되며, 재사용을 위해서는 만방전된 이차 전지를 다시 충전하는 과정을 거쳐야 한다. 그러나, 이차 전지의 충전은 일반적으로 AC 전원을 통해 이루어지기 때문에, 외출 중인 경우와 같이 AC 전원을 이용할 수 없는 경우에는 이차 전지를 충전하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, AC 전원을 이용할 수 있는 곳이라 하더라도 AC 어댑터를 소지하지 않은 경우에는 AC 전원을 이용할 수 없는 문제가 여전히 존재한다.
최근, 이러한 문제점을 개선하기 위해 태양 에너지를 이용하여 배터리를 충전하는 방법이 제안되고 있다. 예를 들어, 국내공개 제2009-0081894호, 국내공개 제2005-0052718호에서는 휴대폰 배터리나 노트북 본체에 집광판을 부착하여 배터리를 충전하는 방법을 개시하고 있다.
또한 최근 들어서는 태양광 모듈을 이용한 ESS(Energy Storage System)이 각광받고 있다.
이와 같이 이러한 태양 에너지를 이용한 충전은 연구는 휴대용 전자장치나 ESS, 가정이나 사업장 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
한편 차량이나 어선과 같은 선박이나, 경운기, 트랙터와 같은 농업용 기계에는 시동을 걸기 위한 배터리가 장착되는데, 어선과 같은 선박이나 경운기, 트랙터는 주로 봄부터 가을까지는 이용하나, 겨울철에는 이용하지 않아 시동을 위한 배터리가 방전될 수 있었다. 이와 같은 경우 별도로 배터리를 별도로 충전하거나, 배터리를 교체하여야 하는 불편함이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선박 및 농기계의 정박 및 정차가 오래될 경우 역으로 발생될 수 있는 배터리의 과충전을 보호하면서 항시 만충전 상태를 유지하여 필요 시 즉시 사용할 수 있도록 최적의 만충전 상태를 유지하면서도 배터리의 수명연장을 위한 최적의 충전 시스템을 제공하고, 선박을 운항하지 않고 정박 시에도 낮에 태양 전지로부터 충전된 전력을 이용하여 선박 확인용 경광등 및 블랙박스를 작동시켜 사고 예방 및 채증에 활용할 수 있으며, 선박 운행중 선박의 전원시스템에 문제 발생시 태양전지로부터 발생된 전력을 이용하여 최소한 긴급 상황은 전파하여 위기를 대처할 수 있는 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 어선이나 농기계 시동 및 어선이나 농기계의 전기제품에서 필요로 하는 전기를 공급하는 배터리(100); 상기 어선이나 농기계의 모터, 경광등, 블랙박스를 포함하는 전기로 동작되는 부하(200); 태양광을 받아 전기로 변환하여 상기 배터리(100)에 충전하는 태양광 모듈(300); 및 상기 태양광 모듈(300)에서 변환된 전기를 상기 배터리(100)에 충전하도록 제어하되, 상기 태양광 모듈(300)의 출력전압에서 상기 배터리(100)의 충전시 필요한 제1전압 레벨로 미리 설정된 시간동안 충전하여 상기 배터리(100)의 허전압을 제거후 상기 제1전압 레벨보다 상대적으로 낮은 제2전압 레벨로 상기 배터리(100)완충 시까지 충전하도록 제어하여 충전효율을 높이면서 상기 배터리(100)에 충전하도록 제어하는 충방전 제어장치(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템을 제공한다.
여기서, 배터리(100)와, 상기 부하(200), 상기 태양광 모듈(300) 및 상기 충방전 제어장치(400)는 상기 어선이나 농기계에 선택적으로 탈부착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 선박 및 농기계의 정박 및 정차가 오래될 경우 역으로 발생될 수 있는 배터리의 과충전을 보호하면서 항시 만충전 상태를 유지하여 필요 시 즉시 사용할 수 있도록 최적의 배터리 충전 상태를 유지할 수 있다.
둘째, 최적의 만충전 상태를 유지하면서 배터리의 수명연장을 위한 최적의 충전 시스템을 제공할 수 있다.
셋째, 선박을 운항하지 않고 정박 시에도 낮에 태양 전지로부터 충전된 전력을 이용하여 선박 확인용 경광등 및 블랙박스를 작동시켜 사고예방 및 채증에 활용 할 수 있다.
넷째, 선박 운행중 선박의 전원시스템에 문제 발생시 태양전지로부터 발생된 전력을 이용하여 최소한 긴급 상황은 전파하여 위기를 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템에서 충방전 방법의 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템에서 충방전 방법의 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 배터리(100), 부하(200), 태양광 모듈(300) 및 충방전 제어장치(400)로 구성된다.
여기서 배터리(100)는 어선이나 농기계 시동 및 어선이나 농기계의 전기제품에서 필요로 하는 전기를 공급한다.
부하(200)는 어선이나 농기계의 모터, 경광등, 블랙박스 등의 전기로 동작되는 장치이다.
태양광 모듈(300)은 태양광을 받아 전기로 변환하여 배터리(100)에 충전한다.
충방전 제어장치(400)는 태양광 모듈(300)에서 변환된 전기를 배터리(100)에 충전하도록 제어한다.
일반적으로 어선이나 농기계의 전장 시스템은 12V 및 24V 두 가지의 전장 시스템으로 운용되므로, 본 발명 태양광 모듈을 이용한 배터리 충방전 시스템도 12V 및 24V으로 구성하였다.
다만, 12V 배터리의 경우 배터리의 충전 전압은 14.4V로 충전하기 위하여 태양광 모듈(300)의 전압은 17-18V로, 24V 배터리의 경우에는 28.8V로 충전하기 위하여 태양광 모듈(300)의 전압은 35-36V로 구성하였다.
이와 같이 12V와 24V 배터리의 경우 14.4V와 28.8V로 충전하는 이유는 12V 배터리(100)의 경우 만충전시의 전압은 12.8V정도 되는데(12V와 24V는 공칭전압), 배터리(100)를 사용(방전)시키면 그 이하로 떨어지며, 배터리를 충전시킬 때는 최소 만충되었을 때의 전압보다 1.5V의 전위차(양극 전위 - 음극 전위)를 두어야 그 사이로 전기에너지(전류)를 집어넣을 수 있기 때문이다. 예로써 핸드폰용 배터리도 통상 전압은 3.7V이나 충전 전압은 4.2V에서 5V로 충전한다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 충전 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템에서 충방전 방법의 실시예설명하기 위한 흐름도이다.
이하의 설명에서 배터리는 12V 배터리를 기준으로 하였다.
태양광 모듈(300)의 전압 17V에서 배터리의 충전시 필요한 전압14.4V(제1전압 레벨)로 충전을 한다(S100).
이때, 1차로 14.4V로 30분 내지 90분(바람직하게는 1시간) 유지하면(S110), 배터리에 남아 있는 허전압(Empty Voltage)를 제거하여 충전 효율을 높여주기 위하여 배터리 용량의 1/10 내지 1/40(바람직하게는 1/20)의 전류(A)로 1 내지 5초(바람직하게는 3초)간 방전시켜 허전압을 제거시킨 후 재충전을 한다(S120, S130). 이러한 과정을 1회 내지 4회(바람직하게는 2회) 반복하면 배터리(100)는 만충전 상태로 간주되어 충전 전압를 13,5V(제2전압레벨)로 유지하면서 충전완료 시까지 충전된다(S140).
한편 일몰 후 1시간 경과 후 태양광 모듈(300)의 전압이 0V일 때 다시 배터리 용량의 1/10 내지 1/40(바람직하게는 1/20)의 전류(A)로 1 내지 5초(바람직하게는 3초)간 방전후 배터리(100) 전압이 12.8V 이상이면 배터리가 만 충전 상태로 간주하여, 다음날 일출 후 배터리의 충전 전압은 14.4V가 아닌 13.5V로 충전을 시작한다(S160).
현재 일반적으로 어선이나 농기계에서 사용하고 있는 배터리(100)는 증류수 보충을 할 수 없는 M.F (Maintenance Free)형 배터리이기 때문에 배터리 수명 종지의 원인이 과충전 및 희석 황산(Sg1.280 38wt %)중 들어있는 물(H20)(wt62%)의 전기 분해에 의한 증발로 인한 전해액 고갈이라 할 수 있다. 따라서 배터리의 최적의 충전 조건은, 배터리(100)를 만충전 상태를 유지하기 위한 최소의 전기에너지만 충전하면 된다. 이를 위하여 배터리의 만충전 전압(12.8V)를 유지하기 위한 충전 전압의 전위차를 낮게(13.5V) 유지하는 것이 필요하다.
참고로, 납배터리가 충,방전 원리는,
배터리(100)가 만충전 되었어도 태양광 모듈(300)을 통해 배터리(100)에 ㄱ계속해서 14.4V로 충전하는 경우, 태양광 모듈(300)에서 발생한 전기 에너지가 화학적 에너지로 저장된 이후 지속적으로 들어오는 전기 에너지는 열에너지(배터리는 충전중 따뜻함)와 전해액중의 물(H2O)의 전기분해(H20 ↔ 2H + ½O2)에 사용되어 가스로 비산되어 전해액이 고갈되는 원인이 되는 문제가 있었는데 이러한 문제를 해결할 수 있다.
한편 장기간 우천 등 태양광 모듈(300)에 의한 전력 발생이 불안한 경우, 일몰 1시간 후의 배터리 전압(예로써 1/20 전류로 3초 방전후 전압)이 12.8V 이하가 발생되면 일출 후 배터리(100)는 앞에서 설명한 바와 같이, 1차로 14.4V로 30분 내지 90분(바람직하게는 1시간) 유지하면, 배터리에 남아 있는 허전압(Empty Voltage)를 제거하여 충전 효율을 높여주기 위하여 배터리 용량의 1/10 내지 1/40(바람직하게는 1/20)의 전류(A)로 1 내지 5초(바람직하게는 3초)간 방전시켜 허전압을 제거시킨 후 재충전을 한다. 이러한 과정을 1회 내지 4회(바람직하게는 2회) 반복하면 배터리(100)는 만충전 상태로 간주되어 충전 전압를 13,5V로 유지하면서 충전되도록 한다.
이를 위하여 충방전 제어장치(400)에는 조도감지센서가 추가되고, 충방전 제어장치(400)의 제어부의 타이머를 통해 이를 운용할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 배터리(100)를 충전시키는데 허전압이 발생함으로서 배터리(100)의 충전상태와 관계없이 충전이 잘 안되며(통상 정전압 충전방식에서 일정 전압에 도달하면 더이상 에너지(전류)가 안들어감), 이를 극복하기 위하여 만충전 확인을 위한 허전압을 제거한 것이다. 그리고 만충전이 확인되면 더 이상 배터리에 에너지(전류)를 충전시키는 것은 오히려 배터리의 수명을 단축시키는 요인이 된다.
한편 도 1에 나타낸 배터리(100)와 태양광 모듈(300) 및 충방전 제어장치(400)는 선택적으로 어선이나 농기계에서 탈부착 가능한 형태로 구성되어 장기간 사용하지 않은 때에는 어선이나 농기계에서 탈착(분리) 보관 후 필요에 따라 부착하여 이용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 배터리 200 : 부하
300 : 태양광 모듈 400 : 충방전 제어장치
300 : 태양광 모듈 400 : 충방전 제어장치
Claims (2)
- 어선이나 농기계 시동 및 어선이나 농기계의 전기제품에서 필요로 하는 전기를 공급하는 배터리(100);
상기 어선이나 농기계의 모터, 경광등, 블랙박스를 포함하는 전기로 동작되는 부하(200);
태양광을 받아 전기로 변환하여 상기 배터리(100)에 충전하는 태양광 모듈(300); 및
상기 태양광 모듈(300)에서 변환된 전기를 상기 배터리(100)에 충전하도록 제어하되, 상기 태양광 모듈(300)의 출력전압에서 상기 배터리(100)의 충전시 필요한 제1전압 레벨로 미리 설정된 시간동안 충전하여 상기 배터리(100)의 허전압을 제거후 상기 제1전압 레벨보다 상대적으로 낮은 제2전압 레벨로 상기 배터리(100)완충 시까지 충전하도록 제어하여 충전효율을 높이면서 상기 배터리(100)에 충전하도록 제어하는 충방전 제어장치(400);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 배터리(100)와, 상기 부하(200), 상기 태양광 모듈(300) 및 상기 충방전 제어장치(400)는 상기 어선이나 농기계에 선택적으로 탈부착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템.
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| KR1020190079153A KR102261322B1 (ko) | 2019-07-02 | 2019-07-02 | 태양광 모듈을 이용한 어선/농기계 시동용 배터리 충방전 시스템 |
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| KR20060087837A (ko) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | 주식회사 리버트론 | 전기 자동차용 배터리 관리 시스템 |
| KR20090021785A (ko) | 2007-08-28 | 2009-03-04 | 삼성전자주식회사 | 솔라 셀을 이용한 배터리 충전 장치 및 방법 |
| KR20110004192A (ko) * | 2009-07-07 | 2011-01-13 | 한라공조주식회사 | 차량용 태양전지 시스템 |
| KR20110072216A (ko) | 2009-12-22 | 2011-06-29 | 주식회사 엘지화학 | 태양 전지를 이용한 배터리 팩 충전 장치 및 그 제조 방법 |
| KR20130036729A (ko) * | 2011-10-04 | 2013-04-12 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 충전 장치 및 방법 |
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2019
- 2019-07-02 KR KR1020190079153A patent/KR102261322B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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| KR20060087837A (ko) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | 주식회사 리버트론 | 전기 자동차용 배터리 관리 시스템 |
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