KR20210011684A - System for controlling solar power for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량용 전력 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에서 획득되는 태양광을 이용하여 안정적인 배터리 충전을 수행하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power control system for a vehicle, and more particularly, to a solar power control system for a vehicle that performs stable battery charging using sunlight obtained from a vehicle.
오늘날 지구 온난화, 자원 고갈 등의 문제로 인하여, 대체 에너지에 대한 연구가 활발해지고 있는 추세이다. 특히, 대기오염의 주범으로 지적되는 자동차 에너지원에 대한 연구가 활발하다.Today, due to problems such as global warming and resource depletion, research on alternative energy is becoming more active. In particular, research on automobile energy sources, which is pointed out as the main culprit of air pollution, is active.
이러한 연구 중에서, 대표적인 것은 자동차 에너지원인 화석원료를 전기 에너지로 대체하는 전기 자동차 연구 분야이다. 전기 자동차는 화석원료 대신에 2차 전지의 전원을 동력으로 공급받아 주행하는 차량으로서, 주행거리가 점점 늘어가고 속력도 향상되고 있는 추세이다. 이러한 전기 자동차는 화석연료 고갈의 문제점을 해결할 수 있는 수단으로서 부각되고 있으며, 차세대 이동수단으로 자리매김하고 있다.Among these studies, a representative one is the field of electric vehicle research that replaces fossil raw materials, which are automobile energy sources, with electric energy. Electric vehicles are vehicles that are driven by receiving power from secondary batteries instead of fossil materials, and their mileage is gradually increasing and speed is increasing. Such electric vehicles are emerging as a means to solve the problem of fossil fuel depletion, and are positioned as a next-generation means of transportation.
나아가, 태양광을 이용하여 차량 주행중 또는 정차중에 2차 전지를 충전하는 기술이 등장하였다. 즉, 차량의 지붕에 태양광 패널을 설치하고, 이 태양광 패널으로부터 획득한 태양광을 이용하여 2차 전지를 충전한다.Further, a technology for charging a secondary battery while driving or stopping a vehicle using sunlight has appeared. That is, a solar panel is installed on the roof of the vehicle, and the secondary battery is charged using sunlight obtained from the solar panel.
그런데 차량은 계속적으로 이동하기 때문에, 주행중에 태양광을 이용한 충전은 변동성이 있다. 예를 들어, 차량이 터널, 고층 건물의 그늘 등과 같이, 태양광이 없은 음영지역으로 진입한 경우, 태양광 패널을 통해서 입력되는 전압의 변동이 커진다.However, since the vehicle continuously moves, charging using sunlight while driving is volatile. For example, when a vehicle enters a shaded area without sunlight, such as in a tunnel or in the shade of a high-rise building, the voltage input through the solar panel increases.
이에 따라, 태양광을 이용한 충전 시스템에는, 태양광 충전을 제어하기 위한 별도의 장치가 탑재된다. 그런데 이러한 별도의 장치는 시스템의 비용과 부피를 증가시키는 요인으로서 작용한다.Accordingly, in the charging system using solar light, a separate device for controlling solar charging is mounted. However, such a separate device acts as a factor that increases the cost and volume of the system.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 제조단가가 저렴하고 소형화에 용이하며 안정성이 향상된 차량용 태양광 전력 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed in order to solve such a problem, and an object thereof is to provide a solar power control system for a vehicle having an inexpensive manufacturing cost, easy miniaturization, and improved stability.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 태양광의 전력을 제어하는 시스템은, 태양광 패널에서 획득된 태양열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 입력부; 상기 태양광 입력부로부터 입력된 전기 에너지를 이용하여 제1배터리를 충전하는 제1컨버터부; 상기 제1컨버터부와 상기 제1배터리 사이에 연결되는 스위칭부; 상기 제1컨버터부로부터 제공받은 전원을 변환하여 제2배터리를 충전하는 제2컨버터부; 및 상기 제1배터리 또는 상기 제2배터리의 충전여부에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함한다.A system for controlling power of solar light for a vehicle according to the present invention for achieving the above object includes: a solar light input unit for converting solar heat energy obtained from a solar panel into electric energy; A first converter unit charging the first battery by using the electric energy input from the solar input unit; A switching unit connected between the first converter unit and the first battery; A second converter configured to convert power supplied from the first converter to charge a second battery; And a controller for controlling the switching unit according to whether the first battery or the second battery is charged.
상기 제1컨버터부는 벅 컨버터가 이용될 수 있으며, 상기 제2컨버터부는 한 쌍의 스위치를 이용하는 푸시풀 컨버터가 이용될 수 있다.A buck converter may be used for the first converter, and a push-pull converter using a pair of switches may be used for the second converter.
상기 시스템은, 상기 제2컨버터부의 커패시터와 연결되어 방전 경로를 형성하고 방전 저항과 방전 스위치를 포함하며, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 방전 스위치를 턴 온하여 상기 커패시터의 전압을 방전시키는 방전부를 더 포함할 수 있다.The system further includes a discharge unit connected to the capacitor of the second converter to form a discharge path, including a discharge resistor and a discharge switch, and discharging the voltage of the capacitor by turning on the discharge switch under control of the controller. Can include.
상기 방전부는, 상기 제어부의 입력 라인으로 연결되고, 상기 방전 스위치와 출력 라인이 연결되는 포토 커플러를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 포토 커플러는 상기 제어부로부터 입력신호가 수신되면, 상기 출력 라인을 통해서 출력신호를 발생시켜 상기 방전 스위치를 턴 온시킨다.The discharge unit may include a photo coupler connected to the input line of the control unit and connected to the discharge switch and the output line. In this case, when an input signal is received from the control unit, the photo coupler generates an output signal through the output line to turn on the discharge switch.
상기 제어부는, 긴급 상황이 발생하면, 상기 포토 커플러로 입력신호를 발생시켜 상기 방전부를 통해서 방전을 수행할 수 있다. When an emergency situation occurs, the control unit may generate an input signal through the photo coupler to perform discharge through the discharge unit.
상기 제어부는, 상기 제1컨버터부의 포함된 한 쌍의 스위치를 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기반의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 통해서 제어할 수 있다.The controller may control a pair of switches included in the first converter unit through a pulse width modulation (PWM) signal based on a maximum power point tracking (MPPT).
상기 제1컨버터부는, 상기 제1배터리의 양극과 제1반도체 스위치가 연결되는 경로 상에 배치되는 인덕터; 소스 단자가 상기 태양광 입력부와 연결되고 드레인 단자가 상기 인덕터와 연결되는 제1반도체 스위치; 및 소스 단자가 상기 제1배터리의 음극과 연결되고 드레인 단자가 상기 제1반도체 스위치와 상기 인덕터 간의 경로에 연결되는 제2반도체 스위치를 포함할 수 있다.The first converter unit may include an inductor disposed on a path connecting a positive electrode of the first battery and a first semiconductor switch; A first semiconductor switch having a source terminal connected to the solar input unit and a drain terminal connected to the inductor; And a second semiconductor switch in which a source terminal is connected to a negative electrode of the first battery and a drain terminal is connected to a path between the first semiconductor switch and the inductor.
상기 제2컨버터부는, 한 쌍의 스위치의 스위치 제어를 통해서 상기 인덕터에서 출력되는 전압을 소정의 전압으로 변압하는 변압 모듈; 상기 변압된 전원을 정류하는 정류 모듈; 및 상기 정류 모듈에서 정류된 전압을 축적하는 커패시터를 포함할 수 있다. The second converter unit may include a transformer module configured to convert a voltage output from the inductor into a predetermined voltage through switch control of a pair of switches; A rectifying module rectifying the transformed power; And a capacitor that accumulates the voltage rectified in the rectification module.
상기 제2컨버터부는, 상기 커패시터의 전류가 상기 제2배터리의 방향으로 흐르도록, 상기 커퍼시터와 상기 제2배터리 사이에 배치되는 다이오드를 더 포함할 수 있다.The second converter unit may further include a diode disposed between the capacitor and the second battery so that the current of the capacitor flows in the direction of the second battery.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 태양광 전력 제어 시스템은, 태양광 전용의 DC-DC 컨버터를 구비하지 않고도, 복수의 컨버터를 이용하여 안정적인 전원을 배터리로 공급할 수 있는 장점이 있다. The solar power control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention has an advantage of supplying stable power to a battery using a plurality of converters without having a DC-DC converter dedicated to solar power.
또한, 본 발명의 실시예 따른 차량용 태양광 전력 제어 시스템은, 전체 시스템에 투입되는 부품을 감소시켜, 원가를 절감시키고 제품의 소형화시키는 장점이 있다.In addition, the solar power control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention has the advantage of reducing the cost and miniaturization of the product by reducing the number of components input to the entire system.
게다가, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 태양광 전력 제어 시스템은, 긴급 상황이 발생하면 제2컨버터부에 연결된 방전 경로를 통해서, 커패시터에 충전된 전압을 방전함으로써, 차량 사고 등으로 인해서 발생하는 감전 또는 쇼트로 인한 화재를 예방하는 장점이 있다. In addition, the solar power control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention, when an emergency occurs, by discharging the voltage charged in the capacitor through the discharge path connected to the second converter, electric shock caused by a vehicle accident, etc. Or, there is an advantage of preventing a fire caused by a short.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 차량용 태양광 전력 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 태양광 전력 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 태양광 전력 제어 시스템의 내부 회로를 나타내는 도면이다.The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with specific details for carrying out the invention, so the present invention is described in such drawings. It is limited only to matters and should not be interpreted.
1 is a view showing a conventional vehicle solar power control system.
2 is a view showing a solar power control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an internal circuit of a solar power control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above-described objects, features, and advantages will become more apparent through the following detailed description in connection with the accompanying drawings, whereby those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일반적으로, 태양광 충전 기술이 적용된 차량은 한 곳에만 머물지 않고, 터널, 그늘 등과 같은 곳에 이동하기 때문에, 태양광 충전을 제어할 수 있는 구성요소가 필요하다. In general, since a vehicle to which the solar charging technology is applied does not stay in one place, but moves in a tunnel, a shade, etc., a component capable of controlling solar charging is required.
이에 따라, 도 1과 같은 태양광 전력 제어 시스템을 고려할 수 있다. Accordingly, a solar power control system as shown in FIG. 1 may be considered.
도 1은 종래의 차량용 태양광 전력 제어 시스템을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a conventional vehicle solar power control system.
도 1에 따른 종래의 차량용 태양광 전력 제어 시스템(100)은 태양광 패널(111)을 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 입력부(110), 태양광 DC-DC 컨버터(121)를 이용하여 태양광 배터리(123)를 충전하는 태양광 제어부(120), 태양광 배터리(123)의 전원을 전력 변환하는 컨버터 제어부(130)를 포함한다. 컨버터 제어부(130)는 태양광 배터리(123)의 전원을 고전압으로 변환하여 고전압 배터리(141)를 충전시키는 고전압 DC-DC 컨버터(131) 및 태양광 배터리(123)의 전원을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리(142)를 충전시키는 저전압 DC-DC 컨버터(132)를 포함한다.The conventional solar
그런데 태양광 DC-DC 컨버터(121)와 태양광 배터리(123)가 포함된 태양광 제어부(120)가 차량에 탑재되는 경우, 전체 전력 시스템의 무게 및 부피가 증가하게 되고, 더불어 재료비 또한 크게 상승할 수 있다. 또한, 태양광의 특성상 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기반의 제어를 수행해야 되는데, 태양광 DC-DC 컨버터(121) 또는 고전압 DC-DC 컨버터(131)에서 상기 MPPT 기반의 제어를 수행하는 경우, 차량 주행에 따라 변화되는 태양광 특성을 추정하기가 어려울 수 있다. However, when the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 태양광 전력 제어 시스템을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a solar power control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 태양광 전력 제어 시스템(200)은 태양광 입력부(210), 제1컨버터부(220), 제1배터리(240), 제2컨버터부(230), 제2배터리(250) 및 스위칭부(260)를 포함한다. 또한, 차량용 태양광 전력 제어 시스템(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 차량용 태양광 전력 제어 시스템(200)은 방전부(260)와 제어부(271, 272)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the solar
태양광 입력부(210)는 태양광 에너지를 전기 에너지를 변환하는 태양광 패널(213)을 포함한다. 상기 태양광 패널(213)은 차량의 루프 등과 같이, 태양광을 가장 많이 획득할 수 있는 차량의 부위에 설치된다. 상기 태양광 입력부(210)는 태양광 패널(213)을 통해서 변환된 전기 에너지를 제1컨버터부(220)로 전달한다. The
제1배터리(240)는 차량내에 탑재되는 배터리이다. 상기 제1배터리(240)는 저전압으로 동작하는 차량 내의 각종 부하 장치로 전원을 공급할 수 있다. 상기 제1배터리(240)는 12V의 리튬 이온 배터리가 사용될 수 있다.The
제2배터리(250)는 차량내에 탑재되는 또 다른 배터리로서, 고전압으로 동작하는 차량 내의 각종 부하 장치로 전원을 공급할 수 있다. 상기 제2배터리(250)는 제동 장치들과 연계되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 제2배터리(250)는 48V의 리튬 이온 배터리가 사용될 수 있다.The
제1컨버터부(220)는 태양광 입력부(210)에서 입력된 전기 에너지를 사전에 설정된 저전압 전원(예컨대, 12V 전원)으로 변환하여, 제1배터리(240)를 충전하거나 제2컨버터부(230)로 제공할 수 있다. 상기 제1컨버터부(220)는 벅 컨버터로서 작동하여 안정적인 전원을 제1배터리(240)로 제공한다. 이때, 제1컨버터부(220)는 벅 모드로 동작하기 위해 스위칭되는 한 쌍의 스위치(도 3의 Q1 및 Q2)에 대해서 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기반의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 수행한다. 상기 제1컨버터부(220)는 한 쌍의 스위치(도 3의 Q1 및 Q2)로서 FET(Field Effect Transistor) 스위치를 이용한다. 부연하면, 도 3의 제2스위치(Q2)가 배치되는 지점에 다이오드를 사용하게 되면, 전압 강하로 인해 그만큼 효율이 감소하는데 FET 스위치를 사용해서 다이오드보다 개선된 효율을 얻을 수 있다. The
제2컨버터부(230)는 제1컨버터부(220)로부터 전달받은 전원을 사전에 설정된 고전압 전원(예컨대, 48V 전원)으로 변환하여, 제2배터리(250)를 충전할 수 있다.The
상기 제2컨버터부(230)는 푸시풀(Push-pull) 방식으로 제2배터리(250)를 충전한다. 부연하면, 제2배터리(250)를 충전할 때, 기존에는 플라이백(Flyback) 방식을 이용한다. 그러나 이러한 플라이백 방식으로 제2배터리(250)를 충전하는 경우, 제품 효율이 낮아진다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 태양광 전력 제어 시스템(200)은 벅 컨버터와 푸시풀 방식이 혼합된 컨버터부(220, 230)를 이용하여 효율과 제어성을 확보한다.The
상기 스위칭부(260)는 제1컨버터부(220)와 제1배터리(240) 사이에 배치된다. 상기 스위칭부(260)가 턴 온되면 제1배터리(240)가 충전되고, 상기 스위칭부(260)가 턴 오프되면 제2배터리(250)가 충전된다. The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 차량용 태양광 전력 제어 시스템의 내부 회로를 나타내는 도면이다.3 is a view showing an internal circuit of a solar power control system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 태양광 입력부(210)는, 전술한 태양광 패널(213), 태양광 전지(211) 및 반도체 스위치(212)를 포함한다. 태양광 패널(213)은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 태양광 전지(211)는 상기 변환한 전기 에너지를 저장한다. 상기 반도체 스위치(212)는 제1컨버터부(220)와 태양광 전지(211) 사이에 배치되고, 제1제어부(271)의 제어에 따라서 턴 온되거나 턴 오프된다.Referring to FIG. 3, the
제1컨버터부(220)는 복수의 전류 센서(221, 222), 한 쌍의 스위치(Q1, Q2), 복수의 저항(223a 내지 223b) 및 인덕터(225)를 포함한다.The
상기 제1전류 센서(221)는 제1스위치(Q1)와 태양광 입력부(210)의 반도체 스위치(212) 사이의 경로에 배치되어, 해당 경로에서 발생하는 전류를 측정하여 제1제어부(271)로 전달한다. The first
상기 제2전류 센서(222)는 인덕터(225)와 제1배터리(240)의 사이의 경로에 배치되어, 인덕터(225)에서 발생하는 전류를 측정하여 제1제어부(271)로 전달한다.The second
상기 제1전류 센서(221)와 제2전류 센서(222)로서, 홀(hall) 센서, 전류 센싱 저항 등이 이용될 수 있다. As the first
한 쌍의 스위치(Q1, Q2)는 제1제어부(271)의 제어에 의해서 턴 온되거나 턴 오프된다. 상기 한 쌍의 스위치(Q1, Q2)는 서로 상보적으로 동작하는데, 제1제어부(271)의 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기반의 PMW(Pulse Width Modulation) 신호에 근거하여 각각 턴 온되거나 턴 오프된다. 상기 한 쌍의 스위치(Q1, Q2)는 제1제어부(271)의 제어에 따라 벅(buck) 모드로 동작하여, 태양광 입력부(210)에서 입력되는 전원을 제1배터리(240)로 공급한다. 상기 제1스위치(Q1)와 제2스위치(Q2)는 FET 기반의 반도체 스위치가 이용될 수 있다.The pair of switches Q1 and Q2 is turned on or turned off by the control of the
제1컨버터부(220)에 포함된 인덕터(225)는 제1배터리(240)의 양극과 제1스위치(Q1)가 연결되는 경로 상에 배치된다. 또한, 제1스위치(Q1)는 소스 단자가 상기 태양광 입력부(210)와 연결되고 드레인 단자가 상기 인덕터(225)와 연결된다. 또한, 제2스위치(Q2)의 소스 단자는 상기 제1배터리(240)의 음극과 연결되고 제2스위치치(Q2)의 드레인 단자는 상기 제1스위치(Q1)와 상기 인덕터 간에 형성된 경로에 연결된다.The
복수의 저항(223a 내지 223b)는 특정 경로에 한 쌍으로 배치되고, 이 한 쌍의 저항 사이에 발생하는 전압은 제1제어부(271)로 전달된다. 즉, 복수의 저항들(223a 내지 223b)은 전압 측정을 위한 수단으로서 이용된다.The plurality of
상기 인덕터(225)와 스위칭부(260)에 사이의 경로에는 전원 분기점(OUTPUT1)이 생성되고, 이 전원 분기점을 통해서 제2컨버터부(230)로 전원이 공급된다.A power branch point OUTPUT1 is generated in a path between the
제2컨버터부(230)는 푸시풀(push-pull) 컨버터로 동작하기 위해서, 한 쌍의 스위치(Q3, Q4), 변압 모듈(231), 정류 모듈(232), 인덕터(233), 커패시터(234), 다이오드(235) 및 복수의 저항(236a ~ 236e)을 포함한다.The
상기 한 쌍의 스위치(Q3, Q4)는 제1제어부(271)의 제어에 따라 턴 온되거나 턴 오프된다. 상기 한 쌍의 스위치(Q4, Q4)의 동작에 따라 제1컨버터부(220)에서 인가된 전원은 변압 모듈(231)을 통과한다. 상기 한 쌍의 스위치(Q3, Q4)는 교번되어 턴 온되어 제1컨버터부(220)로부터 공급받은 전원이 변압 모듈(231)을 통과한다. The pair of switches Q3 and Q4 are turned on or off according to the control of the
변압 모듈(231)은 제3스위치(Q3)와 제4스위치(Q4)의 동작에 따라, 제1컨버터부(220)에서 공급받은 전압을 소정의 크기의 전압으로 변환한다. 상기 제2컨버터부(230)가 푸시풀 컨버터로서 동작하기 때문에, 입력된 전압 크기는 절반으로 감소되지 않고, 입력된 전압의 크기가 그대로 변압 모듈(231)에서 출력되어 정류 모듈(232)로 전달될 수 있다.The
상기 변압 모듈(231)에 변압된 전압을 일정한 전압으로 안정화하고, 이렇게 안정화된 전압을 정류 모듈(232)로 공급하는 레귤레이터(도면에 도시되지 않음)가 상기 제2컨버터부(230)에 더 포함될 수 있다.A regulator (not shown in the drawing) stabilizing the voltage transformed into the transforming
정류 모듈(232)은 복수의 다이오드를 구비하고 있으며, 이 다이오드를 통해서 변압 모듈(231)에서 출력된 전원을 인덕터(233)가 배치된 경로로 흐르게 한다.The
커패시터(234)는 정류 모듈(232)과 연결되고, 정류 모듈(232)로부터 전원을 공급받고, 전압을 축적한다.The
다이오드(235)는 커패시터(234) 또는 정류 모듈(232)에서 발생한 전류가 제2배터리(250)로만 흐르도록 배치된다. 상기 다이오드(235)는 제2배터리(250)에서 발생할 수 있는 역극성 전류를 차단하는 기능도 수행한다.The
복수의 저항(236a ~ 236d)는 특정 경로에 한 쌍으로 배치되고, 이 한 쌍의 저항 사이에 발생하는 전압이 제2제어부(272)에서 측정된다. 한편, 저항 중에서 참조부호 236e를 가지는 저항은 단독으로 배치될 수 있으며, 이 저항(236e) 주변에 발생하는 전압을 제2제어부(272)에서 측정한다.A plurality of
스위칭부(260)는 제1컨버터부(220)의 인덕터(225)와 제1배터리(240)를 연결하는 경로 사이에 배치되고, 제1제어부(271)에 의해서 턴 온되거나 턴 오프된다. 상기 스위칭부(260)로서 릴레이 등이 이용될 수 있다. 스위칭부(260)가 턴 온되면, 제1컨버터부(220)로부터 공급된 전원이 제1배터리(240)를 충전한다. 반대로, 스위칭부(260)가 턴 오프되면 제1컨버터부(220)에서 제2컨버터부(230)로 전달된 전원이 고전압으로 변환되어 제2배터리(250)를 충전한다. 즉, 스위칭부(260)의 개폐 상태에 따라, 저전압 배터(240)와 제2배터리(250) 중에서 어느 하나가 선택적으로 충전된다. The
본 발명의 실시예에 따른, 차량용 태양광 전력 제어 시스템(200)은 추가적으로 방전부(260)를 더 포함할 수 있다.The solar
상기 방전부(260)는 포토커플러(261) 및 방전 스위치(Q5) 및 방전 저항(262)을 포함한다.The
상기 포토 커플러(261)는 제1제어부(271)로부터 입력 신호를 수신하면, 출력 신호를 발생시켜 방전 스위치(Q5)를 턴 온시킨다. 상기 포토 커플러(261)의 입력부는 제1제어부(271)와 연결되고, 포토 커플러(261)의 출력부는 방전 스위치(Q5)의 게이트 단자와 연결된다. 즉, 포트 커플러(261)는 입력부를 통해서 입력신호가 인가되면 출력부로 출력신호를 발생시켜 방전 스위치(Q5)를 턴 온시킨다. 한편, 제1제어부(271)는 포토 커플러(261)를 이용하지 않고, 방전 스위치(Q5)와 다이렉트로 연결하여, 직접 방전 스위치(Q5)를 턴 온할 수도 있다. 제1제어부(271)가 포토 커플러(261)를 이용하여 방전 스위치(Q5)를 턴 온하는 경우, 보다 빠르게 방전 스위치(Q5)를 턴 온할 수 있다. When the
방전 스위치(Q5)는 급속 방전시에 턴 온되어 커패시터(234)에서 축적된 전압을 신속하게 방전시키는 기능을 수행한다. 부연하면, 방전 스위치(Q5)는 커패시터(234)에서 제2배터리(250)로 전원이 공급되는 경로에서, 분기되는 방전 경로가 제2컨버터부(230)에 형성되고, 이 방전 경로에 방전 저항(262)와 방전 스위치(Q5)가 배치된다. 상기 방전 저항(262)은 커패시터(234)에서 방전되는 전압을 충분히 방전시키는 저항값을 갖도록 설계된다. 또한, 방전 스위치(Q5)의 소스 단자는 접지되고, 더불어 드레인 단자는 방전 저항(262)의 일단과 연결된다. 또한, 방전 저항(262)의 타단은 커패시터(234)의 일단과 연결된다.The discharge switch Q5 is turned on during rapid discharge and performs a function of rapidly discharging the voltage accumulated in the
제2제어부(272)는 MCU(Micro Controller Unit)와 같은 프로세서로서, 제2컨버터부(230)에 각 지점에 발생한 전압을 측정하고, 더불어 출력에서 발생하는 전압을 측정한다. 상기 제2제어부(272)는 측정한 전압들을 제1제어부(271)로 전달한다.The
제1제어부(271)는 MCU(Micro Controller Unit)와 같은 프로세서로서, 각 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, 212)와 스위칭부(260)의 동작을 제어하고, 더불어 포토 커플러(261)로 입력 신호를 발생시킨다. 상기 제1제어부(2721)는 각 지점에서 측정된 전류값과 전압값을 토대로 각각의 각 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, 212)와 스위칭부(260)의 동작을 제어하여, 제1배터리(240)를 충전하거나 제2배터리(250)를 충전하는 등의 전반적인 제어를 수행한다. 또한, 제1제어부(271)는 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해서 차량의 각종 장치와 통신할 수 있다. The
특히, 제1제어부(271)는 Q1 스위치와 Q2 스위치로 MPPT 기반의 PWM 신호를 발생시켜, 태양광 입력부(210)에서 발생한 안정적인 전원이 제1배터리(240) 또는 제2컨버터부(230)로 공급되게 한다. 이때, 제1제어부(271)는 스위칭부(260)를 턴 온하여 제1배터리(240)를 충전시킨다. 또한, 제1제어부(271)는, 스위칭부(260)를 턴 오프하고, Q3 스위치와 Q4 스위치로 PWM 신호를 발생시켜, 변압되고 정류된 전원이 제2배터리(250)로 공급되어 제2배터리(250)가 충전되게 제어한다. 즉, 제1제어부(271)는 제1배터리(240)와 제2배터리(250)의 동시충전을 방지하고, 사용자의 요구 또는 상황에 따라 제1배터리(240)와 제2배터리(250)의 충전을 선택할 수 있다. In particular, the
종래에는 고전압 DC-DC 컨버터에서 MPPT를 수행하기 때문에 차량 주행시 빠르게 변화하는 태양광 특성을 추종하기 힘들지만, 본 발명에 따른 차량용 태양광 전력 제어 시스템(200)은 고속 스위칭이 가능한 제1컨버터부(220)에서 MPPT 기반의 스위칭을 수행하기 때문에 태양광 특성을 빠르게 추종할 수 있다.Conventionally, since MPPT is performed in a high-voltage DC-DC converter, it is difficult to track the rapidly changing solar power characteristics when the vehicle is driven, but the vehicle solar
한편, 제1제어부(271)는 CAN 통신을 차량 전복, 차량 사고 등의 긴급 사항을 외부 장치로부터 수신하거나, 자체적으로 알고리즘을 통해서 긴급 사항을 감지한 경우, 포토 커플러(261)로 입력 신호를 인가할 수 있다. 그러면, 포토 커플러(261)의 출력부로 신호가 출력되어 방전 스위치(Q5)가 턴 온되고, 이에 따라 커패시터(234)에 축적된 전압을 방전 저항(262)과 방전 스위치(Q5)를 통해서 급속하게 방전된다. 부연하면, 차량 사고 등과 같이 긴급 사항이 발생한 경우, 커패시터(234)에 축적된 전압을 감전 등의 사고를 유발할 수 있다. 이에 따라, 제1제어부(271)는 긴급 사항이 발생한 것으로 확인되면, 포토 커플러(261)로 신호를 인가하여 방전 스위치(Q5)를 턴 온시켜, 커패시터(234)의 축적된 전압이 방전 저항(262)과 방전 스위치(Q5)를 통해서 급속하게 방전되게 하여, 커패시터(234) 내의 에너지를 소모시킨다.Meanwhile, the
한편, 상술한 실시예에서, 제1제어부(271)와 제2제어부(272)가 서로 분리된 것으로 설명되었으나, 제1제어부(271)와 제2제어부(272)는 하나로 통합되어 구현될 수 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, it has been described that the
상술한 바와 같이, 차량용 태양광 전력 제어 시스템(200)은, 태양광 전용의 DC-DC 컨버터를 구비하지 않고도, 제1컨버터부(220) 및 제2컨버터부(230)를 이용하여 안정적인 전원을 배터리로 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예 따른 차량용 태양광 전력 제어 시스템(200)은, 전체 시스템에 투입되는 부품을 감소시켜, 원가를 절감시키고 제품의 소형화시키는 장점이 있다.As described above, the vehicle solar
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs. It is not limited by the drawings.
210 : 태양광 입력부
220 : 제1컨버터부
230 : 제2컨버터부
240 : 제1배터리
250 : 제2배터리
260 : 스위칭부210: solar input unit
220: first converter unit
230: second converter unit
240: first battery
250: second battery
260: switching unit
Claims (9)
태양광 패널에서 획득된 태양열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 입력부;
상기 태양광 입력부로부터 입력된 전기 에너지를 이용하여 제1배터리를 충전하는 제1컨버터부;
상기 제1컨버터부와 상기 제1배터리 사이에 연결되는 스위칭부;
상기 제1컨버터부로부터 제공받은 전원을 변환하여 제2배터리를 충전하는 제2컨버터부; 및
상기 제1배터리 또는 상기 제2배터리의 충전여부에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 제어부;를 포함하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.In the system for controlling the power of solar light for vehicles,
A solar light input unit for converting solar heat energy obtained from the solar panel into electric energy;
A first converter unit charging the first battery by using the electric energy input from the solar input unit;
A switching unit connected between the first converter unit and the first battery;
A second converter configured to convert power supplied from the first converter to charge a second battery; And
And a control unit for controlling the switching unit according to whether the first battery or the second battery is charged.
상기 제1컨버터부는 벅 컨버터이고,
상기 제2컨버터부는 한 쌍의 스위치를 이용하는 푸시풀 컨버터인 것을 특징으로 하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.The method of claim 1,
The first converter part is a buck converter,
The second converter unit solar power control system for a vehicle, characterized in that the push-pull converter using a pair of switches.
상기 제2컨버터부의 커패시터와 연결되어 방전 경로를 형성하고 방전 저항과 방전 스위치를 포함하며, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 방전 스위치를 턴 온하여 상기 커패시터의 전압을 방전시키는 방전부;를 더 포함하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.The method of claim 1,
A discharge unit connected to the capacitor of the second converter to form a discharge path, including a discharge resistor and a discharge switch, and discharging the voltage of the capacitor by turning on the discharge switch under control of the control unit Vehicle solar power control system.
상기 방전부는, 상기 제어부의 입력 라인으로 연결되고, 상기 방전 스위치와 출력 라인이 연결되는 포토 커플러를 포함하고,
상기 포토 커플러는 상기 제어부로부터 입력신호가 수신되면, 상기 출력 라인을 통해서 출력신호를 발생시켜 상기 방전 스위치를 턴 온시키는 것을 특징으로 하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.The method of claim 3,
The discharge unit includes a photo coupler connected to the input line of the control unit and connected to the discharge switch and the output line,
The photo coupler, when an input signal is received from the control unit, generates an output signal through the output line to turn on the discharge switch.
상기 제어부는,
긴급 상황이 발생하면, 상기 포토 커플러로 입력신호를 발생시켜 상기 방전부를 통해서 방전을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.The method of claim 4,
The control unit,
When an emergency situation occurs, the photo coupler generates an input signal and discharges through the discharging unit.
상기 제어부는,
상기 제1컨버터부의 포함된 한 쌍의 스위치를 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 기반의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 통해서 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.The method of claim 1,
The control unit,
A solar power control system for a vehicle, comprising controlling a pair of switches included in the first converter unit through a Pulse Width Modulation (PWM) signal based on a maximum power point tracking (MPPT).
상기 제1컨버터부는,
상기 제1배터리의 양극과 제1반도체 스위치가 연결되는 경로 상에 배치되는 인덕터;
소스 단자가 상기 태양광 입력부와 연결되고 드레인 단자가 상기 인덕터와 연결되는 제1반도체 스위치; 및
소스 단자가 상기 제1배터리의 음극과 연결되고 드레인 단자가 상기 제1반도체 스위치와 상기 인덕터 간의 경로에 연결되는 제2반도체 스위치;를 포함하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.The method of claim 1,
The first converter unit,
An inductor disposed on a path through which the anode of the first battery and the first semiconductor switch are connected;
A first semiconductor switch having a source terminal connected to the solar input unit and a drain terminal connected to the inductor; And
And a second semiconductor switch having a source terminal connected to the negative electrode of the first battery and a drain terminal connected to a path between the first semiconductor switch and the inductor.
상기 제2컨버터부는,
한 쌍의 스위치의 스위치 제어를 통해서 상기 인덕터에서 출력되는 전압을 소정의 전압으로 변압하는 변압 모듈;
상기 변압된 전원을 정류하는 정류 모듈; 및
상기 정류 모듈에서 정류된 전압을 축적하는 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.The method of claim 7,
The second converter unit,
A transformer module converting a voltage output from the inductor into a predetermined voltage through switch control of a pair of switches;
A rectifying module rectifying the transformed power; And
And a capacitor that accumulates the voltage rectified in the rectification module.
상기 제2컨버터부는,
상기 커패시터의 전류가 상기 제2배터리의 방향으로 흐르도록, 상기 커패시터와 상기 제2배터리 사이에 배치되는 다이오드;를 더 포함하는 차량용 태양광 전력 제어 시스템.The method of claim 8,
The second converter unit,
A vehicle solar power control system further comprising a diode disposed between the capacitor and the second battery so that the current of the capacitor flows in the direction of the second battery.
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KR1020190088881A KR20210011684A (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | System for controlling solar power for vehicle |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102315589B1 (en) | 2021-04-12 | 2021-10-20 | 국민대학교산학협력단 | Mppt control appratus, mppt control method and vehicle array including the same using the solar cell |
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2019
- 2019-07-23 KR KR1020190088881A patent/KR20210011684A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102315589B1 (en) | 2021-04-12 | 2021-10-20 | 국민대학교산학협력단 | Mppt control appratus, mppt control method and vehicle array including the same using the solar cell |
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Legal Events
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