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KR101225568B1 - 차량용 태양전지 시스템 - Google Patents

차량용 태양전지 시스템 Download PDF

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KR101225568B1
KR101225568B1 KR1020060070938A KR20060070938A KR101225568B1 KR 101225568 B1 KR101225568 B1 KR 101225568B1 KR 1020060070938 A KR1020060070938 A KR 1020060070938A KR 20060070938 A KR20060070938 A KR 20060070938A KR 101225568 B1 KR101225568 B1 KR 101225568B1
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vehicle
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Abstract

본 발명은 차량용 태양전지 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 태양전지로부터 발생한 전력이 작을 경우에도 소량의 전력소모를 하는 공기청정기 등을 항상 가동할 수 있도록 태양전지의 전력을 저장하는 보조배터리와 공기청정기를 직결함으로써, 태양전지에서 소량의 전력 발생시 버려지는 에너지를 공기청정 등에 활용하여 에너지의 활용도를 높임은 물론 공기정화를 통해 차량실내의 안락성을 증대하며, 아울러 차량 엔진 시동시에도 태양전지의 전력을 활용할 수 있고 태양에너지 발생량의 변동에 따른 분배를 제어하는 콘트롤러를 단순화할 수 있으며 콘트롤러의 설계 및 제조비용도 절감할 수 있는 차량용 태양전지 시스템에 관한 것이다.
이에 본 발명은 차량에 설치됨과 아울러 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 발생시키는 태양전지(10)와, 상기 태양전지(10)와 연결되어 태양전지(10)로부터 발생된 전력을 사용기기에 맞도록 조정하는 전압전환기(20)와, 상기 전압전환기(20)와 연결됨과 아울러 상기 태양전지(10)나 차량 주배터리(62)의 잉여전력을 저장하는 보조배터리(30)와, 상기 보조배터리(30)와 직접 연결되어 콘트롤러(50)와 상관없이 항상 가동되는 공기정화수단(40)과, 상기 보조배터리(30)와 연결됨과 아울러 사용가능한 전력량 및 입력수단(55)의 정보에 따라 가동시킬 기기들을 선정하여 차량에 설치된 기기들을 가동시키는 콘트롤러(50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
태양전지, 전압전환기, 보조배터리, 공기청정기, 콘트롤러

Description

차량용 태양전지 시스템{Solar cell system for Vehicles}
도 1은 본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템을 나타내는 전체구성도,
도 2는 시간대별 일사량 및 태양전지의 출력과 팬 가동여부를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템에서 전력생산량에 따라 사용가능한 기기들을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 태양전지 시스템
10: 태양전지 20: 전압전환기
30: 보조배터리 40: 공기정화수단
50: 콘트롤러 55: 입력수단
60: 환기팬 60a,61a,62a: 온/오프 스위치
61: 시트팬 62: 차량주배터리
본 발명은 차량용 태양전지 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 태양 전지로부터 발생한 전력이 작을 경우에도 소량의 전력소모를 하는 공기청정기 등을 항상 가동할 수 있도록 태양전지의 전력을 저장하는 보조배터리와 공기청정기를 직결함으로써, 태양전지에서 소량의 전력 발생시 버려지는 에너지를 공기청정 등에 활용하여 에너지의 활용도를 높임은 물론 공기정화를 통해 차량실내의 안락성을 증대하며, 아울러 차량 엔진 시동시에도 태양전지의 전력을 활용할 수 있고 태양에너지 발생량의 변동에 따른 분배를 제어하는 콘트롤러를 단순화할 수 있으며 콘트롤러의 설계 및 제조비용도 절감할 수 있는 차량용 태양전지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 전자기기의 발달로 인하여 전기를 사용하는 차량용품이 점차 많아짐과 동시에 그에따른 전력소모량도 많아지는 실정에 있다.
종래에는 차량에 주배터리를 장착해 두고 시동을 걸 때 주배터리의 전력을 사용하고 시동이 걸고난 후에는 엔진과 연결된 제네레이터(발전기)가 전력을 발생시켜 주배터리에 전력을 충전하며 각종 전기용품/부품에 전력을 공급하였다. 이 경우 생산되는 전력이 한정되어 있어서 많은 전기용품(공조장치의 팬, 시트공조용 팬, 공기청정기, 이온발생기, 산소발생기, 냉난방기, 냉온장고, 각종 AV기기 등)을 사용하면 차량의 출력이 떨어지고 연료소비가 많아지며, 또한 차량 및 주배터리에 무리를 주는 단점이 있고 주배터리의 방전시에는 스스로 해결하지 못하였다.
아울러, 시동을 걸지 않은 상태에서는 주배터리의 전력량이 한정되어 있기 때문에 각종 전기용품을 사용할 수 없는 등 많은 문제점이 있었다.
상기한 문제를 해결하기 위해 태양전지를 이용한 기술이 개발되고 있으며, 그 중 미국특허 제6,439,658호는 차량의 썬루프에 태양전지를 설치하고 차량시트에 는 환기용 팬을 설치하여 차량이 주차시 태양전지에서 발생된 전력으로 시트의 환기를 하여 시트의 온도를 떨어뜨린다. 시트의 환기팬은 콘트롤러에 의해 조절되며 입력으로는 시트의 온도센서로 시트의 온도가 높아지면 이를 낮추기 위해 팬이 작동된다. 또한 잉여전력이 있을 시에는 차량의 블로워에 전력을 공급해 차량실내의 환기를 하도록 하고 있다.
그리고, 미국특허 제6,290,593호는 차량의 엔진 정지시에 태양전지에서발생한 전력을 차량환기용 팬에 공급하거나 차량의 배터리를 충전하는데 사용한다. 수동으로 작동되는 스위치에 의해 사용자가 태양전지에서 발생한 전력을 차량환기에 사용하거나 배터리 충전에 사용하도록 하고 있다.
그러나, 상기 종래의 기술은, 태양전지에서 발생하는 전력을 이용시 태양에너지가 불충할 때는 에너지의 활용이 안될 뿐만아니라 실내 환기 가동시 장치의 가동율이 떨어지며 소량의 전력이 발생시에는 전력이 낭비되는 문제가 있다.
또한, 환기장치만 사용시 차량 엔진 시동후에는 태양전지의 활용이 어렵고, 태양에너지 발생량의 변동이 크므로 이를 제어하기 위해 콘트롤러가 비대해져 비용이 증대되는 문제가 있었다.
아울러, 주차시 태양빛이 약할 때는 전력생산량이 적어 환기시스템의 가동이 미미한 문제도 있었다.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 태양전지로부터 발생한 전력이 작을 경우에도 소량의 전력소모를 하는 공기청정기 등을 항상 가동할 수 있도록 태양전지의 전력을 저장하는 보조배터리와 공기청정기를 직결함으로써, 태양전지에서 소량의 전력 발생시 버려지는 에너지를 공기청정 등에 활용하여 에너지의 활용도를 높임은 물론 공기정화를 통해 차량실내의 안락성을 증대하며, 아울러 차량 엔진 시동시에도 태양전지의 전력을 활용할 수 있고 태양에너지 발생량의 변동에 따른 분배를 제어하는 콘트롤러를 단순화할 수 있으며 콘트롤러의 설계 및 제조비용도 절감할 수 있는 차량용 태양전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량에 설치됨과 아울러 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 발생시키는 태양전지와, 상기 태양전지와 연결되어 태양전지로부터 발생된 전력을 사용기기에 맞도록 조정하는 전압전환기와, 상기 전압전환기와 연결됨과 아울러 상기 태양전지나 차량 주배터리의 잉여전력을 저장하는 보조배터리와, 상기 보조배터리와 직접 연결되어 콘트롤러와 상관없이 항상 가동되는 공기정화수단과, 상기 보조배터리와 연결됨과 아울러 사용가능한 전력량 및 입력수단의 정보에 따라 가동시킬 기기들을 선정하여 차량에 설치된 기기들을 가동시키는 콘트롤러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
종래에 있어서와 동일한 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템을 나타내는 전체구성도이고, 도 2는 시간대별 일사량 및 태양전지의 출력과 팬 가동여부를 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템에서 전력생산량에 따라 사용가능한 기기들을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템(1)은, 크게 태양전지(10)와, 전압전환기(20)와, 보조배터리(30)와, 공기정화수단(40)과, 콘트롤러(50)로 구성된다.
먼저, 상기 태양전지(10)는 차량의 지붕 또는 본네트 등에 설치되며 차량의 외부에서 가해지는 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 발생시키게 된다. 이러한 태양전지(10)는 공지된 것이므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기 전압전환기(DC/DC Converter)(20)는 상기 태양전지(10)와 전기적으로 연결되어 태양전지(10)로부터 발생된 전력을 차량에 설치된 사용기기에 맞도록 조정하는 것이다.
또한, 상기 보조배터리(30)는 상기 전압전환기(20)와 전기적으로 연결됨과 아울러 상기 태양전지(10)나 차량 주배터리(62)의 잉여전력을 저장(충전)하게 된다. 즉, 엔진의 시동시에는 차량의 주배터리(62) 및 발전기(미도시)에서 발생한 전력이 태양전지 시스템(1)에 공급되어 다양한 기기들을 가동시킬 수 있으며 이때의 잉여전력으로 상기 보조배터리(30)를 충전하게 되며, 엔진의 정지시에는 상기 태양전지(10)에서 발생한 전력으로 보조배터리(30)를 충전하게 된다.
아울러, 상기 엔진의 시동시 차량의 주배터리(62) 및 발전기에서 발생하는 전력 뿐만아니라 태양전지(10)에서 발생하는 전력으로도 보조배터리(30)를 충전하게 된다.
한편, 상기 차량의 주배터리(62)는 방전을 방지할 수 있도록 엔진이 시동된 상태에서만 태양전지 시스템(1)의 보조배터리(30) 등과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 차량의 주배터리(62)와 태양전지 시스템(1)을 연결하는 라인(62b)에는 온/오프 스위치(62a)가 설치되어 엔진이 시동된 상태에서는 주배터리(62)와 태양전지 시스템(1)이 연결되고, 엔진이 정지된 상태에서는 주배터리(62)와 태양전지 시스템(1)의 연결은 해제된다.
그리고, 상기 공기정화수단(40)은 상기 보조배터리(30)와 직접 연결되어 콘트롤러(50)와 상관없이 항상 가동된다.
상기 공기정화수단(40)은 소량의 전력을 소모하는 공기청정기, 이온발생기, 산소발생기 중 적어도 하나 이상으로 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명은 태양전지(10)에서 발생하는 전력이 작을 경우에도 상기 보조배터리(30)와 공기정화수단(40)이 직접 연결되기 때문에 콘트롤러(50)와 상관없이 항상 공기정화수단(40)이 가동되어 차량의 실내를 쾌적하게 할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 콘트롤러(50)는 상기 보조배터리(30)와 전기적으로 연결됨과 아울러 사용가능한 전력량 및 입력수단(55)의 정보에 따라 가동시킬 기기들을 선정하여 차량에 설치된 다양한 기기들을 가동시키게 된다.
또한, 상기 콘트롤러(50)에서의 전력 분배는 다양한 기기에 순차적으로 분배되는데, 예를들어, 환기팬(60), 시트팬(61), 차량주배터리(62) 순으로 전력 분배를 하게 된다. 여기서 상기 콘트롤러(50)와 상기 환기팬(60), 시트팬(61), 차량주배터리(62)의 사이에는 온/오프 스위치(60a)(61a)(62a)가 각각 설치되어 있다.
도 2 는 시간대별 일사량 및 태양전지의 출력과 팬 가동여부를 나타낸 그래프로써, 보는 바와 같이, 태양의 일사량의 변동이 매우 크다. 일중 일사량은 태양강도, 외기온도, 구름 유무에 따라 변동하게 된다. 구름이 낀 날의 경우에는 태양전지의 출력이 낮게 유지된다. 낮은 출력이 발생할 경우 팬(60)(61)이 가동되지 않으며 차량주배터리(62)의 충전도 불가능하다. 따라서, 낮은 출력을 활용하기 위해 낮은 소모전력의 공기청정기나 이온발생기 또는 산소발생기를 태양전지(10)의 전력을 저장하는 보조배터리(30)에 직접 연결하여 발생전력이 작을 경우에도 콘트롤러(50)와 상관없이 항상 공기청정기 등이 가동되어 차량의 실내를 쾌적하게 하게 된다.
한편, 상기 콘트롤러(50)를 통해 제어/가동시킬 기기들은 다음과 같다.
먼저, 차량의 환기를 목적으로 하는 공조장치용 팬, 시트공조용 팬, 차량 천장 팬 등을 가동시킬 수 있으며, 공기정화를 목적으로 하는 공기청정기, 이온발생기, 산소발생기를 가동시킬 수 있다. 또한, 실내의 냉난방을 위해 열전모듈 냉난방기, PTC히터, 열선히터를 가동시킬 수 있으며, 이 밖에 승객의 편의장치로써 냉온장고나 휴대폰 충전기, 각종 AV기기 등을 가동시킬 수 있다.
그리고, 상기 입력수단(55)은 상기 태양전지(10)의 발생 전력량 및 차량 실내의 환경정보를 콘트롤러(50)에 제공하는 다수개의 센서와, 사용자가 필요에 따라 직접 콘트롤러(50)를 조작할 수 있도록 콘트롤러(50)에 연결/설치되는 사용자 조작 스위치로 구성된다.
상기 센서로는, 태양전지의 발생 전력량 센서, 실내/외온도 센서, 시트온도 센서, 공기청정도 센서, 산소센서 등이 있다.
따라서, 상기 콘트롤러(50)는 상기 센서에 의한 차량실내의 정보와 사용자의 요구에 맞춰 다양한 기기들을 제어함으로써 차량실내를 최대한 쾌적하게 유지하게 되며, 특히, 차량의 환기에 의한 온도 상승 억제와 공기정화 기능을 우선으로 하게 되며, 사용가능한 전력량에 따라 가동될 기기를 연산하여 이를 통해 기기에 전력을 분배하게 된다.
그리고, 엔진의 정지시에는 태양전지(10)로부터 제한적인 전력이 생산되며 전력량에 따라 전력소모가 상기 콘트롤러(50)에 의해 제어된다. 즉, 상기 콘트롤러(50)는 도 3과 같이 전력생산량에 따라 사용가능한 기기들을 선정하여 가동시키게 되는 것이다.
한편, 태양전지(10)의 생산전력량이 매우 작을 경우에는, 이렇게 작은 생산전력량을 효율적으로 분배하기 콘트롤러(50)가 복잡해지고 기능이 다양화되어야 한다. 이는 비용의 상승을 의미한다.
따라서, 본 발명은 태양전지(10)의 전력을 소량의 소모전력을 사용하는 기기에 직결하고 남는 전력을 콘트롤러(50)에 도입한다. 이때 콘트롤러(50)에 도입된 전력은 순차적으로 출력되는데, 예를 들면, 환기팬(60), 시트팬(61), 차량주배터리(62) 충전 순으로 출력된다. 이에 따라 콘트롤러(50)를 단순화 할 수 있고 콘트롤러(50)의 설계 및 제조비용을 줄일 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 태양전지 시스템(1)은, 차량에 장 착된 태양전지(10)에서 발생하는 전력을 보조배터리(30)에 충전하고, 이때 소량의 소모전력을 사용하는 공기정화수단(40)인 공기청정기 등과는 직결하여 항상 가동시키게 되며, 여기서 남는 전력은 콘트롤러(50)에 도입하고, 콘트롤러(50)에 도입된 전력은 환기팬(60), 시트팬(61), 차량주배터리(62) 충전 등에 순차적으로 출력하여 가동시키게 된다.
한편, 차량의 실내에 태양빛이 들어오거나 장시간 주차시, 차량실내는 온도가 상승하며 여러가지 부유물 및 유해물질 등이 발생하게 되는데, 이때 태양전지(10)의 보조배터리(30)에 직결된 공기청정기는 태양빛이 아주 약해서 태양전지(10) 출력이 작을 경우에도 가동되어 실내 공기정화를 수행하게 된다.
또한, 운전자가 차량에 없을때에도 실내 온도 상승시 또는 입력된 데이터에 의해 상기 공기청정기(또는 이온발생기 등)가 항상 가동함과 아울러 상기 다양한 기기들도 콘트롤러(50)를 통해 자동제어되어 여름철/겨울철에 차량실내를 쾌적하게 유지할 수 있는 것이다.
상기한 본 발명에 따르면, 태양전지로부터 발생한 전력이 작을 경우에도 소량의 전력소모를 하는 공기청정기 등을 항상 가동할 수 있도록 태양전지의 전력을 저장하는 보조배터리와 공기청정기를 직결함으로써, 태양전지에서 소량의 전력 발생시 버려지는 에너지를 공기청정 등에 활용하여 에너지의 활용도를 높임은 물론 공기정화를 통해 차량실내의 안락성이 증대된다.
그리고, 태양전지의 전력을 소량의 소모전력을 사용하는 공기청정기 등에 직 결하고 남는 전력을 콘트롤러에 도입함과 아울러 도입된 전력은 각 기기에 순차적으로 출력함으로써 태양에너지 발생량의 변동에 따른 분배를 제어하는 콘트롤러가 단순화 되며 콘트롤러의 설계 및 제조비용도 절감된다.
또한, 차량 엔진 시동시에도 태양전지의 전력을 활용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 차량에 설치됨과 아울러 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 발생시키는 태양전지(10)와,
    상기 태양전지(10)와 연결되어 태양전지(10)로부터 발생된 전력을 사용기기에 맞도록 조정하는 전압전환기(20)와,
    상기 전압전환기(20)와 연결됨과 아울러 상기 태양전지(10)나 차량 주배터리(62)의 잉여전력을 저장하는 보조배터리(30)와,
    상기 보조배터리(30)와 직접 연결되어 가동되는 공기정화수단(40)과,
    상기 보조배터리(30)와 연결됨과 아울러 사용가능한 전력량 및 입력수단(55)의 정보에 따라 가동시킬 기기들을 선정하여 차량에 설치된 기기들을 가동시키는 콘트롤러(50)를 포함하여 이루어지되,
    상기 입력수단(55)은 상기 태양전지(10)의 발생 전력량 및 차량실내의 환경정보를 콘트롤러(50)에 제공하는 센서와, 사용자가 필요에 따라 직접 콘트롤러(50)를 조작할 수 있도록 콘트롤러(50)에 연결/설치되는 조작 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 태양전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기정화수단(40)은 공기청정기, 이온발생기 및 산소발생기 중 적어도 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 태양전지 시스템.
  3. 삭제
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