KR100900032B1 - 축전지 내장형 가로등 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축전지 내장형 가로등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가로등에 사용되는 지주대의 상부에 자체 발전수단인 태양전지 또는 풍력발전기를 설치하고, 상기 지주대의 내부공간에는 축전지와 제어기를 설치하며, 상기 지주대에 설치된 도어를 이용하여 축전지와 제어기를 보다 쉽게 관리할 수 있도록 구성됨으로써, 가로등 시설에 대한 안전성 및 유지보수성을 향상시키고, 지주대의 내부공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 한 축전지 내장형 가로등에 관한 것이다. 또한 본 발명은 다수의 셀들이 기둥 형상으로 조립되어 구성된 축전지를 사용함으로써, 지주대에 별도 공간의 마련하거나, 지주대의 형상을 변경하는 일 없이, 기존 지주대의 빈 공간을 활용하여 간단히 축전지를 내장시킬 수 있도록 한 가로등에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 가로등에서는 상기한 장점 외에도 고가 설비에 대한 보안 문제 등이 해소될 수 있게 된다. 또한 본 발명은 자체 발전수단과 더불어 주변 시설망의 전력계통선(Grid)과도 연결 가능하여, 상기 자체 발전수단에 의해 생산되는 전력, 또는 상기 축전지에 저장된 전력, 또는 상기 전력계통선을 통해 공급되는 외부 전력으로 램프가 점등될 수 있도록 한 하이브리드형 가로등을 제공하고자 한다.
가로등, 지주대, 도어, 축전지, 제어기, 원통형, 셀, 리튬이온, 셀 팩

Description

축전지 내장형 가로등{Street lamp having storage battery}
본 발명은 축전지 내장형 가로등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자체 발전을 위한 태양전지 또는 풍력발전기와, 충/방전이 가능한 축전지(2차 전지) 및 조명상태 및 전력 제어를 위한 제어기를 구비하여 태양에너지 및 풍력을 이용해 낮에 축전시킨 전기에너지를 밤에 램프를 점등하는데 사용할 수 있도록 하되, 상기 축전지와 제어기를 지주대의 내부공간에 설치하여 도어를 이용해 축전지와 제어기를 보다 쉽게 관리할 수 있도록 함으로써, 가로등 시설에 대한 안전성 및 유지보수성을 향상시키고, 지주대의 내부공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 한 축전지 내장형 가로등에 관한 것이다.
최근 화석연료의 자원 고갈에 대처하고 화석연료에 의한 공해를 줄이기 위해 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 특히 풍력, 수력, 태양에너지 등의 자연에너지를 이용한 전력생산에 대한 연구가 진행되고 있다.
대체에너지 산업은 주로 초기의 시설비용이 많이 소요되는 단점이 있지만, 태양 발전(태양열/태양광 발전)의 경우 다른 대체에너지 산업에 비하여 자원이 풍부할 뿐만 아니라 설치비용이 비교적 저렴하고 지역의 제한도 크게 받지 않아 세계적으로 태양 발전에 대한 관심이 대두되고 있는 상태이다.
태양 발전은 주로 일조량이 많은 곳이면 도심지의 빌딩 옥상, 주택의 지붕 등과 같이 지역 및 지형에 제한 없이 설치 및 이용이 가능하여 무공해로 전력을 생산하는 무공해 발전설비로 알려져 있다.
한편, 종래의 가로등은 자체 발전설비 없이 외부에서 공급되는 상용 교류전원을 동력원으로 이용하고 있어, 설치비용 및 유지비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 홍수시에 경관 조명램프가 침수될 경우에 누전으로 인한 사고가 발생하는 문제점이 있었다.
특히, 자체 발전설비가 없는 경우, 먼 거리의 전력공급원으로부터 지중 또는 지상의 케이블을 통해 전력을 공급받아야 하는데, 이때 장거리의 케이블이 필요하다. 따라서, 도로의 가로등 전체를 장거리의 케이블로 연결하는 데는 설치비용 및 관리비용이 상당할 수밖에 없다.
이러한 점을 감안하여 자체 발전설비를 보유한 가로등이 제안된 바 있으며, 그 예로 태양전지를 이용한 가로등이 제안된바 있다. 그러나, 이는 단순한 온-오 프(on-off) 제어 기능만을 제공하기 때문에 전력소모가 비효율적으로 이루어질 수 있다는 한계를 여전히 갖고 있었다.
또한 태양전지 등의 자체 발전설비를 보유하더라도 발전된 전기에너지를 저장하기 위해서는 충/방전이 가능한 축전지(2차 전지)를 구비해야 한다. 종래에는 가로등에 태양전지 등의 발전설비를 갖추어놓고 그로부터 생성된 전기에너지를 가로등의 주변에 설치한 축전지에 저장한 뒤 사용하는 방식이 주로 이용되었다.
그러나, 고가의 축전지를 가로등의 주변에 설치하므로 쉽게 도난의 문제가 있으며, 축전지를 외부 장소에 설치하는 경우 축전지 보관 및 설치, 도난 방지 등을 위한 별도의 설비를 갖추어야 하므로 이에 소요되는 설치비용 및 관리비용이 상당하다. 또한 축전지를 설치할 별도 공간의 확보가 반드시 필요하고, 유지보수 등 관리적인 측면에서도 여러 불편함이 있는 등 불리한 점이 있다.
또한 일반적인 가로등은 각종 기후조건 및 점등시간 등의 주변환경에 따라 조명상태의 변화가 어려워 최적의 조명상태를 유지할 수 없고, 점등 및 점멸의 조명상태로만 유지되므로 가로등의 소비전력 절감효과가 크지 않는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 자체 발전설비인 태양전지 또는 풍력발전기를 구비하여 이들로부터 생성된 전력을 이용해 램프(예, LED 램프 등)를 점등하고, 램프의 점등에 사용하고 남은 전력을 축전지에 축전시키되, 다수개의 원통형 셀로 이루어진 축전지를 지주대의 내부에 설치하여 구성함으로써, 가로등 시설에 대한 안전성 및 유지보수성을 향상시키고, 지주대의 내부공간을 좀더 효율적으로 활용할 수 있는 축전지 내장형 가로등을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 다수의 셀들이 기둥 형상으로 조립되어 구성된 축전지를 사용함으로써, 지주대에 별도 공간의 마련하거나, 지주대의 형상을 변경하는 일 없이, 기존 지주대의 빈 공간을 활용하여 간단히 축전지를 내장시킬 수 있도록 한 가로등을 제공하는데 목적이 있는 것이다.
또한 본 발명은 전력계통선(Grid)이 연결되어 있는 기존의 가로등에 태양전지 또는 풍력발전기와 같은 자체 발전수단과, 상기 자체 발전수단에서 생산된 전기에너지를 저장할 수 있는 축전지를 설치하여, 램프 점등을 위한 전원으로서 상기 자체 발전수단에 의해 생산되는 전력, 또는 상기 축전지에 저장된 전력, 또는 상기 전력계통선을 통해 공급되는 외부 전력을 선택적으로 이용할 수 있는 하이브리드형 가로등을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전기에너지를 발생시키는 자체 발전수단과, 지상에 세워져 설치되고 상기 자체 발전수단이 장착되는 지주대와, 상기 지주대의 상부에 설치되는 램프와, 상기 자체 발전수단과 연결되어 그로부터 발생한 전기에너지를 축전시키는 축전지를 포함하여 구성되는 가로등에 있어서,
상기 축전지가 상기 지주대의 내부공간에 장착되고, 상기 축전지는 단위 셀들을 전기적으로 접속하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등을 제공한다.
여기서, 상기 축전지는 원통형의 단위 셀들이 각각의 양단 전극에 접속된 접속플레이트에 의해 직렬-병렬 복합방식으로 접속되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 축전지는 상기 원통형의 단위 셀들이 전체적으로 사각 단면의 기둥 형상으로 조합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 축전지는, 원통형의 단위 셀들이 접속되어 하나의 서브 축전지를 구성하고 이러한 서브 축전지 복수개가 기둥 형상으로 상하 적층되어 상기 서브 축전지 간에 단위 셀들이 서로 접속됨으로써 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 각 서브 축전지는 상기 단위 셀들이 원통형으로 배치되어, 상기 서브 축전지로 구성되는 축전지 전체가 원통형으로 구성되며,
상기 각 서브 축전지 내의 단위 셀들 간에는 서로 병렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상하로 적층되는 서브 축전지들은 서로 직렬로 접속되어 상기 축전지를 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 축전지는 상기 단위 셀로서 리튬이온 셀을 사용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 축전지는 상기 단위 셀(132)로서 상기한 리튬이온 셀 외에, 리튬 이온 폴리머(Li-ion Polymer), 니켈-카드뮴(Nickel-cadmium), 니켈-메탈하이드라이드(Nickel-MH)의 셀 중 선택된 것을 사용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 축전지 및 램프에 연결되어 이들의 작동을 제어하는 제어기가 상기 축전지와 함께 지주대의 내부공간에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 지주대의 외측에는 축전지의 충전상태 및 전기 잔량, 작동시간 및 예상 사용시간을 포함한 축전지의 상태를 디스플레이하기 위한 표시부를 설치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 자체 발전수단은 태양에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 태양전지와, 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 풍력발전기 중 선택된 어느 하나 또는 둘 모두인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 램프의 점등을 위한 전력공급원으로 전력계통선이 추가로 연결되어, 램프 점등을 위한 전력공급이 상기 자체 발전수단, 축전지, 전력계통선 중 선택된 하나로부터 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 축전지 내장형 가로등에서는 다음과 같은 효과가 제공된다.
1) 가로등에 사용되는 지주대에 도어를 설치하여 지주대의 내부공간에 장착된 축전지 및 제어기를 보다 쉽게 관리할 수 있도록 함으로써, 가로등 시설에 대한 안전성 및 유지보수성을 향상시킬 수 있다.
2) 지주대에 축전지와 제어기가 내장되므로 지주대의 내부공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있고, 고가의 주요 부품에 대해 도난 방지의 효과가 있게 된다. 특히, 본 발명의 가로등에서는 다수의 셀들이 기둥 형상으로 조립되어 구성된 축전지가 사용됨으로써, 가로등의 지주대에 별도 공간의 마련하거나, 지주대의 형상을 변경하는 일 없이, 기존 지주대의 빈 공간을 활용하여 간단히 축전지를 내장시킬 수 있는 큰 장점이 있다.
4) 다수개의 축전지를 직렬-병렬 복합방식으로 연결하여 축전지의 고장율을 감소시킬 수 있다.
5) 또한 본 발명에서는 전력계통선(Grid)을 연결하고, 이와 함께 태양전지나 풍력발전기와 같은 자체 발전수단과, 상기 자체 발전수단에서 생산된 전기에너지를 저장할 수 있는 축전지를 설치하여, 램프 점등을 위한 전원으로서 상기 자체 발전수단에 의해 생산되는 전력 및 상기 축전지에 저장된 전력, 상기 전력계통선을 통해 공급되는 외부 전력 중 어느 하나를 선택적으로 이용하도록 구성됨으로써, 계통 전기료를 절감할 수 있게 된다. 또한 날씨 조건에 따라 상기 자체 발전수단에 의해 생산된 전력을 직접 이용하여 램프를 점등시킬 수 있으나, 바람이 부는 날씨 조건이라든지 주간시에 생산된 전력(또는 잉여 전력)을 저장하였다가 바람이 적게 불거나 야간, 우천시 등 자체 발전수단의 전력을 직접 이용하기 곤란한 조건에서 축전지에 저장된 전력을 이용하여 램프를 점등시킬 수 있기 때문에, 사용에 날씨나 시간의 제약이 없는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
첨부한 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축전지 내장형 가로등의 사시도이며, 도 2와 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가로등에서 축전지의 상세 구성도로서, 도 2는 평면 사시도이고, 도 3은 저면 사시도이다.
또한 첨부한 도 4는 본 발명에 따른 가로등에서 축전지의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 2 및 도 3의 축전지를 구성하는 원통형 단위 셀들의 연결상태를 도시한 개략도이고, 도 6은 본 발명에 따른 가로등의 주요 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명은 축전지 내장형 가로등에 관한 것으로서, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 태양전지(100) 또는 풍력발전기(110)에 의해 주간에 발생하는 전기를 축전지(130)에 저장한 뒤 이를 이용하여 램프, 예를 들어 엘이디(Light Emitting Diode; LED) 램프(120)를 야간에 점등하고, 또는 야간에 풍력발전기(110)에 의해 발생하는 전기를 램프(120)의 점등에 사용하고 남은 전력을 축전지(130)에 축전하여 이용하는 가로등에 관한 것이다.
이하의 설명에서 태양전지(100)와 풍력발전기(110)는 가로등에 설치되는 자 체 발전수단으로서, 본 발명의 가로등에서는 상기한 자체 발전수단으로부터 생산된 전력을 직접 이용하여 램프(120)를 점등시킬 수도 있고, 또는 잉여 전력을 축전지(130)에 저장한 뒤 축전지로부터 공급되는 전력으로 램프가 점등되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 풍력발전기의 경우 야간에 생산된 전기를 램프 점등에 사용하고 남는 잉여 전력을 축전지에 축전하여 이후 사용하는 가로등의 구성이 가능하다. 또한 주간에 태양전지에서 생산된 전기를 축전지에 축전하여 야간에 사용하는 가로등의 구성이 가능하다.
우선, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 태양에너지 및 풍력을 이용하는 가로등의 구성을 위해 지상에 세워져 설치되는 지주대(140)의 일측과 타측에 각각 태양전지(100)와 풍력발전기(110)가 장착되고, 지주대(140)의 상부에는 램프(120)가 장착된다.
여기서, 태양전지(100)는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치로서, 일 예로 본 발명에서는 지주대(140)의 일측에 돌출된 상태로 상하 회전이 가능한 장착봉에 설치된 태양전지가 적용될 수 있으며, 이러한 태양전지는 태양광의 입사각에 따라 그 경사각을 맞출 수 있게 된다.
상기 풍력발전기(110)는 풍력에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로서, 통상의 것과 마찬가지로 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 에너지 변환 모듈을 포함한다.
이러한 태양전지(100) 및 풍력발전기(110)는 가로등이 설치되는 장소 및 설치비용을 고려하여 함께 또는 단독으로 설치될 수 있으며, 지주대(140)의 축전 지(130)와 연결되어서 각각 생성시킨 전기에너지를 축전지(130)에 축전시킨다.
상기 램프(120)는 소비전력이 낮고 효율성이 높은 LED 램프를 사용하여 자체 수명 및 축전지(130)의 수명을 연장시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 지주대(140)는 원형 또는 사각형, 기타 다각형 등의 다양한 단면 형상을 가지는 기둥으로 길게 형성되되, 내부에 빈공간이 형성된 구조의 기둥으로 실시될 수 있다.
본 발명에서는 축전지(130) 및 제어기(150)를 지주대(140)의 내부공간에 설치함으로써, 이들 고가의 부품이 도난 등 분실이나 주변 공사시 등의 외부 충격으로부터 보호받을 수 있도록 하고, 비 또는 눈에 의해 손상되는 것을 방지한다.
그리고, 지주대(140)에는 필요시에 열고 닫을 수 있는 도어(160)가 설치되어, 이를 통해 쉽게 축전지(130) 및 제어기(150)를 관리할 수 있도록 함으로써, 길가에 설치되는 가로등의 안정성을 향상시키고, 내부공간에 설치된 부품들의 유지보수 작업 또한 간단히 할 수 있도록 한다.
물론, 도어(160)에는 규정된 작업자만이 열고 닫을 수 있도록 잠금장치가 구비되며, 허가받지 않은 임의의 사람들이 도어를 함부로 열 수 없도록 한다.
또한 상기 지주대(140)의 외측에는 축전지(130)의 충전상태 및 전기 잔량, 작동시간 및 예상 사용시간 등 축전지의 상태를 디스플레이하는 표시부(170)가 설치되고, 또한 지주대(140)의 내부에는 조작부(180)가 장착되어 램프(120)의 온/오프 시간, 축전지(130)의 충전시간, 방전시간 등의 데이터를 입력할 수 있는 기능이 제공되도록 한다.
상기 표시부(170)에 대해서는 디스플레이 기능 및 입력 기능을 위해 다양하게 실시 가능한데, 지상으로부터 대략 사람의 눈 높이에 설치되는 것이 바람직하며, 또한 일 예로서 지주대(140) 내부의 조작부(180)를 통해 축전지(130)의 현재 충전량을 LED를 통해 표시(잔량 표시)하도록 구성될 수 있다. 물론, LED 대신 표시부를 LCD로 구성할 수도 있으며, 조작부 및 입력부를 버튼 대신 터치스크린으로 구성할 수도 있다.
또한 상기 조작부(180)는 임의의 사람들이 함부로 조작하지 못하도록 지주대의 내부에 설치하는 것이 바람직하다.
상기 제어기(150)는 축전지(130) 및 램프(120), 표시부(170), 조작부(180)에 연결되어 이들의 작동을 제어하되, 구체적으로 축전지(130)에서 램프(120)로 공급되는 전류량을 제어하여 램프(120)의 밝기가 조절될 수 있도록 하고, 축전지(130)의 셀 용량에 따라 셀이 선택적으로 구동되도록 조절하는 기능의 추가도 가능하다.
또한 제어기(150)는 조작부(180)를 통해 온/오프 시간이 자동모드로 설정되는 경우 평균 일출몰 시간을 감안하여 자동 온/오프 시간을 산출하여 램프(120)의 작동을 조절하게 된다.
본 발명에서 제어기(150)는 축전지(130) 및 조작부(180)와 함께 하나의 부품으로 모듈화하는 것도 가능하며, 상기와 같이 타이머 기능을 내장하여 램프(120)의 자동 온/오프가 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 축전지(130)는 지주대(140)의 내부공간에 장착되되, 지주대(140)의 내부공간에서 임의의 위치에 설치가 가능 하다.
본 발명에서 축전지(130)는 기둥 형상, 예를 들면 사각 단면 또는 원형 단면의 형상을 가지는 기둥 형상으로 조립하여 사용할 수 있는데, 이때 다수개의 원통형 단위 셀들을 사각 단면 또는 원형 단면을 가진 기둥 형상이 되도록 조립한 뒤 케이스(136)에 내장시켜 하나의 축전지(130)를 구성할 수 있다.
도 2와 도 3에서는 다수개의 원통형 단위 셀(132)들을 사각 단면의 기둥 형상이 되도록 조립하여 구성한 축전지(130)의 일 예를 도시하고 있는 바, 도시한 바와 같이, 본 발명에서 축전지(130)는 가로등의 지주대에 별도 공간의 마련 없이 지주대의 빈 공간을 활용하여 좀더 간단하고 쉽게 내장시킬 수 있도록 다수개의 원통형 단위 셀(132)들을 기둥 형상(별도의 룸 공간 없이 지지대의 내부 빈 공간에 넣을 수 있는 기둥 형상)으로 조립하여 구성할 수 있다.
이와 같이 축전지(130)의 전체적인 형상을 기둥 형상으로 하는 경우 기존 가로등에서 지주대의 형태나 공간에 관계 없이 보다 용이하게 설치가 가능하다는 장점이 있게 된다. 특히, 도 1a와 도 1b에 나타낸 바와 같이, 지주대(140)의 내부공간에 원하는 임의의 위치에 축전지(130)를 내장시킴으로써 지주대(140)의 내부공간을 좀더 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
도 1a는 지주대(140)의 하부에, 도 1b는 침수나 도난 등의 위험요소에 효과적으로 대비할 수 있도록 지주대(140)의 상부에 설치한 예를 나타낸다. 본 발명에서 축전지(130)는 사용된 원통형 단위 셀(도 2 및 도 3에서 도면부호 132임)의 수를 축전지 용량에 맞게 자유로이 조절할 수 있고 이에 셀의 수에 따라 축전지의 경량화가 가능하므로, 단위 셀(132)의 수를 조절하고 전체 무게를 경량화시킨 축전지(130)를 지주대(140)의 상부에 설치하여 태양전지(100)에 최단 거리에 설치할 수 있다.
이와 같이 축전지(130)를 태양전지(100)에 최단 거리로 붙여서 설치하는 경우 전력 효율의 증가(케이블 길이에 따른 전력 손실 저감), 지주대(140) 내부공간의 효율적인 활용, 전선 등 케이블 사용 절감 및 설치비용 절감 등의 여러 장점이 있게 된다.
상기 축전지(130)의 구성에 대해 좀더 상세히 설명하면, 본 발명에서 축전지(130)는 가로등의 필요 전력을 고려한 전류 및 전압, 충/방전 용량에 따라 적절한 개수의 원통형 셀(132)들로 구성될 수 있고, 또한 지주대(140)의 형태나 크기 등에 알맞게 셀(132)의 수를 다양하게 조절하여 구성될 수 있다.
이때, 필요한 개수의 셀(132)들을 테이핑하여 고정함으로써 하나의 축전지(130)를 구성하되, 셀(132)들을 직렬 및 병렬의 복합방식으로 연결하여 원하는 전류 및 전압의 전력을 공급할 수 있도록 한다.
이 과정에서 축전지(130)를 구성하는 셀(132)의 개수를 조절하여 축전지 전체의 전류 및 전압의 세기를 조절할 수 있다.
또한 유리테이프(135)를 이용해 셀(132)들을 묶어준 뒤 셀 간을 전기적으로 연결하기 위한 컴파운디드 인터커넥션(Compounded Interconnection)의 적용을 위하여 셀(132)들의 양단 전극에 접속플레이트(133a,133b,134a,134b)를 각각 용접한다.
상기와 같은 테이핑 방식 외에, 축전지(130)를 구성하는 셀(132)들의 양단부 를 체결구를 끼우는 방식으로 일체화한 뒤 접속플레이트를 용접하는 방식이 적용될 수도 있다. 상기 체결구는 셀의 양단부가 삽입되어 끼워지는 복수개의 수납부를 구비한 것이 사용될 수 있는데, 이러한 체결구를 통해 셀들을 체결하는 경우에는 셀들이 일정 간격으로 체결되면서 규격화된 조립으로 균일한 제품 품질을 확보할 수 있으며, 또한 방열 등의 측면에서 유리한 장점이 있다.
또한 축전지(130)를 구성하는 셀(132)들은 도 5에 나타낸 바와 같이 양단 전극에 접속된 접속플레이트에 의해 직-병렬 복합방식(컴파운디드 인터커넥션을 적용한 셀 네트워크 구성)으로 연결되며, 이렇게 연결된 축전지(130)는 직렬 방식으로만 연결된 축전지에 비해 셀(132) 하나의 손상이 발생하더라도 축전지의 전체 전원 공급이 완전히 차단되는 문제가 해소될 수 있고, 축전지의 고장율을 감소시킬 수 있게 된다.
상기한 직-병렬 복합방식의 적용을 위해서는 축전지(130)의 셀(132) 상단 전극에 용접되는 접속플레이트(133a,133b)와 셀(132) 하단 전극에 접속되는 접속플레이트(134a,134b)를 도 2와 도 3에서와 같이 배치하는 것이 가능하다.
즉, 축전지(130)를 구성하는 셀(132)들의 상단 전극들을 접속하는 상부의 접속플레이트(133a,133b)들과 하단 전극들을 접속하는 하부의 접속플레이트(134a,134b)들의 배치를 도시한 바와 같이 상/하단 전극에 따라 달리하는 경우, 전체 셀(132)들이 여러 묶음으로 구분되어 같은 셀 묶음 내의 셀들 간에는 셀들이 모두 병렬로 접속(전기적으로 연결)되면서 다른 셀 묶음 간에는 셀들이 직렬로 접속되는 형태가 될 수 있다. 이러한 셀 회로 구조는 도 5에 나타낸 회로 구조가 된다.
도 2의 실시예는 단위 셀(132)들을 사각형의 묶음으로 구성한 축전지(130)를 사용한 예이나, 상기 축전지(130)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 그 전체적인 형상을 가로등의 지주대 단면 형상(원형 단면 형상)을 고려하여 원통형으로 구성하는 것이 가능하다.
도 4를 참조하면, 복수개의 원통형 셀(132)들을 원통형으로 배치한 뒤 각 셀 간 병렬로 접속하여 원통형의 서브 축전지(131)를 구성하고, 이렇게 제작된 원통형의 서브 축전지(131) 복수개를 상하로 적층하여 직렬로 접속함으로써 전체적인 하나의 축전지(130)를 구성한다.
이와 같이 복수개의 셀(132)들로 이루어진 원통형의 서브 축전지(131)를 상하 방향으로 적층 배치하여 하나의 원통형(원기둥) 축전지(130)를 구성하고, 이를 원통형의 가로등 지주대(140)에 내장시킴으로써, 지주대의 내부공간을 효율적으로 이용할 수 있다.
여기서, 축전지(130)는 가로등의 필요 전력을 고려한 일정량의 전류 및 전압에 따라 적절한 개수의 원통형 셀(132) 및 서브 축전지(131)로 구성되고, 세부적으로는 각 서브 축전지(131)를 구성하는 셀(132)들의 개수를 조절하여 축전지(130) 전체의 전류 및 전압의 세기를 조절할 수 있다.
이러한 원통형 축전지(130)의 경우에도 단위 셀(132)들을, 도 5에 나타낸 바와 같이, 직-병렬 복합방식으로 연결하므로, 단위 셀들이 직렬 방식으로만 연결된 축전지에 비해, 단위 셀 하나의 손상으로 인한 전체 축전지의 고장율을 감소시킬 수 있다.
바람직한 실시예에서, 축전지를 구성하는 단위 셀(132)로는 리튬이온 셀(Lithium-ion Cell)을 사용할 수 있으며, 이 경우 축전지의 특정 에너지를 증가시키는 것이 가능하다.
이때, 특정 에너지는 단위 셀(132)이 특정 비율의 방전에 대해 그 질량의 킬로그램당 저장할 수 있는 Wh 형태인 총 에너지 양의 측정치이며, 단위 셀(132)이 제공할 수 있는 작동범위 또는 거리를 결정하는 중요한 요소이다.
통상적인 납축전지에 대한 특정 에너지는 약 24 Wh/kg 내지 50 Wh/kg의 범위이다. 그러나, 리튬이온 축전지에 대한 특정 에너지는 약 500 Wh/kg이다.
따라서, 본 발명에서 리튬이온 셀(132)이 사용되는 원통형 축전지(130)에서의 유효한 범위는 통상적인 납축전지의 경우보다 이용 가능한 범위가 약 10배 이상 더 크다.
아울러, 기존의 납축전지(일반 배터리)는 그 형태 및 크기가 정형화되어 있고, 대개 직육면체의 형상을 가지기 때문에, 이를 본 발명에서와 같이 상하로 긴 기둥 모양의 지주대(140) 내부에 바로 넣기는 어렵고, 만약 지주대 내부에 넣고자 할 경우에는 지주대의 밑부분 등에 별도의 형태로 공간(룸)을 조성해야 한다.
또한 기존의 납축전지는 그 무게가 매우 무겁기 때문에, 납축전지를 지주대(140)의 상부에 설치하고자 할 경우 그 무게를 지탱하기 위한 별도의 보강 구조가 지주대 내부에 필요하다. 그러나, 단위 셀들을 조합하여 구성되는 본 발명의 축전지는, 셀(리튬이온 셀) 자체의 중량이 납축전지에 비해 가볍고, 또한 셀의 수 를 쉽고 간단히 조절할 수 있기 때문에, 그 전체 중량을 쉽게 경량화할 수 있는 바, 지지대의 상부에 태양전지와 최단 거리로 설치가 가능하다.
또한 본 발명에서의 축전지는 가로등의 지주대 내부에 쉽게 내장이 가능한 기둥 형상으로 제작되는 바, 납축전지와 같이 별도의 공간 조성이 불필요하고, 지지시킬 브라켓 내지 지지용 구조물만을 구비된다면 지주대 내부의 어느 위치라도 쉽게 설치가 가능해진다.
본 발명에서 축전지(130)를 구성하는 셀(132)로는, 상기한 리튬이온 셀 외에, 리튬이온 폴리머(Li-ion Polymer), 니켈-카드뮴(Nickel-cadmium), 니켈-메탈하이드라이드(Nickel-MH)와 같은 형태의 셀을 사용하는 것도 가능하다.
이와 같이 본 발명에 따른 축전지 내장형 가로등의 연결 구조를 살펴보면, 도 6에 도시한 바와 같이, 태양전지(100) 및 풍력발전기(110)는 생산된 전기를 제어기(150)를 통해 램프(120)에 공급하도록 되어 있되, 축전지(130)와 연결되어 램프(120)에 공급되고 남은 전기를 축전지(130)에 축전시킨다.
그리고, 축전지(130)는 축전된 전기를 제어기(150)를 통해 램프(120)에 공급하고, 또한 제어기(150)는 축전지(130) 및 램프(120)의 작동시간, 용량 등을 제어한다. 아울러, 표시부(170)가 제어기(150)와 연결되어 제어기의 명령에 따라 축전지(130)의 충전량, 작동시간 등을 표시한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 가로등에서는 램프(120)에 전력을 공급하기 위한 전원으로서 태양전지(100) 및 풍력발전기(110)와 같은 자체 발전수단이 지주대(도 1a 및 도 1b에서 도면부호 140임)에 설치되는 것과 함께 기둥 형상의 축전지(130) 가 지주대에 내장되며, 이 축전지(130)에는 태양전지(100) 또는 풍력발전기(110)에서 생성된 전기에너지가 저장된다.
이렇게 축전지가 내장된 가로등에서 램프 점등을 위해 전력은 소비되고 있으나 일정기간 축전지가 충전되기 어려운 상황이 지속되는 경우, 예를 들어 장기간 우천시가 지속되는 경우 등에 대비하여, 본 발명의 가로등은 축전지의 전력 대신 외부의 주변 시설망(예, 한전의 전력계통선(Grid))을 이용해 램프를 점등시키는 것이 가능하도록 구성될 수 있다.
즉, 램프를 점등시키기 위해, 선택적으로 상기 자체 발전수단의 전력 또는 축전지의 전력을 공급받도록 하거나, 기존 주변 시설망인 전력계통선(Grid)을 통해 전력을 공급받도록 하는 것이다. 물론, 주변 시설망으로부터 전력을 공급받기 위해서는 가로등 내부로 전력계통선이 연결되어야 하며, 이때 축전지의 예비 전원으로 사용될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 전력계통선(Grid)을 연결하고, 이에 더하여 태양전지나 풍력발전기와 같은 자체 발전수단과, 상기 자체 발전수단에서 생산된 전기에너지를 저장할 수 있는 축전지를 설치하여, 램프 점등을 위한 전원으로서 상기 자체 발전수단에 의해 생산되는 전력, 상기 축전지에 저장된 전력 또는 상기 전력계통선을 통해 공급되는 외부 전력 중 어느 하나를 선택적으로 이용하도록 구성됨으로써, 안정적으로 전력을 공급받을 수 있게 된다.
또한 날씨 조건에 따라 상기 자체 발전수단에 의해 생산된 전력을 직접 이용하여 램프를 점등시킬 수 있으나, 바람이 부는 날씨 조건(풍력 이용)이라든지 주간 시(태양에너지 이용)에 생산된 전력(또는 잉여 전력)을 저장하였다가 바람이 적게 불거나 야간, 우천시 등 자체 발전수단의 전력을 직접 이용하기 곤란한 조건에서 축전지에 저장된 전력을 이용하여 램프를 점등시킬 수 있기 때문에, 사용에 날씨나 시간 등의 제약이 없는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에서, 램프 전력으로서 자체 발전수단, 축전지, 상기 전력계통선의 전력 중 어느 하나의 선택적인 이용은 제어기의 제어하에 이루어지도록 할 수 있으며, 제어기의 제어하에 전력이 선택적으로 인가되도록 하는 회로 구성은 당업자라면 쉽게 구현 가능한 것이므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축전지 내장형 가로등의 사시도,
도 2와 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가로등에서 축전지의 상세 구성도로서, 도 2는 평면 사시도이고, 도 3은 저면 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 가로등에서 축전지의 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 5는 도 2 및 도 3의 축전지를 구성하는 원통형 단위 셀들의 연결상태를 도시한 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 가로등의 주요 구성을 도시한 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 태양전지 110 : 풍력발전기
120 : 램프 130 : 축전지
131 : 서브 축전지 132 : 셀
140 : 지주대 150 : 제어기
160 : 도어 170 : 표시부

Claims (12)

  1. 전기에너지를 발생시키는 자체 발전수단과, 지상에 세워져 설치되고 상기 자체 발전수단이 장착되는 지주대(140)와, 상기 지주대(140)의 상부에 설치되는 램프(120)와, 상기 자체 발전수단과 연결되어 그로부터 발생한 전기에너지를 축전시키는 축전지(130)를 포함하여 구성되는 가로등에 있어서,
    상기 축전지(130)가 상기 지주대(140)의 내부공간에 장착되고, 상기 축전지(130)는 단위 셀(132)들을 전기적으로 접속하여 구성되되,
    상기 축전지(130)는 원통형의 단위 셀(132)들이 각각의 양단 전극에 접속된 접속플레이트(133a,133b,134a,134b)에 의해 직렬-병렬 복합방식으로 접속되어서 구성되고,
    상기 지주대(140)의 외측에는 축전지(130)의 충전상태 및 전기 잔량, 작동시간 및 예상 사용시간을 포함한 축전지의 상태를 디스플레이하기 위한 표시부를 설치되고,
    상기 축전지(130) 및 램프(120)에 연결되어 이들의 작동을 제어하는 제어기(150)가 상기 축전지(130)와 함께 지주대(140)의 내부공간에 장착되고,
    상기 램프의 점등을 위한 전력공급원으로 전력계통선이 추가 연결되어, 상기 제어기를 통해 램프 점등을 위한 전력공급이 자체 발전수단, 축전지, 전력계통선 중 선택된 하나로부터 이루어지는 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전지(130)는 상기 원통형의 단위 셀(132)들이 전체적으로 사각 단면의 기둥 형상으로 조합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전지(130)는, 원통형의 단위 셀(132)들이 접속되어 하나의 서브 축전지(131)를 구성하고 이러한 서브 축전지(131) 복수개가 기둥 형상으로 상하 적층되어 상기 서브 축전지 간에 단위 셀(132)들이 서로 접속됨으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각 서브 축전지(131)는 상기 단위 셀(132)들이 원통형으로 배치되어, 상기 서브 축전지(131)로 구성되는 축전지(130) 전체가 원통형으로 구성되며,
    상기 각 서브 축전지(131) 내의 단위 셀(132)들 간에는 서로 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 상하로 적층되는 서브 축전지(131)들은 서로 직렬로 접속되어 상기 축전지(130)를 구성하는 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전지(130)는 상기 단위 셀(132)로서 리튬이온(Li-ion) 셀을 사용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전지(130)는 상기 단위 셀(132)로서 리튬이온 폴리머(Li-ion Polymer), 니켈-카드뮴(Nickel-cadmium), 니켈-메탈하이드라이드(Nickel-MH)의 셀 중 선택된 것을 사용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 자체 발전수단은 태양에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 태양전지(100)와, 풍력을 이용하여 전기를 발생시키는 풍력발전기(110) 중 선택된 어느 하나 또는 둘 모두인 것을 특징으로 하는 축전지 내장형 가로등.
  12. 삭제
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