KR101337435B1 - 대용량 에너지 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대용량 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 발명은 다단 연결되는 단전지(Cell)가 실장된 트레이를 다수로 구비하는 유니트; 상기 유니트를 다수의 직렬 배열로 실장하고 이 실장된 유니트를 복수의 배열로 구비하는 카트리지; 상기 카트리지를 다수로 연결하고 상기 다수로 연결된 카트리지를 오픈 랙에 다수의 열과 다단으로 배열하되, 4개의 종류로 구성하여 소정 패턴으로 배열 구성함으로써, 직렬 결합에 의해 전압을 승압할 수 있게 되므로 대용량 저장이 가능하게 되고, 또한 오픈 랙으로부터 소정의 패턴에 따른 카트리지와 카트리지의 연결 및 분리가 용이하므로 생산 및 조립성 향상은 물론 원하는 용량으로 변경 조절하여 저장할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

대용량 에너지 저장장치{LARGE CAPACITY ENERGY STORAGE APPARATUS}

본 발명은 대용량 에너지 저장장치에 관한 것으로, 상세하게는 풍력, 태양광, 신재생 에너지 발생기로부터 발생 전력 및 잉여 전력을 대용량으로 저장하였다가 전력이 필요한 시기에 안정적인 전력의 공급이 가능하도록 한 대용량 에너지 저장장치에 관한 것이다.

최근 전력산업의 패러다임 변화는 저탄소 녹색성장으로 신재생 에너지의 확대로 인한 스마트 그리드로의 변화를 가속화하는 상황이 도래하였다.

그런데 종래의 전력망은 화력, 원자력과 같은 중앙 집중형 발전으로 전력을 생산하고 송전망을 통해 수요처에 전달하는 방식으로 상기 생산된 전력을 공급하도록 되어 있다.

그래서 상기 전력을 수요처로 공급시 장거리 송전시설이 필요하게 되고, 상기 송전설비는 수요처에 전력을 공급하는 방식에 초점을 두어 시설하게 되므로, 설비의 고장과 이로 인한 정전사고 등에는 취약한 구조를 가지고 있다.

또한 계절별로 발생하는 최대 피크 전력 수요에 대응하기 위하여 대규모 예비전력이 필요하게 되었으나, 전력 설비의 이용률이 낮아 비효율적인 전력시스템으로 구성되는 경우가 많다.

향후 전력수요 전망을 보면 지속적으로 증가하는 추세에 있으며 전력 수급에 있어 공급 부족과 잉여 전력의 폭이 점차 커져 신규 발전설비 건설의 부담과 설비 활용률 저하라는 이중고에 시달리게 되는 문제점이 예상된다.

최근에 신 재생에너지를 활용한 전력공급 비중이 점차 커지면서 전력품질 문제에 대한 대안으로 대용량 에너지 저장장치에 대한 관심이 집중되고 있으며, 이 일환으로 메가 와트(MW)급 전력저장시설의 확대로 분산형 전력 저장시스템을 구축하여 잉여 전력을 저장하였다가 전력수요가 높은 지역이나 시기에 원활하고 안정적인 전력 공급과 수급이 이루어질 수 있도록 하는 것이 전 세계적인 과제로 부상하고 있으며, 그에 대한 대안으로 대용량 에너지 저장장치가 각광받게 되었다.

따라서 해결하기 위한 본 발명의 과제는 전력망으로부터 전력 및 잉여전력을 대용량으로 저장하였다가 전력수요가 높은 지역이나 시기에 원활하고 안정적인 전력 공급 및 수급이 이루어질 수 있도록 한 대용량 에너지 저장장치를 제공하는데 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 단전지(Cell)가 실장된 트레이를 다수개로 구비하는 유니트, 상기 유니트를 다수의 열과 복수의 단으로 결합하는 카트리지, 상기 카트리지를 서로 결합하여 다수의 열과 단으로 배치되는 랙(rack)으로 구성되는 대용량 에너지 저장장치에 있어서, 상기 카트리지는 다수의 열과 복수의 단으로 결합하는 유니트의 전극(+)(-)이 열방향으로 서로 동일 배열되고, 단방향으로 서로 교호 배열되게 구비하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에서 상기 카트리지는 다수의 열과 복수의 단으로 결합되는 한쌍의 유니트들의 전극(+)(-)을 단방향으로 서로 직렬 연결하는 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바와, 열방향으로 한쌍의 유니트들의 전극(+)(-)을 서로 직렬 연결하는 3종 승압용 부스바와, 상기 3종 승압용 부스바의 하부에 포개져 상기 유니트들의 공간 절연용 4종 절연용 부스바를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 카트리지는 다수의 열과 복수의 단으로 결합되는 한쌍의 유니트들의 전극(+)(-)을 단방향으로 서로 직렬 연결하는 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바를 서로 대각선으로 접속되는 A종; 상기 A종과 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바가 대칭으로 접속되는 B종; 상기 A종과 유니트들의 전극(+)(-)이 서로 대칭으로 배열되고, 상기 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바가 대칭으로 접속되는 C종; 및 상기 C종과 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바가 대칭으로 접속되는 D 종으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 랙은 1열의 최상단과 상기 최상단의 전단에 입력과 출력이 한 곳에 위치되도록 입,출력단을 구비하고, 2열에서 최종 열로 최상단에 C종에서 A종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속으로 수평 배열하고, 최종열에 최상단에서 최하단으로 A종에서 B종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수직 배열하며, 상기 최종열의 이전열에서 1열으로 최하단에 D종에서 B종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수평 배열하고, 상기 1열의 최하단에서 최종열의 이전열의 최하단의 상단으로 C종에서 A종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지; D종에서 B종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지; C종에서 A종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속으로 수평 배열하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 랙은 다수의 열과 단으로 배열된 카트리지의 1열과 최종열 및 최종열의 이전 열의 카트리지를 수직부스바로 연결하고, 그외의 열과 단의 카트리지를 수평부스바로 결합하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제 해결 수단에 따른 본 발명은 다단 연결되는 단전지(Cell)가 실장된 트레이를 다수로 구비하는 유니트; 상기 유니트를 다수의 직렬 배열로 실장하고 이 실장된 유니트를 복수의 배열로 구비하는 카트리지; 상기 카트리지를 다수로 연결하고 상기 다수로 연결된 카트리지를 오픈 랙에 다수의 열과 다단으로 배열하되, 4개의 종류로 구성하여 소정 패턴으로 배열 구성함으로써, 직렬 결합에 의해 전압을 승압할 수 있게 되므로 대용량 저장이 가능하게 된다.

또한 본 발명은 오픈 랙으로 부터 소정의 패턴에 따른 카트리지와 카트리지의 연결 및 분리가 용이하므로 생산 및 조립성 향상은 물론 원하는 용량으로 변경 조절하여 저장할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 전체 상면도
도 2는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 측면도
도 3은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 카트리지의 구성도
도 4는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 카트리지의 배열 패턴 구성도
도 5는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 카트리지의 전기적 결합 상세도

이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 전체 상면도이고, 도 2는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 측면도로서, 본 발명은 콘테이너(10), 랙(rack)(20), 카트리지(30)를 포함한다.

상기 콘테이너(10)는 에너지 저장장치를 외력으로부터 보호하기 위한 케이스로서, 두 개의 방으로 구비하여, 하나의 방에는 AC/DC 배전반 및 관리서버(PC)를 구비하며, 다른 하나의 방에는 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장장치, 내부의 온/습도 조절을 위한 항온항습기, 화재방지를 위한 소방설비를 구비하게 된다.

상기 랙(20)은 상기 에너지 저장장치를 형성하는 선반의 일종으로 상기 콘테이너(10)의 내측에 다단의 높이로 설치되며, 상기 랙(20)은 두 개를 서로 대칭으로 구비하게 된다.

상기 카트리지(30)는 상기 랙(20)에 실장되어 전기 에너지를 저장하게 되며, 상기 카트리지(30)는 다수의 단전지들을 병렬 접속한 유니트들을 직렬 접속하여 결합 구비하게 된다.

따라서 상기 콘테이너(10)의 내부에 설치된 두개의 랙(20)의 내측으로 상기 카트리지(30)를 다수의 열과 단으로 배열하여 설치하고, 상기 배열 설치된 카트리지(30)를 접속함으로써 대용량 에너지를 저장하게 되는 것이다.

이때 상기 랙(20)에 다수의 열과 단으로 배열된 카트리지(30)는 콘테이너(10)의 내부에 구비된 AC/DC 배전반, 항온,항습기, 소방설비에 의해 전압, 온도,습도를 조절받으면서 관리서버(PC)의 제어하에서 상기 에너지 저장장치에 저장하게 된다.

도 3은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 카트리지의 구성도로서, 랙(20)에 는 다수의 열과 단으로 배열되는 카트리지(30)들이 서로 결합되어 실장되게 되는데, 상기 카트리지(30)는 단전지(CELL)들을 병렬로 연결한 유니트(25)들을 전력계통 및 시스템에서 요구하는 전기로 승압하기 위한 직렬 조합으로 결합하게 되며, 상기 카트리지(30)는 A종(31),B종(32),C종(33),D종(34)으로 분리 구비하게 된다.

상기 A종(31)은 다수의 유니트(25)를 다수의 열과 복수의 단으로 실장하되, 열 방향으로 상기 유니트(25)의 전극(+)(-)을 동일하게 실장하고, 단방향으로 상기 유니트(25)간의 전극(+)(-)을 서로 교호되게 실장하며, 상기 단방향으로 복수단에 교호되는 유니트(25)간의 전극(+)(-)에는 1종,2종 승압용 부스바(301)(302)를 접속하되, 상기 1종 승압용 부스바(301)와 2종 승압용 부스바(302)는 서로 대각선방향으로 대칭되는 위치에 접속하고, 상기 열방향으로 유니트(25)간에는 3종 부스바(303)를 포개어 4종의 승압용 부스바(304)를 접속하게 된다.

상기 B종(32)은 상기 A종(31)과 유니트(25)들의 전극(+)(-)의 배열을 동일하고, 상기 유니트(25)간의 전극(+)(-)을 서로 접속하는 1종 승압용 부스바(301)와 2종 승압용 부스바(302)로 서로 대칭되게 접속하게 된다.

상기 C종(33)은 상기 A종(31)과 유니트(25)들의 전극(+)(-)이 서로 대칭으로 배열되고, 상기 1종 승압용 부스바(301) 및 2종 승압용 부스바(302)가 대칭으로 접속하게 된다.

상기 D종(34)은 상기 C종(33)과 1종 승압용 부스바(301) 및 2종 승압용 부스바(302)가 서로 대칭으로 접속하게 된다.

따라서 상기 카트리지(30)의 A종(31), B종(32), C종(33), D종(34)에서, A종(31), B종(32)의 카트리지는 1종 승압 부스바(301)과 2종 승압 부스바(302)가 서로 대칭으로 접속 구성되고, C종(33), D종(34)의 카트리지는 A종(31), B종(32)의 카트리지와는 유니틀(31)의 극성(+)(-)이 대칭으로 구성되고, 1종 승압 부스바(301)과 2종 승압 부스바(302)가 대칭 구조로 구성된다.

도 4는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 카트리지의 배열 패턴 구성도로서, 랙(20)에 다수의 열과 단으로 배열 설치되는 A종(31),B종(32),C종(33),D종(34)의 카트리지는 1열의 5단과 6단은 입력과 출력이 한 곳에 위치되도록 입,출력단을 구비하게 된다.

2열에서 7열으로 최상단인 6단에는 C종(33)의 카트리지(30)에서 A종(31)의 카트리지(30)로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수평 배열하고, 7열은 6단에서 최하단인 1단으로 A종(31)의 카트리지에서 B종(32)의 카트리지로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수직 배열한다.

6열에서 1열으로 상기 1단에는 D종(34)의 카트리지에서 B종(32)의 카트리지로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수평 배열하고, 1열에서 6열로 2단에는 C종(33)의 카트리지에서 A종(31)의 카트리지로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수평 배열한다.

상기 1열에서 6열로 3단에는 B종(32)의 카트리지에서 D종(34)의 카트리지로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수평 배열하고, 상기 1열에서 6열로 4단에는 A종(31)의 카트리지에서 C종(33)의 카트리지로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수평 배열하며, 또한 2열에서 6열까지의 5단에는 D종(34)의 카트리지에서 B종(32)의 카트리지로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수평 배열한다.

상기와 같이 상기 카트리지(30)들을 수평 및 수직 배열함으로써, 어느 하나의 카트리지(30)에 이상 발생시 그에 해당하는 카트리지(30)만을 간편히 분리 교체할 수 있고, 또한 상기 랙(20)에 다수의 열 및 다단에 구애받지 않고 증감하여 필요로 하는 대용량 에너지 저장장치를 구현할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 카트리지의 전기적 결합 상세도로서, 랙(20)에 다수의 열과 단으로 배열 접속된 A종(31),B종(32),C종(33),D종(34)의 카트리지는 다수의 열과 단 간에 전기적 결합을 위해 카트리지(30)들을 수평부스바(1), 수직부스바(2)(4)과 함께 절연부스바(3)로 연결하게 된다.

따라서 수평부스바(1)는 카트리지(30) 간에 전기적 결합을 위해 열과 열 사이를 결합하는데 사용하게 되며, 사용되는 결합 구간의 설명을 위해 1열과 2열, 2열과 3열, 3열과 4열, 4열과 5열, 5열과 6열, 6열과 7열 총 6구간으로 구분하여 설명한다.

1열과 2열에서는 하단에서 상단으로 가면서 2열의 D종(34) 카트리지에서 1열의 B종(32) 카트리지, 1열의 C종(33) 카트리지에서 2열의 A종(31) 카트리지에 각 2번 결합하게 된다.

2열과 3열에서는 하단에서 상단으로 가면서 2열의 C종(33) 카트리지에서 3열의 A종(32) 카트리지로 1번의 결합과, 3열의 B종(32) 카트리지(30)에서 2열의 D종(34) 카트리지로 3번의 결합 그리고 2열의 A종(31) 카트리지(30)에서 3열의 C종(33) 카트리지로 2번 결합하게 된다.

3열과 4열에서는, 하단에서 상단으로 가면서 3열의 A종(31) 카트리지에서 4열의 C종(33) 카트리지로 1번의 결합과, 4열의 D종(34) 카트리지에서 3열의 B종(34) 카트리지로 3번의 결합 그리고 3열의 C종(33) 카트리지에서 4열의 A종(31) 카트리지로 2번 결합하게 된다.

4열과 5열에서는, 하단에서 상단으로 가면서 4열의 C종(33) 카트리지에서 5열의 A종(31) 카트리지로 1번의 결합과, 5열의 B종(32) 카트리지에서 4열의 D종(34) 카트리지로 3번의 결합 그리고 4열의 A종(31) 카트리지에서 5열의 C종(34) 카트리지로 2번 결합하게 된다.

5열과 6열에서는, 하단에서 상단으로 가면서 5열의 A종(31) 카트리지에서 6열의 C종(33) 카트리지로 1번의 결합과, 6열의 D종(34) 카트리지에서 5열의 B종(32) 카트리지로 3번 결합 그리고 5열의 C종(33) 카트리지에서 6열의 A종(31) 카트리지로 2번 결합하게 된다.

6열과 7열에서는, 하단에서 상단으로 가면서 6열의 C종 카트리지에서 7열의 A종 카트리지로 1번의 결합과 7열의 B종 카트리지에서 6열의 D종 카트리지로 1번 결합하게 된다.

상기 수직부스바(2)(3)는 랙(20)의 내부에서 수직으로 결합하는 카트리지(30) 간의 전기적 결합을 위해 사용하게 되며, 상기 수직부스바(2)(3)는 카트리지(30)의 수직 결합에 있어 중첩구간이 있는 1열의 B종(32) 카트리지과 C종(33) 카트리지을 결합하고, 6열의 A종(31) 카트리지과 D종(34) 카트리지를 결합하게 된다.

상기 절연부스바(4)는 중첩구간을 결합하는 수직부스바(2)와 카트리지(30) 간에 공간 절연 위해 결합하게 된다.

그러므로 상기 랙(20)에 다수의 열과 다단 배열로 결합되는 카트리지(30)는 다수의 열에서 1열과 6열 및 7열에 결합되는 카트리지(30) 단을 전기적으로 수직 연결하고, 나머지 2열, 3열, 4열, 5열에 결합된 카트리지(30)는 전기적으로 수평 결합하게 되므로, 상기 카트리지(30)의 입출력 전극(+)극과 (-)극의 위치가 서로 양쪽 끝단에 대칭적으로 위치하지 않고, 한 곳으로 집중되게 위치시킬 수 있게 되어 전력변환장치와의 연결시 접속을 집중화할 수 있고 다른 장치와 접속시에도 짧고 간편히 할 수 있게 되는 것이다.

1; 수평부스바 2,3; 수직부스바
4; 절연부스바 10; 콘테이너
20; 랙 25; 유니트
30; 카트리지 31,32,33,34; A,B,C,D종 카트리지
301,302,303,304; 1종,2종,3종,4종 승압용 부스바

Claims (6)

1. 삭제
2. 단전지(Cell)가 실장된 트레이를 다수개로 구비하는 유니트,
   상기 유니트를 다수의 열과 복수의 단으로 결합하는 카트리지,
   상기 카트리지를 서로 결합하여 다수의 열과 단으로 배치되는 랙으로 구성되는 대용량 에너지 저장장치에 있어서,
   상기 카트리지는 다수의 열과 복수의 단으로 결합하는 유니트의 전극(+)(-)이 열방향으로 서로 동일 배열되고, 단방향으로 서로 교호 배열되게 구비하는 것을 특징으로 하는 대용량 에너지 저장장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 카트리지는 다수의 열과 복수의 단으로 결합되는 유니트들의 전극(+)(-)을 단방향으로 서로 직렬 연결하는 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바와, 열방향으로 유니트들의 전극(+)(-)을 서로 직렬 연결하는 3종 승압용 부스바와, 상기 3종 승압용 부스바의 하부에 포개져 상기 유니트들의 공간 절연용 4종 절연용 부스바를 포함하는 대용량 에너지 저장장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 카트리지는 유니트들을 다수의 열과 복수의 단으로 실장하되, 열 방향으로 상기 유니트들의 전극(+)(-)을 동일하게 배열 실장하고, 단방향으로 상기 유니트 간의 전극(+)(-)을 서로 교호되게 배열 실장하며, 상기 단방향으로 복수단에 교호되는 유니트 간의 전극(+)(-)에는 1종,2종 승압용 부스바를 접속하되, 상기 1종 승압용 부스바와 2종 승압용 부스바는 서로 대각선방향으로 대칭되는 위치에 접속하고, 상기 열방향으로 유니트 간에는 3종 부스바를 포개어 4종의 승압용 부스바가 접속되는 A종;
   상기 A종과 유니트들의 전극(+)(-)이 동일하게 배열 실장되고 상기 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바가 대칭으로 접속되는 B종;
   상기 A종과 유니트들의 전극(+)(-)이 서로 대칭으로 배열 실장되고, 상기 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바가 대칭으로 접속되는 C종; 및
   상기 C종과 유니트들의 전극(+)(-)이 동일하게 배열되고 실장되고, 상기 1종 승압용 부스바 및 2종 승압용 부스바가 대칭으로 접속되는 D 종으로 구비되는 대용량 에너지 저장장치.
5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 랙은 1열의 최상단과 상기 최상단의 전단에 입력과 출력이 한 곳에 위치되도록 입,출력단을 구비하고, 2열에서 최종 열로 최상단에 C종에서 A종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속으로 수평 배열하고, 최종열에 최상단에서 최하단으로 A종에서 B종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수직 배열하며, 상기 최종열의 이전열에서 1열으로 최하단에 D종에서 B종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속하여 수평 배열하고, 상기 1열의 최하단에서 최종열의 이전열의 최하단의 상단으로 C종에서 A종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지; D종에서 B종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지; C종에서 A종으로 연결되는 한 쌍의 카트리지를 연속으로 수평 배열하는 것을 특징으로 하는 대용량 에너지 저장장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 랙은 다수의 열과 단으로 배열된 카트리지의 1열과 최종열 및 최종열의 이전 열의 카트리지를 수직부스바로 연결하고, 그외의 열과 단의 카트리지를 수평부스바로 결합하는 것을 특징으로 하는 대용량 에너지 저장장치.

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