KR101418173B1 - 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치 - Google Patents

에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템의 입출력 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리관리시스템(BMS)에서 충전기(Charger)의 입력 AC전압과 주파수와 인버터(Inverter)의 출력 AC전압과 주파수 정보를 입력 받아 사용자 인터페이스-디스플레이장치에 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율, 입력 전원 없을시 에러 출력 등의 정보를 출력하도록 할 수 있는 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 AC전원을 DC전원으로 변환하는 충전기(100); DC전원을 AC전원으로 변환하여 출력하는 인버터(500); 및 상기 충전기(100)로부터의 DC전원을 충전하고, 충전된 DC전원을 상기 인버터(500)를 통해 방전하는 배터리 모듈(420)과, 상기 배터리 모듈(420)의 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율, 입력 전원 없을시 에러 출력 정보를 출력하도록 하는 입출력체크회로부(430)와, 상기 입출력체크회로부(430)로부터의 출력정보를 디스플레이부(300)로 출력하는 배터리 관리 시스템(410)으로 구성되는 배터리 팩(400);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치를 제공한다.

Description

에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치{Input-Output Check Apparatus for Energy Storage System}
본 발명은 에너지 저장 시스템의 입출력 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리관리시스템(BMS)에서 충전기(Charger)의 입력 AC전압과 주파수와 인버터(Inverter)의 출력 AC전압과 주파수 정보를 입력 받아 사용자 인터페이스-디스플레이장치에 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율, 입력 전원 없을시 에러 출력 등의 정보를 출력하도록 할 수 있는 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)은 에너지를 배터리처럼 저장해서 언제든 꺼내 쓸 수 있는 저장장치를 의미하는 것으로, 지금까지의 전기에너지는 생산과 저장의 차이가 있어 전기에너지를 사용하는데 있어 생산이 함께 움직여줘야 하는데 ESS는 에너지를 효과적으로 저장해 사용하는 것으로 에너지 생산에 대한 여유를 가질 수 있게 해준다.
그래서 ESS가 활성화되면 비교적 에너지 소비량이 적은 새벽에 생산되는 에너지를 저장하여 에너지 공급이 몰릴 때 효과적으로 사용할 수 있고 에너지 생산 가동률을 높일 수 있다.
그리고 미미하게 모이는 신재생에너지를 축적하여 에너지를 나눠 쓸 수 있기 때문에 지금의 전력난을 많이 해소시킬수 있는 중요한 에너지 시스템으로 인식되고 있다.
제주도에서 펼쳐지는 ESS 실증 사업은 한 개의 변전소와 맞먹는 규모의 8메가 와트급으로 진행되고 있어 전력난을 해소해 줄 수 있는 것으로 기대가 되고 있다.
근래 국가적 차원에서 에너지 확보를 위한 신재생 에너지 보급 확대 정책으로 풍력, 태양광 등의 에너지 생산 설비가 급속히 증가하는 추세이다.
이러한, 신재생 에너지는 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진국을 비롯하여 각 국가에서 연구가 활발히 진행 중이다.특히 신재생 에너지 중 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광 발전 시스템은 공해가 없고, 설치 및 유지보수가 용이하다는 장점 등으로 인해 최근 각광을 받고 있다.
또한 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 이용하여 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 에너지 저장 시스템의 저장장치는 배터리팩을 하나만 사용하는 것이 아니라 여러 개를 연결해서 사용하기 때문에, 여러 개의 배터리팩을 원활하게 운영할 수 있도록 각 배터리팩의 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 모니터링하고 제어하기 위한 배터리관리시스템(Battery Management System)를 구비하고 있다. BMS는 중대형 2차전지가 전기 함출과 출력 균형을 조절하도록 하여 폭발사고 등을 방지한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
종래 기술에 따른 에너지 저장 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 충전기(10), 사용자 인터페이스부(20), 디스플레이부(30), 배터리 팩(40) 및 인버터(50)로 구성된다.
여기서 충전기(10)는 자연에너지(태양광, 조력, 풍력)이나 그리드(Grid)의 AC전원을 DC전원으로 변환하여 배터리 팩(Battery Pack)(40)의 배터리 모듈(42)에 충전하도록 하는 충전장치이다.
사용자 인터페이스부(20)는 사용자가 배터리 팩(40)를 조작할 수 있도록 만든 장치로써 전원 온/오프 스위치 등이 구성될 수 있다.
디스플레이부(30)는 사용자가 배터리 팩(40)의 정보나 상태를 확인할 수 있도록 하는 장치로써 예를 들어 LCD 디스플레이를 통해서는 배터리 팩(40)의 정보(배터리 잔량 등)를 볼 수 있도록 하고, LED 디스플레이를 통해서는 사용자가 배터리 팩(40) 온/오프 상태, 이상(ERROR) 상태 경고등으로 표시하여 사용자가 볼 수 있도록 할 수 있다.
배터리 팩(40)은 충전기(10)를 통해 변환된 DC 전원을 저장한다. 이를 위하여 배터리팩(40)은 전기 에너지를 저장할 수 있도록 원통형 Cell을 여러 개로 묶어 만드는 배터리 모듈(42)과 배터리 모듈(42)을 관리제어하기 위한 배터리관리시스템(Battery Management System)(41)으로 구성된다.
인버터(50)는 배터리 팩(42)의 DC전원을 AC전원으로 변환하여 배터리 팩(40)에 저장된 에너지를 전기장치나 그리드(Grid)로 공급할 수 있도록 하는 방전장치이다.
그러나 이와 같은 종래 기술은 에너지 저장 시스템을 구성하는 충전기, 인버터의 상태를 확인 할 수 없을 뿐만 아니라, 정확한 출력량, 사용가능 시간, 효율, 입력 전원 없을 시 에러 출력 등을 할 수 없다는 문제가 있었다.
[선행기술문헌]
(문헌 1) 출원번호 제10-2007-0120625호(출원일자 2007년 11월 26일)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 배터리관리시스템(BMS)에서 충전기(Charger)의 입력 AC전압과 주파수와 인버터(Inverter)의 출력 AC전압과 주파수 정보를 입력 받아 사용자 인터페이스-디스플레이장치에 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율, 입력 전원 없을시 에러 출력 등의 정보를 출력하도록 할 수 있는 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치는,
AC전원을 DC전원으로 변환하는 충전기(100); DC전원을 AC전원으로 변환하여 출력하는 인버터(500); 및 상기 충전기(100)로부터의 DC전원을 충전하고, 충전된 DC전원을 상기 인버터(500)를 통해 방전하는 배터리 모듈(420)과, 상기 배터리 모듈(420)의 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율, 입력 전원 없을시 에러 출력 정보를 출력하도록 하는 입출력체크회로부(430)와, 상기 입출력체크회로부(430)로부터의 출력정보를 디스플레이부(300)로 출력하는 배터리 관리 시스템(410)으로 구성되는 배터리 팩(400)을 포함한 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치에 있어서,
상기 입출력 체크 회로부(430)는,
상기 충전기(100)와 상기 인버터(500)로부터 입력되는 각각의 AC 입출력 전원을 상기 입출력 체크 회로부(430)에서 필요로 하는 낮은 전압으로 변환하는 트랜스포머(431)와,
상기 트랜스포머(431)에서 변환된 각각의 AC 입출력 전원을 반파로 필터링하는 반파정류회로부(432)와,
상기 반파로 필터링된 각각의 AC 입출력 전원에서 소정의 리플이 존재하는 각각의 DC 전압으로 변환하는 평활회로부(433)와,
상기 평활회로부(433)로부터 출력되는 소정의 리플리 존재하는 각각의 DC전압에 대한 필터링을 수행하여 리플이 존재하지 않는 DC전압으로 변환하는 DC 변환부(434)와,
상기 DC 변환부(434)에서 변환된 DC 전압에서 상기 충전기(100)와 상기 인버터(500) 각각의 주파수 정보를 센싱하는 주파수 센싱부(435)와,
상기 DC 변환부(434)에서 변환된 DC 전압에서 상기 충전기(100)와 상기 인버터(500) 각각의 입력전원 정보를 센싱하는 전압 센싱부(436)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 배터리관리시스템(BMS)에서 충전기(Charger)의 입력 AC전압과 주파수와, 인버터(Inverter) 출력 AC전압과 주파수 정보를 입력 받아 사용자 인터페이스인 디스플레이에 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율 , 입력 전원 없을 시 에러 출력 등의 정보를 출력 할 수 있다.
둘째, 충전기(Charger)의 입력 AC전압과 주파수와, 인버터(Inverter) 출력 AC전압과 주파수 정보를 입력 받아 사용자 인터페이스인 디스플레이에 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율 , 입력 전원 없을 시 에러 출력 등의 정보를 출력함으로써 에너지 저장 시스템 자기진단 시 그리고 A/S시 빠른 원인 파악도 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치를 설명하기 위한 블록 구성도,
도 3은 도 2에 나타낸 에너지 저장 시스템의 배터리 관리 시스템을 보다 상세히 설명하기 위한 블록 구성도이다.
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 2는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 에너지 저장 시스템의 배터리 관리 시스템을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치는 도 2에 나타낸 바와 같이, 충전기(100), 사용자 인터페이스부(200), 디스플레이부(300), 배터리 팩(400) 및 인버터(500)로 구성된다.
여기서 충전기(100)는 자연에너지(태양광, 조력, 풍력)이나 그리드(Grid)의 AC전원을 DC전원으로 변환하여 배터리 팩(Battery Pack)(400)의 배터리 모듈(420)에 충전하도록 하는 충전장치이다.
사용자 인터페이스부(200)는 사용자가 배터리 팩(400)를 조작할 수 있도록 만든 장치로써 전원 온/오프 스위치 등이 구성될 수 있다.
디스플레이부(300)는 사용자가 배터리 팩(400)의 정보나 상태를 확인할 수 있도록 하는 장치로써 예를 들어 LCD 디스플레이를 통해서는 배터리 팩(400)의 정보(배터리 잔량 등)를 볼 수 있도록 하고, LED 디스플레이를 통해서는 사용자가 배터리 팩(400) 온/오프 상태, 이상(ERROR) 상태 경고등으로 표시하여 사용자가 볼 수 있도록 할 수 있다.
배터리 팩(400)은 충전기(100)를 통해 변환된 DC 전원을 저장한다. 이를 위하여 배터리팩(400)은 전기 에너지를 저장할 수 있도록 원통형 Cell을 여러 개로 묶어 만드는 배터리 모듈(420)과 배터리 모듈(420)을 관리제어하기 위한 배터리관리시스템(Battery Management System)(410)으로 구성된다. 이때, 배터리 관리 시스템(410)에는 입력측인 충전기(Charger)(100)의 입력 AC전압과 주파수와, 출력측인 인버터(Inverter)(500) 출력 AC전압과 주파수 정보를 입력 받아 디스플레이부(300)에 입력측인 충전기(Charger)(100)와 출력측인 인버터(Inverter)(500)의 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율, 입력 전원 없을시 에러 출력 등의 정보를 배터리관리시스템(Battery Management System)(410)으로 출력하는 입출력체크회로부(430)가 구성된다.
인버터(500)는 배터리 팩(420)의 DC전원을 AC전원으로 변환하여 배터리 팩(400)에 저장된 에너지를 전기장치나 그리드(Grid)로 공급할 수 있도록 하는 방전장치이다.
여기서 입출력 체크 회로부(430)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 트랜스포머(431), 반파정류회로부(432), 평활회로부(433), DC 변환부(434), 주파수 센싱부(435) 및 전압 센싱부(436)로 구성된다.
여기서, 트랜스포머(431)는 충전기(100)와 인버터(500)로부터 입력되는 각각의 AC 입출력 전원을 입출력 체크 회로부(430)에서 필요로 하는 낮은 전압으로 변환한다.
반파정류회로부(432)는 트랜스포머(431)에서 변환된 각각의 AC 입출력 전원을 반파로 필터링한다.
평활회로부(433)는 반파로 필터링된 각각의 AC 입출력 전원에서 소정의 리플이 존재하는 각각의 DC 전압으로 변환한다.
DC 변환부(434)는 소정의 리플리 존재하는 각각의 DC전압에 대한 필터링을 수행하여 리플이 존재하지 않는 DC전압으로 변환한다.
주파수 센싱부(435)는 변환된 DC 전압에서 충전기(100)와 인버터(500) 각각의 주파수 정보를 센싱한다.
전압 센싱부(436)는 변환된 DC 전압에서 충전기(100)와 인버터(500) 각각의 입력전원 정보를 센싱한다.
이렇게 주파수 센싱부(435)와 전압 센싱부(436)에서 센싱된 주파수 정보와 입력전원 정보는 배터리 관리 시스템(410)으로 입력되고, 배터리 관리 시스템(410)의 충전기(100)로부터의 입력전압 정보와 인버터(500)로부터의 출력(Inverter) 전압정보 및 입력전압과 출력전압의 주파수 정보를 받음으로써 입출력 전압정보와 다양한 정보(출력정보, 출력량정보, 사용가능한 시간정보, 효율정보 , 입력 전원 없을시 에러 출력 정보)를 사용자에게 디스플레이부(300)를 이용하여 제공할 수 있게 된다. 따라서 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)의 원활한 제어를 할 수 있게 된다.
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 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 충전기 200 : 사용자 인터페이스부
300 : 디스플레이부 400 : 배터리 팩
410 : 배터리관리시스템 420 : 배터리 모듈
430 : 입출력 체크회로부 431 : 트랜스포머
432 : 반파정류회로부 433 : 평활회로부
434 : DC 변환부 435 : 주파수 센싱부
436 : 전압 센싱부

Claims (3)

  1. AC전원을 DC전원으로 변환하는 충전기(100); DC전원을 AC전원으로 변환하여 출력하는 인버터(500); 및 상기 충전기(100)로부터의 DC전원을 충전하고, 충전된 DC전원을 상기 인버터(500)를 통해 방전하는 배터리 모듈(420)과, 상기 배터리 모듈(420)의 출력, 출력량, 사용가능한 시간, 효율, 입력 전원 없을시 에러 출력 정보를 출력하도록 하는 입출력체크회로부(430)와, 상기 입출력체크회로부(430)로부터의 출력정보를 디스플레이부(300)로 출력하는 배터리 관리 시스템(410)으로 구성되는 배터리 팩(400)을 포함한 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치에 있어서,
    상기 입출력 체크 회로부(430)는,
    상기 충전기(100)와 상기 인버터(500)로부터 입력되는 각각의 AC 입출력 전원을 상기 입출력 체크 회로부(430)에서 필요로 하는 낮은 전압으로 변환하는 트랜스포머(431)와,
    상기 트랜스포머(431)에서 변환된 각각의 AC 입출력 전원을 반파로 필터링하는 반파정류회로부(432)와,
    상기 반파로 필터링된 각각의 AC 입출력 전원에서 소정의 리플이 존재하는 각각의 DC 전압으로 변환하는 평활회로부(433)와,
    상기 평활회로부(433)로부터 출력되는 소정의 리플리 존재하는 각각의 DC전압에 대한 필터링을 수행하여 리플이 존재하지 않는 DC전압으로 변환하는 DC 변환부(434)와,
    상기 DC 변환부(434)에서 변환된 DC 전압에서 상기 충전기(100)와 상기 인버터(500) 각각의 주파수 정보를 센싱하는 주파수 센싱부(435)와,
    상기 DC 변환부(434)에서 변환된 DC 전압에서 상기 충전기(100)와 상기 인버터(500) 각각의 입력전원 정보를 센싱하는 전압 센싱부(436)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 센싱부(435)와 상기 전압 센싱부(436)에서 센싱된 주파수 정보와 입력전원 정보는 상기 배터리 관리 시스템(410)으로 입력되고, 상기 배터리 관리 시스템(410)은 상기 충전기(100)로부터의 입력전압 정보와 상기 인버터(500)로부터의 출력(Inverter) 전압정보 및 입력전압과 출력전압 각각의 주파수 정보를 받음으로써 입출력 전압정보와 출력정보, 출력량정보, 사용가능한 시간정보, 효율정보 및 입력 전원 없을시 에러 출력 정보를 상기 디스플레이부(300)를 이용하여 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 입출력 제어 장치.
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