KR101570384B1 - 에너지 관리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 에너지 관리 장치는 현재의 시각 정보를 파악하는 타이머 및 전기 자동차에 전기를 공급하는 배터리 유니트를 상기 시각 정보에 근거하여 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리 유니트의 충전 시간대를 설정하며, 상기 시각 정보가 상기 충전 시간대를 만족하면 외부 전기를 이용해 상기 배터리 유니트를 충전시킬 수 있다.

Description

에너지 관리 장치{APPARATUS FOR ENERGY MANAGEMENT}
본 발명은 전기를 저장하는 배터리를 이용해 에너지를 효율적으로 사용하도록 하는 에너지 관리 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 장치(energy storage system)는 과잉 생산된 전력을 저장했다가 전력 부족이 발생하면 송전해주는 저장 장치일 수 있다.
에너지 저장 장치는 저렴한 가격이 부가되는 시간대의 상용 전원의 전력을 저장하고, 비싼 가격이 부가되는 시간대에 전력을 요구하는 외부 기기로 제공할 수 있다. 또는 에너지 저장 장치는 태양광, 풍력 등 신재생에너지를 생산할 때 출력을 안정화하는 용도로 쓰일 수도 있다. 또는 전기 자동차 등 상용 전원과 단절된 채로 전력을 사용하는 외부 기기의 보급을 위한 핵심 인프라로도 쓰일 수 있다.
에너지 저장 장치에는 전기 에너지를 저장하는 배터리가 마련될 수 있는데, 정상적인 동작을 위해 배터리를 제어 및 감시하는 각종 수단이 요구된다.
한국등록특허공보 제1288671호에는 최대 충전율과 최소 충전율을 연산하는 기술이 개시되고 있으나, 시간대를 구분하여 배터리를 충전하는 수단은 나타나지 않고 있다.
한국등록특허공보 제1288671호
본 발명은 전기 요금이 저렴한 시간대에 배터리를 충전할 수 있는 에너지 관리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 에너지 관리 장치는 현재의 시각 정보를 파악하는 타이머; 및 전기 자동차에 전기를 공급하는 배터리 유니트를 상기 시각 정보에 근거하여 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리 유니트의 충전 시간대를 설정하며, 상기 시각 정보가 상기 충전 시간대를 만족하면 외부 전기를 이용해 상기 배터리 유니트를 충전시킬 수 있다.
본 발명의 에너지 관리 장치는 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부; 및 무선으로 단말기와 통신하는 통신부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 통신부로 수신된 상기 단말기의 입력값에 따라 상기 배터리가 충전되는 충전 시간대를 설정할 수 있다.
본 발명의 에너지 관리 장치는 무선으로 단말기와 통신하는 통신부; 및 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 제어기에 연결되고, 상기 통신부의 프로토콜과 상기 배터리 제어기의 프로토콜을 상호 변환시키는 제어부;를 포함하고, 상기 통신부 및 상기 제어부는 상기 단말기와 상기 배터리 제어기의 사이에서 상기 단말기와 상기 배터리 제어기 간의 통신을 중계할 수 있다.
본 발명의 에너지 관리 장치는 배터리를 제어하는 제어 모듈과 무선 통신하고, 상기 배터리에 공급되는 외부 전기를 관리하는 전기 서버로부터 시간대별 전기 요금 정보를 입수하는 단말 통신부; 및 상기 요금 정보를 분석하고 전기 요금이 가장 저렴한 최저 시간대를 추출하는 분석부;를 포함하고, 상기 단말 통신부는 상기 배터리의 충전 시간대로서 상기 최저 시간대를 상기 제어 모듈로 전송할 수 있다.
본 발명의 에너지 관리 장치는 배터리를 제어하는 제어 모듈과 무선 통신하고, 상기 배터리에 공급되는 외부 전기를 관리하는 전기 서버로부터 시간대별 전기 요금 정보를 입수하는 단말 통신부; 및 상기 요금 정보를 분석하고 전기 요금이 가장 저렴한 시간대로부터 가장 비싼 시간대까지 순서대로 정렬하는 분석부;를 포함하고, 상기 단말 통신부는 상기 시간대가 순서대로 정렬된 정보를 상기 제어 모듈로 전송할 수 있다.
본 발명의 에너지 관리 장치는 타이머를 이용해 전기 요금이 저렴한 시간대에 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 관리 장치는 전기 요금이 저렴한 시간대를 원격으로 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 에너지 관리 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 에너지 관리 장치에 의해 관리되는 배터리 유니트를 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 에너지 관리 장치의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 에너지 관리 장치를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 에너지 관리 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 1에 도시된 에너지 관리 장치는 타이머(110) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
배터리는 전기를 충전하고, 전기 자동차 등 전기를 사용하는 대상물(30)을 기충전된 전기를 제공할 수 있다. 즉, 배터리는 전기를 생산하는 것이 아니라 외부로부터 공급된 전기를 저장했다가 필요시 대상물(30)에 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 배터리를 이용해 에너지를 효율적으로 관리하는 것은 어떤 시간대에 외부 전기를 저장하고, 어떤 시간대에 저장된 전기를 방전하느냐에 관한 것일 수 있다.
일예로, 여름에는 무더운 낮에 냉방기의 사용 빈도가 시원한 밤보다 높다. 따라서, 냉방기의 사용이 뜸해지는 밤에는 전기 소모가 적어지므로 발전소에서 생산된 외부 전기가 충분할 수 있다. 반면, 냉방기의 사용이 빈번해지는 낮에는 전기 소모가 커지므로 외부 전기가 부족할 수 있다.
또한, 대체로 사람이 주로 활동하는 낮에는 전기를 이용하는 각종 대상물(30)이 많이 구동되므로 전기 소모가 증가하고, 사람의 활동이 줄어드는 밤에는 전기 소모가 감소할 수 있다.
에너지 소모의 불균형을 해소하는 것은 에너지 관리 차원에서 중요한 문제이므로, 정부에서는 낮과 같은 시간대에는 전기 소모를 줄이고, 대신 밤과 같은 시간대에는 전기 소모를 늘이도록 강제 또는 장려하는 정책을 제시하고 있다.
이러한 정책의 일환으로 전기 요금이 시간대별로 차등 적용될 수 있다.
일예로, 심야의 전기 요금이 다른 시간, 특히 한낮의 전기 요금보다 저렴할 수 있다.
이에 따라, 배터리는 심야에 충전되고, 한낮에 전기 자동차 등을 향해 방전되는 것이 좋을 수 있다. 이러한 배터리의 충방전을 달성하기 위해 타이머(110) 및 제어부(130)가 이용될 수 있다.
타이머(110)는 현재의 시각 정보를 파악할 수 있다. 일예로, 타이머(110)는 현재 시각이 표시되는 시계 또는 설정 수치를 만족할 때까지 1씩 증감되는 카운터를 포함할 수 있다.
제어부(130)는 전기 자동차에 전기를 공급하는 배터리 유니트(200)를 시각 정보에 근거하여 제어할 수 있다.
배터리 유니트(200)에는 배터리부(210) 및 컨버터부(230)가 마련될 수 있다.
도 2는 본 발명의 에너지 관리 장치에 의해 관리되는 배터리 유니트(200)를 나타낸 블럭도이다.
배터리부(210)에는 제1 전기가 충전될 수 있다. 많은 전력을 저장하기 위해 배터리부(210)에는 제1 전기가 저장되는 배터리 셀이 복수로 마련될 수 있다.
배터리부(210)의 충전을 위해 외부로부터 배터리부(210)로 제공되는 외부 전기는 배터리 셀에 저장되는 제1 전기와 다를 수 있다.
일예로, 배터리 셀은 상용 전원 등의 외부 전원(10)으로부터 교류 전기를 입력받을 수 있다. 그런데, 배터리 셀에 저장 가능한 제1 전기는 직류 전기일 수 있다. 또한, 제1 전기는 상용 전기과 비교하여 전압 또는 전류가 다를 수 있다.
배터리 셀에 저장된 제1 전기는 필요시 다시 상용 전원으로 제공되거나, 전력을 소모하는 전기 자동차 등으로 제공될 수 있다. 이때, 상용 전원 또는 전기 자동차에서 요구하는 전기는 제1 전기와 다를 수 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해 컨버터부(230)가 이용될 수 있다.
컨버터부(230)는 상용 전원 등으로부터 배터리부(210)로 입력되는 전기를 제1 전기로 변환시킬 수 있다. 또는 배터리부(210)에 충전된 제1 전기를 전기 자동차 등에서 요구하는 다른 전기로 변환시킬 수 있다.
일예로, 컨버터부(230)에는 배터리부(210)의 입력단에 설치되고 교류 전기를 직류 전기로 변환하는 AC-DC 컨버터(231), 배터리부(210)의 출력단에 설치되고 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 DC-AC 컨버터(233)가 마련될 수 있다. 위 직류 전기는 배터리부(210)에 저장되는 제1 전기에 해당할 수 있다. 왜냐하면, 대체로 배터리 셀에서 전기를 저장하는 데 필요한 화학 반응은 적류 전기를 필요로 하기 때문이다.
배터리 셀은 화학적 반응에 의해 외부로부터 입력된 전기를 충전하고, 충전된 전기를 방전할 수 있다.
일예로, 배터리 셀은 납축전지, 리튬 계열 축전지 등을 포함할 수 있다.
납축전지는 납을 (-)극, 이산화납을 (+)극으로 하고, 비중이 1.25 정도인 황산을 전해질로 사용하여 만든 전지일 수 있다. 납축전지는 크게 산업용과 자동차용으로 분류할 수 있다. 산업용은 주로 태양 전지의 전력 저장 시스템, 전자 기기 및 통신 설비의 무정전 전원 장치의 예비 전원용, 자동차용은 물론 자동차나 모터사이클, 골프카, 선박 및 전기 자동차의 시동용 또는 전력용으로 주로 사용된다. 납축전지는 방전 시 두 전극이 모두 황산납이 되어 두 극 모두 질량이 점점 증가하며, 전해질인 황산의 농도는 점점 묽어진다. 황산의 농도가 너무 묽어지면 반응 물질의 경계면에 저항이 높은 물질이 만들어져 수명이 단축되고 충전이 어렵게 되는 메모리 효과가 있기 때문에 납축전지는 완전히 방전되기 전 적당한 시기에 충전되는 것이 좋다.
리튬계열 축전지에는 리튬 이온 배터리, 리튬인산철(Li-FePO4) 배터리 등이 포함될 수 있다.
리튬계열 축전지는 음극에 금속 리튬을 사용한 전지로, 높은 충전 효율을 갖고, 납축전지의 메모리 효과에서 어느 정도 자유로운 반면, 폭발의 위험성이 있다.
이와 같이 각 배터리 셀은 각자 고유의 단점을 갖고 있다. 이러한 단점을 최대한 배제시키기 위해 배터리 유니트(200)에는 각 배터리 셀의 충반전을 적절하게 제어하는 BMU(Battery Management Unit), BCU(Battery Control Unit) 등의 배터리 제어기(250)가 마련될 수 있다. 이때의 배터리 제어기(250)는 본 발명의 에너지 관리 장치를 구성하는 제어부(130)와 일체로 형성되거나 별도로 형성될 수 있다.
컨버터부(230)에는 외부 전원(10), 외부 전원(10)의 외부 전기를 소비하는 전기 자동차 등의 대상물(30), 및 배터리 셀의 사이에서 전기의 경로를 변경하는 스위치(235)가 마련될 수 있다. 스위치(235)는 외부 전원(10)이 전기 자동차에 직접 연결되도록 하는 모드, 외부 전원(10)에서 제공되는 외부 전기가 직접 배터리 셀로 유입되는 모드, 배터리 셀에 충전된 전기가 전기 자동차로 제공되는 모드 중 하나로 전기의 경로를 변경할 수 있다.
이상에서 살펴본 배터리 유니트(200)는 배터리 제어기(250)가 포함된다는 전제하에 독립적으로 배터리부(210)를 효율적으로 관리할 수 있다. 그러나, 배터리 제어기(250)는 배터리부(210)의 충방전 과정을 제어하는 것이지 배터리부(210)의 충전 시간을 설정하는 것이 아니므로, 배터리부(210)의 충전 시간을 설정하는 별도의 수단이 요구된다.
다시 도 1로 돌아가서, 제어부(130)는 외부 전기에 의해 배터리 유니트(200)가 충전되는 충전 시간대를 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 시각 정보가 충전 시간대를 만족하면 외부 전기를 이용해 배터리 유니트(200)를 충전시키는 제어 신호를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 제어 신호에 근거해 제어부(130)는 배터리부(210)를 충전시킬 수 있다. 만약 배터리 유니트(200)에 배터리 제어기(250)가 마련된 경우라면, 제어부(130)는 배터리 제어기(250)로 제어 신호를 전송할 수 있다.
충전 시간대는 주기적으로 반복될 수 있다. 일예로, 충전 시간대가 매일 01시부터 04시까지로 설정된다면, 충전 시간대는 하루 단위로 반복될 수 있다. 다른 예로, 충전 시간대가 매주 화요일 01시부터 04시까지로 설정된다면, 충전 시간대는 일주일 단위로 반복될 수 있다. 만약 충전 시간대가 매월 17일 01시부터 04시까지로 설정된다면, 충전 시간대는 월 단위로 반복될 수 있다.
이상의 충전 시간대는 외부 전기에 부여된 전기 요금이 저렴한 시간대로 설정되는 것이 에너지 관리 차원에서 바람직하다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 충전 시간대가 하루 단위로 반복되는 경우를 주로 설명한다.
도 3은 본 발명의 에너지 관리 장치의 동작을 나타낸 개략도이다.
제어부(130)는 먼저 충전 시간대가 반복적으로 이루어지는 주기 Ts~Te를 설정할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 해당 주기 Ts~Te 범위 내에서 충전 시간대 ⓐ를 설정할 수 있다.
주기 Ts~Te가 하루 24시간이고, t1~t2까지의 외부 전기 요금이 가장 저렴하다면, 충전 시간대 ⓐ는 t1~t2로 설정되는 것이 좋다. 이에 따르면, 배터리 유니트(200)는 기본적으로 외부 전기 요금이 가장 저렴한 충전 시간대 ⓐ에 충전이 이루어질 수 있다. 구체적으로 제어부(130)는 타이머(110)의 시각 정보를 실시간으로 감시하고, 현재의 시각 정보가 t1~t2를 만족하면 배터리 유니트(200)를 충전시킬 수 있다.
그런데, 해당 시간에 전기 자동차의 충전이 요청될 수 있다. 이때, 배터리 유니트(200)에 저장된 충전 전기의 가치와 외부 전기의 가치가 거의 동일하다. 오히려 컨버터부(230)를 거치는 배터리 유니트(200) 자체의 전력 소모를 감안하면 외부 전기의 가치가 더 저렴할 수 있다. 따라서, 충전 시간대 ⓐ에 전기 자동차의 충전이 요청되면, 전기 자동차에 외부 전기를 공급할 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 배터리 유니트(200)가 충전되는 상태를 그래도 유지할 수 있다.
일예로, 충전 시간대 ⓐ가 01시~04시로 설정된 경우 해당 시간에 충전을 요구하는 전기 자동차가 존재한다면, 해당 전기 자동차에는 외부 전기가 제공되고 배터리 유니트(200)의 충전 상태는 그대로 지속될 수 있다.
한편, 충전 시간대에 충전된 배터리 유니트(200)의 전기를 어느 시간대에 전기 자동차에 제공하는지도 중요할 수 있다. 이를 고려해 제어부(130)는 전기 자동차에 배터리 유니트(200)의 충전 전기가 공급되는 방전 시간대 ⓑ를 설정할 수 있다.
방전 시간대 ⓑ는 주기 Ts~Te에서 외부 전기의 요금이 가장 비싼 시간대 t3~t4와 동일하게 설정될 수 있다. 따라서, 배터리 유니트(200)의 충전 전기는 방전 시간대 ⓑ에 전기 자동차를 향해 방전되는 것이 좋다. 구체적으로, 제어부(130)는 타이머(110)의 시각 정보가 t3~t4를 만족하면 전기 자동차에 외부 전기를 제공하는 대신 배터리 유니트(200)에 충전된 전기를 제공할 수 있다.
제어부(130)는 설정 주기 Ts~Te 범위 내에서 방전 시간대 ⓑ를 제외한 제1 시간대 ①에는 전기 자동차에 외부 전기를 공급하도록 배터리 유니트(200)를 제어할 수 있다. 이때의 제1 시간대 ①에는 충전 시간대 ⓐ가 포함될 수 있다.
일예로, 방전 시간대 ⓑ가 12시~14시로 설정된 경우 해당 시간에 충전을 요구하는 전기 자동차가 존재한다면, 해당 전기 자동차에는 배터리 유니트(200)의 충전 전기가 제공될 수 있다. 그리고, 하루 24시간 중 12시~14시를 제외한 제1 시간대 ①, 다시 말해 0시~12시 구간과 14시~24시 구간에는 전기 자동차에 외부 전기가 제공될 수 있다.
충전 시간대 ⓐ와 방전 시간대 ⓑ가 모두 설정된 경우 ⓐ와 ⓑ는 시간상으로 서로 이격될 수 있다. 이러한 상황은 보통 ⓐ, ⓑ사이 구간의 전기 요금이 ⓐ의 전기 요금과 ⓑ의 전기 요금의 사이인 경우에 나타날 수 있다.
충전 시간대 ⓐ에 충전된 배터리 유니트(200)의 충전 전기는 방전 시간대 ⓑ에 전기 자동차를 향해 방전될 수 있다. 그런데, 배터리 유니트(200)의 충전 용량이 크거나, 방전 시간대 ⓑ에 충전을 요구하는 전기 자동차가 적은 경우, 방전 시간대 ⓑ가 종료되었음에도 불구하고 배터리 유니트(200)에는 충전 전기가 잔존할 수 있다. 이때 배터리 유니트(200)에 잔존하는 충전 전기는 충전 시간대 ⓐ가 되기 전에 방전되는 것이 좋을 수 있다.
이를 위해 제어부(130)는 방전 시간대 ⓑ가 종료된 시점 t4로부터 충전 시간대 ⓐ가 시작되는 시점 t1까지의 제2 시간대 ②를 설정할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 제2 시간대 ②에는 배터리 유니트(200)에 잔존하는 충전 전기를 전기 자동차에 공급할 수 있다.
일예로, 충전 시간대 ⓐ가 01시~04시이고, 방전 시간대 ⓑ가 12시~14시인 경우 제2 시간대 ②는 14시~01시 구간일 수 있다. 이때, 제2 시간대 ②의 전기 요금은 충전 시간대 ⓐ와 방전 시간대 ⓑ의 사이값일 수 있다. 제어부(130)는 방전 시간대 ⓑ가 종료되었음에도 불구하고 배터리 유니트(200)에 잔존하는 충전 전기가 있다면, 제2 시간대 ②에 충전을 요청한 전기 자동차에 해당 충전 전기를 제공할 수 있다. 이에 따르면, 전기 요금이 가장 저렴한 충전 시간대 ⓐ의 외부 전기를 가장 비싼 방전 시간대 ⓑ 및 다음으로 비싼 제2 시간대 ②로 옮겨 놓은 듯한 효과가 발생될 수 있다.
충전 시간대 ⓐ가 종료된 시점 t2로부터 방전 시간대 ⓑ가 시작되는 시점 t3까지의 구간에 적용된 전기 요금은 제2 시간대 ②와 동일하거나 다소 낮을 수 있다. 그러나, t2~t3 구간에서 배터리 유니트(200)의 충전 전기를 전기 자동차에 제공한다면, 전기 요금이 가장 비싼 방전 시간대 ⓑ에 충전 전기가 모자를 수 있으므로 바람직하지 못하다.
이상에서, 살펴본 타이머(110), 타이머(110)의 시각 정보를 이용해 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부(130)에 의하면 저렴한 시간대의 외부 전기가 비싼 시간대로 옮겨진 것과 유사한 효과가 있다. 그런데, 에너지 관리 장치가 효과적으로 동작하기 위해서는 전기 요금이 가장 저렴한 시간대를 충전 시간대 ⓐ로 설정하거나, 가장 비싼 시간대를 방전 시간대 ⓑ로 설정하는 작업이 선행될 필요가 있다.
이를 위해 본 발명의 에너지 관리 장치에는 단말기(50)와 통신하는 통신부(150)가 마련될 수 있다. 그리고, 제어부(130)는 통신부(150)로 수신된 단말기(50)의 입력값에 따라 배터리가 충전되는 충전 시간대 ⓐ를 설정할 수 있다.
단말기(50)는 통신부(150)와 유선으로 통신할 수 있는 컴퓨터, 통신부(150)와 무선으로 통신할 수 있는 스마트폰 등의 이동 통신 수단을 포함할 수 있다. 다만, 언제 어디서나 통신부(150)와 통신이 가능하도록 단말기(50)는 이동 통신 수단인 것이 좋다. 이에 대응하여 통신부(150)에는 단말기(50)와 무선 통신할 수 있는 무선 통신 모듈이 마련될 수 있다.
통신부(150)는 스마트폰 등의 이동 통신 수단과 통신하기 위해 전화 번호가 부여될 수 있다. 이에 따르면, 통신부(150)는 전화 번호를 통신 어드레스로 사용하는 와이파이(WiFi), 이동 통신망 중 적어도 하나를 거쳐 해당 전화 번호를 호출하는 단말기(50)와 통신할 수 있다.
참고로, 이동 통신망에는 CDMA(code division multiple access), 3G(third generation mobile communication), 4G(fourth generation mobile communication), LTE(long term evolution) 등이 포함될 수 있다.
그리고, 단말기(50)는 외부 전기의 요금이 가장 저렴한 최저 시간대를 인지한 사용자를 통해 최저 시간대를 입력받을 수 있다. 단말기(50)는 사용자가 입력한 최저 시간대를 통신부(150)로 송신할 수 있다.
통신부(150)는 단말기(50)의 입력값으로 최저 시간대를 수신하고, 제어부(130)로 전달할 수 있다. 제어부(130)는 최저 시간대를 충전 시간대 ⓐ로 설정할 수 있다.
이러한 충전 시간대 ⓐ의 설정은 단말기(50)의 사용자가 최저 시간대를 파악한 상태에서 수동 방식에 의존해서 이루어진다.
사용자의 편의를 고려하여 제어부(130)는 자동으로 최저 시간대를 파악할 수 있다. 다만, 제어부(130)의 최저 시간대 파악에 필요한 데이터는 단말기(50)로부터 입수될 수 있다.
일예로, 단말기(50)로부터 수신되는 입력값에는 배터리의 충전에 사용되는 외부 전기의 시간대별 요금 정보가 포함될 수 있다. 이를 위해 사용자는 단말기(50)를 이용해 시간대별 요금 정보를 책정하는 전기 서버(미도시)에 접속해서 해당 요금 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 해당 요금 정보를 통신부(150)로 전송하면 사용자의 할 일은 종료될 수 있다.
제어부(130)는 단말기(50)로부터 수신된 요금 정보를 이용해 제1 모드 또는 제2 모드로 동작할 수 있다.
제1 모드는 제어부(130)에서 요금 정보를 분석하고 배터리의 만충전 여부와 상관없이 외부 전기의 요금이 가장 저렴한 최저 시간대에만 배터리를 충전시키는 동작 모드일 수 있다. 제1 모드에 따르면 가장 저렴한 비용으로 배터리부(210)를 충전시킬 수 있는 장점이 있으나, 배터리부(210)의 충전 용량이 클 경우 해당 배터리부(210)를 만충전시키지 못할 수 있다.
예를 들어, 제어부(130)는 요금 정보의 분석을 통해 전기 요금이 가장 저렴한 01시~04시 구간을 충전 시간대로 설정할 수 있다. 그리고, 충전 시간대에만 배터리부(210)가 충전되도록 할 수 있다.
제2 모드는 제어부(130)에서 요금 정보를 분석하고 외부 전기의 요금별로 시간대를 구분할 수 있다. 그리고, 제2 모드는 제어부(130)에서 복수의 시간대 중 상대적으로 외부 전기의 요금이 저렴한 시간대부터 배터리가 만충전될 때까지 배터리를 충전시키는 동작 모드일 수 있다.
예를 들어 제어부(130)는 시간상으로 하루 24간을 전기 요금이 가장 저렴한 01~04시의 제1 구간, 전기 요금이 가장 비싼 12시~14시의 제2 구간, 제1 구간과 제2 구간 사이의 전기 요금이 책정된 04~12시의 제3 구간, 12시~01시의 제4 구간으로 구분할 수 있다.
총 4개의 구간 중 상대적으로 외부 전기의 요금이 저렴한 시간대는 제1 구간일 수 있다. 제어부(130)는 제1 구간을 충전 시간대로 설정하고 제1 구간동안 배터리를 충전할 수 있다.
제어부(130)는 제1 구간동안 배터리가 만충전되지 않으면, 나머지 3개의 구간 중에서 상대적으로 요금이 저렴한 제3 구간에서 배터리를 더 충전시킬 수 있다. 제3 구간은 제1 구간이 종료된 시점부터 제2 구간이 시작되는 시점 사이의 구간일 수 있다.
제2 구간이 종료된 시점부터 제1 구간이 시작되는 시점 사이의 제4 구간에는 배터리의 충전을 중단하는 것이 좋다. 왜냐하면, 제2 구간의 종료에도 불구하고 배터리에 잔존하는 충전 전기가 있을 수 있다. 이때의 잔존 충전 전기에 의해 해당 배터리가 제1 구간동안에 충분하게 만충될 수 있을 수 있다. 이런 상황을 고려하지 않고 제4 구간에 배터리의 충전이 이루어진다면 제1 구간에서 배터리가 충전될 필요가 없게 되고, 본 발명의 취지를 벗어나기 때문이다.
제어부(130)는 시간대별 요금 정보의 분석을 통해 제1 모드 또는 제2 모드를 자동으로 선택할 수 있다. 제1 구간의 전기 요금과 제3 구간의 전기 요금의 제1 차이값이 제2 구간과 제3 구간의 전기 요금의 제2 차이값보다 크면, 제어부(130)는 제1 모드로 동작될 수 있다. 만약, 제1 차이값이 제2 차이값 이하면 제어부(130)는 제2 모드로 동작될 수 있다.
일예로, 제1 구간의 전기 요금이 초당 10원, 제2 구간의 전기 요금이 초당 100원, 제3 구간의 전기 요금이 초당 70원일 수 있다. 이때, 제1 차이값은 10원과 70원의 차이값인 60원일 수 있다. 그리고, 제2 차이값은 100원과 70원의 차이값인 30원일 수 있다. 제1 차이값이 제2 차이값보다 크므로 제어부(130)는 제1 모드로 동작될 수 있다.
쉽게 설명해서 현 상황에서 제어부(130)가 제2 모드로 동작된다면, 70원에 외부 전기를 사서 100원에 되파는 셈이 될 수 있다. 이렇게 보면 어쨌든 이득이 나는 것으로 보일 수 있으나 실상은 그렇지 못할 수 있다. 왜냐하면, 이득을 보려면 제2 구간 동안 배터리의 충전 전기를 모두 소모할 만큼 충전을 요구하는 전기 자동차가 존재해야 하기 때문이다. 만약, 제2 구간에서 충전 전기가 모두 소모되지 않으면 불이익이 발생될 수 있다.
제1 구간동안 총 충전 용량의 70% 만큼 충전될 수 있는 특정 배터리가 제3 구간에서 나머지 30% 충전된 경우를 가정한다. 제2 구간에서 배터리가 전기 자동차를 향해 총 50% 방전된 경우 다시 제1 구간에 진입하더라도 방전된 50% 만큼만 초당 10원의 외부 전기가 충전될 것이다. 즉, 해당 배터리는 제1 구간동안 충전 가능한 70% 중 50%만 제1 구간에서 충전된다.
이는 초당 10원의 외부 전기를 충전할 수 있는 20%의 충전 용량이 초당 70원의 외부 전기로 충전된 상태를 의미한다. 즉, 20%만큼을 충전시키는데 초당 60원의 손해를 보는 셈이 된다. 초당 70원에 충전된 20%의 충전 전기를 다음 제2 구간에서 소모한다 하더라도 초당 30원의 이익에 불과하므로, 초당 60원의 손해보다 적다.
이러한 손해를 방지하기 위해 제1 차이값이 제2 차이값보다 큰 경우 제어부(130)는 제1 모드로 동작하는 것이 좋다.
다른 예로, 제1 구간의 전기 요금이 초당 10원, 제2 구간의 전기 요금이 초당 100원, 제3 구간의 전기 요금이 초당 40원일 수 있다. 이때, 제1 차이값은 10원과 40원의 차이값인 30원일 수 있다. 그리고, 제2 차이값은 100원과 40원의 차이값인 60원일 수 있다. 제1 차이값이 제2 차이값보다 작으므로 제어부(130)는 제2 모드로 동작될 수 있다.
마찬가지로, 제1 구간동안 총 충전 용량의 70% 만큼 충전될 수 있는 특정 배터리가 제3 구간에서 나머지 30% 충전된 경우를 가정한다. 제2 구간에서 배터리가 전기 자동차를 향해 총 50% 방전된 경우 다시 제1 구간에 진입하더라도 방전된 50% 만큼만 초당 10원의 외부 전기가 충전될 것이다. 즉, 해당 배터리는 제1 구간동안 충전 가능한 70% 중 50%만 제1 구간에서 충전된다.
이는 초당 10원의 외부 전기를 충전할 수 있는 20%의 충전 용량이 초당 40원의 외부 전기로 충전된 상태를 의미한다. 즉, 20%만큼을 충전시키는데 초당 30원의 손해를 보는 셈이 된다. 그런데, 초당 40원에 충전된 20%의 충전 전기를 다음 제2 구간에서 소모할 경우 초당 60원의 이익을 볼 수 있다. 해당 이익은 초당 30원의 손해보다 크므로, 제어부(130)는 제2 모드로 동작되어도 무방하다.
한편, 제2 모드로 동작하는 제어부(130)는 외부 전기의 요금이 가장 비싼 최고 시간대에는 배터리의 만충전 조건이 불만족되더라도 배터리의 충전을 중단시킬 수 있다. 최고 시간대는 전기 자동차에 배터리부(210)의 충전 전기를 제공하는 방전 시간대에 해당될 수 있다. 따라서, 방전 시간대에 비싼 외부 전기로 배터리를 충전하는 것이 불합리하기 때문이다.
통신부(150)는 제어부(130)의 구동 소프트웨어를 업데이트하거나 제어부(130)의 고장 여부를 감시하는 관리 서버(70)와 통신할 수 있다.
그리고, 통신부(150)는 관리 서버(70)를 거쳐 단말기(50)와 통신할 수 있다.
배터리 유니트(200)에는 독자적으로 배터리부(210)를 제어하는 배터리 제어기(250)가 본 발명의 제어부(130)와 별도로 마련될 수 있다. 이러한 경우에도 제어부(130)는 배터리부(210)를 직접 제어할 수 있다.
이와 다르게, 제어부(130)는 배터리부(210)를 직접 제어하는 대신 배터리부(210)의 제어에 필요한 단말기(50)의 제어 신호 등 각종 정보를 배터리 제어기(250)에 제공할 수 있다. 이런 환경은 배터리 제어기(250)가 마련된 기존의 배터리 유니트(200)를 단말기(50)를 통해 원격으로 제어하거나, 원격으로 충전 시간대를 설정하고자 하는 경우에 유용할 수 있다.
이를 위해 제어부(130)는 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 제어기(250)에 연결될 수 있다. 그리고, 무선으로 단말기(50)와 통신하는 통신부(150)의 프로토콜과 배터리 제어기(250)의 프로토콜을 상호 변환시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 통신부(150) 및 제어부(130)는 단말기(50)와 배터리 제어기(250)의 사이에서 단말기(50)와 배터리 제어기(250) 간의 통신을 중계할 수 있다. 그 결과 단말기(50)와 통신할 수 없었던 기존의 배터리 유니트(200)는 단말기(50)와 통신할 수 있게 되며, 원격의 단말기(50)로부터 입수된 충전 시간대에 배터리를 충전시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 에너지 관리 장치를 나타낸 개략도이다. 도 4에는 도 1에 도시된 에너지 관리 장치가 제어 모듈(100)로 표시되고 있다. 아울러, 제어 모듈(100)의 통신부(150)와 통신하는 관리 서버(70)도 함께 나타내었다.
도 4에 개시된 에너지 관리 장치는 제어 모듈(100)의 통신부(150)와 통신하는 단말기(50)를 포함할 수 있다.
해당 단말기(50)에는 단말 통신부(51) 및 분석부(53)가 마련될 수 있다.
단말 통신부(51)는 배터리를 제어하는 제어 모듈(100)과 무선 통신할 수 있다. 그리고, 배터리에 공급되는 외부 전기를 관리하는 전기 서버(미도시)로부터 시간대별 전기 요금 정보를 입수할 수 있다.
분석부(53)는 단말 통신부(51)에서 입수한 요금 정보를 분석할 수 있다. 그리고 전기 요금이 가장 저렴한 최저 시간대를 추출할 수 있다.
이때, 단말 통신부(51)는 배터리의 충전 시간대로서 최저 시간대를 제어 모듈(100)로 전송할 수 있다.
단말 통신부(51)로부터 최저 시간대를 수신한 제어 모듈(100)은 제1 모드로만 동작될 수 있다.
제2 모드로 동작할 수 있는 기반을 마련하기 위해 분석부(53)는 다른 방식으로 요금 정보를 분석할 수 있다. 일예로, 분석부(53)는 전기 요금이 가장 저렴한 시간대로부터 가장 비싼 시간대까지 순서대로 정렬할 수 있다.
이에 따르면, 단말 통신부(51)는 시간대가 순서대로 정렬된 정보를 제어 모듈(100)로 전송할 수 있다. 또한 단말 통신부(51)는 필요에 따라 각 시간대별로 책정된 요금까지 함께 제어 모듈(100)로 전송할 수 있다.
앞에서는 전기 서버로부터 획득된 전기 요금 정보를 제어 모듈(100)의 제어부(130)에서 직접 분석 및 처리하는 예가 설명되었다. 도 4의 실시예에서는 이와 다르게 단말기(50)에서 전기 요금 정보를 분석하고, 분석 결과를 제어 모듈(100)로 전송하고 있다.
분석부(53)는 애플리케이션의 형태로 제공될 수 있으며, 해당 애플리케이션의 구동을 위해 해당 단말기(50)는 스마트폰일 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...외부 전원 30...대상물
50...단말기 51...단말 통신부
53...분석부 70...관리 서버
100...제어 모듈 110...타이머
130...제어부 150...통신부
200...배터리 유니트 210...배터리부
230...컨버터부 231...AC-DC 컨버터
233...DC-AC 컨버터 235...스위치
250...배터리 제어기

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 배터리의 충전 또는 방전을 제어하는 제어부; 및
    무선으로 단말기와 통신하는 통신부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 통신부로 수신된 상기 단말기의 입력값에 따라 상기 배터리가 충전되는 충전 시간대를 설정하며,
    상기 입력값에는 상기 배터리의 충전에 사용되는 외부 전기의 시간대별 요금 정보가 포함되고,
    상기 제어부는 제1 모드 또는 제2 모드로 동작하며,
    상기 제1 모드는 상기 제어부에서 상기 요금 정보를 분석하고 상기 배터리의 만충전 여부와 상관없이 상기 외부 전기의 요금이 가장 저렴한 최저 시간대에만 상기 배터리를 충전시키는 동작 모드이고,
    상기 제2 모드는 상기 제어부에서 상기 요금 정보를 분석하고 상기 외부 전기의 요금별로 시간대를 구분하며, 복수의 시간대 중 상대적으로 상기 외부 전기의 요금이 저렴한 시간대부터 상기 배터리가 만충전될 때까지 상기 배터리를 충전시키는 동작 모드이며,
    상기 제어부는 시간대별 요금 정보의 분석을 통해 시간상으로 상기 외부 전기의 요금이 가장 저렴한 제1 구간, 상기 외부 전기의 요금이 가장 비싼 제2 구간, 상기 제1 구간의 전기 요금과 상기 제2 구간의 전기 요금 사이의 전기 요금이 책정된 제3 구간을 구분하고,
    상기 제어부는 상기 제1 구간의 전기 요금과 상기 제3 구간의 전기 요금의 제1 차이값이 상기 제2 구간과 상기 제3 구간의 전기 요금의 제2 차이값보다 크면, 상기 제1 모드로 동작하며,
    상기 제어부는 상기 제1 차이값이 상기 제2 차이값 이하면 상기 제2 모드로 동작하는 에너지 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 통신부에는 전화 번호가 부여되고,
    상기 통신부는 와이파이(WiFi), 이동 통신망 중 적어도 하나를 거쳐 상기 전화 번호를 호출하는 단말기와 통신하는 에너지 관리 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 외부 전기의 요금이 가장 비싼 최고 시간대에는 상기 배터리의 만충전 조건이 불만족되더라도 상기 배터리의 충전을 중단시키는 에너지 관리 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 제어부의 구동 소프트웨어를 업데이트하거나 상기 제어부의 고장 여부를 감시하는 관리 서버와 통신하고,
    상기 통신부는 상기 관리 서버를 거쳐 상기 단말기와 통신하는 에너지 관리 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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