KR101754157B1 - 에너지저장시스템 및 이의 에너지 효율 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전 동작으로 전원을 저장하고 방전 동작으로 충전된 전원을 방전하는 배터리팩, 외부전원으로부터 입력되는 전원을 배터리팩 또는 복수의 부하에 맞는 형태의 전원으로 변환시켜 출력하거나, 배터리팩으로부터 입력되는 전원을 복수의 부하에 맞는 형태의 전원으로 변환시켜 출력하는 전원변환장치, 배터리팩의 충전 또는 방전 동작을 제어하고 배터리팩의 배터리 잔존용량을 파악하는 BMS, 배터리팩 및 상기 외부전원에 커플링되어 있으며, 복수의 부하가 연결되어 있고, 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원을 복수의 부하 중 적어도 하나에 선택적으로 공급할 수 있게 하는 부하전력 제어부, 그리고 각 구성의 동작을 제어하며, 단독공급 시작시간, 단독공급 종료시간 및 전원공급 타이밍정보를 포함하는 에너지관리 스케쥴정보를 통해 상기 단독공급 시작시간을 파악하고 상기 단독공급 시작시간이 되면 상기 배터리팩의 전원만으로 상기 복수의 부하에 전원이 공급되도록 하며, 상기 배터리팩의 현재 배터리 잔존용량의 크기가 상기 전원공급 타이밍정보에 포함된 적어도 하나의 배터리 잔존용량의 크기중 하나가 되면 해당 배터리 잔존용량의 크기에 대응하여 설정된 상기 복수의 부하 중 하나로의 전원 공급을 차단하는 통합제어부를 포함하는 에너지저장시스템 및 이의 에너지 효율 향상 방법에 관한 것이다.

Description

에너지저장시스템 및 이의 에너지 효율 향상 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM AND METHOD TO IMPROVE EFFICIENCY OF ENERGY BY THE SYSTEM}

본 발명은 에너지저장시스템에 관한 것으로, 특히 복수의 부하(즉, 부하장치)로 전원을 공급하는 에너지저장시스템 및 이의 에너지 효율 향상 방법에 관한 것이다.

에너지 확보의 위기와 지구 온난화라는 문제를 해결할 수 있는 에너지 절약형 전력망이 스마트 그리드(smart grid)이다. 스마트 그리드는 에너지 효율 향상 등으로 인해 에너지 방비를 절감하고 신재생 에너지에 바탕을 둔 분산전원 활성화를 통해 에너지 해외 의존도 감소 및 기존의 발전설비에 들어가는 화석 연료 사용 절감을 통한 온실 가스 감소 효과를 불러온다.

이러한 스마트 그리드의 핵심으로 전력의 저장 및 품질, 그리고 에너지 사용의 효율을 극대화시킬 수 있는 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)에 대한 관심이 증가하고 있다.

에너지저장장치는 각 가정이나 상가, 학교, 회사 등에서 경부하시 상용전원으로부터의 전력이나 자체 설치된 태양광 등의 발전 시스템에서 제공되는 전력을 리튬이온, 니켈, 납축전지 등과 같은 배터리에 저장했다가 부하측 소비전력이 많은 시기에 공급함으로써 전력 비용절감 및 효율적인 에너지 사용을 주목적으로 하는 시스템이다.

이러한 에너지저장장치는 사용되는 장소나 환경에 따라 부하로 공급할 전원이 부족한 상황이 발생하게 되는데 이런 경우에 대비하는 공급 전원의 제어가 요구된다. 특히 하나의 부하가 아닌 복수의 부하로 배터리의 충전 전원을 공급하는 경우는 전원의 공급이 필히 요구되는 부하에게 지속적으로 전원이 공급되도록 하는 전원 공급 관리가 요구된다.

1. 공개특허 제10-2011-0072912호 2. 공개특허 제10-2011-0072911호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전원의 공급 상태에 따라 최소한 전원 공급이 필요로 하는 적어도 하나의 부하에게 지속적으로 전원이 공급되도록 전원을 제어하는 에너지저장시스템 및 이의 에너지 효율 향상 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일 특징에 따른 본 발명은 에너지저장시스템을 제공한다. 이 에너지저장시스템은 충전 동작으로 전원을 저장하고 방전 동작으로 충전된 전원을 방전하는 배터리팩, 외부전원으로부터 입력되는 전원을 상기 배터리팩 또는 복수의 부하에 맞는 형태의 전원으로 변환시켜 출력하거나, 상기 배터리팩으로부터 입력되는 전원을 상기 복수의 부하에 맞는 형태의 전원으로 변환시켜 출력하는 전원변환장치, 상기 배터리팩의 충전 또는 방전 동작을 제어하고 상기 배터리팩의 배터리 잔존용량을 파악하는 BMS(Battery Management System), 상기 배터리팩 및 상기 외부전원에 커플링되어 있으며, 상기 복수의 부하가 연결되어 있고, 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원을 상기 복수의 부하 중 적어도 하나에 선택적으로 공급할 수 있게 하는 부하전력 제어부, 그리고 각 구성의 동작을 제어하며, 단독공급 시작시간, 단독공급 종료시간 및 전원공급 타이밍정보를 포함하는 에너지관리 스케쥴정보를 통해 상기 단독공급 시작시간을 파악하고 상기 단독공급 시작시간이 되면 상기 배터리팩의 전원만으로 상기 복수의 부하에 전원이 공급되도록 하며, 상기 배터리팩의 현재 배터리 잔존용량의 크기가 상기 전원공급 타이밍정보에 포함된 적어도 하나의 배터리 잔존용량의 크기중 하나가 되면 해당 배터리 잔존용량의 크기에 대응하여 설정된 상기 복수의 부하 중 하나로의 전원 공급을 차단하는 통합제어부를 포함한다.

상기에서 전원공급 타이밍정보에는 상기 배터리팩의 배터리 잔존용량 크기별로 상기 복수의 부하 중 전원공급을 차단할 부하의 순서가 정해져 있으며, 이 경우에 상기 통합제어부는 상기 전원공급 타이밍정보에 따라 설정된 배터리 잔존용량의 크기가 클수록 우선순위가 낮은 부하로 공급되는 전원이 차단된다. 외부전원은 신재생 에너지원이거나, 상기 신재생 에너지원과 상용전원이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 특징에 따른 본 발명은 에너지저장시스템의 에너지 효율 향상 방법을 제공한다. 이 방법은 현재시간이 기 저장된 에너지관리 스케쥴정보에 포함된 단독공급 시작시간이 되면 배터리팩의 전원을 복수의 부하에게 공급하는 제1 단계, 상기 배터리팩의 현재 배터리 잔존용량의 크기를 파악하는 제2 단계, 상기 현재 배터리 잔존용량의 크기를 전원공급 타이밍정보에 포함된 설정된 적어도 하나의 배터리 잔존용량의 크기와 비교하여 일치하는 배터리 잔존용량의 크기가 있는지를 판단하는 제3 단계, 일치하는 배터리 잔존용량의 크기가 있는 경우, 일치하는 배터리 잔존용량의 크기에 대응하여 설정된 상기 복수의 부하 중 하나에 대하여 전원 공급을 차단하는 제4 단계, 그리고 상기 제3 단계를 단독공급 종료시간까지 반복 수행하여 상기 복수의 부하 중 하나에 대한 전원 공급 차단을 계속하는 제5 단계를 포함하며, 상기 단독공급 시작시간은 상기 배터리팩으로만 부하에게 전원을 공급하는 시작시간이고, 상기 단독공급 종료시간은 상기 배터리팩으로만 부하에게 전원을 공급하는 종료시간이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 특징에 따른 본 발명은 에너지저장시스템의 에너지 효율 향상 방법을 제공한다. 이 방법은 현재시간이 기 저장된 에너지관리 스케쥴정보에 포함된 단독공급 시작시간이 되면 배터리팩의 전원을 복수의 부하에게 공급하는 제1 단계, 상기 배터리팩의 배터리 잔존용량의 크기와 상기 복수의 부하 각각의 소비전력 및 단독공급 종료시간을 이용하여 전원공급 타이밍정보을 생성하는 제2 단계, 상기 배터리팩의 현재 배터리 잔존용량의 크기를 파악하는 제3 단계, 상기 현재 배터리 잔존용량의 크기를 상기 전원공급 타이밍정보에 포함된 설정된 적어도 하나의 배터리 잔존용량의 크기와 비교하여 일치하는 배터리 잔존용량의 크기가 있는지를 판단하는 제4 단계, 일치하는 배터리 잔존용량의 크기가 있는 경우, 일치하는 배터리 잔존용량의 크기에 대응하여 설정된 상기 복수의 부하 중 하나에 대하여 전원 공급을 차단하는 제5 단계, 그리고 상기 제5 단계를 단독공급 종료시간까지 반복 수행하여 상기 복수의 부하 중 하나에 대한 전원 공급 차단을 계속하는 제6 단계를 포함한다.

상기의 방법 중에서 전원공급 타이밍정보를 생성하는 제2 단계는 상기 배터리팩의 배터리 잔존용량의 전체 크기를 파악하는 2-1 단계, 상기 복수의 부하 각각의 소비전력을 합하여 제1 총소비전력을 파악하는 2-2 단계, 제1 총소비전력를 이용하여 모든 부하로 전원을 공급하기 위해 필요로 하는 제1 배터리 잔존용량의 크기를 산출하고, 상기 제1 배터리 잔존용량의 크기를 상기 복수의 부하 중 가장 우선순위가 낮은 부하에 매칭하여 설정하는 2-3 단계, 상기 복수의 부하 중 우선순위가 가장 높은 제1 부하의 소비전력과 단독공급 종료시간까지 남은 시간을 이용하여 상기 제1 부하가 남은 시간까지 필요로 하는 제2 총소비전력을 파악하는 2-4 단계, 상기 제2 총소비전력에 대응하는 제2 배터리 잔존용량의 크기를 산출하고 상기 제2 배터리 잔존용량의 크기를 상기 제1 부하에 매칭하여 설정하는 2-5 단계, 다음으로 우선순위가 높은 제2 부하에 대하여 상기 제2-4 단계 및 상기 제2-5 단계를 수행하여 제3 배터리 잔존용량의 크기를 상기 제2 부하에 매칭하여 설정하는 제2-6 단계를 포함한다.

상기 복수의 부하는 동일한 전원 타입이거나 적어도 하나가 다른 전원 타입이다. 또한 상기 복수의 부하는 동일한 소비전력을 가지거나 적어도 하나가 다른 소비전력을 가진다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 정전이나 기타 상황에 의해 복수의 부하 모두에게 전원을 공급하지 못하는 경우에 배터리에 저장된 전력량에 따라서 부하로의 에너지공급 상태를 모니터링하면서 부하로 에너지를 효율적으로 공급하여, 부하 중 중요한 장비 및 디바이스들을 정전시에도 효율적으로 사용할 수 있게 하여 부하시스템 보호, 보안 등에 사용할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 간략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 상세 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 상세 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 에너지 효율 향상 방법에 대한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 에너지 효율 향상 방법에 대한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지저장시스템에서 수행하는 전력 공급 제어를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 에너지저장시스템 및 이의 에너지 효율 향상 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 간략 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 에너지저장시스템(100)은 상용전원(10) 뿐만아니라 태양광, 풍력, 조력 등 천연 자원을 이용한 신재생 에너지원(20)으로부터 전원을 공급받도록 구성된다. 다른 예로는 에너지저장시스템(100)은 상용전원(10)으로만 전원을 공급받도록 구성되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 신재생 에너지원(20)으로만 전원을 공급받도록 구성될 수 있다.

이러한 에너지저장시스템(100)은 전원변환장치(110), BMS(Battery Management System)(120), 배터리팩(130), 통합제어부(140), 부하전력제어부(150), 입력부(160) 및 표시부(170)를 포함한다.

전원변환장치(110)는 외부의 상용전원(10) 및 신재생 에너지원(20) 중 적어도 하나로부터 입력되는 전원을 배터리팩(130) 또는 부하에 맞는 형태의 전원으로 변환시킨다.

BMS(Battery Management System)(120)는 배터리팩(130)에 연결되며 배터리팩(130)의 충전 또는 방전 동작을 제어하고 배터리팩(130)의 이상 여부 및 배터리팩(130)의 충전시간, 배터리팩(130)의 방전시간, 배터리팩(130)의 전원(이하 ‘배터리 잔존용량’이라 함) 등을 파악하고 파악한 결과를 통합제어부(140)에 알린다.

배터리팩(130)은 BMS(120)의 제어에 따라 충전 또는 방전 동작을 수행하며, 충전 동작시 전원변환장치(110)를 통해 상용전원(10)에서 공급하는 전원 및/또는 신재생 에너지원(20)에서 공급하는 전원을 입력받아 충전한다. 또한 배터리팩(130)은 방전 동작시 충전한 전원을 부하전력제어부(150)를 통해 복수의 부하(31 내지 33)로 공급한다.

통합제어부(140)는 각 구성의 동작을 제어하며, 설정된 스케쥴에 따라 상용전원(10)이나 신재생 에너지(20)에서 공급하는 전원의 전달 경로를 제어한다. 예컨대 통합제어부(140)는 설정된 스케쥴에 따라 전원변환장치(110)와 BMS(120)를 제어하여 상용전원(10)의 전원이 직접 부하(31 내지 33)에 공급되도록 하거나 전원변환장치(110)와 BMS(120)를 제어하여 상용전원(10) 및/또는 신재생 에너지원(20)의 전원으로 배터리팩(130)을 충전시키거나 또는 전원변환장치(110)와 BMS(120)를 제어하여 배터리팩(130)의 전원을 각 부하(31 내지 33)에 공급되게 한다. 또한 통합제어부(140)는 전원변환장치(110)와 BMS(120)를 제어하여 상용전원(10)의 전원과 배터리팩(130)의 전원을 각 부하(31 내지 33)에 공급되게 하거나, 신재생 에너지원(20)의 전원과 배터리팩(130)의 전원을 각 부하(31 내지 33)에 공급되게 한다.

이와 더불어 통합제어부(140)는 배터리팩(130)의 전원만으로 각 부하(31 내지 33)를 동작시키는 경우에 배터리팩(130)의 배터리 잔존용량에 따라 부하전력제어부(150)의 동작을 제어하고, 이에 따라 복수의 부하(31 내지 33) 중 선택적으로 전원을 공급한다. 즉, 통합제어부(140)는 배터리 잔존용량에 따라 복수의 부하(31 내지 33) 중 적어도 하나에 대해 전원이 공급되지 않게 한다. 복수의 부하(31 내지 33) 중 적어도 하나에 대해 전원이 공급되지 않도록 하는 제어 동작은 에너지관리 스케쥴정보에 따른다.

에너지관리 스케쥴정보는 단독공급 시작시간, 단독공급 종료시간 및 전원공급 타이밍정보를 포함한다.

단독공급 시작시간은 배터리팩(130)에서 단독으로 각 부하로 전원 공급을 시작하는 시간 즉, 단독공급을 시작하는 시간이며, 단독공급 종료시간은 배터리팩(130)에서의 단독공급을 종료하는 시간이다. 그리고 전원공급 타이밍정보는 배터리 잔존용량의 크기(예; 도 6의 A%, B%, C% 등)에 따라서 복수의 부하 중 하나 이상을 설정된 우선순위에 따라 전원 공급되지 않게 차단하는 정보로서, 우선순위가 낮은 부하가 먼저 전원 공급이 차단된다. 전원공급 타이밍정보는 설정된 배터리 잔존용량의 크기별로 전원공급을 차단할 부하의 식별정보가 대응하는 형태로 이루어진다.

여기서 전원공급 타이밍정보는 일 예가 도 6에 도시되어 있으며, 통합제어부(140)에 기 저장되어 있거나 통합제어부(140)에 의해 생성되는데, 통합제어부(140)에 기 저장된 경우에는 각 부하에 대한 정보가 고정적일 때에 적용되는 것이 양호하고, 통합제어부(140)에 의해 생성되는 경우에는 새로운 부하가 추가되거나 부하가 제거되는 등 수시로 부하의 변동이 있거나 복수의 부하 중 사용되는 부하가 수시로 변동되는 경우에 적용되는 것이 양호하다.

부하전력제어부(150)는 복수의 부하(31 내지 33)와 전력패스(path)가 형성되어 있으며, 통합제어부(140)의 제어에 따라 동작하여 복수의 부하(31 내지 33)로의 전원 공급 여부를 제어한다.

여기서 복수의 부하는 2 이상의 부하를 의미하며, 각 부하는 동일한 전원 타입(예; AC 전원을 사용하는 AC 부하 또는 DC 전원을 사용하는 DC 부하 중 하나)이거나 적어도 하나가 다른 전원 타입일 수 있다. 또한 복수의 부하는 서로 동일한 소비 전력의 것이거나 적어도 하나가 다른 소비 전력의 것일 수 있다.

통합제어부(140) 및 부하전력제어부(150)의 구체적인 동작은 도 4 및 도 5를 참조로 하여 이하에서 상세히 설명한다.

입력부(160)는 사용자가 각 부하(31 내지 33)로 공급되는 전력을 온(ON) 또는 오프(OFF) 할 것인지를 수동으로 제어할 수 있는 버튼 등을 포함한다. 표시부(170)는 배터리 잔존용량과 현재 공급되고 있는 부하의 에너지량(예; 소비전력) 등을 표시한다.

이하에서는 도 2를 참조로 하여 도 1을 구체화한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지저장시스템(100)을 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 상세 블록 구성도로서, 상용전원(10)과 신재생에너지원(20)을 에너지원으로 사용하는 에너지저장시스템(100)에 대한 것이다. 도 2에서는 입력부(160) 및 표시부(170)의 도시를 생략하였다.

그리고 4개의 부하(31 내지 34)로 전원을 공급하는 것을 일 예로 하되, 제1 및 제2 부하(31, 32)는 AC 전원을 사용하는 부하장치이고, 제3 및 제4 부하(33, 344)는 DC 전원을 사용하는 부하장치이다. 물론 제1 내지 제4 부하(31 내지 34)는 동일한 소비전력을 가지거나 서로 다른 소비전력을 가진다.

전원변환장치(110)는 상용전원(10)과 신재생에너지원(20)을 에너지원으로 사용하기 위해, 제1 AC 스위치(111), 인버터(112) 및 DC-DC 컨버터(113)를 포함한다.

제1 AC 스위치(111)는 상용전원(10)과의 연결 및 차단을 담당한다.

인버터(112)는 배터리팩(130)과 커플링되고 부하전력제어부(150)와 전력패스가 연결된다. 이러한 인버터(112)는 양방향 인버터로서, 제1 AC 스위치(111)를 통해 공급되는 AC 상용전원을 DC 전원으로 변환하거나, DC-DC 컨버터(113)로부터 공급되는 신재생 에너지원(20)의 전원 또는 배터리팩(130)의 전원을 AC 전원으로 변환한다.

DC-DC 컨버터(113)는 신재생 에너지원(20) 또는 인버터(112)로부터 공급되는 DC 전원을 배터리팩(130)에 부합하는 레벨의 DC 전원으로 변환하거나, 배터리팩(130) 또는 신재생 에너지원(20)으로부터 공급되는 DC 전원을 부하에 맞는 레벨의 DC 전원으로 변환한다.

그리고, 부하전력제어부(150)는 제2 AC 스위치(151), 제3 AC 스위치(152), 제1 컨버터(153), 제1 DC 스위치(154), 제2 컨버터(155) 및 제2 DC 스위치(156)를 포함한다.

제2 AC 스위치(151)는 입력단에 인버터(112)가 연결되고 출력단에 제1 AC 부하(31)가 연결되며, 제3 AC 스위치(152)는 입력단에 인버터(112)가 연결되고 출력단에 제2 AC 부하(32)가 연결된다. 이러한 제2 및 3 AC 스위치(151, 152)는 통합제어부(140)의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행하여 각 부하(31, 32)로의 전원 공급 여부를 결정한다.

제1 및 제2 컨버터(153, 155)는 DC-DC 컨버터(113)로부터 입력되는 DC 전원을 AC 전원으로 변환시킨다. 제1 DC 스위치(154)는 입력단에 제1 컨버터(153)가 연결되고 출력단에 제1 DC 부하(33)가 연결되고, 제2 DC 스위치(156)는 입력단에 제2 컨버터(155)가 연결되고 출력단에 제2 DC 부하(34)가 연결된다. 이러한 제1 및 2 DC 스위치(154, 156)는 통합제어부(140)의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행하여 각 부하(33, 34)로의 전원 공급 여부를 결정한다.

이하에서는 도 3을 참조로 하여 도 1을 구체화한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지저장시스템(100)을 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 상세 블록 구성도로서, 신재생에너지원(20)을 에너지원으로 사용하는 에너지저장시스템(100)에 대한 것이다. 도 3에서는 입력부(160) 및 표시부(170)의 도시를 생략하였다.

그리고 4개의 부하(31 내지 34)로 전원을 공급하는 것을 일 예로 하되, 제1 및 제2 부하(31, 32)는 AC 전원을 사용하는 부하장치이고, 제3 및 제4 부하(33, 344)는 DC 전원을 사용하는 부하장치이다. 물론 제1 내지 제4 부하(31 내지 34)는 동일한 소비전력을 가지거나 서로 다른 소비전력을 가진다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지저장시스템(100)은 본 발명의 제1 실시 예의 에너지저장시스템과 거의 동일한 구성을 가지나, 신재생 에너지원(20)만을 사용함에 따라 전원변환장치(110)의 구성이 제1 실시 예와 차이가 난다. 구체적으로 제2 실시 예에 따른 전원변환장치(110)는 인버터(112)와 DC-DC 컨버터(113)로 구성된다. 물론 신재생 에너지원(20)만을 사용함에 따라 통합제어부(140)의 제어 동작 또한 제1 실시 예와 차이가 나나, 이러한 차이는 제1 실시 예를 통해 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있는 것이므로 자세한 설명은 생략한다.

이하에서는 도 4 및 도 6을 참조로 하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지저장시스템에 의해 이루어지는 에너지 효율 향상 방법을 설명한다. 이때의 에너지저장시스템은 도 2 및 도 3 중 하나의 에너지저장시스템이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 에너지 효율 향상 방법에 대한 순서도이다.

통합제어부(140)는 기 저장된 에너지관리 스케쥴정보에 포함된 배터리팩(130)에서만 각 부하(31 내지 34)에 전원을 공급하는 시점 즉, 시간인지를 파악하고(S401), 배터리팩(130)의 단독공급 시작시간이라고 판단하면(S402), BMS(120)를 제어하여 배터리팩(130)을 방전시키고, DC-DC 컨버터(113), 인버터(112) 및 부하전력제어부(150)를 제어하여 각 부하(31 내지 34)로 배터리팩(130)의 전원이 공급되게 한다(S403).

이런 상태에서 통합제어부(140)는 BMS(120)로부터 계속적으로 수신되는 배터리팩의 상태 정보를 통해 현재의 배터리 잔존용량을 파악하고(S404), 전원공급 제어시점인지를 파악하기 위하여 파악한 배터리 잔존용량의 크기를 전원공급 타이밍정보에 포함된 설정된 배터리 잔존용량의 크기 중 가장 큰 배터리 잔존용량과 비교하여 현재의 배터리 잔존용량의 크기가 가장 큰 배터리 잔존용량의 크기인지를 판단한다(S405).

여기서 전원공급 타이밍정보에 포함된 설정된 배터리 잔존용량의 크기를 도 6에 도시된 A%, B%, C%, D%라고 한다.

따라서 통합제어부(140)는 현재 시간의 배터리 잔존용량이 A%보다 크면 배터리팩(130)으로부터의 전원공급이 안정적이라고 판단하고, 현재 시간(T1)의 배터리 잔존용량이 A% 이하이면 복수의 부하(31 내지 34 중) 중 우선순위가 가장 낮은 부하를 전원공급 타이밍정보를 통해 파악한 후(S406), 해당 부하로의 전원 공급을 차단한다(S407).

예컨대, 우선순위가 가장 낮은 부하가 제1 AC 부하(31)이면, 통합제어부(140)는 제2 AC 스위치(151)를 턴 오프시켜 제1 AC 부하(31)로의 전원 공급을 차단한다.

통합제어부(140)는 이러한 전원 공급 제어를 공급 종료 시점까지 수행한다(S408).

이에 따라 현재 시간(T2)에서의 배터리 잔존용량이 B%가 되면 다음으로 우선순위가 낮은 부하로의 전원 공급을 차단하고, 현재 시간(T3)에서의 배터리 잔존용량이 C%가 되면 그 다음으로 우선순위가 낮은 부하로의 전원 공급을 차단한다. 부하가 4개인 경우이면 D%는 설정되지 않으며, 전원 공급이 지속적으로 공급해야 할 부하가 2개라면 D% 및 C%가 설정되지 않는다.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조로 하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지저장시스템에 의해 이루어지는 에너지 효율 향상 방법을 설명한다. 이때의 에너지저장시스템은 도 2 및 도 3 중 하나의 에너지저장시스템이다. 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 에너지저장시스템의 에너지 효율 향상 방법에 대한 순서도이다.

통합제어부(140)는 기 저장된 에너지관리 스케쥴정보에 포함된 배터리팩(130)에서만 각 부하(31 내지 34)에 전원을 공급하는 시점 즉, 시간인지를 파악한다(S501).

통합제어부(140)는 배터리팩(130)의 단독공급 시작시간이라고 판단하면(S502), BMS(120)를 제어하여 배터리팩(130)을 방전시키고, DC-DC 컨버터(113), 인버터(112) 및 부하전력제어부(150)를 제어하여 각 부하(31 내지 34)로 배터리팩(130)의 전원이 공급되게 한 후 배터리팩(130)의 전체 배터리 잔존용량 즉, 배터리 잔존용량의 전체 크기를 파악한다(S503).

그리고 전원공급 타이밍 정보를 생성하기 위하여, 통합제어부(140)는 각 부하(31 내지 34)의 정격정보를 통해 각 부하(31 내지 34)의 소비전력을 파악하고 각 부하(31 내지 34)의 총소비전력(이하 “제1 총소비전력”이라 함)을 파악한다(S504).

통합제어부(140)는 각 부하의 제1 총소비전력을 파악하면 제1 총소비전력에 대응하는 배터리 잔존용량의 크기 즉, 모든 부하로 전원을 공급하기 위해 필요로 하는 배터리 잔존용량의 크기를 산출하고, 산출한 배터리 잔존용량의 크기를 도 6에 도시된 A%로 설정한다(S505).

만약 산출한 배터리 잔존용량의 크기가 배터리팩(130)의 배터리 잔존용량의 전체 크기보다 크면 통합제어부(140)는 가장 우선순위가 낮은 부하로의 전원공급을 차단한다.

그리고 통합제어부(140)는 우선순위가 가장 높은 제1 부하의 제1 소비전력을 파악하고, 단독공급 종료시간까지 남은 시간을 파악한 후 제1 소비전력과 남은 시간을 이용하여 제1 부하가 남은 시간까지 필요로 하는 총소비전력 즉, 제2 총소비전력을 파악한다(S506).

그런 다음 통합제어부(140)는 제2 총소비전력에 대응하는 배터리 잔존용량의 크기 즉, 제1 부하에게 남은 시간까지 전원을 공급할 경우에 소모될 배터리 잔존용량의 크기를 산출하고(S507), 제1 부하를 위해 소모될 배터리 잔존용량의 크기를 C%로 설정한다(S508).

통합제어부(140)는 다음으로 우선순위가 높은 제2 부하에 대하여 S506 과정과 S508 과정을 수행하여 B%를 설정하는데, B% 설정시에 사용되는 배터리 잔존용량의 크기는 제1 부하 및 제2 부하 모두를 남은 시간까지 전원을 공급할 수 있는 배터리 잔존용량의 크기이다.

통합제어부(140)는 5개 이상의 부하에 대하여 전원을 공급을 제어하는 경우에, 점차적으로 낮은 우선순위의 부하를 대상으로 S506 과정 내지 S508 과정을 반복하여 전원공급 제어를 수행할 배터리 잔존용량의 크기를 파악하고 설정하는 동작을 반복하여 전원공급 타이밍정보를 생성하고 설정한다(S509).

이렇게 전원공급 타이밍정보를 생성 및 설정하면, 통합제어부(140)는 도 4를 참조로 설명한 S404 과정 내지 S408 과정을 수행한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 에너지저장시스템 110 : 전원변환장치
120 : BMS 130 : 배터리팩
140 : 통합제어부 150 : 부하전력제어부
160 : 입력부 170 : 표시부
10 : 상용전원 20 : 신재생 에너지원

Claims (13)

1. 충전 동작으로 전원을 저장하고 방전 동작으로 충전된 전원을 방전하는 배터리팩;
   외부전원으로부터 입력되는 전원을 상기 배터리팩 또는 복수의 부하에 맞는 형태의 전원으로 변환시켜 출력하거나, 상기 배터리팩으로부터 입력되는 전원을 상기 복수의 부하에 맞는 형태의 전원으로 변환시켜 출력하는 전원변환장치;
   상기 배터리팩의 충전 또는 방전 동작을 제어하고 상기 배터리팩의 배터리 잔존용량을 파악하는 BMS(Battery Management System);
   상기 배터리팩 및 상기 외부전원에 커플링되어 있으며, 상기 복수의 부하가 연결되어 있고, 스위칭 동작에 따라 입력되는 전원을 상기 복수의 부하 중 적어도 하나에 선택적으로 공급할 수 있게 하는 부하전력 제어부;
   각 구성의 동작을 제어하며, 에너지관리 스케쥴정보를 통해 단독공급 시작시간을 파악하고, 상기 단독공급 시작시간이 되면 전원공급 타이밍정보에 의해 기 설정된 단독공급 종료시간까지 배터리 잔존용량의 크기가 클수록 우선순위가 낮은 부하로 공급되는 전원이 차단되는 것을 반복하는 통합제어부;
   상기 통합제어부의 제어를 수동으로 각 부하로 공급되는 전력을 온 또는 오프 할 것인지를 수동으로 제어할 수 있는 버튼을 포함하는 입력부; 및
   상기 통합제어부에서 제어하는 상기 배터리 잔존용량과 현재 공급되고 있는 부하의 에너지량, 소비전력 등을 표시하는 표시부; 를 포함하되,
   상기 에너지관리 스케쥴정보는 상기 배터리팩에서 단독으로 각 부하로 전원공급을 시작하는 단독공급 시작시간과 상기 배터리팩에서의 단독공급을 종료하는 단독공급 종료시간 및 배터리 잔존용량의 크기에 따라서 복수의 부하 중 하나 이상을 설정된 우선순위에 따라 전원을 차단하는 정보를 가지는 전원공급 타이밍정보를 포함하고,
   상기 전원공급 타이밍정보는 설정된 베터리 잔존용량의 크기별로 전원공급을 차단할 부하의 식별정보에 대응하는 형태로 이루어지고, 각 부하에 대한 정보가 고정적일 때에는 상기 통합제어부에 기저장된 형태로 적용되며, 새로운 부하가 추가되거나 부하가 제거되어 수시로 부하의 변동이 있거나 복수의 부하 중 사용되는 부하가 수시로 변동될 때에는 상기 배터리팩의 잔존용량과 상기 각 부하의 소비전력을 이용하여 상기 통합제어부에 의해 생성되어 설정되는 형태로 적용되는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 복수의 부하는 동일한 전원 타입이거나 적어도 하나가 다른 전원 타입인 에너지저장시스템.
4. 제3항에서,
   상기 복수의 부하는 동일한 소비전력을 가지거나 적어도 하나가 다른 소비전력을 가지는 에너지저장시스템.
5. 삭제
6. 제1항에서,
   상기 외부전원은 신재생 에너지원이거나, 상기 신재생 에너지원과 상용전원인 에너지저장시스템.
7. 삭제
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9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제

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