KR101791030B1

KR101791030B1 - 전력 모니터링 장치

Info

Publication number: KR101791030B1
Application number: KR1020110004203A
Authority: KR
Inventors: 박영진; 조치홍; 박현수; 원은태; 황동윤; 배태한; 임형규; 장재휘; 한세희
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2017-11-20
Also published as: KR20110123652A

Abstract

가전기기에 외장 형태로 접속되고 가전기기에 통신 기능과 전력 측정 기능을 제공하는 전력 모니터링 장치를 마련함으로써 가전기기에 전력 모니터링 장치를 내장할 필요가 없어 가전기기의 제조비용을 줄일 수 있는 전력 모니터링 장치를 개시한다.

Description

전력 모니터링 장치{APPARATUS FOR MONITORING POWER IN APPLIANCE}

본 발명은 전력 모니터링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가전기기의 전력정보를 모니터링하는 전력 모니터링 장치에 관한 것이다.

IT 기술의 발전으로 인해 전기를 사용하는 기기들의 수가 비약적으로 증가하였고 이로 인해 전력의 사용량이 해가 갈수록 증대되고 있다.

이러한 전력 수요를 충족하기 위해서 발전소를 추가적으로 건설하고 있는 실정이다.

그러나 전력 수요 패턴을 보면 365일 항상 수요가 많은 것이 아니고 1년 중 단 몇 일간만 수요가 크게 발생한다.

이와 같이 짧은 시간의 전력 수요가 높은 상태를 첨두부하(peak load)라 하는데, 이 첨두부하를 해결하기 위해 발전소를 건설하게 될 경우 막대한 건설비용을 소요될 뿐만 아니라, 짧은 기간의 첨두부하를 유지하기 위해 건설된 발전소의 유지비용 또한 부담으로 작용하게 된다.

최근에는 발전소를 추가 건설하기보다는 첨두부하를 제한하는 방식으로 전력 사용량을 일시적으로 제한하는 수요 관리 방식에 대한 연구가 활발하다.

현재는 수요 관리의 발전된 형태인 수요 반응(Demand response ; DR)에 관한 연구가 증가하고 있다.

수요 반응은 전력 요금이 비쌀 때 전기 사용을 억제하도록 전력 요금의 변화에 따른 전력 사용 형태의 변화로 정의할 수 있다.

전력 요금이 비싼 구간에서 에어컨의 사용을 잠시 중지하는 것이 이러한 수요 반응을 적용한 예이다.

수요 반응을 제어하기 위해서는 수요 반응 제어기(Demand Response Controller ; DR 제어기)가 필요하다. DR 제어기는 전력 회사로부터 실시간 전력 가격을 제공받아 이 전력 가격에 준해 가정 내 전기기기를 제어하는 기능을 담당한다.

댁내의 가전기기는 DR 제어기를 통해 전력 가격 정보를 제공받으며 이에 따라 내부 제어 알고리즘을 동작시켜 전기 가격에 따라 소비되는 전력량이 다르게 반응한다. 이를 수요 반응 기능이라고 하며, DR 제어기는 이러한 가전기기를 제어하여 가정 내 에너지의 효율을 극대화 시킬 수 있다.

그러나 DR 제어기와 가전기기 사이에 통신을 하기 위해서는 통신 모듈을 가전기기에 설치해야 한다.

또한, DR 제어기는 가정 내 에너지 제어를 하기 위해서 각 가전기기가 소모하는 전력량에 대한 정확한 정보가 필요하기 때문에 가전기기에 전력 측정 모듈도 설치해야 한다.

따라서 가전기기는 통신 모듈과 전력 측정 모듈을 내장해야 하기 때문에 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 설치공간을 확보하는 데 어려움이 있다.

또한, 전력 측정 모듈이 설치된 모든 가전기기가 DR 제어기와 연동하여 사용된다고 보장할 수도 없기 때문에 DR 제어기와 연동하지 않으면서 전력 측정 모듈만 적용된 가전기기의 경우 활용하지도 않는 기능을 위해 생산 비용이 증가하고 소비자 부담이 증가할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면은 가전기기에 외장 연결되고 가전기기에 통신 기능과 전력 측정 기능을 제공하는 전력 모니터링 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면은 가전기기에 통신 기능을 제공하는 통신 모듈을 가전기기의 통신 포트에 외장 연결시키고 가전기기에 전력 측정 기능을 제공하는 전력 측정 모듈을 가전기기의 전원콘센트측 전원라인에서 전력 측정이 가능하도록 연결시킨 전력 모니터링 장치를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 전력 모니터링 장치는, 가전기기의 통신 포트에 분리 가능하게 연결되는 통신 커넥터; 상기 통신 커넥터에 연결되며, 상기 가전기기와 외부 장치간의 통신을 수행하는 통신 모듈; 상기 가전기기의 전원 라인과 연결된 상기 가전기기의 전원 포트에 분리 가능하게 연결되는 전원 커넥터; 상기 전원 커넥터에 연결되며 상기 가전기기의 전원 라인에 공급된 전원으로부터 상기 가전기기의 전력을 측정하는 전력 측정 모듈; 배터리;를 포함하고, 상기 통신 모듈은, 상기 전력 측정 모듈에 의해 측정된 상기 가전기기의 전력 정보를 수신하고, 상기 수신된 전력 정보를 상기 외부 장치로 송신하고; 상기 가전기기의 전원이 꺼져 있는 경우, 상기 배터리의 전원을 이용하여 상기 전원라인을 스위칭하는 메인릴레이스위치를 턴 온시켜 상기 가전기기에 전원을 공급하고, 상기 전력 측정 모듈은, 상기 가전기기에 공급된 전압을 감지하는 전압감지부; 상기 가전기기에 공급된 전류를 감지하는 전류감지부; 상기 전압감지부를 통해 감지된 전압과 상기 전류감지부를 통해 감지된 전류로부터 상기 가전기기의 전력을 측정하는 전력 제어부;를 포함한다.

또한, 상기 전원 포트와 상기 전원 커넥터는 전원케이블에 의해 연결되는 것을 포함한다.

삭제

또한, 상기 전압감지부는 상기 전원 라인의 전압을 감지하는 것을 포함한다.

또한, 상기 전류감지부는 상기 전원 라인 중 어느 하나의 교류전원라인에 흐르는 전류를 감지하도록 상기 어느 하나의 교류전원라인에 직렬 연결된 저항을 가진 전류센서인 것을 포함한다.

또한, 상기 전류감지부는 상기 전원 라인 중 어느 하나에 흐르는 전류를 감지하도록 어느 하나의 교류전원라인에 마련된 CT 전류센서인 것을 포함한다.

또한, 상기 통신 커넥터는 USB(Universal Serial Bus) 커넥터, UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 커넥터, SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 커넥터, I2C(Inter Integrated Circuit) 커넥터 또는 20핀 표준 커넥터 중 어느 하나인 것을 포함한다.

또한, 상기 통신 모듈은 외부 장치와 정보를 송수신하는 송수신부와, 상기 송수신부를 통해 상기 외부 장치와 정보 송수신을 제어하는 통신 제어부를 포함한다.
또한, 상기 통신 모듈은 상기 외부 장치와 WIFI 또는 Zigbee로 통신을 수행한다.

또한, 상기 통신 모듈은 상기 통신 모듈에 전력을 공급하는 전력 공급원과, 상기 전력 공급원의 전력 상태를 측정하고 측정된 전력 상태에 기초하여 전력 상태 정보를 제공하는 전력 관리부와, 상기 전력 공급원에 전압을 공급하거나 상기 전력 공급원에 공급된 전압을 차단하는 스위칭부를 포함하고, 상기 통신제어부는 상기 전력 관리부로부터 제공된 전력 상태 정보에 기초하여 상기 전력 공급원에 충전이 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 전력 공급원에 전압을 충전시키는 것을 포함한다.

또한, 상기 통신제어부는 상기 가전기기의 작동을 완료하기 전에 상기 전력 공급원을 충전시키는 동작을 제어하는 것을 포함한다.

삭제

본 발명의 다른 측면에 따른 전력 모니터링 장치는 가전기기의 통신 포트에 외장 연결되고 상기 가전기기에 통신 기능을 제공하는 통신 모듈과, 상기 통신 모듈과 무선 통신 연결되고, 상기 가전기기의 전원콘센트측 전원라인에서 상기 가전기기에 공급되는 전력을 측정하며 상기 측정된 전력 정보를 상기 통신 모듈에 무선 전송하는 전력 측정 모듈을 포함하고, 상기 전력 측정 모듈은 상기 통신 모듈과의 통신 등록시 상기 통신 모듈로부터 상기 통신 모듈과의 통신을 위한 고유 번호를 수신하고, 수신된 고유 번호를 저장하고, 상기 전력 측정 모듈과 상기 통신 모듈과의 통신은 상기 통신 모듈에서 상기 전력 측정 모듈의 고유 번호를 인증하여 이루어지는 것을 포함하고, 상기 통신 모듈은 상기 전력 측정 모듈의 접근을 감지하는 센서를 포함하고, 상기 센서를 통해 상기 전력 측정 모듈이 접근이 감지되면, 상기 고유 번호를 상기 전력 측정 모듈에 자동으로 송신하는 것을 포함한다.

삭제

또한, 상기 통신 모듈과 상기 전력 측정 모듈은 버튼을 포함하고, 상기 버튼이 눌러지면, 상기 통신 모듈은 상기 고유 번호를 송신하고, 상기 전력 측정 모듈은 송신된 고유 번호를 저장하는 것을 포함한다.

이상에서 설명한 본 발명의 일 측면에 따르면, 가전기기에 외장 형태로 접속되어 가전기기에 통신 기능과 전력 측정 기능을 제공하는 전력 모니터링 장치를 마련함으로써 가전기기에 전력 모니터링 장치를 내장할 필요가 없어 가전기기의 제조비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 가전기기에 통신 기능과 전력 측정 기능을 제공하는 전력 모니터링 장치를 가전기기에 외장 형태로 접속 가능하게 마련함으로써 사용자가 필요에 의해 수요 관리 기능을 사용하고자 할 경우에 전력 모니터링 장치를 가전기기에 접속하기만 하면 되므로 사용이 편리하다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 가전기기에 통신 기능을 제공하는 통신 모듈을 가전기기의 통신 포트에 외장 연결시키고 가전기기에 전력 측정 기능을 제공하는 전력 측정 모듈을 가전기기의 전원콘센트측 전원라인에서 전력 측정이 가능하도록 연결시킨 전력 모니터링 장치를 제공함으로써 가전기기 내부에 전력 측정을 위한 별도의 전원라인을 구축할 필요가 없으므로, 가전기기의 전원 포트, 전력 모니터링 장치의 전원 커넥터, 가전기기의 전원 포트와 전력 모니터링 장치의 전원 커넥터를 연결하는 전원 케이블 등을 없앨 수 있고, 가전기기의 구조 변경없이도 전력 측정이 가능하며, 설치기사의 도움없이 사용자 누구나 전력 모니터링 장치를 손쉽게 연결할 수 있어 사용자의 안전성 및 편의성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치가 적용되는 수요반응시스템의 개략적인 제어블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치를 가전기기에 외장형태로 접속하는 것을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 도 2에 도시된 통신 모듈과 전력 측정 모듈간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 제어블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치를 가전기기에 외장형태로 접속하는 것을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치에서 전력 감지 및 전송을 설명하기 위한 제어블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치를 가전기기에 외장형태로 접속하는 것을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치에서 전력 감지 및 전송을 설명하기 위한 제어블록도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 접속구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구조도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 제어블록도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구성도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구조도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구성도이다.
도 17는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구조도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 제어블록도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구성도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 제어블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치가 적용되는 수요 반응 시스템에 대한 구성을 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치가 적용되는 수요 반응 시스템은 댁내에 설치되어 전력회사로부터 정보를 송수신하는 스마트 미터(10)와, 이 스마트 미터(10)로부터 전기 가격과 관련된 정보를 수신하는 수요 반응 제어기(Demand Response controller ; DR 제어기)(20)와, 이 DR 제어기(20)와 네트워크 연결된 다수의 가전기기(30)를 포함한다.

가전기기(30)는 전력선을 통해 흘러 들어온 전력을 사용하여 원하는 기능을 수행한다.

가전기기(30)는 냉장고, 에어컨, 세탁기, 쿡 탑(Cook Top), 텔레비전, 등 전력을 소비하는 모든 기기를 포함한다.

가전기기(30)에서 소비되는 전력량은 전력 모니터링 장치(40)에 의해 측정된다.

후술하겠지만, 전력 모니터링 장치(40)는 통신 기능과 전력 측정 기능을 가지며, 가전기기(30)에 외장형태로 접속하여 가전기기(30)의 실제 전력 소비량을 감지하여 DR 제어기(20) 혹은 가전기기(30)에 전송한다.

전력 모니터링 장치(40)는 가전기기(30)의 실제 전력 소비량을 감지하여 DR 제어기(20)에 전송한다.

DR 제어기(20)는 예를 들어 전기 가격 정보로부터 DR 레벨을 판단하는 데, 이 DR 레벨을 가전기기(30)에 전송한다.

또한, DR 제어기(20)는 전력회사가 스마트 미터(10)를 통해 제공한 전기 가격 정보를 단위시간간격으로 수신하고, 수신된 전기 가격 정보들을 이용하여 전력단위당 전기요금이 서로 다른 복수의 DR 레벨을 설정한다.

예를 들면, DR 제어기(20)는 전기 요금 정보들 중 최고 전력요금과 최저 전력요금을 기준으로 전력 단위당 전력요금이 서로 다른 복수의 DR 레벨을 설정한다.

DR 레벨은 4개의 레벨(제1 DR 레벨 내지 제4 DR 레벨)로 설정될 수 있으며, 서로 다른 전력요금 및 허용 전력량을 갖는다. DR 레벨이 높을수록 전력요금이 비싸게 부과되게 설정된다. 이렇게 설정된 DR 레벨 정보는 가전기기(30)로 전송된다.

또한, DR 제어기(20)는 가전기기의 현재 DR 레벨을 확인하고 전력 모니터링 장치(40)를 통해 가전기기(30)의 전력 사용량을 측정한다.

DR 제어기(20)는 측정된 전력 사용량과 현재 DR 레벨에 대응하는 허용 전력량을 비교하여 전력 사용량이 허용 전력량이상인 경우 현재 전력 사용량이 허용 전력량에 도달할 때까지 우선순위가 낮은 부하부터 동작을 지연시키고, 현재 전력 사용량이 허용 전력량미만인 경우 각 부하들을 미리 설정된 작동순서로 정상 작동시킨다.

이러한 방식에 의해 DR 레벨이 높은 구간에서의 전력소비가 줄어 전력요금이 절감된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구조를 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치를 가전기기에 외장형태로 접속하는 것을 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)는 본체(41)와, 가전기기(30)의 통신 포트에 연결되도록 이 본체(41)의 전면부에 마련된 통신 커넥터(42)와, 가전기기(30)의 전원 포트에 전원케이블에 의해 연결되도록 본체(41)의 후면부에 마련된 전원 커넥터(43)를 포함한다.

본체(41) 내에는 통신 커넥터(42)에 연결되며, 가전기기 또는 외부 장치와의 통신을 수행하는 통신 모듈(411)이 마련되어 있다.

또한, 본체(41) 내에는 전원 커넥터(43)에 연결되며, 가전기기에 공급된 전원으로부터 가전기기의 전력을 측정하는 전력 측정 모듈(412)이 일체로 마련되어 있다.

통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)은 정보를 주고받을 수 있도록 통신 가능하게 연결된다.

이때, 통신 기능이 필요없는 경우에는 통신 모듈(411) 없이 전력 측정 모듈(412)만이 단독으로 마련되는 것도 가능하다.

통신 커넥터(42)는 가전기기(30)와 각종 제어신호를 주고받을 수 있는 신호라인을 위한 부분으로, 현재 보편적으로 적용되고 있는 USB(Universal Serial Bus) 커넥터 형태를 따를 수 있으며, 휴대폰에서 사용하는 20핀의 표준 커넥터도 가능하다. 다만, 통신 커넥터(42)가 USB 형태의 커넥터를 채용하더라도 반드시 USB의 고속 통신 방식만으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 통신 커넥터(42)를 통해 정보를 주고 받는 통신 방식은 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), SPI(Serial Peripheral Interface Bus), I2C(Inter Integrated Circuit) 등 다양한 형태의 통신 방법 중 어느 하나일 수 있다.

전원 커넥터(43)는 가전기기(30)의 전력측정을 위한 부분으로, 가전기기(30)의 전원 포트와 연결된다. 전원 포트는 교류전원 포트이다. 만약, 가전기기(30)가 직류 전원에 의해 작동하는 기기인 경우에는 직류전원 포트도 가능하다. 이때, 전원 커넥터(43)의 핀 수는 전력 모니터링 장치(40)에서 가전기기(30)의 전압과 전류를 검출하는 방식에 의해 달라진다. 특히 전류를 검출하는 방식에 의해 그 수가 달라지는데, 통상적으로 저항방식을 이용한 전류검출방식을 채용한 경우에는 3핀이고, CT(Current Transformer)방식을 이용한 전류검출방식을 채용한 경우에는 4핀이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치를 가전기기에 외장형태로 접속하는 것을 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)의 통신 커넥터(42)는 가전기기(30)의 전반적인 제어를 수행하는 CPU(34)와 연결된 통신 포트(33)에 직접 연결되고, 전원 커넥터(43)는 가전기기(30)의 교류전원라인(AC(+),AC(-))과 연결된 전원 포트(35)에 전원케이블(50)에 의해 연결된다.

전원케이블(50)은 양단에 각각 커넥터(51)(52)가 마련되어 있다.

CPU(34)와 통신 포트(33)사이에는 신호라인(36)이 연결되어 있다. 신호라인은 예를 들면, VCC, TX, RX, GND 이다. TX와 RX는 CPU(34)와 전력 모니터링 장치(40)간의 데이터 송수신을 위한 것이고, VCC와 GND는 전력 모니터링 장치(40)에 전원을 공급하기 위한 것이다.

가전기기(30)의 교류전원라인(AC(+),AC(-))의 일측에는 플러그(31)가 연결되어 있다.

교류전원라인(AC(+),AC(-)) 중 한쪽 라인(AC(+))(또는 AC(-))에는 메인릴레이스위치(32)가 연결되어 있다. 후술하겠지만, 이 메인릴레이스위치(32)는 CPU(34)는 물론 전력 모니터링 장치(40)에 의해서도 온 또는 오프될 수 있도록 마련된다.

전력 모니터링 장치(40)는 배터리를 가지고 있어 가전기기(30)의 전원이 완전히 꺼져 있는 상태, 즉 메인릴레이스위치(32)가 꺼져 전원이 공급되지 않는 상태에서도 자체 내의 배터리의 전원을 이용하여 가전기기(30)의 메인릴레이스위치(32)를 턴 온 시켜 전원을 공급할 수 있다.

이를 위해 전력 모니터링 장치(40)는 가전기기(20)의 메인릴레이스위치(32)를 구동하기 위한 회로를 가진다. 이 회로는 전력 모니터링 장치(40)의 전원 커넥터(43)와 가전기기(30)의 전원 포트(35)가 전원케이블(50)에 의해 연결되는 동작에 의해 폐회로가 구성된다.

이러한 구성에 의해 가전기기(30)는 외부 신호를 받아들이기 위해 대기모드를 유지할 필요가 없기 때문에 대기 전력을 줄일 수 있다.

전력 모니터링 장치(40)가 가지고 있는 배터리는 가전기기(30)가 동작하고 있는 동안에 내부 배터리의 상태를 체크하여 충전이 필요한 시점 또는 메인릴레이스위치가 꺼지 직전에 배터리를 완충상태로 충전된다.

가전기기(30)가 완전히 꺼진 상태에서는 배터리의 충전 상태를 최대한 오래 유지하도록 전력 모니터링 장치(40)는 에너지 절약모드로 작동된다.

좀더 자세히 설명하면, 가전기기(30)는 내부적으로 수요 반응 제어를 수행하기 위해 수요 반응 관련 알고리즘을 내장하고 있다. 이 내장 알고리즘이 동작하기 위해서는 DR 제어기(20)와 연동하여 각종 정보를 주고받아야 하고 가전기기(30)의 전력 측정을 위해서는 통신 모듈과 전력 측정 모듈이 필요하다.

통신 모듈과 전력 측정 모듈을 가전기기(30)가 내장하고 있을 경우 그 만큼 생산 비용이 증가하기 때문에 통신 모듈과 전력 측정 모듈을 외장 형태로 확보하는 바람직하다.

이를 위해 본 발명의 실시예에서는 통신 모듈과 전력 측정 모듈이 가전기기(30)에 외장형태로 접속되는 전력 모니터링 장치(40)에 마련된다.

이렇게 구성함으로써 가전기기(30)의 전력 측정을 할 수 있음은 물론 전력 데이터를 DR 제어기(20)에 송신할 수 있고, 가전기기(30)는 DR 제어기(20)로부터 전송된 DR 레벨 또는 각종 제어 명령을 전력 모니터링 장치(40)를 통해 전달받을 수 있다.

이에 따라, 가전기기(30)의 CPU(34)는 DR 레벨에 따라 가전기기의 최적 제어를 수행하거나 각종 제어 명령에 따라 가전기기의 동작을 제어할 수 있다.

한편, 가전기기(30)의 대기 전력을 없애기 위해 가전기기(30)가 동작하지 않는 순간에는 메인보드에 있는 메인릴레이스위치(32)를 끊어 콘센트에 플러그(31)가 꼽혀있더라도 가전기기(30)가 소모하는 대기전력을 최소화 할 수 있다.

이때, 가전기기(30)이 외부 명령에 의해 다시 정상 동작을 하기 위해서는 메인릴레이스위치(32)를 온 시켜 주어야 하는데 이 역할을 전력 모니터링 장치(40)가 수행할 수 있다.

전력 모니터링 장치(40)는 DR 제어기(20)로부터 온 신호를 받게 되면 내장하고 있는 배터리에 있는 에너지를 통해 메인릴레이스위치(32)를 온 시켜 메인보드에 있는 CPU(34)를 깨울 수 있다.

이를 위해 전력 모니터링 장치(40)는 내부에 배터리를 내장하고 있어 메인릴레이스위치가 켜져 있는 동안에는 메인릴레이스위치(32)를 통해 받은 전원을 이용하여 배터리를 충전하고 메인릴레이스위치가 꺼져 있는 동안에는 배터리(이하 전력 공급원)에 충전된 전력을 이용하여 전력 모니터링 장치(40)를 구동시킬 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 통신 모듈과 전력 측정 모듈간의 작동을 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 통신 모듈(411)은 DR 제어기(20)로부터 수신한 전력정보요청에 따라 전력 측정 모듈(412)에 전력 측정명령을 전달한다.

전력 측정 모듈(412)은 가전기기(30)의 전력을 측정하고, 전력데이터를 통신 모듈(411)에 전송한다.

통신 모듈(411)은 이 전력데이터에 기초하여 전력정보를 DR 제어기(20)에 전송한다.

통신 모듈(411)은 DR 제어기(20)로부터 수신한 명령이나 정보를 자신이 접속된 가전기기(30)에 USB, SPI, I2C 등의 직렬 통신방식으로 제공하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 통신 모듈(411)는 지그비 칩, WIFI 칩, PLC(Power Line Communication) 칩 중 어느 하나 또는 환경에 맞게 통신방식을 변경할 수 있도록 여러 개를 한꺼번에 구비할 수 있다.

PLC 칩은 그 기술적인 한계로 인해 칩의 비용이 비싼데 본 발명과 같이 가전기기에 외장형태로 접속되는 전력 모니터링 장치(40)를 이용하는 경우 모든 가전기기에 PLC 칩을 설치할 필요가 없으므로 가격적인 잇점이 있다.

통신 칩도 규격화하여 필요에 따라 지그비 칩을 꼽게 되면 지그비 통신이 가능하게 되며 WIFI 칩을 꼽을 경우 WIFI 통신도 가능하기 때문에 다양한 통신 방식을 대응할 수 있는 장점을 가지게 된다. 참고로, PLC 칩을 이용한 전력선 통신은 전원 커넥터(43)에 연결된 교류전원라인을 이용하여 이루어진다.

통신 모듈(411)는 안테나를 통해 수신된 아날로그 무선 신호를 디지털 신호로 복조하거나 전송하고자 하는 디지털 신호를 아날로그 무선 신호로 변조한다.

전력 측정 모듈(412)은 통신 모듈(411)로부터 수신된 전력 측정명령에 따라 가전기기(30)의 전력을 측정한다.

전력 측정 모듈(411)은 전원 커넥터(43)에 연결된 전원 포트(35)의 교류전원라인 양단의 전압을 감지하고, 이 교류전원라인 중 어느 하나의 전원라인에 흐르는 전류를 감지함으로써 가전기기(30)의 전력데이터를 산출한다. 이때, 전력 측정 모듈(411)는 전력값 대신에 전압값과 전류값을 통신 모듈(411)에 전송하는 것도 가능하다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 제어블록을 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치(40)는 전력 측정 모듈(412)을 구성하는 전압 감지부(44), 전류 감지부(45) 및 전력 제어부(492)를 포함한다.

전압 감지부(44)는 전원 커넥터(43)에 연결된 교류전원라인을 이용하여 가전기기(30)의 전압을 감지한다. 전압 감지부(44)는 교류전원라인 양단의 전압을 감지한다.

전류 감지부(45)는 전원 커넥터(43)에 연결된 교류전원라인 중 어느 하나의 전원라인을 이용하여 가전기기(30)의 전류를 감지한다.

또한, 전류 감지부(45)는 자기코어와 코일로 이루어진 전류센서를 포함한다. 이 전류센서는 자기코어에 코일을 감아 코일에 유기되는 기전력을 측정하는 방식으로 교류 전류를 감지한다. 이러한 전류센서는 대부분 CT 센서인 경우가 많다.

또한, 전류 감지부(45)는 교류전원라인 중 어느 하나의 전원라인에 직렬 연결된 저항으로 이루어진 전류센서를 포함한다. 이 전류센서는 저항양단에 전압을 측정하는 방식으로 교류전류를 감지한다.

전력 제어부(492)는 통신 제어부(491)로부터 수신된 전력 측정명령에 따라 가전기기(30)의 전력을 측정한다.

전력 제어부(492)는 전압 감지부(44)를 통해 전원 커넥터(43)에 연결된 교류전원라인 양단의 전압을 감지하고, 전류 감지부(45)를 통해 전원 커넥터(43)에 연결된 교류전원라인 중 어느 하나의 전원라인에 흐르는 전류를 감지함으로써 가전기기의 전력데이터를 산출한다. 이때, 전력 제어부(492)는 전력값 대신에 전압값과 전류값을 통신 제어부(491)에 전송하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치(40)는 통신 모듈(411)을 구성하는 송수신부(46), 스위칭부(47), 전력 관리부(48), 전력 공급원(48a) 및 통신제어부(491)를 포함한다.

송수신부(46)는 안테나를 포함한다. 안테나는 지그비(Zigbee)나 와이파이(WIFI) 등의 무선 통신에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 인쇄회로기판 패턴형의 안테나로 이루어질 수 있다.

스위칭부(47)는 통신제어부(491)의 제어신호에 의해 전력 공급원(48a)에 전압을 공급하거나, 전력 공급원(48a)에 공급된 전압을 차단하는 역할을 수행한다.

전력 관리부(48)는 통신제어부(491)의 제어신호에 의해 전력 공급원(48a)의 전력 상태를 측정하고, 측정된 전력 상태에 기초하여 전력 상태 정보를 통신제어부(491)로 출력한다. 예를 들면, 전력 관리부(48)는 전력 공급원(48a)의 충전 상태를 체크하여 충전이 필요한지 만충인지를 판단하여 제어부(49)에 알려준다.

전력 공급원(48a)은 전력 모니터링 장치(40)를 구동하기 위한 전력을 공급한다. 전력 공급원(48a)은 각종 충전 전지, 알칼리 축전지, 버튼 전지 또는 연료 전지 등이 될 수 있다.

전력 모니터링 장치(40)는 전력 공급원(48a)을 구비하고 있기 때문에 가전기기(30)가 전력 모니터링 장치(40)의 신호를 받아들이기 위해 대기모드를 유지할 필요가 없다. 따라서, 가전기기(30)의 대기전력을 줄일 수 있다.

또한, 전력 모니터링 장치(40)는 전력 공급원(48a)의 충전이 필요한 경우에만 가전기기(30)를 깨우기 때문에 워서 전력 공급원(48a)에 충전이 이루어지도록 함으로써 가전기기(30)의 대기전력을 줄일 수 있다.

또한, 통신제어부(491)는 전력 공급원(48a)에 대한 충전 기능을 수행한다. 통신제어부(491)는 전력 관리부(48)를 통해 전력 공급원(48a)의 전력 상태를 측정하여 충전이 필요한 경우에는 스위칭부(47)를 온 시켜 전력 공급원(48a)에 전원이 공급되게 하고, 충전이 필요없는 경우에는 스위칭부(47)를 오프시켜 전력 공급원(48a)에 전원 공급이 차단되게 한다. 이에 따라, 가전기기(30)가 전력 모니터링 장치(40)의 신호를 받아들이기 위해 대기모드를 유지할 필요가 없기 때문에 가전기기(30)의 대기전력을 줄일 수 있다.

통신 제어부(491)는 DR 제어기(20)로부터 수신한 전력정보요청에 따라 전력 제어부(492)에 전력 측정명령을 전달하고, 전력 제어부(492)로부터 제공된 전력데이터를 제공받는다. 통신 제어부(491)는 이 전력데이터에 기초하여 전력정보를 DR 제어기(20)에 전송한다.

또한, 통신 제어부(491)는 DR 제어기(20)로부터 수신한 명령이나 정보를 자신이 접속된 가전기기(30)에 USB, SPI, I2C 등의 직렬 통신방식으로 제공하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 통신 제어부(491)는 안테나를 통해 수신된 아날로그 무선 신호를 디지털 신호로 복조하거나 전송하고자 하는 디지털 신호를 아날로그 무선 신호로 변조한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치를 가전기기에 외장형태로 접속하는 것을 나타낸 것이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전력 모니터링 장치에서 전력 감지 및 전송을 설명하기 위한 제어블록을 나타낸 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)를 가전기기(30)에 외장형태로 접속하기 위해서 먼저 전력 모니터링 장치(40)의 통신 커넥터(42)를 가전기기(30)의 통신 포트(33)에 연결한다.

이렇게 연결함으로써 전력 모니터링 장치(40)의 통신기능에 의해 가전기기(30)가 외부와 통신 가능한 상태가 된다.

또한, 전력 모니터링 장치(40)의 전원 커넥터(43)와 가전기기(30)의 전원 포트(35)를 전원케이블(50)을 이용하여 연결한다. 전원케이블(50)의 제1 커넥터(51)는 전력 모니터링 장치(40)의 전원 커넥터(43)에 연결되고, 전원케이블(50)의 제2 커넥터(52)는 가전기기(40)의 전원 포트(35)에 연결된다. 이때, 전류 감지부(45)가 CT 전류센서인 경우, 전원케이블(50)의 라인 수는 일예로 4개가 필요하다.

이렇게 연결함으로써 가전기기(30)의 교류전원라인이 전력 모니터링 장치(40)에 연결되기 때문에 가전기기(30)의 전력측정이 가능한 상태가 된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)의 전압 감지부(44)는 교류전원라인(AC(+),AC(-))사이에 직렬 연결된 저항(R3)을 포함한다.

참조번호 60의 LR 회로는 전압 감지부(44)에 인가되는 전압레벨을 낮추는 역할을 한다. 전력 제어부(492)는 저항(R3)의 양단 전압을 감지하는 것에 의해 가전기기(30)의 전압을 감지한다.

또한, 전력 모니터링 장치(40)의 전류 감지부(45)는 자기코어(45a)와 코일(45b)로 이루어진다. 자기코어(45a)의 내부에는 교류전원라인(AC(+),AC(-)) 중에서 어느 하나의 교류전원라인(AC(-))이 관통하고, 자기코어(45a)의 일측에는 코일(45b)이 감겨 있다.

따라서, 자기코어(45a)를 관통하는 교류전원라인(AC(-))에 흐르는 교번전류에 의해 교류전원라인(AC(-)) 주위에는 동심원상으로 자속이 발생한다. 이 자속은 교류전원라인(AC(-))을 관통하는 자기코어(45a)의 내부를 통해 관통된다.

이때, 교번전류에 의해 유기되는 자속은 시간에 따라 변화하는 시변자속이므로 코일(45b)에는 전자유도법칙에 따라 유도기전력이 발생한다. 이 유도기전력은 A/D 변환부(70)에 의해 디지털 값으로 변환되어 전력 제어부(492)에 인가된다.

전력 제어부(492)는 이 디지털 값으로부터 교류전원라인(AC(-))에 흐르는 교류전류값을 연산한다. 이러한 방식으로 전력 제어부(492)는 전류 감지부(45)를 통해 가전기기(30)의 전류를 감지한다.

전력 제어부(492)는 전압 감지부(44)을 통해 감지된 전압과, 전류 감지부를 통해 감지된 전류를 이용하여 전력데이터를 연산하고, 전력데이터를 통신 제어부(491)로 전송한다. 통신 제어부(491)는 전력데이터를 송수신부(46)를 통해 DR 제어기(20)로 송신한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치를 가전기기에 외장형태로 접속하는 것을 나타낸 것이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 전압과 전류를 감지하는 제어블록을 나타낸 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(401)의 통신 커넥터(421)를 가전기기(30)의 통신 포트(33)에 연결하고, 전력 모니터링 장치(401)의 전원 커넥터(431)와 가전기기(30)의 전원 포트(35)를 전원케이블(501)을 이용하여 연결한다.

이때, 전류 감지부(45)가 저항방식의 전류센서인 경우, 전원케이블(501)의 라인 수는 일예로 3개가 필요하다.

이렇게 연결함으로써 전력 모니터링 장치(40)의 통신기능에 의해 가전기기(30)가 외부와 통신 가능한 상태임과 함께 가전기기(30)의 교류전원라인이 전력 모니터링 장치(40)에 연결되기 때문에 가전기기(30)의 전력측정이 가능한 상태가 된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)의 전압 감지부(441)는 교류전원라인(AC(+),AC(-))사이에 직렬 연결된 저항(R3)을 포함한다. 참조번호 60의 LR 회로는 전압 감지부(441)에 인가되는 전압레벨을 낮추는 역할을 한다.

전력 제어부(492)는 저항(R3)의 양단 전압을 감지하는 것에 의해 가전기기(30)의 전압을 감지한다.

또한, 전력 모니터링 장치(40)의 전류 감지부(45)는 교류전원라인(AC(+),AC(-)) 중 어느 하나의 교류전원라인(A(-))에 직렬 연결된 저항(R4)을 포함한다. 전력 제어부(492)는 저항(R4)의 양단 전압을 감지하는 것에 의해 가전기기(30)의 전류를 감지한다.

전력 제어부(492)는 전압 감지부(44)를 통해 감지된 전압과, 전류 감지부를 통해 감지된 전류를 이용하여 전력데이터를 연산하고, 전력데이터를 통신 제어부(491)로 전송한다.

통신 제어부(491)는 전력데이터를 송수신부(461)를 통해 DR 제어기(20)로 송신한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 접속구조를 나타낸 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(402)의 통신 커넥터(422)와 전원 커넥터(432)가 본체(412)의 여러 면 중 동일한 면에 위치하는 것도 가능하다.

이렇게 구성함으로써 전원 커넥터(432)의 경우 전원케이블 없이도 가전기기(30)의 전원 포트(35)에 직접 연결 가능한 잇점이 있을 뿐만 아니라, 가전기기(30)에 밀착시킬 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 전력 모니터링 장치는 통신 커넥터를 가전기기의 통신 포트에 연결함과 함께 전원 커넥터를 가전기기의 전원 포트에 직접 연결되거나 전원 커넥터와 가전기기의 전원 포트 사이를 전원 케이블을 통해 연결하는 방식으로 가전기기에 연결된다.

따라서, 전력 모니터링 장치의 전원 커넥터를 전원전압이 공급되는 있는 가전기기의 전원 포트에 연결시키는 동작이 필수적이기 때문에 사용자의 안전 편의성을 위해서는 설치기사가 가전기기에 전력 모니터링 장치를 설치해야 하는 불편함이 있다.

또한, 전력 모니터링 장치에서 가전기기의 전력정보를 측정하기 위해서는 가전기기의 내부적으로 가전기기에 공급되는 전원라인이 전원 포트까지 연결되어 있어야 하기 때문에 별도의 부품 및 공간이 필요하고, 그러한 구조를 가진 가전기기에 대해서만 적용 가능하기 때문에 적용 가능한 가전기기의 모델이 제한될 뿐만 아니라 상기한 구조를 가전기기의 설계할 때부터 고려해야 하는 불편함이 있다.

따라서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치는 전원 측정 모듈이 가전기기의 전원 포트에 연결되어 전력 측정을 수행하는 대신에 콘센트에 전원코드를 통해 꼽히는 가전기기의 전원라인에서 전력 측정을 수행할 수 있도록 구성된다.

이를 위해 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치는 가전기기의 통신 포트에 연결되어 통신 기능을 제공하는 통신 모듈과 벽 등의 콘센트에 꼽힌 가전기기의 전원라인에서 가전기기의 전력을 측정하고 측정된 전력 정보를 통신 모듈에 유무선 통신을 통해 전달하는 전력 측정 모듈을 포함한다.

쉽게 설명하면, 이러한 방식은 전력 모니터링 장치의 본체에서 전력 측정 모듈을 분리해서 가전기기의 전원라인에 배치하는 방법이다. 이렇게 구성함으로써 가전기기 내부에 별도의 전원라인을 구축할 필요가 없으므로, 가전기기의 전원 포트, 전력 모니터링 장치의 전원 커넥터, 가전기기의 전원 포트와 전력 모니터링 장치의 전원 커넥터를 연결하는 전원 케이블 등을 없앨 수 있다. 따라서, 가전기기의 구조 변경없이도 전력 측정이 가능한 장점이 있다.

또한, 전력 측정 모듈이 변류기 방식에 많이 사용되는 집게 또는 클립 형태로 구성되거나, 가전기기의 전원코드에 연결되는 소켓방식으로 구성하는 등 설치기사의 도움없이 사용자 스스로 안전하게 연결할 수 있는 구조로 구성되기 때문에 사용자 누구나 전력 모니터링 장치를 손쉽게 연결할 수 있어 사용자의 안전성 및 편의성을 향상시킬 수 있다.

콘센트에 연결되는 가전기기의 전원라인에서 가전기기의 전력을 측정하고 측정된 가전기기의 전력 정보를 통신 모듈에 전달하기 위한 전력 측정 모듈은 크게 2가지 방식으로 구성할 수 있다.

첫 번째 방식은 전력 측정 모듈과 통신 모듈이 유선 통신 연결되도록 구성하는 방식이다. 전력 측정 모듈은 집게 또는 클립 형태로 이루어지고, 가전기기의 전원라인에 물려진다. 전력 측정 모듈은 가전기기의 전원라인을 통해 흐르는 전류 혹은/및 전원 양단 간의 전압 등을 감지하는 방식으로 전력 측정을 수행한다. 전력 측정 모듈에 의해 측정된 전력 정보는 전력 측정 모듈과 통신 모듈 사이를 연결하는 통신라인을 통해 통신 모듈에 전달된다.

두 번째 방식은 전력 측정 모듈과 통신 모듈이 무선 통신 연결되도록 구성하는 방식이다. 전력 측정 모듈은 가전기기의 전원코드와 콘센트를 연결하는 소켓 형태로 이루어지고, 가전기기의 전원코드에 꼽혀진 채로 콘센트에 접속된다. 전력 측정 모듈은 가전기기의 전원라인을 통해 흐르는 전류 혹은/및 전원 양단 간의 전압 등을 감지하는 방식으로 전력 측정을 수행한다. 전력 측정 모듈에 의해 측정된 전력 정보는 무선 통신을 통해 통신 모듈에 전달된다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)는 본체(41)와, 가전기기(30)의 통신 포트(33)에 연결되도록 이 본체(41)의 전면부에 마련된 통신 커넥터(42)와, 이 통신 커넥터(42)에 연결되며 가전기기 또는 외부 장치와의 통신을 수행하는 통신 모듈(411)이 마련되어 있다.

또한, 본체(41)에는 가전기기(30)에 공급되는 전원으로부터 가전기기의 전력을 측정하는 전력 측정 모듈(412)가 통신라인(CL)으로 연결되어 있다. 이때, 전력 측정 모듈(412)는 통신라인(CL)을 통해 전원을 공급받는다. 따라서, 전원 측정 모듈(412)에 의해 측정된 가전기기의 전력 정보는 통신라인(CL)을 통해 통신 모듈(411)로 전송된다. 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)은 정보를 주고받을 수 있도록 통신 가능하게 연결된다.

전력 측정 모듈(412)는 가전기기(30)의 전원라인(PL)에 물려질 수 있도록 본체(410)의 일부가 집게 또는 클립 형태일 수 있다. 전력 측정 모듈(412)은 가전기기(30)의 전원라인(PL)을 통해 흐르는 전류 혹은/및 전원 양단 간의 전압 등을 감지하는 방식으로 전력 측정을 수행한다. 전력 측정 모듈(412)에 의해 측정된 전력 정보는 통신라인(CL)을 통해 통신 모듈(411)에 전달된다.

가전기기(30)에 전력 모니터링 장치(40)를 연결시키기 위해서는 전력 모니터링 장치(40)의 통신 커넥터(42)를 가전기기(30)의 통신 포트(33)에 연결시킨 후 집게 혹은 클립 형태로 이루어진 전력 측정 모듈(412)를 가전기기(30)의 전원라인(PL)에 물린다.

이렇게 연결함으로써 전력 모니터링 장치(40)의 통신 모듈(411)에 의해 가전기기(30)가 외부와 통신 가능한 상태가 됨과 함께 전력 모니터링 장치(40)의 전력 측정 모듈(412)이 가전기기(30)의 전원라인(PL)에서 전력 측정이 가능한 상태가 된다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 제어블록을 나타낸 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)는 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)와 통신 모듈(411)을 포함한다.

전력 측정 모듈(412)는 전압 감지부(44), 전류 감지부(45), 통신 인터페이스부 및 전력 제어부(492)를 포함한다.

전압 감지부(44)는 가전기기(30)의 전원라인(PL) 양단의 전압을 감지한다.

전류 감지부(45)는 가전기기(30)의 전원라인(PL) 두 가닥 중 어느 가닥의 전원라인(PL)(AC- 혹은 AC+)에 흐르는 전류를 감지한다. 전류 감지부(45)는 자기코어와 코일로 이루어진 전류센서를 포함한다. 이 전류센서는 자기코어에 코일을 감아 코일에 유기되는 기전력을 측정하는 방식으로 교류 전류를 감지한다. 이러한 전류센서는 대부분 CT 센서인 경우가 많다.

통신 인터페이스부(60)는 전력 제어부(492)와 통신 제어부 간의 유선 통신을 지원한다.

전력 제어부(492)는 통신 인터페이스부(60)를 통해 통신 제어부(491)로부터 전력 측정명령을 수신하고 수신된 전력 측정명령에 따라 가전기기(30)의 전력을 측정한다.

전력 제어부(492)는 전압 감지부(44)를 통해 가전기기(30)의 전원라인(PL) 양단의 전압을 감지하고, 전류 감지부(45)를 통해 가전기기(30)의 전원라인(PL) 중 어느 한 가닥의 전원라인(PL)에 흐르는 전류를 감지함으로써 가전기기의 전력데이터를 산출한다. 이때, 전력 제어부(492)는 전류와 전압 중 이미 알고 있는 값에 대해서는 감지하지 않고 모르는 값에 대해서만 감지하여 전력데이터를 산출할 수 있다. 전력 제어부(492)는 전력값 대신에 전압값과 전류값을 통신 제어부(491)에 전송하는 것도 가능하다.

또한, 통신 모듈(411)은 송수신부(46), 통신 인터페이스부(61) 및 통신제어부(491)를 포함한다.

통신 인터페이스부(61)는 통신 제어부(491)와 전력 제어부(492) 간의 유선 통신을 지원한다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 가전기기(30)의 통신 포트(33)가 전원라인에 인접하게 설치되어 있어 전력 모니터링 장치(40)의 통신 커넥터(42)를 통신 포트(33)에 연결시킴과 동시에 가전기기(30)의 전원라인에 클립하거나 집게로 집을 수 있을 경우에는 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)간의 통신라인(CL)을 없애고 본체(41) 내에 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)을 함께 수용할 수 있다(도 15 참조).

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 17는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)는 본체(41)와, 가전기기(30)의 통신 포트(33)에 연결되도록 이 본체(41)의 전면부에 마련된 통신 커넥터(42)와, 이 통신 커넥터(42)에 연결되며 가전기기 또는 외부 장치와의 통신을 수행하는 통신 모듈(411)이 마련되어 있다.

또한, 통신 모듈(411)과 무선 통신 가능하고, 가전기기(30)의 전원라인상에 마련된 전원플러그와 벽 등에 마련된 전원콘센트(O)를 연결할 수 있도록 본체가 소켓 형태로 이루어진 전원 측정 모듈(412)이 마련되어 있다. 따라서, 전원 측정 모듈(412)에 의해 측정된 가전기기(30)의 전력 정보는 무선 통신을 통해 통신 모듈(411)로 전송된다.

전력 측정 모듈(412)는 가전기기(30)의 전원라인을 통해 흐르는 전류 혹은/및 전원 양단 간의 전압 등을 감지하는 방식으로 전력 측정을 수행한다. 전력 측정 모듈(412)에 의해 측정된 전력 정보는 무선 통신을 통해 통신 모듈(411)에 전달된다.

가전기기(30)에 전력 모니터링 장치(40)를 연결시키기 위해서는 전력 모니터링 장치(40)의 통신 커넥터(42)를 가전기기(30)의 통신 포트(33)에 연결시킨 후 가전기기(30)의 전원플러그에 전력 측정 모듈(412)를 연결시킴과 함께 전원콘센트(O)에 꼽는다.

이렇게 연결함으로써 전력 모니터링 장치(40)의 통신 모듈(411)에 의해 가전기기(30)가 외부와 통신 가능한 상태가 됨과 함께 전력 모니터링 장치(40)의 전력 측정 모듈(412)이 가전기기(30)의 전원라인에서 전력 측정이 가능한 상태가 된다.

도 18는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 제어블록을 나타낸 도면이다.

도 18에 도시된 바와 같이, 전력 모니터링 장치(40)는 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)와 통신 모듈(411)을 포함한다.

전력 측정 모듈(412)는 전압 감지부(44), 전류 감지부(45), 통신 인터페이스부(60) 및 전력 제어부(492)를 포함한다.

전압 감지부(44)는 가전기기(30)의 전원라인 양단의 전압을 감지한다.

전류 감지부(45)는 가전기기(30)의 전원라인 두 가닥 중 어느 가닥의 전원라인(AC- 혹은 AC+)에 흐르는 전류를 감지한다. 전류 감지부(45)는 자기코어와 코일로 이루어진 전류센서를 포함할 수 있다. 이 전류센서는 자기코어에 코일을 감아 코일에 유기되는 기전력을 측정하는 방식으로 교류 전류를 감지한다. 이러한 전류센서는 CT 센서인 경우가 많다.

또한, 전류 감지부(45)는 전원라인 중 어느 하나의 전원라인에 직렬 연결된 저항으로 이루어진 전류센서를 포함할 수 있다. 이 전류센서는 저항양단에 전압을 측정하는 방식으로 교류전류를 감지한다.

통신 인터페이스부(60)는 전력 제어부(492)와 통신 제어부 간의 무선 통신을 지원한다.

전력 제어부(492)는 전압 감지부(44)를 통해 가전기기(30)의 전원라인 양단의 전압을 감지하고, 전류 감지부(45)를 통해 가전기기(30)의 전원라인 중 어느 한 가닥의 전원라인에 흐르는 전류를 감지함으로써 가전기기의 전력데이터를 산출한다. 이때, 전력 제어부(492)는 전류와 전압 중 이미 알고 있는 값에 대해서는 감지하지 않고 모르는 값에 대해서만 감지하여 전력데이터를 산출할 수 있다.

통신 인터페이스부(61)는 통신 제어부(491)와 전력 제어부(492) 간의 무선 통신을 지원한다.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 제어블록을 나타낸 도면이다.

전력 측정 모듈(412)에 의해 측정된 가전기기(30)의 전력 정보는 통신 모듈(411)에 무선 전송될 수도 있지만(도 15 참조), 전력 측정 모듈(412)에 PLC를 사용할 경우 전력 정보를 무선 방식을 대신에 유선 방식으로 가전기기를 경유해서 통신 모듈(411)에 전송할 수 있다(도 19 참조).

도 20에 도시된 바와 같이, 가전기기(30)는 전력 측정 모듈(412)에 의해 측정된 가전기기(30)의 전력 정보를 수신하고, 수신된 전력 정보를 통신 모듈(411)에 전달한다.

한편, 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)가 유선 인터페이스로 연결되는 경우에는 서로 간에 직접 쌍으로 연결되어 있기 때문에 모듈간 통신에 문제가 없다.

하지만, 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)가 무선 인터페이스로 연결되는 경우에는 전력 측정 모듈(412)가 전력 정보를 통신 모듈(411)로 전송할 때 고려할 문제가 있다. 예를 들어 복수의 가전기기가 존재하고 각 가전기기의 각 전력 정보를 전송하려면 각 가전기기의 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412) 사이의 올바른 데이터 전송이 필요하다. 즉, 항상 쌍으로 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)이 통신을 할 필요가 생기고, 한 쌍의 모듈끼리 올바른 데이터를 주고 받기 위해서는 다른 쌍들의 통신과 분리할 필요성이 생긴다.

임의의 전력 측정 모듈(412)에서 전력 정보를 자기와 한쌍(페어)인 통신 모듈에 보내려 할 때, 무선과 유선 통신 경로에서 통신 모듈은 자기와 한 쌍인 전력 정보만을 수신할 필요가 있다. 예컨대, 통신 모듈과 전력 측정 모듈 사이의 통신 페어링 방법이 필요해지게 된다.

통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)은 제품 출하 시 고유번호가 매핑이 되고, 자기 센서나 근접 센서를 부착해서 서로 약속된 가이드 방향을 따라 자기 센서나 근접 센서가 부착된 곳을 가까이 접근 시키면 자기 센서나 근접 센서가 서로의 고유 번호를 인식한 후 통신 링크를 셋업시킬 수 있다. 즉, 데이터를 보내고 받는데 필요한 주소 값 영역에 서로의 고유번호를 기록함으로써 통신 송수신 페어링을 완료한다. 이는 별도의 IP를 이용하여 네트워크상의 프로토콜과 같은 어드레싱 방법 필요 없이 간단한 방법으로 페어링을 가능케 하는 장점을 갖는다. 이를 위해 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)들의 외형이 서로 매칭되게 기구적으로 설계한다.

상기와 같이 구성된 경우, 전력 측정 모듈(412)는 통신 모듈(411)과의 통신 등록시 해당 통신 모듈(411)로부터 해당 통신 모듈(411)과의 통신을 위한 고유 번호를 수신하고, 수신된 고유 번호를 저장한다. 전력 측정 모듈(412)과 해당 통신 모듈(411)과의 통신은 해당 통신 모듈(411)에서 전력 측정 모듈(412)의 고유 번호를 인증하여 이루어진다.

또한, 각각 버튼을 가진 통신 모듈(411)과 전력 측정 모듈(412)이 서로 떨어져 있을 경우, 사용자가 통신 모듈(411)의 버튼을 누르면 LED가 깜박이면서 통신 모듈(411)이 페어링 모드로 들어가고, 이때 전력 측정 모듈(412)에서 버튼이 눌러지면 LED가 깜박이면서 통신 모듈(411)과 페어링이 이루어지는 방법도 가능하다.

예를 들면, 에어컨은 실내기 안방용, 실내기 거실용, 실외기 이렇게 3개가 상호 통신이 되어야하므로 통신 모듈(411)은 하나이지만, 전력 측정 모듈(412)은 3개가 되어야 한다. 그러므로 접촉을 이용하는 간단한 페어링 방법 외에 모듈의 버튼을 이용한 하나의 통신 모듈(411)과 복수 개의 전력 측정 모듈(412)간의 페어링 방법은 효과적일 수 있다.

41 : 본체 42 : 통신 커넥터
43 : 전원 커넥터 411 ; 통신 모듈
412 : 전력 측정 모듈

Claims

가전기기의 통신 포트에 분리 가능하게 연결되는 통신 커넥터;
상기 통신 커넥터에 연결되며, 상기 가전기기와 외부 장치간의 통신을 수행하는 통신 모듈;
상기 가전기기의 전원 라인과 연결된 상기 가전기기의 전원 포트에 분리 가능하게 연결되는 전원 커넥터;
상기 전원 커넥터에 연결되며 상기 가전기기의 전원 라인에 공급된 전원으로부터 상기 가전기기의 전력을 측정하는 전력 측정 모듈;
배터리;를 포함하고,
상기 통신 모듈은,
상기 전력 측정 모듈에 의해 측정된 상기 가전기기의 전력 정보를 수신하고, 상기 수신된 전력 정보를 상기 외부 장치로 송신하고;
상기 가전기기의 전원이 꺼져 있는 경우, 상기 배터리의 전원을 이용하여 상기 전원라인을 스위칭하는 메인릴레이스위치를 턴 온시켜 상기 가전기기에 전원을 공급하고,
상기 전력 측정 모듈은,
상기 가전기기에 공급된 전압을 감지하는 전압감지부;
상기 가전기기에 공급된 전류를 감지하는 전류감지부;
상기 전압감지부를 통해 감지된 전압과 상기 전류감지부를 통해 감지된 전류로부터 상기 가전기기의 전력을 측정하는 전력 제어부;를 포함하는 전력 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 전원 포트와 상기 전원 커넥터는 전원 케이블에 의해 연결되는 것을 포함하는 전력 모니터링 장치.
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제2항에 있어서,
상기 전압감지부는 상기 전원 라인의 전압을 감지하는 것을 포함하는 전력 모니터링 장치.
제2항에 있어서,
상기 전류감지부는 상기 전원 라인 중 어느 하나의 교류전원라인에 흐르는 전류를 감지하도록 상기 어느 하나의 교류전원라인에 직렬 연결된 저항을 가진 전류센서인 것을 포함하는 전력 모니터링 장치.
제2항에 있어서,
상기 전류감지부는 상기 전원 라인 중 어느 하나에 흐르는 전류를 감지하도록 어느 하나의 교류전원라인에 마련된 CT 전류센서인 것을 포함하는 전력 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 통신 커넥터는 USB(Universal Serial Bus) 커넥터, UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 커넥터, SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 커넥터, I2C(Inter Integrated Circuit) 커넥터 또는 20핀 표준 커넥터 중 어느 하나인 것을 포함하는 전력 모니터링 장치.
제7항에 있어서,
상기 통신 모듈은 상기 외부 장치와 정보를 송수신하는 송수신부와, 상기 송수신부를 통해 상기 외부 장치와 정보 송수신을 제어하는 통신 제어부를 포함하는 전력 모니터링 장치.
제8항에 있어서,
상기 통신 모듈은 상기 통신 모듈에 전력을 공급하는 전력 공급원과, 상기 전력 공급원의 전력 상태를 측정하고 측정된 전력 상태에 기초하여 전력 상태 정보를 제공하는 전력 관리부와, 상기 전력 공급원에 전압을 공급하거나 상기 전력 공급원에 공급된 전압을 차단하는 스위칭부를 포함하고,
상기 통신제어부는 상기 전력 관리부로부터 제공된 전력 상태 정보에 기초하여 상기 전력 공급원에 충전이 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 전력 공급원에 전압을 충전시키는 것을 포함하는 전력 모니터링 장치.
제9항에 있어서,
상기 통신제어부는 상기 가전기기의 작동을 완료하기 전에 상기 전력 공급원을 충전시키는 동작을 제어하는 전력 모니터링 장치.
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가전기기의 통신 포트에 외장 연결되고 상기 가전기기에 통신 기능을 제공하는 통신 모듈;
상기 통신 모듈과 무선 통신 연결되고, 상기 가전기기의 전원콘센트측 전원라인에서 상기 가전기기에 공급되는 전력을 측정하며 상기 측정된 전력 정보를 상기 통신 모듈에 무선 전송하는 전력 측정 모듈;을 포함하고,
상기 전력 측정 모듈은 상기 통신 모듈과의 통신 등록시 상기 통신 모듈로부터 상기 통신 모듈과의 통신을 위한 고유 번호를 수신하고, 수신된 고유 번호를 저장하고,
상기 전력 측정 모듈과 상기 통신 모듈과의 통신은 상기 통신 모듈에서 상기 전력 측정 모듈의 고유 번호를 인증하여 이루어지는 것을 포함하고,
상기 통신 모듈은 상기 전력 측정 모듈의 접근을 감지하는 센서를 포함하고, 상기 센서를 통해 상기 전력 측정 모듈이 접근이 감지되면, 상기 고유 번호를 상기 전력 측정 모듈에 자동으로 송신하는 것을 포함하는 전력 모니터링 장치.
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제24항에 있어서,
상기 통신 모듈과 상기 전력 측정 모듈은 버튼을 포함하고,
상기 버튼이 눌러지면, 상기 통신 모듈은 상기 고유 번호를 송신하고, 상기 전력 측정 모듈은 송신된 고유 번호를 저장하는 것을 포함하는 전력 모니터링 장치.
제8항에 있어서,
상기 통신 모듈은 상기 외부 장치와 WIFI 또는 Zigbee로 통신을 수행하는 전력모니터링 장치.
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