KR101987805B1 - 에너지 저장 장치 - Google Patents

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KR101987805B1
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치에 따르면, 배터리, 파워 릴레이 어셈블리, 배터리 관리 시스템을 포함하여 일체형으로 구성되는 배터리 플랫폼, 배터리를 포함하여 구성되어 상기 배터리 플랫폼과 착탈 가능한 배터리 트레이를 구비함으로 저장 용량의 조절이 가능한 에너지 저장 장치를 제공하는 것이다.

Description

에너지 저장 장치{ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 저장 장치의 용량을 자유롭게 조절 가능한 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
'스마트 그리드(Smart Grid)'는 첨단 ICT(Information Communication Technology; 정보통신 기술)를 활용하여 전력 공급자와 소비자가 쌍방향으로 실시간 정보를 교환해 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망을 말한다. 즉, 전력 네트워크와 첨단 ICT(양방향 통신, 센서, 컴퓨팅, S/W)를 활용한 에너지의 생성, 공급, 사용체계의 혁신을 통해 전력망의 효율성, 신뢰성, 안정성을 높이고 분산자원을 효율적으로 관리하는 것이다. 또한, 녹색전력 IT기술이란 발전소, 송전탑, 전봇대, 그리고 가전제품에 수많은 센서를 설치하여 다양한 전력정보를 자유자재로 생산하고 유통하는 기술을 말한다. 현재까지 사용되고 있는 전통적인 전력공급체계는 발전사업자가 대용량 전기를 생산하여 고압~중압~저압전기로 바꾸는 송배전과정을 거치며, 발전부문의 제어를 통해 전력의 생산(발전)과 소비(수용)의 균형을 제공하는 전력사업자 중심의 일방적 구조(중앙집중형 전력공급구조)이다. 그러나 이와 같은 전통적인 전력체계는 물리적 스위치나 아날로그방식의 제어기를 사용함에 따른 원거리 송전이나 지역 전력사업자 간 송배전, 풍력 또는 태양광 등 다양한 분산전원 제어 및 조정, 전력의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 전력수요부문의 통제 필요성 등에 있어 한계성을 지니고 있다. 이에 따라 수평적, 협력적, 분산적, 유연적 전력 네트워크가 요구되어 기존의 배전망에 컴퓨터와 통신기술을 접목시키는 것으로부터 시작된 전력망의 스마트화가 송전, 변전, 수요관리 등 전반으로 확산되고 있다.
스마트 그리드는 전력산업에 통신, 인터넷, 전기전자, 자동차, 소프트웨어 등의 이종산업이 융합된 매우 광범위하고 포괄적인 개념이다. 또한, 해당국가는 물론 세계적으로 표준화가 전무한 상황이다. 따라서 전력망 및 다양한 연관분야에서의 혁신이 요구되고 대규모 투자가 필요한 스마트 그리드에 대해 세계 각국은 전력사업자와 정부 주도로 장기적인 관점에서 정책을 시행하고 있다.
에너지 저장 장치(ESS ; Energy Storage System)는 스마트그리드의 필수요소로 태양광, 풍력 등 신재생발전원의 간헐적 출력특성을 단기적으로 안정화시키기 위해서, 그리고 발전과 수요의 시차를 극복하기 위해서는 에너지 저장 기술의 적용이 필수적이라고 할 수 있다.
한국공개특허 [2011-0094622]("지능형 전력망을 이용하는 가전제품의 보조전원공급장치, 이하 종래기술1)에서는 전력공급원과 양방향 통신을 하며 실시간으로 전력정보를 계측하고 표시하는 계측장치와, 상기 계측장치와 연결되어 외부에서 공급되는 전력정보에 기초하여 가전제품으로 전기를 공급하기 위한 에너지관리장치가 포함되는 전력공급네트워크와 연결되어 상대적으로 저렴한 가격정보의 전력공급원을 통해 충전되며, 상기 가전제품과 선택적으로 연결되어 충전된 전기를 상기 가전제품의 작동전원으로 사용할 수 있도록 제공하는 장치가 개시되어 있다.
이와 같이 종래에 에너지 저장 장치에 관한 기술들이 개시되고 있으나, 종래기술 들은 정해진 용량의 에너지 저장 장치(ESS)를 사용하기 때문에 부하량이 늘어나 에너지 저장 장치의 용량을 늘려야 할 경우, 필요한 총 용량의 새로운 에너지 저장 장치를 구매해야 하는 문제점이 있다.
한국공개특허 [2011-0094622]
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로, 배터리, 파워 릴레이 어셈블리, 배터리 관리 시스템을 포함하여 일체형으로 구성되는 배터리 플랫폼, 배터리를 포함하여 구성되어 상기 배터리 플랫폼과 착탈 가능한 배터리 트레이를 구비함으로 저장 용량의 조절이 가능한 에너지 저장 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치는, 배터리를 포함하는 에너지 저장장치에 있어서, 상기 배터리를 제어하는 제어부; 상기 배터리와 상기 제어부가 일체로 구성되는 적어도 하나의 배터리 플랫폼; 및 상기 배터리 플랫폼의 적어도 하나의 측면에는 외부 기기와 착탈 가능한 구조를 갖는 메인 커넥터가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치는, 배터리를 포함하여 구성되며, 일 측면에 상기 메인 커넥터와 착탈 가능한 구조로 된 제1 커넥터가 구비되는 배터리 트레이;를 더 포함하여 이루어지되, 상기 배터리 트레이의 적어도 하나의 면에는 상기 배터리 플랫폼 또는 다른 배터리 트레이와 착탈 가능하게 연결되며 상기 메인 커넥터와 같은 구조의 제2 커넥터가 구비되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 장치는, 상기 배터리 플랫폼과 상기 배터리 트레이의 연결 또는 상기 배터리 트레이 간의 연결은 슬라이드식, 회전식, 끼워맞춤식, 구멍 기준 끼워맞춤식 및 결합기구를 이용한 결합방식 중 선택되는 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하되 상기 메인 커넥터와 상기 커넥터의 연결 또는 상기 커넥터 간에 서로 연결이 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 메인 커넥터, 제1 커넥터 또는 제2 커넥터 중 선택되는 적어도 어느 하나는, 배터리의 전력이 전송되는 배터리 출력용 커넥터; 및 배터리의 상태 정보가 전송되는 데이터 통신용 커넥터; 를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또, 상기 제어부는 상기 배터리와 연결되어 배터리 출력을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System); 및 상기 배터리의 출력단에 연결되고 상기 배터리와 부하 사이에 위치하여 상기 배터리로부터 상기 부하로의 연결을 담당하며 상기 배터리 관리 시스템의 제어 신호를 받아 배터리 출력을 차단하는 파워 릴레이 어셈블리(PRA : Power Relay Assembly);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배터리 플랫폼과 상기 배터리 트레이들은 상하 방향으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 배터리 플랫폼과 상기 배터리 트레이들은 전후좌우 방향으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에너지 저장장치는 상기 배터리 플랫폼 및 상기 배터리 트레이와 결합 가능한 받침부;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 받침부는 상기 메인 커넥터 및 상기 제2 커넥터와 착탈 가능한 구조로 된 제3 커넥터; 상기 제3 커넥터와 연결되어 외부로 전력을 공급하는 외부출력단자; 및 상기 제3 커넥터와 연결되어 외부와 통신이 가능한 외부통신단자;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치에 따르면, 배터리, 파워 릴레이 어셈블리, 배터리 관리 시스템을 포함하여 일체형으로 구성되는 배터리 플랫폼, 배터리를 포함하여 구성되어 상기 배터리 플랫폼과 착탈 가능한 배터리 트레이를 구비함으로 저장 용량의 조절이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
상기 배터리 플랫폼에서 제공하는 기본용량의 상기 에너지 저장 장치를 사용하다가 용량의 증설이 필요할 경우 상기 트레이를 추가로 설치함으로 용량을 변경할 수 있어 용량 증가에 추가되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 플랫폼의 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 트레이의 블럭도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 결합 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 결합 사시도.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 여러 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 결합방식을 나타내는 사시도.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 받침부의 블록도.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 받침부를 포함한 결합 예시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 에너지 저장 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 플랫폼의 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 트레이의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 결합 사시도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 결합 사시도이며, 도 6 내지 도 7은 본 발명의 여러 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 결합방식을 나타내는 사시도이고, 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 받침부의 블록도이며, 도 9 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 받침부를 포함한 결합 예시도이다.
일반적으로 스마트그리드를 구축할 경우 에너지절감의 효과가 있다. 즉, 전력 공급자와 소비자간 양방향 전력거래 시스템을 통해 소비자는 전기를 자율적, 경제적, 그리고 효율적으로 사용함으로써 전력비 감소와 함께 에너지절약에 동참할 수 있게 하는 것이다. 통상적으로 전기사업자는 예상되는 피크 수요에 일정부분 예비력을 감안하여 필요한 발전설비를 구축한다. 따라서 스마트그리드를 통해 소비자의 전력 사용시간을 분산할 경우 그만큼 발전소 건설이 필요하지 않아 전력사업자는 물론 국가적으로도 비용이 감소하는 효과가 기대된다.
이러한 스마트 그리드에 사용하는 에너지 저장 장치(ESS : Energy Storage System)는 태양광, 풍력 등 신재생 발전원의 간헐적 출력특성을 단기적으로 안정화시키기 위해서, 그리고 발전과 수요의 시차를 극복하기 위해서는 에너지저장기술의 적용이 필수적이라고 할 수 있다. 전력품질 측면에서 플리커, 전압변동 등 전력계통의 운영과 부하에 악영향을 미칠 수 있는 유효전력과 무효전력의 변동을 억제하기 위한 기술적인 수단이 필요하며, 출력변동을 최소화하기 위해서는 에너지 저장장치가 반드시 필요하다. 에너지 저장장치는 운용 목적에 따라 저장매체를 결정할 수 있지만 현재로서는 경제성 여부가 주요 이슈가 되고 있다. 본 발명은 이러한 에너지 저장 장치에 관한 것으로 용량의 증설이 필요할 경우 트레이만 추가로 설치함으로 용량을 변경할 수 있어 용량 증가에 추가되는 비용을 절감할 수 있는 에너지 저장 장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는 배터리(120), 제어부(110), 배터리 플랫폼(100), 메인 커넥터(101)를 포함하여 구성된다.
배터리(120)는 전기 에너지를 저장 및 제공한다.
제어부(110)는 배터리(120)의 온도, 전압, 전류 등의 상태를 모니터링 하며 배터리(120)를 제어한다.
배터리 플랫폼(100)은 배터리(120)와 제어부(110)를 포함하여 구성된다. 또한, 배터리 플랫폼(100)은 배터리(120) 및 제어부(110)가 일체형으로 구성되어 절연설계가 가능하다.
메인 커넥터(101)는 전기적으로 외부 기기와 연결 가능한 착탈 구조를 갖고, 배터리 플랫폼(100)의 적어도 하나의 측면에 구비되도록 한다. 그러므로 제어부(110) 자체를 더 구비하지 않고 배터리(120)만 추가로 연결하는 것으로 에너지 저장 장치의 용량의 확장이 가능하다. 에너지 저장 장치는 경제성 여부가 주요 이슈가 되고 있는 만큼 배터리(120)만 추가하여 용량을 확장할 수 있다는 점은 커다란 경제적 이점이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는 배터리 트레이(200)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 트레이(200)는 배터리(120)를 포함하여 구성되며, 일 측면에 메인 커넥터와 착탈 가능한 구조로 된 제1 커넥터(201)가 구비되어 메인 커넥터(101)와 연결이 가능하며, 배터리 트레이(200)의 적어도 다른 하나의 면에는 다른 배터리 트레이(200)의 제1 커넥터(201)와 착탈 가능하게 연결되는 제2 커넥터(202)가 구비된다. 배터리 플랫폼(100)의 메인 커넥터(101)와 배터리 트레이(200)의 제2 커넥터(202)는 동일한 구조로 형성되며 제1 커넥터(201)는 메인 커넥터(101) 또는 제2 커넥터(202)와 결합 가능한 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
커넥터(101, 201, 202)는 배터리 출력용 커넥터 및 데이터 통신용 커넥터를 포함하여 구성할 수 있다.
배터리 출력용 커넥터는 전력선(400)과 연결되어 배터리의 전력이 전송된다.
배터리 통신용 커넥터는 통신선(300)과 연결되어 배터리의 온도, 전압, 전류 등의 상태 정보가 전송된다.
도 1에 도시된 바와 같이 제어부(110)는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(112) 및 파워 릴레이 어셈블리(PRA : Power Relay Assembly)(111)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 관리 시스템은(111) 배터리(120)와 연결되어 배터리의 온도, 전압, 전류의 이상 유무를 센서를 통하여 모니터링 하며 배터리 충전 상태(SOC : State Of Charge)의 제어 및 배터리(120) 출력을 제어한다.
파워 릴레이 어셈블리는(112) 배터리(120)의 양극단에 연결되고, 배터리(120)와 부하 사이에 위치하여 그 연결을 담당하며 배터리 관리 시스템(111)으로부터 제어신호를 받아 배터리 출력을 차단한다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 에너지 저장장치의 배터리 플랫폼(100)과 배터리 트레이(200)의 연결은 슬라이드식, 회전식, 끼워맞춤식, 구멍 기준 끼워맞춤식 및 볼트, 너트 또는 스크류 등의 결합기구를 이용한 결합방식 등 착탈 가능한 구조라면 어떠한 구조여도 가능하며, 메인 커넥터와 상기 커넥터의 연결 또는 상기 커넥터 간에 서로 연결이 되는 것을 특징으로 한다.
도 3 내지 4에 도시된 바와 같이, 에너지 저장장치의 배터리 플랫폼(100)과 배터리 트레이(200)들은 상하 방향으로 연결할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 에너지 저장장치의 배터리 플랫폼(100)과 배터리 트레이(200)들은 전후좌우 방향으로 연결할 수 있다. 이와 같이 상하 방향 또는 전후좌우 방향으로 설치가 가능하므로 사용자가 자신이 원하는 공간 형태나 크기에 맞추어 배치가 가능하여 공간 활용성 및 사용자 만족도를 높일 수 있다.
또한, 미사용 모듈은 분리 후 별도 보관이 가능하므로 관리에 편리함을 제공하며, 필요한 용량만큼 공간을 차지하기 때문에 정해진 틀에 착탈식으로 용량을 조절하는 방법에 비해 공간활용도가 높다. 아울러, 일부 트레이 문제 발생 시 전체 전원 공급 중단 없이 일부 용량 전력 공급 가능하고, 문제가 발생한 부분만 수리 및 교체가 가능하므로, 유지보수 비용 절감 및 관리의 편리성을 도모할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치는 상기 배터리 플랫폼 및 상기 배터리 트레이와 결합 가능한 받침부(500)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 최 말단의 커넥터는 다른 커넥터와 연결이 되어있지 않음으로 외부 이물질이나 습기 등에 노출되기 쉽기 때문에 받침부(500)를 더 포함하여 구성함으로 배터리 플랫폼 및 배터리 트레이를 보호하는 역할을 할 수 있다.
상기 받침부는 제3 커넥터(501), 외부출력단자(510) 및 외부통신단자(520)를 포함하여 구성될 수 있다.
제3 커넥터(501)는 메인 커넥터(101) 및 제2 커넥터(202)와 착탈 가능한 구조로 되어 배터리 플랫폼(100)과 받침부(500)가 연결될 경우 메인 커넥터(101)와 연결되고, 배터리 트레이(200)와 받침부(500)가 연결될 경우 제2 커넥터(202)와 연결될 수 있다.
외부출력단자(510)는 제3 커넥터(501)와 연결되어 외부로 전력을 공급할 수 있고, 외부통신단자(520)는 제3 커넥터(501)와 연결되어 외부와 통신할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 배터리 플랫폼
101: 메인 커넥터
110: 제어부
111: 파워 릴레이 어셈블리
112: 배터리 관리 시스템
120: 배터리
200: 배터리 트레이
201: 제1 커넥터
202: 제2 커넥터
300: 통신선
400: 전력선
500: 받침부

Claims (9)

  1. 배터리를 포함하여 구성되며, 상기 배터리를 제어하는 제어부와 적어도 하나의 측면에 외부 기기와 착탈 가능한 구조를 갖는 메인 커넥터를 포함하는 적어도 하나의 배터리 플랫폼; 및
    배터리를 포함하여 구성되며, 일 측면에 상기 메인 커넥터와 착탈 가능한 구조로 된 제1 커넥터와, 타 측면에 상기 배터리 플랫폼 또는 다른 배터리 트레이와 착탈 가능하게 연결되며 상기 메인 커넥터와 같은 구조의 제2 커넥터가 구비되는 배터리 트레이;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 메인 커넥터, 제1 커넥터 및 제2 커넥터는
    배터리의 전력이 전송되는 전력선과 연결되는 배터리 출력용 커넥터; 및
    배터리의 상태 정보가 전송되는 통신선과 연결되는 데이터 통신용 커넥터;
    를 포함하며,
    상기 배터리 플랫폼에서 제공하는 기본용량의 증량이 요구될 경우, 상기 배터리 플랫폼에 상기 배터리 트레이를 요구되는 용량만큼 연결하여 추가 설치가 가능한 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 에너지 저장장치는,
    상기 배터리 플랫폼과 상기 배터리 트레이의 연결 또는 상기 배터리 트레이 간의 연결은 슬라이드식, 회전식, 끼워맞춤식, 구멍 기준 끼워맞춤식 및 결합기구를 이용한 결합방식 중 선택되는 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하되 상기 메인 커넥터와 상기 커넥터의 연결 또는 상기 커넥터 간에 서로 연결이 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 배터리와 연결되어 배터리 출력을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System); 및
    상기 배터리의 출력단에 연결되고 상기 배터리와 부하 사이에 위치하여 상기 배터리로부터 상기 부하로의 연결을 담당하며 상기 배터리 관리 시스템의 제어 신호를 받아 배터리 출력을 차단하는 파워 릴레이 어셈블리(PRA : Power Relay Assembly);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에너지 저장장치는,
    상기 배터리 플랫폼과 상기 배터리 트레이들은 상하 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 에너지 저장장치는,
    상기 배터리 플랫폼과 상기 배터리 트레이들은 전후좌우 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 에너지 저장장치는
    상기 배터리 플랫폼 및 상기 배터리 트레이와 결합 가능한 받침부;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 받침부는
    상기 메인 커넥터 및 상기 제2 커넥터와 착탈 가능한 구조로 된 제3 커넥터;
    상기 제3 커넥터와 연결되어 외부로 전력을 공급하는 외부출력단자; 및
    상기 제3 커넥터와 연결되어 외부와 통신이 가능한 외부통신단자;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
KR1020130026481A 2012-03-16 2013-03-13 에너지 저장 장치 KR101987805B1 (ko)

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