KR102185856B1 - 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템은, 연료전지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전부와, 이차전지를 이용하여 상기 전기에너지를 충전하거나, 충전된 상기 전기에너지를 방전하는 충방전부와, 상기 발전부 또는 상기 충방전부로부터 상기 전기에너지를 교류신호 또는 직류신호로 변환하여 가정의 부하로 공급하는 전력변환부와, 상기 부하에서의 소비전력에 따라 상기 발전부 또는 상기 충방전부로부터 상기 전기에너지를 가변적으로 변환하여 공급하도록 하고, 상기 발전부의 구동전원 차단시 상기 충방전부 또는 상기 부하로부터 상기 구동전원을 공급하도록 하는 제어부를 포함한다.
이에 따라, 가정용 연료전지를 통해 전력을 생산하고, 잉여 전력을 이차전지에 충전시켜 가정에 안정적인 전력을 공급할 수 있다.
이에 따라, 가정용 연료전지를 통해 전력을 생산하고, 잉여 전력을 이차전지에 충전시켜 가정에 안정적인 전력을 공급할 수 있다.
Description
본 발명은 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지를 이용하여 생산된 전력을 이차전지로 충전하여 관리하는 기술이 개시된다.
ESS(Energy Storage System)는 전력을 AC(교류), DC(직류)로 자유롭게 변환해 저장(충전)했다가, 필요한 시기에 전력을 공급(방전)하여 에너지 효율을 높이는 시스템을 의미한다. 현재 ESS는 수시로 변하는 전력계통 주파수를 일정하게 유지하기 위한 주파수 조정과, 전력이 남을 때 저장하고 수요가 많을 때 저장했던 전력을 쓸 수 있는 피크감소로 사용되고 있으며, 최근에는 신재생 에너지출력안정의 용도로 활용되고 있다.
가정용 ESS는 수요가 적은 심야시간의 저렴한 전력을 충전하여 전력 수요가 많은 시간에 공급함으로 경제적인 전력 사용을 할 수 있다. 또한 태양광 및 풍력 등 신재생에너지 발전원들이 증가하면서 신재생에너지 연계 가정용 ESS가 시장이 급속도로 성장하고 있다.
종래의 기술 중 대한민국 등록특허공보 제10-1834061호(2018 03월 02일 공고)는 신재생 에너지 연계형 ESS의 전력 관리 방법에 관한 것으로, 전력을 소비하는 전력 부하에 전력을 공급하는 외부 전력망과 연결되어 충전되는 연료전지 또는 이차전지, 연료전지 또는 이차전지의 충전 또는 방전 관리를 위한 BMS(Battery Management System), 전력 공급 및 관리를 위한 PCS(Power Conditioning System)를 구비한 에너지 저장 설비와, 신재생 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 복수의 신재생 에너지 발전 설비를 포함하는 신재생 에너지 연계형 에너지 저장 시스템(ESS)의 전력 관리 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 종래의 기술은 신재생 에너지 발전 설비로부터 전력원을 공급받는다는 점에서 지리적인 위치나 발전시기의 제약이 있다는 점에서 일반 가정에 전력원을 공급받는데 한계가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 가정용 연료전지를 통해 전력을 생산하고, 잉여 전력을 이차전지에 충전시켜 가정에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템을 제공하기 위함이다.
또한, 연료전지 또는 이차전지의 성능을 검사하여 고장 여부를 판단하여 유지관리가 용이하도록 하는 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템을 제공하기 위함이다.
또한, 사용자 단말을 통해 원격에서 실시간으로 전력사용량을 파악할 수 있으며, 전력공급량을 제어할 수 있는 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템은, 연료전지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전부와, 이차전지를 이용하여 상기 전기에너지를 충전하거나, 충전된 상기 전기에너지를 방전하는 충방전부와, 상기 발전부 또는 상기 충방전부로부터 상기 전기에너지를 교류신호 또는 직류신호로 변환하여 가정의 부하로 공급하는 전력변환부와, 상기 부하에서의 소비전력에 따라 상기 발전부 또는 상기 충방전부로부터 상기 전기에너지를 가변적으로 변환하여 공급하도록 하고, 상기 발전부의 구동전원 차단시 상기 충방전부 또는 상기 부하로부터 상기 구동전원을 공급하도록 하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 전력변환부는 상기 발전부의 이상신호 발생시 상기 충방전부로부터 상기 전기에너지를 변환하여 상기 부하로 공급하고, 상기 충방전부의 상기 이상신호 발생시 상기 발전부로부터 상기 전기에너지를 변환하여 상기 부하로 공급할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 연료전지 또는 상기 이차전지에 입력되는 고유특성신호 및 상기 고유특성신호에 대한 반응신호를 설정하고, 기 설정된 시간 간격으로 상기 고유특성신호에 복수의 제1 테스트신호를 합하여 인가하여 얻어지는 제1 반응신호와 상기 고유특성신호에 상기 복수의 제1 테스트신호를 중첩한 제2 테스트신호를 인가하여 얻어지는 제2 반응신호를 비교하여 상기 연료전지 또는 상기 이차전지의 이상 유무를 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 연료전지 또는 상기 이차전지에 대한 비전영상정보, 음파정보, 온도정보 및 습도정보 중 적어도 하나 이상을 기 설정된 시간주기로 획득하여 기 설정된 정상정보와 비교하여 이상 여부를 판단할 수 있다.
또한, 사용자 단말과 통신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 사용자 단말로부터 상기 부하의 사용스케줄정보를 획득하여 상기 발전부로부터 상기 부하로 공급되는 상기 전기에너지의 1차 공급량을 설정하고, 상기 부하에서의 사용량이 상기 1차 공급량을 초과하는 경우 상기 충방전부로부터 2차 공급량을 공급하도록 할 수 있다.
이에 따라, 가정용 연료전지를 통해 전력을 생산하고, 잉여 전력을 이차전지에 충전시켜 가정에 안정적인 전력을 공급할 수 있다.
또한, 연료전지 또는 이차전지의 성능을 검사하여 고장 여부를 판단하여 유지관리가 용이하도록 할 수 있다.
또한, 사용자 단말을 통해 원격에서 실시간으로 전력사용량을 파악할 수 있으며, 전력공급량을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 전기신호를 이용하여 연료전지 또는 이차전지의 성능을 평가하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템 중 연료전지 또는 이차전지의 물리적 특성을 이용하여 이상 여부를 판단하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 사용자 단말과 통신하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 4에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 사용자 단말로 잠금화면을 제공하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 4에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템이 사용자 단말의 제스처 패턴을 이용하여 통신하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 전기신호를 이용하여 연료전지 또는 이차전지의 성능을 평가하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템 중 연료전지 또는 이차전지의 물리적 특성을 이용하여 이상 여부를 판단하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 사용자 단말과 통신하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 4에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 사용자 단말로 잠금화면을 제공하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 4에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템이 사용자 단말의 제스처 패턴을 이용하여 통신하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템(100)은 발전부(110), 충방전부(120), 전력변환부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
발전부(110)는 연료전지(111)를 이용하여 전기에너지를 생산한다. 예를 들어, 수소나 질소 성분의 가스를 원료원으로 하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 이 경우, 연료전지(111)는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC : Proton-exchange membrane fuel cell)를 이용할 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 발전부(110)는 전기에너지를 생성하여 전력변환부(130)로 공급한다. 발전부(110)는 가정용 연료전지(111)를 이용함으로써 각 가정에서 독립적으로 전기에너지를 생성할 수 있도록 한다. 발전부(110)의 구동전원이 정전되는 경우 후술하는 충방전부(120) 또는 가정에서 전기에너지를 공급받아 무정전운전이 가능하다.
충방전부(120)는 이차전지(121)를 이용하여 전기에너지를 충전하거나, 충전된 상기 전기에너지를 방전한다. 충방전부(120)는 리튬 이온 연료전지(111) 또는 이차전지(121)를 이용하여 전기에너지를 저장하거나, 방전할 수 있다. 충방전부(120)는 전력변환부(130)로부터 전기에너지를 변환하여 저장하고, 필요시 가정의 부하나 발전부(110)의 무정전 운전을 위해 방전할 수 있다. 충방전부(120)의 이차전지(121)는 가정의 부하의 사용스케줄에 따라 충전시간과 방전시간을 다르게 조절할 수 있다. 예를 들어, 사용량이 많은 오전이나 저녁시간에는 방전이 가능하고, 사용량이 적은 오후에는 발전부(110)로부터 공급된 전기에너지를 충전할 수 있다. 충방전부(120)는 전기에너지를 직류신호로 저장하고, 방전한다.
전력변환부(130)는 발전부(110) 또는 충방전부(120)로부터 전기에너지를 교류신호 또는 직류신호로 변환하여 가정의 부하로 공급한다. 전력변환부(130)는 발전부(110)로부터 공급되는 교류신호의 전기에너지를 직류신호로 변환하여 충방전부(120)의 이차전지(121)로 저장하게 한다. 또한, 충방전부(120)로부터 가정 등에 전기에너지를 방전시키는 경우 직류신호의 전기에너지를 교류신호의 전기에너지로 변환하여 공급하도록 한다. 전력변환부(130)는 발전부(110) 또는 충반전부로부터 공급되는 전기에너지의 안정성을 유지시키고, 가정의 부하에 안정적으로 전력을 공급한다.
또한, 전력변환부(130)는 발전부(110)의 이상신호 발생시 충방전부(120)로부터 전기에너지를 변환하여 부하로 공급한다. 이는 발전부(110)로부터의 전기에너지 공급이 불안정한 경우 대체적으로 충방전부(120)로부터 전기에너지를 부하로 공급하게 하기 위함이다. 여기서, 이상신호는 발전부(110)에서 출력되는 전기에너지가 불규칙하거나, 연료전지(111)의 성능저하를 나타내는 신호를 의미한다. 연료전지(111)의 성능저하는 연료전지(111)에 대한 비전영상정보, 음파정보, 온도정보 및 습도정보 중 적어도 하나 이상을 기 설정된 시간주기로 획득하여 판단할 수 있다.
또한, 전력변환부(130)는 충방전부(120)의 이상신호 발생시 발전부(110)로부터 전기에너지를 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 이는 충방전부(120)로부터의 전기에너지 공급이 불안정한 경우 발전부(110)로부터 전기에너지를 추가로 공급받아 부하로 제공하기 위함이다. 여기서, 이상신호는 충방전부(120)에서 출력되는 전기에너지가 불규칙하거나, 이차전지(121)의 성능저하를 나타내는 신호를 의미한다. 이차전지(121)의 성능저하는 이차전지(121)에 대한 비전영상정보, 음파정보, 온도정보 및 습도정보 중 적어도 하나 이상을 기 설정된 시간주기로 획득하여 판단할 수 있다.
제어부(140)는 부하에서의 소비전력에 따라 발전부(110) 또는 충방전부(120)로부터 전기에너지를 가변적으로 변환하여 공급하도록 한다. 제어부(140)는 발전부(110), 충방전부(120) 및 전력변환부(130)를 총체적으로 제어한다. 제어부(140)는 가정의 소비전력이 증가하는 시간에는 발전부(110) 또는 충방전부(120)로부터 전기에너지를 가정의 부하로 공급하도록 하고, 소비전력이 감소하는 시간에는 충방전부(120)로 전기에너지를 충전하도록 한다. 제어부(140)는 발전부(110)의 구동전원이 차단되는 경우 충방전부(120) 또는 부하로부터 구동전원을 공급하도록 할 수 있다. 이는 발전부(110)가 정전되어 전기에너지를 생산하지 못하는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 제어부(140)는 연료전지(111) 또는 이차전지(121)에 고유특성신호 및 고유특성신호에 대한 반응신호를 설정한다. 제어부(140)는 기 설정된 시간 간격으로 고유특성신호에 복수의 제1 테스트신호를 합하여 얻어지는 제1 평가신호와, 고유특성신호에 복수의 제1 테스트신호를 중첩한 제2 테스트신호를 인가하여 얻어지는 제2 평가신호를 비교한다. 여기서 제1 테스트신호 또는 제2 테스트신호는 DC신호 또는 AC신호일 수 있다. 제어부(140)는 복수의 제1 평가신호와, 제2 반응신호를 비교하여 중첩의 원리가 성립하는 경우에는 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 성능을 정상으로 판단한다. 또한, 제어부(140)는 복수의 제1 평가신호와, 제2 반응신호를 비교하여 중첩의 원리가 성립하지 않는 경우 그 차이를 이용하여 성능 열화를 판단할 수 있다. 제어부(140)는 연료전지(111)나 이차전지(121) 중 어느 하나의 성능 열화를 파악한 경우 발전부(110) 또는 충방전부(120) 간에 전기에너지 공급비율을 가변시킬 수 있다.
또한, 제어부(140)는 연료전지(111) 또는 이차전지(121)에 대한 비전영상정보를 기 설정된 시간주기로 획득하여 기 설정된 정상정보와 비교하여 이상 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 발전부(110) 또는 충방전부(120)에는 비전카메라가 장착되는 것이 바람직하다. 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 비전영상정보는 성능열화에 의해 셀이 부피의 변화를 파악하기 위한 정보이다. 이 경우, 제어부(140)는 연료전지(111) 또는 이차전지(121)에 대한 비전영상을 기 설정된 영역으로 분할하여 복수의 분할비전영상을 생성하고, 생성된 분할비전영상의 픽셀값을 기 설정된 임계값을 기준으로 이진 데이터 처리하여 이진영상을 생성한다. 제어부(140)는 생성된 이진영상에 대해 검사 대상 영역을 설정하고, 설정된 검사 대상 영역을 기 설정된 기준 영역 정보와 비교하여 최종적으로 연료전지(111) 또는 이차전지(121)에 대한 불량 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 비전영상정보가 정상정보와 기 설정치 이상의 오차가 발생하는 경우 발전부(110) 또는 충방전부(120)의 동작을 중단시킬 수 있다.
또한, 제어부(140)는 연료전지(111) 또는 이차전지(121)에 대한 음파정보를 기 설정된 시간주기로 획득하여 기 설정된 정상정보와 비교하여 이상 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 발전부(110) 또는 충방전부(120)에는 음파감지기가 장착되는 것이 바람직하다. 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 음파정보는 셀이 폭발하거나 외부충격이 가해지는지 여부 또는 내부에 가스가 누출되거나, 방열팬이 고장 등으로 발생할 수 있는 소음을 포함한다. 제어부(140)는 음파감지기를 통해 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 음파정보가 기 설정치 이상의 오차가 발생하는 경우 발전부(110) 또는 충방전부(120)의 동작을 중단시킬 수 있다.
또한, 제어부(140)는 연료전지(111) 또는 이차전지(121)에 대한 온도정보 및 습도정보 중 적어도 하나 이상을 기 설정된 시간주기로 획득하여 기 설정된 정상정보와 비교하여 이상 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 발전부(110) 또는 충방전부(120)에는 온도센서 및 습도센서가 장착되는 것이 바람직하다. 이는 연료전지(111) 또는 이차전지(121)가 과열되거나 빗물 등의 침습에 의해 성능이 열화되는 것을 방지하기 위함이다. 제어부(140)는 온도센서 또는 습도센서를 통해 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 온습도정보가 기 설정치 이상의 오차가 발생하는 경우 발전부(110) 또는 충방전부(120)의 동작을 중단시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템(100)은 통신부(150)를 더 포함할 수 있다.
통신부(150)는 외부의 사용자 단말과 통신한다. 이 경우, 사용자 단말은 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템(100)의 관리자나 가정의 사용자가 사용하는 사용자 단말을 포괄하는 의미로 사용된다. 통신부(150)는 블루투스, NFC, 비콘, 지그비, 와이파이, LTE 등과 같은 근거리, 장거리 통신이 가능한 것이 바람직하다. 제어부(140)는 사용자 단말로부터 부하의 사용스케줄정보를 획득하여 발전부(110)로부터 상기 부하로 공급되는 전기에너지의 1차 공급량을 설정한다. 이는 기 설정된 기간에 사용자 단말로부터 입력된 사용스케줄정보를 기초로 발전부(110)의 1차 공급량을 예측하기 위함이다.
제어부(140)는 부하에서의 사용량이 1차 공급량을 초과하는 경우 충방전부(120)로부터 2차 공급량을 공급하도록 한다. 2차 공급량은 1차 공급량을 초과하는 전기에너지를 의미한다. 따라서, 발전부(110)는 안정적으로 1차 공급량만 가정의 부하로 공급하고, 추가 사용량은 충방전부(120)로부터 공급됨으로써 발전부(110)가 안정적으로 전기에너지를 공급할 수 있도록 한다.
또한, 제어부(140)는 사용자 단말과 통신하여 사용자 단말의 위치정보를 기초로 사용자 단말이 가정의 부하와 기 설정된 위치범위 내에 위치한 경우에만 발전부(110) 또는 충방전부(120)로부터 전기에너지를 공급하도록 제어할 수 있다. 제어부(140)는 가정에 사람이 없는 경우 낭비되는 전기에너지를 줄이기 위해 사용자 단말의 위치정보를 기초로 일정 시간 이상 가정 내 사용자 단말이 위치하지 않는 경우 발전부(110) 또는 충방전부(120)로부터 가정의 부하로 공급되는 전기에너지를 제한할 수 있다. 이 경우, 가정의 모든 부하로의 전기에너지의 공급을 차단하지 않고, 냉장고와 같이 상시전원이 필요한 경우에는 전기에너지의 공급을 유지시킬 수 있다.
또한, 제어부(140)는 사용자 단말로부터 잠금화면설정 어플리케이션을 관리하는 것도 가능하다. 제어부(140)는 발전부(110) 또는 충방전부(120)로부터 가정의 부하에 공급되는 전기에너지에 따른 실시간 사용량정보를 사용자 단말로 제공할 수 있다. 이 경우, 사용자 단말의 잠금화면상에 사용량정보가 표시되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 사용자 단말로부터 잠금화면을 해제하는 제스처에 따라 포인트를 적립하도록 하고, 사용자 계정으로 적립된 포인트를 금액으로 산출하여, 전기사용량에 따른 요금정보에 반영하여 차감시킬 수 있다. 이 경우, 사용자 단말의 잠금화면에는 광고정보가 표시될 수 있으며, 포인트는 광고제공자로부터 제공된다.
도 2는 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 전기신호를 이용하여 연료전지 또는 이차전지의 성능을 평가하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, (a)의 경우, 연료전지 또는 이차전지의 전압-전류 특성 곡선은 V=-2.498*I+41.26[V]와 같은 식으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 연료전지 또는 이차전지 자체의 고유특성신호인 전류가 1[A]로 설정된 것으로 가정하면, 반응신호인 전압은 38.7620[V]가 된다. 예를 들어, 제1 테스트신호가 각각 0.1[A], 0.2[A]인 경우, 고유특성신호인 1[A]와 합쳐져 각각 1.1[A], 1.2[A]가 연료전지 또는 이차전지에 인가되며, 제1 반응신호는 각각 38.5122[V], 38.2624[V]가 된다.
또한, 중첩된 제2 테스트신호는 0.1[A]와 0.2[A]의 합인 0.3[A]가 되며, 고유특성신호인 1[A]와 합쳐진 1.3[A]가 연료전지 또는 이차전지에 인가되며 제2 반응신호는 38.0126[V]가 된다. 제1 테스트신호가 0.1[A], 0.2[A]인 경우의 제1 반응신호의 합은 38.5122[V] + 38.2624[V] = 76.7746[V]가 되고, 중첩된 제2 테스트신호가 0.3[A]인 경우의 제2 반응신호는 38.0126[V]이고, 연료전지 또는 이차전지의 반응신호가 38.7620[V]이므로, 38.0126[V] + 38.7620[V]= 76.7746[V]가 된다. 결국, 복수의 제1 테스트신호에 대응하는 각각의 제1 반응신호의 합과 제2 테스트신호에 대응하는 제2 반응신호가 같은 값을 가지므로, 연료전지 또는 이차전지의 상태는 중첩의 원리가 성립되어 선형성을 가지므로 정상상태로 판단할 수 있다.
한편, (b)의 경우, 전압-전류 특성 곡선은 V=-0.067*I3+0.6943I2-3.992I+41.33[V]와 같은 식으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 연료전지 또는 이차전지 자체의 고유특성신호가 1[A]로 설정된 것으로 가정하면, 반응신호인 전압은 37.9653[V]가 된다. 예를 들어, 제1 테스트신호가 각각 0.1[A], 0.2[A]인 경우, 고유특성신호인 1[A]와 합쳐져 각각 1.1[A], 1.2[A]가 연료전지 또는 이차전지에 인가되며, 제1 반응신호는 각각 37.6897[V], 37.4236[V]가 된다.
또한, 중첩된 제2 테스트신호는 0.1[A]와 0.2[A]의 합인 0.3[A]가 되며, 연료전지 또는 이차전지의 고유특성신호인 1[A]와 합쳐진 1.3[A]가 연료전지 또는 이차전지에 인가되며 제2 반응신호는 37.1666[V]가 된다. 제1 테스트신호가 0.1[A], 0.2[A]인 경우의 제1 반응신호의 합은 37.6897[V] + 37.4236[V] = 75.1133[V]가 되고, 제2 테스트신호가 0.3[A]인 경우의 반응신호는 37.1666[V]이고, 연료전지 또는 이차전지의 고유특성신호에 따른 반응신호가 37.9653[V]이므로, 제2 반응신호는 37.1666[V] + 37.9653[V]= 75.1319[V]가 된다. 결국, 복수의 제1 테스트신호에 대응하는 각각의 반응신호 합인 제1 반응신호와 중첩된 신호인 제2 테스트신호에 대응하는 제2 반응신호가 다른 값을 가지므로, 연료전지 또는 이차전지의 상태는 중첩의 원리가 성립되지 않아 비선형성을 가지므로 비정상상태로 판단할 수 있다.
도 3은 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템 중 연료전지 또는 이차전지의 물리적 특성을 이용하여 이상 여부를 판단하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템(100)은 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 물리적 특성의 변화를 판단하여 이상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템(100)은 비전카메라(101), 음파감지기(102), 온습도감지기(103) 및 소화부(104)가 포함될 수 있다.
가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템(100)은 연료전지(111) 또는 이차전지(121)에 대한 비전영상을 획득하여 부피의 변화 등을 파악하여 이상 여부를 판별할 수 있다. 비전카메라(101)는 복수 개로 형성될 수 있다.
또한, 가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템(100)은 음파감지기(102)를 이용하여 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 폭발음, 기타 소음 등 비정상적인 음파정보를 이용하여 이상 여부를 판별할 수 있다.
또한, 가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템(100)은 온습도감지기(103)를 이용하여 연료전지(111) 또는 이차전지(121)의 온도정보나 습도정보를 이용하여 이상 여부를 판별할 수 있다.
또한, 가정용 연료전지 연계형 이차전기 하이브리드 전력시스템(100)은 연료전지(111) 또는 이차전지(121)가 과열되어 화재가 발생하는 경우 불꽃을 감지하여 소화부(104)를 구동시킬 수 있다. 소화부(104)에는 소화액 또는 소화분말을 분사하여 조기에 화재를 예방할 수 있다.
도 4는 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 사용자 단말과 통신하는 것을 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 도 1에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 중 사용자 단말로 잠금화면을 제공하는 것을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6은 도 4에 따른 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템이 사용자 단말의 제스처 패턴을 이용하여 통신하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템(100)은 사용자 단말(10)과 통신할 수 있다. 사용자 단말(10)은 스마트폰이나 웨어러블 단말과 같은 형태일 수 있다. 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템(100)은 사용자 단말(10)로 잠금화면(11)을 제공할 수 있다. 잠금화면(11)은 각 가정의 전력사용량, 사용요금, 포인트를 조회할 수 있도록 기 설정된 시간 주기로 정보를 업데이트되도록 할 수 있다. 잠금화면(11)에는 광고정보가 함께 노출될 수 있으며, 사용자의 스와이프 동작에 따라 포인트를 차등적으로 제공할 수 있다. 이 경우, 누적된 포인트는 잠금화면(11)에 표시될 수 있다. 포인트는 전력요금을 차감하는데 사용할 수 있어 기업의 광고 효과 및 가정의 관리비를 절감시킬 수 있다. 또한, 잠금화면(11)에는 연료전지 또는 이차전지에 대한 성능상태가 표시될 수 있다. 이는 사용자가 가정에 설치된 연료전지 또는 이차전지에 대한 성능을 파악할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 사용자 단말(10)이 웨어러블 형태인 경우 사용자의 제스처 패턴을 이용하여 발전부(110) 또는 충방전부(120)의 구동을 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 가정 내의 홈디스플레이(20)에 기 설정된 식별코드(600)가 표시될 수 있다. 식별코드(600)는 각 가정에 설정되는 고유정보이다. 식별코드(600)는 바코드, 큐알코드와 같은 형태로 형성될 수 있다. 사용자가 사용자 단말(10)을 이용하여 식별코드(600)를 촬영한 후, 기 설정된 제스처패턴(12)을 구현하면 가정 내의 전력이 외출모드, 절전모드, 활성모드와 같이 단계적으로 전력량을 조절하도록 제어할 수 있다. 또한, 식별코드(600)는 RF태그, 블루투스태그, NFC태그 등의 전자태그로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 이에 따라, 사용자가 가정에 머무는 경우 제스처패턴(12)을 통해 전력량을 조절할 수 있으며, 외출시에도 외부에서 제스처패턴(12)을 통해 손쉽게 전력량을 조절할 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.
10 : 사용자 단말
11 : 잠금화면
12 : 제스처패턴
20 : 홈디스플레이
100 : 하이브리드 전력시스템
101 : 비전카메라
102 : 음파감지기
103 : 온습도감지기
104 : 소화부
110 : 발전부
111 : 연료전지
120 : 충방전부
121 : 이차전지
130 : 전력변환부
140 : 제어부
150 : 통신부
600 : 식별코드
11 : 잠금화면
12 : 제스처패턴
20 : 홈디스플레이
100 : 하이브리드 전력시스템
101 : 비전카메라
102 : 음파감지기
103 : 온습도감지기
104 : 소화부
110 : 발전부
111 : 연료전지
120 : 충방전부
121 : 이차전지
130 : 전력변환부
140 : 제어부
150 : 통신부
600 : 식별코드
Claims (5)
- 연료전지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전부;
이차전지를 이용하여 상기 전기에너지를 충전하거나, 충전된 상기 전기에너지를 방전하는 충방전부;
상기 발전부 또는 상기 충방전부로부터 상기 전기에너지를 교류신호 또는 직류신호로 변환하여 가정의 부하로 공급하되, 상기 발전부의 이상신호 발생시 상기 충방전부로부터 상기 전기에너지를 변환하여 상기 부하로 공급하고, 상기 충방전부의 상기 이상신호 발생시 상기 발전부로부터 상기 전기에너지를 변환하여 상기 부하로 공급하는 전력변환부;
사용자 단말과 통신하는 통신부; 및
상기 부하에서의 소비전력에 따라 상기 발전부 또는 상기 충방전부로부터 상기 전기에너지를 가변적으로 변환하여 공급하도록 하고, 상기 발전부의 구동전원 차단시 상기 충방전부 또는 상기 부하로부터 상기 구동전원을 공급하도록 하되, 상기 발전부 또는 상기 충방전부에 장착된 음파감지기를 이용하여 상기 연료전지 또는 상기 이차전지의 음파정보가 기 설정치 이상의 오차가 발생하는 경우 상기 발전부 또는 상기 충방전부의 동작을 중단시키는 제어부를 포함하고,
상기 사용자 단말은,
상기 가정 내의 홈디스플레이에 표시되는 기 설정된 식별코드를 촬영한 후, 기 설정된 제스처패턴을 구현하면 상기 발전부 또는 상기 충방전부의 구동을 가변시키는 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 연료전지 또는 상기 이차전지에 입력되는 고유특성신호 및 상기 고유특성신호에 대한 반응신호를 설정하고, 기 설정된 시간 간격으로 상기 고유특성신호에 복수의 제1 테스트신호를 합하여 인가하여 얻어지는 제1 반응신호와 상기 고유특성신호에 상기 복수의 제1 테스트신호를 중첩한 제2 테스트신호를 인가하여 얻어지는 제2 반응신호를 비교하여 상기 연료전지 또는 상기 이차전지의 이상 유무를 판단하는 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 사용자 단말로부터 상기 부하의 사용스케줄정보를 획득하여 상기 발전부로부터 상기 부하로 공급되는 상기 전기에너지의 1차 공급량을 설정하고, 상기 부하에서의 사용량이 상기 1차 공급량을 초과하는 경우 상기 충방전부로부터 2차 공급량을 공급하도록 하는 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템.
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| KR1020180054273A KR102185856B1 (ko) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | 가정용 연료전지 연계형 이차전지 하이브리드 전력시스템 |
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| KR101373487B1 (ko) * | 2012-12-26 | 2014-03-12 | 포스코에너지 주식회사 | 연료전지를 갖는 독립형 발전 시스템 |
| JP2015215979A (ja) * | 2014-05-08 | 2015-12-03 | 大阪瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池の検査装置、及び検査方法 |
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