KR102201327B1 - 저 전력 소모 에너지 저장 장치 - Google Patents

저 전력 소모 에너지 저장 장치 Download PDF

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Abstract

저 전력 소모 에너지 저장 장치는 내부에 공간을 갖는 케이스, 케이스 내부에 구비되고 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격 적재하는 배터리 적재부, 케이스의 내부 공기를 가열 또는 냉각시키는 냉난방기, 케이스 내부에 설치되고 온도 변화에 따라 상 변화를 하면서 열을 흡수하거나 방출하는 PCM(Phase Change Material)부를 구비한다.

Description

저 전력 소모 에너지 저장 장치{Low Power Consuming Energy Storage System}
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 상세하게는 전력 소모를 최소화하면서 내부 온도를 설정 범위로 유지할 수 있는 저 전력 소모 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 장치(ESS:Energy Storage System)는 태양광 등을 이용해서 생산된 전기를 저장하는 장치로, 케이스, 배터리 적재부, 배터리, 제어부 등을 구비하고 있다.
에너지 저장 장치에서, 배터리는 15~30℃에서, 바람직하게는 20~25℃에서 충방전 효율이 가장 높게 나타난다. 이러한 이유로, 에너지 저장 장치는 히터, 냉각부 등을 구비하여, 케이스의 내부 온도, 정확하게는 배터리 적재부의 온도를 20~25℃로 유지하고 있다.
종래에는 케이스 상부에서 팬으로 냉기를 분사하거나 배터리 적재부에 가까운 케이스 벽체에 냉매관을 삽입하는 등의 방식으로 배터리 적재부의 온도를 제어하고 있다. 관련 선행기술로는 특허등록 제1839128호(태양광 발전에서 안정적인 축전기 관리시스템 및 방법) 등이 있다.
그런데, 종래기술에서는 온도 조절을 위해서 기존 케이스를 새로 제작하여야 하고, 또한 팬 구동, 냉매 형성 등에 별도의 에너지(전력)가 필요하여, 비용이 추가로 소요되고, 또한 케이스의 내부 온도를 설정 범위로 유지하는데 상당한 전력 소모가 발생하고 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
첫째, 케이스의 내부 온도를 설정 범위로 유지하는데 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있고,
둘째, 봄/가을, 여름, 겨울의 외부 환경에 최적화된 온도조절 알고리즘을 제공함으로써 전력 소모를 추가적으로 줄일 수 있는, 저 전력 소모 에너지 저장 장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는 케이스, 배터리 적재부, 냉난방기, PCM(Phase Change Material)부 등을 포함하여 구성할 수 있다.
케이스는 내부에 밀폐 공간을 형성할 수 있다.
배터리 적재부는 케이스 내부에 구비되고, 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격시켜 적재할 수 있다.
냉난방기는 케이스의 내부 공기를 가열 또는 냉각시킬 수 있다.
PCM부는 케이스 내부에 구비되고 온도 변화에 따라 상 변화를 하면서 열을 흡수 또는 방출할 수 있다.
본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는 공기 열교환기를 포함할 수 있다. 공기 열교환기는 케이스의 내부 공기와 외부 공기 사이의 열 교환을 통해 케이스의 내부 공기의 온도를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는 덕트를 포함할 수 있다. 덕트는 일측이 공기 열교환기에 연결되고 타측은 PCM부 방향으로 열교환 공기를 방출할 수 있다.
본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치에서, PCM부는 배터리 적재부 영역에서 케이스의 내벽에 결합할 수 있다.
본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는 내부 온도센서, 외부 온도센서, 제어부 등을 포함할 수 있다.
내부 온도센서는 케이스의 내부 온도를 측정할 수 있다.
외부 온도센서는 케이스의 외부 온도를 측정할 수 있다.
제어부는 케이스의 내부 온도를 내부온도 설정범위로 유지할 수 있다.
제어부는, 측정 내부온도가 내부온도 설정범위를 벗어나면서 내부온도 설정범위의 상한값을 초과하는 경우, 측정 내부온도가 외부온도 설정범위의 상한값과 측정 외부온도 사이에 있으면 공기 열교환기를 가동시켜 케이스의 내부 온도를 낮추면서 PCM부에 냉기를 저장하고, 측정 내부온도가 외부온도 설정범위의 상한값과 측정 외부온도 사이에 있지 않으면 냉난방기를 가동시켜 케이스의 내부 온도를 낮출 수 있다.
제어부는, 측정 내부온도가 내부온도 설정범위를 벗어나면서 내부온도 설정범위의 하한값 미만인 경우, 측정 내부온도가 외부온도 설정범위의 하한값과 측정 외부온도 사이에 있으면 공기 열교환기를 가동시켜 케이스의 내부 온도를 높이면서 PCM부에 열기를 저장하고, 측정 내부온도가 외부온도 설정범위의 하한값과 측정 외부온도 사이에 있지 않으면 냉난방기를 가동시켜 케이스의 내부 온도를 높이되 PCM부에 저장된 열기를 방출시킬 수 있다.
본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치에서, 제어부는, 현재 시각이 낮을 나타내는 제1 시각과 상기 제2 시각을 벗어나 밤을 나타내는 경우, 측정 내부온도가 내부온도 설정범위의 하한값 이상이면 냉난방기를 가동시켜 측정 내부온도를 내부온도 설정범위의 하한값으로 유지시키면서 PCM부에 냉기를 저장할 수 있다.
제어부는, 현재 시각이 제1 시각과 제2 시각 사이의 낮인 경우, 측정 내부온도가 내부온도 설정범위의 상한값을 초과하면 냉난방기를 가동시켜 케이스의 내부 온도를 낮추되, PCM부에 저장된 냉기를 방출시킬 수 있다.
본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치에서, 제어부는, 현재 시각이 낮을 나타내는 제1 시각과 제2 시각 사이인 경우, 측정 내부 온도가 내부온도 설정범위의 상한값을 초과하면 냉난방기를 가동시켜 측정 내부온도를 상기 내부온도 설정범위의 상한값으로 유지시키면서 PCM부에 열기를 저장할 수 있다.
제어부는, 현재 시각이 제1 시각과 제2 시각을 벗어나 밤을 나타내는 경우, 측정 내부온도가 내부온도 설정범위의 하한값 이하이면 냉난방기를 가동시켜 측정 내부온도를 내부온도 설정범위의 하한값으로 유지시키되 PCM부에 저장된 열기를 방출시킬 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치에 의하면, 계절, 즉 외부 온도에 따라 냉난방기의 전력 소모가 최소화되는 시점에 PCM부에 에너지(냉기 또는 열기)를 저장하고, 이것을 케이스의 내부 온도를 조절하는데 사용함으로써, 냉난방기의 전력 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치에 의하면, PCM부의 활용을 외부 환경, 즉 봄/가을, 여름, 겨울에 따라 최적화함으로써, 냉난방기 가동에 따른 전력 소모를 추가로 줄일 수 있다.
도 1a,1b는 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치의 봄/가을철 제어 방법을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치의 여름철 제어 방법을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치의 겨울철 제어 방법을 도시하고 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1a,1b는 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치의 구성도이다.
도 1a,1b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는 케이스(110), 배터리 적재부(120), 냉난방기(130), PCM(Phase Change Material)부(140), 공기 열교환기(150), 덕트(160), 제어부(170), 내부 온도센서(미도시), 외부 온도센서(미도시), 디스플레이부(미도시) 등을 포함할 수 있다.
케이스(110)는 내부에 밀폐 공간을 형성하는 것으로, 보통 사각 형태로 구성할 수 있다. 케이스(110)의 전방에는 케이스(110) 내부를 선택적으로 개폐하는 도어(미도시)를 구비할 수 있다.
배터리 적재부(120)는 케이스(110) 내부에 구비되어 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격시켜 적재하는 것으로, 다수의 수평바와 수직바를 구비할 수 있다. 배터리 적재부(120)는 배터리 사이의 간격을 일정하게 유지하여 배터리 간의 온도 분포가 균일해지도록 구성하는 것이 바람직하다. 배터리는 예를 들어 리튬이온 배터리일 수 있다.
냉난방기(130)는 케이스(110)의 내부 공기를 가열 또는 냉각시키는 것으로, 내부 공기를 냉각시키는 냉각기, 내부 공기를 가열하는 히터 등을 포함할 수 있다.
PCM부(140)는 케이스(110)의 내부에 구비되어 내부 공기의 온도 변화에 따라 상 변화(예를 들어, 고체↔액체)를 일으키면서 열을 흡수하거나 방출하는 것으로, 케이스(110)의 내부 공기의 온도 변화를 최소화하고, 후술하는 냉난방기(130)의 전력 소모를 줄여줄 수 있다. 상변화 물질(PCM)은 특정한 온도(타켓 온도)에서 에너지(열기 또는 냉기)를 저장 또는 방출하는 잠재 잠열이 높은 물질을 말한다. 즉, 상변화 물질(PCM)은, 주변 온도가 타겟 온도보다 높을 경우에는 상변화 온도(타겟 온도)를 유지하면서 고체에서 액체로 상 변화를 일으키면서 열을 흡수(저장)하고, 반대로 주변 온도가 타겟 온도보다 낮을 경우에는 온도(타겟 온도)를 유지하면서 액체에서 고체로 상 변화를 일으키면서 열을 방출할 수 있다. 이러한 작용을 통해, PCM부(140)는 케이스(110)의 내부 온도 변화를 줄이는데 기여할 수 있다.
PCM부(140)는 상변화 물질(Phase Change Material: PCM)을 팩(pack) 형태로 구성하여, 배터리 적재부(120)에 가까운 케이스(110) 내벽에 이격시켜 다수를 설치할 수 있다.
공기 열교환기(150)는 케이스(110)의 내부 공기와 외부 공기 사이에 열 교환을 통해 케이스(110)의 내부 공기의 온도를 조절하고, 또한 PCM부(140)의 상변화를 유발할 수 있다.
공기 열교환기(150)는 내측 열교환부와 외측 열교환부를 구비할 수 있다.
내측 열교환부는 케이스(110)의 내측 방향으로 연통하는 내측 유입구와 내측 방출구를 구비할 수 있다. 케이스(110)의 내부 공기는 내측 유입구로 유입되어 외측 열교환부의 외측 공기와 열교환, 즉 가열 또는 냉각된 후 내측 방출구를 통해 케이스(110) 내부로 가열 또는 냉각된 내부 공기로 방출될 수 있다.
외측 열교환부는 케이스(110)의 외측 방향으로 연통하는 외측 유입구와 외측 방출구를 구비할 수 있다. 케이스(110)의 외부 공기는 외측 유입구로 유입되어 내측 열교환부의 내측 공기와 열교환, 즉 냉각 또는 가열된 후 외측 방출구를 통해 케이스(110) 외부로 냉각 또는 가열된 외부 공기로 방출될 수 있다.
열교환기(150)는, 온도 변화가 심한 봄, 가을, 즉 케이스(110)의 내부 공기와 외부 공기의 온도 차이가 커질 때, 케이스(110)의 외부 공기와 내부 공기의 열을 교환하여 활용하면 케이스(110)의 내부 공기를 설정 범위로 유지하는데 후술하는 냉난방기(130)의 전력 소모를 줄이는데 기여할 수 있다.
덕트(160)는 케이스(110) 내부에 설치되어 열교환기(150)의 열교환된 내부 공기를 PCM부(140) 방향을 전달하는 것으로, 주 덕트와 주 덕트에서 분기되는 다수의 분기 덕트로 구성할 수 있다. 주 덕트의 유입구는 열교환기(150)의 내측 방출구에 연결되고, 분기 덕트의 방출구는 PCM부(140)를 향할 수 있다. 분기 덕트의 방출구에서 방출되는 열교환된 내부 공기는 PCM부(140)는 물론 배터리 적재부(120)로도 방출되어 배터리를 가열 또는 냉각할 수 있다. 분기 덕트의 방출구는 PCM부(140) 방향에 고르게 분포되어 열교환된 내부 공기를 PCM부(140)에 균일하게 방사하도록 구성하는 것이 바람직하다.
제어부(170)는 위에서 설명한 냉난방기(130), 공기 열교환기(150)을 선택적으로 활용하여 케이스(110)의 내부 공기 온도를 설정 범위로 유지할 수 있다. 케이스(110)의 내부 온도가 고온이면 충방전 효율이 너무 높게 나타나 과충전이나 과방전이 발생할 수 있고, 저온이면 전자의 이동이 비활성화되어 충방전 효율이 낮게 나타날 수 있다. 특히, 일교차가 큰 지역에서는 배터리 효율이 큰 변화를 일으킬 수 있다. 이와 같이, 배터리는 온도에 민감하기 때문에, 케이스(110)의 내부를 최적의 설정 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다. 제어부(170)는 케이스(110)의 내부 온도를 예를들어 18~28℃, 바람직하게는 20~25℃로 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는 내부 온도센서(미도시), 외부 온도센서(미도시), 디스플레이부(미도시) 등을 구비할 수 있다.
내부 온도센서는 케이스(110)의 내부 온도를 측정하는 것으로, 케이스(110)의 내벽, 바람직하게는 배터리 적재부(120) 영역에 다수를 설치할 수 있다. 내부 온도센서는 측정한 내부 온도를 실시간으로 제어부(170)로 전송할 수 있다.
외부 온도센서는 케이스(110)의 외부 온도를 측정하는 것으로, 케이스(110)의 외벽, 바람직하게는 공기 열교환기(150) 근처에 설치할 수 있다. 외부 온도센서는 측정한 외부 온도를 실시간으로 제어부(170)로 전송할 수 있다.
디스플레이부는 측정 내부 온도, 측정 외부 온도, 가동 상태 등을 표시할 수 있다.
제어부(170)는 전력 관리부(Power Management System: PMS), 에너지 관리부(Energy Management System: EMS), 배터리 연결 패널(Battery Connection Panel: BCP) 등을 포함할 수 있다.
전력 관리부는 전력 계통을 모니터링하여 에너지 저장 장치의 충전, 방전, 계통 운전 상태를 제어할 수 있다.
에너지 관리부는 에너지 저장 장치의 전체적인 환경 및 운전 상태를 감시하는 것으로, 데이터를 수집, 저장하고, 문제가 발생하면 경보를 발하며, 자동 운전 제어를 수행할 수 있다.
배터리 연결 패널은 배터리 적재부(120)에서 직렬 연결되어 전송되는 소전력을 병렬 연결하여 대전력으로 변환할 수 있고, 배터리 적재부(120)와 퓨즈를 연결하여 쇼트 등의 문제가 발생할 때 배터리와 연결된 회로 등을 차단할 수 있다.
제어부(170)는 외부 환경, 즉 외부 공기의 온도 변화에 따라, 즉 계절별로 제어 방법을 달리할 수 있는데, 이를 통해 최소의 전력 소모로서 케이스(110)의 내부 온도를 설정 범위로 유지시킬 수 있다. 이 부분에 대해서는, 아래에서 도 2~4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치의 봄/가을철 제어 방법을 도시하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본/가을철에, 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는, 단계(S111)에서, 외부온도 범위(To,min~To,max), 내부온도 범위(Ti,min~Ti,max)를 설정하여 메모리 등에 저장할 수 있다. 외부온도 설정범위(To,min~To,max)는 예를 들어 15~30℃로 설정하고, 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)는 예를 들어 20~26℃로 설정할 수 있다.
단계(S112,S113)에서, 외부 온도센서는 외부 온도(To)를, 내부 온도센서는 내부 온도(Ti)를 측정하여 제어부(170)로 전송할 수 있다.
단계(S120)에서, 측정 내부온도(Ti)가 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max) 내에 있으면, 제어부(170)는 측정 내부온도(Ti), 측정 외부온도(To) 등을 디스플레이부에 표시할 수 있다(S130).
단계(120)에서, 측정 내부온도(Ti)가 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)를 벗어나면, 측정 내부온도(Ti)가 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 상한값(Ti,max)을 초과하는지를 다시 판단한다(S140). 이때, 측정 내부온도(Ti)가 외부온도 설정범위(To,min~To,max)의 상한값(To,max)과 측정 외부온도(To) 사이에 있는지를 확인하여(S150), 그 사이에 있으면 제어부(170)는 공기 열교환기(150)를 가동시켜 케이스(110)의 내부 온도를 외부 온도에 맞추어 서서히 낮출 수 있고, 이 때 PCM부(140)에는 에너지(냉기)가 저장될 수 있다(S160). 만약 단계(S150)에서 측정 내부온도(Ti)가 외부온도 설정범위(To,min~To,max)의 상한값(To,max)과 측정 외부온도(To) 사이에 있지 않으면, 이 경우는 측정 내부온도(Ti)가 외부온도 설정범위(To,min~To,max)의 상한값(To,max)을 초과하는 경우이므로, 제어부(170)는 냉난방기(130)를 가동시켜 케이스(110)의 내부 온도를 신속하게 낮출 수 있다(S170). 이 때도 PCM부(140)에는 에너지(냉기)가 저장될 수 있다. 이러한 가동은 주로 봄/가을철의 밤에 발생할 수 있는데, 이때 저장된 에너지(냉기)는 기온이 올라가는 낮에 PCM부(140)로부터 에너지(냉기)가 방출되면서 케이스(110)의 내부 온도가 급격히 상승하는 것을 차단 또는 최소화하거나, 케이스(110)의 내부 온도를 내리는데 필요한 냉난방기(130)의 가동 전력을 줄일 수 있다.
한편, 단계(S140)에서 측정 내부온도(Ti)가 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 하한값(Ti,min) 미만인 경우에는 측정 내부온도(Ti)가 외부온도 설정범위(To,min~To,max)의 하한값(To,min)과 측정 외부온도(To) 사이에 있는지를 다시 확인하여(S180), 그 사이에 있으면, 제어부(170)는 공기 열교환기(150)를 가동시켜 케이스(110)의 내부 온도를 외부 온도에 맞추어 서서히 높일 수 있고, 이 때 PCM부(140)에서는 에너지(열기)가 저장될 수 있다(S160). 만약 단계(S190)에서 측정 내부온도(Ti)가 외부온도 설정범위(To,min~To,max)의 하한값과 측정 외부온도(To) 사이에 있지 않으면, 이 경우는 측정 내부온도(Ti)가 외부온도 설정범위(To,min~To,max)의 하한값(To,min) 이하인 경우이므로, 제어부(170)는 냉난방기(130)를 가동시켜 케이스(110)의 내부 온도를 신속하게 높일 수 있고, 이 때에도 PCM부(140)에는 에너지(열기)가 저장될 수 있다(S170). 이러한 가동은 주로 봄/가을철의 낮에 발생할 수 있는데, 이때 저장된 에너지(열기)는 기온이 내려가는 밤에 PCM부(140)로부터 에너지(열기)가 방출되면서 케이스(110)의 내부 온도가 급격히 내려가는 것을 차단 또는 최소화하거나, 케이스(110)의 내부 온도를 상승시키는데 필요한 냉난방기(130)의 가동 전력 소모를 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는, 봄/가을철에, 낮에는 PCM부(140)에 에너지(열기)를 저장하여 이것을 밤에 사용하고, 밤에는 PCM부(140)에 에너지(냉기)를 저장하여 이것을 낮에 사용함으로써, 냉난방기(130)의 가동 전력을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치의 여름철 제어 방법을 도시하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 여름철에, 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는, 단계(S211)에서, 외부온도 범위(To,min~To,max), 내부온도 범위(Ti,min~Ti,max)를 설정하여 메모리 등에 저장할 수 있다.
단계(S212,S213)에서, 외부 온도센서는 외부 온도(To)를, 내부 온도센서는 내부 온도(Ti)를 측정하여 제어부(170)로 전송할 수 있다.
단계(S220)에서, 제어부(170)는 현재 시각이 낮, 예를 들어 09~19시 사이인지를 판단할 수 있다.
단계(S220)에서 현재 시각이 낮이면, 측정 내부온도(Ti)가 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 상한값(Ti,max)을 초과하는지를 판단하여(S230), 초과하면 제어부(170)는 냉난방기(130)를 가동시켜 케이스(110)의 내부 온도를 신속하게 낮출 수 있다(S240).
단계(S220)에서 현재 시각이 밤이면, 측정 내부온도(Ti)가 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 하한값(Ti,min) 이상인지를 판단하여(S250), 이상이면 제어부(170)는 냉난방기(130)를 가동시켜 케이스(110)의 내부 온도를 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 하한값(Ti,min)으로 유지시키면서, PCM부(140)에 에너지(냉기)를 저장할 수 있다(S240). PCM(140)에 저장된 에너지(냉기)는 여름철 낮에 케이스(110)의 내부 온도를 낮출 때 냉난방기(130)의 가동 전력을 줄이는데 기여할 수 있다.
이와 같이, 여름철에는, 케이스(110)의 내부 온도와 외부 온도의 차이가 적은 밤에 냉난방기(130)의 부하를 최소화하면서 냉난방기(130)를 가동하여 PCM부(140)에 에너지(냉기)를 저장하여 두었다가, 이것을 기온이 급격히 상승하는 낮에 내부 온도를 낮추는데 활용함으로써, 여름철에 냉난방기(130)의 가동 전력을 크게 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치의 겨울철 제어 방법을 도시하고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 겨울철에, 본 발명에 따른 저 전력 소모 에너지 저장 장치는, 단계(S311)에서, 외부온도 범위(To,min~To,max), 내부온도 범위(Ti,min~Ti,max)를 설정하여 메모리 등에 저장할 수 있다.
단계(S312,S313)에서, 외부 온도센서는 외부 온도(To)를, 내부 온도센서는 내부 온도(Ti)를 측정하여 제어부(170)로 전송할 수 있다.
단계(S320)에서, 제어부(170)는 현재 시각이 낮, 예를 들어 09~18시 사이인지를 판단할 수 있다.
단계(S220)에서 현재 시각이 낮이면, 측정 내부온도(Ti)가 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 상한값(Ti,max) 이하인지를 판단하여(S330), 이하이면 제어부(170)는 냉난방기(130)를 가동시켜 케이스(110)의 내부 온도를 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 상한값(Ti,max)으로 유지하면서, PCM부(140)에 에너지(열기)를 저장할 수 있다. PCM(140)에 저장된 에너지(열기)는 겨울철 밤에 케이스(110)의 내부 온도를 높일 때 사용되어, 밤에 케이스(110)의 내부 온도를 높이기 위해 냉난방기(130)를 가동하는데 소모되는 전력을 크게 줄일 수 있다.
단계(S320)에서 현재 시각이 밤이면, 측정 내부온도(Ti)가 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 하한값(Ti,min) 이하인지를 판단하여(S350), 이하이면 제어부(170)는 냉난방기(130)를 가동시켜 케이스(110)의 내부 온도를 높일 수 있다. 이 때, 케이스(110)의 내부 온도를 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 하한값(Ti,min)으로 유지시키면, 냉난방기(130)의 가동 전력을 최소화할 수 있다. 나아가, 이 때, 낮에 PCM부(140)에 저장해 둔 에너지(열기)를 활용하면, 겨울철 밤에 냉난방기(130)를 가동하여 케이스(110)의 내부 온도를 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)의 하한값(Ti,min) 이상으로 유지할 때, 소모 전력을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 겨울철에, 케이스(110)의 내부 온도와 외부 온도의 차이가 적은 낮에 냉난방기(130)의 부하를 최소화하면서 냉난방기(130)를 가동시킬 때 PCM부(140)에 에너지(열기)를 저장하여 두었다가, 이것을 기온이 급격히 떨어지는 밤에 케이스(110)의 내부 온도를 높이는데 활용하면, 겨울철에 케이스(110)의 내부 온도를 내부온도 설정범위(Ti,min~Ti,max)로 유지시키는데 필요한 냉난방기(130)의 소모 전력을 최소화할 수 있다.
이상, 본 발명을 여러 실시예로서 설명하였는데, 이들 실시예는 다른 형태로 변형하여 실시될 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 위의 실시예로 한정되지 않고 아래의 특허청구범위에 의해 정해지므로, 그러한 변형은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
110 : 케이스 120 : 배터리 적재부
130 : 냉난방기 140 : PCM부
150 : 공기 열교환기 160 : 덕트
170 : 제어부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 내부에 공간을 갖는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 구비되고, 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격 적재하는 배터리 적재부;
    상기 케이스의 내부 공기를 가열 또는 냉각시키는 냉난방기;
    상기 케이스 내부에 설치되고, 온도 변화에 따라 상 변화를 하면서 열을 흡수하거나 방출하는 PCM(Phase Change Material)부;
    상기 케이스의 내부 공기와 외부 공기 사이의 열 교환을 통해 상기 케이스의 내부 온도를 조절하는 공기 열교환기;
    일측은 상기 공기 열교환기에 연결되고 타측은 상기 PCM부 방향으로 열교환 공기를 방출하는 덕트;
    상기 케이스의 내부 온도를 측정하는 내부 온도센서;
    상기 케이스의 외부 온도를 측정하는 외부 온도센서;
    상기 케이스의 내부 온도를 내부온도 설정범위로 유지하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 측정 내부온도가 상기 내부온도 설정범위를 벗어나면서 상기 내부온도 설정범위의 상한값을 초과하는 경우, 상기 측정 내부온도가 외부온도 설정범위의 상한값과 상기 측정 외부온도 사이에 있으면 상기 공기 열교환기를 가동시켜 상기 케이스의 내부 온도를 낮추면서 상기 PCM부에 냉기를 저장하고, 상기 측정 내부온도가 상기 외부온도 설정범위의 상한값과 상기 측정 외부온도 사이에 있지 않으면 상기 냉난방기를 가동시켜 상기 케이스의 내부 온도를 낮추고,
    상기 측정 내부온도가 상기 내부온도 설정범위를 벗어나면서 상기 내부온도 설정범위의 하한값 미만인 경우, 상기 측정 내부온도가 상기 외부온도 설정범위의 하한값과 상기 측정 외부온도 사이에 있으면 상기 공기 열교환기를 가동시켜 상기 케이스의 내부 온도를 높이면서 PCM부에 열기를 저장하고, 상기 측정 내부온도가 외부온도 설정범위의 하한값과 상기 측정 외부온도 사이에 있지 않으면 상기 냉난방기를 가동시켜 상기 케이스의 내부 온도를 높이되 상기 PCM부에 저장된 열기를 방출시키는, 저 전력 소모 에너지 저장 장치.
  6. 내부에 공간을 갖는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 구비되고, 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격 적재하는 배터리 적재부;
    상기 케이스의 내부 공기를 가열 또는 냉각시키는 냉난방기;
    상기 케이스 내부에 설치되고, 온도 변화에 따라 상 변화를 하면서 열을 흡수하거나 방출하는 PCM(Phase Change Material)부;
    상기 케이스의 내부 공기와 외부 공기 사이의 열 교환을 통해 상기 케이스의 내부 온도를 조절하는 공기 열교환기;
    일측은 상기 공기 열교환기에 연결되고 타측은 상기 PCM부 방향으로 열교환 공기를 방출하는 덕트;
    상기 케이스의 내부 온도를 측정하는 내부 온도센서;
    상기 케이스의 외부 온도를 측정하는 외부 온도센서;
    상기 케이스의 내부 공기를 내부온도 설정범위로 유지하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    현재 시각이 낮을 나타내는 제1 시각과 제2 시각을 벗어나 밤을 나타내는 경우, 상기 측정 내부온도가 상기 내부온도 설정범위의 하한값 이상이면 상기 냉난방기를 가동시켜 상기 측정 내부온도를 상기 내부온도 설정범위의 하한값으로 유지시키면서 상기 PCM부에 냉기를 저장하고,
    현재 시각이 상기 제1 시각과 제2 시각 사이의 낮인 경우, 상기 측정 내부온도가 상기 내부온도 설정범위의 상한값을 초과하면 상기 냉난방기를 가동시켜 상기 케이스의 내부 온도를 낮추되, 상기 PCM부에 저장된 냉기를 방출시키는, 저 전력 소모 에너지 저장 장치.
  7. 내부에 공간을 갖는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 구비되고, 다수의 배터리를 수평 및 수직으로 이격 적재하는 배터리 적재부;
    상기 케이스의 내부 공기를 가열 또는 냉각시키는 냉난방기;
    상기 케이스 내부에 설치되고, 온도 변화에 따라 상 변화를 하면서 열을 흡수하거나 방출하는 PCM(Phase Change Material)부;
    상기 케이스의 내부 공기와 외부 공기 사이의 열 교환을 통해 상기 케이스의 내부 온도를 조절하는 공기 열교환기;
    일측은 상기 공기 열교환기에 연결되고 타측은 상기 PCM부 방향으로 열교환 공기를 방출하는 덕트;
    상기 케이스의 내부 온도를 측정하는 내부 온도센서;
    상기 케이스의 외부 온도를 측정하는 외부 온도센서;
    상기 케이스의 내부 온도를 내부온도 설정범위로 유지하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    현재 시각이 낮을 나타내는 제1 시각과 제2 시각 사이인 경우, 상기 측정 내부온도가 상기 내부온도 설정범위의 상한값을 초과하면 상기 냉난방기를 가동시켜 상기 측정 내부온도를 상기 내부온도 설정범위의 상한값으로 유지시키면서 상기 PCM부에 열기를 저장하고,
    현재 시각이 상기 제1 시각과 상기 제2 시각을 벗어나 밤을 나타내는 경우, 상기 측정 내부온도가 상기 내부온도 설정범위의 하한값 이하이면 상기 냉난방기를 가동시켜 상기 측정 내부온도를 상기 내부온도 설정범위의 하한값으로 유지시키면서 상기 PCM부에 저장된 열기를 방출시키는, 저 전력 소모 에너지 저장 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102274741B1 (ko) * 2021-03-09 2021-07-08 주식회사 가이아에너지 유동 흐름 최적화 에너지 저장 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140143854A (ko) * 2013-06-07 2014-12-18 주식회사 엘지화학 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩
KR20170142800A (ko) * 2016-06-20 2017-12-28 조광호 전기자동차용 배터리 팩 냉각시스템
JP2019525402A (ja) * 2017-01-05 2019-09-05 エルジー・ケム・リミテッド 相変化物質（ｐｃｍ）カプセルを適用したバッテリー冷却用のヒート・シンク
KR102054202B1 (ko) * 2018-11-16 2019-12-10 (주)아이비티 배터리 팩의 셀 온도 균일화 시스템
KR20200023023A (ko) * 2018-08-24 2020-03-04 주식회사 가이아에너지 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140143854A (ko) * 2013-06-07 2014-12-18 주식회사 엘지화학 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩
KR20170142800A (ko) * 2016-06-20 2017-12-28 조광호 전기자동차용 배터리 팩 냉각시스템
JP2019525402A (ja) * 2017-01-05 2019-09-05 エルジー・ケム・リミテッド 相変化物質（ｐｃｍ）カプセルを適用したバッテリー冷却用のヒート・シンク
KR20200023023A (ko) * 2018-08-24 2020-03-04 주식회사 가이아에너지 온도 제어가 용이한 태양광 에너지 저장 장치
KR102054202B1 (ko) * 2018-11-16 2019-12-10 (주)아이비티 배터리 팩의 셀 온도 균일화 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102274741B1 (ko) * 2021-03-09 2021-07-08 주식회사 가이아에너지 유동 흐름 최적화 에너지 저장 장치

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