KR102347319B1 - 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리모듈 각각의 성능 저하가 발생하는 경우 임시모듈로 대체하여 충방전을 실시하도록 함으로써 충방전을 안정화할 수 있도록 하는 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

Description

재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템{A Battery Unit Device Using Reused Battery and Independent Solar Street Light System Having the Same}

본 발명은 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리모듈 각각의 성능 저하가 발생하는 경우 임시모듈로 대체하여 충방전을 실시하도록 함으로써 충방전을 안정화할 수 있도록 하는 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

일반적으로 2차 전지는 충전 및 방전을 반복하여 사용할 수 있는 전지를 말하며, 충전 및 방전에 의해 내부 활성 물질이 산화, 환원되는 전기 화학적 반응을 통해 화학 에너지와 전기 에너지 간의 변환이 이루어지는 현상을 말한다.

최근 환경 오염이 심해지면서 전기자동차, 신재생에너지를 이용한 발전에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 따라 전기의 저장 및 공급을 위한 2차 전지(이하 '배터리'라 함)의 사용도 급격하게 증가하고 있다.

그러나 배터리는 도 1(a)(b)에 도시된 바와 같이 반복적인 충방전에 따라 전기를 저장하는 용량과 전압이 감소하게 되며, 일정 시간이 흐르면 수명이 다하여 교체가 이루어져야만 한다.

따라서, 배터리의 사용량 증가와 함께 폐배터리의 처리에 관한 문제가 새로운 이슈로 등장하고 있으며, 아래 특허문헌과 같이 폐배터리의 수명을 진단하고 이를 재사용하기 위한 노력이 시도되고 있다.

폐배터리의 재사용을 위해서는 폐배터리를 수집하고 분리하여 사용이 가능한 폐배터리모듈을 분류하고, 분류된 폐배터리모듈을 조합하여 새로운 배터리를 생산하여야 한다.

그러나 폐배터리모듈(B) 각각은 그 노화정도가 상이하여 도 1(c)에 도시된 바와 같이 완충전압(V)도 서로 상이한 값을 가질 수 있고, 이러한 경우 가장 낮은 완충전압(V)을 기준으로 전력을 공급할 수밖에 없으므로 충전 및 방전 효율이 현저하게 떨어지게 된다. 또한, 각 폐배터리모듈(B)의 용량도 서로 상이하며 노화도 상이하게 일어나 고른 사용이 이루어지지 못함에 따라 사고 위험이 높고 수명이 짧아지는 문제가 있다. 따라서, 폐배터리의 재사용에 어려움을 겪고 있는 상황이다.

(특허문헌)

등록특허공보 제10-1944751호(2019.01.28. 등록)"배터리 재사용 수명 진단 방법"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명은 배터리모듈 각각의 성능 저하가 발생하는 경우 임시모듈로 대체하여 충방전을 실시하도록 함으로써 충방전을 안정화할 수 있도록 하는 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 배터리모듈의 이상발생의 감지, 이상 위험의 예측, 성능저하의 감지가 가능하도록 하여 배터리모듈에 대한 관리가 신속하고 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 배터리유닛장치를 가로등에 장착하고 가로등의 작동에 따른 배터리모듈의 특성 변화를 관찰하여 분석하도록 함으로써, 재사용 배터리모듈의 조합에 따른 성능을 파악할 수 있도록 하는 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 IoT 통신을 통해 정보를 송신하도록 하면서 불필요한 오류 데이터를 제거하여 전송하도록 함으로써 통신 부하를 경감시킬 수 있도록 하는 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 배터리유닛장치는 재사용되는 복수의 배터리모듈을 갖는 배터리유닛과, 상기 배터리유닛의 작동을 조절하는 작동조절부를 포함하고, 상기 배터리유닛은 전력공급원으로부터 전달되는 전력을 복수의 배터리모듈에 공급하여 충전이 이루어지도록 하는 충전모듈과, 배터리모듈로부터 공급되는 전력을 모아 부하에 공급하는 방전모듈과, 성능이 떨어지는 배터리모듈을 대체하여 충방전을 실시하는 임시모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 배터리유닛장치에 있어서, 상기 작동조절부는 배터리모듈의 상태를 감시하는 모듈감시부와, 상기 모듈감시부에 의해 성능이 저하된 것으로 판단되는 배터리모듈을 대체하여 임시모듈이 작동되도록 하는 작동조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 배터리유닛장치에 있어서, 상기 모듈감시부는 전압 또는 전류값이 이상발생범위에 도달하는 것이 감지되는 경우 이상으로 감지하는 이상감지부와, 이상발생범위에 도달하지는 않았으나 이상발생범위와 인접한 위험범위에서 전압 또는 전류값이 유지되는 경우 정상값과의 오차와 그 지속시간에 따라 이상 발생이 예상되는 시점을 예측하여 제공하는 이상예측부와, 이상이 감지 또는 예측되지는 않으나 전압 또는 전류값의 변화 정도가 일정값을 초과하여 일정시간 이상 계속되는 경우 배터리모듈의 성능 저하로 판단하여 이를 알리는 성능저하감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 독립형 태양광 가로등 시스템은 복수의 재사용되는 배터리모듈에 의해 전력을 저장하고 공급하는 배터리유닛장치와; 상기 배터리유닛장치에 의해 전력을 공급받아 점등되며, 태양광모듈에 의해 전력을 생산하여 배터리유닛장치를 충전시키는 가로등과; 복수의 가로등에 설치된 배터리유닛장치의 작동 정보를 수집하여 분석하는 모니터링서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 독립형 태양광 가로등 시스템에 있어서, 상기 모니터링서버는 배터리유닛장치의 작동 정보를 이용하여 배터리모듈의 조합에 따른 성능을 분석하는 조합성능분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 독립형 태양광 가로등 시스템에 있어서, 상기 조합성능분석부는 성능 분석의 초기값을 입력하는 초기정보입력모듈과, 배터리모듈 각각의 총충전전력량 또는 전압 저하율 평균이 설정된 값에 도달하는 시간정보를 수신하는 저하기준도달정보수신모듈과, 저하기준도달정보수신모듈에 의해 수시된 시간정보를 가로등의 동작시간, 동작전력, 주변온도에 따라 가공하는 정보가공모듈과, 상기 초기정보입력모듈에 의해 입력된 초기정보와 정보가공모듈에 의해 가공된 시간정보의 상관관계를 분석하는 상관분석모듈과, 분석된 상관관계에 따라 배터리모듈의 조합에 따른 성능지수를 산출하여 제공하는 조합지수산출모듈을 포함하고, 상기 초기정보입력모듈은 각 배터리모듈의 총충전전력량, 완충전압, 전력량저하율, 전압저하율정보의 평균값과, 총충전전력량, 완충전압, 전력량저하율, 전압저하율의 각 배터리모듈 간의 표준편차를 초기정보로 입력하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 독립형 태양광 가로등 시스템는 배터리유닛장치에 관한 작동정보를 IoT 통신망을 이용하여 모니터링서버로 전송하는 IoT통신부를 포함하고, 상기 IoT통신부는 충방전전압, 전류, 온도 등에 관한 정보를 수집하는 데이터수집모듈과, 수집된 데이터에서 오류 정보를 필터링하여 정제된 데이터만 모니터링서버로 전송하는 데이터전처리모듈과, 전처리된 데이터를 모니터링서버로 전송하는 데이터전송모듈을 포함하며, 상기 데이터전처리모듈은 데이터의 종류를 분류하는 데이터분류모듈과, 데이터 종류에 따라 최대값, 최소값, 평균값을 연산하여 지정하는 기준연산모듈과, 지정된 기준에 따라 오류데이터를 제거하는 필터링모듈과, 일정 주기별로 기준값을 수정하는 기준갱신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 배터리모듈 각각의 성능 저하가 발생하는 경우 임시모듈로 대체하여 충방전을 실시하도록 함으로써 충방전을 안정화할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 배터리모듈의 이상발생의 감지, 이상 위험의 예측, 성능저하의 감지가 가능하도록 하여 배터리모듈에 대한 관리가 신속하고 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 배터리유닛장치를 가로등에 장착하고 가로등의 작동에 따른 배터리모듈의 특성 변화를 관찰하여 분석하도록 함으로써, 재사용 배터리모듈의 조합에 따른 성능을 파악할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 IoT 통신을 통해 정보를 송신하도록 하면서 불필요한 오류 데이터를 제거하여 전송하도록 함으로써 통신 부하를 경감시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 배터리모듈의 사용에 따른 성능저하를 나타내는 도표(a,b) 및 노후 편차에 따른 효율저하를 나타내는 참고도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리유닛장치의 구성도
도 3은 도 2의 배터리유닛의 구성도
도 4는 도 2의 모듈감시부의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리유닛장치를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템의 구성도
도 6은 도 5의 IoT통신부의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 도 5의 모니터링서버의 구성을 나타내는 블럭도
도 8은 도 7의 초기정보입력모듈의 구성을 나타내는 블럭도

이하에서는 본 발명에 따른 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치 및 이를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 배터리유닛장치(1)는 재사용되는 복수의 배터리모듈(111)을 갖는 배터리유닛(11)과, 상기 배터리유닛(11)의 작동을 조절하는 작동조절부(12)와, 각 배터리모듈(111)에 대해 충방전되는 전력의 전압, 전류를 감시하여 배터리모듈(111)의 이상 발생을 진단하는 모듈감시부(13)를 포함한다.

앞서 배경기술에서 설명한 바와 같이 배터리모듈(111)은 사용에 따라 성능이 저하되며, 도 1(a)에 도시된 바와 같이 가용전력량의 비율에 따라 전압이 저하되고, 도 2(b)에 도시되 바와 같이 총가용전력량이 감소한다.

따라서, 폐배터리모듈(B)을 조합하여 새로운 배터리유닛(11)을 형성할 경우 도 1(c)에 도시된 바와 같이 각 폐배터리모듈(B)의 노화 정도에 따라 상이한 완충전압(V)을 나타내게 된다. 또한, 각 배터리모듈(111)은 그 노화 정도 및 사양 등에 따라 상이한 노화 상태를 보이게 되고 이러한 경우 정상적이고 효율적인 충방전이 이루어질 수 없게 된다. 따라서, 본 발명은 각 배터리모듈(111)의 상태를 개별적으로 진단하여 전압 또는 전류 등의 급격한 저하가 발생하거나 성능이 저하되는 것으로 판단되는 경우 성능이 저하된 배터리모듈(111)을 임시모듈(115)로 대체하여 충방전이 이루어지도록 함으로써 정상적이고 효율적인 충방전이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 배터리유닛(11)은 복수의 재사용되는 배터리모듈(111)이 직병렬로 조합되어 형성되며, 별도의 전력공급원으로부터 전력을 공급받아 충전되고, 전력을 필요로 하는 부하에 연결되어 전력을 공급할 수 있도록 한다. 특히, 상기 배터리유닛(11)은 재사용되는 배터리모듈(111)의 조합으로 형성되므로 각 배터리모듈(111)의 사양과 노화 정도에 따라 적절한 전압으로의 공급과 각 배터리모듈(111)의 고른 사용 및 균일한 출력이 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 배터리유닛(11)은 배터리모듈(111), 충전모듈(112), 방전모듈(113), 센서모듈(114), 임시모듈(115)을 포함할 수 있다.

상기 배터리모듈(111)은 전력을 저장하는 구성으로, 이미 한번 사용된 폐배터리모듈(B)을 이용하도록 한다. 상기 배터리모듈(111)은 폐배터리모듈(B)의 성능 검사를 거쳐 일정 기준을 통과하는 폐배터리모듈(B)을 선별하여 사용되도록 할 수 있으며, 별도의 테스트를 통해 충방전특성이 시험되도록 할 수 있다. 상기 배터리모듈(111)은 복수개로 형성되어 직병렬로 연결될 수 있으며, 일 예로 도 3에 도시된 바와 같이 병렬로 연결될 수 있으며, 배터리모듈(111) 내에 복수의 배터리모듈(111)이 직렬로 연결되도록 할 수도 있다. 또한, 상기 배터리모듈(111)은 상기 모듈감시부(13)에 의해 상태가 감시되며 성능의 저하가 발생하는 경우 임시모듈(115)로 대체되어 충방전이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 충전모듈(112)은 배터리모듈(111)에 충전전력을 공급하는 구성으로, 별도의 전력공급원으로부터 전력을 제공받으며, 복수의 배터리모듈(111) 각각에 충전전력을 공급하도록 한다. 또한, 상기 충전모듈(112)은 상기 모듈감시부(13)에 의해 감시되는 배터리모듈(111)의 성능에 따라 배터리모듈(111) 또는 임시모듈(115)에 대한 충전을 조절할 수 있도록 한다.

상기 방전모듈(113)은 복수의 배터리모듈(111)로부터 전력이 필요한 별도의 부하로 전력을 공급하는 구성으로, 각 배터리모듈(111)과 연결되어 전력을 공급받도록 한다. 특히, 상기 방전모듈(113)은 상기 모듈감시부(13)에 의해 감시되는 배터리모듈(111)의 성능에 따라 배터리모듈(111) 또는 임시모듈(115)에 대한 방전을 조절할 수 있도록 한다.

상기 센서모듈(114)은 상기 배터리유닛(11)을 통과하는 전압, 전류값을 측정하는 구성으로, 측정된 전압, 전류값은 작동조절부(12)의 작동기준이 되고, 모듈감시부(13)에 의해 배터리모듈(111)의 상태를 진단하는데 사용된다. 또한, 상기 센서모듈(114)은 상기 전압변환모듈(114)의 전단과 후단 그리고 배터리모듈(111) 마다 각각 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 센서모듈(114)은 충전모듈(112)로부터 공급되는 전력, 전압변환모듈(114)에 의해 변환되는 전압, 충전되는 전력, 방전되는 전압 및 전력 등을 측정하도록 할 수 있다.

상기 임시모듈(115)은 배터리모듈(111)과 함께 직병렬로 연결되어 형성될 수 있으며, 배터리모듈(111)의 성능이 저하되는 경우 배터리모듈(111)을 대체하여 충방전이 이루어질 수 있도록 한다. 상기 임시모듈(115)은 상기 작동조절부(12)에 의해 그 작동이 조절되도록 할 수 있으며, 일정 성능 이상의 배터리모듈이 장착되도록 할 수 있다. 상기 임시모듈(115)은 배터리유닛(11)의 작동 초기에는 충방전되지 않도록 하며 배터리유닛(11) 중 어느 하나에 성능 저하가 발생하는 경우 작동이 개시되도록 하고, 작동이 개시된 후에는 배터리모듈(111)과 동일하게 성능 저하가 진단되어 충방전이 조절될 수 있도록 한다.

상기 작동조절부(12)는 상기 배터리유닛(11)의 작동을 조절하는 구성으로, 상기 배터리모듈(111) 및 임시모듈(115)에 대한 충방전을 조절할 수 있도록 한다. 상기 작동조절부(12)는 배터리모듈(111)에 성능 저하가 발생하는 경우 임시모듈(115)로 대체하여 충방전이 이루어지도록 하며, 임시모듈(115)의 작동 후에는 전체 배터리모듈(111) 및 임시모듈(115)에 대해 성능을 감시하여 충방전이 조절될 수 있도록 한다. 상기 작동조절부(12)는 상기 모듈감시부(13)에 의해 감시되는 배터리모듈(111)의 전압, 전류의 강하에 따라 배터리모듈(111) 등의 이상을 감시하도록 하며, 일정 정도 이상의 성능 저하가 발생하는 경우 성능 저하가 발생한 배터리모듈(111)을 대체하여 임시모듈(115)을 통해 충방전이 이루어지도록 할 수 있다.

상기 모듈감시부(13)는 배터리모듈(111)의 상태를 감시하는 구성으로, 각 배터리모듈(111)에 대해 충방전되는 전압 또는 전류값을 감시하도록 할 수 있다. 특히, 상기 모듈감시부(13)는 배터리모듈(111)의 이상 발생을 감지할 뿐만 아니라, 이상이 발생하기 전이라도 이상 발생이 예측되는 시점을 미리 인지할 수 있도록 하고, 이상 발생이 예측되기 전이라도 성능의 저하를 감지할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 모듈감시부(13)은 배터리모듈(111)에 대한 감시가 효과적으로 이루어지도록 하면서 배터리모듈(111)의 성능 저하에 따라 작동조절부(12)의 작동이 조절되도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈감시부(13)는 이상감지부(131), 이상예측부(132), 성능저하감지부(133)를 포함할 수 있다.

상기 이상감지부(131)는 배터리모듈(111)의 이상 발생을 감지하는 구성으로, 상기 센서모듈(114)에 의해 측정되는 전압 또는 전류값이 이상 발생 범위에 도달하는 경우 이상을 감지하여 이를 알릴 수 있도록 한다. 따라서, 상기 이상감지부(131)는 전압 또는 전류값의 상한과 하한을 설정하여 상한을 초과하거나 하한 미만인 경우 이상 발생으로 감지하도록 할 수 있다.

상기 이상예측부(132)는 상기 이상감지부(131)에 의해 이상 발생이 감지되지는 않더라도 이상 발생이 예상되는 시점을 예측할 수 있도록 하는 구성으로, 전류값 또는 전압값이 이상 발생 범위에 도달하지는 않았으나 이상 발생 범위와 인접한 위험범위에서 일정 시간 이상 지속되는 경우 이상 발생이 예상되는 시점을 예측하여 제공하도록 한다. 상기 이상예측부(132)는 이상 발생 시점의 예측을 위해 전류 또는 전압값의 정상값과의 오차와 그 지속시간에 따라 이상지수를 산출하도록 하며 산출된 이상지수에 따라 이상 발생 예상시점을 예측할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 이상예측부(132)는 오차산출모듈(132a), 지속시간계측모듈(132b), 이상지수산출모듈(132c), 이상예측알림모듈(132d)을 포함할 수 있다.

상기 오차산출모듈(132a)은 각 배터리모듈(111)에 대해 전류 또는 전압값의 정상값과의 오차를 산출하도록 한다. 각 배터리모듈(111)은 서로 사양 및 노화정도가 상이하여 전류 또는 전압값이 상이하므로 각각 다른 기준을 갖도록 할 수 있으며, 설정된 정상 전류 또는 전압값과의 오차를 산출하도록 한다. 상기 오차산출모듈(132a)은 전류 또는 전압값이 위험범위에서 일정 시간 이상 유지되는 경우 오차를 산출하도록 할 수 있으며, 여기서 위험 범위라 함은 이상 발생 범위와 인접한 전류 또는 전압 범위로 이상이 발생할 가능성이 있는 범위를 의미한다.

상기 지속시간계측모듈(132b)은 전류 또는 전압값이 위험범위에서 일정 시간 이상 유지되는 경우 그 지속시간을 측정하는 구성으로, 상기 오차산출모듈(132a)에서 산출된 오차와 지속시간을 이용하여 이상지수를 산출할 수 있도록 한다.

상기 이상지수산출모듈(132c)은 상기 오차산출모듈(132a)에서 산출된 전류 또는 전압값의 정상값과의 오차와 지속시간계측모듈(132b)에서 측정되는 그 지속시간에 따라 이상지수를 산출하는 구성으로, 오차와 지속시간을 곱하여 이상지수를 산출하도록 할 수 있다. 따라서, 상기 이상지수산출모듈(132c)은 오차가 클수록 지속시간일 길수록 높은 이상지수를 산출하게 되며, 이상지수가 높을수록 빠른 시일 내에 이상이 발생할 위험이 높다는 것을 의미하게 된다.

상기 이상예측알림모듈(132d)은 상기 이상지수산출모듈(132c)에 의해 산출되는 이상지수에 따라 이상이 발생할 위험이 높은 시점에 관한 정보를 제공하는 구성으로, 이상지수에 따라 이상이 발생할 가능성이 높은 시점을 미리 설정하여 두고 이에 따라 정보의 제공이 이루어질 수 있도록 한다. 이상지수에 따른 시점 정보는 실험적 또는 과거 데이터를 기반으로 설정될 수 있으며, 예를 들어 이상지수를 10개의 구간으로 나누어 가장 높은 1구간일 경우에는 10일 내, 2구간일 경우에는 20일 내 등 이상지수의 각 구간에 따라 이상이 발생할 위험이 높은 시점을 예측하여 제공할 수 있도록 한다.

상기 성능저하감지부(133)는 상기 이상감지부(131)에 의해 이상의 발생이 감지되거나 상기 이상예측부(132)에 의해 이상 발생 위험 시점이 예측되지는 않았으나 전류 또는 전압값의 변화율이 일정값을 초과하여 일정시간 이상 지속되는 경우 배터리모듈(111)의 성능이 저하되고 있음을 감지하여 이를 경보할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 성능저하감지부(133)는 변화율산출모듈(133a), 변화율비교모듈(133b), 시간측정모듈(133c), 성능저하알림모듈(133d)을 포함할 수 있다.

상기 변화율산출모듈(133a)은 전류 또는 전압값의 변화율을 산출하는 구성으로, 일정시간 간격으로 전류 또는 전압값의 변화 정도를 산출하도록 한다.

상기 변화율비교모듈(133b)은 상기 변화율산출모듈(133a)에 의해 산출된 변화율을 설정된 임계값과 비교하는 구성으로, 변화율이 임계값을 초과하는 경우, 즉 전류 또는 전압값이 급격하게 감소하거나 증가하는 경우 그 지속시간을 측정할 수 있도록 한다.

상기 시간측정모듈(133c)은 상기 변화율비교모듈(133b)에서 전류 또는 전압값의 변화율이 임계값을 초과하는 것으로 판단된 경우 그 지속시간을 측정하도록 한다.

상기 성능저하알림모듈(133d)은 전류 또는 전압값의 변화율이 임계값을 초과하는 상태가 일정 시간 이상 계속되는 경우 배터리모듈(111)의 성능이 저하되고 있는 것으로 판단하여 이를 사용자에게 알릴 수 있도록 한다. 따라서, 상기 성능저하알림모듈(133d)은 이상이 발생하거나 이상 위험이 예측되기 전에도 배터리모듈(111)의 성능저하를 감지하여 이를 알릴 수 있도록 함으로써, 특정 배터리모듈(111)을 교체하거나 수리하는 등의 방식으로 신속하고 효율적인 관리가 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 재사용 배터리를 활용한 배터리유닛장치를 포함하는 독립형 태양광 가로등 시스템을 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 상기 독립형 태양광 가로등 시스템은 배터리유닛장치(1)와, 상기 배터리유닛장치(1)에 의해 전력을 공급받아 점등되며, 태양광모듈(31)에 의해 전력을 생산하여 배터리유닛장치(1)를 충전시키는 가로등(3)과; 복수의 가로등(3)에 설치된 배터리유닛장치(1)의 작동 정보를 수집하여 분석하는 모니터링서버(5);를 포함한다.

본 발명에 따른 독립형 태양광 가로등 시스템은 가로등(3)이 상기 배터리유닛장치(1)에 의해 전력을 공급받도록 하면서, 배터리유닛장치(1)는 태양광모듈(31)을 통해 생산되는 전력에 의해 충전되도록 한다. 특히, 상기 독립형 태양광 가로등 시스템은 복수의 가로등(3)에 설치된 배터리유닛장치(1)의 작동에 관한 정보를 수집하도록 하고, 이를 이용하여 배터리유닛장치(1)에 포함된 배터리모듈(111)의 조합에 따른 성능을 분석할 수 있도록 한다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 배터리모듈(111)은 재사용되는 폐배터리모듈(B)을 이용한 것으로, 사양 및 노화정도가 상이하여 그 조합과 작동조절이 무엇보다 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 배터리유닛장치(1) 자체적으로 배터리모듈(111)의 작동을 조절하면서도 모니터링서버(5)를 통해 배터리모듈(111)의 조합에 따른 성능을 분석하도록 하고, 이를 배터리유닛장치(1)의 제작에 이용할 수 있도록 한다. 특히, 가로등(3)은 설정된 값에 따라 규칙적인 작동이 이루어지므로 배터리모듈(111)의 성능을 분석하기에 적합하며, 배터리모듈(111)의 다양한 변수와 성능저하의 상관관계를 분석하여 배터리모듈(111)의 조합에 따른 성능을 비교하도록 할 수 있다.

상기 배터리유닛장치(1)는 상술한 바와 같이 배터리유닛(11), 작동조절부(12), 모듈감시부(13)를 포함하며, 이에 추가적으로 IoT통신부(14)를 포함하도록 한다.

상기 IoT통신부(14)는 배터리유닛장치(1)의 작동정보를 수집하여 모니터링서버(5)로 전송하는 구성으로, 일 예로 LoRa 통신 등의 IoT 전용 통신 모듈을 통해 전송하도록 할 수 있다. 특히, 상기 IoT통신부(14)는 배터리모듈(111)의 전압, 전류, 온도 등의 데이터를 수집하여 전송하도록 하면서 데이터 종류에 따라 오류 데이터를 제거하여 전송하도록 함으로써 막대한 양의 데이터 송수신에 따른 통신 부하를 줄이고 신속하고 정확한 데이터의 전송이 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 IoT통신부(14)는 데이터수집모듈(141), 데이터전처리모듈(142), 데이터전송모듈(143)을 포함할 수 있다.

상기 데이터수집모듈(141)은 배터리유닛장치(1)의 작동에 관한 정보를 수집하는 구성으로, 배터리모듈(111)에 대한 충방전정보, 센서모듈(114)에 의해 측정되는 전압, 전류 등의 정보, 온도정보, 완충전압정보 및 충전량 정보 등을 수집하여 전송하도록 할 수 있다.

상기 데이터전처리모듈(142)은 수집된 데이터에서 오류데이터를 제거하는 구성으로, 데이터의 종류에 따라 구분하여 데이터종류에 따른 기준값에 근거하여 노이즈 등이 필터링될 수 있도록 한다.

상기 데이터분류모듈(142a)은 수집된 데이터를 분류하는 구성으로, 전압, 전류, 온도 등 데이터의 종류에 따라 구분하여 기준값을 구하고 오류가 제거될 수 있도록 한다.

상기 기준연산모듈(142b)은 데이터 종류에 따라 노이즈 등을 제거하는데 기준이 되는 기준값, 즉 최대값, 최소값, 평균값 등을 지정하는 구성이다. 상기 기준연산모듈(142b)은 전압, 전류, 온도 등의 데이터 종류에 따라 최대값, 최소값을 지정하여 이를 벗어나는 데이터의 경우 유효하지 않은 데이터로 제거하도록 할 수 있으며, 평균값을 기준으로 편차범위를 설정하여 이를 과도하게 벗어나는 데이터에 대해서는 오류 데이터로 제거하도록 할 수 있다.

상기 필터링모듈(142c)은 상기 기준연산모듈(142b)을 통해 지정된 기준데이터를 기준으로 하여 수집된 데이터에서 오류 데이터를 제거하도록 한다.

상기 기준갱신모듈(142d)은 상기 기준연산모듈(142b)에 의해 지정된 기준데이터를 그 이후에 측정되는 일정 주기별 데이터에 따라 수정, 업데이트하는 구성으로, 다양한 작동 환경에 따른 변화를 반영하여 기준값이 갱신될 수 있도록 한다.

상기 가로등(3)은 복수의 지점에 설치되어 빛을 밝히는 구성으로, 상기 배터리유닛장치(1)가 장착되어 배터리유닛장치(1)로부터 전력을 공급받아 작동하도록 한다. 또한, 상기 가로등(3)은 태양 에너지에 의해 전기를 생산하는 태양광모듈(31)을 포함하여 배터리유닛장치(1)를 충전하도록 할 수 있으며, 이를 통해 독립적인 작동이 가능하도록 한다. 또한, 상기 가로등(3)의 작동 정보는 모니터링서버(5)로 전송되어 배터리유닛장치(1)의 작동 정보와 함께 배터리유닛장치(1)를 분석하는데 사용되도록 할 수 있다. 상기 가로등(3)은 설정된 시간에 따라 규칙적으로 작동하며 조도에 따라 자동제어가 이루어지므로, 이러한 동작시간, 전력사용정보 등을 모니터링서버(5)로 전송하도록 할 수 있다.

상기 모니터링서버(5)는 복수의 가로등(3)에 설치된 배터리유닛장치(1)의 작동 정보를 수집하여 분석하는 구성으로, 배터리모듈(111)의 조합에 따른 성능을 분석하는 조합성능분석부(51)를 포함하도록 할 수 있다.

상기 조합성능분석부(51)는 배터리유닛장치(1)와 가로등(3)의 작동 정보를 수집하여 배터리모듈(111)의 조합에 따른 성능을 분석하는 구성으로, 배터리유닛장치(1)의 성능에 영향을 미치는 배터리모듈(111)의 총충전전력량, 완충전압과 이들의 저하율에 대한 평균값, 표준편차와 일정 평균 저하율까지의 도달시간과의 상관관계를 분석하도록 하며, 이를 새로운 배터리모듈(111)의 조합에 이용할 수 있도록 한다. 또한, 상기 조합성능분석부(51)는 정확한 분석을 위해 일정 저하율까지의 도달시간을 각 가로등(3)의 동작정보에 따라 가공하도록 한다. 이를 위해, 상기 조합성능분석부(51)는 초기정보입력모듈(511), 저하기준도달정보수신모듈(512), 정보가공모듈(513), 상관분석모듈(514), 조합지수산출모듈(515)을 포함할 수 있다.

상기 초기정보입력모듈(511)은 배터리모듈(111)의 조합과 일정 저하율까지의 도달시간과의 상관관계 분석을 위해 일정 저하율까지의 도달시간에 영향을 미칠 수 있는 각 배터리모듈(111)의 총충전전력량, 완충전압, 총충전전력량 및 완충전압의 저하율의 평균값과 표준편차를 초기정보로 입력하도록 한다. 이를 위해, 상기 초기정보입력모듈(511)은 총충전전력량정보입력모듈(511a), 완충전압입력모듈(511b), 전력량저하율정보입력모듈(511c), 전압저하율정보입력모듈(511d)을 통해 총충전전력량, 완충전압, 총충전전력량 및 완충전압의 저하율 정보를 입력받도록 할 수 있으며, 상기 총충전전력량정보입력모듈(511a), 완충전압입력모듈(511b), 전력량저하율정보입력모듈(511c), 전압저하율정보입력모듈(511d)은 상기 배터리유닛장치(1)에 대해 별도로 시험되는 정보를 수신하여 입력되도록 할 수 있다. 또한, 상기 초기정보입력모듈(511)은 상기 총충전전력량정보입력모듈(511a), 완충전압입력모듈(511b), 전력량저하율정보입력모듈(511c), 전압저하율정보입력모듈(511d)을 통해 입력된 각 배터리모듈(111)의 현재 총충전전력량, 완충전압, 총충전전력량 및 완충전압의 저하율 정보를 이용하여 평균값산출모듈(511e), 표준편차산출모듈(511f)에 의해 총충전전력량, 완충전압, 총충전전력량 및 완충전압의 저하율에 대한 평균값 및 표준편차를 산출하도록 하며, 산출된 총충전전력량, 완충전압, 총충전전력량 및 완충전압의 저하율에 대한 평균값 및 표준편차를 초기정보로 입력하도록 한다.

상기 저하기준도달정보수신모듈(512)은 특정 가로등(3)에 설치된 배터리유닛장치(1)로부터 배터리모듈(111)들의 완충전압 또는 총충전전력량의 저하율이 설정된 값에 도달하는 정보를 수신하는 구성으로, 완충전압 또는 총충전전력량의 저하율 중 하나의 정보를 기준값으로 설정하도록 할 수 있으며, 일 예로 30%의 저하율에 도달되는 정보를 수신하여 사용개시시점부터 저하율 도달 시점까지의 시간을 산출하도록 할 수 있다.

상기 정보가공모듈(513)은 상기 저하기준도달정보수신모듈(512)에 의해 산출된 일정 저하율까지의 도달 시간에 관한 정보를 가공하는 구성으로, 가로등(3)의 동작시간, 동작전력, 주변 온도 등에 따라 가공이 이루어지도록 할 수 있다. 각 가로등은 그 작동시간과 작동전력, 주변온도가 상이하고, 이에 따라 배터리모듈(111)의 사용정도도 상이하게 되므로, 일정 저하율까지의 도달시간을 작동시간, 작동전력, 주변온도에 따라 가공하도록 함으로써 정확한 상관관계의 분석이 가능하도록 한다. 일 예로, 상기 정보가공모듈(513)은 작동시간과 작동전력을 곱하여 총 사용한 전력량을 산출하고, 일정 저하율까지의 도달시간을 총 사용 전력량으로 나누어 일정 저하율 도달시점에 관한 정보가 동일한 조건에서 비교가 이루어질 수 있도록 하며, 온도 범위에 따른 구간을 나누어 온도가 낮을수록 저하율까지의 도달시간에 가중치를 곱하도록 할 수 있다.

상기 상관분석모듈(514)은 상기 초기정보입력모듈(511)에 의해 입력된 총충전전력량, 완충전압, 총충전전력량 및 완충전압의 저하율 각각의 평균값 및 표준편차와 상기 정보가공모듈(513)에 의해 가공된 일정 저하율까지의 도달시간의 상관관계를 분석하는 구성으로, 인공신경망 등과 같은 머신러닝 등의 빅데이터 분석 방식을 통해 상관관계식을 도출해낼 수 있도록 한다. 따라서, 상기 상관분석모듈(514)은 배터리유닛장치(1)가 설치된 가로등(3)의 계속적인 사용에 따라 점차 정확한 상관관계를 분석할 수 있으며, 도출된 상관관계를 통해 새롭게 생산되는 배터리유닛장치(1)에 대해 배터리모듈(111)의 조합에 따른 조합지수를 산출하여 제공하도록 함으로써 최적의 성능을 나타낼 수 있는 배터리모듈(111) 간의 조합을 찾을 수 있도록 한다.

상기 조합지수산출모듈(515)은 상기 상관분석모듈(514)에 의해 도출된 상관관계식을 이용하여 새로운 배터리유닛장치(1)의 생산에 사용될 수 있는 배터리모듈(111)의 조합에 따른 조합지수를 산출하는 구성으로, 여기서 조합지수라 함은 배터리모듈(111)의 조합에 따른 성능을 의미하며, 상관관계식에 따라 산출되는 일정 저하율까지의 도달시간이 길수록 높은 조합지수를 갖는 것으로 해석될 수 있다. 따라서, 상기 조합지수산출모듈(515)은 새로운 배터리유닛장치(1)에 대한 총충전전력량, 완충전압, 총충전전력량 및 완충전압의 저하율에 대한 초기정보를 상기 상관분석모듈(514)에 의해 산출된 상관관계식에 입력하여 일정 저하율에 대한 도달시간을 출력하도록 한다. 따라서, 상기 조합지수산출모듈(515)은 이렇게 출력된 일정 저하율에 대한 도달시간이 길수록 높은 조합지수를 갖도록 할 수 있으며, 미리 설정된 구간에 따른 조합지수를 산출하도록 할 수 있고, 조합지수가 높은 배터리모듈(111)의 조합을 찾거나 일정 조합지수가 넘는 배터리유닛장치(1)만을 생산하도록 하여 배터리유닛장치(1)의 성능을 향상시키도록 할 수 있다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 배터리유닛장치
11: 배터리유닛 111: 배터리모듈 112: 충전모듈
113: 방전모듈 114: 센서모듈 115: 임시모듈
12: 작동조절부 13: 모듈감시부 131: 이상감지부
132: 이상예측부 132a: 오차산출모듈 132b: 지속시간계측모듈
132c: 이상지수산출모듈 132d: 이상예측알림모듈 133: 성능저하감지부
133a: 변화율산출모듈 133b: 변화율비교모듈 133c: 시간측정모듈
133d: 성능저하알림모듈 14: IoT통신부 141: 데이터수집모듈
142: 데이터전처리모듈 142a: 데이터분류모듈 142b: 기준연산모듈
142c: 필터링모듈 142d: 기준갱신모듈 143: 데이터전송모듈
3: 가로등 31: 태양광모듈
5: 모니터링서버
51: 조합성능분석부 511: 초기정보입력모듈
511a: 총충전전력량정보입력모듈 511b: 완충전압입력모듈
511c: 전력량저하율정보입력모듈 511d: 전압저하율정보입력모듈
511e: 평균값산출모듈 511f: 표준편차산출모듈
512: 저하기준도달정보수신모듈 513: 정보가공모듈
514: 상관분석모듈 515: 조합지수산출모듈

Claims (7)

1. 복수의 재사용되는 배터리모듈에 의해 전력을 저장하고 공급하는 배터리유닛장치와; 상기 배터리유닛장치에 의해 전력을 공급받아 점등되는 가로등과; 복수의 가로등에 설치된 배터리유닛장치의 작동 정보를 수집하여 분석하는 모니터링서버;를 포함하고,
   상기 가로등은,
   태양 에너지에 의해 전력을 생산하여 배터리유닛장치를 충전시키는 태양광모듈을 포함하며,
   상기 모니터링서버는,
   배터리유닛장치의 작동 정보를 이용하여 배터리모듈의 조합에 따른 성능을 분석하는 조합성능분석부를 포함하고,
   상기 조합성능분석부는,
   성능 분석의 초기값을 입력하는 초기정보입력모듈과, 배터리모듈 각각의 총충전전력량 또는 전압 저하율 평균이 설정된 값에 도달하는 시간정보를 수신하는 저하기준도달정보수신모듈과, 저하기준도달정보수신모듈에 의해 수시된 시간정보를 가로등의 동작시간, 동작전력, 주변온도에 따라 가공하는 정보가공모듈과, 상기 초기정보입력모듈에 의해 입력된 초기정보와 정보가공모듈에 의해 가공된 시간정보의 상관관계를 분석하는 상관분석모듈과, 분석된 상관관계에 따라 배터리모듈의 조합에 따른 성능지수를 산출하여 제공하는 조합지수산출모듈을 포함하며,
   상기 초기정보입력모듈은,
   각 배터리모듈의 총충전전력량, 완충전압, 전력량저하율, 전압저하율정보의 평균값과, 총충전전력량, 완충전압, 전력량저하율, 전압저하율의 각 배터리모듈 간의 표준편차를 초기정보로 입력하도록 하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 가로등 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리유닛장치는
   배터리유닛장치에 관한 작동정보를 IoT 통신망을 이용하여 모니터링서버로 전송하는 IoT통신부를 포함하고,
   상기 IoT통신부는 충방전전압, 전류, 온도 등에 관한 정보를 수집하는 데이터수집모듈과, 수집된 데이터에서 오류 정보를 필터링하여 정제된 데이터만 모니터링서버로 전송하는 데이터전처리모듈과, 전처리된 데이터를 모니터링서버로 전송하는 데이터전송모듈을 포함하며,
   상기 데이터전처리모듈은,
   데이터의 종류를 분류하는 데이터분류모듈과, 데이터 종류에 따라 최대값, 최소값, 평균값을 연산하여 지정하는 기준연산모듈과, 지정된 기준에 따라 오류데이터를 제거하는 필터링모듈과, 일정 주기별로 기준값을 수정하는 기준갱신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 가로등 시스템.
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