KR102443460B1 - 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 에너지 저장 시스템은 교류/직류 변환부(10)와, 배터리(B)와, 승압부(20)와, 직류/교류 변환부(30)와, 전력제어부(40)와, 한 단자가 상용교류전원(Vac)이 공급되는 공급단자(ACP)에 연결된 인덕터(L)와, 한 단자가 인덕터(L)의 다른 단자와 연결되고, 다른 단자가 입출력단자(IOP)에 연결된 스위칭부(SW)와, 인덕터(L)에 흐르는 인덕터전류(IL)와 사용자에 의해 정해지는 복전제한전류(Iref)를 비교하는 전류판단부(50)와, 전류판단부(50)에서 인덕터전류(IL)가 복전제한전류(Iref) 보다 작으면 활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하여 스위칭부(SW)를 온시키고, 인덕터전류(IL)가 복전제한전류(Iref)와 동일하면 비활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하여 스위칭부(SW)를 오프시키고, 스위칭제어신호(SWC)가 비활성화된 이후 사용자에 의해 정해지는 기준시간(Tref)이 경과되면 스위칭제어신호(SWC)를 활성화시켜 스위칭부(SW)를 온시키는 스위칭제어부(60)로 구성된다.

Description

에너지 저장 시스템{Energy Storage System}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 가정으로 인입되는 계통전원인 상용교류전원이 정전 후 복전시에 에너지 저장 시스템이 손상되는 것을 방지하여 부하에 끊임 없이 안정적으로 상용교류전원에 의한 계통의 교류 전력 및 배터리에 축적된 에너지에 의해 발생된 배터리 교류전력을 공급할 수 있고, 입출력단을 통해 상용교류전원이 배터리 충전을 위한 교류/직류 변환부에 공급되고, 동시에 배터리에 충전된 전력을 입출력단을 통해 부하에 공급되도록 하고 상용교류전원이 공급되는 공급단자인 콘센트에 에너지 저장 시스템의 전원플러그를 접속시켜 사용하므로 설치시 분전함에 대한 공사가 필요하지 않고, 설치가 용이한 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System :ESS)은 에너지를 저장하는 일종의 배터리로서, 스마트 그리드와 연계되어 태양광, 풍력 등 신재생에너지원에서 생산된 전력을 저장하거나 전기요금이 저렴한 시간대에 외부 계통 전력으로부터 전력을 공급받아 저장하고 전력 소비가 높은 시간대에 저장된 전력을 방전함으로써, 전력 공급자의 입장에서는 전력 운영의 효율성을 높이고 소비자의 입장에서는 저렴한 전기요금을 이용할 수 있게 기여하는 장치이다.
특히, 전력수요량이 초과에 의한 대규모 정전 사태가 발생한 경험을 토대로 전력량 부족에 따른 순환 정전에 대한 위험성이 증가하면서 야간과 같은 경부하시에 유휴 전력을 저장하였다가 주간과 같은 첨두부하시나 전력부족시에 사용함으로써, 부하평준화(Load Leveling)를 통한 첨두부하를 분산 할 수 있도록 에너지 저장 시스템에 대한 필요성이 높아지고 있다.
가정에서도 계통 교류 전력인 상용교류전원과 함께 전력부족이나, 정전시를 위해 이러한 에너지 저장 시스템을 사용하고 있다.
가정에서 사용하는 에너지 저장 시스템과 관련된 선행기술로는, 대한민국 등록특허공보 제10-1616982호 "가정용 스마트 에너지 저장 시스템"(공고일자 : 2016.04.29)가 개시되어 있다.
상기 선행기술인 가정용 스마트 에너지 저장 시스템은 상용교류전원에 의한 계통 전력이 정상적으로 공급되거나, 정전에 의해 상용교류전원이 차단된 경우에는 부하에 안정적으로 전원이 공급되나, 상용교류전원이 정전 후 복전될 때, 상용교류전원과 배터리에 저장된 에너지를 방전시켜 발생되는 교류 전원과는 신호 동기가 불일치하는 경우가 발생되고, 이로 인해 에너지 저장 시스템이 손상되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 상기 선행기술은 상용교류전원의 인입단은 배터리 충전을 위한 교류/직류 변환부의 입력부에 접속시켜야 하고, 배터리에 충전된 전력을 교류 전압으로 변환시키는 직류/교류 변환부의 출력단은 부하단자에 접속시켜야 하나, 부하단자는 가정 내에 마련된 분전함에 설치를 하여야 하므로, 계통 교류 전원에 에너지 저장 시스템을 장착하기 위해 분전함에 대한 설치 공사가 요구되므로, 설치가 쉽지 않은 문제점을 가지고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1616982호 "가정용 스마트 에너지 저장 시스템"(공고일자 : 2016.04.29)
본 발명의 목적은 가정으로 인입되는 계통전원인 상용교류전원이 정전 후 복전시에 에너지 저장 시스템이 손상되는 것을 방지하여 부하에 끊임 없이 안정적으로 상용교류전원에 의한 계통의 교류 전력 및 배터리에 축적된 에너지에 의해 발생된 배터리 교류전력을 공급할 수 있고, 입출력단을 통해 상용교류전원이 배터리 충전을 위한 교류/직류 변환부에 공급되고, 동시에 배터리에 충전된 전력을 입출력단을 통해 부하에 공급되도록 하고 상용교류전원이 공급되는 공급단자인 콘센트에 에너지 저장 시스템의 전원플러그를 접속시켜 사용하므로 설치시 분전함에 대한 공사가 필요하지 않고, 설치가 용이한 에너지 저장 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 에너지 저장 시스템은, 계통전원인 상용교류전원을 입출력단자로 입력받아 상용교류전원을 직류전원으로 변환하는 교류/직류 변환부; 상기 교류/직류 변환부에서 출력되는 직류전원을 충전하는 배터리; 상기 배터리에 충전된 직류전원을 승압시켜 승압직류전압을 출력하는 승압부; 상기 승압직류전압을 교류전원으로 변환하여 배터리 교류전력을 상기 입출력단자를 통해 부하에 공급하는 직류/교류 변환부; 상기 배터리가 충전이 이루어지도록 상기 교류/직류 변환부의 구동을 제어하고, 상기 배터리 교류전력을 상기 부하에 공급되게 상기 직류/교류 변환부의 구동을 제어하는 전력제어부; 한 단자가 상기 상용교류전원이 공급되는 공급단자에 연결된 인덕터; 한 단자가 상기 인덕터의 다른 단자와 연결되고, 다른 단자가 상기 입출력단자에 연결된 스위칭부; 상기 인덕터에 흐르는 인덕터전류와 사용자에 의해 정해지는 복전제한전류를 비교하는 전류판단부; 및
상기 계통전원이 정전이거나 첨두부하가 발생한 경우 상기 스위칭부를 온시키고, 상기 전류판단부에서 상기 인덕터전류가 상기 복전제한전류 보다 작으면 활성화된 스위칭제어신호를 출력하여 상기 스위칭부의 온상태를 유지시키고,
상기 인덕터전류가 상기 복전제한전류와 동일하면 비활성화된 스위칭제어신호를 출력하여 상기 스위칭부를 오프시키고, 상기 스위칭제어신호가 비활성화된 이후 사용자에 의해 정해지는 기준시간이 경과되면 상기 스위칭제어신호를 활성화시켜 상기 스위칭부를 온시키는 스위칭제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에너지 저장 시스템은 가정으로 인입되는 계통전원인 상용교류전원이 정전 후 복전시에 에너지 저장 시스템이 손상되는 것을 방지하여 부하에 끊임 없이 안정적으로 상용교류전원에 의한 계통의 교류 전력 및 배터리에 축적된 에너지에 의해 발생된 배터리 교류전력을 공급할 수 있고, 입출력단을 통해 상용교류전원이 배터리 충전을 위한 교류/직류 변환부에 공급되고, 동시에 배터리에 충전된 전력을 입출력단을 통해 부하에 공급되도록 하고 상용교류전원이 공급되는 공급단자인 콘센트에 에너지 저장 시스템의 전원플러그를 접속시켜 사용하므로 설치시 분전함에 대한 공사가 필요하지 않고, 간편하게 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 에너지 저장 시스템의 동작을 설명하기 위한 상용교류전원인덕터전류, 스위칭제어신호 및 부하공급전원에 대한 파형도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 에너지 저장 시스템을 상세히 설명하고자 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에너지 저장 시스템은, 계통전원인 상용교류전원(Vac)을 입출력단자(IOP)로 입력받아 상용교류전원을 직류전원으로 변환하는 교류/직류 변환부(10)와, 교류/직류 변환부(10)에서 출력되는 직류전원을 충전하는 배터리(B)와, 배터리(B)에 충전된 직류전원을 승압시켜 승압직류전압(DC)을 출력하는 승압부(20)와, 승압직류전압(DC)을 교류전원으로 변환하여 배터리 교류전력(Bac)을 입출력단자(IOP)를 통해 부하(70)에 공급하는 직류/교류 변환부(30)와, 배터리(B)가 충전이 이루어지도록 교류/직류 변환부(10)의 구동을 제어하고, 배터리 교류전력(Bac)을 부하(70)에 공급되게 직류/교류 변환부(30)의 구동을 제어하는 전력제어부(40)와, 한 단자가 상용교류전원(Vac)이 공급되는 공급단자(ACP)에 연결된 인덕터(L)와, 한 단자가 인덕터(L)의 다른 단자와 연결되고, 다른 단자가 입출력단자(IOP)에 연결된 스위칭부(SW)와, 인덕터(L)에 흐르는 인덕터전류(IL)와 사용자에 의해 정해지는 복전제한전류(Iref)를 비교하는 전류판단부(50)와,
상기 계통전원이 정전이거나 첨두부하가 발생한 경우 상기 스위칭부(SW)를 온시키고, 상기 전류판단부(50)에서 상기 인덕터전류(IL)가 상기 복전제한전류(Iref) 보다 작으면 활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하여 상기 스위칭부(SW)의 온상태를 유지시키고, 인덕터전류(IL)가 복전제한전류(Iref)와 동일하면 비활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하여 스위칭부(SW)를 오프시키고, 스위칭제어신호(SWC)가 비활성화된 이후 사용자에 의해 정해지는 기준시간(Tref)이 경과되면 스위칭제어신호(SWC)를 활성화시켜 스위칭부(SW)를 온시키는 스위칭제어부(60)로 구성된다.
또한, 상용교류전원(Vac)이 공급되는 공급단자(ACP)는 콘센트에 연결시키고, 인덕터(L)의 한 단자에는 전원플러그를 연결하여 전원플러그를 콘센트에 접속시킨다.
상기의 구성에 따른 본 발명의 에너지 저장 시스템의 동작은 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 교류/직류 변환부(10)와, 배터리(B)와, 승압부(20)와, 직류/교류 변환부(30)와, 전력제어부(40)는 에너지 저장 시스템의 일반적인 구성이다.
교류/직류 변환부(10)는 계통전원인 상용교류전원(Vac)이 공급되는 공급단자(ACP)로부터 입출력단자(IOP)를 통해 상용교류전원(Vac)을 입력받아 상용교류전원(Vac)을 배터리(B)의 충전전압에 대응되는 직류전원으로 변환하고, 배터리(B)에는 직류전원이 충전된다.
승압부(20)는 배터리(B)에 충전된 직류전원을 대략 400V 직류전압으로 승압시켜 승압직류전압(DC)을 출력한다.
직류/교류 변환부(30)는 승압직류전압(DC)을 교류전원으로 변환하여 배터리 교류전력(Bac)을 입출력단자(IOP)를 통해 부하(70)에 공급한다.
전력제어부(40)는 배터리(B)가 설정된 충전상태가 되게 교류/직류 변환부(10)의 구동을 제어하고, 배터리(B)에 축적된 에너지의 방전 조건이 되면 배터리 교류전력(Bac)을 부하(70)에 공급되게 직류/교류 변환부(30)의 구동을 제어한다.
방전 조건은 하루 중 첨두부하시에 대해 이용할 수 있도록 설정된 주간 시간대역이나, 정전시 등 다양하게 설정될 수 있다.
계통전원인 상용교류전원(Vac)이 정상적으로 공급되는 경우 상용교류전원(Vac)에 의해서 부하(70)가 구동되거나, 방전 조건일 경우 부하(70)는 상용교류전원(Vac)과 배터리 교류전력(Bac)에 의해서 구동된다.
상용교류전원(Vac)이 정상적으로 공급되다가 정전이 발생된 경우, 부하(70)는 배터리 교류전력(Bac)에 의해서만 구동된다.
상용교류전원(Vac)이 정상적으로 공급되거나 정전시 부하에 공급되는 최대 전류는 부하가 요구하는 필요 전력/220V 이므로, 가정의 경우 통상 부하가 요구하는 필요 전력은 최대 7KW를 초과되지 않는다고 가정하면 최대 전류는 7KW/220V=32A 이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 사용자에 의해 정해지는 복전제한전류(Iref)를 부하에 공급되는 최대 전류 보다 큰 값인 40A라고 설정하면, 상용교류전원(ac)이 정상적으로 공급되거나 정전시에는 전류판단부(50)에 의해 인덕터(L)에 흐르는 인덕터전류(IL)와 복전제한전류(Iref)를 비교하며, 이때 인덕터전류(IL)는 항상 복전제한전류(Iref) 보다 작은 값을 가지게 되므로, 스위칭제어부(60)는 활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하고, 활성화된 스위칭제어신호(SWC)에 의해 스위칭부(SW)는 온 상태에 있게 된다.
따라서, 상용교류전원(ac)이 정상적으로 공급되거나 정전시에는 스위칭부(SW)가 계속적으로 온 상태에 있으므로, 상용교류전원(ac)이 정상적으로 공급되는 경우에는 상용교류전원(Vac)에 의해서 부하(70)가 구동되거나, 방전 조건일 경우 부하(70)는 상용교류전원(Vac)과 배터리 교류전력(Bac)에 의해서 구동되고, 정전시에는 배터리 교류전력(Bac)은 입출력단자(IOP)를 통해 부하(70)에 공급되어 부하(70)는 구동된다.
상용교류전원(Vac)이 정전 후 복전시에는 입출력단자(IOP)를 통해 배터리 교류전력(Bac)도 공급단자(ACP)로 공급되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 복전시 상용교류전원(Vac)과 배터리 교류전력(Bac)의 위상차가 180도인 경우, 즉, 배터리 교류전력(Bac)의 교류전원은 ＋220V이고, 상용교류전원(Vac) －220V이면, 인덕터(L)에 의해 인덕터전류(IL)는 커지게 되며, 전류판단부(50)에 의해 인덕터전류(IL)가 증가하여 복전제한전류(Iref)와 동일한 값이 되면, 스위칭제어부(60)는 비활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하고, 비활성화된 스위칭제어신호(SWC)에 의해 스위칭부(SW)는 오프되어 인덕터전류(IL)는 0이 된다.
따라서, 복전시 인덕터(L)에 의해 인덕터전류(IL)가 서서히 증가하게 되면서, 인덕터전류(IL)가 복전제한전류(Iref)와 동일한 값이 되면 스위칭부(SW)가 오프되고, 스위칭부(SW)의 오프에 의해 공급단자(ACP)로는 배터리 교류전력(Bac)이 출력되지 못하므로 부하(70)에는 상용교류전원(Vac)만이 공급된다.
따라서, 복전시 상용교류전원(Vac)과 배터리 교류전력(Bac)의 위상 차이에 의해 발생되는 에너지 저장 시스템이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 부하(70)는 상용교류전원(Vac)에 의해 정상적으로 구동된다.
스위칭제어부(60)는 복전에 의해 스위칭제어신호(SWC)가 비활성화된 이후 사용자에 의해 정해지는 기준시간(Tref), 대략 3초 정도 경과되면 활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하여 스위칭부(SW)는 온되어 에너지 저장 시스템은 정상 동작을 한다.
따라서, 본 발명은 복전시에도 부하(70)에 끊임 없이 안정적으로 상용교류전원에 의한 계통의 교류전력 및 배터리에 축적된 에너지에 의해 발생된 배터리 교류전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 입출력단(IOP)을 통해 상용교류전원(Vac)이 배터리 충전을 위한 교류/직류 변환부(10)에 공급되고, 동시에 배터리(B)에 충전된 배터리 교류전력(Bac)을 입출력단(IOP)을 통해 부하에 공급되도록 하고, 상용교류전원(Vac)이 공급되는 공급단자(ACP)는 콘센트를 통해 연결되고, 에 에너지 저장 시스템의 전원플러그를 콘센트에 접속시켜 전원플러그를 통해 공급단자(ACP)와 인덕터(L)가 연결되도록 하여 에너지 저장 시스템을 설치하기 위해 종래와 같이 분전함에 대한 공사가 필요하지 않고, 간편하게 설치할 수 있다.
10 : 교류/직류 변환부 20 : 승압부
30 : 직류/교류 변환부 40 : 전력제어부
50 : 전류판단부 60 : 스위칭제어부

Claims (2)

  1. 계통전원인 상용교류전원(Vac)을 입출력단자(IOP)로 입력받아 상용교류전원을 직류전원으로 변환하는 교류/직류 변환부(10);
    상기 교류/직류 변환부(10)에서 출력되는 직류전원을 충전하는 배터리(B);
    상기 배터리(B)에 충전된 직류전원을 승압시켜 승압직류전압(DC)을 출력하는 승압부(20);
    상기 승압직류전압(DC)을 교류전원으로 변환하여 배터리 교류전력(Bac)을 상기 입출력단자(IOP)를 통해 부하(70)에 공급하는 직류/교류 변환부(30);
    상기 배터리(B)가 충전이 이루어지도록 상기 교류/직류 변환부(10)의 구동을 제어하고, 상기 배터리 교류전력(Bac)을 상기 부하(70)에 공급되게 상기 직류/교류 변환부(30)의 구동을 제어하는 전력제어부(40);
    한 단자가 상기 상용교류전원(Vac)이 공급되는 공급단자(ACP)에 연결된 인덕터(L);
    한 단자가 상기 인덕터(L)의 다른 단자와 연결되고, 다른 단자가 상기 입출력단자(IOP)에 연결된 스위칭부(SW);
    상기 인덕터(L)에 흐르는 인덕터전류(IL)와 사용자에 의해 정해지는 복전제한전류(Iref)를 비교하는 전류판단부(50); 및
    상기 계통전원이 정전이거나 첨두부하가 발생한 경우 상기 스위칭부(SW)를 온시키고, 상기 전류판단부(50)에서 상기 인덕터전류(IL)가 상기 복전제한전류(Iref) 보다 작으면 활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하여 상기 스위칭부(SW)의 온상태를 유지시키고, 상기 인덕터전류(IL)가 상기 복전제한전류(Iref)와 동일하면 비활성화된 스위칭제어신호(SWC)를 출력하여 상기 스위칭부(SW)를 오프시키고, 상기 스위칭제어신호(SWC)가 비활성화된 이후 사용자에 의해 정해지는 기준시간(Tref)이 경과되면 상기 스위칭제어신호(SWC)를 활성화시켜 상기 스위칭부(SW)를 온시키는 스위칭제어부(60)를 구비한 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상용교류전원(Vac)이 공급되는 공급단자(ACP)는 콘센트에 연결시키고, 상기 인덕터(L)의 한 단자에는 전원플러그를 연결하여 상기 전원플러그를 상기 콘센트에 접속시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
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