KR102490047B1 - Home energy storage system using small redox flow battery which is convenient for installation and maintenance - Google Patents

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Abstract

본 발명은 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 심야전력용 전기온수설비를 대체하여 레독스 흐름 전지를 적용함으로써 소형 건물이나 가정에서 필요한 다양한 전력 수요에 대응 가능한 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 심야의 유휴 전력을 온수탱크에 열에너지 형태로 저장하여 사용하는 심야전력용 전기온수설비의 온수탱크를 비슷한 크기의 레독스 흐름 전지의 전해조로 대체하여 소형 건물이나 가정 등에서 급탕, 조명, 공조, 수송, 방재 등과 같은 다양한 전력 수요처에 곧바로 활용할 수 있으며, 가정에서 분산형 ESS를 활용 및 구축할 수 있다.
The present invention relates to a household energy storage system using a small redox flow battery that is easy to install and maintain, and more particularly, to a small building or home by applying a redox flow battery to replace an electric hot water facility for nighttime power It relates to a home energy storage system using a compact redox flow battery that is easy to install and maintain and can respond to various power demands.
According to the present invention, a household energy storage system using a small redox flow battery that is easy to install and maintain is a hot water tank of an electric hot water facility for late night power that stores and uses idle power in the form of thermal energy in a hot water tank at night. It can be directly used for various power demand sources such as hot water supply, lighting, air conditioning, transportation, disaster prevention, etc. in small buildings or homes by replacing redox flow batteries with electrolyzers, and distributed ESS can be utilized and built at home.

Figure R1020200165061
Figure R1020200165061

Description

설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템{Home energy storage system using small redox flow battery which is convenient for installation and maintenance}Home energy storage system using small redox flow battery which is convenient for installation and maintenance}

본 발명은 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 심야전력용 전기온수설비를 대체하여 레독스 흐름 전지를 적용함으로써 소형 건물이나 가정에서 필요한 다양한 전력 수요에 대응 가능한 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a household energy storage system using a small redox flow battery that is easy to install and maintain, and more particularly, to a small building or home by applying a redox flow battery to replace an electric hot water facility for nighttime power It relates to a home energy storage system using a compact redox flow battery that is easy to install and maintain and can respond to various power demands.

최근 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스 배출을 억제하기 위한 방법으로 태양광에너지나 풍력에너지 같은 재생에너지가 각광을 받고 있으며 이들의 실용화 보급을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. Recently, renewable energy such as solar energy or wind energy has been in the limelight as a method for suppressing greenhouse gas emissions, which is a major cause of global warming, and many studies are being conducted to commercialize and spread these.

그러나 이와 같은 재생에너지는 입지환경이나 자연조건에 의해 크게 영향을 받는다. 더욱이, 재생에너지는 출력 변동이 심하기 때문에 에너지를 연속적으로 고르게 공급할 수 없다는 단점이 있다.However, such renewable energy is greatly influenced by location environment and natural conditions. Moreover, renewable energy has a disadvantage in that energy cannot be continuously and evenly supplied because output fluctuations are severe.

따라서, 에너지의 출력을 고르게 하기 위해서 출력이 높을 때는 에너지를 저장하고 출력이 낮을 때는 저장된 에너지를 사용할 수 있는 저장장치의 개발이 중요시 되고 있으며, 이와 같은 대표적인 대용량 저장장치로는 납축전지, NaS 전지, 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery) 등이 있다. Therefore, in order to even out the energy output, it is important to develop a storage device that can store energy when the output is high and use the stored energy when the output is low. There is a redox flow battery and the like.

이들 중 납축전지는 다른 전지에 비해 상업적으로 널리 사용되고 있으나 낮은 효율 및 주기적인 교체로 인한 유지보수의 비용과 전지 교체시 발생하는 산업폐기물의 처리문제 등의 단점이 있다. Among them, lead-acid batteries are widely used commercially compared to other batteries, but have disadvantages such as low efficiency, maintenance costs due to periodic replacement, and problems in handling industrial waste generated during battery replacement.

그리고, NaS 전지의 경우 에너지효율이 높은 것이 장점이나 300℃이상의 고온에서 작동하는 단점이 있다. And, in the case of NaS battery, it has the advantage of high energy efficiency, but has the disadvantage of operating at a high temperature of 300 ° C. or more.

반면, 레독스 흐름전지는 유지 보수비용이 적고 상온에서 작동 가능하며 용량과 출력을 각기 독립적으로 설계할 수 있는 특징이 있기 때문에 최근 대용량 저장장치로의 많은 연구가 진행되고 있다.On the other hand, redox flow batteries have low maintenance costs, can be operated at room temperature, and have characteristics such that capacity and output can be designed independently, so a lot of research has recently been conducted as a mass storage device.

대한민국 공개특허 10-2020-0055311Republic of Korea Patent Publication 10-2020-0055311 대한민국 공개특허 10-2016-0059974Republic of Korea Patent Publication 10-2016-0059974 대한민국 공개특허 10-2015-0032354Republic of Korea Patent Publication 10-2015-0032354

본 발명은 산업용 대용량으로 사용되는 레독스 흐름 전지를 가정에서도 쉽게 설치 및 적용할 수 있도록 심야전력용 전기온수설비를 소형 레독스 흐름 전지로 대체하여 소형 건물이나 가정에서 필요한 다양한 전력 수요에 대응 가능한 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to easily install and apply the redox flow battery used in industrial capacity at home, the present invention replaces electric hot water facilities for late-night power with a small redox flow battery, so that it can respond to various power demands in small buildings or homes. And to provide a home energy storage system using a compact redox flow battery that is convenient for maintenance.

또한, 본 발명은 심야전력용 전기온수설비의 온수탱크를 비슷한 크기의 레독스 흐름 전지의 전해조로 대체하여 급탕, 조명, 공조, 수송, 방재 등과 같은 다양한 전력 수요처에 곧바로 활용할 수 있는 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention replaces the hot water tank of an electric hot water facility for nighttime power with an electrolytic cell of a redox flow battery of a similar size, so that it can be immediately used for various power demand such as hot water supply, lighting, air conditioning, transportation, disaster prevention, etc. Installation and maintenance The purpose is to provide a home energy storage system using a convenient small redox flow battery.

또한, 본 발명은 레독스 흐름 전지의 전해조를 별도의 기계장비를 이용하지 않고서도 쉽게 이동 및 설치 가능한 사이즈로 제작하여 설치 및 이동이 자유롭고 폭발이나 화재의 위험이 없이 가정 등에서 분산형 ESS를 활용 및 구축할 수 있는 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention manufactures the electrolyzer of the redox flow battery in a size that can be easily moved and installed without using separate mechanical equipment, so that it can be installed and moved freely, and there is no risk of explosion or fire. The purpose is to provide a home energy storage system using a compact redox flow battery that is easy to install and maintain.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 전력계통으로부터 가정으로 상용 교류전력이 인입되는 분전반과; 상기 분전반에 접속되어 교류전력을 직류전력으로 변환하여 출력하거나, 직류전력을 교류전력으로 변환하여 출력하는 양방향 전력변환모듈과; 가정 내에 설치되고, 상기 전력변환모듈에서 출력되는 직류전력을 공급받아 충전되거나, 충전된 직류전력이 상기 전력변환모듈로 방전되는 배터리유닛과; 상기 배터리유닛의 상태정보를 모니터링하는 배터리관리모듈과; 상기 배터리유닛의 상태정보를 수신하고, 수신된 상태정보를 기반으로 상기 배터리유닛의 상태를 진단하며, 상기 전력변환모듈 및 상기 배터리관리모듈의 동작을 각각 제어하는 에너지관리모듈;을 구비하고, 상기 배터리유닛은 제1전해액과 제2전해액이 각각 저장되는 제1전해조 및 제2전해조와, 상기 전력변환모듈에 접속되고 제1전해액과 제2전해액의 산화 환원 반응에 의해 충전 및 방전이 이루어지는 적어도 하나 이상의 전지셀을 포함하는 스택부와, 상기 스택부로 제1전해액과 제2전해액을 각각 공급하는 제1순환펌프 및 제2순환펌프를 포함하는 레독스 흐름 전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a household energy storage system using a compact redox flow battery, which is easy to install and maintain, according to an embodiment of the present invention includes a distribution board through which commercial AC power is introduced into a home from a power system; a bi-directional power conversion module that is connected to the distribution board and converts AC power into DC power and outputs it, or converts DC power into AC power and outputs it; a battery unit installed in a home, charged by receiving DC power output from the power conversion module, or discharging the charged DC power to the power conversion module; a battery management module for monitoring state information of the battery unit; An energy management module for receiving state information of the battery unit, diagnosing a state of the battery unit based on the received state information, and controlling operations of the power conversion module and the battery management module, respectively, The battery unit includes a first electrolytic cell and a second electrolytic cell in which a first electrolyte solution and a second electrolyte solution are respectively stored, and at least one connected to the power conversion module and charged and discharged by an oxidation-reduction reaction between the first electrolyte solution and the second electrolyte solution. It is characterized in that it includes a stack unit including the above battery cells, and a redox flow battery including a first circulation pump and a second circulation pump respectively supplying a first electrolyte solution and a second electrolyte solution to the stack unit.

상기 에너지관리모듈은 심야전력 요금이 적용되는 심야시간대가 되면 상용전력을 이용하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전시키고, 비심야시간대에는 상기 레독스 흐름 전지를 방전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The energy management module may control the redox flow battery to be charged using commercial power in the late-night time period to which the late-night electricity rate is applied, and to discharge the redox flow battery in the non-night time period.

본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 심야의 유휴 전력을 온수탱크에 열에너지 형태로 저장하여 사용하는 심야전력용 전기온수설비의 온수탱크를 비슷한 크기의 레독스 흐름 전지의 전해조로 대체하여 소형 건물이나 가정 등에서 급탕, 조명, 공조, 수송, 방재 등과 같은 다양한 전력 수요처에 곧바로 활용할 수 있다.According to the present invention, a household energy storage system using a small redox flow battery that is easy to install and maintain is a hot water tank of an electric hot water facility for late night power that stores and uses idle power in the form of thermal energy in a hot water tank at night. By replacing the redox flow battery of the electrolytic cell, it can be immediately used for various power demand sources such as hot water supply, lighting, air conditioning, transportation, and disaster prevention in small buildings or homes.

또한, 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 레독스 흐름 전지 시스템의 전해조를 별도의 기계장비를 이용하지 않고서도 쉽게 이동 및 설치 가능한 사이즈로 제작하여 설치 및 이동이 자유롭고 폭발이나 화재의 위험이 없이 가정 등에서 분산형 ESS를 활용 및 구축할 수 있다.In addition, the household energy storage system using a small redox flow battery that is easy to install and maintain according to the present invention is manufactured in a size that can be easily moved and installed without using separate mechanical equipment for the electrolyzer of the redox flow battery system Therefore, it is possible to use and build a distributed ESS at home, etc., without the risk of explosion or fire, and it is free to install and move.

또한, 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 일반 가정의 전력요금 절약 요구에 대응함으로써 심야전력을 완충, 배분하는 전력 균형 관리가 대형 ESS 구축으로부터 일반 가정으로 세분화되어 계통 배분이 가능진다.In addition, the household energy storage system using a small redox flow battery that is easy to install and maintain according to the present invention responds to the demand for saving electricity rates in general households, thereby reducing power balance management that buffers and distributes late-night power from the construction of a large ESS. It is subdivided into general households and system distribution is possible.

또한, 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 출력을 높이는 방식에 있어서 기존 스택부의 조합을 통해 비교적 손쉽게 가능하다.In addition, the household energy storage system using the compact redox flow battery, which is easy to install and maintain, according to the present invention can be relatively easily achieved through a combination of existing stack units in a method of increasing output.

도 1은 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템의 배터리유닛을 나타낸 사시도.
1 is a block diagram showing a household energy storage system using a compact redox flow battery that is easy to install and maintain according to the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing a battery unit of a household energy storage system using a compact redox flow battery that is convenient to install and maintain according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지가 구비된 가정용 에너지저장시스템에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a household energy storage system equipped with a compact redox flow battery that is easy to install and maintain according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지가 구비된 가정용 에너지저장시스템이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지가 구비된 가정용 에너지저장시스템은 분전반(10)과, 전력변환모듈(20)과, 배터리유닛(30)과, 배터리관리모듈(50)과, 에너지관리모듈(60)을 구비한다.1 to 3 show a household energy storage system equipped with a compact redox flow battery that is easy to install and maintain according to the present invention. 1 to 3, a household energy storage system equipped with a compact redox flow battery that is convenient for installation and maintenance according to the present invention includes a distribution panel 10, a power conversion module 20, and a battery unit 30 ), a battery management module 50, and an energy management module 60.

분전반(10)은 전력계통(7)으로부터 가정으로 상용 교류전력이 인입되는 부분으로 분전함과, 분전함에 설치되는 계량기(11) 및 계량기(11)에 접속되는 메인배선차단기와, 메인배선차단기에 접속되는 메인부스바, 메인부스바에 접속되는 복수의 서브부스바, 서브부스바에 일 측이 접속되고 타 측은 부하(L) 측에 접속되는 복수의 서브배선차단기를 포함하여 구성된다.The distribution panel 10 is a part where commercial AC power is introduced into the home from the power system 7, and is connected to a distribution box, a meter 11 installed in the distribution box, a main circuit breaker connected to the meter 11, and a main circuit breaker. It is configured to include a main busbar, a plurality of sub-busbars connected to the main busbar, and a plurality of sub-wire breakers having one side connected to the sub-busbar and the other side connected to the load (L) side.

전력변환모듈(20)은 분전반(10)의 서브배선차단기에 접속되어 상용전력으로부터 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 후술하는 배터리유닛(30)으로 출력하거나, 배터리유닛(30)으로부터 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하(L) 또는 상용전력계통으로 출력한다. 전력변환모듈(20)은 AC/DC 컨버터, DC/AC 인버터 및 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.The power conversion module 20 is connected to the sub-circuit breaker of the distribution panel 10 and converts AC power supplied from commercial power into DC power and outputs it to the battery unit 30 described later, or supplied from the battery unit 30. It converts DC power into AC power and outputs it to the load (L) or commercial power system. The power conversion module 20 may include an AC/DC converter, a DC/AC inverter, and a DC/DC converter.

배터리유닛(30)은 가정 내의 일정 공간부에 설치되고, 전력변환모듈(20)에서 출력되는 직류전력을 공급받아 충전되거나, 충전된 직류전력이 전력변환모듈(20)로 방전된다.The battery unit 30 is installed in a certain space in the home, and is charged by receiving DC power output from the power conversion module 20, or the charged DC power is discharged to the power conversion module 20.

배터리유닛(30)은 바나듐(Vanadium) 이온을 함유하고 있는 두 개의 전해액이 멤브레인 사이를 흐르면서 전하 교환이 이루어지는 방식으로 충전과 방전이 이루어지는 바나듐 레독스 흐름 전지(40)를 포함하여 구성할 수 있다.The battery unit 30 may include a vanadium redox flow battery 40 in which charging and discharging are performed by exchanging charges while two electrolytes containing vanadium ions flow between membranes.

레독스 흐름 전지(40)는 제1전해조(41) 및 제2전해조(42)와, 제1공급라인 및 제2공급라인과, 제1순환펌프(43) 및 제2순환펌프(44)와, 스택부(45)와, 제1회수라인 및 제2회수라인을 포함하여 구성된다.The redox flow battery 40 includes a first electrolysis tank 41 and a second electrolysis tank 42, a first supply line and a second supply line, a first circulation pump 43 and a second circulation pump 44 , a stack unit 45, and a first recovery line and a second recovery line.

제1전해조(41) 및 제2전해조(42)는 산업용으로 쓰이는 레독스 흐름 전지(40)의 전해액탱크보다 월등히 작은 크기로 제작하는 것이 바람직하다. 일 예로, 제1전해조(41) 및 제2전해조(42)는 가정에서 심야전력을 이용한 전기온수설비의 온수탱크와 대응되는 크기로 제작함으로써 설치 및 이동이 자유롭게 하는 것이 바람직하다.The first electrolytic bath 41 and the second electrolytic bath 42 are preferably manufactured in a much smaller size than the electrolyte tank of the redox flow battery 40 used for industrial purposes. For example, it is preferable that the first electrolytic tank 41 and the second electrolytic tank 42 be freely installed and moved by manufacturing them in a size corresponding to that of a hot water tank of an electric hot water facility using late-night power at home.

제1공급라인은 일 단이 제1전해조(41)에 연결되고 타 단이 스택부(45)에 연결되어 제1전해조(41)에 저장된 제1전해액을 스택부(45)에 공급한다. 제1공급라인에는 제1전해액을 펌핑하여 스택부(45)로 공급하는 제1순환펌프(43)가 설치된다.The first supply line has one end connected to the first electrolytic bath 41 and the other end connected to the stack unit 45 to supply the first electrolyte stored in the first electrolytic bath 41 to the stack unit 45 . A first circulation pump 43 for pumping and supplying the first electrolyte to the stack unit 45 is installed in the first supply line.

제2공급라인은 일 단이 제2전해조(42)에 연결되고 타 단이 스택부(45)에 연결되어 제2전해조(42)에 저장된 제2전해액을 스택부(45)에 공급한다. 제2공급라인에는 제2전해액을 펌핑하여 스택부(45)로 공급하는 제2순환펌프(44)가 설치된다.The second supply line has one end connected to the second electrolytic bath 42 and the other end connected to the stack unit 45 to supply the second electrolyte stored in the second electrolytic bath 42 to the stack unit 45 . A second circulation pump 44 for pumping and supplying the second electrolyte to the stack unit 45 is installed in the second supply line.

스택부(45)는 전력변환모듈(20)에 접속되며, 제1전해액과 제2전해액의 산화 환원 반응에 의해 충전 및 방전이 이루어지는 적어도 하나 이상의 전지셀을 포함하여 구성된다.The stack unit 45 is connected to the power conversion module 20 and includes at least one or more battery cells in which charging and discharging are performed by a redox reaction between the first electrolyte and the second electrolyte.

스택부(45)는 이온교환막(45A), 이온교환막(45A)의 서로 대향되는 양면에 각각 배치되는 제1전극판(46) 및 제2전극판(47), 제1전극판(46)과 제2전극판(47) 외측에 각각 배치되는 제1분리판 및 제2분리판과, 제1분리판과 제2분리판 외측에 각각 배치되며 제1전해액과 제2전해액이 흐를 수 있는 유로가 각각 형성된 제1유로프레임 및 제2유로프레임과, 제1유로프레임과 제2유로프레임 외측에 각각 배치되는 제1집전판 및 제2집전판, 제1집전판과 제2집전판 외측에 각각 배치되는 제1엔드플레이트(48) 및 제2엔드플레이트(49)를 포함하여 구성할 수 있다.The stack unit 45 includes an ion exchange membrane 45A, a first electrode plate 46, a second electrode plate 47, and a first electrode plate 46 disposed on opposite sides of the ion exchange membrane 45A, respectively. A first separator and a second separator disposed outside the second electrode plate 47, respectively, and a flow path disposed outside the first separator and the second separator and through which the first electrolyte and the second electrolyte could flow The first and second euro frames are respectively formed, the first and second collector plates are disposed outside the first and second euro frames, and the first and second collector plates are disposed outside the first and second collector plates, respectively. The first end plate 48 and the second end plate 49 may be included.

도면에 도시되어 있지 않지만, 제1분리판 및 제2분리판 각각은 메인레이어와, 제1커버레이어와, 제2커버레이어와, 복수의 지지체를 구비할 수 있다.Although not shown in the drawing, each of the first separator and the second separator may include a main layer, a first cover layer, a second cover layer, and a plurality of supports.

메인레이어는 기존 그라파이트 벌크 형태의 전극판을 대체하는 것으로서, 내부 공극이 형성된 카본 펠트로 형성되며, 일정 두께를 가지며 사각형으로 형성된다.The main layer replaces the existing graphite bulk electrode plate, and is formed of carbon felt with internal voids, has a certain thickness, and is formed in a rectangular shape.

제1커버레이어는 메인레이어의 서로 대향되는 양면 중에서 일 면에 열에 의해 압착 또는 열에 의해 접합되는 것으로, 전도성 수지로 형성된다. 제1커버레이어는 전도성 폴리에틸렌(PE)으로 형성될 수 있다.The first cover layer is bonded by heat compression or heat to one side of the opposite sides of the main layer, and is formed of a conductive resin. The first cover layer may be formed of conductive polyethylene (PE).

제2커버레이어는 메인레이어의 서로 대향되는 양면 중에서 제1커버레이어가 압착 또는 압착된 메인레이어의 타 면에 열에 의해 압착 또는 열에 의해 접합되고, 열가소성 수지로 형성된다. 제2커버레이어는 열가소성 폴리에틸렌(PE)으로 형성될 수 있다.The second cover layer is formed of a thermoplastic resin by being compressed or bonded by heat to the other surface of the main layer on which the first cover layer is pressed or pressed, among opposite sides of the main layer. The second cover layer may be formed of thermoplastic polyethylene (PE).

지지체는 제1커버레이어와 제2커버레이어 사이의 메인레이어 내부에 매설되며, 복수가 일정 간격 이격된 위치에 각각 매설된다. 지지체는 메인레이어 내부에 N×M 행렬 패턴 또는 지그재그 패턴으로 배열 및 매설된다.The support is buried inside the main layer between the first cover layer and the second cover layer, and a plurality of supports are buried at positions spaced apart from each other by a predetermined interval. Supports are arranged and buried in an N×M matrix pattern or zigzag pattern inside the main layer.

지지체는 폴리에틸렌(PE)으로 형성되고, 다각기둥 또는 원기둥 형태로 형성될 수 있으나, 본 실시 예에서는 원기둥 형태로 형성된 것을 적용하였다. 그리고, 지지체는 표면에는 폴리에텔에텔 케톤(PEEK)으로 코팅된 코팅층이 더 구비된다.The support is made of polyethylene (PE) and may be formed in a polygonal column or column shape, but in this embodiment, a column shape was applied. In addition, a coating layer coated with polyether ether ketone (PEEK) is further provided on the surface of the support.

지지체의 표면에 형성된 코팅층을 이루는 폴리에텔에텔 케톤(PEEK)은 고온에서 전기절연성 유전율 및 체적고유저항 등 전기적 특성이 우수하고, 고온 및 고압 조건에서 물성 변화없이 사용 가능하며, 일반적 열가소성 수지 가공 장비를 사용하여 쉽게 가공 가능하고, 준결정성 수지로 매우 광범위한 무기 및 유기 화학물질에서 탁월한 안정성을 보장한다. 또한, 광범위한 조건 아래서 윤활성이 매우 뛰어나며 오일 및 그리스의 공급이 없는 상태에서도 자기윤활성이 우수하고, 내마모성 탁월한 장점이 있다. 또한, 사출성형, 압출성형 및 파우터 코팅이 가능하며 대량제품은 물론 다품종 소량 제품생산에도 매우 유리하다.Polyether ether ketone (PEEK), which forms the coating layer formed on the surface of the support, has excellent electrical properties such as dielectric permittivity and volume resistivity at high temperatures, can be used without changing physical properties under high temperature and high pressure conditions, and can be used without general thermoplastic resin processing equipment. It is an easily processable, semi-crystalline resin that guarantees excellent stability in a wide range of inorganic and organic chemicals. In addition, it has excellent lubricity under a wide range of conditions, excellent self-lubrication even in the absence of oil and grease supply, and excellent wear resistance. In addition, injection molding, extrusion molding, and powder coating are possible, and it is very advantageous for mass production as well as various small-volume products.

지지체는 메인레이어의 두께방향 양측을 향하는 길이방향 양측 단부 및 양측 단부의 코팅층이 각각 제1커버레이어와 제2커버레이어 내측으로 일정 깊이 인입되어 열 융착 또는 열 압착 또는 열 접합되어 고정된다. 이와 다르게 지지체의 길이방향 양측 단부가 각각 제1커버레이어와 제2커버레이어의 표면에 열 융착 또는 열 압착 또는 열 접합되어 고정될 수도 있다.The support is fixed by heat-sealing, heat-compressing, or heat-sealing the coating layers at both ends in the longitudinal direction toward both sides in the thickness direction of the main layer and at both ends of the main layer by being drawn into the first cover layer and the second cover layer at a predetermined depth, respectively. Alternatively, both ends of the support in the longitudinal direction may be fixed to the surfaces of the first cover layer and the second cover layer by thermal fusion, thermal compression, or thermal bonding.

한편, 지지체의 내부에는 길이방향을 따라 중공부가 형성될 수 있고, 이 중공부 내부에는 앞서 설명한 코팅층을 이루는 PEEK로 이루어진 충전재를 충전하여 코어부를 형성할 수 있으며, 이 경우, 지지체는 중공부에 충전되는 코어부에 의해 내구성 및 강도가 한층 더 향상될 수 있다.On the other hand, a hollow part may be formed inside the support body along the longitudinal direction, and a core part may be formed by filling the inside of the hollow part with a filler made of PEEK constituting the coating layer described above. In this case, the support body is filled in the hollow part. Durability and strength can be further improved by the core part.

이와 같은 스택부(45)는 분리판에 전력 인출을 위한 케이블의 연결이 가능한 접속부를 형성함으로써 전력 인출 기능을 가지며, 기존의 레독스 흐름 전지의 스택 구조에서 집전체를 생략할 수 있으며, 케이블이 연결되는 접속부 표면에 DLC 코팅된 보호레이어를 형성하여 접속부의 내마모성 및 마찰 특성을 향상시킬 수 있다.Such a stack unit 45 has a power withdrawal function by forming a connection portion capable of connecting a cable for power withdrawal to a separator plate, and a current collector can be omitted from a stack structure of an existing redox flow battery, and a cable A DLC-coated protective layer may be formed on the surface of the connecting portion to be connected to improve wear resistance and friction characteristics of the connecting portion.

또한, 분리판의 카본 펠트 내부에 보강을 위한 지지체를 삽입 및 매설하여 수지 시트와 카본 펠트를 열 압착한 후 냉각 시에 분리판이 변형되거나 강도가 약해지거나 강도가 취약한 부분을 보강할 수 있고, 대면적으로 제조시에도 취급이 용이하고 변형이 없다.In addition, by inserting and embedding a support for reinforcement inside the carbon felt of the separator, the resin sheet and the carbon felt are thermally compressed, and then the separator is deformed or the strength is weakened or the strength is weakened during cooling. It is easy to handle and has no deformation even during manufacturing due to its size.

또한, 제1분리판 및 제2분리판이 열에 강한 PEEK 코팅층을 구비하는 지지체를 통해 메인레이어에 제1커버레이어 및 제2커버레이어를 열압착 또는 열접합시 발생하는 열을 견뎌 메인레이어가 일정 두께를 갖도록 메인레이어를 보강함으로써 지지체의 길이에 따라 다양한 두께 및 면적을 갖는 분리판을 제조할 수 있는 장점이 있다. In addition, the first and second separators withstand heat generated when the first and second cover layers are thermally compressed or thermally bonded to the main layer through a support having a PEEK coating layer resistant to heat, so that the main layer has a certain thickness. By reinforcing the main layer to have an advantage of manufacturing a separator having various thicknesses and areas along the length of the support.

즉, 서로 다른 길이의 지지체를 이용하여 서로 다른 두께의 분리판을 제조할 수 있고, 메인레이어를 카본 펠트로 형성하더라도 메인레이어 내부에 지지체가 삽입 매설되므로 메인레이어가 지지체에 의해 보강되어 그 형태를 지속적으로 유지할 수 있으며, 이를 통해 분리판을 대면적으로 제조할 수 있다.That is, separators having different thicknesses can be manufactured using supports of different lengths, and even if the main layer is formed of carbon felt, since the support is inserted and buried inside the main layer, the main layer is reinforced by the support and maintains its shape continuously. It can be maintained as, through which the separator can be manufactured in a large area.

배터리관리모듈(50)은 배터리유닛(30)의 상태정보를 모니터링 및 안전한 작동, 성능을 보장하기 위한 것으로서, 배터리유닛(30)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여 과열이나 과충전으로부터 보호한다.The battery management module 50 is for monitoring state information of the battery unit 30 and ensuring safe operation and performance, and protects the battery unit 30 from overheating or overcharging by monitoring the voltage, current, temperature, etc. of the battery unit 30 .

에너지관리모듈(60)은 시스템의 전반적인 제어를 담당하며, 세부적으로는 배터리유닛(30)의 상태정보를 수신하고, 수신된 상태정보를 기반으로 배터리유닛(30)의 상태를 진단하며, 전력변환모듈(20) 및 배터리관리모듈(50)의 동작을 각각 제어한다.The energy management module 60 is responsible for the overall control of the system, and in detail, receives state information of the battery unit 30, diagnoses the state of the battery unit 30 based on the received state information, and converts power. The operation of the module 20 and the battery management module 50 are respectively controlled.

에너지관리모듈(60)은 배터리유닛(30)의 최대충전량 및 최대방전량 설정, 충전시간대 및 방전시간대 설정, 전력변환모듈(20)의 동작을 설정할 수 있다.The energy management module 60 may set the maximum charge amount and maximum discharge amount of the battery unit 30 , charge time zone and discharge time zone setting, and set the operation of the power conversion module 20 .

에너지관리모듈(60)은 심야전력 요금이 적용되는 심야시간대가 되면 상용전력을 이용하여 레독스 흐름 전지(40)를 충전시키고, 비심야시간대에는 레독스 흐름 전지(40)를 방전시키도록 제어할 수 있다.The energy management module 60 controls the redox flow battery 40 to be charged using commercial power in the late-night time zone to which the late-night electricity rate is applied, and the redox flow battery 40 to be discharged in the non-night time zone. can

일 예로, 겨울철 심야시간대인 오후 23시부터 익일 오전 9시까지는 상용전력으로부터 전력을 공급받아 레독스 흐름 전지(40)에 공급하여 전해액을 환원시켜 전력을 저장하고, 비심야시간대에는 레독스 흐름 전지(40)의 전해액을 산화시켜 전력을 방전함으로써 비심야시간대에 상용전력을 이용하지 않고 자체 저장된 전력을 가정 내의 다양한 수요처에 공급할 수 있다.For example, from 23:00 pm to 9:00 am the next day, which is a late night time in winter, power is supplied from commercial power and supplied to the redox flow battery 40 to reduce the electrolyte and store power, and in non-night time, redox flow battery By discharging power by oxidizing the electrolyte of (40), self-stored power can be supplied to various consumers in the home without using commercial power during non-night time.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 심야의 유휴 전력을 온수탱크에 열에너지 형태로 저장하여 사용하는 심야전력용 전기온수설비의 온수탱크를 비슷한 크기의 레독스 흐름 전지의 전해조로 대체하여 소형 건물이나 가정 등에서 급탕, 조명, 공조, 수송, 방재 등과 같은 다양한 전력 수요처에 곧바로 활용할 수 있다.As described above, the household energy storage system using the compact redox flow battery, which is easy to install and maintain, according to the present invention stores the idle power at night in the form of thermal energy in a hot water tank and uses the hot water of the electric hot water facility for night power. By replacing the tank with an electrolytic cell of a similar size redox flow battery, it can be immediately used for various power demand sources such as hot water supply, lighting, air conditioning, transportation, and disaster prevention in small buildings or homes.

또한, 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 레독스 흐름 전지 시스템의 전해조를 별도의 기계장비를 이용하지 않고서도 쉽게 이동 및 설치 가능한 사이즈로 제작하여 설치 및 이동이 자유롭고 폭발이나 화재의 위험이 없이 가정 등에서 분산형 ESS를 활용 및 구축할 수 있다.In addition, the household energy storage system using a small redox flow battery that is easy to install and maintain according to the present invention is manufactured in a size that can be easily moved and installed without using separate mechanical equipment for the electrolyzer of the redox flow battery system Therefore, it is possible to use and build a distributed ESS at home, etc., without the risk of explosion or fire, and it is free to install and move.

또한, 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 일반 가정의 전력요금 절약 요구에 대응함으로써 심야전력을 완충, 배분하는 전력 균형 관리가 대형 ESS 구축으로부터 일반 가정으로 세분화되어 계통 배분이 가능진다.In addition, the household energy storage system using a small redox flow battery that is easy to install and maintain according to the present invention responds to the demand for saving electricity rates in general households, thereby reducing power balance management that buffers and distributes late-night power from the construction of a large ESS. It is subdivided into general households and system distribution is possible.

또한, 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 출력을 높이는 방식에 있어서 기존 스택부의 조합을 통해 비교적 손쉽게 가능하다.In addition, the household energy storage system using the compact redox flow battery, which is easy to install and maintain, according to the present invention can be relatively easily achieved through a combination of existing stack units in a method of increasing output.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. The household energy storage system using the compact redox flow battery, which is easy to install and maintain according to the present invention described above, has been described with reference to the accompanying drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art Those who grow up will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible from this.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the scope of true technical protection of the present invention should be determined only by the technical spirit of the appended claims.

10 : 분전반
20 : 전력변환모듈
30 : 배터리유닛
40 : 레독스 흐름 전지
41 : 제1전해조
42 : 제2전해조
43 : 제1순환펌프
44 : 제2순환펌프
45 : 스택부
50 : 배터리관리모듈
60 : 에너지관리모듈
10: distribution panel
20: power conversion module
30: battery unit
40: redox flow battery
41: first electrolysis tank
42: second electrolysis tank
43: first circulation pump
44: second circulation pump
45: stack part
50: battery management module
60: energy management module

Claims (2)

전력계통으로부터 가정으로 상용 교류전력이 인입되는 분전반과;
상기 분전반에 접속되어 교류전력을 직류전력으로 변환하여 출력하거나, 직류전력을 교류전력으로 변환하여 출력하는 양방향 전력변환모듈과;
가정 내에 설치되고, 상기 전력변환모듈에서 출력되는 직류전력을 공급받아 충전되거나, 충전된 직류전력이 상기 전력변환모듈로 방전되는 배터리유닛과;
상기 배터리유닛의 상태정보를 모니터링하는 배터리관리모듈과;
상기 배터리유닛의 상태정보를 수신하고, 수신된 상태정보를 기반으로 상기 배터리유닛의 상태를 진단하며, 상기 전력변환모듈 및 상기 배터리관리모듈의 동작을 각각 제어하는 에너지관리모듈;을 구비하고,
상기 배터리유닛은 제1전해액과 제2전해액이 각각 저장되는 제1전해조 및 제2전해조와, 상기 전력변환모듈에 접속되고 제1전해액과 제2전해액의 산화 환원 반응에 의해 충전 및 방전이 이루어지는 적어도 하나 이상의 전지셀을 포함하는 스택부와, 상기 스택부로 제1전해액과 제2전해액을 각각 공급하는 제1순환펌프 및 제2순환펌프를 포함하는 레독스 흐름 전지를 포함하고,
상기 스택부는 이온교환막과, 상기 이온교환막의 서로 대향되는 양면에 각각 배치되는 제1전극판 및 제2전극판과, 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 외측에 각각 배치되는 제1분리판 및 제2분리판과, 상기 제1분리판과 제2분리판 외측에 각각 배치되며 제1전해액과 제2전해액이 흐를 수 있는 유로가 각각 형성된 제1유로프레임 및 제2유로프레임과, 상기 제1유로프레임과 상기 제2유로프레임 외측에 각각 배치되는 제1집전판 및 제2집전판과, 상기 제1집전판과 상기 제2집전판 외측에 각각 배치되는 제1엔드플레이트 및 제2엔드플레이트를 포함하고,
상기 제1분리판 및 상기 제2분리판 각각은 내부 공극이 형성된 카본 펠트로 형성된 메인레이어와, 상기 메인레이어의 서로 대향되는 일 면과 타 면에 각각 압착 또는 접합되는 제1커버레이어 및 제2커버레이어와, 상기 제1커버레이어와 상기 제2커버레이어 사이의 상기 메인레이어 내부에 복수가 일정 간격 이격된 위치에 매설되고 표면에 폴리에텔에텔 케톤으로 코팅된 코팅층이 마련된 지지체를 포함하고,
상기 스택부의 분리판에는 전력 인출을 위한 케이블의 연결이 가능한 접속부가 구비되고, 상기 접속부 표면에는 DLC 코팅된 보호레이어가 형성된 것을 특징으로 하는 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템.
a distribution board through which commercial AC power is introduced into the home from the power system;
a bi-directional power conversion module that is connected to the distribution board and converts AC power into DC power and outputs it, or converts DC power into AC power and outputs it;
a battery unit installed in a home, charged by receiving DC power output from the power conversion module, or discharging the charged DC power to the power conversion module;
a battery management module for monitoring state information of the battery unit;
An energy management module that receives state information of the battery unit, diagnoses the state of the battery unit based on the received state information, and controls operations of the power conversion module and the battery management module, respectively.
The battery unit is connected to a first electrolytic bath and a second electrolytic bath in which a first electrolyte solution and a second electrolyte solution are stored, respectively, and the power conversion module, and is charged and discharged by an oxidation-reduction reaction between the first electrolyte solution and the second electrolyte solution. A redox flow battery including a stack unit including one or more battery cells, and a first circulation pump and a second circulation pump respectively supplying a first electrolyte solution and a second electrolyte solution to the stack unit,
The stack unit includes an ion exchange membrane, a first electrode plate and a second electrode plate respectively disposed on opposite surfaces of the ion exchange membrane, and a first separator plate disposed outside the first electrode plate and the second electrode plate, respectively. and a second separation plate, a first flow path frame and a second flow path frame disposed outside the first separation plate and the second separation plate and having flow paths through which the first electrolyte and the second electrolyte may flow, respectively; A first collector plate and a second collector plate disposed outside the first and second euroframes, respectively, and a first end plate and a second end plate disposed outside the first and second collector plates, respectively including,
Each of the first separation plate and the second separation plate includes a main layer formed of carbon felt having internal voids formed therein, and a first cover layer and a second cover respectively pressed or bonded to one surface and the other surface of the main layer facing each other. A layer and a plurality of layers embedded in the main layer between the first cover layer and the second cover layer at predetermined intervals and a support having a coating layer coated with polyether ether ketone on the surface,
The separation plate of the stack part is provided with a connection part capable of connecting a cable for power withdrawal, and a DLC-coated protective layer is formed on the surface of the connection part. energy storage system.
제1항에 있어서,
상기 에너지관리모듈은 심야전력 요금이 적용되는 심야시간대가 되면 상용전력을 이용하여 상기 레독스 흐름 전지를 충전시키고, 비심야시간대에는 상기 레독스 흐름 전지를 방전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 설치 및 유지보수가 편리한 소형 레독스 흐름 전지를 활용한 가정용 에너지저장시스템.
According to claim 1,
The energy management module charges the redox flow battery using commercial power in the late-night time zone to which the late-night electricity rate is applied, and controls the redox flow battery to be discharged in the non-night time zone. Installation and A home energy storage system using a small redox flow battery that is easy to maintain.
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