KR20150029935A - 에너지 저장장치, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템 - Google Patents

에너지 저장장치, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장장치, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템은, 계통으로부터의 삼상 교류 전원 및 태양광 모듈에서 생성된 태양광 전력을 이용하여, 에너지를 충전하거나 방전하는 전력 공급 시스템으로서, 삼상의 각 상에 전기적으로 접속되는 부하들과, 삼상 중 제1 상에, 전기적으로 접속되는 단상 방식의 제1 에너지 저장장치와, 삼상 중 제1 상 및 제2 상에, 전기적으로 접속되며, 제1 에너지 저장장치와 병렬 접속되는 제2 에너지 저장장치와, 제1 상에 전기적으로 접속되어, 태양광 모듈로부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 제1 상에 공급하는 제1 단상 인버터를 포함한다. 이에 따라, 효율적으로 에너지를 충전 및 방전할 수 있게 된다.

Description

에너지 저장장치, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템{Energy storage device, and system for supplying power including the same }
본 발명은 에너지 저장장치, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 효율적으로 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 에너지 저장장치, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 태양광, 풍력,소수력 등을 이용한 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.
신재생 에너지를 이용하여, 에너지를 공급하거나 에너지를 저장할 필요가 있으며, 이에 따라, 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장장치가 사용되게 된다.
본 발명의 목적은, 효율적으로 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 에너지 저장장치, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템은, 계통으로부터의 삼상 교류 전원 및 태양광 모듈에서 생성된 태양광 전력을 이용하여, 에너지를 충전하거나 방전하는 전력 공급 시스템으로서, 삼상의 각 상에 전기적으로 접속되는 부하들과, 삼상 중 제1 상에, 전기적으로 접속되는 단상 방식의 제1 에너지 저장장치와, 삼상 중 제1 상 및 제2 상에, 전기적으로 접속되며, 제1 에너지 저장장치와 병렬 접속되는 제2 에너지 저장장치와, 제1 상에 전기적으로 접속되어, 태양광 모듈로부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 제1 상에 공급하는 제1 단상 인버터를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치는, 계통으로부터의 삼상 교류 전원 중 제1 상으로부터의 단상 교류 전원 및 태양광 모듈에서 생성된 태양광 전력을 이용하여, 에너지를 충전하거나 방전하는 에너지 저장장치로서, 적어도 하나의 배터리팩과, 외부로부터 충전 명령 또는 방전 명령을 수신하는 통신 모듈과, 충전 명령에 기초하여, 제1 상에 공급되는 교류 전원을 입력받거나, 방전 명령에 기초하여, 제1 상에 교류 전원을 출력하는 접속부과, 충전 명령에 기초하여, 제1 상으로부터의 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하거나, 방전 명령을 수신하는 경우, 방전 명령에 기초하여, 배터리팩에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전력 변환부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 공급 시스템은, 계통으로부터의 삼상 교류 전원 및 태양광 모듈에서 생성된 태양광 전력을 이용하여, 에너지를 충전하거나 방전하는 전력 공급 시스템으로서, 삼상 중 제1 상에, 단상 방식의 제1 및 제2 에너지 저장장치가 서로 병렬 접속되며, 제1 상에, 태양광 전력을 공급하는 단상 인버터가 접속된다. 이에 의해, 제1 및 제2 에너지 저장장치에 태양광 전력을 효율적으로 충전할 수 있다.
한편, 삼상의 각 상에 전기적으로 부하들이 접속된 상태에서, 부하의 요구 전력량에 따라, 제1 및 제2 에너지 저장장치에서, 대응하는 요구 전력을 출력함으로써, 효율적으로 에너지 방전을 수행할 수 있다.
결국, 이러한 단상의 에너지 저장장치를 이용하여, 가상의 삼상 에너지 저장장치를 구현할 수 있게 된다.
도 1 내지 도 2는 종래의 전력 공급 시스템 구성도에서의 충전과 방전을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 공급 시스템을 예시한다.
도 4a는 도 3의 에너지 저장장치의 일예를 보여주는 사시도이다.
도 4b는 도 1의 에너지 저장장치의 블록도이다.
도 5 내지 도 6은 도 3의 전력 공급 시스템의 충방전 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 충방전 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 공급 시스템을 예시한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1 내지 도 2는 종래의 전력 공급 시스템 구성도에서의 충전과 방전을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 1을 설명하면, 종래의 전력 공급 시스템(10)은, 삼성 교류 전원에 기반한, 전력 공급 시스템으로서, 삼상 에너지 저장장치(50)를 사용한다.
구체적으로, 도 1의 전력 공급 시스템(10)은, 삼상 계통의 삼상 교류 전원과 연계되는, 전력 공급 시스템으로서, 태양광 모듈(200), 단상 인버터(210), 부하들(700a,700b,700c), 및 삼상 에너지 저장장치(50)를 구비할 수 있다.
한편, 도면에서는, 삼상(L1,L2,L3)과 삼상 에너지 저장장치(50) 사이에 부하들(700a,700b,700c)이 접속될 수 있다.
한편, 도 1은, 태양광 모듈(200)로부터 태양광 전력에 기초하여, 삼상 에너지 저장장치(50)에서의 충전 동작을 예시한다.
도면에서는, 태양광 전력(PV power)이 제1 상에 공급되는 것을 예시한다. 예를 들어, 삼상 에너지 저장장치(50)에 저장 가능한 전력량이, 총 90W이고, 각 상을 통해 각각 30W인 상태에서, 태양광 전력량 90W가 제1 상(L1)에 공급되는 경우, 30W만이 삼상 에너지 저장장치(50)로 충전되고, 나머지, 60W는, 계통 전력(feed-in power)으로서, 제1 상(L1)을 통해 계통으로 공급될 수 밖에 없다.
삼상 에너지 저장장치(50)는, 제1 상(L1)을 통해서만, 태양광 전력 30W를 충전 전력(charge power)으로서 충전할 수 있으며, 제2 상 및 제3 상(L2,L3)에 대해서는, 태양광 전력이 아닌, 계통으로부터 충전 전력(charge power) 30W를 입력받아 충전하여야 한다. 이에 따라, 생성되는 태양광 전력 대비, 계통으로부터 불필요한 전력을 공급받아야하는 문제점이 발생한다.
다음, 도 2는, 도 1과 같은 구조의 전력 공급 시스템(10)으로서, 삼상 에너지 저장장치(50)에서의 방전 동작을 예시한다.
도면과 같이, 제1 부하(700a), 제2 부하(700b), 제3 부하(700c), 각각의 요구 전력(demand power)이, 60W,30W,0W로서 총 90W인 경우, 삼상 에너지 저장장치(50)는, 충전 동작을 수행할 수 있다.
이때, 삼상 에너지 저장장치(50)의 저장 가능한 전력량이, 총 90W이고, 각 상을 통해 각각 30W를 출력할 수 있는 경우, 제2 상(L2)에 연결된 제2 부하(700b)에는, 삼상 에너지 저장장치(50)로부터의 방전 전력(discharge power) 30W가 공급될 수 있으나, 3 상(L3)에 연결된 제3 부하(700c)는, 요구 전력량이 0W이므로, 삼상 에너지 저장장치(50)로부터의 방전 전력(discharge power) 30W는, 계통 전력(feed-in power)으로서, 계통으로 출력된다.
한편, 제1 상(L1)에 연결된 제1 부하(700a)에는, 삼상 에너지 저장장치(50)로부터 방전 전력(discharge power) 30W만이 공급되고, 그 외 부족분 30W는 계통으로부터 공급받아야 한다. 이에 따라, 삼상 에너지 저장장치(50)로부터의 방전시, 부하에서 요구하는 전력 대비, 계통으로부터 불필요한 전력을 공급받아야하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서는, 이러한 점을 해결하기 위해, 삼상 중 제1 상에, 전기적으로 접속되는 단상 방식의 제1 및 제2 에너지 저장장치가 서로 병렬 접속되며, 제2 상에, 제2 에너지 저장장치가 전기적으로 접속되며, 제1 상에 태양광 전력을 공급하는 단상 인버터가 접속되는 것을 제안한다. 이때, 각 상에 부하들이 연결되는 것은 동일할 수 있다.
이러한 방식에 의하면, 태양광 전력이, 제1 에너지 저장장치의 충전 가능 전력량 보다 큰 경우, 제1 에너지 저장장치는 물론, 제1 에너지 저장장치에 병렬 접속되는 제2 에너지 저장장치로 충전되도록 할 수 있다. 이에 의해, 효율적인 충전 동작이 수행될 수 있다.
한편, 방전시, 제1 상에, 접속되는 제1 부하의 요구 전력량이, 제1 에너지 저장장치에 저장된 전력량 보다 큰 경우, 제1 에너지 저장장치는 물론, 제1 에너지 저장장치에 병렬 접속되는 제2 에너지 저장장치에서 저장된 전력을 이용하여, 제1 부하에 방전할 수 있다. 이에 의해, 효율적인 충전 동작이 수행될 수 있다.
이에 대해서는, 도 3 이하를 참조하여 상세히 기술한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 공급 시스템을 예시한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 공급 시스템(20)은, 태양광 모듈(200)부터 재생되는 태양광 전력, 또는 삼상 계통의 상용 교류 전력 등이, 단상의 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)로 충전되도록 할 수 있다.
또한, 전력 공급 시스템(20)은, 에너지 저장장치(100a,100b,100c)에 저장된 저장 전력의 적어도 일부가, 복수의 부하들(700a,700b,700c) 중 적어도 일부에 각각, 방전되도록 할 수 있다.
이를 위해, 도 3의 전력 공급 시스템(20)은, 계통의 삼상의 각 상에 전기적으로 접속되는 부하들(700a,700b,700c), 계통의 삼상의 각 상에 전기적으로 접속되는, 단상의 에너지 저장장치들(100a,100b,100c), 및 제1 상(L1)에 전기적으로 접속되어, 태양광 모듈(200)로 부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 제1 상(L1)에 공급하는 단상 인버터(210)를 구비할 수 있다.
한편, 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)에 대한 충전 또는 방전 제어를 수행하는 전력 관리 장치(500)와, 삼상의 각 상에 흐르는 전력량을 검출하는 전력량 검출부들(410a,410b,410c), 및 삼상 중 제1 상의 계통 전력량을 검출하는 계통 전력량 검출부(410d)와, 삼상 통합 전력량을 검출하는 통합 전력량 검출부(300)를 더 포함할 수 있다.
도면을 참조하면, 제1 내지 제3 부하들(700a,700b,700c)은, 각각 제1 상(L1), 제2 상(L2), 및 제3 상(L3)에 전기적으로 접속된다.
한편, 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)은, 삼상 각각에 전기적으로 접속된다. 즉, 제1 에너지 저장장치(100a)는, 제1 상(L1)에, 제2 에너지 저장장치(100b)는, 제2 상(L2)에, 제3 에너지 저장장치(100c)는, 제3 상(L3)에, 전기적으로 접속될 수 있다.
한편, 효율적인 충전 또는 방전을 위해, 제2 에너지 저장장치(100b)는, 제1 상(L1)에, 제3 에너지 저장장치(100c)는, 제1 상(L1)에, 전기적으로 접속될 수 있다.
한편, 도면에서는, 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)은, 삼상 각각에 전기적으로 접속되므로, 단상의 에너지 저장장치를 이용하여, 가상(virtual)의 삼상 에너지 저장장치를 구현할 수 있게 된다.
삼상의 각 상에 흐르는 전력량을 검출하는 전력량 검출부들(410a,410b,410c)은, 각 상에 공급되는 전력량을 검출하고, 이를 전력 관리 장치(500) 또는 에너지 저장장치로 전송할 수 있다.
예를 들어, 태양광 모듈로부터의 태양광 전력이, 단상 인버터(210)을 통해, 제1 상(L1)에 출력되는 경우, 제1 전력량 검출부(410a)는, 해당 전력량을 검출할 수 있다. 그리고, 검출된 전력량은, 전력 관리 장치(500) 또는 제1 에너지 저장장치(100a) 등으로 전송할 수 있다.
한편, 각 에너지 저장장치의 내,외부 구성에 대해서는, 이하의 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 후술한다.
한편, 태양광 모듈(200)은, 태양광을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 이를 위해, 태양광 모듈(200)은, 복수의 태양 전지(미도시)를 포함할 수 있다. 그 외, 복수의 태양전지의 하면과 상면에 위치하는 제1 밀봉재(미도시)와 제2 밀봉재(미도시), 제1 밀봉재의 하면에 위치하는 후면 기판(미도시) 및 제2 밀봉재의 상면에 위치하는 전면 기판(미도시)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다.
한편, 단상 인버터(210)는, 태양광 모듈(200)로부터의 직류 전원을 입력받아, 전력 변환을 수행하여, 교류 전원을 출력한다. 이를 위해, 단상 인버터(210)는, 바이패스 다이오드(미도시), 평활 커패시터, 인버터(미도시) 등을 구비할 수 있다.
그 외, 단상 인버터(210)는, 전력 관리 장치(500)와의 통신을 위해, 통신 모듈(미도시)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 단상 인버터(210)는, 전력 관리 장치(500)로부터, 태양광 전력 조절 정보를 수신하여, 출력되는 태양광 전력을 조절하는 것도 가능하다.
전력 관리 장치(500)는, 전력 공급 시스템(20) 내의 전력을 관리할 수 있는 장치로서, HEMS (Home Energy Management System)라 명명될 수 있다.
이를 위해, 전력 관리 장치(500)는, 각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)과 무선 데이터 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 지그비(ZigBee), 또는 WiFi 방식 통신 방식 등에 의해, 전력 관리 장치(500)와, 각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c) 사이에, 무선 데이터 통신이 수행될 수 있다.
전력 관리 장치(500)는, 각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)로부터, 전원 온 정보 또는 에너지 저장량 정보 등을 수신할 수 있으며, 각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)로 충전 명령, 방전 명령 등을 전송할 수 있다.
또한, 전력 관리 장치(500)는, 단상 인버터(210)와 무선 데이터 통신을 수행할 수 있다. 구체적으로, 전력 관리 장치(500)는, 단상 인버터(210)로부터, 태양광 모듈(200)에서 생성되어 단상 인버터(210)에서 전력 변환된 태양광 전력 정보를 수신할 수 있다.
그 외, 전력 관리 장치(500)는, 삼상 계통의 교류 전원을 공급하는 전력 분배부(미도시)와 무선 데이터 통신을 수행할 수 있다. 한편, 전력 관리 장치(500)는, 상용 발전소로부터의 전력 공급 시스템(20)으로 공급되는 상용 전력 정보를 수신하며, 전력 공급 시스템(20)에서 소비되는 요구 전력 정보를 수신할 수도 있다.
한편, 전력 관리 장치(500)는, 복수의 부하들(700a,700b,700c)과 무선 데이터 통신을 수행할 수 있다. 구체적으로, 전력 관리 장치(500)는, 복수의 부하들(700a,700b,700c)로부터, 각 부하여서 요구하는 요구 전력 정보를 수신할 수 있다.
한편, 전력 관리 장치(500)는, 각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c) 중 전원이 온 된 에너지 저장장치들과 무선 데이터 통신을 수행할 수 있다.
구체적으로, 전력 관리 장치(500)는, 전원이 온 되는 에너지 저장장치로부터, 전원 온 정보로서, 페어링 요청 신호를 수신하고, 이에 응답하여, 무선 채널 할당 신호 등을 포함하는 페어링 응답 신호를 송신할 수 있다. 전력 관리 장치(500)는, 전원이 온 된 에너지 저장장치와 페어링이 완료된 경우, 할당된 무선 채널을 통해, 무선 데이터 통신을 수행할 수 있다.
전력 관리 장치(500)는, 태양광 전력 정보, 상용 전력 정보, 요구 전력 정보, 에너지 저장량 정보 중 적어도 하나에 기초하여, 각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c) 중 적어도 하나가, 충전 모드 또는 방전 모드로 동작할 것을 결정하고, 결정된 충전 모드 또는 방전 모드에 따라, 충전 명령 또는 방전 명령을 생성할 수 있다.
도 4a는 도 3의 에너지 저장장치의 일예를 보여주는 사시도이다.
도 4a를 참조하면, 에너지 저장장치(100)는, 내부 전력망과 전기적으로 접속하기 위해, 소켓(socket)에 연결 가능한, 플러그(plug)(112), 전원이 온 되는 경우, 전원 온 상태를 표시하거나, 에너지 저장량 등을 표시할 수 있는 표시부(105)를 구비할 수 있다. 이러한 표시부(105)에 의해, 사용자는 에너지 저장량을 바로 파악할 수 있게 된다.
도 4b는 도 1의 에너지 저장장치의 블록도이다.
도면을 참조하면, 에너지 저장장치(100)는, 접속부(130), 전력 변환부(140), 통신 모듈(150), 내장되는 배터리팩(160)을 포함할 수 있다.
접속부(130)는, 교류 전원 단자(미도시)만을 구비할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장장치(100)는, 전력 관리 장치(500)로부터의 충전 명령에 기초하여, 태양광 모듈(200)을 통해, 내부 전력망에 공급된 교류 전원을 입력받거나, 전력 관리 장치(500)로부터의 방전 명령에 기초하여, 내부 전력망으로 교류 전원을 출력할 수 있다. 이에 따라, 직류 전원 단자는 필요 없으며, 교류 전원 단자만을 구비하는 것으로 한다.
전력 변환부(140)는, 전력 관리 장치(500)로부터 충전 명령을 수신하는 경우, 충전 명령에 기초하여, 내부 전력망으로부터 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환할 수 있다. 그리고, 변환된 직류 전원은, 배터리팩(160)으로 전달될 수 있다.
전력 변환부(140)는, 전력 관리 장치(500)로부터 방전 명령을 수신하는 경우, 방전 명령에 기초하여, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다. 그리고, 변환된 교류 전원은, 접속부(130)를 거쳐, 상술한 내부 전력망으로 전달될 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(140)는, 내부 전력망으로부터 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하거나, 방전 명령에 기초하여, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 양방향 ac/dc 컨버터(bidirectional ac/dc converter)를 구비할 수 있다.
통신 모듈(150)은, 전력 관리 장치(500)와 데이터 통신을 수행한다. 예를 들어, 전력 관리 장치(500)로, 전원 온 정보 또는 에너지 저장량 정보를 전송하고, 전원 관리 장치(500)로부터 충전 명령 또는 방전 명령을 수신할 수 있다.
이때, 전력 관리 장치(500)가, 전력 공급 시스템(20) 내에 네트워크를 제공하는 AP 기능을 수행하는 경우, 통신 모듈(150)과 전력 관리 장치(500)는, WiFi 통신을 기반으로, 데이터를 교환할 수 있다.
한편, 다른 예로, 전력 관리 장치(500)가, 전력 공급 시스템(20) 내의 전력 관리를 위한 전력 정보 전송이 메인 기능인 경우, 지그비 통신 방식에 의해, 통신 모듈(150)과 전력 관리 장치(500) 사이에서 데이터가 교환될 수 있다. 한편, WiFi 통신과 지그비 통신 외의 다양한 방식도 가능하다.
한편, 통신 모듈(150)은, 전원이 온 되는 경우, 전력 관리 장치(500)로 전원 온 정보로서, 페어링 요청 신호를 전송할 수 있다. 그리고, 전력 관리 장치(500)로부터 할당되는 무선 채널 정보를 포함하는 페어링 응답 신호를 수신할 수 있다. 이에 따라, 통신 모듈(150)은, 다른 에너지 저장장치(100)와는 다른 무선 채널을 통해, 전력 관리 장치(500)와 무선 데이터 통신을 수행할 수 있다.
한편, 통신 모듈(150)은, 페어링 종료 후, 전력 관리 장치(500)로부터 충전 명령 또는 방전 명령을 수신할 수 있다. 그 외, 통신 모듈(150)은, 페어링 종료 후, 전력 관리 장치(500)로, 배터리팩(160)에 저장된 에너지 저장량 정보를 송신할 수도 있다.
한편, 통신 모듈(150)은, 전력 변환부(140)와 배터리팩(160)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 통신 모듈(150)은, 충전 명령 수신시, 전력 변환부(140)의 동작을 제어하여, 내부 전력망으로부터의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하도록 제어할 수 있다. 그리고, 통신 모듈(150)은, 변환된 직류 전원을 배터리팩(160)에 저장되도록, 배터리팩(160)을 제어할 수 있다.
다른 예로, 통신 모듈(150)은, 방전 명령 수신시, 배터리팩(160)의 동작을 제어하여, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원이 전력 변환부(140)로 전달되도록 제어한다. 그리고, 통신 모듈(150)은, 전력 변환부(140)로 전달된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하도록, 전력 변환부(140)를 제어할 수 있다.
즉, 통신 모듈(150)은, 배터리팩(160)을 충전 모드 또는 방전 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 배터리팩(160)은, 배터리팩 케이스 내에, 배터리 제어부(162), 배터리셀부(164), 온도 조절부(166)를 포함할 수 있다.
배터리셀부(164)는, 복수의 배터리셀들을 구비한다. 이러한 배터리셀들은 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합으로 연결될 수 있다.
온도 조절부(166)는, 배터리셀부(164)의 온도를 조절한다. 이를 위해, 온도 조절부(166)는, 온도 감지 수단(미도시)을 구비하여, 배터리셀부(164)의 온도를 감지할 수 있다. 한편, 온도 조절부(166)는, 팬 구동 수단(미도시)을 더 구비할 수 있으며, 감지된 온도에 기초하여, 배터리셀부(164)의 온도를 낮추기 위해, 팬을 구동할 수 있다. 팬 구동 수단은, 온도 조절의 효율 향상을 위해, 모든 배터리셀이 배치되는 영역에 대응하는 영역에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 배터리 제어부(162)는, 배터리팩(160)의 전반적인 제어를 수행한다. 예를 들어, 배터리셀부(164)의 온도가 소정 온도 이상 올라간 경우, 온도 조절부(166)를 제어하여, 온도를 낮추도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 배터리 제어부(162)는, 배터리셀부(164) 내의 각 배터리셀에 저장되는 직류 전원의 밸런싱을 조절할 수 있다. 배터리셀에 저장되는 직류 전원을 감지하고, 이를 기반으로, 직류 전원의 밸런싱을 조절할 수 있다.
한편, 배터리 제어부(162)는, 배터리팩(160)의 상태 정보(온도, 저장된 전원 레벨 등)를 통신 모듈(150)로 전달할 수 있다. 또한, 배터리 제어부(360)는, 통신 모듈(150)로부터, 에너지 저장장치(100)의 상태 정보(필요 전원 레벨 등)를 수신할 수도 있다.
도 5 내지 도 6은 도 3의 전력 공급 시스템의 충방전 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 5는, 태양광 모듈(200)로부터 태양광 전력(PV power)에 기초하여, 복수의 단상 에너지 저장장치(100a,100b,100c)에서의 충전 동작을 예시한다.
도면에서는, 태양광 전력(PV power)이 제1 상(L1)에 공급되는 것을 예시한다. 예를 들어, 각각의 단상 에너지 저장장치(100a,100b,100c)에 저장 가능한 전력량이, 각각 30W인 상태에서, 태양광 전력량 90W가 제1 상(L1)에 공급되는 경우를 예시한다.
도 5의 전력 공급 시스템(20) 내의 각 에너지 저장장치(100a,100b,100c)들은, 단상의 에너지 저장 장치들로서, 각 상(L1,L2,L3)에 전기적으로 접속되는 것은 물론, 제1 상(L1)에, 제2 및 제3 에너지 저장장치(100b,100c)가 전기적으로 더 접속된다. 즉, 제1 상(L1) 대비, 제1 내지 제3 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)은, 서로 전기적으로 병렬 접속될 수 있다.
이에 의해, 태양광 전력량 90W가, 제1 내지 제3 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)에 각각 30W 씩 분배되어, 충전될 수 있게 된다. 즉, 태양광 전력 90 W 모두가 제1 내지 제3 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)에 충전되고, 계통으로는 출력되지 않게 된다.
이와 같이, 삼상 게통에 연결되는, 전력 공급 시스템에서, 태양광 전력이 공급되는 어느 한 상에, 다수의 단상의 에너지 저장 장치를 전기적으로 접속시킴으로써, 효율적으로, 태양광 전력을 충전할 수 있게 된다.
다음, 도 6은, 각 부하들(700a,700b,700c)의 요구 전력(demand power)에 기초하여, 복수의 단상 에너지 저장장치(100a,100b,100c)에서의 방전 동작을 예시한다.
도면에서는, 제1 상(L1)에, 접속되는 제1 부하의 요구 전력량이 60W, 제2 상(L2)에, 접속되는 제2 부하의 요구 전력량이 30W, 제3 상(L3)에, 접속되는 제3 부하의 요구 전력량이 0W인 것을 예시한다.
한편, 도 6의 전력 공급 시스템(20) 내의 각 에너지 저장장치(100a,100b,100c)들은, 단상의 에너지 저장 장치들로서, 각 상(L1,L2,L3)에 전기적으로 접속되는 것은 물론, 제1 상(L1)에, 제2 및 제3 에너지 저장장치(100b,100c)가 전기적으로 더 접속된다. 즉, 제1 상(L1) 대비, 제1 내지 제3 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)은, 서로 전기적으로 병렬 접속될 수 있다.
제1 부하(700a)의 요구 전력량을 위해, 제1 내지 제2 에너지 저장장치들(100a,100b)은, 각각 30W의 전력을 방전 전력으로서 출력하며, 제3 에너지 저장장치(100c)는, 0W의 전력, 즉 방전 전력을 출력하지 않을 수 있다. 이에 의해, 에너지 저장장치에서 출력되는 방전 전력이, 계통으로는 출력되지 않게 된다.
이와 같이, 삼상 게통에 연결되는, 전력 공급 시스템에서, 요구 전력이 큰, 부하가 전기적으로 접속되는 어느 한 상에, 다수의 단상의 에너지 저장 장치를 전기적으로 접속시킴으로써, 효율적으로, 다수의 단상의 에너지 저장 장치에 저장된 전력을, 해당 부하로, 방전할 수 있게 된다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 공급 시스템의 충방전 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 7 내지 도 8의 전력 공급 시스템(30)은, 도 3의 전력 공급 시스템(30)과, 유사하나, 제1 상(L1)에, 제1 및 제2 에너지 저장장치(100a,100b)가 전기적으로 접속되는 것을 에시한다. 한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 제2 상(L2), 및 제3 상(L3) 각각에, 추가의 에너지 저장장치가 접속되는 것도 가능하다.
먼저, 도 7은, 태양광 모듈(200)로부터 태양광 전력(PV power)에 기초하여, 복수의 단상 에너지 저장장치(100a,100b)에서의 충전 동작을 예시한다.
도면에서는, 태양광 전력(PV power)이 제1 상(L1)에 공급되는 것을 예시한다. 예를 들어, 각각의 단상 에너지 저장장치(100a,100b,100c)에 저장 가능한 전력량이, 각각 30W인 상태에서, 태양광 전력량 90W가 제1 상(L1)에 공급되는 경우를 예시한다.
도 7의 전력 공급 시스템(30) 내에서, 제1 상(L1) 대비, 제1 내지 제2 에너지 저장장치들(100a,100b)은, 서로 전기적으로 병렬 접속된다.
이에 의해, 태양광 전력량 90W 중 60W가, 제1 내지 제2 에너지 저장장치들(100a,100b)에 각각 30W 씩 분배되어, 충전될 수 있게 된다. 그리고, 나머지 30W 는, 계통으로는 출력될 수 있게 된다.
이와 같이, 삼상 게통에 연결되는, 전력 공급 시스템(30)에서, 태양광 전력이 공급되는 어느 한 상에, 다수의 단상의 에너지 저장 장치를 전기적으로 접속시킴으로써, 효율적으로, 태양광 전력을 충전할 수 있게 된다.
다음, 도 8은, 각 부하들(700a,700b,700c)의 요구 전력(demand power)에 기초하여, 복수의 단상 에너지 저장장치(100a,100b)에서의 방전 동작을 예시한다.
도면에서는, 제1 상(L1)에, 접속되는 제1 부하의 요구 전력량이 60W, 제2 상(L2)에, 접속되는 제2 부하의 요구 전력량이 30W, 제3 상(L3)에, 접속되는 제3 부하의 요구 전력량이 0W인 것을 예시한다.
도 8의 전력 공급 시스템(30)은, 각 상(L1,L2,L3)에, 각각 하나의 부하(700a,700b,700c)가 전기적으로 접속되므로, 제1 부하(700a)의 요구 전력량 60W를 위해, 제1 내지 제2 에너지 저장장치들(100a,100b)은, 각각 30W의 전력을 방전 전력으로서 출력할 수 있다. 한편, 제2 부하(700b)의 요구 전력량 30W를 위해, 게통으로부터 30W의 전력이 공급되게 된다.
이와 같이, 삼상 게통에 연결되는, 전력 공급 시스템에서, 요구 전력이 큰, 부하가 전기적으로 접속되는 어느 한 상에, 다수의 단상의 에너지 저장 장치를 전기적으로 접속시킴으로써, 효율적으로, 다수의 단상의 에너지 저장 장치에 저장된 전력을, 해당 부하로, 방전할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 공급 시스템을 예시한다.
도 9의 전력 공급 시스템(40)은, 도 5 내지 도 8의 전력 공급 시스템들(20,30)과 달리, 각 상에, 각각의 태양광 전력을 공급하기 위한, 단상 인버터(210a,210b,210c)들이 접속되는 것에 그 차이가 있다.
그리고, 각각의 단상 인버터(210a,210b,210c)들은, 각 태양광 모듈(200a,200b,200c)로부터 해당하는 태양광 전력을 공급받을 수 있다.
이에 의해, 각 상에서 출력되는 태양광 전력은, 각 상에 접속되는 단상의 에너지 저장장치(100a,100b,100c)로 충전될 수 있으며, 에너지 저장장치(100a,100b,100c)에 저장된 전력이, 각 부하들(700a,700b,700c)로 방전될 수 있게 된다.
한편, 도 9와 달리, 삼상 중 두 상에, 단상 인버터(210a,210b이 각각 접속되는 것이 가능하다.
한편, 도 9와 달리, 도 3과 유사하게, 제1 상(L1)에, 제1 내지 제3 단상 인버터(210a,210b,210c)들이 전기적으로 병렬 접속되는 것도 가능하다.
또한, 도 9와 달리, 도 7과 유사하게, 제1 상(L1)에, 제1 내지 제2 단상 인버터(210a,210b,210c)들이 전기적으로 병렬 접속되는 것도 가능하다.
한편, 도 3에서는, 전력 공급 시스템(20) 내의 전력 관리 제어를, 전력 관리 장치(500)가, 수행하는 것으로 기술하였으나, 이와 달리, 복수의 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)들 사이에서 데이터 통신이 가능한 상황에서, 어느 하나, 예를 들어, 제1 에너지 저장장치(100a)가 마스터(master)로서 동작하고, 그 외의 에너지 저장장치들(100b,100c)이 슬레이브(slave)로 동작하여, 마스터인 제1 에너지 저장장치(100a)가 도 3의 전력 공급 시스템(20)은 물론, 도 7, 및 도 8의 전력 공급 시스템들(30,40)에서의 전력 관리를 제어하는 것도 가능하다.
구체적으로, 제1 에너지 저장장치(100a)가, 전력량 검출부들(410a,410b,410c), 계통 전력량 검출부(410d)와, 통합 전력량 검출부(300)로부터 각각 해당하는 전력량 정보를 수신하고, 이를 기반으로, 잉여발전 총량을 파악하고, 복수의 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)이, 잉여발전 총량 이상으로 충전을 하지 않도록 제어를 할 수 있다.
다른 예로, 방전의 경우에도, 제1 에너지 저장장치(100a)가, 각 상의 요구 부하량을 파악하여, 복수의 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)이 과량의 전력을 방전하지 않드록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치, 및 이를 구비하는 전력 공급 시스템은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 에너지 저장장치의 동작방법 또는 전력 관리 장치의 동작방법은 에너지 저장장치 또는 전력 관리 장치에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (15)

  1. 계통으로부터의 삼상 교류 전원 및 태양광 모듈에서 생성된 태양광 전력을 이용하여, 에너지를 충전하거나 방전하는 전력 공급 시스템에 있어서,
    상기 삼상의 각 상에 전기적으로 접속되는 부하들;
    상기 삼상 중 제1 상에, 전기적으로 접속되는 단상 방식의 제1 에너지 저장장치;
    상기 삼상 중 제1 상 및 제2 상에, 전기적으로 접속되며, 상기 제1 에너지 저장장치와 병렬 접속되는 제2 에너지 저장장치; 및
    상기 제1 상에 전기적으로 접속되어, 상기 태양광 모듈로 부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 상기 제1 상에 공급하는 제1 단상 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단상 인버터가, 상기 제1 에너지 저장장치에 저장 가능한 제1 전력량 보다 더 큰 제2 전력량에 대응하는 전력을, 상기 제1 상에, 공급하는 경우,
    상기 제1 에너지 저장장치 및 제2 에너지 저장장치에, 상기 제2 전력량의 적어도 일부에 대응하는 전력이, 각각 분배되어 충전되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상에 전기적으로 접속된 제1 부하의 요구 전력량이, 상기 제1 에너지 저장장치에 저장 가능한 제1 전력량 보다 더 큰 경우, 상기 제1 상에, 상기 제1 에너지 저장장치 및 제2 에너지 저장장치가, 상기 제1 부하의 요구 전력량에 대응하는 전력을 상기 제1 상에 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 삼상 중 제1 상 및 제3 상에, 전기적으로 접속되며, 상기 제1 및 제2 에너지 저장장치와 병렬 접속되는 제3 에너지 저장장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 단상 인버터가, 상기 제1 에너지 저장장치에 저장 가능한 제1 전력량 보다 더 큰 제2 전력량에 대응하는 전력을, 상기 제1 상에, 공급하는 경우,
    상기 제1 에너지 저장장치 내지 제3 에너지 저장장치에, 상기 제2 전력량의 적어도 일부에 대응하는 전력이, 각각 분배되어 충전되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 상에 전기적으로 접속된 제1 부하의 요구 전력량이, 상기 제1 에너지 저장장치에 저장 가능한 제1 전력량 보다 더 큰 경우, 상기 제1 상에, 상기 제1 및 제2 에너지 저장장치가, 상기 제1 부하의 요구 전력량에 대응하는 전력을 상기 제1 상에 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 상에 전기적으로 접속된 부하의 요구 전력량이 없는 경우, 상기 제3 에너지 저장장치는, 상기 제3 상에 전력을 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 상에 전기적으로 접속되어, 상기 태양광 모듈로 부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 상기 제2 상에 공급하는 제2 단상 인버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 삼상 중 제3 상에 전기적으로 접속되어, 상기 태양광 모듈로 부터 생성된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 상기 제3 상에 공급하는 제3 단상 인버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 삼상의 각 상에 흐르는 전력량을 검출하는 전력량 검출부들;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 에너지 저장장치에서의 충전 또는 방전 제어를 수행하는 전력 관리 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  12. 제1항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1 에너지 저장장치는,
    적어도 하나의 배터리팩;
    외부로부터 충전 명령 또는 방전 명령을 수신하는 통신 모듈;
    상기 충전 명령에 기초하여, 상기 제1 상에 공급되는 교류 전원을 입력받거나, 상기 방전 명령에 기초하여, 상기 제1 상에 교류 전원을 출력하는 접속부; 및
    상기 충전 명령에 기초하여, 상기 제1 상으로부터의 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하거나, 상기 방전 명령을 수신하는 경우, 상기 방전 명령에 기초하여, 상기 배터리팩에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전력 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 에너지 저장장치는,
    전원 플러그와 연결 가능한 전원 소켓;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 에너지 저장장치는, 전원이 온 되는 경우, 상기 전력 관리 장치로 페어링 요청 신호를 전송하며, 상기 전력 관리 장치로부터 페어링 응답 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  15. 계통으로부터의 삼상 교류 전원 중 제1 상으로부터의 단상 교류 전원 및 태양광 모듈에서 생성된 태양광 전력을 이용하여, 에너지를 충전하거나 방전하는 에너지 저장장치에 있어서,
    적어도 하나의 배터리팩;
    외부로부터 충전 명령 또는 방전 명령을 수신하는 통신 모듈;
    상기 충전 명령에 기초하여, 상기 제1 상에 공급되는 교류 전원을 입력받거나, 상기 방전 명령에 기초하여, 상기 제1 상에 교류 전원을 출력하는 접속부; 및
    상기 충전 명령에 기초하여, 상기 제1 상으로부터의 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하거나, 상기 방전 명령을 수신하는 경우, 상기 방전 명령에 기초하여, 상기 배터리팩에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전력 변환부;를 포함하는 에너지 저장장치.
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