KR20150059222A - 태양광 전기 저장장치 및 방법 - Google Patents

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고등기술연구원연구조합
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Abstract

독립형 태양광 발전 시스템의 전기 저장장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 전기 저장장치는 상기 태양광 발전 시스템의 태양광 전기를 생성하는 태양전지부; 상기 태양전지부에서 생성된 전기를 저장하는 한 쌍의 배터리 그룹; 상기 배터리 그룹에 전기를 충전하는 충전부; 상기 배터리 그룹의 직류전기를 입력받아 가정용 교류전원으로 변환시키는 인버터; 상기 배터리 그룹의 전압 불균형을 해소시켜주는 배터리 관리장치; 상기 배터리 그룹에 대해서 스위치 연결을 통해서 상기 배터리 그룹 중 어느 하나의 배터리 그룹은 충전용으로 사용하고, 상기 배터리 그룹 중 나머지 다른 하나의 배터리 그룹은 방전용으로 사용해서 상기 충전부의 배터리에 충전 출력을 연결해주는 충전 스위치; 및 상기 충전 스위치의 스위칭 작동 및 배터리 관리장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

태양광 전기 저장장치 및 방법{SOLAR POWER STORAGE APPARATUS AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 태양광 전기 저장장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 독립형 태양광 발전 시스템의 태양전지에서 생성된 전기를 이용하여 흐린 날씨와 밤시간에도 가전제품 등을 안정적으로 작동시킬 수 있는 태양광 전기 저장장치 및 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 지구는 태양주위를 돌면서 자전과 공전을 동시에 진행하여, 낮과 밤이 존재하므로, 낮시간에는 무한한 태양광이 지구로 전달되어 태양광을 이용함으로써 전기를 발전할 수 있으나, 밤이 되면 태양이 사라져서 전기를 얻을 수 없게 되므로, 낮시간 동안 태양전지에서 발생한 전기를 저장하여, 흐린 날씨와 밤시간 동안에 전기를 사용할 수 있다.
태양광을 이용하여 생성된 전기를 사용하는 방식은 크게 2가지로 분류되며, 첫째는 전력회사에 판매하는 방법과, 둘째는 가정에서 전기를 사용하는 방법 등이 있다.
태양전지에서 발생한 전기를 가정에서 사용하기 위해서는 태양광이 내리쬐는 낮시간 동안에는 인버터를 이용하여 가정에서 사용할 수 있으나, 밤시간 동안에는 전기가 생성되지 않으므로, 낮시간 동안에 충전기를 이용하여 배터리에 전기를 저장하여 저장된 전기를 밤 시간 동안에 사용할 수 있으며, 배터리 용량을 늘려서 전기를 저장할 경우에는 보다 많은 전기를 저장할 수 있어서, 수일간 지속되는 악천우 기간 동안에도 밤낮으로 전기를 사용할 수 있다.
가전제품에 전기를 공급하기 위해서는 태양전지, 충전기, 배터리, 인버터 등이 필요하고, 태양전지의 전기는 충전기를 이용하여 배터리에 전기를 저장하며, 인버터를 이용하여 가정에 전기를 공급하게 된다.
전기저장을 위한 배터리는 12V급의 배터리를 주로 사용하므로, 태양전지에 12V 충전기를 연결하여 배터리를 충전하고, 인버터를 연결하여 가정에 전기를 공급한다.
250W급의 태양전지는 1개당 평균 30V-40V 정도의 전기가 발생하므로, 높은 전압을 발생할 경우에는 직렬로 연결하고, 높은 전류를 발생할 경우에는 병렬로 연결하는 방식을 사용한다.
이와 같이 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 방식은 태양전지의 발달과 함께 기술이 발전하여 저렴한 가격으로 설치가 용이하여, 각 가정에서 전기요금을 절약할 수 있기 때문에, 최근 가정에 널리 적용되고 있으며, 그 중에서도 배터리에 전기를 저장하여 악천우 기간에도 사용이 용이한 장점을 가지는 독립형 태양광 발전 시스템은 전력회사로부터 전기 공급이 원활하지 못한 도서산간 지역 등에서 널리 사용되며, 각 가정에서도 전기를 절약하는 방법으로 널리 활용되는 추세이다.
도 1은 기존의 독립형 태양광 발전 시스템 구성도로서, 독립형 태양광 발전 시스템은 태양전지부(10)에서 생성된 전기를 충전부(20)를 거쳐서 배터리부(30)의 배터리에 충전시키고, 배터리의 전기는 인버터(50)에 전달되며, 인버터(50)는 배터리의 직류전기를 입력받아 가정용 전원에 적합한 교류전원으로 변환시키게 된다.
태양전지부(10)에서 전기를 발생하는 방법은, 크게 2가지 있으며, 첫째는 태양전지를 직렬로 연결하여 고전압 저전류를 발생시키는 방법과, 둘째는 태양전지를 병렬로 연결하여 저전압 고전류를 발생시키는 방법 등이 있다.
태양전지를 직렬로 연결하여 400V 정도의 직류전압을 형성하면, 인버터(50)에서 220V의 교류전압으로 변환하기가 용이해서 전력효율이 높아지는 장점이 있는 반면에, 12V급의 배터리를 다수개 준비해서 직렬로 연결하여 400V급을 구성해야 하는 번거로움이 있는 단점이 있다.
이와 달리, 태양전지를 1개 사용하거나 병렬로 연결해서 사용하는 것은 36V 급의 전기를 생성할 수 있으므로, 12V급 충전기를 사용해서 12V급 배터리를 충전할 수 있어, 차량용 인버터를 사용한다면 가정에 전기공급이 용이해지는 장점이 있다.
이와 같이 다수개의 배터리를 직렬로 연결하여 장기간 충방전을 반복하면서 사용할 경우에는 배터리에는 셀 발란싱에 차이가 생겨 성능이 저하되며, 성능이 저하된 배터리는 정상적인 배터리보다 충전시에는 먼저 만충전이 되고, 방전시에는 먼저 과방전이 되는 단점이 발생한다.
따라서, 이와같이 배터리를 직렬로 연결한 경우에는 배터리 셀에 별도의 발란싱 회로를 연결하여 배터리 셀간의 전압 불균형을 해소함으로써 안정적인 전기저장이 이루어지게 되므로, 태양광 발전 시스템의 전기 저장장치의 구성을 원활하게 이룰 수 있다.
발명의 배경기술이 되는 선행기술로서 태양광, 전기 저장 장치, 태양전지를 키워드로 하여 검색을 행한 바, 하기의 특허문헌들이 존재한다.
배터리는 충전과 방전을 반복해서 사용할 수 있으나, 배터리의 충방전 횟수가 증가하게 되면, 이에 비례해서 수명이 저하되는 특성이 있다. 이와 같이, 배터리의 수명은 충전 횟수와 밀접한 관계가 있으므로, 배터리의 수명 저하를 방지하면서, 배터리를 항상 최적의 상태로 유지하기 위해서, 잦은 충방전 보다는 1회 충전후 방전이 완료될 때, 즉 충전이 요구되는 최소전압까지 지속적으로 사용한 후에 재충전하는 것이 유리하다.
한편, 배터리 용량을 증대시키면 배터리에 저장되는 전기의 양이 늘어나 장시간 지속해서 가정에 전기를 공급할 수 있는 장점이 있지만, 태양광 에너지 저장장치에 널리 사용되는 12V 200AH 연축전지의 경우, 4개 이상을 병렬로 연결하는 것은 배터리 제작사에서 기술적으로 바람직하지 않다고 금지하고 있으므로, 무한정 배터리 용량을 늘릴 수 없는 단점이 있다.
또한 최소 2그룹 이상의 배터리를 준비하여 제 1 배터리 그룹이 만충전되면, 제 1 배터리 그룹은 충전을 중지시켜서 가정에 전기를 공급하는 용도로 사용하고, 제 2 배터리 그룹은 태양전지 충전기에 연결하여 충전을 진행하거나, 이와 달리 가정에 전기를 공급하는 제 1 배터리 그룹이 방전이 완료되면, 제 1 배터리 그룹을 충전기에 연결하여 재충전을 시작하고, 이때 충전이 완료된 제 2 배터리 그룹을 이용하여 가정에 전기를 공급하도록 구성하여, 제 1 배터리 그룹만의 사용에 따른 잦은 충방전을 방지하여 배터리의 수명저하를 최소화할 수 도 있다.
그렇지만, 검색된 특허문헌을 포함하여, 높은 전압을 사용하고자 다수개의 배터리가 직렬로 연결된 전기 저장장치에 태양전지의 전기를 저장하는 경우에 다음과 같은 3가지의 큰 단점이 발생하게 된다.
첫째, 장기간의 악천후 동안에 원활한 전기를 공급하기 위해서 배터리 용량을 증대시키기 위해서 배터리를 병렬로 연결하지만, 12V 200AH의 경우 4개까지만 연결해야 하는 한계가 있으며, 둘째, 배터리 그룹으로 나누어 사용하더라도, 배터리가 충전상태이든지, 방전상태이든지 구별하지 않고 항상 배터리 셀 전압을 발란싱하게 되므로, 가정에 전기를 공급하는 과정에서도 셀 발란싱이 진행되어 아까운 배터리 전압을 소비하게 되는 단점이 발생하므로, 배터리 그룹의 잦은 충방전으로 인하여 배터리 내구수명 저하가 예상되고, 셋째, 장시간 사용으로 인한 배터리 셀 간의 전압 불균형이 발생되어 충전 시에는 내구성이 취약한 배터리가 먼저 만충전되고, 방전 시에는 먼저 과방전되는 현상이 발생하여 안정적인 전기 공급이 어려운 단점이 발생하게 된다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제 10-0702223호(2007.3.26. 등록)
(특허문헌 2) 한국등록특허 제 10-1294807호(2013.8.2. 등록)
(특허문헌 3) 한국등록특허 제 10-0742607호(2007.7.19. 등록)
따라서 본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 발명된 것으로 그 목적은 전기를 생성하고 배터리에 전기를 저장하는 독립형 태양광 발전 시스템에 있어서, 배터리 용량을 증대시켜서 장기간의 전기 공급이 가능하고, 충전과 방전이 필요한 배터리 그룹으로 분류하여 충전이 요구되는 배터리 그룹은 충전을 진행하고, 충전이 완료된 배터리 그룹은 가정에 전기를 공급하는 용도로 사용하므로서, 잦은 충방전에 따른 배터리의 수명저하를 방지할 수 있는 태양광 전기 저장장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 충전횟수를 줄일 수 있어 고가의 배터리를 오래동안 사용할 수 있으며, 충전이 진행되는 과정에 충전상태가 저하된 배터리 셀을 선택하여 충전을 보상시켜 줄 수 있어 배터리 전압을 균등하게 유지시킬 수 있는 태양광 전기 저장장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 배터리를 다수개 직렬로 연결하여 사용할 경우, 배터리가 충전되는 동안에만 작동하도록 충전부와 일체형으로 구성되는 BMS(Battery Management System)의 배터리 관리장치를 각각의 배터리 셀에 구비하여 배터리 셀간에 발생하는 전압 불균형을 해소함으로써 배터리 셀간의 전압편차를 해소하느라 배터리 전력을 소비하는 단점을 해소할 수 있는 태양광 전기 저장장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 배터리 충전 시, 충전부와 배터리 관리장치를 작동시키고, 배터리의 전기를 가정에 공급할 때에는 배터리 관리장치를 오프시키고, 인버터만 작동시킴으로써 배터리 셀 발란싱을 수행함에 따른 배터리 전력낭비와 배터리의 잦은 충방전에 따른 내구수명 저하를 방지하여 항상 최적의 배터리 상태를 유지할 수 있는 태양광 전기 저장장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따르는 태양광 전기 저장장치는 태양광 발전 시스템의 태양광 전기를 생성하는 태양전지부; 상기 태양전지부에서 생성된 전기를 저장하는 한 쌍의 배터리 그룹; 상기 배터리 그룹에 전기를 충전하는 충전부; 상기 배터리 그룹의 직류전기를 입력받아 가정용 교류전원으로 변환시키는 인버터; 상기 배터리 그룹의 전압 불균형을 해소시켜주는 배터리 관리장치; 상기 배터리 그룹에 대해서 스위치 연결을 통해서 상기 배터리 그룹 중 어느 하나의 배터리 그룹은 충전용으로 사용하고, 상기 배터리 그룹 중 나머지 다른 하나의 배터리 그룹은 방전용으로 사용해서 상기 충전부의 배터리에 충전 출력을 연결해주는 충전 스위치; 및 상기 충전 스위치의 스위칭 작동 및 배터리 관리장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 충전부와 제어부 및 배터리 관리장치는 일체로 충전제어부를 구성하고, 상기 제어부는 상기 배터리의 충전 시에는 상기 충전부와 배터리 관리장치의 작동하고, 상기 배터리의 방전 시에는 상기 배터리 관리장치를 오프하고, 상기 인버터만을 작동하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 만충전된 배터리 그룹은 오프시키고, 충전이 필요한 배터리 그룹은 온시키도록 상기 충전부 끝단에 설치된 상기 충전 스위치를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 충전전류 감지부에서 감지된 상기 배터리 그룹의 어느 하나의 배터리 그룹의 충전상태에 따라 상기 배터리 그룹 중 나머지 다른 하나의 배터리 그룹을 상기 충전부와 연결되도록 상기 충전 스위치의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 전압감지부에서 체크된 배터리 전압이 최소전압 이하이면 배터리 경고등을 작동하고, 배터리의 충전이 필요하면 충전 경고등을 작동하고, 상기 태양광 발전 시스템에 이상이 발생하면 시동 경고등을 작동할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르는 태양광 전기 저장방법은 태양광 발전 시스템의 작동에 따라 상기 배터리 그룹 중 어느 하나인 제 1 배터리 그룹의 충전 필요 여부를 판단하는 단계와, 상기 제 1 배터리 그룹의 충전이 필요하면, 충전 스위치를 상기 제 1 배터리 그룹에 연결하여 충전을 수행하는 단계와, 상기 제 1 배터리 그룹의 충전 후, 배터리 관리장치의 작동 필요 여부를 판단하는 단계와, 상기 배터리 관리장치의 작동이 필요하면, 충전부는 작동하지 않고, 상기 제 1 배터리 그룹의 배터리 셀 중 발란싱이 필요한 배터리 셀을 선정하고 선정된 배터리 셀을 대상으로 배터리 셀 발란싱을 실행하거나, 상기 배터리 관리장치의 작동이 필요하지 않으면, 상기 충전 스위치를 상기 배터리 그룹 중 나머지 다른 하나인 제 2 배터리 그룹으로 교체 작동하는 단계와, 상기 제 2 배터리 그룹의 충전 필요 여부를 판단하는 단계와, 상기 제 2 배터리 그룹의 충전이 필요하면, 상기 충전 스위치를 상기 제 2 배터리 그룹에 연결하여 제 2 배터리 그룹의 충전을 수행하는 단계와, 상기 제 2 배터리 그룹의 충전 후, 상기 배터리 관리장치의 작동 필요 여부를 판단하는 단계와, 상기 배터리 관리장치의 작동이 필요하면, 상기 충전부는 작동하지 않고, 상기 제 2 배터리 그룹의 배터리 셀 중 발란싱이 필요한 배터리 셀을 선정하고 선정된 배터리 셀을 대상으로 배터리 셀 발란싱을 실행하거나, 상기 배터리 관리장치의 작동이 필요하지 않으면, 충전 작업을 종료하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수개의 배터리 그룹을 구성하되, 제 1 배터리 그룹을 충전할 경우에는 제 2 배터리 그룹은 충전된 전기를 가정에 공급하고, 제 2 배터리 그룹을 충전할 경우에는 제 1 배터리 그룹의 전기를 이용하여 가정에 공급하도록 구성하고, 1회 충전이 완료된 후 재충전이 요구되는 배터리는 최소전압까지 방전시킴으로서, 잦은 충방전에 따른 배터리의 수명저하를 방지하고, 배터리를 충전하는 경우에 배터리 셀 발란싱을 진행하여 배터리를 최적의 상태로 유지하고, 배터리 전기를 가정에 공급하는 방전의 경우에는 배터리 셀 발란싱을 억제하여 배터리 전력낭비 요인을 제거함으로써 배터리 전력을 보다 장시간 사용이 용이한 효과가 있다.
도 1은 기존의 독립형 태양광 발전 시스템 구성도이고,
도 2는 본 발명에 의한 독립형 태양광 발전 시스템 구성도이고,
도 3은 본 발명에 의한 배터리 관리장치 구성도이고,
도 4는 본 발명에 의한 전기 공급장치 구성도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 발전 시스템을 도시한 블록도이고,
도 6는 본 발명에 의한 배터리 관리방법을 나타내는 것이고,
도 7은 본 발명에 의한 도 5의 작동 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 독립형 태양광 발전 시스템 구성도로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 독립형 태양광 발전 시스템은 태양전지부(10)에서 생성된 전기는 충전부(20)를 거쳐서 배터리를 충전시키는 것은 도 1과 유사하지만, 본 실시예는 충전부(20)와, 제어부(22) 및 BMS(23)(Battery Management System : 배터리 관리장치)로서 충전제어부(21)를 구성하고, 배터리는 제 1 배터리 그룹(30)과 제 2 배터리 그룹(40)로 구분하여, 충전이 완료된 제 2 배터리 그룹(40)의 전기를 인버터(50)에 공급하여 가정에서 요구되는 교류전기를 변환하도록 구성함으로써, 배터리의 잦은 충방전에 따른 내구수명 저하를 억제할 수 있다.
이를 위해, 충전부(20) 끝단에 충전 스위치(60)를 두어 제 1 배터리 그룹(30) 및 제 2 배터리 그룹(40)를 선택할 수 있도록 구성하여, 만충전된 배터리 그룹은 충전 스위치(60)를 오프시키고, 충전이 필요한 배터리 그룹은 충전 스위치(60)를 온시키는 역할을 담당하도록 한다.
또한, 배터리를 다수개 직렬로 연결하여 사용할 경우에 배터리 셀간에 발생하는 전압 불균형을 해소하고자 제 1 배터리 그룹(30) 및 제 2 배터리 그룹(40)의 각각의 배터리 셀(31,32,33,34....) 및 (41,42,43,44....)에는 BMS(23)(Battery Management System)라고 불리우는 배터리 관리장치를 두어 배터리가 충전되는 동안에만 작동하도록 충전기와 일체형으로 구성할 수 있다.
가정에 전기를 공급하는 배터리의 방전 시에 배터리 관리장치인 BMS(23)를 작동하면, 가정에 전기를 공급하는 과정에서 배터리 셀간의 전압편차를 해소하느라 배터리 전력을 소비하게 되는 단점이 있어 배터리 관리장치인 BMS(23)를 작동하지 않는 것이 바람직하다.
태양전지부(10)는 태양빛의 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 태양전지로 구성되며, 잘 알려진 바와 같이, 통상 반도체로 만들어진 태양전지에 빛에너지(광자)가 투입되면 전자의 이동이 일어나서 전류가 흐르고 전기가 발생하는 원리를 이용한다.
또한, 제어부(22)는 충전이 요구되는 제 1 배터리 그룹(30)에 충전 스위치(60)를 연결시켜 충전부(20)의 전기가 충전 스위치(60)를 거쳐서 제 1 배터리 그룹(30)를 충전하도록 구성하여, 제 1 배터리 그룹(30)는 충전상태가 되며, 이때 제 1 배터리 그룹(30)이 만충전될 때까지 BMS(23)인 배터리 관리장치를 동작하여 제 1 배터리 그룹(30)내의 배터리 셀(31,32,33,34...)의 각각의 전압을 균일하게 유지하는 역할을 담당한다.
도 3은 본 발명에 의한 배터리 관리장치 구성도로서, 제 1 배터리 그룹(30)이 충전될 경우에 제 1 배터리 그룹(30)의 각각의 배터리 셀(31,32,33,34...)간의 전압 불균형을 해소하고자 A/D 변환부(24)를 두어 각 배터리 셀(31,32,33,34)의 전압을 검출한다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 배터리 셀(32)의 충전전압이 저하된 경우, BMS(23)에 의해서 배터리 셀 발란싱을 수행하며, 제 1 배터리 셀(31)과, 제 3 배터리 셀(33) 및 제 4 배터리 셀(34) 등은 충전전압에 차이가 없으므로, 별도의 배터리 셀 발란싱을 수행하지 않는다.
도 4는 본 발명에 의한 태양광 전기 공급장치 구성도로서, 충전된 제 2 배터리 그룹(40)의 전기는 인버터(50)를 거쳐서 가전제품(70)에 전기를 공급하는 것을 나타내며, 인버터(50)는 가전제품(70)에 원활한 전기를 공급하기 위해서 적절한 용량을 선정해서 사용하게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 발전 시스템을 도시한 블록도로서, 태양전지부(10)에서 발전된 전기는 충전부(20)를 거쳐 제 1 배터리 그룹(30)를 충전시킨다.
제 1 배터리 그룹(30)가 충전을 시작하면, 충전전류 감지부(25)에서 충전상태를 감지하고, 충전이 완료되었다고 판단하면, 제어부(22)는 충전 스위치(60)에 명령을 내려 제 2 배터리 그룹(40)을 충전부(20)와 연결시켜서 충전을 행할 수 있다.
제어부(22)는 전압감지부(24), 즉 A/D 변환부로 배터리의 전압상태를 체크하여 배터리 전압이 최소전압 이하로 저하되면 배터리 경고등(13)을 작동하고, 배터리의 충전이 필요할 경우에는 충전 경고등(12)을 작동시키며, 태양광 발전 시스템에 이상이 발생하면 시동 경고등(11)을 작동시켜 태양광 발전 시스템이 비정상상태임을 경고한다.
도 6은 본 발명에 의한 배터리 관리방법을 나타내는 것으로, 충전부(20)를 이용하여 배터리를 충전하는 과정에서 제 1 배터리 그룹(30) 또는 제 2 배터리 그룹(40)의 제 2 배터리 셀(32)(42)의 충전전압이 저하된 경우에 배터리 관리장치인 BMS(23)를 함께 작동시켜, 제 2 배터리 셀(32)(42)은 충전부(20)의 충전전류와 배터리 관리장치인 BMS(23)의 충전전류가 합쳐져서 충전하게 되므로, 제 1 배터리 셀(31, 33, 34...)(41, 43, 44...)에 비해서 보다 큰 충전전류로 충전을 진행하게 된다.
도 7은 본 발명에 의한 도 5의 작동 과정을 나타낸 플로우 챠트로서, 본 발명의 독립형 태양광 발전 시스템이 작동하면(S1), 제어부(22)는 배터리를 충전하기 위하여 먼저, 제 1 배터리 그룹(30)의 상태를 체크하여(S2), 충전이 필요한지의 여부를 판단하고(S3), 충전이 필요할 경우에는 충전 스위치(60)를 제 1 배터리 그룹(30)에 연결하여(S4) 제 1 배터리 그룹(30)의 충전을 수행하고(S5), 완전히 충전되었는 지를 판단하고(S6), 충전이 필요하지 않으면, BMS(23)의 작동이 필요한가를 판단하게 된다(S7).
BMS(23)의 작동이 필요하지 않으면, 바로 충전 스위치(60)를 교체 작동하는 단계 (S10)로 이동하고, BMS(23)의 작동이 필요하면, 메인 충전부(20)은 작동하지 않고 BMS(23)만 작동하되, 제 1 배터리 그룹(30)를 구성하는 배터리 셀(31,32,33,34..) 중에서 충전전압이 저하되어 발란싱이 필요한 배터리 셀을 선정하고, 선정된 배터리 셀을 대상으로 배터리 셀 발란싱을 실행하여 완전충전이 이루어질 때 까지 충전하게 된다(S8).
이후 BMS(23) 작동의 완료를 판단하고(S9), BMS(23) 작동이 완료되면, 충전 스위치(60)를 교체 작동시켜(S10), 제 2 배터리 그룹(40)의 상태를 체크하여(S11), 충전이 필요한지의 여부를 판단한다(S12).
충전이 필요하면, 충전 스위치(60)를 제 2 배터리 그룹(40)에 연결하여(S13) 제 2 배터리 그룹(40)의 충전을 수행하고(S14), 완전히 충전되었는 지를 판단하고(S15), 충전이 필요하지 않으면, BMS(23)의 작동이 필요한가를 판단하게 된다(S16).
이때에도 BMS(23)의 작동이 필요하지 않으면, 바로 충전 작업을 종료하게 되고(S19), BMS(23)의 작동이 필요하면, 메인 충전부(20)는 작동하지 않고 BMS(23)만 작동하되, 제 2 배터리 그룹(40)를 구성하는 배터리 셀(41,42,43,44..) 중에서 충전전압이 저하되어 발란싱이 필요한 배터리 셀을 선정하고, 선정된 배터리 셀을 대상으로 배터리 셀 발란싱을 실행하여 완전충전이 이루어질 때 까지 충전하게 된다(S17).
이어서 마지막으로 BMS(23) 작동의 완료를 판단하고(S18), BMS(23) 작동 완료로서 충전 작업을 종료하게 된다(S19).
이상과 같이 본 발명의 일 실시에에 따른 독립형 태양광 발전 시스템의 전기 저장장치는 배터리를 2개 그룹으로 구분하되, 제 1 배터리 그룹을 충전하는 경우에는 제 2 배터리 그룹을 가정용 전원으로 사용함으로써, 잦은 충방전에 따른 배터리의 내구성 저하를 억제하고, 장기간 사용함에 따른 배터리 전압의 불균형이 발생하더라도, 배터리 관리장치로 부터 배터리 전압 불균형을 해소하여 최적의 배터리 상태를 유지시켜 줄 수 있다.
또한 본 발명의 태양광 전기 저장장치는 배터리를 충전하는 경우에는 충전기와 배터리 관리장치인 BMS(23)를 작동시키고, 배터리의 전기를 가정에 공급할 때에는 배터리 관리장치인 BMS(23)를 오프시키고, 인버터(50)만 작동시킴으로써 배터리 셀 발란싱을 수행함에 따른 배터리 전력낭비와 배터리의 잦은 충방전에 따른 내구수명 저하를 방지하여, 배터리를 항상 최적의 상태로 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 태양광 전기 저장 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. 그리고 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
10 : 태양전지 20 : 충전부
21 : 충전제어부 22 : 제어부
23 : BMS 24 : 전압감지부
30 : 제 1 배터리 그룹 31,32,33,34... : 배터리 셀
40 : 제 2 배터리 그룹 41,42,43,44... : 배터리 셀
50 : 인버터 60 : 충전 스위치
70 : 가전제품

Claims (6)

  1. 독립형 태양광 발전 시스템의 전기 저장장치에 있어서,
    상기 태양광 발전 시스템의 태양광 전기를 생성하는 태양전지부;
    상기 태양전지부에서 생성된 전기를 저장하는 한 쌍의 배터리 그룹;
    상기 배터리 그룹에 전기를 충전하는 충전부;
    상기 배터리 그룹의 직류전기를 입력받아 가정용 교류전원으로 변환시키는 인버터;
    상기 배터리 그룹의 전압 불균형을 해소시켜주는 배터리 관리장치;
    상기 배터리 그룹에 대해서 스위치 연결을 통해서 상기 배터리 그룹의 어느 하나를 충전용으로 사용하고, 상기 배터리 그룹의 다른 하나를 방전용으로 사용해서 상기 충전부의 배터리에 충전 출력을 연결해주는 충전 스위치; 및
    상기 충전 스위치의 스위칭 작동 및 배터리 관리장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는
    태양광 전기 저장장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전부와 제어부 및 배터리 관리장치는 일체로 충전제어부를 구성하고, 상기 제어부는 상기 배터리의 충전 시에는 상기 충전부와 배터리 관리장치의 작동하고, 상기 배터리의 방전 시에는 상기 배터리 관리장치를 오프하고, 상기 인버터만을 작동하도록 제어하는
    태양광 전기 저장장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 만충전된 배터리 그룹은 오프시키고, 충전이 필요한 배터리 그룹은 온시키도록 상기 충전부 끝단에 설치된 상기 충전 스위치를 제어하는
    태양광 전기 저장장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 충전전류 감지부에서 감지된 상기 어느 하나의 배터리 그룹의 충전상태에 따라 상기 나머지 다른 하나의 배터리 그룹을 상기 충전부와 연결되도록 상기 충전 스위치의 작동을 제어하는
    태양광 전기 저장장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 전압감지부에서 체크된 배터리 전압이 최소전압 이하이면 배터리 경고등을 작동하고, 배터리의 충전이 필요하면 충전 경고등을 작동하고, 상기 태양광 발전 시스템에 이상이 발생하면 시동 경고등을 작동하는
    태양광 전기 저장장치.
  6. 독립형 태양광 발전 시스템의 전기 저장방법에 있어서,
    상기 발전 시스템의 작동에 따라 상기 배터리 그룹 중 어느 하나인 제 1 배터리 그룹의 충전 필요 여부를 판단하는 단계와,
    상기 제 1 배터리 그룹의 충전이 필요하면, 충전 스위치를 상기 제 1 배터리 그룹에 연결하여 충전을 수행하는 단계와,
    상기 제 1 배터리 그룹의 충전 후, 배터리 관리장치의 작동 필요 여부를 판단하는 단계와,
    상기 배터리 관리장치의 작동이 필요하면, 충전부는 작동하지 않고, 상기 제 1 배터리 그룹의 배터리 셀 중 발란싱이 필요한 배터리 셀을 선정하고 선정된 배터리 셀을 대상으로 배터리 셀 발란싱을 실행하거나, 상기 배터리 관리장치의 작동이 필요하지 않으면, 상기 충전 스위치를 상기 배터리 그룹 중 나머지 다른 하나인 제 2 배터리 그룹으로 교체 작동하는 단계와,
    상기 제 2 배터리 그룹의 충전 필요 여부를 판단하는 단계와,
    상기 제 2 배터리 그룹의 충전이 필요하면, 상기 충전 스위치를 상기 제 2 배터리 그룹에 연결하여 제 2 배터리 그룹의 충전을 수행하는 단계와,
    상기 제 2 배터리 그룹의 충전 후, 상기 배터리 관리장치의 작동 필요 여부를 판단하는 단계와,
    상기 배터리 관리장치의 작동이 필요하면, 상기 충전부는 작동하지 않고, 상기 제 2 배터리 그룹의 배터리 셀 중 발란싱이 필요한 배터리 셀을 선정하고 선정된 배터리 셀을 대상으로 배터리 셀 발란싱을 실행하거나, 상기 배터리 관리장치의 작동이 필요하지 않으면, 충전 작업을 종료하는 단계를 포함하는
    태양광 전기 저장방법.
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KR20180051238A (ko) * 2016-11-08 2018-05-16 박성현 에너지 하베스팅 타입 비콘 시스템 및 그 제어 방법

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