KR20180113800A - 이동형 에너지저장장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)를 포함하는 이동형 에너지저장장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 주상 또는 지상 변압기의 교체 시, 종래 위험한 활선 무정전 공법을 대체하여 별도의 활선작업 없이 무정전 작업이 가능한 안전하고 친환경적인 작업이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

이동형 에너지저장장치{Portable Energy Storage System}
본 발명은 이동형 에너지저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주상 또는 지상 변압기의 교체 시, 종래 위험한 활선 무정전 공법을 대체하여 별도의 활선작업 없이 무정전 작업이 가능한 안전하고 친환경적인 이동형 에너지저장장치에 관한 것이다.
일반적으로 주상 또는 지상 변압기 고장으로 변압기의 교체 또는 수리가 요구되는 경우에 크게 2가지 방법을 통해서 변압기를 교체하거나 수리하게 된다.
첫째, 정전방식으로 고장이 난 주상 또는 지상 변압기와 연결되는 고압 및 저압전선의 전기적인 연결을 차단한 상태에서 안전하게 변압기를 교체하거나 수리하는 방식이다. 그러나, 이러한 정전방식은 변압기를 수리 및 교체하는 시간 동안은 전력을 사용할 수 없어 전력 사용자가 매우 불편하다는 단점이 있다.
둘째, 상기 정전방식의 문제점을 해결하는 무정전 공사용 변압기 방식으로 고장이 난 주상 또는 지상 변압기와 연결된 고압전선과 저압전선 사이에 고압개폐기, 변압기장치, 변압기에 내장된 보호용 퓨즈, 검상장치, 저압개폐기를 전기적으로 서로 연결하되, 상기 고압개폐기는 고압전선과 상기 저압개폐기는 저압전선과 연결하여 고장이 난 변압기와 병렬상태로 만든 후, 고장이 난 변압기와 연결되는 고압 및 저압의 연결을 차단한 후에 고장이 난 변압기의 교체 및 수리를 수행한다. 여기서, 주상 또는 지상 변압기를 대신하여 상기 변압기장치를 통해 전력 사용자에게 전력공급이 가능하므로, 정전 없이 변압기의 교체 및 수리가 가능하게 된다.
그러나, 상기 무정전 공사용 변압기 방식은 고압개폐기와 고압전선을 전기적으로 연결하기 위해서 상기 고압전선의 외피를 피박하고, 피박된 고압전선과 고압케이블을 전기적으로 연결하는 직접활선 방식을 사용하므로, 작업과정에서 작업자가 고압전선과 수시로 접촉하여야 하므로 안전사고의 위험성이 높다는 문제점이 있다.
또한, 고압전선의 외피를 피박하고, 다시 피박된 부위를 원상 복원하는 작업은 많은 작업시간이 요구되어 시공이 늦을 뿐만 아니라, 그 긴 작업 시간만큼 작업자는 안전사고의 위험성에 오랫동안 노출되는 문제점이 있다.
또한, 상기 무정전 공사용 변압기 방식은 수행하기 위해서는 고압개폐기, 변압기장치, 변압기에 내장된 보호용퓨즈, 검상장치, 저압개폐기 등의 많은 설비의 사용이 요구되어 설비를 탑재하는 차량의 대형화가 요구되고, 이로 인해 현장 이동의 신속성이 낮다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 좁은 길목에는 대형 차량의 진입이 곤란하여 원활한 시공이 어려워 대량의 전력 사용자가 장시간 전력을 공급받지 못하는 문제가 발생하기도 한다.
한국등록특허 제10-1658705호(등록일: 2016.09.16) 한국등록특허 제10-1470868호(등록일: 2014.12.03)
본 발명의 목적은 주상 또는 지상 변압기의 교체 시, 종래 위험한 활선 무정전 공법을 대체하여 별도의 활선작업 없이 무정전 작업이 가능한 안전하고 친환경적인 이동형 에너지저장장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동형 에너지 저장장치는 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)는 5톤 이상의 차량에 탑재되는 것일 수 있다.
상기 대용량 배터리는 배터리랙에 고정되는 것으로 상기 차량에 탑재될 수 있다.
상기 대용량 배터리는 BMS(Battery Monitoring System)장치를 더 포함할 수 있다.
상기 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)의 주변에는 댐퍼(damper)가 더 설치될 수 있다.
상기 차량에서 상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)가 탑재된 부분에는 냉난방 장치가 더 설치될 수 있다.
상기 차량에서 상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)가 탑재된 부분에는 자동소화 장치가 더 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 이동형 에너지저장장치는 주상 또는 지상 변압기의 교체 시, 종래 위험한 활선 무정전 공법을 대체하여 별도의 활선작업 없이 무정전 작업이 가능한 안전하고 친환경적인 작업이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 측면과 후면의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 전체적인 모습과 각 구성요소들을 나타낸 모식도이다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치에서 랙에 고정된 대용량 배터리와 전력변환장치의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 냉난방 장치의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 자동소화장치의 각 구성요소들을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 전력변환장치와 BMS를 포함하는 전체 시스템의 각 구성요소들을 블록 다이어그램으로 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 제1 그룹 구성요소들과 그 사양을 나타낸 모식도이다.
도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 제2 그룹 구성요소들과 그 사양을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 사용자 인터페이스의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 단위 배터리랙의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 11는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 단위 배터리랙들이 연결되어 있는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 랙 보호장치의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 외부 공사용 인터페이스의 모습을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 측면과 후면의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 전체적인 모습과 각 구성요소들을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치에서 랙에 고정된 대용량 배터리와 전력변환장치의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 냉난방 장치의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 자동소화장치의 각 구성요소들을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 전력변환장치와 BMS를 포함하는 전체 시스템의 각 구성요소들을 블록 다이어그램으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 7에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 제1 그룹 구성요소들과 그 사양을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 제2 그룹 구성요소들과 그 사양을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 9에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 사용자 인터페이스의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 10에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 단위 배터리랙의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 11는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 단위 배터리랙들이 연결되어 있는 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 12에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 랙 보호장치의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 13에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 에너지저장장치가 탑재되는 차량의 외부 공사용 인터페이스의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 이동형 에너지저장장치는 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)를 포함하는 것으로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 이동형 에너지저장장치는 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)를 포함함으로써, 주상 또는 지상 변압기의 교체 시, 종래 위험한 활선 무정전 공법을 대체하여 별도의 활선작업 없이 무정전 작업이 가능한 안전하고 친환경적인 작업이 가능하도록 한다.
여기서, 상기 대용량 배터리는 전력계통로부터 받은 전기 에너지를 직류(DC) 형태로 저장(충전)하거나 저장되어 있는 전기에너지를 계통에 출력(방전)하는 동작을 수행할 수 있는 이차전지 장치를 의미하며, 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)는 배터리의 전류, 전압, 온도 등의 값을 측정하여 배터리를 효율적으로 사용할 수 있도록 전력변환장치(PCS)와의 통신을 통해 충ㆍ방전 전류를 제어하며, 비정상 작동 시 안전장치를 작동시키는 등 배터리시스템을 관리하는 역할을 하는 장치로 정의할 수 있다.
상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)는 5톤 이상의 차량에 탑재될 수 있으며, 더 바람직하게는 10톤 이상의 차량에 탑재되어 주상 또는 지상 변압기의 교체 현장접근이 용이하도록 구성될 수 있다. 이때 상기 대용량 배터리는 500kWh 이상의 용량을 가질 수 있으며, 상기 차량은 전장이 5 내지 8m, 폭이 2 내지 3.5m, 높이가 2.5 내지 4.5m의 크기로 구성될 수 있다.
상기 대용량 배터리는 배터리랙에 고정되는 것으로 상기 차량에 탑재되며, BMS(Battery Monitoring System)장치를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 대용량 배터리는 차량의 중앙부에 배치하고 전력변환장치를 상기 배터리 후방으로 배치하여 작업성 및 방열성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 배터리랙은 대용량 배터리를 진동 충격이 최소화될 수 있도록 콤팩트하고 안정적인 구조로 배치될 수 있도록 하는 장점이 있다.
상기 배터리랙은 예를 들어, 배터리 모듈, 모듈 BMS, 랙 BMS, Gear Box(퓨즈, DC Contactor, 전류 센서) 등으로 구성될 수 있다. 이 때, 배터리 모듈은 예를 들어, 22개 셀이 직렬로 구성될 수 있고, 랙은 11개 모듈이 직렬로 구성될 수 있다. 또한, 배터리 랙의 동작 전압 범위는 예를 들어, 774 ~ 1,004 VDC로 설정할 수 있다. 또한, 랙 BMS는 CAN BUS 통신을 통해 모듈 BMS으로부터 셀의 전압과 온도의 데이터를 전달받고, 배터리 보호 장치(Gearbox)를 제어하여 배터리 랙에 대한 보호동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 랙 BMS는 배터리 랙의 정보를 수집하고 보호 동작을 수행하도록 명령을 내리는 BMS로서, 보호동작 및 각 모듈 BMS에서 전송해온 셀의 전압 및 온도 정보를 사용해서 배터리 랙의 보호 동작과 SOC 연산을 하고, 상위의 BMS로 전압, 온도, SoC, SoH 등의 정보를 전달하는 기능을 한다.
상기 모듈 BMS는 모듈을 관리하는 BMS로서 개별 모듈 마다 설치되어 있으며, 모듈을 구성하고 있는 단위 셀의 전압과 온도 정보를 상위 장치인 랙 BMS로 전달하며, 모듈 내 셀의 밸런싱 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 BMS(Battery Monitoring System)장치는 시스템 BMS를 포함할 수 있으며, 이 때, 시스템 BMS는 셀 전압, 온도, 전류, SoC 등의 자료를 랙 BMS로 부터 전달을 받고, 사용자는 HMI를 통해서 배터리 상태를 점검할 수 있다. 이러한 시스템 BMS는 상위 장치인 PCS에 배터리 정보를 전달하고 통신 방식은 MODBUS / TCP으로 설정할 수 있다.
상기 차량에서 상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)가 탑재된 부분의 차량 상부에는 냉난방 장치를 설치하여 외부 온도조건에 관계 없이 사계절 동안 장치의 운용이 가능하도록 설계할 수 있다.
상기 냉난방장치는 배터리와 PCS의 안정적인 냉각 및 습도를 유지하기 위하여 2개를 적용할 수 있으며, PCS의 냉각은 흡기 FAN을 적용하여 외부공기를 유입하여 PCS를 별도로 냉각시키고, 뜨거워진 공기는 천장에 위치한 배기 FAN 및 OUTLET을 활용하여 외부에 배출할 수 있다.
상기 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)의 주변에는 댐퍼(damper)가 더 설치되도록 구성함으로써 내진동/내충격성 확보할 수 있다. 여기서, 상기 댐퍼(damper)는 기계식 댐퍼를 적용할 수 있다. 또한, 배터리랙, PCS 하단 및 측벽부에 진동 댐퍼를 설치하고 랙 상단 및 하단을 강성이 높은 구조물로 연결 고정하여 상대운동을 방지함으로써 차량 운행 중 진동과 충격으로부터 보호할 수 있다.
상기 차량에서 상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)가 탑재된 부분에는 자동소화 장치가 더 설치될 수 있다. 이러한 자동소화장치는 화재로부터 배터리 및 PCS를 보호하는 것으로서, 연기 감지기, 제어 패널, 경보장치로 구성되어 있으며 고체 에어로졸을 사용할 수 있다. 또한, 항온항습기의 주전원을 차단하여 작동을 중지 시킬 수 있으며, 전기 작동 방식으로서 작동 전원은 예를 들어 DC6~36V, 0.8A 로 설정할 수 있다.
또한, 상기 차량은 초기 구동장치(Auto Transfer System, ATS)로서 전력 자동 변환 장치를 포함할 수 있으며, 이러한 전력 자동 변환 장치는 계통에 연결되어 있지 않은 이동형 ESS시스템의 초기 구동 시 안정화를 위해 ATS를 통해 초기에 공급되어야 장치들에 전원 공급을 하며, PCS 및 BMS 제어기에 전원이 공급된 후 PCS의 제어 전원이 On이 되어 작동이 되면 PCS를 통해 전력을 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 이동형 에너지 저장장치는 예를 들어 배터리를 탑재한 랙 구조물, 배터리 보호 장치, 모듈 BMS, 랙 BMS, 방재장치, ATS, PCS, 공조장치 및 소화장치 등을 전기적으로 서로 연결하여 하나의 시스템으로 구성할 수 있다.
상기 이동형 에너지 저장장치는 과전류, 과전압, 저전압, 과열 및 단락 등의 내외부 이상 상황으로부터 배터리를 보호하며 비상 시 DC Contactor 및 Fuse를 통하여 배터리와 상위 연결을 차단하는 기능을 수행하는 배터리 랙 단위로 설치된 랙 보호장치(Rack Switchgear)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동형 에너지 저장장치를 탑재한 차량은 정전 및 변압기 보수 시 예를 들어 차량 측면 Power Outlet 등에 쉽게 연결하여 외부 공사 대상에 피복 제거 없이 바로 체결하여 작업할 수 있는 외부 공사용 인터페이스를 구비함으로써, 안전하고 신속하게 작업을 진행하도록 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)를 포함하는 이동형 에너지저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)는 5톤 이상의 차량에 탑재되는 것인 이동형 에너지저장장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 대용량 배터리는 배터리랙에 고정되는 것으로 상기 차량에 탑재되는 이동형 에너지저장장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 대용량 배터리는 BMS(Battery Monitoring System)장치를 더 포함하는 이동형 에너지저장장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)의 주변에는 댐퍼(damper)가 더 설치되는 이동형 에너지저장장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 차량에서 상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)가 탑재된 부분에는 냉난방 장치가 더 설치되는 이동형 에너지저장장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 차량에서 상기 대용량 배터리 및 전력변환장치(Power conditioning system, PCS)가 탑재된 부분에는 자동소화 장치가 더 설치되는 이동형 에너지저장장치.
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