KR20200012182A - 배터리 절체 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 절체 시스템에 관한 것으로, 에너지 저장 장치(20)와 제1케이블(C1)로 연결된 배터리 절체 장치(100), 상기 배터리 절체 장치(100)와 제2케이블(C2)로 연결된 전력공급원(10) 및 상기 배터리 절체 장치(100)와 제3케이블(C3)로 연결된 더미부하(30)를 포함하며, 상기 배터리 절체 장치(100)는, 상기 전력공급원(10) 및 더미부하(30) 중 선택되는 하나의 것과 연결되도록 이루어져, ESS에 대한 유지보수 작업을 보다 안전하게 시행할 수 있으며, 배터리의 효율 또한 높아지도록 하는 배터리 절체 시스템이다.

Description

배터리 절체 시스템{Battery transfer system}
본 발명은 배터리 절체 시스템에 관한 것으로, 에너지 저장 장치(Energy Storage System)를 전력공급원 또는 더미부하와 선택적으로 연결하도록 제공되어, 에너지 저장 장치 내 배터리에 저장된 전기에 대한 충전 및 방전이 이루어지도록 제공하는 배터리 절체 시스템이다.
최근 신재생에너지에 대한 사회적 관심이 높아지고 그 관련 기술이 발달함에 따라, 신재생에너지로부터 생산된 에너지를 저장해둘 수 있는 에너지 저장 장치(이하, ESS로 기재)의 중요성이 사회적으로 대두되고 있다. 이는 신재생에너지로부터 생성된 에너지와 사람들이 소비하는 에너지 사이에서의 불규칙성으로 인하여 매우 주요한 기술이며, 에너지를 저장할 수 있는 ESS는 상기 불규칙성을 조율할 수 있는 핵심적인 기술이다.
국내에서는 신지생에너지 촉진법과 함께 지난 2012년부터 리튬전지를 채택한 ESS보급화 사업을 진행하고 있으며, 이에 따라 기존 전력계통, 신재생에너지원 및 ESS 간의 호환작용을 할 수 있는 기술이나 ESS를 보다 안전하고 효과적으로 활용하는 기술이 개발되고 있다. 이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 현재 다음과 같은 문헌들이 국내에 개시되어 있다.
먼저 한국등록특허공보 제10-1774169호("모듈화된 전력변환장치를 이용한 전력운용 시스템", 2017.09.04.)를 살펴보면, 도 1에서 도시된 바와 같이, 사용 중인 전력계통에 이상이 발생되는 경우에 ESS가 전력변환장치(PCS)를 통해 부하에 대응되는 전력으로 변환되는 기술이 개시되어 있다.
그리고 한국등록특허공보 제10-1802041호("에너지 저장장치의 제어방법", 2017.12.28.)를 살펴보면, 도 2에서 도시된 바와 같이, ESS의 배터리, 태양광 발전모듈 및 전력계통이 부하와 연결되어 이를 보다 효율적으로 제어하는 방법에 대해서 개시되어 있다.
위와 같은 기술들은 ESS기술에 대해서 전력계통이나 신재생에너지원과의 호환성이 보다 좋게 형성한다는 장점은 있으나, ESS의 주기적인 유지보수나 갑작스러운 고장에 대비하기에는 어려운 단점이 있다. 특히, 종래에는 전력계통이나 신재생에너지 발전모듈과 연결된 ESS에 대해서 작업자가 유지보수를 위해 단전하는 경우, ESS의 회로 내 잔여 전기에너지로 인하여 작업자의 안전에 위협이 가해지거나 ESS의 성능이 저하되는 문제에 대해서는 적절한 해결책이 없는 문제점이 있었다.
KR 10-1774169 B1("모듈화된 전력변환장치를 이용한 전력운용 시스템") 2017.09.04. KR 10-1802041 B1("에너지 저장장치의 제어방법") 2017.12.28.
본 발명은 종래에 발생하는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, ESS가 전력공급원 또는 더미부하와 선택적으로 연결되도록 제공하여, 작업자의 유지보수 작업이 시행되는 경우에 ESS 내 잔여 전기 에너지를 방출할 수 있도록 이루어지는 에너지 절체 시스템이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 절체 시스템은, 에너지 저장 장치(20)와 제1케이블(C1)로 연결된 배터리 절체 장치(100); 상기 배터리 절체 장치(100)와 제2케이블(C2)로 연결된 전력공급원(10); 및 상기 배터리 절체 장치(100)와 제3케이블(C3)로 연결된 더미부하(30);를 포함하며, 상기 배터리 절체 장치(100)는, 상기 전력공급원(10) 및 더미부하(30) 중 선택되는 하나의 것과 연결되도록 이루어지되, 상기 전력공급원(10)과 연결되면, 상기 전력공급원(10)에서 에너지 저장 장치(20)로 전기에너지가 공급되고, 상기 더미부하(30)와 연결되면, 상기 에너지 저장 장치(20) 내의 전기에너지가 더미부하(30)로 방출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때 상기 배터리 절체 장치(100)는, 상기 에너지 저장 장치 내의 전기에너지 잔여 여부를 표출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 배터리 절체 장치(100)는, 일단에서 타단으로 왕복 운동되도록 형성되는 작동스위치(110); 일단에 배치되어 상기 제2케이블(C2)과 연결되는 제1접속단자(120); 및 타단에 배치되어 상기 제3케이블(C3)과 연결되는 제2접속단자(130);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 배터리 절체 장치(100)는, 본체(140)의 일측부에 상기 작동스위치(110)가 형성되되, 본체(140)의 타측부에 상기 제1접속단자(120) 및 제2접속단자(130)가 형성되며, 상기 작동스위치(110)는 상기 본체(140) 내 샤프트(S)를 중심으로 선회 운동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 배터리 절체 장치(100)는, 상기 본체(140)의 일측 중심부에 발광부(160)가 형성되며, 상기 에너지 저장 장치(20)의 전기 에너지가 잔재되면, 상기 발광부(160)가 점등되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 배터리 절체 장치(100)는, 상기 제1접속단자(120)과 제2케이블(C2) 사이 또는 상기 제2접속단자(130)와 제3케이블(C3) 사이가 탈부착 되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 에너지 절체 시스템은, 배터리 절체 장치가 제2케이블로 전력공급원과 연결되되 작동스위치를 통해 ON/OFF 제어가 가능함에 따라, 전력공급원으로부터의 전기 에너지 공급과 전력공급원과의 단전이 모두 이루어지는 장점이 있다. 이와 더불어 상기 배터리 절체 장치가 제3케이블을 통해 더미부하와 연결됨에 따라, 에너지 저장 장치의 배터리 방전이 가능하기에, 작업자의 작업 환경을 보다 나은 방향으로 조성하는 장점이 있다. 아울러 본 발명은 에너지 저장 장치에 대해서 주기적으로 방전시킬 수 있으므로 메모리효과로 인하여 배터리의 용량이 줄어드는 효과를 감소시킬 수 있기에 보다 효율적인 장치를 제공할 수 있다.
아울러 본 발명은 양단으로 이동하는 작동스위치와, 양단에 각각 배치되되 케이블과 탈부착이 가능한 한 쌍의 접속단자를 개시함에 따라, 다양한 장치와의 호환성이 좋도록 제공되는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 ESS와 전력계통의 구성도.
도 2는 종래기술에 따른 에너지 저장장치의 제어방법의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 절체 시스템의 구성도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 절체 시스템의 운용 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 절체 장치의 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 절체 장치의 정면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 절체 장치의 정단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 절체 장치의 좌측면도.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 절체 시스템을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명인 배터리 절체 시스템의 일 실시예에 관한 것으로, 도 3은 배터리 절체 시스템의 구성도를 나타내며, 도 4 내지 도 6은 배터리 절체 시스템의 운용 예시도를 나타낸다. 먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 절체 시스템은, 전력공급원(10), 에너지 저장 장치(20) 및 더미부하(30)와 연결된 배터리 절체 장치(100)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 상기 배터리 절체 장치(100)는 상기 에너지 저장 장치(20), 전력공급원(10) 및 더미부하(30)와 각각 제1케이블(C1), 제2케이블(C2) 및 제3케이블(C3)로 연결될 수 있다.
상기 배터리 절체 장치(100)는 작동스위치(110), 제1접속단자(120) 및 제2접속단자(130)를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1접속단자(120) 및 제2접속단자(130)는 상기 제2케이블(C2) 및 제3케이블(C3)이 탈부착 가능하도록 제공될 수 있으며, 복수의 전력공급원(10)에 대해서 상기 제1접속단자(120)에 하나를 선택적으로 연결하거나, 복수의 더미부하(30)에 대해서 상기 제2접속단자(130)에 하나를 선택적으로 연결하도록 이루어질 수 있다. 그리고 상기 에너지 저장 장치(20)는 상기 배터리 절체 장치(100)와 연결이 유지되도록 제공될 수 있다.
이어 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 배터리 절체 시스템은, 상기 배터리 절체 장치(100)의 작동스위치(110)의 조작에 따라서 상기 전력공급원(10), 에너지 저장 장치(20) 및 더미부하(30) 간의 연결 상태를 변경하도록 이루어질 수 있다. 도 4 내지 도 6은 연결 상태에 대한 각각의 모드를 나타내고 있으며, 예시적으로 3가지의 모드를 도시하고 있다.
제1모드의 경우에는 도 4에서 도시된 바와 같이, 상기 전력공급원(10)과 에너지 저장 장치(20)가 회로 연결이 될 수 있다. 이때 상기 전력공급원(10)은 전력계통이나 신재생에너지원 등으로 이루어질 수 있으며, 도 4에서는 신재생에너지원 중 태양광발전에 대해서 예시적으로 도시하고 있다. 낮 시간대에 태양광발전을 통해서 생산된 전기 에너지는 제2케이블(C2)을 통해 상기 배터리 절체 장치(100)를 경유하여 제1케이블(C1)을 통해 상기 에너지 저장 장치(20)에 공급될 수 있으며, 상기 에너지 저장 장치(20)는 내부에 배터리가 포함된 ESS로 이루어져 공급된 전력을 저장할 수 있도록 이루어질 수 있다.
제2모드의 경우에는 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 에너지 저장 장치(20)만이 상기 배터리 절체 장치(100)와 연결될 수 있으며, 상기 전력공급원(10) 및 더미부하(30)와는 연결이 끊어지도록 형성될 수 있다. 이때 도 5에서는 제2케이블(C2) 및 제3케이블(C3)은 상기 배터리 절체 장치(100)와 물리적으로는 연결되되, 전기적으로는 연결되어 있지 않은 상태를 나타내고 있으며, 상기 배터리 절체 장치(100)의 작동스위치(110)의 조작에 따라 전기적 연결 상태라 변환되는 것을 나타내고 있다. 상기 배터리 절체 장치(100)가 에너지 저장 장치(20)만 연결되는 경우에는, 작업자가 ESS에 대해서 유지보수 작업을 할 시에 전력공급원(10)으로부터 인가되는 전기 에너지를 차단하여 감전 사고나 누전되는 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있다. 아울러 태양광발전과 같은 전력공급원(10)과 배터리 절체 장치(100)가 연결되는 경우에는, 야간과 같이 전기 에너지가 생산되지 않는 시간대에 전력공급원(10)과의 연결을 차단하여 손실전력을 감소시키는 장점이 있을 수 있다.
제3모드의 경우에는 도 6에서 도시된 바와 같이, 상기 에너지 저장 장치(20)와 더미회로(30)가 회로 연결이 될 수 있다. 이때 상기 더미회로(30)는 상기 에너지 저장 장치(20) 내 전기에너지를 방전(discharge)하도록 더미로드 등으로 구성될 수 있으며, 상기 에너지 저장 장치(20) 내 배터리에 축적된 전기에너지를 외부로 방출함으로써 잔여 에너지를 최소화하도록 이루어질 수 있다. 이로써 작업자는 전기가 흐르는 도선이 아닌 전기가 흐르지 않는 상태의 도선에 대한 작업을 수행할 수 있으며, ESS에 대해서도 마찬가지로 보다 안전한 여건에서 작업이 이루어질 수 있다. 이와 같은 모드변환은 앞서 기재한 바와 같이 상기 배터리 절체 장치(100)의 작동스위치(110)가 양단으로 이동함에 따라 가변될 수 있으며, 상기 배터리 절체 장치(100)에 대한 보다 구체적인 구성은 추후 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 7 내지 도 10은 본 발명인 배터리 절체 장치의 일 실시예에 관한 것으로, 도 7은 배터리 절체 장치의 사시도를, 도 8은 배터리 절체 장치의 정면도를, 도 9는 배터리 절체 장치의 정단면도를, 도 10은 배터리 절체 장치의 좌측면도를 각각 나타낸다.
먼저 도 7을 참조하면, 상기 배터리 절체 장치(100)는 상하로 왕복 운동하는 작동스위치(110)와, 상측에 배치되는 제1접속단자(120) 및 하측에 배치되는 제2접속단자(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 상기 제1접속단자(120)는 제1양극단자(120a) 및 제1음극단자(120b)를 포함하여 이루어지며, 앞서 기재한 상기 제2케이블(C2)이 탈부착 가능하게 접속되도록 이루어질 수 있다. 아울러 상기 제2접속단자(130) 또한 제2양극단자(130a) 및 제2음극단자(130b)를 포함하여 이루어지며, 앞서 기재한 상기 제3케이블(C3)이 탈부착 가능하게 접속되도록 이루어질 수 있다.
이어 도 8을 참조하면, 상기 작동스위치(110)는 배터리 절체 장치(100)의 본체(140)의 일측부에 배치되되, 상기 제1접속단자(120) 및 제2접속단자(130)는 상기 본체(140)의 타측부에 배치될 수 있다. 그리고 상기 작동스위치(110)는 상하로 이동이 가능하게 형성되어, 앞선 기재한 바와 같이 다양한 모드로 제공되어 상기 에너지 저장 장치, 전력공급원 및 더비부하 간의 연결 상태를 가변하도록 이루어질 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 작동스위치(110)는 본체(140) 내 샤프트(S)를 중심으로 선회 이동이 되도록 이루어질 수 있으며, 파지부(111) 및 조절봉(112)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 파지부(111)는 본체(140)의 외측에 배치되어 작업자의 인력이나 별도의 동력장치와 연결됨으로써 이동이 이루어질 수 있으며, 상기 샤프트(S)를 중심으로 반원의 원주방향에 따른 궤적을 그리며 이동이 가능하도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 조절봉(112)은 상기 파지부(111)와 샤프트(S) 사이를 연결하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 본체(140)의 내부에는 상기 제1케이블(C1)과 일단이 연결된 내부케이블(C)이 배치되어 타단이 상기 작동스위치(110)로 연결됨으로써, 상기 에너지 저장 장치(20)와 배터리 절체 장치(100)의 작동스위치(110) 간의 연결이 이루어질 수 있다. 그리고 상기 본체(140)의 내부에는 상기 샤프트(S)의 상측과 하측에 제1버스바(150a)와 제2버스바(150b)가 각각 배치될 수 있다.
이때 상기 작동스위치(110)의 조절봉(112)이 샤프트(S)의 상측에 배치되는 경우에는 상기 제1버스바(150a)와 접촉하여 상기 제1케이블(C1), 내부케이블(C)과도 연결이 되도록 이루어질 수 있으며, 상기 제1버스바(150a)는 제1접속단자(120)와 연결되어 제2케이블(C2)과 제1케이블(C1) 사이가 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
아울러 상기 작동스위치(110)의 조절봉(112)이 샤프트(S)의 하측에 배치되는 경우에는 상기 제2버스바(150b)와 접촉하되, 상기 제2버스바(150b)는 제2접속단자(130)와 연결되어 제3케이블(C3)과 제1케이블(C1) 사이가 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 본체(140)의 타측부의 상측과 하측에는 제1고정브라켓(170a) 및 제2고정브라켓(170b)이 각각 형성될 수 있으며, 상기 제1고정브라켓(170a) 및 제2고정브라켓(170b)은 상기 파지부(111)가 상측 및 하측에 배치되는 경우에 맞닿도록 배치될 수 있다. 상기 제1고정브라켓(170a) 및 제2고정브라켓(170b)은 상기 파지부(111)를 고정하여 상기 에너지 저장 장치(20)가 상기 전력공급원(10) 또는 더미부하(30)와 연결되어 있는 상태를 유지하도록 할 수 있다.
더불어 본 발명의 배터리 절체 장치(100)는 상기 내부케이블(C)과 연결된 발광부(160)를 더 포함하도록 이루어질 수 있으며, 상기 발광부(160)는 상기 본체(140)의 일측 중심부에 형성될 수 있다. 상기 발광부(160)는 상기 제1케이블(C1) 상에 전류가 흐르는 경우 점등되도록 이루어질 수 있으며, 상기 에너지 저장 장치(20)의 배터리에 잔여 에너지가 있는지를 사용자가 보다 쉽게 파악할 수 있는 장점이 있다. 이때 본 발명의 배터리 절체 장치(100)는 발광부(160)와 같이 발광으로써 표출하는 수단 이외에도, 디스플레이 장치와 연결되어 실시간 전압/전류 수준을 파악할 수 있도록 제공될 수도 있다.
마지막으로 도 10을 참조하면, 도 10-(a)는 상기 파지부(111)가 상측에 배치된 경우를, 10-(b)는 상기 파지부(111)가 하측에 배치된 경우를 각각 도시하고 있다. 이때 상기 파지부(111)가 상측에 배치된 경우에는 상기 조절봉(112)이 제1버스바(150a)와 접촉되어 연결될 수 있으며, 상기 파지부(111)가 하측에 배치된 경우에는 상기 조절봉(112)이 제2버스바(150b)와 접촉되어 연결될 수 있다.
그리고 상기 파지부(111)와 조절봉(112), 한 쌍의 버스바(150a, 150b) 및 발광부(160)는 복수로 이루어져 전후 방향으로 배치될 수 있으며, 단일로 구성될 수도 있다.
아울러 상기 제1고정브라켓(170a) 및 제2고정브라켓(170b)에는 걸림부(171)가 형성될 수 있으며, 상기 걸림부(171)가 홈의 형태로 이루어지는 경우에는 상기 파지부(111)에 상기 걸림부(171)와 대응하는 돌기가 돌출되도록 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
C : 내부케이블 C1 : 제1케이블
C2 : 제2케이블 C3 : 제3케이블
S : 회전축
10 : 전력공급원 20 : 에너지 저장 장치
30 : 더미부하
100 : 배터리 절체 장치
110 : 작동스위치
111 : 파지부 112 : 조절봉
120 : 제1접속단자
120a : 제1양극단자 120b : 제1음극단자
130 : 제2접속단자
130a : 제2양극단자 130b : 제2음극단자
140 : 본체
150a : 제1버스바 150b : 제2버스바
160 : 발광부
170a : 제1고정브라켓 170b : 제2고정브라켓
171 : 걸림부

Claims (6)

  1. 에너지 저장 장치와 제1케이블로 연결된 배터리 절체 장치;
    상기 배터리 절체 장치와 제2케이블로 연결된 전력공급원; 및
    상기 배터리 절체 장치와 제3케이블로 연결된 더미부하;
    를 포함하며,
    상기 배터리 절체 장치는,
    상기 전력공급원 및 더미부하 중 선택되는 하나의 것과 연결되도록 이루어지되,
    상기 전력공급원과 연결되면, 상기 전력공급원에서 에너지 저장 장치로 전기에너지가 공급되고,
    상기 더미부하와 연결되면, 상기 에너지 저장 장치 내의 전기에너지가 더미부하로 방출되는 것을 특징으로 하는 배터리 절체 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 절체 장치는,
    상기 에너지 저장 장치 내의 전기에너지 잔여 여부를 표출하는 것을 특징으로 하는 배터리 절체 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배터리 절체 장치는,
    일단에서 타단으로 왕복 운동되도록 형성되는 작동스위치;
    일단에 배치되어 상기 제2케이블과 연결되는 제1접속단자; 및
    타단에 배치되어 상기 제3케이블과 연결되는 제2접속단자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 절체 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 절체 장치는,
    본체의 일측부에 상기 작동스위치가 형성되되,
    본체의 타측부에 상기 제1접속단자 및 제2접속단자가 형성되며,
    상기 작동스위치는 상기 본체 내 샤프트를 중심으로 선회 운동하는 것을 특징으로 하는 배터리 절체 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 절체 장치는,
    상기 본체의 일측 중심부에 발광부가 형성되며,
    상기 에너지 저장 장치의 전기 에너지가 잔재되면, 상기 발광부가 점등되는 것을 특징으로 하는 배터리 절체 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 절체 장치는,
    상기 제1접속단자와 제2케이블 사이 또는 상기 제2접속단자와 제3케이블 사이가 탈부착 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 절체 시스템.
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