KR20220057999A - Energy Supply System with Mobility - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동식 에너지 공급 시스템으로서, 보다 구체적으로, 태양광 모듈 및 이차전지 모듈을 적응적으로 구동시키는 이동식 에너지 공급 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a mobile energy supply system, and more particularly, to a mobile energy supply system for adaptively driving a solar module and a secondary battery module.
최근, 환경 문제에 대한 관심이 높아지면서 온실가스 감축과 에너지 효율의 향상을 위하여, 내연기관 자동차의 사용을 제한하고 전기자동차의 보급률을 높이고자하는 움직임이 전세계적으로 불고 있다. 현재, 국내 전기자동차의 보급량은 약100,000대로 매년 그 수가 가파르게 증가하고 있는 추세이나, 인프라 설비인 전기자동차용 충전설비는 전기자동차 보급량 대비 약 1/5 수준에 불과하며, 이 중 많은 충전설비가 운영사의 관리 소홀로 인해 운영이 중단된 실정이다. 이에 따라 전기자동차의 보급률 증가로 인한 충전 설비의 부족 문제가 가까운 미래에 발생될 가능성이 높음을 짐작할 수 있다. Recently, as interest in environmental issues increases, there is a movement around the world to limit the use of internal combustion engine vehicles and increase the penetration rate of electric vehicles in order to reduce greenhouse gas and improve energy efficiency. Currently, the supply of electric vehicles in Korea is about 100,000, and the number is rapidly increasing every year. However, charging facilities for electric vehicles, which are infrastructure facilities, are only about 1/5 of the supply of electric vehicles, and many of these charging facilities are operated by the operating company. Operation has been halted due to negligence of management. Accordingly, it can be inferred that the shortage of charging facilities due to the increase in the penetration rate of electric vehicles is highly likely to occur in the near future.
이러한 전기자동차 충전인프라 부족 문제를 해결하기 위해서는 충전설비를 증설하는 방법을 생각할 수 있지만, 전력회사의 공급선로 용량 한계, 수용가의 수배전 변압기 용량 한계, 충전설비의 낮은 이용률 등을 고려해보면, 전기자동차용 충전설비의 증설은 공간(부지확보)과 비용(선로 또는 변압기 증설)측면에서 한계가 있다. In order to solve the problem of insufficient charging infrastructure for electric vehicles, it is possible to consider the method of expanding charging facilities, but considering the supply line capacity limit of electric power companies, the capacity limit of power distribution transformers of consumers, and the low utilization rate of charging facilities, electric vehicles Expansion of charging facilities for use is limited in terms of space (land acquisition) and cost (line or transformer extension).
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 태양광 모듈 및 이차전지 모듈을 적응적으로 구동하는 이동식 에너지 공급 시스템을 제공하는데에 있다. The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a mobile energy supply system for adaptively driving a solar module and a secondary battery module.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the present embodiment are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may further exist.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동식 에너지 공급 시스템은 이동 수단이 결합된 하우징; 상기 하우징에 서로 이격하여 수납된 복수의 태양광 모듈, 상기 복수의 태양광 모듈 중 적어도 하나와 연결된 이차전지 모듈, 및 상기 복수의 태양광 모듈과 상기 이차전지 모듈의 연결 상태를 제어하는 복수의 제1 스위치 장치를 포함하는 에너지 발전 장치; 상기 복수의 태양광 모듈 각각의 전압 정보 및 상기 이차전지 모듈의 에너지 잔량 정보를 수집하는 적어도 하나의 제1 데이터 수집 장치, 및 상기 적어도 하나의 제1 데이터 수집 장치에서 수집된 정보를 기초로 상기 제1 복수의 제1 스위치 장치로 제어 신호를 제공하는 제1 제어 장치를 포함하는 모니터링 장치; 및 상기 에너지 발전 장치에서 출력된 전기 에너지를 저장하는 복수의 배터리 셀을 포함하는 에너지 저장 장치를 포함한다. 상기 제1 제어 장치는 상기 이동 수단에 의해 이동됨에 따른 상기 복수의 태양광 모듈의 실시간 음영 정보를 기초로, 상기 복수의 태양광 모듈 및 상기 이차전지 모듈의 연결 상태를 변경하는 제어 신호를 상기 복수의 제1 스위치 장치로 전송한다. A mobile energy supply system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a housing coupled to the moving means; A plurality of photovoltaic modules accommodated in the housing spaced apart from each other, a secondary battery module connected to at least one of the plurality of photovoltaic modules, and a plurality of solar modules for controlling a connection state between the plurality of photovoltaic modules and the
본 발명의 다양한 실시예는, 이동식 전기에너지 공급 시스템을 제공함에 있어서 태양광 모듈을 동적으로 구동하여 주변 상황에 따른 음영을 반영함에 더불어 리튬이온전지를 이용하여 안정적인 에너지를 공급할 수 있다. Various embodiments of the present invention can supply stable energy using a lithium ion battery while dynamically driving a solar module to reflect shadows according to surrounding conditions in providing a mobile electrical energy supply system.
또한, 본 발명의 다양한 실시예는, 배터리 셀들에 대한 셀프 에너지 밸런싱을 수행하여 열화된 배터리 셀로 인한 위험을 사전에 차단함으로써, 안정적인 배터리 관리를 도모할 수 있다. In addition, various embodiments of the present disclosure may achieve stable battery management by performing self-energy balancing on battery cells to prevent a risk caused by deteriorated battery cells in advance.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 전기에너지 공급 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전 장치의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 태양광 모듈 중 일부를 우회하는 연결 상태에 의해 전기 에너지를 생산하는 일례를 도시한다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 이차전지 모듈이 구동되는 일례를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전에 관한 사용자 인터페이스를 도시한 일 예이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 모니터링 장치가 에너지 저장 장치를 모니터링 및 제어하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플러그를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 플러그를 다른 방향에서 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관련 사용자 인터페이스를 도시한 일 예이다. 1 shows a mobile electric energy supply system according to an embodiment of the present invention.
2 shows a configuration of an energy generating device according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates an example of generating electrical energy by a connection state bypassing some of a plurality of solar modules according to an embodiment of the present invention.
4 shows an example in which the secondary battery module is driven according to an embodiment of the present invention.
5 is an example illustrating a user interface related to energy generation according to an embodiment of the present invention.
6 illustrates a configuration of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method for a monitoring device to monitor and control an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a plug according to another embodiment of the present invention.
Fig. 7 is a view showing the plug of Fig. 6 in another direction;
8 is an example illustrating a battery-related user interface according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, numbers (eg, first, second, etc.) used in the description process of the present specification are only identification symbols for distinguishing one component from other components.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and repeated descriptions of the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 전기에너지 공급 시스템(1)을 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 에너지 공급 시스템(1)은 태양광 모듈과 이차 전지를 활용하여 전기자동차 등에 에너지를 공급하는데에 이용될 수 있다. 특히, 본 시스템(1)은 태양광 모듈과 이차 전지를 주변 상황에 따라 적응적으로 구동함으로써 주변 환경에 구애 받지 않고 안정적으로 에너지를 공급할 수 있다. 1 shows a mobile electrical
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 전기에너지 공급 시스템(1)은 이동 수단이 결합한 하우징(미도시됨), 에너지 발전 장치(100), 에너지 저장 장치(200), 모니터링 장치(300) 및 전기차 충전 장치(400)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , a mobile electric
먼저, 하우징은 에너지 발전 장치(100), 에너지 저장 장치(200), 전기차 충전 장치(400) 및 모니터링 장치(300)를 수납할 수 있는 다양한 형상으로서, 바퀴, 레일 등의 이동 수단이 결합된 것으로, 특별히 한정되지 않는다. First, the housing has various shapes capable of accommodating the
에너지 발전 장치(100)는 전기 에너지를 생성하는 장치로서, 상기 하우징에 서로 이격하여 수납된 복수의 태양광 모듈, 상기 복수의 태양광 모듈 중 적어도 하나와 연결된 이차전지 모듈 및 이들의 연결 상태를 제어하는 스위치 장치를 포함한다. The
에너지 저장 장치(200)는 상기 에너지 발전 장치(100)에서 수집된 전기 에너지를 저장하는 복수의 배터리 셀을 포함하며, 각 배터리 셀의 연결 상태를 제어하는 스위치 장치를 포함한다. The
전기차 충전 장치(400)는 모니터링 장치(300)가 제어하는 운전 모드에 의해, 에너지 발전 장치(100) 및 에너지 저장 장치(200) 중 적어도 하나로부터 전기 에너지를 제공받아 외부(예컨대, 전기차 등)로 출력한다. 전기차 충전 장치(400)는 운전 모드에 따라 에너지 발전 장치(100)에서 생성된 전기 에너지를 외부로 출력하거나, 에너지 저장 장치(200)에 저장된 전기 에너지를 외부로 출력할 수 있다. 또한, 운전 모드에 따라 에너지 발전 장치(100) 및 에너지 저장 장치(200)의 전기 에너지를 병렬로 출력할 수도 있다. 전기차 충전 장치(400)는 적어도 하나의 DC/DC 컨버터 및 에너지의 출력을 제어하는 적어도 하나의 스위치 장치를 포함한다. The electric
모니터링 장치(300)는 에너지 발전 장치(100)와 에너지 저장 장치(200)의 전류, 전압, 온도 등의 다양한 정보를 수집하는 적어도 하나의 데이터 수집 장치를 포함하며, 에너지 발전 장치(100) 및 에너지 저장 장치(200)에 배치된 복수의 스위치 장치를 각각 제어하기 위한 태양광 관리 장치(또는 제1 제어 장치)(310) 및 배터리 관리 장치(또는 제2 제어 장치)(320)를 포함한다. 태양광 관리 장치(310)는 태양광 모듈 및 이차전지 모듈을 적응적으로 구동한다. 특히, 태양광 관리 장치(310)는 이동 수단에 의해 이동됨에 따라 적어도 하나의 태양광 모듈에 음영이 발생하여 효율이 떨어지면, 실시간으로 스위치 장치를 제어하여 태양광 모듈과 이차전지 모듈의 연결 상태를 변경할 수 있다. 예를 들어, 태양광 관리 장치(310)는 음영이 발생한 태양광 모듈의 구동을 정지시키고 나머지 태양광 모듈을 이용하여 전기 에너지를 생성하며, 구동이 정지된 태양광 모듈에 의해 떨어진 에너지량을 보상하기 위하여 이차전지 모듈을 구동시킬 수 있다. 이를 통해, 본 시스템(1)은 이동식 태양광 발전의 단점을 보완하면서도 안정적인 에너지 공급을 보장할 수 있다. The
또한, 배터리 관리 장치(320)는 각 배터리 셀의 성능 지수(State of Health, SOH) 및 잔류 용량SOC(State of Charge)를 추정하고, 일정 주기로 각 배터리 셀의 상태를 모니터링하여 위험 요소가 감지되면 스위치 장치를 제어함으로써 에너지 저장 장치(200)의 동작을 제어할 수 있다. 특히, 배터리 관리 장치(320)는 셀프 에너지 밸런싱을 수행하여, 열화된 배터리 셀로 인한 위험을 사전에 차단함으로써, 안정적인 배터리 관리를 도모할 수 있다. In addition, the
또한, 모니터링 장치(300)는 에너지 발전 장치(100), 에너지 저장 장치(200) 및 전기차 충전 장치(400)의 운전 모드를 제어할 수 있다. 즉, 모니터링 장치(300)는 에너지 발전 장치(100)에서 생성된 에너지를 에너지 저장 장치(200)로 충전하는 충전 모드, 에너지 저장 장치(200)의 전기 에너지를 전기차 충전 장치(400)를 통해 외부로 출력하는 제1 출력 모드 및 에너지 발전 장치(100) 및 에너지 저장 장치(200)에서 생성 및 저장된 에너지를 병렬적으로 전기차 충전 장치(400)를 통해 외부로 출력하는 제2 출력 모드를 제어할 수 있다. Also, the
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, it will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 8 .
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전 장치(100)의 구성을 도시한다. 2 shows a configuration of an energy generating
도 2를 참조하면, 에너지 발전 장치(100)는 복수의 태양광 모듈(110), 상기 복수의 태양광 모듈(110) 중 적어도 하나에 연결된 이차전지 모듈(120) 및 복수의 스위치 장치(130)를 포함한다. 또한, 에너지 발전 장치(100)에서 생성된 전기 에너지는 DC/DC 인버터(140)를 통해 에너지 저장 장치(200)로 출력된다. Referring to FIG. 2 , the
각 태양광 모듈(110)은 스위치 장치(130)가 결합된 배선들로 연결된다. 이때 배선들은 연결 배선 및 우회 배선을 포함한다. 연결 배선은 각 태양광 모듈(110)을 연결하는 배선들로, 제1 내지 제4 태양광 모듈(110a 내지 110d)는 연결 배선들을 통해 일차적으로 연결된다. 우회 배선은, 배선의 일단에 연결된 태양광 모듈의 효율이 낮아짐에 따라 해당 태양광 모듈을 제외한 나머지 태양광 모듈들을 직렬 연결하기 위한 배선으로서, 상기 연결 배선에 의해 연결되지 않은 다른 태양광 모듈과 연결될 수 있다. 한편, 연결 배선과 우회 배선에 결합된 스위치 장치(130)는 쌍으로 동작할 수 있다. 즉, 연결 배선에 결합된 스위치 장치가 온으로 동작할 때, 우회 배선에 결합된 스위치 장치는 오프로 동작할 수 있다. 이때, 스위치 장치(130)는 MC(magnet contact) 장치일 수 있으나, 특별히 한정되지 않으며, 외부 신호에 의해 동작 가능한 다양한 스위치 장치들을 포함할 수 있다. Each photovoltaic module 110 is connected to the wiring to which the switch device 130 is coupled. In this case, the wirings include a connection wiring and a bypass wiring. The connection wiring is wiring connecting each solar module 110 , and the first to fourth
한편, 각 스위치 장치(130)는 모니터링 장치(300)의 태양광 관리 장치(310)로부터 제어 신호를 제공받아 동작한다. 태양광 관리 장치(310)는 복수의 태양광 모듈(110) 각각의 전압 정보를 수집하는 적어도 하나의 데이터 수집(Data Acquisition, DAQ) 장치를 포함한다. 태양광 관리 장치(310)는 수집된 전압 정보를 기초로 실시간 음영 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 음영 정보는 제1 임계값 이하의 전압이 측정된 적어도 하나의 태양광의 식별값일 수 있다. 태양광 관리 장치(310)는 실시간 음영 정보를 기초로 각 태양광 모듈 및 이차전지 모듈의 연결 상태를 변경할 수 있다. 예를 들어, 태양광 관리 장치(310)는 실시간 음영 정보에 대응하는 적어도 하나의 태양광 모듈로의 연결을 우회하기 위하여, 적어도 하나의 우회 배선을 포함하는 새로운 연결 상태를 결정하고, 해당 연결 상태에 대응하는 스위치 장치(130)로 제어 신호들(즉, 온 제어 신호 및 오프 제어 신호)을 전송할 수 있다. 한편, 제1 임계값은 태양광 모듈의 성능, 용량 등에 따라 실험적으로 결정된 값일 수 있다. Meanwhile, each switch device 130 operates by receiving a control signal from the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 태양광 모듈 중 일부를 우회하는 연결 상태에 의해 전기 에너지를 생산하는 일례를 도시한다. 도 3에서는 제1 및 제3 태양광 모듈(110a 및 110c)에 음영이 지는 것으로 가정한다. 3 illustrates an example of generating electrical energy by a connection state bypassing some of a plurality of photovoltaic modules according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3 , it is assumed that the first and third
태양광 관리 장치(310)는 실시간 음영 정보에 따라 제1 및 제3 태양광 모듈(110a 및 110c)로의 연결을 우회하기 위해, 제1 및 제3 태양광 모듈(110a 및 110c)의 연결 배선의 스위치 장치(130)들로 오프 제어 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 장치(300)는 제1 태양광 모듈(110a)의 연결 배선에 결합된 스위치 장치(130a, 130a' 및 130i)로 오프 제어 신호를 전송하고, 제3 태양광 모듈(110c)에 연결 배선에 결합된 스위치 장치(130d 및 130j)로 오프 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라 제2 및 제4 태양광 모듈(110b 및 110d)의 우회 배선으로 전류가 흐를 수 있다. The
한편, 태양광 관리 장치(310)는 전체 태양광 모듈의 효율(또는 구동률)이 제2 임계값 이하가 될 경우, 이차전지 모듈(120)을 구동시킬 수 있다. 여기서, 제2 임계값은 실험적으로 결정된 값으로서, 예를 들어, 25% 일 수 있다. 즉, 도 3의 예에서, 제4 태양광 모듈(110d)로도 음영이 질 경우(예컨대, 제4 태양광 모듈(110d)에서 측정되는 전압량이 제1 임계값 이하가 될 경우), 제2 태양광 모듈(110b)만이 구동하므로 전체 태양광 모듈의 효율은 제2 임계값(즉, 25%) 이하가 된다. 태양광 관리 장치(310)는 이차전지 모듈(120)의 양단에 연결된 스위치 장치(135a 및 135b)로 온 제어 신호를 제공하여 이차전지 모듈(120)을 구동시킬 수 있다. Meanwhile, the
도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 이차전지 모듈(120)이 구동되는 일례를 도시한다. 도 4에서는 제1, 3 및 4 태양광 모듈(110a, 110c 및 110d)에 음영이 진 것으로 가정한다. 4 shows an example in which the
도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 태양광 모듈(110a 내지 110d) 중 제2 태양광 모듈(110b)의 연결 배선에 결합된 스위치 장치(130b, 130c 및 130h) 가 온 되어, 도 3에서와 달리 이차전지 모듈(120)로 전류 흐름이 발생할 수 있다. 또한, 제2 태양광 모듈(110b)은 우회 배선을 통해 DC/DC 인버터(140)와 연결될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전 장치(100)는 태양광 모듈뿐 아니라, 이차전지를 사용하여 일정한 에너지 생산량을 유지할 수 있다. 한편, 이차 전지는 리튬이온 전지일 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다. As shown in FIG. 4, the
한편, 상기 도 2 내지 도 4의 설명에서, 태양광 관리 장치(310)가 각 태양광 모듈(110)의 전압을 측정하여 음영 정보를 획득하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 음영 정보는 사용자 입력에 의해 결정될 수도 있다. 즉, 태양광 관리 장치(310)는 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력 장치 및 디스플레이 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 디스플레이 장치에 표시된 GUI(graphic user interface)를 통해 상기 사용자 입력 장치로부터 음영 정보를 수신할 수 있다. Meanwhile, in the description of FIGS. 2 to 4 , it has been described that the
또한, 상기 도 2내지 도 4에서는, 네 개의 태양광 모듈을 포함하여 에너지 발전 장치(100)가 구현되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 더 많은 개수의 태양광 모듈 또는 더 적은 개수의 태양광 모듈을 이용하여 구현될 수도 있다. In addition, in FIGS. 2 to 4 , although the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 발전에 관한 사용자 인터페이스를 도시한 일 예이다. 5 is an example illustrating a user interface related to energy generation according to an embodiment of the present invention.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 태양광 관리 장치(310)는 디스플레이 장치를 통해 복수의 태양광 모듈(110)의 연결 상태를 나타내는 제1 GUI(적색선으로 도시됨) 및 음영 정보에 대한 사용자 입력을 수신하는 제2 GUI(510)를 제공할 수 있다. 5A is a first GUI (shown by a red line) indicating a connection state of a plurality of photovoltaic modules 110 through a display device in the
또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 태양광 관리 장치(310)는 데이터 수집 장치로부터 수집된 정보를 기초로, 에너지 발전 장치(100)의 시간당 전력량, 전체 태양광 모듈의 효율(또는 구동율), 누적 전력량, 출력 전력량 등에 대한 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집 장치가 도 2의 A 지점 및 B 지점에서의 전류량, 각 태양광 모듈에서의 전압, 이차 전지에서의 전압 등을 수집함으로써, 상기의 정보를 생성 및 제공할 수 있다. In addition, as shown in (b) of Figure 5, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(200)의 구성을 도시하며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 모니터링 장치(300)가 에너지 저장 장치(200)를 모니터링 및 제어하는 방법을 도시한 순서도이다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 에너지 저장 장치(200)를 설명한다. 6 shows the configuration of an
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(200)는 에너지 발전 장치(100)와 연결되어, 상기 에너지 발전 장치(100)에서 출력된 전기 에너지를 저장하는 복수의 배터리 셀(210a 내지 210d; 210) 및 이들의 연결 상태를 제어하는 복수의 스위치 장치(230a 내지 230g; 230)를 포함한다. 또한, 에너지 저장 장치(200)는 배터리 셀(210)의 수집된 에너지의 전력량을 조절하여 전기차 충전 장치(400)로 전달하는 부하 장치(220)를 포함할 수 있다. 한편, 각 배터리 셀(210)은 리튬이온 전지로 구성될 수 있으나, 특별히 한정되지 않는다. Referring to FIG. 6 , the
또한, 모니터링 장치(300)는 배터리 관리 장치(또는 제2 제어 장치)(320)를 통해 에너지 저장 장치(200)를 모니터링 및 제어할 수 있다. 이때 배터리 관리 장치(320)는 복수의 배터리 셀(210)로 흐르는 전류, 셀프 에너지 밸런싱 전류, 온도 및 전압 등의 정보를 수집하는 적어도 하나의 데이터 수집 장치(미도시됨)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(320)는 C 및 D 지점에서 전류를 측정할 수 있으며, E 및 F 지점에서 전압을 측정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Also, the
또한, 배터리 관리 장치(320)는 상기 적어도 하나의 데이터 수집 장치에서 수집된 정보를 기초로 스위치 장치(230)로 제어 신호(즉, 온 제어 신호 또는 오프 제어 신호)를 전송할 수 있다. Also, the
보다 구체적으로, 배터리 관리 장치(320)는 에너지 저장 장치(200)의 총 전류량 및 온도에 대한 정보를 수집하고(s71), 수집된 값들이 각각 제1 및 제2 임계 범위 이내인지 판단한다(s72). 만약, 수집된 값들이 각각 제1 임계 범위 또는 제2 임계 범위를 벗어날 경우, 배터리 관리 장치(320)는 각 스위치 장치(230)로 오프 제어 신호를 전송하여 에너지 저장 장치(200)의 동작을 정지시킬 수 있다(s78). More specifically, the
정상 상태일 경우(즉, 제1 및 제2 임계 범위 이내), 배터리 관리 장치(320)는 PCS(power conversion system)를 구동시킬 수 있다(s73). In a normal state (ie, within the first and second threshold ranges), the
또한, 배터리 셀(210)의 충전 이후의 휴지기간에서, 배터리 관리 장치(320)는 병렬 연결된 배터리 셀들 간(즉, 310a 및 310c와, 310b 및 310d 간)의 셀프 에너지 밸런싱 전류를 측정하여, 측정된 셀프 에너지 밸런싱 전류 간의 차이값이 제3 임계 범위 이내인지 판단할 수 있다(s74). 만약, 상기 차이값이 제3 임계 범위를 벗어날 경우, 병렬 연결된 배터리 셀들 사이에 배치된 스위치 장치(230f)를 구동하여, 병렬 연결된 배터리 셀들 간의 병렬 연결을 해제시킬 수 있다(s79). 또한, 제3 임계 범위를 벗어나는 정도가 클 경우, 전체 스위치 장치를 오프시킨 후 해당 배터리 셀을 교체할 수도 있다. 이를 통해 열화 셀로 인한 화재 등의 위험을 미리 방지할 수 있다. In addition, in the idle period after the battery cell 210 is charged, the
병렬 연결된 배터리 셀들 간의 차이값이 제3 임계 범위 이내인 경우, 배터리 관리 장치(320)는 각 배터리 셀들의 전압 편차가 제4 임계 범위 이내인지 판단할 수 있다(s75). 만약, 전압 편차가 제4 임계 범위를 벗어날 경우, 배터리 관리 장치(320)는 셀 밸런싱을 수행할 수 있다(s77). 배터리 관리 장치(320)는 직렬 연결된 각 배터리 셀(또는 단위 모듈 내의 각 배터리 셀)의 전압 편차가 상기 제4 임계 범위를 벗어나면, 저항을 통한 패시브 밸런싱 또는 액티브 밸런싱을 수행할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 임계 범위는 실험적으로 결정된 값일 수 있다.When the difference value between the battery cells connected in parallel is within the third threshold range, the
한편, s71 내지 s75 단계 및 s77 단계는 에너지 저장 장치(200)의 기 정해진 최대 주기만큼 반복 수행될 수 있다(s76). 또한, 상술한 설명에서 각 단계들은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. Meanwhile, steps s71 to s75 and s77 may be repeatedly performed for a predetermined maximum period of the energy storage device 200 (s76). In addition, each step in the above description may be further divided into additional steps or combined into fewer steps according to an embodiment of the present invention. In addition, some steps may be omitted if necessary, and the order between steps may be changed.
또한, 배터리 관리 장치(320)는 각 배터리 셀의 잔존 용량(State of Charge, SOC) 및 성능 지수(State of Health, SOH)를 추정할 수 있다. 일반적으로, 리튬이온 전지의 잔존 용량을 추정하는 방법으로는 Ah-counting, OCV(Open-Circuit Voltage), Kalman Filter, Electrochemical Impedance 등이 있다. 이 중에서, Ah-counting 은 실시간으로 전류를 측정한다는 점에서 신뢰도가 높으나 초기치를 예상하는데에 어려움이 있으며, OCV 는 개회로(open-circuit)의 배터리 셀의 전압을 측정한다는 점에서 측정이 용이하나 리튬이온전지의 동작 중에는 측정할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 배터리 관리 장치(320)는 OCV 와 Ah-counting 을 함께 적용하여 배터리 셀의 잔존 용량을 추정한다. 예를 들어, 배터리 관리 장치(320)는 초기 충전 상태(예컨대, 0~15t)에 대해서는 OCV 를 적용할 수 있으며, 그 이후의 상태(예컨대, 15t~72t)에 대해서는 Ah-counting 을 적용할 수 있다. In addition, the
보다 구체적으로, 배터리 관리 장치(320)는 하기의 [수학식1] 및 [수학식 2]를 기초로 잔존 용량을 추정할 수 있다. More specifically, the
또한, 배터리 셀(210)의 성능 지수는 성능을 평가하기 위한 기준 사이클의 정의와 관련된다. 배터리 관리 장치(320)는 충전 완료된 지점의 전류값과 DOD(depth of discharge) 지점까지의 전류값의 차인 기준 전류값(Ahref), 충전 및 방전에 따른 충전 누적 전류값(Ahcref) 및 방전 누적 전류값(Ahdref)에 기초하여 기준 사이클을 결정할 수 있다. 이는, 배터리를 실제 사용함에 있어, DOD 지점까지 사용하거나 100% 충전하는 일이 극히 드물기 때문이다. 배터리 관리 장치(320)는 결정된 기준 사이클을 기초로 해당 배터리 셀의 성능 지수를 표시할 수 있다. In addition, the figure of merit of the battery cell 210 is related to the definition of a reference cycle for evaluating the performance. The
한편, 도 6 에서는 에너지 저장 장치(200)가 네 개의 배터리 셀을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, although FIG. 6 illustrates that the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관련 사용자 인터페이스를 도시한 일 예이다. 8 is an example illustrating a battery-related user interface according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 배터리 관리 장치(320)는 데이터 수집 장치를 통해 수집된 전류, 셀프 에너지 밸런싱 전류, 온도 및 전압 등의 정보를 모니터링 장치(300)의 디스플레이 장치에 표시할 수 있다. 또한, 각 배터리 셀의 동작 상태(충전 또는 방전)를 표시함으로써 사용자가 각 배터리 셀의 현 상태를 시각적으로 확인할 수 있도록 할 수 있다. 이 외에도, 모니터링 장치(300)는 배터리 관리 장치(320)에서 추정된 각 배터리 셀의 잔존 용량(SOC) 및 성능 지수(SOH)를 표시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 8 , the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Accordingly, the scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
1: 이동식 에너지 공급 시스템
100: 에너지 발전 장치
110: 태양광 모듈
120: 이차전지 모듈
130: 스위치 장치
140: DC/DC 인버터
200: 에너지 저장 장치
210: 배터리 셀
220: 부하 장치
230: 스위치 장치
300: 모니터링 장치
310: 태양광 관리 장치
320: 배터리 관리 장치
400: 전기차 충전 장치1: Mobile energy supply system
100: energy generation device
110: solar module 120: secondary battery module 130: switch device
140: DC/DC inverter
200: energy storage device
210: battery cell 220: load device 230: switch device
300: monitoring device
310: solar management device 320: battery management device
400: electric vehicle charging device
Claims (13)
상기 하우징에 서로 이격하여 수납된 복수의 태양광 모듈, 상기 복수의 태양광 모듈 중 적어도 하나와 연결된 이차전지 모듈, 및 상기 복수의 태양광 모듈과 상기 이차전지 모듈의 연결 상태를 제어하는 복수의 제1 스위치 장치를 포함하는 에너지 발전 장치;
상기 복수의 태양광 모듈 각각의 전압 정보 및 상기 이차전지 모듈의 에너지 잔량 정보를 수집하는 적어도 하나의 제1 데이터 수집 장치, 및 상기 적어도 하나의 제1 데이터 수집 장치에서 수집된 정보를 기초로 상기 복수의 제1 스위치 장치로 제어 신호를 제공하는 제1 제어 장치를 포함하는 모니터링 장치; 및
상기 에너지 발전 장치에서 출력된 전기 에너지를 저장하는 복수의 배터리 셀을 포함하는 에너지 저장 장치를 포함하되,
상기 제1 제어 장치는
상기 이동 수단에 의해 이동됨에 따른 상기 복수의 태양광 모듈의 실시간 음영 정보를 기초로, 상기 복수의 태양광 모듈 및 상기 이차전지 모듈의 연결 상태를 변경하는 제어 신호를 상기 복수의 제1 스위치 장치로 전송하는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. a housing coupled to the moving means;
A plurality of photovoltaic modules accommodated in the housing spaced apart from each other, a secondary battery module connected to at least one of the plurality of photovoltaic modules, and a plurality of solar modules for controlling a connection state between the plurality of photovoltaic modules and the secondary battery module 1 an energy generating device comprising a switch device;
At least one first data collection device for collecting voltage information of each of the plurality of photovoltaic modules and information on the remaining energy of the secondary battery module, and the plurality of based on information collected by the at least one first data collection device a monitoring device comprising a first control device providing a control signal to a first switch device of and
Including an energy storage device including a plurality of battery cells for storing the electrical energy output from the energy generating device,
The first control device is
Based on real-time shading information of the plurality of photovoltaic modules as moved by the moving means, a control signal for changing the connection state of the plurality of photovoltaic modules and the secondary battery module is transmitted to the plurality of first switch devices A mobile energy supply system that transmits.
상기 복수의 태양광 모듈은 상기 복수의 태양광 모듈을 연결하는 복수의 연결 배선 및 우회 배선에 의해 서로 연결되며,
상기 복수의 연결 배선 및 상기 우회 배선에는 적어도 하나의 제1 스위치 장치가 결합된 것인 이동식 에너지 공급 시스템. The method of claim 1,
The plurality of photovoltaic modules are connected to each other by a plurality of connecting wires and bypass wires connecting the plurality of photovoltaic modules,
At least one first switch device is coupled to the plurality of connecting wires and the bypass wires.
상기 제1 제어 장치는
상기 실시간 음영 정보를 기초로, 적어도 하나의 우회 배선을 포함하는 상기 변경된 연결 상태를 결정하고, 상기 변경된 연결 상태에 대응하는 적어도 하나의 제1 스위치 장치로 온 제어 신호 또는 오프 제어 신호를 전송하되,
상기 복수의 태양광 모듈의 효율이 제1 임계값 이하일 경우, 상기 이차전지 모듈의 양단에 연결된 적어도 하나의 제1 스위치 장치로 온 제어 신호를 전송하는 이동식 에너지 공급 시스템. 3. The method of claim 2,
The first control device is
Determining the changed connection state including at least one bypass wiring based on the real-time shadow information, and transmitting an on control signal or an off control signal to at least one first switch device corresponding to the changed connection state,
When the efficiency of the plurality of photovoltaic modules is less than or equal to a first threshold, a mobile energy supply system for transmitting an ON control signal to at least one first switch device connected to both ends of the secondary battery module.
상기 음영 정보는
제2 임계값 이하의 전압이 측정된 적어도 하나의 태양광 모듈의 식별값인 이동식 에너지 공급 시스템. 4. The method of claim 3,
The shade information is
A mobile energy supply system in which a voltage below a second threshold is an identification value of at least one solar module measured.
상기 모니터링 장치는 사용자 입력 장치 및 디스플레이 장치를 더 포함하며,
상기 제1 제어 장치는
상기 디스플레이 장치에 표시된 GUI(graphic user interface)를 통해 상기 사용자 입력 장치로부터 음영 정보를 수신하는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. 4. The method of claim 3,
The monitoring device further includes a user input device and a display device,
The first control device is
Receiving the shadow information from the user input device through a graphical user interface (GUI) displayed on the display device is a mobile energy supply system.
상기 에너지 저장 장치는 상기 복수의 배터리 셀의 연결 상태를 제어하는 복수의 제2 스위치 장치를 포함하고,
상기 모니터링 장치는 상기 복수의 배터리 셀의 전류, 전압 및 셀프 에너지 밸런싱 전류 및 온도 정보를 수집하는 적어도 하나의 제2 데이터 수집 장치, 및 상기 적어도 하나의 제2 데이터 수집 장치에서 수집된 정보를 기초로 상기 복수의 제2 스위치 장치로 제어 신호를 제공하는 제2 제어 장치를 포함하는 것인 이동식 에너지 공급 장치. The method of claim 1,
The energy storage device includes a plurality of second switch devices for controlling the connection state of the plurality of battery cells,
The monitoring device includes at least one second data collection device for collecting current, voltage and self-energy balancing current and temperature information of the plurality of battery cells, and based on the information collected from the at least one second data collection device and a second control device for providing a control signal to the plurality of second switch devices.
상기 제2 제어 장치는
상기 에너지 저장 장치의 총 전류량 및 상기 온도 정보가 각각 제1 임계 범위 및 제2 임계 범위 이내인지 판단하고, 상기 총 전류량 및 상기 온도 정보가 상기 제1 및 제2 임계 범위 이내이면, PCS(power conversion system)를 구동시키는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. 7. The method of claim 6,
The second control device is
It is determined whether the total current amount and the temperature information of the energy storage device are within a first threshold range and a second threshold range, respectively, and if the total current amount and the temperature information are within the first and second threshold ranges, power conversion (PCS) a mobile energy supply system that drives the system).
상기 제2 제어 장치는
상기 에너지 저장 장치의 병렬 연결된 배터리 셀들 간의 에너지 밸런싱 전류 간의 차이값이 제3 임계 범위 이내인지 판단하고, 상기 차이값이 상기 제3 임계 범위 이내이면, 상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 편차가 제4 임계 범위 이내인지를 판단하는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. 7. The method of claim 6,
The second control device is
It is determined whether a difference value between energy balancing currents between parallel-connected battery cells of the energy storage device is within a third threshold range, and if the difference value is within the third threshold range, the voltage deviation of each of the plurality of battery cells is a fourth A mobile energy supply system that determines whether it is within a critical range.
상기 제2 제어 장치는
상기 차이값이 상기 제3 임계 범위를 벗어나면, 상기 병렬 연결된 배터리 셀들 간의 병렬 연결을 해제시키는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. 9. The method of claim 8,
The second control device is
When the difference value is out of the third threshold range, the mobile energy supply system that disconnects the parallel connection between the parallel-connected battery cells.
상기 제2 제어 장치는
상기 복수의 배터리 셀 각각의 전압 편차가 상기 제4 임계 범위를 벗어나면, 셀 밸런싱을 수행하는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. 9. The method of claim 8,
The second control device is
When the voltage deviation of each of the plurality of battery cells is out of the fourth threshold range, cell balancing is performed.
상기 제2 제어 장치는
OCV(Open-Circuit Voltage) 및 Ah-counting 방법을 순차적으로 적용하여 상기 복수의 배터리 셀 각각의 잔존 용량(State of Charge)를 추정하는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. 7. The method of claim 6,
The second control device is
A mobile energy supply system that sequentially applies OCV (Open-Circuit Voltage) and Ah-counting method to estimate the remaining capacity (State of Charge) of each of the plurality of battery cells.
상기 제2 제어 장치는
충전 완료된 지점의 전류값 및 DOD(depth of discharge) 지점까지의 전류값의 차이값, 충전 누적 전류값 및 방전 누적 전류값에 기초하여 기준 사이클을 결정하는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. 7. The method of claim 6,
The second control device is
A mobile energy supply system that determines a reference cycle based on a difference value between a current value at a point where charging is completed and a current value up to a depth of discharge (DOD) point, a charge accumulation current value, and a discharge accumulation current value.
상기 이동식 에너지 공급 시스템은
상기 모니터링 장치가 제어하는 운전 모드에 의해, 상기 에너지 발전 장치 및 상기 에너지 저장 장치 중 적어도 하나로부터 전기 에너지를 제공받아 외부로 출력하는 전기차 충전 장치를 더 포함하는 것인 이동식 에너지 공급 시스템. The method of claim 1,
The mobile energy supply system is
The mobile energy supply system further comprising an electric vehicle charging device that receives electrical energy from at least one of the energy generation device and the energy storage device and outputs it to the outside according to the driving mode controlled by the monitoring device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200143209A KR102495010B1 (en) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | Energy Supply System with Mobility |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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2020
- 2020-10-30 KR KR1020200143209A patent/KR102495010B1/en active IP Right Grant
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