WO2022045423A1 - 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥 - Google Patents

재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥 Download PDF

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WO2022045423A1
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secondary battery
recycled secondary
house
recycled
mobile
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손창우
제갈혁
이병흥
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주식회사 엘씨엠싸이언스
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a mobile house, and more particularly, to a mobile house using a recycled secondary battery and solar power.
  • the present invention stores electric power generated using sunlight in a recycled secondary battery such as a waste battery, and uses the stored electric power as a power source for a mobile house that uses a small-scale, limited electric power, thereby self-
  • An object of the present invention is to provide a mobile house using a recycled secondary battery and photovoltaic power, which has a structure capable of storing the generated electric power in a waste battery and meeting the electric power demand inside the mobile house if necessary.
  • a mobile house using a recycled secondary battery and photovoltaic power generation includes: a house body equipped with electrical equipment; a solar cell panel installed outside the roof of the house body; and a recycled secondary battery electrically connected to the solar panel to store the electrical energy produced from the solar panel and installed outside the house body to supply power to the electrical equipment.
  • the mobile house using recycled secondary batteries and solar power supplies air discharged to the outside using a fan installed on the wall of the house body to the recycled secondary battery to cool the heat generated from the recycled secondary battery It further includes a cooling member configured to make it possible.
  • the cooling member includes a duct connecting the end of the fan and the case in which the recycled secondary battery is accommodated.
  • the recycled secondary battery is a waste battery for an electric vehicle having a predetermined capacity.
  • the predetermined capacity is on the order of 20 kW.
  • a mobile house using a recycled secondary battery and photovoltaic power generation is vertically provided on the upper end of the house body so as to support the solar cell panel inclinedly, and the recycled secondary preposition and the control device are accommodated therein A roof panel is further provided.
  • the mobile house using the recycled secondary battery and solar power further includes a waterproofing member for waterproofing a gap between the solar cell panel and the roof panel.
  • the mobile house using the recycled secondary battery and solar power further includes a roof door provided on a sidewall of the roof panel.
  • the mobile house using the recycled secondary battery and solar power further includes a cooling fan installed on the roof panel to be driven by the recycled secondary battery to inject cooling air into the roof panel.
  • the house body is any one selected from the group comprising a movable container house, a movable wooden house and a movable ocher house.
  • waste batteries for electric vehicles or old batteries as power storage devices for solar power generation in self-powered mobile homes, it is possible to find a way to recycle waste batteries, and the state or local government obligated to collect waste batteries It has the effect of reducing the group's policy burden and contributing to the creation of new business models and new jobs in the industry.
  • waste batteries for electric vehicles By mounting waste batteries for electric vehicles in mobile homes, it is possible to recycle the resources of waste batteries for electric vehicles, which have 70-80% of the remaining capacity, so it can contribute to the new and renewable energy commercialization strategy, which is one of the national projects.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a mobile house using a recycled secondary battery and solar power according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front vertical cross-sectional view of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the right side of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a schematic system configuration diagram of a mobile house using recycled secondary electrons and solar power according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a mobile house using recycled secondary electrons and solar power according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a mobile house using recycled secondary electrons and solar power according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are photos of a mobile house using a recycled secondary battery and solar power constructed according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 9 is a photograph for explaining the process of constructing a mobile house using a recycled secondary battery and solar power according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a mobile house using a recycled secondary battery and a photovoltaic system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front vertical cross-sectional view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a right-side vertical cross-sectional view of FIG. .
  • the mobile house 100 is electrically connected to a house body 10 , a solar cell panel 20 installed outside the house body 10 , and a solar cell panel 20 to form a solar cell
  • a recycled secondary battery 30 capable of storing the electricity produced by the panel 20 and supplying the stored electricity to the electrical equipment E inside the house body 10 as needed is provided.
  • the house body 10 consists of a floor 12 and a ceiling 14 , and a plurality (eg, four) of walls 16 therebetween.
  • the house body 10 has a substantially rectangular parallelepiped structure, for example, it is preferable to use a so-called 'container-type movable house' in which the cargo container is improved.
  • the house body 10 may be a 'movable wooden house' or a 'movable ocher house', in which case the floor 12 is made of a flat structure, but the roof 18 may be formed to be inclined.
  • the plane may be configured in a geometric shape other than a quadrilateral, and in the case of a mobile ocher house, the wall 16 may be formed to be round, of course.
  • a power line for receiving electricity for the operation of various electric and/or electronic equipment (not shown) necessary for the user's residential life, such as a TV, a refrigerator, an electric heater, and An outlet, etc. may be installed, and a detailed description thereof will be omitted and, as described above, the electrical equipment described with the reference numeral 'E' will be replaced.
  • a heater or an ondol film (not shown) for hot water and/or heating may be installed on the floor 12 of the house body 10 .
  • a main door 11 for the user's entry and exit is installed on some surfaces of the walls 16 of the house body 10 .
  • a part of the walls 16 of the house body 10 is provided with a glass window 13, and a fan 15 for discharging the internal air to the outside is installed in any one of the walls 16 .
  • the solar cell panel 20 is preferably inclinedly installed on the outside of the roof of the house body 10 .
  • the solar cell panel 20 is a solar cell device for converting light coming from the sun into electrical energy using a photovoltaic effect.
  • the solar cell panel 20 is, in the present embodiment, for example, by connecting 10 310W (32V) solar cells (two in series ⁇ 5 in parallel) to approximately 3.1kW (64V) of power (eg, 12.4kWh It is configured to produce power generation).
  • the solar cell panel 20 may be installed in an inclined shape on the outside of the ceiling of the container-type house body 10 to form the roof structure of the house body 10 of the present invention.
  • the house body 10 when the house body 10 has a sloping roof structure by itself, it may be installed directly on the surface of such a sloping roof structure.
  • the recycled secondary battery 30 is electrically connected to the solar panel 20 so as to store the electrical energy produced from the solar panel 20 and supplies power to the electrical equipment E to be used inside the house body 10. It is installed on the outside of the house body 10, preferably on the roof.
  • the recycled secondary battery 30 is composed of a plurality of waste battery packs 32 , preferably waste battery packs 32 for electric vehicles. It is preferable that the plurality of battery packs 32 are accommodated inside the case 34 which is manufactured separately.
  • the recycled secondary battery 30 uses a discharge voltage tester to discharge the waste battery pack 32 over a predetermined current value (eg, 100 amps) for a predetermined time (eg, 10 seconds). It may be a waste battery pack for an electric vehicle in which the same voltage value is maintained when the predetermined value (eg, 9v) is higher and the same voltage is repeatedly tested multiple times (eg, 7 times) by the same method.
  • This recycled secondary battery 30 selects whether or not it is a recyclable waste battery from among a plurality of waste battery packs for electric vehicles, so that an acid and a metal with a large ionization react to form a space medium that can convert chemical energy into electrical energy.
  • the recyclable secondary battery 30 for an electric vehicle 30 is a battery capacity and resistance value suitable for its intended use based on the reuse performance measured through the tester, for example, 70 of the capacity of the battery provided to the electric vehicle. It is less than -85% (eg, about 19.2 kW of storage capacity), and more than 5 milliohms (mohm).
  • the storage capacity of the recyclable secondary battery 30 for electric vehicles is determined according to the power generation capacity of the solar cell panel 20 used. It should be noted that, in the present embodiment, the energy storage capacity of the aforementioned secondary battery 30 may be extended to a maximum of 64 kW. In addition, the instantaneous maximum output of the recycled secondary battery 30 according to the present embodiment is approximately 8kW.
  • FIG. 4 is a schematic system configuration diagram of a mobile house using recycled secondary electrons and solar power according to an embodiment of the present invention.
  • the recyclable secondary battery 30 connects eight battery packs 32 for electric vehicles with a capacity of 200A (12V) (eg, four in series and two in series). parallel) to obtain a voltage of 48V, and includes a controller 36 having functions such as charging and discharging.
  • the controller 36 is based on the power generated by the solar panel 20, the power consumption of the load by the electrical equipment (E) inside the house body 10, the predicted amount of power demand, etc. ), and thus, for example, it is preferable to be configured with a 60A class MPPT controller so that, for example, an 8kW inverter can be PWM controlled.
  • the controller 36 may adjust the operation mode of the battery control at any time based on the power generated by the solar cell panel 20 , the power consumption of the electrical equipment E , and the charging power of the recycled secondary battery 30 . That is, when surplus power is generated or the charging power of the recycled secondary battery 30 is less than or equal to a threshold value, the battery control is driven in the battery charging mode, and when insufficient power occurs, the battery control is driven to the battery discharging mode. do. In particular, it is equipped with a soft starter function to prevent sudden fluctuations during charging and discharging.
  • the output power (eg, 64V) of the solar cell panel 20 is converted to the inverter standard (eg, 220V, 8kW) ), may further include a DC/DC converter (not shown) to increase (or step-down) the voltage.
  • a DC/DC converter for converting an AC voltage into a DC voltage may be further provided.
  • the controller 36 further includes a monitor 31 configured to identify all information collected and generated through the system, and to inform the user audiovisually.
  • the monitor 31 monitors, for example, the production power of the system, the power consumption of the load, the operation mode of the recycled secondary battery 30, the battery state of each of the waste battery packs, and the amount of charging or discharging of each of the waste battery packs. can be guided visually and audibly.
  • the monitor 31 is configured to check whether a failure occurs based on all information collected and generated through the system and to notify the user thereof.
  • the controller 36 further includes a user input means (not shown), through which the operating environment of the system can be adjusted according to various control values manually input by the user. For example, the operation of temporarily stopping the operation of the recycled secondary battery 30 , forcibly changing the operation mode of the recycled secondary battery 30 , setting or changing the predicted amount of power demand, etc. may be performed.
  • the controller 36 may include a charging unit 33 , a discharging unit 35 , and a switching unit 37 .
  • the charging unit 33 is provided with a step-down circuit for sequentially providing the output voltage (eg, 64V) of the system to each module of the recycled secondary battery 30 by dropping the voltage according to the battery standard (eg, 48V), and through this Charging of the recycled secondary battery 30 may be performed.
  • the charging unit 33 charges the recycled secondary battery 30 according to the current mode (CC mode) when the amount of charge of the recycled secondary battery 30 is less than or equal to a preset value (eg, 80%), and sets the preset value. When the value is higher than the value, the recycled secondary battery 30 is charged according to a voltage mode (CV mode).
  • the DC-Link in the inverter is a preset value (eg, 70V or less), charging is suspended, so that power supply to the electrical equipment E can always be given priority.
  • the discharging unit 35 includes a boosting circuit that boosts the voltage (eg, 48V) that the plurality of waste battery packs 32 of the recycled secondary battery 30 collectively discharges according to the inverter standard (eg, 220V) and outputs it, , to discharge the battery pack through this.
  • a boosting circuit that boosts the voltage (eg, 48V) that the plurality of waste battery packs 32 of the recycled secondary battery 30 collectively discharges according to the inverter standard (eg, 220V) and outputs it, , to discharge the battery pack through this.
  • the switching unit 37 is positioned between the charging unit 33 and the plurality of waste battery packs 32 of the recycled secondary battery 30, respectively, and a plurality of first switches controlled by the switching control unit, and a plurality of waste batteries. It is positioned between the battery pack 32 and the discharge unit 35 and is composed of a plurality of second switches that are operated under the control of the switching controller.
  • the controller 36 is configured to temporarily store the power generated by the system through the recycled secondary battery 30 and then supply it when necessary.
  • energy storage capacity is different from each other, and considering that the time required for charging and discharging varies according to the energy storage capacity, the waste battery pack 32 ), and the charging of the waste battery pack 32 is sequentially performed in the order of the lowest energy storage capacity.
  • a part of the waste battery pack 32 having a large energy storage capacity performs discharging
  • a part of the waste battery pack 32 having a small energy storage capacity can be charged, so that the waste battery pack 32 The use efficiency can be dramatically increased.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a mobile house using recycled secondary electrons and solar power according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a mobile house 100 using a recycled secondary battery and solar power according to an embodiment of the present invention, a fan 15 installed on the wall 16 of the house body 10 and a recycled secondary battery
  • the waste battery pack 32 of (30) further includes a cooling member 40 connecting the case 34 accommodated therein.
  • the cooling member 40 in the process of discharging the air inside the house body 10 to the outside using the fan 15 driven by the recycled secondary battery 30 , the exhausted air from the recycled secondary battery 30 .
  • the cooling member 40 is provided with a cooling duct 42 connecting the end of the fan 15 and the end of the case 34 .
  • a discharge hole 39 is provided on the opposite wall surface of the case 34 in order to discharge the air supplied into the case 34 through the fan 15 to the outside of the case 34 .
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a mobile house using recycled secondary electrons and solar power according to another embodiment of the present invention.
  • a mobile house 100 using a recycled secondary battery and photovoltaic power generation is at an upper end of the house body 10 so as to support the solar cell panel 20 at an angle. It is provided vertically and further includes a roof panel 50 in which the recycled secondary front 20 and the controller 36 are accommodated. Accordingly, the roof panel 50 forms a sealed roof structure together with the solar cell panel 20 . As such, when the roof panel 50 and the solar cell panel 20 form a sealed roof structure, it is possible to prevent corrosion of the ceiling 14 of the house body 10 due to precipitation or snowfall. In addition, by accommodating the recycled secondary battery 30 and the controller 36 inside the roof panel 50 , the recycled secondary battery 30 and the controller 36 can be protected from the outside.
  • the mobile house 100 further includes a waterproof member 60 for waterproofing a gap between the solar cell panel 20 and the roof panel 50 .
  • the waterproof member 60 is an asphalt-based waterproofing material, a self-adhesive rubberized asphalt sheet-based waterproofing material, a synthetic polymer sheet-based waterproofing material such as synthetic rubber or synthetic resin, urethane rubber, acrylic rubber, rubber asphalt, choloroprene-based, acrylic resin-based, polymer It includes a film-based waterproofing material, a liquid cement-based waterproofing material, and a silicone-based waterproofing material including an inorganic elastic type waterproofing material.
  • the mobile house 100 further includes a roof door 54 provided on the side wall 52 of the roof panel 50 .
  • the roof door 54 is configured to be selectively opened and closed for maintenance and repair of the recycled secondary battery 30 and/or the controller 36 .
  • the mobile house 100 is driven by the recycled secondary battery 30 and further includes a cooling fan 70 installed on the roof panel 50 to inject cooling air into the roof panel 50 .
  • This cooling fan 70 is generated from the recycled secondary battery 30 accommodated in the enclosed space when the mobile house 100 is configured as a closed roof structure by the solar cell panel 20 and the roof panel 50 . to cool the generated heat.
  • an outlet 72 through which air can be discharged is provided on the wall surface of the roof panel 50 opposite to which the cooling fan 70 is installed.
  • FIG. 7 and 8 are photographs of a mobile house using a recycled secondary battery and photovoltaic power constructed according to an embodiment of the present invention, respectively, and FIG. 9 is a recycled secondary battery and photovoltaic power generation according to an embodiment of the present invention. This is a picture to explain the process of constructing a mobile house using
  • the present invention can store electric energy generated from a solar cell panel by using, for example, a waste battery pack of an electric vehicle, and use the stored electric energy to operate electric equipment of a mobile house, such as a container house, a mok family house, etc. can be used for

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Abstract

본 발명은 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥에 관한 것이다. 이러한 이동식 가옥은 전기 설비가 구비된 가옥 본체; 가옥 본체의 지붕 외부에 설치되는 태양전지 패널; 및 태양전지 패널로부터 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있도록 태양전지 패널에 전기적으로 연결되고 전기 설비에 전력을 공급할 수 있도록 가옥 본체 외부에 설치된 재활용 이차 전지를 구비한다.

Description

재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥
본 출원은 2020년 08월 28일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0109464호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 이동식 가옥에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥에 관한 것이다.
환경부에 따르면, 2019년 말 기준으로 국내 전기차의 누적 보급대수는 약 5만7천대이고, 2022년까지 약 43만대가 보급될 계획이다. 이와 같이, 전기차의 보급이 늘어나면서 배터리의 보급 규모도 커지고 있다.
현재, 전기차의 폐배터리의 처리와 관련된 규정은 대기환경보전법에 따라 구매 보조금을 받은 전기차를 폐차할 경우, 회수된 배터리를 해당 지방자치단체에 반납하도록 하고 있다. 그러나, 반납된 배터리의 재활용, 분해, 처리 방법에 관한 세부적인 절차가 없으므로 관련 규정의 마련과 그에 따른 새로운 산업 구조가 절실한 실정이다. 이와 관련하여, 독일의 경우, 배터리와 축전기의 모든 제조 및 수입 업체들은 연방 환경청에 등록함으로써 폐배터리의 회수 의무를 이들에게 부과하고, 등록되지 않은 생산자의 배터리는 독일 시장에 판매될 수 없도록 규정되어 있다. 따라서, 전기차용 폐배터리의 사회적, 환경적 문제가 대두되고 있다.
일반적으로, 전기차용 폐배터리의 성능 진단 기술을 통해, 70~80% 이상의 동일 등급만으로 ESS 시스템 등과 같이 재활용되고, 성능 미달 배터리는 니켈, 망간 등 경제적 가치를 지닌 금속으로 회수해 재활용되고 있다.
한편, 지구 온난화로 인한 신재생 에너지 기반의 가정용 독립 전원 마이크로그리드 시스템의 개발 필요성이 크게 증대되고 있다. 따라서, 전기차에서 사용된 후 폐기되는폐배터리를 재활용하여 태양광 기반의 자가 발전가능한 친환경적인 독립 이동식 가옥을 구축할 필요성이 있다.
그러나, 선행기술은 이동식 가옥을 위해 별도 제작된 배터리를 활용하는 기술만 제안되고 있을 뿐, 전기차 등에서 사용된 후 폐기되는 대용량의 폐배터리를 재활용하는 방안에 대해서는 전혀 고려되지 않는 한계가 있다.
본 발명은 태양광을 이용하여 발전된 전력을 폐배터리와 같은 재활용 이차 전지에 저장하고, 그렇게 저장된 전력을 소규모의 한정된 전력을 사용하게 되는 이동식 가옥의 전력원으로 사용함으로써, 태양전지 패널을 통해 자가-발전된 전력을 폐배터리가 저장하고 필요한 경우 이동식 가옥 내부의 전력 수요를 충족시킬 수 있는 구조를 가진, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥은, 전기 설비가 구비된 가옥 본체; 상기 가옥 본체의 지붕 외부에 설치되는 태양전지 패널; 및 상기 태양전지 패널로부터 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있도록 상기 태양전지 패널에 전기적으로 연결되고 상기 전기 설비에 전력을 공급할 수 있도록 상기 가옥 본체 외부에 설치된 재활용 이차 전지를 구비한다.
바람직하게, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥은, 상기 가옥 본체의 벽체에 설치된 환풍기를 이용하여 외부로 배출되는 공기를 상기 재활용 이차 전지로 공급하여 상기 재활용 이차 전지로부터 발생되는 열을 냉각시킬 수 있도록 구성된 냉각 부재를 더 구비한다.
바람직하게, 상기 냉각 부재는, 상기 환풍기의 끝단과 상기 재활용 이차 전지가 수납된 케이스 사이를 연결하는 덕트를 포함한다.
바람직하게, 상기 재활용 이차 전지는 미리결정된 용량을 가진 전기차용 폐배터리이다.
바람직하게, 상기 미리결정된 용량은 20kW 규모이다.
바람직하게, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥은, 상기 태양전지 패널을 경사지게 지지할 수 있도록 상기 가옥 본체의 상단에 수직으로 마련되고, 그 내부에 상기 재활용 이차 전치와 제어 장치가 수납되는 지붕 패널을 더 구비한다.
바람직하게, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥은, 상기 태양전지 패널과 상기 지붕 패널 사이의 틈새를 방수처리하기 위한 방수 부재를 더 구비한다.
바람직하게, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥은, 상기 지붕 패널의 측벽에 마련된 지붕 도어를 더 구비한다.
바람직하게, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥은, 상기 재활용 이차 전지에 의해 구동되어 상기 지붕 패널 내부로 냉각 공기를 주입할 수 있도록 상기 지붕 패널에 설치된 냉각팬을 더 구비한다.
바람직하게, 상기 가옥 본체는, 이동 가능한 컨테이너 가옥, 이동 가능한 목조 가옥 및 이동 가능한 황토 가옥을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나이다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 전기차용 폐배터리 또는 노후 배터리를 독립 발전식 이동식 가옥에서 태양광 발전의 전력 저장 장치로서 사용함으로써, 폐배터리의 재활용 방안을 모색할 수 있고, 폐배터리를 회수할 의무가 있는 국가 또는 지방자치단체의 정책적 부담을 줄일 수 있고, 산업계의 새로운 사업 모델과 신규 일자리 창출에 기여할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 전기차용 폐배터리를 이동식 가옥에 탑재함으로써 잔존 용량의 70~80%가 남아 있는 전기차용 폐배터리의 자원을 재활용할 수 있으므로, 국책 과제의 하나인 신재생 에너지 사업화 전략에 이바지할 수 있다.
셋째, 대용량의 전기차용 폐배터리를 재활용할 수 있도록 함으로써 가정용으로 사용되는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템의 구현 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
넷째, 대용량의 전기차용 폐배터리의 재활용을 통해 배터리의 오남용으로 인한 환경 파괴를 최소화할 수 있다.
전술한 본 발명의 요약뿐만 아니라 이어지는 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명은 첨부된 도면들과 함께 읽혀질 때 더 잘 이해될 것이다. 본 개시의 바람직한 예시적 실시예에 따른 재활용 이차 전자와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥을 설명하기 위한 목적으로, 바람직한 실시예들의 도면들이 도시된다. 그러나, 본 개시는 그러한 도면들에 도시된 정확한 장치들과 수단들에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면 수직 단면도이다.
도 3은 도 1의 우측면 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 재활용 이차 전자와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 재활용 이차 전자와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 일부 발췌 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 재활용 이차 전자와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 일부 발췌 단면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 시공된 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 사진들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥을 시공하는 과정을 설명하기 위한 사진이다.
이어지는 상세한 설명에서 사용된 특정의 용어는 편의를 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. "우", "좌", "상" 및 "하"의 용어들은 참조가 이루어진 도면들에서의 방향을 나타낸다. "내측으로" 및 "외측으로"의 용어들은 각각 지정된 장치, 디바이스, 시스템 및 그 부재들의 기하학적 중심을 향하거나 그로부터 멀어지는 방향을 나타낸다. "전방", "후방", "상방", "하방" 및 그 관련 용어들 및 어구들은 참조가 이루어진 도면에서의 위치들 및 방위들을 나타내며 제한적이어서는 아니 된다. 이러한 용어들은 위에서 열거된 단어들, 그 파생어 및 유사한 의미의 단어들을 포함하는 개념이다.
이하, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예들에 따른 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 이차 전지와 태양광 발전 시스템을 이용한 이동식 가옥의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면 수직 단면도이며, 도 3은 도 1의 우측면 수직 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 이동식 가옥(100)은 가옥 본체(10), 가옥 본체(10)의 외부에 설치된 태양전지 패널(20), 태양전지 패널(20)에 전기적으로 연결되어 태양전지 패널(20)이 생산하는 전기를 저장할 수 있고 그렇게 저장된 전기를 가옥 본체(10) 내부의 전기 설비(E)로 필요에 따라 공급할 수 있는 재활용 이차 전지(30)를 구비한다.
가옥 본체(10)는 바닥(12)과 천정(14), 및 이들 사이의 다수(예, 4개)의 벽체들(16)로 구성된다. 일 실시예에 따르면, 가옥 본체(10)는 실질적으로 직육면체 구조를 가지고, 예를 들어, 화용물 컨테이너를 개량한 소위, '컨테이너형 이동식 가옥'을 이용하는 것이 바람직하다. 다른 실시예들에 따르면, 가옥 본체(10)는 '이동식 목조 가옥' 또는 '이동식 황토 가옥'일 수 있고, 이들의 경우 바닥(12)은 평면 구조로 이루어지지만 지붕(18)은 경사지게 형성될 수도 있고, 벽체들(16)의 경우, 평면이 4각이 아닌 다른 기하학적 형태로 구성될 수 있고, 이동식 황토 가옥의 경우, 벽체(16)는 라운드지게 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 가옥 본체(10)의 내부에는, 예컨대, TV, 냉장고, 전열기구 등과 같이 사용자의 주거 생활에 필요한 각종 전기 및/또는 전자 장비들(미도시)의 작동을 위한 전기를 공급받기 위한 전력선과 컨센트 등이 설치될 수 있고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하고 전술한 바와 같이, 참조부호 'E'로 설명된 전기 설비로 대체한다. 가옥 본체(10)의 바닥(12)에는 온수 및/또는 난방을 위한 히터 또는 온돌 필름(미도시)이 설비될 수 있다. 나아가서, 가옥 본체(10)의 벽체들(16)의 일부면에는 사용자의 출입을 위한 메인 도어(11)가 설치된다. 또한, 가옥 본체(10)에의 벽체들(16)의 일부에는 유리창(13)이 마련되고, 어느 하나의 벽체(16)에는 내부 공기를 외부로 배출하기 위한 환풍기(15)가 설치된다.
상기 태양전지 패널(20)은 가옥 본체(10)의 지붕의 외부에 바람직하게 경사지게 설치된다. 태양전지 패널(20)은 광기전 효과(photovoltaic effect)를 이용하여, 태양으로부터 오는 빛을 전기 에너지로 변환시키기 위한 태양 전지(solar cell) 디바이스이다. 태양전지 패널(20)은, 본 실시예의 경우, 예컨대, 310W(32V) 태양전지 패널 10개(직렬 2개×병렬 5개)를 연결하여 대략 3.1kW(64V)의 전력(예, 12.4kWh의 발전량)을 생산할 수 있도록 구성된다.
일 실시예에서, 태양전지 패널(20)은, 컨케이너형 가옥 본체(10)의 천정 외부에 경사진 형태로 설치되어 본 발명의 가옥 본체(10)의 지붕 구조를 형성할 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들의 경우, 가옥 본체(10)가 자체적으로 경사진 지붕 구조를 가진 경우, 그러한 경사진 지붕 구조의 표면에 직접 설치될 수도 있다.
재활용 이차 전지(30)는 태양전지 패널(20)로부터 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있도록 태양전지 패널(20)에 전기적으로 연결되고 가옥 본체(10) 내부에서 사용될 전기 설비(E)에 전력을 공급할 수 있도록 가옥 본체(10)의 외부, 바람직하게 지붕에 설치된다. 또한, 재활용 이차 전지(30)는 다수의 폐배터리 팩(32)들, 바람직하게 전기차용 폐배터리 팩(32)들로 구성된다. 다수의 패폐터리 팩(32)들은 별도로 제작되는 케이스(34) 내부에 수납되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 재활용 이차 전지(30)는, 방전 전압 테스터기를 이용하여 소정 전류값(예, 100 암페어) 이상의 폐배터리 팩(32)을 소정 시간(예, 10초) 방전시 방전 전압값이 소정값(예, 9v) 이상이고 동일한 방법으로 다수회(예, 7회) 반복적으로 테스트할 경우 동일한 전압값이 유지되는 전기차용 폐배터리 팩일 수 있다. 이러한 재활용 이차 전지(30)는 다수의 전기차용 폐배터리 팩들 중에서 재활용할 수 있는 폐배터리인지 여부를 선별함으로써, 산과 이온화가 큰 금속이 반응하여 화학에너지를 전기에너지로 만들수 있는 공간 매체로서의 적격성을 가진 이차 전지를 활용함으로써, 내부 셀판이 단락되거나 약화 상태의 셀판이 재사용 중에 손상될 경우 방전시 산화 반응에 의해 발생된 전자 이온들이 이동되지 않게 됨으로 적정한 전압이 형성될 수 없고 또한 충전시 충전 전기가 적절하게 공급이 되지 않아 해당 셀에서 증류수가 전기 분해되지 않음으로 환원 반응이 일어날 수 없는 등의 문제점을 최소화시키기 위한 것이다.
일 실시예에서, 재활용 가능한 전기차용 이차 전지(30)는 테스트기를 통해 측정된 재사용 성능에 기반하여 그 사용 용도에 부합하는 배터리 용량 및 저항값은 전기차에 제공되는 배터리의 용량의 예를 들어, 70-85%(예, 대략 19.2kW 규모의 저장량) 이하이고, 5 밀리옴(mohm) 이상이다. 재활용 가능한 전기차용 이차 전지(30)의 저장 용량은 사용되는 태양전지 패널(20)의 발전 용량에 따라 결정된다. 본 실시예의 경우, 전술한 이차 전지(30)의 에너지 저장 능력은 최대 64kW까지 확장될 수 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 실시예에 따른 재활용 이차 전지(30)의 순간 최대 출력은 대략 8kW이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 이차 전자와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 개략적인 시스템 구성도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 재활용 가능한 이차 전지(30)는 200A(12V) 용량의 전기차용 배터리 팩(32) 8개를 연결(예, 4개는 직렬, 2개는 병렬)함으로써 48V의 전압을 얻을 수 있도록 구성되고, 충,방전 등의 기능을 가진 컨트롤러(36)를 포함한다.
상기 컨트롤러(36)는 태양전지 패널(20)의 발전 전력, 가옥 본체(10) 내부의 전기 설비(E)에 의한 부하의 소비 전력, 전력 수요 예측량 등을 기반으로 최대전력지점(Maximum Power Point Tracking)을 산출하고, 이에 따라 예를 들어, 8kW의 인버터를 PWM 제어할 수 있도록 예를 들어, 60A급 MPPT 콘트롤러로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 컨트롤러(36)는 태양전지 패널(20)의 발전 전력, 전기 설비(E)의 소비 전력, 및 재활용 이차 전지(30)의 충전 전력을 기반으로 배터리 제어의 동작 모드를 수시 조정할 수 있다. 즉, 잉여 전력이 발생하였거나 재활용 이차 전지(30)의 충전 전력이 임계치 이하가 되는 경우에는 배터리 제어가 배터리 충전 모드로 구동되도록 하고, 부족 전력이 발생하는 경우에는 배터리 제어가 배터리 방전 모드를 구동되도록 한다. 특히, 소프트 스타터 기능을 탑재하여, 충,방전시의 급격한 변동을 방지할 수도 있도록 한다.
일 실시예에서, 태양전지 패널(20)의 출력 전압이 인버터의 규격과 상이할 수 있음을 고려하여, 태양전지 패널(20)의 출력 전력(예, 64V)을 인버터 규격(예, 220V, 8kW)에 따라 승압(또는 강압)할 수 있도록 하는 DC/DC 컨버터(미도시)를 더 구비할 수도 있다. 이것은 기본적으로, 태양전지 패널(20)이 직류의 전력을 생산하고, 재활용 이차 전지(30)가 그러한 전력을 직류로 저장하고, 가옥 본체(10)로 직류 전압이 아닌 교류 전압 형태로 생산 전력을 제공하는 경우를 대비하여, 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있도록 하는 DC/AC 컨버터를 더 구비할 수도 있다.
또한, 컨트롤러(36)는 시스템을 통해 수집 및 생성되는 모든 정보를 파악하고, 이를 사용자에게 시청각적으로 알려줄 수 있도록 구성된 모니터(31)를 더 구비한다. 모니터(31)는 예를 들어, 시스템의 생산 전력, 부하의 소비 전력, 재활용 이차 전지(30)의 동작 모드, 폐배터리 팩 각각의 배터리 상태, 폐배터리 팩 각각의 충전 또는 방전량을 모니터링하여 사용자에게 시,청각적으로 안내할 수 있다. 또한, 모니터(31)는 시스템을 통해 수집 및 생성되는 모든 정보를 기반으로 고장 발생 여부를 확인 및 이것을 사용자에게 통보할 수 있도록 구성된다. 또한, 컨트롤러(36)는 사용자 입력 수단(미도시)을 더 구비하고, 이를 통해 사용자가 수동 입력하는 각종 제어값에 따라 시스템의 구동 환경을 조정할 수도 있도록 한다. 예를 들어, 재활용 이차 전지(30)의 구동을 일시 중지하거나, 재활용 이차 전지(30)의 동작 모드를 강제 변경하거나, 전력 수요 예측량을 설정 또는 변경하는 등의 동작을 수행할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 컨트롤러(36)는 충전부(33), 방전부(35), 및 스위칭부(37) 등을 포함할 수 있다.
충전부(33)는 시스템의 출력 전압(예, 64V)을 배터리 규격(예, 48V)에 따라 전압 강하시켜 재활용 이차 전지(30)의 각각의 모듈로 순차적으로 제공하는 강압 회로를 구비하고, 이를 통해 재활용 이차 전지(30)의 충전을 수행할 수 있다. 또한, 충전부(33)는 재활용 이차 전지(30)의 충전량이 기 설정값(예를 들어, 80%) 이하인 경우에는 전류 모드(CC mode)에 따라 재활용 이차 전지(30)를 충전하고, 기 설정값 이상인 경우에는 전압 모드(CV mode)에 따라 재활용 이차 전지(30)를 충전하도록 한다. 또한, 인버터 내의 DC-Link가 기 설정값(예를 들어, 70V 이하)인 경우에는 충전을 보류함으로써, 전기 설비(E)로의 전력 공급이 항상 우선될 수 있도록 한다.
방전부(35)는 재활용 이차 전지(30)의 다수의 폐배터리 팩(32)들이 일괄 방전하는 전압(예, 48V)을 인버터 규격(예, 220V)에 따라 승압시켜 출력하는 승압 회로를 구비하고, 이를 통해 패배터리 팩의 방전을 수행하도록 한다.
스위칭부(37)는 충전부(33)와 재활용 이차 전지(30)의 다수의 폐배터리 팩(32)들 사이에 각각 위치되어 스위칭 제어부에 의해 동작 제어되는 다수의 제1 스위치들과, 다수의 폐배터리 팩(32)과 방전부(35) 사이에 위치되어 스위칭 제어부의 제어하에 동작 제어되는 다수의 제2 스위치들로 구성된다.
일 실시예에서, 컨트롤러(36)는 시스템의 발전 전력을 재활용 이차 전지(30)를 통해 일시 저장시킨 후 필요시에 공급할 수 있도록 구성된다. 특히, 재활용 이차 전지(30)의 폐배터리 팩(32)들의 경우, 에너지 저장 용량이 서로 상이하며, 에너지 저장 용량에 따라 충전 및 방전에 소요되는 시간이 상이해짐을 고려하여, 폐배터리 팩(32)의 방전을 일괄적으로 수행하고, 폐배터리 팩(32)의 충전은 에너지 저장 능력이 낮은 순으로 순차 수행될 수 있도록 한다. 이러한 경우, 에너지 저장 능력이 큰 폐배터리 팩(32)의 일부가 방전을 수행하는 동안, 에너지 저장 능력이 작은 폐배터리 팩(32)의 일부를 충전할 수 있게 되어, 폐배터리 팩(32)의 사용 효율이 획기적으로 증대될 수 있다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 재활용 이차 전자와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 일부 발췌 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥(100)은, 가옥 본체(10)의 벽체(16)에 설치된 환풍기(15)와 재활용 이차 전지(30)의 폐배터리 팩(32)이 내부에 수납된 케이스(34) 사이를 연결하는 냉각 부재(40)를 더 구비한다. 냉각 부재(40)는 재활용 이차 전지(30)에 의해 구동되는 환풍기(15)를 이용하여 가옥 본체(10) 내부의 공기를 외부로 배출시키는 과정에서, 이러한 배출 공기를 재활용 이차 전지(30)의 폐배터리 팩(32)가 수납된 케이스(34) 내부로 공급시킴으로써 재활용 이차 전지(30)로부터 발생되는 열을 냉각시킴으로써 재활용 이차 전지(30)를 포함하는 전체 시스템의 열효율을 높일 수 있다. 이를 위해, 냉각 부재(40)는 환풍기(15)의 끝단과 케이스(34)의 일단을 연결하는 냉각 덕트(42)를 구비한다. 또한, 본 실시예의 경우, 환풍기(15)를 통해 케이스(34) 내부로 공급되는 공기를 케이스(34) 외부로 배출시키기 위해 상기 케이스(34)의 반대편 벽면에는 배출공(39)이 마련된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 재활용 이차 전자와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 일부 발췌 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥(100)은, 태양전지 패널(20)을 경사지게 지지할 수 있도록 가옥 본체(10)의 상단에 수직으로 마련되고, 그 내부에 재활용 이차 전치(20)와 컨트롤러(36)가 수납되는 지붕 패널(50)을 더 구비한다. 따라서, 지붕 패널(50)은 태양전지 패널(20)과 함께 밀폐된 지붕 구조를 형성한다. 이와 같이, 지붕 패널(50)과 태양전지 패널(20)이 밀폐된 지붕 구조를 형성하게 되면, 강수, 강설 등에 의해 가옥 본체(10)의 천정(14)이 부식되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 재활용 이차 전지(30)와 컨트롤러(36)를 지붕 패널(50) 내부에 수납함으로써, 재활용 이차 전지(30)와 컨트롤러(36)를 외부로부터 보호할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 이동식 가옥(100)은, 태양전지 패널(20)과 지붕 패널(50) 사이의 틈새를 방수처리하기 위한 방수 부재(60)를 더 구비한다. 이러한 방수 부재(60)는 아스팔트계 방수재, 자착식 고무화 아스팔트 쉬트계 방수재, 합성고무 또는 합성수지와 같은 합성고분자 쉬트계 방수재, 우레탄 고무, 아크릴 고무, 고무 아스팔트, 콜로로프렌계, 아크릴 수지계, 폴리머계, 무기질 탄성계를 포함하는 도막계 방수재, 액체형 시멘트계 방수재, 실리콘계 방수재를 포함한다.
또한, 본 실시예의 경우, 이동식 가옥(100)은 지붕 패널(50)의 측벽(52)에 마련된 지붕 도어(54)를 더 구비한다. 이러한 지붕 도어(54)는 재활용 이차 전지(30) 및/또는 컨트롤러(36)의 유지, 보수를 위해 선택적으로 개,폐될 수 있도록 구성된다.
더군다나, 이동식 가옥(100)은, 재활용 이차 전지(30)에 의해 구동되고, 지붕 패널(50) 내부로 냉각 공기를 주입할 수 있도록 지붕 패널(50)에 설치된 냉각 팬(70)을 더 구비한다. 이러한 냉각 팬(70)은 이동식 가옥(100)이 태양전지 패널(20)과 지붕 패널(50)에 의해 밀폐형 지붕 구조로 구성될 경우, 밀폐된 공간 내부에 수납된 재활용 이차 전지(30)로부터 발생되는 열을 냉각시키기 위한 것이다. 이 경우, 냉각 팬(70)이 설치되는 반대편의 지붕 패널(50)의 벽면에는 공기가 배출될 수 있는 배출구(72)가 마련된다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 시공된 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥의 사진들이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥을 시공하는 과정을 설명하기 위한 사진이다.
전술한 상세한 설명 및 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타내는 한편, 첨부된 청구범위에서 정의된 바와 같이 본 발명의 기술적 사상 및 권리 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 부가물, 변형물, 조합들 및/또는 대체물들이 만들어 질 수 있음을 이해해야 한다. 특히, 본 발명은 다른 요소들, 물질들, 성분들을 이용하여 본 발명의 사상 또는 필수적 특징들로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 특정한 형태, 구조, 배열, 비율들로 구현될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 본 발명의 원칙을 벗어나지 않는 한 특정의 환경 및 작동 조건들에 특히 적합하도록 개조된 구조, 배열, 비율, 물질, 성분의 많은 변형과 함께 본 발명이 사용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명된 특징들은 단독적으로 사용될 수도 있고 다른 특징들과 조합하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 실시예와 관련하여 설명된 특징들은 다른 실시예에서 설명된 특징들과 함께 및/또는 상호 교체되어 사용될 수 있다. 따라서, 현재 개시된 실시예들은 모든 면에서 제한적이 아닌 예시적이고 설명적인 것으로 간주되어야 하며, 발명의 권리범위는 첨부된 청구범위에 의해 표시되며, 전술한 상세한 설명에 한정되어서는 아니된다.
첨부된 청구범위의 넓은 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 다양한 변형들 및 변경들이 가능함을 당업자는 이해할 것이다. 이러한 것들의 일부는 예시적으로 위에서 논의되었으며 다른 일부들은 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명은 예를 들어, 전기차의 폐배터리 팩을 이용하여 태양전지 패널로부터 생성되는 전기 에너지를 저장할 수 있고, 이렇게 저장된 전기 에너지를 예컨대, 컨테이너 가옥, 목족 가옥 등과 같은 이동식 가옥의 전기 설비를 가동하기 위해 이용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥으로서,
    전기 설비가 구비된 가옥 본체;
    상기 가옥 본체의 지붕 외부에 설치되는 태양전지 패널; 및
    상기 태양전지 패널로부터 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있도록 상기 태양전지 패널에 전기적으로 연결되고 상기 전기 설비에 전력을 공급할 수 있도록 상기 가옥 본체 외부에 설치된 재활용 이차 전지를 구비하는, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  2. 청구항 1에서,
    상기 가옥 본체의 벽체에 설치된 환풍기를 이용하여 외부로 배출되는 공기를 상기 재활용 이차 전지로 공급하여 상기 재활용 이차 전지로부터 발생되는 열을 냉각시킬 수 있도록 구성된 냉각 부재를 더 구비하는, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  3. 청구항 2에서,
    상기 냉각 부재는, 상기 환풍기의 끝단과 상기 재활용 이차 전지가 수납된 케이스 사이를 연결하는 덕트를 포함하는, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  4. 청구항 1에서,
    상기 재활용 이차 전지는 미리결정된 용량을 가진 전기차용 폐배터리인, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  5. 청구항 4에서,
    상기 미리결정된 용량은 대략 19.2kW 규모인, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  6. 청구항 1에서,
    상기 태양전지 패널을 경사지게 지지할 수 있도록 상기 가옥 본체의 상단에 수직으로 마련되고, 그 내부에 상기 재활용 이차 전치와 제어 장치가 수납되는 지붕 패널을 더 구비하는, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  7. 청구항 6에서,
    상기 태양전지 패널과 상기 지붕 패널 사이의 틈새를 방수처리하기 위한 방수 부재를 더 구비하는, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  8. 청구항 6에서,
    상기 지붕 패널의 측벽에 마련된 지붕 도어를 더 구비하는, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  9. 청구항 6에서,
    상기 재활용 이차 전지에 의해 구동되어 상기 지붕 패널 내부로 냉각 공기를 주입할 수 있도록 상기 지붕 패널에 설치된 냉각팬을 더 구비하는, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
  10. 청구항 1에서,
    상기 가옥 본체는, 이동 가능한 컨테이너 가옥, 이동 가능한 목조 가옥 및 이동 가능한 황토 가옥을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인, 재활용 이차 전지와 태양광 발전을 이용한 이동식 가옥.
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