WO2026005366A1 - 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스 - Google Patents

에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스

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WO2026005366A1
WO2026005366A1 PCT/KR2025/008294 KR2025008294W WO2026005366A1 WO 2026005366 A1 WO2026005366 A1 WO 2026005366A1 KR 2025008294 W KR2025008294 W KR 2025008294W WO 2026005366 A1 WO2026005366 A1 WO 2026005366A1
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environmental
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PCT/KR2025/008294
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김은경
정은영
박훈채
윤인섭
유지용
조우진
박정휘
이진용
김창경
김영산
김현철
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Infineon Technologies AG
Samsung C&T Corp
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Samsung C&T Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y04S40/126—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using wireless data transmission

Definitions

  • the present invention relates to energy saving technology in buildings, and more particularly, to an energy saving smart edge device.
  • BEMS Building Energy Management Systems
  • An energy digital twin is a precisely constructed virtual object replicating a real-world object for energy monitoring, testing, and maintenance purposes. It exists in the form of AI or simulation, acquiring information from the real world, integrating it into the virtual environment, and delivering new information.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned conventional problems, and aims to provide a device that effectively manages and controls energy usage for outlets/lighting, which are the most basic energy users in buildings, while solving the problem of power supply for IoT sensors for measuring various environmental factors required for solution analysis through digital twins and the problem of increasing cloud/server costs due to Big Data processing in a digital environment.
  • an energy-saving smart edge device includes a power input unit, a power output unit, an energy usage device monitoring unit, a sensor power supply unit, a data analysis unit, a control unit, and a communication unit.
  • the power input unit receives power supplied from an external power source, the power output unit outputs power at the same voltage to a preset energy-using device, the energy-using device monitoring unit monitors the power usage of the energy-using device, the sensor power supply unit supplies power to a preset environmental factor monitoring sensor, the data analysis unit analyzes detection data detected by the environmental monitoring sensor to generate environmental analysis data, the control unit controls a preset environmental control device according to the environmental analysis data, and the communication unit communicates with the environmental control device.
  • the data analysis unit analyzes power usage to generate more power usage analysis data
  • the control unit controls power supply to energy-using devices according to the power usage analysis data
  • the communication unit transmits the analysis data generated by the data analysis unit to an external server.
  • the environmental factor monitoring sensor includes an occupancy detection sensor that performs occupancy detection, which is detection of the presence of a person near the energy-using device, and the control unit can control the operation of the energy-using device based on the result of the occupancy detection.
  • control unit can cut off the power supply to the energy-using device if an abnormality occurs in the power supplied to the energy-using device.
  • the communications unit can transmit data about power abnormalities to an external server in the event of a power outage.
  • the communication unit can further transmit the above presence detection results to an external server.
  • control unit can operate the presence detection sensor and communication unit using preset battery power when power is not supplied from an external power source.
  • the energy-using device includes an outlet, and the control unit can control the standby power cut-off operation of the outlet depending on whether the outlet is set.
  • control unit can further utilize information from the device connected to the outlet to control the standby power cut-off operation of the outlet.
  • control unit can further control the environmental control device based on information transmitted from an external server.
  • it may further include a power conversion output unit that converts the form of the input power and outputs it.
  • the present invention it is possible to reduce building energy by sensing (presence of occupancy, temperature, etc.) standby power unnecessarily used in outlets, lighting devices, etc., power when no one is present, etc., and shutting off unnecessary lighting/outlets, etc.
  • the SSR Chip installed within the device will cut off power to each device in case of overcurrent/leakage/overheating, and monitoring of the relevant information will be possible, ensuring the safety performance of power devices such as outlets/lights.
  • a separate power supply for the IoT sensor device is unnecessary, so a separate power source (battery, etc.) can be omitted.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an energy-saving smart edge device according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a usage state of the energy-saving smart edge device of Fig. 1.
  • Figure 3 is a table illustrating an actual implementation example of the energy-saving smart edge device of Figure 2.
  • Figure 4 is a table illustrating the main hardware technologies required for a digital twin/smart home platform.
  • Figure 5 is a flowchart for explaining the operation of an energy-saving smart edge device in an example where the energy-using device is a lighting device.
  • Figure 6 is a flowchart for explaining the operation of an energy-saving smart edge device in an example where the energy-using device is a lighting device.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating the operation of an energy-saving smart edge device in an example where the energy-using device is a switch device, as part of the flowchart of FIG. 5.
  • Fig. 8 is a flowchart for explaining the operation of an energy-saving smart edge device in the example of Downlight Zoning Control, which is part of the flowchart of Fig. 5.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation of an energy-saving smart edge device in the example of Downlight Zoning Control, which is part of the flowchart of FIG. 6.
  • Figure 10 is a flowchart for explaining the operation of an energy-saving smart edge device in an example of Overload Detection.
  • Figure 11 is a flowchart for explaining the operation of an energy-saving smart edge device in the example of Always Motion detection On with Backup Battery.
  • FIG. 12 is a table illustrating the main functions of an energy-saving smart edge device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an energy-saving smart edge device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a usage state of the energy-saving smart edge device of FIG. 1
  • FIG. 3 is a table for explaining an actual implementation example of the energy-saving smart edge device of FIG. 2
  • FIG. 4 is a table for explaining the main hardware technologies required for a digital twin/smart home platform.
  • the energy-saving smart edge device includes a power input unit (110), a power output unit (120), an energy usage device monitoring unit (130), a sensor power supply unit (140), a data analysis unit (150), a control unit (160), a communication unit (170), and a power conversion output unit (180).
  • each component of the energy-saving smart edge device may be implemented solely in hardware, but it will typically be implemented together with hardware and software running on the hardware.
  • the power input unit (110) receives power supplied from an external power source, the power output unit (120) outputs power to a preset energy-using device at the same voltage, and the energy-using device monitoring unit (130) monitors the power usage of the energy-using device.
  • the sensor power supply unit (140) supplies power to a monitoring sensor for a preset environmental factor.
  • the monitoring sensor for the environmental factor may include an occupancy detection sensor that detects the presence of a person near an energy-using device.
  • the data analysis unit (150) analyzes the detection data detected by the environmental monitoring sensor to generate environmental analysis data. In addition, the data analysis unit (150) can analyze power usage to generate additional power usage analysis data.
  • the control unit (160) controls preset environmental control devices based on generated environmental analysis data. Furthermore, the control unit (160) can control the power supply to energy-using devices based on power usage analysis data, and can also control the operation of energy-using devices based on the results of presence detection. Furthermore, the control unit (160) can cut off power supply to energy-using devices if an abnormality occurs in the power supplied to the energy-using devices.
  • control unit (160) can operate the presence detection sensor and communication unit (170) using preset battery power when power is not supplied from an external power source, and the control unit (160) can further control the environmental control device according to information transmitted from an external server.
  • the energy-using device may include an outlet, and the control unit (160) may control the standby power cut-off operation of the outlet depending on whether the outlet is set to on.
  • the control unit (160) may further utilize information about the device connected to the outlet to control the standby power cut-off operation of the outlet.
  • the communication unit (170) communicates with the environmental control device. Furthermore, the communication unit (170) transmits analysis data generated by the data analysis unit (150) to an external server. Furthermore, the communication unit (170) can transmit data on power abnormalities to the external server in the event of a power outage, and can further transmit presence detection results to the external server.
  • the power conversion output unit (180) converts the form of the input power and outputs it.
  • Fig. 5 is a flowchart for explaining the operation of an energy-saving smart edge device in an example where the energy-using device is a lighting device.
  • the power option can be selected in the app (or web) (always supplying power to the sensor/MCU/wireless communication installed in the lighting device), and in the case of the occupancy control option, the power is turned on/off (connected to Downlight Zoning Control) after determining the presence or absence of a person through a radar sensor, etc., and in the case of the constant power option, the power can be turned on/off via a switch, app (or web) regardless of the presence or absence of a person.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the operation of an energy-saving smart edge device in an example where the energy-using device is a lighting device.
  • a power option can be selected in the app (or web) (always supplying power to sensors/MCUs/wireless communication devices installed in the outlet device).
  • the power is turned on/off (connected to Downlight Zoning Control) after determining the presence or absence of a person through a radar sensor, etc., and constant power and standby power modes can be selected as sub-options of the occupancy control.
  • the standby power cutoff function is Off, the power is always On regardless of the presence or absence of standby power (e.g. OA equipment, etc.), and 2 If the standby power cutoff function is On, the power can be turned off in the case of a standby power situation (e.g. home appliances with standby power, etc.).
  • the standby power cutoff function In the case of the constant power option, power is supplied according to the standby power On/Off mode regardless of whether there is a person in the room. 1 In the case of the standby power cutoff function being Off, the power is always On (e.g. refrigerator, etc.) regardless of the presence of standby power. 2 In the case of the standby power cutoff function being On, the power can be turned Off (e.g. home appliances with standby power, etc.) in the case of a standby power situation.
  • the standby power cutoff function In the case of the standby power cutoff function being On, the power can be turned Off (e.g. home appliances with standby power, etc.) in the case of a standby power situation.
  • FIG 7 is a flowchart illustrating the operation of an energy-saving smart edge device, part of the flowchart of Figure 5, in an example where the energy-using device is a switch device.
  • the device is always powered on, and switches (e.g., lights, fans, etc.) are turned on/off via a physical switch or an app (or web).
  • Figure 8 is a flowchart illustrating the operation of an energy-saving smart edge device in the example of Downlight Zoning Control, which is part of the flowchart of Figure 5.
  • occupancy control when occupancy control is selected, the power is turned on/off depending on the presence or absence of the occupancy.
  • Figure 9 is a flowchart illustrating the operation of an energy-saving smart edge device in the example of Downlight Zoning Control, which is part of the flowchart of Figure 6.
  • the outlet device when occupancy control is selected, the power is turned on/off depending on the presence of the occupant and the on/off of the standby power cutoff function.
  • Figure 10 is a flowchart illustrating the operation of an energy-saving smart edge device in an example of overload detection. It depicts an algorithm for overcurrent protection in outlets and lights.
  • the power can be cut off using an SSR, a semiconductor power switch with a fast response speed of approximately 10us.
  • SSRs solid-state drives
  • these hazardous situations can be notified to the server via Thread wireless communication, and an alarm can be displayed on the display.
  • Figure 11 is a flowchart illustrating the operation of an energy-saving smart edge device in an example of Always Motion Detection On with Backup Battery.
  • the device can continuously detect occupancy using the backup battery.
  • the device can detect human presence using the backup battery and motion detection radar.
  • occupancy can be notified to the server via Thread wireless communication and an alarm can be displayed.
  • FIG. 12 is a table illustrating the main functions of an energy-saving smart edge device according to one embodiment of the present invention.
  • the present invention proposes an all-in-one type device capable of analyzing/providing various environmental factor data required for building energy management and operation, controlling the on/off of terminal energy-using devices (lights, outlets, etc.), and monitoring energy usage in conjunction with a digital twin/smart home platform, etc.
  • It can be installed in power outlets, lights, switches, etc. to supply power required for various sensing/data transmission/reception (no separate battery required), and can control its own power based on data sensed within the device (Stand Alone), and can perform the role of Edge Device (Multi-Access Edge Computing) through communication (wireless, wired) between the device and the digital twin/smart home platform.
  • Edge Device Multi-Access Edge Computing
  • the device when an abnormality such as overcurrent within the device is detected, the device itself cuts off power to prevent power cuts to other devices (outlets, lights, etc.) connected to the same zone (distribution panel), and the cause of the abnormality can be immediately identified (overcurrent, leakage, overheating, etc.), enabling quick restoration to the original state.
  • an abnormality such as overcurrent within the device
  • the device itself cuts off power to prevent power cuts to other devices (outlets, lights, etc.) connected to the same zone (distribution panel), and the cause of the abnormality can be immediately identified (overcurrent, leakage, overheating, etc.), enabling quick restoration to the original state.
  • the smart edge device is an integrated device that includes a semiconductor-based IoT sensor, an outlet/lighting control chip, an MCU capable of analyzing various data, a wireless power chip, etc., and since power is supplied to the device, a separate battery/power supply, etc. for the IoT sensor, etc. is unnecessary, and it performs a data transmission and reception function through a wireless communication chip, and based on information collected through the IoT sensor, etc. (occupancy, temperature, humidity, CO2 , etc.), it is possible to control the outlet/lighting, etc. in a stand-alone manner through the MCU, etc., and has the advantage of being able to perform functions such as transmitting IoT sensor data as utilization data for a BEMS (Building Energy Management System) or a digital twin, etc.
  • BEMS Building Energy Management System
  • the present invention it is possible to reduce building energy by self-sensing (presence of occupancy, temperature, etc.) standby power unnecessarily used in outlets, lighting devices, etc., power when no one is present, etc., and shutting off unnecessary lighting/outlets, etc.
  • the SSR Chip installed in the device will cut off power to each device in case of overcurrent/leakage/overheating, and monitoring of the relevant information will be possible, ensuring the safety performance of power devices such as outlets/lights.
  • a separate power supply for the IoT sensor device is unnecessary, so a separate power source (battery, etc.) can be omitted.

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Abstract

에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스는 전력 입력부, 전력 출력부, 에너지 사용 디바이스 감시부, 센서 전력 공급부, 데이터 분석부, 제어부, 및 통신부를 포함한다. 전력 입력부는 외부 전원으로부터 공급된 전력을 입력받고, 전력 출력부는 전력을 동일한 전압으로 미리 설정된 에너지 사용 디바이스로 출력하고, 에너지 사용 디바이스 감시부는 에너지 사용 디바이스의 전력 사용량을 감시하고, 센서 전력 공급부는 미리 설정된 환경인자의 모니터링 센서로 전력을 공급하고, 데이터 분석부는 환경 모니터링 센서로 감지된 감지 데이터를 분석하여 환경 분석 데이터를 생성하고, 제어부는 환경 분석 데이터에 따라 미리 설정된 환경 조절기기를 제어하며, 통신부는 환경 조절기기와 통신한다. 이때, 데이터 분석부는 전력 사용량을 분석하여 전력 사용량 분석 데이터를 더 생성하고, 제어부는 전력 사용량 분석 데이터에 따라 에너지 사용 디바이스로의 전력 공급을 제어하며, 통신부는 데이터 분석부에서 생성된 분석 데이터를 외부 서버로 전송한다.

Description

에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스
본 발명은 건물에서의 에너지 절감 관련 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스에 관한 것이다.
건물 내의 에너지 사용을 모니터링하고 효율적으로 제어하여 에너지 소비를 최소화하기 위한 건물에너지 관리 시스템(Building Energy Management System; BEMS)이 많이 이용되고 있다. BEMS는 센서, 제어 장치, 통신 인프라 등 자동화 기기로 구성되어, 대상 건물과 에너지 시스템의 효율적인 관리방안을 제공한다. 이를 통해, 건물 에너지 관리의 최적화(효율, 성능, 운영) 및 상태 점검의 역할을 수행하고 있지만, 건물 및 에너지 시스템을 관리 및 판단하기 위해서는 전문적인 지식을 가진 인력이 필요하다는 문제가 있다.
이러한 문제에 대응하기 위해 디지털 트윈(Digital Twin)의 개념이 도입되었다. 에너지 디지털 트윈은 현실의 물체를 에너지 모니터링, 테스트, 유지관리 목적으로 가상환경에 정밀하게 구축한 객체로서, 현실에서 정보를 획득하고 가상환경에서 통합하여 새로운 정보를 전달하는 AI 또는 시뮬레이션 형태로 존재한다.
가상현실에 연결된 모델을 활용한 에너지 솔루션을 제공(확장된 상태 진단, 모니터링, 최적 운영, Retrofit 제시 등)하기 위해 이용되며, 건물 에너지 관리의 최적화(효율, 성능, 운영)와 상태점검 이외에 가상/스마트 센서, 의사결정 지원 tool의 역할을 추가로 수행하며, 데이터 및 물리기반 모델을 활용한 탐색 및 판단(Energy Navigation)에 활용된다.
하지만, 디지털 트윈을 통한 솔루션 분석에 있어서도, 필요한 다양한 환경 인자 측정을 위한 IoT 센서의 경우 대부분 배터리타입이나 유선타입으로 전원을 공급하고 있어 설치에 제한이 있으며, Digital 환경에서 Big Data 처리에 따른 클라우드/서버 비용이 증가하는 문제가 있다.
한편, 종래에는 건물 에너지의 제일 말단 소요처인 콘센트/조명 등에 대한 에너지 사용량 관리 및 제어 기술 부족으로 인해, 빌딩의 에너지 관리가 효율적으로 수행되지 못하는 문제가 또한 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 디지털 트윈을 통한 솔루션 분석에 있어서, 필요한 다양한 환경 인자 측정을 위한 IoT 센서의 전원 공급 문제, Digital 환경에서 Big Data 처리에 따른 클라우드/서버 비용이 증가하는 문제를 해결하면서도, 건물 에너지의 제일 말단 소요처인 콘센트/조명 등에 대한 에너지 사용량 관리 및 제어를 효과적으로 수행하기 위한 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스는 전력 입력부, 전력 출력부, 에너지 사용 디바이스 감시부, 센서 전력 공급부, 데이터 분석부, 제어부, 및 통신부를 포함한다.
전력 입력부는 외부 전원으로부터 공급된 전력을 입력받고, 전력 출력부는 전력을 동일한 전압으로 미리 설정된 에너지 사용 디바이스로 출력하고, 에너지 사용 디바이스 감시부는 에너지 사용 디바이스의 전력 사용량을 감시하고, 센서 전력 공급부는 미리 설정된 환경인자의 모니터링 센서로 전력을 공급하고, 데이터 분석부는 환경 모니터링 센서로 감지된 감지 데이터를 분석하여 환경 분석 데이터를 생성하고, 제어부는 환경 분석 데이터에 따라 미리 설정된 환경 조절기기를 제어하며, 통신부는 환경 조절기기와 통신한다.
이때, 데이터 분석부는 전력 사용량을 분석하여 전력 사용량 분석 데이터를 더 생성하고, 제어부는 전력 사용량 분석 데이터에 따라 에너지 사용 디바이스로의 전력 공급을 제어하며, 통신부는 데이터 분석부에서 생성된 분석 데이터를 외부 서버로 전송한다.
또한, 환경인자의 모니터링 센서는 에너지 사용 디바이스 인근의 사람의 존재 여부의 감지인 재실 감지를 수행하는 재실 감지 센서를 포함하고, 제어부는 재실 감지의 결과에 따라 에너지 사용 디바이스의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 에너지 사용 디바이스로 공급되는 전력에 이상이 발생하는 경우 에너지 사용 디바이스로의 전력 공급을 차단할 수 있다.
또한, 통신부는 전력 공급이 차단되는 경우 전력의 이상 상황에 대한 데이터를 외부 서버로 전송할 수 있다.
또한, 통신부는 외부 서버로 상기 재실 감지 결과를 더 전송할 수 있다.
또한, 제어부는 외부 전원으로부터 전력이 공급되지 않는 경우, 미리 설정된 배터리 전원을 이용하여 재실 감지 센서 및 통신부를 동작시킬 수 있다.
또한, 에너지 사용 디바이스는 콘센트를 포함하고, 제어부는 콘센트의 설정 여부에 따라 콘센트의 대기전력 차단 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 콘센트에 연결된 장치의 정보를 더 이용하여 콘센트의 대기전력 차단 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 외부 서버로부터 전송된 정보에 따라 환경조절 기기를 더 제어할 수 있다.
또한, 입력된 전력의 형태를 변환하여 출력하는 전력 변환 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 콘센트, 조명 디바이스 등에서 불필요하게 사용되는 대기전력, 재실자 부재시 전력 등을 자체 센싱(재실 유무, 온도 등)하고 불필요한 조명/콘센트 등의 차단을 통해 건물 에너지를 절감할 수 있게 된다.
또한, 디바이스 내에 설치된 SSR Chip을 통해 과전류/누전/과열시 디바이스 단위로 전원 차단이 되며, 해당 내용에 대한 모니터링이 가능하여 콘센트/조명 등 전원 디바이스 안전 성능을 확보할 수 있게 된다.
또한, 디바이스 자체에 전원이 공급되고 있어 IoT 센서 디바이스를 위한 별도 전원 공급 등이 불필요하여, 별도 전원(배터리 등)을 생략할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 개략적인 블록도.
도 2는 도 1의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 사용상태의 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 실제 구현 예를 설명하기 위한 표.
도 4는 디지털 트윈/스마트홈 플랫폼에 필요한 주요 하드웨어 기술을 설명하기 위한 표.
도 5는 에너지 사용 디바이스가 조명 디바이스인 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 에너지 사용 디바이스가 조명 디바이스인 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 도 5의 흐름도 중 일부로서, 에너지 사용 디바이스가 스위치 디바이스인 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 도 5의 흐름도 중 일부로서, Downlight Zoning Contol의 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 9는 도 6의 흐름도 중 일부로서, Downlight Zoning Contol의 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 10은 Overload Detection의 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 11은 Always Motion detection On with Backup Battery의 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 주요 기능을 설명하기 위한 표.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 개략적인 블록도이고, 도 2는 도 1의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 사용상태의 예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 실제 구현 예를 설명하기 위한 표이고, 도 4는 디지털 트윈/스마트홈 프랫폼에 필요한 주요 하드웨어 기술을 설명하기 위한 표이다.
도 1에서 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스는 전력 입력부(110), 전력 출력부(120), 에너지 사용 디바이스 감시부(130), 센서 전력 공급부(140), 데이터 분석부(150), 제어부(160), 통신부(170), 및 전력 변환 출력부(180)를 포함한다.
도 1에서 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 각 구성요소들은 하드웨어만으로 구현될 수도 있겠으나, 하드웨어 및 하드웨어상에서 동작하는 소프트웨어로 함께 구현되는 것이 일반적일 것이다.
전력 입력부(110)는 외부 전원으로부터 공급된 전력을 입력받고, 전력 출력부(120)는 전력을 동일한 전압으로 미리 설정된 에너지 사용 디바이스로 출력하고, 에너지 사용 디바이스 감시부(130)는 에너지 사용 디바이스의 전력 사용량을 감시한다.
센서 전력 공급부(140)는 미리 설정된 환경인자의 모니터링 센서로 전력을 공급한다. 환경인자의 모니터링 센서는 에너지 사용 디바이스 인근의 사람의 존재 여부의 감지인 재실 감지를 수행하는 재실 감지 센서를 포함할 수 있다.
데이터 분석부(150)는 환경 모니터링 센서로 감지된 감지 데이터를 분석하여 환경 분석 데이터를 생성한다. 또한, 데이터 분석부(150)는 전력 사용량을 분석하여 전력 사용량 분석 데이터를 더 생성할 수 있다.
제어부(160)는 생성된 환경 분석 데이터에 따라 미리 설정된 환경 조절기기를 제어한다. 또한, 제어부(160)는 전력 사용량 분석 데이터에 따라 에너지 사용 디바이스로의 전력 공급을 제어할 수 있으며, 재실 감지의 결과에 따라 에너지 사용 디바이스의 동작을 제어할 수도 있다. 또한, 제어부(160)는 에너지 사용 디바이스로 공급되는 전력에 이상이 발생하는 경우 에너지 사용 디바이스로의 전력 공급을 차단할 수 있다.
또한, 제어부(160)는 외부 전원으로부터 전력이 공급되지 않는 경우, 미리 설정된 배터리 전원을 이용하여 재실 감지 센서 및 통신부(170)를 동작시킬 수 있으며, 제어부(160)는 외부 서버로부터 전송된 정보에 따라 환경조절 기기를 더 제어할 수 있다.
또한, 에너지 사용 디바이스는 콘센트를 포함할 수 있으며, 제어부(160)는 콘센트의 설정 여부에 따라 콘센트의 대기전력 차단 동작을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(160)는 콘센트에 연결된 장치의 정보를 더 이용하여 콘센트의 대기전력 차단 동작을 제어할 수 있다.
통신부(170)는 환경 조절기기와 통신한다. 또한, 통신부(170)는 데이터 분석부(150)에서 생성된 분석 데이터를 외부 서버로 전송한다. 또한, 통신부(170)는 전력 공급이 차단되는 경우 전력의 이상 상황에 대한 데이터를 외부 서버로 전송할 수 있으며, 외부 서버로 재실 감지 결과를 더 전송할 수 있다. 전력 변환 출력부(180)는 입력된 전력의 형태를 변환하여 출력한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적인 예와 함께 더욱 상세하게 설명한다. 도 5는 에너지 사용 디바이스가 조명 디바이스인 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 앱(또는 웹)에서 전원 Option을 선택(조명 Device에 설치된 센서/MCU/무선통신에는 항시 전원 공급)할 수 있으며, 재실 제어 옵션의 경우 Radar 센서 등을 통해 재실 유무 판단 후 전원을 On/Off(Downlight Zoning Control 연결)하고, 상시 전원 옵션의 경우 재실자 유무와 상관없이 스위치, 앱(또는 웹)을 통해 전원을 On/Off할 수 있다.
도 6은 에너지 사용 디바이스가 조명 디바이스인 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 앱(또는 웹)에서 전원 Option을 선택(콘센트 Device에 설치된 센서/MCU/무선통신에는 항시 전원 공급)할 수 있다.
재실 제어 옵션의 경우 Radar 센서 등을 통해 재실 유무 판단 후 전원을 On/Off(Downlight Zoning Control 연결)하고, 재실 제어 하부 Option으로 상시 전원, 대기 전력 모드를 선택할 수 있다. ① 대기전력 차단기능 Off인 경우 대기전력 유무와 상관없이 항상 전원을 On(예 : OA 장비 등)하고, ② 대기전력 차단기능 On인 경우 대기전력 상황시 전원을 Off(예 : 대기전력이 있는 가전 등)할 수 있다.
상시 전원 옵션의 경우 재실자 유무와 상관없이 대기전력 On/Off 모드에 따라 전원 공급을 공급하며, ① 대기전력 차단기능 Off의 경우 대기전력 유무와 상관없이 항상 전원을 On(예 : 냉장고 등)하고, ② 대기전력 차단기능 On의 경우 대기전력 상황시 전원을 Off(예 : 대기전력이 있는 가전 등)할 수 있다.
도 7은 도 5의 흐름도 중 일부로서, 에너지 사용 디바이스가 스위치 디바이스인 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 항상 전원을 On하며, 물리적인 스위치 또는 앱(또는 웹)을 통해 스위치를 On/Off(예 : 조명, 환풍기 등)한다.
도 8은 도 5의 흐름도 중 일부로서, Downlight Zoning Contol의 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 조명 Device용에서는 재실 제어 선택시 재실 유무에 따라 전원을 On/Off한다.
도 9는 도 6의 흐름도 중 일부로서, Downlight Zoning Contol의 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 콘센트 Device용에서는 재실 제어 선택시 재실 유무 및 대기전력 차단기능 On/Off에 따라 전원을 On/Off한다.
도 10은 Overload Detection의 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 콘센트 및 전등에서 과전류 차단기능을 위한 알고리즘을 도시하고 있다.
콘센트 및 전등에 포함된 전류미터를 이용하여 특정 전력이상의 Power가 감지되는 경우에 약 10us의 빠른 응답속도를 가진 반도체 전원스위치인 SSR을 이용하여 전원을 차단할 수 있다.
약 10us의 빠른 응답속도를 가진 반도체 전원스위치인 SSR을 이용한 전원차단은 분전반보다 먼저 동작함으로써 다른 기기의 사용을 지속 가능하게 한다. 또한, 이러한 위험상황을 Thread 무선통신을 이용하여 Server에 통지하고 Display에 Alarm를 표시할 수 있다.
도 11은 Always Motion detection On with Backup Battery의 예에서의 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 이 경우 전등에서 정전시에도 Backup battery를 이용하여 상시 재실유무를 감지할 수 있으며, 화재 등으로 인한 정전시에도 Backup battery 전원과 동작감지 기능을 가진 Radar 이용하여 사람의 재실 유무를 감지할 수 있다. 또한, 재실 유무를 Thread 무선통신을 이용하여 Server에 통지하고 Display에 Alarm를 표시할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스의 주요 기능을 설명하기 위한 표이다.
정리하면, 본 발명은 디지털 트윈/스마트홈 플랫폼 등과 연동하여 건물 에너지 관리 및 운영에 필요한 각종 환경 인자 Data 분석/제공 및 말단 에너지 사용 디바이스(조명, 콘센트 등)의 On/Off 제어 및 에너지 사용량 모니터링이 가능한 All in Type Device를 제시한다.
전원이 공급되는 콘센트, 조명, 스위치 등에 설치가 되어 각종 센싱/Data 송수신 등을 위해 필요한 전원 공급이 가능(별도 배터리 불필요)하며, 디바이스 내부에서 센싱한 Data를 기반으로 자체적인 전력 Control이 가능하고(Stand Alone), 디바이스와 디지털 트윈/스마트홈 플랫폼과의 통신(무선, 유선)을 통해 Edge Device 역할 수행(Multi-Access Edge Computing)이 가능하다.
또한, 디바이스내 과전류 등 이상 감지시 디바이스 자체 전력 차단을 통해 동일 존(분전반)에 연결된 타 디바이스(콘센트, 조명 등)의 전력 공급 차단을 방지하고 이상 원인에 대한 즉각적인 원인 파악(과전류, 누전, 과열 등)이 가능하여 빠른 원상 복구가 가능하다.
또한, 종래의 기술과 대비하여, 본 발명에 따른 스마트 엣지 디바이스는 반도체 기반 IoT 센서, 콘센트/조명 등 제어 Chip, 각종 data 분석이 가능한 MCU, 무선전원칩 등이 일체화된 디바이스로서, 디바이스에 전원이 공급되고 있어 IoT 센서 등을 위한 별도 배터리/ 전원 등 불필요하며, 무선 통신 Chip을 통한 data 송수신 기능을 수행하고, IoT 센서 등을 통해 수집된 정보(재실 유무, 온도, 습도, CO2 등)를 기반으로 MCU 등을 통해 Stand Alone 방식으로 콘센트/조명 제어 등이 가능하고, IoT 센서 data를 BEMS(Building Energy Management System)나 디지털 트윈 등의 활용 data로 송부 등의 기능 수행이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 콘센트, 조명 디바이스 등에서 불필요하게 사용되는 대기전력, 재실자 부재시 전력 등을 자체 센싱(재실 유무, 온도 등)하고 불필요한 조명/콘센트 등의 차단을 통해 건물 에너지를 절감할 수 있게 된다.
또한, 디바이스내에 설치된 SSR Chip을 통해 과전류/누전/과열시 디바이스 단위로 전원 차단이 되며 해당 내용에 대한 모니터링 가능하여 콘센트/조명 등 전원 디바이스 안전 성능을 확보할 수 있게 된다.
또한, 디바이스 자체에 전원이 공급되고 있어 IoT 센서 디바이스를 위한 별도 전원 공급 등이 불필요하여 별도 전원(배터리 등)을 생략할 수 있게 된다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.

Claims (10)

  1. 외부 전원으로부터 공급된 전력을 입력받는 전력 입력부;
    상기 전력을 동일한 전압으로 미리 설정된 에너지 사용 디바이스로 출력하는 전력 출력부;
    상기 에너지 사용 디바이스의 전력 사용량을 감시하는 에너지 사용 디바이스 감시부;
    미리 설정된 환경인자의 모니터링 센서로 전력을 공급하는 센서 전력 공급부;
    상기 환경 모니터링 센서로 감지된 감지 데이터를 분석하여 환경 분석 데이터를 생성하는 데이터 분석부;
    상기 환경 분석 데이터에 따라 미리 설정된 환경 조절기기를 제어하는 제어부; 및
    상기 환경 조절기기와 통신하는 통신부를 포함하며,
    상기 데이터 분석부는 상기 전력 사용량을 분석하여 전력 사용량 분석 데이터를 더 생성하고,
    상기 제어부는 상기 전력 사용량 분석 데이터에 따라 상기 에너지 사용 디바이스로의 전력 공급을 제어하며,
    상기 통신부는 상기 데이터 분석부에서 생성된 분석 데이터를 외부 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 환경인자의 모니터링 센서는 상기 에너지 사용 디바이스 인근의 사람의 존재 여부의 감지인 재실 감지를 수행하는 재실 감지 센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 재실 감지의 결과에 따라 상기 에너지 사용 디바이스의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 상기 에너지 사용 디바이스로 공급되는 전력에 이상이 발생하는 경우 상기 에너지 사용 디바이스로의 전력 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통신부는 상기 전력 공급이 차단되는 경우 상기 전력의 이상 상황에 대한 데이터를 상기 외부 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 통신부는 상기 외부 서버로 상기 재실 감지 결과를 더 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는 상기 외부 전원으로부터 전력이 공급되지 않는 경우, 미리 설정된 배터리 전원을 이용하여 상기 재실 감지 센서 및 상기 통신부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 에너지 사용 디바이스는 콘센트를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 콘센트의 설정 여부에 따라 상기 콘센트의 대기전력 차단 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 상기 콘센트에 연결된 장치의 정보를 더 이용하여 상기 콘센트의 대기전력 차단 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는 상기 외부 서버로부터 전송된 정보에 따라 상기 환경조절 기기를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전력의 형태를 변환하여 출력하는 전력 변환 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 스마트 엣지 디바이스.
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