KR101539572B1 - 외부 전력 계통 연계형 태양광, ｅｓｓ 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 적어도 하나 이상의 태양전지모듈로 이루어진 태양전지모듈 어레이를 포함하며, 전기차의 주차구역 상부에 아치형 구조물(pergola) 형태로 구비되거나, 별도의 지정장소에 구비되는 태양광발전장치; 상기 태양광발전장치로부터 출력되는 직류(DC) 전기 에너지의 인버터로 전송하여 상기 인버터에 의한 교류(AC)의 전기 에너지로 변환에 따라 교류(AC)의 전기 에너지를 ESS에 공급되어 저장되도록 하는 접속반; 제 1 전환스위치를 제어하여 상기 태양광발전장치로부터 상기 인버터를 통해 공급되는 교류 전기 에너지를 상기 ESS 또는 외부 전력 계통으로 공급하는 것을 제어하는 실시간 정보를 제공하는 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS); 및 상기 ESS와, 계통연계 수배전반과 연결된 제 2 전환스위치 사이에 형성되어 상기 제 2 전환스위치를 통해 상기 ESS의 전기 에너지를 공급받을 것인가, 상기 계통연계 수배전반과 연결된 외부 전력 계통으로부터 전기 에너지를 공급받을 것인가를 선택적으로 수행하는 기능을 제공받는 전기차 충전장치; 를 포함하며, 상기 제 1 전환스위치는, 상기 인버터와, 상기 ESS 및 상기 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS) 사이에 형성되며, 상기 ESS에 저장된 전기 에너지는 상기 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)의 수요관리 대응에 관련한 설정모드에 따라 상기 전기차 충전장치에 의한 상기 전기차에 대한 충전 환경을 제공을 위한 전기 에너지로 사용되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 이산화가스 배출량을 저감하도록 하는 효과가 있고, 전기차 충전에 필요한 각종 정보를 실시간으로 공유할 수 있는 효과가 있으며, 전력수요관리에 대응하는 모니터링을 실시간으로 제공하여 전기 에너지의 송전 및 수전, 그리고 저장하는 기능을 제공함으로써, 안정적인 전력체계 확보와 사용자의 충전 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

외부 전력 계통 연계형 태양광, ＥＳＳ 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템{Augmented Reality system for convergence of sunlight, Energy Storage System and Electric Vehicles battery charge coupled with outside power system}

본 발명은 최근 지구온난화에 의한 이산화탄소 저감 대책과 화석연료의 불안정한 수급 등으로 신재생 에너지에 대한 활용을 위한 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 최근 전기차의 보급이 활성화되기 시작하면서 최적의 충전 조건을 구비함과, 외부 전력 계통 연계시에 전력수요의 첨두부하(peak load) 상승에 대한 대책이 있어야 하고, 옥외 설치가 많아짐으로 도시미관에 대한 고려와, 충전장치의 안전성 확보와 충전장치가 편리하게 사용될 수 있는 에너지원의 지속적인 공급 체계를 구비하도록 하기 위한 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템에 관한 것이다.

인류는 지구의 화석연료의 고갈로 인하여 다음 세대가 안정적으로 사용할 수 있는 신에너지원을 발굴해야 하는 중대한 책무의 시기에 도달하였다.

화석연료의 남발과 무분별한 소비성향에 지구온난화의 급속한 진행으로 이산화탄소 배출량이 기하급수적인 속도로 증대하여 지구에 큰 재앙으로 현실적으로 도래하고 있다.

인류 모두가 이산화탄소 저감 대책을 강구하고, 신재생 에너지원을 효율적으로 생산하고 관리하는 방법을 범용화 하지 않는다면 크나큰 재앙에 직면함을 방지할 수 없는 지경에 이를 것이다.

최근에 신재생 에너지원으로, 태양광 풍력 등을 이용한 에너지원의 설치가 급속히 늘어나고 있다. 또한, 신재생 에너지원의 생산이 주로 주간이나 기후의 영향 등에 의한 산발적인 생산이 나타나고 있는데, 이러한 에너지원을 효율적으로 저장, 관리, 사용할 수 있는 저장 장치인 에너지 스토리지 시스템(Energy Storage System, 이하, 'ESS')와 수요관리에 대응할 수 있는 통합전력 제어관리 시스템(Total Energy Management System; TEMS)이 개발되고 있다.

최근에는 기존의 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망에 해당하는 '스마트 그리드(Smart Grid)' 사업이 활성화되는 기류가 형성되고 있는데, 이러한 에너지 융복합시스템의 개발은 특히 전기차의 급속한 기술의 발전으로 상용화에 박차를 가하고 있다.

이러한 융복합시스템의 일환으로 태양광과 풍력 등의 신에너지를 이용하여 ESS를 기반으로 하는 에너지를 저장해서 사용함과 수요관리에 적절히 대응할 수 있는 통합전력 제어관리장치의 맞춤형 서비스가 요구되고 있다.

또한, 전기차의 주차 설비가 옥외 또는 개방된 실내 주차공간에 설치되는 것이 대부분인데, 전기차에 전력을 공급해야 하는 충전장치의 전력의 사용량은 일반적으로 대용량으로 소비되고 있다. 특히, 급속충전을 하는 장치의 경우에는 삼상(three phase)의 동력용 전원과 함께 수십 킬로와트의 정격출력 전원이 소요되기 때문에 국,내외의 각종 전기설비 기술기준규격을 적용한 제품으로 개발되어야 한다.

따라서, 외부 전력 계통 연계형 태양광 및 ESS을 기반으로 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 제공됨에 있어 장시간 충전용으로 활용하기 위해서는 태양광 또는 신재생 에너지원의 설치용량을 증가시켜야 하는 요인과 이를 저장할 수 있는 ESS의 용량 증가와 함께 수용관리에 적절하게 호환성을 가진 통합전력 제어관리장치(TEMS)의 외부 전력 계통 연계형 시스템을 구비함과 함께, 비상시 또는 보조 충전용으로 사용하기 위한 독립형 시스템으로 구분하여 시스템 설계를 하여야 한다.

또한, 이러한 종래의 신재생을 이용한 전기차 충전시스템의 설계에서는 융복합형으로 구성하여 국,내외의 전기설비 기술기준령 등에 의한 접지장치를 표기하지 않은 것이 대부분으로 양방향 전원을 수용하여 가공함으로 발생하는 각종 고주파 등의 써어지(surges)가 사람과 가축 등에 피해를 가져올 수 있음으로 이에 대한 보상장치의 주요 수단인 접지장치가 각기의 주요 구성부에 부착 또는 매설하여 저저항을 유지하도록 표기되어 설계 해기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.

한편, 종래 기술에 해당하는 '특허출원번호 제10-2012-0078989호'의 전력 에너지 저장 시스템, 전력 에너지 저장 방법, 전기차 충전용 전력 제공 시스템, 및 전기차 충전용 전력의 과금 방법 및 시스템, 그리고 '특허출원번호 제10-2011-0089581호'의 전력 에너지 저장 시스템, 전력 에너지 저장 방법, 전기차 충전용 전력 제공 시스템, 및 전기차 충전용 전력의 과금 방법 및 시스템은 모두 전력을 공급하는 가선, 및 상기 가선에 연결되어 있으며, 상기 가선으로부터 전력 에너지를 공급받아 저장할 수 있도록 되어 있는 에너지 저장장치를 포함하며, 전동차 간의 운행 시격(time interval)이 미리 결정된 시격보다 작은 때에는, 상기 가선으로부터 공급되는 전력 에너지가 상기 에너지 저장장치에 유입되는 것이 차단되도록 되어 있는 전력 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.

그러나 특허출원번호 제10-2012-0078989호'의 전력 에너지 저장 시스템, 전력 에너지 저장 방법, 전기차 충전용 전력 제공 시스템, 및 전기차 충전용 전력의 과금 방법 및 시스템 및 '특허출원번호 제10-2011-0089581호'의 전력 에너지 저장 시스템, 전력 에너지 저장 방법, 전기차 충전용 전력 제공 시스템, 및 전기차 충전용 전력의 과금 방법 및 시스템은 전기차에 대한 충전시 전력의 과금을 목적으로 한 것으로 신재생 에너지를 활용하지 않고 있으며, 외부 전력 계통 연계형 시스템을 제공하지 못하고 있다.

그리고, '특허출원번호 제10-2013-0102494호'의 가로등주를 이용한 전기차 충전 설비 시설은 다른 차량의 주행을 방해하거나 보행자의 보행에 지장을 주지 않으면서 전기차의 충전이 가능하도록 함과 아울러 충전중인 차량이 점유하게 되는 충전 공간의 상방에 PV 모듈을 덮어 줌으로써 일광, 눈, 비로부터 차량을 보호할 수 있도록 함과 동시에 전력을 생산할 수 있게 되는 가로등주를 이용한 전기차 충전 설비 시설을 제공하는 기술에 관한 것이다.

또한, '특허출원번호 제10-2013-0029069호'의 도전 방지를 위한 전기차 충전 방법 및 이를 위한 전기차의 충전 인증 시스템은 충전 콘센트의 위치 정보와 전기차를 충전하려는 이용자의 무선 단말기 위치 정보를 대비하여 상호 위치 정보의 부합 여부를 판단하고 이에 따라 상기 이용자의 전기차에 대한 충전 수행 인증을 통해 콘센트를 통한 무단 도전을 방지하기 위한 전기차의 충전 인증 방법과 이를 제공하기 위한 전기차의 충전 인증 방법을 제공하는 기술에 관한 것이다.

그러나 '특허출원번호 제10-2013-0102494호'의 가로등주를 이용한 전기차 충전 설비 시설은 전기차에 대한 충전을 위한 시설물의 구조적 설계에 그치고 있으며 상술한 바와 같이 태양광을 이용하여 전기차를 충전하는 방식과 잉여의 전력을 외부에 공급할 수 있도록 하기 위한 외부 전력 계통 연계형 시스템을 제공하고 있지 못하는 한계점이 있다. 또한, '특허출원번호 제10-2013-0029069호'의 도전 방지를 위한 전기차 충전 방법 및 이를 위한 전기차의 충전 인증 시스템은 위치 정보 기반의 충전시 인증에 관한 기술로 효율적인 충전인프라 구축을 위한 기술을 제공하지 못하다는 한계점이 있다.

[관련기술문헌]

1. 전력 에너지 저장 시스템, 전력 에너지 저장 방법, 전기차 충전용 전력 제공 시스템, 및 전기차 충전용 전력의 과금 방법 및 시스템(Electric energy saving system, electric energy saving method, electric power providing system, billing system and method for recharging electric car) (특허출원번호 제10-2012-0078989호)

2. 전력 에너지 저장 시스템, 전력 에너지 저장 방법, 전기차 충전용 전력 제공 시스템, 및 전기차 충전용 전력의 과금 방법 및 시스템(Electric energy saving system, electric energy saving method, electric power providing system, billing system and method for recharging electric car) (특허출원번호 제10-2011-0089581호)

3. 가로등주를 이용한 전기차 충전 설비 시설(Electronic vehicle charging facilities using street light pole) (특허출원번호 제10-2013-0102494호)

4.도전 방지를 위한 전기차 충전 방법 및 이를 위한 전기차의 충전 인증 시스템(Method and system for preventing electricity theft for charging electric vehicle) (특허출원번호 제10-2013-0029069호)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광을 이용하여 전기차를 충전하는 방법을 제공하고, 잉여의 전력을 외부에 공급할 수 있도록 하기 위한 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 자체에 구비되는 ESS에 저장하여 효율적인 충전인프라를 구축할 수 있도록 통합전기차 관리제어장치(Total Electric Vehicles Manament System)를 통하여 실시간으로 모니터링이 가능하도록 하기 위한 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템을 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템은, 적어도 하나 이상의 태양전지모듈로 이루어진 태양전지모듈 어레이를 포함하며, 전기차의 주차구역 상부에 아치형 구조물(pergola) 형태로 구비되거나, 별도의 지정장소에 구비되는 태양광발전장치; 상기 태양광발전장치로부터 출력되는 직류(DC) 전기 에너지의 인버터로 전송하여 상기 인버터에 의한 교류(AC)의 전기 에너지로 변환에 따라 교류(AC)의 전기 에너지를 ESS에 공급되어 저장되도록 하는 접속반; 제 1 전환스위치를 제어하여 상기 태양광발전장치로부터 상기 인버터를 통해 공급되는 교류 전기 에너지를 상기 ESS 또는 외부 전력 계통으로 공급하는 것을 제어하는 실시간 정보를 제공하는 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS); 및 상기 ESS와, 계통연계 수배전반과 연결된 제 2 전환스위치 사이에 형성되어 상기 제 2 전환스위치를 통해 상기 ESS의 전기 에너지를 공급받을 것인가, 상기 계통연계 수배전반과 연결된 외부 전력 계통으로부터 전기 에너지를 공급받을 것인가를 선택적으로 수행하는 기능을 제공받는 전기차 충전장치; 를 포함하며, 상기 제 1 전환스위치는, 상기 인버터와, 상기 ESS 및 상기 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS) 사이에 형성되며, 상기 ESS에 저장된 전기 에너지는 상기 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)의 수요관리 대응에 관련한 설정모드에 따라 상기 전기차 충전장치에 의한 상기 전기차에 대한 충전 환경을 제공을 위한 전기 에너지로 사용되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 인버터와 연결된 구조의 상기 접속반에 형성되는 역저지 다이오드(reverse-blocking diode)의 용량은, 직렬접속군의 개별 태양전지모듈의 공칭 개방전류의 2배 이상 되는 것을 적용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양전지모듈 어레이와 연결되는 접속점에 설치되는 퓨즈 또는 차단기는 25A(암페어) 이하의 것을 사용하며, 상기 태양전지모듈에 의한 전기 충전을 위한 기상상황 판단과 상기 인버터와의 연계된 통신을 하기 위한 센서박스는, 상기 접속반 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인버터는, 상기 태양전지모듈에 의해 태양광으로부터 생산된 전기 에너지를 상기 ESS에 우선 공급될 수 있도록 하기 위한 최적 전압 추종제어장치(Maximum Power Point Tracking)(MPPT)을 내장하고 있으며, 외부 전력 계통 연계형의 경우 상기 외부 전력 계통의 전원 정전시에는 동시에 그 기능을 정지하도록 모듈화되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 ESS는, 다수의 배터리 직병렬 조합 구성에 따른 충방전 환경을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 충방전장치; 및 상기 다수의 배터리의 충방전에 따른 상기 외부 전력 계통의 전기 에너지로의 인버팅을 수행할 수 있는 양방향 인버터; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템은, 이산화가스 배출량을 저감하도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템은, 전기차 충전에 필요한 각종 정보를 실시간으로 공유할 수 있는 효과를 제공한다.

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템은, 전력수요관리에 대응하는 모니터링을 실시간으로 제공하여 전기 에너지의 송전 및 수전, 그리고 저장하는 기능을 제공함으로써, 안정적인 전력체계 확보와 사용자의 충전 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥외에 설치된 실시예에 따른 배치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥외에 설치된 실시예에 따른 배치시의 구조를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥내에 설치된 실시예에 따른 배치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템 중 ESS의 구성을 구체적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

그리고, 도 2는 도 1의 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥외에 설치된 실시예에 따른 배치를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥외에 설치된 실시예에 따른 배치시의 구조를 상세하게 나타내는 도면이며, 도 4는 도 1의 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥내에 설치된 실시예에 따른 배치를 나타내는 도면이다.

또한, 도 5는 도 1의 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템 중 ESS의 구성을 구체적으로 나타내는 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템은 태양광발전장치(50), 접속반(51), 인버터(55), 제 1 전환스위치(56), ESS(60), 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90), 제 2 전환스위치(57), 전기차 충전장치(Electric Vehicle Charger, 이하 ' EVC')(70), 계통연계 수배전반(80) 및 외부 전력 계통(85)을 주요 구성요소로 하며, 부수적으로 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)는 네트워크(99)를 통해 모바일단말(91) 및 모니터링시스템(92)과 데이터 송수신을 수행한다.

여기서 태양광발전장치(50)는 적어도 하나 이상의 태양전지모듈(10)로 이루어진 태양전지모듈 어레이를 포함하며, 전기차(15) 및 전기자전거(16)의 주차구역 상부에 아치형 구조물(pergola) 형태로 구비되거나, 별도의 지정장소에 구비될 수 있다.

이하에서는 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템에 대한 설명에 있어서 전기차(15)를 기준으로 설명하도록 하나 이는 본 발명을 이해하는데 요약 및 설명의 편의에 따름이며, 본 발명의 권리범위가 전기차(15)에 한정되지 않는다.

또한, 태양광발전장치(50)는 접속반(51)과 연결된 구조로 형성됨으로써, 태양광발전장치(50)로부터 출력되는 직류(DC) 전기 에너지를 접속반(51)을 통해 인버터(55)로 전송하여 인버터(55)에 의한 교류(AC)의 전기 에너지로 변환에 따른 재가공 이후 ESS(60)에 공급되어 저장되도록 한다.

이후, ESS(60)에 저장된 전기 에너지는 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)의 수요관리 대응에 관련한 설정모드에 따라 전기차 충전장치(70)에 충전 환경을 제공을 위한 전기 에너지로 사용된다.

태양광발전장치(50)를 구성하는 태양전지모듈(10)은 결정질 모듈 또는 박막형전지 어느 것을 사용하여도 무방하나 구성요소 중의 하나인 인버터(55)의 동작전압범위와 태양전지모듈별 직렬전압 범위 내에서 매칭되어야 하며, 인버터(55)와 연결된 구조의 접속반(51)에 형성되는 역저지 다이오드(reverse-blocking diode)(54)의 용량은 실험적으로 직렬접속군의 개별 태양전지모듈(10)의 공칭 개방전류의 2배 이상 되는 것을 적용하는 것이 바람직하다.

그리고, 태양전지모듈(10) 어레이(array)와 연결되는 접속점에 설치되는 퓨즈(53) 또는 차단기는 25A(암페어) 이하의 것이 사용되며, 태양전지모듈(10)에 의한 전기 충전을 위한 기상상황 판단과 인버터(55)와의 연계된 통신을 하기 위한 센서박스(52)는 도 1에 도시된 바와 같이 접속반(51) 내부에 설치되며, 기상상황센서(57)와 센서박스(52)는 경제적인 측면에서 선택적으로 사용가능하다.

인버터(55)는 센서박스(57), ESS(60) 및 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)와 통신이 가능하도록 프로토콜을 센서박스(56), ESS(60), 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)와 상호 매칭하여 형성되어야 한다.

그리고, 인버터(55)는 태양전지모듈(10)에 의해 태양광으로부터 생산된 전기 에너지를 ESS(60)에 우선 공급될 수 있도록 하기 위한 최적 전압 추종제어장치(Maximum Power Point Tracking)(MPPT)을 내장하고 있어야 한다. 또한, 인버터(55)는 외부 전력 계통 연계형의 경우 외부 전력 계통(85)의 전원 정전시에는 동시에 그 기능을 정지하도록 모듈화되어 있는 것이 바람직하다.

계통연계 수배전반(80)에 설치된 Advanced Metering Infrastructure 장치(이하, 'AMI 장치')(86)는 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)와 다이렉트 케이블을 통해 데이터 통신을 통한 ESS(60)에 대한 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)에 의한 충방전환경이 제어되도록 함으로써, 충전 이력관리와 과금 체계확보, 그리고 전기 에너지 수요관리에 따른 전기차(15) 충전을 위한 증강현실 시스템이 제공되도록 한다

이러한 전기차 충전을 위한 증강현실 시스템을 제공하기 위한 ESS(60)의 주 구성요소는 도 5와 같이 다수의 배터리(61) 직병렬 조합 구성에 따른 충방전 환경을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 '충방전장치(62)'와, 배터리(61)의 충방전에 따른 외부 전력 계통(85)의 전기 에너지로의 인버팅을 수행할 수 있는 '양방향 인버터(63)'가 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 제 1 전환스위치(56)는 인버터(55)와, ESS(60) 및 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90) 사이에 형성됨으로써, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)의 전단에서 태양광발전장치(50)로부터 인버터(55)를 통해 공급되는 교류 전기 에너지를 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)로부터 제공되는 실시간으로 정보에 따라 ESS(60) 또는 외부 전력 계통(85)으로 공급하는 것을 제어하는 기능을 수행한다.

또한, 전기차 충전장치(EVC)(70)는 'ESS(70)'와, 계통연계 수배전반(80)과 연결된 '제 2 전환스위치(57)' 사이에 형성됨으로써, 제 2 전환스위치(57)를 통해 ESS(60)의 전기 에너지를 공급받을 건인가, 계통연계 수배전반(80)과 연결된 외부 전력 계통(85)으로부터 전기 에너지를 공급받을 것인가를 선택적으로 수행하는 기능을 제공받음으로써, 외부 전력 계통(85)과 연계된 전력을 효과적으로 사용함으로써, 전기차(15)의 경제성과 편의성을 증대시킬 수 있다.

한편, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)에 의해 수행되는 데이터 송수신은 태양광발전장치(50)와 연결된 접속반(51)에 설치된 센서박스(52)를 통하여 유선방식의 통신할 수 있으며, 다른 실시예로 근거리 무선 통신(예, 지그비 통신) 방식에 의한 무선방식의 통신으로 변환하여 수행이 가능하다.

그리고, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)에 의한 데이터 가공을 위한 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)로의 센서박스(52) 및 AMI 장치(86) 등으로부터의 데이터 수신시 XML(eXtensible Markup Language) 형식 포맷의 전달 방식으로 전송이 수행될 수 있다.

이에 따라, 센서박스(52) 및 AMI 장치(86) 등에서 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)로의 데이터 전달시 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)와 호환되는 프로토콜을 적용되며, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)는 모니터링 어플리케이션을 통한 데이터 처리가 가능한 형태로 데이터를 가공한 뒤 저장한다.

이후, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)는 저장된 데이터를 모니터링 어플리케이션이 설치된 모니터링시스템(92) 또는 서버(93)로 네트워크(99)를 통해 전송하여 해당 시스템상의 모니터링 화면으로 데이터가 구현되도록 한다.

또한, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)는 모니터링 어플리케이션이 설치된 모바일단말(91)로의 데이터 전송을 통한 모바일단말(91) 사용자에 의한 정보 인식이 수행되도록 하며, 전기차(15)에 형성된 네비게이션 장치로의 충전 위치정보, 과금 확인 정보, 충전 상태 정보 제공을 위한 네트워크(99)를 통한 데이터 전송을 수행한다.

이를 위해 센서박스(52)는 기상상황센서(57)와 데이터 송수신을 수행하며, 태양광발전장치(50)에 의해 생성되는 전기 에너지, 주차대수와 전기차 충전장치(EVC)(70)의 설치대수, 부하사용시간에 따라 적산(addition) 되는 전기 에너지원의 공급시간을 포함하는 센싱된 정보를 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)로 전송한다.

또한, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)는 태양광발전장치(50)로부터 전달되는 전력을 우선적으로 ESS(60)에 저장하고, 동시에 전기차 충전장치(70)의 충전요구에 응하여 가공된 데이터를 통해 충전 가능여부를 판단할 뿐만 아니라, 현재 충전현황, 충전에 따른 과금 현황정보 제공, 네트워크(99)를 통한 수요자와 관리자에게 증강 현실된 정보를 제공할 수 있다.

그리고, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)는 태양광발전장치(50)의 인버터(55)에서 제공받은 전력생산 이력과 기상상태 이력정보를 통하여 ESS(60)와 전기차 충전장치(EVC)(70)의 정보를 가공하여 네트워크(99)를 통하여 전력망에 정보를 제공하거나 수요자에게 스마트폰, 스마트패드 등을 포함하는 모바일단말(91)를 통하여 증강현실된 효과적인 스마트 네트워크 시스템을 제공한다.

통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)에 의해 가공된 정보는 네트워크(99)를 통하여 전기차(15)의 네비게이션 장치 및 모바일단말(91)에 정보가 제공될 수 있음으로써, 충전 이력관리와 과금 체계확보 및 수요관리 등에도 안정적으로 적용될 수 있도록 할 수 있다.

다시 ESS(60)를 보다 구체적으로 살펴보면, ESS(60)는 태양광발전장치(50)를 구성하는 태양전지모듈 어레이의 총 용량과 지역별 일사량, 미리 설정된 시간 동안 조사된 부하요구 적정시간 및 첨두부하 요청 사용시간 정보를 종합하여 산정된 배터리(61)의 개수가 설치된다.

ESS(60)의 충방전장치(62)는 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)에 설정된 수요관리 대응에 관련한 설정모드에 따른 제어와 연동됨으로써, 인버터(55)로부터 전기 에너지를 공급받아 배터리(61)로의 저장 여부, 외부 전력 계통(85)으로 공급할지 여부, EVC(70)로 공급 여부, 전력수급 차질에 따른 정전과 같은 긴급재난시 전기차(15)로부터 EVC(70)을 통한 전기 에너지의 역 공급 실시 여부를 판단하고 수행하는 전기 에너지의 저장과 공급을 할 수 있는 증강현실 양방향 저장 및 공급기능을 제공한다.

즉, ESS(60)는 전력망의 수요관리에 적극 대응할 수 있을 뿐만 아니라 정전 등의 비상 상황시에도 일정량의 충전 및 전력을 공급할 수 있는 체계를 구축할 수 있어 안정적인 전기차 충전 인프라 구축과 효과적인 전력망의 신뢰도를 증대하는 장점이 있다.

다음으로, EVC(70)는 전기차(15)의 충방전을 제공하기 위한 수단으로, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)의 신호와 설정된 알고리즘의 조건변수에 따라 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90) 내부의 제어부에서 생성되는 명령 및 동작제어에 의하여 외부 전력 계통(85)으로부터의 전력 공급 또는 ESS(60)로부터의 전력 공급이 이루어지도록 하는 기능을 수행한다.

특히, EVC(70)는 상술한 정전 등과 같은 긴급재난시 외부 전력 계통(85)과 자가전력량의 부족시에 전기차(15)에 충전된 전력으로부터 전력을 ESS(60)로 충전하도록 함으로써, 비상 복구 및 수요관리에 대응할 수 있는 역공급 기능을 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)의 제어부에 따른 제어의 제어 명령에 따라 수행할 수 있다.

계통연계 수배전반(80)은 외부 전력 계통(85), 인버터(55), ESS(60), EVC(70)에서 송전 및 수전되는 전력량을 검침하여 송신하는 기능의 AMI 장치(86)를 포함한다.

여기서 AMI 장치(86)는 외부 전력 계통(85)에 접속되는 공급자(한전 등)의 요금체계 정보를 포함하고 있어야 하며, 요금 과금방식에 따른 추가적인 계량장치의 설치되어 있는 것이 바람직하다.

네트워크(99)는 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90)와 유무선으로 통신이 가능하고, 네트워크(99)에 접속되는 모바일단말(91), 모니터링시스템(92) 또는 서버(93) 등에 따라서 호환되는 모니터링 어플리케이션을 제공하며, 전기차(15)의 충전차량의 인식과 주요장치의 운전가동 상황 등의 정보를 실시간으로 알려주며, 과금체계 확보, 충방전 예지전달기능, ESS(60)의 전력공급 능력을 제어할 수 있는 추가적인 태그 값을 설정하거나 백업할 수 있는 기능을 구비하여 제공된다.

다음으로 도 2를 참조하여 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥외에 설치된 경우를 살펴보도록 한다.

태양광 발전장치(50)의 태양전지모듈(10) 어레이는 전기차(15)의 주차대수 및 ESS(60)의 전기 에너지 저장 공급능력에 따라서 조절될 수 있고, 태양전지의 규격도 설계자의 의도에 따라서 자유롭게 설정할 수 있다.

또한 태양광 모듈(10) 어레이의 음영에 간섭받지 않도록 수평면과 미리 설정된 각도로 비스듬히 놓인 태양광 모듈(10) 어레이의 양측의 상부 모서리 중 하나의 끝단(도 2 상에서 동북측 끝단)에는 설치되는 설비의 보호와 사람과 가축 등의 낙뢰 방호를 위하여 피뢰침(11)이 설치되고, 양측의 상부 모서리 중 다른 하나의 끝단(도 2 상에서의 서북측 끝단)에는 간이 안테나(13)를 설치하여 각종 신호를 송수신하는 품질을 개선할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 태양광 모듈(10) 어레이의 양측의 하부 모서리 중 하나의 끝단(도 2 상에서의 남서측 모서리 하단)에는 영상감시장치(34)를 구비하여 전기차의 충전상황, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90), ESS(60), 전기차 충전장치(EVC)(70) 등의 운전상황과 현지의 기상 상황 등을 제공할 수 있도록 한다.

한편, 적어도 하나 이상의 다중 방사형 전해질 접지봉(MGS EDM)(20)은 각각의 구성요소의 주요 전력장치와 금속제의 구조물 등에 접지전선으로 연결하여 매설하여 안정적인 저저항을 유지하여 외부 충전부인 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90), ESS(60), 전기차 충전장치(EVC)(70)로부터 사람과 가축 등에 대한 감전에 의한 사고 및 고주파를 신속히 대지로 방사시켜서 장비의 보안성 및 신뢰성을 구성됨을 특징으로 한다.

도 3을 참조하여 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥외에 설치된 경우를 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

태양광어레이(50)는 옥외에서 태양광용 구조물(14)에 아치형 구조물(pergola) 형태로 배치되고, 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90), ESS(60), 전기차 충전장치(EVC)(70), 중·저속전기차 충전장치{71(71', 71'', 71'''), 72(72', 72'', 73'''))}가 종류별로 배치되어 구비되고, 이때에 각각의 설비와의 전력선 및 통신선은 격벽이 설치된 배관재나 별도의 배관방식으로 배관(22) 되어 인입되어 제공된다.

또한, 안정적인 시스템의 유지를 위한 다중 방사형 전해질 접지봉(MGS EDM)(20; 20', 20'', 20'')은 요구되는 저항값에 따라서 1 내지 4개를 지중에 매설하면 저저항을 유지할 수 있다. 이에 따라, 각 주요 전력장치에는 사람과 가축(人畜) 등이 충전부에 의한 감전사고 및 장비의 소손 발생의 요인들인 고주파와 단락사고를 제거할 수 있는 다중 방사형 전해질 접지봉(MGS EDM)(20, 20', 20'', 20''')을 통해 효율적인 통신 및 시스템 유지관리가 가능하다.

도 4를 참조하여 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템이 옥내에 설치된 경우를 개략적으로 살펴보도록 한다.

도 4를 참조하면, 지하 주차장 또는 실내에서 전기차(15)의 충전과 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)(90), ESS(60), 전기차 충전장치(EVC)(70) 등을 운용하는 시설에의 실시예로, 각각의 설비의 배치는 설계자의 의도에 따라서 자유롭게 설정할 수 있다.

사람과 가축 등의 충전부 방호에 대한 안전성을 위한 도 2 및 도 3의 옥외의 경우와 같이 다중 방사형 전해질 접지봉(MGS EDM: 20)과 접지도선(21)을 등전위로 접속하여 구비되도록 하여 써어지 침투억제, 고주파의 신속한 대지로의 방사 효과를 통해 안정적인 시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 안정적인 시스템의 유지를 위한 다중 방사형 전해질 접지봉(MGS EDM(20)은 주요장치가 전력계통의 써어지, 고주파의 침투시 신속한 대지로의 방사를 계절이나 토양 등에 상관없이 안정적으로 유지할 수 있도록 저저항의 접지방식으로 매설되어 제공된다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 태양전지모듈 11: 피뢰침
13: 안테나 15: 전기차
16: 전기자전거 20: 다중 방사형 전해질 접지봉(MGS EDM)
21: 접지도선 22: 배관
34: 영상감시장치 50: 태양광발전장치
51: 접속반 53: 퓨즈
54: 역저지 다이오드(reverse-blocking diode)
55: 인버터 56: 제 1 전환스위치
57: 제 2 전환스위치 60: ESS
61: 배터리 62: 충방전장치
63: 양방향 인버터 70: 전기차 충전장치(EVC)
80: 계통연계 수배전반 90: 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)
91: 모바일단말 92: 모니터링시스템
93: 서버 99: 네트워크

Claims (5)

1. 적어도 하나 이상의 태양전지모듈로 이루어진 태양전지모듈 어레이를 포함하며, 전기차의 주차구역 상부에 아치형 구조물(pergola) 형태로 구비되거나, 별도의 지정장소에 구비되는 태양광발전장치;
   상기 태양광발전장치 및 인버터 사이에 설치되며, 상기 태양광발전장치로부터 출력되는 직류(DC) 전기 에너지의 인버터로 전송하여 상기 인버터에 의한 교류(AC)의 전기 에너지로 변환에 따라 교류(AC)의 전기 에너지를 ESS에 공급되어 저장되도록 하는 접속반;
   상기 인버터와 상기 ESS 및 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS) 사이에 설치되는 제1전환스위치를 제어하여 상기 태양광발전장치로부터 상기 인버터를 통해 공급되는 교류 전기 에너지를 상기 ESS 또는 외부 전력 계통으로 공급하는 것을 제어하는 실시간 정보를 제공하는 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS); 및
   상기 ESS, 및 계통연계 수배전반과 연결된 제2전환스위치에 연결되어 설치되며, 상기 제2전환스위치를 통해 상기 ESS의 전기 에너지를 공급받을 것인가, 상기 계통연계 수배전반과 연결된 외부 전력 계통으로부터 전기 에너지를 공급받을 것인가를 선택적으로 수행하는 기능을 제공받는 전기차 충전장치; 를 포함하며,
   상기 ESS에 저장된 전기 에너지는 상기 통합전기차 관리제어장치(TEVEMS)의 수요관리 대응에 관련한 설정모드에 따라 상기 전기차 충전장치에 의한 상기 전기차에 대한 충전 환경을 제공을 위한 전기 에너지로 사용되는 것을 특징으로 하는 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 인버터와 연결된 구조의 상기 접속반에 형성되는 역저지 다이오드(reverse-blocking diode)의 용량은, 직렬접속군의 개별 태양전지모듈의 공칭 개방전류의 2배 이상 되는 것을 적용하는 것을 특징으로 하는 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 태양전지모듈 어레이와 연결되는 접속점에 설치되는 퓨즈 또는 차단기는 25A(암페어) 이하의 것을 사용하며, 상기 태양전지모듈에 의한 전기 충전을 위한 기상상황 판단과 상기 인버터와의 연계된 통신을 하기 위한 센서박스는, 상기 접속반 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 인버터는,
   상기 태양전지모듈에 의해 태양광으로부터 생산된 전기 에너지를 상기 ESS에 우선 공급될 수 있도록 하기 위한 최적 전압 추종제어장치(Maximum Power Point Tracking)(MPPT)을 내장하고 있으며, 외부 전력 계통 연계형의 경우 상기 외부 전력 계통의 전원 정전시에는 동시에 그 기능을 정지하도록 모듈화되어 있는 것을 특징으로 하는 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 ESS는,
   다수의 배터리 직병렬 조합 구성에 따른 충방전 환경을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 충방전장치; 및
   상기 다수의 배터리의 충방전에 따른 상기 외부 전력 계통의 전기 에너지로의 인버팅을 수행할 수 있는 양방향 인버터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템.
   

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