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KR102270104B1 - 에너지 저장장치 및 이를 구비하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

에너지 저장장치 및 이를 구비하는 에너지 저장 시스템 Download PDF

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KR102270104B1
KR102270104B1 KR1020140105755A KR20140105755A KR102270104B1 KR 102270104 B1 KR102270104 B1 KR 102270104B1 KR 1020140105755 A KR1020140105755 A KR 1020140105755A KR 20140105755 A KR20140105755 A KR 20140105755A KR 102270104 B1 KR102270104 B1 KR 102270104B1
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South Korea
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energy storage
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storage device
phases
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이승용
고지훈
문희수
김정환
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 에너지 저장장치 및 이를 구비하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치는, 적어도 하나의 배터리팩과, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 배터리팩에 저장된 직류 전원을 변환하는 전력 변환부와, 외부 에너지 저장장치와 데이터를 교환하는 통신 모듈과, 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 에너지 저장장치를 통해 외부 에너지 저장장치와 데이터 교환이 가능하게 된다.

Description

에너지 저장장치 및 이를 구비하는 에너지 저장 시스템{Energy storage device and energy storage system including the same}
본 발명은 에너지 저장장치 및 이를 구비하는 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외부 에너지 저장장치와 데이터 교환이 가능한 에너지 저장장치 및 이를 구비하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
신재생 에너지를 이용하여, 에너지를 공급하거나 에너지를 저장할 필요가 있으며, 이에 따라, 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장장치가 사용되게 된다.
본 발명의 목적은, 외부 에너지 저장장치와 데이터 교환이 가능한 에너지 저장장치 및 이를 구비하는 에너지 저장 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치는, 적어도 하나의 배터리팩과, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 배터리팩에 저장된 직류 전원을 변환하는 전력 변환부와, 외부 에너지 저장장치와 데이터를 교환하는 통신 모듈과, 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 시스템은, 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 내부 전력망에 공급하는 교류 전력 변환 모듈을 구비하는 태양광 모듈, 및 적어도 하나의 배터리팩과, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 배터리팩에 저장된 직류 전원을 변환하는 전력 변환부를 구비하는 에너지 저장장치를 구비한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장장치는, 적어도 하나의 배터리팩과, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 배터리팩에 저장된 직류 전원을 변환하는 전력 변환부와, 외부 에너지 저장장치와 데이터를 교환하는 통신 모듈과, 전력 변환부를 제어하는 제어부를 포함함으로써, 외부 에너지 저장장치와 데이터 교환이 가능하게 된다.
특히, 통신 모듈로부터 수신되는, 내부 전력망 내의 삼상 중 제2 상 및 제3상의 전압 정보에 기초하여, 방전 모드시, 내부 전력망 내의 삼상 중 제1 상에 공급할 전력량을 제어함으로써, 삼상의 내부 전력망에서의 전압 불균형을 해소할 수 있게 된다.
한편, 접속부와 전력 변환부 사이에, 인러쉬 전류 방지를 위한 스위칭부를 배치함으로써, 충전 모드시의 인러쉬 전류를 방지할 수 있게 된다.
특히, 스위칭부로서, AC 릴레이 소자를 사용함으로써, 제조 비용이 저감되게 된다.
한편, 접속부와 전력 변환부 사이에 배치되며, 충전 모드인 경우, 외부 전원을 감지하거나, 방전 모드인 경우, 변환된 교류 전원을 감지하는 전원 감지부와, 전원 감지부에서 감지된 전원이 소정치 이상인 경우, 전원 공급을 차단하는 차단기를 사용함으로써, 에너지 저장장치 내의 소자들을 보호할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 시스템은, 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 내부 전력망에 공급하는 교류 전력 변환 모듈을 구비하는 태양광 모듈, 및 적어도 하나의 배터리팩과, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 배터리팩에 저장된 직류 전원을 변환하는 전력 변환부를 구비하는 에너지 저장장치를 구비함으로써, 에너지 저장장치 내의 전력 변환부에서의 전력 변환시의 전력 손실이 저감되는 등 전체적인 전력 변환 효율이 증가하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도의 일예이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도의 일예이다.
도 3은 도 1의 태양광 모듈의 내부 구성도의 일예이다.
도 4는 도 2의 에너지 저장 시스템 내에서의 에너지 저장장치들의 구성도의 일예이다.
도 5는 도 1 또는 도 2의 에너지 저장장치의 내부 블록도이다.
도 6은 도 1 또는 도 2의 에너지 저장장치의 분해 사시도이다.
도 7은 도 1 또는 도 2의 에너지 저장장치의 동작을 나타내는 순서도의 일예이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 1의 에너지 저장 시스템(10)은, 태양광 모듈(70)과, 에너지 저장장치(100)를 구비할 수 있다. 그 외, 그리드(50), 및 부하(700)를 더 구비할 수 있다.
태양광 모듈(70)과, 에너지 저장장치(100)는, 내부 전력망(33)을 통해 전기적으로 접속될 수 있다.
에너지 저장장치(100)는, 적어도 하나의 배터리팩(160)과, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원을 변환하는 전력 변환부(140)를 구비할 수 있다.
태양광 모듈(70)은, 태양전지 모듈(30)과, 태양전지 모듈(30)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 내부 전력망에 공급하는 교류 전력 변환 모듈(400)을 구비할 수 있다.
태양전지 모듈(30)은, 복수의 태양 전지를 포함할 수 있다.
교류 전력 변환 모듈(400)은, 태양전지 모듈(30)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환 모듈로서, 바이패스 다이오드부(도 3의 510), 컨버터부(도 3의 530), 커패시터(도 3의 C1), 인버터부(도 3의 540), 제어부(도 3의 550), 및 통신부(도 3의 570)를 포함할 수 있다. 이러한, 교류 전력 변환 모듈(400)을 마이크로 인버터라 명명할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서의, 태양광 모듈(70)은, 태양전지 모듈(30)과, 태양전지 모듈(30)에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 내부 전력망에 공급하는 교류 전력 변환 모듈(400)을 구비하여, 내부 전력망(33)에, 바로, 교류 전원을 출력할 수 있으므로, 태양광 AC 모듈이라 명명할 수도 있다.
한편, 에너지 저장장치(100)는, 태양광 모듈(70)에서 공급되는 교류 전원을, 내부의 배터리팩(160)에 저장할 수 있게 된다.
한편, 그리드(50), 및 부하(700)는, 태양광 모듈(70) 내의 교류 전력 변환 모듈(400)과 전기적으로 접속될 수 있다.
즉, 도 1의 에너지 저장 시스템(10)은, 태양광 모듈(70) 내의 교류 전력 변환 모듈(400)을 중심으로, 에너지 저장장치(100), 그리드(50), 및 부하(700)가 각각 접속될 수 있다.
따라서, 태양광 모듈(70) 내의 교류 전력 변환 모듈(400)이, 변환된 교류 전원을, 내부 전력망(33) 또는, 그리드(50) 또는 부하(700)로 공급할 수 있게 된다.
이러한 에너지 시스템(10)에 의하면, 에너지 저장장치(100) 내의 전력 변환부(140)가, 그리드(50) 나 부하(700)로 교류 전원을 직접 공급하지 않아도 되므로, 에너지 저장장치(100) 내의 전력 변환부(140)에서의, 전력 변환시의 전력 손실이 저감되는 등 전체적인 전력 변환 효율이 증가하게 된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도의 일예이다.
도 2의 에너지 저장 시스템(15)은, 태양 전지 모듈(30), 에너지 저장장치(100)를 구비한다. 그 외, 그리드(50) 및 부하(700)를 더 구비할 수 있다.
도 2의 에너지 저장 시스템(15)은, 도 1의 에너지 저장 시스템(10)과 유사하나, 교류 전력 변환 모듈(400)이 생략된 것에 그 차이가 있다.
즉, 태양광 모듈(70) 내의 교류 전력 변환 모듈(400)이 생략되고, 태양전지 모듈(30)이 내부 전력망(33C)을 통해, 에너지 저장장치(100)에 접속된다.
한편, 에너지 저장장치(100)를 중심으로, 에너지 저장장치(100)는 물론, 그리드(50), 및 부하(700)가, 내부 전력망(33a,33b)을 통해 접속될 수 있다.
이러한 시스템(15)에 의하면, 태양 전지 모듈(30)의 직류 전원이, 바로, 에너지 저장장치(100)를 통해, 배터리팩(160)에 저장 가능하며, 이때, 전력 변환부(140)는 별도의 전력 변환을 하지않고, 직류 전원을 바로 바이패스(bypass)할 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(100)는, 방전 모드시, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원을 전력 변환부(140)를 통해, 교류 전원으로 변환하며, 내부 전력망(33a,33b)을 통해, 그리드(50) 나 부하(700)로 제공할 수 있게 된다.
한편, 상술한 바와 달리, 태양전지 모듈(30)이 직류 전원을 변환하여, 내부 전력망(33c)을 통해, 교류 전원을 공급하는 것도 가능하다. 에너지 저장장치의 전력 변환부(140)는, 태양전지 모듈(30)로부터의 교류전원을 다시 직류 전원으로 변환하여, 배터리팩(160)으로 공급할 수도 있다. 이러한 경우에도, 에너지 저장장치(100)는, 방전 모드시, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원을 전력 변환부(140)를 통해, 교류 전원으로 변환하며, 내부 전력망(33a,33b)을 통해, 그리드(50) 나 부하(700)로 제공할 수 있게 된다.
도 3은 도 1의 태양광 모듈의 내부 구성도의 일예이다.
도면을 참조하면, 태양광 모듈(70)은, 태양전지 모듈(30)과, AC 전력변환모듈(400)을 구비할 수 있다.
태양전지 모듈(30)은, 복수의 태양 전지를 포함할 수 있다. 각 태양전지는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다.
각 태양전지는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 도면에서는, 6개의 스트링이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비하는 것을 예시하나, 도면과 달리, 다양한 변형이 가능하다.
한편, 복수의 태양 전지 스트링은, 각각 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)에 전기적으로 접속되며, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)은, AC 전력변환모듈(400) 내의 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)에 전기적으로 접속될 수 있다.
AC 전력변환모듈(400)은, 태양전지 모듈(30)로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환 모듈로서, 바이패스 다이오드부(510), 컨버터부(530), 커패시터(C1), 인버터부(540), 제어부(550), 및 통신부(570)를 포함할 수 있다.
바이패스 다이오드부(510)는, 태양전지 모듈(30) 의 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)들 사이에, 각각 배치되는 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)을 구비할 수 있다. 이때, 바이패스 다이오드의 개수는, 1개 이상이며, 도전성 라인의 개수 보다 1개 더 작은 것이 바람직하다.
바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 태양전지 모듈(30)로부터, 특히, 태양전지 모듈(30) 내의 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d)로부터 태양광 직류 전원을 입력받는다. 그리고, 바이패스 다이오드들(Dc,Db,Da)은, 제1 내지 제4 도전성 라인(135a,135b,135c,135d) 중 적어도 하나로부터의 직류 전원에서 역전압이 발생하는 경우, 바이패스 시킬 수 있다.
한편, 바이패스 다이오드부(510)를 거친 입력 전원(Vpv)은, 컨버터부(530)로 입력된다.
컨버터부(530)는, 바이패스 다이오드부(510)에서 출력된 입력 전원(Vpv)을 변환한다. 한편, 컨버터부(530)는, 제1 전력 변환부라 명명될 수 있다.
예를 들어, 컨버터부(530)는, 도 8a와 같이, 직류 입력 전원(Vpv)을 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 커패시터(C1)에는 의사 직류 전원이 저장될 수 있다. 한편, dc단 커패시터(C1)의 양단은 dc 단이라 할 수 있으며, 커패시터(C1)는 dc단 커패시터라 명명될 수도 있다.
다른 예로, 컨버터부(530)는, 도 8a와 같이, 직류 입력 전원(Vpv)을 승압하여 직류 전원으로 변환할 수 있다. 이에 따라 dc단 커패시터(C1)에는 승압된 직류 전원이 저장될 수 있다.
인버터부(540)는, dc단 커패시터(C1)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다. 한편, 인버터부(540)는, 제2 전력 변환부라 명명될 수 있다.
예를 들어, 인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 변환된 의사 직류 전원(pseudo dc voltage)을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
다른 예로, 인버터부(540)는, 컨버터부(530)에서 승압된 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
한편, 컨버터부(530)는, 의사 직류 전원(pseudo dc voltage) 변환, 또는 승압 전류 전원 변환을 위해, 복수의 인터리빙 컨버터를 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 인터리빙 컨버터는, 탭 인덕터 컨버터, 또는 플라이백 컨버터 등이 사용될 수 있다.
한편, 인버터부(540)에서 변환된 교류 전원은, 통신부(570)를 통해, 소정 정보가 부가되어, 외부로 출력될 수 있다.
즉, 통신부(570)는, 전력선 통신(PLC)에 의해, 인버터부(530)에서 변환된 교류 전원에, 소정 정보를 포함하는 캐리어 주파수 신호를 부가하여, 정보를 포함하는 교류 전원을, 내부 전력망(33) 등에 출력할 수 있다.
이때의 정보는, 태양전지 모듈을 포함하는 태양광 모듈의 발전 전력 정보, 태양광 모듈의 입력, 출력 전류 정보, 태양광 모듈의 입력, 출력 전압 정보, 태양광 모듈의 동작 상태 정보, 태양광 모듈의 에러 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 정보는, 제어부(550)에서 생성될 수 있다.
도 4는 도 2의 에너지 저장 시스템 내에서의 에너지 저장장치(100)들의 구성도의 일예이다.
도면을 참조하면, 에너지 저장 시스템(15) 하에, 부하(700), 그리드(50), 및 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)은, 내부 전력망(33)을 통해 전기적으로 접속될 수 있다.
한편, 내부 전력망(33)이 삼상인 경우, 제1 에너지 저장장치(100a)는, 삼상 중 제1 상(L1)에 접속되며, 제2 에너지 저장장치(100b)는, 삼상 중 제2 상(L2)에 접속되며, 제3 에너지 저장장치(100c)는, 삼상 중 제3 상(L3)에 접속될 수 있다.
각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)는, 삼상 평형을 위해, 각 상의 전압 정보를 서로 공유하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c)는, 각각 통신 모듈(도 5의 150)을 구비하는 것이 바람직하다. 그리고, 통신 모듈(도 5의 150)을 통해, 각 상의 전압 정보를, 전송하거나 수신할 수 있다.
한편, 각 에너지 저장장치들(100a,100b,100c) 중 제1 에너지 저장장치(100a)가 마스터(master)가 되고, 제2 에너지 저장장치(100b) 및 제3 에너지 저장장치(100c)가 슬레이브(slave)가 되어, 제1 에너지 저장장치(100a)의 제어에 의해, 방전 모드시, 각 상에 공급되는 방전량이 일정하게 유지되는 것도 가능하다.
이를 위해, 제1 에너지 저장장치(100a)는, 각 상의 전압 정보를 모두 수신하는 것으로 하며, 제1 에너지 저장장치(100a)의 제어부(170)는, 각 상의 전압 정보에 기초하여, 각 상에 대한 방전 전력량을 연산하여, 제2 에너지 저장장치(100b) 및 제3 에너지 저장장치(100c)에, 연산된 방전 전력량 정보를 전송할 수도 있다.
도 5는 도 1 또는 도 2의 에너지 저장장치의 내부 블록도이다.
도면을 참조하면, 에너지 저장장치(100)는, 접속부(130), 스위칭부(132), 전력 변환부(140), 통신 모듈(150), 내장되는 배터리팩(160)을 포함할 수 있다.
접속부(130)는, 교류 전원 단자(미도시)를 구비할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 에너지 저장장치(100)는, 충전 모드인 경우, 내부 전력망(33)에 공급되는 교류 전원을 입력받거나, 방전 모드인 경우, 에너지 저장장치(100)에서 전력 변환되어 출력되는 교류 전원을 내부 전력망(33)에 출력한다.
이에 따라, 직류 전원 단자는 필요 없으며, 교류 전원 단자만을 구비하는 것으로 한다.
한편, 에너지 저장장치(100)가 삼상의 내부 전력망(33)에 전기적으로 접속되는 경우, 접속부(130)는, 삼상 중 제1 상(L1)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 경우, 접속부(130)는, 충전 모드인 경우, 내부 전력망 내의 삼상 중 제1 상(L1)으로부터 외부 전원을 수신하며, 방전 모드인 경우, 제1 상(L1)으로 전력 변환부(140)로부터 변환된 교류 전원을 출력할 수 있다.
스위칭부(132)는, 접속부(130)와 전력 변환부(140) 사이에 배치되며, 충전 모드인 경우, 인러쉬 전류 방지를 위해 동작할 수 있다.
이를 위해, 스위칭부(132)는, AC 릴레이 소자를 구비할 수 있다. 접속부(130)와 전력 변환부(140) 사이가 교류 전원이 흐르므로, dc 릴레이 소자를 구비하는 경우에는, 별도로 저항 소자가 필요하나, AC 릴레이 소자를 사용하는 경우, 별도의 저항 소자가 필요 없게 되므로, 제조 비용이 저감되며, 스위칭부(132)의 사이즈를 콤팩트(compact)화할 수 있게 된다.
전력 변환부(140)는, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원을 변환할 수 있다.
구체적으로, 전력 변환부(140)는, 충전 모드인 경우, 내부 전력망(33)에 공급되는 교류 전원을 입력받아, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원을, 교류 전원으로 변환하여, 접속부(130)를 거쳐, 내부 전력망(33)에 공급할 수 있다.
이를 위해, 전력 변환부(140)는, 충전 모드인 경우, 내부 전력망(33)으로부터 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하거나, 방전 모드인 경우, 배터리팩(160)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 양방향 ac/dc 컨버터(bidirectional ac/dc converter)를 구비할 수 있다.
통신 모듈(150)은, 외부 에너지 저장장치와 데이터를 교환할 수 있다. 특히, 인접하는 에너지 저장장치(100b,100c) 등과 데이터를 교환할 수 있다.
이를 위해, 통신 모듈은, 유선 통신, 또는 무선 통신을 수행할 수 있다. 유선 통신인 경우, 전력선 통신(PLC)을 수행할 수 있으며, 무선 통신인 경우, 블루투스 통신, WiFi 통신, 또는 Zigbee 통신 등을 수행할 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(100)가 삼상의 내부 전력망(33)에 전기적으로 접속되는 경우, 접속부(130)는, 삼상 중 제1 상(L1)에 전기적으로 접속될 수 있다.
이때, 통신 모듈(150)은, 내부 전력망(33) 중 제2 상 및 제3 상에 각각 접속되는, 외부의 에너지 저장장치들과 데이터를 교환할 수 있다. 구체적으로, 통신 모듈(150)은, 제2 상의 전압 정보와 제3 상의 전압 정보를 수신하고, 제1 상의 전압 정보를 외부의 에너지 저장장치들로 전송할 수 있다.
제어부(170)는, 이러한 각 상의 전압 정보를 이용하여, 내부 전력망(33)에, 3상 평형이 이루어지도록, 에너지 저장장치(100)의 방전시 방전 전력량을 제어하거나, 충전시 충전 전력량을 제어할 수 있게 된다.
예를 들어, 제어부(170)는, 통신 모듈(150)로부터 수신되는, 삼상 중 제2 상 및 제3상의 전압 정보에 기초하여, 방전 모드시, 제1 상에 공급할 전력량을 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 방전 모드시, 제1 상에 공급할 전력량에 기초하여, 제2 상 및 제3 상에 공급되는 전력량을 연산하고, 연산된 제2 상 및 제3 상에 대한 전력량 정보를, 통신 모듈(150)을 통해, 외부로 전송되도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 에너지 저장장치(100) 내의 각 구성 유닛을 제어할 수 있다. 특히, 전력 변환부(140)와 배터리팩(160) 내의 배터리 제어부(162) 등을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제어부(170)는, 에너지 저장장치(100)가 삼상의 내부 전력망 중 제1 상에 접속된 경우, 각 상의 전압 정보를 이용하여, 전력 변환부(140)에서 변환되는 전력량을 제어할 수 있다. 특히, 방전 모드시의 방전 전력량을 제어할 수 있다. 또는 충전 모드시의 충전 전력량을 제어할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 배터리팩(160)으로부터, 저장 가능한 전력 정보를 수신하고, 이에 기초하여, 충전 모드시의 충전 전력량을 연산하고, 전력 변환부(140)를 제어할 수도 있다.
한편, 제어부(170)는, 충전 모드인 경우, 전력 변환부(140) 동작시, 배터리팩 내의 배터리 제어부(170)가 초기화하도록 제어하고, 배터리 제어부(170)의 동작 준비가 완료된 경우, 입력되는 외부 전원이 변환되어 배터리팩(160)에 충전되도록 제어할 수 있다.
한편, 배터리팩(160)은, 배터리팩 케이스 내에, 배터리 제어부(162), 배터리셀부(164), 온도 조절부(166)를 포함할 수 있다.
배터리셀부(164)는, 복수의 배터리셀들을 구비한다. 이러한 배터리셀들은 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합으로 연결될 수 있다.
온도 조절부(166)는, 배터리셀부(164)의 온도를 조절한다. 이를 위해, 온도 조절부(166)는, 온도 감지 수단(미도시)을 구비하여, 배터리셀부(164)의 온도를 감지할 수 있다. 한편, 온도 조절부(166)는, 팬 구동 수단(미도시)을 더 구비할 수 있으며, 감지된 온도에 기초하여, 배터리셀부(164)의 온도를 낮추기 위해, 팬을 구동할 수 있다. 팬 구동 수단은, 온도 조절의 효율 향상을 위해, 모든 배터리셀이 배치되는 영역에 대응하는 영역에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 배터리 제어부(162)는, 배터리팩(160)의 전반적인 제어를 수행한다. 예를 들어, 배터리셀부(164)의 온도가 소정 온도 이상 올라간 경우, 온도 조절부(166)를 제어하여, 온도를 낮추도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 배터리 제어부(162)는, 배터리셀부(164) 내의 각 배터리셀에 저장되는 직류 전원의 밸런싱을 조절할 수 있다. 배터리셀에 저장되는 직류 전원을 감지하고, 이를 기반으로, 직류 전원의 밸런싱을 조절할 수 있다.
한편, 배터리 제어부(162)는, 배터리팩(160)의 상태 정보(온도, 저장된 전원 레벨 등)를 통신 모듈(150)로 전달할 수 있다. 또한, 배터리 제어부(162)는, 통신 모듈(150)로부터, 에너지 저장장치(100)의 상태 정보(필요 전원 레벨 등)를 수신할 수도 있다.
도 6은 도 1 또는 도 2의 에너지 저장장치의 분해 사시도이다.
도면을 참조하면, 에너지 저장장치(100)는, 프레임(620)과, 프레임(620) 내에, 장착되는, 전력 변환부(140), 복수의 배터리팩(100a,...100f)과, 프레임(620), 전력 변환부(140), 배터리팩(100a,..., 100f)를 케이싱하는 상면 케이스(615), 하면 케이스(616), 전면 케이스(611), 후면 케이스(612), 우측 케이스(613), 좌측 케이스(614)를 구비할 수 있다. 특히, 각 케이스들은, 프레임(620)에 탈부착될 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(100)는, 상면 케이스(615) 상에, 외부로 돌출되는 제1 단자(642), 및 제2 단자(643)를 구비할 수 있다.
이때의 제1 단자(642), 및 제2 단자(643)는, 도 5 등에서 기술한, 접속부(130) 내에 포함되는 개념일 수 있다.
한편, 에너지 저장장치(100)는, 접속부(130)와 전력 변환부(140) 사이에, 배치되는, 전원 감지부(640)와, 차단기(645)를 더 포함할 수 있다.
전원 감지부(640)는, 충전 모드인 경우, 외부 전원을 감지하거나, 방전 모드인 경우, 변환된 교류 전원을 감지할 수 있다. 구체적으로 교류 전류를 감지할 수 있다.
한편, 차단기(645)는, 전원 감지부(640)에서 감지된 전원이 소정치 이상인 경우, 전원 공급을 차단할 수 있다. 이에 의해, 에너지 저장장치(100) 내의 소자들을 보호할 수 있게 된다.
도 7은 도 1 또는 도 2의 에너지 저장장치의 동작을 나타내는 순서도의 일예이다.
도면을 참조하면, 제어부(170)는, 충전 모드인 경우, 전력 변환부(140) 동작시킨다(S710). 그리고, 제어부(170)는, 배터리 제어부(162)에 제1 메시지 신호를 전송한다. 예를 들어, '1' 신호를 전송한다.
다음, 배터리팩(160) 내의 배터리 제어부(170)는, 제1 메시지 신호에 기초하여, 초기화 동작을 수행한다(S720). 그리고, 제어부(170)는, 전력 변환부(140)에 제2 메시지 신호를 전송한다. 예를 들어, '1' 신호를 전송한다.
다음, 배터리팩(160) 내의 배터리 제어부(170)는, 동작 준비를 한다(S730). 그리고, 제어부(170)는, 전력 변환부(140)에 제3 메시지 신호를 전송한다. 예를 들어, '1' 신호를 전송한다.
다음, 전력 변환부(140)는, 제2 및 제3 메시지 신호에 기초하여, 초기 충전 동작을 수행한다(S740). 그리고, 제어부(170)는, 배터리 제어부(162)에 제4 메시지 신호를 전송한다. 예를 들어, '0' 신호를 전송한다.
다음, 제어부(170)는, 에너지 저장장치(100)가 정상 동작인지 여부를 판단한다(S750). 그리고, 정상 동작인 경우, 제어부(170)는, 배터리 제어부(162)에 제5 메시지 신호를 전송한다. 예를 들어, '1' 신호를 전송한다.
다음, 에너지 저장장치(100)는, 정상적으로 충전 동작 또는 방전 동작을 수행한다(S760).
이러한 제710 단계(S710) 내지 제760 단계(S760)에서의, 각 메시지들을, 제어부(170)가 규정하고, 내부의 배터리 제어부(170) 또는 전력 변환부(140) 등에 전송함으로써, 배터리 제어부(170) 또는 전력 변환부(140) 등이 용이하게, 그리고 신속하게, 제어 가능하게 된다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 이를 구비하는 에너지 저장 시스템은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 에너지 저장장치에 있어서,
    적어도 하나의 배터리팩;
    충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 상기 배터리팩에 저장된 직류 전원을 변환하는 전력 변환부;
    외부 에너지 저장장치와 데이터를 교환하는 통신 모듈; 및
    상기 전력 변환부를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 에너지 저장장치는,
    내부 전력망 내의 삼상 중 제1 상에 접속되며,
    상기 외부의 에너지 저장 장치 중 제2 에너지 저장 장치는, 상기 내부 전력망 내의 삼상 중 제2 상에 접속되며,
    상기 외부의 에너지 저장 장치 중 제3 에너지 저장 장치는, 상기 내부 전력망 내의 삼상 중 제3 상에 접속되며,
    상기 에너지 저장장치가 마스터이고, 상기 제2 및 제3 에너지 저장 장치가 슬레이브인 경우,
    상기 제어부는,
    상기 내부 전력망 내의 삼상의 각 상의 전압 정보를 모두 수신하며, 상기 방전 모드인 경우, 상기 각 상에 대한 방전 전력량을 연산하고,
    상기 통신 모듈은, 상기 제2 및 제3 에너지 저장 장치에 연산된 각 방전 전력량 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 모드인 경우, 내부 전력망 내의 삼상 중 제1 상으로부터 상기 외부 전원을 수신하며, 상기 방전 모드인 경우, 상기 제1 상으로 상기 전력 변환부로부터 변환된 교류 전원을 출력하는 접속부;를 더 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 통신 모듈로부터 수신되는, 상기 삼상 중 제2 상 및 제3상의 전압 정보에 기초하여, 상기 방전 모드시, 상기 제1 상에 공급할 전력량을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 방전 모드시, 상기 제1 상에 공급할 전력량에 기초하여, 상기 제2 상 및 제3 상에 공급되는 전력량을 연산하고, 상기 연산된 제2 상 및 제3 상에 대한 전력량 정보를, 상기 통신 모듈을 통해, 외부로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전 모드인 경우, 내부 전력망으로부터 상기 외부 전원을 수신하며, 상기 방전 모드인 경우, 상기 내부 전력망으로 상기 전력 변환부로부터 변환된 교류 전원을 출력하는 접속부; 및
    상기 접속부와 상기 전력 변환부 사이에 배치되며, 상기 충전 모드인 경우, 인러쉬 전류 방지를 위한 스위칭부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    AC 릴레이 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전 모드인 경우, 내부 전력망으로부터 상기 외부 전원을 수신하며, 상기 방전 모드인 경우, 상기 내부 전력망으로 상기 전력 변환부로부터 변환된 교류 전원을 출력하는 접속부;
    상기 접속부와 상기 전력 변환부 사이에 배치되며, 상기 충전 모드인 경우, 상기 외부 전원을 감지하거나, 상기 방전 모드인 경우, 상기 변환된 교류 전원을 감지하는 전원 감지부; 및
    상기 전원 감지부에서 감지된 전원이 소정치 이상인 경우, 전원 공급을 차단하는 차단기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 모드인 경우, 상기 전력 변환부 동작시, 상기 배터리팩 내의 배터리 제어부가 초기화하도록 제어하고, 상기 배터리 제어부의 동작 준비가 완료된 경우, 상기 입력되는 외부 전원이 변환되어 상기 배터리팩에 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  8. 태양전지 모듈과, 상기 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 내부 전력망에 공급하는 교류 전력 변환 모듈을 구비하는 태양광 모듈;
    적어도 하나의 배터리팩과, 충전 모드인 경우, 입력되는 외부 전원을 직류 전원으로 변환하며, 방전 모드인 경우, 상기 배터리팩에 저장된 직류 전원을 변환하는 전력 변환부를 구비하는 복수의 에너지 저장장치;를 구비하며,
    상기 복수의 에너지 저장장치 중 제1 에너지 저장장치는, 상기 내부 전력망 내의 삼상 중 제1 상에 접속되며,
    상기 복수의 에너지 저장장치 중 제2 에너지 저장 장치는, 상기 내부 전력망 내의 삼상 중 제2 상에 접속되며,
    상기 복수의 에너지 저장장치 중 제3 에너지 저장 장치는, 상기 내부 전력망 내의 삼상 중 제3 상에 접속되며,
    상기 제1 에너지 저장장치가 마스터이고, 상기 제2 및 제3 에너지 저장 장치가 슬레이브인 경우,
    상기 제2 에너지 저장장치는,
    상기 내부 전력망 내의 삼상의 각 상의 전압 정보를 모두 수신하며, 상기 방전 모드인 경우, 상기 각 상에 대한 방전 전력량을 연산하고, 상기 제2 및 제3 에너지 저장 장치에 연산된 각 방전 전력량 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 에너지 저장장치는,
    상기 충전 모드인 경우, 내부 전력망 내의 삼상 중 제1 상으로부터 상기 외부 전원을 수신하며, 상기 방전 모드인 경우, 상기 제1 상으로 상기 전력 변환부로부터 변환된 교류 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 에너지 저장장치는,
    상기 내부 전력망 내의 삼상 중 상기 제2 상에 접속되는 상기 제2 에너지 저장장치, 및상기 내부 전력망 내의 삼상 중 상기 제3 상에 접속되는 상기 제3 에너지 저장장치와, 데이터를 교환하는 통신 모듈; 및
    상기 통신 모듈로부터 수신되는, 상기 삼상 중 제2 상 및 제3상의 전압 정보에 기초하여, 상기 방전 모드시, 상기 제1 상에 공급할 전력량을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 에너지 저장장치는,
    상기 방전 모드시, 상기 제1 상에 공급할 전력량에 기초하여, 상기 제2 상 및 제3 상에 공급되는 전력량을 연산하고, 상기 연산된 제2 상 및 제3 상에 대한 전력량 정보를, 상기 통신 모듈을 통해, 외부로 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전 모드인 경우, 상기 전력 변환부 동작시, 상기 배터리팩 내의 배터리 제어부가 초기화하도록 제어하고, 상기 배터리 제어부의 동작 준비가 완료된 경우, 상기 입력되는 외부 전원이 변환되어 상기 배터리팩에 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
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