KR20210097261A - 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차 충전스테이션에 구비된 전기차 충전기로 전원을 공급하는 계통전력; 가스엔진을 통해 전기를 생산하여 상기 전기차충전기로 전력을 공급하거나 전기차 충전스테이션에 구비된 에너지저장장치로 발전된 전력을 축전하는 가스발전기; 태양광 발전을 통해 상기 전기차충전기로 전원을 공급하거나 상기 에너지저장장치로 발전된 전력을 축전하는 태양광 발전수단; 상기 가스발전기 및 태양광 발전수단에서 생산된 여유전력을 공급받아 저장하고, 상기 전기차충전스테이션에 공급되는 계통전력의 피크부하시 상기 전기차충전기로 전력을 공급하는 에너지 저장장치; 상기 가스발전기에 연계되어 동작되면서 냉열/온열을 생산하여 상기 전기차충전스테이션의 시설이나 주변 상가, 주택으로 냉/난방용 냉열/온열을 공급하도록 구성되는 히트펌프; 상기 계통전력과 가스발전기 및 태양광 발전수단에서 전기차 충전기 및 에너지 저장장치로 공급되는 전력충전 및 유지관리와, 상기 가스발전기의 동작제어를 통해 히트펌프에서 생산된 온열/냉열의 공급/저장을 제어하는 에너지관리시스템(EMS); 전기차 충전스테이션 인근에 설치되거나 상기 에너지관리시스템에 일체로 구성되어 수집된 기상정보를 토대로 상기 에너지 저장장치에 축전되는 전력을 관리하도록 하는 기상정보수집장치;를 포함하여 이루어진다.

Description

전기차 충전스테이션 에너지공급시스템{Energy supply system for electric-car charging station}

본 발명은 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차 충전스테이션 공급전원으로 태양광발전과 가스발전기에서 생산된 전력 뿐만 아니라 상용전력을 이용하되, 예측된 기상정보를 토대로 에너지저장장치에 저장되는 전력의 사용/충전을 제어하여 효율적인 에너지 사용이 가능하도록 구성되는 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템에 관한 것이다.

화석연료의 과다 사용과 자동차 및 인구의 증가, 산업시설의 확대 등으로 지구의 환경오염이 심각한 수준이 이르면서 대체 에너지 사용에 대한 중요성이 부각되고 있다.

특히, 인간의 삶의 질을 좌우하는 교통수단인 자동차와 전기를 생산하는 발전소 대부분이 화석연료를 바탕으로 동력을 발생하여 차량이 운행되거나 전기를 생산하고 있다.

따라서, 화석연료의 사용을 줄이고 자동차 및 발전소에서 사용하는 화석연료를 대체할 수단으로 친환경적인 신재생에너지의 활용에 많은 연구가 이루어지고 있고, 근래에는 상용화 단계에 접어들면서 종래의 화석연료 사용을 대체하고 있는 실정이다.

본 발명의 기술분야는 자동차의 증가에 따른 환경오염을 줄이기 위해 개발된 전기차의 운행에 필요한 전기차충전소의 공급전력으로 신재생에너지를 이용하여 상용전력의 사용을 줄이면서 전기차 충전스테이션의 효율적인 이용 및 전력 생산시 발생되는 부가적인 에너지를 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 전기차 충전스테이션의 에너지공급시스템에 관련된다.

전기차는 일반 자동차와 달리 배터리에 저장된 전기를 이용하여 동력시스템을 구동하도록 구성되어 있기 때문에, 차량 운행에 필요한 전기를 공급할 수 있는 배터리를 탑재하고 있으며, 차량에 탑재된 배터리의 충전량이 차량의 주행거리를 좌우하게 된다.

하지만, 배터리의 기술적인 한계와 차량의 배터리 탑재능력의 한계로 전기차는 일반 자동차에 비해 주행거리가 짧기 때문에 수시로 배터리의 소모된 전기를 충전해야 하는 불편함이 있다.

또한, 전기차의 배터리에 전기를 충전하는 시간이 종래의 일반 자동차에 비해 많이 소요되기 때문에 전기를 충전하는 기술이 매우 중요하다.

현재 전기차 운행에 필요한 전기차 충전스테이션은 일반 상용전력을 이용하여 충전이 이루어지고 있어서 전기차의 증가에 따라 상용전력의 사용이 증가하게 되고, 전기차 증가에 따른 상용전력의 사용 증대는 화력발전소에서 더 많은 전략생산을 해야하기 때문에 화력발전소의 가동 증가에 따라 대기환경을 오염시키는 배출가스가 오히려 증가되는 모순이 발생되고, 실시간으로 전기차 충전에 따른 전력사용으로 전력수요 피크타임때 산업용 또는 가정용으로 사용되는 전력이 부족하게 되어 전력공급에 차질이 발생될 수 있는 문제점이 발생된다.

따라서, 전기차의 증가에 따라 전기차를 운행하는 운전자들이 어디서나 쉽게 충전이 가능하도록 전기차 충전스테이션 설치가 필수적인데, 전기차 충전스테이션은 종래의 주유소에 비해 공간이나 설치지역의 제약성이 적기 때문에 그 설치의 편의성은 있지만, 전기차 충전스테이션의 증가에 따른 상용전력 사용이 증가하기 때문에 전체적인 상용전력의 효율적인 이용이 필요하다.

특히, 상용전력의 피크부하가 발생될 때 상용전력 사용을 줄이면서 전기차의 안전한 충전이 가능한 수단이 필요함을 인식하여 신재생에너지를 이용한 전기차 충전전력 확보가 그 대안으로 제시되고 있다.

그 일 실시예로, 특허등록 제10-1245647호의 “태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속충전시스템”에서는 상용전원에서 뿐만 아니라 태양광시스템을 통해 최대전력을 공급받아 배터리의 급속충전이 가능하도록 하는 시스템에 공지된 바 있다.

다른 일 실시예로, 특허등록 제10-1775957호의 “태양광발전 장치 연계형 전원공급시스템”이 제시되어 태양광 발전장치와 연계되어 발전된 전원을 전기자동차를 충전하는데 사용함에 있어서 가정용 부하를 사용하는 교류충전모드와 배터리에 저장된 에너지를 사용하는 직류충전모드를 선택적으로 사용하여 충전할 수 있도록 구성되어 전기자동차의 충전시간을 단축시킴과 동시에 저장된 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 발명이 안출된 바 있다.

또 다른 일 실시예로, 특허등록 제10-0963529호의 “연료전지시스템을 구비한 전기차충전소와 충전기 및 그의 제어방법”이 안출되어 전기차의 집중적인 충전에 의한 계통전력의 부하를 충당하기 위해 충전소에 구비된 연료전지 발전기를 이용한 보조전력을 공급할 수 있도록 하는 발명이 공지되기도 하였다.

또 다른 일 실시예로, 특허등록 제10-1261165호의 “자연에너지를 이용한 전기자동차 충전장치”가 제시되어 자연에너지, 즉 태양에너지와 풍력에너지 및 수력에너지를 이용하여 전기를 생산하는 태양전지와 풍력발전기 및 수력발전기를 통해 획득한 에너지를 이용하여 전기차를 충전할 수 있도록 하여 충전스테이션이 설치되기 어려운 곳에서 자연에너지로부터 생산된 전력을 이용, 전기차를 충전할 수 있도록 하는 충전장치가 제안된 바 있다.

이와 같이, 종래의 계통전력의 부하를 경감시키거나 이를 대체하기 위해 다양한 신재생에너지를 이용한 전력생산과, 여기서 생산된 전력을 전기차 충전에 이용할 수 있도록 하는 다양한 기술이 안출되고 있다.

하지만, 이러한 종래의 다양한 신재생에너지를 이용한 전기차 충전시스템이나 그 장치들은 단지 계통전력의 부하를 경감시키기 위한 목적으로만 전력을 생산, 전기차 충전이 이루어지도록 하는 하나의 목적 이외에 이들 에너지발전 및 이용장치에서 생성되는 또 다른 에너지를 활용할 수 있는 방안이 제시되지 못한 단점이 있었다.

또한, 종래에 안출된 대체에너지를 이용한 전기차 충전스테이션의 전력공급은 단순한 상용전력 대체의 수단으로 그 사용이 제시되고 있을 뿐이어서 외부 기상변화에 민감하게 변화되는 대체에너지의 생산전력에 대한 이용 효율성이 떨어지는 단점이 있었다.

- 특허등록 제10-1245647호(등록일: 2013.3.14) - 특허등록 제10-1775957호(등록일: 2017.09.01) - 특허등록 제10-0963529호(등록일: 2010.06.07)

본 발명은 상용전력 이외에 추가로 제공되는 대체에너지를 이용한 생산전력의 효율적인 제어를 통해 상용전력의 피크부하를 피하고, 대체에너지를 이용한 전력생산시 발생되는 부산물의 이용을 통해 추가적인 상용전력의 사용을 줄일 수 있도록 하며, 기상정보를 이용하여 에너지의 효율적인 관리 및 유지가 가능하도록 하는 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템을 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템은 전기차 충전스테이션에 구비된 전기차 충전기로 전원을 공급하는 계통전력; 가스엔진을 통해 전기를 생산하여 상기 전기차 충전기로 전력을 공급하거나 전기차 충전스테이션에 구비된 에너지 저장장치로 발전된 전력을 축전하는 가스발전기; 태양광 발전을 통해 상기 전기차 충전기로 전원을 공급하거나 에너지 저장장치로 발전된 전력을 축전하는 태양광 발전수단; 상기 가스발전기 및 태양광 발전수단에서 생산된 여유전력을 공급받아 저장하고, 상기 전기차 충전기에 공급되는 계통전력의 피크부하시 상기 전기차 충전기로 전력을 공급하는 에너지 저장장치; 상기 가스발전기에 연계되어 동작되면서 냉열/온열을 생산하여 전기차 충전스테이션의 시설이나 주변 공장, 주택 등으로 냉/난방용 냉열/온열을 공급하도록 구성되는 히트펌프; 상기 계통전력과 가스발전기 및 태양광 발전수단에서 전기차 충전기 및 에너지 저장장치로 전력축전 및 유지관리와, 상기 가스발전기의 동작제어를 통해 히트펌프에서 생산된 온열/냉열의 공급/저장을 제어하는 에너지관리시스템(EMS); 전기차 충전스테이션 인근에 설치되거나 상기 에너지관리시스템에 일체로 구성되어 기상정보를 수집하고, 수집된 기상정보를 토대로 상기 에너지 저장장치에 축전되는 전력을 관리하도록 하는 기상정보수집장치;를 포함하여 이루어진다.

이와 더불어, 상기 히트펌프에서 생산된 냉열/온열을 이용하여 냉수/온수를 저장하는 냉온수 저장조와, 상기 냉온수 저장조에 저장된 냉수를 공급받아 태양광 발전수단의 발전시 발생된 고열을 식힐 수 있도록 태양광모듈로 냉각수를 순환시키는 태양광모듈 냉각수단이 더 구비된 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 에너지관리시스템에는, 상기 전기차 충전기에서 입력되는 전기차 충전 전력 수요에 따라 전기차 충전기로 공급되는 전력으로 계통전력을 이용할 것인지 아니면 에너지저장장치에 저장된 전력을 이용할 것인지 아니면 가스발전기의 가동을 통해 생산된 전력을 이용할 것인지 선택하는 충전기 공급전력 선택부와, 상기 충전기 공급전력 선택부의 결정에 따라 상기 가스발전기에서 생산된 전력의 에너지 저장장치로의 축전 또는 전기차 충전기로의 공급과, 상기 에너지 저장장치에 축전된 전력을 전기차충전기로 공급 또는 계통전력이 전기차 충전기로 공급되는 것을 제어 관리하는 전력공급제어부와, 상기 계통전력과 태양광발전수단 및 가스발전기에서 생산된 전력을 에너지 저장장치에 저장하거나 에너지저장장치에 저장된 전력을 전기차 충전에 필요한 전력으로 변환, 공급되도록 제어하는 전력변환부와, 상기 계통전력의 전기차 충전기로의 공급시 계통전력의 피크부하를 실시간 감시하여 계통전력에서 전기차 충전기로 공급되는 전력을 제어하는 계통전력 제어관리부와, 상기 기상정보수집장치를 통해 수집된 실제 기상데이터 및 외부에서 수집된 기상정보를 바탕으로 익일 기상상태를 예측하는 기상정보 예측판단부; 상기 기상정보 예측판단부에서 출력되는 익일 기상정보를 토대로 에너지 저장장치에 저장된 축전상태를 실시간 감시하여 상기 가스발전기와 태양광발전수단에서 생산된 전력의 추가 축전 또는 다른 장치의 전력 이용으로 전환하거나 계통전력으로 축전된 전력의 매전이 이루어지도록 관리하는 에너지 저장장치 충전관리부와, 상기 상기 각부의 전반적인 제어와, 냉온수 저장조에 저장된 냉온수의 온도 및 공급제어, 태양광모듈의 온도감지 및 감지된 온도상태에 따라 태양광모듈 냉각수단의 동작제어, 냉열/온열 수요에 따른 냉온수저장조의 온도상태 파악과 가스발전기와 히트펌프의 가동을 제어하는 통합제어부;가 포함된 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 통합제어부에는, 상기 냉온수 저장조에 저장된 냉온수의 온도관리 및 시설물의 냉난방 수요에 따라 냉온수저장조의 냉온수 공급을 제어하는 냉/온수관리부와, 상기 태양광 발전수단의 가동시 태양광모듈의 온도를 감시하여 설정된 기준온도 이상일 경우 상기 태양광모듈냉각수단의 동작을 제어하는 태양광모듈 냉각관리부와, 상기 가스발전기 및 태양광 발전수단에서 생산된 전체 전력생산량 및 에너지 저장장치에 저장된 축전량, 각 부위의 동작상태 및 고장유무 상태를 표출하여 관리자에게 관련정보를 제공하는 디스플레이부;가 더 포함된 구성으로 이루어진다.

그리고, 상기 기상정보수집장치에 수집되는 기상정보는 전기차 충전스테이션 인근에 설치된 기상센서에서 계측된 기상정보, 기상청에서 예보되는 기상정보 및 AI일기예보관측시스템에서 예측되는 기상정보 중 어느 하나 이상으로 구성되고, 상기 기상센서는 풍량풍속계, 온도계, 습도계, 일사량센서, 우량계(雨量計)가 일체로 구성되어 하나의 단위모률로 구성되는 통합형 기상센서로 구성되는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명에 따른 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템 전기차를 충전하는 충전스테이션에 가장 경제적인 전력이 공급되도록 하고, 가스발전기에서 발생되는 열을 냉방이나 난방용 열원으로 이용할 수 있도록 하여 계통전력 사용을 줄일 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 계통전력 이외에도 가스발전기와 태양광발전수단을 통해 생산된 전력을 전기차의 충전에 이용될 수 있도록 하여 계통전력의 피크부하시 전력수급의 문제가 발생되지 않고, 전기차 충전이 원활하게 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명은 태양광발전수단의 발전효율을 저감시키는 고열 발생시 냉온수 저장조에 저장된 냉각수를 이용하여 태양광발전수단의 냉각이 이루어지도록 하여 태양광 발전수단의 발전 효율을 한층 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 기상정보수집장치를 통해 발생된 기상예측정보를 바탕으로 익일 사용될 전력량의 충분한 확보 및 효율적인 전력관리가 가능하도록 하여 전기차 충전기에 효율적인 전력공급이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템의 전체 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템에서 에너지관리시스템의 주요 구성 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템에서 전력공급흐름을 간단하게 도시한 블럭도,
도 4는 전기차 충전기를 통해 충전이 이루어지는 과정을 간단하게 도시한 플로우차이다.

본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 에너지 공급시스템은 전기차 충전에 필요한 전력을 공급하는 수단으로 하나 이상의 신재생에너지를 이용한 전력생산수단을 이용하고 있으며, 특히 계통전력을 이용할 경우 상시적으로 전력사용량이나 피크부하시간 등을 고려하여 에너지 저장장치에 저장된 전력을 이용할 수 있도록 구성되며, 특히 에너지 저장장치에 저장된 전력의 충방전 상태는 기상정보수집장치를 통해 획득된 기상예보 데이터를 기반으로 제어될 수 있도록 구성된 특징을 갖는다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 에너지 공급시스템에서 전기차충전기로 전력을 공급하는 수단으로 상용전력인 계통전력과, 가스엔진을 통해 전기를 생산하여 상기 전기차충전기로 전력을 공급하거나 에너지저장장치로 발전된 전력을 축전하는 가스발전기와, 태양광 발전을 통해 생산된 전력을 상기 전기차충전기로 공급하거나 상기 에너지저장장치로 축전되도록 하는 태양광 발전수단이 구비된다.

또한, 상기 가스발전기 및 태양광 발전수단에서 생산된 여유전력을 공급받아 저장하고, 상기 전기차 충전스테이션에 공급되는 계통전력의 피크부하시 상기 전기차충전기로 전력을 공급하는 에너지 저장장치와, 상기 가스발전기에 연계되어 냉열/온열을 생산하여 상기 전기차충전스테이션의 시설이나 주변 사무실, 주택, 공장 등으로 냉난방에 필요한 냉열/온열을 공급하도록 구성되는 히트펌프가 구비된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 에너지 공급시스템에는 상기 계통전력과 가스발전기 및 태양광 발전수단에서 전기차 충전기 및 에너지저장장치로 공급되는 전력충전 및 유지관리와, 상기 히트펌프의 동작제어를 통해 히트펌프에서 생산된 온열/냉열의 공급 제어 및 여유전력의 전매를 관리하는 에너지관리시스템(EMS)이 구비된다.

이와 더불어 전기차 충전스테이션 인근에 설치되거나 상기 에너지관리시스템에 일체로 구성되어 수집된 기상정보를 토대로 상기 에너지 저장장치에 축전되는 전력을 관리하도록 하는 기상정보수집장치를 더 포함하는 구성으로 이루어진다.

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 용어는 본 발명의 구성에 대한 기능을 고려하여 일반적인 용어 및 출원인이 임의로 선정한 용어를 사용했으며, 이 경우 그 용어가 가지는 의미는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의된다.

또한, 상세한 설명 가운데에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "수단", "부" , "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결" 또는 "연계"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 간접적으로 연결되어 전력의 송배전 및 데이터의 송수신이 가능하도록 유지된 상태를 포함하는 의미로 해석된다.

또한, 본 발명에서 지칭하는 “기상정보”충전스테이션 인근에 설치된 기상센서 뿐만 아니라 지역 기상청 등에서 제공되는 기상예측정보, AI기반 기상예측시스템을 통해 획득한 기상데이터를 수집하여 종합적인 판단을 통해 익일 기상상태를 예측한 기상정보를 의미하며, 이러한 기상정보는 각종 센서와 컴퓨터와 같은 하드웨어 및 소프트웨어에 의해 자동 연산되어 기상데이터 추출이 이루어지도록 구성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전스테이션 에너지 공급시스템은 본 출원인의 선 특허출원 제10-201934734호(이하, “선출원”이라 칭함)의 주요 구성과 동일하게 구성되므로, 본 명세서에는 선출원에 기재된 구성에 대한 설명은 가급적 생략하거나 간략하게 언급한다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명에 따른 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템의 구성 및 각부 동작 내용에 대해서 상술한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템(100, 이하, “에너지 공급시스템”으로 약칭함)의 전체 개념도를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지공급시스템(100)의 전력공급수단은 기본전력으로 사용되는 계통전력(10)과, 가스엔진을 통해 전기를 생산하는 가스발전기(50)와, 태양광 발전을 통해 전기를 생산하는 태양광 발전수단(30)이 구성된다.

또한, 상기 가스발전기(50) 및 태양광 발전수단(30)에서 생산된 전력을 저장하는 에너지 저장장치(90)와, 상기 가스발전기(50)에 연계되어 동작되면서 냉열/온열을 생산하는 히트펌프(60)와, 상기 계통전력(10)과 가스발전기(50) 및 태양광 발전수단(30)에서 전기차 충전기 및 에너지저장장치(90)로 공급되는 전력의 충전 및 유지관리와, 상기 히트펌프(60)의 동작제어를 통해 히트펌프(60)에서 생산된 온열/냉열의 공급을 제어하는 에너지관리시스템(EMS, 80) 및 기상정보를 수집하여 예측된 일기(日氣)에 따라 에너지저장장치(90)에 저장되는 전력의 활용성을 높일 수 있도록 하는 기상정보수집장치(20)를 포함한 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 히트펌프(60)에서 생산된 냉열/온열을 이용하여 냉수/온수를 생성/저장하는 냉온수 저장조(70)와, 상기 냉온수 저장조(70)에 저장된 냉수를 공급받아 태양광 발전수단(30)의 발전시 발생된 고열을 식힐 수 있도록 태양광모듈로 냉각수를 순환시키는 태양광모듈 냉각수단(40)이 더 구비된다.

상술한 주요 구성을 좀 더 상술하면, 상기 계통전력은 전기차 충전기가 구비된 충전스테이션의 기본 전력으로 공급되지만, 신재생에너지의 이용을 통해 계통전력의 사용을 줄이거나 피크부하시 대체 전력을 이용할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 이용된 신재생에너지 또는 대체에너지로 생산되는 전력공급원은 가스발전기(50)와 태양광발전수단(30)을 이용하게 된다.

상기 가스발전기(50)는 본 출원인의 선출원에 기재된 내용과 동일하여 본 발명의 상세한 설명에서는 이에 대한 설명은 간략하게 한다.

상기 가스발전기(50)는 천연가스를 원료로 사용하여 대기오염발생을 최소화하도록 구성되고, 엔진의 회전을 통해 발전기가 회전되면서 전력을 생산하는 것으로, 가스엔진은 최대출력 44kW/1,800rpm, 정격출력 34kWe/1,800rpm급으로, 4기통 엔진으로 구성되어 발전기를 구동할 수 있도록 구성된다.

또한, 발전기는 목표출력 30kWe/380V, 60Hz, 이중 고정자방식으로 이루어지고, 정격출력은 47.8kAV(38.2kWe), 효율 90.9%(p.f 1.0)을 갖도록 구성되어 전력생산을 하게 된다.

또한, 상기 가스발전기(50)에는 히트펌프(60)가 일체로 구성되어 가스발전기의 동작시 냉열/온열을 생산하여 냉온수조장조(70)에 저장되도록 하여 냉온수 조정조에 저장된 냉온수를 주변 시설에 냉난용으로 공급할 수 있도록 구성된다.

상기 냉온수 저장조(70)는 히트펌프에서 생산된 냉열/온열을 통해 냉수/온수가 생산되어 일정량 저장될 수 있도록 구성되어 충전스테이션 주변의 시설물인 사무실(300)이나, 공장(400) 등의 냉난방의 열원으로 사용할 수 있도록 구성됨으로써 주변 시설물의 냉난방시 상용전력 사용을 최소화할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 냉온수 저장조(70)에 저장되는 냉온수의 온도는 에너지관리시스템(80)의 제어를 통해 실시간 파악되어 시설물의 냉열/온열 수요에 따라 가스발전기(50)와 히트펌프(60)의 동작이 제어될 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 냉온수저장조(70)에 저장된 냉수는 태양광발전수단(30)을 이루는 태양광모듈의 온도상승에 따라 상기 에너지관리시스템(80)의 제어를 통해 태양광모듈냉각수단(40)의 동작으로 태양광모듈의 저면으로 순환되면서 고온상태의 태양광모듈을 냉각시킬 수 있도록 구성되어 태양광모듈의 발전성능이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 구성된다.

태양광모듈의 저부로 냉수의 순환을 동작시키는 태양광모듈냉각수단(40)은 공지된 다양한 형태의 냉각구조나 냉각시스템을 이용하여 당업자가 용이하게 실시 가능하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

그리고, 본 발명의 일 특징부인 기상정보수집장치(20)는 충전스테이션 주변의 기상상태를 실시간 계측할 수 있는 하나 이상의 기상센서를 포함하는 기상계측장치에서 수집된 정보 또는 지역 기상대나 온라인상에서 제공되는 AI기반 기상예측시스템을 통해 획득한 기상정보를 포함한다.

상기 기상정보수집장치(20)에서 수집된 정보는 익일 기상상태를 예측하는 자료로 사용되며, 수집된 기상정보는 에너지관리시스템에 구비된 기상정보예측판단부를 통해 예측된 기상예보 내용을 토대로 에너지저장장치에 축전되는 전력량을 관리할 수 있도록 구성된다.

충전스테이션 인근에 설치되는 기상계측장치는 풍량풍속계, 온도계, 습도계, 일사량센서, 우량계(雨量計)등이 일체로 구성되어 하나의 단위모률을 이루는 통합형 기상계측장치로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 도 2에는 상술한 에너지관리시스템의 주요 구성이 간단한 블럭도로 도시되어 있다.

도 2에 도시된 블럭도는 본 발명에 따른 에너지공급시스템의 동작에 필요한 최소한의 주요 구성을 발췌 도시한 것으로, 도면에 도시된 구성 이외에 기능이나 장치의 구조에 따라 세부적인 구성이 추가되거나 여러 기능부위로 세분화될 수 있다.

또한, 도 2의 블럭도에 도시된 각각의 구성은 단독적인 기능이나 동작을 수행하는 의미는 물론 여러기능 및 동작을 통합적으로 제어하는 개념으로도 이해될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 에너지공급시스템(80)은 전기차 충전기(200)로 공급되는 전력의 제어 뿐만 아니라 신재생에너지인 태양광발전수단(30)과 가스발전기(50)에서 생산된 전력을 이용하여 전기차 충전기(200)로 공급되도록 하거나 또는 에너지 저장장치(90)에 전력의 축전과 출력 등 전반적인 전력생산, 공급을 제어 및 관리를 수행하도록 구성된다.

또한, 에너지 저장장치(90)에 축전된 전력의 매전이나 시설 등의 냉난방에 필요한 냉/온열 공급의 제어와, 태양광 발전수단(30)의 냉각에 필요한 냉각수 공급제어 및 기상예측된 정보를 토대로 에너지 저장장치(90)에 저장된 전력의 이용/축전에 필요한 제어를 전반적으로 제어한다.

이를 좀더 상술하면, 상기 에너지공급시스템(80)에는 충전기에 공급되는 전력원으로 어느 전력을 이용할 것인지 선택하는 충전기 공급전력 선택부(820)와, 상기 충전기 공급전력 선택부의 결정에 따라 복수의 전력원 중 선택된 전력원으로 전기충전기로 전력이 공급되도록 제어하는 전력공급제어부(83)와, 복수의 전력원에서 입력되는 전력을 에너지저장장치 또는 전기차 충전기의 사용전력으로 알맞게 변환하는 전력변환부(840)와, 전기차 충전기로 공급되는 계통전력을 감시 제어하는 계통전력 제어관리부(850)와, 에너지 저장장치의 충전상태를 관리하는 에너지 저장장치 충전관리부(870)와, 상기 각부의 전반적인 제어를 통합 제어하는 통합제어부(810)가 포함된 구성으로 이루어진다.

상기 충전기 공급전력 선택부(820)는 상기 전기차 충전기(200)에서 입력되는 전기차 충전에 필요한 전력 수요, 즉 급속충전이나 완속충전, 충전 전력요구량 등에 따라 전기차 충전기로 공급되는 전력으로 계통전력을 이용할 것인지 아니면 에너지 저장장치에 저장된 전력을 이용할 것인지 아니면 가스발전기의 가동을 통해 생산된 전력을 이용할 것인지를 결정하게 된다.

또한, 상기 충전기 공급전력 선택부(820)는 후술하는 계통전력 제어관리부(850)와 연계되어 계통전력의 피크부하 발생사에 자동으로 에너지 저장장치에 축전된 전력 뿐만 아니라 태양광발전수단 및 가스발전기에서 생산된 전력을 전기차 충전기 및 시설측으로 공급할 수 있도록 자동 선택이 이루어지도록 구성된다.

또한, 상기 전력공급제어부(830)는 상기 충전기 공급전력 선택부(820)의 결정에 따라 상기 가스발전기에서 생산된 전력을 에너지 저장장치로의 축전할 것인지 아니면 전기차 충전기로의 직접 공급되도록 할 것인지 또는 상기 에너지 저장장치에 축전된 전력을 전기차충전기로 공급할 것인지를 결정하게 된다.

물론, 상기 전력공급제어부에서 어느 전력으로 전기차 충전기에 전력을 공급할 것인지 판단하는 요소는 설정된 프로그램에 따라 에너지 저장장치의 충전상태나 계통전력의 부하 상태 등을 고려하여 자동으로 결정이 이루어지게 된다.

또한, 전력변환부(840)는 상기 계통전력(10)과 태양광 발전수단(30) 및 가스발전기(50)에서 생산된 전력을 에너지 저장장치(90)에 저장하거나 에너지 저장장치(90)에 저장된 전력을 전기차 충전에 필요한 전력으로 변환, 공급되도록 제어하게 된다.

상기 전력변환부(840) 통상적으로 널리 사용되는 인버터, 컨버터 전력변환소자를 총징하는 의미로 사용되며, 이는 전력발생수단에서 생산된 전력과 배터리의 저장 성능 등을 고려하여 다양한 규격의 제품이 이용될 수 있다.

또한, 계통전력 제어관리부(850)는 상기 계통전력(10)의 전력을 전기차 충전기(200)로의 공급시 인입되는 계통전력의 부하상태를 실시간 감시하여 피크부하 상태에서는 계통전력을 차단하고 에너지 저장장치에 축전된 전력이나 태양광발전 또는 가스발전기에서 생산된 전력을 전기차 충전기 또는 시설측으로 공급되도록 상기 충전기 공급전력 선택부(820)와 연계하여 동작되도록 구성되고, 여유전력 발생시에 계통전력으로 공급되도록 제어한다.

또한, 기상정보 예측판단부(860)는 기상정보수집장치에서 수집된 기상정보를 바탕으로 설정된 기상예측프로그램의 실행을 통해 수집된 실제 기상데이터 및 외부에서 수집된 기상정보를 바탕으로 익일 기상상태를 예측하도록 구성된다.

상기 기상정보 예측판단부(860)는 기상요소로 작용하는 중요 인자를 사용하여 설정된 프로그램을 통해 신규한 기상데이터를 생성하여 익일 기상상태를 예측하거나 또는 기상청 등 신뢰성이 높은 기상관측 전문기관에서 예보되는 기상데이터를 그대로 인용하여 익일 기상상태를 예측, 판단할 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 에너지 저장장치 충전관리부(870)는 상기 기상정보 예측판단부(860)에서 출력되는 익일 기상정보를 토대로 에너지 저장장치(90)에 저장된 축전상태를 실시간 감시하여 상기 가스발전기(50)와 태양광 발전수단(30)에서 생산된 전력을 추가가 배터리에 축전시키거나 또는 여유 전력을 다른 장치의 전력으로 이용할 수 있도록 전환하거나 계통전력 라인을 통해 여유전력의 매전이 이루어지도록 관리하는 기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 통합제어부(810)는 상기 각부의 전반적인 제어 뿐만 아니라 냉온수 저장조(70)에 저장된 냉온수의 온도 감시 및 냉영/온열 공급제어와, 태양광모듈의 온도감지 및 감지된 온도상태에 따라 태양광모듈 냉각수단(40)의 동작제어, 시설측의 냉열/온열 수요에 따른 냉온수저장조(70)의 온도상태 파악과 가스발전기(50)와 히트펌프(60)의 가동을 제어하는 등 각 장치간 전반적인 동작 제어 및 관리를 수행하게 된다.

특히, 상기 통합제어부(810)에는 냉/온수관리부(812)와 태양광모듈 냉각관리부(814) 및 디스플레이부(816)가 더 구비되는 구성으로 이루어진다.

상기 냉/온수관리부(812)는 상기 냉온수 저장조(70)에 저장된 냉온수의 온도관리 및 시설물의 냉난방 수요에 따라 냉온수 저장조(70)의 냉온수 유지를 위한 냉열/온열 공급을 제어 및 관리하게 된다.

또한, 상기 태양광모듈 냉각관리부(814)는 상기 태양광 발전수단(30)의 가동시 태양광모듈의 온도를 감시하여 설정된 기준온도 이상일 경우 상기 태양광모듈냉각수단(40)의 동작을 제어하게 된다.

상기 태양광발전수단을 구성하는 복수의 태양광모듈에는 온도센서가 각각 구비되어 있어서 실시간 태양광모듈의 온도감시가 이루어지고, 온도센서에서 수집된 태양광모듈의 온도를 에너지관리시스템으로 전송되어 태양광모듈 냉각관리를 설정된 프로그램에 따라 수행하게 된다.

그리고, 상기 디스플레이부(816)는 상기 가스발전기(50) 및 태양광 발전수단(30)에서 생산된 전체 전력생산량 및 에너지 저장장치(90)에 저장된 전력의 축전량, 각 부위의 동작상태 및 고장유무 상태 등이 설정된 프로그램의 제어를 통해 모니터에 표출되어 관리자가 에너지공급시스템의 전반적인 동작상태를 관리 및 감시할 수 있도록 한다.

한편, 도 3에는 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 에너지공급시스템에서 각 장치간 전력공급 관계를 간단한 블럭도로 도시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 태양광 발전수단(30)과 가스발전기(50)에서 생산된 전력 및 에너지 저장장치(90)에 저장된 전력은 에너지관리시스템(80)측 전력변환장치(예: DC/DC컨버터, 3상 인버터 등)를 거쳐 전기차 충전기(200)로 공급되고, 여유전력은 계통전력(10) 라인을 통해 매전이 이루어지게 된다.

또한, 계통전력(10)에 인입되는 전력 또한 에너지 관리시스템(80)으로 인입되어 에너지 저장장치(90)에 축전되거나 전기차 충전기(200)로 직접 공급되어 전기차 충전에 이용될 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 상기 에너지관리시스템(80)에는 PCS, 즉 충전기 공급전력 선택부(820)와 충전기로 공급되는 전력을 제어 관리하는 전력공급제어부(830)가 구비되어 충전기 공급전력 선택부(820)에서는 전기차 충전 전력 수요에 따라 전기차 충전기로 공급되는 전력으로 계통전력을 이용할 것인지 아니면 에너지저장장치에 저장된 전력을 이용할 것인지 아니면 가스발전기의 가동을 통해 생산된 전력을 이용할 것인지 선택하게 된다

또한, 상기 전력공급제어부(830)를 통해 상기 충전기 공급전력 선택부(820)의 결정에 따라 상기 가스발전기에서 생산된 전력의 에너지 저장장치로의 축전 또는 전기차 충전기로의 공급과, 상기 에너지 저장장치에 축전된 전력을 전기차충전기로 공급하거나 또는 계통전력을 전기차 충전기로 공급하여 충전이 이루어지도록 제어하게 된다.

그리고, 도 4에는 충전스테이션의 충전기를 통해 전기차 충전이 이루어지는 과정을 플로우차트로 간략하게 도시하고 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 전기차 충전기에서 충전신호가 입력되면(S10), 에너지관리시스템에서는 계통전력과 에너지 저장장치에 축전된 전력을 비교하여 사용 가능한 충전전력 정보를 충전기쪽으로 전송하여 디스플레이(S20)되도록 한다.

디스플레이된 충전전력 정보를 확인한 차량 운전자는 디스플레이부에 표시되는 복수의 충전전력 중 자신의 차량에 적합한 차량전력을 선택하도록 하고(S30), 충전전력을 선택하고 나면 급속충전할 것인지 아니면 완속충전할 것인지 충전방식을 선택할 수 있도록 한다(S40).

차량 운전자가 선택한 충전방식에 따라 전기충전기 및 에너지관리시스템에서는 충전준비를 하게 되고(S50), 에너지관리시스템의 제어(S60)를 통해 선택된 충전전력의 충전전압,전류, 비용 등을 파악(S70), 디스플레이부에 정보를 제공하여 운전자가 충전에 소요되는 비용결재를 할 것인지 여부를 확인하는 비용정산단계(S80)를 수행한다.

비용정산이 이루어지면 전기차 충전기측에 운전자가 선택한 방식으로 충전전력이 공급되며, 운전자는 충전케이블을 차량측에 연결하여 충전을 시작하게 되며(S90), 충전이 완료되면 충전케이블을 차량측에서 분리(S100)함으로써 충전완료가 이루어지게 된다.

본 발명의 상세한 설명에서는 전기차 충전기에 관한 자세한 설명은 하지 않으나, 전기차 충전기에는 일정한 크기의 디스플레이부가 구비되어 차량운전자가 화면에 표시되는 일련의 절차를 따라 전기차 충전을 수행할 수 있도록 설정된 프로그램에 따라 자세하게 안내할 수 있도록 구성되는 것은 당연하다.

또한, 상술한 충전절차는 에너지관리시스템 및 전기차 충전기에서 설정된 프로그램에 따라 자동으로 각각 또는 일련의 절차에 따라 순서대로 진행되는 것으로, 어느 일부 과정은 에너지관리시스템측에 일정한 절차가 수행되고, 나머지 일부 절차는 전기차 충전기 측에서 수행하게 된다.

10 : 계통전력 20 : 기상정보 수집장치
30 : 태양광 발전수단 40 : 태양광모듈 냉각수단
50 : 가스발전기 60 : 히트펌프
70 : 냉온수 저장조
80 : 에너지관리시스템
810 : 통합제어부 812 : 냉/온수 관리부
814 : 태양광모듈냉각관리부 816 : 디스플레이부
820 : 충전기 공급전력 선택부 830 : 전력공급제어부
840 : 전력변환부 850 : 계통전력 제어관리부
860 : 기상정보 예측판단부 870 : 에너지저장장치 충전관리부
90 : 에너지저장장치
100 : 전기차충전 에너지 공급시스템
200 : 전기차 충전기
300 : 사무실
400 : 공장

Claims (5)

1. 전기차 충전스테이션에 구비된 전기차 충전기(200)로 전원을 공급하는 계통전력(10);
   가스엔진을 통해 전기를 생산하여 상기 전기차 충전기(200)로 전력을 공급하거나 전기차 충전스테이션에 구비된 에너지 저장장치(90)로 발전된 전력을 축전하는 가스발전기(50);
   태양광 발전을 통해 상기 전기차 충전기(200)로 전원을 공급하거나 에너지 저장장치(90)로 발전된 전력을 축전하는 태양광 발전수단(30);
   상기 가스발전기(50) 및 태양광 발전수단(30)에서 생산된 여유전력을 공급받아 저장하고, 상기 전기차 충전기(200)에 공급되는 계통전력의 피크부하시 상기 전기차 충전기(200)로 전력을 공급하는 에너지 저장장치(90);
   상기 가스발전기(50)에 연계되어 동작되면서 냉열/온열을 생산하여 전기차 충전스테이션의 시설이나 주변 공장, 주택 등으로 냉/난방용 냉열/온열을 공급하도록 구성되는 히트펌프(60);
   상기 계통전력(10)과 가스발전기(50) 및 태양광 발전수단(30)에서 전기차 충전기(200) 및 에너지 저장장치(90)로 전력축전 및 유지관리와, 상기 가스발전기(50)의 동작제어를 통해 히트펌프(60)에서 생산된 온열/냉열의 공급/저장을 제어하는 에너지관리시스템(EMS,80);
   전기차 충전스테이션 인근에 설치되거나 상기 에너지관리시스템(80)에 일체로 구성되어 기상정보를 수집하고, 수집된 기상정보를 토대로 상기 에너지 저장장치(90)에 축전되는 전력을 관리하도록 하는 기상정보수집장치(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 히트펌프(60)에서 생산된 냉열/온열을 이용하여 냉수/온수를 저장하는 냉온수 저장조(70)와, 상기 냉온수 저장조(70)에 저장된 냉수를 공급받아 태양광 발전수단(30)의 발전시 발생된 고열을 식힐 수 있도록 태양광모듈로 냉각수를 순환시키는 태양광모듈 냉각수단(40)이 더 구비된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 에너지관리시스템(80)에는,
   상기 전기차 충전기에서 요청되는 전기차 충전 수요 전력 또는 계통전력의 피크부하에 따라 전기차 충전기로 공급되는 전력으로 계통전력을 이용할 것인지 아니면 에너지저장장치에 저장된 전력을 이용할 것인지 아니면 가스발전기의 가동을 통해 생산된 전력을 이용할 것인지 선택하는 충전기 공급전력 선택부(820)와,
   상기 충전기 공급전력 선택부의 결정에 따라 상기 가스발전기에서 생산된 전력의 에너지 저장장치로의 축전 또는 전기차 충전기로의 공급과, 상기 에너지 저장장치에 축전된 전력을 전기차충전기로 공급 또는 계통전력이 전기차 충전기로 공급되도록 제어 관리하는 전력공급제어부(830)와,
   상기 계통전력과 태양광발전수단 및 가스발전기에서 생산된 전력을 에너지 저장장치에 저장하거나 에너지저장장치에 저장된 전력을 전기차 충전에 필요한 전력으로 변환, 공급되도록 제어하는 전력변환부(840)와,
   상기 전기차 충전기로의 공급되는 계통전력의 피크부하시 계통전력에서 전기차 충전기로 공급되는 전력을 차단하고, 에너지 저장장치에 축전된 전력이나 태양광발전 또는 가스발전기에서 생산된 여유전력을 계통전력으로 공급하도록 제어하는 계통전력 제어관리부(850)와,
   상기 기상정보수집장치를 통해 수집된 실제 기상데이터 및 외부에서 수집된 기상정보를 바탕으로 익일 기상상태를 예측하는 기상정보 예측판단부(860);
   상기 기상정보 예측판단부에서 출력되는 익일 기상정보를 토대로 에너지 저장장치에 저장된 축전상태를 실시간 감시하여 상기 가스발전기와 태양광발전수단에서 생산된 전력의 추가 축전 또는 다른 장치의 전력 이용으로 전환하거나 계통전력으로 축전된 전력의 매전이 이루어지도록 관리하는 에너지 저장장치 충전관리부(870)와,
   상기 상기 각부의 전반적인 제어와, 냉온수 저장조에 저장된 냉온수의 온도 및 공급제어, 태양광모듈의 온도감지 및 감지된 온도상태에 따라 태양광모듈 냉각수단의 동작제어, 냉열/온열 수요에 따른 냉온수저장조의 온도상태 파악과 가스발전기와 히트펌프의 가동을 제어하는 통합제어부(810);가 포함된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기차 충전스테이션 에너지관리시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 통합제어부(810)에는,
   상기 냉온수 저장조에 저장된 냉온수의 온도관리 및 시설물의 냉난방 수요에 따라 냉온수저장조의 냉온수 공급을 제어하는 냉/온수관리부(812)와,
   상기 태양광 발전수단의 가동시 태양광모듈의 온도를 감시하여 설정된 기준온도 이상일 경우 상기 태양광모듈냉각수단의 동작을 제어하는 태양광모듈 냉각관리부(814)와,
   상기 가스발전기 및 태양광 발전수단에서 생산된 전체 전력생산량 및 에너지 저장장치에 저장된 축전량, 각 부위의 동작상태 및 고장유무 상태를 표출하여 관리자에게 관련정보를 제공하는 디스플레이부(816);가 더 포함된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기상정보수집장치(20)에 수집되는 기상정보는 전기차 충전스테이션 인근에 설치된 기상센서에서 계측된 기상정보, 기상청에서 예보되는 기상정보 및 AI일기예보관측시스템에서 예측되는 기상정보 중 어느 하나 이상으로 구성되고,
   상기 기상센서는 풍량풍속계, 온도계, 습도계, 일사량센서, 우량계(雨量計)가 일체로 구성되어 하나의 단위모률로 구성되는 통합형 기상센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전스테이션 에너지공급시스템.

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