JP5621044B2 - 電力貯蔵用単位ラックを連結するための電圧平準化装置及びこれを含む電力貯蔵システム - Google Patents

Description

本発明は、電圧平準化装置に関するものであって、さらに詳しくは、複数の電力貯蔵用単位ラックを連結して大容量の電力貯蔵装置を構成するにあたって、電力貯蔵用単位ラック間の電圧を平準化させる装置に関する。

本出願は、２０１１年５月３１日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−００５１８０５号及び２０１２年５月３１日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−００５８８９０号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書および図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

電力貯蔵システムを構成するにあたっては、必要な容量を満たすために小容量の単位ラックを並列連結する場合が多い。並列連結しようとする単位ラック間に電圧の偏差を示す場合、外部充放電器を使用して電圧の平準化作業を行うことが普通である。ところが、外部充放電器が使用できない設置現場においては、電圧が異なる単位ラックを互いに並列連結できないという問題がある。

電力貯蔵システムを構成するにあたっては、必要な容量を満たすために小容量の単位ラックを並列連結する場合が多い。並列連結しようとする単位ラック間に電圧の偏差を示す場合、外部充放電器を使用して電圧の平準化作業を行うことが普通である。ところが、外部充放電器が使用できない設置現場においては、電圧が異なる単位ラックを互いに並列連結できないという問題がある。

前記技術的課題を達成するための本発明による電圧平準化装置は、隣接する電力貯蔵用単位ラック間の電力ラインに並列連結され、高電圧単位ラックから低電圧単位ラックへと流れる電流が印加される抵抗素子と、前記電流が流れる線路に設けられた遮断器とを含む。

望ましくは、前記抵抗素子は、高出力の巻線抵抗（ｗｉｒｅ ｗｏｕｎｄ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）である。

前記電圧平準化装置は、電力貯蔵用単位ラック自体に永久結合されるか、電力貯蔵用単位ラックの直列または並列連結を通じた大容量電力貯蔵システムの構成時、または、電力貯蔵システムの維持補修時に選択的に連結可能である。前記電力貯蔵用単位ラックは、金属またはプラスチックからなったハウジングと、ハウジング内に収納され、直列または並列に連結されている複数のセルモジュールとを含む。

前記技術的課題を達成するための本発明による電力貯蔵システムは、電気的に連結された複数の電力貯蔵用単位ラックと、隣接する電力貯蔵用単位ラックとを連結する電力ラインに並列連結され、高電圧単位ラックから低電圧単位ラックへと流れる電流が印加される抵抗素子と、前記電流が流れる線路に設けられた遮断器とを含む。

望ましくは、前記電力貯蔵システムは、隣接する電力貯蔵用ラックを連結する電力ラインに設けられた遮断器をさらに含み得る。

本発明の一側面によれば、前記遮断器は、ヒューズを含み得る。このような場合、前記遮断器は、ヒューズを通じて、過電流が流れたとき遮断器が設けられた電力ラインを非可逆的に断線させる動作を行う。

本発明の他の側面によれば、前記遮断器は、過電流の印加時に磁力によって接点が解離する機械的リレーを含み得る。このような場合、前記遮断器は、過電流が流れたとき内部に含まれた機械的リレーの接点が瞬間的に解離することで、遮断器が設けられた電力ラインが断線される。

本発明による電圧平準化装置は、電力貯蔵用単位ラックの電圧平準化を制御可能な制御手段をさらに含み得る。前記制御手段は、各電力貯蔵用単位ラックの電圧偏差が予め設定した臨界値以上である場合、電力貯蔵用単位ラックの電圧平準化作業を開始し得る。一方、前記制御手段は、各電力貯蔵用単位ラックの電圧偏差が予め設定した目標値以下である場合、電力貯蔵用単位ラックの電圧平準化作業を終了し得る。

本発明のまた他の側面によれば、前記遮断器は、制御信号によって接点が解離する電子リレーを含み得る。このような場合、前記遮断器は、制御手段から制御信号が入力される場合、前記電子リレーがオフされる方式で動作される。

このために、前記遮断器は、制御手段と連結されることが望ましい。制御手段は、前記遮断器が設けられた電力ラインに設けられた電流センサー手段を通じて電流値をセンシングし、センシングされた電流値が臨界値以上である場合、前記遮断器に制御信号を印加して遮断器内に含まれた電子リレーをオフさせることで、遮断器が設けられた電力ラインを断線させることができる。

大容量電力貯蔵システムは、上述した本発明による電力貯蔵用単位ラックを一定個数配列した後、単位ラックの相互間を、直列または並列連結して具現できる。

本発明によれば、電力貯蔵用単位ラックの連結に先立って単位ラック間の電圧を平準化するために外部充放電器を使用する必要がないことから、外部充放電器がない現場においても単位ラックの相互連結を通じて大容量の電力貯蔵システムを構成することが可能である。また、高出力の巻線抵抗を通じて、隣接する電力貯蔵用単位ラック間の電圧平準化を迅速に行うことができる。

明細書内に統合されており明細書の一部を構成する添付図面は、発明の現在の望ましい実施例を例示し、以下の望ましい実施例の詳細な説明とともに本発明の原理を説明する役割を果たすであろう。
本発明の一実施例による電圧平準化装置が、隣接する電力貯蔵用単位ラックの間に設けられた場合を示す電力貯蔵システムの概略的な構成図である。 本発明の他の実施例による電圧平準化装置が、隣接する電力貯蔵用単位ラックの間に設けられた場合を示す電力貯蔵システムの概略的な構成図である。

以下、添付した図面を参照しながら本発明に対して詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはいけず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成とは本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

図１は、本発明の一実施例による電圧平準化装置が、隣接する電力貯蔵用単位ラックの間に設けられた場合を示す電力貯蔵システムの概略的な構成図である。

図面を参照すれば、複数の電力貯蔵用ラックが並列に連結されて大容量の電力貯蔵用システムを構成している。図面において、（＋）端子に連結された線は高電位電力ラインを、（−）端子に連結された線は低電位電力ラインを意味する。

前記電力貯蔵用単位ラックは、金属またはプラスチックからなったハウジングと、ハウジング内に収納され、直列または並列に連結されている複数のセルモジュールとを含む。

各々の電力貯蔵用単位ラックは、高電位端子（＋）と、低電位端子（−）とを含む。

単位ラック内に含まれた複数のセルモジュールが直列に連結されている場合、単位ラックの高電位端子（＋）は単位ラック内に含まれたセルモジュールの端子の中で最高電位端子と接続され、単位ラックの低電位端子（−）は単位ラック内に含まれたセルモジュールの端子の中で最低電位端子と接続される。

なお、単位ラック内に含まれた複数のセルモジュールが並列に連結されている場合、単位ラックの高電位端子（＋）は単位ラック内に含まれたセルモジュールの中で最外側に配置されたセルモジュールの高電位端子と接続され、単位ラックの低電位端子（−）は単位ラック内に含まれたセルモジュールの中で最外側に配置されたセルモジュールの低電位端子と接続される。

図面において、同一の極性を持つ端子同士に連結されているので、各々の電力貯蔵用単位ラックは並列に連結されている。しかし、各々の電力貯蔵用単位ラックが直列に連結されている場合も特に制限しないことは自明である。

本発明による電圧平準化装置１０は、隣接する電力貯蔵用単位ラック間の同一の極性を持つ電極端子に連結される。すなわち、隣接する電力貯蔵用単位ラックを並列に連結する。図１には、高電位端子に電圧平準化装置１０を連結した実施例を示しているが、低電位端子に電圧平準化装置１０を連結した実施例も可能である。また、各電圧平準化装置１０は、高電圧単位ラックから低電圧単位ラックへと流れる電流が印加される抵抗素子１１と、前記電流が流れる線路に設けられた電圧平準化用遮断器１２とを含む。

望ましくは、前記抵抗素子１１は、高出力の巻線抵抗である。前記抵抗素子１１として高出力の巻線抵抗を使用する場合、抵抗値が小さく最大電流が大きいことから、迅速に単位ラック間の電圧平準化が可能である。

前記電圧平準化装置１０は、電力貯蔵用単位ラック自体に永久結合されるか、電力貯蔵用単位ラックの直列または並列連結を通じた大容量電力貯蔵システムの構成時、または、電力貯蔵システムの維持補修時に選択的に隣接する電力貯蔵用単位ラックの間に連結可能である。

本発明の一側面によれば、前記電圧平準化用遮断器１２は、ヒューズを含み得る。このような場合、前記電圧平準化用遮断器１２は、ヒューズを通じて、過電流が流れたとき遮断器が設けられた電力ラインを非可逆的に断線させる動作を行う。

本発明の他の側面によれば、前記電圧平準化用遮断器１２は、過電流の印加時に磁力によって接点が解離する機械的リレーを含み得る。このような場合、前記電圧平準化用遮断器１２は、過電流が流れたとき内部に含まれた機械的リレーの接点が瞬間的に解離することで、遮断器が設けられた電力ラインが断線される。

本発明による電圧平準化装置１０は、電力貯蔵用単位ラックの電圧平準化を制御可能な制御手段をさらに含み得る。

前記制御手段は、各電力貯蔵用単位ラックの電圧偏差が予め設定した臨界値以上である場合、電力貯蔵用単位ラックの電圧平準化作業を開始し得る。このために、前記制御手段は、各電力貯蔵用単位ラックの電圧を測定する電圧測定部を含み得る。前記制御手段は、前記電圧測定部が測定した各電力貯蔵用単位ラックの電圧値をモニタリングする。このとき、測定された電力貯蔵用単位ラックの電圧値の偏差が臨界値以上である場合、前記電圧平準化用遮断器１２と並列連結用遮断器１３とを制御して、前述の方式に従って各単位ラックの電圧偏差を解消することができる。

前記臨界値は、予め設定され、前記制御手段と連結されたメモリー装置に貯蔵され得る。前記臨界値は、電力貯蔵用単位ラックの充放電容量、出力電力、前記電力貯蔵用単位ラックが使われる環境などに応じて多様に設定できる。

また、前記制御手段は、各電力貯蔵用単位ラックの電圧値を実時間でモニタリングすることもでき、予め定められた時間間隔または充放電間隔に従って周期的にモニタリングすることもできる。

一方、前記制御手段は、電力貯蔵用単位ラックの電圧平準化作業を開始した後、各電力貯蔵用単位ラックの電圧偏差が予め設定した目標値以下である場合、電力貯蔵用単位ラックの電圧平準化作業を終了し得る。前記制御手段は、電力貯蔵用単位ラックの電圧平準化作業を開始した後、電圧平準化装置１０が連結された電力貯蔵用単位ラックの電圧をモニタリングする。そして、前記電圧平準化装置１０が連結された電力貯蔵用単位ラックの電圧偏差が予め設定した目標値以下になったとき、前記電圧平準化用遮断器１２と並列連結用遮断器１３とを制御して、前述の方式に従って電圧平準化作業を終了できる。

前記目標値は、予め設定され、前記制御手段と連結されたメモリー装置に貯蔵され得る。前記目標値は、電力貯蔵用単位ラックの充放電容量、出力電力、前記電力貯蔵用単位ラックが使われる環境などに応じて多様に設定できる。また、前記目標値は、前記臨界値と同一の値を持つこともできる。

また、前記制御手段は、電圧平準化作業を開始した後、各電力貯蔵用単位ラックの電圧値を実時間でモニタリングすることもでき、予め定められた時間間隔に従って周期的にモニタリングすることもできる。

本発明のまた他の側面によれば、前記電圧平準化用遮断器１２は、制御信号によって接点が解離する電子リレーを含み得る。このような場合、前記電圧平準化用遮断器１２は、制御手段から制御信号が入力される場合、前記電子リレーがオフされる方式で動作される。

このために、前記電圧平準化用遮断器１２は、制御手段と連結することが望ましい。制御手段は、前記電圧平準化用遮断器１２が設けられた電力ラインに設けられた電流センサー手段を通じて電流値をセンシングし、センシングされた電流値が臨界値以上である場合、前記電圧平準化用遮断器１２に制御信号を印加して遮断器内に含まれた電子リレーをオフさせることで、遮断器が設けられた電力ラインを断線させることができる。

前記電圧平準化用遮断器１２は、単位ラック間の電圧平準化作業を行うとき、ターンオンさせる。前記電圧平準化用遮断器１２のターンオンは、作業者の手動操作または制御手段を通じたターンオン信号の印加によってなされる。前記電圧平準化用遮断器１２がターンオンされると、電圧の高い単位ラックから電圧の低い単位ラックへと抵抗素子１１を通じて電流が自動で流れるようになり、この過程で迅速に電圧の平準化がなされる。

一方、隣接する電力貯蔵用単位ラックを連結する電力ライン上には、並列連結用遮断器１３が設けられ得る。前記電圧平準化装置１０が動作するとき、並列連結用遮断器１３はターンオフされた状態を維持し、電圧平準化用遮断器１２はターンオンされる。このような遮断器１２、１３の操作は、作業者の手動操作または制御手段を通じた制御信号の印加によってなされる。

一方、隣接する単位ラック間の電圧平準化が完了すれば、並列連結用遮断器１３がターンオンされる。並列連結用遮断器１３のターンオンは、作業者の手動操作または制御手段を通じた制御信号の印加によってなされる。このとき、電圧平準化用遮断器１２は、ターンオフされてもよく、ターンオンされても特に問題ない。但し、電圧平準化用遮断器１２は、ターンオフされることがさらに望ましい。

前記並列連結用遮断器１３は、隣接する単位ラック間の並列連結を選択的に開閉するだけでなく、隣接する単位ラック間の並列連結線路に過電流が流れる場合、並列連結線路を断線させる動作を行う。図面においては、並列連結用遮断器１３が高電位線路ラインに設けられたことを示しているが、低電位線路ラインに設けることを制限することではない。前記並列連結用遮断器１３のターンオンまたはターンオフは、作業者の手動操作または制御手段からの制御信号の印加によってなされ得る。前記並列連結用遮断器１３は、前記電圧平準化用遮断器１２と同一の種類の遮断器で構成することができ、電力ラインに過電流が印加されるときの作動メカニズムは、前記電圧平準化用遮断器１２と実質的に同一である。

一方、電力貯蔵用単位ラックの並列連結を通じて構成された大容量の電力貯蔵システムは、充放電器１４に接続され得る。電力貯蔵システムが充電モードの場合、充放電器１４は、商用交流電流を直流電流に変換して電力貯蔵システムに印加する。逆に、電力貯蔵システムが放電モードの場合、電力貯蔵システムから出力される直流電流を、電力網の系統で必要とする交流電流に変換して電力網の系統に印加する。前記充放電器１４は、電力インバータに代替できるが、本発明が電力貯蔵システムを電力網の系統に連結するために必要なハードウェアの種類によって特に限定されるのではない。

図２は、本発明の他の実施例による電圧平準化装置が、隣接する電力貯蔵用単位ラックの間に設けられた場合を示す電力貯蔵システムの概略的な構成図である。

図面を参照すれば、電圧平準化遮断器１２及び並列連結用遮断器１３に、隣接する単位ラック間の高電位電力ラインと低電位電力ラインとが同時に連結されたことを除けば、その他の構成は上述の実施例と実質的に同一である。図面において、上側の実線は高電位電力ラインを、下側の実線は低電位電力ラインを意味する。以下、上述の実施例と相違点のある部分を中心にして、その構成を詳細に説明する。

前記電圧平準化装置１０が動作するとき、並列連結用遮断器１３はターンオフされた状態を維持し、電圧平準化用遮断器１２はターンオンされる。このような遮断器１２、１３の操作は、作業者の手動操作または制御手段を通じた制御信号の印加によってなされる。

上述のように遮断器１２、１３が操作されると、１）番及び２）番の電力ラインを通じて隣接する単位ラックが並列連結される。その結果、電圧の高い単位ラックから電圧の低い単位ラックへと電流が流れるようになり、迅速に電圧平準化がなされるようになる。

一方、隣接する単位ラック間の電圧平準化が完了すれば、並列連結用遮断器１３がターンオンされる。並列連結用遮断器１３のターンオンは、作業者の手動操作または制御手段を通じた制御信号の印加によってなされる。このとき、電圧平準化用遮断器１２は、ターンオフされてもよく、ターンオンされても特に問題ない。但し、電圧平準化用遮断器１２は、ターンオフされることがさらに望ましい。このように遮断器１２、１３が操作されると、３）番電力ライン及び４）番電力ラインを通じて電圧平準化がなされた隣接する単位ラックが互いに並列連結される。

上述のような遮断器１２、１３の動作によって１）ないし４）番の電力ラインを選択的に連結するために、前記遮断器１２、１３は、２つの電力ラインの連結が開閉可能な接点構造を備え得る。このような場合、前記遮断器１２、１３は、いずれか一方の電力ライン系統（例：１）及び２）番の電力ライン）を連結する間に、他方の電力ライン系統の連結（例：３）及び４）番の電力ライン）は解除することができ、その逆も可能である。

前記電圧平準化装置１０は、電力貯蔵用単位ラック自体に永久結合されるか、電力貯蔵用単位ラックの直列または並列連結を通じた大容量電力貯蔵システムの構成時、または、電力貯蔵システムの維持補修時に選択的に隣接する電力貯蔵用単位ラックの間に連結可能である。

以下、上述の電圧平準化装置１０の動作メカニズムに該当する電圧平準化装置の制御方法を説明する。但し、前述の電圧平準化装置１０の構成などと重複した説明は省略する。

まず、前記制御手段は、各電力貯蔵用単位ラックの電圧値をモニタリングする。そして、前記各電力貯蔵用単位ラックの電圧偏差が予め設定した臨界値以上である場合、前記電圧平準化用遮断器１２と並列連結用遮断器１３とに制御信号を出力する。

次いで、前記制御手段の制御信号によって電圧平準化装置１０は、電圧平準化が求められる電力貯蔵用単位ラックの同一の極性を持つ電極間に連結される。このとき、前記電圧平準化装置１０は、電力貯蔵用単位ラックの高電位端子または低電位端子に連結され得る。

そして、前記制御手段は、前記並列連結用遮断器１３がターンオフされるように制御信号を出力し、前記電圧平準化用遮断器１２がターンオンされるように制御信号を出力する。本発明による電圧平準化装置の制御方法において、前記並列連結用遮断器１３のターンオフと前記電圧平準化用遮断器１２のターンオンとは異時的に行われることもでき、同時に行われることもできる。また、前記電圧平準化用遮断器１２を先にターンオンした後、前記並列連結用遮断器１３をターンオフすることも可能である。

次いで、前記制御手段は、前記電圧平準化装置１０が連結された電力貯蔵用単位ラックの電圧偏差が、予め設定した目標値以下であるかどうかをモニタリングする。このとき、電圧偏差が予め設定した目標値以下であれば、前記電圧平準化装置１０が連結された電力貯蔵用単位ラックの電圧が平準化されたと判断する。

そして、前記制御手段は、前記電圧平準化用遮断器１２がターンオフされるように制御信号を出力し、前記並列連結用遮断器１３がターンオンされるように制御信号を出力する。このステップも同じく、前記電圧平準化用遮断器１２のターンオフと、前記並列連結用遮断器１３のターンオンとは、異時的に行われることもでき、同時に行われることもでき、順序が変わって行われることもできる。

上述の本発明によれば、電力貯蔵用単位ラックの連結に先立って単位ラック間の電圧を平準化するために外部充放電器を使用する必要がないことから、外部充放電器がない現場においても単位ラックの相互連結を通じて大容量の電力貯蔵装置を構成することが可能である。また、高出力の巻線抵抗を通じて、隣接する電力貯蔵用単位ラック間の電圧平準化を迅速に行うことができるという長所がある。

以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。

Claims (7)

1. 電圧平準化装置であって、
   隣接する電力貯蔵用単位ラック間の電力ラインに並列連結され、高電圧単位ラックから低電圧単位ラックへと流れる電流が印加される高出力の巻線抵抗と、
   前記電流が流れる線路に設けられた電圧平準化用遮断器とを備え、
   前記電圧平準化用遮断器が、
   単位ラック間の電圧平準化作業を行うときにターンオンされ、前記高出力の巻線抵抗を通じて電流を流し、且つ、
   前記電圧平準化用遮断器が備えられた線路に過電流が流れたとき、前記線路を非可逆的に断線させるヒューズを備えてなることを特徴とする、電圧平準化装置。
2. 前記電圧平準化装置が、電力貯蔵用単位ラック自体に永久結合されるか、電力貯蔵用単位ラックの直列または並列連結を通じた大容量電力貯蔵システムの構成時、または、電力貯蔵システムの維持補修時に選択的に連結可能なことを特徴とする、請求項１に記載の電圧平準化装置。
3. 各電力貯蔵用単位ラックの電圧を測定し、測定された電力貯蔵用単位ラックの電圧値の偏差が臨界値以上である場合、前記電圧平準化用遮断器に制御信号を出力可能な制御手段をさらに備えてなることを特徴とする、請求項１または２に記載の電圧平準化装置。
4. 前記制御手段が、各電力貯蔵用単位ラックの電圧を測定可能な電圧測定部を備えてなることを特徴とする、請求項３に記載の電圧平準化装置。
5. 前記電力貯蔵用単位ラックが、金属またはプラスチックからなるハウジングと、前記ハウジング内に収納され、直列または並列に連結されている複数のセルモジュールとを備えてなることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の電圧平準化装置。
6. 電気的に連結された複数の電力貯蔵用単位ラック；
   隣接する電力貯蔵用単位ラックを連結する電力ラインに並列連結され、高電圧単位ラックから低電圧単位ラックへと流れる電流が印加される高出力の巻線抵抗と、前記電流が流れる線路に設けられた電圧平準化用遮断器とを含む電圧平準化装置；及び
   前記隣接する電力貯蔵用単位ラックを連結する電力ライン上に設けられた並列連結用遮断器を備え、
   前記電圧平準化用遮断器が、単位ラック間の電圧平準化作業を行うときにターンオンされ、前記高出力の巻線抵抗を通じて電流を流し、前記並列連結用遮断器が、単位ラック間の電圧平準化が完了すればターンオンされ、
   前記電圧平準化用遮断器が、前記電圧平準化用遮断器が備えられた線路に過電流が流れたとき、前記線路を非可逆的に断線させるヒューズを備えてなることを特徴とする、電力貯蔵システム。
7. 前記並列連結用遮断器は、前記並列連結用遮断器が備えられた線路に過電流が流れたとき、前記線路を非可逆的に断線させるヒューズを備えてなることを特徴とする、請求項６に記載の電力貯蔵システム。

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