KR101408886B1 - 전력 저장 시스템의 제어장치, 전력 저장 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
전력 저장 시스템의 제어장치는 복수의 셀에 전기적으로 연결되어 상기 복수의 셀의 제1 전압값 및 제1 전압 측정 시간을 포함하는 제1 전압 데이터 생성하는 전압 측정부, 상기 복수의 셀에 전기적으로 연결되어 상기 복수의 셀에 흐르는 전류의 제1 전류값 및 제1 측정주기에서 상기 제1 전압 측정 시간에 대응되는 제1 전류 측정 시간을 포함하는 제1 전류 데이터를 생성하는 전류 측정부, 및 상기 전압 측정부 및 상기 전류 측정부에 클록 신호를 전송하여 상기 제1 측정주기에 포함된 제1 전송구간에서 상기 제1 전압 데이터 및 상기 제1 전류 데이터를 동기화시키는 BMS(Battery Management System)를 포함한다.
Description
본 발명은 전력 저장 시스템의 제어장치, 전력 저장 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근 유럽 연합에서는 전체 발전원 중 신재생 에너지의 비중을 2020년까지 20%, 2050년까지 50%로 늘려가는 계획을 확정하였다. 미국도 신재생 에너지 의무할당제(Renewable Portfolio Standards, RPS)를 시행할 예정이다. 이와 같이, 신재생 에너지가 전체 발전원의 5%도 되지 않는 현재 상황에서 향후 30~40%까지 증가하는 상황에서 전력 시스템은 새로운 변화를 준비하여야 한다.
신재생 에너지는 발전량을 조절하는 것이 쉽지 않다. 신재생 에너지의 발전량은 태양광, 풍력, 파력 등의 자연 조건에 따라 달라지기 때문이다. 이러한 신재생 에너지의 변동성에 의해 발생될 수 있는 전력 시스템의 전력 품질 저하, 생산과 소비 시점의 불일치 등을 극복할 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다. 전력 품질은 전압과 주파수로 평가되는데, 신재생 에너지의 수급량이 실시간으로 일치하지 않게 되면 전압과 주파수에 이상이 발생하여 전체 전력 시스템의 전력 품질을 저하시킬 수 있기 때문이다.
신재생 에너지의 변동성을 관리할 수 있는 대안으로 전력 저장 시스템이 주목받고 있다. 전력 저장 시스템은 신재생 에너지의 발전량이 많을 때 전기를 충전하고, 소비량이 많을 때 전기를 방전함으로써 수요와 공급을 효율적으로 조절할 수 있기 때문이다.
전력 저장 기술에는 양수 발전, CAES(Compressed Air Energy Storage), 플라이휠(Flywheel), 초전도 전력 저장(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES), 2차 전지 등이 있다. 양수 발전은 댐을 만들어 전기가 남을 때 물을 퍼 올리고, 전기가 모자라면 물을 방류하여 터빈을 돌림으로써 전기를 생산하는 방식이다. CAES는 지하나 바다 속에 공기를 압축해두었다가 필요할 때 공기를 방출시켜 전기를 생산하는 방식이다. 플라이휠은 전기가 남을 때 팽이를 회전시키고, 전기가 모자라면 돌고 있는 팽이로 발전기를 돌려 전기를 생산하는 방식이다. 초전도 전력 저장은 저항이 0인 초전도 코일에 전류를 저장하는 원리를 이용하는 방식이다. 2차 전지는 충방전이 가능한 전지로서, 정전시 임시로 전기를 공급하는 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply, UPS)로 사용되어 왔으나, 최근에는 신재생 에너지의 보조전원으로 주목받고 있다.
전력 저장 시스템은 신재생 에너지의 발전 전력을 다수의 2차 전지가 연결된 대용량 2차 전지(이하, 배터리라 한다)에 저장할 뿐만 아니라, 상용 계통과 연계하여 상용 계통의 전력을 배터리에 저장하여 사용할 수 있으며, 배터리에 저장된 전력을 상용 계통에 공급하거나 신재생 에너지의 발전 전력을 상용 계통에 공급할 수 있다.
고전압 대전류를 출력하는 배터리에는 직렬로 연결되는 많은 수의 2차 전지(이하, 셀이라 한다)가 포함된다. 배터리의 충전량은 SOC(State Of Charge)로 표현될 수 있다. SOC는 배터리의 만충전 상태의 방전량(Full Charge Capacity, FCC)에 대해 배터리가 방전할 수 있는 양을 % 단위로 표시하는 상대적 충전량이다. 다수의 셀이 직렬로 연결된 배터리의 SOC를 산출하기 위한 방법으로 전체 셀 전압을 측정하여 충전량으로 환산하는 방법, 각 셀 전압을 측정하여 충전량으로 환산하는 방법, 배터리에서 충전 또는 방전되는 전류량을 적산하여 충전량을 환산하는 방법 등이 있다. SOC는 환산된 충전량을 FCC로 나누어 산출될 수 있다.
전력 저장 시스템에서 배터리는 짧은 시간 동안에 충전과 방전이 반복되는 환경에 놓이게 될 수 있다. 짧은 시간 동안에 충전과 방전이 반복되는 환경에서 정확한 SOC를 산출하기 위해서는 셀 전압 및 전류량이 짧은 측정 주기로 지속적으로 측정되어야 한다. 전압 센서 및 전류 센서에서 측정된 측정 전압 및 측정 전류는 SOC를 산출하는 프로세서로 전송된다. 측정 전압 및 측정 전류의 전송 과정에서 전송 지연이나 전송 에러가 발생될 수 있으며, 이에 따라 측정 전압 및 측정 전류를 동기화하기 어려운 점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 복수의 셀의 측정 전압 및 측정 전류의 동기를 맞출 수 있는 전력 저장 시스템의 제어장치, 전력 저장 장치 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템의 제어장치는 복수의 셀에 전기적으로 연결되어 상기 복수의 셀의 제1 전압값 및 제1 전압 측정 시간을 포함하는 제1 전압 데이터 생성하는 전압 측정부, 상기 복수의 셀에 전기적으로 연결되어 상기 복수의 셀에 흐르는 전류의 제1 전류값 및 제1 측정주기에서 상기 제1 전압 측정 시간에 대응되는 제1 전류 측정 시간을 포함하는 제1 전류 데이터를 생성하는 전류 측정부, 및 상기 전압 측정부 및 상기 전류 측정부에 클록 신호를 전송하여 상기 제1 측정주기에 포함된 제1 전송구간에서 상기 제1 전압 데이터 및 상기 제1 전류 데이터를 동기화시키는 BMS(Battery Management System)를 포함한다.
상기 전압 측정부는 상기 제1 측정주기에 포함된 제1 전송구간 동안 상기 제1 전압 데이터의 제1 전압 측정 시간에 대응하는 제1 전압 데이터 전송구간에 상기 제1 전압 데이터를 전송하고, 상기 전류 측정부는 상기 제1 측정주기에 포함된 제1 전송구간 동안 상기 제1 전류 데이터의 제1 전류 측정 시간에 대응하는 제1 전류 데이터 전송구간에 상기 제1 전류 데이터를 전송할 수 있다.
상기 제1 측정주기는 상기 제1 전압 데이터 및 상기 제1 전류 데이터를 이용하여 제1 SOC(state of charge)를 산출하기 위한 제1 처리구간을 더 포함할 수 있다.
상기 전압 측정부는 제2 측정주기 동안 상기 복수의 셀의 제2 전압값 및 제2 전압 측정 시간을 포함하는 제2 전압 데이터를 생성하고, 상기 전류 측정부는 상기 제2 측정주기 동안 상기 복수의 셀에 흐르는 전류의 제2 전류값 및 제2 전류 측정 시간을 포함하는 제2 전류 데이터를 생성하고, 상기 BMS는 상기 제2 전류 데이터, 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀에 대응하는 제1 전압 데이터, 및 상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터를 이용하여 제2 SOC를 산출하고, 상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터는 에러를 포함할 수 있다.
상기 제2 전압 데이터가 에러를 포함할 때 에러 메시지를 표시하는 표시장치를 더 포함할 수 있다.
상기 BMS는 상기 제2 전압 데이터가 반복하여 에러를 포함하면 상기 전압 측정부에 재전송 요청을 전송할 수 있다.
상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터가 에러를 포함하면, 상기 BMS는 상기 제2 전류 데이터, 상기 제2 측정주기 다음의 제3 측정주기 동안 생성된 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀에 대응하는 제3 전압 데이터, 및 상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터를 이용하여 제2 SOC를 재산출할 수 있다.
상기 전압 측정부는 제2 측정주기 동안 상기 복수의 셀의 제2 전압값 및 제2 전압 측정 시간을 포함하는 제2 전압 데이터를 생성하고, 상기 전류 측정부는 상기 제2 측정주기 동안 상기 복수의 셀에 흐르는 전류의 제2 전류값 및 제2 전류 측정 시간을 포함하는 제2 전류 데이터를 생성하고, 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀에 대응하는 제2 전압 데이터가 에러를 포함하면, 상기 BMS는 상기 제1 전류 데이터 및 상기 제1 전압 데이터를 이용하여 제2 SOC를 산출할 수 있다.
상기 제2 전압 데이터가 에러를 포함할 때 에러 메시지를 표시하는 표시장치를 더 포함할 수 있다.
상기 BMS는 상기 전압 측정부에 재전송 요청을 전송할 수 있다.
상기 BMS는 상기 제2 전류 데이터, 상기 제2 측정주기 다음의 제3 측정주기 동안 생성된 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀에 대응하는 제3 전압 데이터, 및 상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터를 이용하여 제2 SOC를 재산출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 저장 장치는 배터리 랙을 포함하고, 상기 배터리 랙은, 복수의 셀의 전압 데이터 및 전류 데이터를 동기화시키는 클록 신호를 생성하는 랙 제어부, 상기 복수의 셀에 흐르는 전류를 측정하고 상기 전류 데이터의 전류값을 결정하는 전류 측정부, 및 복수의 배터리 트레이를 포함하고, 상기 복수의 배터리 트레이 각각은, 상기 복수의 배터리 트레이 중 어느 하나에 포함된 하나 이상의 셀에 전기적으로 연결되는 전압 측정부, 및 상기 랙 제어부에 의해 제어되는 트레이 제어부를 포함하고, 상기 트레이 제어부는 상기 전압 측정부로부터 배터리 트레이에 포함된 하나 이상의 셀의 전압값, 온도값 및 전압 측정시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전압 데이터를 수신하고, 상기 전압 데이터를 상기 랙 제어부에 전달하고, 상기 랙 제어부는 상기 전압 데이터와 상기 전류 데이터를 동기화하고, 상기 전압 데이터 및 상기 전류 데이터를 이용하여 랙 SOC를 산출한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 현재 측정주기에서 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터에 에러가 포함될 때 상기 복수의 셀의 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 SOC를 산출하는 전력 저장 시스템의 제어장치의 구동 방법은 상기 복수의 셀 중 나머지 셀의 현재 측정주기의 전압 데이터와 전류 데이터, 및 상기 복수의 셀 중 나머지 셀의 이전 측정주기의 전압 데이터와 전류 데이터 중 어느 하나를 보정하는 단계, 및 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 가장 최근 전압 데이터를 이용하여 현재 SOC를 산출하는 단계를 포함한다.
현재 측정주기에서 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터에 에러가 포함되면 표시장치에 에러 메시지를 표시하는 단계, 상기 현재 측정주기 다음의 제2 측정주기에 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터를 우선적으로 전송할 것을 요청하는 재전송 요청을 전압 측정부에 전송하는 단계, 및 상기 제2 측정주기에서 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터를 상기 전압 측정부로부터 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 측정주기에서 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터가 정확하게 수신되면, 상기 제2 측정주기에 포함된 재처리구간 동안, 상기 복수의 셀 중 나머지 셀의 현재 측정주기의 전압 데이터 및 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 제2 측정주기의 전압 데이터를 이용하여 제2 측정주기의 제1 SOC를 산출하는 단계, 및 상기 재처리구간에 뒤따르는 제2 측정주기에 포함된 처리구간 동안 상기 복수의 셀 중 나머지 셀의 제2 측정주기의 전압 데이터 및 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 제2 측정주기의 전압 데이터를 이용하여 제2 측정주기의 제2 SOC를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
복수의 셀의 측정 전압 및 측정 전류의 동기를 맞출 수 있고, 정확한 SOC를 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 전력 저장 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 산출 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 측정 전압 및 측정 전류의 동기화 방법을 도시한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 측정 전압 및 측정 전류의 동기화 방법을 도시한 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 저장장치를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOC 산출 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 산출 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 측정 전압 및 측정 전류의 동기화 방법을 도시한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 측정 전압 및 측정 전류의 동기화 방법을 도시한 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 저장장치를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOC 산출 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계형 전력 저장 시스템을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 계통 연계형 전력 저장 시스템(100)은 전력 관리 시스템(110) 및 전력 저장장치(120)를 포함한다.
계통 연계형 전력 저장 시스템(100)은 발전 시스템(130), 상용 계통(140) 및 부하(150)와 연결된다.
발전 시스템(130)은 태양광, 풍력, 파력, 조력, 지열 등의 신재생 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 시스템을 포함한다. 예를 들어, 태양광 발전 시스템은 태양광을 전기 에너지로 변환하는 복수의 태양 전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 태양전지 모듈을 포함한다.
상용 계통(140)은 화력, 수력, 원자력 발전 등을 통해 전력을 생산하는 발전소, 생산된 전력을 송전선로나 배전선로를 통하여 보내기 위해 전압이나 전류의 성질을 바꾸는 변전소나 송전소 등을 포함한다.
부하(150)는 전력을 소비하는 각종 전기 구동 장치 등을 의미한다. 예를 들어, 가정의 가전기기나 공장의 생산설비 등을 의미한다.
전력 관리 시스템(110)은 발전 시스템(130)의 전력, 상용 계통(140)의 전력, 전력 저장장치(120)의 전력과 같은 전력 계통을 연계하는 시스템이다. 전력 관리 시스템(110)은 전력 저장장치(120)를 이용하여 전력 계통의 전력 생산 및 전력 소비의 시간적 불일치를 관리할 수 있다.
전력 저장장치(120)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지(셀)를 포함한다. 2차 전지로는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등이 있다.
전력 저장장치(120)는 복수의 셀이 직렬로 연결된 배터리 트레이(tray)를 복수 개 포함하는 배터리 랙(rack)을 포함한다.
한편, 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 전력 저장장치(120) 또는 전력 관리 시스템(110)에 포함될 수 있다. 구체적으로, BMS는 복수의 배터리 트레이 각각을 관리하는 복수의 트레이 BMS 및 배터리 랙을 관리하는 랙 BMS를 포함한다.
트레이 BMS는 배터리 트레이에 포함된 각 셀의 전압, 온도를 검출하고 트레이 전류를 측정하여 배터리 트레이의 충전 상태(State of Charge, 이하 SOC) 및 수명(State of Health, 이하 SOH)을 모니터링하고, 측정된 각 셀 전압에 기초하여 셀 밸런싱(cell balancing)을 수행한다. 이와 같은 관리에 의해 배터리 트레이의 효율이 향상된다. 트레이 전류는 배터리 트레이에 흐르는 전류로서 랙을 구성하는 복수의 배터리 트레이 간의 트레이 전류는 동일하다.
랙 BMS는 트레이 BMS의 동작을 제어하여 트레이 BMS들을 동기화 시킬 수 있다. 또한, 랙 BMS가 트레이 BMS를 제어하는 경우 각 트레이 BMS 단위로 트레이 전류를 측정할 필요가 없다. 랙 BMS의 제어에 따라 트레이 전류 측정이 한 번 수행된다. 트레이 BMS 및/또는 랙 BMS는 복수의 셀의 전압 측정 및 트레이 전류의 측정을 동기화 시키고, 측정된 셀 전압 및 측정된 트레이 전류를 이용하여 SOC(State Of Charge)를 산출할 수 있다. SOC는 배터리의 만충전 상태의 방전량(Full Charge Capacity, FCC)에 대해 배터리가 방전할 수 있는 양을 % 단위로 표시하는 상대적 충전량이다.
전력 관리 시스템(110)은 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112), 제3 전력 변환부(113), 제1 스위치(116), 제2 스위치(117), DC 링크부(118) 및 제어부(119)를 포함한다.
제1 전력 변환부(111)는 발전 시스템(130)에 연결되며, 발전 시스템(130)에서 생산되는 제1 전력을 제2 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다. 발전 시스템(130)에서 생산되는 제1 전력은 직류 전력 또는 교류 전력일 수 있고, 제1 노드(N1)의 제2 전력은 직류 전력이다. 즉, 제1 전력 변환부(111)는 직류의 제1 전력을 다른 크기의 직류의 제2 전력으로 변환하는 컨버터로 구현되거나, 교류의 제1 전력을 직류의 제2 전력으로 변환하는 인버터로 구현된다.
제1 전력 변환부(111)는 발전 시스템(130)에서 생산되는 전력을 최대화하기 위한 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking, 이하 MPPT) 제어를 수행한다. 즉, 제1 전력 변환부(111)는 최대 전력점 추종 기능을 갖는 MPPT 컨버터일 수 있다.
DC 링크부(118)는 제1 노드(N1)에 연결되며, 제1 노드(N1)의 전압 레벨을 일정한 DC 링크 전압 레벨로 유지시킨다. DC 링크부(118)는 발전 시스템(130)의 출력 전압의 변동, 상용 계통(140)의 순간적 전압 강하, 부하(150)의 최대 부하 발생 등으로 인하여 제1 노드(N1)의 전압 레벨이 불안정해지는 것을 방지함으로써, 제2 전력 변환부(112) 및 제3 전력 변환부(113)가 정상 동작하도록 한다.
DC 링크부(118)는 제1 노드(N1)와 제2 전력 변환부(112) 사이에 병렬로 연결되는 DC 링크용 커패시터일 수 있다. DC 링크용 커패시터로는 알루미늄 전해 커패시터(Electrolytic Capacitor), 고압용 필름 커패시터(Polymer Capacitor), 고압 대전류용 적층 칩 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor) 등이 사용될 수 있다.
제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, 제2 노드(N2)에는 상용 계통(140) 및 부하(150)가 연결된다. 제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제2 노드(N2)에 전달한다. 그리고 제2 전력 변환부(112)는 제2 노드(N2)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)로 전달한다. 즉, 제2 전력 변환부(112)는 제1 노드(N1)의 직류 전력과 제2 노드(N2)의 교류 전력 간의 전력을 양방향으로 변환하는 양방향 인버터의 기능을 수행할 수 있다. 제2 노드(N2)에는 상용 계통(140) 및 부하(150)로 공급하기 위한 교류 전력 또는 상용 계통(140)으로부터 공급되는 교류 전력이 형성된다.
제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)와 전력 저장장치(120) 사이에 연결된다. 제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)의 직류의 제2 전력을 전력 저장장치(120)에 저장하기 위한 직류의 제3 전력으로 변환하여 전력 저장장치(120)에 전달한다. 그리고 제3 전력 변환부(113)는 전력 저장장치(120)의 직류의 제3 전력을 직류의 제2 전력으로 변환하여 제1 노드(N1)에 전달한다. 즉, 제3 전력 변환부(113)는 제1 노드(N1)의 직류 전력과 전력 저장장치(120)의 직류 전력을 양방향으로 변환하는 양방향 컨버터의 기능을 수행할 수 있다.
제1 스위치(116)는 제2 전력 변환부(112)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, 제2 전력 변환부(112)와 제2 노드(N2) 사이의 전력 흐름을 차단한다. 제2 스위치(117)는 제2 노드(N2)와 상용 계통(140) 사이에 연결되며, 제2 노드(N2)와 상용 계통(140) 사이의 전력 흐름을 차단한다. 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)로는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET), 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT) 등이 사용될 수 있다.
특히, 제2 스위치(117)는 상용 계통(140)의 이상 상황 발생시, 상용 계통(140)으로의 전력 공급을 차단하고 계통 연계형 전력 저장 시스템(100)의 단독 운전을 구현한다. 제2 스위치(117)가 오프되면, 계통 연계형 전력 저장 시스템(100)은 상용 계통(140)과 분리되어 발전 시스템(130) 및 전력 저장장치(120)의 전력으로 단독 운전을 수행할 수 있으며, 계통 연계형 전력 저장 시스템(100)에서 출력되는 전력에 의해 상용 계통(140)이 비정상 상태에서 동작하는 것을 방지할 수 있다.
제어부(119)는 전력 관리 시스템(110)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(119)는 제1 전력 변환부(111)로부터 발전 시스템(130)에서 생산되는 전력 정보(전압, 전류, 온도의 센싱 신호)를 전달받고, 전력 저장장치(120)(또는 BMS)로부터 SOC, SOH 등을 포함하는 전력 저장 정보를 전달받으며, 상용 계통(140)으로부터 계통의 전압, 전류, 온도 등을 포함하는 계통 정보를 전달받는다.
제어부(119)는 발전 시스템(130)에서 생산되는 전력 정보, 전력 저장장치(120)의 전력 저장 정보, 상용 계통(140)의 계통 정보를 기반으로 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드를 제어한다.
제어부(119)는 제1 전력 변환부(111), 제2 전력 변환부(112) 및 제3 전력 변환부(113)로부터 전압, 전류, 온도의 센싱 신호를 전달받고, 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드에 따라 각 전력 변환부(111, 112, 113)의 전력 변환 효율을 제어한다. 제어부(119)는 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드에 따라 제1 스위치(116) 및 제2 스위치(117)의 온-오프를 제어한다.
전력 관리 시스템(110)의 운전 모드는 전력 저장장치(120), 발전 시스템(130), 상용 계통(140) 및 부하(150) 중에서 2 이상 간의 전력 공급 방식에 따라 분류될 수 있다. 전력 관리 시스템(110)의 운전 모드는 (1) 발전 시스템(130)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급, (2) 발전 시스템(130)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급, (3) 발전 시스템(130)에서 부하(150)로의 전력 공급, (4) 전력 저장장치(120)에서 상용 계통(140)으로의 전력 공급, (5) 전력 저장장치(120)에서 부하(150)로의 전력 공급, (6) 상용 계통(140)에서 전력 저장장치(120)로의 전력 공급, (7) 상용 계통(140)에서 부하(150)로의 전력 공급을 포함한다.
먼저, 트레이 BMS가 복수의 셀의 전압 측정 및 트레이 전류의 측정을 동기화 시키고, 측정된 셀 전압 및 측정된 트레이 전류를 이용하여 SOC를 산출하는 방식에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장장치를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전력 저장장치(120)는 복수의 배터리 트레이를 포함할 수 있다. 여기서는 복수의 배터리 트레이 중에서 하나의 배터리 트레이(220)에 대하여 설명한다.
배터리 트레이(220)는 트레이 BMS(221), 전류 측정부(222), 전압 측정부(223) 및 복수의 셀(224)을 포함한다. 여기서는 배터리 트레이에 3개의 셀(V11, V12, V13)이 직렬로 연결되는 것으로 나타내었으나, 배터리 트레이 포함되는 셀의 수는 제한되지 않는다.
트레이 BMS(221)는 배터리 트레이(220)에 포함된 복수의 셀(224) 각각의 셀 전압 및 트레이 전류를 측정하고, 배터리 트레이(220)의 충전 및 방전을 관리한다. 트레이 BMS(221)는 배터리 트레이(220)를 제어하는 트레이 제어부이다.
트레이 BMS(221)는 전압 측정부(223)로부터 복수의 셀(224) 중에서 어느 하나의 전압값 및 측정시간을 포함하는 복수의 셀 전압 데이터를 전달받고, 전류 측정부(222)로부터 배터리 트레이(220)에서 출력 또는 유입되는 전류값 및 측정시간을 포함하는 트레이 전류 데이터를 전달받을 수 있다.
트레이 BMS(221)는 셀 전압 데이터의 측정시간이 트레이 전류 데이터의 측정시간에 대응하는 측정주기에 포함되는 셀 전압 데이터와 트레이 전류 데이터를 이용하여 배터리 트레이(220)의 SOC를 산출한다.
전류 측정부(222)는 직렬로 연결된 복수의 셀(224)에 전기적으로 연결되어 복수의 셀(224)에서 출력 또는 유입되는 전류량을 측정한다. 전류 측정부(222)는 전류량의 측정시간을 계산하기 위한 실시간 클록(real time clock, 이하 RTC)(미도시)을 포함한다. 전류 측정부(222)는 복수의 셀(224)에서 흐르는 전류의 전류값 및 측정시간을 포함하는 트레이 전류 데이터를 생성하여 트레이 BMS(221)에 전송한다. 전류 측정부(222)는 소정의 측정주기에 따라 트레이 전류 데이터를 주기적으로 전송할 수 있다.
전압 측정부(223)는 직렬로 연결된 복수의 셀(224) 각각에 전기적으로 연결되어 복수의 셀(224) 각각의 전압을 측정한다. 전압 측정부(223)는 복수의 셀(224) 각각의 전압의 측정시간을 계산하기 위한 RTC(미도시)을 이용한다.
전압 측정부(223)는 복수의 셀(224) 중에서 어느 하나의 전압값 및 측정시간을 포함하는 복수의 셀 전압 데이터를 생성하여 트레이 BMS(221)에 전송한다.
복수의 셀 전압 데이터는 제1 셀(V11)의 전압값 및 측정시간을 포함하는 제1 셀 전압 데이터, 제2 셀(V12)의 전압값 및 측정시간을 포함하는 제2 셀 전압 데이터 및 제3 셀(V13)의 전압값 및 측정시간을 포함하는 제3 셀 전압 데이터를 포함한다.
즉, 전압 측정부(223)는 복수의 셀(224)에 대응하는 수의 셀 전압 데이터를 생성하여 트레이 BMS(221)에 전송할 수 있다. 전압 측정부(223)는 복수의 셀 전압 데이터를 소정의 측정주기 동안 순차적으로 전송할 수 있다.
트레이 BMS(221)는 전류 측정부(222)의 RTC와 전압 측정부(223)의 RTC의 동기를 유지하기 위해, RTC의 위상 및 주파수를 제어하는 클록 신호를 생성하여 전류 측정부(222) 및 전압 측정부(223)에 주기적으로 전송할 수 있다.
전류 측정부(222) 및 전압 측정부(223)는 수신된 클록 신호에 따라 자신의 실시간 클록을 일치시켜 상호 간에 동기를 유지할 수 있다.
이제, 배터리 트레이(220)의 SOC를 산출하는 과정에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 산출 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 트레이 BMS(221)는 전압 측정부(223)와 전류 측정부(222)의 동기를 유지시키기 위한 클록 신호를 주기적으로 전압 측정부(223) 및 전류 측정부(222)에 전달할 수 있다(S101, S102). 전압 측정부(223) 및 전류 측정부(222)는 수신된 클록 신호를 이용하여 자신의 RTC를 조정하여 상호 간에 동기를 맞출 수 있다.
전압 측정부(223)는 배터리 트레이(220)에 포함된 복수의 셀 각각의 셀 전압을 측정한다(S111). 이때, 전압 측정부(223)는 RTC를 이용하여 복수의 셀 각각의 셀 전압을 측정한 측정시간을 측정한다. 전압 측정부(223)는 복수의 셀 각각에 대한 복수의 셀 전압 데이터를 생성한다. 셀 전압 데이터는 복수의 셀 중 어느 하나의 전압값 및 측정시간을 포함한다.
전류 측정부(222)는 배터리 트레이(220)에서 출력 또는 유입되는 트레이 전류를 측정한다(S112). 이때, 전류 측정부(222)는 RTC를 이용하여 트레이 전류를 측정한 측정시간을 측정한다. 전류 측정부(222)는 트레이 전류의 전류값 및 측정시간을 포함하는 트레이 전류 데이터를 생성한다.
전압 측정부(223)는 복수의 셀 전압 데이터를 순차적으로 트레이 BMS(221)에 전송한다(S121).
전류 측정부(222)는 트레이 전류 데이터를 트레이 BMS(221)에 전송한다(S122).
트레이 BMS(221)는 복수의 셀 전압 데이터 및 트레이 전류 데이터를 이용하여 배터리 트레이(220)의 SOC를 산출할 수 있다(S130). SOC를 산출하는 과정은 잘 알려진 다양한 프로세서로 구현될 수 있다. 예를 들어, 트레이 BMS(221)는 복수의 셀 각각의 셀 전압을 충전량으로 환산하고, 환산된 충전량을 FCC(Full Charge Capacity)로 나누어 배터리 트레이(220)의 SOC를 산출할 수 있다. 또는 트레이 BMS(221)는 복수의 셀 전체의 셀 전압을 충전량으로 환산하고, 환산된 충전량을 FCC로 나누어 배터리 트레이(220)의 SOC를 산출할 수 있다. 또는 트레이 BMS(221)는 트레이 전류를 적산하여 충전량을 환산하고, 환산된 충전량을 FCC로 나누어 배터리 트레이(220)의 SOC를 산출할 수 있다.
복수의 셀 전압 데이터의 전송은 트레이 전류 데이터가 전송되는 소정의 측정주기 동안 수행된다. 즉, 트레이 전류 데이터는 측정주기 동안 일회 전송되는데 반해, 복수의 셀 전압 데이터는 측정주기 동안 배터리 트레이에 포함된 셀의 수에 대응하는 횟수만큼 매우 짧은 주기로 전송된다. 따라서, 트레이 전류 데이터에 비해 셀 전압 데이터의 전송 지연이나 전송 에러가 발생하기 쉽다. 셀 전압 데이터의 전송 지연이나 전송 에러에 따라, 복수의 셀 전압 데이터와 트레이 전류 데이터를 동일주기로 동기화하지 못하여 배터리 트레이(220)의 SOC를 정확하게 산출하지 못할 수 있다.
이하, 트레이 BMS(221)에서 셀 전압 데이터의 전송 지연이나 전송 에러를 보완하여 복수의 셀 전압 데이터와 트레이 전류 데이터를 동기화하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 측정 전압 및 측정 전류의 동기화 방법을 도시한 타이밍도이다.
도 4를 참조하면, 복수의 셀 전압 데이터 및 트레이 전류 데이터는 소정의 측정주기 동안 전송된다. 측정주기는 짧은 시간 동안에 충전과 방전이 반복되는 환경에서 정확한 SOC를 산출하기 위해 필요한 주기이다. 측정주기는 대략 250ms로 정해질 수 있다.
측정주기는 복수의 셀 전압 데이터 및 트레이 전류 데이터가 전송되는 전송구간, 및 SOC를 산출하는 처리구간을 포함할 수 있다. 트레이 BMS는 처리구간 동안 수신된 복수의 셀 전압 데이터 및 트레이 전류 데이터를 저장하고 SOC를 산출할 수 있다. 또한, 전압 측정부는 처리구간 동안 복수의 셀 전압을 측정하고, 전류 측정부는 처리구 동안 트레이 전류를 측정할 수 있다.
전송구간 동안 복수의 셀 전압 데이터는 순차적으로 전송되고, 트레이 전류 데이터는 일회 전송된다. 즉, 측정주기는 트레이 전류 데이터의 전송주기와 일치하며, 트레이 전류 데이터의 일회 전송되는 주기 동안 배터리 트레이에 포함되는 복수의 셀에 대한 복수의 셀 전압 데이터가 전송될 수 있다.
트레이 BMS는 동일한 측정주기 동안 전송되는 복수의 셀 전압 데이터 및 트레이 전류 데이터를 동일 주기에 전송된 것으로 동기화한다. 즉, 트레이 BMS는 동일한 측정주기 동안 전송되는 복수의 셀 전압 데이터 및 트레이 전류 데이터가 동시에 전송된 것으로 간주하여 베터리 트레이의 SOC를 산출할 수 있다. 트레이 BMS는 셀 전압 데이터에서 측정시간을 확인하여 해당 셀 전압 데이터의 측정시간이 포함되는 측정주기를 판단할 수 있다. 그리고 트레이 BMS는 트레이 전류 데이터에서 측정시간을 확인하여 해당 트레이 전류 데이터의 측정시간이 포함되는 측정주기를 판단할 수 있다. 따라서, 트레이 BMS는 전압 측정부로부터 수신한 복수의 셀 전압 데이터 중에서 셀 전압 데이터의 측정시간이 트레이 전류 데이터의 측정시간에 대응하는 측정주기에 포함되는 셀 전압 데이터를 찾을 수 있다.
도시한 바와 같이, 제1 측정주기(t1)의 전송구간 동안, 복수의 셀(V11, V12, V13)의 셀 전압 데이터(V11_t1, V12_t1, V13_t1)가 순차적으로 전송되고, 트레이 전류 데이터(I_t1)가 전송된다. 제1 측정주기(t1)의 처리구간 동안, 트레이 BMS는 정상적으로 전송된 복수의 셀 전압 데이터(V11_t1, V12_t1, V13_t1) 및 트레이 전류 데이터(I_t1)를 동일 주기에 전송된 것으로 동기화한다. 트레이 BMS는 복수의 셀 전압 데이터(V11_t1, V12_t1, V13_t1) 및 트레이 전류 데이터(I_t1)를 이용하여 제1 측정주기(t1)의 SOC를 산출할 수 있다.
제2 측정주기(t2)에서, 제2 셀(V12)에 대한 셀 전압 데이터의 제1 전송 에러(E1)가 발생되면, 트레이 BMS는 전송 에러(E1)가 발생한 셀 전압 데이터를 에러 처리하고, 제1 측정주기(t1)에 수신된 제2 셀(V12)의 셀 전압 데이터(V12_t1)를 제2 측정주기(t2)의 제2 셀(V12)에 대한 셀 전압 데이터로 대체한다. 이때, 트레이 BMS는 제1 전송 에러(E1)에 대해 에러 표시를 할 수 있다. 에러 표시는 전력 저장장치(120) 또는 전력 관리시스템(110)에 연결되는 표시장치를 통해 사용자에게 표시될 수 있다.
즉, 트레이 BMS는 현재의 측정주기에서 전송 에러가 발생된 셀 전압 데이터를 에러 처리하고, 에러 처리된 셀 전압 데이터의 전압값을 현재의 측정주기 이전에 수신된 이전 값으로 대체할 수 있다.
트레이 BMS는 정상적으로 수신된 셀 전압 데이터(V11_t2, V13_t2), 대체된 셀 전압 데이터(V12_t1) 및 트레이 전류 데이터(I_t2)를 이용하여 제2 측정주기(t2)의 SOC를 산출할 수 있다.
제3 측정주기(t3)에서, 제2 측정주기(t2)에서 전송 에러(E1)가 발생한 셀(V12)의 셀 전압 데이터가 우선적으로 전송될 수 있다.
즉, 복수의 셀 전압 데이터는 측정주기 동안 순차적으로 전송되지만, 현재의 측정주기의 이전 측정주기에서 전송 에러가 발생한 셀 전압 데이터에 대응하는 셀의 전압값을 포함하는 셀 전압 데이터는 현재의 측정주기에서 우선적으로 전송될 수 있다.
제3 측정주기(t3)에서도 제2 측정주기(t2)에서 전송 에러(E1)가 발생한 셀(V12)의 셀 전압 데이터의 제2 전송 에러(E2)가 발생되면, 트레이 BMS는 제2 전송 에러(E2)가 발생한 셀 전압 데이터를 에러 처리하고 정상적으로 수신된 제1 측정주기(t1)의 셀 전압 데이터(V12_t1)를 제3 측정주기(t3)의 제2 셀(V12)에 대한 셀 전압 데이터로 대체한다. 이때, 트레이 BMS는 제2 전송 에러(E2)에 대해 에러 표시를 하고 전압 측정부에 제2 셀(V12)에 대한 셀 전압 데이터의 재전송을 요청할 수 있다.
즉, 트레이 BMS는 현재의 측정주기 이전의 측정주기에서 전송 에러가 발생된 셀 전압 데이터에 대응하는 셀의 전압 데이터가 에러 처리된 경우 전압 측정부에 에러가 발생된 셀 전압 데이터의 재전송을 요청할 수 있다.
제4 측정주기(t4)에서, 제3 측정주기(t3)에서 전송 에러(E2)가 발생한 셀(V12)의 셀 전압 데이터(V12_t4)가 정상적으로 전송되면, 트레이 BMS는 제3 측정주기(t3)의 제2 셀(V12)의 셀 전압 데이터의 전압값을 제4 측정주기(t4)에 수신된 셀 전압 데이터(V12_t4)로 대체한다. 트레이 BMS는 제2 셀(V12)의 셀 전압 데이터(V12_t4)가 우선적으로 수신되는 재처리 구간에 제3 측정주기(t3)에서 정상적으로 수신된 셀 전압 데이터(V11_t3, V13_t3), 대체된 셀 전압 데이터(V12_t4) 및 트레이 전류 데이터(I_t3)를 이용하여 제3 측정주기(t3)의 SOC를 산출할 수 있다.
즉, 트레이 BMS는 현재의 측정주기에서 전송 에러가 발생된 셀 전압 데이터를 에러 처리하고, 에러 처리된 셀 전압 데이터의 전압값을 현재의 측정주기 이후에 수신되는 이후 값으로 대체할 수 있다.
다시 말해, 트레이 BMS는 현재 측정주기에서 우선적으로 전송되는 셀 전압 데이터를 이전 측정주기에서 에러가 발생한 셀 전압 데이터로 대체할 수 있다. 트레이 BMS는 이전 측정주기에서 에러가 발생한 셀 전압 데이터를 현재 측정주기의 셀 전압 데이터로 대체함으로써, 이전 측정주기의 SOC를 산출할 수 있다.
이와 같이, 측정주기 동안 전송되는 복수의 셀 전압 데이터와 트레이 전류 데이터를 동일주기에 전송되는 것으로 동기화하고, 전송 에러가 발생한 셀 전압 데이터를 이전 측정주기에 수신된 이전 값 또는 이후 측정주기에 수신되는 이후 값 중 어느 하나로 대체함으로써 셀 전압 데이터의 전송 에러를 보완하여 더욱 정확한 SOC를 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 측정 전압 및 측정 전류의 동기화 방법을 도시한 타이밍도이다.
도 5를 참조하면, 도 4와의 차이점에 대해 설명하면, 트레이 BMS는 현재의 측정주기 동안 수신되는 복수의 셀 전압 데이터 중에서 적어도 어느 하나에 전송 에러가 발생되면, 현재의 측정주기 동안 전송된 복수의 셀 전압 데이터 전체 및 트레이 전류 데이터를 에러 처리한다. 트레이 BMS는 에러 처리된 복수의 셀 전압 데이터 전체를 현재의 측정주기 이전의 주기에서 정상적으로 수신된 복수의 셀 전압 데이터로 대체한다. 트레이 BMS는 에러 처리된 트레이 전류 데이터를 현재의 측정주기 이전의 주기에서 정상적으로 수신된 트레이 전류 데이터로 대체한다.
도시한 바와 같이, 제2 측정주기(t2)에서 제2 셀(V12)에 대한 셀 전압 데이터의 제1 전송 에러(E1)가 발생되면, 트레이 BMS는 제2 측정주기(t2) 동안 전송된 복수의 셀 전압 데이터 전체(V11_t2, V12_t2, V13_t2)를 에러 처리하고, 제1 측정주기(t1)에 정상적으로 수신된 복수의 셀 전압 데이터(V11_t1, V12_t1, V13_t1)로 대체한다. 그리고 트레이 BMS는 제2 측정주기(t2) 동안 전송된 트레이 전류 데이터(I_t2)를 에러 처리하고, 제1 측정 주기(t1)에 정상적으로 수신된 트레이 전류 데이터(I_t1)로 대체한다.
즉, 트레이 BMS는 전송 에러(E1)가 발생한 제2 측정주기(t2)의 SOC를 제1 측정주기(t1)에 정상적으로 수신된 복수의 셀 전압 데이터(V11_t1, V12_t1, V13_t1) 및 트레이 전류 데이터(I_t1)를 이용하여 산출할 수 있다.
또한, 제3 측정주기(t3)에서 제2 셀(V12)에 대한 셀 전압 데이터의 제2 전송 에러(E2)가 발생하면, 제1 측정주기(t1)에 정상적으로 수신된 복수의 셀 전압 데이터(V11_t1, V12_t1, V13_t1) 및 트레이 전류 데이터(I_t1)를 이용하여 제3 측정주기(t3)의 SOC를 산출할 수 있다.
제4 측정주기(t4)에서 제2 전송 에러(E2)가 발생한 셀(V12)의 셀 전압 데이터(V12_t4)가 정상적으로 수신되면, 트레이 BMS는 제3 측정주기(t3)의 제2 셀(V12)의 셀 전압 데이터의 전압값을 제4 측정주기(t4)에 수신된 셀 전압 데이터(V12_t4)로 대체한다. 그리고, 트레이 BMS는 제3 측정주기(t3)에서 정상적으로 수신된 셀 전압 데이터(V11_t3, V13_t3) 및 트레이 전류 데이터(I_t3), 대체된 셀 전압 데이터(V12_t4)를 이용하여 제4 측정주기(t4)의 SOC를 산출할 수 있다.
도 4 및 5에서, 트레이 전류 데이터가 전송구간에서 마지막 셀 전압 데이터가 전송되는 시점에 전송되는 것으로 나타내었으나, 이는 제한이 아니다. 트레이 전류 데이터는 전송구간에서 첫 번째 셀 전압 데이터가 전송되는 시점에 전송될 수도 있고, 셀 전압 데이터가 전송되는 시점과 겹치지 않는 시점에 전송될 수도 있다.
다음으로, 랙 BMS가 복수의 배터리 트레이의 전압 측정 및 랙 전류의 측정을 동기화 시키고, 측정된 트레이 전압 및 측정된 랙 전류를 이용하여 SOC를 산출하는 방식에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 저장장치를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 전력 저장장치(120)는 적어도 하나의 배터리 랙(200)을 포함한다. 배터리 랙(200)은 랙 BMS(210) 및 복수의 배터리 트레이(220-1, 220-2, ..., 220-n)를 포함한다. 복수의 배터리 트레이(220-1, 220-2, ..., 220-n) 각각은 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n), 전압 측정부(223-1, 223-2, ..., 223-n) 및 복수의 셀(224-1, 224-2, ..., 224-n)을 포함한다.
랙 BMS(210)는 복수의 배터리 트레이(220-1, 220-2, ..., 220-n) 전체의 충전 및 방전을 관리한다. 랙 BMS(210)는 배터리 랙(200)을 제어하는 랙 제어부이다. 랙 BMS(210)는 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n)로부터 각 배터리 트레이의 전압값 및 측정시간을 포함하는 트레이 전압 데이터를 수신한다. 랙 BMS(210)는 랙 전류 측정부(230)로부터 배터리 랙(220)에서 출력 또는 유입되는 전류값 및 측정시간을 포함하는 랙 전류 데이터를 수신한다. 랙 BMS(210)는 트레이 전압 데이터의 측정시간이 랙 전류 데이터의 측정시간에 대응하는 측정주기에 포함되는 트레이 전압 데이터와 랙 전류 데이터를 이용하여 배터리 랙(200)의 SOC를 산출할 수 있다.
랙 전류 측정부(230)는 배터리 랙(200)에 전기적으로 연결되어 배터리 랙(200)에서 출력 또는 유입되는 전류량을 측정한다. 랙 전류 측정부(230)는 전류량의 측정시간을 계산하기 위한 RTC를 이용한다. 랙 전류 측정부(230)는 배터리 랙(200)에 포함된 복수의 셀에서 흐르는 전류의 전류값 및 측정시간을 포함하는 랙 전류 데이터를 생성하여 랙 BMS(210)에 전송한다. 랙 전류 측정부(230)는 소정의 측정주기에 따라 랙 전류 데이터를 주기적으로 전송할 수 있다.
복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n) 각각은 각자의 트레이 전압을 측정한다. 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n) 각각은 트레이 전압의 측정시간을 계산하기 위한 RTC을 이용한다. 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n) 각각은 트레이 전압 및 측정시간을 포함하는 트레이 전압 데이터를 생성하여 랙 BMS(210)에 전송한다. 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n)는 각각의 트레이 전압 데이터를 순차적으로 전송할 수 있다.
랙 BMS(219)는 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n)와 랙 전류 측정부(230) 간의 동기를 유지하기 위해, RTC의 위상 및 주파수를 제어하는 클록 신호를 생성하여 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n)와 랙 전류 측정부(230)에 주기적으로 전송할 수 있다.
복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n)와 랙 전류 측정부(230)는 수신된 클록 신호에 따라 자신의 실시간 클록을 일치시켜 상호 간에 동기를 유지할 수 있다.
이제, 배터리 랙(200)의 SOC를 산출하는 과정에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SOC 산출 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6 및 7을 참조하면, 여기서는 설명의 편의를 N개의 트레이 BMS 중에서 제1 트레이 BMS(221-1) 및 랙 전류 측정부(230)만을 도시하였다. 제2 트레이 BMS(221-2) 내지 제N 트레이 BMS(221-n)는 제1 트레이 BMS(221-1)와 같이 동작할 수 있다. 단, N개의 트레이 BMS는 각자의 트레이 전압 데이터를 순차적으로 전송할 수 있다.
랙 BMS(210)는 RTC를 구비할 수 있으며, 복수의 트레이 BMS의 동기를 유지하기 위한 클록 신호를 주기적으로 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n) 및 랙 전류 측정부(230)에 전달할 수 있다(S201, S202). 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n) 및 랙 전류 측정부(230)는 수신된 클록 신호를 이용하여 자신의 RTC를 조정하여 상호 간에 동기를 맞출 수 있다.
제1 트레이 BMS(221-1)는 제1 배터리 트레이(220-1)의 트레이 전압을 측정한다(S211). 제1 배터리 트레이(220-1)의 트레이 전압은 제1 배터리 트레이(220-1)에 포함된 복수의 셀(224-1) 전체의 전압일 수 있다. 제1 트레이 BMS(221-1)는 RTC를 이용하여 트레이 전압을 측정한 시간을 측정한다. 제1 트레이 BMS(221-1)는 트레이 전압값 및 측정시간을 포함하는 제1 트레이 전압 데이터를 생성한다.
랙 전류 측정부(230)는 랙 전류를 측정한다(S212). 랙 전류는 배터리 랙(200)에서 출력 또는 유입되는 전류량이다. 랙 전류 측정부(230)는 RTC를 이용하여 랙 전류를 측정한 시간을 측정한다. 랙 전류 측정부(230)는 랙 전류의 전류값 및 측정시간을 포함하는 랙 전류 데이터를 생성한다.
제1 트레이 BMS(221-1)는 제1 트레이 전압 데이터를 랙 BMS(210)에 전송한다(S221). 제1 트레이 BMS(221-1)에서부터 제N 트레이 BMS(221-n)까지 각자 생성한 트레이 전압 데이터를 순차적으로 랙 BMS(210)에 전송한다.
랙 전류 측정부(230)는 랙 전류 데이터를 랙 BMS(210)에 전송한다(S222).
랙 BMS(210)는 복수의 트레이 전압 데이터 및 랙 전류 데이터를 이용하여 배터리 랙(200)의 SOC를 산출할 수 있다(S230).
복수의 트레이 전압 데이터의 전송은 랙 전류 데이터가 전송되는 소정의 측정주기 동안 수행된다. 즉, 랙 전류 데이터는 측정주기 동안 일회 전송되는데 반해, 복수의 트레이 전압 데이터는 측정주기 동안 배터리 랙(200)에 포함된 배터리 트레이의 수에 대응하는 횟수만큼 전송된다.
도 4 및 5에서 트레이 BMS가 복수의 셀 전압 데이터와 트레이 전류 데이터를 동기화하는 방식에 대하여 설명하였다. 이와 동일한 방법으로, 랙 BMS(210)는 복수의 트레이 전압 데이터와 랙 전류 데이터를 동기화할 수 있다. 즉, 도 4 및 5의 복수의 셀 전압 데이터는 복수의 트레이 BMS(221-1, 221-2, ..., 221-n)가 전송하는 복수의 트레이 전압 데이터에 대응된다. 그리고, 도 4 및 5의 트레이 전류 데이터는 랙 전류 데이터에 대응된다. 따라서, 랙 BMS(210)는 도 4 및 5의 방식을 이용하여 복수의 트레이 전압 데이터와 랙 전류 데이터를 동기화할 수 있고, SOC를 산출할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 계통 연계형 전력 저장 시스템
110 : 전력 관리 시스템
120 : 전력 저장장치
130 : 발전 시스템
140 : 상용 계통
150 : 부하
200 : 배터리 랙
210 : 랙 BMS
220 : 배터리 트레이
221 : 트레이 BMS
222 : 전류 측정부
223 : 전압 측정부
110 : 전력 관리 시스템
120 : 전력 저장장치
130 : 발전 시스템
140 : 상용 계통
150 : 부하
200 : 배터리 랙
210 : 랙 BMS
220 : 배터리 트레이
221 : 트레이 BMS
222 : 전류 측정부
223 : 전압 측정부
Claims (15)
- 복수의 셀에 전기적으로 연결되어 상기 복수의 셀의 제1 전압값 및 제1 전압 측정 시간을 포함하는 제1 전압 데이터 생성하는 전압 측정부;
상기 복수의 셀에 전기적으로 연결되어 상기 복수의 셀에 흐르는 전류의 제1 전류값 및 제1 측정주기에서 상기 제1 전압 측정 시간에 대응되는 제1 전류 측정 시간을 포함하는 제1 전류 데이터를 생성하는 전류 측정부; 및
상기 전압 측정부 및 상기 전류 측정부에 클록 신호를 전송하여 상기 제1 측정주기에 포함된 제1 전송구간에서 상기 제1 전압 데이터 및 상기 제1 전류 데이터를 동기화시키는 BMS(Battery Management System)를 포함하고,
상기 전압 측정부는 제2 측정주기 동안 상기 복수의 셀의 제2 전압값 및 제2 전압 측정 시간을 포함하는 제2 전압 데이터를 생성하고,
상기 전류 측정부는 상기 제2 측정주기 동안 상기 복수의 셀에 흐르는 전류의 제2 전류값 및 제2 전류 측정 시간을 포함하는 제2 전류 데이터를 생성하고,
상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀에 대응하는 제2 전압 데이터가 에러를 포함하면, 상기 BMS는 상기 제1 전류 데이터 및 상기 제1 전압 데이터를 이용하여 제2 SOC를 산출하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 제1 항에 있어서,
상기 전압 측정부는 상기 제1 측정주기에 포함된 제1 전송구간 동안 상기 제1 전압 데이터의 제1 전압 측정 시간에 대응하는 제1 전압 데이터 전송구간에 상기 제1 전압 데이터를 전송하고,
상기 전류 측정부는 상기 제1 측정주기에 포함된 제1 전송구간 동안 상기 제1 전류 데이터의 제1 전류 측정 시간에 대응하는 제1 전류 데이터 전송구간에 상기 제1 전류 데이터를 전송하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 측정주기는 상기 제1 전압 데이터 및 상기 제1 전류 데이터를 이용하여 제1 SOC(state of charge)를 산출하기 위한 제1 처리구간을 더 포함하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 제3 항에 있어서,
상기 전압 측정부는 상기 제2 측정주기 동안 상기 복수의 셀의 제2 전압값 및 제2 전압 측정 시간을 포함하는 제2 전압 데이터를 생성하고,
상기 전류 측정부는 상기 제2 측정주기 동안 상기 복수의 셀에 흐르는 전류의 제2 전류값 및 제2 전류 측정 시간을 포함하는 제2 전류 데이터를 생성하고,
상기 BMS는 상기 제2 전류 데이터, 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀에 대응하는 제1 전압 데이터, 및 상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터를 이용하여 제2 SOC를 산출하고,
상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터는 에러를 포함하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 제4 항에 있어서,
상기 제2 전압 데이터가 에러를 포함할 때 에러 메시지를 표시하는 표시장치를 더 포함하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 제5 항에 있어서,
상기 BMS는 상기 제2 전압 데이터가 반복하여 에러를 포함하면 상기 전압 측정부에 재전송 요청을 전송하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 제4 항에 있어서,
상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터가 에러를 포함하면, 상기 BMS는 상기 제2 전류 데이터, 상기 제2 측정주기 다음의 제3 측정주기 동안 생성된 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀에 대응하는 제3 전압 데이터, 및 상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터를 이용하여 제2 SOC를 재산출하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 전압 데이터가 에러를 포함할 때 에러 메시지를 표시하는 표시장치를 더 포함하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 제9 항에 있어서,
상기 BMS는 상기 전압 측정부에 재전송 요청을 전송하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 제9 항에 있어서,
상기 BMS는 상기 제2 전류 데이터, 상기 제2 측정주기 다음의 제3 측정주기 동안 생성된 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀에 대응하는 제3 전압 데이터, 및 상기 복수의 셀 중 나머지 셀에 대응하는 제2 전압 데이터를 이용하여 제2 SOC를 재산출하는 전력 저장 시스템의 제어장치. - 삭제
- 현재 측정주기에서 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터에 에러가 포함될 때 상기 복수의 셀의 전압 데이터 및 전류 데이터를 이용하여 SOC를 산출하는 전력 저장 시스템의 제어장치의 구동 방법에 있어서,
상기 복수의 셀 중 나머지 셀의 현재 측정주기의 전압 데이터와 전류 데이터, 및 상기 복수의 셀 중 나머지 셀의 이전 측정주기의 전압 데이터와 전류 데이터 중 어느 하나를 보정하는 단계; 및
상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 가장 최근 전압 데이터를 이용하여 현재 SOC를 산출하는 단계를 포함하는 전력 저장 시스템의 제어장치의 구동 방법. - 제13 항에 있어서,
현재 측정주기에서 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터에 에러가 포함되면, 표시장치에 에러 메시지를 표시하는 단계;
상기 현재 측정주기 다음의 제2 측정주기에 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터를 우선적으로 전송할 것을 요청하는 재전송 요청을 전압 측정부에 전송하는 단계; 및
상기 제2 측정주기에서 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터를 상기 전압 측정부로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 전력 저장 시스템의 제어장치의 구동 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 제2 측정주기에서 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 전압 데이터가 정확하게 수신되면, 상기 제2 측정주기에 포함된 재처리구간 동안, 상기 복수의 셀 중 나머지 셀의 현재 측정주기의 전압 데이터 및 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 제2 측정주기의 전압 데이터를 이용하여 제2 측정주기의 제1 SOC를 산출하는 단계; 및
상기 재처리구간에 뒤따르는 제2 측정주기에 포함된 처리구간 동안 상기 복수의 셀 중 나머지 셀의 제2 측정주기의 전압 데이터 및 상기 복수의 셀 중 하나 이상의 셀의 제2 측정주기의 전압 데이터를 이용하여 제2 측정주기의 제2 SOC를 산출하는 단계를 더 포함하는 전력 저장 시스템의 구동 방법.
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| AMND | Amendment | ||
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| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |