KR101523941B1 - 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

에너지 저장 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템은, 고밀도의 제1배터리, 저밀도의 제2배터리, 및 제1 및 제2배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 포함하며, 제1배터리의 용량은 제2배터리의 용량보다 적게 설정된다.

Description

에너지 저장 시스템{ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)은 발전소에서 생산되는 전기에너지를 경부하시(야간)에 배터리에 저장하고 주간 및 피크부하시, 또는 사용자가 요구하는 시간에 배터리에 저장된 에너지를 사용함으로써, 가정내 전력을 안정적으로 운용하게 하고, 전력공급자 입장에서는 부하평준화가 가능하여 전력운영을 최적화할 수 있는 시스템이다.
이러한 ESS 시스템은 태양광이나 풍력과 같은 신재생 에너지와 연계하여 사용이 가능하다. 즉, 신재생 에너지원을 통해 생산되는 전기에너지는 ESS 시스템을 통해 가정뿐 아니라 계통으로도 연결할 수 있다. 따라서, 가정에서는 전기료를 절감할 수 있고, 생산된 전기에너지를 한전에 판매할 수 있다.
종래 ESS 시스템에서는, 배터리로서 주로 고가의 리튬계열 배터리, 또는 저가의 납축전지가 사용된다.
리튬계열의 배터리는 고전력 밀도를 가지므로 같은 출력의 납축전지에 비해 부피가 작고, 순간 방전능력이 우수하지만, 가격이 3배 이상으로 높고, 배터리의 특성상 폭발의 위험이 있는 문제점이 있다.
또한, 납축전지의 경우 충전과 방전을 일정한 사이클을 유지해야 수명을 보장할 수 있는데, 순간적인 부하 대응을 해야 하는 시스템에서 수시로 충방전을 하게되면 수명이 급격히 줄어들게 되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, ESS 시스템에서 고밀도 배터리와 납축전지를 동시에 사용하여, 순시적인 전력공급은 고밀도 배터리를 통해 수행하고, 연속적인 전력공급은 납축전지를 통해 수행함으로써, 가정내 전력을 안정적으로 공급하면서 납축전지의 수명을 연장하는, 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 계통 또는 신재생 에너지원으로부터 부하에 공급되는 에너지를 저장하는 본 발명의 일실시예의 에너지 저장 시스템은, 고밀도의 제1배터리; 저밀도의 제2배터리; 및 상기 제1 및 제2배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제1배터리의 용량은 상기 제2배터리의 용량보다 적게 설정될 수 있다.
본 발명의 일실시예의 에너지 저장 시스템은, 계통 또는 신재생 에너지원으로부터 입력되는 전력을 상기 제1 또는 제2배터리에 충전할 수 있도록 변환하고, 상기 제1 또는 제2배터리에 저장된 전력을 계통으로 제공할 수 있도록 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 에너지 저장 시스템은, 상기 제1배터리의 과충전 또는 과방전을 예방하는 제1배터리 관리 시스템(BMS); 및 상기 제2배터리의 과충전 또는 과방전을 예방하는 제2BMS를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 사용자가 지정한 시간에 상기 제1배터리를 먼저 충전하고, 상기 제1배터리의 충전이 완료된 경우, 상기 제2배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 미리 설정된 평균부하 이상의 부하가 연결된 경우, 상기 제1배터리를 방전할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1배터리의 방전한계에 도달하기 전에 평균부하 이하에 해당하게 된 경우에는, 상기 제1배터리에 대한 방전을 중지하고, 상기 제1배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1배터리의 방전한계에 도달한 경우 상기 제2배터리에 대한 방전을 시작할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제2배터리의 방전한계까지 상기 제2배터리를 방전할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 에너지 저장 시스템은, 계통으로부터 부하에 공급되는 전류 또는 전압을 검출하는 검출부; 및 계통과 부하에 대한 연결을 차단하는 차단부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 검출부가 검출한 전류 또는 전압으로부터 정전 또는 사고를 판단한 경우, 상기 차단기를 오픈하고, 상기 제1배터리를 방전할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1배터리의 방전한계에 도달하기 전에 정전 또는 사고로부터 복귀되는 경우에는, 상기 제1배터리에 대한 방전을 중지하고, 상기 제1배터리를 충전할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1배터리의 방전한계에 도달한 경우 상기 제2배터리에 대한 방전을 시작할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제2배터리의 방전한계까지 상기 제2배터리를 방전할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1배터리는, 리튬계열 배터리를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2배터리는, 납축전지를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 리튬계열 배터리만을 이용하는 경우보다 가격이 저렴하게 에너지 저장 시스템을 구성할 수 있고, 납축전지만을 이용하는 경우에 비해 부하에 대한 응답성이 개선되는 효과가 있다.
또한, 납축전지의 충방전 제어를 통해 납축전지의 수명연장이 가능하고, 정전시 또는 계통사고 발생의 경우에도 가정내 무정전을 구현하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 일실시예 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에너지 저장 시스템(1)은, 계통으로부터 변압기(2)를 통해 가정내 부하(5)로 연결되는 사이에 배치되는 것으로서, 제어부(10), 전력변환부(20), 제1배터리 관리부(Battery Management System; BMS)(30), 제1배터리(40), 제2BMS(50) 및 제2배터리(60)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2BMS(30, 50)는 제1 및 제2배터리(40, 60)의 과충전 및 과방전을 방지하는 것이다.
제1배터리(40)는, 고밀도 배터리로서, 예를 들어 리튬이온-폴리머 배터리와 같은 리튬게열 배터리일 수 있다. 제2배터리(60)는 저밀도 배터리로서, 예를 들어 납축전지일 수 있다. 제1배터리(40)의 용량은, 제2배터리(60)의 용량보다 적게 설정되어, 제1배터리(40)는 순간적이고, 수시적인 충전 또는 방전에 적용될 수 있으며, 제2배터리(60)는 연속부하에 대한 충전 또는 방전에 적용될 수 있다. 예를 들어 제1배터리(40)의 용량은, 제2배터리(60)의 용량의 1/3일 수 있다.
제어부(10)는 전류/전압센서(4)로부터 입력되는 전류/전압정보를 기초로, 가정내 사용되는 전력량을 모니터링하고, 정전 및 사고를 판단할 수 있다. 이때 제어부(10)는 차단기(3)를 정전 또는 사고의 판단시 입력측의 차단기(3)를 오픈하고 배터리(40, 60)에서 전력을 공급하여 가정내 무정전이 되도록 한다.
이하, 충전 및 방전의 경우를 나누어 제어부(10)의 동작을 살펴본다.
제어부(10)는 사용자가 지정한 시간에 배터리(40, 60)의 충전을 수행할 수 있다. 이때, 배터리(40, 60)의 충전은 예를 들어, 태양광이 많은 낮의 경우에는 신재생 에너지원을 통해 배터리(40, 60)를 충전하거나, 또는 전기요금이 낮은 새벽의 경우에는 계통을 통해 배터리(40, 60)를 충전할 수도 있다.
이때, 제어부(10)는, 고밀도인 제1배터리(40)를 먼저 충전하고, 제1배터리(40)에 대한 충전이 완료되는 경우, 저밀도인 제2배터리(60)를 충전할 수 있다.
한편, 제어부(10)는 사용자로부터 가정내 평균부하 용량을 수신할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 에너지 저장 시스템(1)은 사용자 입력부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
제어부(10)는 사용자로부터 입력된 평균부하 용량 이상의 부하(5)가 연결된 경우, 배터리(40, 60)를 방전하여 부하(5)에 전력을 제공할 수 있다.
이때, 제어부(10)는 고밀도인 제1배터리(40)를 먼저 방전하고, 제1배터리(40)의 방전한계에 도달하면 제2배터리(60)를 방전할 수 있다.
예를 들어 부하(5)의 용량이 제1배터리(40)의 충전용량 이하의 범위에서 증가하였다가 다시 평균부하 용량 이하로 감소된 경우, 제2배터리(60)의 방전 없이 제1배터리(40)만을 방전함으로써 순간적인 부하증가에 대응할 수 있을 것이다. 이와 같은 경우 제어부(10)는 수시로 신재생 에너지로부터 제1배터리(40)를 충전하거나, 또는 부하(5)에서 사용되는 전력이 설정된 평균부하 이하인 경우에 계통으로부터 제1배터리(40)를 충전할 수 있을 것이다.
다만, 제2배터리(60)의 방전이 시작되면, 제어부(10)는 제2배터리(60)의 그 방전한계에 도달할 때까지 방전을 수행한다. 즉, 납축전지와 같은 저밀도의 제2배터리(60)는 충전 및 방전 사이클을 유지하는 것이 중요하므로, 일단 방전을 시작하면 방전한계에 도달할 때까지 방전을 수행하는 것이다.
또는, 제어부(10)는 전류/전압센서(4)로부터 수신한 전류 또는 전압을 참조로, 정전 및 사고를 판단한 경우, 입력측 차단기(3)를 오픈하고, 배터리(40, 60)로부터 전력을 공급하여 가정내 무전원이 되도록 제어할 수 있다. 이때, 위에서 설명한 바와 같이, 제1배터리(40)를 먼저 방전하고, 제1배터리(40)의 방전한계에 도달하는 경우, 제2배터리(60)를 방전할 수 있다. 이때, 제2배터리(60)에 대한 방전을 시작하는 경우 제2배터리(60)의 방전한계에 도달할 때까지 방전을 수행하여야 한다.
도 1에서 전력변환부(20)는, 계통으로부터 입력되는 전력을 배터리(40, 60)에 저장할 수 있도록 변환하고, 또는 신재생 에너지원으로부터 입력되는 전력을 배터리(40, 60)에 저장할 수 있도록 변환할 수 있다.
또한, 전력변환부(20)는 배터리(40, 60)에 저장된 전력을 방전하는 경우, 저장된 전력을 부하(5)에 제공할 수 있도록 변환할 수 있다.
본 발명의 일예에서는, 하나의 전력변환부(20)가 위 각각의 전력변환을 수행하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 각각의 전력변환부를 복수개 포함할 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
이와 같은 본 발명은, 리튬계열 배터리만을 이용하는 경우보다 가격이 저렴하게 에너지 저장 시스템을 구성할 수 있고, 납축전지만을 이용하는 경우에 비해 부하에 대한 응답성이 개선된다. 또한, 납축전지의 충방전 제어를 통해 납축전지의 수명연장이 가능하고, 정전시 또는 계통사고 발생의 경우에도 가정내 무정전을 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 제어부 20: 전력변환부
30, 50: BMS 40, 60: 배터리

Claims (15)

  1. 계통 또는 신재생 에너지원으로부터 부하에 공급되는 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템에 있어서,
    고밀도의 제1배터리;
    저밀도의 제2배터리; 및
    상기 제1 및 제2배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제1배터리의 용량은 상기 제2배터리의 용량보다 적게 설정되고,
    상기 제어부는,
    미리 설정된 평균부하 이하의 부하에 대해서는 제2배터리를 방전하고,
    상기 미리 설정된 평균부하 이상의 부하가 연결된 경우, 상기 제1배터리를 방전하고, 상기 제1배터리의 방전한계에 도달하기 전에 평균부하 이하에 해당하게 된 경우에는, 상기 제1배터리에 대한 방전을 중지하고, 상기 제1배터리를 충전하고, 상기 제1배터리의 방전한계에 도달한 경우 상기 제2배터리에 대한 방전을 시작하여 상기 제2배터리의 방전한계까지 상기 제2배터리를 방전하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    계통 또는 신재생 에너지원으로부터 입력되는 전력을 상기 제1 또는 제2배터리에 충전할 수 있도록 변환하고, 상기 제1 또는 제2배터리에 저장된 전력을 계통으로 제공할 수 있도록 변환하는 변환부를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1배터리의 과충전 또는 과방전을 예방하는 제1배터리 관리 시스템(BMS); 및
    상기 제2배터리의 과충전 또는 과방전을 예방하는 제2BMS를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    사용자가 지정한 시간에 상기 제1배터리를 먼저 충전하고, 상기 제1배터리의 충전이 완료된 경우, 상기 제2배터리를 충전하는 에너지 저장 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    계통으로부터 부하에 공급되는 전류 또는 전압을 검출하는 검출부; 및
    계통과 부하에 대한 연결을 차단하는 차단부를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 검출부가 검출한 전류 또는 전압으로부터 정전 또는 사고를 판단한 경우, 상기 차단부를 오픈하고, 상기 제1배터리를 방전하는 에너지 저장 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1배터리의 방전한계에 도달하기 전에 정전 또는 사고로부터 복귀되는 경우에는, 상기 제1배터리에 대한 방전을 중지하고, 상기 제1배터리를 충전하는 에너지 저장 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1배터리의 방전한계에 도달한 경우 상기 제2배터리에 대한 방전을 시작하는 에너지 저장 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2배터리의 방전한계까지 상기 제2배터리를 방전하는 에너지 저장 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1배터리는,
    리튬계열 배터리를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제2배터리는,
    납축전지를 포함하는 에너지 저장 시스템.
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