KR101632353B1

KR101632353B1 - 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101632353B1
Application number: KR1020120128381A
Authority: KR
Inventors: 정대식; 조태신
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2016-06-21
Also published as: US20150115715A1; KR20140061147A; US10236703B2; WO2014077588A1

Abstract

본 발명은 이차전지의 충전 및 방전을 제어하는 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 신 재생 에너지에 의해 전력을 생산하도록 구성된 발전기를 포함하는 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나, 저장된 전력을 방전하는 전력저장부에 포함된 이차전지의 전압 및 전류를 측정하여 전압값 및 전류값을 출력하는 센싱부; 및 상기 전력생산부에서 생산된 전력 중 일부를 상기 전력저장부에 저장하고 나머지는 전력망에 공급되도록 충전 제어 신호를 출력하거나, 상기 전력저장부에 저장된 전력을 방전하여 상기 전력생산부에서 생산된 전력과 함께 상기 전력망에 공급되도록 방전 제어 신호를 출력하는 전력제어부;를 포함하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치로서, 상기 전력제어부는, 상기 이차전지가 방전할 때 상기 센싱부에서 측정된 이차전지의 전압값 또는 전류값을 이용하여 상기 이차전지의 방전 전력량을 산출하고, 상기 이차전지의 전압값이 미리 설정된 기준전압값보다 낮은 경우 상기 산출된 방전 전력량에 보상 전력량이 추가된 충전 전력량이 상기 이차전지에 충전되도록 보상충전제어신호를 출력한다. 본 발명에 따르면, 이차전지의 충전량을 보상하여 이차전지의 충방전 사이클이 증가함에 따라 충전량이 점차 감소하는 문제를 방지할 수 있다.

Description

이차전지의 충전 및 방전 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING CHARGING AND DISCHARGING OF SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신 재생 에너지를 이용하여 생산한 전력의 품질 안정화를 위한 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

현대 사회는 대량의 전기 에너지에 의해 유지되고 있다고 해도 과언이 아니다. 많은 사람이 공조 시스템에 의해 쾌적화된 건물에서 지내며, 휴대전화를 이용하여 멀리 떨어진 사람과 통화하며, 지하철을 이용하여 원하는 장소로 이동한다. 이처럼, 전기는 물과 공기처럼 그 존재마저 인식하지 못할 정도로 현대 사회의 구석구석까지 침투하여 중심 에너지원으로 사용되고 있다.

이러한, 전기 에너지는 대부분 화석 연료를 이용한 발전 시스템에 의해 얻어지고 있다. 그러나, 최근 들어, 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화석 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 생산할 수 있는 신 재생 에너지를 이용한 전력 생산 시스템이 주목을 받고 있다.

신 재생 에너지란 태양광, 태양열, 바람, 조수차, 수력, 지열 등 자연에 존재하는 에너지를 의미한다. 신 재생 에너지를 이용한 전력 생산 시스템은 자원 고갈 및 환경 오염의 문제가 없다는 점에서 각광을 받고 있다. 상기 신 재생 에너지를 이용한 전력 생산 시스템 중에서, 바람 에너지를 이용한 것이 풍력 발전 시스템이다.

풍력 발전 시스템은 일정한 세기 이상의 바람이 부는 지역에 풍차를 설치하고, 바람에 의해 회전하는 풍차의 회전력이 발전기를 돌리도록 연결된 풍력 발전기를 사용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 풍력 발전 시스템을 이용하여 안정적인 전력을 생산하기 위해 일년 중 지속적으로 바람이 부는 지역에 풍력 발전기를 설치한다. 또한, 생산된 전력 품질의 균일화를 위해 바람의 세기 변화가 크지 않으며, 균일하게 바람이 부는 지역에 상기 풍력 발전기를 설치하는 것이 바람직하다.

그러나, 바람이 부는 현상은 자연 현상이기 때문에 인간이 원하는 모든 조건을 갖춘 지역을 찾기란 상당히 어렵다. 특히, 바람의 세기가 균일하지 않아 풍차의 회전 속도가 시시각각 변화하기 마련이다. 이러한 현상에 대응하여 바람의 세기에 따라 풍차의 날개 각도가 변화하는 기술이 사용되고 있다. 바람의 세기가 너무 약하면, 바람이 맞닿는 풍차의 날개 면적이 넓어지도록 풍차의 날개 각도를 조절한다. 반면, 바람의 세기가 너무 강하면, 바람이 맞닿는 풍차의 날개 면적이 좁아지도록 풍차의 날개 각도를 조절한다. 그러나, 상술한 날개 각도 조절 기술은 미세하게 변화하는 바람의 세기에 대해서는 적절하지 못하다. 따라서, 전력의 품질을 유지하기 위해 이차전지를 함께 사용한다.

도 1은 종래 기술에 따른 풍력 발전 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 상기 풍력 발전 시스템(100)은 전력생산부(110), 전력저장부(120) 및 전력제어부(130)를 포함한다. 그리고, 상기 전력생산부(110), 전력저장부(120) 및 전력제어부(130)는 전력라인(150)을 통해서 서로 연결되어 있다. 상기 전력라인(150)은 전력이 이동할 수 있는 경로를 제공할 뿐만 아니라, 상기 풍력 발전 시스템(100)을 운영하기 위한 제어 신호의 경로가 될 수도 있다. 도 1에서는 간략하게 상기 전력생산부(110), 전력저장부(120) 및 전력제어부(130)가 전기적으로 연결되어 있다는 것을 나타내기 위해서 간략하게 도시하였다.

상기 풍력 발전 시스템(100)은 신 재생 에너지 중 하나인 바람 에너지를 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 전력망(140)에 공급하는 시스템이다. 상기 전력망(140)은 상용 전력망이 될 수 있으며, 소규모 지역의 자체 전력망이 될 수도 있다. 또한, 경우에 따라 스마트 그리드에서 전력을 저장하는 전력저장장치가 될 수 있으며, 생산된 전력을 바로 소비하는 부하 또는 전력변환장치가 될 수도 있다.

상기 전력생산부(110)는 바람 에너지를 전기 에너지로 변환하는 역할을 한다. 이를 위해, 바람이 불면 회전하는 풍차와 풍차의 회전력에 의해 전력을 생산하도록 구성된 발전기를 포함한다. 상기 풍력 발전의 원리는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자')에게 널리 알려진바, 구체적인 구성에 대한 상세한 설명은 생략하도록 하겠다.

상기 전력저장부(120)는 상기 전력제어부(130)의 제어 신호에 의해 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나, 상기 전력제어부(130)의 제어 신호에 의해 저장된 전력의 일부를 방전한다. 이를 위해, 상기 전력저장부(120)는 전력을 저장 및 방전할 수 있는 이차전지(121)를 포함한다.

상기 전력제어부(130)는 상기 풍력 발전 시스템(100)에서 생산된 전력이 상기 전력망(140)에 공급될 때, 전력의 품질 안정화를 위해 상기 전력망(140)에 공급되는 전력량을 제어한다. 본 명세서에서 전력의 품질 안정화란, 상기 풍력 발전 시스템(100)에서 공급되는 전력의 전압 및 전류, 교류 형태의 출력인 경우 주파수, 위상 등 상기 전력망(140)이 요구하는 전력의 형태를 유지하는 것을 의미한다.

상술하였듯이, 바람이 부는 현상은 자연 현상이기 때문에 바람의 세기가 불균일할 수 있다. 그래서, 풍차의 회전 속도가 시시각각 변화하기 마련이다. 풍차의 회전 속도는 곧바로 발전기의 회전 속도에 영향을 미치고, 발전기의 회전 속도는 출력된 전력의 품질과 직결된다. 기본적으로 바람의 세기에 따라 풍차의 날개 각도를 변화시켜 출력된 전력의 품질을 안정화시키고 있지만, 미세하게 변화하는 바람의 세기에 대해서는 상기 전력저장부(120)를 통해서 전력의 품질을 안정화시킨다.

도 2 내지 도 4는 전력의 품질 안정화를 설명하기 위한 개념도이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 상기 전력라인(150)의 아래에 표시된 화살표는 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력이 상기 전력망(140)에 공급되는 개념을 나타낸다. 그리고, 상기 화살표 내에 표시된 숫자는, 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력이 상기 전력망(140)에 공급되는 전력량을 의한다. 이때, 100%의 의미는 상기 전력생산부(110)에서 생산량이 상기 전력망(140)에서 요구하는 전력량 또는 상기 전력생산부(110)에서 생산하도록 계획된 전력량을 모두 만족하는 것을 의미한다. 이처럼, 상기 전력생산부(110)에서 요구 또는 계획된 전력량을 모두 생산하는 경우, 상기 전력저장부(120)는 충전 또는 방전을 할 필요가 없다.

다음 도 3을 참조하면, 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력이 상기 전력망(140)에서 요구 또는 계획된 전력량보다 많은 경우이다. 도 2와 비교하여 도 3을 살펴보면, 상기 전력생산부(110)에서는 상기 전력망(140)에서 요구 또는 계획된 전력량의 110%를 생산하고 있다. 이 경우, 상기 전력제어부(130)는 초과하는 전력량(10%)만큼 상기 전력저장부(120)에 저장되도록 충전 제어 신호를 출력한다. 이로서, 상기 전력망(140)에 공급되는 전력량은 100%를 만족하게 된다.

다음 도 4를 참조하면, 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력이 상기 전력망(140)에서 요구 또는 계획된 전력량보다 적은 경우이다. 도 2와 비교하여 도 4를 살펴보면, 상기 전력생산부(110)에서 상기 전력망(140)에서 요구 또는 계획된 전력량의 90%를 생산하고 있다. 이 경우, 상기 전력제어부(130)는 모자라는 전력량(10%)만큼 상기 전력저장부(120)에서 방전되도록 방전 제어 신호를 출력한다. 이로서, 상기 전력망(140)에 공급되는 전력량은 100%를 만족하게 된다.

이처럼, 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력이 요구 또는 계획된 전력량보다 높을 경우, 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력 중 초과부분만큼 상기 전력저장부(120)에 저장한다. 반면, 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력이 요구 또는 계획된 전력량보다 적을 경우, 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력 중 부족부분만큼 상기 전력저장부(120)에 저장된 전력을 방전한다. 이러한 방식으로 상기 전력제어부(130)는 상기 전력망(140)에 공급하는 전력의 품질을 안정화한다.

신 재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템 중 상기 풍력 발전 시스템(100)을 일 예로 설명하였으나 다른 종류의 발전 시스템 역시, 전력의 품질 향상을 위해 이차전지(121)를 사용하고 있다.

한편, 상기 이차전지(121)는 물리적으로 충전될 수 있는 상한과 물리적으로 방전될 수 있는 하한을 가지고 있다. 그러나, 실제 사용 환경에서 물리적 상한 및 하한까지 충방전을 하지 않는다. 즉, 물리적 한계 방전점보다 높게 사용 영역의 하한을 설정하고, 물리적 한계 충전점보다 낮게 사용 영역의 상한을 설정한다. 따라서, 이차전지(121)의 방전 과정에서 이차전지(121)의 상태가 설정된 사용 영역의 하한점에 도달되었을 때 완전 방전(또는, 만방전)이 되었다고 한다. 그리고 이차전지(121)의 충전 과정에서 이차전지(121)의 상태가 설정된 사용 영역의 상한점에 도달되었을 때 완전 충전(또는, 만충전)이 되었다고 한다. 일 예로 일반적인 리튬 이차전지(121)의 사용 영역은 전압에 의해 설정되며, 3.7V ~ 4.2V의 전압 구간을 가진다.

그러나, 상기 전력저장부(120)에 포함된 이차전지(121)는 만충전과 만방전 사이 영역에서 일정한 충전량을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력량이 언제 부족하고 언제 초과할지 예측하기 힘들기 때문이다. 따라서, 상기 전력제어부(130)는 상기 전력저장부(120)가 충전 및 방전이 모두 가능하도록 상기 이차전지(121)의 충전량이 일정하게 유지되록 제어한다. 즉, 상기 이차전지(121)가 완전 방전상태가 되지 않도록 이차전지(121)의 충전량을 유지할 수 있는 충전 및 방전 제어 장치 및 방법에 대한 연구가 필요하다.

US7,714,531B2

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 이차전지의 충전량을 유지시키는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 신 재생 에너지에 의해 전력을 생산하도록 구성된 발전기를 포함하는 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나, 저장된 전력을 방전하는 전력저장부에 포함된 이차전지의 전압 및 전류를 측정하여 전압값 및 전류값을 출력하는 센싱부; 및 상기 전력생산부에서 생산된 전력 중 일부를 상기 전력저장부에 저장하고 나머지는 전력망에 공급되도록 충전 제어 신호를 출력하거나, 상기 전력저장부에 저장된 전력을 방전하여 상기 전력생산부에서 생산된 전력과 함께 상기 전력망에 공급되도록 방전 제어 신호를 출력하는 전력제어부;를 포함하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치로서, 상기 전력제어부는, 상기 이차전지가 방전할 때 상기 센싱부에서 측정된 이차전지의 전압값 또는 전류값을 이용하여 상기 이차전지의 방전 전력량을 산출하고, 상기 이차전지의 전압값이 미리 설정된 기준전압값보다 낮은 경우 상기 산출된 방전 전력량에 보상 전력량이 추가된 충전 전력량이 상기 이차전지에 충전되도록 보상충전제어신호를 출력한다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 전력생산부는 태양광 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 수력 발전, 조력 발전, 파력 발전 및 해양온도차 발전 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 방식으로 전력을 생산할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지 충전 및 방전 제어 장치는, 상기 전력생산부에 포함된 발전기의 회전 속도를 측정하여 발전기회전속도값을 출력하는 RPM측정소자;를 더 포함하며, 상기 전력제어부는 상기 발전기회전속도값을 이용하여 산출된 상기 전력생산부의 예상 전력 생산량에 따라 상기 보상 전력량을 결정한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보상 전력량은 상기 산출된 예상 전력 생산량에 미리 설정된 비율에 따라 상기 전력제어부에 의해 산출된다. 그리고, 상기 미리 설정된 비율은 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 보상 전력량은 상기 산출된 예상 전력 생산량에 따라 미리 설정된다. 그리고, 상기 미리 설정된 보상 전력량은 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 상기 전력생산부에 생산된 전력량을 측정하여 생산전력량값을 출력하는 전력량측정소자;를 더 포함하며, 상기 전력제어부는, 상기 생산전력량값에 따라 상기 보상 전력량을 결정한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보상 전력량은 상기 생산전력량값에 미리 설정된 비율에 따라 상기 전력제어부에 의해 산출된다. 그리고, 상기 미리 설정된 비율은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 보상 전력량은 상기 생산전력량값에 따라 미리 설정된다. 그리고, 상기 미리 설정된 보상 전력량은 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 상기 보상 전력량이 상기 산출된 방전 전력량에 미리 설정된 비율에 따라 상기 전력제어부에 의해 산출될 수 있다. 이때, 상기 미리 설정된 비율은 상기 이차 전지의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 상기 보상 전력량이 상기 산출된 방전 전력량에 따라 미리 설정될 수 있다. 이때, 상기 미리 설정된 보상 전력량은 상기 이차 전지의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 상기 기준전압값을 저장하는 메모리부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 신 재생 에너지에 의해 전력을 생산하도록 구성된 발전기를 포함하는 전력생산부; 및 상기 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나, 저장된 전력을 방전하는 전력저장부;를 포함하는 신 재생 에너지 발전 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다. 상기 신 재생 에너지 발전 시스템은, 상기 전력생산부에서 생산된 전력 또는 전력저장부에서 출력된 전력을 요구되는 전압값, 전류값, 주파수 또는 파형으로 변환하는 전력변화부; 더 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법은, 신 재생 에너지에 의해 생산된 전력을 전력망에 공급하는데 있어서 전력의 품질 안정화를 위해 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나 저장된 전력을 방전하는 전력저장부에 포함된 이차전지의 충전 및 방전을 제어하는 방법으로서, (a) 상기 이차전지가 방전할 때 수신된 상기 이차전지의 전압값 또는 전류값을 이용하여 상기 이차전지의 방전 전력량을 산출하는 단계; 및 (b) 수신된 이차전지의 전압값이 미리 설정된 기준전압값보다 낮은 경우, 상기 산출된 방전 전력량에 보상 전력량이 추가된 충전 전력량이 상기 이차전지에 충전되도록 보상충전제어신호를 출력하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지의 충전량을 보상하여 이차전지의 충방전 사이클이 증가함에 따라 충전량이 점차 감소하는 문제를 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 이차전지를 운영함에 있어서 이차전지가 만방전되었을 때 이차전지의 사용을 중단하고 충전량을 보상해주는 비효율적인 운영보다, 이차전지의 전압값이 기준전압값에 도달할 때마다 충전량을 보상하기 때문에 효율적인 이차전지의 충전 제어가 가능하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 이차전지의 충전 상태를 발전 시스템의 특성에 맞게 최적의 상태로 유지할 수 있으며, 이차전지의 퇴화 속도를 늦출 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 풍력 발전 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2 내지 도 4는 전력의 품질 안정화를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치를 포함하는 풍력 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 6은 종래의 암페어 카운팅 알고리즘으로 이차전지를 운영한 경우 전압 강하 현상이 나타난 프로파일을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법의 흐름을 순차적으로 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치(200)를 포함하는 풍력 발전 시스템(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.

본 발명에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치(200, 이하 '제어 장치')는 신 재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템에 포함될 수 있다. 신 재생 에너지를 이용한 발전 시스템이란, 태양광 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 수력 발전, 조력 발전, 파력 발전 및 해양온도차 발전 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 방식으로 전력을 생산하는 발전 시스템이다. 다만, 설명의 편의를 위해 신 재생 에너지 중 풍력을 이용한 발전 시스템(300)을 일 예로 들어 본 발명에 대해서 설명하도록 하겠다. 따라서, 본 발명은 발전 시스템의 방식에 따라 제한되지 않는 것을 이해해야 한다.

도 5를 참조하면, 상기 풍력 발전 시스템(300)은 전력생산부(110), 전력저장부(120), 전력제어부(210) 및 전력라인(150)을 포함한다. 도 5에 도시된 각 구성 중, 도 1에 도시된 각 구성과 식별번호가 동일한 구성은 동일한 역할을 한다. 따라서, 상기 전력생산부(110), 전력저장부(120), 전력라인(150), 이차전지(121) 및 전력망(140)에 대한 설명은 중복되므로 생략하도록 한다.

또한, 풍력 발전 시스템(300)에는 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력 또는 전력저장부(120)에서 출력된 전력을 요구되는 전압값, 전류값, 주파수 또는 파형으로 변환하는 전력변환부를 더 포함할 수 있다. 다만, 도 5에는 앞서 도 1과 비교할 때, 혼동을 피하기 위해 상기 전력변환부는 도시하지 않았다.

본 발명에 따른 제어 장치(200)는 전력제어부(210) 및 센싱부(220)를 포함한다. 상기 센싱부(220)는 상기 전력저장부(120)에 포함된 이차전지(121)의 전압 및 전류를 측정하여 전압값 및 전류값을 출력한다. 이를 위해, 상기 센싱부(220)는 이차전지의 전압을 측정하는 전압 측정 소자(222)와 이차전지의 전류를 측정하는 전류 측정 소자(221)를 포함할 수 있다. 상기 이차전지의 전압값은 상기 이차전지(121)의 출력 전압을 의미하여, 상기 이차전지(121)의 충전 또는 방전이 이루어지고 있는 동안 측정될 수도 있지만, 충전 및 방전이 이루어지지 않는 동안 개방 전압(OCV)으로 측정될 수도 있다. 한편, 이차전지의 전류값은 상기 이차전지(121)가 충전 또는 방전이 이루어지고 있는 동안 측정된다.

상기 전력저장부(120)에 포함된 이차전지(121)는 하나 이상의 단위 셀을 포함하는 것으로 셀의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 상기 이차전지(121)는 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 그리고, 상기 다수의 이차전지(121)를 직렬, 병렬 또는 직/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이차전지(121)의 종류, 개수, 출력전압, 충전용량 등에 의해 한정되는 것은 아니다.

상기 전력제어부(210)는, 기본적으로, 전력의 품질 안정화를 위해 상기 전력저장부(120)의 충전 및 방전을 제어하는 신호를 출력한다. 이에 대해서는 상세히 설명하였으므로 반복적인 설명은 생략한다. 나아가, 상기 전력제어부(210)는 상기 센싱부(220)로부터 수신한 상기 이차전지(121)의 전압값 및 전류값을 이용하여, 상기 이차전지(121)의 충전상태 즉, 충전량을 측정한다. 그리고, 측정된 이차전지(121)의 충전량을 이용하여 상기 이차전지(121)의 충전량을 유지할 수 있도록 보상충전제어신호를 출력한다.

본 발명에 따른 상기 전력제어부(210)의 알고리즘을 이해하기 위해서, 먼저, 상기 전력저장부(120)에 포함된 이차전지(121)가 전력의 품질 안정화를 위해 반복적인 충전 및 방전이 되었을 때, 상기 이차전지(121)에 어떠한 일이 일어나는 살펴보겠다.

상술하였듯이, 전력의 품질 안정화를 위해 상기 이차전지(121)는 만충전과 만방전 전압 사이에 일정한 전압값 즉, 일정한 충전량을 유지하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 전력제어부(210)는 상기 센싱부(220)로부터 수신한 이차전지의 전압값 및 전류값을 이용하여 상기 이차전지(121)의 충전량을 측정한다.

이때, 상기 이차전지(121)의 충전량을 측정 및 제어하는 기술의 일 예로서 암페어 카운팅이란 기술이 있다. 암페어 카운팅이란, 이차전지(121)가 충전 및 방전할 때, 이차전지(121)의 충방전 전류를 적산하고, 이를 통해 SOC(State Of Charge)를 산출하는 기술이다. 구체적으로 상기 이차전지(121)의 정격용량을 기준으로 상기 정격용량 대비 현재 남아 있는 용량의 비율에 따라 SOC 값을 계산한다. 계산된 SOC가 미리 설정된 적정 충전량이면 충전을 중단하고, 계산된 SOC가 미리 설정된 적정 충전량보다 적으면 방전을 중단하는 것을 특징으로 한다.

그러나 SOC를 이용한 충방전 제어 기술은 암페어 카운팅 과정에서 생기는 전류 측정 오차의 누적과 함께 이차전지(121)의 내부 저항에 의해 생기는 전력의 손실에 의해 충방전 횟수가 늘어날수록, 계산된 충전량보다 실제 이차전지(121)에 저장되는 충전량이 낮아지는 문제점이 있다. 즉, 이차전지(121)가 방전될 때 카운팅된 전류의 적산량만큼 충전 전류를 이차전지(121)에 공급하여도 원래의 충전량이 회복되지 않는 것이다. 이러한 현상은 이차전지(121)의 충방전 횟수가 증가할수록 심화된다. 그 이유는 이차전지(121)의 충방전 횟수가 증가할수록 이차전지(121)가 퇴화되는데, 이차전지(121)의 퇴화 정도에 따라서 그 만큼 내부 저항이 증가하기 때문이다.

도 6은 종래의 암페어 카운팅 알고리즘으로 이차전지(121)를 운영한 경우 전압 강하 현상이 나타난 프로파일을 도시한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 그래프의 가로축은 시간을 나타내며, 그래프의 세로축은 이차전지(121)의 전압(voltage)을 나타낸다. 그리고, 각 프로파일마다 '1P, 2P, 3P, 4P'가 표시되어 있는데, 여기서 'P'는 'P-rate'를 의미한다.

상기 'P-rate'는 이차전지(121)의 방전 비율을 나타내는 단위이다. 상기 'P-rate'는

로서 분모에는 이차전지(121)의 총 전력량(Wh)을, 분자에는 방전 전력(W)을 대입하여 산출한다.

일반적으로 이차전지(121)의 방전 비율을 나타내는 'C-rate'는 전류를 기준으로 산출된 방전 비율이다. 상기 'C-rate'는

로서 분모에는 이차전지(121)의 총 전류량(mAh, 전하량)을, 분자에는 방전 전류(mA)를 대입하여 산출한다. 그러나 이차전지(121)의 전기적 특성상 방전은 전류에만 의존하는 것이 아니라 전압에도 영향을 받는다. 이차전지(121)와 연결된 부하의 변화 또는 충전량 감소에 따른 이차전지(121)의 개방 전압 저하 등 다양한 원인에 의해 이차전지(121)에서 출력되는 전력은 변화될 수 있다. 따라서, 전류와 전압을 함께 고려하는 'P-rate'를 기준으로 방전 비율을 판단하면 전류의 관점이 아니라 이차전지(121)에 저장되고 방출되는 에너지의 관점에서 이차전지(121)의 상태를 판단할 수 있다.

도 6에 도시된 총 4개의 프로파일은 동일한 이차전지(121)에서 방전 전력 비율을 달리하여 충전 및 방전을 반복할 때 측정된 이차전지(121)의 동적 전압을 나타낸다. 2P는 1P보다 2배 더 많은 전력으로, 3P는 1P보다 3배 더 많은 전력으로, 4P는 1P보다 4배 더 많은 전력으로 방전을 실시하였을 때의 전압 프로파일을 나타낸다. 상기 이차전지(121)가 부하에 전력을 공급할 때 이차전지(121)에서 부하에 공급되는 전력을 측정하고 이를 합산하여 방전 전력량을 저장한다. 그리고 방전 전력량과 동일한 전력량을 공급하여 이차전지(121)를 충전한다. 도 1에서 1P 프로파일을 확대한 부분을 참조하면, 이차전지(121)의 동적 전압이 하강하는 구간은 이차전지(121)의 방전 구간에 해당하며, 이차전지(121)의 동적 전압이 상승하는 구간은 이차전지(121)의 충전 구간에 해당한다.

도 6에서 확인할 수 있듯이, 이차전지(121)에 방전 전력량과 동일한 전력량을 충전하여도 충전과 방전이 반복될수록 이차전지(121)의 동적 전압에 대한 프로파일이 점차적으로 강하되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 이차전지(121)의 전압은 이차전지(121)의 충전량을 간접적으로 확인할 수 있는 지표이다. 따라서, 상기와 같이 이차전지(121)의 전압 강하 현상은 방전 전력량과 동일한 전력량을 충전하여도 이차전지(121)에 저장된 충전량이 점차적으로 줄어드는 것을 나타낸다. 이러한 현상은 방전 전력 비율에 따라 전압이 강하하는 속도에 차이만 있을 뿐이고, 결과적으로 이차전지(121)의 전압 강하 현상이 발생하는 것에는 차이가 없다.

충전 및 방전의 반복에 따른 이차전지(121)의 전압 강하 현상 즉, 이차전지(121)에 저장된 충전량이 감소하는 현상을 이차전지(121)의 에너지적 측면에서 살펴보겠다. 상기 이차전지(121)가 충전되는 것은 전기 에너지가 이차전지(121)에 공급되어 이차전지(121)의 충전량에 해당하는 만큼 에너지를 저장하는 과정이라고 할 수 있다. 그리고, 이차전지(121)가 방전되는 것은 이차전지(121)에 저장되어 있는 에너지가 전기 에너지 형태로 변환되어 상기 전력망(140)에 공급되는 과정이라고 할 수 있다. 이상적인 이차전지(121)는 내부 저항이 존재하지 않아 충전과 방전 과정에 영향을 미치지 않지만, 실제 이차전지(121)는 내부 저항이 존재한다. 따라서, 이차전지(121)는 방전 과정에서 내부 저항을 통한 발열 등 에너지 변환 과정에서의 손실이 발생한다. 그러나 방전 전력량의 측정은 상기와 같은 에너지 손실량은 측정하지 못하다. 방전 전력의 측정은 이차전지(121)에서 전력망(140)으로 전달된 전력량 즉, 전기적으로 전달된 에너지만을 측정하는 것으로 실제 이차전지(121)에서 빠져나간 에너지량에 비해서 작게 측정될 수 밖에 없다. 그러므로, 상기 측정된 방전 전력량에 해당하는 전력량만을 상기 이차전지(121)에 충전하면, 점차적으로 이차전지(121)의 충전량은 감소하게 될 것이다.

또한, 실제 이차전지(121)의 내부 저항은 방전 과정뿐만 아니라 충전 과정에서도 영향을 미친다. 즉, 상기와 같은 에너지의 손실은 방전 과정뿐만 아니라 충전 과정에서도 발생한다. 상기 전력생산부(110)를 통해 이차전지(121)에 공급된 전기 에너지 중 일부는 이차전지(121)의 내부 저항에 의한 발열 등 에너지 변환 과정에서 손실된다. 그리고, 나머지만이 이차전지(121)의 충전량에 해당하는 만큼 에너지로 저장이 된다. 따라서, 상기 방전 과정에서 손실된 에너지까지 정확하게 측정하고 이에 해당하는 전력량을 상기 이차전지(121)에 공급하여도, 실제 이차전지(121)에 저장되는 에너지는 공급된 에너지에 비해서 작을 수 밖에 없다. 그러므로, 이차전지(121)의 충전 과정에서 손실되는 전력량에 해당하는 만큼, 충전과 방전을 반복하면서 점차적으로 이차전지(121)의 충전량은 감소하게 될 것이다.

위와 같이, 방전 과정에서 측정된 방전 전력량은 이차전지(121)에서 빠져나간 전력량(충전량)보다 적다. 그리고, 상기 측정된 방전 전력량과 동일한 전력량을 충전하여도 이차전지(121)에 저장되는 전력량(충전량)은 상기 방전 전력량보다 적다. 즉, 충전과 방전을 반복할수록 이차전지(121)에 저장된 충전량은 점차적으로 줄어든다. 그리고, 상기 충전량의 감소는 이차전지(121) 전압의 강하 현상으로 확인할 수 있다.

측정된 방전 전력량에 따라 동일한 충전량을 충전하는 경우에도, 상기와 같이 이차전지(121)에 저장된 충전량이 감소하는 현상이 발생하는데, 상기 풍력 발전 시스템(300)내에서 사용되는 이차전지(121)에서는 충전량이 감소하는 현상이 더욱 심하게 발생할 수 있다. 즉, 상기 풍력 발전 시스템(300)에서는 규칙적인 충전 및 방전이 이루어지는 것이 아니라, 상기 전력생산부(110)의 생산 전력량에 따라, 충전 및 방전이 비대칭적으로 이루어질 수 있기 때문이다. 또한, 상기 이차전지(121)의 충전 상태가 만방전에 가까워져서, 상기 전력제어부(210)가 전력망(140)에 공급하는 전력량을 줄이고 상기 이차전지(121)를 우선적으로 충전시키더라도, 방전 전력량에 따라 동일한 충전량을 충전할 경우, 상기 이차전지(121)의 충전량은 지속적으로 감소할 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 제어 장치(200)는 상기와 같은 이차전지(121)의 특성을 파악하고, 상기 전력저장부(120)에 포함된 이차전지(121)가 일정한 충전량을 유지할 수 있도록 감소된 충전량을 보상할 수 있는 제어 장치이다. 상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 제어 장치(200)의 알고리즘을 간략하게 설명하자면, 본 발명에 따른 전력제어부(210)는 측정된 방전 전력량보다 더 많은 충전 전력량이 상기 이차전지(121)에 충전도록 제어한다. 이하 상기 전력제어부(210)의 알고리즘을 자세하게 설명하도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 제어 장치(200)는 메모리부(211)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 상기 메모리부(211)는 RAM, ROM, EEPROM등 데이터를 기록하고 소거할 수 있다고 알려진 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 대용량 저장매체로서, 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다. 상기 메모리부(211)의 역할에 대해서는 이하 전력제어부(210)의 기능과 함께 자세히 설명하겠다. 한편, 상기 메모리부(211)를 상기 전력제어부(210)의 내부에 포함된 실시예로 도시하였으나, 상기 전력제어부(210)의 외부에 위치하는 것도 가능함은 자명하다.

상기 전력제어부(210)는 상기 이차전지(121)가 방전할 때 상기 센싱부(220)에서 측정된 이차전지(121)의 전압값 또는 전류값을 이용하여 상기 이차전지(121)의 방전 전력량을 산출한다. 이때, 산출된 방전 전력량 역시 상기 메모리부(211)에 저장된다. 상기 방전 전력량의 산출은 앞서 설명한 암페어 카운팅 기술을 사용하여 산출될 수 있다. 그러나, 본 발명이 상기 방전 전력량의 산출 방법에 제한되는 것은 아니며, 당업자에게 널리 알려진 공지의 다양한 전력량 산출 방법에 의해서 상기 이차전지(121)의 방전 전력량이 산출될 수 있다.

상기 방전 전력량은 반복적으로 이루어지는 상기 이차전지(121)의 충전 및 방전 중에서 가장 마지막에 이루어진 방전 과정에서 산출된 방전 전력량이 될 수 있다. 또한, 상기 방전 전력량은 반복적으로 이루어지는 상기 이차전지(121)의 충전 및 방전 중에서 상기 충전 과정에서 산출된 충전 전력량만큼을 제외한 나머지 방전 전력량이 될 수도 있다.

상기 전력제어부(210)는 상기 센싱부(220)에서 출력된 이차전지의 전압값이 미리 설정한 기준전압값보다 낮은지 판단한다. 이를 위해서 상기 메모리부(211)에는 미리 설정된 기준전압값이 저장되어 있을 수 있다. 또한, 상기 기준전압값은 상기 이차전지(121)의 용량, 사용 환경 등 다양한 특성에 따라서 설정 또는 변경될 수 있는 값이다.

상기 전력제어부(210)는 이차전지의 전압값이 상기 기준전압값보다 낮은 경우, 상기 전력제어부(210)는 보상 전력량을 결정한다. 그리고, 상기 전력제어부(210)는 상기 메모리부(211)에 저장된 방전 전력량에 보상 전력량이 추가된 충전 전력량이 상기 이차전지(121)에 충전되도록 '보상충전제어신호'를 출력한다. 상기 보상충전제어신호는 상술한 전력의 품질 안전화를 위한 충전 제어 신호 및 방전 제어 신호와 다른 성격의 제어 신호이다. 전력의 품질 안전화를 위한 충전 제어 신호 및 방전 제어 신호는 상기 전력생산부(110)에서 생산된 전력량과 상기 전력망(140)에 공급되는 전력량을 기준으로 상기 이차전지(121)를 방전할 것인지 충전할 것인지 판단하여, 상기 이차전지(121)를 제어하는 신호이다. 그러나, 상기 보상충전제어신호는 상기 이차전지(121)의 충전상태를 고려하여 상기 이차전지(121)의 충전량을 제어하는 신호이다. 따라서, 상기 보상충전제어신호를 출력하는 동안, 상기 전력망(140)에 공급되는 총 전력량은 감소할 수도 있다. 그리고, 앞서 도 6를 참조하여 설명하였듯이, 상기 이차전지(121)의 충방전 과정이 반복되면 충전량이 점차적으로 감소한다. 이때, 이차전지(121)의 충전량 감소 현상은 상기 이차전지(121)의 전압 강하 현상을 통해서 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 제어 장치(200)는 감소된 충전량을 보상할 수 있도록 상기 산출된 방전 전력량보다 많은 전력량이 충전되도록 제어한다. 이때 추가되는 전력량이 보상 전력량이다. 그리고, 상기 방전 전력량과 상기 보상 전력량을 합산한 전력량이 충전 전력량이 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전력제어부(130)는 상기 산출된 방전 전력량에 미리 설정된 비율에 따라 상기 보상 전력량을 산출할 수 있다. 상기 미리 설정된 비율은 상기 메모리부(211)에 저장될 수 있으며, 상기 전력제어부(210)는 상기 메모리부(211)에 저장된 비율을 참조하여 보상 전력량을 산출할 수 있다. 보상 전력량이 결정되면, 상기 전력제어부(210)는 보상 전력량이 추가된 충전 전력량에 따라 상기 이차전지(121)가 충전되도록 보상충전제어신호를 출력한다. 한편, 상기 보상 전력을 산출하기 위한 비율은 이차전지의 특성, 사용 환경, 상기 보상 전압값 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 상기 보상 전력량을 산출하기 위한 비율은 상기 이차전지(121)의 충전및 방전 횟수에 따라 증가할 수 있다. 상기 이차전지(121)의 충방전 횟수가 증가하면, 이차전지(121)가 점차적으로 퇴화된다. 상기 이차전지(121)의 퇴화 정도가 증가할 수록 이차전지(121)의 내부 저항이 증가한다. 상기 이차전지(121)의 내부 저항이 증가함에 따라, 이차전지의 충방전 과정에서 손실되는 에너지도 증가한다. 따라서, 손실된 에너지가 증가할 수록 보상 전력량을 증가할 필요가 있다. 이를 위해 상기 보상 전력량을 산출하기 위한 비율은 상기 이차전지(121)의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 보상 전력량은 상기 산출된 방전 전력량에 따라 미리 설정되어 있을 수 있다. 마찬가지로 상기 미리 설정된 보상 전력량은 상기 메모리부(211)에 저장될 수 있으며, 상기 전력제어부(210)는 상기 메모리부(211)에 저장된 보상 전력량을 참조할 수 있다. 그리고, 상기 전력제어부(210)는 보상 전력량이 추가된 충전 전력량에 따라 상기 이차전지(121)가 충전되도록 보상충전제어신호를 출력한다. 한편, 상기 보상 전력량은 이차 전지의 특성, 사용 환경, 상기 보상 전압값 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 상기 미리 설정된 보상 전력량은 상기 이차전지(121)의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명에 따른 제어 장치(200)는 상기 전력생산부(110)가 생산하는 전력량을 고려하여, 상기 보상 충전량을 산출할 수 있다. 즉, 상기 전력생산부(110)가 생산하는 전력량이 상기 전력망(140)이 요구하는 전력량을 충족하고 상기 이차전지(121)를 충전만큼 충분한 전력이 생산되는지, 아니면 상기 전력망(140)에 공급되는 전력량을 줄이고 상기 이차전지(121)를 우선적으로 충전할 것인지 판단할 수 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 제어 장치(200)는, 상기 전력생산부(110)에 포함된 발전기의 회전 속도를 측정하여 발전기회전속도값을 출력하는 RPM측정소자(223)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전력제어부(210)는 상기 RPM측정소자(223)로부터 수신한 발전기회전속도값을 이용하여 상기 전력생산부(110)의 예상 전력 생산량을 산출한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전력제어부(210)는 상기 산출된 예상 전력 생산량에 미리 설정된 비율에 따라 상기 보상 전력량을 산출한다. 상기 미리 설정된 비율은 상기 메모리부(211)에 저장될 수 있으며, 상기 전력제어부(210)는 상기 메모리부(211)에 저장된 비율을 참조하여 보상 전력량을 산출할 수 있다. 그리고, 상기 전력제어부(210)는 산출된 보상 전력량에 따라 보상충전제어신호를 출력할 수 있다.

한편, 상기 미리 설정된 비율은 상기 이차전지(121)의 충방전 횟수에 따라 증가할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 보상 전력량은 상기 산출된 예상 전력 생산량에 따라 미리 설정되어 있다. 상기 미리 설정된 보상 전력량은 상기 메모리부(211)에 저장될 수 있으며, 상기 전력제어부(210)는 상기 메모리부(211)에 저장된 보상 전력량에 따라 보상충전제어신호를 출력할 수 있다.

한편 본 발명에 따른 제어 장치(200)는, 상기 전력생산부(110)에 생산된 전력량을 측정하여 생산전력량값을 출력하는 전력량측정소자(224)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전력제어부(210)는 상기 측정된 생산전력량값에 미리 설정된 비율에 따라 상기 보상 전력량을 산출한다. 상기 미리 설정된 비율은 상기 메모리부(211)에 저장될 수 있으며, 상기 전력제어부(210)는 상기 메모리부(211)에 저장된 비율을 참조하여 보상 전력량을 산출할 수 있다. 그리고, 상기 전력제어부(210)는 산출된 보상 전력량에 따라 보상충전제어신호를 출력할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 보상 전력량은 상기 측정된 생산전력량값에 따라 미리 설정되어 있다. 상기 미리 설정된 보상 전력량은 상기 메모리부(211)에 저장될 수 있으며, 상기 전력제어부(210)는 상기 메모리부(211)에 저장된 보상 전력량에 따라 보상충전제어신호를 출력할 수 있다.

상기 메모리부(211)에는 보상 전력량 결정 방식에 따른 값을 저장된다. 이때, 보상 전력량을 비율에 따라 산출되는 방식인 경우 비율값이, 보상 전력량이 미리 설정된 값인 경우 전력량값이 저장된다. 또한, 이차 전지의 충방전 횟수에 따라 보상 전력량이 증가하는 경우, 이차 전지의 충방전 횟수에 따른 비율값 또는 보상 전력량값이 룩업 테이블 형식으로 저장될 수 있다.

상기 전력제어부(210)는 앞서 설명된 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 전력제어부(210)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 여기서, 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 메모리는 상기 메모리부(211)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.

이하에서는 상술한 장치의 동작 메커니즘에 해당하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법을 개시한다. 다만, 앞서 설명된 제어 장치(200)에 포함된 구성 요소에 대해서는 반복적인 설명을 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법의 흐름을 순차적으로 도시한 순서도이다.

먼저, 단계 S400에서 상기 메모리부(211)에 기준전압값 및 보상 전력량 결정 방식에 따른 값을 저장한다. 상기 보상 전력량 결정 방식에 따른 값이란, 보상 전력량이 방전 전력량에 대한 비율로 산출되는 경우 상기 비율값이며, 보상 전력량이 미리 설정된 경우 상기 미리 설정된 보상 전력량값을 의미한다는 것은 이미 상술하였다. 또한, 보상 전력량이 상기 전력생산부(110)의 예상 전력 생산량 또는 생산전력량값에 대한 비율로 산출되는 경우 상기 비율값이며, 상기 전력생산부(110)의 예상 전력 생산량 또는 생산전력량값에 대해 보상 전력량이 미리 설정된 경우 상기 미리 설정된 보상 전력량값을 의미한다는 것은 이미 상술하였다.

다음, 단계 S410에서 상기 센싱부(110, 120)에서 상기 이차전지(121)가 충전및 방전하는 동안 이차전지의 전압 및 전류를 측정한다. 그리고, 상기 센싱부(220)는 측정된 전압값 및 전류값에 대응하는 신호를 상기 전력제어부(210)측으로 출력한다. 그러면 상기 전력제어부(130)는 수신한 이차전지의 전압값과 전류값을 상기 메모리부(211)에 저장한다.

다음, 단계 S420에서 상기 전력제어부(210)는 상기 메모리부(211)에 저장된 전압값 및 전류값을 이용하여 이차전지의 방전 전력량을 산출한다. 이때 산출된 이차전지의 방전 전력량은 상기 메모리부(150)에 저장될 수 있다.

한편, 도 7에 도시된 순서도에서는 이차전지의 전압값 및 전류값을 수신한 이후에 이차전지의 방전 전력량을 산출하는 실시예를 도시하였다. 그러나, 상기 전력제어부(130)가 상기 이차전지의 충전 및 방전이 이루어지는 동안 방전 전력량을 실시간으로 산출하는 실시예도 가능하며, 이 정도의 변경은 당업자라면 누구든지 용이하게 변경할 수 있는 정도에 지나지 않는다.

다음 단계 S430에서, 상기 전력제어부(130)는 이차전지의 전압값이 보상 전압값보다 작은 값인지 판단한다. 만약 상기 이차전지의 전압값이 기준전압값보다 크다면(단계 S430의 NO), 상기 전력제어부(130)는 충전량을 보상할 필요가 없다고 판단한다. 따라서, 상기 프로세스를 종료한다.

반면, 상기 이차전지의 전압값이 기준전압값보다 작다면(단계 S430의 YES), 상기 전력제어부(210)는 충전량을 보상할 필요가 있다고 판단한다. 따라서, 단계 S440으로 프로세스를 이행한다.

단계 S440에서 상기 전력제어부(210)는 보상 전력량 결정 방식에 따라 보상 전력량을 결정한다. 본 발명에 따른 실시예에 따라, 상기 단계 S440은 미리 설정된 보상 전력량을 상기 메모리부(211)로부터 획득하여 보상 전력량을 결정할 수 있다. 보상 전력량을 결정하는 방식은 본 발명에 따른 제어 장치(200)에서 상세히 설명하였으므로 반복적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 단계 S440에서 보상 전력량이 결정되면, 상기 전력제어부(130)는 단계 S450에서 상기 방전 전력량과 보상 전력량을 합산하여 충전 전력량을 결정한다. 그리고, 상기 충전 전력량이 상기 이차전지(121)에 충전되도록 보상충전제어신호를 출력한다.

본 발명에 따르면, 이차전지의 충전량을 보상하여 이차전지의 충방전 사이클이 증가함에 따라 충전량이 점차 감소하는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 이차 전지를 운영함에 있어서 이차전지가 만방전되었을 때 이차전지의 사용을 중단하고 충전량을 보상해주는 비효율적인 운영보다, 이차전지의 전압값이 기준전압값에 도달할 때마다 충전량을 보상하기 때문에 효율적인 이차전지의 충전 제어가 가능하다. 또한, 이차전지의 충전 상태를 발전 시스템의 특성에 맞게 최적의 상태로 유지할 수 있으며, 이차전지의 퇴화 속도를 늦출 수 있다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 5에 도시된 본 발명에 제어 장치(200)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 풍력 발전 시스템 110 : 전력생산부
120 : 전력저장부 121 : 이차전지
130 : 전력제어부 140 :전력망
150 : 전력라인 200 : 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치
210 : 전력제어부 220 : 센싱부
221 : 메모리부 223 : RPM측정소자
224 : 전력량측정소자 300 : 풍력 발전 시스템

Claims

신 재생 에너지에 의해 전력을 생산하도록 구성된 발전기를 포함하는 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나, 저장된 전력을 방전하는 전력저장부에 포함된 이차전지의 전압 및 전류를 측정하여 전압값 및 전류값을 출력하는 센싱부; 및
상기 전력생산부에서 생산된 전력 중 일부를 상기 전력저장부에 저장하고 나머지는 전력망에 공급되도록 충전 제어 신호를 출력하거나, 상기 전력저장부에 저장된 전력을 방전하여 상기 전력생산부에서 생산된 전력과 함께 상기 전력망에 공급되도록 방전 제어 신호를 출력하는 전력제어부;를 포함하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치에 있어서,
상기 전력제어부는, 상기 이차전지가 방전할 때 상기 센싱부에서 측정된 이차전지의 전압값 또는 전류값을 이용하여 상기 이차전지의 방전 전력량을 산출하고, 상기 이차전지의 전압값이 미리 설정된 기준전압값보다 낮은 경우 상기 산출된 방전 전력량에 보상 전력량이 추가된 충전 전력량이 상기 이차전지에 충전되도록 보상충전제어신호를 출력하고,
상기 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 상기 전력생산부에 포함된 발전기의 회전 속도를 측정하여 발전기회전속도값을 출력하는 RPM측정소자를 더 포함하며,
상기 전력제어부는, 상기 발전기회전속도값을 이용하여 산출된 상기 전력생산부의 예상 전력 생산량에 따라 상기 보상 전력량을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 전력생산부는, 태양광 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 수력 발전, 조력 발전, 파력 발전 및 해양온도차 발전 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 방식으로 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 산출된 예상 전력 생산량에 미리 설정된 비율에 따라 상기 전력제어부에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 미리 설정된 비율은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 산출된 예상 전력 생산량에 따라 미리 설정된 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제6항에 있어서,
상기 미리 설정된 보상 전력량은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
신 재생 에너지에 의해 전력을 생산하도록 구성된 발전기를 포함하는 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나, 저장된 전력을 방전하는 전력저장부에 포함된 이차전지의 전압 및 전류를 측정하여 전압값 및 전류값을 출력하는 센싱부; 및
상기 전력생산부에서 생산된 전력 중 일부를 상기 전력저장부에 저장하고 나머지는 전력망에 공급되도록 충전 제어 신호를 출력하거나, 상기 전력저장부에 저장된 전력을 방전하여 상기 전력생산부에서 생산된 전력과 함께 상기 전력망에 공급되도록 방전 제어 신호를 출력하는 전력제어부;를 포함하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치에 있어서,
상기 전력제어부는, 상기 이차전지가 방전할 때 상기 센싱부에서 측정된 이차전지의 전압값 또는 전류값을 이용하여 상기 이차전지의 방전 전력량을 산출하고, 상기 이차전지의 전압값이 미리 설정된 기준전압값보다 낮은 경우 상기 산출된 방전 전력량에 보상 전력량이 추가된 충전 전력량이 상기 이차전지에 충전되도록 보상충전제어신호를 출력하고,
상기 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치는, 상기 전력생산부에 생산된 전력량을 측정하여 생산전력량값을 출력하는 전력량측정소자를 더 포함하며,
상기 전력제어부는, 상기 생산전력량값에 따라 상기 보상 전력량을 결정하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 생산전력량값에 미리 설정된 비율에 따라 상기 전력제어부에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 미리 설정된 비율은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 생산전력량값에 따라 미리 설정된 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제11항에 있어서,
상기 미리 설정된 보상 전력량은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 산출된 방전 전력량에 미리 설정된 비율에 따라 상기 전력제어부에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제13항에 있어서,
상기 미리 설정된 비율은, 상기 이차 전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 산출된 방전 전력량에 따라 미리 설정된 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제15항에 있어서,
상기 미리 설정된 보상 전력량은, 상기 이차 전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 기준전압값을 저장하는 메모리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 이차전지의 충전 및 방전 제어 장치;
신 재생 에너지에 의해 전력을 생산하도록 구성된 발전기를 포함하는 전력생산부; 및
상기 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나, 저장된 전력을 방전하는 전력저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신 재생 에너지 발전 시스템.
제18항에 있어서,
상기 전력생산부에서 생산된 전력 또는 전력저장부에서 출력된 전력을 요구되는 전압값, 전류값, 주파수 또는 파형으로 변환하는 전력변화부; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신 재생 에너지 발전 시스템.
신 재생 에너지에 의해 생산된 전력을 전력망에 공급하는데 있어서 전력의 품질 안정화를 위해 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나 저장된 전력을 방전하는 전력저장부에 포함된 이차전지의 충전 및 방전을 제어하는 방법에 있어서,
(a) 상기 이차전지가 방전할 때 수신된 상기 이차전지의 전압값 또는 전류값을 이용하여 상기 이차전지의 방전 전력량을 산출하는 단계;
(a') 상기 전력생산부에 포함된 발전기의 회전 속도를 측정한 발전기회전속도값을 수신하는 단계; 및
(b) 수신된 이차전지의 전압값이 미리 설정된 기준전압값보다 낮은 경우, 상기 산출된 방전 전력량에 보상 전력량이 추가된 충전 전력량이 상기 이차전지에 충전되도록 보상충전제어신호를 출력하는 단계;를 포함하며,
상기 (b)단계는, 상기 발전기회전속도값을 이용하여 산출된 상기 전력생산부의 예상 전력 생산량에 따라 상기 보상 전력량을 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
삭제
제20항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 산출된 예상 전력 생산량에 미리 설정된 비율에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제22항에 있어서,
상기 미리 설정된 비율은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제20항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 산출된 예상 전력 생산량에 따라 미리 설정된 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제24항에 있어서,
상기 미리 설정된 보상 전력량은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
신 재생 에너지에 의해 생산된 전력을 전력망에 공급하는데 있어서 전력의 품질 안정화를 위해 전력생산부에서 생산된 전력의 일부를 저장하거나 저장된 전력을 방전하는 전력저장부에 포함된 이차전지의 충전 및 방전을 제어하는 방법에 있어서,
(A) 상기 이차전지가 방전할 때 수신된 상기 이차전지의 전압값 또는 전류값을 이용하여 상기 이차전지의 방전 전력량을 산출하는 단계;
(A') 상기 전력생산부에 생산된 전력량을 측정한 생산전력량값을 수신하는 단계; 및
(B) 수신된 이차전지의 전압값이 미리 설정된 기준전압값보다 낮은 경우, 상기 산출된 방전 전력량에 보상 전력량이 추가된 충전 전력량이 상기 이차전지에 충전되도록 보상충전제어신호를 출력하는 단계;를 포함하며,
상기 (B)단계는, 상기 생산전력량값에 따라 상기 보상 전력량을 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제26항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 생산전력량값에 미리 설정된 비율에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제27항에 있어서,
상기 미리 설정된 비율은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제26항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 생산전력량값에 따라 미리 설정된 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제29항에 있어서,
상기 미리 설정된 보상 전력량은, 상기 이차전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제20항에 있어서,
상기 (b)단계는, 상기 산출된 방전 전력량에 미리 설정된 비율에 따라 상기 보상 전력량을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제31항에 있어서,
상기 미리 설정된 비율은, 상기 이차 전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제20항에 있어서,
상기 보상 전력량은, 상기 산출된 방전 전력량에 따라 미리 설정된 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제33항에 있어서,
상기 미리 설정된 보상 전력량은, 상기 이차 전지의 충방전 횟수에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.
제20항에 있어서,
상기 기준전압값을 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 충전 및 방전 제어 방법.