KR101648239B1 - 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 돌입전류로부터 배터리 셀과 BMS(Battery Management Systems)를 보호하기 위해 배터리 팩을 순차적으로 병렬 연결하여 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 BMS는 적어도 3 개의 배터리 팩의 전압을 센싱 후 전압 차가 낮은 배터리 팩부터 순차적으로 병렬 연결하여 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법을 개시한다.

Description

돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법{Energy storage device and method for decreasing rush current}
본 발명은 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
ESS(Energy Storage System)와 같은 대형 에너지 저장 장치는 구동전압의 유지 및 효율적인 에너지 출력을 위해, 수십~수백 개의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 다수의 배터리 팩을 구성하고, 각 배터리 팩을 병렬로 연결하여 사용한다.
여기서, 어느 하나의 배터리 팩을 그리드에서 제거 후 재연결하는 경우, 연결되어 있는 배터리 팩과 연결하려는 배터리 팩 사이에 전위차가 존재하면 배터리 팩 사이의 전위차를 줄이기 위해 돌입전류(Rush Current)가 발생하게 된다.
상기 돌입전류로 인해 BMS(Battery Management Systems) 또는 배터리 셀이 파괴될 수 있다. 따라서 다수의 배터리 팩은 안정성과 수명향상, 그리고 고출력을 얻기 위해 돌입전류를 최소화시킬 필요가 있다.
본 발명은 돌입전류(Rush Current)로부터 배터리 셀과 BMS(Battery Management Systems)를 보호하기 위해 배터리 팩을 순차적으로 병렬 연결하여 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치는 적어도 3개의 배터리 팩; 상기 적어도 3개의 배터리 팩이 병렬 연결되는 그리드; 상기 적어도 3개의 배터리 팩과 상기 그리드를 전기적으로 연결하거나 차단하는 스위치; 및 상기 적어도 3개의 배터리 팩, 및 상기 스위치를 제어하는 BMS(Battety Management Systems)를 포함하고, 상기 그리드에 상기 적어도 3개의 배터리 팩을 연결하는 경우, 전압차이가 낮은 배터리 팩부터 순차적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치.
상기 적어도 3개의 배터리 팩 각각은 직렬로 연결된 다수의 배터리 셀, 전압센서, 및 전류센서를 포함할 수 있다.
상기 BMS는 적어도 3개의 팩 BMS, 및 시스템 BMS를 포함할 수 있다.
상기 적어도 3개의 팩 BMS 각각은 상기 적어도 3개의 배터리 팩 각각의 전압, 및 전류를 입력받아 상기 시스템 BMS에 전달하고, 상기 시스템 BMS에서 상기 스위치를 온오프하는 제어 신호를 받아 상기 스위치의 온오프를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치는 상기 시스템 BMS는 상기 적어도 3개의 팩 BMS에서 상기 적어도 3개의 배터리 팩의 전압, 및 전류를 전달받아 상기 스위치의 온오프를 직접 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 돌입 전류를 저감하는 방법은 상기 적어도 3개의 배터리 팩의 연결을 모두 차단하는 전체 스위치 턴오프 단계; 연결이 차단된 상기 적어도 3개의 배터리 팩 각각의 전압, 및 전류를 안정화시키기 위해 제 1 시간을 유지하는 제 1 시간 유지 단계; 상기 제 1 시간 유지 단계를 거친 후 상기 적어도 3개의 배터리 팩 각각의 전압을 측정하는 전체 배터리 팩 전압 측정 단계; 상기 전체 배터리 팩 전압 측정 단계를 거친 후 상기 적어도 3개의 배터리 팩 중 임의의 제 1 배터리 팩을 연결하는 제 1 배터리 팩 연결 단계; 상기 제 1 배터리 팩과의 전압 차가 가장 작은 제 2 배터리 팩을 연결하는 제 2 배터리 팩 연결 단계; 적어도 2 개의 배터리 팩이 연결된 상태에서, 추가적으로 차단되었던 배터리 팩을 더 연결하기 전에 상기 적어도 2 개의 배터리 팩들 사이의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 제 2 시간을 유지하는 제 2 시간 유지 단계; 및 상기 제 2 시간 유지 단계를 다시 거친 후 상기 제 2 배터리 팩과의 전압 차가 가장 작은 제 3 배터리 팩을 연결하는 제 3 배터리 팩 연결 단계를 포함한다.
상기 제 2 배터리 팩 연결 단계는 상기 제 1 배터리 팩과의 전압 차가 절댓값으로 가장 작은 상기 제 2 배터리 팩을 연결할 수 있다.
상기 제 2 시간 유지 단계는 상기 적어도 3개의 배터리 팩의 구조 및 결선에 따라 다르게 시간을 설정할 수 있다.
상기 제 2 시간 유지 단계는 연결된 적어도 2개의 배터리 팩의 전류량이 10A 보다 작게 되는 시간을 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 돌입 전류를 저감하는 방법은 상기 적어도 2개의 배터리 팩의 연결을 모두 차단하는 전체 스위치 턴오프 단계; 연결이 차단된 상기 적어도 2개의 배터리 팩 각각의 전압, 및 전류를 안정화시키기 위해 제 1 시간을 유지하는 제 1 시간 유지 단계; 상기 제 1 시간 유지 단계를 거친 후 상기 적어도 2개의 배터리 팩 각각의 전압을 측정하는 전체 배터리 팩 전압 측정 단계; 상기 전체 배터리 팩 전압 측정 단계를 거친 후 연결이 차단된 상기 적어도 2개의 배터리 팩 중 최저 전압을 갖는 배터리 팩을 연결하는 최저 전압 배터리 팩 연결 단계; 및 상기 적어도 2개의 배터리 팩이 연결되었는지 판단하는 전체 배터리 팩 연결 판단 단계를 포함한다.
상기 적어도 2개의 배터리 팩의 개수가 3개 이상일 경우, 상기 적어도 2개의 배터리 팩들 간의 돌입 전류를 저감하는 방법에 있어서, 상기 전체 배터리 팩 연결 판단 단계에서 상기 적어도 2개의 배터리 팩 이 모두 연결되어 있지 않다고 판단하면, 차단되었던 배터리 팩을 더 연결하기 전에 이미 연결된 배터리 팩들 사이의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 제 2 시간을 유지하는 제 2 시간 유지 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 시간 유지 단계는 상기 적어도 2개의 배터리 팩의 구조 및 결선에 따라 다르게 시간을 설정할 수 있다.
상기 제 2 시간 유지 단계는 상기 이미 연결된 배터리 팩의 전류량이 10A 보다 작게 되는 시간을 유지할 수 있다.
본 발명은, 배터리 팩 연결 시 별도의 스위치 및 저항체 없이 안정적으로 돌입전류를 감소 시킬 수 있으며, 별도의 스위치 및 저항체를 사용해서 연결하는 경우보다 배터리 팩의 연결 시간이 짧아진다.
도 1은 일반적인 ESS를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 BMS가 스위치의 온오프를 제어하여 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템 BMS가 스위치의 온오프를 제어하여 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌입 전류를 저감하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌입 전류를 저감하는 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 일반적인 ESS를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 ESS(Energy Storage System)(1000)은 에너지 변환장치(110), 최대 전력점 추종 컨버터(120), DC(Direct Current) 링크(130), 양방향 인버터(140), 부하(150), 계통 연계기(160), 전력 계통(170), 양방향 컨버터(180), 통합 제어기(190), 배터리 팩(210) 및 BMS(240)를 포함한다.
상기 에너지 변환장치(110)는 태양, 바람, 물 및 지열 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 의미한다. 좀 더 구체적으로, 상기 에너지 변환장치(110)는 태양 전지, 풍력 발전기 및 그 등가물로부터 얻어지는 전기 에너지로 변환하는 장치일 수 있다. 이하의 설명에서는 상기 에너지 변환장치(110)로서 태양 전지를 예로 든다.
상기 최대 전력점 추종 컨버터(120)는 상기 에너지 변환장치(110)로부터 최대 전력을 추출하고, 이를 다른 레벨의 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 예를 들면, 태양 전지의 출력은 일사량과 표면 온도에 따라 비선형적으로 변한다. 이러한 현상은 태양 전지의 발전 효율을 저하시키는 주요 요인이다. 상기 최대 전력점 추종 컨버터(120)는 일사량과 태양 전지의 표면 온도에 따라 비선형적으로 변하는 태양 전지의 동작점이 항상 최대 전력점에서 동작하도록 한다. 더불어, 이와 같이 최대 전력점에서 추출된 직류 전원은 다른 레벨의 직류 전원으로 변환된 후, DC 링크(130)에 제공된다.
상기 DC 링크(130)는 최대 전력점 추종 컨버터(120)로부터 제공된 직류 전압을 일시적으로 저장한다. 상기 DC 링크(130)는 실질적으로 대용량의 커패시터일 수 있다. 따라서, 상기 DC 링크(130)는 최대 전력점 추종 컨버터(120)로부터 출력되는 직류 전원으로부터 교류 성분을 제거하여 안정된 직류 전원을 저장한다. 더불어, 상기 DC 링크(130)는 하기할 양방향 인버터(140) 또는 양방향 컨버터(180)로부터 제공되는 직류 전압도 안정화시켜 일시 저장한다.
상기 양방향 인버터(140)는 DC 링크(130)로부터 제공되는 직류 전원을 상용 교류 전원으로 변환하여 출력한다. 실질적으로, 상기 양방향 인버터(140)는 에너지 변환장치(110) 또는 배터리 팩(210)로부터의 직류 전압을 가정(home)에서 사용할 수 있는 상용 교류 전압으로 변환하여 출력한다. 또한, 상기 양방향 인버터(140)는 전력 계통(170)으로부터 제공되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 DC 링크(130)에 제공한다. 물론, 상기 DC 링크(130)에 저장된 전원은 양방향 컨버터(180)를 통하여 배터리 팩(210)에 제공된다.
상기 부하(150)는 상용 교류 전압을 사용하는 가정 또는 산업 시설일 수 있다. 상기 부하(150)는 에너지 변환장치(110), 배터리 팩(210) 또는 전력 계통(170)으로부터 상용 교류 전원을 인가받는다.
상기 계통 연계기(160)는 양방향 인버터(140)와 전력 계통(170)을 연결한다. 예를 들면, 상기 계통 연계기(160)는 전압 변동 범위를 조절하고, 고주파를 억제하며, 직류 성분 등을 제거하여 양방향 인버터(140)의 교류 전원을 전력 계통(170)에 제공하거나, 또는 상기 전력 계통(170)의 교류 전원을 양방향 인버터(140)에 제공한다.
상기 전력 계통(170)(電力系統, electric power system)은 전력 회사 또는 발전 회사에서 제공하는 교류 전원 시스템이다. 예를 들면, 상기 전력 계통(170)은 발전소, 변전소, 송전선을 포함하여 넓은 지역에 형성되어 있는 전기적인 연계(連繫)이다.
상기 양방향 컨버터(180)는 DC 링크(130)로부터의 직류 전원을 배터리 팩(210)에 적합한 다른 레벨의 직류 전원으로 변환한다. 반대로, 상기 양방향 컨버터(180)는 배터리 팩(210)의 직류 전원을 DC 링크(130)에 적합한 다른 레벨의 직류 전원으로 변환한다. 상기 양방향 컨버터(180)는 단일 구조로 형성될 수 있으며, 또한 비절연형 또는 절연형일 수 있다.
상기 통합 제어기(190)는 최대 전력점 추종 컨버터(120), 양방향 인버터(140), 계통 연계기(160) 및 양방향 컨버터(180) 등을 감시 및 제어한다. 또한, 상기 통합 제어기(190)는 BMS(240)과 통신하여, 상기 BMS(240)을 감시하기도 한다. 실질적으로 상기 통합 제어기(190)는 최대 전력점 추종 컨버터(120), 양방향 인버터(140), 계통 연계기(160) 및 양방향 컨버터(180)로부터 전압, 전류 및 온도를 각각 센싱하고, 상기 최대 전력점 추종 컨버터(120), 양방향 인버터(140), 계통 연계기(160) 및 양방향 컨버터(180)를 각각 제어할 수 있다. 더불어, 상기 통합 제어기(190)는 부하(150)와 계통 연계기(160) 사이에 설치된 차단기(155)를 위급한 상황에서 차단할 수도 있다.
상기 배터리 팩(210)은 충전과 방전이 가능한 이차 전지일 수 있다. 예를 들면, 상기 배터리 팩(210)은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 및 그 등가물이 가능하며, 여기서 그 배터리 팩(210)의 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 BMS(240)은 배터리 팩(210)의 상태를 최적으로 유지 및 관리한다. 예를 들면, 상기 BMS(240)은 배터리 팩(210)의 전압, 전류 및 온도를 모니터링하고, 이상 발생시 사용자에게 경고를 한다. 더불어, 상기 BMS(240)은 배터리 팩(210)의 SOC(State Of Charge) 및 SOH(State Of Health)를 계산하고, 각 배터리의 전압 또는 용량이 동일해지도록 하는 셀 밸런싱(cell balancing)을 수행하며, 배터리 팩(210)의 과열 방지를 위해 냉각팬(미도시)을 제어한다.
이하에서는 본 발명에 따른 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법을 설명한다.
도 2는 및 도 3은 본 발명에 따른 돌입 전류를 최소화하는 에너지 저장 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 돌입 전류를 최소화하는 에너지 저장 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 3개의 배터리 팩(210), 상기 적어도 3개의 배터리 팩(210)이 병렬 연결되는 그리드(220), 상기 적어도 3개의 배터리 팩 (210)과 상기 그리드(220)를 전기적으로 연결하거나 차단하는 스위치(230), 및 상기 적어도 3개의 배터리 팩(210), 및 상기 스위치(230)를 제어하는 BMS(Battery Management Systems)(240)를 포함한다.
상기 적어도 3개의 배터리 팩(210) 각각은 직렬로 연결된 다수의 배터리 셀(211), 전압센서(212), 전류센서(213) 및 퓨즈(214)를 포함한다.
상기 배터리 셀(211)은 상기 적어도 3개의 배터리 팩(210) 내부에 직렬로 배치되며, 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있다.
상기 전압센서(212)는 배터리 셀(211) 양극 및 음극에 각각 연결되어, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀(211) 전체의 전압을 측정하여 BMS(240)에 전달한다.
상기 전류센서(213)는 배터리 셀(211) 양극에 연결되어, 직렬 연결된 다수의 배터리 셀(211) 전체의 전류를 측정하여 BMS(240)에 전달한다.
상기 퓨즈(214)는 배터리 셀(211)의 양극 및 음극에 각각 연결되어, 배터리 셀(211)을 과전류 및 과전압에 의한 손상에서 보호한다.
상기 그리드(220)에는 적어도 3개의 배터리 팩(210)이 병렬 연결된다. 여기서, 상기 그리드(220)는 상기 적어도 3개의 배터리 팩(210)에 충방전의 경로를 제공한다.
상기 스위치(230)는 상기 적어도 3개의 배터리 팩(210)에 각각, 그리드(220), 및 BMS(240)에 연결되어 있어, 상기 스위치(230)는 상기 BMS(240)에서 제어신호를 전달받아 상기 적어도 3개의 배터리 팩(210)과 그리드(220)를 전기적으로 연결하거나 차단한다.
상기 BMS(240)는 적어도 3개의 팩 BMS(241), 및 시스템 BMS(242)를 포함한다.
상기 적어도 3개의 상기 팩 BMS(241)는 일측에 상기 적어도 3개의 배터리 팩(210) 각각에 연결되어, 상기 적어도 3개의 배터리 팩(210)의 전압센서(212)에서 전압을, 전류센서(213)에서 전류를 각각 입력받아 타측에 연결된 시스템 BMS(242)에 전달한다.
상기 시스템 BMS(242)는 연결되어 있는 팩 BMS(241)에서 배터리 팩(210)의 전압, 및 전류를 전달받는다.
여기서, 상기 시스템 BMS(242)는 시스템 BMS(242)에 연결된 적어도 3개의 팩 BMS(241)에 스위치(230) 온오프를 순차적으로 제어하는 신호를 전달하여, 상기 팩 BMS(241)가 팩 BMS(241)에 연결된 스위치(230) 온오프를 순차적으로 제어할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 시스템 BMS(242)는 스위치(230)에 직접 연결되어 있어 스위치(230) 온오프를 순차적으로 제어할 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 돌입 전류를 최소화하는 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌입 전류를 최소화하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 돌입 전류를 최소화하는 방법은 도 4를 참조하면, 배터리 팩의 연결을 모두 차단하는 전체 스위치 턴오프 단계(S11), 연결이 차단된 배터리 팩 각각의 전압, 및 전류를 안정화시키기 위해 제 1 시간을 유지하는 제 1 시간 유지 단계(S12), 상기 제 1 시간 유지 단계를 거친 후 상기 배터리 팩 각각의 전압을 측정하는 전체 배터리 팩 전압 측정 단계(S13), 상기 전체 배터리 팩 전압 측정 단계를 거친 후 상기 배터리 팩 중 임의의 제 1 배터리 팩을 연결하는 제 1 배터리 팩 연결 단계(S14), 상기 제 1 배터리 팩과의 전압 차가 가장 작은 제 2 배터리 팩을 연결하는 제 2 배터리 팩 연결 단계(S15), 적어도 2 개의 배터리 팩이 연결된 상태에서, 추가적으로 차단되었던 상기 배터리 팩을 더 연결하기 전에 상기 적어도 2 개의 배터리 팩들 사이의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 제 2 시간을 유지하는 제 2 시간 유지 단계(S16); 및 상기 제 2 시간 유지 단계를 다시 거친 후 제 n 배터리 팩(또는, 제 3 배터리 팩)을 연결하는 제 n 배터리 팩(또는, 제 3 배터리 팩) 연결 단계(S17)를 포함한다.
상기 전체 스위치 턴오프 단계(S11)는, 수리, 교환을 위해 상기 배터리 팩(210)을 그리드(220)에서 제거 후 재연결하는 경우, 상기 그리드(220)와 모든 배터리 팩(210)의 연결을 차단하기 위해, 상기 스위치(230) 전체를 턴오프 한다.
상기 제 1 시간 유지 단계(S12)는 상기 그리드(220)에서 연결 차단된 배터리 팩(210) 각각의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 일정 시간 유지를 한다. 여기서 상기 제 1 시간 유지 단계(S12)의 유지 시간은 배터리 팩(210)의 전압, 전류, 구조, 및 결선에 따라 설정 가능하다.
상기 전체 배터리 팩 전압 측정 단계(S13)는 상기 전압센서(212)가 제 1 시간 유지 단계(S12)를 거친 배터리 팩(210) 각각의 전압을 측정하여 BMS(240)로 전달한다.
상기 제 1 배터리 팩 연결 단계(S14)는 상기 BMS(240)가 상기 전체 배터리 팩 전압 측정 단계(S13)에서 전압이 측정된 배터리 팩(210) 중에 임의의 제 1 배터리 팩(110a)을 선택하여 스위치(230)를 통해 상기 그리드(220)에 연결한다.
상기 제 2 배터리 팩 연결 단계(S15)는 상기 BMS(240)가 제 1 배터리 팩(110a)과의 전압 차가 +/- 상관없이 절댓값으로 가장 작은 제 2 배터리 팩(110b)을 선택하여 스위치(230)를 통해 그리드(220)에 연결한다.
상기 제 2 시간 유지 단계(S16)는 상기 BMS(240)가 적어도 2 개의 배터리 팩(210a, 210b, ……210n-1)이 연결된 상태에서, 추가적으로 차단되었던 배터리 팩(210n)을 더 연결하기 전에 적어도 2 개의 배터리 팩(210a, 210b, ……210n-1) 사이의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 일정 시간 유지를 한다. 여기서 상기 제 2 시간 유지 단계(S16)의 유지 시간은 배터리 팩(210)의 전압, 전류, 구조, 및 결선에 따라 설정 가능하며, 여러 실험 결과 200~300msec 수준이 바람직하다. 그러나 본 발명이 이러한 상기 제 2 시간 유지 단계(S16)의 유지 시간을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 2 시간 유지 단계(S16)는 연결된 상기 적어도 2개의 배터리 팩(210a, 210b, ……210n-1)의 전류량이 10A 보다 작게 되는 시간을 유지할 수 도 있다.
상기 제 n 배터리 팩 연결 단계(S18)는 상기 BMS(240)가 이미 연결된 상기 적어도 2 개의 배터리 팩(210a, 210b, ……210n-1) 사이의 안정된 전압과 전압 차가 +/- 상관없이 절댓값으로 가장 작은 제 n 배터리 팩(210n)을 선택하여 스위치(230)를 통해 그리드(220)에 연결한다.
본 발명의 일실시예에 따른 돌입전류를 최소화하는 방법은, 임의의 제 1 배터리 팩과 전압차이가 낮은 배터리 팩부터 순차적으로 연결하면서 제 2 시간을 유지하므로, 별도의 스위치 및 저항체를 사용해서 연결하는 경우보다 안정적으로 돌입전류를 감소 시킬 수 있고, 그에 따른 배터리 팩의 연결 시간이 짧아진다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌입 전류를 최소화하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 돌입 전류를 최소화하는 방법은 도 5를 참조하면, 배터리 팩의 연결을 모두 차단하는 전체 스위치 턴오프 단계(S21), 연결이 차단된 배터리 팩 각각의 전압, 및 전류를 안정화시키기 위해 제 1 시간을 유지하는 제 1 시간 유지 단계(S22), 상기 제 1 시간 유지 단계를 거친 후 상기 배터리 팩 각각의 전압을 모두 측정하는 전체 배터리 팩 전압 측정 단계(S23), 상기 전체 배터리 팩 전압 측정 단계를 거친 후 연결이 차단된 상기 전체 배터리 팩 중 최저 전압을 갖는 배터리 팩을 연결하는 최저 전압 배터리 팩 연결 단계(S24), 상기 전체 배터리 팩이 연결되었는지 판단하는 전체 배터리 팩 연결 판단 단계(S25), 및 상기 전체 배터리 팩 연결 판단 단계에서 전체 배터리 팩이 연결되어 있지 않다고 판단되면, 상기 전체 배터리 팩 연결 판단 단계에서 전체 배터리 팩이 연결되어 있지 않다고 판단하면, 적어도 2 개의 배터리 팩이 연결된 상태에서, 추가적으로 차단 되었던 상기 배터리 팩을 더 연결하기 전에 상기 적어도 2 개의 배터리 팩들 사이의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 제 2 시간을 유지하는 제 2 시간 유지 단계를(S26)를 포함한다.
상기 전체 스위치 턴오프 단계(S21)는, 수리, 교환을 위해 상기 배터리 팩(210)을 그리드(220)에서 제거 후 재연결하는 경우, 상기 그리드(220)와 배터리 팩(210)의 연결을 차단하기 위해, 스위치(230) 전체를 턴오프 한다.
상기 제 1 시간 유지 단계(S22)는 상기 그리드(220)에서 연결 차단된 배터리 팩(210) 각각의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 일정 시간 유지를 한다. 여기서 상기 제 1 시간 유지 단계(S22)의 유지 시간은 배터리 팩(210)의 전압, 전류, 구조, 및 결선에 따라 설정 가능하다.
상기 전체 배터리 팩 전압 측정 단계(S23)는 상기 전압센서(212)가 상기 제 1 시간 유지 단계(S22)를 거친 배터리 팩(210) 각각의 전압을 측정하여 BMS(240)로 전달한다.
상기 최저 전압 배터리 팩 연결 단계(S24)는 상기 BMS(240)가 그리드(220)와 연결이 차단된 배터리 팩(210) 중 최저 전압을 가지는 최저 전압 배터리 팩을 선택하여 스위치(230)를 통해 그리드(220)에 연결한다. 여기서 상기 최저 전압 배터리 팩은 그리드(220)에 연결된 배터리 팩은 제외되어 선택된다.
상기 전체 배터리 팩 연결 판단 단계(S25)는 상기 BMS(240)가 배터리 팩(210)이 스위치(230)를 통해 그리드(220)에 모두 연결되어 있는지를 판단한다.
상기 제 2 시간 유지 단계(S26)는 상기 BMS(240)가 상기 전체 배터리 팩(210) 연결 판단 단계(S25)에서 전체 배터리 팩(210)이 스위치(230)를 통해 그리드(220)에 연결되어 있지 않다고 판단하면, 상기 BMS(240)가 적어도 2 개의 배터리 팩(210a, 210b, ……210n-1)이 연결된 상태에서, 추가적으로 차단되었던 배터리 팩(210n)을 더 연결하기 전에 적어도 2 개의 배터리 팩(210a, 210b, ……210n-1) 사이의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 일정 시간 유지를 한다. 여기서 상기 제 2 시간 유지 단계(S26)의 유지 시간은 상기 배터리 팩(210)의 전압, 전류, 구조, 및 결선에 따라 설정 가능하며, 여러 실험 결과 200~300msec 수준이 바람직하다. 그러나 본 발명이 이러한 상기 제 2 시간 유지 단계(S26)의 유지 시간을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제 2 시간 유지 단계(S26)는 연결된 상기 적어도 2개의 배터리 팩(210a, 210b, ……210n-1)의 전류량이 10A 보다 작게 되는 시간을 유지할 수 도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 돌입전류를 최소화하는 방법은, 최저 전압을 가지는 배터리 팩과 전압차이가 낮은 배터리 팩부터 순차적으로 연결하면서 제 2 시간을 유지하므로, 알고리즘 구현이 간단하며, 별도의 스위치 및 저항체를 사용해서 연결하는 경우보다 안정적으로 돌입전류를 감소 시킬 수 있고, 그에 따른 배터리 팩의 연결 시간이 짧아진다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
200: 에너지 저장 장치 210: 배터리 팩
220: 그리드 230: 스위치
240: BMS 1000: ESS

Claims (13)

  1. 적어도 3개의 배터리 팩;
    상기 적어도 3개의 배터리 팩이 병렬 연결되는 그리드;
    상기 적어도 3개의 배터리 팩과 상기 그리드를 전기적으로 연결하거나 차단하는 스위치; 및
    상기 적어도 3개의 배터리 팩, 및 상기 스위치를 제어하는 BMS(Battety Management Systems)를 포함하고,
    상기 그리드에 상기 적어도 3개의 배터리 팩을 연결하는 경우, 상기 BMS는 제 1 시간을 유지하고 나서 전압차이가 낮은 배터리 팩부터 순차적으로 연결하되, 적어도 2개의 배터리 팩이 상기 그리드에 연결된 후에는 제 2 시간을 유지하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 배터리 팩 각각은 직렬로 연결된 다수의 배터리 셀, 전압센서, 및 전류센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 BMS는 적어도 3개의 팩 BMS, 및 시스템 BMS를 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 팩 BMS 각각은 상기 적어도 3개의 배터리 팩 각각의 전압, 및 전류를 입력받아 상기 시스템 BMS에 전달하고, 상기 시스템 BMS에서 상기 스위치를 온오프하는 제어 신호를 받아 상기 스위치의 온오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 시스템 BMS는 상기 적어도 3개의 팩 BMS에서 상기 적어도 3개의 배터리 팩의 전압, 및 전류를 전달받아 상기 스위치의 온오프를 직접 제어하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치.
  6. 적어도 3개의 배터리 팩을 병렬 연결하면서 상기 적어도 3개의 배터리 팩들 간의 돌입 전류를 저감하는 방법에 있어서,
    상기 적어도 3개의 배터리 팩의 연결을 모두 차단하는 전체 스위치 턴오프 단계;
    연결이 차단된 상기 적어도 3개의 배터리 팩 각각의 전압, 및 전류를 안정화시키기 위해 제 1 시간을 유지하는 제 1 시간 유지 단계;
    상기 제 1 시간 유지 단계를 거친 후 상기 적어도 3개의 배터리 팩 각각의 전압을 측정하는 전체 배터리 팩 전압 측정 단계;
    상기 전체 배터리 팩 전압 측정 단계를 거친 후 상기 적어도 3개의 배터리 팩 중 임의의 제 1 배터리 팩을 연결하는 제 1 배터리 팩 연결 단계;
    상기 제 1 배터리 팩과의 전압 차가 가장 작은 제 2 배터리 팩을 연결하는 제 2 배터리 팩 연결 단계;
    적어도 2 개의 배터리 팩이 연결된 상태에서, 추가적으로 차단되었던 배터리 팩을 더 연결하기 전에 상기 적어도 2 개의 배터리 팩들 사이의 전압 및 전류를 안정화시키기 위해 제 2 시간을 유지하는 제 2 시간 유지 단계; 및
    상기 제 2 시간 유지 단계를 다시 거친 후 상기 제 2 배터리 팩과의 전압 차가 가장 작은 제 3 배터리 팩을 연결하는 제 3 배터리 팩 연결 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 배터리 팩 연결 단계는 상기 제 1 배터리 팩과의 전압 차가 절댓값으로 가장 작은 상기 제 2 배터리 팩을 연결하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 시간 유지 단계는 상기 적어도 3개의 배터리 팩의 구조 및 결선에 따라 다르게 시간 설정 가능한 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 시간 유지 단계는 연결된 적어도 2개의 배터리 팩의 전류량이 10A 보다 작게 되는 시간을 유지하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류를 저감하는 방법.
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