KR101651022B1 - 에너지 저장 시스템 및 그 운전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 제1 정격 출력을 갖는 제1 배터리, 제2 정격 출력을 갖는 제2 배터리 및 상기 전력망의 요구 전력이 상기 제2 정격 출력 이하인 경우 상기 제2 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하고, 상기 요구 전력이 상기 제2 정격 출력보다 크고 상기 제1 정격 출력보다 작거나 같을 경우 상기 제1 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 배터리의 정격 출력은 상기 제2 배터리의 정격 출력보다 큰 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 대용량의 배터리와 빠른 응답성을 갖는 소용량의 배터리를 효율적으로 조합하여 사용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

에너지 저장 시스템 및 그 운전 방법{ENERGY STORAGE SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
최근 폭염과 홍수, 한파 등 예상치 못한 기상 이변과 산업 고도화 등으로 인하여 전력의 수요와 공급이 일치하지 않는 경우가 잦아지고 있다. 이에 따라 안정적인 전력 공급을 위한 다양한 시스템 및 방법이 개발되고 있는데, 그 중 하나가 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)이다. 에너지 저장 시스템을 사용하게 되면 전력 수요가 적을 때 에너지를 저장해 놓았다가 전력 수요가 많아질 때 저장된 에너지를 방출함으로써 전력 공급을 안정화시키는 동시에 에너지 효율을 높일 수 있다. 이와 같은 에너지 저장 시스템에 의해서 태양광, 풍력, 조력 등 신재생 에너지의 기후 변화로 인한 불안정한 전력 생산 문제가 극복될 수 있다. 또한 낮은 요금의 야간 전력을 이용하여 에너지를 저장해 놓았다가 전력 수요가 많은 시간대에 저장된 에너지를 사용함으로써 전력 사용 요금이 감소되며, 화석 연료의 사용 감소로 인해 자원 절약 및 환경 보호도 이루어진다.
이와 같은 에너지 저장 시스템에서 에너지를 저장하기 위한 수단으로서 주로 2차 전지가 사용된다. 2차 전지는 외부 전원으로부터 공급된 전류를 통해 양극과 음극 간 산화·환원 반응을 일으켜 반복적으로 충전이 가능한 전지이다. 이러한 2차 전지 중 에너지 저장 시스템에 적합한 전지로는 리튬 이온 전지, 납축 전지, 레독스 흐름 전지 등을 들 수 있다. 특히 최근에는 반영구적인 리사이클이 가능해 다른 2차 전지에 비해 수명이 긴 레독스 흐름 전지가 에너지 저장 시스템에 적합한 2차 전지로 주목받고 있다.
레독스 흐름 전지는 전력의 출력을 담당하는 스택, 양극 전해액 탱크, 음극 전해액 탱크, 그리고 전해액을 스택에 공급하기 위한 펌프로 구성된다. 양극 전해액 탱크 및 음극 전해액 탱크에 저장된 양극 전해액 및 음극 전해액은 펌프를 이용하여 스택 내부로 공급된다. 스택 내부에서는 양극 전해액 및 음극 전해액에 포함된 전해질 간 산화·환원 반응에 의해 충전 또는 방전이 이루어진다.
그러나 이와 같은 레독스 흐름 전지는 운전 과정에서 펌프를 포함한 제어 장비의 동작이나 레독스 흐름 전지의 온도 제어 등을 위해 일정량의 에너지가 필수적으로 소모된다. 이에 따라 레독스 흐름 전지가 일정 전력 이하로 충전·방전될 경우 레독스 흐름 전지의 효율은 감소하게 된다. 결국 레독스 흐름 전지를 이용하는 에너지 저장 시스템에 연결된 전력망에서 요구하는 요구 전력이 일정량 이하인 경우 에너지 저장 시스템의 운전 효율은 급격하게 감소하게 된다.
본 발명은 대용량의 배터리와 빠른 응답성을 갖는 소용량의 배터리를 효율적으로 조합하여 사용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 에너지 저장 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 높은 품질의 전력을 중단 없이 전력망에 공급할 수 있는 에너지 저장 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전력망(electrical grid)에 전력을 공급하거나 상기 전력망으로부터 전력을 공급받는 에너지 저장 시스템에 있어서, 제1 정격 출력을 갖는 제1 배터리, 제2 정격 출력을 갖는 제2 배터리 및 상기 전력망의 요구 전력이 상기 제2 정격 출력 이하인 경우 상기 제2 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하고, 상기 요구 전력이 상기 제2 정격 출력보다 크고 상기 제1 정격 출력보다 작거나 같을 경우 상기 제1 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 배터리의 정격 출력은 상기 제2 배터리의 정격 출력보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제2 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 최적 충전 범위를 벗어난 경우 상기 제1 배터리를 이용하여 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 배터리의 웨이크 업 사이클과 일치하도록 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝 사이클을 조절할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝 사이클에 따라서 상기 제1 배터리를 웨이크 업 모드로 전환시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 요구 전력이 상기 제1 정격 출력을 초과할 경우 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 동시에 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 요구 전력이 0일 경우 상기 제1 배터리를 슬립 모드로 전환시키고, 상기 제1 배터리는 슬립 모드로 전환 시 미리 정해진 웨이크 업 사이클에 따라서 웨이크 업 모드로 동작할 수 있다.
또한 본 발명은 전력망에 전력을 공급하거나 상기 전력망으로부터 전력을 공급받는 에너지 저장 시스템의 운전 방법에 있어서, 상기 전력망의 요구 전력을 측정하는 단계, 상기 요구 전력이 제2 배터리의 제2 정격 출력 이하인 경우 상기 제2 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 단계 및 상기 요구 전력이 상기 제2 정격 출력보다 크고 상기 제1 정격 출력보다 작거나 같을 경우 제1 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 단계를 포함하고, 상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 배터리의 정격 출력은 상기 제2 배터리의 정격 출력보다 큰 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템의 운전 방법은 상기 제2 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 최적 충전 범위를 벗어난 경우 상기 제1 배터리를 이용하여 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는 단계는 상기 제1 배터리의 웨이크 업 사이클과 일치하도록 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝 사이클을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는 단계는 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝 사이클에 따라서 상기 제1 배터리를 웨이크 업 모드로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템의 운전 방법은 상기 요구 전력이 상기 제1 배터리의 제1 정격 출력을 초과할 경우 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 동시에 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에너지 저장 시스템의 운전 방법은 상기 요구 전력이 0일 경우 상기 제1 배터리를 슬립 모드로 전환시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 배터리는 슬립 모드로 전환 시 미리 정해진 웨이크 업 사이클에 따라서 웨이크 업 모드로 동작할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 대용량의 배터리와 빠른 응답성을 갖는 소용량의 배터리를 효율적으로 조합하여 사용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 높은 품질의 전력을 중단 없이 전력망에 공급할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서 전력망의 요구 전력에 대한 제1 배터리의 전압 효율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 전력망의 요구 전력에 따른 에너지 저장 시스템의 동작을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제1 배터리에 대한 요구 전력에 따른 제1 배터리의 동작을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운전 방법의 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 제어부(104), 제1 배터리(106), 제2 배터리(108)를 포함한다. 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)는 충전된 전력을 방전하여 전력망(102)에 공급할 수 있고, 반대로 전력망(102)에 의해 공급되는 전력을 이용하여 충전을 수행하여 전력을 저장할 수도 있다. 또한 도 1과 같이 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)는 서로 병렬로 연결된다.
제어부(104)는 전력망(102)이 요구하는 전력, 즉 요구 전력을 검출하고 검출된 요구 전력에 따라서 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(104)는 전력 변환 장치(Power Conditioning System, PCS)의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(104)는 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)에서 발생되는 전력의 최대 출력을 유지하기 위한 최대 출력 유지 기능, 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)에서 발생되는 직류 전류를 전력망(102)에서 사용할 수 있는 교류 전류로 변환하거나 반대로 변환하는 AC-DC 변환 기능, 제어부(104)에서 출력되는 직류 전류를 제1 배터리(106) 또는 제2 배터리(108)에서 사용될 수 있는 직류 전류로 변환하는 DC-DC 변환 기능을 수행할 수 있다.
또한 도 1에는 하나의 제어부(104)가 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)의 충전 및 방전을 제어하는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108) 각각에 대응되는 별도의 제어부가 구비될 수도 있다.
도 1에서 제1 배터리(106)는 제1 정격 출력(rated power)을 가지며, 제2 배터리(108)는 제2 정격 출력을 갖는다. 도 1의 실시예에서 제1 배터리(106)는 제2 배터리(108)보다 큰 에너지 저장 용량을 가지며, 제2 배터리(108)보다 큰 정격 출력을 갖는다. 이하에서는 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)가 각각 다음과 같은 배터리로 구성된다고 가정하고 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운전 방법에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명의 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)가 반드시 아래와 동일한 특성을 갖거나 아래와 동일한 종류의 배터리로 한정되는 것은 아님을 유의해야 한다.
- 제1 배터리(106): 레독스 흐름 전지, 정격 출력 100kW, 저장용량 600KWh
- 제2 배터리(108): 리튬 이온 전지, 정격 출력 50kW, 저장용량 50kWh
즉, 제1 배터리(106)는 최대 600KWh의 전력을 저장할 수 있으며, 최대 100kW의 전력을 방전할 수 있다. 또한 제2 배터리(108)는 최대 50kWh의 전력을 저장할 수 있으며, 최대 50kW의 전력을 방전할 수 있다. 특히 제2 배터리(108)는 제1 배터리(106)에 비해 응답 속도가 빠르고 50kW 이하의 전력을 방전할 때 제1 배터리(106)에 비해 에너지 효율이 더 높은 특성을 갖는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서 전력망의 요구 전력에 대한 제1 배터리의 전압 효율을 나타내는 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전력망(102)에서 제1 배터리(106)에 요구하는 요구 전력이 50kW 이상 또는 -50kW 이하인 구간에서 제1 배터리(106)의 전압 효율(204, 206)은 85~90%를 유지한다. 그러나 전력망(102)에서 제1 배터리(106)에 요구하는 요구 전력이 -50kW에서 50kW 사이인 구간(202)에서 제1 배터리(106)의 전압 효율은 85% 이하로 급격하게 감소한다. 이는 제1 배터리(106)의 운전 과정에서 펌프를 포함한 제어 장비의 동작이나 온도 제어 등을 위해 일정량의 에너지가 필수적으로 소모되기 때문이다. 따라서 전력망(102)이 요구하는 요구 전력의 전 구간에 대하여 제1 배터리(106)만을 이용하여 전력을 공급하는 것은 에너지 저장 시스템의 전체적인 효율을 저하시키게 된다.
이에 따라 본 발명에서는 구간(202), 즉 전력망(102)의 요구 전력이 제2 배터리(108)의 정격 출력(50kW) 이하인 구간에서는 제1 배터리(106)보다 높은 전압 효율을 갖는 제2 배터리(108)를 이용하여 전력망(102)에 전력을 공급함으로써 에너지 저장 시스템의 전체적인 효율을 높일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제어부(104)는 전력망(102)의 요구 전력이 제2 배터리(108)의 제2 정격 출력 이하인 경우 제2 배터리(108)를 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급한다. 또한 제어부(104)는 전력망(102)의 요구 전력이 제2 배터리(108)의 제2 정격 출력보다 크고 제1 배터리(106)의 제1 정격 출력보다 작거나 같을 경우, 제1 배터리(106)를 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(104)는 제2 배터리(108)의 충전 상태가 미리 설정된 최적 충전 범위를 벗어난 경우 제1 배터리(106)를 이용하여 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝을 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(104)는 제1 배터리(106)의 웨이크 업 사이클과 일치하도록 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝 사이클을 조절할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(104)는 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝 사이클에 따라서 제1 배터리(106)를 웨이크 업 모드로 전환시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(104)는 전력망(102)의 요구 전력이 제1 정격 출력을 초과할 경우 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)를 동시에 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(104)는 전력망(102)의 요구 전력이 0일 경우 제1 배터리(106)를 슬립 모드로 전환시킬 수 있다. 또한 슬립 모드로 전환 시 제1 배터리(106)는 미리 정해진 웨이크 업 사이클에 따라서 웨이크 업 모드로 동작할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 전력망의 요구 전력에 따른 에너지 저장 시스템의 동작을 나타낸다.
먼저 도 1을 참조하면, 전력망(102)은 제어부(104)를 통해 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)에 일정량의 전력 공급을 요청할 수 있다. 이 때 전력망(102)이 요구하는 전력의 크기를 요구 전력이라 한다. 도 3은 이와 같은 전력망(102)의 요구 전력에 따라 제어부(104)가 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)를 제어하는 과정을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 전력망(102)의 요구 전력이 제1 배터리(106)의 제1 정격 출력을 초과하는 경우 제어부(104)는 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108) 모두를 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급하게 한다(302). 예컨대 전력망(102)이 130kW의 전력 공급을 요구할 경우 이는 제1 배터리(106)의 정격 출력인 100kW를 초과하게 되므로 제1 배터리(106) 만으로는 전력망(102)의 요구 전력을 충족시킬 수 없다. 이에 따라 제어부(104)는 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108) 모두를 방전시킴으로써 전력망(102)의 요구 전력(130kW)에 해당하는 전력을 공급한다.
만약 전력망(102)의 요구 전력이 제2 배터리(108)의 제2 정격 출력보다 크고 제1 배터리(106)의 제1 정격 출력보다 작거나 같으면, 제어부(104)는 제1 배터리(304)만을 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급하게 한다(304). 예컨대 전력망(102)의 요구 전력이 80kW인 경우 이는 제2 정격 출력인 50kW보다 크고 제1 정격 출력인 100kW보다 작으므로 제어부(104)는 제1 배터리(106)만을 방전시킨다.
만약 전력망(102)의 요구 전력이 제2 정격 출력보다 작거나 같으면 제어부(104)는 제2 배터리(306)를 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급한다(306). 예컨대 전력망(102)의 요구 전력이 30kW인 경우, 앞서 도 2를 통해 설명한 바와 같이 제1 배터리(106)의 전압 효율은 급격하게 감소하게 되므로 제1 배터리(106)를 이용한 전력 공급은 에너지 저장 시스템 전체의 효율 저하를 일으킨다. 따라서 이와 같은 경우 제어부(104)는 전력망(102)의 요구 전력인 30kW를 충족시키면서도 응답 속도가 빠르고 전압 효율이 상대적으로 더 높은 제2 배터리(306)를 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급하게 한다.
한편 전력망(102)의 요구 전력이 0인 경우 제어부(104)는 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)를 대기 상태로 전환시킨다(308). 본 발명의 일 실시예에서 대기 상태는 슬립 모드 및 하이버네이션 모드를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제1 배터리에 대한 요구 전력에 따른 제1 배터리의 동작을 나타낸다.
도 4에서는 전력망(102)이 제1 배터리(106)에 대해서 전력 공급을 요청한다고 가정할 때 제1 배터리(106)에 대한 요구 전력의 크기에 따른 제1 배터리(106)의 동작이 도시되어 있다.
만약 전력망(102)의 요구 전력이 0보다 작으면 이는 전력망(102)에서 잉여 전력이 발생하고 있다는 것을 의미한다. 따라서 제1 배터리(106)는 전력망(102)의 잉여 전력을 이용하여 충전을 수행하여 전력을 저장한다(402).
반대로 전력망(102)의 요구 전력이 0보다 크면 제1 배터리(106)는 방전을 수행하여 저장된 전력을 전력망(102)에 공급한다(404).
한편, 전력망(102)의 요구 전력이 0일 때, 제1 배터리(106)는 도 4와 같이 슬립 모드(406) 또는 하이버네이션 모드(410)로 동작할 수 있다. 슬립 모드(406)는 단기적으로 제1 배터리(106)가 동작을 정지하는 상태를 의미하고, 하이버네이션 모드(410)는 장기적으로 제1 배터리(106)가 동작을 정지하는 상태를 의미한다. 예컨대 어느 회사의 전력망(102)은 주중에 점심 시간과 같이 전력 사용이 감소하는 시간에 일시적으로 전력 공급을 필요로 하지 않을 수 있는데, 이 때 제1 배터리(106)는 슬립 모드(406)로 전환된다. 또한 전력망(102)은 주말 동안 전력 공급을 필요로 하지 않을 수 있는데, 이와 같이 긴 시간 동안 전력 공급이 필요 없을 경우 제1 배터리(106)는 하이버네이션 모드(408)로 전환된다.
슬립 모드(406) 또는 하이버네이션 모드(408)로 전환될 때, 펌프나 온도 제어 모듈 등 제1 배터리(106)에 포함된 모든 모듈의 운전은 완전히 정지된다. 이 때 제1 배터리(106)의 스택 내에는 운전 중 사용되던 전해액이 남아있게 되는데, 이 전해액이 순환되지 않은 상태로 계속해서 스택 내에 방치될 경우 스택에서는 자기 방전(self discharging)이 일어나게 되어 제1 배터리(106)의 에너지 효율은 감소된다. 또한 이와 같은 자기 방전이 일어난 상태에서 제1 배터리(106)의 슬립 모드(406) 또는 하이버네이션 모드(408)가 해제되면 새로운 전해액이 공급될 때까지 제1 배터리(106)의 충전 또는 방전 시작이 지연되며 이는 제1 배터리(106)의 응답 속도 저하로 이어진다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제1 배터리(106)는 슬립 모드(406) 또는 하이버네이션 모드(410)에서 미리 정해진 시간 마다 웨이크 업 모드(408)로 전환된다. 웨이크 업 모드(408)란 제1 배터리(106)의 펌프를 일시적으로 동작시켜 제1 배터리(106)의 스택 내에 남아있는 전해액을 새로운 전해액으로 교체하는 운전 모드를 의미한다. 예컨대 제1 배터리(106)는 슬립 모드(406)로 전환된 이후 매 10분 단위로 웨이크 업(408) 모드로 전환될 수 있고, 웨이크 업(408) 모드로 전환된 제1 배터리(106)는 5분 동안 펌프를 동작시켜 스택 내에 새로운 전해액을 유입시킬 수 있다. 이와 같은 전해액 유입이 종료되면 제1 배터리(106)는 다시 슬립 모드(406)로 전환된다. 또한 도 4에는 도시되지 않았으나 제1 배터리(106)가 하이버네이션 모드(410)로 전환된 경우에도 위와 같은 웨이크 업 모드(408)로의 전환이 주기적으로 이루어질 수 있다.
제1 배터리(106)가 이러한 웨이크 업 모드(408)로 전환되어 펌프의 동작이 개시되면 전해액의 순환과 함께 전해질의 산화 또는 환원이 동시에 일어난다. 이에 따라 웨이크 업 모드(408)의 제1 배터리(106)는 일정량의 전력을 충전하거나 방전하게 된다. 본 발명에서는 이와 같이 웨이크 업 모드(408)에서 발생되는 전력을 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝에 활용한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(104)는 제2 배터리(108)의 충전 상태를 지속적으로 확인하고, 충전 상태에 따라 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝을 수행한다. 이를 위해 제어부(104)는 제2 배터리(108)의 최적 충전 범위를 설정할 수 있다.
예컨대 제2 배터리(108)의 최적 충전 범위는 [20% 미만 또는 80% 초과]로 설정될 수 있다. 제어부(104)는 제2 배터리(108)의 충전 상태가 20%에서 80% 사이인 경우에는 제2 배터리(108)가 정상인 것으로 판단한다. 그러나 제2 배터리(108)의 충전 상태가 10% 또는 80%인 경우 제어부(104)는 제2 배터리(108)의 충전 상태가 최적 충전 범위를 벗어난 것으로 판단하여 제2 배터리(108)로 하여금 리컨디셔닝을 수행하게 한다. 여기서 리컨디셔닝이란 제2 배터리(108)의 충전 상태가 최적 충전 범위를 만족할 때까지 제2 배터리(108)를 충전 또는 방전시키는 것을 의미한다. 이하에서는 도 5를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝을 수행하는 과정을 보다 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 운전 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(104)는 먼저 전력망(102)에서 요구하는 요구 전력을 측정한다(502). 제어부(104)는 측정된 요구 전력에 따라 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)를 제어한다. 만약 전력망(102)의 요구 전력이 제2 배터리(108)의 제2 정격 출력보다 크고 제1 배터리(106)의 제1 정격 출력보다 작거나 같으면, 제어부(104)는 제1 배터리(304)만을 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급하게 한다(504). 만약 전력망(102)의 요구 전력이 제2 정격 출력보다 작거나 같으면 제어부(104)는 제2 배터리(306)를 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급한다(506). 한편, 전력망(102)의 요구 전력이 제1 배터리(106)의 제1 정격 출력을 초과하는 경우 제어부(104)는 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108) 모두를 방전시켜 전력망(102)에 전력을 공급하게 한다(미도시). 또한 전력망(102)의 요구 전력이 0인 경우 제어부(104)는 제1 배터리(106) 및 제2 배터리(108)를 대기 상태로 전환시킨다(미도시).
한편, 제2 배터리(108)의 방전이 수행될 때(506), 제어부(104)는 제2 배터리(108)의 충전 상태를 측정할 수 있다(508). 제어부(104)는 측정된 제2 배터리(108)의 충전 상태가 미리 설정된 최적 범위 내인지 여부를 판단한다(510). 만약 제2 배터리(108)의 충전 상태가 미리 설정된 최적 범위를 만족시키면 제2 배터리(108)의 방전은 계속해서 수행된다(506). 만약 제2 배터리(108)의 충전 상태가 미리 설정된 최적 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제어부(104)는 제1 배터리(106)를 이용하여 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝을 수행한다.
제어부(104)는 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝을 수행하기 위하여 제2 배터리의 리컨디션 사이클을 조절할 수 있다(512). 만약 제1 배터리(106)가 웨이크 업 모드로 동작하는 시기인 제1 배터리(106)의 웨이크 업 사이클과 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝이 수행되는 사이클이 일치하면 제어부(104)는 제1 배터리(106)의 웨이크 업 사이클에 따라 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝을 수행한다(516). 만약 제1 배터리(106)의 웨이크 업 사이클이 미리 결정된 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝 사이클보다 늦을 경우, 제어부(104)는 제1 배터리(106)의 웨이크 업 사이클과 일치하도록 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝 사이클을 지연시킨 후 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행할 수 있다(516).
한편, 제2 배터리(108)의 충전 상태가 지나치게 저하되어 보다 빠른 리컨디셔닝이 요구될 경우, 제어부(104)는 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝 사이클을 조절하는 대신에 제1 배터리(106)의 웨이크 업 사이클을 앞당길 수 있다. 이를 위해 제어부(104)는 제1 배터리(106)에 웨이크 업 명령을 보내 슬립 모드인 제1 배터리(106)를 웨이크 업 모드로 전환시킨다(514). 이에 따라 제1 배터리(106)의 웨이크 업 사이클이 앞당겨지고 제어부(104)는 앞당겨진 웨이크 업 사이클에 맞워 제2 배터리(108)의 리컨디셔닝을 수행할 수 있다(516).
전술한 바와 같은 본 발명의 구성 및 방법에 의하면 빠른 응답 속도를 가지며 저전력에서 높은 효율을 갖는 제2 배터리를 적절하게 제어함으로써 에너지 저장 시스템의 응용 범위를 넓힐 수 있다. 또한 이와 같은 구성에 의해 주파수 레귤레이션이나 전력 품질의 향상이 이루어지며, 전력망에 대한 지속적이고 안정적인 전력 공급이 가능해진다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 전력망(electrical grid)에 전력을 공급하거나 상기 전력망으로부터 전력을 공급받는 에너지 저장 시스템에 있어서,
    제1 정격 출력을 갖는 제1 배터리;
    제2 정격 출력을 갖는 제2 배터리; 및
    상기 전력망의 요구 전력이 상기 제2 정격 출력 이하인 경우 상기 제2 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하고, 상기 요구 전력이 상기 제2 정격 출력보다 크고 상기 제1 정격 출력보다 작거나 같을 경우 상기 제1 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 배터리의 정격 출력은 상기 제2 배터리의 정격 출력보다 크고,
    상기 제어부는 상기 제1 배터리의 웨이크업 사이클에 따라서 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는
    에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제2 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 최적 충전 범위를 벗어난 경우 상기 제1 배터리를 이용하여 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는
    에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 배터리의 웨이크 업 사이클과 일치하도록 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝 사이클을 조절하는
    에너지 저장 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제2 배터리의 리컨디셔닝 사이클에 따라서 상기 제1 배터리를 웨이크 업 모드로 전환시키는
    에너지 저장 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 요구 전력이 상기 제1 정격 출력을 초과할 경우 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 동시에 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는
    에너지 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 요구 전력이 0일 경우 상기 제1 배터리를 슬립 모드로 전환시키고,
    상기 제1 배터리는
    슬립 모드로 전환 시 미리 정해진 웨이크 업 사이클에 따라서 웨이크 업 모드로 동작하는
    에너지 저장 시스템.
  7. 전력망에 전력을 공급하거나 상기 전력망으로부터 전력을 공급받는 에너지 저장 시스템의 운전 방법에 있어서,
    상기 전력망의 요구 전력을 측정하는 단계;
    상기 요구 전력이 제2 배터리의 제2 정격 출력 이하인 경우 상기 제2 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 단계;
    상기 요구 전력이 상기 제2 정격 출력보다 크고 제1 배터리의 제1 정격 출력보다 작거나 같을 경우 상기 제1 배터리를 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 제1 배터리의 웨이크업 사이클에 따라서 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 배터리와 상기 제2 배터리는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 배터리의 정격 출력은 상기 제2 배터리의 정격 출력보다 큰
    에너지 저장 시스템의 운전 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 충전 상태가 미리 설정된 최적 충전 범위를 벗어난 경우 상기 제1 배터리를 이용하여 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는 단계를
    더 포함하는 에너지 저장 시스템의 운전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는 단계는
    상기 제1 배터리의 웨이크 업 사이클과 일치하도록 상기 제2 배터리의 리컨디셔닝 사이클을 조절하는 단계를
    포함하는 에너지 저장 시스템의 운전 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 배터리의 리컨디셔닝을 수행하는 단계는
    상기 제2 배터리의 리컨디셔닝 사이클에 따라서 상기 제1 배터리를 웨이크 업 모드로 전환시키는 단계를
    포함하는 에너지 저장 시스템의 운전 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 요구 전력이 상기 제1 배터리의 제1 정격 출력을 초과할 경우 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 동시에 방전시켜 상기 전력망에 전력을 공급하는 단계를
    더 포함하는 에너지 저장 시스템의 운전 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 요구 전력이 0일 경우 상기 제1 배터리를 슬립 모드로 전환시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 배터리는
    슬립 모드로 전환 시 미리 정해진 웨이크 업 사이클에 따라서 웨이크 업 모드로 동작하는
    에너지 저장 시스템의 운전 방법.
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