KR101681033B1 - 단락 보호를 구비한 배터리 에너지 스토리지 시스템 및 방법 - Google Patents

단락 보호를 구비한 배터리 에너지 스토리지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어 유닛 (7a-7c, 12a-12c, 17) 및 복수의 배터리 유닛들 (2a-2c) 을 포함하는 배터리 에너지 스토리지 시스템에 관한 것이다. 배터리 유닛들 (2a-2c) 은 직렬로 배열되고, 각 배터리 유닛 (2a-2c) 은 적어도 하나의 반도체 스위치 (23) 및 복수의 배터리 셀들 (22) 을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈 (22) 을 포함한다. 각 배터리 모듈 (22) 은 각각의 반도체 스위치 (23) 와 직렬로 연결되며, 제어 유닛 (7a-7c, 12a-12c, 17) 은 적어도 하나의 반도체 스위치에 동작가능하게 연결되고 매 배터리 유닛 (2a-2c) 의 적어도 하나의 반도체 스위치 (23) 를 제어하도록 구성된다.

Description

단락 보호를 구비한 배터리 에너지 스토리지 시스템 및 방법 {BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM WITH SHORT CIRCUIT PROTECTION, AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 전력 전송 시스템 분야에 관한 것이고, 특히, 이러한 전력 시스템에 이용하기 위한 배터리 스토리지 (storage) 에 관한 것이다. 전력 전송 시스템은 적어도 3kV, 바람직하게는 적어도 10kV 의 분배 시스템을 의미한다.
전력 시스템은 전력을 신뢰할 수 있는 방식으로 제공할 필요가 있다. 따라서, 이러한 시스템은 예를 들어 DC 전원 형태의 백업 (backup) 디바이스들을 종종 포함한다. 백업 디바이스들은 변동 (fluctuation) 들, 결핍 (shortage) 들 등을 안정시키기 위해 전력을 제공할 수도 있다.
백업으로서 이용가능한 이러한 디바이스의 예는 도 3 에 도시된 바와 같은 배터리 에너지 스토리지이다. 배터리 에너지 스토리지 (10) 는 배터리 모듈들 (20) 내에 배열된 다수의 직렬 및/또는 병렬 연결된 배터리 셀들을 포함한다. 배터리 모듈들 (20) 은 다시 직렬 및/또는 병렬 연결되어 배터리 유닛 (30) 을 형성하고, 수개의 배터리 유닛들 (30) 이 직렬 연결되어 배터리 스트링 (string) (40) 을 형성할 수도 있다. 대용량 배터리 에너지 스토리지 시스템에서, 수개의 이러한 배터리 스트링들 (40) 이 네거티브 (negative) 및 포지티브 (positive) 버스바 (busbar) 들 사이에 병렬로 연결된다. 배터리 스트링들 (40) 은 부하, 예를 들어 컨버터 시스템 (50) 에 연결되고, 이는 다시 전력 네트워크 전송 시스템에 연결된다. 각 배터리 스트링과 각각의 DC 버스바들 사이에 회로 차단기들 (60) 이 추가적으로 배열될 수도 있다.
WO2008/002223 A1 은 AC 전력 전송을 위한 전력 보상기 (power compensator) (요약 참조) 를 기술한다. 전력 보상기는 DC 에너지 스토리지 디바이스 (5) 와 병렬의 커패시터 수단 (6) 에 연결된 전압 소스 컨버터 (도면에서 4) 를 포함한다. 에너지 스토리지 디바이스 (5) 는, 단락 고장 (short circuit failure) 모드를 가지고 배터리 스트링을 포함하는 고전압 배터리 수단, 배터리 스트링을 연결해제 (disconnect) 하기 위한 제 1 스위치 (40a) 및 제 2 스위치 (40b), 및 이들 스위치들 (40a, 40b) 을 동작시키기 위한 제어 유닛 (44) 을 포함한다.
이들 단락 보호 스위치들에 있어서의 결점은, 그들이 큰 공간을 필요로 하는 것을 포함해 고전압을 위해 치수가 결정되어야 하고, 매우 큰 단락 전류를 차단할 수 있어야만 한다는 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제들을 극복 또는 적어도 경감하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 에너지 스토리지 시스템에서의 배터리 유닛들의 단락 보호를 위한 향상된 수단을 제공하는 것이다.
이들 목적들은, 특히, 첨부된 독립항들에서 주장된 바와 같은 배터리 에너지 스토리지 시스템 및 방법에 의해서 달성된다.
본 발명에 따라, 직렬의 배터리 유닛들의 스트링들을 포함하는 배터리 에너지 스토리지 시스템이 제공된다. 각각의 배터리 유닛은 복수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈 및 반도체 스위치를 포함하고, 이 배터리 모듈은 반도체 스위치와 직렬로 연결된다. 스토리지 시스템은, 예를 들어 회로 단락으로부터의 큰 전류들이 배터리 모듈의 배터리 셀들을 손상시키는 것이 방지되도록 반도체 스위치를 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 따라서, 각 배터리 모듈은 그것의 반도체 스위치에 의해 보호된다.
대용량 배터리 에너지 스토리지는 많은 배터리 유닛들을 포함하고, 이들 배터리 유닛들은 다시 하나 또는 바람직하게는 하나보다 많은 배터리 모듈을 포함하며, 각 배터리 모듈은 반도체 스위치와 직렬 회로로 전기적으로 연결되고, 여기서, 배터리 모듈 회로들은 바람직하게는 병렬로 전기적으로 연결된다. 시스템은, 각각의 배터리 유닛, 및 배터리 유닛의 각각의 배터리 모듈의 반도체 스위치를 관리하는 적어도 하나의 제어 유닛을 포함한다.
시스템은 배터리 스트링의 내부 단락 전류들을 턴오프 (turn off) 하는 것이 가능하고, 각 반도체 스위치는 오직 하나의 배터리 모듈만을 연결해제하고, 매 (every) 배터리 모듈은 그 자신의 반도체 스위치와 사이에 어떤 배터리 모듈들 없이 직렬로 직접 연결된다.
배터리 유닛은 바람직하게, 매 배터리 모듈의 반도체 스위치를 제어하기 위한 배터리 제어 유닛을 포함한다.
일 실시형태에서, 배터리 유닛은 병렬로 배열된 복수의 배터리 모듈들을 포함하고, 각 반도체 스위치는 각 배터리 모듈을 보호하도록 시스템에 의해 제어된다.
일 실시형태에서, 배터리 유닛들은 복수의 배터리 유닛들이 직렬로 연결된 배터리 스택 (stack) 들로 배열된다.
바람직하게는, 배터리 스택은, 배터리 모듈들의 연결해제가 동시에 발생하도록 배터리 유닛들을 제어하는 스택 제어기를 포함한다. 이러한 방식으로, 스택의 모든 배터리 모듈들이 동시에 연결해제된다. 다른 바람직한 실시형태에서, 스택의 배터리 모듈들의 동시적인 연결해제가 배터리 유닛들의 배터리 제어 유닛들에 의해 제어되고, 여기서, 배터리 제어 유닛들은, 배터리 유닛이 그 자신의 배터리 모듈들을 연결해제할 때 다른 배터리 제어 유닛들에게 그들의 모듈들을 연결해제하게 지시하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 에너지 스토리지 시스템은 배터리 제어 유닛에 연결된 시스템 제어기를 더 포함하고, 이 시스템 제어기는, 상이한 배터리 유닛들로부터의 전류를 제어함으로써 배터리 유닛들의 충전 상태의 균형을 이루도록 하는 것, 및 예를 들어 시스템을 단독으로 제어하거나 배터리 제어 유닛들 및 스택 제어 유닛들과 함께 제어하도록 구성됨으로써 에너지 스토리지 시스템의 전체 기능을 모니터링하는 것을 포함하여 에너지 스토리지 시스템을 제어하도록 배열 및 구성된다.
바람직하게, 반도체 스위치는 또한 병렬로 배열된 다이오드를 포함한다. 다이오드는 오직 충전 동안만 도전되도록 구성된다. 따라서, 다이오드는, 에너지 스토리지가 연결된 전송 시스템으로부터 전압 소스 컨버터의 DC 측 등으로의 과잉 전력으로 배터리 모듈들의 배터리 셀들을 충전하는데 이용된다.
일 실시형태에서, 배터리 모듈들의 각 반도체 스위치는 스위칭을 위해 MOSFET 트랜지스터를 포함한다. MOSFET 트랜지스터는 진성 (intrinsic) 다이오드를 포함한다.
일 실시형태에서, 제어 유닛, 즉, 시스템 제어기, 스택 제어기, 또는, 바람직하게, 배터리 제어 유닛은, 전류 측정 유닛과 같은 각 배터리 모듈을 통과하는 전류를 모니터링하는 수단을 포함하고, 전류가 단락 (short circuit) 임계치를 초과하는 경우에 배터리 모듈을 연결해제하도록 반도체 스위치에 지시하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 제어 유닛, 즉, 시스템 제어기, 스택 제어기, 또는, 바람직하게, 배터리 제어 유닛은, 병렬 다이오드를 포함하는 반도체 스위치 양단의 전압을 지속적으로 모니터링하는 수단을 포함하고, 스위치가 활성화 (턴온 (turn on)) 되어 있을 때 전압이 어떤 임계치를 초과하는 경우 모든 반도체 스위치들이 동시에 턴오프되도록 지시하도록 구성된다. 고전압은 스위치를 통한 단락으로서 진단된다. 충전 동안 전압이 임계치를 초과하는 경우에, 그것은 외부 (모듈 외부) 단락이 존재한다는 것의 표시이고, 알람 (alarm) 이 제어기로 보내진다.
전류가 너무 클 때 배터리 모듈을 연결해제함으로써, 스트링의 다른 배터리 셀들 또는 다른 스트링들은 오작동 배터리 모듈로부터 보호되고, 또한, 배터리 모듈들은, 에너지 스토리지가 연결된 전압 소스 컨버터 또는 전송 시스템으로부터의 해로운 전류 레벨들로부터 보호될 수 있다.
일 실시형태에서, 배터리 제어 유닛들의 각각은, 각각의 배터리 모듈 회로, 예를 들어, 반도체 스위치 및/또는 배터리 모듈의 전압 및/또는 전류를 측정하도록 구성된다. 배터리 유닛들에는, 전류 또는 전압이 너무 클 때, 일련의 배터리 유닛들 내에서 다음 배터리 유닛으로부터 전체 배터리 유닛을 연결해제하기 위한 스위치들이 바람직하게 제공될 수 있다. 배터리 제어 유닛 또는 스택 제어기는 이들 스위치들의 연결해제를 제공하기에 적합하게 배열 및 구성될 수 있다.
일 실시형태에서, 각 스택 제어기는 각 배터리 스택의 전류 및 전압을 측정하도록 구성된다. 각 배터리 스택은 자신을 다른 배터리 스택들로부터 연결해제하기 위한 스위치들을 바람직하게 구비한다. 이들 스위치들은, 스택의 전류 또는 전압이 너무 클 때, 배터리 스택 제어기에 의해 제어될 수 있다.
일 실시형태에서, 각각의 배터리 스택은 1-10kV, 바람직하게는 2kV 와 5kV 사이 또는 대략 3kV 의 DC 전압을 제공하고, 스트링은 적어도 2 개의 스택들을 포함한다. 시스템은 10kV 와 100kV 사이의 전압, 또는 심지어 100kV 초과의 전압을 위해 치수가 결정될 수 있다. 일 실시형태에서, 각각의 배터리 유닛은, 50 볼트와 1000 볼트 사이의 전압, 예를 들어, 100 볼트 초과 및/또는 500 볼트 미만의 전압, 특히 150 볼트와 350 볼트 사이의 전압 또는 대략적으로 250 볼트의 전압을 제공한다. 12 개의 250 볼트 배터리 유닛들은 3kV 의 스택을 형성한다. 각 스택은 5 또는 7 개 보다 많은 유닛들과 같이 3 개보다 많은 배터리 유닛들, 또는 12 개 이상의 배터리 유닛들과 같이 10 개보다 많은 유닛들을 바람직하게 포함할 수 있다.
스위치들은 바람직하게 MOSFET 또는 IGBT (절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 스위치들이다. MOSFET 스위치들은 1000 볼트까지의 전압에 적합한 반면, IGBT 스위치들은 1000 볼트 초과의 전압에 적합하다. IGBT 스위치들은 1000 볼트 미만의 전압에도 역시 사용될 수 있고, 특히, IGBT 스위치들은 200 볼트 초과의 전압 레벨들에 대해 적합하다. 일 실시형태에서, MOSFET 스위치들은 50 볼트와 1000 볼트 사이의 전압을 제공하는 배터리 유닛들에서 바람직하게 사용된다. 대안적인 실시형태에서, IGBT 스위치들은 50 볼트 초과의 전압, 특히 200 볼트 초과의 전압을 제공하는 배터리 유닛들에 바랍직하게 사용된다.
또한, 일 실시형태에서, 시스템 제어 유닛은, 스토리지의 각각의 스트링에서의 전류들 및/또는 스토리지의 각각의 스트링에 걸친 전압들을 모니터링 및 측정하도록 구성되고 그러한 수단을 갖는다. 스트링들은 스위치들에 의해 DC 버스들에 연결되고, 시스템 제어기는, 스트링에 대해 전류들 및/또는 전압이 너무 클 때 전체 스트링의 연결해제를 제공하도록 이들 스위치들을 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 이러한 목적은 청구항 제 15 항에서 정의된 바와 같은 방법에 의해 달성된다.
이러한 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 반도체 스위치 양단의 전압을 모니터링하는 단계,
- 전압이 제 1 임계치를 초과하고 또한 스위치가 턴온되어 있는 경우, 모든 반도체 스위치들이 동시에 턴오프되도록 지시하는 단계, 및
- 전압이 제 2 임계치를 초과하고 또한 스위치가 턴오프되어 있는 경우, 제어기에 알람을 전송하는 단계.
도 1 은 본 발명에 따른 배터리 에너지 스토리지 시스템을 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 배터리 에너지 스토리지 시스템의 배터리 스택을 나타낸다.
도 3 은 종래 기술의 시스템을 나타낸다.
동일 또는 유사한 부분들을 나타내기 위해 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호들이 사용된다.
도 1 은 AC 전력 전송 시스템에 전력을 제공하기 위한 장치를 나타낸다. 그것은, 전압 소스 컨버터 (5) 에 연결된 고전압 DC 전력 소스 (2-4, 6, 7) 와 병렬로 연결된 커패시터 (1) 를 포함한다. 전압 소스 컨버터 (5) 는 그 다른 측이 AC 고전압 전력 전송 시스템 (미도시) 에 연결된다. DC 전력 소스는, 복수의 병렬 스트링들 (4a-4c) 을 갖는 에너지 스토리지 시스템을 포함하고, 각 스트링은 직렬로 연결된 배터리 스택들 (3a-3c) 을 포함한다. 각 스트링 (4a-4c) 은, 전체 에너지 스토리지 스트링이 공통 DC 버스들 및 전압 소스 컨버터 (5) 에 선택적으로 연결 및 연결해제될 수 있도록, 제 1 및 제 2 연결해제기 (6a-6f) 를 통해 공통 버스 바들에 의해 전압 소스 컨버터 (5) 에 연결된다. 각 배터리 스택 (3a-3c) 은 직렬 연결의 배터리 유닛들 (2a-2c) 의 스택 및 스택 제어기 (7a-7c) 를 포함한다. 스택 제어기 (7a-7c) 는 다시 공통 시스템 또는 주제어 유닛 (17) 에 연결된다. 각각의 스트링 내의 배터리 스택들 (3a-3c) 의 수는 원하는 전압 레벨을 형성하도록 선택된다.
도 2 는 배터리 스택들 (도 1 의 3a-3c) 을 더 자세히 나타낸다. 매 배터리 스택 (3) 은 적층 구성의 직렬로 상호연결된 배터리 유닛들 (2a-2c), 및 스택 제어기 (7) 를 포함한다. 배터리 스택 (3) 은, 배터리 스택을 다른 배터리 스택들에 선택적으로 연결하기 위해, 제 1 및 제 2 연결해제기 (16a-16b) 에 연결되고, 각 단부에 하나의 연결해제기가 연결된다. 각 배터리 유닛 (2a-2c) 은 배터리 제어 유닛 (12a-12c) 및 병렬 회로들을 포함하고, 각 병렬 회로는, 반도체 스위치 (23) 와 직렬 접속의, 복수의 배터리 셀들을 갖는 배터리 모듈 (22) 을 포함한다. 각 배터리 모듈 (22) 은 그 자신의 반도체 스위치 (23) 에 연결된다. 일반적으로, 각 배터리 유닛 (2) 은 반도체 스위치와 직렬의 배터리 모듈 (22) 로 본질적으로 이루어지는 적어도 하나의 이러한 회로를 포함한다. 반도체 스위치는 그것의 진성 다이오드와 함께 MOSFET 를 포함한다. MOSFET 와 다이오드는 반대 방향, 즉, MOSFET 는 오직 방전 동안만 도전 상태인 반면, 다이오드는 오직 충전 동안만 도전 상태이다. 배터리 제어 유닛들 (12a-12c) 은 매 병렬 회로의 MOSFET 들을 제어한다. 배터리 제어 유닛들 (12a-12c) 은, 그들이 서로 통신가능하게 연결되도록, 통신 링크 (13) 로 데이지 체이닝 (daisy chaining) 되는 것이 바람직하다. 각각의 배터리 제어 유닛들은 통신 링크 (14) 로 스택 제어기 (7) 에 직접 연결되는 것이 또한 바람직하다. 스택 제어기 (7) 는 배터리 스택 (3) 내의 모든 반도체 스위치들 (23) 의 스위칭을 동기화 (synchronise) 하도록 적합하게 구성된다. 오작동 배터리 모듈 (22) 을 연결해제할 때, 배터리 제어 유닛 (12a-12c) 은, 통신 링크 (13) 의 다른 배터리 제어 유닛들 (12a-12c) 이 그들의 각각의 배터리 모듈들 (22) 을 연결해제하도록 지시하여, 스택 (3) 의 모든 배터리 모듈들 (22) 이 연결해제되도록 적합하게 구성된다. 각 배터리 모듈 (2) 은 또한 배터리 모듈들을 연결해제하기 위한 기계적 스위치 (21) 를 포함한다. 스위치 (21) 는 반도체 스위치의 반대 측 상에 모듈과 직렬로 배열된다.
스트링의 매 배터리 스택 (3a-3c) 의 스택 제어기들 (7a-7c) 은 시스템 제어 유닛 (17) 에 연결되고, 이 시스템 제어 유닛 (17) 은, 스택 제어기들 (7a-7c) 이 스트링의 모든 배터리 모듈들이 연결해제되도록 동시에 연결해제하도록 동기화하도록 구성된다.
그 중에서도, 배터리 제어 유닛 (12a-12c) 및/또는 다른 제어 유닛들 (7, 17) 은, 배터리 스택들을 측정 및 제어하도록 배열 및 구성될 수 있고, 이러한 목적을 위해 배터리 전류들, 셀 및 배터리 전압들, 온도들, 배터리 충전 상태와 같은 상이한 파라미터들의 측정, 및 셀 균형 수행을 위한 수단을 구비할 수 있다. 또한, 배터리 제어 유닛들 (12a-12c) 은, 배터리 스택들 (3a-3c) 사이의 통신을 핸들링 (handling) 하고, 스택 제어기 (7) 및 시스템 제어기 (17) 로부터 데이터를 수신 및 전송하기 위해 통신을 핸들링하도록 구성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 제어 유닛 (7a-7c, 12a-12c, 17), 및 복수의 배터리 유닛들 (2a-2c) 을 포함하는 배터리 스택 (3a-3c) 을 포함하는 에너지 스토리지 (storage) 시스템으로서, 상기 배터리 유닛들 (2a-2c) 은 직렬로 배열되고, 각 배터리 유닛 (2a-2c) 은 적어도 하나의 반도체 스위치 (23), 및 복수의 배터리 셀들 (22) 을 포함하는 적어도 하나의 배터리 모듈 (22) 을 포함하고, 각 배터리 모듈 (22) 은 각각의 반도체 스위치 (23) 와 직렬로 연결되며, 상기 제어 유닛 (7a-7c, 12a-12c, 17) 은 상기 적어도 하나의 반도체 스위치에 동작가능하게 연결되고 매 배터리 유닛 (2a-2c) 의 상기 적어도 하나의 반도체 스위치 (23) 를 제어하도록 구성되며, 상기 제어 유닛 (7a-7c, 12a-12c, 17) 은, 적어도 하나의 배터리 유닛 (2a-2c) 의 각 배터리 모듈 (22) 을 통과하는 전류 (15) 를 모니터링하는 수단을 구비하고, 상기 전류가 단락 임계치를 초과하는 경우에 상기 배터리 모듈 (22) 을 연결해제하도록 구성되며, 상기 제어 유닛은 상기 반도체 스위치 (23) 수단에 의해 상기 배터리 셀 (22) 을 연결해제하고, 상기 제어 유닛 (7a-7c, 12a-12c, 17) 은 상기 배터리 스택 (3a-3c) 의 매 배터리 유닛 (2a-2c) 의 모든 배터리 모듈들 (22) 을 동시에 연결해제하도록 구성되는, 에너지 스토리지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 배터리 유닛 (2a-2c) 은 복수의 배터리 모듈들 (22) 을 포함하고, 상기 복수의 배터리 모듈들 (22) 의 각각은 복수의 배터리 셀을 포함하고 각각의 반도체 스위치 (23) 와 직렬로 연결되며, 각 배터리 모듈 (22) 및 반도체 스위치 (23) 는 상기 배터리 유닛 (2a-2c) 의 배터리 모듈들 (22) 및 반도체 스위치들 (23) 의 다른 직렬 회로들과 병렬로 연결되는, 에너지 스토리지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각 배터리 유닛 (2a-2c) 은 상기 반도체 스위치들을 제어하기 위한 배터리 제어 유닛 (12a-12c) 을 포함하는, 에너지 스토리지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스택 (3a-3c) 의 각 배터리 유닛 (2a-2c) 은, 상기 배터리 유닛 (2a-2c) 의 상기 배터리 모듈들 (22) 의 상기 반도체 스위치들 (23) 에 동작가능하게 연결된 배터리 제어 유닛 (12a-12c) 을 포함하는, 에너지 스토리지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스택 (3a-3c) 은, 배터리 스택 (3a-3c) 의 상기 배터리 유닛들 (2a-2c) 에 동작가능하게 연결된 스택 제어 유닛 (7a-7c) 을 포함하는, 에너지 스토리지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스택 제어 유닛 (7a-7c) 은 상기 배터리 스택 (3a-3c) 의 상기 배터리 유닛들 (2a-2c) 의 상기 반도체 스위치들 (23) 의 제어를 동기화하도록 구성되는, 에너지 스토리지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    복수의 스택들 (3a-3c) 은 배터리 유닛들 (2a-2c) 의 직렬로 상호연결된 스택들 (3a-3c) 의 스트링 (4a-4c) 에서 직렬로 배열되고, 상기 스트링 (4a-4c) 은 전압 소스 컨버터 (5) 에 입력되는 DC 전압을 제공하도록 구성되는, 에너지 스토리지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    복수의 스트링들 (4a-4c) 을 포함하는, 에너지 스토리지 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반도체 스위치 (23) 는 MOSFET 을 포함하는, 에너지 스토리지 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반도체 스위치 (23) 는 다이오드와 병렬로 연결된 IGBT 를 포함하는, 에너지 스토리지 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 MOSFET 는 상기 배터리 모듈 (22) 로부터의 에너지의 방출 동안에만 전류를 전도하도록 구성되는, 에너지 스토리지 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 IGBT 는 상기 배터리 모듈 (22) 로부터의 에너지의 방출 동안에만 전류를 전도하도록 구성되는 반면, 상기 다이오드는 상기 배터리 모듈 (22) 의 충전 동안에만 도전하도록 구성되는, 에너지 스토리지 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 에너지 스토리지 시스템을 제어하는 방법으로서,
    - 각각의 배터리 모듈을 통과하는 전류를 모니터링하는 단계,
    - 상기 전류가 제 1 임계치를 초과하는 경우에, 매 배터리 유닛의 모든 반도체 스위치들이 동시에 턴오프되도록 지시하는 단계를 포함하는, 에너지 스토리지 시스템을 제어하는 방법.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2972306A1 (fr) * 2011-03-02 2012-09-07 Commissariat Energie Atomique Batterie avec gestion individuelle des cellules
US8796993B2 (en) * 2011-09-12 2014-08-05 Southwest Electronic Energy Corporation Historical analysis of battery cells for determining state of health
KR101769646B1 (ko) * 2013-03-26 2017-08-30 엘에스산전 주식회사 배터리 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템
FR3005534B1 (fr) * 2013-05-07 2015-06-05 Commissariat Energie Atomique Protection d'une alimentation incluant plusieurs batteries en parallele contre un court circuit externe
US9640843B2 (en) * 2013-06-18 2017-05-02 Rocketship, Inc. Battery management system
DE102013220730A1 (de) * 2013-10-14 2015-04-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur spannungsgesteuerten Selbstabschaltung von Elektronikkomponenten oder Batteriezellen
FR3012693B1 (fr) * 2013-10-27 2016-02-05 Commissariat Energie Atomique Protection d'une alimentation incluant plusieurs batteries en parallele contre un court circuit externe
KR20150098554A (ko) * 2014-02-20 2015-08-28 주식회사 엘지화학 전압 측정을 통한 배터리 랙 파손 방지 장치, 시스템 및 방법
US9373973B2 (en) * 2014-02-20 2016-06-21 Lg Chem, Ltd. Apparatus, system, and method of preventing battery rack damage by measuring current
US10103556B2 (en) * 2015-11-17 2018-10-16 Motorola Solutions, Inc. Load side method of blocking charger voltage from a battery load
CN105609887B (zh) * 2016-01-08 2018-06-26 南京航空航天大学 基于串联电池组的分层式均衡电路系统及混合控制方法
CN106160071B (zh) * 2016-06-29 2019-05-07 安徽锐能科技有限公司 短路保护电路
AU2018218181B2 (en) * 2017-02-08 2019-10-24 Relectrify Holdings Pty Ltd Battery system
US20210083483A1 (en) * 2017-12-29 2021-03-18 Wärtsilä North America Gas turbine - energy storage hybrid system design
JP7077204B2 (ja) * 2018-10-31 2022-05-30 株式会社豊田中央研究所 電源装置
ES2952368T3 (es) * 2019-03-22 2023-10-31 Abb Schweiz Ag Método para controlar un sistema de almacenamiento de energía en baterías y sistema de almacenamiento de energía en baterías
DE102019109723B3 (de) * 2019-04-12 2020-08-06 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und System zu einer elektronischen Stromregelung bei einer flexiblen Gleichstrombatterie
EP3813216A1 (de) * 2019-10-23 2021-04-28 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Vorrichtung zum stabilisieren eines gleichspannungsnetzes
DE102019216545A1 (de) * 2019-10-28 2021-04-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs
US11901750B2 (en) * 2021-06-08 2024-02-13 Hamilton Sundstrand Corporation Multi-functional current limiter for energy storage devices

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007229827A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Hitachi Koki Co Ltd コードレス電動工具及びこれに用いられるバッテリ装置
JP2008281464A (ja) 2007-05-11 2008-11-20 Panasonic Ev Energy Co Ltd 蓄電装置の状態検出装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5670861A (en) * 1995-01-17 1997-09-23 Norvik Tractions Inc. Battery energy monitoring circuits
US7557585B2 (en) * 2004-06-21 2009-07-07 Panasonic Ev Energy Co., Ltd. Abnormal voltage detection apparatus for detecting voltage abnormality in assembled battery
US8310095B2 (en) 2006-06-30 2012-11-13 Abb Research Ltd. Power compensator and method for providing a black start with that compensator
US8031449B2 (en) * 2008-06-17 2011-10-04 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Fast-responding short circuit protection system with self-reset for use in circuit supplied by DC power
JP2010088202A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Toshiba Corp 電池ユニットおよびこれを用いた電池システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007229827A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Hitachi Koki Co Ltd コードレス電動工具及びこれに用いられるバッテリ装置
JP2008281464A (ja) 2007-05-11 2008-11-20 Panasonic Ev Energy Co Ltd 蓄電装置の状態検出装置

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Publication number Publication date
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KR20120108022A (ko) 2012-10-04
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CA2782502C (en) 2017-06-13
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EP2517327A1 (en) 2012-10-31
CN102668305B (zh) 2015-05-20

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