KR101822824B1 - 전력저장시스템의 충방전 분배장치 및 그 방법 - Google Patents

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    • H02J7/0071—Regulation of charging or discharging current or voltage with a programmable schedule

Abstract

본 발명은 전체 충전량 및 복수의 개별 이차전지시스템의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 입력받는 입력부; 상기 입력부로부터 제공되는 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하고, 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대한 충전량을 계산하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 제공되는 상기 개별 이차전지 시스템에 대한 충전량을 각각의 개별 이차전지시스템의 전력제어장치(PCS)로 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치에 관한 것이다.

Description

전력저장시스템의 충방전 분배장치 및 그 방법{CHARGE AND DISCHARGE AMOUNT DISTRIBUTION APPARATUS OF ENERGY STORAGE SYSTEM AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 전력저장시스템의 충방전 분배장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 여러 대의 이차전지시스템으로 이루어진 대용량 전력저장시스템에서 상위 전력관리시스템(PMS, Power Management System)에서 계산된 전체 충/방전량을 각각의 전력제어장치(PCS, Power Conditioning System)를 통해 독립적으로 운전되는 개별 이차전지시스템에 분배하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제 2011-0084751호(2011. 07. 26 공개)에 개시되어 있다.
전력계통은 발전소, 변전소 및 부하를 송전선으로 연결하여 전력의 발생으로부터 소비까지를 포함하여 이루어지는 하나의 시스템을 말한다. 전력계통은 전력의 발생과 소비의 동질성으로 수요와 공급이 평형을 이루어야 하기 때문에 전력수요의 감시가 지속적으로 이루어져야 한다. 이와 관련, 초기의 소규모 계통에서는 감시가 용이하였으나 점차 산업의 고도화, 정보화로 전력수요가 증가됨에 따라 전력설비도 대규모화, 복잡화되어 지금까지 수행하여 온 인위적인 방법으로 계통을 효과적으로 운용하기에 한계점에 도달하였다. 이에 따라, 컴퓨터로 정보를 수집, 처리, 분석 및 제어하는 기능과 통신기능을 응용하여 전력계통 운용업무의 효율적인 수행을 위한 설비 종합자동화가 급속히 추진되고 있다.
한편, 전력저장장치와 관련하여, HEV, EV 등의 수송용 에너지 분야를 중심으로 리튬이온 전지의 대용량화, 장기 수명화의 연구를 통해 대형 리튬이온 전지의 상용화가 시작되고 있다. 대형 리튬 이온 전지의 보급이 상정되는 시장은 자동차 분야, 농업, 건설기계 분야, 산업 기계 분야, 이륜, 전차 등의 이동체 기기 분야, 자연 에너지 분야 등 헤아릴 수 없는 시장 잠재력을 보유하고 있다.
대전력 저장 분야에 있어서는, NAS 전지, Redox 플로우 전지 등의 대형 전지가 상용화 초기 단계에 있어, 자가 발전 설비와의 경합하여 전원 고품질화 시스템으로서 새로운 시장이 기대되고 있다. 이 전지들은 리튬 전지에 비하여 성능은 열세이지만, 용량 대비 가격이 특히 우수하여 대용량의 전력 저장용으로 사용이 시작되고 있는 단계에 있다.
현재 신재생에너지가 증가함에 따라 전력저장시스템이 배전 및 송변전에 적용되어지고 있으며, 미래에는 대용량(MW급) 전력저장시스템이 변전소 단위로 확대 보급되어질 전망이다. 여기서, 동일 변전소 내에 설치된 대용량의 전력저장시스템은 대개 여러 대의 전력제어장치(PCS, Power Conditioning System)를 통해 각각 독립적으로 운전되는 다수의 이차전지시스템으로 구성되어 있다.
따라서, 상위 시스템인 전력관리시스템(PMS, Power Management System)에 의해 결정된 전체 충방전량을 개별의 PCS를 통해 각각의 개별 이차전지시스템에 분배하는 장치 및 방법은 필수적이다. 그런데, 종래의 대용량 전력저장 시스템에서는 각각의 개별 이차전지 시스템의 충전 또는 방전상태 등에 따라 효율적으로 충전스케줄과 방전 스케줄을 분배할 수 없었으며, 그에 따라 특정 이차전지 시스템이 과도하게 충방전하여 배터리 수명에 악영향을 미치거나 각 이차전지 시스템의 활용도가 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 여러 대의 이차전지시스템으로 이루어진 대용량 전력저장시스템에서 각각의 개별 이차전지 시스템의 충전상태인 개별 충전량과 개별 충방전 횟수 이력 데이터를 이용하여 전력관리시스템(PMS)에서 제공되는 전체 충/방전량을 각각의 개별 이차전지시스템에 효율적으로 분배할 수 있도록 하는 전력저장시스템의 충방전 분배장치 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 전체 충전량 및 복수의 개별 이차전지시스템의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 입력받는 입력부; 상기 입력부로부터 제공되는 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하고, 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 계산하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 제공되는 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 각각의 개별 이차전지시스템의 전력제어장치(PCS)로 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치를 제공한다.
본 발명에서, 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량 계산시, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 상기 연산부는 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템을 선택하고, 상기 선택된 이차전지시스템의 수에 대한 상기 전체 충전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템에 할당하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량 계산시, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 상기 연산부는 상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 적고 상기 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지 시스템을 선택하고, 상기 선택된 각각의 이차전지 시스템의 충전 여유량에 기초하여 해당 이차전치 시스템에 할당할 충전량을 각각 계산하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 할당할 충전량은 할당 대상인 개별 이차전지 시스템의 충전 여유량의 총합에 대한 해당 이차전지 시스템의 충전 여유량의 비에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 입력부는 전체 방전량을 더 입력받고, 상기 연산부는 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량을 계산하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량 계산시, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 상기 연산부는 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템을 선택하고, 상기 선택된 이차전지시스템의 수에 대한 상기 전체 방전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템에 할당하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량 계산시, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 상기 연산부는 상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 많고 상기 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지 시스템을 선택하고, 상기 선택된 각각의 이차전지 시스템의 충전량에 기초하여 해당 이차전치 시스템에 할당할 방전량을 각각 계산하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 할당할 방전량은 할당 대상인 개별 이차전지 시스템의 충전량의 총합에 대한 해당 이차전지 시스템의 충전량의 비에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 전력저장시스템의 충방전 분배장치에 의해 수행되는 충전 분배 방법으로서, 전체 충전량 및 복수의 개별 이차전지시스템의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 입력받는 단계; 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하는 단계; 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전 분배 방법을 제공한다.
본 발명에서, 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 계산하는 단계는, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인하는 단계; 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 이차전지시스템의 수에 대한 상기 전체 충전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템에 할당하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 계산하는 단계는, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인하는 단계; 상기 모든 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 각각의 이차전지 시스템에 대하여 상기 개별 충전량을 상기 평균 충전량과 비교하는 제 1 비교단계; 상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 적은 경우, 해당 이차전지 시스템의 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충방전 횟수와 비교하는 제 2 비교단계; 상기 해당 이차전지 시스템의 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 경우, 상기 해당 이차전지 시스템의 충전 여유량에 기초하여 할당할 충전량을 계산하는 단계; 및 상기 모든 이차전지 시스템에 대하여 상기 제 1 비교단계 이후의 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 전력저장시스템의 충방전 분배장치에 의해 수행되는 방전 분배 방법으로서, 전체 방전량 및 복수의 개별 이차전지시스템의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 입력받는 단계; 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하는 단계; 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방전 분배 방법을 제공한다.
본 발명에서, 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량을 계산하는 단계는, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인하는 단계; 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 이차전지시스템의 수에 대한 상기 전체 방전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템에 할당하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량을 계산하는 단계는, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인하는 단계; 상기 모든 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 각각의 이차전지 시스템에 대하여 상기 개별 충전량을 상기 평균 충전량과 비교하는 제 1 비교단계; 상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 많은 경우, 해당 이차전지 시스템의 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충방전 횟수와 비교하는 제 2 비교단계; 상기 해당 이차전지 시스템의 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 경우, 상기 해당 이차전지 시스템의 개별 충전량에 기초하여 할당할 방전량을 계산하는 단계; 및 상기 모든 이차전지 시스템에 대하여 상기 제 1 비교단계 이후의 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전력저장시스템의 충방전 분배장치 및 그 방법은, 여러 대의 이차전지시스템으로 이루어진 대용량 전력저장시스템에서 각각의 개별 이차전지 시스템의 충전상태인 개별 충전량과 개별 충방전 횟수 이력 데이터를 이용하여 전력관리시스템(PMS)에서 제공되는 전체 충/방전량을 각각의 개별 이차전지시스템에 효율적으로 분배할 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 전체 충/방전량을 각각의 개별 이차전지시스템에 효율적으로 분배함으로써, 이차전지 시스템의 활용도를 높일 수 있고 특정 이차전지시스템이 과도한 충방전 동작으로 인해 수명이 줄어드는 것을 방지할 수 있으며, 또한 독립적으로 운전되는 각각의 이차전지시스템의 충전상태(충전량)(SOC)를 상시 비슷한 수준으로 유지시켜 운영 및 유지보수를 효율적으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 전력저장시스템의 충방전 분배장치의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 전체 충전량 또는 방전량을 개별 이차전지 시스템의 충전량에 따라 분배하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 충방전 분배장치에 의해 수행되는 충전 분배 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 충방전 분배장치에 의해 수행되는 방전 분배 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 전력저장시스템의 충방전 분배장치의 구성을 도시한 것이고, 도 2는 전체 충전량 또는 방전량을 개별 이차전지 시스템의 충전량에 따라 분배하는 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 충방전 분배장치에 의해 수행되는 충전 분배 방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 충방전 분배장치에 의해 수행되는 방전 분배 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이를 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전력저장시스템의 충방전 분배장치(100)는, 전체 충전량, 전체 방전량 및 복수의 개별 이차전지시스템(250)의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 입력받는 입력부(110); 입력부(110)로부터 제공되는 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하고, 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템(250)에 대하여 할당할 충전량 및 방전량을 계산하는 연산부(120); 및 상기 연산부(120)로부터 제공되는 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량 및 방전량을 각각의 개별 이차전지시스템(250)의 전력제어장치(PCS, 200)로 출력하는 출력부(130)를 포함한다.
상기 개별 이차전지 시스템(250)에 대해 할당할 충전량 계산시, 상기 모든 개별 이차전지 시스템(250)의 개별 충전량이 동일한 경우, 상기 연산부(120)는 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템(250)을 선택하고, 상기 선택된 이차전지시스템(250)의 수에 대한 상기 전체 충전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템(250)에 할당한다.
또한, 상기 개별 이차전지 시스템(250)에 대해 할당할 충전량 계산시, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 상기 연산부(120)는 상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 적고 상기 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지 시스템(250)을 선택하고, 상기 선택된 각각의 이차전지 시스템(250)의 충전 여유량에 기초하여 해당 이차전치 시스템(250)에 할당할 충전량을 각각 계산한다.
또한, 상기 개별 이차전지 시스템(250)에 대해 할당할 방전량 계산시, 상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 상기 연산부(120)는 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템(250)을 선택하고, 상기 선택된 이차전지시스템(250)의 수에 대한 상기 전체 방전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템(250)에 할당한다.
상기 개별 이차전지 시스템(250)에 대해 할당할 방전량 계산시, 상기 모든 개별 이차전지 시스템(250)의 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 상기 연산부(120)는 상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 많고 상기 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지 시스템(250)을 선택하고, 상기 선택된 각각의 이차전지 시스템(250)의 충전량에 기초하여 해당 이차전치 시스템(250)에 할당할 방전량을 각각 계산한다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 동작 및 작용을 도 1 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하되, 먼저 본 실시예에 따른 전력저장시스템의 충방전 분배장치에 의해 수행되는 충전 분배 방법에 대하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 입력부(120)는 충전할 전체 충전량을 상위 시스템인 전력 관리시스템(PMS, Power Management System, 미도시)로부터 입력받고, 복수의 개별 이차전지시스템(250)의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 각각의 전력제어장치(PCS, 200)로부터 입력받는다(S301). 여기서, 전체 충전량은 부하 평준화를 위해 전력 관리시스템(미도시)에 의해 계산되는 값으로서 복수의 개별 이차전지 시스템(250)을 포함하여 구성된 전체 대용량 전력저장시스템에 제공될 총 충전량을 의미한다. 그리고, 개별 충전량(S0C, State of Charge)은 각각의 개별 이차전지 시스템(250)의 현재 충전상태를 나타낸다. 개별 충방전 횟수는 각각의 개별 이차전지 시스템(250)이 현재까지 충방전을 실시한 총 횟수를 의미하는 것으로, 대개의 이차전지는 전체 수명에 걸쳐서 가능한 충방전 횟수가 어느 일정 범위로 정해져 있기 때문에 충방전 횟수가 많은 이차전지 시스템은 그 만큼 남아있는 유효 수명이 적은 것을 의미한다. 전력제어장치(PCS, 200)는 각각의 개별 이차전지 시스템(250)을 제어하는 장치로서, 특히 이차전치 시스템(250)의 충전 동작 및 방전 동작을 제어하고 개별 이차전지시스템(250)의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수에 관한 데이터를 제공한다.
다음으로, 연산부(120)는 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하고(S302), 모든 개별 이차전지 시스템(250)의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인한다(S303). 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수는 수학식 1, 2에 의해 각각 계산된다.
Figure 112012076640011-pat00001
Figure 112012076640011-pat00002
(단, SOCavg:평균 충전량, n:이차 전지시스템의 갯수)
단계(S303)에서의 확인결과, 상기 모든 개별 이차전지 시스템(250)의 개별 충전량이 동일한 경우, 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템(250)을 선택한다(S304). 그리고, 그 선택된 이차전지시스템(250)의 수에 대한 상기 전체 충전량의 평균값(Ptotal/n)을 상기 선택된 이차전지 시스템(250)에 할당한다(S305). 이렇게 함으로써, 충방전 횟수가 비교적 적은 이차전지 시스템(250)에 대하여 충전량을 균등하게 분배함으로써 충전량의 적정 분배가 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 단계(S303)에서의 확인결과, 상기 모든 개별 이차전지 시스템(250)의 개별 충전량(SOC)이 동일하지 않은 경우, 각각의 이차전지 시스템(250)에 대하여 상기 개별 충전량(k번째 SOC)이 상기 평균 충전량(평균 SOC)보다 더 적은지 확인한다(S306). 만약, 이 때 해당 개별 충전량(k번째 SOC)이 상기 평균 충전량(평균 SOC)보다 더 적지 않은 경우에는 해당 이차전지 시스템(250)에 대한 할당 충전량을 0으로 할당한다(S308).
하지만, 만약 상기 단계(S306)에서의 확인 결과 해당 개별 충전량(k번째 SOC)이 상기 평균 충전량(평균 SOC)보다 더 적은 경우에는 해당 이차전지 시스템(250)에 대하여 상기 개별 충방전횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은지 확인한다(S307). 만약, 이 때 해당 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적지 않은 경우에는 해당 이차전지 시스템(250)에 대한 할당 충전량을 0으로 할당한다(S308).
반면, 단계(S307)에서의 확인 결과 해당 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 경우에는 해당 이차전지 시스템(250)의 충전 여유량에 기초하여 할당할 충전량을 계산한다(S309). 이 때 할당할 충전량은 할당 대상이 되는 개별 이차전지 시스템들(250)의 충전 여유량의 총합(Σ(100-SOCk))에 대한 해당 이차전지 시스템(250)의 충전 여유량(100-SOCk)의 비에 의해 결정되며, 구체적으로는 수학식 3과 같다. 즉, 충전 여유량(100-SOCk)이 상대적으로 많이 남아 있는 이차전지 시스템(250)에는 비교적 많은 양의 충전량을 할당하고, 충전 여유량(100-SOCk)이 상대적으로 적게 남아 있는 이차전지 시스템(250)에는 비교적 적은 양의 충전량을 할당함으로써, 각각의 이차전지 시스템의 충전 여력에 따라 적절한 충전량 분배가 이루어질 수 있도록 한다.
Figure 112012076640011-pat00003
(단, Pk: 할당할 충전량, Ptotal:전체 충전량, SOCk: 개별 충전량)
다음으로, 모든 이차전지 시스템(250)에 대하여 계산이 완료되었는지 확인하여(S310), 모든 n개의 이차전지 시스템(250)에 대하여 계산이 완료되지 않은 경우에는 단계(S311)에 의해 k값을 증가시키면서 다음 이차전지 시스템에 대하여 연산을 수행하여 상기 단계(306) 내지 단계(309)의 과정을 반복한다. 반면, 단계(S310)의 확인 결과 모든 n개의 이차전지 시스템(250)에 대하여 계산이 완료된 경우에는 모든 연산을 완료한다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면 대용량 전력저장시스템에서 각각의 개별 이차전지 시스템의 충전상태인 개별 충전량과 개별 충방전 횟수 이력 데이터를 이용하여 전체 충전량을 각각의 개별 이차전지시스템에 효율적으로 할당, 분배할 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 따른 전력저장시스템의 충방전 분배장치에 의해 수행되는 방전 분배 방법에 대하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 입력부(120)는 상위 시스템인 전력 관리시스템(PMS, 미도시)으로부터 전체 방전량을 입력받고, 복수의 개별 이차전지시스템(250)의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 각각의 전력제어장치(PCS, 200)로부터 입력받는다(S401). 여기서, 전체 방전량은 부하 평준화를 위해 전력 관리시스템(미도시)에 의해 계산되는 값으로서 복수의 개별 이차전지 시스템(250)을 포함하여 구성된 전체 대용량 전력저장시스템에 의해 제공될 총 방전량을 의미한다.
다음으로, 연산부(120)는 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하고(S402), 모든 개별 이차전지 시스템(250)의 개별 충전량(SOC)이 동일한지 여부를 확인한다(S403). 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수는 상술한 수학식 1, 2에 의해 각각 계산된다.
단계(S403)에서의 확인결과, 상기 모든 개별 이차전지 시스템(250)의 개별 충전량이 동일한 경우, 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템(250)을 선택한다(S404). 그리고, 그 선택된 이차전지시스템(250)의 수에 대한 상기 전체 방전량의 평균값(Ptotal/n)을 상기 선택된 이차전지 시스템(250)에 할당한다(S405). 이렇게 함으로써, 충방전 횟수가 비교적 적은 이차전지 시스템(250)에 대하여 방전량을 균등하게 분배함으로써 방전량의 적정 분배가 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 단계(S403)에서의 확인결과, 상기 모든 개별 이차전지 시스템(250)의 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 각각의 이차전지 시스템(250)에 대하여 상기 개별 충전량(k번째 SOC)이 상기 평균 충전량(평균 SOC)보다 더 많은지 확인한다(S406). 만약, 이 때 해당 개별 충전량(k번째 SOC)이 상기 평균 충전량(평균 SOC)보다 더 많지 않은 경우에는 해당 이차전지 시스템(250)에 대한 할당 방전량을 0으로 할당한다(S408).
하지만, 만약 상기 단계(S406)에서의 확인 결과 해당 개별 충전량(k번째 SOC)이 상기 평균 충전량(평균 SOC)보다 더 많은 경우에는 해당 이차전지 시스템(250)에 대하여 상기 개별 충방전횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은지 확인한다(S407). 만약, 이 때 해당 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적지 않은 경우에는 해당 이차전지 시스템(250)에 대한 할당 방전량을 0으로 할당한다(S408).
반면, 단계(S407)에서의 확인 결과 해당 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 경우에는 해당 이차전지 시스템(250)의 충전량(SOCk)에 기초하여 할당할 방전량을 계산한다(S409). 이 때 할당할 방전량은 할당 대상이 되는 개별 이차전지 시스템들(250)의 충전량의 총합(ΣSOCk)에 대한 해당 이차전지 시스템(250)의 충전량(SOCk)의 비에 의해 결정되며, 구체적으로는 수학식 4와 같다. 즉, 충전량(SOCk)이 상대적으로 많은 이차전지 시스템(250)에는 비교적 많은 양의 방전량을 할당하고, 충전량(SOCk)이 상대적으로 적은 이차전지 시스템(250)에는 비교적 적은 양의 방전량을 할당함으로써, 각각의 이차전지 시스템의 방전 여력에 따라 적절한 방전량 분배가 이루어질 수 있도록 한다.
Figure 112012076640011-pat00004
(단, Pk: 할당할 방전량, Ptotal:전체 방전량, SOCk: 개별 충전량)
다음으로, 모든 이차전지 시스템(250)에 대하여 계산이 완료되었는지 확인하여(S410), 모든 n개의 이차전지 시스템(250)에 대하여 계산이 완료되지 않은 경우에는 단계(S411)에 의해 k값을 증가시키면서 다음 이차전지 시스템에 대하여 연산을 수행하여 상기 단계(406) 내지 단계(409)의 과정을 반복한다. 반면, 단계(S410)의 확인 결과 모든 n개의 이차전지 시스템(250)에 대하여 계산이 완료된 경우에는 모든 연산을 완료한다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면 대용량 전력저장시스템에서 각각의 개별 이차전지 시스템의 충전상태인 개별 충전량과 개별 충방전 횟수 이력 데이터를 이용하여 전체 방전량을 각각의 개별 이차전지시스템에 효율적으로 할당, 분배할 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 전력저장시스템의 충방전 분배장치 및 그 방법은, 여러 대의 이차전지시스템으로 이루어진 대용량 전력저장시스템에서 각각의 개별 이차전지 시스템의 충전상태인 개별 충전량과 개별 충방전 횟수 이력 데이터를 이용하여 전력관리시스템(PMS)에서 제공되는 전체 충/방전량을 각각의 개별 이차전지시스템에 효율적으로 분배할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 전체 충/방전량을 각각의 개별 이차전지시스템에 효율적으로 분배함으로써, 이차전지 시스템의 활용도를 높일 수 있고 특정 이차전지시스템이 과도한 충방전 동작으로 인해 수명이 줄어드는 것을 방지할 수 있으며, 또한 독립적으로 운전되는 각각의 이차전지시스템의 충전상태(충전량)(SOC)를 상시 비슷한 수준으로 유지시켜 운영 및 유지보수를 효율적으로 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 전력저장시스템의 충방전 분배장치로서,
    전체 충전량 및 복수의 개별 이차전지시스템의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 입력받는 입력부;
    상기 입력부로부터 제공되는 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하고, 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 계산하는 연산부; 및
    상기 연산부로부터 제공되는 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 각각의 개별 이차전지시스템의 전력제어장치(PCS)로 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량 계산시,
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 상기 연산부는 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템을 선택하고, 상기 선택된 이차전지시스템의 수에 대한 상기 전체 충전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템에 할당하는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량 계산시,
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 상기 연산부는 상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 적고 상기 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지 시스템을 선택하고, 상기 선택된 각각의 이차전지 시스템의 충전 여유량에 기초하여 해당 이차전치 시스템에 할당할 충전량을 각각 계산하는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 할당할 충전량은 할당 대상인 개별 이차전지 시스템의 충전 여유량의 총합에 대한 해당 이차전지 시스템의 충전 여유량의 비에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 입력부는 전체 방전량을 더 입력받고,
    상기 연산부는 상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량을 계산하는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량 계산시,
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 상기 연산부는 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템을 선택하고, 상기 선택된 이차전지시스템의 수에 대한 상기 전체 방전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템에 할당하는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량 계산시,
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 상기 연산부는 상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 많고 상기 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지 시스템을 선택하고, 상기 선택된 각각의 이차전지 시스템의 충전량에 기초하여 해당 이차전치 시스템에 할당할 방전량을 각각 계산하는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 할당할 방전량은 할당 대상인 개별 이차전지 시스템의 충전량의 총합에 대한 해당 이차전지 시스템의 충전량의 비에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 전력저장시스템의 충방전 분배장치.
  9. 전력저장시스템의 충방전 분배장치에 의해 수행되는 충전 분배 방법으로서,
    전체 충전량 및 복수의 개별 이차전지시스템의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 입력받는 단계;
    상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하는 단계;
    상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전 분배 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 계산하는 단계는,
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인하는 단계;
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 이차전지시스템의 수에 대한 상기 전체 충전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템에 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전 분배 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 충전량을 계산하는 단계는,
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인하는 단계;
    상기 모든 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 각각의 이차전지 시스템에 대하여 상기 개별 충전량을 상기 평균 충전량과 비교하는 제 1 비교단계;
    상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 적은 경우, 해당 이차전지 시스템의 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충방전 횟수와 비교하는 제 2 비교단계;
    상기 해당 이차전지 시스템의 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 경우, 상기 해당 이차전지 시스템의 충전 여유량에 기초하여 할당할 충전량을 계산하는 단계; 및
    상기 모든 이차전지 시스템에 대하여 상기 제 1 비교단계 이후의 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 충전 분배 방법.
  12. 전력저장시스템의 충방전 분배장치에 의해 수행되는 방전 분배 방법으로서,
    전체 방전량 및 복수의 개별 이차전지시스템의 개별 충전량(SOC)과 개별 충방전 횟수를 입력받는 단계;
    상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수에 기초하여 평균 충전량 및 평균 충방전 횟수를 계산하는 단계;
    상기 개별 충전량과 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충전량과 평균 충방전 횟수와 각각 비교하여 상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방전 분배 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량을 계산하는 단계는,
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인하는 단계;
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한 경우, 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 이차전지시스템을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 이차전지시스템의 수에 대한 상기 전체 방전량의 평균값을 상기 선택된 이차전지 시스템에 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방전 분배 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 개별 이차전지 시스템에 대해 할당할 방전량을 계산하는 단계는,
    상기 모든 개별 이차전지 시스템의 개별 충전량이 동일한지 여부를 확인하는 단계;
    상기 모든 개별 충전량이 동일하지 않은 경우, 각각의 이차전지 시스템에 대하여 상기 개별 충전량을 상기 평균 충전량과 비교하는 제 1 비교단계;
    상기 개별 충전량이 상기 평균 충전량보다 더 많은 경우, 해당 이차전지 시스템의 개별 충방전 횟수를 상기 평균 충방전 횟수와 비교하는 제 2 비교단계;
    상기 해당 이차전지 시스템의 개별 충방전 횟수가 상기 평균 충방전 횟수보다 더 적은 경우, 상기 해당 이차전지 시스템의 개별 충전량에 기초하여 할당할 방전량을 계산하는 단계; 및
    상기 모든 이차전지 시스템에 대하여 상기 제 1 비교단계 이후의 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방전 분배 방법.
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