KR101963930B1 - Energy storage system with lead acid battery and method for charging and discharging lead acid battery - Google Patents
Energy storage system with lead acid battery and method for charging and discharging lead acid battery Download PDFInfo
- Publication number
- KR101963930B1 KR101963930B1 KR1020150019471A KR20150019471A KR101963930B1 KR 101963930 B1 KR101963930 B1 KR 101963930B1 KR 1020150019471 A KR1020150019471 A KR 1020150019471A KR 20150019471 A KR20150019471 A KR 20150019471A KR 101963930 B1 KR101963930 B1 KR 101963930B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- storage battery
- lead
- power
- current
- lead storage
- Prior art date
Links
- 239000002253 acid Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000007599 discharging Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- PIJPYDMVFNTHIP-UHFFFAOYSA-L lead sulfate Chemical compound [PbH4+2].[O-]S([O-])(=O)=O PIJPYDMVFNTHIP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N lead oxide Chemical compound [O-2].[Pb+2] HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001903 differential pulse voltammetry Methods 0.000 description 4
- YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N dioxolead Chemical compound O=[Pb]=O YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 230000019635 sulfation Effects 0.000 description 4
- 238000005670 sulfation reaction Methods 0.000 description 4
- 208000003443 Unconsciousness Diseases 0.000 description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N lead(2+) Chemical compound [Pb+2] RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LMFWXTZEFKLNSB-UHFFFAOYSA-N OS(O)(=O)=O.OS(O)(=O)=O.OS(O)(=O)=O.P.P Chemical compound OS(O)(=O)=O.OS(O)(=O)=O.OS(O)(=O)=O.P.P LMFWXTZEFKLNSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- -1 sulfuric acid ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0069—Charging or discharging for charge maintenance, battery initiation or rejuvenation
-
- H02J7/0065—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
-
- H02J7/022—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y02T10/7016—
Abstract
본 발명은 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템 및 연축전지의 충방전 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 연축전지와; 외부 전원을 정류하여 상기 연축전지를 충전하고, 상기 연축전지로부터 방전되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 전력 변환기와; 상기 연축전지를 방전시키는 방전 모드로 동작할 때, 상기 연축전지의 방전 전류의 파형이 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 연축전지의 수명과 방전효율을 향상시키면서도 '0' 전류 구간 없이 상시 전원 공급용 설비에도 적용이 가능하며, 연축전지를 에너지 저장 시스템에 활용하면서도 연축전지의 재생이 가능하게 된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy storage system using a lead storage battery and a charge / discharge method for a lead storage battery. An energy storage system according to the present invention includes a storage battery; A power converter for rectifying an external power source to charge the lead storage battery, converting a DC power discharged from the lead storage battery into an AC power and supplying the power to the load, And a controller for controlling the power converter such that when the battery is operated in a discharge mode for discharging the lead storage battery, the waveform of the discharge current of the lead storage battery has a pulse shape without a period of '0'. Accordingly, the lifetime and discharge efficiency of the lead-acid battery can be improved, and the battery can be applied to the power supply system without the '0' current section. The lead-acid battery can be used for the energy storage system while the lead-acid battery can be regenerated.
Description
본 발명은 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템 및 연축전지의 충방전 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연축전지의 충전 및 방전 효율과 수명을 향상시키면서도 '0' 전류 구간 없이 상시 전원 공급용 설비에도 적용이 가능하며, 연축전지를 에너지 저장 시스템에 적용하면서도 연축전지의 재생이 가능한 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템 및 연축전지의 충방전 방법에 관한 것이다The present invention relates to an energy storage system using a lead storage battery and a charge / discharge method for a lead storage battery, and more particularly, to a charge / discharge method for a lead storage battery, To an energy storage system using a lead-acid battery capable of regenerating a lead-acid battery while applying the lead-acid battery to an energy storage system, and a charge / discharge method for the lead-acid battery
최근 여름 시즌의 전력공급 예비율 부족으로 인해 발생한 블랙아웃(Blackout)이 사회적으로 큰 이슈가 되고 있다. 블랙아웃을 예방하는 방법은 다양하게 존재하고 있는데, 전력 공급자 측면에서는 최대전력공급을 위한 인프라를 증설하고, 전력 수요자 입장에서는 전력량 절감뿐 만 아니라 피크전력시간에 전력소비를 효과적으로 억제해야 할 것이다.Blackout caused by lack of reserves in recent summer season is becoming a social issue. There are various ways to prevent blackouts. On the power supplier side, it is necessary to expand the infrastructure for maximum power supply, and for power users, not only to reduce power consumption, but also to effectively suppress power consumption during peak power time.
한국의 여름 시즌의 주간과 야간의 소비전력 차이는 57% 정도이고, 에너지피크에 따른 수요전력을 감당하기 위해 고비용(LPG, 유류)의 수입 원료를 통한 발전시설을 이용하고 있다. 즉 원자력 발전이 감당하는 기저부하를 제외한 57%에 해당하는 변동부하를 고가의 발전원료로 충당하고 있는 실정이다. 이 때문에, 최근에 한국을 비롯한 많은 국가에서 시간대별 전력요금의 차등을 더욱 크게 하고 있다.The difference in power consumption between daytime and nighttime in summer in Korea is about 57%. In order to cope with the demand power according to the energy peak, high-cost (LPG, oil) power generation facilities are used. In other words, 57% of the variance load excluding the base load of nuclear power generation is covered by expensive power generation materials. For this reason, in recent years, many countries, including South Korea, are increasing the difference in electricity rates by time zone.
도 1은 한국의 최대 공급 전력과 전력 예비율, 및 에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 실선은 여름 시즌의 한국 전체의 일일 시간대별 전력사용량의 예를 나타내고 있다. 도 1의 1점 쇄선은 한국의 최대발전가능용량으로 대략 87GW 정도이다. 도 1에서 확인할 수 있듯이, 여름 시즌에서는 5% 미만의 전력 예비율(Reserve Rate)로 인하여 항상 블랙아웃의 위험에 노출되어 있는 실정이다.FIG. 1 is a diagram for explaining the maximum power supply and power reserve ratio in Korea and the effect of an energy storage system (ESS). The solid line in FIG. 1 shows an example of power consumption by day of the week for the whole of Korea in the summer season. The dash-dotted line in Fig. 1 indicates the maximum power generation capacity of about 87 GW in Korea. As can be seen in FIG. 1, in the summer season, it is always exposed to the risk of blackout due to a reserve ratio of less than 5%.
만일, 연축전지에 저장된 전력을, 도 1에 도시된 바와 같이 전력 소비가 여유로운 구간에 충전을 하고, 전력피크시 방전을 수행하는 에너지 저장 시스템을 활용할 수 있다면, 2점 쇄선과 같이 충분한 전력 예비율을 확보할 수 있고, 이는 사회경제적으로 많은 효과를 얻을 수 있을 것이다.If the energy stored in the storage battery can be utilized in an energy storage system that charges the battery in a region where the power consumption is relaxed and discharges at the peak of electric power as shown in Fig. 1, a sufficient power reserve ratio And it will have much socioeconomic effect.
한편, IT 인프라의 증가로 통신사, 은행, IDC, 산업단지, 정부기관 등에서는 안정적인 서비스를 위한 비상전력용 2차전지로 연축전지(Lead-Acid Battery)를 대량 보유하고 있다. 연축전지는 리튬(Lithium) 계열의 전지와 대비할 때 상대적으로 가격이 저렴하고, 내구성과 안전성 등의 장점이 있으며 기존에 설치되어 있기 때문에 에너지 저장 시스템으로 활용한다면 추가적인 투자없이도 많은 효과를 기대할 수 있다.On the other hand, telecommunication companies, banks, IDCs, industrial complexes, and government agencies have a large amount of lead-acid batteries as secondary batteries for emergency power supply. The lead-acid battery has advantages such as relatively low price, durability and safety when compared with lithium-based battery, and since it is installed in the past, it can be expected to have many effects without additional investment if used as an energy storage system.
그러나, 연축전지를 에너지 저장 시스템의 용도로 사용하는데 있어, 주기적인 충전 및 방전이 진행되는 경우 효율이 급격히 저하될 뿐만 아니라, 방전회수가 증가함에 따라 수명 또한 급격히 하락하는 문제점이 있다.However, when the lead-acid battery is used as an energy storage system, not only the efficiency is rapidly lowered when cyclic charging and discharging proceed, but also the lifetime is rapidly lowered as the number of discharging times is increased.
포이케르트 법칙(Peukert's law)에 의하면 연축전지의 최대방전가능용량은 방전전류와 방전시간에 비례하는데, 연축전지의 방전시간당 전류방전 총 용량은 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.According to the Peakert's law, the maximum dischargeable capacity of the lead-acid battery is proportional to the discharge current and the discharge time, and the total discharge capacity per discharge time of the lead-acid battery can be expressed by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
CP = IktC P = I k t
여기서, CP는 방전가능 용량으로 [AH] ampere-hours로 표현하고, I는 부하로부터 요구되는 실제 방전전류(A)이고, k는 포이케르트 상수이고, t는 연축전지의 방전을 위한 실제 시간[H]이다.Here, C P is the dischargeable capacity expressed as [AH] ampere-hours, I is the actual discharge current (A) required from the load, k is the foamket constant, t is the actual discharge current Time [H].
도 2는 연축전지의 하나인 VGS 3000의 포이케르트 법칙에 따른 방전시간에 비례하는 방전전류를 나타낸 그래프이고, 도 3은 VGS 3000의 방전시간과 방전가능 총 전류와의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing a discharge current proportional to a discharge time according to the Forester's law of
25를 기준으로 VGS 3000의 경우 1CA, 1204A로 방전하면 60[min]안에 방전종지전압 1.80V에 도달하지만, 0.1CA 300A이하로 방전하면 600[min]동안 총 3060A방전 가능하여, 약 2.5배의 총 방전가능전류의 차이가 있다.25, the discharge end voltage reaches 1.80V within 60 [min] when discharging to 1CA and 1204A in case of
만일 Battery가 방전전류를 0.1CA로 방전하는 경우에는 지속 가능한 방전 유지전압 및 시간이 1CA로 방전할 때보다 상대적으로 크다. 즉, 부하가 크면(예컨대, 큰 전류를 급속히 방전하면) 연축전지의 효율이 급속히 저하되어. 설계효율 대비 최대 9.8%(15min)~39.7%(60min)로 저하되게 된다.If the battery discharges the discharging current to 0.1 CA, the sustainable discharging holding voltage and time are relatively larger than when discharging to 1 CA. That is, when the load is large (for example, when a large current is rapidly discharged), the efficiency of the lead storage battery is rapidly deteriorated. The design efficiency is reduced to 9.8% (15min) ~ 39.7% (60min).
현재 산업계에서는 일반적으로 투자비를 고려해서, 최대부하전류를 기준으로 하여, 연축전지의 방전 전류량을 0.5CA~1CA로 설계(방전가능시간 1~3hr)하는 바, 이를 기준으로 에너지 저장 시스템으로 활용한다면 효율이 크게 저하됨을 확인할 수 있다.Currently, in industry, discharge current of lead-acid battery is designed to 0.5CA ~ 1CA (
연축전지의 방전횟수 및 방전심도(DOD)와 수명과의 관계를 살펴보면, 다양한 연축전지의 종류별로 음극, 양극, 전해질, 분리막 등에 사용되는 재료, 연축전지의 용량, 전압, 전류 등에 따라 방전심도가 수명에 미치는 영향이 상이하기 때문에, 본 명세서에서는 장수명 밀폐형 연축전지의 일종인 VGS(Valve regulated Gel type Stationary), VRLA(Valve Regulated Lead-Acid)를 대상으로 설명한다.The relationship between discharge frequency and discharge depth (DOD) and life span of a lead-acid battery is as follows. Depending on the types of lead-acid batteries, the discharge depth depends on the materials used for the cathode, anode, electrolyte, In this specification, VGS (Valve Regulated Gel Type Stationary) and VRLA (Valve Regulated Lead-Acid), which are types of long-life sealed type lead acid batteries, will be described.
연축전지의 방전심도와 방전가능횟수와의 관계는 일반적으로 알려진 바와 같이, 방전심도를 100%로 하였을 경우 방전가능횟수는 350회이며, 방전심도를 60%, 40%로 하였을 경우 각각 최대 1,100회, 1,550회 방전을 실시하게 되면 연축전지의 수명의 교체시기인 80[%] 용량수준에 도달한다.As is generally known, the relationship between the depth of discharge of the battery and the number of discharge times is as follows. When the discharge depth is 100%, the number of times of discharge is 350. When the discharge depth is 60% and 40% , And when 1,550 discharges are performed, a capacity level of 80 [%], which is the replacement time of the life of the lead-acid battery, is reached.
이러한 현상이 발생되는 원인이 되는 연축전지의 반응 메커니즘을 설명하면 다음과 같다.The reaction mechanism of the lead-acid battery that causes this phenomenon will be described as follows.
연축전지는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로서 애노드 플레이트(Anode plate)로는 이산화납(PbO2)을 사용하고, 캐소드 플레이트(Cathode plate)로는 납( Pb)을 사용하여, 전해액으로 황산(H2SO4)을 사용한다. [화학식 1] 내지 [화학식 3]을 참조하면 납이 이온화하고, 분리된 자유전자(e-)가 캐소드 플레이트 상에 남는다. 이 때, 생성된 납의 양이온(Pb2+)은 묽은 황산 중에 이온화하여 있는 황산이온(SO4 2-)과 화합하여 황산납(PbSO4)이 된다.The lead-acid battery is a secondary battery capable of charging and discharging. Lead dioxide (PbO 2 ) is used as an anode plate, lead (Pb) is used as a cathode plate, sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is used. Referring to [Formula 1] to [Formula 3], lead is ionized and separated free electrons (e - ) remain on the cathode plate. At this time, the generated cation (Pb 2+ ) of lead is combined with sulfate ion (SO 4 2- ) ionized in dilute sulfuric acid to be lead sulfate (PbSO 4 ).
이산화납(PbO2)과 묽은 황산이 반응하여 이온화되고, 4가의 납이온(Pb4+), 2가의 황산이온(SO4 2-), 그리고 물이 환원되고, 4가의 납이온은 애노드에 전자를 빼앗고, 자신은 2가의 납이온이 된다. 그리고, 2가의 납이온이 2가의 황산이온과 반응하여 전기적으로 중선인 황산납이 된다.PbO 2 reacts with dilute sulfuric acid to ionize, and tetravalent lead ions (Pb 4+ ), divalent sulfate ions (SO 4 2- ), and water are reduced, and tetravalent lead ions are added to the anode , And he becomes a bivalent lead ion. Then, the divalent lead ion reacts with the divalent sulfate ion to become an electrically neutral lead sulfate.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Pb + SO4 2- <-> PbSO4 + 2e- Pb + SO 4 2- <-> PbSO 4 + 2e -
[화학식 2](2)
PbO2 + SO4 2- + 4H+ + 2e- <-> PbSO4 + 2H2OPbO 2 + SO 4 2- + 4H + + 2e - <-> PbSO 4 + 2H 2 O
[화학식 3](3)
PbO2 + Pb + 2H2SO4 <-> 2PbSO4 + 2H2OPbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 <-> 2PbSO 4 + 2H 2 O
방전은 [화학식 1]과 같이 연축전지에 저장되어 있던 전기에너지를 빼내어 쓰는 것을 의미한다. 충전과정은 [화학식 2]와 같이 방전의 역반응이며 황산납이 전기에너지에 의해 이산화납과 납으로 변하고, 전해액은 극판(Pole plage)의 활물질(Active materials)과 반응하여 비중이 규정치까지 증가하고, 기전력(Electromotive force)이 발생한다.The discharge means that the electric energy stored in the lead storage battery is taken out and used as shown in the formula (1). The charging process is a reverse reaction of the discharge as shown in
상기와 같은 과정이 반복되면서 방전과정에서의 황산납이 완전히 분해되지 못하고 재결정을 이룬다. 분해가 되지 않은 재결정의 황산납은 전극에서 피막을 형성하게 된다. 이는 황산납을 형성하는데 사용되었던 황산이온이 다시 황산으로 돌아가지 못하는 결과를 낮게 되어 황산이 점점 줄어들어서 전극 활물질(Active materials) 주위에 황산은 희박해진다. 그리고 전극에 재결정된 황산납으로 인해 전압이 저하되고, 전류의 흐름이 감소되어 연축전지의 전체 성능이 저하된다.The above process is repeated so that the lead sulfate in the discharge process is not completely decomposed and recrystallized. The undissolved recrystallized lead sulfate forms a film on the electrode. This is due to the fact that the sulfuric acid ions used to form the lead sulfate are not returned to the sulfuric acid again, so the sulfuric acid is gradually reduced and the sulfuric acid becomes thin around the active materials. And the voltage is reduced due to the lead sulfate recrystallized in the electrode, and the current flow is reduced, thereby deteriorating the overall performance of the lead-acid battery.
상기와 같이 연축전지가 충전 및 방전을 지속적으로 진행하게 되면, 도 4의 확대 영역에 도시된 바와 같이, 유산연화막(Salt of sulfuric acid), 인황산염(MI 2SO4) 산화막이 황산납의 표면에 결착된다.When the lead-acid battery continues to be charged and discharged continuously, as shown in the enlarged region of FIG. 4, the salt of sulfuric acid, phosphorus sulfate (M I 2 SO 4 ) And is adhered to the surface.
황산납의 결정화 단계는 초기의 스폰지 황산화(Spongy sulfation) 단에서 시간이 지날수록 점차 일부 결정화가 진행되어 배리어 황산화(Barrier sulfation) 상태가 되고, 결정화가 고착화되면 크리스탈라이즈드 황산화(Crystallized sulfation) 상태가 된다.The crystallization step of the lead sulfate gradually progresses to a barrier sulfation state as time passes from the initial stage of spongy sulfation, and when the crystallization is stabilized, crystallized sulfation proceeds, State.
황산염은 급격한 충방전(Start-up) 전류와 방전심도(DOD)에 크게 영향을 받게 되며, 수년간 균등충전(Equality charge) 상태를 유지하거나 자연 상태로 보관되더라도, 속도는 다르지만 자가 방전(Self-discharge)에 의한 황산화 현상은 발생한다.Sulfates are heavily influenced by sudden start-up currents and discharge depths (DOD), and even if they remain in equality charge state for many years or are kept in their natural state, ) Causes a sulfation phenomenon.
따라서, 연축전지에 있어 상술한 바와 같은 연축전지의 효율 문제와 황산염에 의한 문제를 해결하지 않고서는 연축전지를 에너지 저장 시스템에 사용하기 어렵게 된다.Therefore, it is difficult to use the lead storage battery in the energy storage system without solving the efficiency problem of the lead storage battery and the problem caused by the sulfate in the lead storage battery.
한국등록특허 제10-0811608호Korean Patent No. 10-0811608
한국등록특허 제10-0793666호Korean Patent No. 10-0793666
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 연축전지의 수명과 방전효율을 향상시키면서도 0 전류 구간 없이 상시 전원 공급용 설비에도 적용이 가능하며, 연축전지를 에너지 저장 시스템에 적용하면서도 연축전지의 재생이 가능한 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to improve the lifetime and discharge efficiency of a lead-acid battery, The present invention also provides an energy storage system using a lead-acid battery capable of regenerating a lead-acid battery.
상기 목적은 본 발명에 따라, 연축전지와; 외부 전원을 정류하여 상기 연축전지를 충전하고, 상기 연축전지로부터 방전되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 전력 변환기와; 상기 연축전지를 방전시키는 방전 모드로 동작할 때, 상기 연축전지의 방전 전류의 파형이 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템에 의해서 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack comprising: a lead storage battery; A power converter for rectifying an external power source to charge the lead storage battery, converting a DC power discharged from the lead storage battery into an AC power and supplying the power to the load, And a controller for controlling the power converter such that when the battery is operated in a discharge mode for discharging the lead storage battery, the waveform of the discharge current of the lead storage battery has a pulse shape without a period of '0' ≪ / RTI >
여기서, 상기 연축전지의 방전 전류의 파형은 '0'의 구간이 없는 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 가질 수 있다.Here, the waveform of the discharge current of the lead-acid battery may be a pulse wave having no interval of '0', for example, a saw-tooth wave or a square wave.
또한, 상기 전력 변환기는 상기 방전 모드에서 상기 외부 전원을 정류하여 부하로의 전원 공급을 상기 연축전지와 분담하고, 상기 연축전지를 충전하는 충전 모드에서 상기 외부 전원을 정류하여 상기 연축전지를 충전하는 정류기와, 상기 정류기로부터의 직류 전원과 상기 연축전지로부터 방전되는 직류 전원 중 적어도 하나를 교류 전원으로 변환하여 부하로 공급하는 인버터를 포함하며; 상기 제어부는 상기 방전 모드에서 상기 정류기의 출력 전압을 제어하여 상기 연축전지의 방전 전류의 세기와 파형을 제어하되, 상기 연축전지의 방전 전류의 파형이 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 정류기를 제어할 수 있다.The power converter rectifies the external power source in the discharge mode to share a power supply to the load with the lead storage battery and rectifies the external power supply in a charge mode in which the lead storage battery is charged to charge the lead storage battery And an inverter for converting at least one of a direct current power from the rectifier and a direct current power discharged from the lead storage battery to an alternating current power and supplying the alternating current power to the load; The control unit controls the output voltage of the rectifier in the discharge mode to control the intensity and waveform of the discharge current of the lead storage battery so that the waveform of the discharge current of the lead storage battery has a pulse wave such as a saw tooth wave or a square wave The rectifier can be controlled.
그리고, 상기 제어부는 상기 방전 모드에서 상기 연축전지의 방전 전류가 기 설정된 방전 전류량을 유지하는 상태로 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 정류기를 제어할 수 있다.The controller may control the rectifier to have a pulse wave, for example, a saw-tooth wave or a square wave, in a state where the discharge current of the lead-acid battery in the discharge mode maintains a predetermined amount of discharge current.
그리고, 상기 제어부는 상기 방전 전류량이 0.1CA가 유지되는 상태로 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 정류기를 제어할 수 있다.The controller may control the rectifier to have a pulse wave, for example, a sawtooth wave or a square wave, in a state where the amount of the discharge current is maintained at 0.1 CA.
또한, 상기 연축전지의 전압 변화를 감지하는 전압 변화 감지부를 더 포함하며; 상기 제어부는 상기 전압 변화 감지부에 의해 감지되는 상기 연축전지의 전압 변화에 연동되게 상기 정류기의 출력 전압을 조절하여, 상기 연축전지의 방전 전류가 상기 방전 전류량을 유지하도록 제어할 수 있다.The apparatus may further include a voltage change sensing unit that senses a voltage change of the lead-acid battery, The controller may control the output voltage of the rectifier to be interlocked with the change in voltage of the lead storage battery sensed by the voltage change sensing unit so that the discharge current of the lead storage battery maintains the amount of the discharge current.
또한, 상기 제어부는 상기 연축전지의 충전을 제한하는 충전 제한 모드로 동작 가능하게 마련되고; 상기 충전 제한 모드에서 상기 연축전지의 방전 전류가 0을 유지하도록 상기 정류기를 출력 전압을 제어할 수 있다.The control unit is operable to operate in a charge limiting mode for limiting charging of the lead storage battery, The output voltage of the rectifier can be controlled so that the discharge current of the lead storage battery is maintained at zero in the charge limiting mode.
또한, 상기 제어부는 상기 충전 모드에서 상기 연축전지로 충전되는 충전 전류의 파형이 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태를 갖도록 상기 정류기를 제어할 수 있다.Also, the controller may control the rectifier so that the waveform of the charging current to be charged to the lead-acid battery in the charging mode has a pulse shape without a period of '0'.
여기서, 상기 충전 전류의 파형은 '0'의 구간이 없는 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 가질 수 있다.Here, the waveform of the charging current may be a pulse wave having no interval of '0', for example, a sawtooth wave or a square wave.
또한, 상기 전력 변환기는 상기 연축전지에 직렬로 연결되는 양방향 컨버터 형태로 마련되어, 상기 방전 모드에서 상기 연축전지로부터 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 부하로의 전원 공급을 외부 전원과 분담하며; 상기 제어부는 상기 방전 모드에서 상기 연축전지의 방전 전류가 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기의 교류 전원으로의 변환을 제어할 수 있다.Also, the power converter may be provided in the form of a bi-directional converter connected in series to the lead storage battery. In the discharge mode, a DC power output from the lead storage battery is converted into an AC power to share the power supply to the load with an external power supply ; The control unit may control the conversion of the power converter to the AC power source so that the discharge current of the lead storage battery in the discharge mode has a pulse wave, for example, a sawtooth wave or a square wave.
그리고, 상기 제어부는 상기 방전 모드에서 상기 연축전지의 방전 전류가 기 설정된 방전 전류량을 유지하는 상태로 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기의 교류 전원으로의 변환을 제어할 수 있다.The controller may control the conversion of the power converter to the AC power source so that the discharge current of the lead-acid battery maintains a predetermined discharge current amount in the discharge mode so as to have a pulse wave, for example, a saw- have.
그리고, 상기 제어부는 상기 방전 전류량이 0.1CA가 유지되는 상태로 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기의 상기 전력 변환기의 교류 전원으로의 변환을 제어할 수 있다.The controller may control the conversion of the power converter of the power converter to the AC power source so that the discharge current amount is kept at 0.1 CA and has a pulse wave, for example, a sawtooth wave or a square wave.
또한, 상기 연축전지의 전압 변화를 감지하는 전압 변화 감지부를 더 포함하며; 상기 제어부는 상기 전압 변화 감지부에 의해 감지되는 상기 연축전지의 전압 변화에 연동되게 상기 연축전지의 방전 전류를 조절하여, 상기 연축전지의 방전 전류가 상기 방전 전류량을 유지하도록 상기 전력 변환기를 제어할 수 있다.The apparatus may further include a voltage change sensing unit that senses a voltage change of the lead-acid battery, Wherein the control unit controls the discharge current of the lead storage battery so as to be interlocked with the voltage change of the lead storage battery detected by the voltage change detection unit and controls the power converter so that the discharge current of the lead storage battery maintains the amount of the discharge current .
또한, 상기 제어부는 상기 연축전지를 충전하는 충전 모드에서 상기 연축전지로 충전되는 충전 전류의 파형이 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기를 제어할 수 있다.In addition, the controller may control the power converter so that the charge current charged in the lead-acid battery in the charge mode for charging the lead-acid battery has a pulse shape without a period of '0'.
여기서, 상기 충전 전류의 파형은 '0'의 구간이 없는 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 가질 수 있다.Here, the waveform of the charging current may be a pulse wave having no interval of '0', for example, a sawtooth wave or a square wave.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 연축전지로 충전되는 충전 전류와 상기 연축전지로부터 방전되는 방전 전류 중 적어도 하나의 파형이 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태를 갖도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연축전지의 충방전 방법에 의해서도 달성된다.According to another aspect of the present invention, the above object is accomplished by a control method for controlling at least one of a charge current charged in a lead storage battery and a discharge current discharged from the lead storage battery to have a pulse shape without a period of '0' And a charging / discharging method of the lead-acid battery.
여기서, 상기 충전 전류 또는 상기 방전 전류의 파형은 '0'의 구간이 없는 펄스파로, 예를 들어 톱니파 또는 구형파 형태를 가질 수 있다.Here, the waveform of the charge current or the discharge current may be a pulse wave having no interval of '0', for example, a sawtooth wave or a square wave.
상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면 연축전지의 수명과 방전효율을 향상시키면서도 0 전류 구간 없이 상시 전원 공급용 설비에도 적용이 가능하며, 연축전지를 에너지 저장 시스템에 적용하면서도 연축전지의 재생이 가능한 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템이 제공된다.According to the present invention, according to the present invention, it is possible to improve the lifetime and discharge efficiency of the lead-acid battery, and to apply it to the equipment for supplying power at all times without a current interval. An energy storage system using available lead storage batteries is provided.
도 1은 한국의 최대 공급 전력과 전력 예비율, 및 에너지 저장 시스템의 효과를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 연축전지의 하나인 VGS 3000의 포이케르트 법칙에 따른 방전시간에 비례하는 방전전류를 나타낸 그래프이고,
도 3은 VGS 3000의 방전시간과 방전가능 총 전류와의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 4는 황산납의 표면에 결착된 황산염의 현미경 사진이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템의 제어블럭도이고,
도 7은 도 5에 도시된 에너지 저장 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템의 실험 결과를 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 도면이고,
도 11은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 운영 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 효과를 설명하기 위한 도면이고,
도 13은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 연축전지의 방전 전류의 파형의 다른 예를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram for explaining the maximum power supply and power reserve ratio in Korea and the effect of the energy storage system,
FIG. 2 is a graph showing discharge current proportional to the discharge time according to the Forester's Law of
3 is a graph showing the relationship between the discharge time of the
4 is a photomicrograph of a sulphate bound to the surface of lead sulfate,
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an energy storage system using a lead storage battery according to an embodiment of the present invention, and FIG.
6 is a control block diagram of an energy storage system using a lead storage battery according to an embodiment of the present invention,
FIG. 7 is a view showing an equivalent circuit of the energy storage system shown in FIG. 5,
8 and 9 are diagrams for explaining experimental results of an energy storage system using a lead storage battery according to an embodiment of the present invention,
10 is a diagram illustrating a configuration of an energy storage system using a lead storage battery according to another embodiment of the present invention,
11 is a view for explaining a method of operating an energy storage system according to the present invention,
12 is a view for explaining the effect of the energy storage system according to the present invention,
13 is a diagram showing another example of the waveform of the discharge current of the storage battery of the energy storage system according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연축전지(110)를 이용한 에너지 저장 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연축전지(110)를 이용한 에너지 저장 시스템(100)의 제어블럭도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an
도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 연축전지(110)를 이용한 에너지 저장 시스템(100)은, 연축전지(110), 전력 변환기(120) 및 제어부(160)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)은 방전 스위치(141) 및 바이패스 스위치(151)를 포함할 수 있다.5 and 6, the
연축전지(110)는 외부 전원(300)을 이용하여 충전되고, 방전되어 부하(500)에 전원을 공급한다.The lead-
전력 변환기(120)는 외부 전원(300)을 정류하여 연축전지(110)를 충전하고, 연축전지(110)로부터 방전되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하(500)에 공급한다.The
여기서, 제어부(160)는 연축전지(110)를 방전시키는 방전 모드로 동작할 때, 연축전지(110)의 방전 전류의 파형이 톱니파 형태를 갖도록 전력 변환기(120)를 제어한다.The
도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기(120)는 정류기(121)와 인버터(122)를 포함할 수 있다.5 and 6, the
정류기(121)은 연축전지(110)와 병렬로 연결되어, 충전 모드에서 외부 전원(300)을 정류하여 연축전지(110)를 충전한다. 또한, 정류기(121)은 방전 모드에서 외부 전원(300)을 정류하여 부하(500)로의 전원 공급을 연축전지(110)와 분담한다.The
인버터(122)는 연축전지(110)의 방전 모드에서 연축전지(110)로부터 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하(500)에 공급하고, 정류기(121)로부터의 직류 전원 또한 교류 전원을 변환하여 부하(500)에 공급한다.The
제어부(160)는 연축전지(110)의 방전 모드에서 정류기(121)의 출력 전압을 제어하여 연축전지(110)의 방전 전류의 세기와 파형을 제어한다. 이 때, 제어부(160)는 상술한 바와 같이, 연축전지(110)의 방전 전류의 파형이 톱니파 형태를 갖도록 정류기(121)을 제어하게 된다.The
도 7은 도 5에 도시된 에너지 저장 시스템(100)의 등가회로를 나타낸 것이다. 도 7을 참조하여 설명하면, VB는 연축전지(110)의 전압이고, VR은 정류기(121)의 전압이고, I1은 정류기(121)의 출력 전류이고, I2은 연축전지(110)의 방전 전류이고, I3은 부하(500)로의 출력 전류이고, rR은 정류기(121)의 내부 임피던스이고, rB은 연축전지(110)의 내부 임피던스이고, R은 부하(500)의 임피던스이다.FIG. 7 shows an equivalent circuit of the
여기서, 연축전지(110)는 자체적으로 방전 전류를 조절할 수 없기 때문에, 본 발명에서는 상술한 바와 같이, 제어부(160)가 전력 변환기(120)의 정류기(121)를 제어하여 연축전지(110)의 과방전과 과충전을 방지하게 된다.In this case, the
도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 키르히호프(Kirchhoff)의 법칙에 의해 회로에 관한 각 저항에 흐르는 전류는 제1 법칙과 제2 법칙을 수학식으로 나타낸 연립방정식의 해로 구할 수 있다. 이를 통해, 도 7에 도시된 각각의 임피던스에 흐르는 전압 및 전류 방정식은 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.More specifically, referring to FIG. 7, the currents flowing through the resistors related to the circuit by the Kirchhoff's law can be obtained by the solution of the simultaneous equations represented by the first and second laws. Accordingly, the voltage and current equations flowing through the respective impedances shown in FIG. 7 can be expressed by Equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
VR + (I1 rR) + (I1+I2)R = 0V R + (I 1 r R ) + (I 1 + I 2 ) R = 0
이를 전류 방정식으로 나타내면 [수학식 3]과 같다.This can be expressed by the electric current equation as shown in Equation (3).
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, rR과 rB는 정류기(121)의 주변온도 등에 의해 미세하게 변화될 수 있으나, 동일 장소에 구축되어 있는 조건으로 주변온도가 일정하다고 가정할 때 상수(k)로 지정할 수 있으며, 이를 통해 [수학식 3]은 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.Here, r R and r B can be specified as a constant (k), assuming that the ambient temperature is constant under the conditions established for the same location, but can be minutely varied due to the ambient temperature of the
[수학식 4]&Quot; (4) "
I1 = k(VR VB)I 1 = k (V R V B )
결과적으로 정류기(121)의 출력 전류 I1은 정류기(121)의 전압 VR과 연축전지(110)의 전압 VB에 의해 결정되며, 제어부(160)가 정류기(121)의 전압 VR을 제어하는 경우, 정류기(121)의 출력 전류가 조절되고, 결과적으로 연축전지(110)의 방전 전류가 조절 가능하게 된다.As a result, the output current I 1 of the
여기서, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)의 제어부(160)는 연축전지(110)의 방전 전류가 기 설정된 방전 전류량을 유지하는 상태로 톱니파 형태를 갖도록 정류기(121)을 제어할 수 있다. 즉, 연축전지(110)가 부하(500)로의 공급 전원에 분담하는 전원을 방전 전류량으로 유지하고 방전 전류량을 초과하는 부분을 정류기(121)이 분담할 수 있도록 정류기(121)의 전압을 제어하게 된다.Here, the
본 발명에서는 제어부(160)가 연축전지(110)의 방전 전류량이 0.1CA, 예컨대, 0.1CA15%로 유지되도록 제어하는 것을 일 예로 한다. 여기서, 값은 연축전지(110)의 종류에 따른 특성값이다.In the present invention, the
한편, 연축전지(110)의 전압은 연축전지(110)의 종류, 주변온도, 방전시간 등에 따라 가변적이다. 즉, 방전특성과 주변온도, 부하(500)조건에 따라 연축전지(110)의 내부 인피던스 rR가 변화되어 연축전지(110)의 전압 VR이 변화한다. 따라서, 수시로 변동하는 연축전지(110)의 전압 VB와 부하(500)로의 출력 전류 I3에 따라 VR을 변동시켜서 요구되는 I2의 세기를 조절하게 되고, 또한 전압의 파형 변화를 통해 연축전지(110)의 방전 전류를 톱니파 형태로 조절 가능하게 된다.Meanwhile, the voltage of the lead-
이를 위해, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 연축전지(110)의 전압 변화를 감지하는 전압 변화 감지부(170)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 전압 변화 감지부(170)는 부하(500)로의 출력 전류를 감지하는 부하 전류 감지부(171)와, 연축전지(110)의 전압을 감지하는 연축전지 전압 감지부(172)를 포함할 수 있다. 이 때, 제어부(160)는 부하 전류 감지부(171)와 연축전지 전압 감지부(172)의 감지 결과에 기초하여, 연축전지(110)의 전압 변화에 대응하여 정류기(121)의 전압을 제어하게 된다.For this, the
한편, 제어부(160)는 충전 모드에서 연축전지(110)로 충전되는 충전 전류의 파형이 펄스파 형태를 갖도록 정류기(121)를 제어할 수 있다. 이를 통해, 충전 중에도 연축전지(110)의 재생이 가능하게 된다.Meanwhile, the
상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)의 시뮬레이션 결과를 도 8을 참조하여 설명한다.The simulation result of the
연축전지(110)는 VGS 3000[AH]를 사용하는데, 2.0V 24 cell 연축전지(110)로, 2조로 총 6000[AH]가 적용된다. 입력 380V와 출력 53.5V의 정류기(121)을 사용하여, 부하(500)는 평균 1200A로 설정한다. 연축전지(110)의 방전 전류는 0.1CA%로 하며 상술한 바와 같이 톱니파 형태를 갖도록 조절된다.The lead-
도 8의 (a)는 종래의 방식대로 외부 전원(300)이 공급되지 않은 상태로 연축전지(110)가 자율 방전하는 전류 파형을 나타낸 것이다. 이 때 부하(500)의 전류 1180A는 모두 연축전지(110)로부터 방전하기 때문에 약 0.2CA로 방전하게 된다.8 (a) shows a current waveform in which the
도 8의 (b)는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)의 연축전지(110)가 방전하는 전류 파형을 나타낸 것이다. 연축전지(110)는 0.1CA%(기준 전류값)인 600A 범위에서 통제되고, 부하(500)에서 부족한 전류는 병렬로 연결된 정류기(121)이 약 580A를 분담하게 된다. 즉, 부하(500)는 정류기(121)과 연축전지(110)의 전류를 동시에 공급받게 된다.FIG. 8 (b) shows a waveform of current discharged by the
상기와 같은 실험을 통해 연축전지(110)의 자율 방전에 대비할 때 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effect of the
첫째, 총 방전 가능 시간은, 도 3을 기준으로 약 3.33배가 증가할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 연축전지(110)가 자율 방전하는 경우 3시간 정도 방전이 가능한 반면, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)에서는 10시간 정도 방전이 가능하게 된다. 또한, 총 방전 가능 전류는 도 2를 기준으로 2000A에서 3000A로 150% 정도 증가함을 확인할 수 있다.First, it can be seen that the total discharge time can be increased about 3.33 times based on FIG. That is, when the lead-
둘째, 연축전지(110)의 방전 전류인 0.1CA의 % 범위 내에서 생성되는 톱니파를 통해 레스트 타임(Rest time)을 만들어 주어 운용 중에도 연축전지(110)의 재생이 가능하게 된다. '0'의 출력 전류 구간을 갖는 펄스 파형의 출력 전류로 방전하는 경우 배터리가 재생된다는 것은 공지된 바와 같다.Second, a rest time is generated through a sawtooth wave generated within a range of 0.1 CA, which is the discharge current of the lead-
보다 구체적으로 설명하면, 연축전지(110)가 펄스 파형의 전류를 방전하면 연축전지(110)가 재생되는 효과가 발생하는데, 이를 DPV(Differential Pulse Voltammetry) 방법이라 한다. DPV(Differential Pulse Voltammetry) 방법의 원리는 방전 중 '0'의 출력 전류 구간인 레스트 타임(Rest time)을 통해 연축전지(110)가 회복되는 절차를 갖는 것이다. 이를 통해 황산염의 결절성이 많이 이완된다.More specifically, when the lead-
본 발명은 '0'의 출력 전류 구간이 없는 톱니파 형태의 출력 전류로 연축전지(110)가 방전되는 것으로 동일한 효과가 제공됨을 확인할 수 있다. 도 9의 (a)는 자율 방전을 통해 연축전지(110)의 전극 표면에 황산염이 결정화된 상태를 나타낸 것이고, 도 9의 (b)는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100)에서 톱니파 형태의 출력 전류로 연축전지(110)를 방전한 후의 전극 표면을 나타낸 것으로, 결정화가 완화되었음을 확인할 수 있다.It can be seen that the present invention provides the same effect as discharging the
셋째, 연축전지(110)의 방전 전류가 '0'의 구간없이 총 용량의 0.1CA 범위 내에서 부하(500)에 공급되고 나머지가 정류기(121)을 통해 공급됨으로써, 무정전 에너지 저장 시스템(100)의 구현이 가능하게 된다.Third, the discharge current of the lead-
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100)에서는 제어부(160)가 연축전지(110)로의 충전을 제한하는 충전 제한 모드로 동작할 수 있다. 일 예로, 연축전지(110)로의 충전이 가능한 상태이나 전력 요금이 상대적으로 저렴한 시기에 충전하기 위해 현 시점에서 충전을 제한할 수 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.Meanwhile, in the
제어부(160)는 충전 제한 모드에서 연축전지(110)의 방전 전류가 0을 유지하도록 정류기(121)의 출력 전류를 제어할 수 있다. 즉, 도 7의 등가 회로에서 연축전지(110)의 방전 전류 I2가 0을 유지하도록 정류기(121)의 출력 전압 VR을 제어함으로써, 결과적으로 정류기(121)로부터의 출력 전류 I1이 모두 부하(500)로 공급되도록 제어할 수 있다. 즉, I1 = I3 상태가 된다. 이 때, 연축전지(110)의 방전 전류 I2를 0으로 유지하는 것은 항상 0이 되는 상태만을 의미하지 않고, 연축전지(110)의 방전 전류 I2의 변동을 0이 되도록 제어하는 상태 또한 포함하는 개념이다.The
상기와 같은 구성에 따라, 전력 변환기(120)의 정류기(121)의 제어를 통해 연축전지(110)를 충전 제한 모드로 동작시킴으로써, 전력 요금이 저렴한 시간대에 충전이 되도록 유지할 수 있게 된다.According to the above-described configuration, the
다시, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 방전 스위치(141)는 연축전지(110)로부터 부하(500)로 공급되는 전원을 단속한다. 그리고, 바이패스 스위치(151)는 연축전지(110) 및 정류기(121)과 병렬로 연결되는 바이패스 라인(150)에 마련되어 바이패스 라인(150)을 단속한다.5 and 6, the discharging
상기와 같은 구성을 통해, 연축전지(110)의 방전을 차단한 상태에서 부하(500)에 전원을 공급할 때, 방전 스위치(141)를 오프시키고 바이패스 스위치(151)를 온시켜 외부 전원(300)이 바이패스되어 부하(500)로 공급되도록 할 수 있다.The
이하에서는, 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100a)에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100a)의 제어 블럭도는 도 6을 참조하여 설명한다.Hereinafter, an
본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(100a)은 전술한 실시예와 마찬가지로, 연축전지(110), 전력 변환기(120a) 및 제어부(160)를 포함한다.The
연축전지(110)는 외부 전원(300)을 이용하여 충전되고, 방전되어 부하(500)에 전원을 공급한다.The lead-
전력 변환기(120a)는 외부 전원(300)을 정류하여 연축전지(110)를 충전하고, 연축전지(110)로부터 방전되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하(500)에 공급한다.The
여기서, 제어부(160)는 연축전지(110)를 방전시키는 방전 모드로 동작할 때, 연축전지(110)의 방전 전류의 파형이 톱니파 형태를 갖도록 전력 변환기(120)를 제어한다.The
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환기(120a)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 연축전지(110)에 직렬로 연결되는 양방향 컨버터 형태로 마련된다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환기(120a)는 방전 모드에서 연축전지(110)로부터 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하(500)로의 전원 공급을 외부 전원(300)과 분담한다.The
이 때, 제어부(160)는 방전 모드에서 연축전지(110)의 방전 전류가 톱니파 형태를 갖도록 전력 변환기(120a)의 교류 전원으로의 변환을 제어하게 된다. 즉, 전술한 실시예에서는 제어부(160)가 전력 변환기(120)의 정류기(121)의 출력 전압을 제어하여 연축전지(110)의 방전 전류의 파형을 제어하는 것을 예로 하였으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 제어부(160)의 전력 변환기(120a)의 AC-DC 기능의 제어를 통해 연축전지(110)의 방전 전류의 파형을 제어하는 것을 예로 하고 있다.At this time, the
여기서, 제어부(160)는, 전술한 실시예에서와 마찬가지로, 방전 모드에서 연축전지(110)의 방전 전류가 방전 전류량을 유지하는 상태로 톱니파 형태를 갖도록 전력 변환기(120a)의 교류 전원으로의 변환을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 방전 전류량이 0.1CA가 유지되는 상태가 되도록 제어할 수 있다.Here, as in the above-described embodiment, the
여기서, 제어부(160)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전압 변화 감지부(170)에 의해 감지되는 연축전지(110)의 전압 변화에 연동되게 연축전지(110)의 방전 전류를 조절하여, 연축전지(110)의 방전 전류가 방전 전류량을 유지하도록 전력 변환기(120a)를 제어할 수 있음은 물론이다.6, the
또한, 제어부(160)는 충전 모드에서 연축전지(110)로 충전되는 충전 전류의 파형이 펄스파 형태를 갖도록 전력 변환기(120a)를 제어할 수 있다. 이를 통해, 충전 중에도 연축전지(110)의 재생이 가능하게 된다.In addition, the
이하에서는, 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)의 운영 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of operating the
만일 에너지 저장 시스템(100,100a)을 사용하여 스마트 그리드 RTP(Real Time Price)에서 건물, 산업, 부하(500) 설비의 에너지 사용을 절감하고자 하는 경우, 첫째, 전력 요금이 가장 비싼 구간이 언제인지를 알아야 하며, 둘째, 해당 부하(500) 설비에서 사용하게 될 에너지를 예측하여야 한다. 그리고, 예측된 사용전력에 맞게 보유하고 있는 한정된 에너지 저장 시스템(100,100a)의 에너지를 가장 비싼 구간에서 효율적으로 사용할 수 있도록 해야 한다.If the energy storage system 100,100a is used to reduce the energy use of building, industry, and load (500) equipment in the Smart Grid Real Time Price (RTP), first, And second, predict the energy to be used in the load (500) facility. The energy of the limited
이를 위해, 본 발명에서는 소비를 예측(Estimator)하고, 가장 비요효율적인 계산을 통해 지침(Indicator)을 마련하고, 전력 시스템은 이를 추정(Tracking) 하여 방전하는 3단계 알고리즘을 제안한다. 여기서, 예측과 지침은 기 공지된 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 이하에서는 예측 및 지침의 예에 대해 간략히 설명한다.To this end, the present invention proposes a three-step algorithm for predicting consumption, providing an indicator through the most efficient calculation, and discharging the power system by tracking it. Here, various methods can be applied to predictions and guidelines. Hereinafter, examples of predictions and guidelines will be briefly described.
먼저, 예측 과정과 관련하여, 본 발명에서는 LS-SVR을 이용한 예측 알고리즘을 이용하여 타겟 일자의 전력 소비량을 예측하는데, 크게 세 부분으로 구분될 수 있다.First, regarding the prediction process, in the present invention, the power consumption of the target date is predicted using the prediction algorithm using the LS-SVR.
첫 번째 과정은 히스토리컬 데이터(Historical Data)를 LS-SVR 알고리즘을 이용하여 타겟 일자의 전력 소비량을 예측한다. 두 번째 과정은 전력 소비량과 기온변화 사이의 다이나믹 모델(Dynamic Model) 을 구하고 이를 첫 번째 과정에서 예측한 데이터에 적용한다.The first step estimates the power consumption of the target date by using the historical data LS-SVR algorithm. The second step is to obtain a dynamic model between power consumption and temperature change and apply it to the data predicted in the first step.
세 번째 과정은 표준편차를 통해 예측의 결과에 두 번째 과정의 보정 결과와 실제값 사이의 차이를 비교하여 두 번째 과정에서의 보정 결과에 반영 여부를 결정하게 된다.The third step compares the difference between the calibration result and the actual value of the second process to the result of the prediction through the standard deviation, and determines whether to reflect the correction result in the second process.
상기와 같은 방법을 통해 에너지 소비가 예측되면, 예측 결과를 기준으로 가장 비용 효율적인 계산을 통해 지침이 마련된다. 현재의 요금체계는 이전 사용 최대 전력 피크를 넘으면, 이후에는 1년간 최고의 피크를 기준으로 기본요금이 부과되기 때문에, 만일 해당 부하(500) 설비에서 1년간의 에너지 소비를 예측한다면, 가장 최적의 피크가 산출될 것이고, 이를 레벨(Level)-4라고 명명한다. 이를 기준으로 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.When energy consumption is predicted through such a method, guidance is provided through the most cost-effective calculation based on the prediction results. If the current rate scheme exceeds the peak power peak used previously and then the base rate is based on the best peak for a year, if you estimate one year of energy consumption at the load (500) facility, the most optimal peak Will be calculated, and it is called level (Level-4). Referring to FIG. 11, this will be described below.
첫째, 다음날 예측에 의한 에너지 전력 소비가 레벨(Level)-4보다 낮은 경우, 시간별 에너지 요금이 가장 싼 구간에서 충전하여, 가장 비싼 구간에서 방전함으로써 소비를 억제하는 방법이 적용되며, 이를 모드(Mode)-0이라 한다. 둘째, 다음날 예측이 레벨(Level)-4보다 높은 경우, 비싼 구간의 방전보다는 피크를 억제하고자 하는 방법이 적용되며, 이를 모드(Mode)-0이라 한다.First, when the energy power consumption by the next day prediction is lower than the level (-4), a method of suppressing consumption by charging in the lowest energy charge period and discharging in the most expensive period is applied, ) -0. Second, if the next day's prediction is higher than Level -4, a method of suppressing the peak rather than an expensive discharge is applied, which is called Mode-0.
도 11을 참조하여 설명하면, 모드(Mode)-0 상태이고 에너지 비용이 가장 높은 시간이 8:30~11:30, 12:40~16:30분까지 라면, 해당구간인 구간에서 연축전지(110)를 방전하고, 구간에서는 방전상태로 충전되지 않도록 억제시키고 있다가, 가장 싼 구간인 구간에서 충전을 실시한다. 그리고, Mode-1이면 구간에 해당되는 전력량만큼의 한정된 에너지 저장 시스템(100,100a)이 최적으로 방전되도록 제어하게 된다.Referring to FIG. 11, if the mode-0 state and the highest energy cost are from 8:30 to 11:30 and 12:40 to 16:30 minutes, 110 are discharged, and the charging is inhibited in the discharging state in the section, and the charging is performed in the section in the lowest section. If it is Mode-1, the limited
상기와 같이 지침이 마련되면, 실제 전력 사용에서의 추종 과정이 진행된다. 도 11을 참조하여 설명하면, 구간에서, 가장 비싼 구간에 가용된 연축전지(110)의 방전량을 모두 사용 가능하도록 방전한다. 이는 [수학식 5]와 같이 표현할 수 있다. 여기서, 연축전지(110)의 방전은 상술한 바와 같이, 전력 변환기(120,120a)의 제어에 의해 톱니파 형태의 출력 전류가 형성되도록 제어되며, 전력 변환기(120)의 정류기(121) 또는 외부 전원(300)과 전류량을 분단하여 부하(500)에 전원을 공급하게 된다.When the instructions are prepared as described above, the follow-up process in actual power use proceeds. Referring to FIG. 11, in the section, the discharging amount of the
[수학식 5]&Quot; (5) "
여기서, vb와 ib는 각각 연축전지(110)의 전압과 전류이다. [수학식 5]에서 좌측 항은 시간대별 계약전력요금제에서 총방전 용량이고, 우측 항에서는 연축전지(110)의 방전시간이 곱해질 수 있다.Here, v b and i b are the voltage and current of the
구간에서는 도 7에 도시된 등가회로를 예로 하여 설명하면, 연축전지(110)가 방전되기 때문에, 정류기(121)와 병렬 연결된 연축전지(110)는 충전이 가능한 상태이기 때문에 정류기(121)은 부하(500)에만 전원을 공급하고, 연축전지(110)는 충전되지 않도록 제어된다.7, since the lead-
또한, 종래의 피크 억제 방식으로 연축전지(110)를 방전한 후 종료하게 되면, 피크 억제를 통한 이득은 다소 얻을 수 있으나, 전력 요금의 손실은 불가피하게 된다. 따라서, 구간에서는 가정 저렴한 구간인 구간에서 충전하도록 대기하는 방법으로 제어된다.In addition, if the
이 때, 제어부(160)는 상술한 바와 같이, 충전 제한 모드로 동작하는데, 연축전지(110)의 방전 전류 I2가 0을 유지하도록 정류기(121)의 출력 전압 VR을 제어함으로써, 결과적으로 정류기(121)로부터의 출력 전류 I1이 모두 부하(500)로 공급되도록 제어할 수 있다. 즉, I1 = I3 상태가 된다.At this time, as described above, the
구간에서는, 일정 중 최고의 피크를 억제하기 위해 최적화 솔루션(Gold Pointing Method)을 통해 연중 피크 전력(레벨 4)을 설정하고 일정하게 피크를 제어하는 기 공지된 방법들이 적용될 수 있으며, 일 예로 [수학식 6]과 같이 제어될 수 있다.Known methods of setting the peak power (level 4) throughout the year and controlling the peak constantly can be applied through an optimization solution (Gold Pointing Method) to suppress the peak of the peak in the schedule, for example, 6].
[수학식 6]&Quot; (6) "
한편, 구간에서 최적의 방전을 시행하고도 남는 전력이 있는 경우, 중간 부하(500), 즉 실시간 전력 요금이 중간인 시간 구간에서의 부하(500)에 사용하는 방법은 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, when there is power remaining after the optimal discharge is performed in the interval, the method used for the
[수학식 7]&Quot; (7) "
이하에서는, 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)을 운영할 때의 연축전지(110)의 수명에 대한 효과를 설명한다.Hereinafter, the effect of lifetime of the
연축전지(110)의 충전가능용량을 확인하기 위한 방법으로는 IEEE Std 1188-1996의 기술 기준을 적용하였으며, 본 발명에서는 연축전지(110)의 내부 임피던스(Impedance)를 측정함으로써 간접적이고 비파괴적인 방법으로 교체 시기를 판단하였다. 통상 연축전지(110)의 임피던스가 최초 정상상태 100%를 기준으로 20% 이상 증가하게 되면 교체를 해줘야 하는 시점으로 권고하고 있다.As a method for confirming the chargeable capacity of the lead-
이를 기준으로 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)을 적용한 군과, 기존의 자율 충전 및 방전을 이용하는 군의 연축전지(110)의 임피던스를 측정하는 방법으로 연축전지(110)의 수명의 변화를 검증하였다.A method of measuring the impedance of the
도 12에 도시된 바와 같이, 검증 구간 중 12월에서 1월 사이의 임피던스의 증가는 계절적인 요인에 의해 온도가 저하하면 임피던스 또한 증가되고, 온도가 상승하면 임피던스가 낮아지기 때문에, 임피던스가 적용시점기준으로 회복되는지 여부를 이용하여 검증하였다.As shown in FIG. 12, the increase in impedance between December and January of the verification period increases as the temperature decreases due to seasonal factors, and as the temperature rises, the impedance decreases. Therefore, And whether or not they recovered.
먼저, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)이 적용된 연축전지(110)를 편의상 Facility-A~D로 명명하고, 각 조의 첫 번째 셀(cell)의 임피던스를 측정하였다. 도 12의 (a)는 Facility-A의 임피던스 변화 그래프를 예로 나타내고 있으며, 0.31[m]에서 0.31[m]으로 변화되었다. 즉, 계절에 따른 변화에서 결과적으로 회복되었음을 확인할 수 있다.First, the
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)이 적용되지 않은 비교대상 군은 동일한 제작사의 동일용량, 동일날짜에 생산된 연축전지를 이용하였으며, CC-A, CC-B, CC-C, CC-D-1, CC-D-2, CC-E-1, CC-E-2 및 CC-F로 명명하였다. 도 12의 (b)는 CC-A의 연축전지의 임피던스의 변화 그래프를 나타낸 것으로, 0.156[m]에서 0.158[m]로 증가하였음을 확인할 수 있다.A, CC-B, CC-C, and CC-C batteries of the same capacity and same date of the same manufacturer were used for the comparison target group to which the
[표 1]은 Facility-A, Facility-B, Facility-C, Facility-D의 임피던스의 변화를 나타내고 있으며, [표 2]는 CC-A, CC-B, CC-C, CC-D-1, CC-D-2, CC-E-1, CC-E-2 및 CC-F의 임피던스 변화를 나타내고 있다.Table 1 shows the variation of impedance of Facility-A, Facility-B, Facility-C, and Facility-D. Table 2 shows the variation of impedance of Facility-A, , CC-D-2, CC-E-1, CC-E-2 and CC-F.
[표 1] 및 [표 2]에 나타난 바와 같이, 종래의 자율 충전 및 방전 기술이 적용된 경우, 평균적으로 0.79%의 임피던스 증가가 발생한 반면, 본 발명의 경우 평균 0.42%의 임피던스 감소가 나타남을 확인할 수 있다.As shown in [Table 1] and [Table 2], when the conventional autorative charging and discharging technique is applied, an impedance increase of 0.79% occurs on the average, while an impedance of 0.42% .
이는, 일반적으로 임피던스가 20% 증가할 때 연축전지를 교체한다고 가정할 때, 6개월 간 0.78%의 임피던스 증가와, 0.42%의 임피던스의 감소는 연축전지의 수명에 큰 영향을 준다는 점은 쉽게 확인할 수 있으며, 따라서, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)이 연축전지의 수명을 현저히 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다.It is easy to see that the increase in impedance of 0.78% over 6 months and the decrease in impedance of 0.42% have a significant effect on the lifetime of the rechargeable battery, assuming that the lead storage battery is replaced when the impedance is increased by 20% in general. And thus it can be seen that the
전술한 실시예들에서는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)의 연축전지(110)의 방전 전류가, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 톱니파 형태를 갖도록 제어되는 것을 예로 하였다. 이외에도, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)의 연축전지(110)의 방전 전류는 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태, 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 구형파 형태를 갖도록 제어 가능함은 물론이며, 이를 통해 톱니파 형태의 방전 전류에서 나타나는 효과를 얻을 수 있다.In the above-described embodiments, the discharging current of the
마찬가지로, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(100,100a)의 연축전지(110)의 충전 전류 또한, '0'의 구간이 없는 펄스파 형태, 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 구형파 형태를 갖도록 제어 가능함은 물론이다.Likewise, the charging current of the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
100,100a : 에너지 저장 시스템
110 : 연축전지 120,120a : 전력 변환기
121 : 정류기 131 : 인버터
141 : 방전 스위치 150 : 바이패스 라인
151 : 바이패스 스위치
160 : 제어부 170 : 전압 변화 감지부
171 : 부하 전류 감지부 172 : 연축전지 전압 감지부
300 : 외부 전원 500 : 부하100,100a: Energy storage system
110: Lead
121: Rectifier 131: Inverter
141: Discharge switch 150: Bypass line
151: Bypass switch
160: control unit 170: voltage change sensing unit
171: Load current sensing unit 172: Lead storage battery voltage sensing unit
300: External power source 500: Load
Claims (17)
외부 전원을 정류하여 상기 연축전지를 충전하고, 상기 연축전지로부터 방전되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 전력 변환기와;
상기 연축전지를 방전시켜 상기 전력 변환기와 부하로의 전원 공급을 분담하는 방전모드로 동작할 때, 상기 연축전지의 수명이 연장되고 상기 부하에 연속적인 전원 공급이 가능하도록 상기 연축전지의 방전 전류의 파형이 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.A lead storage battery;
A power converter for rectifying an external power source to charge the lead storage battery, converting a DC power discharged from the lead storage battery into an AC power and supplying the power to the load,
And a controller for controlling the operation of the power storage device so that the lifetime of the lead storage battery is extended and continuous power supply to the load is possible when the power storage device is operated in a discharge mode, And a control unit for controlling the power converter so that the waveform has a pulse shape without a period of '0'.
상기 연축전지의 방전 전류의 파형은 '0'의 구간이 없는 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the waveform of the discharging current of the soft storage battery has a waveform of a sawtooth wave or a square wave with a pulse wave having no interval of '0'.
상기 전력 변환기는
상기 방전 모드에서 상기 외부 전원을 정류하여 부하로의 전원 공급을 상기 연축전지와 분담하고, 상기 연축전지를 충전하는 충전 모드에서 상기 외부 전원을 정류하여 상기 연축전지를 충전하는 정류기와,
상기 정류기로부터의 직류 전원과 상기 연축전지로부터 방전되는 직류 전원 중 적어도 하나를 교류 전원으로 변환하여 부하로 공급하는 인버터를 포함하며;
상기 제어부는 상기 방전 모드에서 상기 정류기의 출력 전압을 제어하여 상기 연축전지의 방전 전류의 세기와 파형을 제어하되, 상기 연축전지의 방전 전류의 파형이 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 정류기를 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.3. The method of claim 2,
The power converter
A rectifier for rectifying the external power supply in the discharge mode to share a power supply to a load with the lead storage battery and rectifying the external power supply in a charge mode for charging the lead storage battery to charge the lead storage battery;
And an inverter for converting at least one of a direct current power from the rectifier and a direct current power discharged from the lead storage battery to an alternating current power and supplying the alternating power to the load;
Wherein the control unit controls the output voltage of the rectifier in the discharge mode to control the intensity and the waveform of the discharge current of the lead storage battery so that the waveform of the discharge current of the lead storage battery has a pulse wave, And the energy storage system using the lead-acid battery.
상기 제어부는
상기 방전 모드에서 상기 연축전지의 방전 전류가 기 설정된 방전 전류량을 유지하는 상태로 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 정류기를 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.The method of claim 3,
The control unit
Wherein the rectifier is controlled to have a pulse wave, a sawtooth wave or a square wave form in a state in which the discharge current of the lead storage battery in the discharge mode maintains a predetermined discharge current amount.
상기 제어부는
상기 방전 전류량이 0.1CA가 유지되는 상태로 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 정류기를 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.5. The method of claim 4,
The control unit
Wherein the rectifier is controlled to have a pulse wave, a sawtooth wave, or a square wave form in a state where the discharge current amount is kept at 0.1 CA.
상기 연축전지의 전압 변화를 감지하는 전압 변화 감지부를 더 포함하며;
상기 제어부는 상기 전압 변화 감지부에 의해 감지되는 상기 연축전지의 전압 변화에 연동되게 상기 정류기의 출력 전압을 조절하여, 상기 연축전지의 방전 전류가 상기 방전 전류량을 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.5. The method of claim 4,
Further comprising: a voltage change sensing unit for sensing a voltage change of the soft storage battery;
Wherein the controller controls the output voltage of the rectifier so as to be interlocked with the change in voltage of the lead storage battery sensed by the voltage change sensing unit so that the discharge current of the lead storage battery maintains the amount of the discharge current. Energy storage system using batteries.
상기 제어부는
상기 연축전지의 충전을 제한하는 충전 제한 모드로 동작 가능하게 마련되고;
상기 충전 제한 모드에서 상기 연축전지의 방전 전류가 0을 유지하도록 상기 정류기를 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.5. The method of claim 4,
The control unit
A charge limiting mode for limiting charging of the soft storage battery;
Wherein the output voltage of the rectifier is controlled so that the discharge current of the lead storage battery is maintained at zero in the charge limiting mode.
상기 제어부는
상기 충전 모드에서 상기 연축전지로 충전되는 충전 전류의 파형이 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태를 갖도록 상기 정류기를 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.The method of claim 3,
The control unit
Wherein the rectifier is controlled so that a waveform of a charging current to be charged into the lead-acid battery in the charging mode has a pulse shape without a period of " 0 ".
상기 충전 전류의 파형은 '0'의 구간이 없는 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the waveform of the charge current has a pulse wave having no period of '0', a sawtooth wave or a square wave form.
상기 전력 변환기는 상기 연축전지에 직렬로 연결되는 양방향 컨버터 형태로 마련되어, 상기 방전 모드에서 상기 연축전지로부터 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 부하로의 전원 공급을 외부 전원과 분담하며;
상기 제어부는 상기 방전 모드에서 상기 연축전지의 방전 전류가 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기의 교류 전원으로의 변환을 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the power converter is provided in the form of a bidirectional converter connected in series to the lead storage battery and converts a DC power output from the lead storage battery in the discharge mode into an AC power to share the power supply to the load with an external power supply;
Wherein the control unit controls the conversion of the power converter to an AC power source so that the discharge current of the lead-acid battery in the discharge mode has a pulse wave, a sawtooth wave or a square wave.
상기 제어부는
상기 방전 모드에서 상기 연축전지의 방전 전류가 기 설정된 방전 전류량을 유지하는 상태로 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기의 교류 전원으로의 변환을 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.11. The method of claim 10,
The control unit
Wherein the control unit controls the conversion of the power converter to an alternating-current power source so that the discharge current of the lead-acid battery maintains a predetermined discharge current amount in the discharge mode so as to have a pulse wave, a saw- Storage system.
상기 제어부는
상기 방전 전류량이 0.1CA가 유지되는 상태로 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기의 교류 전원으로의 변환을 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.12. The method of claim 11,
The control unit
Wherein the conversion of the power converter to an alternating-current power source is controlled so that the discharge current amount is maintained at 0.1 CA and has a pulse wave, a saw-tooth wave, or a square wave form.
상기 연축전지의 전압 변화를 감지하는 전압 변화 감지부를 더 포함하며;
상기 제어부는 상기 전압 변화 감지부에 의해 감지되는 상기 연축전지의 전압 변화에 연동되게 상기 연축전지의 방전 전류를 조절하여, 상기 연축전지의 전류가 상기 방전 전류량을 유지하도록 상기 전력 변환기를 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.12. The method of claim 11,
Further comprising: a voltage change sensing unit for sensing a voltage change of the soft storage battery;
The control unit controls the power converter so that the current of the lead storage battery maintains the amount of the discharge current by controlling the discharge current of the lead storage battery in conjunction with the voltage change of the lead storage battery sensed by the voltage change sensing unit An energy storage system using a lead-acid battery.
상기 제어부는
상기 연축전지를 충전하는 충전 모드에서 상기 연축전지로 충전되는 충전 전류의 파형이 '0'의 구간이 없는 펄스파 형태를 갖도록 상기 전력 변환기를 제어하는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.11. The method of claim 10,
The control unit
Wherein the power converter controls the power converter so that the charge current charged in the lead storage battery in the charge mode for charging the lead storage battery has a pulse shape without a period of '0'.
상기 충전 전류의 파형은 '0'의 구간이 없는 펄스파로, 톱니파 또는 구형파 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 연축전지를 이용한 에너지 저장 시스템.15. The method of claim 14,
Wherein the waveform of the charge current has a pulse wave having no period of '0', a sawtooth wave or a square wave form.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150019471A KR101963930B1 (en) | 2015-02-09 | 2015-02-09 | Energy storage system with lead acid battery and method for charging and discharging lead acid battery |
| PCT/KR2016/000807 WO2016129825A1 (en) | 2015-02-09 | 2016-01-26 | Energy storage system using lead-acid battery, and charging/discharging method of lead-acid battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150019471A KR101963930B1 (en) | 2015-02-09 | 2015-02-09 | Energy storage system with lead acid battery and method for charging and discharging lead acid battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160097598A KR20160097598A (en) | 2016-08-18 |
| KR101963930B1 true KR101963930B1 (en) | 2019-03-29 |
Family
ID=56614436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150019471A KR101963930B1 (en) | 2015-02-09 | 2015-02-09 | Energy storage system with lead acid battery and method for charging and discharging lead acid battery |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101963930B1 (en) |
| WO (1) | WO2016129825A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2683235C1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-03-27 | Закрытое Акционерное Общество "Бэттэри Фактор" | Device for restoring and charging acid storage battery |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003235174A (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-22 | Techno Project:Kk | Battery recovering equipment |
| JP2004327338A (en) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Kyushu Electric Power Co Inc | Method and device for determining capacity limiting electrode of lead battery |
| JP2013207981A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Furukawa Battery Co Ltd:The | Distributed power supply power storage system |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR920022613A (en) * | 1991-05-24 | 1992-12-19 | 정용문 | Lead-acid battery overdischarge prevention circuit and control method |
| KR100520292B1 (en) * | 2003-04-04 | 2005-10-13 | 한국전기연구원 | Apparatus for storing battery power and method of hybrid operation using the apparatus |
| JP4488714B2 (en) * | 2003-10-24 | 2010-06-23 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Vehicle mounted state management device for vehicle lead storage battery and method for detecting deterioration state of vehicle lead storage battery |
| KR100811608B1 (en) | 2006-06-28 | 2008-03-11 | 한양대학교 산학협력단 | Battery Test Apparatus and its Methods |
| KR100793666B1 (en) | 2006-06-28 | 2008-01-10 | 한양대학교 산학협력단 | Battery Test Apparatus and its Methods |
| KR101124768B1 (en) * | 2010-07-21 | 2012-03-23 | 김순자 | A Life Extending and Recycling Equipment for Automobile Rechargeable Battery |
| KR101202165B1 (en) * | 2011-02-08 | 2012-11-15 | 한찬희 | Apparatus for storing and supplying electric energy capable of extending life span of batteries via diagnosis and revival of the batteries |
| KR101497549B1 (en) * | 2013-06-27 | 2015-03-02 | 강원도 | Recovering method for charging capacity of battery and the charging device |
-
2015
- 2015-02-09 KR KR1020150019471A patent/KR101963930B1/en active IP Right Grant
-
2016
- 2016-01-26 WO PCT/KR2016/000807 patent/WO2016129825A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003235174A (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-22 | Techno Project:Kk | Battery recovering equipment |
| JP2004327338A (en) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Kyushu Electric Power Co Inc | Method and device for determining capacity limiting electrode of lead battery |
| JP2013207981A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Furukawa Battery Co Ltd:The | Distributed power supply power storage system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160097598A (en) | 2016-08-18 |
| WO2016129825A1 (en) | 2016-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5583781B2 (en) | Power management system | |
| US9590443B2 (en) | Power supply device using secondary battery and method of switching the battery mode | |
| EP3206276B1 (en) | Energy storage system and management method thereof | |
| US20120176095A1 (en) | Electric power management system | |
| JP2007201257A (en) | Photovoltaic generating system | |
| JP2010148242A (en) | Power conversion device, method for controlling charge and discharge of power conversion device, program for controlling power conversion device, and recording medium recorded with program for controlling power conversion device | |
| WO2011067900A1 (en) | Power supply system and storage battery charge control method | |
| US20170070085A1 (en) | Hybrid storage system | |
| WO2017094534A1 (en) | Lead acid storage battery device, uninterruptible power supply device, power supply system, charging/discharging control device, and charging/discharging control method | |
| JP2013102573A (en) | Charge/discharge controlling apparatus and charge/discharge controlling system | |
| JP6614010B2 (en) | Battery system | |
| WO2015059873A1 (en) | Power management apparatus | |
| US20120253537A1 (en) | Power supply method, recording medium which is computer readable and power generation system | |
| WO2012049955A1 (en) | Power management system | |
| JP2012088086A (en) | Power management system | |
| Boyouk et al. | Peak shaving of a grid connected-photovoltaic battery system at helmholtz institute ulm (hiu) | |
| KR101963930B1 (en) | Energy storage system with lead acid battery and method for charging and discharging lead acid battery | |
| Nakamura et al. | Green base station using robust solar system and high performance lithium ion battery for next generation wireless network (5G) and against mega disaster | |
| JP5978596B2 (en) | Control apparatus and control method | |
| JP2011160635A (en) | Storage battery charging method and photovoltaic power generation system | |
| CN108092314B (en) | Distributed power generation system | |
| JP7040015B2 (en) | Secondary battery control device, secondary battery device, uninterruptible power supply, power supply system, method | |
| CN105932745A (en) | Battery current-limiting control method for multi-module parallel charging | |
| WO2012049973A1 (en) | Power management system | |
| CN108092313B (en) | Solar power generation system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2016101004338; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20160725 Effective date: 20180521 |
|
| S901 | Examination by remand of revocation | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| GRNO | Decision to grant (after opposition) | ||
| GRNT | Written decision to grant |