KR102063692B1 - 발전 시스템과 연계하여 배터리 랙들을 충방전하기 위한 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

전력 충방전 장치가 개시된다. 상기 전력 충방전 장치는 n개(n은 2이상의 자연수)의 배터리 랙들 및 발전 시스템과 연결되고, n개의 배터리 랙들 각각의 상태 정보 및 발전 시스템으로부터 공급된 발전 전력에 기초하여 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충방전 전력을 결정하는 전력 관리 장치 및 결정된 충방전 전력에 기초하여 n개의 배터리 랙들을 충방전 하는 전력 변환 장치를 포함한다.

Description

발전 시스템과 연계하여 배터리 랙들을 충방전하기 위한 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템{APPARATUS FOR CHARGING AND DISCHARGING BATTERY RACKS IN CONNECTION WITH POWER GENERATION SYSTEM AND ENERGY STORAGE SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명의 실시 예들은 배터리 랙들을 충방전하기 위한 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 특히, 발전 시스템과 연계하여 발전 시스템으로부터 공급되는 발전 전력을 고려하여, 배터리 랙들을 충방전하기 위한 전력 관리 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(energy storage system (ESS))은 계통(또는 그리드)로부터의 잉여 전력을 배터리에 저장하고, 상기 계통의 전력이 부족하거나 가격이 비싼 경우 저장된 전력을 부하로 공급할 수 있는 시스템을 의미한다. 한편, 최근에는 환경 오염 등의 이유로 다양한 신재생 발전 시스템이 보급되고 있으며, 신재생 발전 방식에 따라 생산되는 에너지의 비율도 증가하고 있다.
이러한 신재생 발전 시스템의 경우 전력 생산량의 변동 폭이 크기 때문에, 발전 시스템과 연계된 에너지 저장 시스템을 운영하는 데 많은 주의가 필요하다.
등록특허공보 제10-1299269호(2013. 08. 23.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발전 시스템과 연계하여 발전 시스템으로부터 공급되는 발전 전력을 고려하여, 안정적이고 효율적으로 배터리 랙들을 충방전하기 위한 전력 관리 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 n개(n은 2이상의 자연수)의 배터리 랙들 및 발전 시스템과 연결된 전력 충방전 장치는, n개의 배터리 랙들 각각의 상태 정보 및 발전 시스템으로부터 공급된 발전 전력에 기초하여 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충방전 전력을 결정하는 전력 관리 장치 및 결정된 충방전 전력에 기초하여 n개의 배터리 랙들을 충방전 하는 전력 변환 장치를 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 n개(n은 2이상의 자연수)의 배터리 랙들 및 발전 시스템을 이용하여 전력 충방전을 수행하는 방법은, n개의 배터리 랙들 각각의 상태 정보 및 발전 시스템으로부터 공급된 발전 전력에 기초하여 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충방전 전력을 결정하는 단계 및 결정된 충방전 전력에 기초하여 n개의 배터리 랙들을 충방전하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 장치는, 전력 변환 장치의 출력 전력과 발전 시스템의 발전 전력에 기초하여 배터리의 전력을 결정하여 부하에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 장치는, 복수의 배터리 랙들의 상태 정보를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙의 전력을 결정하므로, 배터리 랙들을 더 효율적으로 사용할 수 있으며 배터리 랙들의 수명이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장 시스템(energy storage system) 및 상기 에너지 저장 시스템과 연결된 그리드와 부하를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치의 작동 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치의 작동 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장 시스템(energy storage system) 및 상기 에너지 저장 시스템과 연결된 그리드와 부하를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(10)은 그리드(20)와 연결될 수 있으며, 또한 부하(30)와 연결될 수 있다.
에너지 저장 시스템(10)은 그리드(20)로부터 전력을 공급받고, 공급된 전력을 저장하고, 저장된 전력에 기초하여 부하(30)로 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 에너지 저장 시스템(10)은 그리드(20)와 부하(30)가 효율적으로 에너지를 소비 또는 생산하도록 제어할 수 있다. 또한, 에너지 저장 시스템(10)은 저장된 전력에 기초하여 그리드(20)로도 전력을 공급할 수 있다.
실시 예들에 따라, 에너지 저장 시스템(10)과 그리드(20) 사이에 에너지 저장 시스템(10)으로부터 그리드(20)로 전달되는 전력을 차단하기 위해 사용되는 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 소자는 그리드(20) 정전 시 에너지 저장 시스템(10)으로부터 방전되는 전력이 그리드(20)로 전달되지 않도록 제어할 수 있다.
에너지 저장 시스템(10)은 전력 관리 장치(100), 전력 변환 장치(200) 및 전력원(300)을 포함할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 에너지 저장 시스템(10)의 상태를 모니터링할 수 있고, 에너지 저장 시스템(10)의 충방전을 제어할 수 있다. 본 명세서에서, "충방전"이라 함은 "충전"과 "방전" 중 적어도 하나를 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "충전"의 의미는 "방전"의 의미를 포함할 수 있고, 그 역도 성립할 수 있다. 예컨대, 음의(negative) 충전은 양의(positive) 방전을 의미할 수 있고, 음의 방전은 양의 충전을 의미할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 "방전"과 관련된 기능 및 구성은 "충전"에도 적용될 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 연산 처리 기능을 가지는 프로세서(processor)를 포함하는 회로, 장치 또는 서버 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
비록 도 1에는 전력 관리 장치(100)와 전력 변환 장치(200)가 분리되어 도시되어 있으나, 전력 관리 장치(100)와 전력 변환 장치(200)는 하나의 장치로서 구현될 수 있다. 예컨대, 전력 변환 장치(200)는 전력 관리 장치(100)를 포함할 수 있다. 전력 관리 장치(100)와 전력 변환 장치(200)를 통틀어 전력 충방전 장치라고도 지칭할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)로 입력되거나 전력 변환 장치(200)로부터 출력되는 전력을 모니터링할 수 있고, 전력원(300)의 상태를 모니터링할 수 있다. 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 전력원(300)으로부터 충방전되는 전력의 양을 모니터링할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 모니터링의 결과 또는 외부로부터의 제어(또는 입력) 또는 미리 설정된 값에 따라 에너지 저장 시스템(10)의 충방전을 제어할 수 있다. 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)의 충전 작동과 방전 작동을 제어할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 전력원(300)을 충전하기 위한 총 충전 전력 또는 전력원(300)을 방전하기 위한 총 전력을 결정(또는 계산)할 수 있다. 나아가, 전력 관리 장치(100)는 결정된 총 충방전 전력에 따라 전력원(300)이 충방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다.
전력 변환 장치(200)는 전력원(300)으로부터 전력을 수신할 수 있고, 전력원(300)으로 전력을 전송할 수 있다. 실시 예들에 따라, 전력 변환 장치(200)는 외부로부터 공급되는 전력(예컨대, 그리드 전력(PGRID))을 수신하고, 공급된 전력을 이용하여 전력원(300)을 방전할 수 있다. 또한, 전력 변환 장치(200)는 전력원(300)으로부터 공급되는 전력을 이용하여 부하(30)로 전달할 수 있다.
전력 변환 장치(200)는 필요에 따라 전력의 특성(주파수, 전압, 전류, 교류/직류 등)을 적절히 변환하여 전력원(300)으로부터 전력을 수신하거나 또는 전력원(300)으로부터 수신되는 전력을 전송할 수 있다.
전력원(300)은 전력 변환 장치(200)로 전력을 전송할 수 있다. 실시 예들에 따라, 전력원(300)은 전력 변환 장치(200)로부터 전력을 수신할 수도 있다.
전력원(300)은 배터리(310) 및 발전 시스템(320)을 포함할 수 있다.
배터리(310)는 전력 변환 장치(200)에 의해 충전되거나 또는 방전될 수 있다. 예컨대, 배터리(310)는 2차 전지일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리(310)의 상태 정보는 배터리(310)의 용량, 배터리(310)의 충전(또는 방전) 상태(state of charge (SOC)), 배터리(310)의 잔존 수명(state of health (SOH)), 배터리(310)의 방전(또는 방전) 심도(depth of discharge(or charge) (DOD)), 배터리(310)의 온도 및 배터리(310)의 전압 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
배터리의 용량은, 완전히 방전된 배터리가 저장할 수 있는 전력량 또는 완전히 충전된 배터리가 공급할 수 있는 전력량을 의미한다. 일반적으로, 배터리의 용량은 제조 시 정해질 수 있다. 다만, 후술하는 바와 같이, 배터리가 사용됨에 따라 실제 배터리가 저장 또는 공급할 수 있는 전력량은 감소하므로, 본 명세서에서 설명되는 배터리의 용량은 잔존 수명이 100%인 배터리의 용량, 즉, 배터리의 초기 용량을 의미하며 이 값은 변하지 않는 고정된 값임을 밝힌다.
배터리의 충전 상태는 상기 배터리가 현재 저장하는 전력량을 지시한다. 즉, 배터리의 충전 상태가 100%(즉, 방전 상태가 0%)라 함은 상기 배터리가 완전히 충전되었음을 의미한다.
배터리의 잔존 수명(또는 건강 상태)는 배터리의 (초기) 용량 대비 사용 가능한 용량을 지시한다. 즉, 배터리가 사용됨에 따라 잔존 수명이 감소된 경우, 실제 배터리가 충전(또는 방전) 가능한 전력량은 초기 충전 가능한 전력량보다 감소된다. 예컨대, 잔존 수명이 100%인 배터리의 사용 가능한 용량은 상기 배터리의 (초기) 용량과 동일할 것이나, 잔존 수명이 50%인 배터리의 사용 가능한 용량은 상기 배터리의 용량의 절반에 해당할 것이다.
배터리의 방전 심도는 배터리의 방전 용량에 대한 방전량을 의미한다. 즉, 배터리의 용량이 1000 mAh일 때, 배터리를 400 mAh까지 충전하고 사용(또는 방전)하는 경우는 방전 심도가 40%가 되고, 배터리의 용량이 1000 mAh일 때, 배터리를 1000 mAh 까지 충전(즉, 완충)하고 사용하는 경우는 방전 심도가 100%가 된다.
발전기(generator; 320)는 전력을 생산할 수 있다. 실시 예들에 따라, 발전 시스템(320)은 전력을 생산하고, 생산된 전력을 전력 변환 장치(200)로 전송할 수 있다.
실시 예들에 따라, 발전 시스템(320)은 신재생 에너지 발전 방식에 따라 전력을 생산할 수 있다. 예컨대, 발전 시스템(320)은 태양광 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 조력 발전 또는 파력 발전 중 적어도 하나의 방식에 따라 발전할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장 시스템(10)은 전력을 저장하는 배터리(310) 뿐만 아니라, 발전 시스템(320)을 포함할 수 있다.
그리드(20)는 전력(power)을 공급할 수 있는 임의의 시스템 또는 장치를 의미할 수 있다. 예컨대, 그리드(20)는 산업 설비, 발전소 또는 변전소 등을 의미할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그리드(20)는 부하(30) 또는 에너지 저장 시스템(10)으로 전력을 공급할 수 있다. 실시 예들에 따라, 그리드(20)는 그리드 전력(PGRID)을 에너지 저장 시스템(10)으로 공급할 수 있다.
부하(30)는 전력을 소비할 수 있는 임의의 시스템 또는 장치를 의미할 수 있다. 부하(30)는 그리드(20) 또는 에너지 저장 시스템(10)으로부터 전력을 공급받고, 공급된 전력을 소비할 수 있다. 실시 예들에 따라, 부하(30)는 필요한 부하 전력(PLOAD)을 에너지 저장 시스템(10)으로부터 공급받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장 시스템을 나타낸다. 도 1과 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(200)는 AC/DC 컨버터(210) 및 복수의 DC/DC 컨버터들(220-1~220-n 및 230-1~230-m; n 및 m은 자연수)를 포함할 수 있다. AC/DC 컨버터(210)와 복수의 DC/DC 컨버터들(220-1~220-n 및 230-1~230-m)은 연결될 수 있다.
복수의 DC/DC 컨버터들(220-1~220-n 및 230-1~230-m)은 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n) 및 제2DC/DC 컨버터들(230-1~230-m)을 포함할 수 있다.
배터리(310)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)을 포함할 수 있다. 한편, 비록 도 2에는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 수와 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)의 수가 동일한 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 실시 예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각은 적어도 하나의 2차 전지를 포함할 수 있다. 실시 예들에 따라, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 구성하는 전지의 속성, 기종 또는 전기적 특성은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 예컨대, 제1배터리 랙(310-1)을 구성하는 전지의 용량, 종류 및 잔존 수명은 제2배터리 랙(310-2)을 구성하는 전지의 용량, 종류 및 잔존 수명과 상이하거나 동일할 수 있다.
발전 시스템(320)은 복수의 발전기들(320-1~320-m)을 포함할 수 있다. 한편, 비록 도 2에는 복수의 발전기들(320-1~320-m)의 수와 제2DC/DC 컨버터들(230-1~230-n)의 수가 동일한 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 실시 예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다. 실시 예들에 따라, 부하(30)에서 요구되는 부하 전력(PLOAD)에 기초하여, 출력 전력(PPCS)을 결정할 수 있다. 전력 관리 장치(100)는 결정된 출력 전력(PPCS)에 기초하여 그리드 전력(PGRID)을 수신할 수 있다. 즉, 출력 전력(PPCS)은 부하 전력(PLOAD)에 기초하여 결정되는 전력 관리 장치(100)의 출력 전력량을 의미한다. 예컨대, 출력 전력(PPCS)은 부하(30)에서 요구되는 부하 전력(PLOAD) 이하일 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 배터리(310)를 충방전하기 위한 총 전력(PB)을 결정하고, 결정된 총 전력(PB)에 따라 배터리(310)가 충방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다. 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 결정된 총 전력(PB)로부터 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충방전하기 위한 전력들(PB1~PBn)을 결정(또는 계산)하고, 결정된 전력들(PB1~PBn)에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각이 충방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다. 즉, 전력 변환 장치(200)는 전력 관리 장치(100)의 제어에 따라 결정된 전력들(PB1~PBn)에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충방전할 수 있다.
AC/DC 컨버터(210)는 그리드 전력(PGRID)을 수신할 수 있고, 출력 전력(PPCS)을 전송할 수 있다. 실시 예들에 따라, AC/DC 컨버터(210)는 전력 관리 장치(100)의 제어에 따라 그리드 전력(PGRID)을 수신할 수 있고, 출력 전력(PPCS)을 전송할 수 있다.
AC/DC 컨버터(210)는 입력된 AC 전력(또는 DC 전력)을 DC 전력(또는 AC 전력)으로 변환하고, 변환된 DC 전력(또는 AC 전력)을 출력할 수 있다. 실시 예들에 따라, AC/DC 컨버터(210)는 그리드(20)로부터 입력된 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고, 변환된 DC 전력을 복수의 DC/DC 컨버터들(220-1~220-n 및 230-1~230-m)로 출력할 수 있고(예컨대, 충전 시), 복수의 DC/DC 컨버터들(210-1~210-n)로부터 입력된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고, 변환된 AC 전력을 출력할 수 있다(예컨대, 방전 시).
배터리(310)의 충전 동작 시, AC/DC 컨버터(210)는 전력 관리 장치(100)의 제어에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충전하기 위한 충전 전력들(PB1~PBn)을 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)로 전달(또는 공급)할 수 있다. 즉, 전력 변환 장치(200)의 충전 작동 동안, 전력들(PB1~PBn)은 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 충전 전력에 해당한다.
배터리(310)의 방전 동작 시, AC/DC 컨버터(210)는 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)로부터 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각으로부터 방전된 방전 전력들(PB1~PBn)을 수신하고, 수신된 방전 전력들(PB1~PBn)을 이용하여 출력 전력(PPCS)을 출력할 수 있다. 즉, 전력 변환 장치(200)의 방전 작동 동안, 전력들(P1~Pn)은 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 방전 전력에 해당한다.
복수의 DC/DC 컨버터들(220-1~220-n 및 230-1~230-m)은 입력된 DC 전력을 DC 전력으로 변환하고, 변환된 DC 전력을 출력할 수 있다. 예컨대, 복수의 DC/DC 컨버터들(220-1~220-n 및 230-1~230-m)은 입력된 전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 변환하고, 변환 결과에 따라 변환된 전력을 출력할 수 있다. 이 때, 입력된 전력과 출력된 전력은 동일하게 유지될 수 있다.
제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n) 각각은 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각과 연결될 수 있다. 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n) 각각은 전력 관리 장치(100)의 제어에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충방전할 수 있다. 예컨대, 제1DC/DC 컨버터(220-1)는 제1배터리 랙(310-1)을 충방전할 수 있고, 제nDC/DC 컨버터(220-n)는 제n배터리 랙(310-n)을 충방전할 수 있다.
충전 시, 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n) 각각은 전력 관리 장치(100)의 제어에 따라, 결정된 (충전) 전력들(PB1~PBn)에 기초하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충전할 수 있다. 상기 결정된 (충전) 전력들(PB1~PBn)은 AC/DC 컨버터로부터 입력될 수 있다. 실시 예들에 따라, 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)은 입력된 전력들(PB1~PBn)의 전압과 전류 중 적어도 하나를 변경하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충전할 수 있다. 예컨대, 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)은 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 충전 상태를 고려하여 전력들(PB1~PBn)의 전압과 전류 중 적어도 하나를 변경하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충전할 수 있다.
방전 시, 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n) 각각은 전력 관리 장치(100)의 제어에 따라, 결정된 (방전) 전력들(PB1~PBn)에 기초하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 방전할 수 있다. 실시 예들에 따라, 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)은 입력된 전력들(PB1~PBn)의 전압과 전류 중 적어도 하나를 변경하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 방전할 수 있다. 예컨대, 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)은 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 충전 상태를 고려하여 전력들(PB1~PBn)의 전압과 전류 중 적어도 하나를 변경하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 방전할 수 있다.
한편, 본 명세서에서, 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)이 전력들(PB1~PBn)에 기초하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)을 충방전한다 함은, 제1DC/DC 컨버터들(220-1~220-n)이 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 충방전 전력이 전력들(PB1~PBn)이 되도록 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 충방전 전력을 제어하는 것을 포함한다.
제2DC/DC 컨버터들(230-1~230-m) 각각은 복수의 발전기들(320-1~320-m) 각각과 연결될 수 있다. 제2DC/DC 컨버터들(230-1~230-m) 각각은 복수의 발전기들(320-1~320-m)으로부터 발전된 발전 전력(PG1~PGm)을 수신할 수 있고, 발전 전력(PG1~PGm)을 AC/DC 컨버터(210)로 공급(또는 전송)할 수 있다.
실시 예들에 따라, 제2DC/DC 컨버터들(230-1~220-m)은 수신된 발전 전력(PG1~PGm)의 전압과 전류 중 적어도 하나를 변경하여 발전 전력(PG1~PGm)을 AC/DC 컨버터(210)로 공급(또는 전송)할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치의 작동 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)을 결정할 수 있다(S110).
실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 부하(30)에서 요구되는 부하 전력(PLOAD)에 기초하여 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)을 결정할 수 있다. 예컨대, 전력 관리 장치(100)는 부하(30)에서 요구되는 부하 전력(PLOAD)에 기초하여 배터리(310)의 방전 여부를 결정할 수 있다.
부하 전력(PLOAD), 그리드 전력(PGRID) 및 출력 전력(PPCS)은 아래의 수학식 1을 만족할 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00001
전력 관리 장치(100)는 부하(30)에서 요구되는 부하 전력(PLOAD) 공급 시, 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)을 우선적으로 고려할 수 있다. 다시 말하면, 그리드 전력(PGRID)은 부하 전력(PLOAD) 및 출력 전력(PPCS)에 의해 결정될 수 있다.
예컨대, 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)이 부하(30)에서 요구되는 부하 전력(PLOAD)보다 큰 경우, 그리드 전력(PGRID)은 음(negative)이 되고 전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)가 그리드(20)로부터 전력을 수신하지 않도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다. 오히려, 전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)가 출력 전력(PPCS)과 부하 전력(PLOAD)의 차이에 해당하는 만큼의 전력을 그리드(20)로 공급할 수 있도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다. 이와 반대로, 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)이 부하(30)에서 요구되는 부하 전력(PLOAD)보다 작은 경우, 그리드 전력(PGRID)은 양(positive) 이 되고 전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)가 그리드(20)로부터 부하 전력(PLOAD)과 출력 전력(PPCS)의 차이에 해당하는 만큼의 전력을 그리드 전력(PGRID)으로서 수신하도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다.
실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 부하 전력(PLOAD) 및 출력 전력(PPCS)에 기초하여, 그리드(20)로 전력을 공급(또는 수신)할지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 전력 관리 장치(100)는 상기 수학식 1에 따라 그리드(20)로 전력을 공급(또는 수신)할지 여부를 결정할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 배터리(310)를 충방전하기 위한 총 전력(PB)을 결정할 수 있다(S120). 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 배터리(310)를 충방전하기 위한 총 전력(PB)을 결정할 수 있고, 결정된 총 전력(PB)에 따라 배터리(310)가 충방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다. 즉, 전력 변환 장치(200)는 전력 관리 장치(100)의 제어에 따라 결정된 총 전력(PB)에 해당하는 전력만큼 배터리(310)를 충방전할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장 시스템(10)은 배터리(310) 뿐만 아니라 발전 시스템(320)을 포함하므로, 배터리(310)의 충방전 제어 시 그리드 전력(PGRID) 뿐만아니라 발전 시스템(320)으로부터 생산되는(또는 공급되는) 전력 또한 고려할 필요가 있다.
전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS) 및 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG)에 기초하여 배터리(310)를 충방전하기 위한 총 전력(PB)을 결정할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 아래의 수학식 2에 따라 총 전력(PB)을 결정할 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00002
전력 관리 장치(100)는 발전 시스템(320)의 상태를 모니터링하고, 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG)에 대한 정보를 획득할 수 있다. 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 발전 시스템(320)으로부터 전력 관리 장치(200)로 전송되는 전력량(즉, 발전 전력(PG))을 측정할 수 있다. 예컨대, 전력 관리 장치(100)는 발전기들(G1~Gm) 각각의 발전 전력(PG1~PGn)을 측정할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS) 및 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG)에 기초하여 배터리(310)의 충방전 여부를 결정할 수 있다. 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG)이 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)보다 큰 경우, 배터리(310)를 방전하지 않는 것으로 결정할 수 있다. 예컨대, 잉여 전력(즉, PG-PPCS)은 배터리(310) 또는 그리드(20)로 전송될 수 있다.
또한, 전력 관리 장치(100)는 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG)이 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)보다 작은 경우, 배터리(310)를 방전할 것을 결정할 수 있다.
실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG)의 시간에 따른 변화량을 계산하고, 계산된 변화량에 기초하여 총 전력(PB)을 결정할 수 있다. 예컨대, 전력 관리 장치(100)는 제1시점에서의 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG) 및 제1시점 이후의 제2시점에서의 발전 전력(PG)을 이용하여 발전 전력(PG)의 변화량을 계산하고, 계산된 발전 전력(PG)의 변화량에 기초하여 총 전력(PB)을 계산할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치(100)는 일차적으로 부하 전력(PLOAD)에 기초하여 배터리(310)의 충방전 여부를 결정할 수 있고, 나아가, 이차적으로 전력원(300)의 발전 전력(PG)과 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)에 기초하여 배터리(310)의 충방전 여부를 결정할 수 있다. 이에 따라, 에너지 저장 시스템(10)의 효율이 증대될 수 있다. 예컨대, 부하 전력(PLOAD)이 양이더라도 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG)이 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)보다 큰 경우, 전력 관리 장치(100)는 배터리(310)를 방전하지 않는 것으로 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치(100)는 그리드 전력(PGRID)과 부하 전력(PLOAD)에 기초하여 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)을 결정할 수 있고, 나아가, 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)과 발전 시스템(320)의 발전 전력(PG)에 기초하여 배터리(310)의 전력(PB)을 결정할 수 있다. 이에 따라, 그리드 전력(PGRID)과 발전 전력(PG)이 불규칙하게 변화하더라도, 부하(30)에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 상태 정보에 기초하여 결정된 총 전력(PB)로부터 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충방전하기 위한 전력들(PB1~PBn)을 결정(또는 계산)할 수 있다(S130).
전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 상태 정보를 획득하고, 획득된 상태 정보에 기초하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 대한 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있다.
실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)을 직접 모니터링하여 상태 정보를 획득할 수도 있으나, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)로부터 상태 정보를 수신할 수도 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 상태 정보는 용량, 충전(또는 방전) 상태(state of charge (SOC)), 잔존 수명(state of health (SOH)), 방전 심도(depth of discharge (DOD))) 및 온도 및 전압 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 실시간으로(on-the-fly) 또는 일정 주기에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 상태 정보를 획득하고, 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있다.
이 때, 결정된 전력들(PB1~PBn)은 아래 수학식 3을 만족한다.
Figure 112019085526943-pat00003
전력 관리 장치(100)는 결정된 전력들(PB1~PBn)에 기초하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각을 충방전할 수 있다(S140). 즉, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 결정된 전력들(PB1~PBn)에 따라 충방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다. 전력 변환 장치(200)가 전력들(PB1~PBn)에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)을 충방전하는 것에 대해서는 앞에서 설명했으므로 이하 설명을 생략한다.
전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 충방전되고 있는 동안, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 상태가 충방전 종료 조건을 만족하는지를 판단하고, 판단의 결과에 따라 진행중인 충방전 작동을 중지할 수 있다. 예컨대, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 전압이 미리 결정된 충전 완료 전압 또는 방전 완료 전압에 도달하면, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 충방전을 중지하도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다.
실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 충방전되는 동안, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 상태 정보에 기초하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 사이의 충방전 불평형이 존재하는지를 판단할 수 있다.
예컨대, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 전압들 중에서, 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압의 차이가 미리 결정된 기준 값 이상일 때, 상기 충방전 불평형이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 또는, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 전압들 중 적어도 하나의 전압이 미리 결정된 기준 값 이상일 때, 상기 충방전 불평형이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 사이의 충방전 불평형이 존재하는 것으로 판단되면, 전력 관리 장치(100)는 결정된 개별 전력들(P1~Pn)을 조절할 수 있다.
복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 사이의 불평형이 존재한다는 것은 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 상태 정보가 상이함(혹은 상이해졌음)을 의미한다. 이 경우, 기존 결정된 개별 전력들(PB1~PBn)에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이계속 충방전된다면, 특정 배터리 랙이 먼저 충전되거나 먼저 방전될 수 있으며 상기 특정 배터리 랙에만 스트레스가 가해질 수 있으므로, 상기 불평형의 보상(또는 제거)가 요구된다.
본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치(100)는 결정된 전력들(PB1~PBn)을 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 상태 정보에 기초하여 조절하고, 조절된 전력들(PB1~PBn)에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 다시 충방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어함으로써 불평형을 보상(또는 해소)할 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 대한 충방전 용량(Q1~Qn), 잔존 수명(SOH1~SOHn) 및 방전 심도(DOD1~DODn)가 나타나 있다.
복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 실제로 충방전할 수 있는 유효 충방전량(Qf1~Qfn)은 아래 수학식 4에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00004
여기서, QEEFi는 i번째 배터리 랙의 유효 충방전 용량이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD이다.
즉, 유효 충방전 용량(Qf1~Qfn)은 충방전 용량(Q1~Qn), 잔존 수명(SOH1~SOHn) 및 방전 심도(DOD1~DODn) 모두에 기초하여 결정될 수 있다. 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 충방전 용량(Q1~Qn)이 모두 동일하다 하더라도, 잔존 수명(SOH1~SOHn) 및 방전 심도(DOD1~DODn)가 다르게 되면 실제로 충방전할 수 있는 유효 충방전 용량(Qf1~Qfn)은 차이가 있다.
따라서, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 충방전 가능한(또는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 의해 공급 가능한) 총 유효 충방전 용량(QEFF)은 아래 수학식 5에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00005
전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 유효 충방전 용량에 기초하여, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 (충방전) 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있다.
실시 예들에 따라, 수학식 4 및 수학식 5를 이용하면, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 전력(PB1~PBn)은 아래의 수학식 6에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00006
여기서, PBi는 i번째 배터리 랙의 충방전 전력이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD이다.
즉, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 방전 용량, 잔존 수명 및 방전 심도에 기초하여 총 전력(PB)으로부터 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 대한 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있으므로, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)은 균형적으로 방전될 수 있다. 특히, 배터리의 방전 심도는 배터리의 잔존 수명과 밀접하게 관련되어 있는 변수로서, 배터리의 잔존 수명만을 고려하여 방전을 수행하는 것 보다 배터리의 방전 심도를 더 고려하여 방전을 수행하는 경우, 배터리의 수명이 증가할 수 있는 효과가 있다.
실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 충방전 상태(즉, SOC)에 따라 총 전력(PB)으로부터 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 대한 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있다. 충전 작동 시, 전력 관리 장치(100)는 SOC가 높은 배터리 랙은 적은 전력으로 충전하고 SOC가 낮은 배터리 랙은 높은 전력으로 충전할 수 있다. 또한, 방전 작동 시, 전력 관리 장치(100)는 SOC가 높은 배터리 랙은 높은 전력으로 방전하고 SOC가 낮은 배터리 랙은 낮은 전력으로 방전할 수 있다.
예컨대, 충전 작동 시, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 전력(PB1~PBn)은 아래의 수학식 7에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00007
여기서, PBi는 i번째 배터리 랙의 충전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, PB는 배터리 랙들의 총 충전 전력이다.
예컨대, 방전 작동 시, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 전력(PB1~PBn)은 아래의 수학식 7에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00008
여기서, PBi는 i번째 배터리 랙의 방전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, PB는 배터리 랙들의 총 방전 전력이다.
전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 SOC에 기초하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 대한 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있으므로, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 사이의 용량 평형이 달성될 수 있고, 이에 따라 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 수명이 증대되는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치의 작동 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 도 5를 참조하여 설명될 작동 방법은 정전 등 비상 상황에서의 전력 관리 장치의 작동 방법이다.
그리드(20)에 정전(blackout)이 발생하는 등의 비상 상황이 발생하면 그리드(20)로부터 그리드 전력(PGRID)이 공급되지 않는다. 배터리(310)에 부하(30)로 공급할 수 있을 만큼의 충분한 전력량이 남아있지 않은 경우, 부하(30)로 안정적이 전력 공급이 불가능할 수 있다.
이러한 비상 상황을 대비하여, 비상 상황이 아닌 경우에는 사용되지 않는 배터리(310)의 유보 용량이 설정될 수 있다. 상기 유보 용량은 사전에 결정되어 설정될 수 있다.
이러한 유보 용량이 확보되면, 정전과 같은 비상상황에서도 전력 변환 장치(200)는 부하(30)로 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다. 예컨대, 유보 용량은 무정전 전원 장치(uninterrupted power supply (UPS)) 용 용량일 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 전력 관리 장치(100)는 전력 변환 장치(200)의 출력 전력(PPCS)을 결정할 수 있다(S210).
전력 관리 장치(100)는 배터리(310)를 충방전하기 위한 총 전력(PB)을 결정할 수 있다(S220). 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 배터리(310)를 충방전하기 위한 총 전력(PB)을 결정할 수 있고, 결정된 총 전력(PB)에 따라 배터리(310)가 충방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 비상상황이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다(S230). 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 그리드(20)로부터 전송되는 데이터에 기초하여 그리드(20)에 정전이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 전력 관리 장치(100)는 그리드(20)로부터 일정 시간 동안 전력이 공급되지 않는 경우, 그리드(20)에 비상 상황이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
비상 상황이 발생하지 않았을 때(S230의 NO), 전력 관리 장치(100)는 일반 모드로 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)을 방전할 수 있다(S240). 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 일반 모드로 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다.
상기 일반 모드에서, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)은 유보 용량이 제외된 유효 방전량에 기초하여 결정된 방전 전력(PB1~PBn)에 따라 방전될 수 있다. 즉, 비상 상황이 발생하지 않았지만, 비상 상황을 대비해야 하므로 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 방전 전력(PB1~PBn)은 유보 용량을 고려하여 결정될 수 있다.
비상 상황이 발생했을 때(S230의 YES), 전력 관리 장치(100)는 비상 모드로 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)을 방전할 수 있다(S250). 실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 비상 모드로 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 방전되도록 전력 변환 장치(200)를 제어할 수 있다.
상기 비상 모드에서, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)은 각각의 유보 용량을 추가적으로 사용하여 결정된 방전 전력(PB1~PBn)에 따라 방전될 수 있다. 즉, 비상 상황이 발생한 경우, 그리드(PGRID)로부터의 전력 공급이 없으므로 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)은 유보된 유보 용량을 추가적으로 사용하여 방전될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치(100)(또는 에너지 저장 시스템(10))은 비상 상황 시 사용될 유보 용량을 미리 설정하고, 비상 상황이 발생하지 않는 경우에는 상기 유보 용량이 제외된 방전량에 기초하여 배터리들을 방전하고, 비상 상황이 발생한 경우에는 상기 유보 용량에 기초하여 배터리들을 방전할 수 있다. 이에 따라, 비상 상황이 발생하더라도 부하(30)에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 관리 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 대한 충방전 용량(Q1~Qn), 잔존 수명(SOH1~SOHn), 방전 심도(DOD1~DODn) 및 유보 용량(QR1~QRn)이 나타나 있다. 즉, 도 4와 비교할 때, 도 6은 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 유보 용량(QR1~QRn)이 추가적으로 고려된다는 점에서 차이가 있다.
유보 용량(QR1~QRn)은 그리드(20) 또는 발전 시스템(320)의 고장 등 비상 상황 시 공급되어야 할 전력량을 의미한다. 유보 용량(QR1~QRn)은 일반적인 상황에서는 소모되지 않는 전력량일 수 있다. 다만, 비상 상황이 발생한 경우, 유보 용량(QR1~QRn)은 즉각적으로 사용되어야 한다.
비상 상황이 발생하지 않은 일반 모드에서, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 유보 용량(QR1~QRn)은 항상 유보되어야 하므로, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 실제로 충방전할 수 있는 유효 충방전 용량(Qf1~Qfn)은 유보 용량(QR1~QRn)이 제외되어야 한다. 즉, 유효 충방전 용량(Qf1~Qfn)은 아래 수학식 9에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00009
여기서, QEEFi는 i번째 배터리 랙의 유보 용량이 고려된 유효 충방전 용량이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD이고, QRi는 i번째 배터리 랙의 유보 용량이다.
또한, 비상 상황이 발생하지 않은 일반 모드에서, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 충방전 전력(PB1~PBn)은 아래 수학식 10에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00010
Figure 112019085526943-pat00011
여기서, PBi는 i번째 배터리 랙의 전력이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD이고, QRi는 i번째 배터리 랙의 유보 용량이고, QEEFi는 i번째 배터리 랙의 유보 용량이 고려된 유효 충방전 용량이다.
복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 충방전 용량(Q1~Qn)이 모두 동일하다 하더라도, 잔존 수명(SOH1~SOHn), 방전 심도(DOD1~DODn) 및 유보 용량(QR1~QRn)가 다르게 되면 실제로 충방전할 수 있는 유효 충방전 용량(Qf1~Qfn)은 차이가 있고, 전력(PB1~PBn) 또한 차이가 있을 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 충방전 용량(Q1~Qn)이 모두 동일하다 하더라도, 잔존 수명(SOH1~SOHn), 방전 심도(DOD1~DODn) 및 유보 용량(QR1~QRn)을 모두 고려하여 유효 충방전 용량을 결정할 수 있고, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 (충방전) 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있다.
한편, 비상 상황이 발생한 경우에는 유보되었던 유보 용량(QR1~QRn)에 기초하여 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)이 방전되어야 한다. 따라서, 이 경우 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 방전 전력(PB1~PBn)은 아래 수학식 11(수학식 6과 동일)에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00012
여기서, PBi는 i번째 배터리 랙의 충방전 전력이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD이다.
즉, 비상 상황이 발생한 경우에는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)의 방전 시 유보 용량(QR1~QRn)이 유보되지 않는다.
전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 방전 용량, 잔존 수명, 방전 심도 및 유보 용량에 기초하여 총 전력(PB)으로부터 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 대한 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있으므로, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)은 균형적으로 충방전될 수 있다. 특히, 비상 시 사용되는 유보 용량이 추가적으로 고려될 수 있다.
실시 예들에 따라, 전력 관리 장치(100)는 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각의 충방전 상태(즉, SOC)에 따라 총 전력(PB)으로부터 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)에 대한 전력(PB1~PBn)을 결정할 수 있다. 충전 작동 시, 전력 관리 장치(100)는 SOC가 높은 배터리 랙은 적은 전력으로 충전하고 SOC가 낮은 배터리 랙은 높은 전력으로 충전할 수 있다. 또한, 방전 작동 시, 전력 관리 장치(100)는 SOC가 높은 배터리 랙은 높은 전력으로 방전하고 SOC가 낮은 배터리 랙은 낮은 전력으로 방전할 수 있다.
일반 모드에 따른 충전 작동 시, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 유보 용량이 고려된 전력(PB1~PBn)은 아래의 수학식 12에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00013
여기서, PBi는 i번째 배터리 랙의 충전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙에 대한 SOC이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD이고, QRi는 i번째 배터리 랙의 유보 용량이고, PB는 배터리 랙들의 총 충전 전력이다.
일반 모드에 따른 방전 작동 시, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 전력(PB1~PBn)은 아래의 수학식 13에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00014
여기서, PBi는 i번째 배터리 랙의 방전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD이고, QRi는 i번째 배터리 랙의 유보 용량이고, PB는 배터리 랙들의 총 방전 전력이다.
일반 모드에서, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)은 유보 용량이 제외된 유효 방전량에 기초하여 방전되어야 하므로, 방전 전력(PB1~PBn) 또한 유보 용량이 제외된 유효 방전량에 기초하여 결정될 수 있다.
비상 모드에 따른 방전 작동 시, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n) 각각에 대한 전력(PB1~PBn)은 아래의 수학식 14(수학식 8과 동일)에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019085526943-pat00015
여기서, PBi는 i번째 배터리 랙의 방전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, PB는 배터리 랙들의 총 방전 전력이다.
비상 모드에서, 복수의 배터리 랙들(310-1~310-n)은 유보 용량에 기초하여 방전되어야 하므로, 방전 전력(PB1~PBn) 또한 유보 용량이 제외되지 않은 유효 방전량에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 방법들은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 저장되어 프로세서에 의해 실행될 수 있는 명령어들로 구현될 수 있고, 상기 명령어들은 컴퓨터 프로그램에 포함되어 전자통신망 상에서 배포될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 에너지 저장 시스템
20: 그리드
30: 부하
100: 전력 관리 장치
200: 전력 변환 장치
300: 전력원
310: 배터리
320: 발전 시스템

Claims (14)

  1. n개(n은 2이상의 자연수)의 배터리 랙들 및 발전 시스템과 연결된 전력 충방전 장치에 있어서,
    상기 n개의 배터리 랙들 각각의 상태 정보 및 상기 발전 시스템으로부터 공급된 발전 전력에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충방전 전력을 결정하는 전력 관리 장치; 및
    결정된 충방전 전력에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들을 충방전 하는 전력 변환 장치를 포함하고,
    상기 상태 정보는,
    상기 n개의 배터리 랙들의 용량, 잔존 수명(state of health (SOH)) 및 방전 심도(depth of discharge (DOD))를 포함하고,
    상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충방전 전력은,
    Figure 112019134185365-pat00027

    (여기서, PB는 n개의 배터리 랙들의 총 충방전 전력이고, PBi는 i번째 배터리 랙의 충방전 전력이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD임)
    에 따라 계산되는,
    전력 충방전 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 관리 장치는,
    부하에서 요구되는 부하 전력에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들의 충방전 여부를 일차적으로 결정하고,
    발전 시스템으로부터 공급되는 발전 전력과 상기 전력 충방전 장치의 출력 전력에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들의 충방전 여부를 이차적으로 결정하는,
    전력 충방전 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전력 관리 장치는,
    제1시점에서의 상기 발전 시스템의 발전 전력 및 상기 제1시점 이후의 제2시점에서의 상기 발전 시스템의 발전 전력에 기초하여, 상기 발전 시스템의 발전 전력의 변화량을 계산하고,
    상기 발전 전력의 변화량에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들에 대한 총 충방전 전력을 계산하는,
    전력 충방전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 배터리 랙들 중 적어도 두 개의 배터리 랙들의 방전 심도와 잔존 수명의 곱은 서로 다르고,
    상기 전력 관리 장치는 상기 적어도 두 개의 배터리 랙들의 방전 심도와 잔존 수명의 곱에 기초하여 상기 적어도 두 개의 배터리 랙들에 대한 충방전 전력이 서로 다르도록 상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충방전 전력을 결정하는,
    전력 충방전 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상태 정보는 상기 n개의 배터리 랙들의 충전 상태(state of charge (SOC))를 더 포함하고,
    상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충전 전력은,
    Figure 112019134185365-pat00017

    (여기서, PB는 n개의 배터리 랙들의 총 충방전 전력이고, PBi는 i번째 배터리 랙의 충전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD임)
    에 따라 계산되는,
    전력 충방전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상태 정보는 상기 n개의 배터리 랙들의 충전 상태(state of charge (SOC))를 더 포함하고,
    상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 방전 전력은,
    Figure 112019134185365-pat00018

    (여기서, PB는 n개의 배터리 랙들의 총 충방전 전력이고, PBi는 i번째 배터리 랙의 방전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD임)
    에 따라 계산되는,
    전력 충방전 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전력 변환 장치는,
    AC/DC 컨버터; 및
    상기 n개의 배터리 랙들과 연결된 복수 개의 제1DC/DC 컨버터들; 및
    상기 발전 시스템과 연결된 제2DC/DC 컨버터를 포함하는,
    전력 충방전 장치.
  10. n개(n은 2이상의 자연수)의 배터리 랙들 및 발전 시스템을 이용하여 전력 충방전을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 n개의 배터리 랙들 각각의 상태 정보 및 상기 발전 시스템으로부터 공급된 발전 전력에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충방전 전력을 결정하는 단계; 및
    결정된 충방전 전력에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들을 충방전하는 단계를 포함하고,
    상기 상태 정보는,
    상기 n개의 배터리 랙들의 용량, 잔존 수명(state of health (SOH)) 및 방전 심도(depth of discharge (DOD))를 포함하고,
    상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충방전 전력은,
    Figure 112019134185365-pat00028

    (여기서, PB는 n개의 배터리 랙들의 총 충방전 전력이고, PBi는 i번째 배터리 랙의 충방전 전력이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD임)
    에 따라 계산되는,
    전력 충방전을 수행하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 방법은,
    부하에서 요구되는 부하 전력에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들의 충방전 여부를 일차적으로 결정하는 단계; 및
    상기 발전 시스템의 상기 발전 전력에 기초하여 상기 n개의 배터리 랙들의 충방전 여부를 이차적으로 결정하는 단계를 더 포함하는,
    전력 충방전을 수행하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 상태 정보는 상기 n개의 배터리 랙들의 충전 상태(state of charge (SOC))를 더 포함하고,
    상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 방전 전력은,
    Figure 112019134185365-pat00029

    (여기서, PB는 n개의 배터리 랙들의 총 충방전 전력이고, PBi는 i번째 배터리 랙의 방전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 방전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD임)
    에 따라 계산되는,
    전력 충방전을 수행하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 상태 정보는 상기 n개의 배터리 랙들의 충전 상태(state of charge (SOC))를 더 포함하고,
    상기 n개의 배터리 랙들 각각에 대한 충전 전력은,
    Figure 112019134185365-pat00020

    (여기서, PB는 n개의 배터리 랙들의 총 충방전 전력이고, PBi는 i번째 배터리 랙의 충전 전력이고, SOCi는 i번째 배터리 랙의 SOC이고, Qi는 i번째 배터리 랙의 충전 용량이고, SOHi는 i번째 배터리 랙의 SOH이고, DODi는 i번째 배터리 랙의 DOD임)
    에 따라 계산되는,
    전력 충방전을 수행하는 방법.
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