KR102182010B1 - 전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 저장 방법 - Google Patents

전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 저장 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102182010B1
KR102182010B1 KR1020180144821A KR20180144821A KR102182010B1 KR 102182010 B1 KR102182010 B1 KR 102182010B1 KR 1020180144821 A KR1020180144821 A KR 1020180144821A KR 20180144821 A KR20180144821 A KR 20180144821A KR 102182010 B1 KR102182010 B1 KR 102182010B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
energy storage
renewable
storage device
power
Prior art date
Application number
KR1020180144821A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200059736A (ko
Inventor
김월영
서종성
도경민
전완수
유승희
홍상택
김동수
곽창대
문수지
Original Assignee
(주)솔라라이트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)솔라라이트 filed Critical (주)솔라라이트
Priority to KR1020180144821A priority Critical patent/KR102182010B1/ko
Publication of KR20200059736A publication Critical patent/KR20200059736A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102182010B1 publication Critical patent/KR102182010B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/19Switching between serial connection and parallel connection of battery modules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00Converter types
    • B60L2210/10DC to DC converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치는 복수 개의 재생 배터리가 병렬 연결되어 배치되는 배터리 랙, 상기 배터리 랙에 연결되는 저전압용 인버터를 포함하는 전력 변환부 및 상기 배터리 랙에 전력의 충전 또는 방전을 제어하는 전력 관리부를 포함한다.

Description

전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 저장 방법{ENERGY STORAGE APPARATUS USING THE USED BATTERY OF ELECTRIC VEHICLE AND METHOD FOR STORAGING THE SAME}
본 발명은 전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System) 및 에너지 저장 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 수명이 남아있는 전기 자동차용 배터리의 특성을 파악해 에너지 저장 장치의 충전용 배터리로 사용될 수 있도록 하는 신재생 연계용 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
일반적으로 배터리는 전기적 에너지를 화학적 에너지로 충전하고, 충전된 화학적 에너지를 전기적 에너지로 방전하는 것을 의미한다.
에너지 저장 장치(ESS)의 가격 중 상당 부분이 배터리가 차지하며, 따라서 배터리의 가격과 관리는 ESS의 설계에 있어서 매우 중요한 요소가 된다. 따라서, 최근에는 폐 배터리를 재활용한 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.
전기 자동차용 배터리는 배터리의 수명이 종료된 후에도 리튬과 폴리머 등을 추출할 수 있고, ESS용(에너지 저장용)으로도 활용이 가능하여 경제적으로 높은 가치를 가지고 있다.
전기 자동차의 개발 이후, 전기 자동차의 보급이 많아지면서, 잔존 수명이 남아있는 전기 자동차용 배터리가 매년 수만 개씩 쏟아져 나오고 있다. 일반적으로 전기 자동차는 리튬이온 배터리를 사용하는데, 이 리튬이온 배터리는 충/방전을 6000회 정도 할 수 있도록 설계되어 있다. 하지만, 평균적으로 1000~2000회 정도의 충/방전을 한 뒤 폐차되는 전기 자동차가 많아 이 전기 자동차용 배터리를 재활용할 수가 있다. 그러나, 사용 환경(온도 또는 충격 등)에 따라 배터리의 SOH(State of Health)와 내부 저항이 달라져 배터리의 재활용이 어려운 문제가 있다.
이와 같이, 재생 배터리를 사용하는 ESS에서는 배터리의 가격을 낮추는 장점이 있지만, 배터리 관리가 어려워 서비스의 안정성 및 신뢰성이 낮은 단점이 있다.
상기와 같은 단점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 재생 배터리를 사용하는 ESS를 통해 배터리 재자원화를 위한 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 방법을 제공하는데 있다.
또한, 배터리의 SOH와 내부 저항이 서로 다른 전기 자동차용 배터리를 ESS에 활용할 수 있는 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치는 복수 개의 재생 배터리가 병렬 연결되어 배치되는 배터리 랙, 상기 배터리 랙에 연결되는 저전압용 인버터를 포함하는 전력 변환부 및 상기 배터리 랙에 전력의 충전 또는 방전을 제어하는 전력 관리부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 재생 배터리의 특성을 파악해 상기 재생 배터리의 배터리 랙 및 배터리 셀 간의 충방전을 제어하는 배터리 관리부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리 랙은 상기 재생 배터리의 가감이 용이하도록 구성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리 랙은 서로 다른 내부 저항을 가진 재생 배터리에도 호환이 가능할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 저전압용 인버터는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 저전압용 인버터는 200V 이상 400V 이하의 전압의 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 재생 배터리는 수명이 남아있는 전기 자동차용 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 방법에 따르면, 매년 수만개씩 발생 되는 전기 자동차용 배터리 재활용하여 재생 배터리를 사용하는 ESS를 통해 배터리 재자원화를 가능케 할 수 있다.
특히 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 방법에 따르면, 배터리의 SOH와 내부 저항이 서로 다른 전기 자동차용 배터리를 ESS에 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 종래의 에너지 저장 장치 배터리 연결과 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에서의 배터리 연결을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 에너지 저장 장치 배터리 연결을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에서의 배터리 연결을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에서 전력 관리부의 인버터 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에서 배터리 관리부의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 설비 데이터의 이상 정도를 평가하는 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치(100)는 전력 변환부(110, PCS; Power Conditioning System), 전력 관리부(120, PMS; Power Management System) 및 배터리부(130)를 포함할 수 있다. 여기서 배터리부(130)는 제1 배터리 랙(131), 제2 배터리 랙(132), 제3 배터리 랙(133) 등 복수 개의 배터리 랙을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치(100)는 복수 개의 재생 배터리가 병렬 연결되어 배치되는 배터리 랙을 포함하는 배터리부(130), 상기 배터리 랙에 연결되는 저전압용 인버터를 포함하는 전력 변환부(110) 및 상기 배터리 랙에 전력의 충전 또는 방전을 제어하는 전력 관리부(120)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 재생 배터리의 특성을 파악해 상기 재생 배터리의 배터리 랙 및 배터리 셀 간의 충방전을 제어하는 배터리 관리부를 더 포함할 수 있다. 배터리 관리부에 대한 구체적인 설명은 도 6에서 하도록 한다.
일실시예에 따르면, 전력 변환부(110)는 전력 변환 장치로 저전압용 인버터를 포함할 수 있다. 에너지 저장 장치에서 전기를 배터리에 저장할 때는 직류로 저장하고, 전력 계통에서 전기를 사용할 때는 교류로 사용하기 때문에, 교류 전원을 직류 전원으로, 직류 전원을 교류 전원으로 변환시키는 역할이 중요하다. 전력 변환부(110)는 배터리에 저장된 직류 전류를 전력 계통에 공급하기 위해 교류로 변환하거나, 전력 계통으로부터 수신한 교류 전류를 배터리에 저장하기 위해 직류로 변환하는 역할을 수행할 수 있다. 이때, 전력 변환부(110)는 배터리부에 바로 연결될 수도 있으며, 도 1과 같이 전력 관리부(120)를 통해서 연결될 수도 있다.
일실시예에 따르면, 전력 변환부(110)는 에너지 저장 장치의 유효 전력과 무효 전력의 품질을 제어하고, 전압을 측정할 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치의 구성 모듈 간 연결 상태 및 운영 상태를 감시할 수 있다. 그리고, 에너지 저장 장치의 전체 시스템을 정전 사태로부터 보호하고, 저장된 전력의 품질을 제어할 수 있다.
신재생에너지 공급인증서 가중치(REC) 중 태양광 설비 연계 에너지 저장 장치와 풍력 설비 연계 에너지 저장 장치의 전력 가중치는 각각 5.0과 4.5로 타 에너지에 비해 높은 편이다. 일실시예에 따르면, 전력 변환부(110)는 태양광 및 풍력 연계 에너지 저장 장치의 수익 창출, 피크 저감, 주파수 제어와 배터리의 호환, 확장 및 교환을 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 전력 관리부(120)는 전력 변환부(110)에 에너지 충전/방전의 제어에 필요한 정보를 전달할 수 있다. 예를 들면, 배터리의 충전 정보, 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도 등에 대한 정보를 수신하여 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치(100)의 정상 동작을 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 전력 관리부(120)는 배터리의 충전/방전 또는 온/오프 신호를 전력 변환부(110)에 명령하며 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치(100) 전체를 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 전력 관리부(120)는 심야전력을 배터리에 충전하여 주간에 배터리의 전력을 전력 계통에 공급하도록 제어할 수 있다. 다른 일실시예에 따르면, 전력 관리부(120)는 전력이 가장 비싼 시간대의 전력 사용을 제어하여 전기 요금을 절감하도록 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제1 배터리 랙(131), 제2 배터리 랙(132), 제3 배터리 랙(133) 등 복수 개의 배터리 랙(rack)은 병렬 연결되어 배치될 수 있다.
배터리부(130)의 배터리 랙에 포함되는 배터리는 전기 자동차에서 사용된 이후 폐기된 재생 배터리가 될 수 있다. 이때, 배터리는 충전이 가능한 임의의 이차 배터리가 될 수 있으며, 바람직하게는 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다.
전기 자동차에서 사용되는 배터리는 일반적으로 리튬 이온 배터리를 사용한다. 일반적인 리튬이론 배터리의 경우 6000회의 충/방전 수명을 갖도록 설계된다. 하지만, 전기 자동차의 경우 평균적으로 1000회에서 2000회 사이의 충/방전을 한 뒤에 폐차가 되며, 잔존 수명이 많이 남은 폐 배터리를 재생 배터리로 활용할 수 있다.
종래 기술에 따르면, 에너지 저장 장치는 배터리의 직렬 연결을 사용하기 때문에 배터리의 상태(SOH; State Of Health)와 내부 저항이 같은 배터리끼리만 사용할 수 있었다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 배터리부(130)는 200~300V의 전기 자동차 배터리를 병렬로 연결하고, 배터리 랙(131, 132, 133)의 배터리를 각각 분리할 수 있도록 하여 수명이 다한 배터리를 다른 재생 배터리로 교환할 수 있도록 설계할 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 랙은 재생 배터리의 가감이 용이하도록 구성될 수 있다. 이때, 배터리 랙을 구성하는 재생 배터리는 각각 병렬 연결되기 때문에 배터리가 추가 또는 감소 되더라도 에너지 저장 장치의 운행에 문제가 발생하지 않는다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리 랙은 서로 다른 내부 저항을 가진 재생 배터리에도 호환이 가능할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 재생 배터리는 수명이 남아있는 전기 자동차용 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다.
도 2는 종래의 에너지 저장 장치 배터리 연결과 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에서의 배터리 연결을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 2(a)를 참조하면, 종래의 에너지 저장 장치 배터리 연결을 확인할 수 있다. 종래 배터리부는 배터리 랙(200, 220, 230, 240)을 포함하며, 각각의 배터리 랙은 70V의 전압을 갖는 배터리(201), 배터리(202), 배터리(203), 배터리(204), 배터리(205), 배터리(206), 배터리(207), 배터리(208), 배터리(209), 배터리(210) 및 배터리(211)를 직렬로 연결하여 배터리 랙을 구성하였다. 이때, 11개의 70V 배터리 직렬 연결을 통해 770V의 배터리 랙 전압을 만들 수 있다. 이 경우에는 하나의 배터리에 문제가 생기면, 배터리 랙 전체를 교환해야 하며, 배터리의 상태(SOH; State Of Health)와 내부 저항이 같은 배터리끼리만 사용할 수 있다.
도 2(b)를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 배터리 연결을 확인할 수 있다. 배터리부는 배터리 랙(250, 270, 280, 290)을 포함하며, 각각의 배터리 랙은 각각 200V 내지 300V의 전압을 갖는 배터리(251), 배터리(252), 배터리(253), 배터리(254), 배터리(255), 배터리(256), ?, 배터리(25n)를 병렬로 연결하여 배터리 랙을 구성할 수 있다. 이때, 배터리 병렬 연결을 통해 저전압(200V 내지 300V)의 배터리 랙 전압을 만들 수 있다. 이 경우에는 하나의 배터리에 문제가 생기면, 각각의 배터리를 교환할 수 있으며, 배터리의 상태(SOH; State Of Health)와 내부 저항이 서로 다른 배터리끼리도 사용할 수 있다.
도 3은 종래의 에너지 저장 장치 배터리 연결을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 에너지 저장 장치 배터리부(300)는 배터리 랙(310, 320, 330, 340)을 포함하며, 각각의 배터리 랙은 80.96V의 전압과 94A의 전류를 갖는 배터리(311)를 직렬로 9개씩 연결하여 4개의 배터리 랙을 병렬 연결하여 구성하였다. 따라서, 총 274KW의 전력을 저장하는 배터리부를 만들 수 있다. 이 경우에는 하나의 배터리에 문제가 생기면, 배터리 랙 전체를 교환해야 하며, 배터리의 상태(SOH; State Of Health)와 내부 저항이 같은 배터리끼리만 사용할 수 있다. 특히, 사용 환경에 따라 배터리의 내부 저항이 달라지는 전기 자동차용 재생 배터리는 직렬 연결을 통해서 배터리 랙을 구성할 수가 없다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에서의 배터리 연결을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치의 배터리부(400)는 10개의 배터리 랙(410, 420, 430, 440, ?, 4n0)을 포함하며, 각각의 배터리 랙은 320V의 전압과 12A의 전류를 갖는 배터리(411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 418)를 병렬로 연결하고, 10개의 배터리 랙을 다시 병렬 연결하여 구성할 수 있다. 따라서, 총 274KW의 전력을 저장하는 배터리부를 만들 수 있다. 이 경우에는 하나의 배터리에 문제가 생기더라도, 배터리 랙 전체를 교환할 필요가 없이 각각의 배터리만 교체할 수 있으며, 배터리의 상태(SOH; State Of Health)와 내부 저항이 서로 다른 배터리끼리도 호환이 가능하다. 특히, 사용 환경에 따라 배터리의 내부 저항이 달라지는 전기 자동차용 재생 배터리를 사용하는 본 발명에서도 배터리 랙을 구성할 수 있다. 또한, 배터리를 병렬 타입으로 연결하기 때문에 배터리 셀의 가감이 용이한 장점이 있다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에서 전력 관리부의 인버터 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치의 전력 관리부는 DC-DC 컨버터(510) 및 인버터(520)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 직류 전원을 교류 전원으로 바꿔주는 인버터(520) 앞단에 DC-DC 컨버터(510)를 포함하여 저전압용 인버터를 구성할 수 있다.
예를 들면, 배터리를 전부 병렬로 연결하면 종래의 에너지 저장 장치의 배터리 보다 훨씬 낮은 전압으로 구동 되어야 하므로 저전압 인버터(약 50KW)가 필요할 수 있다. 이때, 저전압용 인버터를 병렬로 접속하여 대용량 시스템을 구축할 수 있다. 즉, 종래의 센트럴 방식으로 운용하던 에너지 저장 장치를 스트링 방식으로 구축할 수 있다.
일실시예에 따르면, 저전압용 인버터는 200V 이상 400V 이하의 전압의 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치에서 배터리 관리부의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치는 전력 변환부(610, PCS; Power Conditioning System), 전력 관리부(620, PMS; Power Management System), 배터리 관리부(630, BMS; Battery Management System) 및 배터리부(640)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리부(630)는 배터리부(640)로부터 배터리의 전압, 전류, 온도에 대한 각종정보를 수신할 수 있으며, 배터리부의 과전압, 과전류, 과온도에 대한 보호기능을 판단하여 배터리 셀을 이상상태로부터 보호할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 관리부(630)는 각 배터리의 특성을 파악 해 최적의 상태로 개별 배터리의 충/방전을 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 관리부(620)는 배터리 관리부(630)와 통신하여 배터리 랙 및 배터리 셀이 최적의 상태가 되도록 전류 및 전압을 제어할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치
110: 전력 변환부
120: 전력 관리부
130: 배터리부
131: 제1 배터리 랙
132: 제2 배터리 랙
133: 제3 배터리 랙

Claims (7)

  1. 복수 개의 재생 배터리가 병렬 연결되어 배치되는 배터리 랙;
    상기 배터리 랙에 연결되는 저전압용 인버터를 포함하는 전력 변환부; 및
    상기 배터리 랙에 전력의 충전 또는 방전을 제어하는 전력 관리부
    를 포함하고,
    상기 배터리 랙 각각은 병렬 연결되어 복수 개가 배치되며,
    상기 배터리 랙은 상기 재생 배터리의 가감이 용이하도록 구성되고,
    상기 배터리 랙은 서로 다른 내부 저항을 가진 재생 배터리가 호환 가능하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재생 배터리의 특성을 파악해 상기 재생 배터리의 배터리 랙 및 배터리 셀 간의 충방전을 제어하는 배터리 관리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저전압용 인버터는 DC-DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저전압용 인버터는 200V 이상 400V 이하의 전압의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 재생 배터리는 수명이 남아있는 전기 자동차용 리튬 이온 배터리인 것을 특징으로 하는 재생 배터리를 이용한 에너지 저장 장치.
KR1020180144821A 2018-11-21 2018-11-21 전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 저장 방법 KR102182010B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180144821A KR102182010B1 (ko) 2018-11-21 2018-11-21 전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 저장 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180144821A KR102182010B1 (ko) 2018-11-21 2018-11-21 전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 저장 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200059736A KR20200059736A (ko) 2020-05-29
KR102182010B1 true KR102182010B1 (ko) 2020-11-23

Family

ID=70912511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180144821A KR102182010B1 (ko) 2018-11-21 2018-11-21 전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 저장 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102182010B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102446786B1 (ko) * 2020-09-14 2022-09-22 제주대학교 산학협력단 이종 전기차 배터리 모듈의 연결 변환 장치
KR102572129B1 (ko) * 2021-12-28 2023-08-30 에스케이온 주식회사 배터리 재사용 방법과 이를 이용한 렌탈 서비스 제공 방법, 및 전력 저장 시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101582186B1 (ko) * 2010-11-02 2016-01-21 김정욱 배터리 재생장치
KR101858821B1 (ko) * 2016-08-22 2018-06-27 중소기업은행 전기자동차의 폐배터리를 이용한 모바일 충전용 카트 시스템 및 그 작동 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200059736A (ko) 2020-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6797948B2 (ja) 動的に再構成可能なエネルギー貯蔵装置を作り出す方法および装置
Huang et al. Modeling and multi-objective optimization of a stand-alone PV-hydrogen-retired EV battery hybrid energy system
Li et al. Design and real-time test of a hybrid energy storage system in the microgrid with the benefit of improving the battery lifetime
JP5838313B2 (ja) 蓄電池充放電制御装置および蓄電池充放電制御方法
Khalid et al. Overview of technical specifications for grid-connected microgrid battery energy storage systems
KR101553451B1 (ko) 에너지 저장 시스템에서 전력 분배 방법 및 장치
Birkl et al. Modular converter system for low-cost off-grid energy storage using second life li-ion batteries
KR102182010B1 (ko) 전기 자동차용 배터리를 이용한 에너지 저장 장치 및 저장 방법
JP2019536414A (ja) 無停電電源(ups)システム用の変換回路デバイス
CN104716734A (zh) 使用不间断功率供应器的能量储存系统
KR102013413B1 (ko) Ess의 hils 개발 시스템 및 이를 이용한 ess의 운전 방법
Li et al. Power allocation strategy for battery energy storage system based on cluster switching
EP2854254A1 (en) Charging station having battery cell balancing system
US9853474B2 (en) Battery pack and driving method thereof
CN110518159A (zh) 一种用于大规模电池组的可重构多单体电池拓扑和重构算法
CN107294163B (zh) 具有蓄电池单体均衡功能的蓄电池状态巡检方法及装置
KR101516027B1 (ko) 전지 전력 저장 시스템 및 그 제어 방법
KR101726922B1 (ko) 출력 제어를 통한 에너지 저장 시스템 제어 장치 및 방법
CN108667121B (zh) 一种应急电源系统容量确定方法、装置及系统
KR20180049545A (ko) 멀티 충전이 가능한 배터리팩과 배터리팩 확장성을 고려한 에너지 저장 시스템
JP5675672B2 (ja) コミュニティ制御装置、蓄電システム、蓄電装置分配方法、及びプログラム
Abbas et al. Scalable constrained attributes/issues about risk, reliability and optimization in large scale battery pack
Fan et al. Distributed equalisation strategy for multi‐battery energy storage systems
EP4167417A1 (en) Device power supply method, system, and related device
KR20180049543A (ko) 배터리팩 확장성을 고려한 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant