KR102209827B1 - 에너지 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

다양한 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리 시스템, 배터리 시스템의 입출력 전력의 특성을 교류-직류 또는 직류-교류로 변환하하는 전력변환부, 상기 전력변환부의 동작을 제어하는 변환제어부, 배터리 시스템의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 교류 전력을 상기 변환제어부를 기동시키기 위한 전원으로 공급하는 초기구동부, 및 상기 전력변환부의 출력 전압을 감지하고, 상기 전력변환부의 출력 전압의 크기에 기초하여 상기 초기구동부가 출력하는 교류 전력 및 상기 전력변환부가 출력하는 교류 전력 중 어느 하나의 교류 전력을 선택하여 상기 변환제어부의 동작 전원으로 공급하는 전원 선택부를 포함한다.

Description

에너지 저장 장치{energy storage device}
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 장치는 전력 수요가 적을 때 전력을 저장해 두고 전력 수요가 많을 때 저장된 전력을 사용함으로써 에너지 효율 향상 및 전력 계통의 안정적 운영을 높이는 저장 장치를 말한다. 최근 지능형 전력망(smart grid)과 신재생 에너지의 보급이 확대되고 전력 계통의 효율화와 안정성이 강조됨에 따라, 전력 공급 및 수요 조절, 및 전력 품질 향상을 위해 에너지 저장 장치에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 사용 목적에 따라 에너지 저장 장치는 출력과 용량이 달라진다. 대용량 에너지 저장 장치를 구성하기 위하여, 복수의 배터리 시스템들이 서로 병렬로 연결된다.
에너지 저장 장치는 외부 계통과 연결되어 있으며, 상기 외부 계통의 전력을 통해 동작을 한다. 구체적으로, 에너지 저장 장치에 포함된 배터리 관리부, 에너지 관리부, 전력변환장치는 상기 외부 계통의 전력을 동작 전원으로 하여 작동된다. 즉, 에너지 저장 장치는 외부 계통과 연결을 통해 동작이 된다.
그러나, 최근 이동 수단에 구비된 에너지 저장 장치를 통해 전력을 공급의 필요성이 대두되고 있다. 에너지 저장 장치가 외부 계통과 연결되지 않은 경우에 배터리 관리부, 에너지 관리부 및 전력변환장치를 구동시키기 위해 추가적인 배터리 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 설치해야 하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 외부 계통으로부터 교류 전원을 공급받지 않아도 에너지 저장 장치의 에너지 관리부, 배터리 관리부 및 전력변환장치의 초기 제어 전원을 공급할 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 에너지 저장 장치는, 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리 시스템, 배터리 시스템의 입출력 전력의 특성을 교류-직류 또는 직류-교류로 변환하는 전력변환부, 상기 전력변환부의 동작을 제어하는 변환제어부, 배터리 시스템의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 변환제어부를 기동시키기 위한 전원을 공급하는 초기구동부, 및 상기 전력변환부의 출력 전압을 감지하고, 상기 전력변환부의 출력 전압의 크기에 기초하여 상기 초기구동부가 출력하는 교류 전력 및 상기 전력변환부가 출력하는 교류 전력 중 어느 하나의 교류 전력을 선택하여 상기 변환제어부의 동작 전원으로 공급하는 전원 선택부를 포함한다.
에너지 저장 장치의 일 예에 따르면, 상기 변환제어부는 교류 전원으로 동작하는 것을 특징으로 한다.
에너지 저장 장치의 다른 예에 따르면, 상기 전원 선택부는, 상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값 이하이면, 상기 변환제어부에 공급되는 동작 전원을 상기 초기구동부의 출력 전력으로 선택한다.
에너지 저장 장치의 다른 예에 따르면, 상기 변환제어부는, 기동 신호를 인가 받으면, 상기 초기구동부의 출력 전력으로 기동하여 상기 전력변환부를 기동시킨다.
에너지 저장 장치의 다른 예에 따르면, 상기 전원 선택부는, 상기 전력변환부가 기동하여 상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값을 초과하면, 상기 전력변환부가 출력하는 교류 전원을 상기 변환제어부의 동작 전원으로 선택한다.
에너지 저장 장치의 다른 예에 따르면, 상기 배터리는 적어도 하나의 배터리 셀 및 배터리 관리부를 포함한다.
에너지 저장 장치의 다른 예에 따르면, 상기 배터리 관리부에 제어 신호를 인가하여 충방전을 제어하고, 상기 변환제어부에 제어 신호를 인가하여 상기 전력변환부의 출력량을 제어하는 에너지 관리부를 더 포함하고, 상기 초기구동부는 상기 에너지 관리부를 기동시키는 전원을 공급한다.
에너지 저장 장치의 다른 예에 따르면, 상기 전원 선택부는, 상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값 이하이면, 상기 에너지 저장 장치의 동작 전원을 상기 초기구동부의 출력 전력으로 선택하여 공급한다.
에너지 저장 장치의 다른 예에 따르면, 상기 전원 선택부는, 상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값을 초과하면, 상기 전력변환부가 출력하는 교류 전원을 상기 에너지 관리부의 동작 전원으로 선택하여 공급한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 에너지 저장 장치의 구동 방법은, 상기 전력변환장치의 출력 전압의 크기를 감지하는 단계, 상기 전력변환장치의 출력 전압의 크기가 미리 설정된 기준값 이하인 경우에 초기구동부가 상기 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한 전력을 상기 변환제어부가 기동하기 위한 동작 전원으로 제공하는 단계, 상기 변환제어부가 기동 신호로 기동하여 상기 전력변환장치를 작동시키는 단계, 상기 전력변환장치가 상기 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 단계, 및 상기 전력변환장치의 출력 전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우에 상기 전력변환부가 변환한 교류 전력을 상기 변환제어부가 동작하기 위한 동작 전원으로 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 외부 계통으로부터 교류 전원을 공급받지 않아도 에너지 저장 장치의 에너지 관리부, 배터리 관리부 및 전력변환장치의 초기 제어 전원을 공급할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성 및 제어 전원이 공급되는 경로를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 일부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치가 휴지 상태에서 기동되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.
예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항 들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 즉 설명된 특정 세부사항들은 단순한 예시이다. 특정 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들로부터 변할 수 있고, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 계속 고려될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 명세서상에 기재된 특정, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 장치(10)은 계통(20) 및 부하(30) 중 적어도 하나와 접속된다. 에너지 저장 장치(10)은 계통(20)으로부터 전원을 공급받아 전력을 저장하고, 다시 저장된 전력을 계통(20) 및 부하(30) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다. 계통(grid system, 20)은 전력망으로 지칭될 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 계통(20)은 변압기(미 도시)를 포함할 수 있으며, 변압기를 통해 공장이나 가정 등에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 도 1에 도시되지는 않았지만, 계통(20)에는 발전 시스템(미 도시)이 접속될 수 있으며, 발전 시스템이 생성한 전력은 계통(20)에 공급되거나 에너지 저장 장치(10)에 저장될 수 있다.
에너지 저장 장치(10)은 에너지 관리부(110), 전력변환부(121), 배터리 시스템(200)을 포함한다. 배터리 시스템(200)은 서로 직렬 및 병렬 및 적어도 하나의 방식으로 연결된 배터리(230)들을 포함하고, 상기 배터리(230)들 각각은 배터리 관리부(210)를 포함할 수 있다. 상기 배터리 시스템(200)은 전력변환부(121)를 통해 계통(20) 또는 부하(30)와 접속된다.
전력변환부(121)는 계통(20)과 배터리 시스템(200) 사이에서 전력을 변환한다. 전력변환부(121)는 에너지 관리부(110)의 제어에 따라 변환되는 전력량이 조정된다. 예컨대, 전력변환부(121)는 계통(20)의 교류 전력과 배터리 시스템(200)의 직류 전력을 서로 변환할 수 있으며, 나아가 배터리 시스템(200)의 직류 전력을 부하(30)에 공급하기 위한 교류 전력으로 변환할 수 있다. 전력변환부(121)는 배터리 시스템(200)의 직류 전압과 계통(20)의 교류 전압을 서로 변환하는 양방향 인버터일 수 있다.
에너지 관리부(110)는 배터리 시스템(200)과 전력변환부(121)를 제어할 수 있다. 에너지 관리부(110)는 배터리 시스템(200)의 상태, 예컨대, 전압, 전류 및 온도 등을 감지하고, 계통(20) 및 부하(30) 중 적어도 하나의 상태, 예컨대, 전압 및 전류를 감지할 수 있다. 에너지 관리부(110)는 외부의 제어에 따라 계통(20)의 전력을 에너지 저장 장치(10)에 충전하거나 에너지 저장 장치(10)의 전력을 계통(20) 또는 부하(30) 중 적어도 하나에 방전하도록 전력변환부(121) 및 배터리 시스템(200)을 제어할 수 있다. 에너지 관리부(110)는 계통(20) 및 부하(30)의 상태 및 배터리 시스템(200)에 포함된 배터리(230)의 상태를 고려하여 전력변환부(121)에서 변환되는 전력량을 조정할 수 있다.
배터리 시스템(200)은 적어도 하나의 배터리(230) 및 상기 배터리(230)의 충전과 방전을 제어하는 배터리 관리부(210)를 포함할 수 있다. 배터리 시스템(200)이 출력하는 직류 전력은 전력변환부(121)에서 교류 전력으로 변환되어 계통(20)이나 부하(30)로 제공된다. 전력변환부(121)는 외부 계통(20)으로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 배터리 시스템(200)은 변환된 상기 직류 전원으로 충전된다.
배터리(230)는 전력을 저장하는 부분으로서, 적어도 하나의 배터리 셀(미도시)을 포함한다. 배터리(230)에 하나의 배터리 셀이 포함되거나, 배터리(230)에는 복수의 배터리 셀들이 포함될 수 있으며, 배터리 셀들은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 배터리(230)에 포함되는 배터리 셀들의 개수 및 연결 방식은 요구되는 출력 전압 및 전력 저장 용량에 따라서 결정될 수 있다.
배터리 셀은 충전이 가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전치, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 관리부(210)는 배터리(230)를 보호하기 위해 스위치(미도시)를 제어할 수 있다. 배터리 관리부(210)는 스위치(미도시)를 이용하여 배터리(230)로 유입되거나 유출되는 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 예컨대, 배터리 관리부(210)는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다.
배터리 관리부(210)는 배터리(230)의 전류, 전압, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(State of Charge, SOC)등을 얻을 수 있다. 예컨대, 배터리 관리부(210)는 센서들을 이용하여 배터리(230) 셀의 셀 전압 및 온도를 측정할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성 및 제어 전원이 공급되는 경로를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 에너지 저장 장치(10)은 배터리 관리부(210), 배터리(230), 스위치 모드 파워 서플라이(Switched-mode power supply, SMPS, 150), 초기구동부(130), 전력변환부(121), 변환제어부(123), 전원 선택부(160), 에너지 관리부(110)를 포함한다.
에너지 저장 장치(10)은 상술한 바와 같이 계통(20)에서 공급받은 전력을 직류 전원으로 저장해두고, 외부의 부하(30)나 계통(20)에 저장한 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 공급할 수 있다. 에너지 저장 장치(10)은 일반적으로 소정의 장소에 고정된 상태로 계통(20) 및 부하(30)와 연결된다. 이 경우, 에너지 저장 장치(10)은 계통(20)인 상용 전원으로부터 제어 장치를 구동하기 위해 필요한 구동 전원을 공급받을 수 있다. 상기 제어 장치들은 배터리(230)의 충방전을 제어하는 배터리 관리부(210), 전력변환부(121)의 동작을 제어하는 변환제어부(123), 배터리 시스템(200)의 충방전 및 전력변환부(121)에서 변환하는 전력량을 제어하는 에너지 관리부(110) 등이다.
변환제어부(123)는 전력변환부(121)의 동작을 제어한다. 변환제어부(123)는 전력변환부(121)의 동작을 중지시키거나, 전력변환부(121)가 변환이 필요한 전력량이나 출력 전압 및 전류의 크기를 제어할 수 있다. 한편, 상용 전원과 연결된 변환제어부(123)는 교류 전원을 공급받아 동작한다. 변환제어부(123)는 에너지 관리부(110)의 제어 신호에 따라 전력변환부(121)의 동작을 제어할 수 있다.
스위치 모드 파워 서플라이(Switched-mode power supply, SMPS, 150)는 스위치의 온오프 시간 비율을 제어하여 출력을 안정화시키는 직류 안정화 전원장치로 교류 전원을 인가 받아 배터리 관리부(210)가 동작하는데 필요한 직류 전원을 출력할 수 있다.
초기구동부(130)는 배터리 시스템(200)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 초기구동부(130)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 일방향 인버터를 포함할 수 있다. 초기구동부(130)는 상기 제어 장치들을 기동시키기 위한 교류 전력을 공급할 수 있다. 초기구동부(130)는 전력변환부(121)에 비해 작은 변환용량을 갖는다. 예를 들면, 전력변환부(121)는 부하(30)에 전력을 공급하는 목적으로 50KW 이상의 교류 전력을 출력하도록 설계되나, 초기구동부(130)는 상기 제어 장치들의 구동을 위한 교류 전력만 출력하도록 설계되면 된다. 예컨대, 초기구동부(130)는 3kw 이하의 출력을 갖도록 설계될 수 있다.
전원 선택부(160)는 전력변환부(121) 및 초기구동부(130) 중 어느 하나와 상기 제어 장치들을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 전원 선택부(160)는 전력변환부(121) 및 초기구동부(130) 중 어느 하나와 상기 제어 장치들을 연결시켜, 전력변환부(121) 및 초기구동부(130)가 출력하는 교류 전원을 상기 제어 장치들의 동작 전원으로 공급할 수 있다. 즉, 전원 선택부(160)는 전력변환부(121)와 상기 제어 장치들을 전기적으로 연결할 때에 초기구동부(130)와 상기 제어 장치들의 전기적 연결을 차단시키고, 마찬가지로 초기구동부(130)와 상기 제어 장치들을 전기적으로 연결할 때에, 전력변환부(121)와 상기 제어 장치들의 전기적 연결을 차단시킨다.
일 실시예에 따르면, 전원 선택부(160)는 전력변환부(121)의 출력을 감지하여 상기 동작 전원을 공급할 대상을 선택할 수 있다. 전원 선택부(160)는 전력변환부(121)의 출력이 감지되면 상기 동작 전원을 공급할 대상을 전력변환부(121)로 선택하고, 전력변환부(121)의 출력이 감지되지 않으면 상기 동작 전원을 공급할 대상을 초기구동부(130)로 선택할 수 있다. 즉, 전원 선택부(160)는 전력변환부(121)를 주전원으로 상기 제어 장치들에 동작 전원을 공급하고, 초기구동부(130)를 예비전원으로 상기 제어 장치들에 동작 전원을 공급할 수 있다. 예컨대, 전원 선택부(160)는 전력변환부(121)의 출력을 감시하여 전력변환부(121)가 동작하지 않은 경우에 상기 제어 장치들을 기동시키기 위한 동작 전원을 초기구동부(130)의 출력으로 공급할 수 있다. 전원 선택부(160)는 초기구동부(130)가 상기 동작 전원을 공급하는 경로인 제1 경로 및 전력변한부가 상기 동작 전원을 공급하는 경로인 제2 경로 각각에 스위치를 포함할 수 있다. 전원 선택부(160)는 상기 스위치를 제어하여 상기 동작 전원을 공급하는 대상을 절체할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전원 선택부(160)는 전력변환부(121)의 출력 전압의 크기에 따라 상기 동작 전원을 공급할 대상을 선택할 수 있다. 전원 선택부(160)는 전력변환부(121)의 출력 전압이 미리 설정된 기준값 이하일 때에 상기 제2 경로에 포함된 스위치를 개방시키고, 상기 제1 경로에 포함된 스위치를 턴 온시켜 상기 동작 전원을 공급하던 대상을 전력변환부(121)에서 초기구동부(130)로 절체시킬 수 있다. 상기 미리 설정된 기준값은 전력변환부(121)가 상기 제어 장치들에 정격 전압을 인가하지 못할 경우를 판단할 수 있는 값으로, 예를 들면, 상기 제어 장치가 정상적인 제어를 하기 위해 200~240Vrms의 교류 정격 전원이 필요한 경우, 상기 미리 설정된 기준값은 200Vrms 미만으로 설정될 수 있다.
마찬가지로, 전력변환부(121)의 출력 전압의 크기가 상기 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우, 전원 선택부(160)는 상기 제1 경로에 포함된 스위치를 개방시키고, 상기 제2 경로에 포함된 스위치를 턴 온시켜 상기 동작 전원을 공급하던 대상을 초기구동부(130)에서 전력변환부(121)로 절체시킬 수 있다.
예를 들면, 전원 선택부(160)는 자동전원절체개폐기(automatic load transfer switch)를 포함할 수 있다. 자동전원절체개폐기는 이중으로 전원을 확보하여 주전원이 공급되지 않거나 주전원의 전압이 기준치 이하인 경우 예비 전원쪽으로 자동으로 연결되는 스위치이다.
에너지 관리부(110)는 배터리 시스템(200)의 상태, 예컨대, 전압, 전류 및 온도 등을 감지하고, 부하(30)의 전압 및 전류를 감지하여 변환제어부(123) 및 배터리 관리부(210)를 제어할 수 있다. 에너지 관리부(110)는 변환제어부(123)에 제어 신호를 인가하여 변환제어부(123)가 제어 신호에 따라 전력변환부(121)를 제어하도록 한다. 에너지 관리부(110)는 배터리 관리부(210)로부터 전압 전력 및 온도 등 정보를 제공받아 배터리(230)의 충전 및 방전을 적절하게 제어하도록 배터리 관리부(210)를 제어 신호를 인가할 수 있다. 에너지 관리부(110)는 변환제어부(123) 및 배터리 관리부(210)에 제어 신호를 인가하여 에너지 저장 장치(10)의 출력을 제어할 수 있다. 한편, 상용 전원과 접속된 에너지 저장 장치(10)은 교류 전원을 공급받아 동작한다.
한편, 에너지 저장 장치(10)은 전력을 저장 또는 부하(30) 등에 공급이 불필요한 때에 대기 전력의 소모를 최소화하기 위해 휴지 상태가 될 수 있다. 휴지 상태에서 에너지 저장 장치(10)은 대기 전력의 소모를 최소화하기 위해 전력변환부(121)의 작동을 중지한다. 에너지 저장 장치(10)은, 계통(20)과 연결된 경우, 휴지 상태에서 기동할 때에 계통(20) 전원인 교류 전원을 공급받아 변환제어부(123), 에너지 관리부(110), 스위칭 모드 파워 서플라이(150) 등(이하, 제어 장치들)을 기동시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 본 발명은, 계통(20)의 전원이 공급되지 않은 경우에도, 휴지 상태에서 기동될 때에 기동을 위한 교류 전원을 공급하는 별도의 배터리(230)를 포함하는 UPS등을 추가로 설치하지 않고, 초기구동부(130) 및 전원 선택부(160)에 의해 교류 전원을 공급받아 상기 제어 장치들을 기동시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 제어 장치들이 계통(20)과 분리되어 계통(20)으로부터 교류 전원을 공급받지 못하고 전력변환부(121)도 휴지 상태로 작동이 중지된 경우, 전원 선택부(160)는 초기구동부(130)와 상기 제어 장치들을 전기적으로 연결하여 기동을 위한 교류 전원을 상기 제어 장치들에 공급할 수 있다. 특히, 소정의 장소로 이동하여 교류 전원을 공급하는 이동형 에너지 저장 장치의 경우, 휴지 상태로 전력변환부(121)가 교류 전원을 공급할 수 없어도 에너지 저장 장치(10)은 초기구동부(130)의 교류 전원을 통해 상기 제어 장치들을 기동시키기 위한 교류 전원을 공급받을 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 일부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 교류(AC) 출력단(161)은 도 2를 참조하여 설명한 제어 장치들의 동작 전원을 제공한다. 교류 출력단(161)은 전원 선택부(160)의 선택에 따라 전기적으로 연결된 초기구동부(130) 및 전력변환부(121) 중 하나의 출력을 외부로 제공할 수 있다.
초기구동부(130)는 사인파 필터(131)와 DC-AC 인버터(133)를 포함한다. DC-AC 인버터(133)는 복수의 스위치를 이용하여 직류(DC)를 교류인 구형파로 변환할 수 있다. 사인파 필터(131)는 상기 DC-AC 인버터(133)에서 출력하는 구형파를 사인파 형태의 교류 전원이 되도록 필터링할 수 있다. 사인파 필터(131)는 상기 구형파를 사인파의 형상과 유사한 교류를 생성시키는 필터이다. 즉, 초기구동부(130)는 DC-AC 인버터(133) 및 사인파 필터(131)를 통해 배터리(230)의 직류 전력을 상용 전원과 유사한 사인파의 교류 전력으로 변환할 수 있다. 예를 들면, 초기구동부(130)에 의해 생성된 교류 전원은 220Vrms 및 60HZ의 주파수를 갖는 사인 형태의 교류 전원일 수 있다. 즉, 사인파 필터(131) 및 DC-AC 인버터(133)를 포함하는 초기구동부(130)는 상용 전원과 유사한 사인파 교류 전원을 생성하여 상용 전원에 의해 구동되는 상기 제어 장치들에 공급할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 에너지 저장 장치(10)은 계통(20)과 분리되어 이동 수단과 결합될 수 있다. 에너지 저장 장치(10)은 교류 전원이 공급하고자 하는 부하(30)가 위치하는 장소로 직접 이동하여 상기 부하(30)에 교류 전원을 공급할 수 있다. 에너지 저장 장치(10)은 상기 부하(30)가 위치하는 장소로 이동하는데 있어서, 상기 부하(30)에 전력을 공급하기 전까지 대기 전력을 최소화할 필요가 있다. 이 경우, 에너지 저장 장치(10)은 전력변환부(121) 및 상기 제어 장치들이 대부분의 기능이 중단되는 휴지 상태에 돌입한다. 이 경우, 전원 선택부(160)는 전력변환부(121)의 출력을 감지할 수 없는바 초기구동부(130)를 상기 제어 장치들과 전기적으로 연결시킨다. 에너지 저장 장치(10)은, 기동 신호를 인가받거나 생성하여 휴지 상태에서 기동할 수 있다. 상기 제어 장치들은 초기구동부(130)가 공급하는 교류 전원으로 기동할 수 있다.
한편, 에너지 저장 장치(10)은 외부 장치인 이동 수단으로부터 기동 신호를 인가받거나, 에너지 저장 장치(10)에 포함된 기동 신호 출력 장치(예를 들면, 푸쉬 스위치, 토글스위치 등)를 통해 기동 신호를 생성할 수 있다. 상기 제어 장치들은 상기 기동 신호를 인가 받으면 초기구동부(130)가 제공하는 구동 전원으로 기동할 수 있다. 변환제어부(123)의 기동으로 전력변환부(121)가 작동되면, 전원 선택부(160)는 상기 미리 설정된 기준값을 초과하는 전압을 감지할 수 있고, 상기 제어 장치들을 구동하는 구동 전원을 초기구동부(130)에서 전력변환부(121)로 절체한다.
도 4는 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(10)이 휴지 상태에서 기동되는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 4에 도시된 흐름도는, 도 2에 도시된 에너지 저장 장치(10)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도, 도 2에서 도시된 구성들에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 4에 도시된 흐름도에도 적용됨을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 휴지 상태에 돌입한 에너지 저장 장치(10)은 전력변환부(121)의 작동이 중지된다. 이 경우, 전원 선택부(160)는 도 2를 참조하여 설명한 미리 설정된 기준값 이하의 전력변환부(121)의 출력 전압을 감지할 수 있다(S101).
전원 선택부(160)는, 전력변환부(121)의 출력 전압이 상기 미리 설정된 기준값 이하의 값을 갖는다면, 도 2를 참조하여 설명한 제어 장치들의 구동 전원을 공급하는 전원공급원으로 초기구동부(130)를 선택하여 상기 제어장치들과 연결시킨다. 한편, 상기 제어 장치들은 초기구동부(130)에 의해 구동 전원이 인가되어도 기동 신호가 인가되기 전까지 작동하지 않는다(S103).
에너지 저장 장치(10)은 기동 신호를 생성하거나, 기동 신호를 인가 받으면 상기 제어 장치들을 기동시킨다. 구체적으로, 에너지 저장 장치(10)은 초기구동부(130)가 변환한 교류 전력을 이용하여 제어 장치들을 기동시킬 수 있다(S105).
상기 기동 신호 및 초기구동부(130)가 공급하는 교류 전력으로 변환제어부(123)가 기동하면, 변환제어부(123)는 전력변환부(121)를 작동시킬 수 있다. 이 경우, 전력변환부(121)는 변환제어부(123)의 제어에 따라 배터리(230)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환을 시작한다(S107).
전원 선택부(160)는 전력변환부(121)의 동작으로 미리 설정된 기준값을 초과하는 전압의 크기를 갖는 교류 전원을 감지할 수 있다(S109).
전원 선택부(160)는, 상기 미리 설정된 기준값을 초과하는 전력변환부(121)의 출력 전압을 감지하면, 상기 제어 장치들에 공급되는 동작 전원을 초기구동부(130)에서 전력변환부(121)로 절체한다(S111).
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
10: 에너지 저장 장치
20: 계통
30: 부하
110: 에너지 관리부
121: 전력변환부
123: 변환제어부
130: 초기구동부
131: 사인파 필터
133: DC-AC 인버터
140: 에너지 관리부
150: 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS)
160: 전원 선택부
200: 배터리 시스템
210: 배터리 관리부
230: 배터리

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 배터리를 포함하는 배터리 시스템;
    상기 배터리 시스템의 입출력 전력의 특성을 교류-직류 또는 직류-교류로 변환하는 전력변환부;
    상기 전력변환부의 동작을 제어하는 변환제어부;
    상기 배터리 시스템의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 상기 교류 전력을 상기 변환제어부를 기동시키기 위한 전원으로 공급하는 초기구동부; 및
    상기 전력변환부의 출력 전압을 감지하고, 상기 전력변환부의 출력 전압의 크기에 기초하여 상기 초기구동부가 출력하는 교류 전력 및 상기 전력변환부가 출력하는 교류 전력 중 어느 하나의 교류 전력을 선택하여 상기 변환제어부의 동작 전원으로 공급하는 전원 선택부;를 포함하는 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환제어부는 교류 전원으로 동작하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원 선택부는, 상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값 이하이면, 상기 변환제어부에 공급되는 동작 전원을 상기 초기구동부가 출력하는 교류 전원을 선택하여 공급하는 에너지 저장 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변환제어부는, 기동 신호를 인가 받으면, 상기 초기구동부의 출력 전력으로 기동하여 상기 전력변환부를 기동시키는 에너지 저장 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전원 선택부는, 상기 전력변환부가 기동하여 상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값을 초과하면, 상기 전력변환부가 출력하는 교류 전원을 상기 변환제어부의 동작 전원으로 선택하는 에너지 저장 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는 적어도 하나의 배터리 셀 및 배터리 관리부를 포함하는 에너지 저장 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 관리부에 제어 신호를 인가하여 충방전을 제어하고, 상기 변환제어부에 제어 신호를 인가하여 상기 전력변환부의 출력량을 제어하는 에너지 관리부;를 더 포함하고,
    상기 초기구동부는 상기 에너지 관리부를 기동시키는 전원을 공급하는 에너지 저장 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원 선택부는, 상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값 이하이면, 상기 에너지 저장 장치의 동작 전원을 상기 초기구동부의 출력 전력으로 선택하여 공급하는 에너지 저장 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원 선택부는, 상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값을 초과하면, 상기 전력변환부가 출력하는 교류 전원을 상기 에너지 관리부의 동작 전원으로 선택하여 공급하는 에너지 저장 장치.
  10. 배터리, 전력변환부, 전력변환부를 제어하는 변환제어부 및 에너지 관리부를 포함하는 에너지 관리 시스템의 구동방법에 있어서,
    전력변환부의 출력 전압의 크기를 감지하는 단계;
    상기 전력변환부의 출력 전압의 크기가 미리 설정된 기준값 이하인 경우에 초기구동부가 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한 전력을 상기 변환제어부가 기동하기 위한 동작 전원으로 제공하는 단계;
    상기 변환제어부가 기동 신호로 기동하여 상기 전력변환부를 작동시키는 단계;
    상기 전력변환부가 상기 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 단계; 및
    상기 전력변환부의 출력 전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우에 상기 전력변환부가 변환한 교류 전력을 상기 변환제어부가 동작하기 위한 동작 전원으로 공급하는 단계;를 포함하는 에너지 저장 장치의 구동 방법.
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