KR102259852B1 - 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치에 관한 것으로, 모듈라의 운전 시의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 각각 수집하는 정보 수집부; 수집된 모듈라의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압과 기 산출된 모듈라의 기준 수명 정보를 이용하여 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 잔존 시간 산출부; 및 산출된 각 모듈라의 잔존 동작 시간에 따라 각 모듈라의 운전을 제어하는 모듈라 관리부;를 포함한다.

Description

에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치 및 방법{Modular management apparatus and method in an energy storage system}
본 발명은 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 전력관리 모듈라별 잔존 수명을 예측하고, 그 예측된 잔존수명에 따라 각 모듈라를 제어하여 효율적인 운용 수명을 확보할 수 있는 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 다수의 전력 변환 장치와 배터리 랙 또는 트레이로 구성된 에너지 저장 시스템(에너지 저장 시스템, Energy Storage System)이 전력계통의 안정화 및 마이크로그리드 구현 등 다양한 목적으로 활성화되어 사용되고 있다.
이러한, 종래 에너지 저장 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 배터리 모듈라와 배터리의 전력을 관리하는 복수개의 전력 관리 모듈라가 각각 대응되도록 구성되고, 각 배터리 모듈라와 전력 변환 모듈라는 모듈라 스위치를 통해 연결되어 있으며, 보조장치(공조설비)와 변압기가 모듈라 스위치를 통해 연결된다.
그러나 종래 에너지 저장 시스템은 하나의 전력 변환 장치 또는 배터리 구성 부품에서 고장이 발생하게 되면 전기 에너지 저장 시스템을 전체를 멈추고 고장 수리 및 교체를 수행해야 하는 문제가 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해, 최근에는 전력 변환 장치와 배터리가 하나의 모듈라 단위로 구성되고, 모듈라를 정지시키거나 전기적/기계적으로 분리하더라도 시스템 전체의 동작은 지속 유지되는 핫-스왑 기술을 적용한 에너지 저장 서비스가 개발되고 있다.
그러나 종래 핫-스왑 모듈라 기반 에너지 저장 시스템의 운용 방법은 모듈라의 수명을 고려하지 않은 상태에서 모듈라의 운전을 제어한다. 즉, 모듈라의 교체 또는 수리 여부에 관계없이 모듈라들을 전체적으로 운영하기 때문에 모듈라의 수명의 차이로 인해 성능이 저하되는 문제가 있다.
예를 들면 최초 에너지 저장 시스템이 구성된 후 1년 운용이 된 시점에서 모듈라 중 전력 변환 장치 배터리가 고장난 후 동일한 사양과 성능을 갖는 신규 모듈라로 교체한 경우, 신규로 교체된 모듈라의 잔존수명과 기존 동작하던 모듈라들의 잔존수명에는 1년의 차이가 존재하게 된다.
이에, 종래 핫-스왑 모듈라 기반의 에너지 저장 시스템은 교체된 모듈라에 관계없이 시스템을 전체적으로 운용함으로써, 각 모듈라 간 성능 차이 발생에 따른 성능 저하가 발생하게 된다,
그리고 이 성능 저하는 특정 모듈라의 수명 저하를 가속화시키거나 모듈라 간 발열/냉각성능 차이를 발생시켜 전체적인 에너지 저장 시스템의 운용 수명을 단축시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 에너지 저장 시스템을 구성하는 모듈라들의 수명을 예측하고, 예측된 모듈라의 수명을 기반으로 모듈러들의 입/출력 전력제어를 수행하여, 에너지 저장 시스템의 모듈라를 교체 또는 수정하더라도 각 모듈라의 잔존수명을 평균화시켜 시스템의 운용 수명을 연장시킬 수 있는 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 모듈라의 수명을 예측한 후 예측된 모듈라의 수명이 유사한 것들을 그룹핑하여 제어함으로써, 그룹핑된 모듈라들간 교체 시간을 맞출 수 있는 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치는 모듈라의 운전 시의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 각각 수집하는 정보 수집부; 수집된 모듈라의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압과 기 산출된 모듈라의 기준 수명 정보를 이용하여 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 잔존 시간 산출부; 및 상기 산출된 각 모듈라의 잔존 동작 시간에 따라 각 모듈라의 운전을 제어하는 모듈라 관리부를 포함한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법은 모듈라의 운전 시의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 각각 수집하는 단계; 수집된 모듈라의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 기 산출된 모듈라의 기준 수명 정보와 비교하여, 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 모듈라의 잔존 동작 시간에 따라 모듈라의 운전을 제어하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템에서 운전중인 각 모듈라의 잔존 수명을 예측하고, 예측된 잔존 수명을 통해 각 모듈라의 운전를 제어함으로써, 에너지 저장 시스템에서 구동 중인 모듈라의 잔존 수명이 평균화되도록 제어하고, 이를 통해 유지보수의 빈도를 줄이며, 전체적인 에너지 저장 시스템의 운용수명을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같이, 상대적으로 열악한 수명과 성능을 갖는 모듈라의 운용빈도와 상태를 조절함으로써 상기 모듈라의 수명 저하를 감소시키고, 전체적으로 균등한 수준의 수명 저하가 각 모듈라에서 발생되도록 제어하여 시스템 전체의 운용효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 에너지 저장 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 모듈라 관리 장치를 설명하기 위한 구성 블록도.
도 3은 도 2의 잔존 시간 산출부의 세부 구성을 설명하기 위한 구성 블록도.
도 4는 모듈라가 운용되었던 기록 데이터인 온도, 전압, 전류의 3축에 대해 분산으로 표시한 그래프.
도 5는 고장 빈도를 판단하기 위해, 전압과 온도의 Y-X 좌표를 기준으로 3축 분산으로 표현된 운용 데이터를 표시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 모듈라 관리 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 7은 도 6의 잔존 시간 산출 단계의 세부 구성을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치는 정보 수집부(100), 잔존 시간 산출부(200) 및 모듈라 관리부(300)를 포함한다.
정보 수집부(100)는 모듈라(10)의 운전 시의 온도 정보를 각각 수집하고, 구동중인 각 모듈라(10)의 동작 전류 및 동작 전압을 각각 수집한다.
잔존 시간 산출부(200)는 수집된 모듈라(10)의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압과 기 산출된 모듈라(10)의 기준 수명 정보를 이용하여 각 모듈라(10)의 잔존 동작 시간을 산출한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 잔존 시간 산출부(200)는 기준 수명 정보 산출부(210), 수명 저하 요소 산출부(220) 및 예측 수명 산출부(230)를 포함한다.
기준 수명 정보 산출부(210)는 지정된 사양으로 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 모듈라(10)가 기설정된 성능 저하가 발생되는 시점까지의 시간인 기준 수명 정보를 산출한다.
즉, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 모듈라(10)의 예측수명을 산출하기 위해서는 기본적으로 모듈라에 대한 기준수명이 산출되어야 한다.
여기서, 기준 수명은 지정된 사양으로 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때 모듈라를 구성하는 배터리의 용량 저하가 50% 발생하거나, 전력 변환 장치의 구성부품의 고장이 발생되어 해당 장치가 정상적인 동작이 이뤄지지 않는 시간까지로 정의한다.
이때, 기준 수명은 25도 상온에서 수행하여 고장 또는 기준까지의 성능저하가 발생되는 시점을 확인함으로서 산출하는 것이 바람직하나 그 조건을 한정하는 것은 아니다.
그리고 수명 저하 요소 산출부(220)는 상온 대비한 모듈라(10)의 동작 온도의 비율, 전기적 전류 사양에 대비한 동작 전류의 비율 및 전기적 전압에 대비한 동작 전압 비율로 이루어진 수명 저하 요소를 산출한다.
이러한 기준 수명에 대비하여, 수명 저하 요소 산출부(220)는 모듈라(10)의 수명 저하를 발생시키는 요소에 대한 파라미터를 다음과 같이 정의하고, 각 요소에 대해 상수값을 적용하여 기준 상태에서 동작하는 경우의 기준 수명시간과 비교를 통해 예측수명을 산출한다.
여기서, 수명 저하 요소는 상온 대비 모듈라 동작온도의 비율 : KT, 모듈라 전기적 전류 사양 대비 동작전류의 비율 : KI, 모듈라 전기적 전압 사양 대비 동작전압의 비율 : KV 이다.
이러한, 상온 대비 모듈라 동작온도의 비율(KT), 모듈라 전기적 전류 사양 대비 동작전류의 비율(KI) 및 모듈라 전기적 전압 사양 대비 동작전압의 비율(KV)은 모듈라(10)에 대한 실험을 통해 산출할 수 있다.
이를 위해, 기준 온도를 설정하고 운용 온도범위를 선정함으로써 온도변화를 주어 시험을 수행할 시험 케이스를 선정한다.
한편, 전류 정격에 대해서도 정격 전류값에 따라 영향을 받는 인자들을 고려하여 실험적 및 이론적으로 산출하는 것도 가능하다. 일 예로, 모듈라(10) 중 배터리의 경우에는 방전율(C-rate)에 따른 수명 저하 데이터를 실험을 통해 확인하는 것으로 산출될 수 있고, 모듈라(10) 중 전력 변환 장치의 경우 동작 전류에 따라 구성부품인 커패시터에 인가되는 전류 리플과 피크전류를 가지고 이론수명을 계산하여 사용한다.
전력 변환 장치는 전압 정격도 동일하게 적용하되, 모듈라(10) 중 배터리에 대해서는 운용전압 범위가 배터리의 허용 전압 범위의 몇 %에 해당하는지를 확인하는 것으로 산출된다. 예를 들면 최소/최대 전압 허용범위가 600V~800V인 모듈라(10) 중 배터리에서 운용범위가 650V~750V로 사용하였다면 KV는 0.5가 된다.
이와 같이 구성요소와 정격을 통해 산출된 각 파라미터는 최초 개발된 제품에 대해 상기와 같은 방법으로 이론적으로 실험을 통해 산출할 수 있다.
또한 예측 수명 산출부(230)는 상기 산출된 수명 저하 요소와 기준 수명 정보를 이용하여 구동중인 각 모듈라(10)의 예측 수명을 산출하고, 상기 산출된 모듈라(10)의 예측 수명과 기준 수명 정보를 이용하여 각 모듈라(10)의 잔존 동작 시간을 산출한다.
여기서, 모듈라 예측 수명은 모듈라 기준 수명/(KT * KI * KV)과 같이 산출할 수 있다.
한편, 동일조건 모듈라(10) 잔존 동작시간은 모듈라 기준 수명 - 모듈라 예측 수명과 같이 산출될 수 있다.
만약, 기준 수명이 없는 경우, 현재까지의 누적 동작시간과 잔존 동작시간을 통해 산출하게 된다. 즉, 모듈라 누적 동작시간은 실제 동작시간 * KT * KI * KV과 같이 산출한다.
그리고 모듈라 잔존 동작시간은 기준 수명 - 모듈라 누적 동작시간과 같이 산출한다. 한편, KT, KI, KV 등은 각 모듈라를 구성하는 소재의 종류나 모델에 따라 다르게 산정될 수도 있다.
한편, 실험적으로 산출하는 경우에는 온도, 전압, 전류에 대해 변경되는 경우의 수를 산출할 수 있고, 다구치실험법을 적용하여 각 변수의 변화에 따른 파라미터의 변화값을 추정함으로써 간소화하는 것도 가능하다. 다만, 실험 경우의 수가 많을수록 파라미터의 정확도는 향상된다.
모듈라 관리부(300)는 상기 산출된 모듈라(10)의 잔존 동작 시간이 가장 큰 모듈라(10)부터 동작될 수 있도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템 구성하는 전체 모듈라의 수명 저하를 유사하게 하여 중간에 발생되는 수명저하의 편차를 자동적으로 해소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 단일 모듈라의 고장으로 인하여 시스템 전체가 멈추거나 정비를 위해 출력을 차단해야 하는 상황을 최소화함으로써, 에너지 저장 시스템의 운용시간을 최대로 확보할 수 있는 효과가 있다.
그리고 각 모듈라의 누적 동작시간과 잔존수명을 산출하여 사용함으로써, 실제적으로 수명에 영향을 주는 온도, 전압, 전류 등의 파라미터에 대해 정량적 비교와 산출식을 통한 제어가 가능하도록 하여 모듈라의 수명저하가 고려된 모듈라 기반 에너지 저장 시스템의 운용수명을 증가시키는 효과가 있다.
또한, 정상적인 수명 저하를 통해 유사한 시점에 다수개의 모듈라에 대한 교체 및 정비가 가능하기 때문에 종래 모듈라가 개별적으로 순차적 고장 발생에 따라 빈번한 고장 수리 및 교체에 따른 인력 투입이 발생하지 않는 효과가 있다.
또한, 특정 시점이나 주기적인 교체가 가능하여 유지관리를 위한 경제적 비용부담도 절감될 수 있는 잇점이 있다.
한편, 모듈라 관리부(300)는 산출된 모듈라의 잔존 동작 시간을 기준으로, 모듈라들을 그룹화하는 모듈라 그룹화부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 모듈라 그룹화부를 더 포함할 경우, 상기 그룹화된 모듈라들을 그룹 단위로 제어한다.
따라서, 에너지 저장 시스템의 모듈라들이 물리적으로 패키징화되지 않더라도, 잔존 동작 시간을 기준으로 잔존 수명이 비슷한 모듈라들을 그룹화하여 관리함으로써, 그룹화된 모듈라들의 교체 시기를 맞출수 있고, 시스템의 유지 보수 시간 및 횟수를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 모듈라 관리부(300)는 수명 저하 요소 값에 대해 실제 모듈라(10)가 고장나는 시간에 대한 누적 데이터를 확인하여 영향을 더 크게 미치는 요소와 파라미터 값을 재분석하고, 해당 분석을 통해 각 요소의 파라미터 값을 변경할 수도 있다.
이를 위해, 모듈라 관리부(300)는 다수개의 모듈라(10)에 대한 잔존 동작시간과 기준 수명에 대한 비율로 잔존 수명 파라미터(KH)를 산출하여 사용한다. 즉, 잔존 수명 파라미터(KH)은 모듈라 잔존 동작시간 / (기준수명)과 같이 산출한다.
여기서, 잔존 수명 파라미터(KH)는 상기 모듈라(10)에 대한 입/출력 전력의 배분 및 동작시간의 우선순위와 동작시간 배분을 결정하게 되는 중요 파라미터가 되며, 다음과 같은 예시로 사용된다.
예를 들면, 핫-스왑 상태로 교체된 일체형 모듈라(10)의 기준 수명은 100,000 시간이다. 이 모듈라(10)가 KT = 1.2, KI = 0.8, KV = 0.9 인 상태로 1,000시간 동작되었다면, 동일조건으로 동작시 모듈라 예측 수명은 115,740 시간이 된다.
그러나 일반적으로 동일한 조건으로 모듈라(10)가 운용되는 것은 아니기 때문에, 실제 에너지 저장 시스템 제어를 위해서는 상기 모듈라(10)의 실제 누적 동작시간을 고려하여 산출한다.
즉, 모듈라 실제 누적 동작시간 = 실제 동작시간 * KT * KI * KV = 1000* 1.2 * 0.8 * 0.9 = 864 시간이 된다.
그리고 모듈라 잔존 동작시간 = 100,000 - 864 = 99,136 시간이 된다.
따라서, 잔존 수명 파라미터(KH) = 모듈라 잔존 동작시간 / (기준수명) = 99,136 / 100,000 = 0.99136
만약 다른 모듈라(10)의 잔존 수명 파라미터(KH)가 0.9라면, 상기의 0.99136값을 갖는 모듈라(10)에 대해 입/출력 전력의 배분 및 동작시간의 우선순위를 배당하게 된다.
그리고 동작 시간도 다른 모듈라(10)와 잔존 수명 파라미터(KH)가 유사 수준이 될 때까지 상기 모듈라(10)에 동작시간을 우선 배정한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈라의 동작 온도 조건이나 전압, 전류 동작조건이 수명 저하에 더 큰 영향을 주는 범위에서 동작하는 경우, 상기 모듈라를 우선적으로 배정하여 다른 모듈라의 수명 저하를 최소화하고, 상기 모듈라의 수명 저하는 집중 발생시켜 전체적으로 유사한 수준의 잔존 수명 파라미터(KH)가 되도록 하는 것이다.
이와 같이, 잔존수명을 고려하여 잔존 수명 파라미터(KH)가 평준화된 값을 지니도록 하면, 신규 교체된 모듈라의 사용을 보다 활성화하고, 기존의 수명이 저하되어 있는 모듈라들의 수명 저하는 감소시켜 전체적으로 에너지 저장 시스템의 운용수명을 증가시키게 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 모듈라(10)가 실제 적용되어 운용되고 있는 제품인 경우, 지속적으로 누적된 운전시의 온도, 전압, 전류 데이터를 가지고 각 파라미터를 추출하는 방법을 사용할 수 있다.
즉, 정보 수집부(100)에 의해, 수집된 모듈라(10)의 운전 시의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압에 대한 기록은 FEMA(Failure Mode and Effects Analysis)를 통해 확인된 원인(온도-x좌표, 전압-y좌표, 전류-z좌표)과 매칭시켜 각 원인이 영향을 주는 정도를 확인할 수 있다.
여기서, 모듈라(10)가 운용되었던 기록 데이터는 도 4에 도시된 바와 같이, 온도/전압/전류의 3축에 대해 분산으로 표시하고, 앞서 수행했던 시험케이스와 운용을 통해 확인된 분산데이터를 활용하여 파라미터값을 도출한다.
예를 들면, 실험을 통해 확인된 전압과 온도의 조건에 따른 수명특성이 있다면, 도 5에 도시된 바와 같이, 3축 분산으로 표현된 운용 데이터에서 전압과 온도의 Y-X 좌표를 기준으로 고장에 대한 발생기록들을 매칭시켜 해당 고장과 운용시의 데이터가 Y-X 좌표의 어느 부분에 많이 위치하는지 고장빈도로 나누고, 나눠진 구분 안에서의 파라미터는 선형근사화하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 모듈라의 소재나 전기적 사양의 차이로 인하여 수명 특성에 원래 차이가 있는 모듈라들에 대해서도 자기 자신의 수명에 대비한 개별 제어를 수행할 수 있기 때문에 다른 종류의 배터리나 사양이 다른 전력 변환 장치 또는 전력 변환 장치와 배터리가 일체화된 모듈라에 대해서도 적용할 수 있다.
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법에 대하여 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 모듈라의 운전 시의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 각각 수집한다(S100).
이어서, 수집된 모듈라의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 기 산출된 모듈라의 기준 수명 정보와 비교하여, 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출한다(S200).
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에서의 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 단계(S200)에 대하여 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
지정된 사양으로 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 모듈라가 기설정된 성능 저하가 발생되는 시점까지의 시간인 기준 수명 정보를 산출한다(S210).
이어서, 상온 대비한 모듈라의 동작 온도의 비율, 전기적 전류 사양에 대비한 동작 전류의 비율 및 전기적 전압에 대비한 동작 전압 비율로 이루어진 수명 저하 요소를 산출한다(S220).
이후, 상기 산출된 수명 저하 요소와 기준 수명 정보를 이용하여 구동중인 각 모듈라의 예측 수명을 산출하고, 상기 산출된 모듈라의 예측 수명과 기준 수명 정보를 이용하여 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출한다(S230).
여기서, 상기 기준 수명 정보는 기설정된 상온에서, 지정된 사양의 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 해당 모듈라를 구성하는 배터리의 용량 저하가 기 설정된 비율까지 발생하는데 까지의 시간 정보이다.
또한, 상기 기준 수명 정보는 기설정된 상온에서, 지정된 사양의 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 모듈라를 구성하는 전력 변환 장치 또는 배터리의 구성에 고장이 발생하는데 까지의 시간 정보일 수 있다.
그리고 상기 모듈라의 배터리에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전류의 비율은, 실험을 통해 수집된 방전율에 따른 수명 저하 데이터를 이용하여 산출하고, 상기 모듈라의 전력 변환 장치 및 배터리에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전압의 비율은, 운용 전압 범위가 배터리의 허용 전압 범위의 몇 %에 해당하는지를 이용하여 산출한다. 한편, 상기 모듈라의 전력 변환 장치에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전류의 비율은 동작 전류에 따라 부품에 인가되는 전류 리플과 피크 전류를 이용하여 산출할 수 있다.
이후, 상기 산출된 모듈라의 잔존 동작 시간에 따라 모듈라별 운전을 제어한다(S300).
한편, 상기 모듈라의 운전을 제어하는 단계(S300)는 상기 산출된 모듈라의 잔존 동작 시간을 기준으로, 모듈라들을 그룹화(S310)한 후 상기 그룹화된 모듈라들을 그룹 단위로 운전을 제어(S320)할 수도 있다.
상기 수명 저하 요소를 산출하는 단계(S220)는 온도, 전압, 전류에 대해 변경되는 경우의 수를 산출하고, 다구치실험법을 적용하여 각 변수의 변화에 따른 파라미터의 변화값을 추정할 수도 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치에 있어서,
    모듈라의 운전 시의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 각각 수집하는 정보 수집부;
    수집된 모듈라의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압과 기 산출된 모듈라의 기준 수명 정보를 이용하여 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 잔존 시간 산출부; 및
    상기 산출된 각 모듈라의 잔존 동작 시간에 따라 각 모듈라의 입/출력 전력의 배분 및 동작시간의 우선순위를 배당하여 운전을 제어하는 모듈라 관리부;를 포함하되,
    상기 잔존 시간 산출부는,
    지정된 사양으로 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 모듈라가 기설정된 성능 저하가 발생되는 시점까지의 시간인 기준 수명 정보를 산출하는 기준 수명 정보 산출부;
    상온 대비한 모듈라의 동작 온도의 비율, 전기적 전류 사양에 대비한 동작 전류의 비율 및 전기적 전압에 대비한 동작 전압 비율로 이루어진 수명 저하 요소를 산출하는 수명 저하 요소 산출부; 및
    상기 산출된 수명 저하 요소와 기준 수명 정보를 이용하여 구동중인 각 모듈라의 예측 수명을 산출하고, 상기 산출된 모듈라의 예측 수명과 기준 수명 정보를 이용하여 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 예측 수명 산출부를 포함하고,
    상기 기준 수명 정보는, 기설정된 상온에서, 지정된 사양의 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 모듈라를 구성하는 전력 변환 장치 또는 배터리의 구성에 고장이 발생하는데 까지의 시간 정보이며,
    상기 모듈라 관리부는, 수명 저하 요소에 모듈라의 실제 모듈라가 고장나는 시간에 대한 누적 데이터가 반영된 잔존 동작 시간을 이용하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈라 관리부는
    상기 산출된 모듈라의 잔존 동작 시간을 기준으로, 모듈라들을 그룹화하는 모듈라 그룹화부;를 더 포함하고,
    상기 그룹화된 모듈라들을 그룹 단위로 운전을 제어하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기준 수명 정보는,
    기설정된 상온에서, 지정된 사양의 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 해당 모듈라를 구성하는 배터리의 용량 저하가 기 설정된 비율까지 발생하는데 까지의 시간 정보인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈라의 배터리에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전류의 비율은,
    실험을 통해 수집된 방전율에 따른 수명 저하 데이터를 이용하여 산출하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈라의 전력 변환 장치에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전류의 비율은,
    동작 전류에 따라 부품에 인가되는 전류 리플과 피크 전류를 이용하여 산출하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈라의 전력 변환 장치 및 배터리에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전압의 비율은,
    운용 전압 범위가 배터리의 허용 전압 범위 비율을 통해 산출하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 수명 저하 요소 산출부는,
    온도, 전압, 전류에 대해 변경되는 경우의 수를 산출하고, 다구치실험법을 적용하여 각 변수의 변화에 따른 파라미터의 변화값을 추정하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈라의 실제 동작 시간을 검출하는 동작 시간 검출부; 및
    상기 산출된 수명 저하 요소와 모듈라의 실제 동작 시간을 이용하여 에너지 관리 모듈의 누적 동작 시간을 산출하는 누적 동작 시간 산출부;를 더 포함하는 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 장치.
  11. 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법에 있어서,
    모듈라의 운전 시의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 각각 수집하는 단계;
    수집된 모듈라의 온도 정보, 동작 전류 및 동작 전압을 기 산출된 모듈라의 기준 수명 정보와 비교하여, 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 모듈라의 잔존 동작 시간에 따라 각 모듈라의 입/출력 전력의 배분 및 동작시간의 우선순위를 배당하여 운전을 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 단계는,
    지정된 사양으로 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 모듈라가 기설정된 성능 저하가 발생되는 시점까지의 시간인 기준 수명 정보를 산출하는 단계;
    상온 대비한 모듈라의 동작 온도의 비율, 전기적 전류 사양에 대비한 동작 전류의 비율 및 전기적 전압에 대비한 동작 전압 비율로 이루어진 수명 저하 요소를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 수명 저하 요소와 기준 수명 정보를 이용하여 구동중인 각 모듈라의 예측 수명을 산출하고, 상기 산출된 모듈라의 예측 수명과 기준 수명 정보를 이용하여 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 기준 수명 정보는, 기설정된 상온에서, 지정된 사양의 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 모듈라를 구성하는 전력 변환 장치 또는 배터리의 구성에 고장이 발생하는데 까지의 시간 정보이며,
    상기 각 모듈라의 잔존 동작 시간을 산출하는 단계는,
    수명 저하 요소에 모듈라의 실제 모듈라가 고장나는 시간에 대한 누적 데이터가 반영된 잔존 동작 시간을 이용하는 것인
    에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 모듈라의 운전을 제어하는 단계는,
    상기 산출된 모듈라의 잔존 동작 시간을 기준으로, 모듈라들을 그룹화하는 단계; 및
    상기 그룹화된 모듈라들을 그룹 단위로 운전을 제어하는 단계;를 포함하는 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법.
  13. 삭제
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 기준 수명 정보는,
    기설정된 상온에서, 지정된 사양의 입/출력 전력을 반복적으로 인가하였을 때, 해당 모듈라를 구성하는 배터리의 용량 저하가 기 설정된 비율까지 발생하는데 까지의 시간 정보인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법.
  15. 삭제
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 모듈라의 배터리에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전류의 비율은,
    실험을 통해 수집된 방전율에 따른 수명 저하 데이터를 이용하여 산출하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 모듈라의 전력 변환 장치에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전류의 비율은,
    동작 전류에 따라 부품에 인가되는 전류 리플과 피크 전류를 이용하여 산출하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 모듈라의 전력 변환 장치 및 배터리에 대한 수명 저하 요소 중 동작 전압의 비율은,
    운용 전압 범위가 배터리의 허용 전압 범위 비율을 통해 산출하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 수명 저하 요소를 산출하는 단계는,
    온도, 전압, 전류에 대해 변경되는 경우의 수를 산출하고, 다구치실험법을 적용하여 각 변수의 변화에 따른 파라미터의 변화값을 추정하는 것인 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 모듈라의 실제 동작 시간을 검출하는 동작 시간 검출부; 및
    상기 산출된 수명 저하 요소와 모듈라의 실제 동작 시간을 이용하여 에너지 관리 모듈의 누적 동작 시간을 산출하는 누적 동작 시간 산출부;를 더 포함하는 에너지 저장 시스템에서의 모듈라 관리 방법.
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