KR102269110B1 - Ess 공조용량 산출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ESS 공조용량 산출방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에너지 저장장치(ESS) 설계 시 적용되는 공조용량을 방열량에 근거하여 산출하는 ESS 공조용량 산출방법에 관한 것이다.

Description

ESS 공조용량 산출방법{METHOD FOR CALCULATING OF REQUIRING CAPACITY}
본 발명은 ESS 공조용량 산출방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에너지 저장장치(ESS) 설계 시 적용되는 공조용량을 방열량에 근거하여 산출하는 ESS 공조용량 산출방법에 관한 것이다.
산업의 발달과 더불어 전력의 수요가 증대되고 있으며 주야 간, 계절 간, 일별 간의 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다. 최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크 부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있다.
이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통의 부족 전력을 배터리에서 공급해주는 에너지 저장장치(Energy Storage System, 이하 ESS)이다.
ESS는 배터리 컨테이너(container)에 수용되는데, 이러한 배터리 컨테이너의 내부구조는 도 1을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 ESS용 배터리 컨테이너의 내부를 도시한 도면이다.
ESS는 복수 개의 배터리 랙이 구비되어 형성되는데, 이러한 배터리 랙은 복수 개의 배터리 셀로 구성된 배터리 모듈들을 겹겹이 쌓아 형성된다.
이러한 배터리 구조는 충/방전 시 많은 발열이 발생되는데, 이는 전체적인 ESS의 내부온도를 높이며 각 배터리 셀의 성능을 저하시키므로 공조시스템을 통해 차가운 공기를 유입시켜 적정온도로 유지될 수 있도록 한다.
한편, ESS 설계 시 공조시스템에 구비할 적절한 공조기를 선정하기 위하여 공조용량을 산정하는데, 종래에는 발열량을 근거로 하여 공조용량을 산정하였다.
그러나 공조기가 제거해야 하는 열량은 배터리 자체적으로 발생하는 발열량 중 배터리에 축적되는 축열량을 제외한 배터리 바깥으로 빠져나가는 방열량을 공조기로 제거해야된다.
그러므로 발열량을 이용한 공조용량 산정법은 실제로 필요한 공조용량보다 크게 산정되어 제작비용이 증가하고, 공조기 구동 시 소비전력이 커지는 단점이 있다.
따라서 발열량을 이용하여 공조용량을 산정하는 것이 아닌 배터리에서 자체적으로 발생되는 발열량에서 배터리에 축적되는 축열량을 제외하여 공조용량을 산정하는 기술 개발이 요구된다.
KR 2011-0120766 A
본 발명은 배터리의 발열량에서 배터리에 축적되는 축열량을 제외하여 공조용량이 산정되는 ESS 공조용량 산출방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법은 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하여 구성되는 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)의 공조용량을 산출하는 방법에 있어서, 상기 배터리 모듈의 열 저항 계수를 연산하는 열 저항 계수 연산단계, 상기 열 저항 계수 연산단계에서 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 상기 배터리 모듈의 방열량을 연산하는 방열량 연산단계 및 상기 방열량 연산단계에서 연산된 방열량을 근거로 하여 상기 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하는 상기 에너지 저장장치의 냉각에 필요한 공조용량을 산출하는 공조용량 산출단계를 포함하여 구성된다.
상기 열 저항 계수 연산단계는, 배터리 모듈의 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 배터리 모듈의 축열량으로 나누어 연산한다.
상기 배터리 모듈의 축열량은, 배터리 모듈의 질량, 배터리 모듈의 비열 및 배터리 모듈의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하여 연산한다.
상기 방열량 연산단계는, 배터리 모듈의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산한다.
상기 배터리 모듈의 충/방전 수행 시 배터리 모듈에서 측정되는 온도의 최고 값을 상기 배터리 모듈의 최대 온도로 설정한다.
상기 공조용량 산출단계는, 상기 방열량 연산단계에서 연산된 방열량, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 에너지 저장장치에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하여 에너지 저장장치의 공조용량을 산출한다.
본 발명의 이 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법은 하나 이상의 배터리 셀을 포함하여 구성되는 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)의 공조용량을 산출하는 방법에 있어서, 배터리 셀의 열 저항 계수를 연산하는 열 저항 계수 연산단계, 상기 열 저항 계수 연산단계에서 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 배터리 셀의 방열량을 연산하는 방열량 연산단계 및 상기 방열량 연산단계에서 연산된 방열량을 근거로 하여 상기 하나 이상의 배터리 셀을 포함하여 구성되는 상기 에너지 저장장치의 냉각에 필요한 공조용량을 산출하는 공조용량 산출단계를 포함하여 구성된다.
상기 열 저항 계수 연산단계는, 배터리 셀의 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 배터리 셀의 축열량으로 나누어 연산한다.
상기 축열량은, 배터리 셀의 질량, 배터리 셀의 비열 및 상기 배터리 셀의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하여 연산한다.
상기 방열량 연산단계는, 상기 배터리 셀의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산한다.
상기 공조용량 산출단계는, 상기 방열량 연산단계에서 연산된 방열량, 하나의 배터리 모듈에 구성된 배터리 셀의 개수, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 에너지 저장장치에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하여 에너지 저장장치의 공조용량을 산출한다.
본 발명의 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법은 발열량에서 축열량을 제외한 방열량을 기준으로 하여 공조용량을 산출함에 따라 좀 더 정확한 공조용량이 산출될 수 있다.
도 1은 ESS 용 배터리 컨테이너의 내부를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예를 적용한 ESS 용 배터리 컨테이너의 내부 배터리 모듈의 온도 그래프.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 ESS 공조용량 산출방법은 배터리 모듈의 열 저항 계수를 연산하고 연산한 배터리 모듈의 열 저항 계수를 근거로 배터리 모듈의 방열량을 연산하여 에너지 저장장치(ESS)에 필요한 공조용량을 산출하는 방법이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법의 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법은 우선 배터리 모듈의 열 저항 계수를 연산하고(열 저항 계수 연산단계: S110), 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 배터리 모듈의 방열량을 연산한다(방열량 연산단계: S120).
또한, 상기 방열량 연산단계(S120)에서 연산된 방열량을 근거로 하여 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장장치(ESS)의 냉각에 필요한 공조용량을 산출한다(공조용량 산출단계: S130).
상기 ESS 공조용량 산출방법의 각 단계는 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 열 저항 계수 연산단계(S110)는 배터리 모듈의 열 저항 계수를 연산하는 단계로써, 배터리 모듈의 열 저항 계수는 배터리 모듈에서 공기로 전달되는 대류 열 전달에 대한 저항을 의미한다.
또한, 상기 열 저항 계수를 연산하는 방법은 배터리 모듈의 대류 열 전달 계수와 전열 면적의 곱의 역수이며 (식 1)로 나타낸다.
(식 1) (열 저항 계수)=1/{(배터리 모듈의 대류 열 전달 계수)X(전열 면적)}
여기서, 배터리 모듈의 대류 열 전달 계수는 축열량에서 전열 면적과 배터리 모듈의 온도와 공기의 온도 차의 곱을 나누어 연산되고, 이는 (식 2)로 나타낸다.
(식 2) (대류 열 전달 계수)=(축열량)/{(전열 면적)X(배터리 모듈의 온도 - 공기의 온도)}
따라서 열 저항 계수는 배터리 모듈의 온도와 공기의 온도 간의 차를 배터리 모듈의 축열량으로 나누어 연산되고, (식 3)으로 나타낸다.
(식 3) (열 저항 계수)=(배터리 모듈의 온도 - 공기의 온도)/(축열량)
여기서 배터리 모듈의 온도 및 공기의 온도는 연산 시 배터리 모듈 및 공기의 온도를 각각 측정하여 사용할 수도 있고, 충/방전을 수행하지 않는 경우의 일반적인 배터리 모듈의 온도를 사용할 수 있으며, 일반적인 상온을 공기의 온도로 사용할 수 있다
또한, 상기 축열량은 배터리 모듈에 축적되는 열량을 의미하고, 축열량 연산방법은 배터리 모듈의 질량, 배터리 모듈의 비열 및 배터리 모듈의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하여 연산되는 것으로, (식 4)로 나타낸다.
(식 4) (축열량)=(배터리 모듈의 질량) X (배터리 모듈의 비열) X (배터리 모듈의 온도 변화율/시간 변화율)
여기서 (배터리 모듈의 온도 변화율/시간 변화율)은 충전 및 방전 실험을 수행하여 도출해낸 값 중 큰 값을 사용한다.
또한, 배터리 모듈의 축열량은 배터리 모듈이 가지는 고유 값으로 볼 수 있다.
한편, 상기 방열량 연산단계(S120)는 상기 열 저항 계수 연산단계(S110)에서 연산된 열 저항 계수를 근거로 배터리 모듈의 방열량을 연산하는 단계로써, 배터리 모듈의 방열량은 배터리 모듈 바깥의 공기 중으로 빠져나가는 열량이며, 공조기가 실질적으로 제거해야 되는 열량을 의미한다.
이러한 배터리 모듈의 방열량을 연산하는 방법은 배터리 모듈의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산하는 것으로 (식5)로 나타낸다.
(식 5) (방열량)=(배터리 모듈의 최대 온도- 공기의 온도)/(열 저항 계수)
여기서 배터리 모듈의 최대 온도는 충전 및 방전 실험 수행 시 배터리 모듈에서 측정되는 온도의 최고 값을 의미한다.
한편, 공조용량 산출단계(S130)는 상기 방열량 연산단계(S120)에서 연산된 방열량을 이용하여 공조용량을 산출하는 단계로써, 공조용량은 공조가 필요한 용량을 의미하며 이를 근거로 ESS 제작 시 공조기(Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC) 제품을 선택할 수 있다.
이러한 공조용량을 산출하는 방법은 상기 방열량 연산단계(S120)에서 연산된 방열량, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 ESS에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하는 것으로 (식 6)으로 나타낸다.
(식 6) (공조용량)=(방열량)X (하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수)X(ESS에 구성된 배터리 랙의 개수)
이렇게 산출된 공조용량은 종래의 발열량을 기준으로 산정된 공조용량에 비하여 70%나 감소된 크기로 산출되며, 방열량을 근거로 산출된 공조용량을 실제 ESS 컨테이너에 적용하면 도3과 같이 안정적으로 내부의 온도를 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예를 적용한 ESS 용 배터리 컨테이너의 내부 배터리 모듈의 온도 그래프이다.
도 3을 참조하면, 붉은 선은 배터리 모듈 중 최대온도, 초록 선은 배터리 모듈 중 최소온도 및 파란 선은 배터리 모듈들의 평균온도를 의미하고, 배터리 모듈의 최대온도는 배터리 모듈의 적정 온도범위 내(45℃ 미만)에서 유지되는 것을 확인할 수 있다.
상기 일 실시 예는 (배터리 모듈의 온도 변화율/시간 변화율) 및 배터리 모듈의 최대 온도를 충전 및 방전 실험을 수행하여 획득하고 충전 실험과 방전 실험 중 획득된 큰 값을 하나 택하는 방법이므로 실제 충전 또는 방전 수행 시 발생되는 열량에 의한 공조용량은 다소 감소될 수 있다.
따라서 공조용량 산출방법의 정확성을 향상시키기 위해서는 충전 실험을 통해 획득한 값을 이용하여 공조용량을 산출하고, 방전 실험을 통해 획득한 값을 이용하여 공조용량을 산출하여 두 개의 공조용량 값 중 큰 값을 선택하는 또 다른 실시 예를 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법은 우선 충전 실험 값을 이용한 배터리 모듈의 열 저항 계수를 연산하고(제1열 저항 계수 연산단계), 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 상기 배터리 모듈의 방열량을 연산한다(제1방열량 연산단계).
또한, 상기 제1 방열량 연산단계에서 연산된 방열량을 근거로 하여 충전 시 공조용량을 산출한다(제1 공조용량 산출단계).
또한, 방전 실험 값을 이용하여 배터리 모듈의 열 저항 계수를 연산하고(제2 열 저항 계수 연산단계), 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 상기 배터리 모듈의 방열량을 연산한다(제2 방열량 연산단계).
또한, 상기 제2 방열량 연산단계에서 연산된 방열량을 근거로 하여 방전 시 공조용량을 산출하고(제2 공조용량 산출단계), 상기 제1 공조용량과 제2 공조용량을 비교하여 두 값 중 큰 값을 최종 공조용량으로 산출한다(공조용량 비교단계).
상기의 각 단계를 좀 더 상세하게 설명한다면, 상기 제1열 저항 계수 연산단계는 배터리 모듈의 온도와 공기의 온도 간의 차를 배터리 모듈의 축열량으로 나누어 연산하는 방법을 이용하여 배터리 모듈의 제1 열 저항 계수를 연산한다.
또한, 이 연산방법은 상기 (식3)을 이용하여 연산되며, 여기서 상기 축열량은 배터리 모듈의 질량, 배터리 모듈의 비열 및 배터리 모듈의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하는 방법을 이용하여 연산되고 상기 (식4)를 이용한다.
또한, 상기 (배터리 모듈의 온도 변화율/시간 변화율)은 충전실험을 수행하여 도출해낸 값을 사용하고, 충전실험은 반복하여 수행할 수 있으며 이에 발생되는 최대 값을 사용할 수 있다.
한편, 상기 제1 방열량 연산단계는 배터리 모듈의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산하는 방법을 이용하여 배터리 모듈의 방열량을 연산한다.
또한, 이 연산방법은 상기 (식5)를 이용하여 연산되며, 여기서 상기 배터리 모듈의 최대 온도는 충전실험 수행 시 배터리 모듈에서 측정되는 온도의 최고 값을 배터리 모듈의 최대 온도로 설정한다.
여기서 충전실험은 반복하여 수행할 수 있으며 이에 발생되는 최고 값을 배터리 모듈의 최대 온도로 사용할 수 있다.
한편, 상기 제1 공조용량 산출단계는 상기 제1 방열량 연산단계에서 연산된 방열량, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 ESS에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하는 방법을 이용하여 제1 공조용량을 산출하며, 이는 상기 (식 6)을 이용한다.
또한, 상기 제2열 저항 계수 연산단계는 배터리 모듈의 온도와 공기의 온도 간의 차를 배터리 모듈의 축열량으로 나누어 연산하는 방법을 이용하여 배터리 모듈의 제2 열 저항 계수를 연산한다.
이 연산방법도 상기 (식3)을 이용하여 연산되며, 여기서 상기 축열량은 배터리 모듈의 질량, 배터리 모듈의 비열 및 배터리 모듈의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하는 방법을 이용하여 연산되며 상기 (식4)를 사용한다.
또한, 상기 (배터리 모듈의 온도 변화율/시간 변화율)은 방전실험을 수행하여 도출해낸 값을 사용하고, 방전실험은 반복하여 수행할 수 있으며 이에 발생되는 최대 값을 사용할 수 있다.
한편, 상기 제2 방열량 연산단계는 배터리 모듈의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산하는 방법을 이용하여 배터리 모듈의 방열량을 연산한다.
또한, 이 연산방법은 상기 (식5)를 이용하여 연산되며, 여기서 상기 배터리 모듈의 최대 온도는 방전실험 수행 시 배터리 모듈에서 측정되는 온도의 최고 값을 배터리 모듈의 최대 온도로 설정한다.
여기서 방전실험은 반복하여 수행할 수 있으며 이에 발생되는 최대 값을 배터리 모듈의 최대 온도로 사용할 수 있다.
한편, 상기 제2 공조용량 산출단계는 상기 제2 방열량 연산단계에서 연산된 방열량, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 ESS에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하는 방법을 이용하여 제2 공조용량을 산출하며, 이는 상기 (식6)을 이용한다.
상기 공조용량 비교단계는 상기 제1 공조용량과 상기 제2 공조용량의 값을 비교하여 두 값 중 큰 값을 최종 공조용량 값으로 산출한다.
이 최종 공조용량 값은 상기 일 실시 예보다 작은 공조용량 값이 산출되며, 일 실시 예보다 좀 더 정확한 공조용량 값이다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 이 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 ESS 공조용량 산출방법은 배터리 셀의 열 저항 계수를 연산하고 연산한 배터리 셀의 열 저항 계수를 근거로 배터리 셀의 방열량을 연산하여 에너지 저장장치(ESS)에 필요한 공조용량을 산출하는 방법이다.
본 발명의 이 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법은 우선 배터리 셀의 열 저항 계수를 연산하고(열 저항 계수 연산단계), 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 배터리 셀의 방열량을 연산한다(방열량 연산단계).
또한, 상기 방열량 연산단계에서 연산된 방열량을 근거로 하여 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 에너지 저장장치(ESS)의 냉각에 필요한 공조용량을 산출한다(공조용량 산출단계).
상기 ESS 공조용량 산출방법의 각 단계는 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 열 저항 계수 연산단계는 배터리 셀의 열 저항 계수를 연산하는 단계로써, 배터리 셀의 열 저항 계수는 배터리 셀에서 공기로 전달되는 대류 열 전달에 대한 저항을 의미한다.
또한, 상기 열 저항 계수를 연산하는 방법은 배터리 셀의 대류 열 전달 계수와 전열 면적의 곱의 역수이며 (식 7)로 나타낸다.
(식 7) (열 저항 계수)=1/{(배터리 셀의 대류 열 전달 계수)X(전열 면적)}
여기서, 배터리 셀의 대류 열 전달 계수는 축열량에서 전열 면적과 배터리 셀의 온도와 공기의 온도 차의 곱을 나누어 연산되고, 이는 (식 8)로 나타낸다.
(식 8) (대류 열 전달 계수)=(축열량)/{(전열 면적)X(배터리 셀의 온도 - 공기의 온도)}
따라서, 열 저항 계수는 배터리 셀의 온도와 공기의 온도 간의 차를 배터리 셀의 축열량으로 나누어 연산되고, (식 9)로 나타낸다.
(식 9) (열 저항 계수)=(배터리 셀의 온도 - 공기의 온도)/(축열량)
여기서 배터리 셀의 온도 및 공기의 온도는 연산 시 배터리 셀 및 공기의 온도를 각각 측정하여 사용할 수도 있고, 충/방전을 수행하지 않는 경우의 일반적인 배터리 셀의 온도를 사용할 수 있으며, 일반적인 상온을 공기의 온도로 사용할 수 있다.
또한, 축열량은 배터리 셀에 축적되는 열량을 의미하고, 축열량 연산방법은 배터리 셀의 질량, 배터리 셀의 비열 및 배터리 셀의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하여 연산되는 것으로 (식 10)으로 나타낸다.
(식 10) (축열량)=(배터리 셀의 질량) X (배터리 셀의 비열) X (배터리 셀의 온도 변화율/시간 변화율)
여기서 (배터리 셀의 온도 변화율/시간 변화율)은 충전 및 방전 실험을 수행하여 도출해낸 값 중 큰 값을 사용한다.
따라서 배터리 셀의 축열량은 배터리 셀이 가지는 고유의 값으로 볼 수 있다.
한편, 상기 방열량 연산단계는 상기 열 저항 계수 연산단계에서 연산된 열 저항 계수를 근거로 배터리 셀의 방열량을 연산하는 단계로써, 배터리 셀의 방열량은 배터리 셀 바깥의 공기 중으로 빠져나가는 열량이며, 공조기가 실질적으로 제거해야 되는 열량을 의미한다.
이러한 배터리 셀의 방열량을 연산하는 방법은 배터리 셀의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산하는 것으로 (식11)로 나타낸다.
(식 11) (방열량)=(배터리 셀의 최대 온도- 공기의 온도)/(열 저항 계수)
여기서 배터리 셀의 최대 온도는 충전 및 방전 실험 수행 시 배터리 셀에서 측정되는 온도의 최고 값을 배터리 셀의 최대 온도로 설정한다.
한편, 공조용량 산출단계는 상기 방열량 연산단계에서 연산된 방열량을 이용하여 공조용량을 산출하는 단계로써, 공조용량은 공조가 필요한 용량을 의미하며 이를 근거로 ESS 제작 시 공조기(Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC) 제품을 선택할 수 있다.
이러한 공조용량을 산출하는 방법은 상기 방열량 연산단계에서 연산된 방열량, 하나의 배터리 모듈에 구성된 배터리 셀의 개수, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 ESS에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하는 것으로 (식12)로 나타낸다.
(식 12) (공조용량)=(방열량)X(하나의 배터리 모듈에 구성된 배터리 셀의 개수)X(하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수)X(ESS에 구성된 배터리 랙의 개수)
상기 이 실시 예는 (배터리 셀의 온도 변화율/시간 변화율) 및 배터리 셀의 최대 온도를 충전 및 방전 실험을 수행하여 획득하고 충전 실험과 방전 실험 중 획득된 큰 값을 하나 택하는 방법이므로 실제 충전 또는 방전 수행 시 발생되는 열량에 의한 공조용량은 다소 감소될 수 있다.
따라서 공조용량 산출방법의 정확성을 향상시키기 위해서는 충전 실험을 통해 획득한 값을 이용하여 공조용량을 산출하고, 방전 실험을 통해 획득한 값을 이용하여 공조용량을 산출하여 두 개의 공조용량 값 중 큰 값을 선택하는 또 다른 실시 예를 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 ESS 공조용량 산출방법은 우선 충전실험 값을 이용한 배터리 셀의 열 저항 계수를 연산하고(제1열 저항 계수 연산단계), 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 상기 배터리 셀의 방열량을 연산한다(제1 방열량 연산단계).
또한, 상기 제1 방열량 연산단계에서 연산된 방열량을 근거로 하여 충전 시 공조용량을 산출한다(제1 공조용량 산출단계).
또한, 방전실험 값을 이용하여 배터리 셀의 열 저항 계수를 연산하고(제2열 저항 계수 연산단계), 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 상기 배터리 셀의 방열량을 연산한다(제2 방열량 연산단계).
또한, 상기 제2 방열량 연산단계에서 연산된 방열량을 근거로 하여 방전 시 공조용량을 산출하고(제2 공조용량 산출단계), 상기 제1 공조용량과 제2 공조용량을 비교하여 두 값 중 큰 값을 최종 공조용량으로 산출한다(공조용량 비교단계).
상기의 각 단계를 좀 더 상세하게 설명한다면, 상기 제1열 저항 계수 연산단계는 배터리 셀의 온도와 공기의 온도 간의 차를 배터리 모듈의 축열량으로 나누어 연산하는 방법을 이용하여 배터리 셀의 제1 열 저항 계수를 연산한다.
또한, 이 연산방법은 상기 (식9)를 이용하여 연산되며, 여기서 상기 축열량은 배터리 셀의 질량, 배터리 셀의 비열 및 배터리 셀의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하는 방법을 이용하여 연산되며 상기 (식10)을 이용한다.
또한, 상기 (배터리 셀의 온도 변화율/시간 변화율)은 충전실험을 수행하여 도출해낸 값을 사용하고, 충전실험은 반복하여 수행할 수 있으며 이에 발생되는 최대 값을 (배터리 셀의 온도 변화율/시간 변화율)로 사용할 수 있다.
한편, 상기 제1 방열량 연산단계는 배터리 셀의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산하는 방법을 이용하여 배터리 셀의 방열량을 연산한다.
또한, 이 연산방법은 상기 (식11)을 이용하여 연산되며, 여기서 상기 배터리 셀의 최대 온도는 충전실험 수행 시 배터리 셀에서 측정되는 온도의 최고 값을 배터리 셀의 최대 온도로 설정한다.
여기서 충전실험은 반복하여 수행할 수 있으며 이에 발생되는 최고 값을 배터리 셀의 최대 온도로 사용할 수 있다.
한편, 상기 제1 공조용량 산출단계는 상기 제1 방열량 연산단계에서 연산된 방열량, 하나의 배터리 모듈에 구성된 배터리 셀의 개수, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 ESS에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하는 방법을 이용하여 제1 공조용량을 산출하며, 이는 상기 (식 12)를 이용한다.
또한, 상기 제2열 저항 계수 연산단계는 배터리 셀의 온도와 공기의 온도 간의 차를 배터리 셀의 축열량으로 나누어 연산하는 방법을 이용하여 배터리 모듈의 제2 열 저항 계수를 연산한다.
이 연산방법도 상기 (식9)를 이용하여 연산되며, 여기서 상기 축열량은 배터리 셀의 질량, 배터리 셀의 비열 및 배터리 셀의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하는 방법을 이용하여 연산되며 상기 (식10)을 이용한다.
또한, 상기 (배터리 셀의 온도 변화율/시간 변화율)은 방전실험을 수행하여 도출해낸 값을 사용하고, 방전실험은 반복하여 수행할 수 있으며 이에 발생되는 최대 값을 사용할 수 있다.
한편, 상기 제2 방열량 연산단계는 배터리 셀의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산하는 방법을 이용하여 배터리 셀의 방열량을 연산한다.
또한, 이 연산방법은 상기 (식11)을 이용하여 연산되며, 여기서 상기 배터리 셀의 최대 온도는 방전실험 수행 시 배터리 셀에서 측정되는 온도의 최고 값을 배터리 셀의 최대 온도로 설정한다.
여기서 방전실험은 반복하여 수행할 수 있으며 이에 발생되는 최대 값을 배터리 셀의 최대 온도로 사용할 수 있다.
한편, 상기 제2 공조용량 산출단계는 상기 제2 방열량 연산단계에서 연산된 방열량, 하나의 배터리 모듈에 구성된 배터리 셀의 개수, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 ESS에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하는 방법을 이용하여 제2 공조용량을 산출하며, 이는 (식 12)를 이용한다.
상기 공조용량 비교단계는 상기 제1 공조용량과 상기 제2 공조용량의 값을 비교하여 두 값 중 큰 값을 최종 공조용량 값으로 산출한다.
이 최종 공조용량 값은 상기 일 실시 예보다 작은 공조용량 값이 산출되며, 이 실시 예보다 좀 더 정확한 공조용량 값이다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하는 하나 이상의 배터리 랙을 포함하여 구성되는 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)의 공조용량을 산출하는 방법에 있어서,
    배터리 모듈의 열 저항 계수를 연산하는 열 저항 계수 연산단계;
    상기 열 저항 계수 연산단계에서 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 배터리 모듈의 방열량을 연산하는 모듈 방열량 연산단계; 및
    상기 모듈 방열량 연산단계에서 연산된 모듈 방열량을 근거로 하여 상기 하나 이상의 배터리 모듈을 포함하는 상기 에너지 저장장치의 냉각에 필요한 공조용량을 산출하는 공조용량 산출단계;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 열 저항 계수 연산단계는,
    배터리 모듈의 최대 온도를 측정하는 배터리 모듈 온도 측정단계;
    배터리 모듈 주변의 공기의 온도를 측정하는 공기온도 측정단계;
    배터리 모듈의 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 배터리 모듈의 축열량으로 나누어 연산하는 것을 특징으로 하며,
    상기 모듈 방열량 연산단계는,
    배터리 모듈의 최대 온도를 산출하는 모듈 최대온도 산출단계;
    상기 산출한 배터리 모듈의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 연산된 열 저항 계수로 나누어 연산하는 것을 특징으로 하며,
    상기 공조용량 산출단계는,
    상기 모듈 방열량 연산단계에서 연산된 모듈 방열량, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 에너지 저장장치에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하여 에너지 저장장치의 공조용량을 산출하는 것을 특징으로 하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 공조용량 산출방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 축열량은,
    배터리 모듈의 질량, 배터리 모듈의 비열 및 배터리 모듈의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하여 연산하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 공조용량 산출방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    배터리 모듈의 충/방전 수행 시 배터리 모듈에서 측정되는 온도의 최고 값을 상기 배터리 모듈의 최대 온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 공조용량 산출방법.
  6. 삭제
  7. 하나 이상의 배터리 셀을 포함하여 구성되는 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)의 공조용량을 산출하는 방법에 있어서,
    배터리 셀의 열 저항 계수를 연산하는 열 저항 계수 연산단계;
    상기 열 저항 계수 연산단계에서 연산된 열 저항 계수를 근거로 하여 배터리 셀의 방열량을 연산하는 셀 방열량 연산단계; 및
    상기 셀 방열량 연산단계에서 연산된 셀 방열량을 근거로 하여 상기 하나 이상의 배터리 셀을 포함하여 구성되는 상기 에너지 저장장치의 냉각에 필요한 공조용량을 산출하는 공조용량 산출단계;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 열 저항 계수 연산단계는,
    배터리 셀의 최대 온도를 측정하는 배터리 모듈 온도 측정단계;
    배터리 셀 주변의 공기의 온도를 측정하는 공기온도 측정단계;
    배터리 셀의 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 배터리 셀의 축열량으로 나누어 연산하는 것을 특징으로 하며,
    상기 셀 방열량 연산단계는,
    상기 배터리 셀의 최대 온도를 산출하는 셀 최대온도 산출단계;
    상기 산출한 배터리 셀의 최대 온도에서 공기의 온도를 뺀 값을 상기 열 저항 계수로 나누어 연산하는 것을 특징으로 하며
    상기 공조용량 산출단계는,
    상기 방열량 연산단계에서 연산된 셀 방열량, 하나의 배터리 모듈에 구성된 배터리 셀의 개수, 하나의 배터리 랙에 구성된 배터리 모듈의 개수 및 에너지 저장장치에 구성된 배터리 랙의 개수를 곱하여 에너지 저장장치의 공조용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 공조용량 산출방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 배터리 셀의 축열량은,
    배터리 셀의 질량, 배터리 셀의 비열 및 상기 배터리 셀의 시간에 따른 온도 변화율을 곱하여 연산하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 공조용량 산출방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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