KR102343510B1 - 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치 및 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법 - Google Patents

배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치 및 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치 및 상기 에너지 저장 장치를 포함하는 충전스테이션에서 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법에 관한 것으로, 에너지 저장장치로서, 복수의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀의 상태를 제어하는 슬레이브 BMS를 포함하는 복수의 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈이 장착되는 홀; 상기 홀을 통해 장착된 상기 배터리 모듈에 교류전원으로부터 변환한 직류 전원을 충전하거나 충전된 배터리 모듈의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통으로 방전시키는 양방향 전력변환장치; 및 장착된 상기 배터리 모듈의 배터리 충방전 상태를 조절하도록 상기 양방향 전력변환장치를 제어하는 마스터 BMS;를 포함하는 배터리랙; 을 포함하며, 상기 양방향 전력변환장치는, 상기 복수의 배터리 모듈이 탈부착되어도 상기 배터리 모듈 간에 별도의 배터리 밸런싱 없이 충방전이 수행되도록 상기 복수의 배터리 모듈 각각과 일대일로 직렬 연결되고, 상기 양방향 전력변환장치와 각각 일대일로 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈은 상기 양방향 전력변환장치를 통해 계통에 병렬 연결되며, 상기 배터리랙과 탈부착되도록 상기 양방향 전력변환장치와 상기 배터리 모듈 사이에 전력선과 통신선이 통과하는 플러그인 커넥터가 배치될 수 있다.

Description

배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치 및 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법{EXTENDED ENERGY STORAGE DEVICE WITH DETACHABLE BATTERY MODULE AND BILLING METHOD ACCORDING TO THE BATTERY MODULE REPLACEMENT}
본 발명은 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치 및 상기 에너지 저장 장치를 포함하는 충전스테이션에서 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법에 관한 것이다.
에너지 저장장치(ESS, Energy Storage System)는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 저장, 관리하는 시스템으로, 남은 전력을 저장해두었다가 수요가 많은 시간대나 전력 공급이 어려운 때에 저장된 전력을 사용함으로써 에너지 이용 효율을 향상시키고 요금을 절약하는 장치이다.
보통 에너지 저장장치는 한 곳에 고정되어 설치되기 때문에 이동이 용이하지 않으며, 에너지 저장 장치에서 충전된 배터리만을 분리하여 따로 가져갈 수도 없었다.
그러나, 최근 현대 사회에서는 전기 자동차나, 전기 오토바이, 전기로 구동되는 냉동용 특장차 등 전기 배터리를 이용하여 구동되는 수단들이 늘었으며, 캠핑이나 야외활동을 하여 충전이 불가능한 장소에서도 전력이 필요한 경우가 늘게되어, 충전된 배터리에 대한 필요성이 크게 대두되었다.
그러나, 종래 기술에서는 에너지 저장장치를 사람이 휴대하여 이동하는 것이 불가능하였으며, 에너지 저장장치의 구성부재들을 각각 독립된 모듈로 형성하여 조립 및 분리할 수 있도록 하더라도, 이 역시 배터리팩, 전력변환장치, 발전장치 및 이를 결합하는 고정수단을 포함하는 구조로 이루어져있어, 사용자가 상기 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 이용하기 위해서는 상기 배터리팩, 전력변환장치, 발정장치 및 고정수단을 모두 함께 들고 이동하여야 하였으며, 이는 사용자의 체험을 현저히 떨어트렸다.
따라서, 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 사용자가 쉽게 이용할 수 있도록 할 필요성이 존재하였으며, 사용자가 이를 이용하기 위한 과금 방법이 필요하였다.
또한, 에너지 저장장치 동작 중 탈부착이 용이한　배터리 모듈들로 ESS를 구성할 경우,　현실적으로　SOC값이 상이한 배터리 모듈들을 병렬로 배치하여 에너지 용량을 확장할 수 밖에 없지만, 이러한 경우에도,　방전효율을　높이기 위해 모듈　밸런싱 기능 수행해야 하는 번거로움　없이,　신속하게 각 배터리 모듈이 저장하고 있는 만큼의 에너지(SOC)를 신속하고 원활하게 독립적으로 사용자가 사용하고자 하는 계통 전력으로 방전 공급할 수 있도록　구성할 필요성이 존재하였다.
(특허문헌 1) KR10-1894519 B1
따라서, 종래 문제점을 해결하기 위해서, 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 사용자가 쉽게 이용할 수 있도록 저장된 에너지를 각각의 배터리 모듈에 저장하는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치 및 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치로서, 복수의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀의 상태를 제어하는 슬레이브 BMS를 포함하는 복수의 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈이 장착되는 홀; 상기 홀을 통해 장착된 상기 배터리 모듈에 교류전원으로부터 변환한 직류 전원을 충전하거나 충전된 배터리 모듈의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통으로 방전시키는 양방향 전력변환장치; 및 장착된 상기 배터리 모듈의 배터리 충방전 상태를 조절하도록 상기 양방향 전력변환장치를 제어하는 마스터 BMS;를 포함하는 배터리랙; 을 포함하며, 상기 양방향 전력변환장치는, 상기 복수의 배터리 모듈이 탈부착되어도 상기 배터리 모듈 간에 별도의 배터리 밸런싱 없이 충방전이 수행되도록 상기 복수의 배터리 모듈 각각과 일대일로 직렬 연결되고, 상기 양방향 전력변환장치와 각각 일대일로 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈은 상기 양방향 전력변환장치를 통해 계통에 병렬 연결되며, 상기 배터리랙과 탈부착되도록 상기 양방향 전력변환장치와 상기 배터리 모듈 사이에 전력선과 통신선이 통과하는 플러그인 커넥터가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리랙은, 상기 플러그인 커넥터를 분리하여 이미 완충된 배터리 모듈을 탈착하거나, 상기 플러그인 커넥터를 연결하여 방전된 배터리 모듈을 부착하도록 구성되며, 상기 마스터 BMS는, 복수의 배터리랙간 연결되도록 적어도 다른 하나의 배터리랙의 마스터 BMS와 통신 연결되는 통신모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마스터 BMS는, 상기 배터리 모듈의 상기 배터리랙과의 부착 여부를 검출하고, 상기 배터리랙에 부착되어 충전되고 있는 배터리 모듈들의 배터리상태정보를 상기 슬레이브 BMS로부터 전달받아, 상기 배터리상태정보에 따라 상기 배터리랙과 연결된 배터리 모듈 각각의 충방전 및 이에 대응하는 상기 양방향 전력변환장치 각각의 구동을 제어할 수 있다.
이때, 상기 배터리상태정보는, 모듈 식별번호 및 모듈 인증 암호화 정보 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 모듈 식별 정보와, 배터리 셀들의 전압, 온도, 내부저항, 배터리 셀간의 내부저항편차, 및 배터리 셀간의 전압편차 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 팩 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마스터 BMS는, 상기 마스터 BMS와 연결된 적어도 다른 하나의 배터리랙의 마스터 BMS와 통신하여 전체 배터리랙과 연결된 전체 배터리 모듈 각각의 충방전 및 이에 대응하는 상기 양방향 전력 변환장치 각각의 구동을 제어할 수 있으며, 상기 배터리랙을 연결하여 에너지 저장장치의 용량 확장을 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마스터 BMS는, 통신 연결된 전체 배터리랙에 각각 장착된 복수의 배터리 모듈 사이의 SOC(State of Charge) 차이가 일정 수치 이하가 되도록 상기 양방향 전력변환장치를 구동하여 상기 복수의 배터리 모듈 별　SOC 밸런싱을 수행하며, 상기 SOC 밸런싱은 상기 복수의 배터리 모듈에 대해 일정한 직류 전류가 인가되도록 정전류 모드(CC)로 제어하고, 상기 복수의 배터리 모듈이 목표 전압에 도달하면 일정한 전압이 제공되도록 정전압 모드(CV) 로 제어할 수 있다. SOC를 비슷한 수준으로 유지하여 충방전시 최대 성능이 발휘되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 에너지 저장장치의 상부에 태양광 패널을 포함하는 태양광 발전 모듈이 설치되며, 상기 배터리랙은 상기 태양광 발전 모듈과 전기적으로 연결되어 상기 태양광 발전 모듈의 발전에 의해 생산되는 전력을 상기 배터리랙과 연결된 상기 배터리 모듈 중 적어도 하나에 저장할 수 있어, 신재생 에너지로 충전 가능한 하이브리드 에너지 저장장치를 제공할 수 있다.
구체적인 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 홀은 상기 배터리랙의 전방에 일체로 구성되며, 상기 양방향 전력변환장치는 상기 배터리랙의 전방을 통해 장착된 배터리 모듈과 연결되도록 상기 배터리랙의 후방에 배치될 수 있다.
또한, 상기 배터리랙은 상기 배터리 모듈 탈부착이 용이하도록 슬라이딩 거치가 가능한 배터리 거치대; 및 개폐가 가능한 잠금장치;를 포함할 수 있으며, 상기 배터리 모듈은 상기 배터리랙에서 탈부착이 용이하도록 상기 배터리랙과 접촉되는 상기 배터리 모듈의 모서리부 또는 상하부면에 슬라이딩 방식으로 결합된 범퍼; 및 상기 플러그인 커넥터가 설치된 일측의 반대편에 설치된 손잡이;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태인 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법에 따르면, 상기 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치를 포함하며, 상기 배터리 모듈이 여러 개 충전가능하도록 구성되며, 상기 배터리랙에 사용된 배터리 모듈이 반납되면, 관리서버로부터 정산된 충전요금을 수신하여 충전요금을 안내하고 충전요금이 결제완료되면, 잠금장치를 해제하고 미리 충전완료된 배터리 모듈로 교환해주는 충전스테이션; 및 상기 반납된 배터리 모듈의 사용량과 배터리 수명등급에 따라, 차등적으로 충전요금을 산정하여 상기 충전스테이션으로 산정된 상기 충전요금을 전송하는 관리서버;를 포함하며, 상기 배터리 랙에 장착된 각 배터리 모듈들의 배터리상태정보를 측정하여 각 배터리 모듈의 상기 배터리상태정보를 상기 관리서버에 전송하는 배터리 모듈 상태검출 단계; 상기 배터리상태정보를 기반으로 상기 각 배터리 모듈들에 대한 배터리 수명등급을 산정하고, 산정된 배터리 수명등급을 상기 관리서버에 저장관리하는 배터리 모듈 수명등급 산정단계; 및, 상기 반납된 배터리 모듈의 사용량 및 배터리 수명등급과, 교환될 배터리 모듈에 대한 배터리 수명등급을 기반으로, "충전요금 = 기본 충전요금 * 반납된 배터리 모듈의 사용량에 따른 비율 * (반납된 배터리 모듈의 수명등급 / 교환될 배터리 모듈의 수명등급) "으로 이루어진 산정식에 의해 상기 충전요금을 산정하는 요금산정단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈 수명등급 산정단계는, 각 배터리 모듈에 대한 충전 이력, 방전 이력, 현재 SOC 값, 배터리 셀들의 전압, 온도 및 내부저항 중 적어도 하나의 축적된 데이터를 이용하여 배터리 수명등급을 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치는, 충전된 전력을 각각의 배터리 모듈에 저장하며, 배터리 모듈이 연결되는 배터리랙에 에너지 저장장치의 구성들이 모두 설치되어 있어, 사용자는 배터리 모듈만 쉽게 탈부착하여 휴대 및 이용함으로써 충전된 전력을 사용할 수 있어 사용자 편의성을 높일 수 있다.
또한, 각 배터리 모듈은 일대일로 양방향 전력변환장치와 연결되며, 상기 양방향 전력변환장치를 통해 계통에 연결되는 바, 배터리 모듈을 추가하거나 배터리 모듈이 설치된 배터리랙을 추가하거나 각 배터리 모듈이 독립적으로 계통에 연결될 수 있어 에너지 저장장치의 용량을 사용자가 원하는대로 조절할 수 있으며, 에너지 저장장치가 구동중에도 배터리 모듈을 탈부착하거나, 배터리랙을 추가설치해도 에너지 구동에 영향이 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 외관 형태를 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치가 충전스테이션으로서 배치된 형태를 간략하게 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치 및 태양광 발전 모듈이 충전스테이션으로서 배치된 형태를 간략하게 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)을 간략하게 도시한 것으로, 배터리 모듈(100) 내부 구성을 투시하는 투시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치로서, 배터리 셀과, 상기 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀의 상태를 제어하는 슬레이브 BMS(101)를 포함하는 복수의 배터리 모듈(100) 및 상기 배터리 모듈(100)이 장착되는 홀(201), 교류전원 또는 직류전원을 각각 입력받아 직류전원 또는 교류 전원으로 변환하고, 상기 홀(201)을 통해 장착된 상기 배터리 모듈(100)에 변환한 직류 전원을 공급하는 양방향 전력변환장치(202), 및 장착된 상기 배터리 모듈(100)의 배터리 상태를 조절하도록 상기 양방향 전력변환장치(202)를 제어하는 마스터 BMS(203)를 포함하는 배터리랙(200)을 포함하며, 상기 복수의 배터리 모듈(100)은, 상기 에너지 저장장치가 구동 중에도 탈부착되도록 상기 양방향 전력변환장치(202)와 각각 일대일로 직렬 연결되며, 상기 배터리랙(200)과 탈부착되도록 상기 양방향 전력변환장치(202)와 연결되는 일단에 전력선과 통신선이 통과하는 플러그인 커넥터(300)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 배터리랙(200)에 대한 탈부착이 용이하도록 사각형 형태의 케이스(110)로 형성될 수 있으며, 상기 케이스(110) 내부에 배터리 셀, 슬레이브 BMS(101) 등을 포함할 수 있다. 이때, 상기 배터리 셀과 슬레이브 BMS(101)를 케이스(110) 내부에서 쉽게 분리할 수 있도록 상기 구성을 일체로 둘러쌓게 배치한 프레임(120)을 통해 상기 구성을 함께 고정할 수 있다.
예를 들어, 케이스(110) 내부에 복수의 배터리 셀이 적층된 배터리 어셈블리(102)가 배치되고, 상기 배터리 어셈블리(102)를 고정하는 배터리 홀더(103) 일측에 상기 배터리 상태를 제어하고 측정하는 슬레이브 BMS(101)가 리벳으로 결합될 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100)의 일단에 배터리랙(200)과 탈부착되도록 전력선과 통신선이 통과하는 플러그인 커넥터(300)를 배치하여 배터리 모듈(100) 외부와 내부를 연결하게 할 수 있으며, 상기 플러그인 커넥터(300)의 케이스 내부 방향으로 향하는 일측에, 배터리랙(200)과의 탈부착에 따라 배터리 어셈블리(102)로 흐르는 전류가 차단되도록 릴레이 어셈블리 또는 스위치 릴레이(104)가 추가로 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리 어셈블리(102), 슬레이브 BMS(101), 릴레이 어셈블리 또는 스위치 릴레이(104) 및 플러그인 커넥터(300)가 고정 배치될 수 있도록 상기 배터리 모듈의 구성을 둘러쌓아 볼트를 통해 고정하는 프레임(120)을 배치하고, 상기 프레임(120) 일체를 케이스(110) 내부에 넣었다 뺐다 할 수 있다. 이를 통해 내부 부품 교체를 위해 케이스(110) 내부에서 용이하게 구성 부품을 분리할 수 있으며, 사용자는 케이스(110)를 들고 이동하며 플러그인 커넥터(300)로 배터리랙(200) 또는 전기차량 등 다양한 대상에 연결시킬 수 있어 편리하다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 배터리랙(200)에서 탈부착이 용이하도록 상기 배터리랙과 접촉되는 상기 배터리 모듈(100)의 모서리부 또는 상하부면에 슬라이딩 방식으로 결합된 범퍼(미도시) 및 상기 플러그인 커넥터(300)가 설치된 일측의 반대편에 설치된 손잡이(130)를 포함할 수 있다. 이를 통해 사용자는 배터리 모듈(100)의 손잡이(130)를 들고 용이하게 이동시킬 수 있으며, 모서리부 또는 상하부면에 위치한 범퍼에 의해 배터리 모듈(100) 연결을 위해 배터리랙(200) 내에 인입시킬 때 장치에 손상을 끼치지 않고 부드럽게 결합시킬 수 있다. 즉, 상기 범퍼는 배터리랙(200)과 접촉될 때 손상을 방지하면서, 동시에 배터리랙(200)에 대해 레일 역할을 수행하여 배터리 모듈(100)의 자연스러운 결합을 가이드할 수 있다.
범퍼는 MC 나일론 또는 아세탈 등의 재질을 사용할 수 있으며, 이는 예시적인 실시예로 청구범위는 이에 제한되지 않는다.
더하여, 상기 배터리 모듈(100)의 케이스(110) 외부에는 배터리 잔량 표시창 등을 더 배치하여, 배터리 모듈(100)의 위아래를 직관적으로 구분할 수 있도록 하며, 배터리 모듈의 충전 정도를 사용자가 용이하게 파악할 수 있게 할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리랙(200)의 외관 형태를 간략하게 도시한 것으로, 배터리랙(200) 내부를 투시하고 있는 투시도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 배터리랙(200)은 상기 배터리 모듈(100) 탈부착이 용이하도록 슬라이딩 거치가 가능한 배터리 거치대(210), 및 개폐가 가능한 잠금장치(미도시)를 더 포함할 수 있다,
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 홀(201)은 상기 배터리랙(200)의 전방에 일체로 구성되며, 상기 양방향 전력변환장치(202)는 상기 배터리랙(200)의 전방을 통해 장착된 배터리 모듈(100)과 연결되도록 상기 배터리랙(200)의 후방에 배치될 수 있다.
즉, 구체적으로 배터리랙(200)의 홀(201)을 통해 배터리 모듈(100)을 장착시키는 경우, 홀(201)과 연결되어 설치된 배터리 거치대(210)를 통해 배터리 모듈(100)이 슬라이딩되어 장착되며, 배터리 모듈(100)이 배터리 거치대(210)에 장착되는 때, 잠금장치가 배터리 모듈(100)과 배터리랙(200)을 결합시키고 플러그인 커넥터(300)를 통해 양방향 전력변환장치(202)와 배터리 모듈(100)이 연결되게 된다.
사용자가 배터리랙(200)에 결합된 배터리 모듈(100)을 용이하게 탈착시키거나, 배터리랙(200)에 배터리 모듈(100)을 용이하게 부착시킬 수 있도록 배터리랙(200)의 전방에 홀(201)을 설치할 수 있으며, 배터리랙(200)의 전방을 통해 연결된 배터리 모듈(100)과 일대일로 연결되어 구동하기 쉽도록 상기 양방향 전력변환장치(202)는 배터리랙(200)의 후방에 배치되게 할 수 있다.
예를 들어, 배터리랙(200)은 1개의 배터리 랙(200)에 4 개의 배터리 거치대(210)을 설치하고, 4개의 배터리 모듈과 탈부착하도록 홀(201)이 형성되어 있을 수 있으며, 배터리랙(200) 상단에서 하단으로 수직으로 내려가며 복수의 배터리 모듈(100)이 배치되는 구조, 배터리랙(200) 상단에서 하단으로 내려갈수록 하부가 돌출되어 복수의 배터리 모듈(100)이 비스듬하게 배치되는 구조, 또는 배터리랙(200) 좌단에서 우단으로 수평하게 배치되는 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 양방향 전력변환장치(202)는 교류전원 또는 직류전원을 입력받아 직류전원 또는 교류전원으로 각각 변환시키는 양방향 컨버터를 포함할 수 있다. 또는, 교류전원을 입력받아 배터리랙(200)에 결합된 배터리 모듈에 직류 전원을 공급하는 컨버터를 포함하고 태양광 발전 장치를 통해 직류 전원을 획득하고 이를 교류 전원으로 변환하여 상기 컨버터에 공급하는 인버터를 포함할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 모듈(100)만 독립적인 형태로 이루어져 배터리랙(200)에 교환장착될 수 있으며, 배터리 모듈(100)이 배터리랙(200)에 결합된 상태에서는 배터리 모듈(100)과, 상기 양방향 전력변환장치(202)가 직렬 연결되고, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 양방향 전력변환장치(202)를 통해 계통에 병렬로 연결될 수 있다. 이를 통해 배터리 모듈(100)이 배터리랙(200)에서 분리되거나 추가로 결합되더라도 에너지 저장장치의 구동에는 영향 없이 연결된 배터리 모듈(100)에 충방전 제어를 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리랙(200)은, 상기 플러그인 커넥터(300)를 분리하여 이미 완충된 배터리 모듈(100)을 탈착하거나, 상기 플러그인 커넥터(300)를 연결하여 방전된 배터리 모듈(100)을 부착하도록 구성되며, 상기 양방향 전력변환장치(202)와 각각 일대일로 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈(100)은 상기 양방향 전력변환장치(202)를 통해 계통에 병렬 연결될 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100)을 포함하는 상기 배터리랙(200)은 양방향 전력변환장치(202)를 통해 곧바로 계통으로 연결되는 바, 적어도 하나의 배터리 모듈(100)을 배터리랙(200)에서 분리하더라도 나머지 배터리 모듈(100)이 배터리랙(200)에 연결되어 부하에 전력을 공급하거나, 일 배터리 모듈(100)을 충전하는 등의 에너지 저장장치 구동에 문제가 발생하지 않는다.
또한, 상기 플러그인 커넥터(300)는 배터리 모듈(100)에 소켓부로 형성될 수 있으며, 전력 전송용의 결합홀과, 통신 신호용의 결합홀이 복수개 형성되어 배터리랙과 끼움 결합을 수행할 수 있다.
한편, 상기 마스터 BMS(203)는, 복수의 배터리랙(200)간 연결되도록 적어도 다른 하나의 배터리랙(200)의 마스터 BMS(203)와 통신 연결되는 통신모듈을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 배터리랙(200), 배터리랙(200)과 연결된 배터리 모듈(100)의 충방전 등을 제어하는 마스터 BMS(203)는 다른 배터리랙(200)의 마스터 BMS(203)와 통신할 수 있어 배터리랙(200)을 계속 추가하고, 배터리 용량을 확장할 수 있다. 배터리 모듈(100)을 추가로 결합하거나, 배터리랙(200)을 추가 설치하여도 모든 배터리 모듈(100) 독립적으로 할당된 양방향 전력변환장치(202)를 통해 계통에 연결되어 원하는 용량에 맞춰 배터리 모듈(100) 또는 배터리랙(200) 설치가 가능하다.
따라서, 복수의 배터리 모듈(100)을 포함하는 상기 배터리랙(200)을 추가적으로 설치하여 원하는 전압/전류 용량을 확보할 수 있으며, 배터리랙(200)을 추가 설치만하면 용량 증대가 가능하여 에너지 저장장치의 용량 확장이 용이하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마스터 BMS(203)는, 상기 배터리 모듈(100)의 상기 배터리랙(200)과의 부착 여부를 검출하고, 상기 배터리랙(200)에 부착되어 충전되고 있는 배터리 모듈들(100)의 배터리상태정보를 상기 슬레이브 BMS(101)로부터 전달받아, 상기 배터리상태정보에 따라 상기 배터리랙(200)과 연결된 배터리 모듈(100) 각각의 충방전 및 이에 대응하는 상기 양방향 전력변환장치(202) 각각의 구동을 제어할 수 있다. 이때, 상기 배터리상태정보는, 모듈 식별번호 및 모듈 인증 암호화 정보 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 모듈 식별 정보와, 배터리 셀들의 전압, 온도, 내부저항, 배터리 셀간의 내부저항편차, 및 배터리 셀간의 전압편차 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 정보를 포함할 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마스터 BMS(203)는, 상기 마스터 BMS(203)와 연결된 적어도 다른 하나의 배터리랙(200)의 마스터 BMS(203)와 통신하여 전체 배터리랙(200)과 연결된 전체 배터리 모듈(100) 각각의 충방전 및 이에 대응하는 상기 양방향 전력 변환장치(202) 각각의 구동을 제어할 수 있으며, 상기 배터리랙(200)을 연결하여 에너지 저장장치의 용량 확장을 용이하게 수행할 수 있다.
구체적으로, 통신 연결되는 배터리랙(200)이 계속 변할 수 있고, 배터리랙(200)에 부착된 배터리 모듈(100)의 개수가 시간이 지남에 따라 변할 수 있는 바, 상기 마스터 BMS(203)는 연결된 배터리랙(200) 및 배터리 모듈(100)을 검출하고, 연결된 배터리랙(200)의 결합된 배터리 모듈(100)의 배터리상태정보를 획득하고, 배터리 모듈(100)의 충방전을 제어할 수 있다. 즉, 연결된 배터리 모듈(100)의 배터리 모듈 식별 정보를 통해 어떤 배터리 모듈(100)이 연결되었는지 확인하고, 이후 배터리 정보를 통해 배터리 모듈의 상태를 확인하여 효율적인 충방전 제어를 수행할 수 있다.
배터리 모듈(100)의 충방전을 제어한다는 것은, 이에 대응되게 설치된 양방향 전력변환장치(202)의 구동을 제어하여, 충전 속도 또는 방전 속도나 충방전 여부등을 제어할 수 있음을 의미할 수 있다.
배터리 모듈(100)의 전력을 부하에 공급할 때는 배터리 모듈(100)을 방전시키는데, 충전상태, 즉 SOC가 상이한 복수의 배터리 모듈(100)을 방전시키면 방전시 최대성능을 발휘할 수 없고, 충전량이 가장 작은 배터리 모듈(100)에 맞춰 방전시킬 수밖에 없어 방전시 효율이 떨어지게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마스터 BMS(203)는, 통신 연결된 전체 배터리랙(200)에 각각 장착된 복수의 배터리 모듈(100) 사이의 SOC(State of Charge) 차이가 일정 수치 이하가 되도록 상기 양방향 전력변환장치(202)를 구동하여 상기 복수의 배터리 모듈(100) 별　SOC 밸런싱을 수행하며, 상기 SOC 밸런싱은 상기 복수의 배터리 모듈(100)에 대해 일정한 직류 전류가 인가되도록 정전류 모드(CC)로 제어하고, 상기 복수의 배터리 모듈(100)이 목표 전압에 도달하면 일정한 전압이 제공되도록 정전압 모드(CV) 로 제어할 수 있다. SOC를 비슷한 수준으로 유지하여 충방전시 최대 성능이 발휘되도록 할 수 있다.
배터리 모듈(100)이 신속하게 비슷한 전압으로 충전될 수 있도록, 일정한 전압이 될 때까지는 최대 전류를 이용한 CC모드로 충전을 수행하고, 예를 들어, 전체 충전 전압의 80% 내지 85%까지는 CC모드로 충전을 수행할 수 있다. 또한, 비슷한 전압 상태가 되면 그 이후는 CV 모드를 구동하여 균등한 전압을 공급하여 목표 전압으로 충전할 수 있다. 이를 통해 SOC가 제각각인 배터리에 비슷한 전압으로 SOC를 신속하게 맞춘 모듈 밸런싱을 수행 후, 전체 배터리에 대해 균등한 전류로 충전을 수행할 수 있어 방전시 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 장착된 배터리 모듈(100)과 일대일로 연결되는 양방향 전력변환장치(202)를 통해 배터리 모듈(100) 별로 충방전 제어를 수행할 수 있어, SOC가 상이한 배터리 모듈에 대해서도 높은 효율을 유지할 수 있으나, 추가적인 SOC 밸런싱을 수행함으로써 최대 효율을 유지하도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치가 충전스테이션으로서 배치된 형태를 간략하게 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치 및 태양광 발전 모듈이 충전스테이션으로서 배치된 형태를 간략하게 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리랙(200)을 설치하고, 상기 복수의 배터리랙(200)에 대한 배터리 모듈(100)의 배터리상태정보 또는 과금정보를 제공하는 디스플레이 모듈(400)을 배터리랙(200) 일측에 설치하여, 사용자가 원하는 대로 전력을 공급받을 수 있도록 배터리 모듈(100)의 탈부착이 가능하게 한 충전스테이션으로서 활용할 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 에너지 저장장치의 상부에 태양광 패널을 포함하는 태양광 발전 모듈(500)이 설치되며, 상기 배터리랙(200)은 상기 태양광 발전 모듈(500)과 전기적으로 연결되어 상기 태양광 발전 모듈(500)의 발전에 의해 생산되는 전력을 상기 배터리랙(200)과 연결된 상기 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나에 저장할 수 있어, 신재생 에너지로 충전 가능한 하이브리드 에너지 저장장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 에너지 저장장치는 태양광 발전 모듈에서 생산된 직류 에너지를 입력받아 배터리랙에 연결된 배터리 모듈에 저장할 수 있으며, 태양광 발전 모듈의 최적 성능 유지를 위해 태양광 발전 모듈의 출력 전압을 최대출력으로 유지시키는 MPPT(Maximum Power Point Tracking)이 더 제공될 수 있다.
즉, 본 발명은 배터리 모듈(100)이 연결된 배터리랙(200)을 통해 독립형 에너지 저장장치를 구현할 수 있으며, 계통에 상기 양방향 전력변환장치(202)가 일대일로 연결되어 계통연계형 에너지 저장장치를 구현할 수도 있고, 일측에 태양광 발전 모듈(500)을 설치하여 하이브리드 에너지 저장장치를 구현할 수도 있다.
본 발명은 배터리 모듈(100)이 연결된 배터리랙(200)을 통해 부하에 에너지를 공급할 수도 있으나, 사용자가 완충된 배터리 모듈(100)을 분리해서 가져가고, 상기 배터리 모듈(100)이 방전되면 다시 반납하여 상기 배터리랙(200)에 부착하고 다른 완충된 배터리 모듈(100)을 가져갈 수 있도록 하며, 이에 대해 요금을 지불하도록 하여 충전스테이션으로서도 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 양태인 배터리 모듈(100) 교환에 따른 과금 방법에 따르면, 상기 배터리 모듈(100)을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치를 포함하며, 상기 배터리 모듈(100)이 여러 개 충전가능하도록 구성되며, 상기 배터리랙(200)에 사용된 배터리 모듈(100)이 반납되면, 관리서버로부터 정산된 충전요금을 수신하여 충전요금을 안내하고 충전요금이 결제완료되면, 잠금장치를 해제하고 미리 충전완료된 배터리 모듈(100)로 교환해주는 충전스테이션 및 상기 반납된 배터리 모듈(100)의 사용량과 배터리 모듈(100)의 수명등급에 따라, 차등적으로 충전요금을 산정하여 상기 충전스테이션으로 산정된 상기 충전요금을 전송하는 관리서버를 포함하며, 상기 배터리랙(200)에 장착된 각 배터리 모듈들(100)의 배터리상태정보를 측정하여 각 배터리 모듈(100)의 상기 배터리상태정보를 상기 관리서버에 전송하는 배터리 모듈 상태검출 단계(S510), 상기 배터리상태정보를 기반으로 상기 각 배터리 모듈(100)들에 대한 배터리 모듈 수명등급을 산정하고, 산정된 배터리 모듈 수명등급을 상기 관리서버에 저장관리하는 배터리 모듈 수명등급 산정단계(S520) 및, 상기 반납된 배터리 모듈(100)의 배터리 사용량 및 배터리 모듈 수명등급과, 교환될 배터리 모듈(100)에 대한 배터리 모듈 수명등급을 기반으로, "충전요금 = 기본 충전요금 * 반납된 배터리 모듈(100)의 사용량에 따른 비율 * (반납된 배터리 모듈(100)의 수명등급 / 교환될 배터리 모듈(100)의 수명등급) "으로 이루어진 산정식에 의해 상기 충전요금을 산정하는 요금산정단계(S530)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈 수명등급 산정단계(S520)는, 각 배터리 모듈(100)에 대한 충전 이력, 방전 이력, 현재 SOC 값, 배터리 셀들의 전압, 온도 및 내부저항 중 적어도 하나의 축적된 데이터를 이용하여 배터리 모듈 수명등급을 산정할 수 있다.
상기 배터리 모듈(100)은 배터리랙(200)이 설치된 충전스테이션에서 가져가 전기구동식 차량 등에 탈장착하여 사용할 수 있으며, 차량에 장착된 배터리를 분리하여 다시 충전스테이션에 있는 배터리랙(200)에 부착시킬 수 있다.
배터리 모듈(100)에 설치된 슬레이브 BMS(101)나 배터리랙(200)에 설치된 마스터 BMS(203)는 배터리 셀의 전압측정, 배터리 충/방전 전류측정, 배터리 온도측정이 가능하며, 슬레이브 BMS(101) 또는 마스터 BMS(203)에 구비된 내장 메모리에는 배터리 전압데이터, 배터리 온도데이터, 배터리 충전/방전 전류데이터, 1회당 평균충전전류데이터, 1회당평균방전전류데이터, 평균배터리온도, 배터리 온도변화이력, 충방전 이력, 내부저항 등의 배터리정보가 저장되도록 구성될 수 있다.
배터리 모듈(100)이 충전스테이션과 유선 또는 무선통신을 통해 통신가능하도록 통신부를 구비할 수 있으며, 통신부가 BMS에 저장된 배터리전압데이터, 배터리 온도데이터, 배터리 충/방전 전류데이터를 포함하는 배터리정보를 충전스테이션으로 전송하고, 충전스테이션은 이를 관리서버로 전송하여 배터리 정보를 중계하도록 구성될 수 있다.
충전스테이션은 사용자가 사용한 배터리 모듈(100)을 반납 받고, 사용자에 의해 충전요금이 결제되면, 이전에 충전되어 있던 다른 완충 배터리 모듈(100)을 사용자에게 제공하도록 구성된다.
본 발명에서 충전스테이션은 관리서버와 인터넷, WIFI 망 등의 통신망을 통해 데이터 통신가능하도록 구성될 수 있고, 충전스테이션은 배터리 모듈(100) 또는 배터리랙(200)의 슬레이브 BMS(101) 또는 마스터 BMS(203)와, NFC, 블루투스, 적외선 통신등의 근거리통신이 가능하도록 구성될 수 있다.
또는, NFC, 블루투스와 같은 상기 무선통신 외에 CAN, RS485 등의 유선 통신을 통해 충전스테이션과 배터리 모듈(100) 또는 배터리랙(200)이 통신할 수도 있다.
더하여, 충전스테이션에는 각종 정보가 출력되고, 결제서비스 화면을 조작하기 위한 인터페이스 기능을 하는 터치스크린이나 디스플레이장치로 된 모니터가 구비될 수도 있다. 상기 터치스크린이나 디스플레이로 된 모니터는 도 3 및 도 4에 도시된 디스플레이 모듈(400)을 포함할 수 있다.
배터리 수명등급 산정단계(S520)는 해당 배터리 셀들의 전압, 온도, 내부저항, 배터리 셀간의 내부저항편차 및 배터리 셀간의 전압편차 중 어느 하나를 통해 해당 배터리 모듈(100)에 대한 배터리 수명등급을 산정하도록 구성될 수 있다. 이때, 각 배터리 모듈(100)에 대한 고유번호 별로 각 배터리 모듈(100)의 수명등급을 저장하고 관리하도록 구성될 수 있으며, 상기 고유번호는 모듈 식별번호, 모듈 인증 암호화 정보와 같은 모듈 식별 정보를 의미할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100)의 수명등급은 1~5 등급으로 나뉘도록 구성될 수 있으며, 배터리 수명이 가장 높은 1등급부터 배터리 수명이 가장 낮은 5등급으로 이루어질 수 있다.
요금산정단계(S530)는 반납된 배터리 모듈(100)의 배터리 사용량과 저장된 각 배터리 모듈(100)의 배터리 수명등급을 바탕으로 충전요금을 산정하고, 산정된 충전요금을 충전스테이션으로 전송하도록 구성된다. 여기서 반납된 배터리 모듈(100)의 배터리 사용량은 전체배터리 충전용량에 대해 사용된 배터리 량을 백분율로 나타낸 값이 될 수 있으며, 반납된 배터리 모듈(100)의 배터리 사용량은 충전스테이션의 배터리 모듈(100) 상태검출단계(S510)에서 검출되어 관리서버에 제공된 것이 사용될 수 있다.
예를 들어, 반납된 배터리 모듈(100)의 배터리 사용량과 수명등급에 따라 가중치를 부여하여 충전요금을 산정하도록 구성될 수 있다.
상술한 내용은 단지 본 출원의 구체적인 실시형태일 뿐, 본 출원의 보호범위는 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원이 밝히는 기술범위 내에서 변화 또는 대체를 쉽게 생각해 낼 수 있고, 이러한 변화 또는 치환 또한 본 출원의 보호범위에 속한다. 따라서, 본 출원의 보호범위는 청구범위의 보호 범위에 준한다.
100: 배터리 모듈 101: 슬레이브 BMS
102: 배터리 어셈블리 103: 배터리 홀더
104: 스위치 릴레이 110: 케이스
120: 프레임 130: 손잡이
200: 배터리랙 201: 홀
202: 양방향 전력변환장치 203: 마스터 BMS
210: 배터리 거치대 300: 플러그인 커넥터
400: 디스플레이 모듈 500: 태양광 발전 모듈

Claims (11)

  1. 에너지 저장장치로서,
    복수의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀과 연결되어 상기 배터리 셀의 상태를 제어하는 슬레이브 BMS를 포함하는 복수의 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 모듈이 장착되는 홀; 상기 홀을 통해 장착된 상기 배터리 모듈에 교류전원으로부터 변환한 직류 전원을 충전하거나 충전된 배터리 모듈의 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 계통으로 방전시키는 양방향 전력변환장치; 및 장착된 상기 배터리 모듈의 배터리 충방전 상태를 조절하도록 상기 양방향 전력변환장치를 제어하는 마스터 BMS;를 포함하는 배터리랙; 을 포함하며,
    상기 양방향 전력변환장치는, 상기 복수의 배터리 모듈이 탈부착되어도 상기 배터리 모듈 간에 별도의 배터리 밸런싱 없이 충방전이 수행되도록 상기 복수의 배터리 모듈 각각과 일대일로 직렬 연결되고, 상기 양방향 전력변환장치와 각각 일대일로 직렬 연결된 복수의 배터리 모듈은 상기 양방향 전력변환장치를 통해 계통에 병렬 연결되며,
    상기 배터리랙과 탈부착되도록 상기 양방향 전력변환장치와 상기 배터리 모듈 사이에 전력선과 통신선이 통과하는 플러그인 커넥터가 배치되는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리랙은, 상기 플러그인 커넥터를 분리하여 이미 완충된 배터리 모듈을 탈착하거나, 상기 플러그인 커넥터를 연결하여 방전된 배터리 모듈을 부착하도록 구성되며,
    상기 마스터 BMS는, 복수의 배터리랙간 연결되도록 적어도 다른 하나의 배터리랙의 마스터 BMS와 통신 연결되는 통신모듈을 더 포함하는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는, 상기 배터리 모듈의 상기 배터리랙과의 부착 여부를 검출하고, 상기 배터리랙에 부착되어 충전되고 있는 배터리 모듈들의 배터리상태정보를 상기 슬레이브 BMS로부터 전달받아, 상기 배터리상태정보에 따라 상기 배터리랙과 연결된 배터리 모듈 각각의 충방전 및 이에 대응하는 상기 양방향 전력변환장치 각각의 구동을 제어하는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 배터리상태정보는, 모듈 식별번호 및 모듈 인증 암호화 정보 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 모듈 식별 정보와, 배터리 셀들의 전압, 온도, 내부저항, 배터리 셀간의 내부저항편차 및 배터리 셀간의 전압편차 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 정보를 포함하는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는, 상기 마스터 BMS와 연결된 적어도 다른 하나의 배터리랙의 마스터 BMS와 통신하여 전체 배터리랙과 연결된 전체 배터리 모듈 각각의 충방전 및 이에 대응하는 상기 양방향 전력 변환장치 각각의 구동을 제어하는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 마스터 BMS는, 통신 연결된 전체 배터리랙에 각각 장착된 복수의 배터리 모듈 사이의 SOC(State of Charge) 차이가 일정 수치 이하가 되도록 상기 양방향 전력변환장치를 구동하여 상기 복수의 배터리 모듈 별　SOC 밸런싱을 수행하며,
    상기 SOC 밸런싱은 상기 복수의 배터리 모듈에 대해 일정한 직류 전류가 인가되도록 정전류 모드(CC)로 제어하고, 상기 복수의 배터리 모듈이 목표 전압에 도달하면 일정한 전압이 제공되도록 정전압 모드(CV)로 제어하는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치의 상부에 태양광 패널을 포함하는 태양광 발전 모듈이 설치되며,
    상기 배터리랙은 상기 태양광 발전 모듈과 전기적으로 연결되어 상기 태양광 발전 모듈의 발전에 의해 생산되는 전력을 상기 배터리랙과 연결된 상기 배터리 모듈 중 적어도 하나에 저장하는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 홀은 상기 배터리랙의 전방에 일체로 구성되며, 상기 양방향 전력변환장치는 상기 배터리랙의 전방을 통해 장착된 배터리 모듈과 연결되도록 상기 배터리랙의 후방에 배치되는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 배터리랙은 상기 배터리 모듈 탈부착이 용이하도록 슬라이딩 거치가 가능한 배터리 거치대; 및 개폐가 가능한 잠금장치;를 포함하며,
    상기 배터리 모듈은 상기 배터리랙에서 탈부착이 용이하도록 상기 배터리랙과 접촉되는 상기 배터리 모듈의 모서리부 또는 상하부면에 슬라이딩 방식으로 결합된 범퍼; 및 상기 플러그인 커넥터가 설치된 일측의 반대편에 설치된 손잡이;를 포함하는, 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 배터리 모듈을 탈부착 가능한 확장형 에너지 저장장치를 포함하며, 상기 배터리 모듈이 여러 개 충전가능하도록 구성되며, 상기 배터리랙에 사용된 배터리 모듈이 반납되면, 관리서버로부터 정산된 충전요금을 수신하여 충전요금을 안내하고 충전요금이 결제완료되면, 잠금장치를 해제하고 미리 충전완료된 배터리 모듈로 교환해주는 충전스테이션; 및
    상기 반납된 배터리 모듈의 배터리 사용량과 배터리 모듈 수명등급에 따라, 차등적으로 충전요금을 산정하여 상기 충전스테이션으로 산정된 상기 충전요금을 전송하는 관리서버;를 포함하며,
    상기 배터리랙에 장착된 각 배터리 모듈들의 배터리상태정보를 측정하여 각 배터리 모듈의 상기 배터리상태정보를 상기 관리서버에 전송하는 배터리 모듈 상태검출 단계;
    상기 배터리상태정보를 기반으로 상기 각 배터리 모듈들에 대한 배터리 모듈 수명등급을 산정하고, 산정된 배터리 모듈 수명등급을 상기 관리서버에 저장관리하는 배터리 모듈 수명등급 산정단계; 및,
    상기 반납된 배터리 모듈의 배터리 사용량 및 배터리 모듈 수명등급과, 교환될 배터리 모듈에 대한 배터리 모듈 수명등급을 기반으로, "충전요금 = 기본 충전요금 * 반납된 배터리 모듈의 배터리 사용량에 따른 비율 * (반납된 배터리 모듈의 수명등급 / 교환될 배터리 모듈의 수명등급) "으로 이루어진 산정식에 의해 상기 충전요금을 산정하는 요금산정단계;를 포함하는, 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 수명등급 산정단계는, 각 배터리 모듈에 대한 충전 이력, 방전 이력, 현재 SOC 값, 배터리 셀들의 전압, 온도 및 내부저항 중 적어도 하나의 축적된 데이터를 이용하여 배터리 모듈 수명등급을 산정하는, 배터리 모듈 교환에 따른 과금 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230132033A (ko) 2022-03-08 2023-09-15 한국전력정보(주) 분산자원 운영을 위한 모듈형 에너지 저장 시스템 및 그것의 상태 감시 방법
WO2024054014A1 (ko) * 2022-09-05 2024-03-14 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5612606A (en) * 1994-09-15 1997-03-18 David C. Guimarin Battery exchange system for electric vehicles
KR20130054754A (ko) * 2011-11-17 2013-05-27 엘지전자 주식회사 태양광 발전 장치 연계형 전원공급시스템
KR20130128181A (ko) * 2012-05-16 2013-11-26 엘지전자 주식회사 에너지 저장장치
KR20140138067A (ko) * 2013-05-23 2014-12-03 삼성에스디아이 주식회사 배터리 랙 및 그 구동 방법
US20150367743A1 (en) * 2014-06-18 2015-12-24 Go-Tech Energy Co., Ltd. Electric vehicle battery exchanging system for reuse applications
KR20180079769A (ko) * 2017-01-02 2018-07-11 엘지전자 주식회사 배터리 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5612606A (en) * 1994-09-15 1997-03-18 David C. Guimarin Battery exchange system for electric vehicles
KR20130054754A (ko) * 2011-11-17 2013-05-27 엘지전자 주식회사 태양광 발전 장치 연계형 전원공급시스템
KR20130128181A (ko) * 2012-05-16 2013-11-26 엘지전자 주식회사 에너지 저장장치
KR20140138067A (ko) * 2013-05-23 2014-12-03 삼성에스디아이 주식회사 배터리 랙 및 그 구동 방법
US20150367743A1 (en) * 2014-06-18 2015-12-24 Go-Tech Energy Co., Ltd. Electric vehicle battery exchanging system for reuse applications
KR20180079769A (ko) * 2017-01-02 2018-07-11 엘지전자 주식회사 배터리 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230132033A (ko) 2022-03-08 2023-09-15 한국전력정보(주) 분산자원 운영을 위한 모듈형 에너지 저장 시스템 및 그것의 상태 감시 방법
WO2024054014A1 (ko) * 2022-09-05 2024-03-14 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법

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