KR102346847B1 - Energy storage system and control method of energy storage system - Google Patents

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KR102346847B1
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백종명
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(주)에이피이씨
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Abstract

An energy storage device according to one technical aspect of the present invention comprises: an energy storage unit which includes a plurality of battery racks, wherein each of the battery racks includes a plurality of battery cells connected in series; a shunt unit which includes a plurality of shunts provided at an input end of the energy storage unit and an input end of the plurality of battery racks; and a control unit which calculates a circulating current generated between the plurality of battery racks by using the current sensed by the shunt unit. According to one embodiment of the present invention, provided is an effect of fundamentally preventing the energy storage device from being damaged, by calculating a calorific value of the energy storage device and determining whether the energy storage device is overcharged.

Description

에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법 {ENERGY STORAGE SYSTEM AND CONTROL METHOD OF ENERGY STORAGE SYSTEM} ENERGY STORAGE SYSTEM AND CONTROL METHOD OF ENERGY STORAGE SYSTEM

본 발명은 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로 에너지 저장장치의 발열량을 산출하고 및 과충전 여부를 판단하여 에너지 저장장치의 파손을 원천적으로 방지할 수 있는 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법에 관한 것 이다.The present invention relates to an energy storage device and a method for controlling the energy storage device, and more specifically, an energy storage device and energy that can fundamentally prevent damage to the energy storage device by calculating the calorific value of the energy storage device and determining whether or not overcharging is present. It relates to the control method of the storage device.

에너지 저장장치는 대용량을 에너지를 축전하여 저장하였다가, 정전 등의 전력이 필요한 경우 축전된 에너지를 제공하는 장치이다. An energy storage device is a device that stores and stores a large amount of energy, and provides the stored energy when power is needed, such as a power outage.

에너지 저장장치는 배터리 기술의 발전에 따라 보다 대용량을 커버할 수 있게 됨에 따라, 전기 에너지의 안정적 공급이 필수적인 분야, 예컨대, 반도체 생산 라인, 병원 수술실 등 다양한 분야에 적용되고 있다. As the energy storage device can cover a larger capacity according to the development of battery technology, it is being applied to various fields, such as a semiconductor production line, a hospital operating room, etc., in which a stable supply of electrical energy is essential.

이러한 에너지 저장징치는, 병렬 연결된 복수의 랙을 포함하고, 랙 각각은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함한다.The energy storage device includes a plurality of racks connected in parallel, and each of the racks includes a plurality of battery cells connected in series.

에너지 저장장치에는 에너지 저장장치의 충방전을 제어하는 제어장치를 포함하며, 여기에서, 제어 장치는 랙 단위로 전압 및 전류를 모니터링 하여 과충전 여부를 판단한다.The energy storage device includes a control device for controlling charging and discharging of the energy storage device, wherein the control device monitors voltage and current in units of racks to determine whether overcharging occurs.

한편, 랙 간 전압차에 의하여 순환 전류가 발생하는데, 종래의 제어 장치의 경우, 순환 전류를 확인하지 못하여 어느 특정 랙이 과충전 되어도 이를 확인하기 어렵고 그로 인한 배터리 화재나 폭발이 발생할 위험성에 노출되는 문제점이 있다.On the other hand, circulating current is generated by the voltage difference between the racks. In the case of a conventional control device, it is difficult to check the circulating current even if a specific rack is overcharged, and the resulting battery fire or explosion is exposed to the risk of occurrence. There is this.

또한, 종래의 제어 장치는 개방전압에 따른 충전 상태(States Of Charge) 퍼센티지를 이용하여 과충전 상태를 판단한다. 그러나, 랙은 복수의 배터리 셀이 직렬로 연결되어 있고, 이러한 직렬 연결된 복수의 배터리 셀 중 일부가 과충전 -예컨대, 200% 이상 과충전- 되어도 직렬 연결된 랙 전체의 개방 전압이 SOC 유효 범위 이내에 있는 경우에는 이를 감지하지 못한다. 따라서, 특정 배터리 셀의 과충전이 발생하여도 이를 감지하지 못하고, 과충전된 배터리 셀의 온도 상승에 의한 화재에 취약한 문제점이 있다.In addition, the conventional control device determines the overcharge state by using the percentage of states of charge according to the open circuit voltage. However, in a rack, a plurality of battery cells are connected in series, and even if some of the plurality of series-connected battery cells are overcharged - for example, overcharged by 200% or more - if the open-circuit voltage of the entire series-connected rack is within the SOC effective range can't detect this Accordingly, even if overcharge of a specific battery cell occurs, it is not detected, and there is a problem in that the overcharged battery cell is vulnerable to fire due to a rise in temperature.

한국공개특허 제10-2009-0038607호Korean Patent Publication No. 10-2009-0038607

본 발명의 일 기술적 측면은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 에너지 저장장치의 발열량을 산출하고 및 과충전 여부를 판단하여 에너지 저장장치의 파손을 원천적으로 방지할 수 있는 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법에 관한 것 이다.One technical aspect of the present invention is to solve the problems of the prior art, and an energy storage device capable of fundamentally preventing damage to the energy storage device by calculating the calorific value of the energy storage device and determining whether or not overcharging is performed. It relates to a control method of an energy storage device.

또한, 본 발명의 일 기술적 측면은, 배터리 저장장치의 각 랙에 대한 내부 저항을 감지하고 이를 기초로 랙 단위로 발열량을 계산하여 랙에 포함된 배터리 셀의 의한 온도 상승을 감지함으로써, 배터리 셀의 온도 상승에 의한 화재를 원천적으로 방지할 수 있는 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.In addition, one technical aspect of the present invention is by detecting the internal resistance of each rack of the battery storage device and calculating the amount of heat generated by the rack unit based on this and sensing the temperature rise of the battery cells included in the rack, the battery cell An object of the present invention is to provide an energy storage device and a control method of the energy storage device capable of fundamentally preventing fire due to temperature rise.

또한, 본 발명의 일 기술적 측면은, 전체 충전 전류 및 각 랙에 입력되는 충전 전류를 감지하고 이를 기초로 각 랙 간에 유발되는 순환 전류를 산출하며, 충전 전류 및 순환 전류를 모두 고려하여 각각의 랙에 과충전이 발생하는지 판단함으로써, 순환 전류로 인한 과충전을 차단하고 과충전에 의한 파손이나 폭발을 방지할 수 있는 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.In addition, one technical aspect of the present invention detects the total charging current and the charging current input to each rack and calculates the circulating current induced between each rack based on this, and each rack in consideration of both the charging current and the circulating current An object of the present invention is to provide an energy storage device and a control method of the energy storage device that can block overcharge due to circulating current and prevent damage or explosion due to overcharge by determining whether overcharge occurs in the .

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from preferred embodiments of the present invention by those skilled in the art.

본 발명의 일 기술적 측면은 에너지 저장 장치를 제안한다. 상기 에너지 저장 장치는, 복수의 배터리 랙 -상기 배터리 랙은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함함- 을 포함하는 에너지 저장부, 상기 에너지 저장부의 입력단 및 상기 복수의 배터리 랙의 입력단에 구비되는 복수의 션트를 포함하는 션트부 및 상기 션트부에서 감지된 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 간에 발생하는 순환 전류를 산출하는 제어부를 포함 할 수 있다.One technical aspect of the present invention proposes an energy storage device. The energy storage device includes a plurality of battery racks, wherein the battery rack includes a plurality of battery cells connected in series. It may include a shunt unit including a shunt and a control unit for calculating a circulating current generated between the plurality of battery racks by using the current sensed in the shunt unit.

일 실시예에서, 상기 션트부는, 상기 에너지 저장부의 입력단에 연결되는 입력 션트 및 상기 복수의 배터리 랙의 입력단에 각각 개별적으로 연결되는 복수의 랙 션트를 포함 할 수 있다.In one embodiment, the shunt unit may include an input shunt connected to the input terminal of the energy storage unit and a plurality of rack shunts respectively connected to the input terminals of the plurality of battery racks.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 복수의 랙 션트를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 마다 유입 또는 유출되는 복수의 랙 전류를 감지하고, 상기 입력 션트를 통하여 입력되는 입력 전류를 기초로 상기 복수의 랙 전류의 유입량 및 유출량의 변화를 계산하여 상기 순환 전류를 산출 할 수 있다.In one embodiment, the controller detects a plurality of rack currents flowing in or out for each of the plurality of battery racks by using the plurality of rack shunts, and based on the input current input through the input shunt, the plurality of The circulating current can be calculated by calculating the change in the inflow and outflow of the rack current.

일 실시예에서, 상기 랙 전류는, 배터리 랙으로 유입되는 유입 랙 전류와, 상기 배터리 랙에서 유츌되는 유출 랙 전류를 포함 할 수 있다. 여기에서, 상기 제어부는, 적어도 하나의 배터리 랙에서 상기 유출 랙 전류가 감지되면, 상기 복수의 배터리 랙에서 검출된 복수의 유입 랙 전류의 합산된 값과 상기 입력 전류를 비교하여, 순환 전류의 흐름 및 순환 전류량을 산출하는 순환전류 산출모듈 및 상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 기초로 어느 배터리 랙에 기준 이상의 전류가 유입되는 것을 방지하는 제어 모듈을 포함 할 수 있다.In one embodiment, the rack current may include an inflow rack current flowing into the battery rack, and an outflow rack current flowing from the battery rack. Here, the control unit, when the outflow rack current is sensed in at least one battery rack, compares the input current with the summed value of a plurality of inflow rack currents detected in the plurality of battery racks, the flow of circulating current And it may include a circulating current calculation module for calculating the amount of circulating current and a control module for preventing a current greater than a standard from flowing into any battery rack based on the circulating current and the rack current.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 랙 내부저항을 산출하고, 산출된 상기 랙 내부저항을 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하며, 산출된 발열량이 임계 온도를 초과하는 경우 해당 배터리 랙에 대한 전류 유입을 차단 할 수 있다.In one embodiment, the control unit calculates a rack internal resistance for each of the plurality of battery racks using the circulating current and the rack current, and uses the calculated internal resistance of the rack to each of the plurality of battery racks Calculates the calorific value for the battery, and when the calculated calorific value exceeds the critical temperature, the current inflow to the corresponding battery rack can be blocked.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 입력단의 양단 전압, 상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대하여 내부 저항을 산출하고, 상기 순환 전류, 상기 랙 전류 및 배터리 랙의 내부 저항을 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하는 발열량 산출모듈을 더 포함 할 수 있다.In one embodiment, the controller calculates the internal resistance for each of the plurality of battery racks using the voltage across the input terminal, the circulating current and the rack current, and the circulating current, the rack current and the inside of the battery rack It may further include a calorific value calculation module for calculating the calorific value for each of the plurality of battery racks using a resistor.

일 실시예에서, 상기 제어 모듈은, 어느 배터리 랙의 발열량이 임계 기준을 초과하는 경우, 해당 배터리 랙에 대한 충전을 정지시킬 수 있다.In one embodiment, the control module, when the amount of heat of any battery rack exceeds a threshold criterion, may stop charging for the corresponding battery rack.

본 발명의 다른 일 기술적 측면은 에너지 저장 장치의 제어방법을 제안한다. 상기 에너지 저장 장치의 제어방법은, 복수의 배터리 랙 -상기 배터리 랙은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함함- 을 포함하는 에너지 저장부를 이용한 에너지 저장 장치의 제어방법으로서, 상기 에너지 저장부의 입력단에 입력 션트를, 상기 복수의 배터리 랙의 입력단에 각각 복수의 랙 션트를 구비하는 단계, 상기 복수의 랙 션트를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 마다 유입 또는 유출되는 복수의 랙 전류를 감지하는 단계 및 상기 입력 션트를 통하여 입력되는 입력 전류를 기초로 상기 복수의 랙 전류의 유입량 및 유출량의 변화를 계산하여 순환 전류를 산출하는 단계를 포함 할 수 있다.Another technical aspect of the present invention proposes a method for controlling an energy storage device. The control method of the energy storage device is a control method of an energy storage device using an energy storage unit including a plurality of battery racks, wherein the battery rack includes a plurality of battery cells connected in series, and is input to an input terminal of the energy storage unit. Providing a shunt, each with a plurality of rack shunts at the input end of the plurality of battery racks, detecting a plurality of rack currents flowing in or out for each of the plurality of battery racks using the plurality of rack shunts, and the input It may include calculating a circulating current by calculating changes in the inflow and outflow of the plurality of rack currents based on the input current input through the shunt.

일 실시예에서, 상기 랙 전류는, 배터리 랙으로 유입되는 유입 랙 전류와, 상기 배터리 랙에서 유츌되는 유출 랙 전류를 포함 할 수 있다.In one embodiment, the rack current may include an inflow rack current flowing into the battery rack, and an outflow rack current flowing from the battery rack.

일 실시예에서, 상기 순환 전류를 산출하는 단계는, 적어도 하나의 배터리 랙에서 상기 유출 랙 전류가 감지되면, 상기 복수의 배터리 랙에서 검출된 복수의 유입 랙 전류의 합산된 값과 상기 입력 전류를 비교하여, 순환 전류의 흐름 및 순환 전류량을 산출하는 단계를 포함 할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the circulating current, when the outflow rack current is sensed in at least one battery rack, the summed value of a plurality of inflow rack currents detected in the plurality of battery racks and the input current By comparison, it may include calculating the flow of the circulating current and the amount of circulating current.

일 실시예에서, 상기 에너지 저장 장치의 제어 방법은, 상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 기초로 어느 배터리 랙에 기준 이상의 전류가 유입되는 것을 방지하는 단계를 더 포함 할 수 있다.In one embodiment, the control method of the energy storage device, based on the circulating current and the rack current may further include the step of preventing more than a standard current from flowing into any battery rack.

일 실시예에서, 상기 에너지 저장 장치의 제어 방법은, 상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 랙 내부저항을 산출하고, 산출된 상기 랙 내부저항을 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하는 단계를 더 포함 할 수 있다.In one embodiment, the control method of the energy storage device calculates a rack internal resistance for each of the plurality of battery racks using the circulating current and the rack current, and uses the calculated rack internal resistance to the plurality of It may further include the step of calculating the calorific value for each of the battery rack.

일 실시예에서, 상기 발열량을 산출하는 단계는, 입력단의 양단 전압, 상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대하여 내부 저항을 산출하는 단계 및 상기 순환 전류, 상기 랙 전류 및 배터리 랙의 내부 저항을 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하는 단계를 포함 할 수 있다.In one embodiment, the calculating of the amount of heat generated includes calculating the internal resistance for each of the plurality of battery racks using the voltage across both ends of the input terminal, the circulating current and the rack current, and the circulating current, the rack current And by using the internal resistance of the battery rack may include the step of calculating the calorific value for each of the plurality of battery racks.

일 실시예에서, 상기 에너지 저장 장치의 제어 방법은, 어느 배터리 랙의 발열량이 임계 기준을 초과하는 경우, 해당 배터리 랙에 대한 충전을 정지시키는 단계를 더 포함 할 수 있다.In one embodiment, the control method of the energy storage device, when the amount of heat of a certain battery rack exceeds a threshold criterion, the step of stopping charging for the corresponding battery rack may further include.

상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The means for solving the above-described problems do not enumerate all the features of the present invention. Various means for solving the problems of the present invention may be understood in more detail with reference to specific embodiments in the following detailed description.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 에너지 저장장치의 발열량을 산출하고 및 과충전 여부를 판단하여 에너지 저장장치의 파손을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, there is an effect that can fundamentally prevent damage to the energy storage device by calculating the calorific value of the energy storage device and determining whether the energy storage device is overcharged.

또한, 본 발명의 일 기술적 측면은, 배터리 저장장치의 각 랙에 대한 내부 저항을 감지하고 이를 기초로 랙 단위로 발열량을 계산하여 랙에 포함된 배터리 셀의 의한 온도 상승을 감지함으로써, 배터리 셀의 온도 상승에 의한 화재를 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, one technical aspect of the present invention is by detecting the internal resistance of each rack of the battery storage device and calculating the amount of heat generated by the rack unit based on this and sensing the temperature rise of the battery cells included in the rack, the battery cell There is an effect that can fundamentally prevent fire caused by temperature rise.

또한, 본 발명의 일 기술적 측면은, 전체 충전 전류 및 각 랙에 입력되는 충전 전류를 감지하고 이를 기초로 각 랙 간에 유발되는 순환 전류를 산출하며, 충전 전류 및 순환 전류를 모두 고려하여 각각의 랙에 과충전이 발생하는지 판단함으로써, 순환 전류로 인한 과충전을 차단하고 과충전에 의한 파손이나 폭발을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, one technical aspect of the present invention detects the total charging current and the charging current input to each rack and calculates the circulating current induced between each rack based on this, and each rack in consideration of both the charging current and the circulating current By judging whether overcharging occurs, there is an effect of blocking overcharging due to circulating current and preventing damage or explosion due to overcharging.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서, 제어부가 순환 전류를 산출하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치에 적용 가능한 제어부의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서, 제어부가 발열량을 검출하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 등가회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 예에서 제어 모듈에 의하여 수행되는 랙 보호 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 일 구조를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 예에서 제어 모듈에 의하여 수행되는 보호 정지 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
1 is a view for explaining an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example in which a control unit calculates a circulating current according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an embodiment of a control unit applicable to an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining an example in which the control unit detects the amount of heat, according to an embodiment of the present invention.
5 is an equivalent circuit diagram of FIG. 4 .
6 is a view for explaining an example of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the rack protection function performed by the control module in the example shown in FIG.
8 is a view for explaining a structure of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a protection stop function performed by the control module in the example shown in FIG.
10 is a flowchart illustrating a method of controlling an energy storage device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. However, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

즉, 전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.That is, the above-described objects, features and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps.

또한, 이하에서 본 발명에 따른 시스템을 설명하기 위하여 다양한 구성요소 및 그의 하부 구성요소에 대하여 설명하고 있다. 이러한 구성요소 및 그의 하부 구성요소들은, 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합 등 다양한 형태로서 구현될 수 있다. 예컨대, 각 요소들은 해당 기능을 수행하기 위한 전자적 구성으로 구현되거나, 또는 전자적 시스템에서 구동 가능한 소프트웨어 자체이거나 그러한 소프트웨어의 일 기능적인 요소로 구현될 수 있다. 또는, 전자적 구성과 그에 대응되는 구동 소프트웨어로 구현될 수 있다.In addition, various components and sub-components thereof are described below in order to describe the system according to the present invention. These components and sub-components thereof may be implemented in various forms, such as hardware, software, or a combination thereof. For example, each element may be implemented as an electronic configuration for performing a corresponding function, or may be software itself operable in an electronic system or implemented as a functional element of such software. Alternatively, it may be implemented with an electronic configuration and corresponding driving software.

본 명세서에 설명된 다양한 기법은 하드웨어 또는 소프트웨어와 함께 구현되거나, 적합한 경우에 이들 모두의 조합과 함께 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "부(Unit)", "서버(Server)" 및 "시스템(System)" 등의 용어는 마찬가지로 컴퓨터 관련 엔티티(Entity), 즉 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 시의 소프트웨어와 등가로 취급할 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템에서 실행되는 각 기능은 모듈단위로 구성될 수 있고, 하나의 물리적 메모리에 기록되거나, 둘 이상의 메모리 및 기록매체 사이에 분산되어 기록될 수 있다.The various techniques described herein may be implemented with hardware or software, or a combination of both, where appropriate. As used herein, terms such as "Unit", "Server" and "System" likewise refer to computer-related entities, i.e. hardware, a combination of hardware and software, software or It can be treated as equivalent to software at the time of execution. In addition, each function executed in the system of the present invention may be configured in units of modules, and may be recorded in one physical memory, or may be recorded while being dispersed between two or more memories and recording media.

본 발명의 실시형태를 설명하기 위하여 다양한 순서도가 개시되고 있으나, 이는 각 단계의 설명의 편의를 위한 것으로, 반드시 순서도의 순서에 따라 각 단계가 수행되는 것은 아니다. 즉, 순서도에서의 각 단계는, 서로 동시에 수행되거나, 순서도에 따른 순서대로 수행되거나, 또는 순서도에서의 순서와 반대의 순서로도 수행될 수 있다. Although various flowcharts are disclosed to describe the embodiments of the present invention, this is for convenience of description of each step, and each step is not necessarily performed according to the order of the flowchart. That is, each step in the flowchart may be performed simultaneously with each other, performed in an order according to the flowchart, or may be performed in an order opposite to the order in the flowchart.

이하에서는, 본 발명에 따른, 에너지 저장장치 및 에너지 저장장치의 제어 방법의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of an energy storage device and a method for controlling the energy storage device according to the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an energy storage device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 에너지 저장 장치는 에너지 저장부(100), 션트부(200), 전력 변환부(PCS, Power Conditioning Syste) (400) 및 제어부(300, 도 2에 도시됨)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the energy storage device may include an energy storage unit 100 , a shunt unit 200 , a Power Conditioning Syste (PCS) 400 and a control unit 300 (shown in FIG. 2 ). can

에너지 저장부(100)는 복수의 배터리 랙(110 내지 130)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 랙(110 내지 130)은 서로 병렬 연결될 수 있다.Energy storage unit 100 may include a plurality of battery racks (110 to 130). A plurality of battery racks (110 to 130) may be connected to each other in parallel.

각각의 배터리 랙(110 내지 130)은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 각 배터리 랙은 직렬 연결된 배터리 셀이 2열로 병렬 연결된 예를 도시하고 있으며, 이는 예시적인 것으로서 이에 한정되는 것은 아니다.Each battery rack 110 to 130 may include a plurality of battery cells connected in series. In the example shown in FIG. 1, each battery rack shows an example in which battery cells connected in series are connected in parallel in two rows, which is illustrative and not limited thereto.

전력 변환부(PCS, Power Conditioning Syste) (400)는 에너지 저장부(100)의 입력단에 연결되어, 제어부(300)의 제어에 따라 배터리 랙에 전력을 공급할 수 있다.The power conversion unit (PCS, Power Conditioning Syste) 400 is connected to the input terminal of the energy storage unit 100 , and may supply power to the battery rack under the control of the control unit 300 .

션트부(200)는 에너지 저장부(100)의 입력단 배터리 랙의 입력단에 구비되는 복수의 션트를 포함할 수 있다. 도 1의 도시된 예에서, 션트부(200)는 에너지 저장부의 입력단(100)에 연결되는 입력 션트(201)와, 복수의 배터리 랙(110 내지 130)의 입력단에 각각 개별적으로 연결되는 복수의 랙 션트(210 내지 230)를 포함할 수 있다.The shunt unit 200 may include a plurality of shunts provided at the input end of the input end battery rack of the energy storage unit 100 . In the illustrated example of FIG. 1 , the shunt unit 200 includes an input shunt 201 connected to the input terminal 100 of the energy storage unit, and a plurality of battery racks 110 to 130 respectively individually connected to the input terminals. Rack shunts 210 to 230 may be included.

션트부(200)에 포함된 각각의 션트는 션트를 통과하는 전류의 방향 및 크기를 감지할 수 있다. 예컨대, 션트는 션트 저항을 포함할 수 있고, 제어부(300)는 션트 저항을 이용하여 션트 저항을 흐르는 전류의 방향과 크기를 확인할 수 있다.Each shunt included in the shunt unit 200 may sense the direction and magnitude of a current passing through the shunt. For example, the shunt may include a shunt resistor, and the controller 300 may check the direction and magnitude of a current flowing through the shunt resistor using the shunt resistor.

여기에서, 션트는 일반적인 전류 센서 (예컨대, 홀 센서 등)와 달리, 그보다 미세한 전류를 감지하여야 한다. 이를 위하여, 션트는 아래의 수학식 1과 같은 전류 측정 범위를 만족하여야 한다.Here, the shunt must sense a smaller current, unlike a general current sensor (eg, a Hall sensor, etc.). To this end, the shunt must satisfy the current measurement range as in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

션트의 전류 측정 범위의 최소값 ≤

Figure 112020143789941-pat00001
Minimum value of shunt's current measurement range ≤
Figure 112020143789941-pat00001

여기에서, C.Max-rate는 배터리 셀의 최대 충전 전류를, n은 직렬 연결된 배터리 셀의 수, m은 병렬 연결된 배터리 셀 열의 수이다.Here, C.Max-rate is the maximum charging current of the battery cells, n is the number of battery cells connected in series, and m is the number of rows of battery cells connected in parallel.

예컨대, 배터리 셀의 최대 충전 전류가 50A, 240개의 직렬 연결된 배터리 셀을 2열 구비한 배터리 랙의 경우, 약 0.1A의 전류를 읽을 수 있어야 한다. For example, the maximum charging current of the battery cells is 50A, in the case of a battery rack having two rows of 240 series-connected battery cells, a current of about 0.1A must be read.

제어부(300)는 션트부(200)에서 감지된 전류를 이용하여 복수의 배터리 랙(110 내지 130) 간에 발생하는 순환 전류를 산출할 수 있다. The control unit 300 may calculate the circulating current generated between the plurality of battery racks 110 to 130 by using the current sensed by the shunt unit 200 .

예컨대, 제어부(300)는 입력 션트를 통하여 입력되는 입력 전류를 기초로 복수의 랙 전류의 유입량 및 유출량의 변화를 계산하여 순환 전류를 산출할 수 있다. For example, the controller 300 may calculate the circulating current by calculating changes in the inflow and outflow of a plurality of rack currents based on the input current input through the input shunt.

일 예로, 제어부(300)는 복수의 랙 션트를 이용하여 복수의 배터리 랙 마다 유입 또는 유출되는 복수의 랙 전류를 감지하고, 입력 션트를 통하여 입력되는 입력 전류를 기초로 복수의 랙 전류의 유입량 및 유출량의 변화를 계산하여 순환 전류를 산출할 수 있다.For example, the controller 300 detects a plurality of rack currents flowing in or out of each battery rack by using a plurality of rack shunts, and based on the input current input through the input shunt, the amount of inflow of the plurality of rack currents and The circulating current can be calculated by calculating the change in the outflow.

순환 전류란, 병렬 연결된 축전 수단 간에 발생하는 전류의 흐름으로서, 병렬 연결된 축전 수단이 서로 다른 전압을 가지는 경우, 전압 차에 의하여 자연히 유발되는 전류이다.The circulating current is a flow of current generated between power storage means connected in parallel, and is a current naturally induced by a voltage difference when the power storage means connected in parallel have different voltages.

본 발명과 같이 복수의 배터리 랙이 병렬 연결되는 경우, 배터리 랙 간의 전압 차이에 의하여 어느 배터리 랙에서 다른 배터리 랙으로 흐르는 순환 전류가 유발될 수 있다.When a plurality of battery racks are connected in parallel as in the present invention, a circulating current flowing from one battery rack to another battery rack may be induced by a voltage difference between the battery racks.

이런 순환 전류는, 랙 별 충전 상태(SOC, States Of Charge) 정보에 오차를 유발시키고, 특히 순환 전류가 충전 전류의 역방향으로 흐르는 경우, 종래 기술의 경우 이러한 충전 전류와 순환 전류의 상쇄된 전류만을 감지하므로 특정 랙이 과충전되어도 이를 감지하지 못한다.This circulating current causes an error in the state of charge (SOC) information for each rack, and in particular, when the circulating current flows in the reverse direction of the charging current, in the case of the prior art, only the offset current of the charging current and the circulating current It does not detect when a particular rack is overcharged.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 에너지 저장부의 입력단(100)에서 전력 변환부(PCS, Power Conditioning Syste) (400)에서 공급하는 전류를 감지하고, 랙 션트를 이용하여 각 랙에 흐르는 전류를 감지하여 순환 전류를 산출해 낼 수 있다.Therefore, in one embodiment of the present invention, the input terminal 100 of the energy storage unit detects the current supplied from the power conversion unit (PCS, Power Conditioning Syste) 400, and the current flowing through each rack using the rack shunt It can be sensed to calculate the circulating current.

이와 같이 순환 전류를 산출하여 반영함으로써, 배터리 랙의 발열량을 계산 시 순환 전류로 인한 영향을 반영함으로써 보다 정확하게 발열량을 산출할 수 있다. By calculating and reflecting the circulating current in this way, it is possible to more accurately calculate the calorific value by reflecting the effect due to the circulating current when calculating the calorific value of the battery rack.

즉, 제어부(300)는 순환 전류 및 랙 전류를 이용하여 복수의 배터리 랙 각각에 대한 랙 내부저항을 산출하고, 산출된 랙 내부저항을 이용하여 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하며, 산출된 발열량이 임계 온도를 초과하는 경우 해당 배터리 랙에 대한 전류 유입을 차단하도록 제어할 수 있다.That is, the control unit 300 calculates the internal resistance of the rack for each of the plurality of battery racks by using the circulating current and the rack current, and calculates the amount of heat generated for each of the plurality of battery racks using the calculated internal resistance of the rack. When the amount of heat generated exceeds the threshold temperature, it can be controlled to cut off the current flow to the corresponding battery rack.

도 2는 제어부가 순환 전류를 산출하는 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치에 적용 가능한 제어부의 일 실시예를 도시하는 도면이다.FIG. 2 is a diagram for explaining an example in which the control unit calculates a circulating current, and FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of the control unit applicable to an energy storage device according to an embodiment of the present invention.

이하 도 2 및 도 3을 참조하여 제어부(300)에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the control unit 300 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3 .

도 2에서, 제어부(300)는 입력 션트(201)를 통하여 에너지 저장부(100)로 입력되는 입력 전류 Apcs를 감지할 수 있다. In FIG. 2 , the control unit 300 may sense an input current A pcs input to the energy storage unit 100 through the input shunt 201 .

또한, 제어부(300)는 랙 션트(210 내지 230)을 통하여 각각의 배터리 랙(110 내지 130)에 유입 또는 유출되는 랙 전류를 감지할 수 있다. In addition, the control unit 300 may sense the rack current flowing into or out of each battery rack (110 to 130) through the rack shunt (210 to 230).

랙 전류는 배터리 랙으로 유입되는 유입 랙 전류와, 상기 배터리 랙에서 유츌되는 유출 랙 전류를 포함할 수 있다. The rack current may include an incoming rack current flowing into the battery rack, and an outgoing rack current flowing from the battery rack.

도 2에 도시된 예에서, 제1 랙 션트(210)를 통하여 제1 배터리 랙(110)으로 유입되는 유입 랙 전류 Ar1와 제1 배터리 랙에서 유출되는 유출 랙 전류 Arc1를 검출할 수 있다. In the example shown in FIG. 2 , the inflow rack current A r1 flowing into the first battery rack 110 through the first rack shunt 210 and the outflow rack current A rc1 flowing out from the first battery rack can be detected. .

어느 배터리 팩에서 유출 랙 전류가 있는 경우, 이는 순환 전류가 존재하기 때문이다. 따라서, 제어부(300)는 유입 랙 전류, 유출 랙 전류와 입력 전류를 이용하여 순환 전류를 산출할 수 있다.If there is an outflow rack current in either battery pack, this is because there is a circulating current. Therefore, the controller 300 may calculate the circulating current using the inflow rack current, the outflow rack current and the input current.

이를 위하여, 제어부(300)는 순환전류 산출 모듈(310)을 포함할 수 있다.To this end, the control unit 300 may include a circulating current calculation module 310 .

순환전류 산출 모듈(310)은 적어도 하나의 배터리 랙에서 유출 랙 전류가 감지되면, 복수의 배터리 랙에서 검출된 복수의 유입 랙 전류의 합산된 값과 상기 입력 전류를 비교하여, 순환 전류의 흐름 및 순환 전류량을 산출할 수 있다. The circulating current calculation module 310 compares the input current with the summed value of a plurality of inflow rack currents detected in a plurality of battery racks when an outflow rack current is detected in at least one battery rack, and the flow of circulating current and The amount of circulating current can be calculated.

도 2에 도시된 예에서, 입력 전류 Apcs는 12A, 유입 랙 전류 Ar1는 4A, 유입 랙 전류 Ar2는 4A, 유입 랙 전류 Ar3는 6A, 유출 랙 전류 Arc1는 2A라고 가정하자. 순환전류 산출 모듈(310)은 유출 랙 전류 Arc1 2A의 존재로 순환 전류가 존재함을 알 수 있다. In the example shown in Figure 2, assume that the input current A pcs is 12A, the incoming rack current A r1 is 4A, the incoming rack current A r2 is 4A, the incoming rack current A r3 is 6A, and the outgoing rack current A rc1 is 2A. The circulating current calculation module 310 can know that the circulating current exists in the presence of the outflow rack current A rc1 2A.

또는, 순환전류 산출 모듈(310)은 입력 전류 Apcs는 12A이나, 각 배터리 랙에 입력되는 유입 랙 전류들의 합이 14A(4A+4A+6A)이므로, 입력 전류와 유입 랙 전류의 합이 일치하지 않으므로 순환 전류가 존재함을 알 수 있다. Alternatively, the circulating current calculation module 310 has an input current A pcs of 12A, but the sum of the incoming rack currents input to each battery rack is 14A (4A+4A+6A), so the sum of the input current and the incoming rack current is the same Therefore, it can be seen that there is a circulating current.

순환전류 산출 모듈(310)은 입력 전류 Apcs와 각 배터리 랙에 유입되는 유입 랙 전류들의 합 간의 차이를 기초로, 순환 전류의 유입값을 산출할 수 있다. 또한, 순환 전류의 유입값이 유출 랙 전류와 동일한지 검증할 수 있다. The circulating current calculation module 310 may calculate the inflow value of the circulating current based on the difference between the input current A pcs and the sum of the inflow rack currents flowing into each battery rack. In addition, it is possible to verify that the inflow value of the circulating current is the same as the outgoing rack current.

결국, 도시된 예에서, 순환전류 산출 모듈(310)은 입력 전류는 12A, 입력 전류 중에서 각 배터리 랙에 제공된 전류는 각각 4A, 4A, 4A임을 알 수 있다. 또한, 제1 배터리 팩(110)에서 제3 배터리 팩(130)으로 2A의 순환 전류가 발생하였음을 산출 할 수 있다.As a result, in the illustrated example, the circulating current calculation module 310 can see that the input current is 12A, and the current provided to each battery rack among the input current is 4A, 4A, and 4A, respectively. Also, it may be calculated that a circulating current of 2A is generated from the first battery pack 110 to the third battery pack 130 .

제어부(300)는 제어 모듈(330)을 포함할 수 있다.The control unit 300 may include a control module 330 .

순환전류 산출 모듈(310)은 입력 전류, 랙 전류 및 순환 전류에 대한 정보를 제어 모듈(330)에 제공할 수 있다.The circulating current calculation module 310 may provide information about the input current, the rack current, and the circulating current to the control module 330 .

제어 모듈(330)은 순환 전류 및 랙 전류를 기초로 어느 배터리 랙에 기준 이상의 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다.The control module 330 may prevent the introduction of more than a standard current to any battery rack based on the circulating current and the rack current.

일 실시예에서, 제어부(300)는 배터리 랙의 내부 저항을 산출하고, 이를 이용하여 배터리 랙 마다 배터리 랙의 발열량을 개별적으로 산출할 수 있다. 따라서, 어느 배터리 랙이 과충전 되는 것을 방지할 수 있다.In one embodiment, the control unit 300 calculates the internal resistance of the battery rack, using this can be calculated individually for each battery rack calorific value of the battery rack. Therefore, it is possible to prevent any battery rack from being overcharged.

이를 위해, 제어부(300)는 발열량 산출모듈(320)을 포함할 수 있다.To this end, the control unit 300 may include a calorific value calculation module 320 .

발열량 산출모듈(320)은 입력단의 양단 전압, 순환 전류 및 랙 전류를 이용하여 복수의 배터리 랙 각각에 대하여 내부 저항을 산출할 수 있다. 발열량 산출모듈(320)은 순환 전류, 랙 전류 및 배터리 랙의 내부 저항을 이용하여 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출할 수 있다.The calorific value calculation module 320 may calculate the internal resistance for each of a plurality of battery racks by using the voltage across both ends of the input terminal, the circulating current and the rack current. The calorific value calculation module 320 may calculate the calorific value for each of a plurality of battery racks by using the circulating current, the rack current, and the internal resistance of the battery rack.

도 4는 본 발명의 일 실시예에서, 제어부의 발열량 산출모듈(320)이 발열량을 검출하는 일 예를 설명하기 위한 도면으로, 도 4를 더 참조하여 설명한다.4 is a diagram for explaining an example in which the calorific value calculation module 320 of the control unit detects the calorific value in an embodiment of the present invention, which will be further described with reference to FIG. 4 .

도 4는 설명의 편의를 위하여, 2개의 배터리 셀이 직렬 연결되어 배터리 랙을 구성하고, 배터리 랙이 2개 병렬 연결된 예를 도시하고 있다.4 shows an example in which two battery cells are connected in series to constitute a battery rack, and two battery racks are connected in parallel for convenience of explanation.

즉, 제1 배터리 랙(110)은 제1 배터리 셀(11) 및 제2 배터리 셀(12)이 직렬 연결되어 구성되고, 제2 배터리 랙(120)은 제3 배터리 셀(21) 및 제4 배터리 셀(22)이 직렬 연결되어 구성된다.That is, the first battery rack 110 is configured such that the first battery cell 11 and the second battery cell 12 are connected in series, and the second battery rack 120 is the third battery cell 21 and the fourth The battery cells 22 are connected in series.

전력 변환부(PCS, Power Conditioning Syste) (400)의 양단은 제1 배터리 랙(110) 및 제2 배터리 랙(120)의 양 단에 병렬 구조로 연결된다.Both ends of the power conversion unit (PCS, Power Conditioning Syste) 400 are connected to both ends of the first battery rack 110 and the second battery rack 120 in a parallel structure.

여기에서, 전력 변환부(PCS, Power Conditioning Syste) (400)의 양단 전압을 검출하여 입력 전압 VTh를 검출할 수 있다. Here, the input voltage V Th may be detected by detecting the voltage across both ends of the power conversion unit (PCS, Power Conditioning Syste) 400 .

한편, 입력 전압 VTh는 제1 배터리 랙(110)의 양단 전압 및/또는 제2 배터리 랙(120)의 양단 전압과 상이할 수 있다. 또한, 제1 배터리 랙(110)의 양단 전압과 제2 배터리 랙(120)의 양단 전압 또한 상이할 수 있다. 제1 배터리 랙(110)의 양단 전압과 제2 배터리 랙(120)의 양단 전압이 상이한 경우에는 전술한 바와 같이, 제1 배터리 랙(110)과 제2 배터리 랙(120) 간에 순환 전류가 흐르게 된다.On the other hand, the input voltage V Th may be different from the voltage across both ends of the first battery rack 110 and / or the voltage across the second battery rack (120). In addition, the voltage across the first battery rack 110 and the voltage across the second battery rack 120 may also be different. When the voltage across both ends of the first battery rack 110 and the voltage across both ends of the second battery rack 120 are different, as described above, the circulating current flows between the first battery rack 110 and the second battery rack 120 . do.

제1 배터리 랙(110)의 양단 전압 Voc1와, 제2 배터리 랙(120)의 양단 전압 Voc2는 아래의 수학식 2를 만족한다.The voltage across both ends of the first battery rack 110 V oc1 and the voltage across the second battery rack 120 V oc2 satisfies Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020143789941-pat00002
Figure 112020143789941-pat00002

또한, 제1 배터리 랙(110)의 합성 저항 R1와, 제2 배터리 랙(120)의 합성 저항 R2는 아래의 수학식 3을 만족한다.In addition, the first and the combined resistance R of the battery 1, a rack 110, a second synthesis of a battery rack 120, the resistance R 2 satisfies the expression (3) below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020143789941-pat00003
Figure 112020143789941-pat00003

발열량 산출모듈(320)은 입력 전압 VTh에 대하여 아래의 수학식 4를 적용할 수 있다.The calorific value calculation module 320 may apply Equation 4 below to the input voltage V Th .

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112020143789941-pat00004
Figure 112020143789941-pat00004

또한, 전술한 바와 같이, 랙 션트를 통하여 배터리 랙에 흐르는 전류를 확인할 수 있으므로, 발열량 산출모듈(320)은 제1 배터리 랙(110)의 랙 전류 I1과 제2 배터리 랙(120)의 랙 전류 I2를 알 수 있다. In addition, as described above, since it is possible to check the current flowing in the battery rack through the rack shunt, the calorific value calculation module 320 is the rack current I 1 of the first battery rack 110 and the second battery rack 120 of the rack. The current I 2 can be found.

한편, 도 4의 회로는 도 5에 도시된 바와 같이, 브릿지 회로로 해석될 수 있으며, 따라서, 제1 배터리(110)과 제2 배터리 랙(120)간의 전압 차이 ΔV는 아래의 수학식 5와 같이 산출될 수 있다. On the other hand, the circuit of FIG. 4 may be interpreted as a bridge circuit, as shown in FIG. 5 , and thus, the voltage difference ΔV between the first battery 110 and the second battery rack 120 is the following Equation 5 and can be calculated together.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112020143789941-pat00005
Figure 112020143789941-pat00005

결국, 발열량 산출모듈(320)은 순환 전류와 랙 전류를 이용하여 각 배터리 랙에 흐르는 전류에 대한 정보를 알 수 있고, 또한, 배터리 셀 간의 전압 차이를 알 수 있으므로, 이에 대하여 입력 전압 VTh을 반영하여 각 배터리 셀의 합성 저항 R1 및 R2를 산출할 수 있다.After all, the calorific value calculation module 320 can know information about the current flowing in each battery rack by using the circulating current and the rack current, and also know the voltage difference between the battery cells, so that the input voltage V Th is By reflecting this, the combined resistances R1 and R2 of each battery cell may be calculated.

또한, 발열량 산출모듈(320)은 아래의 수학식 6을 이용하여, 각 배터리 랙의 발열량을 산출할 수 있다.In addition, the calorific value calculation module 320 may calculate the calorific value of each battery rack by using Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

발열량 = I2Rtcalorific value = I 2 Rt

발열량 산출모듈(320)은 산출된 배터리 랙의 발열량에 대한 정보를 제어 모듈(330)에 제공할 수 있다.The calorific value calculation module 320 may provide information on the calorific value of the calculated battery rack to the control module 330 .

제어 모듈(330)은 어느 배터리 랙의 발열량이 임계 기준을 초과하는 경우, 해당 배터리 랙에 대한 충전을 정지시킬 수 있다.The control module 330 may stop charging for the corresponding battery rack when the amount of heat of any battery rack exceeds the threshold standard.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 제어 모듈(330)의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the control module 330 will be described with reference to FIGS. 6 to 9 .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 일 예를 설명하는 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 예에서 제어 모듈에 의하여 수행되는 랙 보호 기능을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining an example of an energy storage device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view for explaining a rack protection function performed by the control module in the example shown in FIG. 6 .

도 7에 도시된 회로는 제어 모듈의 보호 기능을 도시하는 논리회로로서, 각 배터리 셀 단위의 통과 전류에 열시정수를 적용한 동작 전류 및 시간 정정 계산 기능을 제공한다.The circuit shown in FIG. 7 is a logic circuit illustrating the protection function of the control module, and provides an operation current and time correction calculation function by applying a thermal time constant to the passing current of each battery cell unit.

여기에서, AH는 제조사가 보증하는 배터리 랙 단위의 암페어 아워(Ampere hour)를, Ah는 배터리 랙 단위의 암페어 아워(Ampere hour)의 실측값을, 87F는 차동 계전기(let through differential current relay)를, 92는 밸런싱 오버로드 릴레이(Balancing over load relay)이다.Here, AH is the manufacturer's guarantee of the battery rack unit Ampere hour (Ampere hour), Ah is the actual value of the battery rack unit Ampere hour (Ampere hour), 87F is the differential relay (let through differential current relay) , 92 is a balancing over load relay.

DF는 편차계수(Deviation Factor)로서 아래의 수학식 7과 같이 계산된다.DF is a deviation factor and is calculated as in Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112020143789941-pat00006
Figure 112020143789941-pat00006

Figure 112020143789941-pat00007
Figure 112020143789941-pat00007

또한, r은 단전지 내부 저항을, m은 병렬 연결 수를, n은 배터리 셀의 직렬 연결수를, k는 배터리 랙의 수를, d는 동일 랙에서 배터리 셀 간 차전압을, lp는 배터리 셀 간 순환전류를, Is는 배터리 랙 간 순환 전류를 의미한다.In addition, r is the cell internal resistance, m is the number of parallel connections, n is the number of series connections of battery cells, k is the number of battery racks, d is the differential voltage between battery cells in the same rack, and lp is the battery The circulating current between cells, Is means the circulating current between the battery racks.

dVoc는 V.max (제조사가 지정한 배터리셀 상한 충전전압)에서 일부 값에 해당하며, 본 예에서 dVoc는 V.max의 8%에 해당된다. C.mam-rate는 제조자가 지정한 최대충전전류이다.dVoc corresponds to some value in V.max (the battery cell upper limit charging voltage specified by the manufacturer), and in this example, dVoc corresponds to 8% of V.max. C.mam-rate is the maximum charging current specified by the manufacturer.

여기에서, dVoc가 V.max의 8%에 해당하는 것은 예시적인 값으로서, 배터리 V-Ah 곡선에 따라 조정될 수 있다. Here, dVoc corresponding to 8% of V.max is an exemplary value and may be adjusted according to the battery V-Ah curve.

Is와 ratio는 아래의 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.Is and ratio can be calculated as in Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112020143789941-pat00008
Figure 112020143789941-pat00008

결국, 도 7에 도시된 회로를 이용하여 제어 모듈(330)은 각 배터리 랙 별 보호 기능을 제공할 수 있다. As a result, the control module 330 using the circuit shown in FIG. 7 may provide a protection function for each battery rack.

여기에서, 보호 기능이란 어느 하나의 배터리 셀이, 제조사에서 보증하는 암페어 아워 AH에 편차 계수(Deviation Factor, DF)를 반영한 200%에 도달하기 전에 트립(Trip)을 수행하는 것을 의미한다.Here, the protection function means that any one battery cell performs a trip before reaching 200% reflecting a deviation factor (DF) in the ampere-hour AH guaranteed by the manufacturer.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 일 구조를 설명하는 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 예에서 제어 모듈에 의하여 수행되는 보호 정지 기능을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a structure of an energy storage device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a view for explaining a protection stop function performed by the control module in the example shown in FIG. 8 .

도 9에 도시된 회로는 제어 모듈(330)의 제어 기능으로서 랙 단위 출력 제어및 PCS를 정지하는 리미트 기능을 도시하고 있다.The circuit shown in FIG. 9 shows a limit function for stopping the rack unit output control and PCS as a control function of the control module 330 .

도 9의 예에서, dVoc는 V.max (제조사가 지정한 배터리셀 상한 충전전압)에서 일부 값에 해당하며, 본 예에서 dVoc는 V.max의 6.8%에 해당된다.In the example of FIG. 9 , dVoc corresponds to a partial value at V.max (the battery cell upper limit charging voltage specified by the manufacturer), and in this example, dVoc corresponds to 6.8% of V.max.

여기에서, dVoc가 V.max의 6.8%에 해당하는 것은 예시적인 값으로서, 배터리 V-Ah 곡선에 따라 조정될 수 있다. Here, dVoc corresponding to 6.8% of V.max is an exemplary value and may be adjusted according to the battery V-Ah curve.

전술한 바와 같이, AH는 제조사가 보증하는 배터리 랙 단위(또는 셀 단위)의 암페어 아워(Ampere hour)를, Ah는 배터리 랙 단위의 암페어 아워(Ampere hour)의 실측값을, 87F는 차동 계전기(let through differential current relay)를, 92는 밸런싱 오버로드 릴레이(Balancing over load relay)이다.As described above, AH is the battery rack unit (or cell unit) guaranteed by the manufacturer Ampere hour (Ampere hour), Ah is the actual value of the battery rack unit Ampere hour (Ampere hour), 87F is the differential relay ( let through differential current relay), and 92 is a balancing over load relay.

결국, 도 9에 도시된 회로를 이용하여 제어 모듈(330)은 각 배터리 랙에 대한 제어 기능으로서 랙 트립 기능을 제공하고, 또한, PCS 동작 정지를 통한 리미트 기능을 제공할 수 있다. As a result, using the circuit shown in FIG. 9, the control module 330 may provide a rack trip function as a control function for each battery rack, and may also provide a limit function through stopping the PCS operation.

여기에서, 제어 기능이란 어느 하나의 배터리 셀이, 제조사에서 보증하는 암페어 아워 AH에 편차 계수(Deviation Factor, DF)를 반영한 170%에 도달하기 전에 해당 배터리 랙을 OFF로 전환하고, 일정 시간(열 시정수를 고려하여 설정됨) 경과 후에 ON으로 전환하는 것을 의미한다.Here, the control function means that any one battery cell turns the battery rack OFF before reaching 170% reflecting the deviation factor (DF) in the ampere-hour AH guaranteed by the manufacturer, and for a certain period of time (heat It is set in consideration of the time constant) and it means to switch to ON after elapse of time.

이상에서는 도 1 내지 도 9를 참조하여, 에너지 저장 장치의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였다. In the above, various embodiments of the energy storage device have been described with reference to FIGS. 1 to 9 .

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method for controlling an energy storage device according to an embodiment of the present invention will be described.

이하에서 설명할 에너지 저장 장치의 제어 방법은, 도 1 내지 도 9를 참조하여 상술한 에너지 저장 장치에서 수행되므로, 도 1 내지 도 9를 기초로 상술한 설명을 참고하여 보다 쉽게 이해할 수 있다.Since the method for controlling the energy storage device to be described below is performed in the energy storage device described above with reference to FIGS. 1 to 9 , it can be more easily understood with reference to the description described above based on FIGS. 1 to 9 .

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a method of controlling an energy storage device according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 에너지 저장 장치는 에너지 저장부(100)의 입력단에 입력 션트를, 상기 복수의 배터리 랙의 입력단에 각각 복수의 랙 션트를 구비한다(S1010).Referring to FIG. 10 , the energy storage device includes an input shunt at the input end of the energy storage unit 100 and a plurality of rack shunts at the input end of the plurality of battery racks, respectively (S1010).

에너지 저장 장치, 즉, 제어부(300)는, 복수의 랙 션트를 이용하여 복수의 배터리 랙 마다 유입 또는 유출되는 복수의 랙 전류를 감지 할 수 있다(S1020).The energy storage device, ie, the control unit 300, may sense a plurality of rack currents flowing in or out of each battery rack by using a plurality of rack shunts (S1020).

제어부(300)는, 입력 션트를 통하여 입력되는 입력 전류를 기초로 복수의 랙 전류의 유입량 및 유출량의 변화를 계산하여 순환 전류를 산출 할 수 있다(S1030).The controller 300 may calculate the circulating current by calculating the change in the inflow and outflow of a plurality of rack currents based on the input current input through the input shunt (S1030).

여기에서, 랙 전류는, 배터리 랙으로 유입되는 유입 랙 전류와, 상기 배터리 랙에서 유츌되는 유출 랙 전류를 포함할 수 있다.Here, the rack current may include an inflow rack current flowing into the battery rack, and an outflow rack current flowing from the battery rack.

제어부(300)는, 순환 전류 및 랙 전류를 기초로 어느 배터리 랙에 기준 이상의 전류가 유입되는 것을 방지 할 수 있다(S1040).The control unit 300 may prevent a current more than a standard from flowing into any battery rack based on the circulating current and the rack current (S1040).

제어부(300)는, 순환 전류 및 랙 전류를 이용하여 복수의 배터리 랙 각각에 대한 랙 내부저항을 산출하고, 산출된 상기 랙 내부저항을 이용하여 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출 할 수 있다(S1050).The control unit 300 calculates the rack internal resistance for each of the plurality of battery racks by using the circulating current and the rack current, and using the calculated internal resistance of the rack can calculate the calorific value for each of the plurality of battery racks. (S1050).

제어부(300)는, 어느 배터리 랙의 발열량이 임계 기준을 초과하는 경우, 해당 배터리 랙에 대한 충전을 정지시킬 수 있다(S1060).The control unit 300, when the calorific value of a certain battery rack exceeds the threshold standard, may stop charging for the corresponding battery rack (S1060).

단계 S1030에 대한 일 실시예에서, 제어부(300)는, 적어도 하나의 배터리 랙에서 유출 랙 전류가 감지되면, 복수의 배터리 랙에서 검출된 복수의 유입 랙 전류의 합산된 값과 입력 전류를 비교하여, 순환 전류의 흐름 및 순환 전류량을 산출하는 단계를 수행할 수 있다.In one embodiment for step S1030, the control unit 300, when the outflow rack current is detected in at least one battery rack, by comparing the input current with the summed value of a plurality of inflow rack currents detected in a plurality of battery racks , calculating the flow of circulating current and the amount of circulating current may be performed.

단계 S1050에 대한 일 실시예에서, 제어부(300)는, 입력단의 양단 전압, 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 복수의 배터리 랙 각각에 대하여 내부 저항을 산출하는 단계와, 순환 전류, 랙 전류 및 배터리 랙의 내부 저항을 이용하여 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하는 단계를 수행할 수 있다. In one embodiment for step S1050, the control unit 300, the step of calculating the internal resistance for each of a plurality of battery racks by using the voltage across the input terminal, circulating current and the rack current, circulating current, rack current and Using the internal resistance of the battery rack may perform the step of calculating the calorific value for each of a plurality of battery racks.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is limited by the claims described below, and the configuration of the present invention may vary within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily recognize that it can be easily changed and modified.

100 : 에너지 저장부
110, 120, 130 : 배터리 랙
11, 12, 21,22 : 배터리 셀
200 : 션트부
201 : 입력 션트
210, 220, 230 : 랙 션트
300 : 제어부
310 : 순환전류 산출모듈
320 : 발열량 산출모듈
330 : 제어모듈
400 : PCS
100: energy storage unit
110, 120, 130: battery rack
11, 12, 21, 22 : battery cell
200: shunt unit
201 : input shunt
210, 220, 230: rack shunt
300: control unit
310: circulating current calculation module
320: calorific value calculation module
330: control module
400: PCS

Claims (14)

복수의 배터리 랙 -상기 배터리 랙은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함함- 을 포함하는 에너지 저장부;
상기 에너지 저장부의 입력단에 연결되는 입력 션트 및 상기 복수의 배터리 랙의 입력단에 각각 개별적으로 연결되는 복수의 랙 션트를 포함하는 션트부; 및
상기 복수의 랙 션트를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 마다 유입 또는 유출되는 복수의 랙 전류를 감지하고, 상기 입력 션트를 통하여 입력되는 입력 전류를 기초로 상기 복수의 랙 전류의 유입량 및 유출량의 변화를 계산하여 상기 복수의 배터리 랙 간에 발생하는 순환 전류를 산출하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
an energy storage unit comprising a plurality of battery racks, wherein the battery rack includes a plurality of battery cells connected in series;
a shunt unit including an input shunt connected to an input end of the energy storage unit and a plurality of rack shunts respectively connected to an input end of the plurality of battery racks; and
Detect a plurality of rack currents flowing in or out of each of the plurality of battery racks using the plurality of rack shunts, and change the inflow and outflow of the plurality of rack currents based on the input current input through the input shunt a control unit for calculating a circulating current generated between the plurality of battery racks by calculation;
Energy storage device comprising a.
제1항에 있어서, 상기 랙 전류는
배터리 랙으로 유입되는 유입 랙 전류와, 상기 배터리 랙에서 유츌되는 유출 랙 전류를 포함하고,
상기 제어부는,
적어도 하나의 배터리 랙에서 상기 유출 랙 전류가 감지되면, 상기 복수의 배터리 랙에서 검출된 복수의 유입 랙 전류의 합산된 값과 상기 입력 전류를 비교하여, 순환 전류의 흐름 및 순환 전류량을 산출하는 순환전류 산출모듈; 및
상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 기초로 어느 배터리 랙에 기준 이상의 전류가 유입되는 것을 방지하는 제어 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
The method of claim 1, wherein the rack current is
Including an incoming rack current flowing into the battery rack, and an outgoing rack current flowing from the battery rack,
The control unit is
When the outflow rack current is sensed in at least one battery rack, by comparing the input current with the summed value of a plurality of inflow rack currents detected in the plurality of battery racks, cycle to calculate the flow of circulating current and the amount of circulating current current calculation module; and
a control module for preventing a current exceeding a standard from flowing into any battery rack based on the circulating current and the rack current;
Energy storage device comprising a.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 랙 내부저항을 산출하고, 산출된 상기 랙 내부저항을 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하며, 산출된 발열량이 임계 온도를 초과하는 경우 해당 배터리 랙에 대한 전류 유입을 차단하는 것
을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
According to claim 2, wherein the control unit,
Calculating the internal resistance of the rack for each of the plurality of battery racks using the circulating current and the rack current, and calculating the amount of heat generated for each of the plurality of battery racks using the calculated internal resistance of the rack, the calculated calorific value If this threshold temperature is exceeded, it will cut off the current draw to that battery rack.
Energy storage device characterized in that.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,
입력단의 양단 전압, 상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대하여 내부 저항을 산출하고, 상기 순환 전류, 상기 랙 전류 및 배터리 랙의 내부 저항을 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하는 발열량 산출모듈;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
According to claim 2, wherein the control unit,
Calculating the internal resistance for each of the plurality of battery racks using the voltage across the input terminal, the circulating current and the rack current, and using the circulating current, the rack current and the internal resistance of the battery rack, the plurality of battery racks a calorific value calculation module for calculating calorific value for each;
Energy storage device, characterized in that it further comprises.
제4항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
어느 배터리 랙의 발열량이 임계 기준을 초과하는 경우, 해당 배터리 랙에 대한 충전을 정지시키는 것
을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
According to claim 4, wherein the control module,
To stop charging for a battery rack when the heat output of that battery rack exceeds a threshold threshold;
Energy storage device characterized in that.
복수의 배터리 랙 -상기 배터리 랙은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함함- 을 포함하는 에너지 저장부를 이용한 에너지 저장 장치의 제어방법으로서,
상기 에너지 저장부의 입력단에 입력 션트를, 상기 복수의 배터리 랙의 입력단에 각각 복수의 랙 션트를 구비하는 단계;
상기 복수의 랙 션트를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 마다 유입되는 유입 랙 전류 또는 유출되는 유출 랙 전류를 포함하는 복수의 랙 전류를 감지하는 단계; 및
적어도 하나의 배터리 랙에서 상기 유출 랙 전류가 감지되면, 상기 복수의 배터리 랙에서 검출된 복수의 유입 랙 전류의 합산된 값과 상기 입력 션트를 통하여 입력되는 입력 전류를 비교하여, 순환 전류의 흐름 및 순환 전류량을 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
A method of controlling an energy storage device using an energy storage unit including a plurality of battery racks, wherein the battery rack includes a plurality of battery cells connected in series,
providing an input shunt at the input end of the energy storage unit, and a plurality of rack shunts at the input end of the plurality of battery racks, respectively;
detecting a plurality of rack currents including inflow rack currents flowing in or outflow rack currents for each of the plurality of battery racks by using the plurality of rack shunts; and
When the outflow rack current is detected in at least one battery rack, by comparing the summed value of a plurality of inflow rack currents detected in the plurality of battery racks with the input current input through the input shunt, the flow of circulating current and calculating an amount of circulating current;
Control method of an energy storage device comprising a.
제6항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 제어 방법은,
상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 기초로 어느 배터리 랙에 기준 이상의 전류가 유입되는 것을 방지하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
According to claim 6, The control method of the energy storage device,
Preventing more than a standard current from flowing into any battery rack based on the circulating current and the rack current;
Control method of the energy storage device, characterized in that it further comprises.
제6항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 제어 방법은,
상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 랙 내부저항을 산출하고, 산출된 상기 랙 내부저항을 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
According to claim 6, The control method of the energy storage device,
Calculating the internal resistance of the rack for each of the plurality of battery racks using the circulating current and the rack current, and calculating the calorific value for each of the plurality of battery racks using the calculated internal resistance of the rack;
Control method of the energy storage device, characterized in that it further comprises.
제8항에 있어서, 상기 발열량을 산출하는 단계는,
입력단의 양단 전압, 상기 순환 전류 및 상기 랙 전류를 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대하여 내부 저항을 산출하는 단계; 및
상기 순환 전류, 상기 랙 전류 및 배터리 랙의 내부 저항을 이용하여 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 발열량을 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
The method of claim 8, wherein calculating the calorific value comprises:
Calculating the internal resistance for each of the plurality of battery racks using the voltage across the input terminal, the circulating current and the rack current; and
Calculating the calorific value for each of the plurality of battery racks using the circulating current, the rack current and the internal resistance of the battery rack;
Control method of an energy storage device comprising a.
제9항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치의 제어 방법은,
어느 배터리 랙의 발열량이 임계 기준을 초과하는 경우, 해당 배터리 랙에 대한 충전을 정지시키는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치의 제어 방법.
10. The method of claim 9, wherein the control method of the energy storage device,
When the amount of heat of any battery rack exceeds a threshold criterion, stopping charging for the corresponding battery rack;
Control method of the energy storage device, characterized in that it further comprises.
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