KR102386233B1 - Apparatus for storing emergency power using recycled batteries - Google Patents
Apparatus for storing emergency power using recycled batteries Download PDFInfo
- Publication number
- KR102386233B1 KR102386233B1 KR1020210172245A KR20210172245A KR102386233B1 KR 102386233 B1 KR102386233 B1 KR 102386233B1 KR 1020210172245 A KR1020210172245 A KR 1020210172245A KR 20210172245 A KR20210172245 A KR 20210172245A KR 102386233 B1 KR102386233 B1 KR 102386233B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- power
- battery
- recycled
- batteries
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
Abstract
Description
본 발명은 재활용 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage system using a recycled battery.
최근 환경 문제로 인해, 세계적으로 전기차 수요가 증가하고 있다.Due to recent environmental problems, the global demand for electric vehicles is increasing.
전기차는 고전압 배터리에서 전기 에너지를 전기 모터로 공급하여 구동력을 발생시키는 차량으로, 내연 기관차와 달리 엔진이 없이 배터리와 모터만으로 차량을 구동시킴으로써, 대기오염물질과 온실가스를 배출하지 않는 특징 때문에 친환경차로 주목받고 있다.An electric vehicle is a vehicle that generates driving power by supplying electric energy from a high-voltage battery to an electric motor. is attracting attention.
그런데, 이러한 전기차의 핵심부품인 전기차 배터리의 사용주기는 보통 7~10년으로, 초기 용량 대비 70% 수준 이하가 되면 주행거리가 감소하고 충전속도가 저하되어 교체가 필요하다. 환경부에 따르면 2030년 연간 폐배터리 배출 개수는 약 11만개, 전체 누적 개수는 약 42만개에 달할 것으로 본다.However, the life cycle of an electric vehicle battery, which is a key component of such electric vehicles, is usually 7 to 10 years, and when it is below 70% of the initial capacity, the mileage decreases and the charging speed decreases, so replacement is necessary. According to the Ministry of Environment, the annual discharge of waste batteries in 2030 is expected to reach about 110,000, and the total accumulated number will reach about 420,000.
전기차 배터리는 니켈, 리튬, 코발트, 망간 등의 금속류와 폴리머 전해질로 구성되어 있어 일반 쓰레기와 함께 매립할 경우 토양 및 지하수를 오염시킬 수 있고, 소각할 경우 폭발이나 유해가스를 방출할 수 있는 문제가 있다.Electric vehicle batteries are composed of metals such as nickel, lithium, cobalt, and manganese and polymer electrolytes, so if they are buried together with general waste, they may contaminate soil and groundwater, and if incinerated, they may explode or release harmful gases. there is.
이에 따라 수명을 다한 전기차 배터리의 활용 방안에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다. Accordingly, there is a growing interest in the use of EV batteries that have reached the end of their lifespan.
배터리 재활용을 위한 종래의 기술로서, 한국 공개특허 제10-2020-0048913호에는 BMS(Battery Management System)가 내장된 다수의 폐배터리를 이용하여 에너지 저장 서비스를 제공하는 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 폐배터리 각각의 BMS를 슬레이브 BMS로 인식 및 등록하고, 상기 슬레이브 BMS 각각을 통해 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태를 모니터링하는 마스터 BMS; 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 일괄 방전시키는 배터리 제어부; 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 상기 폐배터리 각각의 충전 전력을 기반으로 부하 전력을 생성 및 제공하는 인버터; 및 상기 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 부하의 소비 전력을 모니터링 및 분석하여 상기 인버터를 MPPT 제어함과 동시에 상기 배터리 제어부의 동작 모드를 결정 및 조정하는 에너지 관리부를 포함하는 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템이 개시되어 있다.As a conventional technology for battery recycling, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2020-0048913 discloses a waste battery-based energy storage system that provides an energy storage service using a plurality of waste batteries with a built-in BMS (Battery Management System). a master BMS for recognizing and registering the BMS of each of the waste batteries as a slave BMS, and monitoring a battery state of each of the waste batteries through each of the slave BMSs; a battery control unit that adjusts a battery charging sequence according to the battery state of each of the waste batteries, sequentially charges the waste batteries one by one according to the battery charging sequence when the batteries are charged, and discharges all of the waste batteries at once when the batteries are discharged; an inverter for generating and providing load power based on the power generated by the renewable energy system and the charging power of each of the waste batteries; and an energy management unit configured to monitor and analyze the power generation power of the renewable energy system and power consumption of a load to control the inverter MPPT and simultaneously determine and adjust the operation mode of the battery control unit. This is disclosed.
상기 특허에 의하면, 전기 자동차 등에 이용되었던 대용량의 폐배터리를 재활용할 수 있도록 함으로써, 가정용으로 사용되는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템의 구현 비용을 획기적으로 감소할 수 있고, 대용량 폐배터리의 재활용을 통해 배터리 오남용으로 인한 환경 파괴를 최소화할 수 있는 효과가 있다. According to the above patent, by enabling the recycling of large-capacity waste batteries used in electric vehicles, etc., the cost of implementing an independent home energy storage system used for home use can be dramatically reduced, and battery misuse through recycling of large-capacity waste batteries It has the effect of minimizing the environmental damage caused by it.
하지만 상기와 같이 폐배터리를 이용한 종래의 에너지 저장시스템은 다수의 폐배터리들을 병렬 연결할 때 각각의 출력 전압 차이로 인해 발생하는 순환 전류 문제를 해결하지 못함으로써, 폐배터리를 효과적으로 활용할 수 없는 문제가 있었다.However, as described above, the conventional energy storage system using waste batteries does not solve the problem of circulating current caused by the difference in output voltages when a plurality of waste batteries are connected in parallel, so there is a problem that the waste batteries cannot be effectively used. .
따라서 본 발명은 초기 용량 대비 효율이 떨어진 배터리들을 활용하여 안정적인 에너지를 발생시킴으로써, 폐배터리의 활용도를 높이고, 이로 인해 폐배터리 배출로 인한 환경 문제를 최소화할 수 있도록 하는 재활용 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, the present invention provides an energy storage system using a recycled battery that generates stable energy by using batteries with low efficiency compared to the initial capacity, thereby increasing the utilization of the waste battery, and thereby minimizing environmental problems caused by the discharge of the waste battery. would like to provide
또한, 본 발명은 다수의 재활용 배터리들을 병렬 연결할 때, 각각의 출력 전압의 차이로 인해 발생하는 순환 전류 문제를 해결함으로써, 상기 순환 전류로 인한 에너지 저장 시스템 내의 온도 상승 문제를 해결하고, 더 나아가 화재를 예방할 수 있는 재활용 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템을 제공하고자 한다.In addition, the present invention solves the problem of temperature rise in the energy storage system due to the circulation current by solving the problem of circulating current caused by the difference in output voltage when connecting a plurality of recycled batteries in parallel, and furthermore, fire To provide an energy storage system using recycled batteries that can prevent
또한, 본 발명은 제조사, 사용연한, 사용환경, 충/방전 횟수 등에 따라 성능 저하의 정도가 각기 다른 재활용 배터리들을 사전에 분류하지 않고, 사용 상태 그대로 활용함으로써, 편리하게 에너지 저장 시스템을 구현할 수 있도록 하는 재활용 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템을 제공하고자 한다. In addition, the present invention does not pre-classify recycled batteries with different degrees of performance degradation depending on the manufacturer, the age of use, the usage environment, the number of charge/discharge, etc., but utilizes them as they are, so that an energy storage system can be conveniently implemented We aim to provide an energy storage system using recycled batteries.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 에너지 저장 시스템은 각종 발전장치에 의해 생산된 전력을 저장하고, 상기 저장된 전력을 부하측으로 공급하는 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 전력을 저장하는 배터리 모듈; 및 상기 발전장치에 의해 생산된 교류전력을 직류전력으로 변환하여 상기 배터리 모듈에 저장하고, 상기 배터리 모듈에 저장된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 부하측으로 전달하는 전력 변환 장치를 포함하되, 상기 배터리 모듈은 적어도 하나의 재활용 배터리들; 및 입력단이 상기 적어도 하나의 재활용 배터리들 각각에 연결되어 대응된 재활용 배터리로부터 입력되는 직류전압(Va)을 바이패스 또는 부스팅하여 출력하되, 출력단이 병렬 연결되어 인접한 다른 재활용 배터리들과 동일한 균등전압(Veq)을 출력하는 전압 최적화부들을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the energy storage system provided by the present invention is an energy storage system for storing electric power produced by various power generation devices and supplying the stored electric power to a load side, the energy storage system comprising: a battery module for storing the electric power; and a power conversion device that converts the AC power produced by the power generator into DC power and stores it in the battery module, converts the DC power stored in the battery module into AC power and transmits it to the load side, wherein the battery The module comprises at least one recycled battery; and an input terminal connected to each of the one or more recycled batteries to bypass or boost the DC voltage Va input from the corresponding recycled battery, and output the same voltage as that of other adjacent recycled batteries ( It is characterized in that it includes voltage optimization units that output Veq).
바람직하게는, 상기 전압 최적화부는 상기 입력단과 출력단 사이에 설치되는 제1 역류 방지 다이오드; 상기 입력단과 상기 제1 역류 방지 다이오드 사이에 설치되어 상기 직류전압(Va)을 바이패스 또는 부스팅하는 제1 부스터부; 상기 제1 부스터부를 온/오프시키는 제1 스위치; 상기 직류전압(Va)과 상기 제1 역류 방지 다이오드 출력단의 전압(Veq)을 비교하여 상기 제1 스위치를 온/오프시키는 비교부; 상기 제1 부스터부의 출력전압(Vb)과 상기 제1 역류 방지 다이오드 출력단의 전압(Veq)을 비교하고, 그 결과에 의거하여 상기 제1 부스터부의 부스팅 전압을 결정하기 위한 제어신호를 출력하는 제1 제어부; 및 상기 제어신호에 의거하여 PWM 펄스를 발생시킨 후, 상기 제1 스위치를 통해, 상기 제1 부스터부로 출력하는 발진부를 포함할 수 있다.Preferably, the voltage optimizer includes: a first backflow prevention diode installed between the input terminal and the output terminal; a first booster part installed between the input terminal and the first backflow prevention diode to bypass or boost the DC voltage Va; a first switch for turning on/off the first booster unit; a comparator for comparing the DC voltage (Va) with a voltage (Veq) of an output terminal of the first backflow prevention diode to turn on/off the first switch; Comparing the output voltage (Vb) of the first booster unit and the voltage (Veq) of the first backflow prevention diode output terminal, based on the result, a first outputting control signal for determining the boosting voltage of the first booster unit control unit; and an oscillator that generates a PWM pulse based on the control signal and outputs the PWM pulse to the first booster through the first switch.
상기한 바와 같이, 본 발명의 재활용 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템은 초기 용량 대비 효율이 떨어진 배터리들을 활용하여 안정적인 에너지를 발생시킴으로써, 폐배터리의 활용도를 높이고, 이로 인해 폐배터리 배출로 인한 환경 문제를 최소화할 수 있도록 하는 장점이 있다.As described above, the energy storage system using the recycled battery of the present invention generates stable energy by utilizing the batteries with lower efficiency compared to the initial capacity, thereby increasing the utilization of the waste battery, thereby minimizing the environmental problem caused by the discharge of the waste battery. There are advantages to being able to do that.
또한, 본 발명은 다수의 재활용 배터리들을 병렬 연결할 때, 각각의 출력 전압의 차이로 인해 발생하는 순환 전류 문제를 해결함으로써, 상기 순환 전류로 인한 에너지 저장 시스템 내의 온도 상승 문제를 해결하고, 더 나아가 화재를 예방할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention solves the problem of circulating current caused by the difference in output voltage when connecting a plurality of recycled batteries in parallel, thereby solving the problem of temperature rise in the energy storage system due to the circulating current, and furthermore, fire has the advantage of preventing
또한, 본 발명은 제조사, 사용연한, 동작환경, 충/방전 횟수 등에 따라 성능 저하의 정도가 각기 다른 재활용 배터리들을 사전에 분류하지 않고, 사용 상태 그대로 재활용함으로써, 편리하게 에너지 저장 시스템을 구현할 수 있도록 하는 장점이 있다.In addition, the present invention does not pre-classify recycled batteries having different degrees of performance degradation depending on the manufacturer, the age of use, the operating environment, the number of times of charging/discharging, etc. There is an advantage to
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템에 적용된 배터리 모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전압 최적화부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a configuration of a battery module applied to an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a configuration of a voltage optimization unit according to a first embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 한편 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but it will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. On the other hand, in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification. In addition, even if the detailed description is omitted, descriptions of parts that can be easily understood by those skilled in the art are omitted.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification and claims, when a part includes a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 개략적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)(10)은 각종 발전장치(예컨대, 발전원(20))에서 생산되어 전달된 전력을 저장하고, 부하측의 요청에 응답하여, 상기 저장된 전력을 부하측(예컨대, 송/배전장치(30), 수용가(40) 등)으로 전달하기 위한 장치로서, 배터리 모듈(100), BMS(11), PCS(13), 및 EMS(15)를 포함하여 구성될 수 있다.1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an energy storage system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , an energy storage system (ESS, Energy Storage System) 10 according to an embodiment of the present invention stores power produced and delivered by various power generation devices (eg, power generation source 20), A device for transmitting the stored power to the load side (eg, the transmission/
배터리 모듈(100)은 상기 전력을 저장하는 장치로서, 적어도 하나의 재활용 배터리들을 포함할 수 있다. The
BMS(Battery Management System)(11)는 배터리 모듈(100)의 상태를 모니터링하고 제어하기 위한 장치로서, 배터리 모듈(100)에 포함된 적어도 하나의 배터리들 각각에 발생할 수 있는 문제(trouble)를 억제하기 위해, 상기 배터리들 각각의 충/방전 상태, 배터리 잔량 등을 모니터링하고 제어한다. The BMS (Battery Management System) 11 is a device for monitoring and controlling the state of the
PCS(Power Conditioning System)(13)는 입력된 전력을 배터리에 저장하거나, 기 저장된 전력을 계통으로 방출하기 위해 전기의 특성(예컨대, 주파수, 전압, AC/DC 등)을 변환한다. 특히, PCS(13)는 교류전력을 직류전력으로, 또는 직류전력을 교류전력으로 변환하되, 상기 발전장치(예컨대, 발전원(20))에서 생산된 교류전력을 직류로 변환하여 배터리 모듈(100)에 저장하고, 배터리 모듈(100)에 저장된 직류 전력을 교류전력으로 변환하여 부하측(예컨대, 송/배전장치(30), 수용가(40) 등)으로 전달한다. The PCS (Power Conditioning System) 13 converts electrical characteristics (eg, frequency, voltage, AC/DC, etc.) to store input power in a battery or discharge pre-stored power to the system. In particular, the PCS 13 converts AC power to DC power, or DC power to AC power, but converts AC power produced by the power generation device (eg, power source 20 ) into DC power to convert the
EMS(Energy Management System)(15)는 ESS(10)의 모든 동작을 제어하고 모니터링한다. 예를 들어, EMS(15)는 다양한 종류의 에너지원으로부터 생산된 에너지를 저장 또는 소비할 수 있도록 에너지 흐름을 제어하고, ESS(10) 상태 등 정보를 수집/관리하여 최적의 에너지를 사용할 수 있도록 지원할 수 있다.The EMS (Energy Management System) 15 controls and monitors all operations of the ESS 10 . For example, the EMS 15 controls the energy flow to store or consume energy produced from various types of energy sources, and collects/manages information such as the
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템에 적용된 배터리 모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 ESS(10)에 적용된 배터리 모듈(100)은 적어도 하나의 재활용 배터리들(제1 재활용 배터리(111), 제2 재활용 배터리(112), 및 제3 재활용 배터리(113))(110), 및 적어도 하나의 전압 최적화부들(제1 전압 최적화부(121), 제2 전압 최적화부(122), 및 제n 전압 최적화부(123))(120)을 포함한다. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a battery module applied to an energy storage system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , the
이 때, 적어도 하나의 재활용 배터리들(110) 각각(즉, 제1 재활용 배터리(111), 제2 재활용 배터리(112), 및 제n 재활용 배터리(113))은 전기차 등에서 소정의 사용 연한을 초과하여 사용되거나, 허용 충/방전 횟수를 초과하여 그 성능이 저하된 배터리일 수 있다. 따라서, 재활용 배터리들(110) 각각(즉, 제1 재활용 배터리(111), 제2 재활용 배터리(112), 및 제n 재활용 배터리(113))은 그 성능, 제조업체 등이 각기 다른 배터리들로써, 그 출력이 모두 동일하지 않을 수 있다.At this time, each of the at least one recycled battery 110 (ie, the first recycled
이와 같이 출력이 다른 배터리들을 병렬 연결해서 사용할 경우, 순환전류의 발생으로 인해 화재 등의 위험이 도사리고 있다. When batteries with different outputs are connected in parallel and used in this way, there is a risk of fire due to generation of circulating current.
따라서 본 발명의 배터리 모듈(100)은 재활용 배터리들(110) 각각(즉, 제1 재활용 배터리(111), 제2 재활용 배터리(112), 및 제n 재활용 배터리(113))의 뒷단에 전압 최적화부들(즉, 제1 전압 최적화부(121), 제2 전압 최적화부(122), 및 제n 전압 최적화부(123))(120)을 연결하고, 서로 다른 배터리들(즉, 제1 재활용 배터리(111), 제2 재활용 배터리(112), 및 제n 재활용 배터리(113)) 각각의 출력(Va1, Va2, …, Van)을 균등화하여 동일한 균등전압(Veq)을 출력하도록 한다.Accordingly, the
이를 위해, 적어도 하나의 전압 최적화부들 각각은, 입력단이 상기 적어도 하나의 재활용 배터리들 각각에 연결되며, 대응된 재활용 배터리로부터 입력되는 직류전압(Va)을 바이패스 또는 부스팅하여 출력하되, 출력단이 병렬 연결되어 인접한 다른 재활용 배터리들과 동일한 균등전압(Veq)을 출력한다. To this end, each of the at least one voltage optimizer has an input terminal connected to each of the one or more recycled batteries, and bypasses or boosts the DC voltage Va input from the corresponding recycled battery and outputs the output terminal in parallel. It is connected to output the same uniform voltage (Veq) as other adjacent recycled batteries.
즉, 전압 최적화부들(즉, 제1 전압 최적화부(121), 제2 전압 최적화부(122), 및 제n 전압 최적화부(123))(120) 각각에서 출력된 전압이, 도 2에 예시된 바와 같이, 하나의 모선에 병렬 연결되어 PCS(13)로 전달됨으로써, 전압 최적화부들(즉, 제1 전압 최적화부(121), 제2 전압 최적화부(122), 및 제n 전압 최적화부(123))(120) 각각의 출력전압은 각각의 출력 전압들 중 가장 큰 값으로 균등하게 맞춰지는 것이다.That is, the voltages output from each of the voltage optimization units (ie, the
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전압 최적화부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전압 최적화부(50)는 역류 방지 다이오드(51), 부스터부(52), 스위치(53), 비교부(54), 제어부(55), 및 발진부(56)를 포함한다.3 is a block diagram illustrating a configuration of a voltage optimization unit according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 , the
역류 방지 다이오드(51)는 전압 최적화부(50)의 입력단과 출력단 사이에 연결된다. 이 때, 상기 입력단(즉, 전압 최적화부(50)의 입력단)에는, 대응된 재활용 배터리(예컨대, 도 2에 예시된 제1 재활용 배터리(111))로부터 입력되는 전압(Va1)이 입력되고, 출력단(즉, 전압 최적화부(50)의 출력단)에는 이웃하는 재활용 배터리들과의 균등화에 의해 결정된 균등전압(Veq)이 걸리게 된다. The
역류 방지 다이오드(51)는 전압 최적화부(50)에 입력되는 전압(Va1)이 상기 균등전압(Veq) 보다 낮은 경우, 상기 균등전압(Veq)이 전압 최적화부(50) 내부로 역류하는 것을 방지한다.When the voltage Va1 input to the
부스터부(52)는 상기 입력단(즉, 전압 최적화부(50)의 입력단)과 역류 방지 다이오드(51) 사이에 설치되어 상기 입력전압(Va1)을 바이패스 또는 부스팅하여 출력한다. 이를 위해, 부스터부(52)는 입력단에 연결된 인덕터(미도시), 및 후술될 발진부(56)로부터 공급되는 PWM 펄스의 듀티비에 의해 온/오프가 제어되어 상기 인덕터(미도시)에 흐르는 전류의 양을 제어하는 스위치부(미도시)를 포함할 수 있다. The
따라서, 부스터부(52)는 상기 인덕터(미도시)에 흐르는 전류의 양에 의해 상기 입력전압(Va1)을 부스팅하여 출력하되, 상기 부스팅에 의해, 이웃하는 재활용 배터리에서 출력되는 출력전압들 중 최대값과 동일한 균등 전압(Veq)을 출력할 수 있다.Accordingly, the
스위치(53)는 부스터부(52)를 온/오프시키고, 발진부(56)에서 발진된 PWM 펄스를 부스터부(52)로 전달한다. 이 때, 스위치(53)는 FET, IGBT, SCR과 같은 전력 스위칭 소자로 구현될 수 있따.The
비교부(54)는 상기 입력전압(Va1)과 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압(Veq)을 비교하여 스위치(53)를 온/오프시킨다. 즉, 비교부(54)는 상기 입력전압(Va1)이 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압(Veq) 보다 높으면 스위치(53)를 오프시켜 상기 입력전압(Va1)을 바이패스시키고, 상기 입력전압(Va1)이 역류 방지 다이오드 출력단의 전압(Veq) 보다 낮으면 스위치(53)를 온시켜 상기 입력전압(Va1)을 부스팅하도록 제어할 수 있다.The
제어부(55)는 부스터부(52)의 출력전압(Vb)과 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압(Veq)을 비교하고, 그 결과에 의거하여 부스터부(52)의 부스팅 전압을 결정하기 위한 제어신호를 출력한다. 이 때, 제어부(55)는 부스터부(52)의 출력전압(Vb)과 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압(Veq)의 비교 결과, 부스터부(52)의 출력전압(Vb)이 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압(Veq)과 같아지도록 부스팅 전압을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(55)는 부스터부(52)의 출력전압(Vb)과 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압(Veq)의 차이값 만큼 부스팅하도록 전압을 결정할 수 있다. 이를 위해, 제어부(55)는 발진부(56)에서 발생되는 PWM 펄스의 듀티비를 결정하기 위한 제어신호를 생성하여, 발진부(56)로 전달한다. The
이 때, 제어부(55)는 부스터부(52)의 출력전압(Vb)과 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압(Veq)을 비교하면서, 부스터부(52)의 출력전압(Vb)이 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압(Veq)과 같아질 때까지, PWM 펄스의 듀티비를 점차적으로 변경시킬 수도 있다.At this time, the
발진부(56)는 제어부(55)에서 출력된 제어신호에 의거하여 PWM 펄스를 발생시킨 후, 부스터부(52)로 전달한다. 이 때, 발진부(56)는 제어부(55)로부터 전달된 제어신호에 의해 결정된 듀티비로 PWM 펄스를 생성하고, 상기 PWM 펄스를 스위치(53)를 통해 부스터부(52)로 전달한다. The
그러면, 부스터부(52)는 상기 PWM 펄스의 듀티비에 의거하여, 내부 스위치부(미도시)의 온/오프를 제어함으로써, 상기 입력전압(Va1)을 부스팅할 수 있다.Then, the
상기 예에 의하면, 도 2에 예시된 다수의 재활용 배터리들(110) 중 제2 재활용 배터리(112)에서 최고 출력인 300V의 전압이 출력되고, 제1 재활용 배터리(111)에서 200V의 전압이 출력되는 경우, 도 2에 예시된 바와 같이, 병렬 연결된 다수의 전압 최적화부들(120) 각각의 출력단에는 모두 300V의 전압이 걸리게 되고, 이 때, 도 3에 예시된 전압 최적화부(50)가 도 2에 예시된 다수의 전압 최적화부들(120) 중 제1 전압 최적화부(121)의 내부 블록이라면, 제1 전압 최적화부(121)의 출력단에는 300V의 전압이 걸리고, 제1 전압 최적화부(121)의 입력단에는 200V의 전압이 걸리게 된다.According to the example, a voltage of 300V, which is the highest output, is output from the second
그러면, 비교부(54)는 입력전압 200V와 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압 300V를 비교하여, 입력전압 200V이 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압 300V이 보다 낮으므로, 스위치(53)를 온시켜 입력전압 200V을 부스팅하도록 제어한다.Then, the
또한, 제어부(55)는 부스터부(52)의 출력전압(Vb)과 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압 300V을 비교하여, 부스터부(52)의 출력전압(Vb)이 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압 300V과 같아지도록 부스팅 전압을 결정한다. 또는, 제어부(55)는 부스터부(52)의 출력전압(Vb)과 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압 300V을 비교하면서, 부스터부(52)의 출력전압(Vb)이 300V가 될 때까지, PWM 펄스의 듀티비를 점차 적으로 변경시킬 수도 있다.In addition, the
한편, 도 3에 예시된 전압 최적화부(50)가 도 2에 예시된 다수의 전압 최적화부들(120) 중 제2 전압 최적화부(122)의 내부 블록이라면, 제2 재활용 배터리(112)에서 최고 출력인 300V의 전압이 출력되므로, 제2 전압 최적화부(122)의 출력단과 입력단 모두에 300V의 전압이 걸리게 된다.On the other hand, if the
그러면, 비교부(54)는 입력전압 300V와 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압 300V를 비교하여, 입력전압 300V이 역류 방지 다이오드(51) 출력단의 전압 300V이 보다 낮지 않으므로, 스위치(53)를 오프시켜 입력전압 230V을 바이패스하도록 제어한다.Then, the
한편, 스위치(53)가 오프인 경우, 제어부(55)는 발진부(56)를 오프시켜 PWM 펄스를 발생시키지 않도록 할 수 있다.On the other hand, when the
이와 같이 함으로써, 본 발명은 초기 용량 대비 효율이 떨어진 배터리들을 활용하여 안정적인 에너지를 발생시킴으로써, 폐배터리의 활용도를 높이고, 이로 인해 폐배터리 배출로 인한 환경 문제를 최소화할 수 있도록 하는 장점이 있다. In this way, the present invention has an advantage in that it is possible to generate stable energy by utilizing batteries having lower efficiency compared to the initial capacity, thereby increasing the utilization of the waste battery, and thereby minimizing environmental problems due to the discharge of the waste battery.
또한, 본 발명은 다수의 재활용 배터리들을 병렬 연결할 때, 각각의 출력 전압의 차이로 인해 발생하는 순환 전류 문제를 해결함으로써, 상기 순환 전류로 인한 에너지 저장 시스템 내의 온도 상승 문제를 해결하고, 더 나아가 화재를 예방할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention solves the problem of temperature rise in the energy storage system due to the circulation current by solving the problem of circulating current caused by the difference in output voltage when connecting a plurality of recycled batteries in parallel, and furthermore, fire has the advantage of preventing
또한, 본 발명은 제조사, 사용연한, 동작환경, 충/방전 횟수 등에 따라 성능 저하의 정도가 각기 다른 재활용 배터리들을 사전에 분류하지 않고, 사용 상태 그대로 재활용함으로써, 편리하게 에너지 저장 시스템을 구현할 수 있도록 하는 장점이 있다.In addition, the present invention does not pre-classify recycled batteries having different degrees of performance degradation depending on the manufacturer, the age of use, the operating environment, the number of times of charging/discharging, etc. There is an advantage to
이상에서는 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명이 실시 예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.In the above, embodiments of the present invention have been described, but the scope of the present invention is not limited thereto, and the present invention is easily changed from the embodiments by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains and recognized as equivalent. including all changes and modifications to the scope of
10: ESS 11: BMS
13: PCS 15: EMS
20: 발전원 30: 송/배전
40: 수용가 50: 전압 최적화부
51: 역류 방지 다이오드 52: 부스터부
53: 스위치 54: 비교부
55: 제어부 56: 발진부
100: 배터리 모듈 110: 배터리들
120: 전압 최적화부들 10: ESS 11: BMS
13: PCS 15: EMS
20: power source 30: transmission/distribution
40: consumer 50: voltage optimization unit
51: reverse flow prevention diode 52: booster unit
53: switch 54: comparison unit
55: control unit 56: oscillation unit
100: battery module 110: batteries
120: voltage optimization units
Claims (4)
상기 전력을 저장하는 배터리 모듈; 및
상기 발전장치에 의해 생산된 교류전력을 직류전력으로 변환하여 상기 배터리 모듈에 저장하고, 상기 배터리 모듈에 저장된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 부하측으로 전달하는 전력 변환 장치를 포함하되,
상기 배터리 모듈은
적어도 하나의 재활용 배터리들; 및
입력단이 상기 적어도 하나의 재활용 배터리들 각각에 연결되어 대응된 재활용 배터리로부터 입력되는 직류전압(Va)을 바이패스 또는 부스팅하여 출력하되, 출력단이 병렬 연결되어 인접한 다른 재활용 배터리들과 동일한 균등전압(Veq)을 출력하는 전압 최적화부들을 포함하고,
상기 전압 최적화부는
상기 입력단과 출력단 사이에 설치되는 제1 역류 방지 다이오드;
상기 입력단과 상기 제1 역류 방지 다이오드 사이에 설치되어 상기 직류전압(Va)을 바이패스 또는 부스팅하는 제1 부스터부;
상기 제1 부스터부를 온/오프시키는 제1 스위치;
상기 직류전압(Va)과 상기 제1 역류 방지 다이오드 출력단의 전압(Veq)을 비교하여 상기 제1 스위치를 온/오프시키는 비교부;
상기 제1 부스터부의 출력전압(Vb)과 상기 제1 역류 방지 다이오드 출력단의 전압(Veq)을 비교하고, 그 결과에 의거하여 상기 제1 부스터부의 부스팅 전압을 결정하기 위한 제어신호를 출력하는 제1 제어부; 및
상기 제어신호에 의거하여 PWM 펄스를 발생시킨 후, 상기 제1 스위치를 통해, 상기 제1 부스터부로 출력하는 발진부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템.In the energy storage system for storing power produced by various power generation devices and supplying the stored power to a load side,
a battery module for storing the power; and
A power conversion device that converts the AC power produced by the power generator into DC power and stores it in the battery module, converts the DC power stored in the battery module into AC power and transmits it to the load side,
The battery module is
at least one recycled battery; and
An input terminal is connected to each of the at least one recycled battery to bypass or boost a DC voltage Va input from a corresponding recycled battery, and output it, but the output terminal is connected in parallel to the same equivalent voltage (Veq) as that of other adjacent recycled batteries ) including voltage optimization units that output
The voltage optimizer
a first backflow prevention diode installed between the input terminal and the output terminal;
a first booster part installed between the input terminal and the first backflow prevention diode to bypass or boost the DC voltage Va;
a first switch for turning on/off the first booster unit;
a comparator for comparing the DC voltage (Va) with a voltage (Veq) of an output terminal of the first backflow prevention diode to turn on/off the first switch;
Comparing the output voltage (Vb) of the first booster unit and the voltage (Veq) of the first backflow prevention diode output terminal, based on the result, a first outputting control signal for determining the boosting voltage of the first booster unit control unit; and
and an oscillator that generates a PWM pulse based on the control signal and outputs the PWM pulse to the first booster through the first switch.
상기 입력단에 연결된 인덕터; 및
상기 발진부로부터 공급되는 PWM 펄스의 듀티비에 의해 온/오프가 제어되어 상기 인덕터에 흐르는 전류의 양을 제어하는 제2 스위치를 포함하고,
상기 인덕터에 흐르는 전류의 양에 의해 상기 재활용 배터리로부터 입력되는 직류전압(Va)을 부스팅하여 출력하는 것을 특징으로 하는 재활용 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템.According to claim 1, wherein the first booster unit
an inductor connected to the input terminal; and
and a second switch for controlling the amount of current flowing through the inductor by controlling on/off according to the duty ratio of the PWM pulses supplied from the oscillator;
An energy storage system using a recycled battery, characterized in that it boosts and outputs the DC voltage (Va) input from the recycled battery by the amount of current flowing through the inductor.
상기 직류전압(Va)이 상기 제1 역류 방지 다이오드 출력단의 전압(Veq) 보다 높으면 상기 제1 스위치를 오프시켜 상기 직류전압(Va)을 바이패스시키고,
상기 직류전압(Va)이 상기 제1 역류 방지 다이오드 출력단의 전압(Veq) 보다 낮으면 상기 제1 스위치를 온시켜 상기 직류전압(Va)을 부스팅하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재활용 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the comparator
When the DC voltage Va is higher than the voltage Veq of the output terminal of the first backflow prevention diode, the first switch is turned off to bypass the DC voltage Va,
When the DC voltage Va is lower than the voltage Veq of the output terminal of the first backflow prevention diode, the first switch is turned on to control to boost the DC voltage Va. Energy storage using a recycled battery system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210172245A KR102386233B1 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | Apparatus for storing emergency power using recycled batteries |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210172245A KR102386233B1 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | Apparatus for storing emergency power using recycled batteries |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102386233B1 true KR102386233B1 (en) | 2022-04-14 |
Family
ID=81211555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210172245A KR102386233B1 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | Apparatus for storing emergency power using recycled batteries |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102386233B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102562635B1 (en) * | 2023-04-21 | 2023-08-02 | 이브일렉트로닉 주식회사 | Energy storage system using waste battery and including voltage balancing module between battery packs for reusing waste battery and method of balancing voltage between battery packs using the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130091951A (en) * | 2012-02-09 | 2013-08-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery pack, controlling method of the same, and power storage system including the battery pack |
KR20140078858A (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-26 | 현대자동차주식회사 | Apparatus and method for improving output voltage response of boost converter power |
JP2016208832A (en) * | 2015-04-21 | 2016-12-08 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Battery control apparatus, battery module, battery pack, and battery control method |
KR20200048913A (en) | 2018-10-31 | 2020-05-08 | (주)도원 | Stand-alone household energy storage system based on waste battery |
-
2021
- 2021-12-03 KR KR1020210172245A patent/KR102386233B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130091951A (en) * | 2012-02-09 | 2013-08-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery pack, controlling method of the same, and power storage system including the battery pack |
KR20140078858A (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-26 | 현대자동차주식회사 | Apparatus and method for improving output voltage response of boost converter power |
JP2016208832A (en) * | 2015-04-21 | 2016-12-08 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Battery control apparatus, battery module, battery pack, and battery control method |
KR20200048913A (en) | 2018-10-31 | 2020-05-08 | (주)도원 | Stand-alone household energy storage system based on waste battery |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102562635B1 (en) * | 2023-04-21 | 2023-08-02 | 이브일렉트로닉 주식회사 | Energy storage system using waste battery and including voltage balancing module between battery packs for reusing waste battery and method of balancing voltage between battery packs using the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10464441B2 (en) | Charging facility and energy management method for charging facility | |
US8860359B2 (en) | Hybrid energy storage system | |
US8120365B2 (en) | Power control unit | |
US8410634B2 (en) | Grid-connected power storage system and method for controlling grid-connected power storage system | |
US8330418B2 (en) | Power supply device capable of equalizing electrical properties of batteries | |
EP2404359B1 (en) | Systems and methods for scalable configurations of intelligent energy storage packs | |
US20120175966A1 (en) | Power supply system | |
US10017138B2 (en) | Power supply management system and power supply management method | |
JP2009118727A (en) | Hybrid power source | |
JP2014086296A (en) | Power storage system | |
US10454286B2 (en) | Conversion circuit device for uninterruptible power supply (UPS) systems | |
US11230199B2 (en) | Motor-driven vehicle and control method for motor-driven vehicle | |
KR20200048913A (en) | Stand-alone household energy storage system based on waste battery | |
JP2007014148A (en) | Power supply | |
JP2016528868A (en) | Charge balancing device for power battery elements | |
KR102386233B1 (en) | Apparatus for storing emergency power using recycled batteries | |
JP2021019400A (en) | Power storage system | |
WO2012032621A1 (en) | Power storage apparatus using capacitor, charging control apparatus therefor, and charging control method therefor | |
CN112829626A (en) | Energy storage charging and battery replacing system | |
CN218287481U (en) | Energy storage charging and battery replacing system | |
CN112918295A (en) | Charging and battery replacing system | |
CN116118507A (en) | Power-on control method and power distribution system for vehicle | |
JP2015015854A (en) | Power conversion device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |