KR20130123851A - 대용량 에너지 저장 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템은, 복수 개의 배터리 팩으로 구성되는 뱅크(Bank)를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 배터리 시스템, 상기 배터리 시스템에 각각 연결되며, 각각의 상기 배터리 시스템에서 생성되는 전력을 인가받아 교류 전력으로 변환하여 계통으로 전달하는 적어도 하나 이상의 PCS(Power Conditioning System) 및 상기 PCS에서 인가되는 교류 전력을 소비하는 계통을 포함하는 대용량 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.

Description

대용량 에너지 저장 시스템 {Mass Energy Storage System}

본 발명은 대용량 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 시스템에 연계되어 있는 계통에 대용량의 전력을 인가함에 있어서 안정적인 전력 공급을 가능하게 하는 것이다.

배터리에서 생산된 전력을 계통에 연계함에 있어서, 현재로서는, 저용량 에너지 저장 시스템의 경우, PCS를 이용하여 생산된 전력을 단상 교류 전력으로 변환하여 계통에 연계하고 있는 실정이다. 그러나 대용량 에너지 저장 시스템의 사용량이 늘어남에 따라, 단상보다는 3상을 이용하여 계통과 연계하고자 하는 요구가 늘고 있는 추세이다. 단상의 경우, 일반적인 가정에서 필요한 전력 공급 함에 있어서는 충분하지만, 가정 외에 산업 현장 또는 건물의 분전반 등의 전력공급량이많은부하에제공하기에는부족함을야기할수있다

반면에, 3상의 경우, 전달되는 전력 공급량에 있어서 공장이나 큰 부하에 공급하기에 적합하며, 예비전력을 제공함에 있어서도 용이하게 때문에, 전력 공급의 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명은 복수 개의 배터리 시스템을 이용하는 대용량 에너지 저장 시스템을 3상을 통해 계통에 전력을 연계하는 것이 어려운 점에 착안한다.

미국공개특허 20110140535호 (공개일자 2011.06.16)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 병렬 구조의 배터리 시스템을 통해서 연계되어 있는 계통에 대용량의 전력을 원활하게 공급 가능하도록 하는 대용량 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 이루고 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템은, 복수 개의 배터리 팩으로 구성되는 뱅크(Bank)를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 배터리 시스템, 상기 배터리 시스템에 각각 연결되며, 각각의 상기 배터리 시스템에서 생성되는 전력을 인가받아 교류 전력으로 변환하여 계통으로 전달하는 적어도 하나 이상의 PCS(Power Conditioning System) 및 상기 PCS에서 인가되는 교류 전력을 소비하는 계통을 포함하여 구성된다.

상기 배터리 시스템은 적어도 하나 이상의 뱅크를 포함하여 이루어지며, 상기 뱅크는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.

상기 뱅크는 적어도 하나 이상의 PRA(Power Relay Assembly)와 적어도 하나 이상의 BMS(Battery Management System)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 배터리 시스템 및 PCS는 적어도 셋 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템에 따르면,

병렬 구조로 이루어져 계통에 연계되는 배터리 시스템을 통해서 대용량의 전력을 안정적으로 제공할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 배터리 시스템을 구성하고 있는 배터리 팩의 수를 조절하여 원하는 전력을 구성할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템의 뱅크(Bank)의 구성을 상세하게 도시한 도면이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 대용량 에너지 저장 시스템을 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템의 구성에 대해 간략하게 도시한 도면이다.

도 1을 참조로 하여 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템의 구성에 대해 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 배터리 시스템(100), PCS(Power Conditioning System)(200) 및 계통(Grid)(300)을 포함하여 이루어질 수 있다.

배터리 시스템(100)은 복수 개의 배터리 팩(112)으로 구성되는 뱅크(Bank)(110)를 포함하여 구성되며, 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템은 적어도 하나 이상의 배터리 시스템(100)로 이루어질 수 있다.

뱅크(110)란, 배터리 시스템(100)을 구성하는 최소 단위를 의미하며, 도 2에 도시된 바와 같이, PRA(Power Relay Assembly)(111), 배터리 팩(112) 및 BMS(Battery Management System)(113)를 포함하여 이루어질 수 있다. 배터리 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 뱅크(110)를 포함하여 이루어지며, 이때, 뱅크(110)는 서로 직렬 또는 병렬로 연결된다.

PRA(111)는 일반적으로 대용량 고전압 배터리와 계통 사이에 위치하며, PRA(111)를 통해 배터리 팩(112)에서 생산된 전력이 미리 정해진 값 이상 또는 이하가 되면 계통으로 인가될 수 있다.

배터리 팩(112)는 복수 개의 배터리 셀(Cell)(미도시)과 배터리 팩(112)을 관리하는 BMS(Battery Management System)(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 배터리 팩(112)을 구성하는 BMS을 제 1 BMS라 한다.

BMS(113)는 뱅크(110)를 관리하는 시스템을 의미하며, 배터리 팩(112)을 구성하고 있는 제 1 BMS와 통신을 통해 뱅크(110)의 전압, 전류 및 온도 값을 모니터링 할 수 있다. 이하, 뱅크(110)를 구성하는 BMS(113)를 제 2 BMS라 한다.제 2 BMS는 제 1 BMS와 통신을 통해 제어할 수 있으며, 제 1 BMS의 제어함으로써배터리팩(112)의 과충전 또는 과방전을 방지할 뿐만 아니라, 배터리 팩(112)의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)를 추정을 통해 배터리 팩(112)의 상태가 최적으로 유지될 수 있도록 하며, 더불어, 뱅크(110)의 상태 역시 최적으로 유지될 수 있도록 할 수 있다.

이때, 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 복수 개의 뱅크(110)로 이루어지는 배터리 시스템(100)을 3개를 구성함으로써 계통에 3상의 형태로 전력을 공급할 수 있게 한다. 아울러, 배터리 시스템(100)은 별도의 BMS(Battery Management System)(미도시)를 포함하여 구성되며, 이하, 배터리 시스템(100)을 구성하는 BMS를 제 3 BMS라 한다. 제 3 BMS는 전반적인 배터리 시스템(100)을 관리, 모니터링 할 수 있으며, 제 1 BMS 내지 제 2 BMS를 제 3 BMS와의 통신을 통해서 원활하게 관리할 수 있다.

다시 말하자면, 복수 개의 PRA(111), 복수 개의 배터리 팩(112), 및 복수 개의 BMS(113)로 구성되는 뱅크(110)를 복수 개 포함하여 구성되는 배터리 시스템(100)을 통해서 대용량의 전력이 생산되며, 생산된 전력이 계통에 안정적으로 인가될 수 있도록 할 수 있다.

PCS(Power Conditioning System)(200)는 일반적으로 배터리에서 생산되는 DC전력을 AC전력으로 변환할 수 있으며, 이를 통해서 변환한 AC전력을 Grid 및 부하에 전달하거나, 변환한 AC전력을 DC전력으로 재변환하여 배터리에 재전달하는 DC-AC의 양방향 전송 및 신재생에너지발전을 통해서 생산된 전력을 배터리로 전달할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템의 PCS(200)는 각각의 3개의 배터리 시스템(100)에서 생산되는 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있으며, 이에 인해, PCS(200) 또한 3개로 구성됨에 따라 3상의 형태로 계통(300)에 전력을 인가할 수 있다. 또한, PCS(200)는배터리시스템(100)의 제 3 BMS와의 통신을 통해서 배터리 시스템(100)의 잔존 용량(SOC, State Of Charge) 및 진단 상태를 확인하여 배터리 시스템(100)의 운용을 제어할 수 있다.

즉, 다시 말하자면, 복수 개의 뱅크(110)로 이루어지는 3개의 배터리 시스템(100) 및 3개의 배터리 시스템(100)에 각각 연결되어 있는 3개의 PCS(200)를 통해 계통(300)에 3상의 형태로 전력을 인가할 수 있게 된다. 3상으로 계통(300)에 전력을 인가할 수 있게 됨에 따라, 복수 개의 배터리 팩(112)에서 생산되는 대용량의 전력을 공급함에 있어서 일정한 크기의 전력이 안정적으로 공급될 수 있다.

계통(300)은 PCS(200)로부터 배터리 시스템(100)에서 생산된 전력을 공급받아 소비하는 장치이다.

다시 말하자면, 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 에너지 저장 시스템은 복수 개의 뱅크(110)로 이루어지는 3개의 배터리 시스템(100), 3개의 배터리 시스템(100)로부터 전력을 인가받아 교류전력으로 변환하여 계통(300)에 전달하는 3개의 PCS(200) 및 PCS(200)를 통해서 전달되는 전력을 소비하는 계통(300)으로 이루어지며, 이때, 뱅크(110)는 복수 개의 PRA(111), 복수 개의 배터리 팩(112) 및 복수 개의 BMS(113)로 이루어질 수 있다. 이러한 뱅크(110)를 복수 개를 포함하여 이루어지는 배터리 시스템(100)을 통해 단상에서 3상으로 전력 전송이 가능하게 되며, 이를 통해, 대용량의 전력을 안정적으로 공급할 수 있게 된다. 또한, 배터리 시스템(100)을 구성하고 있는 뱅크(110)의 수를 조절하여 계통(300)에서 원하는 만큼의 전력량을 구성할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 배터리 시스템
110 : 뱅크(Bank)
111 : PRA(Power Relay Assembly)
112 : 배터리 팩(Battery Pack)
113 : BMS(Battery Management System)
200 : PCS(Power Conditioning System)
300 : 계통(Grid)

Claims (4)

1. 복수 개의 배터리 팩으로 구성되는 뱅크(Bank)를 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 배터리 시스템;
   상기 배터리 시스템에 각각 연결되며, 각각의 상기 배터리 시스템에서 생성되는 전력을 인가받아 교류 전력으로 변환하여 계통으로 전달하는 적어도 하나 이상의 PCS(Power Conditioning System); 및
   상기 PCS에서 인가되는 교류 전력을 소비하는 계통;
   을 포함하는 대용량 에너지 저장 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배터리 시스템은
   적어도 하나 이상의 뱅크를 포함하여 이루어지며, 상기 뱅크는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 대용량 에너지 저장 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 뱅크는
   적어도 하나 이상의 PRA(Power Relay Assembly)와 적어도 하나 이상의 BMS(Battery Management System)을 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 에너지 저장 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 배터리 시스템 및 PCS는
   적어도 셋 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대용량 에너지 저장 시스템.

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