KR20130136744A - 에너지 저장 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치 및 방법은 탈부착이 가능한 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하여 구성되며 배터리 모듈의 하위단에 문제 발생 시 계통 유지가 가능한 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

에너지 저장 장치 및 방법 {ENERGY STORAGE SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 에너지 저장 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 저장 장치의 하위 단 고장 발생 시 계통 전압의 유지가 가능한 에너지 저장 장치 및 방법에 관한 것이다.
'스마트 그리드(Smart Grid)'는 첨단 ICT(Information Communication Technology; 정보통신 기술)를 활용하여 전력 공급자와 소비자가 쌍방향으로 실시간 정보를 교환해 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망을 말한다. 즉, 전력 네트워크와 첨단 ICT(양방향 통신, 센서, 컴퓨팅, S/W)를 활용한 에너지의 생성, 공급, 사용체계의 혁신을 통해 전력망의 효율성, 신뢰성, 안정성을 높이고 분산자원을 효율적으로 관리하는 것이다. 또한, 녹색전력 IT기술이란 발전소, 송전탑, 전봇대, 그리고 가전제품에 수많은 센서를 설치하여 다양한 전력정보를 자유자재로 생산하고 유통하는 기술을 말한다. 현재까지 사용되고 있는 전통적인 전력공급체계는 발전사업자가 대용량 전기를 생산하여 고압~중압~저압전기로 바꾸는 송배전 과정을 거치며, 발전부문의 제어를 통해 전력의 생산(발전)과 소비(수용)의 균형을 제공하는 전력사업자 중심의 일방적 구조(중앙집중형 전력공급구조)이다. 그러나 이와 같은 전통적인 전력체계는 물리적 스위치나 아날로그방식의 제어기를 사용함에 따른 원거리 송전이나 지역 전력사업자 간 송배전, 풍력 또는 태양광 등 다양한 분산전원 제어 및 조정, 전력의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 전력수요부문의 통제 필요성 등에 있어 한계성을 지니고 있다. 이에 따라 수평적, 협력적, 분산적, 유연적 전력 네트워크가 요구되어 기존의 배전망에 컴퓨터와 통신기술을 접목시키는 것으로부터 시작된 전력망의 스마트화가 송전, 변전, 수요관리 등 전반으로 확산되고 있다.
스마트 그리드는 전력산업에 통신, 인터넷, 전기전자, 자동차, 소프트웨어 등의 이종산업이 융합된 매우 광범위하고 포괄적인 개념이다. 또한, 해당국가는 물론 세계적으로 표준화가 전무한 상황이다. 따라서 전력망 및 다양한 연관분야에서의 혁신이 요구되고 대규모 투자가 필요한 스마트 그리드에 대해 세계 각국은 전력사업자와 정부 주도로 장기적인 관점에서 정책을 시행하고 있다.
에너지 저장 장치(ESS ; Energy Storage System)는 스마트그리드의 필수요소로 태양광, 풍력 등 신재생발전원의 간헐적 출력특성을 단기적으로 안정화시키기 위해서, 그리고 발전과 수요의 시차를 극복하기 위해서는 에너지 저장 기술의 적용이 필수적이라고 할 수 있다.
종래에는 에너지 저장 장치의 계통 유지와 관련된 기술이 있다.
이와 같이 종래에 에너지 저장 장치에 관한 기술들이 개시되고 있으나, 배터리 셀 하나에 문제가 발생하면 계통 전체가 차단되는 문제점이 있다.
미국공개특허 20110140535호 (공개일자 2011.06.16)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 에너지 저장 장치의 하위 단 고장 발생 시 계통 전압이 유지가 가능한 에너지 저장 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 이루고 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는 적어도 하나의 적층된 배터리 셀들을 포함하며 양극 단자 및 음극 단자를 포함하는 적어도 하나의 배터리 팩, 상기 배터리 팩은 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 배터리 팩과 부하 사이에 위치하여 상기 배터리 팩으로부터 상기 부하로의 연결을 담당하며 상기 배터리 팩의 출력을 차단하는 파워 릴레이 어셈블리, 및 상기 각각의 배터리 팩과 상기 파워 릴레이 어셈블리에 연결되어 상기 각각의 배터리 팩과 상기 파워 릴레이 어셈블리를 모니터링 및 제어하는 서브 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 서브 배터리 관리 시스템과 연결되어 배터리를 관리하는 메인 배터리 관리 시스템;을 포함하되, 상기 배터리 모듈은 상기 메인 배터리 관리 시스템에 탈부착이 가능한 것이 바람직하다.
또한, 배터리 모듈은 서로 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
아울러, 배터리 팩은 상기 배터리 팩의 온도, 전압, 및 전류를 모니터링 하고 상기 배터리 셀을 제어하는 내장 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어방법은, 적어도 하나의 배터리 팩, 파워 릴레이 어셈블리 및 서브 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 적어도 하나의 배터리 모듈 및 상기 서브 배터리 관리 시스템과 연결되어 배터리를 관리하는 메인 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 에너지 저장 장치의 제어방법에 있어서, 상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 배터리 팩의 상태를 모니터링 하여 이상상태 발생 시 이상신호를 생성하는 이상신호 생성 단계; 상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 이상신호 생성 단계에서 생성된 상기 서브 배터리 관리 시스템의 이상 신호를 입력받아 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 배터리 모듈 판단 단계; 상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 배터리 모듈 판단 단계에서 상기 배터리 모듈 중 적어도 하나의 모듈에 이상이 감지되면 상기 이상이 감지된 파워 릴레이 어셈블리를 차단하는 명령을 상기 서브 배터리 관리 시스템에 전송하는 차단명령 전송 단계; 및 상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 차단명령 전송 단계에서 생성된 차단 명령을 입력받아 상기 파워 릴레이 어셈블리를 차단하는 파워 릴레이 어셈블리 차단 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치에 따르면, 에너지 저장 장치의 하위 단 고장이 발생하는 경우에도 전력 공급이 중단되지 않고 안정적인 전력 공급이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 파워 릴레이 어셈블리의 개발에 대한 비용절감 효과도 얻을 수 있고 파워 릴레이 어셈블리의 제조에 대한 비용절감 효과도 얻을 수 있다.
아울러, 에너지 저장 장치의 유지 관리가 용이하고 유지 관리 비용의 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성을 간략하게 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 모듈의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어방법을 나타낸 순서도.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 대용량 에너지 저장 장치를 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 의미가 있으며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 구성을 간략하게 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 모듈의 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)는 복수개의 배터리 모듈(200) 및 메인 배터리 관리 시스템(Battery Management System)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 배터리 모듈(200)은 전압 전류 및 온도 정보 및 고장 진단 사항에 대한 정보는 메인 배터리 관리 시스템(100)에 전달되어 모듈의 상태를 모니터링 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 배터리 모듈(200)은 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(200)은 고장 시 계통 전압을 유지하기 위해 교체 가능한 최소 단위를 의미하며, 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 배터리 팩(230), 파워 릴레이 어셈블리(220), 서브 배터리 관리 시스템(210)을 포함하여 이루어질 수 있다.
배터리 팩(230)은 적어도 하나의 적층된 배터리 셀들을 포함하며, 양극 단자 및 음극 단자를 포함하여 구성되며 배터리 팩은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 배터리 팩(230)은 상기 배터리 팩(230)의 온도, 전압, 및 전류를 모니터링 하고 배터리 팩(230)의 과충전 또는 과방전을 방지할 뿐만 아니라, 배터리 팩(230)의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)을 추정하여 배터리(112)의 상태가 최적으로 유지될 수 있도록 배터리 셀을 제어하는 내장 배터리 관리 시스템(231)을 포함하여 구성할 수 있다.
파워 릴레이 어셈블리(220)는 배터리 모듈(200)에 포함되어 구성되며, 배터리 팩(230)과 계통에 전력을 공급하는 전력 변환장치 사이에 위치하여 배터리 모듈(200)의 출력을 차단하고, 계통에 연결되기 위한 전력 변환 장치와의 초기 연결을 담당한다.
서브 배터리 관리 시스템(210)은 각각의 배터리 팩(230)과 상기 파워 릴레이 어셈블리(220)에 연결되어 상기 각각의 배터리 팩(230)의 전압, 전류, 온도를 센싱하고, 상기 파워 릴레이 어셈블리(220)를 제어를 할 수 있다.
메인 배터리 관리 시스템(100)은 서브 배터리 관리 시스템(210) 과의 통신을 통해 에너지 저장 장치의 진단, SOC 상태 모니터링 등의 전체적인 관리를 한다.
다시 말하자면, 각각의 배터리 모듈(200)에 각각의 파워 릴레이 어셈블리(220)를 연결해 각각의 배터리 모듈(200) 중 어느 한 모듈의 고장이 발생 한경우 해당 파워 릴레이 어셈블리(220)를 차단하여 전체적인 에너지 저장 장치의 운영이 중지되지 않아 계통에 공급되는 전력이 중단되지 않고 안정적인 전력 공급이 가능하도록 한다.
또, 문제가 발생한 배터리 모듈(200)의 배터리 팩(230)을 교체할 때 계통에 공급되는 전력을 유지하면서 교체가 가능하게 할 수 있으므로 에너지 저장 장치의 유지 관리가 용이하다.
또한, 상황에 따라 에너지 저장 장치의 용량을 증가시키거나 감소시키기 용이하여 에너지 저장 장치의 유지 관리가 용이하고 유지 관리 비용의 절감 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 각 배터리 모듈(200)은 파워 릴레이 어셈블리를 적용함으로써 특정 배터리 팩(230)및 배터리 모듈(200)의 고장 발생시 모듈 단위의 파워 릴레이 어셈블리(220)를 차단함으로써 계통의 전압을 유지할 수 있고, 파워 릴레이 어셈블리의 최대 허용 용량의 감소로 인해 파워 릴레이 어셈블리의 개발에 필요한 비용의 절감 효과를 얻을 수 있고, 동시에 파워 릴레이 어셈블리의 제조에 대한 비용절감 효과도 얻을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제어방법은 적어도 하나의 배터리 팩, 파워 릴레이 어셈블리 및 서브 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 적어도 하나의 배터리 모듈 및 상기 서브 배터리 관리 시스템과 연결되어 배터리를 관리하는 메인 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 에너지 저장 장치의 제어방법에 있어서, 이상신호 생성 단계(S10), 배터리 모듈 판단 단계(S20), 차단명령 전송 단계(S30) 및 파워 릴레이 어셈블리 차단 단계(S40)를 포함하여 이루어진다.
이상신호 생성 단계(S10)는 서브 배터리 관리 시스템이 배터리 팩의 상태를 모니터링 하여 이상상태 발생 시 이상신호를 생성한다. 이때 이상상태는 배터리 셀의 수명 초과, 배터리 모듈 내부의 선로 단선, 배터리 모듈 내부의 선로 도통, 배터리 모듈 내부의 선로 누전, 파워 릴레이 어셈블리 내부의 릴레이 접점 융착, 서브 배터리 관리 시스템의 고장 등이 될 수 있다.
배터리 모듈 판단 단계(S20)는 메인 배터리 관리 시스템이 이상신호 생성 단계(S10)에서 생성된 서브 배터리 관리 시스템의 이상 신호를 입력받아 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단한다.
차단명령 전송 단계(S30)는 메인 배터리 관리 시스템이 배터리 모듈 판단 단계(S20)에서 배터리 모듈 중 적어도 하나의 모듈에 이상이 감지되면 상기 이상이 감지된 파워 릴레이 어셈블리를 차단하는 명령을 서브 배터리 관리 시스템에 전송한다.
파워 릴레이 어셈블리 차단 단계(S40)는 메인 배터리 관리 시스템이 차단명령 전송 단계(S30)에서 생성된 차단 명령을 입력받아 파워 릴레이 어셈블리를 차단한다.
다시 말해, 메인 배터리 관리 시스템이 각각의 배터리 모듈의 이상 여부를 모니터링 하고, 이상이 발생한 배터리 모듈을 차단하는 명령을 해당 서브 배터리 관리 시스템에 전송하여 해당 파워 릴레이 어셈블리를 차단함으로 전체적인 에너지 저장 장치의 운영이 중지되지 않아 계통에 공급되는 전력이 중단되지 않고 안정적인 전력 공급이 가능하도록 한다.
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: 메인 배터리 관리 시스템
200: 배터리 모듈
210: 서브 배터리 관리 시스템
220: 파워 릴레이 어셈블리
230: 배터리 팩
231: 내장 배터리 관리 시스템
S10: 이상신호 생성 단계
S20: 배터리 모듈 판단 단계
S30: 차단명령 전송 단계
S40: 파워 릴레이 어셈블리 차단 단계

Claims (4)

  1. 적어도 하나의 적층된 배터리 셀들을 포함하며 양극 단자 및 음극 단자를 포함하는 적어도 하나의 배터리 팩, 상기 배터리 팩은 직렬 또는 병렬로 연결되며, 상기 배터리 팩과 부하 사이에 위치하여 상기 배터리 팩으로부터 상기 부하로의 연결을 담당하며 상기 배터리 팩의 출력을 차단하는 파워 릴레이 어셈블리, 및 상기 각각의 배터리 팩과 상기 파워 릴레이 어셈블리에 연결되어 상기 각각의 배터리 팩과 상기 파워 릴레이 어셈블리를 모니터링 및 제어하는 서브 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 서브 배터리 관리 시스템과 연결되어 배터리를 관리하는 메인 배터리 관리 시스템;을 포함하되, 상기 배터리 모듈은 상기 메인 배터리 관리 시스템에 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배터리 모듈은
    서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서, 배터리 팩은
    상기 배터리 팩의 온도, 전압, 및 전류를 모니터링 하고 상기 배터리 셀을 제어하는 내장 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  4. 적어도 하나의 배터리 팩, 파워 릴레이 어셈블리 및 서브 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 적어도 하나의 배터리 모듈 및 상기 서브 배터리 관리 시스템과 연결되어 배터리를 관리하는 메인 배터리 관리 시스템을 포함하여 구성되는 에너지 저장 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 서브 배터리 관리 시스템이 상기 배터리 팩의 상태를 모니터링 하여 이상상태 발생 시 이상신호를 생성하는 이상신호 생성 단계;
    상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 이상신호 생성 단계에서 생성된 상기 서브 배터리 관리 시스템의 이상 신호를 입력받아 상기 배터리 모듈의 이상 여부를 판단하는 배터리 모듈 판단 단계;
    상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 배터리 모듈 판단 단계에서 상기 배터리 모듈 중 적어도 하나의 모듈에 이상이 감지되면 상기 이상이 감지된 파워 릴레이 어셈블리를 차단하는 명령을 상기 서브 배터리 관리 시스템에 전송하는 차단명령 전송 단계; 및
    상기 메인 배터리 관리 시스템이 상기 차단명령 전송 단계에서 생성된 차단 명령을 입력받아 상기 파워 릴레이 어셈블리를 차단하는 파워 릴레이 어셈블리 차단 단계;
    를 포함하여 이루어지는 에너지 저장 장치의 제어방법.
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