KR20150115560A

KR20150115560A - 에너지 저장 시스템 및 그의 구동방법

Info

Publication number: KR20150115560A
Application number: KR1020140040814A
Authority: KR
Inventors: 김우철
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2015-10-14
Also published as: KR102234290B1; US10298006B2; US20150288212A1

Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것으로, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 적어도 하나의 랙 BMS를 가지는 하나 이상의 배터리 랙을 포함하는 배터리 시스템; 상기 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하는 DC 콘택터(contactor); 상기 랙 BMS와 연결되는 제1 전원 공급부; 상기 DC 콘택터와 연결되는 제2 전원 공급부; 및 상기 랙 BMS에 연결되는 제1 스위치를 포함하되, 상기 제1 스위치가 턴-온 되는 경우 상기 랙 BMS는 상기 DC 콘택터(contactor)와 상기 제2 파워 서플라이 간의 연결을 차단하는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 저장 시스템 및 그의 구동방법{Energy storage system and controlling method the same}

본 발명은 에너지 저장 시스템 및 그의 구동방법에 관한 것이다.

환경 파괴, 자원 고갈 등이 심각한 문제로 제기되면서, 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 이와 함께 발전과정에서 공해를 유발하지 않거나 적게 유발하는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 에너지 저장 시스템은 이러한 신재생 에너지, 전력을 저장하는 배터리 시스템, 그리고 기존의 계통을 연계시키는 시스템으로서, 오늘 날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.

이러한, 에너지 저장 시스템은 전력을 저장하는 배터리 시스템과, 배터리 시스템, 발전 시스템, 계통의 전력을 적절하게 변환하여 공급하는 전력 변환 시스템을 포함한다.

배터리 시스템과 전력 변환 시스템간에는 대전류단을 연결하는 DC 콘택터(contactor)가 연결된다. DC 콘택터는 전력의 공급여부를 제어하는 스위치로서, 고전압 고출력의 전기 에너지가 상시 통과하며, 이의 구동을 위해서는 별도의 전원이 공급되어야 한다.

이러한, DC 콘택터로의 전원 공급은 배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 랙의 충방전을 제어하며, 각 배터리 랙의 상태를 모니터링 하는 랙 BMS에 의해 제어되었다.

배터리 시스템에 문제가 발생하는 경우 종래에는 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 연결을 차단하기 위해 랙 BMS로 인가되는 전원을 차단하여 랙 BMS에 의해 제어되는 DC 콘택터가 오프 되도록 제어하였다.

그러나, 이와 같이 DC 콘택터를 오프 하기 위해 랙 BMS로 인가되는 전원을 차단하는 경우, 랙 BMS를 이용한 배터리 랙의 내부 모니터링이 불가능해지는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 배터리 시스템의 이상 발생시 배터리 시스템과 전력변환 시스템간의 연결을 신속하게 차단하고, 랙 BMS를 통한 배터리 랙의 내부 모니터링을 중단 없이 수행할 수 있는 에너지 저장 시스템 및 그의 구동방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 랙 BMS를 가지는 하나 이상의 배터리 랙을 포함하는 배터리 시스템; 상기 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하는 DC 콘택터(contactor); 상기 랙 BMS와 연결되는 제1 전원 공급부; 상기 DC 콘택터와 연결되는 제2 전원 공급부; 및 상기 랙 BMS에 연결되는 제1 스위치를 포함하되, 상기 제1 스위치가 턴-온 되는 경우 상기 랙 BMS는 상기 DC 콘택터(contactor)와 상기 제2 파워 서플라이 간의 연결을 차단하는 에너지 저장 시스템이 제공된다.

상기 DC 콘택터와 상기 제2 전원 공급부간의 경로 상에 연결되는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.

상기 랙 BMS는 상기 제1 스위치가 턴-온 되는 경우, 상기 제2 스위치를 턴-오프 할 수 있다.

상기 제2 스위치는 트랜지스터일 수 있다.

상기 랙 BMS는 상기 제2 스위치를 제어하기 위한 제어신호를 출력할 수 있다.

상기 제어신호는 상기 제2 스위치가 턴-온되는 기간 동안 게이트 온 전압으로 발생하고, 상기 제2 스위치가 턴-오프되는 기간 동안 게이트 오프 전압으로 발생할 수 있다.

상기 랙 BMS는 상기 제1 스위치가 턴-온 되는 경우 상기 제2 스위치가 턴-오프 되도록 상기 제어신호를 출력하고, 상기 제1 스위치가 턴-오프 되는 경우 상기 제2 스위치가 턴-온 되도록 상기 제어신호를 출력할 수 있다.

상기 제1 스위치는 수동 스위치일 수 있다.

상기 DC 콘택터와 상기 배터리 시스템간의 경로상에 퓨즈가 더 연결될 수 있다.

상기 제1 전원 공급부 또는 제2 전원 공급부는 SMPS(switched-mode power supply)일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 배터리 랙 및 상기 배터리 랙을 모니터링 하는 랙 BMS를 포함하는 배터리 시스템과 상기 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하는 DC 컨택터를 포함하는 에너지 저장 시스템의 구동방법에 있어서, 상기 랙 BMS에 연결된 제1 스위치의 온오프 신호를 수신하는 단계; 및 상기 온오프 신호를 이용하여 상기 DC 컨택터의 전원 공급을 제어하는 단계를 포함하고,

상기 전원 공급을 제어하는 단계는, 상기 온오프 신호가 턴-온 신호인 경우 제1 전원 공급부로부터 상기 DC 콘택터에 공급되는 전원을 차단하며, 상기 온오프 신호가 턴-오프 신호인 경우 상기 제1 전원 공급부의 전원이 상기 DC 콘택터에 공급되도록 하는 단계를 포함하되, 상기 랙 BMS는 제2 전원 공급부로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 구동방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 배터리 시스템의 이상 발생시 배터리 시스템과 전력변환 시스템간의 연결을 신속하게 차단할 수 있으며, 연결이 차단된 경우에도 랙 BMS를 통한 배터리 랙의 내부 모니터링을 중단 없이 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템 및 주변 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(1)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 연결관계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구동 방법을 보여주는 흐름도이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템 및 주변 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2), 계통(3)과 연계하여 부하(4)에 전력을 공급한다.

발전 시스템(2)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(2)은 생산한 전력을 에너지 저장 시스템(1)에 공급한다. 발전 시스템(2)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로 발전 시스템(2)은 상기 언급한 종류에 한정되는 것은 아니다. 태양열이나 지열 등, 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 특히 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여, 각 가정이나 공장에 분산된 에너지 저장 시스템(1)에 적용하기에 적합하다. 발전 시스템(2)은 다수의 발전 모듈을 병렬로 구비하고 발전 모듈 별로 전력을 생산함으로써 대용량 에너지 시스템을 구성할 수 있다.

계통(3)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(3)은 정상 상태인 경우, 에너지 저장 시스템(1)으로 전력을 공급하여 부하(4) 및/또는 배터리 시스템(20)에 전력이 공급되도록 하고, 에너지 저장 시스템(1)으로부터 전력을 공급받는다. 계통(3)이 비정상 상태인 경우, 계통(3)으로부터 에너지 저장 시스템(1)으로의 전력 공급은 중단되고, 에너지 저장 시스템(1)으로부터 계통(3)으로의 전력 공급 또한 중단된다.

부하(4)는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력, 배터리 시스템(20)에 저장된 전력, 또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 소비한다. 가정이나 공장등이 부하(4)의 일 예일 수 있다.

에너지 저장 시스템(1)은 전력을 저장하는 배터리 시스템(20)과 배터리 시스템(20), 발전 시스템(2), 계통(3)의 전력을 적절하게 변환하여 공급하는 전력 변환 시스템(Power Conversion System)(10)을 포함한다.

에너지 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하고, 생산한 전력을 계통(3)으로 공급할 수 있다. 에너지 저장 시스템(1)은 배터리 시스템(20)에 저장된 전력을 계통(3)으로 공급하거나, 계통(3)으로부터 공급된 전력을 배터리 시스템(20)에 저장할 수도 있다. 또한, 에너지 저장 시스템(1)은 계통(3)이 비정상 상태일 경우, 예를 들면 정전이 발생한 경우에는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 동작을 수행하여 부하(4)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 에너지 저장 시스템(1)은 계통(3)이 정상인 상태에서도 발전 시스템(2)이 생산한 전력이나 배터리 시스템(20)에 저장되어 있는 전력을 부하(4)로 공급할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(1)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템(1)은 전력 변환을 제어하는 전력 변환 시스템(10), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)등을 포함한다.

전력 변환 시스템(10)은 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(20)으로부터 공급받은 전력을 계통(3), 부하(4), 배터리 시스템(20)에 적절한 형태로 변환한다. 전력 변환 시스템(10)은 입력/출력 단자로의 전력 변환 및 입력/출력 단자로부터의 전력 변환을 수행하며, 이때 상기 전력 변환은 DC/AC 변환 및 제1 전압과 제2 전압 사이의 변환일 수 있다. 전력 변환 시스템(10)은 변환된 전력을 통합 제어기(15)의 제어에 의해 동작 모드에 따라서 적절한 목적지로 공급한다. 전력 변환 시스템(10)은 전력 변환부(11), DC 링크부(12), 인버터(13), 컨버터(14), 통합 제어기(15)를 포함한다.

전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)과 DC 링크부(12) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 DC 링크부(12)로 전달한다. 전력 변환부(11)로부터의 출력 전압은 직류 링크 전압이다.

전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)의 종류에 따라서 컨버터, 정류회로 등의 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 예를 들어, 발전 시스템(2)이 생산하는 전력이 직류인 경우, 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)의 직류 전력의 전압 레벨을 DC 링크부(12)의 직류 전력의 전압 레벨로 변환하기 위한 컨버터를 포함할 수 있다. 그러나, 발전 시스템(2)이 생산하는 전력이 교류인 경우, 전력 변환부(11)는 교류를 직류로 변환하기 위한 정류회로일 수 있다. 특히 발전 시스템(2)이 태양광 발전 시스템인 경우, 전력 변환부(11)는 일사량, 온도 등의 상태 변화에 따라서 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산되는 전력이 없을 때에는 소비 전력을 최소화시키기 위하여 동작을 중지할 수도 있다.

직류 링크 전압은 발전 시스템(2) 또는 계통(3)에서의 순시 전압 강하, 부하(4)의 급격한 변화나 높은 부하량 요구 등으로 인하여 불안정해지는 경우가 있다. 그러나 직류 링크 전압은 컨버터(14) 및 인버터(13)의 정상 동작을 위하여 안정화되어야 한다. DC 링크부(12)는 전력 변환부(11)와 인버터(13) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. DC 링크부(12)로서 예를 들어 대용량 커패시터 등을 포함할 수 있다.

인버터(13)는 DC 링크부(12)와 제1 스위치(30) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 인버터(13)는 방전 모드에서 DC 링크부(12)로부터의 직류 출력 전압을 계통(3)의 교류 전압으로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다. 또한, 인버터(13)는 충전 모드에서 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하기 위하여, 계통(3)의 교류 전압을 정류하고 직류 링크 전압으로 변환하여 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다. 즉, 인버터(13)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터 일 수 있다.

인버터(13)는 계통(3)으로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한, 인버터(13)는 무효 전력 손실을 억제하기 위하여 인버터(13)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(3)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에 인버터(13)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도현상(transient phenomena)에 대한 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 인버터(13)는 사용되지 않을 때, 전력 소비를 최소화하기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.

컨버터(14)는 DC 링크부(12)와 배터리 시스템(20) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 컨버터(14)는 방전 모드에서 배터리 시스템(20)으로부터 출력된 전력의 전압을 인버터(13)를 위한 직류 링크 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함한다. 또한, 컨버터(14)는 충전 모드에서 전력 변환부(11)나 인버터(13)에서 출력되는 전력의 전압을 배터리 시스템(20)용 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 즉, 컨버터(14)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 컨버터일 수 있다. 컨버터(14)는 배터리 시스템(20)의 충전 또는 방전에 사용되지 않는 경우에는 동작을 중지시켜 전력 소비를 최소화할 수도 있다.

통합 제어기(15)는 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(20) 및 부하(4)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 결과에 따라서 전력 변환부(11), 인버터(13), 컨버터(14), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30), 제2 스위치(40)의 동작을 제어한다. 통합 제어기(15)는 계통(3)에 정전이 발생하였는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력을 생산하는 경우 그 생산량, 배터리 시스템(20)의 충전 상태, 부하(4)의 소비 전력량, 시간 등을 모니터링 할 수 있다. 또한, 통합 제어기(15)는, 예를 들어 계통(3)에 정전이 발생하는 등, 부하(4)로 공급할 전력이 충분하지 않은 경우에는 부하(4) 내에 포함된 전력 사용 기기들에 대하여 우선 순위를 정하고, 우선 순위가 높은 전력 사용 기기로 전력을 공급하도록 부하(4)를 제어할 수도 있을 것이다.

제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)는 인버터(13)와 계통(3) 사이에 직렬로 연결되며, 통합 제어기(15)의 제어에 따라서 온/오프 동작을 수행하여 발전 시스템(2)과 계통(3) 사이의 전류의 흐름을 제어한다. 제1 스위치(30)와 제2 스위치(40)는 발전 시스템(2), 계통(3) 및 배터리 시스템(20)의 상태에 따라서 온/오프가 결정될 수 있다.

구체적으로, 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)의 전력을 부하(4)로 공급하기 위하여, 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(20)에 공급하기 위하여 제 1 스위치(30)를 온 상태로 한다. 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)의 전력을 계통(3)으로 공급하기 위하여 또는 계통(3)의 전력을 부하(4) 및/또는 배터리 시스템(20)에 공급하기 위하여 제2 스위치(40)를 온 상태로 한다. 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)로는 큰 전류에 견딜 수 있는 릴레이(relay) 등의 스위칭 장치가 사용될 수 있다.

계통(3)에서 정전이 발생한 경우에는, 제2 스위치(40)를 오프 시켜 제1 스위치(30)를 온 상태로 한다. 즉, 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)으로부터의 전력을 부하(4)에 공급하는 동시에, 부하(4)로 공급되는 전력이 계통(3) 측으로 흐르는 것을 방지한다. 에너지 저장 시스템(1)이 정전이 발생한 계통(3)과 단절되어 계통(3)으로 전력을 공급하는 것을 방지한다. 이로 인하여 계통(3)의 전력선 등에서 작업하는, 예를 들어 계통(3)의 정전을 수리하는 인부가 에너지 저장 시스템(1)으로부터의 전력에 의하여 감전되는 등의 사고를 방지할 수 있게 한다.

배터리 시스템(20)은 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)의 전력을 공급받아 저장하고, 부하(4) 또는 계통(3)에 저장하고 있는 전력을 공급한다. 배터리 시스템(20)은 전력을 저장하는 부분과 이를 제어 및 보호하는 부분을 포함할 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여 배터리 시스템(20)에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 배터리 시스템(20)은 배터리 랙(Rack, 110), 랙 BMS(Battery Management System)(120), 랙 보호회로(130) 및 충방전부(140)를 포함할 수 있다.

배터리 랙(110)은 외부, 즉 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 저장하고, 저장하고 있는 전력을 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)으로 공급한다. 배터리 랙(110)은 복수의 서브 유닛으로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 하나 이상의 배터리 트레이를 포함할 수 있다. 또한 각각의 배터리 트레이는 그 서브 유닛으로서 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 셀로는 충전 가능한 다양한 이차 전지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀에 사용되는 이차 전지는 하나 이상의 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battey), 리튬 이온 전지(lithium battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있다.

랙 BMS(120)는 배터리 랙(110)에 연결되며, 전력 변환 시스템(10)의 통합 제어기(15)로부터 전송되는 주파수 조정을 위한 제어신호(Sf)를 이용하여 배터리 랙(110)의 충전 및 방전 동작을 제어한다. 또한, 랙 BMS(120)는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 벨런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, 랙 BMS(120)는 배터리 랙(110)으로부터 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태, 잔존용량(SOC, State Of Charge) 등에 대한 모니터링 데이터(Dm)를 수신하고, 모니터링 결과에 따라서 제어신호(Sc)를 생성하여 랙 보호회로(130)를 제어할 수 있다. 또한, 랙 BMS(120)는 충방전부(140)를 이용하여 제2 배터리 랙의 잔존용량이 일정한 값이 되도록 제어할 수 있다. 또한, 랙 BMS(120)는 수신한 모니터링 데이터(Dm)를 전력 변환 시스템(10)의 통합 제어기(15)에 인가할 수 있으며 통합 제어기(15)로부터 배터리 랙(110)의 제어에 관련된 명령을 수신할 수도 있을 것이다.

랙 보호회로(130)는 배터리 랙(110)과 전력 변환 시스템(10)의 컨버터(14)에 연결되는 입력/출력 단자들(I/O T+, I/O T-) 사이에 연결되며, 배터리 랙(110)의 손상을 방지한다. 랙 보호회로(130)는 랙 BMS(120)로부터 제어신호(Sp)를 수신하여 제어신호(Sp)에 따라서 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 또한 랙 보호회로(30)는 배터리 랙(110)의 출력 전압이나 출력 전류를 측정하고 측정 신호(Sd)를 랙 BMS(120)로 전송할 수 있다. 이때 랙 보호회로(130)는 랙 BMS(120)와 물리적으로 분리되어 있을 수 있다. 따라서, 랙 BMS(120)가 대전류 경로 상에 위치한 랙 보호회로(130)와 분리된 구성으로 형성되어 대전류로부터 랙 BMS(120)를 보호할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 연결관계를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 배터리 랙(110)은 서브 유닛으로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 적어도 하나의 배터리 트레이, 즉 제1 배터리 트레이 내지 제n 배터리 트레이(111-1 내지 111-n)를 포함할 수 있다. 또한 각각의 배터리 트레이는 그 서브 유닛으로서 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.

배터리 랙(110)은 랙 BMS(200)의 제어에 따라 제1 배터리 트레이(111-1) 내지 제n 배터리 트레이(111-n)의 출력을 조절하고, 입력/출력 단자들(I/O T+, I/O T-)을 통하여 전력을 출력한다.

또한 배터리 랙(100)은 제1 배터리 트레이(111-1) 내지 제n 배터리 트레이(111-n) 각각에 대응하는 제1 트레이 BMS(113-1) 내지 제n 트레이 BMS(113-n)를 포함할 수 있다. 제1 트레이 BMS(113-1) 내지 제n 트레이 BMS(113-n) 각각은 랙 BMS(120)로부터 동기 신호(Sc)를 수신하고, 대응하는 배터리 트레이(111-1 내지 111-n)의 전압, 전류 온도 등을 모니터링 한다. 제1 트레이 BMS(113-1) 내지 제n 트레이 BMS(113-n)의 모니터링 결과는 랙 BMS(120)로 전송될 수 있다.

배터리 시스템(20)과 전력변환 시스템(10)간의 대전류 경로상에는 DC 콘택터(300)가 연결된다. DC 콘택터(300)는 전력의 공급여부를 제어하는 스위치로서, 고전압 고출력의 전기에너지가 상시 통과하며, 이의 구동을 위해서는 별도의 전원이 공급되어야 한다.

이를 위해 DC 콘택터(300)에는 제1 전원 공급부(510)가 연결된다. 또한, 본 발명에서는 랙 BMS(120)에 전원을 공급하는 제2 전원 공급부(520)가 별도로 연결된다.

여기서, 제1 전원 공급부(510) 및 제2 전원 공급부(520)는 SMPS(switching mode power supply)일 수 있다. SMPS는 상용 전원으로부터 공급되는 교류(AC) 전기를 컴퓨터, 통신 기기, 가전 기기 등 각종 기기에 맞도록 변화시켜주는 모듈형의 전원 공급 장치를 의미한다.

랙 BMS(120)에는 제1 스위치(410)가 연결된다. 제1 스위치(410)는 배터리 시스템(20)의 이상 발생 시 배터리 시스템(20)과 전력변환 시스템(10)간의 연결을 긴급하게 차단하기 위한 스위치로서, 수동 스위치일 수 있다.

배터리 시스템(20)의 관리자는 비상 상황 발생 시 수동 스위치를 작동시킴으로써, 배터리 시스템(20)과 전력변환 시스템(10)간의 연결이 차단되도록 한다.

배터리 시스템(20)과 전력 변환 시스템(10)간의 연결을 차단하기 위해 제1 전원 공급부(310)와 DC 콘택터(300)간의 경로상에는 제2 스위치 소자(420)가 연결된다. 제2 스위치(420)는 랙 BMS(120)에 의해 온오프가 제어되는 스위치이다.

랙 BMS(120)는 제1 스위치가 턴-온 되는 경우, 제2 스위치(420)가 턴-오프 되도록 제어하며, 제1 스위치가 턴-오프 되는 경우, 제2 스위치(420)가 턴-온 되도록 제어한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제2 스위치(420)는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)로 형성될 수 있다. 트랜지스터로 형성되는 제2 스위치(420)를 제어하기 위해 랙 BMS(120)는 제어신호를 출력한다. 여기서, 제어신호는 제2 스위치(420)가 턴-온되는 기간 동안 게이트 온 전압으로 발생하고, 제2 스위치가 턴-오프되는 기간 동안 게이트 오프 전압으로 발생한다.

즉, 랙 BMS(120)는 제1 스위치가 턴-온 되는 경우 제2 스위치가 턴-오프 되도록 제어신호를 출력하고, 제1 스위치가 턴-오프 되는 경우 제2 스위치가 턴-온 되도록 제어신호를 출력할 수 있다.

제2 스위치(420)가 턴-온이 되는 경우 제1 전원 공급부(510)로부터 DC 콘택터(300)에 전원이 인가되며, DC 콘택터(300)가 턴-온 상태로 되어 배터리 시스템(20)과 전력 변환 시스템(10)이 연결된다.

제2 스위치(420)가 턴-오프 되는 경우 제1 전원 공급부(510)에 의한 DC 콘택터(300)로의 전원 공급이 차단되며, DC 콘택터(300)가 턴-오프 상태로 되어 배터리 시스템(20)과 전력 변환 시스템(10)간의 연결이 차단된다.

본 발명에 따르면, DC 콘택터(300)와 랙 BMS(120)에 전원을 공급하는 전원 공급부가 각각 구비된다. 따라서, 비상 상황 시 DC 콘택터(300)가 오프되어 배터리 시스템(20)과 전력 변환 시스템(10)의 연결이 차단되는 경우에도, 랙 BMS(120)는 배터리 랙의 모니터링을 지속적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.

DC 콘택터(300)와 배터리 랙(20)간의 경로 상에는 퓨즈(F)가 연결될 수 있다. 퓨즈(F)는 DC 콘택터(300)에 흐르는 전류가 높아지는 경우 DC 콘택터(300)가 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 구동 방법을 보여주는 흐름도이다. 이하에서는 도 4를 결부하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템과 전력변환장치간의 연결을 차단하기 위한 랙 BMS의 제어방법을 상세히 살펴본다.

첫 번째로, 랙 BMS(120)는 제1 스위치(410)로부터 온오프 신호를 수신한다(S100). 사용자는 배터리 시스템(20)이상으로 긴급하게 전력변환장치(10)와 배터리 시스템(20)간의 연결을 차단할 필요가 있는 경우 제1 스위치(410)를 온 할 수 있다.

이어서, 랙 BMS(120)는 온오프 신호를 이용하여 제1 스위치(410)의 온 오프 여부를 판별한다(S105).

만약, 온오프 신호가 제1 스위치(410)의 턴-온 신호인 경우 랙 BMS(120)는 제1 전원 공급부(510)부로부터 DC 콘택터(300)에 공급되는 전원을 차단하기 위해 제2 스위치(420)를 턴 오프 한다(S110).

본 발명의 실시예에 따르면, 랙 BMS(120)와 DC 콘택터(300)에 전원이 분리되어 공급되므로, DC 콘택터(300)에 공급되는 전원이 차단되는 경우에도, 랙 BMS(120)는 지속적으로 전원을 공급받을 수 있으며, 이에 따라 중단 없이 배터리 랙(110)의 모니터링을 수행할 수 있는 이점이 있다.

마지막으로, 온 오프 신호가 제1 스위치(410)의 턴-오프 신호인 경우 랙 BMS(120)는 제1 전원 공급부(510)의 전원이 DC 콘택터(300)에 공급되도록 하기 위해 제2 스위치(420)를 턴 온 한다(S115).

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 에너지 저장 시스템 2: 발전 시스템
3: 계통 4: 부하
10: 전력 변환 시스템 11: 전력 변환부
12: DC 링크부 13: 인버터
14: 컨버터 15: 통합 제어기
20: 배터리 시스템 30: 제1 스위치
31: 제2 스위치
111: 배터리 랙 120: 랙 BMS
130: 랙 보호회로
300: DC 콘택터 410: 제1 스위치
420: 제2 스위치 510: 제1 전원 공급부
520: 제2 전원 공급부

Claims

적어도 하나의 랙 BMS를 가지는 하나 이상의 배터리 랙을 포함하는 배터리 시스템;
상기 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하는 DC 콘택터(contactor);
상기 랙 BMS와 연결되는 제1 전원 공급부;
상기 DC 콘택터와 연결되는 제2 전원 공급부; 및
상기 랙 BMS에 연결되는 제1 스위치를 포함하되,
상기 제1 스위치가 턴-온 되는 경우 상기 랙 BMS는 상기 DC 콘택터(contactor)와 상기 제2 파워 서플라이 간의 연결을 차단하는 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 DC 콘택터와 상기 제2 전원 공급부간의 경로 상에 연결되는 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제2항에 있어서,
상기 랙 BMS는 상기 제1 스위치가 턴-온 되는 경우, 상기 제2 스위치를 턴-오프 하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 스위치는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제4항에 있어서,
상기 랙 BMS는 상기 제2 스위치를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제어신호는 상기 제2 스위치가 턴-온되는 기간 동안 게이트 온 전압으로 발생하고, 상기 제2 스위치가 턴-오프되는 기간 동안 게이트 오프 전압으로 발생하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제6항에 있어서,
상기 랙 BMS는 상기 제1 스위치가 턴-온 되는 경우 상기 제2 스위치가 턴-오프 되도록 상기 제어신호를 출력하고, 상기 제1 스위치가 턴-오프 되는 경우 상기 제2 스위치가 턴-온 되도록 상기 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 스위치는 수동 스위치인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 DC 콘택터와 상기 배터리 시스템간의 경로상에 퓨즈가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 전원 공급부 또는 제2 전원 공급부는 SMPS(switched-mode power supply)인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
하나 이상의 배터리 랙 및 상기 배터리 랙을 모니터링 하는 랙 BMS를 포함하는 배터리 시스템과 상기 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하는 DC 컨택터를 포함하는 에너지 저장 시스템의 구동방법에 있어서,
상기 랙 BMS에 연결된 제1 스위치의 온오프 신호를 수신하는 단계; 및
상기 온오프 신호를 이용하여 상기 DC 컨택터의 전원 공급을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 전원 공급을 제어하는 단계는,
상기 온오프 신호가 턴-온 신호인 경우 제1 전원 공급부로부터 상기 DC 콘택터에 공급되는 전원을 차단하며, 상기 온오프 신호가 턴-오프 신호인 경우 상기 제1 전원 공급부의 전원이 상기 DC 콘택터에 공급되도록 하는 단계를 포함하되,
상기 랙 BMS는 제2 전원 공급부로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 구동방법.
제11항에 있어서,
상기 전원 공급을 제어하는 단계는,
상기 제1 스위치의 턴-온 신호를 수신하는 경우 상기 제1 전원 공급부와 상기 DC 콘택터간의 경로 상에 연결된 제2 스위치를 턴 오프하며,
상기 제1 스위치의 턴-오프 신호를 수신하는 경우 상기 제2 스위치를 턴-온하여 상기 DC 컨택터의 전원 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 구동방법.