KR20160072916A - 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법 및 장치 - Google Patents

레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법은, 상기 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력 중 적어도 하나를 측정하는 단계, 상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 상기 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력 중 적어도 하나에 대응되는 펌프 속도를 결정하는 단계 및 상기 결정된 펌프 속도에 따라 펌프를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 경험적인 SOC 계산을 배제하고 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력에 기초하여 보다 정확하고 효율적으로 레독스 흐름 전지의 최적 펌프 속도를 결정할 수 있는 장점이 있다.

Description

레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING PUMP SPEED OF REDOX FLOW BATTERY}
본 발명은 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적인 이차 전지는 충전과정을 통하여 입력된 전기 에너지를 화학 에너지로 변환시켜 저장하고, 방전과정을 통하여 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 출력한다.
레독스 흐름 전지도 일반적인 이차전지와 마찬가지로 충전과정을 통하여 입력된 전기 에너지를 화학 에너지로 변환시켜 저장하고, 방전과정을 통하여 상기 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 출력한다. 그러나, 레독스 흐름 전지는 에너지를 보유하고 있는 전해질을 포함하는 전해액을 저장하는 탱크가 필요하다는 점에서 일반적인 이차전지와는 다르다. 또한 탱크에 저장된 전해액을 셀에 공급하기 위해서는 탱크와 셀을 연결하는 유로에 별도의 펌프가 설치되어야 한다.
이와 같은 레독스 흐름 전지에서는 펌프의 속도를 제어함으로써 셀로 공급거나 셀로부터 유출되는 전해액의 유량을 제어하게 된다. 특히 레독스 흐름 전지에서 펌프는 전력을 소비하는 주체 중의 하나로서 전지의 동작 효율과 관련성을 가지므로 레독스 흐름 전지의 효율적인 동작을 위해서는 최적의 펌프 속도를 찾는 것이 매우 중요하다.
종래 기술에 따르면, 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어는 일반적으로 레독스 흐름 전지의 충전 상태(State Of Charge, SOC)를 반영하여 이루어진다. 예컨대 종래 기술에서는 레독스 흐름 전지의 SOC를 주기적으로 측정하고, 다음과 같이 측정된 SOC에 기초하여 펌프 속도를 제어한다.
- 충전 시: SOC가 증가하면 펌프 속도를 증가시키고, SOC가 감소하면 펌프 속도를 감소시킴
- 방전 시: SOC가 증가하면 펌프 속도를 감소시키고, SOC가 감소하면 펌프 속도를 증가시킴
이와 같은 레독스 흐름 전지의 SOC는 주로 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV)을 이용하여 경험적으로 측정된다. 그러나 OCV는 전지의 전해질 변화나 온도 변화에 따라 변화하게 되므로 OCV에 기반하여 경험적으로 계산되는 SOC 또한 OCV의 변화에 따른 수정이 필요하게 된다. 결국 종래의 SOC 기반 펌프 속도 제어를 이용할 경우 레독스 흐름 전지의 각종 특성 변화를 제대로 반영할 수 없으며 이에 따라 최적의 펌프 속도를 결정하는 것도 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 경험적인 SOC 계산을 배제하고 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력에 기초하여 보다 정확하고 효율적으로 레독스 흐름 전지의 최적 펌프 속도를 결정할 수 있는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법에 있어서, 상기 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력 중 적어도 하나를 측정하는 단계, 상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 상기 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력 중 적어도 하나에 대응되는 펌프 속도를 결정하는 단계 및 상기 결정된 펌프 속도에 따라 펌프를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 펌프의 속도를 결정하는 단계는 상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력에 대응되는 각 멤버십 함수값의 비율에 따라서 상기 펌프 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 펌프 속도를 결정하는 단계는 상기 개방 회로 전압에 의해 결정된 제1 펌프 속도 및 상기 전력에 의해 결정된 제2 펌프 속도를 미리 정해진 가중치에 따라 결합하여 상기 펌프 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수는 상기 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 상기 레독스 흐름 전지의 방전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수를 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 장치에 있어서, 상기 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력 중 적어도 하나를 측정하는 측정부, 상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 상기 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력 중 적어도 하나에 대응되는 펌프 속도를 결정하고, 상기 결정된 펌프 속도에 따라 펌프를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력에 대응되는 각 멤버십 함수값의 비율에 따라서 상기 펌프 속도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 개방 회로 전압에 의해 결정된 제1 펌프 속도 및 상기 전력에 의해 결정된 제2 펌프 속도를 미리 정해진 가중치에 따라 결합하여 상기 펌프 속도를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수는 상기 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 상기 레독스 흐름 전지의 방전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 경험적인 SOC 계산을 배제하고 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력에 기초하여 보다 정확하고 효율적으로 레독스 흐름 전지의 최적 펌프 속도를 결정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 및 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 멤버십 함수의 예시를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 멤버십 함수의 예시를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 레독스 흐름 전지의 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 멤버십 함수의 예시를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법에 따라 결정되는 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압에 따른 최적 펌프 속도의 예시를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법의 흐름도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지 및 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 레독스 흐름 전지는 양극 탱크(102), 음극 탱크(104), 셀(106), 양극 펌프(114), 음극 펌프(116)로 구성된다. 양극 탱크(102)에는 양극 전해질을 포함하는 양극 전해액이 저장되며, 음극 탱크(104)에는 음극 전해질을 포함하는 음극 전해액이 저장된다. 또한 양극 펌프(114)는 양극 탱크(102)에 저장된 양극 전해액을 셀(106) 내부로 이동시키고, 셀(106)을 거친 양극 전해액은 다시 양극 탱크(102)로 복귀한다. 마찬가지로 음극 펌프(116)는 음극 탱크(104)에 저장된 음극 전해액을 셀(106) 내부로 이동시키고, 셀(106)을 거친 음극 전해액은 다시 음극 탱크(104)로 복귀한다.
도 1에서 셀(106)은 양극 전극(110), 음극 전극(112) 및 이온 교환막(108)을 포함한다. 레독스 흐름 전지가 충전 모드일 경우 양극 전극(110) 및 음극 전극(112)에는 외부 전원(미도시)이 연결되어 외부 전원으로터 공급된 전류를 통해 전지의 충전이 이루어진다. 또한 레독스 흐름 전지가 방전 모드일 경우 양극 전극(110) 및 음극 전극(112)에는 부하가 연결되어 저장된 전기 에너지를 부하에 공급한다. 이온 교환막(108)은 셀 모듈(106) 내에서 양극 전해액과 음극 전해액에 각각 포함된 전해질 이온 간의 혼합을 방지하고, 각 전해질의 전하 운반체 이온의 전달만 허용한다.
이와 같은 레독스 흐름 전지에서는 셀로 공급거나 셀로부터 유출되는 전해액의 유량을 제어하기 위하여 펌프(114, 116)의 속도를 조절한다. 이처럼 펌프 속도를 조절할 때에는 전지의 동작 효율을 고려하여 최적의 펌프 속도를 설정하고 그에 따라 펌프를 제어하는 것이 중요하다. 이는 레독스 흐름 전지에서 펌프가 전력을 소비하는 주체 중의 하나로서 전지의 동작 효율과 관련성을 갖기 때문이다.
전술한 바와 같이 종래 기술에서는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어는 일반적으로 레독스 흐름 전지의 SOC를 반영하여 이루어진다. 예컨대 종래 기술에서는 레독스 흐름 전지의 SOC를 주기적으로 측정하고, SOC가 증가하면 펌프 속도를 증가시키고, SOC가 감소하면 펌프 속도를 감소시키거나(충전 시), SOC가 증가하면 펌프 속도를 감소시키고, SOC가 감소하면 펌프 속도를 증가시키는(방전 시) 방식으로 펌프 속도를 제어한다.
그런데 이와 같은 종래 기술에서 레독스 흐름 전지의 SOC는 주로 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압(OCV)을 이용하여 경험적으로 측정된다. 그러나 OCV는 전지의 전해질 변화나 온도 변화에 따라 변화하게 되므로 OCV에 기반하여 경험적으로 계산되는 SOC 또한 OCV의 변화에 따른 수정이 필요하게 된다. 결국 종래의 SOC 기반 펌프 속도 제어를 이용할 경우 레독스 흐름 전지의 각종 특성 변화를 제대로 반영할 수 없으며 이에 따라 최적의 펌프 속도를 결정하는 것도 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 기술과 같이 OCV에 기반하여 경험적으로 계산된 SOC에 기초하여 펌프 속도를 제어하는 것이 아니라, 레독스 흐름 전지의 OCV 또는 전력을 측정하고 측정된 OCV 또는 전력 중 적어도 하나에 기초하여 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 제어함으로써 보다 효율적으로 레독스 흐름 전지를 동작시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 장치(120)는 측정부(112) 및 제어부(124)를 포함한다.
측정부(112)는 레독스 흐름 전지의 운전 중 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력 중 적어도 하나를 측정한다. 이와 같이 측정된 개방 회로 전압 또는 전력은 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정하는 데 사용된다.
제어부(124)는 측정부(112)에 의해 측정된 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 또는 측정부(112)에 의해 측정된 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 중 적어도 하나를 이용하여, 개방 회로 전압 또는 전력 중 적어도 하나에 대응되는 펌프 속도를 결정하고, 결정된 펌프 속도에 따라 펌프(114, 116)를 제어한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(124)는 측정부(112)에 의해 측정된 개방 회로 전압 또는 전력에 대응되는 각 멤버십 함수값의 비율에 따라서 펌프 속도를 결정할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(124)는 측정부(112)에 의해 측정된 개방 회로 전압에 의해 결정된 제1 펌프 속도 및 측정부(112)에 의해 측정된 전력에 의해 결정된 제2 펌프 속도를 미리 정해진 가중치에 따라 결합하여 펌프 속도를 결정할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수는 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 레독스 흐름 전지의 방전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 운전 제어 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 멤버십 함수의 예시를 나타낸다.
본 발명에서는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 제어하기 위하여 퍼지 로직(Fuzzy logic)에 기반한 멤버십 함수를 이용한다. 퍼지 로직은 참, 거짓으로 이루어지는 종래의 불린 로직(Boolean logic)을 확장한 확대 집합으로서, 부분 참(partial truth) 및 부분 거짓(partial false)(완전 참 및 완전 거짓 사이의 참 값들)의 논리를 포함한다.
예를 들어 본 발명에서는“펌프가 고속 모드(Fast mode)에서 어느 정도의 속도로 운전될 것인가?”라는 질문에 대한 대답을 퍼지 부분 집합 fast로 정의한다. 이 때 fast는 숫자 값에 의해 대체되는 언어적 변수이다. 본 발명의 일 실시예에서, 100kW의 전력을 갖는 레독스 흐름 전지의 측정된 전력(x)에 대한 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 멤버십 함수로 정의하면 다음과 같다.
Figure pat00001
[수학식 1]에 따르면 레독스 흐름 전지의 측정된 전력(x)에 대한 함수값은 전력(x)이 50kW 미만인 구간에서는 0으로, 전력(x)이 70kW 이상인 구간에서는 1로 정의된다. 또한 레독스 흐름 전지의 측정된 전력(x)에 대한 함수값은 전력(x)이 50kW에서 70kW 사이인 구간에서는 측정된 전력(x)에 비례하는 값으로 결정된다. 이와 같은 측정된 전력(x)에 대한 레독스 흐름 전지의 펌프 속도의 멤버십 함수를 그래프로 나타내면 도 2와 같다.
[수학식 1] 및 도 2와 같이 레독스 흐름 전지의 전력(x)에 따른 함수값이 결정되면, 레독스 흐름 전지의 펌프 속도는 고속 모드에서 설정된 최대 펌프 속도 및 함수값에 의해 최종적으로 결정된다. 예컨대 레독스 흐름 전지의 고속 모드에서 설정된 최대 펌프 속도가 30ℓ/min이라면, [수학식 1]과 같이 결정되는 함수값에 최대 펌프 속도를 곱함으로써 해당 전력에서의 펌프 속도가 결정될 수 있다. 예를 들어 레독스 흐름 전지의 전력(x)이 60kW인 경우 멤버십 함수에 의한 함수값은 (60-50)/20 = 0.5가 된다. 이에 따라 레독스 흐름 전지의 전력(x)이 60kW일 때 제어부(124)는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 0.5×30 = 15ℓ/min으로 결정한다. 유사한 방식으로, 레독스 흐름 전지의 전력(x)이 80kW이면 레독스 흐름 전지의 펌프 속도는 1×30 = 30ℓ/min으로 결정된다.
본 발명에서는 레독스 흐름 전지의 운전 모드를 서로 다르게 설정하여 생성되는 복수의 멤버십 함수를 이용하여 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정할 수 있다. 예를 들어 레독스 흐름 전지의 운전 모드를 저속 모드, 중속 모드, 고속 모드로 나누고 각각의 모드에 따른 멤버십 함수를 설정함으로써 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정할 수 있다. 이와 같은 운전 모드의 개수에는 제한이 없으며, 멤버십 함수의 개수 또한 운전 모드의 개수에 따라 달라질 수 있다.
또한 본 발명에서 이용되는 멤버십 함수는 도 2와 같이 레독스 흐름 전지의 전력뿐만 아니라 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압에 대해서도 설정될 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 멤버십 함수를 이용한 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 멤버십 함수의 예시를 나타낸다.
도 3의 실시예에서는 레독스 흐름 전지의 운전 모드를 저속(slow) 모드, 중속(medium) 모드, 고속(fast) 모드와 같이 3개의 모드로 설정한다. 도 3은 이와 같은 저속 모드(MIN), 중속 모드(MED), 고속 모드(MAX)에 각각 대응되는 3개의 멤버십 함수를 나타낸다. 또한 도 3의 멤버십 함수는 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압(OCV)에 대한 펌프 속도를 결정하기 위한 함수값을 결정하기 위한 함수이다. 결국 도 3의 실시예에 도시된 레독스 흐름 전지의 OCV(x)에 대한 멤버십 함수(XOCV)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00002
본 발명의 일 실시예에서, 측정부(122)가 레독스 흐름 전지의 OCV를 측정한 후, 제어부(124)는 측정된 OCV 및 도 3과 같은 멤버십 함수를 이용하여 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정할 수 있다. 예를 들어 측정부(122)가 측정한 레독스 흐름 전지의 OCV가 도 3의 A와 같을 경우, 제어부(124)는 도 3의 그래프에서 A에 대응되는 각 멤버십 함수의 함수값을 결정한다. 도 3에서 A에 대응되는 저속 모드(MIN) 함수의 함수값은 0.4이고, A에 대응되는 중속 모드(MED)함수의 함수값은 0.6이다. 만약 저속 모드(MIN)의 최대 펌프 속도가 10ℓ/min로, 중속 모드(MED)의 최대 펌프 속도가 20ℓ/min로 각각 설정된 경우, 레독스 흐름 전지의 OCV가 A일 때의 최적 펌프 속도는 다음과 같이 결정된다.
Figure pat00003
이와 같은 방식으로, 제어부(124)는 측정된 모든 OCV에 대응되는 펌프의 최적 속도를 각각 계산할 수 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 멤버십 함수가 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 레독스 흐름 전지의 방전 시에도 도 3과 유사한 방식으로 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 멤버십 함수가 설정되고 해당 멤버십 함수를 이용하여 펌프 속도가 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 레독스 흐름 전지의 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 멤버십 함수의 예시를 나타낸다.
도 4의 실시예에서는 레독스 흐름 전지의 운전 모드를 저속(slow) 모드, 중속(medium) 모드, 고속(fast) 모드와 같이 3개의 모드로 설정한다. 도 4는 이와 같은 저속 모드(MIN), 중속 모드(MED), 고속 모드(MAX)에 각각 대응되는 3개의 멤버십 함수를 나타낸다. 또한 도 4의 멤버십 함수는 레독스 흐름 전지의 전력에 대한 펌프 속도를 결정하기 위한 함수값을 결정하기 위한 함수이다. 결국 도 4의 실시예에 도시된 레독스 흐름 전지의 전력(x)에 대한 멤버십 함수(XPOWER)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00004
본 발명의 일 실시예에서, 측정부(122)가 레독스 흐름 전지의 전력을 측정한 후, 제어부(124)는 측정된 전력 및 도 4와 같은 멤버십 함수를 이용하여 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정할 수 있다. 예를 들어 측정부(122)가 측정한 레독스 흐름 전지의 전력이 도 4의 B와 같을 경우, 제어부(124)는 도 4의 그래프에서 B에 대응되는 각 멤버십 함수의 함수값을 결정한다. 도 4에서 B에 대응되는 저속 모드(MIN) 함수의 함수값은 0.5이고, B에 대응되는 중속 모드(MED)함수의 함수값은 0.5이다. 만약 저속 모드(MIN)의 최대 펌프 속도가 10ℓ/min로, 중속 모드(MED)의 최대 펌프 속도가 20ℓ/min로 각각 설정된 경우, 레독스 흐름 전지의 전력이 B일 때의 최적 펌프 속도는 다음과 같이 결정된다.
Figure pat00005
이와 같은 방식으로, 제어부(124)는 측정된 모든 전력에 대응되는 펌프의 최적 속도를 각각 계산할 수 있다.
도 4 및 도 5를 통해 설명한 바와 같이 본 발명에서는 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 또는 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수를 이용하여, 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력에 대응되는 펌프 속도를 결정할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서는 다음과 같이 개방 회로 전압에 의해 결정된 제1 펌프 속도(XOCV) 및 전력에 의해 결정된 제2 펌프 속도(XPOWER)를 미리 정해진 가중치(α)에 따라 결합함으로써 레독스 흐름 전지의 최종적인 펌프 속도(Xcombined)를 결정할 수 있다.
Figure pat00006
이에 따라 본 발명에서는 레독스 흐름 전지의 특성을 고려하여 가중치(α)를 조절함으로써 레독스 흐름 전지의 OCV 또는 전력 중 상대적으로 중요하게 고려되어야 하는 요소에 의한 펌프 속도의 가중치를 보다 높게 설정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법에 따라 결정되는 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압에 따른 최적 펌프 속도의 예시를 나타낸다.
도 5에 도시된 OCV에 따른 펌프 속도 그래프는 도 3을 통해 설명한 바와 같이 OCV에 대한 멤버십 함수를 이용하여 결정된 레독스 흐름 전지의 OCV에 대한 펌프 속도를 나타낸다. 도 5에는 저속 모드의 최대 속도(20ℓ/min) 및 고속 모드의 최대 속도(40ℓ/min)가 각각 표시되어 있으며, OCV가 증가함에 따라 레독스 흐름 전지의 펌프 속도는 연속적으로 증가하게 된다.
아울러 도 5와 유사한 방식으로 레독스 흐름 전지의 전력에 따른 펌프 속도 또한 결정될 수 있으며, [수학식 6]을 이용하여 레독스 흐름 전지의 OCV 및 전력을 모두 고려하여 펌프 속도가 결정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력 중 적어도 하나를 측정한다(602). 그리고 나서, 측정된 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 또는 측정된 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 중 적어도 하나를 이용하여, 개방 회로 전압 또는 전력 중 적어도 하나에 대응되는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정한다(604).
본 발명의 일 실시예에서, 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정하는 단계(604)는 개방 회로 전압 또는 전력에 대응되는 각 멤버십 함수값의 비율에 따라서 펌프 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정하는 단계(604)는 개방 회로 전압에 의해 결정된 제1 펌프 속도 및 전력에 의해 결정된 제2 펌프 속도를 미리 정해진 가중치에 따라 결합하여 펌프 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수는 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 레독스 흐름 전지의 방전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수를 포함할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 단계(604)에서 결정된 레독스 흐름 전지의 펌프 속도에 따라 레독스 흐름전지의 펌프를 제어한다. 이에 따라 레독스 흐름 전지의 셀로 유입되는 전해액의 유량이 조절될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
- 경험적 SOC 계산에 대한 요구 없이 펌프 속도 계산이 가능함
- 레독스 흐름 전지의 펌프 속도를 결정함에 있어서 전지의 온도 및/또는 압력 입력이 불필요함
- 레독스 흐름 전지의 현재 OCV나 전력을 고려한 효율적인 운전이 가능함
- 레독스 흐름 전지에 대한 강인한(robust) 제어 로직 설정이 가능함
- 레독스 흐름 전지의 특성이 변경되거나 새로운 레독스 흐름 전지가 설치되더라도 멤버십 함수 또는 가중치를 조절하여 특성 변경에 대응 가능함
- 펌프에 의한 전력 손실을 최소화하여 시스템 운전이 최적화됨
- 전력 효율 맵과 같은 시스템 평가로부터의 결과가 펌프 속도 제어를 위한 로직으로 보다 용이하게 전환됨
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (8)

  1. 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법에 있어서,
    상기 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 및 전력 중 적어도 하나를 측정하는 단계;
    상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 상기 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력 중 적어도 하나에 대응되는 펌프 속도를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 펌프 속도에 따라 펌프를 제어하는 단계를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펌프의 속도를 결정하는 단계는
    상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력에 대응되는 각 멤버십 함수값의 비율에 따라서 상기 펌프 속도를 결정하는 단계를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 속도를 결정하는 단계는
    상기 개방 회로 전압에 의해 결정된 제1 펌프 속도 및 상기 전력에 의해 결정된 제2 펌프 속도를 미리 정해진 가중치에 따라 결합하여 상기 펌프 속도를 결정하는 단계를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수는
    상기 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수; 및
    상기 레독스 흐름 전지의 방전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 방법.
  5. 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 장치에 있어서,
    상기 레독스 흐름 전지의 개방 회로 전압 또는 전력 중 적어도 하나를 측정하는 측정부;
    상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 및 상기 전력에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력 중 적어도 하나에 대응되는 펌프 속도를 결정하고, 상기 결정된 펌프 속도에 따라 펌프를 제어하는 제어부를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 개방 회로 전압 또는 상기 전력에 대응되는 각 멤버십 함수값의 비율에 따라서 상기 펌프 속도를 결정하는
    레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 개방 회로 전압에 의해 결정된 제1 펌프 속도 및 상기 전력에 의해 결정된 제2 펌프 속도를 미리 정해진 가중치에 따라 결합하여 상기 펌프 속도를 결정하는
    레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수는
    상기 레독스 흐름 전지의 충전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수; 및
    상기 레독스 흐름 전지의 방전 시 개방 회로 전압에 대한 펌프 속도를 나타내는 복수의 멤버십 함수를
    포함하는 레독스 흐름 전지의 펌프 속도 제어 장치.
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