KR20160078174A - 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 나트륨계 배터리 충전상태 추정 시스템은, 나트륨계 배터리; 상기 배터리를 제어하기 위한 통신 라인을 연결하고, 상위 에너지 관리 시스템과 정보를 송수신하기 위한 외부 인터페이스를 포함하는 통신부; 각종 센서를 통해 측정된 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 수집하는 모니터링부; 상기 모니터링부를 통해 획득된 전압, 전류 및 온도를 바탕으로 상기 배터리의 충전상태(State of Charge, SOC)를 추정하는 SOC 추정부; 상기 배터리의 SOC 오차가 적은 소정 만충 영역에서 수집된 통계적 충방전 패턴 기반 SOC 기준 변동치를 생성하고 이를 데이터베이스화하여 저장하는 보정값 생성부; 및 상기 SOC 추정부에서 계산된 SOC 변동 값과 상기 에너지 관리 시스템의 충방전 패턴 정보에 기초한 상기 SOC 기준 변동치를 비교하여 SOC 오차를 산출하고, 상기 SOC 오차를 상기 SOC 기준 변동치에 맞게 보정하는 제어부를 포함한다.

Description

나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING SOC OF SODIUM RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통계적 패턴정보를 이용하여 정확도가 향상된 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)은 태양광, 조력, 연료전지 및 풍력 발전 등의 발전원으로부터 생산되는 신재생 에너지와 연계하여 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 전력난에 대비하고 소비처에 보다 안정적으로 전력을 공급하는 미래 유망사업으로 평가되고 있다.

종래의 상용화된 ESS은 전력을 저장하기 위해 리튬계의 2차 전지를 널리 사용하고 있다.

최근에는 에너지 밀도 및 충방전 효율이 높고 자기 방전이 없으며, 불규칙적인 충방전에도 성능의 저하가 없는 특성으로, 대용량의 전력을 저장할 수 있는 고온형 나트륨계 2차 전지가 개발되고 있다. 이하, 상기 2차 전지(Secondary cell Battery)는 충방전이 가능하여 반영구적으로 사용이 가능한 배터리를 의미하는 것이므로 배터리로 기재하여 설명한다.

상기 나트륨계 배터리는 기존의 리튬계 배터리에 비해 수명이 길고 가격이 저렴한 장점이 있어 ESS의 적용에 유리하며, 나트륨계 배터리 기반의 ESS는 냉각장치의 필요 없이 설치 공간의 제약이 적기 때문에 도심이나 시설물 등의 집적률이 높은 공간에서 수요가 클 것으로 예상되고 있다.

한편, 배터리의 충전 상태(State of Charge, SOC)는 배터리의 충전 잔량을 판단하는 가장 중요한 지표이며, 배터리를 사용하는 해당 시스템의 운영시간 및 충방전 여부를 결정하는데 필수적으로 사용된다. 따라서, 배터리의 충전 상태(SOC)를 정확하게 추정 되어야만 안정적인 배터리 시스템 운영이 가능하다.

기존 고온형 나트륨계 배터리는 사용 가능 영역에서의 전압이 일정하기 때문에 충전 상태(SOC)의 추정을 위하여 주로 전류적산법을 사용하고 있다. 상기 전류적산법은 계수된 시간에 대한 전류량을 누적하는 방식으로 정밀한 전류측정이 필요하고 그 측정주기도 가능한 짧게 하여야 정확도를 높일 수 있다.

그러나, 정밀한 측정을 위해서는 실질적으로 하드웨어의 비용이 증가하고, 그렇다 하더라도 측정 오차의 발생을 전혀 배제할 수 없기 때문에 상기 오차를 보상하는 방법을 마련하여 정확도를 확보하고 있다.

예컨대, 도 1은 일반적인 나트륨계 전지의 전압(Open Circuit Voltage, OCV) 특성을 나타낸 그래프이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 나트륨계 배터리는 90 ~ 100%로 만충되는 시점(이하, 만충 영역이라 명명함)에서 전압이 급격하게 변하고 사용 가능 영역에서는 전압이 일정한 것을 준다.

나트륨계(예; NaNiCl₂) 배터리의 SOC는 100% 만충전을 할 때, SOC 오차를 보정하고 그 이외의 부분에서는 오차를 보정할 방법이 없어서 남은 사용가능시간을 계수하여 사용자가 주기적인 만충전을 하도록 하고 있다.

이 때, 주기적인 만충전이 이루어지는 경우에는 큰 문제가 되지 않지만, 응용분야별로 사용 범위가 달라 잦은 충방전이 이루어지는 경우에는 주기적인 만충전이 이루어지지 않아 오차가 발생될 소지가 있다. 예를 들어, SOC 기준 80% ~ 20% 범위의(즉, 사용가능 영역)에서 계속 사용하는 경우는 SOC 오차가 계속 누적되어 부정확해 지는 문제가 있으며, 사용자가 원하지 않더라도 SOC 보정을 위한 100% 충전을 주기적으로 수행해야만 하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시 예는 통계적 사용패턴을 이용하여 나트륨계 배터리의 SOC 기준 변동치를 데이터베이스화하고 이를 현재의 SOC 변동과 비교하여 발생된 오차를 보정함으로써 SOC 정확도를 향상시킬 수 있는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 나트륨계 배터리 충전상태 추정 시스템은, 나트륨계 배터리; 상기 배터리를 제어하기 위한 통신 라인을 연결하고, 상위 에너지 관리 시스템과 정보를 송수신하기 위한 외부 인터페이스를 포함하는 통신부; 각종 센서를 통해 측정된 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 수집하는 모니터링부; 상기 모니터링부를 통해 획득된 전압, 전류 및 온도를 바탕으로 상기 배터리의 충전상태(State of Charge, SOC)를 추정하는 SOC 추정부; 상기 배터리의 SOC 오차가 적은 소정 만충 영역에서 수집된 통계적 충방전 패턴 기반 SOC 기준 변동치를 생성하고 이를 데이터베이스화하여 저장하는 보정값 생성부; 및 상기 SOC 추정부에서 계산된 SOC 변동 값과 상기 에너지 관리 시스템의 충방전 패턴 정보에 기초한 상기 SOC 기준 변동치를 비교하여 SOC 오차를 산출하고, 상기 SOC 오차를 상기 SOC 기준 변동치에 맞게 보정하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 SOC 기준 변동치는, 상기 배터리의 만충 영역에서만 충방전이 이루어진 패턴에 따라 계수된 전력 변동치를 누적한 값을 기초로 생성될 수 있다.

또한, 상기 SOC 추정부는, 계수된 시간에 대한 전류량을 누적하는 방식의 전류적산법을 이용하여 상기SOC를 추정하고, 추정된 상기 SOC를 소정 주기의 시계열로 분석하여 SOC 변동 값을 산출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 산출된 상기 SOC 오차가 설정 허용치를 초과하면 상기 SOC 기준 변동치에 맞게 SOC 값을 보정할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 사용 가능 영역에서만 상기 SOC의 보정을 수행하고 상기 배터리의 만충 영역에서 추정된 SOC 값은 보정 없이 사용할 수 있다.

또한, 상기 모니터링부는, 상기 배터리의 만충전된 이후의 동작시간을 체크하여 일정 시간 만충전이 이루어지지 않은 채 충방전을 반복하는 경우 만충전 주기가 도래하였음을 알람 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 에너지 관리 시스템과 연동되는 배터리 관리 시스템의 나트륨계 배터리 충전상태 추정 방법은, a) 나트륨계 배터리의 SOC(State of Charge, SOC) 오차가 적은 소정 만충 영역에서 측정된 SOC에 기초하여 통계적 충방전 패턴 기반 SOC 기준 변동치를 생성하고 이를 데이터베이스화하여 저장하는 단계; b) 상기 배터리에서 측정된 전압, 전류 및 온도를 바탕으로 상기 배터리의 충전상태를 추정 계산하는 단계; c) 상기 계산된 SOC에 따른 SOC 변동 값과 상기 에너지 관리 시스템에서 수신된 충방전 패턴 정보에 기초한 상기 SOC 기준 변동치를 비교하여 SOC 오차를 산출하는 단계; 및 d) 상기 SOC 기준 변동치를 참조하여 상기 SOC 오차를 보정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 b) 단계는, 추정된 상기 SOC가 오차가 상기 만충 영역에 존재하면, 상기 SOC를 데이터베이스에 저장하여 상기 SOC 기준 변동치를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 SOC 기준 변동치를 갱신하는 단계 이후에는, 상기 SOC의 보정 없이 상기 에너지 관리 시스템으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 SOC 오차가 설정 허용치를 초과하면 상기 SOC 기준 변동치를 참조하여 SOC의 오차를 보정하고, 상기 설정 허용치를 초과하지 않으면 상기 SOC 오차 보정을 생략할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 통계적 사용패턴을 이용하여 나트륨계 배터리의 SOC 기준 변동치를 데이터베이스화하고 이를 현재의 SOC 변동과 비교하여 오차를 보정함으로써 100% 만충전을 하지 않더라도 오차보정을 통한 SOC정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, SOC 정확도 향상으로 나트륨계 배터리를 이용한 시스템 운영 안정성을 향상시키고, SOC 보정을 위한 완충을 하지 않아도 되므로 운영 편의성을 높일 수 있다.

도 1은 일반적인 나트륨계 전지의 전압(Open Circuit Voltage, OCV) 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 방전 용량과 SOC 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 나트륨계 배터리의 관리 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 나트륨계 배터리의 충방전 동작에 따른 SOC 추정 방법을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 나트륨 배터리의 충전상태 추정 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은 전력망 또는 발전원으로부터 생산된 전력을 충전하여 저장하는 배터리(10), 적어도 하나의 배터리(10)의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(100) 및 적어도 하나의 BMS(100)와 연동하여 중앙에서 배터리(10)들의 에너지의 저장 상태를 관리하는 에너지 관리 시스템(Energy Management System, EMS)(200)을 포함한다.

배터리(10)는 나트륨(Na)계의 고온에서 동작하는 2차 전지로 구성된다.

배터리(10)는 BMS(100)의 제어에 따라 전력망의 전력라인을 통해 공급되는 전력을 충전하여 저장하고, 저장된 에너지를 방전하여 소비처로 공급한다.

여기서, 소비처는 해당 ESS이 구축된 시설물로 빌딩, 공장, 놀이공원, 아파트, 경기장, 일반가정, 학교 및 쇼핑몰 등일 수 있다. 다만, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않으며 풍력 발전기, 조력 발전기 및 태양열 발전기와 같이 신재생에너지를 생산하는 발전단지에 에너지 저장시스템이 구축된 경우의 소비처는 역으로 한전이나 그 산하에서 운영되는 에너지 관리 기관일 수 있다.

BMS(100)는 배터리(10)의 충전상태(이하, SOC로 표기함)를 실시간으로 추정하여 EMS(200)로 전달한다.

또한, 배터리 관리 시스템(100)은 에너지 관리 시스템(200)의 상위 제어 명령에 따른 배터리(10)의 충방전을 제어한다.

EMS(200)는 BMS(100)로부터 수집된 SOC를 토대로 시스템 전체의 에너지 저장 상태를 파악하여 배터리(10)의 충방전을 관리할 수 있다.

또한, EMS(200)는 소비처의 소비 전력 요구나 소비 패턴에 따른 방전 전력량을 계산하여 BMS(100)으로의 배터리(10) 방전을 제어할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 BMS(100)에서 추정되는 SOC 값은 배터리(10)의 잦은충방전으로 오차가 발생될 수 있으며, 오차의 누적으로 인해 SOC 추정 값의 정확도가 떨어지면 배터리(10)가 적용된 전체 EMS(200)의 운영에 여러 가지 문제점이 발생하게 된다.

예를 들면, 배터리(10)에 실제 에너지가 많이 남아 있는 상태에서 추정된 SOC가 낮게 표시되면, EMS(200)에서는 여유 에너지가 없는 것으로 오인하여 방전을 정지시킬 수 있고, 더 이상 충전을 하면 안되는 상황에서는 배터리(10)가 과충전 되는 위험 상황이 발생할 수 있다.

또한, 배터리(10)에 실제 저장된 에너지량보다 SOC가 높게 표시되는 경우, EMS(200)에서는 실제 용량만큼 충전을 하지 않았음에도 불구하고 만충전 된 것으로 오인하여 충전을 하지 않거나, 배터리(10)에 남은 에너지가 실제로는 없는데도 강제로 사용하다가 시스템의 오동작을 유발하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 BMS(100)는 배터리(10)의 통계적 사용패턴을 이용한 SOC의 기준 변동치를 생성하고, 이를 현재 추정된 SOC 변동 값과 비교하여 그 오차를 보정하는 특징을 가진다.

따라서, 배터리(10)를 100% 만충전 하지 않더라도 추정 SOC의 오차보정을 통해 SOC의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 나트륨계 배터리(10)를 이용한 전체 에너지 관리 시스템(200)을 안정적으로 동작할 수 있도록 할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 특징은 아래의 BMS(100)의 구성을 통해 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS(100)는 통신부(110), 모니터링부(120), SOC 추정부(130), 보정값 생성부(140) 및 데이터베이스(150)를 포함한다.

통신부(110)는 배터리(10)를 제어하기 위한 통신 라인을 연결하고, EMS(200)와 정보를 송수신하기 위한 외부 인터페이스를 포함한다.

모니터링부(120)는 각종 센서를 통해 정밀하게 측정된 배터리(10)의 전압, 전류 및 온도를 수집 감시하고, 이를 토대로 배터리(10)의 동작 상태를 진단하여 오류발생에 따른 비정상 상태를 알람한다.

모니터링부(120)는 배터리(10)의 만충전된 이후의 동작시간을 체크하여 일정 시간 만충전이 이루어지지 않은 채 충방전을 반복하는 경우 만충전 주기가 도래하였음을 알람 할 수 있다.

SOC 추정부(130)는 모니터링부(120)를 통해 획득된 전압, 전류 및 온도를 바탕으로 배터리(10)의 충전상태(State of Charge, SOC)를 추정 계산한다.

이 때, SOC 추정부(130)는 계수된 시간에 대한 전류량을 누적하는 방식의 전류적산법을 이용하여 SOC를 추정할 수 있으며, 추정된 SOC를 소정 주기의 시계열로 분석하여 SOC 변동 값을 산출할 수 있다.

한편, 배터리(10)는 무형의 에너지를 저장하여 보관할 수 있는 장점이 있으나 발전기와 연료를 사용하는 장비와는 다르게 정해진 용량만큼 충전하고 방전을 할 수 있고, 용량에 따라 출력도 정해진 한계가 있다.

따라서, 대부분의 ESS의 경우에는 효율 극대화를 위해서 기본적으로 전기요금이 저렴한 심야 시간대 충전을 하고, 전력사용량이 많아서 요금이 비싼 낮 시간대에 방전을 수행한다. 이 때, ESS는 적용된 시스템 특성에 따라 운영 패턴이 일정하거나 정해진 패턴으로 동작하는 경우가 대부분이다.

예컨대, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리의 방전 용량과 SOC 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.

첨부된된 도 4를 참조하면, 그래프는 1MWh의 용량을 가지는 배터리의 방전 용량과 SOC 변화 패턴의 예시로, 160kW의 출력으로 2시간 방전을 수행하고 1시간 아이들(Idle) 상태를 유지하고 있다가 다시 4시간 방전을 하는 패턴을 보여준다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS(100)는 보정값 생성부(140)를 통해 ESS의 통계적 패턴을 이용한 SOC의 기준 변동치를 산출하여 데이터베이스화하고, 이를 참조하여 SOC 추정부(130)에서 추정된 SOC를 보정할 수 있다.

여기서, 상기 통계적 패턴은 ESS의 운영에 따른 배터리(10)의 충전 및 방전 제어를 위한 정보뿐 아니라 충전시의 입력되는 전력량 및 방전시의 출력되는 전력량 제어정보를 포함한다.

보정값 생성부(140)는 배터리(10)를 만충전 하여 SOC 측정 값의 오차가 적은 상태에서 수집된 운영 정보를 위주로 충방전 전력량 별 SOC 변동 값을 산출한다. 그리고, 상기 충방전 별 SOC 변동 값을 향후 SOC 보정에 참조할 수 있도록 ESS의 통계적 운영패턴 기반 SOC 기준 변동치로 데이터베이스화하여 저장한다.

이 때, 보정값 생성부(140)는 만충 영역의 일정 구간에서의 EMS(200) 운영 정보에 따른 충방전 패턴 정보를 토대로 생성된 상기 SOC 기준 변동치를 지속적으로 누적하여 평균치를 갱신할 수 있다.

즉, 상기 SOC 기준 변동치는 배터리(10)의 SOC 오차가 적은 상태인 일정 만충 영역(구간)에서만 전력 충방전이 이루어진 패턴에 따라 계수된 전력 변동치를 누적한 값으로 정의될 수 있다.

데이터베이스(150)는 배터리(10)를 관리하기 위한 데이터 및 프로그램을 저장하고, 배터리(10)의 충방전 동작에 따라 생성되는 데이터를 저장한다.

따라서, 데이터베이스(150)는 모니터링부(120)에서 체크되는 배터리(10)의 만충전 이력 및 보정값 생성부(140)로부터 갱신되는 충방전 패턴정보에 따른 SOC 기준 변동치를 저장할 수 있다.

제어부(160)는 배터리(10)의 관리를 위한 상기 각부의 전반적인 동작을 제어한다.

제어부(160)는 EMS(200)에서 수신된 충방전 운영 정보에 따라 배터리(10)의 충방전 동작을 제어한다. 그리고, 배터리(10)의 충방전 동작에 따라 측정되는 SOC를 EMS(200)로 전달한다.

특히, 제어부(160)는 EMS(200)로부터 충방전 운전 정보를 수신하면, SOC 추정부(130)에서 추정 계산된 SOC 변동 값과 상기 충방전 패턴에 해당하는 SOC 기준 변동치를 비교하여 SOC 오차를 산출하고, 산출된 오차가 허용치를 초과하면 상기 SOC 기준 변동치에 맞게 SOC 값을 보정할 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 바탕으로 하는 배터리 관리 시스템(100)의 배터리 관리 방법을 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 나트륨계 배터리의 관리 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS(100)는 배터리(10)의 구동을 시작하여 정상 상태로 동작하면(S101; 예), SOC를 측정하여 사용가능 영역에 있는지 여부를 판단한다(S102).

반면, BMS(100)는 배터리(10)가 정상 상태로 동작하지 않으면(S101; 아니오), 자체 진단 프로세스를 진행하고(S107), 배터리(10)의 이상 발생시 동작을 종료시킬 수 있다(S108; 예).

상기 S102 단계에서, BMS(100)는 배터리(10)의 SOC가 사용 가능 영역이 아닌 것으로 판단 되면(S102; 아니오), SOC가 만충 영역이나 과방전 영역(도 1 참조)에 있지 여부에 따라 배터리(10)를 충전 또는 방전으로 제어할 수 있다(S104).

또한, 상기 S102 단계에서, BMS(100)는 배터리(10)의 SOC가 사용 가능 영역에 있는 것으로 판단되면(S102; 예), 배터리(10)의 누적 동작시간이 만충전 주기에 도달 했는지 여부를 판단하여 도달했으면(S103; 예), 배터리(10)를 SOC가 만충전되도록 제어할 수 있다(S105). 여기서, 상기 만충전 주기는 배터리(10)의 잦은 충방전으로 인한 성능 저하와 그로 인한 SOC 오차의 누적을 예방하기 위하여 설정된 소정의 일정 기간의 만충전 알람 주기를 의미한다.

배터리(10)가 이전에 만충전된 이후의 동작시간이 만료되어 만충전 주기에 도달했으면(S103; 예), 배터리(10)를 SOC가 만충전 되도록 제어할 수 있다(S105).

한편, S103 단계에서, BMS(100)는 배터리(10)의 만충전 주기가 아닌 것으로 판단되면(S103; 아니오), EMS(200)의 운영정보에 따라 배터리(10)를 충전 또는 방전으로 동작시킨다(S106).

BMS(100)는 EMS(200)로부터 배터리 동작 종료 명령을 수신하면(S108; 예), 배터리(10)의 구동을 종료하거나, 상기 종료 명령이 수신되지 않으면(S108; 아니오), 상기 S101 단계로 리턴하여 배터리(10)를 계속 구동시킬 수 있다.

여기서, 이하 도 6을 통해 설명되는 본 발명의 실시 예에서는 SOC 추정 값을 보정하여 오차를 최소화하고 정확도를 향상시키는 기술을 개시하고 있으므로, 상기 S103 단계의 만충전 주기의 알람을 생략할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 나트륨계 배터리의 충방전 동작에 따른 SOC 추정 방법을 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도 6을 참조하면, 도 6의 S106 단계에 연장하여 BMS(100)는 EMS(200)의 운영 정보에 따라 배터리(10)를 충전 또는 방전 동작으로 제어한다(S201).

BMS(100)는 배터리(10)의 전압, 전류 및 온도를 측정하고(S202), 측정된 정보를 바탕으로 배터리(10)의 SOC를 추정 계산한다(S203).

이 때, BMS(100)는 추정된 SOC가 오차가 적은 만충 영역에 존재하면(S204; 예), 상기 SOC를 데이터베이스(150)에 저장하여 SOC 기준 변동치를 갱신한다(S205). 그리고, BMS(100)는 SOC의 보정 없이 EMS(200)로 전송하여 출력 파워를 계산하도록 한다(S210).

반면, 상기 S204 단계에서, BMS(100)는 추정된 SOC가 상기 만충 영역에 존재하지 않으면(S204; 아니오), EMS(200)의 충방전 패턴 정보를 수신하고(S206), 데이터베이스(150)에서 추출된 상기 충방전 패턴 정보에 따른 SOC 기준 변동치를 상기 상기 SOC와 비교하여 오차를 계산한다(S207).

BMS(100)는 SOC의 오차가 설정 허용치를 초과하면(S208; 예), 상기 SOC 기준 변동치를 참조하여 SOC의 오차를 보정한다(S209).

그리고, BMS(100)는 보정된 SOC를 EMS(200)로 전송하여 출력 파워를 계산하도록 한다(S210).

반면, 상기 S208 단계에서, BMS(100)는 SOC의 오차가 설정 허용치를 이하이면(S208; 아니오), SOC의 보정 없이 EMS(200)로 전송하여 출력 파워를 계산하도록 할 수 있다(S210).

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 통계적 사용패턴을 이용하여 나트륨계 배터리의 SOC 기준 변동치를 데이터베이스화하고 이를 현재의 SOC 변동과 비교하여 오차를 보정함으로써 100% 만충전을 하지 않더라도 오차보정을 통한 SOC정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, SOC 정확도 향상으로 나트륨계 배터리를 이용한 시스템 운영 안정성을 향상시키고, SOC 보정을 위한 완충을 하지 않아도 되므로 운영 편의성을 높일 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 배터리 100: 배터리 관리 시스템(BMS)
110: 통신부 120: 모니터링부
130: SOC 추정부 140: 보정값 생성부
150: 데이터베이스 160: 제어부
200: 에너지 관리 시스템

Claims (10)

1. 나트륨계 배터리;
   상기 배터리를 제어하기 위한 통신 라인을 연결하고, 상위 에너지 관리 시스템과 정보를 송수신하기 위한 외부 인터페이스를 포함하는 통신부;
   각종 센서를 통해 측정된 상기 배터리의 전압, 전류 및 온도를 수집하는 모니터링부;
   상기 모니터링부를 통해 획득된 전압, 전류 및 온도를 바탕으로 상기 배터리의 충전상태(State of Charge, SOC)를 추정하는 SOC 추정부;
   상기 배터리의 SOC 오차가 적은 소정 만충 영역에서 수집된 통계적 충방전 패턴 기반 SOC 기준 변동치를 생성하고 이를 데이터베이스화하여 저장하는 보정값 생성부; 및
   상기 SOC 추정부에서 계산된 SOC 변동 값과 상기 에너지 관리 시스템의 충방전 패턴 정보에 기초한 상기 SOC 기준 변동치를 비교하여 SOC 오차를 산출하고, 상기 SOC 오차를 상기 SOC 기준 변동치에 맞게 보정하는 제어부를 포함하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 SOC 기준 변동치는,
   상기 배터리의 만충 영역에서만 충방전이 이루어진 패턴에 따라 계수된 전력 변동치를 누적한 값을 기초로 생성되는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 SOC 추정부는,
   계수된 시간에 대한 전류량을 누적하는 방식의 전류적산법을 이용하여 상기SOC를 추정하고, 추정된 상기 SOC를 소정 주기의 시계열로 분석하여 SOC 변동 값을 산출하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   산출된 상기 SOC 오차가 설정 허용치를 초과하면 상기 SOC 기준 변동치에 맞게 SOC 값을 보정하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 배터리의 사용 가능 영역에서만 상기 SOC의 보정을 수행하고 상기 배터리의 만충 영역에서 추정된 SOC 값은 보정 없이 사용하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 모니터링부는,
   상기 배터리의 만충전된 이후의 동작시간을 체크하여 일정 시간 만충전이 이루어지지 않은 채 충방전을 반복하는 경우 만충전 주기가 도래하였음을 알람 하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 시스템.
7. 에너지 관리 시스템과 연동되는 배터리 관리 시스템의 나트륨계 배터리 충전상태 추정 방법에 있어서,
   a) 나트륨계 배터리의 SOC(State of Charge, SOC) 오차가 적은 소정 만충 영역에서 측정된 SOC에 기초하여 통계적 충방전 패턴 기반 SOC 기준 변동치를 생성하고 이를 데이터베이스화하여 저장하는 단계;
   b) 상기 배터리에서 측정된 전압, 전류 및 온도를 바탕으로 상기 배터리의 충전상태를 추정 계산하는 단계;
   c) 상기 계산된 SOC에 따른 SOC 변동 값과 상기 에너지 관리 시스템에서 수신된 충방전 패턴 정보에 기초한 상기 SOC 기준 변동치를 비교하여 SOC 오차를 산출하는 단계; 및
   d) 상기 SOC 기준 변동치를 참조하여 상기 SOC 오차를 보정하는 단계를 포함하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 b) 단계는,
   추정된 상기 SOC가 오차가 상기 만충 영역에 존재하면, 상기 SOC를 데이터베이스에 저장하여 상기 SOC 기준 변동치를 갱신하는 단계를 포함하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 SOC 기준 변동치를 갱신하는 단계 이후에는,
   상기 SOC의 보정 없이 상기 에너지 관리 시스템으로 전송하는 단계를 포함하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 방법.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 SOC 오차가 설정 허용치를 초과하면 상기 SOC 기준 변동치를 참조하여 SOC의 오차를 보정하고, 상기 설정 허용치를 초과하지 않으면 상기 SOC 오차 보정을 생략하는 것을 특징으로 하는 나트륨계 배터리의 충전상태 추정 방법.
    
    

Images