KR20160094228A - 배터리 시스템 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

복수의 배터리 뱅크들 및 분배 제어부를 포함하는 배터리 시스템이 제공된다. 상기 분배 제어부는 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하고, 상기 복수의 배터리 뱅크들 각각의 충전 상태 및 건강 상태를 기초로 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하고, 상기 우선순위에 따라 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행할 적어도 일부의 배터리 뱅크들을 선택하고, 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들에 대하여 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하고, 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 구성된다.

Description

배터리 시스템 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템{Battery system and energy storage system including the same}
본 발명은 배터리 시스템 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템은 전력 수요가 적을 때 전력을 저장해 두고 전력 수요가 많을 때 저장된 전력을 사용함으로써 에너지 효율 향상 및 전력 계통의 안정적 운영을 높이는 저장 장치를 말한다. 최근 지능형 전력망(smart grid)과 신재생 에너지의 보급이 확대되고 전력 계통의 효율화와 안정성이 강조됨에 따라, 전력 공급 및 수요 조절, 및 전력 품질 향상을 위해 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 사용 목적에 따라 에너지 저장 시스템은 출력과 용량이 달라진다. 대용량 에너지 저장 시스템을 구성하기 위하여, 복수의 배터리 시스템들이 서로 병렬로 연결된다. 배터리 시스템들은 충전 및 방전이 반복됨에 따라 열화되어 배터리 시스템의 용량 및 출력 전압이 저하된다. 배터리 시스템들의 열화 속도를 늦출 수 있는 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 열화 속도가 감소된 배터리 시스템 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 배터리 시스템은 서로 병렬로 접속되는 복수의 배터리 뱅크들, 및 분배 제어부를 포함한다. 상기 분배 제어부는 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하고, 상기 복수의 배터리 뱅크들 각각의 충전 상태 및 건강 상태를 기초로 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하고, 상기 우선순위에 따라 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행할 적어도 일부의 배터리 뱅크들을 선택하고, 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들에 대하여 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하고, 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 구성된다.
상기 배터리 시스템의 일 예에 따르면, 상기 복수의 배터리 뱅크들 각각에 직렬로 접속되는 복수의 DC/DC 컨버터들이 더 포함될 수 있다. 상기 복수의 배터리 뱅크들은 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 통해 서로 병렬로 접속될 수 있다. 상기 분배 제어부는 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들이 충전 또는 방전을 수행하고 상기 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 상기 DC/DC 컨버터들을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 시스템의 다른 예에 따르면, 상기 복수의 배터리 뱅크들은 제1 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크, 및 상기 제1 개수와 상이한 제2 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크를 포함할 수 있다. 상기 복수의 DC/DC 컨버터들은 상기 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크에 접속되는 적어도 하나의 제1 DC/DC 컨버터, 및 상기 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크에 접속되는 적어도 하나의 제2 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 복수의 배터리 뱅크들은 제1 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크, 및 상기 제1 개수와 상이한 제2 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크를 포함할 수 있다. 상기 배터리 시스템은 상기 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크에 접속되는 적어도 하나의 DC/DC 컨버터, 및 상기 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크에 접속되는 적어도 하나의 스위치를 더 포함할 수 있다. 상기 분배 제어부는 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들이 충전 또는 방전을 수행하고 상기 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 적어도 하나의 DC/DC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 복수의 배터리 뱅크들은 전력 변환 장치를 통해 전력망에 연결될 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 분배 제어부는 갱신 주기 마다 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 갱신할 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 분배 제어부는 상기 복수의 배터리 뱅크들의 온도를 기초로 상기 갱신 주기를 설정하도록 구성될 수 있다. 상기 갱신 주기는 상기 온도가 낮을수록 길게 설정될 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 분배 제어부는 상기 목표 충방전량의 부호가 반전될 때마다 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 갱신할 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 분배 제어부는 상기 복수의 배터리 뱅크들 중에서 제1 임계 값보다 큰 충전 상태를 갖는 배터리 뱅크의 충전 제한량을 0으로 설정하여 충전 명령을 수신한 경우 상기 배터리 뱅크가 휴지하도록 구성될 수 있다. 상기 분배 제어부는 상기 복수의 배터리 뱅크들 중에서 제2 임계 값보다 작은 충전 상태를 갖는 배터리 뱅크의 방전 제한량을 0으로 설정하여 방전 명령을 수신한 경우 상기 배터리 뱅크가 휴지하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 분배 제어부는 충전 명령을 수신한 경우 상기 복수의 배터리 뱅크들 중에서 충전 상태가 낮고 건강 상태가 높은 배터리 뱅크일수록 높은 우선순위를 부여하도록 구성될 수 있다. 상기 분배 제어부는 방전 명령을 수신한 경우 상기 복수의 배터리 뱅크들 중에서 충전 상태가 높고 건강 상태가 높은 배터리 뱅크일수록 높은 우선순위를 부여하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 건강 상태가 높은 배터리 뱅크일수록 휴지 시간이 짧을 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들 각각의 충방전율(C-rate)은 서로 동일할 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 분배 제어부는 상기 복수의 배터리 뱅크들의 총 잔존 용량과 목표 잔존 용량의 차이를 비교하고, 상기 총 잔존 용량과 상기 목표 잔존 용량의 차이를 기초로 상기 목표 충방전량을 수정하여 수정 목표 충방전량을 생성하고, 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들이 상기 수정 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 시스템의 또 다른 예에 따르면, 상기 분배 제어부는 상기 총 잔존 용량이 상기 목표 잔존 용량보다 큰 경우, 수정 목표 충전량을 목표 충전량보다 작은 값으로 결정하고 수정 목표 방전량을 목표 방전량보다 큰 값으로 결정할 수 있다. 상기 분배 제어부는 상기 총 잔존 용량이 상기 목표 잔존 용량보다 작은 경우, 수정 목표 충전량을 목표 충전량보다 큰 값으로 결정하고 수정 목표 방전량을 목표 방전량보다 작은 값으로 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 에너지 저장 시스템은 복수의 전력 변환부들, 상기 복수의 전력 변환부들 각각을 통해 전력망에 각각 접속되는 복수의 배터리부들, 및 상기 복수의 전력 변환부들 및 상기 복수의 배터리부들을 제어하는 통합 제어부를 포함한다. 상기 복수의 배터리부들 각각은 서로 병렬로 접속되는 복수의 배터리 뱅크들, 및 분배 제어부를 포함한다. 상기 분배 제어부는 상기 통합 제어부로부터 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하고, 상기 복수의 배터리 뱅크들 각각의 충전 상태 및 건강 상태를 기초로 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하고, 상기 우선순위에 따라 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행할 적어도 일부의 배터리 뱅크들을 선택하고, 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들에 대하여 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하고, 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 구성된다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 열화 속도가 감소되어 장기간 사용할 수 있는 배터리 시스템 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 개략적인 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 개략적인 구성을 도시한다.
도 3은 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 개략적인 구성을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 분배 제어부의 기본적인 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 분배 제어부가 목표 충방전량을 배터리 뱅크들에 분배하는 단계(S43)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 분배 제어부가 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하는 단계(S51)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 분배 제어부가 배터리 뱅크들의 충방전 제한량을 결정하는 단계(S52)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 분배 제어부가 배터리 뱅크들의 우선순위 및 충방전 제한량을 기초로 목표 충방전량을 분배할 배터리 뱅크들을 선택하는 단계(S53)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 9는 다른 실시예에 따른 분배 제어부의 기본적인 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 10은 다른 실시예에 따른 분배 제어부가 충전 상태(SOC) 제어를 위해 목표 충방전량을 수정하는 단계(S44)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 개략적인 구성을 도시한다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(100)은 전력망(10)에 접속된다. 에너지 저장 시스템(100)은 전력망(10)의 전원(11)으로부터 공급되는 전력을 저장하고, 다시 저장된 전력을 전력망(10)에 공급할 수 있다. 전력망(10)은 계통(grid system)으로 지칭될 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 전력망(10)은 변압기(미 도시)를 포함할 수 있으며, 변압기를 통해 공장이나 가정 등에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 도 1에 도시되지는 않았지만, 전력망(10)에는 발전 시스템(미 도시)이 접속될 수 있으며, 발전 시스템이 생성한 전력은 전력망(10)에 공급되거나 에너지 저장 시스템(100)에 저장될 수 있다.
에너지 저장 시스템(100)은 복수의 배터리부들(110), 복수의 전력 변환부들(120), 및 통합 제어부(130)를 포함한다. 배터리부들(110)은 서로 병렬로 접속되며, 전력 변환부들(120)을 통해 전력망(10)에 접속된다. 전력 변환부들(120)은 전력망(10)과 배터리부들(110) 사이에서 전력을 변환한다. 예컨대, 전력 변환부들(120)은 전력망(10)의 교류 전력과 배터리부들(110)의 직류 전력을 서로 변환할 수 있다. 전력 변환부(120)는 배터리부(110)의 직류 전압과 전력망(10)의 교류 전압을 서로 변환하는 양방향 인버터일 수 있다.
통합 제어부(130)는 배터리부들(110)과 전력 변환부들(120)을 제어할 수 있다. 통합 제어부(130)는 배터리부들(110)의 상태, 예컨대, 전압, 전류 및 온도 등을 감지하고, 전력망(10)의 상태, 예컨대, 전압 및 전류를 감지할 수 있다. 통합 제어부(130)는 외부의 제어에 따라 전력망(10)의 전력을 에너지 저장 시스템(100)에 충전하거나 에너지 저장 시스템(100)의 전력을 전력망(10)에 방전하도록 전력 변환부들(120) 및 배터리부들(110)을 제어할 수 있다. 통합 제어부(130)는 전력망(10)의 상태 및 배터리부들(110)의 상태를 고려하여 전력 변환부들(120) 중 일부만을 동작시키고, 나머지 전력 변환부들(120)을 비활성화시킴으로써 나머지 전력 변환부들(120)에 접속된 배터리부들(110)이 휴지되도록 할 수 있다.
배터리부들(110)은 전기 에너지를 저장하는 복수의 배터리 셀들, 예컨대, 리튬 이온 전지들을 포함한다. 배터리부들(110) 각각은 서로 병렬로 접속되는 복수의 배터리 뱅크들, 및 분배 제어부를 포함한다. 분배 제어부는 통합 제어부(130)로부터 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하고, 복수의 배터리 뱅크들 각각의 충전 상태 및 건강 상태를 기초로 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하고, 우선순위에 따라 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행할 적어도 일부의 배터리 뱅크들을 선택하고, 적어도 일부의 배터리 뱅크들에 대하여 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하고, 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 구성된다. 배터리부(110)는 배터리 시스템으로 지칭될 수 있으며, 배터리부(110)에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조로 아래에서 자세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 개략적인 구성을 도시한다.
도 2를 참조하면, 배터리 시스템(200)은 배터리 뱅크들(210) 및 분배 제어부(230)를 포함한다.
배터리 뱅크들(210)은 서로 병렬로 접속된다. 분배 제어부(230)는 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하고, 배터리 뱅크들(210) 각각의 충전 상태 및 건강 상태를 기초로 배터리 뱅크들(210)의 우선순위를 결정하고, 우선순위에 따라 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행할 적어도 일부의 배터리 뱅크들(210)을 선택하고, 적어도 일부의 배터리 뱅크들(210)에 대하여 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하고, 나머지 배터리 뱅크들(210)이 휴지하도록 구성된다.
배터리 뱅크들(210) 각각은 복수의 배터리 셀들(미 도시), 및 복수의 배터리 셀들을 관리하는 배터리 관리부(미 도시)를 포함할 수 있다. 배터리 관리부는 배터리 셀들의 전압, 전류 및 온도를 감지하고, 배터리 셀들의 충전 상태(SOC, State Of Charge) 및 건강 상태(SOH, State Of Health)를 결정할 수 있다. 배터리 관리부는 배터리 셀들, 즉, 배터리 뱅크(210)의 충전 상태 및 건강 상태에 대한 정보를 분배 제어부(230)에 제공할 수 있다. 배터리 관리부는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다.
도 2에는 배터리 시스템(200)에 4개의 배터리 뱅크들(210)이 포함되는 것으로 도시되지만, 배터리 뱅크들(210)의 개수는 본 발명을 한정하지 않는다. 배터리 시스템(200)은 3개 이하 또는 5개 이상의 배터리 뱅크들(210)을 포함할 수 있다.
배터리 시스템(200)은 도 1의 배터리부(110)에 대응될 수 있으며, 배터리 뱅크들(210)은 도 1의 전력 변환부들(120), 예컨대, 전력 변환 장치를 통해 전력망(10)에 연결될 수 있다.
배터리 시스템(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 DC/DC 컨버터들(220)을 더 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터들(220)은 공통 노드에 접속되는 배터리 뱅크들(210)에 직렬로 각각 접속될 수 있다. 배터리 뱅크들(210)은 DC/DC 컨버터들(220)을 통해 서로 병렬로 접속된다. DC/DC 컨버터들(220)은 배터리 뱅크들(210)의 직류 전압을 입력받아 공통 노드에 출력할 수 있다. 분배 제어부(230)는 일부의 배터리 뱅크들(210)이 목표 충방전량에 따라 충전 또는 방전을 수행하고 나머지 배터리 뱅크들(210)이 휴지하도록 DC/DC 컨버터들(220)을 제어하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 배터리 시스템(200)이 방전 중인 경우, 분배 제어부(230)가 일부의 배터리 뱅크들(210)에 연결되는 DC/DC 컨버터들(220)의 출력 전압을 높이고 나머지 배터리 뱅크들(210)에 연결되는 DC/DC 컨버터들(220)의 출력 전압을 낮춤으로써, 일부의 배터리 뱅크들(210)이 방전되는 동안 나머지 배터리 뱅크들(210)은 휴지할 수 있다. 배터리 시스템(200)이 충전 중인 경우, 분배 제어부(230)가 일부의 배터리 뱅크들(210)에 연결되는 DC/DC 컨버터들(220)의 출력 전압을 낮추고 나머지 배터리 뱅크들(210)에 연결되는 DC/DC 컨버터들(220)의 출력 전압을 높임으로써, 일부의 배터리 뱅크들(210)이 충전되는 동안 나머지 배터리 뱅크들(210)은 휴지할 수 있다.
배터리 뱅크들(210)은 모두 동일한 개수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 다른 예에 따르면, 배터리 뱅크들(210)은 제1 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크(210a), 및 제2 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크(210b)를 포함할 수 있다. 이에 대응하여, DC/DC 컨버터들(220)은 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크(210a)에 접속되는 적어도 하나의 제1 DC/DC 컨버터(220a) 및 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크(210b)에 접속되는 적어도 하나의 제2 DC/DC 컨버터(220b)를 포함할 수 있다.
분배 제어부(230)는 갱신 주기마다 배터리 뱅크들(210)의 우선순위를 갱신할 수 있다. 배터리 뱅크들(210)의 우선순위는 갱신 주기마다 달라지게 된다. 따라서, 충방전이 수행되는 일부의 배터리 뱅크들(210)은 계속 바뀌게 되며, 나머지 배터리 뱅크들(210)은 휴지할 수 있다.
분배 제어부(230)는 배터리 뱅크들(210)의 온도를 기초로 갱신 주기를 설정하도록 구성될 수 있다. 배터리 뱅크들(210)은 온도 정보를 분배 제어부(230)에 제공할 수 있다. 배터리 뱅크들(210)의 온도가 낮을수록 열화 속도가 증가하게 된다. 낮은 온도에서 열화 속도를 늦추기 위해서 배터리 뱅크들(210)의 휴지 시간을 길게 할 수 있다. 배터리 뱅크들(210)의 온도가 낮을수록 갱신 주기를 길게 설정함으로써, 배터리 뱅크들(210)의 온도가 낮은 경우, 휴지를 시작하는 배터리 뱅크들(210)은 긴 휴지 시간을 확보할 수 있다. 반대로, 배터리 뱅크들(210)의 온도가 높은 경우에는, 휴지를 시작하는 배터리 뱅크들(210)은 짧은 휴지 시간을 가진 후, 다시 충전 또는 방전될 수 있다. 그러나, 온도가 높은 경우에는 짧은 휴지 시간에도 열화 속도가 증가하지 않는다.
분배 제어부(230)는 목표 충방전량의 부호가 반전될 때마다 배터리 뱅크들(210)의 우선순위를 갱신할 수 있다. 본 명세서에서, 목표 충방전량은 배터리 시스템(200)이 충전 또는 방전해야 하는 양 또는 속도를 의미한다. 목표 충방전량이 양의 값을 가질 경우, 배터리 시스템(200)이 충전해야 하는 양을 의미하고 목표 충전량으로 지칭될 수 있다. 목표 충방전량이 음의 값을 가질 경우, 배터리 시스템(200)이 방전해야 하는 양을 의미하고 목표 방전량으로 지칭될 수 있다. 목표 충방전량은 충방전율(C-rate)에 대응하는 개념으로써 MW의 단위를 가질 수 있다.
목표 충방전량의 부호가 반전될 때는 배터리 시스템(200)이 충전 모드와 방전 모드 사이에서 모드가 바뀌는 때를 의미한다. 배터리 뱅크들(210)의 우선순위는 충전 모드에서 방전 모드로 바뀌거나 방전 모드에서 충전 모드로 바뀌는 순간에도 갱신될 수 있다.
분배 제어부(230)는 배터리 뱅크들(210) 중에서 제1 임계 값, 예컨대, 90보다 큰 충전 상태를 갖는 배터리 뱅크(210)의 충전 제한량을 0으로 설정할 수 있다. 분배 제어부(230)가 충전 명령을 수신하더라도 제1 임계 값보다 큰 충전 상태를 갖는 배터리 뱅크(210)에는 충전이 수행되지 않는다. 이 배터리 뱅크(210)가 과충전 상태로 되는 것이 방지될 수 있다.
분배 제어부(230)는 배터리 뱅크들(210) 중에서 제2 임계 값, 예컨대, 10보다 작은 충전 상태를 갖는 배터리 뱅크(210)의 방전 제한량을 0으로 설정할 수 있다. 분배 제어부(230)가 방전 명령을 수신하더라도 제2 임계 값보다 큰 충전 상태를 갖는 배터리 뱅크(210)에는 방전이 수행되지 않는다. 이 배터리 뱅크(210)가 과방전 상태로 되는 것이 방지될 수 있다.
분배 제어부(230)는 충전 명령을 수신한 경우, 즉, 양의 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신한 경우, 배터리 뱅크들(210) 중에서 충전 상태가 낮고 건강 상태가 높은 배터리 뱅크일수록 높은 우선순위를 부여하도록 구성될 수 있다. 분배 제어부(230)는 방전 명령을 수신한 경우, 즉, 음의 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신한 경우, 배터리 뱅크들(210) 중에서 충전 상태가 높고 건강 상태가 높은 배터리 뱅크일수록 높은 우선순위를 부여하도록 구성될 수 있다.
분배 제어부(230)가 충전 명령을 수신한 경우, 충전 상태가 낮은 배터리 뱅크(210)가 높은 우선순위를 가질 것이다. 이 배터리 뱅크(210)에 충전이 수행되므로, 이 배터리 뱅크(210)의 충전 상태는 높아지며, 이후 우선순위 갱신 시에 이 배터리 뱅크(210)의 우선순위는 낮아지게 된다. 이 배터리 뱅크(210)는 더 이상 충전이 수행되지 않으며, 휴지 시간을 가질 수 있다.
분배 제어부(230)가 방전 명령을 수신한 경우, 충전 상태가 높은 배터리 뱅크(210)가 높은 우선순위를 가질 것이다. 이 배터리 뱅크(210)에 방전이 수행되므로, 이 배터리 뱅크(210)의 충전 상태는 낮아지며, 이후 우선순위 갱신 시에 이 배터리 뱅크(210)의 우선순위는 낮아지게 된다. 이 배터리 뱅크(210)는 더 이상 방전이 수행되지 않으며, 휴지 시간을 가질 수 있다.
건강 상태가 높은 배터리 뱅크(210)가 건강 상태가 낮은 배터리 뱅크(210)보다 높은 우선순위를 가질 것이다. 건강 상태가 높은 배터리 뱅크(210)는 건강 상태가 낮은 배터리 뱅크(210)보다 충전 또는 방전을 수행할 확률이 더 높으며, 더 짧은 휴지 시간을 가질 것이다. 배터리 뱅크(210)의 건강 상태가 높을 경우, 짧은 휴지 시간을 갖더라도 열화 속도가 증가하지 않는다. 그러나, 배터리 뱅크(210)의 건강 상태가 낮을 경우, 휴지 시간을 길게하는 경우에만 열화 속도가 늦출 수 있다. 본 실시예에 따르면, 건강 상태가 높은 배터리 뱅크(210)가 건강 상태가 낮은 배터리 뱅크(210)보다 더욱 빈번하게 충전 또는 방전되므로, 배터리 시스템(200)의 열화 속도는 감소될 수 있다.
분배 제어부(230)는 우선순위에 따라 충전 또는 방전을 수행할 적어도 일부의 배터리 뱅크들(210)을 선택하고, 선택된 배터리 뱅크들(210)에 대하여 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행할 수 있다. 선택된 배터리 뱅크들(210)은 모두 동일한 충방전율(C-rate)로 충전 또는 방전될 수 있다. 선택된 배터리 뱅크들(210) 중 일부에 대해서는 최대 충방전율로 충전 또는 방전될 경우, 충전 또는 방전 효율은 낮다. 최대 충방전율보다 낮은 충방전율로 충전 또는 방전되는 경우에 최대 충방전율로 충전 또는 방전되는 경우보다 충전 또는 방전 효율이 높기 때문이다. 본 실시예에 따르면, 선택된 배터리 뱅크들(210)이 모두 동일한 충방전율로 충전 또는 방전되기 때문에, 최대 충방전율보다는 낮은 충방전율로 충전될 수 있으며, 충전 또는 방전 효율은 증가될 수 있다.
배터리 시스템(200)은 설치 목적에 따라 일정한 목표 충전 상태, 예컨대, 50를 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 분배 제어부(230)는 배터리 뱅크들(210)의 실제 충전 상태와 목표 충전 상태를 비교하고, 실제 충전 상태와 목표 충전 상태의 차이를 기초로 목표 충방전량을 수정하여 수정 목표 충방전량을 생성할 수 있다. 분배 제어부(230)는 수정 목표 충방전량을 기초로 배터리 뱅크들(230) 중 적어도 일부에 대하여 충전 또는 방전을 수행하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 배터리 뱅크들(210)의 실제 충전 상태가 목표 충전 상태보다 큰 경우, 예컨대, 배터리 뱅크들(210)의 실제 충전 상태가 60인 경우, 목표 방전량보다 큰 값으로 수정 목표 방전량이 결정될 수 있다. 목표 방전량보다 높은 수준으로 배터리 시스템(200)이 방전되기 때문에, 배터리 뱅크들(210)의 실제 충전 상태는 목표 충전 상태에 가까워지게 된다. 또한, 목표 충전량보다 작은 값으로 수정 목표 충전량이 결정될 수 있다. 목표 충전량보다 낮은 수준으로 배터리 시스템(200)이 충전될 수 있다.
예컨대, 배터리 뱅크들(210)의 실제 충전 상태가 목표 충전 상태보다 작은 경우, 예컨대, 배터리 뱅크들(210)의 실제 충전 상태가 40인 경우, 목표 충전량보다 큰 값으로 수정 목표 충전량이 결정될 수 있다. 목표 충전량보다 높은 수준으로 배터리 시스템(200)이 충전되기 때문에, 배터리 뱅크들(210)의 실제 충전 상태는 목표 충전 상태에 가까워지게 된다. 또한, 목표 방전량보다 작은 값으로 수정 목표 방전량이 결정될 수 있으며, 목표 방전량보다 낮은 수준으로 배터리 시스템(200)이 방전될 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 개략적인 구성을 도시한다.
도 3을 참조하면, 배터리 시스템(300)은 제1 배터리 뱅크들(310), 제2 배터리 뱅크들(315) 및 분배 제어부(330)를 포함한다. 제1 배터리 뱅크들(310) 각각은 제1 개수의 배터리 셀들을 포함하고, 제2 배터리 뱅크들(315) 각각은 제2 개수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 배터리 뱅크들(310) 각각은 직렬로 연결되는 168개의 배터리 셀들을 포함하고, 제2 배터리 뱅크들(315) 각각은 직렬로 연결되는 252개의 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
배터리 시스템(300)은 제1 배터리 뱅크들(310) 각각에 접속되는 DC/DC 컨버터들(320) 및 제2 배터리 뱅크들(315) 각각에 접속되는 스위치들(325)을 더 포함할 수 있다. 분배 제어부(330)는 제1 배터리 뱅크들(310)과 제2 배터리 뱅크들(315) 중 일부의 배터리 뱅크들이 충전 또는 방전을 수행하고 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 DC/DC 컨버터들(320) 및 스위치들(325)을 제어하도록 구성될 수 있다.
제1 배터리 뱅크들(310) 및 제2 배터리 뱅크들(315)은 도 2의 배터리 뱅크들(210)에 대응하고, 분배 제어부(330)는 도 2의 분배 제어부(230)에 대응할 수 있다. 이들에 대하여 반복하여 설명하지 않는다.
도 2의 분배 제어부(230) 및 도 3의 분배 제어부(330)의 동작에 대하여, 도 4 내지 도 10을 참조로 더욱 자세히 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 분배 제어부의 기본적인 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 4를 참조하면, 분배 제어부는 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신할 수 있다(S41). 예컨대, 분배 제어부는 통합 제어부(도 1의 130)로부터 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신할 수 있다. 목표 충방전량이 양의 값을 갖는 경우, 상기 명령은 충전 명령이고, 목표 충방전량이 음의 값을 갖는 경우, 상기 명령은 방전 명령일 수 있다.
분배 제어부가 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하면, 분배 제어부가 이전에 수신한 목표 충방전량을 새로 수신한 목표 충방전량으로 갱신할 수 있다(S42). 분배 제어부는 새로 수신한 목표 충방전량을 배터리 뱅크들에 분배하여 배터리 뱅크들 중 적어도 일부가 충전 또는 방전을 수행하도록 제어할 수 있다(S43).
분배 제어부가 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하지 않을 경우, 분배 제어부는 이전에 수신한 목표 충방전량을 기초로 배터리 뱅크들 중 적어도 일부가 충전 또는 방전을 수행하도록 제어할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 분배 제어부가 목표 충방전량을 배터리 뱅크들에 분배하는 단계(S43)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 5를 참조하면, 분배 제어부는 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정할 수 있다(S51). 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하는 단계(S51)에 대하여 도 6을 참조로 더욱 자세히 설명된다.
분배 제어부는 배터리 뱅크들의 충방전 제한량을 결정할 수 있다(S52). 배터리 뱅크들의 충방전 제한량을 결정하는 단계(S52)에 대하여 도 7을 참조로 더욱 자세히 설명된다.
분배 제어부는 배터리 뱅크들의 우선순위 및 충방전 제한량을 기초로 목표 충방전량을 분배할 배터리 뱅크들을 선택할 수 있다(S53). 배터리 뱅크들의 우선순위 및 충방전 제한량을 기초로 목표 충방전량을 분배할 배터리 뱅크들을 선택하는 단계(S53)에 대하여 도 8을 참조로 더욱 자세히 설명된다.
분배 제어부는 단계(S53)에서 선택된 배터리 뱅크들에 목표 충방전량을 분배할 수 있다(S54). 분배 제어부는 선택된 배터리 뱅크들이 동일한 충방전율로 충전 또는 방전될 수 있도록 목표 충방전량을 분배할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 분배 제어부가 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하는 단계(S51)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 6을 참조하면, 분배 제어부는 갱신 주기를 설정할 수 있다(S61). 분배 제어부는 온도에 기초하여 갱신 주기를 설정할 수 있다. 분배 제어부는 온도가 낮을수록 갱신 주기를 길게 설정할 수 있다. 갱신 주기가 길어지면, 휴지 시간이 길어지게 된다. 휴지 시간이 길어지면, 배터리 뱅크들의 충전 상태의 불균형이 커지는 단점이 있지만, 충분히 긴 휴지 시간으로 인하여 낮은 온도에도 배터리 뱅크들의 열화 속도는 감소될 수 있다.
분배 제어부는 현재 시간이 갱신 주기에 해당하는지를 판정할 수 있다(S62). 현재 시간이 갱신 주기에 해당하는지 않는 경우, 분배 제어부는 목표 충방전량의 부호가 반전되었는지를 판정할 수 있다(S63). 목표 충방전량의 부호가 반전되었다는 것은 충전 모드에서 방전 모드로 변경되었거나 방전 모드에서 충전 모드로 변경되었음을 의미한다. 목표 충방전량의 부호가 반전되지 않았다면, 배터리 뱅크들의 우선순위가 갱신되지 않고 종료된다.
현재 시간이 갱신 주기에 해당하거나, 목표 충방전량의 부호가 반전되었다면, 분배 제어부는 목표 충방전량을 기초로 현재 모드가 충전 모드인지 방전 모드인지를 판정할 수 있다(S64). 예컨대, 목표 충방전량이 양의 값인 경우, 충전 모드로 판정되고, 목표 충방전량이 음의 값인 경우, 방전 모드로 판정될 수 있다.
충전 모드인 경우, 분배 제어부는 배터리 뱅크의 충전 상태(SOC)가 작고 건강 상태(SOH)가 높을수록 높은 우선순위를 갖도록 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정할 수 있다(S65). 충전 상태(SOC)가 작은 배터리 뱅크가 충전 상태(SOC)가 높은 배터리 뱅크에 비해 충전이 수행될 확률이 높다. 건강 상태(SOH)가 높은 배터리 뱅크가 건강 상태(SOH)가 낮은 배터리 뱅크에 비해 충전이 수행될 확률이 높다.
방전 모드인 경우, 분배 제어부는 배터리 뱅크의 충전 상태(SOC)가 높고 건강 상태(SOH)가 높을수록 높은 우선순위를 갖도록 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정할 수 있다(S66). 충전 상태(SOC)가 높은 배터리 뱅크가 충전 상태(SOC)가 낮은 배터리 뱅크에 비해 방전이 수행될 확률이 높다. 건강 상태(SOH)가 높은 배터리 뱅크가 건강 상태(SOH)가 낮은 배터리 뱅크에 비해 방전이 수행될 확률이 높다.
도 7은 일 실시예에 따른 분배 제어부가 배터리 뱅크들의 충방전 제한량을 결정하는 단계(S52)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 7을 참조하면, 분배 제어부는 i를 1로 설정한다(S71). i는 배터리 뱅크의 인덱스 번호를 의미한다.
분배 제어부는 i번째 배터리 뱅크의 충전 상태(SOC)가 제1 임계값, 예컨대, 90을 초과하는지 판정한다(S72). i번째 배터리 뱅크의 충전 상태(SOC)가 제1 임계값, 예컨대, 90을 초과하는 경우, 분배 제어부는 i번째 배터리 뱅크의 충전 제한량을 0으로 설정한다(S73). 충전 제한량은 배터리 뱅크의 충전량을 제한하는 값으로서, 배터리 뱅크는 최대 충전 제한량까지만 충전될 수 있다. 즉, 배터리 뱅크는 충전 제한량 이하의 충전량으로만 충전될 수 있다.
i번째 배터리 뱅크의 충전 상태(SOC)가 제1 임계값, 예컨대, 90을 초과하지 않는 경우, 분배 제어부는 i번째 배터리 뱅크의 충전 제한량을 기본 충전 제한량으로 설정한다(S74). 분배 제어부는 i번째 배터리 뱅크의 기본 충전 제한량에 대한 정보를 저장할 수 있다.
분배 제어부는 i번째 배터리 뱅크의 충전 상태(SOC)가 제2 임계값, 예컨대, 10보다 작은지를 판정한다(S75). i번째 배터리 뱅크의 충전 상태(SOC)가 제2 임계값, 예컨대, 10보다 작은 경우, 분배 제어부는 i번째 배터리 뱅크의 방전 제한량을 0으로 설정한다(S76). 방전 제한량은 배터리 뱅크의 방전량을 제한하는 값으로서, 배터리 뱅크는 최대 방전 제한량까지만 방전될 수 있다. 즉, 배터리 뱅크는 방전 제한량 이하의 방전량으로만 방전될 수 있다.
i번째 배터리 뱅크의 충전 상태(SOC)가 제2 임계값, 예컨대, 10보다 작은 경우, 분배 제어부는 i번째 배터리 뱅크의 방전 제한량을 기본 방전 제한량으로 설정한다(S74). 분배 제어부는 i번째 배터리 뱅크의 기본 방전 제한량에 대한 정보를 저장할 수 있다.
분배 제어부는 i가 배터리 뱅크들의 개수보다 작은지를 판정한다(S78). i가 배터리 뱅크들의 개수보다 작은 경우, 분배 제어부는 다음 배터리 뱅크에 대하여 단계(S72-S77)를 수행하기 위하여 i를 1만큼 증가시킨다(S79).
i가 배터리 뱅크들의 개수와 동일한 경우, 모든 배터리 뱅크에 대하여 단계(S72-S77)가 수행된 것이므로, 종료된다.
도 8은 일 실시예에 따른 분배 제어부가 배터리 뱅크들의 우선순위 및 충방전 제한량을 기초로 목표 충방전량을 분배할 배터리 뱅크들을 선택하는 단계(S53)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 8을 참조하면, 분배 제어부는 j를 1로 설정한다(S81). j는 배터리 뱅크의 우선순위를 의미한다.
분배 제어부는 목표 충방전량을 분배 충방전량으로 설정한다(S82). 분배 충방전량은 목표 충방전량을 분배할 분배 대상 배터리 뱅크들을 선택하기 위해 임시로 사용되는 변수이다.
분배 제어부는 j번째 우선순위 배터리 뱅크의 충방전 제한량이 분배 충방전량보다 큰지를 판정한다(S83).
j번째 우선순위 배터리 뱅크의 충방전 제한량이 분배 충방전량보다 큰 경우, 분배 제어부는 j번째 우선순위 배터리 뱅크를 마지막 분배 대상 배터리 뱅크로 선택할 수 있다(S84). 분배 제어부는 나머지 배터리 뱅크들을 분배 대상 배터리 뱅크로 선택하지 않음으로써, 나머지 배터리 뱅크들을 휴지시키고(S85), 종료할 수 있다.
j번째 우선순위 배터리 뱅크의 충방전 제한량이 분배 충방전량와 같거나 이보다 작은 경우, j번째 우선순위 배터리 뱅크의 충방전 제한량이 0보다 큰지를 판정한다(S86).
j번째 우선순위 배터리 뱅크의 충방전 제한량이 0보다 큰 경우, j번째 우선순위 배터리 뱅크를 분배 대상 배터리 뱅크로 선택하고(S87), 분배 충방전량을 분배 충방전량에서 j번째 우선순위 배터리 뱅크의 충방전 제한량만큼 감산한 값으로 갱신한다(S88).
j번째 우선순위 배터리 뱅크의 충방전 제한량이 0인 경우, 분배 제어부는 j번째 우선순위 배터리 뱅크를 선택하지 않음으로써, j번째 우선순위 배터리 뱅크를 휴지시킬 수 있다(S89).
분배 제어부는 j가 배터리 뱅크들의 개수보다 작은지를 판정한다(S90). j가 배터리 뱅크들의 개수보다 작은 경우, 분배 제어부는 다음 우선순위 배터리 뱅크에 대하여 단계(S83-S89)를 수행하기 위하여 j를 1만큼 증가시킨다(S91).
j가 배터리 뱅크들의 개수와 동일한 경우, 모든 배터리 뱅크에 대하여 단계(S83-S89)가 수행된 것이므로, 종료된다.
도 9는 다른 실시예에 따른 분배 제어부의 기본적인 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 9를 참조하면, 분배 제어부는 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신할 수 있다(S41). 예컨대, 분배 제어부는 통합 제어부(도 1의 130)로부터 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신할 수 있다. 목표 충방전량이 양의 값을 갖는 경우, 상기 명령은 충전 명령이고, 목표 충방전량이 음의 값을 갖는 경우, 상기 명령은 방전 명령일 수 있다.
분배 제어부가 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하면, 분배 제어부가 이전에 수신한 목표 충방전량을 새로 수신한 목표 충방전량으로 갱신할 수 있다(S42). 분배 제어부가 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하지 않을 경우, 분배 제어부는 이전에 수신한 목표 충방전량을 그대로 유지할 수 있다.
분배 제어부는 배터리 시스템의 충전 상태(SOC) 제어를 위해 목표 충방전량을 수정하여, 수정 목표 충방전량을 생성할 수 있다(S44).
분배 제어부는 수정 목표 충방전량을 기초로 배터리 뱅크들 중 적어도 일부가 충전 또는 방전을 수행하도록 제어할 수 있다(S45). 단계(S45)는 목표 충방전량 대신에 수정 목표 충방전량을 사용한다는 점을 제외하고는 단계(S43)와 동일한다. 즉, 분배 제어부는 목표 충방전량 대신에 수정 목표 충방전량을 사용하여, 도 5 내지 도 8의 방법을 수행할 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 분배 제어부가 충전 상태(SOC) 제어를 위해 목표 충방전량을 수정하는 단계(S44)의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 10을 참조하면, 분배 제어부는 배터리 뱅크들의 총 잔존 용량을 산출할 수 있다(S441). 잔존 용량은 충전 상태에 대응하는 개념으로서, 단위는 MW일 수 있다. 분배 제어부는 총 잔존 용량과 목표 잔존 용량을 비교할 수 있다(S442). 목표 잔존 용량은 목표 충전 상태에 대응하는 개념으로서, 충전 상태 50에 대응하는 용량일 수 있다.
분배 제어부는 총 잔존 용량과 목표 잔존 용량의 차이를 기초로, 목표 충방전량을 수정하여 수정 목표 충방전량을 생성할 수 있다(S443).
예컨대, 배터리 뱅크들의 총 잔존 용량이 목표 잔존 용량보다 큰 경우, 목표 방전량보다 큰 값으로 수정 목표 방전량이 결정될 수 있다. 목표 방전량보다 높은 수준으로 배터리 시스템이 방전되기 때문에, 배터리 뱅크들의 총 잔존 용량은 목표 잔존 용량에 가까워지게 된다. 배터리 뱅크들의 총 잔존 용량이 목표 잔존 용량보다 작은 경우, 목표 충전량보다 큰 값으로 수정 목표 충전량이 결정될 수 있다. 목표 충전량보다 높은 수준으로 배터리 시스템이 충전되기 때문에, 배터리 뱅크들의 총 잔존 용량은 목표 잔존 용량에 가까워지게 된다.
본 발명의 다양한 실시예들은 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것이며, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가적인 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 구현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같은 구체적인 언급이 없다면, 본 발명의 실시를 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)가 기재된 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 전력망
100: 에너지 저장 시시틈
110: 배터리부
120: 전력 변환부
130: 통합 제어부
200, 300: 배터리 시스템
210, 310: 배터리 뱅크
220, 320: DC/DC 컨버터
325: 스위치
230, 330: 분배 제어부

Claims (15)

  1. 서로 병렬로 접속되는 복수의 배터리 뱅크들; 및
    목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하고, 상기 복수의 배터리 뱅크들 각각의 충전 상태 및 건강 상태를 기초로 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하고, 상기 우선순위에 따라 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행할 적어도 일부의 배터리 뱅크들을 선택하고, 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들에 대하여 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하고, 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 구성되는 분배 제어부를 포함하는 배터리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 뱅크들 각각에 직렬로 접속되는 복수의 DC/DC 컨버터들을 더 포함하고,
    상기 복수의 배터리 뱅크들은 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 통해 서로 병렬로 접속되며,
    상기 분배 제어부는 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들이 충전 또는 방전을 수행하고 상기 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 상기 DC/DC 컨버터들을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 뱅크들은 제1 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크, 및 상기 제1 개수와 상이한 제2 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크를 포함하고,
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들은 상기 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크에 접속되는 적어도 하나의 제1 DC/DC 컨버터, 및 상기 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크에 접속되는 적어도 하나의 제2 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 뱅크들은 제1 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크, 및 상기 제1 개수와 상이한 제2 개수의 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크를 포함하고,
    상기 배터리 시스템은 상기 적어도 하나의 제1 배터리 뱅크에 접속되는 적어도 하나의 DC/DC 컨버터, 및 상기 적어도 하나의 제2 배터리 뱅크에 접속되는 적어도 하나의 스위치를 더 포함하고,
    상기 분배 제어부는 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들이 충전 또는 방전을 수행하고 상기 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 적어도 하나의 DC/DC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 뱅크들은 전력 변환 장치를 통해 전력망에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 분배 제어부는 갱신 주기 마다 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 갱신하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 분배 제어부는 상기 복수의 배터리 뱅크들의 온도를 기초로 상기 갱신 주기를 설정하도록 구성되며,
    상기 갱신 주기는 상기 온도가 낮을수록 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 분배 제어부는 상기 목표 충방전량의 부호가 반전될 때마다 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 갱신하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 분배 제어부는 상기 복수의 배터리 뱅크들 중에서 제1 임계 값보다 큰 충전 상태를 갖는 배터리 뱅크의 충전 제한량을 0으로 설정하여 충전 명령을 수신한 경우 상기 배터리 뱅크가 휴지하도록 구성되고,
    상기 분배 제어부는 상기 복수의 배터리 뱅크들 중에서 제2 임계 값보다 작은 충전 상태를 갖는 배터리 뱅크의 방전 제한량을 0으로 설정하여 방전 명령을 수신한 경우 상기 배터리 뱅크가 휴지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 분배 제어부는 충전 명령을 수신한 경우 상기 복수의 배터리 뱅크들 중에서 충전 상태가 낮고 건강 상태가 높은 배터리 뱅크일수록 높은 우선순위를 부여하도록 구성되고,
    상기 분배 제어부는 방전 명령을 수신한 경우 상기 복수의 배터리 뱅크들 중에서 충전 상태가 높고 건강 상태가 높은 배터리 뱅크일수록 높은 우선순위를 부여하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    건강 상태가 높은 배터리 뱅크일수록 휴지 시간이 짧은 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들 각각의 충방전율(C-rate)은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 분배 제어부는 상기 복수의 배터리 뱅크들의 총 잔존 용량과 목표 잔존 용량의 차이를 비교하고, 상기 총 잔존 용량과 상기 목표 잔존 용량의 차이를 기초로 상기 목표 충방전량을 수정하여 수정 목표 충방전량을 생성하고, 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들이 상기 수정 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 분배 제어부는 상기 총 잔존 용량이 상기 목표 잔존 용량보다 큰 경우, 수정 목표 충전량을 목표 충전량보다 작은 값으로 결정하고 수정 목표 방전량을 목표 방전량보다 큰 값으로 결정하며,
    상기 분배 제어부는 상기 총 잔존 용량이 상기 목표 잔존 용량보다 작은 경우, 수정 목표 충전량을 목표 충전량보다 큰 값으로 결정하고 수정 목표 방전량을 목표 방전량보다 작은 값으로 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  15. 복수의 전력 변환부들;
    상기 복수의 전력 변환부들 각각을 통해 전력망에 각각 접속되는 복수의 배터리부들; 및
    상기 복수의 전력 변환부들 및 상기 복수의 배터리부들을 제어하는 통합 제어부를 포함하며,
    상기 복수의 배터리부들 각각은,
    서로 병렬로 접속되는 복수의 배터리 뱅크들; 및
    상기 통합 제어부로부터 목표 충방전량을 포함하는 명령을 수신하고, 상기 복수의 배터리 뱅크들 각각의 충전 상태 및 건강 상태를 기초로 상기 복수의 배터리 뱅크들의 우선순위를 결정하고, 상기 우선순위에 따라 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행할 적어도 일부의 배터리 뱅크들을 선택하고, 상기 적어도 일부의 배터리 뱅크들에 대하여 상기 목표 충방전량에 따른 충전 또는 방전을 수행하고, 나머지 배터리 뱅크들이 휴지하도록 구성되는 분배 제어부를 포함하는 에너지 저장 시스템.
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