KR20160103463A - 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법은 에너지 저장 시스템의 배터리가 제1 모드로 동작하도록 제어하고, 제1 모드로 동작 중인 배터리가 제2 모드로 동작하도록 제어한다. 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법은 제2 모드로 동작 중인 배터리의 배터리 상태를 측정하고, 제2 모드로 동작 중인 배터리를 제1 모드로 동작하도록 제어한다.

Description

에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법{METHOD FOR MEASURING BATTERY STATE OF ENEREGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 에너지 저장 장치의 배터리 상태 측정 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System)은 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 각각의 연계 시스템에 저장한 후, 전력이 필요한 시기에 선택적, 효율적으로 사용하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다.
에너지 저장 시스템은 시간대 및 계절별 변동이 큰 전기부하를 평준화시켜 전반적인 부하율을 향상시킬 경우, 발전 단가를 낮출 수 있으며 전력설비 증설에 필요한 투자비와 운전비 등을 절감할 수 있어서 전기요금을 인하하고 에너지를 절약할 수 있다.
이러한 에너지 저장 시스템은 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 이용되고 있으며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지를 이용한 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하 평준화(Load Leveling), 비상 전원 등의 기능으로 사용되고 있다.
에너지 저장 시스템은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장과 화학적 에너지 저장으로 구분된다. 물리적 에너지 저장으로는 양수발전, 압축 공기 저장, 플라이휠 등을 이용한 방법이 있고, 화학적 에너지 저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, Nas 전지 등을 이용한 방법이 있다.
한편, 에너지 저장 시스템은 전력 시장에서의 전력 가격 입찰 등과 연계하여, 전력 가격이 비싼 시간대에 저장된 에너지를 사용하고 전력 가격이 저렴한 시간대에 에너지를 저장하는 스케쥴링 동작을 하기도 한다. 이는 전력 가격이 전력 발전량 및 전력 사용량에 따라 변동하는 점을 이용하여 전력 사용에 대한 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이러한 에너지 저장 시스템은 에너지를 저장하기 위한 배터리를 포함하고 있으며, 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리는 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 출력하는 역할을 한다. 따라서 에너지 저장 시스템의 배터리는 에너지 저장 시스템의 동작에 있어 매우 중요한 부분을 차지한다. 그래서 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리의 상태, 특히 충전 상태인 SOC(State Of Charge)를 정확하게 측정하는 것이 에너지 저장 시스템의 운용에서 중요한 문제가 된다.
하지만, 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리는 외부로부터 에너지를 전송받아 충전 동작하거나, 외부에 저장된 에너지를 전송하는 방전 동작하기 때문에 각각의 동작에 따라 정확한 SOC를 측정하기 어려운 문제가 있다. 특히, 배터리가 CV(Constant Voltage) 모드로 동작 중인 경우에는 직류 전압인 배터리의 충전 상태(State Of Charge)를 정확하게 측정할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리가 충전 또는 방전 동작할 때 배터리의 정확한 SOC를 측정할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 에너지 저장 시스템의 배터리의 상태를 정확하게 측정할 수 있는 배터리 상태 측정 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법은 에너지 저장 시스템의 배터리가 제1 모드로 동작하도록 제어하는 단계; 상기 제1 모드로 동작 중인 배터리가 제2 모드로 동작하도록 제어하는 단계; 상기 제2 모드로 동작 중인 배터리의 배터리 상태를 측정하는 단계; 및 상기 제2 모드로 동작 중인 배터리를 상기 제1 모드로 동작하도록 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1 모드는 전압이 일정한 CC(Constant Current) 모드이고, 상기 제2 모드는 전류가 일정한 CV(Constant Voltage) 모드일 수 있다.
또한, 상기 배터리 상태는 상기 배터리의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(State Of Charge) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 모드로 동작 중인 배터리의 상태를 측정하는 단계; 상기 측정된 제1 모드로 동작 중인 배터리의 상태를 기초로 배터리 상태 측정 정확도를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 배터리 상태 측정 정확도가 기 설정된 기준 정확도 이하인지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 모드로 동작 중인 배터리가 제2 모드로 동작하도록 제어하는 단계는 상기 산출된 배터리 상태 측정 정확도가 상기 기 설정된 기준 정확도 이하이면, 상기 제1 모드로 동작 중인 배터리를 상기 제2 모드로 동작하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 배터리의 상태를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 정확한 배터리 상태를 기초로 효율적으로 동작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 충전 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 방전 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 유지 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법을 나타내는 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명과 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템(10)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(10)은 전력 관리 시스템(PCS: Power Condition System, 100, 이하 "PCS"라 한다.), 발전 시스템(200), 배터리(300), 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System, 310, 이하 "BMS"라 한다.), 계통(400), 부하(500)를 포함할 수 있다.
PCS(100)는 에너지 저장 시스템(10)의 제어 장치일 수 있다.
PCS(100)는 발전 시스템(200)에서 발전된 전력을 배터리(300)에 저장하거나 계통(400), 부하(500)로 전달할 수 있다. 또한 PCS(100)는 배터리(300)에 저장된 전력을 계통(400) 또는 부하(500)로 전달할 수 있다. PCS(100)는 계통(400)에서 공급된 전력을 배터리(300)에 저장할 수도 있다.
또한, PCS(100)는 배터리(300)에 충전 상태(State Of Charge, 이하 "SOC 레벨"이라 한다.)를 기초로 배터리(300)를 충전하거나 방전하도록 제어할 수 있다.
또한, PCS(100)는 전력 시장의 전력 가격, 발전 시스템(200)의 발전 계획, 발전량 및 계통(400)의 전력 수요 등을 기초로 에너지 저장 시스템의 동작에 대한 스케쥴을 생성할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
발전 시스템(200)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산한다.
예를 들어 발전 시스템(200)는 화석 연료, 원자력 연료, 재생 에너지 중 하나 이상을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
일 실시 예로, 발전 시스템(200)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등과 같은 신재생 에너지를 이용한 신재생 발전 시스템일 수 있다.
계통(400)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 포함할 수 있다. 계통(400)은 정상 상태일 때, PCS(100), 부하(500) 중 하나 이상에 전력을 공급할 수 있고, PCS(100)로부터 전력을 공급받을 수도 있다. 계통(400)은 비정상 상태일 때, PCS(100), 부하(500) 중 하나 이상에 전력을 공급할 수 없을 수 있고, PCS(100)로부터 전력을 공급받을 수 없을 수도 있다.
부하(500)는 발전 시스템(200), 배터리(300), 계통(400) 중 하나 이상으로부터 전력을 공급받고, 공급된 전력을 소비한다.
예를 들면 부하(500)는 가정, 대형 건물, 공장 등을 포함할 수 있다.
이하, 상술한 에너지 저장 시스템(10)을 제어하는 PCS(100)에 대해 상세히 설명한다.
PCS(100)는 전력 변환부(110), 통합 제어부(160), 제1 컨버터(130), 제2 컨버터(140), 제1 스위치(150), 및 제2 스위치(170)를 포함할 수 있다.
전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)과 제 1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다. 전력 변환부(100)는 발전 시스템(200)에서 생산된 전력을 제1 노드(N1)로 전달할 수 있고, 하며, 제1 노드(N1)으로 출력되는 출력 전압을 직류 링크 전압으로 변환할 수 있다. 그러므로 전력 변환부(110)가 동작하여, 발전 시스템(200)에서 생산된 전력이 배터리(300), 계통(400), 부하(500) 중 하나 이상에 공급될 수 있다.
전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)의 종류에 따라서 컨버터, 정류 회로 중 하나 이상를 포함할 수 있다. 예를 들어 전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)이 직류 전력을 생산하는 경우, 직류 전력을 직류 전력으로 변환하는 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 다른 예로, 전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)이 교류 전력을 생산하는 경우, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 회로를 포함할 수 있다.
또한, 전력 변환부(110)는 일사량, 온도, 풍속 등의 변화에 따라 발전 시스템(200)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking, 'MPPT') 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다.
한편, 전력 변환부(110)는 발전 시스템(200)에서 생산되는 전력이 없는 경우, 소비 전력을 최소화할 수 있다.
통합 제어부(160)는 배터리(300)의 충방전 제어를 수행하는 BMS(310)와 연결되어, 배터리(300)의 충전 상태(SOC)에 대한 충전 상태 정보를 획득할 수 있다. 그리고 통합 제어부(160)는 배터리(300)에 저장된 에너지를 계통(400), 부하(500) 중 하나 이상에 전달하도록 제어할 수 있다. 또한, 통합 제어부(160)는 발전 시스템(200)에서 발생된 전력을 배터리(300)에 충전하도록 제어할 수 있다.
통합 제어부(160)는 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력을 출력 지령값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 제2 컨버터(140), 제1 컨버터(130) 중 하나 이상을 제어할 수 있다. 여기서 출력 지령값은 전력 관리 시스템(100)에서 계통(400), 부하(500) 중 하나 이상에 출력하는 출력 전력에 대한 지령값을 의미할 수 있다.
예를 들어, 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력이 출력 지령값을 초과하는 경우, 통합 제어부(160)는 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력과 출력 지령값의 차이에 해당하는 전력이 배터리(300)에 충전되도록 제2 컨버터(140), 제1 컨버터(130) 중 하나 이상을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제2 컨버터(140)는 충전 모드로 동작하고, 제1 컨버터(130)는 출력 지령값에 해당하는 전력을 부하(500), 계통(400) 중 하나 이상에 공급할 수 있다.
한편, 출력 지령값은 발전 시스템(200)에서 발전한 전력보다 낮은 값이므로, 통합 제어부(160)는 출력 지령값을 제외한 나머지 전력이 배터리(300)에 충전되도록 제2 컨버터(140)를 제어할 수 있다. 이에 따라 배터리(300)는 제2 컨버터(140)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 그래서 배터리(300)는 충전될 수 있고, 배터리(300)의 SOC 레벨은 배터리(300)에 대한 제어 목표값에 대응될 수 있다.
다른 예로, 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력이 출력 지령값 미만인 경우, 통합 제어부(160)는 배터리(300)가 출력 지령값과 전력 변환부(110)에서 출력되는 전력의 차이에 해당하는 전력을 방전하도록 제2 컨버터(140), 제1 컨버터(130) 중 하나 이상을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제2 컨버터(140)는 방전 모드로 동작하고, 제1 컨버터(130)는 인버터 출력 지령값에 해당하는 전력을 부하(500), 계통(400) 중 하나 이상에 공급한다. 이 때, 출력 지령값은 발전 시스템(200)에서 발전한 전력보다 높은 값이므로, 통합 제어부(160)는 배터리(300)가 방전되도록 제어할 수 있다. 이에 따라 배터리(300)는 제2 컨버터(140)를 통해 전력을 공급할 수 있다. 그래서 배터리(300)는 방전될 수 있고, 배터리(300)의 SOC 레벨은 배터리(300)에 대한 제어 목표값에 대응될 수 있다.
또한, 통합 제어부(160)는 PCS(100)의 전체적인 동작을 제어하고, 전력 저장 시스템(10)의 동작 모드를 결정할 수 있다. 통합 제어부(160)는 발전된 전력을 계통(400)에 공급하는 제1 동작 모드, 발전된 전력을 부하(500)에 공급하는 제2 동작 모드, 발전된 전력을 배터리(300)에 저장하는 제3 동작 모드, 계통(400)에서 전달된 전력을 배터리(300)에 저장하는 제4 동작 모드 등에 대한 동작을 결정할 수 있다.
통합 제어부(160)는 전력 변환부(110), 제1 컨버터(130), 제2 컨버터(140), 제 1 스위치(150) 및 제 2 스위치(160) 각각의 스위치 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 전송할 수 있다. 제어 신호는 각각의 컨버터 또는 인버터의 입력 전압에 따른 듀티비 최적 제어를 통해 컨버터 또는 인버터의 전력 변환에 따른 손실을 최소화할 수 있는 신호를 의미할 수 있다. 통합 제어부(160)는 전력 변환부(110), 제1 컨버터(130), 제2 컨버터(140)의 각각의 입력단, 출력단 중 하나 이상에서 전압, 전류, 온도를 감지한 신호를 수신하고, 수신된 감지 신호를 기초로 제어 신호를 전송할 수 있다.
상술한 통합 제어부(160)는 PCS(100)에 포함될 수 있고, 포함되지 않고 별개의 구성으로 구비될 수도 있다.
제1 컨버터(130)는 전압의 크기를 변환할 수 있고, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수도 있다.
제1 컨버터(130)는 컨버터, 인버터 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시 예로, 제1 컨버터(130)는 전력 변환부(110)와 제 1 스위치(150) 사이에 위치할 수 있다. 제1 컨버터(130)는 전력 변환기를 포함할 수 있다.
이에 따라 제1 컨버터(130)는 방전 모드에서 발전 시스템(200) 또는 배터리(300)로부터 출력된 직류 링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 계통(400)으로 출력할 수 있다.
또한, 제1 컨버터(130)는 충전 모드에서 계통(400)의 전력을 배터리(300)에 저장할 수 있도록 계통(400)의 교류 전압을 정류하여 직류 링크 전압으로 변환하여 배터리(300)로 출력할 수 있다.
제1 컨버터(130)는 계통(400)으로 출력하는 교류 전압에 포함된 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다.
구체적으로 제1 컨버터(130)는 무효 전력 발생을 억제하기 위하여 제1 컨버터(130)가 출력하는 교류 전압의 위상과 계통(400)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프 회로를 포함할 수 있다.
또한, 제1 컨버터(130)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도 현상 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다.
제1 컨버터(130)는 발전 시스템(200)에서 생산된 전력, 배터리(300)에 저장된 전력 중 하나 이상을 부하(500), 계통(400) 중 하나 이상에 공급하지 않아도 되는 경우에 전력 소비를 최소할 수 있다. 또한 제1 컨버터(130)는 배터리(300)를 충전할 때에 계통(400)의 전력을 필요로 하지 않는 경우, 전력 소비를 최소화할 수 있다.
제2 컨버터(140)는 전압의 크기를 변환할 수 있고, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수도 있다.
제2 컨버터(140)는 컨버터, 인버터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 제2 컨버터(140)는 방전 모드에서 배터리(300)에 저장된 전력을 제1 컨버터(130)에 대응하는 전압 레벨로 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들면 제2 컨버터(140)는 배터리(300)에 저장된 전력을 직류 링크 전압으로 DC-DC 변환하여 출력할 수 있다.
제2 컨버터(140)는 충전 모드에서 제 1 노드(N1)를 통하여 유입되는 충전 전력을 배터리(300)에 대응하는 전압 레벨로 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어 제2 컨버터(140)는 유입되는 충전 전력을 충전 전압으로 DC-DC 변환하여 출력할 수 있다. 여기서 충전 전력은 발전 시스템(200)에서 생산된 전력 또는 계통(400)으로부터 제1 컨버터(130)를 통하여 공급된 전력일 수 있다.
제1 스위치(150) 및 제2 스위치(170) 각각은 제1 컨버터(130)와 제 2 노드(N2) 사이에 직렬로 각각 연결될 수 있다. 제1 스위치(150) 및 제2 스위치(170)각각은 통합 제어부(160)로부터 제어 신호를 수신하여, 수신된 제어 신호를 기초로 스위칭 동작할 수 있다. 이에 따라 제1 스위치(150) 및 제2 스위치(170) 각각은 온/오프 동작을 수행하여 발전 시스템(200)과 계통(400) 사이의 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 제1 스위치(150) 및 제2 스위치(170) 각각은 발전 시스템(200), 배터리(300), 계통(400) 중 하나 이상의 상태를 기초로 스위칭 동작할 수 있다.
일 실시 예로, 부하(500)에서 필요한 전력량이 부하(500)에 전달되는 전력량보다 큰 경우, 제 1 및 제 2 스위치(150,170)는 온 상태로 스위칭 동작하여 발전 시스템(200), 계통(400) 각각에서 부하(500)에 전력을 전달되도록 할 수 있다. 또한, 발전 시스템(200) 및 계통(400)에서 부하(500)에 전달되는 전력이 부하(500)에서 필요한 전력에 미치지 못하면, 제1 스위치(150), 제2 스위치(170) 중 하나 이상은 배터리(300)에 저장된 전력이 부하(500)에 공급되도록 스위칭 동작할 수 있다.
다른 실시 예로, 계통(400)에서 정전이 발생한 경우, 제2 스위치(170)는 오프 상태로 스위칭 동작하고, 제1 스위치(150)는 온 상태로 스위칭 동작할 수 있다. 이에 따라 발전 시스템(200), 배터리(300) 중 하나 이상이 부하(500)에 전력을 공급할 수 있다. 그리고 계통(400)에 전력을 차단할 수 있어서, 계통(400)에서의 작업 시 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있다
도 2를 참조하여 BMS(310)에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
BMS(310)는 배터리 모니터링부(311), 제어부(312), 통신부(313)을 포함할 수 있다.
BMS(310)는 배터리(300)에 연결되어, 배터리(300)의 충전 또는 방전 동작을 제어할 수 있다. 또한, BMS(310)은 배터리(300)의 충전 상태인 SOC 레벨을 포함한 배터리의 상태를 모니터링할 수 있다. 그리고 BMS(310)은 배터리(300)의 상태에 대한 배터리 상태 정보를 통합 제어부(160)에 전달할 수 있다
배터리 모니터링부(311)는 배터리(300)의 상태를 모니터링할 수 있다. 예를 들면, 배터리 모니터링부(311)는 배터리(300)의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 중 하나 이상을 모니터링할 수 있다.
한편, 배터리 모니터링부(311)는 CC(Constant Current) 모드보다 CV(Constant Voltage) 모드에서 배터리(300)의 SOC 상태를 정확하게 측정할 수 있다.
제어부(312)는 BMS(310)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(312)는 통합 제어부(160)로부터 배터리(300) 동작에 대한 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호를 기초로 배터리(300)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(312)는 배터리 모니터링부(311)가 모니터링한 배터리의 상태를 통합 제어부(160)에 전송할 수 있고, 모니터링한 배터리의 상태를 기초로 배터리(300)의 동작을 제어할 수도 있다.
통신부(313)는 BMS(310)와 다른 구성 간에 데이터를 송수신할 수 있다.
구체적으로, 통신부(313)는 BMS(310)와 통합 제어부(160) 간에 데이터를 주고 받을 수 있다. 예를 들면 통신부(313)는 통합 제어부(160)로부터 제어 신호를 수신하고, 배터리 상태에 대한 상태 정보를 통합 제어부(160)에 전송할 수 있다.
한편, BMS(310)는 배터리(300)를 보호하기 위한 보호 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면 BMS(310)은 배터리(300)에 대한 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱 기능 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
또한, BMS(310)는 배터리(300)의 SOC 레벨을 조절할 수 있다. 구체적으로 BMS(310)는 통합 제어부(160)로부터 제어 신호를 수신하여, 수신된 제어 신호를 기초로 배터리(300)의 SOC 레벨을 조절할 수 있다.
배터리(300)는 발전 시스템(200)에서 생산된 전력, 계통(400)의 전력 중 하나 이상을 전달받아 저장할 수 있다. 배터리(300)는 저장된 전력을 계통(400), 부하(500) 중 하나 이상에 공급할 수 있다. 배터리(300)의 적어도 하나 이상의 배터리 셀로 이루어질 수 있으며, 각 배터리 셀은 복수의 베어셀을 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 배터리(300)의 동작 상태에 대해 설명한다.
도 3 내지 도 5는 배터리(300)의 동작 상태에 따른 에너지의 흐름을 나타내는 개념도이다. 이에 따라 도 3 내지 도 5에서 표시되는 화살표는 에너지의 흐름을 나타낸다. 여기서 에너지는 전력을 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 충전 상태를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 배터리(300)는 에너지를 전달받아, 전달된 에너지를 저장하는 충전 상태일 수 있다. 구체적으로, 발전 시스템(200)에서 생산된 전력은 제1 컨버터(130)을 거쳐, 배터리(300), 계통(400) 및 부하(500)에 전달될 수 있다. 그리고 배터리(300)는 발전시스템(200)으로부터 에너지를 전달받아, 전달된 에너지를 저장할 수 있다. 이 때 제2 컨버터(140)는 발전 시스템(200)에서 전달되는 에너지를 변환할 수 있다. 또한, 배터리(300)는 부하(500), 계통(400) 중 하나 이상으로부터 에너지를 전달받아, 전달된 에너지를 저장할 수도 있다. 이때 제1 컨버터(130)는 부하(500), 계통(400) 중 하나 이상으로부터 전달되는 에너지를 변환할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 방전 상태를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 배터리(300)는 저장된 에너지를 계통(400), 부하(500) 중 하나 이상에 전달하는 방전 상태일 수 있다. 구체적으로, 배터리(300)는 저장된 에너지를 제2 컨버터(140) 및 제1 컨버터(130)를 거쳐 부하(500), 계통(400) 중 하나 이사에 전달할 수 있다. 이 때 제1 컨버터(130) 및 제2 컨버터(140) 각각은 전달되는 에너지를 변환할 수 있다. 이에 따라 도 4를 참조하면, 발전 시스템(200)에서 생산된 전력은 제1 컨버터(130)을 거쳐, 배터리(300), 계통(400)에 전달될 수 있다. 그리고 배터리(300)에 저장된 전력도 제2 컨버터(140) 및 제1 컨버터(130)를 통해 계통(400) 및 부하(500)에 전달될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리의 유지 상태를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 배터리(300)는 발전 시스템(200), 계통(400), 부하(500)로부터 에너지를 전달받거나 전달하지 않는 유지 상태일 수 있다. 이에 따라 배터리(300)는 충전 또는 방전 동작하지 않을 수 있다. 이에 따라 도 5를 참조하면, 발전 시스템(200)에서 생산된 전력은 제1 컨버터(130)을 거쳐, 계통(400) 및 부하(500)에 전달되고, 배터리(300)에는 전달되지 않는 상태일 수 있다. 그리고 배터리(300)에 저장된 전력도 계통(400) 또는 부하(500)에 전달되지 않는 상태일 수 있다.
한편, 상술한 배터리(300)의 동작은 BMS(310)의 배터리(300) 제어 동작에 의해 동작될 수 있으며, BMS(310)는 통합 제어부(160)로부터 수신한 제어 신호를 기초로 동작할 수 있다.
상술한 배터리의 동작 상태에 대한 설명은 설명을 위한 예시로, 에너지 저장 시스템의 동작 상태에 따라 다양하게 동작될 수 있다. 따라서 사용자 또는 설계자의 선택에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이하, 상술한 구성 및 내용을 기초로 본 발명의 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법을 나타내는 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, BMS(310)의 제어부(312)는 배터리(300)가 CC(Constant Current) 모드로 동작하도록 제어한다(S101).
BMS(310)의 제어부(312)는 배터리(300)가 CC 모드로 충전 또는 방전 동작하도록 제어할 수 있다. 여기서 CC 모드란, 정전류(Constant Current)를 의미할 수 있다. 이에 따라 CC 모드에서 전류는 일정할 수 있고, 전압은 유동적일 수 있다. 한편, CC 모드는 후술할 CV 모드에 비해 충전 또는 방전 속도가 빠른 모드일 수 있다.
BMS(310)의 제어부(312)는 배터리(300)의 충전 상태 또는 방전 상태일 때 CC 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 배터리(300)는 충전 상태 또는 방전 상태일 때 CC 모드로 동작할 수 있다.
BMS(310)의 배터리 모니터링부(311)은 배터리(300)의 상태를 측정한다(S103).
배터리 모니터링부(311)은 배터리(300)의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(SOC) 중 하나 이상을 모니터링할 수 있다. 구체적으로, 배터리 모니터링부(311)는 CC 모드로 동작 중인 배터리(300)의 배터리 상태를 측정할 수 있다.
일 실시 예로, 배터리 모니터링부(311)는 배터리(300)의 충전 상태인 SOC 레벨을 측정할 수 있다. 배터리 모니터링부(311)는 화학적 방식, 전압 측정 방식, 전류 적분 방식, 압력 측정 방식 중 하나 이상을 통해 배터리(300)의 SOC 레벨을 측정할 수 있다. 여기서 화학적 방식은 배터리(300)의 전해질의 비중, pH를 측정하여 배터리(300)의 SOC 레벨을 측정하는 방식일 수 있다. 전압 측정 방식은 배터리(300)의 전압을 측정하여 SOC를 측정하는 방식일 수 있다. 전류 적분 방식은 배터리(300)의 전류를 측정하고, 측정된 전류를 시간에 대해 적분하여 SOC 레벨을 측정하는 방식일 수 있다. 압력 측정 방식은 배터리(300)의 내부 압력을 측정하여 SOC 레벨을 측정하는 방식일 수 있다.
BMS(310)의 제어부(312)는 측정된 배터리 상태를 기초로 배터리 상태 측정 정확도가 기준 정확도 이하인지 판단한다(S105).
제어부(312)는 배터리 모니터링부(311)가 측정한 배터리 상태를 기초로 배터리 상태 측정 정확도를 산출할 수 있다. 제어부(312)는 배터리의 동작 상태, 배터리 환경 등을 기초로 배터리 상태 측정 정확도를 산출할 수 있다. 그리고 제어부(312)는 산출된 배터리 상태 측정 정확도를 기 설정된 기준 정확도와 비교할 수 있다.
일 실시 예로, 제어부(312)는 배터리 모니터링부(311)가 측정한 배터리(300)의 SOC 레벨을 기초로 배터리 SOC 측정 정확도를 산출할 수 있다. 제어부(312)는 산출된 배터리 SOC 측정 정확도를 기 설정된 기준 SOC 측정 정확도와 비교할 수 있다.
BMS(310)의 제어부(312)는 배터리 상태 측정 정확도가 기준 정확도 이하이면, 배터리(300)가 CV(Constant Voltage) 모드로 동작하도록 제어한다(S107).
BMS(310)의 제어부(312)는 배터리(300)가 CV 모드로 충전 또는 방전 동작하도록 제어할 수 있다. 여기서 CV 모드란, 정전압(Constant Voltage)를 유지하는 동작 모드를 의미할 수 있다. 이에 따라 CV 모드에서 전압은 일정할 수 있고, 전류는 유동적일 수 있다. 한편, CV 모드는 상술한 CC 모드에 비해 충전 또는 방전 속도가 느린 모드일 수 있다. 또한, CV 모드는 정전압을 유지하기 때문에 CC 모드보다 안전한 모드일 수 있다.
이에 따라 BMS(310)의 제어부(312)는 배터리(300)의 충전 상태 또는 방전 상태일 때 CC 모드에서 CV 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 배터리(300)는 충전 상태 또는 방전 상태일 때 CV 모드로 동작할 수 있다.
BMS(310)의 배터리 모니터링부(311)은 배터리(300)의 상태를 측정한다(S109).
배터리 모니터링부(311)은 배터리(300)의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(SOC) 중 하나 이상을 모니터링할 수 있다. 구체적으로, 배터리 모니터링부(311)는 CV 모드로 동작 중인 배터리(300)의 배터리 상태를 측정할 수 있다.
일 실시 예로, 배터리 모니터링부(311)는 배터리(300)의 충전 상태인 SOC 레벨을 측정할 수 있다. 배터리 모니터링부(311)는 화학적 방식, 전압 측정 방식, 전류 적분 방식, 압력 측정 방식 중 하나 이상을 통해 배터리(300)의 SOC 레벨을 측정할 수 있다. 여기서 화학적 방식은 배터리(300)의 전해질의 비중, pH를 측정하여 배터리(300)의 SOC 레벨을 측정하는 방식일 수 있다. 전압 측정 방식은 배터리(300)의 전압을 측정하여 SOC를 측정하는 방식일 수 있다. 전류 적분 방식은 배터리(300)의 전류를 측정하고, 측정된 전류를 시간에 대해 적분하여 SOC 레벨을 측정하는 방식일 수 있다. 압력 측정 방식은 배터리(300)의 내부 압력을 측정하여 SOC 레벨을 측정하는 방식일 수 있다.
BMS(310)의 제어부(312)는 배터리(300)가 CC(Constant Current) 모드로 동작하도록 제어한다(S111).
BMS(310)의 제어부(312)는 배터리(300)가 다시 CC 모드로 충전 또는 방전 동작하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 BMS(310)의 제어부(312)는 배터리(300)의 충전 상태 또는 방전 상태일 때 CV 모드에서 CC 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 배터리(300)는 충전 상태 또는 방전 상태일 때 CC 모드로 동작할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법은 배터리의 동작 모드를 변경하여 배터리 상태를 측정할 수 있어서, 배터리의 상태를 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 에너지 저장 시스템은 정확한 배터리 상태를 기초로 효율적으로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
상기와 같이 기재된 실시예들은 설명된 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (5)

  1. 에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템의 배터리가 제1 모드로 동작하도록 제어하는 단계;
    상기 제1 모드로 동작 중인 배터리가 제2 모드로 동작하도록 제어하는 단계;
    상기 제2 모드로 동작 중인 배터리의 배터리 상태를 측정하는 단계; 및
    상기 제2 모드로 동작 중인 배터리를 상기 제1 모드로 동작하도록 제어하는 단계를 포함하는
    에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모드는 전류가 일정한 CC(Constant Current) 모드이고,
    상기 제2 모드는 전압이 일정한 CV(Constant Voltage) 모드인
    에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 상태는
    상기 배터리의 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(State Of Charge) 중 하나 이상을 포함하는
    에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 모드로 동작 중인 배터리의 상태를 측정하는 단계;
    상기 측정된 제1 모드로 동작 중인 배터리의 상태를 기초로 배터리 상태 측정 정확도를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 배터리 상태 측정 정확도가 기 설정된 기준 정확도 이하인지 판단하는 단계를 더 포함하는
    에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 모드로 동작 중인 배터리가 제2 모드로 동작하도록 제어하는 단계는
    상기 산출된 배터리 상태 측정 정확도가 상기 기 설정된 기준 정확도 이하이면, 상기 제1 모드로 동작 중인 배터리를 상기 제2 모드로 동작하도록 제어하는 단계를 포함하는
    에너지 저장 시스템의 배터리 상태 측정 방법.
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