KR20160110474A - 복수의 에너지 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목표는, 방전 단계 동안 전기적 에너지를 공급받을 대상(16)에게 전기적 에너지를 제공하도록 의도되어 있는 복수의 에너지 저장 조립체들(18A-18C, 20)을 관리하는 방법을 제공하는 것이며, 여기서 저장 조립체들은 전기적으로 병렬로 연결되어 있고, 에너지 저장 조립체들과 전기적 에너지를 공급받을 대상 사이에는 적어도 하나의 DC 전류 변환기(22, 24)가 배치되어, 각각의 저장 조립체로부터 나온 에너지는 다른 조립체들로부터 나온 에너지와는 독립된 방식으로 변환되게 되며, 본 방법에서는, 방전 단계 동안: 각각의 저장 조립체에 관한 적어도 하나의 파라미터가 측정되고; 조립체들 모두에 대해 측정된 파라미터들에 따라, 그리고 전기적 에너지를 공급받을 대상에 관한 적어도 하나의 출력 전력에 따라, 출력에서의 각각의 전기적 양에 관한 적어도 하나의 설정점이 변환기 혹은 각각의 변환기에 대해 결정되어, 조립체들 각각과 개별적 설정점이 관련되게 되고; 변환기 혹은 변환기들은 대응하는 설정점이 적용되도록 제어되는 특징이 있다. 본 발명의 목표는 또한, 본 발명에 따른 방법의 적용을 가능하게 하는 시스템을 제공하는 것이다.

Description

복수의 에너지 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MANAGING A PLURALITY OF ENERGY STORAGE ASSEMBLIES}
본 발명은 복수의 전력 저장 조립체(power storage assembly)들에 의해 임의의 대상(object)에게 전력을 공급하기 위한 시스템에 관한 것이고, 특히 이러한 저장 조립체들에 의한 전력을 제공하기 위한 관리 방법에 관한 것이다.
전력 저장 조립체들은 이미 알려져 있는바, 특히 배터리들이 알려져 있으며, 이들은 직렬로 연결되거나 혹은 병렬로 연결되며, 이러한 저장 조립체들과 전력을 공급받을 대상 사이에는 하나 이상의 DC 변환기(DC converter)들이 배치된다. 전력을 공급받을 대상의 필요에 따라, 저장 조립체들로부터 전력을 공급받을 대상으로 필요하다면 전력이 전달된다. 조립체들로부터 나온 전력은 일반적으로 모든 조립체들에 대해 균일하게 변환되고, 조립체들은 전력을 공급받을 대상에게 전력을 균일하게 제공하도록 제어된다.
이와 같은 상대적으로 오래된 종래의 전력 공급 시스템은 일반적으로 만족스러운 결과를 제공한다. 하지만, 일부 경우에 있어, 특히, 다수의 전력 저장 조립체들이 예컨대 복수의 거주지(residence)들에게 전력을 공급하기 위해 사용되는 경우, 조립체들이 개별적으로 사용되는 경우만큼 시스템 내의 조립체들 각각의 서비스 수명(service life)은 길지 않게 됨은 명백하다.
본 발명의 목표는 앞에서 설명된 바와 같이 전력을 제공하기 위한 시스템의 서비스 수명을 향상시키려는 것이다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은 목표는, 방전 단계(discharge phase) 동안 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하도록 의도되어 있는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 여기서 저장 조립체들은 전기적으로 병렬로 연결되어 있고, 전력 저장 조립체들과 전력을 공급받을 대상 사이에는 적어도 하나의 DC 변환기가 배치되어, 각각의 저장 조립체로부터 나온 전력은 다른 조립체들로부터 나온 전력과는 독립적으로 변환되게 되며, 방전 단계 동안,
- 각각의 저장 조립체에 대한 적어도 하나의 파라미터가 측정되고,
- 조립체들 모두에 대해 측정된 파라미터들에 따라, 그리고 전력을 공급받을 대상에 대한 적어도 하나의 출력 전력에 따라, 출력 각각에서의 전기적 크기에 대한 적어도 하나의 설정점(setpoint)이 상기 변환기 혹은 각각의 변환기에 대해 결정되어, 조립체들 각각에 개별적 설정점이 관련되게 되며,
- 변환기(들)는 대응하는 설정점이 적용되도록 제어된다.
이러한 방식으로, 전력을 공급받을 대상의 필요가 있는 경우 각각의 저장 조립체의 임의의 특성들을 고려하여 시스템의 동작이 조정된다. 전력을 공급받을 대상에게 전력을 공급하기 위해 사용되는 조립체들 각각은 사실상 개별 맞춤 방식으로 관리되고, 조립체들 각각의 서비스 수명은 최적화되게 되는바, 이것은 또한 시스템의 서비스 수명을 증진시킨다.
사실상, 두 개의 저장 조립체들은 동작에 있어 완전히 동일한 행태를 갖지 않는 것이 일반적이다. 이러한 사소한 차이들은 조립체들이 조립 라인을 떠나는 경우 특정 개수의 동작 싸이클 이후 커질 수 있으며, 이것은 조립체들 중 하나의 조립체의 열화(degradation)를 유발할 수 있다. 이러한 열화는 다른 조립체들이 오버드라이브(overdrive)로 동작하게 할 수 있으며, 이로 인해 이러한 조립체들은 별도 가동되는 경우보다 더 급격하게 열화될 수 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 바로 잡는바, 특히, 조립체에 관련된 변환기의 설정점을 결정하기 위해 해당 조립체의 파라미터들만 고려하는 것이 아니라 모든 조립체들의 파라미터들을 고려하여 이러한 문제점을 바로 잡는다.
따라서, 본 발명은 종래 기술에서 획득되는 서비스 수명보다 더 큰 서비스 수명을 갖는 전력 공급 시스템을 제공한다. 이에 따라 또한, 시스템을 구성하기 위해 선택된 조립체들의 특성들의 편차(dispersions)가 큰 경우 이러한 조립체들이 함께 가동되는 때에도 이와 같은 편차는 문제가 되지 않는다.
본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 목록의 하나 이상의 특징들을 포함할 수 있다.
- 주목할 사항으로, 변환기의 출력에서의 설정점은 변환기에서의 전기적 크기(특히, 전압 혹은 전류)의 부과되는 값이다.
- 각각의 저장 조립체에 개별적 변환기가 관련될 수 있다. 변형예로서, 수 개의 저장 조립체들에 동일한 변환기가 관련될 수 있다. 상기 변환기는 병렬로 연결된 수개의 전기적 분기부(electrical branch)들을 포함하며, 여기서 전기적 분기부들 각각은 저장 조립체에 연결되고, 상기 변환기는 전기적 분기분에 의한 전기적 크기를 조정하는 조정 수단(예를 들어, IGBT 타입)을 포함한다. 그러나, 또한 명백한 것으로, 하나의 변환기가 수 개의 저장 조립체들에 전기적으로 연결되어 있어도 이러한 조립체들은 동일한 모드(충전 모드(charge mode) 혹은 방전 모드(discharge mode))에서 모두 동작할 수 있거나, 또는 서로 독립적으로 동작할 수 있다. 이러한 마지막 실시예는 예를 들어 비용을 크게 증가시킴 없이 저장 조립체들의 양호한 개별적 조정을 가능하게 한다. 변환기 당 조립체들의 개수는 바람직하게 감소되는바, 예를 들어, 5개보다 더 작게 감소되고, 이것은 예를 들어, 변환기의 고장의 경우 시스템의 가동성(flexibility)을 더 좋게 할 수 있다.
- 출력 전력은 미리결정된 일정한 전력일 수 있고, 특히 전력을 공급받을 대상에게 공급하기에 충분한 것으로 고려되는 전력일 수 있으며, 또는 각각의 순간에 전력을 공급받을 대상에 의해 요구되는 전력일 수 있는바, 이것은 설비 내에서 측정된 것일 수 있으며 이에 따라 변할 수 있는 것이다.
- 상기 측정된 파라미터들 혹은 상기 측정된 파라미터들 중 적어도 하나에 따라, 조립체에 대한 적어도 하나의 특성이 결정되고, 임의의 조립체에 대한 상기 특성(들)은 적어도 하나의 다른 조립체에 관련된 변환기의 설정점을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 특성들 혹은 상기 특성들 중 적어도 하나는 조립체에 저장된 전력 레벨(power level) 및/또는 허용가능한 방전 강도이다.
- 바람직하게, 각각의 조립체는, 조립체에 대한 파라미터(들)를 측정하기 위한 측정 유닛을 포함하고, 그리고 선택에 따라서, 조립체에 대한 상기 특성들 혹은 상기 특성들 중 적어도 하나를 결정하는 결정 수단을 포함한다. 이러한 측정된 파라미터들은 전력 저장 조립체 내의 다른 커맨드(command)들을 관리하기 위해 사실상 사용될 수 있고, 이들은 조립체 내에 포함될 수 있다. 따라서, 이러한 실시예는 기능들을 결합시키며 추가 비용이 들지 않는다.
- 조립체는 또한 조립체의 방전 강도가, 결정된 허용가능한 방전의 강도를 초과하지 않도록 제어된다. 이러한 것을 달성하기 위한 제어 수단이 조립체에 통합될 수 있다.
- 조립체들 중 적어도 하나, 특히 각각의 조립체는, 상기 측정된 파라미터들 혹은 상기 측정된 파라미터들 중 적어도 하나, 그리고/또는 상기 결정된 특성들 혹은 상기 결정된 특성들 중 적어도 하나를 프로세싱 유닛(processing unit)으로 전송할 수 있고, 여기서 프로세싱 유닛은 각각의 조립체에 관련된 변환기들의 설정점들을 결정하는 단계를 수행한다. 조립체들에 대한 모든 필요한 데이터를 가짐으로써, 이러한 프로세싱 유닛은 각각의 조립체에 관련된 출력 설정점들의 결정 단계를 용이하게 수행할 수 있다.
- 본 발명에 따른 방법은 특히 다음의 단계들을 포함할 수 있다.
o 상기 결정된 파라미터 혹은 적어도 하나의 결정된 파라미터의 값, 그리고/또는 조립체에 관련된 상기 결정된 특성 혹은 적어도 하나의 결정된 특성의 값이 미리결정된 값들의 제1의 범위 내에 포함되어, 소위 약한 조립체(weak assembly)의 경우, 오로지 조립체에 관련된 파라미터(들) 및/또는 특성(들)의 값들에 따라서만, 상기 조립체와 관련된 변환기의 설정점이 결정된다.
o 조립체들에 대해서, 결정된 파라미터(들)의 값, 그리고/또는 관련된 결정된 특성(들)의 값이 제1의 범위 내에 포함되지 않아, 소위 강한 조립체들(strong assemblies)의 경우, 약한 조립체들에 대해 결정된 변환기(들)의 설정점들 및 출력 전력에 따라, 상기 조립체들과 관련된 변환기(들)의 설정점들이 결정된다.
따라서, 예측된 것보다 더 적은 전력을 저장하는 조립체들(혹은 약한 조립체들)은 보고되고, 이들은 특정적으로 조정된 프로세싱으로부터 혜택을 받은 유일한 것들이다. 이들은 더 적은 전력을 요청받을 수 있고, 이에 따라 다른 조립체들에게는 증가된 전력이 요청된다. 특히, 조립체들에 의해 전송될 총 전력이 결정됨에 있어, 조립체의 열화 없이 약한 조립체들에 의해 제공될 수 있는 전력이 공제된다. 이러한 방식으로 결정된 전력은 강한 조립체들의 개수만큼 분할되고, 이에 따라 제공될 각각의 전력이 결정되게 된다. 그 다음에 각각의 강한 조립체가 동일한 전력을 제공하도록 변환기들의 설정점들이 조정된다. 이것은 상이한 조립체들의 전력의 레벨들을 균등화시키고 전체 시스템을 더 잘 관리한다.
- 각각의 조립체는 바람직하게는, 결정된 파라미터(들)의 값 및/또는 결정된 특성(들)의 값을 프로세싱 유닛으로 전송하는 것을, 특성의 값 혹은 파라미터의 값이 제1의 범위 내에 포함되는 경우에만, 행한다. 이러한 방식으로, 시스템 내의 불필요한 통신을 피할 수 있고 단지 약한 조립체들만이 프로세싱 유닛에 보고되어 프로세싱 유닛이 이들을 고려할 수 있게 된다. 대안적으로, 조립체들은 모두 자신들의 파라미터들을 예를 들어, 대략 매 초마다 전송하는바, 특히 프로세싱 유닛에 의해 확립된 동기화에 따라 전송한다. 이러한 방식으로, 데이터 충돌이 방지된다.
- 만약 허용가능한 방전 강도가 임계 값(threshold value)보다 작다면, 조립체는 특히 이른바 "약한" 조립체이다. 방전 강도는 조립체에 대한 측정된 파라미터들 및/또는 다른 특성들로부터 결정될 수 있는바, 예컨대 조립체에 저장된 전력 레벨로부터 결정될 수 있다.
- 발견될 수 있는 특정의 경우는 다음과 같다. 조립체의 저장된 전력 레벨이 임계 값, 예를 들어, 5%보다 작은 경우, 이러한 조립체에 대한 허용가능한 방전 강도는 0으로 결정되고, 그 다음에 마찬가지로 조립체에 관련된 변환기의 설정점이 0으로 결정되는바, 즉, 예를 들어, 출력에서의 전압 설정점이 0V로 조정되며, 그 다음에, 이것은 저장 조립체를 전기 회로의 나머지 부분으로부터 분리시키는데, 특히 전력을 공급받을 대상으로부터 분리시킨다. 이와 같은 허용가능한 방전 강도가 0으로 결정되는 것은 또한, 저장 조립체 내에서의 어떤 종래의 경고들이 보고될 때 행해질 수 있는데, 예를 들어, 만약 온도가 특정 임계치보다 작거나 혹은 이와는 대조적으로 특정 임계치보다 더 커서 저장 조립체의 고장을 나타내고 있음이 표시된다면 행해질 수 있다.
- (각각의 조립체 내에서의) 측정된 파라미터(들)는 특히 다음의 목록에 포함된다.
o 조립체 내에서 순환하는 강도, 그리고/또는
o 조립체의 적어도 하나의 부분의 단자들에서의 전압, 그리고/또는
o 조립체의 온도.
- 상기 파라미터 혹은 적어도 하나의 파라미터의 값, 그리고/또는 조립체에 관련된 상기 특성 혹은 적어도 하나의 특성의 값이 제2의 미리결정된 범위 내에 포함되는 경우, 0이 아닌 전력이 조립체에 전송되도록 조립체에 관련된 변환기의 설정점이 결정되며, 변환기는 양방향성 변환기이다. 이러한 파라미터, 혹은 이러한 검증된 특성은, 값들의 제1의 범위와 비교되는 것과는 다를 수 있거나 혹은 동일할 수 있고, 그 다음에 값들의 제2의 범위는 제1의 범위 내에 포함된다.
- 특히, 조립체의 전력 레벨이 임계 값, 예를 들어, 1%보다 작은 경우, 이러한 조립체는 충전 모드에서 동작하도록 제어되고, 아울러 0이 아닌 전력이 조립체에 전송되도록 조립체에 관련된 변환기의 설정점이 결정된다. 이것은 조립체의 전체 방전을 방지한다. 전력이 조립체에 전송되는바, 특히 관련된 변환기로부터의 전압 설정점을 이러한 조립체에 전송함으로써 획득되며, 여기서 전송되는 전압 설정점은 조립체의 공칭 전압보다 더 크고, 조립체를 충전시킨다.
이러한 조립체는 다른 저장 조립체들로부터 낮은 강도에서 충전될 수 있고, 하지만, 다른 조립체들은 방전 모드에 있다.
- 각각의 전력 저장 조립체는 특히 적어도 하나의 기본 셀(elementary cell)을 포함하는 배터리 모듈인데, 특히 직렬로 연결된 복수의 기본 셀들을 포함하는 배터리 모듈이다. 각각의 셀은 애노드(anode), 캐소드(cathode) 및 전해질(electrolyte)을 포함하고, 애노드와 캐소드는 전해질에 의해 이온들을 교환하며, 이에 따라 셀 내에서 산화 환원 반응(redox reaction)이 일어나게 된다. 배터리 모듈은 바람직하게는 리튬 금속 폴리머(lithium metal polymer) 타입이며, 이 경우 전해질은 폴리머로 만들어지고 배터리 모듈의 비활동시 고체 상태에 있다. 이러한 구성은 사실상 배터리 모듈의 안전성 및 배터리 모듈의 서비스 수명을 증가시킨다.
- 전력 저장 조립체들은 변환기(들)에 의해 적어도 하나의 전력 소스(power source)에 연결되며, 상기 변환기(들)는 양방향성 변환기이고, 앞서의 방법은 방전 단계로부터 충전 단계로의 전환을 위해 변환기들 및 조립체들을 제어하기 위한 단계를 포함한다. 충전 단계는 사실상 저장 조립체들에 전력을 저장하는 것이며 이에 따라 매우 중요하다.
- 방전 단계로부터 충전 단계로의 전환은 전기적 소스에 의해 제공되는 입력 전력이 임계 전력, 특히 출력 전력보다 크다고 측정된 경우 수행된다. 이것은 특히, DC 전력을 공급하지 못함과 아울러 예를 들어, 이러한 경우 날씨 상태에 의존하는 그러한 전력 발생 수단이 전력 소스인 경우이다.
- 충전 단계 동안,
o 전기적 소스에 의해 제공되는 전력이 측정되고, 그리고 이용가능한 전력이 조립체들을 미리결정된 충전의 강도에서 충전시키기에 충분한 지가 결정되고,
o 만약 충분하다면, 미리결정된 충전의 강도에서 각각의 조립체를 충전하도록 각각의 조립체에 관련된 변환기(들)의 설정점이 선택 및 결정되고,
o 만약 충분하지 않다면, 동일한 전력에서 각각의 조립체를 충전하도록 각각의 조립체에 관련된 변환기(들)의 설정점이 선택 및 결정되고, 아울러 이러한 설정점에 따라 조립체의 충전의 적어도 하나의 크기, 특히 허용가능한 충전 강도가 결정된다.
이러한 충전 단계의 경우, 앞에서 설명된 바와 같이, 변환기의 전압 설정점은 특히 전력 저장 조립체의 전압보다 더 크도록 조정된다. 이 경우 또한, 변환기의 설정점은 저장 조립체로부터 특정적으로 전력을 수신하는 전기적 요소에 따라 조정된다. 충분한 전력이 이용가능한 경우, 관련된 설정점을 결정하기 위해 조립체의 파라미터들만이 고려될 수 있다.
그러나, 만약 전력 소스가 충분한 전력을 갖지 못한다면, 단지 일부만 충전하는 것이 아니라 낮은 전류에서 조립체들 각각의 균등한 충전이 수행되고, 이것은 시스템을 균질화(homogenize)하고 시스템의 서비스 수명을 증가시킨다.
- 전력 저장 조립체들은 두 개의 개별적 전력 소스들에 연결될 수 있는바, 특히 DC 버스를 통해 연결될 수 있고, 전력 소스들 중 하나는 특히 전력 발생 수단(power generation means)이고, 소스들 중 다른 것은 전력 분배 망(power distribution network)이다. 메인 전력 소스(main power source)는 바람직하게는 전력 발생 수단이고, 메인 소스에 의해 제공되는 입력 전력 및 방전 단계에서 조립체들에 의해 제공되는 전력이 임계 전력, 특히 출력 전력보다 작은 경우 조립체들(및 전력을 공급받을 대상)은 다른 전력 소스에 연결된다. 이것은 설비의 이용을 최적화시키는데, 왜냐하면 전력을 공급받을 대상들은 적어도 예비 전력 망(backup power network)에 의해 여전히 전력을 공급받을 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 예비 전력 망은, 실제로 조립체들 및/또는 전력을 공급받을 대상에게 이러한 것이 필요한 경우에만, 연결된다.
본 발명은 또 하나의 다른 목표는, 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하기 위한 시스템이며, 이러한 시스템은 방전 단계 동안 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하도록 의도되어 있는 복수의 전력 저장 조립체들을 포함하고, 저장 조립체들은 전기적으로 병렬로 연결되어 있고, 전력 저장 조립체들과 전력을 공급받을 대상 사이에는 적어도 하나의 DC 변환기가 배치되어, 각각의 저장 조립체로부터 나온 전력은 다른 조립체들로부터 나온 전력과는 독립적으로 변환되게 되며, 시스템은 또한,
- 각각의 저장 조립체에 대한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 측정 수단,
- 측정 수단 모두에 의해 측정된 파라미터들에 따라, 그리고 전력을 공급받을 대상에 대한 출력 전력에 따라, 변환기(들)의 출력에서의 조립체들 각각에 관련된 전기적 크기에 대한 설정점을 결정하는 결정 수단,
- 각각의 설정점들이 변환기들에 적용되도록 상기 변환기 혹은 각각의 변환기를 제어하는 제어 수단을 포함한다.
이미 설명된 바와 같이, 변환기는 각각의 전력 저장 조립체와 직렬로 배치될 수 있고, 또는 복수의 저장 조립체들과 전력을 공급받을 대상 사이에 배치될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 변환기는 그래도 자신에게 전기적으로 연결된 조립체들 각각에 대해 상이한 설정점을 적용할 수 있다.
측정 수단은 바람직하게는 각각의 조립체에서 구성되며, 시스템은 또한 프로세싱 유닛을 포함하고, 프로세싱 유닛은, 조립체들 모두와 통신할 수 있으며, 그리고 각각의 조립체에 관련된 설정점을 결정하는 결정 수단을 포함한다.
이러한 경우에, 프로세싱 유닛은 바람직하게는 또한, 변환기(들)의 제어 수단과 통신할 수 있다.
전력 저장 조립체들은 변환기(들)에 의해 적어도 하나의 전력 소스에 연결될 수 있고, 상기 변환기(들)는 양방향성 변환기이다. 전력 저장 조립체들은 변환기(들)에 의해 충전 혹은 방전될 수 있다.
선택에 따라서는, 전력 저장 조립체들은 두 개의 개별적 전력 소스들에 연결되고, 전력 소스들 중 하나는 특히 전력 발생 수단이고, 소스들 중 다른 것은 전력 분배 망이다.
당연한 것으로 이러한 시스템은 또한 앞서의 방법과 관련하여 앞에서 정의된 하나 이상의 특징들을 포함할 수 있다.
본 발명의 비-한정적 실시예가 이제 아래에서 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
- 도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 시스템의 간략화된 전기적 도면이다.
- 도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른 도 1의 시스템, 특히 저장 조립체들의 시스템을 관리하기 위한 방법을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템(10)을 보여준다.
도면에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 이러한 시스템은 두 개의 개별적 전력 소스들을 포함하는바, 특히 전력 발생 수단(12) 및 전력 분배 망(14)을 포함하는데, 여기서 전력 발생 수단(12)은 천연 소스(natural source)로부터의 전력 발생 수단(12)으로 도면에서는 광전지 패널(photovoltaic panel)로 나타나 있다. 전기적 전력 발생 수단(12)은 사실상 전력이 태양으로부터 기인할 때 당연히 하나보다 많은 다수의 패널을 포함하며, 이러한 패널들은 병렬로 그리고/또는 직렬로 연결될 수 있음은 명백하다. 당연한 것으로, 전력 발생 수단은 임의의 다른 수단일 수 있는바, 예를 들어, 풍력 터빈(wind turbine), 조력 터빈(marine turbine) 등일 수 있다. 전력 분배 망은 또한 비상 전력 공급장치로 대체될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 또한, 전력을 공급받을 대상(16)을 포함하고, 이러한 전력을 공급받을 대상(16)은 도면에서 거주지로 나타나 있으며, 하지만 전력을 공급받을 대상(16)은 임의의 전기적 충전소일 수 있다(그 성질 및 공급에 필요한 전기적 전력에 상관없이). 분배 망(14)이 또한 전력을 공급받을 대상으로서 고려될 수 있지만, 이것은 본 명세서에 설명되는 실시예에서의 경우가 아니다.
시스템은 또한, 복수의 전력 저장 조립체들(18A, 18B, 18C, 20)을 포함하는 전력 저장 수단을 포함하는데, 여기서 복수의 전력 저장 조립체들(18A, 18B, 18C, 20)은 모두 동일하고 병렬로 정렬되어 있다. 전력 저장 조립체들은 특히 일반적으로 적어도 하나의 기본 셀을 포함하는 배터리 모듈들인데, 바람직하게는 직렬로 연결된 복수의 기본 셀들을 포함하는 배터리 모듈들이며, 각각의 셀은 애노드, 캐소드 및 전해질을 포함하여, 각각의 기본 셀 내에서 산화 환원 반응이 일어나게 된다. 배터리 모듈은 바람직하게는 리튬 타입이며, 특히 리튬 금속 폴리머 타입이고, 이 경우 전해질은 배터리 모듈의 비활동시 고체 형태에 있으며, 이것은 모듈의 안전성 및 서비스 수명을 향상시킨다. 그러나, 당연한 것으로, 모듈은 임의의 다른 타입일 수 있는바, 예를 들어, 리튬-이온일 수 있다. 모듈들은 또한 모두 동일하지 않을 수 있고, 특히 상이한 타입일 수 있으며, 그리고/또는 상이한 저장 능력을 가질 수 있다. 저장 조립체들의 개수 및 구성은 설명된 것으로만 한정되는 것이 아니며, 예를 들어, 일부 조립체들은 직렬로 구성될 수 있다.
시스템은 또한, 저장 조립체들과 직렬로 구성되는 DC 변환기들(22 및 24)을 포함한다. 더 구체적으로는, 변환기(22)는 한편으로는 저장 조립체들(18A-18C)과 다른 한편으로는 전기적 소스들(12, 14) 및 전력을 공급받을 대상(16) 사이에 배치된다. 변환기(24)는 한편으로는 저장 조립체(20)와 다른 한편으로는 전기적 소스들(12, 14) 및 전력을 공급받을 대상(16) 사이에 배치된다. 따라서, (전기적 소스들로부터) 저장 조립체들 각각에 도달하는 충전 전류, 그리고 이로부터 (전력을 공급받을 대상(16)으로) 획득되는 방전 전류는 반드시 변환기를 경유하게 된다. 변환기들은 임의의 알려진 타입이고, 바람직하게는 쵸퍼(chopper)들로 구성된다.
도 1에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 변환기들(22, 24)은 동일한 타입이 아니다. 변환기(24)는 단일 전력 저장 조립체(20)와 직렬로 구성되도록 의도되었고, 반면 변환기(22)는 3개의 저장 조립체들(18A-18C)의 업스트림(upstream)에 구성되어 이들을 관리하도록 의도되어 있다. 이를 위해, 변환기(22)는 병렬로 연결된 3개의 전기적 분기부들을 포함하고, 3개의 전기적 분기부들 각각은 이러한 전기적 분기부에 특정된 전기적 크기를 조정하기 위한 조정 수단을 포함하는바, 예를 들어, IGBT 트랜지스터(26A-26C) 타입의 제어가능한 스위치를 포함한다. 이러한 방식으로, 3개의 저장 조립체들의 업스트림에 단일의 변환기가 배치되는 경우에도 각각의 저장 조립체는 개별적으로 관리될 수 있다.
변환기들(22, 24)은 제어가능한 미리결정된 전압을 적용하는(아울러 각각의 저장 조립체의 업스트림에서 분리될 수 있는) 전압 발생기들로서의 기능을 수행한다. 상기 미리결정된 전압은 변환기의 전압 설정점이다. 변환기들은 또한 전류 발생기들일 수 있으며, 그리고 전류 설정점이 제어 및 적용될 수 있음은 명백하다. 설명된 실시예에서, 각각의 변환기에 적용된 혹은 변환기의 각각의 분기부에 적용된 전압 설정점에 따라, 배터리들이 충전 혹은 방전될 수 있다. 충전은 특히, 변환기가 갖고 있는 저장 조립체에 관련된 전압 설정점이 저장 조립체의 전압보다 더 높은 경우 수행되고, 방전은, 변환기가 갖고 있는 저장 조립체에 관련된 전압 설정점이 저장 조립체의 전압만큼 높지 않은 경우 수행된다.
변환기들은 본 명세서에서 설명되는 것으로만 한정되지 않는다. 이들은 사실상 임의 개수의 저장 조립체들의 업스트림에 배치될 수 있다. 예를 들어, 단일의 변환기가 모든 저장 조립체들의 전압 설정점들을 관리할 수 있다. 극단적인 반대의 경우로, 조립체(20)에 의해 예시되는 바와 같이, 별개의 변환기가 하나의 저장 조립체에 의해 사용될 수 있다. 첫 번째 옵션은 비용 절약이 가능하지만 그다지 매력적이지 않은데, 왜냐하면 동일한 변환기에 관련된 조립체들의 충전 및 방전 단계들이 공동으로 관리돼야하기 때문이다. 좋은 타협점은 3개의 조립체들에 각각의 변환기를 연결시키는 것이다. 명백한 것으로, 이러한 옵션이 단 하나의 유효한 것은 아니며, 다수의 구성들이 기능적 시스템들을 생성할 수 있고 앞서의 목표를 만족시킬 수 있다.
앞에서 설명된 바와 같이, 변환기들(22-24) 및 조립체들(18A-18C; 20)로 이루어지는 그룹은 전기적으로, 전기적 소스들(12, 14)에 연결되고 또한 전력을 공급받을 대상(16)에도 모두 연결된다. 이러한 전기적 요소들은 모두 DC 버스(29)를 통해 함께 연결되며, 이러한 DC 버스(29)는 복수의 소스들로부터 나오는 전기적 전력을 가동성 높게 최적으로 관리하는바, 특히, 일부 저장 조립체들이 다른 저장 조립체들의 방전 동안 충전될 수 있도록 함으로써, 관리한다.
더 특정적으로 살펴보면, DC 버스(29)는 태양전지 패널들(12)에 연결되고 또한 전력 분배 망(14)에도 모두 연결되며, 전력 분배 망(14)에는 또한 전력을 공급받을 대상(16)이 연결된다. 또한 명확히 알 수 있는 것으로, 상호연결 수단(interconnection means)(28)은, DC 버스(29)를 분배 망(14)에 연결하기 위해, 그리고/또는 전력을 공급받을 대상(16)에 연결하기 위해, 뿐만 아니라 전력을 공급받을 대상(16)을 분배 망(14)에 연결하기 위해 제공된다.
시스템은 또한, 한편으로는 전기적 소스(12)와 DC 버스(29) 사이에 배치되는 변환기(30), 그리고 다른 한편으로는 분배 망(14) 및 전력을 공급받을 대상(16)과 DC 버스(29) 사이에 배치되는 변환기(32)를 포함하는바, 이들 변환기들(30, 32)은 각각 전기적 소스들(12, 14) 각각에 의해 제공되는 전기적 전력을 저장 조립체들(18A-18C; 20)을 충전할 수 있게 공급하도록 조정하기 위한 것이다. 명백한 것으로, 전력 저장 조립체들은 DC 전력을 저장한다.
광전지 패널들(23)의 다운스트림(downstream)에 위치한 변환기(30)는 특히 DC 변환기를 포함하는 충전기이며, 이러한 패널들은 또한 DC 전력을 생성한다. 이러한 충전기는 특히 MPPT(Maximum Power Point Tracking, 최대 전력점 추적) 타입이며, 여기서 변환기는 변환기의 전압 설정점을 이러한 설정점의 적용시 패널들에 의해 생성되는 전력에 따라 조정하며, 이러한 패널들은 전기적 전력이 발생되는 전압에 따라 동일한 전력을 생성하지 않는 비-선형 발전기들이다. 당연한 것으로, 변환기는 전기적 소스에 맞게 조정되는바, AC 전류를 생성하는 풍력 터빈의 다운스트림에 있는 변환기는 예를 들어, AC/DC 변환기 혹은 정류기일 수 있다.
분배 망(14)의 다운스트림에 위치하는(아울러 전력을 공급받을 대상에 또한 연결되는) 변환기(32)는 생성된 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 것 및 그 반대의 변환도 가능한 쌍방향 AC/DC 변환기이고, AC 전류를 분배하는 분배 망 및 전력을 공급받을 대상은 또한 이러한 형태의 전류를 사용한다. 명백한 것으로, 분배 망 및 관련된 변환기는 예비 전력 발생 수단이고, 이러한 예비 전력 발생 수단은 이론적으로 시스템의 정상 동작 동안 사용될 필요가 없으며, 오로지 해당 시스템의 일부 요소들의 오작동을 제거하기 위해서만 시스템에 존재하는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템은 분배 망(14)을 포함하는 전기적 분기부 없이 설계될 수 있다. 변형예로서, 전력을 공급받을 대상은 또한 전체적으로 전력 분배 망일 수 있는바, 분배 망 내에서 요구된 전력에 비해 전기적 전력이 과다한 경우 저장 조립체들에게 전력 공급을 수행하고, 이 경우 전력은 분배 망 내 다른 곳에서 생성되는 전력이 충분하지 않을 때 분배 망으로 되돌아가 간다.
시스템은 또한 각각의 저장 조립체(18A, 18B, 18C, 20)에 대한 측정 수단(38A, 38B, 38C, 40)을 포함하는바, 이러한 측정 수단은 각각의 저장 조립체에 대한 적어도 하나의 파라미터를 측정하도록 의도된 것이다. 이러한 파라미터들은 특히, 저장 조립체의 온도, 조립체의 적어도 하나의 부분에서 순환하는 전류, 그리고/또는 조립체의 적어도 하나의 부분의 단자들에서의 전압이다. 이러한 수단은 공지된 애드 혹 센서(ad hoc sensor)들을 포함하고, 일반적으로 전력 저장 조립체에 통합된다. 그 다음에, 측정 수단에 의해 측정된 파라미터들은 분석 수단(42A, 42B, 42C, 44)에 의해 각각 분석될 수 있으며, 이러한 분석 수단은 특히, 측정된 파라미터들로부터 적어도 하나의 특성(예를 들어, 배터리의 충전의 레벨 혹은 전류 방전 설정점)을 결정하는 결정 수단을 포함한다.
이러한 분석 수단은 바람직하게는 또한 전력 저장 조립체에 통합되고, 저장 조립체의 적절한 관리를 가능하게 한다. 이들은 BMS(Battery Management System, 배터리 관리 시스템)로 지칭되는(아울러 관련되어 있는 저장 조립체를 관리하도록 의도된) 통합된 요소의 일부를 형성한다. 이러한 디바이스는 특히, 측정된 파라미터들에 관한 테스트 그리고/또는 측정된 파라미터들로부터 결정된 특성들에 관한 테스트를 수행하며, 이러한 테스트들이 비정상적인 결과들을 반환할 때, 이들은 오동작의 결과들을 제한하기 위한 조치를 수행한다. 예를 들어, 저장 조립체의 온도가, 미리결정된 범위 내에 있지 않은 경우, 분석 수단은 저장 조립체를 회로의 나머지 부분으로부터 분리시키기 위해 퓨즈와 같은 상호연결 수단을 제어할 수 있다. 따라서, 명확한 것으로, 제어 수단은 분석 수단에 통합될 수 있다.
변형예로서, 측정 및/또는 분석 수단은 BMS와 같은 요소를 포함할지라도 저장 조립체 외부에 있을 수 있는바, 그래도 이것은 비용면에서 덜 이롭다. 분석 수단은 선택사항이거나, 혹은 시스템의 다른 컴포넌트들에 통합될 수 있는바, 특히 본 명세서의 아래에서 설명되는 프로세싱 유닛(54)에 통합될 수 있다.
시스템은 또한, 전기적 소스(12)의 전기적 분기부에 위치하는 측정 수단(46)을 포함하고, 이러한 측정 수단(46)은 상기 소스(12)가 제공할 수 있는 입력 전력을 측정한다. 이러한 측정 수단(46)은 특히, 그 전기적 분기부에서의 전압 및 강도, 특히 MPPT 충전기(30)의 출력에서의 전압 및 강도를 측정하는 측정 수단을 포함할 수 있다.
시스템은 또한, 전력을 공급받을 대상(16)의 전기적 분기부에 위치하는 측정 수단(48)을 포함하고, 이러한 측정 수단(48)은 전력을 공급받을 대상에 의해 요구되는 출력 전력을 측정한다. 이러한 측정 수단(48)은 특히, 그 전기적 분기부에서의 전압 및 강도를 측정하는 측정 수단을 포함할 수 있다. 변형예로서, 시스템은 이러한 측정 수단을 포함하지 않을 수 있으며, 하지만 출력 전력은 전력을 공급받을 대상의 알려진 필요에 따라 미리결정될 수 있다.
시스템은 또한 변환기들의 제어 수단(50A, 50B, 50C, 52)을 포함하고, 이러한 제어 수단은 조립체들 각각과 관련하여 미리결정된 전압 설정점의 적용을 제어한다. 제어 수단(50A, 50B, 50C)은 특히, 조정 수단(26A, 26B, 26C)을 제어하는바, 이러한 조정 수단(26A, 26B, 26C) 각각은 변환기(22)의 전기적 분기부에 위치하고 있다. 시스템은 또한 상호연결 수단(28)의 제어 수단(53)을 포함한다.
시스템은 또한 앞에서 설명된 측정 및 분석 수단 모두와 통신하는 프로세싱 유닛(54)을 포함한다. 이러한 프로세싱 유닛(54)은 특히, 데이터 저장 수단과, 그리고 실행 수단을 포함하는바, 여기서 데이터 저장 수단은 시스템의 상이한 요소들로부터 수신한 파라미터들 및 특성들을 저장하기 위한 것이고, 실행 수단은 프로세서와 같은 것이며, 전력 저장 조립체들에 의해 전송된 측정된 파라미터들 및 결정된 특성들로부터 조립체들 각각에 관련된 전압 설정점들을 결정하게 하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 시스템 및 특히 방법(200)의 동작이 이제 설명될 것이다.
먼저, 단계(202) 동안 시스템의 각각의 입력 전력 및 출력 전력이 각각의 수단(46, 48)에 의해 측정된다. 그 다음에 이러한 두 개의 전력들은 특히 단계(204) 동안 프로세싱 유닛(54)에 의해 비교된다. 만약 입력에서 제공되는 전력(Pe)이 출력 전력(Ps)보다 더 작다면, 이것은 전기적 소스(12)에 의해 제공되는 전력이 전력을 공급받을 대상에게 공급하기에 충분하지 않음을 의미한다. 추가의 전력이 전력 저장 조립체들에 의해 획득돼야만 하고, 따라서 전력을 공급받을 대상에 대한 전력 저장 조립체들의 방전이 선택되게 된다. 따라서, 프로세싱 유닛(54)은 전력 저장 조립체들에게 방전 모드(방전 단계(205A))를 설정하기 위한 설정점을 보낸다. 그러나, 만약 입력 전력(Pe)이 출력 전력(Ps)보다 더 크다면, 이것은 광전지 패널들이 전력을 공급받을 대상(16)에게 공급하기에 충분한 전력을 소스로부터 나오게 공급하고 있음 그리고 이용가능한 전력이 시스템 내에 있음을 의미한다. 따라서, 목표는 이러한 전력을 저장하는 것이고, 전력 저장 조립체들의 충전이 선택되게 된다. 따라서, 프로세싱 유닛(54)은 전력 저장 조립체들에게 충전 모드(충전 단계(205B))를 설정하기 위한 설정점을 보낸다.
방전 단계(Discharge phase):
방전 단계가 활성화된 경우, 단계(206) 동안, 각각의 저장 조립체(18A-18C, 20)의 각각의 측정 수단(38A-38C, 40)은 저장 조립체에 대한 파라미터들을 측정하는바, 즉 조립체의 단자들에서의 전압 및 온도를 특히 측정한다. 그 다음에, 단계(208) 동안, 각각의 분석 수단(42A-42C, 44)은, 각각의 저장 조립체의 충전 레벨 및 허용가능한 방전 강도(이것은 또한 전류 제한 설정점(current limitation setpoint)으로 지칭됨)와 같은 저장 조립체의 일부 특성들을 결정한다. 분석 수단(42A-42C, 44)은 특히 방전 강도가 설정점의 값을 초과하지 않도록 저장 조립체를 제어한다. 단계(210) 동안, 상이한 파라미터들 및 특성들이 프로세싱 유닛(54)으로 보내진다.
따라서, 프로세싱 유닛(54)은, 각각의 저장 조립체(18A-18C, 20)의 전류 제한 전압들 및 설정점들에 의해, 각각의 조립체의 단자들에서의 이용가능한 전력, 그리고 조립체들에 의해 제공될 수 있는 최대 전력(Pmax)(각각의 조립체의 전력의 합)을 계산할 수 있고, 단계(212) 동안, 이러한 전력(Pmax)은 전력을 공급받을 대상(16)에게 공급할 필요가 있는 전력, 혹은 (Ps - Pe)와 비교될 수 있다.
만약 전력(Pmax)이 (Ps - Pe)보다 더 크지 않다면, 단계(214) 동안, Pmax는 소위 임계치 Pc로 지칭되는 또 하나의 다른 더 낮은 임계 전력과 비교된다. 만약 전력(Pmax)이 임계 전력(Pc)보다 더 작다면, 이것은 시스템이 전력을 공급받을 대상(16)에게 전력을 공급하기에 충분하지 않음을 의미하고, 상호연결 수단(28) 및 저장 조립체들은 시스템이 예비 분배 망(14)에 연결되도록 프로세싱 유닛(54) 및 제어 수단(53)에 의해 제어된다. 특히, 상호연결 수단(28)은 분배 망으로부터 나온 전류가 저장 조립체들 및 전력을 공급받을 대상에게 모두 공급될 수 있도록 제어된다. 저장 조립체들은 또한 태양전지 패널들에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 저장 조립체들은 또한 충전 모드로의 전환을 위해 각각의 분석 수단(42A-42C, 44)에 의해 제어된다.
반대의 경우, 상호연결 수단(28)은 전력을 공급받을 대상이 DC 버스(29)에 연결되도록, 그리고 선택에 따라서는 분배 망(14)에 연결되도록 하지만 DC 버스(29)는 분배 망(14)에 연결되지 않도록 제어된다.
만약 전력(Pmax)이 Pc보다 더 크다면, 시스템은 전력을 공급받을 대상에게 전력을 공급할 수 있음, 하지만 조립체들 각각의 최대 전력이 사용돼야만 함이 고려되고, 프로세싱 유닛(54)은 오로지 조립체들의 특성들에 따라서만 조립체들 각각에 관련된 전압 설정점들을 특정적으로 결정하여, 대응하는 조립체가 전력을 공급받을 대상(16)에게 허용가능한 방전 강도에서 방전을 행하도록 한다. 그 다음에, 단계(220) 동안 변환기들(22, 24)은 결정된 설정점들을 적용하기 위해 수단(50A-50C, 52)에 의해 제어된다. 당연한 것으로, 저장 조립체들이 방전 모드에 있는 경우, 전압 설정점들은 저장 조립체들의 측정된 각각의 전압들보다 더 작을 것이다.
반대로, 만약 전력(Pmax)이 (Ps - Pe)보다 더 크다면, 단계(222) 동안, 프로세싱 유닛(54)은 조립체들(18A-18C, 20) 각각에 대해 전류 제한 설정점(ID18A, ID18B, ID18C, ID20)이 임계 값(Is)보다 더 큰지를 검증한다. 만약 더 크다면, 각각의 저장 조립체는 정상적으로 동작하고 있음이 고려된다. 목표는 모든 조립체들의 균일한 방전을 적용하는 것이다. 프로세싱 유닛(54)은 이러한 결과를 달성하기 위해 변환기들(22, 24)에 적용될 조립체들 각각에 관련된 전압 설정점들을 계산한다. 특히 조립체들(18A-18C, 20) 각각에 관련된 설정점들은 동일하다. 단계(226) 동안, 제어 수단(50A-50C, 52)은 이러한 설정점들을 변환기들에 적용한다.
그러나, 만약 하나 이상의 저장 조립체들에 관련된 전류 제한 설정점이 임계 값(Is)보다 더 작아, 이러한 조립체들이 소위 "약한" 조립체들이 되는 경우, 이러한 조립체들은 악화(deteriorating)되는 것을 피하기 위해 보존(spare)된다. 조립체의 분석 수단이 전류 제한 설정점이 0A라고 결정하는 특별한 경우가 존재하는데, 이것은 특히 조립체의 충전 레벨이 5%보다 더 작기 때문에 일어난다. 단계(227) 동안, 프로세싱 유닛은 주어진 조립체에 관련된 전류 제한 설정점이 0인지 여부를 테스트한다.
만약 0이 아니라면, 단계(228) 동안, 프로세싱 유닛(54)은 이러한 "약한" 조립체들 각각에 대해 조립체에 관련된 전압 설정점을 계산하고(이것은 오로지 조립체의 특성들에 따라서만 계산됨), 이에 따라 상기 조립체는 조립체의 허용가능한 방전 전류에 대응하는 전류에서 방전을 행하게 된다. 그 다음에, 단계(230) 동안, 프로세싱 유닛(54)은 더 분배될 전력(Ps - Pe - 약한 조립체들 각각에 의해 제공되는 전력)을 계산하고, 그리고 "약한" 조립체로서 식별되지 않은 조립체들과 관련된 전압 설정점이 계산되며, 이에 따라 "약한" 조립체가 아닌 조립체들 각각이 동일한 전력을 공급하게 된다. 따라서, "약한" 조립체가 아닌 조립체들의 설정점들은 동일하고, 약한 조립체들의 고장을 만회한다. 단계(232) 동안, 제어 수단(50A-50C, 52)은 이러한 결정된 설정점들을 변환기들에 적용한다.
그러나, 단계(234) 동안, 만약 "약한" 조립체들 중 하나가 유닛에게 0인 전류 제한 설정점을 보냈다면, 프로세싱 유닛(54)은 관련된 "약한" 조립체에 저장된 전력(Ei)이 임계 전력(Es), 예를 들어, 1%의 전력보다 더 작은지 여부를 검증한다. 만약 더 작지 않다면, 단계(238) 내지 단계(232)가 적용되고, 조립체의 허용가능한 방전 강도의 값에 의해 0인 전류 제한 설정점을 갖는 조립체는 전력을 공급받을 대상으로부터 분리된다. 관련된 조립체와 관련하여 0인 전압 설정점이 또한 변환기에 적용된다. 명백한 것으로, 일단 변환기에 전압 설정점이 적용되면 조립체에는 전류 설정점이 적용된다.
그러나, 만약 저장 조립체의 전력(Ei)이 임계 전력(Es)보다 더 작다면, 조립체의 완전 방전을 피하기 위해 매우 약한 전류에서 조립체를 충전하는 것이 바람직하다. 단계(236) 동안, 유닛은 대응하는 저장 조립체의 충전 단계로의 전환을 (다른 조립체들이 방전 단계에서 유지되는 동안) 조립체의 분석 수단에 의해 제어한다. 단계(238) 동안, 유닛은 또한 요구된 전류에서 충전을 획득하기 위해 이러한 조립체에 관련된 전압 설정점을 결정하고 충전에 의해 발생되는 전력을 계산한다. 그 다음에 유닛은, 분배될 잔존 전력이 조립체 충전 유지를 위해 사용된 전력에 의해 증가되었는지를 계산함으로써 단계(228) 내지 단계(232)를 수행한다.
이러한 방법은 방전 단계에 걸쳐 실시간으로 적용되는바, 조립체들로부터 나온 전류 제한 설정점들은 방전 동안 수정될 수 있고, 결과적으로 변환기들에 전송되는 설정점들도 또한 수정된다.
충전 단계(Charge phase):
만약 초기 테스트 단계(204) 동안, 조립체들(18A-18C, 20)이 충전 모드에 있어야만 함이 결정된다면, 방전 단계에서 앞서 설명된 측정, 결정 및 전송 단계들(206 내지 210)이 수행된다.
단계(240) 동안, 조립체들을 충전하기 위해 제공되는 전력(Ps-Pe)이 공칭 강도에서 모든 조립체들의 충전에 대응하는 충전 전력(Pch)보다 더 큰지 여부가 단계들(202, 206, 및 208) 동안 획득된 데이터로부터 테스트된다. 전력(Pch)은 또한 각각의 조립체의 전압에 대한 정보에 의해 결정된다.
만약 이러한 전력이 충전 전력보다 더 크지 않다면, 단계(242) 동안, 변환기들에서의 각각의 조립체에 관련된 설정점들은, 조립체들의 충전이 균일하게 달성되도록 그리고 상이한 조립체들에 걸쳐 전력이 균등하게 분배되도록, 결정된다. 단계(244) 동안, 제어 수단(50A-50C, 52)은 상기 설정점을 적용하도록 제어된다. 변환기에 전송되는 설정점은 또한, 단계(246) 동안, 각각의 조립체에 전송되고, 단계(248) 동안 각각의 조립체는 조립체에 적용되는 전류 충전 제한 설정점을 분석 수단(42A-42C, 44)에 의해 조정한다.
그러나, 만약 조립체들(18A-18C, 20)을 충전하기 위한 이용가능한 전력이 충전 전력보다 더 크다면, 충전은 절차상 종료되는바, 즉, 단계(250) 동안, 전압 설정점은 프로세싱 유닛(54)에 의해 오로지 조립체의 특성에 따라서만 결정되는바, 특히 조립체가 공칭 전류에서 충전되도록 결정된다. 그 다음에, 단계(252) 동안, 변환기들(22, 24)은 프로세싱 유닛에 의해 계산된 설정점들의 적용을 위해 제어 수단(50A-50C, 52)에 의해 제어된다.
앞에서 설명된 바와 같이, 이러한 충전 단계에서, 저장 조립체와 관련되어 적용되는 전압 설정점들은 조립체의 전압보다 반드시 더 높다.
만약 전기적 전력이 분배 망(14)으로부터 나온다면, 이용가능한 전력은 충전 전력보다 반드시 더 크다는 것, 그리고 단계(216)로부터 단계(250)로의 전환이 바로 일어나는 것이 고려된다.
이러한 방식으로, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 방법은 전력 저장 조립체들의 편차에 맞게 조정되고, 이에 따라 저장 조립체들이 다른 조립체들과 함께 가동되는 경우에도 저장 조립체들의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
그러나 본 방법은 앞에서 설명된 것으로만 한정되지 않는다. 저장 조립체의 충전 레벨의 검증 단계와 같은 다수의 단계들은 선택적인 것이다. 임계치들에 대해 선택된 전력들은 또한 앞에서 설명된 것과는 다를 수 있다. 일부 단계들은 또한 시스템의 구성에 따라(예를 들어, 만약 결정 수단이 프로세싱 유닛에 통합되고 저장 조립체에는 통합되지 않는다면) 다양하게 변할 수 있다. 조립체는 또한 전류 제한 설정점이 특정 제한값보다 작은 경우에만 전류 제한 설정점을 프로세싱 유닛에 전송할 수 있다.
본 명세서에서 설명되지 않은 다른 많은 수정들이 또한 본 발명의 일부를 형성할 수 있는데, 왜냐하면 이러한 수정들은 본 발명의 청구범위 내에 들어가기 때문이다.

Claims (22)

  1. 방전 단계(discharge phase)(205A) 동안 전력을 공급받을 대상(object)(16)에게 전력을 제공하도록 되어 있는 복수의 전력 저장 조립체들(power storage assemblies)(18A-18C, 20)을 관리하기 위한 방법(200)으로서,
    상기 저장 조립체들은 전기적으로 병렬로 연결되어 있고, 상기 전력 저장 조립체들과 상기 전력을 공급받을 대상 사이에는 적어도 하나의 DC 변환기(DC converter)(22, 24)가 배치되어, 각각의 저장 조립체로부터 나온 전력은 다른 조립체들로부터 나온 전력과는 독립적으로 변환되게 되며,
    상기 방법에서는, 상기 방전 단계 동안,
    - 각각의 저장 조립체에 대한 적어도 하나의 파라미터가 측정(206)되고,
    - 상기 조립체들 모두에 대해 측정된 상기 파라미터들에 따라, 그리고 상기 전력을 공급받을 대상에 대한 적어도 하나의 출력 전력에 따라, 출력 각각에서의 전기적 크기에 대한 적어도 하나의 설정점(setpoint)이 상기 변환기 혹은 각각의 변환기에 대해 결정(218, 224, 228, 230)되어, 상기 조립체들 각각에 개별적 설정점이 관련되게 되며,
    - 상기 변환기(들)는 대응하는 설정점이 적용되도록 제어(220, 226, 232)되는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법(200).
  2. 앞선 청구항에 있어서,
    적어도 하나의 변환기(22)는 병렬로 연결된 복수의 전기적 분기부(electrical branch)들을 포함하고, 상기 전기적 분기부들 각각은 전력 저장 조립체들(18A-18C)에 연결되고, 각각의 전기적 분기부는 상기 분기부에 특정된 전기적 크기를 조정하는 조정 수단(26A-26C)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법(200).
  3. 앞선 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 측정된 파라미터들 혹은 상기 측정된 파라미터들 중 적어도 하나에 따라, 상기 조립체에 대한 적어도 하나의 특성이 결정(208)되고, 임의의 조립체에 대한 상기 특성(들)은 적어도 하나의 다른 조립체에 관련된 출력에서의 상기 설정점을 결정하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법(200).
  4. 앞선 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 특성들 혹은 상기 특성들 중 적어도 하나는 상기 조립체에 저장된 전력 레벨(power level) 및/또는 허용가능한 방전 강도인 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법(200).
  5. 앞선 청구항에 있어서,
    상기 저장 조립체는 또한 상기 저장 조립체의 강도가 상기 허용가능한 방전 강도를 초과하지 않도록 제어(208)되는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법(200).
  6. 앞선 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    각각의 조립체(18A-18C, 20)는, 상기 조립체에 대한 상기 파라미터(들)를 측정하기 위한 측정 유닛(38A-38C, 40)을 포함하고, 그리고 허용가능한 전력에 대한 상기 특성들 혹은 상기 특성들 중 적어도 하나를 결정하는 결정 수단(42A-42C, 44)을 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법(200).
  7. 앞선 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 조립체들(18A-18C, 20) 중 적어도 하나, 특히 각각의 조립체는, 상기 측정된 파라미터들 혹은 상기 측정된 파라미터들 중 적어도 하나, 그리고/또는 상기 결정된 특성들 혹은 상기 결정된 특성들 중 적어도 하나를 프로세싱 유닛(processing unit)(54)으로 전송(210)할 수 있고, 상기 프로세싱 유닛(54)은 상기 조립체들 각각에 관련된 상기 변환기들(22, 24)의 상기 설정점들을 결정하는 단계(216, 224, 228, 230)를 수행하는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법(200).
  8. 앞선 청구항에 있어서,
    - 상기 결정된 파라미터 혹은 적어도 하나의 결정된 파라미터의 값, 그리고/또는 조립체에 관련된 상기 결정된 특성 혹은 적어도 하나의 결정된 특성(ID18A, ID18B, ID18C, ID20)의 값이 미리결정된 값들의 제1의 범위 내에 포함되어, 소위 약한 조립체(weak assembly)의 경우, 오로지 상기 조립체에 관련된 상기 파라미터들 및/또는 특성들의 값에 따라서만, 상기 조립체와 관련된 상기 변환기의 상기 설정점이 결정(228)되고,
    - 상기 조립체들에 대해서, 상기 측정된 파라미터(들)의 값, 그리고/또는 상기 관련된 결정된 특성(들)의 값이 상기 제1의 범위 내에 포함되지 않아, 소위 강한 조립체들(strong assemblies)의 경우, 상기 약한 조립체들에 대해 결정된 상기 변환기(들)의 상기 설정점들 및 출력 전력에 따라, 상기 조립체들과 관련된 상기 변환기(들)의 상기 설정점들이 결정(230)되는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  9. 앞선 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    만약 상기 허용가능한 방전 강도(ID18A, ID18B, ID18C, ID20)가 임계 값(threshold value)(Is)보다 작다면, 상기 조립체는 소위 약한 조립체인 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  10. 앞선 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 측정된 파라미터(들)는,
    - 상기 조립체 내에서 순환하는 강도, 그리고/또는
    - 상기 조립체의 적어도 하나의 부분의 단자들에서의 전압, 그리고/또는
    - 상기 조립체의 온도
    로 이루어진 목록에 포함되는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  11. 앞선 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 파라미터 혹은 적어도 하나의 파라미터의 값, 그리고/또는 조립체에 관련된 상기 특성 혹은 적어도 하나의 특성의 값이 제2의 미리결정된 범위 내에 포함되는 경우, 0이 아닌 전력이 상기 조립체에 전송되도록 상기 조립체에 관련된 상기 변환기의 상기 설정점이 결정(238)되며, 상기 변환기 혹은 각각의 변환기는 양방향성(bidirectional) 변환기인 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  12. 앞선 청구항에 있어서,
    조립체의 전력 레벨이 임계 값, 예를 들어, 1%보다 작은 경우, 상기 조립체는 충전 모드(charge mode)에서 동작(236)하도록 제어되고, 아울러 0이 아닌 전력이 상기 조립체에 전송되도록 상기 조립체에 관련된 상기 변환기의 출력 설정점이 결정(238)되는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  13. 앞선 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전력 저장 조립체들(18A-18C, 20)은 상기 변환기(들)(22, 24)에 의해 적어도 하나의 전력 소스(power source)(12, 14)에 연결되며, 상기 변환기(들)는 양방향성 변환기이고, 상기 방법은 상기 방전 단계(205A)로부터 충전 단계(205B)로의 전환을 위해 상기 변환기들 및 상기 조립체들을 제어하기 위한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  14. 앞선 청구항에 있어서,
    상기 방전 단계로부터 상기 충전 단계로의 전환은 상기 전기적 소스에 의해 제공되는 입력 전력(Pe)이 임계 전력, 특히 상기 출력 전력(Ps)보다 크다고 측정된 경우 수행되는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  15. 제13항 또는 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 충전 단계(205B) 동안,
    - 상기 전기적 소스에 의해 제공되는 전력이 측정(202)되고, 그리고 이용가능한 전력이 상기 조립체들(18A-18C, 20)을 미리결정된 충전의 강도에서 충전시키기에 충분한 지가 결정(240)되고,
    - 만약 충분하다면, 미리결정된 충전의 강도에서 각각의 조립체를 충전하도록 각각의 조립체에 관련된 상기 변환기(들)의 설정점이 선택 및 결정(250)되고,
    - 만약 충분하지 않다면, 동일한 전력에서 각각의 조립체를 충전하도록 각각의 조립체에 관련된 상기 변환기(들)의 설정점이 선택 및 결정(242)되고, 아울러 상기 설정점에 따라 상기 조립체의 충전의 적어도 하나의 크기, 특히 허용가능한 충전 강도가 결정(248)되는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  16. 제14항과 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전력 저장 조립체들(18A-18C, 20)은 두 개의 개별적 전력 소스들(12, 14)에 연결되고, 상기 전력 소스들 중 하나는 특히 전력 발생 수단(power generation means)(12)이고, 상기 소스들 중 다른 것은 전력 분배 망(power distribution network)(14)인 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  17. 앞선 청구항에 있어서,
    메인 전력 소스(main power source)는 상기 전력 발생 수단(12)이고, 상기 메인 소스에 의해 제공되는 입력 전력(Pe) 및 방전 단계에서 상기 조립체들에 의해 제공되는 전력(Pmax)이 임계 전력(Pc), 특히 상기 출력 전력보다 작은 경우 상기 조립체들은 상기 다른 전력 소스(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는 복수의 전력 저장 조립체들을 관리하기 위한 방법.
  18. 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하기 위한 시스템(10)으로서, 상기 시스템은 방전 단계 동안 상기 전력을 공급받을 대상(16)에게 전력을 제공하도록 되어 있는 복수의 전력 저장 조립체들(18A-18C, 20)을 포함하고,
    상기 저장 조립체들은 전기적으로 병렬로 연결되어 있고, 상기 전력 저장 조립체들과 상기 전력을 공급받을 대상 사이에는 적어도 하나의 DC 변환기(22, 24)가 배치되어, 각각의 저장 조립체로부터 나온 전력은 다른 조립체들로부터 나온 전력과는 독립적으로 변환되게 되며,
    상기 시스템은 또한,
    - 각각의 저장 조립체에 대한 적어도 하나의 파라미터를 측정하는 측정 수단(38A-38C, 40),
    - 상기 측정 수단 모두에 의해 측정된 상기 파라미터들에 따라, 그리고 상기 전력을 공급받을 대상에 대한 출력 전력(Ps)에 따라, 상기 조립체들 각각에 관련된 상기 변환기(들)의 출력에서의 전기적 크기에 대한 설정점을 결정하는 결정 수단(54),
    - 각각의 설정점들이 상기 변환기들에 적용되도록 상기 변환기 혹은 각각의 변환기(22, 24)를 제어하는 제어 수단(50A-50C, 52)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하기 위한 시스템.
  19. 앞선 청구항에 있어서,
    상기 측정 수단(38A-38C, 40)은 각각의 조립체(18A-18C, 20)에서 구성되며, 상기 시스템은 또한 프로세싱 유닛(54)을 포함하고, 상기 프로세싱 유닛(54)은, 상기 조립체들 모두와 통신할 수 있으며, 그리고 각각의 조립체에 관련된 상기 설정점을 결정하는 상기 결정 수단을 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하기 위한 시스템.
  20. 앞선 청구항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛(54)은 상기 변환기들(22, 24)의 상기 제어 수단(50A-50C, 52)과 통신할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하기 위한 시스템.
  21. 앞선 청구항에 있어서,
    상기 전력 저장 조립체들(18A-18C, 20)은 상기 변환기(들)(22, 24)에 의해 적어도 하나의 전력 소스(12, 14)에 연결되고, 상기 변환기(들)는 양방향성 변환기인 것을 특징으로 하는 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하기 위한 시스템.
  22. 앞선 청구항에 있어서,
    상기 전력 저장 조립체들(18A-18C, 20)은 두 개의 개별적 전력 소스들(12, 14)에 연결되고, 상기 전력 소스들 중 하나는 특히 전력 발생 수단(12)이고, 상기 소스들 중 다른 것은 전력 분배 망(14)인 것을 특징으로 하는 전력을 공급받을 대상에게 전력을 제공하기 위한 시스템.
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