KR20180049545A - 멀티 충전이 가능한 배터리팩과 배터리팩 확장성을 고려한 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

배터리팩 확장성을 고려한 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 적어도 하나 이상의 배터리를 포함하고, 상기 배터리가 일정 개수까지 확장 가능한 배터리팩; 상기 배터리 팩의 배터리를 충전하는 충전부; 상기 배터리 팩의 배터리 수를 검출하고, 상기 검출된 배터리 수에 기초하여 상기 배터리팩의 충전과 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및 상기 배터리팩의 전력과 계통의 전력을 연계하며, 상기 계통의 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하고 상기 배터리팩의 전력을 상기 계통으로 방전하는 전력 변환 시스템을 포함한다.

Description

멀티 충전이 가능한 배터리팩과 배터리팩 확장성을 고려한 에너지 저장 시스템{BATTERY PACK WITH MULTI-CHARGING FUNCTION AND ENERGY STORAGE SYSTEM CONSIDERED EXTENSIBILITY OF BATTERY PACK}
본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리팩의 확장성을 고려하고, 배터리팩의 확장성에 따라 배터리팩의 충전과 방전을 제어할 수 있는 배터리팩 확장성을 고려한 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
대체에너지 활용에 관한 연구가 진행되면서, 생성된 에너지를 저장하고 필요 시에 적절하게 공급할 수 있는 수단 중 하나인 배터리 팩에 대한 관심도 증가하고 있다.
상기 배터리 팩은 충전과 방전이 가능한 하나 또는 복수 개의 이차전지 및 이들 이차전지로의 충전 또는 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)을 포함하게 된다. 배터리 관리 시스템은 단순히 이차전지로의 과충전 또는 과방전을 제어하여 배터리 팩의 수명을 유지하도록 하는 기능 외에도 각각의 이차전지의 상태를 모니터링하여 최적의 충전 및 방전이 이루어지도록 제어하는 기능도 수행하게 된다.
기존의 배터리 팩은 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 변환하는 AC/DC 컨버터를 포함하고, AC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류 전압을 이용하여 배터리를 충전한다.
하지만, 기존의 배터리 팩은 AC/DC 컨버터를 포함하기 때문에 AC/DC 컨버터를 개발해야 하고, 이에 따라 충전 개발에 따른 시간과 비용이 많이 발생한다.
일반적으로, 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)은 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 저장 장치로, 전기 에너지를 저장하여 필요할 때 사용함으로써 에너지 이용 효율을 향상시키고 전력 공급 시스템의 안정화를 유도하기 위한 장치이다.
이러한 에너지 저장 시스템은 발전 시스템, 계통과 연결되며, 부하(예를 들어, 배터리팩 등)를 충전 또는 방전을 제어한다.
여기서, 계통은 발전소, 변전소, 송전선 등을 총칭하고, 계통은 정상 상태인 경우, 에너지 저장 시스템으로 전력을 공급하여 배터리팩에 전력이 공급되도록 하고, 계통은 에너지 저장 시스템으로부터 전력을 공급받는다.
그리고, 에너지 저장 시스템은 계통이 비정상 상태일 경우, 예를 들면 정전이 발생한 경우에는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 동작을 수행하여 배터리팩을 충전 또는 방전을 제어한다.
기존 에너지 저장 시스템은 주로 전력 요금이 싸고 전력이 남아 도는 밤 시간 동안 전기를 저장했다가 전력 소요량이 증가하고 전력 요금이 비싼 낮 시간대에 저장된 전기를 사용하는 방법과 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지를 이용하여 태양광이 많은 낮 시간대에 전력을 생산하고 이를 계통 전력과 혼합하여 사용하는 방법 등이 주로 제안되고 있다.
본 발명에서는 에너지 저장 시스템에 구비되는 배터리팩의 확장성을 고려하여 충전기, 계통과 연결되는 인버터에 대한 충전 또는 방전을 제어하는 시스템 및 방법을 제안한다.
본 발명의 실시예들은, 배터리팩의 확장성을 고려하고, 배터리팩의 확장성에 따라 배터리팩의 충전과 방전을 제어할 수 있는 배터리팩 확장성을 고려한 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 적어도 하나의 외부 어댑터로부터 입력되는 직류 전압을 미리 결정된 직류 전압으로 변환하여 출력하는 복수의 DC/DC 컨버터들; 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각의 출력단과 배터리의 입력단을 연결하는 복수의 스위치들; 및 상기 외부 어댑터의 연결 유무를 검출하고, 상기 외부 어댑터가 연결된 경우 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각의 출력 전압에 의해 상기 배터리가 충전되도록 상기 복수의 스위치들 각각을 제어하는 제어부를 포함한다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 상기 외부 어댑터와 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 연결하기 위한 연결 수단을 더 포함하고, 상기 연결 수단은 복수의 외부 어댑터를 연결하기 위한 복수의 연결 단자들을 포함할 수 있다.
상기 연결 수단은 상기 복수의 연결 단자와 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 병렬 연결하기 위한 병렬 버스를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 연결된 외부 어댑터의 용량과 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각의 용량을 고려하여 상기 복수의 스위치들 각각을 제어할 수 있다.
상기 복수의 연결 단자들의 수는 상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 수와 동일하고, 상기 연결 수단은 상기 복수의 연결 단자들과 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 직렬 연결하기 위한 직렬 버스를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 중 상기 외부 어댑터와 연결된 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 통해 상기 배터리가 충전되도록 상기 복수의 스위치들 각각을 제어할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 외부 기기와 통신을 수행하기 위한 통신부를 더 포함하고, 상기 연결 수단은 상기 통신부와 상기 외부 기기를 연결하기 위한 통신 단자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩은 외부로부터 입력되는 외부 직류 전압을 미리 결정된 직류 전압으로 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터; 상기 DC/DC 컨버터의 출력단과 배터리의 입력단을 연결하는 스위치; 및 상기 외부 직류 전압이 입력된 경우 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압에 의해 상기 배터리가 충전되도록 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 적어도 하나 이상의 배터리를 포함하고, 상기 배터리가 일정 개수까지 확장 가능한 배터리팩; 상기 배터리 팩의 배터리를 충전하는 충전부; 상기 배터리 팩의 배터리 수를 검출하고, 상기 검출된 배터리 수에 기초하여 상기 배터리팩의 충전과 방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS); 및 상기 배터리팩의 전력과 계통의 전력을 연계하며, 상기 계통의 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하고 상기 배터리팩의 전력을 상기 계통으로 방전하는 전력 변환 시스템을 포함한다.
상기 충전부는 상기 검출된 배터리 수에 기초하여 상기 배터리를 충전하는 충전 모드가 자동 설정될 수 있다.
상기 전력 변환 시스템은 상기 검출된 배터리 수에 기초하여 상기 배터리를 충전하는 충전 모드와 상기 계통으로 방전하는 방전 모드가 자동 설정될 수 있다.
상기 전력 변환 시스템은 상기 배터리팩의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 계통으로 제공하는 직류-교류 변환기를 포함하고, 상기 직류-교류 변환기는 상기 배터리팩과 상기 계통 간의 양방향 직류-교류 변환기이며, 상기 전력 변환 시스템은 상기 설정되는 충전 모드와 방전 모드에 기초하여 상기 직류-교류 변환기를 제어할 수 있다.
상기 전력 변환 시스템은 상기 배터리팩의 직류 전압을 제1 직류 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기; 및 상기 제1 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 계통으로 제공하는 직류-교류 변환기를 포함하고, 상기 직류-직류 변환기와 상기 직류-교류 변환기는 상기 배터리팩과 상기 계통 간의 양방향 직류-직류 변환기와 직류-교류 변환기이며, 상기 전력 변환 시스템은 상기 설정되는 충전 모드와 방전 모드에 기초하여 상기 직류-직류 변환기를 제어할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리팩에 충전된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 검출하고, 상기 검출된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 반영하여 상기 배터리팩의 충전과 방전을 제어할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리팩의 충전 상태(SOC; State of Charge) 및 수명(SOH; State of Health)을 모니터링하고, 상기 충전 상태 및 수명을 추가 반영하여 상기 배터리팩의 충전과 방전을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어 방법은 배터리가 일정 개수까지 확장 가능한 배터리팩에 장착된 배터리 수를 검출하는 단계; 상기 검출된 배터리 수에 기초하여 상기 배터리팩을 충전하는 충전부의 충전 모드와 상기 배터리팩의 전력을 계통으로 방전하는 방전 모드를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 충전 모드로 상기 배터리팩의 충전을 제어하고, 상기 설정된 방전 모드로 상기 배터리팩의 방전을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 검출하는 단계는 상기 배터리팩에 충전된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 검출하고, 상기 설정하는 단계는 상기 검출된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 반영하여 상기 배터리팩의 충전 모드와 방전 모드를 설정할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어 방법은 상기 배터리팩의 충전 상태(SOC; State of Charge) 및 수명(SOH; State of Health)을 모니터링하는 단계를 더 포함하고, 상기 설정하는 단계는 상기 충전 상태 및 수명을 추가 반영하여 상기 배터리팩의 충전 모드와 방전 모드를 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리가 확장 가능한 배터리팩에 장착된 배터리 수에 기초하여 에너지 저장 시스템에 구비된 배터리팩의 충전 모드와 방전 모드를 자동 제어함으로써, 배터리 수에 따라 배터리팩의 충전과 방전을 용이하게 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리팩의 배터리 수에 따라 충전 모드와 방전 모드가 용이하게 조절가능하기 때문에 배터리팩에 배터리를 장착하거나 탈착하더라도 충전과 방전에 큰 영향을 미치지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에 대한 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 변환 시스템에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 전력 변환 시스템에 대한 다른 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어 방법에 대한 각 구성에서의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에 대한 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 배터리팩(110), 전력 변환 시스템(120), 배터리 관리 시스템(BMS)(130) 및 충전부(130)를 포함한다.
배터리팩(110)은 복수의 배터리들을 장착하거나 탈착할 수 있으며, 충전부 또는 전력 변환 시스템을 통해 공급되는 전압 또는 전류에 의해 충전되고, 에너지 저장 시스템과 연계된 부하 예를 들어, 계통으로 충전된 전압 또는 전류가 방전된다.
이 때, 배터리팩(110)은 배터리들을 스택(stack) 방식으로 부착할 수 있으며, 복수의 배터리들을 직렬 방식 또는 병렬 방식으로 부착 또는 탈착할 수 있다.
본 발명에서 배터리팩(110)에 복수의 배터리들이 부착 또는 탈착되는 것으로 기재하였지만, 이에 한정하지 않으며, 복수의 배터리를 포함하는 배터리팩들을 부착하거나 탈착할 수도 있다. 물론, 이러한 사실은 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.
이러한 배터리팩(110)은 부착되는 배터리 수를 배터리 관리 시스템(BMS)에서 검출할 수 있도록, 배터리 부착 시 배터리의 부착 여부를 알 수 있는 물리적인 스위칭 수단 또는 물리적인 감지 수단을 구비할 수 있고, 이렇게 구비된 물리적인 스위칭 수단 등이 배터리 부착에 의해 스위칭됨으로써, 배터리 관리 시스템에서 배터리팩에 부착된 배터리 수를 검출할 수 있다.
물론, 배터리팩(110)의 배터리 수를 검출하기 위한 수단이 물리적인 스위칭 수단에 한정되지 않으며, 배터리 수를 검출하기 위한 센싱 수단 등을 추가적 또는 별도로 구비할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은 적외선 센서 또는 검출 센서 등을 이용하여 배터리팩에 부착된 배터리 수를 감지할 수도 있으며, 높이 센서 또는 거리 센서 등을 이용한 계산 등에 의해 배터리 수를 검출할 수도 있다. 물론, 계산에 의해 배터리 수를 검출하기 위해서는, 배터리의 규격, 크기 등에 대한 정보가 사전에 등록되어 있어야 하는 것이 바람직하다.
또한, 배터리팩(110)은 충전 및 방전이 가능한 2차 전지를 포함할 수 있으며, 2차 전지로는 니켈-카드뮴 전지(nickel cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등이 있고, 배터리팩은 복수의 2차 전지가 병렬 또는 직렬로 연결된 대용량 저장장치일 수 있다.
전력 변환 시스템(120)은 배터리팩(110)의 전력과 계통의 전력을 연계하는 구성 수단으로, 전력 계통으로부터 전력이 수신되는 경우 배터리팩에 전압을 충전시키고, 전력 계통에 전력을 공급해야 하는 경우 배터리팩에 충전된 전압을 계통으로 방전시킨다.
이러한 전력 변환 시스템(120)은 배터리팩(110)을 이용하여 전력 계통의 생산 및 소비의 시간적 불일치를 관리할 수도 있다.
나아가, 전력 변환 시스템(120)은 신재생 에너지 예를 들어, 태양광 에너지, 풍력 에너지 등의 에너지가 수신되는 경우 수신된 에너지 즉, 직류 전압을 배터리팩에 충전시킬 수도 있다. 물론, 신재생 에너지와 연계되는 경우 전력 변환 시스템은 신재생 에너지와 배터리팩 간에 직류-직류 변환기(DC-DC 변환기)를 구비할 수 있다.
이러한 전력 변환 시스템(120)은 배터리 관리 시스템(130)으로부터 수신되는 충전 모드와 방전 모드에 대한 정보(이에 대한 것은 BMS에서 설명함)에 기초하여 충전 모드와 방전 모드를 설정할 수 있으며, 설정된 충전 모드에 기초하여 계통으로부터 수신되는 전력 또는 신재생 에너지로부터 수신되는 전력을 배터리팩에 충전시키고, 설정된 방전 모드에 기초하여 배터리팩에 충전된 전압 또는 전류를 계통으로 방전시킬 수 있다.
여기서, 충전 모드는 배터리팩에 부착된 배터리 수 또는 기타 정보에 기초하여 충전 모드에 대한 전압 또는 전류를 설정하고, 설정된 전압 또는 전류에 기초하여 배터리팩을 충전시킬 수 있으며, 방전 모드에 대한 교류 전압 출력을 설정하고, 설정된 교류 전압에 기초하여 배터리팩의 전압을 계통으로 방전시킬 수 있다.
이 때, 전력 변환 시스템(120)은 계통으로 교류 전압을 제공하기 위하여 직류-교류 변환기(DC-AC) 변환기를 구비할 수 있으며, 이에 대해 도 2와 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 변환 시스템에 대한 일 실시예 구성을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 전력 변환 시스템(120)은 직류-교류 변환기(121)와 제어부(122)를 포함한다.
직류-교류 변환기(121)는 배터리팩(110)에 충전된 직류 전압을 교류 전압으로 변환시켜 계통으로 제공하거나 계통으로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 배터리팩에 제공하는 구성 수단으로, 양방향 직류-교류 변환기이다.
물론, 직류-교류 변환기(121)가 단방향인 경우에는 방전 모드에 대응하는 직류-교류 변환기와 충전 모드에 대응하는 교류-직류 변환기를 각각 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 직류-교류 변환기(121)는 제어부(122)에 의한 제어를 통해 배터리팩의 직류 전압을 교류 전압으로 변환시켜 계통으로 제공하는 방전 모드 기능을 수행할 수 있고, 제어부(122)에 의한 제어를 통해 계통의 교류 전압을 직류 전압으로 변환시켜 배터리팩을 충전시키는 충전 모드 기능을 수행할 수도 있다.
제어부(122)는 배터리 관리 시스템(130)으로부터 수신되는 정보에 기초하여 전력 변환 시스템의 충전 모드와 방전 모드를 설정하고, 설정된 충전 모드와 방전 모드에 기초하여 직류-교류 변환기를 제어함으로써, 배터리팩의 전력을 계통으로 제공하거나 계통으로부터 수신되는 전력을 이용하여 배터리팩을 충전한다.
여기서, 제어부(122)는 배터리 관리 시스템(130)으로부터 배터리팩에 장착된 배터리 수에 대한 정보를 수신할 수도 있고, 배터리팩에 장착된 배터리 수 뿐만 아니라 배터리팩에 충전된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 추가적으로 수신할 수도 있으며, 필요에 따라 배터리팩의 충전 상태(SOC; State of Charge) 및 수명(SOH; State of Health)에 대한 정보, 배터리팩의 효율 정보 등을 수신할 수도 있다.
물론, 제어부(122)는 배터리 관리 시스템(130)으로부터 수신되는 정보에 기초하여 충전 모드와 방전 모드를 설정할 수 있으며, 충전 모드와 방전 모드의 설정은 물리적인 하드웨어 구성을 이용하여 설정할 수도 있고, 소프트웨어적인 구성을 이용하여 설정할 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 전력 변환 시스템에 대한 다른 일 실시예 구성을 나타낸 것으로, 추가적인 직류-직류 변환기를 구성하고 이런 직류-직류 변환기를 이용하여 충전 모드와 방전 모드를 제어할 수 있는 구성을 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 전력 변환 시스템(120)은 직류-직류 변환기(123), 직류-교류 변환기(121)와 제어부(122)를 포함한다.
직류-교류 변환기(121)는 직류-직류 변환기(123)에 의해 변환된 직류 전압을 교류 전압으로 변환시켜 계통으로 제공하거나 계통으로부터 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 직류-직류 변환기(123)에 제공하는 구성 수단으로, 양방향 직류-교류 변환기이다.
직류-직류 변환기(123)는 제어부(122)에 의해 제어를 통해 배터리팩(110)에 충전된 직류 전압을 일정 직류 전압으로 변환하여 직류-교류 변환기(121)로 제공하거나 직류-교류 변환기(121)에 의해 변환된 직류 전압을 일정 직류 전압으로 변환하여 배터리팩에 제공한다.
여기서, 직류-직류 변환기(123)는 양방향 직류-직류 변환기로서, 제어부(122)에 의한 제어에 의해 방전 모드로 동작하는 경우에는 제어부에서 설정된 방전 모드에 기초하여 배터리팩의 직류 전압을 설정된 방전 모드에 대응하는 직류 전압으로 변환하여 직류-교류 변환기(121)로 제공할 수 있고, 제어부(122)에 의한 제어에 의해 충전 모드로 동작하는 경우에는 제어부에서 설정된 충전 모드에 기초하여 직류-교류 변환기(121)에 의해 변환된 직류 전압으로 설정된 충전 모드에 대응하는 직류 전압으로 변환하여 배터리팩으로 제공할 수 있다.
제어부(122)는 배터리 관리 시스템(130)으로부터 수신되는 정보에 기초하여 전력 변환 시스템의 충전 모드와 방전 모드를 설정하고, 설정된 충전 모드와 방전 모드에 기초하여 직류-직류 변환기를 제어함으로써, 배터리팩의 전력을 계통으로 제공하거나 계통으로부터 수신되는 전력을 이용하여 배터리팩을 충전한다.
여기서, 제어부(122)는 배터리 관리 시스템(130)으로부터 배터리팩에 장착된 배터리 수에 대한 정보를 수신할 수도 있고, 배터리팩에 장착된 배터리 수 뿐만 아니라 배터리팩에 충전된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 추가적으로 수신할 수도 있으며, 필요에 따라 배터리팩의 충전 상태(SOC; State of Charge) 및 수명(SOH; State of Health)에 대한 정보, 배터리팩의 효율 정보 등을 수신할 수도 있다.
물론, 제어부(122)는 배터리 관리 시스템(130)으로부터 수신되는 정보에 기초하여 충전 모드와 방전 모드를 설정할 수 있으며, 충전 모드와 방전 모드의 설정은 물리적인 하드웨어 구성을 이용하여 설정할 수도 있고, 소프트웨어적인 구성을 이용하여 설정할 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 배터리 관리 시스템(BMS)(130)은 배터리팩(110)에 장착된 배터리 수를 검출하고, 검출된 배터리 수에 기초하여 배터리팩이 충전과 방전을 제어한다.
나아가, 배터리 관리 시스템(130)은 배터리팩 또는 배터리팩에 부착된 배터리의 전압, 전류, 온도를 검출하고, 배터리팩의 충전 상태(SOC; State of Charge) 및 수명(SOH; State of Health)을 모니터링 함으로써, 배터리팩의 과충전, 과방전, 과전류, 과열 등으로부터 배터리를 보호하고 셀 밸런싱을 통하여 배터리의 효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 배터리 관리 시스템(130)은 충전부(140)와 전력 변환 시스템(120)에서 충전 모드와 방전 모드를 설정할 수 있도록, 검출된 배터리 수를 충전부(140)와 전력 변환 시스템(120)에 제공할 수 있으며, 충전 모드와 방전 모드를 설정하기 위한 추가적인 정보 예를 들어, 배터리팩에 충전된 현재 전압 또는 현재 전류 용량, 필요에 따라 배터리팩의 충전 상태 및 수명에 대한 정보를 제공할 수 있다. 물론, 배터리 관리 시스템은 각각의 정보를 충전부와 전력 변환 시스템에 제공하는 대신 충전 모드와 방전 모드를 설정하고, 설정된 충전 모드와 방전 모드에 대한 정보만을 제공할 수도 있다.
예를 들어, 배터리 관리 시스템(130)은 배터리팩에 부착된 배터리 수, 배터리팩에 충전된 현재 전압, 현재 전류 용량, 충전 상태 및 수명 중 적어도 하나에 기초하여 충전 모드와 방전 모드가 제1 충전 모드와 제1 방전 모드로 설정되는 경우 이와 관련된 회로, 스위치, 알고리즘 등을 제1 충전 모드와 제1 방전 모드로 설정하거나 설정되도록 제어하고, 배터리팩에 부착된 배터리 수, 배터리팩에 충전된 현재 전압, 현재 전류 용량, 충전 상태 및 수명 중 적어도 하나에 기초하여 충전 모드와 방전 모드가 제2 충전 모드와 제2 방전 모드로 설정되는 경우 이와 관련된 회로, 스위치, 알고리즘 등을 제2 충전 모드와 제2 방전 모드로 설정하거나 설정되도록 제어할 수 있다. 물론, 이러한 내용은 충전부와 전력 변환 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다는 것은 자명하다.
충전부(140)는 배터리팩(110)에 직류 전압을 충전시키는 구성 수단으로, 미리 설정된 충전 모드에 기초하여 배터리팩에 직류 전압을 충전한다.
이 때, 충전부(140)는 정전류(CC; constant current) 모드와 정전압(CV; constant voltage) 모드를 조절하여 배터리팩을 충전시킬 수 있으며, 충전 모드는 배터리팩에 부착된 배터리 수 또는 기타 정보에 기초하여 충전 모드에 대한 전압 또는 전류를 설정하고, 설정된 전압 또는 전류에 기초하여 배터리팩을 충전시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 배터리가 확장 가능한 배터리팩에 부착된 배터리 수 나아가 배터리팩에 충전된 현재 전압, 현재 전류 용량, 배터리팩의 충전 상태 및 수명 등을 고려하여 에너지 저장 시스템을 구성하는 구성 수단에서의 충전 모드와 방전 모드를 설정(또는 선택)하고, 설정된 충전 모드와 방전 모드에 기초하여 배터리팩에 직류 전압을 충전하거나 배터리팩에 충전된 전력을 계통을 방전시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템 제어 방법에 대한 각 구성에서의 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 도 1 내지 도 3의 시스템에서의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 4a는 충전부에서의 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 도 4a에 도시된 바와 같이 충전부는 배터리 관리 시스템(BMS)로부터 배터리팩에 장착된 배터리 수 정보를 수신하고, 수신된 배터리 수에 대응하는 충전 모드를 설정한다.
여기서, 충전부는 배터리 관리 시스템으로부터 검출된 배터리 수에 대응하는 충전 모드에 대한 정보만을 수신할 수도 있으며, 상황에 따라 배터리 수 뿐만 아니라 배터리팩에 충전된 현재 전압, 현재 전류 용량, 배터리팩의 충전 상태 및 수명 등에 대한 정보가 수신되는 경우에는 수신된 정보를 이용하여 충전 모드를 설정할 수도 있다.
그리고, 설정된 충전 모드에 기초하여 배터리팩에 장착된 배터리를 충전한다.
도 4b는 배터리 관리 시스템(BMS)에서의 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템은 배터리가 확장 가능한 배터리팩에 장착된 배터리 수를 검출하고, 검출된 배터리 수에 대한 정보를 충전부와 전력 변환 시스템으로 제공한다.
나아가, 배터리팩에 충전된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 검출하고, 검출된 배터리 수, 현재 전압 또는 현재 전류 용량에 기초하여 배터리팩의 충전 모드와 방전 모드를 설정하여 배터리팩의 충전과 방전을 제어할 수 있다.
물론, 상황에 따라 배터리 관리 시스템은 배터리팩의 충전 상태와 수명 등에 정보를 모니터링하고, 모니터링한 충전 상태와 수명에 대한 정보를 추가 반영함으로써, 배터리팩의 충전 모드와 방전 모드를 설정할 수도 있으며, 상술한 검출된 정보와 모니터링된 정보는 상황에 따라 충전부와 전력 변환 시스템으로 제공될 수도 있다.
도 4c는 전력 변환 시스템에서의 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 도 4c에 도시된 바와 같이 전력 변환 시스템은 배터리 관리 시스템(BMS)로부터 배터리팩에 장착된 배터리 수 정보를 수신하고, 수신된 배터리 수에 대응하는 충전 모드와 방전 모드를 설정한다.
여기서, 전력 변환 시스템은 배터리 관리 시스템으로부터 검출된 배터리 수에 대응하는 충전 모드와 방전 모드에 대한 정보만을 수신할 수도 있으며, 상황에 따라 배터리 수 뿐만 아니라 배터리팩에 충전된 현재 전압, 현재 전류 용량, 배터리팩의 충전 상태 및 수명 등에 대한 정보가 수신되는 경우에는 수신된 정보를 이용하여 충전 모드와 방전 모드를 설정할 수도 있다.
그리고, 설정된 충전 모드에 기초하여 배터리팩에 장착된 배터리를 계통으로부터 입력되는 전력에 기초하여 충전하거나 설정된 방전 모드에 기초하여 배터리팩에 충전된 전력을 교류 전압으로 변환하여 계통으로 방전시킬 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 시스템 제어 방법은 비록 도 4에서 그 설명이 기재되어 있지 않더라도 상술한 도 1 내지 도 3의 에너지 저장 시스템에서 설명한 모든 동작과 기능을 포함할 수 있다는 것은 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.
이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 외부 어댑터로부터 입력되는 직류 전압을 미리 결정된 직류 전압으로 변환하여 출력하는 복수의 DC/DC 컨버터들;
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각의 출력단과 배터리의 입력단을 연결하는 복수의 스위치들; 및
    상기 외부 어댑터의 연결 유무를 검출하고, 상기 외부 어댑터가 연결된 경우 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각의 출력 전압에 의해 상기 배터리가 충전되도록 상기 복수의 스위치들 각각을 제어하는 제어부
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 어댑터와 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 연결하기 위한 연결 수단
    을 더 포함하고,
    상기 연결 수단은
    복수의 외부 어댑터를 연결하기 위한 복수의 연결 단자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결 수단은
    상기 복수의 연결 단자와 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 병렬 연결하기 위한 병렬 버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 연결된 외부 어댑터의 용량과 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 각각의 용량을 고려하여 상기 복수의 스위치들 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 연결 단자들의 수는
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들의 수와 동일하고,
    상기 연결 수단은
    상기 복수의 연결 단자들과 상기 복수의 DC/DC 컨버터들을 직렬 연결하기 위한 직렬 버스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 복수의 DC/DC 컨버터들 중 상기 외부 어댑터와 연결된 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 통해 상기 배터리가 충전되도록 상기 복수의 스위치들 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 배터리가 일정 개수까지 확장 가능한 배터리팩에 장착된 배터리 수를 검출하는 단계;
    상기 검출된 배터리 수에 기초하여 상기 배터리팩을 충전하는 충전부의 충전 모드와 상기 배터리팩의 전력을 계통으로 방전하는 방전 모드를 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 충전 모드로 상기 배터리팩의 충전을 제어하고, 상기 설정된 방전 모드로 상기 배터리팩의 방전을 제어하는 단계
    를 포함하는 에너지 저장 시스템 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는
    상기 배터리팩에 충전된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 검출하고,
    상기 설정하는 단계는
    상기 검출된 현재 전압 또는 현재 전류 용량을 반영하여 상기 배터리팩의 충전 모드와 방전 모드를 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리팩의 충전 상태(SOC; State of Charge) 및 수명(SOH; State of Health)을 모니터링하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 설정하는 단계는
    상기 충전 상태 및 수명을 추가 반영하여 상기 배터리팩의 충전 모드와 방전 모드를 설정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템 제어 방법.
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