KR20180134633A - 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템에 대해 개시한다.
본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템은 배터리의 충/방전을 제어하는 전력 제어모듈을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 장치, 및 전력 충/방전 서비스 수행 기간에는 각 에너지 저장 장치가 전력 계통으로 전력을 충/방전하여 전력 충/방전 서비스를 수행하도록 제어하는 전력 관리장치를 포함하며, 전력 관리 장치는 전력 충/방전 서비스 중지 기간에 배터리별로 설정된 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 배터리별 잔존 용량이 기준 용량으로 유지되도록 제어하는 바, 전기 에너지를 저장하여 전력 계통으로 공급하는 에너지 저장장치들의 잔존 용량을 그 사용 분야나 용도에 따라 효율적으로 관리할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템은 배터리의 충/방전을 제어하는 전력 제어모듈을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 장치, 및 전력 충/방전 서비스 수행 기간에는 각 에너지 저장 장치가 전력 계통으로 전력을 충/방전하여 전력 충/방전 서비스를 수행하도록 제어하는 전력 관리장치를 포함하며, 전력 관리 장치는 전력 충/방전 서비스 중지 기간에 배터리별로 설정된 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 배터리별 잔존 용량이 기준 용량으로 유지되도록 제어하는 바, 전기 에너지를 저장하여 전력 계통으로 공급하는 에너지 저장장치들의 잔존 용량을 그 사용 분야나 용도에 따라 효율적으로 관리할 수 있다.
Description
본 발명은 전기 에너지를 저장하여 전력 계통으로 공급하는 에너지 저장장치들의 충전 상태(State of Charge), 즉 에너지 저장장치의 잔존 용량을 그 사용 분야나 용도에 따라 효율적으로 관리할 수 있도록 함으로써, 범용성과 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템에 관한 것이다.
에너지 자원의 고갈, 환경 파괴 등의 이유로 전기 에너지에 대한 가치가 더더욱 높아지고 있다. 이에, 전기 에너지를 저장하고, 저장된 전기 에너지를 효율적으로 활용할 수 있도록 지원하는 에너지 저장 시스템에 대한 필요성과 중요성 또한 강조되고 있다.
에너지 저장 시스템은 점점 더 많은 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있지만, 에너지 저장 시스템의 용량 제한 문제가 가장 큰 문제로 부각되고 있다. 특히, 에너지 저장 시스템이 활용되는 분야에서는 잔존 용량 관리가 가장 큰 문제를 야기하기 때문에, 에너지 저장 시스템은 잔존 용량을 관리하기 위한 방안을 가지고 있어야 한다.
근래에는 에너지 저장 시스템의 활용 분야나 용도에 따라 다양한 관리 방안을 마련하도록 하고 있다. 하지만, 지금까지 마련된 방식은 배터리 등의 에너지 저장장치에 저장되어 있는 잔존 용량 크기에 따라 우선순위를 정해서 사용하는 방법이 대부분이다. 이는 에너지 저장장치의 활용도를 높이기 위한 대안일 뿐, 사실상 에너지 저장 장치들의 잔존 용량을 효율적으로 유지시키기 위한 방안은 미비한 실정이다.
종래에는 에너지 저장 장치들의 잔존 용량을 유지시키기 위해 기준 용량을 설정한 후, 잔존 용량이 기준 용량에 수렴하도록 하는 방식만 적용하고 있다. 하지만, 잔존 용량이 기준 용량 이하로 낮아지면 충전하고 높아지면 방전하도록 하는 수렴 방식은 에너지 저장 장치들의 활용 분야와 용도에 상관없이 적용된 방식일 뿐이다. 따라서, 현재 상황으로는 에너지 저장 장치들의 활용 분야와 용도에 따라 잔존 용량을 효율적으로 관리하기 위한 방안이 마련이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기 에너지를 저장하여 전력 계통으로 공급하는 에너지 저장장치들의 잔존 용량을 그 사용 분야나 용도에 따라 효율적으로 관리할 수 있는 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명에서는 에너지 저장장치들의 사용 분야나 용도에 알맞게 에너지 저장장치별로 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 그리고 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간(또는 범위나 기간)이 선택적으로 각각 설정되도록 한다. 그리고 잔존 용량 관리 기간이 되면, 현재 잔존 용량에 해당하는 단계에 따른 충/방전 용량으로 미리 설정된 기간 동안 충/방전이 진행되도록 함으로써, 현재의 잔존 용량이 기준 용량으로 회복되도록 한다. 이렇게, 본 발명에서는 에너지 저장장치들의 사용 분야나 용도에 알맞게 그 범용성과 안정성을 높일 수 있는 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템은 배터리의 충/방전을 제어하는 전력 제어모듈을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 장치, 및 전력 충/방전 서비스 수행 기간에는 각 에너지 저장 장치가 전력 계통으로 전력을 충/방전하여 전력 충/방전 서비스를 수행하도록 제어하는 전력 관리장치를 포함하며, 전력 관리 장치는 전력 충/방전 서비스 중지 기간에 배터리별로 설정된 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 배터리별 잔존 용량이 기준 용량으로 유지되도록 제어함에 그 주요 기술 특징이 있다.
상기와 같은 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템은 전기 에너지를 저장하여 전력 계통으로 공급하는 에너지 저장장치들의 잔존 용량을 그 사용 분야나 용도에 따라 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 효과를 이룰 수 있다.
또한, 본 발명에서는 에너지 저장장치들의 사용 분야나 용도에 알맞게 에너지 저장장치별로 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 그리고 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간이 선택적으로 각각 설정되도록 한다. 그리고 잔존 용량 관리 기간이 되면, 현재 잔존 용량에 해당하는 단계에 따른 충/방전 용량으로 미리 설정된 기간 동안 충/방전이 진행되도록 함으로써, 현재의 잔존 용량이 기준 용량으로 회복되도록 한다. 이에, 에너지 저장장치들의 사용 분야나 용도에 알맞게 그 범용성과 안정성을 높일 수 있는 효과를 이룰 수 있다.
특히, 실시간으로 각 에너지 저장 장치의 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 등의 고유 특징을 모니터링하여, 그 고유 특성이 변화하면, 변화된 고유 특성에 대응되도록 배터리별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간 등을 변경 설정할 수 있다. 이렇게, 가변되는 고유 특성에 대응되도록 배터리별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간 등을 반복적으로 변경시키면, 최종적으로는 각 에너지 저장 장치의 전력 관리 효율성과 범용성 및 안정성 등을 모두 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 관리장치를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 SOC 관리 설정부를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 SOC 관리 설정부의 SOC 관리 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 SOC 관리 설정을 변경시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 SOC 관리 설정을 다르게 변경시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 관리장치를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 SOC 관리 설정부를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 SOC 관리 설정부의 SOC 관리 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 SOC 관리 설정을 변경시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 SOC 관리 설정을 다르게 변경시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 충전 상태 관리 시스템은 배터리(120)의 충/방전을 제어하는 전력 제어모듈(110)을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 장치(100), 및 전력 충/방전 서비스 수행 기간에는 각 에너지 저장 장치(100)가 전력 계통으로 전력을 충/방전시켜서 전력 충/방전 서비스를 수행하도록 제어하는 전력 관리장치(200)를 포함한다.
전력 관리장치(200)는 전력 충/방전 서비스를 수행하지 않는 서비스 중지 기간에는 각 배터리(120)별로 설정된 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 각 배터리(120)별 잔존 용량이 기준 용량으로 유지되도록 제어하게 된다. 이는 이후에 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
각각의 에너지 저장 장치(100)에 구비된 적어도 하나의 배터리(120)는 리튬이온, 인산철, 폴리머 등 중소 용량 배터리와 아연과 바나듐 계열의 대용량 배터리 등의 조합으로 구성될 수 있다. 각 배터리(120)의 구성 성분은 리튬이온, 인산철, 폴리머, 아연, 바나듐 등으로 이루어지는바, 각각의 배터리(120)는 내부 화학 반응에 의해 전기 에너지를 충/방전하게 된다. 이에, 각각의 배터리(120)는 내부의 화학적인 특성을 감안하여 충/방전 동작이 제어되도록 함이 바람직하다. 이러한 배터리(120)는 전력 제어모듈(110)에 직렬 또는 병렬로 연결되거나 조합된 상태로 연결될 수 있다. 이와 같이 다양한 형태로 구성된 복수의 배터리(120)는 발전소나 발전기 등에서 생산되는 전력은 충전하되 전력 계통으로는 방전시킬 수 있도록 구성된다.
전력 제어모듈(110)은 전력 관리장치(200)로부터의 충/방전 제어신호에 따라 각 배터리(120)의 충/방전 동작을 제어한다. 구체적으로, 전력 제어모듈(110)은 전력 관리장치(200)로부터 충전 제어신호가 입력되면, 배터리(120)가 발전소나 발전기 등에서 생산되는 전기 에너지를 충전하도록 제어한다. 그리고 전력 관리장치(200)로부터 방전 제어신호가 입력되면, 배터리(120)가 전력 계통으로 전기 에너지를 공급, 즉 방전시키도록 제어한다.
전력 관리장치(200)는 전력 충/방전 서비스 수행 기간 동안, 각 에너지 저장 장치(100)가 전력 계통으로 전력을 충/방전시켜서 전력 충/방전 서비스를 수행할 수 있도록 제어한다. 그리고 전력 충/방전 서비스를 수행하지 않는 전력 충/방전 서비스 중지 기간에는 각 배터리(120)별로 설정된 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 각 배터리(120)별 잔존 용량이 기준 용량으로 유지되도록 충/방전을 제어하게 된다.
구체적으로, 전력 관리장치(200)는 외부로부터 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되는 전력 충/방전 서비스 수행 기간에는 전력 수급 제어신호(SCS)에 따라 충/방전 제어신호를 생성하여 에너지 저장 장치(100)의 전력 제어모듈(110)로 공급한다. 만일, 전력 수급 제어신호(SCS)에 따라 전력 계통으로 전력을 공급해야 하는 서비스 기간에는 방전 제어신호를 생성하여 각 전력 제어모듈(110)로 공급함으로써, 각 배터리(120)에서 전력 계통으로 전력을 공급하도록 제어한다. 반면, 전력 수급 제어신호에 따라 발전소나 전력 계통으로부터의 전력을 충전해야 하는 기간에는 충전 제어신호를 생성하여 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 제어모듈(110)로 공급함으로써, 각각의 배터리(120)에 발전소나 전력 계통으로부터의 전력이 충전되도록 제어한다.
전력 관리장치(200)에 외부로부터 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되지 않는 기간은 전력 충/방전 서비스 중지 기간으로서, 전력 관리장치(200)는 전력 충/방전 서비스 중지 기간에 각 배터리(120)별 잔존 용량이 미리 설정된 기준 용량으로 유지될 수 있도록 충/방전을 제어하게 된다. 이때, 전력 관리장치(200)는 각 배터리(120)별로 설정된 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라, 각 배터리(120)별 잔존 용량이 기준 용량으로 유지되도록 충/방전 제어신호를 생성하여, 각각의 전력 제어모듈(110)을 제어하게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 관리장치를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 2에 도시된 전력 관리장치(200)는 서비스 신호 처리부(210), 중앙 제어부(220), 메모리부(230), 및 SOC 관리 설정부(240)를 포함한다.
서비스 신호 처리부(210)는 외부로부터 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되는 전력 충/방전 서비스 수행 기간 동안은 전력 수급 제어신호(SCS)에 따른 전력 충/방전 서비스가 수행되도록 우선순위를 설정한다. 이러한 서비스 신호 처리부(210)는 외부로부터의 전력 수급 제어신호(SCS)를 중앙 제어부(220)로 공급한다. 이에, 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되는 기간에는 중앙 제어부(220)가 우선순위로 전력 수급 제어신호(SCS)에 따른 충/방전 제어신호를 생성하여, 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 제어모듈(110)로 공급하도록 한다.
중앙 제어부(220)는 서비스 신호 처리부(210)로부터 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되면, 전력 수급 제어신호(SCS)에 따른 충/방전 제어신호를 생성하여 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 제어모듈(110)로 공급한다. 전력 수급 제어신호(SCS)는 전력 거래소 등의 전력 수급 관리 기관에서 에너지 저장 장치(100)가 전력 계통으로 전력을 공급하거나 전력을 충전시켜 저장하도록 하는 명령 신호이다.
중앙 제어부(220)는 에너지 저장 장치(100)의 전력을 전력 계통으로 공급하도록 하는 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되면, 우선순위로 방전 제어신호를 생성하여 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 제어모듈(110)로 공급한다. 반면, 각 에너지 저장 장치(100)에 전력이 충전되도록 하는 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되면, 충전 제어신호를 생성하여 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 제어모듈(110)로 공급한다.
중앙 제어부(220)는 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되지 않는 전력 충/방전 서비스 중지 기간에는 메모리부(230)로부터 각 배터리(120)별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 대한 정보들을 모두 읽어들인다. 그리고 각 배터리(120)의 잔존 용량을 모니터링하여 기준 용량(SCS)과 비교한다. 그리고 기준 용량 대비 현재 잔존 용량의 차이에 따라 충/방전 동작을 수행시키기 위한 충/방전 용량을 설정한다. 충/방전 용량 설정시에는 미리 설정된 단계별 충/방전 용량 중 어느 단계의 충/방전 용량으로 충/방전 동작을 수행시킬지 결정한다. 이어, 어느 단계의 충/방전 용량으로 충/방전 동작을 수행시킬지 결정된 후에는 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 충/방전 제어신호를 생성하여 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 제어모듈(110)로 공급한다. 이후, 각 에너지 저장 장치(100)의 배터리(120)가 충/방전 되면, 실시간으로 기준 용량 대비 잔존 용량의 차이가 가변되게 되며, 그 차이에 따라 충/방전 용량을 미리 설정된 단계별로 변경시키게 된다. 그리고 최종적으로 잔존 용량이 기준 용량과 동일해지거나, 기준 용량 대비 잔존 용량의 차이가 미리 설정된 범위 이내로 유사해지면 충/방전 제어를 중지시킨다.
SOC 관리 설정부(240)는 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 등의 고유 특성에 따라 각 배터리(120)별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간을 미리 설정한다. 그리고 메모리부(230)에 저장하여, 중앙 제어부(220)에서 각 배터리(120)별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간 등에 대한 정보를 이용할 수 있도록 한다.
SOC 관리 설정부(240)는 실시간으로 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 등의 고유 특징을 모니터링한다. 그리고 특정 구간 동안 그 고유 특성이 변화하면, 변화된 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간 등을 변경 설정하여 메모리부(230)에 저장한다. 미리 설정된 특정 기간마다 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간 등을 반복적으로 변경시키면 최종적으로는 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 관리 효율성과 범용성 및 안정성 등을 향상시킬 수 있게 된다. SOC 관리 설정부(240)에 대한 세부 구성과 동작은 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 SOC 관리 설정부를 구체적으로 나타낸 구성 블록도이다. 그리고 도 4는 도 3에 도시된 SOC 관리 설정부의 SOC 관리 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 도 3에 도시된 SOC 관리 설정부(240)는 모니터링부(241), 기준 SOC 설정부(242), 충/방전 단계 설정부(243), 유지구간 설정부(244), 및 충방전 용량 설정부(245)를 포함한다.
모니터링부(241)는 각 배터리(120)의 잔존 용량 및 충/방전 용량을 실시간으로 검출하여, 각 배터리(120)의 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 등의 고유 특징을 모니터링한다. 구체적으로, 모니터링부(241)는 실시간으로 각 배터리(120)의 잔존 용량을 검출함과 아울러, 미리 설정된 기간 단위로 각 배터리(120)의 잔존 용량 변화를 통계적으로 분석하여 각 배터리(120)의 고유 특징 정보를 분석한다. 이러한 각 배터리(120)의 고유 특징 정보는 메모리부(230)에 저장하여 기준 SOC 설정부(242), 충/방전 단계 설정부(243), 유지구간 설정부(244), 및 충방전 용량 설정부(245)와 공유한다.
도 4를 참조하면, 기준 SOC 설정부(242)는 모니터링부(241)에서 검출되는 각 배터리(120)의 잔존 용량 및 각 배터리(120)의 고유 특징 등에 따라 각 배터리(120)의 기준 용량(기준 SOC)을 설정 또는 변경한다. 구체적으로, 기준 SOC 설정부(242)는 각 배터리(120)의 잔존 용량 및 각 배터리(120)의 고유 특징 등에 따라 관리자가 각 배터리(120)의 기준 용량(기준 SOC)을 설정 또는 변경할 수 있도록 지원하고, 설정 및 변경된 기준 용량 정보를 메모리부(230)에 저장한다. 도 4에서는 각 배터리(120)의 기준 용량(기준 SOC)을 전체 용량의 50% 용량으로 설정한 예를 도시하였다.
충/방전 단계 설정부(243)는 모니터링부(241)에서 검출되는 각 배터리(120)의 잔존 용량 및 각 배터리(120)의 고유 특징 등에 따라 각 배터리(120)의 충전 단계 및 방전 단계를 적어도 하나의 단계별로 각각 설정 및 변경한다. 도 4에서는, 각 배터리(120)의 충전 단계 및 방전 단계를 충전 1 내지 3단계, 및 방전 1 내지 3단계로 설정 및 변경될 수 있는 예를 도시하였다.
유지구간 설정부(244)는 각 배터리(120)의 고유 특징에 따라 각 충/방전 단계(예를 들어, 충전 1 내지 3단계, 또는 방전 1 내지 3단계)별 충/방전 용량이 유지되는 구간(dSOC)을 각각 설정 및 변경한다. 충/방전 용량이 유지되는 구간(dSOC)은 충/방전 동작을 수행시, 각 단계별로 충/방전 용량이 가변되지 않고 일정하게 유지되는 구간이다. 따라서, 중앙 제어부(220)에서는 미리 설정된 단계별 충/방전 용량 중 어느 단계의 충/방전 용량으로 충/방전 동작을 수행시킬지 결정된 이후에, 충/방전 동작을 수행시킬 때는 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 충/방전 제어신호를 생성 및 출력하게 된다.
충방전 용량 설정부(245)는 각 배터리(120)의 고유 특징에 따라 상기 각 충/방전 단계(예를 들어, 충전 1 내지 3단계, 또는 방전 1 내지 3단계)별 충/방전 용량을 설정 및 변경한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 충/방전 단계별 충/방전 용량은 방전 -1(전체 용량의 20% 용량), 방전 -2(전체 용량의 40% 용량), 방전 -3 용량(전체 용량의 60% 용량)으로 설정될 수 있다. 그리고 충전 용량 또한 충전 +1(전체 용량의 20% 용량), 충전 +2(전체 용량의 40% 용량), 충전 +3 용량(전체 용량의 60% 용량)으로 설정될 수 있다.
이에, 중앙 제어부(220)는 전력 수급 제어신호(SCS)가 입력되지 않는 전력 충/방전 서비스 중지 기간에는 메모리부(230)로부터 각 배터리(120)별 기준 용량(기준 SOC), 단계(충전 1 내지 3단계, 또는 방전 1 내지 3단계)별 충방전 용량(방전 -1, -2, -3 용량, 또는 충전 +1, +2, +3 용량), 및 각 단계(충전 1 내지 3단계, 또는 방전 1 내지 3단계)별 충/방전 용량이 유지되는 구간(dSOC)에 대한 정보들을 모두 읽어들인다. 그리고 기준 용량(기준 SOC) 대비 현재 잔존 용량의 차이에 따라, 미리 설정된 단계(예를 들어, 충전 1 내지 3단계, 또는 방전 1 내지 3단계)별 충/방전 용량(방전 -1, -2, -3 용량, 또는 충전 +1, +2, +3 용량) 중 어느 단계의 충/방전 용량으로 충/방전 동작을 수행시킬지 결정한다.
이어, 각 단계(충전 1 내지 3단계, 또는 방전 1 내지 3단계)별 충/방전 용량이 유지되는 구간(dSOC)에 따라 충/방전 제어신호를 생성하여 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 제어모듈(110)로 공급한다. 이후, 각 에너지 저장 장치(100)의 배터리(120)가 충/방전 되면, 실시간으로 기준 용량(기준 SOC) 대비 잔존 용량의 차이가 가변되게 되며, 그 차이에 따라 충/방전 용량을 미리 설정된 단계별로 순차적으로 변경(예를 들어, 3단계에서 2단계로 변경 후, 2단계에서 1단계로 변경)시키게 된다. 그리고 최종적으로 잔존 용량이 기준 용량(기준 SOC)과 동일해지거나, 기준 용량(기준 SOC) 대비 잔존 용량의 차이가 미리 설정된 범위 이내로 유사해지면 충/방전 제어를 중지시킨다.
SOC 관리 설정부(240)의 기준 SOC 설정부(242), 충/방전 단계 설정부(243), 유지구간 설정부(244), 및 충방전 용량 설정부(245)는 실시간으로 각 배터리(120)의 고유 특징을 모니터링한다. 그리고 특정 기간 동안 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 중 적어도 하나의 고유 특성이 변화하면, 변화된 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)별 기준 용량(기준 SCS), 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간을 각각 변경하여 메모리부(230)에 저장한다.
도 5는 도 4의 SOC 관리 설정을 변경시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기준 SOC 설정부(242)는 특정 기간 동안 각 배터리(120)의 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 중 적어도 하나의 고유 특성이 변화하면, 변화된 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)별 기준 용량(기준 SOC)을 전체 용량의 10% 내지 90% 중 어느 한 용량으로 변경할 수 있다.
충/방전 단계 설정부(243)는 각 배터리(120)의 잔존 용량 및 각 배터리(120)의 적어도 하나의 고유 특성이 변화하면, 변화된 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)의 충전 단계 및 방전 단계를 각각 변경할 수 있다. 도 5에서는, 각 배터리(120)의 충전 단계 및 방전 단계를 충전 1단계, 및 방전 1 내지 3단계로 변경한 예를 도시하였다.
충방전 용량 설정부(245)는 각 배터리(120)의 잔존 용량 및 각 배터리(120)의 적어도 하나의 고유 특성이 변화하면, 변화된 고유 특성에 대응되도록 각각 충/방전 단계별 충/방전 용량을 변경한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각 충/방전 단계별 충/방전 용량은 방전 -1(전체 용량의 25% 용량), 방전 -2(전체 용량의 50% 용량), 방전 -3 용량(전체 용량의 70% 용량)으로 변경할 수 있다. 그리고 충전 용량 또한 충전 +1(전체 용량의 25% 용량)으로 변경 설정할 수 있다.
도 6은 도 5의 SOC 관리 설정을 다르게 변경시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기준 SOC 설정부(242)는 특정 기간 동안 각 배터리(120)의 적어도 하나의 고유 특성이 변화하면, 변화된 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)별 기준 용량(기준 SOC)을 전체 용량의 30% 용량으로 변경할 수 있다.
이때, 충/방전 단계 설정부(243)는 각 배터리(120)의 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)의 충전 단계 및 방전 단계를 충전 1단계, 및 방전 1 내지 4단계로 변경할 수 있다.
충방전 용량 설정부(245) 또한, 각 배터리(120)의 고유 특성에 대응되도록 각각 충/방전 단계별 충/방전 용량을 방전 -1(전체 용량의 20% 용량), 방전 -2(전체 용량의 40% 용량), 방전 -3 용량(전체 용량의 60% 용량), 방전 -4 용량(전체 용량의 80% 용량)으로 변경할 수 있다. 그리고 충전 용량 또한 충전 +1(전체 용량의 20% 용량)으로 변경시켜 설정할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 장치(100)의 충전 상태 관리 시스템은 전기 에너지를 저장하여 전력 계통으로 공급하는 에너지 저장장치들의 잔존 용량을 그 사용 분야나 용도에 따라 효율적으로 관리할 수 있도록 할 수 있다.
특히, 에너지 저장 장치(100)들의 사용 분야나 용도에 알맞게 에너지 저장 장치(100)별로 기준 용량(기준 SOC), 단계별 충방전 용량, 그리고 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간이 선택적으로 각각 설정되도록 한다. 그리고 전력 충/방전 서비스 중지 기간이 되면, 현재 잔존 용량에 해당하는 단계에 따른 충/방전 용량으로 미리 설정된 기간 동안 충/방전이 진행되도록 함으로써, 현재의 잔존 용량이 기준 용량(기준 SOC)으로 회복되도록 한다. 이에, 에너지 저장장치들의 사용 분야나 용도에 알맞게 그 범용성과 안정성을 높일 수 있게 된다.
또한, 실시간으로 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 등의 고유 특징을 모니터링하여, 그 고유 특성이 변화하면, 변화된 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간 등을 변경 설정할 수 있다. 이렇게, 가변되는 고유 특성에 대응되도록 각 배터리(120)별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간 등을 반복적으로 변경시키면 최종적으로는 각 에너지 저장 장치(100)의 전력 관리 효율성과 범용성 및 안정성 등을 향상시킬 수 있게 된다.
상기에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시 예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시 예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 배터리의 충/방전을 제어하는 전력 제어모듈을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 장치; 및
전력 충/방전 서비스 수행 기간에는 상기 각 에너지 저장 장치가 전력 계통으로 전력을 충/방전하여 전력 충/방전 서비스를 수행하도록 제어하는 전력 관리장치를 포함하며,
상기 전력 관리 장치는
전력 충/방전 서비스 중지 기간에는 상기 배터리별로 설정된 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 상기 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 상기 각 배터리별 잔존 용량이 상기 기준 용량으로 유지되도록 제어하는
에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전력 관리장치는
외부로부터 전력 수급 제어신호가 입력되는 상기 전력 충/방전 서비스 수행 기간동안 상기 전력 수급 제어신호에 따른 전력 충/방전 서비스가 수행되도록 우선순위를 설정하는 서비스 신호 처리부;
상기 서비스 신호 처리부로부터의 전력 수급 제어신호에 따라 상기 충/방전 제어신호를 생성하여 상기 각 에너지 저장 장치의 전력 제어모듈로 공급하고, 상기 전력 수급 제어신호가 입력되지 않는 전력 충/방전 서비스 중지 기간에 상기 배터리별 잔존 용량이 기준 용량으로 유지되도록 상기 충/방전 제어신호를 생성하여 상기 각 에너지 저장 장치의 전력 제어모듈로 공급하는 중앙 제어부; 및
관리자의 제어에 따라 상기 배터리별 기준 용량, 상기 단계별 충방전 용량, 및 상기 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간을 미리 설정하거나 변경하여 메모리부에 저장하는 SOC 관리 설정부를 포함하는
에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 SOC 관리 설정부는
실시간으로 상기 각 배터리의 잔존 용량 및 충/방전 용량을 실시간으로 검출하여 상기 각 배터리의 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 중 적어도 하나에 따른 고유 특징을 모니터링하고,
미리 설정된 특정 기간 동안 상기 고유 특성이 변화하면, 변화된 상기 고유 특성에 대응되도록 상기 배터리별 기준 용량, 상기 단계별 충방전 용량, 및 상기 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간을 변경 설정하여 상기 메모리부에 저장하는
에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템.
- 제 3 항에 있어서,
상기 SOC 관리 설정부는
상기 각 배터리의 잔존 용량 및 충/방전 용량을 실시간으로 검출하여 상기 각 배터리의 고유 특징을 모니터링하는 모니터링부;
상기 각 배터리의 고유 특징에 따라 상기 각 배터리의 기준 용량을 설정 또는 변경하는 기준 SOC 설정부;
상기 각 배터리의 고유 특징에 따라 충전 단계 및 방전 단계를 적어도 하나의 단계별로 각각 설정 및 변경하는 충/방전 단계 설정부;
상기 각 배터리의 고유 특징에 따라 상기 각 충/방전 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간을 설정 및 변경하는 유지구간 설정부; 및
상기 각 배터리의 고유 특징에 따라 상기 각 충/방전 단계별 충/방전 용량을 설정 및 변경하는 충방전 용량 설정부를 포함하는
에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 SOC 관리 설정부의 기준 SOC 설정부, 상기 충/방전 단계 설정부, 상기 유지구간 설정부, 및 상기 충방전 용량 설정부는
실시간으로 상기 각 배터리의 고유 특징을 모니터링하고, 미리 설정된 특정 기간 동안 전력 충/방전 서비스 제공 특성, 잔존 용량 회복 특성, 충/방전 용량 비중 중 적어도 하나의 고유 특성이 변화하면, 상기 변화된 고유 특성에 대응되도록 상기 각 배터리별 기준 용량, 단계별 충방전 용량, 및 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간을 각각 변경하여 상기 메모리부에 저장하는
에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 중앙 제어부는
상기 전력 충/방전 서비스 중지 기간에 상기 메모리부로부터 상기 배터리별 기준 용량, 상기 단계별 충방전 용량, 및 상기 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 대한 정보들을 모두 읽어들이고,
상기 기준 용량 대비 현재 잔존 용량의 차이에 따라, 상기 단계별 충/방전 용량 중 어느 단계의 충/방전 용량으로 충/방전 동작을 수행시킬지 결정하며,
상기 각 단계별 충/방전 용량이 유지되는 구간에 따라 충/방전 제어신호를 생성하여 상기 전력 제어모듈로 공급하는
에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템.
- 제 6 항에 있어서,
상기 중앙 제어부는
상기 각 배터리가 충/방전 되면, 실시간으로 상기 기준 용량 대비 상기 잔존 용량의 차이가 가변 상태를 모니터링 하며, 상기 기준 용량 대비 상기 잔존 용량의 차이에 따라 충/방전 용량을 상기 미리 설정된 단계별로 순차적으로 변경시키고,
최종적으로 상기 각 배터리의 잔존 용량이 상기 기준 용량과 동일해지거나, 상기 기준 용량 대비 잔존 용량의 차이가 미리 설정된 범위 이내로 유사해지면 상기 충/방전 제어를 중지시키는
에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템.
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| KR1020170072634A KR102357402B1 (ko) | 2017-06-09 | 2017-06-09 | 에너지 저장 장치의 충전 상태 관리 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 2017-06-09 KR KR1020170072634A patent/KR102357402B1/ko active IP Right Grant
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