KR20190084500A - 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 비용과 노력 측면에서 효율적인 배터리 재활용 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다. 이를 위한 본 발명의 일 측면은, 복수의 배터리팩 모듈 및 상기 복수의 배터리팩 모듈의 전력분배를 제어하는 전력분배 제어기를 포함하되, 상기 복수의 배터리팩 모듈의 각각은 재활용 배터리팩, 모듈 제어기 및 모듈 충방전기를 포함하고, 상기 모듈 제어기는 상기 전력분배 제어기로부터 전력처리량에 대한 제어신호를 수신하고 상기 모듈 충방전기가 해당 전력처리량을 처리하도록 상기 모듈 충방전기를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템이다.

Description

배터리 재활용 에너지 저장 시스템{Battery recycling energy storage system}
본 발명은 배터리를 재활용한 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전기자전거용 배터리팩과 같이 소용량의 배터리팩을 분해하지 않고 그대로 재활용할 수 있는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
기존의 전기자동차 배터리는 전기자동차 동작에 필요한 수명이 다한 경우 상대적으로 성능 제약이 작은 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)에 재활용하기 위한 시도를 하고 있다. 전기자동차 배터리 재활용의 경우, 상대적으로 큰 용량의 배터리를 소규모 모듈이나 셀 단위로 해체하고 각 모듈이나 셀에 대한 개별적인 테스트를 통해 유사 성능의 모듈/셀을 선별한 후 설계 용량에 따라 다시 패키징하는 방식이 일반적이다. 이러한 방식은 비용과 노력이 많이 들고 재조립된 배터리 용량 및 특성에 맞는 충방전기를 별도로 설계 및 제작해야 하는 문제점을 가지고 있다.
전기자동차 배터리의 경우 배터리의 용량이 크고(통상 수십 ~ 수백kWh) 가격이 비싸므로 위와 같이 비용과 노력이 많이 드는 방식을 사용해서라도 재활용을 시도할 가능성이 있으나, 전기자전거의 경우에는 배터리의 용량이 작고(통상 500Wh 내외) 상대적으로 가격이 저렴하므로 비용과 노력이 많이 드는 위와 같은 재활용 방법은 사용하기가 곤란하다. 이러한 이유로 전기자전거 배터리와 같이 소용량의 배터리는 재활용되지 못하고 대부분 폐기되고 있다. 따라서 소용량 배터리의 용량 및 가격을 고려하여 비용과 시간이 적게 드는 새로운 재활용 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은, 비용과 노력 측면에서 효율적인 배터리 재활용 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 재활용 배터리 모듈의 증설 및/또는 감설이 용이하고 시스템 구성 및 운영의 자유도가 높은 배터리 재활용 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 복수의 배터리팩 모듈 및 상기 복수의 배터리팩 모듈의 전력분배를 제어하는 전력분배 제어기를 포함하되, 상기 복수의 배터리팩 모듈의 각각은 재활용 배터리팩, 모듈 제어기 및 모듈 충방전기를 포함하고, 상기 모듈 제어기는 상기 전력분배 제어기로부터 전력처리량에 대한 제어신호를 수신하고 상기 모듈 충방전기가 해당 전력처리량을 처리하도록 상기 모듈 충방전기를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템이다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 복수의 배터리팩 모듈은 각각 별도의 모듈 하우징을 포함하고, 복수의 배터리팩 모듈의 모듈 하우징은 모두 동일한 형상과 크기를 가지고 렉에 장착될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 재활용 배터리팩은 상기 모듈 하우징에 고정되고 상기 모듈 하우징은 상기 렉에 탈착 가능한 방식으로 고정될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 모듈 충방전기는 상기 재활용 배터리팩과 외부 교류 전원 사이에서 양방향으로 에너지를 전달하는 양방향 AC-DC 충방전 회로를 포함할 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 복수의 배터리팩 모듈의 모듈 충방전기는 모두 교류 전원 라인에 공통으로 접속되고, 교류접속단자를 통해 상기 외부 교류 전원에 연결될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 복수의 배터리팩 모듈의 모듈 제어기는 모두 제어 라인에 공통으로 접속되어 상기 전력분배 제어기에 연결될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 모듈 제어기는 재활용 배터리팩의 용량에 대한 정보를 상기 전력분배 제어기로 전송할 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 모듈 제어기는 상기 재활용 배터리팩의 용량에 대한 정보를 상기 재활용 배터리팩의 배터리 관리 시스템(BMS)으로부터 획득할 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 모듈 제어기는 상기 재활용 배터리팩의 용량에 대한 정보를 사용자로부터 입력 받을 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 모듈 제어기는 모듈 제어기 하우징을 포함하고, 상기 모듈 충방전기는 모듈 충방전기 하우징을 포함하며, 모듈 제어기 하우징과 모듈 충방전기 하우징은 케이블의 연결 없이 하우징과 하우징이 직접 체결되는 형태로 전기적 및 기계적 접속이 될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 내에는 서로 다른 용량을 가지는 재활용 배터리팩이 포함될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 내에는 상기 서로 다른 용량을 가지는 재활용 배터리팩에 대응하여 서로 다른 정격 출력을 가지는 모듈 충방전기가 포함될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 모듈 충방전기는 정격 출력이 1kWh 이하일 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 내에는 서로 다른 단자 구조를 가지는 배터리팩이 포함될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 내에는 상기 서로 다른 단자 구조를 가지는 재활용 배터리팩에 대응하여 서로 다른 단자 구조를 가지는 탈착 가능한 케이블이 사용될 수 있다.
상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 있어서, 상기 각각의 배터리팩 모듈은 상기 교류 전원 라인과 상기 모듈 충방전기 사이에 차단기를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리를 재활용하여 에너지 저장 시스템을 구성함에 있어서 비용과 노력이 적게 드는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 재활용 배터리 모듈의 증설 및/또는 감설이 용이하고 시스템 구성 및 운영의 자유도가 높은 장점이 있다.
도 1은 본 기술의 일 실시예에 따른 배터리 재활용 에너지 저장 시스템이다.
도 2는 배터리팩 모듈의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 배터리팩 모듈의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템의 구성을 예시하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 배터리팩 모듈의 외관을 예시하는 도면이다.
도 7은 배터리팩 모듈의 다른 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 재활용 에너지 저장 시스템을 예시한다. 도 1을 참조하면 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(100)은 사용자 인터페이스(110), 전력분배 제어기(130), 배터리팩 모듈(150) 및 교류접속단자(170)를 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스(110)는 사용자와 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(100) 사이에서 정보를 입력 또는 출력하는 기능을 수행할 수 있다. 사용자 인터페이스(110)는 입력부, 디스플레이, 데이터 입출력 장치 등을 포함할 수 있다.
전력분배 제어기(130)는 배터리팩 모듈(150)의 전력분배를 제어할 수 있다. 이를 위해 전력분배 제어기(130)는 사용자 인터페이스(110)를 통해 사용자의 설정을 입력 받을 수 있고, 배터리팩 모듈(150)로부터 재활용 배터리팩의 정보(용량, 충전 상태, 이상 유무 등)를 수신할 수 있으며, 그 외에도 시각 정보나 외부 교류 전원의 전압, 주파수 등에 대한 정보를 획득할 수 있다. 전력분배 제어기(130)는 사용자의 설정, 재활용 배터리팩에 대한 정보, 시각, 외부 교류 전원에 대한 정보 중의 적어도 하나 이상을 사용하여 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(100)의 충전/방전 여부 및 충전/방전할 총 전력량을 계산할 수 있다. 또한, 전력분배 제어기(130)는 총 전력량으로부터 각 배터리팩 모듈(150)의 충전/방전 여부 및 충전/방전 전력량을 계산하여 해당 정보를 배터리팩 모듈(150)로 전송할 수 있다. 전력분배 제어기(130)는 마이크로 프로세서, DSP 등을 사용하여 구현될 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.
배터리팩 모듈(150)은 하나 또는 그 이상이 포함될 수 있다. 배터리팩 모듈(150)에 대해서는 아래에서 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
교류접속단자(170)는 배터리팩 모듈(150)과 외부 교류 전원의 접속을 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 통상의 커넥터 등이 사용될 수 있으나 이로 한정되는 것은 아니다.
도 2는 배터리팩 모듈의 일 예를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 배터리팩 모듈(250)은 재활용 배터리팩(251), 모듈 충방전기(253) 및 모듈 제어기(255)를 포함할 수 있다.
재활용 배터리팩(251)에는 재활용되는 배터리팩이 분해나 해체 과정 없이 그대로 사용될 수 있다. 본 실시예는 전기자동차용 배터리팩과 같이 대용량 배터리팩의 재활용을 고려하는 것이 아니라 전기자전거용 배터리팩과 같이 상대적으로 작은 용량의 배터리팩의 재활용을 대상으로 한다. 전기자동차용 배터리팩의 경우 그 용량이 통상 수십 ~ 수백kWh로 크기 때문에 종래 기술에서 언급한 바와 같이 배터리팩의 해체 후 재조립하는 방식을 사용하더라도 경제성이 있을 수 있다. 그러나 자전거용 배터리팩과 같이 용량이 수백Wh(통상, 500Wh 내외)에 불과한 배터리팩의 경우 해체 후 재조립하는 방식을 사용해서는 경제성이 없다는 문제가 있다. 본 실시예는 이와 같이 상대적으로 용량이 작은 배터리팩을 해체하지 않고 배터리팩을 그대로 재활용하는 방식인 점에서 특징이 있다.
모듈 충방전기(253)는 재활용 배터리팩(251)과 교류 전원 라인 사이에 배치되어 에너지를 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해 모듈 충방전기(253)는 양방향으로 에너지를 전달하는 양방향 AC-DC 충방전 회로를 포함할 수 있다. 교류 전원 라인에는 다른 배터리팩 모듈들도 공통으로 연결될 수 있고, 교류 전원 라인은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 교류 접속 단자를 통해 외부의 교류 전원과 연결될 수 있다. 배터리 재활용 에너지 저장 시스템이 충전 기능을 수행할 경우 모듈 충방전기(253)는 교류 전원 라인으로부터 에너지를 수신하여 재활용 배터리팩(251)으로 전달할 수 있고, 배터리 재활용 에너지 저장 시스템이 방전 기능을 수행할 경우 모듈 충방전기(253)는 재활용 배터리팩(251)의 에너지를 교류 전원 라인으로 전달할 수 있다. 모듈 충방전기(253)는 모듈 제어기(255)에 의해 제어될 수 있다.
본 실시예의 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에는 서로 다른 용량 및/또는 서로 다른 단자 구조를 가지는 재활용 배터리팩(251)이 포함될 수 있으므로, 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 포함되는 복수의 모듈 충방전기(253)는 서로 다른 용량을 가지는 재활용 배터리팩에 대응하여 서로 다른 정격 출력을 가질 수 있다. 예를 들면, 재활용 배터리팩(251)의 다양한 용량에 대응하여 300Wh, 400Wh, 500Wh, 600Wh 등과 같이 정격 출력이 소정 간격을 가지는 모듈 충방전기(253)를 미리 구비하고 있다가 재활용 배터리팩(251)의 용량에 맞추어 적절한 용량의 모듈 충방전기(253)를 선택하여 사용할 수 있다. 또는 재활용 배터리팩(251)의 최대 용량을 설정하고 최대 용량에 맞도록 설계된 모듈 충방전기(253)를 용량이 다른 모든 재활용 배터리팩(251)에 동일하게 사용할 수 있다. 이 경우, 한 종류의 모듈 충방전기(253)를 사용할 수 있으므로 설계 및 제작 비용이 절감되는 장점이 있다. 이와 같은 모듈 충방전기(253)의 정격 출력은 1kWh 이하일 수 있다. 특히, 한 종류의 모듈 충방전기(253)를 사용하는 경우 정격 출력을 500Wh ~ 600Wh로 설정하면 대부분의 전기자전거용 배터리팩을 사용할 수 있으면서도 재활용 배터리팩(251)의 용량에 비해 모듈 충방전기(253)의 초과 용량이 크지 않으므로 바람직하다.
모듈 제어기(255)는 배터리팩 모듈(250)의 전반적인 제어를 담당할 수 있다. 예들 들면, 전력분배 제어기로부터 충방전 동작 유무 및/또는 전력처리량에 대한 제어신호를 수신하고 모듈 충방전기(253)가 해당 동작을 수행하도록 모듈 충방전기(253)를 제어할 수 있다. 또한, 모듈 제어기(255)는 재활용 배터리팩(251)에 대한 정보를 전력분배 제어기로 전송할 수 있다. 모듈 제어기(255)가 전력분배 제어기로 전송하는 재활용 배터리팩(251)에 대한 정보는 재활용 배터리팩(251)의 용량, 충전 상태(SOC), 이상 유무 등을 포함할 수 있다. 모듈 제어기(255)는 전력분배 제어기와의 통신을 위해 제어 라인에 연결될 수 있다.
모듈 제어기(255)는 재활용 배터리팩(251)의 용량, 충전 상태, 이상 유무 등에 대한 정보를 재활용 배터리팩(251)에 내장된 배터리 관리 시스템(BMS)으로부터 획득하거나 또는 재활용 배터리팩(251)의 용량에 대한 정보를 사용자로부터 입력 받을 수 있다.
도 7에 예시된 바와 같이, 재활용 배터리팩(751)이 배터리 관리 시스템(753, BMS)을 내장하는 경우 모듈 제어기(255)는 재활용 배터리팩(251)의 용량 등에 대한 정보를 배터리 관리 시스템(753)으로부터 획득할 수 있다. 본 실시예는 재활용 배터리팩(751)을 분해하지 않고 그대로 재활용하는 것을 특징으로 하고 있으므로 재활용 배터리팩(751)에 내장된 배터리 관리 시스템(753)을 그대로 둔 상태에서 모듈 제어기(255)를 더 부가하는 형태로 배터리팩 모듈(350)을 규격화하는 방식을 사용할 수 있다. 배터리팩(751)에 내장된 배터리 관리 시스템(753)은 제조사나 응용 제품마다 프로토콜, 단자 구조, 기능 등이 상이할 수 있는데, 모듈 제어기(255)가 배터리 관리 시스템(753)으로부터 정보를 획득하고 이를 표준화하는 기능을 수행하므로 전체 시스템 구성이 용이해 질 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 재활용 배터리팩(251)이 배터리 관리 시스템을 내장하지 않는 경우에는 사용자가 재활용 배터리팩(251)의 용량에 대한 정보를 모듈 제어기(255)에 별도로 입력할 수 있다.
모듈 제어기(255)는 전술한 방식으로 획득한 재활용 배터리팩(251)의 용량, 충전 상태, 이상 유무 등에 대한 정보를 중앙의 전력분배 제어기로 전송하여 전력분배 제어기가 각 배터리팩 모듈(250)에 대해 적절한 전력 처리량에 대한 분배를 수행하도록 할 수 있다.
본 실시예는 이와 같이 재활용 배터리팩(251)을 분해나 해체하지 않고 그대로 사용하면서 재활용 배터리팩(251)에 모듈 충방전기(253)와 모듈 제어기(255)를 결합시켜 소용량의 표준화된 배터리팩 모듈(250)을 구성하는 방식을 사용한다. 이러한 실시예에 의하면 서로 다른 용량, 형상, 단자 구조를 가지는 다수의 재활용 배터리팩(251)들을 표준 모듈로 재구성하고, 표준화된 복수의 배터리팩 모듈(250)을 통합하여 에너지 저장 시스템을 구성함으로써 시스템 설계 및 유지보수의 용이함, 배터리팩 모듈의 증설/감설의 유연성 및 비용 절감 등의 장점을 가진다.
도 3은 배터리팩 모듈의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 배터리팩 모듈(350)은 재활용 배터리팩(251), 모듈 충방전기(253), 모듈 제어기(255) 및 차단기(357)를 포함할 수 있다.
재활용 배터리팩(251), 모듈 충방전기(253) 및 모듈 제어기(255)는 앞서 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일 또는 유사할 수 있다.
차단기(357)는 각각의 배터리팩 모듈(350)에 포함될 수 있고, 교류 전원 라인과 모듈 충방전기(253) 사이에 배치되어 교류 전원 라인과 모듈 충방전기(253)를 상호 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다. 차단기(357)는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템의 동작 중에 배터리팩 모듈(350)을 증설, 감설 또는 유지보수 하는데 활용될 수 있다. 예를 들면, 배터리 재활용 에너지 저장 시스템의 동작 중에 기 설치된 배터리팩 모듈(350)의 차단기(357)를 차단시키고 해당 배터리팩 모듈(350)을 배터리 재활용 에너지 저장 시스템으로부터 분리하여 유지보수 혹은 해당 모듈(350)을 배터리 재활용 에너지 저장 시스템으로부터 제거할 수 있다. 또는, 배터리 재활용 에너지 저장 시스템의 동작 중에 아직 설치되지 않은 배터리팩 모듈(350)의 차단기(357)를 차단시킨 상태에서 해당 배터리팩 모듈(350)을 배터리 재활용 에너지 저장 시스템에 설치한 후 차단기(357)를 연결시켜 해당 배터리팩 모듈(350)이 배터리 재활용 에너지 저장 시스템의 동작 중에 증설되도록 할 수 있다. 또한, 차단기(357)는 모듈 충방전기(253)의 동작에 연동되어 온/오프 될 수 있다. 예를 들면, 모듈 충방전기(253)가 충전/방전 기능을 수행할 때에는 차단기(357)는 온 되고, 충방전기(253)가 충전/방전 기능을 수행하지 않을 때에는 차단기(357)는 오프 될 수 있다. 이러한 차단기(357)의 동작은 모듈 제어기(255)에 의해 제어될 수 있다. 차단기(357)에는 릴레이가 사용될 수 있다.
도 4는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템의 구성을 예시하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)은 사용자 인터페이스(110), 전력분배 제어기(130), 복수의 배터리팩 모듈(450) 및 교류접속단자(170)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(110), 전력분배 제어기(130) 및 교류접속단자(170)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일 또는 유사할 수 있다.
배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)은 복수의 배터리팩 모듈(#1-1, #1-2, ..., #1-N, #2-1, #2-2, ..., #2-N, ..., #M-1, #M-2, ..., #M-N)을 포함할 수 있다. 도 4에는 M x N 개의 모듈이 사용되는 경우를 예시하고 있다.
배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)에는 용량, 형상 및/또는 단자 구조가 상이한 재활용 배터리팩이 포함될 수 있다. 본 실시예는 이와 같이 용량, 형상 및 단자 구조 중의 적어도 하나 이상이 서로 다른 배터리팩들을 효과적으로 재활용하기 위해, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 재활용 배터리팩에 모듈 충방전기(253) 및 모듈 제어기(255)를 부가하여 소용량으로 표준화된 배터리팩 모듈(250)을 구성한 후, 도 4에 예시된 바와 같이 소용량 배터리팩 모듈(450)을 여러 개 사용하여 대용량 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)을 구성하는 방식을 사용할 수 있다. 소용량으로 표준화된 배터리팩 모듈(450)들은 동일한 형상, 크기 및 단자 구조를 가지는 하우징 내에 배치되고 동일한 통신 프로토콜을 사용하여 전력분배 제어기(130)와 통신할 수 있다.
복수의 배터리팩 모듈(450)은 제어 라인(462)에 공통으로 접속되어 전력분배 제어기(130)와 통신할 수 있다. 이를 위해 각각의 배터리팩 모듈(450)은 제어 라인(462)과의 접속을 위한 단자를 포함할 수 있다. 복수의 배터리팩 모듈(450)에서 제어 라인(462)과 접속을 위한 단자는 모두 동일한 형상으로 표준화될 수 있다.
복수의 배터리팩 모듈(450)은 교류 전원 라인(464)에 공통으로 접속되어 교류접속단자(170)를 통해 외부 교류 전원에 연결될 수 있다. 이를 위해 각각의 배터리팩 모듈(450)은 교류 전원 라인(464)과의 접속을 위한 단자를 포함할 수 있다. 이와 같이 외부 교류 전원을 별도의 처리 없이 바로 배터리팩 모듈(450)에 인가하는 교류 기반 방식에 의하면, 전력 처리 관점에서 각 배터리팩 모듈에 소용량의 AC-DC 충방전 회로만을 구비하면 되므로 시스템 구성을 간단하게 하고 저가로 구현할 수 있도록 하는 장점이 있다. 복수의 배터리팩 모듈(450)에서 교류 전원 라인(464)과 접속을 위한 단자는 모두 동일한 형상으로 표준화될 수 있다.
복수의 배터리팩 모듈(450)은 각각 별도의 모듈 하우징(도면 미도시)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리팩 모듈(450)의 모듈 하우징은 모두 동일한 형상, 크기 및 단자 구조를 가지고 렉에 장착될 수 있다. 예를 들면, 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)은 M 개의 층으로 구획된 렉(도면 미도시)을 구비하고 렉의 각 층에 N 개의 배터리팩 모듈(450)이 배치되는 방식으로 M x N 개의 배터리팩 모듈(#1-1, #1-2, ..., #1-N, #2-1, #2-2, ..., #2-N, ..., #M-1, #M-2, ..., #M-N)이 하나의 렉에 배치될 수 있다. 물론, 렉 내부의 배터리팩 모듈(450)이 배치될 자리의 일부분은 비어 있을 수 있고, 추가되는 배터리팩 모듈(450)은 렉의 빈 자리에 추가될 수 있다. 또한, 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)은 복수의 렉을 구비하고 복수의 배터리팩 모듈(450)을 복수의 렉에 분산하여 배치할 수 있다.
배터리팩 모듈(450)이 각각 별도의 모듈 하우징을 포함하는 경우, 재활용 배터리팩은 다른 구성들과 함께 모듈 하우징에 고정되고, 모듈 하우징은 렉에 탈착 가능한 방식으로 고정될 수 있다. 이 경우 복수의 모듈 하우징은 렉에 탈착 가능한 방식으로 고정되기 위해 모두 동일한 형상의 표준화된 접속 구조물을 포함할 수 있다.
배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)은 재활용 배터리팩을 그대로 사용하므로 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400) 내에는 서로 다른 용량을 가지는 재활용 배터리팩이 포함될 수 있다. 이 경우, 앞서 언급한 바와 같이, 배터리팩 모듈(450) 내의 모듈 충방전기는 서로 다른 용량을 가지는 재활용 배터리팩에 대응하여 서로 다른 정격 출력을 가질 수 있다. 또는, 재활용 배터리팩의 최대 용량을 설정하고 최대 용량에 적합한 정격 출력을 가지는 동일한 모듈 충방전기가 서로 다른 용량을 가지는 재활용 배터리팩에 동일하게 사용될 수 있다. 본 실시예의 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)은 전기자전거 등과 같이 소용량의 배터리팩의 재활용을 위한 것이므로 모듈 충방전기는 정격 출력이 1kWh 이하인 것이 바람직하다.
배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)은 재활용 배터리팩을 그대로 사용하므로 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400) 내에는 서로 다른 단자 구조를 가지는 재활용 배터리팩이 포함될 수 있다. 이 경우, 배터리팩 모듈(450) 내의 모듈 충방전기와 모듈 제어기는 서로 다른 단자 구조를 가지는 재활용 배터리팩에 대응하여 서로 다른 단자 구조를 가지는 탈착 가능한 케이블을 사용하여 재활용 배터리팩과 연결될 수 있다. 그러나 복수의 모듈 하우징은 모두 동일한 제어 라인 접속 단자 및 교류 전원 라인 접속 단자를 구비할 수 있고, 이 경우 서로 다른 단자 구조를 가지는 재활용 배터리팩을 활용하면서도 표준화된 모듈을 사용함으로써 시스템 구성을 용이하게 하고 유지보수의 편의성을 높일 수 있다. 즉, 재활용 배터리팩의 용량이나 단자 구조는 다양하더라도 모듈 충방전기와 모듈 제어기를 사용하여 배터리팩 모듈(450)을 표준화함으로써 배터리팩을 분해 또는 해체함이 없이 배터리 재활용 에너지 저장 시스템(400)을 용이하고 저렴하게 구성하고 증설/감설 할 수 있다.
도 5는 배터리팩 모듈의 외관을 예시하는 도면이다. 도 5를 참조하면, 배터리팩 모듈(550)은 제1 내지 제4 하우징(551, 553, 555, 557) 및 제1 접속 단자(559)를 포함할 수 있다.
제1 하우징(551)은 재활용 배터리팩의 하우징일 수 있고, 제2 하우징(553)은 모듈 충방전기의 하우징일 수 있으며, 제3 하우징(555)은 모듈 제어기의 하우징일 수 있고, 제4 하우징(557)은 차단기의 하우징일 수 있다. 즉, 재활용 배터리팩, 모듈 제어기, 모듈 충방전기 및 차단기는 각각 자신의 하우징을 포함할 수 있다. 각 하우징은 케이블의 연결 없이 하우징과 하우징이 직접 체결되는 형태로 전기적 및 기계적으로 접속될 수 있다. 그러나 이로 한정되는 것은 아니고 하우징들은 도시되지 않은 케이블을 사용하여 전기적으로 접속될 수도 있다. 이와 같이, 재활용 배터리팩(551), 모듈 충방전기(553), 모듈 제어기(555) 및 차단기(557)는 각각 별도의 하우징을 구비한 상태로 상호 접속되어 전체가 하나의 배터리팩 모듈을 형성할 수 있다.
제1 접속 단자(559)는 배터리팩 모듈(550)을 제어 라인 및/또는 교류 전원 라인과 연결하기 위한 단자일 수 있다. 도 5에는 제1 접속 단자(559)가 제4 하우징(557)에 부착된 것으로 예시되어 있으나, 이로 한정되는 것은 아니고 접속 단자(559)는 다른 하우징에 부착될 수 있다.
한편, 도 5에는 배터리팩 모듈(550) 전체를 감싸는 하우징이 없이 네 개의 하우징들이 서로 기계적으로 결속된 상태를 예시하고 있는데, 이러한 상태를 앞서 도 4를 참조하여 설명한 배터리팩 모듈(550)의 모듈 하우징으로 볼 수 있지만, 배터리팩 모듈(550) 전체를 둘러싸는 별도의 모듈 하우징(도면 미도시)을 더 포함할 수도 있다.
도 6은 배터리팩 모듈의 외관의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 배터리팩 모듈(650)은 제5 하우징(651), 제6 하우징(652) 및 제2 접속 단자(659)를 포함할 수 있다.
제5 하우징(651)은 재활용 배터리팩의 하우징일 수 있고, 제6 하우징(652)는 모듈 충방전기, 모듈 제어기를 둘러싸는 하우징일 수 있다. 즉, 재활용 배터리팩을 제외한 다른 구성들을 하나의 하우징에 배치할 수 있다. 제5 하우징 및 제6 하우징은 케이블의 연결 없이 하우징과 하우징이 직접 체결되는 형태로 전기적 및 기계적으로 접속될 수 있다. 그러나 이로 한정되는 것은 아니고 하우징들은 도시되지 않은 케이블을 사용하여 전기적으로 접속될 수도 있다. 이와 같이, 재활용 배터리팩(551)은 별도의 하우징을 구비하고, 나머지 구성들이 하나의 하우징에 배치된 상태로 두 하우징이 상호 접속되어 전체가 하나의 배터리팩 모듈을 형성할 수 있다.
한편, 도 6에는 배터리팩 모듈(650) 전체를 감싸는 하우징이 없이 두 개의 하우징들(651, 652)이 서로 기계적으로 결속된 상태를 예시하고 있는데, 이러한 상태를 앞서 도 4를 참조하여 설명한 배터리팩 모듈(550)의 모듈 하우징으로 볼 수 있지만, 배터리팩 모듈(550) 전체를 둘러싸는 별도의 모듈 하우징(도면 미도시)을 더 포함할 수도 있다.
한편, 배터리팩 모듈(650)이 별도의 모듈 하우징을 구비하는 경우에는 재활용 배터리팩, 모듈 제어기, 모듈 충방전기, 차단기 등 모듈 내부 구성들은 전부 혹은 일부가 하우징이 없이 모듈 하우징 내부에 장착될 수도 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면 재활용 배터리팩의 용량이나 단자 구조는 다양하더라도 규격화된 모듈 충방전기와 모듈 제어기를 사용하여 배터리팩 모듈을 표준화함으로써, 재활용 배터리팩을 분해 또는 해체함이 없이 배터리 재활용 에너지 저장 시스템을 저렴하게 구성하고 유지보수를 용이하게 하며 시스템 구성의 유연성을 높일 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 배터리팩 모듈; 및
    상기 복수의 배터리팩 모듈의 전력분배를 제어하는 전력분배 제어기를 포함하되,
    상기 복수의 배터리팩 모듈의 각각은 재활용 배터리팩, 모듈 제어기 및 모듈 충방전기를 포함하고,
    상기 모듈 제어기는 상기 전력분배 제어기로부터 전력처리량에 대한 제어신호를 수신하고 상기 모듈 충방전기가 해당 전력처리량을 처리하도록 상기 모듈 충방전기를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 배터리팩 모듈은 각각 별도의 모듈 하우징을 포함하고, 복수의 배터리팩 모듈의 모듈 하우징은 모두 동일한 형상과 크기를 가지고 렉에 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 재활용 배터리팩은 상기 모듈 하우징에 고정되고 상기 모듈 하우징은 상기 렉에 탈착 가능한 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 모듈 충방전기는 상기 재활용 배터리팩과 외부 교류 전원 사이에서 양방향으로 에너지를 전달하는 양방향 AC-DC 충방전 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 복수의 배터리팩 모듈의 모듈 충방전기는 모두 교류 전원 라인에 공통으로 접속되고, 교류접속단자를 통해 상기 외부 교류 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 배터리팩 모듈의 모듈 제어기는 모두 제어 라인에 공통으로 접속되어 상기 전력분배 제어기에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 모듈 제어기는 모듈 제어기 하우징을 포함하고, 상기 모듈 충방전기는 모듈 충방전기 하우징을 포함하며, 모듈 제어기 하우징과 모듈 충방전기 하우징은 케이블의 연결 없이 하우징과 하우징이 직접 체결되는 형태로 전기적 및 기계적 접속이 되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 내에는 서로 다른 용량을 가지는 재활용 배터리팩이 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 내에는 상기 서로 다른 용량을 가지는 재활용 배터리팩에 대응하여 서로 다른 정격 출력을 가지는 모듈 충방전기가 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 모듈 충방전기는 정격 출력이 1kWh 이하인 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 내에는 서로 다른 단자 구조를 가지는 배터리팩이 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 배터리 재활용 에너지 저장 시스템 내에는 상기 서로 다른 단자 구조를 가지는 재활용 배터리팩에 대응하여 서로 다른 단자 구조를 가지는 탈착 가능한 케이블이 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
  13. 청구항 5에 있어서, 상기 각각의 배터리팩 모듈은 상기 교류 전원 라인과 상기 모듈 충방전기 사이에 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 재활용 에너지 저장 시스템.
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