KR20200048913A - Stand-alone household energy storage system based on waste battery - Google Patents

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KR20200048913A
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Abstract

본 발명은 전기자동자 등에 이용되었던 대용량의 폐배터리를 재활용할 수 있도록 하는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 이는 폐배터리 각각의 BMS를 슬레이브 BMS로 인식 및 등록하고, 상기 슬레이브 BMS 각각을 통해 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태를 모니터링하는 마스터 BMS; 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 일괄 방전시키는 배터리 제어부; 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 상기 폐배터리 각각의 충전 전력을 기반으로 부하 전력을 생성 및 제공하는 인버터; 및 상기 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 부하의 소비 전력을 모니터링 및 분석하여 상기 인버터를 MPPT 제어함과 동시에 상기 배터리 제어부의 동작 모드를 결정 및 조정하는 에너지 관리부를 포함할 수 있다. The present invention relates to a stand-alone household energy storage system that enables recycling of a large-capacity waste battery used in an electric vehicle, etc., which recognizes and registers each BMS of the waste battery as a slave BMS, and through the slave BMS, A master BMS that monitors the battery status of each battery; A battery control unit that adjusts a battery charging order according to each battery state of the waste batteries, sequentially charges the waste batteries one by one according to the battery charging order, and discharges all of the waste batteries in a batch when a battery is discharged; An inverter that generates and provides load power based on the generated power of the renewable energy system and the charged power of each of the waste batteries; And an energy management unit that monitors and analyzes the generated power of the renewable energy system and the power consumption of the load to control and control the inverter while simultaneously determining and adjusting the operation mode of the battery control unit.

Description

폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템{Stand-alone household energy storage system based on waste battery}Stand-alone household energy storage system based on waste battery}

본 발명은 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 폐배터리를 재활용할 수 있도록 하는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an energy storage system based on a waste battery, and more particularly, to a standalone household energy storage system that enables recycling of the waste battery.

미래형 자동차 산업의 발전에 따라 리튬이온 배터리 기반의 전기자동차 수요가 급증할 것으로 예상되며, 수 년간 사용 후 폐기되는 대용량 폐배터리(20kW 규모 이상)에 대한 재활용 대책이 필요할 것으로 예상된다. With the development of the future automobile industry, demand for electric vehicles based on lithium-ion batteries is expected to increase rapidly, and recycling measures for large-capacity waste batteries (over 20kW) that are discarded after years of use are expected.

전기 자동차의 수요 급증에 따라 많은 폐배터리가 발생하므로 환경오염이 크게 예상되며, 이를 활용하기 위한 리사이클링 재생 사업을 통해 사회적인 선순환 구조의 필요성이 크게 부각되고 있다.Due to the surge in demand for electric vehicles, a lot of waste batteries are generated, and environmental pollution is expected, and the need for a social virtuous cycle structure has been highlighted through recycling and recycling projects.

또한, 지구 온난화로 인한 신재생에너지 기반 가정용 독립전원 마이크로그리드 시스템 및 ESS 기반 저장장치의 개발 필요성이 크게 증대되고 있다. In addition, there is a great need to develop independent renewable energy-based home-use microgrid systems and ESS-based storage devices due to global warming.

따라서 전기자동차에서 버려지는 리튬이온 폐배터리를 재활용하여 태양광 기반 가정용 ESS를 구축함으로 친환경 에너지 독립 기반을 구축할 필요성이 있다.Therefore, there is a need to establish an independent base for eco-friendly energy by constructing solar-based household ESS by recycling lithium-ion waste batteries that are thrown away from electric vehicles.

그러나 종래의 기술은 ESS 장치를 위해 별도 제작된 배터리를 활용하는 기술에 대해서만 제안하고 있을 뿐, 전기자동차 등에서 사용된 후 폐기되는 대용량의 폐배터리를 재활용하는 방안에 대해서는 전혀 고려하지 못하는 한계가 있다. However, the conventional technology only proposes a technology that utilizes a separately manufactured battery for the ESS device, and there is a limit to not consider the method of recycling a large-capacity waste battery that is discarded after being used in an electric vehicle.

국내공개번호 제10-2017-0019971호(공개일자: 2017.02.22)Domestic Publication No. 10-2017-0019971 (Publication Date: 2017.02.22)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전기자동자 등에 이용되었던 대용량의 폐배터리를 재활용할 수 있도록 하는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템을 제공하고자 한다. In order to solve the above problems, the present invention is to provide a stand-alone household energy storage system that allows recycling of large-capacity waste batteries used in electric vehicles and the like.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 BMS(Battery Management System)가 내장된 다수의 폐배터리를 이용하여 에너지 저장 서비스를 제공하는 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템은, 상기 폐배터리 각각의 BMS를 슬레이브 BMS로 인식 및 등록하고, 상기 슬레이브 BMS 각각을 통해 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태를 모니터링하는 마스터 BMS; 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 일괄 방전시키는 배터리 제어부; 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 상기 폐배터리 각각의 충전 전력을 기반으로 부하 전력을 생성 및 제공하는 인버터; 및 상기 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 부하의 소비 전력을 모니터링 및 분석하여 상기 인버터를 MPPT 제어함과 동시에 상기 배터리 제어부의 동작 모드를 결정 및 조정하는 에너지 관리부를 포함할 수 있다. As a means for solving the above problems, a waste battery-based energy storage system that provides energy storage service using a plurality of waste batteries with a built-in BMS (Battery Management System) according to an embodiment of the present invention includes A master BMS that recognizes and registers each battery BMS as a slave BMS, and monitors the battery status of each of the waste batteries through each slave BMS; A battery control unit that adjusts a battery charging order according to each battery state of the waste batteries, sequentially charges the waste batteries one by one according to the battery charging order, and discharges all of the waste batteries in a batch when a battery is discharged; An inverter that generates and provides load power based on the generated power of the renewable energy system and the charged power of each of the waste batteries; And an energy management unit that monitors and analyzes the generated power of the renewable energy system and the power consumption of the load to control and control the inverter while simultaneously determining and adjusting the operation mode of the battery control unit.

상기 폐배터리는 전기자동차용 대용량 배터리인 것을 특징으로 한다. The waste battery is characterized in that it is a large-capacity battery for an electric vehicle.

상기 배터리 제어부는 배터리 충전 동작을 에너지 저장 능력이 낮은 배터리 순으로 순차 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다. The battery control unit is characterized in that the battery charging operation is sequentially performed in the order of the battery having the lowest energy storage capacity.

상기 배터리 제어부는 SOC(state of charge)가 기 설정값 이하인 폐배터리가 검출되면, 상기 검출 폐배터리의 사용을 중단하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The battery control unit may further include a function of stopping the use of the detected waste battery when a waste battery having a SOC of less than or equal to a preset value is detected.

상기 배터리 제어부는 상기 신재생 에너지 시스템의 출력 전압을 배터리 규격에 따라 전압 강하시켜 출력하는 강압 회로를 구비하고, CC-CV 충전 방식에 따라 배터리 충전 동작을 수행하는 충전부; 상기 폐배터리 모두가 일괄 방전하는 전압을 인버터 규격에 따라 승압시켜 출력하는 승압 회로를 구비하는 방전부; 상기 충전부와 상기 다수의 폐배터리 사이에 각각 위치되는 다수의 제1 스위치와, 상기 다수의 폐배터리와 상기 방전부 사이에 각각 위치되는 다수의 제2 스위치로 구성되는 스위칭부; 및 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 상기 충전부에 순차 연결시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 상기 방전부에 일괄 연결하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The battery control unit includes a step-down circuit for outputting the voltage drop of the output voltage of the new and renewable energy system according to the battery standard, the charging unit for performing a battery charging operation according to the CC-CV charging method; A discharge unit having a boosting circuit that boosts and outputs the voltage discharged by all of the waste batteries according to an inverter standard; A switching unit composed of a plurality of first switches located between the charging unit and the plurality of waste batteries, and a plurality of second switches respectively located between the plurality of waste batteries and the discharge unit; And adjusting the battery charging order according to the state of each battery in the waste battery, and when the battery is charged, sequentially connect the waste batteries to the charging unit one by one according to the battery charging order, and when discharging the battery, discharge all of the waste batteries to the room. It characterized in that it comprises a switching control unit for collective connection to all.

상기 시스템은 신재생 에너지 시스템 생산 전력, 부하 소비 전력, 배터리 동작 모드, 폐배터리별 배터리 상태, 폐배터리별 충방전량 중 적어도 하나를 모니터링하여 사용자 안내하거나, 사용자 제어값에 따라 시스템 구동환경을 수동 조정하는 모니터링부를 더 포함할 수 있다. The system monitors or guides at least one of the renewable energy system production power, load consumption power, battery operation mode, battery status per waste battery, and charge / discharge amount per waste battery, or manually adjusts the system driving environment according to user control values It may further include a monitoring unit.

상기 인버터는 헤릭 토폴로지 방식으로 구현되어, 상기 에너지 관리부에 의해 PWM 제어되는 되는 것을 특징으로 한다. The inverter is implemented in a helix topology, characterized in that PWM control by the energy management unit.

본 발명은 전기자동자 등에 이용되었던 대용량의 폐배터리를 재활용할 수 있도록 함으로써, 가정용으로 사용되는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템의 구현 비용을 획기적으로 감소할 수 있도록 한다. 또한 대용량의 폐배터리의 재활용을 통해 배터리 오남용으로 인한 환경 파괴를 최소화할 수 있도록 한다. The present invention makes it possible to recycle large-capacity waste batteries used in electric vehicles, etc., thereby significantly reducing the implementation cost of a standalone home energy storage system used for home use. In addition, it is possible to minimize the destruction of the environment due to battery misuse through recycling of large-capacity waste batteries.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(130)의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 화면의 일례를 도시한 도면이다. 1 is a view showing a waste battery-based energy storage system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a waste battery-based energy storage system according to another embodiment of the present invention.
3 is a view showing a detailed configuration of a battery control unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a detailed configuration of the inverter 130 according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing an example of a monitoring screen according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.The objectives and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them, will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 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. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms. Only the present examples are provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, the scope of the invention being defined by the scope of the claims. It just works. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다. 1 is a view showing a waste battery-based energy storage system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 에너지 저장 시스템(100)은 BMS(Battery Management System)(210)가 내장된 다수의 폐배터리(200)를 이용하여 태양광 발전 시스템(310) 및 풍력 시스템(320)과 같은 신재생 에너지 시스템(300)의 발전 전력을 저장 및 공급할 수 있으며, 이는 마스터 BMS(110), 배터리 제어부(120), 인버터(130), 에너지 관리부(140) 및 모니터링부(160) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the energy storage system 100 of the present invention uses a plurality of waste batteries 200 with a built-in BMS (Battery Management System) 210, and a solar power generation system 310 and a wind power system 320 ) Can store and supply the generated power of the renewable energy system 300, such as the master BMS 110, the battery control unit 120, the inverter 130, the energy management unit 140 and the monitoring unit 160, etc. It may include.

다수의 폐배터리(110)는 전기자동차용 폐 리튬이온 배터리 등과 같이, 배터리 효율이 떨어진 대용량의 배터리로 모두 구현될 수 있다. 즉, 가정용 ESS는 전기자동차에 비해 저용량의 배터리를 필요로 하는 특징을 고려하여, 본 발명은 전기자동차용 폐 리튬이온 배터리를 가정용 ESS용으로 활용하도록 한다. 이는 전기자동차용 폐 리튬이온 배터리의 효율이 저하되더라도 남아 있는 에너지 저장 능력이 가정용의 ESS로 활용되기에 충분하기 때문이다. The plurality of waste batteries 110 may be all implemented as a large-capacity battery with low battery efficiency, such as a waste lithium-ion battery for an electric vehicle. That is, the household ESS considers a feature that requires a low-capacity battery compared to the electric vehicle, and the present invention uses the waste lithium-ion battery for the electric vehicle for the household ESS. This is because even if the efficiency of the waste lithium-ion battery for an electric vehicle decreases, the remaining energy storage capacity is sufficient to be used as an ESS for home use.

그리고 폐배터리(110)에 기본 내장된 BMS(111)는 슬레이브 BMS로써 활용되며, 이는 배터리 상태(배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등)을 측정 및 통보하거나, 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작 등을 수행한다. In addition, the BMS 111 built into the waste battery 110 is utilized as a slave BMS, which measures and notifies the battery state (voltage, current, temperature, etc. of the battery cell), or performs cell balancing operations. Perform.

마스터 BMS(110)은 슬레이브 BMS(111) 각각을 인식 및 등록하고, 이들과의 통신 채널(예를 들어, 캔(CAN) 통신)을 형성하도록 한다. 그리고 슬레이브 BMS(111) 각각을 통해 획득된 배터리 상태를 기반으로 과전압 과전류를 감시하고 차단하거나, 셀 밴런싱 정보를 생성하여 슬레이브 BMS(111) 각각에 제공하도록 한다. The master BMS 110 recognizes and registers each of the slave BMSs 111 and establishes a communication channel therewith (eg, CAN communication). In addition, the overvoltage overcurrent is monitored and blocked based on the battery state acquired through each of the slave BMS 111, or cell vanishing information is generated to be provided to each of the slave BMS 111.

배터리 제어부(120)는 마스터 BMS(110)을 통해 확인된 폐배터리(110) 각각의 배터리 상태(예를 들어, SOC(state of charge))를 기반으로 배터리 충전 순서를 조정하도록 한다. 그리고 에너지 관리부(140)의 제어하에 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 다수의 폐배터리를 하나씩 선택하여 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 다수의 폐배터리를 일괄 방전시키도록 한다. 또한 SOC가 기 설정값 이하인 폐배터리가 검출되면, 해당 폐배터리의 사용, 즉 충방전을 중단할 수 있도록 한다. The battery controller 120 adjusts the battery charging order based on the battery state (for example, a state of charge (SOC)) of each of the waste batteries 110 identified through the master BMS 110. In addition, when the battery is charged under the control of the energy management unit 140, the plurality of waste batteries are selected one by one in order according to the battery charging order, and when the battery is discharged, the plurality of waste batteries are discharged collectively. In addition, when a waste battery having a SOC equal to or less than a preset value is detected, use of the waste battery, that is, charging and discharging can be stopped.

인버터(130)는 신재생 에너지 시스템(300)의 발전 전력, 다수의 폐배터리(110)에 충전된 전력 중 적어도 하나를 이용하여, 부하에서 필요로 하는 전력을 생성 및 공급하도록 한다. The inverter 130 uses at least one of power generated by the renewable energy system 300 and power charged in the plurality of waste batteries 110 to generate and supply power required by the load.

에너지 관리부(140)는 신재생 에너지 시스템의 발전 전력, 부하의 소비 전력, 전력 수요 예측량 등을 기반으로 최대전력지점(Maximum Power Point Tracking) 을 산출하고, 이에 따라 인버터(130)를 PWM 제어하도록 한다. The energy management unit 140 calculates the maximum power point (Maximum Power Point Tracking) based on the generated power of the new and renewable energy system, the power consumption of the load, and the amount of power demand forecast, and accordingly controls the PWM of the inverter 130 .

또한, 본 발명의 에너지 관리부(140)는 신재생 에너지 시스템의 발전 전력, 부하의 소비 전력, 및 배터리 충전 전력을 기반으로 배터리 제어부(120)의 동작 모드를 수시 조정할 수 있도록 한다. 즉, 잉여 전력이 발생하였거나 배터리 충전 전력이 임계치 이하가 되는 경우에는 배터리 제어부(120)가 배터리 충전 모드로 구동되도록 하고, 부족 전력이 발생하는 경우에는 배터리 제어부(120)가 배터리 방전 모드를 구동되도록 한다. 특히, 소프트 스타터 기능을 탑재하여, 충 방전시의 급격한 변동을 방지할 수도 있도록 한다. In addition, the energy management unit 140 of the present invention allows the operating mode of the battery control unit 120 to be adjusted at any time based on the generated power of the renewable energy system, the power consumption of the load, and the battery charging power. That is, when surplus power is generated or when the battery charging power is less than or equal to a threshold, the battery control unit 120 is driven in the battery charging mode, and when the insufficient power is generated, the battery control unit 120 is driven in the battery discharge mode. do. In particular, it is equipped with a soft starter function to prevent sudden fluctuations during charging and discharging.

그리고 본 발명의 시스템은 태양광 발전 시스템(310) 및 풍력 시스템(320)의 출력 전압이 인버터 규격과 상이할 수 있음을 고려하여, 태양광 발전 시스템(310) 및 풍력 시스템(320)의 출력 전력(예를 들어, 80V, 8A)을 인버터 규격(예를 들어, 220V, 3kW)에 따라 승압(또는 강압)할 수 있도록 하는 DC/DC 컨버터(161)를 추가 구비할 수도 있도록 한다. And the system of the present invention, considering that the output voltage of the photovoltaic system 310 and the wind power system 320 may be different from the inverter standard, the output power of the photovoltaic power generation system 310 and the wind power system 320 (For example, 80V, 8A) may be further provided with a DC / DC converter 161 to boost (or step down) according to an inverter standard (eg, 220V, 3kW).

또한, 신재생 에너지 시스템이 직류 전압이 아닌 교류 전압 형태로 생산 전력을 제공하는 경우를 대비하여, 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있도록 하는 AC/DC 컨버터(162)도 추가 구비할 수 있도록 한다. In addition, in case the new and renewable energy system provides production power in the form of AC voltage instead of DC voltage, an AC / DC converter 162 capable of converting AC voltage into DC voltage can be additionally provided. .

뿐 만 아니라, 도 2에서와 같이 마스터 BMS(110), 배터리 제어부(120), 인버터(130), 및 에너지 관리부(140)와 동작 연계되는 모니터링부(160)를 추가 구비하고, 이를 시스템을 통해 수집 및 생성되는 모든 정보를 파악하고, 이를 사용자에게 시청각적으로 알려줄 수 있도록 한다. 예를 들어, 신재생 에너지 시스템의 생산 전력, 부하의 소비 전력, 배터리 동작 모드, 폐배터리 각각의 배터리 상태, 상기 폐배터리 각각의 충전 또는 방전량을 모니터링하여 사용자에게 시청각적으로 안내할 수 있도록 한다. In addition, as shown in FIG. 2, the master BMS 110, the battery control unit 120, the inverter 130, and the energy management unit 140 and the monitoring unit 160 that is connected to the operation is further provided, through the system It grasps all the information collected and generated, and allows the user to be visually informed. For example, the production power of the new and renewable energy system, the power consumption of the load, the battery operation mode, the battery status of each waste battery, and the amount of charge or discharge of each waste battery can be monitored to guide the user through audiovisual. .

그리고 모니터링부(160)는 시스템을 통해 수집 및 생성되는 모든 정보를 기반으로 고장 발생 여부를 확인 및 통보할 수 있도록 한다. 또한 사용자 입력 수단을 구비하고, 이를 통해 사용자가 수동 입력하는 각종 제어값에 따라 시스템 구동환경을 조정할 수도 있도록 한다. 예를 들어, 배터리 구동을 일시 중지하거나, 배터리 동작 모드를 강제 변경하거나, 전력 수요 예측량을 설정 또는 변경하는 등의 동작을 수행할 수 있도록 한다. In addition, the monitoring unit 160 can check and notify whether a failure has occurred based on all information collected and generated through the system. In addition, a user input means is provided, and the system driving environment can be adjusted according to various control values manually input by the user. For example, it is possible to perform operations such as pausing battery operation, forcibly changing a battery operation mode, or setting or changing a power demand prediction amount.

다만, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 단일 시스템 형태로 구현될 수 있으나, 모니터링부(160)와 같은 장치가 별도 장치로 분리되는 분산 시스템 형태로 구현될 수 있도록 한다. However, the energy storage system of the present invention may be implemented as a single system type, but allows a device such as the monitoring unit 160 to be implemented as a distributed system separated into separate devices.

이와 같이, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 전기 자동차에 적용되는 20kW 이상의 폐배터리의 경우, 효율이 저하되어 전기자동차에서 더 이상 사용할 수 없더라도 가정용 ESS로 사용할 정도의 충분한 에너지 저장 능력을 가짐을 고려하여, 전기자동차용 폐배터리를 가정용 ESS용으로 재활용할 수 있도록 한다.As described above, considering that the energy storage system of the present invention has a sufficient energy storage capacity enough to be used as a household ESS even if it is no longer usable in an electric vehicle because efficiency is lowered in the case of a waste battery of 20 kW or more applied to an electric vehicle, It makes it possible to recycle waste batteries for electric vehicles for household ESS use.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어부의 상세 구성을 도시한 도면이다. 3 is a view showing a detailed configuration of a battery control unit according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 발명의 배터리 제어부(120)은 충전부(121), 방전부(122), 스위칭부(123), 및 스위칭 제어부(124) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the battery control unit 120 of the present invention may include a charging unit 121, a discharging unit 122, a switching unit 123, and a switching control unit 124.

충전부(121)는 신재생 에너지 시스템의 출력 전압(예를 들어, 80V)을 배터리 규격(예를 들어, 48V)에 따라 전압 강하시켜 폐배터리(200) 각각에 순차 제공하는 강압 회로를 구비하고, 이를 통해 폐배터리 충전을 수행하도록 한다. The charging unit 121 includes a step-down circuit for sequentially dropping the output voltage (for example, 80V) of the new and renewable energy system according to a battery standard (for example, 48V) to each of the waste batteries 200, Through this, the waste battery is charged.

본 발명의 충전부(121)는 배터리 충전량이 기 설정값(예를 들어, 80%) 이하인 경우에는 전류 모드(CC mode )에 따라 배터리를 충전하고, 기 설정값 보다 전압 모드(CV mode)에 따라 배터리를 충전하도록 한다. 그리고 인버터내 DC-Link가 기 설정값(예를 들어, 70V 이하)인 경우에는 충전을 보류함으로써, 부하로의 전력 공급이 항상 우선될 수 있도록 한다. The charging unit 121 of the present invention charges the battery according to the current mode (CC mode) when the battery charge is less than or equal to a preset value (for example, 80%), and according to the voltage mode (CV mode) rather than the preset value. Charge the battery. In addition, when the DC-Link in the inverter is at a preset value (eg, 70 V or less), charging is withheld, so that power supply to the load is always given priority.

방전부(122)는 다수의 폐배터리가 일괄 방전하는 전압(예를 들어, 48V)을 인버터 규격(예를 들어, 220V)에 따라 승압시켜 출력하는 승압 회로를 구비하고, 이를 통해 패배터리 방전을 수행하도록 한다. The discharge unit 122 includes a boosting circuit that boosts and outputs a voltage (for example, 48V) discharged by a plurality of waste batteries in accordance with an inverter standard (for example, 220V), through which the discharge of the battery is performed. Do it.

스위칭부(123)은 충전부(121)와 다수의 폐배터리(200) 사이에 각각 위치되어 스위칭 제어부(124)에 의해 동작 제어되는 다수의 제1 스위치(SW1)와, 다수의 폐배터리(200)와 방전부(122) 사이에 위치되어 스위칭 제어부(124)의 제어하에 동작 제어되는 다수의 제2 스위치(SW2)로 구성된다. The switching unit 123 is positioned between the charging unit 121 and the plurality of waste batteries 200, and the plurality of first switches SW1 and the plurality of waste batteries 200 are operated and controlled by the switching control unit 124, respectively. It is composed of a plurality of second switches (SW2) is located between the discharge unit 122 and controlled by the control of the switching control unit 124.

스위칭 제어부(124)는 폐배터리(200) 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하도록 한다. 그리고 배터리 충전시에는 배터리 충전 순서에 따라 다수의 제1 스위치(SW1)를 순차 제어하여 폐배터리(200)를 하나씩 충전부(121)에 순차 연결시키고, 배터리 방전시에는 다수의 제2 스위치(SW2)를 일괄 제어하여 다수의 폐배터리(100)를 방전부(122)에 일괄 연결하도록 한다. The switching control unit 124 adjusts the battery charging order according to the battery state of each of the waste batteries 200. In addition, when the battery is charged, the plurality of first switches SW1 are sequentially controlled according to the battery charging order to sequentially connect the waste batteries 200 to the charging unit 121 one by one, and when the battery is discharged, the plurality of second switches SW2 The batch control is performed to collectively connect the plurality of waste batteries 100 to the discharge section 122.

이와 같이, 본 발명의 배터리 제어부(120)는 신재생 에너지 시스템의 발전 전력을 폐배터리(200)를 통해 일시 저장시킨 후 필요시에 공급해줄 수 있도록 한다. As described above, the battery control unit 120 of the present invention allows the generated power of the renewable energy system to be temporarily stored through the waste battery 200 and then supplied when necessary.

특히, 폐배터리의 경우, 에너지 저장 용량이 서로 상이하며, 에너지 저장 용량에 따라 충전 및 방전에 소요되는 시간이 달라짐을 고려하여, 폐배터리 방전은 일괄적으로 수행하되, 폐배터리 충전은 에너지 저장 능력이 낮은 순으로 순차 수행될 수 있도록 한다. 이러한 경우, 에너지 저장 능력이 큰 폐배터리 일부가 방전을 수행하는 동안, 에너지 저장 능력이 작은 폐배터리 일부를 충전할 수 있게 되어, 폐배터리 사용 효율이 획기적으로 증대될 수 있게 된다. In particular, in the case of a waste battery, considering that the energy storage capacity is different from each other, and the time required for charging and discharging varies according to the energy storage capacity, the waste battery discharge is performed collectively, but the waste battery charging is an energy storage capacity. It is possible to sequentially perform in this low order. In this case, while a portion of the waste battery having a large energy storage capacity is performing discharge, a portion of the waste battery having a small energy storage capacity can be charged, so that the efficiency of using the waste battery can be significantly increased.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(130)의 상세 구성을 도시한 도면이다. 4 is a view showing a detailed configuration of the inverter 130 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 인버터(130)는 헤릭 토폴로지(heric topology) 방식으로 구현되며, 4개의 트랜지스터(S1~S4)로 구성된 제1 브릿지 회로(131), 제1 브릿지 회로의 양 출력단 사이에 연결된 4개의 다이오드(D1~D4)로 구성된 제2 브릿지 회로(132), 제2 브릿지 회로(132)에 병렬 연결된 2개의 트랜지스터(S5,S6), 제1 브릿지 회로(131)의 양 출력단 각각에 연결된 2개의 인덕터(Lr), 2개의 인덕터(Lr) 사이에 연결된 DC-Link(Cr) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the inverter 130 of the present invention is implemented in a heric topology, and includes first outputs of the first bridge circuit 131 and the first bridge circuit composed of four transistors S1 to S4. The second bridge circuit 132 composed of four diodes D1 to D4 connected therebetween, two transistors S5 and S6 connected in parallel to the second bridge circuit 132, and both output terminals of the first bridge circuit 131 It may include two inductors (Lr) connected to each, a DC-Link (Cr) connected between the two inductors (Lr).

이와 같이 구성되는 본 발명의 인버터(130)는 에너지 방전시에는 제1 브릿지 회로(131)의 상단 S1,S3는 주 PWM(Pulse Width Modulation)으로 하고 하단 S2,S4는 S1,S3을 보조하여 셀프 레그 오프(Self Leg Off) 시에는 통전 상태를 유지하도록 한다. 헤릭 토폴로지용 S5,S6는 출력 전위에 따라 온/오프 하여 헤릭 기능을 수행하도록 한다. When the energy is discharged, the inverter 130 of the present invention configured as described above is a primary PWM (Pulse Width Modulation) of the first bridge circuit 131, and the lower S2, S4 assists S1, S3 to self. In the case of self-leg off, keep the energized state. S5, S6 for the helix topology is performed on / off according to the output potential to perform the helix function.

그리고 에너지 충전 시에는 S1, S3을 Off 상태로 유지하고 S2,S4에 의해 승압 기능을 수행하여 DC-Link(Cr)의 전압을 충전가능, 또는 Sola DC Bus와 균형을 이룰 수 있도록 설정치 혹은 플러그 앤 플레이(Plug&Play)에서 조절된 전압으로 상승시키도록 한다. And when charging energy, S1, S3 are kept off and boosted by S2, S4 to charge the voltage of DC-Link (Cr), or set value or plug and plug to balance the Sola DC Bus. Try to increase the voltage by adjusting the voltage in Play & Play.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 화면의 일례를 도시한 도면이다. 5 is a view showing an example of a monitoring screen according to an embodiment of the present invention.

도 5을 참고하면, 본 발명은 모니터링부(160)는 배터리 모니터링 메뉴, 인버터 모니터링 메뉴, 동작 설정 메뉴, 경보 기록 열람 메뉴 등과 같은 각종 메뉴를 구비하는 모니터링 화면을 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다. Referring to FIG. 5, according to the present invention, the monitoring unit 160 may generate and provide a monitoring screen having various menus such as a battery monitoring menu, an inverter monitoring menu, an operation setting menu, and an alarm record viewing menu.

배터리 모니터링 메뉴를 통해서는 폐배터리 각각의 상태값, 폐배터리에 기반한 전력 충방전량 등을 사용자에게 안내할 수 있도록 한다. 또한 SOC가 기 설정값 이하로 저하되는 폐배터리가 검출되면, 해당 폐배터리의 사용이 더 이상 불가능함을 확인하여, 사용자에게 해당 배터리의 교체를 요청하는 경보 메시지를 생성 및 제공할 수 있도록 한다. Through the battery monitoring menu, it is possible to guide the user to the state value of each waste battery and the amount of charge and discharge based on the waste battery. In addition, when a waste battery in which the SOC is lowered below a preset value is detected, it is confirmed that the use of the waste battery is no longer possible, and an alarm message requesting the user to replace the corresponding battery can be generated and provided.

그리고 인버터 모니터링 메뉴를 통해서는 신재생 에너지 시스템의 전력 생산량, 인버터 입력 전력(즉, DC 버스를 통해 인버터에 입력되는 전력(예를 들어, 신재생 에너지 시스템의 생산 전력, 배터리의 방전 전력), 인버터 출력 전력 등을 사용자 안내하도록 한다. And through the inverter monitoring menu, the power output of the renewable energy system, the input power of the inverter (that is, the power input to the inverter through the DC bus (for example, the production power of the renewable energy system, the discharge power of the battery), the inverter Let the user guide the output power.

동작 설정 메뉴를 통해서는 사용자에 의해 수동 조작될 수 있는 인터페이싱 수단을 구비하고, 이를 통해 획득되는 사용자 제어값에 따라 배터리 구동을 일시 중지하거나, 배터리 동작 모드를 강제 변경하거나, 전력 수요 예측량을 설정 또는 변경할 수 있도록 한다. An operation setting menu is provided with an interfacing means that can be manually operated by the user, and temporarily stops the battery operation, forcibly changes the battery operation mode, or sets a power demand prediction amount according to the user control value obtained through the user. Make changes.

경보 기록 열람 메뉴를 통해서는 사용자가 시간, 장치 등의 기준으로 고장 발생 내역, 폐배터리 교체 요청 내역 등을 검색 및 열람할 수 있도록 한다. Through the alarm record viewing menu, the user can search for and view the breakdown of breakdown and request for replacement of the waste battery based on time, device, etc.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (7)

BMS(Battery Management System)가 내장된 다수의 폐배터리를 이용하여 에너지 저장 서비스를 제공하는 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템에 있어서,
상기 폐배터리 각각의 BMS를 슬레이브 BMS로 인식 및 등록하고, 상기 슬레이브 BMS 각각을 통해 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태를 모니터링하는 마스터 BMS;
상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 일괄 방전시키는 배터리 제어부;
신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 상기 폐배터리 각각의 충전 전력을 기반으로 부하 전력을 생성 및 제공하는 인버터; 및
상기 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 부하의 소비 전력을 모니터링 및 분석하여 상기 인버터를 MPPT 제어함과 동시에 상기 배터리 제어부의 동작 모드를 결정 및 조정하는 에너지 관리부를 포함하는 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템. In a waste battery-based energy storage system that provides energy storage service using a plurality of waste batteries with a built-in BMS (Battery Management System),
A master BMS that recognizes and registers each BMS of the waste batteries as a slave BMS, and monitors the battery status of each of the waste batteries through each of the slave BMSs;
A battery control unit that adjusts a battery charging order according to the state of each battery of the waste batteries, sequentially charges the waste batteries one by one according to the battery charging order, and discharges all of the waste batteries in a batch when a battery is discharged;
An inverter that generates and provides load power based on the generated power of the renewable energy system and the charged power of each of the waste batteries; And
A waste battery-based energy storage system comprising an energy management unit that monitors and analyzes the generated power of the renewable energy system and the power consumption of the load to control and control the inverter while simultaneously determining and adjusting the operation mode of the battery control unit. 제1항에 있어서, 상기 폐배터리는
전기자동차용 대용량 배터리인 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the waste battery
A standalone home energy storage system based on a waste battery, characterized by a large capacity battery for an electric vehicle. 제1항에 있어서, 상기 배터리 제어부는
배터리 충전 동작을 에너지 저장 능력이 낮은 배터리 순으로 순차 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the battery control unit
A standalone household energy storage system based on a waste battery, characterized in that the battery charging operation is sequentially performed in the order of a battery having a low energy storage capacity. 제1항에 있어서, 상기 배터리 제어부는
SOC(state of charge)가 기 설정값 이하인 폐배터리가 검출되면, 상기 검출 폐배터리의 사용을 중단하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the battery control unit
A waste battery-based stand-alone home energy storage system further comprising a function of stopping the use of the detected waste battery when a waste battery having a SOC of less than or equal to a preset value is detected. 제1항에 있어서, 상기 배터리 제어부는
상기 신재생 에너지 시스템의 출력 전압을 배터리 규격에 따라 전압 강하시켜 출력하는 강압 회로를 구비하고, CC-CV 충전 방식에 따라 배터리 충전 동작을 수행하는 충전부;
상기 폐배터리 모두가 일괄 방전하는 전압을 인버터 규격에 따라 승압시켜 출력하는 승압 회로를 구비하는 방전부;
상기 충전부와 상기 다수의 폐배터리 사이에 각각 위치되는 다수의 제1 스위치와, 상기 다수의 폐배터리와 상기 방전부 사이에 각각 위치되는 다수의 제2 스위치로 구성되는 스위칭부; 및
상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 상기 충전부에 순차 연결시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 상기 방전부에 일괄 연결하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the battery control unit
A charging unit having a step-down circuit for outputting the voltage of the renewable energy system by dropping the voltage according to a battery standard, and performing a battery charging operation according to a CC-CV charging method;
A discharge unit having a boosting circuit that boosts and outputs the voltage discharged by all of the waste batteries according to an inverter standard;
A switching unit composed of a plurality of first switches located between the charging unit and the plurality of waste batteries, and a plurality of second switches respectively located between the plurality of waste batteries and the discharge unit; And
The battery charging order is adjusted according to the state of each battery in the waste battery, and when the battery is charged, the waste batteries are sequentially connected to the charging unit one by one according to the battery charging order, and when the battery is discharged, all the waste batteries are discharged. Independent household energy storage system based on a waste battery, characterized in that it comprises a switching control unit connected in bulk. 제1항에 있어서,
신재생 에너지 시스템 생산 전력, 부하 소비 전력, 배터리 동작 모드, 폐배터리별 배터리 상태, 폐배터리별 충방전량 중 적어도 하나를 모니터링하여 사용자 안내하거나, 사용자 제어값에 따라 시스템 구동환경을 수동 조정하는 모니터링부를 더 포함하는 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.According to claim 1,
A monitoring unit that monitors at least one of the renewable energy system production power, load consumption power, battery operation mode, battery status per waste battery, and charge / discharge amount per waste battery, or manually adjusts the system driving environment according to user control values. Including a waste battery-based stand-alone home energy storage system further comprising. 제1항에 있어서, 상기 인버터는
헤릭 토폴로지 방식으로 구현되어, 상기 에너지 관리부에 의해 PWM 제어되는 되는 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the inverter
A waste battery-based standalone home energy storage system, characterized in that it is implemented in a helix topology and is PWM controlled by the energy management unit.
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