KR20220014737A - 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템 - Google Patents

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KR20220014737A
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박준영
조용진
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유한회사 세레스
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Abstract

본 발명은 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레독스 플로우 배터리의 전압, 전류, 전해액 유량, 온도, 압력, 레벨 정보를 수집하고, 수집된 정보에 따라 레독스 플로우 배터리를 자동으로 제어 및 관리할 수 있는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템은 레독스 플로우 배터리의 전해액 유량, 온도, 레벨 및 스택의 충전상태 정보를 획득하고, 획득된 정보를 통해 전력변환장치 즉 인버터의 작동 및 배터리를 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 레독스 흐름전지의 충전 및 방전 상태에 따라 과충전 및 과방전 시 인버터와 레독스 흐름 전지 사이의 보호릴레이를 동작시킬 수 있고, 충전상태 추정이 가능하며, 서버에 의한 통합 모니터링 및 에너지 통합 관제 환경을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 로컬 사이트별로 실시간 충전 전력량 및 소비 전력량을 파악할 수 있도록 모니터링하고, 모바일 앱을 통해 각종 정보를 실시간 조회 및 수정할 수 있다.

Description

레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템{Smart Battery Management System for Redox Flow Battery}
본 발명은 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레독스 플로우 배터리의 전압, 전류, 전해액 유량, 온도, 압력, 레벨 정보를 수집하고, 수집된 정보에 따라 레독스 플로우 배터리를 자동으로 제어 및 관리할 수 있는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템에 관한 것이다.
석유를 비롯한 화석연료 사용으로 지구촌이 심각한 기후변화를 격으면서 화석에너지 사용에 대한 제약이 점점 심화되고 있다. 이에 따라 미국, 일본, 유럽 등 주요 선진국들은 에너지 산업과 관련, 국가적 차원에서 규제와 지원을 강화하고 있으며, 학계와 연구소는 에너지 관련 기술개발과 사업화 연구를 진행하고 있고, 기업들은 새로운 기술을 기반으로 신 시장 개척에 나서고 있다. 에너지산업은 이제 ICT와 결합하면서 유통과 거래, 관리기술에 혁신을 가져오고 있다. 또한 재생가능 에너지, 에너지관리시스템, 가상발전소, 마이크로 그리드, 전기자동차 등 새로운 시장과 산업이 창출되고 있으며, 그 핵심에는 에너지저장시스템(ESS)이 있다.
ESS는 전력을 저장해 필요할 때 공급함으로써 전력이용효율을 높여주는 시스템이다. 전기요금이 저렴할 때 전력을 저장한 후 전기요금이 비싼 피크 시간대에 사용할 수 있게 되어 수요관리에 혁신을 가져올 수 있다.
태양광, 풍력 등 신재생에너지가 각광을 받으면서 실용화 보급이 진행되고 있는 상황에서 대규모 태양광발전 및 풍력발전 단지에는 입지환경이나 자연조건에 무관한 에너지저장 시스템이 필요하다. 생산과 동시에 소비되어야 하는 전기의 생산-소비 패러다임을 생산-저장-소비 패러다임으로 바꾼 것이다. ESS 사용으로 신재생출력이 안정되고 에너지 활용 효율성도 높일 수 있어 주요 에너지 강국들은 에너지 분야의 핵심 성장동력으로 집중 지원하고 있다.
ESS는 에너지를 저장하는 방식에 따라 리튬전지, 나트률황전지, 리독스플로우배터리, 슈퍼커패시터 등의 배터리 방식과 양수, 압축공기저장, 플라이휠 등의 비배터리 방식으로 나눌 수 있다. 또 ESS의 용도에 따라 주파수 조절용, 피크감소용, 신재생출력 안정용 등으로 나눌 수 있다.
리튬전지(LiB)는 양극-음극간 리튬이온 이동에 의해 에너지가 저장되며 고에너지밀도와 고에너지 효율을 얻을 수 있는 것이 장점이다. 크게 양극, 음극, 전해질의 세 부분으로 나눌 수 있는데, 다양한 종류의 물질들이 이용될 수 있다. 음극에는 흑연이 가장 많이 사용되고 있다. 양극에는 층상의 리튬코발트산화물과 같은 산화물, 인산철리튬(LiFePO4)과 같은 폴리음이온, 리튬망간 산화물, 스피넬 등이 쓰인다. 음극, 양극과 전해질로 어떤 물질을 사용하느냐에 따라 전지의 전압과 수명, 용량, 안정성 등이 크게 달라진다.
최근에는 나노기술을 활용하여 전지의 성능을 높이고 있다. 다만 가격이 비싸고 대용량 셀을 구현하는데 어려움이 있지만, 최근 초소형으로 대용량 셀 구현기술이 속속 개발되고 있다.
나트륨-황전지(NaS)는 용융상태의 Na과 S 반응으로 전기를 저장한다. 사이클 수명이 길고 높은 에너지밀도를 얻을 수 있으면서도 저렴하고 자가방전이 거의 없어 대용량 전력저장시스템에 적합하다. NaS 전지는 양극(S), 음극(Na), 고체전해질 및 분리막(Al2O3)으로 구성된다. 양극 활물질인 황은 부도체이기 때문에 도전재인 탄소섬유(carbon felt)에 함침시켜 사용해야 하므로, 양극재 구성 및 특성에 따라 전지성능이 크게 달라진다.
레독스 플로우 배터리(RFB)는 전해액 중의 활물질이 산화·환원(redox) 반응에 의해 충방전되는 시스템으로서 전해액의 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 저장하는 전기화학적 축전장치이다. 전해질은 외부의 탱크에 액체상태로 저장되어 있으며 충방전과정 중에 펌프를 통하여 셀 내부로 공급되는 플로우 전지이다. 반응은 가역적인 전기화학 반응으로 효율이 높고 활물질 자체는 수명 제한이 없으며 유지보수 비용이 매우 낮고 상온에서 작동하며 환경 문제가 적어 대용량 에너지저장장치로서 적합하다. 에너지밀도와 효율이 낮은 것이 단점이다.
슈퍼캐패시터는 이온의 표면에 전기화학적 흡착으로 전기를 저장한다. 슈퍼캐패시터는 축전용량이 대단히 큰 캐패시터로 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor) 또는 우리말로 초고용량 캐패시터라고 한다. 학술적인 용어로는 기존의 정전기식(electrostatic) 또는 전해식(electrolytic)과 구분해 전기화학식 캐패시터(electrochemical capacitor)라고 불린다. 슈퍼캐패시터는 화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용한다. 이에 따라 급속 충방전이 가능하고 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성으로 보조배터리나 배터리 대체용으로 사용된다.
여러 가지 에너지저장장치 중 대용량 이차전지가 매우 유력한 에너지저장 시스템으로 전망되고 있다. 그 중에서도 레독스 플로우 배터리(RFB, Redox Flow Battery)는 수명이 2만 사이클 및 20년으로 매우 길고, 출력과 에너지를 완벽하게 독립적으로 설계할 수 있어 2시간 이상의 출력지속시간을 갖는 장주기 ESS용 2차전지 중 가장 유력한 기술로 거론되고 있다.
레독스 플로우 배터리는 기존 2차전지와는 달리 전해액(electrolytes) 내의 활물질(active material)이 산화-환원되어 충방전되는 시스템으로 전기에너지를 전해액의 화학적 에너지로 저장시키는 전기화학적 축전장치이다. 실제 전기 화학적 반응은 스택(stack)에서 일어나고 전해액을 유체펌프를 이용하여 스택 내부에 지속적으로 순환시킴으로써 작동한다.
그러나, 레독스 플로우 배터리는 그 구성상 전해액의 흐름, 유량 체크 등의 정보를 확인하기 어렵고, 이에 따른 레독스 플로우 배터리 전체의 이상 유무를 정확하게 판단하기 어렵다.
또한, 레독스 플로우 배터리는 전해액의 온도 상승에 따라 셀 및 스택의 효율이 감소하는 특성으로 인해 설치 장소, 전해질 탱크 주위의 냉각 시스템 제어가 매우 중요하나, 종래에는 전해질 온도에 따른 제어 방식으로만 구성되어 배터리 효율이 저하되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 10-2016-0087034 대한민국 공개특허 10-2016-0059974 대한민국 공개특허 10-2020-0041121
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 각종 센서들을 통해 레독스 플로우 배터리의 셀 전압, 스택 전압, 스택 전류, 전해액 온도, 전해액 유량, 전해액 탱크 레벨, 충전 및 방전 상태, 잔존 용량, 각 셀의 이상 정보 등의 상태정보를 실시간 수집 및 모니터링하여 배터리의 상태를 정확하게 파악하고, 수집 정보에 따라 자동으로 배터리를 실시간 제어 및 관리함으로써 최적화된 배터리 성능을 구현할 수 있는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템은 레독스 플로우 배터리 스택의 전압 및 전류 정보와, 레독스 플로우 배터리의 전해액 온도 정보와, 유량 정보와, 레벨 정보를 각각 측정하는 센싱모듈과; 상기 센싱모듈에 연결되어 상기 센싱모듈에서 측정된 정보들을 수집하고, 수집된 정보를 기반으로 레독스 플로우 배터리의 충전상태 정보를 산출하며, 태양광발전설비에서 발전된 전력을 상기 레독스 플로우 배터리에 충전하거나 상기 레독스 플로우 배터리에 충전된 전력을 전력계통으로 방전되게 하는 관리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서모듈은 상기 스텍의 전압과 전류를 각각 측정하는 전압센서 및 전류센서와, 상기 전해액의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 전해액의 유량을 측정하는 유량센서와, 상기 전해액의 레벨을 측정하는 레벨센서를 구비하고, 상기 관리모듈은 전압 및 전류 정보와, 온도 정보와, 유량 정보 및 레벨정보가 설정된 허용범위를 벗어나면, 경보부를 통해 경보신호를 송출하는 것을 특징으로 한다.
상기 센싱모듈에서 측정된 스택의 전압 및 전류 정보와, 상기 전해액의 온도 정보 및 레벨 정보와, 유량 정보와, 유압 정보와, 레벨정보 및 상기 충전량 정보를 각각 표시하는 디스플레이모듈과, 상기 디스플레이에 표시되는 정보들을 외부로 전송하는 통신모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템.
상기 전해액을 냉각시키기 위한 냉각부를 더 구비하고, 상기 관리모듈은 상기 전해액의 온도가 설정된 제1기준온도값 이상이면 상기 냉각부를 작동시키고, 설정된 제2기준온도값 이하이면 상기 냉각부의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 관리모듈은 상기 레독스 플로우 배터리가 설정된 기준방전량 이하로 방전되면 상기 레독스 플로우 배터리의 방전은 중단하고, 별도로 구비된 리튬인산철 배터리 또는 딥사이클 배터리로부터 방전되게 하며, 상기 레독스 플로우 배터리가 설정된 기준충전량 이상로 충전되면 상기 레독스 플로우 배터리의 충전은 중단하고, 별도로 구비된 리튬인산철 배터리 또는 딥사이클 배터리를 충전되게 하며, 상기 리튬인산철 배터리 또는 상기 딥사이클 배터리의 충전상태 정보를 디스플레이에 각각 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템은 레독스 플로우 배터리의 전해액 유량, 온도, 레벨 및 스택의 충전상태 정보를 획득하고, 획득된 정보를 통해 전력변환장치 즉 인버터의 작동 및 배터리를 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 레독스 흐름전지의 충전 및 방전 상태에 따라 과충전 및 과방전 시 인버터와 레독스 흐름 전지 사이의 보호릴레이를 동작시킬 수 있고, 충전상태 추정이 가능하며, 서버에 의한 통합 모니터링 및 에너지 통합 관제 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 로컬 사이트별로 실시간 충전 전력량 및 소비 전력량을 파악할 수 있도록 모니터링하고, 모바일 앱을 통해 각종 정보를 실시간 조회 및 수정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템의 제어계통을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템의 온도 조건에 따른 제어 방법을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템은 센싱모듈(100)과, 전력변환모듈(200)과, 관리모듈(300)과, 디스플레이모듈(400)과, 통신모듈(500)을 구비한다.
센싱모듈(100)은 레독스 플로우 배터리 스택(10)의 전압 및 전류 정보와, 레독스 플로우 배터리의 전해액 온도 정보와, 유량 정보와, 레벨 정보 및 유압 정보를 각각 측정하며, 측정한 정보를 관리모듈(300)에 전달한다.
센시모듈은 스택(10)의 전압을 측정하는 전압센서(101)와, 스택(10)의 전류를 측정하는 전류센서(102)와, 전해액 탱크에서 스택(10)으로 공급되는 전해액의 온도를 측정하는 온도센서와, 스택(10)에서 전해액 탱크로 회수되는 전해액의 유량을 측정하는 유량센서와, 전해액 탱크 내의 전해액 레벨을 측정하는 레벨센서 및 전해액의 유압을 측정하는 유압센서를 구비한다.
전압센서(101)는 스택(10)의 양극과 음극 사이의 전압을 실시간 측정하고, 전압센서(101)에서 측정된 전압정보는 관리모듈(300)에 즉시 전달된다.
전류센서(102)는 스택(10)의 양극과 전력변환모듈(200) 사이에 흐르는 실시간 측정하는 것으로서, 전력계통에서 공급되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 스택(10)으로 공급하거나, 스택(10)에서 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전력계통으로 공급하는 전력변환모듈(200)과 스택(10)의 양극 사이에 직렬로 접속되어 전력변환모듈(200)에서 스택(10)으로 공급되거나 스택(10)에서 전력변환모듈(200)로 공급되는 전류를 실시간 측정한다. 전류센서에서 측정된 전류정보는 관리모듈(300)에 즉시 전달된다.
온도센서는 양극 전해액 탱크(21)로부터 양극 전해액을 스택(10)으로 공급하는 양극 전해액 공급관로(22)에 설치되어 스택(10)으로 공급되는 양극 전해액의 온도를 실시간 측정하는 제1온도센서(111)와, 음극 전해액 탱크(25)로부터 음극 전해액을 스택(10)으로 공급하는 음극 전해액 공급관로(26)에 설치되어 스택(10)으로 공급되는 음극 전해액의 온도를 실시간 측정하는 제2온도센서(112)를 포함하며, 제1온도센서(111)와 제2온도센서(112)에서 측정된 온도정보는 관리모듈(300)에 즉시 전달된다.
센서모듈(100)은 양극 전해액 탱크(21) 내의 양극 전해액의 온도와, 음극 전해액 탱크(25) 내의 음극 전해액의 온도를 각각 측정하는 제3온도센서(21A)와 제4온도센서(25A)가 더 구비될 수 있다.
유량센서는 스택(10)으로 공급된 양극 전해액을 양극 전해액 탱크(21)로 회수하는 양극 전해액 회수관로(23)에 설치되어 양극 전해액 탱크(21)로 회수되는 양극 전해액의 유량을 실시간 측정하는 제1유량센서(113)와, 스택(10)으로 공급된 음극 전해액을 음극 전해액 탱크(25)로 회수하는 음극 전해액 회수관로(27)에 설치되어 음극 전해액 탱크(25)로 회수되는 음극 전해액의 유량을 실시간 측정하는 제2유량센서(114)를 포함하며, 제1유량센서(113)와 제2유량 센서에서 측정된 유량정보는 관리모듈(300)에 즉시 전달된다.
레벨센서는 양극 전해액이 저장된 양극 전해액 탱크(21)에 설치되어 양극 전해액 탱크(21) 내의 양극 전해액의 레벨을 실시간 측정하는 제1레벨센서(115)와, 음극 전해액이 저장된 음극 전해액 탱크(25)에 설치되어 음극 전해액 탱크(25) 내의 음극 전해액의 레벨을 실시간 측정하는 제2레벨센서(116)를 포함하며, 제1레벨센서(115)와 제2레벨센서(116)에서 측정된 레벨정보는 관리모듈(300)에 즉시 전달된다.
유압센서는 양극 전해액 공급관로(22)와 음극 전해액 공급관로(26)에 각각 설치되어 양극 전해액 공급관로(22)를 통해 스택(10)으로 공급되는 양극 전해액의 유압과 음극 전해액 공급관로(26)를 통해 스택(10)으로 공급되는 음극 전해액의 유압을 각각 실시간 측정하는 제1유압센서와 제2유압센서를 포함하며, 제1유압센서와 제2유압센서에서 측정된 유압정보는 관리모듈(300)에 즉시 전달된다.
관리모듈(300)은 센싱모듈(100)에 연결되어 센싱모듈(100)에서 측정된 정보들을 수집 및 모니터링하고, 수집된 정보를 기반으로 레독스 플로우 배터리의 충전상태 정보를 산출하며, 태양광발전모듈(5)에서 발전된 전력 또는 전력계통(6)으로부터 공급되는 전력을 레독스 플로우 배터리에 충전하거나 레독스 플로우 배터리에 충전된 전력을 전력계통 또는 별도로 구비된 축전부로 방전할 수 있도록 전력변환모듈(200)의 동작을 제어한다.
또한, 관리모듈(300)은 태양광발전모듈의 발전 전력량과 레독스 플로우 배터리의 전력사용량 정보를 수집 및 모니터링하며, 시간대별, 월별, 연별 단위로 분석하며, 수집된 정보 및 분석 정보는 원격지의 관제서버(600) 및 관제센터로 전송한다.
관리자(700)는 관제서버(600)에 접속하여 모바일 앱을 통해 각종 정보를 조회 및 수정할 수 있고, 실시간 정보를 확인 할 수 있다.
관리모듈(300)은 전압센서에서 측정된 전압 정보와, 전류센서에서 측정된 전류 정보가 설정된 허용전압범위 또는 허용전류범위를 벗어나는 경우 별도로 구비된 경보부를 통해 경보신호를 현장에 즉시 송출하고, 이벤트 메시지를 통신모듈(500)을 통해 관리자(700)에게 무선으로 통보할 수 있다.
또한, 관리모듈(300)은 제1온도센서(111)와 제2온도센서(112)에서 측정된 온도 정보가 설정된 허용온도범위를 벗어나는 경보부를 통해 경보신호를 현장에 즉시 송출하고, 이벤트 메시지를 통신모듈(500)을 통해 관리자(700)에게 무선으로 통보할 수 있다. 이와 동시에 관리모듈(300)은 양극 전해액 탱크(21)와 음극 전해액 탱크(25)에 각각 설치되어 양극 전해액 탱크(21)와 음극 전해액 탱크(25) 내에 저장된 양극 전해액과 음극 전해액을 각각 냉각시키기 위한 제1냉각부(31)와 제2냉각부(32)를 독립적으로 가동시킨다. 이 경우, 관리모듈(300)은 양극 전해액 또는 음극 전해액의 온도가 각각 허용온도범위의 상한치인 제1기준온도값 이상이면 제1냉각부(31) 또는 제2냉각부(32)를 즉시 작동시키고, 제1기준온도값보다 낮고 허용온도범위의 중간치 정도에 해당하는 제2기준온도값 이하이면 제1냉각부(31) 또는 제2냉각부(32)의 작동을 정지시킨다. 제1냉각부(31)와 제2냉각부(32)는 통상의 냉각팬을 적용할 수 있다.
또한, 관리모듈(300)은 제1유량센서(113)와 제2유량센서(114)에서 각각 측정된 유량 정보가 설정된 허용유량범위를 벗어나면, 즉시 양극 전해액 탱크(21) 내부 또는 양극 전해액 공급관로(22)에 설치되어 양극 전해액을 스택(10)으로 공급하는 양극 전해액 공급펌프(24)와 음극 전해액 탱크(25) 내부 또는 음극 전해액 공급관로(26)에 설치되어 음극 전해액을 스택(10)으로 공급하는 음극 전해액 공급펌프(28)의 작동을 각각 정지시키고, 경보부를 통해 경보신호를 현장에 즉시 송출하고, 이벤트 메시지를 통신모듈(500)을 통해 관리자(700)에게 무선으로 통보할 수 있다.
또한, 관리모듈(300)은 제1유압센서 및 제2유압센서에서 각각 측정된 유압 정보가 설정된 허용유압범위를 벗어나면, 앞서 설명한 바와 같이 양극 전해액 공급펌프(24)와 음극 전해액 공급펌프(28)의 작동을 각각 정지시키고, 경보부를 통해 경보신호를 현장에 즉시 송출하고, 이벤트 메시지를 통신모듈(500)을 통해 관리자(700)에게 무선으로 통보할 수 있다.
그리고, 관리모듈(300)은 제1레벨센서(115)와 제2레벨센서(116)에서 측정된 레벨정보가 각각 미리 설정된 허용레벨범위를 벗어나거나, 양극 전해액의 레벨과 음극 전해액의 레벨 차이가 설정된 레벨차이값(일 예로, 10cm)보다 커지면, 앞서 설명한 바와 같이 양극 전해액 공급펌프(24)와 음극 전해액 공급펌프(28)의 작동을 각각 정지시키고, 경보부를 통해 경보신호를 현장에 즉시 송출하고, 이벤트 메시지를 통신모듈(500)을 통해 관리자(700)에게 무선으로 통보할 수 있다.
관리모듈(300)은 과전류(200암페어 이상), 과전압(DC 55V 이상), 저전압(40V 이하)이면 양극 전해액 공급펌프(24) 및 음극 전해액 공급펌프(28)의 작동을 정지시킬 수 있다.
한편, 양극 전해액 탱크(21)와 음극 전해액 탱크(25)의 레벨을 조절하기 위해 양극 전해액 탱크(21)와 음극 전해액 탱크(25) 사이에는 양극 전해액 탱크(21)와 음극 전해액 탱크(25)를 연결하는 연결관로(29)가 설치되고, 연결관로(29)에는 연결관로(29)의 유로를 개폐하는 솔레노이드밸브(29A)가 더 구비될 수 있다.
관리모듈(300)은 정상상태 즉, 제1레벨센서(115)와 제2레벨센서(116)에서 측정된 레벨정보가 각각 미리 설정된 허용레벨범위 이내이거나, 양극 전해액의 레벨과 음극 전해액의 레벨 차이가 설정된 레벨차이값(일 예로, 10cm)보다 작으면, 솔레노이드밸브를 폐쇄시켜 연결관로의 유로를 차단시키고, 앞서 설명한 바와 같이 제1레벨센서(115)와 제2레벨센서(116)에서 측정된 레벨정보가 각각 미리 설정된 허용레벨범위를 벗어나거나, 양극 전해액의 레벨과 음극 전해액의 레벨 차이가 설정된 레벨차이값(일 예로, 10cm)보다 커지면, 솔레노이드밸브를 개방시켜 연결관로를 통해 레벨이 높은 측의 전해액 탱크 측에서 레벨이 낮은 전해액 탱크 측으로 전해액이 흘러들어갈 수 있도록 하여 양측 전해액 탱크의 수위를 동등하게 유지되게 하고, 양측 전해액 탱크의 수위가 동일하게 되면 솔레노이드밸브를 폐쇄시킬 수 있다.
또한, 관리모듈(300)은 수집된 각종 정보를 기반으로 레독스 플로우 배터리의 충전상태 정보를 산출 및 예측하며, 산출된 충전상태 정보에 의한 레독스 플로우 배터리가 설정된 기준방전량 이하로 방전되면 레독스 플로우 배터리의 방전은 중단하고, 별도로 구비된 리튬인산철 배터리 또는 딥사이클 배터리로부터 방전되게 한다. 또한, 레독스 플로우 배터리가 설정된 기준충전량 이상로 충전되면 레독스 플로우 배터리의 충전은 중단하고, 별도로 구비된 리튬인산철 배터리 또는 딥사이클 배터리를 충전되게 한다.
관리모듈(300)은 아래의 수학식 1 내지 3에 나타난 바와 같은 수식 및 알고리즘을 통해 산출 및 예측된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
위의 수학식 1 내지 3에서 k는 온도계수이고, Vmeasure는 측정 전압이며, Vcell은 단위셀 전압이고, n은 셀의 개수이다.
레독스 플로우 배터리의 충전상태 정보뿐만 아니라 별도로 구비된 리튬인산철 배터리 또는 딥사이클 배터리의 충전상태 정보 또한 디스플레이에 각각 표시될 수 있다.
디스플레이모듈(400)은 센싱모듈(100)에서 측정된 스택(10)의 전압 및 전류 정보와, 전해액의 온도 정보 및 레벨 정보와, 유량 정보와, 유압 정보와, 레벨정보 및 충전량 정보를 각각 표시한다.
통신모듈(500)은 디스플레이에 표시되는 정보들을 관리자(700) 또는 관제센터의 관제서버(600)로 무선 전송하며, 이벤트 메시지를 관리자(700)에게 무선으로 통보한다.
한편, 본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템의 센싱모듈은 양극 전해액 탱크(21)와 음극 전해액 탱크(25) 각각의 누수여부를 검출하는 누수센서를 더 구비할 수 있다.
누수센서는 양극 전해액 탱크(21)와, 음극 전해액 탱크(25)가 설치된 케이싱 또는 하우징의 바닥에 양극 전해액 탱크(21)와 음극 전해액 탱크(25)와 각각 근접하도록 설치되어 양극 전해액 탱크(21)와 음극 전해액 탱크(25)로부터 누출되는 전해액을 검출하여 관리모듈에 실시간 전송하며, 관리모듈은 누수센서에서 누수감지신호가 수신되는 경우 즉시 시스템의 작동을 정지시킨다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10 : 스택
21 : 양극 전해액 탱크
22 : 양극 전해액 공급관로
23 : 양극 전해액 회수관로
24 : 양극 전해액 공급펌프
25 : 음극 전해액 탱크
26 : 음극 전해액 공급관로
27 : 음극 전해액 회수관로
28 : 음극 전해액 공급펌프
31 : 제1냉각부
32 : 제2냉각부
100 : 센싱모듈
111 : 제1온도센서
112 : 제2온도센서
113 : 제1유량센서
114 : 제2유량센서
115 : 제1레벨센서
116 : 제2레벨센서
200 : 전력변환모듈
300 : 관리모듈
400 : 디스플레이모듈
500 : 통신모듈

Claims (5)

  1. 레독스 플로우 배터리 스택의 전압 및 전류 정보와, 레독스 플로우 배터리의 전해액 온도 정보와, 유량 정보와, 레벨 정보를 각각 측정하는 센싱모듈과;
    상기 센싱모듈에 연결되어 상기 센싱모듈에서 측정된 정보들을 수집하고, 수집된 정보를 기반으로 레독스 플로우 배터리의 충전상태 정보를 산출하며, 태양광발전설비에서 발전된 전력을 상기 레독스 플로우 배터리에 충전하거나 상기 레독스 플로우 배터리에 충전된 전력을 전력계통으로 방전되게 하는 관리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서모듈은 상기 스텍의 전압과 전류를 각각 측정하는 전압센서 및 전류센서와, 상기 전해액의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 전해액의 유량을 측정하는 유량센서와, 상기 전해액의 레벨을 측정하는 레벨센서를 구비하고,
    상기 관리모듈은 전압 및 전류 정보와, 온도 정보와, 유량 정보 및 레벨정보가 설정된 허용범위를 벗어나면, 경보부를 통해 경보신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센싱모듈에서 측정된 스택의 전압 및 전류 정보와, 상기 전해액의 온도 정보 및 레벨 정보와, 유량 정보와, 유압 정보와, 레벨정보 및 상기 충전량 정보를 각각 표시하는 디스플레이모듈과, 상기 디스플레이에 표시되는 정보들을 외부로 전송하는 통신모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전해액을 냉각시키기 위한 냉각부를 더 구비하고,
    상기 관리모듈은 상기 전해액의 온도가 설정된 제1기준온도값 이상이면 상기 냉각부를 작동시키고, 설정된 제2기준온도값 이하이면 상기 냉각부의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관리모듈은
    상기 레독스 플로우 배터리가 설정된 기준방전량 이하로 방전되면 상기 레독스 플로우 배터리의 방전은 중단하고, 별도로 구비된 리튬인산철 배터리 또는 딥사이클 배터리로부터 방전되게 하며,
    상기 레독스 플로우 배터리가 설정된 기준충전량 이상로 충전되면 상기 레독스 플로우 배터리의 충전은 중단하고, 별도로 구비된 리튬인산철 배터리 또는 딥사이클 배터리를 충전되게 하며,
    상기 리튬인산철 배터리 또는 상기 딥사이클 배터리의 충전상태 정보를 디스플레이에 각각 표시하는 것을 특징으로 하는 레독스 플로우 배터리용 스마트 배터리 관리시스템.
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KR20230140940A (ko) * 2022-03-30 2023-10-10 한국기계연구원 평형수 저장공간에 바나듐 레독스 흐름전지 전해액 탱크를 구비한 선박 및 선박에 구비된 바나듐 레독스 흐름전지의 전해액 누액 감지 방법

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KR20160059974A (ko) 2014-11-19 2016-05-27 영남대학교 산학협력단 전지 시스템 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지
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