KR20220098979A - 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템 - Google Patents

플러그인 타입의 에너지 저장 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20220098979A
KR20220098979A KR1020210000936A KR20210000936A KR20220098979A KR 20220098979 A KR20220098979 A KR 20220098979A KR 1020210000936 A KR1020210000936 A KR 1020210000936A KR 20210000936 A KR20210000936 A KR 20210000936A KR 20220098979 A KR20220098979 A KR 20220098979A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
module
rack
power
plug
Prior art date
Application number
KR1020210000936A
Other languages
English (en)
Inventor
한동화
김용욱
Original Assignee
에스케이온 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이온 주식회사 filed Critical 에스케이온 주식회사
Priority to KR1020210000936A priority Critical patent/KR20220098979A/ko
Priority to EP21212302.0A priority patent/EP4024644A1/en
Priority to US17/560,768 priority patent/US20220216716A1/en
Priority to CN202111591165.7A priority patent/CN114726018A/zh
Publication of KR20220098979A publication Critical patent/KR20220098979A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/251—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for stationary devices, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00036—Charger exchanging data with battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면, 전력을 저장하는 복수의 배터리랙, 및 상기 복수의 배터리랙의 충전 또는 방전을 제어하는 패널을 포함하고, 상기 배터리랙은 전력을 저장하는 복수의 배터리모듈, 상기 배터리모듈과 상기 패널에 연결되어, 상기 패널로부터 수신하는 제어신호에 따라 상기 배터리모듈의 충전 또는 방전을 제어하는 제어모듈, 상기 제어모듈과 연결되어, 상기 제어모듈로부터 수신하는 제어신호에 따라 전력의 파형을 직류 또는 교류로 변환하는 변환모듈, 및 상기 배터리모듈, 변환모듈, 및 제어모듈을 수납하는 케이스를 포함하는 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있고, 복수의 배터리 모듈과 배터리 전력 관리 유닛이 일체로 배터리 랙을 구성하여, 배터리 교환시 배터리 랙 단위로 일체로 교환할 수 있으며, 배터리 랙 단위로 충전 또는 방전을 수행할 수 있으므로, 하나의 에너지 저장 시스템을 구성하는 배터리 랙들을 이종 배터리나 재사용 배터리로 구성할 수 있다.

Description

플러그인 타입의 에너지 저장 시스템{Energy storage system of plug-in type}
본 발명은 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
발전소에서 생산한 전기를 공급하는 전력네트워크는 전력을 저장하는 기능을 수행하지 않는다. 최근 신재생 에너지의 발전량이 증가하면서 전기를 저장하기 위한 에너지 저장 시스템의 발전이 요구된다. 에너지 저장 시스템은 신재생 에너지원에서 생산한 전기에너지를 저장하고 있다가 필요할 때 전력네트워크에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 에너지 저장 시스템은 배터리에 전기를 충전하였다가 방전하는 방식으로 동작할 수 있다. 충전 가능한 이차전지로 이루어지는 배터리는 충전과 방전을 반복하면서 열화되어 성능이 하락하며, 이의 전력을 제어하는 전력변환장치 또한 충전과 방전에 의하여 고장에 노출된다. 따라서 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리와 전력변환 장치를 교환할 필요가 있다.
KR 10-1634012 B1
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 복수의 배터리 랙을 포함하고, 배터리 랙 마다 배터리 전력 제어 유닛을 구비하여, 각각의 배터리 랙이 독립적으로 충전 또는 방전이 가능한 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 배터리 랙을 구성하는 복수의 배터리 모듈과 배터리 모듈을 제어하는 배터리 전력 제어 유닛이 일체로 구성되어 플러그인 방식으로 교환이 용이한 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템은, 전력을 저장하는 하나 또는 복수의 배터리랙, 및 상기 배터리랙의 충전 또는 방전을 제어하는 패널을 포함하고, 상기 배터리랙은 전력을 저장하는 하나 또는 복수의 배터리모듈, 상기 배터리모듈과 상기 패널에 연결되어, 상기 패널로부터 수신하는 제어신호에 따라 상기 배터리모듈의 충전 또는 방전을 제어하는 제어모듈, 및 상기 제어모듈과 연결되어, 상기 제어모듈로부터 수신하는 제어신호에 따라 전력의 파형을 직류 또는 교류로 변환하는 변환모듈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템은, 상기 배터리모듈, 변환모듈, 및 제어모듈을 수납하는 케이스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리랙은 상기 배터리모듈, 변환모듈, 및 제어모듈이 상기 케이스에 수납되어 하나로 패키징되어 상기 배터리랙 단위로 교환가능할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은 상기 패널과 전력을 송수신하기 위한 AC 커넥터, 상기 배터리모듈과 전력을 송수신하기 위한 DC 커넥터, 상기 패널 또는 배터리모듈과 데이터를 송수신하기 위한 통신 커넥터, 상기 변환모듈과 상기 AC 커넥터에 연결되어 사고의 전파를 방지하는 AC 보호부, 상기 변환모듈과 상기 배터리모듈에 연결되어 사고의 전파를 방지하는 DC 보호부, 및 상기 통신 커넥터와 연결되어 상기 배터리모듈의 상태를 수집하고 상기 패널로부터 수신되는 제어신호에 기초하여 상기 변환모듈을 제어하는 랙제어유닛 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 변환모듈은 상기 AC 보호부에 연결되어 AC 전력의 고조파를 제거하는 로우패스필터, 상기 DC 보호부에 연결되어 DC 전력의 전압을 균일화하는 DC 링크 캐패시터, 및 상기 로우패스필터와 DC 링크 캐패시터에 연결되고, 랙제어유닛으로부터 수신되는 제어신호에 따라 전력의 파형을 교류 또는 직류로 변경하는 전력변환부 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 랙제어유닛은 상기 배터리모듈의 상태를 감시하고 충전 또는 방전을 제어하는 배터리관리시스템, 및 상기 배터리관리시스템이 충전 또는 방전을 제어함에 따라 상기 전력변환부를 제어하는 전력제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 배터리모듈은 상기 케이스 내부에 상하 방향 또는 좌우 방향으로 서로 이격되도록 배치되며, 상기 제어모듈 및 변환모듈은 상기 케이스 내부에 상기 배터리모듈의 상하 방향 또는 좌우 방향으로 서로 이격되도록 배치되고, 상기 케이스는 상기 배터리모듈, 제어모듈, 및 변환모듈의 사이에 이격된 공간으로부터 유입되는 공기를 상기 케이스의 외부로 배출하고, 상기 케이스의 일측에 형성되는 팬을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은 일면에 상기 AC 커넥터, DC 커넥터, 통신 커넥터가 배치되고, 상기 배터리모듈은 일면에 상기 제어모듈의 DC 커넥터와 연결되거나 다른 배터리모듈과 연결되는 DC 라인이 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어모듈과 변환모듈은 상기 제어모듈의 전면에서 유입된 공기가 상기 제어모듈과 변환모듈을 통과하여 변환모듈의 상면으로 배출되도록 공기구멍이 형성되고, 상기 변환모듈의 상면에 형성된 공기구멍은 상기 케이스의 팬에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 패널은 상기 복수의 배터리랙의 충전 또는 방전을 제어하는 제어신호를 생성하여 상기 복수의 배터리랙에 각각 제공하는 에너지 관리 시스템, 및 상기 복수의 배터리랙과 연결되어 상기 복수의 배터리랙의 전력을 공유하는 AC 버스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 배터리랙은 적어도 하나의 배터리랙이 다른 배터리랙과 다른 유형의 배터리셀을 포함하거나, 적어도 하나의 배터리랙이 재사용 배터리셀을 포함하고, 상기 에너지 관리 시스템은 상기 복수의 배터리랙 각각의 종류 또는 충전 상태에 따라, 적어도 하나의 배터리랙을 충전하도록 제어하는 동시에 다른 적어도 하나의 배터리랙을 방전하도록 제어하거나, 적어도 하나의 배터리랙과 다른 적어도 하나의 배터리랙에 충전 또는 방전되는 전력량이 서로 다르도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템은 상기 복수의 배터리랙 중에서 어느 하나가 교환되거나 새로운 배터리랙이 추가로 연결되는 경우, 상기 랙제어유닛으로부터 배터리랙의 상태에 관한 정보를 수신하고 자동으로 배터리랙의 배터리셀의 종류나 충전 상태에 따른 제어를 수행할 수 있다.
또한, 상기 케이스는 상기 배터리모듈, 제어모듈, 또는 변환모듈을 교환하기 위하여, 상기 배터리모듈, 제어모듈, 또는 변환모듈을 각각 탈부착 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 배터리랙이 정해진 개수만큼 상기 패널에 연결되어 하나의 클러스터를 형성하고, 상기 클러스터 단위로 에너지 저장 시스템이 제어될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 배터리 모듈과 배터리 전력 관리 유닛이 일체로 배터리 랙을 구성하여, 배터리 교환시 배터리 랙 단위로 일체로 교환할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 배터리 랙 마다 배터리 전력 제어 유닛이 구비되어 배터리 랙 단위로 충전 또는 방전을 수행할 수 있으므로, 하나의 에너지 저장 시스템을 구성하는 배터리 랙들을 이종 배터리나 재사용 배터리로 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템의 배터리랙과 패널을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템의 배터리랙의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A'에 따른 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템의 제어모듈과 변환모듈의 결합을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예의 목적, 장점, 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 일실시예의 설명들에 의해 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 또한, 구성요소가 단수로 표현되어 있더라도 해당 구성요소가 복수개 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템(10)을 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템(10)의 배터리랙(100)과 패널(200)을 나타낸 도면이다. 본 명세서에서 '플러그인 타입의 에너지 저장 시스템(10)'은 간략하게 '플러그인 ESS(10)' 라고 기재될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템(10)은, 전력을 저장하는 하나 또는 복수의 배터리랙(100), 및 배터리랙(100)의 충전 또는 방전을 제어하는 패널(200)을 포함할 수 있다. 그리고, 배터리랙(100)은 전력을 저장하는 하나 또는 복수의 배터리모듈(110), 배터리모듈(110)과 패널(200)에 연결되어, 패널(200)로부터 수신하는 제어신호에 따라 배터리모듈(110)의 충전 또는 방전을 제어하는 제어모듈(120), 및 제어모듈(120)과 연결되어, 제어모듈(120)로부터 수신하는 제어신호에 따라 전력의 파형을 직류 또는 교류로 변환하는 변환모듈(130)을 포함할 수 있다. 그리고, 플러그인 ESS(10)는, 배터리모듈(110), 변환모듈(130), 및 제어모듈(120)을 수납하는 케이스(140)를 더 포함할 수 있다.
플러그인 ESS(10)는 그리드(G)에 연결될 수 있다. 그리드(Grid, G)는 상용 전력 네트워크이다. 그리드(G)에는 발전소, 다양한 부하 장치, 다른 에너지 저장 시스템, 신재생에너지 생산장치 등이 연결될 수 있다. 신재생에너지 생산장치는 풍력 발전기, 태양전지, 조력발전 등의 다양한 발전 방식을 포함할 수 있다. 플러그인 ESS(10)는 그리드(G)에 연결되어 그리드(G)로부터 전력을 충전하거나 그리드(G)로 전력을 방전할 수 있다. 그리드(G)는 차단기(CB), 변압기(TR)를 통해 플러그인 ESS(10)와 연결될 수 있다. 차단기(CB)는 그리드(G)에서 발생한 사고전류가 플러그인 ESS(10)로 전달되는 것을 방지하고, 플러그인 ESS(10)에서 발생한 사고전류가 그리드(G)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 변압기(TR)는 그리드(G)의 전압과 플러그인 ESS(10)의 전압을 상호 변환할 수 있다.
플러그인 ESS(10)는 복수의 배터리랙(100)이 정해진 개수만큼 패널(200)에 연결되어 하나의 클러스터(300)를 형성하고, 클러스터(300) 단위로 에너지 저장 시스템이 제어될 수 있다. 클러스터(300)는 하나의 패널(200)에 복수의 배터리랙(100)이 연결된 단위이다. 플러그인 ESS(10)는 복수의 클러스터(300)로 이루어질 수 있다. 하나의 클러스터(300)에 포함된 복수의 배터리랙(100)은 하나의 패널(200)에 의해 충전 또는 방전이 제어될 수 있다. 도 1 및 도 2는 예시적으로 6개의 배터리랙(100)이 포함되는 하나의 클러스터(300)를 도시한다.
플러그인 ESS(10)는 패널(200)과 배터리랙(100)을 포함할 수 있다. 패널(200)은 복수의 배터리랙(100)의 충전 또는 방전을 제어하는 제어신호를 생성하여 복수의 배터리랙(100)에 각각 제공하는 에너지 관리 시스템(220), 및 복수의 배터리랙(100)과 연결되어 복수의 배터리랙(100)의 전력을 공유하는 AC 버스(210)를 포함할 수 있다.
에너지 관리 시스템(220)은 패널(200)에 연결된 배터리랙(100)들의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 에너지 관리 시스템(220)은 배터리랙(100)들의 현재 충전상태(State Of Charge, SOC), 열화상태(State Of Health, SOH), 전압, 전류, 배터리랙(100)에 포함된 배터리셀의 종류, 재사용 배터리인지 여부 등의 정보를 배터리랙(100)으로부터 획득할 수 있다. 에너지 관리 시스템(220)은 그리드(G)나 부하가 요구하는 전력에 따라 배터리랙(100)의 방전을 제어할 수 있다.
AC 버스(210)는 복수의 배터리랙(100)과 연결될 수 있다. AC 버스(210)와 배터리랙(100) 사이에는 차단기(CB)가 연결될 수 있다. AC 버스(210)는 복수의 배터리랙(100)이 충전 또는 방전하는 전력을 전달한다. AC 버스(210)에는 교류 파형의 전력이 흐른다.
배터리랙(100)은 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 및 변환모듈(130)을 포함할 수 있다.
배터리모듈(110)은 복수의 배터리셀을 포함할 수 있다. 배터리셀은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 배터리셀은 전력을 충전 또는 방전할 수 있는 이차전지이다. 배터리셀은 리튬-이온, 리튬-폴리머, 인산철 등 다양한 방식의 이차전지일 수 있다.
제어모듈(120)은 배터리랙(100)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 제어모듈(120)은 패널(200)과 전력을 송수신하기 위한 AC 커넥터(123AC), 배터리모듈(110)과 전력을 송수신하기 위한 DC 커넥터(123DC), 패널(200) 또는 배터리모듈(110)과 데이터를 송수신하기 위한 통신 커넥터(124), 변환모듈(130)과 AC 커넥터(123AC)에 연결되어 사고의 전파를 방지하는 AC 보호부(122AC), 변환모듈(130)과 배터리모듈(110)에 연결되어 사고의 전파를 방지하는 DC 보호부(122DC), 및 통신 커넥터(124)와 연결되어 배터리모듈(110)의 상태를 수집하고 패널(200)로부터 수신되는 제어신호에 기초하여 변환모듈(130)을 제어하는 랙제어유닛(121) 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
AC 커넥터(123AC)는 AC 라인(230)이 연결되고 AC 라인(230)은 패널(200)의 AC 버스(210)와 연결되어 교류 파형의 전력을 송수신할 수 있다. DC 커넥터(123DC)는 DC 라인(150)이 연결되고 DC 라인(150)은 배터리모듈(110)과 연결되어 직류 파형의 전력을 송수신할 수 있다. 통신 커넥터(124)는 통신 라인(240)이 연결되고, 통신 라인(240)은 패널(200)의 에너지 관리 시스템(220)과 연결되어 제어신호 또는 데이터를 송수신할 수 있다. AC 보호부(122AC)는 변환모듈(130)의 로우패스필터(132)와 AC 커넥터(123AC) 사이에 연결될 수 있다. AC 보호부(122AC)는 변환모듈(130)이나 AC 커넥터(123AC)로부터 전달되는 사고 전류를 차단하여 사고의 전파를 방지할 수 있다. AC 보호부(122AC)는 전력을 연결 또는 차단하는 스위칭 기능을 수행하는 AC 릴레이를 포함할 수 있다. AC 보호부(122AC)는 과전류를 차단하는 AC 퓨즈를 포함할 수 있다. DC 보호부(122DC)는 변환모듈(130)의 DC 링크 캐패시터(133)와 DC 커넥터(123DC) 사이에 연결될 수 있다. DC 보호부(122DC)는 변환모듈(130)이나 DC 커넥터(123DC)로부터 전달되는 사고 전류를 차단하여 사고의 전파를 방지할 수 있다. DC 보호부(122DC)는 전력을 연결 또는 차단하는 스위칭 기능을 수행하는 DC 릴레이를 포함할 수 있다. DC 보호부(122DC)는 과전류를 차단하는 DC 퓨즈를 포함할 수 있다. 사고 전류는 단락이나 파손 등으로 인하여 발생하는 과전류 등을 포함한다.
랙제어유닛(121)은 통신 커넥터(124)와 연결되어 배터리모듈(110)의 상태를 수신할 수 있고, 에너지 관리 시스템(220)으로부터 제어신호를 수신할 수 있다. 랙제어유닛(121)은 에너지 관리 시스템(220)으로부터 수신한 제어신호에 기초하여, 변환모듈(130)을 제어할 수 있다. 랙제어유닛(121)은 배터리모듈(110)의 상태를 감시하고 충전 또는 방전을 제어하는 배터리관리시스템(121a), 및 배터리관리시스템(121a)이 충전 또는 방전을 제어함에 따라 전력변환부(131)를 제어하는 전력제어부(121b)를 포함할 수 있다.
배터리관리시스템(121a)(Battery Management System, BMS)은 배터리모듈(110)의 상태를 인식할 수 있다. 배터리관리시스템(121a)은 통신 커넥터(124)로부터 수신받는 배터리모듈(110)의 전압, 전류, 온도 등의 데이터에 기초하여, 배터리모듈(110)의 충전상태, 열화상태, 내부저항 등을 산출할 수 있다. 배터리모듈(110)은 모듈 BMS를 더 포함할 수 있고, 모듈 BMS는 제어모듈(120)의 배터리관리시스템(121a)에 배터리랙(100)의 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 배터리관리시스템(121a)은 전력제어부(121b)를 통해 배터리모듈(110)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 전력제어부(121b)는 배터리관리시스템(121a)이 생성한 제어신호에 기초하여, 변환모듈(130)의 전력변환부(131)를 제어하여 배터리모듈(110)을 충전 또는 방전시킬 수 있다.
변환모듈(130)은 전력의 파형을 교류와 직류로 변환할 수 있다. 변환모듈(130)은 AC 보호부(122AC)에 연결되어 AC 전력의 고조파를 제거하는 로우패스필터(132), DC 보호부(122DC)에 연결되어 DC 전력의 전압을 균일화하는 DC 링크 캐패시터(133), 로우패스필터(132)와 DC 링크 캐패시터(133)에 연결되고, 랙제어유닛(121)으로부터 수신되는 제어신호에 따라 전력의 파형을 교류 또는 직류로 변경하는 전력변환부(131) 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
로우패스필터(132)는 전력변환부(131)와 AC 보호부(122AC) 사이에 연결되어, 전력변환부(131)에서 출력하는 교류 파형에서 고조파를 제거할 수 있다. DC 링크 캐패시터(133)는 전력변환부(131)와 DC 보호부(122DC) 사이에 연결되어, 전력변환부(131)에서 출력하는 직류 전력의 전압을 균일화할 수 있다. 전력변환부(131)는 랙제어유닛(121)의 전력제어부(121b)로부터 수신되는 제어신호에 따라 전력의 파형을 교류에서 직류로 또는 직류에서 교류로 변환할 수 있다. 전력변환부(131)는 충전시에는 교류를 직류로 변환하고, 방전시에는 직류를 교류로 변환한다.
종래의 에너지 저장 시스템은 그리드(G)->변압기(TR)->패널->전력변환시스템(PCS)->배터리제어패널(BCP)->배터리랙으로 이어지는 6단 구조를 갖는다. 이러한 구조는 하나의 에너지 저장 시스템을 구성하는 단계의 수가 많아서, 가격 및 공간 최적화에 불리하다. 또한 하나의 PCS에서 교류와 직류의 변환이 이루어지고, 복수의 배터리랙이 배터리제어패널의 DC 버스에 병렬로 연결되어 복수의 배터리랙의 충전과 방전이 동시에 이루어진다. 이는 각각의 배터리랙이 DC 버스를 공유하는 구조이다. 이러한 구조는 같은 DC 버스에 연결된 복수의 배터리랙들이 같은 전압과 SOC 상태에서 동작 되어야 한다. 이러한 구조는 배터리랙들의 접촉 저항의 차이나 배터리셀의 저항 차이에 의하여 임피던스 불균형이 발생될 가능성이 높고 배터리 랙간의 불균형 충/방전을 유발할 수 있다. 이러한 구조는 배터리랙들의 불균형을 해소할 수 없어서 시스템의 유지 보수가 어렵고 신뢰성이 낮다. 이러한 구조는 다른 종류의 배터리랙이나 재사용 배터리랙을 혼용할 수 없고, 사용 중인 배터리랙의 상태와 새로운 배터리랙의 상태가 달라서 동일한 DC 버스에 연결되기 어려우므로 배터리랙의 확장이 어렵다.
이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 ESS(10)는 배터리랙(100) 마다 충전과 방전을 독립적으로 수행할 수 있다. 플러그인 ESS(10)는 배터리랙(100) 마다 직류와 교류를 변환하는 변환모듈(130)을 구비한다. 복수의 배터리랙(100)은 패널(200)의 AC 버스(210)에 병렬로 연결되어 교류 전력을 전송한다. AC 버스(210)에 병렬로 연결된 복수의 배터리랙(100)은 각각 충전 또는 방전을 수행할 수 있다. 따라서 에너지 관리 시스템(220)은 복수의 배터리랙(100) 중에서 어느 하나의 배터리랙(100)은 충전하면서 다른 배터리랙(100)은 방전하도록 제어할 수 있다. 즉, 각각의 배터리랙(100)을 개별적으로 제어할 수 있다. 그리고 플러그인 ESS(10)는 그리드(G)->변압기(TR)->패널(200)->배터리랙(100)으로 이어지는 4단 구조를 가져 시스템의 가격 및 공간 최적화에 유리하다. 그리고, 플러그인 ESS(10)에서 DC 전력이 흐르는 부분은 배터리랙(100) 내부에만 존재하고, 플러그인 ESS(10)에서 패널(200)과 배터리랙(100)을 연결하고 패널(200)과 변압기(TR)를 연결하는 배선들은 AC 전력이 흐르는 부분만 존재하므로 배선을 단순화할 수 있다.
그리고, 복수의 배터리랙(100)은 적어도 하나의 배터리랙(100)이 다른 배터리랙(100)과 다른 유형의 배터리셀을 포함하거나, 적어도 하나의 배터리랙(100)이 재사용 배터리셀을 포함할 수 있다. 이때, 에너지 관리 시스템(220)은 복수의 배터리랙(100) 각각의 종류 또는 충전 상태에 따라, 적어도 하나의 배터리랙(100)을 충전하도록 제어하는 동시에 다른 적어도 하나의 배터리랙(100)을 방전하도록 제어하거나, 적어도 하나의 배터리랙과 다른 적어도 하나의 배터리랙에 충전 또는 방전되는 전력량이 서로 다르도록 제어할 수 있다.
배터리랙(100)의 유형이 다르면 배터리랙(100)의 용량, 정격전압, 정격전류, 충전상태, 열화상태, 내부저항 등이 다를 수 있다. 동일한 유형의 배터리랙(100)이라도 재사용 배터리랙(100)은 용량, 정격전압, 정격전류, 충전상태, 열화상태, 내부저항 등이 다를 수 있다.
종래의 에너지 저장 시스템에서는 유형이 다른 배터리랙을 하나의 DC 버스에 병렬로 연결하면 충전과 방전에 불균형이 발생하는 문제가 있어서 다른 유형의 배터리랙을 이용할 수 없었다.
이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 ESS(10)는 각각의 배터리랙(100)에 변환모듈(130)이 구비되고 하나의 AC 버스(210)에 병렬로 연결되어 각각의 배터리랙(100)을 개별적으로 제어할 수 있기 때문에, 유형이 다른 배터리랙(100)이나 재사용 배터리랙(100)을 사용할 수 있다.
예를 들어, 복수의 배터리랙(100)들 중에서 적어도 일부가 제1 유형의 배터리셀을 포함하는 배터리랙(100)이고, 다른 일부가 제2 유형의 배터리셀을 포함하는 배터리랙(100)일 수 있고, 또 다른 일부가 제1 유형의 재사용 배터리셀을 포함하는 배터리랙(100)일 수 있다. 제1 유형의 배터리랙(100)과, 제2 유형의 배터리랙(100)과, 제1 유형의 재사용 배터리랙(100)은 배터리셀의 특성이 다르므로 충전량과 방전량이 다를 수 있다. 따라서 플러그인 ESS(10)는 각 배터리의 특성과 상태에 따라, 복수의 배터리랙(100) 중에서 적어도 하나 이상의 배터리랙(100)은 충전을 수행하는 동시에 다른 배터리랙(100)은 방전을 수행하도록 제어할 수 있다.
에너지 관리 시스템(220)은 배터리랙(100)들의 상테에 기초하여, 복수의 배터리랙(100)에서 배터리랙(100)마다 충전 또는 방전을 개별적으로 제어하고, 충전 또는 방전되는 전력량이 배터리랙(100)마다 서로 다르도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 에너지 관리 시스템(220)은 어느 하나의 배터리랙(100)은 제1 전력량만큼 충전을 수행하고 다른 하나의 배터리랙(100)은 제2 전력량만큼 방전을 수행하며, 또다른 하나의 배터리랙(100)은 제3 전력량만큼 충전을 수행하도록 제어할 수 있다.
에너지 관리 시스템(220)은 배터리랙(100)들의 상태를 파악하고, 외부에서 수신되는 전력 요구 지시에 따라 각 배터리랙(100)에 전달할 제어신호를 생성한다. 에너지 관리 시스템(220)은 배터리랙(100) 단위의 충전상태, 열화상태, 충방전 사이클 수에 기초하여 충전 또는 방전 가능한 전력량을 계산하고 각 배터리랙(100)의 전력변환부(131)가 최대 효율에서 동작할 수 있는 전력으로 각각의 배터리랙(100)에 제어신호를 전달할 수 있다. 이 과정에서, 외부에서 요구되는 전력량과 각 배터리랙(100)의 배터리 상태, 전력변환부(131)의 최대 전력 효율지점에 의하여 어떤 배터리랙(100)을 동작시킬 것인지 또는 몇개의 배터리랙(100)을 동작시킬 것인지도 결정된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템(10)의 배터리랙(100)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 A-A'에 따른 측면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템(10)의 제어모듈(120)과 변환모듈(130)의 결합을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 플러그인 ESS(10)의 배터리랙(100)은, 배터리모듈(110), 변환모듈(130), 및 제어모듈(120)이 케이스(140)에 수납되어 하나로 패키징되어 배터리랙(100) 단위로 교환가능할 수 있다.
하나의 배터리랙(100)은 복수의 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리모듈(110)은 각각 독립적으로 패키징되어 케이스(140)에 수납될 수 있다. 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)은 각각 독립적으로 패키징되어 케이스(140)에 수납될 수 있다. 제어모듈(120)과 변환모듈(130)은 각기 제작되어 결합된 형태 또는 일체형으로 구성 될수 있다.
종래, 에너지 저장 시스템은 배터리랙(100)이 DC 버스에 병렬로 연결되어 있으므로 일부의 배터리랙(100)을 교환하는 경우 배터리랙(100)들의 특성에 차이가 발생하게 되므로 배터리랙(100)을 교환하기 어렵다. 그리고 종래의 에너지 저장 시스템은 배터리랙(100)과 DC 버스와 다른 구성요소들이 일체로 구성되어 배터리랙(100)만을 교환하기 어려운 구조를 갖는다. 그리고 종래의 에너지 저장 시스템은 각 구성요소들을 개별적으로 운반하여 현지에서 조립하여야 하기 때문에 초기 설치가 번거롭다.
이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 ESS(10)는 배터리랙(100)이 각각 독립적으로 패키징되므로, 배터리랙(100) 단위로 교환하기 편리한 구조이다. 그리고, 배터리랙(100)이 AC 버스(210)에 연결되어 있고, 배터리랙(100) 마다 변환모듈(130)을 포함하므로 플러그인 ESS(10)의 전체를 정지하지 않고도 배터리랙(100)을 교환할 수 있다. 그리고, 배터리랙(100)이 독립적으로 패키징되므로 운송이 편리하고 초기 설치나 교환시에도 배터리랙(100) 단위로 작업을 수행할 수 있으므로 편리하다.
플러그인 ESS(10)는 배터리랙(100)을 분산하여 배치할 수 있다. 하나의 공간에 배터리랙(100)을 밀집하여 배치하지 않아도 되므로 공간 효율적으로 플러그인 ESS(10)를 설치할 수 있다. 하나의 패널(200)에 연결된 배터리랙(100)은 패널(200)의 에너지 관리 시스템(220)에 의해 제어되므로 배터리랙(100)의 설치 위치는 패널(200)과 연결을 확보할 수 있는 위치이면 충분하다.
도 3, 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리모듈(110)은 케이스(140) 내부에 상하 방향 또는 좌우 방향으로 서로 이격되도록 배치되며, 제어모듈(120) 및 변환모듈(130)은 케이스(140) 내부에 배터리모듈(110)의 상하 방향 또는 좌우 방향으로 서로 이격되도록 배치되고, 케이스(140)는 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 및 변환모듈(130)의 사이에 이격된 공간으로부터 유입되는 공기를 케이스(140)의 외부로 배출하고, 케이스(140)의 일측에 형성되는 팬(141)을 더 포함할 수 있다.
케이스(140)는 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)을 수납하여 배터리랙(100) 단위로 패키징한다. 케이스(140)의 상부에는 제어모듈(120)과 변환모듈(130)이 배치되며, 케이스(140)의 나머지 부분에는 복수의 배터리모듈(110)이 배치될 수 있다. 케이스(140)는 전면(140a)이 개방되어 있고 양측면(140c), 후면(140d), 상면(140b), 하면(140e)이 막힌 박스로 형성될 수 있다. 케이스(140)는 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 또는 변환모듈(130)을 교환하기 위하여, 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 또는 변환모듈(130)을 각각 탈부착 가능하도록 구성될 수 있다. 케이스(140)의 전면(140a)으로 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)을 슬라이딩 방식으로 탈착할 수 있도록 구성하면, 각 구성요소를 교환하기 용이하다. 케이스(140)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)을 상하 방향으로 배치할 수도 있고, 도시하지 않았지만 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)을 좌우 방향으로 배치할 수도 있다. 케이스(140)의 형태와 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)의 배치 위치는 다양하게 변경될 수 있고, 탈부착 방식도 다양한 방식을 이용할 수 있다.
케이스(140)는 복수의 배터리모듈(110)을 서로 일정 간격만큼 이격되도록 수납할 수 있다. 복수의 배터리모듈(110) 사이에 이격된 간격은 공기가 흐를 수 있다. 케이스(140)의 후면(140d)과 배터리모듈(110)은 서로 일정 간격만큼 이격되도록 수납될 수 있다. 케이스(140)는 일측에 팬(141)을 포함할 수 있다. 팬(141)은 케이스(140)의 상면(140b) 후방에 위치하여 케이스(140)의 전면(140a)에서 후면(140d) 방향으로 이동하는 공기를 케이스(140)의 상면(140b)으로 배출하도록 동작할 수 있다. 공기의 흐름은 도 3 및 도 4에서 화살표로 표시되어 있다 제어모듈(120)과 변환모듈(130)은 케이스(140)의 상부에 수납되고 배터리모듈(110)과 일정 간격만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
제어모듈(120)과 변환모듈(130)은 제어모듈(120)의 전면(120a)에서 유입된 공기가 제어모듈(120)과 변환모듈(130)을 통과하여 변환모듈(130)의 상면(130b)으로 배출되도록 공기구멍(AirHole, AH)이 형성되고, 변환모듈(130)의 상면(130b)에 형성된 공기구멍(AH)은 케이스(140)의 팬(141)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 제어모듈(120)의 전면(120a)과 후면(120b)에 공기구멍(AH)이 형성되고, 변환모듈(130)의 전면(130a)의 공기구멍(AH)은 제어모듈(120)의 후면(120b)에 형성된 공기구멍(AH)과 대응하는 위치에 형성되고, 변환모듈(130)의 상면(130b)의 공기구멍(AH)은 케이스(140)의 팬(141) 위치에 대응하도록 형성될 수 있다. 제어모듈(120)의 전면(120a)의 공기구멍(AH)으로 유입된 공기는 제어모듈(120) 내부를 냉각하고 변환모듈(130)의 전면(130a)의 공기구멍(AH)으로 이동하고 변환모듈(130)의 내부를 냉각하고 변환모듈(130)의 상면(130b)의 공기구멍(AH)으로 배출될 수 있다.
변환모듈(130)의 전면(130a)에 형성된 공기구멍(AH)에는 팬(137)이 배치될 수 있다. 변환모듈(130)의 전면(130a)에 배치된 팬(137)은 제어모듈(120)의 후면(120b)에 형성된 공기구멍(AH)으로부터 공기를 흡입하여 변환모듈(130)의 내부로 배출할 수 있다. 변환모듈(130)의 상면(130b)에 형성된 공기구멍(AH)에는 팬(137)이 배치될 수 있다. 변환모듈(130)의 상면(130b)에 배치된 팬(137)은 변환모듈(130)의 내부의 공기를 흡입하여 변환모듈(130)의 외부로 배출할 수 있다.
제어모듈(120)은 AC 커넥터(123AC), DC 커넥터(123DC), 통신 커넥터(124), 랙제어유닛(121)이 포함되므로 변환모듈(130)에 비하여 상대적으로 발열이 낮다. 변환모듈(130)은 직류와 교류를 변환하는 전력변환부(131)가 포함되므로 제어모듈(120)에 비하여 상대적으로 발열이 높다. 공기는 제어모듈(120)을 통해 변환모듈(130)로 유입되는 경로이므로 제어모듈(120)과 변환모듈(130)을 모두 잘 냉각할 수 있다. 변환모듈(130)의 상면(130b)에 형성된 공기구멍(AH)이 케이스(140)의 팬(141)에 대응하도록 위치되어, 케이스(140)의 팬(141)이 변환모듈(130)에서 배출되는 공기를 흡입하여 배출하는 구조이므로 변환모듈(130)의 냉각이 용이하다.
제어모듈(120)은 일면에 AC 커넥터(123AC), DC 커넥터(123DC), 통신 커넥터(124)가 배치되고, 배터리모듈(110)은 일면에 제어모듈(120)의 DC 커넥터(123DC)와 연결되거나 다른 배터리모듈(110)과 연결되는 DC 라인(150)이 연결될 수 있다. 도 3에서는 제어모듈(120)의 전면(120a)에 AC 커넥터(123AC), DC 커넥터(123DC), 통신 커넥터(124)가 배치되고, 배터리모듈(110)은 전면(110a)에 제어모듈(120)의 DC 커넥터(123DC)와 연결되거나 다른 배터리모듈(110)과 연결되는 DC 라인(150)이 연결되고, 제어모듈(120)과 배터리모듈(110)들이 상하로 배치된 구조를 예시적으로 도시한다. 제어모듈(120)은 변환모듈(130)을 향하는 면(예를들어, 후면(120b))에 변환모듈(130)로 연결되는 제1 DC 버스 연결부(126)와 제1 AC 버스 연결부(127)를 포함할 수 있고, 변환모듈(130)은 제어모듈(120)을 향하는 면(예를들어, 전면(130a))에 제어모듈(120)로 연결되는 제2 DC 버스 연결부(134)와 제2 AC 버스 연결부(135)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 DC 버스 연결부(126, 134)는 서로 연결되어 직류 전력을 전송하고, 제1 및 제2 AC 버스 연결부(127, 135)는 서로 연결(도 5의 점선 참조)되어 교류 전력을 전송한다. 제어모듈(120)은 후면(120b)에 변환모듈(130)로 연결되는 제1 제어신호 연결부(128)를 포함할 수 있고, 변환모듈(130)은 전면(130a)에 제어모듈(120)과 연결되는 제2 제어신호 연결부(136)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 제어신호 연결부(128, 136)는 서로 연결(도 5의 점선 참조)되어 전력제어부(121b)가 전력변환부(131)를 제어하는 제어신호를 전송한다. 제어모듈(120)과 변환모듈(130)을 독립적으로 구성하고 서로 연결되도록 형성함으로써, 제어모듈(120)이나 변환모듈(130) 중의 어느 하나에 문제가 발생하는 경우 해당 모듈만 교환할 수 있다.
배터리모듈(110)은 전면(110a)에 DC 라인(150)이 연결된다. 배터리모듈(110)의 전면에 연결된 DC 라인(150)은 인접한 배터리모듈(110)의 전면(110a) 또는 제어모듈(120)의 DC 커넥터(123DC)와 연결된다. 배터리모듈(110)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 배터리모듈(110)은 각각 독립적으로 패키징되어 있으므로, 배터리모듈(110) 단위로 교환할 수 있다. 복수의 배터리모듈(110)은 직렬로 연결되어 있으므로 어느 하나의 배터리모듈(110)을 교환하여 배터리모듈(110)들 사이에 특성의 차이가 존재하더라도 충전과 방전을 동시에 수행할 수 있다.
배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)의 일면에 형성된 각종 연결부, 팬이나 구멍 등의 구성들은 배터리모듈(110), 제어모듈(120), 변환모듈(130)의 배치관계에 따라 전면, 측면, 후면, 상하면 등에 배치될 수 있다.
에너지 관리 시스템(220)은 복수의 배터리랙(100) 중에서 어느 하나가 교환되거나 새로운 배터리랙(100)이 추가로 연결되는 경우, 랙제어유닛(121)으로부터 배터리랙(100)의 상태에 관한 정보를 수신하고 자동으로 배터리랙(100)의 배터리셀의 종류나 충전 상태에 따른 제어를 수행할 수 있다. 에너지 관리 시스템(220)은 배터리랙(100)과 패널(200)이 AC 라인(230)과 통신 라인(240)을 통해 연결되면 자동으로 배터리랙(100)의 랙제어유닛(121)과 데이터를 송수신할 수 있다. 에너지 관리 시스템(220)은 기존에 다른 배터리랙(100)들을 운영하는 알고리즘에 따라, 새로운 배터리랙(100)을 기존의 배터리랙(100)에 연동하여 운영할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으며, 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템
100: 배터리랙 110: 배터리모듈
110a: 배터리모듈의 전면
120: 제어모듈 120a: 제어모듈의 전면
120b: 제어모듈의 후면 121: 랙제어유닛
121a: 배터리관리시스템(BMS) 121b: 전력제어부
122DC: DC 보호부 122AC: AC 보호부
123DC: DC 커넥터 123AC: AC 커넥터
124: 통신 커넥터 125: 공기구멍
126: 제1 DC 버스 연결부 127: 제1 AC 버스 연결부
128: 제1 제어신호 연결부 130: 변환모듈
130a: 변환모듈의 전면 130b: 변환모듈의 상면
131: 전력변환부 132: 로우패스필터
133: DC링크캐패시터 134: 제2 DC 버스 연결부
135: 제2 AC 버스 연결부 136: 제2 제어신호 연결부
137: 팬 140: 케이스
140a: 케이스의 전면 140b: 케이스의 상면
140c: 케이스의 측면 140d: 케이스의 후면
141: 팬 150: DC 라인
200: 패널 210: AC 버스
220: 에너지 관리 시스템 230: AC 라인
240: 통신 라인 300: 클러스터
TR: 변압기 G: 그리드
CB: 차단기

Claims (14)

  1. 전력을 저장하는 하나 또는 복수의 배터리랙; 및
    상기 배터리랙의 충전 또는 방전을 제어하는 패널을 포함하고,
    상기 배터리랙은
    전력을 저장하는 하나 또는 복수의 배터리모듈;
    상기 배터리모듈과 상기 패널에 연결되어, 상기 패널로부터 수신하는 제어신호에 따라 상기 배터리모듈의 충전 또는 방전을 제어하는 제어모듈; 및
    상기 제어모듈과 연결되어, 상기 제어모듈로부터 수신하는 제어신호에 따라 전력의 파형을 직류 또는 교류로 변환하는 변환모듈을 포함하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리모듈, 변환모듈, 및 제어모듈을 수납하는 케이스를 더 포함하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리랙은
    상기 배터리모듈, 변환모듈, 및 제어모듈이 상기 케이스에 수납되어 하나로 패키징되어 상기 배터리랙 단위로 교환가능한, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어모듈은
    상기 패널과 전력을 송수신하기 위한 AC 커넥터;
    상기 배터리모듈과 전력을 송수신하기 위한 DC 커넥터;
    상기 패널 또는 배터리모듈과 데이터를 송수신하기 위한 통신 커넥터;
    상기 변환모듈과 상기 AC 커넥터에 연결되어 사고의 전파를 방지하는 AC 보호부;
    상기 변환모듈과 상기 배터리모듈에 연결되어 사고의 전파를 방지하는 DC 보호부; 및
    상기 통신 커넥터와 연결되어 상기 배터리모듈의 상태를 수집하고 상기 패널로부터 수신되는 제어신호에 기초하여 상기 변환모듈을 제어하는 랙제어유닛 중에서 하나 이상을 포함하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 변환모듈은
    상기 AC 보호부에 연결되어 AC 전력의 고조파를 제거하는 로우패스필터;
    상기 DC 보호부에 연결되어 DC 전력의 전압을 균일화하는 DC 링크 캐패시터; 및
    상기 로우패스필터와 DC 링크 캐패시터에 연결되고, 랙제어유닛으로부터 수신되는 제어신호에 따라 전력의 파형을 교류 또는 직류로 변경하는 전력변환부 중에서 하나 이상을 포함하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 랙제어유닛은
    상기 배터리모듈의 상태를 감시하고 충전 또는 방전을 제어하는 배터리관리시스템; 및
    상기 배터리관리시스템이 충전 또는 방전을 제어함에 따라 상기 전력변환부를 제어하는 전력제어부를 포함하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 배터리모듈은 상기 케이스 내부에 상하 방향 또는 좌우 방향으로 서로 이격되도록 배치되며,
    상기 제어모듈 및 변환모듈은 상기 케이스 내부에 상기 배터리모듈의 상하 방향 또는 좌우 방향으로 서로 이격되도록 배치되고,
    상기 케이스는
    상기 배터리모듈, 제어모듈, 및 변환모듈의 사이에 이격된 공간으로부터 유입되는 공기를 상기 케이스의 외부로 배출하고, 상기 케이스의 일측에 형성되는 팬을 더 포함하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어모듈은
    일면에 상기 AC 커넥터, DC 커넥터, 통신 커넥터가 배치되고,
    상기 배터리모듈은
    일면에 상기 제어모듈의 DC 커넥터와 연결되거나 다른 배터리모듈과 연결되는 DC 라인이 연결되는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어모듈과 변환모듈은
    상기 제어모듈의 전면에서 유입된 공기가 상기 제어모듈과 변환모듈을 통과하여 변환모듈의 상면으로 배출되도록 공기구멍이 형성되고, 상기 변환모듈의 상면에 형성된 공기구멍은 상기 케이스의 팬에 대응하는 위치에 형성되는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 패널은
    상기 복수의 배터리랙의 충전 또는 방전을 제어하는 제어신호를 생성하여 상기 복수의 배터리랙에 각각 제공하는 에너지 관리 시스템; 및
    상기 복수의 배터리랙과 연결되어 상기 복수의 배터리랙의 전력을 공유하는 AC 버스를 포함하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 배터리랙은
    적어도 하나의 배터리랙이 다른 배터리랙과 다른 유형의 배터리셀을 포함하거나, 적어도 하나의 배터리랙이 재사용 배터리셀을 포함하고,
    상기 에너지 관리 시스템은
    상기 복수의 배터리랙 각각의 종류 또는 충전 상태에 따라, 적어도 하나의 배터리랙을 충전하도록 제어하는 동시에 다른 적어도 하나의 배터리랙을 방전하도록 제어하거나, 적어도 하나의 배터리랙과 다른 적어도 하나의 배터리랙에 충전 또는 방전되는 전력량이 서로 다르도록 제어하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 에너지 관리 시스템은
    상기 복수의 배터리랙 중에서 어느 하나가 교환되거나 새로운 배터리랙이 추가로 연결되는 경우, 상기 랙제어유닛으로부터 배터리랙의 상태에 관한 정보를 수신하고 자동으로 배터리랙의 배터리셀의 종류나 충전 상태에 따른 제어를 수행하는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 배터리모듈, 제어모듈, 또는 변환모듈을 교환하기 위하여, 상기 배터리모듈, 제어모듈, 또는 변환모듈을 각각 탈부착 가능하도록 구성되는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 배터리랙이 정해진 개수만큼 상기 패널에 연결되어 하나의 클러스터를 형성하고, 상기 클러스터 단위로 에너지 저장 시스템이 제어되는, 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템.
KR1020210000936A 2021-01-05 2021-01-05 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템 KR20220098979A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210000936A KR20220098979A (ko) 2021-01-05 2021-01-05 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템
EP21212302.0A EP4024644A1 (en) 2021-01-05 2021-12-03 Plug-in type energy storage system
US17/560,768 US20220216716A1 (en) 2021-01-05 2021-12-23 Plug-in type energy storage system
CN202111591165.7A CN114726018A (zh) 2021-01-05 2021-12-23 插入式能量存储系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210000936A KR20220098979A (ko) 2021-01-05 2021-01-05 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220098979A true KR20220098979A (ko) 2022-07-12

Family

ID=78822110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210000936A KR20220098979A (ko) 2021-01-05 2021-01-05 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220216716A1 (ko)
EP (1) EP4024644A1 (ko)
KR (1) KR20220098979A (ko)
CN (1) CN114726018A (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116647003B (zh) * 2023-04-14 2024-04-05 云储新能源科技有限公司 一种数据中心全直流供电方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101634012B1 (ko) 2014-12-30 2016-06-28 주식회사 포스코아이씨티 배터리 랙간 불평형 제어가 가능한 배터리 조절 장치 및 배터리 랙간 불평형 제어 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8026698B2 (en) * 2006-02-09 2011-09-27 Scheucher Karl F Scalable intelligent power supply system and method
WO2013161370A1 (ja) * 2012-04-26 2013-10-31 積水化学工業株式会社 蓄電システム、及びカートリッジ
US20150022001A1 (en) * 2013-07-20 2015-01-22 Aspect Solar Pte Ltd. Modular grid power backup system
US10040363B2 (en) * 2015-10-15 2018-08-07 Powin Energy Corporation Battery-assisted electric vehicle charging system and method
US11336111B2 (en) * 2018-06-08 2022-05-17 Powin, Llc Microgrid power system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101634012B1 (ko) 2014-12-30 2016-06-28 주식회사 포스코아이씨티 배터리 랙간 불평형 제어가 가능한 배터리 조절 장치 및 배터리 랙간 불평형 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20220216716A1 (en) 2022-07-07
CN114726018A (zh) 2022-07-08
EP4024644A1 (en) 2022-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9899835B2 (en) Uninterruptible power supply system
KR101364094B1 (ko) 배터리 시스템 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템
EP2693514B1 (en) Rack type power device and battery pack with detachable connector
KR101375330B1 (ko) 배터리 시스템, 이의 제어방법 및 배터리 시스템을 포함하는 에너지 저장 시스템
JP5801176B2 (ja) 蓄電装置及びその保守方法
EP3490096B1 (en) Battery system
KR20130066283A (ko) 배터리 시스템의 시뮬레이션 장치
WO2012033248A1 (ko) 지능형 에너지 저장 시스템 및 방법
JP2013097926A (ja) 蓄電池ユニット
WO2018083332A1 (en) Rack-mounted ups device for data centers
US11289921B1 (en) Energy storage system employing second-life electric vehicle batteries
EP3846304A1 (en) Portable charging device for electric vehicles
CN111835055A (zh) 集中式充电柜
CN112467769A (zh) 一种模块化预安装储能系统
CN114161983B (zh) 一种电动车换电系统及电池包的充电方法
CN103746410A (zh) 一种应用于电力系统的移动储能设备
KR20220098979A (ko) 플러그인 타입의 에너지 저장 시스템
CN210468888U (zh) 一种不间断电源系统
CN219576654U (zh) 共用电池的微电网电路系统及储能设备
CN216649294U (zh) 一种数据中心的锂电池系统及数据中心
CN218958607U (zh) 一种储能电池集装箱系统
CN221305518U (zh) 一种集成式集装箱储能汇流柜
CN116317180B (zh) 储能装置及其控制方法
CN218998577U (zh) 一种数字能量交换和控制单元装置
CN217983538U (zh) 一种锂电池模组、锂电池后备电源系统及户外通信机柜