KR20220123925A

KR20220123925A - 에너지 저장형 이차전지 충방전기 및 이를 이용한 이차전지 충방전 방법

Info

Publication number: KR20220123925A
Application number: KR1020210027487A
Authority: KR
Inventors: 구회진; 김유탁; 유어현; 차동민; 정수안
Original assignee: 한국전지연구조합
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-13
Also published as: WO2022186524A1

Abstract

에너지 저장형 이차전지 충방전기 및 이를 이용한 이차전지 충방전 방법에 관한 것으로, 에너지 저장부를 통해 이차전지의 방전 에너지를 저장하고 이를 충전 에너지로 활용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있으며, 이차전지의 활성화 공정 등에 활용 가능하다.

Description

에너지 저장형 이차전지 충방전기 및 이를 이용한 이차전지 충방전 방법{SECONDARY BATTERY CHARGING AND DISCHARGING DEVICE OF ENERGY STORAGE TYPE AND SECONDARY BATTERY CHARGING AND DISCHARGING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 에너지 저장형 이차전지 충방전기 및 이를 이용한 이차전지 충방전 방법에 관한 것이다.

노트북, 휴대폰 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 이차전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 이차전지들을 전기적으로 연결한 모듈 내지 팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 상대적으로 낮은 수준의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 전기자동차 내지 하이브리드 전기자동차 등과 같은 동력원 내지 대용량의 에너지 저장 장치와 같은 중형 또는 대형 디바이스는 높은 수준의 출력 및 용량이 요구된다.

일반적으로, 이차전지를 제조하는 과정에서, 이차전지에 대한 활성화 공정을 수행하게 된다. 활성화 공정에서는 이차전지에 대한 충방전 과정이 요구된다. 혹은 제조된 이차전지에 대한 평가 과정에서도, 반복적인 충방전 과정에 요구된다. 이러한 충방전 과정에서, 이 과정에서 다량의 에너지가 소모되는 문제가 있다.

구체적으로, 도 1은 종래의 충방전기를 예시적으로 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 충방전기(10)는 외부 전원(20)로부터 전원을 공급받아 이차전지(30)을 충전하게 되고, 충전된 이차전지(30)는 코일 저항(15)을 통해 방전을 수행하게 된다. 구체적으로, 상기 충방전기(10)는 전원 공급부(11)을 통해 외부 전원(20)의 AC 전원이 공급되면, 이를 변환기(12)에서 DC 전원으로 변환한다. 변환된 DC 전원은 제어부(13)를 거쳐 충방전 대상이 되는 이차전지(30)에 공급된다. 이때, 충방전기 단자부(14(a), 14(b))와 이차전지 단자부(31, 32)는 상호 전기적으로 연결된 형태이다. 이차전지(30) 방전시에는, 이차전지(30)에 충전된 전기 에너지를 코일 저항(15)에 공급하고, 상기 코일 저항(15)에서 공급된 전기 에너지를 소모한다.

따라서, 이차전지에 대한 충방전 과정에서 소모되는 에너지를 최소화하고, 이를 재활용할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

한국특허공개공보 제2016-0047281호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 이차전지의 방전 에너지를 저장하여 충전 에너지로 활용하는 에너지 저장부 내장형 충방전기 및 이를 이용한 이차전지 충방전 방법을 제공하고자 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 에너지 저장부 내장형 충방전기를 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 충방전기는, 외부로부터 전기 에너지를 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부와 전기적으로 연결되고, 충방전 대상이 되는 이차전지와 전기적으로 접촉하는 단자부; 상기 단자부와 전기적으로 연결되며, 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부; 및 상기 전원 공급부, 단자부 및 에너지 저장부와 각각 전기적으로 연결되어 이들의 충전 및 방전 모드를 제어하는 제어부를 포함한다. 또한, 상기 충방전기는 (i) 충전 모드에서는 전원 공급부 및 에너지 저장부 중 어느 하나 이상을 전원으로 하여 이차전지를 충전하고, (ii) 방전 모드에서는 충전된 이차전지를 전원으로 하여 에너지 저장부를 충전한다.

또 다른 하나의 예에서, 상기 전원 공급부는 AC 전원을 공급하고, 전원 공급부와 단자부 사이에 위치하여, 전원 공급부로부터 공급된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 변환기를 포함한다.

구체적인 하나의 예에서, 상기 제어부는 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 1차 충전하고, 전원 공급부를 통해 에너지 저장부를 2차 충전한다.

또 다른 구체적인 하나의 예에서, 상기 제어부는 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 SOC a% 충전하고, 전원 공급부를 통해 이차전지를 SOC b% 충전하되, b에 대한 a의 비율(a/b)은 2 내지 50 범위이고, a와 b의 합은 100 이하 범위이다.

구체적인 하나의 예에서, 상기 충방전기는, 방전 모드에서, 이차전지의 방전량 대비 에너지 저장부에 저장되는 에너지의 효율은 80% 이상이다.

구체적인 하나의 예에서, 상기 에너지 저장부는 전지형 에너지 저장부(BESS; Battery Energy Storage System)이다.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 에너지 저장부 내장형 충방전기를 이용한 이차전지 충방전 방법을 제공한다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 충방전 방법은, 충방전 대상이 되는 이차전지를 충전하는 단계; 및 충전된 이차전지를 방전하는 단계 중 어느 하나 이상을 포함한다. 구체적으로, 상기 이차전지를 충전하는 단계에서는, 전원 공급부 및 에너지 저장부 중 어느 하나 이상을 전원으로 하여 이차전지를 충전하고, 상기 이차전지를 방전하는 단계에서는, 충전된 이차전지를 전원으로 하여 에너지 저장부를 충전한다.

구체적인 하나의 예에서, 상기 이차전지를 충전하는 단계에서는, 에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 SOC a% 충전하고, 전원 공급부를 전원으로 하여 이차전지를 SOC b% 충전하되, b에 대한 a의 비율(a/b)이 2 내지 50 범위이다.

보다 구체적인 하나의 예에서, 상기 이차전지를 충전하는 단계에서, 전원 공급부는 AC 전원을 공급하며, 변환기를 통해, 전원 공급부로부터 공급된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 변환 단계를 더 포함하고, 에너지 저장부는 DC 전원을 공급하며 별도의 변환 단계 없이 이차전지를 충전한다.

또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 충방전 방법은 이차전지 활성화 공정 및 이차전지에 대한 충방전 테스트 중 어느 하나 이상의 과정에서 수행한다.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 에너지 저장부 내장형 충방전기를 통한 또 다른 형태의 이차전지 충방전 방법을 제공한다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 충방전 방법은, 제어부를 통해 충방전 대상이 되는 이차전지에 대한 충전 또는 방전 모드를 결정하되, (a) 충전 모드에서는, 미리 설정된 에너지 저장부의 충전량 SOC x%를 기준으로, 에너지 저장부의 충전량이 SOC x% 이상인 경우에는 에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 충전하고, 에너지 저장부의 충전량이 SOC x% 미만인 경우에는 에너지 저장부 및 전원 공급부를 병용하거나 전원 공급부 만을 전원으로 하여 이차전지를 충전하며, x는 0 내지 50 사이의 범위이고, (b) 방전 모드에서는, 이차전지에서 방전된 에너지를 에너지 저장부에 저장하는 한다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 충방전 방법은, 방전 모드에서는 이차전지에서 방전된 에너지를 에너지 저장부에 저장하되, 에너지 저장부의 충전 용량은, 이차전지의 방전 용량의 90% 또는 그 이상이다.

구체적인 하나의 예에서, 상기 이차전지 충방전 방법은 이차전지 활성화 공정 및 이차전지에 대한 충방전 테스트 중 어느 하나 이상의 과정에서 수행한다.

본 발명에 따른 충방전기 및 이를 이용한 이차전지 충방전 방법은, 이차전지의 방전 에너지를 저장하고 이를 충전 에너지로 활용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있으며, 이차전지의 활성화 공정 등에 활용 가능하다.

도 1은 종래의 충방전기를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충방전기를 나타낸 모식도이다.
도 3 및 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충방전기의 충전 모드 또는 방전 모드를 나타낸 모식도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 에너지 저장형 충방전기를 제공하며, 이는 에너지 저장부를 포함 또는 내장하는 구조의 충방전기이다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 충방전기는, 외부로부터 전기 에너지를 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부와 전기적으로 연결되고, 충방전 대상이 되는 이차전지와 전기적으로 접촉하는 단자부; 상기 단자부와 전기적으로 연결되며, 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부; 및 상기 전원 공급부, 단자부 및 에너지 저장부와 각각 전기적으로 연결되어 이들의 충전 및 방전 모드를 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는 충방전기를 충전 모드 또는 방전 모드로 전환 및 제어하게 된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 충반전기는, (i) 충전 모드에서는 전원 공급부 및 에너지 저장부 중 어느 하나 이상을 전원으로 하여 이차전지를 충전하고, (ii) 방전 모드에서는 충전된 이차전지를 전원으로 하여 에너지 저장부를 충전한다.

상기 충전 모드에서는, 에너지 저장부를 단독으로 전원을 하거나, 전원 공급부와 에너지 저장부를 공공 전원으로 한다. 전원 공급부와 에너지 저장부를 공공 전원으로 하는 경우에는, 에너지 저장부가 1차 전원이 되고, 전원 공급부가 2차 전원이 된다. 혹은 에너지 저장부에 에너지가 저장되어 있지 않은 경우에는, 전원 공급부를 전원으로 할 수 있다.

이차전지 제조시, 이차전지를 충방전하는 과정을 포함하는 활성화 공정을 거치게 된다. 기존에는 이차전지 방전시 저항 코일을 이용하여 방전 에너지를 소모하게 된다.

예를 들어, 100 Ah 전지 셀을 1회 충방전하는 경우에는, 아래 식 (1)과 같이 약 420 W가 소요된다.

4.2 V x 100 Ah = 420 W ????식 (1)

통상적으로 전지 셀을 활성화(Formation)하는 경우에는, 3회 충방전을 수행하게 되고, 이 경우 1.26 kW 전력이 소요된다.

나아가, 42 V 및 50 Ah 모듈을 활성화하는 경우에는, 약 6 kW 전력이 소모되며, 1 GWh 전기자동차용 배터리의 경우에는 활성화 과정에서 약 3 GWh 전력이 소모된다.

본 발명에서는, 이차전지 방전시 소실되는 전력을 에너지 저장장치에 저장 및 활용함으로써, 전력 낭비를 방지할 수 있다. 이차전지 방전시 전력을 에너지 저장장치에 저장시 약 95% 수준의 에너지 효율을 보이며, 이를 이차전지 충전시 다시 활용할 수 있다. 따라서 본 발명은 이차전지 활성화 공정에서 소모되는 막대한 양의 전력 소모를 방지하고 에너지 효율을 큰 폭으로 높일 수 있다.

하나의 실시예에서, 전원 공급부는 AC 전원을 공급한다. 본 발명에서는, 전원 공급부와 단자부 사이에 위치하여, 전원 공급부로부터 공급된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 변환기를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 상기 제어부는 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 1차 충전하고, 전원 공급부를 통해 에너지 저장부를 2차 충전한다. 본 발명에서는, 에너지 저장부를 1차 전원으로 설정함으로써, 저장된 전력을 먼저 소모하고, 부족분을 외부 전원으로 충당하게 된다.

하나의 실시예에서, 상기 제어부는 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 SOC a% 충전하고, 전원 공급부를 통해 이차전지를 SOC b% 충전하되, b에 대한 a의 비율(a/b)은 2 내지 50 범위이고, a와 b의 합은 100 이하 범위이다. 예를 들어, 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 SOC 85% 충전하고, 전원 공급부를 통해 이차전지를 SOC 15% 충전함으로써, 이차전지를 완충할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 SOC 65% 충전하고, 전원 공급부를 통해 이차전지를 SOC 5% 충전함으로써, 이차전지를 SOC 70% 충전하는 것도 가능하다.

또 다른 예를 들어, 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 SOC 70% 충전함으로써, 이차전지를 SOC 70% 충전하는 것도 가능하다. 이 경우, 전원 공급부를 통한 이차전지 충전은 수행하는 않는다.

하나의 실시예에서, 방전 모드에서, 이차전지의 방전량 대비 에너지 저장부에 저장되는 에너지 효율은 80% 이상이다. 이차전지 방전시, 별도의 변환 과정없이 에너지 저장부에 저장 가능하므로, 높은 에너지 효율을 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 에너지 효율은 85% 이상, 90% 이상 또는 83 내지 98% 범위이다. 상기 에너지 효율은 충방전 대상이 되는 이차전지의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지의 경우에는 90% 이상, 혹은 93 내지 96% 수준의 에너지 효율을 구현할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 납축전지의 경우에는 80% 이상, 혹은 83 내지 90% 수준의 수준의 에너지 효율을 구현할 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 에너지 저장부는 전지형 에너지 저장장치(BESS)이다.

본 발명은 앞서 설명한 에너지 저장형 충방전기를 이용한 이차전지 충방전 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 이차전지 충방전 방법은, 충방전 대상이 되는 이차전지를 충전하는 단계; 및 충전된 이차전지를 방전하는 단계 중 어느 하나 이상을 포함한다. 구체적으로, 상기 이차전지를 충전하는 단계에서는, 전원 공급부 및 에너지 저장부 중 어느 하나 이상을 전원으로 하여 이차전지를 충전하고, 상기 이차전지를 방전하는 단계에서는, 충전된 이차전지를 전원으로 하여 에너지 저장부를 충전한다.

본 발명은, 이차전지 방전시 에너지를 에너지 저장부에 저장하고, 저장된 에너지를 이차전지 충전시 활용하는 것을 특징으로 한다. 하나의 예에서, 상기 이차전지를 충전하는 단계에서는, 에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 SOC a% 충전하고, 전원 공급부를 전원으로 하여 이차전지를 SOC b% 충전하되, b에 대한 a의 비율(a/b)이 2 내지 50 범위이다. 예를 들어, 에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 SOC 95% 충전하고, 전원 공급부를 전원으로 하여 이차전지를 SOC 5% 충전할 수 있다.

또 다른 하나의 예에서, 상기 이차전지를 충전하는 단계에서는, 에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 미리 설정된 기준치로 충전하는 것도 가능하다. 이 경우에는 전원 공급부를 통한 충전은 별도로 수행하지 않는다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지를 충전하는 단계에서, 전원 공급부는 AC 전원을 공급하며, 변환기를 통해, 전원 공급부로부터 공급된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 변환 단계를 더 포함한다. 더불어, 상기 에너지 저장부는 DC 전원을 공급하며 별도의 변환 단계 없이 이차전지를 충전한다. 에너지 저장부를 통한 이차전지 충전은, 별도의 변환 단계가 요구되지 않으므로, 높은 에너지 효율을 달성할 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 이차전지 충방전 방법은 이차전지 활성화 공정 및 이차전지에 대한 충방전 테스트 중 어느 하나 이상의 과정에서 수행 가능하다.

또한, 본 발명은 앞서 설명한 에너지 저장형 충방전기를 통한 또 다른 형태의 이차전지 충방전 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 이차전지 충방전 방법은, 제어부를 통해 충방전 대상이 되는 이차전지에 대한 충전 또는 방전 모드를 결정한다.

구체적으로, (a) 충전 모드에서는, 미리 설정된 에너지 저장부의 충전량 SOC x%를 기준으로, 에너지 저장부의 충전량이 SOC x% 이상인 경우에는 에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 충전하고, 에너지 저장부의 충전량이 SOC x% 미만인 경우에는 에너지 저장부 및 전원 공급부를 병용하거나 전원 공급부 만을 전원으로 하여 이차전지를 충전하며, x는 0 내지 50 사이의 범위이다. 예를 들어, (a) 충전 모드에서는, 미리 설정된 에너지 저장부의 충전량 SOC 30%를 기준으로, 에너지 저장부의 충전량이 SOC 30% 이상인 경우에는 에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 충전하고, 에너지 저장부의 충전량이 SOC 30% 미만인 경우에는 에너지 저장부 및 전원 공급부를 병용하거나 전원 공급부 만을 전원으로 하여 이차전지를 충전한다.

또한, (b) 방전 모드에서는, 이차전지에서 방전된 에너지를 에너지 저장부에 저장한다.

또 다른 하나의 실시예에서, 방전 모드에서는 이차전지에서 방전된 에너지를 에너지 저장부에 저장하되, 에너지 저장부의 충전 용량은, 이차전지의 방전 용량의 90% 또는 그 이상이다. 예를 들어, 상기 에너지 저장부의 충전 용량은 이차전지 방전 용량의 2배이다. 이를 통해, 이차전지에서 방전되는 전력을 에너지 저장부에 유효하게 저장 가능하다. 에너지 저장부의 충전 용량은 다양하게 적용 가능하여, 이차전지의 방전 용량은 전지의 종류 혹은 형태에 따라 달라질 수 있다.

또 다른 하나의 실시예에서, 에너지 저장부의 충전 용량은, 이차전지의 방전 용량의 10% 내지 90% 범위인 것도 가능하다. 더불어, 에너지 저장부와 병렬 연결된 저항 코일을 형성하고, 이를 통해 에너지 저장부에 저장되지 않는 전력은 저항 코일을 통해 소모하는 것도 가능하다.

구체적인 실시예에서, 상기 이차전지 충방전 방법은 이차전지 활성화 공정 및 이차전지에 대한 충방전 테스트 중 어느 하나 이상의 과정에서 수행 가능하다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 에너지 저장형 충방전기를 도시한 모식도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 충방전기(100)는 외부에서 공급되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 변환부(120), 충방전기(100)의 운전 내지 모드를 제어하는 제어부(130) 및 이차전지(300)의 방전 에너지를 저장하는 에너지 저장부(150)를 포함한다. 또한, 상기 충방전기(100)는 외부 전원(200)과 전기적으로 연결되어 AC 전원을 공급받는 전원 공급부(110)를 포함하며, 이차전지(300)와 전기적으로 접촉하는 단자부(141, 142)를 포함한다.

상기 이차전지(300)는 이차전지이며, 전지 셀 형태일 수 있으며, 전지 모듈 혹은 전지 팩의 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 이차전지(300)는 파우치형 전지 셀들이 집합된 전지 팩이다. 이차전지(300)는 외부와 전기적으로 연결 내지 접촉하는 이차전지 단자부(311, 312)를 포함한다.

상기 제어부(130)는 충방전기(100)의 운전 내지 모드를 제어한다. 구체적으로, 이차전지(300)에 대한 충전 모드 또는 운전 모드를 제어하고 전환하게 된다.

상기 에너지 저장부(150)는 이차전지(300)의 방전 에너지를 저장하게 된다. 에너지 저장부(150)에 저장된 전기 에너지는 이차전지(300)를 충전시 활용할 수 있다. 상기 에너지 저장부(150)는 ESS(Energy Storage System) 또는 BESS(Battery Energy Storage System)의 형태이다.

도 3 및 4는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충방전기의 충전 모드 또는 방전 모드를 나타낸 모식도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 충방전기의 충전 모드를 나타낸 것이다. 충전 모드에서는, 전원 공급부(110) 및 에너지 저장부(150) 중 어느 하나 이상을 전원으로 하여 이차전지(300)를 충전하게 된다. 이 경우, 제어부(130)는 에너지 저장부(150)를 1차 전원으로 하고 전원 공급부(110)를 2차 전원으로 제어한다.

예를 들어, 에너지 저장부(150)를 통해 이차전지(300)를 SOC 95% 충전하고, 전원 공급부(120)를 통해 이차전지(300)를 SOC 5%를 충전함으로써, 이차전지(300)에 대한 완충이 가능하다.

도 4를 참조하면, 충방전기의 방전 모드를 나타낸 것이다. 방전 모드에서는, 이차전지(300)의 방전 에너지를 에너지 저장부(150)에 저장하게 되며, 이때 효율은 약 95% 수준이다. 에너지 저장부(150)에 저장된 에너지는 이차전지(300) 충전에 활용된다.

또한, 충방전 대상이 되는 이차전지(300)의 종류에 따른 에너지 효율은 하기 표 1과 같다. 상기 표 1에서, 에너지 저장부(150)는 리튬 이차전지인 경우를 기준으로 산출한 것이다.

이차전지 용량	이차전지 종류에 따른 에너지 효율(%)
	리튬 이차전지	납축전지
100 kW초과 ~ 250 kW 이하	95	85
250 kW초과 ~ 500 kW 이하
500 kW초과 ~ 1000 kW 이하	94
1000 kW초과 ~ 2500 kW 이하

상기 표 1을 참조하면, 리튬 이차전지의 경우에는 94% 또는 95% 수준의 에너지 효율을 보이고, 납축전지는 85%, 그리고 레독스 흐름전지는 약 70%의 에너지 효율을 보이는 것을 확인하였다.

또 다른 하나의 실시예에서, 도 4에는 도시하지 않았으나, 코일 저항을 에너지 저장부(150)와 병렬 연결한 구조도 가능하다. 이를 통해, 에너지 저장부(150)의 용량을 초과하는 방전 에너지는 코일 저항을 통해 소모 가능하다.

이상 도면을 통해 본 발명을 설명하였으나, 이는 기술 설명을 위한 것으로, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다.

10, 100: 충방전기
11, 110: 외부 전원 공급라인
12, 120: 변환부
13, 130: 제어부
14(a), 14(b), 141, 142: 충방전기 단자부
15: 코일 저항
150: 에너지 저장부
20, 200: 전원 공급부
30, 300: 이차전지
31, 32, 310, 320: 이차전지 단자부

Claims

외부로부터 전기 에너지를 공급하는 전원 공급부;
상기 전원 공급부와 전기적으로 연결되고, 충방전 대상이 되는 이차전지와 전기적으로 접촉하는 단자부;
상기 단자부와 전기적으로 연결되며, 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부; 및
상기 전원 공급부, 단자부 및 에너지 저장부와 각각 전기적으로 연결되어 이들의 충전 및 방전 모드를 제어하는 제어부를 포함하고,
(i) 충전 모드에서는 전원 공급부 및 에너지 저장부 중 어느 하나 이상을 전원으로 하여 이차전지를 충전하고,
(ii) 방전 모드에서는 충전된 이차전지를 전원으로 하여 에너지 저장부를 충전하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장형 충방전기.
제 1 항에 있어서,
전원 공급부는 AC 전원을 공급하고,
전원 공급부와 단자부 사이에 위치하여, 전원 공급부로부터 공급된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 변환기를 더 포함하는 에너지 저장형 충방전기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 1차 충전하고, 전원 공급부를 통해 에너지 저장부를 2차 충전하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장형 충방전기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 충전 모드에서, 에너지 저장부를 통해 이차전지를 SOC a% 충전하고, 전원 공급부를 통해 이차전지를 SOC b% 충전하되, b에 대한 a의 비율(a/b)은 2 내지 50 범위이고, a와 b의 합은 100 이하 범위인 에너지 저장형 충방전기.
제 1 항에 있어서,
방전 모드에서, 이차전지의 방전량 대비 에너지 저장부에 저장되는 에너지의 효율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 에너지 저장형 충방전기.
제 1 항에 있어서,
상기 에너지 저장부는 전지형 에너지 저장장치(BESS)인 것을 특징으로 하는 에너지 저장형 충방전기.
충방전 대상이 되는 이차전지를 충전하는 단계; 및
충전된 이차전지를 방전하는 단계 중 어느 하나 이상을 포함하되,
상기 이차전지를 충전하는 단계에서는, 전원 공급부 및 에너지 저장부 중 어느 하나 이상을 전원으로 하여 이차전지를 충전하고,
상기 이차전지를 방전하는 단계에서는, 충전된 이차전지를 전원으로 하여 에너지 저장부를 충전하는 이차전지 충방전 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 이차전지를 충전하는 단계에서는,
에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 SOC a% 충전하고, 전원 공급부를 전원으로 하여 이차전지를 SOC b% 충전하되, b에 대한 a의 비율(a/b)이 2 내지 50 범위인 이차전지 충방전 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 이차전지를 충전하는 단계에서,
전원 공급부는 AC 전원을 공급하며,
변환기를 통해, 전원 공급부로부터 공급된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 변환 단계를 더 포함하고,
에너지 저장부는 DC 전원을 공급하며 별도의 변환 단계 없이 이차전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 이차전지 충방전 방법은 이차전지 활성화 공정 및 이차전지에 대한 충방전 테스트 중 어느 하나 이상의 과정에서 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 방법.
제 1 항에 따른 에너지 저장형 충방전기를 통한 이차전지 충방전 방법에 있어서,
제어부를 통해 충방전 대상이 되는 이차전지에 대한 충전 또는 방전 모드를 결정하되,
(a) 충전 모드에서는, 미리 설정된 에너지 저장부의 충전량 SOC x%를 기준으로, 에너지 저장부의 충전량이 SOC x% 이상인 경우에는 에너지 저장부를 전원으로 하여 이차전지를 충전하고, 에너지 저장부의 충전량이 SOC x% 미만인 경우에는 에너지 저장부 및 전원 공급부를 병용하거나 전원 공급부 만을 전원으로 하여 이차전지를 충전하며, x는 0 내지 50 사이의 범위이고,
(b) 방전 모드에서는, 이차전지에서 방전된 에너지를 에너지 저장부에 저장하는 이차전지 충방전 방법.
제 11 항에 있어서,
방전 모드에서는 이차전지에서 방전된 에너지를 에너지 저장부에 저장하되,
에너지 저장부의 충전 용량은, 이차전지 방전 용량의 90% 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 이차전지 충방전 방법은 이차전지 활성화 공정 및 이차전지에 대한 충방전 테스트 중 어느 하나 이상의 과정에서 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 방법.