KR20230059512A - 에너지저장장치의 진단을 고려한 에너지저장시스템 제어방법 및 그 에너지저장시스템 - Google Patents

에너지저장장치의 진단을 고려한 에너지저장시스템 제어방법 및 그 에너지저장시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230059512A
KR20230059512A KR1020210143764A KR20210143764A KR20230059512A KR 20230059512 A KR20230059512 A KR 20230059512A KR 1020210143764 A KR1020210143764 A KR 1020210143764A KR 20210143764 A KR20210143764 A KR 20210143764A KR 20230059512 A KR20230059512 A KR 20230059512A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
energy storage
storage device
charge
time period
Prior art date
Application number
KR1020210143764A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102554383B1 (ko
Inventor
채수용
장재원
백종복
박화평
배국열
박석인
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020210143764A priority Critical patent/KR102554383B1/ko
Publication of KR20230059512A publication Critical patent/KR20230059512A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102554383B1 publication Critical patent/KR102554383B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/06—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into an amplitude of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G01R25/04—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents involving adjustment of a phase shifter to produce a predetermined phase difference, e.g. zero difference
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/02—Measuring characteristics of individual pulses, e.g. deviation from pulse flatness, rise time or duration

Abstract

일 실시예는, 동일한 입출력노드로 연결되는 복수의 에너지저장장치들; 진단전류를 포함하는 제1충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제1에너지저장장치를 충방전시키는 제1전력변환장치; 및 상기 진단전류와 반대의 위상을 가지는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제2에너지저장장치를 충방전시키는 제2전력변환장치를 포함하는 에너지저장시스템을 제공한다.

Description

에너지저장장치의 진단을 고려한 에너지저장시스템 제어방법 및 그 에너지저장시스템{CONTROL METHOD OF ENERGY STORAGE SYSTEM CONSIDERING DIAGNOSIS OF ENERGY STORAGE DEVICE, AND ENERGY STORAGE SYSTEM THEREOF}
본 실시예는 에너지저장시스템에 대한 제어기술에 관한 것이다.
에너지저장장치, 특히, 배터리는 내부 상태를 측정하기 어렵다. 예를 들어, 가솔린장치의 경우, 연료통 안에 연료게이지를 삽입시키고 연료게이지의 눈금을 읽어 연료잔량을 측정할 수 있으나, 배터리는 밀폐된 구조를 가지고 있기 때문에, 연료게이지를 이용하여 연료잔량을 측정하기 어렵다.
그래서, 대부분의 배터리 관련 장치들은 배터리의 내부 상태를 측정하지 못하고 "추정" 혹은 "예측"하고 있다. 배터리의 내부 상태를 나타내는 값들은 SOC(state-of-charge), SOH(state-of-health), RUL(remaining useful life)값 등이 있는데, 배터리 관련 장치들은 추정 혹은 예측을 통해 이러한 값들을 산출하고 있다.
배터리의 내부 상태를 추정하는 방법 중의 하나는 배터리로 진단전류를 공급하고 그 진단전류에 대한 배터리의 반응전압을 확인하는 방법이다. 그런데, 이러한 방법은 배터리의 입출력전류를 변형시키기 때문에 에너지저장시스템의 운전 중에는 사용하기 어려웠다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 에너지저장시스템의 운전 중에 에너지저장장치를 진단하는 기술을 제공하는 것이다. 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 에너지저장시스템의 입출력전류를 변화시키지 않으면서 에너지저장장치를 진단하는 기술을 제공하는 것이다. 또 다른 측면에서, 본 실시예의 목적은, 부하에 영향을 미치지 않으면서 에너지저장장치를 진단하는 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 동일한 입출력노드로 연결되는 복수의 에너지저장장치들; 진단전류를 포함하는 제1충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제1에너지저장장치를 충방전시키는 제1전력변환장치; 및 상기 진단전류와 반대의 위상을 가지는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제2에너지저장장치를 충방전시키는 제2전력변환장치를 포함하는 에너지저장시스템을 제공한다.
상기 진단전류와 상기 상쇄전류가 포함되는 시구간에서 상기 입출력노드를 통해 입출력되는 전류는 일정할 수 있다.
상기 제1충방전전류는 펄스파형의 충전전류형태를 가지는 상기 진단전류를 포함하고, 상기 제2충방전전류는 펄스파형의 방전전류형태를 가지는 상기 상쇄전류를 포함할 수 있다.
상기 제1충방전전류는 제1시구간에서 제1전류값을 가지고 상기 제2충방전전류는 상기 제1시구간에서 제2전류값을 가지며, 상기 제1충방전전류는 상기 제1시구간에 후속되는 제2시구간에서 상기 제1전류값에 상기 진단전류가 추가된 전류값을 가지고 상기 제2충방전전류는 상기 제2시구간에서 상기 제2전류값에 상기 상쇄전류가 추가된 전류값을 가질 수 있다.
정상모드에서 입출력지령치는 각 에너지저장장치들로 분배되어 적용되고, 진단모드에서 제1에너지저장장치는 상기 진단전류만 충방전되고 제2에너지저장장치는 상기 상쇄전류만 충방전되며 나머지 에너지저장장치(들)로 상기 입출력지령치가 분배되어 적용될 수 있다.
다른 실시예는, 동일한 입출력노드로 연결되는 복수의 에너지저장장치들; 용량진단을 위해 상기 에너지저장장치들 중 제1에너지저장장치를 제1충방전전류로 충방전시키는 제1전력변환장치; 및 상기 제1충방전전류를 상쇄시키는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제2에너지저장장치를 충방전시키는 제2전력변환장치를 포함하는 에너지저장시스템을 제공한다.
상기 제1전력변환장치는 진단시구간에서 용량진단을 위해 상기 제1에너지저장장치를 완충시키고, 상기 제2전력변환장치는 상기 진단시구간에서 일정 전류값에 상기 상쇄전류를 추가한 상기 제2충방전전류로 상기 제2에너지저장장치를 방전시킬 수 있다.
상기 제1전력변환장치는 진단시구간에서 용량진단을 위해 상기 제1에너지저장장치를 완방시키고, 상기 제2전력변환장치는 상기 진단시구간에서 일정 전류값에 상기 상쇄전류를 추가한 상기 제2충방전전류로 상기 제2에너지저장장치를 충전시킬 수 있다.
정상모드에서 입출력지령치는 각 에너지저장장치들로 분배되어 적용되고, 제1진단시구간에서 상기 제1에너지저장장치는 완충되고 상기 제2에너지저장장치는 상기 제1에너지저장장치의 충전전류에 반대되는 전류로 방전될 수 있다.
제2진단시구간에서 상기 제1에너지저장장치는 완방되고 상기 제2에너지저장장치는 상기 제1에너지저장장치의 방전전류에 반대되는 전류로 충전될 수 있다.
또 다른 실시예는, 동일한 입출력노드로 연결되는 복수의 에너지저장장치들을 포함하는 에너지저장시스템을 제어하는 방법에 있어서, 진단전류를 포함하는 제1충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제1에너지저장장치를 충방전시키는 단계; 및 상기 진단전류와 반대의 위상을 가지는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제2에너지저장장치를 충방전시키는 단계를 포함하는 에너지저장시스템 제어방법을 제공한다.
상기 진단전류와 상기 상쇄전류가 포함되는 시구간에서 상기 입출력노드를 통해 입출력되는 전류는 일정할 수 있다.
상기 제1충방전전류는 펄스파형의 충전전류형태를 가지는 상기 진단전류를 포함하고, 상기 제2충방전전류는 펄스파형의 방전전류형태를 가지는 상기 상쇄전류를 포함할 수 있다.
상기 제1충방전전류는 제1시구간에서 제1전류값을 가지고 상기 제2충방전전류는 상기 제1시구간에서 제2전류값을 가지며, 상기 제1충방전전류는 상기 제1시구간에 후속되는 제2시구간에서 상기 제1전류값에 상기 진단전류가 추가된 전류값을 가지고 상기 제2충방전전류는 상기 제2시구간에서 상기 제2전류값에 상기 상쇄전류가 추가된 전류값을 가질 수 있다.
정상모드에서 입출력지령치는 각 에너지저장장치들로 분배되어 적용되고, 진단모드에서 제1에너지저장장치는 상기 진단전류만 충방전되고 제2에너지저장장치는 상기 상쇄전류만 충방전되며 나머지 에너지저장장치(들)로 상기 입출력지령치가 분배되어 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 에너지저장시스템의 운전 중에 에너지저장장치를 진단할 수 있게 된다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 에너지저장시스템의 입출력전류를 변화시키지 않으면서 에너지저장장치를 진단할 수 있게 된다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 부하에 영향을 미치지 않으면서 에너지저장장치를 진단할 수 있게 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에서 배터리와 전력변환장치가 복수 개로 구성되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 에너지저장시스템 제어장치의 구성도이다.
도 4는 진단모드에 대한 에너지저장시스템의 제1예시 출력 파형도이다.
도 5는 진단모드에 대한 에너지저장시스템의 제2예시 출력 파형도이다.
도 6는 진단모드에 대한 에너지저장시스템의 제3예시 출력 파형도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 에너지저장시스템 제어방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 에너지저장시스템(100)은 에너지저장장치(120), 전력변환장치(130), 부하(140) 및 제어장치(110) 등을 포함할 수 있다.
에너지저장장치(120)는 배터리일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 에너지저장장치(120)가 배터리인 실시예를 중심으로 설명한다.
배터리(120)는 적어도 하나의 셀을 포함할 수 있고, 센서가 부착되면서 전류(Ib), 전압(Vb), 온도 등이 측정될 수 있다. 여기서, 전류는 배터리(120) 단자로 입출력되는 전류를 의미하고, 전압은 배터리(120)의 단자전압을 의미할 수 있다. 그리고, 온도는 배터리(120)의 표면온도를 의미할 수 있다.
전력변환장치(130)는 배터리(120)로 입출력되는 전류(Ib)를 제어하거나 배터리(120)의 전압을 제어할 수 있다. 이를 통해, 전력변환장치(130)는 배터리(120)를 충전시키거나 배터리(120)를 방전시켜 입출력노드(ND)로 전력을 공급할 수 있다. 입출력노드(ND)에는 부하(140)가 연결되어 있고, 입출력노드(ND)로 공급되는 전력은 부하(140)로 전달될 수 있다.
전력변환장치(130)는 제어장치(110)로부터 제어신호(CTR)를 수신하고, 제어신호(CTR)에 따라 배터리(120)에 대한 충방전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전력변환장치(130)는 제어신호(CTR)에 따라 배터리(120)의 충전전류량을 제어하거나 배터리(120)의 방전전류량을 제어할 수 있다. 이러한 방식으로 제어장치(110)는 원하는 전류 혹은 전압을 배터리(120)로 입력시키면서 배터리(120)의 상태변화를 관측할 수 있다.
제어장치(110)는 배터리(120)의 충방전을 제어하고, 배터리(120)의 용량을 측정할 수 있다.
제어장치(110)는 배터리(120)를 이용하여 복수의 서비스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(110)는 배터리(120)를 이용하여 부하(140) 측으로 주파수제어서비스를 제공할 수 있고, 수요반응서비스를 제공할 수 있다. 그리고, 부하(140)가 전기자동차인 경우, 제어장치(110)는 배터리(120)를 이용하여 전기자동차충전서비스를 제공할 수 있다.
제어장치(110)는 각각의 서비스에 맞는 서비스전류를 결정하고, 이러한 서비스전류에 대응되는 제어신호(CTR)를 생성하여 전력변환장치(130)로 송신할 수 있다.
제어장치(110)는 각각의 서비스를 제공하는 중에 배터리(120)의 상태를 진단할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(110)는 주파수제어서비스를 제공하는 중에 배터리(120)의 상태를 진단할 수 있고, 수요반응서비스를 제공하는 중에 배터리(120)의 상태를 진단할 수 있고, 전기자동차충전서비스를 제공하는 중에 배터리(120)의 상태를 진단할 수 있다.
제어장치(110)는 각각의 서비스에서 입출력노드(ND)로 공급하는 서비스전류에 영향을 미치지 않으면서 배터리(120)의 상태를 진단할 수 있다. 예를 들어, 수요반응으로 2A(암페어)를 입출력노드(ND)로 공급해야하는 경우, 제어장치(110)는 서비스전류로 2A를 유지하면서 배터리(120)의 상태를 진단할 수 있다. 운전 중에 배터리(120)의 상태를 진단하는 방법의 구체적인 예시에 대해서는 후술한다.
제어장치(110)는 배터리(120)의 다양한 상태를 진단할 수 있는데, 예를 들어, 제어장치(110)는 배터리(120)의 SOC(state-of-charge)를 진단할 수 있고, SOH(state-of-health)를 진단할 수 있고, RUL(remaining useful life)을 진단할 수 있다. 그리고, 제어장치(110)는 배터리(120)의 용량을 진단할 수 있다. 여기서, '진단'은 '추정'의 의미를 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
에너지저장시스템(100)은 복수의 배터리(120)를 포함하고, 각각의 배터리(120)를 충방전시키는 복수의 전력변환장치(130)를 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예에서 배터리와 전력변환장치가 복수 개로 구성되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 에너지저장시스템(100)은 복수의 배터리(120a~120d)와 복수의 전력변환장치(130a~130d)를 포함할 수 있다.
복수의 배터리(120a~120d)는 전력변환장치(130a~130d)를 통해 동일한 입출력노드(ND)로 연결될 수 있다. 제1배터리(120a)는 제1전력변환장치(130a)를 통해 입출력노드(ND)로 연결되고, 제2배터리(120b)는 제2전력변환장치(130b)를 통해 입출력노드(ND)로 연결되고, 제3배터리(120c)는 제3전력변환장치(130c)를 통해 입출력노드(ND)로 연결되고, 제4배터리(120d)는 제4전력변환장치(130d)를 통해 입출력노드(ND)로 연결될 수 있다.
입출력노드(ND)에서의 입출력전류(Io)는 각 배터리(120a~120d)에서 출력되는 배터리전류(Iba~Ibd)의 합과 같을 수 있다. 에너지저장시스템(100)은 각 배터리전류(Iba~Ibd)를 합쳐서 원하는 입출력전류(Io)를 만들 수 있다. 예를 들어, 입출력전류(Io)로 4A를 만들고 싶은 경우, 에너지저장시스템(100)은 각 배터리전류(Iba~Ibd)가 1A가 되게 할 수 있다.
각 전력변환장치(130a~130d)는 각 배터리(120a~120d)와 일대일로 연결될 수 있다.
에너저저장시스템(100)에 대한 제어장치는 복수의 배터리(120a~120d))와 복수의 전력변환장치(130a~130d)에 대한 제어를 통해 서비스를 제공하는 중에 각 배터리(130a~130d)의 상태를 진단할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 에너지저장시스템 제어장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제어장치(110)는 서비스제어회로(310), 진단회로(320) 및 전류분배회로(330) 등을 포함할 수 있다.
서비스제어회로(310)는 에너지저장시스템을 통해 제공할 서비스를 결정하고, 각 서비스의 제어알고리즘에 맞는 서비스전류를 결정할 수 있다.
혹은 서비스제어회로(310)는 외부 장치로부터 지령을 수신하고 지령에 따라 서비스전류를 결정할 수 있다.
진단회로(320)는 복수의 배터리 중 진단대상이 되는 적어도 하나의 배터리를 결정할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 이하에서는 제1배터리가 진단대상이 되는 예시에 대해 설명한다.
진단회로(320)는 진단대상을 결정한 후에 진단할 항목을 결정할 수 있다. 진단할 항목은 예를 들어, 배터리의 SOC, SOH, RUL, 용량 등일 수 있다.
진단대상과 진단항목이 결정되면, 진단회로(320)는 진단방법을 결정할 수 있다. 진단방법은 한 가지일 수 있고, 여러 가지일 수 있다. 예를 들어, SOC를 추정하는 경우, 진단회로(320)는 OCV(open circuit voltage)를 측정하는 방법으로 SOC를 추정할 수 있고, 내부저항을 측정하는 방법으로 SOC를 추정할 수 있다.
진단대상, 진단항목 및 진단방법이 결정되면, 진단회로(320)는 진단방법에 따른 진단전류를 결정할 수 있다. 예를 들어, 구형파형태의 펄스전류로 내부저항을 측정하는 경우, 진단회로(320)는 펄스전류를 진단전류로 결정할 수 있다.
그리고, 진단회로(320)는 제1배터리로 진단전류를 공급하면서 제1배터리의 내부상태를 진단할 수 있다.
전류분배회로(330)는 입출력노드에서의 입출력전류가 서비스전류와 일치하도록 각 배터리의 충방전전류를 제어할 수 있다. 예를 들어, 전류분배회로(330)는 균등분배의 방법에 따라 각 배터리가 입출력전류를 균등하게 분담하도록 각 배터리의 충방전전류를 제어할 수 있다.
전류분배회로(330)는 정상모드와 진단모드를 구분하고, 정상모드에서는 입출력전류가 각 배터리로 골고루 분배되도록 각 배터리의 충방전전류를 제어할 수 있다.
이때, 전류분배회로(330)는 각 배터리의 SOC, SOH, RUL, 온도 등을 고려하여 각 배터리가 분담할 충방전전류를 결정할 수 있다. 예를 들어, 전류분배회로(330)는 SOC가 높을 수록 분담전류가 커지도록 각 배터리의 충방전전류를 결정하거나 온도가 기준범위 이내에 있는 배터리가 상대적으로 많은 전류를 분담하도록 각 배터리의 충방전전류를 결정할 수 있다.
진단모드에서, 전류분배회로(330)는 제1배터리로 진단전류를 포함하는 제1충방전전류가 흐르도록 제1배터리에 대응되는 제1전력변환장치를 제어할 수 있다. 그리고, 전류분배회로(330)는 제2배터리로 진단전류와 반대의 위상을 가지는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류가 흐르도록 제2배터리에 대응되는 제2전력변환장치를 제어할 수 있다.
진단전류와 상쇄전류의 합은 0A가 될 수 있다. 이에 따라, 입출력노드에서는 진단전류의 영향이 없을 수 있다.
진단모드에서, 서비스전류는 각 배터리로 고르게 분배될 수 있다. 예를 들어, 4개의 배터리가 사용되는 경우, 서비스전류는 4개의 배터리에 고르게 분배될 수 있다. 이에 따라, 제1배터리는 분배된 서비스전류에 진단전류가 더해진 만큼의 전류로 충방전될 수 있고, 제2배터리는 분배된 서비스전류에 상쇄전류가 더해진 만큼의 전류로 충방전될 수 있다.
진단모드에서, 서비스전류는 제1배터리와 제2배터리를 제외한 나머지 배터리들로 분배될 수 있다. 예를 들어, 4개의 배터리가 사용되는 경우, 서비스전류는 제3배터리와 제4배터리로 분배되고, 제1배터리에는 진단전류만 흐르고, 제2배터리에는 상쇄전류만 흐를 수 있다.
도 4는 진단모드에 대한 에너지저장시스템의 제1예시 출력 파형도이다.
도 4를 참조하면, 제1전력변환장치는 진단전류(410)를 포함하는 제1충방전전류로 제1배터리전류(Iba)를 제어할 수 있다. 그리고, 제2전력변환장치는 진단전류(410)와 반대의 위상을 가지는 상쇄전류(420)를 포함하는 제2충방전전류로 제2배터리전류(Ibb)를 제어할 수 있다.
입출력전류(Io)는 서비스전류(450)와 동일할 수 있다. 제3전력변환장치는 서비스전류(450) 중 일부의 전류(430)로 제3배터리전류(Ibc)를 제어할 수 있다. 그리고, 제4전력변환장치는 서비스전류(450) 중 나머지 일부의 전류(440)로 제4배터리전류(Ibd)를 제어할 수 있다.
제3배터리전류(Ibc)와 제4배터리전류(Ibd)에 대한 분담비율은 제3배터리와 제4배터리의 상태에 따라 다를 수 있다.
한편, 진단전류(410)와 상쇄전류(420)의 합이 0A가 됨에 따라, 진단전류(410)는 입출력전류(Io)에 영향을 미치지 못하게 되고, 진단전류(410)와 상쇄전류(420)가 포함되는 시구간에서 입출력노드를 통해 입출력되는 전류(Io)는 일정하게 유지될 수 있다.
제1배터리전류(Iba)는 펄스파형의 충전전류형태를 가지는 진단전류(410)를 포함할 수 있는데, 이때, 제2배터리전류(Ibb)는 펄스파형의 방전전류형태를 가지는 상쇄전류(420)를 포함할 수 있다. 반대로, 제1배터리전류(Iba)는 펄스파형의 방전전류형태를 가지는 진단전류를 포함할 수 있는데, 이때, 제2배터리전류(Ibb)는 펄스파형의 충전전류형태를 가지는 상쇄전류를 포함할 수 있다.
서비스전류는 진단전류와 상쇄전류가 흐르는 배터리로도 분배될 수 있다.
도 5는 진단모드에 대한 에너지저장시스템의 제2예시 출력 파형도이다.
도 5를 참조하면, 제1시구간(T1)에서 서비스전류(550)는 입출력노드를 공유하는 모든 배터리들로 분배될 수 있다.
이에 따라, 제1시구간(T1)에서 제1배터리전류(Iba)는 제1전류값(510)을 가지고, 제2배터리전류(Ibb)는 제2전류값(520)을 가지고, 제3배터리전류(Ibc)는 제3전류값(530)을 가지고, 제4배터리전류(Ibd)는 제4전류값(540)을 가질 수 있다. 여기서, 제1전류값(510), 제2전류값(520), 제3전류값(530) 및 제4전류값(540)을 더하면 서비스전류(550)가 될 수 있다.
그리고, 제2시구간(T2)에서 제1배터리로 진단전류(512)가 더 공급될 수 있는데, 이에 따라, 제1배터리전류(Iba)는 제1전류값(510)에 진단전류(512)가 추가된 제5전류값(514)을 가질 수 있다. 그리고, 제2시구간(T2)에서 제2배터리로 상쇄전류(522)가 더 공급될 수 있는데, 이에 따라, 제2배터리전류(Ibb)는 제2전류값(520)에 상쇄전류(522)가 추가된 제6전류값(524)를 가질 수 있다. 제2시구간(T2)에서 제3배터리전류(Ibc)는 제3전류값(530)을 유지하고, 제4배터리전류(Ibd)는 제4전류값(540)을 유지할 수 있다.
여기서, 제5전류값(514), 제6전류값(524), 제3전류값(530) 및 제4전류값(540)을 더하면 서비스전류(550)가 될 수 있다. 이와 같이, 에너지저장시스템은 배터리에 대한 진단과정에서도 서비스전류(550)를 원하는 값으로 유지시킬 수 있다.
도 6는 진단모드에 대한 에너지저장시스템의 제3예시 출력 파형도이다.
도 6을 참조하면, 제1전력변환장치는 제1배터리에 대한 용량진단을 위해 제1배터리전류(Iba)를 제1충전전류(610)로 제어할 수 있다. 제1충전전류(610)는 제3시구간(T3)에서 정전류의 형태를 가질 수 있고, 제4시구간(T4)에서 점점 줄어드는 형태를 가질 수 있다. 제1전력변환장치는 제3시구간(T3)에서 제1배터리를 정전류 충전할 수 있고, 제4시구간(T4)에서 제1배터리를 정전압 충전할 수 있다. 제1충전전류(610)가 0에 가깝게 되었을 때, 제1배터리가 완충되었다고 볼 수 있다. 제1전력변환장치는 제1배터리의 용량을 추정하기 위해 제1배터리가 완충되도록 제1충전전류(610)를 공급할 수 있다. 제1배터리가 완충된 이후에, 제1전력변환장치는 제1배터리를 완방되도록 방전시키면서 제1배터리의 용량을 측정할 수 있다.
제2전력변화장치는 입출력노드에서 제1충전전류(610)를 상쇄시키기 위해 제1충전전류(610)와 절대값은 같고 방향이 반대인 상쇄전류(620)로 제2배터리전류(Ibb)를 제어할 수 있다. 상쇄전류(620)는 제3시구간(T3)에서 정전류의 형태를 가질 수 있고, 제4시구간(T4)에서 절대값이 점점 줄어드는 형태를 가질 수 있다. 제2전력변환장치는 제3시구간(T3)과 제4시구간(T4)에서 제2배터리를 전류제어할 수 있다. 이때, 전류제어의 레퍼런스는 제1충전전류(610)와 절대값이 같고 방향이 반대일 수 있다.
제3전력변화장치는 서비스전류(650)의 일부의 전류(630)로 제3배터리전류(Ibc)를 제어할 수 있고, 제4전력변환장치는 서비스전류(650) 중 나머지 일부의 전류(640)로 제4배터리전류(Ibd)를 제어할 수 있다.
정상모드에서 입출력지령치에 해당되는 서비스전류는 각 배터리들로 분배되어 적용되고, 제1진단시구간(도 6에서 T3 및 T4)에서 제1배터리는 완충되고 제2배터리는 제1배터리로 공급되는 충전전류에 반대되는 전류로 방전될 수 있다.
그리고, 제2진단시구간(미도시)에서 제1배터리는 일정 방전전류로 완방되고 제2배터리는 제1배터리의 방전전류에 반대되는 전류로 충전될 수 있다.
서비스전류는 상쇄전류가 흐르는 제2배터리에도 분배될 수 있다. 제1전력변환장치는 진단시구간에서 용량진단을 위해 제1배터리를 완충시킬 수 있고, 제2전력변환장치는 진단시구간에서 서비스전류 중 일부를 분담한 전류에 상쇄전류를 추가한 전류로 제2배터리를 방전시킬 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 에너지저장시스템 제어방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 동일한 입출력노드로 연결되는 복수의 배터리들을 포함하는 에너지저장시스템을 제어하는 장치는, 진단전류를 포함하는 제1충방전전류로 복수의 배처리들 중 제1배터리를 충방전시킬 수 있다(S700).
그리고, 장치는 진단전류와 반대의 위상을 가지는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류로 복수의 배터리들 중 제2배터리를 충방전시킬 수 있다(S702).
그리고, 장치는 복수의 배터리들 중 나머지 배터리들로 서비스전류를 분배시킬 수 있다(S704).
진단전류와 상쇄전류가 포함되는 시구간에서 입출력노드를 통해 입출력되는 전류는 일정할 수 있다.
제1충방전전류는 펄스파형의 충전전류형태를 가지는 진단전류를 포함하고, 제2충방전전류는 펄스파형의 방전전류형태를 가지는 상쇄전류를 포함할 수 있다.
제1충방전전류는 제1시구간에서 제1전류값을 가지고 제2충방전전류는 제1시구간에서 제2전류값을 가지며, 제1충방전전류는 제1시구간에 후속되는 제2시구간에서 제1전류값에 진단전류가 추가된 전류값을 가지고 제2충방전전류는 제2시구간에서 제2전류값에 상쇄전류가 추가된 전류값을 가질 수 있다.
정상모드에서 입출력지령치는 각 배터리들로 분배되어 적용되고, 진단모드에서 제1배터리는 진단전류만 충방전되고 제2배터리는 상쇄전류만 충방전되며 나머지 배터리(들)로 상기 입출력지령치가 분배되어 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 에너지저장시스템의 운전 중에 에너지저장장치를 진단할 수 있게 된다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 에너지저장시스템의 입출력전류를 변화시키지 않으면서 에너지저장장치를 진단할 수 있게 된다. 그리고, 본 실시예에 의하면, 부하에 영향을 미치지 않으면서 에너지저장장치를 진단할 수 있게 된다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 동일한 입출력노드로 연결되는 복수의 에너지저장장치들;
    진단전류를 포함하는 제1충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제1에너지저장장치를 충방전시키는 제1전력변환장치; 및
    상기 진단전류와 반대의 위상을 가지는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제2에너지저장장치를 충방전시키는 제2전력변환장치
    를 포함하는 에너지저장시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진단전류와 상기 상쇄전류가 포함되는 시구간에서 상기 입출력노드를 통해 입출력되는 전류는 일정한 에너지저장시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1충방전전류는 펄스파형의 충전전류형태를 가지는 상기 진단전류를 포함하고, 상기 제2충방전전류는 펄스파형의 방전전류형태를 가지는 상기 상쇄전류를 포함하는 에너지저장시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1충방전전류는 제1시구간에서 제1전류값을 가지고 상기 제2충방전전류는 상기 제1시구간에서 제2전류값을 가지며,
    상기 제1충방전전류는 상기 제1시구간에 후속되는 제2시구간에서 상기 제1전류값에 상기 진단전류가 추가된 전류값을 가지고 상기 제2충방전전류는 상기 제2시구간에서 상기 제2전류값에 상기 상쇄전류가 추가된 전류값을 가지는 에너지저장시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    정상모드에서 입출력지령치는 각 에너지저장장치들로 분배되어 적용되고, 진단모드에서 제1에너지저장장치는 상기 진단전류만 충방전되고 제2에너지저장장치는 상기 상쇄전류만 충방전되며 나머지 에너지저장장치(들)로 상기 입출력지령치가 분배되어 적용되는 에너지저장시스템.
  6. 동일한 입출력노드로 연결되는 복수의 에너지저장장치들;
    용량진단을 위해 상기 에너지저장장치들 중 제1에너지저장장치를 제1충방전전류로 충방전시키는 제1전력변환장치; 및
    상기 제1충방전전류를 상쇄시키는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제2에너지저장장치를 충방전시키는 제2전력변환장치
    를 포함하는 에너지저장시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1전력변환장치는 진단시구간에서 용량진단을 위해 상기 제1에너지저장장치를 완충시키고,
    상기 제2전력변환장치는 상기 진단시구간에서 일정 전류값에 상기 상쇄전류를 추가한 상기 제2충방전전류로 상기 제2에너지저장장치를 방전시키는 에너지저장시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1전력변환장치는 진단시구간에서 용량진단을 위해 상기 제1에너지저장장치를 완방시키고,
    상기 제2전력변환장치는 상기 진단시구간에서 일정 전류값에 상기 상쇄전류를 추가한 상기 제2충방전전류로 상기 제2에너지저장장치를 충전시키는 에너지저장시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    정상모드에서 입출력지령치는 각 에너지저장장치들로 분배되어 적용되고, 제1진단시구간에서 상기 제1에너지저장장치는 완충되고 상기 제2에너지저장장치는 상기 제1에너지저장장치의 충전전류에 반대되는 전류로 방전되는 에너지저장시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    제2진단시구간에서 상기 제1에너지저장장치는 완방되고 상기 제2에너지저장장치는 상기 제1에너지저장장치의 방전전류에 반대되는 전류로 충전되는 에너지저장시스템.
  11. 동일한 입출력노드로 연결되는 복수의 에너지저장장치들을 포함하는 에너지저장시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    진단전류를 포함하는 제1충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제1에너지저장장치를 충방전시키는 단계; 및
    상기 진단전류와 반대의 위상을 가지는 상쇄전류를 포함하는 제2충방전전류로 상기 에너지저장장치들 중 제2에너지저장장치를 충방전시키는 단계
    를 포함하는 에너지저장시스템 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 진단전류와 상기 상쇄전류가 포함되는 시구간에서 상기 입출력노드를 통해 입출력되는 전류는 일정한 에너지저장시스템 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1충방전전류는 펄스파형의 충전전류형태를 가지는 상기 진단전류를 포함하고, 상기 제2충방전전류는 펄스파형의 방전전류형태를 가지는 상기 상쇄전류를 포함하는 에너지저장시스템 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1충방전전류는 제1시구간에서 제1전류값을 가지고 상기 제2충방전전류는 상기 제1시구간에서 제2전류값을 가지며,
    상기 제1충방전전류는 상기 제1시구간에 후속되는 제2시구간에서 상기 제1전류값에 상기 진단전류가 추가된 전류값을 가지고 상기 제2충방전전류는 상기 제2시구간에서 상기 제2전류값에 상기 상쇄전류가 추가된 전류값을 가지는 에너지저장시스템 제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    정상모드에서 입출력지령치는 각 에너지저장장치들로 분배되어 적용되고, 진단모드에서 제1에너지저장장치는 상기 진단전류만 충방전되고 제2에너지저장장치는 상기 상쇄전류만 충방전되며 나머지 에너지저장장치(들)로 상기 입출력지령치가 분배되어 적용되는 에너지저장시스템 제어방법.
KR1020210143764A 2021-10-26 2021-10-26 에너지저장장치의 진단을 고려한 에너지저장시스템 제어방법 및 그 에너지저장시스템 KR102554383B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210143764A KR102554383B1 (ko) 2021-10-26 2021-10-26 에너지저장장치의 진단을 고려한 에너지저장시스템 제어방법 및 그 에너지저장시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210143764A KR102554383B1 (ko) 2021-10-26 2021-10-26 에너지저장장치의 진단을 고려한 에너지저장시스템 제어방법 및 그 에너지저장시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230059512A true KR20230059512A (ko) 2023-05-03
KR102554383B1 KR102554383B1 (ko) 2023-07-12

Family

ID=86380709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210143764A KR102554383B1 (ko) 2021-10-26 2021-10-26 에너지저장장치의 진단을 고려한 에너지저장시스템 제어방법 및 그 에너지저장시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102554383B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003121513A (ja) * 2001-10-09 2003-04-23 Furukawa Battery Co Ltd:The 蓄電池内部抵抗測定方法
KR101990042B1 (ko) * 2018-09-12 2019-06-18 한국전력공사 배터리의 상태를 셀 단위로 진단하는 장치 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003121513A (ja) * 2001-10-09 2003-04-23 Furukawa Battery Co Ltd:The 蓄電池内部抵抗測定方法
KR101990042B1 (ko) * 2018-09-12 2019-06-18 한국전력공사 배터리의 상태를 셀 단위로 진단하는 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102554383B1 (ko) 2023-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Koseoglou et al. A novel on-board electrochemical impedance spectroscopy system for real-time battery impedance estimation
Waag et al. Critical review of the methods for monitoring of lithium-ion batteries in electric and hybrid vehicles
EP1798100B1 (en) Battery management system
US7576545B2 (en) Lithium-ion battery prognostic testing and process
EP1801947B1 (en) Method for compensating state of charge of battery and battery management system using the same
EP2660615B1 (en) Battery degradation level detection method
US7456612B2 (en) Method for estimating polarization voltage of secondary cell, method and device for estimating remaining capacity of secondary cell, battery pack system, and vehicle
US9440552B2 (en) Estimation and compensation of battery measurement
US10023064B2 (en) Power capability estimation for vehicle battery systems
EP3816644A1 (en) Battery monitoring device, integrated circuit, and battery monitoring system
EP3130934A1 (en) Battery monitoring device
US20060097698A1 (en) Method and system for cell equalization using state of charge
US10124696B2 (en) Estimation and compensation of battery measurement and asynchronization biases
KR20030081017A (ko) 상태검지장치 및 이것을 이용하는 장치
US8008893B2 (en) Battery analysis system
KR20180079771A (ko) 배터리 관리 장치 및 이를 이용한 soc 캘리브레이션 방법
US20140117938A1 (en) Battery balancing converter comprising diagnostic means
Locorotondo et al. Electrochemical Impedance Spectroscopy of Li-Ion battery on-board the Electric Vehicles based on Fast nonparametric identification method
KR20080012079A (ko) 슬라이딩 모드 관측기를 이용한 ２차 전지 ｓｏｃ 예측방법 및 장치
US10899247B2 (en) System and method for online vehicle battery capacity diagnosis
KR100884530B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 구동 방법
JP7244189B2 (ja) バッテリー充電状態推定方法およびこれを適用したバッテリー管理システム
KR102554383B1 (ko) 에너지저장장치의 진단을 고려한 에너지저장시스템 제어방법 및 그 에너지저장시스템
Xia et al. High frequency online battery impedance measurement method using voltage and current ripples generated by DC-DC converter
Chaoui et al. Adaptive state of charge (SOC) estimation for batteries with parametric uncertainties

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right