KR20240032473A - Energy Storage System - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 에너지 저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 기반의 에너지 저장장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to energy storage devices, and more specifically, to battery-based energy storage devices and methods of operating the same.
에너지 저장장치는, 외부로부터의 전원을 저장 또는 충전하였다가, 외부로 저장된 전원을 출력 또는 방전하는 장치이다. 이를 위해, 에너지 저장장치는 배터리를 구비하며, 배터리로의 전원 공급 또는 배터리로부터의 전원 출력 등을 위해 전력변환기가 사용된다.An energy storage device is a device that stores or charges external power and then outputs or discharges the externally stored power. For this purpose, the energy storage device is equipped with a battery, and a power converter is used to supply power to the battery or output power from the battery.
전체 배터리 용량을 증가시키기 위해, 배터리셀들을 연결시켜 사용할 수 있다. 배터리셀들의 직렬/병렬 연결구조에 따라 전체 배터리의 용량이 결정된다. 배터리셀들은, 화학적, 물성적으로 다를 수 있고, 이에 따라 용량 차이가 있을 수 있다. 또한, 에너지 저장장치를 사용하다 보면, 특정 배터리팩에 이상이 발생할 수 있다.To increase overall battery capacity, battery cells can be connected. The overall battery capacity is determined by the series/parallel connection structure of the battery cells. Battery cells may differ in chemical and physical properties, and there may be differences in capacity accordingly. Additionally, when using an energy storage device, a problem may occur in a specific battery pack.
한국공개특허 제10-2006-0059680호는 단락, 직렬연결된 배터리팩에서의 과전압보호회로를 개시하고 있고, 한국공개특허 제10-2018-0044750호는 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 전압 불균형을 해소하고 순환전류 등의 문제를 해결하는 배터리 시스템을 개시하고 있다.Korean Patent Publication No. 10-2006-0059680 discloses an overvoltage protection circuit for short-circuit and series-connected battery packs, and Korean Patent Publication No. 10-2018-0044750 discloses a voltage imbalance of multiple battery packs connected in parallel. and is launching a battery system that solves problems such as circulating current.
본 개시가 해결하고자 하는 과제는, 배터리 출력을 안정적으로 관리할 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다. The problem that the present disclosure aims to solve is to provide an energy storage device that can stably manage battery output.
본 개시의 또 다른 과제는, 특정 배터리팩에 이상이 발생한 경우에도 이상이 발생한 배터리팩을 회피하여 연속운전할 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다. Another task of the present disclosure is to provide an energy storage device that can operate continuously by avoiding a defective battery pack even when a problem occurs in a specific battery pack.
본 개시의 또 다른 과제는, 운전 조건에 따라 시스템의 온도를 보다 안정적으로 제어함으로써, 시스템의 전체 효율과, 배터리의 수명, 충/방전 속도 및 효율 등이 향상할 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다. Another task of the present disclosure is to provide an energy storage device that can improve the overall efficiency of the system, battery life, charge/discharge speed, and efficiency by more stably controlling the temperature of the system according to operating conditions. will be.
본 개시의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present disclosure are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 개시의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치는, 배터리팩의 직렬연결 상태를 변환시킬 수 있는 스위치들과 출력 전압을 승압할 수 있는 부스트컨버터를 포함하여, 배터리팩의 출력을 안정적으로 관리할 수 있다.In order to achieve the above problem, the energy storage device according to embodiments of the present disclosure includes switches that can change the series connection state of the battery pack and a boost converter that can boost the output voltage, and output the battery pack. can be managed stably.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 개시의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치는, 배터리팩별로 배터리냉각판들을 배치하고, 배터리냉각판들로 공급하는 냉각수의 유량 및 방향을 제어함으로써, 배터리팩들의 온도를 효과적으로 관리할 수 있다.In order to achieve the above task, the energy storage device according to embodiments of the present disclosure arranges battery cooling plates for each battery pack and controls the flow rate and direction of coolant supplied to the battery cooling plates, thereby lowering the temperature of the battery packs. Can be managed effectively.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 개시의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치는, 각각 배터리셀들을 포함하는 배터리팩들, 상기 배터리팩들에 저장된 전기에너지를 변환하여 계통에 공급하는 전력변환기, 디폴트(default) 상태에서 상기 배터리팩들을 직렬연결시키고, 상기 배터리팩들 중 적어도 하나에 폴트(fault)가 발생하면 연결상태를 전환하는 배터리스위치들, 상기 배터리팩들 중 적어도 하나에 폴트가 발생하면, 상기 연결상태가 전환된 배터리팩들의 출력 전압을 승압시켜, 상기 전력변환기에 공급하는 부스터컨버터, 및, 상기 배터리팩들 중 적어도 하나에 폴트가 발생하면, 상기 연결상태가 전환된 배터리팩들의 출력 전압을 상기 부스트컨버터로 공급하는 부스터스위치를 포함한다.In order to achieve the above task, the energy storage device according to embodiments of the present disclosure includes battery packs each including battery cells, a power converter that converts the electrical energy stored in the battery packs and supplies it to the system, and a default ), battery switches that connect the battery packs in series and switch the connection state when a fault occurs in at least one of the battery packs, and when a fault occurs in at least one of the battery packs, the connection A booster converter that boosts the output voltage of the battery packs of which the state has been switched and supplies the output voltage to the power converter, and, when a fault occurs in at least one of the battery packs, the output voltage of the battery packs of which the connection state has been switched. It includes a booster switch that supplies power to the boost converter.
상기 부스트 컨버터는, 상기 연결 상태가 전환된 배터리팩들의 출력 전압을 상기 디폴트 상태에서 직렬 연결된 배터리팩들의 출력 전압까지 승압할 수 있다.The boost converter may boost the output voltage of the battery packs whose connection state has been switched to the output voltage of the battery packs connected in series in the default state.
상기 배터리팩들 중 3개 이상의 배터리팩에 이상이 발생하면, 비상 정지할 수 있다.If a problem occurs in three or more of the battery packs, an emergency stop may occur.
상기 배터리팩들이 충전 중일 때, 상기 부스트컨버터는 오프(off)될 수 있다.When the battery packs are being charged, the boost converter may be turned off.
상기 배터리팩들의 음극 단자에는 역전류를 방지하는 다이오드가 연결될 수 있다.A diode that prevents reverse current may be connected to the negative terminal of the battery packs.
상기 배터리스위치들은, 폴트가 발생한 배터리팩을 제외하고 나머지 배터리팩들이 직렬연결되도록 상기 연결상태를 전환할 수 있다.The battery switches can change the connection state so that the remaining battery packs, excluding the faulty battery pack, are connected in series.
상기 배터리스위치들과 상기 부스터스위치를 제어하는 배터리관리기를 더 포함할 수 있다.It may further include a battery manager that controls the battery switches and the booster switch.
상기 배터리관리기는, 상기 배터리팩들 각각에 배치되고, 각 배터리팩에 포함되는 배터리셀들의 상태 정보를 획득하는 배터리팩 회로기판들과 상기 배터리팩 회로기판들과 통신선으로 연결되고, 상기 배터리팩 회로기판들로부터 각 배터리팩에서 획득된 상태 정보를 수신하는 메인회로기판을 포함할 수 있다.The battery manager is disposed in each of the battery packs, and is connected to battery pack circuit boards for acquiring status information of battery cells included in each battery pack and the battery pack circuit boards through a communication line, and the battery pack circuit It may include a main circuit board that receives status information obtained from each battery pack from the boards.
상기 전력변환기는, 상기 배터리스위치들과 상기 부스터스위치를 제어할 수 있다.The power converter can control the battery switches and the booster switch.
상기 부스터스위치는, 상기 배터리팩들 중 하나, 상기 부스터컨버터, 상기 전력변환기 사이에 배치될 수 있다.The booster switch may be disposed between one of the battery packs, the booster converter, and the power converter.
상기 배터리스위치들과 상기 부스터스위치는, 3로(3way) 스위치일 수 있다.The battery switches and the booster switch may be 3-way switches.
상기 배터리스위치들은, 폴(pole)이 상기 부스트컨버터에 연결되고, 한 접점이 상기 배터리팩들 중에서 제1 배터리팩의 양극 단자에 연결되고, 다른 접점이 상기 제1 배터리팩의 음극 단자에 연결되는 제1 배터리스위치, 폴이 상기 제1 배터리팩의 음극 단자와 상기 제1 배터리스위치에 연결되고, 한 접점이 상기 배터리팩들 중에서 제2 배터리팩의 양극 단자에 연결되고, 다른 접점이 상기 제2 배터리팩의 음극 단자에 연결되는 제2 배터리스위치, 폴이 상기 제2 배터리팩의 음극 단자와 상기 제2 배터리스위치에 연결되고, 한 접점이 상기 배터리팩들 중에서 제3 배터리팩의 양극 단자에 연결되고, 다른 접점이 상기 제3 배터리팩의 음극 단자에 연결되는 제3 배터리스위치, 및, 폴이 상기 제3 배터리팩의 음극 단자와 상기 제3 배터리스위치에 연결되고, 한 접점이 상기 배터리팩들 중에서 제4 배터리팩의 양극 단자에 연결되고, 다른 접점이 상기 제4 배터리팩의 음극 단자에 연결되는 제4 배터리스위치를 포함할 수 있다.The battery switches have a pole connected to the boost converter, one contact point connected to the positive terminal of the first battery pack among the battery packs, and the other contact point connected to the negative terminal of the first battery pack. A first battery switch, a pole is connected to the negative terminal of the first battery pack and the first battery switch, one contact point is connected to the positive terminal of a second battery pack among the battery packs, and the other contact point is connected to the positive terminal of the second battery pack among the battery packs. A second battery switch connected to the negative terminal of the battery pack, a pole connected to the negative terminal of the second battery pack and the second battery switch, and one contact point connected to the positive terminal of a third battery pack among the battery packs. A third battery switch has another contact point connected to the negative terminal of the third battery pack, and a pole is connected to the negative terminal of the third battery pack and the third battery switch, and one contact point is connected to the negative terminal of the third battery pack. Among them, it may include a fourth battery switch connected to the positive terminal of the fourth battery pack, and the other contact point is connected to the negative terminal of the fourth battery pack.
상기 부스터스위치는, 폴이 상기 제4 배터리팩의 음극 단자와 상기 제4 배터리스위치에 연결되고, 한 접점이 상기 부스터컨버터에 연결되고, 다른 접점이 상기 전력변환기에 연결될 수 있다. The booster switch may have a pole connected to the negative terminal of the fourth battery pack and the fourth battery switch, one contact point may be connected to the booster converter, and the other contact point may be connected to the power converter.
본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치는, 각 배터리팩에 대응하여 배치되는 복수의 배터리냉각판; 및, 상기 복수의 배터리냉각판으로 냉각수를 유동시키는 펌프와, 상기 펌프에 의해 유동하는 냉각수를 공기와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 냉각 모듈;을 더 포함할 수 있다.An energy storage device according to an embodiment of the present disclosure includes a plurality of battery cooling plates disposed corresponding to each battery pack; And, a cooling module including a pump that flows coolant to the plurality of battery cooling plates, and a heat exchanger that exchanges heat with air and the coolant flowing by the pump.
본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 출력을 안정적으로 관리할 수 있다. According to at least one of the embodiments of the present disclosure, battery output can be stably managed.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 특정 배터리팩에 이상이 발생한 경우에도 이상이 발생한 배터리팩을 회피하여 연속운전할 수 있다. Additionally, according to at least one of the embodiments of the present disclosure, even when a problem occurs in a specific battery pack, continuous operation can be performed by avoiding the defective battery pack.
또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 운전 조건에 따라 시스템의 온도를 보다 안정적으로 제어함으로써, 시스템의 전체 효율과, 배터리의 수명, 충/방전 속도 및 효율 등이 향상할 수 있다. Additionally, according to at least one of the embodiments of the present disclosure, the overall efficiency of the system, battery life, charge/discharge speed, and efficiency can be improved by controlling the temperature of the system more stably according to operating conditions.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 개시의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.Meanwhile, various other effects will be disclosed directly or implicitly in the detailed description according to embodiments of the present disclosure to be described later.
도 1a와 도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 공급 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치를 포함하는 홈 에너지 서비스 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리팩들을 포함하는 에너지 저장장치의 분해사시도이다.
도 4는 정상적인 상태에서의 배터리 연결 구성을 예시한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 배터리에 이상이 발생한 경우에 배터리 연결 상태 변경에 대한 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법의 순서도이다.1A and 1B are conceptual diagrams of an energy supply system including an energy storage device according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a conceptual diagram of a home energy service system including an energy storage device according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 3 is an exploded perspective view of an energy storage device including battery packs according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 4 is a diagram illustrating a battery connection configuration in a normal state.
Figures 5 to 7 are diagrams referenced in the explanation of changing the battery connection state when a problem occurs in the battery.
Figure 8 is a flowchart of a method of operating an energy storage device according to an embodiment of the present disclosure.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 개시는 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present disclosure is not limited to these embodiments and can of course be modified into various forms.
도면에서는 본 개시를 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly and briefly explain the present disclosure, and identical or extremely similar parts are denoted by the same drawing reference numerals throughout the specification.
한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.Meanwhile, the suffixes “module” and “part” for components used in the following description are simply given in consideration of the ease of writing this specification, and do not give any particularly important meaning or role in and of themselves. Accordingly, the terms “module” and “unit” may be used interchangeably.
또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다. Additionally, in this specification, terms such as first and second may be used to describe various elements, but these elements are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another.
도면들에서 사용되는 상(U), 하(D), 좌(Le), 우(Ri), 전(F), 후(R)는 배터리팩과 배터리팩을 포함하는 에너지저장장치를 설명하기 위한 것으로, 기준에 따라 다르게 설정될 수 있다. The top (U), bottom (D), left (Le), right (Ri), front (F), and back (R) used in the drawings are used to describe the battery pack and the energy storage device including the battery pack. This can be set differently depending on the standard.
도 1a와 도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 공급 시스템의 개념도이다.1A and 1B are conceptual diagrams of an energy supply system including an energy storage device according to an embodiment of the present disclosure.
도 1a와 도 1b를 참조하면, 에너지 공급 시스템은, 전기 에너지가 저장되는 배터리(35) 기반의 에너지 저장장치(1), 전력 수요처인 부하(7), 및 외부의 전력공급원으로 제공되는 계통(9)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1A and 1B, the energy supply system includes an
에너지 저장장치(1)는, 계통(9) 등으로부터 받은 전기 에너지를 직류(DC) 형태로 저장(충전)하거나 저장되어 있는 전기 에너지를 계통(9) 등에 출력(방전)하는 배터리(35), 상기 배터리(35)의 충전 또는 방전을 위해 전기적 특성(예를 들어, AC/DC 상호변환, 주파수, 전압)을 변환시키는 전력변환기(32)(PCS : Power Conditioning System), 배터리(35)의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 모니터링하고 관리하는 배터리관리기(34)(BMS : Battery Management System)를 포함한다. The
상기 계통(9)은 전력을 생산하는 발전설비, 송전선로 등을 포함할 수 있다. 상기 부하(7)는, 전력을 소비하는 수요처로, 냉장고, 세탁기, 에어컨, TV, 로봇 청소기, 로봇 등의 홈 어플라이언스, 차량, 드론 등의 이동형 전자 기기 등을 포함할 수 있다.The
에너지 저장장치(1)는, 외부로부터의 전원을 배터리(35)에 저장하였다가, 외부로 전원을 출력할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장장치(1)는, 외부로부터의 직류 전원 또는 교류 전원을 입력받아, 배터리(35)에 저장하였다가, 외부로 직류 전원 또는 교류 전원을 출력할 수 있다.The
한편, 배터리(35)는 주로 직류 전원을 저장하므로, 에너지 저장장치(1)는, 직류 전원을 입력받거나 입력받은 교류 전원을 직류 전원으로 전환하여 배터리(35)에 저장하고, 배터리(35)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 계통(9) 또는 부하(7)에 공급할 수 있다.Meanwhile, since the battery 35 mainly stores direct current power, the
이때, 에너지 저장장치(1) 내의 전력변환기(32)가, 전력 변환을 수행하고, 배터리(35)로 전압 충전하거나, 배터리(35)에 저장된 직류 전원을 계통(9) 또는 부하(7)에 공급할 수 있다.At this time, the
에너지 저장장치(1)는 계통으로부터 공급되는 전원에 기초하여 배터리(35)를 충전하고, 필요시 배터리(35)를 방전할 수 있다. 예를 들어, 정전과 같은 비상상황, 계통(9)에서 공급되는 전기 에너지의 요금이 비싼 시간대, 날짜, 계절에, 배터리(35)에 저장된 전기 에너지를 부하(7)에 공급할 수 있다.The
에너지 저장장치(1)는, 태양광 등 신재생에너지원으로부터 발전된 전기 에너지를 저장함으로써 신재생에너지 발전의 안전성 및 편의성을 향상할 수 있고, 비상전원으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 에너지 저장장치(1)를 이용하면, 시간대 및 계절별 변동이 큰 부하를 평준화(Load Leveling)시킬 수 있고, 에너지 소비 및 비용을 절약할 수 있다. The
상기 배터리관리기(34)는 상기 배터리(35)의 온도, 전류, 전압, 충전량 등을 측정하고, 상기 배터리(35)의 상태를 모니터링 할 수 있다. 또한, 상기 배터리관리기(34)는 상기 배터리(35)의 상태 정보에 기초하여 상기 배터리(35)의 동작 환경을 최적화되도록 제어하고 관리할 수 있다.The battery manager 34 can measure the temperature, current, voltage, charge amount, etc. of the battery 35 and monitor the state of the battery 35. Additionally, the battery manager 34 can control and manage the operating environment of the battery 35 to optimize it based on the status information of the battery 35.
한편, 에너지 저장장치(1)는, 상기 전력변환기(32)를 제어하는 전력관리기(31a)(PMS: Power Management System)을 포함할 수 있다. Meanwhile, the
전력관리기(31a)는 상기 배터리(35) 및 상기 전력변환기(32) 상태에 대한 모니터링과 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 전력관리기(31a)는 에너지 저장장치(1)의 전반적인 동작을 제어하는 컨트롤러(contoller)일 수 있다. The power manager 31a may perform the function of monitoring and controlling the status of the battery 35 and the
상기 전력변환기(32)는, 상기 전력관리기(31a)의 제어지령에 따라 상기 배터리(35)의 전력분배를 제어할 수 있다. 상기 전력변환기(32)는, 계통(9), 태양광 등 연결된 발전 수단, 상기 배터리(35)와 부하(7)의 연결상태에 따라서 전력을 변환할 수 있다.The
한편, 상기 전력관리기(31a)는, 상기 배터리관리기(34)로부터 상기 배터리(35)의 상태 정보를 전달받을 수 있다. 상기 전력변환기(32) 및 상기 배터리관리기(34)에 제어지령을 전송할 수 있다.Meanwhile, the power manager 31a can receive status information of the battery 35 from the battery manager 34. Control commands can be transmitted to the
상기 전력관리기(31a)는 와이파이 통신모듈 등 통신수단과, 메모리를 포함할 수 있다. 상기 메모리에는 에너지 저장장치(1)의 동작에 필요한 다양한 정보가 저장될 수 있다. 실시 예에 따라서, 상기 전력관리기(31a)는, 복수의 스위치를 포함하고, 전력 공급 경로를 제어할 수 있다.The power manager 31a may include communication means such as a Wi-Fi communication module and memory. Various information necessary for the operation of the
상기 전력관리기(31a) 및/또는 상기 배터리관리기(34)는 적류 적산법, 개방회로전압(OCV : Open Circuit Voltage)를 기반으로 한 충전량(SOC: State Of Charge) 산출법 등 이미 공지된 다양한 방식의 SOC 산출 기법을 사용하여 상기 배터리(35)의 SOC를 산출할 수 있다. 배터리(35)는 충전량이 최대충전량을 넘어서는 경우에 배터리가 과열되고 불가역적으로 동작할 수 있다. 마찬가지로 상기 충전량이 최소충전량 이하가 되는 경우에는 배터리가 열화하고 회복 불능의 상태가 될 수 있다. 상기 전력관리기(31a) 및/또는 상기 배터리관리기(34)는 상기 배터리(35)의 내부 온도와 충전량 등을 실시간으로 모니터링하여 최적의 사용영역과 최대 입출력 파워를 제어할 수 있다. The power manager 31a and/or the battery manager 34 may use various known SOC methods such as a current integration method and a state of charge (SOC) calculation method based on open circuit voltage (OCV). The SOC of the battery 35 can be calculated using a calculation technique. If the charge amount of the battery 35 exceeds the maximum charge amount, the battery may overheat and operate irreversibly. Likewise, if the charge amount is below the minimum charge amount, the battery may deteriorate and become unrecoverable. The power manager 31a and/or the battery manager 34 can control the optimal use area and maximum input/output power by monitoring the internal temperature and charge amount of the battery 35 in real time.
상기 전력관리기(31a)는 상위 제어기인 에너지관리기(31b)(EMS: Energy Management System)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 상기 전력관리기(31a)는 상기 에너지관리기(31b)의 지령을 받아 에너지 저장장치(1)를 제어할 수 있고, 에너지 저장장치(1)의 상태를 상기 에너지관리기(31b)에 전달할 수 있다. 상기 에너지관리기(31b)는 에너지 저장장치(1)에 구비되거나 에너지 저장장치(1)의 상위 시스템에 구비될 수 있다.The power manager 31a may operate under the control of the energy manager 31b (EMS: Energy Management System), which is a higher-level controller. The power manager 31a can control the
상기 에너지관리기(31b)는 요금정보, 전력 사용량, 및 환경정보 등을 정보를 수신하고, 사용자의 에너지 생산, 저장, 및 소비 패턴에 따라 상기 에너지 저장장치(1)를 제어할 수 있다. 상기 에너지관리기(31b)는 상기 전력관리기(31a)를 모니터링하고 제어하기 위한 운영시스템으로 제공될 수 있다.The energy manager 31b can receive information such as rate information, power usage, and environmental information, and control the
에너지 저장장치(1)의 전반적인 동작을 제어하는 컨트롤러는 상기 전력관리기(31a) 및/또는 상기 에너지관리기(31b)를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라서, 상기 전력관리기(31a)와 상기 에너지관리기(31b)는, 어느 하나가 나머지 하나의 기능도 수행할 수 있다. 또한, 상기 전력관리기(31a)와 상기 에너지관리기(31b)는 하나의 제어기로 통합되어 일체로 제공될 수 있다. The controller that controls the overall operation of the
한편, 에너지 저장장치(1)의 설치 용량은 고객의 설치 조건에 따라 다르며, 상기 전력변환기(32)와 배터리(35)를 복수개 연결하여 필요한 용량까지 확대할 수 있다.Meanwhile, the installed capacity of the
에너지 저장장치(1)는 계통(9)과 별도로 적어도 하나의 발전 장치(도 2의 3 참조)와 연결될 수 있다. 발전 장치(3)는, 직류 전원을 출력하는 풍력 발전 장치, 수력을 이용하여 직류 전원을 출력하는 수력 발전 장치, 조력을 이용하여 직류 전원을 출력하는 조력 발전 장치, 또는 지열 등의 열을 이용하여 직류 전원을 출력하는 열 발전 장치 등을 포함할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 발전 장치(3)로 태양광 발전장치를 중심으로 기술한다.The
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치를 포함하는 홈 에너지 서비스 시스템의 개념도이다.Figure 2 is a conceptual diagram of a home energy service system including an energy storage device according to an embodiment of the present disclosure.
도 2를 참조하면, 에너지 저장장치(1)는, 발전소(5) 등 계통(9), 태양광 발전기(3) 등 발전 장치, 다수의 부하들(7x1, 7y1)과 연결될 수 있다. Referring to FIG. 2, the
태양광 발전기(3)에서 생성된 전기 에너지는 PV 인버터(4)에서 변환되어 계통(9), 에너지 저장장치(1), 부하들(7x1, 7y1)에 공급될 수 있다. 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 설치 유형에 따라 태양광 발전기(3)에서 생성된 전기 에너지는 에너지 저장장치(1)에서 변환되어 계통(9), 에너지 저장장치(1), 부하들(7x1, 7y1)에 공급될 수도 있다. Electrical energy generated by the solar generator 3 can be converted in the
한편, 에너지 저장장치(1)는 하나 이상의 무선 통신 모듈을 구비하고, 단말기(6)와 통신할 수 있다. 사용자는 단말기(6)를 통하여 에너지 저장장치(1) 및 홈 에너지 서비스 시스템의 상태를 모니터링하고 제어할 수 있다. 또한, 홈 에너지 서비스 시스템은 클라우드(5) 기반의 서비스를 제공할 수 있다. 사용자는 장소에 구애받지 않고 단말기(6)를 통하여 클라우드(5)와 통신하며 홈 에너지 서비스 시스템의 상태를 모니터링하고 제어할 수 있다Meanwhile, the
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상술한 배터리(35), 배터리관리기(34), 전력변환기(32)는 하나의 케이싱(12) 내부에 배치될 수 있다. 이렇게 하나의 케이싱(12)에 통합 배치되는 배터리(35), 배터리관리기(34), 전력변환기(32)는 전력의 저장과 변환을 수행할 수 있어 올인원 에너지 저장장치(1a)로 명명할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the above-described battery 35, battery manager 34, and
또한, 상기 케이싱(12) 외부의 별도의 외함(enclosures)(1b)에는 전력관리기(31a), 자동전환스위치(ATS: Auto transfor switch), 스마트 미터, 스위치 등 전력 분배를 위한 구성, 단말기(6), 클라우드(5) 등과의 통신을 위한 통신 모듈이 배치될 수 있다. 이렇게 하나의 외함(1)에 전력 분배 및 관리와 관련된 구성이 통합된 구성은 스마트 에너지 박스(1b)로 명명될 수 있다. In addition, separate enclosures (1b) outside the casing (12) include components for power distribution such as a power manager (31a), an automatic transfer switch (ATS), a smart meter, and switches, and terminals (6). ), a communication module for communication with the cloud 5, etc. may be deployed. A configuration in which components related to power distribution and management are integrated into one enclosure (1) may be named a smart energy box (1b).
상기 스마트 에너지 박스(1b)에는 상술한 전력관리기(31a)가 수용될 수 있다. 상기 스마트 에너지 박스(1b)에 에너지 저장장치(1)의 전반적인 전원 공급 연결을 제어하는 컨트롤러가 배치될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상술한 전력관리기(31a)일 수 있다.The above-described power manager 31a can be accommodated in the smart energy box 1b. A controller that controls the overall power supply connection of the
또한, 상기 스마트 에너지 박스(1b)에는 스위치들이 수용되어, 연결된 계통 전*(5,9), 태양광 발전기(3), 올인원 에너지 저장장치(1a)의 배터리(35), 부하들(7x1, 7y1)의 연결 상태를 제어할 수 있다. 부하들(7x1, 7y1)은 부하 패널(7x2, 7y2)들을 통하여 상기 스마트 에너지 박스(1b)에 연결될 수 있다.In addition, switches are accommodated in the smart energy box (1b), connected to the grid power * (5, 9), a solar generator (3), a battery (35) of the all-in-one energy storage device (1a), and loads (7x1, You can control the connection status of 7y1). Loads 7x1 and 7y1 may be connected to the smart energy box 1b through load panels 7x2 and 7y2.
한편, 상기 스마트 에너지 박스(1b)에는 계통 전원(5,9) 및 태양광 발전기(3)과 연결된다. 또한, 상기 계통(5,9)에 정전이 발생하면, 상기 태양광 발전기(3)에서 생산되거나 상기 배터리(35)에 저장된 전기 에너지가 소정 부하(7y1)로 공급되도록 스위칭되는 자동전환스위치(ATS)가 상기 스마트 에너지 박스(1b)에 배치될 수 있다.Meanwhile, the smart energy box (1b) is connected to the grid power sources (5, 9) and the solar generator (3). In addition, when a power outage occurs in the
또는, 상기 전력관리기(31a)가 상기 자동전환스위치(ATS) 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 상기 전력관리기(31a)는, 상기 계통(5,9)에 정전이 발생하면, 상기 태양광 발전기(3)에서 생산되거나 또는 상기 배터리(35)에 저장된 전기 에너지가 소정 부하(7y1)로 공급되도록 릴레이 등 스위치를 제어할 수 있다.Alternatively, the power manager 31a may perform the automatic transfer switch (ATS) function. For example, when a power outage occurs in the
한편, 각 전류 공급 경로에는 전류 센서, 스마트 미터 등이 배치될 수 있다. 에너지 저장장치(1)와 태양광 발전기(3)를 통해 생산된 전기는, 스마트 미터(적어도 전류센서)를 통해 전력량이 측정되고 관리될 수 있다. Meanwhile, current sensors, smart meters, etc. may be placed in each current supply path. The electricity produced through the energy storage device (1) and the solar generator (3) can be measured and managed through a smart meter (at least a current sensor).
본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는, 적어도 올인원 에너지 저장장치(1a)를 포함한다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는 올인원 에너지 저장장치(1a)와 스마트 에너지 박스(1b)를 포함함으로써, 전력의 저장, 공급, 분배, 통신, 제어를 간편하고 효율적으로 수행할 수 있는 통합 서비스를 제공할 수 있다.The
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는 복수의 운전모드로 동작할 수 있다. PV 자가소비(self consumption) 모드는, 태양광 발전 전력을 부하에서 먼저 사용하고, 남는 전력을 에너지 저장장치(1)에 저장한다. 예를 들어, 낮에 태양광 발전기(3)에서 부하들(7x1, 7y1)의 사용량보다 많은 전력이 생성되면, 배터리(35)를 충전한다.Meanwhile, the
요금제 기반 충방전 모드는, 시간대 4개를 설정 입력하고, 전기 요금이 비싼 시간대에는 배터리(35)를 방전시키고 전기 요금이 싼 시간대에서는 배터리(35)를 충전시킬 수 있다. 에너지 저장장치(1)는 요금제 기반 충방전 모드로 사용자의 전기 요금 절약에 도움을 줄 수 있다.In the rate-based charge/discharge mode, four time zones can be set and input, and the battery 35 can be discharged during times when electricity rates are high and the battery 35 can be charged during times when electricity rates are low. The
백업온리모드는, 정전 등 비상상황을 대비한 모드로, 일기예보로 태풍이 예상되거나, 기타 정전 가능성이 있을 때, 배터리(35)를 최대치까지 충전하고, 비상시 필수부하(7y1)로 공급하는 것을 최우선순위로 동작할 수 있다.Backup-only mode is a mode to prepare for emergency situations such as power outages. When a typhoon is predicted in the weather forecast or there is a possibility of other power outages, the battery (35) is charged to the maximum and supplied as an essential load (7y1) in an emergency. It can operate with the highest priority.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리팩들을 포함하는 에너지 저장장치의 분해사시도이다.Figure 3 is an exploded perspective view of an energy storage device including battery packs according to an embodiment of the present disclosure.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는, 상하방향으로 배치되는 배터리팩들(10), 배터리팩들(10)이 배치되는 공간을 형성하는 케이싱(12), 케이싱(12)의 전면을 개폐하는 도어(28)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the
케이싱(12)은, 전방이 개구된 형태를 가질 수 있다. 케이싱(12)은 후방을 커버하는 케이싱후방벽(14)과, 케이싱후방벽(14)의 양측단에서 전방으로 연장되는 한 쌍의 케이싱측벽(20), 케이싱후방벽(14)의 상단에서 전방으로 연장되는 케이싱탑벽(24), 및 케이싱후방벽(14)의 하단에서 전방으로 연장되는 케이싱베이스(26)를 포함할 수 있다. 케이싱후방벽(14)에는, 상기 배터리팩(10)과 체결되도록 형성된 팩체결부(16)를 포함한다. The casing 12 may have a front opening. The casing 12 includes a casing rear wall 14 covering the rear, a pair of casing side walls 20 extending forward from both ends of the casing rear wall 14, and a pair of casing side walls 20 extending forward from the top of the casing rear wall 14. It may include a casing top wall 24 extending forward, and a casing base 26 extending forward from the bottom of the casing rear wall 14. The casing rear wall 14 includes a pack fastening portion 16 formed to be fastened to the
한 쌍의 케이싱측벽(20) 중 하나에는, 에너지 저장장치(1)의 전원을 온/오프하는 스위치(22a, 22b)가 배치될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에서는, 제1스위치(22a)와 제2스위치(22b)가 배치되고, 제1,2 스위치(22a, 22b) 스위칭 조합으로만 전원이 온되어 에너지 저장장치(1)의 안전성을 강화할 수 있다. Switches 22a and 22b that turn on/off the power of the
상기 케이싱(12)의 내부에는, 배터리의 충전 또는 방전을 위해 전기의 특성을 변환시키는 전력변환기(32)(PCS : Power Conditioning System), 배터리팩(10) 및/또는 배터리팩(10)에 포함되는 배터리셀의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 모니터링하는 배터리관리기(BMS : Battery Management System)가 배치될 수 있다.Inside the casing 12, a power converter 32 (PCS: Power Conditioning System), which converts the characteristics of electricity for charging or discharging the battery, is included in the
전력변환기(32)는, 회로기판(33)과, 회로기판(33)(이하, PCS 보드)의 일측에 배치되고 전력 변환을 수행하는 스위칭소자(33a)(예를 들어, Insulated gate bipolar transistor; IGBT)를 포함할 수 있다.The
배터리관리기(34)는, 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 각각에 배치되는 배터리팩 회로기판(미도시)과 케이싱(12) 내부에 배치되고 복수의 배터리팩 회로기판과 통신선(미도시)으로 연결되는 메인회로기판(34a)을 포함할 수 있다. The battery manager 34 is disposed inside the battery pack circuit board (not shown) and the casing 12 disposed in each of the plurality of
메인회로기판(34a)은, 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 각각에 배치되는 배터리팩 회로기판(220)과 통신선으로 연결될 수 있다. 메인회로기판(34a)은, 배터리팩(10)으로부터 연장되는 파워선(198)과 연결될 수 있다. The main circuit board 34a may be connected to the battery pack circuit board 220 disposed in each of the plurality of
케이싱(12) 내부에는 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)이 배치된다. 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)은 상하방향으로 배치될 수 있다. 복수의 배터리팩(10) 각각은, 케이싱(12)에 고정되게 배치된다. 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 각각은 케이싱후방벽(14)에 배치되는 팩체결부(16)에 체결된다. A plurality of
각 배터리팩(10)은, 직병렬로 연결되는 복수의 배터리셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리팩(10)은, 서로 전기적으로 연결되고, 물리적으로 고정된 2개의 배터리모듈(미도시)로 구성된 배터리모듈 어셈블리(미도시)를 포함할 수 있다. 배터리모듈 어셈블리는 서로 마주하게 배치되는 제1배터리모듈과 제2배터리모듈을 포함할 수 있다. 상기 제1,2 배터리모듈은 각각 복수의 배터리셀의 정보를 감지하는 센싱기판(미도시)을 포함하고, 배터리팩 회로기판은 상기 센싱기판으로부터 상기 제1,2 배터리모듈의 센싱정보를 수집하고 상기 배터리관리기(34)에 전달할 수 있다.Each
본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는, 전기를 저장할 수 있는 배터리(35)와, 배터리(35)의 입출력을 담당하는 전력 변환기(32)와, 배터리(35) 등 내부 부품의 온도를 조절하기 위한 열 관리 시스템을 포함한다.The
본 개시의 실시 예에 따른 ESS 열 관리 시스템은, 시스템 구동시 배터리(35), 전력 변환기(32), 리액터 등에서 발생하는 폐열을 회수하며, 회수된 폐열을 외부로 방출하여, 배터리(35), 전력 변환기(32)의 온도를 저감시킴으로써, 시스템의 효율을 향상시키기 위한 수랭식 온도 제어 시스템이다. 기존 공랭식 열 관리 시스템을 사용할 경우 열 회수 효율이 낮아 시스템 내 각 부품의 온도가 높게 형성될 수 있다. 배터리 충전 및 방전시 배터리의 온도를 일정 온도 범위내로 안정적으로 유지시킬 경우, 배터리내 충전 및 방전 속도가 증가하여 배터리 사용 효율이 증가되는 장점이 있다.The ESS thermal management system according to an embodiment of the present disclosure recovers waste heat generated from the battery 35,
본 개시에 따르면, 열 관리 시스템으로써, 에너지 저장장치(1)는 상기 배터리팩(10), 상기 PCS 보드(33) 등 내부 구성을 냉각시키는 냉각 모듈(40)을 포함한다. 본 개시의 실시 예에 따르면, 냉각 모듈(40)은 수랭식 냉각 방식으로 상기 배터리팩(10), 상기 PCS 보드(33) 등을 냉각시킬 수 있다. According to the present disclosure, as a thermal management system, the
예를 들어, 각 배터리팩(10)에 대응하여 배터리냉각판(50)이 배치되고, 냉각수가 냉각수 유로(60)를 따라 냉각 모듈(40)과 배터리냉각판(50) 사이를 순환하면서 배터리팩(10)을 냉각시킬 수 있다. 냉각수 유로(60)는, 냉각 모듈(40)로부터 냉각수가 배터리냉각판(50)으로 유입되는 입구유로(60b)와 배터리냉각판(50)으로부터 냉각수가 냉각 모듈(40)로 배출되는 출구유로(60a)를 포함할 수 있다.For example, a battery cooling plate 50 is disposed in response to each
냉각수 공급 및 누설의 문제점을 고려하여 절연성능을 가지는 냉각수를 적용하며, 저온에도 사용가능한 냉각수가 더 바람직하다. Considering the problems of coolant supply and leakage, a coolant with insulation performance is applied, and a coolant that can be used even at low temperatures is more preferable.
냉각 모듈(40)은, 냉각수 순환을 위한 펌프, 시스템 운전 중 회수한 폐열을 공기측과 열교환으로 방출시키는 열교환기 및 팬을 포함함으로써, 폐열 회수에 따라 가열된 냉각수를 최저 대기온도까지 냉각시켜 순환시킬 수 있다. The cooling module 40 includes a pump for circulating coolant, a heat exchanger for discharging waste heat recovered during system operation through heat exchange with the air, and the coolant heated according to waste heat recovery is cooled to the minimum ambient temperature and circulated. You can do it.
냉각 모듈(40)은, 플레이트(41)로 지지되고, 플레이트(41)를 통하여 PCS 보드 등과 접촉할 수 있다.The cooling module 40 is supported by a plate 41 and can be in contact with a PCS board, etc. through the plate 41.
열 관리 시스템은, 냉각 모듈(40) 외 각부 냉각을 위해 배터리측 워터 블록(배터리냉각판(50)), PCS측 워터 블록, 리액터측 워터 블록 등을 포함한다.The thermal management system includes a battery-side water block (battery cooling plate 50), a PCS-side water block, a reactor-side water block, etc. to cool each part other than the cooling module 40.
배터리측 워터 블록은 배터리 모듈 적용 개수에 따라 비례하여 증가하도록 구성되고, 평상시 냉각수 유량이 각 워터 블록에 균등하게 공급되도록 구성하고 있다. The battery-side water blocks are configured to increase proportionally according to the number of battery modules applied, and are configured so that the normal coolant flow rate is supplied equally to each water block.
각 발열체 부품별로 구성되어진 워터 블록은 내부에 냉각수가 흐르며, 발열체와 면접촉을 통해 폐열을 회수하도록 구성하고 있다. 그리고 열 관리 시스템을 효율적으로 운용하기 위해 각 부품별 워터 블록 후단부에 온도센서가 배치되어 출수 온도를 감지한다. The water block, which is composed of each heating element part, has coolant flowing inside it and is configured to recover waste heat through surface contact with the heating element. In order to efficiently operate the thermal management system, a temperature sensor is placed at the rear end of the water block for each component to detect the outlet water temperature.
또한, 열 관리 시스템은, 냉각수의 유로를 필요에 따라 절환할 수 있도록 밸브를 적용하고, 각 발열부에 공급하는 유체의 유량이 가변하며, 그에 따라 발열부의 온도를 목표 온도 범위내로 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.In addition, the thermal management system applies a valve to switch the coolant flow path as needed, and the flow rate of the fluid supplied to each heating unit is variable, thereby controlling the temperature of the heating unit to maintain the temperature within the target temperature range. can do.
상기 전력관리기(31a) 또는 상기 배터리관리기(34)가 열 관리 시스템도 제어하는 컨트롤러일 수 있다. 또는 열 관리 시스템은 별도의 컨트롤러를 구비할 수 있다. 컨트롤러로 온도 센서 등 센싱 정보가 전달되고, 컨트롤러는 열 관리 시스템의 운전 모드, 펌프, 팬, 밸브의 동작(개폐, 개도 조절)을 제어할 수 있다.The power manager 31a or the battery manager 34 may be a controller that also controls the thermal management system. Alternatively, the thermal management system may have a separate controller. Sensing information such as temperature sensors is transmitted to the controller, and the controller can control the operation mode of the thermal management system and the operation (opening/closing, opening degree control) of the pump, fan, and valve.
시스템 내 부품의 예열을 하기 위한 조건일 경우, 열교환기의 냉각수 입구 측에 배치되는 개폐 밸브(ex, 1Way 밸브) 제어를 통해, 열교환기를 사용하지 않고, PCS의 무효전력 제어로 일부 전력을 소모함으로써 열을 발생시키고, 이때 발생된 폐열을 회수하여 배터리를 예열하게 된다. 해당 제어를 통해 예열된 배터리는 배터리 충전 가능량 및 충전 속도가 증가되어 ESS 시스템을 더욱 효율적은 운용할 수 있다. 이와 같이 ESS 열 관리 시스템을 통해 고온 조건에서는 냉각, 저온 조건에서는 예열을 통해 배터리 운전 범위 및 충전 속도를 향상시켜 시스템은 운용 범위를 확장시킬 수 있다.If the condition is to preheat the parts in the system, some power is consumed by controlling the reactive power of the PCS without using the heat exchanger by controlling the open/close valve (ex, 1-way valve) placed on the coolant inlet side of the heat exchanger. Heat is generated, and the waste heat generated at this time is recovered to preheat the battery. The battery preheated through this control increases the battery charge capacity and charging speed, allowing the ESS system to be operated more efficiently. In this way, the ESS thermal management system can expand the operating range of the system by improving the battery operating range and charging speed through cooling in high temperature conditions and preheating in low temperature conditions.
가정용 ESS 제품의 경우 운전 조건에 따라 크게 4가지의 운전 모드를 구성할 수 있다. In the case of household ESS products, four operating modes can be configured depending on operating conditions.
첫번째 운전 모드는 PCS 및 배터리 냉각 모드이다. PCS 및 배터리 냉각 모드는 ESS 배터리 사용으로 PCS 및 배터리, 리액터에서 발열이 발생하는 경우로 각 발열부에서 발생한 폐열은 회수 후 열교환기에서 대기중으로 방출할 수 있다. The first operating mode is PCS and battery cooling mode. PCS and battery cooling mode is when heat is generated from the PCS, battery, and reactor due to the use of ESS batteries. The waste heat generated from each heating part can be recovered and released into the atmosphere through a heat exchanger.
두번째 운전 모드는 저외기온 운전 및 대기 상태로서 PCS의 발열을 통해 가열된 냉각수로 배터리를 냉각하기 위한 PCS 냉각 및 배터리 가열 모드이다. PCS 냉각 및 배터리 가열 모드에서는 열교환기를 사용하지 않는다. The second operation mode is a low outdoor temperature operation and standby mode, and is a PCS cooling and battery heating mode to cool the battery with coolant heated through heat generation from the PCS. The heat exchanger is not used in PCS cooling and battery heating modes.
세번째 운전 모드는 정상 운전 종료 후 PCS만 냉각 되어진 경우 배터리 모듈을 냉각함으로써 배터리 효율을 향상시키기 위한 배터리 단독 냉각 모드이다. 배터리 단독 냉각 모드는 시스템 운전 종료시 Thermal Mass가 적은 PCS만 조기 냉각되었을 경우 추가적으로 배터리를 냉각하기 위한 운전 모드이다. The third operation mode is a battery-only cooling mode to improve battery efficiency by cooling the battery module when only the PCS is cooled after the end of normal operation. The battery exclusive cooling mode is an operation mode for additional battery cooling when only the PCS with a small thermal mass is cooled early at the end of system operation.
네번째 운전 모드는 PCS 단독 냉각 모드이다. PCS 단독 냉각 모드는 운전 시간이 짧거나 출력이 적어 배터리 발열은 거의 없으나 PCS만 발열이 높은 경우 PCS를 주로 냉각하기 위한 운전 모드이다. The fourth operation mode is PCS exclusive cooling mode. The PCS exclusive cooling mode is an operation mode mainly used to cool the PCS when the operation time is short or the output is low, so the battery generates little heat, but only the PCS generates high heat.
도 4는 정상적인 상태에서의 배터리 연결 구성을 예시한 도면이고, 도 5 내지 도 7은 배터리에 이상이 발생한 경우에 배터리 연결 상태 변경에 대한 설명에 참조되는 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a battery connection configuration in a normal state, and FIGS. 5 to 7 are diagrams referred to in an explanation of a change in the battery connection state when an abnormality occurs in the battery.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 에너지 저장장치(1)는, 각각 배터리셀들을 포함하는 배터리팩들(10)과, 방전시, 상기 배터리팩들(10)에 저장된 전기에너지를 변환하여 계통(9)에 공급하는 전력변환기(32)를 포함한다. Referring to FIGS. 4 to 7, the
충전시, 상기 전력변환기(32)는, 상기 계통(9) 또는 태양광 등 분산 전원에서 공급되는 전기에너지를 변환하여, 상기 배터리팩들(10)에 저장할 수 있다.When charging, the
또한, 에너지 저장장치(1)는, 상기 배터리팩들(10)의 연결상태를 결정하는 스위치들(420, 415)을 포함한다.Additionally, the
배터리스위치들(420)은, 디폴트(default) 상태에서 상기 배터리팩들(10) 전부를 직렬연결시킨다. 따라서, 정상 조건인 디폴트 상태에서는 상기 배터리팩들(10) 전부가 직렬연결되어 상기 배터리팩들(10)의 전압 총합은 에너지 저장장치(1)의 출력 전압이 된다. 예를 들어, 각각 100V 출력 전압을 가지는 4개의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)가 직렬연결되면, 400V가 출력될 수 있다.Battery switches 420 connect all of the battery packs 10 in series in the default state. Therefore, in the default state, which is a normal condition, all of the battery packs 10 are connected in series, and the total voltage of the battery packs 10 becomes the output voltage of the
상기 배터리팩들(10) 중 적어도 하나에 폴트(fault)가 발생하는 이상 상태에서, 배터리스위치들(420)은, 폴트가 발생한 배터리팩을 배제하도록 연결상태를 전환한다. 즉, 폴트가 발생한 배터리팩을 빼고 나머지 정상 조건의 배터리팩들만으로 직렬연결되도록 상기 배터리스위치들(420) 중 일부의 스위칭 상태가 전환된다. In an abnormal state in which a fault occurs in at least one of the battery packs 10, the battery switches 420 change the connection state to exclude the faulty battery pack. That is, the switching states of some of the battery switches 420 are switched so that only the remaining battery packs in normal conditions are connected in series, excluding the faulty battery pack.
한편, 폴트가 발생한 배터리팩을 빼고 나머지 정상 조건의 배터리팩들만으로 직렬연결되도록 연결상태가 전환되면 출력전압이 낮아지게 된다. 예를 들어, 100V 출력 전압의 4개의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 중 어느 하나에 이상이 발생하여 3개의 배터리팩으로 직렬연결을 재구성하면, 300V가 출력되고, 2개에 이상이 발생하여 2개의 배터리팩으로 직렬연결을 재구성하면, 200V가 출력될 것이다. 따라서, 에너지 저장장치(1)는 방전시 출력을 안정적으로 유지하기 위하여, 입력전압을 승압하여 상기 전력변환기(32)에 공급하는 부스터컨버터(410)를 더 포함한다. On the other hand, when the connection state is changed to connect in series only the remaining battery packs in normal conditions, excluding the faulty battery pack, the output voltage is lowered. For example, if a problem occurs in any one of the four battery packs (10a, 10b, 10c, 10d) with an output voltage of 100V and the series connection is reconfigured with three battery packs, 300V is output and two of them have a problem. If this occurs and the series connection is reconfigured with two battery packs, 200V will be output. Therefore, the
상기 부스터컨버터(410)는, 상기 연결 상태가 전환된 배터리팩들의 출력 전압을 상기 디폴트 상태에서 직렬 연결된 배터리팩들의 출력 전압까지 승압할 수 있다. 또한, 상기 배터리팩들이 충전 중일 때, 상기 부스트컨버터(410)는 오프(off)된다. 상기 부스터컨버터(410)를 오프(Off)하는 경우, 상기 부스터컨버터(410)는 전압을 부스팅하지 않고 출력할 수 있다. The
즉, 상기 부스터컨버터(410)는, 충전시에는 오프되어, 입력전압에는 영향을 주지않고, 방전시에는 이상이 발생한 배터리팩에 의한 전압 강하에 대응하여 입력전압을 부스팅(boosting)하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 방전시, 부스트컨버터(410)를 온(on)하면, 부스트컨버터(410)는 DC 300V 또는 200V 전압을 DC 400V로 부스팅(Boosting)할 수 있다That is, the
한편, 부스터스위치(415)는, 방전시, 상기 배터리팩들(10) 중 적어도 하나에 폴트(fault)가 발생하면, 상기 연결상태가 전환된 배터리팩들(10)의 출력 전압을 상기 부스터컨버터(410)에 공급하도록 스위칭된다. 상기 부스터스위치(415)는, 상기 배터리팩들(10) 중 하나, 상기 부스터컨버터(410), 상기 전력변환기(32) 사이에 배치되고, 상기 배터리팩들(10)의 출력을 상기 부스터컨버터(410) 또는 상기 전력변환기(32)로 전달할 수 있다.Meanwhile, the
본 개시의 실시 예에 따르면, 정상 구동간 고장 상황 발생 혹은 고장이 예상되는 배터리팩이 있을 경우 시스템은 에러를 발생하지만, 연속 운전이 가능하다. 고장난 배터리로 인해 에너지의 충전 및 방전량이 감소되지만, 사용자는 고장난 배터리의 수리 및 교체 전까지 나머지 정상 배터리를 활용하여 ESS 활용이 가능하다.According to an embodiment of the present disclosure, if a failure situation occurs during normal operation or there is a battery pack that is expected to fail, the system generates an error, but continuous operation is possible. Although the charging and discharging amount of energy is reduced due to a broken battery, users can use the ESS by using the remaining normal batteries until the broken battery is repaired or replaced.
만약, 상기 배터리팩들(10) 중 3개 이상의 배터리팩에 이상이 발생하면, 비상 정지할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따르면, 배터리팩의 하나 또는 둘의 이상상태로 시스템 전체가 정지되어야 하는 이상 조건을 회피하여 연속운전이 가능하다. 고장난 배터리를 제외하여 시스템을 안정적으로 연속운전함으로써, 사용자의 ESS 사용에 따른 불편함을 감소시킬 수 있다. 또한, 고장난 배터리가 많은 경우에는 시스템을 정지시킴으로써 안전사고를 방지할 수 있다.If a problem occurs in three or more of the battery packs 10, an emergency stop may occur. According to an embodiment of the present disclosure, continuous operation is possible by avoiding abnormal conditions in which the entire system must be stopped due to an abnormal state of one or two battery packs. By operating the system stably and continuously, excluding broken batteries, the inconvenience caused by the user's use of the ESS can be reduced. Additionally, if there are many broken batteries, safety accidents can be prevented by stopping the system.
한편, 상기 배터리팩들(10)의 음극 단자(T2)에는 역전류를 방지하는 다이오드(D)가 연결될 수 있다.Meanwhile, a diode (D) that prevents reverse current may be connected to the negative terminal (T2) of the battery packs (10).
상술한 배터리관리기(34)가 상기 배터리스위치들(420)과 상기 부스터스위치(415)를 제어할 수 있다. 상기, 배터리관리기(34)는, 배터리(35)의 상태 정보를 모니터링하고, 배터리(35)의 연결구조를 제어할 수 있다. 상기 배터리관리기(34)는, 상기 배터리팩들(10)에 기초하여 상기 배터리스위치들(420)과 상기 부스터스위치(415)를 제어할 수 있다.The battery manager 34 described above can control the battery switches 420 and the
상기 배터리관리기(34)는, 상기 배터리팩들(10) 각각에 배치되고, 각 배터리팩(10)에 포함되는 복수의 배터리셀의 상태 정보를 획득하는 배터리팩 회로기판들(미도시), 및, 상기 배터리팩 회로기판들과 통신선으로 연결되고, 상기 배터리팩 회로기판들로부터 각 배터리팩(10)에서 획득된 상태 정보를 수신하는 메인회로기판(34a)을 포함한다.The battery manager 34 includes battery pack circuit boards (not shown) disposed in each of the battery packs 10 and acquiring status information of a plurality of battery cells included in each
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 배터리(35) 관리를 위한 구성(특히 안전 제어를 위한 구성)을 포함하는 제어 회로(34a)와 배터리셀 센싱 회로(배터리팩 회로기판)를 분리하여 설계함으로써, 배터리관리기(34)의 주요 기능을 수행하고, 복수의 배터리팩(10)을 관리하는 제어 회로(34a)를 보호할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the control circuit 34a, which includes a configuration for managing the battery 35 (particularly a configuration for safety control), and the battery cell sensing circuit (battery pack circuit board) are designed separately, The main functions of the battery manager 34 can be performed and the control circuit 34a, which manages the plurality of battery packs 10, can be protected.
다른 실시 예에서, 상기 전력변환기(32)는, 상기 배터리스위치들(420)과 상기 부스터스위치(415)를 제어할 수 있다.In another embodiment, the
한편, 상기 배터리스위치들(420)과 상기 부스터스위치(415)는, 3로(3way) 스위치일 수 있다. 상기 3로 스위치는, SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치로도 불리며, 하나의 폴(pole)과 2개의 접점을 포함할 수 있다. Meanwhile, the battery switches 420 and the
상기 배터리스위치들(420)은, 각각 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)에 대응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리스위치들(420)은, 각각 제1 내지 제4 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)에 대응하는 제1 내지 제4 배터리스위치(421, 422, 423, 424)를 포함할 수 있다. The battery switches 420 may be configured to correspond to
제1 배터리스위치(421)는, 폴(b1)이 상기 부스트컨버터(410)에 연결되고, 한 접점(a11)이 상기 배터리팩들(10) 중에서 제1 배터리팩(10a)의 양극 단자(T1)에 연결되고, 다른 접점(a12)이 상기 제1 배터리팩(10a)의 음극 단자(T2)에 연결될 수 있다. The
제2 배터리스위치(422)는, 폴(b2)이 상기 제1 배터리팩(10a)의 음극 단자(T2)와 상기 제1 배터리스위치(421)에 연결되고, 한 접점(a21)이 상기 배터리팩들(10) 중에서 제2 배터리팩(10b)의 양극 단자(T1)에 연결되고, 다른 접점(a22)이 상기 제2 배터리팩(10b)의 음극 단자(T2)에 연결될 수 있다. The
제3 배터리스위치(423)는, 폴(b3)이 상기 제2 배터리팩(10b)의 음극 단자(T2)와 상기 제2 배터리스위치(422)에 연결되고, 한 접점(a31)이 상기 배터리팩들(10) 중에서 제3 배터리팩(10c)의 양극 단자(T1)에 연결되고, 다른 접점(a32)이 상기 제3 배터리팩(10c)의 음극 단자(T2)에 연결될 수 있다. The
제4 배터리스위치(424)는, 폴(b4)이 상기 제3 배터리팩(10c)의 음극 단자(T2)와 상기 제3 배터리스위치(423)에 연결되고, 한 접점(a41)이 상기 배터리팩들(10) 중에서 제4 배터리팩(10d)의 양극 단자(T1)에 연결되고, 다른 접점(a42)이 상기 제4 배터리팩(10d)의 음극 단자(T2)에 연결될 수 있다. The
또한, 상기 부스터스위치(415)는, 폴(d)이 상기 제4 배터리팩(10d)의 음극 단자(T2)와 상기 제4 배터리스위치(424)에 연결되고, 한 접점(c11)이 상기 전력변환기(32)에 연결되고, 다른 접점(c12)이 상기 부스터컨버터(410)에 연결될 수 있다. In addition, the
도 4를 참조하면, 정상 조건에서, 제1 배터리스위치(421)는, 폴(b1)이 접점(a11)에 연결되고, 제2 배터리스위치(422)는, 폴(b2)이 접점(a21)에 연결되고, 제3 배터리스위치(423)는, 폴(b3)이 접점(a31)에 연결되고, 제4 배터리스위치(424)는, 폴(b4)이 접점(a41)에 연결된다. 또한, 상기 부스터스위치(415)는, 폴(d)이 접점(c11)에 연결된다.Referring to FIG. 4, under normal conditions, the pole (b1) of the
이에 따라, 제1 내지 제4 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)은, 모두 직렬로 연결되고, 제1 내지 제4 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)의 전압 총합이 상기 전력변환기(32)에 공급된다. 예를 들어, 제1 내지 제4 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)이 각각 100V이면, 상기 전력변환기(32)에 400V가 공급된다.Accordingly, the first to fourth battery packs (10a, 10b, 10c, and 10d) are all connected in series, and the total voltage of the first to fourth battery packs (10a, 10b, 10c, and 10d) is the power converter. It is supplied to (32). For example, if the first to
도 5는 제1 배터리팩(10a)에 폴트가 발생한 경우를 예시한다. 도 5를 참조하면, 상기 제1 배터리팩(10a)에 폴트가 발생하면, 제1 배터리스위치(421)는, 폴(b1)이 접점(a12)에 연결되도록 스위칭된다. 또한, 정상 조건과 동일하게, 제2 배터리스위치(422)는, 폴(b2)이 접점(a21)에 연결되고, 제3 배터리스위치(423)는, 폴(b3)이 접점(a31)에 연결되고, 제4 배터리스위치(424)는, 폴(b4)이 접점(a41)에 연결된다. 이에 따라, 제1 배터리팩(10a)이 직렬연결에서 제외되고, 제2 내지 제4 배터리팩(10b, 10c, 10d)이 직렬연결을 재구성한다.Figure 5 illustrates a case where a fault occurs in the
또한, 상기 부스터스위치(415)는, 폴(d)이 접점(c12)에 연결된다. 이에 따라, 제2 내지 제4 배터리팩(10b, 10c, 10d)의 전압 총합 300V가 부스터컨버터(410)에 입력되고, 부스터컨버터(410)는 전압을 400V로 부스팅하여 상기 전력변환기(32)에 출력할 수 있다.Additionally, the
도 6은 제3 배터리팩(10c)에 폴트가 발생한 경우를 예시한다. 도 6을 참조하면, 상기 제3 배터리팩(10c)에 폴트가 발생하면, 제3 배터리스위치(423)는, 폴(b3)이 접점(a32)에 연결되도록 스위칭된다. 또한, 정상 조건과 동일하게, 제1 배터리스위치(421)는, 폴(b1)이 접점(a11)에 연결되고, 제2 배터리스위치(422)는, 폴(b2)이 접점(a21)에 연결되고, 제4 배터리스위치(424)는, 폴(b4)이 접점(a41)에 연결된다. 이에 따라, 제3 배터리팩(10c)이 직렬연결에서 제외되고, 제1 배터리팩(10a), 제2배터리팩(10b), 제4 배터리팩(10d)이 직렬연결을 재구성한다.Figure 6 illustrates a case where a fault occurs in the
또한, 상기 부스터스위치(415)는, 폴(d)이 접점(c12)에 연결된다. 이에 따라, 제1 배터리팩(10a), 제2배터리팩(10b), 제4 배터리팩(10d)의 전압 총합 300V가 부스터컨버터(410)에 입력되고, 부스터컨버터(410)는 전압을 400V로 부스팅하여 상기 전력변환기(32)에 출력할 수 있다.Additionally, the
도 7은 제2배터리팩(10b)과 제3 배터리팩(10c)에 폴트가 발생한 경우를 예시한다. 도 7을 참조하면, 상기 제2배터리팩(10b)과 상기 제3 배터리팩(10c)에 폴트가 발생하면, 제2 배터리스위치(422)는, 폴(b2)이 접점(a22)에 연결되고, 제3 배터리스위치(423)는, 폴(b3)이 접점(a32)에 연결되도록 스위칭된다. 또한, 정상 조건과 동일하게, 제1 배터리스위치(421)는, 폴(b1)이 접점(a11)에 연결되고, 제4 배터리스위치(424)는, 폴(b4)이 접점(a41)에 연결된다. 이에 따라, 상기 제2배터리팩(10b)과 상기 제3 배터리팩(10c)이 직렬연결에서 제외되고, 상기 제1 배터리팩(10a)과 상기 제4 배터리팩(10d)이 직렬연결을 재구성한다.Figure 7 illustrates a case where a fault occurs in the
또한, 상기 부스터스위치(415)는, 폴(d)이 접점(c12)에 연결된다. 이에 따라, 상기 제1 배터리팩(10a)과 상기 제4 배터리팩(10d)의 전압 총합 200V가 부스터컨버터(410)에 입력되고, 상기 부스터컨버터(410)는 전압을 400V로 부스팅하여 상기 전력변환기(32)에 출력할 수 있다.Additionally, in the
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법의 순서도이다.Figure 8 is a flowchart of a method of operating an energy storage device according to an embodiment of the present disclosure.
도 8을 참조하면, 에너지 저장장치(1)의 전원이 켜지면(S805), 에너지 저장장치(1), 운전조건을 확인하고 운전을 시작한다(S810),Referring to FIG. 8, when the
배터리관리기(34)는, 배터리(35)의 상태를 모니터링하고 배터리(35)에 포함되는 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 별 폴트 발생 여부를 판별한다(S815).The battery manager 34 monitors the status of the battery 35 and determines whether a fault has occurred for each of the battery packs 10a, 10b, 10c, and 10d included in the battery 35 (S815).
만약 배터리(35)에 이상이 없으면(S820), 에너지 저장장치(1)는 정상 조건에서 동작한다(S825). 정상 조건에서 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)은 직렬로 연결되고, 부스트컨버터(410)는 동작하지 않는다.If there is no problem with the battery 35 (S820), the
한편, 배터리(35)에 이상이 발생하면(S820), 에너지 저장장치(1)는 에러를 발생시킨다(S830). 또한, 배터리관리기(34)는, 폴트가 발생한 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)을 파악할 수 있다.Meanwhile, if an abnormality occurs in the battery 35 (S820), the
폴트가 발생한 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)이 3개보다 많으면, 에너지 저장장치(1)는 운전을 정지한다(S845). 폴트가 발생한 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)이 2개 이하이면, 에너지 저장장치(1)는 비상운전제어로 진입한다(S850).If the number of
비상운전제어 진입에 따라(S850), 스위치들(420, 415)은 폴트가 발생한 배터리팩을 회피하도록 제어된다(S855). 배터리관리기(34) 또는 전력관리기(32)는 상기 스위치들(420, 415)을 제어할 수 있다. As emergency operation control is entered (S850), the
또한, 충/방전과 같은 베터리 제어 모드에 따라(S860), 부스트컨버터(410)의 동작이 제어된다(S865, S870). 충전 모드이면(S860), 상기 부스트컨버터(410)가 온되고(S865), 방전 모드이면(S860), 상기 부스트컨버터(410)가 오프된다(S870).Additionally, according to the battery control mode such as charge/discharge (S860), the operation of the
도 5를 참조하여 설명한 것과 같이, 방전시, 제1 배터리팩(10a)에 폴트가 발생한 경우, 제1 배터리팩(10a)이 직렬연결에서 제외되도록 직렬연결을 재구성하고, 제2 내지 제4 배터리팩(10b, 10c, 10d)의 출력이 부스트컨버터(410)에 공급되도록, 스위치들(420, 415)이 동작한다(S855). 또한, 부스트컨버터(410)는 전압을 부스팅하여 전력변환기(32)에 출력한다(S865).As described with reference to FIG. 5, when a fault occurs in the first battery pack (10a) during discharging, the series connection is reconfigured so that the first battery pack (10a) is excluded from the series connection, and the second to fourth batteries The
도 6을 참조하여 설명한 것과 같이, 제3 배터리팩(10c)에 폴트가 발생한 경우, 제3 배터리팩(10c)이 직렬연결에서 제외되도록 직렬연결을 재구성하고, 제1 배터리팩(10a), 제2배터리팩(10b), 제4 배터리팩(10d)의 출력이 부스트컨버터(410)에 공급되도록, 스위치들(420, 415)이 동작한다(S855). 또한, 부스트컨버터(410)는 전압을 부스팅하여 전력변환기(32)에 출력한다(S865).As described with reference to FIG. 6, when a fault occurs in the third battery pack (10c), the series connection is reconfigured so that the third battery pack (10c) is excluded from the series connection, and the first battery pack (10a) and the third battery pack (10a) are connected to each other. The
도 7을 참조하여 설명한 것과 같이, 제2 배터리팩(10b)과 제3 배터리팩(10c)에 폴트가 발생한 경우, 제2 배터리팩(10b)과 제3 배터리팩(10c)이 직렬연결에서 제외되도록 직렬연결을 재구성하고, 제1 배터리팩(10a)과 제4 배터리팩(10d)의 출력이 부스트컨버터(410)에 공급되도록, 스위치들(420, 415)이 동작한다(S855). 또한, 부스트컨버터(410)는 전압을 부스팅하여 전력변환기(32)에 출력한다(S865). As explained with reference to FIG. 7, when a fault occurs in the second battery pack (10b) and the third battery pack (10c), the second battery pack (10b) and the third battery pack (10c) are excluded from the series connection. The series connection is reconfigured as much as possible, and the
본 개시에 따르면, 운전중 고장난 배터리를 사용하지 않고 정상 배터리를 사용하도록 스위치들(420, 415)을 제어한다. 배터리관리기(34)는, 각 배터리팩(10)의 상태를 진단하며, 고장난 배터리를 판단하여 고장난 배터리를 회피하기 위하여 스위치들(420, 415)을 릴레이를 선택적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 특정 배터리팩에 이상이 발생한 경우에도 이상이 발생한 배터리팩을 회피하여 연속운전할 수 있다. According to the present disclosure, the
또한, 본 개시에 따르면, 배터리 고장시 DC 전압의 부족 문제에 대응하여 부스트컨버터(410)를 선택적으로 사용할 수 있도록 구성된다. 이에 따라, 배터리 출력을 안정적으로 관리할 수 있다. In addition, according to the present disclosure, the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been shown and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and can be used in the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the patent claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.
1: 에너지 저장장치
10 : 배터리팩
12 : 케이싱
32 : 전력변환기
34 : 배터리관리기1: Energy storage device
10: Battery pack
12: Casing
32: Power converter
34: Battery manager
Claims (14)
상기 배터리팩들에 저장된 전기에너지를 변환하여 계통에 공급하는 전력변환기;
디폴트(default) 상태에서 상기 배터리팩들을 직렬연결시키고, 상기 배터리팩들 중 적어도 하나에 폴트(fault)가 발생하면 연결상태를 전환하는 배터리스위치들;
상기 배터리팩들 중 적어도 하나에 폴트가 발생하면, 상기 연결상태가 전환된 배터리팩들의 출력 전압을 승압시켜, 상기 전력변환기에 공급하는 부스터컨버터; 및,
상기 배터리팩들 중 적어도 하나에 폴트가 발생하면, 상기 연결상태가 전환된 배터리팩들의 출력 전압을 상기 부스트컨버터로 공급하는 부스터스위치;를 포함하는 에너지 저장장치.Battery packs each including battery cells;
A power converter that converts the electrical energy stored in the battery packs and supplies it to the system;
Battery switches that connect the battery packs in series in a default state and switch the connection state when a fault occurs in at least one of the battery packs;
When a fault occurs in at least one of the battery packs, a booster converter boosts the output voltage of the battery packs whose connection states have been switched and supplies the output voltage to the power converter; and,
When a fault occurs in at least one of the battery packs, a booster switch supplies the output voltage of the battery packs whose connection states have been switched to the boost converter.
상기 부스트 컨버터는,
상기 연결 상태가 전환된 배터리팩들의 출력 전압을 상기 디폴트 상태에서 직렬 연결된 배터리팩들의 출력 전압까지 승압하는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
The boost converter is,
An energy storage device that boosts the output voltage of the battery packs whose connection state has been switched to the output voltage of the battery packs connected in series in the default state.
상기 배터리팩들 중 3개 이상의 배터리팩에 이상이 발생하면, 비상 정지하는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
An energy storage device that performs an emergency stop when a problem occurs in three or more of the battery packs.
상기 배터리팩들이 충전 중일 때, 상기 부스트컨버터는 오프(off)되는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
When the battery packs are being charged, the boost converter is turned off.
상기 배터리팩들의 음극 단자에는 역전류를 방지하는 다이오드가 연결되는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
An energy storage device in which a diode to prevent reverse current is connected to the negative terminal of the battery packs.
상기 배터리스위치들은, 폴트가 발생한 배터리팩을 제외하고 나머지 배터리팩들이 직렬연결되도록 상기 연결상태를 전환하는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
The battery switches are an energy storage device that switches the connection state so that the remaining battery packs are connected in series, excluding the battery pack in which a fault occurred.
상기 배터리스위치들과 상기 부스터스위치를 제어하는 배터리관리기;를 더 포함하는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
An energy storage device further comprising a battery manager that controls the battery switches and the booster switch.
상기 배터리관리기는,
상기 배터리팩들 각각에 배치되고, 각 배터리팩에 포함되는 배터리셀들의 상태 정보를 획득하는 배터리팩 회로기판들과
상기 배터리팩 회로기판들과 통신선으로 연결되고, 상기 배터리팩 회로기판들로부터 각 배터리팩에서 획득된 상태 정보를 수신하는 메인회로기판을 포함하는 에너지 저장장치.In clause 7,
The battery manager,
Battery pack circuit boards disposed in each of the battery packs and acquiring status information of battery cells included in each battery pack,
An energy storage device comprising a main circuit board connected to the battery pack circuit boards through a communication line and receiving status information obtained from each battery pack from the battery pack circuit boards.
상기 전력변환기는, 상기 배터리스위치들과 상기 부스터스위치를 제어하는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
The power converter is an energy storage device that controls the battery switches and the booster switch.
상기 부스터스위치는,
상기 배터리팩들 중 하나, 상기 부스터컨버터, 상기 전력변환기 사이에 배치되는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
The booster switch is,
An energy storage device disposed between one of the battery packs, the booster converter, and the power converter.
상기 배터리스위치들과 상기 부스터스위치는, 3로(3way) 스위치인 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
The battery switches and the booster switch are energy storage devices that are 3-way switches.
상기 배터리스위치들은,
폴(pole)이 상기 부스트컨버터에 연결되고, 한 접점이 상기 배터리팩들 중에서 제1 배터리팩의 양극 단자에 연결되고, 다른 접점이 상기 제1 배터리팩의 음극 단자에 연결되는 제1 배터리스위치,
폴이 상기 제1 배터리팩의 음극 단자와 상기 제1 배터리스위치에 연결되고, 한 접점이 상기 배터리팩들 중에서 제2 배터리팩의 양극 단자에 연결되고, 다른 접점이 상기 제2 배터리팩의 음극 단자에 연결되는 제2 배터리스위치,
폴이 상기 제2 배터리팩의 음극 단자와 상기 제2 배터리스위치에 연결되고, 한 접점이 상기 배터리팩들 중에서 제3 배터리팩의 양극 단자에 연결되고, 다른 접점이 상기 제3 배터리팩의 음극 단자에 연결되는 제3 배터리스위치, 및,
폴이 상기 제3 배터리팩의 음극 단자와 상기 제3 배터리스위치에 연결되고, 한 접점이 상기 배터리팩들 중에서 제4 배터리팩의 양극 단자에 연결되고, 다른 접점이 상기 제4 배터리팩의 음극 단자에 연결되는 제4 배터리스위치를 포함하는 에너지 저장장치.According to clause 11,
The battery switches are,
A first battery switch whose pole is connected to the boost converter, one contact point is connected to the positive terminal of a first battery pack among the battery packs, and the other contact point is connected to the negative terminal of the first battery pack,
A pole is connected to the negative terminal of the first battery pack and the first battery switch, one contact point is connected to the positive terminal of the second battery pack among the battery packs, and the other contact point is connected to the negative terminal of the second battery pack. A second battery switch connected to,
A pole is connected to the negative terminal of the second battery pack and the second battery switch, one contact point is connected to the positive terminal of the third battery pack among the battery packs, and the other contact point is connected to the negative terminal of the third battery pack. A third battery switch connected to, and
A pole is connected to the negative terminal of the third battery pack and the third battery switch, one contact point is connected to the positive terminal of the fourth battery pack among the battery packs, and the other contact point is connected to the negative terminal of the fourth battery pack. An energy storage device including a fourth battery switch connected to.
상기 부스터스위치는,
폴이 상기 제4 배터리팩의 음극 단자와 상기 제4 배터리스위치에 연결되고, 한 접점이 상기 부스터컨버터에 연결되고, 다른 접점이 상기 전력변환기에 연결되는 에너지 저장장치.According to clause 12,
The booster switch is,
An energy storage device in which a pole is connected to the negative terminal of the fourth battery pack and the fourth battery switch, one contact point is connected to the booster converter, and the other contact point is connected to the power converter.
각 배터리팩에 대응하여 배치되는 복수의 배터리냉각판; 및,
상기 복수의 배터리냉각판으로 냉각수를 유동시키는 펌프와, 상기 펌프에 의해 유동하는 냉각수를 공기와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 냉각 모듈;을 더 포함하는 에너지 저장장치.According to paragraph 1,
A plurality of battery cooling plates arranged in correspondence with each battery pack; and,
An energy storage device further comprising a cooling module including a pump that flows coolant to the plurality of battery cooling plates, and a heat exchanger that exchanges heat with air and the coolant flowing by the pump.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220111495A KR20240032473A (en) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | Energy Storage System |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220111495A KR20240032473A (en) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | Energy Storage System |
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ID=90300153
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KR1020220111495A Pending KR20240032473A (en) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | Energy Storage System |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118174345A (en) * | 2024-05-16 | 2024-06-11 | 福建时代星云科技有限公司 | Group's cluster formula all-in-one that steps up based on energy storage |
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2022
- 2022-09-02 KR KR1020220111495A patent/KR20240032473A/en active Pending
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