WO2018236027A1 - Integrated energy storage system monitoring device - Google Patents

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WO2018236027A1 PCT/KR2018/002639 KR2018002639W WO2018236027A1 WO 2018236027 A1 WO2018236027 A1 WO 2018236027A1 KR 2018002639 W KR2018002639 W KR 2018002639W WO 2018236027 A1 WO2018236027 A1 WO 2018236027A1
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Abstract

The present invention relates to an integrated energy storage system (ESS) monitoring device, which is provided in an ESS, in which a battery module, a power conversion device, and a control module therefor are integrated, so as to monitor and control an operation of each module, is applied to an ESS for receiving power from a grid power network and a new regeneration energy generation module, storing energy, and supplying the stored energy to a load or transmitting the stored energy to a system, and comprises: a battery module for receiving power from the grid power network or the new regeneration energy generation module and storing the received power; a battery management system (BMS) module for managing charging and discharging of the battery module; a power conversion device for converting an output of the battery module or an output of the new regeneration energy generation module into alternating current power and supplying the alternating current power to the load or transmitting the alternating current power to the system; a power management system (PMS) module for managing an operation of the power conversion device; and a monitoring module for controlling and monitoring a state of the ESS by communicating with the BMS module and the PMS module.

Description

일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치Monitoring device for integrated energy storage system
본 발명은 배터리 모듈 및 전력 변환 장치와 이들을 관리하는 BMS 모듈 및 PMS 모듈이 일체형으로 구성된 에너지 저장 시스템에서 각 모듈을 감시하고 제어하는 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated energy storage system monitoring apparatus for monitoring and controlling each module in an energy storage system in which a battery module and a power conversion apparatus, a BMS module for managing the same, and a PMS module are integrated.
일반적으로, ESS(Energy Storage System)는 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장장치를 일컫는다. 통상 전기 에너지를 저장하는 배터리와 배터리를 효율적으로 관리해주는 장치를 포함한다.Generally, an ESS (Energy Storage System) refers to a storage device that stores excess power generated at a power plant and temporarily delivers power when power is insufficient. A battery for storing electric energy and a device for efficiently managing the battery.
최근 들어서는 대규모 ESS 장치를 소형으로 구성하여 빌딩, 공장, 가정 등의 일반 수용가에서 정전 대비용 또는 피크 전력 감축용으로 사용하거나 레저용 또는 지진 대비용 등 다양한 용도의 소규모 ESS 시장이 점차 확대되고 있다.In recent years, small-scale ESS devices have been made compact and are being used in a wide range of applications such as buildings, factories, and homes for use in static electricity costs or peak power reduction, and for leisure or earthquake cost applications.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1229940호는 에너지 저장장치의 모듈 관리 시스템 및 방법을 개시하고 있다. 동 선행문헌을 참조하면 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)과 차량용 PC에 탑재되는 중대형 에너지 저장장치의 모듈 관리 프로그램 상호 간에 통신하여 각 모듈의 잔존 수명상태를 모니터링 할 수 있는 모듈 관리 시스템을 제안하고 있다. 다른 예로서, 대한민국 등록특허 제10-1433478호는 마스터 BMS가 사용자의 역할을 대신하여 모든 슬레이브 BMS와 CAN 통신을 이용하여 식별자(ID)의 유효성을 판단하고 설정하는 에너지 저장 시스템용 슬레이브 배터리 관리 시스템을 제안하고 있다.For example, Korean Patent No. 10-1229940 discloses a module management system and method for an energy storage device. This paper proposes a module management system that can monitor the remaining lifetime status of each module by communicating between the battery management system (BMS) and the module management program of the medium and large-sized energy storage device mounted on the vehicle PC . As another example, Korean Patent Registration No. 10-1433478 discloses a slave battery management system for an energy storage system in which a master BMS judges and sets the validity of an identifier (ID) using CAN communication with all slave BMSs on behalf of a user, .
하지만, 위와 같은 종래 소규모 ESS의 모니터링 장치는 배터리 모듈의 관리에 초점을 맞추고 있는데, 실제 소규모 ESS에서 가장 큰 문제점은 신재생 에너지 발전 모듈에서 전력 생산량이 부족할 경우 발생된다. 예컨대, 태양광 발전의 경우 날씨가 흐릴 때 PV(PhotoVolatic) 모듈에서 생산되는 전력 부족으로 배터리 모듈이 장시간 부족전압에 그치는 경우 발생된다.However, the above conventional small-scale ESS monitoring device focuses on the management of the battery module. In actual small-scale ESS, the biggest problem occurs when the power generation amount in the renewable energy generation module is insufficient. For example, in the case of photovoltaic power generation, when the weather is blurred, a shortage of the battery module due to a shortage of electric power produced in the PV (PhotoVolatic) module occurs.
또한, 위와 같은 ESS에서는 배터리 모듈에 저장된 전기 에너지를 수용가에서 사용할 때, 별도로 설치된 전력 변환 장치(PCS: Power Conversion System)로 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 사용하게 되는데, 이러한 전력 변환 과정에서 스위칭 손실이나 도통 손실이 발생되는 문제점이 있다.In addition, when the electric energy stored in the battery module is used in a consumer, the ESS converts the DC power to AC power by using a separately installed power conversion system (PCS: Power Conversion System). In this power conversion process, Or conduction loss may occur.
본 발명은 배터리 모듈 및 전력 변환 장치와 이들을 관리하는 BMS 모듈 및 PMS 모듈을 일체형으로 구성하여 배터리 모듈과 전력 변환 장치 간의 호환성이 낮아 에너지 효율이 저감되는 문제점을 해소하고, 전력 상태를 감시하는 모니터링 장치와 BMS 모듈 및 PMS 모듈 간에 CAN(Controller Area Network)을 통해 데이터를 주고받아 실시간의 로컬 감시 및 원격 감시를 수행하면서 사용자 편의성을 높인 제어 환경을 제공할 수 있는 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a battery module and a power conversion device, a BMS module and a PMS module for managing the battery module, a power conversion device, and a PMS module integrally configured to solve the problem of low energy efficiency due to low compatibility between the battery module and the power conversion device, (BMS) module and a PMS module via a CAN (Controller Area Network) to perform real-time local monitoring and remote monitoring, while providing a user-friendly control environment. It has its purpose.
본 발명의 일실시예에 따른 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치는, 계통 전력망과 신재생 에너지 발전 모듈로부터 전력을 공급받아 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 부하에 공급하거나 계통에 송전하는 ESS(Energy Storage System)에 적용되며, 상기 계통 전력망 또는 상기 신재생 에너지 발전 모듈로부터 전력을 공급받아 저장하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 충전 및 방전을 관리하는 BMS(Battery Management System)모듈; 상기 배터리 모듈의 출력 또는 상기 발전 모듈의 출력을 교류전원으로 변환하여 부하에 공급하거나 계통으로 송전하는 전력 변환 장치; 상기 전력 변환 장치의 동작을 관리하는 PMS(Power Management System) 모듈; 및 상기 BMS 모듈 및 상기 PMS 모듈과 통신하여 상기 ESS의 상태를 제어하고 모니터링 하는 모니터링 모듈을 포함한다.An apparatus for monitoring an integrated energy storage system according to an embodiment of the present invention includes an ESS (Energy Storage System) that receives power from a grid power network and a renewable energy generation module, stores energy, supplies stored energy to a load, A battery module which is supplied with power from the grid power grid or the renewable energy generation module and stores the received power; A BMS (Battery Management System) module for managing charging and discharging of the battery module; A power converter for converting an output of the battery module or an output of the power generation module into an AC power to supply the power to the load or to transmit power to the system; A PMS (Power Management System) module for managing the operation of the power conversion device; And a monitoring module for communicating with the BMS module and the PMS module to control and monitor the state of the ESS.
본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치는, 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압을 측정하는 제1 전압 측정부; 상기 배터리 모듈의 전압을 측정하는 제2 전압 측정부; 상기 계통 전력 망과 상기 신재생 에너지 발전 모듈을 절체하여 상기 배터리 모듈의 충전라인에 연결하는 제1 절체 스위치; 상기 배터리 모듈의 방전라인과 상기 신재생 에너지 발전 모듈을 절체하여 상기 전력 변환 장치에 연결하는 제2 절체 스위치; 및 상기 전력 변환 장치의 교류전원 출력을 계통과 부하 측에 절체하여 연결하는 제3 절체 스위치를 더 포함하며, 상기 모니터링 모듈은 상기 제1 전압 측정부 및 상기 제2 전압 측정부로부터 감시 데이터를 수집하는 감시 데이터 수집부를 구비하고, 수집된 감시 데이터를 CAN(Controller Area Network)을 통해 상기 PMS 모듈로 전송하며, 상기 PMS 모듈은 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압을 미리 설정된 기준치와 비교하여 상기 제1 절체 스위치의 동작을 제어하며, 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압과 상기 배터리 모듈의 전압을 비교하여 상기 제2 절체 스위치의 동작을 제어하며, 상기 부하의 전력 요구를 판단하여 상기 제3 절체 스위치의 동작을 제어한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for monitoring an integrated energy storage system, comprising: a first voltage measurement unit for measuring an output voltage of the renewable energy generation module; A second voltage measuring unit for measuring a voltage of the battery module; A first switch for connecting the grid power network and the renewable energy generation module to a charging line of the battery module; A second switch for connecting the discharge line of the battery module and the renewable energy generation module to the power conversion device; And a third switch for switching the AC power output of the power inverter to a system and a load side, wherein the monitoring module collects monitoring data from the first voltage measurement unit and the second voltage measurement unit, And the PMS module compares the output voltage of the renewable energy generation module with a predetermined reference value, and transmits the monitoring data to the PMS module through a CAN (Controller Area Network) And controls the operation of the second transfer switch by comparing the output voltage of the renewable energy generation module with the voltage of the battery module to determine the power demand of the load, And controls the operation of the switch.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치는, 상기 배터리 모듈의 충전라인에 설치되어 상기 배터리 모듈이 과충전 될 경우 상기 배터리 모듈의 입력 전원을 차단하는 과충전 방지부; 및 상기 배터리 모듈의 방전라인에 설치되어 상기 배터리 모듈이 과방전 될 경우 상기 배터리 모듈의 출력 전원을 차단하는 과방전 방지부를 더 포함하며, 상기 BMS 모듈은 상기 모니터링 모듈과 상기 CAN을 통해 통신하여 상기 감시 데이터를 수신하고, 상기 배터리 모듈의 전압에 근거하여 상기 과충전 방지부 및 상기 과방전 방지부의 동작을 제어한다.In another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for monitoring an integrated energy storage system, comprising: an overcharge prevention unit installed in a charging line of the battery module to shut off an input power of the battery module when the battery module is overcharged; And an overdischarge prevention unit installed on a discharge line of the battery module to shut off an output power of the battery module when the battery module is overdischarged, wherein the BMS module communicates with the monitoring module via the CAN, And controls the operations of the overcharge preventing section and the overdischarge preventing section based on the voltage of the battery module.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치는, 상기 모니터링 모듈은 상기 감시 데이터를 화면으로 출력하며 터치 유저 인터페이스(TUI: Touch User Interface)를 통해 상기 PMS 모듈 및 상기 BMS 모듈의 동작과 관련된 제어 명령을 입력받는 터치스크린을 더 포함한다.The monitoring device of the integrated energy storage system according to another embodiment of the present invention is characterized in that the monitoring module outputs the monitoring data to a screen and controls the PMS module and the BMS module through a touch user interface (TUI) And a touch screen for receiving a control command related to the operation.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치는, 상기 모니터링 모듈은 상기 감시 데이터를 광역 이동 통신망을 통해 원격의 스마트폰으로 송신하고 상기 스마트폰으로부터 제어 명령을 수신하는 스마트폰 연동 제어부를 더 포함한다.The monitoring device of the integrated energy storage system according to another embodiment of the present invention is characterized in that the monitoring module transmits the monitoring data to a remote smartphone through a wide area mobile communication network and interworks with a smart phone receiving a control command from the smart phone And a control unit.
본 발명의 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치에 따르면, 에너지 저장 시스템을 다양한 용도로 활용할 수 있으며, 에너지 저장 시스템의 구성들을 일체화하여 비전문적인 사용자도 용이하게 관리할 수 있도록 하는 효과가 있다.According to the monitoring device of the integrated energy storage system of the present invention, the energy storage system can be utilized for various purposes, and the configuration of the energy storage system can be unified to facilitate management of non-technical users.
도 1은 본 발명에 따른 일체형 에너지 저장 시스템을 예시한 블록도, 및1 is a block diagram illustrating an integrated energy storage system in accordance with the present invention, and Fig.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치를 예시한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring an integrated energy storage system according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.Parts having similar configurations and operations throughout the specification are denoted by the same reference numerals. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the following description of the embodiments, redundant descriptions and explanations of techniques obvious to those skilled in the art are omitted. Also, in the following description, when a section is referred to as " comprising " another element, it means that it may further include other elements in addition to the described element unless otherwise specifically stated.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.Also, the terms "to", "to", "to", and "modules" in the specification mean units for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software . In addition, when a part is electrically connected to another part, it includes not only a case directly connected but also a case where the other parts are connected to each other in the middle.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component.
도 1은 본 발명에 따른 일체형 에너지 저장 시스템을 예시한 블록도이다. 도시한 바와 같이 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System, 200)은 계통 전력망(110)과 신재생 에너지 발전 모듈(120)로부터 전력을 인입받는다.1 is a block diagram illustrating an integrated energy storage system in accordance with the present invention. As shown in the figure, an energy storage system (ESS) 200 receives power from the grid power network 110 and the renewable energy generation module 120.
계통 전력망(110)은 한전 또는 전력 공급자 측과 연계된 망을 의미하며, 통상적으로 일반 수용가에서 전력을 수전하는 수전반과 같이 계통 전력망(110)의 인입라인에는 차단기, 변류기, 변압기, 과전류/과전압 보호용 계전기 등이 설치될 수 있다.The system grid 110 refers to a network associated with a KEPCO or a power supplier. Generally, the inlet line of the grid 110 includes a circuit breaker, a current transformer, a transformer, an overcurrent / overvoltage A protective relay and the like may be installed.
신재생 에너지 발전 모듈(120)은 태양광, 풍력, 지열, 해양, 바이오 에너지 등을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 모듈이다. 도시된 예에서는 복수의 PV 셀이 조합된 태양전지 모듈을 신재생 에너지 발전 모듈(120)로 예시하였다.The renewable energy generation module 120 is a module that generates electric energy by using sunlight, wind power, geothermal energy, ocean energy, bio energy, and the like. In the illustrated example, a renewable energy generation module 120 is illustrated as a solar cell module in which a plurality of PV cells are combined.
본 발명에 따른 일체형 ESS(200)는 계통 전력망(110)과 신재생 에너지 발전 모듈(120)로부터 전력을 공급받아 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 부하에 공급하거나 계통에 송전하며, 도 1에서 예시한 바와 같이 배터리 모듈(210), BMS(Battery Management System) 모듈(220), 전력 변환 장치(PCS : Power Conversion System, 230), PMS(Power Management System) 모듈(240), 스위치 장치(250), 통신 모듈(260), 및 모니터링 모듈(270)이 단일의 케이스 내에 일체로 포함된 구성을 갖는다.The integrated ESS 200 according to the present invention receives power from the grid power network 110 and the renewable energy generation module 120 to store energy and supply the stored energy to the load or to the grid. A BMS (Battery Management System) module 220, a PCS (Power Conversion System) 230, a PMS (Power Management System) module 240, a switch device 250, a communication Module 260, and monitoring module 270 are integrally included in a single case.
배터리 모듈(210)은 계통 전력망(110) 또는 신재생 에너지 발전 모듈(120)[0026] 로부터 전력을 공급받아 저장한다. 배터리 모듈(210)은 복수의 에너지 저장 셀이 직렬 연결과 병렬 연결이 조합된 구성을 가질 수 있다. 또한, 어느 하나의 에너지 저장 셀이 고장날 경우, 당해 에너지 저장 셀을 대체하는 중복(Redundancy) 에너지 저장 셀을 더 포함할 수 있다.The battery module 210 receives and stores power from the grid power network 110 or the renewable energy generation module 120. The battery module 210 may have a configuration in which a plurality of energy storage cells are combined in a serial connection and a parallel connection. In addition, when one of the energy storage cells fails, it may further include a redundancy energy storage cell that replaces the energy storage cell.
BMS 모듈(220)은 배터리 모듈(210)의 충전 및 방전을 관리하는 모듈이다. BMS 모듈(220)은 계통 전력망(110)에서 공급되는 상용교류전원을 직류 전원으로 변환하는 정류부와 정류된 직류 전원으로 배터리 모듈(210)을 충전하는 충전회로를 포함한다. 또한, 신재생 에너지 발전 모듈(120)에서 공급되는 직류 전원을 충전 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.The BMS module 220 is a module for managing charging and discharging of the battery module 210. The BMS module 220 includes a rectification part for converting the commercial AC power supplied from the grid power network 110 into the DC power and a charging circuit for charging the battery module 210 with the rectified DC power. In addition, a DC-DC converter for converting the DC power supplied from the renewable energy generation module 120 into a charging voltage may be included.
PCS(230)는 배터리 모듈(210)의 출력 또는 신재생 에너지 발전 모듈(120)의 출력을 교류전원으로 변환하여 부하에 공급하거나 계통으로 송전하는 장치이다. PMS 모듈(240)은 PCS(230)의 동작을 관리하고, ESS(200)에 포함되는 스위치 장치(250)의 스위칭 동작을 제어한다.The PCS 230 is an apparatus for converting the output of the battery module 210 or the output of the renewable energy generation module 120 into alternating current power and supplying it to the load or transmitting it to the system. The PMS module 240 manages the operation of the PCS 230 and controls the switching operation of the switch device 250 included in the ESS 200.
통신 모듈(260)은 적어도 이동 통신 모듈을 포함한다. 이동 통신 모듈은 기지국, 중계 단말, 서버 등과 연결되어 광역 이동 통신망(300)을 통해 무선 신호를 송수신한다. 통신 모듈(260)은 원격의 스마트폰(400)과 문자 메시지, 멀티미디어 메시지, 전용의 앱 데이터 등을 송수신하기 위한 모듈로서, 예컨대 감시 데이터 및 제어 명령을 송수신한다.The communication module 260 includes at least a mobile communication module. The mobile communication module is connected to a base station, a relay terminal, a server, and the like, and transmits and receives radio signals through the wide area mobile communication network 300. The communication module 260 is a module for transmitting and receiving a text message, a multimedia message, and dedicated app data to and from a remote smartphone 400, and transmits and receives monitoring data and control commands, for example.
또한, 통신 모듈(260)은 근거리 통신 모듈을 더 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-Fi), RFID(Radio Frequency IDentification), IrDA(Infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), Zigbee 등의 모듈로 구성될 수 있다. 통신 모듈(260)이 근거리 통신 모듈을 포함할 경우, 관리자의 스마트폰(400)이 통신 반경 내로 근접할 때 데이터 과금이 없는 근거리 무선 통신으로 감시 데이터 및 제어 명령을 송수신할 수 있게 된다.In addition, the communication module 260 may further include a short-range communication module. The short-range communication module may be composed of modules such as Bluetooth, Wi-Fi, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra Wideband (UWB), and Zigbee. When the communication module 260 includes the short-range communication module, it is possible to transmit and receive the monitoring data and the control command through the short-range wireless communication without data charging when the manager's smart phone 400 approaches the communication radius.
모니터링 모듈(270)은 BMS 모듈(220) 및 PMS 모듈(240)과 통신하여 ESS(200)의 상태를 제어하고 모니터링 하는 모듈이다. 바람직하게는, 모니터링 모듈(270)은 BMS 모듈(220) 및 PMS 모듈(240)과 CAN(Controller Area Network)을 통해 데이터를 송수신 한다. 본 발명에 따라 모니터링 모듈(270)이 BMS 모듈(220) 및 PMS 모듈(240)과 통신하여 ESS(200)를 관리하고 제어하는 실시예와 감시 데이터 및 제어 명령을 원격의 스마트폰(400)과 통신하는 실시예에 대하여는 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.The monitoring module 270 is a module that communicates with the BMS module 220 and the PMS module 240 to control and monitor the state of the ESS 200. Preferably, the monitoring module 270 transmits and receives data to and from the BMS module 220 and the PMS module 240 via a CAN (Controller Area Network). The monitoring module 270 communicates with the BMS module 220 and the PMS module 240 to manage and control the ESS 200 and the monitoring data and control commands to the remote smartphone 400 An embodiment in which communication is performed will be described in detail with reference to Fig.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치를 예시한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring an integrated energy storage system according to the present invention.
도 2를 참조하면, 신재생 에너지 발전 모듈(120)에는 신재생 에너지 발전 모듈(120)의 출력 전압을 측정하는 제1 전압 측정부(122)가 설치된다. 배터리 모듈(210)에는 배터리 모듈(210)의 전압을 측정하는 제2 전압 측정부(212)가 설치된다.Referring to FIG. 2, the renewable energy generation module 120 is provided with a first voltage measurement unit 122 for measuring an output voltage of the renewable energy generation module 120. The battery module 210 is provided with a second voltage measuring unit 212 for measuring the voltage of the battery module 210.
모니터링 모듈(270)에는 감시 데이터 수집부(272)가 구비되며, 감시 데이터 수집부(272)는 제1 전압 측정부(122) 및 제2 전압 측정부(212)에서 측정된 데이터를 수집하여 감시 데이터를 생성한다.The monitoring module 270 is provided with a monitoring data collection unit 272. The monitoring data collection unit 272 collects data measured by the first voltage measurement unit 122 and the second voltage measurement unit 212, And generates data.
스위치 장치(250)는 제1 절체 스위치(242), 제2 절체 스위치(244), 및 제3 절체 스위치(246)를 포함한다.Switch device 250 includes a first switch 242, a second switch 244, and a third switch 246.
도시한 바와 같이, 제1 절체 스위치(242)는 계통 전력망(110)과 신재생 에너지 발전 모듈(120)을 절체하여 배터리 모듈(210)의 충전라인에 연결한다. 제2 절체 스위치(244)는 배터리 모듈(210)의 방전라인과 신재생 에너지 발전 모듈(120)을 절체하여 PCS(230)에 연결한다. 제3 절체 스위치(246)는 PCS(230)의 교류전원 출력을 계통과 부하 측에 절체하여 연결한다.As shown in the figure, the first switch 242 connects the grid power network 110 and the renewable energy generation module 120 to the charging line of the battery module 210. The second switch 244 connects the discharge line of the battery module 210 and the renewable energy generation module 120 to the PCS 230. The third switch 246 switches and connects the AC power output of the PCS 230 to the system and the load side.
또한, 배터리 모듈(210)의 충전라인에는 배터리 모듈(210)이 과충전 될 경우 배터리 모듈(210)의 입력 전원을 차단하는 과충전 방지부(214)가 설치된다. 배터리 모듈(210)의 방전라인에는 배터리 모듈(210)이 과방전 될 경우 배터리 모듈(210)의 출력 전원을 차단하는 과방전 방지부(216)가 설치된다.An overcharge prevention unit 214 is provided in the charging line of the battery module 210 to shut off the input power of the battery module 210 when the battery module 210 is overcharged. The discharge line of the battery module 210 is provided with an over discharge prevention part 216 for shutting off the output power of the battery module 210 when the battery module 210 is overdischarged.
모니터링 모듈(270)은 상술한 감시 데이터 수집부(272)와, 터치스크린(274), 및 스마트폰 연동 제어부(276)를 포함한다.The monitoring module 270 includes the above-described monitoring data collection unit 272, a touch screen 274, and a smartphone interlocking control unit 276.
위와 같은 구성에서, BMS 모듈(220)은 모니터링 모듈(270)과 CAN을 통해 통신하여 감시 데이터를 수신한다. 그리고 배터리 모듈(210)의 전압에 근거하여 과충전 방지부(214) 및 과방전 방지부(216)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 배터리 모듈(210)의 전압이 규정 전압을 초과하는 경우, 에너지 저장 셀들을 보호하기 위하여 배터리 모듈(210)의 충전을 차단한다. 만약, 배터리 모듈(210)의 전압이 완전히 방전되는 최저 전압에 도달한다면, 과방전 방지부(216)를 동작시켜 배터리 모듈(210)에서 더 이상의 방전이 일어나지 않도록 배터리 모듈(210)의 사용을 중지시킨다.In the above configuration, the BMS module 220 communicates with the monitoring module 270 through the CAN to receive monitoring data. And controls the operations of the overcharge prevention part 214 and the over discharge prevention part 216 based on the voltage of the battery module 210. [ For example, when the voltage of the battery module 210 exceeds a predetermined voltage, the charging of the battery module 210 is blocked to protect the energy storage cells. If the voltage of the battery module 210 reaches the lowest voltage at which the battery module 210 is completely discharged, the overdischarge prevention unit 216 is operated to stop the use of the battery module 210 so that no further discharge is caused in the battery module 210 .
PMS 모듈(240)은 감시 데이터 수집부(272)로부터 신재생 에너지 발전 모듈(120)의 출력 전압을 수신하고, 미리 설정된 기준치와 비교하여 제1 절체 스위치(242)의 동작을 제어한다. 만약, 신재생 에너지 발전 모듈(120)의 출력 전압이 미리 설정된 기준치 이상일 경우, 제1 절체 스위치(242)를 신재생 에너지 발전 모듈(120) 측으로 절체하여 신재생 에너지에 의한 발전 전력으로 배터리 모듈(210)을 충전하도록 한다. 만약, 신재생 에너지 발전 모듈(120)의 출력 전압이 기준치에 미달한다면, 즉, 신재생 에너지 발전 모듈(120)에서 충전에 충분한 전력을 생산하지 못하는 경우라면, 제1 절체 스위치(242)를 계통 전력망(110)으로 절체하여 한전(또는 다른 전력 공급자)에서 제공하는 전력으로 배터리 모듈(210)을 충전하도록 한다. 본 발명의 ESS 제어 환경에서는 종래의 ESS와 달리 신재생 에너지 발전 전력이 부족할 경우 기간 전력을 이용하여 배터리 모듈(210)의 충전 상태를 유지한다. 따라서 적은 전력 요금으로도 배터리 모듈(210)의 상태를 높은 전력 수준으로 유지할 수 있는 이점이 있다.The PMS module 240 receives the output voltage of the renewable energy generation module 120 from the monitoring data collection unit 272 and compares the output voltage with a predetermined reference value to control the operation of the first switch 242. If the output voltage of the renewable energy generation module 120 is equal to or greater than a predetermined reference value, the first change-over switch 242 is transferred to the renewable energy generation module 120 so that the battery module 210 are charged. If the output voltage of the renewable energy generation module 120 is below the reference value, that is, if the renewable energy generation module 120 can not produce sufficient power for charging, the first transfer switch 242 may be connected to the system The battery module 210 is switched to the power grid 110 to charge the battery module 210 with electric power provided by the electric power source (or other electric power supplier). In the ESS control environment of the present invention, unlike the conventional ESS, when the renewable energy generation power is insufficient, the charged state of the battery module 210 is maintained using the period power. Accordingly, there is an advantage that the state of the battery module 210 can be maintained at a high power level even with a small electric power charge.
또한, PMS 모듈(240)은 신재생 에너지 발전 모듈(120)의 출력 전압과 배터리 모듈(210)의 전압을 비교하여 제2 절체 스위치(244)의 동작을 제어한다. 만약 신재생 에너지 발전 모듈(120)에서 충분히 높은 레벨의 전력이 출력된다면, 신재생 에너지 발전 모듈(120)의 출력을 PCS(230)로 연결하여, 발전 전력을 직접 부하에 사용하거나 계통으로 송전할 수 있도록 한다. 만약 신재생 에너지 발전 모듈(120)에서 충분히 높은 레벨의 전력을 출력하지 못하는 상황이라면, 배터리 모듈(210)의 출력이 신재생 에너지 발전 모듈(120)의 출력을 상회하는지를 판단하여 배터리 모듈(210)의 출력을 PCS(230)로 연결한다. 이 경우 저장된 전력을 부하에 공급하거나 계통으로 송전한다.The PMS module 240 compares the output voltage of the renewable energy generation module 120 with the voltage of the battery module 210 to control the operation of the second switch 244. If a sufficiently high level of power is output from the renewable energy generation module 120, the output of the renewable energy generation module 120 is connected to the PCS 230 so that the generated power is directly used for the load or is transmitted to the system . If it is determined that the output of the battery module 210 exceeds the output of the renewable energy generation module 120, the battery module 210 determines whether the output of the renewable energy generation module 120 is higher than the output of the renewable energy generation module 120, To the PCS 230. In this case, the stored power is supplied to the load or to the grid.
또한, PMS 모듈(240)은 부하의 전력 요구를 판단하여 제3 절체 스위치(246)의 동작을 제어한다. 부하로부터 전력 요구가 발생한 상황이라면, 신재생 에너지 발전 전력 또는 배터리 모듈(210)에 저장된 전력을 부하 측에 공급한다. 부하로부터 전력 요구가 발생하지 않는 상황이라면, 잉여 전력을 계통 측으로 송전함으로써, 전력 공급에 상응하는 경제 급부를 얻을 수 있도록 한다.In addition, the PMS module 240 determines the power demand of the load and controls the operation of the third switch 246. When the power demand is generated from the load, the renewable energy generation power or the power stored in the battery module 210 is supplied to the load side. If there is no power demand from the load, surplus power is transmitted to the grid side so that an economic benefit corresponding to the power supply can be obtained.
모니터링 모듈(270)의 터치스크린(274)은 감시 데이터를 화면으로 출력하며 터치 유저 인터페이스(TUI: Touch User Interface)를 통해 BMS 모듈(220) 및 PMS 모듈(240)의 동작과 관련된 제어 명령을 입력받는다. 예컨대, 터치스크린(274)은 본 발명의 일체형 ESS가 설치된 케이스의 전면에 노출되도록 설치된다. 따라서 사용자는 터치 입력에 대응하는 직관적인 제어 화면을 통해 스위치 장치(250)의 절체 상태를 확인하고 제어할 수 있어, 사용자 편의성을 높일 수 있다. The touch screen 274 of the monitoring module 270 outputs monitoring data to the screen and inputs a control command related to the operation of the BMS module 220 and the PMS module 240 through a touch user interface (TUI) Receive. For example, the touch screen 274 is installed to be exposed on the front surface of the case where the integrated ESS of the present invention is installed. Accordingly, the user can check and control the switching state of the switch device 250 through the intuitive control screen corresponding to the touch input, thereby enhancing the user's convenience.
모니터링 모듈(270)의 스마트폰 연동 제어부(276)는 광역 이동 통신망(300)을 통해 원격의 스마트폰(400)으로 감시 데이터를 송신하고, 스마트폰(400)으로부터 BMS 모듈(220) 및 PMS 모듈(240)에 대한 제어 명령을 수신한다. 예를 들어, 스마트폰(400)에 설치된 전용 앱을 통해 사용자의 제어 명령이 입력되면, 스마트폰 연동제어부(276)에서 제어 명령을 수신한다. 그리고 모니터링 모듈(270)이 수신된 제어 명령을 CAN을 통해 BMS 모듈(220) 및 PMS 모듈(240)로 전송한다. 즉, 원격의 스마트폰(400)을 이용하여 마치 현장에서 터치스크린(274)을 통해 제어하는 것과 동일한 환경으로 ESS(200)를 제어할 수 있게 된다. The smartphone interlocking controller 276 of the monitoring module 270 transmits monitoring data to the remote smartphone 400 through the wide area mobile communication network 300 and transmits the monitoring data from the smart phone 400 to the BMS module 220 and the PMS module 300. [ Lt; RTI ID = 0.0 > 240 < / RTI > For example, when a user's control command is inputted through a dedicated application installed in the smartphone 400, the control command is received by the smartphone interlocking controller 276. The monitoring module 270 transmits the received control command to the BMS module 220 and the PMS module 240 via the CAN. That is, it is possible to control the ESS 200 in the same environment as the remote smart phone 400 through the touch screen 274 in the field.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.The invention described above is susceptible to various modifications within the scope not impairing the basic idea. In other words, all of the above embodiments should be interpreted by way of example and not by way of limitation. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined in accordance with the appended claims rather than the above-described embodiments, and should be construed as falling within the scope of the present invention when the constituent elements defined in the appended claims are replaced by equivalents.
본 발명은 태양광 발전 등 신재생 에너지 발전 기술에 이용 가능하다.The present invention is applicable to new and renewable energy generation technologies such as solar power generation.

Claims (5)

  1. 계통 전력망과 신재생 에너지 발전 모듈로부터 전력을 공급받아 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 부하에 공급하거나 계통에 송전하는 ESS(Energy Storage System)에 적용되며, 상기 계통 전력망 또는 상기 신재생 에너지 발전 모듈로부터 전력을 공급받아 저장하는 배터리 모듈;The system is applied to an ESS (Energy Storage System) that receives energy from a grid power grid and a renewable energy generation module to store energy and supply stored energy to a load or to a grid. A battery module for receiving and storing the battery module;
    상기 배터리 모듈의 충전 및 방전을 관리하는 BMS(Battery Management System) 모듈;A BMS (Battery Management System) module for managing charging and discharging of the battery module;
    상기 배터리 모듈의 출력 또는 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력을 교류전원으로 변환하여 부하에 공급하거나 계통으로 송전하는 전력 변환 장치;A power conversion device that converts the output of the battery module or the output of the renewable energy generation module into an alternating current power and supplies the alternating current power to a load or a system;
    상기 전력 변환 장치의 동작을 관리하는 PMS(Power Management System) 모듈;A PMS (Power Management System) module for managing the operation of the power conversion device;
    상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압을 측정하는 제1 전압 측정부;A first voltage measurement unit for measuring an output voltage of the renewable energy generation module;
    상기 배터리 모듈의 전압을 측정하는 제2 전압 측정부;A second voltage measuring unit for measuring a voltage of the battery module;
    상기 계통 전력망과 상기 신재생 에너지 발전 모듈을 절체하여 상기 배터리 모듈의 충전라인에 연결하는 제1 절체 스위치;A first switch for connecting the grid power grid and the renewable energy generation module to a charging line of the battery module;
    상기 배터리 모듈의 방전라인과 상기 신재생 에너지 발전 모듈을 절체하여 상기 전력 변환 장치에 연결하는 제2 절체 스위치;A second switch for connecting the discharge line of the battery module and the renewable energy generation module to the power conversion device;
    상기 전력 변환 장치의 교류전원 출력을 계통과 부하 측에 절체하여 연결하는 제3 절체 스위치; 및A third switch for switching the AC power output of the power inverter to the system and the load; And
    상기 BMS 모듈 및 상기 PMS 모듈과 통신하여 상기 ESS의 상태를 제어하며, 상기 제1 전압 측정부 및 상기 제2 전압 측정부로부터 감시 데이터를 수집하는 감시 데이터 수집부를 구비하고, 상기 감시 데이터를 CAN(Controller Area Network)을 통해 상기 PMS 모듈로 전송하는 모니터링 모듈And a monitoring data collecting unit for communicating with the BMS module and the PMS module to control the state of the ESS and collecting monitoring data from the first voltage measuring unit and the second voltage measuring unit, Controller Area Network) to the PMS module
    을 포함하는 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치.And a monitoring device for monitoring the integrated energy storage system.
  2. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 PMS 모듈은 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압을 미리 설정된 기준치와 비교하여 상기 제1 절체 스위치의 동작을 제어하되 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압이 미리 설정된 기준치 이상일 경우 상기 제1 절체 스위치를 상기 신재생 에너지 발전 모듈 측으로 절체하여 신재생 에너지 발전 전력으로 상기 배터리 모듈을 충전하도록 하고 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압이 미리 설정된 기준치 미만일 경우 상기 제1 절체 스위치를 상기 계통 전력망 측으로 절체하여 계통 전력에서 제공하는 전력으로 상기 배터리 모듈을 충전하도록 하며, 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압과 상기 배터리 모듈의 전압을 비교하여 상기 제2 절체 스위치의 동작을 제어하되 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압이 상기 배터리 모듈의 전압 이상일 경우 상기 제2 절체 스위치를 상기 신재생 에너지 발전 모듈 측으로 절체하여 신재생 에너지 발전 전력이 상기 전력 변환 장치의 입력으로 연결되도록 하고 상기 신재생 에너지 발전 모듈의 출력 전압이 상기 배터리 모듈의 전압 미만일 경우 상기 제2 절체 스위치를 상기 배터리 모듈 측으로 절체하여 배터리 모듈에 저장된 전력이 상기 전력 변환 장치의 입력으로 연결되도록 하며, 상기 부하의 전력 요구를 판단하여 상기 제3 절체 스위치의 동작을 제어하는 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치.The PMS module controls the operation of the first switch by comparing an output voltage of the renewable energy generation module with a preset reference value. When the output voltage of the renewable energy generation module is equal to or greater than a predetermined reference value, To the renewable energy generation module side to charge the battery module with renewable energy generation power and when the output voltage of the renewable energy generation module is less than a preset reference value, the first transfer switch is switched to the grid power network side And a control unit for controlling the operation of the second transfer switch by comparing the output voltage of the renewable energy generation module with the voltage of the battery module to charge the battery module with power supplied from the grid power, The output voltage The second switch is switched to the renewable energy generation module side so that the renewable energy generation power is connected to the input of the power conversion device and the output voltage of the renewable energy generation module is higher than the voltage of the battery module , The second switch is switched to the battery module side so that the electric power stored in the battery module is connected to the input of the power conversion device and the operation of the third switch is controlled by determining the power demand of the load Devices of monitoring of energy-storage systems.
  3. 제1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 배터리 모듈의 충전라인에 설치되어 상기 배터리 모듈이 과충전 될 경우 상기 배터리 모듈의 입력 전원을 차단하는 과충전 방지부; 및An overcharge prevention unit installed in a charging line of the battery module to shut off the input power of the battery module when the battery module is overcharged; And
    상기 배터리 모듈의 방전라인에 설치되어 상기 배터리 모듈이 과방전 될 경우 상기 배터리 모듈의 출력 전원을 차단하는 과방전 방지부를 더 포함하며,And an overdischarge prevention unit installed at a discharge line of the battery module to shut off the output power of the battery module when the battery module is overdischarged,
    상기 BMS 모듈은 상기 모니터링 모듈과 상기 CAN을 통해 통신하여 상기 감시 데이터를 수신하고, 상기 배터리 모듈의 전압에 근거하여 상기 과충전 방지부 및 상기 과방전 방지부의 동작을 제어하는 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치.The BMS module communicates with the monitoring module via the CAN to receive the monitoring data and controls the operation of the overcharge prevention unit and the overdischarge prevention unit based on the voltage of the battery module. .
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 모니터링 모듈은 상기 감시 데이터를 화면으로 출력하며 터치 유저 인터페이스(TUI: Touch User Interface)를 통해 상기 PMS 모듈 및 상기 BMS 모듈의 동작과 관련된 제어 명령을 입력받는 터치스크린을 더 포함하는 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치.Wherein the monitoring module further comprises a touch screen that outputs the monitoring data to the screen and receives a control command related to the operation of the PMS module and the BMS module through a touch user interface (TUI) Monitoring device.
  5. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 모니터링 모듈은 상기 감시 데이터를 광역 이동 통신망을 통해 원격의 스마트폰으로 송신하고 상기 스마트 폰으로부터 제어 명령을 수신하는 스마트폰 연동 제어부를 더 포함하는 일체형 에너지 저장 시스템의 모니터링 장치.Wherein the monitoring module further comprises a smartphone interlocking controller that transmits the monitoring data to a remote smartphone through a wide area mobile communication network and receives a control command from the smartphone.
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