WO2023243942A1 - Vib ess를 이용한 전기차 충전 장치 및 방법 - Google Patents

Vib ess를 이용한 전기차 충전 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2023243942A1
WO2023243942A1 PCT/KR2023/007926 KR2023007926W WO2023243942A1 WO 2023243942 A1 WO2023243942 A1 WO 2023243942A1 KR 2023007926 W KR2023007926 W KR 2023007926W WO 2023243942 A1 WO2023243942 A1 WO 2023243942A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
charging
ess
energy storage
electric vehicle
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/007926
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김부기
이동영
Original Assignee
스탠다드에너지(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020230013341A external-priority patent/KR20230171364A/ko
Application filed by 스탠다드에너지(주) filed Critical 스탠다드에너지(주)
Publication of WO2023243942A1 publication Critical patent/WO2023243942A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/53—Batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/63—Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles
    • B60L53/665—Methods related to measuring, billing or payment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/342—The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations

Definitions

  • the present invention relates to an integrated system combining an energy storage system (ESS) and a charger, and more specifically, to a system configuration and control method for charging an electric vehicle (EV) by reflecting the overall energy or power supply situation of the integrated system. .
  • ESS energy storage system
  • EV electric vehicle
  • An Energy Storage System is a device that stores electricity in batteries and then supplies power to the grid. Energy storage devices can perform charging and discharging.
  • the problem that the present invention aims to solve is to provide an electric vehicle charging system in which an energy storage device stabilizes the power supply of the grid by assisting the charger's power use and is driven by linking ESS power.
  • Another problem that the present invention aims to solve is to provide a charging system in which charging/discharging of the ESS occurs simultaneously while charging an electric vehicle.
  • An additional problem that the present invention seeks to solve is to provide a system in which the difference between the SoC of the ESS at the start of electric vehicle charging and the SoC of the ESS after the end of electric vehicle charging is below a certain level.
  • power is received from at least one of the power grid and the energy storage device (ESS), and an electric vehicle charging procedure is performed through a charger, and at least one of the power grid and the energy storage device (ESS) is performed. It receives power and performs the charging procedure through the charger, and during the electric vehicle charging procedure, it is possible to charge the energy storage device (ESS) from the power grid or switch from discharging the energy storage device (ESS) to charging. Provides a method for charging electric vehicles.
  • the power grid connected to the energy storage device (ESS) has the maximum amount of power
  • the charger connected to the energy storage device (ESS) and the power grid has the amount of power required for charging the electric vehicle.
  • the charging system if the required power amount is greater than or equal to the maximum power amount, a first step of charging the electric vehicle by discharging the energy storage device (ESS) for power in a range exceeding the maximum power amount; And if the required power amount is less than the maximum power amount, a second step of charging the energy storage system (ESS) with power in a range below the maximum power amount is provided.
  • At least one secondary battery capable of charging and discharging; an input unit that receives power from the power grid to charge the secondary battery; An output unit that discharges the secondary battery and provides the corresponding power to a charger for charging an electric vehicle; and is operatively connected to the secondary battery, the input unit, and the output unit to determine a state of charge (SoC) of the secondary battery at the start of charging the electric vehicle and a state of charge (SoC) of the secondary battery at the end of charging the electric vehicle. ) and a control unit that controls to maintain the same, receives power from at least one of the power grid and the energy storage device (ESS), performs the charging procedure through the charger, and receives power from the power grid during the electric vehicle charging procedure.
  • An electric vehicle charging system is provided, which is capable of switching from charging the energy storage device (ESS) or discharging the energy storage device (ESS) to charging.
  • the power grid connected to the energy storage device (ESS) has the maximum amount of power
  • the charger connected to the energy storage device (ESS) and the power grid has the amount of power required for charging the electric vehicle.
  • a second step of charging the energy storage device (ESS) with power in a range below the maximum power amount wherein the power grid and the energy Receives power from at least one of the storage devices (ESS) and performs the charging procedure through the charger, and during the electric vehicle charging procedure, the energy storage device (ESS) is charged or discharged from the power grid.
  • the energy storage device can stabilize the power supply of the grid by assisting the charger's power use, and thus the charger can provide a stable electric vehicle charging service.
  • FIG. 1(a) and 1(b) illustrate the configuration of the power supply with the power grid, energy storage device, and other electrical devices related to embodiments of the present invention and the corresponding time at points A, B, and C. This is a diagram showing the output.
  • Figure 1(c) is a conceptual configuration diagram related to embodiments of the present invention.
  • Figures 2(a), 2(b), and 2(c) are diagrams showing charger output, ESS output, and ESS state of charge (SoC) according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 3(a) is a graph showing the output of ultra-fast charging mode 1 for the charger 360 of the power supply system 300 according to additional embodiments of the present invention.
  • FIG. 3(b) is a conceptual diagram showing power provision in Phase 1 and Phase 2 of FIG. 3(a).
  • Figure 4(a) is a graph showing the output of ultra-fast charging mode 2 for the charger 360 of the power supply system 300 according to additional embodiments of the present invention.
  • FIG. 4(b) is a conceptual diagram showing power provision in Phase 1 and Phase 2 of FIG. 4(a).
  • Figure 5 is a diagram showing the arrangement of an energy storage device in a space and the configuration of power supply with other electric fields according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram showing a configuration in which a charger receives power from an energy storage device and a power distribution device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a diagram showing the configuration of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram showing a process in which a controller according to an embodiment of the present invention controls an energy storage device according to the amount of power in the grid.
  • Figure 9 is a diagram showing the arrangement and operation of an energy storage device and charger according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a diagram showing the arrangement and operation of an energy storage device and charger according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a diagram showing a process in which an energy storage device operates in response to an increase in power use in the grid according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a diagram showing the configuration of an energy storage device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a diagram showing the configuration of a charger according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, order, or number of the components are not limited by the term.
  • a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there are no other components between each component. It should be understood that may be “interposed” or that each component may be “connected,” “combined,” or “connected” through other components.
  • an energy storage system consists of a battery, a battery management system (BMS), a power conversion system (PCS), and an energy management system (EMS).
  • BMS battery management system
  • PCS power conversion system
  • EMS energy management system
  • a battery has one or more cells, a plurality of cells can form one module, and a plurality of modules can form a rack.
  • the energy storage system (ESS) configured in this way can be connected to a power grid, electric network, power grid, etc. to receive power.
  • Energy storage systems can be used to charge electric vehicles (EV).
  • ESS energy storage system
  • EV electric vehicle
  • SoC state-of-charge
  • C-Rate Charge/discharge rate
  • the charging rate of the battery and/or the discharging rate of the battery may be controlled by the charge/discharge rate (C-Rate).
  • Charge/discharge rate (C-Rate) refers to the measurement of current used to charge and/or discharge a battery. For example, discharging a specific battery at 1C-Rate or 1C means that a battery with a capacity of 10Ah (i.e., the amount of electricity when 10A (ampere) current flows for 1 hour) is fully charged and discharges at 10A for 1 hour. It means that (ampere) can be discharged. In this way, the charging rate of the battery can also be expressed as C-Rate.
  • SoC state of charge
  • Embodiments of the present invention to be described below relate to system control required when charging an electric vehicle (EV) using an integrated system applying an electric vehicle (EV) charger to an energy storage system (ESS), and the present inventors We present technologically improved features compared to energy storage system (ESS) system configuration and control.
  • the feature of the present invention can be expressed as an electric vehicle charging system driven by linking ESS power.
  • Figure 1 (a) shows a power supply system 100 related to embodiments of the present invention, a power grid 110, an energy storage device 140, and other electric devices 120, 130, 150, 160, and 170. This is a drawing showing the composition.
  • the power supply system 100 has a main distribution board 120 that receives power, that is, alternating current (AC), from the power grid 110, and the power is supplied through a power conversion system (PCS) and a power bank. ) or distributed to similar power conversion equipment 130. Meanwhile, the main distribution board 120 can be connected to loads 170 other than the ESS to supply power.
  • power that is, alternating current (AC)
  • PCS power conversion system
  • PCS power conversion system
  • the main distribution board 120 can be connected to loads 170 other than the ESS to supply power.
  • the power conversion equipment 130 is operatively connected to an energy storage device 140, such as a VIB ESS, and can transmit or receive power by providing necessary control. Additionally, the power conversion equipment 130 is connected to a charger 150, and the charger 150 may be connected to an electric vehicle (EV) 160 or another object requiring charging. The electric vehicle (EV) 160 may selectively receive at least one of power provided from the power grid 110 and power provided by the energy storage device 140 under the control of the power conversion equipment 130.
  • an energy storage device 140 such as a VIB ESS
  • At least one of the main distribution board 120, power conversion equipment 130, energy storage device 140, charger 150, electric vehicle (EV) 160, and load 170 other than ESS is located at a designated location. , for example, may be installed inside or next to a specific building.
  • This power supply system 100 supplies grid power to a specific building and is preferably installed and controlled so that it can additionally charge electric vehicles. Accordingly, the outputs for the parts indicated by A, B, and C in FIG. 1(a) will be described in more detail in FIG. 1(b).
  • FIG. 1(b) is a conceptual diagram for explaining outputs for portions indicated by A, B, and C in FIG. 1(a) described above.
  • Figures 1(a) and (b) are a combination of an ESS and a charger, and correspond to a technology that assists with the ESS so as not to exceed the contracted power of the grid and charges the ESS after charging is completed.
  • the graph of output A shows the charger output over time, and charging of electric vehicles occurs while receiving power from the grid and ESS. It can be seen that the highest output appears at the beginning and beginning of electric vehicle charging, and as time passes, the output of the charger decreases and reaches the lowest level as the end of the electric vehicle approaches.
  • the contracted power associated with the grid is exemplarily displayed at the day-ahead level and will be described in more detail below.
  • the graph of Output B shows the grid output over time, and you can see that the highest output appears at the beginning and beginning of electric vehicle charging, and as time passes, the charger's output decreases, reaching the lowest level as the end of the electric vehicle approaches.
  • the graph of output C shows the ESS output over time, and the highest output appears at the beginning and beginning of electric vehicle charging. As time passes, the output of the charger decreases, and it reaches the lowest level as the end of the electric vehicle approaches.
  • the maximum output of the ESS is the maximum output of the charger minus the contracted power of the grid mentioned above.
  • Figure 1(c) is a conceptual configuration diagram related to embodiments of the present invention.
  • the energy storage system assists with the power of this grid and includes a switching circuit in the AC/DC converter when charging and discharging, so that the discharging and charging of the energy storage device can be switched during the electric vehicle charging procedure.
  • embodiments of the present invention receive power from at least one of the power grid and the energy storage device and perform a charging procedure through a charger, and during the electric vehicle charging procedure, the energy storage device is discharged and charged according to the state of the power grid. It can be said that an electric vehicle charging method is provided, characterized in that this conversion can be performed.
  • Figure 2(a) is a conceptual diagram of the relationship between the output of the charger, the output of the ESS, and the state of charge (SoC) according to the first embodiment of the present invention.
  • the ESS assists, allowing charging at maximum output. If the capacity of the ESS is similar to the amount of power that assists the EV, after charging one EV, it may be difficult to assist the second EV. To solve this problem, the capacity of ESS can be increased, but overall costs increase and profitability decreases. Alternatively, the ESS can be recharged, but the waiting time during recharging reduces the number of EVs to be charged, which reduces profitability.
  • Figure 2(b) is a conceptual diagram of the relationship between the output of the charger, the output of the ESS, and the state of charge (SoC) according to additional embodiments of the present invention.
  • the lithium battery (LIB) currently used to charge electric vehicles is capable of fast charging at a low SoC due to its electrochemical characteristics, but when the SoC rises above a certain level, the charging speed is lowered for safety reasons. Even if an ultra-fast charger is applied, ultra-fast charging is only carried out in the initial section, and after a certain period, it enters a low-speed charging mode, which is disappointing about the EV charging process.
  • the ESS that supports the power grid to supply optimal power in accordance with the amount of power required by electric vehicles, and VIBs with wide charge/discharge rate (C-rate) coverage (usable range) are the optimal batteries for ESS. Able to know.
  • the present inventors developed a charging system in which ESS charging/discharging occurs simultaneously while charging an electric vehicle.
  • a system was designed in which ESS discharge occurs during the electric vehicle fast charging section to assist the power of the power grid, and then when the electric vehicle enters the low-speed charging section, ESS charging occurs depending on the state of the power grid.
  • this is a system in which the difference between the SoC of the ESS when charging the electric vehicle starts and the SoC of the ESS after the end of charging the electric vehicle is below a certain level.
  • VIB ESS which can handle both low and high outputs, is suitable because the change in charge/discharge output is large depending on the state of the power grid.
  • the present inventors propose to use the VIB ESS charging for the area where the contracted power of the grid shown in the above-mentioned FIG. 2(a) is wasted.
  • charging may be performed for at least one battery, at least one cell, at least one module, and/or at least one rack in the VIB ESS.
  • the charger output falls below a certain reference value, for example, the contract power (of the power grid)
  • the SoC of the ESS does not change after charging of the first EV is completed and until charging of the second EV occurs.
  • this charging system supplies grid power to a specific building so that EV users can always use the best charger, and both charging and discharging of the ESS is performed during the electric vehicle charging process so that electric vehicle charging can also be performed. Inventors came up with it.
  • ESS requires a VIB with a long lifespan because a full charge and discharge cycle occurs for each EV.
  • Charger operators may be able to maintain the maximum charging speed even by using an ESS with a capacity of about half that of one EV.
  • Figure 2(c) is a conceptual diagram of another relationship between the output of the charger, the output of the ESS, and the state of charge (SoC) according to additional embodiments of the present invention.
  • control is performed to resume ultra-fast charging after securing the charging time of the ESS for a certain period of time.
  • control is performed to lower the electric vehicle ultra-fast charging power.
  • this control may be implemented in cases where the ESS is difficult to discharge.
  • FIG. 3(a) is a graph showing the output of ultra-fast charging mode 1 for the charger 360 of the power supply system 300 according to additional embodiments of the present invention.
  • Ultra-fast charging mode 1 is performed when there is no need to provide power to loads other than the ESS.
  • the first step check the maximum amount of power that can be used in the grid where the ESS is installed.
  • the second step information on the amount of power required by the charger is received.
  • a comparative judgment is performed on the power amounts of the first and second steps.
  • monitoring or monitoring means devices, sensors, measuring instruments, measuring instruments, power meters, etc. can be used to confirm and compare various amounts of power.
  • Wired communication or wireless communication such as Wi-Fi can be used to transmit and receive the relevant amount of power information.
  • Communication equipment and technology can be utilized.
  • the range exceeding the grid power is assisted by the ESS, or when the charger required power is less than the grid power, the range below the grid power is used for ESS charging.
  • Phase 1 the section in which the output of the charger is above/exceeding the contract power of the power grid
  • Phase 2 the section in which the output of the charger is below/below the contract power of the power grid
  • FIG. 3(b) is a conceptual diagram showing power provision in Phase 1 and Phase 2 of FIG. 3(a).
  • the portion indicated by the dotted arrow indicates the direction of power provision.
  • the main distribution board 320 sends power provided from the power grid 310 to power conversion equipment 330 (PCS, Power Bank).
  • PCS power conversion equipment
  • the VIB ESS discharges the power and charges the EV through the power conversion equipment 330 and charger 350.
  • Phase 2 which is the section below the contract power of the power grid, the surplus power of the power grid is used to charge the VIB ESS without wasting it, and the power from the grid is used to charge the EV through the power conversion equipment 330 and charger 350. do.
  • Figure 4(a) is a graph showing the output of ultra-fast charging mode 2 for the charger 360 of the power supply system 300 according to additional embodiments of the present invention.
  • Ultra-fast charging mode 2 is performed when it is necessary to provide power to loads other than the ESS.
  • the first step check the maximum amount of power that can be used in the grid where the ESS is installed.
  • charger power requirement information is received.
  • information on the amount of power required for loads other than the ESS is received.
  • the fourth step the power amounts of the first, second, and third steps are compared and determined.
  • monitoring or monitoring means devices, sensors, measuring instruments, measuring instruments, power meters, etc. can be used to confirm and compare various amounts of power.
  • Wired communication or wireless communication such as Wi-Fi can be used to transmit and receive the relevant amount of power information.
  • Communication equipment and technology can be utilized.
  • the ESS assists in the range exceeding the grid power, or when the sum of the charger required power and loads other than the ESS is less than the grid power, the grid The range below the power amount is used for ESS charging.
  • Phase 1 in Figure 4(a) is longer than Phase 1 in Figure 3(a) due to loads other than the ESS, and Phase 2 in Figure 4(a) is shorter than Phase 2 in Figure 3(a). It can be seen that
  • FIG. 4(b) is a conceptual diagram showing power provision in Phase 1 and Phase 2 of FIG. 4(a).
  • the portion indicated by the dotted arrow indicates the direction of power provision.
  • the main distribution board 320 In order to supply power to loads 370 other than the ESS, the main distribution board 320 provides a portion of the power of the power grid 310. Additionally, in order to charge the electric vehicle (EV) 360, the main distribution board 320 sends power provided from the power grid 310 to the power conversion equipment 330 (PCS, Power Bank). In Phase 1, which is the section exceeding the contracted power of the power grid, the VIB ESS discharges the power and charges the EV through the power conversion equipment 330 and charger 350. On the other hand, in Phase 2, which is the section below the contract power of the power grid, the surplus power of the power grid is used to charge the VIB ESS without wasting it, and the power from the grid is used to charge the EV through the power conversion equipment 330 and charger 350. do.
  • Phase 1 which is the section exceeding the contracted power of the power grid
  • the VIB ESS discharges the power and charges the EV through the power conversion equipment 330 and charger 350.
  • Phase 2 which is the section below the contract power of the power grid,
  • FIGS. 4(a) and 4(b) exemplarily show a case where the power supply system 300 is installed and operated in a place such as a commercial facility, public place, or specific building.
  • FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of an energy storage device in a space and the configuration of power supply with other electric devices according to an embodiment of the present invention.
  • 1 shows an Energy Storage System (ESS) 100 and other devices, and the grid corresponding to the power source 10 includes a Supportive Power Region 30 and a Primary Power Region (30). Power can be supplied to the Primary Power Region (40).
  • the energy storage device (ESS) 100 may be placed in the supportive power area 30 .
  • An energy storage device (ESS, 100) and one or more chargers (50a, ..., 50n) may be disposed in the supportive power area (30).
  • a plurality of electric devices 60a, ..., 60n may be disposed in the primary power area 40.
  • a separate ESS that is different from the energy storage device 100 disposed in the supportive power region 30 may be disposed in the primary power region 40.
  • the power distribution device 20 may distribute power to the supportive power area 30 and the primary power area 40.
  • the energy storage device 100 can charge or discharge according to the electricity demand or expected demand used in the two areas 30 and 40.
  • a power meter 210 may be connected to or placed within the supportive power area 30.
  • a power meter 220 may be connected to or placed within the primary power area 40.
  • the power meters 210 and 220 are, in one embodiment, a power meter and measure the amount of power being used in the installed area.
  • the power meters 210 and 220 transmit the measured value (amount of power) to the energy storage device 100.
  • a separate power meter may be placed in the power source 10. In this case, the energy storage device 100 can check the amount of power consumed by the power source 10 in real time.
  • the energy storage device includes an energy storage device including a vanadium ion battery, but the present invention is not limited thereto.
  • energy storage devices include vanadium redox battery (VRB), polysulfide bromide battery (PSB), and zinc bromine battery (ZBB).
  • charging can be performed according to charging conditions required by the electric vehicle or other device. For example, when high current charging is requested, the charger 50 performs high current charging. According to the control of the energy storage device 100, the power source 10 and the power of the energy storage device 100 are provided to the charger 50. And when the charger 50 performs low-current charging, the energy storage device 100 receives a charger ( 50) can be supplied with power and charged.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration in which a charger receives power from the energy storage device 100 and the power distribution device 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the charger 50 may receive power from the power distribution device 20 (P1). In one embodiment, this means that power is supplied from the grid, that is, the power source 10. In addition, the energy storage device 100 compares the information on the amount of power received from the power meters 211, 212, and 220 with the maximum amount of power that can be provided by the power source 10 to determine part or all of the amount of power to be used by the charger 50. can assist.
  • the energy storage device 100 can supply power to the charger 50 (P2).
  • the charger 50 may switch or merge the supplied power under the control of the energy storage device 100.
  • the charger 50 can supply power according to a charging request from an external device (P5).
  • the energy storage device 100 may receive power from the power distribution device 20 (P3). And the energy storage device 100 can supply power to the primary power area 40 (P4). Power supplied by the energy storage device 100 may be supplied to the primary power area 40 via the power distribution device 20. That is, the direction of power supply between the energy storage device 100 and the power distribution device 20 may be bidirectional.
  • the power supply (P4) of the energy storage device 100 may be determined based on the power demand of the primary power area 40, the maximum amount of power that the power source 10 can supply, etc.
  • the energy storage device 100 When the energy storage device 100 supports the high-speed charging and discharging functions of the charger 50, the energy storage device 100 can flexibly respond to the power situation of the grid 10 by monitoring the amount of power in the grid 10. In particular, the energy storage device 100 can predict times when grid 10 power usage is low by accumulating and storing information about past power usage times of the grid 10. As a result, the energy storage device 100 can prepare for the case where power use of the grid 10 increases rapidly during the high-speed charging and discharging process of the charger 50.
  • the above process can be applied even when high-speed charging of the energy storage device 100 is required. That is, the energy storage device 100 can receive power from the grid 10 and perform high-speed charging of the energy storage device 100. In this process, it is possible to flexibly respond to the power situation of the grid 10 by monitoring the amount of power of the grid 10 as described above.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of an ESS according to an embodiment of the present invention.
  • the energy storage device 100 includes an energy storage module 110 including a battery and a controller 150.
  • the energy storage device 100 includes a pack BMS 120 that manages charging and discharging of the energy storage module 110. Additionally, the energy storage device 100 may optionally include a Power Management System (PMS) 130 and a Power Conversion System (PCS) 140. If the energy storage device 100 includes both the PMS 130 and the PCS 140, it may be referred to as an integrated ESS.
  • PMS Power Management System
  • PCS Power Conversion System
  • the module BMS manages the battery by monitoring the charging status, discharge status, temperature, voltage, and current of the battery.
  • the pack BMS 120 is a battery management system for the entire battery pack.
  • the controller 150 uses the power measurement results of the supportive power area and the power measurement results of the primary power area to determine charging or discharging of the energy storage module 110, or one or more chargers disposed in the supportive power area. You can decide whether or not to discharge using the primary power area. Additionally, according to one embodiment, the controller 150 may be integrated with the PMS 130 and operate as a single component.
  • Figure 8 is a diagram showing a process in which a controller according to an embodiment of the present invention controls the ESS according to the amount of power in the grid.
  • the controller 150 may store the maximum power amount (Grid_Max) of the grid that supplies power to the primary power area and the supportive power area, that is, the power source 10 (S301).
  • Maximum power amount (Grid_Max) refers to the maximum amount of power that can be used in the grid.
  • the power meter 220 measures the power usage (Primary_Usage) of the primary power area 40 (S302). In one embodiment, this measures power usage (load usage) generated in areas other than the supportive power area 30 where the energy storage device 100 is placed.
  • step S302 the energy storage device 100 or the controller 150 may receive the total power consumption of the grid and the power usage of the primary power area.
  • the controller 150 determines whether to use the charger 50 arranged in the supportive power area 30 (S303). If there are multiple chargers 50, the controller 150 can determine whether to use each charger. If the charger 50 is not in use, the controller 150 performs step S307. The controller 150 compares the amount of power (S307). If Grid_Max is greater than Primary_Usage by comparing Grid_Max and Primary_Usage, the controller 150 determines the amount of ESS charging and proceeds with charging (S311).
  • the controller 150 measures the State of Charge (SOC) of the ESS (S312) and ends charging if the SOC is greater than the reference value. Meanwhile, by measuring the SOC of the energy storage device 100 (S312) and repeating the process after S302 when the SOC is below the standard value, charging of the ESS can be controlled.
  • SOC State of Charge
  • the controller 150 determines the amount of discharge power of the energy storage device 100 and controls the energy storage device 100 so that the energy storage device 100 discharges into the primary power area 40. Do it (S313). As a result, excess grid power is assisted by discharge of the energy storage device 100.
  • the controller 150 measures the amount of power required for the charger (Charging_Request) (S304). At this time, it is assumed that the SOC of the ESS is above the standard value. Then, the controller 150 compares the amount of power (S305), comparing the sum of Charging_Request and Primary_Usage (Charging_Request+Primary_Usage) and Grid_Max.
  • the controller 150 determines the amount of discharge power of the energy storage device 100 and causes the energy storage device 100 to discharge to the primary power area 40. ) is controlled (S313). As a result, excess grid power is assisted by discharge of the energy storage device 100.
  • Grid_Max is greater than (Primary_Usage+Charging_Request) as a result of the comparison in S305
  • the controller 150 checks whether the difference (the amount of spare power in the grid, see Equation 1 below) is more than the grid spare reference value (S306).
  • the controller 150 determines the amount of charging power of the energy storage device 100 and controls the energy storage device 100 to charge the energy storage device 100. Do it (S314). This means that the energy storage device 100 is charged with a sufficient amount of grid power.
  • the controller 150 The energy storage device 100 enters the discharge standby mode (S315).
  • the controller 150 may perform a high current charging process of the battery. Additionally, the controller 150 continuously receives power measurement results in the primary power area, and when the spare power of the grid becomes low, the controller 150 can charge the battery at low current or enter a discharge standby mode as in S315. Of course, even in the discharge standby mode, the controller 150 can determine whether to charge the battery at low power or high current by monitoring the overall grid power situation and the SOC of the battery.
  • FIG 9 is a diagram showing the arrangement and operation of the ESS and charger according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 shows the arrangement of a vanadium ion battery ESS (VIB ESS) 100a, which is an embodiment of the ESS.
  • the electricity supply process is in the order of the grid power source 10, the substation room 5, the power meter 205, and the power distribution device 20a, which uses the main distribution board as an example, and the VIB from the power distribution device 20a Electricity is supplied to the ESS (100a), the charger (50), and loads other than the ESS.
  • a power meter 205 is placed on the grid main power line, and power meters 211, 212, and 220 may be placed for each line in each area 30a and 40a. Information on power consumption for each area and overall is transmitted to the VIB ESS (100a).
  • the VIB ESS (100a) stores information on the maximum amount of power (Grid_Max) that can be used in the grid. Additionally, the VIB ESS (100a) may receive information about the amount of power supplied to loads other than the ESS (for example, the amount of power being used by 40a) from the power meter 220 disposed at 40a. Additionally, in one embodiment of the present invention, the VIB ESS (100a) may receive the entire grid power consumption (Grid_Usage) from the power meter 205.
  • Grid_Max the maximum amount of power
  • the VIB ESS (100a) may receive information about the amount of power supplied to loads other than the ESS (for example, the amount of power being used by 40a) from the power meter 220 disposed at 40a. Additionally, in one embodiment of the present invention, the VIB ESS (100a) may receive the entire grid power consumption (Grid_Usage) from the power meter 205.
  • the reception method can be either periodic reception or real-time reception.
  • the period may be changed according to changes in the amount of power used in the primary power area 40a.
  • the controller 150 may set the reception period to 5 minutes at night when there is little change in power amount, and set the reception period to 1 minute during the day when there is a large change in power amount.
  • the VIB ESS (100a) may control charging or discharging of the VIB ESS (100a) so that grid power use can be optimized according to the amount of power used in the primary power area (40a).
  • the driving modes of the VIB ESS (100a) include charging mode, discharging mode, and standby mode. In the case of charging mode, the VIB ESS (100a) determines the ESS charging amount, proceeds with charging according to the SOC standard value of the ESS, and then terminates the charging mode.
  • the VIB ESS (100a) may assist all or part of the amount of power output from the charger 50 (P11). For example, if the value obtained by subtracting the power usage of the primary power area (40a) from the grid maximum power amount (available power amount) is less than the power amount output from the charger 50 (a shortfall in the charger charging power amount occurs), VIB ESS (100a) It can support the amount of power that is short or more than the shortfall. In discharge mode, the VIB ESS (100a) can receive the entire grid power consumption from the power meter (205).
  • VIB ESS can discharge the amount of power charged into the primary power area (40a).
  • the VIB ESS 100a like P10, discharges power to the power distribution device 20a, the power distribution device 20a can supply power to the primary power area 40a.
  • the VIB ESS (100a) may assist with all or part of the amount of power output from the charger (50) (P11). For example, if the value obtained by subtracting the total grid consumption power (Grid_Usage) from the grid maximum power amount (available power amount) is less than the power amount output from the charger 50 (a shortfall in the charger charging power amount occurs), the VIB ESS (100a) is responsible for the shortfall or It is possible to supplement the amount of power exceeding the shortfall.
  • Grid_Usage the total grid consumption power
  • available power amount available power amount
  • the VIB ESS (100a) can optimize the amount of power in the grid according to the power usage situation in the grid. For example, the VIB ESS (100a) can assist in the amount of power to minimize losses due to excessive peak power and suppress grid overload.
  • the controller 150 of the VIB ESS 100a may determine either high current charging or low current charging of the battery after receiving the power measurement result of the primary power area. If the power amount in the primary power area is below a certain standard (for example, 80% or less) compared to the total grid usage, the VIB ESS (100a) can be quickly charged through high current charging.
  • a certain standard for example, 80% or less
  • the VIB ESS (100a) is continuously charged through low-current charging to lower the load on the entire grid and later
  • the charged power can be used to support grid power.
  • FIG. 10 is a diagram showing the arrangement and operation of the ESS and charger according to another embodiment of the present invention. Unlike FIG. 9, the configuration of FIG. 10 is an embodiment in which the power distribution device 20a, which functions as a main distribution board, and the power distribution device 20b, which functions as an ESS distribution board, are separated. In addition, the power distribution device 20c, which functions as a DC distribution board (container) that supplies power to the VIB ESS 100b, is separately arranged.
  • the power distribution device 20a which functions as a main distribution board
  • the power distribution device 20b which functions as an ESS distribution board
  • the power distribution device 20c may be divided into one or more units, and the present invention is not limited to a specific power distribution device configuration method.
  • the power distribution device 20c may be selectively arranged depending on the configuration and arrangement of the VIB ESS 100b.
  • FIG 10 shows the PMS (130b) and PCS (140b) separately, but the present invention is not limited thereto, and the PMS (130b) and PCS (140b) may be configured within the VIB ESS (100b).
  • the PMS (130b) can be integrated with the above-described controller 150 to control the driving mode, such as charging or discharging, of the VIB ESS (100b).
  • the power bank 51 may also be a component of the charger 50 or a component independent of the charger 50, depending on how the invention is implemented.
  • the VIB ESS (100a) can assist the power of the entire grid.
  • VIB ESS (100b) stores information about the maximum output amount of the power grid.
  • the VIB ESS (100b) can receive the entire grid power consumption from the power meter (205).
  • the VIB ESS (100b) may determine the amount of power available for grid use by receiving measurement values of load usage other than the ESS.
  • the VIB ESS (100b) may control charging or discharging of the VIB ESS (100b) by receiving information on the total amount of power consumed in the grid or by receiving measurements of load usage other than the ESS.
  • Loads other than the ESS indicate loads for power use other than the VIB ESS (100b) and charger (50), and are within the primary power area (40b), such as power use within buildings, power use at home, servers, subways, etc. means the load of
  • Information about the maximum grid power amount can be input to the VIB ESS (100b) in advance, and if the grid maximum power amount changes, the VIB ESS (100b) stores the changed value.
  • the input value may be stored in the ESS (100b) and maintained for a certain period of time.
  • VIB ESS (100b) can store grid maximum power amount (Grid_Max) information in a manner such as 380V AC/150KW.
  • the grid such as the power source 10 supplies power to the energy storage device 100b, the charger 50, and other loads (loads other than the ESS) excluding the energy storage device and the charger.
  • the energy storage device 100b includes one or more power meters 205, 211, 212, and 220 that measure the amount of power of the grid, energy storage device 100b, charger 50, and other loads (loads other than ESS). can do.
  • the controller of the energy storage device 100b determines charging or discharging of the energy storage module using one or more of the power amount of the grid or the power amount of other loads measured by the power meter (205, 211, 212, 220). , you can decide to supply power to the charger or other load.
  • the energy storage device 100b uses the value measured by the power meter 220 placed in the load other than the ESS to measure the power of the energy storage module. You can decide to charge or discharge, or to supply power to a charger or other load.
  • the energy storage device 100b is measured by the power meter 205 placed in the power source 10.
  • One value can be used to determine charging or discharging of an energy storage module, or supplying power to a charger or other load.
  • Figure 11 is a diagram showing the process in which the ESS operates in response to an increase in power use in the grid according to an embodiment of the present invention.
  • the controller 150 stores the maximum amount of power (Grid_Max) available in the grid (S321). This allows the aforementioned power source 10 to provide information regarding the maximum amount of power to the controller 150. Alternatively, the maximum power amount of the power source 10 may be input to the controller 150 in advance.
  • the power meter 220 measures the power usage (Primary_Usage) in the primary power area, and the controller 150 calculates the expected usage within N hours (S322).
  • the controller 150 may accumulate and store power usage (Primary_Usage) information in the primary power area.
  • the controller 150 monitors the power usage (Primary_Usage) of the primary power area in real time and calculates the expected usage within N hours when the power usage increases.
  • the controller 150 can calculate the expected usage amount by reflecting seasonal factors.
  • the controller 150 may calculate the expected usage based on information about the time period when the air conditioner is likely to be used in the space (building, house, etc.) (for example, 2 PM to 4 PM, etc.). there is.
  • the controller 150 may determine whether the current power usage (Primary_Usage) in the primary power area is within a stable range or below the standard value, but the expected usage within N hours is outside the stable range or exceeds the standard value (S323 ). In this case, the controller 150 enters a standby mode to support power usage (Primary_Usage) in the primary power area in preparation for an increase in power usage.
  • the controller 150 checks whether the charger 50 is in use (S324). When the charger 50 is in use, charging can be controlled to proceed only with grid power (S325). This is to preserve the power charged in the energy storage device 100 to support power use in the primary power area.
  • the controller 150 measures the SOC of the energy storage device 100 (S326). As a result of the measurement, if the SOC of the energy storage device 100 is below the reference value (S327), charging of the energy storage device 100 is performed (S328).
  • the energy storage device 100 can provide power assistance.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of an ESS according to another embodiment of the present invention. Power supplied from the outside is applied to the battery pack 110d via a ground fault device (GFD) 127d and a switch gear 125d.
  • the detailed configuration of the switchgear 125d includes a switched-mode power supply (SMPS) 121d and a pack BMS 120d as an example.
  • the pack BMS (120d) can perform control and sensing. It can control LEDs and relays and sense current and voltage.
  • the switch gear 125d and the PMS 130d may form a controller.
  • Figure 13 is a diagram showing the configuration of a charger according to an embodiment of the present invention.
  • the charger control unit 550 controls the operation of the charger 50 and various components 510, 520, 530, and 540 that make up the charger 50.
  • the interface unit 510 provides interface rules so that the user can input or confirm information in the process of charging various devices such as electric vehicles and electric bicycles from the charger 50.
  • the interface unit 510 may be composed of a touch screen and buttons.
  • the communication unit 520 transmits and receives information to and from external devices.
  • the communication unit 520 may receive information about the current available power status and whether the input power is input from the grid or the ESS from the ESS 100 or the PMS 130. Additionally, the communication unit 520 may transmit information related to the current charging status of the charger 50 to the ESS 100 or the PMS 130. Alternatively, the communication unit 520 may transmit information related to the current charging situation to another charger.
  • the charging unit 530 charges other devices (electric vehicles, electric bicycles, electronic products, etc.).
  • the power supply unit 540 receives power from the outside and provides it to the charging unit 530.
  • the charger control unit 550 outputs the amount, time, options, etc. related to charging to the interface unit 510 according to the source of power supplied to the power unit 540.
  • the charger control unit 550 may control the charger 530 according to the source of power supplied to the power unit 540, the charging option set in the interface unit 510, etc.
  • the charger control unit 550 determines the charging amount or charging unit of charging time depending on the type of supply source.
  • the charging unit 530 charges according to the time or amount selected in the interface unit 510.
  • the battery charging management system as described above may include means for analyzing information on energy use or loss by identifying the use or consumption details of power transmitted from the ESS. This means of analyzing power usage information can solve not only abnormalities in the power transmitted from the ESS but also problems caused by the difference between the actual power used and the transmitted power.
  • the monitoring level may include four levels. Each level is connected by network communication lines and has the function of exchanging signals or issuing or executing commands.
  • Figure 14 is an example of applying some or all of the features of the present invention to the ESS security management system, and is a conceptual diagram illustrating the operational status management range when the monitoring level is configured as level 1 to level 4.
  • the monitoring level includes level 1 including a BMS directly connected to the battery; Level 2 including the level 1 and a master BMS connected to the level 1 BMS; Level 3, which includes the level 2 and includes a power management system (PMS) that controls one or more of heating, cooling, load, and grid; And it may include one or more of level 4, which includes level 3 and includes the highest level energy management system (EMS) that controls one or more of ESS and power systems in various regions.
  • PMS power management system
  • level 4 which includes level 3 and includes the highest level energy management system (EMS) that controls one or more of ESS and power systems in various regions.
  • Battery charging management includes a power usage information collection unit, an information analysis unit that classifies or analyzes the information collected from the power usage information collection unit, and a charging execution unit to stop charging or control charging status based on the results of this analysis. It can be done.
  • an electric energy supply method that efficiently supplies power to an electric energy storage or electric energy consumption area including an energy storage system (ESS) through a grid that receives electricity from an electric power source, and electricity using the same. It is about energy supply devices and supply systems.
  • ESS energy storage system
  • Figure 15 shows a system for supplying power from the grid to the ESS and the power consumption area, controlling the power supply to the power consumption area and information on the consumable power obtained from the PMS of the ESS, and performing electric energy supply including ESS charging and discharging management.
  • the system is shown by way of example.
  • It includes an ESS that receives power from the grid and performs charging and discharging, a charger that receives power from one or more power sources of the ESS or the grid, and auxiliary facilities that supply power from loads other than the ESS, but can output from the grid.
  • VB vanadium ion battery
  • VB vanadium ion battery
  • there are limitations such as 1C charge and 1C discharge, but vanadium ion battery (VIB) is capable of controlling input and output flow with high output.
  • ESS using vanadium ion battery (VIB) can control grid Since both the and the charger can be assisted with high output, very efficient ESS charging and discharging management is possible, especially in the case of ESS using vanadium ion batteries (VIB).
  • the electric energy supply system of the present invention ensures safety in various auxiliary facilities. It can be said to be a very effective power supply system in that it can be applied desirably.
  • the present invention enables safe and efficient energy supply, it can be used as a very effective, safe, and eco-friendly energy supply means for energy conservation, energy environment, and carbon neutrality.
  • Figure 16 shows the cases ⁇ 1>, ⁇ 2>, and ⁇ 3>, in which charging and discharging of the ESS is performed at a high C-rate for a specific load, and exemplarily showing various cell deviations for cells of the battery inside the ESS. It is a concept diagram.
  • the present inventors recognized the problem of increasing cell deviation probability and deviation voltage during high C-rate charging/discharging.
  • the balancing current amount can be adjusted using pulse width modulation (PWM), which can be controlled by balancing the maximum current amount at a high C-rate or balancing the minimum current amount at a low C-rate.
  • PWM pulse width modulation
  • the balancing current is dynamically controlled, making it possible to maintain a stable high C-rate. For example, if there are many cells in which cell deviation occurs, PWM control may be performed to achieve more balancing for specific cells.
  • the specific balancing method can be applied in various ways and is not limited, and it is fundamentally important to dynamically adjust the balancing current.
  • the resistance value of the balancing current limiting element can be lowered as much as possible to protect the balancing switch element, and then the balancing current can be controlled through current control through PWM control.
  • the present inventors also recognized the problem that if the number of cells overdischarged increases during high C-rate charging/discharging, there may be a concern that the cell monitoring BMS may stop operating.
  • a boosting circuit can be configured so that the BMS can operate normally when only the minimum voltage is input.
  • the battery voltage is primarily input, the input voltage is changed (boosted) to a voltage at which the BMS can operate, and then provided as the BMS power input.
  • the BMS can operate stably even when battery deviations occur, and the BMS can operate stably even when multiple over-discharged batteries occur. Since only a small number of elements are added to the internal circuit board of the BMS, the increase in unit cost is minimized and no additional processes are required. Implementation is possible.
  • Embodiments of the present invention may be described as follows.
  • At least some embodiments receive power from at least one of a power grid and an energy storage system (ESS) and perform an electric vehicle charging procedure through a charger,
  • ESS energy storage system
  • ESS energy storage device
  • some features of the present invention can perform charging switching after charging or discharging the ESS while charging an electric vehicle. This is to enable ESS charging to be carried out at the same time or together during electric vehicle charging in order to cope with vehicles charging at low speeds.
  • the charging speed of an electric vehicle may be determined differently depending on the specifications, capacity, operation, commercial application, battery type, charging and discharging technology, etc. of the electric vehicle charging system. For example, some current electric vehicle charging systems define slow charging as taking about 10 hours or more, and fast charging as taking about 1 hour.
  • the features of the present invention are fully applicable to systems with different charging speed values such as low speed, high speed, ultra high speed, slow speed, and rapid speed, and are not limited to the charging speed names or exemplary speed values presented as examples.
  • the electric vehicle charging procedure starts with a high-speed charging section first and then enters a low-speed charging section.
  • the electric vehicle In the high-speed charging section, the electric vehicle is mainly used to charge the electric vehicle, but the energy storage system (ESS) is not discharged. It assists the power grid, and in the low-speed charging section, charging of the energy storage device (ESS) is performed according to the state of the power grid.
  • ESS energy storage device
  • High-speed charging and low-speed charging are relative concepts and may vary depending on the power supply status of the power grid, the discharge status of the ESS, etc.
  • Electric vehicle charging can be basically divided into three levels.
  • Level 1 can be viewed as low-speed charging ( ⁇ 16A) that occurs when using a regular outlet.
  • Level 2 is charging using 32A current, and when charging a vehicle with AC power, it is called slow charging in Korea.
  • Level 3 supplies direct current of 400V or more, which is called fast charging in Korea. Therefore, this can mean that in the early stages of charging an electric vehicle, high-speed (rapid) charging occurs with a direct current supply with relatively high power and high speed, and in the latter half, low-speed (slow) charging occurs with an alternating current supply with relatively low power and slow speed. there is.
  • high-speed or low-speed charging may be defined and judged using the concept of charge/discharge rate (C-rate).
  • the state of the power grid is related to the contracted power of the power grid, and surplus output of the power grid is used to charge the energy storage system (ESS).
  • ESS energy storage system
  • contract power may refer to the contract capacity promised with the power supplier, that is, the power company.
  • a power company supplies electricity to consumers, it determines supply conditions other than the electricity rate according to the electricity supply regulations.
  • contracted power is the value converted from customer electric facilities into electric power and refers to the power that an electric power supplier (e.g. Korea Electric Power Corporation) agrees to supply to general consumers.
  • Contracted power not only serves as a standard for calculating the basic facility charge among the customer-borne construction costs paid to the electricity supply business when applying for electricity use, but also serves as a standard when calculating the basic electricity rate.
  • surplus output is variable depending on the state of the power grid.
  • the excess power required in the system where ESS is installed can be viewed as surplus.
  • control is executed so that part or all of the detected surplus output of the power grid can be used for charging the ESS.
  • the energy storage system (ESS) When the output of the charger falls below a reference value, the energy storage system (ESS) is charged with power provided from the power grid, and the reference value is related to the contract power of the power grid, and the surplus output of the power grid is used to charge the energy storage device (ESS).
  • low output and high output are relative concepts and may vary depending on the power supply status of the power grid, the discharge status of the ESS, etc.
  • the power is relatively high (i.e., high output) and high-speed (rapid) charging occurs through direct current supply, and in the latter half, the power is relatively low (i.e., low output) and low-speed (slow) charging occurs through alternating current supply. It can mean that it will come true.
  • An electric vehicle charging method characterized in that both discharging and charging of the energy storage device (ESS) are performed during the electric vehicle charging procedure.
  • both discharging and charging may mean that they are performed together. However, this does not necessarily mean that charging and discharging are performed simultaneously. In other words, this means that while the electric vehicle charging procedure is being performed, the ESS is discharged and charged.
  • the discharging and charging of the energy storage device (ESS) is determined by the state of charge (SoC) of the energy storage device (ESS) at the start of charging the electric vehicle and the energy storage device (SoC) at the end of charging the electric vehicle ( It is performed for a certain period of time so that the difference in the state of charge (SoC) of the ESS is adjusted to below a certain level.
  • SoC state of charge
  • a certain level of state of charge can be viewed as a condition that is satisfied if the level at the start/end of charging is within a certain range. For example, if the state of charge (SoC) at the start/end of charging is within 20% of each other, it may be considered as blocked below a certain level.
  • the percentage (%) or specific numerical range may be variable.
  • the charging process starts with a high-speed charging section first and then enters a low-speed charging section.
  • power from the power grid is mainly used to charge the electric vehicle while discharging the energy storage system (ESS). This assists the power grid, and the predetermined time is the low-speed charging section.
  • ESS energy storage system
  • the power grid connected to the energy storage device (ESS) has the maximum amount of power
  • the charger connected to the energy storage device (ESS) and the power grid has the amount of power required for charging the electric vehicle.
  • the required power amount is greater than or equal to the maximum power amount
  • a second step of charging the energy storage system (ESS) with power in a range below the maximum power amount is presented.
  • the first stage is a high-speed charging section to charge the electric vehicle using mainly power from the power grid, and the energy storage system (ESS) assists the power grid
  • the second step is a low-speed charging section to charge the electric vehicle. Discharging and charging of the energy storage device (ESS) are performed depending on the state.
  • the state of charge (SoC) of the energy storage device (ESS) at the start of charging the electric vehicle and the charging of the energy storage device (ESS) at the end of charging the electric vehicle Minimize changes in state (SoC).
  • minimization of change in state of charge can be viewed as a condition that is satisfied when the relative amount of change at the start/end of charging is within a certain range. For example, if the change in state of charge (SoC) at the start/end of charging is within 10% of each other, the change may be considered to be in a minimal state.
  • the percentage (%) or specific numerical range may be variable.
  • SoC state of charge
  • At least some embodiments include at least one secondary battery capable of charging and discharging; an input unit that receives power from the power grid to charge the secondary battery; An output unit that discharges the secondary battery and provides the corresponding power to a charger for charging an electric vehicle; and is operatively connected to the secondary battery, the input unit, and the output unit to determine a state of charge (SoC) of the secondary battery at the start of charging the electric vehicle and a state of charge (SoC) of the secondary battery at the end of charging the electric vehicle.
  • SoC state of charge
  • SoC state of charge
  • ESS energy storage device
  • We present an electric vehicle charging system that is capable of switching from charging the energy storage device (ESS) or discharging the energy storage device (ESS) to charging.
  • maintaining a similar state of charge can be viewed as a condition that is satisfied if the relative level/level at the start/end of charging is within a certain range. For example, if the state of charge (SoC) levels at the start/end of charging are within 15% of each other, it may be considered to be in a similarly maintained state.
  • the percentage (%) or specific numerical range may be variable.
  • the power grid compares the maximum power amount and the energy storage device (ESS) equipped with the secondary battery and the charger connected to the power grid with the required power amount required for charging an electric vehicle, and if the required power amount is greater than or equal to the maximum power amount, A first step of charging the electric vehicle by discharging the energy storage device (ESS) for a power exceeding the maximum power amount; And if the required amount of power is less than the maximum amount of power, the control unit provides control to perform a second step of charging the energy storage system (ESS) with power in a range below the maximum amount of power.
  • ESS energy storage device
  • the first stage is a high-speed charging section to charge the electric vehicle using mainly power from the power grid, and the energy storage system (ESS) assists the power grid
  • the second step is a low-speed charging section to charge the electric vehicle.
  • the control unit provides control to perform both discharging and charging of the energy storage device (ESS) according to the state.
  • the energy storage system (ESS) can be implemented with a secondary battery with a capacity smaller than that of an energy storage system (ESS) using a conventional lithium battery.
  • smaller capacity compared to the existing LIB may mean that a secondary battery with a smaller capacity can be used so that the secondary battery can exhibit similar or equivalent performance, assuming that other conditions are the same.
  • VOB vanadium ion battery
  • the power grid connected to the energy storage device (ESS) has the maximum amount of power
  • the charger connected to the energy storage device (ESS) and the power grid has the amount of power required for charging an electric vehicle.
  • a second step of charging the energy storage system (ESS) with power in a range below the maximum power amount wherein the power grid and the Receives power from at least one of the energy storage devices (ESS) and performs the charging procedure through the charger, and charges the energy storage device (ESS) or discharges the energy storage device (ESS) from the power grid during the electric vehicle charging procedure.
  • We present an electric vehicle charging method that allows switching from to charging.
  • the method further includes charging the electric vehicle by discharging the energy storage system (ESS) for power in a range exceeding the maximum amount of power.
  • ESS energy storage system
  • the present invention is not necessarily limited to this embodiment, and within the scope of the purpose of the present invention, all the components are combined into one or more. It can also operate by selectively combining.
  • all of the components may be implemented as a single independent hardware, a program module in which some or all of the components are selectively combined to perform some or all of the functions of one or more pieces of hardware. It may also be implemented as a computer program having. The codes and code segments that make up the computer program can be easily deduced by a person skilled in the art of the present invention.
  • Such a computer program can be stored in a computer-readable storage medium and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention.
  • Storage media for computer programs include magnetic recording media, optical recording media, and storage media including semiconductor recording elements.
  • the computer program implementing the embodiment of the present invention includes a program module that is transmitted in real time through an external device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예들은 전력 그리드 및 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나로부터 전력을 받고 충전기를 통하여 전기차 충전 절차를 수행하며, 상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법 및 시스템을 제시한다.

Description

VIB ESS를 이용한 전기차 충전 장치 및 방법
본 발명은 에너지 저장장치(ESS)와 충전기를 합친 통합 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통합 시스템의 전반적인 에너지 또는 전력 공급 상황을 반영하여 전기차(EV) 충전을 위한 시스템 구성 및 제어 방법에 관한 것이다.
에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)는 배터리 등에 전기를 저장한 후 그리드에 전력을 공급하는 장치이다. 에너지 저장장치는 충전 및 방전을 수행할 수 있다.
최근 전기차의 이용이 확대되면서 전기차 충전기가 다양한 공간에 배치된다. 그런데 전기차 충전기의 사용은 그리드의 전기 사용량을 증가시키며 해당 공간 내의 다른 전기 사용량에 영향을 줄 수 있다. 특히 전기 사용량이 폭증하는 경우, 전기차 충전기의 사용이 제한되는 문제가 있다.
이에, 충전기가 배치된 공간에서 안정적으로 충전을 수행하고 이를 위한 시스템을 제공하는 방안이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에너지 저장장치가 충전기의 전력 사용을 보조하여 그리드의 전력 공급을 안정화시키고 ESS 전력을 연계하여 구동되는 전기차 충전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전기차 충전 도중 ESS의 충전/방전이 동시에 일어나는 충전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 추가 과제는 전기차 충전 시작 때의 ESS의 SoC와 전기차 충전 종료 이후의 ESS의 SoC의 차이가 일정 이하인 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 전력 그리드 및 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나로부터 전력을 받고 충전기를 통하여 전기차 충전 절차를 수행하며, 상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 에너지 저장장치(ESS)와 연결된 전력 그리드는 최대 전력량을 가지며, 상기 에너지 저장장치(ESS)와 상기 전력 그리드에 연결된 충전기는 전기차 충전에 요구되는 요구 전력량을 가지는 전기차 충전 시스템에 있어서, 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 크거나 같으면, 상기 최대 전력량을 초과하는 범위의 전력에 대하여 상기 에너지 저장장치(ESS)를 방전하여 상기 전기차의 충전을 수행하는 제1 단계; 및 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 작으면, 상기 최대 전력량을 밑도는 범위의 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전을 수행하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 충전 및 방전이 가능한 적어도 하나의 이차전지; 상기 이차전지를 충전하기 위하여 전력 그리드로부터 전력을 제공받는 입력부; 상기 이차전지를 방전하여 해당 전력을 전기차의 충전을 위한 충전기로 제공하는 출력부; 및 상기 이차전지, 상기 입력부 및 상기 출력부와 동작적으로 연결되어, 상기 전기차 충전의 시작 때의 상기 이차전지의 충전상태(SoC)와 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 이차전지의 충전상태(SoC)를 유사하게 유지하도록 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 에너지 저장장치(ESS)와 연결된 전력 그리드는 최대 전력량을 가지며, 상기 에너지 저장장치(ESS)와 상기 전력 그리드에 연결된 충전기는 전기차 충전에 요구되는 요구 전력량을 가지는 전기차 충전 시스템에 있어서, 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 작으면, 상기 최대 전력량을 밑도는 범위의 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전을 수행하는 제2 단계를 포함하며, 상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들을 구현할 경우, 에너지 저장장치가 충전기의 전력 사용을 보조하여 그리드의 전력 공급을 안정화시킬 수 있으며 그에 따라 충전기가 안정적인 전기차 충전 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들을 구현할 경우, 전기차 충전 도중 ESS의 충전/방전이 동시에 일어나는 충전 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들을 구현할 경우, 전기차 충전 시작 때의 ESS의 SoC와 전기차 충전 종료 이후의 ESS의 SoC의 차이가 일정 이하인 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명이 제공하는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1(a) 및 1(b)는 본 발명의 실시예들과 관련 있는 전력 그리드, 에너지 저장장치가 및 다른 전기 장치들 과의 전력 공급의 구성과 A, B 및 C 지점에서 시간에 따른 해당 출력을 보여주는 도면이다.
도 1(c)는 본 발명의 실시예들과 관련 있는 개념적 구성 도면이다.
도 2(a), 2(b) 및 2(c)는 본 발명의 실시예들에 따른 충전기 출력, ESS 출력 및 ESS 충전 상태(SoC)를 보여주는 도면이다.
도 3(a)는 본 발명 추가 실시예들에 따른 전력 공급 시스템(300)의 충전기(360)에 대한 초고속 충전 모드1의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 3(b)는, 도 3(a)의 Phase 1 및 Phase 2에서의 전력 제공을 나타낸 개념도이다.
도 4(a)는 본 발명 추가 실시예들에 따른 전력 공급 시스템(300)의 충전기(360)에 대한 초고속 충전 모드2의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 4(b)는, 도 4(a)의 Phase 1 및 Phase 2에서의 전력 제공을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 공간 내에 에너지 저장장치가 배치되는 구성 및 다른 전기장이 들과의 전력 공급의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 충전기가 에너지 저장장치 및 전력 분배 장치로부터 전력을 공급받는 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 에너지 저장장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러가 그리드 내의 전력량에 따라 에너지 저장장치를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 에너지 저장장치 및 충전기의 배치 및 동작을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 에너지 저장장치 및 충전기의 배치 및 동작을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 그리드 내의 전력 사용 증가 상황에 대응하여 에너지 저장장치가 동작하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 에너지 저장장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 충전기의 구성을 보여주는 도면이다.
본 명세서에서 제시하는 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 명세서에서는 건물이나 집, 지하철, 공공장소 등의 공간에 설치된 에너지 저장장치가 공간 내의 다른 전기장치들의 전기 사용 상황에 따라 에너지 저장장치의 충전이나 방전을 제어하는 기술에 대해 살펴본다. 또한, 전술한 전기 사용 상황에 따라 에너지 저장장치가 충전기를 제어하는 기술에 대해 살펴본다. 그리고, 공간 내의 다른 전기장치들의 전력 사용 부하가 증가할 경우, 에너지 저장장치가 다른 전기장치들에게 전력을 공급하는 기술에 대해 살펴본다.
일반적으로, 에너지 저장장치(ESS)는 배터리, 배터리 관리 시스템(BMS), 전력 변환 시스템(PCS), 에너지 관리 시스템(EMS) 등으로 구성되어 있다. 배터리는 하나 이상의 셀(cell)이 있으며, 복수 개의 셀들은 하나의 모들(module)을 이루며, 복수 개의 모듈들은 하나의 랙(rack)을 형성할 수 있다. 이렇게 구성된 에너지 저장장치(ESS)는 전력망, 전기망, 전력 그리드(grid) 등과 연결되어 전력을 공급받을 수 있다.
에너지 저장장치(ESS)는 전기차(EV)의 충전에 이용될 수 있다. 여기서, 에너지 저장장치(ESS)에 적용되는 배터리 및 전기차(EV) 내부에 적용된 배터리에는 각각의 충전 상태(state-of-charge: SoC)가 있는데, 그 배경 설명을 하면 다음과 같다.
먼저, 배터리의 충/방전율(C-Rate)에 대하여 이해하여야 한다. 배터리의 충전율 및/또는 배터리의 방전율은 충/방전율(C-Rate)에 의해 제어될 수 있다. 충/방전율(C-Rate)은 배터리의 충전 및/또는 방전에 사용되는 전류의 측정을 의미한다. 일예로, 특정 배터리가 1C-Rate 또는 1C로 방전한다는 의미는, 10Ah (즉, 10A(암페어) 전류가 1시간 동안 흘렀을 때의 전기량)의 용량을 가진 배터리가 완전히 충전된 상태에서 1시간 동안 10A(암페어)를 방전할 수 있다는 것을 의미한다. 이런 식으로 배터리의 충전율도 C-Rate로 나타낼 수 있다.
특정한 C-Rate로 충전되는 배터리를 측정해보면 해당 충전 상태(SoC)를 확인할 수 있다. 에너지 저장장치(ESS)를 이용하여 전기차(EV)를 충전할 때에 에너지 저장장치(ESS) 내부 배터리의 SoC, 전기차(EV) 내부 배터리의 SoC 등을 확인하여 충전에 대한 각종 제어를 수행할 수 있다.
이하 설명될 본 발명의 실시예들은 에너지 저장장치(ESS)에 전기차(EV) 충전기를 적용한 통합 시스템을 이용하여 전기차(EV)를 충전할 때 필요한 시스템 제어에 관한 것이며, 본 발명자들은 종래 또는 기존의 에너지 저장장치(ESS) 시스템 구성 및 제어 대비 기술적으로 개선된 특징들을 착안하여 제시한다. 본 발명의 특징은 ESS 전력을 연계하여 구동되는 전기차 충전 시스템이라고 표현할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 특징을 실시예들을 참고로 보다 상세히 설명한다.
도 1(a)는 본 발명의 실시예들과 관련 있는 전력 공급 시스템(100)에 있어서, 전력 그리드(110), 에너지 저장장치(140)가 및 다른 전기 장치들(120,130,150,160,170)과의 전력 공급의 구성을 보여주는 도면이다.
일반적으로, 전력 공급 시스템(100)은 전력 그리드(110)로부터 전력, 즉, 교류(AC)를 공급받는 메인 분전반(120)이 있으며, 해당 전력은 전력 변환 시스템(PCS), 전력 뱅크(power bank) 또는 비슷한 전력 변환 장비(130)로 분전되어 제공된다. 한편, 메인 분전반(120)은 ESS외 부하(170)에도 연결되어 전력을 공급할 수 있다.
전력 변환 장비(130)는 VIB ESS와 같은 에너지 저장장치(140)와 동작적으로 연결되어 있으며 필요한 제어를 제공하여 전력을 전달하거나 받을 수 있다. 또한, 전력 변환 장비(130)는 충전기(charger)(150)와 연결되어 있고, 충전기(150)는 전기차(EV)(160) 또는 충전이 필요한 다른 대상물과 연결될 수 있다. 전기차(EV)(160)는 전력 변환 장비(130)의 제어 하에 전력 그리드(110)에서 제공되는 전력 및 에너지 저장장치(140)에서 제공되는 전력 중 적어도 하나를 선택적으로 공급받을 수 있다.
여기서, 메인 분전반(120), 전력 변환 장비(130), 에너지 저장장치(140), 충전기(charger)(150), 전기차(EV)(160) 및 ESS외 부하(170) 중 적어도 하나는 지정된 장소, 예를 들어, 특정 건물 내부 또는 옆에 설치될 수 있다.
이러한 전력 공급 시스템(100)은 특정 건물에 대하여 그리드 전력을 공급하며, 추가적으로 전기차 충전도 함께 수행할 수 있도록 설치되고 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 1(a)에는 A, B 및 C로 표시된 부분에 대한 출력들에 대하여 도 1(b)에서 보다 구체적으로 설명될 것이다.
도 1(b)는 전술한 도 1(a)의 A, B 및 C로 표시된 부분에 대한 출력들 설명하기 위한 개념도이다.
도 1(a) 및 (b)는 ESS와 충전기를 합친 구성으로 그리드의 계약 전력을 넘지 않도록 ESS로 보조하며 충전이 종료된 후에 ESS 충전하는 기술에 해당한다.
출력 A의 그래프는 시간 경과에 따른 충전기 출력을 나타내며, 전기차의 충전은 그리드 및 ESS로부터 전력을 공급받으면서 이루어진다. 전기차 충전의 시작과 초기에는 최고 출력이 나타나며, 시간이 경과할수록 충전기의 출력이 낮아지며 전기차 종료가 가까워지면 최저 수준에 이른다는 것을 볼 수 있다. 그리드와 관련된 계약 전력을 예시적으로 일전수준으로 표시되어 있고, 이하에 더 자세히 설명될 것이다.
출력 B의 그래프는 시간 경과에 따른 그리드 출력을 나타내며, 전기차 충전의 시작과 초기에는 최고 출력이 나타나며, 시간이 경과할수록 충전기의 출력이 낮아지며 전기차 종료가 가까워지면 최저 수준에 이른다는 것을 볼 수 있다.
출력 C의 그래프는 시간 경과에 따른 ESS 출력을 나타내며, 전기차 충전의 시작과 초기에는 최고 출력이 나타나며, 시간이 경과할수록 충전기의 출력이 낮아지며 전기차 종료가 가까워지면 최저 수준에 이른다는 것을 볼 수 있다. 여기서, ESS의 최대 출력은 충전기의 최대 출력에서 상기 언급한 그리드의 계약 전력을 뺀 값이다.
도 1(c)는 본 발명의 실시예들과 관련 있는 개념적 구성 도면이다.
전기차 충전을 위하여 전력 그리드로부터 전력을 제공받고 해당 AC/DC 변환 이후에 전기차용 충전기로 공급된다. 에너지 저장장치(ESS)는 이런 그리드의 전력을 보조하며 충전 및 방전을 수행할 때 해당 AC/DC 변환부에 스위칭 회로가 포함되어 전기차 충전 절차동안 에너지 저장장치의 방전 및 충전이 전환 수행이 가능하다.
따라서, 본 발명의 실시예들은, 전력 그리드 및 에너지저장장치 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 충전기를 통하여 충전 절차를 수행하며, 전기차 충전 절차동안 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치의 방전 및 충전이 전환 수행 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법을 제공한다고 줄 수 있다.
이어서, 충전기의 출력과 ESS의 출력 및 충전 상태(SoC: state-of-charge)와의 관계를 더 구체적으로 설명한다.
도 2(a)는 본 발명 제1 실시예에 따른 충전기의 출력과 ESS의 출력 및 충전 상태(SoC)의 관계에 대한 개념도이다.
전술한 도 1(a) 및 (b)의 설명에 이어서, 제1 EV(전기차)의 충전을 시작할 때에는 그리드의 계약 전력을 초과하는 충전기의 출력이 필요하여 ESS 출력으로 먼저 전기차 충전을 수행하는 경우를 보여준다. 시간 경과에 따라 ESS의 지속 방전으로 충전기의 출력이 낮아지며, 그리드 계약 전력 이하의 구간에서는 그리드의 전력으로 제1 EV의 충전 종료 시점까지 충전을 이어서 수행한다. 그 후, 제2 EV의 충전을 즉시 수행하고자 할 경우, ESS의 방전으로 바로 이용할 수 없다. 즉, ESS의 SoC를 측정해보면 알 수 있듯이, 제1 EV 충전 종료 시점에는 SoC가 거의 0% 상태에 도달한다.
ESS가 완충 되어 있는 상태에서 EV충전이 시작되면 ESS가 보조하여 최대 출력으로 충전 가능하다. ESS의 용량이 EV를 보조하는 전력량과 비슷하다면 EV 한 대를 충전한 이후 두 번째 EV부터는 보조가 어려울 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 ESS의 용량을 키울 수 있으나, 전반적인 비용이 증가되며 수익성 저하되는 문제가 있다. 다른 방안으로, ESS를 다시 충전할 수 있으나, 재충전 동안의 대기 시간으로 충전 EV 대수가 감소하여 수익성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 제1 EV 충전의 후반 구간 동안에는 그리드의 계약 전력이 낭비되는 영역이 있다는 것을 알 수 있다. 이에, 본 발명의 발명자들은 이런 낭비 영역에 대한 문제를 인지하였으며 개선할 수 있는 기술적인 방안에 대하여 연구개발을 하게 되었다.
도 2(b)는 본 발명 추가 실시예들에 따른 충전기의 출력과 ESS의 출력 및 충전 상태(SoC)의 관계에 대한 개념도이다.
해당 배경을 설명하자면, 현재 전기차 충전에 사용되는 리튬 배터리(LIB)는 전기화학적 특성상 낮은 SoC에서는 고속 충전이 가능하지만, SoC가 일정 이상으로 올라가게 되면 안전상의 이유로 속도를 낮춰 충전하게 된다. 초고속 충전기를 적용하더라도 초반 구간만 초고속 충전이 진행되고 일정 이후로는 저속 충전 모드가 되어 EV 충전 과정에 대한 아쉬움이 있다. 즉, 전력 그리드를 보조하는 ESS는 전기차가 요구하는 전력량에 맞춰 최적의 전력을 공급해야 바람직하며, 충/방전율(C-rate) 커버리지(coverage: 가용 범위)가 넓은 VIB가 ESS에 최적화된 배터리임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 전기차 충전 도중 ESS의 충전/방전이 동시에 일어나는 충전 시스템을 개발하게 되었다. 즉, 전기차 고속 충전 구간에서는 ESS 방전이 일어나 전력 그리드의 전력을 보조하며, 이후 전기차 저속 충전 구간에 돌입할 때는 전력 그리드의 상태에 따라 ESS의 충전이 발생하는 시스템을 고안하게 되었다. 결과적으로, 전기차 충전 시작 때의 ESS의 SoC와 전기차 충전 종료 이후의 ESS의 SoC의 차이가 일정 이하인 시스템이라고 말할 수 있다.
또한, 본 발명자들은 전력 그리드의 상태에 따라 충전/방전 출력의 변화가 크기 때문에 저출력 내지 고출력 모두 대응이 가능한 VIB ESS가 적합하다는 점을 알게 되었다.
본 발명자들은 전술한 도 2(a)에 표시된 그리드의 계약 전력이 낭비되는 영역에 대하여 VIB ESS 충전에 사용할 것을 제안한다.
여기서, VIB ESS에서 적어도 하나의 배터리, 적어도 하나의 셀(cell), 적어도 하나의 모들(module), 및/또는 적어도 하나의 렉(rack)에 대하여 충전이 이루어질 수 있다.
먼저, 전기차 충전이 연속적으로 발생하는 경우에는, 충전기 출력이 특정한 기준값, 예를 들면 (전력 그리드의) 계약 전력 밑으로 내려가는 경우 남는 잉여 출력을 ESS 충전에 사용할 수 있다. 여기에 필요한 제어를 수행하면 제1 EV 충전이 끝나고 다음 제 2 EV의 충전이 발생하기 전까지 ESS의 SoC가 변하지 않는 것을 특징이다. 즉, EV 사용자는 언제나 최상 상태의 충전기를 이용할 수 있게 만들어 주도록 특정 건물에 대하여 그리드 전력을 공급하며 추가적으로 전기차 충전도 함께 이루어질 수 있도록 전기차 충전 과정 동안 ESS의 충전 및 방전이 모두 수행되는 충전 시스템을 본 발명자들이 고안하게 되었다.
이때의 ESS는 EV 한대당 완전 충전과 방전의 사이클(cycle)이 발생하기 때문에 수명이 긴 VIB가 유리하다. 충전기 사업자는 EV 한 대의 절반가량의 용량을 갖는 ESS를 사용하여도 충전 속도를 최대로 유지 가능할 수도 있다.
도 2(c)는 본 발명 추가 실시예들에 따른 충전기의 출력과 ESS의 출력 및 충전 상태(SoC)의 또 다른 관계에 대한 개념도이다.
전기차 충전을 중간에 중단하는 경우에는, EV 사용자의 일부는 전기차 충전속도가 일정 이하로 떨어지면 충전을 중단하고 운용하는 상황이 생길 수 있다. 따라서, ESS의 충전시간을 일부 확보할 필요 또는 ESS의 충전시간을 확보하는 동안 최대 출력 일정 수준 낮출 필요 또한 존재할 수 있다.
이를 도 2(c)에서 짧은 대기 시간의 영역으로 표시했으며, 해당 충전기 출력, ESS 출력 및 ESS SoC 간의 관계를 나타냈다.
ESS 방전에서 충전으로 전환하는 기준값 도달 이전에 전기차 충전이 종료된 경우, 일정 시간 ESS의 충전 시간 확보 후 초고속 충전을 재개하는 제어를 수행한다.
또는, ESS 방전에서 충전으로 전환하는 기준값 도달 이전에 전기차 충전이 종료되고 곧바로 초고속 충전이 진행될 경우, 전기차 초고속 충전 전력을 하향 조정하는 제어를 수행한다. 예를 들어, ESS가 방전하기 어려운 경우에 이런 제어를 실행할 수도 있다.
다음은 도 3(a), 3(b), 4(a), 4(b)를 참고하여 본 발명 추가 실시예들에 따른 충전기의 출력에 대하여 더 자세히 설명한다.
도 3(a)는 본 발명 추가 실시예들에 따른 전력 공급 시스템(300)의 충전기(360)에 대한 초고속 충전 모드1의 출력을 나타낸 그래프이다.
초고속 충전 모드1은 ESS 이외의 부하로 전력을 제공할 필요가 없는 경우에 수행된다. 제1 단계로, ESS가 설치된 그리드에서 사용할 수 있는 최대 전력량을 확인한다. 제2 단계는, 충전기 요구 전력량 정보를 수신한다. 제3 단계에서는, 제1,2 단계의 전력량에 대하여 비교 판단을 수행한다.
여기서, 각종 전력량의 확인 및 비교판단은 감시 또는 모니터링(monitoring) 수단, 장치, 센서, 측정기, 계측기, 전력량계 등을 이용할 수 있으며, 해당 전력량 정보의 송수신에는 유선통신 또는 와이파이(wi-fi) 같은 무선통신 장비 및 기술을 활용할 수 있다.
마지막으로, 충전기 요구 전력량이 그리드 전력량 보다 크거나 같은 때, 그리드 전력량을 초과하는 범위는 ESS가 보조하거나, 충전기 요구 전력량이 그리드 전력량 보다 작을 때, 그리드 전력량을 밑도는 범위는 ESS충전에 사용한다.
한편, 충전기의 출력이 전력 그리드의 계약 전력 이상/초과 구간을 Phase 1으로 칭하고, 전력 그리드의 계약 전력 이하/미만 구간을 Phase 2로 칭할 수 있다.
도 3(b)는 도 3(a)의 Phase 1 및 Phase 2에서의 전력 제공을 나타낸 개념도이다. 여기서, 점선 화살표로 표시된 부분은 전력 제공 방향을 나타낸다.
전기차(EV)(360)의 충전을 위하여 메인 분전반(320)은 전력 그리드(310)에서 제공되는 전력을 전력 변환 장비(330: PCS, Power Bank)로 보낸다. 전력 그리드의 계약 전력 초과 구간인 Phase 1에서는 VIB ESS가 방전하여 전력을 전력 변환 장비(330) 및 충전기(350)를 거쳐 EV를 충전한다. 반면, 전력 그리드의 계약 전력 미만 구간인 Phase 2에서는 전력 그리드의 잉여 전력을 낭비하지 않고 VIB ESS의 충전에 사용되며, 그리드의 전력은 전력 변환 장비(330) 및 충전기(350)를 거쳐 EV를 충전한다.
도 4(a)는 본 발명 추가 실시예들에 따른 전력 공급 시스템(300)의 충전기(360)에 대한 초고속 충전 모드2의 출력을 나타낸 그래프이다.
초고속 충전 모드2는 ESS 이외의 부하로 전력을 제공할 필요가 있는 경우에 수행된다. 제1 단계로, ESS가 설치된 그리드에서 사용할 수 있는 최대 전력량을 확인한다. 제2 단계에서는, 충전기 요구 전력량 정보를 수신한다. 제3 단계는, ESS외 부하의 요구 전력량 정보를 수신한다. 제4 단계에서는, 제1,2,3 단계의 전력량을 비교 판단한다.
여기서, 각종 전력량의 확인 및 비교판단은 감시 또는 모니터링(monitoring) 수단, 장치, 센서, 측정기, 계측기, 전력량계 등을 이용할 수 있으며, 해당 전력량 정보의 송수신에는 유선통신 또는 와이파이(wi-fi) 같은 무선통신 장비 및 기술을 활용할 수 있다.
마지막으로, 충전기 요구 전력량 및 ESS외 부하의 합이 그리드 전력량 보다 크거나 같을 때, 그리드 전력량을 초과하는 범위는 ESS가 보조하거나, 충전기 요구 전력량 및 ESS외 부하의 합이 그리드 전력량 보다 작을 때, 그리드 전력량을 밑도는 범위는 ESS충전에 사용하다.
한편, 충전기의 출력이 전력 그리드의 계약 전력 이상/초과 구간 및 EES외 부하로 전력을 제공하는 구간을 합쳐서 Phase 1으로 칭하고, 그 이하/미만의 전력 구간을 Phase 2로 칭할 수 있다. 여기서, ESS외 부하 때문에 도 4(a)의 Phase 1은 도 3(a)의 Phase 1 보다 길다는 것을 알 수 있고, 도 4(a)의 Phase 2는 도 3(a)의 Phase 2 보다 짧다는 것을 알 수 있다.
도 4(b)는 도 4(a)의 Phase 1 및 Phase 2에서의 전력 제공을 나타낸 개념도이다. 여기서, 점선 화살표로 표시된 부분은 전력 제공 방향을 나타낸다.
ESS외 부하(370)로 전력을 공급하기 위해 메인 분전반(320)은 전력 그리드(310) 전력의 일부를 제공한다. 추가적으로, 전기차(EV)(360)의 충전을 위하여 메인 분전반(320)은 전력 그리드(310)에서 제공되는 전력을 전력 변환 장비(330: PCS, Power Bank)로 보낸다. 전력 그리드의 계약 전력 초과 구간인 Phase 1에서는 VIB ESS가 방전하여 전력을 전력 변환 장비(330) 및 충전기(350)를 거쳐 EV를 충전한다. 반면, 전력 그리드의 계약 전력 미만 구간인 Phase 2에서는 전력 그리드의 잉여 전력을 낭비하지 않고 VIB ESS의 충전에 사용되며, 그리드의 전력은 전력 변환 장비(330) 및 충전기(350)를 거쳐 EV를 충전한다.
참고로, 도 4(a) 및 도 4(b)는, 전력 공급 시스템(300)이 상업 시설, 공공장소, 특정 건물 등과 같은 곳에 설치하여 운영될 경우를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 공간 내에 에너지 저장장치가 배치되는 구성 및 다른 전기장치들과의 전력 공급의 구성을 보여주는 도면이다. 도 1은 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)(100) 및 다른 장치들을 도시하며, 전원(10)에 해당하는 그리드는 서포티브 전력 영역(Supportive Power Region)(30)과 프라이머리 전력 영역(Primary Power Region)(40)에 전력을 공급할 수 있다. 에너지 저장장치(ESS)(100)는 서포티브 전력 영역(30)에 배치될 수 있다.
에너지 저장장치(ESS, 100)와 하나 이상의 충전기(50a, ..., 50n)가 서포티브 전력 영역(30)에 배치될 수 있다. 프라이머리 전력 영역(40)에는 다수의 전기장치들(60a, ..., 60n)이 배치될 수 있다. 또한 프라이머리 전력 영역(40)에는 서포티브 전력 영역(30)에 배치된 에너지 저장장치(100)와 구별되는 별도의 ESS가 배치될 수 있다.
도 5의 실시예에서 전력 분배 장치(20)가 서포티브 전력 영역(30) 및 프라이머리 전력 영역(40)에 전력을 분배할 수 있다. 에너지 저장장치(100)는 두 영역(30, 40)에서 사용하는 전기 수요 또는 예상 수요에 따라 충전 또는 방전할 수 있다. 이를 위해 서포티브 전력 영역(30)에 연결되어 또는 그 내부에 전력측정기(210)가 배치될 수 있다. 또한, 프라이머리 전력 영역(40)에 연결되어 또는 그 내부에 전력측정기(220)가 배치될 수 있다.
전력 측정기(210, 220)는 전력량 계측기(전력량계)를 일 실시예로 하며 설치된 영역에서 사용 중인 전력량을 측정한다. 전력측정기(210, 220)는 측정한 값(전력량)을 에너지 저장장치(100)에게 전송한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전원(10)에도 별도의 전력 측정기가 배치될 수 있다. 이 경우 에너지 저장장치(100)는 전원(10)의 소모 전력의 크기를 실시간으로 확인할 수 있다.
본 명세서에서 에너지 저장장치는 바나듐 이온 배터리(Vanadium Ion Battery)를 포함하는 에너지 저장장치를 포함하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 명세서에서 에너지 저장장치는 VRB(Vanadium Redox Battery), PSB(polysulfide bromide battery), ZBB(zinc?bromine battery) 등을 포함한다.
도 5의 실시예를 적용할 경우, 충전기(50)가 전기차 혹은 다른 충전을 필요로 하는 장치를 충전할 경우, 전기차 또는 타 장치가 요구하는 충전 조건에 따라 충전을 수행할 수 있다. 예를 들어 고전류 충전을 요청한 경우, 충전기(50)는 고전류 충전을 수행한다. 에너지 저장장치(100)의 제어에 따라 전원(10)과 에너지 저장장치(100)의 전력이 충전기(50)에 제공된다. 그리고 충전기(50)가 저전류 충전을 수행할 경우, 에너지 저장장치(100)는 전원(10)의 전력 공급 상황 또는 프라이머리 전력 영역(40)의 전원 사용 상황에 따라 전원(10)으로부터 충전기(50)가 전력을 공급받아 충전할 수 있도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 충전기가 에너지 저장장치(100) 및 전력 분배 장치(20)로부터 전력을 공급받는 구성을 보여주는 도면이다.
충전기(50)는 전력 분배 장치(20)로부터 전력을 공급받을 수 있다(P1). 이는 그리드, 즉 전원(10)로부터 전력을 공급받는 것을 일 실시예로 한다. 그리고, 에너지 저장장치(100)는 전력측정기(211, 212, 220)로부터 수신한 전력량에 대한 정보와 해당 전원(10)에서 제공 가능한 최대 전력량을 비교하여 충전기(50)가 사용할 전력량의 일부 또는 전부를 보조할 수 있다.
에너지 저장장치(100)는 충전기(50)에 전력을 공급할 수 있다(P2). 충전기(50)는 에너지 저장장치(100)의 제어에 따라 공급되는 전력을 스위칭(switching)하거나 머징(merging)할 수 있다. 충전기(50)는 외부 장치의 충전 요청에 따라 전력을 공급할 수 있다(P5).
에너지 저장장치(100)는 전력 분배 장치(20)로부터 전력을 공급받을 수 있다(P3). 그리고 에너지 저장장치(100)는 프라이머리 전력 영역(40)에 전력을 공급할 수 있다(P4). 에너지 저장장치(100)가 공급하는 전력은 전력 분배 장치(20)를 경유하여 프라이머리 전력 영역(40)으로 공급될 수 있다. 즉, 에너지 저장장치(100)와 전력 분배 장치(20) 사이의 전력 공급 방향은 양방향일 수 있다.
프라이머리 전력 영역(40)의 전력 수요, 전원(10)이 공급할 수 있는 최대 전력량 등에 의해 에너지 저장장치(100)의 전력 공급(P4)이 결정될 수 있다.
에너지 저장장치(100)가 충전기(50)의 고속 충전 및 방전 기능을 지원할 경우 에너지 저장장치(100)는 그리드(10)의 전력량을 모니터링하여 그리드(10)의 전력 상황에 탄력적으로 대응할 수 있다. 특히, 에너지 저장장치(100)는 그리드(10)의 과거 전력 사용 시간에 대한 정보들을 누적 저장하여 그리드(10) 전력 사용량이 낮은 시간대를 예측할 수 있다. 그 결과 에너지 저장장치(100)는 충전기(50)의 고속 충전 및 방전 과정에서 그리드(10)의 전력 사용이 급격히 증가할 경우에 대비할 수 있다.
아울러, 에너지 저장장치(100)의 고속 충전이 필요한 경우에도 위와 같은 프로세스를 적용할 수 있다. 즉, 에너지 저장 장치(100)는 그리드(10) 전력을 공급받아서 에너지 저장장치(100)의 고속 충전을 진행할 수 있다. 이 과정에서도 전술한 바와 같은 그리드(10)의 전력량을 모니터링하여 그리드(10)의 전력 상황에 탄력적으로 대응할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS의 구성을 보여주는 도면이다. 에너지 저장장치(100)는 배터리(battery)를 포함하는 에너지 저장 모듈(110)과 컨트롤러(150)를 포함한다.
에너지 저장장치(100)는 에너지 저장 모듈(110)의 충전과 방전을 관리하는 Pack BMS(120)를 포함한다. 또한, 에너지 저장장치(100)는 PMS(Power Management System)(130), PCS(Power Conversion System)(140)를 선택적으로 포함할 수 있다. 에너지 저장장치(100)가 PMS(130) 및 PCS(140)를 모두 포함할 경우 통합형 ESS라 지칭할 수 있다.
모듈 BMS는 해당 배터리의 충전 상태, 방전 상태, 온도, 전압, 전류 등을 모니터링하며 배터리를 관리한다. 팩 BMS(120)는 배터리 팩 전체에 대한 배터리 관리 시스템이다.
컨트롤러(150)는 서포티브 전력 영역의 전력 측정 결과 및 프라이머리 전력 영역의 전력 측정 결과를 이용하여 에너지 저장 모듈(110)의 충전 또는 방전을 결정하거나 또는 서포티브 전력 영역에 배치된 하나 이상의 충전기 또는 프라이머리 전력 영역으로 방전 여부를 결정할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라 컨트롤러(150)는 PMS(130)와 통합하여 하나의 구성요소로 작동할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 컨트롤러가 그리드 내의 전력량에 따라 ESS를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
컨트롤러(150)는 프라이머리 전력 영역 및 서포티브 전력 영역에 전력을 공급하는 그리드, 즉 전원(10)의 최대 전력량(Grid_Max)을 저장할 수 있다(S301). 최대 전력량(Grid_Max)이란 그리드에서 사용할 수 있는 최대 전력량을 의미한다.
이후 전력측정기(220)는 프라이머리 전력 영역(40)의 전력 사용량(Primary_Usage)을 측정한다(S302). 이는 에너지 저장장치(100)가 배치된 서포티브 전력 영역(30) 이외의 영역에서 발생한 전력 사용량(부하 사용량)을 측정하는 것을 일 실시예로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 S302 단계에서 에너지 저장장치(100), 또는 컨트롤러(150)는 그리드 전체 전력 소모량과 프라이머리 전력 영역의 전력 사용량을 수신할 수 있다.
다음으로 컨트롤러(150)는 서포티브 전력 영역(30)에 배치된 충전기(50)의 사용 여부를 판단한다(S303). 충전기(50)가 다수인 경우 컨트롤러(150)는 각각의 사용 여부를 판단할 수 있다. 만약, 충전기(50)가 미사용인 경우 컨트롤러(150)는 S307 단계를 수행한다. 컨트롤러(150)는 전력량을 비교하는데(S307), Grid_Max와 Primary_Usage를 비교하여 Grid_Max가 Primary_Usage 이상일 경우, 컨트롤러(150)는 ESS 충전량을 결정하여 충전을 진행한다(S311).
그리고 컨트롤러(150)는 ESS의 SOC(State of Charge)를 측정하여(S312) SOC 기준값 이상인 경우 충전을 종료한다. 한편 에너지 저장장치(100)의 SOC를 측정하여(S312) SOC 기준값 이하인 다시 S302 이후 과정을 반복하며 ESS의 충전을 제어할 수 있다.
한편, S307에서 Grid_Max가 Primary_Usage 미만일 경우 컨트롤러(150)는 에너지 저장장치(100) 방전 전력량을 판단하여 에너지 저장장치(100)가 프라이머리 전력 영역(40)으로 방전하도록 에너지 저장장치(100)를 제어한다(S313). 그 결과 그리드 전력 초과 분은 에너지 저장장치(100)의 방전으로 보조된다.
S303에서 충전기가 사용 중인 경우 컨트롤러(150)는 충전기 요구 전력량(Charging_Request)을 측정한다(S304). 이때, ESS의 SOC는 기준값 이상인 경우를 가정한다. 그리고 컨트롤러(150)는 전력량을 비교하는데(S305), Charging_Request와 Primary_Usage의 합(Charging_Request+Primary_Usage)과 Grid_Max를 비교한다.
비교 결과 Grid_Max가 (Primary_Usage+Charging_Request)미만일 경우, 컨트롤러(150)는 에너지 저장장치(100) 방전 전력량을 판단하여 에너지 저장장치(100)가 프라이머리 전력 영역(40)으로 방전하도록 에너지 저장장치(100)를 제어한다(S313). 그 결과 그리드 전력 초과 분은 에너지 저장장치(100)의 방전으로 보조된다.
또한, S305의 비교 결과 Grid_Max가 (Primary_Usage+Charging_Request) 이상일 경우 컨트롤러(150)는 그 차이(그리드의 여유 전력량, 아래 수학식 1 참조)가 그리드 여유 기준값 이상인지를 확인한다(S306).
[수학식 1]
그리드의 여유 전력량 = Grid_Max - (Primary_Usage+Charging_Request)
그리드의 여유 전력량이 그리드 여유 기준값 이상인 경우, 전력량이 충분한 상태이므로, 컨트롤러(150)는 에너지 저장장치(100) 충전 전력량을 판단하여 에너지 저장장치(100)가 충전하도록 에너지 저장장치(100)를 제어한다(S314). 이는 에너지 저장장치(100)가 충분한 여유가 있는 그리드 전력량으로 충전하는 것을 의미한다.
반면, 그리드의 여유 전력량이 그리드 여유 기준값 미만인 경우, 추후 그리드의 전력량으로 서포티브 전력 영역(30)과 프라이머리 전력 영역(40)의 전력 수요를 충족시키지 못할 가능성이 높으므로, 컨트롤러(150)는 에너지 저장장치(100)를 방전 대기 모드로 진입시킨다(S315).
도 8에서 ESS를 충전하는 단계(S311, S314)에서 컨트롤러(150)는 배터리의 고전류(High Current) 충전 과정을 수행할 수 있다. 그리고 지속적으로 컨트롤러(150)는 프라이머리 전력 영역의 전력량 측정 결과를 수신하여 그리드의 여유 전력이 낮아질 경우 배터리를 저전류(Low Current) 충전하거나 혹은 S315와 같이 방전 대기 모드로 진입시킬 수 있다. 물론, 방전 대기 모드에서도 컨트롤러(150)는 그리드 전체 전력 상황과 배터리의 SOC를 모니터링하여 배터리의 저전력 충전 또는 고전류 충전 여부를 결정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 및 충전기의 배치 및 동작을 도시한 도면이다. 도 8은 ESS의 일 실시예인 바나듐 이온 배터리(Vanadium Ion Battery) ESS(VIB ESS)(100a)가 배치된 구성이다. 전기의 공급 과정은 그리드인 전원(10), 변전실(5), 전력 측정기(205), 그리고 메인 분전반을 일 실시예로 하는 전력 분배 장치(20a)의 순서이며, 전력 분배 장치(20a)에서 VIB ESS(100a), 충전기(50) 그리고 ESS 외 부하로 전기가 공급된다. 그리드 메인 전력 라인에 전력측정기(205)가 배치되며, 각각의 영역(30a, 40a)에도 라인 별로 전력 측정기들(211, 212, 220)들이 배치될 수 있다. 각 영역별 및 전체의 전력 소모량에 대한 정보는 VIB ESS(100a)로 전송된다.
앞선 도 8에서 살펴본 바와 같이 VIB ESS(100a)는 그리드에서 사용할 수 있는 최대 전력량(Grid_Max)에 대한 정보를 저장한다. 또한, VIB ESS(100a)는 ESS 외 부하 공급 전력량(예를 들어 40a에서 사용 중인 전력량)에 대한 정보를 40a에 배치된 전력 측정기(220)로부터 수신할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예로, VIB ESS(100a)는 그리드 전체 소모 전력량(Grid_Usage)을 전력측정기(205)로부터 수신할 수 있다.
수신 방식은 주기적 수신 또는 실시간 수신 모두 가능하다. 주기적인 경우 프라이머리 전력 영역(40a)에서 사용된 전력량의 변화에 따라 해당 주기를 변경할 수 있다. 예를 들어 컨트롤러(150)는 전력량의 변화가 거의 없는 야간에는 수신 주기를 5분 단위로 설정하고, 전력량의 변화가 큰 주간에는 수신 주기를 1분 단위로 설정할 수 있다.
VIB ESS(100a)는 프라이머리 전력 영역(40a)에서 사용된 전력량에 따라 그리드의 전력 사용이 최적화될 수 있도록 VIB ESS(100a)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. VIB ESS(100a)의 구동 모드는 충전 모드, 방전 모드, 대기 모드를 포함한다. 충전 모드의 경우 VIB ESS(100a)는 ESS 충전량을 결정하고 ESS의 SOC 기준 값에 따라 충전을 진행한 후 충전 모드를 종료한다.
또한, VIB ESS(100a)는 충전기(50)에서 출력되는 전력량의 전부 또는 일부를 보조할 수도 있다(P11). 예를 들어 그리드 최대 전력량에서 프라이머리 전력 영역(40a)의 전력 사용량을 뺀 값(가용 전력량)이 충전기(50)에서 출력되는 전력량보다 작은 경우(충전기 충전 전력량의 부족분 발생), VIB ESS(100a)가 부족분 또는 부족분 이상의 전력량을 보조할 수 있다. 방전 모드에서 VIB ESS(100a)는 그리드 전체 소모 전력량을 전력측정기(205)로부터 수신할 수 있다.
또한, Grid_Usage가 Grid_Max 이거나 이를 초과하여 그리드의 전력이 끊긴 경우 VIB ESS(100a)는 프라이머리 전력 영역(40a)으로 충전된 전력량을 방전할 수 있다. 예를 들어 P10과 같이 VIB ESS(100a)가 전력 분배 장치(20a)로 방전하면 전력 분배 장치(20a)는 이를 프라이머리 전력 영역(40a)으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, VIB ESS(100a)는 충전기(50)에서 출력되는 전력량의 전부 또는 일부를 보조할 수도 있다(P11). 예를 들어 그리드 최대 전력량에서 그리드 전체 소모 전력량(Grid_Usage)을 뺀 값(가용 전력량)이 충전기(50)에서 출력되는 전력량보다 작은 경우(충전기 충전 전력량의 부족분 발생), VIB ESS(100a)가 부족분 또는 부족분 이상의 전력량을 보조할 수 있다.
도 9의 실시예를 적용할 경우, VIB ESS(100a)가 그리드 내 전력 사용 상황에 따라 그리드의 전력량을 최적화할 수 있다. 예를 들어, VIB ESS(100a)는 전력량을 보조하여 과전력 피크 전력으로 인한 손실을 최소화하고 그리드 과부화를 억제할 수 있다.
따라서 VIB ESS(100a)의 컨트롤러(150)는 프라이머리 전력 영역의 전력량 측정 결과를 수신한 후 배터리의 고전류 충전 또는 저전류 충전 중 어느 하나의 충전 방식을 결정할 수 있다. 프라이머리 전력 영역의 전력량이 그리드 전체 사용량과 비교하여 일정 기준 이하(예를 들어 80% 이하)일 경우에는 고전류 충전을 통해 VIB ESS(100a)를 신속하게 충전할 수 있다.
반대로 프라이머리 전력 영역의 전력량이 그리드 전체 사용량과 비교하여 일정 기준 초과(예를 들어 80% 초과)일 경우에는 저전류 충전을 통해 VIB ESS(100a)를 지속적으로 충전하여 그리드 전체에 부하를 낮추고 추후 충전된 전력을 이용하여 그리드 전력을 보조할 수 있도록 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 ESS 및 충전기의 배치 및 동작을 도시한 도면이다. 도 10의 구성은 도 9와 달리 메인 분전반의 기능을 하는 전력 분배 장치(20a)와 ESS 분전반의 기능을 하는 전력 분배 장치(20b)가 구분된 실시예이다. 아울러 VIB ESS(100b)에 전력을 공급하는 DC 분전반(컨테이너) 기능을 하는 전력 분배 장치(20c)가 별도로 배치된 구성이다.
전력 분배 장치(20c)는 하나 또는 그 이상으로 구분되어 구성될 수 있으며, 본 발명은 특정한 전력 분배 장치의 구성 방식에 한정되지 않는다. VIB ESS(100b)의 구성 및 배치 등에 따라 전력 분배 장치(20c)는 선택적으로 배치될 수 있다.
도 10은 PMS(130b) 및 PCS(140b)를 별도로 표시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, PMS(130b) 및 PCS(140b)가 VIB ESS(100b) 내에 구성될 수도 있다. PMS(130b)는 전술한 컨트롤러(150)와 통합하여 VIB ESS(100b)의 충전 또는 방전 등의 구동 모드를 제어할 수 있다.
또한, 파워뱅크(Power Bank)(51) 역시 발명의 구현 방식에 따라 충전기(50)의 구성요소가 될 수도 있고 충전기(50)와 독립적인 구성요소가 될 수도 있다. 도 9의 구성에서 VIB ESS(100a)는 그리드 전체의 전력을 보조할 수 있다. VIB ESS(100b)는 전력 그리드 최대 출력량에 대한 정보를 저장한다. 그리고 VIB ESS(100b)는 그리드 전체 소모 전력량을 전력측정기(205)로부터 수신할 수 있다. 또는 VIB ESS(100b)는 ESS 외 부하 사용량의 측정값을 수신하여 그리드 사용 가능 전력량을 판단할 수 있다. VIB ESS(100b)는 그리드 전체 소모 전력량에 대한 정보를 수신하거나 또는 ESS 외 부하 사용량의 측정값을 수신하여 VIB ESS(100b)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.
ESS 외 부하는 VIB ESS(100b) 및 충전기(50) 외의 전력 사용에 대한 부하를 지시하며, 건물 내에서의 전력 사용, 집, 서버, 지하철 등의 전력 사용 등 프라이머리 전력 영역(40b) 내에서의 부하를 의미한다.
그리드 최대 전력량에 대한 정보는 미리 VIB ESS(100b)에 입력될 수 있으며, 그리드 최대 전력량이 변경될 경우 VIB ESS(100b)는 변경된 값을 저장한다. 입력된 값은 ESS(100b) 내에 저장되어 일정 기간 유지될 수 있다. VIB ESS(100b)는 380V AC/150KW 등의 방식으로 그리드 최대 전력량(Grid_Max) 정보를 저장할 수 있다.
도 10의 실시예를 적용할 경우, 전원(10)과 같은 그리드는 에너지 저장장치(100b), 충전기(50) 및 에너지 저장장치와 충전기를 제외한 기타 부하(ESS 외 부하)에 전력을 공급한다. 또한, 에너지 저장장치(100b)는 그리드, 에너지 저장장치(100b), 충전기(50) 및 기타 부하(ESS 외 부하)의 전력량을 측정하는 하나 이상의 전력측정기(205, 211, 212, 220)를 포함할 수 있다.
그리고, 에너지 저장장치(100b)의 컨트롤러는 전력측정기(205, 211, 212, 220)가 측정한 그리드의 전력량 또는 기타 부하의 전력량 중 어느 하나 이상을 이용하여 에너지 저장 모듈의 충전 또는 방전을 결정하거나, 충전기 또는 기타 부하로 전력을 공급하는 것을 결정할 수 있다.
기타 부하(ESS 외 부하)의 전력량으로 그리드의 전력량을 확인할 수 있는 실시예의 경우, 에너지 저장장치(100b)는 ESS 외 부하에 배치된 전력측정기(220)가 측정한 값을 이용하여 에너지 저장 모듈의 충전 또는 방전을 결정하거나, 충전기 또는 기타 부하로 전력을 공급하는 것을 결정할 수 있다.
한편, 기타 부하의 전력량으로 그리드의 전력량을 확인할 수 없거나 또는 그리드의 전력량을 오차 없이 실시간으로 확인하는 것이 필요할 경우, 에너지 저장장치(100b)는 전원(10)에 배치된 전력측정기(205)가 측정한 값을 이용하여 에너지 저장 모듈의 충전 또는 방전을 결정하거나, 충전기 또는 기타 부하로 전력을 공급하는 것을 결정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 그리드 내의 전력 사용 증가 상황에 대응하여 ESS가 동작하는 과정을 보여주는 도면이다.
컨트롤러(150)는 그리드에서 사용 가능한 최대 전력량(Grid_Max)을 저장한다(S321). 이는 전술한 전원(10)이 최대 전력량에 관한 정보를 컨트롤러(150)에 제공할 수 있다. 또는 전원(10)의 최대 전력량이 미리 컨트롤러(150)에 입력될 수 있다.
이후 전력측정기(220)는 프라이머리 전력 영역의 전력 사용량(Primary_Usage)을 측정하고, 컨트롤러(150)는 N 시간 이내에 예상 사용량을 산출한다(S322). 컨트롤러(150)는 프라이머리 전력 영역의 전력 사용량(Primary_Usage) 정보를 누적 저장할 수 있다. 컨트롤러(150)는 프라이머리 전력 영역의 전력 사용량(Primary_Usage)을 실시간으로 모니터링하여 전력 사용량이 증가하는 경우 N 시간 이내의 예상 사용량을 산출한다.
이때 계절적 요인을 반영하여 컨트롤러(150)는 예상 사용량을 산출할 수 있다. 일 실시예로 컨트롤러(150)는 해당 공간(건물, 집 등)에서 에어컨을 사용할 가능성이 높은 시간대에 대한 정보(예를 들어 오후 2시~오후 4시 등)에 기반하여 예상 사용량을 산출할 수 있다.
그 결과 컨트롤러(150)는 현재 프라이머리 전력 영역의 전력 사용량(Primary_Usage)은 안정적인 범위에 속하거나 기준치 이하이지만 N 시간 이내 예상 사용량이 안정적인 범위를 벗어나거나 기준치를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S323). 이 경우, 컨트롤러(150)는 전력 사용량의 증가에 대비하여 프라이머리 전력 영역의 전력 사용량(Primary_Usage)을 보조할 수 있는 대기 모드를 진행한다.
컨트롤러(150)는 충전기(50)가 사용 중인지 확인한다(S324). 충전기(50)가 사용 중인 경우 그리드 전력 만으로 충전을 진행하도록 제어할 수 있다.(S325). 이는 프라이머리 전력 영역의 전력 사용을 보조할 수 있도록 에너지 저장장치(100)에 충전된 전력을 보존하기 위함이다.
또한 충전기(50)가 사용 중이지 않거나, 또는 충전기(50)가 그리드 전력 만으로 충전을 진행하는 경우, 컨트롤러(150)는 에너지 저장장치(100)의 SOC를 측정한다(S326). 측정 결과 에너지 저장장치(100)의 SOC가 기준값 이하인 경우(S327) 에너지 저장장치(100) 충전을 진행한다(S328).
도 11의 프로세스를 적용할 경우, 프라이머리 전력 영역의 전력 사용량(Primary_Usage)이 증가할 경우 에너지 저장장치(100)가 전력을 보조할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 ESS 구성을 보여주는 도면이다. 외부로부터 공급되는 전력은 지락차단장치(Ground Fault Device, GFD)(127d) 및 스위치기어(Switch Gear)(125d)를 경유하여 배터리 팩(110d)으로 인가된다. 스위치기어(125d)의 세부 구성으로 SMPS(Switched-Mode Power Supply)(121d)와 팩 BMS(120d)를 일 실시예로 한다. 팩 BMS(120d)는 제어 및 센싱을 수행할 수 있는데, LED와 릴레이(Relay)를 제어할 수 있고 전류와 전압을 센싱할 수 있다. 도 12에서 스위치 기어(125d)와 PMS(130d)가 컨트롤러를 구성할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 충전기의 구성을 보여주는 도면이다.
충전기 제어부(550)는 충전기(50)의 동작을 제어하며, 충전기(50)를 구성하는 다양한 구성요소들(510, 520, 530, 540)를 제어한다.
인터페이스부(510)는 충전기(50)로부터 전기차, 전기자전거 등 각종 장치들을 충전시키는 과정에서 사용자가 정보를 입력하거나 확인할 수 있도록 인터페이스룰 제공한다. 인터페이스부(510)는 터치스크린과 버튼 등으로 구성될 수 있다.
통신부(520)는 외부 장치들과 정보를 송수신한다. 통신부(520)는 ESS(100) 또는 PMS(130) 등으로부터 현재 가용 전력 상황, 그리고 입력된 전력이 그리드 또는 ESS로부터 입력되는지에 대한 정보 등을 수신할 수 있다. 또한, 통신부(520)는 충전기(50)가 현재 충전을 진행하고 있는 상황에 관련된 정보들을 ESS(100) 또는 PMS(130) 등에게 전송할 수 있다. 또는 통신부(520)는 다른 충전기에게 현재 충전을 진행하고 있는 상황에 관련된 정보들을 전송할 수 있다.
충전부(530)는 다른 장치(전기차, 전기자전거, 전자제품 등)를 충전시킨다. 전원부(540)는 외부로부터 전력을 공급받아 충전부(530)에게 제공한다.
충전기 제어부(550)는 전원부(540)가 공급받는 전력의 소스에 따라 충전과 관련된 금액, 시간, 옵션 등을 인터페이스부(510)에 출력시킨다. 충전기 제어부(550)는 전원부(540)가 공급받는 전력의 소스, 인터페이스부(510)에서 설정된 충전 옵션 등에 따라 충전부(530)를 제어할 수 있다.
충전기 제어부(550)는 공급 소스의 종류에 따라 충전 금액 또는 충전 시간의 과금 단위를 결정한다. 충전부(530)는 인터페이스부(510)에서 선택된 시간 또는 금액에 따라 충전을 진행한다.
본 발명의 특징 일부 또는 전부를 활용하여 ESS나 전기차 충전소에서 사용자의 충전 과정에서 발생하는 사용되는 전력사용 내역을 분석하여 실제 충전된 전력만큼 과금이 가능하고, 전력 사용상태 분석 및 전력손실을 확인할 수 있는 배터리 충전 관리 시스템에 활용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기와 같은 배터리 충전 관리시스템은 ESS로부터 송출되는 전력에 대한 사용 또는 소비내역을 파악하여 에너지 사용이나 손실에 관한 정보를 분석하는 수단을 포함할 수 있다. 이러한 전력사용정보 분석수단은 ESS로부터 송출되는 전력에 대한 이상발생 뿐만 아니라 그 송출되는 전력을 실제 사용전력과 송출전력과의 차이로 인한 문제를 해결할 수 있다.
ESS 운영 시스템에 있어서 전력 그리드로부터 ESS의 배터리까지 전력이 공급되도록 다양한 제어가 이루어지기 위해서는 배터리 내부, 배터리 외부, 주변 환경 및 시스템 전체에 대한 여러가지 측정, 확인, 감시 및/또는 모니터링을 각 단계(레벨)별로 수행하여야 한다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 의하면, 상기 모니터링 레벨은 4개의 레벨을 포함할 수 있다. 각 레벨은 네트워크 통신선으로 연결이 되어 상호 신호를 주고받거나 명령을 하달 또는 시행하는 기능을 갖는다.
도 14는 본 발명의 특징 일부 또는 전부를 ESS 보안 관리시스템에 적용한 예로서, 모니터링 레벨을 레벨 1 내지 레벨 4로 구성한 경우의 운용상태 관리범위를 예시적으로 도시한 개념도이다.
본 발명 적어도 하나의 실시예에 의하면, 상기 모니터링 레벨은 배터리에 바로 연결된 BMS를 포함하는 레벨 1; 상기 레벨 1을 포함하고 레벨 1의 BMS를 묶어 연결되는 마스터 BMS를 포함하는 레벨 2; 상기 레벨 2를 포함하고 냉난방, 부하, 그리드 중 하나이상에 대한 제어가 이루어지는 전력 관리 시스템(PMS)을 포함하는 레벨 3; 및 상기 레벨 3을 포함하고 다양한 지역의 ESS, 전력 시스템 중 하나이상을 관제하는 최상위 레벨의 에너지 관리 시스템(EMS)을 포함하는 레벨 4 중에서 하나이상을 포함할 수 있다. 이러한 모니터링 레벨을 4단계로 구성하는 경우 구체적으로는 다음과 같이 다단의 레벨을 구성할 수 있다.
이러한 4단계 레벨을 활용하는 ESS의 배터리 충전 관리시스템에서, 실제충전전력 및 기타 전력(예로, 히터용 전력, BMS 밸런싱 전력, V2L 전력, 외부유출 손실전력, 등)과 관련된 전력사용 정보를 수집하는 전력사용정보 수집부와, 상기 전력사용정보 수집부에서 수집된 정보를 구분 또는 분석하는 정보분석부와, 이러한 분석결과를 토대로 충전중지 또는 충전상태 컨트롤을 수행하도록 충전실행부를 포함하여 베터리 충전 관리를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징 일부 또는 전부를 활용하여 전기에너지 공급방법과 그 시스템에 적용할 수 있다. 더욱 상세하게는 전력공급원으로부터 전기를 공급받는 그리드(Grid)를 통해 에너지 저장장치(ESS)를 포함하는 전기에너지 저장 또는 전기에너지 소비 영역에 효율적으로 전력을 공급하도록 하는 전기에너지 공급방법과 이를 이용하는 전기에너지 공급장치와 공급시스템에 관한 것이다.
또한, 그리드와 ESS로부터 전력 공급을 함에 있어서, 소비전력량과 잔여 전력량 등에 대한 정보를 수집 평가하여 ESS의 충방전이나 그리드로부터의 전기에너지 공급 등을 효율적으로 제어 관리할 수 있어서, 그리드의 전력량을 최적화할 수 있고, 과전력이나 피크 전력으로 인한 손실을 최적화 및 최소화할 수 있으며, 그리드 과부화를 억제할 수 있다. 또한, 그리드와 ESS의 상호 보완 관계가 유지될 수 있어서, 그리드의 전체 공급 전력량이 부족하거나 순간적인 정전, 단전 현상에도 고출력이 가능하므로 계통 전력의 안정적 수급이 가능한 장점이 있다.
도 15는 그리드로부터 ESS와 전력 소비영역으로 전력을 공급하고 ESS의 PMS에서 획득되는 소비 가능전력에 관한 정보와 전력소비영역에 전력공급을 제어하고 ESS 충방전 관리를 포함하는 전기에너지 공급을 수행하는 시스템을 예시적으로 도시한다.
그리드를 통해 전력을 공급받아 충방전을 시행하는 ESS와, ESS 또는 그리드 중 하나이상의 전력 소스로부터 전력을 공급받는 충전기(charger)와 ESS 외 부하의 전력이 공급되는 부대설비를 포함하되 그리드에서 출력가능한 최대출력 가능 전력을 기억하는 단계; 부대설비의 ESS 외 부하의 사용 전력량을 측정 또는 수신하는 단계; 그리드의 사용 전력량을 측정하는 단계; 상기 각 단계에서 수집된 전력 정보를 바탕으로, ESS의 충전 또는 방전을 제어하는 단계를 포함하는 전기에너지 공급시스템을 제공할 수 있다.
예컨대, LIB의 경우, 고출력시 발열 및 배터리 수명에 영향이 있으나 바나듐 이온 배터리(VIB)의 경우 안정적인 고출력이 가능하다. 또한, LIB의 경우 1C충전 1C방전 등의 제한이 있으나 바나듐 이온 배터리(VIB)는 고출력으로 입출력 유동 제어가 가능하며, 예를 들어 그리드의 정전 발생 시, 바나듐 이온 배터리(VIB)를 이용하는 ESS는 그리드와 충전기 모두 고출력으로 보조가 가능하므로 특히 바나듐 이온 배터리(VIB)를 적용하는 ESS의 경우 매우 효율적으로 ESS 충방전 관리가 가능한 것이다. 특히, 바나듐 이온 배터리(VIB)의 경우 과부하로 인한 화재위험이 없으므로, 이러한 바나듐 이온 배터리(VIB)를 본 발명의 ESS에 적용하는 경우 다양한 부대설비에서 본 발명의 전기에너지 공급시스템이 안전을 담보하면서 바람직하게 적용될 수 있다는 점에서 매우 효과적인 전력공급 시스템이라고 할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 안전하고 효율적인 에너지 공급이 가능하기 때문에, 에너지 절약이나 에너지 환경, 탄소중립의 실현 등에서 매우 효과적이고 안전하면서도 친환 경적인 에너지 공급수단으로 활용될 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 특징 일부 또는 전부를 활용하여 High C-Rate 출력 및 출력에 따른 셀 밸런싱(cell balancing) 제어를 수행할 수도 있다.
도 16은 특정 부하에 대하여 ESS의 충방전이 높은 C-rate로 이루어지며, ESS 내부 배터리의 셀들에 대하여 다양한 셀 편차를 예시적으로 나타내는 <1>, <2> 및 <3>의 경우를 보여주는 개념도이다.
본 발명자들은 높은 C-rate 충/방전시 셀 편차 발생 확률 및 편차 전압 증가하는 문제를 인식하였다. 해결방안으로써 펄스 폭 변조(PWM)로 밸런싱 전류량을 조절할 수 있는데, 높은 C-rate시 최대 전류량 밸런싱, 낮은 C-rate시 최소한의 전류량으로 밸런싱, 등의 방식으로 제어할 수 있다.
그 결과, 밸런싱 전류를 유동적으로 제어하므로, 안정적인 높은 C-rate 유지가 가능하다. 예를 들어, 셀 편차가 발생되는 셀들이 많을 경우, 특정 셀에 대하여 조금 더 많이 밸런싱 되도록 PWM 제어를 수행할 수도 있다.
구체적인 밸런싱 방식은 다양하게 적용될 수 있고 제한되지 않으며, 유동적으로 밸런싱 전류를 조절하는 것이 근본적으로 중요하다. 또한, 밸런싱 전류 제한 소자의 저항 값을 밸런싱 스위치 소자를 보호할 수 있는 선에서 최대한으로 낮춘 뒤, PWM 제어를 통한 전류 제어를 통해 밸런싱 전류를 제어할 수도 있다.
또한, 본 발명자들은 높은 C-rate 충/방전시 과방전 되는 셀이 많아질 경우 셀 모니터링 BMS 동작 중지 우려가 발생할 수 있다는 문제도 인식하였다.
기존 구성 또는 종래기술에서는 같이 배터리 전원 사용시 고출력 방전을 할 경우 BMS의 입력 전원 변동으로 안정적인 동작이 불가능하였다. 즉, BMS의 전원 공급이 차단될 경우 통상 ESS 전력이 차단되므로, 고출력 방전시 많은 어려움 발생하였다. 또한, 기존/종래기술처럼 외부 전원을 사용할 경우, 다수의 커넥터 와이어 등의 부품 추가, 여기에 필요한 제조공정 공정 추가, 및 전반적인 비용 추가로 인한 단가 상승의 문제가 있다.
그 해결방안으로써 최소 전압만 입력되면 BMS가 정상 동작 할 수 있도록 승압 회로를 구성할 수 있다는 점을 착안하였다. 배터리 전압을 1차적으로 입력 받고, 입력 받은 전압을 BMS가 동작할 수 있는 전압으로 변경(승압)하여 BMS 전원 입력으로 제공하면 된다.
그 결과, 배터리의 편차 발생시에도 BMS는 안정적인 동작 가능하고, 다수의 과방전 배터리 발생시에도 BMS는 안정적인 동작이 가능하며, BMS의 내부 회로기판에 소수의 소자만 추가되므로 단가 상승 최소화 및 특별한 공정 추가 없이 구현 가능하다.
본 발명의 실시예들은 다음과 같이 설명할 수도 있다.
적어도 일부 실시예는, 전력 그리드 및 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나로부터 전력을 받고 충전기를 통하여 전기차 충전 절차를 수행하며,
상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법을 제시한다.
여기서, 본 발명의 일부 특징은 전기차를 충전하는 동안 ESS 충전 또는 방전 후, 충전 전환을 수행할 수 있다. 이는, 저속 충전하는 차량을 대응하기 위해, 전기차 중전 중에 ESS 충전도 동시에 또는 함께 진행하기 위함이다. 전기차의 충전 속도가 저속, 고속, 초고속, 완속, 급속 등이라는 것은 해당 전기차 충전 시스템의 사양, 용량, 운영, 상업적 적용, 배터리 종류, 충방전 기술 등에 따라 다르게 결정될 수 있다. 예를 들어, 현재 일부 전기차 충전 시스템에서는 완속 충전은 약 10 시간 이상 소요, 급속 충전은 약 1 시간 내외 등으로 정의하고 있다. 그러나, 본 발명의 특징들은 저속, 고속, 초고속, 완속, 급속 등의 충전 속도 수치가 다른 시스템들에도 충분히 적용 가능하며 예시적으로 제시된 충전 속도 명칭이나 예시적인 속도 수치에 한정되지 않는다.
상기 전기차 충전 절차는 고속 충전구간을 먼저 시작하여 이후에 저속 충전구간을 진입하며, 상기 고속 충전구간에서는 상기 전력 그리드의 전력을 주로 사용하여 상기 전기차를 충전하되 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전을 수행하여 상기 전력 그리드를 보조하며, 상기 저속 충전구간에서는 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전이 수행된다.
여기서, 고속 충전 및 저속 충전은 서로 상대적인 개념으로 전력 그리드의 전력 공급 상태, ESS의 방전 상황 등에 따라 그때 마다 가변적일 수도 있다. 전기차 충전은 기본적으로 3 가지 레벨로 나눌 수 있다. 레벨 1은 일반 콘센트를 이용할 경우에 이루어지는 저속 충전(~16A)으로 볼 수 있다. 레벨 2는 32A 전류를 이용한 충전인데 교류 전력을 차량에 충전할 때에는 한국에서 완속 충전이라고 부른다. 레벨 3는 400V 또는 그 이상의 직류를 공급하는 것으로, 한국에서 급속 충전이라고 부른다. 따라서, 전기차 충전 초반에는 전력이 상대적으로 높고 속도가 빠른 직류 공급으로 고속(급속) 충전이 되고, 후반에는 전력이 상대적으로 낮고 속도가 느린 교류 공급으로 저속(완속) 충전이 이루어진다는 것을 의미할 수 있다. 다른 방안으로, 충전이 고속 또는 저속이라는 것을 충/방전율(C-rate) 개념으로 정의하고 판단할 수도 있다.
상기 전력 그리드의 상태는 상기 전력 그리드의 계약전력과 관련 있으며, 상기 전력 그리드의 잉여 출력을 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전에 사용한다.
여기서, 계약전력(contract power)은 전력 공급사, 즉, 전력회사와 약속한 계약 용량을 의미할 수 있다. 전력회사가 수요자에게 전기를 공급할 때 전기공급규정에 의한 전기요금 외의 공급조건을 결정하고 있다. 다시 말해서, 계약전력은 고객 전기사용설비를 전력으로 환산한 값으로써 전기공급사업자(예: 한국전력공사)가 일반 소비자에게 공급하기로 동의한 전력을 의미한다. 계약전력은 전기사용신청 시 전기공급사업자에 납부하는 고객부담공사비 중에서 기본시설부담금을 산정하는 기준이 될 뿐 아니라 전기요금의 기본요금 계산 시에도 기준이 되는 값이다.
한편, 잉여 출력은 전력 그리드의 상태에 따라 가변적이다. 하나의 예로, ESS가 설치된 계통에서 요구되는 전력의 초과분을 잉여로 볼 수 있다. 이럴 경우, 본 발명에 의하면, 검출되는 전력 그리드의 잉여 출력의 일부 또는 전부를 ESS 충전에 사용될 수 있도록 제어가 실행된다.
상기 충전기의 출력이 기준 값 이하로 떨어지면, 상기 전력 그리드에서 제공되는 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)를 충전하며,상기 기준 값은 상기 전력 그리드의 계약전력과 관련 있으며, 상기 전력 그리드의 잉여 출력을 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전에 사용한다.
상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 및 방전 출력의 변화가 크기 때문에 저출력 내지 고출력 범위를 대응할 수 있는 배터리를 상기 에너지 저장장치(ESS)에 적용하여 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전 또는 충전을 수행한다.
여기서, 저출력 및 고출력은 서로 상대적인 개념으로 전력 그리드의 전력 제공 상태, ESS의 방전 상황 등에 따라 그때 마다 가변적일 수도 있다. 예시적으로, 전기차 충전 초반에는 전력이 상대적으로 높고 (즉, 고출력) 직류 공급으로 고속(급속) 충전이 되고, 후반에는 전력이 상대적으로 낮고 (즉, 저출력) 교류 공급으로 저속(완속) 충전이 이루어진다는 것을 의미할 수 있다.
상기 전기차 충전 절차동안 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전과 충전이 모두 수행되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
여기서, 방전과 충전이 모두 수행된다는 것은 함께 수행된다는 의미를 가질 수도 있다. 그러나, 충전 및 방전이 반드시 그 수행 시점이 동시에 이루어진다는 의미는 아니다. 즉, 전기차의 충전 절차가 수행되는 동안에 ESS의 방전도 이루어지고 충전도 이루어진다는 것을 의미한다.
상기 충전 과정에서 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전 및 충전은, 상기 전기차 충전의 시작 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)와 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)의 차이를 일정 수준 이하로 맞추어지도록 일정 시간 동안에 수행한다.
여기서, 충전상태(SoC)의 일정 수준이라는 것은 충전 시작/종료 때의 수준이 특정 범위 이내에 포함되면 만족하는 조건으로 볼 수도 있다. 예를 들어, 충전 시작/종료 때의 충전상태(SoC)가 서로에 대하여 20% 이내일 경우를 일정 수준 이하로 막추어진 것으로 볼 수도 있다. 에너지 저장장치(ESS)의 운용에 따라 해당 범위 백분율(%) 또는 구체적인 수치 범위는 가변적일 수 있다.
상기 충전 과정에는 고속 충전구간을 먼저 시작하여 이후에 저속 충전구간을 진입하며, 상기 고속 충전구간에서는 상기 전력 그리드의 전력을 주로 사용하여 상기 전기차를 충전하되 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전을 수행하여 상기 전력 그리드를 보조하며, 상기 일정 시간은 상기 저속 충전구간이다.
또한, 적어도 일부 실시예는, 에너지 저장장치(ESS)와 연결된 전력 그리드는 최대 전력량을 가지며, 상기 에너지 저장장치(ESS)와 상기 전력 그리드에 연결된 충전기는 전기차 충전에 요구되는 요구 전력량을 가지는 전기차 충전 시스템에 있어서, 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 크거나 같으면, 상기 최대 전력량을 초과하는 범위의 전력에 대하여 상기 에너지 저장장치(ESS)를 방전하여 상기 전기차의 충전을 수행하는 제1 단계; 및 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 작으면, 상기 최대 전력량을 밑도는 범위의 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전을 수행하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법을 제시한다.
상기 제1 단계는 고속 충전구간으로써 상기 전력 그리드의 전력을 주로 사용하여 상기 전기차를 충전하되 상기 에너지 저장장치(ESS)는 상기 전력 그리드를 보조하며, 상기 제2 단계는 저속 충전구간으로써 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전과 충전을 수행된다.
상기 전력 그리드의 상태를 판단하기 위하여, 상기 최대 전력량과 상기 요구 전력량을 비교하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 수행하여, 상기 전기차 충전의 시작 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)와 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)의 변화를 최소화시킨다.
여기서, 충전상태(SoC) 변화의 최소화는 충전 시작/종료 때의 상대적인 변화량이 특정 범위 이내에 포함되면 만족하는 조건으로 볼 수도 있다. 예를 들어, 충전 시작/종료 때의 충전상태(SoC)의 변화가 서로에 대하여 10% 이내일 경우를 변화가 최소화된 상태라고 것으로 볼 수도 있다. 에너지 저장장치(ESS)의 운용에 따라 해당 범위 백분율(%) 또는 구체적인 수치 범위는 가변적일 수 있다.
상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)를 주기적으로 감지하여, 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)에 대하여 상기 변화를 최소화시키는 수준까지 충전을 수행한다.
상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 및 방전 출력의 변화가 크기 때문에 저출력 내지 고출력 범위를 대응할 수 있는 배터리를 상기 에너지 저장장치(ESS)에 적용하여 상기 제1 단계 및 제2 단계를 수행한다.
상기 제2 단계는 상기 전력 그리드 만으로 상기 전기차의 충전을 수행하며, 상기 제2 단계 수행 중 상기 전력 그리드의 상태를 판단하여 에너지 저장장치(ESS)의 충전 수행을 결정하는 제3 단계를 더 포함한다.
추가적으로, 적어도 일부 실시예는, 충전 및 방전이 가능한 적어도 하나의 이차전지; 상기 이차전지를 충전하기 위하여 전력 그리드로부터 전력을 제공받는 입력부; 상기 이차전지를 방전하여 해당 전력을 전기차의 충전을 위한 충전기로 제공하는 출력부; 및 상기 이차전지, 상기 입력부 및 상기 출력부와 동작적으로 연결되어, 상기 전기차 충전의 시작 때의 상기 이차전지의 충전상태(SoC)와 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 이차전지의 충전상태(SoC)를 유사하게 유지하도록 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템을 제시한다.
여기서, 충전상태(SoC)를 유사하게 유지한다는 것은 충전 시작/종료 때의 상대적인 레벨/수준이 특정 범위 이내에 포함되면 만족하는 조건으로 볼 수도 있다. 예를 들어, 충전 시작/종료 때의 충전상태(SoC)의 수준이 서로에 대하여 15% 이내일 경우를 유사하게 유지된 상태라고 것으로 볼 수도 있다. 에너지 저장장치(ESS)의 운용에 따라 해당 범위 백분율(%) 또는 구체적인 수치 범위는 가변적일 수 있다.
상기 전력 그리드는 최대 전력량 및 상기 이차전지를 구비한 에너지 저장장치(ESS)와 상기 전력 그리드에 연결된 충전기는 전기차 충전에 요구되는 요구 전력량을 비교하여, 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 크거나 같으면, 상기 최대 전력량을 초과하는 범위의 전력에 대하여 상기 에너지 저장장치(ESS)를 방전하여 상기 전기차의 충전을 수행하는 제1 단계; 및 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 작으면, 상기 최대 전력량을 밑도는 범위의 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전을 수행하는 제2 단계를 수행하기 위한 제어를 상기 제어부가 제공한다.
상기 제1 단계는 고속 충전구간으로써 상기 전력 그리드의 전력을 주로 사용하여 상기 전기차를 충전하되 상기 에너지 저장장치(ESS)는 상기 전력 그리드를 보조하며, 상기 제2 단계는 저속 충전구간으로써 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전과 충전을 모두 수행하기 위한 제어를 상기 제어부가 제공한다.
상기 입력부, 상기 출력부 및 상기 제어부를 구비함으로써, 기존의 리튬 배터리를 적용한 에너지 저장장치(ESS)의 용량보다 더 작은 용량의 이차전지로 상기 에너지 저장장치(ESS)를 구현할 수 있다.
여기서, 기존 LIB 대비 더 작은 용량이라고 하는 것은, 다른 조건들이 동일하다는 가정하에 이차전지가 유사한 또는 대등한 성능을 발휘할 수 있도록 필요한 용량이 더 작은 이차전지를 이용할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 이차전지의 충전 및 방전 출력의 변화가 크기 때문에 저출력 내지 고출력 모두 대응이 가능한 바나듐 이온 배터리(VIB)를 상기 이차전지로 구현된다.
또 추가적으로, 본 발명의 실시예는, 에너지 저장장치(ESS)와 연결된 전력 그리드는 최대 전력량을 가지며, 상기 에너지 저장장치(ESS)와 상기 전력 그리드에 연결된 충전기는 전기차 충전에 요구되는 요구 전력량을 가지는 전기차 충전 시스템에 있어서, 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 작으면, 상기 최대 전력량을 밑도는 범위의 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전을 수행하는 제2 단계를 포함하며, 상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법을 제시한다.
상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 크거나 같으면, 상기 최대 전력량을 초과하는 범위의 전력에 대하여 상기 에너지 저장장치(ESS)를 방전하여 상기 전기차의 충전을 수행하는 제1 단계를 더 포함한다.
발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적 범위 내에서 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 반도체 기록소자를 포함하는 저장매체를 포함한다. 또한 본 발명의 실시예를 구현하는 컴퓨터 프로그램은 외부의 장치를 통하여 실시간으로 전송되는 프로그램 모듈을 포함한다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변환 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 전력 그리드 및 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나로부터 전력을 받고 충전기를 통하여 전기차 충전 절차를 수행하며,
    상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기차 충전 절차는 고속 충전구간을 먼저 시작하여 이후에 저속 충전구간을 진입하며, 상기 고속 충전구간에서는 상기 전력 그리드의 전력을 주로 사용하여 상기 전기차를 충전하되 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전을 수행하여 상기 전력 그리드를 보조하며, 상기 저속 충전구간에서는 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전이 수행되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전력 그리드의 상태는 상기 전력 그리드의 계약전력과 관련 있으며, 상기 전력 그리드의 잉여 출력을 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전에 사용하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 충전기의 출력이 기준 값 이하로 떨어지면, 상기 전력 그리드에서 제공되는 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)를 충전하며,
    상기 기준 값은 상기 전력 그리드의 계약전력과 관련 있으며, 상기 전력 그리드의 잉여 출력을 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전에 사용하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 및 방전 출력의 변화가 크기 때문에 저출력 내지 고출력 범위를 대응할 수 있는 배터리를 상기 에너지 저장장치(ESS)에 적용하여 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전 또는 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전과 충전이 모두 수행되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 충전 과정에서 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전 및 충전은, 상기 전기차 충전의 시작 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)와 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)의 차이를 일정 수준 이하로 맞추어지도록 일정 시간 동안에 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 충전 과정에는 고속 충전구간을 먼저 시작하여 이후에 저속 충전구간을 진입하며, 상기 고속 충전구간에서는 상기 전력 그리드의 전력을 주로 사용하여 상기 전기차를 충전하되 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전을 수행하여 상기 전력 그리드를 보조하며, 상기 일정 시간은 상기 저속 충전구간인 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  9. 에너지 저장장치(ESS)와 연결된 전력 그리드는 최대 전력량을 가지며, 상기 에너지 저장장치(ESS)와 상기 전력 그리드에 연결된 충전기는 전기차 충전에 요구되는 요구 전력량을 가지는 전기차 충전 시스템에 있어서,
    상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 크거나 같으면, 상기 최대 전력량을 초과하는 범위의 전력에 대하여 상기 에너지 저장장치(ESS)를 방전하여 상기 전기차의 충전을 수행하는 제1 단계; 및
    상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 작으면, 상기 최대 전력량을 밑도는 범위의 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전을 수행하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 단계는 고속 충전구간으로써 상기 전력 그리드의 전력을 주로 사용하여 상기 전기차를 충전하되 상기 에너지 저장장치(ESS)는 상기 전력 그리드를 보조하며, 상기 제2 단계는 저속 충전구간으로써 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전과 충전을 수행되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전력 그리드의 상태를 판단하기 위하여, 상기 최대 전력량과 상기 요구 전력량을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 수행하여, 상기 전기차 충전의 시작 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)와 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)의 변화를 최소화시키는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전상태(SoC)를 주기적으로 감지하여, 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 에너지 저장장치(ESS)에 대하여 상기 변화를 최소화시키는 수준까지 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 및 방전 출력의 변화가 크기 때문에 저출력 내지 고출력 범위를 대응할 수 있는 배터리를 상기 에너지 저장장치(ESS)에 적용하여 상기 제1 단계 및 제2 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제2 단계는 상기 전력 그리드 만으로 상기 전기차의 충전을 수행하며, 상기 제2 단계 수행 중 상기 전력 그리드의 상태를 판단하여 에너지 저장장치(ESS)의 충전 수행을 결정하는 제3 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  16. 충전 및 방전이 가능한 적어도 하나의 이차전지;
    상기 이차전지를 충전하기 위하여 전력 그리드로부터 전력을 제공받는 입력부;
    상기 이차전지를 방전하여 해당 전력을 전기차의 충전을 위한 충전기로 제공하는 출력부; 및
    상기 이차전지, 상기 입력부 및 상기 출력부와 동작적으로 연결되어, 상기 전기차 충전의 시작 때의 상기 이차전지의 충전상태(SoC)와 상기 전기차 충전의 종료 때의 상기 이차전지의 충전상태(SoC)를 유사하게 유지하도록 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전력 그리드는 최대 전력량 및 상기 이차전지를 구비한 에너지 저장장치(ESS)와 상기 전력 그리드에 연결된 충전기는 전기차 충전에 요구되는 요구 전력량을 비교하여,
    상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 크거나 같으면, 상기 최대 전력량을 초과하는 범위의 전력에 대하여 상기 에너지 저장장치(ESS)를 방전하여 상기 전기차의 충전을 수행하는 제1 단계; 및
    상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 작으면, 상기 최대 전력량을 밑도는 범위의 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전을 수행하는 제2 단계를 수행하기 위한 제어를 상기 제어부가 제공하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 단계는 고속 충전구간으로써 상기 전력 그리드의 전력을 주로 사용하여 상기 전기차를 충전하되 상기 에너지 저장장치(ESS)는 상기 전력 그리드를 보조하며, 상기 제2 단계는 저속 충전구간으로써 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 에너지 저장장치(ESS)의 방전과 충전을 모두 수행하기 위한 제어를 상기 제어부가 제공하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 입력부, 상기 출력부 및 상기 제어부를 구비함으로써, 기존의 리튬 배터리를 적용한 에너지 저장장치(ESS)의 용량보다 더 작은 용량의 이차전지로 상기 에너지 저장장치(ESS)를 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 상기 전력 그리드의 상태에 따라 상기 이차전지의 충전 및 방전 출력의 변화가 크기 때문에 저출력 내지 고출력 모두 대응이 가능한 바나듐 이온 배터리(VIB)를 상기 이차전지로 구현된 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템.
  21. 에너지 저장장치(ESS)와 연결된 전력 그리드는 최대 전력량을 가지며, 상기 에너지 저장장치(ESS)와 상기 전력 그리드에 연결된 충전기는 전기차 충전에 요구되는 요구 전력량을 가지는 전기차 충전 시스템에 있어서,
    상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 작으면, 상기 최대 전력량을 밑도는 범위의 전력으로 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전을 수행하는 제2 단계를 포함하며,
    상기 전력 그리드 및 상기 에너지 저장장치(ESS) 중에서 적어도 하나의 전력을 받아 상기 충전기를 통하여 상기 충전 절차를 수행하며 상기 전기차 충전 절차 동안 상기 전력 그리드로부터 상기 에너지 저장장치(ESS)의 충전 또는 에너지 저장장치(ESS)의 방전에서 충전으로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  22. 제22 항에 있어서, 상기 요구 전력량이 상기 최대 전력량 보다 크거나 같으면, 상기 최대 전력량을 초과하는 범위의 전력에 대하여 상기 에너지 저장장치(ESS)를 방전하여 상기 전기차의 충전을 수행하는 제1 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
PCT/KR2023/007926 2022-06-13 2023-06-09 Vib ess를 이용한 전기차 충전 장치 및 방법 WO2023243942A1 (ko)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220071734 2022-06-13
KR10-2022-0071734 2022-06-13
KR20220107295 2022-08-26
KR10-2022-0107295 2022-08-26
KR10-2022-0147628 2022-11-08
KR20220147628 2022-11-08
KR10-2023-0013341 2023-01-31
KR1020230013341A KR20230171364A (ko) 2022-06-13 2023-01-31 Vib ess를 이용한 전기차 충전 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023243942A1 true WO2023243942A1 (ko) 2023-12-21

Family

ID=89077960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/007926 WO2023243942A1 (ko) 2022-06-13 2023-06-09 Vib ess를 이용한 전기차 충전 장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230398893A1 (ko)
WO (1) WO2023243942A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130025201A (ko) * 2011-09-01 2013-03-11 한국전기연구원 중앙제어기반의 전기 자동차 충전 시스템, 및 중앙제어기반 전기자동차 충전시스템의 에너지 관리 방법
KR20180130247A (ko) * 2017-05-29 2018-12-07 디아이케이(주) 전기 자동차의 하이브리드 충전 시스템
KR101972778B1 (ko) * 2017-07-24 2019-04-26 김성두 Ess 모듈이 구비된 충전 장치
KR101973526B1 (ko) * 2018-09-20 2019-04-30 주식회사 케이디티 태양광 및 ess 조합형 전기 자동차의 충전 시스템
KR20200069122A (ko) * 2018-12-06 2020-06-16 주식회사 엘지화학 에너지저장시스템(ess)의 전력 운영 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130025201A (ko) * 2011-09-01 2013-03-11 한국전기연구원 중앙제어기반의 전기 자동차 충전 시스템, 및 중앙제어기반 전기자동차 충전시스템의 에너지 관리 방법
KR20180130247A (ko) * 2017-05-29 2018-12-07 디아이케이(주) 전기 자동차의 하이브리드 충전 시스템
KR101972778B1 (ko) * 2017-07-24 2019-04-26 김성두 Ess 모듈이 구비된 충전 장치
KR101973526B1 (ko) * 2018-09-20 2019-04-30 주식회사 케이디티 태양광 및 ess 조합형 전기 자동차의 충전 시스템
KR20200069122A (ko) * 2018-12-06 2020-06-16 주식회사 엘지화학 에너지저장시스템(ess)의 전력 운영 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20230398893A1 (en) 2023-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101972778B1 (ko) Ess 모듈이 구비된 충전 장치
WO2017043751A1 (ko) 독립형 마이크로그리드 자율제어 시스템 및 방법
WO2018074651A1 (ko) 마이크로그리드용 에너지 저장 장치에 대한 운영 장치 및 방법
WO2020122475A1 (en) Energy storage system and controlling method thereof
WO2023243943A1 (ko) Pcs를 최적 효율구간에서 운용하는 방법/장치
WO2012005464A2 (ko) 배터리 전원 공급 장치 및 그 전력 제어 방법
JP2012253952A (ja) 急速充電器、急速充電装置及び急速充電方法
WO2019107806A1 (ko) 계층형 전력 제어 시스템
CN113507162A (zh) 一种变电站直流供电系统的自动核容装置及核容方法
WO2013002438A1 (ko) 수배전반 및 이를 이용한 전력 처리 방법
KR101253600B1 (ko) 통합 무정전 전원공급장치
WO2018230831A1 (ko) 에너지 저장 시스템
WO2023243942A1 (ko) Vib ess를 이용한 전기차 충전 장치 및 방법
WO2019221361A1 (ko) 전력 관리 시스템
JP2012147529A (ja) 作業所電力制御システム
KR102039703B1 (ko) 충전 장치
JP7406437B2 (ja) 熱融通システム
JPH0919066A (ja) 分散形電源装置
WO2019235657A1 (en) Solar energy storage system divided into daytime and night mode, and its operation method and battery replacement method thereof
WO2019059487A1 (ko) 에너지 저장 시스템
WO2023243945A1 (ko) 그리드 전력을 보조하는 ess의 방법 및 장치
WO2022196846A1 (ko) 에너지저장시스템 계층형 관리시스템
KR101856628B1 (ko) 에너지 저장 시스템의 비상 제어 장치 및 그 방법
WO2024029983A1 (ko) 배터리 충전 관리 시스템 및 이를 이용한 충전 제어 방법
KR20190078550A (ko) 충전 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23824159

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1