KR102244042B1 - Stand-alone household energy storage system based on waste battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기자동자 등에 이용되었던 대용량의 폐배터리를 재활용할 수 있도록 하는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 이는 폐배터리 각각의 BMS를 슬레이브 BMS로 인식 및 등록하고, 상기 슬레이브 BMS 각각을 통해 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태를 모니터링하는 마스터 BMS; 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 일괄 방전시키는 배터리 제어부; 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 상기 폐배터리 각각의 충전 전력을 기반으로 부하 전력을 생성 및 제공하는 인버터; 및 상기 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 부하의 소비 전력을 모니터링 및 분석하여 상기 인버터를 MPPT 제어함과 동시에 상기 배터리 제어부의 동작 모드를 결정 및 조정하는 에너지 관리부를 포함할 수 있다. The present invention relates to an independent household energy storage system that enables the recycling of large-capacity waste batteries used in electric vehicles, etc., which recognizes and registers each BMS of waste batteries as a slave BMS, and uses the waste batteries through each of the slave BMSs. A master BMS to monitor the battery status of each battery; A battery control unit for adjusting a battery charging order according to the state of each battery of the waste batteries, sequentially charging the waste batteries one by one according to the battery charging order when charging the batteries, and discharging all the waste batteries at once when the batteries are discharged; An inverter generating and providing load power based on the generated power of the renewable energy system and the charging power of each of the waste batteries; And an energy management unit that monitors and analyzes the generated power of the renewable energy system and the power consumption of the load, controls the inverter to MPPT, and determines and adjusts an operation mode of the battery control unit.
Description
본 발명은 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 폐배터리를 재활용할 수 있도록 하는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a waste battery-based energy storage system, and more particularly, to a stand-alone household energy storage system that enables the recycling of the waste battery.
미래형 자동차 산업의 발전에 따라 리튬이온 배터리 기반의 전기자동차 수요가 급증할 것으로 예상되며, 수 년간 사용 후 폐기되는 대용량 폐배터리(20kW 규모 이상)에 대한 재활용 대책이 필요할 것으로 예상된다. With the development of the future automobile industry, the demand for lithium-ion battery-based electric vehicles is expected to increase rapidly, and it is expected that recycling measures for large-capacity waste batteries (20kW or more) that are disposed of after several years of use are expected.
전기 자동차의 수요 급증에 따라 많은 폐배터리가 발생하므로 환경오염이 크게 예상되며, 이를 활용하기 위한 리사이클링 재생 사업을 통해 사회적인 선순환 구조의 필요성이 크게 부각되고 있다.Due to the rapid increase in demand for electric vehicles, many waste batteries are generated, so environmental pollution is expected to be large, and the necessity of a social virtuous cycle structure through recycling and regeneration projects to utilize them has been greatly highlighted.
또한, 지구 온난화로 인한 신재생에너지 기반 가정용 독립전원 마이크로그리드 시스템 및 ESS 기반 저장장치의 개발 필요성이 크게 증대되고 있다. In addition, the necessity of developing an independent household power microgrid system and ESS-based storage device based on new and renewable energy due to global warming is greatly increasing.
따라서 전기자동차에서 버려지는 리튬이온 폐배터리를 재활용하여 태양광 기반 가정용 ESS를 구축함으로 친환경 에너지 독립 기반을 구축할 필요성이 있다.Therefore, there is a need to establish an eco-friendly energy independent foundation by recycling lithium-ion waste batteries discarded from electric vehicles to build solar-based household ESS.
그러나 종래의 기술은 ESS 장치를 위해 별도 제작된 배터리를 활용하는 기술에 대해서만 제안하고 있을 뿐, 전기자동차 등에서 사용된 후 폐기되는 대용량의 폐배터리를 재활용하는 방안에 대해서는 전혀 고려하지 못하는 한계가 있다. However, the conventional technology only proposes a technology that uses a battery manufactured separately for an ESS device, and there is a limitation in not considering a method of recycling a large-capacity waste battery that is discarded after being used in an electric vehicle.
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전기자동자 등에 이용되었던 대용량의 폐배터리를 재활용할 수 있도록 하는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템을 제공하고자 한다. Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention is to provide an independent household energy storage system capable of recycling large-capacity waste batteries used in electric vehicles and the like.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 BMS(Battery Management System)가 내장된 다수의 폐배터리를 이용하여 에너지 저장 서비스를 제공하는 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템은, 상기 폐배터리 각각의 BMS를 슬레이브 BMS로 인식 및 등록하고, 상기 슬레이브 BMS 각각을 통해 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태를 모니터링하는 마스터 BMS; 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 일괄 방전시키는 배터리 제어부; 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 상기 폐배터리 각각의 충전 전력을 기반으로 부하 전력을 생성 및 제공하는 인버터; 및 상기 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 부하의 소비 전력을 모니터링 및 분석하여 상기 인버터를 MPPT 제어함과 동시에 상기 배터리 제어부의 동작 모드를 결정 및 조정하는 에너지 관리부를 포함할 수 있다. As a means for solving the above problem, a waste battery-based energy storage system that provides an energy storage service using a plurality of waste batteries with a built-in BMS (Battery Management System) according to an embodiment of the present invention, A master BMS that recognizes and registers each BMS of each battery as a slave BMS, and monitors a battery state of each of the waste batteries through each of the slave BMSs; A battery control unit for adjusting a battery charging order according to the state of each battery of the waste batteries, sequentially charging the waste batteries one by one according to the battery charging order when charging the battery, and discharging all the waste batteries at once when the battery is discharged; An inverter generating and providing load power based on the generated power of the renewable energy system and the charging power of each of the waste batteries; And an energy management unit that monitors and analyzes the generated power of the renewable energy system and the power consumption of the load to control the inverter and at the same time determine and adjust an operation mode of the battery control unit.
상기 폐배터리는 전기자동차용 대용량 배터리인 것을 특징으로 한다. The waste battery is characterized in that it is a large-capacity battery for an electric vehicle.
상기 배터리 제어부는 배터리 충전 동작을 에너지 저장 능력이 낮은 배터리 순으로 순차 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다. The battery control unit is characterized in that the battery charging operation is sequentially performed in the order of batteries having low energy storage capacity.
상기 배터리 제어부는 SOC(state of charge)가 기 설정값 이하인 폐배터리가 검출되면, 상기 검출 폐배터리의 사용을 중단하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The battery control unit may further include a function of stopping the use of the detected waste battery when a waste battery having a state of charge (SOC) equal to or less than a preset value is detected.
상기 배터리 제어부는 상기 신재생 에너지 시스템의 출력 전압을 배터리 규격에 따라 전압 강하시켜 출력하는 강압 회로를 구비하고, CC-CV 충전 방식에 따라 배터리 충전 동작을 수행하는 충전부; 상기 폐배터리 모두가 일괄 방전하는 전압을 인버터 규격에 따라 승압시켜 출력하는 승압 회로를 구비하는 방전부; 상기 충전부와 상기 다수의 폐배터리 사이에 각각 위치되는 다수의 제1 스위치와, 상기 다수의 폐배터리와 상기 방전부 사이에 각각 위치되는 다수의 제2 스위치로 구성되는 스위칭부; 및 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 상기 충전부에 순차 연결시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 상기 방전부에 일괄 연결하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The battery control unit includes a charging unit that includes a step-down circuit for outputting a voltage drop according to a battery standard and outputs the output voltage of the renewable energy system, and performs a battery charging operation according to a CC-CV charging method; A discharge unit including a booster circuit for boosting and outputting voltages that are collectively discharged by all of the waste batteries according to an inverter standard; A switching unit including a plurality of first switches positioned between the charging unit and the plurality of waste batteries, and a plurality of second switches positioned between the plurality of waste batteries and the discharging unit; And adjusting the battery charging order according to the battery state of each of the waste batteries. When charging the battery, the waste batteries are sequentially connected to the charging unit one by one according to the battery charging order, and when the battery is discharged, all of the waste batteries are connected to the room. It characterized in that it comprises a switching control unit collectively connected to all.
상기 시스템은 신재생 에너지 시스템 생산 전력, 부하 소비 전력, 배터리 동작 모드, 폐배터리별 배터리 상태, 폐배터리별 충방전량 중 적어도 하나를 모니터링하여 사용자 안내하거나, 사용자 제어값에 따라 시스템 구동환경을 수동 조정하는 모니터링부를 더 포함할 수 있다. The system monitors at least one of renewable energy system production power, load power consumption, battery operation mode, battery status for each waste battery, and charge/discharge amount for each waste battery to guide the user or manually adjust the system driving environment according to a user control value. It may further include a monitoring unit.
상기 인버터는 헤릭 토폴로지 방식으로 구현되어, 상기 에너지 관리부에 의해 PWM 제어되는 되는 것을 특징으로 한다. The inverter is implemented in a Herrick topology method and is PWM controlled by the energy management unit.
본 발명은 전기자동자 등에 이용되었던 대용량의 폐배터리를 재활용할 수 있도록 함으로써, 가정용으로 사용되는 독립형 가정용 에너지 저장 시스템의 구현 비용을 획기적으로 감소할 수 있도록 한다. 또한 대용량의 폐배터리의 재활용을 통해 배터리 오남용으로 인한 환경 파괴를 최소화할 수 있도록 한다. The present invention makes it possible to recycle large-capacity waste batteries used in electric vehicles and the like, thereby dramatically reducing the cost of implementing an independent household energy storage system used for home use. In addition, it is possible to minimize environmental damage caused by misuse of batteries through recycling of large-capacity waste batteries.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(130)의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 화면의 일례를 도시한 도면이다. 1 is a diagram showing an energy storage system based on a waste battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an energy storage system based on a waste battery according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a detailed configuration of a battery control unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a detailed configuration of an
5 is a diagram illustrating an example of a monitoring screen according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 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. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various different forms. The present embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains, and the present invention is defined by the scope of the claims. It just becomes. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 기반의 에너지 저장 시스템을 도시한 도면이다. 1 is a diagram showing an energy storage system based on a waste battery according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 에너지 저장 시스템(100)은 BMS(Battery Management System)(210)가 내장된 다수의 폐배터리(200)를 이용하여 태양광 발전 시스템(310) 및 풍력 시스템(320)과 같은 신재생 에너지 시스템(300)의 발전 전력을 저장 및 공급할 수 있으며, 이는 마스터 BMS(110), 배터리 제어부(120), 인버터(130), 에너지 관리부(140) 및 모니터링부(160) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the
다수의 폐배터리(110)는 전기자동차용 폐 리튬이온 배터리 등과 같이, 배터리 효율이 떨어진 대용량의 배터리로 모두 구현될 수 있다. 즉, 가정용 ESS는 전기자동차에 비해 저용량의 배터리를 필요로 하는 특징을 고려하여, 본 발명은 전기자동차용 폐 리튬이온 배터리를 가정용 ESS용으로 활용하도록 한다. 이는 전기자동차용 폐 리튬이온 배터리의 효율이 저하되더라도 남아 있는 에너지 저장 능력이 가정용의 ESS로 활용되기에 충분하기 때문이다. The plurality of
그리고 폐배터리(110)에 기본 내장된 BMS(111)는 슬레이브 BMS로써 활용되며, 이는 배터리 상태(배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등)을 측정 및 통보하거나, 셀 밸런싱(Cell Balancing) 동작 등을 수행한다. In addition, the BMS 111 built into the
마스터 BMS(110)은 슬레이브 BMS(111) 각각을 인식 및 등록하고, 이들과의 통신 채널(예를 들어, 캔(CAN) 통신)을 형성하도록 한다. 그리고 슬레이브 BMS(111) 각각을 통해 획득된 배터리 상태를 기반으로 과전압 과전류를 감시하고 차단하거나, 셀 밴런싱 정보를 생성하여 슬레이브 BMS(111) 각각에 제공하도록 한다. The master BMS 110 recognizes and registers each of the slave BMS 111 and establishes a communication channel with them (eg, CAN communication). In addition, the overvoltage overcurrent is monitored and blocked based on the battery state acquired through each of the slave BMSs 111, or cell banning information is generated and provided to each of the slave BMSs 111.
배터리 제어부(120)는 마스터 BMS(110)을 통해 확인된 폐배터리(110) 각각의 배터리 상태(예를 들어, SOC(state of charge))를 기반으로 배터리 충전 순서를 조정하도록 한다. 그리고 에너지 관리부(140)의 제어하에 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 다수의 폐배터리를 하나씩 선택하여 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 다수의 폐배터리를 일괄 방전시키도록 한다. 또한 SOC가 기 설정값 이하인 폐배터리가 검출되면, 해당 폐배터리의 사용, 즉 충방전을 중단할 수 있도록 한다. The
인버터(130)는 신재생 에너지 시스템(300)의 발전 전력, 다수의 폐배터리(110)에 충전된 전력 중 적어도 하나를 이용하여, 부하에서 필요로 하는 전력을 생성 및 공급하도록 한다. The
에너지 관리부(140)는 신재생 에너지 시스템의 발전 전력, 부하의 소비 전력, 전력 수요 예측량 등을 기반으로 최대전력지점(Maximum Power Point Tracking) 을 산출하고, 이에 따라 인버터(130)를 PWM 제어하도록 한다. The
또한, 본 발명의 에너지 관리부(140)는 신재생 에너지 시스템의 발전 전력, 부하의 소비 전력, 및 배터리 충전 전력을 기반으로 배터리 제어부(120)의 동작 모드를 수시 조정할 수 있도록 한다. 즉, 잉여 전력이 발생하였거나 배터리 충전 전력이 임계치 이하가 되는 경우에는 배터리 제어부(120)가 배터리 충전 모드로 구동되도록 하고, 부족 전력이 발생하는 경우에는 배터리 제어부(120)가 배터리 방전 모드를 구동되도록 한다. 특히, 소프트 스타터 기능을 탑재하여, 충 방전시의 급격한 변동을 방지할 수도 있도록 한다. In addition, the
그리고 본 발명의 시스템은 태양광 발전 시스템(310) 및 풍력 시스템(320)의 출력 전압이 인버터 규격과 상이할 수 있음을 고려하여, 태양광 발전 시스템(310) 및 풍력 시스템(320)의 출력 전력(예를 들어, 80V, 8A)을 인버터 규격(예를 들어, 220V, 3kW)에 따라 승압(또는 강압)할 수 있도록 하는 DC/DC 컨버터(161)를 추가 구비할 수도 있도록 한다. And, considering that the output voltage of the solar
또한, 신재생 에너지 시스템이 직류 전압이 아닌 교류 전압 형태로 생산 전력을 제공하는 경우를 대비하여, 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있도록 하는 AC/DC 컨버터(162)도 추가 구비할 수 있도록 한다. In addition, in case the new and renewable energy system provides production power in the form of AC voltage instead of DC voltage, an AC/DC converter 162 for converting AC voltage to DC voltage may be additionally provided. .
뿐 만 아니라, 도 2에서와 같이 마스터 BMS(110), 배터리 제어부(120), 인버터(130), 및 에너지 관리부(140)와 동작 연계되는 모니터링부(160)를 추가 구비하고, 이를 시스템을 통해 수집 및 생성되는 모든 정보를 파악하고, 이를 사용자에게 시청각적으로 알려줄 수 있도록 한다. 예를 들어, 신재생 에너지 시스템의 생산 전력, 부하의 소비 전력, 배터리 동작 모드, 폐배터리 각각의 배터리 상태, 상기 폐배터리 각각의 충전 또는 방전량을 모니터링하여 사용자에게 시청각적으로 안내할 수 있도록 한다. In addition, as shown in FIG. 2, a
그리고 모니터링부(160)는 시스템을 통해 수집 및 생성되는 모든 정보를 기반으로 고장 발생 여부를 확인 및 통보할 수 있도록 한다. 또한 사용자 입력 수단을 구비하고, 이를 통해 사용자가 수동 입력하는 각종 제어값에 따라 시스템 구동환경을 조정할 수도 있도록 한다. 예를 들어, 배터리 구동을 일시 중지하거나, 배터리 동작 모드를 강제 변경하거나, 전력 수요 예측량을 설정 또는 변경하는 등의 동작을 수행할 수 있도록 한다. In addition, the
다만, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 단일 시스템 형태로 구현될 수 있으나, 모니터링부(160)와 같은 장치가 별도 장치로 분리되는 분산 시스템 형태로 구현될 수 있도록 한다. However, the energy storage system of the present invention may be implemented in the form of a single system, but a device such as the
이와 같이, 본 발명의 에너지 저장 시스템은 전기 자동차에 적용되는 20kW 이상의 폐배터리의 경우, 효율이 저하되어 전기자동차에서 더 이상 사용할 수 없더라도 가정용 ESS로 사용할 정도의 충분한 에너지 저장 능력을 가짐을 고려하여, 전기자동차용 폐배터리를 가정용 ESS용으로 재활용할 수 있도록 한다.As described above, in the case of a waste battery of 20 kW or more applied to an electric vehicle, the energy storage system of the present invention has sufficient energy storage capacity to be used as a household ESS even though the efficiency is lowered and can no longer be used in an electric vehicle, The used batteries for electric vehicles can be recycled for household ESS.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어부의 상세 구성을 도시한 도면이다. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a battery control unit according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 본 발명의 배터리 제어부(120)은 충전부(121), 방전부(122), 스위칭부(123), 및 스위칭 제어부(124) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
충전부(121)는 신재생 에너지 시스템의 출력 전압(예를 들어, 80V)을 배터리 규격(예를 들어, 48V)에 따라 전압 강하시켜 폐배터리(200) 각각에 순차 제공하는 강압 회로를 구비하고, 이를 통해 폐배터리 충전을 수행하도록 한다. The charging
본 발명의 충전부(121)는 배터리 충전량이 기 설정값(예를 들어, 80%) 이하인 경우에는 전류 모드(CC mode )에 따라 배터리를 충전하고, 기 설정값 보다 전압 모드(CV mode)에 따라 배터리를 충전하도록 한다. 그리고 인버터내 DC-Link가 기 설정값(예를 들어, 70V 이하)인 경우에는 충전을 보류함으로써, 부하로의 전력 공급이 항상 우선될 수 있도록 한다. The charging
방전부(122)는 다수의 폐배터리가 일괄 방전하는 전압(예를 들어, 48V)을 인버터 규격(예를 들어, 220V)에 따라 승압시켜 출력하는 승압 회로를 구비하고, 이를 통해 패배터리 방전을 수행하도록 한다. The
스위칭부(123)은 충전부(121)와 다수의 폐배터리(200) 사이에 각각 위치되어 스위칭 제어부(124)에 의해 동작 제어되는 다수의 제1 스위치(SW1)와, 다수의 폐배터리(200)와 방전부(122) 사이에 위치되어 스위칭 제어부(124)의 제어하에 동작 제어되는 다수의 제2 스위치(SW2)로 구성된다. The
스위칭 제어부(124)는 폐배터리(200) 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하도록 한다. 그리고 배터리 충전시에는 배터리 충전 순서에 따라 다수의 제1 스위치(SW1)를 순차 제어하여 폐배터리(200)를 하나씩 충전부(121)에 순차 연결시키고, 배터리 방전시에는 다수의 제2 스위치(SW2)를 일괄 제어하여 다수의 폐배터리(100)를 방전부(122)에 일괄 연결하도록 한다. The switching
이와 같이, 본 발명의 배터리 제어부(120)는 신재생 에너지 시스템의 발전 전력을 폐배터리(200)를 통해 일시 저장시킨 후 필요시에 공급해줄 수 있도록 한다. As described above, the
특히, 폐배터리의 경우, 에너지 저장 용량이 서로 상이하며, 에너지 저장 용량에 따라 충전 및 방전에 소요되는 시간이 달라짐을 고려하여, 폐배터리 방전은 일괄적으로 수행하되, 폐배터리 충전은 에너지 저장 능력이 낮은 순으로 순차 수행될 수 있도록 한다. 이러한 경우, 에너지 저장 능력이 큰 폐배터리 일부가 방전을 수행하는 동안, 에너지 저장 능력이 작은 폐배터리 일부를 충전할 수 있게 되어, 폐배터리 사용 효율이 획기적으로 증대될 수 있게 된다. In particular, in the case of waste batteries, the energy storage capacity is different from each other, and taking into account that the time required for charging and discharging varies depending on the energy storage capacity, discharging of the waste battery is performed collectively, but charging the waste battery is an energy storage capacity This allows them to be executed sequentially in low order. In this case, while a portion of the waste battery having a large energy storage capacity performs discharging, it is possible to charge a portion of the waste battery having a small energy storage capacity, so that the efficiency of using the waste battery can be remarkably increased.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(130)의 상세 구성을 도시한 도면이다. 4 is a diagram showing a detailed configuration of an
도 4를 참고하면, 본 발명의 인버터(130)는 헤릭 토폴로지(heric topology) 방식으로 구현되며, 4개의 트랜지스터(S1~S4)로 구성된 제1 브릿지 회로(131), 제1 브릿지 회로의 양 출력단 사이에 연결된 4개의 다이오드(D1~D4)로 구성된 제2 브릿지 회로(132), 제2 브릿지 회로(132)에 병렬 연결된 2개의 트랜지스터(S5,S6), 제1 브릿지 회로(131)의 양 출력단 각각에 연결된 2개의 인덕터(Lr), 2개의 인덕터(Lr) 사이에 연결된 DC-Link(Cr) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
이와 같이 구성되는 본 발명의 인버터(130)는 에너지 방전시에는 제1 브릿지 회로(131)의 상단 S1,S3는 주 PWM(Pulse Width Modulation)으로 하고 하단 S2,S4는 S1,S3을 보조하여 셀프 레그 오프(Self Leg Off) 시에는 통전 상태를 유지하도록 한다. 헤릭 토폴로지용 S5,S6는 출력 전위에 따라 온/오프 하여 헤릭 기능을 수행하도록 한다. In the
그리고 에너지 충전 시에는 S1, S3을 Off 상태로 유지하고 S2,S4에 의해 승압 기능을 수행하여 DC-Link(Cr)의 전압을 충전가능, 또는 Sola DC Bus와 균형을 이룰 수 있도록 설정치 혹은 플러그 앤 플레이(Plug&Play)에서 조절된 전압으로 상승시키도록 한다. And during energy charging, it is possible to charge the voltage of DC-Link (Cr) by maintaining the S1, S3 in the Off state and performing a boost function by S2, S4, or to achieve a balance with the Sola DC Bus. Make it rise to the regulated voltage in Plug&Play.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 화면의 일례를 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating an example of a monitoring screen according to an embodiment of the present invention.
도 5을 참고하면, 본 발명은 모니터링부(160)는 배터리 모니터링 메뉴, 인버터 모니터링 메뉴, 동작 설정 메뉴, 경보 기록 열람 메뉴 등과 같은 각종 메뉴를 구비하는 모니터링 화면을 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the present invention, the
배터리 모니터링 메뉴를 통해서는 폐배터리 각각의 상태값, 폐배터리에 기반한 전력 충방전량 등을 사용자에게 안내할 수 있도록 한다. 또한 SOC가 기 설정값 이하로 저하되는 폐배터리가 검출되면, 해당 폐배터리의 사용이 더 이상 불가능함을 확인하여, 사용자에게 해당 배터리의 교체를 요청하는 경보 메시지를 생성 및 제공할 수 있도록 한다. Through the battery monitoring menu, the status value of each waste battery and the amount of power charging and discharging based on the waste battery can be guided to the user. In addition, when a waste battery whose SOC falls below a preset value is detected, it is confirmed that the use of the waste battery is no longer possible, so that an alarm message requesting replacement of the battery can be generated and provided to the user.
그리고 인버터 모니터링 메뉴를 통해서는 신재생 에너지 시스템의 전력 생산량, 인버터 입력 전력(즉, DC 버스를 통해 인버터에 입력되는 전력(예를 들어, 신재생 에너지 시스템의 생산 전력, 배터리의 방전 전력), 인버터 출력 전력 등을 사용자 안내하도록 한다. In addition, through the inverter monitoring menu, the power output of the renewable energy system, the inverter input power (i.e., the power input to the inverter through the DC bus (e.g., the production power of the renewable energy system, the discharge power of the battery), the inverter) User guide the output power, etc.
동작 설정 메뉴를 통해서는 사용자에 의해 수동 조작될 수 있는 인터페이싱 수단을 구비하고, 이를 통해 획득되는 사용자 제어값에 따라 배터리 구동을 일시 중지하거나, 배터리 동작 모드를 강제 변경하거나, 전력 수요 예측량을 설정 또는 변경할 수 있도록 한다. Through the operation setting menu, an interfacing means that can be manually operated by the user is provided, and the battery operation is temporarily suspended, the battery operation mode is forcibly changed, or the predicted amount of power demand is set or Make it possible to change it.
경보 기록 열람 메뉴를 통해서는 사용자가 시간, 장치 등의 기준으로 고장 발생 내역, 폐배터리 교체 요청 내역 등을 검색 및 열람할 수 있도록 한다. Through the alarm record browsing menu, the user can search and read the failure occurrence history and the request for replacement of the waste battery based on time and device.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (7)
상기 폐배터리 각각의 BMS를 슬레이브 BMS로 인식 및 등록하고, 상기 슬레이브 BMS 각각을 통해 상기 폐배터리 각각의 배터리 상태를 모니터링하는 마스터 BMS;
상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 순차 충전시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 일괄 방전시키는 배터리 제어부;
신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 상기 폐배터리 각각의 충전 전력을 기반으로 부하 전력을 생성 및 제공하는 인버터; 및
상기 신재생 에너지 시스템의 발전 전력과 부하의 소비 전력을 모니터링 및 분석하여 상기 인버터를 MPPT 제어함과 동시에 상기 배터리 제어부의 동작 모드를 결정 및 조정하는 에너지 관리부를 포함하며,
상기 배터리 제어부는
상기 신재생 에너지 시스템의 출력 전압을 배터리 규격에 따라 전압 강하시켜 출력하는 강압 회로를 구비하고, CC-CV 충전 방식에 따라 배터리 충전 동작을 수행하는 충전부;
상기 폐배터리 모두가 일괄 방전하는 전압을 인버터 규격에 따라 승압시켜 출력하는 승압 회로를 구비하는 방전부;
상기 충전부와 상기 다수의 폐배터리 사이에 각각 위치되는 다수의 제1 스위치와, 상기 다수의 폐배터리와 상기 방전부 사이에 각각 위치되는 다수의 제2 스위치로 구성되는 스위칭부; 및
상기 폐배터리 각각의 배터리 상태에 따라 배터리 충전 순서를 조정하고, 배터리 충전시에는 상기 배터리 충전 순서에 따라 상기 폐배터리를 하나씩 상기 충전부에 순차 연결시키고, 배터리 방전시에는 상기 폐배터리 모두를 상기 방전부에 일괄 연결하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템. In an independent household energy storage system based on a waste battery that provides an energy storage service using a plurality of waste batteries with built-in BMS (Battery Management System),
A master BMS that recognizes and registers each BMS of the waste battery as a slave BMS, and monitors the battery state of each of the waste batteries through each of the slave BMSs;
A battery control unit for adjusting a battery charging order according to the state of each battery of the waste batteries, sequentially charging the waste batteries one by one according to the battery charging order when charging the battery, and discharging all the waste batteries at once when the battery is discharged;
An inverter generating and providing load power based on the generated power of the renewable energy system and the charging power of each of the waste batteries; And
An energy management unit that monitors and analyzes the generated power of the renewable energy system and the power consumption of the load, controls the inverter to MPPT, and determines and adjusts an operation mode of the battery control unit,
The battery control unit
A charging unit having a step-down circuit for outputting a voltage drop according to a battery standard and outputting the output voltage of the renewable energy system, and performing a battery charging operation according to a CC-CV charging method;
A discharge unit including a booster circuit for boosting and outputting voltages that are collectively discharged by all of the waste batteries according to an inverter standard;
A switching unit including a plurality of first switches positioned between the charging unit and the plurality of waste batteries, and a plurality of second switches positioned between the plurality of waste batteries and the discharging unit; And
The battery charging order is adjusted according to the battery state of each of the waste batteries, and when the battery is charged, the waste batteries are sequentially connected to the charging unit one by one according to the battery charging order, and when the battery is discharged, all of the waste batteries are connected to the discharge unit. Waste battery-based independent household energy storage system comprising a switching control unit collectively connected to the.
전기자동차용 대용량 배터리인 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the waste battery
An independent household energy storage system based on a waste battery, characterized in that it is a large-capacity battery for an electric vehicle.
배터리 충전 동작을 에너지 저장 능력이 낮은 배터리 순으로 순차 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the battery control unit
A waste battery-based independent household energy storage system, characterized in that the battery charging operation is sequentially performed in the order of batteries having low energy storage capacity.
SOC(state of charge)가 기 설정값 이하인 폐배터리가 검출되면, 상기 검출 폐배터리의 사용을 중단하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the battery control unit
When a waste battery having a state of charge (SOC) equal to or less than a preset value is detected, the waste battery-based independent household energy storage system further comprises a function of stopping the use of the detected waste battery.
신재생 에너지 시스템 생산 전력, 부하 소비 전력, 배터리 동작 모드, 폐배터리별 배터리 상태, 폐배터리별 충방전량 중 적어도 하나를 모니터링하여 사용자 안내하거나, 사용자 제어값에 따라 시스템 구동환경을 수동 조정하는 모니터링부를 더 포함하는 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1,
A monitoring unit that monitors at least one of renewable energy system production power, load power consumption, battery operation mode, battery status for each waste battery, and charge/discharge amount for each waste battery to guide the user or manually adjust the system operating environment according to user control values. Waste battery-based independent household energy storage system, characterized in that it further comprises.
헤릭 토폴로지 방식으로 구현되어, 상기 에너지 관리부에 의해 PWM 제어되는 되는 것을 특징으로 하는 폐배터리 기반의 독립형 가정용 에너지 저장 시스템.The method of claim 1, wherein the inverter
A waste battery-based independent household energy storage system, characterized in that implemented in a Herrick topology method and controlled by PWM by the energy management unit.
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