KR20150073505A

KR20150073505A - 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 기동 방법

Info

Publication number: KR20150073505A
Application number: KR1020130161269A
Authority: KR
Inventors: 유환성
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-07-01
Also published as: KR101689222B1; US9893550B2; US20150180259A1

Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 기동 방법에 관한 것으로, 하나 이상의 배터리 랙을 포함하는 배터리 시스템; 및 상기 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하는 DC 콘택터(contactor); 및 상기 DC 콘택터와 연결되는 파워 서플라이를 포함하되, 상기 DC 콘택터는 상기 파워 서플라이의 전원과 상기 배터리 랙의 전원을 이용하여 기동되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템이 제공된다.

Description

에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 기동 방법{Energy storage system and starting method the same}

본 발명은 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템의 기동방법에 관한 것이다.

환경 파괴, 자원 고갈 등이 심각한 문제로 제기되면서, 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 이와 함께 발전과정에서 공해를 유발하지 않거나 적게 유발하는 신재생 에너지에 대한 관심도 높아지고 있다. 에너지 저장 시스템은 이러한 신재생 에너지, 전력을 저장하는 배터리 시스템, 그리고 기존의 계통을 연계시키는 시스템으로서, 오늘날의 환경 변화에 맞추어 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.

이러한, 에너지 저장 시스템은 전력을 저장하는 배터리 시스템과, 배터리 시스템, 발전 시스템, 계통의 전력을 적절하게 변환하여 공급하는 전력 변환 시스템을 포함한다.

에너지 저장 시스템의 기동을 위해 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류단을 연결하는 DC 콘택터(contactor)가 사용된다. DC 콘택터는 기동 시 필요로 하는 전류가 크기 때문에 에너지 저장 시스템의 오작동이 발생할 위험이 있다.

본 발명의 실시 예들이 해결하고자 하는 기술적 과제는 에너지 저장 시스템의 기동을 안정적으로 수행할 수 있는 에너지 저장 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 배터리 랙을 포함하는 배터리 시스템; 및 상기 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하는 DC 콘택터(contactor); 및 상기 DC 콘택터와 연결되는 파워 서플라이를 포함하되, 상기 DC 콘택터는 상기 파워 서플라이의 전원과 상기 배터리 랙의 전원을 이용하여 기동되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템이 제공된다.

상기 DC 콘택터와 상기 배터리 시스템 사이에 연결되는 스위치를 더 포함하며, 상기 스위치는 상기 DC 콘택터의 기동 시 온 될 수 있다.

상기 배터리 랙은 적어도 하나 이상의 랙(rack) BMS(battery management system)을 포함하며, 상기 랙 BMS는 상기 랙 BMS에 전원이 공급될 시 상기 스위치를 온 할 수 있다.

상기 랙 BMS는 상기 DC 콘택터로부터 상기 DC 콘택터의 기동 완료 신호를 수신할 수 있다.

상기 랙 BMS는 상기 기동 완료 신호 수신 시 상기 스위치를 오프 할 수 있다.

상기 DC 콘택터와 상기 스위치 사이에 연결되어, 상기 배터리 랙에 저장된 전력을 상기 DC 콘택터가 요구하는 전압레벨로 변환하여 출력하는 컨버터를 더 포함할 수 있다.

상기 컨버터는 DC-DC 컨버터일 수 있다.

상기 파워 서플라이는 SMPS(switched-mode power supply)일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템 내의 하나 이상의 배터리 랙을 포함하는 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하여 상기 에너지 저장 시스템을 기동하는 방법에 있어서, 상기 배터리 시스템의 시동을 위한 전원을 공급하는 단계; 및 상기 배터리 시스템에 전원이 공급되는 경우, 파워 서플라이의 전원과 상기 배터리 랙의 전원을 이용하여 상기 배터리 시스템과 상기 전력 변환 시스템 간의 대전류 경로 상에 연결된 DC 콘택터를 기동하는 단계를 포함하는 에너지 저장 시스템의 기동 방법을 포함할 수 있다.

상기 배터리 랙은 적어도 하나 이상의 랙(rack) BMS(battery management system)을 포함하며, 상기 랙 BMS는 상기 배터리 시스템과 상기 DC 콘택터 사이에 연결된 스위치를 제어하여 상기 배터리 랙의 전원이 상기 DC 컨택터에 공급되도록 할 수 있다.

상기 DC 콘택터를 기동하는 단계는, 상기 랙 BMS에 전원이 공급될 시, 상기 랙 BMS가 상기 스위치를 온 하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 DC 콘택터를 기동하는 단계는, 상기 랙 BMS가 상기 DC 콘택터로부터 기동 완료 신호를 수신하는 경우, 상기 랙 BMS가 상기 스위치를 오프하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 에너지 저장 시스템을 안정적으로 기동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템 및 주변 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 배터리 시스템과 전력변환 시스템간의 연결을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템과 전력 변환 시스템을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동 방법을 도시한 순서도이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템 및 주변 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2), 계통(3)과 연계하여 부하(4)에 전력을 공급한다.

발전 시스템(2)은 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템이다. 발전 시스템(2)은 생산한 전력을 에너지 저장 시스템(1)에 공급한다. 발전 시스템(2)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 등일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로 발전 시스템(2)은 상기 언급한 종류에 한정되는 것은 아니다. 태양열이나 지열 등, 신재생 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 특히 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여, 각 가정이나 공장에 분산된 에너지 저장 시스템(1)에 적용하기에 적합하다. 발전 시스템(2)은 다수의 발전 모듈을 병렬로 구비하고 발전 모듈 별로 전력을 생산함으로써 대용량 에너지 시스템을 구성할 수 있다.

계통(3)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(3)은 정상 상태인 경우, 에너지 저장 시스템(1)으로 전력을 공급하여 부하(4) 및/또는 배터리 시스템(20)에 전력이 공급되도록 하고, 에너지 저장 시스템(1)으로부터 전력을 공급받는다. 계통(3)이 비정상 상태인 경우, 계통(3)으로부터 에너지 저장 시스템(1)으로의 전력 공급은 중단되고, 에너지 저장 시스템(1)으로부터 계통(3)으로의 전력 공급 또한 중단된다.

부하(4)는 발전 시스템(2)에서 생산된 전력, 배터리 시스템(20)에 저장된 전력, 또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 소비한다. 가정이나 공장등이 부하(4)의 일 예일 수 있다.

에너지 저장 시스템(1)은 전력을 저장하는 배터리 시스템(20)과 배터리 시스템(20), 발전 시스템(2), 계통(3)의 전력을 적절하게 변환하여 공급하는 전력 변환 시스템(Power Conversion System)(10)을 포함한다.

에너지 저장 시스템(1)은 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하고, 생산한 전력을 계통(3)으로 공급할 수 있다. 에너지 저장 시스템(1)은 배터리 시스템(20)에 저장된 전력을 계통(3)으로 공급하거나, 계통(3)으로부터 공급된 전력을 배터리 시스템(20)에 저장할 수도 있다. 또한, 에너지 저장 시스템(1)은 계통(3)이 비정상 상태일 경우, 예를 들면 정전이 발생한 경우에는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 동작을 수행하여 부하(4)에 전력을 공급할 수 있다. 또한 에너지 저장 시스템(1)은 계통(3)이 정상인 상태에서도 발전 시스템(2)이 생산한 전력이나 배터리 시스템(20)에 저장되어 있는 전력을 부하(4)로 공급할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템(1)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템(1)은 전력 변환을 제어하는 전력 변환 시스템(10), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)등을 포함한다.

전력 변환 시스템(10)은 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(20)으로부터 공급받은 전력을 계통(3), 부하(4), 배터리 시스템(20)에 적절한 형태로 변환한다. 전력 변환 시스템(10)은 입력/출력 단자로의 전력 변환 및 입력/출력 단자로부터의 전력 변환을 수행하며, 이때 상기 전력 변환은 DC/AC 변환 및 제1 전압과 제2 전압 사이의 변환일 수 있다. 전력 변환 시스템(10)은 변환된 전력을 통합 제어기(15)의 제어에 의해 동작 모드에 따라서 적절한 목적지로 공급한다. 전력 변환 시스템(10)은 전력 변환부(11), DC 링크부(12), 인버터(13), 컨버터(14), 통합 제어기(15)를 포함한다.

전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)과 DC 링크부(12) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산한 전력을 DC 링크부(12)로 전달한다. 전력 변환부(11)로부터의 출력 전압은 직류 링크 전압이다.

전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)의 종류에 따라서 컨버터, 정류회로 등의 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 예를 들어, 발전 시스템(2)이 생산하는 전력이 직류인 경우, 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)의 직류 전력의 전압 레벨을 DC 링크부(12)의 직류 전력의 전압 레벨로 변환하기 위한 컨버터를 포함할 수 있다. 그러나, 발전 시스템(2)이 생산하는 전력이 교류인 경우, 전력 변환부(11)는 교류를 직류로 변환하기 위한 정류회로일 수 있다. 특히 발전 시스템(2)이 태양광 발전 시스템인 경우, 전력 변환부(11)는 일사량, 온도 등의 상태 변화에 따라서 발전 시스템(2)에서 생산하는 전력을 최대로 얻을 수 있도록 최대 전력 포인트 추적(Maximum Power Point Tracking) 제어를 수행하는 MPPT 컨버터를 포함할 수 있다. 전력 변환부(11)는 발전 시스템(2)에서 생산되는 전력이 없을 때에는 소비 전력을 최소화시키기 위하여 동작을 중지할 수도 있다.

직류 링크 전압은 발전 시스템(2) 또는 계통(3)에서의 순시 전압 강하, 부하(4)의 급격한 변화나 높은 부하량 요구 등으로 인하여 불안정해지는 경우가 있다. 그러나 직류 링크 전압은 컨버터(14) 및 인버터(13)의 정상 동작을 위하여 안정화되어야 한다. DC 링크부(12)는 전력 변환부(11)와 인버터(13) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. DC 링크부(12)로서 예를 들어 대용량 커패시터 등을 포함할 수 있다.

인버터(13)는 DC 링크부(12)와 제1 스위치(30) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 인버터(13)는 방전 모드에서 DC 링크부(12)로부터의 직류 출력 전압을 계통(3)의 교류 전압으로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다. 또한, 인버터(13)는 충전 모드에서 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(20)에 저장하기 위하여, 계통(3)의 교류 전압을 정류하고 직류 링크 전압으로 변환하여 출력하는 정류 회로를 포함할 수 있다. 즉, 인버터(13)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터 일 수 있다.

인버터(13)는 계통(3)으로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한, 인버터(13)는 무효 전력 손실을 억제하기 위하여 인버터(13)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(3)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에 인버터(13)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도현상(transient phenomena)에 대한 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 인버터(13)는 사용되지 않을 때, 전력 소비를 최소화하기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.

컨버터(14)는 DC 링크부(12)와 배터리 시스템(20) 사이에 연결되는 전력 변환 장치이다. 컨버터(14)는 방전 모드에서 배터리 시스템(20)으로부터 출력된 전력의 전압을 인버터(13)를 위한 직류 링크 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함한다. 또한, 컨버터(14)는 충전 모드에서 전력 변환부(11)나 인버터(13)에서 출력되는 전력의 전압을 배터리 시스템(20)용 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 즉, 컨버터(14)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 컨버터일 수 있다. 컨버터(14)는 배터리 시스템(20)의 충전 또는 방전에 사용되지 않는 경우에는 동작을 중지시켜 전력 소비를 최소화할 수도 있다.

통합 제어기(15)는 발전 시스템(2), 계통(3), 배터리 시스템(20) 및 부하(4)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 결과에 따라서 전력 변환부(11), 인버터(13), 컨버터(14), 배터리 시스템(20), 제1 스위치(30), 제2 스위치(40)의 동작을 제어한다. 통합 제어기(15)는 계통(3)에 정전이 발생하였는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력이 생산되는지 여부, 발전 시스템(2)에서 전력을 생산하는 경우 그 생산량, 배터리 시스템(20)의 충전 상태, 부하(4)의 소비 전력량, 시간 등을 모니터링 할 수 있다. 또한, 통합 제어기(15)는, 예를 들어 계통(3)에 정전이 발생하는 등, 부하(4)로 공급할 전력이 충분하지 않은 경우에는 부하(4) 내에 포함된 전력 사용 기기들에 대하여 우선 순위를 정하고, 우선 순위가 높은 전력 사용 기기로 전력을 공급하도록 부하(4)를 제어할 수도 있을 것이다.

제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)는 인버터(13)와 계통(3) 사이에 직렬로 연결되며, 통합 제어기(15)의 제어에 따라서 온/오프 동작을 수행하여 발전 시스템(2)과 계통(3) 사이의 전류의 흐름을 제어한다. 제1 스위치(30)와 제2 스위치(40)는 발전 시스템(2), 계통(3) 및 배터리 시스템(20)의 상태에 따라서 온/오프가 결정될 수 있다.

구체적으로, 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)의 전력을 부하(4)로 공급하기 위하여, 계통(3)의 전력을 배터리 시스템(20)에 공급하기 위하여 제 1 스위치(30)를 온 상태로 한다. 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)의 전력을 계통(3)으로 공급하기 위하여 또는 계통(3)의 전력을 부하(4) 및/또는 배터리 시스템(20)에 공급하기 위하여 제2 스위치(40)를 온 상태로 한다. 제1 스위치(30) 및 제2 스위치(40)로는 큰 전류에 견딜 수 있는 릴레이(relay) 등의 스위칭 장치가 사용될 수 있다.

계통(3)에서 정전이 발생한 경우에는, 제2 스위치(40)를 오프 시켜 제1 스위치(30)를 온 상태로 한다. 즉, 발전 시스템(2) 및/또는 배터리 시스템(20)으로부터의 전력을 부하(4)에 공급하는 동시에, 부하(4)로 공급되는 전력이 계통(3) 측으로 흐르는 것을 방지한다. 에너지 저장 시스템(1)이 정전이 발생한 계통(3)과 단절되어 계통(3)으로 전력을 공급하는 것을 방지한다. 이로 인하여 계통(3)의 전력선 등에서 작업하는, 예를 들어 계통(3)의 정전을 수리하는 인부가 에너지 저장 시스템(1)으로부터의 전력에 의하여 감전되는 등의 사고를 방지할 수 있게 한다.

배터리 시스템(20)은 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)의 전력을 공급받아 저장하고, 부하(4) 또는 계통(3)에 저장하고 있는 전력을 공급한다. 배터리 시스템(20)은 전력을 저장하는 부분과 이를 제어 및 보호하는 부분을 포함할 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여 배터리 시스템(20)에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 배터리 시스템(20)은 배터리 랙(Rack, 110), 랙 BMS(Battery Management System)(120), 랙 보호회로(130)를 포함할 수 있다.

배터리 랙(110)은 외부, 즉 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)으로부터 공급된 전력을 저장하고, 저장하고 있는 전력을 발전 시스템(2) 및/또는 계통(3)으로 공급한다. 배터리 랙(110)은 복수의 서브 유닛으로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 하나 이상의 배터리 트레이를 포함할 수 있다. 또한 각각의 배터리 트레이는 그 서브 유닛으로서 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 셀로는 충전 가능한 다양한 이차 전지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀에 사용되는 이차 전지는 하나 이상의 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battey), 리튬 이온 전지(lithium battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있다.

랙 BMS(120)는 배터리 랙(110)에 연결되며, 배터리 랙(110)의 충전 및 방전 동작을 제어한다. 또한, 랙 BMS(120)는 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 벨런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, 랙 BMS(120)는 배터리 랙(110)으로부터 전압, 전류, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태 등에 대한 모니터링 데이터(Dm)를 수신하고, 모니터링 결과에 따라서 제어신호(Sc)를 생성하여 랙 보호회로(130)를 제어할 수 있다. 또한, 랙 BMS(120)는 수신한 모니터링 데이터(Dm)를 통합 제어기(15)에 인가할 수 있으며 통합 제어기(15)로부터 배터리 랙(110)의 제어에 관련된 명령을 수신할 수도 있을 것이다.

랙 보호회로(130)는 배터리 랙(110)과 전력 변환 시스템(10)의 컨버터(14)에 연결되는 입력/출력 단자들(I/O T+, I/O T-) 사이에 연결되며, 배터리 랙(110)의 손상을 방지한다. 랙 보호회로(130)는 랙 BMS(120)로부터 제어신호(Sp)를 수신하여 제어신호(Sp)에 따라서 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 또한 랙 보호회로(30)는 배터리 랙(110)의 출력 전압이나 출력 전류를 측정하고 측정 신호(Sd)를 랙 BMS(120)로 전송할 수 있다. 이때 랙 보호회로(130)는 랙 BMS(120)와 물리적으로 분리되어 있을 수 있다. 따라서, 랙 BMS(120)가 대전류 경로 상에 위치한 랙 보호회로(130)와 분리된 구성으로 형성되어 대전류로부터 랙 BMS(120)를 보호할 수 있다.

도 4는 종래의 배터리 시스템과 전력변환 시스템간의 연결을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 배터리 시스템(20)과 전력 변환 시스템(10)간의 대전류 경로 상에는 대전류를 개폐하기 위한 장치인 DC 콘택터(Contactor)(210)가 연결된다. 배터리 시스템(20)과 전력 변환 시스템(10)간을 연결하기 위해 DC 콘택터(210)를 기동 시키는 경우 DC 콘택터(210)가 필요로 하는 전류가 크기 때문에 통신이 죽는 등 시스템에 악영향을 미치게 된다. 이를 방지하기 위해 종래에는 충분히 큰 용량의 파워 서플라이(220)을 DC 콘택터(210)에 연결하여 DC 콘택터(210)에 전류를 공급하였다. 그러나, 큰 용량의 파워 서플라이(220)을 사용함에 따른 비용 증가의 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 DC 콘택터(210)의 기동 시 배터리 시스템의 전원을 함께 이용함을 특징으로 한다. 이에 따라, 적은 용량의 파워 서플라이(220)를 사용할 수 있으므로 적은 비용으로 시스템을 구성할 수 있으며, 시스템의 통신이 죽는 등의 오작동을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템과 전력 변환 시스템을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 전력 변환 시스템(10)과 배터리 시스템(20)간의 대전류 경로상에는 DC 콘택터(210)가 연결된다.

DC 콘택터(직류전자접촉기)(210)는 대전류를 개폐하기 위해 전자석으로 제어되는 개폐기이다.

파워 서플라이(220)는 DC 콘택터(210)에 안정적인 전원을 공급하는 장치이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 파워 서플라이(220)는 SMPS(switching mode power supply)일 수 있다. SMPS는 상용 전원으로부터 공급되는 교류(AC) 전기를 컴퓨터, 통신 기기, 가전 기기 등 각종 기기에 맞도록 변화시켜주는 모듈형의 전원 공급 장치를 의미한다.

전력 변환 시스템(10)과 배터리 시스템(20)간에는 대전류 경로가 형성되며, 이를 개폐하기 위한 DC 콘택터(210)는 개폐를 위해 필요로 하는 전류가 매우 크다.

따라서, 본 발명에서는 DC 콘택터(210)의 기동 시 파워 서플라이(220)를 통한 전원 공급에 더하여, 배터리 시스템(20)의 배터리 랙(110)의 전원을 함께 이용한다.

이를 위해, 배터리 랙(110)에 저장된 전력을 DC 콘택터(210)가 요구하는 전압레벨로 변환하여 출력하는 컨버터(230)가 DC 콘택터(210)와 배터리 시스템(20) 사이에 연결된다.

여기서, 컨버터(230)는 배터리 랙(110)으로부터 출력된 전력의 전압을 DC 콘택터(210)를 위한 직류 링크 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터일 수 있다.

DC 콘택터(210)는 기동 시에 많은 전류를 필요로 하므로, DC 콘택터(210)의 기동 시에만 배터리 랙(110)에서 DC 콘택터(210)로 전원이 전달되도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 컨버터(230)와 배터리 랙(110) 사이에 스위치(240)를 구비하며, 랙 BMS(120)를 이용하여 스위치(240)의 온/오프를 제어한다.

보다 상세하게, 배터리 시스템(10)의 기동을 의해 랙 BMS(120)에 전원이 들어오는 경우, 랙 BMS(120)는 스위치(240)를 온하여 배터리 랙(110)의 전원이 DC 콘택터(210)에 전달될 수 있도록 한다.

DC 콘택터(210)는 기동이 완료되어 안정이 되는 경우, 랙 BMS(120)로 기동완료 신호를 전달한다.

랙 BMS(120)는 기동 완료 신호를 수신하는 경우, 스위치(240)를 오프 하여 배터리 랙(110)으로부터 DC 콘택터(210)로 전달되는 전원이 중단되도록 한다.

즉, DC 콘택터(210)가 온 되고, 2~3초 후 안정이 되면 DC 콘택터(210)는 더 이상 배터리 랙(110)의 전원을 사용하지 않으므로, 배터리 랙(110)의 저장 용량의 저감 등의 문제는 발생하지 않는다.

상기와 같이, 본 발명은 DC 콘택터(210)의 기동 시 파워 서플라이(220)와 함께 배터리 랙(110)의 전원을 함께 이용함으로써, 적은 용량의 파워 서플라이(220)를 사용하여 비용을 절감할 수 있으며, 안정적으로 DC 콘택터(210)를 기동할 수 있는 이점이 있다.

이하, 도 6을 참조하여, 본 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동 방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기동 방법을 도시한 순서도이다.

도 6을 참조하면, 단계(S100)에서는 배터리 시스템에 전원을 공급한다.

단계(S110)에서 배터리 시스템에 전원이 공급되는 경우 파워 서플라이(220)의 전원이 DC 콘택터(210)에 공급된다.

이와 동시에 단계(S120)에서 랙 BMS(120)는 배터리 시스템(20)과 DC 컨택터(210) 사이의 스위치(240)를 온 하여 배터리 시스템(20)에 포함된 배터리 랙(110)의 전원이 DC 콘택터(210)에 공급되도록 한다.

이어서, 단계(S130)에서는 DC 콘택터(210)로부터 랙 BMS(120)에 DC 콘택터의 기동 완료 신호가 수신되었는지 판단한다.

기동 완료가 신호가 수신되는 경우 단계(S140)에서 랙 BMS(120)는 스위치(240)를 오프하여 배터리 랙의 전원이 DC 콘택터(210)로 공급되는 것을 차단한다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 에너지 저장 시스템 2: 발전 시스템
3: 계통 4: 부하
10: 전력 변환 시스템 11: 전력 변환부
12: DC 링크부 13: 인버터
14: 컨버터 15: 통합 제어기
20: 배터리 시스템 30: 제1 스위치
31: 제2 스위치
110: 배터리 랙 120: 랙 BMS
130: 랙 보호회로
210: DC 콘택터 220: 파워 서플라이
230: DC-DC 컨버터 240: 스위치

Claims

하나 이상의 배터리 랙을 포함하는 배터리 시스템; 및
상기 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하는 DC 콘택터(contactor); 및
상기 DC 콘택터와 연결되는 파워 서플라이를 포함하되,
상기 DC 콘택터는 상기 파워 서플라이의 전원과 상기 배터리 랙의 전원을 이용하여 기동되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 DC 콘택터와 상기 배터리 시스템 사이에 연결되는 스위치를 더 포함하며,
상기 스위치는 상기 DC 콘택터의 기동 시 온 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제2항에 있어서,
상기 배터리 랙은 적어도 하나 이상의 랙(rack) BMS(battery management system)을 포함하며,
상기 랙 BMS는 상기 랙 BMS에 전원이 공급될 시 상기 스위치를 온 하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제3항에 있어서,
상기 랙 BMS는 상기 DC 콘택터로부터 상기 DC 콘택터의 기동 완료 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제4항에 있어서,
상기 랙 BMS는 상기 기동 완료 신호 수신 시 상기 스위치를 오프 하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제2항에 있어서,
상기 DC 콘택터와 상기 스위치 사이에 연결되어, 상기 배터리 랙에 저장된 전력을 상기 DC 콘택터가 요구하는 전압레벨로 변환하여 출력하는 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제6항에 있어서,
상기 컨버터는 DC-DC 컨버터인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
제1항에 있어서,
상기 파워 서플라이는 SMPS(switched-mode power supply)인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템
에너지 저장 시스템 내의 하나 이상의 배터리 랙을 포함하는 배터리 시스템과 전력 변환 시스템간의 대전류 경로를 연결하여 상기 에너지 저장 시스템을 기동하는 방법에 있어서,
상기 배터리 시스템의 시동을 위한 전원을 공급하는 단계; 및
상기 배터리 시스템에 전원이 공급되는 경우, 파워 서플라이의 전원과 상기 배터리 랙의 전원을 이용하여 상기 배터리 시스템과 상기 전력 변환 시스템 간의 대전류 경로 상에 연결된 DC 콘택터를 기동하는 단계를 포함하는 에너지 저장 시스템의 기동 방법.
제9항에 있어서,
상기 배터리 랙은 적어도 하나 이상의 랙(rack) BMS(battery management system)을 포함하며,
상기 랙 BMS는 상기 배터리 시스템과 상기 DC 콘택터 사이에 연결된 스위치를 제어하여 상기 배터리 랙의 전원이 상기 DC 컨택터에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 기동 방법.
제10항에 있어서,
상기 DC 콘택터를 기동하는 단계는,
상기 랙 BMS에 전원이 공급될 시, 상기 랙 BMS가 상기 스위치를 온 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 기동 방법.
제10항에 있어서,
상기 DC 콘택터를 기동하는 단계는,
상기 랙 BMS가 상기 DC 콘택터로부터 기동 완료 신호를 수신하는 경우, 상기 랙 BMS가 상기 스위치를 오프하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 기동 방법.