KR20160141461A - 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법 - Google Patents

에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160141461A
KR20160141461A KR1020150077151A KR20150077151A KR20160141461A KR 20160141461 A KR20160141461 A KR 20160141461A KR 1020150077151 A KR1020150077151 A KR 1020150077151A KR 20150077151 A KR20150077151 A KR 20150077151A KR 20160141461 A KR20160141461 A KR 20160141461A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
energy storage
energy
state
load
storage device
Prior art date
Application number
KR1020150077151A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102534623B1 (ko
Inventor
최종우
이일우
정연쾌
Original Assignee
한국전자통신연구원
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
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020150077151A priority Critical patent/KR102534623B1/ko
Priority to US14/842,918 priority patent/US9711987B2/en
Publication of KR20160141461A publication Critical patent/KR20160141461A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102534623B1 publication Critical patent/KR102534623B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • 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
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
    • H02J2310/12—The local stationary network supplying a household or a building
    • 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
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • 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
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • 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
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 빌딩 에너지 관리 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 빌딩 에너지 관리 장치는 에너지 저장 장치들 및 에너지 사용 설비들에 대한 정보를 수집하고, 상기 정보에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단하는 건강 상태 판단부; 및 상기 정보 및 상기 건강 상태에 기반하여 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 에너지 배분부를 포함한다.

Description

에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법{APPARATUS FOR MANAGING ENERGY IN BUILDING BASED ON STATE OF HEALTH OF DEVICE FOR STORING ENERGY AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 건물 내부에 존재하는 에너지 저장 장치의 운용 방안에 대한 것으로, 건물에서 소비하는 에너지를 관리하는 시스템의 효과적인 작동을 위해 수집하는 에너지 저장 장치의 작동 정보 목록과 수집된 정보를 통해 비용을 최소화하는 부하를 배분하는 기술에 관한 것이다.
에너지 수요와 공급의 문제 및 환경에의 영향이 점차 중시됨에 따라 건물 내 에너지 설비들에 대한 관리가 행해지고 있다. 건물 내에는 보일러, 히트펌프, 송풍기 등의 각종 에너지를 사용하는 설비들이 존재하며, 이 외에도 에너지를 생산하거나 저장하는 배터리, 연료전지, 태양전지 등의 에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)들이 존재한다. 에너지 저장 장치의 효과적인 사용은 피크 시간대의 전력 소모를 줄이는 등 전력 수요 관리(DM, Demand Response)와 수요 반응(DR, Demand Response)에 도움이 될 뿐만 아니라, 나아가 계절별/시간대별 차등 요금제 적용에 능동적으로 반응하여 건물 운영자 입장에서 에너지 사용 비용을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.
에너지를 사용하는 설비들과 에너지를 생산하고 저장하는 설비들 간의 밸런스를 맞추기 위하여, 건물 에너지 관리 시스템(BEMS, Building Energy Management System)에서는 이에 대한 제어를 수행하게 된다. 건물 에너지 관리 시스템에서 에너지 소비 설비들의 사용 패턴을 분석하고 에너지 저장장치를 효율적으로 연동하여 건물 전체의 에너지 소비 비용 측면에서 이득을 보는 것을 목표로 한다.
에너지 저장 장치의 관리는 전류, 전압, 내부 저항 등 에너지 저장 장치에 사용되는 셀(cell)의 내부 인자를 모니터링 하는 방식으로 이루어진다. 흔히 사용되는 에너지저장장치 관리 시스템의 하나인 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은 앞서 언급한 내부 인자들을 시스템 칩 레벨에서 모니터링하며 그 결과를 바탕으로 셀의 상태를 진단하고 관리를 수행하게 된다. 배터리 외 연료전지나 태양전지 등의 다른 에너지 저장장치에서도 이와 동일한 방식으로 관리가 이루어지게 된다.
종래 기술에서는 앞서 서술한 바와 같이 에너지 저장 장치 내에 존재하는 각 셀의 기본적인 성능 인자들만을 사용하여 에너지 저장 장치의 관리를 수행하였다. 이 방식에서는 전력 요금과 현재 에너지 저장장치에 저장된 에너지양, 그리고 에너지를 소비하는 설비들에서 발생하는 부하 수준을 통해 에너지 저장장치의 관리를 수행하게 된다. 그러나 커미셔닝(Commissioning)과 M&V(Measurement & Verification)로 대표되는 건물 에너지 관리에 있어서의 유지보수라는 측면은 에너지 저장장치의 관리에도 동일하게 적용되어야 한다. 장기간 사용하게 되는 건물의 특성상 건물 내에 존재하는 에너지 저장 장치 역시도 길게는 몇 십 년에 걸쳐 상용하게 되며, 이 과정에서 에너지 저장 장치 내부 셀의 열화가 발생하게 된다.
한국 공개 특허 제 2011-0053293호에는 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)의 가장 기본이 되는 배터리 셀의 전압, 온도, 에너지 저장 상태(State of Charge, SOC)에 기반하여 배터리의 건강 상태(State of Health, SOH)를 측정 및 판단하는 기술에 대하여 개시하고 있다.
하지만, 한국 공개 특허 제 2011-0053293호에는 단지 배터리의 건강 상태를 측정하는 기술에 대해서만 개시하고 있을 뿐, 에너지 저장 장치 내부의 배터리의 건강 상태에 기반하여 에너지 소비 장치의 부하를 조절하는 기술에 대해서는 침묵하고 있다.
따라서, 에너지 수요와 공급의 문제 및 환경의 영향이 점차 중시되는 현재의 추세에 미루어 볼 때, 배터리의 건강 상태에 기반하여 건물 내부의 에너지 소비 장치의 부하를 조절하는 기술의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 목적은 에너지 저장 장치의 건강 상태를 고려하여 부하를 배분하여, 건물 내부의 에너지 저장 장치의 유지 비용의 최소화를 달성하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 에너지 저장 장치의 유지 보수 비용 및 전력 소모 비용을 고려한 비용을 예측하고, 최소 비용에 상응하는 부하 배분 방식을 이용함으로써, 건물의 유지/보수 비용이 최소화하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전력 소모 예측에 건물 외부의 온도를 고려하여 예측하고, 이를 이용하여 부하를 배분하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치는 에너지 저장 장치들 및 에너지 사용 설비들에 대한 정보를 수집하고, 상기 정보에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단하는 건강 상태 판단부; 및 상기 정보 및 상기 건강 상태에 기반하여 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 에너지 배분부를 포함한다.
이 때, 상기 건강 상태 판단부는 상기 에너지 저장 장치의 셀의 입력 부하, 상기 셀의 출력 부하, 상기 셀의 전압에 기반하여 에너지 저장 상태를 판단하는 저장 상태 판단부; 및 상기 에너지 저장 상태, 상기 셀의 전압, 상기 셀의 온도에 기반하여 상기 건강 상태를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 저장 상태 판단부는 상기 에너지 저장 상태를 판단함에 있어, 하기 수학식을 이용하여 판단할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
(SOCinit: 기존 상태에서의 SOC, dt: 해당 SOC가 계산된 이후 현재까지 지난 시간, I: 셀에 흐르는 전류, Qmax: 셀의 최대 에너지 저장용량)
이 때, 상기 판단부는 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단함에 있어, 하기 수학식을 이용하여 판단할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00002
(R: 내부 저항, SOC: 에너지 저장 상태, V: 셀 전압, T: 온도 Vmax: 전압의
최대값, Vmin: 전압의 최소값, SOCmax: 에너지 저장 상태의 최대값, SOCmin: 에너지 저장 상태의 최소값, Tmax: 셀의 최대 온도, Tmin: 셀의 최소 온도, a1: 상수, a2: 상수, a3: 상수, a4: 상수)
이 때, 상기 에너지 배분부는 상기 건물의 외부 정보를 수집하는 수집부; 및
상기 건물의 외부 정보 및 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반하여 상기 부하에 에너지를 배분하는 방식의 예측을 수행하는 예측부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 수집부는 전력 요금에 대한 정보를 수집할 수 있다.
이 때, 상기 예측부는 상기 전력 요금에 대한 정보, 상기 에너지 저장 장치의 저장 상태, 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태 및 부하 예측 값에 기반하여 비용을 계산하는 비용 계산부; 및 상기 비용에 기반하여 부하 예측 값에 상응하는 부하 배분 방식을 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 결정부는 상기 비용이 최저값인 부하 배분 방식을 결정할 수 있다.
이 때, 상기 비용 계산부는 하기 수학식을 이용하여 상기 비용을 계산할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00003
(PR: 전력 요금 정보, V: 셀의 전압, I: 셀의 전류, SOH: 에너지 저장 장치의건강 상태, a5: 건강 상태 및 비용과 상응하는 상수)
이 때, 상기 비용 계산부는 하기 수학식을 이용하여 부하 값을 예측할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00004
(Ppredict: 예측 부하 값 Pold: 과거 동일한 기간에 사용한 부하값, Tamb,new : 현재 외부 기온, Tamb,old: 과거 외부 기온)
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 방법은 에너지 저장 장치들 및 에너지 사용 설비들에 대한 정보를 수집하고, 상기 정보에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단하는 단계; 및 상기 정보 및 상기 건강 상태에 기반하여 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 건강 상태를 판단하는 단계는 상기 에너지 저장 장치의 셀의 입력 부하, 상기 셀의 출력 부하, 상기 셀의 전압에 기반하여 에너지 저장 상태를 판단하는 단계; 및 상기 에너지 저장 상태, 상기 셀의 전압, 상기 셀의 온도에 기반하여 상기 건강 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 에너지 저장 상태를 판단하는 단계는 하기 수학식을 이용하여 상기 에너지 저장 상태를 판단할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00005
(SOCinit: 기존 상태에서의 SOC, dt: 해당 SOC가 계산된 이후 현재까지 지난 시간, I: 셀에 흐르는 전류, Qmax: 셀의 최대 에너지 저장용량)
이 때, 상기 건강 상태를 판단하는 단계는 하기 수학식을 이용하여 상기 건강 상태를 판단할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00006
(R: 내부 저항, SOC: 에너지 저장 상태, V: 셀 전압, T: 온도 Vmax: 전압의
최대값, Vmin: 전압의 최소값, SOCmax: 에너지 저장 상태의 최대값, SOCmin: 에너지 저장 상태의 최소값, Tmax: 셀의 최대 온도, Tmin: 셀의 최소 온도, a1: 상수, a2: 상수, a3: 상수, a4: 상수)
이 때, 상기 에너지를 배분하는 단계는 상기 건물의 외부 정보를 수집하는 단계; 및 상기 건물의 외부 정보 및 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반하여 상기 부하에 에너지를 배분하는 방식의 예측을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 외부 정보를 수집하는 단계는 전력 요금에 대한 정보를 수집할 수 있다.
이 때, 상기 에너지를 배분하는 방식의 예측을 수행하는 단계는 상기 전력 요금에 대한 정보, 상기 에너지 저장 장치의 저장 상태, 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태 및 부하 예측 값에 기반하여 비용을 계산하는 단계; 및 상기 비용에 기반하여 부하 예측 값에 상응하는 부하 배분 방식을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 부하 배분 방식을 결정하는 단계는 상기 비용이 최저값인 부하 배분 방식으로 결정할 수 있다.
이 때, 상기 비용을 계산하는 단계는 하기 수학식을 이용하여 상기 비용을 계산할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00007
(PR: 전력 요금 정보, V: 셀의 전압, I: 셀의 전류, SOH: 에너지 저장 장치의건강 상태, a5: 건강 상태 및 비용과 상응하는 상수)
이 때, 상기 비용을 계산하는 단계는 하기 수학식을 이용하여 부하 값을 예측할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00008
(Ppredict: 예측 부하 값 Pold: 과거 동일한 기간에 사용한 부하값, Tamb,new : 현재 외부 기온, Tamb,old: 과거 외부 기온)
본 발명은 에너지 저장 장치의 건강 상태를 고려하여 부하를 배분할 수 있어, 건물 내부의 에너지 저장 장치의 유지 비용을 최소화 하면서도 효과적으로 부하를 배분할 수 있다.
또한, 본 발명은 에너지 저장 장치의 유지 보수 비용 및 전력 소모 비용을 고려한 비용을 예측하고, 최소 비용에 상응하는 부하 배분 방식을 이용함으로써, 건물의 유지/보수 비용이 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명은 전력 소모 예측에 건물 외부의 온도를 고려하여 예측하고, 이를 이용하여 부하를 배분할 수 있어, 효과적인 부하 배분이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 건강 상태 판단부의 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 에너지 배분부의 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 예측부의 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 빌딩 에너지 관리 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 빌딩 에너지 관리 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 빌딩 에너지 관리 방법을 좀 더 자세히 나타낸 동작흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 빌딩 에너지 관리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 에너지 관리 장치(100)는 건강 상태 판단부(110) 및 에너지 배분부(120)로 구성되어 있다.
건강 상태 판단부(110)는 에너지 저장 장치들 및 에너지 사용 장치들에 대한 정보를 수집하고, 상기 정보에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단한다.
이 때, 에너지 저장 장치들(Energy Storage System, ESS)은 에너지들을 저장할 수 있는 설비들은 모두 해당될 수 있다. 예를 들면, 배터리, 태양열 배터리, 연료 전지 등이 에너지 저장 장치들에 해당될 수 있다.
이 때, 에너지 사용 장치들(Energy Facilities)은 에너지를 소모하는 설비들이 모두 해당될 수 있다. 예를 들면, 에어 컨디셔너, 온풍기, 냉풍기, 환기 장치, 배수 장치 등이 해당될 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치들에 대한 정보는 건물 내부에 존재하는 배터리, 태양 전지, 연료 전지 등의 에너지 저장 상태, 현재 에너지 저장 장치에 입력되는 전압, 전류, 현재 에너지 저장 장치에서 출력되는 전압, 전류 등의 정보가 포함될 수 있다.
이 때, 에너지 사용 장치들에 대한 정보는 냉 난방 설비, 환기 설비, 공기 조화 설비, 조명 설비, 급 배수 설비, 반송 설비 등의 작동 상태와 작동에 소모되는 에너지 부하 정보가 포함될 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치의 건강 상태(State Of Health, SOH)는 에너지 저장 장치의 이상적인 상태와 현재 상태를 비교하여 나타낸 성능 지수를 의미한다.
이 때, 에너지 저장 장치의 건강상태는 에너지 저장 장치를 구성하는 셀(Cell)들의 입력 부하, 출력 부하, 전압에 기반하여 에너지 저장 장치의 저장 상태(State Of Charge, SOC)에 기반하여 결정된다. 이에 관한 설명은 도 2에서 후술한다.
이 때, 에너지 저장 장치의 저장 상태는 에너지 저장 장치의 기본적인 작동 상태를 의미할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 2에서 후술한다.
에너지 배분부(120)는 정보 및 건강 상태에 기반하여 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분한다.
이 때, 에너지 배분부(120)는 건물의 외부 정보를 수집하고, 에너지 저장 장치의 건강 상태 및 건물의 외부 정보에 기반하여 부하에 에너지를 배분할 수 있다.
이 때, 건물의 외부 정보는 건물 내부에서 사용되는 전력에 상응하는 요금 및 건물 외부의 온도가 포함될 수도 있다.
이 때, 에너지 배분부(120)는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 방식을 부하가 에너지를 사용하는 비용에 기반하여 결정할 수 있다.
이 때, 에너지 배분부(120)는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 방식을 부하가 에너지를 사용하는 비용이 최소화되는 방식으로 결정할 수 있다.
이 때, 에너지 배분부(120)는 에너지 사용 비용을 계산할 때, 하나 이상의 부하의 예측 값을 이용하여 에너지 사용 비용을 계산하고, 이 중 에너지 사용 비용이 가장 작은 부하의 예측 값을 이용하여 건물 내부의 부하에 에너지를 배분할 수도 있다.
이 때, 에너지 배분부(120)는 부하를 예측할 때, 건물 외부의 기온을 이용하여 예측할 수도 있다. 이는 건물 내부의 에너지 설비들의 부하는 기상 환경에 가장 큰 영향을 받기 때문이다.
도 2는 도 1에 도시된 건강 상태 판단부의 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 건강 상태 판단부(110)는 저장 상태 판단부(210) 및 판단부(220)로 구성되어 있다.
저장 상태 판단부(210)는 에너지 저장 장치 내부의 셀의 입력 부하, 출력 부하, 전압에 기반하여 에너지 저장 상태를 판단한다.
이 때, 에너지 저장 상태(State of Charge, SOC)는 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 양을 의미한다.
이 때, 에너지 저장 상태를 판단하기 위해서 에너지 저장 장치 내의 셀의 전류 부하를 측정해야 하고, 수학식 1을 이용하여 측정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00009
(I: 에너지 저장 장치 내의 셀의 전류 부하, V: 셀의 전압, Pin: 입력 전력, Pout: 출력 전력)
이 때, 에너지 저장 상태(SOC)는 수학식 2를 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00010
(SOCinit: 기존 상태의 SOC, dt: 기존 상태에서 현재 상태가 된 시간, I: 에너지 저장 장치 내의 셀의 전류 부하, Qmax: 셀의 최대 에너지 저장 용량)
판단부(220)는 에너지 저장 상태, 셀의 전압, 셀의 온도에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단한다.
이 때, 에너지 저장 장치의 에너지 저장 상태는 저장상태 판단부(210)에서 판단한 에너지 저장 상태와 동일하다.
이 때, 셀의 전압, 셀의 온도를 측정하는 방법에는 제한이 없다.
이 때, 에너지 저장 장치의 건강 상태(State Of Health, SOH)는 에너지 저장 장치의 이상적인 상태와 현재 상태를 비교하여 나타낸 성능 지수를 의미한다.
이 때, 에너지 저장 장치의 건강상태는 에너지 저장 장치를 구성하는 셀(Cell)들의 입력 부하, 출력 부하, 전압에 기반하여 에너지 저장 장치의 저장 상태(State Of Charge, SOC)에 기반하여 결정된다.
이 때, 에너지 저장 장치의 건강상태(SOH)에 대한 정의는 수학식 3을 이용하여 정의할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00011
(R: 내부 저항, SOC: 에너지 저장 상태, V: 셀 전압, T: 온도 Vmax: 전압의
최대값, Vmin: 전압의 최소값, SOCmax: 에너지 저장 상태의 최대값, SOCmin: 에너지 저장 상태의 최소값, Tmax: 셀의 최대 온도, Tmin: 셀의 최소 온도, a1: 상수, a2: 상수, a3: 상수, a4: 상수)
이 때, 수학식 3에 기재된 a1, a2, a3, a4는 에너지 저장 장치의 각 상태 인자가 에너지 저장 장치의 건강 상태에 미치는 영향을 나타낸 상수이다.
이 때, 수학식 3에 기재된 a1, a2, a3, a4는 관리자의 요구에 따라 튜닝이 가능한 상수일 수 있다.
이 때, 기존의 에너지 건강 상태를 측정해 놓은 경우, 현재의 에너지 건강 상태를 판단함에 있어 수학식 4를 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00012
(SOHinit: 기존 상태에서의 SOH, dt: 기존 상태의 SOH가 계산된 이후 현재까지 지난 시간, d_SOH: 건강 상태의 변화율)
도 3은 도 1에 도시된 에너지 배분부의 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 에너지 배분부(120)는 수집부(310) 및 예측부(320)로 구성되어 있다.
수집부(310)는 건물의 외부 정보를 수집한다.
이 때, 건물의 외부 정보는 전력 요금에 대한 정보 및 건물 외부의 기온에 대한 정보가 포함될 수도 있다.
이 때, 전력 요금에 대한 정보는 부하에서 소모하는 에너지로 인한 전력 요금을 계산하는데 이용될 수 있다.
이 때, 건물 외부의 기온에 대한 정보는 부하에서 소모하는 에너지를 예측하는데 있어 이용될 수 있다.
예측부(320)는 건물의 외부 정보 및 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반하여 부하에 에너지를 배부하는 방식을 예측하는 것을 수행한다.
이 때, 예측부(320)는 에너지 소비 장치가 소비하는 부하 예측 값, 전력 요금에 대한 정보, 에너지 저장 장치의 건강 상태(SOH)에 기반하여 소비되는 에너지에 상응하는 비용을 계산하고, 비용에 기반하여 부하 배분 방식을 예측한다.
이 때, 예측부(320)에서 계산한 비용들 중 최저값에 상응하는 부하 예측 값에 기반하여 부하 배분 방식을 예측할 수도 있다. 이에 대한 설명은 도 4에서 서술한다.
도 4는 도 3에 도시된 예측부의 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 예측부(320)는 비용 계산부(410) 및 결정부(420)로 구성된다.
비용 계산부(410)는 전력 요금에 대한 정보, 에너지 저장 장치의 저장 상태, 에너지 저장 장치의 건강 상태 및 부하 예측 값에 기반하여 비용을 계산한다.
이 때, 비용을 계산하는 것은 수학식 5를 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00013
(PR: 전력 요금 정보, V: 에너지 저장 장치의 전압, I: 에너지 저장 장치에 흐르는 전류, SOH: 에너지 저장 장치의 건강 상태, a5: 건강 상태 및 비용과 상응하는 상수)
이 때, a5는 건강 상태 및 비용과 상응하는 상수를 의미하며, 에너지 저장 장치의 건강 상태가 비용 측면에서 미치는 영향을 고려한 상수이다. 예를 들면, 에너지 저장 장치의 건강 상태(SOH)가 나쁜 경우, 향후 설비 투자 비용이 커질 수 있고, 이를 반영한 상수를 의미한다. 또 예를 들면, 에너지 저장 장치의 건강 상태(SOH)가 좋은 경우, 향후 설비 투자 비용이 낮아질 수 있고, 이를 반영한 상수를 의미한다.
이 때, 에너지 저장 장치의 전압과 전류는 부하 예측을 통하여 계산될 수 있고, 부하 예측은 수학식 6을 이용하여 예측할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00014
(Ppredict: 예측 부하 값 Pold: 과거 동일한 기간에 사용한 부하값, Tamb,new : 현재 외부 기온, Tamb,old: 과거 외부 기온)
이 때, 수학식 6은 부하 예측을 함에 있어서, 어느 정도 길이의 기간에 대해 부하를 예측할 것인지 정하고, 상기 기간 내에 에너지 소비 장치들이 사용할 것으로 예상되는 부하의 크기를 예측한 것이다.
이 때, 수학식 6에는 외부 기상 데이터를 활용하여 부하를 예측하였음을 알 수 있는데, 이는 건물 내부의 에너지 소비 장치들의 부하는 기상 환경에 가장 큰 영향을 받는 것을 반영한 것이다.
결정부(420)는 비용 계산부(410)에서 계산한 비용에 기반하여 부하 예측 값에 상응하는 부하 배분 방식을 결정한다.
이 때, 결정부(420)는 비용 계산부(410)에서 계산한 비용들 중 최저값인 비용에 상응하는 정보에 기반하여 부하 배분 방식을 예측할 수도 있다.
이 때, 최저값인 비용에 상응하는 정보는 에너지 저장 장치의 전압과 전류가 포함될 수 있고, 예측된 에너지 저장 장치의 전압과 전류에 기반하여 부하를 배분할 수 있다.
도 5는 본 발명의 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 에너지 관리 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 5는 에너지 관리 장치(100), 에너지 저장 장치(510), 에너지 소비 장치(520) 및 외부 조건 수집 장치(530)로 구성되어 있다.
이 때, 에너지 관리 장치(100)는 에너지 저장 장치(510)로부터 정보를 수집할 수 있다. 에너지 저장 장치(510)로부터 수집하는 정보는 건물 내부에 존재하는 배터리, 태양 전지, 연료 전지 등의 에너지 저장 상태, 현재 에너지 저장 장치에 입력되는 전압, 전류, 현재 에너지 저장 장치에서 출력되는 전압, 전류 등의 정보가 포함될 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치(510)는 에너지들을 저장할 수 있는 설비들은 모두 해당될 수 있다. 예를 들면, 배터리, 태양열 배터리, 연료 전지등이 에너지 저장 장치들에 해당될 수 있다.
이 때, 에너지 관리 장치(100)는 에너지 소비 장치(520)로부터 정보를 수집할 수 있다. 에너지 소비 장치(520)로부터 수집하는 정보는 냉 난방 설비, 환기 설비, 공기 조화 설비, 조명 설비, 급 배수 설비, 반송 설비 등의 작동 상태와 작동에 소모되는 에너지 부하 정보가 포함될 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치들(510)은 에너지들을 저장할 수 있는 설비들은 모두 해당될 수 있다. 예를 들면, 배터리, 태양열 배터리, 연료 전지 등이 에너지 저장 장치들에 해당될 수 있다.
이 때, 에너지 사용 장치들(520)은 에너지를 소모하는 설비들이 모두 해당될 수 있다. 예를 들면, 에어 컨디셔너, 온풍기, 냉풍기, 환기 장치, 배수 장치 등이 해당될 수 있다.
이 때, 에너지 관리 장치(100)는 외부 조건 수집 장치(530)로부터 외부 조건에 대한 정보를 수집할 수 있다.
이 때, 외부 조건에는 건물의 외부 정보가 될 수 있다.
이 때, 건물의 외부 정보는 전력 요금에 대한 정보 및 건물 외부의 기온에 대한 정보가 포함될 수도 있다.
이 때, 에너지 관리 장치(100)는 수집한 정보에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태(SOH)를 계산할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 2에서 서술하였다.
이 때, 에너지 관리 장치(100)는 계산한 에너지 저장 장치의 건강 상태(SOH) 및 에너지 저장 장치, 에너지 소비 장치 및 건물의 외부 정보에 기반하여 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 어떻게 배분할 것인지 예측할 수 있다.
이 때, 에너지 관리 장치(100)가 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 어떻게 배분할 것인지에 대해서는 전력 요금 정보, 에너지 저장 장치의 건강 상태(SOH), 에너지 저장 장치에 흐르는 전류 및 전압에 기반하여 비용을 계산한 뒤, 전류와 전압을 변화하여 비용을 각각 계산하고, 계산된 비용들 중 최저 비용에 상응하는 전류와 전압에 기반하여 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 에너지 관리 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 에너지 저장 장치, 에너지 사용 장치에 관련된 정보를 수집한다(S610).
이 때, 에너지 저장 장치들(Energy Storage System, ESS)은 에너지들을 저장할 수 있는 설비들은 모두 해당될 수 있다. 예를 들면, 배터리, 태양열 배터리, 연료 전지등이 에너지 저장 장치들에 해당될 수 있다.
이 때, 에너지 사용 장치들(Energy Facilities)은 에너지를 소모하는 설비들이 모두 해당될 수 있다. 예를 들면, 에어 컨디셔너, 온풍기, 냉풍기, 환기 장치, 배수 장치 등이 해당될 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치들에 대한 정보는 건물 내부에 존재하는 배터리, 태영전지, 연료 전지 등의 에너지 저장 상태, 현재 에너지 저장 장치에 입력되는 전압, 전류, 현재 에너지 저장 장치에서 출력되는 전압, 전류 등의 정보가 포함될 수 있다.
이 때, 에너지 사용 장치들에 대한 정보는 냉 난방 설비, 환기 설비, 공기 조화 설비, 조명 설비, 급 배수 설비, 반송 설비 등의 작동 상태와 작동에 소모되는 에너지 부하 정보가 포함될 수 있다.
또한, 수집한 정보에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단한다(S620).
이 때, 에너지 저장 장치의 건강 상태(State Of Health, SOH)는 에너지 저장 장치의 이상적인 상태와 현재 상태를 비교하여 나타낸 성능 지수를 의미한다.
이 때, 에너지 저장 장치의 건강상태는 에너지 저장 장치를 구성하는 셀(Cell)들의 입력 부하, 출력 부하, 전압에 기반하여 에너지 저장 장치의 저장 상태(State Of Charge, SOC)에 기반하여 결정된다.
이 때, 에너지 저장 장치의 저장 상태는 에너지 저장 장치의 기본적인 작동 상태를 의미할 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치의 저장 상태 및 건강 상태는 각각 수학식 2, 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00015
(SOCinit: 기존 상태의 SOC, dt: 기존 상태에서 현재 상태가 된 시간, I: 에너지 저장 장치 내의 셀의 전류 부하, Qmax: 셀의 최대 에너지 저장 용량)
[수학식 3]
Figure pat00016
(R: 내부 저항, SOC: 에너지 저장 상태, V: 셀 전압, T: 온도 Vmax: 전압의
최대값, Vmin: 전압의 최소값, SOCmax: 에너지 저장 상태의 최대값, SOCmin: 에너지 저장 상태의 최소값, Tmax: 셀의 최대 온도, Tmin: 셀의 최소 온도, a1: 상수, a2: 상수, a3: 상수, a4: 상수)
또한, 수집한 정보 및 건강 상태에 기반하여 저장된 에너지를 건물 내부 부하에 배분한다(S630).
이 때, 건물의 외부 정보를 수집하고, 에너지 저장 장치의 건강 상태 및 건물의 외부 정보에 기반하여 부하에 에너지를 배분할 수도 있다.
이 때, 건물의 외부 정보는 건물 내부에서 사용되는 전력에 상응하는 요금 및 건물 외부의 온도가 포함될 수도 있다.
이 때, 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 방식을 부하가 에너지를 사용하는 비용에 기반하여 결정할 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 방식을 부하가 에너지를 사용하는 비용이 최소화 되는 방식으로 결정할 수 있다.
이 때, 에너지 사용 비용을 계산할 때, 하나 이상의 부하의 예측 값을 이용하여 에너지 사용 비용을 계산하고, 이 중 에너지 사용 비용이 가장 작은 부하의 예측 값을 이용하여 건물 내부의 부하에 에너지를 배분할 수도 있다.
이 때, 비용을 계산할 때 수학식 5를 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00017
(PR: 전력 요금 정보, V: 에너지 저장 장치의 전압, I: 에너지 저장 장치에 흐르는 전류, SOH: 에너지 저장 장치의 건강 상태, a5: 건강 상태 및 비용과 상응하는 상수)
이 때, 부하를 예측할 때, 건물 외부의 기온을 이용하여 예측할 수도 있다. 이는 건물 내부의 에너지 설비들의 부하는 기상 환경에 가장 큰 영향을 받기 때문이다. 부하 예측은 수학식 6을 이용하여 예측할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00018
(Ppredict: 예측 부하 값 Pold: 과거 동일한 기간에 사용한 부하값, Tamb,new : 현재 외부 기온, Tamb,old: 과거 외부 기온)
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 에너지 관리 방법을 좀 더 자세히 나타낸 동작흐름도이다.
먼저, 에너지 소비 정보를 수집한다(S700).
또한, 에너지 저장 장치의 정보를 수집한다(S710).
또한, 외부 조건을 수집한다(S720).
이 때, 외부 조건에는 건물의 외부 정보 또는 전력 비용에 대한 정보가 포함될 수 있다.
이 때, 건물의 외부 정보를 수집하고, 에너지 저장 장치의 건강 상태 및 건물의 외부 정보에 기반하여 부하에 에너지를 배분할 수도 있다.
이 때, 건물의 외부 정보는 건물 내부에서 사용되는 전력에 상응하는 요금 및 건물 외부의 온도가 포함될 수도 있다.
또한, 에너지 저장 장치의 저장 상태 및 건강 상태를 파악한다(S730).
이 때, 에너지 저장 장치의 건강 상태(State Of Health, SOH)는 에너지 저장 장치의 이상적인 상태와 현재 상태를 비교하여 나타낸 성능 지수를 의미한다.
이 때, 에너지 저장 장치의 건강상태는 에너지 저장 장치를 구성하는 셀(Cell)들의 입력 부하, 출력 부하, 전압에 기반하여 에너지 저장 장치의 저장 상태(State Of Charge, SOC)에 기반하여 결정된다.
이 때, 에너지 저장 장치의 저장 상태는 에너지 저장 장치의 기본적인 작동 상태를 의미할 수 있다.
이 때, 에너지 저장 장치의 저장 상태 및 건강 상태는 각각 수학식 2, 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00019
(SOCinit: 기존 상태의 SOC, dt: 기존 상태에서 현재 상태가 된 시간, I: 에너지 저장 장치 내의 셀의 전류 부하, Qmax: 셀의 최대 에너지 저장 용량)
[수학식 3]
Figure pat00020
(R: 내부 저항, SOC: 에너지 저장 상태, V: 셀 전압, T: 온도 Vmax: 전압의
최대값, Vmin: 전압의 최소값, SOCmax: 에너지 저장 상태의 최대값, SOCmin: 에너지 저장 상태의 최소값, Tmax: 셀의 최대 온도, Tmin: 셀의 최소 온도, a1: 상수, a2: 상수, a3: 상수, a4: 상수)
또한, 부하 예측에 대한 예측 기간을 설정하고(S740), 에측 기간 동안의 에너지 소모량을 예측한다(S750).
이 때, 에너지 소모량을 예측할 때, 건물 외부의 기온을 이용하여 예측할 수도 있다. 이는 건물 내부의 에너지 설비들의 부하는 기상 환경에 가장 큰 영향을 받기 때문이다. 에너지 소모량 예측은 수학식 6을 이용하여 예측할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00021
(Ppredict: 예측 부하 값 Pold: 과거 동일한 기간에 사용한 부하값, Tamb,new : 현재 외부 기온, Tamb,old: 과거 외부 기온)
또한, 에너지 저장 장치의 현재 상태 값과 예측된 에너지 소모량에 기반하여 비용을 예측한다(S760).
이 때, 에너지 저장 장치의 현재 상태 값은 S730에서 파악한 에너지 저장 장치의 저장 상태(SOC) 및 에너지 저장 장치의 건강 상태(SOH)가 포함될 수 있다.
이 때, 비용을 계산할 때 수학식 5를 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00022
(PR: 전력 요금 정보, V: 에너지 저장 장치의 전압, I: 에너지 저장 장치에 흐르는 전류, SOH: 에너지 저장 장치의 건강 상태, a5: 건강 상태 및 비용과 상응하는 상수)
또한, 예측한 비용이 최저값인지 여부를 판단하고(S770), 최저값이 아닌 경우, 에너지 저장 장치의 부하를 수정한다(S780).
이 때, 에너지 저장 장치의 부하를 수정한다는 것은 수학식 5에 기재된 에너지 저장 장치의 전압(V) 및 에너지 저장 장치에 흐르는 전류(I)값을 수정한다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 예측한 비용이 최저값인 경우, 예측한 소모량에 기반하여 부하를 분배한다(S790).
이 때, 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 어떻게 배분할 것인지에 대해서는 전력 요금 정보, 에너지 저장 장치의 건강 상태(SOH), 에너지 저장 장치에 흐르는 전류 및 전압에 기반하여 비용을 계산한 뒤, 전류와 전압을 변화하여 비용을 각각 계산하고, 계산된 비용들 중 최저 비용에 상응하는 전류와 전압에 기반하여 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치

Claims (20)

  1. 에너지 저장 장치들 및 에너지 사용 설비들에 대한 정보를 수집하고, 상기 정보에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단하는 건강 상태 판단부; 및
    상기 정보 및 상기 건강 상태에 기반하여 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 에너지 배분부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 건강 상태 판단부는
    상기 에너지 저장 장치의 셀의 입력 부하, 상기 셀의 출력 부하, 상기 셀의
    전압에 기반하여 에너지 저장 상태를 판단하는 저장 상태 판단부; 및
    상기 에너지 저장 상태, 상기 셀의 전압, 상기 셀의 온도에 기반하여 상기 건강 상태를 판단하는 판단부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 저장 상태 판단부는
    상기 에너지 저장 상태를 판단함에 있어, 하기 수학식을 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
    [수학식]
    Figure pat00023

    (SOCinit: 기존 상태에서의 SOC, dt: 해당 SOC가 계산된 이후 현재까지 지난 시간, I: 셀에 흐르는 전류, Qmax: 셀의 최대 에너지 저장용량)
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 판단부는
    상기 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단함에 있어, 하기 수학식을 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
    [수학식]
    Figure pat00024

    (R: 내부 저항, SOC: 에너지 저장 상태, V: 셀 전압, T: 온도 Vmax: 전압의
    최대값, Vmin: 전압의 최소 값, SOCmax: 에너지 저장 상태의 최대값, SOCmin: 에너지 저장 상태의 최소값, Tmax: 셀의 최대 온도, Tmin: 셀의 최소 온도, a1: 상수, a2: 상수, a3: 상수, a4: 상수)
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 에너지 배분부는
    상기 건물의 외부 정보를 수집하는 수집부; 및
    상기 건물의 외부 정보 및 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반하여 상기 부하에 에너지를 배분하는 방식의 예측을 수행하는 예측부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 수집부는
    전력 요금에 대한 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 예측부는
    상기 전력 요금에 대한 정보, 상기 에너지 저장 장치의 저장 상태, 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태 및 부하 예측 값에 기반하여 비용을 계산하는 비용 계산부; 및
    상기 비용에 기반하여 부하 예측 값에 상응하는 부하 배분 방식을 결정하는 결정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 결정부는
    상기 비용이 최저값인 비용에 상응하는 부하 배분 방식으로 결정하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 비용 계산부는
    하기 식을 이용하여 상기 비용을 계산하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
    [수학식]
    Figure pat00025

    (PR: 전력 요금 정보, V: 셀의 전압, I: 셀의 전류, SOH: 에너지 저장 장치의건강 상태, a4: 건강 상태 및 비용과 상응하는 상수)
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 비용 계산부는
    하기 식을 이용하여 부하 값을 예측하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 장치.
    [수학식]
    Figure pat00026

    (Ppredict: 예측 부하 값 Pold: 과거 동일한 기간에 사용한 부하값, Tamb,new : 현재 외부 기온, Tamb,old: 과거 외부 기온)
  11. 에너지 저장 장치들 및 에너지 사용 설비들에 대한 정보를 수집하고, 상기 정보에 기반하여 에너지 저장 장치의 건강 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 정보 및 상기 건강 상태에 기반하여 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 건물 내부의 부하에 배분하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 건강 상태를 판단하는 단계는
    상기 에너지 저장 장치의 셀의 입력 부하, 상기 셀의 출력 부하, 상기 셀의
    전압에 기반하여 에너지 저장 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 에너지 저장 상태, 상기 셀의 전압, 상기 셀의 온도에 기반하여 상기 건강 상태를 판단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 에너지 저장 상태를 판단하는 단계는
    하기 수학식을 이용하여 상기 에너지 저장 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
    [수학식]
    Figure pat00027

    (SOCinit: 기존 상태에서의 SOC, dt: 해당 SOC가 계산된 이후 현재까지 지난 시간, I: 셀에 흐르는 전류, Qmax: 셀의 최대 에너지 저장용량)
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 건강 상태를 판단하는 단계는
    하기 수학식을 이용하여 상기 건강 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
    [수학식]
    Figure pat00028

    (R: 내부 저항, SOC: 에너지 저장 상태, V: 셀 전압, T: 온도 Vmax: 전압의
    최대값, Vmin: 전압의 최소값, SOCmax: 에너지 저장 상태의 최대값, SOCmin: 에너지 저장 상태의 최소값, Tmax: 셀의 최대 온도, Tmin: 셀의 최소 온도, a1: 상수, a2: 상수, a3: 상수, a4: 상수)
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 에너지를 배분하는 단계는
    상기 건물의 외부 정보를 수집하는 단계; 및
    상기 건물의 외부 정보 및 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반하여 상기 부하에 에너지를 배분하는 방식의 예측을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 외부 정보를 수집하는 단계는
    전력 요금에 대한 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 에너지를 배분하는 방식의 예측을 수행하는 단계는
    상기 전력 요금에 대한 정보, 상기 에너지 저장 장치의 저장 상태, 상기 에너지 저장 장치의 건강 상태 및 부하 예측 값에 기반하여 비용을 계산하는 단계; 및
    상기 비용에 기반하여 부하 예측 값에 상응하는 부하 배분 방식을 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 부하 배분 방식을 결정하는 단계는
    상기 비용이 최저값인 비용에 상응하는 부하 배분 방식으로 결정하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 비용을 계산하는 단계는
    하기 식을 이용하여 상기 비용을 계산하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
    [수학식]
    Figure pat00029

    (PR: 전력 요금 정보, V: 셀의 전압, I: 셀의 전류, SOH: 에너지 저장 장치의건강 상태, a5: 건강 상태 및 비용과 상응하는 상수)
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 비용을 계산하는 단계는
    하기 식을 이용하여 부하 값을 예측하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 방법.
    [수학식]
    Figure pat00030

    (Ppredict: 예측 부하 값 Pold: 과거 동일한 기간에 사용한 부하값, Tamb,new : 현재 외부 기온, Tamb,old: 과거 외부 기온)
KR1020150077151A 2015-06-01 2015-06-01 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법 KR102534623B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150077151A KR102534623B1 (ko) 2015-06-01 2015-06-01 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법
US14/842,918 US9711987B2 (en) 2015-06-01 2015-09-02 Apparatus and method for managing energy in building based on state of health of energy storage system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150077151A KR102534623B1 (ko) 2015-06-01 2015-06-01 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160141461A true KR20160141461A (ko) 2016-12-09
KR102534623B1 KR102534623B1 (ko) 2023-05-22

Family

ID=57399089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150077151A KR102534623B1 (ko) 2015-06-01 2015-06-01 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9711987B2 (ko)
KR (1) KR102534623B1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101846913B1 (ko) * 2016-11-01 2018-04-09 현대자동차 주식회사 하이브리드 차량의 배터리 충전 제어 장치 및 충전 제어 방법
KR102145402B1 (ko) 2017-04-20 2020-08-19 한국전자통신연구원 건물 리트로핏을 위하여 에너지 절감 조치를 결정하는 장치 및 방법
WO2020055423A1 (en) * 2018-09-14 2020-03-19 General Electric Company Methods and systems for energy storage dispatch
EP3663651A1 (en) * 2018-12-07 2020-06-10 E.ON Sverige AB Controlling of a thermal energy distribution system
US11789082B2 (en) * 2019-04-10 2023-10-17 Jupiter Power, Llc Systems and method for managing dispatch and lifecycle of energy storage systems on an electrical grid, including management of energy storage systems for provisioning of multiple services
WO2022049745A1 (ja) * 2020-09-04 2022-03-10 株式会社 東芝 情報処理装置、情報処理方法、情報処理システム、およびプログラム
US11710964B2 (en) * 2020-12-14 2023-07-25 Saudi Arabian Oil Company Managing off-grid energy generation and storage
US20220228558A1 (en) * 2021-01-19 2022-07-21 General Electric Renovables Espana, S.L. Systems and methods for operating a power generating asset
US20230104443A1 (en) * 2021-10-06 2023-04-06 Geotab Inc. Methods for controlling power distribution to vehicles

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012014252A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Omron Corp 管理装置、管理装置の制御方法、管理システム、制御プログラムおよび記録媒体
KR20120035687A (ko) * 2010-10-06 2012-04-16 삼성에스디아이 주식회사 계통 연계형 전력 저장 시스템 및 이를 위한 통합 제어기
US20120249152A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 Yasuyuki Nishibayashi Charging/discharging determination apparatus and computer-readable non-transitory medium storing charging/discharging determination program
US20130082640A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Charge/discharge instruction apparatus, charge/discharge instruction method and charge/discharge instruction program
KR20140087930A (ko) * 2012-12-31 2014-07-09 주식회사 포스코아이씨티 배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법
JP2014526230A (ja) * 2011-07-26 2014-10-02 イーエム−パワー エナジー ピーティーワイ エルティーディー 電力装置
KR20150029204A (ko) * 2013-09-09 2015-03-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 장치, 및 배터리 팩의 관리 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4019734B2 (ja) 2001-03-28 2007-12-12 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 二次電池の運用方法及び二次電池装置
KR101243869B1 (ko) 2009-09-14 2013-03-20 한국전자통신연구원 에너지 및 전력관리 집적회로 장치
KR101229940B1 (ko) 2010-12-31 2013-02-06 한국과학기술원 에너지 저장장치의 모듈 관리 시스템 및 방법
KR20120134415A (ko) 2011-06-02 2012-12-12 에스케이이노베이션 주식회사 Ｅｓｓ의 배터리 수명 예측 시스템 및 그 방법
KR101500304B1 (ko) 2011-12-26 2015-03-11 주식회사 케이티 에너지 저장장치의 충방전 제어 방법 및 시스템
KR101498761B1 (ko) 2012-02-02 2015-03-04 주식회사 엘지화학 배터리의 수명 예측 방법 및 장치, 이를 이용한 배터리 관리 시스템
KR20130094925A (ko) 2012-02-17 2013-08-27 한국전자통신연구원 에너지관리시스템의 에너지 제어 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012014252A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Omron Corp 管理装置、管理装置の制御方法、管理システム、制御プログラムおよび記録媒体
KR20120035687A (ko) * 2010-10-06 2012-04-16 삼성에스디아이 주식회사 계통 연계형 전력 저장 시스템 및 이를 위한 통합 제어기
US20120249152A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 Yasuyuki Nishibayashi Charging/discharging determination apparatus and computer-readable non-transitory medium storing charging/discharging determination program
JP2014526230A (ja) * 2011-07-26 2014-10-02 イーエム−パワー エナジー ピーティーワイ エルティーディー 電力装置
US20130082640A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Charge/discharge instruction apparatus, charge/discharge instruction method and charge/discharge instruction program
KR20140087930A (ko) * 2012-12-31 2014-07-09 주식회사 포스코아이씨티 배터리 에너지 저장 시스템 및 그의 제어 방법
KR20150029204A (ko) * 2013-09-09 2015-03-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩, 배터리 팩을 포함하는 장치, 및 배터리 팩의 관리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102534623B1 (ko) 2023-05-22
US9711987B2 (en) 2017-07-18
US20160352125A1 (en) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160141461A (ko) 에너지 저장 장치의 건강 상태에 기반한 건물 에너지 관리 장치 및 방법
US10116136B2 (en) Primary frequency control through simulated droop control with electric loads
US9002531B2 (en) System and method for predictive peak load management via integrated load management
CN106575883B (zh) 管理装置和管理方法
JP5542781B2 (ja) 蓄電池制御システム及び蓄電池制御方法
JP5660863B2 (ja) 制御装置及び制御方法
JP6249895B2 (ja) 電力制御システム、方法及び電力制御装置
WO2016002346A1 (ja) 電力制御システム及び電力制御装置
US11611215B1 (en) System and method for power distribution optimization
JP6471751B2 (ja) エネルギー制御システム、エネルギー制御装置、エネルギー制御方法及びプログラム
KR20200005862A (ko) 에너지 관리 시스템 및 그 에너지 관리 시스템을 구비한 에너지 저장 시스템
EP3392997A1 (en) System and method for using excess electrical energy produced by an installation with renewable electricity generation
WO2012002275A1 (ja) 蓄熱式空調システムと蓄電池および蓄熱式ショーケースシステムと蓄電池の制御装置
US9841201B2 (en) Method and system for limiting consumption
KR101753907B1 (ko) 건물군 에너지 수요 관리 방법 및 그를 위한 장치
IES86813B2 (en) Apparatus and methods for managing hot water in a hot water storage tank heating system
KR102332937B1 (ko) 지역 기반 에너지 저장 장치의 제어 시스템 및 이를 이용한 에너지 관리 방법
JP6108665B2 (ja) 省エネルギーシステム
JP6413455B2 (ja) 給湯機制御装置、給湯機制御システム、給湯機制御方法およびプログラム
US20140288721A1 (en) Power leveling control method and power leveling control device
KR102084678B1 (ko) 태양광 연계형 ess 시스템의 방전 스케줄 제어방법
KR20220057228A (ko) 가상 센서 데이터를 이용한 에너지저장장치(ess)의 공조 시스템 제어 방법.
KR101119927B1 (ko) 전력 관리 시스템 및 방법
US20220146334A1 (en) Method for Determining a Thermal Consumption of an Energy System, Energy Management System and Energy System
EP3080520B1 (en) Method and system for limiting power consumption

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant