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KR20240163387A - 배터리 뱅크의 전력 제어 방법 및 그 방법을 제공하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

배터리 뱅크의 전력 제어 방법 및 그 방법을 제공하는 에너지 저장 시스템 Download PDF

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KR20240163387A
KR20240163387A KR1020230060583A KR20230060583A KR20240163387A KR 20240163387 A KR20240163387 A KR 20240163387A KR 1020230060583 A KR1020230060583 A KR 1020230060583A KR 20230060583 A KR20230060583 A KR 20230060583A KR 20240163387 A KR20240163387 A KR 20240163387A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rack
battery
bms
bank
energy storage
Prior art date
Application number
KR1020230060583A
Other languages
English (en)
Inventor
정종문
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of KR20240163387A publication Critical patent/KR20240163387A/ko

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Abstract

본 발명은, 배터리 뱅크의 전력을 제어하는 방법 및 그 방법을 제공하는 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 소정의 기준값 이상의 전력이 배터리에 공급 또는 상기 배터리에서 방전되는 과전력 이벤트를 진단하는 에너지 저장 시스템에서, 상기 배터리의 일단과 상기 에너지 저장 시스템의 제1 출력단 사이에 연결되는 랙 메인 스위치, 상기 랙 메인 스위치의 양단 사이에 직렬 연결되는 랙 프리차지 저항 및 랙 프리차지 스위치를 포함하는 배터리 랙을 복수 개 포함하는 배터리 뱅크, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대응하는 복수의 랙 프리차지 스위치가 턴 온 완료된 제1 시점부터 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대응하는 복수의 랙 메인 스위치가 턴 온 완료된 제2 시점까지의 프리차지 기간 동안 복수의 배터리 각각에 흐르는 랙 전류의 크기에 기초하여 상기 과전력 이벤트의 발생 여부를 판단하는 뱅크 BMS를 포함하고, 상기 뱅크 BMS는 상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하면, 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템 간의 전기적 연결을 차단한다.

Description

배터리 뱅크의 전력 제어 방법 및 그 방법을 제공하는 에너지 저장 시스템{POWER CONTROL METHOD FOR BATTERY BANK AND ENERGY STORAGE SYSTEM PROVIDING THE SAME}
본 발명은, 배터리 뱅크의 전력을 제어하는 방법 및 그 방법을 제공하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
최근 대용량의 에너지를 저장하기 위해 배터리 뱅크(battery bank)를 포함하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)이 많이 사용되고 있다. 이때, 배터리 뱅크는, 병렬 연결된 복수의 배터리 랙(battery rack)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 랙은, 직렬 및/또는 병렬 연결되는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
배터리 뱅크의 손상 및 화재 발생 등을 방지하기 위해, 에너지 저장 시스템 은 배터리 뱅크의 방전 전력 또는 배터리 뱅크의 충전 전력을 소정의 범위로 제한하고 있다(power limit). 예를 들어, 외부장치의 전력으로 배터리 뱅크를 충전하는 충전모드에서, 기 설정된 기준 전력의 120% 이상의 전력이 배터리 뱅크에 공급되는 경우, 에너지 저장 시스템은 배터리와 외부장치를 전기적으로 분리한다. 이러한 배터리 뱅크의 보호 방법은, 전력 제어 로직에 따라 자동으로 실행될 수 있다.
한편, 에너지 저장 시스템은, 복수의 배터리 랙 각각에 흐르는 랙 전류를 측정하고, 복수의 배터리 랙 전류를 합산한 결과인 뱅크 전류값에 기초하여 전력 제어 로직을 수행할 수 있다. 예를 들어, 뱅크 전류값이 소정의 기준값보다 크면, 에너지 저장 시스템은 배터리와 외부장치를 전기적으로 분리한다.
그러나, 이러한 방법은 복수의 배터리 랙 간의 전압차에 따른 밸런싱 전류를 고려하지 않을 경우, 오진단을 유발할 수 있다. 즉, 에너지 저장 시스템과 외부장치가 전기적으로 연결되어야 하는 상황에서, 에너지 저장 시스템과 외부장치를 전기적으로 분리하는 심각한 문제를 유발할 수 있다.
본 발명은, 정밀도 높게 배터리 뱅크의 전력을 제어하는 배터리 뱅크의 전력 제어 방법 및 그 방법을 제공하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 에너지 저장 시스템은, 소정의 기준값 이상의 전력이 배터리에 공급 또는 상기 배터리에서 방전되는 과전력 이벤트를 진단하는 에너지 저장 시스템에서, 상기 배터리의 일단과 상기 에너지 저장 시스템의 제1 출력단 사이에 연결되는 랙 메인 스위치, 상기 랙 메인 스위치의 양단 사이에 직렬 연결되는 랙 프리차지 저항 및 랙 프리차지 스위치를 포함하는 배터리 랙을 복수 개 포함하는 배터리 뱅크, 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대응하는 복수의 랙 프리차지 스위치가 턴 온 완료된 제1 시점부터 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대응하는 복수의 랙 메인 스위치가 턴 온 완료된 제2 시점까지의 프리차지 기간 동안 복수의 배터리 각각에 흐르는 랙 전류의 크기에 기초하여 상기 과전력 이벤트의 발생 여부를 판단하는 뱅크 BMS를 포함하고, 상기 뱅크 BMS는, 상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하면, 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템 간의 전기적 연결을 차단한다.
상기 뱅크 BMS는, 상기 복수의 배터리 각각에 흐르는 복수의 랙 전류의 크기의 합산값이 상기 기준값을 초과하면, 상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
상기 뱅크 BMS는, 소정의 기준시간 동안 상기 합산값이 상기 기준값을 초과하면, 상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
상기 복수의 배터리 랙 각각은, 상기 진단기간 동안 상기 랙 전류의 크기 산출하고, 상기 산출된 랙 전류의 크기를 상기 뱅크 BMS에 전달할 수 있다.
상기 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템의 상기 제1 출력단 사이에 연결되는 메인 릴레이를 포함하는 뱅크 릴레이부를 더 포함하고, 상기 뱅크 BMS는, 상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하면, 상기 메인 릴레이를 턴 오프 제어할 수 있다.
상기 뱅크 BMS는, 상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하면, 상기 복수의 랙 메인 스위치를 턴 오프 제어할 수 있다.
상기 기준값은, 상기 프리차지 기간에서, 제로에 대응할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 전력 제어 방법은, 배터리의 일단과 에너지 저장 시스템의 제1 출력단 사이에 연결되는 랙 메인 스위치, 상기 랙 메인 스위치의 양단 사이에 직렬 연결되는 랙 프리차지 저항 및 랙 프리차지 스위치를 포함하는 배터리 랙을 복수 개 포함하는 배터리 뱅크의 전력을 제어하는 방법으로서, 상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 복수의 랙 프리차지 스위치의 턴 온 이후, 소정의 배터리 랙에 대한 랙 메인 스위치를 턴 온 제어하는 단계, 복수의 배터리 각각에 흐르는 랙 전류의 크기를 합산하는 단계, 상기 합산한 랙 전류의 크기와 소정의 기준값을 비교하는 단계, 그리고 상기 합산한 랙 전류의 크기가 상기 기준값을 초과하면, 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템 간의 전기적 연결을 차단하는 단계를 포함한다.
상기 전력 제어 방법은, 상기 합산한 랙 전류의 크기와 소정의 기준값을 비교하는 단계 이후, 상기 합산한 랙 전류의 크기가 상기 기준값을 초과하지 않으면, 상기 복수의 배터리 랙 중 오프 상태의 랙 메인 스위치를 포함하는 배터리 랙이 존재하는지 판단하는 단계, 그리고 상기 오프 상태의 랙 메인 스위치를 포함하는 배터리 랙이 존재하면, 상기 소정의 배터리 랙에 대한 랙 메인 스위치를 턴 온 제어하는 단계로 진행할 수 있다.
상기 기준값은, 제로에 대응할 수 있다.
상기 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템 간의 전기적 연결을 차단하는 단계는, 상기 복수의 랙 메인 스위치를 턴 오프 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 복수의 배터리 랙 상호 간 밸런싱 전류가 발생하기 이전에 측정된 배터리 랙 전류에 기초하여 전력 제어 로직을 수행함으로써, 정밀도 높게 배터리 뱅크의 전력을 제어할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하는 회로도이다.
도 2는 도 1의 복수의 배터리 랙의 구성을 상세하게 설명하는 회로도이다.
도 3 내지 도 11은 배터리 뱅크의 프리차지 로직을 설명하는 회로도이다.
도 12 내지 도 14는 에너지 저장 시스템의 프리차지 로직을 설명하는 회로도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 배터리 뱅크의 전력 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 16은 도 15의 프리차지 단계(S200)를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명하는 회로도이고, 도 2는 도 1의 복수의 배터리 랙의 구성을 상세하게 설명하는 회로도이다.
도 1을 참고하면, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)(1)은 배터리 뱅크(10), 뱅크 릴레이부(20), 뱅크 전류 센서(30), 그리고 뱅크 BMS(Bank Battery Management System, B_BMS)(40)을 포함한다.
배터리 뱅크(10)는 병렬 연결된 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)을 포함할 수 있다. 배터리 뱅크(10)는 에너지 저장 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 연결되어 있으며, 에너지 저장 시스템(1)의 양극과 제1 출력단(OUT1) 사이에 뱅크 릴레이부(20)가 연결되어 있고, 에너지 저장 시스템(1)의 음극과 제2 출력단(OUT2) 사이에 뱅크 전류 센서(30)가 연결되어 있다. 도 1에 도시된 구성들 및 구성들 간의 연결 관계는 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)은 에너지 저장 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 병렬 연결될 수 있다. 이하에서, 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n) 중 특정 배터리 랙을 지시할 때 도면 부호 “Rack_j”를 이용하고, 해당 배터리 랙(Rack_j)에 포함된 배터리, 랙 스위칭부, 랙 BMS, 랙 메인 스위치, 랙 프리차지 스위치, 랙 프리차지 저항, 및 랙 전류 각각은 도면 부호 “B_j, SW_j, R_BMS_j, M_SWj, P_SWj, R_PRj, 및 I_raj”를 이용한다.
배터리 랙(Rack_j)은 배터리(B_j), 랙 스위칭부(SW_j), 그리고 랙 BMS(R_BMS_j)를 포함할 수 있다.
배터리(B_j)는, 직렬 및/또는 병렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 배터리 셀은 충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 도 1에는, 복수의 배터리 셀이 직렬 연결된 배터리(B_j)를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 배터리(B_j)는 직렬 및/또는 병렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
랙 스위칭부(SW_j)은, 에너지 저장 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 배터리(B_j)의 전기적 연결을 제어할 수 있다. 랙 스위칭부(SW_j)은, 랙 BMS(R_BMS_j)의 스위칭 제어 신호에 기초하여, 배터리(B_j)를 에너지 저장 시스템(1)에 병렬 연결할 수 있다.
도 2를 참고하면, 랙 스위칭부(SW_j)은, 랙 메인 스위치(M_SWj), 랙 프리차지 저항(R_PRj), 그리고 랙 프리차지 스위치(P_SWj)를 포함할 수 있다. 랙 메인 스위치(M_SWj), 랙 프리차지 저항(R_PRj), 그리고 랙 프리차지 스위치(P_SWj) 각각의 기능은 도 3 내지 도 11을 참고하여 상세하게 설명한다.
랙 BMS(R_BMS_j)는 뱅크 BMS(B_BMS)(40)의 제어에 따라 배터리 랙(Rack_j)을 전반적으로 제어한다. 실시예에 따라, 랙 BMS(R_BMS_j)는 랙 스위칭부(SW_j)를 제어하여 배터리(B_j)를 에너지 저장 시스템(1)의 두 출력단(OUT1, OUT2) 사이에 병렬 연결할 수 있다.
뱅크 릴레이부(20)는 에너지 저장 시스템(1)과 외부장치 간의 전기적 연결을 제어한다. 뱅크 릴레이부(20)가 턴 온(turn-on) 되면, 에너지 저장 시스템(1)과 외부장치가 전기적으로 연결되어 충전 또는 방전이 수행된다. 뱅크 릴레이부(20)가 오프 되면, 에너지 저장 시스템(1)과 외부장치가 전기적으로 분리된다. 이때, 외부장치는 배터리 뱅크(10)에 전력을 공급하여 충전하는 충전 모드에서는 충전기이고, 배터리 뱅크(10)가 외부장치로 전력을 방전하는 방전 모드에서는 부하일 수 있다.
도 1을 참고하면, 뱅크 릴레이부(20)는 프리차지 스위치(P_SW), 프리차지 저항(P_R), 및 메인 릴레이(M_SW)를 포함할 수 있다. 도 12 내지 도 14와 함께, 프리차지 릴레이(P_SW) 및 메인 릴레이(M_SW)를 제어하는 방법을 상세하게 설명한다.
뱅크 전류 센서(30)는 배터리 뱅크(10)와 외부 장치간 전류 경로에 직렬 연결되어 있다. 뱅크 전류 센서(30)는 배터리 뱅크(10)에 흐르는 뱅크 전류 즉, 충전 전류 및 방전 전류를 측정하고, 측정 결과를 뱅크 BMS(B_BMS)(40)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 뱅크 전류는 뱅크 전류 센서(30)에 의해 직접 센싱될 수 있다. 다른 예를 들어, 뱅크 전류는 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n) 각각에 흐르는 복수의 랙 전류(R_ra1-R_ra4)를 합산하여 산출될 수 있다.
구체적으로, 배터리 뱅크(10)는 병렬 연결된 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)을 포함한다. 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)의 개수가 많을수록, 뱅크 전류 센서(30)에 의해 측정되는 뱅크 전류의 정밀도가 낮아질 수 있다. 이에, 뱅크 전류는 에너지 저장 시스템(1)에 병렬 연결되어 있는 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n) 각각에 흐르는 복수의 랙 전류(R_ra1-R_ra4)를 합산하여 산출될 수 있다.
뱅크 BMS(B_BMS)(40)는, 에너지 저장 시스템(1)을 전반적으로 제어한다. 실시예에 따라, 도 2를 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는, 복수의 랙 전류(R_ra1-R_ra4)의 합산값에 대응하는 전력값과 소정의 기준값의 비교 결과에 기초하여 에너지 저장 시스템(1)과 외부장치를 전기적으로 분리할 수 있다.
복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n) 상호 간의 밸런싱 전류 및 외부장치와 배터리 뱅크(10) 상호 간의 전압 차에 따른 과전류에 따른 배터리 랙(Rack_j)의 손상을 방지하기 위해, 에너지 저장 시스템(1)은 프리차지 로직에 따라 배터리 뱅크(10)와 외부장치를 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들어, 우선, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)을 에너지 저장 시스템(1)에 순차적으로 연결하는 제1 프리차지 로직을 수행한 이후, 배터리 뱅크(10)와 외부장치를 전기적으로 연결하는 제2 프리차지 로직을 수행할 수 있다. 두 번의 프리차지 로직으로 배터리 뱅크(10)와 외부장치가 연결되면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 외부장치의 전력으로 배터리 뱅크(10)를 충전하거나, 배터리 뱅크(10)의 전력을 외부장치로 공급하는 구동모드를 수행할 수 있다. 이때, 제1 프리차지 로직 및 제2 프리차지 로직이 수행되는 모드를 프리차지 모드로 지칭할 수 있다.
뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 프리차지 모드 및 구동모드 각각에서 과전력 이벤트의 발생 여부를 판단할 수 있다. 실시예에 따라, 프리차지 모드에서, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 랙 전류(R_ra1-R_ra4)의 합산값에 기초하여 과전력 이벤트의 발생 여부를 판단할 수 있다.
과전력 이벤트는, 프리차지 모드 및 구동모드 각각에서 기 설정된 기준전력 이상의 전력이 배터리 뱅크(10)에 공급되거나 방전되는 이벤트일 수 있다. 실시예에 따라, 프리차지 모드에서, 외부장치와 배터리 뱅크(10)는 전기적으로 연결되어 있지 않은 상태이므로, 이상적으로는 배터리 뱅크(10)의 전력은 제로(zero)에 대응하여야 한다. 예를 들어, 오차 등을 반영한 소정의 기준값(10W)보다 복수의 랙 전류(R_ra1-R_ra4)의 합산값에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력값(예를 들어, 100W)이 크면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
과전력 이벤트가 발생하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 배터리 뱅크(10)와 외부장치를 전기적으로 분리하여, 배터리 뱅크(10)의 손상 및 화재 발생 등을 방지할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 11을 참고하여, 프리차지 모드에서, 과전력 이벤트 판단의 기초가 되는 복수의 랙 전류를 합산하는 방법을 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 11은 배터리 뱅크의 프리차지 로직을 설명하는 회로도이다. 구체적으로, 도 3은 복수의 랙 프리차지 스위치의 온 상태를 설명하는 회로도이고, 도 4 내지 도 7은 복수의 랙 메인 스위치가 순차로 턴 온되는 각 시점에 대응하여 복수의 랙 전류를 설명하는 회로도이며, 도 8 내지 도 11은 복수의 랙 프리차지 스위치가 순차로 턴 오프되는 각 시점에 대응하여 복수의 랙 전류를 설명하는 회로도이다.
실시예에 따라, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 랙 BMS(R_BMS_1-R_BMS_n)을 제어하여, 배터리 뱅크(10)에 포함된 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n) 각각을 에너지 저장 시스템(1)에 순차적으로 연결하는 제1 프리차지 로직을 수행할 수 있다.
사용 기간, 성능 차이 등을 원인으로, 복수의 배터리(B_1-B_n) 각각의 내부저항 값이 상이할 수 있다. 이하 도 3 내지 도 11에서, 제1 배터리(B_1)의 양단 전압인 제1 배터리 전압(V1) 및 제2 배터리(B_2)의 양단 전압인 제2 배터리 전압(V2)은 서로 동일하고, 제3 배터리(B_3)의 양단 전압인 제3 배터리 전압(V3) 및 제4 배터리(B_4)의 양단 전압인 제4 배터리 전압(V4)은 서로 동일하며, 제1 배터리 전압(V1) 및 제2 배터리 전압(V2)은 제3 배터리 전압(V3) 및 제4 배터리 전압(V4)보다 크다고 가정한다(V1=V2>V3=V4). 또한, 프리차지 모드에서는, 배터리 뱅크(10)와 외부장치가 전기적으로 연결되지 않은 상태이므로, 과전력 이벤트 판단의 기준값을 제로인 것으로 가정한다.
우선, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 랙 프리차지 스위치(SW_P1-SW_P4)가 순차적으로 턴 온되도록 복수의 랙 BMS(R_BMS_1-R_BMS_n)을 제어할 수 있다. 이하에서, 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)의 개수를 4개로 설명하나, 배터리 랙의 개수가 4개에 한정되는 것은 아니며 다양한 개수로 설정될 수 있다. 예를 들어, 대용량의 에너지를 저장하기 위해 에너지 저장 시스템(ESS)(1)은 수십 개 또는 수백 개의 배터리 랙을 포함할 수 있다.
도 3은, 복수의 랙 프리차지 스위치(SW_P1-SW_P4)가 모두 턴 온된 이후의 상태를 도시한다. 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 랙 프리차지 스위치(SW_P1-SW_P4)가 순차로 턴 온되도록 복수의 랙 BMS(R_BMS_1-R_BMS_4)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 프리차지 스위치(SW_P1)가 턴 온되고, 제2 프리차지 스위치(SW_P2)가 턴 온될 수 있다. 그 다음, 제3 프리차지 스위치(SW_P3)가 턴 온되고, 제4 프리차지 스위치(SW_P4)가 턴 온될 수 있다. 이때, 랙 프리차지 스위치(P_SWj)가 턴 온될 때, 랙 프리차지 스위치(P_SWj)에 직렬 연결된 랙 프리차지 저항(R_PRj)의 저항값에 의해, 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_4) 상호 간에 밸런싱 전류는 흐르지 않는 것으로 가정한다. 또는, 밸런싱 전류는 무시할 수 있을 정도의 크기라고 가정한다.
다음으로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제1 배터리 랙(Rack_1)의 제1 랙 메인 스위치(SW_M1)를 턴 온 제어한다. 도 4를 참고하면, 제2 내지 제4 배터리 랙(Rack_2-Rack_4)은 에너지 저장 시스템(1)에 연결되지 않았기 때문에, 제1 배터리 랙(Rack_1)은 제2 내지 제4 배터리 랙(Rack_2-Rack_4)과 폐회로를 구성하지 못한다.
따라서, 제1 배터리 랙(Rack_1)에 흐르는 제1 랙 전류(I_ra1)의 크기는 제로에 대응할 수 있다. 또한, 뱅크 전류(I_tal)의 크기도 제로에 대응할 수 있다. 뱅크 전류(I_tal)의 전류의 크기에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기가 제로에 대응하므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트는 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
다음으로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제2 배터리 랙(Rack_2)의 제2 랙 메인 스위치(SW_M2)를 턴 온 제어한다. 도 5를 참고하면, 제1 배터리 랙(Rack_1) 및 제2 배터리 랙(Rack_2)이 에너지 저장 시스템(1)에 연결되어 있다. 그러나, 제1 배터리(B_1) 및 제2 배터리(B_2)의 양단 전압의 크기가 같으므로, 제1 배터리 랙(Rack_1) 및 제2 배터리 랙(Rack_2) 상호간 밸런싱 전류는 발생하지 않을 수 있다.
따라서, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2) 각각의 크기는 제로에 대응할 수 있다. 또한, 뱅크 전류(I_tal)의 크기도 제로에 대응할 수 있다. 뱅크 전류(I_tal)의 전류의 크기에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기가 제로에 대응하므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트는 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
다음으로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제3 배터리 랙(Rack_3)의 제3 랙 메인 스위치(SW_M3)를 턴 온 제어한다. 도 6을 참고하면, 제1 배터리 랙(Rack_1), 제2 배터리 랙(Rack_2), 및 제3 배터리 랙(Rack_3)이 에너지 저장 시스템(1)에 연결되어 폐회로를 구성하고 있다. 예를 들어, 배터리(B_1) 및 제2 배터리(B_2)의 양단 전압의 크기가 제3 배터리(B_3)의 양단 전압의 크기보다 크기 때문에, 밸런싱 전류가 발생할 수 있다(V1=V2>V3). 구체적으로, 상대적으로 큰 전압을 갖는 큰 제1 배터리(B_1) 및 제2 배터리(B_2) 각각에서 작은 전압을 갖는 제3 배터리(B_3)로 밸런싱 전류가 전달될 수 있다. 예를 들어, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 및 제3 랙 전류(I_ra3) 각각은 2.5A, 2.5A, -5A라고 가정한다.
도 6을 참고하면, 제1 배터리 랙(Rack_1) 및 제2 배터리 랙(Rack_2)에서 제3 배터리 랙(Rack_3)로 밸런싱 전류가 발생한다. 그러나, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 및 제3 랙 전류(I_ra3)을 합산한 뱅크 전류(I_tal)는 0A(2.5A+2.5A-5A=0A)에 대응한다. 실시예에 따라, 배런싱 전류가 발생하여도, 뱅크 전류(I_tal)의 전류의 크기에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기가 제로에 대응하므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트는 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
다음으로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제4 배터리 랙(Rack_4)의 제4 랙 메인 스위치(SW_M4)를 턴 온 제어한다. 도 7을 참고하면, 제1 배터리 랙(Rack_1), 제2 배터리 랙(Rack_2), 제3 배터리 랙(Rack_3), 및 제4 배터리 랙(Rack_4)이 에너지 저장 시스템(1)에 연결되어 폐회로를 구성하고 있다. 예를 들어, 배터리(B_1) 및 제2 배터리(B_2)의 양단 전압의 크기가 제3 배터리(B_3) 및 제4 배터리(B_4)의 양단 전압의 크기보다 크기 때문에, 밸런싱 전류가 발생할 수 있다(V1=V2>V3=V4). 구체적으로, 상대적으로 큰 전압을 갖는 큰 제1 배터리(B_1) 및 제2 배터리(B_2) 각각에서 작은 전압을 갖는 제3 배터리(B_3) 및 제4 배터리(B_4)로 밸런싱 전류가 전달될 수 있다. 예를 들어, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 제3 랙 전류(I_ra3), 및 제4 랙 전류(I_ra4) 각각은 2.5A, 2.5A, -2.5A, -2.5A라고 가정한다.
도 7을 참고하면, 제1 배터리 랙(Rack_1) 및 제2 배터리 랙(Rack_2)에서 제3 배터리 랙(Rack_3) 및 제4 배터리(B_4)로 밸런싱 전류가 발생한다. 그러나, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 제3 랙 전류(I_ra3), 및 제4 랙 전류(I_ra4)를 합산한 뱅크 전류(I_tal)는 0A(2.5A+2.5A-2.5A-2.5A=0A)에 대응한다. 실시예에 따라, 배런싱 전류가 발생하여도, 뱅크 전류(I_tal)의 전류의 크기에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기가 제로에 대응하므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트는 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
도 4 내지 도 7은 복수의 랙 메인 스위치(SW_M1-SW_M4)가 턴 온 되는 과정에서 과전력 이벤트 발생 여부를 진단하는 방법을 설명하였다. 이후, 도 8 내지 도 11은 복수의 랙 프리차지 스위치(SW_P1-SW_P4)가 턴 오프 되는 과정에서 과전력 이벤트 발생 여부를 진단하는 방법을 설명한다.
도 3 내지 도 7의 과정을 거친 후 제1 내지 제4 배터리 랙(Rack_1-Rack_4)에서 복수의 랙 메인 스위치(SW_M1-SW_M4)는 모두 온 상태에 있다. 즉, 제1 내지 제4 배터리 랙(Rack_1-Rack_4)은 에너지 저장 시스템(1)에 연결되어 있어 배터리 전압 차에 따라 밸런싱 전류가 발생하고 있다. 그러나, 배터리 뱅크(10)에는 수십 또는 수백 개의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)이 병렬 연결되어 있어, 정밀한 뱅크 전류(I_tal)의 산출이 어렵다. 이하에서, 스위치가 제어되고 있는 배터리 랙(Rack_j)의 랙 전류(I_raj)만 산출하는 알고리즘에 따라 과전력 이벤트 발생 여부를 판단하는 것으로 가정한다.
우선, 도 8을 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제1 랙 BMS(R_BMS_1)를 제어하여 제1 랙 프리차지 스위치(SW_P1)를 턴 오프한다. 이때, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제2 랙 BMS(R_BMS_2), 제3 랙 BMS(R_BMS_3), 및 제4 랙 BMS(R_BMS_4) 각각으로 랙 프리차지 스위치(SW_Pj)의 턴 오프 제어 신호를 전송하지 않을 수 있다. 또한, 제1 랙 메인 스위치(SW_M1)는 온 상태이므로, 제1 랙 전류(I_ra1)는 제1 랙 메인 스위치(SW_M1)을 통해 계속 흐를 수 있다. 제1 랙 BMS(R_BMS_1)은 제1 랙 전류(I_ra1)를 측정하고, 측정된 제1 랙 전류(I_ra1)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다.
뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제1 랙 전류(I_ra1)의 크기에 기초하여 뱅크 전류(I_tal)를 산출한다. 도 8을 참고하면, 제1 랙 전류(I_ra1)의 크기가 2.5A이므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 뱅크 전류(I_tal)의 크기 2.5A를 산출한다. 이때, 2.5A에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기는 기준값보다 작은 것으로 가정한다. 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기가 기준값보다 작으므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트는 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제2 랙 BMS(R_BMS_2)를 제어하여 제2 랙 프리차지 스위치(SW_P2)를 턴 오프한다. 이때, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제3 랙 BMS(R_BMS_3) 및 제4 랙 BMS(R_BMS_4) 각각으로 랙 프리차지 스위치(SW_Pj)의 턴 오프 제어 신호를 전송하지 않을 수 있다. 또한, 제1 랙 메인 스위치(SW_M1) 및 제2 랙 메인 스위치(SW_M2)는 온 상태이므로, 제1 랙 전류(I_ra1) 및 제2 랙 전류(I_ra2) 각각은 제1 랙 메인 스위치(SW_M1) 및 제2 랙 메인 스위치(SW_M2)를 통해 계속 흐를 수 있다. 제1 랙 BMS(R_BMS_1)은 제1 랙 전류(I_ra1)를 측정하고, 측정된 제1 랙 전류(I_ra1)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다. 제2 랙 BMS(R_BMS_2)은 제2 랙 전류(I_ra2)를 측정하고, 측정된 제2 랙 전류(I_ra2)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다.
뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제1 랙 전류(I_ra1) 및 제2 랙 전류(I_ra2)의 크기에 기초하여 뱅크 전류(I_tal)를 산출한다. 도 8을 참고하면, 제1 랙 전류(I_ra1) 및 제2 랙 전류(I_ra2) 각각의 크기가 2.5A이므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 뱅크 전류(I_tal)의 크기 5A를 산출한다. 이때, 5A에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기는 기준값보다 큰 것으로 가정한다. 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기가 기준값보다 크므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단할 수 있다.
다음으로, 도 10을 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제3 랙 BMS(R_BMS_3)를 제어하여 제3 랙 프리차지 스위치(SW_P3)를 턴 오프한다. 이때, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제4 랙 BMS(R_BMS_4)로 제4 랙 프리차지 스위치(SW_P4)의 턴 오프 제어 신호를 전송하지 않을 수 있다. 또한, 제1 랙 메인 스위치(SW_M1), 제2 랙 메인 스위치(SW_M2), 및 제3 랙 메인 스위치(SW_M3)는 온 상태이므로, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 및 제3 랙 전류(I_ra3) 각각은 제1 랙 메인 스위치(SW_M1), 제2 랙 메인 스위치(SW_M2), 제3 랙 메인 스위치(SW_M3)를 통해 계속 흐를 수 있다. 제1 랙 BMS(R_BMS_1)은 제1 랙 전류(I_ra1)를 측정하고, 측정된 제1 랙 전류(I_ra1)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다. 제2 랙 BMS(R_BMS_2)은 제2 랙 전류(I_ra2)를 측정하고, 측정된 제2 랙 전류(I_ra2)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다. 제3 랙 BMS(R_BMS_3)은 제3 랙 전류(I_ra3)를 측정하고, 측정된 제3 랙 전류(I_ra3)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다.
뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 및 제3 랙 전류(I_ra3)의 크기에 기초하여 뱅크 전류(I_tal)를 산출한다. 도 10을 참고하면, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 및 제2 랙 전류(I_ra2) 각각의 크기가 2.5A, 2.5A, -2.5A이므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 뱅크 전류(I_tal)의 크기 2.5A를 산출한다. 이때, 2.5A에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기는 기준값보다 작으므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트는 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
다음으로, 도 11을 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제4 랙 BMS(R_BMS_4)를 제어하여 제4 랙 프리차지 스위치(SW_P4)를 턴 오프한다. 제1 랙 메인 스위치(SW_M1), 제2 랙 메인 스위치(SW_M2), 제3 랙 메인 스위치(SW_M3), 및 제4 랙 메인 스위치(SW_M4)는 온 상태이므로, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 제3 랙 전류(I_ra3), 제4 랙 전류(I_ra4) 각각은 제1 랙 메인 스위치(SW_M1), 제2 랙 메인 스위치(SW_M2), 제3 랙 메인 스위치(SW_M3), 및 제4 랙 메인 스위치(SW_M4)를 통해 계속 흐를 수 있다. 제1 랙 BMS(R_BMS_1)은 제1 랙 전류(I_ra1)를 측정하고, 측정된 제1 랙 전류(I_ra1)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다. 제2 랙 BMS(R_BMS_2)은 제2 랙 전류(I_ra2)를 측정하고, 측정된 제2 랙 전류(I_ra2)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다. 제3 랙 BMS(R_BMS_3)은 제3 랙 전류(I_ra3)를 측정하고, 측정된 제3 랙 전류(I_ra3)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다. 또한, 제4 랙 BMS(R_BMS_4)은 제4 랙 전류(I_ra4)를 측정하고, 측정된 제4 랙 전류(I_ra4)의 크기를 뱅크 BMS(B_BMS)에 전송한다.
뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 제3 랙 전류(I_ra3), 및 제4 랙 전류(I_ra4)의 크기에 기초하여 뱅크 전류(I_tal)를 산출한다. 도 11을 참고하면, 제1 랙 전류(I_ra1), 제2 랙 전류(I_ra2), 제2 랙 전류(I_ra2), 및 제4 랙 전류(I_ra4) 각각의 크기가 2.5A, 2.5A, -2.5A, -2.5A 이므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 뱅크 전류(I_tal)의 크기 0A를 산출한다. 이때, 0A에 대응하는 배터리 뱅크(10)의 전력의 크기는 기준값보다 작으므로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 과전력 이벤트는 발생하지 않은 것으로 진단할 수 있다.
도 4 내지 도 7에서, 복수의 랙 메인 스위치(SW_M1-SW_M4)가 순차로 턴 온되는 과정에서, 과전력 이벤트는 발생하지 않은 것으로 진단된다. 그러나, 도 8 내지 도 11에서, 복수의 랙 프리차지 스위치(SW_P1-SW_P4)가 순차로 턴 오프 되는 과정에서, 과전력 이벤트가 발생하였다. 즉, 배터리 뱅크(10)가 뱅크 릴레이부(20)를 통해 외부장치와 전기적으로 연결되기 이전으로, 실제로는 배터리 뱅크(10)의 충전 전력 또는 방전 전력이 없는 상태이나, 과전력 이벤트가 발생한 것으로 오진단이 발생한 것이다.
실시예에 따라, 배터리 뱅크(10)에 포함된 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n) 각각을 에너지 저장 시스템(1)에 순차적으로 연결하는 제1 프리차지 모드에서, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 랙 메인 스위치(SW_M1-SW_M4)가 순차로 턴 온되는 기간에 과전력 이벤트 발생 여부를 판단할 수 있다. 그러면, 랙 전류 및 뱅크 전류를 산출하는 알고리즘의 의해 발생할 수 있는 과전력 이벤트의 오진단을 해결할 수 있다.
도 12 내지 도 14는 에너지 저장 시스템의 프리차지 로직을 설명하는 회로도이다.
제1 프리차지 모드에서, 배터리 뱅크(10)에 포함된 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n) 각각이 에너지 저장 시스템(1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이후, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 배터리 뱅크(10)와 외부장치를 전기적으로 연결하는 제2 프리차지 로직을 수행할 수 있다.
우선, 도 12를 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 프리차지 스위치(P_SW)를 턴 온 제어한다. 프리차지 스위치(P_SW)가 턴 온되면, 프리차지 스위치(P_SW)에 직렬 연결된 프리차지 저항(P_R)에 의해 미세 전류가 배터리 뱅크(10)로 유입된다. 배터리 뱅크(10)의 양단 전압과 외부장치의 양단 전압이 소정의 오차 범위 속할 때까지 프리차지 스위치(P_SW)는 온 상태를 유지할 수 있다.
다음으로, 도 13을 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 메인 스위치(M_SW)를 턴 온 제어한다. 아직, 메인 스위치(M_SW)에 병렬 연결되어 있는 프리차지 스위치(P_SW)가 온 상태이므로, 메인 스위치(M_SW)가 턴 온되어도 과전류에 의한 손상을 예방할 수 있다.
다름으로, 도 14를 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 프리차지 스위치(P_SW)를 턴 오프 제어한다. 예를 들어, 배터리 뱅크(10)의 양단 전압과 외부장치의 양단 전압이 소정의 오차 범위 속하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 프리차지 스위치(P_SW)를 턴 오프 제어한다. 그러면, 과전류 발생에 따른 다양한 문제를 예방할 수 있다.
도 12 내지 도 14에 대응하는 과정이 지나면, 배터리 뱅크(10)와 외부장치가 전기적으로 연결되어, 배터리 뱅크(10)가 충전되거나, 방전되는 구동 모드가 진행될 수 있다. 구동모드에서, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 랙 전류(I_ra1-I_ran)의 크기에 기초하여 과전력 이벤트를 진단할 수 있다.
도 15는 다른 실시예에 따른 배터리 뱅크의 전력 제어 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 16은 도 15의 프리차지 단계(S200)를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
도 15를 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 슬립모드 또는 셧-다운모드에서 웨이크업한다(S100).
슬립모드는, 배터리 뱅크(10)를 기준으로 전력의 유출 또는 유입이 없는 상태일 수 있다. 슬립모드에서, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 배터리 뱅크(10)를 제어하지 않지만, 구동전력은 공급받는 상태일 수 있다. 셧-다운 모드는, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)에 구동전력이 공급되지 않는 상태일 수 있다.
웨이크업 모드는, 에너지 저장 시스템(1)이 연결된 외부 시스템의 요청 등에 의해, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)가 슬립모드 또는 셧-다운 모드에서 깨어나서 외부장치와의 전기적 연결을 준비하는 상태일 수 있다.
다음으로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 외부장치와 에너지 저장 시스템(1)을 전기적으로 연결한다(S200).
에너지 저장 시스템(1)은 대용량의 에너지를 저장하기 위해 병렬 연결되는 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 시스템(1)은 수십 개 또는 수백 개의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)을 포함할 수 있다.
뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 밸런싱 전류에 의한 배터리 랙(Rack_j) 및 복수의 스위치 등의 손상을 방지하기 위해 프리차지 로직을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)을 에너지 저장 시스템(1)에 연결하는 제1 프리차지 모드 및 배터리 뱅크(10)와 외부장치를 연결하는 제2 프리차지 모드를 순차로 수행할 수 있다.
다음으로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 배터리 뱅크(10)에 포함된 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n)을 에너지 저장 시스템(1)에 연결하는 제1 프리차지 모드를 수행한다(S210).
S210 단계에서, 도 16을 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 랙 BMS(R_BMS_1-R_BMS_n)을 제어하여 복수의 배터리 랙(Rack_1-Rack_n) 각각에 대응하는 복수의 랙 프리차지 스위치(SW_P1-SWP4)를 턴 온 제어한다(S211).
도 3에서, 복수의 랙 프리차지 스위치(SW_P1-SWP4) 전체가 턴 온 된 상태를 도시하고 있으나, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 복수의 랙 BMS(R_BMS_1-R_BMS_n)을 제어하여 복수의 랙 프리차지 스위치(SW_P1-SWP4)가 순차로 턴 온시킬 수 있다.
S210 단계에서, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 소정의 배터리 랙(Rack_j)의 랙 메인 스위치(SW_Mj)를 턴 온 제어한다(S212).
S210 단계에서, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 턴 온 상태의 랙 메인 스위치(SW_Mj)에 대응하는 적어도 하나의 배터리(B_j)에 흐르는 랙 전류(I_raj)를 산출하고, 산출된 랙 전류(I_raj)의 크기를 합산한다(S213).
S210 단계에서, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 랙 전류(I_raj)의 합산값이 소정의 기준값을 초과하는지 여부를 판단한다(S214).
S210 단계에서, 판단결과 합산값이 기준값을 초과하지 않으면(S214, NO), 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 오프 상태에 있는 랙 메인 스위치(SW_Mj)가 존재하는지 여부를 판단한다(S215).
S210 단계에서, 판단결과 오프 상태에 있는 랙 메인 스위치(SW_Mj)가 존재하면(S215, YES), 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 S212단계를 수행한다.
도 4 내지 도 11을 참고하면, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제1 배터리 랙(Rack_1)의 제1 랙 메인 스위치(SW_M1)부터 제4 배터리 랙(Rack_4)의 제4 랙 메인 스위치(SW_M4)를 순차로 턴 온 제어할 때마다, 과전력 이벤트 발생 여부를 진단할 수 있다.
예를 들어, 소정의 랙 메인 스위치(SW_Mj)가 턴 온 제어될 때마다, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 온 상태의 랙 메인 스위치(SW_Mj)에 대응하는 적어도 하나의 배터리(B_j)에 흐르는 랙 전류(I_raj)를 모두 합산하여 과전력 이벤트를 진단할 수 있다.
S210 단계에서, 판단결과 오프 상태에 있는 랙 메인 스위치(SW_Mj)가 존재하지 않으면(S215, NO), 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 제1 프리차지 모드를 종료하고, 배터리 뱅크(10)와 외부장치를 연결하는 제2 프리차지 모드를 수행한다(S230).
예를 들어, 제2 프리차지 모드는 앞서 설명한 도 12 내지 도 14에 대응할 수 있다.
다음으로, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 배터리 뱅크(10)가 기 설정된 작업을 수행하는 구동모드로 운영되도록 복수의 랙 BMS(R_BMS_1-R_BMS_n)를 제어한다(S300).
예를 들어, 뱅크 BMS(B_BMS)(40)는 외부장치의 전력으로 배터리 뱅크(10)를 충전하는 충전모드 또는 배터리 뱅크(10)의 전력을 외부장치로 전달하는 방전모드를 수행한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 소정의 기준값 이상의 전력이 배터리에 공급 또는 상기 배터리에서 방전되는 과전력 이벤트를 진단하는 에너지 저장 시스템에서,
    상기 배터리의 일단과 상기 에너지 저장 시스템의 제1 출력단 사이에 연결되는 랙 메인 스위치, 상기 랙 메인 스위치의 양단 사이에 직렬 연결되는 랙 프리차지 저항 및 랙 프리차지 스위치를 포함하는 배터리 랙을 복수 개 포함하는 배터리 뱅크,
    상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대응하는 복수의 랙 프리차지 스위치가 턴 온 완료된 제1 시점부터 상기 복수의 배터리 뱅크 각각에 대응하는 복수의 랙 메인 스위치가 턴 온 완료된 제2 시점까지의 프리차지 기간 동안 복수의 배터리 각각에 흐르는 랙 전류의 크기에 기초하여 상기 과전력 이벤트의 발생 여부를 판단하는 뱅크 BMS를 포함하고,
    상기 뱅크 BMS는,
    상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하면, 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템 간의 전기적 연결을 차단하는, 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 뱅크 BMS는,
    상기 복수의 배터리 각각에 흐르는 복수의 랙 전류의 크기의 합산값이 상기 기준값을 초과하면, 상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하는, 에너지 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 뱅크 BMS는,
    소정의 기준시간 동안 상기 합산값이 상기 기준값을 초과하면, 상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하는, 에너지 저장 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 랙 각각은,
    상기 진단기간 동안 상기 랙 전류의 크기 산출하고, 상기 산출된 랙 전류의 크기를 상기 뱅크 BMS에 전달하는, 에너지 저장 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템의 상기 제1 출력단 사이에 연결되는 메인 릴레이를 포함하는 뱅크 릴레이부를 더 포함하고,
    상기 뱅크 BMS는,
    상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하면, 상기 메인 릴레이를 턴 오프 제어하는, 에너지 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 뱅크 BMS는,
    상기 과전력 이벤트가 발생한 것으로 진단하면, 상기 복수의 랙 메인 스위치를 턴 오프 제어하는, 에너지 저장 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기준값은,
    상기 프리차지 기간에서, 제로에 대응하는 것을 특징으로 하는, 에너지 저장 시스템.
  8. 배터리의 일단과 에너지 저장 시스템의 제1 출력단 사이에 연결되는 랙 메인 스위치, 상기 랙 메인 스위치의 양단 사이에 직렬 연결되는 랙 프리차지 저항 및 랙 프리차지 스위치를 포함하는 배터리 랙을 복수 개 포함하는 배터리 뱅크의 전력을 제어하는 방법으로서,
    상기 복수의 배터리 랙 각각에 대한 복수의 랙 프리차지 스위치의 턴 온 이후, 소정의 배터리 랙에 대한 랙 메인 스위치를 턴 온 제어하는 단계,
    복수의 배터리 각각에 흐르는 랙 전류의 크기를 합산하는 단계,
    상기 합산한 랙 전류의 크기와 소정의 기준값을 비교하는 단계, 그리고
    상기 합산한 랙 전류의 크기가 상기 기준값을 초과하면, 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템 간의 전기적 연결을 차단하는 단계를 포함하는 전력 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 합산한 랙 전류의 크기와 소정의 기준값을 비교하는 단계 이후,
    상기 합산한 랙 전류의 크기가 상기 기준값을 초과하지 않으면, 상기 복수의 배터리 랙 중 오프 상태의 랙 메인 스위치를 포함하는 배터리 랙이 존재하는지 판단하는 단계, 그리고
    상기 오프 상태의 랙 메인 스위치를 포함하는 배터리 랙이 존재하면, 상기 소정의 배터리 랙에 대한 랙 메인 스위치를 턴 온 제어하는 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는, 전력 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기준값은,
    제로에 대응하는 것을 특징으로 하는, 전력 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 외부장치와 상기 에너지 저장 시스템 간의 전기적 연결을 차단하는 단계는,
    상기 복수의 랙 메인 스위치를 턴 오프 제어하는 단계를 더 포함하는, 전력 제어 방법.
KR1020230060583A 2023-05-10 배터리 뱅크의 전력 제어 방법 및 그 방법을 제공하는 에너지 저장 시스템 KR20240163387A (ko)

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