JP7728964B2 - 新規設置電池ラックの最適な動作のためのエネルギー貯蔵システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０２２年３月２１日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２２－００３４４２９号の出願日の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された内容の全ては、本明細書に組み込まれる。

本発明は、エネルギー貯蔵システム及びエネルギー貯蔵システムを制御する方法に関し、より具体的には、新規で設置される電池ラックの最適な動作のためのエネルギー貯蔵システム及びエネルギー貯蔵システムを制御する方法に関する。

エネルギー貯蔵システム（Energy Storage System：ＥＳＳ）は、再生可能エネルギー、電力を貯蔵した電池、及び既存の系統電力を連携させるシステムである。近年、スマートグリッド（smart grid）と再生可能エネルギーの普及が広がっており、電力系統の効率化と安定性が強調されることに伴って、電力供給及び需要の調節、及び電力品質の向上のために、エネルギー貯蔵システムに対する需要がますます増加しつつある。使用の目的によって、エネルギー貯蔵システムは、出力と容量が変わり、大容量エネルギー貯蔵システムを構成するために、複数の電池システムを互いに接続することができる。

エネルギー貯蔵システムは、時間が経過するにつれて一部の電池ラックの性能が低下することがあり、それによって既存の電池ラックに新規ラックを追加して性能を補うことが可能である。この場合、新規で追加されたラックと既存に設置されていたラックとの間には性能の差が存在し、このようなラック間の性能差によって不要なラックバランシングが繰り返されることがある。これにより、性能補完のために新規ラックが追加されたにもかかわらず、新規ラックが既存のラックの性能に追従するようになるという問題が発生する。すなわち、新規で電池ラックを追加したにもかかわらず、新規ラックが保有する最大性能（例えば、定格容量、使用期間などで）を十分活用することができないという問題が発生する。

また、新規電池ラックを、既存の電池ラックを含むエネルギー貯蔵システムに多様な態様の接続構成で追加することができるが、その接続構成によって、エネルギー貯蔵システムが充放電効率及び全体のＲＴＥ（Round Trip Efficiency）の面で最大性能を発揮できないこともある。

上記のような問題点を解決するための本発明の目的は、新規設置電池ラックの最適な動作のためのエネルギー貯蔵システムを提供することにある。

上記のような問題点を解決するための本発明の別の目的は、新規設置電池ラックの最適な動作のためのエネルギー貯蔵システムを制御する装置を提供することにある。

上記のような問題点を解決するための本発明のまた別の目的は、新規設置電池ラックの最適な動作のためのエネルギー貯蔵システムを制御する方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、複数の第１の電池ラック、複数の第１の電池ラックと連動して電力変換を行うセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ、複数の第２の電池ラック、及び複数の第２の電池ラックとそれぞれ連動して電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣコンバータ、を含むことができる。ここで、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータは、電力変換装置（ＰＣＳ：Power Conversion System）及び発電装置のうちの少なくとも一つと接続されたＤＣバスに並列接続されて構成されてよい。

エネルギー貯蔵システムは、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を用いて、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する充放電出力を制御する制御装置をさらに含むことができる。

制御装置は、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達して、複数の第１の電池ラック及び複数の第２の電池ラックが同一の時点で電力を出力するようにすることができる。

制御装置は、エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量を確認し、充放電電力要求量、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を用いて、複数の第１の電池ラック及び複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出することができる。

複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報は、電池ラックの個数、ＳＯＨ、ＳＯＣ、出力電流、出力電力、及び温度のうちの一つ以上を含むことができる。

制御装置は、複数の第２の電池ラックに関する情報を用いて、第２の電池ラックのそれぞれに対する出力加重値を算出し、第２の電池ラックの出力加重値及びエネルギー貯蔵システム内の全電池ラックの個数に対する第２の電池ラックの個数に基づいて、第２の電池ラックのそれぞれに対する電力指令値を計算することができる。

制御装置は、エネルギー貯蔵システムのＥＭＳ（Energy Management System）又はＢＳＣ（Battery Section Controller）に含まれるように具現化されてよい。

上記別の目的を達成するための本発明の一実施例に係るエネルギー貯蔵システム制御装置は、複数の第１の電池ラックと連動して電力変換を行うセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ、及び、ＤＣバスにセントラルＤＣ－ＤＣコンバータと並列接続され、 複数の第２の電池ラックとそれぞれ連動して電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣコンバータ、と連動することができ、少なくとも一つのプロセッサ、少なくとも一つのプロセッサにより実行される少なくとも一つの命令を格納するメモリを含むことができる。

少なくとも一つの命令は、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を確認する命令、及び、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を用いて、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する充放電出力を制御する命令、を含むことができる。

充放電出力を制御する命令は、複数の第１の電池ラック及び複数の第２の電池ラックが同一の時点で電力を出力するように、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達する命令を含むことができる。

複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を確認する命令は、エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量を確認する命令を含むことができる。ここで、充放電出力を制御する命令は、充放電電力要求量、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を用いて、複数の第１の電池ラック及び複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出する命令を含むことができる。

充放電出力を制御する命令は、複数の第２の電池ラックに関する情報を用いて、第２の電池ラックのそれぞれに対する出力加重値を算出する命令、及び、第２の電池ラックの出力加重値及びエネルギー貯蔵システム内の全電池ラックの個数に対する第２の電池ラックの個数に基づいて、第２の電池ラックのそれぞれに対する電力指令値を計算する命令を含むことができる。

エネルギー貯蔵システム制御装置は、エネルギー貯蔵システムの ＥＭＳ（Energy Management System）又はＢＳＣ（Battery Section Controller）に含まれるように具現化されてよい。

また別の目的を達成するための本発明の一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの制御方法は、複数の第１の電池ラックと連動して電力変換を行うセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ、及び、ＤＣバスにセントラルＤＣ－ＤＣコンバータと並列接続され、複数の第２の電池ラックとそれぞれ連動して電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣコンバータ、を含むエネルギー貯蔵システムの制御方法であって、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を確認するステップ、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を用いて、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する充放電出力を制御するステップ、を含むことができる。

充放電出力を制御するステップは、複数の第１の電池ラック及び複数の第２の電池ラックが同一の時点で電力を出力するように、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達するステップを含むことができる。

複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を確認するステップは、エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量を確認するステップを含むことができる。ここで、充放電出力を制御するステップは、充放電電力要求量、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を用いて、複数の第１の電池ラック及び複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出するステップを含むことができる。

充放電出力を制御するステップは、複数の第２の電池ラックに関する情報を用いて、第２の電池ラックのそれぞれに対する出力加重値を算出するステップ、及び、第２の電池ラックの出力加重値及びエネルギー貯蔵システム内の全電池ラックの個数に対する第２の電池ラックの個数に基づいて、第２の電池ラックのそれぞれに対する電力指令値を計算するステップを含むことができる。

エネルギー貯蔵システムの制御方法は、エネルギー貯蔵システムのＥＭＳ（Energy Management System）又はＢＳＣ（Battery Section Controller）に含まれるように具現化された制御装置によって行われることができる。

上記のような本発明の実施例によれば、エネルギー貯蔵システムに新規電池ラックを追加する場合、不要なラックバランシングを防止することができる。

それによって、新規電池ラックが保有する性能を最大限（１００％）活用することができる。

また、本発明の実施例によれば、新規電池ラックの充放電効率及び全体のＲＴＥ（Round Trip Efficiency）の面で最大性能を発揮することができる。

既存のエネルギー貯蔵システムのブロック図である。 本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムのブロック図である。 本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの起動時及び停止時の出力値及び各電池領域での出力値の関係を示す。 本発明の比較例に係るエネルギー貯蔵システムのブロック図である。 本発明の比較例に係るエネルギー貯蔵システムの起動時及び停止時の出力値及び各電池領域での出力値の関係を示す。 本発明の実施例によってオーグメンテーション領域内の各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力加重値を算出する概念を示す。 本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの制御方法のフロー図である。 本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システム制御装置のブロック図である。

本発明は、種々の変更を加えることができ、様々な実施例を有することができるが、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明で詳しく説明する。これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されたい。各図面を説明しながら類似の参照符号を類似の構成要素に対して使用している。

第１、第２、Ａ、Ｂなどの用語は、多様な構成要素を説明するのに使用されてよいが、構成要素は、上記用語によって限定されない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく、第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてよく、同様に第２の構成要素も第１の構成要素と命名されてよい。「及び／又は」という用語は、複数の関連して記載された項目の組み合わせ又は複数の関連して記載された項目のうちのある項目を含む。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及されたときには、当該他の構成要素に直接的に連結されているか又は接続されていることもあるが、中間に別の構成要素が存在することもできると理解されたい。これに対し、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及されたときには、中間に別の構成要素が存在しないことと理解されたい。

本明細書で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味でない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものなどの存在又は付加可能性をあらかじめ排除しないことと理解されたい。

別に定義されない限り、技術的又は科学的な用語を含め、ここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有している。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書において明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味としては解釈されない。

本明細書において使用される一部の用語を定義すれば、次の通りである。

ＳＯＣ（State of Charge：充電率）は、電池の現在充電された状態を割合［％］で表したものであり、ＳＯＨ（State of Health：残存率）は、電池の現在の残存状態を割合［％］で表したものである。

電池ラック（Rack）は、電池メーカーで設定したモジュール単位を直列／並列接続してＢＭＳを通じてモニタリングと制御が可能な最小単一構造のシステムを意味し、複数の電池モジュールと１つのＢＰＵ又は保護装置を含んで構成されてよい。

電池バンク（Bank）は、複数のラックを並列接続して構成される大きい規模の電池ラックシステムの集合群を意味することができる。電池バンク単位のＢＭＳを通じて、電池ラック単位のラックＢＭＳ（ＲＢＭＳ）に対するモニタリングと制御を行うことができる。

ＢＳＣ（Battery Section Controller：電池セクション制御装置）は、電池バンク（Bank）単位の電池システムを含む電池システムに対する最上位の制御を行う装置であって、複数のバンクレベル（Bank Level）構造の電池システムにおいて制御装置として使用されることもできる。

定格容量（Nominal Capacity： Nominal Capa.）は、電池メーカーが開発当初設定した電池の設定容量［Ａｈ］を意味することができる。

以下、本発明に係る好ましい実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、既存のエネルギー貯蔵システムのブロック図である。

エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）で電力を貯蔵する役割を果たす電池の最小単位は、通常、電池セル（cell）である。電池セルの直列／並列の組み合わせが電池モジュールをなし、多数の電池モジュール（Battery Module）が電池ラック（Rack）を構成することができる。すなわち、電池ラックは、電池モジュールの直列／並列の組み合わせであって、電池システムの最小単位になることができる。ここで、電池が使用される装置又はシステムによって、電池ラックは電池パック（pack）と呼ばれることもできる。

図１を参照すれば、一つの電池ラックは、複数の電池モジュールと一つのＢＰＵ１０又は保護装置を含むことができる。電池ラックは、ＲＢＭＳ（Ｒａｃｋ ＢＭＳ）を通じてモニタリングと制御が可能である。ＲＢＭＳは、自己が管理する各電池ラックの電流、電圧及び温度をモニタリングし、モニタリングの結果に基づいて電池のＳＯＣ（Status Of Charge）を算出して充放電を制御する役割を果たすことができる。

一方、ＢＰＵ（Battery Protection Unit）１０は、電池ラック単位で異常電流と事故電流から電池を保護するための装置である。ＢＰＵ１０は、メインコンタクタ（Main Contactor：ＭＣ）、ヒューズ、回路遮断器（Circuit Breaker：ＣＢ）又は切離しスイッチ（Disconnect Switch：ＤＳ）などを含むことができる。ＢＰＵは、ＲＢＭＳの制御によってメインコンタクタをオン／オフ制御してラック単位で電池システムを制御することができる。ＢＰＵはまた、短絡の発生時にヒューズを用いて短絡電流から電池を保護することができる。このように、既存の電池システムは、ＢＰＵ、スイッチギヤのような保護装置を通じて制御されてよい。

一方、多数の電池及び周辺回路、装置などを含んで構成された電池セクションのそれぞれには、電池システム制御器 (Battery System Controller：ＢＳＣ）２０が設けられ、電圧、電流、温度、遮断器といった制御の対象をモニタリングして制御することができる。ＢＳＣは、複数の電池ラックを含むバンク単位の電池システムを含む電池システムの最上位制御装置であって、複数個のバンクレベル構造の電池システムで制御装置として使用されることもある。

また、電池セクション毎に設けられた電力変換システム（Power Conversion System：ＰＣＳ）４０は、ＥＭＳ３０からの充／放電指令に基づいて実質的な充放電を行う装置であって、電力変換部（ＤＣ／ＡＣインバータ）及びコントローラを含んで構成されてよい。一方、各ＢＰＵ１０の出力は、ＤＣバスを介して発電装置（例：太陽光発電装置）及びＰＣＳ４０に接続されてよく、ＰＣＳ４０は、グリッドと接続されてよい。また、ＥＭＳ（Energy Management System）３０又はＰＭＳ（Power Management System）は、ＥＳＳシステムを全体的に管理する。

図１に示すような従来のエネルギー貯蔵システムには、ＢＰＵ、スイッチギヤ（Switch gear）のような保護素子を通じて電池システムが制御されるだけで、電池容量、ＳＯＨ、ＳＯＣのような電池システムの個別的な特性を考慮した個別の制御が不可能である。

このようなエネルギー貯蔵システムで多数個の電池ラックが電圧源の役割をし、ＰＣＳはＣＣ（Constant Current）制御又はＣＰ（Constant Power）制御を通じて電池ラックを充放電する。電池ラックの初期設置時には電池ラックの性能がほとんど類似（等価抵抗で表した場合、類似する抵抗値が現われる）しており、各ラックの充放電電流が類似する水準で現われる。しかしながら、時間が経過するにつれて一部のラックの性能低下が生じることがある。この場合、新規ラックを追加して性能を補うが、これをオーグメンテーション（augmentation）と言う。

このとき、新規追加されたラックと既存に設置されていたラックとの間には性能差が存在することがあり、既存の制御方法によれば、不要な、または過度なラックバランシングなどが繰り返されながら、新規追加されたラックが既存に設置されていたラックの低下した性能に追従するようになる問題が発生する。すなわち、新規でラックを追加したにもかかわらず、新規ラックが保有する最大性能（例えば、定格容量、使用期間など）を十分活用できなくなる。

図２は、本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムのブロック図である。

図２は、既存電池ラック（既設置ＢＰＵ Ｒａｃｋｓ）を含むエネルギー貯蔵システム（例えば、図１に示すシステム）に複数の新規電池ラック（Ｎｅｗ ＤＣ／ＤＣ Ｒａｃｋｓ）が追加された場合のシステムを示す。

本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、図２に示すように、電池ラック、ＢＰＵ１００、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０、セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００、制御装置３００を含むことができる。

セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＢＰＵ１００によって制御される既存電池ラック（複数の第１の電池ラック）と連動して電力変換を行う。ここで、セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＤＣバスと接続され、第１の電池ラックとＤＣバスとの間でＤＣ－ＤＣ変換を行う。セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、本体及びＤＣ－ＤＣコントローラを含むことができる。

元々動作していた複数の電池ラック（第１の電池ラック）及びＢＰＵ１００に加えて、新規電池ラック（第２の電池ラック）が追加されるオーグメンテーションがなされる場合には、すなわち、オーグメンテーションによって既存電池ラック及び新規電池ラックが併存する場合、従来の制御方法によれば、新規ラックの性能が急激に低下するか、ラック間のバランシング不均衡などの問題が発生し得る。

したがって、本発明の一実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、新規で追加される複数の電池ラック（第２の電池ラック）に対して、ＢＰＵの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータ１５０を使用する。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０は、ＤＣバスと接続され、第２の電池ラックとＤＣバスとの間でＤＣ－ＤＣ変換を行う。ＤＣ－ＤＣコンバータ１５０は、本体及びＤＣ－ＤＣコントローラを含むことができる。

オーグメンテーション領域に配置されるＤＣ／ＤＣコンバータ１５０は、既存ラックと新規ラックとを電気回路的に分離し、運用できるようにする。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力は、使用者による能動制御が可能であって、各電池ラックの間でＳＯＣ、ＳＯＨ、容量の差が発生しても、個別の電池ラックの特性を考慮した電池出力の制御が可能となる。

セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータ１５０は、図２に示すように電力変換装置４００及び発電装置５００のうちの少なくとも一つと接続されたＤＣバスに並列接続されて構成されてよい。すなわち、本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムは、ＤＣ－Ｃｏｕｐｌｅｄ構造で電力変換装置４００又は発電装置５００と連系され、新規ラックのオーグメンテーションシ時に、新規ラックを管理する複数のＤＣ－ＤＣコンバータ１５０のそれぞれがＤＣバスに並列接続されることで、既存のラックを統合管理するセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００と並列構造をなす。

セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータ１５０は、制御装置３００と接続される。制御装置３００は、既存の領域に配置された電池ラック（第１の電池ラック）のみならず、オーグメンテーション領域に配置される電池ラック（第２の電池ラック）の状態をモニタリング及び管理することができる。また、制御装置３００は、第１及び第２の電池ラックの情報を用いて、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータ１５０のそれぞれに対する充放電出力を制御することができる。

本発明の実施例に係る制御装置３００は、ＥＭＳ（Energy Management System）、ＰＭＳ（Power Management System）又はＢＳＣ（Battery Section Controller）に含まれるように具現化されてよく、以下で説明するエネルギー貯蔵システムの制御方法を行うことができる。

ここで、ＥＭＳ（Energy Management System）は、ＥＳＳシステムを全体的に管理する装置であって、ＰＭＳ（Power Management System）とも呼ばれる。また、ＢＳＣ（Battery Section Controller）は、各ラックの状態を管理し、上位システム（ＥＭＳ）に出力可能な電池の限界値を知らせる機能などを果たす装置であって、デスクトップＰＣなどに搭載、設置される形態で具現化されてよい。

電力変換装置（ＰＣＳ）４００は、制御装置３００（例えば、ＥＭＳ）から受信した充放電指令に基づいて、実質的な充放電を行う装置であって、ＤＣ／ＡＣ電力変換部及びコントローラを含んで構成されてよい。

発電装置５００は、電力を生産する装置であって、太陽光、太陽熱、風力及び地熱を用いた発電装置のうちの少なくとも一つを含むことができる。一方、発電装置５００の種類は、本発明の本質的な構成要素ではないので、本発明の範囲がこれらの個体に限定されるものではない。

以下では、図３を参照して、本発明に係るエネルギー貯蔵システムの動作について説明する。図３は、本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの起動時及び停止時の出力値及び各電池領域での出力値の関係を示す。

まず、本発明の一実施例に係るエネルギー貯蔵システムの起動シーケンスについて説明する。

制御装置３００は、エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量（Pbat）を確認する。ここで、充放電電力要求量（Pbat）は、ＰＣＳ４００又は発電装置５００によって供給されてエネルギー貯蔵システムに充電されるべき充電要求電力量を意味するか、ＰＣＳ４００を通じて系統に供給されるべき放電要求電力量を意味することができる。

制御装置３００は、既存ラックの情報及び新規ラックの情報を用いて、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータ１５０のそれぞれに対する充放電出力を制御する。

ここで、制御装置３００は、既存領域に配置されたＢＰＵラック（電池ラック及びＢＰＵを含む概念で使用）及びオーグメンテーション領域に配置されたＤＣ／ＤＣラック（電池ラック及びＤＣ／ＤＣコンバータを含む概念で使用）の情報を把握している状態である。

制御装置３００は、充放電電力要求量（Pbat）及び電池ラックの数量情報に基づいて、オーグメンテーション領域内のＤＣ／ＤＣラックが出力する充放電電力値Paugを算出することができる。

また、制御装置３００は、オーグメンテーション領域内に位置する各電池ラックの状態情報（ＳＯＣ、ＳＯＨ、出力電流、出力電力、温度など）に基づいて、各電池ラック別の出力加重値を計算することができる。各電池ラック別の出力加重値をPaugに掛けると、各ＤＣ／ＤＣラックの出力値が計算されてよい。すなわち、制御装置３００は、ＢＰＵラックに比べたＤＣ／ＤＣラックの残存エネルギーなどを考慮して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０のそれぞれに対する充放電指令値を計算することができる。

制御装置３００は、充放電電力要求量（Pbat）及び新規ラックが出力する充放電電力値（Paug）に基づいて、ＢＰＵラックが出力する充放電電力値を算出することができる。ここで、ＢＰＵラックが出力する充放電電力値は、充放電電力要求量（Pbat）からＤＣ／ＤＣラックが出力する充放電電力値（Paug）を差し引いた値（Pbat - Paug）と決定されてよい。

制御装置３００は、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータ１５０のそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達する。セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータ１５０は、同等なレベルに並列接続されているので、図３に示すように同一の時点でそれぞれの電力指令値によって出力が制御されてよい。

次に、エネルギー貯蔵システムの停止シーケンスについて説明する。

システムが停止する場合、充放電電力要求量（Pbat）は０になる。ここで、制御装置３００は、０に変更された充放電電力要求量を確認し、ＢＰＵラック及びＤＣ／ＤＣラックのそれぞれに対する電力指令値を０と算出する。その後、制御装置３００は、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータ１５０のそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達して、図３に示すように同一の時点で充放電出力が停止されるようにすることができる。

以下では、図４及び５を参照して、本発明の比較例に係るエネルギー貯蔵システムの動作を説明する。図４は、本発明の比較例に係るエネルギー貯蔵システムのブロック図であり、図５は、本発明の比較例に係るエネルギー貯蔵システムの起動時及び停止時の出力値及び各電池領域での出力値の関係を示す。

図４を参照すれば、本発明の比較例に係るエネルギー貯蔵システムは、新規ラックのオーグメンテーションシ時に新規ＤＣ／ＤＣラックがＢＰＵラックの出力側と接続される。すなわち、本発明の比較例は、新規電池ラックのＤＣ／ＤＣコンバータ１５０’がセントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００’ではなく既存電池ラックのＢＰＵ１００’と並列接続される構造である。

まず、本発明の比較例に係るエネルギー貯蔵システムの起動シーケンスについて説明する。

図５を参照すれば、制御装置３００’は、エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量（Pbat）を確認する。その後、制御装置３００’は、セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００’に電力指令値（Pbat）を伝達する。セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００’は、充放電指令（Pbat）によって該当電力（Pbat）を出力する。このとき、 優先的に（一時的に）既存領域に配置されたＢＰＵラックからPbatの電力が出力される。

ここで、制御装置３００’は、既存領域に配置されたＢＰＵラック及び新規領域内のＤＣ／ＤＣラックの数量情報を把握している状態であり、自分と連動するすべての電池ラックからの総出力値（Pbat）をモニタリングする。制御装置３００’は、既存領域内のＢＰＵラックが出力する値（Pbat）及び電池ラックの数量情報に基づいて、新規領域内のＤＣ／ＤＣラックが出力する値（Paug）を算出する。

制御装置３００’は、オーグメンテーション領域内に位置する各電池ラックの状態情報（ＳＯＣ、ＳＯＨなど）に基づいて、各ＤＣ／ＤＣラックの出力値を計算することができる。その後、制御装置３００’は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０’に充放電指令を伝達して、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１５０’が総Paugの充放電電力を出力するようにする。新規ラックの出力によって、既存のＢＰＵラックは、Pbat - Paugの電力を出力する。

次に、比較例に係るエネルギー貯蔵システムの停止シーケンスについて説明する。

システムを停止する場合、セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００’の出力は０になる。この場合、既存ＢＰＵ領域は、受動素子領域であるので、電池ラックの出力が速やかに変わる。しかしながら、オーグメンテーション領域であるＤＣ／ＤＣ領域は、制御装置３００’の指令を受けて動作するから、非常に短い瞬間の間出力Paugを保持する。これによって、ＢＰＵ領域は一時的に該当出力Paugを受け入れるようになる。その間、制御装置３００’は、セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００’の出力が０になったことを感知して、新規領域の出力指令値Paugを０に修正する。このような過程を通じて、既存ＢＰＵ領域及び新規ＤＣ／ＤＣ領域のすべてのラックの出力が０になって、システム動作が停止するようになる。

本発明に係るエネルギー貯蔵システムは、上記比較例に比べて次のような利点がある。

まず、本発明に係るエネルギー貯蔵システムは、起動及び停止シーケンスで既存 ＢＰＵラックと新規ＤＣ／ＤＣラックとの間の充放電出力の時間遅延が発生しない。本発明に係るエネルギー貯蔵システムは、新規ラックのＤＣ－ＤＣコンバータ１５０がセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ２００と同等なレベルに並列接続されているから、図３に示すように同一の時点でそれぞれの電力指令値によって出力が制御されてよい。これに対し、比較例に係るエネルギー貯蔵システムは、新規ラックのＤＣ－ＤＣコンバータ１５０’が既存電池ラックのＢＰＵ１００’と並列接続され、いずれもセントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００’の管理を受けるように構成されて、図５に示すように既存ＢＰＵラックと新規ＤＣ／ＤＣラックとの間の充放電出力の時間遅延が発生し得る。

次に、本発明に係るエネルギー貯蔵システムは、オーグメンテーション領域の充放電効率及び全体のＲＴＥ（Round Trip Efficiency）の面で有利である。比較例に係るエネルギー貯蔵システムは、新規ラックの充放電時に図４に示すようにセントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００’とＤＣ／ＤＣコンバータ１５０’とをいずれも通るようになる。比較例に係るエネルギー貯蔵システムのオーグメンテーション領域に対する充電効率（η_ch）及び放電効率（η_disch）と、全体のＲＴＥ効率（η_RTE）は、下記数式１～３のように表されてよい。

［数式１］
η_ch = η_{central DC/DC} * η_{rack DC/DC}
ここで、η_{central DC/DC}は、セントラルＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率であり、η_{rack DC/DC}は、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率である。

［数式２］
η_disch = η_PCS * η_{central DC/DC} * η_{rack DC/DC}
ここで、η_PCSは、電力変換装置の変換効率である。

［数式３］
η_RTE =（η_{central DC/DC} * η_{rack DC/DC}）* η_rack *（η_PCS * η_{central DC/DC} * η_{rack DC/DC}）
ここで、η_rackは、電池ラックの効率である。

これに対し、本発明に係るエネルギー貯蔵システムのオーグメンテーション領域に対する充電効率（η_ch）及び放電効率（η_disch）と、全体のＲＴＥ効率（η_RTE）は、下記数式４～６のように表されてよい。

［数式４］
η_ch = η_{rack DC/DC}
［数式５］
η_disch = η_PCS * η_{rack DC/DC}
［数式６］
η_RTE = （η_{rack DC/DC}）* η_rack * （η_PCS * η_{rack DC/DC}）
本発明に係るエネルギー貯蔵システムは、新規ラックの充放電時に図２に示すようにセントラルＤＣ／ＤＣコンバータ２００を通らずに充放電されることによって、充放電効率及び全体のＲＴＥ効率が比較例よりも高い。セントラルＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率（η_{central DC/DC}）が９８％の場合、本発明に係るエネルギー貯蔵システムは、比較例よりも１．０４倍高い全体のＲＴＥ効率を示すことができる。

図６は、本発明の実施例によってオーグメンテーション領域内の各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力加重値を算出する概念を示す。

本発明の実施例によれば、制御装置３００は、オーグメンテーション領域に配置された電池ラックのＳＯＣ、ＳＯＨ、出力電流、出力電圧、出力電力、温度などの情報に基づいて、各ラックの状態を推定し、この値に基づいて各ＤＣ／ＤＣラックの出力加重値を計算することができる。

具体的に図６を参照すれば、制御装置３００は、各ＤＣ／ＤＣラックから各電池ラックのＳＯＣ、ＳＯＨ、出力電流、出力電圧、温度などのデータを受信することができる。ここで、制御装置３００は、受信された情報を用いて、各ＤＣ／ＤＣラックの出力加重値α_１、...α_ｎを計算することができる。

下記数式７は、オーグメンテーション領域に対する総出力指令値Paugを計算する式を示す。

［数式７］
Paug = n / （n + m） * Pbat
ここで、ｍは、ＢＰＵラックの個数であり、ｎは、ＤＣ／ＤＣラックの個数である。

数式８は、オーグメンテーション領域内のＤＣ／ＤＣラックの出力指令値P_DC/DC-1～P_DC/DC-nを計算する式を示す。

［数式８］
P_DC/DC-1 = α₁ x P_aug
P_DC/DC-2 = α₂ x P_aug
...
P_DC/DC-n = α_n x P_aug
α₁ + α₂ + ... + α_n = 1
数式８において、各ＤＣ／ＤＣラックの出力指令値は、オーグメンテーション領域に対する総出力指令値Paugに各ラック別の加重値を掛けて算出されることが分かる。ここで、各ＤＣ／ＤＣラックの出力加重値の和は１と定義されてよい。

図７は、本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システムの制御方法のフロー図である。

本発明に係るエネルギー貯蔵システムの制御方法は、複数の第１の電池ラック（ＢＰＵラック）と連動して電力変換を行うセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ、及び、ＤＣバスに上記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータと並列接続され、複数の第２の電池ラック（ＤＣ／ＤＣラック）とそれぞれ連動して電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣコンバータ、を含むエネルギー貯蔵システムに構成された制御装置によって行われることができる。

制御装置は、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を確認する（Ｓ７１０）。

制御装置は、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を用いて、複数の第１の電池ラック及び上記複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出する（Ｓ７２０）。

ここで、制御装置は、上記エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量を確認し、確認された充放電電力要求量、複数の第１の電池ラックの情報及び複数の第２の電池ラックの情報を用いて、複数の第１の電池ラック及び複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出することができる。

また、制御装置は、第２の電池ラックの個数、ＳＯＨ、ＳＯＣ、出力電流、出力電力、及び温度のうちの一つ以上の情報を用いて、第２の電池ラックのそれぞれに対する出力加重値を算出し、第２の電池ラックの出力加重値に基づいて、第２の電池ラックのそれぞれに対する電力指令値を導出することができる。

その後、制御装置は、複数の第１の電池ラック及び上記複数の第２の電池ラックが同一の時点で電力を出力するように、セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達する（Ｓ７３０）。

図８は、本発明の実施例に係るエネルギー貯蔵システム制御装置のブロック図である。

以下では、図８を参照して、本発明の実施例に係る制御方法を行う制御装置３００の主要構成について説明する。

本発明の実施例に係る制御装置３００は、複数の第１の電池ラックと連動して電力変換を行うセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ、及び、ＤＣバスに上記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータと並列接続され、複数の第２の電池ラックとそれぞれ連動して電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣコンバータ、と連動し、少なくとも一つのプロセッサ３１０、上記プロセッサにより実行される少なくとも一つの命令を格納するメモリ３２０及びエネルギー貯蔵システム内の他の構成要素と通信を行うための送受信装置３３０を含むことができる。

本発明の実施例に係る制御装置３００は、ＥＭＳ（Energy Management System） 又はＢＳＣ（Battery Section Controller）に含まれるように具現化されてよいが、本発明の範囲がこれらの個体に限定されるものではない。

上記少なくとも一つのプロセッサによって実行される上記少なくとも一つの命令は、複数の第１の電池ラックの情報及び上記複数の第２の電池ラックの情報を確認する命令、及び、上記複数の第１の電池ラックの情報及び上記複数の第２の電池ラックの情報を用いて、上記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び上記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する充放電出力を制御する命令、を含むことができる。

上記充放電出力を制御する命令は、上記複数の第１の電池ラック及び上記複数の第２の電池ラックが同一の時点で電力を出力するように、上記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び上記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達する命令を含むことができる。

上記複数の第１の電池ラックの情報及び上記複数の第２の電池ラックの情報を確認する命令は、上記エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量を確認する命令を含むことができる。ここで、上記充放電出力を制御する命令は、上記充放電電力要求量、上記複数の第１の電池ラックの情報及び上記複数の第２の電池ラックの情報を用いて、上記複数の第１の電池ラック及び上記複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出する命令を含むことができる。

上記充放電出力を制御する命令は、上記複数の第２の電池ラックに関する情報を用いて、第２の電池ラックのそれぞれに対する出力加重値を算出する命令、及び、上記第２の電池ラックの出力加重値及び上記エネルギー貯蔵システム内の全電池ラックの個数に対する上記第２の電池ラックの個数に基づいて、第２の電池ラックのそれぞれに対する電力指令値を計算する命令を含むことができる。

制御装置３００はまた、入力インターフェース装置３４０、出力インターフェース装置３５０、記憶装置３６０などをさらに含むことができる。制御装置３００に含まれたそれぞれの構成要素は、バス（bus）３７０によって接続されて互いに通信を行うことができる。

ここで、プロセッサ３１０は、中央処理装置（central processing unit, ＣＰＵ）、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（graphics processing unit, ＧＰＵ）、又は本発明の実施例に係る方法が行われる専用のプロセッサを意味することができる。メモリ（又は記憶装置）は、揮発性記憶媒体及び非揮発性記憶媒体のうちの少なくとも一つから構成されてよい。例えば、メモリは、読み出し専用メモリ（read only memory, ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（random access memory, ＲＡＭ）のうちの少なくとも一つから構成されてよい。

本発明の実施例に係る方法の動作は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なプログラム又はコードとして具現化することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み込まれることができるデータが保存されるすべての種類の記録装置を含む。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで接続されたコンピュータシステムに分散して、分散方式でコンピュータで読み取り可能なプログラム又はコードが保存されて実行されてよい。

本発明の一部の側面は、装置の文脈で説明されたが、それは、対応する方法による説明も示すことができ、ここで、ブロック又は装置は、方法ステップ又は方法ステップの特徴に対応する。同様に、方法の文脈で説明された側面は、対応するブロック又はアイテム又は対応する装置の特徴で示すことができる。方法ステップのいくつか又は全部は、例えばマイクロプロセッサ、プログラム可能なコンピュータ又は電子回路のようなハードウェア装置によって（又は用いて）行われることができる。いくつかの実施例において、最も重要な方法ステップの一つ以上は、このような装置によって行われることができる。

以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更できることを理解するであろう。

１００ ＢＰＵ
１５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２００ セントラルＤＣ／ＤＣコンバータ
３００ 制御装置
４００ 電力変換装置
５００ 発電装置

Claims (14)

1. エネルギー貯蔵システムであって、
   複数の第１の電池ラック、
   前記複数の第１の電池ラックと連動して電力変換を行うセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ、
   複数の第２の電池ラック、
   前記複数の第２の電池ラックとそれぞれ連動して電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣコンバータ、及び、
   前記エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量を確認し、前記充放電電力要求量、前記複数の第１の電池ラックの情報及び前記複数の第２の電池ラックの情報を用いて、前記複数の第１の電池ラック及び前記複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出する制御装置を含み、
   前記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータは、電力変換装置（ＰＣＳ：Power Conversion System）及び発電装置のうちの少なくとも一つと接続されたＤＣバスに並列接続されて構成される、エネルギー貯蔵システム。
2. 前記制御装置は、
   前記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達して、前記複数の第１の電池ラック及び前記複数の第２の電池ラックが同一の時点で電力を出力するようにする、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
3. 前記複数の第１の電池ラックの情報及び前記複数の第２の電池ラックの情報は、
   電池ラックの個数、ＳＯＨ、ＳＯＣ、出力電流、出力電力、及び温度のうちの一つ以上を含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
4. 前記制御装置は、
   前記複数の第２の電池ラックに関する情報を用いて、第２の電池ラックのそれぞれに対する出力加重値を算出し、
   前記第２の電池ラックの出力加重値及び前記エネルギー貯蔵システム内の全電池ラックの個数に対する前記第２の電池ラックの個数に基づいて、第２の電池ラックのそれぞれに対する電力指令値を計算する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
5. 前記制御装置は、
   前記エネルギー貯蔵システムのＥＭＳ（Energy Management System）又はＢＳＣ（Battery Section Controller）に含まれるように具現化される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
6. 複数の第１の電池ラックと連動して電力変換を行うセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ、及び、ＤＣバスに前記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータと並列接続され、複数の第２の電池ラックとそれぞれ連動して電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣコンバータ、と連動する、エネルギー貯蔵システムの制御装置であって、
   少なくとも一つのプロセッサと、
   前記少なくとも一つのプロセッサにより実行される少なくとも一つの命令を格納するメモリと、を含み、
   前記少なくとも一つの命令は、
   前記複数の第１の電池ラックの情報及び前記複数の第２の電池ラックの情報を確認する命令、
   前記複数の第１の電池ラックの情報及び前記複数の第２の電池ラックの情報を用いて、前記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する充放電出力を制御する命令、及び、
   前記エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量を確認し、前記充放電電力要求量、前記複数の第１の電池ラックの情報及び前記複数の第２の電池ラックの情報を用いて、前記複数の第１の電池ラック及び前記複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出する命令を含む、制御装置。
7. 前記充放電出力を制御する命令は、
   前記複数の第１の電池ラック及び前記複数の第２の電池ラックが同一の時点で電力を出力するように、前記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達する命令を含む、請求項６に記載の制御装置。
8. 前記充放電出力を制御する命令は、
   前記複数の第２の電池ラックに関する情報を用いて、第２の電池ラックのそれぞれに対する出力加重値を算出する命令、及び
   前記第２の電池ラックの出力加重値及び前記エネルギー貯蔵システム内の全電池ラックの個数に対する前記第２の電池ラックの個数に基づいて、第２の電池ラックのそれぞれに対する電力指令値を計算する命令を含む、請求項６に記載の制御装置。
9. 前記エネルギー貯蔵システムの前記制御装置は、
   エネルギー貯蔵システムのＥＭＳ（Energy Management System）又は ＢＳＣ（Battery Section Controller）に含まれるように具現化される、請求項６に記載の制御装置。
10. 複数の第１の電池ラックと連動して電力変換を行うセントラルＤＣ－ＤＣコンバータ、及び、ＤＣバスに前記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータと並列接続され、複数の第２の電池ラックとそれぞれ連動して電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣコンバータ、を含むエネルギー貯蔵システムの制御方法であって、
    前記複数の第１の電池ラックの情報及び前記複数の第２の電池ラックの情報を確認するステップ、
    前記複数の第１の電池ラックの情報及び前記複数の第２の電池ラックの情報を用いて、前記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する充放電出力を制御するステップ、及び、
    前記エネルギー貯蔵システムの充放電電力要求量を確認し、前記充放電電力要求量、前記複数の第１の電池ラックの情報及び前記複数の第２の電池ラックの情報を用いて、前記複数の第１の電池ラック及び前記複数の第２の電池ラックが出力する出力電力値を算出するステップを含む、制御方法。
11. 前記充放電出力を制御するステップは、
    前記複数の第１の電池ラック及び前記複数の第２の電池ラックが同一の時点で電力を出力するように、前記セントラルＤＣ－ＤＣコンバータ及び前記複数のＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに対する電力指令値を同時に伝達するステップを含む、請求項１０に記載の制御方法。
12. 前記充放電出力を制御するステップは、
    前記複数の第２の電池ラックに関する情報を用いて、第２の電池ラックのそれぞれに対する出力加重値を算出するステップ、及び
    前記第２の電池ラックの出力加重値及び前記エネルギー貯蔵システム内の全電池ラックの個数に対する前記第２の電池ラックの個数に基づいて、第２の電池ラックのそれぞれに対する電力指令値を計算するステップを含む、請求項１０に記載の制御方法。
13. 前記エネルギー貯蔵システムの制御方法は、
    エネルギー貯蔵システムのＥＭＳ（Energy Management System）又は ＢＳＣ（Battery Section Controller）に含まれるように具現化された制御装置によって行われる、請求項１０に記載の制御方法。
14. 前記エネルギー貯蔵システムの制御装置の少なくとも一つのプロセッサにより実行されたときに、前記制御装置に、請求項１０から１３のうちのいずれか一項に記載の制御方法を実行させる、コンピュータプログラム。