(57)【要約】本発明の一実施例によるＥＳＳの劣化状態予測システムは、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ：Energy Storage System）の最も基本的なバッテリセルのセル電圧の入力を受けてバッテリパックのパック電圧を計算するパック電圧計算プロセッサと、前記パック電圧計算プロセッサから前記パック電圧の入力を受けてバッテリの劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）を判断するための前提条件を設定し、前記ＳＯＨが前記前提条件に適合することを判断するＳＯＨ判断プロセッサと、前記ＳＯＨを判断するときに前記前提条件を満たすと、そのときのパック電圧を確認し、前記確認した現在のパック電圧と初期のパック電圧との電圧差を用いて前記ＳＯＨを算出するＳＯＨ計算プロセッサと、前記ＳＯＨ計算プロセッサから入力を受けた前記ＳＯＨに初期の定格容量を乗じてバッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）補正容量を算出するＳＯＣ補正プロセッサと、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ：Energy Storage System）の最も基本的なバッテリセルのセル電圧の入力を受けてバッテリパックのパック電圧を計算するパック電圧計算プロセッサと、
前記パック電圧計算プロセッサから前記パック電圧の入力を受けてバッテリの劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）を判断するための前提条件を設定し、前記ＳＯＨが前記前提条件に適合することを判断するＳＯＨ判断プロセッサと、
前記ＳＯＨを判断したときに前記前提条件を満たしていると、そのときのパック電圧を確認し、確認した現在の前記パック電圧と初期のパック電圧との電圧差を用いて前記ＳＯＨを算出するＳＯＨ計算プロセッサと、
前記ＳＯＨ計算プロセッサから入力を受けた前記ＳＯＨに初期の定格容量を乗じてバッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）補正容量を算出するＳＯＣ補正プロセッサと、を含む、ＥＳＳの劣化状態予測システム。
【請求項２】
前記前提条件は、前記ＥＳＳのバッテリ温度が２３℃〜２７℃であり、前記ＥＳＳに流れる電流が０．５Ｃレート（Ｃ-Rate）以上であり、前記ＥＳＳの制御器から計算されたＳＯＣが４９％〜５１％であることを特徴とする、請求項１に記載のＥＳＳの劣化状態予測システム。
【請求項３】
前記ＳＯＨ計算プロセッサは、前記電圧差および前記ＳＯＨが互いに対応して記録されたルックアップテーブルを保持し、前記ＳＯＨを判断したときに前記前提条件を満たしていると、前記電圧差に対応する前記ＳＯＨを前記ルックアップテーブルから導き出すことを特徴とする、請求項１に記載のＥＳＳの劣化状態予測システム。
【請求項４】
前記ＳＯＣ補正プロセッサは、前記ＳＯＣ補正容量を定格容量領域に代入してＳＯＣを算出することを特徴とする、請求項１に記載のＥＳＳの劣化状態予測システム。
【請求項５】
バッテリパックのパック電圧の入力を受けるパック電圧入力段階と、
バッテリの劣化状態（ＳＯＨ）を判断するための前提条件を設定し、前記ＳＯＨが前記前提条件に適合することを判断するＳＯＨ判断段階と、
前記ＳＯＨを判断したときに前記前提条件を満たしていると、そのときのパック電圧を確認し、確認した現在の前記パック電圧と初期のパック電圧との電圧差を算出する電圧差算出段階と、
前記電圧差に対応する前記ＳＯＨを予め格納されたルックアップテーブルから導き出して前記ＳＯＨを算出するＳＯＨ算出段階と、
前記ＳＯＨに初期の定格容量を乗じてバッテリの充電状態（ＳＯＣ）補正容量を算出するＳＯＣ補正容量算出段階と、
前記ＳＯＣ補正容量を定格容量領域に代入してＳＯＣを補正するＳＯＣ補正段階と、を含む、ＥＳＳの劣化状態予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＳＳの劣化状態予測システムおよびその方法に関し、より詳細には、ＥＳＳの劣化状態予測とこれによるバッテリ容量補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリは、ＩＴ機器の電源で太陽光や風力発電により発生する電気を貯蔵して必要なときに使用するＥＳＳに進化しつつある。現在、バッテリは、単に携帯機器の電源としてだけでなく、新再生エネルギーから生成される電力を電力系統に安定的に連結するための設備またはエネルギー貯蔵用としてより注目を集めている。また、新たなエネルギー源として脚光を浴びている二次電池の市場において、ＥＳＳ分野への関心が高まっている。
【０００３】
ＥＳＳは、発電所から供給を受ける電力を貯蔵して、電力が必要なときに必要な箇所に伝送する装置である。ＥＳＳは、電力を貯蔵して、必要な箇所と時間に使用するために支援する貯蔵装置であって、環境にやさしい特性により、最近、脚光を浴びている。
【０００４】
近年、注目を集めている風力や太陽光などの新再生エネルギーが電力生成の安定性の面において劣っているという点に鑑みると、今後の新再生エネルギーは、ＥＳＳと結合して安定性を高める方向に普及される見込みである。
【０００５】
ＥＳＳは、ＬＩＢや鉛蓄電池を用いる大容量の電力貯蔵装置であって、過剰生成された電力を貯蔵して電力不足の恐れがある際に放電することで電力需給を安定化させる役割を行う装置である。ＥＳＳとは、電力需要が少ないときに余剰電力を貯蔵し、電力需要が多いピーク時間帯や電気料金の高い時間帯に貯蔵した電力を使用することで、電力の活用効率を高める装置である。
【０００６】
ＥＳＳを活用すると、新規の発電施設への投資コストを下げることができ、新再生エネルギーとの連携によるエネルギー生成および利用効率の極大化が期待できる。このような現況で、ＥＳＳの劣化状態予測に対する技術開発が要求される。本発明は、ＥＳＳの劣化状態予測とこれによるバッテリ容量補正に関するものである。
【０００７】
先行技術文献として、特許文献１（韓国登録特許１０‐０７４０１１３）は、複数のバッテリセルが一つのパックに形成されたバッテリを管理するバッテリ管理システムにおいて用いられる寿命判定方法であって、ａ）バッテリの第１パック電圧、第１パック電流を測定する段階と、ｂ）第１期間後にバッテリの第２パック電圧、第２パック電流を測定する段階と、ｃ）第１パック電圧、第１パック電流、第２パック電圧および第２パック電流に基づきパック内部抵抗を算出し、算出したパック内部抵抗を用いてバッテリの最大出力を算出する段階と、ｄ）算出した最大出力が第１基準最大出力より小さい場合には、第１信号を出力する段階と、ｅ）最大出力が第１基準最大出力より大きく、第１基準最大出力より大きい第２基準最大出力より小さい場合には、第２信号を出力する段階と、を含むバッテリの寿命判定方法に関するものであり、ここで、第１信号は、バッテリが劣化し欠陥があることを通知する信号であり、第２信号は、バッテリが劣化していることを通知する警告信号であることを特徴とする。
【０００８】
また、特許文献２（韓国登録特許１０‐０８８９１７９）は、バッテリおよびインバータに連結されてバッテリ情報およびインバータ情報を受信する情報受信部と、バッテリの各セル電圧を調節するセル制御モジュールと、インバータの電圧および周波数を調節する電圧周波数制御モジュールと、バッテリ情報から特定のセルの電圧が他のセルの電圧と一致していないと判断されると、セル制御モジュールを制御して、特定のセルを強制的に所定時間放電させるかバイパスさせ、インバータ情報に応じて電圧周波数制御モジュールを制御してインバータの出力電圧および周波数を調節し、バッテリ情報を利用してバッテリの消費容量を累積した累積容量がバッテリの定格容量より大きいか同一である場合には、現在の充放電回数を増加してバッテリの寿命を演算する主制御部と、を含むバッテリの寿命を推定するためのインバータ回路の制御装置に関し、主制御部は、一次の電圧値と二次の電圧値との差が０より大きい場合、一次の電圧値と二次の電圧値との差を消費電流で除して内部インピーダンスを演算し、演算した内部インピーダンスによりバッテリの寿命を補正することを特徴とする。
【０００９】
しかし、本発明は、バッテリ電圧挙動とバッテリ容量との相関関係を示す、すなわち、バッテリ電圧挙動別にバッテリ容量を定義したルックアップテーブルから当該バッテリ電圧挙動に対応するバッテリ容量をマッピングして推定するバッテリ電圧挙動を用いたバッテリ容量低下の推定に関するものであって、本発明を特許文献１（韓国登録特許１０‐０７４０１１３）および特許文献２（韓国登録特許１０‐０８８９１７９）から容易に導き出すことができないという点において、本発明と、特許文献１および特許文献２とは相違する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国登録特許１０‐０７４０１１３号
【特許文献２】韓国登録特許１０‐０８８９１７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記のような従来技術を改善するために導き出されたものであり、ＬＩＢや鉛蓄電池を用いる大容量の電力貯蔵装置として、過剰生成された電力を貯蔵して電力不足の恐れがある際に放電することで電力需給を安定化させる役割を行うＥＳＳの劣化状態予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成し、従来技術の問題点を解決するために、本発明の一実施例によるＥＳＳの劣化状態予測システムは、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ：Energy Storage System）の最も基本的なバッテリセルのセル電圧の入力を受けてバッテリパックのパック電圧を計算するパック電圧計算プロセッサと、前記パック電圧計算プロセッサから前記パック電圧の入力を受けてバッテリの劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）を判断するための前提条件を設定し、前記ＳＯＨが前記前提条件に適合することを判断するＳＯＨ判断プロセッサと、前記ＳＯＨを判断したときに前記前提条件を満たしていると、そのときのパック電圧を確認し、確認した現在の前記パック電圧と初期のパック電圧との電圧差を用いて前記ＳＯＨを算出するＳＯＨ計算プロセッサと、前記ＳＯＨ計算プロセッサから入力を受けた前記ＳＯＨに初期の定格容量を乗じてバッテリの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）補正容量を算出するＳＯＣ補正プロセッサと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一実施例によるＥＳＳの劣化状態予測システムにおいて、前記前提条件は、前記ＥＳＳのバッテリ温度が２３℃〜２７℃であり、前記ＥＳＳに流れる電流が０．５Ｃレート（Ｃ-Rate）以上であり、前記ＥＳＳの制御器から計算されたＳＯＣが４９％〜５１％であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一実施例によるＥＳＳの劣化状態予測システムにおいて、前記ＳＯＨ計算プロセッサは、前記電圧差および前記ＳＯＨが互いに対応して記録されたルックアップテーブルを保持し、前記ＳＯＨを判断したときに前記前提条件を満たしていると、前記電圧差に対応する前記ＳＯＨを前記ルックアップテーブルから導き出すことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一実施例によるＥＳＳの劣化状態予測システムにおいて、前記ＳＯＣ補正プロセッサは、前記ＳＯＣ補正容量を定格容量領域に代入してＳＯＣを算出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一実施例によるＥＳＳの劣化状態予測方法は、バッテリパックのパック電圧の入力を受けるパック電圧入力段階と、バッテリの劣化状態（ＳＯＨ）を判断するための前提条件を設定し、前記ＳＯＨが前記前提条件に適合することを判断するＳＯＨ判断段階と、前記ＳＯＨを判断したときに前記前提条件を満たしていると、そのときのパック電圧を確認し、確認した現在の前記パック電圧と初期のパック電圧との電圧差を算出する電圧差算出段階と、前記電圧差に対応する前記ＳＯＨを予め格納されたルックアップテーブルから導き出して前記ＳＯＨを算出するＳＯＨ算出段階と、前記ＳＯＨに初期の定格容量を乗じてバッテリの充電状態（ＳＯＣ）補正容量を算出するＳＯＣ補正容量算出段階と、前記ＳＯＣ補正容量を定格容量領域に代入してＳＯＣを補正するＳＯＣ補正段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一実施例によるＥＳＳの劣化状態予測システムおよびその方法によれば、バッテリの残存寿命を正確に予測して、ＥＳＳの電力管理設計をより効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】バッテリの充放電特性曲線を示す図である。
【図２】ＥＳＳの劣化状態予測システムの構成を示す図である。
【図３】ルックアップテーブルを示す図である。
【図４】ＥＳＳの劣化状態予測方法の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。
【００２０】
バッテリは、ＩＴ機器の電源で太陽光や風力発電により発生する電気を貯蔵して必要なときに使用するＥＳＳに進化しつつある。ＥＳＳは、高容量のＥＳＳ用バッテリを用いる。そのため、ＥＳＳにおいて、バッテリの寿命を予測することは非常に重要な技術である。本発明は、このようなＥＳＳの劣化状態予測に関するものである。
【００２１】
図１はバッテリの充放電特性曲線を示す図である。
【００２２】
充放電特性曲線は、図１に示されたように非線形を有することが一般的である。バッテリの使用量に応じてバッテリの内部抵抗が増加するため、バッテリ電圧は、充電時には初期電圧より上昇し、放電時には下降する。本発明は、このようなバッテリ容量の減少量を予測し、これをバッテリ充電量を補正するために用いる。
【００２３】
ＥＳＳの電流パターンは、自動車、特に、ハイブリッドカーまたは電気自動車に用いられる電流パターンとは異なり、所定量で充電または放電を持続することが一般的である。無論、用途に応じて、充電または放電の保持パターンを速くして配電システムの周波数調整などに用いることもあるが、本発明は、電流パターンが所定量で充電または放電を持続するときを基準としている。
【００２４】
図２はＥＳＳの劣化状態予測システムの構成を示す図である。
【００２５】
ＥＳＳの劣化状態予測とこれによるバッテリ容量補正は、パック電圧計算プロセッサ２２０、ＳＯＨ判断プロセッサ２４０、ＳＯＨ計算プロセッサ２６０、ＳＯＣ補正プロセッサ２８０によるプロセスにより具現される。
【００２６】
パック電圧計算プロセッサ２２０は、ＥＳＳの最も基本的なバッテリセルのセル電圧の入力を受けてバッテリパックのパック電圧を計算する。セル電圧は、ＥＳＳの環境に応じて、数個あるいは数十個になりうる。ＥＳＳ内にパック電圧を測定するためのパック電圧装置が設けられている場合、パック電圧計算プロセッサ２２０の代りにパック電圧装置を直接用いてもよい。
【００２７】
ＳＯＨ判断プロセッサ２４０は、図２に示されたように、パック電圧計算プロセッサ２２０からパック電圧の入力を受ける。
【００２８】
ＳＯＨ判断プロセッサ２４０は、ＥＳＳのバッテリ温度、ＥＳＳに流れる電流、ＥＳＳの制御器から計算されたＳＯＣをもってＳＯＨを判断する。上述のＥＳＳのバッテリ温度とは、ＥＳＳ内のバッテリの温度が最も安定した状態でＳＯＨを判断するためのものであって、例えば、２３℃〜２７℃に具現されてもよい。上述のＥＳＳに流れる電流は、ＥＳＳに取り付けられた電流センサを介して取得したものであって、微細な電流量でパック電圧の挙動を判断することは不可能であるため、０．５Ｃレート以上でなければならない。また、上述のＥＳＳの制御器から計算されたＳＯＣは、ＳＯＨを判断するための最も安定した条件として、４９％〜５１％であってもよい。
【００２９】
ＳＯＨ判断プロセッサ２４０は、上述したようにＳＯＨを判断するための前提条件を設定し、前提条件に適合するＳＯＨを判断する。
【００３０】
ＳＯＨ計算プロセッサ２６０は、ＳＯＨ判断プロセッサ２４０で設定した前提条件を満たすと、そのときのパック電圧を確認し、確認した現在のパック電圧と初期のパック電圧との電圧差を算出する。ここで、初期のパック電圧とは、４％〜６％のＳＯＣにより実験値によって求められたものである。
【００３１】
ＳＯＨ計算プロセッサ２６０は、算出した電圧差を用いてＳＯＨを算出する。図３はルックアップテーブルを示す図である。ＳＯＨ計算プロセッサ２６０は、図３に示されたように、電圧差およびＳＯＨが互いに対応して記録されたルックアップテーブルを保持する。ルックアップテーブルは、電圧差によるＳＯＨを定義したものであって、実験によって計算された値を示す。
【００３２】
ＳＯＨ計算プロセッサ２６０は、ＳＯＨを判断したときに前提条件を満たしていると、電圧差に対応するＳＯＨをルックアップテーブルから導き出すことでＳＯＨを算出することができる。算出したＳＯＨは、通信によって制御器に伝達することができ、ＳＯＣ補正プロセッサ２８０は、これをもってＳＯＣの補正を実施することができる。
【００３３】
ＳＯＣ補正プロセッサ２８０は、ＳＯＨ計算プロセッサ２６０から入力を受けたＳＯＨに初期の定格容量を乗じてＳＯＣ補正容量を算出する。ＳＯＨは、０〜１の値を有する。ＳＯＣ補正プロセッサ２８０は、ＳＯＣ補正容量を定格容量領域に代入してＳＯＣを補正することができる。補正されたＳＯＣは、通信によって制御器に伝達することができる。
【００３４】
図４はＥＳＳの劣化状態予測方法の流れを示す図である。
【００３５】
図４に示されたように、ＥＳＳの劣化状態予測方法は、バッテリパックのパック電圧の入力を受けるパック電圧入力段階（図示せず）と、ＳＯＨを判断するための前提条件を設定して前提条件に適合するＳＯＨを判断するＳＯＨ判断段階（Ｓ４２０）と、ＳＯＨを判断したときに前提条件を満たしていると、そのときのパック電圧を確認し、確認した現在のパック電圧と初期のパック電圧との電圧差を算出する電圧差算出段階（Ｓ４４０）と、電圧差に対応するＳＯＨを予め格納されたルックアップテーブルから導き出してＳＯＨを算出するＳＯＨ算出段階（Ｓ４６０）と、ＳＯＨに初期の定格容量を乗じてＳＯＣ補正容量を算出するＳＯＣ補正容量算出段階（Ｓ４８０）と、ＳＯＣ補正容量を定格容量領域に代入してＳＯＣを補正するＳＯＣ補正段階（図示せず）と、を含むことができる。これに関する説明は、上述したＥＳＳの劣化状態予測システムのプロセスと一致するため省略する。
【００３６】
以上、本発明は、限定された実施例と図面によって説明されているが、本発明は、前記の実施例に限定されず、これは、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であればこのような記載から様々な修正および変形が可能である。したがって、本発明の思想は、下記の特許請求の範囲のみによって把握されるべきであり、その均等または等価的な変形のいずれも本発明の思想の範疇に属すると言える。
【符号の説明】
【００３７】
２２０  パック電圧計算プロセッサ
２４０  ＳＯＨ判断プロセッサ
２６０  ＳＯＨ計算プロセッサ
２８０  ＳＯＣ補正プロセッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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