JP5576904B2 - リチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ：ＵＰＳ）に係り、より詳細には、リチウムポリマーバッテリーの採用及び多様な付加機能の提供を通じて使用の便宜性及び効率性などを向上させたリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置に関する。

無停電電源供給装置（ＵＰＳ）とは、停電が存在しない電源供給装置を意味する用語で、半導体製造設備や移動通信用中継器などのように電源を常時供給しなければならない施設に備えられて、安定的な設備の運営を可能なようにするなどの重要な機能を行う。

そのために、通常の無停電電源供給装置は、充放電可能な鉛蓄電池などを用いて、普段は電力を備蓄しておき、停電などの非常状況の発生時に備蓄しておいた電力を瞬間的に提供できるようにする構成を有する。

しかし、このような通常の無停電電源供給装置は、随時、管理者の点検などを必要とするため、特に僻地に設置された移動通信中継器などの場合、これを管理するにおいて多くの困難があった。

したがって、遠隔地で管理できるだけでなく、様々な機能的な便利さを提供できるように改良した無停電電源供給装置を提案する。

本発明は、上述したような問題点を解決するためのもので、リチウムポリマーバッテリーの採用及び多様な付加機能の提供を通じて、使用の便宜性及び効率性などを向上させたリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置を提供することに目的がある。

上記した目的を達成するための本発明は、無停電電源供給装置において、リチウムポリマーバッテリーモジュールと、前記リチウムポリマーバッテリーモジュールの動作を制御するためのバッテリー制御部とを備え、前記バッテリー制御部は、データ通信を用いた遠隔運用が可能なことを特徴とする、リチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置を提供する。

上記した本発明のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置は、前記リチウムポリマーバッテリーモジュールに電源を供給するための太陽光電源供給部をさらに含むことができる。

この場合、前記リチウムポリマーバッテリーモジュールに、前記太陽光電源供給部または通常のＡＣ電源から選択的な電源供給が可能なようにするための両方向インバータを備えることができる。

また、本発明の前記バッテリー制御部は、相対的に電気使用が増加する時間帯に前記リチウムポリマーバッテリーを放電運用し、相対的に電気使用が減少する時間帯に前記リチウムポリマーバッテリーに対して充電運用することを特徴とすることができる。この時、前記放電運用及び充電運用の時間帯は、管理用の有線端末機または無線端末機を通じて設定及び変更できることが良い。

一方、本発明のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置は、過電流、漏電または短絡が発生する場合、リチウムポリマーバッテリーに対する電源供給を遮断するための電源遮断器を備えることができ、前記電源遮断器は、印加される電流に対応して４ミリ秒（ｍｓ）乃至１８秒の反応速度を有することが好ましい。

本発明は、前記電源遮断器により設備の機能への電源供給の遮断が発生する場合、テスト信号を発生させて異常状態が持続しているか否かを把握し、異常がないと判断されれば、前記電源遮断器を自動復旧させる（即ち、遮断された電源から自動的に再び電力が供給されるようにする）自動復旧モジュールをさらに含むことができる。

本発明の実施例に適用される前記自動復旧モジュールは、電源部と、テスト信号を発生させて異常状態が持続しているか否かを把握するための点検部と、前記点検部によって異常がないと判断される場合、前記電源遮断器の遮断スイッチを復旧させるための駆動モータと、前記駆動モータの制御のための制御部などを含んで構成することができる。

上記のような本発明によれば、次のような効果がある。

（１）無停電電源供給装置にリチウムポリマーバッテリーを採用することによって、小型化、軽量化及び全体的な性能向上などの多様な効果を提供することができる。

（２）リチウムポリマーバッテリーのバッテリー制御部（ＢＭＳモジュール）に対して、ＴＣＰ／ＩＰなどを通じた遠隔制御が可能になるだけでなく、電力需要が多い時間を避けてバッテリーに対する充電を行うようにすることによって、運用コストの節減などの効果を提供することができる。

（３）通常のＡＣ電源以外に太陽光エネルギーを用いた電源供給が追加で可能になることによって、設備の効率的で且つ安定的な運用が可能になるなどの効果を提供することができる。

（４）電源遮断器の動作により設備の作動が中断される場合、遠隔地で制御可能な自動復旧モジュールの稼動を通じて、これの原状回復が可能になることによって、使用の便利性及び時間／コスト的な効率性を向上させることができるなどの多様な効果を提供することができる。

本発明の一実施例に係るリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置の概略的な構成を示す説明図である。 本発明の実施例に係る無停電電源供給装置の電源供給系統を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例に係る無停電電源供給装置の運用状態を説明するための例示図である。 本発明の実施例に係る無停電電源供給装置に備えられる自動復旧モジュールの概略的な構成を示す説明図である。

上述した本発明の目的、特徴及び長所は、添付の図面と関連した次の実施例を通じてより明らかになる。

以下の特定の構造乃至機能的な説明は、単に本発明の概念による実施例を説明するための目的で例示されたもので、本発明の概念による各実施例は多様な形態で実施可能であり、本明細書または図面において説明される実施例に限定されると解釈されてはならない。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。

図１は、本発明の一実施例に係るリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置の概略的な構成を示す説明図である。

図１を参照すると、本発明の一実施例に係るリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置１００は、リチウムポリマーバッテリーを用いたバッテリーモジュール１１０、バッテリー制御部（ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ)１２０、及びＤＣ／ＡＣインバータ１３０などを含んで構成されることが分かる。

リチウムポリマーバッテリーは、例えば、ジェルタイプの高分子（ｐｏｌｙｍｅｒ）を電解質として使用し、再充電が可能なバッテリーであってよく、陰極と陽極間の分離膜が、リチウムイオンバッテリーでの電極を分離する役割以外に、イオン伝導の媒体、すなわち電解質の役割をし得る。このようなリチウムポリマーバッテリーは、連続的な充電及び放電が可能なので、別途の電源供給なしに長時間使用できるなどの長所を有する。

このようなリチウムポリマーバッテリーを用いた本発明の実施例に係る無停電電源供給装置１００は、例えば、移動通信中継器または半導体製造設備などに適用可能なように構成されることができ、通常のＡＣ電源部などを通じて正常に供給される電源はチャネル１（ＣＨ１）を介して入力され、チャネル２（ＣＨ２、ＣＨ２'）を介して正常に設備に供給される一方、一部はＤＣ／ＡＣインバータ１３０を通じて変換された後、バッテリーモジュール１１０に充電される。そして、停電などの非常状況が発生してチャネル１（ＣＨ１）を介した電源供給ができなくなる場合、前記バッテリーモジュール１１０に充電されていた電力を、ＤＣ／ＡＣインバータ１３０を通じて変換した後、チャネル２（ＣＨ２、ＣＨ２'）を介して設備に供給できるようにすることで、設備に対する安定的な電源供給ができるように機能する。このような過程において、前記バッテリーモジュール１１０の充放電とその他の全ての動作はバッテリー制御部１２０を通じて管理される。

すなわち、図１に示す無停電電源供給装置１００は、通常の無停電電源供給装置においてバッテリーモジュールとしてリチウムポリマーバッテリーモジュール１１０を採用し、これによって、リチウムポリマーバッテリーの動作制御のためのバッテリー制御部１２０を備えた構成を有することが分かる。

このとき、本発明の実施例に係る無停電電源供給装置１００に備えられるバッテリー制御部１２０は、データ通信を用いた遠隔運用が可能なようになされる。言い換えると、多数の無停電電源供給装置１００に対して、バッテリーモジュール１１０の充放電現況データなどがバッテリー制御部１２０によって伝送されると、遠隔地の管理者は前記データを全体的に把握して管理し、異常があると判断される無停電電源供給装置１００に対しては、遠隔制御を通じて措置を取ることができるようにする。

ここで、前記バッテリー制御部１２０とのデータ通信は、多様な形態の端末機を用いた有線または無線の全てのデータ通信方式が適用可能であるが、好ましくは、ＴＣＰ／ＩＰを用いたデータ通信方式を適用することが良い。この場合、無停電電源供給装置１００に搭載されたモドバス（Ｍｏｄｂｕｓ）プロトコルをＴＣＰ／ＩＰに変換するための別途のコンバータなどを備えることが有益である。

ここで、本発明の一実施例に係るリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置１００は、太陽光などを用いた補助電源供給部を追加で備えることができ、運用コストの節減などのために、時間による運用モードの設定が可能なだけでなく、過電流、漏電または短絡などにより電源遮断器が作動する場合にも、管理者が直接訪問して操作することなく設備の原状回復が可能なようにする等の多様な機能を具備することができる。以上の機能及び構成については、以下の図面を用いてより詳細に説明する。

図１において説明されていないアップ／ダウンブースト（ＵＰ／ＤＯＷＮ ＢＯＯＳＴ）回路は、通常の無停電電源供給装置のようにトランスフォーマーなどを用いて具現することができる。なお、図面に別途に示していないが、バッテリーモジュールなどの状態をリアルタイムで表出するためのＬＥＤディスプレイ窓などが追加で備えられてもよい。

図２は、本発明の実施例に係る無停電電源供給装置の電源供給系統を概略的に示した説明図であって、図２に示された無停電電源供給装置２００は、通常のＡＣ電源供給部２２０以外に太陽電池などを用いた追加的な電源供給部２１０を備えていることが分かる。

すなわち、無停電電源供給装置２００に対する安定的な電源供給及び維持コストの節減などのために、太陽電池を用いた太陽光電源供給部２１０などを追加で備えることができ、この場合、太陽光電源供給部２１０を通じた正常な電源供給が可能な場合には、これを通じて電源が供給され、天気などの影響により正常な太陽電池の作動が難しい状況には、通常のＡＣ電源供給部２２０を通じて電源が供給される構成を示す。

そのために、図２に示すように、両方向インバータ２４０が採用されることによって、多数の電源供給部２１０、２２０とバッテリーモジュール２３０及び充電回路２５０間の選択的な連結が可能なように機能することを確認することができる。

このとき、太陽光電源供給部２１０には、通常のいかなる方式の太陽光を用いた電気発生技術も適用可能であり、図示していないが、例えば、風力を用いた電源供給などの技術にも代替可能である。

なお、図面とは異なり、ＡＣ電源供給部２２０との兼用使用なしに、太陽光電源供給部２１０単独からなる電源供給部の構成もまた可能である。

ここで、前記バッテリーモジュール２３０はリチウムポリマーバッテリーからなり、前記バッテリーモジュール２３０及び充電回路２５０はバッテリー制御部（図示せず）により制御される構成を有する。

図３は、本発明の実施例に係る無停電電源供給装置の運用状態を説明するための例示図である。

図１及び図２に示したような本発明の実施例に係る無停電電源供給装置は、運用コストの節減及び運用効率の向上などのために、リチウムポリマー電池に対する充放電時間を設定することができる。

言い換えると、電力需要が増加することにより相対的に電力料金が高い時間帯には、外部電源を使用する代わりに、バッテリーに充電された電力を用いて設備を駆動させる。代わりに、深夜などの電力料金が低い時間帯に再びバッテリーを充電させることができるようにする。

図３を参照すると、例えば、１２時〜１７時の電力料金が相対的に高く、２３時〜０５時の電力料金が相対的に安いとすれば、毎日２３時〜０５時の間にバッテリーを充電させ、これを用いて１２時〜１７時の設備運用がなされるようにすることで、運用コストなどを大きく節減させることができる。

例えば、ピーク時間帯の電力料金がｋＷ当たり４，９５０ウォンで、深夜時間帯の電力料金がｋＷ当たり２，４００ウォンであると仮定すると、使用電力１００Ｗの設備において一日５時間（図３を参照）に対する節減コストは、１年に４６万ウォン程度に至ることを確認することができる（［参考式］）。

［参考式］
使用電力：１００Ｗ×５時間×３６５日＝１８２ｋＷ（同時負荷率１００％と見なす）
ピーク電力料金：１８２ｋＷ×４，９５０ウォン／ｋＷ＝９００，９００ウォン
深夜電力料金：１８２ｋＷ×２，４００ウォン／ｋＷ＝４３６，８００ウォン
節減効果：９００，９００ウォン−４３６，８００ウォン＝４６４，１００ウォン

このとき、バッテリー制御部は、管理者が運用時間及び運用モードを設定しまたは変更するための遠隔制御機能を提供する。以上のような機能を通じて運用コストの節減はもちろん、国家的に見て電力需要の分散などのような付加的な効果を提供できることが分かる。

図４は、本発明の実施例に係る無停電電源供給装置に備えられる自動復旧モジュールの概略的な構成を示す説明図である。

自動復旧モジュール４００は、電源遮断器（図示せず）が過電流、漏電または短絡の発生を感知して電源供給を遮断した場合、管理者による直接的な訪問操作がなくても、設備の機能を回復させることができるようにするための構成要素である。

言い換えると、設備の保護のために動作する電源遮断器は、瞬間的なインパルス性ノイズなどにより作動される場合が非常に頻繁であり、この場合、僻地に位置した通信中継器などは電源遮断スイッチを原状回復させるために、管理者が直接遠距離の現場に訪問して手動でスイッチを操作するしかないという問題点があった。

したがって、設備に実際に致命的な問題が発生したのか、それとも、例えば、インパルス性ノイズなどのような一回性の原因により電源遮断器が作動したのかを、自動復旧モジュール４００がテスト信号の発生を通じて把握できるようにする。テスト信号による判断の結果、一回性の原因と判断されると、遠隔地で管理者の簡便な操作のみで自動復旧モジュール４００により電源遮断器の原状回復が可能なようにした。

この場合、電源遮断器が電子的に作動するスイッチで構成されれば、自動復旧モジュール４００から発生する信号のみで簡単に原状回復が可能であるが、通常の電源遮断器のような物理的な方式のスイッチなどで構成されれば、別途の駆動手段が要求されることがあり、これの構成を図４に例示した。

図４を参照すると、本発明の実施例に係る無停電電源供給装置に備えられる自動復旧モジュール４００は、電源部４１０、点検部４２０、制御部４３０及び駆動モータ４４０などを含んで構成されることが分かる。

電源部４１０は、外部から入力される通常のＡＣ電源などの入力により構成されることができ、無停電電源供給装置と独立した別途の電源の供給を受けるように構成されることがより好ましい。

点検部４２０は、テスト信号などの発生を通じて、無停電電源供給装置に実際的な異常が発生したか否かを判断する機能を行う。点検部４２０により一回性の原因により電源遮断器が作動したと判断される場合には、制御部４３０が駆動モータ４４０の駆動を通じてスイッチを再び原状回復させることになる。駆動モータ４４０を用いたスイッチの操作やこれらの間の連結構造などは通常のいかなる方式でも可能である。

このような機能を通じて管理者の現場投入のような非効率的な作業を減少させることができ、これによるコスト節減などの効果を提供できるだけでなく、電源遮断時間を最小化させることによって、サービス品質の向上及び大型事故の予防などのような多様な効果を得ることができることが分かる。

なお、電源遮断器の反応速度を、印加される電流に対応するように４ミリ秒（ｍｓ）乃至１８秒に設定することによって、瞬間的な過電流などのように設備に大きな支障がない範囲の誤りに対しては、電源遮断器が反応しないようにする方法が適用されてもよい。すなわち、通常の無停電電源供給装置の場合、電源遮断器の反応速度がピコ秒（ｐｓ）単位まで小さく設定されることによって、インパルス性ノイズなどの瞬間的な誤りにもすぐに反応して作動するのに対して、本発明の実施例に係る無停電電源供給装置に適用される電源遮断器の場合、その反応速度を、設備に無理が行かない範囲内で最大値を持つように設定することによって、電源遮断器の作動による設備の稼動中断を最小化できるようにする。例えば、定格電流の１０倍の電流が印加される場合には、４ｍｓ乃至５８ｍｓの反応速度を有し、定格電流の２倍の電流が印加される場合には、１．４秒乃至１８秒程度の反応速度を有するようにする等の設定が可能である。

以上で説明した本発明の実施例に係る無停電電源供給装置において別途に説明されない多様な構成要素は、通常の多様な無停電電源供給装置に備えられるいかなる構成要素にも代替可能である。なお、バッテリーモジュールのリアルタイム状態表出のためのＬＥＤディスプレイ窓などを追加で備えることができることは上述の通りである。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

１００，２００ 無停電電源供給装置
１１０，２３０ バッテリーモジュール
１２０ バッテリー制御部
１３０ ＤＣ／ＡＣインバータ
２１０ 太陽光電源供給部
２２０ ＡＣ電源供給部
２４０ 両方向インバータ
２５０ 充電回路
４００ 自動復旧モジュール
４１０ 電源部
４２０ 点検部
４３０ 制御部
４４０ 駆動モータ

Claims (8)

1. 無停電電源供給装置において、
   リチウムポリマーバッテリーモジュールと、
   前記リチウムポリマーバッテリーモジュールの動作を制御するためのバッテリー制御部と、
   過電流、漏電または短絡が発生する場合、印加される電流に対応して、電源供給を遮断するための反応速度が設定される電源遮断器とを備え、
   前記バッテリー制御部は、データ通信を用いた遠隔運用が可能なことを特徴とする、
   リチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置。
2. 前記リチウムポリマーバッテリーモジュールに電源を供給するための太陽光電源供給部をさらに含む、請求項１に記載のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置。
3. 前記リチウムポリマーバッテリーモジュールに、前記太陽光電源供給部または通常のＡＣ電源から選択的な電源供給が可能なようにするための両方向インバータを備えることを特徴とする、請求項２に記載のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置。
4. 前記バッテリー制御部は、相対的に電気使用が増加する時間帯に前記リチウムポリマーバッテリーを放電運用し、相対的に電気使用が減少する時間帯に前記リチウムポリマーバッテリーに対して充電運用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置。
5. 前記放電運用及び充電運用の時間帯は、管理用の有線端末機または無線端末機を通じて設定及び変更可能なことを特徴とする、請求項４に記載のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置。
6. 前記電源遮断器は、印加される電流に対応して４ミリ秒（ｍｓ）乃至１８秒の反応速度を有することを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置。
7. 前記電源遮断器により電源供給の遮断が発生する場合、テスト信号を発生させて異常状態が持続しているか否かを把握し、異常がないと判断されれば、前記電源遮断器を自動復旧させる自動復旧モジュールをさらに含む、請求項６に記載のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置。
8. 前記自動復旧モジュールは、
   電源部と、
   テスト信号を発生させて異常状態が持続しているか否かを把握するための点検部と、
   前記点検部によって異常がないと判断される場合、前記電源遮断器の遮断スイッチを復旧させるための駆動モータと、
   前記駆動モータの制御のための制御部と、を備えることを特徴とする、
   請求項７に記載のリチウムポリマーバッテリーを用いた無停電電源供給装置。