KR100546246B1 - Monitoring and diagnostic system for expected life of storage battery system - Google Patents
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Abstract
비상전원설비 또는 통신망전원설비등에 축전지시스템이 많이 사용되고 있고 이를 효율적 관리하는 것이 중요한 문제로 대두되고 있다. 대개 축전지를 포함한 비상전원장치의 신뢰도를 확보하기 위하여 중요한 설비의 경우에는 일반적으로 3년 등 일정한 주기마다 축전지시스템전체를 무조건 교환하는 방식을 사용하여 왔으므로 이때 정상적인 축전지도 동시에 폐기되는 경제적 손실이 발생하고 있다.Battery systems are widely used in emergency power facilities or communication network power installations, and efficient management of them has become an important issue. In general, in order to secure the reliability of the emergency power supply including the battery, important facilities have generally been used to replace the entire battery system at regular intervals such as three years. Doing.
또한 이 기간 동안 직렬 연결되어 있는 축전지중에서 하나의 셀이라도 불량이 발생하면 비상전원 시스템의 신뢰도를 확보할 수 없으므로 통신망과 같은 중요설비의 안정된 운전에 문제가 발생한다. In addition, if any one cell among the batteries connected in series during this period fails, the reliability of the emergency power system cannot be secured, which causes problems in stable operation of important facilities such as communication networks.
축전지의 건전상태(열화정도)를 진단하기 위해서는 축전지를 운전계통에서 분리한 후 이의 운전을 정지시키고 각 축전지 셀의 비중이나 전압, 내부임피던스(또는 컨덕턴스)등을 계측기와 같은 측정 장치를 사용하여 수동으로 각 셀의 축전지상태를 측정하는 방법을 사용하고 있으나 이는 축전지시스템을 실시간으로 진단하는 것이 불가능하여 효율적인 관리가 어렵다.To diagnose the health condition (deterioration degree) of the battery, disconnect the battery from the operating system, stop its operation, and manually measure the specific gravity, voltage, and internal impedance (or conductance) of each battery cell using a measuring device such as a measuring instrument. As a method of measuring battery condition of each cell is used, it is impossible to diagnose battery system in real time, which makes it difficult to manage efficiently.
본 발명은 축전지를 운전계통에서 분리하지 않고 상시 운전상태로 동작시키면서 측정하려는 축전지의 임피던스 등 중요한 파라미터를 실시간으로 측정하여 불량한 축전지를 선별하여 필요한 경우 경보를 발생하게 하여 축전지시스템의 관리를 효율적으로 가능하게 한다. 부가적으로 비상전원장치시스템의 고장 또는 운전상태를 상시 감시하여 품질을 모니터하면서 축전지의 건전상태에 대한 이력을 저장하여 관리할 수 있으며 이를 무선 통신망이나 원거리 네트워크망을 이용하여 비상전원장치 및 축전지의 열화상태를 원격에서 관리할 수 있는 서비스를 제공하는 장치를 발명하는데 있다.The present invention can efficiently manage the battery system by selecting a bad battery by measuring an important parameter such as the impedance of the battery to be measured in real time while operating the battery in a constant operating state without separating the battery from the operating system. Let's do it. In addition, it is possible to store and manage the history of the battery's health status by monitoring the quality of the emergency power supply system at any time by monitoring the failure or operation status. An apparatus for providing a service capable of remotely managing a deterioration state is provided.
축전지, 비상전원, 건전상태(열화정도), 품질감시, 임피던스 전압Storage battery, emergency power supply, sound state (deterioration degree), quality monitoring, impedance voltage
Description
도 1은 종래의 축전지 계측진단장치의 개념도.1 is a conceptual diagram of a conventional battery measuring diagnostic apparatus.
도 2는 열화진단 시스템의 마이크로프로세서 기반의 동작흐름 개념도.2 is a microprocessor-based operational flow conceptual diagram of a degradation diagnostic system.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축전지 시스템의 열화진단 시스템의 구성도.3 is a configuration diagram of a degradation diagnosis system of a storage battery system according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축전지 시스템의 열화진단 시스템의 구성도.4 is a configuration diagram of a degradation diagnosis system of a battery system according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 축전지 시스템의 열화진단 시스템의 유무선통신 개념도.5 is a conceptual diagram of a wired and wireless communication system for deterioration diagnosis of a battery system according to the present invention;
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 축전지 시스템의 열화진단 시스템의 유무선통신 상태를 나타낸 도면.6A and 6B are diagrams illustrating wired and wireless communication states of a degradation diagnosis system of a battery system according to the present invention.
도 6c는 본 발명에 따른 축전지 시스템의 열화진단 시스템과 열화진단 유니트 상호간 통신 연결도.6c is a communication connection diagram between the degradation diagnosis system and the degradation diagnosis unit of the battery system according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 축전지 시스템의 열화진단 시스템에 의해 획득된 축전지 셀의 임피던스 전압 및 리플전압의 주기 특성을 나타낸 도면.7 is a view showing the cycle characteristics of the impedance voltage and the ripple voltage of the battery cell obtained by the degradation diagnostic system of the battery system according to the present invention.
도 8은 본 발명에 사용되는 메인 콘트롤러 유니트(MCU) 회로와 복수의 릴레잉 회로조합의 연결 상태를 나타낸 도면.8 is a view showing a connection state of a main controller unit (MCU) circuit and a plurality of relaying circuit combinations used in the present invention.
도 9는 본 발명에 사용되는 복수의 릴레잉 회로조합의 병렬 연결 상태를 나타낸 도면.9 is a view showing a parallel connection state of a plurality of relaying circuit combinations used in the present invention.
도 10은 본 발명에 사용되는 정전류원의 블록도.10 is a block diagram of a constant current source used in the present invention.
도 11a는 본 발명에 사용되는 B급 증폭회로의 일실시예 회로도.
도 11b는 본 발명에 사용되는 B급 증폭회로의 다른 실시예 회로도.11A is a circuit diagram of an embodiment of a class B amplifier circuit for use in the present invention.
Fig. 11B is a circuit diagram of another embodiment of a class B amplifier circuit for use in the present invention.
도 12는 본 발명에 사용되는 자동 스케일링 회로의 구성도.12 is a block diagram of an automatic scaling circuit used in the present invention.
도 13a는 본 발명에서의 타이머 인터럽트 프로그램의 타임 흐름을 나타낸 도면.13A is a diagram showing a time flow of a timer interrupt program in the present invention.
도 13b는 본 발명에 따른 축전지 시스템의 열화진단을 위한 메인 프로그램의 흐름도.13b is a flowchart of a main program for diagnosing deterioration of a battery system according to the present invention;
도 14a는 본 발명에 사용되는 교류 정전류(Is)와 임피던스 전압(Vis)의 제로 크로싱(Zero Crossing) 회로의 블록도.Fig. 14A is a block diagram of a zero crossing circuit of alternating current constant Is and the impedance voltage Vis used in the present invention.
도 14b는 본 발명에 사용되는 교류 정전류(Is)와 임피던스 전압(Vis)의 순시파형 및 위상각의 타임 특성을 나타낸 도면.Fig. 14B is a view showing time characteristics of instantaneous waveforms and phase angles of the AC constant current Is and the impedance voltage Vis used in the present invention.
본 발명은 축전지를 운전계통에서 분리하지 않고 상시 운전상태로 동작시키면서 피측정 축전지 셀의 임피던스 등 중요한 파라미터를 실시간으로 측정하는 방식으로 축전지 시스템의 열화상태를 원격에서 관리할 수 있는 축전지 시스템의 열화진단 시스템에 관한 것이다.
70년대 이후 축전지의 수요가 다양해지면서 비상용 전원 이외에도 대용량의 에너지 저장용, 전기 자동차용, 전력 부하 평준화를 위한 전력저장 등의 분야까지 적용되고 있다. 특히, 최근에는 IT산업의 확대에 따라 각종 데이터 전송 및 유무선 통신망이 증가되고, 중계기와 같은 통신 설비가 급속히 확산되고 있으며, 이의 예비 전원장치로 사용되는 축전지의 수가 크게 증가되고 있다. The present invention is a deterioration diagnosis of a battery system capable of remotely managing a deterioration state of a battery system by measuring important parameters such as impedance of a battery cell under real time while operating in a constant operating state without disconnecting the battery from an operating system. It's about the system.
Since the demand of storage batteries has been diversified since the 1970s, in addition to emergency power supplies, it has been applied to fields such as large-capacity energy storage, electric vehicles, and power storage for power load leveling. In particular, with the expansion of the IT industry, various data transmission and wired and wireless communication networks have increased, and communication facilities such as repeaters have been rapidly spreading, and the number of accumulators used as a spare power supply thereof has been greatly increased.
현재 유무선통신서비스를 제공하는 회사에서는 통신망 전원의 1차 예비전원 으로 수십만 개의 축전지설비를 가지고 있으며 상시 부동충전상태로 연결되어 운전 중에 있다. 본 설비는 교류전원의 정전이나 정류장치의 고장(점검)시 끊어짐이 없는 전력공급을 계속하기 위해 불가결한 설비로서 통신망 전원의 신뢰성을 유지하는데 이의 역할은 매우 중요하다고 할 수 있다. 대개 이들 통신망 전원으로 사용되는 축전지 PS형 또는 VGS형 2V 단전지를 24셀 또는 12셀 직렬로 연결하여 사용하고 있어 직렬 연결된 셀 하나만 열화 되더라도 상용라인 정전 시에 백업(back-up)기능을 수행할 수 없게 된다. 축전지가 경년 열화(Aging)로 점차 축전지 용량이 저하됨은 물론 양(+)극의 격자체 부식정도, 전해액의 감소 및 음극의 활물질의 설페이션(Sulfation) 정도 차이에 따라 단전지간의 용량 차이가 나기 때문에 정기적으로 축전지의 건전상태를 체크하는 방안으로 잔여용량시험을 실시하여 열화진행 상황을 감시하고 있다.Currently, a company that provides wired / wireless communication service has hundreds of thousands of battery equipment as the primary backup power of communication network power, and it is connected and operated in a floating charging state at all times. This equipment is indispensable to continue power supply without interruption in case of AC power failure or breakdown (check). Its role is very important in maintaining the reliability of the network power supply. Usually, PS- or VGS-type 2V single cells used as the power source of these communication networks are connected in series with 24 or 12 cells, so even if only one cell in series is deteriorated, a back-up function can be performed in case of commercial line outage. There will be no. As the battery ages, the capacity decreases gradually with age, and the capacity difference between the cells varies depending on the degree of corrosion of the lattice of the positive electrode, the decrease of the electrolyte, and the sulfate of the active material of the negative electrode. As a result, regular capacity tests are conducted to monitor the deterioration of batteries by checking the condition of the batteries.
또한 매년 증가일로에 있는 데이터처리용 전산센터의 무정전전원장치(UPS) 및 공장자동화, 감시제어설비인 DCS용 무정전전원장치에도 대용량의 축전지가 사용되고 있으며 이와 같은 축전지를 전원설비로 사용하는 비상전원도 신뢰성 확보를 위해 사전에 축전지의 열화 또는 수명진단이 필수적이다. In addition, large-capacity batteries are also used in the uninterruptible power supply (UPS) of data processing computer centers and DCS, which are factory automation and monitoring and control facilities, which are increasing every year. In order to secure reliability, it is necessary to deteriorate the battery or diagnose the life of the battery in advance.
즉, 데이터처리용 전산센터 컴퓨터나 공장자동화설비 DCS시스템 등에 사용되고 있는 축전지도 100여개 이상의 셀이 직렬 연결되고 상시 부동충전 상태로 운전되고 있는 바 각 셀의 열화상태를 사전에 점검하지 아니하여 직렬 연결된 단전지의 일부(1개라도)가 열화 된다면 정전 시에 제 기능을 수행하지 못하게 되므로 평소에 이들 축전지 설비의 각 단전지 셀의 열화정도를 반드시 체크해야 할 필요가 있다.In other words, more than 100 cells are connected in series and are always operated in the floating charge state. The battery used in the data processing computer center or DCS system of the factory automation equipment is connected in series without checking the deterioration status of each cell in advance. If a part (even one) of the cells is deteriorated, it will not function properly at the time of power failure, so it is necessary to check the deterioration degree of each unit cell of these battery facilities.
현재까지 검증된 축전지 열화현상 진단방법중에는 운전계통에 연결되어 운전중인 축전지조를 실부하 방전법에 의하여 전용량으로 방전하여 샘플 셀의 잔존용량을 측정하는 방법이 있으며, 산업체에서 이 방법이 주로 사용되고 있다. 상기 방식은 계통 운영중인 축전지의 수명을 비교적 정확히 진단할 수 있으나, 축전지조 중에서 최저용량 단전지(단위 셀)만의 용량을 파악하여 축전지조 전체의 수명을 진단하는 방식으로 축전지조 중 열화가 현저하게 진행되어 수명이 다된 복수의 단전지(단위 셀)를 모두 찾아내는 방안으로는 적합하지 아니함으로 이 방법만으로는 부동충전 중에 있는 축전지조의 각 단전지 셀의 열화진행 정도를 진단할 수 없는 단점이 있으며, 또한 방전 시험 중에 정전이 발생된 경우에는 통신장치의 시스템이 정지할 위험성이 있고 수십 킬로와트(KW)급의 부하기를 포함한 시험설비의 사전준비나 의사부하의 조정, 단자전압의 측정에 오랜 시간이 필요하는 등 많은 단점을 가지고 있다.
또한 정전중에 순간 직류방전법을 이용하는 방식으로서 축전지 셀에 소정의 단 시간동안 부하를 인가하여 방전시키고 방전전에 셀 단자전압을 측정하고 방전중 셀 단자전압을 1회이상 측정하는 방법에 의해 내부 저항을 측정하는 방식이 실용화되어 있다. 그러나 순간 직류방전법에 의한 내부저항 측정법은 정전류원회로등이 필요치 아니하여 비교적 구성시스템의 구조가 간단한 장점은 있으나 측정의 정확성이 떨어지고 일반적인 표준계기를 사용하여 정확도를 검증할 수 있는 방안이 용이치 못한 단점을 가지고 있다. Among the proven methods for diagnosing battery degradation phenomenon, there is a method of measuring the remaining capacity of a sample cell by discharging the battery tank connected to the operating system to the full capacity by the real load discharge method, which is mainly used in the industry. have. The above method can diagnose the lifespan of the battery in operation relatively accurately, but it is a method of diagnosing the life of the whole battery tank by identifying the capacity of only the lowest capacity unit cell (unit cell) among the battery tanks. This method is not suitable for finding all the plural unit cells (unit cells) that have reached the end of their lifespan. Therefore, this method alone cannot diagnose the degree of deterioration of each unit cell of the battery cell under floating charging. If there is a power failure during the discharge test, there is a danger that the system of the communication device will stop, and it takes a long time to prepare the test equipment including the tens of kilowatt (KW) class load, adjust the pseudo load, and measure the terminal voltage. It has many disadvantages.
In addition, the method of using the instantaneous direct current discharge method during the power failure, by applying a load to the battery cell for a predetermined short time to discharge, the internal resistance is measured by measuring the cell terminal voltage before discharge, and measuring the cell terminal voltage at least once during discharge. The way to do this is put to practical use. However, the internal resistance measurement method by the instantaneous DC discharge method does not require a constant current source circuit, so the structure of the configuration system is relatively simple, but the accuracy of the measurement is inferior and it is easy to measure the accuracy by using a standard standard instrument. It has a disadvantage.
또한 도 1에 도시한 바와 같이 근래에 무정전전원장치(UPS) 및 직류전원장치(rectifier)에 사용되고 있는 축전지시스템의 건전성을 진단하기 위하여,상용 판매되고 있는 랩뷰(LabView) 프로그램(데이터분석 software)과 데이터 획득 장치(DAQ카드)등을 구비한 컴퓨터(PC)를 사용하여 각 셀을 검색하면서 단지 축전지의 각 셀별 전해액온도, 부동충전상태의 전압, 충전전류를 측정하여 온도와 연관된 단자전압의 상관관계로써 축전지 이상유무 정도를 파악하는 계측진단 장치가 상품화되고 있다. 본 진단방식은 직류전압 및 전류를 측정할 수 있는 디지털 멀티메터회로와 측정된 데이터를 저장하고 이를 출력할 수 있는 기능을 갖는 비교적 간단한 마이크로콘트롤러(MPU)로써 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있다. 그러나 본 진단방식은 부동 충전시 단전지의 단자전압을 직렬 연결된 동일 축전지 셀과 비교하여 상대적으로 열화가 진행된 정도는 파악 할 수 있으나, 부동전압의 크기 또는 직렬, 병렬 연결시의 단전지 셀 간의 영향으로 단자전압 편차가 많이 발생되므로 잔존용량(열화정도)과 부동충전시의 단자전압의 두 요소 간에는 절대적 상관관계는 없는 것으로 공인된 바 있으며, 축전지 수명이나 건전성(고장상태)을 진단하기 위한 방법으로 채택되기에는 그 신뢰성(실효성)에 많은 의심이 제기되어 왔다. In addition, as shown in FIG. 1, a commercially available LabView program (data analysis software) and a diagnostic device for diagnosing the health of a battery system used in an uninterruptible power supply (UPS) and a direct current power supply (rectifier) have recently been developed. Correlation of terminal voltage related to temperature by measuring electrolyte temperature, floating voltage, and charging current of each cell of the battery while searching each cell using a PC equipped with a data acquisition device (DAQ card) As a result, a measurement diagnostic apparatus for identifying the degree of battery abnormality has been commercialized. This diagnostic method can be easily implemented by those skilled in the art as a digital multimeter circuit capable of measuring DC voltage and current, and a relatively simple microcontroller (MPU) having a function of storing and outputting measured data. However, this diagnostic method compares the terminal voltage of a single cell when floating charging is compared with the same battery cell connected in series, but the degree of deterioration is relatively high.However, the magnitude of floating voltage or the effect between single cell cells in series and parallel connection As there is a lot of terminal voltage deviation, it is recognized that there is no absolute correlation between the remaining capacity (degradation degree) and the terminal voltage at the time of floating charging.It is a method for diagnosing the battery life or health (failure state). Many doubts have been raised about its reliability to be adopted.
또한 축전지의 내부 임피던스를 측정할 수 있는 기능을 가진 계측기가 선발업체에서 현재 상용화되어 시판되고 있으나, 본 계측기를 사용하여 부동충전 중에 있는 축전지시스템의 각 셀을 수동으로 개별 측정해야 하며 지속적이고 체계적인 관리를 위해 측정된 데이터를 데이터베이스화(이하 DB화)하여 분석하는 경우에는 충전중인 축전지 각 셀에 측정단자(Lead)를 옮겨가면서 측정하므로 전기감전 사고와 같은 위험성이 존재하며 측정치를 분석함에 있어 인력 및 시간이 중복으로 소요되는 단점이 있다. 또한 주위온도, 비중 및 충전전류 등 열화진단에 필요한 총체적 데이터가 동시에 측정될 수 없으므로 몇 개의 샘플 셀 임피던스측정은 용이하나 복수의 셀 임피던스를 동시에 측정하여 정확한 열화진단을 내리기에는 많은 어려움이 있다. In addition, although an instrument that has the ability to measure the internal impedance of a battery is commercially available and commercially available from a select company, it must be individually measured for each cell of the battery system in floating charging using this instrument. In case of analyzing the measured data by database (hereinafter referred to as DB), the measurement terminal (Lead) is transferred to each cell of charging battery, so there is a risk such as an electric shock accident. There is a disadvantage in that time is duplicated. In addition, since total data necessary for degradation diagnosis such as ambient temperature, specific gravity, and charging current cannot be measured at the same time, it is easy to measure several sample cell impedances, but there are many difficulties in measuring accurate cell degradation at the same time and making accurate degradation diagnosis.
따라서 기존의 측정방법으로서는 복수의 축전지와 같은 비상전원 시스템의 건전상태(열화정도)를 정확하게 파악하기 어려운 단점을 가지고 있다. Therefore, the conventional measuring method has a disadvantage in that it is difficult to accurately grasp the sound state (degradation degree) of the emergency power system such as a plurality of batteries.
본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로써 컴퓨터용 무정전전원장치, 유/무선 통신망의 전원(정류기) 및 이에 사용되는 축전지시스템 및 각 축전지셀의 신뢰성을 확보하고 운전 중 특성을 실시간으로 진단하고 건전상태(열화정도)를 파악하여 원격에서도 이를 관리할 수 있는 서비스를 제공할 수 있는 축전지 시스템의 열화진단 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 100여개 이상의 병렬, 직렬 연결된 축전지 시스템을 실부하 상태(부동 또는 균등충전)에서 운전하면서 실시간으로 설정된 주기마다 축전지의 셀전압, 충/방전전류, 내부온도, 내부 임피던스(저항성분) 및 비중과 같은 데이터를 획득하여 축전지의 수명(열화상태)과 상호 상관관계가 있는 요소를 찾아 축전지의 건전정도, 잔존용량을 분석하고 축전지의 잔여 수명을 진단할 수 있는 축전지 시스템의 열화진단 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.The present invention is to improve the conventional problems, to ensure the reliability of the uninterruptible power supply device for computers, the power supply (rectifier) of wired and wireless communication networks and battery systems and the battery cells used therein, and to diagnose the characteristics in operation in real time, The purpose of the present invention is to provide a deterioration diagnosis system of a battery system that can grasp the state of deterioration (degradation degree) and provide a service for remotely managing it.
In addition, the present invention operates more than 100 parallel and series connected battery system in a real load state (floating or even charging), the battery cell voltage, charge / discharge current, internal temperature, internal impedance (resistance component) of the battery every set period in real time And deterioration diagnosis system of battery system that can analyze factors related to battery life (deterioration state) by analyzing data such as and specific gravity and analyze the battery's health and remaining capacity and diagnose the remaining life of battery. There is another purpose to provide.
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이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 하기에 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명에서 제시된 비상 전원시스템의 건전상태(품질관리)를 진단하기 위한 마이크로프로세서 기반의 동작흐름 개념과 시스템의 기능별 구조를 간략히 도시하고 있다. 본 발명의 구조 및 동작방법을 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 전압, 전류 센서 및 써미스터 센서를 통해 피진단물인 축전지의 단자전압(VDC), 전류(I) 및 온도(t) 등 축전지의 특성데이터를 측정 순번에 따라 동작되어진 릴레이를 통해 마이크로프로세서등의 중앙처리장치(이하 MPU)에 입력하여 측정하고 또한 MPU의 ON/OFF 지령에 의해 정전류원(5)을 기동(Start)시켜 축전지에 교류 정전류(Is)를 흐르게 한 후 축전지 내부 임피던스에 의해 단자전압에 발생되는 임피던스 전압(Vis) 신호를 측정하여 상기 교류 정전류(Is)와 임피던스 전압(Vis) 두 측정치로부터 MPU내에 프로그램화된 알고리즘에 의해 축전지의 내부 임피던스를 연산한다. 100여개의 축전지 셀의 측정을 위하여 복수의 릴레잉 회로조합이 구비되고 MPU에서 측정하고자 하는 축전지를 선택하는 신호를 발생시키게 된다. 축전지의 각 데이터는 선택된 릴레잉 회로조합의 해당 릴레이를 통해 MPU의 입력에 연결되고 내부임피던스를 측정하기 위한 교류 정전류(Is)가 릴레이를 통해 축전지에 공급된다. 이러한 일련의 릴레잉 회로조합의 동작제어와 이를 통해 입수된 정보데이터를 측정진단 시스템내에 구비된 내부 메모리에 저장하고 이를 기초데이터로 하여 MPU내의 열화진단 알고리즘프로그램이 가동되어 축전지 열화정도를 진단하게 된다.
사용자 인터페이스로는 키패드입력과 LCD를 사용하며 축전지에 이상이 발생되면 진단장치의 LCD 화면상에 필요한 정보와 경보가 발생되게 되어 있어 축전지를 효율적으로 관리할 수 있도록 한다. 또한 취득한 데이터를 이력화하여 저장하고 이를 시리얼 통신과 같은 통신 수단을 통하여 외부 호스트 PC로 전송하며, 유/무선 통신망회로의 중계소와 같이 관리장소로부터 호스트 PC가 지리적으로 먼 거리에 위치한 경우나 산악지역과 같이 교통이 불편한 지역에 설치되어 인력의 현장 접근이 어려운 경우에도 원거리 통신망(LAN/WAN)이나 무선통신망(CDMA)을 이용하여 전송가능토록 구성한다. 현장 또는 원격에 위치한 호스트 PC에서는 취득된 데이터를 분석하고 축전지의 상태를 판별하여 특성을 그래픽 또는 도표로 처리, 분석할 수 있도록 하며 이의 이력을 DB화하여 관리할 수 있고 이러한 데이터를 실시간으로 사후관리하게 되면 전원시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있으며 이의 관리에 필요한 경비도 절감할 수 있는 장점을 가지게 되는 것이다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의한 측정진단 시스템은 상기 설명한 열화진단 목적 외에도 화성공정과 같은 축전지 제조공정 중에 필요한 축전지 셀의 충/방전시 특성 데이터를 자동으로 계측할 수 있는 기능을 가지며 단전지셀의 단자전압, 내부 임피던스 등 필요한 데이터를 단시간 내에 d/b화할 수 있어 충/방전시의 각 단전지 셀의 상태를 분석하기 위한 목적으로 활용될 수도 있다.
전술한 바와 같이 본 진단장치시스템은 일반적인 통신망을 이용하여 축전지를 포함한 비상전원 시스템의 열화진단 관리방법을 제시하고 있는 바 그 구성 및 동작원리를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the present invention for achieving the above object will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Figure 2 briefly illustrates the microprocessor-based operating flow concept and the functional structure of the system for diagnosing the sound state (quality control) of the emergency power system proposed in the present invention. Referring to the structure and operation method of the present invention, as shown in Figure 2, the voltage, current sensor and thermistor sensor, such as the terminal voltage (V DC ), current (I) and temperature (t) of the battery to be diagnosed The characteristic data of the battery is input to the central processing unit (hereinafter referred to as MPU) such as a microprocessor through the relay operated according to the measurement sequence, and the constant current source (5) is started by the on / off command of the MPU. After the AC constant current (Is) flows through, an impedance voltage (Vis) signal generated at the terminal voltage is measured by the internal impedance of the battery, and the algorithm programmed in the MPU from the two AC constant current (Is) and impedance voltage (Vis) measurements. The internal impedance of the battery is calculated by In order to measure about 100 battery cells, a plurality of relay circuit combinations are provided, and a signal for selecting a battery to be measured is generated by the MPU. Each data in the battery is connected to the input of the MPU via the corresponding relay of the selected relay circuit combination, and an alternating current constant (Is) for measuring the internal impedance is supplied to the battery via the relay. The operation control of this series of relaying circuit combinations and the obtained information data are stored in the internal memory provided in the measurement diagnosis system, and the degradation diagnosis algorithm program in the MPU is operated using this as the basic data to diagnose the degree of degradation of the battery. .
Keypad input and LCD are used as the user interface, and when the battery malfunctions, necessary information and alarms are generated on the LCD screen of the diagnostic device, so that the battery can be managed efficiently. It also records and stores the acquired data and transmits it to an external host PC through a communication means such as serial communication, and when the host PC is located at a geographical distance from a management place such as a relay station of a wired / wireless communication network. As it is installed in an area where traffic is inconvenient, it is possible to transmit using a local area network (LAN / WAN) or a wireless communication network (CDMA) even when it is difficult to access the site. Host PC located in the field or remotely can analyze the acquired data, determine the state of the battery, process and analyze the characteristics as graphic or chart, and manage the history of it as a DB and follow-up management of such data in real time By doing so, the reliability of the power system can be improved and the cost required for the management thereof can be reduced.
In addition, the measurement diagnostic system according to the present invention has a function of automatically measuring the characteristic data during charging / discharging of a battery cell, which is required during a battery manufacturing process such as a chemical conversion process, in addition to the above-described deterioration diagnosis purpose. Since necessary data such as voltage and internal impedance can be d / b within a short time, they may be used for the purpose of analyzing the state of each unit cell during charging / discharging.
As described above, the diagnostic apparatus system suggests a method for managing diagnosis of degradation of an emergency power system including a storage battery using a general communication network. The configuration and operation principle thereof will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4 as follows. .
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축전지 시스템의 열화진단 시스템의 구성도로서, 일례로 기본단위의 축전지(대개 12셀 또는 24셀, 56셀로 구성됨) 시스템을 진단할 수 있도록 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열화진단 시스템은, 대별하여 메인 콘트롤러 유니트(MCU)(11)와, 정전류원(5) 및 릴레잉 회로조합(4)으로 구성되고, 상기의 메인 콘트롤러 유니트(MCU)(11)는 전체 진단시스템을 제어 및 관리하는 중앙처리장치인 MPU(1)와, 측정 연산된 데이터 및 이력데이터를 저장하기 위한 메모리소자(2)와, 입력된 신호를 여과(filtering)하고 증폭시키기 위한 프리앰프(16)와, 상기 MPU(1)에 의해 선택처리되며 복수개의 증폭단으로 구성된 자동 스케일링 회로(7)와, 상기의 자동 스케일링 회로(7)의 출력신호와 정전류 출력신호를 받아 디지털값으로 변환하는 A/D변환기(6)와, 외부와의 통신을 하기 위한 통신포트(8)로 구성된다. 일반적인 개념으로는 상기 메인 콘트롤러 유니트(MCU)에 프리앰프(16)나 상기 자동 스케일링 회로(7)를 포함하지 않는 것으로 분류할 수 있다.
상기의 릴레잉 회로조합(4)은 일측단이 상기 정전류원(5)의 출력단 또는 메인 콘트롤러 유니트(11)에 연결되고 타측단이 대응되게 배치된 상기 복수의 축전지 셀에 연결되는 복수의 릴레이로 이루어지며, 상기 마이크로프로세서 유니트(MPU)(1)로 부터 선택제어신호를 받아 상기 복수의 릴레이(조)를 구동시켜 상기 정전류원(5)으로 부터 입력되는 정전류를 상기 복수의 축전지 셀에 선택적으로 스위칭시키고 또한 상기 복수의 축전지 셀의 특성데이터를 상기의 메인 콘트롤러 유니트(MCU)(11) 입력단에 스위칭시키게 된다. MPU(1)로부터 측정하고자 하는 축전지와 연결된 릴레이 코일을 온(ON)시키기 위해 릴레잉 회로조합(4)의 입력단자에 선택신호(Select)가 인가되면 1~N번의 릴레이중 선택된 릴레이가 순차적으로 동작되고, 각각의 릴레이 접점이 4단자망을 통해 축전지 셀 각각의 양극과 음극단자에 연결되어 진다.
또한 이와 거의 동시(수 m초 후)에 MPU(1)으로 부터 정전류원(5)에 온/오프(ON/OFF)신호 또는 클럭펄스(CLK)신호가 인가되어 정전류원(5)이 기동되면 정전류원(5)에서 정전류가 생성(축전지의 내부 임피던스가 거의 영에 근접된 경우에도 정격전류이내로 제한되어 출력)되어 릴레이를 통해 축전기로 흐르게 된다. 축전지의 전압(VDC), 온도(t), 내부 임피던스데이터(Z), 비중(G)의 데이터신호는 자동 스케일링 회로(7) 및 A/D변환기(6)에서 MPU(1)에 입력 가능한 값(적정한 디지털값)으로 변환되어 MPU(1)의 입력단자에 입력되어 진다. 내부 임피던스 데이터신호는 매우 미세한 신호이며 잡음신호가 썩여 있으므로 자동 스케일링 회로(7)에 입력되기 전에 프리앰프(16)를 통해 여과(filter)되어 증폭된다. MPU(1)는 입력된 데이터로써 내부에 내장된 열화진단 프로그램에 의해 현 상태 축전지 셀의 상태이력 데이터를 연산하고 그 결과가 메모리소자(2)에 저장되고 LCD상에 표시되며, 이러한 일련의 동작과 상기의 각 단계가 순차적으로 반복되어 매 축전지 셀의 특성데이터가 입력되어 지게 된다. 상기에서 측정된 데이터는 이력화되어 소정의 설정시간마다 RS232, RS422, RS485 또는 CDMA와 같은 통신장치(8)를 통해 외부 호스트 PC등으로 전송된다. 여기에서 본 진단장치시스템이 단지 축전지 셀 몇 개의 수명진단목적으로 사용될 경우에는 릴레잉 회로조합이 내장되지 않으며 측정코자 하는 축전지 셀의 단자에 직접 연결됨으로써, 정전류원(5)이 4단자망의 출력단자를 통해 축전지 셀의 단자에 직접 공급되고 또한 측정코자 하는 축전지 셀의 각종 데이터신호가 상기의 메인 콘트롤러 유니트(MCU)(11) 입력단에 직접 연결된다.3 is a configuration diagram of a degradation diagnosis system of a battery system according to a first embodiment of the present invention, and is configured to diagnose, for example, a battery (usually composed of 12 cells, 24 cells, or 56 cells) of a basic unit.
As shown in Fig. 3, the degradation diagnosis system of the present invention is composed of a main controller unit (MCU) 11, a constant
The relaying
At about the same time (a few m seconds later), when the ON / OFF signal or the clock pulse (CLK) signal is applied from the
앞서 설명한 바와 같이, 무정전전원장치나 유/무선통신망의 전원(정류기)와 같은 비상전원 및 이에 사용되는 축전지의 품질을 감시하고 신뢰성을 확보하기 위하여, 상기의 진단장치시스템은 축전지시스템(3)을 상시 감시하면서 UPS등과 같은 비상전원 시스템(18)의 운전상태를 상시 감시해야 할 필요가 있다.
도 4 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축전지 시스템의 열화진단 시스템의 구성도로서, 축전지시스템(3)을 상시 감시하면서 비상전원 시스템의 전원품질을 감시하도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 메인 콘트롤러 유니트(11)에는 전술한 바와 같이 마이크로 프로세서(MPU)(1)와 메모리소자(2)가 포함되며, 정전류원(5)과, 릴레잉 회로조합(4)과, 축전지의 각 특성데이터 및 비상전원장치의 품질정보 데이터 신호를 여과하고 증폭시키기 위한 프리앰프(16)와, 자동 스케일링 회로(auto scale circuit)(7)와, 각 데이터 신호변환을 위한 A/D변환기(6)가 도 3의 구성품과 동일하게 기본구성품으로써 포함된다.
상기의 기본구성품외에 추가로 AC센서회로(15) 및 DC센서회로(14)을 가지며, RS232, RS422, RS485 또는 CDMA 모듈과 같은 통신포트가 포함된다. 이러한 하드웨어들은 보조 파워써플라이(Power Supply)(10)로부터 동작에 필요한 제어파워(Contol Power)를 공급받는다. As described above, in order to monitor the quality of the emergency power source such as the uninterruptible power supply device or the power supply (rectifier) of the wired / wireless communication network and the battery used therein, and to ensure the reliability, the above-mentioned diagnostic device system is used for the
4 is a configuration diagram of a degradation diagnosis system of a battery system according to a second embodiment of the present invention, and is configured to monitor power quality of an emergency power system while constantly monitoring the
Referring to FIG. 4, the
In addition to the basic components described above, it has an
메인 콘트롤러 유니트(11)는 릴레잉 회로조합(4)을 통해 각 축전지 셀의 데이터를 수집, 연산 처리하여 축전지상태를 진단하고, 동시에 비상전원 시스템(18)의 AC출력전압과 출력전류 및 축전지의 충/방전시의 충/방전 전압(DCV) 및 전류(DCA)를 AC센서회로(15) 및 DC센서회로(14)를 통해 획득하여 이를 상시 기록(Recording)한다. 더욱 상세하게는, 메인 콘트롤러 유니트(11)는 축전지의 특성을 체크하는데 소요되는 시간 이외에는 전원장치계통의 전력품질 모니터링을 위하여 전원계통의 삼상전압(AC전압)과 삼상전류(AC전류)를 측정하여 분석하고, 정상상태의 각 상의 실효값과 사고시의 각 상의 실효값 및 순시 전압값을 메모리에 저장하는 일련의 동작을 수행하고, 저장된 데이터들을 일정한 시각에 호스트 컴퓨터로 전송하고 내부에 내장된 리얼 타임 클럭타이머(RTC)에 의하여 전송시간을 판별하고 사고시간을 기록한다. 또한 획득된 데이터 값이 전압순시강하현상(sag) 및 정전이 발생한 경우와 같이 설정된 한정치(Limit값)를 벗어 나면 통신포트를 통해 원격 또는 호스트 PC 측으로 사고 정보를 보내는 기능을 수행한다. The
정전류원(5)은 축전지의 내부 임피던스에 의해 상응한 전압이 발생될 수 있도록 출력정격내에서 일정 크기의 정전류를 공급해 주는 역할을 한다. 즉 축전지의 용량이 수천Ah 정도로 큰 경우, 축전지의 내부 임피던스는 1 밀리(m) Ohm이하로서 아주 미세하여 정전류원(5)이 단락된 상태와 같으므로 미세한 전원전압이 출력되어도 매우 큰 전류가 흐르게 된다. 따라서 상기 정전류원(5)이 과전류로 인해 파괘되는 것을 방지하기 위해 상기 정전류원(5)의 내부 전원임피던스를 크게 설계하여 내부저항이 아주 미세한 축전지가 상기 정전류원(5)의 출력에 연결되더라도 상기 정전류원(5)의 출력전류가 정격을 넘지 않도록 일정하게 제어하여야 할 필요가 있다. 릴레잉 회로조합(4)은 복수의 축전지 셀 중 메인 콘트롤러 유니트(11)내에 설치된 MPU(1)에 의해 발생되는 선택(Select) 제어신호에 의해 하나의 축전지 셀을 선택하고, MPU(1)는 정전류원(5)의 기동을 위해 수십Khz 사각파 형태의 클럭(CLK)신호를 공급해 준다. 정전류원(5)은 상기의 클럭(CLK)을 받아 이를 분주하여 정현파 형태의 교류 정전류를 생성하게 되고 상기 정전류는 릴레잉 회로조합(4)의 릴레이를 통하여 선택된 축전지 셀로 흐르게 된다. 본 발명의 일 실시 예에서는, 정전류원(5)의 정현파 발생회로가 디지털 분주회로를 가지고 있어 상기 정현파 발생회로의 클럭입력단자에 클럭펄스(CLK) 신호(예로써 16Khz)를 인가시키면 입력된 클럭펄스가 분주되어 1Khz의 정전류원(5)의 주파수가 생성되고 정전류원(5)이 기동되나, 정전류원(5)이 R-C 발진회로나 크리스탈 발진회로로 구성된 경우에는 MPU(1)에서 ON/OFF 기동신호를 인가하여 정전류원(5)를 기동시킬 수도 있다. 선택된 축전지 셀의 특성데이터 측정이 완료되면 MPU(1)는 정전류원(5)의 동작을 중지시키기 위해 상기의 클럭(CLK)신호의 공급을 중지하고 즉시 해당 릴레이를 오프(OFF)시킨다. 이와 같이 MPU(1)에서 동작순서에 의해 정전류원(5)의 기동 및 릴레이의 온/오프(ON/OFF)를 제어하게 되면 릴레이접점은 전류가 흐르지 않는 상태에서 개폐되므로 접점이 손상되지 않고 수명이 연장될 수 있다.The constant
축전지 셀의 내부 임피던스 전압은, 1mv이하의 아주 낮은 전압이므로 측정회로의 배선전압강하 및 충전시 리플전류에 의하여 상기 신호전압의 측정치에 영향을 받게 된다. 따라서 측정시 단자의 접촉저항 영향을(프로브 리드의 선 저항과 플러그의 접촉저항) 줄이기 위해 교류 4단자 측정법을 사용한다. 즉, 상기 정전류원(5)의 출력단자에서 생성된 교류 정전류(Is)를 축전지 셀의 단자에 입력시키면, 축전지 내부 임피던스에 상응(임피던스 전압강하 성분=임피던스값 x 교류전류Is)되어 내부 임피던스 임피던스 전압신호(Vis)가 셀 단자전압(VDC)에 중첩되어 생성된다. 상기의 임피던스 임피던스 전압신호(Vis)를 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 프리앰프(16)내에 있는 고입력 임피던스 회로단에 인가시키므로써 거의 전류가 흐르지 않도록 하여 리이드선의 저항과 단자접촉저항에 의해 전압강하가 발생하지 않도록 한다. 이러한 계측방법으로서 프로브(Probe) 리드선 저항과 접촉저항에 의한 전압강하를 작게 하여 임피던스 전압(Vis) 신호가 접촉저항의 영향을 거의 받지 않도록 되는 것이다. Since the internal impedance voltage of the battery cell is a very low voltage of 1 mv or less, the measurement value of the signal voltage is affected by the wiring voltage drop of the measurement circuit and the ripple current during charging. Therefore,
한편 릴레잉 회로조합(4)을 거쳐 획득된 축전지 셀의 임피던스 전압(Vis)은 수mV 정도의 미세한 신호로써 셀 단자전압(VDC)에 비하면 매우 미세한 크기(수천분의 1)에 해당되고 주위로부터 전자파 노이즈(Noise)가 많이 혼입되어 있으므로, 필터회로로 구성된 프리앰프(16)를 최적으로 설계하여 임피던스 전압(Vis) 신호만을 증폭하여 뽑아 내야 할 필요가 있다. 또한 부동충전중에는 리플전류가 축전지에 유입되므로 축전지의 단자전압파형에는 리플전압이 대폭 함유되어 있다. 이와 같은 리플전압에는 충전장치의 정류방식에 따라 다르나 여러 차수의 고조파 리플을 포함하고 이중 대부분은 프리앰프(16)내에 설계된 밴드패스필터(band pass fiter)에 의해 여과(필터)되어 제거될 수 있으나, 측정에 필요하는 임피던스 전압(Vis)과 주파수밴드가 유사한 주파수대의 리플전압 잡음은 필터링(제거)되지 못하고 임피던스 전압(Vis) 신호에 합하여 통과되므로 임피던스 측정값에 심각한 영향을 주게 된다.On the other hand, the impedance voltage Vis of the battery cell obtained through the
상기의 리플전압주파수중 고조파성분의 함유량은 전술한 바와 같이 충전기의 정류방식(상수)에 따라 차이는 있으나 삼상 정류방식인 경우에는 상용전원 60hz의 기수배 리플주파수를 가지므로, 축전지에 인가하는 교류 정전류(Is)의 주파수가, 예로써 1khz인 경우에는, 대개 900hz(15고조파),1020hz(17고조파),1140hz(19고조파)가 대부분 측정값에 중대한 영향을 미치게 된다. 즉, 축전지의 단자에서 측정되는 임피던스 전압(Vis) 신호에는 수배의 크기에 해당되는 고조파 리플전압이 혼합되어 있다. 따라서 MPU(11)의 입력단에 들어온 측정신호 전압파형은 고조파를 함유한 리플전압신호와 상기의 임피던스 전압(Vis) 신호가 합하여진 신호(순시 교류전압신호(Vrp+ Vis)라고 한다.)가 되며 도7 에서 보인 바와 같이 복수의 고조파를 함유하여 일정한 주기로 진동하는 형상이 되고 또 다른 일정한 주기(Trp)를 갖는다.As described above, the content of harmonic components in the ripple voltage frequency is different depending on the rectification method (constant) of the charger. However, in the case of the three-phase rectification method, it has an odd multiple ripple frequency of 60 Hz for a commercial power supply. If the frequency of constant current Is is, for example, 1 kHz, usually 900 hz (15 harmonics), 1020 hz (17 harmonics), and 1140 hz (19 harmonics) will have a significant impact on most measured values. In other words, the harmonic ripple voltage corresponding to several times is mixed in the impedance voltage Vis signal measured at the terminal of the battery. Therefore, the measurement signal voltage waveform input to the input terminal of the
도 7은 이와 같은 리플잡음전압이 포함된 전압신호로 부터 정전류원(5)에서 공급된 교류전류(Is)에 의하여 유기된 임피던스 전압(Vis)의 참값을 얻을 수 있는 방안을 나타낸 것이다. 우선 첫 번째 구간(T1)에서는 교류 정전류(Is)를 인가하지 않은 상태로 부동충전중에 있는 축전지 셀의 충전리플에 의해 발생된 리플전압신호(Vrp)를 측정하여 읽어 저장하고 저장된 리플전압신호(Vrp)가 최저점에 도달되는 순간의 내부 고속 타이머/카운터 값(tmin1)과 다음의 최저점에 도달된 카운터 값(tmin2)을 읽고 이 값의 차를 연산한다. 이 값이 상기 리플전압신호(Vrp)의 한 싸이클주기(Trp)에 해당되는 카운터값(trp)이며 이를 정확히 측정하는 데 소요되는 기간은 최소 전술한 고조파 리플전압의 진동주기보다 한 사이클이상이 소요되며 수m초 정도이다.FIG. 7 illustrates a method of obtaining a true value of the impedance voltage Vis induced by the AC current Is supplied from the constant
상기에서 저장된 리플전압신호(Vrp)는 1사이클 주기(Trp)간격으로 MPU(11)내부의 메모리에 쉬프트되어 저장되고 항상 최근의 데이터로 갱신된다. △T시간이후 두 번째 구간(T2)에서 정전류원(5)이 가동되어 교류 정전류(Is)가 공급되고 상기의 고속타이머/카운터 값(tmin1)이 입력된 후 N번째 주기(Trp)에 해당된 값(trp)으로 증가되는 순간(즉 카운터값이 tmin1+ N× trp 로 되는 순간)에 인터럽트가 걸려 인터럽트 프로그램이 수행되어, 이미 메모리에 저장된 한 사이클 리플전압신호(Vrp)값과 현재 D/A변환기를 통하여 들어오고 있는 리플전압신호(Vrp)가 포함된 측정신호인 순시 교류전압신호(Vrp+ Vis)를 상기 주기(trp)동안 읽어 상기 두 값의 차((Vrp+ Vis)- Vrp)로 부터 리플전압의 영향을 받지 않는 임피던스 전압(Vis) 값을 얻을 수 있게 된다. 상기에서는 최저점을 측정하여 주기(trp)를 연산하는 방법을 제시하고 있으나, 파형최고점을 이용하여 주기(trp)를 연산할 수 있으며 상기 단계는 모두 임피던스연산 과정에서 수행된다. 또한 도 7 에서 알수 있드시 상기의 주기(trp)를 순시 교류전압신호(Vrp+ Vis)를 측정하여 더 용이하게 연산할 수 있다면 구간(T1)에서 교류 정전류(Is)를 공급시켜 순시 교류전압신호(Vrp+ Vis)를 읽어 저장하고 상기구간(T2)에서 리플전압신호(Vrp)값을 읽어 이 두값으로 부터 순수한 임피던스 전압값(Vis)을 상기에서 기술한 연산 방법을 통해 얻을 수도 있다.The stored ripple voltage signal Vrp is shifted and stored in the memory inside the
또한 축전지의 내부 임피던스값을 측정하기 위하여 정전류원(5)에 의해 공급되는 교류 정전류의 크기는 최대 정격내에서 일정하도록 제어,출력되므로 축전지의 노화상태나 용량크기에 따라 내부 임피던스값에 비례하여 단자전압에서 측정된 축전지의 내부 임피던스에 의한 임피던스 전압신호의 크기가 매우 가변적(넓은 측정범위를 필요로 함)이게 된다. 이러한 경우에 있어 넓은 측정범위의 상기의 임피던스 임피던스 전압신호를 한 가지 증폭이득 배율로 증폭시키게 되면, 상기에서 측정된 전압신호의 크기가 작은 경우에는 메인 콘트롤러 유니트(11)의 입력단자로 인가되는 측정신호의 레벨의 크기도 매우 작아져 정밀도(해상도)가 떨어지며, 상기에서 측정된 전압신호가 큰 경우에는 메인 콘트롤러 유니트(11)의 입력 전압 범위를 벗어나 이를 소손시키거나 및 동작 이상 등을 유발할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 일 실시 예로써 도 12에 도시된 바와 같이, 서로 다른 증폭이득 배율을 갖는 수개의 연산증폭기(50-1, 50-5, 5-10, 50-50)를 병렬로 연결하고 상기 병렬연결된 각 증폭기의 출력을 상응되게 아날로그 스위치(Analog MUX)와 같은 신호 선택기(51)의 입력단에 각각 연결시키고 상기 신호 선택기(51)의 출력을 메인 콘트롤러 유니트 MCU(11)내의 A/D변환기에 공통으로 입력되게 회로를 구성한다. MCU(1)는 입력된 임피던스 전압(Vis)신호의 크기를 판정한 후 상기 신호 선택기(51)를 선택지령(select)하여 적절한 증폭이득 배율을 가진 증폭기(50)를 선택하게 되며, 따라서 적절한 증폭이득 배율을 가진 증폭기(50-1, 50-5, 5-10, 50-50)의 출력이 메인 콘트롤러 유니트(11)의 A/D변환기 입력단자에 인가될 수 있게 된다.In addition, since the magnitude of the AC constant current supplied by the constant
도 12 는 본 발명에 사용되는 자동 스케일링 회로(7)의 일 실시예를 나타낸 것으로서, x1, x5, x10, x50의 4가지 증폭이득 배율을 갖는 증폭기(50)를 구비한 경우를 도시한다. 측정된 임피던스 전압(Vis) 신호의 크기에 따라 적절한 증폭이득 배율을 가진 복수개의 연산증폭기(50-1, 50-5, 50-10, 50-50)를 선택하는 과정은 다음과 같다. 상기 증폭기를 원만하게 동작시키기 위해서는 적정한 범위내의 입력신호를 공급해야 하며 상기 증폭기에 의해 증폭된 출력신호의 크기가 증폭기의 동작전압 정격보다 큰 경우는 증폭기의 증폭이득 배율에 비례하여 입력 신호를 증폭시키지 못하고 동작전압내로 한정(포화)되는 증폭기 포화현상(Saturation)이 발생한다는 것은 공지된 사실이다. 따라서 적절한 증폭이득 배율을 가진 증폭기를 선택하기 위해 MPU(1)의 제어신호를 받아 우선 가장 큰 증폭이득 배율을 가진 증폭기를 선택한다. 이후 입력 전압신호값이 다소 높게 입력되어 상기 증폭기 출력신호가 포화되면 메인 콘트롤러 유니트(11)가 이를 감지하게 되고 차례로 다음으로 증폭이득 배율이 적은 증폭기를 선택하여 메인 콘트롤러 유니트(11)의 입력단에 적정크기의 임피던스 전압(Vis) 신호가 취하여 질 수 있도록 동작한다. 반대로 입력된 전압신호의 크기가 매우 작은 경우에는 증폭된 출력신호값이 적으므로 MPU(1)의 제어신호를 받아 차례로 다음의 큰 증폭이득 배율을 갖는 증폭기를 변경하여 선택하게 된다. 이렇게 하여 임피던스 연산시 적절한 배율을 가진 증폭기가 선택되어 지고 상기 선택된 증폭기의 증폭 이득값이 임피던스값 연산에 반영되며 이러한 일련의 사상적 개념을 가지고 적절한 배율을 가진 증폭기가 선택되는 방법을 자동스케일링(auto scaling)으로 명시한다. 상기에서 연산증폭기의 개수는 보통 2개에서 4개가 적당하나 설계자가 축전지의 측정용량 범위를 고려하여 용이하게 결정할 수 있으며, 임피던스 전압(Vis) 신호 이외에도 측정 신호(예로써 정전류신호)의 입력범위가 넓고 매우 가변적이게 될 경우에는 해상도(측정정확도)를 높이기 위해 이러한 일련의 자동스케일링 선택(auto scaling)방법을 사용할 수 있다.
도 8 은 본 발명에 사용되는 메인 콘트롤러 유니트(MCU) 회로와 복수의 릴레잉 회로조합의 연결 상태를 나타낸 도면으로, 메인 콘트롤러 유니트와 각 릴레잉 회로조합의 기능별 연결도를 나타낸 것이다.
도 9 는 본 발명에 사용되는 복수의 릴레잉 회로조합(4)을 병렬로 연결한 상태를 나타낸 도면으로서, 수개 군(조)의 릴레잉 회로조합을 상호 병렬로 연결하는 방안을 제시하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 각 릴레잉 회로조합(4)은 각각 16개(조)의 릴레잉 회로조합으로 구성되며 각 조에는 정전류공급(Xna)용, 전압센싱(Xnb), 온도센싱(Xnc), 전압센싱(Xnd), 비중센싱용(Xnd) 릴레이(조)를 각각 가지고 있다. 복수의 축전지 셀 중 특정 셀을 선택하기 위하여 MPU(1)로부터 선택(Select) 제어신호를 받아 이 신호를 디코딩하게 된다. 디코딩된 상기 신호에 의하여 해당군의 릴레이가 선택되고 선택된 릴레이(조)에 연결된 축전지 셀이 측정회로에 연결되게 된다.FIG. 12 shows an embodiment of the
FIG. 8 is a diagram illustrating a connection state of a main controller unit (MCU) circuit and a plurality of relay circuit combinations used in the present invention, and shows a functional connection diagram of the main controller unit and each relay circuit combination.
FIG. 9 is a view showing a state in which a plurality of relaying
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복수의 셀 중 특정 셀을 선택하기 위해 사용되어 지는 선택(Select) 제어신호의 동작과정에 대하여 도 9에 도시된 실시 예를 통해 상세하게 설명한다. 보통 산업체의 축전지시스템은 12셀, 24셀, 36셀 또는 48셀이상의 셀조합으로 구성되고 통신용중계소의 축전지시스템은 대체로 12V용 4셀로 구성되어 운영되고 있다. 따라서 회로의 실장 편의 및 경제성을 고려하여 축전지조가 12V용 4셀 또는 6셀로 구성되어 있는 경우에는 3비트 또는 4비트의 선택 제어신호로써 최대 7개 또는 15개의 릴레이(조)를 선택제어 할 수 있는 간단한 회로를 채택할 수 있으며 본 실시 예에서와 같이 6비트로 이루어진 선택 제어신호를 사용하여 26 = 64이므로 48개에서 최대 60개의 릴레이(조)를 선택할 수 있는 회로를 채택할 수 있다. 우선 MPU(1)에서 발생된 6비트의 선택 제어신호를 두가지로 나누워 2비트신호(00,01,10,11)는 4비트 디코더회로(MUX)의 입력회로단자 G1, G2에 입력시키되 2비트신호가 (0,0)로 입력된 경우에는 3조의 릴레잉 회로조합중 어느 것도 선택되지 않으며 2비트신호가 (0,1)또는(1,0) 또는 (1,1)인 때에는 최대 16개의 릴레이(조)로 구성된 3개의 릴레잉 회로조합 중 마스터조합(4-1)이나 제1 슬레이브 회로조합(4-2),제2 슬레이브 회로조합(4-3)을 택일하게 된다. 이어서 상기 6비트의 제어신호중 나머지 4비트를 디코더회로(MUX)의 입력단자(D0,D1,D2,D3)에 인가한다. 상기 디코더회로(MUX)는 N개의 입력신호로써 2N의 출력포트중 한개의 포트가 선택되어 출력될 수 있는 디코딩기능을 가질 수 있으며 본 실시 예에서는 4비트의 입력신호(D0~D3)가 사용되므로 16개의 출력 신호가 발생된다. 상기 디코더회로(MUX)의 4비트 입력신호에 의해 선택된 포트의 출력신호는 이미 상기 2비트 신호에 의해 선택된 릴레잉 회로조합 내의 16개의 릴레이(조)중 한 개(조)의 릴레이(조)를 선택되게 하며 선택된 릴레이(조)는 포트출력단에 연결된 트랜지스터 증폭기(TR Array)를 통하여 동작(구동)되게 된다. 또 다른 실시예로서, 상기 2비트신호(00,01,10,11)를 상기 디코더회로(MUX)의 입력회로단자 G1,G2에 입력하여 4개의 릴레잉 회로조합 중 1개 조합을 선택하게 하며 나머지 4비트 BCD신호 (D0,D1,D2,D3)를 입력하여 총 15개의 출력포트에 연결된 릴레이중 1개(조)를 선택하여 동작케 하고 특정신호(예로서 0,0,0,0)가 입력될 시는 모든 릴레이(조)가 off되게 회로를 구성할 수 있다. 이와 같이 본 실시 예에서와 같이 메인 콘트롤러 유니트 MCU(11)는 6비트 선택 제어신호로써 보통 48개(3조합군× 16개), 60개(4조합군× 15개)의 릴레이중 한 개(조)의 릴레이만을 동작시켜 복수의 축전지 셀중 원하는 하나의 셀만을 선택하게 될 수 있는 것이다. 또한 릴레이 동작 중 발생할 수 있는 노이즈에 의해 동시에 한개 이상의 릴레이가 동작되는 것을 방지하기 위하여 디코더회로(MUX)의 입/출력 단에 저항을 연결하여 노이즈 영향을 최소화하고 상기 릴레이 구동용 전원(+12V)을 MPU(1)의 지령에 의해 필요시에만 On(연결)되게 하여 릴레이소손을 방지할 수 있다. 상기의 릴레잉 회로조합의 마스터조합(4-1)과 각 슬레이브조합 회로(4-2,4-3 또는 4-4)는 모두 동일회로 구조로 설계하여 마더보오드(mother board)를 통해 상호간을 결선하고 상기 릴레잉 회로조합들을 상하로 겹쳐 좁은 공간에도 경제적으로 용이하게 설치할 수 있다. An operation of a select control signal used to select a specific cell among a plurality of cells will be described in detail with reference to the embodiment shown in FIG. 9. Usually, the battery system of the industry is composed of more than 12 cells, 24 cells, 36 cells or 48 cell combinations, and the battery system of the communication relay station is generally composed of four cells for 12V. Therefore, considering the convenience of mounting and economical efficiency of the circuit, when the battery cell is composed of 4 cells or 6 cells for 12V, it is possible to select and control up to 7 or 15 relays (sets) using 3 or 4 bit selection control signals. Since a simple circuit can be adopted and 2 6 = 64 using a selection control signal consisting of 6 bits as in this embodiment, a circuit capable of selecting from 48 to 60 relays (groups) can be adopted. First, the 6-bit selection control signal generated by the
일반적으로 축전지 셀의 교류전류에 대한 등가회로는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스( R―L―C)성분의 직렬회로로 등가화될 수 있음이 입증되어 있으며, IEEE 1188-1996 STD에서는 밀폐형 축전지의 열화(수명)진단을 하기 위하여 상기 임피던스 성분 중 부동충전 사용에 따라 열화가 진행되는 양극판의 격자체 부식 또는 전해액의 감소의 요소에 가장 상관관계가 높다고 생각되는 저항(R)성분만을 측정하여야 함을 권장하고 있다. 또한 공지된 바와같이 밀폐형 연축전지에 임피던스 전압을 인가하여 측정전류를 흘릴 경우에 축전지의 단자 간에 발생하는 임피던스 전압신호 파형은 주파수가 높을수록 L성분에 따른 전압의 위상이 전류의 위상보다 빠르고 주파수가 낮을수록 C성분에 의한 전류의 위상이 전압의 위상보다 지연되는 경향이 있다. 따라서 위상이 거의 일치할 수 있는 공진점 의 주파수 범위(60-1000Hz)의 정현파 정전류를 생성하여 축전지 셀에 공급함으로써 인덕턴스, 커패시턴스 성분을 제외한 내부저항 성분(컨덕턴스값의 역수)만에 의한 임피던스 전압이 측정될 수 있도록 한다. 또한 축전지의 계면저항 역시 측정시 인가하는 정현파 교류 정전류의 주파수 크기에 따라 달라지는 이온저항이다. 측정주파수가 1Khz근방인 경우에는 계면저항이 커패시턴스 성분에 의한 임피던스에 비해 매우 작게 되어 이를 무시할 수 있게 되어 용액저항과 전기이중층 용량 커패시터의 직렬회로로 등가화 될 수 있다. 따라서 축전지 셀에 1Khz 근방의 정현파 교류 정전류를 흘리면 양극간에 정현파 전압파형이 유기되고 상기 정현파 정전류파형(Is)과 정현파 전압파형(Vis) 및 상기 두 파형의 위상차를 측정하면 내부저항에 의해서만 생성되는 전압성분만을 산출할 수 있고 이로써 정확한 축전지 내부저항값(컨덕턴스값의 역수)의 계산이 가능하게 되는 것이다.In general, the equivalent circuit for the alternating current of the battery cell has been proved to be equivalent to the series circuit of resistance, inductance, and capacitance (R-L-C) components.In IEEE 1188-1996 STD, For the purpose of diagnosis, it is recommended to measure only the resistance (R) component that is considered to have the highest correlation with the factors of lattice corrosion or reduction of electrolyte in the anode plate, which deteriorates with the use of floating charge. have. Also, as is well known, the impedance voltage signal waveform generated between terminals of a battery when an impedance voltage is applied to a sealed lead-acid battery and a measurement current flows, the higher the frequency, the faster the phase of the voltage according to the L component and the higher the frequency. The lower the tendency, the more the phase of the current by the C component is delayed than the phase of the voltage. Thus, the resonance point can be nearly in phase By generating a sinusoidal constant current in the frequency range of (60-1000 Hz) and supplying it to the battery cell, the impedance voltage by only the internal resistance component (inverse of the conductance value) excluding inductance and capacitance components can be measured. In addition, the interfacial resistance of a battery is also an ion resistance that depends on the frequency of the sinusoidal AC constant current applied during measurement. When the measurement frequency is around 1Khz, the interface resistance is very small compared to the impedance due to the capacitance component, so that it can be ignored and can be equalized by the series circuit of the solution resistance and the electric double layer capacitor. Therefore, when a sinusoidal AC constant current near 1 kHz flows into a battery cell, a sinusoidal voltage waveform is induced between the anodes, and the sinusoidal constant current waveform (Is), the sinusoidal voltage waveform (Vis), and the phase difference between the two waveforms are generated only by internal resistance. Only the component can be calculated, thereby enabling accurate calculation of the battery internal resistance value (inverse of the conductance value).
또한 도 4에 도시된 정전류원(5)에 의해 공급되는 정현파 교류 정전류의 크기는 알칼리 전지나 망간전지인 경우 수십㎃가 적정하며 수백AH 대용량의 납축전지인 경우 내부저항이 1m옴 이하이므로 가능한 한 큰 전류를 인가하여야 내부 임피던스 전압(Vis)이 유기되어 잡음으로부터 전압신호파형을 정확히 뽑아낼 수 있다. 본 발명에서는 일 실시예로서 0.5m옴의 내부 임피던스 저항성분을 가진 축전지양극간에 0.5mV~1.0mV의 전압신호를 얻기 위하여 1~2A peak의 정전류가 사용될 수 있다. In addition, the size of the sine wave AC constant current supplied by the constant
본 발명의 일 실시 예로 정전류원(5)의 기능별 블록도를 도 10에 도시하고 있다. 메인 콘트롤러 유니트내의 MPU(1)로부터 상기 MPU의 기본클럭과 동기된 클럭(예로써 16KHz)을 입력 받아 포토커플러(30)을 통해 절연시키고 상기 MPU(1)의 기본동작 클럭을 분주하여 진폭조절이 가능한 정현파 발생회로(33)를 통하여 기준 주파수(예로써 1Khz)를 가진 완전한 교류정현파형을 얻게 된다. 10 is a block diagram for each function of the constant
상기 정전류원(5)에서 정현파를 만드는 데 사용되는 기준 클럭(CLK)은 전술한 바와 같이 MPU(1)로부터 MPU의 기본동작 클럭을 분주하여 얻어지며 다시 이를 분주하여 교류 정전류(Is) 주파수를 생성하게 되는 바, MPU(1)의 기본동작 클럭과 상기 교류 정전류(Is)의 주파수가 항상 동기된다. 따라서 상기 MPU(1)가 내부 임피던스에 관련된 특성 데이터의 연산시 상기 정전류원(5)의 주파수를 사전에 인지할 수 있어 교류 정전류(Is) 및 임피던스 전압(Vis) 신호의 주기를 용이하게 사용할 수 있으며 또한 위상차를 정확히 측정할 수 있고, 상기 정전류원(5)의 주파수변동에 의한 오차를 줄일 수 있는 수단을 용이하게 확보할 수 있게 되는 것이다.The reference clock CLK used to generate the sine wave in the constant
상기 정전류원(5)은 정전류(Is)를 생성하기 위해 출력전류를 궤환(feed back)시켜 제어하는 기능을 가지고 있다. 즉 출력전류 궤환치(If)인 궤환신호를 CT와 같은 변류기(41)를 통해 절연시킨 후 연산증폭기로 구성된 정류평활회로(42)에서 직류궤환신호로 바꾼다. 차동증폭 기능을 수행하는 연산증폭기(31)에서 상기 출력전류 궤환신호와 정전류 설정회로(43)의 정전류 설정치간의 차(-)를 구하고 이 차(-)값을 증폭한 후 이를 적분회로(32)를 통해 정현파 발생회로(33)의 진폭조절단자⑩에 입력시킴으로써 정전류 공급이 가능토록 제어한다. 상기의 직류궤환신호를 연산증폭기에서 반전증폭한 후 정전류 설정회로(43)의 정전류 설정치와 합하여 적분회로(32)의 비반전입력단에 입력시키는 방법으로 상기 두 신호의 차를 증폭시킬 수도 있으며 연산증폭기(31)과 적분회로(32)의 기능을 한개의 연산증폭기가 감당토록 회로를 구현할 수도 있다. 또한 측정 중에 전지의 특성 및 수명에 영향을 주지 않고 측정치의 해상도를 높이기 위해서는 축전지에 영향을 주지 않는 범위한도 이내의 최대전류를 축전지에 공급하되 측정에 필요한 시간을 줄이기 위하여 과도현상(over shoot)이 없는 안정된 전류를 발생시켜야 할 필요가 있다. 이러한 기능을 실현하기 위하여 MPU(1)에서 정전류원(5)의 기동(start)시 발생된 상기 MPU의 기본클럭과 동기된 클럭 신호(CLK)를 필터링한 후 저항(R) 및 콘덴서(C) 및 버퍼회로 등으로 구성된 적분회로로 적분하면 RC 시정수에 의해 기동 초기부터 서서히 상승하는 소프트스타트(soft-start) 신호(SS)를 생성할 수 있고, 상기 소프트스타트 신호를 차동기능을 수행하는 연산증폭기(31)또는 적분회로(32)의 출력단자에 다이오드를 통해 접속시키면 정전류원(5)을 기동하기 위해 상기 기준 클럭 신호(CLK)가 발생되는 초기과정 동안에는 차동기능을 수행하는 연산증폭기(31)및 적분회로(32)출력값이 발생되어 증가되더라도 소프트스타트(soft-start) 신호(SS)가 상기 연산증폭기(31) 또는 적분회로(32) 출력보다 작게 되므로 소프트스타트 신호(SS)가 우선적으로 정현파 발생회로의 진폭조절단자⑩에 입력되어 상기 정전류원(5)은 오버슈트없이 10m초 이내와 같은 짧은 시간내에 정현파 정전류를 정상상태(정상치에 도달)로 안정되게 발생시킬 수 있게 된다. 또한 상기의 방법에 의해 정현파 발생회로(33)에서 얻어진 교류정현파형(신호)은 과도응답을 개선하기 위하여 순시치 합산회로(34)에서 출력전류 궤환치(If)와 감산되어 제1 B급 증폭회로(35)에 입력되어 증폭된다.
도 11a 는 본 발명에 사용되는 B급 증폭회로의 일실시 예 회로도로서, 교류 정전류원(Is) 신호의 2단 B급 전류증폭회로의 일실시 예를 나타낸 것이다.
도 11a를 참조하면, 상기 교류 정전류(Is) 신호는 1차로 제1 B급 증폭회로 (35)에서 신호가 왜곡없이 증폭되어 지며 2차측이 2개의 역결선된 분리(절연)권선을 가진 고주파신호 변압기(T2)의 1차에 입력된다. 축전지의 내부 임피던스가 비교적 커서 출력전류(Is)가 1A 미만의 정전류가 필요한 경우에는 제1증폭기의 출력측에 출력변압기만을 연결함으로써 간단히 정전류원(5)을 구성할 수 있다. 상기의 교류 정전류(Is) 신호는 상기 변압기(T2)의 역결선된 2차권선 출력에서 각각 180도 위상이 반전되어 2차측 권선에는 최종적으로 정현파(sinωt) 및 이와 위상이 반전(180도)된 정현파(sinωt+180도)의 신호가 얻어 지게 된다. 제1 B급 증폭회로(35)는 연산증폭기(U3) 및 트랜지스터 (Q1,Q2)로 구성된다. NPN트랜지스터 Q1과 PNP트랜지스터 Q2의 각 베이스에 연산증폭기(U3)출력이 연결되고 상기 양 트랜지스터(Q1,Q2)의 각 에미터의 공통 연결점에 변압기(T2)가 연결되어 있으므로 상기 신호(Is)는 증폭되어 변압기(T2)를 통해 출력되게 되며 또한 증폭된 출력신호(각 에미터의 공통 연결점)는 다시 연산증폭기(U3)의 반전(-)단자에 입력되므로 트랜지스터Q1,Q2의 전류증폭도(Hfe)가 변화되더라도 안정된 전류증폭 동작을 가능케 한다. 또 다른 실시 예로써 상기 출력신호(각 에미터의 공통 연결점)를 저항 2개를 사용하여 분압한 후 분압된 출력신호가 궤환되게 연산증폭기(U3)의 반전(-)단자에 입력시키면 상기 연산증폭기(U3)는 증폭기로 작동하게 된다.
제2 B급 증폭회로(37)는 연산증폭기U9A,U9B와 NPN트랜지스터(Q3,Q4), 및 출력변압기(TM1)등 으로 구성된다. 상기 정현파 및 이와 위상이 180도 반전된 정현파 신호는 각각 제2 B급 증폭회로(27)의 연산증폭기U9A, U9B를 거치게 되고 이의 출력은 각각 NPN트랜지스터(Q3,Q4)의 베이스단자에 인가 되어 2차 증폭되어 지며, 출력변압기(TM1)의 1차권선의 시작점과 끝점이 각각 상기 트랜지스터(Q3,Q4)의 각 컬렉터(또는 N channel FET인 경우 드레인)에 연결되고 중앙점(tap)이 전원의 양극(+)에 연결된 출력변압기(TM1)을 통해 증폭되어 최종 출력되어 진다. 도 11a 에는 상기의 트랜지스터(Q3,Q4)가 바이폴라형 단일 NPN 트랜지스터소자로 도시되어 있으나 이를 N channel FET 트랜지스터로 대신할 수 있으며 또는 이를 다알링톤 구조(Darlington compound)로 회로를 구성함으로써 상기 제2 B급증폭회로의 증폭도를 높이거나 특성을 개선할 수도 있다. 도 11b 는 제 2B급 증폭기의 또 다른 실시 예이다. 상기 도 11a 및 도 11b 에 도시된 B급 증폭회로는 A급 증폭회로에 비해 효율이 매우 높은 장점이 있으나, 크로스오버 왜곡을 갖게 되므로 이를 개선하기 위하여 저항R1 및 가변저항 VR1 으로써 +12V 제어전원을 분압하여 상기 트랜지스터(Q3,Q4)의 베이스입력단에 바이어스전압(0.6V-0.7V정도)를 인가할 수 있다. 이와 같이 증폭된 정현파 정전류출력은 축전지의 임피던스측정에 사용될 전류원(source)으로써 상기 출력변압기(TM1)에 의해 절연되어 커플링콘덴서(Cdc)를 거쳐 통해 축전지에 바로 공급된다. 상기와 같은 동작을 통해 축전지 셀의 내부 임피던스 측정을 위한 정전류(Is)가 만들어지며 이는 축전지 내부 임피던스가 아주 적어 단락된 부하와 유사한 경우라도 일정크기의 전류가 흐를 수 있도록 제어되는 것이다. 커플링콘덴서(Cdc)에서 축전지 단자전압(VDC)과 정전류원(5)은 전기적으로 간섭을 받지 않게 된다. The constant
FIG. 11A is a circuit diagram of an embodiment of a class B amplifier used in the present invention, and illustrates an embodiment of a two-stage class B current amplifier circuit of an AC constant current source (Is) signal.
Referring to FIG. 11A, the AC constant current (Is) signal is first amplified without distortion in the first class
The second class
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상기 설명한 일련의 사상적 개념에 의해 동작되어 측정된 비상전원 시스템의 축전지 셀에 대한 기초 데이터와 비상전원 시스템에 연결된 전원계통의 전력품질 모니터링을 위해 측정된 데이터는 도 4에 도시된 메인 콘트롤러 유니트(11)내의 MPU(1)에 의해 내부 메모리에 저장되고 축전지 열화정도를 진단하며 비상전원 시스템의 전원계통에 대한 각상의 실효값과 사고시의 각상의 실효값 및 순시전압값 연산하고 저장된 데이터들을 통신 포트를 통해 외부로 전송하고 내부에 내장된 리얼 타임 클럭타이머(RTC)에 의하여 전송시간을 판별하고 사고시간을 기록하고 통신포트를 통해 원격 또는 호스트 PC 측으로 사고 정보를 보내는 기능이 수행된다. 또한 측정된 축전지 온도, 축전지 셀 단자전압, 충·방전 전압·전류 등과 같은 축전지의 특성데이터 및 이를 기초로 하여 계산된 축전지의 고유 내부임피던스값(저항성분)을 비상전원(품질) 감시진단시스템에 구비된 LCD와 같은 외부 출력 장치를 통해 나타내며, 키패드와 같은 외부 입력 장치에 의해 각종 데이터나 명령이 입력되며 상기 계산된 축전지 내부 저항의 크기에 의해 미리 설정된 열화진단 알고리즘의 프로그램이 가동되어 셀의 상태가 파악되고, 노화가 많이 진행된 셀의 정보에 대해서 시각(경고등) 및 청각(Beep음) 그리고 통신 매체를 통해 원격지의 관리자 및 상황실에 이상 유무를 알리게 된다. 이러한 MPU의 일련의 동작은 소정의 측정진단 프로그램에 따라 설계된 소프트웨어 알고리즘에 의해 수행되고 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.The basic data for the battery cells of the emergency power system and the measured data for monitoring the power quality of the power system connected to the emergency power system measured by the series of ideological concepts described above are measured by the
상기의 소프트웨어 알고리즘은 메인 프로그램과 타이머 인터럽트 프로그램으로 구성되어 있다. 메인 프로그램단계에서는 우선순위가 낮은 프로그램으로 외부입력장치 처리, 외부출력장치 처리, 통신, 축전지 셀의 임피던스 연산 등 엄격한 프로그램 수행 시간의 제약이 요구되지 않는 기능이 구현되어 수행되며, 타이머 인터럽트 프로그램단계는 도 4에 도시된 정전류원(5)의 제어, 릴레잉 회로조합(4)의 동작, AC 센서회로(15) 및 DC 센서회로(14)에 의해 측정되는 비상전원 시스템의 전원계통 측정 데이터 획득, 비상전원 시스템의 축전지 셀의 감시/진단을 위한 축전지 온도, 축전지 셀 전압, 충·방전 전압·전류, 축전지 내부 임피던스에 의한 임피던스 전압신호의 데이터 획득 등 정해진 시간 내에 일련의 동작이 완료되어야 하는 기능이 구현된다. The software algorithm is composed of a main program and a timer interrupt program. In the main program phase, a low priority program is implemented by implementing functions that do not require strict program execution time constraints such as external input device processing, external output device processing, communication, and battery cell impedance calculation. Control of the constant
도 13a 는 본 발명의 일 실시 예로써, 메인 프로그램과 타이머 인터럽트 프로그램이 수행되는 주기 및 방법을 개념적으로 도시한 것이다.
도 13a를 참조하면, 메인 프로그램이 수행(120)되고 타이머 인터럽트 프로그램이 일정한 시간 간격으로 주기적으로 수행(121)되며 상기 인터럽트 프로그램의 수행이 완료된 후 다시 메인 프로그램이 복귀하여 연속적으로 수행(122)됨을 알 수 있다. FIG. 13A is a diagram for conceptually illustrating a cycle and a method in which a main program and a timer interrupt program are performed according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 13A, the main program is executed 120, the timer interrupt program is periodically performed 121 at regular time intervals, and after the execution of the interrupt program is completed, the main program returns and is continuously executed 122. Able to know.
신뢰성이 있는 축전지 셀의 내부 임피던스 측정을 위해 도 4에 도시된 정전류원(5)은 수 Khz의 높은 주파수로 진동하는 정현파 정전류를 발생하고 이는 상기 주파수와 동일한 주파수의 임피던스 전압을 발생시킨다는 것을 이미 설명한 바 있다. 이처럼 높은 주파수의 임피던스 전압을 타이머 인터럽트 프로그램내에서 손실없이 획득하기 위해 임피던스 전압 파형을 획득하는 기능을 수행하는 순번의 타이머 인터럽트 프로그램의 단계에서는 도 13a 에 도시된 바와 같이 메인 프로그램 수행주기에서도 이를 손실없이 획득하기 위해 메인프로그램으로 복귀해야 될 시점에서 복귀하지 않고 임피던스 전압 파형을 획득하는 기능을 계속 수행(124)하게 된다. 상세하게는 비상전원 시스템의 전원계통의 입력 교류 파형, 직류 파형, 온도 등을 획득하기 위한 순번의 타이머 인터럽트 프로그램에서는 이들 정보의 획득 후 메인 프로그램으로 리턴하고 해당 순번의 인터럽트 발생되기 직전까지 수행된 메인 프로그램 이후를 연속적으로 수행한다. 임피던스 전압파형을 획득하는 타이머 인터럽트 프로그램의 수행중에는, 높은 주파수를 가지는 임피던스 전압파형을 획득하기 위해 메인 프로그램으로 복귀하지 않고 계속적으로 타이머 인터럽트 프로그램을 수행하여 빠른 속도로 임피던스 전압파형을 획득함으로서, 데이터의 유효성을 높이고 동시에 비상전원 시스템의 전원계통의 감시를 위한 데이터도 주기적으로 획득하여 데이터의 연속성을 보장하고 손실이 없도록 하는 것이다.In order to measure the internal impedance of a reliable battery cell, the constant
도 13b는 본 발명의 일 실시 예로 비상전원 시스템의 열화진단을 하기 위한 메인 프로그램 과정을 나타낸 것으로서, 메인 프로그램의 동작 순서를 설명하기 위한 순서도를 도시하고 있다.
도 13b를 참조하면, 메인 컨트롤 유니트(11)내의 MPU(1)는 전원스위치가 온(ON)되면 보조 파워써플라이(Power Supply)(10)로부터 전원을 공급받게 되며, 메인 프로그램을 수행하게 되며 먼저 프로그램 초기화(131) 과정을 거쳐, 비상전원 시스템(18) 및 축전지 셀(3)을 점검할 수 있는 준비를 한 후. 키패드와 같은 외부 입력 장치의 입력 여부를 검사(132)한다. 만약 외부 입력이 발생하게 되면 입력된 데이터가 진단시스템의 파라미터인지를 검사(133)하여 파라미터로 판단되면 해당 파라미터를 설정(134)하고 아닐 경우 통신포트를 통해 진단시스템과 외부 시스템간의 데이터 전송을 위한 명령인지를 검사(135)하고 명령으로 판단되면 데이터 전송 변수를 설정(136)한다. 그 후 데이터 전송 변수가 설정되어 있는지를 검사(137)하고 설정되어 있는 경우 데이터를 전송(138)하고 전송할 데이터가 남았는지를 확인(139)하여 모두 전송되었으면 데이터 전송 변수의 설정을 해제(140)한다. 데이터 전송은 데이터의 사이즈가 클 경우에는 한번에 모든 데이터를 전송하지 않고 데이터를 일정 분량으로 나누어 전송하며 메인 루프로 복귀하여 다른 프로그램이 수행할 수 있게 한다. 복귀 후 외부 시스템으로부터 데이터 전송을 요청이 있었는지를 검사(141)하여 요청이 있었다면 데이터 전송 변수가 설정(142)하여 다음번 메인 프로그램 실행시 데이터를 전송한다. 마지막으로 타이머 인터럽트에 의해 획득된 축전지 셀의 측정 데이터를 기초로 내부 임피던스를 연산해야 하는지를 검사(143)하여 내부 임피던스 연산 변수가 설정이 되어 있다면 임피던스 연산 프로그램(144)에 의해 이를 계산하고 상기 계산된 임피던스를 저장(145)한 후 내부 임피던스 연산 변수의 설정을 해제(146)한다. 상기 일련의 과정들이 반복적으로 수행된다.
도 13b 의 축전지 셀의 임피던스 연산 루틴(144)에서 타이머 인터럽트 프로그램에서 획득되어 저장된 내부 임피던스 전압(Vis)과 교류 정전류(Is)의 순시값을 기초로 수행된다. 상기 임피던스 연산 루틴(144)은, 본 발명의 일 실시 예로써,주기 및 평균치 연산 프로그램 단계 또는 실효치, 위상차, 임피던스 연산단계로 구성되며, 주기 및 평균치 연산 프로그램의 계산 원리 및 동작과정을 임피던스 전압(Vis)과 교류 정전류(Is)의 순시파형이 도시된 도 14a 및 도14b 를 통해 더욱 상세히 설명한다. FIG. 13B is a flowchart illustrating a main program process for diagnosing deterioration of an emergency power system according to an embodiment of the present invention, and illustrating a flowchart of an operation procedure of the main program.
Referring to FIG. 13B, when the power switch is turned on, the
The
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도 14a 는 본 발명에 사용되는 교류 정전류(Is)와 임피던스 전압(Vis)의 제로 크로싱(Zero Crossing) 회로의 블록도이다.
도 14b 는 본 발명에 사용되는 교류 정전류(Is)와 임피던스 전압(Vis)의 순시파형 및 위상각의 타임 특성을 나타낸 도면이다.
도 14a 에 도시된 바와 같이, 임피던스 전압(Vis) 신호와 교류 정전류(Is)를 A/D 변환기(171)로 입력시키고, 상기 전압과 전류의 위상차(φ)는 일정한 주파수로 증가하는 타이머(172)를 이용하여 구하게 된다. 실효치를 구하기 위해서는 먼저 전압과 전류의 평균치를 구하여야 한다. 전압신호는 제로크로싱 검출기(Zero Crossing Detector)(170-1)를 통과시켜 타이머를 이용하여 전압의 상승에지 , 를 구하고, 전류신호는 또 다른 제로크로싱 검출기(170-2)를 통과시켜 타이머(172)를 이용하여 전류의 상승에지의 시점 , 를 구하고, 전압 또는 전류 상승에지의 시점 차이로 인한 전압의 주기 Tv와 전류의 주기 Ti를 각각 다음 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 구한다.
도 14b 에 도시된 것처럼, 임피던스 전압(Vis)과 교류 정전류(Is) 신호는 각각 A/D 변환기(171)에 입력되어 크기를 측정하게 된다. 또한 상기 임피던스 전압(Vis), 교류 정전류(Is) 신호는 제로크로싱 검출기(170-2)를 통과시켜 각 신호가 음(-)에서 양(+)으로 변화하는 시점에서 각 영점의 상승에지(Rising Edge)인 ZCV1, ZCV2, ZCI1, ZCI2를 발생시킨다. 임피던스 전압(Vis)과 교류 정전류(Is) 신호의 상승에지는 빠르게 일정한 주파수로 증가하는 MPU(1)내에 있는 고속타이머/카운터에 연결된다. 예를 들어 상기카운터가 1MHz로 동작한다면 카운터의 한 단위는 1u초이다. 상승에지가 발생할 때의 카운터 값을 읽으면 상승에지의 시점(, , , )을 알 수 있다.Fig. 14A is a block diagram of a zero crossing circuit of AC constant current Is and impedance voltage Vis used in the present invention.
Fig. 14B is a graph showing the time characteristics of the instantaneous waveform and phase angle of the AC constant current Is and the impedance voltage Vis used in the present invention.
As shown in FIG. 14A, an impedance voltage Vis signal and an alternating current constant current Is are input to the A / D converter 171, and the phase difference φ of the voltage and current increases at a constant frequency. To be obtained using To find the effective value, first, the average value of voltage and current should be obtained. The voltage signal passes a zero crossing detector 170-1 and uses the timer to increase the voltage. , The current signal is passed through another zero crossing detector 170-2 and the time of the rising edge of the current using the timer 172 is obtained. , And the period T v of the voltage and the period T i of the current due to the difference in time points of the voltage or current rising edges are obtained as in
As shown in FIG. 14B, the impedance voltage Vis and the AC constant current Is signal are respectively input to the A / D converter 171 to measure the magnitude. In addition, the impedance voltage (Vis) and the AC constant current (Is) signal is passed through the zero crossing detector 170-2, the rising edge of each zero point at the time when each signal is changed from negative (+) to positive (+) Edge) Z CV1 , Z CV2 , Z CI1 , Z CI2 are generated. The rising edge of the impedance voltage Vis and the AC constant current I s signal is connected to a high-speed timer / counter in the
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전압의 상승에지의 카운터 값이 차례로 = 1000, = 2000 이고, 전류의 상승에지의 카운터 값이 차례로 = 1100, = 2100 이라면, 전압의 한 주기는 2000 - 1000 = 1000(u초)이고 1Khz가 된다. 전류의 한 주기도 2100 - 1100 = 1000 으로 같은 값이 된다. 1000 이 한 주기이므로 360도이고 전압과 전류의 위상차가 1100 - 1000 = 100 이므로 100을 각도로 환산하면 100 x 360 / 1000 = 36도 의 위상차를 얻게 된다. 더 높은 정밀도를 얻기 위해서는 카운터의 주파수를 높여야 할 필요가 있다.Counter value of rising edge of voltage = 1000, = 2000 and the counter value of rising edge of current is = 1100, If = 2100, one period of voltage is 2000-1000 = 1000 (u seconds) and becomes 1Khz. One period of current is equal to 2100-1100 = 1000. Since 1000 is one cycle, it is 360 degrees, and the phase difference between voltage and current is 1100-1000 = 100. Therefore, if 100 is converted to an angle, a phase difference of 100 x 360/1000 = 36 degrees is obtained. To get higher precision, you need to increase the frequency of the counter.
또한 일실시 예로써, MPU(1)는 전술한 바와 같이 상기 정전류원(5)에서 정현파를 만드는 데 사용되는 기준클럭(CLK)을 자기의 기본동작 클럭을 분주하여 생성하게 되며 다시 상기 기준클럭(CLK)이 분주되어 교류 정전류(Is)의 주파수가 생성되는 바 MPU(1)의 기본동작 클럭과 상기 교류 정전류(Is)의 주파수가 항상 동기되고, 따라서 MPU(1)는 기본동작 클럭이나 기준 클럭 (CLK)의 주파수를 기초로 하여 임피던스 전압(Vis)의 주기 및 교류 정전류(Is)의 주기를 용이하게 알 수 있다. 이러한 연산과정을 거쳐 임피던스 전압(Vis)과 교류 정전류(Is)의 주기가 결정되어 지고, 한 주기 동안의 임피던스 전압(Vis)과 교류 정전류(Is)의 순시값을 읽고 상기 주기 동안 평균하여 평균값 ,를 계산할 수 있는 것이다.Also, as an example, the
임피던스 전압 실효치(VS ) 및 교류 정전류 실효치(IS )는 상기에서 계산된 한주기 동안의 임피던스 전압의 평균치와 교류 정전류의 평균치와 임피던스 전압의 순시치 및 교류 정전류의 순시치를 이용하여 다음 [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같이 연산함으로써 구할 수 있다.
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여기서, 은 저장된 임피던스 전압 파형의 각 순시치를 의미하고 은 저장된 교류 정전류 파형의 각 순시치를 의미하고 N은 전체 주기 동안의 순시치 저장회수이다.
위상차 프로그램에서는 임피던스 전압(Vis)과 교류 정전류(Is)의 위상차 를 상기의 평균치 연산 프로그램에서 구한 전압과 전류의 각 영점의 상승에지(Rising Edge)점의 차이로서 위상차 φ는 다음 [수학식 5]와 같이 계산된다.
이때 임피던스 전압(Vis) 또는 교류 정전류(Is)의 파형이 조금이라도 왜곡되거나 잡음이 섞이게 되면 위상차값 연산시에 오차가 발생될 수 있으므로 상기의 제로크로싱 검출기(170-1, 170-2)를 고급화하여 설계할 필요가 있을 것이다.
임피던스 값을 구하는 일 실시 예로써 상기의 연산 과정에 의해 구하여진 임피던스 전압 실효치 와 교류 정전류 실효치 와 위상차를 이용하여 내부 임피던스(Z), 또는 저항성분(R)을 각각 다음 [수학식 6] 및 [수학식 7]과 같이 연산함으로써 구할 수 있다.
상기에서는 내부 임피던스(Z)에 cos를 곱하여 임피던스 유효성분(저항성분)을 구하는 방법, 특히 위상차를 정확히 구하는 방법에 대해 자세히 설명하였다. 상기에서 설명한 바와 같이 본 방법은 하드웨어 회로로 구성된 위상검출회로 및 MPU 내부 카운터의 간략한 연산단계에 의해 위상차각를 얻을 수 있으므로, 공지의 동기검파법과 같은 수식원리를 이용하여 복잡한 연산단계를 거쳐 임피던스유효값을 구하는 방법과 비교할 때 임피던스값 연산시 MPU의 연산량을 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다. here, Means each instant of the stored impedance voltage waveform Is the instantaneous value of the stored AC constant current waveform, and N is the instantaneous value storage frequency for the entire period.
In the phase difference program, the phase difference between the impedance voltage Vis and the AC constant current Is Is the difference between the rising edge of each zero point of the voltage and current obtained by the above average calculation program, and the phase difference φ is calculated as shown in
At this time, if the waveform of impedance voltage (Vis) or AC constant current (Is) is slightly distorted or mixed with noise, phase difference Since an error may occur in calculating a value, it may be necessary to design the above zero crossing detectors 170-1 and 170-2 in an advanced manner.
As an example of obtaining the impedance value, the impedance voltage effective value obtained by the above calculation process. AC constant current effective value And phase difference It can be obtained by calculating the internal impedance (Z) or the resistance component (R) as shown in the following [Equation 6] and [Equation 7], respectively.
In the above, cos to the internal impedance (Z) Multiply by to find the impedance effective component (resistance component), especially the phase difference We explained in detail how to obtain. As described above, the present method uses a phase detection circuit composed of hardware circuits and a phase difference by a simple calculation step of the MPU internal counter. Since it can be obtained, compared to the method of calculating the impedance effective value through a complicated calculation step using a mathematical principle such as the known synchronous detection method, there is an advantage that can reduce the amount of calculation of the MPU when calculating the impedance value.
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상기에 설명한 바와 같이 타이머 인터럽트 프로그램이 일정주기마다 수행되고 수행이 완료되면 메인 프로그램으로 복귀된다. 타이머 인터럽트 프로그램이 수행될 때마다 파형저장프로그램 및 임피던스파형을 측정하게 되는 프로그램이 수행되고 타이머 인터럽트 프로그램의 수행 횟수를 계산하고 시간 측정을 위해 카운터 변수가 증가하고 카운터 변수가 정하여진 값에 도달하면 정하여진 프로그램 단계를 수행하거나 카운터 변수를 0으로 초기화시킨다. As described above, the timer interrupt program is executed at regular intervals and returns to the main program when the execution is completed. Whenever the timer interrupt program is executed, the program to measure the waveform storage program and the impedance waveform is executed, calculate the number of times the timer interrupt program is executed, set the counter variable to increase the time for the time measurement, and determine when the counter variable reaches the determined value. Perform a binary program step or reset the counter variable to zero.
상기 설명한 일련의 사상적 개념 및 동작 원리에 의해 본 발명에서 제시된 열화진단 시스템은 비상전원 시스템에 연결된 전원계통의 전력품질 모니터링을 위해, 측정된 데이터와 비상전원 시스템에 사용되는 축전지 셀에 대한 기초 데이터를 측정,연산하여 메모리에 저장하고, 이를 기초데이터로 하여 MPU내의 축전지 셀 내부 임피던스 계산 알고리즘에 의해 내부 임피던스를 계산하고, 상기 데이터를 열화진단시스템에 구비된 LCD와 같은 외부 출력 장치를 통해 나타내며, 키패드와 같은 외부 입력 장치에 의해 각종 데이터나 명령이 입력되며, 상기 계산된 축전지 내부 저항의 크기에 의해 미리 설정된 열화기준 알고리즘의 프로그램이 가동되어 셀의 상태가 파악되고, 노화가 많이 진행된 셀의 정보에 대해서 시각(경고등) 및 청각(Beep음) 그리고 통신 매체를 통해 원격지의 관리자 및 상황실에 이상 유무를 알리는 것이 가능하게 되는 것이다.The deterioration diagnosis system proposed in the present invention by the above-described series of conceptual concepts and operating principles is used for monitoring the power quality of a power system connected to an emergency power system, and measures the measured data and basic data about the battery cells used in the emergency power system. Measured, computed and stored in the memory, using this as the basic data, the internal impedance is calculated by the battery cell internal impedance calculation algorithm in the MPU, and the data is displayed through an external output device such as an LCD provided in the degradation diagnostic system. Various data or commands are inputted by an external input device, such as a program of a deterioration reference algorithm, which is set in advance by the calculated internal resistance of the battery, to determine the state of the cell, and to the information of the aging cell. Time (warning light) and hearing (beep sound) By stating that the abnormality in the control room manager and the remote will be possible.
한편 본 발명에서 제시하고 있는 열화진단 시스템에 의해 상시 감시되고 있는 축전지 시스템은 비상전원 시스템의 용량에 따라 12셀, 24셀 또는 36셀을 기본으로 하고 있으나, 비상전원 시스템의 용량이 증가에 따라 축전지조(직렬 연결된 축전지)의 수가 증가하게 되어 100여개 이상으로 구성되거나, 한 장소에 수개의 비상전원 시스템이 설치될 경우가 있다. 이러한 경우에는 예로써 6개 또는 4개의 직렬연결된 단전지셀 군(cell string)을 12V(8V)의 단전지로 취급하여 6개 (4개)셀 군를 1개의 릴레잉 회로조합의 출력단에 연결하는 방법을 채택하여 최대 360개(6셀× 60개)의 셀을 본 발명에서 제시하고 있는 1개의 축전지 시스템의 열화진단 시스템으로써 감시할 수 있으나, 이러한 경우 개개의 셀을 정확히 측정/진단하기 어려우므로 복수개의 열화진단 시스템을 사용하여야 할 필요가 있다.On the other hand, the battery system that is constantly monitored by the degradation diagnosis system proposed in the present invention is based on 12 cells, 24 cells or 36 cells depending on the capacity of the emergency power system, but as the capacity of the emergency power system increases As the number of tanks (serial connected batteries) increases, there may be more than 100 units, or several emergency power systems may be installed in one place. In this case, for example, six or four series connected cell strings are treated as 12V (8V) cells and the six (four) cell groups are connected to the output terminal of one relay circuit combination. In this case, up to 360 cells (6 cells x 60 cells) can be monitored by the degradation diagnosis system of one battery system proposed in the present invention, but in this case, it is difficult to accurately measure / diagnose each cell. It is necessary to use two degradation diagnostic systems.
도 5는 이와 같이 한 장소에 수개의 비상전원 시스템이 설치되어 복수의 비상전원 시스템의 전원계통을 감시하고 복수의 축전지 셀의 건전상태(열화정도)를 실시간으로 진단하기 위해 복수의 열화진단 시스템을 사용하고, 복수의 열화진단 시스템으로부터 획득된 진단 또는 측정 데이터를 원격지에서 전송하기 위해 원거리 네트워크 통신망을 이용하는 경우를 나타내는 블록도이다. 고장진단이나 데이터 갱신의 대상이 되는 축전지 셀이나 전원계통을 포함한 N개의 비상전원 시스템(160)이 이를 진단하기 위한 N개의 열화진단 시스템(161 내지 164)에 접속되어 있다. 이들 N개의 열화진단 시스템(161 내지 164)은 앞서 설명한 일련의 개념 및 방법에 의해 비상전원 시스템(160)을 진단 또는 측정하고, 상기 측정된 데이터를 복수의 열화진단 시스템 (161 내지 164) 간에 서로 공유하기 위하여 메인 컨트롤 유니트내에 구비된 통신포트에 직렬 인터페이스(Serial Interface)(162)들을 각각 설치하고, 이러한 직렬 인터페이스(Serial Interface)(162)들은 N개의 열화진단 시스템(161 내지 164)들을 병렬로 연결하기 위한 목적으로 설치된 로컬 네트워크(163)에 접속된다. 이러한 로컬 네트워크(163)는 무선인 경우도 포함된다. 또한, N대의 열화진단 시스템 중 1대의 열화진단 시스템을 메인 열화진단 시스템(164)으로 선정하고 이를 통해 메인 열화진단 시스템(164)과 나머지 열화진단 시스템의 데이터의 전송을 가능케 할수 있다.
또한 메인 열화진단 시스템(164)에 직렬 인터페이스(162)뿐만 아니라, 랜 인터페이스(LAN Interface)(165)를 함께 설치하여 N대의 열화진단 시스템으로부터 획득된 데이터를 원격지에 전송할 수 있도록 구성한다. 랜 인터페이스(165)는 원거리 네트워크 통신망(166)과 연결된다. 이와 같은 구성에 의해 직렬 인터페이스(162)와 랜 인터페이스(165) 또는 무선 인터페이스(167)가 함께 설치된 메인 열화진단 시스템(164)은 원격지의 진단 또는 측정 데이터를 인터넷과 같은 원거리 네트워크 통신망(166) 및 CDMA와 같은 무선 통신망(168)을 통해 전송함에 있어 모든 열화진단 시스템의 데이터를 원거리 네트워크 통신망(166) 또는 CDMA와 같은 무선 통신망(168)에 의해 전송될 수 있도록 하는 케이트웨이(Gateway) 역할을 하는 것이다. FIG. 5 illustrates a plurality of deterioration diagnosis systems for monitoring a power system of a plurality of emergency power systems and diagnosing a sound state (degradation degree) of a plurality of battery cells in real time by installing several emergency power systems in one place. Block diagram showing a case where a remote network communication network is used to remotely transmit diagnostic or measurement data obtained from a plurality of degradation diagnosis systems. N emergency power supply systems 160 including battery cells and power supply systems, which are objects of failure diagnosis or data update, are connected to N degradation
In addition, a
더욱 상세하게는 도 6a는 상기 복수의 열화진단 시스템 중에 1대는 마스터 열화진단 시스템(164)으로 지정되고 나머지는 슬레이브 열화진단 시스템(164-a, 164-b, 164-c, ‥‥, 164-n)으로 지정되는 것이다. 그리고 마스터 열화진단 시스템(164)은 RS-485, RS-422,RS-232와 같은 직렬 통신이나 블루투스(Bluetooth)와 같은 구역 내 통신이 가능한 직렬 인터페이스를 구비하여 통신에 대한 제어를 수행하며, 연결된 각 슬레이브 열화진단 시스템들과 쌍방향으로 통신하며 이들을 제어한다. 그리고 메인 열화진단 시스템(164) 및 슬레이브 열화진단 시스템들은 상기 열화진단 시스템에 연결된 각각의 로컬 네트워크(163)를 통해 상기 열화진단 시스템내의 파라미터(Parameter)를 변경하고, 상기 열화진단 시스템에 저장되어 있는 데이터들의 조회가 가능하며, 마스터 열화진단 시스템(164)에 연결된 컴퓨터(PC)와 같은 로컬 감시장치(169)에서 메인 열화진단 시스템(164)과 상기 직렬 인터페이스를 통해 로컬 네트워크로 연결된 모든 슬레이브 열화진단 시스템의 제어(parameter값 조정, 데이터 조회)가 가능하고 슬레이브 열화진단 시스템에서도 각자의 진단시스템의 데이터 조회, 파라미터(Parameter)값 조정이 가능하게 된다. 뿐만 아니라 마스터 열화진단 시스템(164)은 로컬 감시장치(169)외에 이를 통하거나 직접 모든 무선통신망이나 원거리 네트워크 통신망이 연결될 수 있으며 상기의 경우 마스터 열화진단 시스템(164)을 통해서 모든 슬레이브 열화진단 시스템들의 데이터도 액세스(Access)가 가능하게 되는 것이다.More specifically, FIG. 6A illustrates one of the plurality of degradation diagnosis systems as the master
한 개의 축전지조가 수백개 이상의 많은 셀로 구성된 경우에는 도 6c 와 같이 상기의 슬레이브 열화진단 시스템(164-a, 164-b, 164-c, ‥‥, 164-n) 대신에, 액정표시장치(LCD)와 같은 출력장치를 갖지 아니하고 축전지특성만을 체크할 수 있는 간단한 기능을 가지고 RS485와 같은 간단한 직렬통신포트만을 구비한 측정진단 유니트(1,2,3 ... N)를 각각 수 개의 축전지 셀조(string)마다 근접 설치할 수 있다. 상기의 측정진단 유니트는 비교적 간단한 기능의 메인 콘트롤러 유니트(11)와 정전류원(5) 및 릴레잉 회로조합(4)으로 구성된다. 이 경우 상기의 마스터 열화진단 시스템(164) 및 측정진단 유니트(1,2,3 .... N)를 RS485와 같은 간단한 직렬통신포트로 상호 연결시키고 이의 직렬통신망을 통해 마스터 열화진단 시스템(164)에서 각 측정진단 유니트의 파라미터(Parameter)의 변경, 저장되어 있는 데이터들의 조회가 가능하며, 또한 메인 열화진단 시스템(164)에 연결된 PC와 같은 로컬시스템(169)에서 직렬인터페이스(Serial Interface) 장치를 통해 네트워크로 연결된 상기의 모든 측정진단 유니트의 제어(parameter값 조정, 데이터조회)가 가능하게 된다. 뿐만 아니라 마스터 열화진단 시스템(164)은 직접 모든 무선통신망이나 원거리 네트워크 통신망이 연결될 수 있으며 따라서 상기의 경우 마스터 열화진단 시스템(164)을 통해서 원거리 네트워크상에서 모든 측정진단 유니트(1,2,3 .... N)들의 데이터도 액세스(Access)가 역시 가능하게 되는 것이다.
또한 도 6b 와 같이 상기에서 통신프로토콜이 상호 매칭 될 수 있는 임의의 비상전원 시스템(170)을 슬레이브 열화진단 시스템 대신에 연결하여 사용할 수 있으며, 도 6a 의 슬레이브 열화진단 시스템 대신에 연결된 상기 비상전원 시스템(170)의 통신포트와 마스터 열화진단 시스템(164)의 통신포트를 상호 연결하게 되면 상기 마스터 열화진단 시스템(164)을 통해 전술한 바 있는 데이터의 엑세스가 가능하게 되는 것이다. 위와 같이 본 열화진단 시스템은 다양한 통신방식구축이 가능하고 특히 인터넷 망을 이용하는 경우 1개의 열화진단 시스템에 연결된 호스트에 1개의 고정IP를 구축하여 N대의 열화진단 시스템과 원거리통신망을 통해 쌍방통신이 가능하며, 상기의 고정IP가 연결된 호스트에서 원격으로 상기 N대의 비상전원 시스템의 운전상태를 각각 모니터링하는 방법으로 온라인상에서 1000Site 이상의 원격감시제어가 가능하므로 실시간으로 경제적인 유지보수를 수행할 수 있게 한다. 또한 비상전원 시스템 외에 PLC로 제어되는 각종 제어시스템을 본 진단장치일부의 기능을 이용하여 원격에서 제어 감시할 수 있다.When one battery cell is composed of hundreds of cells or more, a liquid crystal display (LCD) instead of the slave degradation diagnosis system (164-a, 164-b, 164-c, ..., 164-n) as shown in Fig. 6C. It does not have an output device such as) and has a simple function of checking only battery characteristics and a measurement diagnostic unit (1, 2, 3 ... N) having only a simple serial communication port such as RS485. strings can be installed close to each other. The measurement diagnostic unit is composed of a
Also, as shown in FIG. 6B, any
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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 일련의 각 기능동작과 MPU에 내장된 프로그램이 수행됨에 따라 본 열화진단 시스템은 축전지 시스템을 포함한 비상전원 시스템의 건전성을 상시 실시간으로 무인 감시 제어하여 열화가 진행된 요인을 사전에 발견, 조치할 수 있을 뿐만 아니라 컴퓨터용 분석 소프트웨어 및 사용자 메뉴를 구성할 수 있어 상시전원이 차단되었을 경우에도 첨단장비에 안정적인 2차 예비 전원공급을 확보할 수 있으므로 계통의 신뢰도를 확보할 수 있고 경제적인 유지보수를 하게 하여 비상전원 시스템을 합리적으로 관리할 수 있다.As described above, according to the present invention, as a series of functional operations and programs embedded in the MPU are performed, the deterioration diagnosis system performs deterioration by unattended monitoring and control of the health of an emergency power system including a battery system at all times in real time. It is possible to find and take measures in advance, and to configure computer analysis software and user menus, so that even when the power is cut off, it is possible to secure stable secondary reserve power supply to high-tech equipment even when the power is cut off. The maintenance of emergency power system can be reasonably managed by making it easy and economical maintenance.
또한 본 발명은 24시간 실시간 양질의 전원공급을 절대적으로 필요로 하는 인터넷 데이터 센터, 전산센타, 이동통신기지국, 정보통신 넷트웍용 통신국사, 병원, 군사 통신전산시설, 은행, 산업감시제어시스템, 도로 교통, 철도 및 지하철 감시제어시스템, 선박, 전력회사의 발전소/변전소 등에서 필요로 하는 시스템으로서 본 시스템은 컴퓨터화 자동(Computerized Automation) 특성을 통하여 무인화, 유지보수의 자동화, 과학적인 유지보수, 예측 불가능한 2차 전원시스템의 고장으로 인한 운용불능 방지의 기능을 구현할 수 있기 때문에 경제적인 유지보수와 과학적인 운용을 할 수 있어, 다양한 기능이 포함되어있는 비상 전원 시스템의 전력품질을 상시 모니터할 수 있고 축전지시스템의 문제점을 조기에 감지하여 고장 난 셀을 사전에 교체도록 대처할 수 있으며 다양한 통신방식구축이 가능하고 인터넷망을 이용하는 경우 1개의 고정IP를 이용, 온라인상에서 1000Site 이상의 원격감시제어 가능하므로 실시간으로 경제적인 유지보수를 수행할 수 있게 한다.In addition, the present invention is an Internet data center, a computer center, a mobile communication base station, a telecommunications company for information and communication networks, hospitals, military communication computing facilities, banks, industrial surveillance and control systems, roads This system is required for transportation, railway and subway monitoring and control systems, ships, power plants and substations of power companies, etc. The system is computerized automation, so it is unmanned, maintenance automation, scientific maintenance, and unpredictable. Since it can implement the function of preventing the inoperable due to the failure of the secondary power system, economical maintenance and scientific operation are possible, so that the power quality of the emergency power system that includes various functions can be monitored all the time and the battery Detect problems early in the system and respond to proactive replacement of failed cells It is possible to establish various communication methods and when using internet network, it is possible to remotely monitor and control more than 1000 sites online using one fixed IP so that economical maintenance can be performed in real time.
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