KR101202165B1 - 배터리 진단 및 재생을 통해 배터리의 수명을 연장할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치 - Google Patents

배터리 진단 및 재생을 통해 배터리의 수명을 연장할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 전력 저장 및 공급 장치는 정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치로서, 배터리 진단 재생부 및 배터리 연결 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 배터리 진단 재생부는 정상 충전 모드인 동안에, 다수의 배터리들의 각각을 순차적으로 선택하여 소정의 성능 지수를 측정하고, 측정된 성능 지수가 기준 범위를 벗어나 비정상으로 판정된 배터리에 대해 전류 펄스를 인가하여 시험 충전하면서 측정한 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여 비정상 판정 배터리의 재생 적합 여부를 판정하며, 재생 적합으로 판정된 경우에 소정 패턴의 고주파 전류 펄스를 인가하여 재생할 수 있다. 배터리 연결 인터페이스는 배터리 진단 재생부가 선택한 배터리를 배터리 진단 재생부에 연결시키면서 나머지 배터리들과 절연시키도록 동작할 수 있다.

Description

배터리 진단 및 재생을 통해 배터리의 수명을 연장할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치{APPARATUS FOR STORING AND SUPPLYING ELECTRIC ENERGY CAPABLE OF EXTENDING LIFE SPAN OF BATTERIES VIA DIAGNOSIS AND REVIVAL OF THE BATTERIES}
본 발명은 전력 저장 및 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배터리를 포함하는 전력 저장 및 공급 장치에 관한 것이다.
순간 정전에 대비하면서 안정적으로 전력을 공급하기 위한 무정전 전원 장치(UPS)나 상용 교류 전력의 공급이 중단될 사태를 대비하기 위한 비상용 전원 장치(EPS) 내지 이중 전원 설비, 나아가 스마트 그리드 시대에 각광받는 에너지 저장 시스템(ESS)에 이르기까지, 다양한 종류의 전력 저장 및 공급 장치가 배터리에 기반하여 공급되고 있다.
예를 들어, 통신 서비스 회사의 교환기나 중계기 설비는 법적으로나 서비스 품질 차원에서나 예비 전원 설비를 갖추고 있는데, 각 설비마다 통상적으로 수십 에서 수백 개의 배터리, 예를 들어 연축전지 배터리를 가지고 있다.
또한, 예를 들어 대규모의 서버 및 저장 설비를 갖춘 인터넷 데이터 센터(IDC)나 공장에도 무정전 전원 장치들이 설치되어 있는데, 이들도 마찬가지로 대량의 배터리들을 가지고 있다.
이러한 배터리를 포함하는 전력 저장 및 공급 장치는 직렬 연결된 배터리들 중 한 개의 배터리가 또는 배터리 내 몇 개의 셀만 열화 또는 되더라도 무정전 전원 장치로써, 또는 비상 전원 설비로써 제성능을 내기 어려울 수 있기 때문에, 배터리의 열화 상태 진단이나 수명 진단을 할 수 있는 수단이 요구되었다.
이러한 요구에 대응하여 배터리를 진단할 수 있는 BMS(battery monitoring system)이 제안되어 왔다. 종래에 UPS나 EPS, ESS에서 배터리 수명 진단은 배터리의 내부 저항, 온도, 충/방전 전압 및 전류의 크기 등을 감시하여 수집한 데이터를 분석하고, 분석 결과를 기초로 고장을 진단하고 관리자에게 보고 또는 경보를 알리는 수준이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내장된 배터리들의 열화 상태를 진단하고 수명을 예측하며, 배터리의 상태가 불량하다고 판정될 경우 그러한 배터리의 재생 적합성을 판정하고, 재생이 적합할 경우 배터리를 재생함으로써, 배터리 사용 수명을 연장하고 정비 소요를 크게 줄일 수 있는 전력 저장 및 공급 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전력 저장 및 공급 장치는,
정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치로서,
상기 정상 충전 모드인 동안에, 상기 다수의 배터리들의 각각을 순차적으로 선택하여 소정의 성능 지수를 측정하고, 측정된 성능 지수가 기준 범위를 벗어나 비정상으로 판정된 배터리에 대해 전류 펄스를 인가하여 시험 충전하면서 측정한 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여 상기 비정상 판정 배터리의 재생 적합 여부를 판정하며, 재생 적합으로 판정된 경우에 소정 패턴의 고주파 전류 펄스를 인가하여 재생하는 배터리 진단 재생부; 및
상기 배터리 진단 재생부가 선택한 배터리를 상기 배터리 진단 재생부에 연결시키면서 나머지 배터리들과 절연시키도록 동작하는 배터리 연결 인터페이스를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배터리 진단 재생부는
상기 배터리 연결 인터페이스를 통해 선택된 배터리의 전극 단자들과 접속되는 전극 인터페이스;
상기 전극 인터페이스를 통해 상기 선택된 배터리에 인가할 전류 펄스를 생성하는 펄스 생성부;
상기 전극 인터페이스를 통해 상기 배터리 전극 단자들 사이의 전압을 측정하는 측정부; 및
상기 펄스 생성부가 소정 크기의 전류 펄스를 생성하도록 제어하고, 상기 선택된 배터리가 충전되는 동안에 상기 측정부에서 측정되는 상기 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여 상기 선택된 배터리의 재생 적합 여부를 판정하는 진단 재생 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배터리 진단 재생부는
상기 전류 펄스가 인가되는 동안에 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리에 대해서, 소정 전류 조건으로 시험 방전하면서 측정한 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 상기 선택된 배터리의 재생 적합 여부를 추가로 판정하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배터리 진단 재생부는,
상기 전류 펄스가 인가되는 동안에 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리에 대해서, 상기 전극 인터페이스를 통해 상기 배터리를 방전하는 방전부를 더 포함하며,
상기 진단 재생 제어부는,
상기 선택된 배터리로부터 소정의 전류 조건으로 방전하도록 상기 방전부를 동작시키며, 상기 방전부에 의해 상기 선택된 배터리가 방전되는 동안에 상기 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 상기 선택된 배터리의 재생 적합 여부를 추가로 판정하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배터리 진단 재생부는,
상기 다수의 배터리들의 각각에 관하여 비정상 판정 결과 또는 재생 결과를 관리자에게 시청각적으로 표시 또는 전기적으로 통보하도록 동작할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전력 저장 및 공급 장치는,
정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치로서,
상기 정상 충전 모드인 동안에, 상기 다수의 배터리들의 각각을 순차적으로 선택하여 소정의 성능 지수를 측정하고, 측정된 성능 지수가 기준 범위를 벗어나 비정상으로 판정된 배터리에 대해 소정 패턴의 고주파 전류 펄스를 인가하여 재생하는 배터리 진단 재생부; 및
상기 배터리 진단 재생부가 선택한 배터리를 상기 배터리 진단 재생부에 연결시키면서 나머지 배터리들과 절연시키도록 동작하는 배터리 연결 인터페이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법은,
정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법으로서,
상기 정상 충전 모드에서 상기 다수의 배터리들의 각각에 대해 순차적으로 다른 배터리들과 절연시키면서 성능 지수를 측정하고 소정의 기준 범위에 따라 정상 여부를 판정하는 단계;
비정상으로 판정된 배터리에 대해, 전류 펄스를 인가하여 시험 충전하면서 측정한 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 배터리의 재생 적합 여부를 판정하는 단계;
재생 적합으로 판정된 배터리에 대해 소정의 고주파 전류 펄스 또는 전압 펄스를 소정 패턴에 따라 주입하여 해당 배터리를 재생하고, 성능 지수를 측정하여 재생 성공 여부를 판정하는 단계; 및
재생에 성공한 배터리를 다른 배터리들에 다시 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법은,
상기 전류 펄스가 인가되는 동안에 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리에 대해서, 소정 전류 조건으로 시험 방전하면서 측정한 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 상기 선택된 배터리의 재생 적합 여부를 추가로 판정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법은,
정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법으로서,
상기 정상 충전 모드에서 상기 다수의 배터리들의 각각에 대해 순차적으로 다른 배터리들과 절연시키면서 성능 지수를 측정하고 소정의 기준 범위에 따라 정상 여부를 판정하는 단계;
비정상으로 판정된 배터리에 대해, 전류 펄스를 인가하여 시험 충전하면서 측정한 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 배터리의 재생 적합 여부를 판정하는 단계;
재생 적합으로 판정된 배터리에 대해 소정의 고주파 전류 펄스 또는 전압 펄스를 소정 패턴에 따라 주입하여 해당 배터리를 재생하고, 성능 지수를 측정하여 재생 성공 여부를 판정하는 단계; 및
재생에 성공한 배터리를 다른 배터리들에 다시 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 전력 저장 및 공급 장치에 따르면, 종래의 BMS를 갖춘 전력 공급 장치에서 배터리의 이상 상태가 감지되었을 때마다 매번 한두 개의 배터리를 교체하기 위해 정비 소요가 발생하던 것에 비해, 배터리의 상태를 판정하는 데에 그치지 않고 재생 적합성까지 판정하며, 판정 결과에 따라 배터리를 재생시킴으로써, 배터리의 사용 수명을 연장할 수 있고, 나아가 정비 소요를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 및 공급 장치를 개념적으로 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 저장 및 공급 장치를 개념적으로 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 연결 인터페이스를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 재생부를 예시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 재생부에서 재생 적합성을 판정하는 방법을 세부적으로 예시한 순서도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 재생부에서 배터리의 재생 적합성을 판정하기 위해 각각 시험 충전 및 방전하는 단계에서 각각 나타나는 전압 변화 추이 프로파일들을 예시한 그래프이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 및 공급 장치를 개념적으로 예시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력 저장 및 공급 장치(10)는 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 장치로서, 본 명세서에서는 먼저 통상적인 납산(lead-acid) 배터리를 가지는 오프라인(offline)형 UPS에 기초하여 설명된다.
전력 저장 및 공급 장치(10)는 제어부(11), 충전부(12), 배터리 진단 재생부(13), 배터리 연결 인터페이스(14), 배터리부(15), DC-AC 인버터(16), 절체 스위치(17), 센서(18)를 포함할 수 있다. 전력 저장 및 공급 장치(10)는 추가적으로, 디스플레이, 네트워크 인터페이스, 데이터베이스 등을 더 포함할 수 있다.
상용 유효 전원(GRID AC)은 부하(LOAD)와 충전부(12)에 각각 연결되는데, 상용 전원(AC)의 공급이 정상일 동안에는 제어부(11)는 절체 스위치(17)를 상용 전원(GRID AC) 측에 두어 바이패스 라인(BYPASS)을 통해 부하로 곧바로 전력이 공급되도록 하며, 정상 충전 모드로 충전부(12)를 동작시켜 배터리부(15) 내의 배터리들에 대해 충전 상태를 유지하고, 인버터(16)는 작동시키지 않는다. 또한 제어부(11)는 전원 라인 옆에 설치된 센서(18)를 통해 상용 전원(GRID AC)의 활선(live) 상태를 감지하고 추가적으로 현재 위상을 지속적으로 감시할 수 있다.
상용 전원(GRID AC)의 공급에 문제가 생기면, 전원 라인 옆에 설치된 센서(18)가 이를 감지하고 제어부(11)는 비상 전원 모드에서 DC-AC 인버터(16)를 가동시키면서 비상 전원(UPS AC)을 생성하며 동시에 충전부(12)와 배터리부(15)의 연결을 단절시킨다. 실시예에 따라 인버터(16)는, 센서(18)에서 측정된, 문제가 생기기 직전의 상용 전원(GRID AC)의 위상에 맞춰, 비상 전원(UPS AC)을 생성할 수 있다.
곧이어 제어부(11)는 절체 스위치(17)를 비상 전원(UPS AC)로 절체하고 부하(LOAD)에 비상 전원(UPS AC)을 공급한다.
실시예에 따라서, 절체 스위치(17)의 동작은, 제어부(11)의 제어에 따르는 대신, 센서(18)가 상용 전원(GRID AC)에 문제를 감지할 경우에 자동으로 비상 전원(UPS AC) 측으로 절체할 수 있다. 이 경우, 인버터(16)는 절체 스위치(17)로부터 비상 전원(UPS AC)의 생성을 요청받을 수 있다.
배터리부(15)는 각각 다수의 셀을 가지는 다수의 배터리들이 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결되어 있다. 통상적으로 납산 배터리들은 셀당 2.1 V 내외의 직류 전압을 제공할 수 있으며, 하나의 조에 6 개의 셀을 직렬 연결하여 12 V의 정격 전압으로 충전되거나 또는 12 V의 직류 전압을 출력할 수 있다. 다수 개의 배터리조를 병렬로 연결하여 동시에 방전시키면 수 A에서 수백 A의 전류를 공급할 수 있다.
배터리 연결 인터페이스(14)는 충전부(12), 배터리 진단 재생부(13) 및 인버터(16)와 각각 배터리부(15) 내의 배터리조 또는 개별 배터리를 선택적으로 연결할 수 있도록 스위칭되는 릴레이들을 포함할 수 있다.
구체적으로, 배터리 연결 인터페이스(14)는 정상 충전 모드 시에는 배터리부(15) 내의 직병렬 연결된 배터리들이 조별로 충전부(12)의 충전 단자에 연결되도록 배터리들의 전극들을 선택적으로 연결할 수 있고, 비상 전원 모드 시에는 배터리부(15) 내의 직병렬 연결된 배터리들이 조별로 인버터(16)의 입력 단자에 연결되도록 배터리들의 전극들을 선택적으로 연결할 수 있다.
특히, 배터리 연결 인터페이스(14)는 정상 충전 모드 시에 각각의 진단 대상 배터리들을 하나씩 선택적으로 충전부(12)와는 단절시키고 동시에 배터리 진단 재생부(13)와는 연결되도록 내부의 릴레이들을 작동할 수 있다.
정상 충전 모드에서, 제어부(11)는 충전부(12)를 동작시켜 배터리부(15)의 배터리들을 충전한다. 충전부(12)는 설정된 조건에 따라 부동 충전(floating-charge) 또는 균등 충전(equalizing charge)을 수행할 수 있다.
또한 정상 충전 모드에서, 배터리 진단 재생부(13)는 배터리 연결 인터페이스(14)를 통해 배터리부(15) 내의 배터리들 중 각각의 배터리에 하나씩 순차적으로 연결되며, 연결된 배터리에 대해 내부 임피던스, 전압, 전류, 온도, CCR(Cold cranking ampere), 보유 용량(RC: Reserved Capacity), 20 시간율(AH: Ampere Hour) 등의 성능 지수 중 적어도 한 가지를 측정하고, 측정된 성능 지수에 기초하여 배터리의 상태를 진단한다. 예를 들어 측정된 성능 지수가 기준 범위 이내이면, 배터리 진단 재생부(13)는 해당 배터리를 정상으로 판정하고, 다음 배터리의 진단을 위해 배터리 연결 인터페이스(14)를 통해 다음 배터리에 연결된다.
한편, 측정된 성능 지수가 기준 범위를 벗어나면, 배터리 진단 재생부(13)는 해당 배터리가 비정상이라고 판정할 수 있다.
배터리 진단 재생부(13)는 비정상으로 판정된 배터리에 대해 추가로 시험 충전 및 방전 패턴에 기초하여 재생 적합 여부를 판정하고, 재생 적합성 판정 결과에 따라 해당 배터리에 대해 고주파 전류 펄스를 주입하여 재생 절차를 수행할 수 있다. 이때, 재생을 위한 고주파 전류 펄스는 주지의 패턴을 이용할 수 있다.
실시예에 따라, 배터리 진단 재생부(13)는 비정상 판정된 배터리에 대해, 재생 적합 여부의 판정은 생략하고, 곧바로 재생 절차를 수행할 수도 있다.
만약, 해당 배터리가 비정상이면서 나아가 재생 부적합이거나, 또는 재생 절차를 거쳤지만 재생에 실패하였을 경우에는 해당 배터리는 교체 대상으로 판정될 수 있다.
배터리 진단 재생부(13)는 또한 측정된 성능 지수 값들, 진단 결과, 재생 적합성 판정 결과, 재생 진행 경과, 재생 성공 여부, 교체 필요성 등의 정보를 데이터베이스(DB)에 저장할 수 있다.
나아가, 배터리 진단 재생부(13)는 측정된 성능 지수 값들, 진단 결과, 재생 적합성 판정 결과, 재생 진행 경과, 재생 성공 여부, 교체 필요성 등의 정보를 제어부(11)에 전달하고, 제어부(11)는 디스플레이에 이러한 정보를 시청각적으로 표시하거나 또는 외부 네트워크를 통해 관리자에게 이러한 정보에 관하여 전기적으로 보고할 수 있다.
제어부(11)는 배터리 진단 재생부(13)가 재생 부적합 판정하였거나 또는 재생에 실패한 배터리에 대해 충전부(12) 및 인버터(16)와 연결되지 않도록 배터리 연결 인터페이스(14) 내의 릴레이들을 작동시킨다.
도시되지는 않았지만, 바이패스 라인(BYPASS) 대신에 변압기를 두어 다소의 전압 변동에 대처할 수 있도록 하는 라인인터랙티브형 UPS에도 본 발명의 배터리 진단 재생부(13)를 적용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 저장 및 공급 장치를 개념적으로 예시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전력 저장 및 공급 장치(20)는 통상적인 온라인형 UPS를 기초로 설명된다.
전력 저장 및 공급 장치(20)는 제어부(21), 충전부(22), 배터리 진단 재생부(23), 배터리 연결 인터페이스(24), 배터리부(25), DC-AC 인버터(26), 절체 스위치(27), AC-DC 컨버터(28)를 포함할 수 있다. 전력 저장 및 공급 장치(20)는 추가적으로, 디스플레이, 네트워크 인터페이스, 데이터베이스 등을 더 포함할 수 있다.
상용 유효 전원(GRID AC)는 곧바로 정류 동작을 하는 컨버터(28)에 인가되어 적절한 직류 전압으로 1차 변환된다. 1차 변환된 직류 전압은, 정상 충전 모드에서, 일부는 충전부(22)와 배터리 진단 재생부(23)로 인가되고, 대부분은 인버터(26)로 전달된다. 인버터(26)는 1차 변환된 직류 전압을 다시 교류 전압으로 2차 변환하고, 2차 변환된 교류 전압을 부하(LOAD)에 공급한다.
도시하지는 않았지만 구성에 따라서는, 1차 변환된 직류 전압이 전적으로 충전부(22)와 배터리 진단 재생부(23)에 인가되고, 충전부(22)에서 출력된 직류 전압이 인버터(26)에서 교류로 2차 변환되는 구성이 채택될 수 있다.
상용 전원(GRID AC)의 공급에 문제가 생기면, 컨버터(28)의 동작이 중단되므로 충전부(22)도 동작을 중단하는데, 동시에 제어부(21)는 비상 전원 모드에서 배터리부(25)를 인버터(26)에 연결시키고 인버터(26)는 배터리부(25)의 충전 전압을 기초로 비상 전원(UPS AC)을 부하(LOAD)에 공급한다.
배터리부(25)는 도 1의 배터리부(15)와 마찬가지로, 각각 다수의 셀을 가지는 다수의 배터리들이 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결되어 있다.
또한 배터리 연결 인터페이스(24)도 충전부(22), 배터리 진단 재생부(23) 및 인버터(26)와 각각 배터리부(25) 내의 배터리조 또는 개별 배터리를 선택적으로 연결할 수 있도록 스위칭되는 릴레이들을 포함할 수 있다.
구체적으로, 배터리 연결 인터페이스(24)는 정상 충전 모드 시에는 배터리부(25) 내의 직병렬 연결된 배터리들이 조별로 충전부(22)의 충전 단자에 연결되도록 배터리들의 전극들을 선택적으로 연결할 수 있고, 비상 전원 모드 시에는 배터리부(25) 내의 직병렬 연결된 배터리들이 조별로 인버터(26)의 입력 단자에 연결되도록 배터리들의 전극들을 선택적으로 연결할 수 있다.
특히, 배터리 연결 인터페이스(24)는 정상 충전 모드 시에 각각의 진단 대상 배터리들을 하나씩 선택적으로 충전부(22)와는 단절시키고 동시에 배터리 진단 재생부(23)와는 연결되도록 내부의 릴레이들을 작동할 수 있다.
정상 충전 모드에서, 제어부(21)는 충전부(22)를 동작시켜 배터리부(25)의 배터리들을 충전한다. 충전부(22)는 설정된 조건에 따라 부동 충전 또는 균등 충전을 수행할 수 있다.
배터리 진단 재생부(23)는 배터리 연결 인터페이스(24)를 통해 배터리부(25) 내의 배터리들 중 각각의 배터리에 하나씩 순차적으로 연결되며, 연결된 배터리에 대해 내부 임피던스, 전압, 전류, 온도, CCR, 보유 용량, 20 시간율 등의 성능 지수 중 적어도 한 가지를 측정하고, 측정된 성능 지수에 기초하여 배터리의 상태를 진단한다. 예를 들어 측정된 성능 지수가 기준 범위 이내이면, 배터리 진단 재생부(23)는 해당 배터리를 정상으로 판정하고, 다음 배터리의 진단을 위해 배터리 연결 인터페이스(24)를 통해 다음 배터리에 연결된다.
한편, 측정된 성능 지수가 기준 범위를 벗어나면, 배터리 진단 재생부(23)는 해당 배터리가 비정상이라고 판정할 수 있다.
배터리 진단 재생부(23)는 비정상으로 판정된 배터리에 대해 추가로 시험 충전 및 방전 패턴에 기초하여 재생 적합 여부를 판정하고, 재생 적합성 판정 결과에 따라 해당 배터리에 대해 고주파 전류 펄스를 소정의 정전압/정전류 프로파일에 따라 주입하면서 재생 절차를 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 배터리 진단 재생부(23)는 비정상 판정된 배터리에 대해, 재생 적합 여부의 판정은 생략하고, 곧바로 재생 절차를 수행할 수도 있다.
만약, 해당 배터리가 비정상이고 재생 부적합이거나, 또는 재생 절차를 거쳤지만 재생에 실패하였을 경우에는 해당 배터리는 교체 대상으로 판정될 수 있다.
배터리 진단 재생부(23)는 또한 측정된 성능 지수 값들, 진단 결과, 재생 적합성 판정 결과, 재생 진행 경과, 재생 성공 여부, 교체 필요성 등의 정보를 데이터베이스(DB)에 저장할 수 있다.
나아가, 배터리 진단 재생부(23)는 측정된 성능 지수 값들, 진단 결과, 재생 적합성 판정 결과, 재생 진행 경과, 재생 성공 여부, 교체 필요성 등의 정보를 제어부(21)에 전달하고, 제어부(21)는 디스플레이에 이러한 정보를 표시하거나 또는 외부 네트워크를 통해 관리자에게 이러한 정보에 관하여 보고할 수 있다.
제어부(21)는 배터리 진단 재생부(23)가 재생 부적합 판정하였거나 또는 재생에 실패한 배터리에 대해 충전부(22) 및 인버터(26)와 연결되지 않도록 배터리 연결 인터페이스(24) 내의 릴레이들을 작동시킨다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 연결 인터페이스를 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리부 내의 어느 한 배터리조(35)에 속하는 6 개의 배터리들(351 내지 356)이 직렬 연결되어 있고, 배터리 연결 인터페이스(34)는 제1 릴레이단(341), 제2 릴레이단(342a 내지 342f), 제3 릴레이단(343)을 포함할 수 있다.
제1 릴레이단(341)는 제어부(11, 21)에서 출력하는 모드 선택 신호(MS)에 기초하여 충전부(12, 22) 또는 인버터(16, 26) 중 하나와 배터리조(35) 사이의 연결을 단속할 수 있다.
제2 릴레이(342a 내지 342f), 제3 릴레이(343a 내지 343f) 및 제4 릴레이(344a 내지 344f)는 배터리 진단 재생부(13, 23)에서 출력하는 배터리 선택 신호(BS)에 기초하여 각 배터리들(351 내지 356) 중 진단 또는 재생하고자 하는 적어도 어느 한 배터리를 선택하여 그 배터리가 다른 배터리들과 전기적으로 절연되도록 스위칭할 수 있다.
예를 들어, 도 3과 같이, 제2 릴레이들(342a 내지 342f)은 각각 이웃하는 배터리의 전극들이 직렬 연결된 배터리들(351 내지 356)의 제1 전극의 위치에 배치되어 있으면서, 해당 배터리의 제1 전극이 배터리 진단 재생부(13, 23) 측 또는 이전 배터리의 제2 전극(제1 배터리(351)의 경우에는 충전부(12, 22)의 양의 입력 단자 전극) 중 어느 하나에만 접속되도록 스위칭된다.
또한 제3 릴레이들(343a 내지 343f)은 각각 배터리들(351 내지 356)의 제2 전극 위치에 배치되어 있고, 해당 배터리의 제2 전극이 배터리 진단 재생부(13, 23) 측 또는 다음 배터리(제6 배터리(356)의 경우에는 충전부의 음의 입력 단자 전극)의 제1 전극 중 하나에만 접속되도록 스위칭된다.
이때, 제4 릴레이들(344a 내지 344f)은 해당 배터리가 진단 또는 재생 대상으로 선택될 때에는 연결되고 그렇지 않을 때에는 절연되도록 스위칭된다.
이러한 구성을 기초로 할 경우에, 제1 배터리(351)를 진단하고자 한다면, 제1 배터리(351)는 일시적으로 해당 배터리조의 다른 배터리들(352 내지 356)과는 절연되어야 하는데, 이를 위해 배터리 선택 신호(BS)의 인가에 기초하여 제2 릴레이(342a) 및 제3 릴레이(343a)가 배터리 진단 재생부(13, 23) 측으로 연결되고 동시에 제4 릴레이(344a)가 연결된다. 이렇게 플로팅된 제1 배터리(351)에 대해 배터리 진단 재생부(13, 23)가 진단 및 재생 절차를 수행할 수 있다.
한편, 모든 배터리들에 대해 진단과 재생을 수행하기 위하여, 각 배터리의 전극들에 대해 모두 연결선들이 결선되어야 한다.
배터리 선택 디코더(346)가 배터리 어드레스 신호(BAS)를 디코딩하여 배터리 선택 신호(BS)를 생성하고, 트리 구조(tree structure)로 결선된 다수의 릴레이들을 가진 제5 릴레이단(345)은 배터리 선택 신호(BS)에 따라 다수의 연결선들 중에서 현재 선택된 배터리의 연결선을 배터리 진단 재생부(13, 23)에 선택적으로 연결할 수 있다.
이러한 배터리 연결 인터페이스(34)는 예시적인 구성이며, 각 동작 모드에 따라 배터리부가 충전부 또는 인버터에 연결되도록, 그리고 배터리부 내의 각각의 배터리가 순차적으로 배터리 진단 재생부와 연결되도록 하기 위하여 다양한 방법으로 결선될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 진단 재생부를 예시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 배터리 진단 재생부(40)는 진단 재생 제어부(41), 전극 인터페이스(42), 펄스 생성부(43), 측정부(44), 방전부(45), 메모리(46)를 포함할 수 있다.
배터리 진단 재생부(40)는 다음과 같이 구성되어 진단 및 재생 적합 여부 판정 기능을 수행할 수 있다.
일단, 배터리 연결 인터페이스(14, 24, 34)를 통해 연결된 배터리의 두 전극 단자는 전극 인터페이스(42)에 연결된다. 전극 인터페이스(42)를 통해 시험 충전을 위한 전류 펄스가 배터리에 인가되거나, 또는 시험 충전된 배터리로부터 시험 방전이 수행될 수 있다.
진단 재생 제어부(41)는 배터리의 상태를 진단하고 나아가 재생 적합성을 판정할 수 있도록, 절차에 따라 펄스 생성부(43)가 전류 펄스를 생성하게 하거나, 방전부(45)가 방전하게 하거나 또는 측정부(44)가 전극 단자의 전압 레벨을 측정한 데이터의 추이를 시간에 따라 추적하도록 제어할 수 있다.
또한 진단 재생 제어부(41)는 정상 동작 모드 동안에 배터리부(15, 25) 내의 배터리들을 순차적으로 선택하기 위한 배터리 어드레스 신호(BAS)를 생성하여 출력한다.
펄스 생성부(43)는, 진단 재생 제어부(41)의 제어에 따라, 소정 크기, 소정 주파수 및 소정 펄스폭을 가진 전류 펄스를 생성하고, 전극 인터페이스(42)에 연결되어, 생성된 전류 펄스를 전극 인터페이스(42) 및 배터리 연결 인터페이스(14, 24, 34)를 통해 배터리의 전극 단자로 인가한다. 펄스 생성부(43)는 선택된 배터리가 비정상으로 판정된 후에 재생에 적합한지 여부를 판정하기 위한 시험 충전 단계 또는 재생 적합한 것으로 판정된 이후에 배터리에 재충전을 하기 위한 본 충전 단계에서, 각각 경험적으로 가장 효과적인 것으로 판정된 전류 펄스를 생성할 수 있다.
측정부(44)는 전극 인터페이스(42)에 연결되어, 배터리의 전극 단자에 나타나는 전압 및 전류 레벨, 내부 저항, CCR, RC, 20AH 등의 각종 성능 지수를 측정하고 필요할 경우에는 변화 추이를 추적할 수 있다.
방전부(45)는 전극 인터페이스(42)에 연결되어, 진단 단계에서 특정 조건에서 방전시킬 수 있고, 시험 충전 단계에서 충전된 또는 재충전 단계에서 충전된 배터리로부터 전기 에너지를 특정 패턴으로, 예를 들어 정전류, 또는 정전압으로 방전시킬 수 있다. 통상적으로 12 V의 납축전지는 10.5 V를 방전 종지 전압으로 설정하여 전압이 그 이하로 떨어지면 방전하지 않는데, 실시예에 따라서 방전부(45)는 필요에 따라, 자동 또는 수동으로, 그 이하의 전압까지 예를 들어 4 ~ 5 V까지 방전할 수 있다.
메모리(46)는 진단 재생 제어부(41)가 진단 단계, 시험 충전 단계, 재충전 단계 동안에 제어할 성능 지수 측정 기준, 전류 펄스의 패턴, 시험 방전 시의 방전 전류 패턴, 검출된 전압 데이터와 그 변화 추이, 재생 적합성의 판단 기준이 되는 전압 변화 추이 데이터 등을 저장할 수 있다. 사용자가 축적된 경험을 통해 더 나은 전류 패턴과 기준 데이터를 얻을 경우에는, 외부 통신 인터페이스를 통해 메모리(46)에 개선된 전류 패턴 및 기준 데이터를 갱신할 수 있다.
이러한 배터리 진단 재생부(40)의 재생 동작은 다음의 재생 적합 여부 판정 방법에서 상세하게 설명된다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 재생부에서 재생 적합성을 판정하는 방법을 세부적으로 예시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 전극 인터페이스(42)에 연결된 비정상 배터리의 재생 적합 여부 판정 방법은, 배터리의 전극 단자에 펄스 생성부(43)에서 생성된 전류 펄스를 전극 인터페이스(42)를 통해 인가하여 배터리를 충전하면서, 측정부(44)에서 배터리의 전극 단자의 전압을 측정하는 단계(S51)부터 시작할 수 있다.
펄스 생성부(43)는 진단 재생 제어부(41)의 제어에 따라 소정 레벨, 소정 주파수 및 소정 펄스폭(duty ratio)를 가지는 전류 펄스를 생성하여 전극 인터페이스(42)로 공급하며, 측정부(44)는 지속적으로 배터리의 전극 단자의 전압을 측정하여 진단 재생 제어부(41)로 전달한다.
통상적으로, 납산 축전지는 사용에 의한 방전에 따라 묽은 황산이 납 전극과 반응하여 전극에 황산납이 고착되고 전해액의 비중은 낮아진다. 충전 시에는 정상적인 납축전지는 전극에 고착된 황산납이 분해되고 전해액의 비중은 다시 높아진다. 정상적인 납축전지가 만충전되면, 전해액 비중은 더이상 높아지지 않고 전압도 약 15.8 ~ 16.5V 정도의 충전 한계 전압에서 높아지지 않는다. 만충전 이후에도 충전을 시도하면, 공급된 전기 에너지가 물의 전기 분해에 사용되어 수소 및 산소 가스가 심하게 발생한다. 이러한 전압, 전류, 비중의 관계로부터 납축전지의 상태를 알 수 있다.
잠시 배터리의 전극 단자의 전압 변화 특성을 살펴보기 위해 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 재생부에서 배터리의 재생 적합성을 판정하기 위해 시험 충전하는 단계에서 각각 나타나는 전압 변화 추이 프로파일들을 예시한 그래프이다.
프로파일 A에서, 배터리에 단계(S51)의 시험 충전을 실시하였을 때에 전극 단자에서 측정되는 전압 레벨이 통상적인 신품 배터리의 특성에 비해 급격히 증가한다. 프로파일 B에서는, 전극 단자에서 측정되는 전압 레벨이 충전 한계 전압 이상으로 계속 상승한다. 이러한 프로파일 A 및 B와 같이 전압 레벨이 변화할 경우에는 셀의 극판이 극도로 손상되었거나, 셀 내에서 단락이 일어나 있거나 일부 셀이 파손되었을 가능성이 크다.
프로파일 C나 D와 같이 통상적인 정상적 축전지가 충전되는 특성과 유사하게 또는 다소 천천히 증가하는 경우 양호하게 재생될 가능성이 크다.
추가적으로, 프로파일 E와 같이 전류 펄스를 인가한 후 소정 시간 이내에 전압 레벨이 소정 레벨에 도달하지 못하는 경우는, 실질적으로 재생에 너무 많은 시간이 소요될 뿐아니라, 양호하게 재생될 가능성이 낮다.
따라서, 만약 단계(S51)의 시험 충전 단계에서 이러한 프로파일 A 또는 B, 그리고 실시예에 따라서 프로파일 E와 같은 전압 변화 추이가 얻어지면 해당 배터리는 재생에 부적합할 가능성이 매우 높을 것이다.
이에 따라, 도 5로 돌아와서, 단계(S52)에서는, 배터리가 충전되는 동안에 측정된 전극 단자의 전압 변화 추이에 기초하여 비정상 배터리의 재생 적합 여부를 판정할 수 있다.
구체적으로, 단계(S52)에서, 배터리 전극 단자의 전압 변화 추이로서 전압 증가율이 소정 시간 동안에 소정 문턱값을 초과하면 배터리를 재생 부적합으로 판정할 수 있다.
실시예에 따라서는, 단계(S52)에서, 전극 단자의 전압이 정상적인 축전지의 충전 한계 전압을 초과하여 계속 상승할 때에도 배터리를 재생 부적합으로 판정할 수 있다.
이때, 이러한 문턱값이나 충전 한계 전압은 배터리의 종류나 규격에 따라 다양하게 선택될 수 있으므로, 본 명세서에서 특정한 수치를 제시하거나 한정할 필요는 없다고 본다. 더구나, 엄밀하게 말하면, 본 발명에서 재생 적합성의 판정은 물리적, 화학적인 측면에서 배터리의 재생 가능성을 결정하기 위함이라기보다는 경제적 측면에서 비정상 배터리를 재생할 것인지 교체할 것인지 결정하는 것에 가깝다. 따라서, 문턱값이나 충전 한계 전압은 사용자의 의도에 따라 또는 배터리의 제조자별 특성에 따라 다르게 선택될 수 있다.
나아가, 시험 충전을 위한 전류 펄스의 크기와 주기 또는 폭 또한 실험을 통해 경험적으로 선택될 수 있지만, 대체로 판정 이후의 재생 단계에서 본 충전 시에 인가할 전류 펄스에 비해 크기와 주기 또는 폭 측면에서 강하게 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 단순하게 특정 시간 동안의 전압 증가율에 기초하는 대신에, 전압 변화 추이를 사전에 정의된 프로파일과 대비하여 얻은 유사도 값에 따라, 예를 들어, 유사도 값이 소정 문턱값보다 낮으면 재생 부적합 여부를 판정할 수도 있다.
한편, 시험 충전 단계에서 전압 변화 추이가 정상 배터리의 특성과 유사하면 대체로 재생에 적합한 편이지만, 일부 배터리들은 경제적으로 의미있는 상태로 재생되지 않을 수 있다. 따라서 배터리를 좀더 정확하게 분류할 수 있도록 추가적인 단계가 더 수행될 수 있다.
앞서의 단계들(S51, S52)에서 전류 펄스가 인가되는 동안에 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리에 대해, 단계(S53)에서는, 앞서 시험 충전 동안에 전류 펄스의 인가로 한계 충전 전압 이하에서 만충전된 배터리를 방전부(45)에 의해 소정 크기의 방전 전류로 방전하면서, 측정부(44)에서 전극 단자의 전압을 측정한다.
잠시 배터리의 전극 단자의 전압 변화 특성을 살펴보기 위해 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 배터리 재생부에서 배터리의 재생 적합성을 판정하기 위해 시험 방전하는 단계에서 각각 나타나는 전압 변화 추이 프로파일들을 예시한 그래프이다.
시험 충전 단계에서 전극 단자의 전압이 급격히 상승하거나 과도하게 상승하여 재생이 부적합하다고 판정된 배터리들을 제외하고, 전류 펄스에 의해 적절한 만충전 전압 레벨까지 시험 충전된 배터리를 소정의 방전 전류로 방전하였을 때에, 배터리들의 상태에 따라 전극 단자의 전압 레벨은 다양한 변화 추이를 가지며 감소한다.
배터리는 충전 용량도 중요하지만, 급속도로 강한 전류를 방전하고도 성능을 유지할 수 있어야 하고 또한 소정 전류를 장시간 공급할 수 있어야 한다. 예를 들어 납산 배터리의 성능 지수 중 CCA, 20AH가 방전 성능을 가늠하는 성능 지수인데, CCA는 30초 동안 소정의 방전 전류로 방전하였을 때에 7.2 V 이상을 유지할 수 있는 방전 전류의 크기로서 결정되며, 20AH는 20 시간 동안 소정의 방전 전류로 방전하였을 때에 10.5 V 이상을 유지하는 전류 시간(AH)의 크기로 결정된다. 만약 재생된 배터리가 방전 특성이 나쁘다면 비상 전원으로써 역할을 할 수 없다.
시험 방전 단계에서 만약 전극 단자의 전압 변화 추이가 프로파일 F, G, H와 같이 전압 레벨이 급격히 줄어들거나(프로파일 F, G) 또는 전압 레벨이 어느 정도 유지되는 듯하다가 결국 소정 시간을 넘기지 못하고 종지전압 이하로 줄어든다(프로파일 H)면, 재생 작업을 거치더라도 방전 특성이 나빠 재생되었다고 할 수 없다.
프로파일 I는 충분한 방전 특성을 가져 재생 후에 CCA를 기준으로 신품 대비 80%이상의 성능을 가진다고 볼 수 있다. 다만, 프로파일 I로 분류될 수 있는 방전 전류의 크기, 감소율, 판정의 기준 시간 등의 값은 경험적으로, 배터리의 용도 내지는 배터리의 제조자별 특성, 법규 등에 따라 달라질 수 있다.
이에 따라, 다시 도 5로 돌아와서, 단계(S54)에서는, 배터리가 방전되는 동안에 측정되는 전극 단자의 전압 변화 추이에 기초하여, 진단 재생 제어부(41)가 배터리의 재생 적합 여부를 판정한다.
구체적으로, 단계(S54)에서, 소정 시간 동안에 전극 단자의 전압 감소율의 절대값이 소정 문턱값을 초과하면 배터리를 재생 부적합으로 판정할 수 있다. 이 경우, 전극 단자의 전압 변화 추이는 전압 감소율이다.
실시예에 따라서는, 단계(S54)에서, 소정 시간 이내에 전극 단자의 전압이 종지전압보다 낮아지면 배터리를 재생 부적합으로 판정할 수 있다.
이 경우에, 종지전압은 정상적인 납산 배터리의 방전 종지전압, 예를 들어 10.5 V보다 낮은 예를 들어 4~5 V 정도로 설정될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 단순하게 특정 시간 동안의 전압 감소율에 기초하는 대신에, 전압 변화 추이를 사전에 정의된 프로파일과 대비하여 얻은 유사도 값에 따라, 예를 들어, 유사도 값이 소정 문턱값보다 낮으면 재생 부적합 여부를 판정할 수도 있다. 유사도 값은 주지된 유사도 함수들에 의해 얻을 수 있다.
이렇게 단계(S52)에서 단계(S54)까지 판정 단계를 거치면서 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리는 단계(S55)에서 재생 적합으로 분류할 수 있다.
이후에 재생 적합으로 분류된 배터리는 배터리 진단 재생부(13, 23)에 의해 소정의 전류 펄스가 인가되면서 주지된 배터리 재생 방법에 따라 재생될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법을 예시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 단계(S81)에서, 정상 충전 모드에서 상용 전원로부터 전달되는 전력의 일부로써 배터리부를 충전한다.
단계(S82)에서, 정상 충전 모드에서 배터리부에 포함된 배터리들의 각각에 대해 순차적으로 배터리부의 다른 배터리들과 절연시키면서 성능 지수를 측정하고 소정의 기준 범위에 따라 정상 여부를 판정한다.
단계(S83)에서는, 앞서 단계(S82)에서 비정상으로 판정된 배터리에 대해, 전류 펄스를 인가하여 시험 충전하면서 측정한 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 배터리의 재생 부적합 여부를 판정한다.
단계(S84)는 선택적인 단계로서, 앞서 단계(S83)에서 재생 부적합하지 않은 배터리에 대해, 소정 전류 조건으로 시험 방전하면서 측정한 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 배터리의 재생 부적합 여부를 추가로 판정한다.
단계(S85)에서는, 단계(S83) 또는 단계(S84)에서 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리를 재생 적합으로 판정한다.
단계(S86)에서는, 재생 적합으로 판정된 배터리에 대해 소정의 고주파 전류 펄스 또는 전압 펄스를 소정 패턴에 따라 주입하여 해당 배터리를 재생하고, 성능 지수를 측정하여 재생 성공 여부를 판정한다.
실시예에 따라서는, 위의 단계들(S83 내지 S85)이 생략되고, 단계(S86)에서, 단계(S82)의 정상 여부 판정 이후에 곧바로 비정상으로 판정된 배터리에 대해 소정 패턴의 고주파 전류 펄스 또는 전압 펄스를 주입하여 해당 배터리를 재생할 수도 있다.
단계(S87)에서는, 재생에 성공한 배터리를 배터리부의 다른 배터리들에 다시 연결시킨다.
선택적인 단계(S88)에서는, 재생 적합 여부의 판정 결과 내지 재생 성공 여부의 판정 결과를 관리자에게 시청각적으로 표시 또는 전기적으로 통보한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.
10, 20 전력 저장 및 공급 장치
11, 21 제어부 12, 22 충전부
13, 23, 40 배터리 진단 재생부
14, 24, 34 배터리 연결 인터페이스
341 제1 릴레이 342 제2 릴레이
343 제3 릴레이 344 제4 릴레이
345 제5 릴레이단
346 배터리 선택 디코더 15, 25 배터리부
35 배터리조 351 내지 356 배터리
16, 26 DC-AC 인버터 17, 27 절체 스위치
18 센서 28 AC-DC 컨버터
41 진단 재생 제어부 42 전극 인터페이스
43 펄스 생성부 44 측정부
45 방전부 46 메모리

Claims (9)

  1. 정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치로서,
    상기 정상 충전 모드인 동안에, 상기 다수의 배터리들의 각각을 순차적으로 선택하여 소정의 성능 지수를 측정하고, 측정된 성능 지수가 기준 범위를 벗어나 비정상으로 판정된 배터리에 대해 전류 펄스를 인가하여 시험 충전하면서 측정한 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여 상기 비정상 판정 배터리의 재생 적합 여부를 판정하며, 재생 적합으로 판정된 경우에 소정 패턴의 고주파 전류 펄스를 인가하여 재생하는 배터리 진단 재생부; 및
    상기 배터리 진단 재생부가 선택한 배터리를 상기 배터리 진단 재생부에 연결시키면서 나머지 배터리들과 절연시키도록 동작하는 배터리 연결 인터페이스를 포함하는 전력 저장 및 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 진단 재생부는
    상기 배터리 연결 인터페이스를 통해 선택된 배터리의 전극 단자들과 접속되는 전극 인터페이스;
    상기 전극 인터페이스를 통해 상기 선택된 배터리에 인가할 전류 펄스를 생성하는 펄스 생성부;
    상기 전극 인터페이스를 통해 상기 배터리 전극 단자들 사이의 전압을 측정하는 측정부; 및
    상기 펄스 생성부가 소정 크기의 전류 펄스를 생성하도록 제어하고, 상기 선택된 배터리가 충전되는 동안에 상기 측정부에서 측정되는 상기 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여 상기 선택된 배터리의 재생 적합 여부를 판정하는 진단 재생 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 및 공급 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 배터리 진단 재생부는
    상기 전류 펄스가 인가되는 동안에 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리에 대해서, 소정 전류 조건으로 시험 방전하면서 측정한 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 상기 선택된 배터리의 재생 적합 여부를 추가로 판정하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 및 공급 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 배터리 진단 재생부는,
    상기 전류 펄스가 인가되는 동안에 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리에 대해서, 상기 전극 인터페이스를 통해 상기 배터리를 방전하는 방전부를 더 포함하며,
    상기 진단 재생 제어부는,
    상기 선택된 배터리로부터 소정의 전류 조건으로 방전하도록 상기 방전부를 동작시키며, 상기 방전부에 의해 상기 선택된 배터리가 방전되는 동안에 상기 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 상기 선택된 배터리의 재생 적합 여부를 추가로 판정하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 및 공급 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 한 청구항에 있어서, 상기 배터리 진단 재생부는,
    상기 다수의 배터리들의 각각에 관하여 비정상 판정 결과 또는 재생 결과를 관리자에게 시청각적으로 표시 또는 전기적으로 통보하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 및 공급 장치.
  6. 정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치로서,
    상기 정상 충전 모드인 동안에, 상기 다수의 배터리들의 각각을 순차적으로 선택하여 소정의 성능 지수를 측정하고, 측정된 성능 지수가 기준 범위를 벗어나 비정상으로 판정된 배터리에 대해 소정 패턴의 고주파 전류 펄스를 인가하여 재생하는 배터리 진단 재생부; 및
    상기 배터리 진단 재생부가 선택한 배터리를 상기 배터리 진단 재생부에 연결시키면서 나머지 배터리들과 절연시키도록 동작하는 배터리 연결 인터페이스를 포함하는 전력 저장 및 공급 장치.
  7. 정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법으로서,
    상기 정상 충전 모드에서 상기 다수의 배터리들의 각각에 대해 순차적으로 다른 배터리들과 절연시키면서 성능 지수를 측정하고 소정의 기준 범위에 따라 정상 여부를 판정하는 단계;
    비정상으로 판정된 배터리에 대해, 전류 펄스를 인가하여 시험 충전하면서 측정한 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 배터리의 재생 적합 여부를 판정하는 단계;
    재생 적합으로 판정된 배터리에 대해 소정의 고주파 전류 펄스 또는 전압 펄스를 소정 패턴에 따라 주입하여 해당 배터리를 재생하고, 성능 지수를 측정하여 재생 성공 여부를 판정하는 단계; 및
    재생에 성공한 배터리를 다른 배터리들에 다시 연결하는 단계를 포함하는 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전류 펄스가 인가되는 동안에 재생 부적합으로 판정되지 않은 배터리에 대해서, 소정 전류 조건으로 시험 방전하면서 측정한 배터리 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 상기 배터리의 재생 적합 여부를 추가로 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법.
  9. 정상 충전 모드인 동안에 다수의 배터리들에 전력 에너지를 저장하고 상용 전원의 중단 시에는 비상 전원 모드에서 상기 다수의 배터리들에 저장된 전력 에너지에 기초하여 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법으로서,
    상기 정상 충전 모드에서 상기 다수의 배터리들의 각각에 대해 순차적으로 다른 배터리들과 절연시키면서 성능 지수를 측정하고 소정의 기준 범위에 따라 정상 여부를 판정하는 단계;
    비정상으로 판정된 배터리에 대해, 전류 펄스를 인가하여 시험 충전하면서 측정한 전극 단자들 사이의 전압 변화 추이에 기초하여, 배터리의 재생 적합 여부를 판정하는 단계;
    재생 적합으로 판정된 배터리에 대해 소정의 고주파 전류 펄스 또는 전압 펄스를 소정 패턴에 따라 주입하여 해당 배터리를 재생하고, 성능 지수를 측정하여 재생 성공 여부를 판정하는 단계; 및
    재생에 성공한 배터리를 다른 배터리들에 다시 연결하는 단계를 포함하는 전력 저장 및 공급 장치의 운용 방법.
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