KR101467163B1 - 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조 - Google Patents

에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조에 관한 것이고, 구체적으로 각각의 다수 개의 충전 가능한 배터리를 가진 매트릭스 모듈이 병렬 또는 직렬로 연결이 되어 전력 저장을 위하여 사용될 수 있도록 하는 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조에 관한 것이다. 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조는 서로 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있는 다수 개의 배터리(B)가 배열되어 형성된 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f); 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)이 배치될 수 있는 적어도 2개의 모듈 챔버(11)를 가진 배터리 매트릭스 모듈(10); 배터리 매트릭스 모듈(10)에 설치되는 적어도 하나의 예비 챔버(17a, 17b); 및 각각의 모듈 챔버에 설치되어 다른 모듈 챔버와 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)을 포함하고, 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 배터리 매트릭스 모듈(10)에 배출이 가능한 구조로 배치되고. 작동 과정에 있는 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 적어도 하나가 모듈 챔버(11)로부터 배출이 되는 경우 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 의하여 모듈 챔버(11)의 연결 단자는 예비 챔버(17a, 11b)로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조{Structure of Connection for Storage Battery Matrix Module Applied to Energy Storage System}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조에 관한 것이고, 구체적으로 각각의 다수 개의 충전 가능한 배터리를 가진 매트릭스 모듈이 병렬 또는 직렬로 연결이 되어 전력 저장을 위하여 사용될 수 있도록 하는 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System) 또는 그리드 에너지 저장이란 전력 격자(Electrical Power Gird) 내부에 대규모로 전기를 저장하기 위하여 사용되는 방법을 말한다. 에너지 저장 시스템은 생산이 수요를 초과하는 시간 동안 에너지를 저장하여 수요가 생산을 초과하는 시간에 저장된 에너지가 사용될 수 있도록 하는 시스템을 말한다. 에너지 저장 시스템을 위하여 플라이 휠(Flywheel) 방식, 배터리 저장 방식(Battery Storage), 압축가스 방식(Compressed air), 초전도 마그네틱 에너지 방식(Superconducting magnetic energy), 열에너지 방식(Thermal) 또는 수소 에너지 방식(Hydrogen)과 같은 것이 개발되어 왔다.
배터리 에너지 저장 방식(Battery Energy Storage System)은 다른 에너지 저장 방식에 비하여 높은 이동성을 가질 수 있으며 스케일의 조정이 용이하고 지역적 특성에 관계없이 적용될 수 있다는 특징을 가진다. 배터리 에어지 저장 방식에서 전기 화학적 셀이 사용될 수 있고 예를 들어 납-축전지(lead-acid batteries), 리튬-이온 배터리(lithium-ion batteries), 바나듐 레독스 배터리(Vanadium Redox Batteries) 또는 융해 염 배터리(Molten salt batteries)와 같은 것이 사용될 수 있다.
배터리 에너지 저장 시스템과 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2012-0029500호 ‘전력 저장 시스템’이 있다. 상기 선행기술은 다수의 배터리 유닛과, 배터리 유닛의 오도를 검출하는 복수의 서미스터와, 복수의 서미스터에 대한 멀티플렉싱을 수행하는 것으로 선택된 어느 하나의 서미스터를 기준 저항에 대해 접속시키는 멀티플렉서와, 기준 저항과 전원 전압 단자 사이에 개재되는 전원 스위치부와, 멀티플렉서 및 전원 스위치부에 대한 제어 신호를 수신하는 것으로 적어도 둘 이상의 제어 비트가 입력되는 제어신호 입력부를 포함하는 전력저장시스템에 대하여 개시하고 있다. 상기 선행기술은 복수의 측정 위치에서 온도 검출을 수행하는 것에 의하여 배터리의 현재 상태를 정확하게 진단하면서 전체 회로의 소형화 및 단수화가 가능하고 저 소비전력이 가능하도록 한다는 장점을 제공한다.
배터리 에너지 저장 시스템과 관련된 다른 선행기술로 특허공개번호 제20120075431호 ‘배터리 모듈 수납장치, 배터리 모둘 온도조절 장치 및 이들을 포함하는 전력 저장 시스템’이 있다. 상기 선행기술은 정면과 배면이 개방되고 내부 공간이 형성된 정육면체 형상으로 이루어지고, 내부 공간을 형성하는 상면 판의 저면과 하면 판의 상면에는 서로 대향하는 위치에 복수의 배터리 셀이 세워져서 삽입 가능하도록 복수의 배터리 셀 삽입 슬롯이 형성되고, 또한 배터리 모듈 온도 조절 장치의 열전달 판이 세워져서 삽입 가능하도록 복수의 열전달 판 삽입 슬롯이 복수의 배터리 셀 삽입 슬롯과 인접하여 형성되는 배터리 모듈 수납 장치 및 배면 쪽에 배터리 모듈 온도 조절 장치가 삽입되어 배터리 팩 및 스택 구조를 형성하는 전력 저장 시스템에 대하여 개시하고 있다.
상기 선행기술은 배터리의 상태를 점검하거나 또는 전체 에너지 시스템의 유지 관리 또는 다수 개의 배터리가 수용된 배터리 모듈의 오작동을 해결하는 방법에 대하여 개시하고 있지 아니하다.
본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 배터리 에너지 저장 시스템이 전체적으로 안정적으로 유지되도록 하면서 오작동 배터리 모듈이 시스템이 유지되는 상태에서 교환이 가능하도록 하는 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조는 서로 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있는 다수 개의 배터리가 배열되어 형성된 배터리 유닛; 배터리 유닛이 배치될 수 있는 적어도 2개의 모듈 챔버를 가진 배터리 매트릭스 모듈; 배터리 매트릭스 모듈에 설치되는 적어도 하나의 예비 챔버; 및 각각의 모듈 챔버에 설치되어 다른 모듈 챔버와 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 연결 제어 유닛을 포함하고, 각각의 배터리 유닛은 배터리 매트릭스 모듈에 배출이 가능한 구조로 배치되고. 작동 과정에 있는 배터리 유닛의 적어도 하나가 모듈 챔버로부터 배출이 되는 경우 연결 제어 유닛에 의하여 모듈 챔버의 연결 단자는 예비 챔버로 연결된다.
본 발명이 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 연결 제어 유닛은 하나의 독립된 하우징에 설치된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 예비 챔버를 배터리 유닛에 전기적으로 연결하는 예비 제어 유닛을 더 포함하고 그리고 연결 제어 유닛, 예비 챔버 및 예비 제어 유닛은 하나의 독립된 공간에 배치된다.
본 발명에 따른 연결 구조는 특정 배터리 유닛이 오작동이 되어 교체가 되어야 할 경우에도 전체 시스템의 작동이 중단되지 않고 계속적으로 작동될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 연결 선택 스위치의 작동에 의하여 배터리 유닛 사이에 연결 선택이 가능하도록 하는 것에 의하여 전체 시스템의 전력 제어가 용이하도록 한다는 장점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 연결 구조는 서브 모듈을 형성하는 것에 의하여 전체 시스템의 오작동 감시가 용이하도록 한다는 이점을 가진다.
도 1a는 본 발명에 따른 배터리 매트릭스의 연결 구조의 형성 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 배터리 매트릭스의 연결 구조에서 배터리 모듈 사이의 연결 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 1c는 본 발명에 따른 연결 구조에서 연결 제어 유닛이 작동하는 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 매트릭스의 연결 구조의 응용 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1a는 본 발명에 따른 배터리 매트릭스의 연결 구조의 형성 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 배터리 매트릭스의 연결 구조에서 배터리 모듈 사이의 연결 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조는 서로 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있는 다수 개의 배터리(B)가 배열되어 형성된 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f); 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) 이 배치될 수 있는 적어도 2개의 모듈 챔버(11)를 가진 배터리 매트릭스 모듈(10); 배터리 매트릭스 모듈(10)에 설치되는 적어도 하나의 예비 챔버(17a, 17b); 및 각각의 모듈 챔버에 설치되어 다른 모듈 챔버와 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)을 포함하고, 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 배터리 매트릭스 모듈(10)에 배출이 가능한 구조로 배치되고. 작동 과정에 있는 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 적어도 하나가 모듈 챔버(11)로부터 배출이 되는 경우 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 의하여 모듈 챔버(11)의 연결 단자는 예비 챔버(17a, 11b)로 연결된다.
본 발명에 따른 연결 구조는 다양한 전력 발전 시스템에 연결되어 사용될 수 있고 예를 들어 화력, 수력, 원자력, 풍력, 조력, 지열 또는 태양광 발전에 적용될 수 있다. 다른 한편으로 본 발명에 따른 연결 구조는 발전 설비가 없거나 송전 시설이 갖추어지지 않는 지역이나, 섬 또는 선박과 같은 곳에 설치되어 일정 지역에 전기 공급을 위하여 사용될 수 있다. 추가로 본 발명에 따른 연결 구조는 보조 전력 공급 수단으로 또는 독립된 전력 공급 수단으로 사용될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 연결 구조는 전력 또는 에너지 저장이 요구되는 임의의 상황에 적용될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
배터리는 이차 전지 또는 축전지가 될 수 있고 예를 들어 리튬-이온 축전지와 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 다수 개의 배터리(B)는 직렬 또는 병렬로 연결이 되어 정해진 용량을 가지도록 만들어질 수 있다. 다수 개의 배터리(B)가 하나의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)을 형성할 수 있다. 서로 다른 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 동일하거나 서로 다른 용량을 가질 수 있다. 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)을 이루는 각각의 배터리(B)는 서로 직렬로 연결이 될 수 있고 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11c, 11d, 11e, 11f)은 서로 직렬로 연결되거나 또는 병렬로 연결될 수 있다. 본 발명에서 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 각각의 배터리(B)는 서로 직렬로 연결되어 정해진 용량을 가지도록 만들어지고 배터리 매트릭스 모듈(10)을 형성하기 위한 최소 유닛이 될 수 있다. 필요에 따라 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)이 서로 직렬로 연결이 되어 하나의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)을 형성할 수 있다. 그러므로 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 시스템의 관리를 위한 하나의 단위가 될 수 있고 예를 들어 내부에서 전기적으로 연결이 되어 하나의 케이스 또는 하우징에 수용되고 그리고 케이스 또는 하우징에 외부 연결 단자가 형성될 수 있다. 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 정해진 출력 전압 또는 전류를 가지게 되어 전체 저장 시스템의 운용을 위한 기본적인 단위가 될 수 있다.
배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 하우징(13)에 배치되어 배터리 매트릭스 모듈(10)을 형성할 수 있다. 배터리 매트릭스 모듈(10)은 에너지 저장을 위한 독립된 단위체가 될 수 있고 다수 개의 배터리 매트릭스 모듈(10)이 서로 병렬로 연결되어 에너지 저장 장치(100, 100a, 100b, 100c, 100d)를 형성하게 된다. 그리고 에너지 저장 장치(100, 100a, 100b, 100c, 100d)가 서로 병렬로 연결되어 일정 지역에 설치되는 에너지 저장 시스템(ESS)을 만들게 된다.
하우징(11)은 다수 개의 층으로 배열된 배치 랙(Rack)(R)을 가질 수 있고 각각의 배치 랙(R)에 배터리 유닛(11)이 배치될 수 있다. 각각의 배치 랙(R)에 연결 단자가 설치될 수 있고 각각의 배치 랙(R)은 전기적으로 제어 모듈(C)에 설치된 제어 랙(D)에에 연결될 수 있다. 구체적으로 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S5, S6, S7)이 각각의 제어 랙(D)에 설치되고 그리고 각각의 배치 랙(R)에 배치된 배터리 유닛(11)은 각각 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 전기적으로 연결될 수 있다.
하우징(H)은 내부가 절연된 다양한 소재로 직육면체 또는 원통 형상으로 만들어질 수 있고 하우징(H)의 아래쪽에 이동 지지 수단(14)이 설치될 수 있다. 하우징(H)의 바닥 면과 이동 지지 수단(14) 사이에 분리 부재(12)가 설치되어 하우징(H)에 가해지는 외부 충격을 완화시키면서 하우징(H)을 지면과 분리시켜 전기적으로 절연될 수 있도록 한다. 분리 부재(12)는 예를 들어 실리콘 또는 고무와 같은 소재가 될 수 있고 이동 지지 수단(14)은 하우징(H)의 고정 및 이동을 위한 적절한 수단이 될 수 있다.
하우징(H)은 다수 개의 층으로 이루어진 배치 랙(R)을 포함하고 필요에 따라 배치 랙(R)은 가로 방향으로 2개 이상이 평행하게 배치될 수 있다. 각각의 배치 랙(R)은 전기적으로 절연이 될 수 있고 배터리 유닛(11)이 삽입 및 배출이 될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 각각의 배치 랙(R)에 배치되는 배터리 유닛(11)은 배치 랙(R)에 설치된 전극 단자에 접촉될 수 있고 그리고 전극 단자는 제어 모듈(C)에 설치되는 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 연결될 수 있다.
제어 모듈(C)은 외부 어셈블리(A), 외부 어셈블리(A)의 바닥 면에 설치되는 완충 발(F), 외부 어셈블리(A)의 내부에 구분되어 배치되는 제어 랙(D) 및 통제 장치(S)로 이루어질 수 있다. 각각의 제어 랙(D)에 배치 랙(R)을 관리하기 위한 장치가 설치될 수 있고 예를 들어 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5. S6)이 설치될 수 있다. 제어 랙(D)의 수가 배치 랙(R)의 수와 일치하여야 하는 것은 아니다. 제어 랙(D)은 적절한 수로 설치될 수 있으며 다수 개의 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)이 하나의 제어 랙(D)에 배치될 수 있다. 필요에 따라 제어 랙(D)에 아래에서 설명되는 예비 챔버(17a, 17b)가 배치될 수 있다.
통제 장치(S)는 배터리 매트릭스 모듈(10)을 관리하기 위한 장치에 해당하고 예를 들어 중앙 처리 장치, 제어 명령을 위한 입력 수단 또는 스크린과 같은 장치를 포함할 수 있다. 통제 장치(S)는 배터리 매트릭스 모듈(10)의 제어를 위하여 요구되는 다양한 장치를 포함할 수 있고 본 발명은 특정한 장치의 설치 여부에 의하여 제한되지 않는다.
다수 개의 배터리 매트릭스 모듈(10)이 기계적으로 연결되어 에너지 저장 장치(100)를 형성할 수 있다. 에너지 저장 장치(100)를 형성하는 각각의 배터리 매트릭스 모듈(10)은 전기적으로 분리되고 다만 기계적으로만 서로 연결될 수 있다. 그리고 하나의 에너지 저장 장치(100)에 하나의 제어 모듈(C)이 설치될 수 있다. 각각의 에너지 저장 장치(100)에 외부 연결 단자(101, 101b)가 설치될 수 있고 에너지 저장 장치(100)에 저장된 전력은 외부 연결 단자(101, 101b)를 통하여 외부에 공급될 수 있다.
다수 개의 에너지 저장 장치(100a, 100b, 100c, 100d)는 하나의 에너지 저장 시스템(ESS)을 형성할 수 있다. 에너지 저장 장치(100a, 100b, 100c, 100d)는 외부 환경 조건에 따라 다양한 형태로 만들어질 수 있다.
아래에서 배터리 매트릭스 모듈에서 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)이 서로 연결되는 실시 예에 대하여 설명된다.
도 1b를 참조하면, 다수 개의 배터리 매트릭스 모듈(10a, 10b)의 각각에 다수 개의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)이 배치될 수 있다. 위에서 설명을 한 것처럼 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 동일하거나 서로 다른 수의 배터리(B)로 이루어질 수 있다. 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)에서 다수 개의 배터리(B)는 서로 직렬로 연결되어 정해진 전압을 가지도록 만들어질 수 있다. 위에서 설명을 한 것처럼, 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 배치 랙에 설치될 수 있고 배치 랙은 전기적으로 제어 랙에 배치된 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 연결될 수 있다.
연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)은 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 연결 관계를 결정하기 위하여 설치될 수 있다. 그러므로 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 대응되는 하나의 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 연결될 수 있다. 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 의하여 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 이웃하는 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)에 대한 연결 관계가 결정될 수 있다. 예를 들어 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 의하여 어느 2개의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)이 직렬로 연결되거나 또는 병렬로 연결될 수 있다. 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)은 예를 들어 내부에 제1 배터리 유닛(11a) 및 제2 배터리 유닛(11b)에 각각 연결되는 단자를 가질 수 있고 단자들 사이의 다양한 연결에 의하여 제1 배터리 유닛(11a)과 제1 배터리 유닛(11b) 사이의 연결 관계를 결정할 수 있다.
각각의 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)은 제어 모듈(C)에 의하여 제어될 수 있고 각각의 연결 선택 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)의 연결 선택은 제어 모듈(C)에 의하여 프로그램 형태로 제어되거나 또는 수동으로 제어될 수 있다. 또한 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)은 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)을 흐르는 전류 또는 전압을 감시하기 위한 감시 회로를 가질 수 있고 스위치 장치를 포함할 수 있다. 감시 회로에서 측정된 전압 또는 전류는 실시간으로 제어 모듈(C)로 전달될 수 있다. 스위치 장치는 연결 선택 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 설치되거나 별도로 설치될 수 있다. 스위치 장치는 예를 들어 연결 선택 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 자체의 연결을 제어하거나 어느 하나의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)에 대한 연결을 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면 예비 챔버(17a, 17b)가 설치될 수 있고 예비 챔버(17a, 17b)는 위에서 설명을 한 것처럼, 배치 랙에 배치되거나 또는 제어 랙에 설정될 수 있다. 예비 챔버(17a, 17b)는 독립된 예비 제어 유닛(S9)을 가질 수 있고 제어 모듈(C)에 연결될 수 있다. 예비 배터리 챔버(17a, 17b)는 적어도 하나가 될 수 있고 필요에 따라 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)이 배치될 수 있다.
예비 챔버(17a, 17b)가 설치되면 어느 하나의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 교체가 요구되는 경우 전체 시스템의 가동을 중단시키지 않고 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)이 교체될 수 있다. 만약 제3 배터리 유닛(11c)의 점검이 요구된다면, 제2 예비 챔버(17b)에 동일한 용량을 가지는 배터리 유닛을 배치하여 예비 제어 유닛(S9)을 이용하여 제2 및 제4 배터리 유닛(11b, 11d)과 연결 관계를 설정한다. 이후 제2 배터리 유닛(11b)의 점검이 이루어지고 다시 배치 랙에 제1 배터리 유닛(11b)이 배치되면 예비 선택 스위치(S9)의 연결을 제거할 수 있다. 예비 챔버(17b)는 이와 같이 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 교체를 위하여 사용될 수 있지만 다른 한편으로 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 이상 유무를 탐지하기 위하여 사용될 수 있다. 제어 모듈(C)에 의하여 각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 연결이 예비 챔버(17a, 17b)의 연결로 대체되어 이상 유무가 탐지될 수 있다. 예비 제어 유닛(S9)은 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)과 동일하거나 유사한 기능을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)에 대한 예비 챔버(17a, 17b)의 연결은 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)과 예비 제어 유닛(S9) 사이에 이루어질 수 있다. 위에서 설명을 한 것처럼, 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)은 제어 모듈(C)에 설치될 수 있고 그리고 예비 제어 유닛(S9)도 또한 제어 모듈(C)에 설치될 수 있다. 이와 같은 배치 구조에서 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)과 예비 챔버(17a, 17b) 사이의 연결을 위한 작업이 하나의 작업 공간에서 쉽게 이루어질 수 있다는 이점을 가진다. 다른 한편으로 이러한 연결은 제어 모듈(C)의 중앙 처리 장치에서 자동으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
예비 챔버(17a, 17b)를 설치하고 그리고 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6), 예비 제어 유닛(S9) 및 예비 챔버(17a, 17b)를 하나의 독립된 공간에 설치하는 것은 전체 시스템의 감시를 용이하도록 한다는 이점을 가진다. 예를 들어 탐지 회로가 각각의 연결 제어 유닛(S1, S2, S3. S4, S5. S6) 및 예비 제어 유닛(S9)에 설치될 수 있고 탐지 회로의 측정값이 실시간으로 제어 모듈(C)로 전달되도록 하여 전체 시스템의 감시가 실시간으로 용이하게 이루어질 수 있도록 한다. 또한 시스템의 송전 전압 또는 전류의 변경이 요구되는 경우 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)의 연결 관계의 설정 변경에 의하여 전압 또는 전류의 변경이 용이하게 이루어질 수 있다.
아래에서 본 발명에 다른 배터리 매트릭스 모듈의 작동 과정에 대하여 설명된다.
도 1c는 본 발명에 따른 연결 구조에서 연결 선택 스위치가 작동하는 방법에 대한 실시 예를 도시한 것이다.
도 1c를 참조하면, 배터리 매트리스 모듈의 작동이 개시되면(P11) 각각의 배터리 유닛의 오작동 유무가 실시간으로 감시될 수 있다. 감시 과정에서 오작동이 감지되면(P12), 모듈 확인 작업이 진행될 수 있다(P13). 모듈 확인 작업은 예를 들어 각각의 배터리 유닛의 연결 선택 스위치를 확인하는 방법으로 이루어질 수 있다.
모듈 확인이 완료되고 그에 따라 오작동 배터리 유닛이 확인되면(P13) 배터리 유닛의 점검이 이루어져야 한다. 해당 배터리 유닛의 점검을 위하여 먼저 예비 챔버가 존재하는지 여부가 확인되어야 한다(P14). 만약 사용될 수 있는 예비 챔버가 존재하지 않는다면(NO), 연결 변경이 이루어질 수 있다(P152). 연결 변경이란 전체 시스템에 가장 작은 영향을 미치도록 연결 제어 유닛의 연결 관계를 설정하는 것을 말한다. 이와 같이 연결 변경은 예비 챔버를 사용하지 않으면서 오작동 배터리 유닛에 대한 연결이 제거되는 경우 나머지 배터리 유닛 사이의 연결 관계를 연결 선택 스위치에 의하여 설정하는 것을 말한다.
만약 예비 챔버(P14)가 존재한다면 오작동 배터리 유닛에 연결된 연결 제어 유닛에 대응되도록 예비 제어 유닛의 연결 관계를 설정하여 예비 챔버에 다른 배터리 유닛을 연결한다(P151). 그리고 오작동 배터리 유닛을 점검하고 다시 교체를 할 수 있다(P16). 그리고 연결 제어 유닛을 작동시키고(P17) 예비 챔버에 대한 연결을 해제한다.
위와 같이 본 발명에 따른 배터리 매트릭스 연결 구조는 배터리 유닛의 교체 과정에서 전체 시스템이 중단되지 않고 작동될 수 있도록 하면서 이와 동시에 시스템에 미치는 영향이 최소가 되도록 할 수 있다는 이점을 가진다.
아래에서 본 발명에 따른 배터리 매트릭스 연결 구조가 적용되는 실시 예에 대하여 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 매트릭스 연결 구조의 응용 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면. 본 발명에 따른 배터리 매트릭스 연결 구조는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)(100a, 100b, 100c, 100d)의 형성에 적용될 수 있다. 에너지 저장 시스템(100a, 100b, 100c, 100d)은 다른 발전 시스템(21a, 21b)에 연결되어 설치되거나 또는 독립적으로 설치될 수 있다. 다른 발전 시스템(21a, 21b)은 예를 들어 태양광 발전 시스템(21a) 또는 풍력 발전 시스템(21b)과 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
에너지 저장 시스템(100a, 100b, 100c, 100d)은 송전 설비(V1, V2. V3, V4)에 요구되는 전력을 공급할 수 있고 그리고 송전 설비(V1, V2, V3. V4)를 통하여 빌딩(22a, 22b), 플랜트(23a, 23b) 또는 가정(24a. 24b, 24c)에 전력이 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 매트릭스 연결 구조는 다양한 에너지 저장 시스템(ESS)에 적용될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 연결 구조는 특정 배터리 유닛이 오작동이 되어 교체가 되어야 할 경우에도 전체 시스템의 작동이 중단되지 않고 계속적으로 작동될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 연결 선택 스위치의 작동에 의하여 배터리 유닛 사이에 연결 선택이 가능하도록 하는 것에 의하여 전체 시스템의 전력 제어가 용이하도록 한다는 장점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 연결 구조는 서브 모듈을 형성하는 것에 의하여 전체 시스템의 오작동 감시가 용이하도록 한다는 이점을 가진다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 배터리 매트릭스 모듈 11: 모듈 챔버
11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f: 배터리 유닛 12:분리 부재
13: 하우징 14: 이동 지지 수단
17a, 17b: 예비 챔버
S1, S2, S3, S4, S5, S6: 연결 제어 유닛 S9: 예비 제어 유닛

Claims (3)

  1. 서로 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있는 다수 개의 배터리(B)가 배열되어 형성된 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f);
    배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)이 배치될 수 있는 적어도 2개의 모듈 챔버(11)를 가진 배터리 매트릭스 모듈(10);
    배터리 매트릭스 모듈(10)에 설치되는 적어도 하나의 예비 챔버(17a, 17b); 및
    각각의 모듈 챔버에 설치되어 다른 모듈 챔버와 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)을 포함하고,
    각각의 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)은 다수 개의 층으로 배열되고 각각에 연결 단자가 형성된 배치 랙(R)에 설치되어 배터리 매트릭스 모듈(10)에 배출이 가능한 구조로 배치되고, 작동 과정에 있는 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)의 적어도 하나가 모듈 챔버(11)로부터 배출이 되는 경우 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에 의하여 모듈 챔버(11)의 연결 단자는 예비 챔버(17a, 11b)로 연결되고, 예비 챔버(17a, 17b)를 배터리 유닛(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)에 전기적으로 연결하는 예비 제어 유닛(S9)을 더 포함하고 그리고 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6), 예비 챔버(17a, 17b) 및 예비 제어 유닛(S9)은 하나의 독립된 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조.
  2. 청구항 1에 있어서, 연결 제어 유닛(S1, S2, S3, S4, S5, S6)은 하나의 독립된 하우징에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 매트릭스 모듈의 연결 구조.
  3. 삭제
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