KR101510963B1 - 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치 및 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 자연 방전 차단에 관한 것으로, 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리 팩의 장시간 운송 시 자연방전을 간편하게 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치 및 방법에 관한 것이다.에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 배터리관리시스템의 주변회로부(120)와 집적회로(130)가 구성되는 배터리관리시스템 보드(110); 배터리관리시스템 보드(110)의 일끝단에 설치되어 집적회로(130)에 전원을 공급하는 배터리가 연결된 배터리 연결 커넥터(160); 배터리 연결 커넥터(160)와 집적회로(130)를 전기적으로 연결하는 셀 센싱 라인(140); 배터리 연결 커넥터(160)와 집적회로(130) 사이의 셀 센싱 라인(140)에 설치되어 배터리로부터 공급되는 전원을 공급하도록 배터리관리시스템 보드(110)에 설치된 라인 연결 커넥터(150); 라인 연결 커넥터(150)에 착탈 가능하도록 구성되어 배터리로부터 공급되는 전원의 흐름을 공급 또는 차단하는 연결보드(170); 및 배터리관리시스템 보드(110)를 포함하는 주변회로부(120), 집적회로(130), 셀 센싱 라인(140), 라인 연결 커넥터(150)를 보호하는 배터리관리시스템 케이스(100);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치를 제공한다.

Description

에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치 및 방법{Method and apparatus for protecting automatic discharge of Battery Management System in Energy Storage System}
본 발명은 배터리 팩 자연 방전 차단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리 팩의 장시간 운송 시 자연방전을 간편하게 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치 및 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)은 에너지를 배터리처럼 저장해서 언제든 꺼내 쓸 수 있는 저장장치를 의미하는 것으로, 지금까지의 전기에너지는 생산과 저장의 차이가 있으므로 전기에너지를 사용하는데 있어서 생산이 함께 움직여줘야 하는데, ESS는 에너지를 효과적으로 저장해 사용하기 위한 시스템으로 에너지 생산에 대한 여유를 가질 수 있게 해준다.
그래서 ESS가 활성화되면 비교적 에너지 소비량이 적은 새벽에 생산되는 에너지를 저장하여 에너지 공급이 몰릴 때 효과적으로 사용할 수 있고 에너지 생산 가동률을 높일 수 있다.
그리고 미미하게 모이는 신재생에너지를 축적하여 에너지를 나눠 쓸 수 있기 때문에 지금의 전력난을 많이 해소시킬 수 있는 중요한 에너지 시스템으로 인식되고 있다.
그 중 제주도에서 펼쳐지는 ESS 실증 사업은 한 개의 변전소와 맞먹는 규모의 8메가 와트급으로 진행되고 있어 전력난을 해소해 줄 수 있는 것으로 기대가 되고 있다.
근래 국가적 차원에서 에너지 확보를 위한 신재생 에너지 보급 확대 정책으로 풍력, 태양광 등의 에너지 생산 설비가 급속히 증가하는 추세이다.
이러한, 신재생 에너지는 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진국을 비롯하여 각 국가에서 연구가 활발히 진행 중이다.특히 신재생 에너지 중 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광 발전 시스템은 공해가 없고, 설치 및 유지보수가 용이하다는 장점 등으로 인해 최근 각광을 받고 있다.
이와 같은 태양광 발전 시스템에는 태양광 발전시스템 단독으로만 운전하는 독립형 발전 시스템과, 태양광 발전 시스템과 상용전력 계통과 연계하여 운전하는 계통연계형 발전 시스템 두 종류가 있다.
태양광 발전 시스템을 구성하는 컨버터와 인버터는 시스템 설계시 설정된 정격전압이나 정격전류에 따라 내부 회로 소자가 결정된다. 이 경우 용량이 고정되어 있기 때문에 용량 확장이 요청되는 경우 별도의 시스템을 구축해야 하므로 공간적, 소비전력 면에서 어려운 점이 있다.
그 중에서 대한민국 등록특허 10-1084214호(계통 연계형 전력 저장 시스템 및 전력 저장 시스템 제어 방법)에서는 공간 및 소비전력을 개선하면서 용량을 확장할 수 있는 전력저장 시스템에 대하여 게시하고 있다.
종래의 기술에서는 대부분의 경우 소비전력을 개선하면서 용량을 확장하는데 초점을 맞추고 있을 뿐이다. 특히, ESS를 제작 후 해외의 고객들에게 배송시 장기간 배송기간을 고려하여 배터리관리시스템(BMS)를 셧다운(Shut Down)시켜 배터리관리시스템(BMS)에서 발생하는 소비전류를 극소로 줄여 배터리가 자연방전되지 않도록 보호하였다.
여기서, 셧다운모드(Shut Down Mode)는 배터리 팩(Battery Pack) 충 방전이 불가능하고, 장기간 보관하기 위하여, 배터리 팩(Battery Pack)내의 배터리관리시스템(BMS) 회로를 오프하는 상태모드이다.
그러나 이와 같은 종래 기술은 다음과 같은 문제가 있었다.
첫재, 배터리관리시스템(BMS) 제작 시 배터리관리시스템(BMS)이 셧다운(SHUTDOWN) 되지 않는 경우도 있고, 셧다운(SHUTDOWN)이 되어도 배터리에 배터리관리시스템(BMS)이 연결되어 있으면 소량의 소비전류가 발생하기 때문에 배터리가 장기간 운송시에 자연 방전되는 문제가 있었다.
둘째, 배터리가 자연 방전되면 각 모듈의 전압 밸런스 및 수명에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 배터리관리제어시스템(BMS)의 집적회로와 배터리를 커넥터와 연결보드를 통해 분리 및 연결가능하도록 하여 장시간의 운송기간동안 분리시켰다가 셋업할 때 배터리와 집적회로를 손쉽게 연결할 수 있도록 하여 배터리의 자연방전을 차단하거나 최소화할 수 있는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치는, 배터리관리시스템의 주변회로부와 집적회로가 구성되는 배터리관리시스템 보드; 배터리관리시스템 보드의 일끝단에 설치되어 집적회로에 전원을 공급하는 배터리가 연결된 배터리 연결 커넥터; 배터리 연결 커넥터와 집적회로를 전기적으로 연결하는 셀 센싱 라인; 배터리 연결 커넥터와 집적회로 사이의 셀 센싱 라인에 설치되어 배터리로부터 공급되는 전원을 공급하도록 배터리관리시스템 보드에 설치된 라인 연결 커넥터; 라인 연결 커넥터에 착탈 가능하도록 구성되어 배터리로부터 공급되는 전원의 흐름을 공급 또는 차단하는 연결보드; 및 배터리관리시스템 보드를 포함하는 주변회로부, 집적회로, 셀 센싱 라인, 라인 연결 커넥터를 보호하는 배터리관리시스템 케이스;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단방법은, 라인연결 커넥터로부터 연결보드를 분리하여 배터리로부터 배터리관리시스템의 주변회로부와 집적회로에 공급되는 전원을 차단하는 단계; 및 연결보드의 분리를 감지한 집적회로는 배터리관리시스템(BMS)을 셧다운하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 배터리관리제어시스템(BMS)의 집적회로와 배터리를 커넥터와 연결보드를 통해 분리 및 연결가능하도록 하여 분리와 연결을 손쉽게 제어할 수 있으며, 장기간 운송시 배터리를 가장 안전하게 보호할 수 있다.
둘째, 장기간 운송으로 인한 자연방전을 차단하거나 최소화하므로 자연방전시 각 모듈의 전압 밸런스 및 수명에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제를 차단하거나 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 장치의 후면을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 장치의 후면을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 장치는 BMS에서 발생하는 소비전류에 의해 배터리가 자연방전되는 현상을 개선하기 위하여 집적회로(IC)와 배터리(도시하지 않음) 사이를 연결하는 선(140)에 연결 커넥터(150)를 구성하고 연결 보드(170)를 이용하여 운송시에는 연결보드(170)를 제거하여 분리시키고 셋업시에는 연결하여 사용할 수 있도록 구성한 것이다.
이러한 본 발명 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 장치는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 배터리관리시스템의 주변회로부(120)와 집적회로(130)가 구성되는 배터리관리시스템 보드(110)와, 보드(110)의 일끝단에 설치되어 집적회로(130)에 전원을 공급하는 배터리(도시하지 않음)가 연결된 배터리 연결 커넥터(160)와, 배터리 연결 커넥터(160)와 집적회로(130)를 전기적으로 연결하는 셀 센싱 라인(140)과, 배터리 연결 커넥터(160)와 집적회로(130) 사이의 셀 센싱 라인(140)에 설치되어 배터리로부터 공급되는 전원을 공급 또는 차단하도록 보드(110)에 설치된 라인 연결 커넥터(150)와, 라인 연결 커넥터(150)에 착탈 가능하도록 구성되어 배터리로부터 공급되는 전원을 공급 또는 차단하는 연결보드(170)와, 배터리관리시스템 보드(110)를 포함하는 주변회로부(120), 집적회로(130), 셀 센싱 라인(140), 라인 연결 커넥터(150)를 보호하는 배터리관리시스템 케이스(100)로 구성된다.
여기서, 주변회로부(120)는 배터리관리시스템의 배터리(배터리 팩)의 전압을 측정하는 전압측정회로, 배터리에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정회로, 배터리의 온도를 측정하는 온도측정회로, 배터리관리시스템의 입출력 동작 상태를 측정하는 I/O 측정 회로 등이 구성될 수 있다.
그리고 집적회로(130)는 주변회로부(120)를 제어하며, 배터리관리시스템의 SOC(State Of Charge), Cell Voltage, Pack Voltage, Temp, Current, Cell Balancing, BMS Alarm 및 Fault, BMS I/O 동작 상태를 제어한다.
이러한 본 발명에서는 ESS를 제작 후 해외의 고객들에게 배송시에는 장기간 배송기간을 고려하고, 장기간 보관시에는 장기관 보관을 고려하여 BMS를 셧다운(SHUTDOWN)시켜 BMS와 배터리를 분리 및 연결시켜, BMS의 소비전류에 의해 배터리가 자연방전되는 문제를 개선하고자 집적회로(130)와 배터리를 운송기간동안 분리시켰다가 셋업할 때 배터리와 집적회로(130)를 손쉽게 연결하기 위하여 집적회로(130)와 배터리 사이를 연결하는 선에 라인 연결 커넥터(150)를 구성하고, 연결 보드(170)를 이용하여 운송시에는 연결보드(170)를 제거하여 집적회로(130)와 배터리를 전기적으로 분리시키고 셋업시에는 연결보드(170)를 연결하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 방법은 도 3에 나타낸 바와 같이, ESS를 제작 후 해외의 고객들에게 배송시나 장기간 보관을 고려하여 BMS를 셧다운(SHUTDOWN)시키기 위하여 라인연결 커넥터(150)로부터 연결보드(170)를 분리한다(S110). 그에 따라 배터리로부터 집적회로(130)와 주변회로부(120)에 공급되는 전원이 차단된다.
이를 감지한 집적회로(130)는 BMS 셧다운된다(S130).
그리고 집적회로(130)는 연결보드(170)가 라인연결 커넥터(150)에 연결되는가를 판단한다(S150). 이는 연결보드(170)를 통해 전원이 공급됨으로써 감지할 수 있게 된다.
판단결과(S150), 전원이 공급되면(S170), 집적회로(130)는 BMS를 부팅시킨다(S190). 그에 따라 주변회로부(120) 등에 전원이 공급된다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 배터리관리시스템 케이스 110 : 보드
120 : 주변회로부 130 : 집적회로
140 : 셀 센싱 라인 150 : 라인연결 커넥터
160 : 배터리 연결 커넥터 170 : 연결보드

Claims (5)

  1. 배터리관리시스템의 주변회로부(120)와 집적회로(130)가 구성되는 배터리관리시스템 보드(110);
    상기 배터리관리시스템 보드(110)의 일끝단에 설치되어 상기 집적회로(130)에 전원을 공급하는 배터리가 연결된 배터리 연결 커넥터(160);
    상기 배터리 연결 커넥터(160)와 상기 집적회로(130)를 전기적으로 연결하는 셀 센싱 라인(140);
    상기 배터리 연결 커넥터(160)와 상기 집적회로(130) 사이의 셀 센싱 라인(140)에 설치되어 상기 배터리로부터 공급되는 전원을 공급 또는 차단하도록 상기 배터리관리시스템 보드(110)에 설치된 라인 연결 커넥터(150);
    상기 라인 연결 커넥터(150)에 착탈 가능하도록 구성되어 상기 배터리로부터 공급되는 전원을 공급 또는 차단하는 연결보드(170); 및
    상기 배터리관리시스템 보드(110)를 포함하는 상기 주변회로부(120), 상기 집적회로(130), 상기 셀 센싱 라인(140), 상기 라인 연결 커넥터(150)를 보호하는 배터리관리시스템 케이스(100);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주변회로부(120)는 상기 배터리관리시스템의 배터리(배터리 팩)의 전압을 측정하는 전압측정회로, 상기 배터리에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정회로, 상기 배터리의 온도를 측정하는 온도측정회로, 상기 배터리관리시스템의 입출력 동작 상태를 측정하는 I/O 측정 회로 중 하나 이상을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집적회로(130)는 상기 주변회로부(120)를 제어하며, 배터리관리시스템(BMS)의 SOC, Cell Voltage, Pack Voltage, Temp, Current, Cell Balancing, BMS Alarm 및 Fault, BMS I/O 동작 상태 중 하나 이상을 제어하며, 상기 연결보드(170) 착탈시 상기 배터리관리시스템(BMS)의 셧다운/부팅을 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 장치.
  4. 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단장치의 자연방전 차단방법에 있어서,
    라인연결 커넥터(150)로부터 연결보드(170)를 분리하여 배터리로부터 배터리관리시스템의 주변회로부(120)와 집적회로(130)에 공급되는 전원을 차단하는 단계(S110); 및
    상기 연결보드(170)의 분리를 감지한 상기 집적회로(130)는 배터리관리시스템(BMS)을 셧다운하는 단계(S130);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 집적회로(130)는 상기 연결보드(170)가 상기 라인연결 커넥터(150)에 연결되어(S150) 상기 배터리로부터 전원이 공급되면(S170), 상기 배터리관리시스템(BMS)를 부팅시키는 것(S190)을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템용 배터리관리시스템의 배터리팩 자연방전 차단 방법.
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