KR101516237B1 - 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치 - Google Patents

노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노이즈를 방지하여 대용량 에너지저장장치에 설치되는 민감한 전자장비의 오동작을 방지하기 위한 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치에 관한 것이다.

Description

노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치{Large capacity energy storage system having a noise preventing unit}
본 발명은 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노이즈를 방지하여 대용량 에너지저장장치에 설치되는 민감한 전자장비의 오동작을 방지하기 위한 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치에 관한 것이다.
최근 전력산업의 패러다임 변화는 저탄소 녹색성장으로 신재생 에너지의 확대로 인한 스마트 그리드로의 변화를 가속화하는 상황이 도래하였다.
그런데 종래의 전력망은 화력, 원자력과 같은 중앙 집중형 발전으로 전력을 생산하고 송전망을 통해 수요처에 전달하는 방식으로 상기 생산된 전력을 공급하도록 되어 있다.
그래서 상기 전력을 수요처로 공급시 장거리 송전시설이 필요하게 되고, 상기 송전설비는 수요처에 전력을 공급하는 방식에 초점을 두어 시설하게 되므로, 설비의 고장과 이로 인한 정전사고 등에는 취약한 구조를 갖는다.
또한 계절별로 발생하는 최대 피크 전력 수요에 대응하기 위하여 대규모 예비전력이 필요하게 되었으나, 전력설비의 이용률이 낮아 비효율적인 전력시스템으로 구성되는 경우가 많다.
향후 전력수요 전망을 보면 지속적으로 증가하는 추세에 있으며 전력 수급에 있어 공급 부족과 잉여 전력의 폭이 점차 커져 신규 발전설비 건설의 부담과 설비 활용률 저하라는 이중고에 시달리게 되는 문제점이 예상된다.
최근에 신 재생에너지를 활용한 전력공급 비중이 점차 커지면서 전력품질 문제에 대한 대안으로 대용량 에너지 저장장치에 대한 관심이 집중되고 있으며, 이 일환으로 메가 와트(MW)급 전력저장시설의 확대로 분산형 전력 저장시스템을 구축하여 잉여 전력을 저장하였다가 전력수요가 높은 지역이나 시기에 원활하고 안정적인 전력 공급과 수급이 이루어질 수 있도록 하는 것이 전 세계적인 과제로 부상하고 있으며, 그에 대한 대안으로 대용량 에너지 저장장치가 각광받게 되었다.
따라서 종래에는 다 수개의 축전지 셀이 실장되는 트레이를 다 수 구비하는 유니트를 구비하는 특허공개 제2013-0102963호(2013.09.23일 공개)가 제안되었다. 상기 종래기술은 다 수개의 배터리팩이 실장된 트레이를 다 수 구비하고, 각각의 배터리팩을 직렬로서 연결하여 발전된 전기에너지를 저장 및/또는 외부장치에 전원을 공급하였다.
그러나 상기와 같은 종래의 대용량 에너지저장장치는 한정된 공간(예를 들면, 컨테이너 박스)에서 고주파의 외부계통전원라인과 내부전원라인이 연결됨에 따라서 컨테이너 내부의 부하에 공급되는 상용전원에 노이즈가 발생되어 BMS(Battery Management System)와 같이 민감한 전자장비 및 계측장비에 오동작을 일으킬 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 대용량 에너지저장장치에서 민감한 전자장비나 계측기의 오동작을 유발하는 노이즈를 방지하는 노이즈방지수단이 구비된 대용량 에너지저장장치를 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.
본 발명에 따른 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치의 바람직한 실시예는 소화장치와 온도 및 습도조절장치중 하나 이상이 설치되고, 외부계통전원에 의하여 충전되는 다 수개의 배터리팩(Battery Pack)과, 상기 배터리팩을 거치하는 배터리거치대가 구비된 컨테이너; 상기 배터리팩의 온도 및 전압을 감지하는 하나 이상의 BMS(Battery Management System); 상기 BMS의 감지신호에 따라서 상기 컨테이너에 연결되는 외부계통전원라인과 상기 배터리팩에서 출력된 상용전원을 부하에 공급하는 내부전원라인을 절체하는 PCS(Power Condition System); 및 상기 컨테이너의 온도와 습도, 화재를 감지하는 센서부의 감지신호에 따라서 상기 소화장치와 온도 및 습도조절장치를 제어하고, 상기 PCS의 절체결과를 디스플레이에 출력하는 제어패널을 구비하는 부하; 및 상기 배터리팩에서 출력되는 상용전원과 상기 외부계통전원 및 부하 사이에 연결되는 전원라인을 통전 및 차단시키는 다 수개의 절체스위치를 구비하는 배전반; 상기 배터리팩에서 출력되는 상용전원을 상기 부하에 공급하는 내부커넥터; 상기 배전반에서 상기 내부커넥터에 연결되는 제1버스바, 상기 배터리거치대에서 연장되는 접지선에 연결되는 제2버스바, 상기 부하의 접지선에 연결되는 제3버스바와, 상기 하나 이상의 버스바중에서 선택적으로 연결되는 하나 이상의 접지봉을 구비한 노이즈방지수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 BMS와 제어패널은 상기 내부커넥터에 전원라인이 연결되어 전원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 접지봉은 상기 제3버스바에 연결되는 제1접지봉과, 상기 제2버스바에 연결되는 제2접지봉을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 내부커넥터는 상기 부하가 상시 연결되어 상용전원을 공급하는 제1내부커넥터와, 일시적으로 연결되는 부하에 상용전원을 공급하는 제2내부커넥터를 구비하되, 상기 제2내부커넥터는 상기 PCS와 배터리거치대중 선택된 어느 하나와 동일한 버스바에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 대용량 에너지저장장치에서 노이즈가 방지됨에 따라서 전자기기의 오작동을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 노이즈방지수단이 구비된 대용량 에너지저장장치를 도시한 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 노이즈방지수단이 구비된 대용량 에너지저장장치를 도시한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 노이즈방지수단이 구비된 대용량 에너지저장장치를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 노이즈방지수단이 구비된 대용량 에너지저장장치에서 배전반의 접지구조를 도시한 평면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 노이즈방지수단이 구비된 대용량 에너지저장장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 노이즈방지수단이 구비된 대용량 에너지저장장치를 도시한 평면도, 도 2는 본 발명에 따른 노이즈방지수단이 구비된 대용량 에너지저장장치를 도시한 측면도, 도 3은 본 발명에 따른 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지 저장장치를 도시한 블럭도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지 저장장치는 다 수개의 배터리팩(170)을 수용하는 컨테이너부재(100)와, 상기 컨테이너부재(100)의 기초로서 타설되는 건물기초(200)를 포함한다.
상기 컨테이너부재(100)는 외부계통전원라인(400)에서 공급된 외부계통전원에 의하여 충전되는 하나 이상의 배터리팩(170)을 수용하고, 상기 하나 이상의 배터리팩(170)에서 충전된 상용전원을 내부전원라인(500)과 내부커넥터(300)를 통하여 외부 및 내부의 부하에 공급한다.
여기서 상기 내부전원라인(500)은 상기 하나 이상의 배터리팩(170)에서 출력되는 상용전원을 상기 컨테이너부재(100)에 근접한 위치의 건물 내외측에 설치되는 부하에 공급한다.
상기 내부커넥터는 상기 컨테이너부재(100)의 내측에 설치되는 부하에 상용전원을 공급한다.
이를 위하여 상기 컨테이너부재(100)는 박스형의 건축구조물로서 단열 및 절연재(131, 132)로서 내외부가 마감되어 상기 하나 이상의 배터리팩(170)을 수용하는 컨테이너(130)와, 상기 배터리팩(170)과 외부계통전원라인(400), 내부전원라인(500) 및 내부커넥터(300)에 연결되는 전원라인을 각각 절체하는 PCS(140)(Power Conditioning System)와, 상기 배터리팩(170)을 거치하는 배터리거치대(120)와, 상기 배터리거치대(120)와 컨테이너(130)의 측벽 사이가 이격 되도록 상기 배터리거치대(120)를 지지하는 이격지지봉(150)과, 상기 컨테이너(130)의 내부 온도와 습도 및 화재유무를 감지 및 조절하는 제어패널(160)과, 상기 외부계통전원라인(400)과 내부전원라인(500) 및 내부커넥터(300)에 컨테이너 내부 및 외부의 부하를 연결시키는 배전반(110)과, 상기 하나 이상의 배터리팩(170)의 이상유무를 감지하여 상기 PCS(140)에 감지신호를 송신하는 하나 이상의 BMS(180)를 포함한다.
상기 컨테이너(130)는 외부가 단열재(131)로서 마감되고, 배터리팩(170)에서 발생되는 전자파를 차폐하기 위한 절연재(132)로서 천정과 측벽 및 바닥면을 형성한다. 상기 컨테이너(130)는 박스형의 건축 구조물로서 지면에 콘크리트로 타설된 상기 건축기초의 상면에서 이격되도록 지지하는 하부지지대(133)가 형성되며, 내측에서 상기 배터리팩(170)이 거치되는 배터리거치대(120)와, 상기 배전반(110)에 연결되는 내부전원라인(500)과 외부계통전원라인(400)을 이루는 케이블이 인출입되도록 형성되고, 내측에서 내부의 전자장비(예를 들면, BMS(180)와 제어패널(160))에 전원을 공급하는 내부커넥터(300)가 설치된다.
상기 이격지지봉(150)은 상기 컨테이너(130)의 측벽에서 하나 이상이 돌출 및 정렬되는 봉 또는 막대형상으로서 상기 배터리거치대(120)가 측벽과 이격되도록 상기 배터리거치대(120)를 지지한다.
여기서 상기 이격지지봉(150)은 상기 컨테이너(130)의 측벽과 배터리팩(170) 및/또는 배터리거치대(120)를 측벽과 이격시킬 수 있어 외부에서 가해지는 진동이나 충격으로부터 상기 배터리팩(170) 및 배터리거치대(120)를 보호한다.
상기 배터리거치대(120)는 하나 이상의 가로 프레임과, 상기 가로프레임(121)을 지지하는 하나 이상의 세로프레임(122)을 포함한다. 여기서 상기 배터리거치대(120)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 접지선이 연장되어 상기 노이즈방지수단에 연결된다. 즉, 상기 배터리거치대(120)는 거치된 배터리팩을 접지시킨다.
상기 가로프레임(121)은 상면에서 하나 이상의 배터리팩(170)이 직렬 또는 병렬로서 연결되어 안착되도록 상하방향으로 상호 이격되도록 층을 이루어 상기 세로프레임(122)에 의하여 지지된다.
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상기 세로프레임(122)은 상기 컨테이너(130)의 바닥면에서 직립되도록 고정되어 하나 이상이 상호 이격되어 상기 가로프레임(121)을 지지한다.
상기 BMS(180)는 배터리팩(170)의 전압과 온도를 센싱하여 상기 PCS(140)로 송신한다. 이를 위하여 상기 PCS(140)는 상기 BMS(180)와 제어패널(160)과의 통신을 위하여 별도의 통신장치를 구비함은 당연하다.
상기 PCS(140)는 하나 이상의 배터리팩(170)에 각각 연결되어 전압 및 온도를 센싱하는 BMS(180)(Battery Management System)로부터 상기 배터리팩(170)의 이상 여부에 대한 감지신호를 수신하고, 상기 배전반(110)에 연결되는 전원라인을 차단 또는 통전시키고, 상기 배터리팩(170)의 이상신호를 상기 제어패널(160)로 송신한다.
아울러 상기 PCS(140)는 상기 배전반(110)의 절체스위치(도시되지 않음)를 제어하여 외부계통전원라인(400)에서 인가되는 전원을 상용전원으로 변환시켜 상기 배터리팩(170)을 충전시키고, 또는 상기 배터리팩(170)에서 출력된 상용전원을 내부커넥터(300) 또는 내부전원라인(500)으로 공급하도록 절체시킨다.
여기서 상기 내부커넥터(300)는 BMS(180)와 제어패널(160)과 같이 상기 배터리팩(170)에 의하여 공급되는 상용전원에 의하여 구동되는 부하의 전원플러그가 연결된다.
상기 내부전원라인(500)은, 예를 들면, 건물내에 설치되는 전원라인으로 각종 장치나 조명등에 연결되는 전원 라인이고, 외부계통전원라인(400)은 전력회사로부터 전원의 공급이 이루어지는 전원라인이다.
상기 제어패널(160)은 상기 PCS(140)와 통신을 수행하여 상기 배터리팩(170)의 이상감지신호를 수신하여 디스플레이(도시되지 않음)에 출력하거나 외부에 위치된 관리자단말기(도시되지 않음)에 이상여부를 송신하도록 제어한다.
여기서 상기 컨테이너(130)는 내부에 화재, 온도 및 습도를 감지하는 센서부(도시되지 않음)를 구비하고, 상기 제어패널(160)에서 디스플레이와 함께 상기 센서부(도시되지 않음)의 감지신호에 따라서 화재의 진화와 내부의 온습도를 조절하도록 소화장치(도시되지 않음)와 온도 및 습도조절장치(도시되지 않음)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 배전반(110)은 외부계통전원라인(400)가 내부전원라인(500)과 내부커넥터(300)가 각각 연결되고, 상기 PCS(140)와 BMS(180), 배터리팩(170), 내부 커넥터와 외부계통전원라인(400) 및 내부전원라인(500) 사이를 통전 또는 차단시키는 다 수의 절체스위치(도시되지 않음)를 구비한다. 여기서 상기 절체스위치는 상기 PCS(140)의 제어에 의하여 온오프 되며, 이는 공지된 기술임에 따라서 그 상세한 설명을 생략한다.
아울러 상기 배전반(110)은 상기 컨테이너에 설치되는 부하(예를 들면, BMS, 배터리팩, PCS, 제어패널)에서 노이즈에 의한 오동작을 방지하기 위하여 노이즈방지수단(도면번호 부여되지 않음)을 포함한다.
상기 노이즈방지수단은 상기 컨테이너(130)의 내측에 설치된 내부커넥터(300)로부터 부하에 공급되는 상용전원의 노이즈로 인하여 부하가 오동작하지 않도록 각각의 부하에 연결되는 접지선을 상호 절연시켰다.
여기서 상기 컨테이너에 설치되는 부하는, 예를 들면, PCS(140), 배터리팩(170), BMS(180), 제어패널(160)을 포함하며, 이중 내부커넥터(300)에 연결되는 부하는 BMS(180)와 제어패널(160)과 같이 노이즈에 민감한 전자장비나 계측장치가 해당된다. 상기 부하는 설명의 편의를 위하여 언급된 구성으로서 이외에도 대용량 에너지저장장치에 설치되는 전자장비 모두에 해당된다.
상기 노이즈는 한정된 공간을 갖는 배전반(110)에서 외부계통전원라인(500)과 내부전원라인(400) 및 내부커넥터(300)가 모두 연결됨에 따라서 고압 및 고주파수인 외부계통전원의 전자기파가 상용전원에 영향을 주기 때문에 발생된다. 따라서 본 발명은 상기와 같은 노이즈를 방지하기 위하여 상기 컨테이너(130)에 설치되는 부하를 서로 절연가능하도록 접지시키는 것을 특징으로 한다. 보다 상세한 설명은 하기의 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치에서 배전반(110)의 접지구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 노이즈방지수단은 상기 컨테이너의 배터리거치대(120), PCS(140), BMS(180), 제어패널(160)이 각각 연결되는 하나 이상의 버스바(111~113)와, 지면에 매립되는 하나 이상의 접지봉(115~116)과, 외부계통전원과 상용전원을 절연시키는 트랜스포머(114)를 포함한다.
상기 하나 이상의 버스바(111~113)는 내부커넥터(300)에 연결되는 제1버스바(111)와, 배터리거치대(120)에 연결되는 제2버스바(112)와, 상기 PCS(140)가 연결되는 제3버스바(113)를 포함하고, 상기 하나 이상의 접지봉은 상기 제3버스바(113)에 연결되는 제1접지봉(115)과, 제2버스바(112)에 연결되는 제2접지봉(116)을 포함한다. 상기 트랜스포머(114)는 상기 제1버스바(111)에 연결된다.
여기서 상기 제1버스바(111)는 트랜스포머(114)에 연결되어 상기 내부커넥터의 상용전원과 외부계통전원을 상호 절연시킨다. 상기 제2버스바(112)는 상기 배터리거치대(120)에서 연장되는 접지선과 연결되어 실질적으로 배터리팩(170)에서 발생된 노이즈를 제2접지봉(116)으로 접지시키고, 상기 제3버스바(113)는 상기 PCS(140)를 제1접지봉(115)으로 접지시킨다.
상기 트랜스포머(114)는 서로 다른 턴수 또는 동일 턴수로 권선되어 상호 절연된 상용전원과 외부계통전원이 각각 연결되는 1차코일과 2차코일중, 예를 들면, 1차 코일의 중성선(N상)에 제1버스바(111)를 연결시켜 상기 내부커넥터(300)에 인가되는 상용전원과 외부계통전원을 절연시킨다.
여기서 상기 내부커넥터(300)는 BMS(180)와 같이 민감한 계측기능을 갖는 전자장비에 연결되는 제1내부커넥터(300) 외에 작업자의 편의 및 기타 장비의 설치를 위한 제2내부커넥터(300')를 더 구비함도 가능하다.
상기 제1내부커넥터(300)는 상기 BMS(180)와 제어패널(160)과 같이 상시 전원을 공급받는 전자장비 또는 계측장치에 상용전원을 공급하는 전원커넥터이며, 상기 제2내부커넥터(300')는 상기 컨테이너(130)의 부하 이외에 임시로 설치되는 장비(예를 들면, 작업자의 노트북이나 스마트폰)가 연결되는 전원커넥터이다.
도시된 도 4에서 상기 제2내부커넥터(300')는 상기 PCS(140)와 동일한 제3버스바(113)에 연결되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 배터리거치대(120)와 연결되는 제2버스바(112)에 연결됨도 가능하다.
아울러 상기 트랜스포머(114)는 상기 제1내부커넥터(300)에 연결되는 것으로서 도시되었으나, 상기 제1내부커넥터(300)외에 제2내부커넥터(300')가 연결되는 제3버스바(113) 또는 제2버스바(112)에 추가로 연결됨도 가능하다.
상기와 같은 대용량 에너지저장장치는 컨테이너(130) 내부에 설치되는 BMS(180)와 같은 전자장비의 전원을 내부커넥터(300)에서 공급한다. 이때 상기 내부커넥터(300)의 상용전원은 한정된 공간에 외부계통전원라인(400) 및 내부전원라인(500)이 모두 하나의 배전반(110)을 통하여 연결됨에 따라서 절연상태라 할지라도 외부계통전원라인(400)에서 발생된 전자기파에 의해 고주파의 노이즈가 발생 된다.
따라서 종래에는 상기와 같은 대용량 에너지저장장치의 내부에 설치되는 BMS(180)나 제어패널(160)과 같이 민감한 전자장비에 고주파 노이즈가 포함된 상용전원이 공급됨에 따라 오동작 및 고장이 발생되었다.
하지만, 본 발명은 상기와 같이 상기 컨테이너의 부하에 연결되는 각각의 접지선을 서로 다른 버스바와 접지봉으로서 분리시키고, 내부커넥터(300)의 상용전원에 노이즈가 발생 되지 않도록 외부계통전원을 트랜스포머(114)로 절연시켜 노이즈를 방지하였다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 컨테이너부재 110 : 배전반
111 : 제3버스바 112 : 제2버스바
113 : 제1버스바 114 : 트랜스포머
115 : 제1접지봉 116 : 제2접지봉
120 : 배터리거치대 130 : 컨테이너
140 : PCS 150 : 이격지지봉
160 : 제어패널 170 : 배터리팩
180 : BMS 200 : 건물기초
300, 300' : 내부커넥터 400 : 외부계통전원라인
500 : 내부전원라인

Claims (6)

  1. 소화장치와 온도 및 습도조절장치중 하나 이상이 설치되고, 외부계통전원에 의하여 충전되는 다 수개의 배터리팩(Battery Pack)과, 상기 배터리팩을 거치하는 배터리거치대가 구비된 컨테이너;
    상기 배터리팩의 온도 및 전압을 감지하는 하나 이상의 BMS(Battery Management System); 상기 BMS의 감지신호에 따라서 상기 컨테이너에 연결되는 외부계통전원라인과 상기 배터리팩에서 출력된 상용전원을 부하에 공급하는 내부전원라인을 절체하는 PCS(Power Condition System); 및 상기 컨테이너의 온도와 습도, 화재를 감지하는 센서부의 감지신호에 따라서 상기 소화장치와 온도 및 습도조절장치를 제어하고, 상기 PCS의 절체결과를 디스플레이에 출력하는 제어패널을 구비하는 부하; 및
    상기 배터리팩에서 출력되는 상용전원과 상기 외부계통전원 및 부하 사이에 연결되는 전원라인을 통전 및 차단시키는 다 수개의 절체스위치를 구비하는 배전반;
    상기 배터리팩에서 출력되는 상용전원을 상기 부하에 공급하는 내부커넥터;
    상기 배전반에서 상기 내부커넥터에 연결되는 제1버스바, 상기 배터리거치대에서 연장되는 접지선에 연결되는 제2버스바, 상기 부하의 접지선에 연결되는 제3버스바와, 상기 하나 이상의 버스바중에서 선택적으로 연결되는 하나 이상의 접지봉을 구비한 노이즈방지수단을 포함하는 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 BMS와 제어패널은
    상기 내부커넥터에 전원라인이 연결되어 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접지봉은
    상기 제3버스바에 연결되는 제1접지봉과, 상기 제2버스바에 연결되는 제2접지봉을 포함하는 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 내부커넥터는
    상기 부하가 상시 연결되어 상용전원을 공급하는 제1내부커넥터와, 일시적으로 연결되는 부하에 상용전원을 공급하는 제2내부커넥터를 구비하되,
    상기 제2내부커넥터는 상기 PCS와 배터리거치대중 선택된 어느 하나와 동일한 버스바에 연결되는 것을 특징으로 하는 노이즈방지수단을 구비한 대용량 에너지저장장치.
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