KR101579195B1 - 배터리 시스템의 가변적 단선 장치 및 가변적 단선 제어 방법 - Google Patents

배터리 시스템의 가변적 단선 장치 및 가변적 단선 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감지된 외부 상황의 위험 정도에 따라서 대형 배터리 시스템의 배터리 단위별로 스위치 연결을 가변적으로 단선 또는 접속 제어하여 저용량, 저전압 상태로 전환하는 가변적 단선 장치 및 가변적 단선 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 가변적 단선 장치는, 배터리 집합 단위의 물리적 연결을 가변적으로 단선 제어하는 가변적 단선 장치에 있어서, 배터리 집합 단위의 연결 배선에 설치되어 배선을 전기적으로 연결 또는 단선시키는 스위치; 스위치에 온 또는 오프 신호를 인가하는 스위치 제어 모듈; 및 감지된 위험 수준에 따라 스위치 제어 모듈을 통제하여 개폐 스위치의 위치 및 수와 단선 간격을 가변시키는 단선 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 시스템의 가변적 단선 장치 및 가변적 단선 제어 방법{Apparatus for variably disconnecting current flowing line in battery system and method thereof}
본 발명은 배터리 시스템에서 외부 상황을 감지하고, 감지된 위험 상황에 따라서 가변적으로 개별 배터리 단위의 물리적 연결을 단선하여 저용량 및 저전압의 안정 상태로 전환하는 배터리 시스템의 가변적 단선 장치 및 가변적 단선 제어 방법에 관한 것이다.
기존 구축된 전력망에서는 개별 전력 소비 주체의 전력 사용량을 예상하여 전력을 공급한다. 하지만, 계절별, 시간별로 전력 사용량이 다르고 전력 소비 주체의 증감에 따라서 적정 전력을 공급하기가 쉽지 않다.
이에 기존의 전력망에서 지역 단위별로 유휴 전력을 저장하였다가, 전력의 초과 수요가 발생되면 저장한 유휴 전력을 공급하는 스마트 그리드 시스템이나 마이크로 그리드 시스템을 도입하고 있다. 즉, 스마트 그리드 시스템(마이크로 그리드 시스템)이란 전력의 생산, 운반, 소비 과정에 정보통신 기술을 접목함으로써 전력 공급과 소비의 상호작용을 통해 전력 이용의 효율성을 높이고자 하는 지능형 전력망 시스템이다.
이러한 스마트 그리드나 마이크로 그리드 등에 쓰이는 전력 저장용 시스템에는 하나 이상의 대형 배터리 시스템이 설치되어 전력의 저장 및 공급을 제어한다. 대형 배터리 시스템의 구성은 전력 저장 및 공급의 최소 단위인 셀, 복수개 셀의 집합체인 모듈, 복수개 모듈의 집합체인 배터리 팩, 배터리 팩의 집합체인 시스템 및 복수개 시스템의 집합체인 플랜트(plant) 등으로 구성된다. 이처럼 대형 배터리 시스템은 배터리 단위인 셀, 모듈, 배터리 팩, 시스템 등의 물리적 연결이 증가할수록 고용량, 고전압의 전력 저장 및 공급이 가능하게 된다.
보통, 대형 배터리 시스템은 상기에서 설명한 바와 같이 배터리 단위의 물리적 연결을 증감함으로써 전력의 용량 및 전압을 조절할 수 있는데, 초기 설치 이후부터 기간이 경과할수록 전력 수요의 증강으로 대형화와 고전압을 형성하게 된다. 이에 따라서 대형 배터리 시스템의 안정성이 더욱 요구된다. 하지만, 대형 배터리 시스템의 경우 그 규모의 증강에 따라서 자연 재해(지진, 침수, 태풍)에 노출되거나 화재, 누전 등 기타 사고에 노출될 경우 그 위험성은 더욱 커지고 있는 실정이다.
예를 들면, 배터리 시스템의 일부 배터리 단위에서 사소한 문제 발생이 주변 배터리에 영향을 미침으로써 감전, 화재, 폭발의 대형 사고로 이어질 수 있는 것이다.
따라서, 배터리 시스템에서는 필요에 따라서 배터리 단위간의 개별적 및 지역적으로 연결 및 단선을 제어하여 고용량, 고저압 상태와 저용량, 저전압 상태 사이에서의 상호 상태 전환이 가능한 기술이 요구된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점에 착안하여 창출된 것으로써, 배터리 시스템에서 배터리 단위의 물리적 연결을 가변적으로 단선 제어하여 저용량 저전압 상태로 전환하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 단선 제어는 관리자에 의한 매뉴얼 제어가 가능하고 외부 위험 상황을 감지하는 센서를 통하여 감지된 상황에 따라서 단선 정도를 가변적으로 자동 제어하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 시스템의 가변적 단선 장치에 따르면, 배터리 집합 단위의 물리적 연결을 가변적으로 단선 제어하는 가변적 단선 장치에 있어서, 배터리 집합 단위의 연결 배선에 설치되어 배선을 전기적으로 연결 또는 단선시키는 스위치; 상기 스위치에 온 또는 오프 신호를 인가하는 스위치 제어 모듈; 및 감지된 위험 수준에 따라 상기 스위치 제어 모듈을 통제하여 개폐 스위치의 위치 및 수와 단선 간격을 가변시키는 단선 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 배터리 집합 단위는, 외부 전력을 공급받아 저장하고 저장된 전력을 외부로 공급하는 배터리 셀; 복수개 배터리 단위 셀의 집합체에 해당하는 배터리 모듈; 복수개 배터리 단위 모듈의 집합체에 해당하는 배터리 팩; 복수개 배터리 팩의 집합체에 해당하는 배터리 시스템; 및 복수개 배터리 시스템의 집합체에 해당하는 배터리 플랜트 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 해당하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 가변적 단선 장치는, 실시간으로 현재 상황을 감지하여 감지 데이터를 단선 제어 모듈로 전송하는 센서 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 센서 모듈은, 배터리 집합 단위의 구조체 내부 또는 외부에 설치되거나 또는 원거리에 설치되어 온도, 습도, 누전, 침수 및 지진 중 어느 하나를 포함하는 위험 상황을 감지하고 유, 무선 연결에 의하여 감지한 위험 상황 정보를 단선 제어 모듈로 전송하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 단선 제어 모듈은, 스위치 제어 모듈로 가변적 단선 또는 접속의 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호는 개폐 제어할 적어도 하나 이상의 스위치의 식별 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 단선 제어 모듈은, 위험 상황으로 판단된 단선 레벨일수록 배터리 집합 단위의 단선 간격을 짧게 하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 단선 제어 모듈은, 관리자의 매뉴얼 명령 또는 외부 네트워크 명령을 받고 대응하는 접속 명령 또는 단선 명령을 스위치 제어 모듈로 전송할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단선 제어 모듈은, 화면 출력 수단 및 데이터 입력 수단과 연결된 입출력 인터페이스와 연결되어, 상기 데이터 입력 수단에서 입력된 관련자의 매뉴얼 입력을 상기 입출력 인터페이스를 통하여 입력받고 대응하는 접속 명령 및 단선 명령을 상기 스위치 제어 모듈로 전송하는 기능; 및 통신 수단과 연결되어, 중앙 통제소로부터 상기 통신 수단을 통하여 유, 무선 방식으로 접속 명령 및 단선 명령을 수신하여 상기 스위치 제어 모듈로 전송하는 기능 중에서 어느 하나 이상의 기능을 구비하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게, 상기 단선 제어 모듈은, 침수 상황이 감지되는 경우, 감전 사고를 예방하기 위하여 배터리 셀 단위로 단선하는 단선 명령; 위험 상황이 감지되었으나 전력 공급에 문제가 없는 경우, 순차적으로 단선된 배터리 구성 모듈로 교체 접속하기 위하여, 병렬 연결의 일부를 단선하는 단선 명령; 배터리 구성 모듈의 유지 보수를 위하여 배터리 시스템에 작업자가 정비 모드로 진입하는 경우, 관리자의 매뉴얼 명령으로 작업자 안전 허용치 이하의 전압 단위로 단선하는 단선 명령; 배터리 시스템 구조물의 출입문과 연동하여 센서 모듈로부터 출입문 열림의 감지 데이터를 수신하면 자동으로 작업자 안전 허용치 이하의 전압 단위로 단선하는 단선 명령; 또는 배터리 시스템에서 예비용 배터리로 활용하기 위하여 병렬 연결을 임의로 단선하는 단선 명령을 내릴 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리 집합체에 따르면, 가변적 단선 장치와 배터리 집합 단위를 포함하여 가변적 단선 장치가 배터리 집합 단위 및 배터리 집합 단위의 임의 조합에 대하여 가변적 단선을 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 배터리 시스템의 가변적 단선 제어 방법에 따르면, 배터리 집합 단위의 물리적 연결을 가변적으로 단선 제어하는 가변적 단선 장치가 하기의 단계들을 실행하는 가변적 단선 제어 방법에 있어서, (S11)상기 가변적 단선 장치의 센서 모듈이 현재 상황을 감지하여 단선 제어 모듈로 전송하는 단계; (S12)단선 제어 모듈이 상기 센서 모듈로부터 현재 상황의 감지 데이터를 수신하여 위험 상황을 판단한 후 단선 레벨을 결정하는 단계; (S13)결정된 단선 레벨이 기 접속된 스위치 제어 모듈의 단선을 적용하는 경우, 단선 제어 모듈이 스위치 제어 모듈로 단선 명령을 전송하는 단계; (S14)스위치 제어 모듈이 단선 명령을 수신하여 대응하는 스위치의 물리적 연결을 단선으로 전환하는 단계; (S15)상기 단계(S12) 이후에, 결정된 단선 레벨이 기 단선된 스위치 제어 모듈의 단선을 해제하는 경우, 단선 제어 모듈이 스위치 제어 모듈로 접속 명령을 전송하는 단계; 및 (S16)스위치 제어 모듈이 접속 명령을 수신하여 대응하는 스위치의 물리적 연결을 접속으로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 대형 배터리 시스템에 대하여 침수, 화재 등의 감전, 폭발 위험 상황을 감지하고 배터리 단위의 물리적 접속을 가변적으로 단선 및 연결 제어하여 저용량, 저전압 상태로 안정화할 수 있다.
또한, 계절별, 시기별 전력 수급 상황에 맞추어서 단선 및 연결 제어함으로써 가변적인 전원의 수급 조절이 가능하다.
나아가, 배터리 시스템의 유지 보수시에도 단선 및 연결 제어를 통하여 작업자가 저용량, 저전압의 안전 상태에서 작업할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 상황별 가변적 단선의 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 집합 단위의 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변적 단선 장치의 개략적 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단선 제어 모듈의 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈의 실시 개념도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변적 단선 제어 방법의 개략적 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
<1. 장치 구성>
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 상황별 가변적 단선 장치의 기술 개념을 도시한다.
본 발명의 배터리 시스템에서 전력의 저장 및 공급 주체의 최소 단위는 배터리 셀(101)이다. 대형 배터리 시스템은 배터리 셀(101) 단위를 서로 직렬 또는 병렬 연결하여 대용량 고전압의 전력을 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 가변적 단선 장치는, 대형 배터리 시스템에서 지진, 침수, 화재 등의 비상 상황이 발생할 때, 그 상황을 감지하여 위험 상황이라 판단되면 감전이나 폭발 등의 재해 사고를 막고자 가변적으로 배터리 셀(101) 사이의 연결을 단선하여 저용량 저전압의 상태로 전환한다. 이외에도 가변적 단선 장치는, 대형 배터리 시스템의 유지 보수가 필요할 때, 일부 배터리 단위에 휴지기를 적용할 때 등, 필요에 따라서 배터리 셀(101)의 단선 간격을 가변적으로 조정하여 단선할 수 있다.
먼저, 도 1을 참조하면, "상황 A"는 개별 배터리 셀(101) 사이의 연결을 단선하여 배터리 시스템을 안정화시킨다. 그리고 "상황 B"는 2개 배터리 셀(101) 사이의 연결을 단선하여 배터리 시스템을 안정화시킨다. 여기서, "상황 A"는 "상황 B" 보다 단선 간격이 짧아짐에 따라서 더 안정화된 상태로 배터리 시스템이 전환된다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 도 1의 "상황 A" 및 "상황 B"의 직렬 연결 단선과는 다르게, "상황 C"는 그룹화된 배터리 셀(101) 사이의 병렬 연결을 단선하여 배터리 시스템을 안정화시킨다. 한편, "상황 C"에서 총 8개의 배터리 셀(101)이 충전 완료된 상태에서 병렬 단선된 이후에 윗쪽 배터리 셀(101) 4개를 사용하고, 단선된 아래쪽 4개의 배터리 셀(101)을 예비용 배터리로 남겨두었다가 단선된 병렬 연결이 회복된 이후에 새로운 전력 공급의 주체로 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 집합 단위(100)를 계층적으로 도시하는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 집합 단위(100)는 그 내부를 구성하는 배터리 단위로 구분되며, 최소 단위는 배터리 셀(101)이다. 여기서, 배터리 셀은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 단위 셀로서 전력 저장 및 공급의 최소 단위이다. 복수개 배터리 셀(101)이 서로 연결되어 집합체를 이루면 배터리 모듈(102) 단위가 된다. 복수개 배터리 모듈(102)이 서로 연결되어 집합체를 이루면 배터리 팩(103)이 된다. 복수개 배터리 팩(103)이 서로 연결되어 집합체를 이루면 배터리 시스템(104)이 된다. 개별 배터리 집합 단위 및 이들의 임의 조합은 배터리 집합체를 구성한다.
이 배터리 시스템(104)은 본 발명이 적용되는 대형 배터리 시스템(104)에 해당되며 스마트 그리드(마이크로 그리드) 지역에 설치될 수 있는 최소 단위가 된다. 그리고 복수개 배터리 시스템(104)이 서로 연결되면 배터리 플랜트(plant)(105)가 된다. 물론, 배터리 플랜트(105)가 가장 큰 용량 및 전압을 보유하는 전력원이다.
본 발명에 따른 가변적 단선 장치는, 배터리 집합 단위(100)에 해당하는 배터리 셀(101), 배터리 모듈(102), 배터리 팩(103), 배터리 시스템(104), 배터리 플랜트(105) 및 이들의 조합에 대하여 각각의 하부 배터리 단위별로 가변적으로 연결을 단선하여 대형 배터리 시스템의 안정성을 확보한다.
설명의 편의상, 도 1, 도 2, 도 6에서는 배터리의 단선 단위를 배터리 셀(101)로 도시하였으나, 실제 단선 단위는 배터리 셀(101)은 물론이고 배터리 집합 단위(100)에 해당하는 배터리 모듈(102), 배터리 팩(103), 배터리 시스템(104) 및 배터리 플랜트(105) 각각이 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템(104)을 도시한다.
배터리 시스템(104)은 수납 장치에 복수의 배터리 단위가 수납되어 각각의 배터리 단위가 병렬 또는 직렬 연결된 배선 구조를 가진다. 도면에는, 3개의 배터리 모듈(102)이 서로 연결되어 1개 층의 배터리 팩(103)을 형성하고, 3개 층의 배터리 팩(103)이 서로 연결되어 배터리 시스템(104)을 구성하는 것으로 도시되어 있으나, 도시된 배터리 시스템(104)은 일 예시에 불과하며 이 구성 방식으로 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변적 단선 장치(1)의 개략적 구성을 도시한 장치 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변적 단선 장치는 복수의 스위치(11), 스위치 제어 모듈(12) 및 단선 제어 모듈(14)을 포함한다.
상기 스위치(11)는 배터리 집합 단위(100)의 사이를 연결하는 배선에 설치되되, 가변적 단선(disconnect) 및 단선 해제(connect)를 실시하고자 하는 배선에 선택적으로 설치된다. 개별 스위치(11)는 반도체 스위치나 기계적 릴레이 스위치 등 배선의 전기적 연결을 제어할 수 있다고 알려진 공지의 스위치 수단이라면 어떠한 것이라도 사용이 가능하다.
상기 배터리 집합 단위(100)는 배터리 셀(101), 배터리 모듈(102), 배터리 팩(103), 배터리 시스템(104) 및 배터리 플랜트(105)로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 스위치(11)는 배터리 셀(101)과 셀(101) 사이, 배터리 모듈(102)과 모듈(102) 사이, 배터리 팩(103)과 팩(103) 사이, 배터리 시스템(104)과 시스템(104) 사이 및 배터리 플랜트(105)와 플랜트(105) 사이에 소정의 배치 주기를 가지고 설치될 수 있다. 여기서, 배치 주기라 함은 스위치(11)가 설치되는 간격을 의미한다. 예를 들어, 배치 주기가 3이라면, 3개의 배터리 집합 단위(100)마다 스위치(11)가 하나씩 설치되는 것을 의미한다. 그리고 상기 배치 주기는 안정성, 충전 용량 등 필요에 따라서 가변적으로 조절될 수 있다.
상기 스위치 제어 모듈(12)은 단선 제어 모듈(13)로부터 스위치(11)의 온 또는 오프의 동작 제어 신호를 인가받아 각 스위치(11)에 개폐 신호를 인가하여 스위치(11)가 설치된 배선의 전기적 연결을 단선 또는 단선 해제(접속)시킨다. 상기 스위치 제어 모듈(12)은 아날로그 전단 회로(analog front end circuit)와 같은 통상적인 아날로그 회로를 사용하여 구현할 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 단선 제어 모듈(14)은 단선 레벨을 결정하고, 결정된 단선 레벨에 따라서 스위치 제어 모듈(12)로 단선 명령을 전송하여 상황별 수준에 따른 가변적 단선을 제어한다. 여기서, 상기 단선 명령은 개폐 제어될 개별 스위치(11)를 식별하는 정보를 포함하는 것으로서 스위치 제어 모듈(12)로 당해 스위치(11)의 개폐 동작 신호(connect or disconnect)를 인가하는 정보이다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변적 단선 장치(1)는 복수개 센서로 구성된 센서 모듈(13)을 더 포함할 수 있다. 상기 센서 모듈(13)은 온도, 습도, 누전, 침수, 지진 등을 포함하는 위험 상황을 감지하여 실시간으로 단선 제어 모듈(14)로 전송한다. 또한, 센서 모듈(13)은 배터리 시스템의 구조체 출입문에 설치되어 출입문 개폐 상태를 단선 제어 모듈(14)로 전송할 수 있다. 상기 센서 모듈(13)의 설치 개수 및 설치 위치에 특별한 제한은 없으며, 배터리 시스템의 외부 및 원거리 위치에 설치할 수 있음은 물론이다. 또한, 센서 모듈(13)과 단선 제어 모듈(14) 사이의 데이터 통신은 유선 또는 무선 통신이 가능하다.
나아가, 상기 단선 제어 모듈(14)은 관리자로부터 매뉴얼 입력을 받고 스위치(11)의 개폐를 제어할 수 있다. 관리자의 매뉴얼 제어를 위하여, 단선 제어 모듈(14)은 입출력 I/F(15)와 연결되고, 입출력 I/F(15)는 화면 출력 수단(16) 및 데이터 입력 수단(17)과 연결된다. 따라서, 관리자는 화면 출력 수단(16)(예 : 모니터)을 통하여 센서 모듈(13)의 센서값, 배터리 동작 현황 등의 배터리 운영 정보를 모니터링 하는 과정에서 필요에 따라서 데이터 입력 수단(17)(예 : 키보드)으로 단선 명령을 입력할 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 단선 제어 모듈(14)은 외부 단말로부터 단선 명령을 네트워크 수신하여 스위치(11)의 개폐를 제어할 수 있다. 외부 네트워크 제어를 위하여 단선 제어 모듈(14)은 유선 또는 무선 통신 모듈(18)과 연결되고, 통신 모듈(18)로부터 유, 무선 전송된 단선 명령을 수신한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단선 제어 모듈(14)의 동작을 예시한다.
상기 단선 제어 모듈(14)은 가변적 단선 장치(1)의 운용 전략, 내/외부적 위험 정도, 시스템 유지 보수 등의 이벤트 발생 상황에 따라서 연결 배선의 단선 및 접속을 제어한다.
바람직하게, 단선 제어 모듈(14)은 센서 모듈(13)이 감지한 이벤트 발생 상황에 따라서 단선 레벨을 결정하여 단선 명령 또는 접속 명령을 스위치 제어 모듈(13)로 지령한다.
나아가, 단선 제어 모듈(14)은 관리자로부터 매뉴얼 입력을 받고 대응하는 접속 명령 및 단선 명령을 스위치 제어 모듈(13)로 전송할 수 있고(로컬 지령), 원거리 중앙 통제소로부터 유, 무선 네트워크 연결에 의하여 접속 명령 및 단선 명령을 수신하여 스위치 제어 모듈(13)로 전송할 수 있다(원격 지령). 참고로, 상기 유, 무선 네트워크는 대표적으로 이동통신망, 인터넷과 같은 유, 무선 공중망이나 전용망 등과 같이 다양한 프로토콜을 이용하여 데이터 통신이 가능한 모든 통신망을 포괄한다.
여기서, 상기 단선 명령은 단선 레벨에 따라서 단선해야 하는 스위치(11)의 식별 정보를 포함하는데, 위험 상황일수록 배터리 집합 단위(110)의 단선 간격을 짧게 한다. 전술한 도 1에서는 "상황 A"의 단선 간격이 "상황 B" 보다 더 짧음으로써 "상황 A"가 저용량, 저전력의 안정화 상태임을 설명한 바 있다.
이외에도, 단선 제어 모듈(14)은 다음과 같은 다양한 상황별 단선 명령을 지령할 수 있다. 침수 상황이 감지되는 경우, 감전 사고를 예방하기 위하여 최소 단위인 배터리 셀(101) 단위로 단선 명령을 내린다. 위험 상황이 감지되었으나 배터리의 계속 사용에 문제가 없는 경우, 병렬 연결의 일부를 끊고 나머지 연결된 배터리로만 사용하다가 순차적으로 단선된 배터리로 교체하여 연결 회복시키는 접속 명령을 내린다. 배터리 시스템에서 예비용 배터리로 활용하기 위하여 병렬 연결을 임의로 단선하는 단선 명령을 내릴 수 있다(도 2 참조). 또한, 배터리 집합 단위(100)의 유지 보수를 위하여 배터리 시스템 내부로 작업자가 정비 모드로 진입하는 경우, 안전 확보에 요구되는 전압 수준(예 : 30볼트 이하)으로 단선하거나 또는 배터리 시스템 구조물의 출입문과 연동하여 센서 모듈로부터 출입문 열림의 감지 데이터를 수신하면 자동으로 안전 수준 허용치 이하로 전환하는 단선 명령을 내릴 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈(13)의 실시 개념을 도시한다.
도면을 참조하면, 상기 센서 모듈(13)은 배터리 집합체(110)의 외부에 직접 설치될 수 있다. 여기서, 배터리 집합체(110)는 본 발명의 가변 단선 장치의 설치로 제어되는 배터리 시스템을 포함하는 개념이다. 나아가, 상기 배터리 집합체(110)는 복수개 배터리 집합 단위(100)가 위치하는 구조체를 포함하는 개념으로 확장될 수 있다.
상기 센서 모듈(13)의 설치 위치는 배터리의 외부 위험 상황을 감지하는데 적합한 지점이라면 어디라도 가능하다. 예를 들어, 센서 모듈(13)은 배터리의 외부는 물론이며 구조체의 내면, 외면 및 출입문에 설치되어 온도, 습도, 누전, 침수, 지진 등을 포함하는 위험 상황을 감지하여 감지 데이터를 단선 제어 모듈(14)로 전송한다. 또한, 작업자가 출입하는 출입문에 개폐 감지용 출입문 센서를 설치하는 것도 가능하다. 출입문이 개방되었을 경우, 단선 제어 모듈(14)이 출입문 센서로부터 개방 상태의 감지 데이터를 수신한 후, 전압을 안정 레벨 이하(예 : 30볼트 이하)로 내리는 단선 조치를 취할 수 있다.
상기 배터리 집합체(110)는 복수의 배터리 시스템이 집합되어 있는 배터리 플랜트이다. 상기 배터리 플랜트는 외부 환경으로부터 배터리 시스템을 보호할 수 있는 공간에 구축된다. 상기 배터리 집합체, 배터리 플랜트의 온도와 습도를 적정 수준으로 유지하기 위한 공조 장치, 화재를 진압하기 위한 소화 장치 등이 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 배터리 플랜트에는, 배터리 플랜트를 구성하는 각각의 배터리 시스템의 충방전 제어, 화면 모니터링, 각종 보호 동작, 외부와의 통신, 본 발명에 따른 가변적 단선 동작을 수행하는 단선 제어 모듈(14)이 설치되는 것이 바람직하다.
이상의 대형 배터리 시스템의 가변적 단선 장치를 구성하는 개별 구성 요소들의 상세한 기능과 동작은 후술하는 방법 구성을 통하여 설명한다.
<2. 방법 구성>
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 가변적 단선 제어 방법은 전술한 가변적 단선 장치의 구축을 통하여 바람직하게 실현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변적 단선 제어 방법의 개략적 순서를 도시한다.
배터리 시스템에서는 개별 배터리 집합 단위(100)를 대상으로 전력 저장 및 공급을 제어 및 감시한다. 여기서, 제어 및 감시는 자동화 운용 전략에 따라서 운용됨은 물론이며, 관리자의 매뉴얼 입력 및 유, 무선 네트워크를 통하여 중앙 통제소로부터 전송받은 지령에 따라서 운용될 수 있다. 배터리 집합 단위(100)의 예시는 도 3 및 도 4를 참조하여 기 설명한 바 있다.
배터리 시스템의 전력 수급 운용 과정에서, 본 발명에 따른 가변적 단선 장치의 센서 모듈(13)은 온도, 습도, 누전, 침수 및 지진 중 어느 하나를 포함하는 위험 상황 및 출입문 개폐 상태 등의 감지 데이터를 단선 제어 모듈(14)로 전송한다(S11). 센서 모듈(13)은 복수개 센서로 구성될 수 있고, 개별 센서는 서로 다른 위치에 설치될 수 있으며 단선 제어 모듈(14)과 유, 무선 통신에 의하여 감지 데이터를 전송한다.
단선 제어 모듈(14)은 실시간 또는 정해진 주기마다 센서 모듈(13)로부터 감지 데이터를 수신하여 위험 상황을 판단한 후 단선 레벨을 결정한다(S12). 여기서, 단선 레벨은 제어 대상의 스위치(11), 단선 또는 접속 여부, 단선 간격 등의 정보를 포함하는 단선 명령 및 접속 명령을 결정하는 정보이다. 그리고 위험 상황일수록 최소 단위인 배터리 셀(101) 단위의 스위치(11) 단선 제어가 발생하고, 그 단선 간격도 짧아진다.
단선 레벨이 단선 명령에 해당하는 경우, 단선 제어 모듈(14)은 스위치 제어 모듈(13)로 단선 명령을 전송하고, 스위치 제어 모듈(13)이 단선 제어 모듈(14)로부터 단선 명령을 수신한다(S13). 그리고 스위치 제어 모듈(13)은 제어 대상의 스위치(11)로 단선 신호(스위치 오프)를 인가하고, 당해 스위치(11)는 배선 연결을 단선한다(S14).
만약, 단선 레벨이 접속 명령에 해당하는 경우, 단선 제어 모듈(14)은 스위치 제어 모듈(13)로 접속 명령을 전송하고, 스위치 제어 모듈(13)이 단선 제어 모듈(14)로부터 접속 명령을 수신한다(S15). 그리고 스위치 제어 모듈(13)은 제어 대상의 스위치(11)로 접속 신호(스위치 온)를 인가하고, 당해 스위치(11)는 배선 연결을 연결한다(S16). 접속 이후, 배터리 시스템은 단선 이전의 상태로 복원된다.
여기서, 상기 단선 명령 및 접속 명령은 도 3에 도시한 배터리 집합 단위(100)의 각각의 배터리 단위별로 전송이 가능하다. 예를 들면, 배터리 시스템(104) 단위로 명령하는 것보다 배터리 셀(101) 단위로 명령하는 것이 보다 상세하게 전력의 용량과 전압을 제어할 수 있다. 그리고 단선 간격을 짧게 할수록 저용량, 저전압 단위의 안정 상태를 만들 수 있다.
한편, 단선 제어 모듈(14)은 센서 모듈(13)이 감지한 외부 상황 데이터의 단선 레벨에 따라서 자동 제어가 가능하고, 관리자로부터 매뉴얼 입력을 받아 스위치 제어 모듈(13)의 단선 및 접속의 제어가 가능하다. 나아가, 중앙 통제소로부터 네트워크를 통하여 명령을 수신한 후 단선 또는 접속의 제어가 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대형 배터리 시스템의 가변적 단선 장치 및 가변적 단선 제어 방법의 실시예가 구성된다. 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (19)

  1. 배터리 집합 단위의 물리적 연결을 가변적으로 단선 제어하는 가변적 단선 장치에 있어서,
    배터리 집합 단위의 외부에 설치되어 실시간으로 외부 위험 상황을 감지하고, 감지 데이터를 단선 제어 모듈로 전송하는 센서 모듈;
    배터리 집합 단위의 연결 배선에 설치되어 배선을 전기적으로 연결 또는 단선시키는 스위치;
    상기 스위치에 온 또는 오프 신호를 인가하는 스위치 제어 모듈; 및
    상기 센서 모듈로부터 전송된 상기 감지 데이터에 대해 위험 상황을 판단하고, 위험 상황일수록 배터리 집합 단위의 단선 간격이 짧아지는 단선 레벨을 결정하거나 또는 상기 위험 상황이 해제될수록 상기 단선 간격이 길어지는 단선 레벨을 결정하고, 결정된 단선 레벨에 따라 상기 스위치 제어 모듈을 통제하여 개폐 스위치의 위치 및 수와 단선 간격을 가변시키는 단선 제어 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 집합 단위는,
    외부 전력을 공급받아 저장하고 저장된 전력을 외부로 공급하는 배터리 셀;
    복수개 배터리 단위 셀의 집합체에 해당하는 배터리 모듈;
    복수개 배터리 단위 모듈의 집합체에 해당하는 배터리 팩;
    복수개 배터리 팩의 집합체에 해당하는 배터리 시스템; 및
    복수개 배터리 시스템의 집합체에 해당하는 배터리 플랜트
    중 어느 하나 또는 이들의 조합에 해당하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    배터리 집합 단위의 구조체 내부 또는 외부에 설치되거나 또는 원거리에 설치되어 온도, 습도, 누전, 침수 및 지진 중 어느 하나를 포함하는 위험 상황을 감지하고 유, 무선 연결에 의하여 감지한 위험 상황 정보를 단선 제어 모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    단선 제어 모듈은 스위치 제어 모듈로 가변적 단선 또는 접속의 제어 신호를 출력하고,
    상기 제어 신호는 개폐 제어할 적어도 하나 이상의 스위치의 식별 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 단선 제어 모듈은,
    관리자의 매뉴얼 명령 또는 외부 네트워크 명령을 받고 대응하는 접속 명령 또는 단선 명령을 스위치 제어 모듈로 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 단선 제어 모듈은,
    화면 출력 수단 및 데이터 입력 수단과 연결된 입출력 인터페이스와 연결되어, 상기 데이터 입력 수단에서 입력된 관련자의 매뉴얼 입력을 상기 입출력 인터페이스를 통하여 입력받고 대응하는 접속 명령 및 단선 명령을 상기 스위치 제어 모듈로 전송하는 기능; 및
    통신 수단과 연결되어, 중앙 통제소로부터 상기 통신 수단을 통하여 유, 무선 방식으로 접속 명령 및 단선 명령을 수신하여 상기 스위치 제어 모듈로 전송하는 기능
    중에서 어느 하나 이상의 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 단선 제어 모듈은,
    침수 상황이 감지되는 경우, 감전 사고를 예방하기 위하여 배터리 셀 단위로 단선하는 단선 명령;
    위험 상황이 감지되었으나 전력 공급에 문제가 없는 경우, 순차적으로 단선된 배터리 구성 모듈로 교체 접속하기 위하여, 병렬 연결의 일부를 단선하는 단선 명령;
    배터리 구성 모듈의 유지 보수를 위하여 배터리 시스템에 작업자가 정비 모드로 진입하는 경우, 관리자의 매뉴얼 명령으로 작업자 안전 허용치 이하의 전압 단위로 단선하는 단선 명령;
    배터리 시스템 구조물의 출입문과 연동하여 센서 모듈로부터 출입문 열림의 감지 데이터를 수신하면 자동으로 작업자 안전 허용치 이하의 전압 단위로 단선하는 단선 명령; 또는
    배터리 시스템에서 예비용 배터리로 활용하기 위하여 병렬 연결을 임의로 단선하는 단선 명령
    을 내릴 수 있는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 장치.
  10. 가변적 단선 장치와 배터리 집합 단위를 포함하여,
    가변적 단선 장치가 배터리 집합 단위의 외부에 설치되어 실시간으로 외부 위험 상황을 감지한 센서로부터 감지 데이터를 전송받고, 전송된 감지 데이터에 대해 위험 상황을 판단하고, 위험 상황일수록 배터리 집합 단위의 단선 간격이 짧아지거나 또는 상기 위험 상황이 해제될수록 상기 단선 간격이 길어지는 단선 레벨을 결정하고, 결정된 단선 레벨에 따라 배터리 집합 단위 및 배터리 집합 단위의 임의 조합에 대해 가변적 단선을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 집합체.
  11. 배터리 집합 단위의 물리적 연결을 가변적으로 단선 제어하는 가변적 단선 장치가 하기의 단계들을 실행하는 가변적 단선 제어 방법에 있어서,
    (S11)상기 가변적 단선 장치의 센서 모듈이 배터리 집합 단위의 외부에서 위험 상황을 감지하여 단선 제어 모듈로 전송하는 단계;
    (S12)단선 제어 모듈이 상기 센서 모듈로부터 상기 위험 상황의 감지 데이터를 수신하여 위험 상황을 판단한 후, 위험 상황일수록 배터리 집합 단위의 단선 간격이 짧아지는 단선 레벨을 결정하거나 또는 상기 위험 상황이 해제될수록 상기 단선 간격이 길어지는 단선 레벨을 결정하는 단계;
    (S13)결정된 단선 레벨이 기 접속된 스위치 제어 모듈의 단선을 적용하는 경우, 단선 제어 모듈이 스위치 제어 모듈로 단선 명령을 전송하는 단계;
    (S14)스위치 제어 모듈이 단선 명령을 수신하여 대응하는 스위치의 물리적 연결을 단선으로 전환하는 단계;
    (S15)상기 단계(S12) 이후에, 결정된 단선 레벨이 기 단선된 스위치 제어 모듈의 단선을 해제하는 경우, 단선 제어 모듈이 스위치 제어 모듈로 접속 명령을 전송하는 단계; 및
    (S16)스위치 제어 모듈이 접속 명령을 수신하여 대응하는 스위치의 물리적 연결을 접속으로 전환하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 제어 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 배터리 집합 단위는,
    외부 전력을 공급받아 저장하고 저장된 전력을 외부로 공급하는 배터리 셀;
    복수개 배터리 단위 셀의 집합체에 해당하는 배터리 모듈;
    복수개 배터리 단위 모듈의 집합체에 해당하는 배터리 팩;
    복수개 배터리 팩의 집합체에 해당하는 배터리 시스템; 및
    복수개 배터리 시스템의 집합체에 해당하는 배터리 플랜트
    중 어느 하나 또는 이들의 조합에 해당하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 제어 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    센서 모듈은,
    배터리 집합 단위의 구조체 내부 또는 외부에 설치되거나 또는 원거리에 설치되어 온도, 습도, 누전, 침수 및 지진 중 어느 하나를 포함하는 위험 상황을 감지하고, 유, 무선 연결에 의하여 감지한 위험 상황 정보를 단선 제어 모듈로 전송하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 제어 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    단선 제어 모듈은 스위치 제어 모듈로 가변적 단선 또는 접속의 제어 신호를 출력하고,
    상기 제어 신호는 개폐 제어할 적어도 하나 이상의 스위치의 식별 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 제어 방법.
  15. 삭제
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 단선 제어 모듈은,
    관리자의 매뉴얼 명령 또는 외부 네트워크 명령을 받고 대응하는 접속 명령 또는 단선 명령을 스위치 제어 모듈로 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 제어 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 단선 제어 모듈은,
    화면 출력 수단 및 데이터 입력 수단과 연결된 입출력 인터페이스와 연결되어, 상기 데이터 입력 수단에서 입력된 관련자의 매뉴얼 입력을 상기 입출력 인터페이스를 통하여 입력받고 대응하는 접속 명령 및 단선 명령을 상기 스위치 제어 모듈로 전송하는 기능; 및
    통신 수단과 연결되어, 중앙 통제소로부터 상기 통신 수단을 통하여 유, 무선 방식으로 접속 명령 및 단선 명령을 수신하여 상기 스위치 제어 모듈로 전송하는 기능
    중에서 어느 하나 이상의 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 제어 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 단선 제어 모듈은,
    침수 상황이 감지되는 경우, 감전 사고를 예방하기 위하여 배터리 셀 단위로 단선하는 단선 명령;
    위험 상황이 감지되었으나 전력 공급에 문제가 없는 경우, 순차적으로 단선된 배터리 구성 모듈로 교체 접속하기 위하여, 병렬 연결의 일부를 단선하는 단선 명령;
    배터리 구성 모듈의 유지 보수를 위하여 배터리 시스템에 작업자가 정비 모드로 진입하는 경우, 관리자의 매뉴얼 명령으로 작업자 안전 허용치 이하의 전압 단위로 단선하는 단선 명령;
    배터리 시스템 구조물의 출입문과 연동하여 센서 모듈로부터 출입문 열림의 감지 데이터를 수신하면 자동으로 작업자 안전 허용치 이하의 전압 단위로 단선하는 단선 명령; 또는
    배터리 시스템에서 예비용 배터리로 활용하기 위하여 병렬 연결을 임의로 단선하는 단선 명령
    을 내릴 수 있는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 제어 방법.
  19. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    가변적 단선 장치가 배터리 집합 단위 및 배터리 집합 단위의 임의 조합에 대하여 가변적 단선을 제어하는 것을 특징으로 하는 가변적 단선 제어 방법.
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