KR101818397B1 - 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 배터리가 직렬 또는 병렬로 서로 연결되어 정전 상황에서 전력 공급이 가능하도록 하는 각각의 배터리 셀 또는 배터리 팩의 열화 수준의 탐지를 위한 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템에 관한 것이다. 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템은 제어 모듈(11)의 제어에 따라 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 연결 상태를 설정하는 스위치 모듈(12); 스위치 모듈(12)의 설정에 따라 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전극에서 온도 변화를 탐지하는 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L); 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에서 인가되는 전압을 결정하는 균형 유닛(15_1 내지 15_L); 및 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 대한 시험 전류를 발생시키는 시험 전류 발생 모듈(16)을 포함하고, 상기 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)은 각각의 전극에서 서로 다른 전류에 대한 온도 변화를 탐지하는 것을 특징으로 한다.

Description

무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템{A System for Detecting a Degradation of a Uninterruptible Power Supply Battery}
본 발명은 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 배터리가 직렬 또는 병렬로 서로 연결되어 정전 상황에서 전력 공급이 가능하도록 하는 각각의 배터리 셀 또는 배터리 팩의 열화 수준의 탐지를 위한 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템에 관한 것이다.
무정전 전원 장치는 정전 시 작동이 되도록 하는 다수 개의 배터리를 포함하고, 서로 전기적으로 연결된 배터리는 충전 상태가 되면서 작동 가능한 상태로 유지될 필요가 있다. 그러나 다양한 원인으로 인하여 배터리의 작동 오류가 발생될 수 있고, 이로 인하여 요구되는 전력 공급이 이루어지지 않을 수 있다. 그러므로 무정전 전원 장치의 배터리 팩을 형성하는 배터리의 작동 상태가 미리 또는 작동 과정에서 탐지될 필요가 있다. 특허등록번호 제10-1674636호는 축전지의 충전 또는 방전 과정에서 발생될 수 있는 다양한 오류의 탐지가 가능한 배터리 모니터링 시스템에 대하여 개시한다. 또한 특허등록번호 제10-1608212호는 다수 개의 수단을 통하여 배터리의 전압, 내부 온도 또는 정상 작동 상태의 여부를 자동으로 확인할 수 있도록 하는 배터리 관리 기능을 가지는 무정전 전원 공급 장치에 대하여 개시한다.
배터리 셀 또는 배터리 팩은 충전 또는 방전이 반복되는 과정에서 열화가 진행될 수 있고, 열화 상태는 배터리의 충전 상태에 의하여 탐지가 어렵다. 또한 열화 상태는 급격한 방전 상태를 유발할 수 있고 이로 인하여 무정전 전원 장치의 정상 작동을 어렵게 할 수 있다. 다른 한편으로 이와 같은 열화 상태는 각각의 배터리에 따라 서로 다를 수 있으므로 미리 탐지되어 필요에 따라 교체가 되는 것이 유리하다. 그러나 상기 선행기술은 이와 같은 각각의 배터리의 열화를 탐지하는 기술에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허등록번호 제10-1674636호(스칸젯매크론 주식회사, 2016년11월14일 공고) 무정전 전원 공급 장치의 배터리 모니터링 시스템 선행기술 2: 특허등록번호 제10-1608212호(대농산업전기(주), 2016년04월01일 공고) 배터리 관리 기능을 갖는 무정전 전원 공급 장치
본 발명의 목적은 무정전 전원 장치에 직렬 또는 병렬로 서로 연결된 각각의 배터리 셀의 열화 상태를 탐지하여 교체 여부 또는 교체가 되어야 하는 시기를 미리 결정하여 무정전 전원 장치의 작동 오류가 예방되도록 하는 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템은 제어 모듈의 제어에 따라 각각의 배터리 셀 또는 배터리 팩의 연결 상태를 설정하는 스위치 모듈; 스위치 모듈의 설정에 따라 각각의 배터리 셀 또는 배터리 팩의 전극에서 온도 변화를 탐지하는 온도 탐지 브래킷; 배터리 셀 또는 배터리 팩에서 인가되는 전압을 결정하는 균형 유닛; 및 각각의 배터리 셀 또는 배터리 팩에 대한 시험 전류를 발생시키는 시험 전류 발생 모듈을 포함하고, 상기 온도 탐지 브래킷은 각각의 전극에서 서로 다른 전류에 대한 온도 변화를 탐지한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 시험 전류 발생 모듈은 서로 다른 크기를 가지는 적어도 두 개의 펄스를 발생시키고, 온도 탐지 브래킷은 절연 저항 측정 기능을 가진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 서로 다른 배터리 셀은 각각의 전극 고정 유닛과 접촉 가능한 온도 탐지 유닛에 연결되고, 각각의 온도 탐지 유닛은 탐지 프레임에 배치된 설정 탭에 연결이 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 각각의 배터리의 정보 및 상태에 대한 정보를 저장하는 배터리 데이터베이스; 및 배터리 탐지 주기를 결정하는 탐지 테이블을 더 포함한다.
본 발명에 따른 열화 탐지 시스템은 무정전 전원 장치에 배치된 다수 개의 배터리 셀 또는 배터리 팩의 열화 수준을 미리 탐지하여 무정전 전원 장치의 작동 과정에서 발생할 수 있는 오류가 예방되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템은 무정전 전원 장치에 배치된 다수 개의 배터리 셀의 교체 시기가 결정되도록 하는 것에 의하여 무정전 전원 장치의 배터리의 사용 효율이 향상되도록 한다. 추가로 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템은 다수 개의 배터리가 전력 공급을 위하여 사용되는 다양한 전원 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템에 적용되는 온도 및 저항 탐지 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 작동 과정에서 배터리 셀 또는 배터리 팩의 열화 상태가 탐지되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에서 서로 다른 배터리를 연결하는 전극 연결 브래킷의 실시 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 배터리 배치 구조의 실시 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. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템은 제어 모듈(11)의 제어에 따라 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 연결 상태를 설정하는 스위치 모듈(12); 스위치 모듈(12)의 설정에 따라 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전극에서 온도 변화를 탐지하는 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L); 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에서 인가되는 전압을 결정하는 균형 유닛(15_1 내지 15_L); 및 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 대한 시험 전류를 발생시키는 시험 전류 발생 모듈(16)을 포함하고, 상기 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)은 각각의 전극에서 서로 다른 전류에 대한 온도 변화를 탐지한다.
배터리 탐지 시스템은 다수 개의 배터리 셀(B1 내지 BK)이 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 또는 다수 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)이 서로 전기적으로 연결된 배터리 모듈에서 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 열화 상태를 탐지하는 기능을 가진다. 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)은 탐지된 열화 상태에 기초하여 열화 수준이 판단될 수 있고, 그에 따라 교체 시기가 결정되어 저장될 수 있다.
배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 서로 직렬 또는 병렬로 이루어진 다수 개의 배터리 셀(B1 내지 BK)로 이루어질 수 있고, 다수 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 무정전 전원 장치의 전력 공급원이 되는 배터리 모듈을 형성할 수 있다. 다수 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 동일한 전압을 가지면서 서로 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 스위치 모듈(12)이 연결될 수 있다.
스위치 모듈(12)은 제어 모듈(11)의 제어에 따라 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 대한 연결을 설정하는 기능을 가질 수 있다. 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 다수 개의 배터리 셀(B1 내지 BK)을 포함하고, 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 형성하는 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)의 연결을 설정하는 스위치 유닛(13_1 내지 13_L)이 배치될 수 있다. 이와 같이 스위치 모듈(12)과 스위치 유닛(13_1 내지 13_L)에 의하여 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 또는 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)에 대한 전기적 연결이 설정될 수 있다. 전기적 연결의 설정은 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 전압을 인가하거나, 시험 전류가 흐르도록 하는 것을 의미한다. 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 균형 유닛(15_1 내지 15_L)이 배치될 수 있고, 각각의 균형 유닛(15_1 내지 15_L)은 다수 개의 커패시터, 저항, 분기 회로 및 스위치를 포함할 수 있다. 또한 균형 유닛(15_1 내지 15_L)은 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 정해진 전압이 인가되었을 때 배터리 셀(B1 내지 BK)에서 누설 전류가 발생하는지 여부를 탐지할 수 있다. 이와 같이 균형 유닛(15_1 내지 15_L)은 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 정해진 전압 상태로 유지시키거나, 서로 다른 전압 상태로 유지되도록 할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 일정 수준의 전압이 인가된 상태에서 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)의 전극에서 발생되는 온도 변화를 탐지하는 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)이 배치될 수 있다.
각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 정격 전압을 가질 수 있고, 균형 유닛(15_1 내지 15_L)에 의하여 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 양단에 정격 전압이 인가되면 저항(R1, R2)으로 연결된 분지 경로(branch)를 통하여 전류가 흐르지 않는다. 그러나 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)의 열화 상태가 다르면 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 분지 경로(branch)에 전류가 흐를 수 있다. 이로 인하여 배터리 셀(B1 내지 BK)에 열이 발생될 수 있고, 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)에 의하여 탐지될 수 있다. 또한 시험 전류 발생 모듈(16)에 의하여 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)으로 전류가 흐를 수 있다. 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 흐르는 전류는 열화 수준이 서로 다르면 서로 다를 수 있고, 이에 의하여 발생되는 열이 서로 다를 수 있고, 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)에 의하여 탐지될 수 있다. 각각의 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)은 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 형성하는 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)의 온도 변화를 동시에 측정할 수 있다. 그리고 그에 의하여 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)의 열화 수준을 측정할 수 있다. 예를 들어 각각의 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)은 스트립 형태로 연장되는 구조를 가질 수 있고, 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)의 전극에 접촉되는 접촉 탭을 가질 수 있고, 접촉 탭에 온도 센서가 배치될 수 있다. 하나의 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)에 배치되는 다수 개의 접촉 탭은 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)의 전극에 동시에 접촉되고, 동시에 분리될 수 있다. 이에 의하여 시험 전류의 발생에 따른 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK)의 전극의 온도 또는 온도 변화가 동시에 탐지될 수 있다. 시험 전류 발생 모듈(16)은 직류 또는 교류 전류를 펄스 형태로 발생시킬 수 있고, 동일하거나 또는 서로 다른 크기를 가지는 펄스 전류를 반복적으로 발생시킬 수 있다. 그리고 그에 따라 온도 변화가 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)에 의하여 탐지될 수 있다. 각각의 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)에 형성된 접촉 탭은 온도 탐지 기능을 가지면서 이와 동시에 절연 저항을 탐지하는 기능을 가질 수 있다.
온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)은 다양한 구조로 만들어질 수 있고, 예를 들어 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 장착 가능한 센서 모듈 구조로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템에 적용되는 온도 및 저항 탐지 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 탐지 시스템에 적용되는 탐지 프레임(20)은 전체적으로 배터리 모듈을 고정시키는 고정 프레임 구조를 가질 수 있다. 탐지 프레임(20)은 배터리 모듈의 위쪽 부분에 고정되는 덮개 구조가 될 수 있고, 천정 면(TC)과 천정 면(TC)의 가장자리를 둘러싸는 테두리 벽면(211, 212, 213, 214)으로 이루어질 수 있다. 천정 면(TC)에 각각의 배터리 전극에 접촉되는 전극 고정 유닛(E11 내지 EMN)이 형성될 수 있고, 각각의 전극 고정 유닛(E11 내지 EMN)에 온도 탐지 유닛(T11 내지 TM)이 배치될 수 있다. 서로 다른 전극 고정 유닛(E11 내지 EMN)은 전도성 소재로 만들어진 연결 브래킷(C1 내지 CS)에 의하여 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에서 서로 다른 배터리 셀(B1 내지 BK)은 각각의 전극 고정 유닛(E11 내지 EMN)과 접촉 가능한 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)에 연결된다. 또한 각각의 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)은 탐지 프레임(20)에 배치된 설정 탭(22_1 내지 22_K)에 연결이 될 수 있다. 연결 브래킷(C1 내지 CS)에 의하여 서로 다른 배터리 셀은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있고, 연결 브래킷(C1 내지 CS)은 미리 설정된 배터리 셀의 연결 구조에 따라 형성될 수 있다.
테두리 벽면(211, 212, 213, 214)에 각각의 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)과 연결되는 설정 탭(22_1 내지 22_K)이 배치될 수 있고, 적어도 하나의 설정 탭(23_1 내지 23_4)이 테두리 벽면(211, 212, 213, 214)에 배치될 수 있다. 예를 들어 네 개의 설정 탭(23_1 내지 23_4)이 탐지 프레임(20)의 모서리에 배치되어 설정 탭(22_1 내지 22_K)으로 신호를 전송하거나, 신호를 수신할 수 있다. 각각의 설정 탭(22_1 내지 22_K)은 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)에 연결될 수 있고, 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)은 원판 형상이 되면서 상하 이동이 가능하도록 배치될 수 있다. 그에 의하여 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)은 설정 탭(22_1 내지 22_K)에 의하여 상하로 이동될 수 있고, 그에 의하여 배터리 셀에 접촉되거나, 분리될 수 있다. 설정 탭(23_1 내지 23_4)은 제어 모듈(11)과 연결될 수 있고, 설정 탭(23_1 내지 23_4)에서 탐지된 온도 정보 및 접촉 정보는 온도 데이터 모듈(24)로 전송되어 처리될 수 있다. 또한 위에서 설명된 것처럼 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)은 절연 저항 측정 기능을 가질 수 있고, 측정된 저항은 저항 처리 모듈(25)로 전송되어 처리될 수 있다.
탐지 프레임(20)은 다양한 구조로 만들어질 수 있고, 탐지 프레임(20)에 대응되는 회로 배치 패턴이 탐지 프레임(20)의 바닥 면에 배치될 수 있다. 그리고 탐지된 정보는 제어 모듈(11)로 전송되고, 그에 의하여 각각의 배터리 셀의 열화 수준이 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 열화 탐지 시스템은 각각의 배터리의 정보 및 상태에 대한 정보를 저장하는 배터리 데이터베이스(311); 및 배터리 탐지 주기를 결정하는 탐지 테이블(312)을 포함할 수 있다.
각각의 배터리 셀의 수명, 충전/방전 횟수, 정격 전압, 제조 일자 또는 허용 전류와 같은 배터리 정보가 배터리 데이터베이스(311)에 저장될 수 있다. 배터리 데이터베이스(311)에 열화 수준 유닛(311a)이 배치될 수 있고, 열화 수준 유닛(311a)에 각각의 배터리 셀의 열화 수준이 저장될 수 있고, 정해진 등급에 도달되면 제어 모듈(11)로 전송될 수 있다. 제어 모듈(11)은 배터리 셀에 대한 정보와 열화 수준에 기초하여 배터리 셀의 교체 여부를 결정할 수 있다. 배터리 모듈에 대한 탐지 주기가 탐지 테이블(312)에 저장되고, 미리 결정된 탐지 주기에 따라 열화 탐지 시스템이 작동될 수 있다.
열화 탐지 시스템이 작동되면, 제어 모듈(11)에 의하여 스위치 모듈(12)이 설정될 수 있고, 제어 모듈(11)은 미리 결정된 방법에 따라 차례대로 배터리 셀 또는 배터리 팩을 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 배터리 셀 또는 배터리 팩의 연결 또는 분리 방법 또는 순서는 미리 결정될 수 있고, 제어 모듈(11)에 의하여 설정이 되어 스위치 모듈(12)에 저장될 수 있다. 스위치 모듈(12)에 의하여 연결 또는 분리 방법이 저장되면, 전류 설정 유닛(321)과 전압 설정 유닛(322)에 의하여 시험을 위하여 각각의 배터리 셀 또는 배터리 팩을 흐르는 전류와 인가되는 전압이 결정될 수 있다. 이후 스위치 작동 유닛(33)에 의하여 각각의 배터리 셀 또는 배터리 팩에 대한 연결이 설정되거나, 연결이 해제될 수 있다. 시험 전류 발생 모듈(16)에 의하여 펄스 형태의 시험 전류가 발생되어 배터리 셀(B) 또는 배터리 팩으로 인가될 수 있고, 각각의 배터리 셀(B)의 온도가 온도 탐지 유닛에 의하여 탐지될 수 있다. 또는 위에서 설명된 누설 전류 탐지 유닛에 의하여 누설 전류가 탐지될 수 있다. 동일하거나 서로 다른 펄스 발생에 따른 각각의 배터리 셀(B)의 전극 온도가 탐지되어 온도 데이터 모듈(24)로 전송될 수 있다. 온도 데이터 모듈(24)은 각각의 배터리 셀(B)의 펄스 전류의 인가에 따른 데이터를 비교기(34)로 전송할 수 있다. 비교기(34)는 미리 결정된 기준 또는 서로 다른 전극 사이의 온도 또는 온도 변화를 비교하고, 기준 값에 대하여 오차 범위를 벗어나거나 또는 상대적으로 큰 값을 나타내는 전극을 분류할 수 있다. 필요에 따라 비교기(34)는 각각의 배터리 셀(B)의 전극에 대한 열화 수준을 결정하여 등급을 부여할 수 있다. 그리고 비교 결과 제어 모듈(11)로 전송될 수 있다. 제어 모듈(11)은 비교기(34)에서 전송된 정보에 기초하여 최종 열화 수준을 결정하여 배터리 데이터베이스(311)에 저장하고, 각각의 배터리 셀(B)의 열화 수준을 열화 수준 유닛(311a)에 저장할 수 있다. 또한 교체가 되어야 하는 배터리 셀(B)을 결정하거나, 배터리 셀(B)의 잠정적인 교체시기를 미리 결정할 수 있다. 필요에 따라 배터리 데이터베이스(311) 또는 열화 수준 유닛(311a)에 저장된 정보가 관리 서버로 전송될 수 있다.
열화 탐지 시스템은 다양한 방법으로 작동될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 작동 과정에서 배터리 셀 또는 배터리 팩의 열화 상태가 탐지되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4을 참조하면, 배터리 탐지 시스템은 각각의 배터리 셀(B1, B2, BK)의 전극에 접촉되면서 작동 온도에 따라 접촉 상태가 변하는 접촉 탐지 유닛(41a, 41b, 42a, 42b)을 포함할 수 있다. 배터리 팩의 작동 상태는 배터리 모듈의 충전 또는 방전 과정에서 감시될 필요가 있고, 또한 전력 공급 과정에서 작동 상태가 탐지될 수 있다. 이와 같은 충전/방전 과정 또는 작동 과정의 감시를 위한 탐지 모듈이 추가적으로 배치되거나, 독립적으로 배치될 수 있다. 탐지 모듈은 각각의 배터리 셀(B1, B2, B3)의 전극을 서로 전기적으로 연결시키는 1 접촉 탐지 유닛(41a, 42a)과 각각의 배터리 셀(B1, B2, BK)의 다른 전극을 서로 전기적으로 연결시키는 2 접촉 탐지 유닛(41b, 42b)을 포함할 수 있다. 1 접촉 탐지 유닛(41a, 42a) 및 2 접촉 탐지 유닛(41b, 42b)은 각각의 배터리 셀(B1, B2, BK)의 전극에 접촉되는 전극 홀(411) 또는 전극 돌기(421)가 형성된 11 접촉 탐지 유닛(41a) 및 21 접촉 탐지 유닛(42b)을 포함할 수 있고, 또한 상대적으로 작은 열팽창 계수를 가지는 12 접촉 탐지 유닛(42a) 및 22 접촉 탐지 유닛(41b)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 11 접촉 탐지 유닛(41a)은 각각의 배터리 셀(B1, B2, BK)의 양극에 접촉될 수 있고, 21 접촉 탐지 유닛(42b)은 각각의 배터리 셀(B1, B2, BK)의 음극에 접할 수 있다. 서로 마주보는 접촉 탐지 유닛(41a와 42b 또는 42a와 41b)을 서로 연결시키는 전류 탐지 유닛(45) 및 각각의 전극 홀(411)과 전극 돌기(421)의 전기 저항을 탐지하는 저항 센서(46)로 이루어질 수 있다. 전극 홀(411) 또는 전극 돌기(421)는 위에서 설명된 전극 고정 유닛과 유사한 기능을 가질 수 있고, 예를 들어 온도 탐지 유닛을 포함할 수 있다.
충전, 방전 또는 작동 과정에서 열화 수준에 따라 배터리 셀(B1, B2, BK)에서 열이 발생될 수 있고, 그에 따라 배터리 셀(B1, B2, BK)에 따라 서로 다른 저항을 나타낼 수 있다. 저항 센서(46)는 이와 같은 저항의 변화를 탐지하는 기능을 가질 수 있다. 또한 각각의 배터리 셀(B1, B2, BK)의 전극 홀(411) 또는 전극 돌기(421)와 접촉하는 11 접촉 탐지 유닛(41a) 및 21 접촉 탐지 유닛(42b)은 큰 열팽창 계수를 가지는 전도성 소재 또는 금속 소재가 될 수 있다. 이에 비하여 11 접촉 탐지 유닛(41a) 및 21 접촉 탐지 유닛(42b)과 각각 접촉되는 12 접촉 탐지 유닛(42a)과 22 접촉 탐지 유닛(41b)은 각각 열팽창 계수가 작은 절연성 소재의 합성수지 소재 또는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 이로 인하여 상대적으로 높은 열화 수준을 가진 배터리 셀(B1, B2 또는 BK)에 접촉된 전극 홀(411) 또는 전극 돌기(421)는 전극으로부터 분리될 수 있고, 전류 탐지 유닛(45) 또는 저항 센서(46)에 의하여 탐지될 수 있다. 전류 탐지 유닛(45) 또는 저항 센서(46)에서 탐지된 정보가 비교기(34)로 전송될 수 있고, 비교기(34)는 전송된 정보에 기초하여 각각의 배터리 셀(B1, B2, BK)의 열화 수준을 탐지할 수 있다. 전극 홀(411) 또는 전극 돌기(421)에서 탐지된 온도 정보가 온도 데이터 모듈(24)로 전송되어 비교기(34)로 전송될 수 있다.
비교기(34)에서 분석된 정보에 따라 배터리 셀(B1, B2, BK)이 교체되거나, 무정전 전원 장치의 작동 상태가 적절하게 조절될 수 있고, 필요에 따라 경고 표시 유닛(47)으로 전송되어 음성적으로 또는 시각적으로 경보가 발생될 수 있다.
충전, 방전 또는 작동 과정에서 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 상태는 다양한 방법으로 탐지될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에서 서로 다른 배터리를 연결하는 전극 연결 브래킷의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_2)을 형성하는 서로 다른 배터리 셀(B12 내지 B24)은 연결 브래킷(50)에 의하여 연결되고, 연결 브래킷(50)은 두께를 가진 스트립 형상이 되면서 앞면 및 뒷면에 형성된 전극 접촉 부위(511, 512) 및 측면에 형성된 연결 홀(515)을 포함한다.
도 5의 위쪽 부분은 서로 다른 배터리 셀(B11, B12, B13, B14, B21, B22, B23, B24)의 동일 전극이 연결 브래킷(50, 50b)에 의하여 연결된 상태를 도시한 것이다. 연결 브래킷(50, 50b)은 적어도 하나의 단위 브래킷(51, 51_1, 51_2, 51_3, 51_4)을 포함할 수 있고, 각각의 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)은 스트립 또는 선형 기판 구조가 될 수 있고, 다수 개의 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)이 서로 연결되어 하나의 연결 브래킷(50, 50b)을 형성할 수 있다. 각각의 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)은 한쪽 면과 다른 쪽 면에 형성된 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514); 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)를 서로 연결시키는 전도 부분(513); 측면에 형성된 연결 홀(515)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)는 동일 전극 또는 서로 다른 전극에 접촉 가능한 구조로 만들어질 수 있고, 예를 들어 돌기, 홈, 이중 홈 또는 이중 돌기 구조로 만들어질 수 있다. 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)의 한쪽 면에 동일 전극을 서로 연결시킬 수 있는 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)가 형성되고, 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)의 다른 면에 서로 다른 전극을 서로 연결시킬 수 있는 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)가 형성될 수 있다. 그리고 서로 다른 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)은 측면에 형성된 연결 홀(515)에 결합되는 체결 핀(516)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 연결 브래킷(50, 50b)은 합성수지 소재와 같은 절연 소재로 만들어진 중심 층과 중심 층의 양쪽에 배치되면서 위에서 설명된 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)와 전도 부분(513)에 형성된 연결 층으로 이루어질 수 있다. 그리고 연결 홀(515)은 중심 층에 형성될 수 있고, 체결 핀(516)은 절연 소개의 견고한 합성수지 소재로 만들어질 수 있다. 도 5의 오른쪽 부분을 참조하면, 1, 3 단위 브래킷(51_1, 51_3)에 의하여 동일한 전극이 서로 연결될 수 있고, 2, 4 단위 브래킷(51_2, 51_4)에 의하여 서로 다른 전극이 서로 연결될 수 있다.
위에서 설명된 것처럼, 연결 브래킷(50) 또는 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)이 전극과 접촉되는 부위에 온도 탐지 유닛이 배치될 수 있다. 연결 브래킷(50)은 또한 탐지 프레임에 배치될 수 있다. 서로 다른 배터리 셀(B11 내지 B24)은 다양한 구조를 가지는 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4) 또는 연결 브래킷(50, 50b)에 의하여 서로 연결될 수 있고, 제시된 실시 예에 의하여 제한되지 않는다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 배터리 배치 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 박스 형상의 하우징(61)의 내부에 모듈 케이스(62)가 수용될 수 있고, 하우징(61)은 상하로 층 분리가 될 수 있다. 하우징(61)의 위쪽 부분은 분리 가능한 덮개(63)에 의하여 밀폐될 수 있고, 하나의 층에 모듈 케이스(62)가 슬라이딩 방식으로 수용 또는 분리가 될 수 있고, 다른 층에 작동 모듈, 커넥터 또는 배선이 배치될 수 있다. 모듈 케이스(62)의 내부에 배터리 모듈이 배치될 수 있고, 모듈 케이스(62)의 천정 면을 형성하는 케이스 커버(64)에 다수 개의 방열 슬릿(641)이 배치될 수 있다. 그리고 모듈 케이스(62)의 내부에 고정되는 배터리 모듈은 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 다수 개의 배터리 팩 또는 배터리를 포함할 수 있다.
위에서 설명된 탐지 프레임(20)은 케이스 커버(64)의 아래쪽에 배치되어 배터리 모듈을 고정시키는 기능을 가질 수 있다. 하우징(61)의 측면, 윗면 또는 뒤쪽 면에 순환 슬릿이 배치될 수 있고, 순환 슬릿은 방열 슬릿(641)과 공기 유동이 가능하도록 연결될 수 있다. 또한 모듈 케이스(62)의 전면에 핸들(621)이 배치되고, 모듈 케이스(62)의 아래쪽 측면에 체결 탭(622)이 형성될 수 있다. 체결 탭(622)에 접촉 탐지 센서가 배치되어 모듈 케이스(62)의 수용 여부가 확인될 수 있다. 하우징(61)은 배터리 모듈, 작동 모듈 및 열화 탐지 시스템이 배치될 수 있는 다양한 구조로 만들어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 열화 탐지 시스템은 무정전 전원 장치에 배치된 다수 개의 배터리 셀 또는 배터리 팩의 열화 수준을 미리 탐지하여 무정전 전원 장치의 작동 과정에서 발생할 수 있는 오류가 예방되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템은 무정전 전원 장치에 배치된 다수 개의 배터리 셀의 교체 시기가 결정되도록 하는 것에 의하여 무정전 전원 장치의 배터리의 사용 효율이 향상되도록 한다. 추가로 본 발명에 따른 열화 탐지 시스템은 다수 개의 배터리가 전력 공급을 위하여 사용되는 다양한 전원 장치에 적용될 수 있다.
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.
11: 제어 모듈 12: 스위치 모듈
13_1 내지 13_L: 스위치 유닛 14_1 내지 14_L: 온도 탐지 브래킷
15_1 내지 15_L: 균형 유닛 16: 시험 전류 발생 모듈
20: 탐지 프레임 22_1 내지 22_K: 설정 탭
23_1 내지 23_4: 설정 탭 24: 온도 데이터 모듈
25: 저항 처리 모듈 33: 스위치 작동 유닛
34: 비교기 41a, 42a: 11, 12 접촉 탐지 유닛
41b, 42b: 22, 21 접촉 탐지 유닛 45: 전류 탐지 유닛
46: 저항 센서 47: 경고 표시 유닛
50, 50b: 연결 브래킷 51, 51_1 내지 51_4: 단위 브래킷
61: 하우징 62: 모듈 케이스
63: 덮개 64: 케이스 커버
211, 212, 213, 214: 테두리 벽면 311: 배터리 데이터베이스
311a: 열화 수준 유닛 312: 탐지 테이블
321: 전류 설정 유닛 322: 전압 설정 유닛
411: 전극 홀 421: 전극 돌기
511, 512, 514: 전극 접촉 부위 513: 전도 부분
515: 연결 홀 516: 체결 핀
621: 핸들 622: 체결 탭
641: 방열 슬릿 B: 배터리 셀
B1 내지 BK: 배터리 셀 B12 내지 B24: 배터리 셀
BP_1 내지 BP_L: 배터리 팩 C1 내지 CS: 연결 브래킷
E11 내지 EMN: 전극 고정 유닛 R1, R2: 저항
T11 내지 TM: 온도 탐지 유닛 TC: 천정 면

Claims (4)

  1. 제어 모듈(11)의 제어에 따라 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 연결 상태를 설정하는 스위치 모듈(12);
    스위치 모듈(12)의 설정에 따라 각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전극에서 온도 변화를 탐지하는 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L);
    배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에서 인가되는 전압을 결정하는 균형 유닛(15_1 내지 15_L); 및
    각각의 배터리 셀(B1 내지 BK) 또는 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 대한 시험 전류를 발생시키는 시험 전류 발생 모듈(16)을 포함하고,
    상기 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)은 각각의 전극에서 서로 다른 전류에 대한 온도 변화를 탐지하고,
    서로 다른 배터리 셀(B1 내지 BK)은 각각의 전극 고정 유닛(E11 내지 EMN)과 접촉 가능한 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)에 연결되고, 각각의 온도 탐지 유닛(T11 내지 TMN)은 탐지 프레임(20)에 배치된 설정 탭(22_1 내지 22_K)에 연결이 되며, 미리 설정된 배터리 셀의 연결 구조에 따라 서로 다른 전극 고정 유닛(E11 내지 EMN)은 전도성 소재로 만들어진 연결 브래킷(C1 내지 CS)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 시험 전류 발생 모듈(16)은 서로 다른 크기를 가지는 적어도 두 개의 펄스를 발생시키고, 온도 탐지 브래킷(14_1 내지 14_L)은 절연 저항 측정 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 각각의 배터리의 정보 및 상태에 대한 정보를 저장하는 배터리 데이터베이스(311); 및 배터리 탐지 주기를 결정하는 탐지 테이블(312)을 더 포함하는 무정전 전원 장치 배터리의 열화 탐지 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220001611U (ko) * 2020-12-24 2022-07-01 주식회사 한국가스기술공사 무정전 전원장치 부하 시험기

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