KR101955537B1 - Ground fault detection apparatus of energy storage system and method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for detecting a ground fault of an electronic system and, more specifically, to an apparatus for detecting ground fault of an energy storage system (ESS) which detects and alarms a ground fault of a rack-unit battery of the ESS which stores mass storage DC power. The apparatus for detecting a ground fault includes an insulated resistance voltage detection unit and a ground fault failure prediction unit.

Description

에너지저장시스템의 지락 감지 장치 및 방법{Ground fault detection apparatus of energy storage system and method thereof}[0001] The present invention relates to a ground fault detection apparatus and method for an energy storage system,

본 발명은 전력시스템의 지락 감지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대용량의 직류(DC) 전원을 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System: ESS)의 랙(RACK) 단위 배터리의 지락(Ground Fault)을 검출하여 경보하는 에너지저장시스템의 지락 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ground fault detecting apparatus for a power system, and more particularly to a ground fault detecting apparatus for an RSS unit battery of an energy storage system (ESS) storing a large amount of direct current (DC) To an apparatus and method for detecting a ground fault in an energy storage system.

하이브리드 연소/전기 차량, 전기 차량, 에너지저장시스템(Energy Storage System: ESS) 등은 고전력 배터리를 포함한다.Hybrid combustion / electric vehicles, electric vehicles, and energy storage systems (ESS) include high-power batteries.

상기 배터리는 적절한 전압 수준을 얻기 위해 복수개의 셀(Cell)로 구성되는 배터리 모듈 또는 복수의 배터리 모듈로 구성되는 배터리 팩을 포함한다.The battery includes a battery module composed of a plurality of cells or a battery pack composed of a plurality of battery modules in order to obtain an appropriate voltage level.

특히, ESS는 배터리 팩을 랙(RACK)에 구성하는 다수의 배터리 랙을 포함하고, 다수의 배터리 랙의 배터리 팩을 관리하기 위한 랙 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)을 포함한다.In particular, the ESS includes a plurality of battery racks constituting a battery pack in a rack, and includes a battery management system (BMS) for managing battery packs of a plurality of battery racks.

이러한 배터리 셀 및 배터리 팩은 적절 수준의 전압을 얻기 위해 직렬로 연결되고, 전절한 전력을 얻기 위해 병렬로 연결된다.These battery cells and battery packs are connected in series in order to obtain a proper level of voltage and are connected in parallel to obtain the previous power.

통상적으로 배터리 랙의 배터리 팩(Pack) 전압은 400V 이상의 전압을 가지며, 고용량의 전력을 갖는다.Typically, the battery pack voltage of a battery rack has a voltage of 400 V or more and has a high capacity of power.

ESS의 배터리 랙은 고전압 및 고용량을 가지므로 배터리 팩과 새시 사이의 절연 결함이 발생하는 경우 배터리 랙의 배터리인 배터리 팩을 파손시키고, 배터리 랙에 화재를 발생시키거나 폭발을 일으킬 수 있으며, 주변의 관리자 등의 사람에게 피해를 줄 수 있는 문제점이 있다.ESS's battery racks have high voltage and high capacity, so if an insulation fault occurs between the battery pack and chassis, it may damage the battery pack, which is the battery in the battery rack, causing fire in the battery rack or explosion. There is a problem that it can damage a person such as a manager.

이와 같이 ESS 배터리 랙은 고전압 및 고용량을 가지므로, 배터리 랙 관리자, 이용자 등의 사람이 다치지 않도록 하고, 배터리 랙의 고장 및 화재 발생을 미연에 방지하기 위한 배터리와 배터리 랙 새시(Chassis), 배터리 랙 새시와 지면을 절연시키고, 절연 결함을 감시할 수 있는 지락감지장치의 개발이 요구되어지고 있다.As such, ESS battery racks have high voltage and high capacity, so batteries, battery rack chassis, batteries to prevent battery rack managers, users and others from being hurt, It is required to develop a ground fault detection device that can insulate the rack chassis from the ground and monitor insulation defects.

공개특허공보 제10-2015-0052139호(2015.05.13.공고)Published Japanese Patent Application No. 10-2015-0052139 (published on May 13, 2015)

따라서 본 발명의 목적은 대용량의 직류(DC) 전원을 저장하는 에너지저장시스템(Energy Storage System: ESS)의 랙(RACK) 단위 배터리의 지락(Ground Fault)을 검출하여 경보하는 에너지저장시스템의 지락 감지 장치 및 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method and system for detecting a ground fault of an RSS unit battery of an energy storage system (ESS) storing a large amount of direct current (DC) Apparatus and method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 지락 감지 장치는: 섀시로 조립되고 상기 섀시를 통해 대지(Ground)에 그라운드 접지되는 배터리 팩을 구비하는 배터리 랙을 포함하는 에너지저장시스템(ESS)의 지락 감지 장치에 있어서, 상기 배터리 팩의 플러스 단자 및 마이너스 단자에 연결되어 상기 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 어느 하나에서 상기 대지(Ground) 사이에 형성되는 절연저항에 걸리는 절연저항 전압(VS)을 검출하여 출력하는 절연저항 전압 검출부; 및 상기 배터리 랙에 대한 계수값 및 옵셋값을 가지고 있으며, 상기 절연저항 전압 검출부를 제어하여 상기 절연저항 전압을 입력받고, 상기 절연저항 전압 입력 시 상기 배터리 팩의 팩 전압, 상기 계수값 및 옵셋값을 적용하여 임계치를 계산한 후, 측정된 절연저항 전압과 상기 임계치를 비교하여 지락 발생 가능성이 있는 것으로 예측하는 지락 고장 예측부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an energy storage system including a battery rack having a chassis and a battery pack grounded to the ground through the chassis, (ESS), characterized in that an insulation resistance voltage (V (V)) applied to an insulation resistor formed between the ground and the positive terminal of the battery pack, which is connected to the plus terminal and the minus terminal of the battery pack, S ) and outputting the detected voltage; And a count value and an offset value for the battery rack, wherein the control unit controls the insulation resistance voltage detector to receive the insulation resistance voltage, and when the insulation resistance voltage is input, the pack voltage, And a ground fault prediction unit for comparing the measured insulation resistance voltage with the threshold value to predict that there is a possibility of occurrence of a ground fault.

상기 절연저항 전압 검출부는, 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 분배하는 제1저항 및 제2저항; 및 상기 제2저항 양단에 플러스 입력단자 및 마이너스 입력단자가 연결되어 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 검출부를 포함하는 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the insulation resistance voltage detector comprises: a first resistor and a second resistor for distributing an insulation resistance voltage across the insulation resistance; And a detector connected to the plus input terminal and the minus input terminal across the second resistor to output an insulation resistance voltage detection value corresponding to the insulation resistance voltage applied to the insulation resistance.

상기 절연저항 전압 검출부는, 상기 배터리팩의 플러스 단자에 일단이 연결되는 제1스위치부; 및 상기 배터리팩의 마이너스 단자에 일단이 연결되는 제2스위치부를 더 포함하고, 상기 검출부가 두 개로 구성되되, 상기 2개의 검출부는, 상기 제1스위치부의 타단 및 접지 사이에 연결되어 상기 제1스위치부의 온 시 플러스 단자와 대지 사이의 절연저항에 따른 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 제1검출부; 및 상기 제2스위치부의 타단 및 접지 사이에 연결되어 상기 제2스위치부의 온 시 마이너스 단자와 대지 사이의 절연저항에 따른 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 제2검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the insulation resistance voltage detecting unit comprises: a first switch unit having one end connected to a plus terminal of the battery pack; And a second switch unit having one end connected to a minus terminal of the battery pack, wherein the detection unit is composed of two detection units, and the two detection units are connected between the other end of the first switch unit and the ground, A first detection unit for outputting an insulation resistance voltage detection value corresponding to an insulation resistance voltage in accordance with an insulation resistance between the ON-time plus terminal and the ground; And a second detecting unit connected between the other end of the second switch unit and the ground and outputting an insulation resistance voltage detection value corresponding to the insulation resistance voltage corresponding to the insulation resistance between the on-time minus terminal of the second switch unit and the ground .

상기 지락 고장 예측부는, 상기 배터리 팩의 팩 전압(Vpack)을 측정하여 로드하는 팩 전압 로드부; 상기 배터리 랙에 대해 미리 설정되어 있는 계수값을 로드하여 출력하는 계수값 로드부; 상기 팩 전압 로드부로부터 배터리 팩의 팩 전압을 입력받고, 계수값 로드부로부터 계수값을 입력받고 임계치(VC)를 계산하여 출력하는 임계치 계산부; 상기 절연저항 전압 검출부로부터 상기 절연저항 전압 검출값을 입력받아 절연저항 전압(VS)으로 변환한 후, 상기 임계치 계산부로부터 임계치를 입력받아 상기 절연저항 전압과 비교하여 지락 발생 가능성을 예측하고, 지락 발생 가능성이 있는 것으로 판단되면 경보 신호를 출력하는 지락 위험 판단부; 및 상기 경보 신호를 입력받아 지락 가능성이 있음을 경보하는 경보부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The ground fault prediction unit includes: a pack voltage load unit for measuring and loading a pack voltage (V pack ) of the battery pack; A coefficient value load unit for loading and outputting a preset coefficient value to the battery rack; A threshold calculator receiving a pack voltage of the battery pack from the pack voltage load unit, receiving a count value from the count value load unit, and calculating and outputting a threshold value V C ; And a control unit that receives the insulation resistance voltage detection value from the insulation resistance voltage detection unit and converts the insulation resistance voltage detection value into an insulation resistance voltage V S , compares the insulation resistance voltage with the insulation resistance voltage, A ground fault determination unit for outputting an alarm signal when it is determined that there is a possibility of ground fault; And an alarm unit for receiving the alarm signal and alerting that there is a possibility of a ground fault.

상기 절연저항 전압 검출부는, 상기 배터리팩의 플러스 단자에 일단이 연결되는 제1스위치부; 상기 배터리팩의 마이너스 단자에 일단이 연결되는 제2스위치부; 상기 제1스위치부의 타단 및 접지 사이에 연결되어 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 분배하는 제1저항 및 제2저항, 및 상기 제2저항의 양단에 플러스 입력단자 및 마이너스 입력단자가 연결되고, 상기 제1스위치부의 온 시 플러스 단자와 대지 사이의 절연저항에 걸리는 절연저향 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 제1검출부; 및 상기 제2스위치부의 타단 및 접지 사이에 연결되어 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 분배하는 제1저항 및 제2저항, 및 상기 제2저항의 양단에 플러스 입력단자 및 마이너스 입력단자가 연결되고, 상기 제2스위치부의 온 시 마이너스 단자와 대지 사이의 절연저항에 걸리는 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 제2검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the insulation resistance voltage detecting unit comprises: a first switch unit having one end connected to a plus terminal of the battery pack; A second switch part having one end connected to a minus terminal of the battery pack; A first resistor and a second resistor connected between the other end of the first switch unit and the ground to distribute an insulation resistance voltage across the insulation resistor, and a positive input terminal and a negative input terminal connected to both ends of the second resistor, A first detection unit for outputting an insulation resistance voltage detection value corresponding to an insulation insulation voltage between an ON-state positive terminal of the first switch unit and the ground; And a first resistor and a second resistor connected between the other end of the second switch part and the ground to distribute an insulation resistance voltage across the insulation resistor, and a positive input terminal and a negative input terminal connected to both ends of the second resistor And a second detecting unit for outputting an insulation resistance voltage detection value corresponding to an insulation resistance voltage applied to the insulation resistance between the on-time minus terminal of the second switch unit and the ground.

상기 지락 고장 예측부는, 상기 제1스위치 및 제2스위치를 스위치 신호를 교번하여 출력하여, 상기 제1스위치 및 제2스위치를 교번하여 구동시키는 전압 검출 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The ground fault prediction unit may further include a voltage detection control unit for alternately outputting the first switch and the second switch to switch the first switch and the second switch.

상기 ESS는, 둘 이상의 배터리 랙을 포함하고, 상기 지락 고장 예측부는, 제어를 받아 상기 둘 이상의 배터리 랙 중 어느 하나를 선택하고 선택된 배터리 랙의 배터리팩과 연결되되, 상기 제1스위치부의 일단을 상기 배터리 팩의 플러스 단자에 연결시키고, 상기 제2스위치부의 일단을 상기 배터리 팩의 마이너스 단자에 연결시키는 배터리 랙 선택부를 더 포함하되, 상기 팩 전압 로드부는 상기 배터리 팩 선택부를 통해 연결된 배터리 팩의 팩 전압을 검출하여 출력하는 것을 특징으로 한다.The ESS includes two or more battery racks, and the ground fault prediction unit is controlled to select any one of the two or more battery racks and to connect one end of the first switch unit to the battery pack of the selected battery rack, Further comprising a battery rack selecting unit for connecting a positive terminal of the battery pack to a positive terminal of the battery pack and connecting one end of the second switch unit to a negative terminal of the battery pack, And outputs the detection result.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 지락 감지 방법은: 섀시로 조립되고 상기 섀시를 통해 대지에 그라운드 접지되는 배터리 팩을 구비하는 배터리 랙을 포함하는 에너지저장시스템(ESS)의 지락 감지 방법에 있어서, 지락 고장 예측부가 배터리 랙의 배터리 팩의 팩 전압을 검출하여 배터리 팩 전압 검출 과정; 상기 지락 고장 예측부가 상기 배터리 랙에 대해 미리 설정되어 있는 계수값을 로드하는 계수값 로드 과정; 상기 지락 고장 예측부가 상기 검출된 배터리 팩의 팩 전압과 계수값을 적용하여 임계치를 계산하는 임계치 계산 과정; 상기 지락 고장 예측부가 스위치 신호를 출력하여 절연저항 전압 검출부를 구동하는 절연저항 전압 검출부 구동 과정; 상기 지락 고장 예측부가 절연저항 전압 검출부를 통해 서 상기 배터리 팩의 팩 전압에 따라 상기 배터리 팩과 대지 사이에 형성되는 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 측정하는 절연저항 전압 측정 과정; 상기 지락 고장 예측부가 상기 측정된 절연저항 전압과 임계치를 비교하여 지락 고장 발생 가능성을 예측하는 예측 과정; 및 상기 지락 고장 예측부가 지락 고장 발생 가능성이 있는 것으로 판단되면 지락 고장 발생 가능성이 있음을 통지하는 경보를 발생시키는 경보 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an energy storage system (ESS) including a battery rack having a chassis and a battery pack grounded to the ground through the chassis, Wherein the ground fault prediction unit detects a battery pack voltage of the battery pack of the battery rack to detect a battery pack voltage; A step of loading a coefficient value preset by the ground fault prediction unit in the battery rack; A threshold calculating step of calculating a threshold value by applying the pack voltage and the count value of the detected battery pack to the ground fault prediction unit; An insulation resistance voltage detection unit driving the insulation resistance voltage detection unit by outputting a switch signal; Measuring an insulation resistance voltage across an insulation resistance formed between the battery pack and the ground according to a pack voltage of the battery pack through the insulation resistance voltage detector; Wherein the ground fault prediction unit compares the measured insulation resistance voltage with a threshold to predict a possibility of ground fault occurrence; And an alarming step of generating an alarm notifying that there is a possibility of occurrence of a ground fault if it is determined that the ground fault prediction unit is likely to cause a ground fault.

상기 방법은: 상기 지락 고장 예측부가 팩 전압 측정 이벤트의 발생 여부를 판단하는 팩 전압 측정 이벤트 발생 여부 모니터링 과정을 더 포함하고, 상기 팩 전압 측정 이벤트의 발생 시 상기 배터리 팩 전압 검출 과정을 수행하되, 상기 팩 전압 측정 이벤트는 일정 시간 주기로 발생되거나 관리자의 요청에 의해 발생되는 것을 특징으로 한다.The method may further include: monitoring whether or not a ground fault voltage prediction event is generated by the ground fault prediction unit and determining whether the ground voltage fault event is generated, and performing a battery voltage detection process when the voltage voltage measurement event occurs, The pack voltage measurement event may be generated at a predetermined time period or may be generated at the request of an administrator.

상기 방법은: 상기 지락 고장 예측부가 ESS의 둘 이상의 배터리 랙 중 임의의 하나를 선택받고 선택된 배터리 랙의 배터리 팩과 연결하고, 절연저항 전압 검출부(100)를 배터리 팩과 연결시키는 배터리 랙 선택 과정을 더 포함하되, 상기 배터리 랙 선택 과정을 통해 선택된 배터리 팩에 대해 상기 배터리 팩 전압 검출 과정 이후의 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.The method includes: a battery rack selecting step of selecting any one of two or more battery racks of the ESS to connect to the battery pack of the selected battery rack, and connecting the insulation resistance voltage detecting unit 100 to the battery pack, The method further includes the step of detecting the battery pack voltage for the selected battery pack through the battery rack selection process.

상기 방법은, 지락 고장 예측부가 배터리 랙별로 계수값을 산정하여 등록하는 계수값 등록 과정을 더 포함하되, 상기 계수값 등록 과정을 통해 배터리 랙별로 계수값을 산정한 후, 상기 배터리 팩 전압 검출 과정 이후의 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.The method further includes a step of registering a ground fault prediction unit for calculating and counting a coefficient value for each battery rack, wherein the step of calculating a coefficient value for each of the battery racks through the count value registration step, And performs the following process.

상기 계수값 등록 과정은, 배터리 팩을 연결하지 않고, 상기 절연저항을 연결하지 않은 절연저항이 무한대인 상태에서 절연저항 전압을 검출하여 옵셋값으로 저장하는 옵셋갑 계산 단계; 특정 전압을 가지는 초기 배터리 팩을 연결하고 지락 발생 가능성이 있는 최소의 절연저항을 연결한 후 절연저항 전압을 검출하여 기준 절연저항 전압값으로 저장하는 기준 절연저항 전압값 측정 단계; 및 상기 옵셋값 및 기준 절연저항 전압값에 의해 상기 계수값을 계산하여 등록하는 등록 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Calculating the offset value by detecting an insulation resistance voltage in a state in which the insulation resistance not connected to the insulation resistance is infinite without connecting the battery pack and storing the insulation resistance voltage as an offset value; Measuring a reference insulation resistance voltage value by connecting an initial battery pack having a specific voltage, connecting a minimum insulation resistance that may cause a ground fault, detecting an insulation resistance voltage and storing the insulation resistance voltage value as a reference insulation resistance voltage value; And a registering step of calculating and registering the coefficient value by the offset value and the reference insulation resistance voltage value.

본 발명은 배터리 랙 단위로 플러스 단자와 마이너스 단자 각각에 대해 교번하여 지락 감시를 수행하므로 보다 정확하게 지락을 감지할 수 있는 효과를 갖는다.Since the ground fault monitoring is alternately performed for each of the plus terminal and the minus terminal in units of a battery rack, the present invention has the effect of more accurately detecting the ground fault.

또한, 본 발명은 지락 발생 조건에 대한 랙별 계수값 및 옵셋값을 정의하고 지락 감시 중인 배터리 랙의 배터리 팩 전압에 대한 절연저항 전압값(VS)과 계수값 및 옵션값에 따른 임계값(VC)을 비교하여 상기 절연저항 전압값(VS)이 더 큰 경우 지락 발생 가능성이 있는 것으로 판단하므로 배터리 랙별 및 팩 전압별로 임계값들을 미리 정의하여 놓지 않아도 되는 효과를 갖는다. 이는 모니터링 속도를 향상시키고 시스템 메모리의 용량을 줄일 수 있는 효과를 가질 수 있을 것이다.Further, the present invention defines rake-specific coefficient values and offset values for the ground fault occurrence condition, and determines insulation resistance voltage value (V S ) for the battery pack voltage of the battery rack under the ground fault monitoring and a threshold value C ). When the insulation resistance voltage value (V S ) is larger, it is determined that there is a possibility of ground fault. Therefore, threshold values are not defined in advance for each battery rack and pack voltage. This will improve the monitoring speed and reduce the system memory capacity.

또한, 본 발명은 지락 모니터링 시 실제 사용되는 팩 전압을 측정하고, 측정된 팩 전압을 적용하여 임계값을 계산하므로 상황(배터리 팩의 사용 기간 등)에 따라 보다 정확하게 지락 발생 가능성 여부를 판단할 수 있는 효과를 갖는다. In addition, the present invention measures a pack voltage actually used in ground fault monitoring and calculates a threshold value by applying the measured pack voltage, so that it is possible to determine whether or not a ground fault is more likely to occur according to a situation .

도 1은 본 발명에 따른 지락 감지 장치가 설치된 에너지저장시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지저장시스템의 지락 감지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 지락 감지 장치의 절연저항 전압 검출부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 절연저항 전압 검출에서 출력되는 배터리 팩 전압별 네거티브 절연저항(RisoN)에 따른 절연저항 전압(VS) 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 지락 감지 장치의 지락 고장 예측부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 지락 감지 장치의 지락 영역을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 에너지저장시스템의 지락 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an energy storage system equipped with a ground fault sensing apparatus according to the present invention.
2 is a block diagram of a ground fault detection apparatus for an energy storage system according to the present invention.
3 is a circuit diagram of an insulation resistance voltage detector of the ground fault sensing apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing an insulation resistance voltage V S according to a negative insulation resistance R isoN according to a battery pack voltage, which is output in the insulation resistance voltage detection according to the present invention.
5 is a diagram illustrating a configuration of a ground fault prediction unit of the ground fault sensing apparatus according to the present invention.
6 is a graph illustrating a ground fault region of the ground fault sensing apparatus according to the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of detecting a ground fault in an energy storage system according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지락 감지 장치를 가지는 에너지저장시스템(Energy Storage System: ESS) 및 상기 지락 감지 장치의 구성 및 동작을 상세히 설명하고, 상기 장치에서의 지락 감지 방법을 설명한다.Hereinafter, an energy storage system (ESS) having a ground fault sensing apparatus according to the present invention and a configuration and operation of the ground fault sensing apparatus will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and a method of detecting a ground fault in the apparatus will be described .

도 1은 본 발명에 따른 지락 감지 장치가 설치된 에너지저장시스템의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an energy storage system equipped with a ground fault sensing apparatus according to the present invention.

본 발명의 ESS는 적어도 하나 이상의 배터리 랙(10) 및 지락 감지 장치(20)를 포함한다.The ESS of the present invention includes at least one battery rack (10) and a ground fault sensing device (20).

배터리 랙(10)은 일정 전압(이하 "팩 전압"이라 함)을 가지고 일정 전력으로 충전 및 방전되며 상기 전력에 따른 전원을 공급하는 배터리 팩(11)을 포함하고, 상기 배터리 팩(11)을 조립하는 데 쓰이는 섀시(미도시)를 포함한다.The battery pack 10 includes a battery pack 11 that is charged and discharged at a constant voltage with a constant voltage (hereinafter referred to as a "pack voltage") and supplies power according to the power, And a chassis (not shown) used for assembling.

상기 배터리 팩(11)의 전압은 사용 기간에 따라 변동될 수 있을 것이다.The voltage of the battery pack 11 may vary depending on the use period.

지락 감지 장치(20)는 둘 이상의 배터리 랙(10) 중 선택적으로 하나의 배터리 랙(10)과 연결되어 배터리 랙(10)에서의 지락 발생 가능성을 예측하고, 그에 따른 경보를 발생한다.The ground fault sensing device 20 is connected to one of the at least two battery racks 10 selectively to the battery rack 10 to predict the occurrence of a ground fault in the battery rack 10 and generate an alarm accordingly.

도 2는 본 발명에 따른 에너지저장시스템의 지락 감지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a block diagram of a ground fault detection apparatus for an energy storage system according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 지락 감지 장치(20)는 절연저항 전압 검출부(100) 및 지락 고장 예측부(200)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the ground fault sensing apparatus 20 of the present invention includes an insulation resistance voltage detection unit 100 and a ground fault prediction unit 200.

절연저항 전압 검출부(100)는 배터리 랙(10)의 배터리 팩(11)의 양단에 연결되어 배터리 팩(11)과 섀시와 대지, 즉 배터리 팩(11)과 섀시를 통한 그라운드 접지 사이에 형성되는 절연저항에 걸리는 절연저항 전압(VS)을 측정하여 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 검출값(VSense)을 지락 고장 예측부(200)로 출력한다.The insulation resistance voltage detecting unit 100 is connected to both ends of the battery pack 11 of the battery rack 10 and is formed between the battery pack 11 and the chassis and the ground, that is, between the battery pack 11 and the ground via the chassis And measures the insulation resistance voltage V S applied to the insulation resistance and outputs the insulation resistance detection value V Sense corresponding to the insulation resistance voltage to the ground fault prediction unit 200.

상기 절연저항 전압(VS)은 배터리 팩의 팩 전압(VPack) 및 섀시와 그라운드 접지 사이에 형성되는 절연저항값에 의해 결정될 수 있을 것이다.The insulation resistance voltage V S may be determined by the pack voltage V Pack of the battery pack and an insulation resistance value formed between the chassis and the ground.

상기 절연저항값은 무한대일 때 이상적이며, 환경에 따라 다양한 값을 가질 수 있을 것이다.The insulation resistance value is ideal when it is infinite, and may have various values depending on the environment.

배터리 팩(11)의 팩 전압이 1000V일 때 절연저항값이 300KΩ 이상에서 지락 이 발생하지 않으며, 300KΩ 미만일 때 지락 발생 가능성이 매우 높아진다. 즉, 배터리 팩(11)의 팩 전압이 1000V일 때 임계 절연저항값은 300KΩ이 될 수 있을 것이다.When the pack voltage of the battery pack 11 is 1000 V, a ground fault does not occur at an insulation resistance value of 300 KΩ or more. When the pack voltage of the battery pack 11 is less than 300 KΩ, That is, when the pack voltage of the battery pack 11 is 1000V, the critical insulation resistance value may be 300K ?.

지락고장 예측부(200)는 절연저항 전압 검출부(100)의 구동을 제어하며, 절연저항 전압 검출부(100)의 구동 시 절연저항 전압 검출부(100)로부터 절연저항 전압 검출값(VSense)을 입력받아 절연저항 전압값(VS)로 변환하며, 배터리 랙(10) 및 배터리 팩(11)의 팩 전압 및 계수값에 의한 임계치를 계산하며, 절연저항 전압값(VS)과 임계치(VC)를 비교하여 지락 발생 가능성을 예측한다.The ground fault prediction unit 200 controls the operation of the insulation resistance voltage detection unit 100 and inputs the insulation resistance voltage detection value V sense from the insulation resistance voltage detection unit 100 when the insulation resistance voltage detection unit 100 is driven receiving isolated and converted to a resistance voltage value (V S), and calculating a threshold value according to the pack voltage and the count value of the battery rack 10 and the battery pack 11, the insulation withstand voltage value (V S) with the threshold value (V C ) To predict the possibility of ground fault.

지락 고장 예측부(200)는 절연저항 전압값이 임계치보다 크면 지락 발생 가능성이 있는 것으로 결정하고 지락 발생 가능성이 있음을 경보한다.The ground fault prediction unit 200 determines that there is a possibility of ground fault if the insulation resistance voltage value is larger than the threshold value, and warns that there is a possibility of ground fault.

도 3은 본 발명에 따른 지락 감지 장치의 절연저항 전압 검출부의 회로도를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 절연저항 전압 검출에서 출력되는 배터리 팩 전압별 네거티브 절연저항(RisoN)에 따른 절연저항 전압(VS) 그래프를 나타낸 도면이다.Figure 3 is a view showing a circuit diagram of the insulation resistance voltage detector of the ground fault sensing device according to the invention, Figure 4 is isolated according to the battery pack voltage by the negative insulation resistance (R isoN) outputted from the insulation resistance voltage detection according to the invention (V S ) graphs.

도 3 및 도 4를 참조하면, 배터리 랙(10)에는 배터리 팩(11)의 플러스 단자 및 섀시를 통한 그라운드 접지 사이 및 마이너스 단자 및 섀시를 통한 그라운드 접지 사이에 절연저항부(110)가 형성됨을 나타내었다. 상기 절연저항부(110)는 가상의 저항 및 커패시터가 형성되며, 배터리 랙(10)의 섀시 종류, 섀시와 대지의 거리, 섀시가 구성된 환경의 습도, 섀시 및 대지 사이의 절연물 등과 같은 다양한 환경 요소에 의해 형성될 수 있을 것이다.3 and 4, the insulation resistance portion 110 is formed in the battery rack 10 between the plus terminal of the battery pack 11 and the ground ground through the chassis, and between the minus terminal and the ground through the chassis Respectively. The insulation resistance portion 110 is formed of a virtual resistor and a capacitor and is formed of various environmental elements such as a chassis type of the battery rack 10, a distance between the chassis and the ground, a humidity of the environment where the chassis is configured, Lt; / RTI >

절연저항 전압 검출부(100)는 상기 절연저항부(110)에 병렬로 연결되어 절연저항부(110)에 걸리는 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 지락 고장 예측부(200)로 출력하는 제1검출부(120)만으로 구성될 수 있을 것이다.The insulation resistance voltage detector 100 is connected in parallel to the insulation resistance unit 110 and outputs an insulation resistance voltage detection value corresponding to the insulation resistance voltage applied to the insulation resistance unit 110 to the ground fault prediction unit 200 Only the first detection unit 120 may be used.

다른 실시예에 따라 절연저항 전압 검출부(100)는 도 3과 같이 제1검출부(120), 제2검출부(130), 제1스위치부(140) 및 제2스위치부(150)를 포함하여 배터리 팩의 플러스 단자와 그라운드 접지 사이에 형성되는 절연저항부(110)의 절연저항에 걸리는 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값과, 배터리 팩(11)의 마이너스 단자와 그라운드 접지 사이에 형성되는 절연저항부(110)의 절연저항에 걸리는 절연저항 전압에 대한 절연저항 전압 검출값을 순차적이고 순환적으로 출력하도록 구성될 수도 있을 것이다.3, the insulation resistance voltage detector 100 includes a first detection unit 120, a second detection unit 130, a first switch unit 140, and a second switch unit 150, An insulation resistance voltage detection value corresponding to the insulation resistance voltage applied to the insulation resistance of the insulation resistance portion 110 formed between the positive terminal of the pack and the ground ground and the insulation resistance voltage detection value formed between the minus terminal of the battery pack 11 and the ground ground It may be configured to sequentially and cyclically output the insulation resistance voltage detection value with respect to the insulation resistance voltage applied to the insulation resistance of the insulation resistance section 110. [

제1스위치부(140)는 배터리 팩(11)의 플러스 단자에 일단이 연결되고 타단이 제1검출부(120)의 일단에 연결되어, 지락 고장 예측부(200)의 제어를 받아 온 또는 오프로 스위칭된다.The first switch unit 140 has one end connected to the positive terminal of the battery pack 11 and the other end connected to one end of the first detection unit 120 to be turned on or off under the control of the ground fault prediction unit 200 Lt; / RTI >

제2스위치부(150)는 배터리 팩(11)의 마이너스 단자에 일단이 연결되고 타단이 제2검출부(130)의 일단에 연결되어, 지락 고장 예측부(200)의 제어를 받아 온 또는 오프로 스위칭된다. The second switch unit 150 is connected at one end to the negative terminal of the battery pack 11 and at the other end to the one end of the second detecting unit 130. The second switch unit 150 is turned on or off under the control of the ground fault prediction unit 200 Lt; / RTI >

제1검출부(120)는 상기 일단이 상기 제1스위치부(140)의 타단에 연결되고, 타단이 접지되어, 제1스위치부(150)가 온되고 제2스위치부(150)가 오프된 상태에서 배터리 팩(11)의 플러스 단자 및 그라운드 접지 사이에서 형성되는 절연저항부(110)의 절연저항(이하 포지티브 절연저항(RisoP)이라 함)에 걸리는 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력한다.The first detecting unit 120 has one end connected to the other end of the first switch unit 140 and the other end grounded so that the first switch unit 150 is turned on and the second switch unit 150 is turned off Corresponding to the insulation resistance of the insulation resistance portion 110 formed between the positive terminal of the battery pack 11 and the ground ground (hereinafter referred to as a positive insulation resistance R isoP ) .

제2검출부(130)는 상기 일단이 상기 제2스위치부(150)의 타단에 연결되고 타단이 접지되어, 제1스위치부가 오프되고 제2스위치부(150)가 온된 상태에서 배터리 팩(11)의 마이너스 단자 및 그라운드 접지 사이에 형성되는 절연저항부(110)의 절연저항(이하 "네거티브 절연저항(RisoN)"이라 함)에 걸리는 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력한다.The second detecting unit 130 is connected to the other end of the second switch unit 150 and the other end is grounded so that the first switch unit is turned off and the second switch unit 150 is turned on, (Hereinafter referred to as "negative insulation resistance R isoN ") of the insulation resistance portion 110 formed between the minus terminal and the ground of the resistor R10 .

제1검출부(120) 및 제2검출부(130)는 도 3에서 보이는 바와 같이 대칭적으로 구성된다.The first detection unit 120 and the second detection unit 130 are configured symmetrically as shown in FIG.

제1검출부(120)는 일단이 상기 제1스위치부(140)의 타단에 연결되는 제1저항(R1), 일단이 상기 제1저항(R1)의 타단에 연결되고, 타단이 접지되는 제2저항(R2), 상기 제2저항의 양단에 플러스 입력 단자 및 마이너스 입력 단자가 연결되고 상기 제2저항(R2) 양단에 걸리는 전압을 증폭하여 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 증폭기(OPAMP)를 포함한다. 증폭부(OPAMP)로 공급되는 구동전압이 ㅁ5V이므로, 상기 절연저항 전압 검출값은 도 4에서 나타내고 있는 바와 같이 0V ~ 3.3V의 값을 가지며, 도 4에서 보이는 바와 같이 팩 전압별로 절연저항에 따른 서로 다른 비선형적인 특성을 갖는다.The first detection unit 120 includes a first resistor R1 having one end connected to the other end of the first switch unit 140 and a second resistor R1 having one end connected to the other end of the first resistor R1, A positive input terminal and a negative input terminal are connected to both ends of the second resistor and a voltage across both ends of the second resistor is amplified to output an insulation resistance voltage detection value corresponding to the insulation resistance voltage And an amplifier (OPAMP). The driving voltage supplied to the amplifying unit OPAMP is 5V. Therefore, the insulation resistance voltage detection value has a value of 0V to 3.3V as shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, And have different nonlinear characteristics according to.

제2검출부(130)는 일단이 상기 제2스위치부(150)의 타단에 연결되는 제1저항(R1), 일단이 상기 제1저항(R1)의 타단에 연결되고, 타단이 접지되는 제2저항(R2), 상기 제2저항의 양단에 플러스 입력 단자 및 마이너스 입력 단자가 연결되고 상기 제2저항(R2) 양단에 걸리는 전압을 증폭하여 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 증폭기(OPAMP)를 포함한다.The second detecting unit 130 includes a first resistor R1 having one end connected to the other end of the second switch unit 150 and a second resistor R1 having one end connected to the other end of the first resistor R1, A positive input terminal and a negative input terminal are connected to both ends of the second resistor and a voltage across both ends of the second resistor is amplified to output an insulation resistance voltage detection value corresponding to the insulation resistance voltage And an amplifier (OPAMP).

도 4에서 보이는 바와 같이 절연저항값(RisoN, RisoP)이 낮을수록 절연저항 전압 검출값이 높으며, 임계치보다 더 커질 수 있음을 알 수 있을 것이다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the lower the insulation resistance value (R isoN , R isoP ), the higher the insulation resistance voltage detection value and the greater the critical value.

도 5는 본 발명에 따른 지락 감지 장치의 지락 고장 예측부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 지락 감지 장치의 지락 영역을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a ground fault prediction unit of the ground fault sensing apparatus according to the present invention, and FIG. 6 is a graph illustrating a ground fault region of the ground fault sensing apparatus according to the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 지락 고장 예측부(200)는 전압 검출 제어부(210), 팩 전압 로드부(220), 계수값 로드부(230), 임계치 계산부(240), 지락 위험 판단부(250) 및 경보부(260)를 포함하고, 실시예에 따라 배터리 랙 선택부(270)를 더 포함한다.5 and 6, the ground fault prediction unit 200 includes a voltage detection control unit 210, a pack voltage load unit 220, a count value load unit 230, a threshold value calculation unit 240, Unit 250 and an alarm unit 260, and further includes a battery rack selection unit 270 according to an embodiment.

전압 검출 제어부(210)는 본 발명의 실시예에 따라 스위치 신호를 제1스위치부(140) 및 제2스위치부(150) 중 어느 하나로 출력하여 제1스위치부(140) 및 제2스위치부(150)의 온/오프를 제어한다.The voltage detection control unit 210 outputs a switch signal to either the first switch unit 140 or the second switch unit 150 according to an embodiment of the present invention to output the first switch unit 140 and the second switch unit 150 on / off.

전압 검출 제어부(210)는 제1스위치부(140) 및 제2스위치부(150) 중 어느 하나로만 스위치 신호를 출력할 수도 있고, 제1스위치부(140) 및 제2스위치부(150)로 스위치 신호를 교번하여 출력할 수도 있을 것이다.The voltage detection control unit 210 may output a switch signal to only one of the first switch unit 140 and the second switch unit 150 and may output the switch signal to the first switch unit 140 and the second switch unit 150 The switch signal may alternately be output.

팩 전압 로드부(220)는 배터리 랙(10)의 배터리 팩(11) 양단에 연결되어 배터리 팩(11)의 현재 전압을 측정하여 임계치 계산부(240)로 출력한다.The pack voltage load unit 220 is connected to both ends of the battery pack 11 of the battery rack 10 to measure the current voltage of the battery pack 11 and output the measured voltage to the threshold calculation unit 240.

계수값 로드부(230)는 연결된 배터리 랙(10)에 대해 미리 저장되어 있는 계수값을 로드하여 임계치 계산부(240)로 출력한다. 상기 계수값은 도 6에서 보이는 바와 같이 팩 전압별 절연저항 전압 좌표상의 직선의 기울기이다. 즉, 상기 계수값은 공장 출시 시 배터리 팩 및 절연저항을 걸지 않은(절연저항이 무한대인 상태) 상태에서 측정된 절연저항 전압(VS0)값에 의해 결정되는 제1좌표(V0=0V, VS0), 및 배터리 팩 전압이 1000V이고, 절연저항이 300KΩ인 상태에서의 절연저항 값에 의해 결정되는 제2좌표(V1=1000V, VS1) 두 점을 연결하는 직선의 기울기다. 상기 제1좌표의 절연저항 전압 검출값(VS0)이 옵셋값이 될 것이다. 즉, 팩 전압이 인가되지 않을 때 절연저항 전압 검출부(100)로부터 출력되는 절연저항 전압 검출값이 옵셋값이 될 것이다.The coefficient value load unit 230 loads the coefficient values stored in advance for the connected battery rack 10 and outputs the loaded coefficient value to the threshold value calculation unit 240. The coefficient value is a slope of a straight line on the insulation resistance voltage coordinate by pack voltage as shown in FIG. That is, the coefficient value is a first coordinate (V 0 = 0 V, V 0 ) determined by a value of the insulation resistance voltage (V S0 ) measured when the battery pack and the insulation resistance are not applied V S0 ) and the second coordinate (V 1 = 1000 V, V S1 ) determined by the insulation resistance value when the battery pack voltage is 1000 V and the insulation resistance is 300 K ?. The insulation resistance voltage detection value (V S0 ) of the first coordinate will be an offset value. That is, the insulation resistance voltage detection value output from the insulation resistance voltage detector 100 when the pack voltage is not applied will be an offset value.

임계치 계산부(240)는 계수값 로드부(230)로부터 입력되는 계수값과 팩 전압 로드부(220)로부터 입력되는 팩 전압을 곱하여 임계치(VC)를 계산하여 지락 위험 판단부(250)로 출력한다.The threshold value calculation unit 240 calculates a threshold value V C by multiplying the count value inputted from the count value load unit 230 and the pack voltage inputted from the pack voltage load unit 220 and outputs the result to the ground fault risk judgment unit 250 Output.

지락 위험 판단부(250)는 절연저항 전압 검출부(100)로부터 절연저항 전압 검출값을 입력받고 절연저항 전압(VC)으로 변환한 후 임계치 계산부(240)로부터 입력되는 임계치와 비교하여 지락 발생 가능성을 판단하고, 지락 발생 가능성 판단에 따른 경보 신호를 경보부(260)로 출력한다.The ground fault risk determining unit 250 receives the insulation resistance voltage detection value from the insulation resistance voltage detection unit 100 and converts the insulation resistance voltage detection value into the insulation resistance voltage V C and compares the insulation resistance voltage V C with a threshold value input from the threshold calculation unit 240, And outputs an alarm signal to the alarm unit 260 in accordance with the judgment of the possibility of ground fault occurrence.

지락 위험 판단부(250)는 상기 절연저항 전압(VC)이 임계치(VC)보다 크면 지락 발생 가능성이 큰 것으로 판단된다.Ground risk determination unit 250, it is determined that the insulation withstand voltage (V C) of this large potential threshold is greater than the higher ground (V C).

배터리 랙 선택부(270)는 다수의 배터리 랙(10)들과 연결되고, 배터리 랙(10)들 중 전압 검출 제어부(210)로부터 출력되는 배터리 선택 신호에 대응하는 배터리 랙(10)을 선택하고, 선택된 배터리 랙(10)의 배터리 팩(11)을 팩 전압 로드부(220)에 연결시킨다.The battery rack selecting unit 270 is connected to the plurality of battery racks 10 and selects the battery rack 10 corresponding to the battery selecting signal output from the voltage detecting and controlling unit 210 among the battery racks 10 , And connects the battery pack (11) of the selected battery rack (10) to the pack voltage load unit (220).

전압 검출 제어부(210)는 임의의 배터리 랙(10)에 대한 배터리 랙 선택 신호를 상기 배터리 랙 선택부(270)로 출력한다. 상기 배터리 랙(10) 선택 방법은 주기적인 순환 방식이 될 수도 있고, 관리자에 의한 관리자 선택 방식 등이 있을 수 있을 것이다.The voltage detection control unit 210 outputs a battery rack selection signal to an arbitrary battery rack 10 to the battery rack selection unit 270. The method of selecting the battery rack 10 may be a cyclic cyclic manner or an administrator selection method by a manager.

전압 검출 제어부(210)는 선택된 배터리 랙(10)에 대한 식별정보를 계수값 로드부(230)로 출력하여야 할 것이다.The voltage detection control unit 210 should output the identification information of the selected battery rack 10 to the count value load unit 230. [

또한, 계수값 로드부(230)는 배터리 랙(10)의 식별정보별로 계수값을 저장하고 있는 것이 바람직하며, 전압 검출 제어부(210)로부터 배터리 랙(10)에 대한 식별정보를 포함하는 배터리 랙 선택 신호가 입력되면 상기 식별정보에 대응하는 계수값을 로드하여 임계치 계산부(240)로 출력하는 것이 바람직할 것이다.The count value load unit 230 may store count values for each identification information of the battery rack 10. The count value load unit 230 may store count values for each identification information of the battery rack 10, When the selection signal is input, it is preferable that the coefficient value corresponding to the identification information is loaded and output to the threshold value calculation unit 240.

경보부(260)는 지락 위험 판단부(250)로부터 경보 신호를 입력받고 경보 신호에 따른 경보를 발생시킨다.The alarm unit 260 receives an alarm signal from the ground-fault-risk determining unit 250 and generates an alarm according to the alarm signal.

상기 경보 신호는 단순한 신호, 음성 데이터, 멀티미디어 데이터, 정보 데이터 등이 될 수 있을 것이다.The alert signal may be a simple signal, voice data, multimedia data, information data, or the like.

따라서 상기 경보부(260)는 상기 지락 위험 판단부(250)로부터 입력되는 경보 신호에 대한 정상 통지음, 정상 통지 음성, 경고음, 경고 음성 등을 출력하는 오디오 처리 장치 등이 될 수도 있고, 정상 통지 및 지락 발생 가능성 통지를 위한 텍스트, 아이콘, 그래픽, 동영상 등을 표시하는 디스플레이 장치가 될 수도 있으며, 정상 통지 및 지락 발생 가능성 통지 정보를 이메일, 인스턴트 메시지, 이동통신 메시지 등을 통해 미리 설정된 관리자에게 통지하는 정보 송수신 장치가 될 수도 있을 것이다.Therefore, the alarm unit 260 may be an audio processing device for outputting a normal notifying sound, a normal notification sound, a warning sound, a warning sound, and the like for the alarm signal input from the ground fault risk determining unit 250, A display device for displaying text, icons, graphics, moving images, etc. for notification of grounding possibility occurrence, and may be a display device for notifying a preset administrator of normal notification and grounding occurrence possibility notification information through e-mail, instant message, Information transmitting / receiving apparatus.

도 7은 본 발명에 따른 에너지저장시스템의 지락 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of detecting a ground fault in an energy storage system according to the present invention.

도 7을 참조하면, 우선 전압 검출 제어부(210)는 지락 발생 가능성 예측 이벤트가 발생되는지를 검출한다(S111). 상기 지락 발생 가능성 예측 이벤트는 일정 시간 주기로 발생될 수도 있고, 관리자의 요청에 의해 발생될 수도 있을 것이다.Referring to FIG. 7, first, the voltage detection control unit 210 detects whether a ground fault probability prediction event is generated (S111). The ground fault occurrence probability prediction event may be generated at a predetermined time period or may be generated at the request of an administrator.

지락 발생 가능성 예측 이벤트가 발생되면 전압 검출 제어부(210)는 팩 전압 로드부(220), 계수값 로드부(230), 임계치 계산부(240) 및 지락 위험 판단부(250)를 활성화시킨다(S113).When a ground fault probability prediction event occurs, the voltage detection control unit 210 activates the pack voltage load unit 220, the count value load unit 230, the threshold value calculation unit 240, and the ground fault determination unit 250 (S113 ).

상기 팩 전압 로드부(220), 계수값 로드부(230), 임계치 계산부(240) 및 지락 위험 판단부(250)를 활성화시킨 후, 전압 검출 제어부(210)는 스위치 신호를 절연저항 전압 검출부(100)로 출력하여 절연저항 전압 검출부(100)를 구동시킨다(S115).After activating the pack voltage load unit 220, the count value load unit 230, the threshold value calculation unit 240 and the ground fault risk judgment unit 250, the voltage detection control unit 210 outputs a switch signal to the insulation resistance voltage detection unit (100) to drive the insulation resistance voltage detector (100) (S115).

활성화된 팩 전압 로드부(220)는 배터리 팩(11)의 팩 전압을 검출하여 임계치 계산부(240)로 출력한다(S117).The activated pack voltage load unit 220 detects the pack voltage of the battery pack 11 and outputs it to the threshold calculation unit 240 (S117).

활성화된 계수값 로드부(230)는 배터리 랙(10)에 대한 계수값을 로드하여 임계치 계산부(240)로 출력한다(S119).The activated coefficient value load unit 230 loads the count value for the battery rack 10 and outputs the count value to the threshold value calculation unit 240 (S119).

팩 전압이 검출되고 계수값이 로드되면 임계치 계산부(240)는 팩 전압과 계수값에 의해 임계치(VC)를 계산하여 지락 위험 판단부(250)로 출력한다(S121).When the pack voltage is detected and the count value is loaded, the threshold value calculation unit 240 calculates a threshold value V C based on the pack voltage and the count value, and outputs the calculated value to the ground fault risk determination unit 250 (S121).

지락 위험 판단부(250)는 절연저항 전압 검출부(100)로부터 절연저항 전압 검출값(VSense)이 입력되는지를 검사하고(S123), 절연저항 전압 검출부(100)로부터 절연저항 전압 검출값이 입력되면 절연저항 전압값(VS)으로 변환한(S125) 후, 임계값(VC)과 비교하여 지락 발생 가능성을 판단한다(S127).The grounding risk judging unit 250 checks whether the insulation resistance voltage detection value V sense is input from the insulation resistance voltage detection unit 100 in step S123 and inputs the insulation resistance voltage detection value from the insulation resistance voltage detection unit 100 (S125) after conversion to the insulation resistance voltage value (V S ), and then compares with the threshold value (V C ) to determine the possibility of occurrence of ground fault (S127).

지락 발생 가능성이 있는 것으로 판단되면 지락 위험 판단부(250)는 에러를 결정하고 에러에 따른 에러 경보 신호를 경보부(260)로 출력하고(S129), 지락 발생 가능성이 없는 것으로 판단되면, 즉 정상인 것으로 판단되면 정상 결정을 하고 정상 경보 신호를 경보부(260)로 출력한다(S131).If it is determined that there is a possibility of a ground fault, the ground fault risk determiner 250 determines an error and outputs an error alarm signal according to the error to the alarm unit 260 (S129). If it is determined that there is no possibility of ground fault, If it is determined, the normal decision is made and the normal alarm signal is output to the alarm unit 260 (S131).

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It will be easily understood. It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, it is intended to cover various modifications within the scope of the appended claims.

10: 배터리 랙 20: 지락 감지 장치
100: 절연저항 전압 검출부 110: 절연저항부
120: 제1검출부 130: 제2검출부
140: 제1스위치부 150: 제2스위치부
200: 지락 고장 예측부 210: 전압 검출 제어부
220: 팩 전압 로드부 230: 계수값 로드부
240: 임계치 계산부 250: 지락 위험 판단부
260: 경보부 270: 배터리 랙 선택부10: Battery rack 20: Ground fault detection device
100: Insulation Resistance Voltage Detection Unit 110: Insulation Resistance Unit
120: first detection unit 130: second detection unit
140: first switch unit 150: second switch unit
200: Ground Fault Prediction Unit 210: Voltage Detection Control Unit
220: Pack voltage load section 230: Count value load section
240: threshold value calculation unit 250: ground fault risk judgment unit
260: alarm unit 270: battery rack selection unit

Claims (12)

섀시로 조립되고 상기 섀시를 통해 대지(Ground)에 그라운드 접지되는 배터리 팩을 구비하는 배터리 랙을 포함하는 에너지저장시스템(ESS)의 지락 감지 장치에 있어서,
상기 배터리 팩의 플러스 단자 및 마이너스 단자에 연결되어 상기 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 어느 하나에서 상기 대지(Ground) 사이에 형성되는 절연저항에 걸리는 절연저항 전압(VS)을 검출하여 출력하는 절연저항 전압 검출부; 및
상기 배터리 랙에 대한 계수값 및 옵셋값을 가지고 있으며, 상기 절연저항 전압 검출부를 제어하여 상기 절연저항 전압을 입력받고, 상기 절연저항 전압 입력 시 상기 배터리 팩의 팩 전압, 상기 계수값 및 옵셋값을 적용하여 임계치를 계산한 후, 측정된 절연저항 전압과 상기 임계치를 비교하여 지락 발생 가능성이 있는 것으로 예측하는 지락 고장 예측부를 포함하되,
상기 절연저항 전압 검출부는,
상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 분배하는 제1저항 및 제2저항; 및
상기 제2저항 양단에 플러스 입력단자 및 마이너스 입력단자가 연결되어 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 검출부를 포함하는 증폭부를 포함하고,
상기 절연저항 전압 검출부는,
상기 배터리팩의 플러스 단자에 일단이 연결되는 제1스위치부; 및
상기 배터리팩의 마이너스 단자에 일단이 연결되는 제2스위치부를 더 포함하고,
상기 검출부가 두 개로 구성되되,
상기 2개의 검출부는,
상기 제1스위치부의 타단 및 접지 사이에 연결되어 상기 제1스위치부의 온 시 플러스 단자와 대지 사이의 절연저항에 따른 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 제1검출부; 및
상기 제2스위치부의 타단 및 접지 사이에 연결되어 상기 제2스위치부의 온 시 마이너스 단자와 대지 사이의 절연저항에 따른 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 제2검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 장치.
CLAIMS 1. A ground fault sensing apparatus for an energy storage system (ESS) comprising a battery rack having a chassis and a battery pack grounded to the ground through the chassis,
And an insulation resistance voltage (V S ) that is connected to positive and negative terminals of the battery pack to detect an insulation resistance voltage V S applied to the insulation resistance formed between the ground and the positive terminal and the negative terminal, A detection unit; And
Wherein the battery pack has a coefficient value and an offset value for the battery rack, receives the insulation resistance voltage by controlling the insulation resistance voltage detection unit, and receives the pack voltage, the coefficient value, and the offset value of the battery pack And a ground fault prediction unit for comparing the measured insulation resistance voltage with the threshold value to predict that the ground fault is likely to occur,
Wherein the insulation resistance voltage detector comprises:
A first resistor and a second resistor for distributing an insulation resistance voltage across the insulation resistance; And
And a detector connected to the plus input terminal and the minus input terminal across the second resistor to output an insulation resistance voltage detection value corresponding to the insulation resistance voltage applied to the insulation resistance,
Wherein the insulation resistance voltage detector comprises:
A first switch unit having one end connected to a plus terminal of the battery pack; And
Further comprising a second switch unit having one end connected to a negative terminal of the battery pack,
Wherein the detecting unit is composed of two units,
Wherein the two detection portions
A first detecting unit connected between the other end of the first switch unit and the ground and outputting an insulation resistance voltage detection value corresponding to an insulation resistance voltage corresponding to insulation resistance between the on-plus terminal of the first switch unit and the ground; And
And a second detecting unit connected between the other end of the second switch unit and the ground to output an insulation resistance voltage detection value corresponding to the insulation resistance voltage corresponding to the insulation resistance between the on-time minus terminal of the second switch unit and the ground ESS ground fault detection device featured.
삭제delete 삭제delete 섀시로 조립되고 상기 섀시를 통해 대지(Ground)에 그라운드 접지되는 배터리 팩을 구비하는 배터리 랙을 포함하는 에너지저장시스템(ESS)의 지락 감지 장치에 있어서,
상기 배터리 팩의 플러스 단자 및 마이너스 단자에 연결되어 상기 플러스 단자 및 마이너스 단자 중 어느 하나에서 상기 대지(Ground) 사이에 형성되는 절연저항에 걸리는 절연저항 전압(VS)을 검출하여 출력하는 절연저항 전압 검출부; 및
상기 배터리 랙에 대한 계수값 및 옵셋값을 가지고 있으며, 상기 절연저항 전압 검출부를 제어하여 상기 절연저항 전압을 입력받고, 상기 절연저항 전압 입력 시 상기 배터리 팩의 팩 전압, 상기 계수값 및 옵셋값을 적용하여 임계치를 계산한 후, 측정된 절연저항 전압과 상기 임계치를 비교하여 지락 발생 가능성이 있는 것으로 예측하는 지락 고장 예측부를 포함하되,
상기 지락 고장 예측부는,
상기 배터리 팩의 팩 전압(Vpack)을 측정하여 로드하는 팩 전압 로드부;
상기 배터리 랙에 대해 미리 설정되어 있는 계수값을 로드하여 출력하는 계수값 로드부;
상기 팩 전압 로드부로부터 배터리 팩의 팩 전압을 입력받고, 계수값 로드부로부터 계수값을 입력받고 임계치(VC)를 계산하여 출력하는 임계치 계산부;
상기 절연저항 전압 검출부로부터 상기 절연저항 전압 검출값을 입력받아 절연저항 전압(VS)으로 변환한 후, 상기 임계치 계산부로부터 임계치를 입력받아 상기 절연저항 전압과 비교하여 지락 발생 가능성을 예측하고, 지락 발생 가능성이 있는 것으로 판단되면 경보 신호를 출력하는 지락 위험 판단부; 및
상기 경보 신호를 입력받아 지락 가능성이 있음을 경보하는 경보부를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 장치.
CLAIMS 1. A ground fault sensing apparatus for an energy storage system (ESS) comprising a battery rack having a chassis and a battery pack grounded to the ground through the chassis,
And an insulation resistance voltage (V S ) that is connected to positive and negative terminals of the battery pack to detect an insulation resistance voltage V S applied to the insulation resistance formed between the ground and the positive terminal and the negative terminal, A detection unit; And
Wherein the battery pack has a coefficient value and an offset value for the battery rack, receives the insulation resistance voltage by controlling the insulation resistance voltage detection unit, and receives the pack voltage, the coefficient value, and the offset value of the battery pack And a ground fault prediction unit for comparing the measured insulation resistance voltage with the threshold value to predict that the ground fault is likely to occur,
The ground fault prediction unit predicts,
A pack voltage load unit for measuring and loading the pack voltage (V pack ) of the battery pack;
A coefficient value load unit for loading and outputting a preset coefficient value to the battery rack;
A threshold calculator receiving a pack voltage of the battery pack from the pack voltage load unit, receiving a count value from the count value load unit, and calculating and outputting a threshold value V C ;
And a control unit that receives the insulation resistance voltage detection value from the insulation resistance voltage detection unit and converts the insulation resistance voltage detection value into an insulation resistance voltage V S , compares the insulation resistance voltage with the insulation resistance voltage, A ground fault determination unit for outputting an alarm signal when it is determined that there is a possibility of ground fault; And
And an alarm unit for receiving the alarm signal and alerting that there is a possibility of a ground fault.
제4항에 있어서,
상기 절연저항 전압 검출부는,
상기 배터리팩의 플러스 단자에 일단이 연결되는 제1스위치부;
상기 배터리팩의 마이너스 단자에 일단이 연결되는 제2스위치부;
상기 제1스위치부의 타단 및 접지 사이에 연결되어 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 분배하는 제1저항 및 제2저항, 및 상기 제2저항의 양단에 플러스 입력단자 및 마이너스 입력단자가 연결되고, 상기 제1스위치부의 온 시 플러스 단자와 대지 사이의 절연저항에 걸리는 절연저향 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 제1검출부; 및
상기 제2스위치부의 타단 및 접지 사이에 연결되어 상기 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 분배하는 제1저항 및 제2저항, 및 상기 제2저항의 양단에 플러스 입력단자 및 마이너스 입력단자가 연결되고, 상기 제2스위치부의 온 시 마이너스 단자와 대지 사이의 절연저항에 걸리는 절연저항 전압에 대응하는 절연저항 전압 검출값을 출력하는 제2검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the insulation resistance voltage detector comprises:
A first switch unit having one end connected to a plus terminal of the battery pack;
A second switch part having one end connected to a minus terminal of the battery pack;
A first resistor and a second resistor connected between the other end of the first switch unit and the ground to distribute an insulation resistance voltage across the insulation resistor, and a positive input terminal and a negative input terminal connected to both ends of the second resistor, A first detection unit for outputting an insulation resistance voltage detection value corresponding to an insulation insulation voltage between an ON-state positive terminal of the first switch unit and the ground; And
A first resistor and a second resistor connected between the other end of the second switch unit and the ground to distribute an insulation resistance voltage across the insulation resistor, and a positive input terminal and a negative input terminal connected to both ends of the second resistor, And a second detecting unit for outputting an insulation resistance voltage detection value corresponding to an insulation resistance voltage applied to the insulation resistance between the on-time minus terminal of the second switch unit and the ground.
제5항에 있어서,
상기 지락 고장 예측부는,
상기 제1스위치 및 제2스위치를 스위치 신호를 교번하여 출력하여, 상기 제1스위치 및 제2스위치를 교번하여 구동시키는 전압 검출 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 장치.
6. The method of claim 5,
The ground fault prediction unit predicts,
Further comprising a voltage detection control unit for alternately outputting the switch signals to the first switch and the second switch to alternately drive the first switch and the second switch.
제6항에 있어서,
상기 ESS는,
둘 이상의 배터리 랙을 포함하고,
상기 지락 고장 예측부는,
제어를 받아 상기 둘 이상의 배터리 랙 중 어느 하나를 선택하고 선택된 배터리 랙의 배터리팩과 연결되되, 상기 제1스위치부의 일단을 상기 배터리 팩의 플러스 단자에 연결시키고, 상기 제2스위치부의 일단을 상기 배터리 팩의 마이너스 단자에 연결시키는 배터리 랙 선택부를 더 포함하되,
상기 팩 전압 로드부는 상기 배터리 팩 선택부를 통해 연결된 배터리 팩의 팩 전압을 검출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 장치.
The method according to claim 6,
The ESS,
Comprising two or more battery racks,
The ground fault prediction unit predicts,
Wherein the first switch unit is connected to the positive terminal of the battery pack and the one end of the second switch unit is connected to the battery pack of the selected battery rack, And a battery rack selecting unit for connecting the battery pack to a minus terminal of the pack,
Wherein the pack voltage load unit detects and outputs a pack voltage of a battery pack connected through the battery pack selecting unit.
섀시로 조립되고 상기 섀시를 통해 대지(Ground)에 그라운드 접지되는 배터리 팩을 구비하는 배터리 랙을 포함하는 에너지저장시스템(ESS)의 지락 감지 방법에 있어서,
지락 고장 예측부가 배터리 랙의 배터리 팩의 팩 전압을 검출하는 배터리 팩 전압 검출 과정;
상기 지락 고장 예측부가 상기 배터리 랙에 대해 미리 설정되어 있는 계수값을 로드하는 계수값 로드 과정;
상기 지락 고장 예측부가 상기 검출된 배터리 팩의 팩 전압과 계수값을 적용하여 임계치를 계산하는 임계치 계산 과정;
상기 지락 고장 예측부가 스위치 신호를 출력하여 절연저항 전압 검출부를 구동하는 절연저항 전압 검출부 구동 과정;
상기 지락 고장 예측부가 절연저항 전압 검출부를 통해 서 상기 배터리 팩의 팩 전압에 따라 상기 배터리 팩과 대지 사이에 형성되는 절연저항에 걸리는 절연저항 전압을 측정하는 절연저항 전압 측정 과정;
상기 지락 고장 예측부가 측정된 절연저항 전압과 임계치를 비교하여 지락 고장 발생 가능성을 예측하는 예측 과정; 및
상기 지락 고장 예측부가 지락 고장 발생 가능성이 있는 것으로 판단되면 지락 고장 발생 가능성이 있음을 통지하는 경보를 발생시키는 경보 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 방법.
A method of detecting a ground fault in an energy storage system (ESS) comprising a battery rack having a chassis and a battery pack grounded to the ground through the chassis,
A battery pack voltage detecting process of detecting a pack voltage of a battery pack of the battery rack;
A step of loading a coefficient value preset by the ground fault prediction unit in the battery rack;
A threshold calculating step of calculating a threshold value by applying the pack voltage and the count value of the detected battery pack to the ground fault prediction unit;
An insulation resistance voltage detection unit driving the insulation resistance voltage detection unit by outputting a switch signal;
Measuring an insulation resistance voltage across an insulation resistance formed between the battery pack and the ground according to a pack voltage of the battery pack through the insulation resistance voltage detector;
A prediction process of comparing the measured insulation resistance voltage with a threshold value to predict the occurrence of a ground fault; And
And an alarming step of generating an alarm notifying that there is a possibility of a ground fault if it is determined that the ground fault prediction unit is likely to cause a ground fault.
제8항에 있어서,
상기 지락 고장 예측부가 팩 전압 측정 이벤트의 발생 여부를 판단하는 팩 전압 측정 이벤트 발생 여부 모니터링 과정을 더 포함하고,
상기 팩 전압 측정 이벤트의 발생 시 상기 배터리 팩 전압 검출 과정을 수행하되,
상기 팩 전압 측정 이벤트는 일정 시간 주기로 발생되거나 관리자의 요청에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising the step of monitoring whether or not the ground fault prediction predicting unit generates a pack voltage measurement event,
Performing the battery pack voltage detection process upon occurrence of the pack voltage measurement event,
Wherein the pack voltage measurement event is generated at a predetermined time period or at a request of an administrator.
제8항에 있어서,
상기 지락 고장 예측부가 ESS의 둘 이상의 배터리 랙 중 임의의 하나를 선택받고 선택된 배터리 랙의 배터리 팩과 연결하고, 절연저항 전압 검출부(100)를 배터리 팩과 연결시키는 배터리 랙 선택 과정을 더 포함하되,
상기 배터리 랙 선택 과정을 통해 선택된 배터리 팩에 대해 상기 배터리 팩 전압 검출 과정 이후의 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising a battery rack selecting step of selecting any one of the two or more battery racks of the ESS to connect to the battery pack of the selected battery rack and connecting the insulation resistance voltage detecting unit 100 to the battery pack,
Wherein the step of detecting the battery pack voltage is performed for the selected battery pack through the battery rack selection process.
제10항에 있어서,
지락 고장 예측부가 배터리 랙별로 계수값을 산정하여 등록하는 계수값 등록 과정을 더 포함하되,
상기 계수값 등록 과정을 통해 배터리 랙별로 계수값을 산정한 후, 상기 배터리 팩 전압 검출 과정 이후의 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 방법.
11. The method of claim 10,
Further comprising a step of registering a ground fault prediction unit for calculating and counting a coefficient value for each battery rack,
Calculating a count value for each battery rack through the count value registration process, and then performing a process after the battery pack voltage detection process.
제11항에 있어서,
상기 계수값 등록 과정은,
배터리 팩을 연결하지 않고, 상기 절연저항을 연결하지 않은 절연저항이 무한대인 상태에서 절연저항 전압을 검출하여 옵셋값으로 저장하는 옵셋갑 계산 단계;
특정 전압을 가지는 초기 배터리 팩을 연결하고 지락 발생 가능성이 있는 최소의 절연저항을 연결한 후 절연저항 전압을 검출하여 기준 절연저항 전압값으로 저장하는 기준 절연저항 전압값 측정 단계; 및
상기 옵셋값 및 기준 절연저항 전압값에 의해 상기 계수값을 계산하여 등록하는 등록 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS의 지락 감지 방법. 12. The method of claim 11,
The count value registration process includes:
Calculating an offset resistance value by detecting an insulation resistance voltage in a state in which the insulation resistance not connected to the insulation resistance is infinite without connecting the battery pack and storing the insulation resistance voltage as an offset value;
Measuring a reference insulation resistance voltage value by connecting an initial battery pack having a specific voltage, connecting a minimum insulation resistance that may cause a ground fault, detecting an insulation resistance voltage and storing the insulation resistance voltage value as a reference insulation resistance voltage value; And
And a registering step of calculating and registering the coefficient value according to the offset value and the reference insulation resistance voltage value.
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