KR102022075B1 - 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템 - Google Patents

접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템 Download PDF

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안승덕
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Abstract

본 발명은 ESS에 있어서 배터리셀의 이상상태 유무를 이원화된 연결을 통하여 에러 상태를 감지하도록 하는 것으로서, 복수 개의 배터리셀을 구비하며, 복수 개의 배터리셀을 상하로 적재되는 배터리랙; 복수 개의 배터리셀의 각각에 연결되어, 복수 개의 배터리셀 각각에 전기적으로 연결되어, 복수 개의 배터리셀 각각의 전기적 신호를 감지하는 복수 개의 배터리 감지셀을 구비하는 배터리 디텍팅 유닛; 및 i) 배터리 디텍팅 유닛이 구비하는 복수 개의 배터리 감지셀의 각각에 네트워크 연결되어 복수 개의 배터리 감지셀이 감지한 배터리 상황정보를 개별 수신하며, ii) 배터리 디텍팅 유닛이 구비하는 복수 개의 배터리 감지셀의 각각에 도선을 통해 이원화 연결되어 복수 개의 배터리 감지셀로부터 수신한 상황정보의 이상 유무를 체크하는 배터리 매니징 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템{Energy storage system for dual detecting error by switching connecting point}
본 발명은 에너지 스토리지 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 상하로 쌓여진 배터리셀 각각으로부터 에러를 디텍팅하도록 하며, 에러가 발생된 배터리셀과 이원화된 접점 스위칭을 통해 에러가 발생한 해당 에러 상태의 배터리셀을 신속하고 정확하게 감지하고 선별해낼 수 있도록 하는, 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템에 관한 기술분야이다.
글로벌 ESS 시장은 2025년까지 연평균 45%의 성장할 것으로 전망한다. 성장률뿐 아니라 2020년에는 용량기준 17.3GWh, 금액 기준으로 42억달러로 배터리 업체에게도 의미있는 시장으로 빠르게 성장할 것이다. 한국의 ESS 시장은 ESS 전용 요금제의 인센티브 강화 및 신재생에너지와 연계 ESS에 REC(Renewable Energy Certification) 가중치 5.0배를 부여하는 등 강한 정책적 지원을 앞세워 2016년 265MWh에서 2017년 1.2GWh로 성장했고, 2018년에는 4배에 가까운 성장을 보이며 4.7GWh로 커질 것이다. 이는 한국이 전세계 시장의 50%에 가까운 점유율을 차지한다는 의미이다. 한국은 이미 주파수 조정 예비력을 대체하는 ESS 시장에서도 글로벌 시장 확대에 기여했던 경험이 있다. 고성장하고 있는 피크 조절용 ESS 또는 신재생에너지 연계형 ESS 시장에서도 한국이 글로벌 시장의 확대에 기여할 것으로 기대하고 있다.
이에 따라, ESS 관련 기술이 여러가지 개발되고 있다. 그 중에서, 노이즈가 발생하여 배터리의 불량을 감지하지 못하는 상황을 예방하여 2차 피해를 방지하는 기술이 개발되고 있다.
하지만, 이에 따른 대책이나 해결책의 준비가 많이 미비한 것이 현실이다. 밸런싱 에러 검출에 관한 기술적인 시도는 여러 존재해 왔었는데, 그 중 대표적으로는 "에너지 저장 장치 셀의 셀 밸런싱 모듈 (등록번호 제10-1210951호, 이하 특허문헌 1이라 한다.)"이 존재한다.
특허문헌 1의 경우, 기존의 에너지 저장장치 모듈이 여러개의 스위치를 능동적으로 제어하여야 하기 때문에 회로가 복잡해지고, 별도의 외부보조전원이 구성되어 전원을 공급받아야 구동되므로, 전력소비가 많이 발생되는 문제점이 있고, 스위칭 소자가 과부하로 인해 오작동을 일으키는 문제점을 개선하고자, 제1 에너지 저장장치 셀, 제1다이오드, 제1 플라이백 트랜스포머, 제1 스위칭 소자, 발진부, 제1 게이트 회로부로 이루어진 제1 셀 밸런싱 모듈과;, 제2 에너지 저장장치 셀, 제2 다이오드, 제2 플라이백 트랜스포머, 제2 스위칭 소자, 제2 게이트 회로부, 셀전압감지부, 셀밸런싱 MCU로 이루어지 제2 셀 밸런싱 모듈이 구성됨으로서, 회로가 간단하고, 별도의 외부보조전원없이 커패시터의 자체 충전에너지를 이용한 발진회로를 통해 셀전압을 균등화시킬 수 있어, 전력소비를 줄일 수 있으며, 플라이백 트랜스포머의 1차 권선 일측에 스너버 회로모듈이 구성되어 제1 플라이백 트랜스포머의 누설인덕턴스에 의한 스위치 소자의 과전압 상승을 억제시킬 수 있어, 스위칭 소자의 오작동을 줄일 수 있고, 무엇보다 기존에 비해 셀전압 균등화를70% 향상시킨 에너지 저장 장치 셀의 셀 밸런싱 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
마찬가지로 "동시 충방전 및 ON-OFF 그리드 전환 사용이 가능한 에너지 저장 장치(ESS) (등록번호 제10-1920695호, 이하 특허문헌 2라 한다.)"도 존재한다.
특허문헌 2의 경우, 태양광 발전기, 풍력 발전기, 소수력 발전기, 조력 발전기, 지열 발전기 등의 신재생 에너지 발전기는 물론이고 비상 발전기를 포함한 다양한 종류의 발전기에서 생산한 전력이 교류이든 직류이든 구분없이 컨버터를 통해 충전할 수 있음은 물론이고, PCS(Power Conversion System)는 방전을 위해서만 사용되게 구성하여, 충전 및 방전을 동시에 수행할 수 있으며, 전력계통도 컨버터를 통해 충전할 수 있어서, ON-Grid 및 OFF-Grid로 운용할 수 있는 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)에 관한 것으로서, PCS는 방전을 위해 사용하고, PCS의 충전 기능은 분리하여 컨버터를 구성하며, 컨버터는 직류 전력과 교류 전력을 구분없이 입력받아 직류 전력으로 변환하여 충전하게 한다.
또한, "에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치 (등록번호 제10-1706717호, 이하 특허문헌 3이라 한다.)"도 존재한다.
특허문헌 3의 경우, 컨테이너 타입의 에너지 저장시스템에서 배터리모듈의 온도가 일정 온도이상으로 상승하거나, 배터리 모듈에 화재가 발생할 경우 배터리모듈측에 공급되는 전원을 차단하고, 화재의 번짐을 예방할 수 있도록 함과 아울러, 화재를 조기에 진화시킬 수 있도록 소화수단이 구비된 에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치에 관한 것이다. 본 발명은 컨테이너의 내부에 내장되고, 내부에 상, 하로 복수의 배터리모듈이 적층되도록 배열되는 트레이와; 상기 트레이에 적층된 배터리모듈을 향해 배치되며, 상기 복수의 배터리모듈의 온도를 계측하고, 이상 발생시 제어부측으로 신호를 출력하는 열감지수단과; 상기 열감지수단으로부터 출력된 신호를 인가받아 해당되는 배터리모듈로 공급되는 전원을 차단하는 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호에 따라 각각의 배터리모듈에 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부와; 상기 트레이의 타측에 배치되고, 일측에 복수의 차단판이 서로 이격되도록 상, 하로 형성되며, 상기 복수의 배터리모듈에 화재 발생시 제어부에 의해 동작되는 액튜에이터의 이동력에 의해 각 차단판의 단부가 상기 트레이의 내부로 진입되면서 상기 적층된 복수의 배터리 모듈을 구획되게 차단하는 차단블록; 및 상기 차단블록의 타측에 배치되고, 상기 제어부의 신호가 인가됨에 따라 상기 차단블록을 트레이측으로 이동시키는 로드를 갖는 액튜에이터;를 포함하고, 상기 차단블록은 일측에 형성되고 상기 트레이에 배열되는 배터리모듈들의 이격거리에 대응되도록 이격되게 형성되고 단부가 상기 트레이의 내부로 진입 가능하게 상기 트레이의 타측면에 형성된 삽입공에 각각 결합되는 복수의 차단판과, 일측면에 상기 차단판의 단부들이 연결되고 타측면에 상기 로드와 연동되도록 연결되는 지지플레이트로 구성된다.
또한, "최적화된 양방향 밸런싱 방법 및 시스템 (등록번호 제10-1767561호, 이하 특허문헌4라 한다.)"도 존재한다.
특허문헌 4의 경우, 배터리 밸런싱 방법 및 시스템이 제공된다. 시스템은 직렬로 연결된 복수의 전지, 각 전지에 대한 밸런서, 각 전지의 충전 상태(SOC)를 판단하도록 구성된 모니터 및 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서는, 최소 Q 전지와 최대 Q 전지의 이론적인 밸런싱에 기초하여, SOC 오차가 제1 임계값 이하일 때까지, SOC 오차를 반복적으로 계산하고; 다음으로, SOC 오차가 제2 임계값 이하일 때까지, 각 밸런서에 대한 순 충전 또는 방전 시간을 이용하여 SOC 오차를 반복적으로 재계산하고; 그리고, 제2 임계값이 만족될 때, 해당하는 계산된 순 충전 또는 방전 시간에 기초하여 각 해당 전지를 물리적으로 밸런싱하도록 각 밸런서에 명령하는 여러 기능들을 수행하도록 구성된다.
마지막으로, "양방향 능동 밸런싱 제어 장치 및 이의 방법 (등록번호 제10-1593685호, 이하 특허문헌 5라 한다.)"도 존재한다.
특허문헌 5의 경우, 복수개의 에너지 저장 장치 셀에 대한 양방향 능동 밸런싱 제어 방법 및 이의 장치에 관한 것으로서 단일 철심의 변압기에 형성되고 상호간 동일 극성으로 권선되는 복수의 1차 권선, 복수의 주 스위치 및 복수의 보조 스위치를 가지는 에너지 저장 장치의 밸런싱 제어 방법에 있어서, 상기 주 스위치에 PWM 신호가 인가되어 주 스위치가 도통되고, 낮은 전압의 배터리에 연결된 보조 스위치가 온(도통)되면 이에 연결된 인덕터에 자기에너지가 저장되고, 상기 보조 스위치가 OFF(폐쇄)되는 소정의 기간 동안에 상기 저장된 자화 에너지가 방출되면서 부족 충전된 배터리 셀이 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한 발명의 양방향 능동 밸런싱 제어 장치는, 복수의 1차 권선과 주 스위치의 공통 연결점에 일단이 각각 연결되는 복수의 인덕터; 상기 1차 권선의 다른 일단에 연결되고 상기 인덕터의 다른 일단에 직렬로 각각 연결되는 복수의 보조 스위치; 및 상기 인덕터와 보조 스위치의 공동 연결점과 상기 주 스위치의 다른 일단의 사이에 각각 연결되는 복수의 다이오드를 포함하여 구성된다.
기존의 선행 특허문헌들의 경우, 특정 배터리셀의 이상상태 유무에 대한 인식을 네트워킹을 통해서만 인지할 수 있는데, 네트워크의 장애 등으로 인한 인식 장애의 문제로 인하여 ESS의 대형 사고로 이어질 수 있는 여지를 가지고 있다.
신속하며 정확하게 에러 상태 즉, 전압 이상, 전류 이상, 혹은 온도 이상 등의 문제를 인식할 수 있는 보완적인 시스템의 제공이 시급하다.
등록번호 제10-1210951호 등록번호 제10-1920695호 등록번호 제10-1706717호 등록번호 제10-1767561호 등록번호 제10-1593685호
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템은 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다음과 같은 해결하고자 하는 과제를 제시한다.
첫째, 배터리셀과의 네트워크의 장애가 발생하는 경우에도 배터리셀의 이상상태에 관한 인식이 이루어질 수 있도록 한다.
둘째, 배터리셀의 이상상태 즉, 장애가 발생하는 경우, 네트워킹을 통한 정보 제공에 의존하지 않고 별도로 해당 배터리셀의 장애를 인식할 수 있도록 한다.
본 발명의 해결 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템은 상기의 해결하고자 하는 과제를 위하여 다음과 같은 과제 해결 수단을 가진다.
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템은 복수 개의 배터리셀을 구비하며, 상기 복수 개의 배터리셀을 상하로 적재되는 배터리랙; 상기 복수 개의 배터리셀의 각각에 연결되어, 상기 복수 개의 배터리셀 각각의 전기적 신호를 감지하는 복수 개의 배터리 감지셀을 구비하는 배터리 디텍팅 유닛; 및 i) 상기 배터리 디텍팅 유닛이 구비하는 상기 복수 개의 배터리 감지셀 각각에 네트워크 연결되어 상기 복수 개의 배터리 감지셀이 감지한 배터리 상황정보를 개별 수신하며, ii) 상기 배터리 디텍팅 유닛이 구비하는 상기 복수 개의 배터리 감지셀의 각각에 도선을 통해 이원화 연결되어 상기 복수 개의 배터리 감지셀로부터 수신한 상기 상황정보로부터 이상 유무를 체크하는 배터리 매니징 유닛을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 상기 복수 개의 배터리 감지셀 각각은, 연계된 상기 배터리랙으로부터 발생되는 전압정보를 개별적으로 획득하는 전압 감지부; 연계된 상기 배터리랙으로부터 발생되는 전류정보를 개별적으로 획득하는 전류 측정부; 연계된 상기 배터리랙이 발열하는 온도정보를 개별적으로 획득하는 온도 측정부; 고유한 어드레스에 해당하는 코드 네임을 구비하고, 상기 코드 네임을 연계된 배터리랙의 각각에 매칭시키는 코드 매칭부; 및 상기 전기적으로 이원화 연결되는 도선 상에 각각 배치되며, 상기 전압정보, 상기 전류정보 또는 상기 온도정보 중 하나라도 각각의 임계범위를 벗어나는 경우, 상기 도선의 경로를 온/오프 하여 상기 임계범위를 벗어난 배터리셀의 상기 코드네임을 상기 배터리 매니징 유닛으로 하여금 인식시키는 접점 스위치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 상기 배터리 매니징 유닛은, 상기 배터리 감지셀 각각으로부터 상기 전압정보, 상기 전류정보 또는 상기 온도정보 중 적어도 하나 이상을 획득하는 정보 획득부; 상기 접점 스위치에 연결되어, 상기 접점 스위치의 온/오프 상태를 임의 조절하는 스위치 제어부; 상기 고유한 어드레스에 해당하는 상기 코드 네임을 발생시키며, 상기 코드 네임을 상기 복수 개의 배터리 감지셀 각각에 부여하여, 상기 복수 개의 배터리 감지셀 각각에 상기 복수 개의 배터리셀 각각에 일대일 연계시키는 코드 할당부; 상기 전압정보, 상기 전류정보 또는 상기 온도정보 중 하나라도 각각의 임계범위를 벗어나는 경우, 상기 임계범위를 벗어난 배터리셀을 에러 상태로 인식하는 에러 측정부; 상기 에러 측정부가 상기 에러 상태로 인식한 상기 배터리셀의 코드 네임을 인식한 후, 상기 에러 상태의 배터리셀을 전기적으로 차단하고, 물리적으로 고립시키는 고립 설정부; 및 상기 고립 설정부가 물리적으로 고립시킨 상기 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 배터리셀로부터 전류의 유입을 허용하는 지정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 상기 지정 제어부는, 상기 고립 설정부가 물리적으로 고립시킨 상기 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서, 인접한 배터리셀로부터 전류의 유입을 교차적으로 허용하는 교차 사용부; 상기 고립 설정부가 물리적으로 고립시킨 상기 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서, 인접한 배터리셀을 순차적으로 전류의 유입을 허용하는 순차 사용부; 및 상기 고립 설정부가 물리적으로 고립시킨 상기 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서, 인접한 배터리셀을 하나씩 스킵(skip)하며 순차적으로 전류의 유입을 허용하는 스킵 사용부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 상기 접점 스위치는, 일측이 상기 접점 스위치의 일단부를 형성하며, 타측은 나란히 배치되는 복수 개의 제 1 가지 도선을 구비하는 제1 도선; 타측이 상기 접점 스위치의 타단부를 형성하며, 일측은 상기 제1가지 도선과 평행하여 나란히 이격되어 배치되는 복수 개의 제2가지 도선을 구비는 제2도선; 상기 제1가지 도선 및 상기 제2가지 도선이 형성하는 2차원의 평면의 상부에 이격되어 배치되는 강자성체; 및 상기 제1가지 도선 및 상기 제2가지 도선이 형성하는 2차원의 평면의 하부에 이격되어 배치되어, 상기 강자성체를 향하여 자력을 선택적으로 발생시켜, 상기 강자성체가 상기 제1가지 도선 및 상기 제2가지 도선에 동시 접합 여부를 조절하는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 장애가 발생한 배터리셀의 접점 스위치의 온/오프 동작을 통하여 신속하고 정확하게 해당 장애사실을 인식할 수 있다.
둘째, 온/오프 동작을 통하여, 장애가 발생한 배터리셀이 어느 것인지를 정확하게 위치를 인식하게 된다.
셋째, 문제가 발생한 배터리셀의 고립을 통해 잔존하는 배터리셀로부터 전력의 공급을 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 배터리팩과 이들 배터리팩의 이상 유무를 감지하기 위한 종래의 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 배터리 디텍팅 유닛의 각 셀이 구비하는 기능을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 배터리 매니징 유닛이 구비하는 기능을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 배터리 매니징 유닛의 지정 제어부의 하위 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 교차 사용부의 기능을 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 순차 사용부의 기능을 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 스킵 사용부가 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 접점 스위치의 세부 구성을 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 개념도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 배터리 디텍팅 유닛의 개별 배터리 감지셀이 구비하는 기능을 도시한 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 배터리 매니징 유닛이 구비하는 기능을 도시한 블록도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 배터리 매니징 유닛의 지정 제어부의 하위 구성을 도시한 블록도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 교차 사용부의 기능을 도시한 개념도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 순차 사용부의 기능을 도시한 개념도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 스킵 사용부가 도시한 개념도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 접점 스위치의 세부 구성을 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리랙(100), 배터리 디텍팅 유닛(200), 및 배터리 매니징 유닛(300)을 포함하게 된다.
먼저, 배터리랙(100)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 배터리셀을 구비하는데, 이러한 배터리셀은 상하로 적재되는 형태로 구비되는 것이 바람직하다.
배터리랙(100)은 복수 개의 배터리셀의 집합체로 이해할 수 있다.
배터리 디텍팅 유닛(battery detecting unit, 200)의 경우, 복수 개의 배터리셀 각각에 연결되고, 복수 개의 배터리셀 각각의 전기적 신호를 감지하는 복수 개의 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n)을 구비하는 구성이다.
배터리 매니징 유닛(battery managing unit, 300)은 상술한 바와 같은 배터리 디텍팅 유닛(200)의 각각의 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n)로부터 배터리 상황정보 즉, 전압정보, 전류정보 또는 온도정보 중 적어도 하나이상을 수신하는데, 이러한 기작은 기본적으로 통신 네트워킹을 통하여 이루어진다.
아울러, 배터리 매니징 유닛(300)의 경우, 배터리 디텍팅 유닛(200)이 구비하는 복수 개의 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각에 도선(conductive wire을 통해 연결되어, 네트워크와 더불어 이원화 연결되어 배터리 감지셀로부터 상황정보의 이상 유무를 체크하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각은 전압 감지부(210), 전류 측정부(220), 온도 측정부(230), 코드 매칭부(240) 및 접점 스위치(203)를 포함할 수 있다.
전압 감지부(210)는 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각이 연계된 배터리셀로부터 전압정보를 개별적으로 취득하게 된다.
전류 측정부(220)는 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각이 연계된 배터리셀로부터 전류정보를 개별적으로 획득하게 된다.
그리고, 온도 측정부(230)의 경우, 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각이 연계된 배터리셀로부터 개별적으로 온도정보를 획득하게 된다.
코드 매칭부(240)의 경우, 고유한 어드레스(address)에 해당하는 코드 네임(code name)을 구비하고, 이러한 코드 네임에 연계된 배터리랙의 배터리셀의 각각에 매칭시키게 된다.
즉, 코드 매칭부(240)의 경우, 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n)의 각각에 adsd0001, adsd0002, adsd0003, adsd0004, adsd0005, adsd0006, adsd0007, adsd0008, adsd0009, adsd0010과 같은 코드 네임을 각각 부여한 후, 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각에 연계된 배터리셀 각각에 adsd0001, adsd0002, adsd0003, adsd0004, adsd0005, adsd0006, adsd0007, adsd0008, adsd0009, adsd0010를 매칭시키도록 하여, 배터리셀에 코드 네임 즉, 물리적인 주소를 할당하게 되는 것이다.
접점 스위치(203)의 경우, 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 전기적으로 이원화되는 도선 상에 각각 배치되는 구성이다.
접점 스위치(203)는 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n)의 각각에 배치되는 복수 개의 것이며, 상술한 바와 같이, 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n)이 전압정보, 전류정보, 온도정보 중 어느 하나라도 임계범위를 벗어나는 경우, 도선의 경로를 온/오프를 적어도 1회이상 수행하여, 배터리 매니징 유닛(300)으로 하여금 온/오프가 발생한 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n)의 코드 네임을 통해 어느 위치에 속한 배터리셀이 고장이 발생하였는지 신속하고 정확하게 인식할 수 있다.
여기서의 임계범위는 ESS(Energy Storage System)의 배터리셀에 요구되는 기본적인 전류 및 전압 사양으로부터 본 발명을 실시하고자 하는 자가 임의 설정할 수 있으며, 그 설정의 범위는 기본적인 전류 및 전압 사양으로부터 특정값을 벗어나면 고장으로 규정할 수 있는 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
온도정보의 임계범위의 경우, ESS가 가지는 내열의 범위와 냉각의 효율 등을 고려하여, 특정 온도값을 벗어나면 고장이나 위험한 것으로 규정할 수 있는 것으로 설정하는 것이 바람직하다.
여기서의 온도정보는 특정한 온도값의 임계치도 해당될 수 있으며, 시간(초)당 온도의 변화율로 설정할 수도 있다. 즉, 급격한 온도의 상승에 해당하는 경우도 온도정보에 포함되며 이 경우에는 급격한 온도의 변화율이 임계범위를 벗어나면 이상상태로 인식할 수 있다고 할 것이다.
배터리 매니징 유닛(300)의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 정보 획득부(310), 스위치 제어부(320), 코드 할당부(340), 에러 측정부(330), 고립 설정부(350), 지정 제어부(360)를 포함할 수 있다.
정보 획득부(310)의 경우, 상술한 바와 같이, 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각으로부터 네트워킹을 통하여 전압정보, 전류정보 또는 온도정보 중 적어도 하나 이상을 획득하게 된다.
스위치 제어부(320)의 경우, 상술한 바와 같이, 접점 스위치(203)에 연결되어 접점 스위치의 온/오프 상태를 임의로 조절할 수 있다.
접점 스위치(203)의 구조와 스위치 제어부(320)의 자세한 기작에 대해서는 후술하도록 한다.
코드 할당부(340)의 경우, 상술한 바와 같은, 고유한 어드레스에 해당하는 코드 네임을 발생시키며, 이러한 코드 네임을 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각에 부여하게 된다.
아울러, 상술한 바와 같이, 코드 할당부(340)는 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각에 부여된 각각의 코드 네임을, 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 각각에 연계된 복수 개의 배터리셀 각각에 일대일 연계시켜, 복수 개의 배터리셀 각각에 물리적인 주소를 할당하도록 한다.
에러 측정부(330)의 경우, 전압정보, 전류정보, 또는 온도정보 중 하나라도 각각의 임계범위를 벗어나는 경우, 임계범위를 벗어난 배터리셀을 에러상태로 인식하게 된다.
아울러, 에러 측정부(330)의 경우, 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n) 중 하나가 접점 스위치(203)를 온/오프하면, 해당 접점 스위치(203)가 온/오프하는 접점 스위치(203)의 코드 네임을 인식하여, 연계된 배터리셀이 어떤 것인지를 인식하게 된다.
고립 설정부(350)의 경우, 에러 측정부(330)가 에러 상태로 인식한 배터리 감지셀(BDU #1~BDU#n)의 코드 네임에 해당하는 배터리셀을 전기적으로 차단하고 해당 배터리셀을 물리적으로 고립시키게 된다.
지정 제어부(360)는 고립 설정부(350)가 전기적으로 차단하고 물리적으로 고립시킨 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 배터리셀로부터 전류의 유입을 허용하게 된다.
나아가 지정 제어부(360)의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 교차 사용부(361), 순차 사용부(362), 및 스킵 사용부(363)를 포함할 수 있다.
먼저, 교차 사용부(361)의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수 개의 배터리셀 중 물리적으로 고립시킨 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서 인접한 배터리셀로부터 전류의 유입을 교차적으로 허용하는 기능을 담당한다.
교차 사용부(361)의 경우, 배터리셀의 사용으로 열이 특정 배터리셀에서만 과잉 발생하는 것을 막기 위하여 소정의 시간 예를 들어 1초 내지 5초의 간격으로 인접한 배터리셀에서 번갈아 가며 전류의 방출을 발생시키게 된다.
순차 사용부(362)의 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 고립 설정부(350)가 물리적으로 고립시킨 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서 인접한 배터리셀을 순차적으로 전류의 유입을 허용하게 된다.
순차 사용부(362) 역시 배처리셀의 사용으로 발열이 특정 배터리셀에서만 과잉 발생되는 것을 막기 위하여 소정의 시간 간격으로 인접한 배터리셀에서 순차적으로 전류를 방출하도록 한다.
스킵 사용부(363)의 경우, 고립 설정부(350)가 물리적으로 고립시킨 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서 인접한 배터리셀을 하나씩 스킵해가며 순차적으로 전류의 유입을 허용하게 된다.
스킵 사용부(363) 역시 배터치셀의 사용으로 발열이 특정 배터리셀에서만 과잉 발생되는 것을 방지하기 위하여 소정의 시간 간격으로 인접한 배터리셀에서 순차적으로 하나씩 스킵하며 전류의 유입을 허용하게 된다.
상술하 바와 같이, 접점 스위치(203)의 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1도선(203a), 제2도선(203b), 강자성체(203c), 전자석(203d)을 포함할 수 있다.
먼저, 제1도선(203a)의 경우, 일측이 접점 스위치(203)의 일단부를 형성하고, 타측은 동일 평면상에서 나란히 병렬적으로 배치되는 복수 개의 제1가지 도선(203a-1)을 구비하게 된다.
제2도선(203b)의 경우, 타측이 접점 스위치(203)의 타단부를 형성하는데, 일측은 제1가지 도선(203a-1)과 동일한 평면상에서 나란히 이격되어 병렬적으로 배치되는 복수 개의 제2가지 도선(203b-1)을 구비하게 된다.
강자성체(203c)의 경우, 동일 평면상에서 배치되는 제1가지 도선(203a-1) 및 제2가지 도선(203b-1)이 형성하는 2차원 평면의 상부에 이격되어 배치되는 구성이다.
전자석(203d)의 경우, 제1가지 도선(203a-1) 및 제2가지 도선(203b-1)이 형성하는 2차원의 평면의 하부에 이격되어 배치되어, 강자성체(203c)를 향하여 자력을 선택적으로 발생시켜, 강자성체(203c)가 제1가지 도선(203a-1) 및 제2가지 도선(203b-1)에 동시 접합 여부를 조절하게 된다.
전자석(203d)에 전류가 인가되어 자력을 발생시키면, 강자성체(203c)는 인력이 발생되어 제1가지 도선(203a-1) 및 제2가지 도선(203b-1)을 상호 이어주어 스위치 온(switch on) 상태로 만들며, 반대로, 전자석(203d)에 전류가 차단되어 자력이 해제되면, 강자성체(203c)에 발생된 인력은 해제되어 제1가지 도선(203a-1) 및 제2가지 도선(203b-1)의 상호 이어줌을 해제시키고 스위치 오프(switch off) 상태로 만들게 된다.
본 발명의 권리 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정되며, 특허 청구범위에 사용된 괄호는 선택적 한정을 위해 기재된 것이 아니라, 명확한 구성요소를 위해 사용되었으며, 괄호 내의 기재도 필수적 구성요소로 해석되어야 한다.
10: 배터리팩 20: sub BMS
30: Master BMS 100: 배터리랙
200: 배터리 디텍팅 유닛 201: 중앙 제어부
202: BDU 스토리지부 203: 접점 스위치
210: 전압 감지부 220: 전류 측정부
230: 온도 측정부 240: 코드 매칭부
300: 배터리 매니징 유닛 301: BMU 중앙 제어부
302: BMU 스토리지부 310: 정보 획득부
320: 스위치 제어부 330: 에러 측정부
340: 코드 할당부 350: 고립 설정부
360: 지정 제어부 361: 교차 사용부
362: 순차 사용부 363: 스킵 사용부

Claims (5)

  1. 복수 개의 배터리셀을 구비하며, 상기 복수 개의 배터리셀을 상하로 적재되는 배터리랙;
    상기 복수 개의 배터리셀의 각각에 연결되어, 상기 복수 개의 배터리셀 각각의 전기적 신호를 감지하는 복수 개의 배터리 감지셀을 구비하는 배터리 디텍팅 유닛; 및
    i) 상기 배터리 디텍팅 유닛이 구비하는 상기 복수 개의 배터리 감지셀 각각에 네트워크 연결되어 상기 복수 개의 배터리 감지셀이 감지한 배터리 상황정보를 개별 수신하며, ii) 상기 배터리 디텍팅 유닛이 구비하는 상기 복수 개의 배터리 감지셀의 각각에 도선을 통해 이원화 연결되어 상기 복수 개의 배터리 감지셀로부터 수신한 상기 상황정보로부터 이상 유무를 체크하는 배터리 매니징 유닛을 포함하되,
    상기 복수 개의 배터리 감지셀 각각은,
    연계된 상기 배터리랙으로부터 발생되는 전압정보를 개별적으로 획득하는 전압 감지부;
    연계된 상기 배터리랙으로부터 발생되는 전류정보를 개별적으로 획득하는 전류 측정부;
    연계된 상기 배터리랙이 발열하는 온도정보를 개별적으로 획득하는 온도 측정부;
    고유한 어드레스에 해당하는 코드 네임을 구비하고, 상기 코드 네임을 연계된 배터리랙의 각각에 매칭시키는 코드 매칭부; 및
    상기 전기적으로 이원화 연결되는 도선 상에 각각 배치되며, 상기 전압정보, 상기 전류정보 또는 상기 온도정보 중 하나라도 각각의 임계범위를 벗어나는 경우, 상기 도선의 경로를 온/오프 하여 상기 임계범위를 벗어난 배터리셀의 상기 코드네임을 상기 배터리 매니징 유닛으로 하여금 인식시키는 접점 스위치를 포함하며,
    상기 배터리 매니징 유닛은,
    상기 배터리 감지셀 각각으로부터 상기 전압정보, 상기 전류정보 또는 상기 온도정보 중 적어도 하나 이상을 획득하는 정보 획득부;
    상기 접점 스위치에 연결되어, 상기 접점 스위치의 온/오프 상태를 임의 조절하는 스위치 제어부;
    상기 고유한 어드레스에 해당하는 상기 코드 네임을 발생시키며, 상기 코드 네임을 상기 복수 개의 배터리 감지셀 각각에 부여하여, 상기 복수 개의 배터리 감지셀 각각에 상기 복수 개의 배터리셀 각각에 일대일 연계시키는 코드 할당부;
    상기 전압정보, 상기 전류정보 또는 상기 온도정보 중 하나라도 각각의 임계범위를 벗어나는 경우, 상기 임계범위를 벗어난 배터리셀을 에러 상태로 인식하는 에러 측정부;
    상기 에러 측정부가 상기 에러 상태로 인식한 상기 배터리셀의 코드 네임을 인식한 후, 상기 에러 상태의 배터리셀을 전기적으로 차단하고, 물리적으로 고립시키는 고립 설정부; 및
    상기 고립 설정부가 물리적으로 고립시킨 상기 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 배터리셀로부터 전류의 유입을 허용하는 지정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 지정 제어부는,
    상기 고립 설정부가 물리적으로 고립시킨 상기 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서, 인접한 배터리셀로부터 전류의 유입을 교차적으로 허용하는 교차 사용부;
    상기 고립 설정부가 물리적으로 고립시킨 상기 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서, 인접한 배터리셀을 순차적으로 전류의 유입을 허용하는 순차 사용부; 및
    상기 고립 설정부가 물리적으로 고립시킨 상기 에러 상태의 배터리셀을 제외한 나머지 복수 개의 배터리셀 중에서, 인접한 배터리셀을 하나씩 스킵(skip)하며 순차적으로 전류의 유입을 허용하는 스킵 사용부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 접점 스위치는,
    일측이 상기 접점 스위치의 일단부를 형성하며, 타측은 나란히 배치되는 복수 개의 제 1 가지 도선을 구비하는 제1 도선;
    타측이 상기 접점 스위치의 타단부를 형성하며, 일측은 상기 제1가지 도선과 평행하여 나란히 이격되어 배치되는 복수 개의 제2가지 도선을 구비는 제2도선;
    상기 제1가지 도선 및 상기 제2가지 도선이 형성하는 2차원의 평면의 상부에 이격되어 배치되는 강자성체; 및
    상기 제1가지 도선 및 상기 제2가지 도선이 형성하는 2차원의 평면의 하부에 이격되어 배치되어, 상기 강자성체를 향하여 자력을 선택적으로 발생시켜, 상기 강자성체가 상기 제1가지 도선 및 상기 제2가지 도선에 동시 접합 여부를 조절하는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는, 접점 스위칭을 통한 이원화 에러 디텍팅 에너지 스토리지 시스템.
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