KR102212725B1 - 배터리 에너지 저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치 - Google Patents

배터리 에너지 저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 BESS(Battery Energy Storage System)에서 랙 프레임에 체결된 접지선의 정확한 동작 및 상태를 모니터링하기 위한 시스템으로 서지에 의한 유도전류와 랙 프레임과 내부의 배터리셀들의 절연파괴가 발생할 때 흐르는 누설전류에 의하여 발생되는 메쉬 접지망의 각 노드의 전위를 측정하는 C-모드 접지전위와 연결선의 D-모드 전위, 접지전류를 검출하고, 이를 통하여 각 접지선의 상태를 모니터링 하는 것이다.

Description

배터리 에너지 저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치{ apparatus for ground potential monitering of battery energy storage system}
본 발명은 태양광으로부터 발전된 전기를 배터리에너지저장장치(ground potential Monitering of Battery Energy Storage System: BESS)에서 상시 안정된 접지전위를 유지할 수 있도록 접지체계를 감시하도록 함으로써 적절한 유지보수와 BESS의 절연파괴 및 전압 유도에 따른 접지전위 상승에 의한 통신장애로 인한 배터리관리시스템(Battery Management System ; BMS) 또는 전력관리시스템(Power Management System ; PMS)의 오동작 및 에러에 의한 화재를 예방하도록 하는 배터리에너지저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치에 관한 것이다.
태양광을 중심으로 하는 신재생에너지의 사용이 꾸준히 증가하는 추세에 있다고는 하나 간헐적인 출력변동이나 화재등으로 인한 문제등도 동반하여 증가하는 추세에 있어 등록특허 10-1732436호(발명의 명칭: 태양광발전장치와 에너지저장장치의 스마트 소방방재 시스템)(이하, ‘종래기술’이라 함)와 같은 기술이 개발되었다.
이러한 종래기술은 태양광발전장치와 에너지저장장치에 온도센서를 각각 설치하고, 화재가 발생했을 때 온도센서가 특정온도 이상이 된 것을 감지하게 되면 자동소화장치를 작동시켜 소화시키도록 함으로써 화재진압을 하도록 하는 구성을 이루고 있다.
이러한 종래기술에서는 배터리 셀(cell)들간, 또는 배터리 셀들과 적층한 랙(rack) 사이에 절연파괴가 발생한 경우에 랙의 접지상태가 불량하게 된 경우에는 배터리관리시스템(Battery Management System ; BMS) 또는 전력관리시스템(Power Management System ; PMS)의 오동작 및 에러에 의한 화재가 발생할 가능성이 존재하게 된다. 그러나 종래기술에서와 같이 단순히 배터리 저장공간에 온도를 감지하여 설정온도 이상인 경우에 소화기를 작동시킨다고 하여도 접지불량의 근본원인이 해결되지 않는 경우에는 배터리관리시스템(Battery Management System ; BMS) 또는 전력관리시스템(Power Management System ; PMS)과 같은 관리장치들의 오동작에 의해 위험인자를 감지하지 못해 화재로 이어지는 경우가 발생한다.
따라서 에너지 저장장치의 안정적인 운전과 관리장치의 오동작 및 통신장애에 의한 전기적 요인에 의한 화재 예방 및 방지의 대책을 수립하기 위하여 랙들의 접지전위의 상시 감시체제가 필수적이라 할 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 배터리 에너지 저장장치의 접지전위를 상시로 감시할 수 있도록 하는 감시 시스템을 구축하여 배터리관리시스템(Battery Management System ; BMS) 또는 전력관리시스템(Power Management System ; PMS)의 오동작 및 에러에 의한 전기적 요인의 화재예방 및 방지를 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 내부에 배터리 셀들이 설치된 랙들의 접지선의 C-모드(common mode)의 접지전위와 함께 랙들의 접지선들 사이에 발생되는 D- 모드(차등모드:differential mode)의 전위를 감시하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 내부에 배터리 셀들이 설치된 랙들의 절연파괴에 의한 접지전류를 상시 감시 하도록 하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 배터리 에너지 저장장치의 랙들 중에 감시되는 특정부위의 c-모드, d-모드, 접지전류의 수치에 따라서 정상, 비정상 상태를 모니터에 표출하도록 함으로써 접지불량을 보수하도록 하고, 관리장치의 오동작으로 인한 전기적 요인의 화재를 예방할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 해결수단은 랙 프레임과 상기 랙 프레임의 내부에 상기 랙 프레임과 절연되도록 설치된 복수개의 배터리 셀들로 이루어진 복수개의 랙들이 설치되고, 랙들의 배터리셀들이 출력단자(+), (-)를 갖는 전력라인에 직렬로 연결되며, 랙들에는 랙 프레임과 내부의 배터리셀들의 절연파괴가 검출되는 TBMS(Tray Battery Management System)가 설치되고, 상기 출력단자에는 전력라인에 서지(surge)가 유입되는 것을 검출하는 BMS(Battery Management System)가 설치되는 BESS(Battery Energy Storage System)의 랙 프레임에 연결된 각각의 접지선과 상기 각각의 접지선들 간에 연결된 연결선들로 이루어진 메쉬(mesh)형태로 연결된 접지선들의 접지상태를 감시하기 위한 배터리 에너지 저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치에 있어서: 각각의 접지선의 접지전위인 C-모드(Common Mode) 접지전위를 검출하는 C-모드 전위검출부; 접지선들을 상호 연결하는 연결선들의 양단에 검출되는 전압인 D-모드(Differential Mode) 전위을 검출하는 D-모드 전위검출부; 각각의 접지선들에 설치된 전류계로부터 접지전류값을 입력받는 접지전류검출부; 서지가 유입되거나 랙 프레임과 랙 프레임 내부의 배터리 셀들의 간에 절연파괴가 이루어질 때 C- 모드 전위검출부와 D-모드 전위검출부로 입력된 데이터를 기저장된 정상범위의 C- 모드 전위와 D-모드 전위의 범위인지를 판별하여 접지선들이 정상상태인지 비정상상태인지를 판별하고, 상기 접지전류검출부로부터 입력되는 접지전류가 기저장된 정상범위의 접지전류인지 비정상범위의 접지전류인지를 판단하여 각각의 접지선들이 정상상태인지 비정상상태인지 판별하는 콘트롤러를 포함하며. 상기 콘트롤러는 O.S를 담당하며 연결된 제어대상을 제어하는 제어모듈; 상기 서지유입에 의한 C-모드 접지전위들과 D-모드 전위들과, 각각의 랙 프레임과 내부에 설치된 배터리들의 절연파괴시에 C-모드 접지전위들과 D-모드 전위들이 정상범위와, 비정상범위로 분류되어 저장되는 저장모듈; 상기 C-모드 전위검출부로부터 검출된 C-모드 접지전위들을 상기 저장모듈에 저장된 C-모드 접지전위들과 비교하여 각각의 접지선들의 정상상태, 비정상상태를 판정하고, 비정상상태로 판정하는 경우 비정상상태의 접지선을 검출하는 C-모드 전위판단모듈; 상기 D-모드 전압 검출부로부터 입력된 D-모드 전위들과 상기 저장모듈에 저장된 D-모드 전위과 비교하여 각각의 연결선들의 정상상태, 비정상상태를 판정하며 비정상상태로 판정하는 경우 비정상상태인 연결선을 검출하는 D-모드 전위판단모듈;을 포함하는 것이다.
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상기 해결과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 랙의 프레임에 연결된 접지상태를 점검할 수 있도록 함으로써 서지 유입이나, 접지불량 및 절연파괴에 의한 접지전위 상승, 랙 프레임과 배터리의 절연파괴 시에 발생되는 랙의 누설전류를 안전하게 방전하도록 함으로써 BMS와 TBMS 사이의 통신 및 TBMS와 서브-BMS 사이에 발생되는 유도장애를 방지하도록 함으로써 기기의 오동작 등을 방지하도록 하여 화재나, 기기의 파손 등을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 전체적인 구성을 설명하기 위한 전기계통도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에서 랙 프레임과 배터리들이 절연파괴가 된 상태에서 랙 프레임이 불완전접지된 경우의 전류의 흐름을 도시한 계통도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예를 구현하기 위한 회로블록도이다.
도 4는 본 발명의 동작과정을 설명하는 순서도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 전체적인 구성을 설명하기 위한 전기계통도이고, 도 2는 본 발명의 전채적인 구성을 설명하기 위한 시스템의 블록도이다.
BESS는 구성 조건에 따라서 직류 1,000V 내외의 고전압으로 운용되며, 안정적인 시스템 운용을 위해서는 배터리관리시스템(Battery Management System: BMS) 및 각종 제어장치의 외함과 접지 시스템의 체결이 중요한 요소로 작용된다. BESS 내의 각종장치들은 통신선들이 연결되어 CAN 통신, ModBus TCP/IP 통신이 이 이루어지고 있으나, 이들 통신은 통신전압 레벨이 3.3V, 12V등 BESS의 충방전 레벨 전압보다 현저히 낮아 내부 또는 외부의 외란에 민감한 특성을 갖고 있다.
또한 배터리 랙은 설치현장 여건에 따라 내부의 배터리 트레이가 현장에서 별도 설치 과정이 발생할 수도 있다. 이러한 조립과정에서 작업자의 실수로 인한 미체결 또는 운용 중 발생하는 유도전압 등에 의해 각종 신호 및 통신장비의 오동작이 유발될 수 있다. 이와같은 유도전압 및 노이즈로부터 ESS의 각종 제어장비를 안정적으로 운용하기 위해서는 각 장치별 용도에 맞는 서지보호장치 및 노이즈필터를 이용하여 안정화시키거나 안정적인 접지 시스템을 통해 각 장치로 유도되는 노이즈 성분을 랙 프레임 또는 제어시스템의 금속 함체를 접지시킴으로써 예방할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 BESS는 콘테이너와 같은 시설물의 내부에 n개의 랙들이 설치되고, 각각의 랙들에는 복수개의 배터리 셀(cell)들이 직렬 연결되고, 랙들에 저장된 배터리들(이하, ‘랙단위 배터리들’이라 함) 또한 인접된 랙들에 설치된 랙단위 배터리들에 직렬 연결되어 전체의 배터리들에 축적된 전기는 출력단자+, -에 전체 배터리들에 의한 전압이 인가되게 된다.
또한 각각의 배터리 셀들에는 배터리 셀들의 전압, 전류를 감지하는 감지장치 및 충방전용 스위치와 스위치를 구동시키는 구동수단과, 감지장치에 의하여 감지된 감지신호를 외부에 전송하고, 외부로부터 구동신호를 송수신하는 통신모듈로 이루어진 서브-BMS(미도시)들이 설치되고, 각각의 랙들에는 내부에 설치된 단위 배터리들의 충방전 전류, 전압을 감지하는 감지장치와 전류를 차단하는 스위치와 스위치를 구동시키는 구동수단과 서브-BMS들과 제어신호들을 송수신하며 감지된 감지신호와 스위치 구동신호를 송수신하는 통신모듈로 이루어진 TBMS(Tray Battery Management System)가 설치되고, 출력단자+, -에는 전체 배터리들을 관리하며 TBMS에 제어신호를 전송하며 전체 충방전류를 차단하는 스위치 및 스위치 구동수단이 설치된 BMS가 설치되며 출력단자+, -에 흐르는 전류 및 인가전압이 표시된다.
또한 각각의 랙들은 서지(surge) 전류를 원활하게 접지를 통하여 방전시키기 위하여 매쉬방식에 의한 접지가 이루어진다. 보다 상세하게는 랙(R1)과 접지 사이에는 저항(Rc1)의 접지선이 설치되고, 저항(Rc1)의 접지선에는 전류계(C1)이 설치되고, 또한 랙(R2)과 접지 사이에는 저항(Rc2)의 접지선이 설치되고, 저항(Rc2)의 접지선에는 전류계(C2)이 설치되며, 동일한 방식으로 랙(Rn)과 접지 사이에는 저항(Rcn)의 접지선이 설치되고, 저항(Rcn)의 접지선에는 전류계(Cn)이 설치된다. 또한 랙(R1)과 랙(R2) 사이에는 저항(Rd1)의 연결선이 설치되고, 랙(R2)과 랙(R3) 사이에는 저항(Rd2)의 연결선이 설치되고, 랙(Rn-1)과 랙(Rn) 사이에는 저항(Rn-1)의 연결선이 설치된다.
랙들에 이와 같은 접지가 이루어진 경우는 매우 이상적인 경우이고, 시공이 불량하여 랙들과 접지선이 불완전하게 이루어진 경우와 접지선이 단선된 경우에는 접지선의 저항이 매우 높아지게 되고, 특정 노드의 전압은 매우 높아지게 되며, 특정한 접지선에 흐르는 전류가 과도하게 되거나 기준치 보다 매우 작아지게 된다.
랙(R1)에 연결되어 저항(Rc1)을 갖는 접지선(이하 ‘첫번째 접지선’이라 함)과 저항(Rd1)을 갖는 접지선이 만나는 노드(n1)의 접지전위는 Vn1이고, 저항(Rc2)을 갖는 접지선(이하, ‘두번째 접지선’이라 함)과 저항(Rd2)을 갖는 접지선이 만나는 노드(n2)의 접지전위는 Vn2이고, 저항(Rcn-1)을 갖는 접지선과 저항(Rdn-1)을 갖는 연결선이 만나는 노드(n-1)의 접지전위는 Vn n-1이고, 저항(Rcn)을 갖는 접지선과 저항(Rdn-1)을 갖는 연결선이 만나는 노드(nn)의 접지전위는 Vnn이고, 이와 같이 각각의 랙들과 접지와 연결되어 나타내는 전위를 C-모드 접지전위라 한다.
또한 각각의 랙들의 접지상태에 이상이 있는 불완전 접지가 되어 있는 경우 서지전류에 의하여 랙들에 유도전류가 발생한 경우에는 랙들에 연결된 접지선들간에는 차등전압(differential voltage) 또는 플로팅전압(floating voltage)이 발생하게 된다.
이와 같이 BESS에 서지가 유입되게 되어 각각의 랙 프레임(Rack Frame)에 유도전류가 발생되게 되면 접지선들이 랙 프레임에 정상적으로 결합된 상태인 정상상태라면 랙 프레임에 유도된 유도전류가 결합된 접지선을 통하여 원활하게 방전되게 되고, 각각의 접지선에 설치된 전류계에는 접지전류가 계측되게 된다.
그러나 특정 접지선이 단선되거나 랙 프레임과 불완전하게 체결되는 소위 ‘불완전 접지’가 된 경우라면 접지선에 흐르는 전류가 0으로 되거나 기설정된 전류 이하인 소위 ‘불완전 접지전류’가 흐르게 되고, 해당 전류계는 불완전 접지전류가 계측되게 된다.
또한 랙 프레임에 유도전류가 발생하는 경우 불완전 접지선의 전류는 정상상태의 C-모드 접지전위는 다르게 되고, 불완전 접지선의 전위와 인접된 접지선의 전위가 다르게 되어 결국 접지선들을 연결한 연결선 사이에는 차등전압이 발생하게 된다.
따라서 랙 프레임들에 유도전류가 발생하게 되는 경우 각각의 접지선의 전류와 접지선들간의 차등전압을 검출하게 되면 특정 접지선의 불완전 접지상태를 검출할 수 있게 된다.
설명을 단순화하기 위하여 BESS 내에 두 개의 랙(R1)과 랙(R2)만 설치된 것을 가정하면 랙(R1)과 랙(R2)의 접지가 정상적으로 이루어졌을 때에 랙들에 유도전류가 유도될 때 각 접지선을 통하여 전류가 흐르게 되고 노드(n1)과 노드(n2)에는 동일한 전위가 되기 때문에 노드(n1)과 노드(n2) 사이를 연결하는 연결선에는 전류가 흐르지 않기 때문에 이들 노드사이의 차등전압 △Vn1n2은 0으로 된다. 그러나 예를 들어 첫 번째 접지선이 불완전 접지되었을 때에 노드n1과 노드n2를 연결하는 연결선에는 전류가 흐르게 되고 노드n1과 노드n2를 연결하는 연결선에는 차등전압 △Vn1n2 = △V가 발생되게 되고, 전류계(C1)에는 접지전류가 정상시 보다 작게 흐르게 되고, 전류계(C2)에는 정상시 보다 더 많은 전류가 흐르게 된다. 반대로 두 번째 접지선이 불완전 접지된 경우에는 전류가 노드n2 에서 노드1으로 연결선을 통하여 흐르게 되고 노드n1과 노드n2 사이에는 차등전압 △Vn1n2 = -△V 가 발생되고 전류계(C2)에는 정상시보다 작은 접지전류가 흐르거나 흐르지 않게 되며, 전류계(C1)에는 정상시보다 많은 전류가 흐르게 된다.
이와 같이 각각의 접지선의 전류와 접지선들을 연결하는 연결선의 차등전압을 검출되면 특정 접지선의 불완전 접지상태를 검출할 수 있다.
또한 랙 프레임에 접지된 접지선들이 불완전 접지상태를 이루게 된 경우에는 접지전류가 원활하게 방전되지 않게 되어 통신선에 장애를 유발하여 배터리의 원활한 충방전을 방해하고, 심지어 화재를 유발하게 된다.
또한 랙의 프레임과 랙 내부에 설치된 배터리 사이에 절연파괴가 이루어진 경우에 배터리로부터 랙 프레임에 흐르는 전류가 접지선을 통하여 접지단으로 방전이 이루어지게 된다.
그러나 배터리 전류가 흐르는 랙 프레임과 접지선이 불완전 접지된 경우에는 연결된 접지선에는 작은 전류가 흐르게 되거나 흐르지 않게 되면 연결선에 의하여 연결된 인접 접지선에 많은 전류가 흐르게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에서 랙 프레임과 배터리들이 절연파괴가 된 상태에서 랙 프레임이 불완전접지된 경우의 전류의 흐름을 도시한 계통도이다.
랙(Rp)의 좌, 우 인접 위치에는 랙(Rp-1)과 랙(Rp+1)이 설치되어 있으며, 랙(Rp)는 랙 프레임과 내부의 배터리가 절연이 파괴되어 배터리와 랙 프레임 사이에는 누설전류가 흐르고 있으며, 랙(Rp)의 접지선은 단선된 상태를 나타내고 있다.
배터리로부터 누설된 전류는 랙(Rp)의 프레임으로부터 접지선을 따라서 노드np까지 흐른 후 인접된 랙(Rp-1), (Rp+1)의 접지선과 연결된 연결선으로 흐르는 전류(ip-1), (ip+1)로 분지되게 되고, 분지된 전류는 랙(Rp-1), (Rp+1)의 접지선을 따라서 흐른 후에 접지단을 통하여 방전되게 된다.
이와 같이 랙(Rp)에 배터리 절연파괴에 의한 누설전류가 흐르게 될 때 랙(Rp) 프레임에 연결된 접지선이 단선된 경우에는 전류가 흐르지 않게 되어 설치된 전류계(Cp)에는 전류가 검출되지 않게 되나, 인접된 랙(Rp-1), 랙(Rp+1)의 접지선에 전류가 흐르게 되고 각각의 접지선에 설치된 전류계(Cp-1), (Cp+1)에 전류가 검출되게 되며, 랙(Rp) 프레임에 연결된 접지선과 인접된 랙(Rp-1), 랙(Rp+1) 프레임에 연결된 접지선들을 연결하는 연결선에는 전류가 흐르기 때문에 차등전위가 발생하게 된다.
만일 랙(Rp) 프레임에 연결된 접지선이 단선되지 않았지만 절연파괴시에 기설정된 크기 이하의 미세전류가 흐르게 되면 불완전 접지상태로 판정하게 된다.
또한 랙(Rp) 프레임과 내부의 배터리가 절연파괴되어 누설전류 발생시에 인접된 랙(Rp-1) 프레임에 연결된 접지선이 불완전접지의 일종인 단선된 경우에는 전류계(Cp-1)에는 전류가 검출되지 않게 되고, 전류계(Cp), 전류계(Cp+1)에는 전류가 검출되고, 랙(Rp) 프레임에 연결된 접지선과 랙(Rp-1) 프레임에 연결된 접지선을 연결하는 연결선에 흐르는 전류가 없기 때문에 차등전압이 발생하지 않게 되고, 랙(Rp) 프레임에 연결된 접지선과 랙(Rp+1) 프레임에 연결된 접지선을 연결하는 연결선에는 전류가 흐르기 때문에 차등전압이 발생하게 된다.
이와 같이 특정 랙 프레임과 내부의 배터리 사이에 절연이 파괴된 경우에 랙 프레임과 접지선의 접지상태에 따라서 전류가 흐르는 전류량 및 각각의 접지선들간에 발생하는 차등전압값이 다르기 때문에 이러한 전류량과 차등전압값을 분석하게 되면 절연파괴가 발생된 랙과 불완전접지가 일어난 접지선들을 추적할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예를 구현하기 위한 회로블록도이다.
도 3에 도시된 배터리 에너지 저장장치의 접지전위 모니터링 장치(1)는 입력되는 C-모드(Common-mode) 접지전위와 C-모드 접지전위로부터 각각의 접지선을 연결하는 연결선이 인가되는 D-모드(differential mode) 전위와 각 접지선에 흐르는 전류를 입력받아 서지의 유입여부와 랙 프레임과 배터리의 절연파괴여부를 검출하고 접지선의 불완접 접지상태를 검출하는 콘트롤러(10)와, 각각의 랙 프레임과 접지단자 간에 연결된 접지선들에 흐르는 전류에 의하여 랙 프레임들과 접지선들의 연결부위에 발생되는 전위를 검출하는 C-모드 접지전위 검출부(11)와, 랙 프레임들과 접지선들의 연결부위와 인접되는 랙 프레임들과 접지선들의 연결부위를 연결하는 연결선들에 발생되는 전압을 검출하는 D-모드 전압검출부(13)와, 각각의 접지선들에 설치된 전류계들로부터 전류값을 입력받는 접지전류검출부(15)와, 콘트롤러(10)로부터 표시 데이터를 입력받아 영상신호로 변환하여 표시부(19)에 각각의 접지선들의 접지상태에 따라서 정상상태, 비정상상태 또는 정상상태, 주의상태, 경고상태를 색상별로 달리 표출하도록 하여 영상을 표시하도록 하는 표시모듈(17)로 이루어진다.
또한 콘트롤러(10)는 O.S를 담당하며 연결된 제어대상을 제어하는 제어모듈(111)과, BMS에 의하여 검출되는 유도된 서지전류의 크기에 매칭되는 각각의 랙 프레임들과 접지선들의 연결부위에 인가되는 전위인 C-모드 접지전위의 정상범위 데이터 값과, 유도된 서지전류의 크기에 매칭되는 각각의 연결선들에 발생되는 D-전압의 정상범위 데이터와 유도된 서지전류의 크기에 매칭되는 각각의 접지선들에 흐르는 전류의 정상범위 데이터 값들이 저장된 정상상태 기준데이터부와, 유도된 서지전류의 크기에 매칭되되 기기등의 파손 내지 화재등의 사고를 촉발할 수 있어 관리자에게 경고가 필요한 C-모드 접지전위의 경계상태 기준데이터와 유도된 서지전류의 크기에 매칭되는 각각의 연결선들에 발생되는 D-모드 전위의 경계상태 기준데이터와 각각의 접지선들에 흐르는 전류의 경계상태의 기준 데이터 값들이 저장되는 경계상태기준데이터부와, 유도된 서지전류의 크기에 매칭되되 C-모드 접지전위가 경계상태 미만과 정상상태를 초과하는 사이의 주의상태의 데이터들과 각각의 연결선들에 발생되는 D-모드전위의 경계상태 미만과 정상상태를 초과하는 사이의 주의상태의 데이터들과 각각의 접지선들에 흐르는 전류의 경계상태 미만과 정상상태를 초과하는 사이의 주의상태의 데이터들이 저장된 경계상태기준데이터부를 포함하는 저장모듈(115)이 구비된다.
이때 저장모듈(115)의 저장상태기준데이터부에는 랙 프레임과 랙 프레임 내부에 저장된 배터리들간에 절연이 파괴되어 누설전류가 발생될 때 특정의 절연파괴된 랙에 매칭되는 정상범위의 C-모드 접지전위, D-모드 전위, 각각의 접지전류가 저장된다. 마찬가지로 주의상태기준데이터부에는 특정의 절연파괴된 랙에 매칭되는 주의상태의 범위의 C-모드 접지전위, D-모드 전위, 각각의 접지전류가 저장되고, 경계상태기준데이터부에는 특정의 절연파괴된 랙에 매칭되는 경계상태범위의 C-모드 접지전위, D-모드 전위, 각각의 접지전류가 저장된다.
또한 앞에서 기술된 각각의 정상상태 범위의 기준데이터값, 주의상태 범위의 기준데이터값, 경계상태 범위의 기준데이터 값들은 반복적인 실험에 의하여 결정하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 저장모듈(115)에 저장되는 기준 데이터들은 정상상태의 범위를 지정하는 데이터와, 주의상태와 경계상태를 포괄하는 비정상상태를 지정하는 데이터로 2분화시켜 저장될 수 있다.
또한 콘트롤러(10)에는 C-모드 전위 검출부(11)로부터 입력된 C-전위들과 저장모듈(115)에 저장된 데이터값들과 비교하여 C-모드 전위의 정상상태, 주의상태, 경계상태를 판정하며 주의상태와 경계상태를 판정하는 경우 주의상태와 경계상태를 범위의 비정상 데이터를 갖는 접지선을 추출하는 C-모드 전위판단모듈(112)와, D-모드 전위 검출부(13)로부터 입력된 D-모드 전위들과 저장모듈(115)에 저장된 데이터값들과 비교하여 D-모드 전위의 정상상태, 주의상태, 경계상태를 판정하며 주의상태와 경계상태를 판정하는 경우 주의상태와 경계상태를 범위의 비정상 데이터를 갖는 연결선을 추출하는 D-모드 전위판단모듈(113)과, 접지전류 검출부(15)로부터 입력된 접지전류들과 저장모듈(115)에 저장된 데이터값들과 비교하여 접지선의 정상상태, 주의상태, 경계상태를 판정하며 주의상태와 경계상태를 판정하는 경우 주의상태와 경계상태를 범위의 비정상 데이터를 갖는 접지선을 추출하는 접지전류 판단모듈(114)을 포함한다.
도 4는 본 발명의 동작과정을 설명하는 순서도이다.
출력단(+), (-)에는 전력라인이 연결되고, 전력라인에 배터리들이 연결되며, 전력라인에 서지가 유입되게 되면 출력단 인근에 설치되는 BMS에는 서지유입을 검출하고(S1), 랙 프레임과 랙 프레임 내부의 배터리들간에 절연이 파괴되어 누설전류가 흐르게 되면 각각의 랙에 설치된 TBMS는 절연파괴가 된 것을 감지하고(S2), TBMS와 통신연계된 BMS에 절연파괴 정보와 랙 ID의 정보를 전송한다. BMS는 서지유입정보나 절연파괴 정보와 랙ID 정보가 입력되면 콘트롤러(10)의 제어모듈(111)에 서지유입정보나 절연파괴 정보와 랙 ID가 수신되면, C-모드 전위판단모듈(11), D-모드 전위판단모듈(13), 접지전위 판단모듈(15)로 하여금 각 접지선의 접지상태를 판단하도록 하고(S3), (S4), (S5), 정상상태, 주의상태, 경계상태 정보를 제어모듈(111)로 전송하고 제어모듈(111)은 표시모듈(17)에 정상상태의 접지선, 주의상태의 접지선, 경계상태의 접지선에 대한 표시를 표시부(19)에 표시하도록 한다(S6). 이때 접지선에 대한 표시는 관리자에게 경각심을 유발할 수 있도록 특정 접지선의 정상상태는 녹색, 주의상태는 황색, 경계상태는 적색으로 표시하는 것이 바람직하다.
10: 콘트롤러
11: C-모드 접지전위 검출부
13: D-모드 전위검출부
15: 접지전류검출부

Claims (5)

  1. 랙 프레임과 상기 랙 프레임의 내부에 상기 랙 프레임과 절연되도록 설치된 복수개의 배터리 셀들로 이루어진 복수개의 랙들이 설치되고, 랙들의 배터리셀들이 출력단자(+), (-)를 갖는 전력라인에 직렬로 연결되며, 랙들에는 랙 프레임과 내부의 배터리셀들의 절연파괴가 검출되는 TBMS(Tray Battery Management System)가 설치되고, 상기 출력단자에는 전력라인에 서지(surge)가 유입되는 것을 검출하는 BMS(Battery Management System)가 설치되는 BESS(Battery Energy Storage System)의 랙 프레임에 연결된 각각의 접지선과 상기 각각의 접지선들 간에 연결된 연결선들로 이루어진 메쉬(mesh)형태로 연결된 접지선들의 접지상태를 감시하기 위한 배터리 에너지 저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치에 있어서:
    각각의 접지선의 접지전위인 C-모드(Common Mode) 접지전위를 검출하는 C-모드 전위검출부;
    접지선들을 상호 연결하는 연결선들의 양단에 검출되는 전압인 D-모드(Differential Mode) 전위을 검출하는 D-모드 전위검출부;
    각각의 접지선들에 설치된 전류계로부터 접지전류값을 입력받는 접지전류검출부;
    서지가 유입되거나 랙 프레임과 랙 프레임 내부의 배터리 셀들의 간에 절연파괴가 이루어질 때 C- 모드 전위검출부와 D-모드 전위검출부로 입력된 데이터를 기저장된 정상범위의 C- 모드 전위와 D-모드 전위의 범위인지를 판별하여 접지선들이 정상상태인지 비정상상태인지를 판별하고, 상기 접지전류검출부로부터 입력되는 접지전류가 기저장된 정상범위의 접지전류인지 비정상범위의 접지전류인지를 판단하여 각각의 접지선들이 정상상태인지 비정상상태인지 판별하는 콘트롤러를 포함하며.
    상기 콘트롤러는
    O.S를 담당하며 연결된 제어대상을 제어하는 제어모듈;
    상기 서지유입에 의한 C-모드 접지전위들과 D-모드 전위들과, 각각의 랙 프레임과 내부에 설치된 배터리들의 절연파괴시에 C-모드 접지전위들과 D-모드 전위들이 정상범위와, 비정상범위로 분류되어 저장되는 저장모듈;
    상기 C-모드 전위검출부로부터 검출된 C-모드 접지전위들을 상기 저장모듈에 저장된 C-모드 접지전위들과 비교하여 각각의 접지선들의 정상상태, 비정상상태를 판정하고, 비정상상태로 판정하는 경우 비정상상태의 접지선을 검출하는 C-모드 전위판단모듈;
    상기 D-모드 전위 검출부로부터 입력된 D-모드 전위들과 상기 저장모듈에 저장된 D-모드 전위과 비교하여 각각의 연결선들의 정상상태, 비정상상태를 판정하며 비정상상태로 판정하는 경우 비정상상태인 연결선을 검출하는 D-모드 전위판단모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 저장모듈에는 상기 서지의 유입에 의한 각각의 접지선들에 흐르는 전류값과, 각각의 랙 프레임과 내부에 설치된 배터리들의 절연파괴시에 각각의 접지선들에 흐르는 전류값들이 정상범위와, 비정상범위로 분류되어 저장되며, 상기 콘트롤러는 상기 접지전류 검출부로부터 입력된 접지전류들과 상기 저장모듈에 저장된 접지전류들과 비교하여 접지선들의 정상상태, 비정상상태를 판정하며 비정상상태로 판정하는 경우 비정상 상태의 접지선을 검출하는 접지전류 판단모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치.
  5. 삭제
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