KR102237845B1 - Method of protecting batteries by multiple pathes in an energy storage system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지저장시스템에서 배터리관리계통의 통신 장애가 발생해도 다중으로 배터리를 보호하여 화재 등을 예방할 수 있는 에너지저장시스템의 배터리 다중 보호 방법에 관한 것이다. 본 실시예의 배터리 다중 보호방법은 랙 배터리관리장치(R-BMS)를 갖는 다수의 배터리 랙과, 마스터 배터리관리장치(M-BMS)를 갖는 DC 분배 랙과, 전력변환장치(PCS)를 포함하는 에너지저장시스템의 배터리 보호 방법에 있어서, 상기 배터리 랙과 상기 전력변환장치(PCS)를 제3통신으로 연결하여 마스터 배터리관리장치(Master BMS)와 전력변환장치(PCS)간 통신에 장애가 발생할 경우에도 각 배터리 랙(Battery Rack)의 이상유무를 상기 제3통신을 통해 상기 전력변환장치(PCS)로 전송하여 전력변환장치(PCS)에 의한 충방전 제어를 계속할 수 있게 한 것이다.The present invention relates to a multi-battery protection method of an energy storage system capable of preventing a fire or the like by protecting multiple batteries even when a communication failure of a battery management system occurs in an energy storage system. The multi-battery protection method of this embodiment includes a plurality of battery racks having a rack battery management device (R-BMS), a DC distribution rack having a master battery management device (M-BMS), and a power conversion device (PCS). In the battery protection method of the energy storage system, even when a communication failure occurs between the master battery management device (Master BMS) and the power conversion device (PCS) by connecting the battery rack and the power conversion device (PCS) through a third communication Each battery rack (Battery Rack) is transmitted to the power conversion device (PCS) through the third communication through the third communication, it is possible to continue charging and discharging control by the power conversion device (PCS).

Figure R1020190094478
Figure R1020190094478

Description

에너지저장시스템의 배터리 다중 보호 방법{Method of protecting batteries by multiple pathes in an energy storage system}Method of protecting batteries by multiple pathes in an energy storage system

본 발명은 에너지저장시스템의 배터리 보호 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지저장시스템에서 배터리관리계통의 통신 장애가 발생해도 다중으로 배터리를 보호하여 화재 등을 예방할 수 있는 에너지저장시스템의 배터리 다중 보호 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery protection technology for an energy storage system, and more particularly, a method for protecting multiple batteries of an energy storage system capable of preventing a fire by protecting multiple batteries even when a communication failure of the battery management system occurs in the energy storage system. It is about.

일반적으로, 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)은 발전 전력을 저장해서 수요 패턴에 맞게 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 시스템으로서, 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장 장치를 말한다. 이러한 에너지저장시스템은 발전소에서 생산한 전력을 가정이나 공장 등에 바로 전달하지 않고 대형 2차 배터리와 같은 에너지 저장 수단에 에너지를 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기와 장소에 전력을 생성한 후 전송하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다. 에너지저장시스템은 최근에 급부상한 신재생 에너지 시스템과 스마트 그리드 구축에 반드시 필요한 핵심기술이다. 스마트 그리드란 발전-송전-판매의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보 기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 지능형 전력망을 가리킨다.In general, an ESS (Energy Storage System) is a system that can stably supply power according to a demand pattern by storing generated power.It stores excess power produced by a power plant and transmits it when power is temporarily insufficient. Refers to the storage device. Such an energy storage system does not directly deliver the power produced by a power plant to homes or factories, but stores energy in an energy storage means such as a large secondary battery, generates power at the time and place where power is most needed, and then transmits energy. It is a system that increases efficiency. The energy storage system is a key technology that is indispensable for the construction of a new and renewable energy system and smart grid that have recently emerged. Smart grid refers to an intelligent power grid that optimizes energy efficiency by grafting information technology to the existing one-way power grid, which was formed in the stages of power generation, transmission, and sales, and exchanges real-time information between power providers and consumers in both directions.

전형적으로 에너지저장시스템은 복수의 배터리 랙과 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)을 포함하는 배터리 시스템, 전력 변환 시스템(PCS: Power Conversion System) 및 에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System)을 포함한다. 복수의 배터리 랙은 에너지를 충전하여 저장하고 필요시 에너지를 방전하여 출력하기 위한 것이고, 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 랙을 관리하기 위한 것이며, 전력 변환 시스템은 전력망인 그리드와 접속하여 직류를 교류로 변환하거나 교류를 직류로 변환하고 배터리의 충방전을 제어하기 위한 것이며, 에너지 관리 시스템은 부하, 배터리 상태 등을 고려하여 배터리 관리 시스템 및 전력 변환 시스템을 제어하기 위한 것이다.Typically, an energy storage system includes a battery system including a plurality of battery racks and a battery management system (BMS), a power conversion system (PCS), and an energy management system (EMS). do. The plurality of battery racks are for charging and storing energy and discharging and outputting energy when necessary, and the battery management system is for managing a plurality of battery racks, and the power conversion system connects to the grid, which is a power grid, and converts direct current into AC. It is for converting or converting alternating current to direct current and controlling charging and discharging of the battery, and the energy management system is for controlling the battery management system and the power conversion system in consideration of loads and battery conditions.

배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 랙 각각은 복수의 배터리 트레이를 포함하며, 각각의 배터리 트레이는 복수의 배터리 셀을 포함한다. 통상, 배터리 트레이에 포함된 복수의 배터리 셀 각각은 정격 충전 범위보다 현저하게 높게 충전되는 경우 위험할 수 있고 정격 충전 범위보다 낮게 방전되는 경우 배터리의 수명이 단축될 수 있다. 이러한 배터리 셀들의 충전 상태는 여러 가지 요인에 의해 불균형 상태에 놓이게 되는데, 주로 제조 중 또는 반복적으로 배터리를 충방전하는 동안 배터리 셀의 충전 상태의 불균형이 발생한다. 이러한 배터리 셀의 불균형에 의해 과충전이 이루어질 경우, 화재와 같은 대형 사고가 발생할 수 있다.Each of the plurality of battery racks included in the battery system includes a plurality of battery trays, and each battery tray includes a plurality of battery cells. In general, when each of the plurality of battery cells included in the battery tray is charged significantly higher than the rated charging range, it may be dangerous, and when discharged below the rated charging range, the life of the battery may be shortened. The state of charge of the battery cells is unbalanced due to various factors, and mainly during manufacturing or during repetitive charging and discharging of the battery, the state of charge of the battery cells is unbalanced. When overcharging is performed due to the imbalance of the battery cells, a large accident such as a fire may occur.

대한민국 특허청 공개특허공보에 공개번호 10-2018-0079769호로 공개된 배터리 시스템은 제1 내지 제3 랙 BMS 중에서 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작하고, 이때, 마스터 BMS는 나머지 랙 BMS로부터 수신한 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(PCS)에 제공하되, 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS에 에러가 발생하는 경우, 그 다음 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작함으로써 배터리 시스템을 정상적으로 동작시키는 것이다.In the battery system disclosed in Korean Patent Application Publication No. 10-2018-0079769, the rack BMS with the highest priority among the first to third rack BMS operates as the master BMS, and at this time, the master BMS is from the remaining rack BMS. The received information is integrated and provided to the power conversion system (PCS), but when an error occurs in the rack BMS with the highest priority, the next rack BMS with the highest priority operates as the master BMS to operate the battery system normally. It is to let you do.

본 발명의 목적은 에너지저장시스템에서 배터리관리계통의 통신장애가 발생해도 다중으로 배터리를 보호하여 화재 등을 예방할 수 있는 에너지저장시스템의 배터리 다중 보호 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a multi-battery protection method of an energy storage system capable of preventing a fire by protecting multiple batteries even when a communication failure of a battery management system occurs in an energy storage system.

본 실시예의 배터리 다중 보호방법은 랙 배터리관리장치(R-BMS)를 갖는 다수의 배터리 랙과, 마스터 배터리관리장치(M-BMS)를 갖는 DC 분배 랙과, 전력변환장치(PCS)를 포함하는 에너지저장시스템의 배터리 보호 방법에 있어서, 상기 배터리 랙과 상기 전력변환장치(PCS)를 제3통신으로 연결하여 마스터 배터리관리장치(Master BMS)와 전력변환장치(PCS)간 통신에 장애가 발생할 경우에도 각 배터리 랙(Battery Rack)의 이상유무를 상기 제3통신을 통해 상기 전력변환장치(PCS)로 전송하여 전력변환장치(PCS)에 의한 충방전 제어를 계속할 수 있게 한 것을 특징으로 한다. 상기 제3통신은 CAN(Controller Area Network)이나 Modbus-TCP 중 어느 하나일 수 있다.The multi-battery protection method of this embodiment includes a plurality of battery racks having a rack battery management device (R-BMS), a DC distribution rack having a master battery management device (M-BMS), and a power conversion device (PCS). In the battery protection method of the energy storage system, even when a communication failure occurs between the master battery management device (Master BMS) and the power conversion device (PCS) by connecting the battery rack and the power conversion device (PCS) through a third communication It is characterized in that it is possible to continue charging and discharging control by the power conversion device (PCS) by transmitting the abnormality of each battery rack (Battery Rack) to the power conversion device (PCS) through the third communication. The third communication may be either a controller area network (CAN) or a Modbus-TCP.

본 다른 실시예의 배터리 다중 보호방법은 각 트레이의 트레이 배터리관리장치(Tray BMS)가 셀 전압과 온도를 감지하는 단계; 랙 배터리관리장치(RACK BMS)가 트레이 정보를 취합한 후 연산하고, 랙전압과 전류를 감지하는 단계; 상기 랙 배터리관리장치(RACK BMS)가 배터리 랙의 상태를 진단하는 단계; 진단결과, 배터리 랙이 기준상태 정보 범위 이내이고, 충방전이 가능하면 정상상태를 표시하고 정상동작하는 단계; 및 진단결과, 기준 상태 범위를 벗어나 충방전이 어려운 상태이면, 경보를 발생하고, 폴트시 충방전 릴레이를 차단하며, 경보정보를 상기 마스터 배터리관리장치로 전달하는 단계를 포함한다.The method of protecting multiple batteries according to another embodiment includes the steps of sensing a cell voltage and temperature by a tray battery management device (Tray BMS) of each tray; A rack battery management device (RACK BMS) collecting and calculating the tray information, and detecting the rack voltage and current; Diagnosing, by the rack battery management device (RACK BMS), a state of a battery rack; If the battery rack is within the range of reference state information as a result of the diagnosis, and charging and discharging is possible, displaying a normal state and operating normally; And if the diagnosis result is a state in which charging and discharging is difficult outside the reference state range, generating an alarm, blocking the charging/discharging relay in case of a fault, and transmitting alarm information to the master battery management device.

본 다른 실시예의 배터리 다중 보호방법은 마스터 배터리관리장치가 각 배터리 랙 정보를 획득하는 단계; 마스터 배터리관리장치가 전체 배터리 랙 정보를 취합하여 진단하는 단계; 진단결과, 전체 배터리 랙이 기준상태 정보 범위 내이고, 충방전이 가능하면 마스터 배터리관리장치가 동작상태 표시 화면에서 녹색으로 정상상태를 표시하고 정상동작을 유지하는 단계; 및 진단결과, 배티리 랙이 기준상태 정보 범위를 벗어나 충방전이 불가능하면 마스터 배터리관리장치가 동작 표시화면에 이를 표시하고, 전력변환장치에 충방전 정지를 요청하는 단계를 포함한다.The method of protecting multiple batteries according to another embodiment includes the steps of obtaining, by a master battery management device, information on each battery rack; A step of collecting and diagnosing all battery rack information by a master battery management device; As a result of the diagnosis, if the entire battery rack is within the reference state information range and charging/discharging is possible, the master battery management device displays a normal state in green on the operation state display screen and maintains the normal operation; And a step of displaying, by the master battery management device, on the operation display screen, and requesting the power conversion device to stop charging and discharging, if the battery rack is out of the range of the reference state information and charging/discharging is impossible.

본 또다른 실시예의 배터리 다중 보호방법은 각각의 배터리 랙과 전력변환장치가 제3통신으로 연결하는 단계; 각 랙 배터리관리장치가 해당 트레이들로부터 획득된 정보를 진단하여 해당 배터리 랙이 충방전 가능한 상태이면 상기 제3통신을 통해 전력변환장치에 충방전 가능 코드를 전송하는 단계; 및 각 랙 배터리관리장치가 해당 트레이로부터 획득된 정보를 진단하여 해당 배터리 랙이 충방전 불가능한 상태이면, 상기 제3통신을 통해 전력변환장치에 충방전 불가능 코드를 전송하는 단계를 포함한다.The method of protecting multiple batteries according to another embodiment includes the steps of connecting each battery rack and a power converter through third communication; Each of the rack battery management devices diagnosing information obtained from the corresponding trays and, if the corresponding battery rack is in a charge/discharge state, transmitting a charge/discharge possible code to the power conversion device through the third communication; And if each rack battery management apparatus diagnoses the information obtained from the corresponding tray and the corresponding battery rack is in a state in which charging and discharging is impossible, transmitting a charge/discharge impossible code to the power conversion apparatus through the third communication.

본 발명의 실시예에 따르면, 1차적으로 트레이 배터리관리장치와 랙 배터리 관리장치에 의해 배터리가 보호됨과 아울러 2차적으로 랙 배터리관리장치와 마스터배터리관리장치에 의해 배터리를 보호할 수 있으며, 3차적으로 환경관리유니트에 의해 배터리들을 보호할 수 있고, 배터리관리계통에 통신장애가 발생될 경우 제3통신을 통해 전력변환장치가 배터리의 충방전을 제어하여 배터리를 다중으로 보호할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, while the battery is primarily protected by the tray battery management device and the rack battery management device, the battery can be secondarily protected by the rack battery management device and the master battery management device. As a result, the batteries can be protected by the environmental management unit, and when a communication failure occurs in the battery management system, the power conversion device controls the charging and discharging of the battery through the third communication, thereby protecting the battery multiple times.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 에너지저장시스템의 전체 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 트레이의 예,
도 3은 도 2에 도시된 스택의 예,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DC 분배 랙의 개략 구성도,
도 5는 도 4에 도시된 환경관리유니트의 구성 블럭도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 랙 배터리관리장치가 배터리를 관리하는 절차를 도시한 순서도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 마스터 배터리관리장치가 배터리를 관리하는 절차를 도시한 순서도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제3통신을 통한 배터리 관리 절차를 도시한 순서도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 랙들의 동작상태를 표시하는 화면 예,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 통신 프레임 포맷의 예이다.
1 is an overall configuration diagram of an energy storage system to which an embodiment of the present invention is applied,
Figure 2 is an example of the tray shown in Figure 1,
Figure 3 is an example of the stack shown in Figure 2,
4 is a schematic configuration diagram of a DC distribution rack according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a block diagram of the configuration of the environmental management unit shown in Figure 4;
6 is a flow chart showing a procedure for managing a battery by a rack battery management apparatus according to an embodiment of the present invention;
7 is a flow chart showing a procedure for managing a battery by a master battery management apparatus according to an embodiment of the present invention;
8 is a flow chart showing a battery management procedure through a third communication according to an embodiment of the present invention;
9 is an example of a screen displaying operating states of battery racks according to an embodiment of the present invention;
10 is an example of a communication frame format according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. The present invention and the technical problems achieved by the implementation of the present invention will become more apparent by the preferred embodiments of the present invention described below. The following examples are merely illustrative for explaining the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 에너지저장시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 트레이의 예이며, 도 3은 도 2에 도시된 배터리 스택의 예이다.1 is an overall configuration diagram of an energy storage system to which an embodiment of the present invention is applied, FIG. 2 is an example of a battery tray shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an example of a battery stack shown in FIG. 2.

본 발명의 실시예가 적용된 에너지저장시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리 랙(10-1~10-10)들과, 하나의 DC 분배랙(20), 및 하나의 전력변환장치(PCS;30)와, 전력변환장치(PCS;30)와 랙 배터리관리장치(R-BMS;210) 사이를 연결하는 제3통신부(40)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 10개의 배터리 랙(10-1~10-10)들은 하나의 DC 분배랙(20)에 병렬 연결되어 하나의 배터리 뱅크(BANK)를 형성하고, 각 배터리 랙(10-1~10-10)은 ESS용 리튬 2차전지 시스템으로, 15개의 트레이(120-1~120-15)가 직렬로 연결되며, 랙의 상단이나 하단에 트레이들과 CAN방식으로 통신하여 배터리를 관리하기 위한 랙 배터리관리장치(R-BMS;210)가 구비되어 있다.The energy storage system to which the embodiment of the present invention is applied, as shown in FIG. 1, includes a plurality of battery racks 10-1 to 10-10, one DC distribution rack 20, and one power conversion device ( It includes a PCS; 30, and a third communication unit 40 connecting between the power conversion device (PCS) 30 and the rack battery management device (R-BMS) 210. In an embodiment of the present invention, 10 battery racks 10-1 to 10-10 are connected in parallel to one DC distribution rack 20 to form one battery bank, and each battery rack 10-1 ~10-10) is a lithium secondary battery system for ESS, 15 trays (120-1 to 120-15) are connected in series, and the battery is managed by communicating with the trays at the top or bottom of the rack in CAN method. A rack battery management device (R-BMS; 210) for doing so is provided.

본 발명의 실시예에서 각 트레이(120)는 8개의 스택(140)으로 이루어지고, 각 스택(140)은 직렬로 연결되는 8개의 배터리셀들(130)로 이루어지며, 각 배터리셀들(130)은 3.2V 30Ah의 용량을 갖는다. 따라서 1개의 스택(140)은 25.6V 30Ah의 용량을 갖는데, 2개가 직렬로 연결되면 51.2V 30Ah의 용량을 갖게 된다. 본 실시예의 트레이(120)는 이와 같이 서로 직렬로 연결된 2개의 스택(140)이 병렬로 4개 연결되어 16S4P의 구조를 형성하여 51.2Vx120Ah = 6.144KWh의 용량을 제공할 수 있다. 그리고 하나의 배터리 랙(10-1~10-10)은 15개의 트레이(120)가 직렬로 연결되어 768V x 120Ah =92.16 Kw의 용량을 제공할 수 있다.In the embodiment of the present invention, each tray 120 is made of eight stacks 140, each stack 140 is made of eight battery cells 130 connected in series, and each of the battery cells 130 ) Has a capacity of 3.2V 30Ah. Therefore, one stack 140 has a capacity of 25.6V 30Ah, but when two are connected in series, it has a capacity of 51.2V 30Ah. In the tray 120 of the present embodiment, four stacks 140 connected in series with each other are connected in parallel to form a 16S4P structure, thus providing a capacity of 51.2Vx120Ah = 6.144KWh. In addition, one battery rack 10-1 to 10-10 may provide a capacity of 768V x 120Ah =92.16 Kw by connecting 15 trays 120 in series.

전체 배터리 관리 계통는 각 배터리 랙(10-1~10-10)에 설치된 랙 배터리관리장치(R-BMS; 210)와, DC 분배랙(20)에 설치된 마스터 배터리관리장치(M-BMS; 220)로 계층화된 구조 혹은 마스터/슬레이브 구조로 이루어질 수 있고, 각 트레이에도 배터리관리장치(BMS)가 구현되어 있다. 본 발명의 실시예에서 트레이의 배티리관리장치(BMS)와 랙관리장치(R-BMS;210)는 CAN방식으로 연결되고, 각 배터리 랙(10-1~10-10)의 랙 배터리관리장치(210)는 마스터 배터리관리장치(220)와 Modbus-TCP 방식으로 연결될 수 있으며, 마스터 배터리관리장치(220)는 전력변환장치(PCS;30)와 Modbus-TCP 방식으로 연결될 수 있다. 이러한 배터리관리시스템(BMS)은 배터리를 안전하고 효율적으로 사용할 수 있도록 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등의 값을 측정하여 전력변환장치(PCS;30)와의 통신을 통해 충방전 전류를 제어하며, 비정상 작동시 Protecting 기능 등을 제공한다. 예컨대, 배터리 충전시 배터리 밸런싱도 BMS에서 이루어지는데, 밸런싱 방법으로는 저항에 의한 방전방식의 패시브 셀 밸런싱 방법과 DC 컨버터에 의한 액티브 셀 밸런싱 방법이 널리 알려져 있다. 패시브 셀 밸런싱 방법은 셀 간 전압 편차에 대한 정보를 실시간 전압측정을 통해 획득하며, 이 값에 근거하여 밸런싱 동작여부를 결정하게 된다.The entire battery management system includes a rack battery management device (R-BMS; 210) installed in each battery rack (10-1 to 10-10), and a master battery management device (M-BMS; 220) installed in the DC distribution rack (20). It can be configured as a hierarchical structure or a master/slave structure, and a battery management device (BMS) is implemented in each tray. In an embodiment of the present invention, the battery management device (BMS) of the tray and the rack management device (R-BMS) 210 are connected by a CAN method, and the rack battery management device of each battery rack (10-1 to 10-10) 210 may be connected to the master battery management device 220 and the Modbus-TCP method, the master battery management device 220 may be connected to the power conversion device (PCS) 30 and the Modbus-TCP method. Such a battery management system (BMS) measures values such as voltage, current, and temperature of a battery cell so that the battery can be safely and efficiently used, and controls the charging/discharging current through communication with a power conversion device (PCS; 30). In case of abnormal operation, it provides protection function. For example, when the battery is charged, battery balancing is also performed in the BMS. As a balancing method, a passive cell balancing method using a discharge method by resistance and an active cell balancing method using a DC converter are widely known. In the passive cell balancing method, information on the voltage deviation between cells is obtained through real-time voltage measurement, and whether or not the balancing operation is performed is determined based on this value.

DC 분배랙(20)은 R-BMS(Rack BMS;210)들로부터 전송된 데이터를 분류하여 화면에 표시하고, 변환된 데이터들을 PCS(30)로 전송하는 M-BMS(220)와, 센서들을 통해 전류전압과 환경상태를 모니터링하는 환경관리유니트(230), PCS(30)와 각 BAT-RACK(10-1~10-10) 사이에 DC전원을 분배하는 DC분배반(240)을 포함하고, 환경관리유니트(230)의 제어에 따라 DC전원을 연결 혹은 차단하여 배터리를 보호하는 기능을 추가적으로 제공한다.The DC distribution rack 20 classifies data transmitted from R-BMS (Rack BMS; 210) and displays them on a screen, and includes an M-BMS 220 that transmits the converted data to the PCS 30, and sensors. It includes an environmental management unit 230 that monitors the current voltage and environmental conditions, and a DC distribution panel 240 that distributes DC power between the PCS 30 and each BAT-RACK (10-1 to 10-10). , Provides an additional function of protecting the battery by connecting or disconnecting DC power according to the control of the environmental management unit 230.

전력변환장치(PCS;30)는 배터리에 저장된 직류전력을 교류로 변환하여 전력계통에 전력을 공급하거나, 전력계통으로부터의 교류전력을 직류로 변환하여 배터리에 전력을 저장하는 기능을 제공한다.The power converter (PCS) 30 converts DC power stored in the battery into AC to supply power to the power system, or converts AC power from the power system to DC and stores power in the battery.

제3통신부(40)는 전력변환장치(30)와 랙 배터리관리장치(210)를 직접 연결하기 위한 다중 통신선로로서 유선방식이나 무선방식도 가능하나 바람직하게는 CAN, Modbus-TCP 등을 이용할 수 있다. The third communication unit 40 is a multiple communication line for directly connecting the power conversion device 30 and the rack battery management device 210, and may be wired or wireless, but preferably, CAN, Modbus-TCP, etc. can be used. have.

도 2는 본 실시예의 트레이를 나타내고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트레이(120)는 내부에 스택(140) 수용공간을 갖는 직육면체 형태의 구조로 형성될 수 있다. 트레이(120)의 개방된 상단에는 별도의 덮개가 설치될 수 있다. 트레이(120)의 전면에는 스택(140)과 전기적으로 연결되는 두 개의 단자부(180)가 이격되어 설치된다. 두 개의 단자부(180)는 예를 들어, 스택(140)의 양극과 연결되는 양극 단자부와 스택(140)의 음극과 연결되는 음극 단자부일 수 있다. 이하, 단자부(180)이라 함은 양극 단자부와 음극 단자부 모두를 지칭할 수 있다. Fig. 2 shows the tray of this embodiment. As shown in FIG. 2, the tray 120 may be formed in a rectangular parallelepiped structure having a stack 140 accommodating space therein. A separate cover may be installed on the open top of the tray 120. Two terminal portions 180 electrically connected to the stack 140 are spaced apart and installed on the front of the tray 120. The two terminal portions 180 may be, for example, a positive terminal portion connected to the positive electrode of the stack 140 and a negative terminal portion connected to the negative electrode of the stack 140. Hereinafter, the term terminal 180 may refer to both a positive terminal portion and a negative terminal portion.

트레이(120)의 전면 중앙에는 스택(140)과 연결되어 배터리셀(130)을 관리하기 위한 관리회로부(122)가 설치될 수 있다. 또한, 트레이(120) 전면의 양측 선단부에는 트레이(120)를 함체 내부로 삽입하거나 인출할 때 사용할 수 있는 손잡이(124)가 더 설치될 수 있다.A management circuit unit 122 connected to the stack 140 to manage the battery cells 130 may be installed at the front center of the tray 120. In addition, handles 124 that can be used when inserting or withdrawing the tray 120 into or withdrawal from the tray 120 may be further installed at both front ends of the front of the tray 120.

함채에 적재된 각 트레이(120)는 단자부(180) 사이에 설치되는 연결바를 통해 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 일측 트레이(120)의 양극 단자부와 이웃하는 트레이(120)의 음극 단자부 사이에 연결바가 연결 설치될 수 있다. 이에, 함체 내에서 각 트레이(120)를 직렬로 연결할 수 있다. 트레이(120) 내부에는 복수개의 스택(140)이 적재되며, 각 스택(140)은 전기적으로 연결된다. Each tray 120 loaded in the box is electrically connected through a connection bar installed between the terminal units 180. For example, a connection bar may be connected and installed between the positive terminal portion of one tray 120 and the negative terminal portion of the adjacent tray 120. Accordingly, each tray 120 may be connected in series within the enclosure. A plurality of stacks 140 are loaded inside the tray 120, and each stack 140 is electrically connected.

본 실시예의 장치는, 도 2에 나타낸 바와 같이 하나의 트레이(120) 내에 8개의 스택(140)이 좌우 대칭 형태로 배치되어 적재될 수 있다. 트레이(120) 내에 적재되는 스택(140)의 개수나 배치 구조는 다양하게 변형가능하다. 트레이(120) 내부에서 각 스택(140)은 직렬로 연결될 수 있다. 직렬로 연결된 스택(140) 중 말단에 위치한 스택(140)의 양극과 음극이 각각 트레이(120)의 두 단자부(180)에 각각 연결된다. 이에, 단자부(180)을 통해 트레이(120)에 적재된 각 스택(140)으로 전력을 저장 또는 인출할 수 있게 된다. 트레이(120) 내에 적재되는 각 스택(140)은 모두 동일한 구조로 이루어 질 수 있다. In the apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 2, eight stacks 140 may be disposed in a symmetrical form in one tray 120 to be stacked. The number or arrangement structure of the stacks 140 loaded in the tray 120 can be variously modified. Inside the tray 120, each stack 140 may be connected in series. Of the stacks 140 connected in series, the anode and the cathode of the stack 140 located at the ends are respectively connected to the two terminal portions 180 of the tray 120. Accordingly, it is possible to store or withdraw power to each stack 140 loaded on the tray 120 through the terminal unit 180. Each of the stacks 140 loaded in the tray 120 may have the same structure.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스택(140)은 배터리셀(130)을 받쳐 지지하며 상하방향을 따라 서로 적층되어 그 사이에 배터리셀(130) 수용 공간을 형성하는 팔레트(150), 팔레트(150)에 수용된 각 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134)를 전기적으로 연결시키기 위한 전기접속부를 포함할 수 있다. 스택(140)은 배터리셀(130)이 지지된 팔레트(150) 복수개를 적층하여 형성될 수 있다. 이에, 복수개의 배터리셀(130)이 팔레트(150) 사이에서 각각 안정적으로 지지됨으로써, 상하로 적층되어 스택(140)을 이룰 수 있게 된다. 스택(140)을 이루는 복수개의 팔레트(150)는 각각 모두 동일한 형태로 형성될 수 있다. As shown in FIG. 3, the stack 140 of the present embodiment supports and supports the battery cells 130 and is stacked with each other in the vertical direction to form a space for accommodating the battery cells 130 therebetween, An electrical connection part for electrically connecting the positive terminal 132 and the negative terminal 134 of each battery cell 130 accommodated in the pallet 150 may be included. The stack 140 may be formed by stacking a plurality of pallets 150 on which the battery cells 130 are supported. Accordingly, the plurality of battery cells 130 are stably supported between the pallets 150, so that the stack 140 can be formed by being stacked up and down. Each of the plurality of pallets 150 constituting the stack 140 may be formed in the same shape.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 팔레트(150)는 배터리셀(130)이 놓여 지지되는 플레이트(152), 플레이트(152)의 양 선단에 각각 일체로 형성되고 상하방향으로 돌출되어 이웃하는 팔레트(150)와 접하고 플레이트(152)와 플레이트(152) 사이 간격을 유지하는 지지부(154), 지지부(154)의 양면에 각각 형성되어 이웃하는 팔레트(150)와 결합되는 적어도 하나 이상의 돌기(156)와 홈부(157)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the pallet 150 of the present embodiment is integrally formed at both ends of the plate 152 and the plate 152 on which the battery cells 130 are placed and supported, and protrudes in the vertical direction to neighboring pallets ( 150) and at least one protrusion 156 that is formed on both sides of the support 154 and the support 154 to maintain a gap between the plate 152 and the plate 152 and is coupled to the neighboring pallet 150, It may include a groove (157).

플레이트(152)는 두께가 얇은 판 구조물로, 대략 사각 평판의 파우치 형태로 된 배터리셀(130)과 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 플레이트(152)의 중심부는 배터리셀(130)의 크기보다 작은 크기의 구멍이 형성될 수 있다. 이에, 팔레트(150)는 무게를 최소화할 수 있으면서, 배터리셀(130)을 안정적으로 받쳐 지지할 수 있게 된다. The plate 152 is a plate structure having a thin thickness, and may be formed to have a size corresponding to the battery cell 130 in the form of a pouch of an approximately square plate. A hole having a size smaller than that of the battery cell 130 may be formed in the center of the plate 152. Accordingly, while the weight of the pallet 150 can be minimized, the battery cell 130 can be stably supported and supported.

지지부(154)는 플레이트(152)의 양 선단에 일체로 형성된다. 지지부(154)는 플레이트(152)에 대해 상하방향으로 돌출되도록 두껍게 형성되어 플레이트(152)의 표면에서 상대적으로 높게 형성된 부분을 이룬다.The support 154 is integrally formed at both ends of the plate 152. The support part 154 is formed thick so as to protrude in the vertical direction with respect to the plate 152 to form a portion formed relatively high on the surface of the plate 152.

이에, 팔레트(150)가 상하방향으로 적층되었을 때, 상하로 이웃하는 팔레트(150)의 지지부(154)가 서로 접하게 되며 이웃하는 팔레트(150)의 플레이트(152)와 플레이트(152) 사이에는 공간이 형성된다. 따라서, 팔레트(150)가 적층되면 배터리셀(130)이 이웃하는 팔레트(150)의 플레이트(152)와 플레이트(152) 사이에 마련된 공간에서 안정적으로 놓일 수 있게 된다. 플레이트(152)에 대한 지지부(154)의 돌출 높이는 배터리셀(130)의 두께에 따라 다양하게 변형될 수 있다.Accordingly, when the pallets 150 are stacked in the vertical direction, the support portions 154 of the pallets 150 adjacent to each other come into contact with each other, and there is a space between the plates 152 and the plates 152 of the neighboring pallets 150. Is formed. Accordingly, when the pallets 150 are stacked, the battery cells 130 can be stably placed in a space provided between the plates 152 and the plates 152 of the adjacent pallets 150. The protruding height of the support part 154 with respect to the plate 152 may be variously modified according to the thickness of the battery cell 130.

또한, 지지부(154)에 의해 서로 밀착된 스택(140)의 전 후면(도 3의 x축 방향을 향하는 면)과 달리 스택(140)의 측면(도 3의 z축 방향을 향하는 면)의 경우 플레이트(152)와 플레이트(152) 사이가 개방되어 있다. 이에, 배터리셀(130)이 팔레트(150)에 의해 지지된 상태에서 배터리셀(130)에서 발생되는 열이 개방된 스택(140)의 측면을 통해 보다 용이하게 방열될 수 있다.In addition, unlike the front and rear surfaces of the stack 140 (faces facing the x-axis direction in FIG. 3), which are in close contact with each other by the support 154, the side surfaces of the stack 140 (surfaces facing the z-axis direction in FIG. 3) Between the plate 152 and the plate 152 is open. Accordingly, when the battery cells 130 are supported by the pallet 150, heat generated from the battery cells 130 may be more easily radiated through the side of the stack 140 that is open.

지지부(154)의 상면과 하면에 각각 돌기(156)와 홈부(157)가 형성될 수 있다. 돌기(156)는 지지부(154) 상면에서 외측으로 돌출 형성되며, 홈부(157)는 지지부(154) 하면에서 내측으로 함몰 형성된다. 본 실시예에서, 돌기(156)와 홈부(157)는 서로 동일한 위치에서 지지부(154) 양면에 대향되어 형성될 수 있다. 돌기(156)는 홈부(157)에 억지끼워질 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 돌기(156)와 홈부(157)는 예를 들어, 지지부(154)의 선단 모서리쪽에 형성될 수 있다. 돌기(156)와 홈부(157)의 형성 위치나 형성 개수는 다양하게 변형가능하다.A protrusion 156 and a groove 157 may be formed on the upper and lower surfaces of the support 154, respectively. The protrusion 156 is formed to protrude outward from the upper surface of the support part 154, and the groove part 157 is formed to be recessed inward from the lower surface of the support part 154. In this embodiment, the protrusion 156 and the groove portion 157 may be formed to face both surfaces of the support portion 154 at the same position with each other. The protrusion 156 may be formed to have a size that can be forcefully fitted to the groove 157. The protrusion 156 and the groove 157 may be formed, for example, on the front edge of the support 154. The positions or the number of formations of the protrusions 156 and the grooves 157 can be variously modified.

본 실시예의 전기접속부는, 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134)를 팔레트(150) 전면 쪽으로 인출하여 팔레트(150)의 접합부(160)에서 전기적으로 연결하고, 각 접합부(160) 사이에는 별도의 연결판(164)을 설치하여 전기적으로 연결한 구조일 수 있다.The electrical connection part of this embodiment is electrically connected at the junction 160 of the pallet 150 by drawing the positive terminal 132 and the negative terminal 134 of the battery cell 130 toward the front of the pallet 150, and each junction A separate connection plate 164 may be installed between 160 to be electrically connected.

접합부(160)는 팔레트의 지지부(154) 전면에 형성될 수 있다. 접합부(160)에 팔레트를 사이에 두고 이웃하는 배터리셀(130)의 양극단자(132) 또는 음극단자(134)가 서로 전기적으로 접속된다. 접합부(160)에는 단자 고정을 위한 볼트(165)가 체결될 수 있도록 볼트 체결홀(161)이 형성될 수 있다. The bonding portion 160 may be formed on the front surface of the support portion 154 of the pallet. The positive terminal 132 or the negative terminal 134 of the adjacent battery cells 130 are electrically connected to each other with the pallet between the junction 160. A bolt fastening hole 161 may be formed in the junction 160 so that a bolt 165 for fixing a terminal may be fastened.

접합부(160)가 형성된 팔레트(150)를 사이에 두고 상하에 배치된 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134)는 각각 접합부(160) 쪽으로 절곡 형성된다. 이에, 접합부(160)에서 이웃하는 배터리셀(130) 간에 양극단자(132)와 음극단자(134)가 극성에 따라 각각 겹쳐져 전기적으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 팔레트(150)에는 두 개의 접합부(160)가 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134) 위치에 맞춰 이격되어 형성된다. 팔레트(150)를 사이에 두고 상하로 배치된 두 배터리셀(130)은 서로 같은 극성의 단자가 마주하도록 배치된다. 이에, 이웃하는 두 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 양극단자(132)는 같은 위치에서 일측 접합부(160)로 절곡되어 접속되고, 음극단자(134)와 음극단자(134) 역시 다른쪽 접합부(160)로 절곡되어 접합된다. 따라서, 접합부(160)에는 같은 극성의 단자가 접합된다. 이와 같이 팔레트(150)를 사이에 두고 이웃하는 배터리셀(130) 간에 용이하게 병렬 연결하여 원하는 전력 용량으로 스택(140)을 구성할 수 있게 된다.The positive terminal 132 and the negative terminal 134 of the battery cell 130 disposed above and below the pallet 150 having the junction 160 formed therebetween are formed to be bent toward the junction 160, respectively. Accordingly, the positive terminal 132 and the negative terminal 134 between the battery cells 130 adjacent to each other at the junction 160 may be overlapped according to their polarity to be electrically connected. For example, on the pallet 150, two junctions 160 are formed to be spaced apart according to the positions of the positive terminal 132 and the negative terminal 134 of the battery cell 130. The two battery cells 130 arranged vertically with the pallet 150 interposed therebetween are arranged such that terminals of the same polarity face each other. Accordingly, the positive terminal 132 and the positive terminal 132 of the two adjacent battery cells 130 are bent and connected to one junction 160 at the same position, and the negative terminal 134 and the negative terminal 134 are also different. The side joint 160 is bent and joined. Accordingly, terminals of the same polarity are joined to the junction unit 160. In this way, it is possible to configure the stack 140 with a desired power capacity by easily connecting in parallel between neighboring battery cells 130 with the pallet 150 interposed therebetween.

본 실시예에서, 이웃하는 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134)는 서로 겹쳐지는 면에 접합부(160)의 체결홀(161)과 대응되는 위치에 맞춰 홀(162)이 관통 형성될 수 있다. 이에, 볼트(165)가 상기 양극단자(132)와 음극단자(134)의 홀(162)을 지나 접합부(160)에 체결홀(161)에 체결되어 양극단자(132)와 음극단자(134)를 접합하여 고정하게 된다.In this embodiment, the positive terminal 132 and the negative terminal 134 of the neighboring battery cells 130 are aligned with the fastening hole 161 of the junction 160 on the surface overlapping each other, and the hole 162 This can be formed through. Thus, the bolt 165 passes through the hole 162 of the anode terminal 132 and the cathode terminal 134 and is fastened to the fastening hole 161 in the junction 160 to the anode terminal 132 and the cathode terminal 134 Is fixed by bonding.

접합부(160)와 접합부(160) 사이 및 스택(140)과 스택(140)의 접합부(160) 사이에는 연결판(164)이 설치되어 이웃하는 접합부(160) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 연결판(164)은 접합부(160)의 체결홀(161)과 대응되는 위치에 볼트(165)가 관통될 수 있도록 홀이 형성된다. 이에, 연결판(164)은 팔레트(150)의 접합부(160)에 볼트(165)를 매개로 고정된다. 볼트(165)는 연결판(164)을 접합부(160)에 가압 고정한다. 볼트(165)에 의해 연결판(164)이 가압되면서 이웃하는 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134) 및 양극판(164)이 서로 긴밀하게 가압 밀착되어 전기적으로 연결된다.A connection plate 164 is installed between the junction 160 and the junction 160 and between the stack 140 and the junction 160 of the stack 140 to electrically connect the adjacent junction 160. The connection plate 164 has a hole formed at a position corresponding to the fastening hole 161 of the junction 160 so that the bolt 165 can pass therethrough. Accordingly, the connection plate 164 is fixed to the junction 160 of the pallet 150 via bolts 165. The bolt 165 pressurizes the connection plate 164 to the joint 160. As the connection plate 164 is pressed by the bolt 165, the positive terminal 132, the negative terminal 134, and the positive plate 164 of the adjacent battery cells 130 are closely pressed and electrically connected to each other.

이와 같이, 적층된 배터리셀(130)의 양극단자(132) 및 음극단자(134)를 그 사이에 위치한 팔레트(150)의 두 접합부(160)로 절곡시켜 단자 간에 서로 접합하고, 스택(140) 간에 연결판(164)으로 접속시킴으로써, 스택(140)의 각 배터리셀(130)을 보다 용이하게 전기적으로 연결할 수 있게 된다.In this way, the positive terminal 132 and the negative terminal 134 of the stacked battery cells 130 are bent into two junctions 160 of the pallet 150 positioned therebetween, and bonded to each other between the terminals, and the stack 140 By connecting the connection plates 164 between them, it is possible to more easily electrically connect each battery cell 130 of the stack 140.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 팔레트(150)의 지지부(154) 전면에는 접합부(160)의 양측으로 연결판(164)을 정확한 위치에 설치할 수 있도록 핀(166)이 돌출 형성될 수 있다. 연결판(164)에는 상기 핀(166)과 대응되는 위치에 핀홀이 형성된다. 이에, 팔레트(150)에 형성된 핀(166)에 맞춰 연결판(164)에 형성된 핀홀을 끼워주게 되면 연결판(164)이 팔레트(150)의 설치 위치에 정확히 맞춰 정렬된다. 이 상태에서, 연결판(164)을 팔레트(150)의 접합부(160)에 볼트로 용이하게 고정 설치할 수 있게 된다. 연결판(164)은 판구조물로, 스택(140)에 설치되는 위치나 스택(140)간의 전기적 연결 구조에 따라 다양한 크기로 형성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, pins 166 may be protruded on the front surface of the support part 154 of the pallet 150 so that the connection plate 164 can be installed at the correct position on both sides of the bonding part 160. A pinhole is formed in the connection plate 164 at a position corresponding to the pin 166. Accordingly, when the pin hole formed in the connection plate 164 is fitted in accordance with the pins 166 formed on the pallet 150, the connection plate 164 is accurately aligned with the installation position of the pallet 150. In this state, it is possible to easily fix and install the connection plate 164 to the junction 160 of the pallet 150 with bolts. The connection plate 164 is a plate structure, and may be formed in various sizes according to a position installed in the stack 140 or an electrical connection structure between the stacks 140.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DC 분배 랙의 개략 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 환경관리유니트의 구성 블럭도이다.4 is a schematic configuration diagram of a DC distribution rack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a configuration block diagram of the environment management unit shown in FIG. 4.

본 발명의 실시예에 따른 DC 분배랙(20)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전력변환장치(PCS;30)로부터 각 배터리 단위랙(10-1~10-10)으로 연결되는 DC 전원선로에 직렬로 연결되는 퓨즈(241)와, 환경관리유니트(EMU;230)의 제어에 따라 DC 전원선로를 연결 혹은 차단하는 차단 스위치(242)와, DC 전원선로의 전압을 감지하기 위한 전압센서(243), DC 전원선로의 전류를 감지하기 위한 전류센서(244), 서지보호장치(SPD;240a), 침수센서(245), 문열림센서(246), 화재센서(247), 온도센서(248), LED(249), 센서들로부터 감지신호를 입력받아 과충전이나 과방전이 검출되면 배터리를 보호하기 위하여 차단 스위치(242)를 통해 배터리측과 부하측의 전원을 차단하도록 제어하는 환경관리유니트(230), 환경관리유니트(230)를 마스터 배터리관리장치(220)와 연결하기 위한 네트워크 스위치(231)로 구성된다.The DC distribution rack 20 according to the embodiment of the present invention is a DC power line connected to each battery unit rack 10-1 to 10-10 from a power conversion device (PCS) 30, as shown in FIG. 4. A fuse 241 connected in series to, a disconnect switch 242 for connecting or disconnecting a DC power line under the control of an environmental management unit (EMU) 230, and a voltage sensor for detecting the voltage of the DC power line ( 243), a current sensor 244 for sensing the current of the DC power line, a surge protection device (SPD; 240a), a flood sensor 245, a door opening sensor 246, a fire sensor 247, a temperature sensor 248 ), LED 249, an environmental management unit 230 that controls to cut off the power of the battery side and the load side through a cut-off switch 242 to protect the battery when overcharging or overdischarging is detected by receiving a detection signal from the sensors. , Consisting of a network switch 231 for connecting the environmental management unit 230 to the master battery management device 220.

도 4를 참조하면, 서지보호장치(Surge Protect Device;SPD)는 전원선로에 시스템 최대동작 전압 이상의 서지(Surge) 유입시 서지전압을 감쇄시키기 위한 디바이스이고, 전압센서(243)와 전류센서(244)를 DC전원선로의 전압과 전류를 감지하기 위한 센서이다. 침수센서(245)는 설치 위치의 침수를 감지하기 위한 센서이고, 문열림 센서(246)는 DC 분배랙(20)의 문열림을 감지하기 위한 센서이며, LED(249)는 문열림이 감지되면 이를 표시하기 위한 인디케이터이다. 화재센서(247)는 화재를 감지하고, 온도센서(248)는 설치 환경의 온도를 감지하여 환경관리유니트(230)에 제공한다.Referring to FIG. 4, a surge protect device (SPD) is a device for attenuating a surge voltage when a surge exceeds the system maximum operating voltage to a power line, and a voltage sensor 243 and a current sensor 244 ) Is a sensor to detect the voltage and current of the DC power line. The immersion sensor 245 is a sensor for detecting inundation at the installation location, the door opening sensor 246 is a sensor for detecting the opening of the door of the DC distribution rack 20, and the LED 249 is a sensor for detecting the opening of the door. This is an indicator to indicate this. The fire sensor 247 detects a fire, and the temperature sensor 248 detects the temperature of the installation environment and provides it to the environmental management unit 230.

환경관리유니트(EMU; 230)는 도 5에 도시된 바와 같이, 마스터 배터리관리장치(220)와 통신하기 위한 통신부(232)와, 각종 데이터를 저장하기 위한 저장부(234), 전원부(235), 각 센서들로부터 감지값을 입력받기 위한 상태 획득부(236), 차단 스위치(242)를 구동하기 위한 스위치 구동부(237), 상태획득부(236)로부터 획득된 데이터로 상태를 진단하여 비상시로 판단되면 스위치 구동부(237)를 제어하여 차단 스위치(242)를 트립시키고 감지데이터와 동작 상태를 통신부(232)를 통해 마스터 배터리관리장치(M-BMS;220)로 전송하는 제어부(233)로 구성된다.The environment management unit (EMU; 230), as shown in Figure 5, the communication unit 232 for communicating with the master battery management device 220, a storage unit 234 for storing various data, a power supply unit 235 , The state acquisition unit 236 for receiving detection values from each sensor, the switch driving unit 237 for driving the cut-off switch 242, the state acquisition unit 236 diagnoses the state with the data obtained from the emergency When it is determined, it consists of a control unit 233 that controls the switch driving unit 237 to trip the cut-off switch 242 and transmits the sensing data and operation status to the master battery management device (M-BMS) 220 through the communication unit 232 do.

이러한 환경관리유니트(230)는 상태획득부(236)에서 DC 분배반(240) 상태 즉, 전압, 온도, 전류, 침수, 화재, SPD, 문열림, 비상정지 스위치 상태를 획득한 후 획득된 상태 정보를 M-BMS(220)에 전달함과 아울러 DC 분전반(240) 상태를 진단하고, 진단결과 DC 분전반(240)이 기준 상태 정보 범위 이내이고 충방전이 가능한 상태이면 정상 상태를 유지하고, 이상이 검출되면 스위치 구동부(237)를 통해 차단 스위치(242)를 트립시켜 배터리 랙부(10-1~10-10)와 PCS(30)의 연결을 차단하고, 충방전을 정지한다.This environmental management unit 230 is obtained after acquiring the status of the DC distribution panel 240, that is, voltage, temperature, current, flooding, fire, SPD, door open, and emergency stop switch status from the status acquisition unit 236. In addition to transmitting information to the M-BMS 220, the state of the DC distribution panel 240 is diagnosed, and if the result of the diagnosis is within the range of the reference state information and charging/discharging is possible, maintain a normal state, and When this is detected, the disconnection switch 242 is tripped through the switch driving unit 237 to cut off the connection between the battery rack units 10-1 to 10-10 and the PCS 30, and stop charging and discharging.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 랙 배터리관리장치에 의한 배터리 관리 절차를 도시한 순서도이다.6 is a flow chart showing a battery management procedure by the rack battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 각 트레이(120)의 트레이 배터리관리장치(Tray BMS)가 셀 전압과 온도를 감지한다(S101). 트레이(120)는 앞서 설명한 바와 같이, 8개의 스택으로 이루어지고, 각 스택은 8개의 배터리셀들로 이루어진다. 본 실시예에서 각 셀은 3.2V의 전압을 가지며, 과충전차단 기준전압(Charge Cut-off Voltage)은 3.65±0.05V이고, 과방전 차단전압(Discharge Cot-off Voltage)은 2.0V이다. 또한 각 트레이(120)는 51.2V의 전압을 가지며, 과충전차단 기준전압(Charge Cut-off Voltage)은 56.8±0.05V이고, 과방전 차단전압(Discharge Cot-off Voltage)은 44.8V이다.Referring to FIG. 6, a tray battery management device (Tray BMS) of each tray 120 senses a cell voltage and temperature (S101). As described above, the tray 120 is made of eight stacks, and each stack is made of eight battery cells. In this embodiment, each cell has a voltage of 3.2V, an overcharge cut-off voltage of 3.65±0.05V, and an overdischarge cut-off voltage of 2.0V. In addition, each tray 120 has a voltage of 51.2V, an overcharge cut-off voltage of 56.8±0.05V, and an overdischarge cut-off voltage of 44.8V.

랙 배터리관리장치(RACK BMS;210)가 트레이 정보를 취합한 후 연산하고, 랙전압과 전류를 감지한다(S102). 본 실시예에서 각 배터리 랙(10-1~10-10)은 768V의 전압을 가지며, 과충전차단 기준전압(Charge Cut-off Voltage)은 852.0±0.05V이고, 과방전 차단전압(Discharge Cot-off Voltage)은 672.0V이다.The rack battery management device (RACK BMS) 210 collects and calculates the tray information, and detects the rack voltage and current (S102). In this embodiment, each of the battery racks 10-1 to 10-10 has a voltage of 768V, a charge cut-off voltage of 852.0±0.05V, and an overdischarge cut-off voltage. Voltage) is 672.0V.

이어 랙 배터리관리장치(RACK BMS)가 배터리 랙의 상태를 진단한다(S103). 배터리 랙 상태의 진단은 측정된 전압이 과충전 차단전압이나 과방전 차단전압의 범위를 벗어나는지 혹은 허용 동작 온도범위를 벗어나는지 등을 판단하는 것이다. Then, the rack battery management device (RACK BMS) diagnoses the state of the battery rack (S103). Diagnosis of the battery rack state is to determine whether the measured voltage is out of the range of the overcharge cutoff voltage or the overdischarge cutoff voltage or the allowable operating temperature range.

진단결과, 배터리 랙이 기준상태 정보 범위 이내이고, 충방전이 가능하면 정상상태를 표시하고 정상동작한다(S104,S105).As a result of the diagnosis, if the battery rack is within the reference state information range, and charging and discharging is possible, a normal state is displayed and normal operation (S104, S105).

진단결과, 기준 상태 범위를 벗어나 충방전이 어려운 상태이면, 경보를 발생하고, 폴트시 충방전 릴레이를 차단하며, 경보정보를 마스터 배터리관리장치(M-BMS)로 전달한다(S106~S108).As a result of the diagnosis, if charging/discharging is difficult outside the standard state range, an alarm is generated, the charging/discharging relay is cut off when a fault occurs, and the alarm information is transmitted to the master battery management device (M-BMS) (S106 to S108).

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 마스터 배터리관리장치가 배터리를 관리하는 절차를 도시한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a procedure for managing a battery by a master battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 마스터 배터리관리장치(M-BMS;220)가 각 배터리 랙 정보를 획득한다(S201). 마스터 배터리관리장치(220)와 랙 배터리관리장치(210)는 Modbus-TCP 방식으로 연결되어 도 10에 도시된 바와 같은 프레임 포맷으로 데이터를 전달한다. 도 10을 참조하면, Check Charge Ready Frame, Check Discharge Frame, Master와 슬레이브간 요청(Request) 프레임과 슬레이브에서 마스터로의 응답(Response) 프레임 구조가 도시되어 있다.Referring to FIG. 7, a master battery management apparatus (M-BMS) 220 acquires each battery rack information (S201). The master battery management device 220 and the rack battery management device 210 are connected in a Modbus-TCP manner to transmit data in a frame format as shown in FIG. 10. Referring to FIG. 10, a Check Charge Ready Frame, a Check Discharge Frame, a Request frame between a Master and a Slave, and a Response frame structure from a Slave to a Master are illustrated.

마스터 배터리관리장치(M-BMS;220)가 전체 배터리 랙 정보를 취합한다(S202).The master battery management device (M-BMS) 220 collects all battery rack information (S202).

마스터 배터리관리장치(M-BMS;220)의 진단결과, 전체 배터리 랙이 기준상태 정보 범위 내이고, 충방전이 가능하면 도 9와 같은 동작상태 표시 화면에서 녹색으로 정상상태를 표시하고 정상동작을 유지한다(S203,S204). 도 9를 참조하면, 동작 표시 화면에는 각 Rack의 연결상태, 전압,온도 등의 수치값과, 고온, 저온, 과전압 과전류 등의 경보(Alarm)상태가 녹색, 황색, 적색 등으로 표시되어 있다.As a result of the diagnosis of the master battery management device (M-BMS; 220), if the entire battery rack is within the reference state information range, and charging and discharging is possible, the normal state is displayed in green on the operation state display screen as shown in FIG. 9 and normal operation is performed. Maintain (S203, S204). Referring to FIG. 9, on the operation display screen, numerical values such as connection status, voltage, temperature, etc. of each rack, and alarm states such as high temperature, low temperature, overvoltage, and overcurrent are displayed in green, yellow, and red colors.

마스터 배터리관리장치(M-BMS;220)의 진단결과, 배티리 랙이 기준상태 정보 범위를 벗어나 충방전이 불가능하면 전력변환장치(PCS)에 충방전 정지를 요청하고, 도 9와 같은 동작 표시화면에 적색이나 비상상태를 표시한다(S205). 전력변환장치(PCS;30)는 마스터 배터리관리장치(220)의 요청에 따라 충방전을 정지한다(S206).As a result of the diagnosis of the master battery management device (M-BMS; 220), if the battery rack is out of the reference state information range and charging/discharging is impossible, a request for charging/discharging stop is requested to the power conversion device (PCS), and the operation is displayed as shown in FIG. Red or emergency status is displayed on the screen (S205). The power conversion device (PCS) 30 stops charging and discharging at the request of the master battery management device 220 (S206).

이와 같이 마스터 배터리관리장치(220)는 직접적으로 DC 전원선로를 차단할 수 없으므로 전력변환장치(PCS)나 다른 제어장치에 요청하여 충방전을 차단하게 한다.As described above, since the master battery management device 220 cannot directly cut off the DC power line, it requests a power conversion device (PCS) or another control device to block charging and discharging.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제3통신을 통한 배터리 관리절차를 도시한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a battery management procedure through a third communication according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 각각의 배터리 랙(10-1~10-10)과 PCS(30)가 제3통신(40)으로 연결한다(S301).Referring to FIG. 8, each of the battery racks 10-1 to 10-10 and the PCS 30 are connected to the third communication 40 (S301).

각 랙 배터리관리장치(210)가 해당 트레이(120)로부터 획득된 정보를 진단하여 각각의 배터리랙(10-1~10-10)이 충방전 가능한 상태이면 제3통신(40)을 통해 PCS(30)에 충방전 가능 코드를 전송한다(S302,S303).Each rack battery management device 210 diagnoses the information obtained from the corresponding tray 120, and if each of the battery racks 10-1 to 10-10 is in a charge/discharge state, the PCS ( 30), the charge/discharge code is transmitted (S302, S303).

각 랙 배터리관리장치(210)가 해당 트레이(120)로부터 획득된 정보를 진단하여 각각의 배터리 랙이 충방전 불가능한 상태이면, 제3통신(40)을 통해 PCS(30)에 충방전 불가능 코드를 전송한다(S304).Each rack battery management device 210 diagnoses the information obtained from the corresponding tray 120, and if each battery rack is in a state in which charging and discharging is impossible, the charging/discharging code is transmitted to the PCS 30 through the third communication 40. Transmit (S304).

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 랙(Battery Rack;10-1~10-10)과 전력변환장치(PCS;30)가 제3 통신(40)으로 연결되어 마스터 배터리관리장치(Master BMS;220)와 전력변환장치(PCS;30)간 통신(제1, 2 통신)에 에러가 발생할 경우에도 각 배터리 랙(Battery Rack;10-1~10-10)의 이상유무(현재상태)를 전력변환장치(PCS;30)로 전송하여 전력변환장치(PCS;30)에 의한 충방전 제어를 계속할 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, the battery rack (Battery Rack; 10-1 to 10-10) and the power conversion device (PCS; 30) are connected through the third communication 40 to the master battery management device (Master BMS). ;220) and power converter (PCS;30) communication (1st, 2nd communication) error occurs in each battery rack (Battery Rack; 10-1~10-10) It can be transmitted to the power conversion device (PCS) 30 to continue charging and discharging control by the power conversion device (PCS) 30.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. In the above, the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.

10-1~10-10: 배터리 랙 20: DC 분배 랙
30: 전력변환장치(PCS) 40: 제3통신부
120: 트레이 210: 랙 배터리관리장치(R-BMS)
220: 마스터 배터리관리장치(M-BMS) 230: 환경관리유니트(230)
240: DC 분배반
10-1~10-10: Battery rack 20: DC distribution rack
30: power conversion device (PCS) 40: 3rd communication department
120: tray 210: rack battery management device (R-BMS)
220: master battery management device (M-BMS) 230: environmental management unit 230
240: DC distribution board

Claims (5)

랙 배터리관리장치(R-BMS)를 갖는 다수의 배터리 랙(10-1~10-10)과, 마스터 배터리관리장치(M-BMS)를 갖는 DC 분배 랙(20)과, 전력변환장치(PCS;30)를 포함하는 에너지저장시스템의 배터리 보호 방법에 있어서,
상기 배터리 랙과 상기 전력변환장치(PCS)를 제3통신(40)으로 연결하여
마스터 배터리관리장치(Master BMS;220)와 전력변환장치(PCS;30)간 통신에 장애가 발생할 경우에도 각 배터리 랙(Battery Rack)의 이상유무를 상기 제3통신(40)을 통해 상기 전력변환장치(PCS)로 전송하여 상기 전력변환장치(PCS)에 의한 충방전 제어를 계속할 수 있게 하되,
상기 제3통신은
CAN이나 Modbus-TCP 중 어느 하나이고,
각 트레이(120)의 트레이 배터리관리장치(Tray BMS)가 셀 전압과 온도를 감지하는 단계;
랙 배터리관리장치(RACK BMS;210)가 상기 트레이 배터리관리장치로부터 트레이 정보를 취합한 후 연산하고, 해당 랙 전압과 전류를 감지하는 단계;
상기 랙 배터리관리장치(RACK BMS;210)가 해당 배터리 랙의 상태를 진단하는 단계;
진단결과, 해당 배터리 랙이 기준상태 정보 범위 이내이고, 충방전이 가능하면 정상상태를 표시하고 정상동작하는 단계; 및
진단결과, 해당 배터리 랙이 기준 상태 범위를 벗어나 충방전이 어려운 상태이면, 경보를 발생하고, 폴트시 충방전 릴레이를 차단하며, 경보정보를 상기 마스터 배터리관리장치(220)로 전달하는 단계와,
상기 마스터 배터리관리장치(220)가 각 랙 배터리관리장치로부터 각 배터리 랙 정보를 획득하는 단계;
상기 마스터 배터리관리장치(220)가 전체 배터리 랙 정보를 취합하여 진단하는 단계;
진단결과, 전체 배터리 랙이 기준상태 정보 범위 내이고, 충방전이 가능하면 상기 마스터 배터리관리장치(220)가 동작상태 표시 화면에서 녹색으로 정상상태를 표시하고 정상동작을 유지하는 단계; 및
진단결과, 어느 하나의 배터리 랙이 기준상태 정보 범위를 벗어나 충방전이 불가능하면 상기 마스터 배터리관리장치가 동작 표시화면에 이를 표시하고, 상기 전력변환장치에 충방전 정지를 요청하는 단계와,
각각의 배터리 랙과 상기 전력변환장치가 제3통신으로 연결하는 단계;
각 랙 배터리관리장치가 해당 트레이들로부터 획득된 정보를 진단하여 해당 배터리 랙이 충방전 가능한 상태이면 상기 제3통신을 통해 상기 전력변환장치에 충방전 가능 코드를 전송하는 단계; 및
각 랙 배터리관리장치가 해당 트레이로부터 획득된 정보를 진단하여 해당 배터리 랙이 충방전 불가능한 상태이면, 상기 제3통신을 통해 상기 전력변환장치에 충방전 불가능 코드를 전송하는 단계를 포함하는 에너지저장시스템의 배터리 다중 보호 방법.
A plurality of battery racks (10-1 to 10-10) with a rack battery management device (R-BMS), a DC distribution rack (20) with a master battery management device (M-BMS), and a power converter (PCS) In the battery protection method of the energy storage system comprising; 30),
By connecting the battery rack and the power conversion device (PCS) through a third communication 40
Even when a communication failure occurs between the master battery management device (Master BMS) 220 and the power conversion device (PCS; 30), the power conversion device is used to determine whether or not there is an abnormality in each battery rack through the third communication (40). By transmitting to (PCS), it is possible to continue charging and discharging control by the power conversion device (PCS),
The third communication
Either CAN or Modbus-TCP,
Detecting a cell voltage and temperature by a tray battery management device (Tray BMS) of each tray 120;
Calculating, by a rack battery management device (RACK BMS) 210, collecting and calculating tray information from the tray battery management device, and detecting a corresponding rack voltage and current;
Diagnosing, by the rack battery management device (RACK BMS) 210, a state of a corresponding battery rack;
If the battery rack is within the range of the reference state information as a result of the diagnosis, and charging and discharging is possible, displaying a normal state and operating normally; And
As a result of the diagnosis, if the battery rack is in a state in which charging and discharging is difficult outside the reference state range, generating an alarm, blocking the charging/discharging relay in case of a fault, and transmitting alarm information to the master battery management device 220;
Obtaining, by the master battery management device 220, each battery rack information from each rack battery management device;
The master battery management device 220 collecting and diagnosing all battery rack information;
As a result of the diagnosis, if the entire battery rack is within the reference state information range and charging/discharging is possible, the master battery management device 220 displays a normal state in green on the operation state display screen and maintains normal operation; And
As a result of the diagnosis, if any one of the battery racks is out of the reference state information range and charging/discharging is impossible, the master battery management device displays this on an operation display screen, and requests the power conversion device to stop charging and discharging;
Connecting each of the battery racks and the power conversion device through third communication;
Each rack battery management device diagnosing information obtained from the corresponding trays and, if the corresponding battery rack is in a charge/discharge state, transmitting a charge/discharge possible code to the power conversion device through the third communication; And
An energy storage system comprising the step of transmitting a charge/discharge code to the power conversion device through the third communication when each rack battery management device diagnoses the information obtained from the corresponding tray and the corresponding battery rack is in a state that cannot be charged or discharged. Battery multiple protection method
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