KR102307096B1 - 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 외부의 요인으로 인한 상전 공급차단이나 불안정한 위험요소의 발생 시에 부하에 공급되는 전력을 우선순위를 정하여 제어되도록 하여 선택적으로 부하전력을 차단할 수가 있게 하고 배터리 잔존용량(SOC, State of Charge)을 상시 검출하여 모니터링이 가능하게 하고 부하의 중요성에 따라 전력공급 시간을 별도 제어하여 중요 저장장치 및 전기 장치에 대한 전원공급 시간의 확장이 가능하게 하여 중요 부하에 대한 안정성을 높게 하고 부하의 개별적인 백업 시간을 임의로 설정 가능케 하여 배터리 백업 시에 각 부하에 따라 개별적인 백업 시간의 설정이 가능하게 되는 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법에 관한 것이다.

Description

선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법 {Uninterruptible power supply capable of selective power outage compensation and power outage compensation method}

본 발명은 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 외부의 요인으로 인한 상전 공급차단이나 불안정한 위험요소의 발생 시에 부하에 공급되는 전력을 우선순위를 정하여 제어되도록 하여 선택적으로 부하전력을 차단할 수가 있게 하고 배터리 잔존용량(SOC, State of Charge)을 상시 검출하여 모니터링이 가능하게 하고 부하의 중요성에 따라 전력공급 시간을 별도 제어하여 중요 저장장치 및 전기 장치에 대한 전원공급 시간의 확장이 가능하게 하여 중요 부하에 대한 안정성을 높게 하고 부하의 개별적인 백업 시간을 임의로 설정 가능케 하여 배터리 백업 시에 각 부하에 따라 개별적인 백업 시간의 설정이 가능하게 되는 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법에 관한 것이다.

일반적으로, 상용 전력이 차단되었을 때 컴퓨터 등과 같은 중요한 시스템에 비상용 전원을 계속 공급하기 위해 상용 전원이 인가되는 정상상태에서 상용 교류 전원을 직류로 변환한 후 배터리에 충전시켜 놓고 정전이 발생하면 상기 배터리에서 축적된 직류전원을 인버터에서 교류로 변환하여 비상용 전원으로 제공해왔다.

이러한 종래의 무정전 전원공급장치는 정전 시 특정 부하에만 무정전 전원이 공급되고 나머지 부하에는 전원이 공급되지 않게 되어 가동할 수 없게 된다. 그러나 정전 시에도 작동할 부하가 존재하게 되는데 이런 경우에는 부하별로 무정전 전원공급장치를 별도로 설치해야 했던 문제점이 있었다.

갈수록 고도화되고 집적화되는 통신시스템이 일반화되고 있는 현대사회에 있어서 각종 전산프로그램을 구동하는 장비나 데이터베이스 또는 데이터 송수신 장비와 같은 주장비(Primary Device)의 전력차단 시에 발생 되는 물적/자원적 피해는 더욱 더 늘어나고 있으며, 예를 들어, 2018년 KT 아현지사 화재사고와 같은 단순 화재를 통한 네트워크 설비의 파손으로 인하여 실제로 파생된 순단 및 순단시간의 장기화로 인하여 유무선 통신장애는 약 300억원의 피해가 발생될 정도로 피해액이 크게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 공개특허공보 제10-2009-0037554호에는 '무정전 부하 순차 제어형 무정전 전원공급장치'라는 명칭의 발명이 제안된 바가 있으며, 상기 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상용 전원 전압이 무정전 전원공급장치(100)에 설정된 정전 검출 전압 이하로 되면 동기 절체부(110)에서 정전을 감지하여 동기 절체부(110)에서 차단기를 동작시켜 상용 전력 공급측 차단기를 개방하고 동시에 무정전 전원공급장치(100)의 차단기를 연결시켜 무정전 전원공급장치(100)로부터 배터리 전원이 공급되고, 무정전 전원공급장치(100)에 사용자가 부하전력 설정부(200)를 통하여 부하1에서 부하 n까지 부하 사용에 필요한 설정 전력을 입력한다. 부하의 설정 전력 사용 시간은 부하의 중요도에 따라 설정하며 부하 1의 중요도가 낮고 부하 n으로 갈수록 중요도가 높다고 나타내었으며, 이러한 무정전 전원공급장치(100)를 통하여 전력이 공급되는 동안 무정전 전원공급장치(100)의 출력단에 연결된 부하전력 검출부(230)에서 배터리 출력 전력량을 상시 검출하고 사용자인터페이스부(210)에서 입력된 부하 1에서 부하 n까지의 설정 전력을 비교기(220)를 통하여 실시간으로 비교하여 부하전력 차단 제어기(240)에 신호를 보내고, 상기 부하전력 차단제어기(240)는 각 부하의 부하차단부(120)와 연결되어 있고 비교기(220)에서 부하전력이 부하 1에 설정된 설정 전력보다 작게 되면 부하전력 차단 제어기(240)에서 부하차단부(120)에 차단기 개방신호를 보내고 부하 1에 연결된 차단기를 개방하여 부하 1에 전력공급을 중단하는 방식이 제안된 바가 있다.

그러나, 상기 발명은, 배터리의 잔존용량(SOC)의 값이 아닌, 부하전력량을 배터리 전력량으로 계산하여, 부하에서 소비되는 전력의 적산값으로만 부하전력을 차단 하고 있으므로 여러 문제점이 있었다. 그 문제점으로는, 첫째로, 사용자 인터페이스에서 부하전력량만을 기준으로 셋팅(Setting) 하는 방법이 어렵고, 둘째로, 셋팅을 하더라도, 배터리 출력전력 = 부하전력 으로 정의된 값에 의하여, 차단시간이 표시되어 정확도가 부정확하며, 이러한 부정확을 부언하여 설명을 하면, 실제값의 계산식인 배터리 출력전력 = 부하전력 / η (인버터 효율)로, 여기에서 η값은 상수값이 아닌 배터리 전압값이나 부하전력 값의 변동에 따라 변하는 변수 값으로, 배터리의 방전상태나, 부하전력 값의 변동상태에 따라 변하게 되므로 차단시간의 표시 정확도가 부정확하게 되어 부정확한 표시값을 갖게 된다. 세째로, 부하 1 ~ 부하 n의 어느 한쪽에서 쇼트나 과부하가 발생하면 인버터의 동작이 차단되어 전체부하가 전부 차단되는 문제점이 있었다.

공개특허공보 제10-2009-0037554호

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부의 요인으로 인한 상전 공급차단이나 불안정한 위험요소의 발생 시에, 상시 모니터링(Monitoring) 된 SOC 값을 기준으로, 인터페이스에서 부하 차단의 설정 방법을 시간 기준설정 / SOC값 기준설정이 가능하게 하여, 운용자의 편의성을 도모하고, 시간 또는 SOC값 설정값의 기준이 배터리의 SOC값이 기준으로, SOC값의 정확도(99%) 및 선형성(Linearity)의 정확도(99%)를 제공 차단시간 표시의 오차범위를 ±1% 이내로 표시하여 정확도를 획기적으로 높이고, 각각의 부하의 사용되는 전류를 검출하는 검출부가 각각 설치되어 실제 사용하는 부하전류 및 전력의 확인이 가능하게 되고, 부하의 단락 또는 과부하시에 해당 부하만을 차단 시켜 나머지 부하는 정상 작동을 시키는 것이 가능하게 하여 제품의 신뢰성을 향상 시키고, 유선 통신을 사용하여 원거리에서도 원격 감시가 가능하게 되는 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 배터리에서 입력된 전압, 전류정보와 출력 분배부의 각각의 부하 전류정보가 감지되는 센싱보드부(Sensing Board)와, 센싱보드부의 출력정보를 입력받아 전반적인 제어를 수행하고 정전 시 각각의 부하에 대한 우선순위의 설정하고 제어하는 MCB부(Main Control Board)와, 상기 MCB부와 연결되어 정보를 입, 출력하여 사용자 인터페이스 역할을 하는 터치스크린부와, 상기 MCB부와 연결되어 유선 통신이 가능한 SNMP 통신 포트가 구비 된 본 발명에 따른 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치에 의하여 달성된다.

본 발명의 이러한 목적은, 최초 무정전 전원장치에 상용전원 및 배터리의 전원이 유입되면, OCV(Open Circuit Voltage) 회로를 사용하여 배터리의 전압을 측정한 값을 MCB부의 Memory IC에 입력된 Battery OCV Data table과 비교하여 SOC 초기값을 산출하는 단계와, 이후 배터리의 SOC 측정에는 전류 적산법과 확장 칼만 필터 방법을 조합한 방법을 사용하여 배터리의 SOC 측정하는 단계와, 확장 칼만 필터에서 측정한 값과 전류 적산법의 측정값이 일정값 이상으로, 차이가 나면 전류 적산법을 RESET 하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 선택적인 정전보상방법에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법은, 배터리에서 입력된 전압, 전류정보와 출력 분배부의 각각의 부하 전류정보가 감지되는 센싱보드부(Sensing Board)와, 센싱보드부의 출력정보를 입력받아 전반적인 제어를 수행하고 정전 시 각각의 부하에 대한 우선순위의 설정하고 제어하는 MCB부(Main Control Board)와, 상기 MCB부와 연결되어 정보를 입, 출력하여 사용자 인터페이스 역할을 하는 터치스크린부와, 상기 MCB부와 연결되어 유선 통신이 가능한 SNMP 통신 포트가 구비되어, 정전 시 각각의 부하에 대한 우선순위의 설정에 따라, 보조장비에 대한 부하 차단이 가능하여, 주장비에 대한 백업 시간의 연장이 가능하고, 설정의 방법을 직관적으로 확인이 가능한 시간/SOC(배터리 잔존용량)로 선택이 가능하고, 보조장비의 이상 (과부하, 쇼트) 시에도, 해당 부하인 보조 장비만 차단이 가능하여, 주장비에는 영향을 받지 않게 하여, 시스템 전력의 효율적인 사용 및 신뢰성의 향상을 이룰 수 있다.

도 1은 종래의 무정전 부하 순차 제어형 무정전 전원공급장치의 블럭도
도 2는 종래와 본 발명의 무정전 전원장치의 기본적인 원리가 도시된 개요도
도 3a, 3b은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치의 결선도 및 블록도와 정전보상방법의 공정도
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 센싱보드부와 MCB부의 상호연결 및 결선상태를 도시한 블럭도
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 납축 배터리 OCV 테이블
도 6은 발명의 제1 실시 예에 따른 납축 배터리 설치메뉴 도표(Install Menu)
도 7은 발명의 제1 실시 예에 따른 SOC의 Monitoring 및 선택적 부하 차단의 알고리즘 및 셋팅메뉴 도표
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 부하설정 메뉴 트리
도 9은 본 발명의 제1실시예에 따른 정전보상시간이 증가 된 것이 도시된 도표
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 수명팩터 도표

본 발명의 기본적인 개요를 도 2에 표시 하였다.

기본적인 동작은 다음과 같다.

상용전원이 정전 상태가 되면, 배터리는 방전 모드로 되고, 배터리에서 인버터에 전원을 공급한다. 이해를 쉽게 하기 위하여, 인버터의 효율을 100%로 가정하고, 사용 부하량을 배터리에서 공급되는 전류로 계산하면, 주요장비(50AH), 일반장비(30AH), 보조장비(20AH)을 합한 총 100AH의 전류가 배터리로부터 요구된다.

종래의 무정전전원장치에서는 100AH의 배터리 방전전류를 3개의 장비에 모두 공급 하는 방식으로, 배터리 방전시간은 100AH의 방전곡선으로 정해진다.

따라서, 종래의 무정전전원장치는 배터리 백업시간의 결정에 모든 전류를 합해서 모든 부하의 장비에 소요되는 전체전류가 사용되므로 백업시간이 짧아지게 되는 문제가 있게 되는 것이다.

본 발명의 무정전전원장치의 경우, SOC의 값을 항상 계측하여, SOC의 값이 40%이상 일 경우, 종래의 무정전전원장치의 경우처럼 3개의 부하에 모두 전력을 공급하나, 40%의 SOC에서 보조장비에 공급되는 전력을 차단, 80AH의 방전전류만 사용하여, 방전시간을 늘리고, SOC의 값이 20%에서는 일반장비에 공급되는 전력을 차단, 50AH의 방전전류만 사용하므로, 종래의 구성 시스템에서는 100AH의 배터리 전류가 필요했으나, 본 발명에서는 50AH의 배터리 전류가 필요, 배터리 방전을 100AH 사용에서 50AH 사용으로 변경되어, 결과적으로 주요장비에 대한 배터리 백업시간을 연장 시키는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 이를 도 9를 참조로 하여 설명하면, 도면의 우측 하단에 표시된 바와 같이, 정전 보상 시간이 '정전시간보상증가'만큼 늘어나게 되는 효과를 갖게 되는 것이다.

또한, 종래의 무정전전원장치에서는 부하 1 ~ 부하 3의 어느 한쪽에서 쇼트나 과부하가 발생하면 인버터의 동작이 차단되어 전체부하가 전부 차단되나, 본 발명에서는 각 부하를 차단하는 스위치가 구비되어 부하 1 ~ 부하 3의 어느 한쪽에서 쇼트나 과부하가 발생하더라도 발생된 부하만을 스위치를 이용하여 차단시키고 나머지 부하는 계속하여 전원을 공급할 수가 있게 되는 것이다.

예시의 SOC % 값은 고정값이 아니고, 터치스크린에서 임의 설정이 가능한 값이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치(A)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상용전원이 공급되는 입력부(100)와, 상기 입력부(100)로부터 상용 전원을 공급받아 직류전원으로 변환시키는 정류기부(200)와, 상기 정류기부(200)로부터 정류된 직류를 공급받는 배터리부(700)와, 상기 정류기부(200)로부터 정류된 직류를 공급받아 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터부(300)와, 바이패스 입력과 인버터부(300) 출력을 조건에 맞추어 출력하는 동기절체부(400), 상기 동기절체부 전원을 각각의 부하단에 출력하는 출력 분배부(500)와, 장비를 연결 할수 있는 출력 단자대부(600)를 포함하고,

상기 출력 분배부(500)에는 출력 단자대부(600)의 각 부하의 전류를 검출하는 전류 검출부(501d,502d,503d)가 설치되어 각 부하의 사용되는 전류를 인식할 수가 있고, 상기 입력부(100), 배터리부(700), 인버터부(300) 및 출력 분배부(500)의 정보를 감지하는 센싱보드부(800)와, 상기 센싱보드부(800)의 출력치를 입력받아 전반적인 제어를 수행하고 정전 시 각각의 부하에 대한 우선순위의 설정하고 제어하는 MCB부(Main Control Board)(900)와, 상기 MCB부(900)와 연결되어 외부와 통신하는 SNMP 통신포트(1000)와, 상기 MCB부(900)와 연결되어 정보를 입,출력 하여 사용자 인터페이스 역할을 하는 터치 스크린부(1100)로 구성된다.

본 발명의 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치(A)는, 출력 분배부(500)의 분배 부하부(501,502,503)에 각 부하를 개별적으로 차단하는 차단 스위치(501a ~ 501c, 502a ~ 502c, 503a ~ 503c)가 각각 구비 되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 출력 분배부(500)에는 출력 단자대부(600)의 각 부하의 전류를 검출하는 검출부(501d,502d,503d)가 설치되어 각 부하의 사용되는 전류를 인식할 수가 있다.

본 발명의 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치(A)의 출력 단자대부(600)에는 전원을 사용하는 복수의 부하부(601,602,603)가 연결되어 있으며, 본 실시예에서는 부하부(601,602,603)의 우선순위가 3단계로 설정되어 있다.

상기 부하부(601,602,603)중에서 우선순위 1순위의 부하부(601)는 메인서버나 데이터 저장장치이고, 2순위의 부하장비(602)는 PC, PoE, 스위치 또는 허브이고, 3순위의 부하장비(603)는 공조기나 프린터장비 이다

여기에서 센싱보드부(800)의 역할은 신호의 노이즈 제거 및 신호 레벨을 MCB부(900)에서 인식 할수 있는 5V 이하의 Analog 신호로 변환하는 역할이다.

MCB부(900)의 역할은 센싱보드부(800)를 통하여, 입력된 5V 이하의 Analog 신호를 A-D Converter 를 사용하여, Digital 신호로 변환시키고, 내부에 설치된 DSP(Digital Signal Processor) Chip(909)에 신호를 전달한다.

DSP Chip(909)은 고속연산 기능 및 제어기능을 가지고 있으며, MCB부(900) 외부의 터치 스크린부(1100)나, SNMP 통신포트(1000)와는 통신용 IC를 통하여, 신호를 주고받는다.

또한, DSP Chip(909)은 MCB부(900)의 내부에 장착된 Memory IC 및 TTL IC를 통하여, 정전 감시, 배터리 SOC의 연산 및 입전 감시와 같은 필요한 기능을 구현시키는 역할을 한다.

상기 DSP Chip(909)은, 배터리부(700)의 SOC 값 측정을 위하여, OCV(Open Circuit Voltage) 기법과 전류 적산법과 확장 칼만 필터 방법을 조합한 알고리즘이 저장되어 있다.

센싱보드부(800)와 MCB부(900)의 상기 설명한 내용에 대한 블록도는 도 4에 표시되었다.

도 4를 상세하게 설명하면, 센싱보드부(800)와 MCB부(900)의 블록도로서, 상기 센싱보드부(800)는 배터리 전압을 수신하여 노이즈를 제거하는 제1 로패스필터(801), 부하전류 검출부(501d,502d,503d)의 신호를 수신하고 노이즈를 제거하는 제2 로패스필터(802), 배터리 전류를 수신하여 노이즈를 제거하는 제3 로패스필터(803)와, 전압레벨을 축소되게 변화시키는 전압변환회로(804)를 포함한다.

상기 MCB부(900)는 제1,제2,제3 로패스필터의 신호를 디지털신호로 변화시키는 제1,제2,제3 A/D 변환기(901,902,903)와, 상기 제3 A/D 변환기(903)의 디지털값이 입력되며 적산 전류가 카운터되는 적산 전류 카운터부(904)와, OCV 데이터가 저장되는 제1 메모리부(905)와, Matlab Simulink 배터리 모델을 적용한 확장 칼만 필터의 데이터가 저장되는 제2 메모리부(906)와, 상기 제1 A/D 변환기(901)와 제1 메모리부(905)의 값을 비교하는 제1 비교기(907)와, 상기 적산 전류 카운터부(904)와 제2 메모리부(906)의 값을 비교하는 제2 비교기(908)와, 상기 제1 비교기(907)와 제2 비교기(908)와 제2 A/D 변환기(902)의 값이 입력되고 정전 감시, 배터리 SOC의 연산 및 입전 감시와 같은 필요한 기능을 구현시키는 DSP chip(909)와, 상기 DSP chip(909)의 출력을 수신하는 SNMP 통신포트(1000)로 송신하는 송신부(910)와, 각 부하들의 온/오프 신호를 발신하는 부하 온/오프 발신부(911)를 포함한다.

상기 제2 메모리부(906)는 확장 칼만 필터의 데이터가 저장되고, 상기 데이터는 Metlab Simulink Program을 사용하여, 실제 사용 배터리 모델링 데이터를 의미한다.

배터리부(700)의 SOC 값 측정 알고리즘은 다음과 같다.

입력 상용전원의 신호(11)가 정상상태일 때 배터리부(700)는 충전상태에 있고, 배터리부(700)의 신호(12)(배터리 전압 전류 검출 신호)를 통하여, 센싱보드부(800)에 입력되고, 입력 된 신호는 다시 MCB부(900)로 입력되어, MCB부(900)의 보드 내부의 DSP Chip(909)에 인가된다.

상기 DSP Chip(909)에 저장된 배터리부(700)의 SOC 값 측정 알고리즘은 OCV(Open Circuit Voltage) 기법과 전류 적산법과 확장 칼만 필터 방법을 조합한 알고리즘을 사용한다.

최초 무정전 전원장치에 상용전원 및 배터리의 전원이 유입되면, OCV(Open Circuit Voltage) 회로를 사용하여, 배터리의 전압을 측정한 값을 MCB부(20)의 Memory IC에 입력된 Battery OCV Data table(도 5)과 비교하여, SOC 초기값을 산출한다. 도 5를 설명하면, OCV가 12.5V 가 되면 SOC는 75%가 되는 것을 알 수 있다.

OCV(Open Circuit Voltage)에 의한 측정은 배터리가 충,방전 상태에 있거나, 노후 배터리의 경우 측정결과에 영향을 주므로, 최초 측정에만 사용하고, 이후 배터리의 SOC 측정에는 전류 적산법과 확장 칼만 필터 방법을 조합한 방법을 사용한다.

전류 적산법의 경우, 아래의 공식을 사용하여, 계산된다.

(여기서 SOC(t)는 시간 t에서의 SOC, SOC(0)는 SOC 초기값, Cn은 배터리의 정격용량이다. 배터리가 충전상태에서는 +, 방전상태에서는 - 기호가 사용된다.)

SOC 초기값은 배터리가 만충전 상태일 경우 100%, 완전방전에서 0%를 기준으로 한다

일반적으로, 배터리 제조업체에서는 70% 정도로 배터리를 충전하여, 출하되므로, 배터리는 만충전 완료까지 충전을 계속하며, 전류 적산법을 이용하면, 배터리의 만충전 까지의 도달시간을 예측 할수있다.

전류 적산법의 경우, 전압, 전류 센서의 오차, MCB부(900)의 A-D Converter와 DSP 분해능 및 반올림 과정에서의 오차를 줄이기 위하여, 확장 칼만 필터에서 측정한 값과 전류 적산법의 측정값이 일정값 이상으로, 차이가 나면, 전류 적산법을 RESET 하여, 전류 적산법의 반올림 오차 누적의 OFFSET을 줄이는 방법을 사용한다. 상기 확장 칼만 필터에서 측정한 값과 전류 적산법의 측정값이 2 ~ 6% 의 차이가 나면 전류 적산법을 RESET 하게 되고, 본 실시예에서는 3%로 측정값을 설정하였다. 상기 측정값이 제한된 이유는 2%이하에서는 너무 자주 리셋하게 되므로 2% 이상으로 설정하였으며, 6% 이상에서는 오차범위가 너무 크게 되므로 6% 이하로 설정하였다.

다음은 본 발명의 제1실시 예에 따른 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치(A)의 터치 스크린부(1100)의 배터리 초기 메뉴설정에 대한 방법을 이하에 상세하게 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 터치 스크린부(1100)를 사용하였을 때를 기준으로 이하에 설명한다.

우선, 사용자 인터페이스인 터치스크린부(1100)를 이용하여 배터리부(700)에 연결되는 배터리의 설치일(2021.5.25)/배터리 수명(24)/배터리 AH(100)/배터리셀 수량(16)/배터리 그룹(1)을 입력한다.

여기에서 입력은 제조업체가 제품 출하일에 행해지며, 배터리 수명은 배터리 제조업체에서 권장하는 수명이며, 입력되는 숫자는 개월 수를 의미한다. 배터리 그룹은 최대 2조까지 선택할 수 있고, 정전시간의 보상이 더욱 필요할 경우 사용된다.

배터리 설치일과, 배터리 수명의 정보입력이 되면, MCB부(900)의 Memory IC에 입력된 배터리 수명 Factor값에 의하여, 배터리를 장시간 사용 하였을 때 배터리 열화에 따른 용량값 변화 값을 보상하여 준다. 배터리 수명 Factor값은 확장 칼만 필터의 연산에 적용된다. 도 10에 배터리 수명 Factor값의 예제를 표시하였다.

도 10을 설명하면, 설치시에 100%의 배터리의 SOC 값이 3년이 경과되면 배터리의 SOC 값이 98%로 감소되어, 설치 초기에는 100AH 에서 배터리의 SOC가 100%가 표시되었으나 3년후에는 98AH에서 배터리의 SOC가 100%로 표시되게 되어, 시간에 대한 용량의 감소를 고려한 것이다.

제품이 설치되고, 무정전 전원장치가 설치장소에서 최초로 동작하면 배터리의 OCV 전압을 측정하고 MCB부(900)에서는, Memory IC에 미리 입력된 도 5의 수치값을 참조 비교하여, 터치스크린부(1100)를 통하여, 사용자에게 현재 배터리의 잔존용량(SOC)을 알려준다. 이후에는 전류 적산법과 확장 칼만 필터 방법을 조합한 방법으로 상시 배터리의 SOC를 Monitoring 하는 상태로 동작한다.

도 7에 SOC의 Monitoring 및 선택적 부하 차단의 순서도를 도시하였다.

무정전 전원장치가 기동되고(S1), 설정 값이 입력되고(S2), 사용자 인터페이스를 통하여 배터리 셀수량, 배터리 용량 설정 및 베터리 설치일을 등록하고(S3), 배터리 전압전류를 모니터링하고(S4), OCV 값을 확인하고 제1 메모리부(905)의 데이터와 비교하여 산출된 값을 터치스크린(1100)에 표시하고(S5), 전류 적산법에 의해 OCV에 측정된 촉전류값에 충방전되는 전류를 가감하여 SOC 값을 터치스크린(1100)에 표시하고(S6), 확장 칼만 필터 값과 전류 적산법의 값을 더해서 평균하고 오차값이 일정치에 이르면 전류 적산를 리셋하여 자동으로 터치스크린(1100)에 표시하여(S7) 배터리 잔존용량(SOC)을 확정하게 되고(S8), 이와 같이 확정된 배터리 잔존용량(SOC)이 터치스크린(1100)에 표시된다.

이 상태에서 상전 차단에 의한 정전이 검출되면(S9), 배터리의 잔존용량을 확인하고(S10), 배터리 잔존 용량이 설정치 1에 도달하였나를 판단하고(S11), 아닐 경우에는 운전을 계속하고(S12), 도달한 경우에는 부가장비 1의 전력송출을 차단하고(S13), 다시 배터리 잔존 용량이 설정치 2에 도달하였나를 판단하고(S14), 아닐 경우에는 운전을 계속하고(S12), 도달한 경우에는 부가장비 2의 전력송출을 차단하고(S15), 다시 배터리 잔존 용량이 설정치 3에 도달하였나를 판단하고(S16), 아닐 경우에는 운전을 계속하고(S12), 도달한 경우에는 부가장비 3의 전력송출을 차단하고(S17), 무정전 전원장치의 작동이 종료되게 되는 것이다.

선택적 부하 차단 메뉴설정의 방법은, 도 8에 도시 하였고, 터치 스크린부(1100)를 통하여 부하설정 메뉴에 진입이 가능하고, 도 8에 도시된 바와 같이, 화면 부하설정 메뉴에는 선택적 부하 차단 기능을 사용할 것인지, 사용하지 말 것인지에 대한 Enable/Disable 선택메뉴가 있고, Enable 선택 시 부하 설정 #1 및 부하 설정 #2 에 대한 메뉴 진입이 가능하다.

Enable을 선택하면, 배터리의 SOC의 값을 기준으로 설정하는 메뉴 (부하 설정 #1), 배터리의 백업시간을 기준으로 설정하는 메뉴 (부하 설정 #2), 2가지의 방법으로, 설정이 가능하다.

부하 설정 #1을 선택하고, Load1 Setting Menu를 클릭하면, 0 ~ 20%까지 설정할 수 있다.

여기에서 숫자 100은 SOC(배터리 잔존용량)의 값이 100%라는 의미이며, 만충전 상태를 의미한다.

0%는 SOC(배터리 잔존용량)의 값이 0%라는 의미로, 완전방전 상태를 의미한다.

1순위(도 8에 'LOAD1 Setting'으로 표기됨)를 0 %로 설정하면, 그 0 %로 설정된 우측에 예상 차단시간(시간과 분)이 표시되어, 사용자에게 최대로 사용할 수 있는 시간을 제공할 수 있게 됨으로서 사용자에게 미리 정전 이후에 대비할 준비를 주게 되는 편의성을 제공할 수가 있게 된다.

% 입력을 하지 않으면 차단시간의 표시는 깜빡이는 _ _ 로 표시되어, 대기 상태임을 알려준다.

차단시간의 표시는 2순위, 3순위의 부하를 SOC 0% 까지, 사용하는 조건으로 표시된다.

다시, 2순위(도 8에 'LOAD2 Setting'으로 표기됨)를 선택하고 누르면, 배터리 잔존용량을 0 ~ 100%까지 설정할 수 있다.

본 실시 예에서, 2순위는 20%로 설정시킨다. 1순위의 경우와 마찬가지로, 예상되는 차단시간이 20%로 설정된 우측에 표시되고, 1순위에서 표시되었던 차단 예상시간은 2순위 설정을 하면, 시간 보정을 하여, 다시 표시된다.

다시, 3순위(도 8에 'LOAD3 Setting'으로 표기됨)를 선택하고, 배터리 잔존용량을 0 ~ 100%까지 설정할 수 있다.

본 실시예에서, 3순위는 40%로 설정시킨다. 1순위의 경우와 마찬가지로, 예상되는 차단시간이 40%로 설정된 우측에 표시되고, 1순위에서 표시되었던 차단 예상시간은 3순위 설정을 하면, 시간 보정을 하여, 다시 표시된다.

무정전 전원장치의 입력인 상용전원이 정전 상태로 되면, 상용전원을 통하여, 공급되던 전원을 배터리로부터 공급받으며, 배터리는 방전상태로 동작한다.

방전 시에도 배터리 SOC의 Monitoring은 계속된다. 정전이 계속되어, 배터리의 SOC가 설정된 40% 조건이 되면, MCB부(900)에서 분배 부하부 3(503)의 스위치(503a,503b,503c)에 OFF 신호를 전달하여(신호 15), 부하3을 차단 시킨다.

이후, 정전이 배터리의 SOC가 설정된 20% 조건이 되면, MCB부(900)에서 분배 부하부 2(502)의 스위치(502a,502b,502c)에 OFF 신호를 전달하여(신호 15), 부하2를 차단 시킨다.

결과적으로 2순위 및 3순위의 해당 출력은 SOC가 설정된 3순위의 40%와 2순위의 20%에서 차단되게 되어, 1순위인 부하 장비의 백업시간을 연장 시키는 결과를 얻을 수 있고, 사용자에게는 해당 설정을 통하여 1순위부터 3순위의 예상 차단 시간이 표시가 육안 확인이 가능하게 되어 정전 이후의 업무에 편의성을 제공할 수가 있게 되는 것이다.

도 9는 상기 40%, 20%에서의 부하 차단 결과로 얻어지는 백업시간의 연장 결과를 도표로 표시한 내용이다. 이러한 전원을 차단 시키는 우선순위의 선정은 User Interface 인 터치 스크린부(1100)와 SNMP 통신포트(1000)을 통하여, 연결된 PC에 웹 브라우져 프로그램을 설치하여, 웹 브라우져 프로그램을 통해서도 가능하다.

다음은 부하 설정 #2(시간설정)를 하는 방법에 대하여 기술한다.

부하 설정 #2를 선택하고, Load1 Setting Menu를 클릭하고, 부하1 설정 버튼을 누르면, SOC의 0 ~ 20%상태까지 사용할수 있는 시간이 표시된다.

표시는 __H __M 로 표시되며, 여기에서, H는 Hour, M은 Minute를 의미하며, 현재 사용하고 있는 부하 조건을 기준으로, 최대 99H:59M까지의 표현이 가능하다.

설정의 편의성을 위하여, SOC 0%로 하였을 때 최대시간이 1단에 표시되고(MAX)와, SOC 20%로 하였을 때 최소시간이 2단에 표시되어(MIN)의 설정 가능한 시간이 터치 스크린부(1100) 화면에 표시되고, 사용자가 시간 설정의 메뉴는 그 하단인 3단에 위치하며, 설정값을 입력하면, 설정된 시간으로 사용되는 배터리 SOC의 값이 우측에 %로 표시된다.

부하1 설정 시, 부하 2 및 부하 3의 부하 조건은 SOC 0%까지 사용했을 때의 조건이다.

1순위의 시간을 설정하면, 좌측에 예상 차단시간이 표시되고, 본 실시예에서는 (01H:00M)으로 설정하고, 우측에는 배터리 SOC의 사용 %가 같이 표시된다.

만일 시간 설정을 하지 않은 상태이면, 차단시간의 표시는 _ _ 로 표시되어, 대기 상태임을 알려준다.

다시, 2순위를 선택하고 누르면, SOC의 0 ~ 100% 상태까지 사용할수 있는 시간이 표시된다.

SOC 0%로 하였을 때(MAX)와, SOC 100%로 하였을 때(MIN)의 설정 가능한 시간이 터치 스크린부(1100) 화면에 표시되고, 시간 설정의 메뉴는 그 하단에 위치하며, 설정값을 입력하면, 좌측에 예상 차단시간이 표시, 우측에 배터리 SOC의 사용 %가 표시된다.

본 실시 예에서, 2순위는 00H:20M으로 설정시킨다. 우측에는 배터리 SOC의 사용 20 %가 같이 표시된다.

1순위의 경우와 마찬가지로, 예상되는 차단시간이 좌측에 표시되고, 1순위에서 표시되었던 차단 예상시간은 2순위 설정을 하면, 시간 보정을 하여, 다시 표시된다. 다시, 3순위를 선택하고, 배터리 잔존용량을 0 ~ 100% 상태까지 사용 할수 있는 시간이 표시된다.

본 실시예에서, 3순위는 00H:10M으로 설정시킨다. 우측에는 배터리 SOC의 사용 40 %가 같이 표시된다.

1순위의 경우와 마찬가지로, 예상되는 차단시간이 좌측에 표시되고, 1순위 및 2순위 에서 표시되었던 차단 예상시간은 3순위 설정을 하면, 시간 보정을 하여, 다시 표시된다.

무정전 전원장치의 입력인 상용전원이 정전 상태로 되면, 상용전원을 통하여, 공급되던 전원을 배터리로부터 공급받으며, 배터리는 방전상태로 동작한다.

방전 시에도 배터리 SOC의 Monitoring은 계속되며, 정전이 계속되어, 배터리의 SOC가 설정된 시간 10분이 경과하면, MCB부(900)에서 분배 부하부 3(503)의 스위치(503a,b,c))에 OFF 신호를 전달하여(신호15), 분배 부하부 3(503)을 차단 시킨다.

이후, 정전이 배터리의 SOC가 설정된 시간 20분이 경과하면, MCB부(900)에서 분배 부하부 2(502)의 스위치(502a,b,c))에 OFF 신호를 전달하여(신호15), 분배 부하부 2(502)를 차단 시킨다.

결과적으로 2순위 및 3순위의 해당 출력은 SOC가 설정된 3순위의 10분과, 2순위의 20분에서 차단되게 되어, 1순위인 부하 장비의 백업시간을 연장 시키는 결과를 얻을 수 있다.

도 9는 상기 40%, 20%에서의 부하 차단 결과로 얻어지는 백업시간의 연장 결과를 도표로 표시한 내용이다.

이러한 전원을 차단 시키는 우선순위의 선정은 User Interface 인 터치 스크린부(1100)와 SNMP 통신포트(1000)을 통하여, 연결된 PC에 웹 브라우져 프로그램 설치하여, 웹 브라우져 프로그램을 통해서도 가능하다.

출력 분배부(500)의 각각의 분배 부하부(501,502,503)에는 각 부하를 차단하는 수동 차단 스위치(CB5~CB7)가 설치되어, 부하에 공급되는 전원을 수동으로 ON/OFF가 가능하며, 부하 측 외부의 요인으로 인한 단락이나, 과부하 조건에서는 분배반 검출 신호(14)를 통하여, 입력 된 신호를 MCB부(20)에서 판단하여, 단락이나, 과부하가 발생한 해당 부하를 차단 시키는 기능을 별도로 가지고 있어, 분배 부하부1(501) ~ 분배 부하부 3(503)에서 개별적인 이상 상태 (단락, 과부하)가 발생 한 경우에도, 문제가 발생 한 해당 분배 부하부만 차단하고, 나머지 분배 부하부에는 안정적인 전원의 공급이 가능하여, 시스템의 전체적인 신뢰성을 높이는 역할을 한다.

출력 분배부(500)의 각각의 부하 측에는 단락, 과부하에 대응하는 수동 차단 스위치(CB5~CB7)가 별도로 설치되어 있으나, 기계적인 스위치의 구조로 인하여, 전류 차단시간이 긴 단점이 있었으나, 제안된 회로에 사용하는 반도체 스위치는 차단시간이 짧고, 반도체 차단시간을 터치스크린부(1100)에서 프로그램으로 임의로 설정이 가능하여, 실제 사용되는 실제 부하 조건에 맞추어 각각의 부하별로 설정이 가능하게 되고, 과전류 설정에 대하여 유연성을 가지고 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법은, 정전 시 각각의 부하에 대한 우선순위의 설정에 따라, 보조장비에 대한 부하 차단이 가능하여, 주장비에 대한 백업 시간의 연장이 가능하고, 설정의 방법을 직관적으로 확인이 가능한 시간/SOC(배터리 잔존용량)로 선택이 가능하고, 보조장비의 이상 (과부하, 쇼트) 시에도, 해당 부하인 보조 장비만 차단이 가능하여, 주장비에는 영향을 받지 않게 하여, 시스템 전력의 효율적인 사용 및 신뢰성의 향상을 이룰 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 따른 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치 및 정전보상방법은 일반적인 무정전 전원장치의 제조산업에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이고 동일한 방법을 반복적으로 시행하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

A : 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치
100 : 입력부 200: 정류기부
300: 인버터부 400: 동기절체부
500: 출력 분배부 600: 출력 단자대부
700: 배터리부 800: 센싱보드부
900: MCB부 1000: SNMP 통신포트
1100: 터치 스크린부

Claims (3)

1. 삭제
2. 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치(A)에 있어서,
   상기 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치(A)는, 상용전원이 공급되는 입력부(100)와, 상기 입력부(100)로부터 상용 전원을 공급받아 직류전원으로 변환시키는 정류기부(200)와, 상기 정류기부(200)로부터 정류된 직류를 공급받는 배터리부(700)와, 상기 정류기부(200)로부터 정류된 직류를 공급받아 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터부(300)와, 바이패스 입력과 인버터부(300) 출력을 조건에 맞추어 출력하는 동기절체부(400), 상기 동기절체부 전원을 각각의 부하단에 출력하는 출력 분배부(500)와, 장비를 연결 할수 있는 출력 단자대부(600)를 포함하고,
   상기 입력부(100), 배터리부(700), 인버터부(300) 및 출력 분배부(500)의 정보를 감지하는 센싱보드부(800)와,
   상기 센싱보드부(800)의 출력치를 입력받아 전반적인 제어를 수행하고 정전 시 각각의 부하에 대한 우선순위의 설정하고 제어하는 MCB부(900)와,
   상기 MCB부(900)와 연결되어 외부와 통신하는 SNMP 통신포트(1000)와,
   상기 MCB부(900)와 연결되어 정보를 입,출력 하여 사용자 인터페이스 역할을 하는 터치 스크린부(1100)로 구성되고,
   상기 센싱보드부(800)는 신호의 노이즈 제거 및 신호 레벨을 MCB부(900)에서 인식 할수 있는 TTL level (DC)로 변환하고,
   상기 MCB부(900)는 센싱보드부(800)를 통하여, 입력된 Analog 신호를 A-D Converter 를 사용하여, Digital 신호로 변환시키고, 내부에 설치된 DSP(Digital Signal Processor) Chip(909)에 신호를 전달하고,
   DSP Chip(909)은 고속연산 기능 및 제어기능을 가지고 있으며, MCB부(900) 외부의 터치 스크린부(1100)나, SNMP 통신포트(1000)와는 통신용 IC를 통하여, 신호를 송수신하고,
   상기 출력 분배부(500)에는 출력 단자대부(600)의 각 부하의 전류를 검출하는 검출부(501d,502d,503d)가 설치되어 각 부하의 사용되는 전류를 인식할 수가 있고,
   상기 센싱보드부(800)는 배터리 전압을 수신하여 노이즈를 제거하는 제1 로패스필터(801), 전류 검출부(501d,502d,503d)의 신호를 수신하고 노이즈를 제거하는 제2 로패스필터(802), 배터리 전류를 수신하여 노이즈를 제거하는 제3 로패스필터(803)와, 전압레벨을 축소되게 변화시키는 전압변환회로(804)를 포함하고,
   상기 MCB부(900)는 제1,제2,제3 로패스필터의 신호를 디지털신호로 변화시키는 제1,제2,제3 A/D 변환기(901,902,903)와, 상기 제3 A/D 변환기(903)의 디지털값이 입력되며 적산 전류가 카운터되는 적산 전류 카운터부(904)와, OCV 데이터가 저장되는 제1 메모리부(905)와, 확장 칼만 필터의 메트랩 데이터가 저장되는 제2 메모리부(906)와, 상기 제1 A/D 변환기(901)와 제1 메모리부(905)의 값을 비교하는 제1 비교기(907)와, 상기 적산 전류 카운터부(904)와 제2 메모리부(906)의 값을 비교하는 제2 비교기(908)와, 상기 제1 비교기(907)와 제2 비교기(908)와 제2 A/D 변환기(902)의 값이 입력되고 정전 감시, 배터리 SOC의 연산 및 입전 감시와 같은 필요한 기능을 구현시키는 DSP chip(909)와, 상기 DSP chip(909)의 출력을 수신하는 SNMP 통신포트(1000)로 송신하는 송신부(910)와, 각 부하들의 온/오프 신호를 발신하는 부하 온/오프 발신부(911)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적인 정전보상이 가능한 무정전 전원장치
3. 삭제

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