KR102400501B1 - 무정전 전원 공급장치 - Google Patents

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Abstract

다양한 실시예들에 따른 무정전 전원 공급 장치가 제공된다. 외부 계통에 연결되어 전력을 공급 받고 외부 부하에 연결되어 전력을 공급하고, 복수의 랙 BMS(battery management system)들을 각각 가지고, 제1 배터리를 갖는 적어도 하나의 제1 배터리 랙 및 제2 배터리를 갖는 적어도 하나의 제2 배터리 랙으로 구분되는 복수의 배터리 랙들을 포함하는 배터리 부, 상기 배터리부의 동작 모드를 방전 모드, 충전 모드 중 하나로 결정하고, 방전 모드에서 상기 제1 배터리 랙의 제1 배터리가 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하고 상기 제2 배터리 랙의 제2 배터리가 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하도록 상기 제1 및 제2 배터리 랙들을 제어하는 통합 제어부, 및 미리 설정한 시간을 주기로 상기 부하가 소비한 누적 전력량을 반복하여 모니터링하고 데이터를 생성하여 상기 통합 제어부에 상기 데이터를 전달하는 계측부를 포함하고, 상기 통합 제어부는 상기 계측부가 상기 미리 설정한 시간마다 생성하는 데이터를 기초로 배터리 부의 방전 모드로 돌입여부를 결정하고, 상기 제1 기준값의 충전 상태는 기피 충전 대역을 하회하도록 설정되고, 상기 제2 기준값의 충전 상태는 상기 기피 충전 대역을 상회하도록 설정될 수 있다.

Description

무정전 전원 공급장치{Uninterruptible power supply}
본 발명의 실시예들은 무정전 전원 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 무정전 전원 공급장치(UPS)란 통상적인 전원 공급이 안되거나 정전이 될 때에는 순시에 중단없이 전력을 자동으로 공급하는 시스템이다. 무정전 전원 공급장치는 중단 없이 지속적인 전원을 공급해야 하는 작동 중의 컴퓨터를 비롯한 전자기기류의 필수장치로서 전압이나 주파수의 변동, 또는 순간 정전에도 안정된 전원을 공급해 컴퓨터의 데이터가 파괴 내지 소거되는 것을 방지, 보호하거나 각종 제어장치의 제어기능 상실 및 오동작을 방지하기 위한 것이다.
한편, 상기 무정전 전원 공급장치는 에너지 저장 시스템의 전력 관리 기능은 가지고 있지 않아, 원활한 전력 관리를 위해서 별도의 에너지 관리 시스템도 설치할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 무정전 전원 공급장치가 전력 관리 기능을 갖도록 하여 무정전 전원 공급장치의 효율성을 높이고, 무정전 전원 공급장치에 저장된 전력을 제공하여 미리 설정한 시간 동안 부하가 소비한 누적 전력량이 일정 범위내에 유지하도록 제어하여 전력의 기본요금의 절감할 수 있고, 무정전 전원 장치의 배터리의 충전 상태를 기피 충전 대역으로부터 벗어나도록 제어하여 배터리의 수명을 효율적으로 관리할 수 있는 무정전 전원 공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 무정전 전원 공급장치는, 외부 계통에 연결되어 전력을 공급 받고 외부 부하에 연결되어 전력을 공급하고, 복수의 랙 BMS(battery management system)들을 각각 가지고, 제1 배터리를 갖는 적어도 하나의 제1 배터리 랙 및 제2 배터리를 갖는 적어도 하나의 제2 배터리 랙으로 구분되는 복수의 배터리 랙들을 포함하고, 상기 배터리 부의 동작 모드를 방전 모드, 충전 모드 중 하나로 결정하고, 방전 모드에서 상기 제1 배터리 랙의 제1 배터리들이 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하고 상기 제2 배터리 랙의 제2 배터리들이 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하도록 상기 제1 및 제2 배터리 랙을 제어하는 통합 제어부, 및 미리 설정한 시간을 주기로 상기 부하가 소비한 누적 전력량을 반복하여 모니터링하고 데이터를 생성하여 상기 통합 제어부에 상기 데이터를 전달하는 계측부;를 포함하고, 상기 통합 제어부는 상기 계측부가 상기 미리 설정한 시간마다 생성하는 데이터를 기초로 배터리 부의 방전 모드로 돌입여부를 결정하고, 상기 제1 기준값의 충전 상태는 기피 충전 대역을 하회하도록 설정되고, 상기 제2 기준값의 충전 상태는 상기 기피 충전 대역을 상회하도록 설정된다.
상기 무정전 전원 공급장치의 일 예에 따르면, 상기 복수의 배터리 랙들의 배터리들이 휴지 상태로 방치될 때 상기 배터리들의 수명이 감소하는 수명 감소 속도는 상기 배터리들의 충전 상태에 따라 달라지며, 상기 기피 충전 대역은 상기 수명 감소 속도가 상기 수명 감소 속도들의 평균보다 큰 상기 배터리들의 충전 상태들의 영역으로 할 수 있다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 통합 제어부는 상기 계측부에서 측정한 상기 미리 설정한 시간 동안에 상기 부하가 소비한 누적 전력량이 제1 기준 전력량을 초과하면 상기 배터리 부의 동작 모드를 방전 모드로 결정할 수 있다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 통합 제어부는, 상기 배터리 부의 동작 모드를 방전 모드로 결정한 후 상기 미리 설정한 시간이 경과하거나, 상기 제1 배터리 랙의 상기 제1 배터리들이 상기 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하고 상기 제2 배터리 랙의 상기 제2 배터리들이 상기 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하면, 상기 배터리 부의 방전 모드를 종료할 수 있다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 통합 제어부는, 상기 배터리 부의 방전 모드가 종료된 후 상기 부하가 소비한 누적 전력량이 제2 기준 전력량을 초과하면, 상기 제1 및 제2 배터리 랙의 제1 및 제2 배터리들이 상기 제1 및 제2 기준값의 충전 상태에 도달해도 방전이 중단되지 않을 수 있다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 제1 배터리 랙에 접속되고 상기 통합 제어부에 의해 제어되는 적어도 하나의 제1 DC-DC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 제2 배터리 랙에 접속되고 상기 통합 제어부에 의해 제어되는 적어도 하나의 제2 DC-DC 컨버터를 더 포함한다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 통합 제어부는 상기 복수의 배터리 랙의 충전 상태가 상기 기피 충전 대역을 벗어나도록 상기 제1 및 제2 DC-DC 컨버터를 제어할 수 있다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 통합 제어부는, 미리 설정된 전환 조건이 만족되면, 상기 방전 모드에서 상기 제2 배터리 랙의 제2 배터리들이 상기 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하고 상기 제1 배터리 랙의 제1 배터리들이 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하도록, 상기 제1 및 제2 배터리 랙을 제어할 수 있다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 제1 또는 제2 배터리 랙의 충방전 횟수가 미리 설정된 횟수에 도달하면 상기 전환 조건을 만족한다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 제1 또는 제2 배터리 랙의 누적 방전량이 미리 설정된 값에 도달하면 상기 전환 조건을 만족한다.
상기 무정전 전원 공급장치의 다른 예에 따르면, 상기 복수의 랙 BMS들은 상기 복수의 배터리 랙들의 충전 상태(SOC)를 각각 결정하고, 상기 복수의 랙 BMS들은 상기 복수의 배터리 랙들의 충전 상태를 상기 통합 제어부로 전달할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 통합 제어부는 배터리부의 동작 모드를 미리 설정한 시간 단위로 주기적으로 부하가 소비하는 전력량에 따라 결정하여 시간대별 전력단가 차이에 의한 이익을 얻을 수 있고, 복수의 배터리 랙을 특정 충전 상태까지 독립적으로 방전시켜 배터리 랙의 충방전 횟수를 줄이고 배터리 랙의 수명에 악영향을 줄 수 있는 소정의 충전 대역의 충전 상태를 벗어나도록 제어하여 배터리 랙의 장수명을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급장치 및 주변 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 각 구간 별로 계측부가 계측한 부하의 누적 소비전력을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 배터리들의 방전 횟수의 증가에 따른 제1 및 제2 그룹 내의 제1 및 제2 배터리들의 누적 방전량을 예시적으로 도시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시 예로부터 다른 실시 예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시 예의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 즉 설명된 특정 세부사항들은 단순한 예시이다. 특정 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들로부터 변할 수 있고, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 계속 고려될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치 및 주변 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
계통(30)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비한다. 계통(30)은 정상 상태인 경우, 부하(40) 및/또는 무정전 전원 공급 장치(100)의 배터리 부(200)에 전력이 공급되도록 한다. 계통(30)이 비정상 상태인 경우, 계통(30)으로부터 무정전 전원 공급 장치(100)로의 전력 공급은 중단되고 무정전 전원 공급 장치(100)의 배터리 부(200)의 전원을 부하(40)에 공급한다.
부하(40)는 계통(30)으로부터 공급된 전력이나, 배터리 부(200)에 저장된 전력, 및/또는 계통(30)으로부터 공급된 전력을 소비한다. 가정이나 공장 등이 부하(40)의 일 예일 수 있다.
무정전 전원 공급 장치(100)는 전원 공급이 안되거나 정전이 될 때에는 순시에 중단없이 전력을 자동으로 공급하는 시스템이다. 무정전 전원 공급 장치(100)는 중단 없이 지속적인 전원을 공급해야 하는 작동 중의 컴퓨터를 비롯한 전자기기류의 필수장치로서 전압이나 주파수의 변동, 또는 순간 정전에도 안정된 전원을 공급해 컴퓨터의 데이터가 파괴 내지 소거되는 것을 방지, 보호하거나 각종 제어장치의 제어기능상실 및 오동작을 방지할 수 있다.
일 실시예에 따르면 무정전 전원 공급 장치(100)는 계통(30)에 이상이 발생한 경우가 아니더라도 평상시에 에너지 저장 장치로써 부하(40)에 전력을 공급할 수도 있다. 무정전 전원 공급 장치는 평상시에도 부하(40)의 전력소비량이 큰 피크 시간대나, 계통(30)으로부터 공급받는 전력의 가격 등을 고려해 배터리 부(200)를 이용하여 계통(30)과 함께 부하(40)에 전력을 공급할 수 있다. 배터리 부(200)는 심야전기가 공급되는 시간대에 계통(30)으로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 다만, 무정전 전원 공급 장치(100)는 계통(30)으로부터 전력 수급이 어려운 경우에도 지속적인 전원을 공급해야 하므로, 평상시에 에너지 저장 장치로 운용되더라도 일정 전력량 이상의 전력은 저장하고 있을 필요가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 공급 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무정전 전원 공급 장치(100)는 정류기(101), 인버터(103), DC 링크부(107) 및 배터리 부(200)를 포함하고 있다. 배터리 부(200)는 복수의 배터리 랙들(210)과 DC 컨버터(230)를 포함한다.
인버터(103)는 부하(40)와 정류기(101) 사이에 연결된다. 인버터(103)는 방전 모드에서 배터리 부(200)으로부터 출력된 직류 전압을 계통(30)의 교류 전압으로 변환할 수 있다. 한편, 인버터(103)는 입력과 출력의 방향이 변할 수 있는 양방향 인버터(103)일 수 있다.
인버터(103)는 계통(30)으로 출력되는 교류 전압에서 고조파를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 또한 인버터(103)는 무효 전력의 발생을 억제하기 위하여 인버터(103)로부터 출력되는 교류 전압의 위상과 계통(30)의 교류 전압의 위상을 동기화시키기 위한 위상 동기 루프(PLL) 회로를 포함할 수 있다. 그 밖에, 인버터(103)는 전압 변동 범위 제한, 역률 개선, 직류 성분 제거, 과도현상(transient phenomena) 보호 등과 같은 기능을 수행할 수 있다. 인버터(103)는 사용되지 않을 때, 전력 소비를 최소화하기 위하여 동작을 중지시킬 수도 있다.
정류기(101)는 충전 모드에서 계통(30)의 전력을 배터리 부(200)에 저장하기 위하여, 계통(30)의 교류 전압을 정류하고 직류 전압으로 변환하여 출력하는 회로이다. 정류기(101)는 반도체 정류기, 전자관 정류기, 기계적 정류기 등을 포함할 수 있다.
DC 링크부(107)는 정류기(101)와 인버터(103) 사이에 연결되어 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. 직류 링크 전압은 계통(30)에서의 순시 전압 강하, 부하(40)에서의 피크 부하 발생 등으로 인하여 직류 링크 전압의 레벨이 불안정해지는 경우가 있다. 그러나 직류 링크 전압은 인버터(103) 및 배터리 부(200)가 안정적으로 동작하기 위하여 안정화될 필요가 있다. 이를 위해 DC 링크부(107)는 배터리 부(200), 인버터(103), 정류기(101) 사이에 연결되며, 예를 들어 대용량 커패시터 등을 사용할 수 있다.
바이 패스부(109)는 계통(30)과 부하(40) 사이에 연결된다. 바이 패스부(109)는 무정전 전원 공급 장치(100)를 통한 계통(30)과 부하(40)간 전력의 공급 경로와 별도의 전력의 공급 경로를 제공할 수 있다. 바이 패스부(109)는 계통(30)에서 공급된 전력이 무정전 전원 공급 장치(100)를 경유하여 부하(40)에 공급되게 하거나, 계통(30)의 전력을 부하(40)에 직접 공급하도록 하는 구성이다. 바이 패스부(109)는 릴레이나 스위치 등으로 구성할 수 있다. 계통(30)의 전원위상이나 전력 공급에 이상이 발생한 경우, 바이 패스부(109)는 계통(30)에서 부하(40)에 전력을 공급하는 경로의 전력 흐름을 차단한다. 계통(30)의 전력이 원할하게 공급되면, 바이 패스부(109)는 계통(30)에서 부하(40)에 전력을 공급하는 경로를 제공하여 계통(30)에서 직접 전력을 부하(40)에 공급하도록 할 수 있도록 할 수 있다.
계측부(111)는 각 시간 구간별로 부하(40)에 공급되는 전력량을 측정할 수 있다. 계측부(111)는 미리 설정된 시간 구간이 경과하면 다음 미리 설정된 시간 구간 동안에 부하(40)에 공급되는 누적 전력량을 새롭게 계측할 수 있다. 즉, 계측부(111)는 상기 미리 설정된 시간 구간 동안 부하(40)에 공급되는 전력량을 각각 계측할 수 있다. 예를 들면, 상기 미리 설정된 시간 구간이 15분이라 하면, 계측부(111)는 24시간을 15분 단위로 나눈 96개 구간에 대해서 각 구간마다 누적 전력량을 계측할 수 있다. 계측부(111)는 각 구간 별로 누적 전력량을 계측하여 통합 제어부(105)에 전달할 수도 있고, 각 구간 별 누적 전력량이 특정 전력량을 초과했음을 통합 제어부(105)에 전달할 수도 있다. 한편, 계측부(111)는 계통(30)에서 부하(40)에 공급되는 전력과 무정전 전원 공급 장치(100)로부터 부하(40)에 공급되는 전력을 구분하여 계측할 수 있고, 계통(30)에서 부하(40)에 공급되는 전력만을 계측할 수도 있다.
통합 제어부(105)는 계통(30), 배터리 부(200), 및 부하(40)의 상태를 모니터링 하고, 모니터링 결과 및 미리 설정되어 있는 알고리즘 등에 따라서 인버터(103), 정류기(101), 배터리 부(200) 동작을 제어한다. 통합 제어부(105)는 계통(30)에 정전이 발생하였는지 여부, 배터리 부(200)의 충전 상태, 부하(40)의 소비 전력량, 시간 등을 모니터링 할 수 있다. 또한 통합 제어부(105)는 계통(30)에 정전이 발생하는 등, 부하(40)로 공급할 전력이 충분하지 않은 경우에는 부하(40) 내에 포함된 전력 사용 기기들에 대하여 우선 순위를 정하고, 우선 순위가 높은 전력 사용 기기로 전력을 공급하도록 부하(40)를 제어할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 무정전 전원 공급 장치(100)는 에너지 저장 시스템 기능도 갖도록 운용될 수 있다. 통합 제어부(105)는 현재 시간, 배터리 부(200)의 충전 상태, 계통(30)에서 부하(40)로 공급되는 전력의 가격이나 부하(40)의 소비 전력량을 기초로 배터리 부(200)의 동작 모드를 결정할 수 있다. 계통(30)에서 부하(40)로 공급되는 전력의 가격이 비싼 시간대이거나 부하(40)의 소비 전력량이 피크인 시간대이면, 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)의 동작 모드를 방전 모드로 설정할 수 있다. 반대로, 계통(30)에서 부하(40)로 공급되는 전력의 가격이 싼 심야전력 시간대이거나 부하(40)의 소비 전력량이 적을 때이면, 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)의 동작 모드를 충전 모드로 설정할 수 있다. 한편, 배터리 부(200)의 배터리들(213)들이 만충전 상태인 경우, 전력 효율을 높이기 위해 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)의 동작 모드를 방전 모드로 설정할 수 있다. 또한, 현재 시간이 심야 전력을 이용할 수 있는 시간에 임박한 경우, 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)의 동작 모드를 방전 모드로 설정할 수 있다.
배터리 부(200)는 DC 링크부(300)와 연결되어, 계통(30)으로부터 전력을 공급받아 충전하거나, 부하(40)나 계통(30)으로 전력을 공급할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 부(200)는 복수의 배터리 랙들(210) 및 복수의 DC-DC 컨버터(230)를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 랙들(210)은 제1 그룹(221), 제2 그룹(223)으로 구분될 수 있다. 제1 그룹(221) 내의 배터리 랙들(210)은 제1 배터리 랙(210a)으로 지칭되고, 제2 그룹(223) 내의 배터리 랙들(210)은 제2 배터리 랙(210b)으로 지칭할 수 있다. 제1 배터리 랙(210a)들에 연결되는 DC-DC 컨버터(230)는 제1 DC-DC 컨버터(230a)로 지칭되고, 제2 배터리 랙(210b)들에 연결되는 DC-DC 컨버터(230)는 제2 DC-DC 컨버터(230b)로 지칭될 수 있다.
배터리 랙들(210)은 랙 관리부(Rack Battery Management System, 이하 '랙 BMS'라고 함) 및 배터리들(213)을 포함할 수 있다. 제1 배터리 랙(210a) 내의 배터리들(213)은 제1 배터리(213a)로 지칭되고, 제2 배터리 랙(210b) 내의 배터리들(213)은 제2 배터리(213b)로 지칭될 수 있다.
랙 BMS(211)는 배터리 랙들(210) 내의 배터리들(213)의 충전 및 방전 동작을 제어한다. 랙 BMS(211)는 배터리들(213)의 충전 상태나 전압, 흐르는 전류 등을 모니터링하여 측정된 데이터를 통합 제어부(105)로 전송한다. 통합 제어부(105)는 랙 BMS(211)로부터 수신 받은 데이터를 기초로 랙 BMS(211)에 제어신호를 전송할 수 있다.
배터리들(213)은 전력을 저장하는 부분으로 그 하위 구성으로 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리들(213)에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압에 따라서 결정될 수 있다. 이러한 배터리 셀로 충전 가능한 다양한 이차 전지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀에 사용되는 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등일 수 있다.
배터리들(213)은 복수의 배터리 트레이들(미 도시)을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 랙들(210)은 복수의 배터리 트레이들을 각각 관리하는 복수의 트레이 BMS들(미 도시)을 포함할 수 있다. 트레이 BMS들 각각은 대응하는 배터리 트레이 내의 배터리 셀들의 상태, 예컨대, 전압, 전류 및 온도 등을 감지하고, 감지된 데이터를 랙 BMS(211)로 전송할 수 있다. 랙 BMS(211)은 트레이 BMS들로부터 수신된 데이터를 분석하여 배터리들(213)의 충전 상태(State of Charge), 건강 상태(State of Health) 등을 결정하고, 결정된 데이터를 통합 제어부(105)로 전송할 수 있다.
DC-DC 컨버터(230)들은 DC 링크부(107)와 배터리 랙들(210)의 배터리들(213) 사이에 연결되어, DC 링크부(107)의 직류 링크 전압과 배터리들(213)의 전압을 서로 변환한다. DC-DC 컨버터(230)는 충전 모드에서 DC 링크부(107)의 직류 링크 전압을 배터리들(213)을 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환할 수 있다. DC-DC 컨버터(230)는 방전 모드에서 배터리들(213)의 출력 전압을 DC 링크부(107)에 출력하기 위한 전압으로 변환할 수 있다. 이때, 배터리들(213)을 방전시키기 위해, DC-DC 컨버터(230)의 출력 전압의 레벨은 DC 링크부(107)의 직류 링크 전압보다 높을 수 있다. DC-DC 컨버터(230)는 배터리 부(200)의 충전 또는 방전이 필요 없는 경우에는 동작을 중지시켜 전력 소비가 최소화될 수 있다.
제1 그룹(221) 내의 제1 배터리 랙(210a) 또는 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리 랙(210b)은 복수의 배터리 랙들(210)들 중 나머지를 포함할 수 있다. 제1 배터리 랙(210a)의 개수와 제2 배터리 랙(210b)의 개수는 서로 동일할 수 있다.
무정전 전원 공급 장치(100)는 계통(30)에 이상이 발생한 경우 안정적으로 부하(40)에 전력을 공급하기 위한 장치이다. 예컨대, 통합 제어부(105)는 계통(30)에 정전이 발생해도 부하(40)에 안정적인 전력을 공급하도록, 무정전 전원 공급 장치(100)의 배터리 부(200)에 저장된 전력량을 일정 수준의 전력량 이상이 되도록 제어할 수 있다. 무정전 전원 공급 장치(100)가 배터리 부(200)의 전력을 부하(40)에 공급하더라도, 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)를 완전 방전시키지 않고 일정 수준의 전력량만을 방전하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 통합 제어부(105)는 제1 그룹(221)의 제1 배터리들(213a)은 제1 기준값의 충전 상태까지, 제2 그룹(223)의 제2 배터리들(213b)은 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하여 배터리 부(200)가 일정 수준의 전력량 이상의 전력량을 유지하도록 제어할 수 있다. 한편, 별도 언급이 없다면 제1 그룹(221)의 제1 배터리들(213a)은 상기 제1 기준값의 충전 상태까지, 제2 그룹(223)의 제2 배터리들(213b)은 상기 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하고 있는 것으로 가정하여 이하 설명한다.
배터리들(213)은 휴지 상태로 방치될 때 배터리들(213)의 수명이 감소하는 수명 감소 속도는 배터리들(213)의 충전 상태에 따라 달라진다. 기피 충전 대역은 충전 상태에 따른 배터리들(213)의 수명 감소 속도들의 평균보다 큰 수명감소 속도를 갖는 충전 상태들의 영역으로 설정될 수 있다. 기피 충전 대역은 배터리 랙들(210)에 포함되는 배터리들(213)의 종류, 및 특성 등에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 일괄적으로 배터리 부(200)를 방전시키고 정전을 대비하여 배터리들(213)이 상기 특정 값의 충전 상태가 상기 기피 충전 대역 내의 값을 가지면서 휴지한다면, 배터리들(213)은 배터리들(213)의 수명 감소 속도가 빠른 영역에서 휴지하게 되어 배터리들(213)의 수명에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 기준값을 서로 다른 값을 갖도록 설정하여 제1 및 제2 그룹(221, 223)의 제1 및 제2 배터리들(213a, 213b) 각각이 다른 충전 상태가 되도록 제어할 필요가 있고 이하 서술한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 기준값과 상기 제2 기준값은 상기 기피 충전 대역을 벗어나도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 기피 충전 대역이 40% 내지 60%이면, 상기 제1 기준값은 40%를 하회하고 상기 제2 기준값은 60%를 상회하도록 설정할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 기준값은 제1 및 제2 그룹(221, 223)의 제1 및 제2 배터리들(213a, 213b)이 방전 모드에서 방전을 완료해도 정전을 대비하여 배터리 부(200)가 일정 수준의 전력량 이상을 갖도록 설정할 수 있다. 예를 들면, 상기 일정 수준의 전력량이 배터리 부(200)의 전체 전력량의 50%라 하면, 상기 제1 기준값은 80%를, 상기 제2 기준값은 20%로 설정할 수 있다. 제1 그룹(221)의 제1 배터리들(213a)은 80%의 충전 상태를, 제2 그룹(223)의 제2 배터리들(213b)은 20%의 충전 상태를 가지고 방전 모드에서 방전을 완료하므로, 무정전 전원 공급 장치(100)는 상기 일정 수준의 전력량을 저장해 두어 정전을 대비할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 미리 설정된 시간 마다 계측부(111)가 측정한 부하의 소비 누적 전력량을 기초로, 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)의 방전 모드의 동작여부를 결정할 수 있다. 상기 미리 설정된 시간을 주기로 하여 계측부(111)가 측정한 누적 전력량이 제1 기준 전력량 이상이 되면 배터리 부(200)는 방전을 시작한다. 통합 제어부(105)는 제1 그룹(221)의 제1 배터리들(213a)이 상기 제1 기준값의 충전 상태까지, 제2 그룹(223)의 제2 배터리들(213b)이 상기 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하면 배터리부(200)의 방전을 중단하므로, 방전이 중단된 상태에서 차회 주기에서 상기 미리 설정된 시간 동안에 부하가 소비한 누적 전력량이 상기 제1 기준 전력량을 초과해도 배터리 부(200)는 방전 모드로 돌입하지 않는다. 이는 무정전 전원 공급 장치(100)로서 일정 수준의 전력량을 보유하여 정전을 대비할 필요가 있기 때문이다.
다른 실시예에 따르면, 통합 제어부(105)는 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)과 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b) 각각에 설정된 상기 제1 및 제2 기준값을 상호 전환하여 설정할 수 있다. 통합 제어부(105)는 방전 모드에서 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)이 상기 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하도록 제어하고 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)이 상기 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하도록 제어할 수 있다. 통합 제어부(105)는 미리 설정된 전환 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 통합 제어부(105)는 미리 설정된 전환 조건을 만족하면 상기 상호 전환이 되도록 제어한다.
예를 들면, 상기 미리 설정된 전환 조건은 배터리 부(200)의 배터리들(213)의 방전 횟수나 누적 방전량 등이 특정 값을 가질 때 만족한 것으로 설정할 수 있다. 상기 미리 설정된 횟수 또는 상기 미리 설정된 누적 방전량은 N(정수)의 배수로 설정하여 지속적으로 상기 상호 전환되도록 할 수 있다. 통합 제어부(105)는 상기 미리 설정된 전환 조건을 배터리들(213) 중에 하나가 미리 설정한 충방전 횟수에 도달하는지 여부로 판단할 수 있다. 상기 미리 설정한 충방전 횟수는 10의 배수로 할 수 있다. 충전 모드와 방전 모드 및 정전 모드로 전환되는 횟수는 충방전 횟수와 동일하다. 따라서 모드 전환 횟수가 10회, 20회, 30회로 진행할 때마다 상기 미리 설정된 전환 조건을 만족한다. 한편, 상기 충방전 횟수는 방전 횟수로만 카운트될 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 통합 제어부(105)는 상기 미리 설정된 전환 조건을 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a) 또는 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)의 누적 방전량 중에 하나가 미리 설정한 누적 방전량에 도달하였는지 여부로 판단할 수 있다. 예를 들면, 상기 미리 설정한 누적 방전량은 350%, 700%, 1050%등 350%의 배수로 할 수 있다. 상기 제1 기준값이 30%이고 상기 제2 기준값이 70%이면, 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)이 만충전된 후 상기 제1 기준값까지 방전할 때 방전량은 70%이고, 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)이 만충전된 후 상기 제2 기준값까지 방전할 때 방전량은 30%이다. 이 경우, 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)이 만충전된 후 상기 제1 기준값까지 방전을 5회 반복하게 되면 누적 방전량은 350%가 되어 상기 미리 설정된 전환 조건을 만족하게 된다.
도 4는 각 구간 별로 계측부가 계측한 부하의 누적 소비전력을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4을 참조하면, 제1 구간 내지 제7 구간(S1 내지 S7)은 하루 중 특정 시간대를 7등분한 구간이다. 계측부(111)는 각 구간 별로 부하(40)가 계통(30)으로부터 공급 받은 전력량을 적산할 수 있다. 각 구간에 나타낸 누적 전력량은 각 구간 내에서 부하(40)가 계통(30)으로부터 공급받은 전력량을 나타내며, 구간별로 적산된 전력량이다.
제1 내지 제7 구간(S1 내지 S7)의 누적 방전량은 미리 설정한 시간을 주기로 반복하여 누적 방전량을 측정한 값이다. 상기 미리 설정한 시간은 하루인 24시간을 N등분한 시간으로 할 수 있다. 상기 누적 방전량은 각 구간마다 부하(40)가 소비한 전력량을 적산한 것으로 계측부(111)에 의해 측정된 크기이다. 예를 들면, 상기 미리 설정한 시간은 전력 공급업체가 기본요금을 산정하기 위해 설정한 특정 시간으로 설정할 수 있다. 한국의 전력 공급업체는 15분 동안 부하(40)가 소비한 전력량을 전산하여 기본요금을 산정하므로 상기 미리 설정한 시간을 15분으로 설정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 통합 제어부(105)는 각 구간에서 부하(40)가 계통(30)으로 공급 받는 전력량을 일정 범위 내에 있도록 제어할 수 있다. 통합 제어부(105)는 각 구간에서 부하(40)가 소비하는 누적 전력량에 따라 배터리 부(200)의 전력을 공급할지 결정할 수 있다. 구체적으로, 통합 제어부(105)는 각 구간에 부하(40)가 소비하는 전력량이 제1 기준 전력량을 초과하면 배터리 부(200)의 동작 모드를 방전 모드로 결정하여 계통(30)으로부터 공급되는 전력량을 제한한다. 통합 제어부(105)는 계측부(111)가 각 구간에서 부하(40)가 계통(30)으로부터 공급받은 전력량을 모니터링한 정보를 전달받는다. 통합 제어부(105)는 전달 받은 상기 전력량의 정보로 기초로 부하(40)가 소비하는 전력량이 제1 기준 전력량을 초과하는지 감시한다. 통합 제어부(105)는 부하(40)가 소비하는 전력량이 제1 기준 전력량을 초과하면 배터리 부(200)의 동작 모드를 방전 모드로 결정한다. 배터리 부(200)의 동작 모드가 방전 모드로 결정되면, 통합 제어부(105)는 부하(40)가 계통(30)으로부터 공급받던 전력을 배터리 부(200)가 제공하도록 한다. 배터리 부(200)의 전력 공급으로 부하(40)가 계통(30)으로부터 공급받던 전력량을 일정 수준으로 제한할 수 있다. 예를 들면, 제1 기준 전력량이 120KW일 때 제1 내지 제3 구간(S1 내지 S3)에서는 부하(40)가 계통(30)으로부터 공급받은 전력량이 120KW미만이므로 부하(40)는 계통(30)으로부터만 전력을 공급받는다. 제4 내지 제7 구간(S4 내지 S7)은 제1 기준 전력량을 초과하는 전력량을 부하(40)가 소비한다. 제4 구간(S4)에서 부하(40)에서 소비한 누적 전력량이 120KW를 초과하므로, 통합 제어부(105)는 제4 구간(S4)에서 부하(40)의 누적 소비 전력량이 120KW 이상 일 때 배터리 부(200)를 방전시켜 120KW를 초과하는 전력을 부하(40)에 공급한다. 이 경우, 배터리 부(200)는 제4 구간(S4)에서는 30KW를, 제5 구간(S5)에서는 60KW를, 제6 구간(S6)에서는 100KW를, 제7 구간(S7)에서는 30KW를 부하(40)에 공급한다. 한편, 부하(40)가 제1 기준 전력량을 초과하면, 배터리 부(200)만 부하(40)에 전력을 공급할 수도 있고 또는 배터리 부(200)와 계통(30)이 함께 전력을 공급할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 통합 제어부(105)는 각 구간마다 독립적으로 배터리 부(200)의 동작 모드를 결정할 수 있다. 특정 구간에서 부하(40)가 소비하는 전력량이 제1 기준 전력량을 초과하여 통합 제어부(105)가 배터리 부(200)의 동작 모드를 방전 모드로 결정한 후에 상기 특정 구간이 종료되면 배터리 부(200)의 방전 모드의 동작을 종료한다. 예를 들면, 제4 구간(S4)에서 배터리 부(200)가 방전 모드로 동작하여 부하(40)에 전력을 공급하다가, 제4 구간(S4)이 종료되고 제5 구간(S5)이 시작되면 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)의 방전 동작을 중단시킨다. 다시 제5 구간(S5)에서 부하(40)가 제1 기준 전력량을 초과하여 전력을 소비하면, 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)의 방전 동작을 재개한다.
예컨대, 계통(30)으로 전력을 공급하는 전력 공급업체는 기본 요금을 산정하는데 있어서 특정 시간 동안에 적산된 부하(40)의 소비 전력량을 고려한다. 기본 요금을 절감하기 위해, 상기 특정 시간 동안 적산된 전력량을 일정 수준으로 유지할 필요가 있다. 특히 부하(40)의 피크 시간대에는 전력 공급가격이 다른 시간대 비해 비싸며, 부하(40)가 소비하는 전력량이 급격히 상승하여 기본 요금도 크게 상승할 수 있다. 따라서, 부하(40)가 상기 특정 시간 동안 적산된 전력량을 일정 수준의 전력량을 크게 초과하지 않도록 제어할 필요가 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 무정전 전원 공급 장치(100)는 부하(40)가 상기 일정 수준의 전력량을 초과할 때 배터리 부(200)에 저장된 전력을 공급하여 특정 시간 동안 적산된 전력량을 일정 범위 내로 제한할 수 있다. 이 경우, 사용자는 무정전 전원 공급 장치(100)를 통해 경제적 이익을 얻을 수 있으며 효율적으로 무정전 전원 공급 장치(100)를 이용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 통합 제어부(105)는 각 구간별 부하가 계통에서 전력을 공급받은 누적 전력량이 제1 기준값을 초과해도 배터리 부의 동작 모드를 방전 모드로 결정하지 않을 수 있다. 도 3을 참조하여 설명한바와 같이, 제1 그룹(221)과 제2 그룹(223)의 방전량은 제한된다. 제1 그룹(221)의 제1 배터리들(213a)은 상기 제1 기준값의 충전 상태까지, 제2 그룹(223)의 제2 배터리들(213b)은 상기 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하면 더 이상 방전을 하지 않도록 제어된다. 통합 제어부(105)는 각 구간별로 부하(40)의 누적 소비 전력량이 상기 제1 기준 전력량을 초과하면 배터리 부(200)의 전력을 부하에 공급하다가, 배터리 부(200)의 배터리들(213)이 제1 및 제2 기준값의 충전상태까지 방전되면 각 구간별로 부하의 누적 소비 전력량이 상기 제1 기준 전력량을 초과하더라도 더 이상 배터리 부(200)를 방전시키지 않을 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 통합 제어부(105)는 특정 구간에서 부하(40)가 소비한 누적 전력량이 제2 기준 전력량을 초과하면 도 3를 참조하여 설명한 제1 기준값 및 제2 기준값의 충전 상태의 제한 없이 배터리 부(200)가 방전할 수 있도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 기준 전력량이 120KW이고 제2 기준 전력량이 200KW라 가정할 수 있다. 부하(40)가 각 구간별로 소비한 누적 전력량이 120KW를 초과하면 통합 제어부(105)는 배터리 부(200)의 동작 모드를 방전 모드로 결정한다. 통합 제어부(105)는 도 3를 참조하여 설명한 바와 같이 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)이 상기 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하고 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)이 상기 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하면 배터리 부(200)의 방전을 중단한다. 예컨대, 제5 구간(S5)에서 제1 및 제2 그룹(221, 223)의 제1 및 제2 배터리들(213a, 213b)이 상기 제1 및 제2 기준값의 충전 상태까지 방전을 완료하면 배터리 부(200)의 방전 모드가 종료된다. 제6 구간(S6)에서 부하(40)가 소비한 누적 전력량이 제1 기준 전력량을 초과하여도 배터리 부(200)는 방전을 하지 않는다. 그 후 부하(40)가 소비한 누적 전력량이 200KW를 초과하면, 통합 제어부(105)는 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a) 및 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)에 설정된 상기 제1 및 제2 기준값의 제한없이 배터리 부(200)를 방전할 수 있다.
도 5는 배터리들의 방전 횟수의 증가에 따른 제1 및 제2 그룹 내의 제1 및 제2 배터리들의 누적 방전량을 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 가로축은 방전 횟수 또는 방전 모드 전환 횟수를 나타내며, 세로축은 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a) 및 제2 그룹(225) 내의 제2 배터리들(213b)의 누적 방전량을 나타낸다. 제1 점(D1)들은 방전 횟수에 따른 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)의 누적 방전량들을, 제2 점(D2)들은 방전 횟수에 따른 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)의 누적 방전량들을 나타낸다.
누적 방전량의 단위는 %이며, 방전 모드에서 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a) 및 제2 그룹(225) 내의 제2 배터리들(213b)의 설정된 충전 상태까지 방전을 완료하는 것으로 보아 이하 서술한다. 한편, 정전은 발생하지 않았으며, 도 3을 참조하여 설명한 미리 설정된 전환 조건은 충전 횟수가 5의 배수가 될 때로 가정하여 이하 서술한다.
방전 횟수가 1회부터 5회까지의 제1 점(D1) 및 제2 점(D2)의 누적 방전량을 비교할 수 있다. 제1 점(D1)들은 1회 방전할 때마다 누적 방전량이 80씩 증가하여 0, 80, 160, 240, 320, 400에 위치한다. 제2 점(D2)들은 1회 방전할 때마다 누적 방전량이 20씩 증가하여 0, 20, 40, 60, 80, 100에 위치한다. 방전 횟수가 증가할수록 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)은 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)보다 누적 방전량이 큰 값을 갖는다. 배터리의 수명은 누적 방전량의 크기에 따라 줄어든바, 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)은 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)보다 수명이 더 짧아지게 된다. 따라서, 시간 경과에 따라 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)과 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b) 수명은 상이해지게 되어, 효율적인 배터리 부의 운영에 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 미리 설정된 전환 조건을 만족하면 제1 및 제2 그룹(221,223) 내의 제1 및 제2 배터리들(213a, 213b)에 설정된 상기 제1 및 제2 기준값을 상호 전환할 필요가 있다.
방전 횟수가 5회를 넘어서면, 상기 미리 설정한 전환 조건을 만족한바 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)은 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하고 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)은 제1 기준값의 충전 상태까지 방전한다. 즉, 방전 횟수가 6회부터 10회까지는 1회 방전할 때마다, 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)의 누적 방전량은 20씩 증가하고, 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)의 누적 방전량이 80씩 증가한다. 따라서, 방전 횟수가 6회부터 10회까지, 제1 점(D1)들은 420, 440, 460, 480, 500에 위치하고, 제2 점(D2)들은 180, 260, 340, 420, 500에 위치한다. 방전 횟수가 10회가 되면 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)의 누적 방전량과 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)의 누적 방전량은 같아지게 되고, 제1 그룹(221) 내의 제1 배터리들(213a)과 제2 그룹(223) 내의 제2 배터리들(213b)의 수명을 비슷하게 유지시킬 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 수 있다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
30: 계통 40: 부하
100: 무정전 전원 공급장치 101: 정류기
103: 인버터 105: 통합 제어부
107: DC 링크부 109: 바이 패스부
111: 계측부 200: 배터리 부
210: 배터리 랙 211: 랙 BMS
213: 배터리 221: 제1 그룹
223: 제2 그룹 230: DC-DC 컨버터

Claims (11)

  1. 외부 계통에 연결되어 전력을 공급 받고 외부 부하에 연결되어 전력을 공급하고, 복수의 랙 BMS(battery management system)들을 각각 가지고, 제1 배터리를 갖는 적어도 하나의 제1 배터리 랙 및 제2 배터리를 갖는 적어도 하나의 제2 배터리 랙으로 구분되는 복수의 배터리 랙들을 포함하는 배터리 부;
    상기 배터리 부의 동작 모드를 방전 모드, 충전 모드 중 하나로 결정하고, 방전 모드에서 상기 제1 배터리 랙의 제1 배터리들이 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하고 상기 제2 배터리 랙의 제2 배터리들이 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하도록 상기 제1 및 제2 배터리 랙을 제어하는 통합 제어부; 및
    미리 설정한 시간을 주기로 상기 부하가 소비한 누적 전력량을 반복하여 모니터링하고 데이터를 생성하여 상기 통합 제어부에 상기 데이터를 전달하는 계측부;를 포함하고,
    상기 통합 제어부는 상기 계측부가 상기 미리 설정한 시간마다 생성하는 데이터를 기초로 상기 배터리 부의 방전 모드로 돌입여부를 결정하고,
    상기 제1 기준값의 충전 상태는 기피 충전 대역을 하회하도록 설정되고, 상기 제2 기준값의 충전 상태는 상기 기피 충전 대역을 상회하도록 설정되는 무정전 전원 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 랙들의 배터리들이 휴지 상태로 방치될 때 상기 배터리들의 수명이 감소하는 수명 감소 속도는 상기 배터리들의 충전 상태에 따라 달라지며, 상기 기피 충전 대역은 상기 수명 감소 속도가 상기 수명 감소 속도들의 평균보다 큰 상기 배터리들의 충전 상태들의 영역인 무정전 전원 공급 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 통합 제어부는, 상기 배터리 부의 동작 모드를 방전 모드로 결정한 후 상기 미리 설정한 시간이 경과하거나, 상기 제1 배터리 랙의 상기 제1 배터리들이 상기 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하고 상기 제2 배터리 랙의 상기 제2 배터리들이 상기 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하면, 상기 배터리 부의 방전 모드를 종료하는 무정전 전원 공급 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 통합 제어부는, 상기 배터리 부의 방전 모드가 종료된 후 상기 부하가 소비한 누적 전력량이 제2 기준 전력량을 초과하면, 상기 제1 및 제2 배터리 랙의 제1 및 제2 배터리들이 상기 제1 및 제2 기준값의 충전 상태에 도달해도 방전을 중단하지 않는 무정전 전원 공급 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 배터리 랙에 접속되고 상기 통합 제어부에 의해 제어되는 적어도 하나의 제1 DC-DC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 제2 배터리 랙에 접속되고 상기 통합 제어부에 의해 제어되는 적어도 하나의 제2 DC-DC 컨버터를 더 포함하는 무정전 전원 공급 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 통합 제어부는 상기 복수의 배터리 랙의 충전 상태가 상기 기피 충전 대역을 벗어나도록 상기 제1 및 제2 DC-DC 컨버터를 제어하는 무정전 전원 공급 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 통합 제어부는, 미리 설정된 전환 조건이 만족되면, 상기 방전 모드에서 상기 제2 배터리 랙의 제2 배터리들이 상기 제1 기준값의 충전 상태까지 방전하고 상기 제1 배터리 랙의 제1 배터리들이 제2 기준값의 충전 상태까지 방전하도록, 상기 제1 및 제2 배터리 랙을 제어하는 무정전 전원 공급 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 배터리 랙의 충방전 횟수가 미리 설정된 횟수에 도달하면 상기 전환 조건을 만족하는 무정전 전원 공급 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 배터리 랙의 누적 방전량이 미리 설정된 값에 도달하면 상기 전환 조건을 만족하는 무정전 전원 공급 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 랙 BMS들은 상기 복수의 배터리 랙들의 충전 상태(SOC)를 각각 결정하고,
    상기 복수의 랙 BMS들은 상기 복수의 배터리 랙들의 충전 상태를 상기 통합 제어부로 전달하는 무정전 전원 공급 장치.
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