KR102546826B1 - 배터리 제어 장치 및 이의 단락 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예들은, 배터리 제어 장치 및 이의 단락 검출 방법에 관한 것이다. 상기 배터리 제어 장치는, 외부 부하와 제1 배터리 모듈 사이에 연결되어, 상기 외부 부하와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적인 연결을 제어하는 제1 배터리 제어 유닛을 포함할 수 있다. 상기 제1 배터리 제어 유닛은, 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제2 스위치, 그리고 상기 제1 및 제2 스위치의 개폐를 제어하는 제1 제어기를 포함할 수 있다. 상기 제1 제어기는, 상기 제2 스위치가 닫힘 상태이고 상기 제1 스위치가 개방 상태인 때 검출된 상기 제1 스위치의 양단 전압에 따라서 상기 외부 부하와 상기 제1 배터리 제어 유닛 사이에서의 단락 사고를 검출할 수 있다.

Description

배터리 제어 장치 및 이의 단락 검출 방법{BATTERY CONTROL DEVICE AND SHORT CIRCUIT DETECTION METHOD THEREOF}
본 발명의 실시 예들은 배터리 제어 장치 및 이의 단락 검출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오결선 등에 의해 발생하는 단락 사고를 검출하기 위한 배터리 제어 장치 및 이의 단락 검출 방법에 관한 것이다.
컨테이너, 빌딩 등의 내부에 설치하는 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)은 대용량의 전력을 순간 충/방전하는 설비이다. 이러한 ESS는 대용량의 전력을 다루는 설비이므로, 이를 도입할 경우 설비 시공에서 운영에 이르기까지 안전에 만전을 기해야 한다. 특히, ESS의 시공 중에 작업자의 실수(Human error)로 충/방전 설비(Power conditioning system)의 케이블이 오결선되는 경우에도, 이로 인해 감전, 단락, 화재 등의 사고가 발생하지 않도록 여러 보호 기능들이 갖춰져 있어야 한다.
대표적인 보호 기능으로는, 오결선(false connection) 감시 기능이 있을 수 있다. 통상적으로, 오결선 감시 기능은 다음의 두 가지 방식으로 수행될 수 있다.
첫 번째 방식은, 설비의 시공이 모두 완료된 후에 관리자가 저항 측정기로 시공된 케이블들의 저항 값을 확인하여 폐회로 구성 유무를 확인하고, 폐 회로가 확인되면 오결선이 발생한 것으로 판단하여 재 시공 하는 방식이다. 이러한 방식은, 관리자가 저항 측정기로 오결선 유무를 확인하는 과정에서 휴먼 에러가 발생될 가능성이 존재한다.
두 번째 방식은, 케이블 오결선에 의한 단락(short circuit) 사고로부터 배터리를 보호하기 위해 제어함 내부에 퓨즈를 설치하고, 시스템 가동 시 폐회로 구성에 의한 단락 사고가 발생하면 퓨즈가 단락 전류를 차단하여 시스템을 보호하는 방식이다. 이러한 방식은, 시스템을 실제 가동한 상태에서 퓨즈의 용단 유무로 단락 여부를 판단하는 방식이기 때문에 여러 문제가 발생할 수 있다.
일 예로, 퓨즈 용단 시 용단 원인을 찾기 위해 많은 시간과 비용이 소모될 수 있다. 퓨즈는 단락 전류를 발생시키는 다양한 사고로 인해 용단될 수 있다. 그러나, 퓨즈 자체에는 단락 전류를 차단하는 기능만 있어, 단락 전류의 발생 원인을 파악하기 위한 어떠한 기능도 제공하지 않는다. 고장을 제거하기 위해 단락 전류의 발생 원인을 파악하는 것은, 운영자가 단락 전류가 발생 가능한 모든 조건에 대해 직접 조사하는 방식으로 이루어진다.
다른 예로, 시스템을 가동한 상태에서 단락 전류의 발생이 검출되므로, 단락 상태에서 퓨즈의 용단이 지연될 경우 시스템이 높은 단락 전류에 소정 시간 노출되어 부품 소손, 폭발, 절연 파괴 등의 사고가 발생할 수 있다.
또 다른 예로, 퓨즈 용단의 원인을 파악하고 시스템을 재가동하기 위해서는 용단된 퓨즈를 포함하는 자재의 교체 비용 등 복구 비용이 발생한다.
본 발명의 실시 예들을 통해 해결하고자 하는 과제는, 배터리 시스템의 가동 전에 오결선 등으로 인한 단락 발생 여부를 정확하게 검출할 수 있는 배터리 제어 장치 및 이의 단락 검출 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치는, 외부 부하와 제1 배터리 모듈 사이에 연결되어, 상기 외부 부하와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적인 연결을 제어하는 제1 배터리 제어 유닛을 포함할 수 있다. 상기 제1 배터리 제어 유닛은, 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제2 스위치, 그리고 상기 제1 및 제2 스위치의 개폐를 제어하는 제1 제어기를 포함하고, 상기 제1 제어기는, 상기 제2 스위치가 닫힘 상태이고 상기 제1 스위치가 개방 상태인 때 검출된 상기 제1 스위치의 양단 전압에 따라서 상기 외부 부하와 상기 제1 배터리 제어 유닛 사이에서의 단락 사고를 검출할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치는, 상기 제1 배터리 제어 유닛과 상기 외부 부하 사이에 연결되는 연결 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 연결 장치는, 상기 제1 스위치와 상기 외부 부하의 제1 단자 사이에 전기적으로 연결되는 제1 메인 스위치, 그리고 상기 제1 스위치와 상기 외부 부하의 제2 단자 사이에 전기적으로 연결되는 제2 메인 스위치를 포함할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 제1 제어기는, 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치, 및 상기 제1 스위치가 개방 상태이고 상기 제2 스위치가 닫힘 상태인 때, 상기 제1 스위치의 제1 양단 전압을 검출하고, 상기 제1 양단 전압에 따라서 상기 제1 배터리 제어 유닛과 상기 연결 장치 사이에서의 단락 사고를 검출할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 제1 제어기는, 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치, 및 상기 제2 스위치가 닫힘 상태이고 상기 제1 스위치가 개방 상태인 때, 상기 제1 스위치의 제2 양단 전압을 검출하고, 상기 제2 양단 전압에 따라서 상기 연결 장치와 상기 외부 부하 사이에서의 단락 사고를 검출할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치는, 제2 배터리 유닛과 상기 연결 장치 사이에 연결되어, 상기 제2 배터리 유닛과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이의 전기적인 연결을 제어하는 제2 배터리 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 배터리 제어 유닛은, 상기 제2 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 메인 스위치 사이에 전기적으로 연결되는 제3 스위치, 상기 제2 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 메인 스위치 사이에 전기적으로 연결되는 제4 스위치, 그리고 상기 제3 및 제4 스위치의 개폐를 제어하는 제2 제어기를 포함할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 제2 제어기는, 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치, 및 상기 제3 스위치가 개방 상태이고 상기 제4 스위치가 닫힘 상태인 때, 상기 제3 스위치의 제1 양단 전압을 검출하고, 상기 제3 스위치의 상기 제1 양단 전압에 따라서 상기 제2 배터리 제어 유닛과 상기 연결 장치 사이에서의 단락 사고를 검출할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 제2 제어기는, 상기 제1 제어기가 단락 사고를 검출하는 동안 상기 제3 및 제4 스위치를 개방 상태로 제어하고, 상기 제1 제어기는, 상기 제2 제어기가 단락 사고를 검출하는 동안 상기 제1 및 제2 스위치를 개방 상태로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 제어 장치는, 복수의 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 연결되며, 상기 복수의 배터리 모듈의 양극 단자들과 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제1 메인 스위치, 및 상기 복수의 배터리 모듈의 음극 단자들과 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제2 메인 스위치를 포함하는 연결 장치, 상기 복수의 배터리 모듈에 각각 연결되며, 상기 복수의 배터리 모듈과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이의 전기적인 연결을 제어하는 복수의 배터리 제어 유닛, 그리고 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 개폐를 제어하는 메인 제어기를 포함할 수 있다. 상기 복수의 배터리 제어 유닛 중 어느 하나의 배터리 제어 유닛은, 대응하는 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 메인 스위치 사이에 연결되는 제1스위치, 상기 대응하는 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 메인 스위치 사이에 연결되는 제2 스위치, 및 상기 제1 및 제2 스위치의 개폐를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다. 상기 제어기는, 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치, 및 상기 제2 스위치가 닫힘 상태이고 상기 제1 스위치가 개방 상태인 때 상기 제1 스위치의 양단 전압을 검출하고, 검출된 상기 제1 스위치의 양단 전압에 따라서 단락 사고를 검출할 수 있다.
상기 다른 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 제어기는, 검출된 상기 제1 스위치의 양단 전압이 0V보다 크면 상기 단락 사고가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 다른 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 메인 제어기는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치로 닫힘 상태 전환을 지시하는 제어 신호를 출력한 상태에서 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 실제 개폐 상태를 검출하고, 상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치의 실제 개폐 상태가 개방 상태이면, 상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치가 고장 상태인 것으로 판단할 수 있다.
상기 다른 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 제어기는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치가 모두 정상 상태이면, 상기 제1 스위치의 양단 전압에 따라서 상기 단락 사고를 검출할 수 있다.
상기 다른 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 메인 제어기는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치 중 적어도 하나가 고장 상태이면, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방시킬 수 있다.
상기 다른 실시 예에 따른 배터리 제어 장치에서, 상기 제어기는, 상기 단락 사고가 검출되면 단락 발생을 통지하는 상태 신호를 상기 메인 제어기로 전송하고, 상기 메인 스위치는 상기 단락 발생을 통지하는 상태 신호가 수신되면, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 단락 검출 방법은, 복수의 배터리 모듈의 양극 단자들과 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제1 메인 스위치, 및 상기 복수의 배터리 모듈의 음극 단자들과 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제2 메인 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계, 상기 복수의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이의 전기적인 연결을 제어하는 제1 배터리 제어 유닛에서, 상기 제1 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 메인 스위치 사이에 연결된 제2 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계, 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 메인 스위치 사이에 연결된 제1 스위치가 개방된 상태에서 상기 제1 스위치의 양단 전압을 검출하는 단계, 그리고 검출된 상기 제1 스위치의 양단 전압에 따라서 상기 제1 배터리 제어 유닛과 상기 외부 부하 사이에서의 제1 단락 사고를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 단락 검출 방법은, 상기 제1 및 상기 제2 메인 스위치를 닫힘 상태로 제어한 후에, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 실제 개폐 상태를 검출하는 단계, 상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치의 검출된 상기 실제 개폐 상태가 개방 상태를 나타내면, 상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치가 고장 상태인 것으로 판단하는 단계, 그리고 상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치가 고장 상태이면, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방 상태로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 단락 검출 방법에서, 상기 제1 스위치의 양단 전압을 검출하는 단계, 및 상기 단락 사고를 검출하는 단계는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치가 정상 상태이면 수행될 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 단락 검출 방법에서, 상기 단락 사고가 검출되면, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방 상태로 제어하는 단계, 그리고 상기 제2 스위치를 개방 상태로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 단락 검출 방법은, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계 이전에, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방 상태로 유지하는 단계, 상기 복수의 배터리 모듈과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이의 전기적인 연결을 각각 제어하는 복수의 배터리 제어 유닛 중 어느 하나의 배터리 제어 유닛에서, 대응하는 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 메인 스위치 사이에 연결된 제4 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계, 상기 대응하는 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 메인 스위치 사이에 연결된 제3 스위치가 개방된 상태에서 상기 제3 스위치의 양단 전압을 검출하는 단계, 검출된 상기 제3 스위치의 양단 전압에 따라서 상기 어느 하나의 배터리 제어 유닛과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이에서의 단락 사고를 검출하는 단계, 그리고 상기 어느 하나의 배터리 제어 유닛을 변경해가며, 상기 복수의 배터리 제어 유닛 각각에 대해 상기 제4 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계, 및 상기 어느 하나의 배터리 제어 유닛과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이에서의 제2 단락 사고를 검출하는 단계를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 단락 검출 방법에서, 상기 제1 스위치의 양단 전압을 검출하는 단계, 및 상기 단락 사고를 검출하는 단계는, 상기 복수의 배터리 제어 유닛 모두에 대해 상기 제2 단락 사고가 검출되지 않으면 수행될 수 있다.
상기 일 실시 예에 따른 단락 검출 방법에서, 상기 제1 단락 사고는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치와 상기 외부 부하 사이에서의 단락 사고일 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 배터리 시스템의 가동 전에 오결선 등으로 인한 단락 발생 여부를 정확하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 배터리 시스템에서 단락 사고가 발생하는 경우들을 예로서 도시한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 단락 검출 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 배터리 시스템에서 오결선으로 인해 단락 사고가 발생하는 경우들을 예로서 도시한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템의 단락 검출 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예들의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 상세히 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 그에 대한 중복되는 설명은 생략된다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이들 실시 예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 될 수 있도록 예로서 제공되며, 통상의 기술자에게 본 발명의 양태 및 특징을 충분히 전달할 것이다.
따라서, 본 발명의 양태들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않다고 여겨지는 프로세스들, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 도면에서, 소자들, 층들, 및 영역들의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. 본 발명의 실시 예들을 기술할 때 "~할 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시 예"를 의미한다. 다음의 본 발명의 실시예에 대한 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥에 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함 할 수 있다.
"제1", "제2" 등 서수를 나타내는 용어들은 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되지만, 이들 구성요소들은 이 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(10)은 배터리 모듈(11), 및 배터리 제어 장치(12)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(11)은 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결되는 복수의 배터리 셀(111)을 포함할 수 있다.
배터리 제어 장치(12)는 배터리 모듈(11)의 전압, 전류, 온도 등 상태 정보를 검출하고, 이를 토대로 배터리 모듈(11)과 외부 장치(부하(20), 또는 충전 장치(미도시)) 사이의 연결을 제어할 수 있다. 이를 위해, 배터리 제어 장치(12)는 복수의 스위치(SW11, SW12), 및 제어기(121)를 포함할 수 있다.
스위치들(SW11, SW12)은 부하(20) 또는 충전 장치에 전기적으로 연결되는 시스템 단자들(P+, P-)과 배터리 모듈(11)의 양 단자 사이에 각각 연결되어, 배터리 모듈(11)과 시스템 단자들(P+, P-)을 전기적으로 연결하거나, 또는 이들 사이의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 예를 들어, 스위치(SW11)는 배터리 모듈(11)의 양극 단자와 시스템 단자(P+) 사이에 전기적으로 연결되고, 스위치(SW12)는 배터리 모듈(11)의 음극 단자와 시스템 단자(P-) 사이에 연결될 수 있다. 이러한 스위치들(SW11, SW12)은 릴레이(relay), 접촉기(contactor) 등일 수 있다. 또한, 스위치들(SW11, SW12)은 FET(field effect switch), SSS(solid state switch) 등일 수도 있다.
제어기(121)는 배터리 모듈(11)의 상태를 모니터링하기 위해, 배터리 모듈(11)의 상태와 관련된 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 획득할 수 있다. 또한, 제어기(121)는 배터리 모듈(11)의 상태 정보에 기초하여 배터리 모듈(11)의 과충전 또는 과방전 상태를 검출하고, 과충전 또는 과방전 검출 결과에 기초하여 스위치들(SW11, SW12)의 개폐(또는 전도성)를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(121) 시스템 단자들(P+, P-) 사이의 단락 상태 검출 기능을 수행할 수 있다. 이 실시 예에서, 제어기(121)에 검출하고자 하는 단락 상태는 비정상적인 단락 사고에 의한 것으로, 정상적인 단락 상태와는 구별될 수 있다. 제어기(121)는 스위치(SW12)가 닫힘(close) 상태(또는 도통 상태)이고 스위치(SW11)가 개방(open) 상태(또는 비도통 상태)에서 스위치(SW11)의 양 단에서의 전압들(V11, V12)을 검출할 수 있다. 그리고, 제어기(121)는 이로부터 산출된 스위치(SW11)의 양단 전압(V11-V12)이 0V보다 크면, 시스템 단자들(P+, P-) 사이에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 배터리 시스템(10)의 외부 즉, 시스템 단자들(P+, P-) 사이에 단락이 발생하는 경우들을 예로서 도시한 도면들이다. 도 2a는 시스템 단자들(P+, P-)과 부하(20) 사이의 오결선, 시스템 단자들(P+, P-) 사이에 단락물 존재 등으로 인해 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락되는 경우를 예로 들어 도시한 것이다. 도 2b는 부하(20) 내부의 단락으로 인해 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락되는 경우를 예로 들어 도시한 것이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락된 상태에서 스위치(SW12)가 닫히면, 시스템 단자(P+)는 배터리 모듈(11)의 음극 단자에 전기적으로 연결된다. 따라서, 스위치(SW11)의 일단은 배터리 모듈(11)의 양극 단자에 연결되고, 스위치(SW11)의 타단은 배터리 모듈(11)의 음극 단자에 연결되어, 스위치(SW11)의 양단 전압은 배터리 모듈(11)의 출력 전압 즉, 0V보다 큰 전압일 수 있다.
한편, 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락되지 않은 상태에서 스위치(SW12)가 닫히면, 시스템 단자(P-)는 플로팅(floating) 상태가 되고, 이로 인해 스위치(SW11)의 일단은 배터리 모듈(11)의 양극 단자에 연결되고 스위치(SW11)의 타단은 플로팅 상태가 된다. 이 상태에서, 제어기(121) 내부의 전압 측정 회로(미도시)는 스위치(SW11)의 양단 전압을 0V로 검출하거나, 스위치(SW11)의 양단 전압이 측정 불가능한 상태인 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 제어기(121)는 단락 검출을 위해 스위치(SW12)를 닫은 상태에서, 개방 상태인 스위치(SW11)의 양단 전압이 0V로 검출되거나 측정 불가능한 상태로 검출되면, 시스템 단자들(P+, P-) 사이의 단락이 발생하지 않은 정상 상태로 식별할 수 있다.
제어기(121)는 배터리 시스템(10)의 가동 전 전술한 단락 상태 검출 기능을 수행하며, 이를 통해 단락 발생이 검출되면 스위치들(SW11, SW12)을 개방 상태로 제어하고, 고장 알람을 출력하거나, 상위 시스템(미도시)으로 이를 경고하는 상태 신호를 전송할 수 있다. 반면에, 제어기(121)는 단락 상태가 검출되지 않는 경우, 배터리 시스템(10)의 정상 동작이 가능하다고 판단하여 스위치들(SW11, SW12)의 닫힘을 허용할 수 있다.
배터리 제어 장치(12)는 과전류로부터 배터리 모듈(11)을 보호하기 위해 적어도 하나의 퓨즈를 더 포함할 수도 있다. 도 1을 예로 들면, 배터리 제어 장치(12)는 배터리 모듈(11)의 양극 단자와 시스템 단자(P+) 사이에 연결되는 퓨즈(F11)와, 배터리 모듈(11)의 음극 단자와 시스템 단자(P-) 사이에 연결되는 퓨즈(F12)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템의 단락 검출 방법을 개략적으로 도시한 것이다. 도 3의 방법은 도 1을 참조하여 설명한 배터리 시스템(10)의 배터리 제어 장치(12)에 의해 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 배터리 제어 장치(12)는 배터리 시스템(10)을 가동하기 전에 시스템 단자들(P+, P-)의 단락 상태 즉, 배터리 시스템(10) 외부에서의 단락 상태를 검출하기 위해, 제어기(121)를 통해 스위치(SW12)를 닫힘 상태로 제어한다(S30). 배터리 시스템(10)의 기동 전 스위치들(SW11, SW12)은 개방 상태이므로, 스위치(SW12)를 닫을 경우 스위치(SW11)는 개방 상태를 유지한다. 이 상태에서, 배터리 제어 장치(12)의 제어기(121)는 개방 상태인 스위치(SW11)의 양단 전압을 검출한다(S31).
제어기(121)는 S31 단계를 통해 검출된 스위치(SW11)의 양단 전압이 0V보다 크면(S32), 배터리 시스템(10)의 외부에서 단락이 발생한 상태 즉, 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락되어 폐회로가 형성된 것으로 판단한다(S33). 단락 상태가 검출됨에 따라, 제어기(121)는 스위치들(SW11, SW12)을 모두 개방 상태로 제어한다(S34). 또한, 제어기(121)는 고장 알람을 출력하거나, 단락이 발생했음을 경고하는 상태 신호를 상위 시스템으로 전송할 수도 있다.
한편, 제어기(121)는 S32 단계에서 스위치(SW11)의 양단 전압이 0V보다 크지 않으면, 즉, 0V이거나 측정 불가능한 상태이면, 배터리 시스템(10)의 시스템 단자들(P+, P-) 사이에 단락이 발생하지 않은 것으로 판단한다(S35). 제어기(121)는 단락이 발생하지 않은 것으로 판단되면 배터리 시스템(10)의 정상 가동이 가능한 것으로 판단하여 배터리 시스템(10)과 부하(20) 사이의 연결을 허용한다(S36). 즉, 스위치들(SW11, SW12)에 닫힘 상태 전환을 허용한다.
한편, 전술한 일 실시 예에서는 배터리 시스템(10)이 하나의 배터리 모듈(11)을 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였지만, 본 발명의 실시 예가 이로 인해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 주요 기술적 특징들은 배터리 시스템(10)이 다수의 배터리 모듈을 포함하는 경우에도 적용이 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한 것으로서, 배터리 시스템이 서로 병렬 연결되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 경우를 나타낸다. 도 4에서, 배터리 시스템(40)은 에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)에 대응하고, 배터리 시스템(40)에 연결되는 부하(50)는 전력 변환 장치(power conditioning system, PCS)에 대응할 수 있다. 전력 변환 장치(50)는 에너지 저장 시스템(40)으로부터 공급되는 직류(DC) 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하여 전력 소비자들에게 공급하는 장치로서, 복수의 스위치(SW51, SW52), 평활 커패시터(C), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT) 등을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템(40)은 복수의 배터리 모듈(41), 및 복수의 배터리 모듈(41)과 부하(50) 사이의 연결을 제어하는 배터리 제어 장치를 포함할 수 있다. 배터리 제어 장치는 복수의 배터리 모듈(41)에 각각 연결되어 배터리 모듈(41) 별로 연결을 제어하는 복수의 배터리 제어 유닛(42), 메인 제어기(43), 및 복수의 배터리 제어 유닛(42)과 부하(50) 사이에 연결되어 배터리 시스템(40)과 부하(50) 사이의 연결을 제어하는 연결 장치(44)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(41)은 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결되는 복수의 배터리 셀(411)을 포함할 수 있다.
배터리 제어 유닛(42)은 대응하는 배터리 모듈(41)의 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 검출하고, 이를 토대로 대응하는 배터리 모듈(41)과 연결 장치(44) 사이의 연결을 제어할 수 있다. 이를 위해, 배터리 제어 유닛(42)은 복수의 스위치(SW41, SW42), 및 제어기(421)를 포함할 수 있다.
스위치들(SW41, SW42)은 시스템 단자들(P+, P-)과 배터리 모듈(41)의 양 단자 사이에 각각 연결되어, 배터리 모듈(41)과 시스템 단자들(P+, P-)을 전기적으로 연결하거나, 또는 이들 사이의 전기적인 연결을 차단할 수 있다. 예를 들어, 스위치(SW41)는 배터리 모듈(41)의 양극 단자와 시스템 단자(P+) 사이에 전기적으로 연결되고, 스위치(SW42)는 배터리 모듈(41)의 음극 단자와 시스템 단자(P-) 사이에 연결될 수 있다. 이러한 스위치들(SW41, SW42)은 릴레이, 접촉기 등일 수 있다. 또한, 스위치들(SW41, SW42)은 FET, SSS 등일 수도 있다.
제어기(421)는 배터리 모듈(41)의 상태를 모니터링하기 위해, 배터리 모듈(41)의 상태와 관련된 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 획득할 수 있다. 또한, 제어기(421)는 배터리 모듈(41)의 상태 정보에 기초하여 배터리 모듈(41)의 과충전 또는 과방전 상태를 검출하고, 과충전 또는 과방전 검출 결과에 기초하여 스위치들(SW41, SW42)의 개폐를 제어할 수 있다.
각 배터리 제어 유닛(42)은 과전류로부터 대응하는 배터리 모듈(41)을 보호하기 위해 적어도 하나의 퓨즈를 더 포함할 수도 있다. 도 4를 예로 들면, 각 배터리 제어 유닛(42)은 대응하는 배터리 모듈(41)의 양극 단자와 시스템 단자(P+) 사이에 연결되는 퓨즈(F41)와, 대응하는 배터리 모듈(41)의 음극 단자와 시스템 단자(P-) 사이에 연결되는 퓨즈(F42)를 더 포함할 수 있다.
연결 장치(44)는 복수의 배터리 제어 유닛(42)과 부하(50) 사이에 배치되어, 복수의 배터리 제어 유닛(42)과 부하(50) 사이의 연결을 차단하거나 허용할 수 있다. 이를 위해, 연결 장치(44)는 복수의 입력 단자(PI, NI), 복수의 출력 단자(PO, NO), 그리고 복수의 입력 단자(PI, NI)와 복수의 출력 단자(PO, NO) 사이에 각각 연결되는 복수의 메인 스위치(MSW41, MSW42)를 포함할 수 있다.
포지티브(positive) 입력 단자(PI)에는 배터리 제어 유닛(42)들의 시스템 단자(P+)들이 전기적으로 연결되고, 네거티브(negative) 입력 단자(NI)에는 배터리 제어 유닛(42)들의 시스템 단자(P-)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 포지티브 출력 단자(PO)는 부하(50)의 포지티브 커넥터(T+)에 전기적으로 연결되고, 네거티브 출력 단자(NO)는 부하(50)의 네거티브 커넥터(T-)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 연결 장치(44)는 설비(배터리 제어 유닛(42)과 부하(50)) 간의 전기적인 연결을 동극 다회선(Homopolar multi line)으로 구성하기 위한 연결 장치로서, 각 입력 단자(PI, NI) 및 각 출력 단자(PO, NO)에 연결되는 배선들은, 대응하는 커넥터에 의해 서로 전기적으로 결합된다. 따라서, 복수의 배터리 모듈(41)은 연결 장치(44)에 의해 서로 병렬로 연결될 수 있다.
메인 스위치(MSW41)는 포지티브 입력 단자(PI)와 포지티브 출력 단자(PO) 사이에 연결되어, 포지티브 입력 단자(PI)와 포지티브 출력 단자(PO)를 전기적으로 연결하거나, 또는 이들 사이의 연결을 차단할 수 있다. 메인 스위치(MSW42)는 네거티브 입력 단자(NI)와 네거티브 출력 단자(NO) 사이에 연결되어, 네거티브 입력 단자(NI)와 네거티브 출력 단자(NO)를 전기적으로 연결하거나, 또는 이들 사이의 연결을 차단할 수 있다. 이러한 메인 스위치들(MSW41, MSW42)은 메인 제어기(43)로부터 입력되는 제어 신호에 의해 개폐(또는 전도성)가 제어될 수 있다.
메인 제어기(43)는 연결 장치(44)에 포함된 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 개폐를 제어하여, 배터리 제어 유닛(42)들과 부하(50) 사이의 연결을 제어할 수 있다. 즉, 메인 제어기(43)는 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 개폐를 제어하여 배터리 시스템(40)과 부하(50) 사이의 연결을 제어함으로써, 배터리 시스템(40)으로부터 부하(50)로 전력이 공급되는 것을 제어할 수 있다.
메인 제어기(43)는, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 실제 개폐 상태를 검출할 수도 있다. 메인 제어기(43)는 메인 제어기(43)가 메인 스위치(MSW41, MSW42)로 출력한 제어 신호와 대응하는 메인 스위치(MSW41, MSW42)의 실제 개폐 상태를 비교하여 메인 스위치(MSW41, MSW42)의 고장 여부를 검출할 수 있다. 즉, 메인 제어기(43)는, 메인 스위치(MSW41, MSW42)로 출력한 제어 신호가 지시하는 개폐 상태와 메인 스위치(MSW41, MSW42)의 실제 개폐 상태가 다를 경우, 메인 스위치(MSW41, MSW42)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
메인 제어기(43)는 각 배터리 제어 유닛(42)의 제어기(421)와 통신할 수 있다. 메인 제어기(43)는 통신을 통해 각 배터리 제어 유닛(42)의 제어기(421)로부터 대응하는 배터리 모듈(41)의 상태 정보 또는 대응하는 스위치들(SW41, SW42)의 개폐 상태 정보를 수신할 수 있다. 또한, 메인 제어기(43)는 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 개폐 상태 정보를 각 배터리 제어 유닛(42)의 제어기(421)로 전송할 수도 있다.
한편, 배터리 제어 유닛(42)은 도 1의 배터리 제어 장치(12)와 유사한 방식으로 오결선 등에 의한 시스템 단자들(P+, P-) 사이의 단락 상태 검출 기능을 수행할 수도 있다. 이 실시 예에서도, 배터리 제어 유닛(42)에 의해 검출되는 단락 상태는 비정상적인 단락 사고에 의한 것으로서, 정상적인 단락 상태와는 구별될 수 있다. 제어기(421)는 스위치(SW12)가 닫힘 상태(또는 도통 상태)이고 스위치(SW41)가 개방 상태(또는 비도통 상태)에서 스위치(SW41)의 양단 전압(V41-V42)을 검출하고, 검출된 스위치(SW41)의 양단 전압(V41-V42)이 0V보다 크면 시스템 단자들(P+, P-) 사이에 의한 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 배터리 시스템(40)에서 오결선으로 인해 시스템 단자들(P+, P-) 사이에 단락이 발생하는 경우들을 예로서 도시한 도면들이다. 도 5a는 배터리 제어 유닛(42) 레벨의 오결선 즉, 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이의 오결선에 의해 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락되는 경우를 예로 들어 도시한 것이다. 도 5b는 배터리 시스템(40) 레벨에서의 오결선 즉, 연결 장치(44)와 부하(50) 사이의 오결선에 의해 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락되는 경우를 예로 들어 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 배터리 제어 유닛(42-1)의 시스템 단자(P-)와 연결 장치(44) 사이의 배선(NL41)이 오결선되고, 이로 인해 배터리 제어 유닛(42-1)의 시스템 단자들(P+, P-)이 모두 연결 장치(44)의 포지티브 입력 단자(PI)에 연결된다. 따라서, 배터리 제어 유닛(42-1)의 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락되고, 배터리 제어 유닛(42-1)의 스위치들(SW41, SW42)이 닫힐 경우 단락 전류(Ishort)가 발생하게 된다.
도 5b를 참조하면, 연결 장치(44)의 포지티브 출력 단자(PO)에 연결된 배선들 중 하나(PL42)가 부하(50)의 포지티브 커넥터(T+)가 아닌 네거티브 커넥터 (T-)에 오결선되고, 대신에 네거티브 출력 단자(NO)에 연결된 배선들 중 하나(NL42)가 부하(50)의 포지티브 커넥터(T+)에 오결선된다. 따라서, 연결 장치(44)의 출력 단자(PO, NO)들이 서로 단락되어, 배터리 제어 유닛(42)의 스위치들(SW41, SW42)과 메인 스위치들(MSW41, MSW42)이 닫힐 경우 단락 전류(Ishort)가 발생하게 된다.
도 5a에 도시된 바와 같이 배터리 제어 유닛(42-1)과 연결 장치(44) 사이에서 오결선 등에 의해 단락이 발생한 경우, 해당 배터리 제어 유닛(42-1)은 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 개폐 상태와는 상관 없이, 전술한 단락 검출 기능을 수행하여 단락 발생을 검출할 수 있다. 즉, 해당 배터리 제어 유닛(42-1)의 제어기(421)는 스위치(SW12)가 닫힘 상태에서 개방 상태인 스위치(SW41)의 양단 전압(V41-V42)을 측정하여 시스템 단자들(P+, P-) 사이의 단락 발생을 검출할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이 연결 장치(44)와 부하(50) 사이에서 오결선 등에 의해 단락이 발생한 경우, 배터리 제어 유닛(42)은 연결 장치(44)의 메인 스위치들(MSW41, MSW42)이 모두 닫힘 상태에서만, 전술한 단락 검출 기능을 수행하여 단락 발생을 검출할 수 있다. 즉, 배터리 제어 유닛(42)의 제어기(421)는 메인 스위치들(MSW41, MSW42)이 모두 닫힘 상태에서 스위치(SW42)를 닫힘 상태로 제어하고, 이 상태에서 개방 상태인 스위치(SW41)의 양단 전압(V41-V42)을 측정하여 시스템 단자들(P+, P-) 사이의 단락 발생을 검출할 수 있다.
이에 따라, 이 실시 예에서는, 단락이 발생한 위치가 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이인지, 아니면 연결 장치(44)와 부하(50) 사이인지를 구별하기 위해, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)이 모두 개방 상태에서 배터리 제어 유닛(42) 별로 단락 상태 검출 기능을 순차적으로 수행하여 배터리 제어 유닛(42)들과 연결 장치(44) 사이의 연결 상태 즉, 단락 발생 여부를 먼저 확인한다. 그리고, 배터리 제어 유닛(42)들과 연결 장치(44) 사이의 연결 상태가 모두 정상 상태임을 확인한 후에 메인 스위치들(MSW41, MSW42)을 모두 닫고, 이 상태에서 어느 하나의 배터리 제어 유닛(42)에서 전술한 단락 검출 기능을 수행함으로써 연결 장치(44)와 부하(50) 사이의 연결 상태를 검증할 수 있다.
배터리 제어 유닛(42)들은 배터리 시스템(40)의 가동 전 전술한 단락 상태 검출 기능을 수행하며, 이를 통해 단락 발생이 검출되면 스위치들(SW41, SW42)을 개방 상태로 제어하고 메인 제어기(43)로 이를 경고하는 상태 신호를 전송할 수 있다. 반면에, 배터리 제어 유닛(42)들은 단락 상태가 검출되지 않는 경우, 배터리 시스템(40)의 정상 동작이 가능하다고 판단하여 스위치들(SW41, SW42)의 닫힘을 허용할 수 있다. 또한, 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44), 그리고 연결 장치(44)와 부하(50) 사이의 연결이 정상 상태임을 통지하는 상태 신호를 메인 제어기(43)로 전송할 수도 있다.
메인 제어기(43)는 적어도 하나의 배터리 제어 유닛(42)으로부터 단락 발생을 나타내는 상태 신호를 수신하면, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)을 개방 상태로 제어하여 배터리 시스템(40)을 부하(50)로부터 분리할 수 있다. 또한, 메인 제어기(43)는 고장 알람을 출력하거나, 상위 시스템(미도시) 또는 관리자 단말(미도시)로 고장 발생을 통지할 수 있다. 반면에, 메인 제어기(43)는 모든 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이, 그리고 연결 장치(44)와 부하(50) 사이의 연결 상태가 정상 상태임을 가리키는 상태 신호들이 수신되면, 배터리 시스템(40)의 정상 가동이 가능한 것으로 판단하여 메인 스위치들(MSW41, MSW42)에 닫힘을 허용한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템의 단락 검출 방법을 개략적으로 도시한 것이다. 도 6a 및 6b의 방법은 도 4를 참조하여 설명한 배터리 시스템(40)의 배터리 제어 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 배터리 제어 장치는 배터리 시스템(40)을 가동하기 전에 배터리 제어 유닛(42) 레벨에서의 단락을 검출하기 위해, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)을 개방 상태로 유지하고(S60), 이 상태에서 배터리 제어 유닛(42) 별로 단락 검출을 순차 진행한다(S61).
도 6b는 S61 단계에서, 각 배터리 제어 유닛(42)에서 배터리 제어 유닛(42) 레벨에서의 단락 검출을 수행하는 방법을 상세히 도시한 것이다.
도 6b를 참조하면, 각 배터리 제어 유닛(42)의 제어기(421)는 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이에서의 단락 발생을 검출하기 위해, 제어기(421)를 통해 스위치(SW42)를 닫힘 상태로 제어한다(S610). 이 때, 해당 배터리 제어 유닛(42)의 스위치(SW41)는 개방 상태를 유지하며, 제어기(421)는 개방 상태인 스위치(SW41)의 양단 전압을 검출한다(S611).
제어기(421)는 S611 단계를 통해 검출된 스위치(SW41)의 양단 전압이 0V보다 크면(S612), 대응하는 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이에서 단락이 발생하여 폐회로가 형성됨으로써, 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락된 것으로 판단한다(S613). 단락 상태가 검출됨에 따라, 제어기(421)는 대응하는 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이에서 단락이 발생했음을 나타내는 상태 신호를 메인 제어기(43)로 전송할 수도 있다.
한편, 제어기(421)는 S612 단계에서 스위치(SW41)의 양단 전압이 0V보다 크지 않으면, 즉, 0V이거나 측정 불가능한 상태이면, 대응하는 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이에 단락이 발생하지 않은 것으로 판단한다(S614). 제어기(421)는 단락이 발생하지 않은 것으로 판단되면 대응하는 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이의 연결이 정상 상태임을 나타내는 상태 신호를 메인 제어기(43)로 전송할 수 있다.
각 배터리 제어 유닛(42)은 전술한 S610 단계 내지 S613 단계를 수행함으로써, 대응하는 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이에서의 단락 발생을 검출할 수 있다. 한편, 하나의 배터리 제어 유닛(42)에서 전술한 S601 단계 내지 S613 단계를 통해 단락을 검출하는 동안, 나머지 배터리 제어 유닛(42)들은 검출 결과에 영향을 주지 않기 위해 연결 장치(44)와의 연결을 해제한 상태(즉, 스위치들(SW41, SW42)을 개방한 상태)를 유지한다.
다시, 도 6a를 참조하면, 메인 제어기(43)는 전술한 S61 단계에서 각 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이에서의 단락 발생이 검출되지 않으면(S62), 배터리 시스템(40) 레벨에서의 단락 발생 즉, 연결 장치(44)와 부하(50) 사이의 단락 발생을 검출하기 위해, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)을 닫힘 상태로 제어한다(S63). 즉, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)에 닫힘 상태 전환을 지시하는 제어 신호들을 출력한다.
이 상태에서, 메인 제어기(43)는 연결 장치(44)로부터 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 실제 개폐 상태를 획득하고(S64), 이를 토대로 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 고장 여부를 먼저 판별한다. 즉, 메인 제어기(43)는 메인 스위치들(MSW41, MSW42)에 닫힘 상태 전환을 지시하는 제어 신호들을 출력한 상태에서 검출된 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 실제 개폐 상태가, 메인 스위치(MSW41) 또는 메인 스위치(MSW42)가 개방 상태임을 가리키면(S65), 메인 스위치(MSW41) 또는 메인 스위치(MSW42)가 고장 상태임을 검출한다(S66). 반면에, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)이 모두 닫힘 상태이면(S65), 메인 스위치들(MSW41, MSW42)이 모두 정상 동작 중인 것으로 판단하여 연결 장치(44)와 부하(50) 사이의 단락 검출 절차를 수행한다.
즉, 메인 제어기(43)는 배터리 제어 유닛(42)들 중 어느 하나(예를 들어, 도 5b의 배터리 제어 유닛(42-1))의 제어기(421)에 단락 검출을 지시하고, 이를 수신한 제어기(421)는 대응하는 스위치(SW42)를 닫힘 상태로 제어한다(S67). 이 때, 해당 배터리 제어 유닛(42-1)의 스위치(SW41)는 개방 상태를 유지하며, 제어기(421)는 개방 상태인 스위치(SW41)의 양단 전압을 검출한다(S68).
제어기(421)는 S68 단계를 통해 검출된 스위치(SW41)의 양단 전압이 0V보다 크면(S69), 연결 장치(44)와 부하(50) 사이에서 단락이 발생하여 폐회로가 형성됨으로써, 시스템 단자들(P+, P-)이 서로 단락된 것으로 판단한다(S70). 반면에, 제어기(421)는 S69 단계에서 스위치(SW41)의 양단 전압이 0V보다 크지 않으면, 즉, 0V이거나 측정 불가능한 상태이면, 연결 장치(44)와 부하(50) 사이에서 단락이 발생하지 않은 것으로 판단한다(S72).
메인 제어기(43)는 전술한 S62 단계를 통해 적어도 하나의 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이에서 단락이 검출되거나, 전술한 S65 단계에서 적어도 하나의 메인 스위치(MSW41, MSW42)의 고장이 검출되거나, 또는 전술한 S69 단계를 통해 연결 장치(44)와 부하(50) 사이에서의 단락이 검출되면, 배터리 시스템(40)의 정상 동작이 어려운 것으로 판단한다. 이에 따라, 메인 제어기(43)는 각 배터리 제어 유닛(42)과 연결 장치(44) 사이의 연결을 해제하도록 즉, 스위치들(SW41, SW42)을 개방시키도록 각 제어기(421)에 지시하고, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)을 개방시켜 배터리 시스템(40)과 부하(50) 사이의 연결을 차단한다(S71).
반면에, 어떠한 단락 발생이나 메인 스위치(MSW41, MSW42)의 고장도 검출되지 않으면, 메인 제어기(43)는 각 제어기(421)에 스위치들(SW41, SW42)의 닫힘 상태 허용을 지시하고, 메인 스위치들(MSW41, MSW42)의 닫힘 상태를 허용하여, 배터리 시스템(40)과 부하 사이의 연결을 허용한다(S73).
전술한 실시 예들에 따르면, 배터리 시스템(10, 40)이 부하(20, 50)의 전력원으로 투입되기 전에, 배터리 시스템(10, 40)의 내부 또는 외부에서 오결선에 의해 발생한 단락 상태를 검출할 수 있다. 따라서, 단락 전류로 인해 배터리 시스템(10, 40)의 부품이 손상되기 전에 단락 상태를 검출하여 적절한 조치들을 취할 수 있어, 부품 소손 및 이에 따른 교체 비용이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 배터리 시스템(10, 40)의 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 이러한 단락 검출 절차가 배터리 시스템(10, 40)에 의해 자동으로 수행되어, 관리자의 미숙으로 인한 휴먼 에러 등을 회피할 수 있고 검사 시간을 단축시킬 수 있어, 시스템 안전성 및 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기에 설명된 본 발명의 실시 예들에 따른 전자 또는 전기 장치 및/또는 임의의 다른 관련 장치 또는 구성 요소는 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 집적회로(application-specific integrated circuit)), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 상에 또는 개별 IC 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소들은 가요성 인쇄 회로 필름(flexible printed circuit film), 테이프 캐리어 패키지(TCP: tape carrier package), 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board) 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 전기적 연결 또는 상호 연결은, 예를 들어, PCB 또는 다른 종류의 회로 캐리어 상의 배선 또는 전도성 소자들에 의해 구현될 수 있다. 전도성 소자는 예를 들어 표면 금속화(surface metallizations)와 같은 금속화, 및/또는 핀(pin)들을 포함할 수 있으며, 전도성 중합체(conductive polymers) 또는 세라믹(ceramics)을 포함할 수 있다. 또한 전기 에너지는 예를 들어, 전자기 방사 또는 빛을 이용한 무선 접속을 통해 전송될 수 있다.
또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되고, 하나 이상의 컴퓨팅 장치 내에서 실행되며, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory)와 같은, 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
또한, 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합되거나 또는 통합될 수 있거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 본 발명의 예시적인 실시예들의 범위를 벗어나지 않으면서 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치에 걸쳐 분산될 수 있음을 인식해야 한다.
10, 40: 배터리 시스템
11, 41: 배터리 모듈
111, 411: 배터리 셀
12: 배터리 제어 장치
121: 제어기
20, 50: 부하
42, 42-1: 배터리 제어 유닛
421: 제어기
43: 메인 제어기
44: 연결 장치
F11, F12, F41, F42: 퓨즈
SW11, SW12, SW41, SW42: 스위치
MSW41, MSW42: 메인 스위치
P+, P-: 시스템 단자
PI, NI: 연결 장치의 입력 단자
PO, NO: 연결 장치의 출력 단자

Claims (20)

  1. 외부 부하와 제1 배터리 모듈 사이에 연결되어, 상기 외부 부하와 상기 제1 배터리 모듈 사이의 전기적인 연결을 제어하는 제1 배터리 제어 유닛, 그리고
    상기 제1 배터리 제어 유닛과 상기 외부 부하 사이에 연결되는 연결 장치를 포함하며,
    상기 제1 배터리 제어 유닛은,
    상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제1 스위치,
    상기 제1 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제2 스위치, 그리고
    상기 제1 및 제2 스위치의 개폐를 제어하는 제1 제어기를 포함하고,
    상기 연결 장치는,
    상기 제1 스위치와 상기 외부 부하의 제1 단자 사이에 전기적으로 연결되는 제1 메인 스위치, 그리고
    상기 제2 스위치와 상기 외부 부하의 제2 단자 사이에 전기적으로 연결되는 제2 메인 스위치를 포함하며,
    상기 제1 제어기는, 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치, 및 상기 제1 스위치가 개방 상태이고 상기 제2 스위치가 닫힘 상태인 때, 상기 제1 스위치의 제1 양단 전압을 검출하고, 상기 제1 양단 전압에 따라서 상기 제1 배터리 제어 유닛과 상기 연결 장치 사이에서의 단락 사고를 검출하고,
    상기 제1 제어기는, 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치, 및 상기 제2 스위치가 닫힘 상태이고 상기 제1 스위치가 개방 상태인 때, 상기 제1 스위치의 제2 양단 전압을 검출하고, 상기 제2 양단 전압에 따라서 상기 연결 장치와 상기 외부 부하 사이에서의 단락 사고를 검출하는, 배터리 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    제2 배터리 유닛과 상기 연결 장치 사이에 연결되어, 상기 제2 배터리 유닛과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이의 전기적인 연결을 제어하는 제2 배터리 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 제2 배터리 제어 유닛은,
    상기 제2 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 메인 스위치 사이에 전기적으로 연결되는 제3 스위치,
    상기 제2 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 메인 스위치 사이에 전기적으로 연결되는 제4 스위치, 그리고
    상기 제3 및 제4 스위치의 개폐를 제어하는 제2 제어기를 포함하는, 배터리 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 제어기는, 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치, 및 상기 제3 스위치가 개방 상태이고 상기 제4 스위치가 닫힘 상태인 때, 상기 제3 스위치의 제3 양단 전압을 검출하고, 상기 제3 양단 전압에 따라서 상기 제2 배터리 제어 유닛과 상기 연결 장치 사이에서의 단락 사고를 검출하는, 배터리 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 제어기는, 상기 제1 제어기가 단락 사고를 검출하는 동안 상기 제3 및 제4 스위치를 개방 상태로 제어하고,
    상기 제1 제어기는, 상기 제2 제어기가 단락 사고를 검출하는 동안 상기 제1 및 제2 스위치를 개방 상태로 제어하는, 배터리 제어 장치.
  8. 복수의 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 연결되며, 상기 복수의 배터리 모듈의 양극 단자들과 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제1 메인 스위치, 및 상기 복수의 배터리 모듈의 음극 단자들과 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제2 메인 스위치를 포함하는 연결 장치,
    상기 복수의 배터리 모듈에 각각 연결되며, 상기 복수의 배터리 모듈과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이의 전기적인 연결을 제어하는 복수의 배터리 제어 유닛, 그리고
    상기 제1 및 제2 메인 스위치의 개폐를 제어하는 메인 제어기를 포함하고,
    상기 복수의 배터리 제어 유닛 중 어느 하나의 배터리 제어 유닛은,
    대응하는 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 메인 스위치 사이에 연결되는 제1 스위치,
    상기 대응하는 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 메인 스위치 사이에 연결되는 제2 스위치, 및
    상기 제1 및 제2 스위치의 개폐를 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치, 및 상기 제2 스위치가 닫힘 상태이고 상기 제1 스위치가 개방 상태인 때 상기 제1 스위치의 양단 전압을 검출하고, 검출된 상기 제1 스위치의 양단 전압에 따라서 단락 사고를 검출하며,
    상기 메인 제어기는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치로 닫힘 상태 전환을 지시하는 제어 신호를 출력한 상태에서 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 실제 개폐 상태를 검출하고, 상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치의 실제 개폐 상태가 개방 상태이면, 상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치가 고장 상태인 것으로 판단하며,
    상기 제어기는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치가 모두 정상 상태이면, 상기 제1 스위치의 양단 전압에 따라서 상기 단락 사고를 검출하는, 배터리 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는, 검출된 상기 제1 스위치의 양단 전압이 0V보다 크면 상기 단락 사고가 발생한 것으로 판단하는, 배터리 제어 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 메인 제어기는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치 중 적어도 하나가 고장 상태이면, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방시키는, 배터리 제어 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 단락 사고가 검출되면 단락 발생을 통지하는 상태 신호를 상기 메인 제어기로 전송하고,
    상기 메인 스위치는 상기 단락 발생을 통지하는 상태 신호가 수신되면, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방시키는, 배터리 제어 장치.
  14. 배터리 제어 장치의 단락 검출 방법으로서,
    복수의 배터리 모듈의 양극 단자들과 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제1 메인 스위치, 및 상기 복수의 배터리 모듈의 음극 단자들과 상기 외부 부하 사이에 전기적으로 연결되는 제2 메인 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계,
    상기 제1 및 상기 제2 메인 스위치를 닫힘 상태로 제어한 후에, 상기 제1 및 제2 메인 스위치의 실제 개폐 상태를 검출하는 단계,
    검출된 상기 실제 개폐 상태에 따라 상기 제1 메인 스위치 및 상기 제2 메인 스위치의 고장 상태를 판단하는 단계, 그리고
    상기 제1 및 제2 메인 스위치가 정상 상태이면, 상기 복수의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이의 전기적인 연결을 제어하는 제1 배터리 제어 유닛과 상기 외부 부하 사이에서의 제1 단락 사고를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 단락 사고를 검출하는 단계는,
    상기 제1 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 메인 스위치 사이에 연결된 제2 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계,
    상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 메인 스위치 사이에 연결된 제1 스위치가 개방된 상태에서 상기 제1 스위치의 양단 전압을 검출하는 단계, 그리고
    검출된 상기 제1 스위치의 양단 전압에 따라서 상기 제1 배터리 제어 유닛과 상기 외부 부하 사이에서의 상기 제1 단락 사고 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 단락 검출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 메인 스위치 및 상기 제2 메인 스위치의 고장 상태를 판단하는 단계는,
    상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치의 검출된 상기 실제 개폐 상태가 개방 상태를 나타내면, 상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치가 고장 상태인 것으로 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 단락 검출 방법은,
    상기 제1 메인 스위치 또는 상기 제2 메인 스위치가 고장 상태이면, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방 상태로 제어하는 단계를 더 포함하는 단락 검출 방법.
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서,
    상기 단락 사고가 검출되면, 상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방 상태로 제어하는 단계, 그리고
    상기 제2 스위치를 개방 상태로 제어하는 단계를 더 포함하는 단락 검출 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 메인 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계 이전에,
    상기 제1 및 제2 메인 스위치를 개방 상태로 유지하는 단계, 그리고
    상기 복수의 배터리 모듈과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이의 전기적인 연결을 각각 제어하는 복수의 배터리 제어 유닛 각각에 대해, 상기 제1 및 제2 메인 스위치와의 제2 단락 사고를 검출하는 단계를 더 포함하며,
    각 배터리 제어 유닛에 대해 상기 제2 단락 사고를 검출하는 단계는,
    대응하는 배터리 모듈의 음극 단자와 상기 제2 메인 스위치 사이에 연결된 제4 스위치를 닫힘 상태로 제어하는 단계,
    상기 대응하는 배터리 모듈의 양극 단자와 상기 제1 메인 스위치 사이에 연결된 제3 스위치가 개방된 상태에서, 상기 제3 스위치의 양단 전압을 검출하는 단계, 그리고
    검출된 상기 제3 스위치의 양단 전압에 따라서 대응하는 배터리 제어 유닛과 상기 제1 및 제2 메인 스위치 사이에서의 단락 사고를 검출하는 단계를 포함하는, 단락 검출 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 메인 스위치 및 상기 제2 메인 스위치의 고장 상태를 판단하는 단계 및 상기 제1 단락 사고를 검출하는 단계는, 상기 복수의 배터리 제어 유닛 모두에 대해 상기 제2 단락 사고가 검출되지 않으면 수행되는, 단락 검출 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 단락 사고는, 상기 제1 및 제2 메인 스위치와 상기 외부 부하 사이에서의 단락 사고인, 단락 검출 방법.
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