KR20080010175A

KR20080010175A - 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20080010175A
Application number: KR1020060070327A
Authority: KR
Inventors: 한동호
Original assignee: 한동호
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-01-30

Abstract

본 발명은 교류 전원의 정전시 내장된 배터리군의 방전에 의하여 안정적인 전원 공급을 수행하는 무정전 전원 장치에서의 각 배터리를 감시하기 위한 배터리 감시 시스템에 관한 것으로, 특히 상기 무정전 전원 공급 장치의 각 배터리의 기초 정보를 파악하고, 교류 펄스를 상기 각 배터리로 인가하여 임피던스를 측정하는 역할을 수행하는 측정 장치; 및 상기 측정 장치에서 정보를 수집할 수 있도록 하기 위하여 상기 무정전 전원 공급 장치의 배터리함에 담긴 각 배터리의 단자를 순차적으로 계측하게 하는 역할을 수행하는 하나 이상의 스위치부들을 포함하는 스위치 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

무정전 전원 공급 장치, 교류 펄스, 배터리, 인가 신호, 반향파, 임피던스

Description

무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템 및 방법{Battery monitoring system and method for uninterruptible power supply}

도 1은 본 발명에 따른 배터리 감시 시스템을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 감시 시스템의 세부 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 감시 시스템에서 측정 장치의 세부 구성을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 감시 시스템에서 스위치 장치의 세부 연결 구조를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 배터리 감시 절차를 나타낸 흐름도.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 응답 신호로부터 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출하는 절차를 나타낸 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 호스트 컴퓨터 110 : 배터리 감시 시스템

111 : 제어 장치 112 : 측정 장치

113 : 스위치 장치 120 : 무정전 전원 공급 장치

130 : 모니터 210 : 비디오 카드

220 : 제어부 230 : 인터페이스부

240 : 스위치부 250 : 무정전 전원 공급부

260 : 배터리 301 : 교류 발생기

302 : 바이어스 공급기 303 : 바이어스 변환기

304 : 보정기 305, 308, 320, 321 : 증폭기

306 : 중앙 처리부 307 : 주파수 대역폭 제어기

309 : 전류 디지털 변환기 310 : 전압 디지털 변환기

311 : 전압 게인 에러 보정기 312 : 바이어스 전압 보상기

313 : 전압 검출기 314 : 전류/전압 변환기

315 : 전류 검출기 316, 317 : 합산기

318 : 바이어스 전류 보상기 319 : 전류 게인 에러 보상기

322, 323 : 필터

410, 420, 430 : 릴레이 순차제어 컨트롤러

411a, 421a, 431a : 릴레이 스위치 411b, 421b, 431b : 배터리

본 발명은 배터리 감시 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 유무선 통신시장의 급속한 발전에 의하여 전국에 걸쳐 통신소가 설치되어 있으며, 이 경우 통신기기만 설치되어 있을 뿐 사람이 근무하지 않는 무인통신소가 대부분이다. 이러한 무인 통신소에는 고가의 통신 장비를 보호함과 함께 통신의 중단 상태를 방지하고자 고가의 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply; 이하, 'UPS'라 한다.)를 기본적으로 시설하고 있다. 상기와 같은 UPS는 컴퓨터 및 산업시설의 발달로 인하여 수십 년 전부터 상용화되어 왔다.

UPS란 상용 AC 전원의 정전시, 상기 UPS에 내장된 배터리(battery)군의 방전에 의하여 AC 전원의 복구시점까지 통신기기에 안정적인 전원공급을 담당하는 기능을 수행하며, 일반적인 경우 기본적으로 12V 배터리 20개 혹은 그 이상의 배터리를 직렬 또는 병렬로 구성하게 된다.

한편, UPS의 무정전 전원 공급 시간은 배터리의 용량과 구성 수량에 따라 차이가 있으나, 보통의 경우 208볼트(Volts) AC 전원을 기준으로 30분에서 2시간 정도를 기본 구성으로 하고 있다.

이때, 상기 UPS의 무정전 전원 공급 시간은 상기 배터리가 완전한 상태로 사전 충전이 완료되었을 때 보장되는 것으로, 실제로 보장되는 무정전 전원 공급 시 간은 배터리의 품질과 자연 노후 등 여러 가지 원인에 의하여 정격 용량 대비 시간보다 현저히 낮아지는 경우가 많으며, 이로 인하여 AC 상용 전원이 복구되기 전에 UPS의 비상 전원 공급이 차단되는 사고가 흔히 발생하게 된다.

이러한 경우 해당 통신소의 모든 통신 기기는 작동이 중단되며, 이로 인하여 인근의 인터넷, 데이터 통신, 무선 전화 등의 통신소에서 중계하는 모든 통신 서비스가 일시에 중단되는 것은 물론, 통신소의 무인 운영으로 인하여 엔지니어의 현지 도착 및 복구 시점까지 장기간의 통신 두절 사태로까지 이어지게 된다.

이를 방지하고자 통신 회사와 UPS 공급사는 많은 노력을 하지만 다음과 같은 기술적 이유로 효과를 보지 못하고 있는 실정이다.

1) 배터리는 화학물질의 구성체로서 전압, 전류 등 표면적인 상태는 측정이 가능하지만, 내부화합물의 안정 상태를 계측하는 시스템은 고가이므로 매 개소마다의 운영이 사실상 불가능하다.

2) 전압, 전류 상태만 정확히 측정할 경우 표면적인 운영 상태는 계측이 가능하지만 이 경우 3개 이상의 배터리가 직렬 또는 병렬로 연결되면, 전압과 전류의 총합만이 예측 가능하며 배터리 각각의 개별적 상태는 측정하기 어렵다. 특히, 배터리의 특성상 연결된 바로 옆의 배터리로부터 유기되는 데이터 및 충전을 위한 전류의 유입으로 인하여 정확한 측정이 불가능하다.

3) 상기 이유 외에도, 일반적으로 배터리는 방전 없이 충전만 계속할 경우 내부 화합물의 경화로 인하여 용량이 저하되므로 매 6개월에 한번 이상 배터리의 완전한 방전 및 재충전을 권고(IEEE Standard 1188-1996)하고 있지만 실제 운영에 서는 고가의 유지보수 비용과 충방전시의 정전 발생 등의 위험 등을 이유로 사실상 이를 실현할 수가 없다.

따라서, 종래의 기술로는 UPS의 가동 중단 없이 UPS 배터리 측정은 이루어지지 않고 있으며, 일부 사용자의 경우에는 배터리의 보장된 수명 이전에 배터리를 새로 구입하여 조기에 교체하는 임시방편의 유지보수 방법을 시도하고 있으나, 이는 완전한 해결책이 아니며, 비용의 과다지출 외에 산업 폐기물인 폐배터리의 양산을 초래하게 된다.

최근 들어, 휴대용 임피던스 측정 장치를 이용한 정확한 배터리 용량 계산 등이 가능한 단계에 도달하였음에도 불구하고, 상기 휴대용 임피던스 측정 장치의 가격이 고가인 점과 20개 이상의 배터리를 계측하는데 많은 시간과 감전 사고 등의 위험성이 존재하여 실제 계측에는 도움이 되지 않고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, UPS의 부하장치들이 운영하고 있는 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 배터리들의 각 단자에 미량의 AC 주파수를 순차적으로 가하고, 이때 발생하는 AC 반향파로부터 얻어지는 임피던스 값을 근거로 배터리의 이상 유무와 용량을 계산함으로써, 운영중인 UPS의 안정성을 유지하기 위한 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 가동중인 UPS의 24시간 실시간 감시를 위하여 소형 화되고 저렴하면서도 데이터 통신이 가능한 시스템을 구성하여 원격지에서도 각 지역의 UPS 가동 상태와 내부 배터리의 이상 유무를 확인할 수 있는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은; 교류 전원의 정전시 내장된 배터리군의 방전에 의하여 안정적인 전원 공급을 수행하는 무정전 전원 장치에서의 각 배터리를 감시하기 위한 배터리 감시 시스템에 있어서, 상기 무정전 전원 공급 장치의 각 배터리의 기초 정보를 파악하고, 교류 펄스를 상기 각 배터리로 인가하여 임피던스를 측정하는 역할을 수행하는 측정 장치; 및 상기 측정 장치에서 정보를 수집할 수 있도록 하기 위하여 상기 무정전 전원 공급 장치의 배터리함에 담긴 각 배터리의 단자를 순차적으로 계측하게 하는 역할을 수행하는 하나 이상의 스위치부들을 포함하는 스위치 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 교류 전원의 정전시 내장된 배터리군의 방전에 의하여 안정적인 전원 공급을 수행하는 무정전 전원 장치에서의 각 배터리를 감시하기 위한 배터리 감시 방법에 있어서, 측정할 상기 배터리를 순차적으로 선택하고, 측정할 배터리까지 측정 회선에 대한 연결을 명령하는 단계; 상기 명령에 따라 측정할 배터리까지 릴레이 스위치를 동작하여 각각의 회선을 연결하고, 측정 목표 배터리에 가장 적합한 주파수를 모니터링하는 단계; 상기 배터리에 소정의 미세한 신호를 인가하는 단계; 상기 인가된 신호에 따라 응답 신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 응답 신호로부터 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 임피던스 함수값으로부터 배터리의 불량 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상용 UPS를 위한 배터리 감시 방법을 제안하며, 종래의 UPS 시스템에서 10개 이상의 배터리가 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리를 각기 분리시켜 일일이 완전방전시키기 전에는 일반의 계측기로 배터리의 이상 유무를 파악할 수 없는 문제점이 본 발명에서 제안하는 방법에 의해 해결된다.

즉, 본 발명은 상용 UPS의 문제점으로 대두되고 있는, UPS 내부의 주요 구성품인 배터리(Battery)의 이상 유무를 실시간으로 상시 감시함으로써, 배터리 불량으로 인하여 정전발생시 UPS의 가동 중지 혹은 방전, 백업 시간 단축으로 인한 전원 공급 중단으로 발생하는 산업 피해를 예방할 수가 있게 된다.

이를 위하여 본 발명은, 배터리에 소전압 AC 펄스(Pulse)를 입력한 후 그에 따른 반향파를 받아 임피던스(Impedance)를 분석하고, 상기 분석에 의해 배터리의 이상 유무와 배터리의 용량을 측정할 수가 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에서 제안하는 시스템에는 상기 임피던스를 분석하는 기능을 수행하는 측정 장치와 여러 개의 배터리를 순차적으로 계측하기 위한 스위치 장치와 상기 측정 장치에서 측정한 데이터를 사용자가 쉽게 인지하기 위한 디스플레이와 원격지 호스트 컴퓨터에 통계 및 감시결과를 송수신하는 제어 장치를 포함하게 된다.

즉, 본 발명에서는 상기 UPS의 부하 장치들이 운영하고 있는 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 배터리의 각 단자에 미량의 AC 주파수를 순차적으로 가하고, 이 때 발생하는 AC 반향파를 검출하며 스펙트럼 분석시 DC 신호를 측정함으로써 수치적인 처리를 수행하며, 이때 얻어지는 임피던스 값을 근거로 배터리의 이상 유무와 용량을 계산하여, 운영중인 UPS의 안정성과 방전 예상 시간을 예측하게 된다. 따라서, 이를 근거로 발견된 불량 배터리의 조기 교체를 시행함으로써 UPS의 가동 중단으로 인한 통신 및 산업기기 피해를 예방할 수가 있게 된다.

또한, 원격지에 있는 호스트 컴퓨터와 데이터 통신을 수행함으로써 가동중인 UPS의 24시간 실시간 감시를 가능하게 하며, 소정의 소프트웨어를 설치함으로써 원격지에서도 각 지역의 UPS 가동 상태 및 내부 배터리의 이상 유무를 알아낼 수 있고, 불량 배터리 발생시 이를 경고할 수가 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상세한 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 하기에는 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템 및 상기 시스템을 구성하고 있는 각 장치의 세부 구조를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 감시 시스템을 나타낸 도면이다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전체 시스템은 호스트 컴퓨터(100), 배터리 감시 시스템(110), 무정전 전원 공급 장치(120) 및 모니터(130)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 본 발명에 따른 배터리 감시 시스템(110)은 제어 장치(111), 측정 장치(112) 및 스위치 장치(113) 등으로 구성될 수 있다. 상기 배터리 감시 시스템(110)을 구성하는 각 장치들은 하나의 장치 내에 통합하여 구현할 수도 있으나, 상기 측정 장치(112) 또는 스위치 장치(113)의 확장성을 위하여 별개의 모듈 단위의 장치로 구현하는 것이 바람직하다.

상기 무정전 전원 공급 장치(120)는 상술한 바와 같이 상용 AC 전원의 정전시, 상기 내장된 배터리(battery)군의 방전에 의하여 AC 전원의 복구시점까지 통신기기에 안정적인 전원공급을 담당하는 기능을 수행하며, 복수의 배터리를 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성된다.

상기 배터리 감시 시스템(110)에서는 본 발명에 따라 상기 무정전 전원 공급 장치(120)의 상기 각 배터리로 AC 펄스를 인가한 후, 그 반향파로부터 임피던스를 측정하고, 상기 측정된 임피던스 분석에 의해 상기 해당 배터리의 이상 유무 및 용량을 측정하게 된다. 이때, 상기 각 배터리의 이상 유무를 포함하는 분석 결과는 상기 모니터(130)를 통해 디스플레이될 수 있다. 또한, 상기 분석 결과는 유무선 네트워크를 통해 상기 호스트 컴퓨터(100)로 전송되며, 상기 호스트 컴퓨터(100)가 원격지에 설치될 경우, 원격지에서도 각 지역의 UPS 가동 상태 및 내부 배터리의 이상 유무를 알 수가 있게 된다.

이하, 상기 본 발명에 따라 상기 무정전 전원 공급 장치(120) 내의 배터리를 감시하는 상기 배터리 감시 시스템(110)의 각 세부 장치를 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 감시 시스템(110)의 세부 구성을 나타낸 도면이다. 상기 도 2를 참조하면, 상기 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 감시 시스템(110)는 상술한 바와 같이 제어 장치(111), 측정 장치(112) 및 스위치 장치(113) 등으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제어 장치(111)는 비디오 카드(210), 제어부(220) 및 인터페이스부(230) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 스위치 장치(113)는 복수의 스위치부들(240)로 구성될 수 있으며, 상기 각 스위치부(240)는 상기 무정전 전원 공급 장치(120)에서 복수의 배터리로 구성되는 각 무정전 전원 공급부(250)와 연결된다.

상기 인터페이스부(230)는 상기 배터리 감시 시스템(110)의 제어 장치(111)와 호스트 컴퓨터(100)의 통신을 가능하게 하며, 상기 제어 장치(111)에서 분석된 배터리 감시 결과를 상기 제어부(220)로부터 상기 호스트 컴퓨터(100)로 전송하는 역할을 수행한다.

상기 비디오 카드(210)는 상기 제어 장치(111)에서 분석된 배터리 감시 결과를 상기 모니터(130)에서 디스플레이할 수 있도록 영상 처리하여 전송하는 역할을 수행한다.

상기 측정 장치(112)는 상기 무정전 전원 공급 장치(120)의 각 배터리의 전압, 전류 등의 기초 정보를 파악하고, AC 펄스를 상기 각 배터리로 인가하여 임피던스를 측정하는 역할을 수행한다. 상기 복수의 스위치 장치(1130)의 각 스위치부들(240)은 상기 측정 장치(112)에서 정보를 수집할 수 있도록 하기 위하여 상기 무정전 전원 공급 장치(120)의 배터리함에 담긴 각 배터리의 단자를 순차적으로 계측하게 하는 역할을 수행한다.

한편, 상기 무정전 전원 공급 장치(120)가 단상 전압을 지원하는 경우 한 개의 스위치부(240)만으로도 임피던스의 측정이 가능하다. 그러나 상기 무정전 전원 공급 장치(120)가 3상 전압을 지원하는 경우에는, 운영되는 배터리의 연결 방식도 3상이 운영되도록 각기 별도의 배터리 결선 방식을 채택하고 있으므로, 이에 대한 측정이 하나의 측정 장치(112)에서 이루어지게 하기 위하여 필요한 만큼의 스위칭부(240)가 추가된다. 따라서, 상기 무정전 전원 공급 장치(120)는 각각 복수의 배터리들(260)로 구성되는 복수의 무정전 전원 공급부(250)들로 구성될 수 있다. 이때, 상기 각 무정전 전원 공급부(250)는 상기 각 스위치부(240)와 대응되어 연결되며, 상기 각 스위치부(240)는 상기 각 무정전 전원 공급부(250)의 각 배터리와 연결됨으로써 상기 각 배터리에 대한 순차적인 개별 감시가 가능하게 된다.

상기 제어 장치(111)에서는 상술한 바와 같이 상기 스위치 장치(113) 및 측정 장치(112)를 통해 계측된 데이터 및 감시 결과를 수집하여 사용자가 용이하게 인지할 수 있도록 상기 모니터(130)를 통해 디스플레이하기 위한 화면 및 통계 형태로 가공하게 된다. 또한, 상기 제어 장치(111)에서는 상기 계측된 데이터 및 감시 결과 또는 통계 형태로 가공된 데이터를 상기 인터페이스부(230)를 통해 호스트 컴퓨터(100)로 전송하게 된다.

이하, 도 3을 참조하여 상기 측정 장치(112)에서 본 발명에 따라 상기 무정전 전원 공급 장치(120) 내의 각 배터리를 감시하기 위한 세부 구성을 설명하기로 한다. 이때, 후술하는 도 3에서는 설명을 용이하게 하기 위하여 상기 측정 장치(112)와 각 배터리(260) 사이에서 스위칭하는 스위치 장치(113)를 생략하여 도시 하였으며, 상기 측정 장치(112)가 임의의 배터리(260)에 직접 연결되어 감시하는 구조로 도시하였다. 한편, 상기 측정 장치(112)에서 상기 각 배터리(260)와 연결되는 상기 스위치 장치(113)의 세부 연결 구조는 도 4의 설명에서 후술하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 감시 시스템(110)에서의 측정 장치(112)의 세부 구성을 나타낸 도면이다. 상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 측정 장치(112)는 교류 발생기(301), 바이어스 공급기(302), 바이어스 변환기(303), 보정기(304). 복수의 증폭기들(305, 308, 320, 321), 중앙 처리부(306), 주파수 대역폭 제어기(307), 전류 디지털 변환기(309), 전압 디지털 변환기(310), 전압 게인 에러 보정기(311), 바이어스 전압 보상기(312), 전압 검출기(313), 전류/전압 변환기(314), 전류 검출기(315), 복수의 합산기들(316, 317), 바이어스 전류 보상기(318), 전류 게인 에러 보상기(319), 복수의 필터들(322, 323)로 구성될 수 있다.

상기 중앙 처리부(306)에서는 배터리(260)의 구동 특성을 측정하기 위하여 상기 배터리(260)에 인가되는 신호의 출력과 특성을 선택하여 증폭되는 신호를 주파수 대역폭 제어기(307)를 통하여 제어한다. 즉, 상기 중앙 처리부(306)에서 출력되는 신호는 상기 교류 발생기(301)를 거쳐 교류 성분의 인가 신호로 변환되며, 바이어스 공급기(302)를 거쳐 직류 성분의 인가 신호로 생성된다.

이때, 상기 교류 발생기(301)에서 발생하는 교류 성분의 최대 전압치(PP; Peak to Peak)는 수십여 mV이며, 필요에 따라 최대 전압치를 안정된 전압으로 감소시키기 위하여 보정기(304)를 거치게 된다. 한편, 상기 바이어스 공급기(302)를 통 하여 공급된 직류 성분의 전압은 배터리(260)의 동작 설정 또는 DC 기준점을 설정하기 위하여 공급된다. 이때, 상기 공급된 전압을 기준으로 배터리(260)의 가상 동작점 및 DC 오프셋(off-set)은 ‘0’이 되며, 안정화 시간(Settling Time) 동안 진동(Oscillation)하기 때문에, 이로 인한 영향을 제거하기 위하여 바이어스 변환기(303)를 거치게 된다.

그런 다음, 상기 보정기(304)를 거친 교류 성분의 신호와 바이어스 변환기(303)를 거친 직류 성분의 신호는 각각 제1 증폭기(305)를 통하여 합성되어, 교류 성분과 직류 성분이 포함된 인가 신호로 출력된다.

상기 제1 증폭기(305)를 통하여 출력되는 인가 신호는 주파수 대역폭 제어기(307)로 입력되며, 상기 주파수 대역폭 제어기(307)는 전압 검출기(313)와 전류 검출기(315)에서 검출되는 전압과 전류의 검출 신호를 입력받아 상기 인가 신호를 보상하며, 대역폭을 제한 또는 차단하여 과부하로부터 안정된 동작을 하도록 보호받게 된다.

한편, 상기 주파수 대역폭 제어기(307)에서 보상된 인가 신호는 정전압 또는 정전류를 연속적으로 인가하기 위하여 제2 증폭기(308)에서 증폭되어 배터리(260)에 인가되며, 이때 형성되는 배터리(260)의 전압 및 전류는 상기 전압 검출기(313)와 전류 검출기(315)를 거쳐 검출되어 전류/전압 변환기(314)를 통하여 전압 신호로 변환된다.

여기서, 상기 전압 검출기(313)와 전류 검출기(315)는 교류 입력만을 검출해 내기 위하여 직류 바이어스 전압 및 전류 성분과 잡음 성분을 제거하게 된다. 이 때, 상기 전압 검출기(313)를 통하여 검출되는 전압 신호는 제1 합산기(316) 및 제2 증폭기(320)를 거쳐 제1 필터(322)를 통과한 후, 전압 디지털 변환기(310)를 거쳐 중앙 처리부(306)로 인가된다. 또한, 전류 검출기(315)를 거쳐 전류/전압 변환기(314)를 거친 신호는 제2 합산기(317)와 제3 증폭기(321)를 거쳐 제2 필터(323)를 통과한 후 전류 디지털 변환기(309)를 거쳐 중앙 처리부(306)로 인가된다.

상기 전류 디지털 변환기(309)와 전압 디지털 변환기(310)를 거쳐 디지털 신호(Digital Signal)로 변환되어 인가된 신호와 상기 전압 검출기(313) 및 전류 검출기(315)로부터 수신된 검출 신호에 의하여 중앙 처리부(306)는 배터리(260)의 구동 특성 데이터를 산출하게 된다.

한편, 상기 전압 검출기(313)를 통하여 제1 합산기(316)를 거쳐 전압 디지털 변환기(310)에 이르는 구간과, 상기 전류 검출기(315)를 통하여 제2 합산기(317)로부터 전류 디지털 변환기(309)에 이르는 동안 각각 장치들은 중앙 처리부(306)로부터 시스템 내부의 오차(잡음, 감쇄 등)에 따른 전압 및 전류 보상 데이터를 입력받아, 직류(DC)성분을 가진 바이어스 전압 보상기(312)와 바이어스 전류 보상기(319)를 거쳐 아날로그신호(Analogue Signal)로 변환되며, 상기 전환된 전압 및 전류의 보상 데이터는 전압 검출기(313)와 전류 검출기(315)를 통하여 검출된 전압 및 전류의 검출 신호와 함께 각각의 합산기들(316, 317)을 통하여 합성된다.

이때, 전압 게인 에러 보정기(311)를 통하여 출력된 신호는 중앙 처리부(306)로부터 인가된 보정 신호를 바이어스 전압 보상기(312)에서 참조하여 전압 검출기(313)로부터 검출된 신호와 함께 제2 합산기(316)에서 합성하고, 전류 게인 에러 보정기(319)를 통하여 검출한 신호는 중앙 처리부(306)로부터 참조된 보정신호를 바이어스 전류 보상기(318)에 인가하여 제3 합산기(317)에서 합성한다.

이와 같이 상기의 중앙 처리부(306)에서 인가되는 인가 신호와 보상 신호 및 측정 결과에 대한 산출 방식 등은 측정 장치(112)에서 처리하거나 내부에 저장할 수 있으며, 상기 처리 방식과 결과에 대한 빠른 응답을 우선적으로 확보하기 위하여 측정의 시작과 과정 및 가공 전 데이터의 확보까지를 측정 장치(112)에서 실행하고, 이후의 입력 신호 분석과 도식화는 제어 장치(111)와 모니터(130)에서 실행하도록 함으로써 필요에 따르는 데이터의 가공을 최대한 활용할 수 있다.

또한, 원격지 접속과 중앙 집중식 관리를 요구하는 대형 기관의 배터리 관리를 용이하게 하기 위하여, 제어 장치(111)의 데이터를 가공 전과 후의 필요한 상태로 호스트 컴퓨터(100)에 원격으로 송신할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 감시 시스템(110)에서의 스위치 장치(113)의 세부 연결 구조를 나타낸 도면이다. 상기 도 4를 참조하면, 배터리(411b, 421b, 431b)에 신호를 인가하기 위하여 측정 장치(112)로부터 연결된 스위치 장치(113)는 UPS와 같이 운영 상태에 있는 배터리(411b, 421b, 431b)를 순차적으로 접근하기 위한 기반이 된다.

상기 스위치 장치(113)는 측정 장치(230)가 지시하는 순서에 따라 순차적으로 배터리(411b, 421b, 431b)를 접속하기 위한 신호를 통제하는 릴레이 순차 제어 컨트롤러(410, 420, 430) 및 각각의 배터리(411b, 421b, 431b)와 직접 연결된 릴레이 스위치(411a, 421a, 431a)로 구성 및 연결되어 있다.

이때, 측정 대상의 UPS가 단상 전압을 지원하는 경우 한 개의 릴레이 순차 제어 컨트롤러(410)만으로 임피던스를 측정할 수 있다. 하지만, UPS가 3상 전압을 지원하는 경우에는, 운영되는 배터리의 연결 방식도 3상이 운영되도록 각기 별도의 배터리 결선 방식을 채택하여야 한다. 따라서, 이에 대한 측정이 한 대의 측정 장치(112)에서 이루어지게 하기 위하여 필요한 만큼 스위치 장치(113)의 릴레이 순차 제어 컨트롤러(420, 430)를 추가할 수 있도록 한다.

예컨대, 첫 번째 릴레이 순차 제어 컨트롤러(410)를 통하여 배터리 측정을 하도록 릴레이 스위치 #1(411a)에 신호를 인가하고, 측정이 끝나면 릴레이 스위치 #2(411a)로 신호를 전환하고, 해당 컨트롤러의 마지막 릴레이 스위치 #20(411a)에 검사 완료 신호를 검지한 후, 컨트롤러의 통제권은 릴레이 순차 제어 컨트롤러 #2 (420)로 이관되고 계속해서 릴레이 스위치에 순차적으로 신호를 가하게 된다.

이와 같이 진행된 릴레이 스위치의 작동은 세 번째 릴레이 순차 제어 컨트롤러(430)에서도 릴레이 스위치를 작동시키게 되며, 마지막으로 작동된 릴레이 스위치 #20(431b) 작동 후, 다음 컨트롤러가 대기하고 있지 않음을 감지한 릴레이 순차 제어 컨트롤러#3(430)은 순차 수행의 통제권을 측정 장치(112)의 컨트롤러에 되돌려주게 된다.

상기 도 4를 응용하면, 실제 무정전 전원 장치의 설치 개소 단위로 컨트롤러 하나씩을 설치할 수 있으며, 이에 따라 한 개소에 컨트롤러에서 수용 가능한 배터리의 수를 초과하는 경우 이를 극복할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 감시 절차를 설명하 기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 배터리 감시 절차를 나타낸 흐름도이다. 상기 도 5를 참조하면, 먼저 제어부 PC에 등록된 시간이 되면 1일 1회 또는 수회씩 측정 장치에 배터리를 검사하도록 명령(S501)을 하달하게 된다. 이때, 상기 측정 장치에서는 측정할 배터리를 순차적으로 선택(S502)하고, 스위치 장치로 측정할 배터리까지 측정 회선에 대한 연결을 명령(S503)하게 된다.

상기 명령에 따라 상기 스위치 장치에서는 측정할 배터리까지 릴레이 스위치를 동작하여 각각의 회선을 연결(S504)하게 되며, 측정 목표 배터리에 가장 적합한 주파수를 모니터링(S505)하게 된다.

그런 다음, 상기 측정 장치에서는 임피던스에 대한 순차적 측정 방법으로서 선별한 복수 중첩 정현파 방법(Selected Multi-wave method)을 사용하여 그 반응파를 라플라스 변환(FLT)의 방법으로 값을 구하기 위하여 연축전지에 소정의 미세한 신호(예컨대, 10~40 mV)를 인가(S506)하게 된다.

상기 측정 장치에서는 상기에서 인가된 신호에 따라 응답 신호를 검출(S507)해내고, 상기 검출된 응답 신호로부터 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출(S508)하게 된다. 마지막으로 상기 산출된 임피던스 함수값으로부터 배터리의 불량 여부를 판단(S509)하게 된다. 이때, 상기 측정 장치에서는 상기 과정에 의해 응답 신호를 검출할 뿐만아니라 배터리의 기본 데이터인 전압, 전류, 온도 등의 값도 추가적으로 측정할 수가 있다.

한편, 측정할 배터리가 복수 개이므로 상기 산출된 임피던스 함수 결과를 제 어부에 송신하고, 추가로 연결된 배터리의 존재 유무를 확인하여, 측정해야 할 배터리가 더 남아 있으면 상기 과정들을 측정해야 할 배터리가 더 이상 없을 때까지 반복하여 수행하게 된다.

또한, 상기 측정 장치에서는 수신한 임피던스 함수값을 정상적인 배터리의 임피던스값과 비교하여 측정한 배터리의 불량 여부를 판정하고, 상기 판정한 결과를 제어부 PC의 데이터베이스에 저장하거나, 이를 호스트 컴퓨터에 전송할 수도 있다. 따라서, 상기 호스트 컴퓨터에서는 수신된 결과 중에서 불량한 배터리가 발견되면 관리자에게 알려주고 정비 보수 회사에 통보함으로써 적절하고 신속한 조치를 취할 수가 있게 된다.

이하, 도 6을 참조하여, 상기 도 5의 S508 단계에서 수행하는 검출된 응답 신호로부터 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출하는 방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 응답 신호로부터 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출하는 절차를 나타낸 흐름도이다. 상기 도 6을 참조하면, 먼저 상기 도 5에서 상술한 과정에 따라 검출된 응답 신호로부터 직류(DC) 바이어스를 제거(S601)하게 된다.

그런 다음, 상기의 직류(DC) 바이어스가 제거된 응답 신호를 가변 주파수 필터링(S602) 하고, 상기 필터링된 응답 신호를 원하고자 하는 샘플링 속도의 디지털 신호로 변환(S603)하게 된다.

상기 인가 신호와 상기 디지털 신호로 변환된 상기 응답 신호는 라플라스 변 환(Laplace’s Transformation)을 이용하여 해석 가능한 매개 함수로 근사(S604)시키게 되며, 이와 같이 근사된 매개 인자의 값을 사용하여 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출(S605)하게 된다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 배터리에 인가된 AC파형의 반향파를 검출하여 짧은 시간 내에 임피던스를 측정하고, 측정된 배터리들의 개별적 결과를 호스트 컴퓨터로 전송하여 관리자로 하여금 인지되고 분석하게 함으로써, 배터리의 수명과 관련된 정보들을 사전에 인지하고 조기에 각 배터리의 교체를 실행할 수 있게 되는 장점이 있다.

또한, 상기한 방법에 따라 불량 배터리의 혼재를 조기에 선별하여 양호한 배터리로 불량 상태가 전이되거나 유기되는 현상을 막아 UPS의 안정성을 높여 가용 장비들의 운용력을 향상시킬 수 있게 되는 장점이 있다. 특히, 배터리 시험을 목적으로 UPS에 연결된 장비들을 정지시킬 필요 없이 운영 상태에서 즉시 결과를 얻어낼 수 있어 가동 장비의 서비스 중단 없이 배터리의 양호상태를 확인할 수 있다는 데 장점을 가지며, 교체를 요구하는 필요한 배터리만 한정되어 교체할 수 있으므로, 폐배터리의 양산을 막아 환경오염을 줄일 수 있게 되는 장점이 있다.

Claims

교류 전원의 정전시 내장된 배터리군의 방전에 의하여 안정적인 전원 공급을 수행하는 무정전 전원 장치에서의 각 배터리를 감시하기 위한 배터리 감시 시스템에 있어서,

상기 무정전 전원 공급 장치의 각 배터리의 기초 정보를 파악하고, 교류 펄스를 상기 각 배터리로 인가하여 임피던스를 측정하는 역할을 수행하는 측정 장치; 및

상기 측정 장치에서 정보를 수집할 수 있도록 하기 위하여 상기 무정전 전원 공급 장치의 배터리함에 담긴 각 배터리의 단자를 순차적으로 계측하게 하는 역할을 수행하는 하나 이상의 스위치부들을 포함하는 스위치 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 배터리 감시 시스템은,

상기 스위치 장치 및 측정 장치를 통해 계측된 데이터 및 감시 결과를 수집하여 사용자가 용이하게 인지할 수 있도록 모니터를 통해 디스플레이하기 위한 화면 및 통계 형태로 가공하는 제어 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템.
제2항에 있어서, 상기 시스템은,

상기 제어 장치와 케이블로 연결되며, 상기 제어 장치로부터 상기 각 배터리의 이상 유무를 포함하는 분석 결과를 제공받아 디스플레이하는 모니터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템.
제1항에 있어서, 상기 측정부는,

상기 배터리의 구동 특성을 측정하기 위하여 상기 배터리에 인가되는 신호를 출력하는 중앙 처리부;

상기 중앙 처리부에서 출력되는 신호의 대역폭을 제한하여 상기 배터리로 출력시키는 주파수 대역폭 제어기;

상기 배터리로 인가되는 신호에 따라 상기 배터리로부터 출력되는 전압을 검출하는 전압 검출기;

상기 배터리로 인가되는 신호에 따라 상기 배터리로부터 출력되는 전류를 검출하는 전류 검출기;

상기 전압 검출기로부터 검출된 아날로그 전압 값을 디지털로 변환시켜 상기 중앙 처리부로 제공하는 전압 디지털 변환기; 및

상기 전압 검출기로부터 검출된 아날로그 전류 값을 디지털로 변환시켜 상기 중앙 처리부로 제공하는 전류 디지털 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정 전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템.
제4항에 있어서, 상기 측정 장치는,

상기 중앙 처리부에서 출력되는 신호를 교류 성분의 인가 신호로 변환시켜 상기 주파수 대역폭 제어기로 제공하는 교류 발생기; 및

상기 중앙 처리부에서 출력되는 신호로부터 직류 성분의 인가 신호를 생성하여 상기 주파수 대역폭 제어기로 제공하는 바이어스 공급기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템.
제5항에 있어서, 상기 측정 장치는,

상기 교류 발생기에서 발생하는 교류 성분의 최대 전압치를 안정된 전압으로 감소시키는 보정기; 및

상기 바이어스 공급기를 통하여 공급된 직류 성분에서의 진동을 제거하기 위한 바이어스 변환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템.
제4항에 있어서, 상기 측정 장치는,

상기 중앙 처리부로부터 보정 신호를 인가받아 상기 전압 검출기로부터 검출된 신호와 합성하는 바이어스 전압 보상기; 및

상기 중앙 처리부로부터 보정 신호를 인가받아 상기 전류 검출기로부터 검출된 신호와 합성하는 바이어스 전류압 보상기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 시스템.
교류 전원의 정전시 내장된 배터리군의 방전에 의하여 안정적인 전원 공급을 수행하는 무정전 전원 장치에서의 각 배터리를 감시하기 위한 배터리 감시 방법에 있어서,

측정할 상기 배터리를 순차적으로 선택하고, 측정할 배터리까지 측정 회선에 대한 연결을 명령하는 단계;

상기 명령에 따라 측정할 배터리까지 릴레이 스위치를 동작하여 각각의 회선을 연결하고, 측정 목표 배터리에 가장 적합한 주파수를 모니터링하는 단계;

상기 배터리에 소정의 미세한 신호를 인가하는 단계;

상기 인가된 신호에 따라 응답 신호를 검출하는 단계;

상기 검출된 응답 신호로부터 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출하는 단계; 및

상기 산출된 임피던스 함수값으로부터 배터리의 불량 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 방법.
제8항에 있어서, 상기 불량 여부 판단 이후에,

상기 배터리의 불량 여부 판단 결과를 호스트 컴퓨터에 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 방법.
제8항에 있어서, 상기 검출된 응답 신호로부터 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출하는 단계는,

상기 검출된 응답 신호로부터 직류 바이어스를 제거하는 단계;

상기 직류 바이어스가 제거된 응답 신호를 가변 주파수 필터링하는 단계;

상기 필터링된 응답 신호를 원하고자 하는 샘플링 속도의 디지털 신호로 변환하는 단계;

상기 인가 신호와 상기 디지털 신호로 변환된 상기 응답 신호를 해석 가능한 매개 함수로 근사하는 단계; 및

상기 근사된 매개 인자의 값을 사용하여 주파수 영역의 임피던스 함수를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치를 위한 배터리 감시 방법.