KR20110084754A - 센싱보드가 내장된 배터리팩과 그것을 채용한 전력저장시스템 - Google Patents

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Abstract

배터리팩과 그것을 이용하는 전력저장시스템이 개시된다. 개시된 배터리팩에서는 충전 가능한 배터리를 포함한 배터리부와, 배터리에서 측정된 상태 정보를 처리하는 센싱보드 및, 배터리와 센싱보드를 상태 정보가 전송될 수 있게 연결하는 하네스 와이어가 한 본체 안에 구비된다. 이러한 구조에 의하면 센싱보드가 배터리팩 안에 내장되어 있어서 하네스 와이어의 길이를 대폭 줄일 수 있으며, 이로 인해 하네스 와이어의 저항이 감소하므로 정확한 배터리 정보를 BMS에 전달할 수 있게 된다.

Description

센싱보드가 내장된 배터리팩과 그것을 채용한 전력저장시스템{Battery pack including sensing board and energy storage system using the same}
본 발명의 실시예는 복수의 전지가 연결된 배터리팩과 그것을 채용한 전력저장장치에 관한 것이다.
배터리팩은 복수개의 배터리를 연결하여 만든 저장장치로서, 예컨대 전력을 각 배터리에 저장했다가 필요 시 사용하게 해주는 전력저장시스템의 저장장치로서 사용될 수 있다.
이러한 전력저장시스템의 저장장치는 배터리팩을 하나만 사용하는 것이 아니라 여러 개를 연결해서 사용하기 때문에, 여러 개의 배터리팩을 원활하게 운영할 수 있도록 각 배터리팩의 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 모니터링하고 제어하기 위한 배터리관리부(Battery Management System;이하 BMS라 칭함)를 구비하고 있다.
또한, 배터리팩에는 각 배터리의 상태 정보 신호용 전송 라인인 하네스 와이어(harness wire)가 마련되어 있고, 상기 BMS와 상기 하네스 와이어 사이에는 센싱보드가 설치되어 있어서 상기 하네스 와이어를 통해 전송된 각 배터리의 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 상기 BMS로 중계한다.
그런데, 기존에는 상기 센싱보드가 배터리팩의 외부에 설치되어 있었기 때문에 각 배터리와 센싱보드를 연결하는 하네스 와이어의 길이가 길어질 수밖에 없었다. 이렇게 하네스 와이어의 길이가 길어지게 되면 저항이 증가하기 때문에 센서에서 측정된 정보에 오차가 커지게 되어 BMS가 정확한 제어를 하기 어려워진다.
또한, 배터리팩 외부에 설치된 센싱보드는 대개 BMS 안에 일체로 구성되는데, 이렇게 되면 된 배터리 용량을 확장할 필요가 있을 때 센싱보드와 BMS의 수를 모두 늘려야 하기 때문에 그만큼 제품의 가격이 높아지게 된다.
따라서, 이러한 단점들을 해소할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 각 배터리의 신호를 센싱보드로 전송하는 하네스 와이어의 길이를 줄여서 저항 증가에 의한 신호 오차의 문제를 해소하고, 또한 용량 증가 시의 가격 부담도 해소할 수 있도록 개선된 배터리팩과 그것을 채용한 전력저장시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩은 충전 가능한 배터리를 포함한 배터리부와, 상기 배터리에서 측정된 상태 정보를 처리하는 센싱보드 및, 상기 배터리와 상기 센싱보드를 상기 상태 정보가 전송될 수 있게 연결하는 하네스 와이어를 한 본체 안에 구비한다.
여기서, 상기 센싱보드는 상기 상태 정보를 아날로그/디지털 변환하여 그 상위 제어부로 전송할 수 있다.
상기 상태 정보는 상기 배터리팩의 전압, 전류, 온도 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 배터리는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadimium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전력저장시스템은 충전 가능한 배터리를 구비한 배터리팩과, 상기 배터리팩의 상태를 제어하는 배터리관리부(BMS)와, 상기 배터리팩과 주변 장치와의 전력 수급을 통제하는 전력관리부(PMS)를 포함하며, 상기 배터리팩에는, 상기 배터리에서 측정된 상태 정보를 상기 배터리관리부(BMS)로 중계하는 센싱보드 및, 상기 복수의 배터리와 상기 센싱보드를 상기 상태 정보가 전송될 수 있게 연결하는 하네스 와이어가 한 본체 안에 더 구비된다.
여기서, 상기 센싱보드는 상기 상태 정보를 아날로그/디지털 변환하여 상기 배터리관리부(BMS)로 전송할 수 있다.
상기 배터리관리부(BMS)는 상기 상태 정보를 상기 전력관리부(PMS)로 전송하고, 그 전력관리부(PMS)의 통제에 따라 상기 배터리부의 충전과 방전을 제어할 수 있다.
상기 상태 정보는 상기 배터리팩의 전압, 전류, 온도 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 배터리는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadimium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 주변 장치는, 전력을 생성하여 상기 전력관리부(PMS)로 공급하는 발전 시스템과, 상기 전력관리부(PMS)로 상용 전력을 공급하는 상용 계통과, 상기 전력관리부(PMS)에서 공급된 전력을 소모하는 부하를 포함할 수 있다.
상기 발전 시스템은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 상용 계통은 발전소, 변전소, 송전선을 포함할 수 있다.
상기 부하는 가정, 공장 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리팩은 센싱보드가 배터리팩 안에 내장되어 있어서 하네스 와이어의 길이를 대폭 줄일 수 있으며, 이로 인해 하네스 와이어의 저항이 감소하므로 정확한 배터리 정보를 BMS에 전달할 수 있게 된다.
또한, 센싱보드와 BMS가 분리되어 있어서 용량을 증가시키더라도 BMS의 수는 늘일 필요가 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력저장시스템과 주변 접속 장치의 연결 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력저장시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 전력저장시스템의 변형 가능한 예를 보인 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 배터리팩과 전력저장시스템을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩이 채용된 전력저장시스템(100)의 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 전력저장시스템(100)은 전력관리부(Power Management Sytem;이하 PMS라 칭함)(110)와 배터리관리부(Battery Management Sytem;이하 BMS라 칭함)(120) 및 배터리팩(130)을 포함하여 구성되며, 발전 시스템(160), 상용 계통(140) 및 부하(150)와 접속된다.
먼저, 전력관리부(110)는 발전 시스템(160)으로부터 발전한 전력을 입력받아서, 이를 상용 계통(140)에 전달하거나, 배터리팩(130)에 저장하거나, 부하(150)에 공급하는 전체적인 전력 수급의 통제 기능을 수행한다. 즉, 전력관리부(110)는 발전 시스템(160)에서 발전한 전력을 배터리팩(130)에 저장하고, 발전한 전력을 상용 계통(140)으로 보낼 수 있고, 부하(150)에 공급할 수도 있다. 또한 배터리팩(130)에 저장된 전력을 상용 계통(140)으로 전달하거나 부하(150)에 공급할 수 있고, 상용 계통(140)에서 공급된 전력을 배터리팩(130)에 저장할 수 있다. 또한, 전력관리부(110)는 이상 상황, 예를 들면 상용 계통(140)의 정전 발생 시에는 UPS(Uninterruptible Power Supply, 이하 UPS라 칭함) 동작을 수행하여 부하(150)에 전력을 공급할 수 있고, 상용 계통(140)이 정상인 상태에서도 발전 시스템(160)이 발전한 전력이나 배터리팩(130)에 저장되어 있는 전력을 부하(150)로 공급할 수 있다.
또한, 전력관리부(110)는 발전한 전력을 배터리팩(130)에 저장하기 위한 전력 변환, 상용 계통(140) 또는 부하(150)에 공급하기 위한 전력 변환, 상용 계통(140)의 전력을 배터리팩(130)에 저장하기 위한 전력 변환 기능을 수행하고, 배터리팩(130)에 저장된 전력을 상용 계통(140) 또는 부하(150)에 공급하기 위한 전력 변환 기능을 함께 수행할 수 있다. 예를 들면 배터리팩(130)의 DC전압을 부하(150)에 공급할 때 AC전압으로 변환한다. 또한, 배터리팩(130), 상용 계통(140), 부하(150)의 상태를 감시하여 발전 시스템(160)으로부터 발전된 전력 또는 상용 계통(140)으로부터 공급된 전력, 배터리팩(130)에 저장된 전력을 분배할 수 있다.
다음으로, 전력저장시스템(100)의 BMS(120)와 배터리팩(130)을 설명하기 전에, 이 시스템(100)에 연결된 주변 접속 장치를 먼저 설명한다.
우선, 발전 시스템(160)은 전기 에너지를 발전하여 전력관리부(110)로 출력한다. 발전 시스템(160)은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 일 수 있으며, 그밖에 태양열, 지열 등과 같은 신 재생 에너지(renewable energy)를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 발전 시스템을 모두 포함할 수 있다. 특히, 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양 전지는, 각 가정 또는 공장 등에 설치하기 용이하여 전력저장시스템에 적용하기에 적합하다.
상용 계통(140)은 발전소, 변전소, 송전선 등을 구비하고, 상용 계통(140)은 정상 상태일 때 배터리팩(130) 또는 부하(150)로 전력을 공급하고, 발전 시스템(160)이나 배터리팩(130)로부터 전력을 공급받는다. 상용 계통(140)이 이상 상태, 예를 들면 정전, 전기 공사 등으로 인한 비정상 상태인 경우, 상용 계통(140)으로부터 배터리팩(130) 또는 부하(150)로의 전력 공급은 중단되고, 발전 시스템(160)이나 배터리팩(130)로부터 상용 계통(140)으로의 전력 공급 또한 중단된다.
부하(150)는 발전 시스템(160)으로부터 발전된 전력, 배터리팩(130)에 저장된 전력, 또는 상용 계통(140)으로부터 공급된 전력을 소비하는 것으로서, 예를 들면 가정, 공장 등일 수 있다.
다음으로 상기 전력저장시스템(100)의 BMS(120)와 배터리팩(130)을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
먼저, BMS(120)는 배터리팩 (130)에 연결되고, PMS(110)의 통제에 따라 배터리팩(130)의 충전과 방전 동작을 제어한다. 배터리팩(130)으로부터 방전 전력 및 배터리팩(130)로의 충전 전력은 BMS(120)를 통해서 전달된다. 또한, BMS(120)는 배터리팩(130)을 보호하기 위하여, 과충전보호기능, 과방전보호기능, 과전류보호기능, 과열보호기능, 셀밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, BMS(120)는 후술하는 하네스 와이어(133)와 센싱보드(132)를 통해 배터리부(131)의 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 입력받아서 잔여 전력량, 수명 등을 모니터링 할 수 있다.
이와 같이 BMS(120)는 배터리부(131)의 상태 정보를 PMS(110)에 전송하고, PMS(110)의 통제에 따라 배터리팩(130)의 충전 또는 방전 동작을 제어한다.
그리고, 상기 배터리팩(130)은 전력관리부(110)의 통제에 따라 공급된 전력을 저장한다. 여기서, 공급 전력은 발전 시스템(160)으로부터 발전된 전력을 변환한 전력이거나, 상용 계통(140)으로부터 공급된 상용 전력을 변환한 전력이 될 수 있다. 배터리팩(130)에 저장된 전력은 전력관리부(110)의 제어에 따라 상용 계통(140)에 공급할 수 있고, 부하(150)에 공급할 수도 있다.
상기 배터리팩(130)은 도 2에 도시된 바와 같이, 충전과 방전이 가능한 복수의 배터리(131a)를 구비한 배터리부(131)와, 상기 배터리부(131)의 상태 정보 신호용 전송 라인인 하네스 와이어(133) 및, 하네스 와이어(133)를 통해 들어온 신호를 BMS(120)로 중계하는 센싱보드(132)를 포함한다. 이 배터리팩(130)은 도 1에 간단한 블록으로 도시한 것과 같이 하나가 구비될 수도 있지만, 대용량을 구현하기 위해서는 도 2와 같이 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용될 수 있다.
상기 복수의 배터리(131a)는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadimium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery)일 수 있다.
상기 하네스 와이어(133)는 배터리부(131)의 각 배터리(131a)에서 측정된 전압, 전류 및 온도 등의 상태 정보 신호를 센싱보드(132)로 전송하기 위한 신호 전송 라인을 형성한다. 따라서, 예컨대 상기 하네스 와이어(133)의 단부에 설치된 센서(미도시)를 통해 상기 상태 정보 신호가 측정되면 그 신호는 하네스 와이어(133)를 통해 센싱보드(132)에 아날로그 신호로서 전달된다. 상기 센서로는 전압, 전류 측정용인 경우 상기 하네스 와아어(133)의 단부에 마련되어 각 배터리(131a)의 전극에 접속되는 단자가 될 수 있고, 온도 측정용인 경우 하네스 와이어(133) 단부에 설치된 써미스터가 될 수도 있다. 즉, 원하는 아날로그 측정값을 얻을 수 있는 센서라면 하네스 와이어(133)에 적절히 연결해서 사용될 수 있다. 이렇게 하네스 와이어(133)를 통해 들어온 아날로그 신호는 상기 센싱보드(132)에서 디지털 신호로 변환되며, 디지털 신호로 변환된 신호가 상기 BMS(120)로 중계되어 배터리팩(130)을 제어하는 데이터로 사용되는 것이다.
여기서, 본 실시예의 구조에서는 아날로그 신호가 전송되는 하네스 와이어(133)의 길이가 매우 짧게 구성될 수 있다. 즉, 하네스 와이어(133)가 연결하는 배터리부(131)와 센싱보드(132)가 모두 배터리팩(130)의 본체 안에 일체로 구비되어 있기 때문에, 기존에 센싱보드(132)가 BMS(120) 안에 설치되는 구조에 비해 길이가 매우 짧아진다. 이렇게 되면 하네스 와이어(133)의 저항이 작아지기 때문에 상태 정보인 전압, 전류, 온도 등의 아날로그 신호가 정확하게 센싱보드(132)에 전달될 수 있고, 이렇게 정확한 아날로그 신호로부터 변환된 디지털 신호를 받은 BMS(120)도 더 정확한 제어를 할 수 있게 된다. 즉, 아날로그 신호가 전달되는 하네스 와이어(133)의 저항 감소로 인해 더 정확한 배터리팩(130)의 상태 측정과 제어가 가능해지는 것이다.
한편, 이와 같이 센싱보드(132)를 배터리팩(130)에 일체로 내장시키게 되면, 전력저장장치(100)의 충전 용량을 증가시킬 때에도 부담을 줄일 수 있다. 예를 들어서 도 2와 같이 배터리팩 7개 정도를 구비하고 있던 시스템을 도 3과 같이 두 배로 늘여서 14개 정도로 충전 용량을 증가시키는 경우를 생각해볼 수 있다. 이때 기존의 경우라면 센싱보드(132)가 BMS(120) 안에 들어가 있기 때문에, 배터리팩(130)이 늘어나는 만큼 센싱보드(132)가 늘어나야 되고, 따라서 센싱보드(132)가 설치된 BMS(120)도 추가해야 된다. 그러면 센싱보드(132)와 BMS(120)의 수가 같이 늘어나게 되므로 이를 구현하는데 드는 비용이 적지 않은 부담으로 작용된다.
그러나, 본 실시예와 같이 센싱보드(132)를 배터리팩(130)에 내장시키면, 배터리팩(130)이 늘어날 때 그 안에 내장된 센싱보드(132)도 같이 늘어나므로 BMS(120)까지 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 전력저장시스템(100)의 충전 용량을 증가시킬 때 가격 상승의 부담에서 좀 더 자유로워질 수 있다.
결론적으로, 센싱보드(132)를 내장한 본 실시예의 배터리팩(130)를 사용하면 하네스 와이어(133)의 길이 단축에 의한 저항 감소로 정확한 신호 전달이 가능해지고, 또한 용량 증가 시에도 가격 상승의 부담을 덜 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100...전력저장시스템 110...전력관리부(PMS)
120...배터리관리부(BMS) 130...배터리팩
131...배터리부 132...센싱보드
133...하네스 와이어 140...상용 계통
150...부하 160...발전 시스템

Claims (13)

  1. 충전 가능한 배터리를 포함한 배터리부와,
    상기 배터리에서 측정된 상태 정보를 처리하는 센싱보드 및,
    상기 배터리와 상기 센싱보드를 상기 상태 정보가 전송될 수 있게 연결하는 하네스 와이어를 한 본체 안에 구비한 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱보드는 상기 상태 정보를 아날로그/디지털 변환하여 그 상위 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상태 정보는 상기 배터리팩의 전압, 전류, 온도 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadimium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
  5. 충전 가능한 배터리를 구비한 배터리팩과,
    상기 배터리팩의 상태를 제어하는 배터리관리부(BMS)와,
    상기 배터리팩과 주변 장치와의 전력 수급을 통제하는 전력관리부(PMS)를 포함하며,
    상기 배터리팩에는, 상기 배터리에서 측정된 상태 정보를 상기 배터리관리부(BMS)로 중계하는 센싱보드 및, 상기 복수의 배터리와 상기 센싱보드를 상기 상태 정보가 전송될 수 있게 연결하는 하네스 와이어가 한 본체 안에 더 구비된 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센싱보드는 상기 상태 정보를 아날로그/디지털 변환하여 상기 배터리관리부(BMS)로 전송하는 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리관리부(BMS)는 상기 상태 정보를 상기 전력관리부(PMS)로 전송하고, 그 전력관리부(PMS)의 통제에 따라 상기 배터리부의 충전과 방전을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 상태 정보는 상기 배터리팩의 전압, 전류, 온도 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 배터리는 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadimium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 주변 장치는, 전력을 생성하여 상기 전력관리부(PMS)로 공급하는 발전 시스템과, 상기 전력관리부(PMS)로 상용 전력을 공급하는 상용 계통과, 상기 전력관리부(PMS)에서 공급된 전력을 소모하는 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 발전 시스템은 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템, 조력 발전 시스템 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 상용 계통은 발전소, 변전소, 송전선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 부하는 가정, 공장 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력저장시스템.
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