KR20130020626A - 축전지 상태 및 부하 전력을 고려한 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법 - Google Patents

축전지 상태 및 부하 전력을 고려한 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축전지 상태 및 부하 전력을 고려한 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 주요 장치에 장애가 발생했을 경우에 축전지 상태 및 부하 전력을 고려하여 축전지를 구성 및 운영하여 무순단으로 대체 전력을 공급함으로써, 전원 공급의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 고전압 직류 전원 공급 장치에 있어서, 교류를 정류하여 직류로 변환하기 위한 정류기; 상기 정류기로부터의 전력을 복수의 부하 장비로 분배하기 위한 전력 분배기; 상기 정류기로부터의 전원을 충전하였다가 상기 전력 분배기로 방전하기 위한 축전지; 상기 복수의 부하 장비에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하기 위한 부하 전력 측정기; 상기 축전지의 상태를 측정 및 관리하기 위한 축전지 성능 감시기; 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 축전지의 상태에 따라 축전지 선택기를 제어하기 위한 축전지 제어기; 및 상기 축전지 제어기의 제어에 따라 상기 축전지의 연결 상태를 선택하기 위한 상기 축전지 선택기를 포함한다.

Description

축전지 상태 및 부하 전력을 고려한 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법{HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT POWER FEEDING APPARATUS CONSIDERING BATTERY STATES AND LOAD POWER, AND ITS METHOD}
본 발명은 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주요 장치에 장애가 발생했을 경우에 축전지 상태 및 부하 전력을 고려하여 축전지를 구성 및 운영하여 무순단으로 대체 전력을 공급함으로써, 전원 공급의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
다수의 컴퓨터 서버, 스위치, 라우터 등과 같은 통신 및 데이터 장치들로 구성된 인터넷 데이터 센터는 수많은 사용자 시설로 전력을 공급하기 때문에 그 무엇보다도 높은 에너지 효율을 필요로 한다. 또한, 어떠한 전력상의 장애에도 불구하고 사용자 시설에 전력을 공급할 수 있는 예비 방안을 제공함으로써, 높은 신뢰도를 보장할 수 있어야 한다.
신뢰성 향상을 위해서 기존의 교류 전원 장치는 상용 외부 교류 전원 공급의 장애를 대비하여 무정전 전원 공급 장치인 UPS(Uninterruptible Power Supply)를 사용하였다. 여기서, UPS는 외부 전원 공급에 문제가 발생했을 경우에 자체 운영하고 있는 축전지를 방전시킴으로써, 사용자 시설에 무순단으로 전력을 공급한다. 이때, 축전지를 항시 대기시키기 위해서 UPS는 AC/DC(Alternating Current/Direct Current) 정류기로부터 DC 전력을 공급받아 축전지를 충전하고, 다시 DC/AC 인버터를 통해서 사용자 시설에 AC 전력을 공급한다. AC 전원을 공급받은 사용자 시설은 AC를 DC로 변환하고, 각 부품에 사용할 수 있도록 DC/DC 강압 장치를 보유한다. 이와 같이 UPS를 사용하는 종래 방식은 다수의 AC/DC 및 DC/AC 변환 과정에서 에너지가 불가피하게 낭비되고 있다.
따라서 에너지 효율성을 높이기 위해서 고전압 직류 전원 공급 장치가 필요하다. 여기서, 고전압은 통상 260V~400V의 전압 운영 범위를 의미하며, AC/DC 정류기를 통해서 제공되는 고전압 직류 전원을 별도의 전압 강하 없이 바로 사용자 장치로 제공할 수 있다. 고전압 직류 전원 공급 장치는 UPS 대신에 AC/DC 정류기와 축전지로 구성되며, 고전압의 DC 전력을 사용자 시설로 바로 제공한다. 이러한 종래의 고전압 직류 전원 공급 장치를 사용하는 경우에는 다수의 AC/DC 및 DC/AC 변환 과정이 생략됨으로써, 높은 에너지 효율을 얻을 수 있게 된다.
이러한 종래의 고전압 직류 전원 공급 장치에서도 외부 AC 전원 공급에 장애가 발생하거나, AC/DC 정류기 등의 내부 구성 장치에 장애가 발생할 경우를 대비하기 위해서, 기존의 AC 전원 공급 장치에서 사용하는 UPS와 유사하게 예비 축전지를 구성 및 운영한다.
전원 공급 장치에서 사용되는 축전지와 관련한 종래 기술을 예를 들어 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 제 1 종래 기술은 병렬로 구성된 무정전 전원 시스템(UPS)에서 장애가 발생하더라도 부하에 무순단으로 전력을 공급할 수 있도록 축전지 병렬 운전반을 구성 및 운영한다. 그러나 제 1 종래 기술은 축전지의 병렬 운전 기술에 관한 것으로, 그 외의 다른 운영 방식에 대해서는 언급되어 있지 않다.
한편, 제 2 종래 기술은 메인 축전지와 보조 축전지를 직렬로 연결하여 메인 축전지의 사용 용량을 증대하도록 한다. 그러나 제 2 종래 기술은 보조 축전지의 역할을 메인 축전지의 보조 역할로서 한정하고 있다.
그러나 상기와 같은 제 1 및 제 2 종래 기술은, 장애가 장기간 지속될 경우에 제한적인 축전지 용량으로 인해서 부하(사용자 시설)에 충분히 전력을 공급하지 못할 수 있는 문제점, 및 축전지의 수명이 다해감에 따라 축전지의 출력 전압이 낮아지는 상황이 발생하여 종단 전압에 이르면 축전지를 교체할 수밖에 없어서 경제적인 측면이나 운영 측면에서 비효율인 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 주요 장치에 장애가 발생했을 경우에 축전지 상태 및 부하 전력을 고려하여 축전지를 구성 및 운영하여 무순단으로 대체 전력을 공급함으로써, 전원 공급의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 주요 장치에 장애가 발생했을 경우에 대체 전원으로서 축전지를 사용하되, 1차 축전지 또는 1차 축전지와 2차 축전지를 구비하고, 1차 축전지의 용량이 충분하고 정상적인 상황이면 1차 축전지로부터 대체 전력을 부하에 제공하고, 1차 축전지의 용량이 부하에 제공하려는 용량에 미치지 못하는 경우에는 2차 축전지를 병렬로 연결해서 대체 전력을 제공하고, 1차 축전지의 출력 전압이 정상치에 미치지 못하면 2차 축전지를 직렬로 연결해서 그 부족분을 공급함으로써, 전원 공급의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 고전압 직류 전원 공급 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 고전압 직류 전원 공급 장치에 있어서, 교류를 정류하여 직류로 변환하기 위한 정류기; 상기 정류기로부터의 전력을 복수의 부하 장비로 분배하기 위한 전력 분배기; 상기 정류기로부터의 전원을 충전하였다가 상기 전력 분배기로 방전하기 위한 축전지; 상기 복수의 부하 장비에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하기 위한 부하 전력 측정기; 상기 축전지의 상태를 측정 및 관리하기 위한 축전지 성능 감시기; 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 축전지의 상태에 따라 축전지 선택기를 제어하기 위한 축전지 제어기; 및 상기 축전지 제어기의 제어에 따라 상기 축전지의 연결 상태를 선택하기 위한 상기 축전지 선택기를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 고전압 직류 전원 공급 장치에 있어서, 교류를 정류하여 직류로 변환하기 위한 정류기; 상기 정류기로부터의 전력을 복수의 부하 장비로 분배하기 위한 전력 분배기; 상기 정류기로부터의 전원을 충전하였다가 상기 전력 분배기로 방전하기 위한 1차 및 2차 축전지; 상기 복수의 부하 장비에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하기 위한 부하 전력 측정기; 상기 1차 및 2차 축전지의 상태를 측정 및 관리하기 위한 축전지 성능 감시기; 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 1차 및 2차 축전지의 상태에 따라 1차 축전지 선택기 및 2차 축전지 선택기를 제어하기 위한 축전지 제어기; 상기 축전지 제어기의 제어에 따라 상기 1차 축전지의 연결 상태를 선택하기 위한 상기 1차 축전지 선택기; 및 상기 축전지 제어기의 제어에 따라 상기 2차 축전지의 연결 상태를 선택하기 위한 상기 2차 축전지 선택기를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 고전압 직류 전원 공급 방법에 있어서, 복수의 부하 장비에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하는 부하 전력 측정 단계; 축전지의 상태를 측정 및 관리하는 축전지 성능 감시 단계; 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 축전지의 상태에 따라 축전지 선택기를 제어하는 축전지 제어 단계; 및 상기 축전지 제어 단계의 제어에 따라 상기 축전지의 연결 상태를 선택하는 축전지 선택 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 고전압 직류 전원 공급 장치가 무순단으로 사용자 시설(부하)에 전력을 공급할 수 있도록 축전지를 구성 및 운영하는 다양한 방법을 제공할 수 있다.
그리고 종래에는 장애가 장기간 지속될 경우에 제한적인 축전지 용량으로 인해서 부하(사용자 시설)에 충분히 전력을 공급하지 못할 수도 있으나, 본 발명에서는 1차 축전지 또는 1차 축전지와 2차 축전지를 이용해서 부하에 충분한 전력을 공급할 수 있다.
그리고 축전지의 수명이 다해감에 따라 축전지의 출력 전압이 낮아지는 상황이 발생할 수 있다. 그에 따라, 종래에는 종단 전압에 이르면 축전지를 교체할 수밖에 없어서 경제적인 측면이나 운영 측면에서 비효율적이었으나, 본 발명에서는 2차 축전지를 이용해서 1차 축전지의 부족한 출력 전압을 승압시켜 해당 축전지를 더 사용할 수 있어, 경제적인 효과 및 장비 효율성을 향상시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명은 축전지를 운영함에 있어서 발생할 수 있는 다양한 상황에 맞게 즉시 대처할 수 있도록 축전지 구성 및 운영 수단을 제공함으로써, 높은 효용성 및 융통성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치의 일실시예 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치의 일실시예 상세 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치의 다른 실시예 상세 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 2차 축전지의 내부 셀들과 셀 선택기를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 6은 본 발명에 따라 부하의 전력 상태를 측정 및 관리하여 주요 장치에 장애가 발생했을 때 필요한 축전지의 개수를 산출하는 과정을 나타내는 일실시예 흐름도,
도 7은 본 발명에 따라 축전지의 상태를 측정 및 관리하여 주요 장치에 장애가 발생했을 때 필요한 축전지의 개수를 산출하는 과정을 나타내는 일실시예 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명의 기술 요지를 설명하면, 다음과 같다.
본 발명에서 1차 축전지 또는 1차 축전지와 2차 축전지를 구비하여 운영하는 것은 상기 제 2 종래 기술과 유사하지만, 상기 제 2 종래 기술은 메인 축전지의 보조 역할로서 보조 축전지의 역할을 한정하고 있다. 반면에, 본 발명에서는 2차 축전지가 1차 축전지를 완전히 대체할 수도 있고, 또는 1차 축전지를 보조할 수 있도록 조합 및 운영이 가능한 차이가 있으며, 또한 부하 전력량을 고려해서 2차 축전지를 활용할 수 있는 차이가 있다.
본 발명은 부하에서 필요로 하는 전력량과 축전지의 상태를 고려하여 1차 축전지 또는 1차 축전지와 2차 축전지를 다양한 조합으로 연결하여 부하에 소요 전력을 공급하도록 한다. 이를 위해서 축전지는 부하의 용량을 감시 및 관리하고, 축전지의 상태를 감시 및 관리하는 장치를 구비하며, 주요 장치에 장애가 발생했을 경우에 필요한 축전지 셀 수 등을 산출하여 필요한 전력을 공급할 수 있도록 축전지를 조합하여 부하에 전력을 공급하도록 한다. 본 발명에서 기술하는 축전지 운영 방안은 축전지의 수명 한계로 인해서 해당 장치를 대체 또는 개체하기 위한 상황에서도 적용이 가능하다.
이를 위하여, 본 발명은 고전압 직류 전원 공급 장치의 대체 전원으로서 축전지를 구비하되, 1차 축전지 또는 1차 축전지와 2차 축전지를 포함하며, 부하의 소요 전력량을 측정 및 관리하는 부하 전력 측정기, 축전지와 그 구성 요소인 셀의 출력 전압, 출력 전류, 내부 저항 및 내부 온도 등을 측정 및 관리하는 축전지 성능 감시기, 부하의 소요 전력량과 1차 축전지의 상태에 따라서 축전지 선택기를 제어하는 축전지 제어기, 축전지 제어기의 제어에 따라 1차 축전지 또는 1차 축전지와 2차 축전지를 조합 및 연결하는 축전지 선택기, 그리고 2차 축전지의 셀을 선택하도록 하는 셀 선택기 등을 포함한다.
그 동작을 살펴보면, 주요 장치의 장애로 인해서 대체 전원으로서 축전지를 사용할 경우에는, 먼저 1차 축전지가 부하에 충분한 전력을 공급할 수 있는지를 판단한 후에 전력을 공급한다. 만약, 불충분하다면 2차 축전지로부터 전력을 추가 공급한다. 한편, 1차 축전지의 출력 전압이 불충분하다면 2차 축전지로부터 출력 전압을 보충받도록 한다.
이때, 1차 축전지 또는 1차 축전지와 2차 축전지의 조합 및 운영은 축전지 제어기가 총괄 담당하며, 축전지 선택기를 제어함으로써 실행된다. 축전지 선택기는 축전지가 부하에 연결되는 것을 관리하므로, 축전지의 수명 한계로 인한 대체 또는 개체 시에도 스위치 등을 조절함으로써 이를 지원한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치의 일실시예 전체 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치는, 외부 AC 전원을 공급하기 위한 외부 AC 전원 공급 장치(100), 외부 AC 전원 공급 장치(100)로부터의 AC를 정류하여 DC로 변환하기 위한 AC/DC 정류기(200), AC/DC 정류기(200)로부터의 전력을 다수의 사용자 시설(부하 장비, 400)로 분배하기 위한 전력 분배기(300), 및 AC/DC 정류기(200)로부터의 전원을 충전하였다가 전력 분배기(300)로 방전하여 대체 전원 수단으로 동작하는 축전지 모듈(500)을 포함하여 이루어진다. 그 상세한 구성 및 동작은 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치의 일실시예 상세 구성도로서, 1차 축전지로 이루어진 축전지 모듈(500)의 내부 구성을 상세하게 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치는, 교류(AC)를 정류하여 직류(DC)로 변환하기 위한 AC/DC 정류기(200), AC/DC 정류기(200)로부터의 전력을 다수의 부하 장비(400)로 분배하기 위한 전력 분배기(300), AC/DC 정류기(200)로부터의 전원을 충전하였다가 전력 분배기(300)로 방전하기 위한 1차 축전지(511, 512, 51n), 다수의 부하 장비(400)에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하기 위한 부하 전력 측정기(501), 1차 축전지(511, 512, 51n)의 셀 상태를 측정 및 관리하기 위한 축전지 성능 감시기(503), 다수의 부하 장비(400)의 소요 전력량과 1차 축전지(511, 512, 51n)의 상태에 따라 1차 축전지 선택기(531)를 제어하기 위한 축전지 제어기(502), 및 축전지 제어기(502)의 제어에 따라 1차 축전지(511, 512, 51n)의 연결 상태를 선택하기 위한 1차 축전지 선택기(531)를 포함한다.
그 구성 및 동작을 좀 더 상세히 살펴보면, 다음과 같다.
상기 부하 전력 측정기(501)는 인터넷 데이터 센터 등과 같은 사용자 시설에 설치되어 있는 복수의 부하 장비(400)가 필요로 하는 소요 전력량을 측정 및 수집하여 관리한다. 이때, 부하 전력 측정기(501)는 복수의 부하 장비(400)의 소요 전력량에 따라 필요한 1차 축전지(511, 512, 51n)의 소요 용량(셀 수 등)을 산출한다.
그리고 축전지 성능 감시기(503)는 1차 축전지(511, 512, 51n)와 그 구성 요소인 축전지 셀의 출력 전압, 출력 전력, 내부 저항, 내부 온도 등을 측정 및 수집하여 관리한다. 즉, 축전지 성능 감시기(503)는 1차 축전지(511, 512, 51n)의 출력 전압, 출력 전류, 내부 저항 및 내부 온도 등과, 1차 축전지(511, 512, 51n)의 각 셀의 출력 전압, 출력 전류, 내부 저항 및 내부 온도 등을 측정 및 수집하여 관리한다.
그리고 축전지 제어기(502)는 부하 전력 측정기(501)로부터의 복수의 부하 장비(400)의 소요 전력량과 축전지 성능 감시기(503)로부터의 1차 축전지(511, 512, 51n)의 상태(출력 전압, 출력 전력, 내부 저항, 내부 온도 등)에 따라, 상기 소요 전력량을 충족시키도록 1차 축전지의 셀 모듈이 병렬 연결되도록 1차 축전지 선택기(531)를 제어한다.
그리고 1차 축전지 선택기(531)는 축전지 제어기(502)의 제어에 따라, 상기 소요 전력량을 충족시키도록 1차 축전지(511, 512, 51n)의 셀 모듈이 병렬 연결되도록 선택한다.
도 3은 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치의 다른 실시예 상세 구성도로서, 1차 축전지와 2차 축전지로 이루어진 축전지 모듈(500)의 내부 구성을 상세하게 나타내는 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 2차 축전지의 내부 셀들과 셀 선택기를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치는, 교류(AC)를 정류하여 직류(DC)로 변환하기 위한 AC/DC 정류기(200), AC/DC 정류기(200)로부터의 전력을 다수의 부하 장비(400)로 분배하기 위한 전력 분배기(300), AC/DC 정류기(200)로부터의 전원을 충전하였다가 전력 분배기(300)로 방전하기 위한 1차 축전지(511, 512, 51n) 및 2차 축전지(521, 52n), 다수의 부하 장비(400)에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하기 위한 부하 전력 측정기(501), 1차 축전지(511, 512, 51n)와 2차 축전지(521, 52n)의 셀 상태를 측정 및 관리하기 위한 축전지 성능 감시기(503), 다수의 부하 장비(400)의 소요 전력량과 1차 축전지(511, 512, 51n) 및 2차 축전지(521, 52n)의 상태에 따라 1차 축전지 선택기(531) 및 2차 축전지 선택기(532)를 제어하기 위한 축전지 제어기(502), 축전지 제어기(502)의 제어에 따라 1차 축전지(511, 512, 51n)의 연결 상태를 선택하기 위한 1차 축전지 선택기(531), 및 축전지 제어기(502)의 제어에 따라 2차 축전지(521, 52n)의 연결 상태를 선택하기 위한 2차 축전지 선택기(532)를 포함한다.
여기서, 축전지 제어기(502)는 다수의 부하 장비(400)의 소요 전력량과 1차 축전지(511, 512, 51n) 및 2차 축전지(521, 52n)의 상태에 따라 셀 선택기(504)를 제어하는 과정을 더 수행하고, 상기 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 장치는, 축전지 제어기(502)의 제어에 따라 2차 축전지(521, 52n)의 셀 모듈 내의 셀을 선택하기 위한 셀 선택기(504)를 더 포함한다.
그리고 1차 축전지(511, 512, 51n)는 주요 장치에 장애가 발생했을 경우에 복수의 부하 장비(400)로 소요 전력을 제공하고, 2차 축전지(521, 52n)는 다수의 부하 장비(400)의 소요 전력량과 1차 축전지(511, 512, 51n) 및 2차 축전지(521, 52n)의 상태에 따라 복수의 부하 장비(400)로 소요 전력을 제공하거나 1차 축전지(511, 512, 51n)와 병렬 또는 직렬로 연결되어 사용된다.
그리고 부하 전력 측정기(501)는 복수의 부하 장비(400)의 소요 전력량에 따라 필요한 1차 축전지(511, 512, 51n) 및 2차 축전지(521, 52n)의 소요 용량(2차 축전지의 셀 모듈의 수 등)을 산출한다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 부하 전력 측정기(501)는 인터넷 데이터 센터 등과 같은 사용자 시설에 설치되어 있는 복수의 부하 장비(400)가 필요로 하는 소요 전력량을 측정 및 수집하여 관리한다. 통상적으로 축전지는 장애가 발생한 상황에서 모든 부하 장비(사용자 시설)에 전력을 제공하도록 구성된다. 하지만, 때로는 축전지 용량을 증설하기 이전에 부하 장비(400)를 증설할 경우가 발생할 수도 있고, 축전지가 전력을 공급하도록 계획된 시간 이내에 장애가 해결되지 않는 경우가 발생할 수도 있다. 이와 같은 여러 상황에 대비하기 위해서 추가로 전력 용량을 제공하기 위해서 2차 축전지(521, 52n)를 사용할 수 있다. 따라서 부하 전력 측정기(501)는 1차 축전지(511, 512, 51n)가 제공하는 전력 외에 추가로 필요한 전력이 얼마인지 산출하고, 이를 위해서 필요한 2차 축전지(521, 52n)의 소요 용량이 얼마인지(셀 모듈의 수 등)를 산출하여 축전지 제어기(502)로 제공한다.
그리고 축전지 성능 감시기(503)는 1차 축전지(511, 512, 51n) 및 2차 축전지(521, 52n)와 그들의 구성 요소인 축전지 셀의 출력 전압, 출력 전력, 내부 저항, 내부 온도 등을 측정 및 수집하여 관리한다. 즉, 축전지 성능 감시기(503)는 1차 축전지(511, 512, 51n)와 2차 축전지(521, 52n)의 출력 전압, 출력 전류, 내부 저항 및 내부 온도 등과, 1차 축전지(511, 512, 51n)와 2차 축전지(521, 52n)의 각 셀의 출력 전압, 출력 전류, 내부 저항 및 내부 온도 등을 측정 및 수집하여 관리한다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 축전지 셀은 시간이 지남에 따라 그리고 충전과 방전을 반복하다 보면 수명을 다하게 된다. 따라서 최소 제공 전압보다 낮은 출력 전압이 발생할 수 있다. 통상적으로, 종단 전압에 이르면 축전지를 교체해야 한다. 하지만, 2차 축전지(521, 52n)를 이용해서 1차 축전지(511, 512, 51n)의 부족한 출력 전압을 승압함으로써, 1차 축전지(511, 512, 51n)의 수명을 증가시킬 수 있다. 이를 위해서 축전지 성능 감시기(503)가 축전지와 내부 셀의 성능을 주기적으로 측정 및 수집하여 관리하고, 1차 축전지(511, 512, 51n)에 필요한 승압값을 축전지 제어기(502)에 제공함으로써, 1차 축전지(511, 512, 51n)가 방전될 때 그 부족분을 2차 축전지(521, 52n)로부터 제공받을 수 있도록 한다.
그리고 축전지 제어기(502)는 부하 전력 측정기(501)로부터의 복수의 부하 장비(400)의 소요 전력량과 축전지 성능 감시기(503)로부터의 1차 축전지(511, 512, 51n)와 2차 축전지(521, 52n)의 상태(출력 전압, 출력 전력, 내부 저항, 내부 온도 등)에 따라, 상기 소요 전력량을 충족시키도록 1차 축전지 선택기(531)를 제어거나, 2차 축전지 선택기(532)를 제어거나, 1차 축전지 선택기(531)와 2차 축전지 선택기(532)를 제어한다. 또는, 1차 축전지 선택기(531)와 2차 축전지 선택기(532)와 셀 선택기(504)를 제어한다.
이를 좀 더 상세히 살펴보면, 축전지 제어기(502)는 부하 전력 측정기(501)와 축전지 성능 감시기(503)로부터 전달받은 부하 장비(400)가 필요로 하는 소요 전력량과 1차 축전지(511, 512, 51n)가 필요로 하는 승압값을 바탕으로 산출한 2차 축전지(521, 52n)의 셀 모듈 수 및 셀 개수 등을 결정하고, 이를 실현하기 위해서 1차 또는/및 2차 축전지 선택기(531, 532)를 제어한다. 예를 들어, 1차 축전지(511, 512, 51n)의 용량이 부족한 경우에 2차 축전지 선택기(532)는 축전지 제어기(502)의 제어에 따라 2차 축전지(521, 52n)가 전력 분배기(300)에 병렬 연결되도록 한다. 1차 축전지(511, 512, 51n)의 출력 전압이 부족한 경우에 셀 선택기(504)는 축전지 제어기(502)의 제어에 따라 필요한 전압을 제공할 수 있는 축전지 셀을 선택하고, 2차 축전지 선택기(532)는 축전지 제어기(502)의 제어에 따라 2차 축전지(521, 52n)가 1차 축전지(511, 512, 51n)에 직렬 연결되도록 한다. 도 4는 본 발명에 따른 2차 축전지의 내부 셀들과 셀 선택기를 나타내는 도면으로, 2차 축전지의 셀 모듈(52x)과 셀 모듈을 구성하는 셀(52x-1 내지 52x-n), 그리고 필요 전압에 따라서 셀들을 선택하는 셀 선택기(504)를 나타내고 있다. 그리고 1차 축전지 선택기(531)와 2차 축전지 선택기(532)는 수명 한계로 인해 축전지를 대체 또는 개체할 때에도 사용된다.
도 5는 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 고전압 직류 전원 공급 장치의 주요 장치에 장애가 발생했을 때 축전지의 상태와 부하 전력 상태에 따라 축전지를 선택하여 부하에 전력을 공급하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 외부 AC 전원 공급 장치(100), AC/DC 정류기(200), 또는 전력 분배기(300) 등과 같은 고전압 직류 전원 공급 장치의 주요 장치에 장애가 발생하면(51), 1차 축전지의 용량 및 전압이 가용(부하 장비에 필요한 소요 전력량에 대하여 충분)한지를 확인하여(52, 53, 54) 1차 축전지의 용량 및 전압이 가용하면 1차 축전지를 통해서 대체 전력을 공급한다(55).
하지만, 상기 확인 결과(52, 53, 54), 1차 축전지의 용량이 부하 장비에 필요한 소요 전력량에 미치지 못하면(53), 2차 축전지의 용량 및 전압이 가용(부하 장비에 필요한 소요 전력량에 대하여 충분)한지를 확인하여(56) 2차 축전지의 용량 및 전압이 가용하면 2차 축전지를 부하 장비로 연결하여(57) 2차 축전지에서 전력을 공급한다(58). 이와 같이 2차 축전지를 부하 장비에 연결하여 전력을 공급하거나, 다른 방식으로 2차 축전지를 1차 축전지에 병렬 연결하여 부족한 용량을 2차 축전지가 보충하도록 한다.
만약, 상기 확인 결과(52, 53, 54), 1차 축전지의 용량은 충분하나 출력 전압이 요구 수준에 미치지 못하면(54) 2차 축전지의 전압이 가용한지를 확인하여(59) 2차 축전지의 전압이 가용하면 2차 축전지를 1차 축전지에 직렬 연결하여(60) 1차 축전지와 2차 축전지에서 전력을 공급한다(61).
그 외에 1차 축전지와 2차 축전지를 통해서도 부하 장비에 필요한 소요 전력량에 미치지 못하면 전력 공급이 중단된다(62).
도 6은 본 발명에 따라 부하의 전력 상태를 측정 및 관리하여 주요 장치에 장애가 발생했을 때 필요한 축전지의 개수를 산출하는 과정을 나타내는 일실시예 흐름도이다.
여기서, 주요한 기능은 소요 전력량을 토대로 필요한 축전지량(셀 모듈의 수)을 산출하는 데 있다.
먼저, 부하 전력 측정기(501)가 부하 장비로부터 소요 전력량을 측정하여 관리한다(65).
그리고 필요한 소요 전압 및 전류량을 산출하여 관리한다(66).
그리고 필요한 소요 축전지 셀 개수 및 셀당 전압을 산출하여 관리한다(67).
그리고 주요 장치에 장애 발생 시 축전지 제어기(502)로 소요 전력량, 소요 전압 및 전류량, 소요 축전지 셀 개수 및 셀당 전압과 같은 정보를 제공한다(67).
그러면, 축전지 제어기(502)는 제공받은 정보를 이용하여 축전지 선택기를 제어하여 축전지 및 셀을 선택한다(69).
도 7은 본 발명에 따라 축전지의 상태를 측정 및 관리하여 주요 장치에 장애가 발생했을 때 필요한 축전지의 개수를 산출하는 과정을 나타내는 일실시예 흐름도이다.
여기서, 주요한 기능은 수집한 셀 정보를 토대로 1차 축전지의 부족한 출력 전압을 필요한 전압으로 승압시키기 위해서 요구되는 2차 축전지량(셀의 수)을 산출하는 데 있다.
먼저, 축전지 성능 감시기(503)는 축전지 셀 및 셀 모듈 정보를 모니터링하여 관리한다(71).
그리고 1차 축전지의 전압 및 전류, 내부 저항 정보를 측정하여 관리한다(72).
그리고 2차 축전지의 전압 및 전류, 내부 저항 정보를 측정하여 관리한다(73).
그리고 1차 축전지의 상태에 따라 필요한 2차 축전지 셀 개수를 산출한다(74).
그리고 주요 장치에 장애 발생 시 축전지 제어기(502)로 축전지 셀 및 셀 모듈 정보, 1차 및 2차 축전지의 전압 및 전류, 내부 저항 정보, 1차 축전지의 상태에 따라 필요한 2차 축전지 셀 개수 등과 같은 정보를 제공한다(75).
그러면, 축전지 제어기(502)는 제공받은 정보를 이용하여 축전지 선택기를 제어하여 축전지 및 셀을 선택한다(76).
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 고전압 직류 전원 공급 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 외부 AC 전원 공급 장치 200 : AC/DC 정류기
300 : 전력 분배기 400 : 부하 장비(사용자 시설)
500 : 축전지 모듈 501 : 부하 전력 측정기
502 : 축전지 제어기 503 : 축전지 성능 감시기
504 : 셀 선택기 511, 512, 51n : 1차 축전지
521, 52n : 2차 축전지 52x-1 내지 52x-n : 2차 축전지의 셀
531 : 1차 축전지 선택기 532 : 2차 축전지 선택기

Claims (16)

  1. 고전압 직류 전원 공급 장치에 있어서,
    교류를 정류하여 직류로 변환하기 위한 정류기;
    상기 정류기로부터의 전력을 복수의 부하 장비로 분배하기 위한 전력 분배기;
    상기 정류기로부터의 전원을 충전하였다가 상기 전력 분배기로 방전하기 위한 축전지;
    상기 복수의 부하 장비에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하기 위한 부하 전력 측정기;
    상기 축전지의 상태를 측정 및 관리하기 위한 축전지 성능 감시기;
    상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 축전지의 상태에 따라 축전지 선택기를 제어하기 위한 축전지 제어기; 및
    상기 축전지 제어기의 제어에 따라 상기 축전지의 연결 상태를 선택하기 위한 상기 축전지 선택기
    를 포함하는 고전압 직류 전원 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부하 전력 측정기는,
    상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량에 따라 필요한 상기 축전지의 소요 용량을 산출하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 축전지 성능 감시기는,
    상기 축전지와 축전지 셀의 출력 전압, 출력 전력, 내부 저항, 내부 온도를 측정 및 수집하여 관리하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 축전지 선택기는,
    상기 축전지 제어기의 제어에 따라, 상기 소요 전력량을 충족시키도록 상기 축전지의 셀 모듈이 병렬 연결되도록 선택하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축전지 제어기는,
    상기 부하 전력 측정기로부터의 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 축전지 성능 감시기로부터의 상기 축전지의 상태에 따라, 상기 소요 전력량을 충족시키도록 상기 축전지의 셀 모듈이 병렬 연결되도록 상기 축전지 선택기를 제어하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  6. 고전압 직류 전원 공급 장치에 있어서,
    교류를 정류하여 직류로 변환하기 위한 정류기;
    상기 정류기로부터의 전력을 복수의 부하 장비로 분배하기 위한 전력 분배기;
    상기 정류기로부터의 전원을 충전하였다가 상기 전력 분배기로 방전하기 위한 1차 및 2차 축전지;
    상기 복수의 부하 장비에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하기 위한 부하 전력 측정기;
    상기 1차 및 2차 축전지의 상태를 측정 및 관리하기 위한 축전지 성능 감시기;
    상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 1차 및 2차 축전지의 상태에 따라 1차 축전지 선택기 및 2차 축전지 선택기를 제어하기 위한 축전지 제어기;
    상기 축전지 제어기의 제어에 따라 상기 1차 축전지의 연결 상태를 선택하기 위한 상기 1차 축전지 선택기; 및
    상기 축전지 제어기의 제어에 따라 상기 2차 축전지의 연결 상태를 선택하기 위한 상기 2차 축전지 선택기
    를 포함하는 고전압 직류 전원 공급 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 축전지 제어기의 제어에 따라 상기 2차 축전지의 셀 모듈 내의 셀을 선택하기 위한 셀 선택기를 더 포함하고,
    상기 축전지 제어기는, 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 1차 및 2차 축전지의 상태에 따라 셀 선택기를 제어하는 과정을 더 수행하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 1차 축전지는, 장애 발생 시 상기 복수의 부하 장비로 소요 전력을 제공하고,
    상기 2차 축전지는, 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 1차 및 2차 축전지의 상태에 따라 상기 복수의 부하 장비로 소요 전력을 제공하거나 상기 1차 축전지와 병렬 또는 직렬로 연결되어 상기 복수의 부하 장비로 소요 전력을 제공하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 부하 전력 측정기는,
    상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량에 따라 필요한 상기 1차 및 2차 축전지의 소요 용량을 산출하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 축전지 성능 감시기는,
    상기 1차 및 2차 축전지와 1차 및 2차 축전지 셀의 출력 전압, 출력 전력, 내부 저항, 내부 온도를 측정 및 수집하여 관리하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  11. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 축전지 제어기는,
    상기 부하 전력 측정기로부터의 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 축전지 성능 감시기로부터의 상기 1차 및 2차 축전지의 상태에 따라, 상기 소요 전력량을 충족시키도록 상기 1차 축전지 선택기를 제어거나, 상기 2차 축전지 선택기를 제어거나, 상기 1차 축전지 선택기와 상기 2차 축전지 선택기를 제어하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 축전지 제어기는,
    상기 부하 전력 측정기로부터의 상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 축전지 성능 감시기로부터의 상기 1차 및 2차 축전지의 상태에 따라, 상기 소요 전력량을 충족시키도록 상기 1차 축전지 선택기를 제어거나, 상기 2차 축전지 선택기를 제어거나, 상기 1차 및 2차 축전지 선택기를 제어하거나, 상기 1차 및 2차 축전지 선택기와 셀 선택기를 제어하는, 고전압 직류 전원 공급 장치.
  13. 고전압 직류 전원 공급 방법에 있어서,
    복수의 부하 장비에서 소요되는 소요 전력량을 측정 및 관리하는 부하 전력 측정 단계;
    축전지의 상태를 측정 및 관리하는 축전지 성능 감시 단계;
    상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량과 상기 축전지의 상태에 따라 축전지 선택기를 제어하는 축전지 제어 단계; 및
    상기 축전지 제어 단계의 제어에 따라 상기 축전지의 연결 상태를 선택하는 축전지 선택 단계
    를 포함하는 고전압 직류 전원 공급 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 부하 전력 측정 단계는,
    상기 복수의 부하 장비의 소요 전력량에 따라 필요한 상기 축전지의 소요 용량을 산출하는, 고전압 직류 전원 공급 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 축전지 성능 감시 단계는,
    상기 축전지와 축전지 셀의 출력 전압, 출력 전력, 내부 저항, 내부 온도를 측정 및 수집하여 관리하는, 고전압 직류 전원 공급 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 축전지 선택 단계는,
    상기 축전지 제어 단계의 제어에 따라, 상기 소요 전력량을 충족시키도록 상기 축전지의 셀 모듈이 병렬 연결되도록 선택하는, 고전압 직류 전원 공급 방법.
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