KR20130102976A

KR20130102976A - 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치

Info

Publication number: KR20130102976A
Application number: KR1020120024221A
Authority: KR
Inventors: 정대식; 강정수
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-23
Also published as: KR101313073B1

Abstract

본 발명은 취출 가능한 다수의 선반에 이송체결부와 커넥터가 마련된 배터리 모듈이 적재되고 전력라인과 통신라인이 가설된 배터리 랙; 상기 배터리 랙에 적재된 배터리 모듈의 교체 과정을 전반적으로 제어하는 컨트롤 장치; 상기 배터리 랙 주변에 설치되어 배터리 모듈을 이송하는 배터리 이송장치; 상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 외부로 취출된 선반에 마운트되어 있는 배터리 모듈을 상기 배터리 이송장치로 반출하고, 상기 배터리 이송장치를 통해 반입된 신규 배터리 모듈을 상기 선반에 장착하는 배터리 교체장치; 및 교체 대상이 되는 배터리 모듈의 커넥터와 상기 배터리 랙에 가설된 전력라인 및 통신라인 간의 연결을 배터리 교체 전에 오프시키고 교체 후에 온시키는 스위칭 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치를 개시한다.

Description

전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치{BATTERY MODULE MANAGING APPARATUS FOR ELECTRIC POWER STORAGE SYSTEM}

본 발명은 배터리 모듈 관리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 저장 시스템에 있어 배터리의 교체를 자동으로 수행할 수 있는 구조를 가진 배터리 모듈 관리장치에 관한 것이다.

전력 사용량이 지속적으로 증가하며 시간대별 계절별 전력 사용량이 상이함에 따라 효율적으로 전력을 관리하고 통제할 수 있는 스마트 그리드에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 효율적인 전력 운용을 위해서는 유휴 전력을 저장하고 제어하는 전력 저장 시스템이 필요하다.

전력 저장 시스템은 전력을 저장해 두었다가 정전이나 전력부족 등 전력이 필요한 시기에 공급하는 시스템으로서, 적정 동작전압 및 충전 용량이 확보되도록 배터리가 다수 집적된 구조를 갖는다.

일반적으로, 전력 저장 시스템은 컨테이너 내에 설치되는 타워형의 랙(Rack)에 다수의 배터리들이 소정의 열을 이루며 적재된 형태로 제공된다.

전력 저장 시스템의 배터리 적재와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2003-0038773호는 내지진용 배터리 랙 시스템을 개시하고 있으며, 공개실용신안 제2009-0003501호는 일체형의 배터리 설치용 랙을 개시하고 있다.

이러한 전력 저장 시스템은 다수의 모듈화된 배터리들에 의해 구성되므로 시스템의 효율적인 관리를 위해서는 각각의 배터리 모듈을 개별적으로 제어하고 유지보수하기 위한 자동화 시스템이 필요하다.

하지만, 기존의 전력 저장 시스템은 수명이 다하거나 불량한 배터리의 검색과 회수 등을 위한 자동화 장치가 구축되어 있지 않아 배터리를 교체하는 데 많은 시간이 소요되고, 상대적으로 랙의 안쪽이나 높은 곳에 위치한 배터리에서 불량이 발생한 경우 신속한 교체 작업이 어려울 뿐만 아니라 교체 작업중 안전사고의 우려도 있어 이에 대한 대책이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 수명이 다하거나 불량한 배터리의 검색과 회수를 자동으로 수행할 수 있는 구조를 가진 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 취출 가능한 다수의 선반에 이송체결부와 커넥터가 마련된 배터리 모듈이 적재되고 전력라인과 통신라인이 가설된 배터리 랙; 상기 배터리 랙에 적재된 배터리 모듈의 교체 과정을 전반적으로 제어하는 컨트롤 장치; 상기 배터리 랙 주변에 설치되어 배터리 모듈을 이송하는 배터리 이송장치; 상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 외부로 취출된 선반에 마운트되어 있는 배터리 모듈을 상기 배터리 이송장치로 반출하고, 상기 배터리 이송장치를 통해 반입된 신규 배터리 모듈을 상기 선반에 장착하는 배터리 교체장치; 및 교체 대상이 되는 배터리 모듈의 커넥터와 상기 배터리 랙에 가설된 전력라인 및 통신라인 간의 연결을 배터리 교체 전에 오프시키고 교체 후에 온시키는 스위칭 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치를 제공한다.

상기 배터리 랙은, 각 배터리 모듈이 수납되는 공간을 정의하는 랙 프레임; 상기 랙 프레임에 의해 정의된 배터리 모듈의 수납공간에 설치되어 상기 선반을 전후로 슬라이딩시키는 레일; 레일을 전후로 구동시키는 구동모터; 및 상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 상기 구동모터를 제어하는 구동 모터 제어기;를 포함할 수 있다.

상기 배터리 교체장치는, 상기 배터리 랙이 설치된 하우징의 내부 상단에 포설된 가이드 프레임; 상기 가이드 프레임에 장착되어 상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 위치 이동이 가능한 프레임 이송체; 배터리 모듈과 결합 또는 분리되는 배터리 결속부; 및 상기 프레임 이송체에 장착되어 상기 배터리 결속부를 상하로 이동시키는 도르래;를 포함할 수 있다.

상기 이송체결부는, 상기 배터리 결속부의 체결이 가능한 홈을 구비할 수 있다.

상기 배터리 이송장치는, 상기 배터리 랙이 설치된 하우징 하단에 마련되어 상기 배터리 교체장치에 의해 전달된 배터리 모듈을 이송하는 컨베이어 벨트; 및 상기 컨트롤장치의 제어에 따라 상기 컨베이어 벨트의 구동을 제어하는 컨베이어 구동 제어기;를 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명은 상기 배터리 모듈의 커넥터에 대응하도록 상기 배터리 랙에 설치되어 상기 배터리 모듈의 삽입시 상기 배터리 모듈의 커넥터를 상기 전원라인 및 통신라인과 연결하는 랙 커넥터;를 더 포함할 수 있다.

상기 스위칭 장치는, 상기 배터리 랙의 전원라인 및 통신라인과 상기 배터리 랙의 커넥터 간의 연결구간에 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 취출 가능한 다수의 선반에 이송체결부와 커넥터가 마련된 배터리 모듈이 적재되고 전력라인과 통신라인이 가설된 배터리 랙; 상기 배터리 랙에 적재된 배터리 모듈의 교체 과정을 전반적으로 제어하는 컨트롤 장치; 상기 컨트롤 장치의 제어에 따라, 외부로 취출된 선반에 장착되어 있는 배터리 모듈을 반출하고 외부에서 반입된 신규 배터리 모듈을 선반 위에 장착하는 배터리 교체장치; 및 교체 대상이 되는 배터리 모듈의 커넥터와 상기 배터리 랙에 가설된 전력라인 및 통신라인 간의 연결을 배터리 교체 전에 오프시키고 교체 후에 온시키는 스위칭 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치가 제공된다.

본 발명에 따르면 수명이 다하거나 불량 상태로 인식된 배터리의 반출 작업과 신규 배터리의 장착 작업을 자동으로 수행할 수 있으므로 배터리 교체작업의 편의를 도모할 수 있고 작업시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 배터리 랙에 대한 배터리 모듈의 분리 또는 결합시 배터리 모듈에 걸리는 과전압, 과부하로 인해 배터리가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 배터리 랙의 안쪽이나 높은 곳에 위치한 배터리에서 불량이 발생하더라도 배터리 교체장치가 자동으로 해당 지점으로 이동하여 교체작업을 수행할 수 있으므로 작업자의 안전사고를 방지할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈 관리장치의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 도 1에서 배터리 랙의 구성을 도시한 사시도,
도 3은 도 1에서 배터리 교체장치의 구성을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 관리장치의 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 관리장치의 구성을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈 관리장치의 구성을 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에서 배터리 랙의 구성을 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈 관리장치는 배터리 모듈(15)이 적재되는 배터리 랙(10)과, 수명이 다하거나 불량한 배터리 모듈의 반출과 신규 배터리 모듈의 장착 기능을 제공하는 배터리 교체장치(30)와, 배터리 교체시 전력라인(21) 및 통신라인(22)과 배터리 모듈(15) 간의 연결을 스위칭하는 스위칭 장치(70)를 포함한다.

배터리 랙(10)은 랙 프레임(11)과, 랙 프레임(11)에 대하여 출입 가능하게 설치된 선반(16)과, 랙 프레임(11)의 일측에 설치된 랙 커넥터(20)와, 랙 커넥터(20)에 결선된 전원라인(21) 및 통신라인(22)을 포함한다.

랙 프레임(11)은 각 배터리 모듈(15)이 수납되는 공간을 정의하는 것으로서, 예컨대 4개의 기둥과 이를 지지하고 연결하는 상하 베이스 플레이트를 구비한다. 바람직하게, 랙 프레임(11)에는 내부에 수납되는 배터리 모듈(15)을 보호하기 위한 전/후면 도어와 측면부를 폐쇄하는 측면판넬이 마련될 수 있으며, 상기 측면판넬에는 발열 및 내부 공기 순환 기능을 제공하는 환풍구 및 팬이 설치될 수 있다.

선반(16)은 배터리 랙(10) 내에 배터리 모듈(15)을 수납할 수 있도록 랙 프레임(11)의 내부 공간에 대응하는 규격으로 제공된다. 선반(16)은 배터리 모듈(15)을 올려놓기 위한 지지면을 구비하고, 배터리 랙(10)에 설치된 레일(18)을 따라 슬라이딩 가능하게 설치된다. 선반(16)은 배터리 랙(10)의 외부로 취출됨으로써 배터리 모듈(15)의 배출 동작을 지원하고, 배터리 랙(10)의 내부로 삽입됨으로써 신규 배터리 모듈(15)의 장착 동작을 지원한다.

선반(16)의 취출 및 삽입을 제어하기 위해 배터리 랙(10)에는 구동모터 제어기(17), 레일(18) 및 구동모터(19)가 설치된다.

구동모터 제어기(17)는 컨트롤 장치(60)의 명령에 따라 구동모터(19)의 회전 방향 및 구동 시간을 제어한다.

레일(18)은 선반(16)의 출입 방향으로 연장되게 설치되고, 예컨대 랙-피니언 기어를 매개로 하여 구동모터(19)와 커플링된다.

구동모터(19)로는 선반(16)에 대하여 전,후진 구동력을 제공하도록 정/역회전이 가능한 모터가 채용된다.

랙 커넥터(20)는 배터리 랙(10)에 설치되어 배터리 모듈(15)의 배터리 커넥터(23)와 결합된다. 랙 커넥터(20)와 배터리 커넥터(23) 간의 체결 완료시 전원라인(21) 및 통신라인(22)이 배터리 모듈(15)과 전기적으로 연결된다.

전원라인(21)은 배터리 랙(10)에 가설되어 배터리 모듈(15)에 전원을 제공하는 한편, 선반(16)의 취출 및 삽입을 제어하는 구동모터(19)에 전원을 공급한다.

통신라인(22)은 배터리 랙(10)에 가설되어 배터리 모듈(15)에 대한 모니터링 정보를 컨트롤 장치(60)로 전달한다. 또한, 통신라인(22)은 구동모터 제어기(17)에서 발생하는 제어 명령을 구동모터(19)에 전달한다.

배터리 모듈(15)은 랙 커넥터(20)에 대응하는 구조를 가진 배터리 커넥터(23)와, 배터리 교체장치(30)와의 결합을 위한 이송체결부(24)를 포함한다.

이송체결부(24)는 배터리 모듈(15)의 일측에 고정되어 배터리 교체장치(30)가 배터리 모듈(15)을 픽업하기 위한 결합부를 제공한다. 이송체결부(24)에는 배터리 교체장치(30)에 마련된 배터리 결속부(31)가 체결되는 홈 구조가 마련된다. 바람직하게, 상기 홈 구조는 배터리 모듈(15)과 이송체결부(24) 사이의 빈 공간에 의해 제공될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 배터리 교체장치(30)는 가이드 프레임(32)과, 가이드 프레임(32)을 따라 위치 이동 가능한 프레임 이송체(33)와, 이송체결부(24)에 대응하는 배터리 결속부(31)와, 배터리 모듈(15)을 승강시키기 위한 도르래(34)를 포함한다.

가이드 프레임(32)은 배터리 랙(10)을 수용하는 구조물인 하우징(80)의 내부 상단에 포설된 프레임으로 배터리 교체장치(30)를 지지하는 동시에 배터리 교체장치(30)의 이동로를 제공한다. 또한, 가이드 프레임(32)에는 전원라인(35)과 통신라인(36)이 가설된다.

프레임 이송체(33)는 가이드 프레임(32)을 따라 이동하는 구동 휠(37)과, 상기 구동 휠(37)을 회전시키는 프레임 이송체 구동모터(38)와, 컨트롤 장치(60)의 제어에 따라 프레임 이송체 구동모터(38)를 제어하는 프레임 이송체 제어기(39)를 구비한다.

배터리 결속부(31)는 배터리 모듈(15)을 이송하기 위해 배터리 교체장치(30)와 배터리 모듈(15)을 결합시키는 장치로 컨트롤 장치(60)의 제어에 따라 상기 배터리 모듈(15)에 마련된 이송체결부(24)를 파지하는 실질적인 집게 구조의 파지부(40)와, 컨트롤 장치(60)의 제어를 따라 상기 파지부(40)를 구동시키는 구동모터(41) 및 이를 제어하는 구동 모터 제어기(42)를 포함한다.

도르래(34)는 배터리 결속부(31)와 프레임 이송체(33)를 연결하고, 프레임 이송체(33)에 대하여 배터리 모듈(15)을 승강시키는 기능을 제공한다.

도르래(34)는 배터리 결속부(31)를 지지하는 와이어(44)와, 와이어(44)를 권취/권출하는 도르래 휠(45)과, 도르래 휠(45)를 회전시키는 도르래 구동모터(46)와, 컨트롤 장치(60)의 제어에 따라 도르래 구동모터(46)를 회전시키는 도르래 제어기(47)를 포함한다.

배터리 모듈(15)의 무게를 균일하게 분할하도록 도르래(34)는 프레임 이송체(33)의 네 지점에 분산 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 배터리 모듈(15)의 균형을 유지하도록 각각의 와이어는 동일한 길이로 권취/권출되는 것이 바람직하다.

스위칭 장치(70)는 배터리 랙(10)에 대한 배터리 모듈(15)의 분리 또는 결합시 배터리 모듈(15)에 걸리는 과전압, 과부하로 인한 배터리의 손상을 방지하는 기능을 제공한다. 스위칭 장치(70)는 배터리 랙(10)에서 배터리 모듈(15)의 몸체가 기구적으로 분리되기 전에 배터리 모듈(15)에 연결된 전원라인(21) 및 통신라인(22)을 전기적으로 분리하는 오프(Off) 동작을 수행한다. 또한, 스위칭 장치(70)는 신규 배터리 모듈(15)의 배터리 커넥터(23)가 랙 커넥터(20)에 체결된 것이 감지되었을 때 배터리 랙(10)과 전원라인(21) 및 통신라인(22)을 접속하는 온(On) 동작을 수행한다. 이러한 스위칭 장치(70)는 배터리 커넥터(20)와 전원라인(21) 및 통신라인(22) 간의 연결구간에 설치된다. 여기서, 스위칭 장치(70)는 릴레이에 의해 구성되는 것이 바람직하다.

컨트롤 장치(60)는 각각의 배터리 모듈(15)의 정보를 식별하고 배터리 모듈(15)의 전원 충방전 상태 및 이상여부를 모니터링하며 그 정보를 중앙 제어 장치로 전달하는 배터리 관리 시스템(BMS)과, 장치의 조작을 위한 각종 스위치와 표시화면이 마련된 인터페이스 패널을 구비한다.

배터리 이송장치(50)는 배터리 모듈(15)을 이송하는 장치로서, 컨베이어 벨트(51)와 동작 감지 센서(52)를 포함한다.

컨베이어 벨트(51)는 지지 프레임(53)에 감겨서 회전하는 벨트(54)와, 컨트롤 장치(60)의 제어에 따라 벨트(54)를 정해진 방향으로 회전시키는 컨베이어 구동모터(55)와, 컨베이어 구동모터(55)를 제어하는 컨베이어 구동 제어기(57)와, 지지 프레임(53)과 벨트(54) 간의 마찰을 줄여주는 베어링(56)을 포함한다.

동작 감지 센서(52)는 컨베이어 벨트(51)의 양측면에 설치되어 이송하는 배터리 모듈(15)의 위치를 감지하는 기능을 수행한다. 동작 감지 센서(52)로는 바람직하게 적외선 센서나 광센서가 채용될 수 있으나, 본 발명이 이러한 예에 한정되지 않은 물론이다.

배터리 이송장치(50)는 가이드 프레임(32)의 연장 방향과 수직하게 배치된다.

대안으로, 배터리 이송장치(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 가이드 프레임(32)의 연장 방향과 나란하게 배치되는 것도 가능하다. 이 경우 상부에는 배터리 교체장치(30)가 위치하고, 하부에는 배터리 이송장치(50)가 설치된다. 이 상태에서 배터리 교체장치(30)는 선반(16) 위에 마운트 되어 있는 배터리 모듈(15)을 파지한 상태에서 수직 방향으로 하강시켜 하단에 위치한 배터리 이송장치(50)로 전달하고, 배터리 이송장치(50)는 관리자가 배터리를 교체하기 용이한 지점까지 수평 이송 동작을 수행하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 도 5에 도시된 바와 같이 배터리 이송장치가 없는 배터리 모듈 관리장치가 제공될 수도 있다. 이 경우 지상에서의 배터리 이송은 작업자의 수작업에 의해 진행된다. 즉, 배터리 교체장치(30)는 관리자가 배터리 모듈(15)을 교체하기 용이한 지점까지 수직 방향으로 배터리 모듈(15)을 이송하도록 구성된다.

그러면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈 관리장치의 동작을 설명하기로 한다.

컨트롤 장치(60)에 내장된 배터리 관리 시스템(BMS)에 의해 수명이 다하거나 불량한 배터리 모듈(15)이 감지되었을 때 상기 감지 정보는 인터페이스 패널에 표시된다.

이에 따라 관리자에 의해 배터리 모듈(15)의 회수 명령이 입력되면, 컨트롤 장치(60)는 불량 배터리 모듈(15)에 대한 절체 명령을 스위칭 장치(70)에 전달한다.

스위칭 장치(70)는 전원라인(21) 및 통신라인(22)에 대하여 배터리 모듈(15)을 전기적으로 오프시키고, 그 실행 결과를 컨트롤 장치(60)로 전달한다.

스위칭 장치(70)에 의해 배터리 모듈(15)의 절체 실행 결과를 전달받은 컨트롤 장치(60)는 교체할 대상이 되는 불량 배터리 모듈(15)이 삽입된 배터리 랙(10)의 선반(16)을 구동하는 구동 모터 제어기(17)에 선반(16)의 취출 명령을 지시하고, 구동모터 제어기(17)는 명령에 따라 구동모터(19)를 작동시켜 선반(16)과 상기 선반(16)에 마운트 되어 있는 배터리 모듈(15)을 배터리 랙(10)에서 외부로 취출한다.

배터리 랙(10)의 외부로 선반(16)이 취출되면 배터리 랙(10)의 구동 모터 제어기(17)는 선반(16)의 취출이 완료되었음을 컨트롤 장치(60)에 통지한다.

배터리 랙(10)의 외부로 취출된 배터리 모듈(15)은 배터리 교체장치(30)에 의해 배터리 이송장치(50)로 반출된다. 보다 구체적으로, 컨트롤 장치(60)는 배터리 교체장치(30)를 상기 취출된 배터리 모듈(15)의 상부로 이동시킨다. 상부로 이동이 완료되면 배터리 교체장치(30)는 컨트롤 장치(60)의 제어에 따라 도르래(34)를 구동하여 배터리 결속부(31)를 하강시킨 후 파지부(40)를 배터리 결속부(31)에 결합한다. 이후 배터리 교체장치(30)는 도르래(34)를 구동하여 배터리 모듈(15)을 수평 이동이 용이한 적정 높이까지 수직 이동시킨다.

상기 배터리 모듈(15)의 수직 이동이 완료되면 배터리 교체장치(30)는 지정된 배터리 이송장치(50)의 상부로 이동한다. 배터리 이송장치(50)의 상부로 이동이 완료된 상태에서 배터리 교체장치(30)는 도르래(34)를 구동하여 배터리 모듈(15)을 배터리 이송장치(50) 위에 안착시킨다.

배터리 이송장치(50)에 배터리 모듈(15)이 안착되면 배터리 교체장치(30)는는 이송체결부(24)와 배터리 결속부(31)를 분리한 후 배터리 모듈(15)이 이동하는데 장애가 되지 않는 적정 높이까지 수직으로 상승한다.

배터리 교체장치(30)의 배터리 모듈(15) 이송 과정이 완료되면 배터리 교체장치(30)는 컨트롤 장치(60)에 이송이 완료되었음을 전달한다.

이어서 컨트롤 장치(60)는 배터리 이송장치(50)에 배터리 모듈(15)을 지정된 장소까지 운반할 것을 명령하는 제어신호를 배터리 이송장치(50)의 컨베이어 구동 제어기(57)에 전달하고, 컨베이어 구동 제어기(57)는 컨베이어 구동모터(55)를 제어하여 컨베이어 벨트(51)를 작동시켜 배터리 모듈(15)을 상기 지정된 장소까지 이송한다. 상기 지정된 장소에 배터리 모듈(15)이 도착하면 동작 감지 센서(52)에 의해 배터리 이송장치(50)의 동작이 정지되고 배터리 모듈(15)의 회수과정이 완료되었음을 알리는 신호가 컨트롤 장치(60)에 전달된다. 이에 따라, 컨트롤 장치(60)는 불량 배터리 모듈(15)의 회수 작업이 완료되었음을 인터페이스 패널에 표시한다.

한편, 컨트롤 장치(60)는 회수 완료 후 인터페이스 패널에 배터리 모듈(15)을 교체해서 삽입할 것인지를 확인하는 메시지를 표시하고, 관리자에 의해 배터리 모듈(15)의 교체 여부가 확인되면 교체할 배터리 모듈(15)을 지정된 장소에 위치시킬 것을 안내하는 정보를 인터페이스 패널에 표시한다.

관리자에 의해 신규 배터리 모듈(15)이 지정된 장소에 위치된 후 인터페이스 패널에 완료 정보가 입력되면, 컨트롤 장치(60)는 신규 배터리 모듈이 지정된 정위치에 있는지 여부를 동작 감지 센서(52)를 통해 확인하고 배터리 모듈(15)이 위치한 것으로 인식된 경우 교체 과정을 진행한다.

배터리 이송장치(50)는 컨트롤 장치(60)의 제어에 따라 배터리 모듈(15)을 배터리 교체장치(30)와 배터리 모듈(15)이 결합할 수 있는 위치로 배터리 모듈(15)을 이송한다.

배터리 이송장치(50)가 배터리 모듈(15)을 지정된 위치로 이송시킨 후 배터리 이송장치(50)는 이송 완료 신호를 컨트롤 장치(60)에 전달한다. 이송완료 신호를 전달받은 컨트롤 장치(60)는 배터리 교체장치(30)에 교체 명령을 전달한다.

이에 따라, 배터리 교체장치(30)는 배터리 모듈(15)을 픽업하여 배터리 랙(10)의 선반(16)에 배터리 모듈(15)을 장착시킨다. 구체적으로, 배터리 교체장치(30)는 도르래(34)를 구동하여 배터리 결속부(31)를 수직 하강시킨 후 배터리 결속부(31)를 배터리 모듈(15)의 이송체결부(24)에 결합한다.

이후, 배터리 교체장치(30)는 도르래(34)를 구동하여 이송에 장애가 되지 않는 적정 높이까지 배터리 모듈(15)을 수직으로 상승시킨다. 배터리 모듈(15)이 수직 상승하여 이송 준비가 완료되면 배터리 교체장치(30)는 가이드 프레임(32)을 따라 프레임 이송체(33)를 이동시켜 배터리 모듈(15)을 마운트 할 선반(16)의 상부로 배터리 모듈(15)을 이송시킨다.

해당 선반(16)의 상부로 이동한 배터리 교체장치(30)는 도르래(34)를 구동하여 배터리 모듈(15)을 수직 하강시켜 배터리 모듈(15)을 선반(16) 위에 마운트 시킨다.

배터리 모듈(15)의 마운트가 완료되면 도르래(34)는 배터리 결속부(31)를 배터리 모듈(15)에서 분리한 후, 배터리 교체장치(30)가 이동하는데 장애가 되지 않는 적정 높이까지 배터리 결속부(31)를 상승시키고 컨트롤 장치(60)에 운반 완료 신호를 전달한다.

배터리 모듈(15)이 선반(16)에 마운트 되어 컨트롤 장치(60)에 운반완료 신호가 전달되면 컨트롤 장치(60)는 배터리 랙(10)의 선반(16)의 수평 이동을 제어하는 구동모터 제어기(17)에 삽입 명령을 전달한다.

삽입 명령을 전달받은 구동모터 제어기(17)는 구동모터(19)를 작동시켜 선반(16)을 배터리 랙(10)으로 삽입하고, 삽입이 완료되면 컨트롤 장치(60)에 삽입 완료 신호를 전달한다.

배터리 랙(10)에 대한 선반(16)의 삽입이 완료되었을 때 배터리 모듈(15)의 배터리 커넥터(23)는 랙 커넥터(20)에 체결된다.

배터리 모듈(15)의 삽입이 완료되면 컨트롤 장치(60)는 삽입된 배터리 모듈(15)을 전력 저장 시스템에 연결하기 위해 스위칭 장치(70)에 연결 명령을 전달하고, 스위칭 장치(70)는 배터리 랙(10)과 전원라인(21) 및 통신라인(22)을 접속하는 온(On) 동작을 수행한다.

배터리 모듈(15)에 전원라인(21) 및 통신라인(22)이 전기적으로 연결되면 스위칭 장치(70)는 컨트롤 장치(60)에 연결 완료 신호를 전달한다.

컨트롤 장치(60)의 배터리 관리 시스템(BMS)는 배터리 모듈(15)의 상태를 감지하여 연결상태를 확인하고, 인터페이스 패널에 연결 상태 정보를 표시한다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 배터리 랙 11: 랙 프레임
15: 배터리 모듈 16: 선반
17,42: 구동모터 제어기 18: 레일
19,41: 구동모터 20: 랙 커넥터
21,35: 전원라인 22,36: 통신라인
24: 이송체결부 30: 배터리 교체장치
31: 배터리 결속부 32: 가이드 프레임
33: 프레임 이송체 34: 도르래
37: 구동 휠 38: 프레임 이송체 구동모터
39: 프레임 이송체 제어기 40: 파지부
44: 와이어 45: 도르래 휠
46: 도르래 구동모터 47: 도르래 제어기
50: 배터리 이송장치 60: 컨트롤 장치

Claims

취출 가능한 다수의 선반에 이송체결부와 커넥터가 마련된 배터리 모듈이 적재되고 전력라인과 통신라인이 가설된 배터리 랙;
상기 배터리 랙에 적재된 배터리 모듈의 교체 과정을 전반적으로 제어하는 컨트롤 장치;
상기 배터리 랙 주변에 설치되어 배터리 모듈을 이송하는 배터리 이송장치;
상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 외부로 취출된 선반에 마운트되어 있는 배터리 모듈을 상기 배터리 이송장치로 반출하고, 상기 배터리 이송장치를 통해 반입된 신규 배터리 모듈을 상기 선반에 장착하는 배터리 교체장치; 및
교체 대상이 되는 배터리 모듈의 커넥터와 상기 배터리 랙에 가설된 전력라인 및 통신라인 간의 연결을 배터리 교체 전에 오프시키고 교체 후에 온시키는 스위칭 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제1항에 있어서, 상기 배터리 랙은,
각 배터리 모듈이 수납되는 공간을 정의하는 랙 프레임;
상기 랙 프레임에 의해 정의된 배터리 모듈의 수납공간에 설치되어 상기 선반을 전후로 슬라이딩시키는 레일;
레일을 전후로 구동시키는 구동모터; 및
상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 상기 구동모터를 제어하는 구동 모터 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제1항에 있어서, 상기 배터리 교체장치는,
상기 배터리 랙이 설치된 하우징의 내부 상단에 포설된 가이드 프레임;
상기 가이드 프레임에 장착되어 상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 위치 이동이 가능한 프레임 이송체;
배터리 모듈과 결합 또는 분리되는 배터리 결속부; 및
상기 프레임 이송체에 장착되어 상기 배터리 결속부를 상하로 이동시키는 도르래;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제3항에 있어서, 상기 이송체결부는,
상기 배터리 결속부의 체결이 가능한 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 전력저장시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제1항에 있어서, 상기 배터리 이송장치는,
상기 배터리 랙이 설치된 하우징 하단에 마련되어 상기 배터리 교체장치에 의해 전달된 배터리 모듈을 이송하는 컨베이어 벨트; 및
상기 컨트롤장치의 제어에 따라 상기 컨베이어 벨트의 구동을 제어하는 컨베이어 구동 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리 모듈의 커넥터에 대응하도록 상기 배터리 랙에 설치되어 상기 배터리 모듈의 삽입시 상기 배터리 모듈의 커넥터를 상기 전원라인 및 통신라인과 연결하는 랙 커넥터;를 더 포함하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제6항에 있어서, 상기 스위칭 장치는,
상기 배터리 랙의 전원라인 및 통신라인과 상기 배터리 랙의 커넥터 간의 연결구간에 설치된 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
취출 가능한 다수의 선반에 이송체결부와 커넥터가 마련된 배터리 모듈이 적재되고 전력라인과 통신라인이 가설된 배터리 랙;
상기 배터리 랙에 적재된 배터리 모듈의 교체 과정을 전반적으로 제어하는 컨트롤 장치;
상기 컨트롤 장치의 제어에 따라, 외부로 취출된 선반에 장착되어 있는 배터리 모듈을 반출하고 외부에서 반입된 신규 배터리 모듈을 선반 위에 장착하는 배터리 교체장치; 및
교체 대상이 되는 배터리 모듈의 커넥터와 상기 배터리 랙에 가설된 전력라인 및 통신라인 간의 연결을 배터리 교체 전에 오프시키고 교체 후에 온시키는 스위칭 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제8항에 있어서, 상기 배터리 랙은,
각 배터리 모듈이 수납되는 공간을 정의하는 랙 프레임;
상기 랙 프레임에 의해 정의된 배터리 모듈의 수납공간에 설치되어 상기 선반의 취출과 삽입이 가능하도록 전후로 슬라이딩시키는 레일;
상기 레일을 전후로 구동시키는 구동모터; 및
상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 상기 구동모터를 제어하는 구동 모터 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제8항에 있어서, 상기 배터리 교체장치는,
상기 배터리 랙이 설치된 하우징의 내부 상단에 포설된 가이드 프레임;
상기 가이드 프레임에 장착되어 상기 컨트롤 장치의 제어에 따라 위치 이동이 가능한 프레임 이송체;
배터리 모듈과 결합 또는 분리되는 배터리 결속부; 및
상기 프레임 이송체를 따라 이동하며 상기 배터리 결속부를 상하로 이동시키는 도르래;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제10항에 있어서, 상기 이송체결부는,
상기 배터리 결속부의 체결이 가능한 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 전력저장시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제8항에 있어서,
상기 배터리 모듈의 커넥터에 대응하도록 상기 배터리 랙에 설치되어 상기 배터리 모듈의 삽입시 상기 배터리 모듈의 커넥터를 상기 전원라인 및 통신라인과 연결하는 랙 커넥터;를 더 포함하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.
제12항에 있어서, 상기 스위칭 장치는,
상기 배터리 랙의 전원라인 및 통신라인과 상기 배터리 랙의 커넥터 간의 연결구간에 설치된 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템의 배터리 모듈 관리장치.