KR20140044029A - 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 장기간 에너지 저장 장치를 사용하지 않거나, 배터리 관리 시스템(BMS)의 결함에 의해 셀의 전압이 떨어질 경우 셀에 손상이 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위해 울트라 커패시터를 이용하여 셀 정상 전압 유지용 보상충전 회로를 구성한 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 제어방법을 제공한다.

Description

셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 제어방법 {ENERGY STORAGE SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR PREVENTING CELL LOW-VOLTAGE}
본 발명은 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 울트라 커패시터를 이용하여 셀 정상 전압 유지용 보상충전 회로를 구성한 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 제어방법에 관한 것이다.
'스마트 그리드(Smart Grid)'는 첨단 ICT(Information Communication Technology; 정보통신 기술)를 활용하여 전력 공급자와 소비자가 쌍방향으로 실시간 정보를 교환해 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망을 말한다. 즉, 전력 네트워크와 첨단 ICT(양방향 통신, 센서, 컴퓨팅, S/W)를 활용한 에너지의 생성, 공급, 사용체계의 혁신을 통해 전력망의 효율성, 신뢰성, 안정성을 높이고 분산자원을 효율적으로 관리하는 것이다.
스마트 그리드는 전력산업에 통신, 인터넷, 전기전자, 자동차, 소프트웨어 등의 이종산업이 융합된 매우 광범위하고 포괄적인 개념이다. 또한, 해당국가는 물론 세계적으로 표준화가 전무한 상황이다. 따라서 전력망 및 다양한 연관분야에서의 혁신이 요구되고 대규모 투자가 필요한 스마트 그리드에 대해 세계 각국은 전력사업자와 정부 주도로 장기적인 관점에서 정책을 시행하고 있다.
에너지 저장 장치(ESS ; Energy Storage System)는 스마트그리드의 필수요소로 태양광, 풍력 등 신재생발전원의 간헐적 출력특성을 단기적으로 안정화시키기 위해서, 그리고 발전과 수요의 시차를 극복하기 위해서는 에너지 저장 기술의 적용이 필수적이라고 할 수 있다.
에너지 저장 장치는 일반적으로 단위셀들이 모듈단위로 용접 등으로 융착되어 하나의 셀에 저전압이 발생할 경우 셀 손상으로 인해 모듈 단위로 교체를 해줘야 하기 때문에 비용적인 손실이 큰 문제점을 갖고 있다. 예를 들어, 장기간 에너지 저장 장치를 사용하지 않거나, 배터리 관리 시스템(BMS)의 결함에 의해 셀의 전압이 떨어질 경우 셀에 손상이 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위한 장치 및 방법이 필요한 실정이다.
미국공개특허 [US-2011-0300415]에서는 배터리 시스템이 개시되어 있다.
미국공개특허 [US-2011-0300415]
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 셀 저전압 발생 시 울트라 커패시터를 이용하여 저전압이 발생된 셀을 보상 충전하여 배터리 모듈의 수명을 연장시키고 에너지 저장 장치의 유지관리 비용을 감축하며, 배터리 관리 시스템의 고장에도 대처가 가능한 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 관리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치에 있어서, 양극단자와 음극단자를 포함하여 구성되며, 외부로부터 전력을 공급받는 외부 전력 입력부; 배터리 단위 셀 복수 개를 포함하여 구성되며, 상기 외부 전력 입력부의 양 단에 연결되어 외부로부터 공급받은 전력을 이용하여 충전하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System); 및 적어도 하나의 스위치 및 울트라 커패시터를 포함하여 구성되며, 상기 외부 전력 입력부와 상기 배터리 모듈 사이에 구비되어 상기 각각의 배터리 단위 셀의 전압을 모니터링 하며 저전압 발생 시 해당 셀을 상기 울트라 커패시터를 이용하여 보상충전 하는 저전압 관리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저전압 관리부의 스위치는 유접점 릴레이, 무접점 릴레이, PTC(Positive Temperature Coefficient) 스위칭 소자 및 FET(Field Effect Transistor) 중 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 저전압 관리부는 상기 외부 전력 입력부의 양극단자와 상기 배터리 모듈 사이에 구비되는 제1 스위치; 상기 외부 전력 입력부의 양극단자와 상기 제1 스위치 사이의 제1 노드와 일단이 연결되고 타단이 접지(GND: ground)와 연결된 울트라 커패시터; 상기 제1 노드와 상기 울트라 커패시터 사이에 구비되는 제2 스위치; 및 상기 배터리 모듈, 제1 스위치 및 제2 스위치와 각각 연결되어 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저전압 관리부는 상기 울트라 커패시터의 충전 시 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 개방(open)하고 상기 제2 스위치를 닫도록하는(close) 것을 특징으로 한다.
또, 상기 저전압 관리부는 상기 배터리 모듈의 충전 및 방전 시 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 개방하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저전압 관리부는 상기 울트라 커패시터를 이용하여 보상 충전 시 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 닫도록하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 저전압 관리부는 상기 울트라 커패시터에 의한 보상충전 회수를 카운팅 하여 미리 결정된 회수 이상 카운팅 되면 고장 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법에 있어서, 배터리 모듈 및 저전압 관리부를 포함하여 구성되는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법에 있어서, 상기 저전압 관리부에 의해 울트라 커패시터를 사전 충전(pre-chage)하는 제1 커패시터 충전 단계; 상기 저전압 관리부에 의해 상기 배터리 모듈의 각각의 배터리 단위 셀의 전압을 모니터링 하며 저전압이 발생된 셀을 검출하는 저전압 셀 검출 단계; 상기 저전압 셀 검출 단계에서 저전압으로 검출된 단위셀이 있을 경우, 상기 충전된 울트라 커패시터를 이용하여 상기 저전압으로 검출된 셀을 충전하는 보상 충전 단계; 상기 저전압 관리부에 의해 상기 보상 충전 단계 이후 전압이 떨어진 울트라 커패시터를 사전 충전하는 제2 커패시터 충전 단계; 상기 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 가동이 중지되었는지 판단하는 가동 판단 단계; 및 상기 가동 판단 단계에서 상기 에너지 저장 장치가 가동 중 일 경우 상기 저전압 셀 검출 단계부터 상기 단계들을 순차적으로 반복하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 저전압 셀 검출 단계는 상기 저전압 관리부에 의해 상기 배터리 모듈을 충방전 하는 배터리 충방전 단계; 상기 저전압 관리부에 의해 상기 배터리 모듈의 각각의 단위셀들의 전압을 측정하는 전압측정 단계; 및 상기 전압측정 단계에서 측정된 각각의 단위셀들의 전압 중 미리 결정된 기준전압 미만의 단위셀이 존재 하는지 판단하는 저전압 판단 단계;를 포함한다.
또, 상기 셀 검출 단계와 상기 보상 충전 단계의 사이에 상기 보상 충전 단계의 보상충전 회수를 카운팅하는 카운팅 단계; 상기 카운팅 단계에서 카운팅 한 회수가 미리 결정된 회수 이상인지 판단하는 카운팅 회수 판단 단계; 및 상기 카운팅 회수 판단 단계에서 미리 결정된 회수 이상 카운팅 된 경우 고장신호를 발생하는 고장신호 발생 단계;를 더 포함한다.
또한, 상기 저전압 관리부는 상기 외부 전력 입력부의 양극단자와 상기 배터리 모듈 사이에 구비되는 제1 스위치, 상기 외부 전력 입력부의 양극단자와 상기 제1 스위치 사이의 제1 노드와 일단이 연결되고 타단이 접지(GND: ground)와 연결된 울트라 커패시터, 상기 제1 노드와 상기 울트라 커패시터 사이에 구비되는 제2 스위치 및 상기 배터리 모듈, 제1 스위치 및 제2 스위치와 각각 연결되어 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1 커패시터 충전단계 및 상기 제2 커패시터 충전단계는 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 개방(open)하고 상기 제2 스위치를 닫도록하는(close) 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보상충전 단계는 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 닫도록하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 저전압 관리부는 상기 배터리 모듈의 충전 및 방전 시 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 개방하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 관리방법에 의하면, 장기간 에너지 저장 장치를 사용하지 않거나 배터리 관리 시스템의 결함 등에 의하여 셀의 전압이 떨어질 경우 저전압이 발생된 셀을 보상충전 하여 배터리 모듈의 수명을 연장할 수 있고, 모듈 단위의 배터리 교체 회수를 줄여 에너지 저장 장치의 유지관리 비용을 감축할 수 있으며, 배터리 관리 시스템의 고장에도 대처가 가능하여 안정성을 높이는 효과가 더욱 뛰어나다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 블록도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 세부 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 순서도.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 세부 순서도.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치 및 관리방법은 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 블록도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 세부 블록도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 순서도이고, 도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 세부 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치는 외부 전력 입력부(100), 배터리 모듈(200), 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(300), 저전압 관리부(400)를 포함하여 구성된다.
외부 전력 입력부(100)는 양극단자와 음극단자를 포함하여 구성되며, 외부로부터 전력을 공급받는다. 이때 외부로부터 공급되는 전력은 화력, 수력, 원자력, 태양광, 태양열, 풍력, 조력, 등의 발전설비로부터 생산되는 전원, 가정용 전원(220V) 및 산업용 전원(380V) 등이 될 수 있다.
배터리 모듈(200)은 양극단자와 음극단자를 포함하여 구성되는 배터리 단위 셀 복수 개를 포함하여 구성되며, 외부 전력 입력부의 양 단에 연결되어 외부로부터 공급받은 전력을 이용하여 충전한다. 일반적으로 배터리 단위 셀 복수 개를 포함하여 구성된 배터리 모듈(200)은 용접 등으로 각각의 배터리 단위 셀 복수 개가 융착되어 형성되기 때문에 일부의 셀에 저전압이 발생할 경우 손상된 일부 셀로 인해 배터리 모듈(200) 단위로 교체를 해줘야 하는 문제점이 있고 이로 인해 비용적으로 손실이 큰 문제점을 갖고 있다.
배터리 관리 시스템(300)은 배터리 모듈(200)과 연결되어 배터리 모듈(200)을 관리한다. 일반적으로 배터리 관리 시스템(300)은 배터리 모듈(200)의 전압이 일정전압(방전종지전압)이하로 떨어지지 않게 유지해주고 일정전압 이상 충전을 막아주는 역할을 담당하며 배터리 모듈(200)의 충전상태(SOC : State Of Charge) 등을 모니터링 및 제어하는 등 배터리 모듈을 전반적으로 관리한다.
저전압 관리부(400)는 적어도 하나의 스위치(410, 420) 및 울트라 커패시터(430)를 포함하여 구성되며, 외부 전력 입력부와 배터리 모듈 사이에 구비되어 각각의 배터리 단위 셀의 전압을 모니터링 하며 저전압 발생 시 해당 셀을 울트라 커패시터를 이용하여 보상충전 한다. 여기서, 저전압 관리부의 스위치는 유접점 릴레이, 무접점 릴레이, PTC(Positive Temperature Coefficient) 스위칭 소자 및 FET(Field Effect Transistor)중 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
저전압 관리부(400)에 대해서 보다 상세하게 설명하자면, 저전압 관리부(400)는 울트라 커패시터(430) 및 적어도 하나의 스위치(410, 420)를 포함하여 구성될 수 있다.
울트라 커패시터(430)는 외부 전력 입력부(100)와 배터리 모듈(200) 사이에 구비되어 보상 충전을 하기 위한 전력을 충전하고 충전된 전력을 이용하여 보상 충전을 한다.
스위치(410, 420)는 한 개(도 3 참조), 두 개(도 4 참조), 또는 세 개(도 5 참조) 등으로 구성 할 수 있으며, 필요에 의해 더 많은 수량이 구비될 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템(300)은 배터리 모듈(200) 및 스위치(410, 420)와 각각 연결되어 배터리 모듈(200)의 각각의 배터리 단위 셀들을 각각 모니터링 하며 배터리 모듈(200)의 배터리 단위 셀에 저전압이 감지되면 스위치(410, 420)를 제어하여 저전압이 발생된 배터리 단위 셀에 보상 충전을 할 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 저전압 관리부(400)는 제어유닛(440)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 제어유닛(440)은 배터리 모듈(200) 및 스위치(410, 420)와 각각 연결되어 배터리 모듈(200)의 각각의 배터리 단위 셀들을 각각 모니터링 하며 배터리 모듈(200)의 배터리 단위 셀에 저전압이 감지되면 스위치(410, 420)를 제어하여 저전압이 발생된 배터리 단위 셀에 보상 충전을 할 수 있다. 스위치(410, 420)의 제어를 이용한 저전압이 발생된 배터리 단위 셀의 보상 충전은 배터리 관리 시스템(300)을 이용하여 제어 할 수도 있지만 배터리 관리 시스템(300)의 고장으로 인해 배터리 단위 셀의 저전압이 발생 될 수 있는 문제점에 대비하기 위해 별도의 제어유닛(440)을 구비하므로 배터리 관리 시스템(300)을 이용한 제어보다 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
여기서, 스위치 두 개로 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치에 대하여 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 저전압 관리부(400)는 제1 스위치(410), 울트라 커패시터(430), 제2 스위치(420) 및 제어유닛(440)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 스위치(410)는 외부 전력 입력부(100)의 양극단자와 배터리 모듈(200) 사이에 구비될 수 있다.
울트라 커패시터(430)는 외부 전력 입력부(100)의 양극단자와 제1 스위치(410) 사이의 제1 노드와 일단이 연결되고 타단이 접지(GND: ground)와 연결될 수 있다.
제2 스위치(420)는 제1 노드와 울트라 커패시터(430) 사이에 구비될 수 있다.
제어유닛(440)은 배터리 모듈(200), 제1 스위치(410) 및 제2 스위치(420)와 각각 연결되어 제1 스위치(410) 및 제2 스위치(420)를 제어할 수 있다
이때, 저전압 관리부(400)는 울트라 커패시터(430)의 충전 시 제어유닛(440)에 의해 제1 스위치(410)를 개방(open)하고 제2 스위치(420)를 닫도록하는(close) 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 저전압 관리부(400)는 배터리 모듈(200)의 충전 및 방전 시 제어유닛(440)에 의해 제1 스위치(410)를 닫고 제2 스위치(420)를 개방하는 것을 특징으로 할 수 있다. 아울러, 저전압 관리부(400)는 울트라 커패시터(430)를 이용하여 보상 충전 시 제어유닛(440)에 의해 제1 스위치(410)를 닫고 제2 스위치(420)를 닫도록하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 제어유닛(440)은 저전압이 발생된 배터리 단위 셀이 정상 전압 범위에 돌입하였음을 센싱하여 보상 충전을 멈출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 저전압 관리부(400)는 울트라 커패시터(430)에 의한 보상충전 회수를 카운팅 하여 미리 결정된 회수 이상 카운팅 되면 고장 신호를 발생하는 것을 특징으로 할 수 있다. 일반적으로 배터리 단위 셀의 저전압이 발생될 경우 배터리 관리 시스템(300)이 정상적으로 작동되지 않을 가능성이 있으므로 울트라 커패시터(430)에 의한 보상충전 회수를 카운팅 하여 미리 결정된 회수 이상 카운팅이 되면 배터리 관리 시스템(300)의 고장 여부를 확인하기 위해 고장 신호를 발생 할 수 있다. 또한 울트라 커패시터(430)에 의한 카운팅 시 울트라 커페시터에 의해 충전된 셀과 보상 충전된 충전량 등의 정보를 포함하여 저장하여 사후 관리에 이용 할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장 방법은 배터리 모듈 및 저전압 관리부를 포함하여 구성되는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법에 있어서, 제1 커패시터 충전 단계(S10), 저전압 셀 검출 단계(S20), 보상 충전 단계(S30), 제2 커패시터 충전 단계(S40), 가동 판단 단계(S50) 및 반복 단계를 포함하여 이루어진다.
제1 커패시터 충전 단계(S10)는 저전압 관리부에 의해 울트라 커패시터를 사전 충전(pre-chage)한다. 이때, 배터리 모듈의 충전을 중단하고 사전 충전을 할 수 있다.
저전압 셀 검출 단계(S20)는 저전압 관리부에 의해 배터리 모듈의 각각의 배터리 단위 셀의 전압을 모니터링 하며 저전압이 발생된 셀을 검출한다. 이때, 각각의 배터리 단위 셀의 전압을 모니터링 하기 때문에 일부 셀에 저전압이 발생하더라도 배터리 모듈 전체를 교체해야 되는 경우를 미연에 방지 할 수 있다.
보상 충전 단계(S30)는 저전압 관리부에 의해 저전압 셀 검출 단계(S20)에서 저전압으로 검출된 단위셀이 있을 경우, 충전된 울트라 커패시터를 이용하여 저전압으로 검출된 셀을 충전한다.
제2 커패시터 충전 단계(S40)는 저전압 관리부에 의해 보상 충전 단계(S30) 이후 전압이 떨어진 울트라 커패시터를 사전 충전한다.
가동 판단 단계(S50)는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 가동이 중지되었는지 판단한다.
반복 단계는 가동 판단 단계에서 에너지 저장 장치가 가동 중 일 경우 저전압 셀 검출 단계부터 단계들을 순차적으로 반복한다.
저전압 셀 검출 단계(S20)에 대하여 보다 상세하게 설명하자면, 도 7에 도시된 바와 같이, 저전압 셀 검출 단계(S20)는 배터리 충방전 단계(S21), 전압측정 단계(S22) 및 저전압 판단 단계(S23)를 포함하여 이루어질 수 있다.
배터리 충방전 단계(S21)는 저전압 관리부에 의해 배터리 모듈을 충방전 할 수 있다.
전압측정 단계(S22)는 저전압 관리부에 의해 배터리 모듈의 각각의 단위셀들의 전압을 측정할 수 있다.
저전압 판단 단계(S23)는 저전압 관리부에 의해 전압측정 단계에서 측정된 각각의 단위셀들의 전압 중 미리 결정된 기준전압 미만의 단위셀이 존재 하는지 판단할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 저전압 방지용 에너지 저장방법은 셀 검출 단계와 보상 충전 단계의 사이에 상기 보상 충전 단계의 보상충전 회수를 카운팅하는 카운팅 단계(S25), 상기 카운팅 단계에서 카운팅 한 회수가 미리 결정된 회수 이상인지 판단하는 카운팅 회수 판단 단계(S26) 및 상기 카운팅 회수 판단 단계에서 미리 결정된 회수 이상 카운팅 된 경우 고장신호를 발생하는 고장신호 발생 단계(S27)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
저전압 관리부는 외부 전력 입력부의 양극단자와 배터리 모듈 사이에 구비되는 제1 스위치, 외부 전력 입력부의 양극단자와 제1 스위치 사이의 제1 노드와 일단이 연결되고 타단이 접지(GND: ground)와 연결된 울트라 커패시터, 제1 노드와 울트라 커패시터 사이에 구비되는 제2 스위치 및 배터리 모듈, 제1 스위치 및 제2 스위치와 각각 연결되어 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 제1 커패시터 충전단계 및 제2 커패시터 충전단계는 제어유닛에 의해 제1 스위치를 개방(open)하고 제2 스위치를 닫도록하는(close) 것을 특징으로 할 수 있다.
보상충전 단계는 제어유닛에 의해 제1 스위치를 닫고 제2 스위치를 닫도록하는 것을 특징으로 할 수 있다.
저전압 관리부는 배터리 모듈의 충전 및 방전 시 제어유닛에 의해 제1 스위치를 닫고 제2 스위치를 개방하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 외부 전력 입력부 200: 배터리 모듈
300: 배터리 관리 시스템 400: 저전압 관리부
410: 제1 스위치 420: 제2 스위치
430: 울트라 커패시터 440: 제어유닛
S10: 제1 커패시터 충전 단계 S20: 저전압 셀 검출 단계
S21: 배터리 충방전 단계 S22: 전압측정 단계
S23: 저전압 판단 단계 S25: 카운팅 단계
S26: 카운팅 회수 판단 단계 S27: 고장신호 발생 단계
S30: 보상 충전 단계 S40: 제2 커패시터 충전 단계
S50: 가동 판단 단계

Claims (14)

  1. 양극단자와 음극단자를 포함하여 구성되며, 외부로부터 전력을 공급받는 외부 전력 입력부;
    배터리 단위 셀 복수 개를 포함하여 구성되며, 상기 외부 전력 입력부의 양 단에 연결되어 외부로부터 공급받은 전력을 이용하여 충전하는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈과 연결되어 상기 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System); 및
    적어도 하나의 스위치 및 울트라 커패시터를 포함하여 구성되며, 상기 외부 전력 입력부와 상기 배터리 모듈 사이에 구비되어 상기 각각의 배터리 단위 셀의 전압을 모니터링 하며 저전압 발생 시 해당 셀을 상기 울트라 커패시터를 이용하여 보상충전 하는 저전압 관리부;
    를 포함하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저전압 관리부의 스위치는
    유접점 릴레이, 무접점 릴레이, PTC(Positive Temperature Coefficient) 스위칭 소자, FET(Field Effect Transistor) 중 선택되는 적어도 어느 하나인 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저전압 관리부는
    상기 외부 전력 입력부의 양극단자와 상기 배터리 모듈 사이에 구비되는 제1 스위치;
    상기 외부 전력 입력부의 양극단자와 상기 제1 스위치 사이의 제1 노드와 일단이 연결되고 타단이 접지(GND: ground)와 연결된 울트라 커패시터;
    상기 제1 노드와 상기 울트라 커패시터 사이에 구비되는 제2 스위치; 및
    상기 배터리 모듈, 제1 스위치 및 제2 스위치와 각각 연결되어 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어유닛;
    을 포함하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 저전압 관리부는
    상기 울트라 커패시터의 충전 시 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 개방(open)하고 상기 제2 스위치를 닫도록하는(close) 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 저전압 관리부는
    상기 배터리 모듈의 충전 및 방전 시 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 개방하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 저전압 관리부는
    상기 울트라 커패시터를 이용하여 보상 충전 시 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 닫도록하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 저전압 관리부는
    상기 울트라 커패시터에 의한 보상충전 회수를 카운팅 하여 미리 결정된 회수 이상 카운팅 되면 고장 신호를 발생하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치.
  8. 배터리 모듈 및 저전압 관리부를 포함하여 구성되는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 저전압 관리부에 의해 울트라 커패시터를 사전 충전(pre-chage)하는 제1 커패시터 충전 단계;
    상기 저전압 관리부에 의해 상기 배터리 모듈의 각각의 배터리 단위 셀의 전압을 모니터링 하며 저전압이 발생된 셀을 검출하는 저전압 셀 검출 단계;
    상기 저전압 셀 검출 단계에서 저전압으로 검출된 단위셀이 있을 경우, 상기 충전된 울트라 커패시터를 이용하여 상기 저전압으로 검출된 셀을 충전하는 보상 충전 단계;
    상기 저전압 관리부에 의해 상기 보상 충전 단계 이후 전압이 떨어진 울트라 커패시터를 사전 충전하는 제2 커패시터 충전 단계;
    상기 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 가동이 중지되었는지 판단하는 가동 판단 단계; 및
    상기 가동 판단 단계에서 상기 에너지 저장 장치가 가동 중 일 경우 상기 저전압 셀 검출 단계부터 상기 단계들을 순차적으로 반복하는 단계;
    를 포함하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 저전압 셀 검출 단계는
    상기 저전압 관리부에 의해 상기 배터리 모듈을 충방전 하는 배터리 충방전 단계;
    상기 저전압 관리부에 의해 상기 배터리 모듈의 각각의 단위셀들의 전압을 측정하는 전압측정 단계; 및
    상기 전압측정 단계에서 측정된 각각의 단위셀들의 전압 중 미리 결정된 기준전압 미만의 단위셀이 존재 하는지 판단하는 저전압 판단 단계;
    를 포함하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 셀 검출 단계와 상기 보상 충전 단계의 사이에
    상기 보상 충전 단계의 보상충전 회수를 카운팅하는 카운팅 단계;
    상기 카운팅 단계에서 카운팅 한 회수가 미리 결정된 회수 이상인지 판단하는 카운팅 회수 판단 단계; 및
    상기 카운팅 회수 판단 단계에서 미리 결정된 회수 이상 카운팅 된 경우 고장신호를 발생하는 고장신호 발생 단계;
    를 더 포함하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 저전압 관리부는
    상기 외부 전력 입력부의 양극단자와 상기 배터리 모듈 사이에 구비되는 제1 스위치, 상기 외부 전력 입력부의 양극단자와 상기 제1 스위치 사이의 제1 노드와 일단이 연결되고 타단이 접지(GND: ground)와 연결된 울트라 커패시터, 상기 제1 노드와 상기 울트라 커패시터 사이에 구비되는 제2 스위치 및 상기 배터리 모듈, 제1 스위치 및 제2 스위치와 각각 연결되어 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어유닛을 포함하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 커패시터 충전단계 및 상기 제2 커패시터 충전단계는
    상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 개방(open)하고 상기 제2 스위치를 닫도록하는(close) 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 보상충전 단계는
    상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 닫도록하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 저전압 관리부는
    상기 배터리 모듈의 충전 및 방전 시 상기 제어유닛에 의해 상기 제1 스위치를 닫고 상기 제2 스위치를 개방하는 셀 저전압 방지용 에너지 저장 장치의 제어방법.
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