KR20150047649A - 비상전원용 배터리 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비상전원용 배터리 관리 시스템에 관한 것으로, 배터리(220)와, 배터리(220)의 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 측정하는 센서부(230)와, 상기 배터리(220)의 방전테스트를 수행하는 방전부(210)와, 상기 배터리(220)의 방전테스트 시에 상기 배터리(220)의 방전전류량을 측정하는 클램프미터(240)와, 실시간으로 상기 센서부(230)에서 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리(220)의 불량 여부를 판단하며 주기적으로 상기 방전부(210)을 통해 상기 배터리(220)의 방전테스트를 수행시킨 후 상기 센서부(230)에서 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항과 상기 클램프미터(240)를 통해 측정한 방전전류량을 분석하여 상기 배터리(220)의 성능 및 잔여수명을 판별하는 호스트 컨트롤러(Host Controller)(100)을 포함하여 구성함을 특징으로 한다. 본 발명은 정상 동작 시는 물론 배터리 방전 시에도 각 셀의 전압, 온도를 감지하여 배터리 각각의 성능 및 수명을 확인함으로써 예기치않은 정전 사고에 적절히 대응하여 안정적으로 전원을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선통신방식으로 배터리의 정보를 수집하도록 시스템을 구축함으로써 시스템 설치 및 유지보수를 용이하게 한다.

Description

비상전원용 배터리 관리 시스템{Management System For Battery Using Emergency Power Supply}

본 발명은 배터리 관리 시스템에 관한 것으로, 특히, 비상전원용 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.

산업이 고도화되면서 통신센터, 전산센터, 방송국, 병원, 철도역사, 산업체 등 다양한 분야에서 전력 사용이 상용화되었으며, 예기치않은 정전으로 인한 피해를 방지하고자 예비전원으로서 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply ; 이하 'UPS'라 한다.)를 기본적으로 시설하여 만약의 사태에 대비하고 있다.

UPS란 상용 AC 전원의 정전시, 상기 UPS에 내장된 배터리(battery) 그룹의 방전에 의하여 AC 전원의 복구시점까지 안정적인 전원공급을 담당하는 기능을 수행하기 위한 것으로, 일반적으로 12V 배터리 20개 이상을 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성하게 된다.

한편, UPS의 무정전 전원 공급 시간은 배터리의 용량과 셀 수량에 따라 차이가 있으나, 보통 AC 전원 208V를 기준으로 30분에서 2시간 정도이다.

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

따라서, 산업용 축전지는 일반적ㅇ로 축전지의 기대수명(제품에 따라 기대수명이 다름)에 도달하면 축전지 상태의 양호/불량을 따지지 않고 교체한다.

그런데 축전지를 새로 구입하여 설치 시에도 구입한 축전지의 정격용량이 맞게 들어왔는지 불량품은 존재하지 않는지 확인함이 없이 설치 운영하게 된다. 이런 상황이다 보니 정전 시에 반드시 작동하여야 하는 예비전원이 축전지의 불량 또는 용량 부족으로 제 역할을 못하는 경우가 종종 발생하게 된다. 실제 정전사태에서 예비전원이 동작하지 않아 엘리베이터에 갇히거나 수술중인 병원에서 전원 공급이 중단된 경우가 있다.

이와 같이 공공의 이익을 추구하는 예비전원 또는 비상전원은 신뢰성의 확보가 무엇보다 중요하다 하겠다.

축전지는 충/방전 횟수가 증가함에 따라 효율이 떨어지게 되는 문제가 있는데, 이를 조기에 발견하게 되면 전기 제품의 사용중에 방전으로 인한 사용불능의 문제를 해결할 수 있을 것이다.

이를 위하여, 축전지를 충/방전하면서 전류, 전압 등을 측정하여 성능을 진단하는 기술이 제안되었다.

그러나 이러한 측정 방법은 결과값을 사용자나 외부에 전송하기 위해 별도의 전송 절차를 거쳐야 하고, 원격지에서 실시간으로 축전지의 이력 관리가 용이하지 않은 문제를 갖는다.

또한 축전지의 이력 관리를 위해 원격지의 호스트와 현장의 기기 간을 유선으로 연결하여 시스템을 구축함으로 도 3a에 도시된 바와 같이 수많은 전선, 데이터선이 연결되어 시스템 구축이 복잡하고 유지보수가 어려운 문제를 내포한다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 원격지에서 무선으로 비상전원용 배터리의 성능을 점검하고 결과를 전송받아 효과적으로 비상전원용 배터리의 성능 관리 및 이력 관리를 가능하도록 하는 비상전원용 배터리 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 비상전원용 배터리를 구성하는 각 셀의 성능 진단이 가능하도록 함은 물론 진단결과를 무선으로 호스트 컨트롤러에 전송하도록 함으로써 유선을 복잡하게 연결할 필요가 없어 시스템 구축이 간편함은 물론 유지보수가 용이하도록 하는 목적을 달성하고자 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 적어도 하나 이상의 배터리와, 상기 배터리의 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 측정하는 센서부와, 상기 배터리의 방전테스트를 수행하는 방전부와, 실시간으로 상기 센서부에서 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리의 불량 여부를 판단하며 주기적으로 상기 방전부을 통해 상기 배터리의 방전테스트를 수행시킨 후 상기 센서부에서 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리의 성능 및 잔여수명을 판별하는 호스트 컨트롤러(Host Controller)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 적어도 하나 이상의 배터리와, 실시간으로 상기 배터리의 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 측정하며, 상기 배터리의 방전테스트를 수행하는 방전부와, 실시간으로 상기 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리의 불량 여부를 판단하며 주기적으로 상기 방전부을 통해 상기 배터리의 방전테스트를 수행시킨 후 상기 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리의 성능 및 잔여수명을 판별하는 호스트 컨트롤러(Host Controller)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 방전부는 호스트 컨트롤러에 유선통신과 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 있어서, 배터리의 방전전류량을 측정하여 호스트 컨트롤러 또는 방전부에 전달하는 클램프미터를 포함하며, 상기 호스트 컨트롤러는 배터리 성능 및 수명을 판별할 때 상기 방전전류량을 반영하도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성하는 본 발명은 정상 동작 시는 물론 배터리 방전 시에도 각 셀의 전압, 온도를 감지하여 배터리 각각의 성능 및 수명을 확인할 수 있다. 특히 본 발명은 실시간으로 내부저항, 전압, 온도 및 잔여용량 측정을 하도록 함으로써 예기치않은 정전 사고에 적절히 대응하여 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.

또한, 본 발명은 실시간으로 배터리의 수명 및 성능을 감시하여 관리함으로써 불량 배터리를 교체할 새로운 배터리를 미리 구비할 수 있어 예기치않은 사고에 적절히 대응할 수 있음은 물론 불필요한 비용을 절감시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 무선통신방식으로 배터리의 정보를 수집하도록 시스템을 구축함으로써 시스템 설치 및 유지보수를 용이하게 한다.

도 1은 본 발명의 비상전원용 배터리 관리 시스템의 일실시 예를 보인 블록 구성도.
도 2는 도 1에서 배터리 블록의 연결방식을 보인 예시도.
도 3은 종래기술과 본 발명의 배터리 블록의 배선상태를 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 보인 블록 구성도.

이하, 본 발명을 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서는 본 발명의 기술적 사상 및 본질적 특성을 명료히 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 공지된 기술에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 비상전원용 배터리 관리 시스템의 실시 예를 보인 블록 구성도로서 이에 도시한 바와 같이, 배터리(220)와, 배터리(220)의 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 측정하는 센서부(230)와, 상기 배터리(220)의 방전테스트를 수행하는 방전부(210)와, 상기 배터리(220)의 방전테스트 시에 상기 배터리(220)의 방전전류량을 측정하는 클램프미터(240)와, 실시간으로 상기 센서부(230)에서 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리(220)의 불량 여부를 판단하며 주기적으로 상기 방전부(210)을 통해 상기 배터리(220)의 방전테스트를 수행시킨 후 상기 센서부(230)에서 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항과 상기 클램프미터(240)를 통해 측정한 방전전류량을 분석하여 상기 배터리(220)의 성능 및 잔여수명을 판별하는 호스트 컨트롤러(Host Controller)(100)을 포함하여 구성한다.

상기 배터리(220), 센서부(230) 및 방전부(210)는 도 2에 도시한 바와 같이 상호 연결되어 구성되며, 시스템에서 필요로 하는 전력용량만큼 증설이 가능하다.

상기 방전부(210)는 호스트 컨트롤러(100)와 유선통신(예로, RS 422)을 수행하며 상기 호스트 컨트롤러(100)의 명령에 의해 배터리(220)에 저장된 전원을 방전하는 기능을 수행한다.

상기 방전부(210)는 수동의 방전테스트를 위한 방전스위치와, 배터리(220)에 연결된 전선의 극성 오류 표시를 위한 램프와, 전원스위치 및 전원램프를 포함하여 구성된다.

상기 센서부(230)는 배터리(220)를 구성하는 셀 개수만큼의 감지기를 구비하며, 각각의 감지기는 무선통신부(예로, Zigbee), 전압 측정부 및 온도 측정부가 구비되어 정상 동작 시 및 배터리 방전 중에 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 감지하고그 감지된 데이터를 무선으로 호스트 컨트롤러(100)에 전송하는 기능을 한다.

상기 감지기에 구비된 무선통신방식을 Zigbee로 예시하였으나, 블루투스, 무선랜 등의 다양한 무선통신방식 중 하나를 적용할 수 있으며, 필요한 경우 호스트 컨트롤러(110)와 유선통신방식(예로, RS 485)으로 연결도 가능하다.

따라서, 센서부(230)와 호스트 컨트롤러(100) 간을 무선통신방식으로 연결함으로써 종래의 도 3a와 같은 복잡한 배선이 아니라 도 3b와 같이 단순 배선이 가능하여 시스템 설치은 물론 유지보수가 용이하게 되는 이점이 있다.

상기 클램프 미터(240)는 변류기 내장형의 전류계로 구성할 수 있으며, 호스트 컨트롤러(100)와 유선통신방식(예로, RS 232)으로 연결되어 배터리 방전 시의 방전전류량을 측정하여 상기 호스트 컨트롤러(100)에 전달한다.

상기 호스트 컨트롤러(100)는 실시간으로 배터리(220)의 성능(양호/불량 여부 포함) 및 잔여수명을 판별하기 위해 센서부(230) 및 클램프 미터(240)로부터 전송된 모든 데이터를 수집하여 분석하며, 터치패널 디스플레이가 장착되어 상기 분석결과를 그래픽 데이터 형식으로 디스플레이한다.

또한, 호스트 컨트롤러(100)는 배터리(220)에 대한 분석결과를 통신망을 통해 중앙관리센터에 전달하여 통합 관리하도록 함으로써 배터리 불량으로 인한 예기치않은 사태를 미연에 방지할 수 있도록 한다.

즉, 호스트 컨트롤러(100)는 배터리(220)의 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 정상 동작 시는 물론 배터리 방전 시에 감지하여 상기 배터리(220) 및 배터리의 각 셀의 성능 및 수명을 확인하여 관리자에게 제공한다. 따라서 정상적인 배터리가 폐기되는 것을 최소화함은 물론 불량 배터리를 정확히 인식하여 새로운 배터리로 교체함으로써 불필요한 비용의 지출을 방지하며, 결과적으로 예기치않은 정전 사태에 대비한 백업기능을 유지하여 시스템의 안정적 작동을 보장할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예는 도 4에 도시한 바와 같이, 호스트 컨트롤러(100), 방전부(310), 배터리(320), 센서부(330) 및 클램프미터(340)를 구비하며, 그 각각의 기본 기능은 도 1의 실시 예와 동일하다.

다만, 상기 방전부(310)는 호스트 컨트롤러(100)와 무선통신방식으로 데이터를 송수신하기 위한 무선통신부와, 배터리 방전 테스트 시에 배터리(320)의 방전전류량을 수집하기 위해 클램프미터(340)가 연결되는 포트를 구비하여 구성된다.

도 4와 같은 본 발명의 다른 실시 예의 경우에도 필요한 경우 방전부(310)와 센서부(330)를 호스트 컨트롤러(100)에 유선통신방식으로 연결하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 도 4의 다른 실시 예를 변형하여 방전부(310)에 센서부(310)의 기능(온도 측정부, 전압 측정부)을 내장하여 구현함으로써 배터리(320)의 각 셀 측면에 온도센서를 부착한 후 그 온도센서의 단자를 상기 방전부(310)에 연결함은 물론 상기 각 셀의 단자를 상기 방전부(310)에 연결하여 상기 방전부(310)가 실시간으로 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 측정하도록 할 수 있다. 이 경우 방전부(310)와 배터리(320) 간의 배선이 필요하지만 거리 및 공간 측면에서 볼 때 작업에 큰 문제가 없다.

상기에서 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하였으나, 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상 및 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 형태로 구현할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 호스트 컨트롤러 210, 310 : 방전부
220, 320 : 배터리 230, 330 : 센서부
240, 340 : 클램프 미터

Claims (6)

1. 적어도 하나 이상의 배터리와,
   실시간으로 상기 배터리의 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 측정하는 센서부와,
   무선통신방식으로 상기 센서부로부터 수집한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리의 불량 여부를 판단하는 호스트 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전원용 배터리 관리 시스템.
2. 제1항에 있어서, 배터리의 방전테스트를 수행하는 방전부를 포함하며,
   호스트 컨트롤러는 상기 방전부에 상기 배터리의 방전테스트를 수행시킨 후 센서부에서 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항를 분석하여 상기 배터리의 성능 및 잔여수명을 판별하는 것을 특징으로 하는 비상전원용 배터리 관리 시스템.
3. 적어도 하나 이상의 배터리와,
   실시간으로 상기 배터리의 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 측정하며, 상기 배터리의 방전테스트를 수행하는 방전부와,
   실시간으로 상기 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리의 불량 여부를 판단하며 주기적으로 상기 방전부을 통해 상기 배터리의 방전테스트를 수행시킨 후 상기 측정한 각 셀의 전압, 온도 및 내부저항을 분석하여 상기 배터리의 성능 및 잔여수명을 판별하는 호스트 컨트롤러(Host Controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상전원용 배터리 관리 시스템.
4. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서, 배터리의 방전전류량을 측정하여 호스트 컨트롤러에 전달하는 클램프미터를 포함하며,
   상기 호스트 컨트롤러는 배터리 성능 및 수명을 판별할 때 상기 방전전류량을 반영하는 것을 특징으로 하는 비상전원용 배터리 관리 시스템.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 배터리의 방전전류량을 측정하여 방전부에 전달하는 클램프미터를 포함하며,
   상기 방전부는 방전전류량을 호스트 컨트롤러에 전달하여 그 호스트 컨트롤러가 배터리 성능 및 수명을 판별할 때 상기 방전전류량을 반영하도록 하는 것을 특징으로 하는 비상전원용 배터리 관리 시스템.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 방전부는 호스트 컨트롤러에 유선통신과 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 비상전원용 배터리 관리 시스템.

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