KR20150062050A - 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템 - Google Patents

배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템 Download PDF

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Abstract

계통으로부터의 전원 공급 없이도 배터리 관리 장치의 제어 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는, 계통에서 제공되는 잉여 에너지를 저장하고, 저장되어 있는 에너지를 계통에 공급하는 복수개의 배터리 랙(Rack)을 포함하고, 상기 배터리 랙은, 충전시 상기 잉여 에너지를 저장하고, 방전시 저장되어 있는 에너지를 상기 계통에 제공하는 복수개의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 상태를 모니터링하고 상기 배터리 모듈의 충방전 동작을 제어하는 제1 관리 모듈: 상기 배터리 모듈을 초기 충전시켜 돌입전류를 방지하는 초기 충전 모듈; 및 입력단자를 통해 상기 복수개의 배터리 모듈로부터 입력되는 입력전압을 변압하여 출력전압을 생성하고, 출력단자를 통해 상기 출력전압을 상기 제1 관리 모듈 및 상기 초기 충전 모듈에 제어 전원으로 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템{Battery Conditioning System and Battery Energy Storage System Including That Battery Conditioning System}
본 발명은 배터리 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 배터리 에너지 저장 시스템에 포함된 배터리 관리 장치의 전원 공급에 관한 것이다.
산업의 발달과 더불어 전력수요가 점차 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다.
최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있는데, 이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통의 부족 전력을 배터리에서 공급해주는 배터리 에너지 저장 시스템(Battery Energy Storage System)이다.
배터리 에너지 저장 시스템은 야간의 잉여 전력이나 풍력, 태양광 등의 신재생 에너지에서 발전된 잉여 전력을 배터리에 저장하였다가, 피크 부하 또는 계통 사고시 배터리에 저장된 전력을 계통에 공급한다. 이를 통해 신재생 에너지원에 의해 불안정하게 변동되는 계통 전력을 안정화 시키고 최대부하 삭감과 부하 평준화를 달성할 수 있게 된다.
특히, 최근 다양한 신재생 에너지원의 출현으로 인해 부각되고 있는 지능형 전력망(Smart Grid)뿐만 아니라 전기 자동차에도 이러한 배터리 에너지 저장 시스템이 이용될 수 있다.
이하 이러한 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 도 1을 참조하여 간략히 설명한다.
도 1은 일반적인 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 에너지 저장 시스템(100)은, 배터리 관리 장치(Battery Conditioning System, BCS, 110) 및 전력 관리 장치(Power Conditioning System: PCS, 120)를 포함한다.
배터리 관리 장치(110)는, 복수개의 배터리들로 구성되는 배터리 시스템(Battery System, 112)을 포함함으로써, 계통(130)으로부터 제공되는 잉여 에너지를 배터리 시스템(112)에 저장, 피크 부하 또는 계통 사고 발생 시 배터리 시스템(112)에 저장되어 있는 에너지를 계통에 공급한다. 이러한 배터리 관리 장치(110)는, 에너지 저장을 담당하는 배터리 시스템(112)외에도, 배터리 항온 항습을 위한 공조모듈(HVAC, 114), 및 화재에 대비하기 위한 소방모듈(Fire Suppression, 116)를 포함한다.
전력 관리 장치(120)는, 배터리 관리 장치(110)와 계통(미도시)을 연계하는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 전력 관리 장치(120)는 배터리 관리 장치(110)에 포함된 하나 이상의 배터리에 계통의 잉여 에너지를 충전시키거나 하나 이상의 배터리 랙에 저장된 에너지를 계통에 제공하는 역할을 수행한다. 이때, 전력 관리 장치(120)는 계통에 대한 전력의 차단과 계통으로부터 공급되는 전력의 투입을 담당하는 스위치 기어(SWGR, 122), 승압/감압을 담당하는 변압기(TR, 124), 교류를 직류로 변환하거나 직류를 교류로 변환하는 전력 변환 모듈(Power Conversion Unit: PCU, 126), 및 냉각 시스템(Cooling System, 128)을 포함한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 배터리 에너지 저장 시스템(100)의 배터리 관리 장치(110)의 경우, 배터리 관리 장치(110)의 동작을 위한 제어 전원은 도 2에 도시된 바와 같이, 계통(210)으로부터 배전반(220) 및 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply: UPS, 230) 중 적어도 하나를 거쳐 공급된다. 이때, 배터리 관리 장치(110)의 배터리 시스템(112)과 소방모듈(116)을 구동하기 위한 제어 전원은 계통(210)으로부터 배전반(220) 및 무정전 전원장치(230)를 통해 공급되고, 공조모듈(114)를 구동하기 위한 제어전원은 계통(210)으로부터 배전반(220)을 통해 공급된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 일반적인 배터리 관리 장치의 경우, 계통으로부터 전원공급이 불가능한 장소에는 설치할 수 없다는 문제점이 있고, 계통측 정전시간이 길어져 무정전 전원장치의 백업(Back-up)이 불가능하거나 무정전 전원장치에 고장이 발생하는 경우 등과 같은 상황에서는 배터리 관리 장치에 제어 전원의 공급이 불가능하므로 배터리 관리 장치의 사용이 불가능하게 되어 배터리 에너지 저장 시스템을 사용할 수 없게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 계통으로부터의 전원 공급 없이도 배터리 관리 장치의 제어 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 배터리 관리 장치의 제어 전원을 배터리 관리 장치에 포함된 내부 배터리를 이용하여 공급할 수 있는 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는, 계통에서 제공되는 잉여 에너지를 저장하고, 저장되어 있는 에너지를 계통에 공급하는 복수개의 배터리 랙(Rack)을 포함하고, 상기 배터리 랙은, 충전시 상기 잉여 에너지를 저장하고, 방전시 저장되어 있는 에너지를 상기 계통에 제공하는 복수개의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 상태를 모니터링하고 상기 배터리 모듈의 충방전 동작을 제어하는 제1 관리 모듈: 상기 배터리 모듈을 초기 충전시켜 돌입전류를 방지하는 초기 충전 모듈; 및 입력단자를 통해 상기 복수개의 배터리 모듈로부터 입력되는 입력전압을 변압하여 출력전압을 생성하고, 출력단자를 통해 상기 출력전압을 상기 제1 관리 모듈 및 상기 초기 충전 모듈에 제어 전원으로 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 에너지 저장 시스템은, 계통으로부터 제공되는 잉여 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 계통에 공급하는 배터리 관리 장치; 및 상기 배터리 관리 장치에 상기 잉여 에너지를 충전시키거나 상기 배터리 관리장치에 저장된 에너지를 상기 계통에 제공하는 전력 관리 장치를 포함하고, 상기 배터리 관리 장치는, 상기 잉여 에너지가 충전되거나 상기 저장된 에너지를 방전시키는 복수개의 배터리 모듈, 상기 복수개의 배터리 모듈의 상태를 모니터링하고 상기 복수개의 배터리 모듈의 충방전 동작을 제어하는 제1 관리 모듈, 및 입력단자를 통해 상기 복수개의 배터리 모듈로부터 입력되는 입력전압을 변압하여 출력전압을 생성하고, 출력단자를 통해 상기 출력전압을 상기 제1 관리 모듈에 제어 전원으로 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 하나 이상의 배터리 랙; 및 배전반을 통해 상기 계통으로부터 제공되는 전압을 제어 전원으로 하여 동작하고, 상기 복수개의 배터리 모듈의 온도 및 습도를 조절하는 공조 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리 관리 장치의 제어 전원을 배터리 관리 장치에 포함된 내부 배터리를 이용하여 공급하기 때문에 계통으로부터의 전원 공급 없이도 배터리 관리 장치를 안정적으로 동작시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 계통으로부터의 전원 공급 없이도 배터리 관리 장치의 제어 전원을 공급할 수 있기 때문에, 계통으로부터 전원공급이 불가능한 장소라도 배터리 에너지 저장 시스템을 설치할 수 있어 배터리 에너지 저장 시스템의 설치 장소에 대한 제약을 최소화시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 계통으로부터의 전원 공급 없이도 배터리 관리 장치의 제어 전원을 공급할 수 있기 때문에, 계통측 정전시간이 길어져 외부로부터의 전원 공급이 불가능하더라도 배터리 관리 장치를 안정적으로 동작시킬 수 있어 배터리 에너지 저장 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배터리 관리 장치의 제어 전원을 계통으로부터 공급받지 않기 때문에, 계통으로부터 제공되는 전압을 배터리 관리 장치로 전달하기 위한 무정전 전원장치가 아예 요구되지 않거나 소형화시킬 수 있어 배터리 에너지 저장 시스템의 설계를 단순화시킬 수 있음은 물론, 배터리 에너지 저장 시스템을 소형화할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 관리 장치의 제어 전원 공급을 위한 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 제어 전원 공급을 위한 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 관리 장치의 구성을 보다 구체적으로 보여주는 블록도.
도 5는 배터리의 충방전 특성을 보여주는 그래프.
도 6은 도 4에 도시된 전원공급모듈의 구성을 구체적으로 보여주는 블록도.
도 7은 도 3에 도시된 전력 관리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 에너지 저장 시스템(300)은 풍력, 태양광 등과 같은 신재생 에너지원이나 화력이나 수력을 이용하여 전력을 발생시키는 에너지원(이하 '에너지원'이라 함)에서 생산된 전력을 제공 받아 배터리 에너지 저장 시스템(300)에 포함된 배터리에 충전하였다가 피크부하 또는 계통 사고 시 배터리에 충전되어 있던 전력을 계통으로 방전하여 계통에 전력을 공급하는 기능을 수행한다.
이러한 배터리 에너지 저장 시스템(300)은, 크게 배터리 관리 장치(310) 및 전력 관리 장치(320)를 포함한다. 또한, 배터리 에너지 저장 시스템(300)은 배전반(330) 및 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply: UPS, 340)를 더 포함할 수 있다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 하나의 배터리 관리 장치(310)를 포함하는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일 뿐 변형된 실시예에 있어서는 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 복수개의 배터리 관리 장치(310)를 포함할 수 있다.
먼저, 배터리 관리 장치(먼저, 배터리 조절장치(Battery Conditioning System: BCS, 310)는, 계통(350)으로부터 공급되는 잉여전력을 복수개의 배터리에 저장하고, 피크 부하 또는 계통 사고 발생 시 복수개의 배터리에 저장되어 있는 에너지를 계통에 공급한다.
이하, 배터리 관리 장치(310)의 구성을 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 배터리 관리 장치(310)의 구성을 보다 구체적으로 보여주는 회로도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 장치(310)는 하나 이상의 배터리 랙(Battery Rack, 360), 하나 이상의 배터리 랙의 제어를 위한 제어장치(370), 소방모듈(380), 및 공조모듈(390)을 포함한다.
도 3에서, 실선은 각 모듈들 간의 전원공급관계를 나타낸 것이고, 점선은 각 모듈들간에 송수신되는 모니터링 결과를 포함하는 보고신호 또는 제어신호를 나타낸다.
먼저, 하나 이상의 배터리 랙(360)은 배터리 모듈(362), 팬(363), 초기 충전 모듈(364), 제1 관리 모듈(366), 및 전원공급모듈(368)을 포함한다.
먼저 배터리 모듈(362)은 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 직렬로 연결된 복수개의 배터리(410)들이 패킹되어 있는 것으로서, 각 배터리 랙(360)에서는 복수개의 배터리 모듈(362)들이 스택구조로 포함된다.
이러한 배터리 모듈(362)은 충전시 계통의 잉여 에너지를 저장하고, 방전시 계통으로 저장되어 있는 에너지를 제공한다.
다음으로, 팬(363)은 배터리 모듈(362)의 온도를 조절하기 위한 것으로서, 복수개의 배터리 모듈(362)마다 하나가 설치되거나, 각 배터리 모듈(362)마다 별도로 설치될 수도 있다.
초기 충전 모듈(364)은 배터리 랙(360) 또는 배터리 모듈(362)이 배터리 관리 장치(310) 내에 새롭게 연결되거나 배터리 관리 장치(310)의 운전 중 배터리 랙(360) 간의 전압 불균형이 발생하는 경우 배터리 랙(360)간의 전압 차이로 인해 발생될 수 있는 돌입전류를 방지하는 역할을 수행한다.
여기서, 돌입 전류는 병렬로 연결되어 있는 배터리 랙(360)간의 전압 불균형으로 인해 발생하게 되는 것으로서, 이러한 돌입 전류로 인해 소자에 소자의 용량을 초과하는 전류가 흐르게 되어 소자가 파괴되거나 화재가 발생할 수 있다.
특히, 배터리가 리튬 이온 전지로 구현되는 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 충방전 상태의 동적 전압(Dynamic Voltage)과 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage: OCV)이 다르므로 배터리 랙(360)을 병렬 연결하는 경우 반드시 돌입 전류가 발생하게 된다.
이러한 돌입 전류를 방지하기 위해 병렬로 결선될 배터리 랙(360)을 개별적으로 충전하여 모든 배터리 랙(360)의 전압이 동일해진 이후에 결선할 수 있지만, 이러한 방법은 배터리 랙(360)의 연결이나 교체에 상당히 많은 시간이 소요되고, 대단지형 배터리 에너지 저장 시스템의 경우 시스템 정지시간이 길어질 수 있어 많은 경제적 손실이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 초기 충전 모듈(364)를 통해 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 정상 상태에 도달하기 이전의 시간 구간 동안 복수개의 배터리 모듈(362)에 포함된 각 배터리(410)들을 초기 충전(Pre-Charging)시켜 배터리 랙(360)간의 전압 차이를 최소화시킴으로써 돌입전류의 발생을 방지한다.
이러한 초기 충전 모듈(364)은 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 스위치(422), 제1 저항(424), 및 충전 스위치(426)를 포함한다.
먼저, 메인 스위치(422)는, 복수개의 배터리 모듈(362)을 전력 관리 장치(320)에 연결시키기 위한 것으로서, 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 정상상태에 도달하기 이전의 시간 구간 동안에는 오프(Off) 상태로 유지되다가, 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 정상상태에 도달하면 온(On) 되어 복수개의 배터리 모듈(362)을 전력 관리 장치(320)에 연결시킨다.
이러한 메인 스위치(422)를 통해 전력 관리 장치(320)에 연결된 복수개의 배터리 모듈(362)은, 전력 관리 장치(320)에 의해 충방전된다.
다음으로, 서로 직렬로 연결되어 있는 제1 저항(424) 및 충전 스위치(426)는 메인 스위치(422)에 병렬로 연결된다. 이때, 충전 스위치(426)는 제1 저항(424)과 복수개의 배터리 모듈(362)을 연결시키는 역할을 수행한다.
구체적으로, 충전 스위치(426)는, 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 정상 상태에 도달하기 이전의 시간 구간 동안에는 온(On) 상태로 유지되어 제1 저항(424)을 통해 복수개의 배터리 모듈(362)과 전력 관리 장치(320)가 서로 연결되게 함으로써 복수개의 배터리 모듈(362)에 포함된 배터리(410)가 초기 충전 되도록 한다.
이후, 배터리 에너지 저장 시스템(300)이 정상 상태에 도달하면 충전 스위치(426는 오프된다.
상술한 실시예에 있어서, 배터리 랙(360)을 전력 관리 장치(320)에 연결시키는 경우, 배터리 랙(360) 중 개방 회로 전압(OCV)이 가장 낮은 배터리 랙(360)을 전력 관리 장치(320)에 먼저 연결시키는 것이 바람직하다.
상술한 실시예에 있어서는, 배터리 랙(360)에 회로적인 구성을 추가하는 아날로그 방식을 이용하여 돌입전류를 방지하는 것을 설명하였다.
하지만, 변형된 실시예에 있어서는 디지털 방식으로 돌입전류의 발생을 방지하기 위해, N개의 배터리 랙(360)을 병렬로 연결하는 각 배터리 랙(360)의 전압을 각 배터리 랙(360)에 포함된 제1 관리모듈(364)을 통해 모니터링한 후에, 전압이 가장 낮은 배터리 랙(360)부터 순차적으로 전력 관리 장치(320)에 연결되도록 할 수 있다.
이러한 경우, 우선순위에 따라 배터리 랙(360)의 전압은 동적 전압(DV)과 개방 회로 전압(OCV) 상태가 되므로 시스템 설계시 SOC(State of Charge) 또는 동적전압과 개방 회로 전압간의 전압 편차를 측정하여 제어 시 반영되도록 하여야 한다.
예컨대, SOC 70%-3.8V인 제1 배터리 랙과 SOC 55%-3.2V인 제2 배터리 랙을 병렬 연결하는 경우, 전압 불균형에 따라 돌입 전류가 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해 제2 배터리 랙을 전력 관리 장치(320)에 먼저 연결한 후 에너지를 충전시킨다. 이때, 제1 배터리 랙 및 제2 배터리 랙의 전압 모니터링 결과, 제1 배터리 랙의 전압과 제2 배터리 랙의 전압이 동일해 진 경우, 사전에 데이터화한 동적전압과 개방회로전압간의 전압 편차를 고려하여 제1 배터리 랙을 전력 관리 장치(320)에 연결한다.
상술한 실시예에 있어서는 디지털 방식 및 아날로그 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 돌입전류를 방지하는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서는 이 2가지 방식을 모두 적용하여 돌입전류를 방지할 수도 있을 것이다.
예컨대, 배터리 랙(360)들 중 전압 차이가 기준치 보다 작은 배터리 랙(360)들은 디지털 방식을 이용하여 제어하고, 배터리 랙(360)들 중 전압 차이가 기준치 보다 큰 배터리 랙은 아날로그 방식으로 제어할 수 있다.
즉, 배터리 랙(360)들 중 전압 차이가 기준치 보다 큰 배터리 랙(360)들은 동시에 전력 관리 장치(320)에 연결하되, 초기 충전 모듈(364)을 우선 연결하여 돌입 전류를 최소화하고, 배터리 랙(360)들 중 전압 차이가 기준치 보다 작은 배터리 랙(360)들은 전압이 작은 배터리 랙(360)부터 순차적으로 전력 관리 장치(320)에 연결되도록 하되, SOC(State of Charge) 또는 동적전압과 개방회로전압 간의 전압 편차를 측정하여 제어시 반영되도록 하는 것이다.
상술한 실시예에 있어서는, 초기 충전 모듈(340)이 배터리 랙(360) 또는 배터리 모듈(362)을 배터리 관리 장치(310) 내에 새롭게 연결시커거나 배터리 관리 장치(310)의 운전 중 배터리 랙(360) 간의 전압 불균형이 발생하는 경우, 배터리 랙(360)간의 전압 차이로 인해 발생될 수 있는 돌입전류를 방지하는 역할을 수행하는 것으로 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 초기 충전 모듈(340)은 배터리 관리 장치(310)를 전력 관리 장치(320)에 최초로 연결하는 경우 발생되는 돌입 전류를 방지할 수도 있을 것이다.
다음으로, 제1 관리 모듈(366)은 각 배터리 랙(360)마다 포함되어 배터리 랙(360에 포함되어 있는 복수개의 배터리 모듈(326)의 상태를 모니터링하고, 복수개의 배터리 모듈(326)의 충방전 동작을 제어한다. 일 실시예에 있어서, 제1 관리 모듈(366)은 복수개의 배터리 모듈(326)에 포함된 각 배터리(410)의 전압, 전류, SOC, 및 온도 중 적어도 하나를 모니터링하여 복수개의 배터리 모듈(326)의 상태를 모니터링할 수 있다.
다음으로, 전원공급모듈(368)은 스태킹되어 있는 복수개의 배터리 모듈(326)로부터 출력전압을 제공 받고, 이를 배터리 관리 장치(310)의 동작을 위한 제어 전원으로 공급한다.
구체적으로, 전원공급모듈(368)은 입력단을 통해 복수개의 배터리 모듈(326)로부터 입력되는 입력전압을 변압하여 출력전압을 생성하고, 출력단을 통해 출력전압을 팬(363), 초기 충전 모듈(364), 및 제1 관리 모듈(368)에 제어 전원으로 공급한다.
일 실시예에 있어서, 전원공급모듈(368)은 복수개의 배터리 모듈(362)로부터 출력되는 직류전압을 팬(363), 초기 충전 모듈(364), 및 제1 관리 모듈(368)의 구동을 위한 직류전압을 변압하여 출력하는 DC-DC컨버터(Convertor)일 수 있다.
즉, 종래의 배터리 관리 장치의 경우 배터리 관리 장치 내에 포함된 하부구성요소들의 구동을 위한 제어 전원을 계통, 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply: UPS), 및 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 통해 공급받았지만, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(300)의 경우 하부구성요소들의 구동을 위한 제어 전원을 각 배터리 랙(360)에 포함된 전원공급모듈(368)을 통해 각 배터리 랙(360)에 포함된 복수개의 배터리 모듈(362)로부터 직접 공급받게 되는 것이다.
이하, 이러한 전원공급모듈(368)의 구성을 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급모듈(368)의 전기적 구성을 보여주는 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급모듈(368)은 입력단자(610), 필터(620), 전력소자(630), 변압기(640), 정류기(650), 및 출력단자(660)을 포함한다.
먼저, 입력단자(610)는 스태킹되어 있는 복수개의 배터리 모듈(362)의 양단인 P단(Positive) 및 N단(Negative)에 연결되어 복수개의 배터리 모듈(362)로부터 직류전압을 직접 공급받는다. 일 실시예에 있어서, 입력단자(610)는 복수개의 배터리 모듈(362)로부터 출력되는 직류전압(예컨대, 600V ~ 1000V)을 모두 커버할 수 있도록 최저 500V에서 최대 1300V까지의 직류전압을 입력 받을 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.
다음으로, 필터(620)는 입력단자(610)을 통해 입력되는 입력전압을 필터링하여 서지(Surge)전압, 돌입전류(Inrush Current), 및 EMI(Electro Magnetic Interference)를 제거한다.
다음으로, 전력소자(630)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 온오프되어 필터(620)에 의해 필터링된 전압이 변압기(640)에 선택적으로 인가되도록 한다. 이러한 전력소자(630)는 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)과 같은 스위칭 소자로 구현될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전원공급모듈(368)은 PWM제어신호를 전력소자(630)에 공급하기 위해 PWM 신호를 생성하는 PWM 제어기(670)를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 변압기(640)는 필터(620)에 의해 필터링된 전압을 미리 정해진 권선비에 따라 감압하여 출력한다.
일 실시예에 있어서, 변압기(640)는 도 6에 도시된 바와 같이 3권선 변압기로 구성되어 1차측 권선(642)에 인가되는 필터링된 전압을 제1 권선비에 따라 감압하여 제1 2차측 권선(644)으로 출력하고, 1차측 권선(642)에 인가되는 필터링된 전압을 제2 권선비에 따라 감압하여 제2 2차측 권선(646)으로 출력한다.
다음으로, 정류기(650)는 변압기(640)에 의해 감압된 전압을 평활화하여 출력전압을 생성하고, 출력전압을 출력단자(660)으로 출력한다.
일 실시예에 있어서, 정류기(650)는 제1 2차측 권선(642)에 연결되고 제1 2차측 권선(642)으로 출력되는 전압을 평활화하여 제1 출력전압을 생성하는 제1 정류기(652)와, 제2 2차측 권선(646)에 연결되고 제2 2차측 권선(646)으로 출력되는 전압을 평활화하여 제2 출력전압을 생성하는 제2 정류기(654)를 포함한다.
이때, 제1 출력전압과 제2 출력전압을 서로 다른 레벨일 수 있지만 같은 레벨일 수도 있다.
다음으로, 출력단자(660)는 팬(363), 초기 충전 모듈(364), 및 제1 관리 모듈(366)에 연결되어 정류기(650)에 의해 생성된 출력전압을 팬(363), 초기 충전 모듈(364), 및 제1 관리 모듈(366)에 제어 전원으로 공급한다.
일 실시예에 있어서, 출력단자(660)는 제1 정류기(652)에 연결되어 제1 출력전압을 출력하는 제1 출력단자(662)와 제2 정류기(654)에 연결되어 제2 출력전압을 출력하는 제2 출력단자(664)를 포함한다.
이때, 제1 출력단자(662)는 초기 충전 모듈(364) 및 제1 관리 모듈(366)에 연결되어 제1 출력전압을 초기 충전 모듈(364) 및 제1 관리 모듈(366)로 제공한다. 제2 출력단자(664)는 팬(363)에 연결되어 제2 출력전압을 팬(363)에 제공한다.
이와 같이, 본 발명이 출력단잔(660)를 제1 출력단자(662) 및 제2 출력단자(664)로 분리한 이유는 팬(363)에서 발생할 수 있는 잡음(Noise)로부터 제1 관리모듈(366)을 보호하기 위한 것이다.
상술한 실시예에 있어서는, 출력단자(660)가 제1 출력단자(662) 및 제2 출력단자(664)로 구성되는 것으로 설명하였지만, 변형된 실시예에 있어서 출력단자(660)는 제1 출력단자(662) 및 제2 출력단자(664)가 하나의 단일 포트로 구성될 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우, 정류기(650) 또한 제1 정류기(652) 및 제2 정류기(654) 중 어느 하나만 포함하여 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 출력단자(660)에 포함되는 정전용량(Capacitance)의 값은 Hold-Up Time(입력단자(610)를 통해 전원이 공급되지 않는 경우 출력단자(600)에서 출력전압이 유지되는 시간)이 제1 관리 모듈(366)에서 제2 관리 모듈(372)로 고장정보를 리포팅하는 시간을 커버할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상술한 전원공급모듈(368)은 도 6에 도시된 바와 같이 릴레이(680)를 더 포함할 수 있다.
릴레이(680)는 입력단자(610)를 통해 입력되는 입력전압, 제1 출력단자(662)를 통해 출력되는 제1 출력전압, 제2 출력단자(664)를 통해 출력되는 제2 출력전압, 및 전력소자(630)의 온도를 디지털 값으로 변환하여 제1 관리모듈(366)로 피드백한다.
이러한 실시예에 따르는 경우, 제1 관리 모듈(366)은 릴레이(680)로부터 전달되는 입력전압, 출력전압, 전력소자(630)의 온도를 이용하여 전원공급모듈(368)의 상태를 모니터링하고, 모니터링 결과 전원공급모듈(368)에 이상이 발생한 것으로 판단되면, 전원공급모듈(368)의 동작을 정지시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 릴레이(680)는 제1 출력전압, 제2 출력전압, 및 전력소자(630)의 온도에 대한 디지털 값을 접점 형태로 제1 관리 모듈(366)로 전달할 수 있다.
한편, 전원공급모듈(368)의 동작 제어를 위해 배터리 관리 시스템(310)은 전원공급모듈(368)과 복수개의 배터리 모듈(362) 사이에 위치하는 제어 스위치(690)를 더 포함할 수 있다.
제어 스위치(690)는 제1 관리 모듈(366)의 제어에 따라 오프된다. 제어 스위치(690)가 온되어 있는 경우 복수개의 배터리 모듈(362)과 전원공급모듈(368)이 제어 스위치(690)를 통해 연결되어 복수개의 배터리 모듈(362)의 출력전압이 전원공급모듈(368)의 입력단자(610)에 인가되지만, 제1 관리 모듈(366)의 제어 하에 제어 스위치(690)가 오프되면, 복수개의 배터리 모듈(362)과 전원공급모듈(368)의 연결이 차단되어 복수개의 배터리 모듈(362)의 출력전압이 전원공급모듈(368)에 인가되지 않는다.
특히, 배터리 랙(360) 및 제어장치(370)의 유지 보수가 요구되는 경우, 제1 관리 모듈(366)을 통해 이러한 제어 스위치(690)를 오프시켜 복수개의 배터리 모듈(362)의 출력전압이 전원공급모듈(368)에 인가되지 않도록 함으로써 배터리 랙(360) 및 제어장치(370)로의 제어 전원 공급이 차단되도록 할 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 제어장치(370)는 제2 관리 모듈(372) 및 제어기(374)가 포함하는 것으로서, 제2 관리 모듈(372)은 복수개의 배터리 랙(360)에 각각 포함되어 있는 제1 관리 모듈(366)의 동작을 을 제어하는 역할을 수행하고, 제어기(374)는 제2 관리 모듈(372), 소방모듈(380), 및 공조모듈(390)의 동작을 제어함으로써 배터리 관리 장치(320)의 전반적인 동작을 제어한다.
일 실시예에 있어서, 이러한 제어장치(370)에 포함된 제2 관리 모듈(372) 및 제어기(374) 또한 계통(350)으로부터 제어 전원을 공급받지 않고, 내부에 포함된 복수개의 배터리 모듈(362)로부터 제어 전원을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 제어장치(370)는 복수개의 배터리 랙(360) 중 제어장치(370)에 가장 인접한 위치에 배치된 배터리 랙(360)에 포함되어 있는 전원공급모듈(368)로부터 제어 전원을 공급받을 수 있다. 특히, 제어장치(370)는 전원공급모듈(368)의 제1 출력단자(662)에 연결되어 제1 출력단자(662)로부터 공급되는 제1 출력전압을 제어전원으로 공급받을 수 있다.
이러한 구성에 따라, 종래의 배터리 관리 장치에 포함되는 제어장치의 경우 계통, 무정전 전원장치(UPS), 및 SMPS를 통해 제어 전원을 공급받아야 했지만, 본 발명에 따른 제어장치(370)의 경우 배터리 랙(360)에 포함된 전원공급모듈(368)을 통해 제어전원을 직접 공급받게 되므로, 제어전원 공급을 위한 무정전 전원장치 및 SMPS와 같은 별도의 구성을 생략할 수 있게 된다.
상술한 실시예에 있어서는, 제어장치(370)에 포함된 제2 관리 모듈(372) 및 제어기(374)는 복수개의 배터리 랙(360) 중 제어장치(370)에 가장 인접한 위치에 배치된 배터리 랙(360)에 포함되어 있는 전원공급모듈(368)로부터 제어 전원을 공급받는 것으로 기재하였다. 변형된 실시예에 있어서, 제어장치(370)는 도 6에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 별도의 전원공급모듈(미도시)을 더 포함하고, 이러한 전원공급모듈로부터 제어전원을 공급받을 수 있다. 이때, 제어장치(370)에 포함되는 전원공급모듈은 복수개의 배터리 랙(360) 중 제어장치(370)에 가장 인접한 위치에 배치된 복수개의 배터리 모듈(362)로부터 입력전원을 제공받을 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 소방모듈(380)은 제어기(374)의 제어에 따라 동작하여 배터리 관리 장치(320)의 내부의 화재 발생을 제어하는 기능을 수행한다. 일 실시예에 있어서, 이러한 소방 모듈(380)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배전반(330) 및 무정전 전원장치(340)를 통해 계통(350)으로부터 제어 전원을 공급받아 동작하게 된다.
상술한 실시예에 있어서는 소방모듈(380)이 배전반(330) 및 무정전 전원장치(340)를 통해 계통(350)으로부터 제어 전원을 공급받는 것으로 설명하였다. 하지만 변형된 실시예에 있어서 배터리 관리 장치(310)가 충방전 동작을 수행하는 시간 동안에만 소방모듈(380)에 제어전원을 공급하게 하는 경우, 소방모듈(380)은 배전반(330)을 통해 계통(350)으로부터 직접 제어 전원을 공급받을 수 있다. 따라서 이러한 실시예에 따르는 경우, 배터리 관리 장치(310)는 무정전 전원장치(340)를 아예 생략할 수 있어 소형화는 물론, 시스템의 설계를 단순화시킬 수 있다.
다음으로, 공조모듈(390)은 제어기(374)의 제어에 따라 배터리 관리 장치(320)에 포함된 복수개의 배터리 모듈(362)의 온도 및 습도를 조절하는 기능을 수행한다. 이러한 공조 모듈(390)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배전반(330)을 통해 계통(350)으로부터 제어 전원을 공급받아 동작하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(310)는 하부 설비들의 제어 전원을 계통(350)을 통해 외부로부터 공급받는 것이 아니라 배터리 모듈(362) 내에 포함된 복수개의 배터리 모듈(362)들로부터 그 내부에서 직접 공급 받기 때문에 일반적인 배터리 관리 장치에 비해 다음과 같은 효과가 발생한다.
첫째, 일반적인 배터리 관리 장치의 경우 계통, 무정전 전원장치, 및 SMPS를 통해 배터리 관리 장치의 제어 전원이 공급되므로 배터리 관리 장치의 전원 공급을 위한 설계가 복잡해질 수 밖에 없지만, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(310)는 내부에 포함된 복수개의 배터리 모듈(362)로부터 출력되는 전압을 전원공급모듈(368)이 변압하여 제어전원으로써 각 설비들로 직접 제공하기 때문에 배터리 관리 장치의 전원 공급을 위한 설계를 단순화시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치의 경우, 배터리 관리 장치의 전원 공급을 외부로부터 공급 받는 구조가 아니기 때문에 그 구조가 단순화 됨과 동시에 외부로부터 영향이 없어지므로 신뢰성 및 효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 배터리 랙을 기준으로 외부로부터 제어 전원을 공급받기 위한 배선이 요구되지 않고, 단지 통신 배선만 남게 되므로 배터리 관리 장치의 내부 배선을 단순화 시킬 수 있다.
넷째, 배터리 관리 장치의 제어 전원을 내부에 포함된 복수개의 배터리로부터 직접 공급 받기 때문에 무정전 전원장치의 크기를 최소화하거나 아예 생략할 수 있어 배터리 에너지 저장 시스템을 소형화시킬 수 있고, 특히, 외부로부터 제어 전원 공급이 불가능한 상황에서도 배터리 관리 장치에 대한 제어 전원을 공급할 수 있어 배터리 상태를 모니터링할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 전력 관리 장치(320)는, 배터리 관리 장치(310)와 계통(350)을 연계하는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 전력 관리 장치(320)는 배터리 관리 장치(310)에 포함된 하나 이상의 배터리 랙(360)에 계통(350)의 잉여 에너지를 충전시키거나 하나 이상의 배터리 랙(360)에 저장된 에너지를 계통(350)에 제공하는 역할을 수행한다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 전력 관리 장치에 대해 간략히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 관리 장치의 전기적 구성을 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 관리 장치(320)는, 제1 차단기(710), 변압기(720), 및 하나 이상의 전력 변환 모듈(Power Converting Unit: PCU, 730)을 포함한다.
먼저, 제1 차단기(710)는, 사고 발생시 사고 전류가 계통(350)으로 유입되거나, 전력 변환 모듈(730) 내로 유입되는 것을 차단하는 역할을 수행한다. 또한, 제1 차단기(710)는 배터리 에너지 저장 시스템(300)을 계통(350)에 연결시키거나 연결을 해제하는 역할을 수행한다.
다음으로, 변압기(720)는 계통(350)의 교류 전압을 미리 정해진 값으로 감압하여 전력 변환 모듈(730)로 공급하거나, 전력 변환 모듈(730)로부터 출력되는 교류 전압을 미리 정해진 값으로 승압하여 계통(350)으로 제공하는 역할을 수행한다.
다음으로, 전력 변환 모듈(730)은 교류를 직류로 변환하여 배터리 관리 장치(310)로 제공하거나, 배터리 관리 장치(310)로부터 제공되는 직류를 교류로 변환하여 변압기(720)로 출력한다.
이러한 전력 변환 모듈(730)은, 제2 차단기(731), 필터(733), 인버터(735), 평활 커패시터(737), 및 제3 스위치(739)를 포함한다.
먼저, 제2 차단기(731)는, 사고 발생시 사고 전류가 계통(350)으로 유입되거나, 전력 변환 모듈(730) 내로 유입되는 것을 차단하는 역할을 수행한다. 또한, 제2 차단기(731)는 전력 변환 모듈(370)을 계통(350)에 연결시키거나 연결을 해제하는 역할을 수행한다.
필터(733)는 변압기(720)를 통해 감압된 교류 전압의 고조파를 감소시키거나 인버터(735)로부터 출력되는 교류 전압의 고조파를 감소시키는 역할을 수행한다.
도 7에서는, 이러한 필터(733)가 LCL타입으로 구성되는 것으로 도시하였지만, 이는 하나의 예일 뿐 다른 형태의 구성도 가능할 것이다.
인버터(735)는 필터(733)로부터 출력되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하거나, 배터리 관리 장치(310)로부터 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 역할을 수행한다.
평활 콘덴서(737)는 배터리 관리 장치(310)로부터 인버터(735)로 입력되는 직류 전압 또는 인버터(735)로부터 출력되는 직류 전압을 평활화하는 역할을 수행한다. 이러한 평활 콘덴서(737)의 전압이 미리 충전되어 있어야, 배터리 관리 장치(310)를 전력 관리 장치(320)에 연결할 때 돌입 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
만약, 배터리 관리 장치(310)를 전력 관리 장치(320)에 연결할 때 평활 콘덴서(737)가 충전되어 있지 않으면 돌입 전류가 발생하게 되어 소자가 파괴되거나 화재가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명에 따른 전력 관리 장치(320)는 초기 충전 모듈(미도시)을 더 포함함으로써, 평활 콘텐데(737)의 충전 시 돌입전류의 발생을 방지할 수 있다.
제3 스위치(739)는, 배터리 관리 장치(310)를 전력 관리 장치(320)에 연결시키기는 역할을 수행한다.
다시 도 3을 참조하면, 배전반(330)은 계통(350)에 연결되어 계통(350)으로부터 제공되는 전원을 무정전 전원장치(340) 및 공조모듈(390)에 제공하고, 무정전 전원장치(340)는 배전반(330)을 통해 공급되는 전원을 소방모듈(380)에 제공한다. 일 실시예에 있어서, 소방모듈(380)은 배전반(330)을 통해 제어 전원을 직접 공급받을 수 있기 때문에, 이러한 경우 무정전 전원장치(340)는 생략될 수 있다.
한편, 도 3에서는 도시하지 않았지만, 배터리 에너지 저장 시스템(300)은 배터리 관리 장치(310)에 포함된 복수개의 배터리 모듈(362)들의 충방전 여부를 결정하고, 충방전 여부에 따라 배터리 관리 장치(310) 및 전력 관리 장치(320)의 동작을 제어하는 통합 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
예컨대, 상술한 실시예에 있어서는, 전원공급모듈(368)이 배터리 관리 장치(310) 내의 각 하부 설비들에 대해서만 제어 전원을 공급하는 것으로 설명하였지만, 변형된 실시예에 있어서는 이러한 전원공급모듈을 전력 관리 장치(320)내에도 포함시킴으로써 배터리 관리 장치(310)로부터 제공되는 직류 전압을 이용하여 전력 관리 장치(320) 내에 포함된 각 하부 설비들의 제어 전원을 공급할 수도 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
300: 배터리 에너지 저장 시스템 310: 배터리 관리 장치
320: 전력 관리 장치 330: 배전반
340: 무정전 전원장치 350: 계통
360: 배터리 랙 370: 제어장치
380: 공조모듈 390: 소방모듈

Claims (13)

  1. 계통에서 제공되는 잉여 에너지를 저장하고, 저장되어 있는 에너지를 계통에 공급하는 복수개의 배터리 랙(Rack)을 포함하고,
    상기 배터리 랙은,
    충전시 상기 잉여 에너지를 저장하고, 방전시 저장되어 있는 에너지를 상기 계통에 제공하는 복수개의 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 상태를 모니터링하고 상기 배터리 모듈의 충방전 동작을 제어하는 제1 관리 모듈:
    상기 배터리 모듈을 초기 충전시켜 돌입전류를 방지하는 초기 충전 모듈; 및
    입력단자를 통해 상기 복수개의 배터리 모듈로부터 입력되는 입력전압을 변압하여 출력전압을 생성하고, 출력단자를 통해 상기 출력전압을 상기 제1 관리 모듈 및 상기 초기 충전 모듈에 제어 전원으로 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 복수개의 배터리 랙에 포함된 제1 배터리 관리 모듈을 제어하는 제2 관리모듈; 및
    상기 제2 관리모듈의 동작을 제어하는 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 제2 관리모듈 및 상기 컨트롤러는, 상기 복수개의 배터리 랙 중 상기 제2 관리모듈 및 상기 컨트롤러에 가장 인접한 배터리 랙에 포함된 전원공급모듈로부터 상기 출력전압을 제어 전원으로 공급받는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 랙은, 상기 배터리 모듈의 온도조절을 위한 팬(Fan)을 더 포함하고,
    상기 전원공급모듈은 상기 출력단자를 통해 상기 출력전압을 상기 팬에 제어 전원으로 공급하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 출력전압은 제1 출력전압 및 제2 출력전압을 포함하고,
    상기 출력단자는 상기 제1 관리 모듈 및 상기 초기 충전 모듈에 연결되는 제1 출력단자 및 상기 팬에 연결되는 제2 출력단자를 포함하며,
    상기 전원공급모듈은 상기 제1 출력전압을 상기 제1 출력단자를 통해 상기 제1관리 모듈 및 상기 초기 충전 모듈로 제공하고, 상기 제2 출력전압을 상기 제2 출력단자를 통해 상기 팬에 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초기 충전 모듈은,
    상기 복수개의 배터리 모듈을 전력 관리 장치(Power Conditioning System: PCS)에 연결시키는 메인 스위치; 및
    저항 및 상기 저항에 직렬 연결된 충전 스위치로 구성되고, 상기 메인 스위치에 병렬 연결되어 상기 메인 스위치가 온 되기 이전에 상기 복수개의 배터리 모듈을을 상기 전력 관리 장치에 연결시켜 상기 복수개의 배터리 모듈을 초기 충전 시키는 초기 충전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급모듈은,
    상기 입력단자를 통해 입력되는 상기 입력전압을 필터링하여 서지전압 및 EMI를 제거하는 필터;
    상기 필터에 의해 필터링된 전압을 미리 정해진 권선비에 따라 감압하여 출력하는 변압기;
    PWM제어 신호에 따라 온오프되어 상기 필터에 의해 필터링된 전압을 상기 변압기에 선택적으로 인가하는 전력소자; 및
    상기 변압기에 의해 감압된 전압을 평활화하여 상기 출력전압을 생성하고, 상기 출력전압을 상기 출력단자를 통해 출력하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변압기는 3권선 변압기로 구성되어 1차측 권선에 인가되는 상기 필터링된 전압을 제1 권선비에 따라 감압하여 제1 2차측 권선으로 출력하고 상기 필터링된 전압을 제2 권선비에 따라 감압하여 제2 2차측 권선으로 출력하며,
    상기 정류기는,
    상기 제1 2차측 권선에 연결되고, 상기 제1 2차측 권선으로 출력되는 전압을 평활화하여 제1 출력전압을 생성하고, 상기 제1 출력전압을 제1 출력단자를 통해 출력하는 제1 정류기; 및
    상기 제2 2차측 권선에 연결되고, 상기 제2 2차측 권선으로 출력되는 전압을 평활화하여 제2 출력전압을 생성하고, 상기 제2 출력전압을 제2 출력단자를 통해 출력하는 제2 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 전원공급모듈의 입력단자와 상기 복수개의 배터리 모듈간의 연결을 온오프시키기 위한 제어 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급모듈은,
    상기 입력전압, 상기 출력전압, 상기 전원공급모듈에 포함된 전력소자의 온도를 디지털 값으로 변환하여 상기 제1 관리모듈로 피드백하는 릴레이를 포함하고,
    상기 제1 관리모듈은 상기 릴레이로부터 전달되는 상기 입력전압, 상기 출력전압, 상기 전원공급모듈의 전력소자 온도를 이용하여 상기 전원공급모듈의 상태 또는 상기 복수개의 배터리 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 계통으로부터 제공되는 잉여 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 계통에 공급하는 배터리 관리 장치; 및
    상기 배터리 관리 장치에 상기 잉여 에너지를 충전시키거나 상기 배터리 관리장치에 저장된 에너지를 상기 계통에 제공하는 전력 관리 장치를 포함하고,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 잉여 에너지가 충전되거나 상기 저장된 에너지를 방전시키는 복수개의 배터리 모듈, 상기 복수개의 배터리 모듈의 상태를 모니터링하고 상기 복수개의 배터리 모듈의 충방전 동작을 제어하는 제1 관리 모듈, 및 입력단자를 통해 상기 복수개의 배터리 모듈로부터 입력되는 입력전압을 변압하여 출력전압을 생성하고, 출력단자를 통해 상기 출력전압을 상기 제1 관리 모듈에 제어 전원으로 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 하나 이상의 배터리 랙; 및
    배전반을 통해 상기 계통으로부터 제공되는 전압을 제어 전원으로 하여 동작하고, 상기 복수개의 배터리 모듈의 온도 및 습도를 조절하는 공조 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 배터리 관리 장치 내의 화재 발생을 제어하는 소방 모듈을 더 포함하고,
    상기 소방 모듈은, 상기 복수개의 배터리 모듈이 충방전 동작을 수행하는 시간 동안 상기 배전반을 통해 상기 계통으로부터 제공되는 전압을 직접 공급받아 동작하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치는,
    상기 하나 이상의 배터리 랙에 포함된 제1 관리 모듈들을 제어하는 제2 관리모듈; 및
    상기 제2 관리모듈 및 상기 공조 모듈의 동작을 제어하는 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 제2 관리모듈 및 상기 컨트롤러는, 상기 하나 이상의 배터리 랙 중 상기 제2 관리모듈 및 상기 컨트롤러에 가장 인접한 배터리 랙에 포함된 전원공급모듈로부터 상기 출력전압을 제어 전원으로 공급받는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 배터리 랙은 상기 배터리 모듈의 온도조절을 위한 팬을 더 포함하고,
    상기 출력전압은 제1 출력전압 및 제2 출력전압을 포함하며,
    상기 출력단자는 상기 제1 관리 모듈에 연결되는 제1 출력단자 및 상기 팬에 연결되는 제2 출력단자를 포함하고,
    상기 전원공급모듈은 상기 제1 출력전압을 상기 제1 출력단자를 통해 상기 제1관리 모듈로 제공하고, 상기 제2 출력전압을 상기 제2 출력단자를 통해 상기 팬에 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장 시스템.
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