KR20150135462A - 축전 장치의 이상 검출 회로 및 그것을 구비한 축전 장치 - Google Patents

축전 장치의 이상 검출 회로 및 그것을 구비한 축전 장치 Download PDF

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Abstract

이상 검출 회로(200)는, 축전 장치(5)의 이상을 검출한다. 축전 장치(5)는, 컨버터(4)와, 축전부(3)와, 인버터(17)를 구비한다. 축전부(3)는, 정극단자(T1) 및 부극단자(T2)와, 축전 모듈(2)을 포함한다. 정극단자(T1) 및 부극단자(T2)는, 컨버터(4)로부터 정전위 및 부전위를 각각 받는다. 모듈(2)은, 정극단자(T1)와 부극단자와의 사이(T2)에 직렬로 접속된 복수의 셀(1)을 갖는다. 이상 검출 회로(200)는, 전압 검출 회로(8)와, 제어 회로(16)를 구비한다. 전압 검출 회로(8)는, 정극단자(T1)와 부극단자(T2)의 중간에 위치하는 중간 노드(Nm)의 전위를, 접지 전위(GND)를 기준으로 하여 검출한다. 제어 회로(16)는, 전압 검출 회로(8)로부터의 중간 대지 전위(VM)의 접지 전위(GND)로부터의 변화에 의거하여, 축전 모듈(2)의 이상을 판단한다.

Description

축전 장치의 이상 검출 회로 및 그것을 구비한 축전 장치{ELECTRICITY STORAGE DEVICE ABNORMALITY DETECTION CIRCUIT, AND ELECTRICITY STORAGE DEVICE PROVIDED WITH SAME}
본 발명은, 축전 장치의 이상(異常) 검출 회로 및 그것을 구비한 축전 장치에 관한 것이다.
예를 들면 무정전 전원 장치는, 축전지 또는 커패시터를 축전부로서 구비한다. 축전지 또는 커패시터의 셀당의 정격전압은, 예를 들면 2∼3V이다. 다수의 셀이 직렬로 접속됨에 의해, 축전부의 충방전 전압이 조정된다. 직렬로 접속된 복수의 셀은 축전 모듈이라고도 불린다. 축전부의 필요한 용량을 확보하기 위해, 복수의 축전 모듈이 병렬로 접속된다.
축전부에서는 이상의 발생이 우려된다. 예를 들면, 경년 열화에 의해 셀의 저항치가 증가한다. 또는 셀이 접지 전위에 단락하는 지락(地絡) 고장이 생긴다. 그 때문에 종래로부터, 이와 같은 이상을 검출하는 이상 검출 회로, 및 이상의 확대를 막기 위한 보호 회로가 제안되어 있다.
예를 들면 일본국 특개평7-146321호 공보(특허 문헌 1)에 개시된 축전지 지락 검출 회로는, 무정전 전원 장치에 사용된다. 이 무정전 전원 장치는, 교류 전원과, 정류기와, 인버터와, 축전지를 구비한다. 교류 전원은, 그 일단이 접지되어 있다. 정류기는, 교류 전원에 접속되고 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 인버터는, 정류기가 출력하는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 축전지는, 정류기의 직류측과 인버터의 직류측을 결합한 직류 중간 회로에 접속되어 있다. 이와 같은 무정전 전원 장치에서, 교류 지락 전류를 검출하는 교류 지락 전류 검출 수단이 정류기의 교류측에 마련된다.
일본국 특개2002-159135호 공보(특허 문헌 2)는, 전기 이중층 콘덴서(커패시터) 모듈용의 지락 보호 회로를 개시한다. 전기 이중층 콘덴서 모듈은, 직렬로 접속된 복수의 셀로 이루어진다. 이 지락 보호 회로는, 전류 검출 수단과, 차단기를 구비한다. 전류 검출 수단은, 전기 이중층 콘덴서 모듈의 접지단자측에 마련된다. 차단기는, 전기 이중층 콘덴서 모듈의 접지단자측에 직렬로 마련되고, 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류치에 의거하여 개방된다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개평7-146321호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2002-159135호 공보
셀의 고저항화 또는 지락 고장 등의 이상이 생긴 경우를 대비하여, 이상 검출 회로에는, 축전부의 이상을 정확하게 검출할 것이 요구된다. 본 발명의 목적은, 간단한 구성으로 축전부의 이상을 정확하게 검출 가능한 이상 검출 회로 및 그것을 구비한 축전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 어느 국면에 따르면, 이상 검출 회로는, 축전 장치의 이상을 검출한다. 축전 장치는, 컨버터와, 축전부와, 인버터를 구비한다. 컨버터는, 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 절대치가 서로 동등한 정전위 및 부전위를 출력한다. 축전부는, 컨버터에 의해 생성된 직류 전력을 축적한다. 인버터는, 컨버터로부터의 직류 전력 및 축전부에 축적된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급 가능하게 구성된다. 축전부는, 정극단자 및 부극단자와, 축전 모듈을 포함한다. 정극단자 및 부극단자는, 컨버터로부터의 정전위 및 부전위를 각각 받는다. 축전 모듈은, 정극단자와 부극단자 사이에 접속된다. 축전 모듈은, 정극단자와 부극단자 사이에 직렬로 접속된 복수의 셀을 갖는다. 이상 검출 회로는, 전압 검출 회로와, 제어 회로를 구비한다. 전압 검출 회로는, 정극단자와 부극단자의 중간에 위치하는 중간 노드의 전위를, 접지 전위를 기준으로 하여 검출한다. 제어 회로는, 전압 검출 회로로부터의 검출치의 접지 전위로부터의 변화에 의거하여, 축전 모듈의 이상을 판단한다. 중간 노드는, 복수의 셀 중의 정극단자와 부극단자의 중간에 위치하는 2개의 셀 사이의 노드이다.
바람직하게는, 축전 모듈의 이상은, 복수의 셀 중의 어느 하나의 셀에서의 지락 고장 및 저항치의 증가 중의 적어도 한쪽이다.
바람직하게는, 제어 회로는, 검출치가, 접지 전위보다도 큰 상한치와, 접지 전위보다도 작은 하한치에 의해 규정된 소정의 기준 범위 밖인 경우에, 축전 모듈을 이상으로 판단한다.
바람직하게는, 검출치가 상한치를 상회한 경우, 제어 회로는, 이상의 발생 개소를, 부극단자와 중간 노드 사이의 개소로 특정한다. 검출치가 하한치를 하회한 경우, 제어 회로는, 이상의 발생 개소를, 정극단자와 중간 노드 사이의 개소로 특정한다.
바람직하게는, 축전 모듈은, 제1∼제n(n은 3 이상의 자연수)의 모듈을 포함한다. 전압 검출 회로는, 제1∼제n의 모듈에 대응하여 각각 마련되는, 제1∼제n의 전압 검출부를 포함한다. 제어 회로는, 제1∼제n의 전압 검출부 각각으로부터의 제1∼제n의 검출치의 최빈치(最頻値)를 구하고, 그 최빈치에 의거하여 상한치 및 하한치를 보정한다.
바람직하게는, 축전 모듈은, 제1∼제n(n은 2 이상의 자연수)의 모듈을 포함한다. 전압 검출 회로는, 제1∼제n의 모듈에 대응하여 각각 마련되는, 제1∼제n의 전압 검출부를 포함한다. 제어 회로는, 제1∼제n의 전압 검출부 각각으로부터의 제1∼제n의 검출치의 차분치(差分値)를 연산하고, 그 차분치의 절대치가 소정의 기준치를 상회한 경우에, 축전 모듈에 이상이 발생하였다고 판단한다.
바람직하게는, 축전 모듈은, 제1∼제n(n은 3 이상의 자연수)의 모듈을 포함한다. 전압 검출 회로는, 제1∼제n의 모듈에 대응하여 각각 마련되는, 제1∼제n의 전압 검출부를 포함한다. 제어 회로는, 제1∼제n의 전압 검출부 각각으로부터의 제1∼제n의 검출치의 최빈치를 구하고, 제1∼제n의 검출치와 최빈치와의 제1∼제n의 차분치를 각각 연산하고, 그 차분치의 절대치 중의 적어도 하나가 소정의 기준치를 상회한 경우에, 축전 모듈에 이상이 발생하였다고 판단한다.
본 발명의 또한 다른 국면에 따르면, 축전 장치는, 컨버터와, 축전부와, 인버터와, 상기 이상 검출 회로를 구비한다.
바람직하게는, 축전 장치는, 차단부를 또한 구비한다. 차단부는, 컨버터 및 인버터의 접속점과 축전부 사이에 마련되고, 차단 신호에 응답하여, 도통 상태로부터 비도통 상태로 이행한다. 제어 회로는, 축전 모듈에 이상이 발생하였다고 판단한 경우에, 차단 신호를 차단부에 출력한다.
바람직하게는, 축전 장치는, 사용자에게 이상을 통보하는 통보부를 또한 구비한다. 제어 회로는, 축전 모듈을 이상으로 판단한 경우에, 이상을 통보하도록 통보부를 제어한다.
바람직하게는, 축전부는, 축전지 및 커패시터 중의 어느 하나이다.
본 발명에 의하면, 축전부에 셀의 고저항화 또는 지락 고장 등의 이상이 생긴 경우에, 간단한 구성으로 축전부의 이상을 정확하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 이상 검출 회로를 구비한 축전 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 회로 블록도.
도 2는 도 1에 도시한 축전부의 구성을 개략적으로 도시하는 회로 블록도.
도 3은 도 1에 도시한 축전부에서의 이상의 발생을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3에 도시한 축전 모듈에서의 각 셀 사이의 노드의 전위의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 3에 도시한 축전부에어서, 셀에 고저항화가 생긴 경우의 축전 모듈에서의 검출치의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 3에 도시한 축전부에어서, 지락 고장이 생긴 경우의 축전 모듈에서의 검출치의 변화를 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 3에 도시한 제어부에 의한 제어를 설명하기 위한 플로 차트.
도 8은 도 3에 도시한 축전부의 충방전에 의한, 접지 전위를 기준으로 하는 각 노드의 전위의 변화를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 1의 변형례에 관한 축전 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로 블록도.
도 10은 도 9에 도시한 축전부에서의 이상의 발생을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 이상 검출 회로를 구비한 축전부의 구성을 개략적으로 도시하는 회로 블록도.
도 12는 도 11에 도시한 축전 장치에서, 기준 범위의 보정 전후의 각 축전 모듈에서의 검출치를 설명하기 위한 도면.
도 13은 도 11에 도시한 제어부에 의한 제어를 설명하기 위한 플로 차트.
도 14는 도 11에 도시한 축전 장치에서의 이상의 판정 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 반복하지 않는다.
[실시의 형태 1]
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 이상 검출 회로를 구비한 축전 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 회로 블록도이다. 도 1을 참조하면, 축전 시스템(100)은, 교류 전원(71)과, 무정전 전원 장치(축전 장치)(5)를 구비한다. 무정전 전원 장치(5)는, 예를 들면 상시(常時) 인버터 급전 방식의 무정전 전원 장치이다. 무정전 전원 장치(5)는, 컨버터(4)와, 축전부(3)와, 인버터(17)와, 제어 회로(16)와, 스위치(19)와, 통보부(20)를 구비한다.
교류 전원(71)은 교류 전력을 공급하고, 예를 들면 3상 교류 전원이다. 교류 전원(71)은 단상 교류 전원이라도 좋다. 무정전 전원 장치(5)는, 교류 전원(71)으로부터의 교류 전력을 받아, 그 교류 전력을 부하(18)에 공급한다.
제어 회로(16)는 무정전 전원 장치(5) 전체를 제어한다. 제어 회로(16)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터이다. 컨버터(4)는, 제어 회로(16)로부터의 제어 신호(CTRL1)에 의거하여, 교류 전원(71)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 컨버터(4)는, 절대치가 서로 동등한 정전압 및 부전압을 생성하고, 그 정전압 및 부전압을 인버터(17) 및 축전부(3)에 공급한다. 축전부(3)는, 컨버터(4)에 의해 생성된 직류 전력을 축적한다. 축전부(3)는, 예를 들면 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 또는 납축전지 등의 축전지이다. 인버터(17)는, 제어 회로(16)로부터의 제어 신호(CTRL2)에 의거하여, 컨버터(4) 또는 축전부(3)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 그 교류 전력을 부하(18)에 공급한다.
부하(18)는, 교류 전력을 소비하는 전기 기기라면 특히 한정되지 않는다.
스위치(19)는, 컨버터(4) 및 인버터(17)의 접속점(P)과 축전부(3) 사이에 전기적으로 접속된다. 또한, 스위치(19)는 본 발명에 관한 「차단부」의 한 예이다. 본 발명에 관한 「차단부」는, 차단 신호(SHDN)에 응답하여 축전부(3)를 접속점(P)로부터 절리(切離)하는 것이면 좋다. 본 발명에 관한 「차단부」는, 예를 들면 콘덕터 또는 브레이커 등에 의해 실현되어도 좋다. 또는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 사이리스터 등의 파워 디바이스에 의해 실현되어도 좋다.
제어 회로(16)는, 축전부(3)의 상태를 감시하여, 축전부(3)의 고장 또는 이상을 검출한 경우에, 차단 신호(SHDN)를 출력한다. 스위치(19)는, 제어 회로(16)로부터의 차단 신호(SHDN)에 응답하여, 도통 상태로부터 비도통 상태로 이행한다.
통보부(20)는, 제어 회로(16)에 의한 제어에 의거하여, 축전 시스템(100)의 사용자 또는 관리자에게 축전부(3)의 이상을 통보한다. 이상을 통보하는 방법으로서는, 이상 통보등(燈)(도시 생략)을 점등시키는, 상태 접점 출력하는, 경보음을 발생시키는, 또는 제어 회로(16)의 표시 화면(도시 생략)에 메시지를 표시하는 등의 방법을 채용할 수 있다.
도 2는, 도 1에 도시한 축전부(3)의 구성을 개략적으로 도시하는 회로 블록도이다. 도 2를 참조하면, 축전부(3)는, 정극단자(T1)와, 부극단자(T2)와, 축전 모듈(2)을 포함한다. 또한, 무정전 전원 장치(5)는 이상 검출 회로(200)를 구비한다. 이상 검출 회로(200)는, 전압 검출 회로(8)와 제어 회로(16)를 포함하다. 또한, 축전부(3)에는 인버터(17) 및 스위치(19)(도 1 참조)도 접속되지만, 도 2에서는 설명의 명료화를 위해, 컨버터(4)만이 도시되어 있다.
축전 모듈(2)은, 정극단자(T1)와 부극단자(T2) 사이에 접속된다. 축전 모듈(2)은, 직렬로 접속된 2m(m은 자연수)개의 셀(1)을 갖는다. 축전 모듈(2)의 충방전 전압은 셀(1)의 개수에 의존한다. 한 예로서, 각 셀(1)의 정격전압이 2.4V이고, 셀(1)의 개수가 200개인 경우, 축전 모듈(2)의 정격전압은 약 480V가 된다. 이 경우, 정극단자(T1)의 전위(V1)는 약 240V이고, 부극단자(T2)의 전위(V2)는 약 -240V이다.
전압 검출 회로(8)는, 전압 계측기(81)와, 접지 저항(82)을 포함한다. 접지 저항(82)의 일단은 중간 노드(Nm)에 전기적으로 접속되고, 그 타단은 접지 전위(GND)에 전기적으로 접속된다. 중간 노드(Nm)란, 정극단자(T1)와 부극단자(T2)의 중간에 위치하는 2개의 셀 사이의 노드이다. 본 실시의 형태에서는, 중간 노드(Nm)는, 정극단자(T1)로부터 m번째의 셀과 (m+1)번째의 셀 사이의 노드이다.
전압 계측기(81)는, 접지 저항(82)의 양단에 접속되고, 접지 전위(GND)를 기준으로 한 중간 노드(Nm)의 전위를 검출한다. 이하, 접지 전위(GND)를 기준으로 한 중간 노드(Nm)의 전위를 중간 대지(對地) 전위(VM)라고도 칭한다. 또한, 특히 설명이 없는 한, 「전위」는 접지 전위(GND)를 기준으로 한 전위를 의미한다. 전압 검출 회로(8)는, 전압 계측기(81)에 의해 검출된 중간 대지 전위(VM)의 값을 제어 회로(16)에 출력한다. 전압 검출 회로(8)와 제어 회로(16)는, 동일한 기판에 마련되어도 좋다. 또는, 전압 검출 회로(8)와 제어 회로(16)는 다른 회로 기판에 마련되어도 좋다. 이 경우, 전압 계측기(81)로는, 절연 트랜스 또는 아이솔레이션 앰프를 사용할 수 있다.
축전부(3)에는 다양한 이상이 생길 수 있다. 도 3은, 도 1에 도시한 축전부(3)에서의 이상의 발생을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하여, 정극단자(T1)로부터 k번째(k는 m 이하의 자연수)의 셀(1k), 즉 중간 노드(Nm)보다도 정극단자(T1)측에 위치하는 셀(1k)에 이상이 생긴 경우에 관해 설명한다.
셀(1k)의 이상은, 셀(1k)의 고저항화, 개방(開放) 고장, 또는 지락 고장을 포함한다. 셀(1)의 고저항화란, 셀(1)의 내부 저항치가 이상하게 커진 상태이다. 셀(1)의 충방전을 반복하는 중에 셀(1)이 열화된다. 이 때문에, 셀(1)의 내부 저항치가 커진다. 셀(1)의 개방 고장이란, 셀(1)의 고저항화·용량 저하가 진행하여 셀(1)이 개방 상태에 이르는 고장, 또는 단선(斷線) 또는 접촉 불량 등에 의해 셀(1)이 개방 상태가 되는 고장이다. 셀(1)의 지락 고장이란, 셀(1)이 접지 전위(GND)로 단락하는 고장이다. 셀(1k)의 지락 고장은, 예를 들면 셀(1k)의 안전밸브 동작 또는 케이스 파손에 의해, 셀(1k) 내부의 전해액이 누출되는 것에 기인한다.
도 4는, 도 3에 도시한 축전 모듈(2)에서 각 셀 사이의 노드의 전위의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 횡축은, 정극단자(T1)와 부극단자(T2) 사이에 위치하는 노드의 순서를 나타낸다. 종축은, 각 노드의 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 전위를 나타낸다. 모든 셀(1)이 정상인 경우의 각 노드의 전위를 도 4(A)에 도시한다. 셀(1)에 고저항화가 생긴 경우의 각 노드의 전위를 도 4(B)에 도시한다. 셀(1)에 지락 고장이 생긴 경우의 각 노드의 전위를 도 4(C)에 도시한다.
우선, 모든 셀(1)이 정상인 경우에 관해 설명한다. 도 4(A)를 참조하면, 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀(1)의 개수(m개)와, 부극단자(T2)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀(1)의 개수(m개)는 동등하다. 각 셀에서의 전압 강하는 동등하다. 이 때문에, 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀(1)에서의 전압 강하의 합과, 부극단자(T2)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀(1)에서의 전압 강하의 합은 동등하다. 정극단자(T1)의 전위(V1)와 부극단자(T2)의 전위(V2)란, 컨버터(4)의 제어에 의해, 극성이 반대이고 절대치가 동등하다(V2=-V1). 따라서 중간 대지 전위(VM)는 접지 전위(GND)(0V)와 동등하다.
다음에, 셀(1k)이 고저항화 한 경우에 관해 설명한다. 도 4(B)를 참조하면, 노드(N)(k-1) 및 노드(Nk)는, 셀(1k)의 양단의 노드이다.
정상적인 셀(1)의 저항치는, 예를 들면 2mΩ 정도이다. 한편으로, 고저항화가 생긴 셀(1k)의 저항치는, 예를 들면 100mΩ 정도로 증가한다. 모든 셀을 통하여 동등한 전류가 흐른다. 이 때문에, 셀(1k)에서의 전압(VH)는, 정상적인 셀(1)의 각각에서의 전압보다도 높아진다. 정상적인 셀(1)의 각각에서의 전압은 모두 동등하다. 노드(Nk)는, 중간 노드(Nm)보다도 정극단자(T1)측에 위치한다. 따라서 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀에서의 전압의 합은, 부극단자(T2)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀에서의 전압의 합보다도 높다. 셀(1k)에 고저항화가 생긴 경우에도, 컨버터(4)의 제어에 의해, 정극단자(T1)의 전위(V1) 및 부극단자(T2)의 전위(V2)는, 모든 셀(1)이 정상인 경우로부터 변화하지 않는다. 따라서, 중간 대지 전위(VM)는 부(負)가 된다.
이와 같이, 중간 대지 전위(VM)의 변화를 검출함으로써, 셀(1k)의 고저항화를 검출할 수 있다. 또한, 중간 대지 전위(VM)가 부의 방향으로 변화한 것을 검출함으로써, 고저항화 한 셀이 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 존재하는 것을 검출할 수 있다. 즉, 중간 노드(Nm)보다도 정극단자(T1)측에 있는 셀의 이상을 검출할 수 있다.
계속해서, 셀(1k)에 지락 고장이 생긴 경우에 관해 설명한다. 도 4(C)를 참조하면, 셀(1k)의 전위는, 지락 고장에 의해 접지 전위(GND)와 동등하게 된다. 이 때문에, 정극단자(T1)와 노드(Nk)와의 전위차(V1)는, 정극단자(T1)와 노드(N)와의 사이(k-1)에 접속된 셀(1)에서 균등하게 분할된다. 또한, 노드(Nk)와 부극단자(T2)와의 전위차(V1)는, 노드(Nk)와 부극단자(T2) 사이에 접속된 셀(1)에서 균등하게 분할된다. 중간 노드(Nm)는, 노드(Nk)보다도 부극단자(T2)측에 위치한다. 따라서 중간 대지 전위(VM)는 부가 된다. 이와 같이, 중간 대지 전위(VM)의 변화를 검출함으로써, 셀(1k)의 지락 고장을 검출할 수 있다. 또한, 중간 대지 전위(VM)가 부의 방향으로 변화한 것을 검출함으로써, 지락 고장의 발생 개소가 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 존재하는 것을 검출할 수 있다. 즉, 중간 노드(Nm)보다도 정극단자(T1)측에 있는 셀의 이상이 지락 고장인 경우에도, 그 셀의 이상을 검출할 수 있다.
이상적(理想的)으로는, 중간 대지 전위(VM)가 0V로부터 변화한 경우에, 제어 회로(16)는 축전 모듈(2)에 이상이 생겼다고 판단할 수 있다. 그러나 현실에서는, 2m개의 셀(1) 사이에서의 저항치의 불규칙함에 의해, 모든 셀이 정상이라도 중간 대지 전위(VM)의 값은 0V와 다른 것이 있을 수 있다. 따라서 제어 회로(16)에서는, 중간 대지 전위(VM)의 기준 범위로서, 상한치(Vup) 및 하한치(Vlo)가 규정된다. 상한치(Vup)는 접지 전위(GND)보다도 크고, 하한치(Vlo)는 접지 전위(GND)보다도 작다. 중간 대지 전위(VM)가 기준 범위 내인 경우, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2)을 정상으로 판단한다. 한편, 중간 대지 전위(VM)가 기준 범위 외인 경우(중간 대지 전위(VM)가 하한치(Vlo)를 하회하는 경우 또는 상한치(Vup)를 상회하는 경우), 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2)에 이상이 생겼다고 판단한다.
도 5는, 도 3에 도시한 축전부(3)에서, 셀(1k)에 고저항화가 생긴 경우의 축전 모듈(2)에서의 중간 대지 전위(VM)의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 횡축은 시간축이다. 종축은 중간 대지 전위(VM)를 나타낸다. 예를 들면 무정전 전원 장치(5)의 사용 시작 시각을 시각(t0)으로 한다.
시각(t0)부터 시각(t1)까지의 기간은, 중간 대지 전위(VM)는 접지 전위(GND)와 거의 동등하다. 그러나, 셀(1k)의 고저항화에 의해, 시각(t1) 이후, 중간 대지 전위(VM)가 부의 방향으로 변화한다. 시각(t2)에서, 중간 대지 전위(VM)는 하한치(Vlo)를 하회한다. 이에 의해, 제어 회로(16)는, 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이의 어는 하나의 셀에 이상이 생겼다고 판단한다.
또한, 셀(1k)이 개방 고장에 이른 경우, 셀(1k)의 저항치는 매우 크고, 이상적으로는 무한대이다. 이 때문에, 셀(1k)이 접속되어 있는 축전 모듈(2)에는 충방전 전류가 흐르지 않게 되기 때문에, 축전 모듈(2)에서의 중간 대지 전위(VM)는 부정(不定)으로 된다. 이에 의해, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2)에 포함되는 셀에 이상이 생겼다고 판단한다.
도 6은, 도 3에 도시한 축전부(3)에서, 셀(1k)에 지락 고장이 생긴 경우의 축전 모듈(2)에서의 중간 대지 전위(VM)의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 도 6은 도 5와 대비된다. 시각(t3)에서, 셀(1k)에 지락 고장이 생긴다. 상술한 바와 같이, 중간 대지 전위(VM)는 부의 방향으로 변화하고, 하한치(Vlo)를 하회한다. 이에 의해, 제어 회로(16)는, 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 어느 하나의 셀에 이상이 생겼다고 판단한다.
이상에서는, 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀(1k)에 이상이 생긴 경우에 관해 설명하였다. 부극단자(T2)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀에 이상이 생긴 경우, 중간 대지 전위(VM)의 변화의 방향이 반대가 된다. 즉, 셀의 고저항화 또는 지락 고장이 생긴 때, 중간 대지 전위(VM)는 0V로부터 정의 방향으로 변화한다. 변화의 방향이 다른 것이지만, 이들 경우의 중간 대지 전위(VM)의 변화는, 도 3∼도 6에서 중간 대지 전위(VM)의 변화와 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명을 반복하지 않는다.
도 7은, 도 1에 도시한 제어 회로(16)에 의한 제어를 설명하기 위한 플로 차트이다. 도 7을 참조하면, 예를 들면 축전 시스템(100)의 가동 시작시에 처리가 시작된다.
스텝 S11에서, 전압 검출 회로(8)는 중간 대지 전위(VM)를 검출하고, 그 검출치를 제어 회로(16)에 출력한다. 스텝 S12에서, 제어 회로(16)는, 중간 대지 전위(VM)가 기준 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다. 중간 대지 전위(VM)가 기준 범위 내인 경우(스텝 S12에서 YES), 처리는 스텝 S13으로 진행한다. 중간 대지 전위(VM)가 기준 범위 외인 경우(스텝 S12에서 NO), 처리는 스텝 S14로 진행한다.
스텝 S13에서, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2)을 정상으로 판단한다. 그 후, 일련의 처리가 반복된다.
한편, 스텝 S14에서는, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2)에 이상이 생겼다고 판단한다. 스텝 S15에서, 중간 대지 전위(VM)가 상한치(Vup)를 상회하는 경우(스텝 S15에서 YES), 처리는 스텝 S16으로 진행한다. 중간 대지 전위(VM)가 하한치(Vlo)를 하회하는 경우(스텝 S15에서 NO), 처리는 스텝 S17로 진행한다.
스텝 S16에서, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2)의 이상의 발생 개소를, 부극단자(T2)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 어느 하나의 셀로 특정한다. 스텝 S17에서, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2)의 이상의 발생 개소를, 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 어느 하나의 셀로 특정한다. 이와 같이, 중간 대지 전위(VM)의 변화의 방향을 검출함에 의해, 축전 모듈(2)의 이상의 발생 개소가 중간 노드(Nm)보다도 정극단자(T1)측인지 부극단자(T2)측인지를 판정할 수 있다.
스텝 S16 또는 스텝 S17의 처리 종료 후, 스텝 S18에서, 제어 회로(16)는 차단 신호(SHDN)를 스위치(19)에 출력한다. 스위치(19)는, 차단 신호(SHDN)에 응답하여, 도통 상태로부터 비도통 상태로 이행한다. 이에 의해, 축전부(3)는, 컨버터(4) 및 인버터(17)로부터 절리된다. 따라서 이상이 생긴 축전부(3)가 계속해서 충방전되는 것이 방지된다. 따라서, 축전부(3)의 이상의 확대를 방지할 수 있다.
또한, 스텝 S19에서, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2)에 이상이 생긴 취지를 통보하도록 통보부(20)를 제어한다. 제어 회로(16)는, 스텝 S16, S17에서의 이상의 특정 결과를 통보부(20)에 의해 통보시킨다. 축전 시스템(100)의 사용자 또는 관리자는, 이 통보를 받음에 의해, 특정된 이상 개소를 점검할 수 있다. 스텝 S19의 처리 종료 후, 일련의 처리가 완료된다.
또한, 스텝 S18의 처리는, 스텝 S15∼S17의 처리와 순서를 교체하여도 좋다. 이 경우, 축전 모듈(2)의 이상의 검출(스텝 S14의 처리)의 직후에 스위치(19)가 도통 상태로부터 비도통 상태로 이행한다(스텝 S18의 처리). 따라서 보다 신속하게 축전부(3)의 이상의 확대를 방지할 수 있다.
다음에, 본 실시의 형태에 의해 축전부(3)의 이상을 정확하게 검출할 수 있는 이유를 설명한다. 인접하는 2개의 셀(1)의 사이에는 1개의 노드가 존재한다. 따라서 2m개의 셀(1)에는, (2m-1)개의 노드가 존재한다.
도 8은, 도 3에 도시한 축전부(3)의 충방전에 의한, 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 각 노드의 전위의 변화를 도시하는 도면이다. 도 8을 참조하면, 방전 종료 후에 있어서의 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 각 노드의 전위를 도 8(A)에 도시한다. 만충전 상태에서의 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 각 노드의 전위를 도 8(B)에 도시한다. 정극단자(T1)로부터 1번째의 셀과 2번째의 셀 사이의 노드를 노드(N1)로 나타낸다. 노드(N2, N(2m-2), N(2m-1))에 대해서도 마찬가지이다.
축전부(3)의 정상 상태에서의 충방전에서는, 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 각 노드의 전위는, 도 8(A) 및 도 8(B)에 도시하는 상태의 사이를 천이한다. 도 8(B)를 참조하면, 축전부(3)가 정상인 경우, 각 셀(1)은 균등하게 충전된다. 또한, 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 포함되는 노드의 수와, 부극단자(T2)와 중간 노드(Nm) 사이에 포함되는 노드의 수와는 동등하다. 또한, 축전부(3)의 충전 중 또는 만충전 상태에서, 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 정극단자(T1) 및 부극단자(T2)의 전위는, 컨버터(4)의 제어에 의해, 극성이 반대이고 절대치가 동등하다. 따라서 충전 중 및 만충전 상태에서의, 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 중간 노드(Nm)의 전위(중간 대지 전위(VM))는, 거의 0V가 된다.
한편, 도 8(A)를 참조하면, 축전부(3)로부터의 방전 중에서는, 정극단자(T1)와 부극단자(T2) 사이의 전압은, 축전부(3)로부터 방전된 전류치에 응한 속도로 서서히 작아진다. 축전부(3)가 정상인 경우, 각 셀(1)로부터 균등하게 방전된다. 이 때문에, 방전 중 및 방전 종료 후에서도, 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 정극단자(T1) 및 부극단자(T2)의 전위는, 극성이 반대이고 절대치가 동등하다. 따라서 접지 전위(GND)를 기준으로 하는 중간 노드(Nm)의 전위는, 거의 0V이다.
단지 이상 발생시의 축전부(3)에서의 전압 변화를 검출하는 것이라면, 상기 (2m-1)개의 노드의 어느 노드의 전위를 감시하여도 좋다. 예를 들면, 노드(N1)의 전위의 변화를 감시할 수 있다. 그러나, 노드(N1)의 전위는, 축전부(3)의 충방전에 응하여 크게 변화한다. 본 실시의 형태에 의하면, 전압 검출 회로(8)는 중간 노드(Nm)에 접속된다. 축전부(3)의 정상 상태에서, 중간 노드(Nm)의 전위는 접지 전위(GND)와의 전위차가 전 노드 중 가장 작고, 거의 0V이다. 또한, 축전부(3)가 충방전되는 경우에도, 중간 노드(Nm)의 전위는 0V로 유지된다. 그러나, 축전부(3)에 이상이 생긴다면 중간 노드(Nm)의 전위는 0V로부터 정 또는 부의 방향으로 변화한다. 따라서 본 실시의 형태에 의하면, 축전부(3)의 이상을 정확하게 검출 가능하다.
또한, 셀(1)의 개수가 2m개(짝수개)인 경우에 관해 설명하였다. 그러나, 셀(1)의 개수가 홀수개인 경우라도, 본 발명은 적용 가능하다. 셀(1)의 개수가 (2m+1)개인 경우에는, 정극단자(T1)로부터 m번째의 셀과 (m+1)번째의 셀을 접속하는 중간 노드(Nm), 및 정극단자(T1)로부터 (m+1)번째의 셀과 (m+2)번째의 셀을 접속하는 중간 노드(N(m+1))의 어느 하나에 전압 검출 회로(8)가 접속된다. 이 경우, 중간 대지 전위(VM)는, 셀(1)의 개수가 짝수개인 경우에 비하여, 1개의 셀(1)의 전압만 접지 전위(GND)를 기준으로 정 또는 부의 방향으로 변화한다. 이 변화에 맞추어서 기준 범위의 상한치(Vup) 및 하한치(Vlo)를 설정하면, 셀(1)의 개수가 홀수개인 경우에도, 짝수개인 경우와 동등하게 취급할 수 있다.
[변형례]
도 9는, 본 발명의 실시의 형태 1의 변형례에 관한 무정전 전원 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로 블록도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시의 형태 1의 변형례에 관한 무정전 전원 장치(51)는, 축전부(3)에 대신하여, 축전부(31)을 구비하는 점에서 도 2에 도시한 무정전 전원 장치(5)와 다르다. 축전부(31)는 커패시터이고, 예를 들면 전기 이중층 커패시터(콘덴서) 또는 리튬 이온 커패시터이다.
축전부(31)는 축전 모듈(15)을 포함한다. 축전 모듈(15)은, 2m개의 셀(13)과, 2m개의 밸런스 저항(14)을 갖는다. 제조 편차 등의 요인에 기인하여, 셀(13)의 정전 용량은 불균일 할 수 있다. 이상적인 셀에 충전 전류(I)가 시간(t) 흐르면, 정전 용량(C)을 갖는 셀의 충전 전압(V)은, I×t=C×V로 표시된다. 2m개의 셀(1)을 통하여 충전 전류(I)가 흐르면, 정전 용량이 작은 셀에서는, 정전 용량이 큰 셀보다도 전압이 높아진다.
그래서, 복수의 셀(13)이 균등하게 충전되도록 셀(13)의 각각에 병렬 접속된 밸런스 저항(14)에 의해, 축전 모듈(15)에 인가된 전압은, 각 셀(13)의 사이에서 거의 균등하게 분압된다. 한 예로서, 각 셀(13)의 정격전압이 2.35V이고, 셀(13)의 개수가 300개인 경우, 축전 모듈(2)의 정격전압은 약 700V가 된다. 축전부(31)의 다른 구성은 축전부(3)의 구성(도 2 참조)과 동등하기 때문에, 상세한 설명을 반복하지 않는다.
도 10은, 도 9에 도시한 축전 모듈(15)에서의 이상의 발생을 설명하기 위한 도면이다. 도 10을 참조하면, 밸런스 저항(14a)은, 셀(13a)에 병렬로 접속된다. 셀(13)은 정상이다. 밸런스 저항(14)은, 셀(13)에 병렬로 접속된다. 셀(13a, 13)을 흐른 충방전 전류를 각각 전류(I1a, I1)라고 한다. 밸런스 저항(14a, 14)을 흐른 충방전 전류를 각각 전류(I2a, I2)라고 한다. 축전 모듈(15)에 이상이 발생하기 전, 전류(I1a)와 전류(I1)는 동등하다. 전류(I2a)와 전류(I2)와는 동등하다. 또한, 셀(13a) 및 밸런스 저항(14a)에서의 전류의 합(I1a+I2a)과, 셀(13) 및 밸런스 저항(14)에서의 전류의 합(I1+I2)은 동등하다(I1a+I2a=I1+I2).
셀(13a)에 고저항화가 생기면, 셀(13a)의 내부 저항이 대폭적으로 증가한다. 이에 의해, 셀(13, 13a) 및 밸런스 저항(14, 14a)의 합성 저항치도 증가한다. 따라서 전류의 합(I1a+I2a) 및 전류의 합(I1+I2)의 각각은, 셀(1k)에 고저항화가 생기기 전보다도 감소한다.
고저항화가 생긴 셀(13a) 및 밸런스 저항(14a)에서는, 전류(I1a)가 감소한다. 그 감소분만큼 전류(12a)는 증가한다. 한편, 정상적인 셀(13) 및 밸런스 저항(14)에서는, 전류(I1)와 전류(I2)의 비율은, 셀(13a)에 고저항화가 생기기 전부터 변화하지 않는다. 밸런스 저항(14a)의 저항치는, 밸런스 저항(14)의 저항치와 동등하다. 따라서, 밸런스 저항(14a)에서의 전압은, 밸런스 저항(14)의 전압보다도 높아진다. 이와 같이, 고저항화가 생긴 셀에서의 전압은 높아진다.
이 경우, 셀 사이의 전압 분포는, 도 4(B)에 도시되는 분포와 마찬가지로 된다. 따라서 축전부(3)가 축전지인 경우에 있어서 셀의 고저항화의 설명과 마찬가지로, 정극단자(T1)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀에 고저항화가 생긴 경우, 중간 대지 전위(VM)는 부의 방향으로 변화한다. 한편, 부극단자(T2)와 중간 노드(Nm) 사이에 접속된 셀에 고저항화가 생긴 경우, 중간 대지 전위(VM)는 정의 방향으로 변화한다. 이에 의해, 제어 회로(16)는, 축전부(3)의 이상을 검출할 수 있다. 또한 제어 회로(16)는, 이상의 발생 개소를 특정할 수 있다.
또한, 셀(13a)이 개방 고장에 이른 경우, 셀(13a)에 병렬 접속된 밸런스 저항(14a)에 전류가 전부 흐르게 되고, 셀(13a)의 고저항화와 공통된다. 따라서 셀(13a)의 개방 고장의 판정 방법은, 셀(13a)의 고저항화의 판정 방법과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명을 반복하지 않는다.
또한, 셀(13a)이 지락 고장났던 경우의 충방전 전압의 변화는, 셀(13a)이 축전지의 경우의 변화(도 4(C) 및 도 6 참조)와 동등하기 때문에, 상세한 설명을 반복하지 않는다. 이와 같이 축전부가 커패시터인 경우에도, 축전지의 경우와 마찬가지로, 셀의 고저항화, 개방 고장, 또는 지락 고장 등의 이상을 검출할 수 있다.
[실시의 형태 2]
상술한 바와 같이, 축전부에서는 일반적으로, 필요한 용량을 확보하기 위해 복수의 축전 모듈이 병렬로 접속된다. 실시의 형태 2에서는, 복수의 축전 모듈의 각각에 전압 검출부가 마련된다. 각 축전 모듈에서의 중간 대지 전위를 이용하여, 중간 대지 전위의 기준 범위를 보정할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 이상 검출 회로를 구비한 무정전 전원 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 회로 블록도이다. 도 11을 참조하면, 무정전 전원 장치(52)는, 축전 모듈(2)에 대신하여, 병렬로 접속된 3개의 축전 모듈(2a∼2c)을 포함하는 부분에 있어서, 도 2에 도시한 무정전 전원 장치(5)와 다르다. 또한, 축전 모듈의 개수는 3개 이상이라면 좋고, 3개로 한정되는 것이 아니다. 또한, 도 11에서는 설명의 명료화를 위해, 무정전 전원 장치(52) 중 축전부의 이상 검출에 관한 부분만이 도시되어 있다. 무정전 전원 장치(52)의 다른 구성은, 도 1에 도시한 무정전 전원 장치(5)의 구성과 동등하기 때문에, 상세한 설명을 반복하지 않는다.
축전 모듈(2a∼2c)에는, 전압 검출부(8a∼8c)가 각각 마련된다. 전압 검출부(8a)는, 전압 계측기(81a)와 접지 저항(82a)을 포함한다. 전압 검출부(8b)는, 전압 계측기(81b)와 접지 저항(82b)을 포함한다. 전압 검출부(8c)는, 전압 계측기(81c)와 접지 저항(82c)을 포함한다. 중간 대지 전위(VMa∼VMc)는, 각각 축전 모듈(2a∼2c)의 중간 대지 전위이다. 전압 계측기(81a∼81c)는, 중간 대지 전위(VMa∼VMc)를 각각 검출한다. 전압 검출부(8a∼8c)는, 각각 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 검출치를 제어 회로(16)에 출력한다. 축전부(31)의 다른 구성은, 도 2에 도시한 축전부(3)의 구성과 동등하기 때문에, 상세한 설명을 반복하지 않는다.
또한, 복잡해지기 때문에 도시하지 않지만, 본 실시의 형태에서는, 축전 모듈(2a∼2c)이 본 발명에 관한 「축전 모듈」에 상당한다. 전압 검출부(8a∼8c)가 본 발명에 관한 「전압 검출 회로」에 상당한다. 또한, 제어 회로(16) 및 전압 검출부(8a∼8c)가 본 발명에 관한 「이상 검출 회로」에 상당한다.
도 12는, 도 11에 도시한 무정전 전원 장치(52)에서, 기준 범위의 보정 전후의 축전 모듈(2a∼2c)에서의 중간 대지 전위(VMa∼VMc)를 설명하기 위한 도면이다. 도 12(A)는 보정하기 전의 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 기준 범위를 도시한다. 도 12(B)는 보정한 후의 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 기준 범위를 도시한다.
도 12(A)를 참조하면, 축전 모듈(2a)의 중간 대지 전위(VMa)와, 축전 모듈(2b)의 중간 대지 전위(VMb)와는 동등하다. 한편으로, 축전 모듈(2c)의 중간 대지 전위(VMc)는, 축전 모듈(2a, 2b)의 중간 대지 전위(VMa)와 다르다. 따라서 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 최빈치(Vmode)는 VMa이다.
도 12(B)를 참조하면, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2a∼2c)의 중간 대지 전위(VMa∼VMc)가 전체적으로 최빈치(Vmode)만큼 가산(또는 감산)되어 있다고 판단한다. 제어 회로(16)는, 최빈치(Vmode)를 이용하여, 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 기준 범위를 보정한다. 즉, 제어 회로(16)는, 상한치(Vup) 및 하한치(Vlo)의 각각에 최빈치(Vmode)를 가산하여, 보정 후의 상한치(Vup+Vmode) 및 보정 후의 하한치(Vlo+Vmode)를 구한다.
도 13은, 도 11에 도시한 제어 회로(16)에 의한 판정, 및 판정에 의거한 제어를 설명하기 위한 플로 차트이다. 도 11 및 도 13을 참조하면, 도 13은 도 7과 대비된다. 한 예로서, 무정전 전원 장치(52)의 가동 시작시에 처리가 시작된다.
스텝 S21에서, 전압 검출부(8a∼8c)는, 축전 모듈(2a∼2c)의 중간 대지 전위(VMa∼VMc)를 각각 검출하고, 그 검출치를 제어 회로(16)에 출력한다. 스텝 S22에서, 제어 회로(16)는, 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 최빈치(Vmode)를 산출한다. 스텝 S23에서, 제어 회로(16)는, 스텝 S22에서 산출한 최빈치(Vmode)를 이용하여 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 기준 범위를 보정한다. 보다 구체적으로는, 제어 회로(16)는, 기준 범위의 상한치(Vup) 및 하한치(Vlo)에 최빈치(Vmode)를 가산한다.
스텝 S24에서, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2a∼2c)의 중간 대지 전위(VMa∼VMc)가 보정 후의 기준 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다. 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 모두 가 보정 후의 기준 범위 내인 경우(스텝 S24에서 YES), 처리는 스텝 S25로 진행한다. 중간 대지 전위(VMa∼VMc) 중의 어느 하나라도 보정 후의 기준 범위 외인 경우(스텝 S24에서 NO), 처리는 스텝 S26으로 진행한다.
스텝 S25에서, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2a∼2c)을 모두 정상으로 판단한다. 그 후, 일련의 처리가 반복된다. 한편, 스텝 S26에서는, 제어 회로(16)는, 중간 대지 전위가 보정 후의 기준 범위 외가 된 축전 모듈에 이상이 생겼다고 판단한다. 그 후의 스텝 S27∼S31의 처리에 관해서는, 도 6에 도시한 플로 차트의 스텝 S15∼S19의 처리와 각각 동등하기 때문에, 상세한 설명을 반복하지 않는다.
도 12(A), (B)로 되돌아와, 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 각각은, 공통된 오프셋 성분을 포함할 수 있다. 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 최빈치가 상기 오프셋 성분에 상당한다. 기준 범위의 보정 전에는, 축전 모듈(2c)의 중간 대지 전위(VMc)는, 오프셋 성분의 영향에 의해 보정 전의 상한치(Vup)를 상회한다. 이 경우, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2c)에 이상이 생겼다고 잘못 판단하여 버린다. 이와 같은 오프셋 성분의 영향을 제거 또는 저감하기 위해 기준 범위가 보정된다. 기준 범위의 보정 후, 축전 모듈(2c)의 중간 대지 전위(VMc)는, 보정 후의 상한치(Vup+Vmode)를 하회하고 기준 범위 내이다. 따라서 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2c)이 정상이라고 정확하게 판단할 수 있다. 이와 같이, 본 실시의 형태에 의하면, 이상의 판정의 정밀도를 향상할 수 있다.
또한, 이상의 설명에 의하면, 제어 회로(16)는, 최빈치(Vmode)를 기준 범위의 상한치(Vup) 및 하한치(Vlo)에 가산한다고 설명하였다. 이에 대신하여, 제어 회로(16)는, 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 각각으로부터의 최빈치(Vmode)의 차분치를 연산하여도 좋다. 즉, 중간 대지 전위((VMa-Vmode), (VMb-Vmode), (VMc-Vmode))의 각각이, 상한치(Vup) 및 하한치(Vlo)로 규정된 기준 범위 내에 있는지의 여부에 의거하여 이상이 판정되어도 좋다.
또한, 전압 검출부(8a∼8c)에 의한 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 검출은, 동시에 실행되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 중간 대지 전위(VMa∼VMc)에 공통된 노이즈 성분을 동시에 제거 또는 저감할 수 있다.
[실시의 형태 3]
복수의 축전 모듈이 마련되는 경우에는, 복수의 축전 모듈에서의 중간 대지 전위끼리를 비교하여도 좋다. 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 무정전 전원 장치의 구성은, 도 11에 도시한 실시의 형태 2에 관한 무정전 전원 장치(52)의 구성과 동등하기 때문에, 상세한 설명을 반복하지 않는다.
도 14는, 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 무정전 전원 장치에서의 이상의 판정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 9 및 도 14를 참조하면, 실시의 형태 3에서도 실시의 형태 2와 마찬가지로, 제어 회로(16)는 축전 모듈(2a∼2c)의 중간 대지 전위(VMa∼VMc)로부터, 그 최빈치(Vmode)를 산출한다.
중간 대지 전위가 최빈치(Vmode)와 동등한 축전 모듈(2a, 2b)에 관해, 제어 회로(16)는 그들의 축전 모듈이 정상이라고 판단한다. 한편, 최빈치와 다른 중간 대지 전위(VMc)를 나타내는 축전 모듈(2c)에 관해, 제어 회로(16)는, 최빈치(Vmode)와 중간 대지 전위(VMc)와의 차분치(ΔVM)를 생성한다. 그 차분치(ΔVM)에 의거하여, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2c)이 정상인지의 여부를 판단한다. 보다 구체적으로는, 차분치(ΔVM)의 절대치가 소정의 기준치 이상인 경우, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2c)에 이상이 생겼다고 판정한다. 한편, 차분치(ΔVM)의 절대치가 기준치 미만인 경우, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2c)이 정상이라고 판정한다.
또한, 3개의 축전 모듈(2a∼2c)이 무정전 전원 장치(52)에 마련된 경우에 관해 설명하였다. 그러나, 2개만의 축전 모듈(2a, 2b)이 마련된 경우에도 본 발명은 적용 가능하다. 이 경우, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2a, 2b) 각각으로부터의 중간 대지 전위(VMa, VMb)의 차분치를 연산한다. 차분치의 절대치가 소정의 기준치 이상인 경우에, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2a, 2b) 중의 어느 한쪽에 이상이 생겼다고 판정한다. 한편, 차분치(ΔVM)의 절대치가 기준치 미만인 경우, 제어 회로(16)는, 축전 모듈(2a, 2b)은 모두 정상이라고 판정한다.
실시의 형태 3에서도, 실시의 형태 2와 마찬가지로, 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 오프셋 성분 등에 기인하는 검출 오차를 저감할 수 있다. 또한, 전압 검출부(8a∼8c)에 의한 중간 대지 전위(VMa∼VMc)의 검출을 동시에 실행함에 의해, 노이즈 성분의 영향도 제거 또는 저감할 수 있다. 따라서 이상의 판정 정밀도를 향상할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1, 2에서는, 상시 인버터 급전 방식의 무정전 전원 장치에 관해 설명하였다. 그러나, 본 발명에 관한 「축전 장치」는, 직렬로 접속된 복수의 셀을 포함한 축전 장치라면 특히 한정되지 않는다. 본 발명에 관한 「축전 장치」는, 예를 들면 상시 상용(商用) 급전 방식의 무정전 전원 장치라도 좋다.
금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라, 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
100 : 축전 시스템
200 : 이상 검출 회로
1, 1a, 13 : 셀
2, 15, 2a∼2b : 축전 모듈
2a∼2b : 모듈
3, 31 : 축전부
14 : 밸런스 저항
4 : 컨버터
5, 51, 52 : 무정전 전원 장치
6 : 절연 트랜스
7 : 교류 전원
8 : 전압 검출 회로
8a∼8c : 전압 검출부
81, 81a∼81c : 전압 계측기
82, 82a∼82c : 접지 저항
16 : 제어 회로
17 : 인버터
18 : 부하
19 : 스위치
20 : 통보부
T1 : 정극단자
T2 : 부극단자

Claims (11)

  1. 축전 장치의 이상을 검출하는 이상 검출 회로로서,
    상기 축전 장치는,
    교류 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 절대치가 서로 동등한 정전위 및 부전위를 출력하는 컨버터와,
    상기 컨버터에 의해 생성된 직류 전력을 축적하는 축전부와,
    상기 컨버터로부터의 직류 전력 및 상기 축전부에 축적된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급 가능하게 구성된 인버터를 구비하고,
    상기 축전부는,
    상기 컨버터로부터 상기 정전위 및 상기 부전위를 각각 받는 정극단자 및 부극단자와,
    상기 정극단자와 상기 부극단자 사이에 접속된 축전 모듈을 포함하고,
    상기 축전 모듈은, 상기 정극단자와 상기 부극단자 사이에 직렬로 접속된 복수의 셀을 가지며,
    상기 이상 검출 회로는,
    상기 정극단자와 상기 부극단자의 중간에 위치하는 중간 노드의 전위를, 접지 전위를 기준으로 하여 검출하는 전압 검출 회로와,
    상기 전압 검출 회로로부터의 검출치의 상기 접지 전위로부터의 변화에 의거하여, 상기 축전 모듈의 상기 이상을 판단하는 제어 회로를 구비하고,
    상기 중간 노드는, 상기 복수의 셀 중의 상기 정극단자와 상기 부극단자의 중간에 위치하는 2개의 셀 사이의 노드인 것을 특징으로 하는 이상 검출 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축전 모듈의 상기 이상은, 상기 복수의 셀 중의 어느 하나의 셀에서의 지락 고장 및 셀의 내부 저항치의 증가 중의 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는 이상 검출 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 검출치가, 상기 접지 전위보다도 큰 상한치와, 상기 접지 전위보다도 작은 하한치에 의해 규정된 소정의 기준 범위 밖인 경우에, 상기 축전 모듈을 상기 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이상 검출 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 검출치가 상기 상한치를 상회한 경우, 상기 제어 회로는, 상기 이상의 발생 개소를, 상기 부극단자와 상기 중간 노드 사이의 개소로 특정하고,
    상기 검출치가 상기 하한치를 하회한 경우, 상기 제어 회로는, 상기 이상의 발생 개소를, 상기 정극단자와 상기 중간 노드 사이의 개소로 특정하는 것을 특징으로 하는 이상 검출 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 축전 모듈은, 제1∼제n(n은 3 이상의 자연수)의 모듈을 포함하고,
    상기 전압 검출 회로는, 상기 제1∼제n의 모듈에 대응하여 각각 마련되는, 제1∼제n의 전압 검출부를 포함하고,
    상기 제어 회로는, 상기 제1∼제n의 전압 검출부 각각으로부터의 제1∼제n의 검출치의 최빈치를 구하고, 상기 최빈치에 의거하여 상기 상한치 및 상기 하한치를 보정하는 것을 특징으로 하는 이상 검출 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 축전 모듈은, 제1∼제n(n은 2 이상의 자연수)의 모듈을 포함하고,
    상기 전압 검출 회로는, 상기 제1∼제n의 모듈에 대응하여 각각 마련되는, 제1∼제n의 전압 검출부를 포함하고,
    상기 제어 회로는, 상기 제1∼제n의 전압 검출부 각각으로부터의 제1∼제n의 검출치의 차분치를 연산하여, 상기 차분치의 절대치가 소정의 기준치를 상회한 경우에, 상기 축전 모듈을 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이상 검출 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 축전 모듈은, 제1∼제n(n은 3 이상의 자연수)의 모듈을 포함하고,
    상기 전압 검출 회로는, 상기 제1∼제n의 모듈에 대응하여 각각 마련되는, 제1∼제n의 전압 검출부를 포함하고,
    상기 제어 회로는, 상기 제1∼제n의 전압 검출부 각각으로부터의 제1∼제n의 검출치의 최빈치를 구하고, 상기 제1∼제n의 검출치와 상기 최빈치와의 제1∼제n의 차분치를 각각 연산하여, 상기 제1∼제n의 차분치의 절대치 중의 적어도 하나가 소정의 기준치를 상회한 경우에, 상기 축전 모듈을 상기 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이상 검출 회로.
  8. 상기 컨버터와,
    상기 축전부와,
    상기 인버터와,
    제1항 내지 제7항 중 청구항 1∼7의 어느 한 항에 기재된 이상 검출 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 축전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 축전 장치는, 상기 컨버터 및 상기 인버터의 접속점과 상기 축전부 사이에 마련되고, 차단 신호에 응답하여, 도통 상태로부터 비도통 상태로 이행하는 차단부를 또한 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 축전 모듈을 상기 이상으로 판단한 경우에, 상기 차단 신호를 상기 차단부에 출력하는 것을 특징으로 하는 축전 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 축전 장치는, 사용자에게 이상을 통보하는 통보부를 또한 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 축전 모듈을 상기 이상으로 판단한 경우에, 상기 이상을 통보하도록 상기 통보부를 제어하는 것을 특징으로 하는 축전 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 축전부는, 축전지 및 커패시터 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 축전 장치.
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KR20210004386A (ko) * 2019-07-04 2021-01-13 주식회사 티팩토리 배터리 에너지 저장장치의 랙프레임의 접지선의 접지전위 모니터링 장치

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