KR20200106898A - 에너지 저장 시스템을 조립하는 방법 - Google Patents
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Abstract
에너지 저장 시스템(energy storage system)을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법이 제공되고, 이 시스템은 캐비닛(cabinet) 및 캐비닛 내에서 함께 연결될 수 있는 복수의 에너지 저장 모듈들(modules)을 포함하고, 각각의 에너지 저장 모듈은 복수의 에너지 저장 디바이스들(devices)을 포함하며, 이 방법은, 전기적 상호 연결 단계를 수행하는 단계― 전기적 상호 연결 단계를 수행하는 단계는 전기적 상호 연결 단계 동안 캐비닛의 회로의 하나의 극(pole)(23, 24)에 제거 가능한 전류 모니터링 디바이스(removable current monitoring device)를 제공(31)함으로써 수행됨― ; 제1 모듈(10)을 극에 연결하는 단계(32); 제1 모듈을 연결한 후 전류 흐름을 모니터링하는 단계(33), 및 전류 흐름이 검출되지 않으면, 추가의 모듈을 제1 모듈과 직렬로 연결하는 단계를 포함한다. 캐비닛의 모든 모듈들이 전기적으로 상호 연결될 때까지, 각각의 후속 모듈에 대해, 모니터링하는 단계(33) 및 연결하는 단계(32)가 반복된다. 최종 모듈은 회로의 다른 극(24, 23)에 연결되고(32), 전류 모니터링 디바이스는 회로로부터 연결 해제되어(36) 제거된다.
Description
본 발명은 에너지 저장 시스템(energy storage system)에서 에너지 저장 모듈들(modules)을, 특히 전기 화학 셀(electrochemical cell) 또는 배터리(battery)를 포함하여 최종 사용자에게 전기 에너지를 제공하는 모듈들을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법에 관한 것이다.
저장된 전기 에너지 모듈들 또는 다양한 유형들의 전력 유닛들(power units)이 많은 적용 분야들에서, 특히 민감한 환경들에서의 배출들과 관련된 환경 관심들 또는 공중 보건 관심들이 존재하는 용도에 대해 점점 일반화되고 있다. 저장된 전기 에너지 전력 유닛들은 전형적으로 장비를 작동시키기 위해 전기 에너지를 제공하고, 사용 시점에서 배출들을 회피하도록 사용되지만, 해당 저장된 에너지는 많은 상이한 방식들로 생성되었을 수 있다. 저장된 전기 에너지는 또한 그리드(grid)로부터, 또는 디젤 발전기들(diesel generators), 가스 터빈들(gas turbines), 또는 재생 가능한 에너지원들을 포함하는 다양한 유형들의 발전 시스템으로부터 다른 방식으로 공급되는 시스템들에서 피크 쉐이빙(peak shaving)을 제공하도록 사용될 수 있다. 항공기, 차량들, 선박들, 연안 리그들(offshore rigs), 또는 원격 위치들에 있는 리그들 및 다른 전력 공급 장비는 대규모 저장된 전기 에너지의 사용자들의 예들이다. 차량 운전자들은 타운들(towns) 및 도시들에서의 유해한 배출들을 감소시키기 위해, 도시 중심들에서 저장된 에너지 전력 유닛을 사용하고, 간선 도로들에서 내연 기관으로부터 충전할 수 있거나, 또는 이들은 전기 공급 장치로부터 충전할 수 있다. 거주 영역들과 비교적 가까운 곳이나 또는 민감한 환경들에서 그들의 항해의 대부분을 수행하는 페리들(ferries)은 하이브리드(hybrid) 또는 완전 전기 구동 시스템들로 설계되고 있다. 페리들은 해안(shore) 근처에 있을 때 선박에 전력을 공급하기 위해 저장된 에너지로 작동할 수 있고, 연안의 디젤 발전기들을 사용하여 배터리들을 재충전할 수 있다. 일부 국가들에서는, 저장된 에너지 유닛을 충전하도록 사용하기 위해 재생 가능한 에너지원들로부터 전기를 이용할 수 있다는 것은, 저장된 에너지 유닛들이 커버되는(covered) 거리들에 대해 충분히 신뢰할 수 있는 경우, 완전 전기 선박이 사용될 수 있고, 디젤 또는 다른 재생 불가능한 에너지원은 전혀 사용되지 않는다는 것을 의미한다. 하이브리드이든 또는 완전 전기이든, 저장된 에너지 유닛들은 도킹될(docked) 때 해안 공급 장치로부터 충전될 수 있다. 주 전원으로서 장기간 사용하기에 충분히 신뢰할 수 있는 저장된 에너지 유닛들을 달성하기 위한 기술의 개발은 특정 기술 이슈들(issues)을 해결해야 한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 에너지 저장 시스템의 모듈들을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법이 제공되고, 이 시스템은 캐비닛(cabinet) 및 캐비닛 내에서 함께 연결될 수 있는 복수의 에너지 저장 모듈들을 포함하고, 각각의 에너지 저장 모듈은 복수의 에너지 저장 디바이스들(devices)을 포함하며; 본 방법은, 전기적 상호 연결 단계를 수행하는 단계 ―전기적 상호 연결 단계를 수행하는 단계는, 전기적 상호 연결 단계 동안 캐비닛의 회로의 하나의 극(pole)에 제거 가능한 전류 모니터링 디바이스(removable current monitoring device)를 제공함으로써 수행됨―; 극에 제1 모듈을 연결하는 단계; 제1 모듈을 연결한 후 전류 흐름을 모니터링하는 단계; 전류 흐름이 검출되지 않으면, 추가의 모듈을 제1 모듈과 직렬로 연결하는 단계; 캐비닛의 모든 모듈들이 전기적으로 상호 연결될 때까지, 각각의 후속 모듈에 대해, 모니터링하는 단계 및 연결하는 단계를 반복하는 단계; 최종 모듈을 회로의 다른 극에 연결하는 단계; 및 회로로부터 전류 모니터링 디바이스를 연결 해제하여 제거하는 단계를 포함한다.
전류 모니터링 디바이스에서 전류 흐름이 검출되면, 다른 모듈을 연결하지 않고, 모듈에 또는 회로의 다른 부품에 장해가 있는지 여부를 결정하는 단계; 장해가 있는 모듈 또는 부품을 제거하는 단계; 수리된 또는 교체 모듈 또는 부품을 설치하는 단계; 및 전류 모니터링 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 방법은 완전히 설치된 캐비닛을 전력 공급 시스템에 연결하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 에너지 저장 시스템은 복수의 캐비닛들을 포함하며, 복수의 캐비닛들 각각은 전력 공급 시스템에 연결되기 전에 설치된다.
바람직하게는, 각각의 에너지 저장 모듈은 50 V DC 내지 150 V DC를 제공하기 위해 직렬로 전기적으로 함께 연결된 복수의 에너지 저장 디바이스들을 포함한다.
바람직하게는, 각각의 캐비닛은 적어도 1000 V DC를 제공하기 위해 직렬로 전기적으로 함께 연결된 복수의 모듈들을 포함한다.
바람직하게는, 각각의 에너지 저장 모듈들은 수냉식(water-cooled) 중합체 또는 열가소성 하우징(thermoplastic housing)을 포함한다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템에 에너지 저장 모듈들을 설치하는 방법의 일 예가 이제 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 방법이 적용될 수 있는 모듈식(modular) 저장된 에너지 시스템의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 방법을 위한, 도 1의 모듈식 저장된 에너지 시스템의 회로를 도시한다.
도 3은 캐비닛 내의 에너지 저장 시스템의 모듈들의, 본 발명의 방법에 따른 설치를 도시한 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 방법이 적용될 수 있는 모듈식(modular) 저장된 에너지 시스템의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 방법을 위한, 도 1의 모듈식 저장된 에너지 시스템의 회로를 도시한다.
도 3은 캐비닛 내의 에너지 저장 시스템의 모듈들의, 본 발명의 방법에 따른 설치를 도시한 흐름도이다.
선박들 상에 탑재된(onboard) 시스템들 및 연안 플랫폼들(offshore platforms)과 같은 해양 적용 분야들에 대해 DC 전기 에너지를 공급하기 위한 에너지 저장 시스템들은 높은 전압 및 전류 요구 사항들을 갖는다. 이들은 50 V DC 내지 200 V DC, 전형적으로 약 100 V DC의 전압에서 작동하는 복수의 에너지 저장 모듈들을 조합함으로써 달성되는 1 KV DC 이상의 전압 레벨들을 제공할 필요가 있을 수 있다. 도시된 예들에서, 에너지 저장 모듈 냉각 시스템들은 병렬로 유체 연결되고, 에너지 저장 모듈들은 전기적으로 직렬로 함께 연결된다. 대안적으로, 냉각 시스템들은 직렬로 함께 연결될 수 있다. 각 모듈은 필요한 총 모듈 전압을 제공하기 위해 직렬로 함께 연결된 배터리 셀들과 같은 복수의 에너지 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 전형적으로, 필요한 총 모듈 전압은, 각각 3 V 내지 12 V로 정격된 에너지 저장 디바이스들을 사용하여, 대략 100 V 내지 150 V DC이다. 예를 들어, 각각의 배터리 셀은 대략 3 V의 전압만을 가질 수 있지만, 전기적으로 직렬로 함께 연결된 28 개의 셀들을 갖는 모듈에서, 이것은 100 V에 가까운 전압을 발생시킨다. 복수의 모듈들이 함께 결합될 수 있어, 선박 상의 전력 시스템들에 충분한 DC 전압, 예를 들어 1 KV 이상의 전압을 제공할 수 있다.
초기 대규모 배터리들은 납산(lead acid)이었지만, 보다 최근에는, 대규모 적용 분야들에 대한 전기 에너지 저장을 위해 리튬 이온 배터리들(lithium ion batteries)이 개발되었다. Li 이온 배터리들은 전형적으로 가압되고, 전해질은 가연성이므로, 이들은 사용 및 저장 시 주의를 필요로 한다. Li 이온 배터리들에서 발생할 수 있는 문제는 제조 동안에 생성된, 배터리 셀의 내부 단락으로 인해 발생할 수 있는 열 폭주(thermal runaway)이다. 기계적 손상, 과충전 또는 제어되지 않은 전류와 같은 다른 원인들도 또한 열 폭주를 일으킬 수 있지만, 배터리 시스템 설계는 전형적으로 이들을 회피하도록 적응된다. 셀들의 제조 이슈들은 완전히 배제될 수는 없으므로, 따라서 열 폭주가 발생할 경우 영향을 최소화하기 위한 예방 조치들이 필요하다. 대규모 리튬 이온 배터리 시스템에서, 열 폭주 동안 방출되는 에너지의 양은 수용하기에 어려운 과제이다. 열 이벤트는 단일 셀의 온도들을 20 ℃ 내지 26 ℃ 범위의 표준 작동 온도로부터 700 ℃ 내지 1000 ℃만큼 높은 온도까지 증가시킬 수 있다. 안전한 작동 온도들은 60 ℃ 미만이므로, 따라서 이는 심각한 문제이다.
해양 및 연안 산업들에는 선박 또는 리그에 대한 위험과 관련하여 엄격한 규정들이 있으며, 하나의 요구 사항은 하나의 셀로부터 다른 셀로 초과 온도가 전달되지 않아야 한다는 것이다. 과열이 발생하면, 이는 단일 셀에 수용되어 확산되지 않아야 한다. 또한, 해양 및 연안 적용 분야들의 경우, 임의의 장비의 무게 및 부피가 엄격히 제한되어, 컴팩트한(compact) 경량의 시스템이 선호되게 된다. 필요한 단열을 달성하고 과도한 가열이 발생하는 셀을 빠르고 효율적으로 냉각시키는 컴팩트한 경량의 시스템을 제작하는 것은 어려운 과제이다.
Li 이온 배터리 시스템에서, 배터리 셀들의 온도가 규정된 작동 온도를 초과하지 않아야 하고 전체 시스템의 셀 온도가 균일해야 한다는 것이 매우 중요하다. 규정된 작동 온도 윈도우(window)를 벗어난 작동이 지속되면 배터리 셀들의 수명에 심각한 영향을 미치고, 열 폭주가 발생할 위험이 증가할 수 있다.
해양 적용 분야들의 경우, 설치 비용, 및 선박 또는 연안 플랫폼 상에 있을 때 모듈들이 차지하는 무게 및 공간으로 인해, 배터리들과 같은 에너지 저장 모듈들을 그들의 최대 충전 또는 방전 속도로 사용하는 데 특히 중점을 둔다. 또한, 유지 보수 및 수리, 또는 교체는 저장된 에너지 시스템들의 육상 기반 사용들에 비해 복잡하고 비싸므로, 저장된 에너지 모듈들의 수명을 연장시키는 것이 특히 중요하다. Li 이온 배터리들의 예에 대해, 이들은 고온에 민감하므로, 설계 수명이 충족되도록 보장하기 위해 Li 이온 배터리 시스템의 모든 셀들에 대해 작동 및 주변 온도가 제어되도록 보장하는 것이 중요하다. 단일 셀에 대한 로컬 변형들(Local variations) 또는 핫스팟들(hot spots)도 또한 달성 가능한 총 수명을 손상시킬 수 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템의 일 예가 도 1에 도시되어 있다. 시스템은 복수의 에너지 저장 모듈들(10)이 버스들(buses)(2a)에 의해 큐비클 제어기(cubicle controller)(28)에 그리고 버스(2b)에 의해 중앙 제어기(3)에 전기적으로 함께 직렬로 연결되는 캐비닛 또는 큐비클(1)을 포함한다. 각각의 에너지 저장 모듈들은 냉각 시스템(5)으로부터 입구 파이프들(inlet pipes)(6) 및 출구 파이프들(7)을 통해 순환하는 냉각 유체에 의해 냉각된다. 냉각 유체는 전형적으로 비싸지 않고 합성 냉각제들보다 공급 및 폐기하기에 더 용이한 물이다. 예를 들어 동결, 바이오 성장(biogrowth) 또는 부식을 억제하기 위해 첨가제들이 제공될 수 있다. 전형적으로, 첨가제의 비율은 선택된 첨가제, 예를 들어 20 % 서리 억제제에 의해 결정된다. 각각의 에너지 저장 모듈(10)은 직렬로 함께 전기적으로 연결된 복수의 에너지 저장 디바이스들, 예를 들어 배터리 셀들을 포함한다. 냉각을 통합하는 이러한 유형의 모듈식 시스템은 특히 리튬 이온 셀들에 적용될 수 있다.
모듈(10) 내에서, 각 셀의 하나의 측면 상에는, 배터리 셀 냉각기가 제공되고, 이 배터리 셀 냉각기는 배터리 셀을 냉각시키기 위해 입구 파이프들(6) 및 출구 파이프들(7)을 통해 냉각 시스템(5)으로부터 냉각 유체를 수용한다. 셀 냉각기는 냉각 유체가 관통하여 흐르도록 튜빙(tubing)을 포함하고, 이는 금속 튜빙일 수 있지만, 보다 전형적으로는 합성 재료, 예를 들어 중합체 플라스틱(polymer plastics), 예를 들어 폴리에틸렌(polythene), 폴리아미드(polyamide), 예를 들어 PA66 플라스틱(PA66 plastics), 또는 TCE2, TCE5와 같은 열가소성 수지, 또는 요구되는 형상으로 성형되거나 또는 압출될 수 있고 에너지 저장 모듈들(10)의 정상적인 작동 온도들을 견딜 수 있는 다른 적합한 재료들일 수 있다. 셀들 사이에 추가적인 단열이 필요하지 않기 때문에, 셀의 양 측면들 상에 냉각이 제공되는데, 이는 종래의 배터리 시스템들에서 일반적인 것이다. 전형적으로, 셀의 일 측면에는 셀의 자연적인 팽창을 허용하는 가요성 재료가 제공되므로, 가요성 재료를 갖는 측면 상에서의 냉각은 덜 효과적이다. 가요성 재료로 인해, 셀이 팽창할 때 시간이 지남에 따라 올바른 압력이 유지되는 것이 보장된다.
이러한 모듈식 에너지 저장 시스템들의 조립 및 설치가 개선될 수 있다. 하나의 개선점은, 배터리의 전력 회로와 다른 전도성 부품들 사이의 절연, 예를 들어 배터리 상들(battery phases) 중 임의의 것과 모듈 섀시(module chassis)와 같은 접지된 전기 전도성 구성 요소 사이의 절연이 고장 나거나 또는 손상되어, 정상적으로 절연된 부품들이 서로 전기적으로 접촉하게 되는 경우, 캐비닛(1)에 모듈들(10)을 설치하는 동안 연속적인 지기 장해(earth fault) 모니터링을 수행하는 것이다. 지기 장해들은 특정 위치에서 단일 상대지간 장해들(phase to ground faults)일 수 있다. 그러나, 일부 상황들에서는, 상이한 위치들에서 2 개의 개별의 단일 상대지간 장해들이 동시에 발생할 수 있다. 이것들은 일반적으로 이중 지기 장해들이라고 알려져 있다. 종래의 납산 기반 시스템에서, 이러한 이중 지기 장해는 배터리 재료에 심각한 손상을 주지 않으면서 여러 번 발생할 수 있으며, 실제로 식별하는 것조차도 어려울 수 있다. 대조적으로, Li 이온 기반 에너지 저장 시스템에서, 이중 지기 장해는 관련된 에너지의 양 및 이러한 장해가 Li 이온 셀들에 손상을 줄 더 큰 가능성으로 인한 안전성 관심 문제이다. 종래의 시스템들에서는, 설정 및 연결 측면에서의 실제 제약 조건들은 설치가 완료된 후 운영 시스템에서만 지기 장해들에 대한 임의의 모니터링이 가능하며 설치 중 이중 지기 장해들에 대한 가능성이 고려되지 않는다는 것을 의미한다.
해양 목적들을 위한 리튬 이온 배터리 시스템들은 통상적으로 배터리 모듈들 전방에 전력 케이블(cable) 연결들을 갖게 구축된다. 이를 통해 조선소 작업자들은 캐비닛 또는 랙킹 시스템(racking system)에 모듈들을 설치할 수 있지만, 전력 케이블들의 실제 연결은 나중에 장비 공급 업체의 서비스 담당자(service personnel)에 의해 수행되므로, 단락들, 역극성 및 지기 장해들과 관련된 모든 안전 문제들은 이 경우 배터리 제조업체의 책임이다. 위에서 언급된 바와 같이, 표준은, 전체 설치가 완료되고 모든 모듈들이 캐비닛에서 연결된 후에만 활성화되는 시스템 또는 팩 레벨(pack level)에서 지기 장해 모니터링을 제공하는 것이다. 큐비클 레벨에서 지기 장해가 존재하거나, 또는 지기 장해가 있는 모듈들이 큐비클에 연결된 경우, 이것은 설치 담당자에게 심각한 안전 위험이 된다. 단일 지기 장해는 일반적으로 IT 전력 시스템에서 취급될 수 있는데, 이 IT 전력 시스템은 전력 상들(power phases)과 접지 사이에 연결이 없지만, 이중 지기 장해가 단락을 일으킬 시스템을 의미한다. 지기 장해들의 원인들은 운송 중 기계적 손상, 또는 습도 또는 보관 조건들로 인한 환경적 손상을 포함하며, 이들 둘 모두는 동일한 생산 뱃치(production batch)의 복수의 모듈들에 영향을 줄 수 있다.
모듈식 시스템들의 도입으로 인해, 배터리 공급 업체 서비스 담당자 이외의 담당자가 연결 작업을 수행해야 할 필요성이 있는 가능성을 발생시켜, 안전 고려 사항들이 변경되게 된다. 캐비닛을 에너지 저장 시스템의 나머지에 연결하기 전에, 그러나 모든 모듈들이 캐비닛에 설치된 후, 캐비닛을 선박 전력 공급 시스템에 연결하기 전에, 접지로의 누설 전류가 있는지에 대해 팩 레벨에서 지기 장해 검출 검사들을 수행할 수 있다. 이러한 검사들은 캐비닛의 양극 단자에 연결된 지기 장해 모니터링 장비 및 캐비닛의 음극 단자에서 시작되는 연결을 사용하여 수행될 수 있지만, 전형적으로 제어 전력이 이용 가능하지 않고 장기간 모니터링을 수행하는 설치된 전류 측정 디바이스가 해당 지점에 설치되어 있지 않기 때문에, 이러한 검사들은 설치 중에 수행되지 않는다. 모듈들은 생산 라인(production line)의 마지막에서 지기 장해들에 대해 검사될 수 있지만, 운송 및 보관 중에 장해들이 발생하지 않도록 보장하기 위해, 설치 전에 각 모듈을 개별적으로 다시 검사하는 것은 시간 및 이에 따라 비용을 추가시킨다. 또한, 추가의 확실성을 위해, 모듈들이 설치되어 있는 큐비클 또는 랙(rack) 내의 각각의 개별 버스 바(busbar)를 검사하는 것이 필요할 것이다.
도 2는 에너지 저장 시스템의 모듈들을 캐비닛에 설치하고 전기적으로 상호 연결하는 동안 전류 측정을 수행할 때 형성된 회로의 일 예를 보여준다. 제거 가능한 전류 측정 디바이스(20)는 저항기(21a, 21b) 및 격리 스위치(isolating switch)(22a, 22b)를 통해 양극 또는 음극에 연결될 수 있다. 이 예에서, 양극(23)으로의 연결이 이루어진다. 모듈들의 전기적 상호 연결이 시작되고 모듈들이 여기로부터 차례로 함께 연결되는 위상으로 연결이 이루어진다. 이 예에서, 제1 모듈(10)의 양극 측은 DC 버스(2a)를 통해 저항기(21a) 및 스위치(22a)를 통해 양극(23)에 연결된다. DC 버스(2a)는 또한 각각의 모듈들(10)을 다음 모듈에 직렬로 연결한다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 이미 직렬로 연결된 2 개의 모듈들(10)이 존재한다. 직렬로 연결된 모듈들 중 마지막 모듈이 접지에 연결되면, 전류 측정 디바이스(20)는 전류 흐름을 검출한다. 그 후, 설치 공정은 접지에 대한 연결의 소스(source)를 결정하기 위해 중지되고, 버스 바(2a)에 대한 것이든 또는 모듈(10) 자체에 대한 것이든, 적절한 수정 조치가 취해진다. 그런 다음 작업자는 다음 모듈과의 전기적 상호 연결 공정을 계속하고, 필요에 따라 해당 캐비닛에 대한 모든 모듈들이 연결될 때까지 수리 또는 교체가 이루어진다. 캐비닛(1) 내의 최종 모듈(10)은 저항기(21b) 및 스위치(22b)를 통해 캐비닛(24)의 음극에 연결된다.
위에서 언급된 바와 같이, 전류 측정 디바이스는 역상(negative phase) 또는 정상(positive phase)에 대해 사용될 수 있다. 연결이 도 2에서 역상에 있었다면, 이 경우 전류 측정 디바이스(20)는 저항기(21b) 사이에 연결될 것이고, 제1 모듈은 버스(2a), 저항기(21b) 및 스위치(22b)를 통해 음극(24)에 연결될 것이다. 연결될 최종 모듈은 이 경우 버스(2a), 저항기(21a) 및 스위치(22a)를 통해 양극(23)에 연결될 것이다.
본 발명의 설치 및 전기적 상호 연결 공정은 도 3의 흐름도에 도시되어 있다. 공정을 시작하기 위해, 캐비닛 회로의 정상 또는 역상 중 어느 쪽이 연결될 것인지에 대한 선택이 이루어진다(30). 제거 가능한 전류 모니터링 디바이스는 그 후 캐비닛 회로의 선택된 극에 연결된다(31). 전류 모니터링 디바이스는 통상적으로 배터리 팩(battery pack)과 같은 그의 자체의 전력 공급 장치가 있는 독립형 디바이스이며, 임의의 외부 전력이 제공될 필요가 없다. 이는 선박에 이용 가능한 임의의 전력이 존재하기 전에 캐비닛들이 설치되는 상황들, 또는 캐비닛들이 설치되는 플랫폼에서 유용하다. 전류 모니터링 디바이스는 조립 및 전기적 상호 연결이 완료된 후에도 연결된 상태로 유지되도록 의도되는 것이 아니라, 제거되고 다음 작업에서 사용되도록 의도된다.
제1 모듈은 통상적으로 저항기(21a, 21b) 및 격리 스위치(22a, 22b)를 통해 선택된 극에 연결된다(32). 작업자는 모니터링 디바이스에서 임의의 전류 흐름이 검출되는지 여부를 검사하고(33), 전류 흐름이 검출되지 않으면(34), 작업자는 추가의 모듈을 연결하고, 검사(33)를 반복한다. 그런 다음 작업자는 해당 캐비닛에 대해 각각의 다음 모듈을 직렬로 연결하고, 모든 모듈들이 검사될 때까지 각 모듈에 대해 검사(33)를 반복한다. 해당 캐비닛에 대한 마지막 모듈에 도달하여 성공적으로 설치되면, 모니터링이 중지된다. 전류 모니터링 디바이스는 그 후 회로로부터 연결 해제되어(36) 제거된다. 전기적 상호 연결 단계들의 임의의 시점에서 전류 흐름이 검출되면, 이 경우 작업자는 장해의 원인을 결정하고(35) 수리를 수행하거나, 또는 필요에 따라 장해 부품을 교체하도록 시도할 수 있다. 수리된 모듈은 그 후 다시 연결되고, 전류 검출 단계(33)는 모듈이 더 이상 장해를 일으키지 않음을 검사하기 위해 반복된다. 수리 또는 교체가 성공적이지 않다면, 추가 조사를 위해 공정이 종료될 수 있다. 모든 모듈들이 그들의 캐비닛에 성공적으로 설치되고 전기적으로 상호 연결되면, 그 후 완전히 설치된 캐비닛은 적절한 시간에 전력 공급 시스템에 연결될 수 있다(37). 이는 다른 모든 캐비닛들이 준비되어 있는 경우, 설치 후에 바로 이어질 수 있거나, 또는 일정 시간 이후에 수행될 수 있다.
설명된 방식으로 제거 가능한, 외부, 전류 측정 디바이스를 사용하면, 전류 측정 디바이스에 의해 수행되는 기능이 설치 단계 동안에만 적용될 수 있으므로, 시스템의 비용 및 공간이 절약된다. 시스템이 작동된 후, 모듈들이 유지 보수를 위해 제거되거나, 또는 교체될 필요가 있는 경우, 캐비닛은 연결 해제될 수 있고, 모듈들은 제거되며, 교체될 때, 전류 측정 디바이스(20)는 적절한 극에 다시 연결되고, 전술한 바와 같이 모듈들(10)이 다시 설치된다. 그 후, 전류 측정 디바이스는 캐비닛 회로로부터 연결 해제되고 제거된다. 시스템의 설치 중에 지기 장해 모니터링을 수행하면 공정 및 시스템이 더 안전해진다.
전류 측정 디바이스는 외부 전력을 필요로 하지 않기 때문에, 배터리 시스템의 설치는 이러한 시스템의 커니셔닝(commissioning) 동안 전형적인 제약일 수 있는 선박의 나머지의 진행에 의해 제한되지 않는다. 전류 측정 디바이스의 재사용 가능하고 저렴한 설계가 사용될 수 있다. 외부 측정 디바이스는 절연 모니터링 디바이스 또는 전류 측정 디바이스일 수 있으며, 이들이 연결되어 있으므로, 캐비닛 회로에서 에너지 저장 디바이스들을 연속적으로 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 설치 및 테스트(test) 중에, 제1 지기 장해가 검출되면, 설치 작업이 중지되고, 장해가 있는 모듈 또는 큐비클 섹션(section)이 수리되거나 또는 교체될 수 있다. 전류 측정 디바이스는 제1 모듈이 삽입되는 위상으로, 정상으로 또는 역상으로 연결될 수 있다.
본 발명은 불완전한 회로에 적용될 수 있으며, 설치 중에 이중 지기 장해가 발생하지 않도록 보장하기 위해, 캐비닛에 모듈들을 설치하는 동안 각 모듈이 연결될 때 연속적인 지기 장해 모니터링을 수행할 수 있다. 작업자가 한 작업에서 다음 작업으로 가져갈 수 있는 단일 전류 모니터링 디바이스는 조립 중 전류 측정에 사용된다. 모듈들의 설치 후 측정 디바이스가 시스템에 연결된 상태로 남겨지면, 이는 허용되지 않을 수 있는 작동 중의 지기 장해를 발생할 수 있다. 모듈들의 설치 및 전기적 상호 연결 후에는, 측정 디바이스는 해당 캐비닛에 의해 더 이상 필요하지 않으며, 다음 캐비닛의 조립에 사용될 수 있다. 이는 즉, 각 모듈에 대한 지기 장해 모니터링을 제공하는, 고정 테스트 장비에 비해 비용 및 공간이 절약된다. 특히 공간은 선박 상에, 또는 연안 플랫폼에 적합하다.
대안으로서 각 캐비닛에 설치되어 절연 저항을 모니터링하는 디바이스를 제공하는 것이 가능하지만, 이는 큐비클 당 하나의 고정 디바이스가 필요하다. 모니터링 디바이스는 음극에 연결되어야 하며, 모듈 연결은 음극에서 시작되어야 한다. 또한 고정 솔루션(fixed solution)은, 시스템이 DC 버스 및 다른 전원들에 연결될 때 측정 디바이스가 연결되지 않도록 보장할 수 있는 스위치를 포함해야 한다. 이러한 시스템은 일반적으로 개방되어 있어야 하므로 외부 전력에 의존하지만, 실제로, 선박 설치의 이 단계에서 외부 전력은 종종 사용할 수 없는 경우가 있으므로, 외부 전력이 이용 가능할 수 있을 때까지 모듈들의 설치가 지연된다. 따라서, 고정 솔루션은 비용 및 복잡성을 추가시키고, 사용 가능한 공간 및 고장들 간의 평균 간격을 감소시킨다. 필요한 경우, 종래의 장비를 사용하여, 설치된 전체 시스템의 지기 장해 모니터링이 상당히 별도로 제공될 수 있다.
배터리들, 예를 들어 Li 이온, 알카라인(alkaline), 또는 NiMh 배터리들, 또는 다른 것들과 같은 전기 화학 셀들과 관련하여 상세한 예들이 제공되었지만, 본 발명은 다른 유형들의 저장된 에너지 유닛들에 적용되며, 특히 비-원통형 커패시터들(capacitors), 울트라 커패시터들(ultracapacitors), 또는 슈퍼 커패시터들(supercapacitors), 연료 전지들, 또는 냉각기에 의해 냉각될 수 있는 표면을 가지며 저장된 에너지 유닛들의 모듈들의 온도가 규칙적으로 바람직한 작동 범위를 벗어나는 경우 또한 악화되어 전체 수명을 감소시킬 수 있는 다른 유형들의 에너지 저장 장치에 적용된다.
Claims (8)
- 에너지 저장 시스템(energy storage system)을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법으로서,
상기 시스템은, 캐비닛(cabinet) 및 상기 캐비닛 내에서 함께 연결될 수 있는 복수의 에너지 저장 모듈들(modules)을 포함하고, 각각의 에너지 저장 모듈은 복수의 에너지 저장 디바이스들(devices)을 포함하며,
상기 방법은,
전기적 상호 연결 단계를 수행하는 단계 ―상기 전기적 상호 연결 단계를 수행하는 단계는, 상기 전기적 상호 연결 단계 동안 상기 캐비닛의 회로의 하나의 극(pole)에 제거 가능한 전류 모니터링 디바이스(removable current monitoring device)를 제공함으로써 수행됨―;
상기 극에 제1 모듈을 연결하는 단계;
상기 제1 모듈을 연결한 후 전류 흐름을 모니터링하는 단계;
전류 흐름이 검출되지 않으면, 추가의 모듈을 상기 제1 모듈과 직렬로 연결하는 단계;
상기 캐비닛의 모든 모듈들이 전기적으로 상호 연결될 때까지, 각각의 후속 모듈에 대해, 상기 모니터링하는 단계 및 상기 연결하는 단계를 반복하는 단계;
최종 모듈을 상기 회로의 다른 극에 연결하는 단계; 및
상기 회로로부터 상기 전류 모니터링 디바이스를 연결 해제하여 제거하는 단계
를 포함하는, 에너지 저장 시스템을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법. - 제1 항에 있어서,
전류 흐름이 검출되면, 다른 모듈을 연결하지 않는,
에너지 저장 시스템을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 전류 모니터링 디바이스에서 전류 흐름이 검출되면, 상기 모듈에 또는 상기 회로의 다른 부품에 장해가 있는지 여부를 결정하는 단계;
장해가 있는 모듈 또는 부품을 제거하는 단계; 수리된 또는 교체 모듈 또는 부품을 설치하는 단계; 및
상기 전류 흐름을 모니터링하는 단계를 반복하는 단계
를 포함하는, 에너지 저장 시스템을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법. - 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 완전히 설치된 캐비닛을 전력 공급 시스템에 연결하는 단계를 더 포함하는,
에너지 저장 시스템을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법. - 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 저장 시스템은 복수의 캐비닛들을 포함하며, 상기 복수의 캐비닛들 각각은 전력 공급 시스템에 연결되기 전에 설치되는,
에너지 저장 시스템을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법. - 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 에너지 저장 모듈은 50 V DC 내지 150 V DC를 제공하기 위해 직렬로 전기적으로 함께 연결된 복수의 에너지 저장 디바이스들을 포함하는,
에너지 저장 시스템을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 캐비닛은 적어도 1000 V DC를 제공하기 위해 직렬로 전기적으로 함께 연결된 복수의 모듈들을 포함하는,
에너지 저장 시스템을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법. - 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 저장 모듈들 각각은 수냉식(water-cooled) 중합체 또는 열가소성 하우징(thermoplastic housing)을 포함하는,
에너지 저장 시스템을 조립하고 전기적으로 상호 연결하는 방법.
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