KR20200111456A - 단락 방지 회로 및 이를 이용한 에너지 저장 시스템 - Google Patents

단락 방지 회로 및 이를 이용한 에너지 저장 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단락 방지 회로 및 이를 이용한 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 방지 회로는, 배터리 관리 시스템에 제1 전원을 인가하기 위한 제1 한쌍의 단자; 적어도 하나의 보호 유닛에 제2 전원을 인가하기 위한 제2 한쌍의 단자; 제1 스위칭부로서, 일단이 제1 한쌍의 단자 중 음(-)단자 측에 연결되고 타단이 제2 스위칭부의 일단에 연결되며, 제1 한쌍의 단자에 제1 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 제1 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제1 스위칭부; 및, 제2 스위칭부로서, 일단이 제1 스위칭부의 타단에 연결되고 타단이 제2 한쌍의 단자 중 음단자 측에 연결되며, 제2 한쌍의 단자에 제2 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 제2 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제2 스위칭부를 포함한다.

Description

단락 방지 회로 및 이를 이용한 에너지 저장 시스템{SHORT CIRCUIT PROTECTION CIRCUIT AND ENERGY STORAGE SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 단락 방지 회로 및 이를 이용한 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
종래 그리드 시스템에서 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System) 등의 배터리 보호장치(BPU: Battery Protection Unit) 구성시, 노이즈 제거 등을 위해서, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)으로의 전원과, 냉각 유닛과 같은 보호 유닛으로의 전원의 그라운드를 서로 연결하여 사용하였다. 예를 들면, 에너지 저장 시스템의 배터리 보호장치(BPU)는 배터리 관리 시스템(BMS)으로의 제1 전원을 인가하기 위한 제1 한쌍의 단자(즉, 양(+)단자, 음(-)단자)와, 냉각 유닛으로의 제2 전원을 인가하기 위한 제2 한쌍의 단자를 구비하며, 제1 전원의 음단자(즉, 그라운드 단자)와 제2 전원의 음단자(즉, 그라운드 단자)는 노이즈 제거 등을 위해 서로 연결되었다.
그런데, 이와 같은 두 전원의 그라운드가 서로 연결된 시스템 구성시, 각 전원의 공급 단자를 대응하는 단자에 각각 연결할 때, 작업자가 실수로 양단자와 음단자를 서로 반대로 연결하여 두 전원의 그라운드 단자간에 단락이 발생하는 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 두 전원의 그라운드가 서로 연결된 시스템에 있어서, 제1 및 제2 한쌍의 단자에 대응하는 제1 및 제2 전원의 공급 단자를 각각 연결할 때, 작업자의 실수로 양단자와 음단자를 서로 반대로 연결하더라도 두 전원의 그라운드 단자간에 단락이 발생하지 않게 하는 단락 방지 회로 및 이를 이용한 에너지 저장 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단락 방지 회로는, 배터리 관리 시스템에 제1 전원을 인가하기 위한 제1 한쌍의 단자; 적어도 하나의 보호 유닛에 제2 전원을 인가하기 위한 제2 한쌍의 단자; 제1 스위칭부로서, 일단이 제1 한쌍의 단자 중 음(-)단자 측에 연결되고 타단이 제2 스위칭부의 일단에 연결되며, 제1 한쌍의 단자에 제1 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 제1 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제1 스위칭부; 및, 제2 스위칭부로서, 일단이 제1 스위칭부의 타단에 연결되고 타단이 제2 한쌍의 단자 중 음단자 측에 연결되며, 제2 한쌍의 단자에 제2 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 제2 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제2 스위칭부를 포함한다.
일례로, 제1 스위칭부는, 제1 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 제1 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 제1 한쌍의 단자와 제1 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제1 감지부와, 제1 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제1 스위치를 포함한다.
또한, 제2 스위칭부는, 제2 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 제2 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 제2 한쌍의 단자와 제2 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제2 감지부와, 제2 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제2 스위치를 포함한다.
예를 들면, 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부는 포토릴레이 또는 기계식 릴레이로 이루어질 수 있다.
제1 한쌍의 단자의 음단자 및 제2 한쌍의 단자의 음단자는, 그라운드 단자이다.
보호 유닛은 에너지 저장 시스템의 온도를 조절하기 위한 냉각 유닛일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 배터리 모듈; 동작을 위한 제1 전원을 공급받고, 배터리 모듈의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템; 동작을 위한 제2 전원을 공급받고, 배터리 모듈의 상태를 제어하기 위한 보호 유닛; 및, 제1 전원 및 제2 전원이 각각 정상 연결된 경우에만, 제1 전원 및 제2 전원의 그라운드 단자를 서로 연결시키는 단락 방지부를 포함하며, 단락 방지부는, 제1 스위칭부로서, 일단이 배터리 관리 시스템에 제1 전원을 인가하기 위한 제1 한쌍의 단자 중 음(-)단자 측에 연결되고 타단이 제2 스위칭부의 일단에 연결되며, 제1 한쌍의 단자에 제1 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 제1 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제1 스위칭부와, 제2 스위칭부로서, 일단이 제1 스위칭부의 타단에 연결되고 타단이 보호 유닛에 제2 전원을 인가하기 위한 제2 한쌍의 단자 중 음단자 측에 연결되며, 제2 한쌍의 단자에 제2 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 제2 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제2 스위칭부를 구비한다.
일례로, 제1 스위칭부는, 제1 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 제1 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 제1 한쌍의 단자와 제1 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제1 감지부와, 제1 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제1 스위치를 포함한다.
또한, 제2 스위칭부는, 제2 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 제2 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 제2 한쌍의 단자와 제2 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제2 감지부와, 제2 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제2 스위치를 포함한다.
예를 들면, 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부는 포토릴레이 또는 기계식 릴레이로 이루어질 수 있다.
제1 한쌍의 단자의 음단자 및 제2 한쌍의 단자의 음단자는, 그라운드 단자이다.
보호 유닛은 에너지 저장 시스템의 온도를 조절하기 위한 냉각 유닛일 수 있다.
또한, 제1 전원 및 제2 전원은 외부 전원 혹은 배터리 모듈로부터 공급받을 수 있다.
본 발명에 의하면, 두 전원의 그라운드가 서로 연결된 시스템에 있어서, 각 전원의 공급 단자를 대응하는 단자에 각각 연결할 때, 작업자의 실수로 양단자와 음단자가 서로 반대로 연결하더라도 두 전원의 그라운드 단자간에 단락이 발생하지 않게 할 수 있다.
본 발명에 의한 다른 효과는, 이후 실시예에 따라 추가적으로 설명하기로 한다.
도 1은 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 방지 회로의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토릴레이가 적용된 단락 방지 회로의 제1 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토릴레이가 적용된 단락 방지 회로의 제2 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 배터리 보호 장치에 있어서 두 전원의 그라운드가 서로 연결된 개념을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수도 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1을 이용하여, 에너지 저장 시스템의 구성을 설명하기로 한다. 도 1은 에너지 저장 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 시스템(B)은, 하나 이상의 배터리셀로 이루어지고, 충방전 가능한 적어도 하나의 배터리 모듈(1)과, 배터리 모듈(1)의 +단자측 또는 -단자측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(1)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(2)와, 에너지 저장 시스템(B)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(이하, 'BMS'라고도 함)(3)과, 배터리 모듈(1)의 상태를 제어하기 위한 보호 유닛(4)을 포함한다.
여기서, 스위칭부(2)는 배터리 모듈(1)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 기계식 스위칭 소자 또는 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 기계식 릴레이 또는 MOSFET이 이용될 수 있다.
BMS(3)는, 에너지 저장 시스템(B)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하기 위해서, 배터리 모듈(1)과 통신을 통해 전압, 전류, 온도 등에 대한 데이터를 받을 수 있다. 또한 예를 들어 스위칭부(2)가 반도체 스위칭 소자인 경우에는, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 계산할 수 있고, 또한, 반도체 스위칭 소자에 인접해서 마련된 각종 센서(5)를 이용하여, 배터리 모듈(1)의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수도 있다. BMS(3)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다.
BMS(3)는, 스위칭부(2) 즉 기계식 릴레이 또는 MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(1)에 연결되어 배터리 모듈(1)의 상태를 감시할 수 있다.
또한, BMS(3)는 상위 제어기(7)와 연결될 수 있다. BMS(3)는 배터리의 상태 및 제어에 관한 정보를 상위 제어기(7)로 전송하거나, 상위 제어기(7)로부터 인가되는 제어 신호에 기초하여 에너지 저장 시스템(B)의 동작을 제어할 수도 있을 것이다. BMS(3)는 상위 제어기(7)와 유선 및/또는 무선으로 각종 신호 및 데이터를 주고받을 수 있을 것이다. 예를 들어, 상위 제어기(7)는 종합 관제 시스템의 마이크로 컨트롤러(MCU)일 수 있다.
보호 유닛(4)은 예를 들면 에너지 저장 시스템의 온도 특히 배터리 모듈(1)의 온도와 같은 상태를 조절하기 위한 구성으로서, BMS(3)에 의해 제어되어 동작하는 냉각 팬(fan)일 수 있다.
일례로, BMS(3)와 보호 유닛(4)은, 각각, 외부 전원으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 에너지 저장 시스템(B)은 예를 들면 외부로부터 전원을 공급받아 BMS(3)에 미리 설정된 전압을 공급하는 제1 전원공급장치와, 외부로부터 전원을 공급받아 보호 유닛(4)에 미리 설정된 전압을 공급하는 제2 전원공급장치로 이루어진 전원공급장치(6)를 더 구비할 수 있다. 예로써, 전원공급장치(6)는 SMPS일 수 있다. 또는, BMS(3)와 보호 유닛(4)은, 각각, 배터리 모듈(1)로부터 전원을 공급받을 수도 있다. 이 경우, 에너지 저장 시스템(B)은 예를 들면 배터리 모듈(1)의 전원을 미리 설정된 일정한 전압으로 변환하여 BMS(3)와 보호 유닛(4)에 각각 공급하는 전압 레귤레이터를 구비할 수 있다.
이와 같은 BMS(3)와 보호 유닛(4)은 배터리 보호 장치(BPU; Battery Protection Unit)로서 구현될 수 있다.
도 1에서는 전원공급장치(6)로부터 BMS(3)와 보호 유닛(4)에 전원을 공급하는 것을 각각 하나의 실선으로 표시하였으나, 예를 들면, BMS(3)는 구동 전원으로서 제1 전원을 공급받기 위한 제1 한쌍의 단자(즉, 양(+)단자, 음(-)단자)를 구비하고, 보호 유닛(4)은 구동 전원으로서 제2 전원을 공급받기 위한 제2 한쌍의 단자(즉, 양(+)단자, 음(-)단자)를 구비한다. 이때, 노이즈 제거 등을 위해서, 제1 전원의 음단자(즉, 그라운드 단자)와 제2 전원의 음단자(즉, 그라운드 단자)는 노이즈 제거 등을 위해 서로 전기적으로 연결된다.
이어서, 도 2 및 도 3을 이용하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 방지 회로를 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 방지 회로의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 방지 회로는, 제1 한쌍의 단자(110), 제2 한쌍의 단자(120), 제1 스위칭부(130), 및 제2 스위칭부(140)를 포함한다.
제1 한쌍의 단자(110)는 BMS에 제1 전원을 인가하기 위한 단자이다. 제1 전원은, 예를 들면, BMS를 구동시키기 위한 구동 전원으로서, 컨트롤 전원일 수 있다. 이때, 제1 한쌍의 단자(110)의 음(-)단자는 그라운드 단자이다.
제2 한쌍의 단자(120)는 적어도 하나의 보호 유닛에 제2 전원을 인가하기 위한 단자이다. 제2 전원은, 보호 유닛을 구동시키기 위한 구동 전원으로서, 보호 전원일 수 있다. 일례로, 보호 유닛은 에너지 저장 시스템의 온도를 조절하기 위한 냉각 팬과 같은 냉각 유닛일 수 있다. 이때, 제2 한쌍의 단자(120)의 음(-)단자는, 그라운드 단자이다.
제1 스위칭부(130)는, 일단이 제1 한쌍의 단자(110) 중 음(-)단자 측에 연결되고 타단이 제2 스위칭부(140)의 일단에 연결되는 것으로, 제1 한쌍의 단자(110)에 제1 전원의 공급 단자(10)가 정상 연결된 경우에, 제1 스위칭부(130)의 양단, 즉 일단과 타단 사이를 도통시키는 구성이다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 스위칭부(130)는, 제1 한쌍의 단자(110)와 각각 연결 즉 병렬로 연결되어, 제1 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 제1 한쌍의 단자(110)와 제1 전원의 공급 단자(10) 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제1 감지부(133)와, 제1 감지부(133)의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제1 스위치(135)를 포함할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 제2 스위칭부(140)는, 일단이 제1 스위칭부(130)의 타단에 연결되고 타단이 제2 한쌍의 단자(120) 중 음단자 측에 연결되는 것으로, 제2 한쌍의 단자(120)에 제2 전원의 공급 단자(20)가 정상 연결된 경우에, 제2 스위칭부(140)의 양단, 즉 일단과 타단 사이를 도통시키는 구성이다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 스위칭부(140)는, 제2 한쌍의 단자(120)와 각각 연결 즉 병렬로 연결되어, 제2 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 제2 한쌍의 단자(120)와 제2 전원의 공급 단자(20) 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제2 감지부(143)와, 제2 감지부(143)의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제2 스위치(145)를 포함할 수 있다.
일례로, 제1 스위칭부(130) 및 제2 스위칭부(140)는 포토릴레이 또는 기계식 릴레이일 수 있다.
도 4 및 도 5를 이용하여, 단락 방지 회로의 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토릴레이가 적용된 단락 방지 회로의 제1 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토릴레이가 적용된 단락 방지 회로의 제2 상태를 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 4에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 시스템의 배터리 보호 장치(BPU)에 있어서, BMS에 공급되는 제1 전원으로서 Control 전원이 공급되고, 냉각 팬에 공급되는 제2 전원으로서 Fan 전원이 공급된다. 예로써, Control 전원의 공급 단자(10) 중 양(+)단자는 24V 단자(24V_C)이고, 음(-)단자는 그라운드 단자(GND_C)이다. Fan 전원의 공급 단자(20) 중 양(+)단자는 24V 단자(24V_F)이고, 음(-)단자는 그라운드 단자(GND_F)이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 방지 회로는, Control 전원과 Fan 전원 사이에 마련된다.
구체적으로, Control 전원의 그라운드 단자(GND_C)와 Fan 전원의 그라운드 단자(GND_C)는 제1 스위칭부(130A) 및 제2 스위칭부(140A)를 통하여 연결된다. 여기서, 제1 스위칭부(130A) 및 제2 스위칭부(140A)는 포토릴레이이다. 제1 스위칭부(130A)로서의 포토릴레이는 애노드 단자 1이 Control 전원의 양단자(24V_C)측에 연결되고, 캐소드 단자 2가 Control 전원의 그라운드 단자(GND_C)측에 연결되며, 드레인 단자 4가 Control 전원의 그라운드 단자(GND_C)측에 연결되고, 드레인 단자 3이 제2 스위칭부(140A)의 드레인 단자 4에 연결된다. 마찬가지로, 제2 스위칭부(140A)로서의 포토릴레이는 애노드 단자 1이 Fan 전원의 양단자(24V_F)측에 연결되고, 캐소드 단자 2가 Fan 전원의 그라운드 단자(GND_F)측에 연결되며, 드레인 단자 3이 Fan 전원의 그라운드 단자(GND_F)측에 연결되고, 드레인 단자 4가 제1 스위칭부(130A)의 드레인 단자 3에 연결된다. 이때, 제1 스위칭부(130A)의 애노드 단자 1 측에는 전류 흐름을 제어하기 위한 저항(161)이 구비되고, 제2 스위칭부(140A)의 애노드 단자 1 측에는 전류 흐름을 제어하기 위한 저항(163)이 구비될 수 있다. 또한, Control 전원의 양단자(24V_C)와 연결되는 BMS로의 전원선측(즉, 제1 한쌍의 단자(110) 중 + 단자측)에는 역류 방지용 소자(151)가 구비되고, Fan 전원의 양단자(24V_F)와 연결되는 냉각 팬으로의 전원선측(즉, 제2 한쌍의 단자(120) 중 + 단자측)에는 역류 방지용 소자(153)가 구비될 수 있다.
도 4에서는 Control 전원과 Fan 전원의 공급 단자(10, 20)를 대응하는 단자(110, 120)에 각각 정상 연결한 제1 상태를 나타내고 있다. 이 경우, 제1 스위칭부(130A)는 제1 감지부로서 애노드 단자 1과 캐소드 단자 2 사이의 포토다이오드가 정상 전압 방향에 의해 ON 됨으로써 발광하고, 제1 스위치로서 포토트랜지스터가 해당 발광을 감지하여 드레인 단자 3과 드레인 단자 4 사이를 도통시킨다. 마찬가지로, 제2 스위칭부(140A)도 제2 감지부로서 애노드 단자 1과 캐소드 단자 2 사이의 포토다이오드가 정상 전압 방향에 의해 ON 됨으로써 발광하고, 제2 스위치로서 포토트랜지스터가 해당 발광을 감지하여 드레인 단자 3과 드레인 단자 4 사이를 도통시킨다. 이에 따라, Control 전원과 Fan 전원의 공급 단자(10, 20)를 대응하는 단자(110, 120)에 각각 정상 연결한 제1 상태에서는, 두 전원의 그라운드 단자가 제1 스위칭부(130A) 및 제2 스위칭부(140A)를 통해서 정상적으로 연결되게 된다.
한편, 도 5에서는 Fan 전원의 공급 단자(20)를 대응하는 단자(120)에 정상 연결하였으나, Control 전원의 공급 단자(10)를 대응하는 단자(110)와 서로 반대로, 즉 비정상 연결한 제2 상태를 나타내고 있다. 이 경우, 제2 스위칭부(140A)는 제2 감지부로서 애노드 단자 1과 캐소드 단자 2 사이의 포토다이오드가 정상 전압 방향에 의해 ON 됨으로써 발광하고, 제2 스위치로서 포토트랜지스터가 해당 발광을 감지하여 드레인 단자 3과 드레인 단자 4 사이를 도통시킨다. 그러나, 제1 스위칭부(130A)는 제1 감지부로서 애노드 단자 1과 캐소드 단자 2 사이의 포토다이오드가 비정상 전압 방향에 의해 OFF 됨으로써 동작하지 않게 되고, 이로 인해 제1 스위치로서 포토트랜지스터는 드레인 단자 3과 드레인 단자 4 사이를 차단시킨다. 비록, 도 5에서는 제2 상태로서, Control 전원의 공급 단자(10)가 비정상 연결된 것을 나타내었으나, 제2 상태는 Fan 전원의 공급 단자(20)가 비정상 연결된 것일 수도 있고, 혹은 Control 전원과 Fan 전원의 공급 단자(10, 20)가 모두 비정상 연결된 것일 수도 있다. 이 경우에도, 마찬가지의 동작 원리에 의해 비정상 연결된 전원측의 스위칭부가 차단 상태가 되게 된다. 이에 따라, Control 전원의 공급 단자와 Fan 전원의 공급 단자 중 적어도 어느 하나의 공급 단자(10, 20)가 대응하는 단자(110, 120)에 비정상 연결된 제2 상태에서는, 두 전원의 그라운드 단자 사이가 제1 스위칭부(130A) 및 제2 스위칭부(140A)에 의해 차단되게 된다.
다시 말해, 제1 스위칭부(130A) 및 제2 스위칭부(140A)는 애노드 단자 1과 캐소드 단자 2 사이의 전압 방향에 기초하여, 해당 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에만, 드레인 단자 3과 드레인 단자 4 사이를 도통 상태(즉, ON 상태)가 되게 하고, 해당 전원의 공급 단자가 비정상 연결된 경우에는 드레인 단자 3과 드레인 단자 4 사이를 차단 상태(즉, OFF 상태)가 되게 한다.
이에 대해, 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 에너지 저장 시스템의 배터리 보호 장치(BPU)에서는, 단순히 Control 전원의 그라운드 단자(GND_C)측 단자와 Fan 전원의 그라운드 단자(GND_F)측 단자를 직접 연결하였다. 이로 인해, 각 전원의 공급 단자를 대응하는 단자에 각각 연결할 때, 작업자가 실수로 양단자와 음단자를 서로 반대로 연결하는 경우 두 전원의 그라운드 단자간에 단락이 발생하였다.
그러나, 상술한 본 발명의 단락 방지 회로에 의하면, 각 전원의 공급 단자를 대응하는 단자에 각각 연결할 때, 작업자의 실수로 양단자와 음단자가 서로 반대로 연결하더라도 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부에 의해 두 전원의 그라운드 단자 간에 단락이 발생하지 않게 되어, 보호 기능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5에서는 제1 스위칭부(130A) 및 제2 스위칭부(140A)가 포토릴레이인 경우를 예시하였으나, 제1 스위칭부(130A) 및 제2 스위칭부(140A)는 기계식 릴레이일 수도 있다. 이 경우에는, 예를 들면, 각 전원의 자기장 방향에 기초하여 기계식 릴레이가 ON/OFF 되도록 제어하면 된다.
한편, 본 발명은 에너지 저장 시스템으로서 실현될 수 있다. 일 실시예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 배터리 모듈; 동작을 위한 제1 전원을 공급받고, 배터리 모듈의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템; 동작을 위한 제2 전원을 공급받고, 배터리 모듈의 상태를 제어하기 위한 보호 유닛; 및, 제1 전원 및 제2 전원이 각각 정상 연결된 경우에만, 제1 전원 및 제2 전원의 그라운드 단자를 서로 연결시키는 단락 방지부를 포함한다. 일례로, 보호 유닛은 에너지 저장 시스템의 온도를 조절하기 위한 냉각 유닛일 수 있다.
단락 방지부는, 상술한 단락 방지 회로와 같이, 제1 스위칭부로서, 일단이 배터리 관리 시스템에 제1 전원을 인가하기 위한 제1 한쌍의 단자 중 음(-)단자 측에 연결되고 타단이 제2 스위칭부의 일단에 연결되며, 제1 한쌍의 단자에 제1 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 제1 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제1 스위칭부와, 제2 스위칭부로서, 일단이 제1 스위칭부의 타단에 연결되고 타단이 보호 유닛에 제2 전원을 인가하기 위한 제2 한쌍의 단자 중 음단자 측에 연결되며, 제2 한쌍의 단자에 제2 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 제2 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제2 스위칭부를 구비한다. 일례로, 제1 스위칭부는, 제1 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 제1 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 제1 한쌍의 단자와 제1 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제1 감지부와, 제1 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제1 스위치를 포함한다. 또한, 제2 스위칭부는, 제2 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 제2 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 제2 한쌍의 단자와 제2 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제2 감지부와, 제2 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제2 스위치를 포함한다.
이와 같은, 본 발명에 의하면, 두 전원의 그라운드가 서로 연결된 에너지 저장 시스템에 있어서, 각 전원의 공급 단자를 대응하는 단자에 각각 연결할 때, 작업자의 실수로 양단자와 음단자가 서로 반대로 연결하더라도 단락 방지부에 의해 두 전원간에 단락이 발생하지 않게 할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
B: 에너지 저장 시스템 1: 배터리 모듈
2: 스위칭부 3: 배터리 관리 시스템(BMS)
4: 보호 유닛 5: 센서
6: 전원공급장치 7: 상위 제어기
10: 제1 전원의 공급 단자 20: 제2 전원의 공급 단자
110: 제1 한쌍의 단자 120: 제2 한쌍의 단자
130, 130A: 제1 스위칭부 133: 제1 감지부
135: 제1 스위치 140, 140A: 제2 스위칭부
143: 제2 감지부 145: 제2 스위치

Claims (13)

  1. 배터리 관리 시스템에 제1 전원을 인가하기 위한 제1 한쌍의 단자;
    적어도 하나의 보호 유닛에 제2 전원을 인가하기 위한 제2 한쌍의 단자;
    제1 스위칭부로서, 일단이 상기 제1 한쌍의 단자 중 음(-)단자 측에 연결되고 타단이 제2 스위칭부의 일단에 연결되며, 상기 제1 한쌍의 단자에 상기 제1 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 상기 제1 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 상기 제1 스위칭부; 및,
    상기 제2 스위칭부로서, 일단이 상기 제1 스위칭부의 타단에 연결되고 타단이 상기 제2 한쌍의 단자 중 음단자 측에 연결되며, 상기 제2 한쌍의 단자에 상기 제2 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 상기 제2 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 상기 제2 스위칭부를 포함하는 단락 방지 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 스위칭부는,
    상기 제1 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 상기 제1 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 상기 제1 한쌍의 단자와 상기 제1 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제1 감지부와,
    상기 제1 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제1 스위치를 포함하는 단락 방지 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 스위칭부는,
    상기 제2 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 상기 제2 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 상기 제2 한쌍의 단자와 상기 제2 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제2 감지부와,
    상기 제2 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제2 스위치를 포함하는 단락 방지 회로.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부는 포토릴레이 또는 기계식 릴레이로 이루어진 단락 방지 회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 한쌍의 단자의 음단자 및 제2 한쌍의 단자의 음단자는, 그라운드 단자인 단락 방지 회로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호 유닛은 에너지 저장 시스템의 온도를 조절하기 위한 냉각 유닛인 단락 방지 회로.
  7. 배터리 모듈;
    동작을 위한 제1 전원을 공급받고, 상기 배터리 모듈의 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템;
    동작을 위한 제2 전원을 공급받고, 상기 배터리 모듈의 상태를 제어하기 위한 보호 유닛; 및,
    상기 제1 전원 및 제2 전원이 각각 정상 연결된 경우에만, 상기 제1 전원 및 제2 전원의 그라운드 단자를 서로 연결시키는 단락 방지부를 포함하며,
    상기 단락 방지부는,
    제1 스위칭부로서, 일단이 상기 배터리 관리 시스템에 제1 전원을 인가하기 위한 제1 한쌍의 단자 중 음(-)단자 측에 연결되고 타단이 제2 스위칭부의 일단에 연결되며, 상기 제1 한쌍의 단자에 상기 제1 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 상기 제1 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 제1 스위칭부와,
    상기 제2 스위칭부로서, 일단이 상기 제1 스위칭부의 타단에 연결되고 타단이 상기 보호 유닛에 제2 전원을 인가하기 위한 제2 한쌍의 단자 중 음단자 측에 연결되며, 상기 제2 한쌍의 단자에 상기 제2 전원의 공급 단자가 정상 연결된 경우에, 상기 제2 스위칭부의 일단과 타단 사이를 도통시키는 상기 제2 스위칭부를 구비하는 에너지 저장 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 스위칭부는,
    상기 제1 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 상기 제1 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 상기 제1 한쌍의 단자와 상기 제1 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제1 감지부와,
    상기 제1 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제1 스위치를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 스위칭부는,
    상기 제2 한쌍의 단자와 각각 연결되어, 상기 제2 전원의 전압 방향 또는 자기장 방향을 기초로 상기 제2 한쌍의 단자와 상기 제2 전원의 공급 단자 간의 정상 연결 여부를 판단하는 제2 감지부와,
    상기 제2 감지부의 판단 신호에 기초하여 ON/OFF 제어되는 제2 스위치를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부는 포토릴레이 또는 기계식 릴레이로 이루어진 에너지 저장 시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 한쌍의 단자의 음단자 및 제2 한쌍의 단자의 음단자는, 그라운드 단자인 에너지 저장 시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 보호 유닛은 에너지 저장 시스템의 온도를 조절하기 위한 냉각 유닛인 에너지 저장 시스템.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 전원 및 제2 전원은 외부 전원 또는 상기 배터리 모듈로부터 공급받는 에너지 저장 시스템.
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