KR20210016228A - 에너지저장시스템의 환경 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예는 에너지저장시스템의 보호와 방재를 강화하기 위해 DC 분배랙을 이용한 환경 모니터링 방법 및 장치을 개시한다. 개시된 환경 모니터링 장치는 다수의 배터리 단위랙과 DC 분배랙과 전력변환장치를 포함하는 에너지저장시스템에 있어서, 상기 DC 분배랙이 상기 배터리 단위랙의 랙 배터리관리장치(R-BMS)들로부터 전송된 데이터를 분류하여 화면에 표시하고, 변환된 데이터들을 상기 전력변환 장치로 전송하는 마스터 배터리관리장치(M-BMS)와, 상기 DC 분배랙에 설치된 센서들을 통해 전류전압과 환경상태를 모니터링하는 환경관리유니트(EMU)와, 상기 전력변환장치와 상기 단위 배터리랙 사이에 DC전원을 분배하는 DC분배반을 포함하여 배터리 상태뿐만 아니라 환경조건에 의해서도 배터리를 보호하는 기능을 추가할 수 있는 것이다.

Description

에너지저장시스템의 환경 모니터링 방법 및 장치{Method and apparatus for monitoring environment of energy storage system}
본 발명은 에너지저장시스템의 모니터링 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지저장시스템의 보호와 방재를 강화하기 위해 DC 분배랙을 이용한 환경 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)은 발전 전력을 저장해서 수요 패턴에 맞게 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 시스템으로서, 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장 장치를 말한다. 이러한 에너지저장시스템은 발전소에서 생산한 전력을 가정이나 공장 등에 바로 전달하지 않고 대형 2차 배터리와 같은 에너지 저장 수단에 에너지를 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기와 장소에 전력을 생성한 후 전송하여 에너지 효율을 높이는 시스템이다. 에너지저장시스템은 최근에 급부상한 신재생 에너지 시스템과 스마트 그리드 구축에 반드시 필요한 핵심기술이다. 스마트 그리드란 발전-송전-판매의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보 기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 지능형 전력망을 가리킨다.
전형적으로 에너지저장시스템은 복수의 배터리 랙과 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)을 포함하는 배터리 시스템, 전력 변환 시스템(PCS: Power Conversion System) 및 에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System)을 포함한다. 복수의 배터리 랙은 에너지를 충전하여 저장하고 필요시 에너지를 방전하여 출력하기 위한 것이고, 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 랙을 관리하기 위한 것이며, 전력 변환 시스템은 전력망인 그리드와 접속하여 직류를 교류로 변환하거나 교류를 직류로 변환하고 배터리의 충방전을 제어하기 위한 것이며, 에너지 관리 시스템은 부하, 배터리 상태 등을 고려하여 배터리 관리 시스템 및 전력 변환 시스템을 제어하기 위한 것이다.
배터리 시스템에 포함된 복수의 배터리 랙 각각은 복수의 배터리 트레이를 포함하며, 각각의 배터리 트레이는 복수의 배터리 셀을 포함한다. 통상, 배터리 트레이에 포함된 복수의 배터리 셀 각각은 정격 충전 범위보다 현저하게 높게 충전되는 경우 위험할 수 있고 정격 충전 범위보다 낮게 방전되는 경우 배터리의 수명이 단축될 수 있다. 이러한 배터리 셀들의 충전 상태는 여러 가지 요인에 의해 불균형 상태에 놓이게 되는데, 주로 제조 중 또는 반복적으로 배터리를 충방전하는 동안 배터리 셀의 충전 상태의 불균형이 발생한다. 이러한 배터리 셀의 불균형에 의해 과충전이 이루어질 경우, 화재와 같은 대형 사고가 발생할 수 있다.
대한민국 특허청 공개특허공보에 공개번호 10-2018-0079769호로 공개된 배터리 시스템은 제1 내지 제3 랙 BMS 중에서 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작하고, 이때, 마스터 BMS는 나머지 랙 BMS로부터 수신한 정보를 통합하여 전력 변환 시스템(PCS)에 제공하되, 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS에 에러가 발생하는 경우, 그 다음 우선 순위가 가장 높은 랙 BMS가 마스터 BMS로 동작함으로써 배터리 시스템을 정상적으로 동작시키는 것이다.
본 발명의 목적은 에너지저장시스템의 보호와 방재를 강화하기 위해 DC 분배랙을 이용한 환경 모니터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에너지저장시스템의 보호와 방재를 강화하기 위해 DC 분배랙을 이용한 환경 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 구현예의 환경 모니터링 장치는 다수의 배터리 단위랙과 DC 분배랙과 전력변환장치를 포함하는 에너지저장시스템에 있어서, 상기 DC 분배랙이 상기 배터리 단위랙의 랙 배터리관리장치(R-BMS)들로부터 전송된 데이터를 분류하여 화면에 표시하고, 변환된 데이터들을 상기 전력변환 장치로 전송하는 마스터 배터리관리장치(M-BMS)와, 상기 DC 분배랙에 설치된 센서들을 통해 전류전압과 환경상태를 모니터링하는 환경관리유니트(EMU)와, 상기 전력변환장치와 상기 단위 배터리랙 사이에 DC전원을 분배하는 DC분배반을 포함하여 배터리 상태뿐만 아니라 환경조건에 의해서도 배터리를 보호하는 기능을 추가할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 DC 분배랙은 상기 전력변환장치로부터 각 배터리 단위랙으로 연결되는 DC 전원선로에 직렬로 연결되는 퓨즈; 제어신호에 따라 상기 DC 전원선로를 연결 혹은 차단하는 차단 스위치; 상기 DC 전원선로의 전압을 감지하기 위한 전압 센서; 상기 DC 전원선로의 전류를 감지하기 위한 전류센서; 전원선로에 시스템 최대동작 전압 이상의 서지(Surge) 유입시 서지전압을 감쇄시키기 위한 서지보호장치(SPD); 상기 DC 분배랙의 침수상태를 감지하기 위한 침수감지센서; 상기 DC 분배랙의 화재상태를 감지하기 위한 화재센서; 상기 DC 분배랙의 온도를 감지하기 위한 온도센서; 각 센서로부터 감지신호를 입력받아 과충전이나 과방전뿐만 아니라 침수나 화재가 검출되면 배터리를 보호하기 위하여 상기 차단 스위치를 통해 배터리측과 전력변환장치측의 전원을 차단하도록 제어하는 환경관리유니트; 및 상기 환경관리유니트를 마스터 배터리관리장치와 연결하기 위한 네트워크 스위치를 포함한다.
상기 DC 분배랙은 문열림상태를 표시하기 위한 LED와, 상기 DC 분배랙의 문열림상태를 감지하기 위한 문열림 감지센서를 더 구비하여 문열림 감지센서가 문열림을 감지하면 상기 LED를 점등시킬 수 있다.
상기 환경관리유니트는 마스터 배터리관리장치와 통신하기 위한 통신부와, 각종 데이터를 저장하기 위한 저장부와, 각 센서들로부터 감지값을 입력받기 위한 상태 획득부와, 차단 스위치를 구동하기 위한 스위치 구동부와, 상기 상태 획득부로부터 획득된 데이터로 상태를 진단하여 비상시로 판단되면 상기 스위치 구동부를 제어하여 상기 차단 스위치를 트립시키고 감지 데이터와 동작 상태를 상기 통신부를 통해 상기 마스터 배터리관리장치로 전송하는 제어부로 구성된다.
본 구현예의 환경 모니터링 방법은 상태 획득부에서 전압, 온도, 전류, 침수, 화재, 문열림, 비상정지 스위치 상태를 획득하는 단계; 상기 획득된 상태 정보를 마스터 배터리관리장치로 전달함과 아울러 DC 분전반 상태를 진단하는 단계; 진단결과, 상기 DC 분전반이 기준 상태 정보 범위 이내이고, 충방전이 가능한 상태이면 정상 상태를 표시함과 아울러 정상동작을 유지하는 단계; 및 진단결과, 이상이 검출되면 스위치 구동부에서 트립 신호를 발생시켜 차단 스위치를 트립시켜 배터리부와 전력변환장치의 연결을 차단하고, 충방전을 정지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리의 상태 뿐만 아니라 설치된 환경의 다양한 조건들에 의해서도 배터리를 보호할 수 있으므로 화재나 침수 등으로부터 에너지저장시스템을 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 에너지저장시스템의 전체 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 트레이의 예,
도 3은 도 2에 도시된 스택의 예
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DC 분배랙의 개략 구성도,
도 5는 도 4에 도시된 환경관리유니트의 구성 블럭도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 환경관리유니트의 동작 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 에너지저장시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 트레이의 예이며, 도 3은 도 2에 도시된 배터리 스택의 예이다.
본 발명의 실시예가 적용된 에너지저장시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리 단위랙(10-1~10-10)들과, 하나의 DC 분배랙(20), 및 하나의 전력변환장치(30)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 10개의 배터리 단위랙(10-1~10-10)들은 하나의 DC 분배랙(20)에 병렬 연결되어 하나의 배터리 뱅크(BANK)를 형성하고, 각 배터리 단위랙(10-1~10-10)은 ESS용 리튬 2차전지 시스템으로, 15개의 트레이(120-1~120-15)가 직렬로 연결되며, 랙의 상단이나 하단에 트레이들과 CAN방식으로 통신하여 배터리를 관리하기 위한 랙 배터리관리장치(R-BMS;210)가 구비되어 있다.
본 발명의 실시예에서 각 트레이(120)는 8개의 스택(140)으로 이루어지고, 각 스택(140)은 직렬로 연결되는 8개의 배터리셀들(130)로 이루어지며, 각 배터리셀들(130)은 3.2V 30Ah의 용량을 갖는다. 따라서 1개의 스택(140)은 25.6V 30Ah의 용량을 갖는데, 2개가 직렬로 연결되면 51.2V 30Ah의 용량을 갖게 된다. 본 실시예의 트레이(120)는 이와 같이 서로 직렬로 연결된 2개의 스택(140)이 병렬로 4개 연결되어 16S4P의 구조를 형성하여 51.2Vx120Ah = 6.144KWh의 용량을 제공할 수 있다. 그리고 하나의 배터리 단위랙(10-1~10-10)은 15개의 트레이(120)가 직렬로 연결되어 768V x 120Ah = 92.16 Kw의 용량을 제공할 수 있다.
전체 배터리 관리 계통는 각 배터리 단위랙(10-1~10-10)에 설치된 랙 배터리관리장치(R-BMS; 210)와, DC 분배랙(20)에 설치된 마스터 배터리관리장치(M-BMS; 220)로 계층화된 구조 혹은 마스터/슬레이브 구조로 이루어질 수 있고, 각 트레이에도 배터리관리장치(BMS)가 구현되어 있다. 본 발명의 실시예에서 트레이의 배터리관리장치(BMS)와 랙관리장치(R-BMS;210)는 CAN방식으로 연결되고, 각 배터리 단위랙(10-1~10-10)의 랙 배터리관리장치(210)는 마스터 배터리관리장치(220)와 Modbus-TCP 방식으로 연결될 수 있으며, 마스터 배터리관리장치(220)는 전력변환장치(PCS;30)와 Modbus-TCP 방식으로 연결될 수 있다. 이러한 배터리관리시스템(BMS)은 배터리를 안전하고 효율적으로 사용할 수 있도록 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등의 값을 측정하여 전력변환장치(PCS;30)와의 통신을 통해 충방전 전류를 제어하며, 비정상 작동시 보호(Protecting) 기능 등을 제공한다. 예컨대, 배터리 충전시 배터리 밸런싱도 BMS에서 이루어지는데, 밸런싱 방법으로는 저항에 의한 방전방식의 패시브 셀 밸런싱 방법과 DC 컨버터에 의한 액티브 셀 밸런싱 방법이 널리 알려져 있다. 패시브 셀 밸런싱 방법은 셀 간 전압 편차에 대한 정보를 실시간 전압측정을 통해 획득하며, 이 값에 근거하여 밸런싱 동작여부를 결정하게 된다.
DC 분배랙(20)은 R-BMS(Rack BMS;210)들로부터 전송된 데이터를 분류하여 화면에 표시하고, 변환된 데이터들을 PCS(30)로 전송하는 마스터 배터리관리장치(M-BMS; 220)와, 센서들을 통해 전류전압과 환경상태를 모니터링하는 환경관리유니트(230), PCS(30)와 각 배터리 랙(BAT-RACK; 10-1~10-10) 사이에 DC전원을 분배하는 DC분배반(240)을 포함하고, 환경관리유니트(230)의 제어에 따라 DC전원을 연결 혹은 차단하여 배터리를 보호하는 기능을 추가적으로 제공한다.
전력변환장치(PCS;30)는 배터리에 저장된 직류전력을 교류로 변환하여 전력계통에 전력을 공급하거나, 전력계통으로부터의 교류전력을 직류로 변환하여 배터리에 전력을 저장하는 기능을 제공한다.
도 2는 본 실시예의 트레이를 나타내고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 트레이(120)는 내부에 스택(140) 수용공간을 갖는 직육면체 형태의 구조로 형성될 수 있다. 트레이(120)의 개방된 상단에는 별도의 덮개가 설치될 수 있다. 트레이(120)의 전면에는 스택(140)과 전기적으로 연결되는 두 개의 단자부(180)가 이격되어 설치된다. 두 개의 단자부(180)는 예를 들어, 스택(140)의 양극과 연결되는 양극 단자부와 스택(140)의 음극과 연결되는 음극 단자부일 수 있다. 이하, 단자부(180)이라 함은 양극 단자부와 음극 단자부 모두를 지칭할 수 있다.
트레이(120)의 전면 중앙에는 스택(140)과 연결되어 배터리셀(130)을 관리하기 위한 관리회로부(122)가 설치될 수 있다. 또한, 트레이(120) 전면의 양측 선단부에는 트레이(120)를 함체 내부로 삽입하거나 인출할 때 사용할 수 있는 손잡이(124)가 더 설치될 수 있다.
함채에 적재된 각 트레이(120)는 단자부(180) 사이에 설치되는 연결바를 통해 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 일측 트레이(120)의 양극 단자부와 이웃하는 트레이(120)의 음극 단자부 사이에 연결바가 연결 설치될 수 있다. 이에, 함체 내에서 각 트레이(120)를 직렬로 연결할 수 있다. 트레이(120) 내부에는 복수개의 스택(140)이 적재되며, 각 스택(140)은 전기적으로 연결된다.
본 실시예의 장치는, 도 2에 나타낸 바와 같이 하나의 트레이(120) 내에 8개의 스택(140)이 좌우 대칭 형태로 배치되어 적재될 수 있다. 트레이(120) 내에 적재되는 스택(140)의 개수나 배치 구조는 다양하게 변형가능하다. 트레이(120) 내부에서 각 스택(140)은 직렬로 연결될 수 있다. 직렬로 연결된 스택(140) 중 말단에 위치한 스택(140)의 양극과 음극이 각각 트레이(120)의 두 단자부(180)에 각각 연결된다. 이에, 단자부(180)을 통해 트레이(120)에 적재된 각 스택(140)으로 전력을 저장 또는 인출할 수 있게 된다. 트레이(120) 내에 적재되는 각 스택(140)은 모두 동일한 구조로 이루어 질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스택(140)은 배터리셀(130)을 받쳐 지지하며 상하방향을 따라 서로 적층되어 그 사이에 배터리셀(130) 수용 공간을 형성하는 팔레트(150), 팔레트(150)에 수용된 각 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134)를 전기적으로 연결시키기 위한 전기접속부를 포함할 수 있다. 스택(140)은 배터리셀(130)이 지지된 팔레트(150) 복수개를 적층하여 형성될 수 있다. 이에, 복수개의 배터리셀(130)이 팔레트(150) 사이에서 각각 안정적으로 지지됨으로써, 상하로 적층되어 스택(140)을 이룰 수 있게 된다. 스택(140)을 이루는 복수개의 팔레트(150)는 각각 모두 동일한 형태로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 팔레트(150)는 배터리셀(130)이 놓여 지지되는 플레이트(152), 플레이트(152)의 양 선단에 각각 일체로 형성되고 상하방향으로 돌출되어 이웃하는 팔레트(150)와 접하고 플레이트(152)와 플레이트(152) 사이 간격을 유지하는 지지부(154), 지지부(154)의 양면에 각각 형성되어 이웃하는 팔레트(150)와 결합되는 적어도 하나 이상의 돌기(156)와 홈부(157)를 포함할 수 있다.
플레이트(152)는 두께가 얇은 판 구조물로, 대략 사각 평판의 파우치 형태로 된 배터리셀(130)과 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 플레이트(152)의 중심부는 배터리셀(130)의 크기보다 작은 크기의 구멍이 형성될 수 있다. 이에, 팔레트(150)는 무게를 최소화할 수 있으면서, 배터리셀(130)을 안정적으로 받쳐 지지할 수 있게 된다.
지지부(154)는 플레이트(152)의 양 선단에 일체로 형성된다. 지지부(154)는 플레이트(152)에 대해 상하방향으로 돌출되도록 두껍게 형성되어 플레이트(152)의 표면에서 상대적으로 높게 형성된 부분을 이룬다.
이에, 팔레트(150)가 상하방향으로 적층되었을 때, 상하로 이웃하는 팔레트(150)의 지지부(154)가 서로 접하게 되며 이웃하는 팔레트(150)의 플레이트(152)와 플레이트(152) 사이에는 공간이 형성된다. 따라서, 팔레트(150)가 적층되면 배터리셀(130)이 이웃하는 팔레트(150)의 플레이트(152)와 플레이트(152) 사이에 마련된 공간에서 안정적으로 놓일 수 있게 된다. 플레이트(152)에 대한 지지부(154)의 돌출 높이는 배터리셀(130)의 두께에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 지지부(154)에 의해 서로 밀착된 스택(140)의 전 후면(도 3의 x축 방향을 향하는 면)과 달리 스택(140)의 측면(도 3의 z축 방향을 향하는 면)의 경우 플레이트(152)와 플레이트(152) 사이가 개방되어 있다. 이에, 배터리셀(130)이 팔레트(150)에 의해 지지된 상태에서 배터리셀(130)에서 발생되는 열이 개방된 스택(140)의 측면을 통해 보다 용이하게 방열될 수 있다.
지지부(154)의 상면과 하면에 각각 돌기(156)와 홈부(157)가 형성될 수 있다. 돌기(156)는 지지부(154) 상면에서 외측으로 돌출 형성되며, 홈부(157)는 지지부(154) 하면에서 내측으로 함몰 형성된다. 본 실시예에서, 돌기(156)와 홈부(157)는 서로 동일한 위치에서 지지부(154) 양면에 대향되어 형성될 수 있다. 돌기(156)는 홈부(157)에 억지끼워질 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 돌기(156)와 홈부(157)는 예를 들어, 지지부(154)의 선단 모서리쪽에 형성될 수 있다. 돌기(156)와 홈부(157)의 형성 위치나 형성 개수는 다양하게 변형가능하다.
본 실시예의 전기접속부는, 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134)를 팔레트(150) 전면 쪽으로 인출하여 팔레트(150)의 접합부(160)에서 전기적으로 연결하고, 각 접합부(160) 사이에는 별도의 연결판(164)을 설치하여 전기적으로 연결한 구조일 수 있다.
접합부(160)는 팔레트의 지지부(154) 전면에 형성될 수 있다. 접합부(160)에 팔레트를 사이에 두고 이웃하는 배터리셀(130)의 양극단자(132) 또는 음극단자(134)가 서로 전기적으로 접속된다. 접합부(160)에는 단자 고정을 위한 볼트(165)가 체결될 수 있도록 볼트 체결홀(161)이 형성될 수 있다.
접합부(160)가 형성된 팔레트(150)를 사이에 두고 상하에 배치된 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134)는 각각 접합부(160) 쪽으로 절곡 형성된다. 이에, 접합부(160)에서 이웃하는 배터리셀(130) 간에 양극단자(132)와 음극단자(134)가 극성에 따라 각각 겹쳐져 전기적으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 팔레트(150)에는 두 개의 접합부(160)가 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134) 위치에 맞춰 이격되어 형성된다. 팔레트(150)를 사이에 두고 상하로 배치된 두 배터리셀(130)은 서로 같은 극성의 단자가 마주하도록 배치된다. 이에, 이웃하는 두 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 양극단자(132)는 같은 위치에서 일측 접합부(160)로 절곡되어 접속되고, 음극단자(134)와 음극단자(134) 역시 다른쪽 접합부(160)로 절곡되어 접합된다. 따라서, 접합부(160)에는 같은 극성의 단자가 접합된다. 이와 같이 팔레트(150)를 사이에 두고 이웃하는 배터리셀(130) 간에 용이하게 병렬 연결하여 원하는 전력 용량으로 스택(140)을 구성할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 이웃하는 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134)는 서로 겹쳐지는 면에 접합부(160)의 체결홀(161)과 대응되는 위치에 맞춰 홀(162)이 관통 형성될 수 있다. 이에, 볼트(165)가 상기 양극단자(132)와 음극단자(134)의 홀(162)을 지나 접합부(160)에 체결홀(161)에 체결되어 양극단자(132)와 음극단자(134)를 접합하여 고정하게 된다.
접합부(160)와 접합부(160) 사이 및 스택(140)과 스택(140)의 접합부(160) 사이에는 연결판(164)이 설치되어 이웃하는 접합부(160) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 연결판(164)은 접합부(160)의 체결홀(161)과 대응되는 위치에 볼트(165)가 관통될 수 있도록 홀이 형성된다. 이에, 연결판(164)은 팔레트(150)의 접합부(160)에 볼트(165)를 매개로 고정된다. 볼트(165)는 연결판(164)을 접합부(160)에 가압 고정한다. 볼트(165)에 의해 연결판(164)이 가압되면서 이웃하는 배터리셀(130)의 양극단자(132)와 음극단자(134) 및 양극판(164)이 서로 긴밀하게 가압 밀착되어 전기적으로 연결된다.
이와 같이, 적층된 배터리셀(130)의 양극단자(132) 및 음극단자(134)를 그 사이에 위치한 팔레트(150)의 두 접합부(160)로 절곡시켜 단자 간에 서로 접합하고, 스택(140) 간에 연결판(164)으로 접속시킴으로써, 스택(140)의 각 배터리셀(130)을 보다 용이하게 전기적으로 연결할 수 있게 된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 팔레트(150)의 지지부(154) 전면에는 접합부(160)의 양측으로 연결판(164)을 정확한 위치에 설치할 수 있도록 핀(166)이 돌출 형성될 수 있다. 연결판(164)에는 상기 핀(166)과 대응되는 위치에 핀홀이 형성된다. 이에, 팔레트(150)에 형성된 핀(166)에 맞춰 연결판(164)에 형성된 핀홀을 끼워주게 되면 연결판(164)이 팔레트(150)의 설치 위치에 정확히 맞춰 정렬된다. 이 상태에서, 연결판(164)을 팔레트(150)의 접합부(160)에 볼트로 용이하게 고정 설치할 수 있게 된다. 연결판(164)은 판구조물로, 스택(140)에 설치되는 위치나 스택(140)간의 전기적 연결 구조에 따라 다양한 크기로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DC 분배 랙의 개략 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 환경관리유니트의 구성 블럭도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 환경관리유니트의 동작 순서도이다.
본 발명의 실시예에 따른 DC 분배랙(20)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전력변환장치(PCS;30)로부터 각 배터리 단위랙(10-1~10-10)으로 연결되는 DC 전원선로에 직렬로 연결되는 퓨즈(241)와, 환경관리유니트(EMU;230)의 제어에 따라 DC 전원선로를 연결 혹은 차단하는 차단 스위치(242)와, DC 전원선로의 전압을 감지하기 위한 전압센서(243), DC 전원선로의 전류를 감지하기 위한 전류센서(244), 서지보호장치(SPD;240a), 침수센서(245), 문열림센서(246), 화재센서(247), 온도센서(248), LED(249), 센서들로부터 감지신호를 입력받아 과충전이나 과방전이 검출되면 배터리를 보호하기 위하여 차단 스위치(242)를 통해 배터리측과 부하측의 전원을 차단하도록 제어하는 환경관리유니트(230), 환경관리유니트(230)를 마스터 배터리관리장치(220)와 연결하기 위한 네트워크 스위치(231)로 구성된다.
도 4를 참조하면, 서지보호장치(Surge Protect Device;SPD)는 전원선로에 시스템 최대동작 전압 이상의 서지(Surge) 유입시 서지전압을 감쇄시키기 위한 디바이스이고, 전압센서(243)와 전류센서(244)를 DC전원선로의 전압과 전류를 감지하기 위한 센서이다. 침수센서(245)는 설치 위치의 침수를 감지하기 위한 센서이고, 문열림 센서(246)는 DC 분배랙(20)의 문열림을 감지하기 위한 센서이며, LED(249)는 문열림이 감지되면 이를 표시하기 위한 인디케이터이다. 화재센서(247)는 화재를 감지하고, 온도센서(248)는 설치 환경의 온도를 감지하여 환경관리유니트(230)에 제공한다.
환경관리유니트(EMU; 230)는 도 5에 도시된 바와 같이, 마스터 배터리관리장치(220)와 통신하기 위한 통신부(232)와, 각종 데이터를 저장하기 위한 저장부(234), 전원부(235), 각 센서들로부터 감지값을 입력받기 위한 상태 획득부(236), 차단 스위치(242)를 구동하기 위한 스위치 구동부(237), 상태획득부(236)로부터 획득된 데이터로 상태를 진단하여 비상시로 판단되면 스위치 구동부(237)를 제어하여 차단 스위치(242)를 트립시키고 감지데이터와 동작 상태를 통신부(232)를 통해 마스터 배터리관리장치(M-BMS;220)로 전송하는 제어부(233)로 구성된다.
이러한 환경관리유니트(230)는 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 상태획득부(236)에서 DC 분배반(240) 상태 즉, 전압, 온도, 전류, 침수, 화재, SPD, 문열림, 비상정지 스위치 상태를 획득한다(S101).
이어 획득된 상태 정보를 M-BMS(220)에 전달함과 아울러 DC 분전반(240) 상태를 진단한다(S103).
진단결과, DC 분전반(240)이 기준 상태 정보 범위 이내이고, 충방전이 가능한 상태이면 정상 상태를 표시함과 아울러 정상동작을 유지한다(S104,S105).
진단결과, 이상이 검출되면 스위치 구동부(237)에서 트립 신호를 발생시켜 차단 스위치(242)를 트립시켜 배터리 랙부(10-1~10-10)와 PCS(30)의 연결을 차단하고, 충방전을 정지한다(S106~S108).
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10-1~10-10: 배터리 단위랙 20: DC분배랙
30: 전력변환장치(PCS) 120: 트레이
210: 랙 배터리관리장치 220: 마스터 배터리관리장치
230: 환경관리유니트 240: DC 분배반

Claims (5)

  1. 다수의 배터리 단위랙과 DC 분배랙과 전력변환장치를 포함하는 에너지저장시스템에 있어서,
    상기 DC 분배랙이
    상기 배터리 단위랙의 랙 배터리관리장치(R-BMS)들로부터 전송된 데이터를 분류하여 화면에 표시하고, 변환된 데이터들을 상기 전력변환 장치로 전송하는 마스터 배터리관리장치(M-BMS)와, 상기 DC 분배랙에 설치된 센서들을 통해 전류전압과 환경상태를 모니터링하는 환경관리유니트(EMU)와, 상기 전력변환장치와 상기 배터리 단위랙 사이에 DC전원을 분배하는 DC분배반을 포함하여
    배터리 상태뿐만 아니라 환경조건에 의해서도 배터리를 보호하는 기능을 추가할 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 환경 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DC 분배랙은
    상기 전력변환장치로부터 각 배터리 단위랙으로 연결되는 DC 전원선로에 직렬로 연결되는 퓨즈;
    제어신호에 따라 상기 DC 전원선로를 연결 혹은 차단하는 차단 스위치;
    상기 DC 전원선로의 전압을 감지하기 위한 전압센서;
    상기 DC 전원선로의 전류를 감지하기 위한 전류센서;
    전원선로에 시스템 최대동작 전압 이상의 서지(Surge) 유입시 서지전압을 감쇄시키기 위한 서지보호장치(SPD);
    상기 DC 분배랙의 침수상태를 감지하기 위한 침수감지센서;
    상기 DC 분배랙의 화재상태를 감지하기 위한 화재센서;
    상기 DC 분배랙의 온도를 감지하기 위한 온도센서;
    각 센서로부터 감지신호를 입력받아 과충전이나 과방전뿐만 아니라 침수나 화재가 검출되면 배터리를 보호하기 위하여 상기 차단 스위치를 통해 배터리측과 전력변환장치측의 전원을 차단하도록 제어하는 환경관리유니트; 및
    상기 환경관리유니트를 마스터 배터리관리장치와 연결하기 위한 네트워크 스위치를 포함하는 에너지저장시스템의 환경 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 DC 분배랙은
    문열림상태를 표시하기 위한 LED와, 상기 DC 분배랙의 문열림상태를 감지하기 위한 문열림 감지센서를 더 구비하여 문열림 감지센서가 문열림을 감지하면 상기 LED를 점등시키는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 환경 모니터링 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 환경관리유니트는
    마스터 배터리관리장치와 통신하기 위한 통신부와,
    각종 데이터를 저장하기 위한 저장부와,
    각 센서들로부터 감지값을 입력받기 위한 상태 획득부와,
    차단 스위치를 구동하기 위한 스위치 구동부와,
    상기 상태 획득부로부터 획득된 데이터로 상태를 진단하여 비상시로 판단되면 상기 스위치 구동부를 제어하여 상기 차단 스위치를 트립시키고 감지 데이터와 동작 상태를 상기 통신부를 통해 상기 마스터 배터리관리장치로 전송하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템의 환경 모니터링 장치.
  5. 상태 획득부에서 전압, 온도, 전류, 서지, 침수, 화재, 문열림, 비상정지 스위치 상태를 획득하는 단계;
    상기 획득된 상태 정보를 마스터 배터리관리장치로 전달함과 아울러 DC 분전반 상태를 진단하는 단계;
    진단결과, 상기 DC 분전반이 기준 상태 정보 범위 이내이고, 충방전이 가능한 상태이면 정상 상태를 표시함과 아울러 정상동작을 유지하는 단계; 및
    진단결과, 이상이 검출되면 스위치 구동부에서 트립 신호를 발생시켜 차단 스위치를 트립시켜 배터리 단위랙과 전력변환장치의 연결을 차단하고, 충방전을 정지하는 단계를 포함하는 에너지저장시스템의 환경 모니터링 방법.
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