KR20220077742A - 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 화재의 전이를 방지하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 화재의 전이를 방지하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에 관련된 것이다. 본 개시에 따르면, 에너지 저장 장치는, 복수의 배터리 팩들; 복수의 배터리 팩들 각각과 대전류 경로의 전기적 연결을 단속하는 복수의 릴레이들; 및 상기 복수의 릴레이들의 온오프를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 소정의 화재 감지 조건이 만족된 경우, 상기 복수의 배터리 팩들 각각에 관한 상태 정보에 기반하여 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 식별하고, 상기 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 화재가 발생한 제1 배터리 팩, 상기 제1 배터리와 인접하는 제2 배터리 팩 및 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 제외한 제3 배터리 팩으로 구분하고, 상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩 각각에 대응되는 상기 복수의 릴레이들의 동작 상태를 결정하고, 상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩 각각의 동작 모드를 결정한다.

Description

전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 화재의 전이를 방지하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PREVENTING THE SPREAD OF FIRE IN POWER GRID CONNECTED ENERGY MANAGEMENT SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 화재의 전이를 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(energy storage system, ESS)은 발전소에서 생산된 전력을 저장하여 필요한 타운 시설 및 상업 시설에 공급하는 시스템을 지시한다. 에너지 저장 시스템은 에너지 저장 장치와 전력 소비 장치를 포함할 수 있고, 에너지 저장 장치는 태양광, 풍력 등 신재생 에너지 전원과 결합해 전력을 공급받고, 전력 소비자에게 전력을 공급하는 역할을 수행한다.
최근 발전소에서 발전되는 전력의 양이 증가하고, 전력을 사용하는 시설의 종류가 다양해짐에 따라, 에너지를 저장하는 기능을 수행하는 에너지 저장 장치의 종류와 크기가 다양해지고 있다. 대규모 에너지 저장 장치를 소형으로 구성하여 공장이나 가정 등에서 정전 대비용 또는 피크 전력 감축용으로 사용하는 경우가 증가하고 있고, 전력 수급의 불균형 등으로 인해 에너지 저장 시스템을 이용하여 생산된 전력을 저장하고 필요한 시간대에 활용하도록 하는 기술에 대한 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
에너지 저장 장치는 직렬 또는 병렬로 구성되는 복수의 배터리 팩들을 포함한다. 여기서 에너지 저장 장치의 효율을 증가시키고 에너지 밀도를 높이기 위하여, 최소한의 공간으로 이격된다. 이때 배터리 팩의 내부에 존재하는 배터리 셀이나 특정 부품에 화재 발생한 경우, 배터리 팩 내부에 다수의 셀로 화재가 전이되는 상황이 발생할 수 있다. 이 때, 에너지 저장 장치 내 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 팩에 화재가 발생한 배터리 팩으로부터 발산된 화염 및 열전달로 인하여 2차, 3차의 연속적인 배터리 팩 화재가 발생할 수 있다. 연속적인 배터리 팩 화재에 대응하고자, 최근 배터리 팩들의 화재를 진압하기 위한 기술이 요구되고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 화재의 전이를 방지하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 배터리 팩에 화재가 발생된 경우 배터리 셀의 에너지를 저감하는 알고리즘을 이용하여 배터리 팩의 기능 저하를 최소화 하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 에너지 저장 장치는, 복수의 배터리 팩들; 복수의 배터리 팩들 각각과 대전류 경로의 전기적 연결을 단속하는 복수의 릴레이들; 및 상기 복수의 릴레이들의 온오프를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 소정의 화재 감지 조건이 만족된 경우, 상기 복수의 배터리 팩들 각각에 관한 상태 정보에 기반하여 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 식별하고, 상기 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 화재가 발생한 제1 배터리 팩, 상기 제1 배터리와 인접하는 제2 배터리 팩 및 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 제외한 제3 배터리 팩으로 구분하고, 상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩 각각에 대응되는 상기 복수의 릴레이들의 동작 상태를 결정하고, 상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩 각각의 동작 모드를 결정한다.
다른 일 실시 예에 따르면 에너지 저장 장치에 있어서 상기 제어부는, 상기 제1 배터리 팩과 상기 제3 배터리 팩에 연결되는 릴레이들이 오프되도록 제어하고, 상기 제1 배터리 팩과 상기 제3 배터리 팩의 동작 모드를 상기 연결이 차단되는 모드로 결정하고, 상기 제2 배터리 팩에 연결되는 릴레이가 온 되도록 제어하고, 상기 제2 배터리 팩의 동작 모드를 전력이 방전되는 모드로 결정한다.
다른 일 실시 예에 따르면 에너지 저장 장치에 있어서 상기 제어부는 상기 제3 배터리 팩에 연결되는 릴레이가 오프되도록 제어하고, 상기 제3 배터리 팩의 동작 모드를 상기 연결이 차단되는 모드로 결정하고, 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩에 연결되는 릴레이들이 온 되도록 제어하고, 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩의 동작 모드를 전력이 방전되는 모드로 결정한다.
다른 일 실시 예에 따르면 에너지 저장 장치에 있어서 상기 제어부는 상기 제1 배터리 팩에 연결되는 릴레이가 오프되도록 제어하고, 상기 제1 배터리 팩의 동작 모드를 상기 연결이 차단되는 모드로 결정하고, 상기 제2 배터리 팩과 상기 제3 배터리 팩에 연결되는 릴레이들이 온 되도록 제어하고, 상기 제2 배터리 팩과 상기 제3 배터리 팩의 동작 모드를 전력이 방전되는 모드로 결정한다.
다른 일 실시 예에 따르면 에너지 저장 장치에 있어서 상기 제어부는 상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩에 연결되는 릴레이들이 온 되도록 제어하고, 상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩의 동작 모드를 전력이 방전되는 모드로 결정한다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면 전력망 연계형 에너지 관리 시스템은, 복수의 배터리 팩들, 복수의 릴레이들 및 상기 복수의 배터리 팩과 상기 복수의 릴레이들을 제어하는 제어부를 포함하는 에너지 저장 장치; 및 상기 에너지 저장 장치로부터 공급되는 전력을 소비하는 전력 소비 장치;를 포함하고, 상기 에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 각각에 관한 상태 정보에 기반하여 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 식별하고, 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 화재가 발생한 제1 배터리 팩, 상기 제1 배터리와 인접하는 제2 배터리 팩 및 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 제외한 제3 배터리 팩으로 구분하고, 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩 각각에 대응되는 상기 복수의 릴레이들의 온오프 동작 모드를 결정하고, 결정된 동작 모드에 기반하여 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩, 및 제3 배터리 팩 중에 적어도 하나의 배터리 팩이 방전되도록 제어한다.
본 발명의 다양한 각각의 측면들 및 특징들은 첨부된 청구항들에서 정의된다. 종속 청구항들의 특징들의 조합들(combinations)은, 단지 청구항들에서 명시적으로 제시되는 것뿐만 아니라, 적절하게 독립항들의 특징들과 조합될 수 있다.
또한, 본 개시에 기술된 임의의 하나의 실시 예(any one embodiment) 중 선택된 하나 이상의 특징들은 본 개시에 기술된 임의의 다른 실시 예 중 선택된 하나 이상의 특징들과 조합될 수 있으며, 이러한 특징들의 대안적인 조합이 본 개시에 논의된 하나 이상의 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키거나, 본 개시로부터 통상의 기술자에 의해 식별될 수 있는(discernable) 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키고, 나아가 실시 예의 특징들(embodiment features)의 이렇게 형성된 특정한 조합(combination) 또는 순열(permutation)이 통상의 기술자에 의해 양립 불가능한(incompatible) 것으로 이해되지만 않는다면, 그 조합은 가능하다.
본 개시에 기술된 임의의 예시 구현(any described example implementation)에 있어서 둘 이상의 물리적으로 별개의 구성 요소들은 대안적으로, 그 통합이 가능하다면 단일 구성 요소로 통합될 수도 있으며, 그렇게 형성된 단일한 구성 요소에 의해 동일한 기능이 수행된다면, 그 통합은 가능하다. 반대로, 본 개시에 기술된 임의의 실시 예(any embodiment)의 단일한 구성 요소는 대안적으로, 적절한 경우, 동일한 기능을 달성하는 둘 이상의 별개의 구성 요소들로 구현될 수도 있다.
본 발명의 특정 실시 예들(certain embodiments)의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점 및/또는 단점들 중 적어도 하나를, 적어도 부분적으로, 해결, 완화 또는 제거하는 것에 있다. 특정 실시 예들(certain embodiments)은 후술하는 장점들 중 적어도 하나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 에너지 저장 장치가 배터리 팩의 에너지를 저감하는 알고리즘에 따라 동작되도록 제어함으로써, 에너지 저장 장치 내부의 화재 전이를 방지할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 배터리 팩에 화재가 발생된 경우 에너지 관리 시스템의 기능 저하를 최소화할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전력망 연계형 에너지 관리 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서, 배터리 팩들을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서, 에너지 저장 장치의 동작 모드를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서, 에너지 저장 장치의 동작 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 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 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 화재의 전이를 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 개시는 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서 에너지 저장 장치가 배터리 셀의 에너지를 저감하는 알고리즘에 따라 동작되도록 제어함으로써, 에너지 저장 장치의 화재 전이를 방지하기 위한 기술을 설명한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전력망 연계형 에너지 관리 시스템(100)을 도시한다. 이하 사용되는 '…부' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
전력망 연계형 에너지 관리 시스템(100)은 에너지 저장 장치(110), 전력 소비 장치(150)를 포함한다.
에너지 저장 장치(110)는 외부로부터 공급되는 에너지를 저장할 수 있다. 에너지 저장 장치는 배터리 팩과 대전류의 연결을 단속하는 제1 릴레이 내지 제n 릴레이(111-1 내지 111-n), 각각의 릴레이들에 직렬로 연결되는 제1 배터리 팩 내지 제n 배터리 팩(113-1 내지 113-n), 및 릴레이들과 배터리 팩들의 동작을 제어하는 제어부(115)를 포함한다.
제1 릴레이 내지 제n 릴레이(111-1 내지 111-n)는 제어부의 제어를 받아 배터리 팩을 메인 출력 라인 또는 강제 방전 라인에 연결시키거나 차단시키는 기능을 수행한다. 제1 릴레이 내지 제n 릴레이(111-1 내지 111-n)는 전력 소비 장치에 대하여, 병렬로 연결될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 적어도 하나의 배터리 팩이 방전되도록 제어하는 경우, 릴레이 스위치가 온(on) 되도록 제어하고 적어도 하나의 배터리 팩에 포함된 전력은 출력 라인으로 방전되도록 제어할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 적어도 하나의 배터리 팩이 방전되도록 제어하는 경우, 릴레이 스위치가 오프(off) 되도록 제어하고, 전력이 적어도 하나의 배터리 팩에 유지되도록 제어할 수 있다.
제1 배터리 팩 내지 제n 배터리 팩(113-1 내지 113-n)은 전력을 저장하는 기능을 수행한다. 배터리 팩은 적어도 하나의 배터리 셀(cell) 단위로 에너지가 저장될 수 있다. 제1 배터리 팩 내지 제n 배터리 팩(113-1 내지 113-n)은 제1 릴레이 내지 제n 릴레이(111-1 내지 111-n) 각각에 직렬로 연결될 수 있다. 제1 배터리 팩 내지 제n 배터리 팩(113-1 내지 113-n)에 저장된 전력은 대응되는 제1 릴레이 내지 제n 릴레이(111-1 내지 111-n)의 제어에 의하여 출력 라인으로 방전될 수 있다.
제어부(115)는 에너지 저장 장치의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어 제어부(115)는 배터리의 상태에 따라 릴레이들의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(115)는 릴레이 제어를 통하여, 배터리 팩에 저장된 전력을 출력 라인으로 출력시키거나, 배터리 팩에 유지되도록 제어할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제어부(115)는 복수의 배터리 팩들에 화재가 발생하여 근접 및 전체 배터리 팩으로 열이 확산되는 경우, 열의 확산을 방지하기 위하여 배터리 동작을 제어한다. 제어부(115)는 배터리 팩의 내부 에너지원인 배터리 셀의 에너지를 저감시키기 위하여 배터리 팩이 방전되도록 제어한다. 하나의 배터리 팩 내부에 배터리 셀 혹은 부품의 화재 발생 시 인접 배터리 팩으로 급격하게 열이 전파되는 상황을 방지하고자, 제어부(115)는 배터리 팩의 상태에 기반하여 전력 방전 여부를 결정할 수 있고, 배터리 팩들과 릴레이들은 제어부의 결정에 기반하여 제어될 수 있다. 제어부(115)는 에너지 저장 장치가 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
전력 소비 장치(150)는 배터리 팩들과 릴레이들에 연결되어, 배터리 팩에 저장된 전력을 소비하는 기능을 수행한다. 전력 소비 장치(150)는 설정된 시간 내에 설정된 전력을 소비하도록 설정된 장치를 지시한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전력 소비 장치(150)는 시스템 작동에 관한 전력 소비 장치, 일정한 전압으로 전력을 방출하는 로더 장치, 임계 속도 이상으로 전력을 소비하는 캐피스터 장치, 단락 회로 장치 중 적어도 하나를 포함한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서, 배터리 팩들(200)을 도시한다. 도 2는 에너지 저장 장치 내에 포함된 복수의 배터리 팩들이 병렬로 배치된 경우를 예시한다. 도 2를 참고하면, 배터리 팩들은, 화재 배터리 팩(201), 인접 배터리 팩(203), 및 나머지 배터리 팩(205)로 구분될 수 있다.
화재 배터리 팩(201)은 배터리 팩 내부에 화재가 발생한 배터리 팩을 지시한다. 에너지 저장 장치는 배터리 팩들의 상태를 측정하여 화재의 발생 여부와 화재가 발생한 배터리 팩을 식별할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 배터리 팩의 전력 또는 전압의 출력 상황과 배터리 팩 내부의 온도 감지부의 이상 상황을 고려하여 화재 배터리 팩을 식별할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 배터리 팩이 전력이 임계 값 이하로 출력되는 것으로 식별하거나, 배터리 팩 내부의 온도가 임계 값 이상으로 상승한 것으로 식별한 경우, 해당 배터리 팩을 화재 배터리 팩으로 식별할 수 있다
인접 배터리 팩(203)은 화재 배터리 팩의 면을 둘러싸도록 배치된 배터리 팩을 지시한다. 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩을 식별한 경우, 화재 배터리 팩에 인접한 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩의 주변을 둘러싸도록 배치된 적어도 한 줄의 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩과 임계 거리 이하로 배치된 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 배터리 팩의 온도가 미리 설정된 임계 값 이상인 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시예에 따르면, 에너지 저장 장치는 상술한 화재 배터리 팩의 온도로부터 산출된 소정의 온도 범위 내에 온도가 속하는 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수도 있다. 예를 들어 화재 배터리 팩의 온도가 T인 경우, 0.7T 내지 0.9T의 온도 범위 내의 온도인 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다. 본 개의 다른 일 실시예에 따르면, 에너지 저장 장치는 미리 저장된 배터리 팩 정보를 참조하여 인접 배터리 팩을 식별할 수 있다. 에너지 저장 장치는 물리적 인접도에 기반하여 설정된 배터리 팩의 식별 번호를 참조하여 인접 배터리 팩을 식별할 수도 있다. 에너지 저장 장치는 배터리 팩의 맵(map) 정보에 기반하여 인접 배터리 팩을 식별할 수 있다.
나머지 배터리 팩(205)은 화재 배터리 팩과 인접 배터리 팩을 제외한 나머지 배터리 팩을 지시한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩과 인접 배터리 팩이 아닌 배터리 팩을 나머지 배터리 팩으로 식별하거나, 배터리 팩의 온도가 미리 설정된 임계 값 이하인 배터리 팩을 나머지 배터리 팩으로 식별할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 도 2는 화재 배터리 팩(201)이 한 개인 경우를 예시하고 있으나, 화재 배터리 팩이 복수 개인 경우를 포함할 수 있다. 또한 도 2는 인접 배터리 팩이 여덟 개인 경우를 예시하고 있으나, 인접 배터리 팩은 사용자의 설정 또는 미리 설정된 조건에 기반하여 자유롭게 변경될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치 내에 포함된 배터리 팩의 외함은 금속으로 구성될 수 있고, 금속으로 외함이 구성되는 경우 배터리 팩은 열 전도성이 강하다. 하나의 배터리 팩 내부에서 화재가 발생한 경우, 발생 된 배터리 팩에서 발생하는 열량은 화재 배터리 팩과 인접 배터리 팩의 온도를 급격하게 상승시킬 수 있다. 연쇄적으로 인접 배터리 팩 내부의 온도는 열이 전이됨에 따라 급격하게 상승할 수 있고, 전이된 열은 나머지 배터리 팩들의 온도를 급격하게 상승시킬 수 있다. 또한 배터리 팩 내부에 포함된 배터리 셀은 임계 시간과 임계 온도로 가열되면 폭발과 같은 화염 발산이 이루어질 수 있고, 이에 따라 배터리 팩들 간에 연속적인 화재 전이가 발생할 수 있다.
배터리 팩의 폭발 및 화재 전이에 대응하기 위하여, 배터리 팩 내부에 소화약제가 조립되도록 구조화하고, 화재 발생 시 고체형 소화약제가 분사될 수 있도록 화재 방지 장치가 구성될 수 있다. 소화약제를 이용하여 배터리 팩의 화재를 방지하는 방법은 에너지 저장 장치의 내부에 소화액을 물리적으로 주입시키는 방식으로서, 방수 기준이 낮은 배터리 팩의 기능 저하를 유발할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 배터리 팩 내부에 화재가 발생한 경우 에너지 저장 장치 내에 포함된 배터리 팩의 에너지를 소비하는 방전 알고리즘을 이용하여 배터리 팩들 간의 화재 전이를 방지 할 수 있다. 따라서 소화액을 주입하는 방식과 다르게 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는 배터리 팩의 물리적 손상 없이 화재의 전이를 방지할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서, 에너지 저장 장치의 동작 모드(300)를 도시한다. 도 3은 제어부(115)가 배터리 팩들에 관한 방전 제어가 가능한 것으로 식별한 경우의 동작 모드를 예시한다.
제어부(115)는 복수의 배터리 팩들로부터 각각의 배터리 팩들의 상태를 지시하는 상태 정보를 전달 받는다. 제어부(115)는 상태 정보에 기반하여 복수의 배터리 팩들 중 적어도 하나의 배터리 팩에 관하여 충전 제어 또는 방전 제어가 가능한지 여부를 식별한다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제어부(115)는 모든 배터리 팩들에 관한 전력의 충전 및 방전 제어가 불가한 것으로 식별한 경우, 모든 배터리 팩들의 전력이 방전되도록 제어하거나 모든 배터리 팩들의 전력의 방전이 차단되도록 제어할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 모든 배터리 팩들에 관한 전력의 충전 및 방전 제어가 불가한 것으로 식별하는 경우는, 제어부가 배터리 팩들로부터 미리 설정된 시간 내에 응답 신호를 받지 않은 경우나, 모든 배터리 팩들에 관한 전력의 충전 및 방전 제어가 불가함을 지시하는 신호를 수신하는 경우를 포함한다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제어부(115)는 배터리 팩들로부터 전력의 충전 및 방전 제어가 가능함을 지시하는 신호를 수신한 경우, 도 3의 동작 모드(300) 중 하나의 동작 모드를 선택하기 위한 동작을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 배터리 팩의 동작 모드는 각각의 배터리 팩의 충전 상태(state of charge)와 미리 설정된 임계 값을 비교하여 결정될 수 있다.
에너지 저장 장치는 제1 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 릴레이 연결은 오프되고, 인접 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전되고, 나머지 배터리 팩의 릴레이 연결은 오프 된다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 중 적어도 하나의 배터리 팩에 화재가 발생한 것으로 식별된 경우, 방전 알고리즘을 적용하기 위하여, 인접 배터리 팩이 전력 소비 모드로 동작하도록 제어하고, 화재 배터리 팩과 나머지 배터리 팩은 전력 소비를 위한 대전류와의 연결이 차단되도록 제어한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면 에너지 저장 장치는 제1 모드로 동작하여, 인접 배터리 팩의 에너지를 방전시킴으로써 인접 배터리 팩의 열 전도성을 낮추고, 이에 따른 인접 배터리 팩으로의 2차 화재 전이를 방지할 수 있다.
에너지 저장 장치는 제2 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전되고, 인접 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전되고, 나머지 배터리 팩의 릴레이 연결은 오프 된다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 중 적어도 하나의 배터리 팩에 화재가 발생한 것으로 식별된 경우, 방전 알고리즘을 적용하기 위하여, 화재 배터리 팩과 인접 배터리 팩이 전력 소비 모드로 동작하도록 제어하고, 나머지 배터리 팩은 전력 소비를 위한 대전류와 연결이 차단되도록 제어한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면 에너지 저장 장치는 제2 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 에너지를 방전할 수 있는 것으로 식별하고, 화재 배터리 팩과 인접 배터리 팩의 에너지를 방전시킴으로써 화재 배터리 팩과 인접 배터리 팩의 열 전도성을 낮추고, 이에 따른 나머지 배터리 팩으로의 2차 화재 전이를 방지할 수 있다.
에너지 저장 장치는 제3 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 릴레이 연결은 오프되고, 인접 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전되고, 나머지 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전된다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 중 적어도 하나의 배터리 팩에 화재가 발생한 것으로 식별된 경우, 방전 알고리즘을 적용하기 위하여, 인접 배터리 팩과 나머지 배터리 팩이 전력 소비 모드로 동작하도록 제어하고, 화재 배터리 팩은 전력 소비를 위한 대전류와의 연결이 차단되도록 제어한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면 에너지 저장 장치는 제3 모드로 동작하여, 나머지 배터리 팩의 온도와 임계 값을 비교하여 나머지 배터리 팩의 에너지 방전이 요구되는 것으로 식별하고, 인접 배터리 팩과 나머지 배터리 팩의 에너지를 방전시킴으로써 인접 배터리 팩과 나머지 배터리 팩의 열 전도성을 낮추고, 이에 따른 2차 화재 전이를 방지할 수 있다.
에너지 저장 장치는 제4 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 릴레이 연결, 인접 배터리 팩의 릴레이 연결, 나머지 배터리 팩의 릴레이 연결이 모두 온 되어 전력이 방전된다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 중 적어도 하나의 배터리 팩에 화재가 발생한 것으로 식별된 경우, 방전 알고리즘을 적용하기 위하여, 화재 배터리 팩, 인접 배터리 팩, 및 나머지 배터리 팩이 전력 소비 모드로 동작하도록 제어한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면 에너지 저장 장치는 제4 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 에너지를 방전할 수 있는 것으로 식별하여 화재 배터리 팩의 에너지를 방전하고, 나머지 배터리 팩의 온도와 임계 값을 비교하여 나머지 배터리 팩의 에너지 방전이 요구되는 것으로 식별하여 나머지 배터리 팩의 에너지를 방전하고, 인접 배터리 팩의 에너지를 방전시킴으로써 화재 배터리 팩, 인접 배터리 팩, 및 나머지 배터리 팩의 열 전도성을 낮추고, 이에 따른 2차 화재 전이를 방지할 수 있다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에서, 에너지 저장 장치의 동작 방법에 관한 흐름도(400)를 도시한다. 도 4는 도 1의 에너지 저장 장치(110)의 동작 방법을 예시한다.
도 4를 참고하면 단계(401)에서, 에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 각각에 관한 상태 정보에 기반하여 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 식별한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 화재 감지 조건이 만족하였는지 여부를 식별한다. 에너지 저장 장치의 제어부는 배터리 팩들로부터 상태 정보에 기반하여, 화재가 발생하였는지 여부를 식별할 수 있다. 에너지 저장 장치는 화재 감지 조건이 만족된 것으로 식별한 경우, 배터리 팩들로부터 수신한 상태 정보에 기반하여 전력 방전 제어에 따라 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 식별한다.
단계(403)에서, 에너지 저장 장치는 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 화재가 발생한 제1 배터리 팩, 제1 배터리와 인접하는 제2 배터리 팩 및 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩을 제외한 제3 배터리 팩으로 구분한다.
에너지 저장 장치는 배터리 팩들의 전력 또는 전압의 출력 상황과 배터리 팩 내부의 온도 감지부의 이상 상황을 고려하여 화재 배터리 팩을 식별할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 배터리 팩이 전력이 임계 값 이하로 출력되고 있는 것으로 식별하거나, 배터리 팩 내부의 온도가 임계 값 이상으로 상승한 것으로 식별한 경우, 해당 배터리 팩을 화재 배터리 팩으로 식별할 수 있다.
에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 중에서 인접 배터리 팩을 식별할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩의 면을 둘러싸도록 배치된 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩의 주변을 둘러싸도록 배치된 적어도 한 줄의 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩과 임계 거리 이하로 배치된 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 배터리 팩의 온도가 미리 설정된 임계 값 이상인 배터리 팩을 인접 배터리 팩으로 식별할 수 있다.
에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩과 인접 배터리 팩을 제외한 나머지 배터리 팩을 나머지 배터리 팩으로 식별한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩과 인접 배터리 팩이 아닌 배터리 팩을 나머지 배터리 팩으로 식별하거나, 배터리 팩의 온도가 미리 설정된 임계 값 이하인 배터리 팩을 나머지 배터리 팩으로 식별할 수 있다.
단계(405)에서, 에너지 저장 장치는 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩, 및 제3 배터리 팩 각각에 대응되는 복수의 릴레이들의 동작 상태를 결정한다. 에너지 저장 장치는 화재 배터리 팩, 인접 배터리 팩, 나머지 배터리 팩들의 상태 정보에 기반하여, 배터리 팩에 대응되도록 연결된 릴레이들이 온 또는 오프 여부를 결정한다. 에너지 저장 장치는 릴레이가 온으로 동작하도록 제어하여 배터리 팩의 전력 방전을 유도할 수 있다. 에너지 저장 장치는 릴레이가 오프로 동작하도록 제어하여 배터리 팩의 전력 의 방전 차단을 유도할 수 있다.
단계(407)에서, 에너지 저장 장치는 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩, 및 제3 배터리 팩 각각의 동작 모드를 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 중 적어도 하나의 배터리 팩에 화재가 발생한 경우, 방전 알고리즘을 적용을 위하여, 적어도 하나의 배터리 팩이 전력 소비 모드로 동작하도록 제어하고, 나머지 배터리 팩은 전력 소비를 위한 대전류와 연결이 차단되도록 제어한다.
에너지 저장 장치가 제1 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 릴레이 연결은 오프되고, 인접 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전되고, 나머지 배터리 팩의 릴레이 연결은 오프 될 수 있다. 에너지 저장 장치가 제2 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전되고, 인접 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전되고, 나머지 배터리 팩의 릴레이 연결은 오프 될 수 있다. 에너지 저장 장치가 제3 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 릴레이 연결은 오프되고, 인접 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전되고, 나머지 배터리 팩의 릴레이 연결은 온 되어 전력이 방전될 수 있다. 에너지 저장 장치가 제4 모드로 동작하여, 화재 배터리 팩의 릴레이 연결, 인접 배터리 팩의 릴레이 연결, 나머지 배터리 팩의 릴레이 연결이 모두 온 되어 전력이 방전될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 제1 모드 내지 제4 모드 중 하나의 모드를 결정하고, 결정된 모드에 기반하여 복수의 배터리 팩들의 전력 방전시키거나, 복수의 배터리 팩들과 대전류의 연결을 차단한다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 전력망 연계형 에너지 관리 시스템
110 에너지 저장 장치
111-1 내지 111-n 제1 릴레이 내지 제n 릴레이
113-1 내지 113-n 제1 배터리 팩 내지 제n 배터리 팩
115 제어부
150 전력 소비 장치
200 배터리 팩들
201 화재 배터리 팩
203 인접 배터리 팩
205 나머지 배터리 팩

Claims (6)

  1. 에너지 저장 장치에 있어서,
    복수의 배터리 팩들;
    복수의 배터리 팩들 각각과 대전류 경로의 전기적 연결을 단속하는 복수의 릴레이들; 및
    상기 복수의 릴레이들의 온오프를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    소정의 화재 감지 조건이 만족된 경우,
    상기 복수의 배터리 팩들 각각에 관한 상태 정보에 기반하여 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 식별하고,
    상기 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 화재가 발생한 제1 배터리 팩, 상기 제1 배터리와 인접하는 제2 배터리 팩 및 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 제외한 제3 배터리 팩으로 구분하고,
    상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩 각각에 대응되는 상기 복수의 릴레이들의 동작 상태를 결정하고,
    상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩 각각의 동작 모드를 결정하는 에너지 저장 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 배터리 팩과 상기 제3 배터리 팩에 연결되는 릴레이들이 오프되도록 제어하고, 상기 제1 배터리 팩과 상기 제3 배터리 팩의 동작 모드를 상기 연결이 차단되는 모드로 결정하고,
    상기 제2 배터리 팩에 연결되는 릴레이가 온 되도록 제어하고, 상기 제2 배터리 팩의 동작 모드를 전력이 방전되는 모드로 결정하는 에너지 저장 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제3 배터리 팩에 연결되는 릴레이가 오프되도록 제어하고, 상기 제3 배터리 팩의 동작 모드를 상기 연결이 차단되는 모드로 결정하고,
    상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩에 연결되는 릴레이들이 온 되도록 제어하고, 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩의 동작 모드를 전력이 방전되는 모드로 결정하는 에너지 저장 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 배터리 팩에 연결되는 릴레이가 오프되도록 제어하고, 상기 제1 배터리 팩의 동작 모드를 상기 연결이 차단되는 모드로 결정하고,
    상기 제2 배터리 팩과 상기 제3 배터리 팩에 연결되는 릴레이들이 온 되도록 제어하고, 상기 제2 배터리 팩과 상기 제3 배터리 팩의 동작 모드를 전력이 방전되는 모드로 결정하는 에너지 저장 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩에 연결되는 릴레이들이 온 되도록 제어하고, 상기 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩의 동작 모드를 전력이 방전되는 모드로 결정하는 에너지 저장 장치.
  6. 전력망 연계형 에너지 관리 시스템에 있어서,
    복수의 배터리 팩들, 복수의 릴레이들 및 상기 복수의 배터리 팩과 상기 복수의 릴레이들을 제어하는 제어부를 포함하는 에너지 저장 장치; 및
    상기 에너지 저장 장치로부터 공급되는 전력을 소비하는 전력 소비 장치;를 포함하고,
    상기 에너지 저장 장치는 복수의 배터리 팩들 각각에 관한 상태 정보에 기반하여 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 식별하고, 동작 가능한 적어도 하나의 배터리 팩을 화재가 발생한 제1 배터리 팩, 상기 제1 배터리와 인접하는 제2 배터리 팩 및 상기 제1 배터리 팩과 상기 제2 배터리 팩을 제외한 제3 배터리 팩으로 구분하고, 제1 배터리 팩, 상기 제2 배터리 팩, 및 상기 제3 배터리 팩 각각에 대응되는 상기 복수의 릴레이들의 온오프 동작 모드를 결정하고, 결정된 동작 모드에 기반하여 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩, 및 제3 배터리 팩 중에 적어도 하나의 배터리 팩이 방전되도록 제어하는, 에너지 관리 시스템.
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