KR102371197B1 - 에너지 저장 장치의 보호 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 에너지 저장 장치의 보호 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리의 내부 및/또는 외부에서의 비정상(위험) 상황을 신속하게 인지하여 적어도 2개 이상의 경로로 주변 장치(예를 들면, PCS)에 비정상 상황에 대응하는 시스템 보호 신호를 빠르고 안전하게 전달하여 시스템을 보호할 수 있는 에너지 저장 장치의 보호 시스템을 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 배터리 셀의 내부 상태 또는 외부 상태가 비정상일 경우 보호 신호를 전송하는 BMS(Battery Monitoring System); 상기 BMS에 하드 와이어로 연결되어 상기 보호 신호를 수신하는 PCS(Power Conversion System); 및 상기 BMS와 상기 PCS의 사이에 범용 통신선으로 연결되어 상기 BMS로부터 상기 보호 신호를 수신한 후 상기 PCS에 상기 보호 신호를 전송하는 EMS(Energy Management System)를 포함하고, 상기 PCS는 상기 하드 와이어 또는 상기 범용 통신선으로부터 상기 보호 신호를 수신할 경우 상기 에너지 저장 장치를 셧 다운시키는, 에너지 저장 장치의 보호 시스템을 개시한다.

Description

에너지 저장 장치의 보호 시스템{Protection system of energy storage system}
본 발명의 실시예는 에너지 저장 장치의 보호 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System)는 신재생 에너지 시장인 태양광, 풍력 등에서 생산된 에너지를 저장 장치(예를 들면, 배터리)에 저장했다가 필요한 시간대에 전기를 공급하여 전력 사용 효율을 향상시키는 장치를 의미한다.
이러한 에너지 저장 장치는 크게 배터리, PCS(Power Conversion System, AC-DC 변환 기능 및 배전 기능을 수행함) 및 EMS(Energy Management System, 전체 ESS 시스템을 운영하고 관장함) 등을 포함한다. 여기서, 배터리는 BMS(Battery Management System)에 의해 전압, 전류, 온도 등이 모니터링 및 관리되고, 또한 BMS는 EMS와 범용 통신 라인(예를 들면, TCP/IP, RS485, CAN 등)을 통해 일정한 주기로 필요한 정보를 주고 받는다.
일례로, 배터리에 비정상 상황(예를 들면, 전압, 전류 또는 온도가 기준 범위를 벗어난 경우)이 발생하였을 때, BMS는 범용 통신 라인을 통하여 EMS에 비정상(위험) 상황임을 전송하고, 이를 인지한 EMS는 또 다시 통신 라인으로 PCS에 시스템 셧 다운 명령을 전송한다. 비정상(위험) 상황을 통신 라인으로 전달받은 PCS는 전원 시스템을 셧다운함으로써, ESS를 보호한다.
그러나, 이러한 보호 동작은 일정한 주기를 갖는 통신 라인을 통해 구현됨으로써, 비정상 상황 발생시로부터 전원 시스템의 셧다운까지 최소 2초 이상의 시간이 걸리며, 골든 타임을 넘겨서 배터리의 화재로까지 이어질 수 있는 문제가 있었다. 더욱이, 각 장치간 통신 라인에 장애가 발생하였을 경우, 비정상(위험) 상황을 인지하는데 더 많은 시간이 소요될 수 있다. 더욱이, 배터리의 외부로부터 발생한 위험 상황(예를 들면, 외부의 높은 서지 전압, 지락 전압, 스위치 접점 고장 등)에 대한 보호가 적절하게 이루어지고 있지 않다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 배터리의 내부 및/또는 외부에서의 비정상(위험) 상황을 신속하게 인지하여 적어도 2개 이상의 경로로 주변 장치(예를 들면, PCS)에 비정상 상황에 대응하는 시스템 보호 신호를 빠르고 안전하게 전달하여 시스템을 보호할 수 있는 에너지 저장 장치의 보호 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템은 배터리 셀의 내부 상태 또는 외부 상태가 비정상일 경우 제1보호 신호 및 제2보호 신호를 전송하는 BMS(Battery Monitoring System); 상기 BMS에 하드 와이어로 연결되어 상기 제1보호 신호를 수신하는 PCS(Power Conversion System); 및 상기 BMS와 상기 PCS의 사이에 범용 통신선으로 연결되어 상기 BMS로부터 상기 제2보호 신호를 수신한 후 상기 PCS에 상기 제2보호 신호를 전송하는 EMS(Energy Management System)를 포함하고, 상기 하드 와이어를 통해 상기 PCS로 전송되는 상기 제1보호 신호는 2-상태 신호이고, 상기 PCS는 상기 하드 와이어로부터 상기 제1보호 신호를 수신하거나 또는 상기 범용 통신선으로부터 상기 제2보호 신호를 수신할 경우 상기 에너지 저장 장치를 셧 다운시킨다.
상기 BMS에는 상기 배터리 셀의 내부의 비정상 상태를 센싱하는 내부 센서부가 더 연결될 수 있다.
상기 내부 센서부는 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하는 전압 센서; 상기 배터리 셀의 전류를 센싱하는 전류 센서; 또는 상기 배터리 셀의 온도를 센싱하는 온도 센서를 포함할 수 있다.
상기 BMS는 상기 내부 센서부를 이용하여 센싱한 전압, 전류 또는 온도가 기준 범위를 벗어날 경우 상기 하드 와이어를 통하여 상기 제1보호 신호를 상기 PCS에 전송하고 상기 범용 통신선 및 상기 EMS를 통하여 상기 제2보호 신호를 상기 PCS에 전송할 수 있다.
상기 BMS에는 상기 배터리 셀의 외부의 비정상 상태를 센싱하는 외부 센서부가 더 연결되고, 상기 외부 센서부는 상기 BMS에 제2하드 와이어를 통해 연결될 수 있다. 상기 외부 센서부는 상기 배터리 셀과 상기 PCS를 연결하는 전력선에 유입된 서지 전압을 센싱하는 서지 전압 센서; 상기 전력선의 지락 전압을 센싱하는 지락 전압 센서; 또는 상기 전력선에 설치된 스위치의 접점 상태를 센싱하는 스위치 접점 센서를 포함할 수 있다.
상기 BMS는 상기 외부 센서부를 이용하여 센싱한 서지 전압, 지락 전압 또는 스위치 접점 상태가 기준 범위를 벗어날 경우 상기 하드 와이어를 이용하여 상기 제1보호 신호를 상기 PCS에 전송하고 상기 범용 통신선 및 상기 EMS를 통하여 상기 제2보호 신호를 상기 PCS에 전송할 수 있다.
상기 배터리 셀의 외부의 비정상 상태를 센싱하는 외부 센서부를 더 포함하고, 상기 외부 센서부는 상기 PCS에 제2하드 와이어를 통해 연결될 수 있다. 상기 외부 센서부는 상기 배터리 셀과 상기 PCS를 연결하는 전력선에 유입된 서지 전압을 센싱하는 서지 전압 센서; 상기 전력선의 지락 전압을 센싱하는 지락 전압 센서; 또는 상기 전력선에 설치된 스위치의 접점 상태를 센싱하는 스위치 접점 센서를 포함할 수 있다.
상기 PCS는 상기 외부 센서부를 이용하여 센싱한 서지 전압, 지락 전압 또는 스위치 접점 상태가 기준 범위를 벗어날 경우 상기 에너지 저장 장치를 셧 다운시킬 수 있다.
본 발명의 실시예는 배터리의 내부 및/또는 외부에서의 비정상(위험) 상황을 신속하게 인지하여 적어도 2개 이상의 경로로 주변 장치(예를 들면, PCS)에 비정상 상황에 대응하는 시스템 보호 신호를 빠르고 안전하게 전달하여 시스템을 보호할 수 있는 에너지 저장 장치의 보호 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템 중 PCS의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템 중 배터리의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템의 동작 순서를 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 BMS, PCS, EMS, 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 BMS, PCS, EMS, 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, BMS, PCS, EMS, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 BMS, PCS, EMS, 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, BMS, PCS, EMS, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100)의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100)의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100)은 BMS(110)(Battery Monitoring System)와, BMS(110)에 제1하드 와이어(141)로 연결된 PCS(120)(Power Conversion System)와, BMS(110) 및 PCS(120)에 범용 통신선(143,144)으로 연결된 EMS(130)(Energy Management System)를 포함할 수 있다.
BMS(110)는 배터리 셀의 내부 상태 및/또는 외부 상태를 센싱하고, 센싱 결과 배터리 셀의 내부 상태 및/또는 외부 상태가 비정상일 경우 시스템 보호 신호를 생성하여 PCS(120) 및/또는 EMS(130)에 각각 전송할 수 있다. 일부 예들에서, BMS(110)는 시스템 보호 신호를 제1하드 와이어(141)를 통하여 하드 와이어 방식으로 PCS(120)에 직접 실시간으로 즉시 전송할 수 있다. 일부 예들에서, BMS(110)는 시스템 보호 신호를 범용 통신선(즉, 제1범용 통신선(143))을 통하여 범용 통신 방식(예를 들면, TCP/IP, RS485, 또는 CAN 등)으로 EMS(130)에 미리 정해진 클럭 주기에 동기화하여 전송할 수 있다.
PCS(120)는 BMS(110)에 제1하드 와이어(141)로 연결되고 또한 EMS(130)에 범용 통신선(즉, 제2범용 통신선(144))으로 연결되어, 양측으로부터 시스템 보호 신호를 각각 수신할 수 있다. 일부 예들에서, PCS(120)는 제1하드 와이어(141)를 통해 하드 와이어 방식으로 BMS(110)로부터 시스템 보호 신호를 수신할 수 있다. 일부 예들에서, PCS(120)는 범용 통신선(즉, 제2범용 통신선(144))을 통해 범용 통신 방식(예를 들면, TCP/IP, RS485, 또는 CAN 등)으로 EMS(130)로부터 클럭 주기에 동기화된 시스템 보호 신호를 수신할 수 있다.
여기서, 하드 와이어 방식이란 장치간 두가지 상태(예를 들면, 하이 레벨 신호 또는 로우 레벨 신호, 다른 예로, 직류 24V 또는 0V)의 전기적 신호를 이용하여 정보를 주고 받는 방식으로서, 이는 지연 시간이 매우 작고, 소프트웨어없이 하드웨어만으로 구현될 수 있다. 또한, 범용 통신 방식이란 장치간 미리 설정된 클럭 주기에 맞춰 정보를 주고 받는 방식으로서, 이는 지연 시간이 상대적으로 길고(경우에 따라 2초 이상 걸림), 송수신 정보를 인코딩 및 디코딩하기 위한 소프트웨어도 필요하다.
또한, PCS(120)는 배터리 셀에 직류 전력선(145)으로 연결되어 직류 전원을 공급받고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 교류 전력선(146)을 통해 그리드(150)에 공급할 수 있다.
EMS(130)는 범용 제1범용 통신선(143)을 통하여 BMS(110)에 연결되고, 또한 범용 제2범용 통신선(144)을 통하여 PCS(120)에 연결될 수 있다. 따라서, EMS(130)는 범용 제1범용 통신선(143)을 통하여 BMS(110)로부터 시스템 보호 신호를 수신하고, 이어서 범용 제2범용 통신선(144)을 통하여 PCS(120)에 시스템 보호 신호를 전달(전송)할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에서, PCS(120)는 하드 와이어 및 범용 통신선중 적어도 어느 하나로부터 시스템 보호 신호를 수신하면, 에너지 저장 장치를 즉각적으로 셧 다운시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서, BMS(110)가 배터리 셀의 내부 및/또는 외부에서의 비정상(위험) 상태를 감지하였을 경우, 범용 통신선뿐만 아니라 하드 와이어를 통하여 신속하게 PCS(120)에 비정상 상태에 대응하는 시스템 보호 신호를 전송함으로써, PCS(120)가 에너지 저장 장치를 즉각적으로 셧 다운할 수 있다.
한편, BMS(110)에는 내부 센서부(111) 및/또는 외부 센서부(115)가 더 연결될 수 있다. 내부 센서부(111)는 배터리 셀의 내부의 비정상 상태를 센싱하여 그 결과를 BMS(110)에 전송할 수 있다. 외부 센서부(115)는 배터리 셀의 외부의 비정상 상태를 센싱하여 그 결과를 BMS(110)에 전송할 수 있다.
일부 예들에서, 내부 센서부(111)는 전압 센서(112), 전류 센서(113) 및/또는 온도 센서(114)를 포함할 수 있다. 전압 센서(112)는 배터리 셀의 전압을 센싱하고 그 결과를 BMS(110)에 전송할 수 있다. 전류 센서(113)는 배터리 셀의 전류를 센싱하고 그 결과를 BMS(110)에 전송할 수 있다. 온도 센서(114)는 배터리 셀의 온도를 센싱하고 그 결과를 BMS(110)에 전송할 수 있다.
이와 같이 하여, BMS(110)는 내부 센서부(111)를 이용하여 센싱한 전압, 전류 및/또는 온도가 미리 설정된 기준 범위를 벗어날 경우 1차적으로 하드 와이어를 통하여 시스템 보호 신호를 PCS(120)에 전송하고, 이어서 또는 동시에 2차로 범용 통신선(즉, 제1범용 통신선(143))을 통하여 시스템 보호 신호를 EMS(130)에 전송할 수 있다. 물론, EMS(130)는 제2범용 통신선(144)을 통하여 시스템 보호 신호를 PCS(120)에 전달(전송)할 수 있다.
여기서, 기준 범위는 기준 전압 범위, 기준 전류 범위 및/또는 기준 온도 범위를 포함할 수 있으며, 상술한 전압 센서(112), 전류 센서(113) 및/또는 온도 센서(114)를 통해 센싱한 전압, 전류 및/또는 온도가 이러한 기준 범위를 벗어날 경우 BMS(110)는 시스템 보호 신호를 하드 와이어를 통해 PCS(120)에 전송하고 또한 범용 통신선(즉, 제1범용 통신선(143))을 통해 EMS(130)에 전송할 수 있다. 여기서, EMS(130)는 제2범용 통신선(144)을 통해 시스템 보호 신호를 PCS(120)에 전송할 수 있다.
일부 예들에서, 외부 센서부(115)는 BMS(110)에 제2하드 와이어(142)를 통해 연결될 수 있다. 일례로, 외부 센서부(115)가 배터리 셀의 외부의 상태를 센싱하고 그 결과를 제2하드 와이어(142)를 통하여 하드 와이어 방식으로 BMS(110)에 전송할 수 있다.
일부 예들에서, 외부 센서부(115)는 서지 전압 센서(116), 지락 전압 센서(117) 및/또는 스위치 접점 센서(118)를 포함할 수 있다. 서지 전압 센서(116)는 배터리 셀과 PCS(120)를 연결하는 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)에 유입된 서지 전압을 센싱하고, 지락 전압 센서(117)는 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)에 유입된 지락 전압을 센싱하며, 그리고/또는 스위치 접점 센서(118)는 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)에 설치된 스위치의 접점 상태를 센싱하며, 이와 같이 센싱된 정보를 제2하드 와이어(142)를 통하여 BMS(110)에 전송될 수 있다.
BMS(110)는 외부 센서부(115)를 통해 센싱한 서지 전압, 지락 전압 및/또는 스위치 접점 상태가 미리 설정된 기준 범위를 벗어날 경우, 제1하드 와이어(141)를 통하여 시스템 보호 신호를 PCS(120)에 전송하고 또한 제1범용 통신선(143)을 통하여 시스템 보호 신호를 EMS(130)에 전송할 수 있다. 물론, EMS(130)는 제2범용 통신선(144)을 통하여 시스템 보호 신호를 PCS(120)에 전달(전송)할 수 있다.
따라서, PCS(120)는 하드 와이어 및/또는 범용 통신선(즉, 제2범용 통신선(144))으로부터 시스템 보호 신호를 수신할 경우 에너지 저장 장치를 바로 셧 다운시킬 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 배터리의 내부 상태뿐만 아니라 배터리의 외부 상태가 비정상일 경우에도 이를 신속하게 인지하여 적어도 2개 이상의 경로로 PCS(120)에 비정상(위험) 상황을 빠르고 안전하게 전달하여 배터리를 보호할 수 있는 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100)을 제공할 수 있다.
여기서, 서지 전압 및/또는 지락 전압이 미리 설정된 기준 범위를 벗어난다는 의미는 서지 전압 및/또는 지락 전압이 시스템에서 관리 가능한 정상 범위를 벗어나 관리 불가능한 비정상 범위에 있음을 의미할 수 있다. 다르게 설명하면, 서지 전압이 미리 설정된 기준 범위를 벗어난다는 의미는 서지 전압이 시스템에서 관리할 수 없는 서지 전압 범위에 있고, 그리고/또는 지락 전압이 미리 설정된 기준 범위를 벗어난다는 의미는 지락 전압이 시스템에서 관리할 수 없는 지락 전압 범위에 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 서지 전압 및/또는 상기 지락 전압이 미리 설정된 기준 범위를 벗어난다는 의미는 기준 전압의 의미에 따라 다르게 해석될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100) 중 PCS(120)의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, PCS(120)는 범용 통신선을 통해 시스템 보호 신호(예를 들면, 클럭 신호에 동기화되고 암호화된 디지털 신호)를 수신하기 위해 통신 포트(121) 및 디코딩부(122)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 통신 포트(121)가 시스템 보호 신호를 수신하고, 디코딩부(122)가 시스템 보호 신호를 디코딩한다. 또한, 제어부(123)는 디코딩부(122)로부터 디코딩된 정보에 기초하여 시스템 셧 다운부(124)에 시스템 셧 다운 신호를 출력할 수 있다.
또한, PCS(120)는 하드 와이어를 통해 수신된 시스템 보호 신호(예를 들면, 하이 레벨 전압 신호 또는 로우 레벨 전압 신호)의 전압 레벨을 판단하기 위한 전압 판단부(125)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전압 판단부(125)는 하이 레벨 전압으로부터 로우 레벨 전압으로 전환될 경우, 바로 시스템 셧 다운부(124)에 셧 다운 신호를 출력할 수 있으며, 그 반대도 가능하다.
이와 같이 하여, 범용 통신선을 통한 시스템 보호 신호를 기초로 한 시스템 셧 다운부(124)의 동작 시간보다 하드 와이어를 통한 시스템 보호 신호를 기초로 한 시스템 셧 다운부(124)의 동작 시간이 상대적으로 더 짧다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100)은 시스템 보호 신호를 하드 와이어 방식으로 전송함으로써, 에너지 저장 장치를 신속하게 셧 다운시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(200)의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(200) 중 외부 센서부(115)는 제2하드 와이어(242)를 통하여 PCS(120)에 직접 연결될 수도 있다. 이에 따라, 외부 센서부(115)는 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)의 서지 전압, 지락 전압 및/또는 스위치 접점 상태의 정보를 직접 제2하드 와이어(242)를 통하여 PCS(120)에 전송할 수 있다. 따라서, PCS(120)는 외부 센서부(115)를 이용하여 센싱한 서지 전압, 지락 전압 및/또는 스위치 접점 상태가 미리 설정된 기준 범위를 벗어날 경우 에너지 저장 장치를 신속하게 셧 다운시킬 수 있다. 여기서, 이러한 실시예는 도 2에 도시된 실시예와 결합되어 구성/동작될 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100) 중 배터리(101)의 구성을 도시한 블럭도이다. 여기서, 도 5a는 배터리(101)의 전기적 블럭 다이어그램을 도시한 것이고, 도 5b는 배터리(101)의 통신 블럭 다이어그램을 도시한 것이다. 이러한 블럭 다이어그램은 배터리 커넥션 패널(106)과 PCS(120) 사이의 전기적 연결 구성 및 시스템 BMS(110)와 PCS(120) 또는 EMS(130) 사이의 통신 연결 구성을 설명하기 위한 일례에 불과하며, 이러한 전기적/통신 구성으로 본 발명이 한정되지 않는다.
일부 예들에서, 배터리(101)는 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 랙(102)을 포함할 수 있으며, 각각의 랙(102)은 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 셀(103)을 포함할 수 있다. 각각의 랙(102)은 퓨즈(104) 및 스위치(105)를 통하여 배터리 커넥션 패널(106)에 연결될 수 있으며, 배터리 커넥션 패널(106)은 PCS(120)에 직류 전력선(145)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 커넥션 패널(106)은 디스커넥트 스위치(107)(아이솔레이션 스위치)를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 디스커넥트 스위치(107)의 접점 상태는 상술한 스위치 접점 센서(118)에 의해 센싱될 수 있다.
일부 예들에서, 배터리(103)는 범용 통신선(예를 들면, CAN)을 통해 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 랙 BMS(109)를 포함할 수 있다. 또한, 랙 BMS(109)는 범용 통신선(예를 들면, CAN)을 통해 시스템 BMS(110)에 연결될 수 있다. 더욱이, 시스템 BMS(110)는 범용 통신선(예를 들면, TCP/IP 또는 RS485)을 통해 PCS(120) 및/또는 EMS(130)에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 여기서, 시스템 BMS(110)가 상술한 시스템 보호 신호를 하드 와이어 및/또는 범용 통신선을 통해 PCS(120)에 직접 또는 간접적으로 전송할 수 있다. 여기서, 하나의 랙(102)은 다수의 배터리 셀(101)을 모듈 단위로 관리하는 다수의 모듈 BMS(108)를 포함할 수 있으며, 다수의 모듈 BMS(108)가 랙 BMS(109)에 의해 관리될 수 있며, 다수의 랙 BMS(109)가 시스템 BMS(110)에 의해 관리될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100)의 동작 순서를 도시한 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100)의 동작은 배터리의 내부 상태 센싱 단계(S1), 배터리의 내부 상태가 위험 상태인지 판단하는 단계(S2), 배터리의 외부 상태 센싱 단계(S3), 배터리의 외부 상태가 위험 상태인지 판단하는 단계(S4), 제1하드 와이어(141)를 통한 보호 신호 전송 단계(S5) 및 시스템 셧 다운 단계(S6)를 포함할 수 있다.
배터리의 내부 상태 센싱 단계(S1)에서, BMS(110)가 내부 센서부(111)를 이용하여 배터리(셀)의 전압, 전류 및/또는 온도 중 적어도 하나를 센싱한다. 일부 예들에서, BMS(110)는 전압 센서(112)를 이용하여 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 전류 센서(113)를 이용하여 배터리 셀의 전류를 센싱하며, 그리고/또는 온도 센서(114)를 이용하여 배터리 셀의 온도를 센싱한다.
배터리의 내부 상태가 위험 상태인지 판단하는 단계(S2)에서, BMS(110)는 내부 센서부(111)를 이용하여 센싱한 전압, 전류 및/또는 온도 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준 범위를 벗어나는지 판단할 수 있다. 일부 예들에서, BMS(110)는 전압 센서(112)를 이용하여 센싱한 전압이 미리 설정된 기준 전압 범위를 벗어나거나, 전류 센서(113)를 이용하여 센싱한 전류가 미리 설정된 기준 전류 범위를 벗어나거나, 그리고/또는 온도 센서(114)를 이용하여 센싱한 전류가 미리 설정된 기준 온도 범위를 벗어날 경우, 배터리 셀의 내부 상태가 위험한 것으로 판단할 수 있다.
배터리의 외부 상태 센싱 단계(S3)에서, BMS(110)가 외부 센서부(115)를 이용하여 배터리(셀)와 PCS(120)를 연결하는 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)에 유입된 서지 전압, 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)에 유입된 지락 전압 및/또는 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)에 설치된 스위치 접점 상태를 센싱한다. 일부 예들에서, BMS(110)는 서지 전압 센서(116)를 이용하여 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)의 서지 전압을 센싱하고, 지락 전압 센서(117)를 이용하여 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)의 지락 전압을 센싱하며, 그리고/또는 스위치 접점 센서(118)를 이용하여 직류 전력선(145) 및/또는 교류 전력선(146)에 설치된 스위치의 점점 상태를 센싱한다. 여기서, 외부 센서부(115)를 이용하여 센싱된 센싱값은 제2하드 와이어(142)를 통해서 BMS(110)에 전송될 수 있다.
배터리의 외부 상태가 위험 상태인지 판단하는 단계(S4)에서, BMS(110)는 외부 센서부(115) 및 제2하드 와이어(142)를 이용하여 획득한 서지 전압, 지락 전압 및/또는 스위치 접점 상태 중 적어도 하나가 미리 설정된 기준 범위를 벗어나는지 판단할 수 있다. 일부 예들에서, BMS(110)는 서지 전압 센서(116)를 이용하여 센싱한 서지 전압이 미리 설정된 기준 서지 전압 범위를 벗어나거나, 지락 전압 센서(117)를 이용하여 센싱한 지락 전압이 미리 설정된 기준 지락 전압 범위를 벗어나거나, 그리고/또는 스위치 점점 센서를 이용하여 센싱한 스위치 접점 상태가 미리 설정된 기준 점점 상태 범위를 벗어날 경우, 배터리 셀의 외부 상태가 위험한 것으로 판단할 수 있다.
제1하드 와이어(141)를 통한 보호 신호 전송 단계(S5)에서, BMS(110)는 제1하드 와이어(141)를 이용하여 PCS(120)에 직접 시스템 보호 신호를 전송할 수 있다. 또한, BMS(110)는 범용 제1범용 통신선(143)을 통하여 EMS(130)에도 시스템 보호 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, EMS(130)는 범용 제2범용 통신선(144)을 통하여 PCS(120)에 시스템 보호 신호를 전달(전송)할 수 있다. 일부 예들에서, BMS(110)는 내부 센서부(111)를 통하여 센싱한 전압, 전류 및/또는 온도가 기준 범위를 벗어나거나, 그리고/또는 외부 센서부(115)를 통하여 센싱한 서지 전압, 지락 전압 및/또는 스위치 접점 상태가 기준 범위를 벗어날 경우, 제1하드 와이어(141) 및 범용 통신선(143,144)통하여 순차적으로 또는 동시에 시스템 보호 신호를 PCS(120)에 전송할 수 있다.
시스템 셧 다운 단계(S6)에서, PCS(120)는 상술한 바와 같이 제1하드 와이어(141) 및/또는 범용 통신선 중 적어도 어느 하나로부터 시스템 보호 신호를 수신할 경우, 에너지 저장 장치를 즉각적으로 셧 다운시킴으로써, 에너지 저장 장치가 위험한 상태로 진입하지 않도록 한다.
한편, 상술한 바와 같이 외부 센서부(115)가 제2하드 와이어(242)를 통하여 PCS(120)에 직접 연결될 경우, 배터리의 외부 상태가 위험한 상태에 있을 경우, PCS(120)는 BMS(110)를 통하지 않고 바로 외부 센서부(115)로부터 시스템 보호 신호를 수신하여, 에너지 저장 장치를 셧 다운할 수도 있다.
이와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템(100)은 배터리의 내부에서 비정상(위험) 상황이 발생하거나 그리고/또는 배터리의 외부에서 비정상(위험) 상황이 발생할 경우, 하드 와이어 방식으로 즉시 PCS(120)에 시스템 보호 신호를 전송하고, 동시에 범용 통신선을 통해 EMS(130)에 시스템 보호 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, PCS(120)는 서로 다른 2개의 경로를 통해 빠르게 에너지 저장 장치의 비정상(위험) 상황을 센싱함으로써, 에너지 저장 장치를 보호할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 보호 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 에너지 저장 장치의 보호 시스템
101; 배터리 102; 랙
103; 배터리 셀 104; 퓨즈
105; 스위치 106; 배터리 커넥션 패널
107; 디스커넥트 스위치 108; 모듈 BMS
109; 랙 BMS 110; BMS(Battery Monitoring System)
111; 내부 센서부 112; 전압 센서
113; 전류 센서 114; 온도 센서
115; 외부 센서부 116; 서지 전압 센서
117; 지락 전압 센서 118; 스위치 접점 센서
120; PCS(Power Conversion System)
121; 통신 포트 122; 디코딩부
123; 제어부 124; 시스템 셧 다운부
125; 전압 판단부 130; EMS(Energy Management System)
141; 제1하드 와이어 142; 제2하드 와이어
143; 제1범용 통신선 144; 제2범용 통신서
145; 직류 전력선 146; 교류 전력선
150; 그리드

Claims (10)

  1. 에너지 저장 장치의 보호 시스템에 있어서,
    배터리 셀의 내부 상태 또는 외부 상태가 비정상일 경우 제1보호 신호 및 제2보호 신호를 전송하는 BMS(Battery Monitoring System);
    상기 BMS에 하드 와이어로 연결되어 상기 제1보호 신호를 수신하는 PCS(Power Conversion System); 및
    상기 BMS와 상기 PCS의 사이에 범용 통신선으로 연결되어 상기 BMS로부터 상기 제2보호 신호를 수신한 후 상기 PCS에 상기 제2보호 신호를 전송하는 EMS(Energy Management System)를 포함하고,
    상기 하드 와이어를 통해 상기 PCS로 전송되는 상기 제1보호 신호는 2-상태 신호이고, 상기 PCS는 상기 하드 와이어로부터 상기 제1보호 신호를 수신하거나 또는 상기 범용 통신선으로부터 상기 제2보호 신호를 수신할 경우 상기 에너지 저장 장치를 셧 다운시키는, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 BMS에는 상기 배터리 셀의 내부의 비정상 상태를 센싱하는 내부 센서부가 더 연결된, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 센서부는
    상기 배터리 셀의 전압을 센싱하는 전압 센서;
    상기 배터리 셀의 전류를 센싱하는 전류 센서; 또는
    상기 배터리 셀의 온도를 센싱하는 온도 센서를 포함하는, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 BMS는 상기 내부 센서부를 이용하여 센싱한 전압, 전류 또는 온도가 기준 범위를 벗어날 경우 상기 하드 와이어를 통하여 상기 제1보호 신호를 상기 PCS에 전송하고 상기 범용 통신선 및 상기 EMS를 통하여 상기 제2보호 신호를 상기 PCS에 전송하는, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 BMS에는 상기 배터리 셀의 외부의 비정상 상태를 센싱하는 외부 센서부가 더 연결되고, 상기 외부 센서부는 상기 BMS에 제2하드 와이어를 통해 연결된, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부 센서부는
    상기 배터리 셀과 상기 PCS를 연결하는 전력선에 유입된 서지 전압을 센싱하는 서지 전압 센서;
    상기 전력선의 지락 전압을 센싱하는 지락 전압 센서; 또는
    상기 전력선에 설치된 스위치의 접점 상태를 센싱하는 스위치 접점 센서를 포함하는, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 BMS는 상기 외부 센서부를 이용하여 센싱한 서지 전압, 지락 전압 또는 스위치 접점 상태가 기준 범위를 벗어날 경우 상기 하드 와이어를 이용하여 상기 제1보호 신호를 상기 PCS에 전송하고 상기 범용 통신선 및 상기 EMS를 통하여 상기 제2보호 신호를 상기 PCS에 전송하는, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 외부의 비정상 상태를 센싱하는 외부 센서부를 더 포함하고, 상기 외부 센서부는 상기 PCS에 제2하드 와이어를 통해 연결된, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 센서부는
    상기 배터리 셀과 상기 PCS를 연결하는 전력선에 유입된 서지 전압을 센싱하는 서지 전압 센서;
    상기 전력선의 지락 전압을 센싱하는 지락 전압 센서; 또는
    상기 전력선에 설치된 스위치의 접점 상태를 센싱하는 스위치 접점 센서를 포함하는, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 PCS는 상기 외부 센서부를 이용하여 센싱한 서지 전압, 지락 전압 또는 스위치 접점 상태가 기준 범위를 벗어날 경우 상기 에너지 저장 장치를 셧 다운시키는, 에너지 저장 장치의 보호 시스템.
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