KR20180050156A - 배터리 시스템 관리 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 시스템 관리 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 복수의 배터리 랙들을 포함하고, 각 배터리 랙은 복수의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 시스템의 관리 장치는 일측이 상기 복수의 배터리 랙들에 연결되고, 타측이 전력 변환 설비에 연결되는 제 1 모선; 일측이 상기 복수의 배터리 랙들에 연결되는 제 2 모선; 각각 일측이 하나의 배터리 랙에 연결되고, 타측이 상기 제 1 모선에 연결되는 복수의 제 1 버스 스위치들; 및 각각 일측이 상기 하나의 배터리 랙 및 제 1 버스 스위치에 연결되고, 타측이 상기 제 2 모선에 연결되는 복수의 제 2 버스 스위치들을 포함하고, 상기 복수의 배터리 랙들 중 적어도 하나의 배터리 랙에서 고장이 발생할 경우, 고장이 발생한 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치는 개방되되, 제 2 버스 스위치는 닫히는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 시스템 관리 장치 및 이의 동작 방법{APPARATUS FOR MANAGING ENERGY STORAGE SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 배터리 시스템 관리 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 배터리 셀 또는 모듈의 고장으로 인한 교체 또는 수리 시에 고장 난 모듈을 제외하고 정상적인 모듈의 운영 중단을 회피하고 모듈 교체 시에도 운영의 중단 없이 교체 가능한 배터리 시스템 관리 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 장치(Energy Storage System, 이하 ESS)는 전기 에너지를 충전하고 필요한 시점에 에너지를 방전하여 전력 사용을 유연하게 하는 설비이다. 리튬이온 배터리는 에너지 저장 기술 중에서 가장 빠르게 보급되는 기술이다. 이러한 리튬 배터리 셀은 충전 잔량(SOC, State of Charge)에 따라, 약 3.1~4.2V 수준의 전압을 제공한다. 일반적으로, 에너지 저장 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 이러한 셀을 직병렬로 연결하여 배터리 모듈(Module)을 구성하고, 이러한 배터리 모듈을 직병렬로 연결하여 배터리 랙(Rack, 11, 12, 13)을 구성한다. 이러한 배터리 랙(11, 12, 13)은 복수 개가 존재할 수 있고, 약 750~1,000V의 전압을 공급할 수 있다.
리튬이온 배터리는 충전 잔량(SOC)에 따라서 배터리의 전압이 변동한다. 그러므로 직병렬로 연결된 배터리의 충전 잔량이 균일하게 유지하도록 제어하면 각 배터리의 전압도 균일하게 나타나게 된다. 이렇게 각 배터리의 충전 잔량을 균일하게 제어하는 것을 셀 밸런싱(Cell balancing)이라고 한다. 일반적으로 하나의 에너지 저장 장치에 포함된 모든 배터리는 균일한 충전 상태로 유지되도록 제어될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 배터리 랙(11, 12, 13)은 직렬로 연결된 10개의 배터리 모듈들을 포함할 수 있고, 배터리 랙(11, 12, 13)은 각각 병렬로 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼 에너지 저장 장치가 구성되면, 각 배터리 랙(11, 12, 13)은 같은 모선에 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 출력하고, 각 배터리 랙(11, 12, 13)에서 전압은 1/10씩 각 배터리 모듈이 분담하여 유지하게 된다. 또한 이러한 배터리 모듈의 충전 잔량은 약간의 편차는 있으나 일정 범위 이내로 균일하게 유지되어 있다.
이러한 상태에서 한 개의 배터리 셀 또는 배터리 모듈에서 고장이 발생하면 과전류 등을 검출하여 랙(11, 12, 13) 상단에 위치한 배터리 랙 스위치(14a, 14b, 14c)가 개방된다. 이에 따라, 고장 난 배터리 랙은 에너지 저장 장치 즉 배터리 시스템에서 분리된다. 이 고장 난 배터리 랙(11, 12, 13)은 고장부분이 완전히 수리 또는 교체되기 전까지는 나머지 배터리 랙과 연결되어 동작할 수 없다. 이는 고장 난 배터리 모듈을 분리하면 1개의 배터리 모듈이 부족한 상황에서 나머지 배터리 랙과 동일한 전압과 충전 잔량을 유지할 수 없기 때문이다.
또한, 고장 난 배터리 모듈을 교체하면 고장 난 배터리 랙에서 수리된 배터리 모듈과 나머지 배터리 모듈의 충전 잔량은 균일하지 않은 상황이 될 수 있다. 이러한 상황에서는 고장난 배터리 랙에서 모듈간의 충전 잔량을 균일하게 유지하기 위한 별도의 조치를 취해야 한다. 더욱이 교체 또는 수리 시간 동안 나머지 배터리 랙은 운전을 계속할 수도 있으나 나머지 배터리 랙만 운전을 하게 되면 고장 난 배터리 랙과 나머지 배터리 랙의 충전 잔량은 균일하지 않은 상태가 되어 배터리 랙의 전압 크기가 상이하게 된다. 이러한 상황에서 고장난 배터리 랙을 다시 운전하기 위해서는 배터리 랙 간의 충전 잔량을 균일하게 제어하기 위한 별도의 조치를 취해야 한다.
따라서 하나의 배터리 셀 또는 배터리 모듈이 고장이 발생하면 고장이 발생한 배터리 랙은 나머지 배터리 랙과의 전압의 차이로 인하여 계속적인 운전을 수행할 수 없다. 더욱이 교체 또는 수리가 완료 되어도 배터리 모듈 및 배터리 랙 간의 충전 상태의 불균형으로 인하여 시스템의 운영을 중단시키고 배터리 모듈 및 배터리 랙 간의 충전 잔량의 밸런스를 맞추기 위해서 별도의 동작을 취해야 한다. 결국 작은 고장으로 인하여 고장이 발생한 배터리 랙에서는 정상인 배터리 모듈도 운전을 할 수 없고 교체 또는 수리 이후에 정상상태로 복구하기 위해서는 충전 잔량의 밸런스를 맞추는 작업이 필요하여 배터리 시스템의 가동률을 저하하게 된다. 이는 대용량 에너지 저장 장치의 높은 가격을 고려할 때 매우 큰 경제적 손실을 가져오게 된다.
한국등록특허 제1279410호(명칭: 배터리 시스템 관리 장치 및 방법)
본 발명은 배터리 셀 또는 모듈의 고장으로 인한 교체 또는 수리 시에 고장 난 모듈을 제외하고 정상적인 모듈의 운영 중단을 회피하고 모듈 교체 시에도 운영의 중단 없이 교체 가능한 배터리 시스템 관리 장치 및 이의 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 복수의 배터리 랙들을 포함하고, 각 배터리 랙은 복수의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 시스템의 관리 장치는 일측이 복수의 배터리 랙들에 연결되고, 타측이 전력 변환 설비에 연결되는 제 1 모선; 일측이 복수의 배터리 랙들에 연결되는 제 2 모선; 각각 일측이 하나의 배터리 랙에 연결되고, 타측이 제 1 모선에 연결되는 복수의 제 1 버스 스위치들; 및 각각 일측이 하나의 배터리 랙 및 제 1 버스 스위치에 연결되고, 타측이 제 2 모선에 연결되는 복수의 제 2 버스 스위치들을 포함하고, 복수의 배터리 랙들 중 적어도 하나의 배터리 랙에서 고장이 발생할 경우, 고장이 발생한 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치는 개방되되, 제 2 버스 스위치는 닫히는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치는 일측이 제 2 모선에 연결되고, 타측이 제 1 모선에 연결되는 컨버터부를 더 포함할 수 있다.
또한, 컨버터부는 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선의 전압을 제어할 수 있다.
또한, 각 배터리 랙에 포함된 복수의 배터리 모듈들은 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 배터리 랙은 복수의 우회 스위치들을 더 포함하고, 각 우회 스위치는 일측이 하나의 배터리 모듈의 양극부에 연결되고, 타측이 하나의 배터리 모듈의 음극부와, 인접한 다른 하나의 배터리 모듈의 양극부에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치는 복수의 배터리 모듈들의 상태를 진단하는 진단부를 더 포함하고, 진단부는 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈에 고장이 발생할 경우, 일측이 고장이 발생한 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 닫을 수 있다.
또한, 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈이 교체될 경우, 진단부는 일측이 교체된 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 개방시키되, 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 일측이 나머지 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치들을 닫을 수 있다.
또한, 컨버터부는 제 2 모선에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선의 전압을 제어할 수 있다.
또한, 진단부는 제 2 모선에 연결된 모듈들의 충전 잔량이 동일해지면, 제 2 모선에 연결된 배터리 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방할 수 있다.
또한, 컨버터부는 제 2 모선에 연결된 배터리 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방된 이후, 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선의 전압을 제어할 수 있다.
또한, 진단부는 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일할 경우, 제 1 버스 스위치를 닫고, 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 2 버스 스위치를 개방할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 복수의 배터리 랙들을 포함하고, 각 배터리 랙은 복수의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 시스템의 관리 장치의 동작 방법으로서, 관리 장치는 일측이 복수의 배터리 랙들에 연결되고, 타측이 전력 변환 설비에 연결되는 제 1 모선, 일측이 복수의 배터리 랙들에 연결되는 제 2 모선, 각각 일측이 하나의 배터리 랙에 연결되고, 타측이 제 1 모선에 연결되는 복수의 제 1 버스 스위치들 및 각각 일측이 하나의 배터리 랙 및 제 1 버스 스위치에 연결되고, 타측이 제 2 모선에 연결되는 복수의 제 2 버스 스위치들을 포함하고, 방법은 복수의 배터리 랙들 중 적어도 하나의 배터리 랙에서 고장이 발생할 경우, 고장이 발생한 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치가 개방되는 단계; 및 복수의 배터리 랙들 중 적어도 하나의 배터리 랙에서 고장이 발생할 경우, 제 2 버스 스위치가 닫히는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법은 일측이 제 2 모선에 연결되고, 타측이 제 1 모선에 연결되는 컨버터부에 의해, 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선의 전압을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 각 배터리 랙에 포함된 복수의 배터리 모듈들은 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 배터리 랙은 복수의 우회 스위치들을 더 포함하고, 각 우회 스위치는 일측이 하나의 배터리 모듈의 양극부에 연결되고, 타측이 하나의 배터리 모듈의 음극부와, 인접한 다른 하나의 배터리 모듈의 양극부에 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법은 진단부에 의해, 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈에 고장이 발생할 경우, 일측이 고장이 발생한 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 닫는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 진단부에 의해, 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈이 교체될 경우, 일측이 교체된 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 개방시키되, 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 일측이 나머지 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치들을 닫는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 방법은 컨버터부에 의해, 제 2 모선에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선의 전압을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 진단부에 의해, 제 2 모선에 연결된 모듈들의 충전 잔량이 동일해지면, 제 2 모선에 연결된 배터리 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법은 컨버터부에 의해, 제 2 모선에 연결된 배터리 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방된 이후, 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선의 전압을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법은 진단부에 의해, 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일할 경우, 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치를 닫고, 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 2 버스 스위치를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치 및 이의 동작 방법에 따르면 배터리 셀 또는 모듈의 고장으로 인한 교체 또는 수리 시에, 고장 난 모듈을 제외하고 정상적인 모듈의 운영 중단을 회피하고 모듈 교체 시에도 운영의 중단 없이 교체 가능한 장점이 있다.
즉, 대용량 에너지 저장장치는 배터리의 높은 가격으로 설비의 가동률이 낮아지면 설비 투자 및 운용의 경제성이 크게 저하된다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치 및 이의 동작 방법을 적용할 경우, 에너지 저장 장치의 기동률을 수 % 개선시킬 수 있고 상기 장점에 의한 경제적 효과를 얻을 수 있으며, 설비 고장 시 교체 및 수리 등이 어려운 에너지 자립섬 등에 활용되는 에너지 저장 장치는 고장시 복구까지 많은 시간이 소요되므로 본 발명의 효과는 더욱 큰 경제적 효과를 발휘할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 일반적인 배터리 시스템 관리 장치에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치에 대한 개념도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)에 대한 개념도이다. 상술한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)는 배터리 셀 또는 모듈의 고장으로 인한 교체 또는 수리 시에 고장 난 모듈을 제외하고 정상적인 모듈의 운영 중단을 회피하고 모듈 교체 시에도 운영의 중단 없이 교체 가능한 즉, hot-swap 기능을 구현한 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)는 도 2에 도시된 것처럼, 복수의 배터리 랙(110, 120, 130), 복수의 제 1 버스 스위치(141, 142, 143), 복수의 제 2 버스 스위치(151, 152, 153), 제 1 모선(160), 제 2 모선(170) 및 컨버터부(180)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 예시에서, 배터리 랙, 제 1 버스 스위치 및 제 2 버스 스위치의 개수는 각각 3개인 것으로 가정되나, 이는 예시일 뿐이고 배터리 랙의 개수는 다양하게 변경될 수 있고, 마찬가지로 제 1 버스 스위치 및 제 2 버스 스위치의 개수는 배터리 랙의 개수에 따라 변경될 수 있다. 이제, 도 2를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)에 대한 설명이 이루어진다.
배터리 랙(110, 120, 130)은 각각 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 모듈들을 포함한다. 도 2에서, 각 배터리 랙(110, 120, 130)에 포함된 배터리 모듈의 개수는 10개인 것으로 도시되었으나, 이는 예시일 뿐이고 적용 환경에 따라, 하나의 배터리 랙에 다른 개수의 배터리 모듈들이 포함될 수 있다. 또한, 각 배터리 모듈에는 일측과 타측이 연결된 우회 스위치(115, 125, 135)가 포함될 수 있고, 각 배터리 랙에 포함된 우회 스위치는 배터리 모듈의 개수와 동일한 개수로 포함될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 것처럼 우회 스위치의 일측은 다른 우회 스위치의 타측에 연결될 수 있다.
또한, 배터리 랙(110, 120, 130)은 제 1 모선(160)과 제 2 모선(170)에 연결될 수 있다. 여기서, 제 1 모선(160)은 일반적인 배터리 시스템 관리 시스템과 마찬가지로 일측이 배터리 랙(110, 120, 130)에 연결되고, 타측이 전력 변환 설비(190)에 연결된다. 그리고, 제 2 모선(170)은 일측이 배터리 랙(110, 120, 130)에 연결되고, 타측이 컨버터부(180)에 연결될 수 있다. 또한, 각 배터리 랙(110, 120, 130)은 제 1 모선(160) 및 제 2 모선(170)에 선택적으로 접속할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)는 각 배터리 랙(110, 120, 130)과 제 1 모선(160)간 연결을 위한 제 1 버스 스위치(141, 142, 143)과, 각 배터리 랙(110, 120, 130)과 제 2 모선(170)간 연결을 위한 제 2 버스 스위치(151, 152, 153)를 포함할 수 있다.
즉, 제 1 버스 스위치(141, 142, 143)는 일측이 하나의 배터리 랙(110, 120, 130)에 연결되고 타측이 상기 제 1 모선(160)에 연결되며, 제 2 버스 스위치(151, 152, 153)는 일측이 하나의 배터리 랙(110, 120, 130)과 제 1 버스 스위치(141, 142, 143)에 연결되고, 타측이 제 2 모선(170)에 연결된다. 즉, 각 제 1 버스 스위치와 제 2 버스 스위치는 서로 연결될 수 있고, 하나의 버스 스위치가 열리면, 다른 버스 스위치는 닫히는 구조를 가질 수 있다. 이러한, 제 1 버스 스위치와 제 2 버스 스위치의 연결 구조에 기인하여, 배터리 랙(110, 120, 130)은 제 1 모선(160) 또는 제 2 모선(170)에 연결될 수 있다.
즉, 정상 상황의 경우, 모든 제 1 버스 스위치(141, 142, 143)는 닫힌 상태로 동작되고, 제 2 버스 스위치(151, 152, 153)는 열린 상태로, 배터리 시스템의 동작이 이루어진다. 여기서, 복수의 배터리 랙(110, 120, 130) 들 중 제 1 배터리 랙(110)에 고장이 발생한 상황 구체적으로, 제 1 배터리 랙에 포함된 배터리 모듈들 중 하나에 이상이 발생한 상황을 가정하면, 제 1 배터리 랙(110)에 연결된 제 1 버스 스위치(141)는 열리고, 제 2 버스 스위치(151)는 닫히게 된다. 이에 따라, 제 1 배터리 랙(110)은 제 2 모선(170)에 연결되어 제 2 모선(170)에 전력을 공급하게 되고, 제 2 배터리 랙(120) 및 제 3 배터리 랙(130)은 제 1 모선(160)에 연결되어, 제 1 모선(160)에 전력을 공급하게 된다.
또한, 일반적인 배터리 시스템의 경우, 적어도 하나의 배터리 랙에 포함된 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나에서 고장이 발생할 때, 해당 배터리 모듈을 분리하지 않는 이상, 고장이 발생한 배터리 랙을 통한 전력 공급은 어렵다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)는 배터리 랙에 포함된 우회 스위치를 이용하여 안정적인 전원 공급을 가능케 할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)는 제 1 배터리 랙(110)에 포함된 배터리 모듈들 중 적어도 하나에 고장이 발생한 경우, 해당 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 닫을 수 있다. 이 경우, 고장이 발생한 배터리 모듈에 인접한 배터리 모듈들은 도 2에 도시된 것처럼 우회 스위치를 통해 직렬로 연결될 수 있게 되고, 이에 따라 안정적인 전력 공급이 가능하다.
여기서, 고장이 발생한 모듈의 판단을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)는 복수의 배터리 모듈들의 상태를 진단하는 진단부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 진단부는 배터리 시스템의 외부에 위치되어 각 배터리 모듈의 상태를 진단할 수 있고, 상술한 우회 스위치의 제어는 진단부의 제어 결과 고장이 발생된 배터리 모듈이 탐색될 때, 해당 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치에 열림 신호 또는 닫힘 신호를 보냄으로써 이루어질 수 있다.
또한, 위에서 설명된 바와 같이 배터리 시스템 내부에 포함된 전체 배터리 모듈들은 동일한 또는 거의 유사한 충전 잔량을 유지하는 것이 바람직하다. 다만, 위에서 언급된 것처럼 우회 스위치를 통해 고장이 발생한 배터리 모듈을 우회시키고, 제 1 모선(160)과 제 2 모선(170)을 통해 동일한 전력을 공급한다면, 각 모선에 연결된 배터리 랙의 개수의 차이 또는 각 모선에 연결된 배터리 모듈들의 개수의 차이에 기인하여 전체 배터리 랙에 포함된 배터리 모듈들의 충전 잔량에는 차이가 발생할 수 밖에 없다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)는 컨버터부(180)를 통해 제 2 모선에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
구체적으로, 컨버터부(180)는 제 2 모선(170)에 연결되고, 타측이 제 1 모선(160)에 연결되며, 제 1 모선(160)에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선(170)의 전압을 제어하는 기능을 한다. 예를 들어, 복수의 배터리 랙(110, 120, 130)들 중 제 1 배터리 랙(110)에서 고장이 발생한 배터리 모듈이 존재하는 경우, 위에서 설명한 것처럼, 제 1 배터리 랙(110)은 제 2 모선(170)에 연결되되, 제 2 배터리 랙(120) 및 제 3 배터리 랙(130)은 제 1 모선(160)에 연결될 것이다. 여기서, 제 1 배터리 랙(110)에서 하나의 배터리 모듈에서 고장이 발생한 경우, 제 2 모선(170)은 9개의 배터리 모듈들을 통해 전력이 공급될 것이고, 제 1 모선(160)은 제 2 배터리 랙(120) 및 제 3 배터리 랙(130) 즉, 20개의 배터리 모듈들을 통해 전력이 공급될 것이다. 컨버터부(180)는 이러한 상황을 고려하여 제 1 모선(160)에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량과 제 2 모선(170)에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일하도록, 제 2 모선(170)에 연결된 배터리 모듈들의 전압을 제어한다. 이에 따라, 고장난 배터리 모듈을 제외한 나머지 배터리 모듈들의 충전 잔량은 일정하게 유지될 수 있으며, 전체 배터리 시스템의 효율도 높일 수 있다.
또한, 컨버터부(180)는 아래에서 설명되는 바와 같이 배터리 모듈의 교체 시에도 제 1 모선(160)에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선(170)의 전압을 제어할 수 있다. 예를 들어, 진단부는 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈이 교체될 경우, 일측이 교체된 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 개방시키되, 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 일측이 나머지 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치들을 닫을 수 있다. 일반적으로, 교체되거나 수리가 된 배터리 모듈의 경우 나머지 배터리 모듈들에 비해 충전 잔량이 높거나 낮을 수 있다.
이 경우, 컨버터부(180)는 배터리 시스템 내에 포함된 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일해지도록 제 2 모선의 전압을 제어할 수 있고, 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 나머지 배터리 모듈들의 충전 잔량에 비해 높거나 낮을 경우, 진단부는 상술한 우회 스위치들의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 진단부는 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일해지면, 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 모든 우회 스위치를 개방할 수 있다.
또한, 상기 상태에서 컨버터부는 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙의 충전 잔량이 동일하도록 제 2 모선의 전압을 제어할 수 있다.
또한, 진단부는 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔략이 동일할 경우, 제 1 버스 스위치를 닫고, 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 2 버스 스위치를 개방할 수 있다.
이제, 도 3 내지 도 7을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)의 동작 방법에 대한 설명이 이루어진다.
도 3은 배터리 시스템이 정상 상태일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 위에서 설명한 것처럼, 정상 상태일 때 배터리 시스템 즉, 배터리 랙(110, 120, 130)은 제 1 버스 스위치(141, 142, 143)를 통해 모두 제 1 모선(160)에 연결되어, 제 1 모선(160)을 통해 전력 변환 장치(190)에 접속된다. 이때, 배터리 랙(110, 120, 130)에 포함된 모든 우회 스위치들은 개방된 상태로 유지하고, 제 2 모선(170)에는 어떠한 배터리 랙도 연결되지 않는다.
이제, 도 4에서 점선 블록(C)으로 도시된 바와 같이, 제 1 배터리 랙(110)의 4번째 배터리 모듈에서 고장이 발생한 상황을 가정한다. 이렇게 고장이 발생하게 되면, 제 1 버스 스위치(141)는 도 5의 점선 블록(B)에 도시된 것처럼 과전류 등을 검출하여 개방되고, 제 2 버스 스위치(142)는 닫힌다. 이렇게, 제 1 배터리 랙(110)에 고장이 발생하면, 제 1 배터리 랙(110)은 제 1 모선(160)이 아닌 제 2 모선(170)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 배터리 랙(110)에서 출력되는 전력은 제 2 모선(170)을 통해 컨버터부(180)로 전달될 수 있고, 컨버터부(180)에 의해 출력 전압이 제어될 수 있다.
또한, 제 1 배터리 랙(110)에 포함된 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈에 고장이 발생할 경우, 고장이 발생한 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치는 닫히게 된다. 예를 들어, 제 1 배터리 랙(110)에서 4번째 배터리 모듈에 고장이 발생할 경우, 도 5의 점선 블록(C)에 도시된 것처럼 고장이 발생한 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치(115)는 닫히게 된다. 여기서, 복수의 배터리 모듈들은 직렬로 연결되어 있고, 4번째 우회 스위치가 닫히게 되므로, 제 1 배터리 랙(110)에서 3번째 배터리 모듈과 5번째 배터리 모듈은 직렬로 연결된 구조를 갖게 된다. 즉, 제 1 배터리 랙(110) 내에 고장이 발생한 배터리 모듈이 존재하더라도, 우회 스위치의 동작에 따라 도 5에 도시된 것처럼 고장이 발생한 배터리 모듈은 분리될 수 있으며, 제 1 배터리 랙(110)은 정상적으로 작동이 가능해진다.
이때, 컨버터부(180)는 제 1 배터리 랙(110)을 구성하는 모듈들의 충전 잔량이 제 2 배터리 랙(120) 및 제 3 배터리 랙(130)을 구성하는 모듈들의 충전 잔량과 동일한 수준으로 유지되도록 제 2 모선(170)의 전압을 제어한다. 예를 들어 제 2 배터리 랙(120)과 3 배터리 랙(130)을 구성하는 모듈들의 충전 잔량이 80%이면 제 1 배터리 랙(110)을 구성하는 모듈들의 충전 잔량도 80% 또는 80%에 근접하도록 제어한다. 이때 제 1 배터리 랙(110)을 구성하는 모듈들의 충전 잔량은 고장난 모듈이 분리된 상태를 기준으로 산출되는 값이다. 이러한 상태는 전체 배터리 시스템에서 고장 난 배터리 모듈 1개의 용량만큼만 줄어든 상태로 운전 가능하게 된다
이제, 작업자에 의해 고장이 발생한 배터리 모듈의 교체가 이루어졌거나, 또는 수리가 완료된 상황을 가정한다. 도 6은 적어도 하나의 배터리 모듈이 교체될 때 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 고장이 발생한 배터리 모듈 내부의 문제를 해결하여 수리를 완료하거나, 배터리 모듈을 교체할 때, 제 2 버스 스위치(151)는 개방되어 제 1 배터리 랙(110)이 제 1 모선(160) 및 제 2 모선(170)에서 분리되도록 동작될 수 있다. 그 후, 작업자가 배터리 모듈의 교체를 완료하면, 진단부는 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량과 나머지 배터리 모듈들의 충전 잔량들을 확인한다. 여기서, 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 나머지 배터리 모듈들의 충전 잔량들보다 많다면, 진단부는 제 2 버스 스위치(151)를 닫음으로써, 제 1 배터리 랙(110)을 제 2 모선(170)에 연결시키고, 교체된 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 개방하며, 나머지 우회 스위치들을 닫게 된다(도 6 참조). 이때, 컨버터부(180)는 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량을 나머지 배터리 모듈들의 충전 잔량의 평균값이 되도록 충방전 제어를 수행할 수 있다. 이렇게 모든 배터리 모듈들의 충전 잔량이 일정한 범위 내의 충전 잔량을 갖게 되면, 컨버터부(180)를 통한 모듈 밸런싱(module balancing) 동작은 완료된다.
이렇게 모듈 밸런싱 동작이 완료되면, 진단부는 도 7에 도시된 것처럼 제 2 모선(170)에 연결된 배터리 랙(본 예시의 경우, 제 1 배터리 랙)에 포함된 모든 우회 스위치(115)들을 개방한다.
제 2 모선에 연결된 배터리 랙과 제 1 모선에 연결된 배터리 랙은 충전잔략이 다를 수 있다. 그러므로 컨버터부(180)을 통한 랙 밸런싱(Rack bakancing) 동작이 수행된다.
제 2 모선에 연결된 배터리 랙과 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전잔량이 일정한 범위 내의 충전 잔량을 갖게 되면, 컨버터부(180)를 통한 랙 밸런싱 동작은 완료된다.
이때 진단부는교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치(141)를 닫으며, 상기 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 2 버스 스위치(151)를 개방할 수 있다. 이에 따라, 모든 배터리 랙(110, 120, 130)은 제 1 모선(160)에 연결되게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치에 따르면, 제 2 모선 및 우회 스위치를 이용한 모듈 밸런싱 및 랙 밸런싱의 경우 상술한 고장 상황 뿐만 아니라 평상시 운전에서도 배터리 모듈 및 랙의 열화 차이로 특정 모듈 또는 랙의 충전상태가 평균값과 일정 크기 이상의 차이를 가지면 이를 해소하기 위한 밸런싱 동작에 활용 가능 하다.
또한, 위의 설명에서 본 발명의 일 실시예에서는 3개의 랙과 10개의 모듈 구성을 갖는 배터리 시스템을 예시로 하여 설명하였으나 배터리 랙과 모듈의 수량에 관계없이 활용 가능하다. 또한, 위의 설명에서 본 발명의 일 실시예에서는 제 1 모선과 제 2 모선, 즉 2개의 모선으로 구성하여 1개의 모듈 및 랙의 고장 발생 시에도 연속적인 동작이 가능하도록 하였으나 2개 이상의 모듈 또는 랙의 동시에 고장이 발생하는 경우를 대비하여 제 1 모선, 제 2 모선, 제 3 모선 등으로 다수 개의 모선으로 구성되도록 변경 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법에 대한 흐름도이다. 상술한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치는 배터리 셀 또는 모듈의 고장으로 인한 교체 또는 수리 시에 고장 난 모듈을 제외하고 정상적인 모듈의 운영 중단을 회피하고 모듈 교체 시에도 운영의 중단 없이 교체 가능한 즉, hot-swap 기능을 구현한 것을 특징으로 한다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치는 일측이 상기 복수의 배터리 랙들에 연결되고, 타측이 전력 변환 설비에 연결되는 제 1 모선, 일측이 상기 복수의 배터리 랙들에 연결되는 제 2 모선, 각각 일측이 하나의 배터리 랙에 연결되고, 타측이 상기 제 1 모선에 연결되는 복수의 제 1 버스 스위치들 및 각각 일측이 상기 하나의 배터리 랙 및 제 1 버스 스위치에 연결되고, 타측이 상기 제 2 모선에 연결되는 복수의 제 2 버스 스위치들을 포함할 수 있다. 이제, 도 8을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 일 실시예에 따른 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법에 대한 설명이 이루어진다. 또한, 아래에서 위에서 언급된 부분과 중복되는 사항은 생략하여 그 설명이 이루어진다.
S101 단계는 고장 발생 여부를 판단하는 단계이다. 여기서, 고장 발생 여부 판단은 상술한 제 1 버스 스위치 또는 제 2 버스 스위치에 의해 이루어지거나, 배터리 시스템 외부에 존재하는 진단부에 의해 이루어지는 것도 가능하다. 즉, 도면에 도시되진 않았으나 S101 단계를 통한 판단 과정 이전에 진단부에 의해, 상기 복수의 배터리 모듈들의 상태를 진단하는 단계가 수행될 수 있고, S101 단계는 이러한 진단 결과를 근거로 판단이 이루어지는 것도 가능하다. S101 단계에서의 판단 결과, 고장 발생이 존재하는 것으로 판단된 경우, 제어는 S102 단계로 전달된다. 그렇지 않은 경우, 제어는 S101 단계로 다시 전달되어 상술한 판단 과정을 재수행한다.
S102 단계는 진단부에 의해, 상기 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈에 고장이 발생할 경우, 일측이 상기 고장이 발생한 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 닫는 단계이다. 이는 배터리 랙 내의 배터리 모듈들이 직렬로 연결된 점을 고려하여, 고장이 발생하지 않은 나머지 배터리 모듈들을 직접적으로 연결시킴으로써, 배터리 랙이 정상적으로 동작되게 하기 위함이다.
S103 단계는 복수의 배터리 랙들 중 적어도 하나의 배터리 랙에서 고장이 발생할 경우, 고장이 발생한 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치가 개방되고, 제 2 버스 스위치가 닫히는 단계이다. 위에서 설명된 것처럼, 제 1 버스 스위치와 제 2 버스 스위치는 서로 연결된 구조를 갖고, 동작에서 하나의 버스 스위치가 열리면 다른 버스 스위치는 닫힌다. 물론, 배터리 모듈의 교체와 같은 특수 상황에서는 모든 버스 스위치가 열리는 것도 가능하다. 이러한 구조에 의해, 배터리 랙은 제 1 모선 또는 제 2 모선에 연결되어 전력을 공급할 수 있다. 또한, S103 단계는 S102 단계 이후 이루어지는 것으로 도시되었으나, 이는 예시일 뿐이고 반대의 순서로 그 단계가 이루어지거나 또는 2개의 단계가 동시에 이루어지는 것도 가능하다.
S104 단계는 컨버터부에 의해, 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일하도록 상기 제 2 모선의 전압을 제어하는 단계이다. 여기서, 컨버터부는 제 2 모선에 연결되고, 타측이 상기 제 1 모선에 연결되고, 모든 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일하거나 거의 동일하게 유지되도록 제 2 모선의 전압을 제어하는 기능을 할 수 있다. 컨버터부에 대한 설명은 위에서 상세히 언급하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
이렇게 S104 단계를 통해 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈에서 고장이 발생하더라도, 정상 동작되는 배터리 모듈들의 충전 잔량은 거의 동일하게 유지될 수 있다. 이제, 작업자에 의해 고장이 발생한 배터리 모듈이 교체되는 상황에 대해 설명된다. 앞서 설명한 것처럼, 배터리 모듈에 대한 작업을 수행할 때, 진단부는 고장이 발생한 배터리 모듈이 포함된 배터리 랙에 연결된 제 1 및 제 2 버스 스위치를 개방할 수 있다.
S105 단계는 진단부에 의해, 배터리 모듈의 교체가 완료되었는지 판단하는 단계이다. S105 단계를 통한 판단 결과, 배터리 모듈의 교체가 완료되면 제어는 S106 단계로 전달된다. 그렇지 않은 경우 제어는 S104 단계로 전달되어 상술한 버스 전압 제어 과정이 재수행된다.
S106 단계는 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 나머지 배터리 모듈들의 충전 잔량과 차이를 가질 때 수행되는 단계로서, 일측이 교체된 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 개방시키되, 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 일측이 나머지 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치들을 닫는 단계이다. 앞서 언급한 것처럼 배터리 시스템의 경우, 내부의 모든 배터리 모듈들의 충전 잔량이 거의 동일하게 유지되는 것이 바람직하다. 이에 따라, S106 단계는 교체된 배터리 모듈과 다른 배터리 모듈 간 충전 잔량이 동일해지도록 우회 스위치의 제어를 통해 교체된 배터리 모듈을 통한 전력 공급을 수행한다.
S107 단계는 컨버터부에 의해, 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 동일하도록 상기 제 2 모선의 전압을 제어하는 단계이다.
S108 단계는 진단부에 의해, 제 2 버스에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량(즉, 다른 배터리 모듈의 충전 잔량)이 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량과 동일한지 판단하는 단계이다. S108 단계를 통한 판단 결과, 모든 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일해진 것으로 판단되면 제어는 S109 단계로 전달된다. 그렇지 않은 경우, 상술한 모듈 밸런싱 과정을 위해 제어는 S107 단계로 전달된다.
S109 단계는 진단부에 의해, 제 2 버스에 연결된 배터리랙을 구성하는 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방하여 모든 배터리 모듈이 직렬로 제 2 버스에 연결되도록 구성하는 단계이다.
S110 단계는 컨버터부에 의해서 제1 버스에 연결된 배터리랙과 제 2 버스에 연결된 배터리랙의 충전 잔량을 일정한 범위 이내에서 동일한 값이 되도록제 2 버스의 전압을 제어하는 단계이다.
S111 단계는 진단부에 의해, 제 2 버스에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 제 1 버스에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 동일한지 판단하는 단계이다. S111 단계를 통한 판단 결과, 모든 배터리 랙들의 충전 잔량이 동일해진 것으로 판단되면 제어는 S112 단계로 전달된다. 그렇지 않은 경우, 상술한 랙 밸런싱 과정을 위해 제어는 S110 단계로 전달된다.
S112 단계는 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일할 경우 수행되는 단계로서, 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치를 닫고, 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 2 버스 스위치를 개방하는 단계이다. 즉, S112 단계는 배터리 시스템이 정상적으로 동작할 때 수행되는 단계이므로, 배터리 랙이 제 2 모선이 아닌 제 1 모선에 연결되게 함으로써 모든 배터리 모듈이 동작하게 하는 단계이다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 배터리 시스템의 관리 장치 110, 120, 130 : 배터리 랙
115, 125, 135 : 우회 스위치
141, 142, 143 : 제 1 버스 스위치
151, 152, 153 : 제 2 버스 스위치 160 : 제 1 모선
170 : 제 2 모선 180 : 컨버터부
190 : 전력 변환 설비

Claims (21)

  1. 복수의 배터리 랙들을 포함하고, 각 배터리 랙은 복수의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 시스템의 관리 장치로서,
    일측이 상기 복수의 배터리 랙들에 연결되고, 타측이 전력 변환 설비에 연결되는 제 1 모선;
    일측이 상기 복수의 배터리 랙들에 연결되는 제 2 모선;
    각각 일측이 하나의 배터리 랙에 연결되고, 타측이 상기 제 1 모선에 연결되는 복수의 제 1 버스 스위치들; 및
    각각 일측이 상기 하나의 배터리 랙 및 제 1 버스 스위치에 연결되고, 타측이 상기 제 2 모선에 연결되는 복수의 제 2 버스 스위치들을 포함하고,
    상기 복수의 배터리 랙들 중 적어도 하나의 배터리 랙에서 고장이 발생할 경우, 고장이 발생한 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치는 개방되되, 제 2 버스 스위치는 닫히는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    일측이 상기 제 2 모선에 연결되고, 타측이 상기 제 1 모선에 연결되는 컨버터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컨버터부는 상기 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일하도록 상기 제 2 모선의 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    각 배터리 랙에 포함된 복수의 배터리 모듈들은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 랙은 복수의 우회 스위치들을 더 포함하고, 각 우회 스위치는 일측이 하나의 배터리 모듈의 양극부에 연결되고, 타측이 상기 하나의 배터리 모듈의 음극부와, 인접한 다른 하나의 배터리 모듈의 양극부에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈들의 상태를 진단하는 진단부를 더 포함하고, 상기 진단부는 상기 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈에 고장이 발생할 경우, 일측이 상기 고장이 발생한 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 닫는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈이 교체될 경우, 상기 진단부는 일측이 교체된 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 개방시키되, 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 일측이 나머지 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치들을 닫는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 컨버터부는 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일하도록 상기 제 2 모선의 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진단부는 상기 제 2 모선에 연결된 모듈들의 충전 잔량이 동일해지면, 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 컨버터부는 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방된 이후, 상기 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 상기 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 동일하도록 상기 제 2 모선의 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 진단부는 상기 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일할 경우,
    제 1 버스 스위치를 닫고, 상기 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 2 버스 스위치를 개방하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치.
  12. 복수의 배터리 랙들을 포함하고, 각 배터리 랙은 복수의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 시스템의 관리 장치의 동작 방법으로서, 상기 관리 장치는 일측이 상기 복수의 배터리 랙들에 연결되고, 타측이 전력 변환 설비에 연결되는 제 1 모선, 일측이 상기 복수의 배터리 랙들에 연결되는 제 2 모선, 각각 일측이 하나의 배터리 랙에 연결되고, 타측이 상기 제 1 모선에 연결되는 복수의 제 1 버스 스위치들 및 각각 일측이 상기 하나의 배터리 랙 및 제 1 버스 스위치에 연결되고, 타측이 상기 제 2 모선에 연결되는 복수의 제 2 버스 스위치들을 포함하고,
    상기 복수의 배터리 랙들 중 적어도 하나의 배터리 랙에서 고장이 발생할 경우, 고장이 발생한 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치가 개방되는 단계; 및
    상기 복수의 배터리 랙들 중 적어도 하나의 배터리 랙에서 고장이 발생할 경우, 제 2 버스 스위치가 닫히는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    일측이 상기 제 2 모선에 연결되고, 타측이 상기 제 1 모선에 연결되는 컨버터부에 의해, 상기 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일하도록 상기 제 2 모선의 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    각 배터리 랙에 포함된 복수의 배터리 모듈들은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 랙은 복수의 우회 스위치들을 더 포함하고, 각 우회 스위치는 일측이 하나의 배터리 모듈의 양극부에 연결되고, 타측이 상기 하나의 배터리 모듈의 음극부와, 인접한 다른 하나의 배터리 모듈의 양극부에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    진단부에 의해, 상기 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈에 고장이 발생할 경우, 일측이 상기 고장이 발생한 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 닫는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 진단부에 의해, 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 복수의 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 배터리 모듈이 교체되고, 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 다른 배터리 모듈의 충전 잔량을 초과할 경우, 일측이 교체된 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치를 개방시키되, 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙 내에서 일측이 나머지 배터리 모듈에 연결된 우회 스위치들을 닫는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 컨버터부에 의해, 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙을 구성하는 배터리 모듈들의 충전 잔량이 동일하도록 상기 제 2 모선의 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 진단부에 의해, 상기 제 2 모선에 연결된 모듈들의 충전 잔량이 동일해지면, 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 컨버터부에 의해, 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 모듈들에 연결된 모든 우회 스위치를 개방된 이후, 상기 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 상기 교체된 배터리 모듈의 충전 잔량이 동일하도록 상기 제 2 모선의 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 진단부에 의해, 상기 제 1 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량과 상기 제 2 모선에 연결된 배터리 랙의 충전 잔량이 동일할 경우, 상기 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 1 버스 스위치를 닫고, 상기 교체된 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙에 연결된 제 2 버스 스위치를 개방하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템 관리 장치의 동작 방법.
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