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KR101788513B1 - 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치 - Google Patents

무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치 Download PDF

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KR101788513B1
KR101788513B1 KR1020170075821A KR20170075821A KR101788513B1 KR 101788513 B1 KR101788513 B1 KR 101788513B1 KR 1020170075821 A KR1020170075821 A KR 1020170075821A KR 20170075821 A KR20170075821 A KR 20170075821A KR 101788513 B1 KR101788513 B1 KR 101788513B1
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Abstract

본 발명은 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 배터리가 서로 연결되어 작동되는 배터리 모듈의 상태가 자동으로 탐지될 수 있도록 하는 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치에 관한 것이다. 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치는 다수 개의 배터리가 서로 연결되어 형성된 적어도 하나의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 연결되어 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 미리 결정된 전압 상태로 유지시키는 균형 유닛(11_1, 11_2, 11_L); 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전류를 탐지하는 누설 전류 탐지 유닛(13); 누설 전류 탐지 유닛(13)과 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이를 전기적으로 개폐시키는 스위치 모듈(12); 및 서로 다른 전압에 따라 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 흐르는 전류를 비교하는 비교기(14); 및 비교기(14)로부터 전송된 탐지 정보로부터 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 작동 상태를 판단하는 제어 모듈(15)을 포함하고, 상기 균형 유닛(11_1 내지 11_L)은 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 서로 다른 적어도 두 개의 전압 상태로 전환 가능하다.

Description

무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치{A Battery Management Apparatus for Uninterruptible Power Supply}
본 발명은 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 배터리가 서로 연결되어 작동되는 배터리 모듈의 상태가 자동으로 탐지될 수 있도록 하는 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
무정전 전원 장치는 정전 시 작동이 되도록 하는 다수 개의 배터리를 포함하고, 서로 전기적으로 연결된 배터리는 충전 상태가 되면서 작동 가능한 상태로 유지될 필요가 있다. 그러나 다양한 원인으로 인하여 배터리의 작동 오류가 발생될 수 있고, 이로 인하여 요구되는 전력 공급이 이루어지지 않을 수 있다. 그러므로 무정전 전원 장치의 배터리 팩을 형성하는 배터리의 작동 상태가 미리 또는 작동 과정에서 탐지될 필요가 있다. 특허등록번호 제10-1674636호는 축전지의 충전 또는 방전 과정에서 발생될 수 있는 다양한 오류의 탐지가 가능한 배터리 모니터링 시스템에 대하여 개시한다. 또한 특허등록번호 제10-1608212호는 다수 개의 수단을 통하여 배터리의 전압, 내부 온도 또는 정상 작동 상태의 여부를 자동으로 확인할 수 있도록 하는 배터리 관리 기능을 가지는 무정전 전원 공급 장치에 대하여 개시한다.
상기 선행기술은 배터리의 작동 오류를 발생시키는 다양한 작동 오류의 탐지가 어렵고, 예를 들어 배터리의 열화로 인하여 발생되는 작동 오류의 탐지가 어렵다는 문제점을 가진다. 본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허등록번호 제10-1674636호(스칸젯매크론 주식회사, 2016년11월4일 공고) 무정전 전원 공급 장치의 배터리 모니터링 시스템 선행기술 2: 특허등록번호 제10-1608212호(대농산업전기(주), 2016년04월01일 공고) 배터리 관리 기능을 갖는 무정전 전원 공급 장치
본 발명의 목적은 무정전 전원 공급 장치의 작동을 위한 배터리 모듈을 형성하는 다수 개의 배터리의 작동 오류의 탐지가 가능하도록 하는 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치는 다수 개의 배터리가 서로 연결되어 형성된 적어도 하나의 배터리 팩에 연결되어 각각의 배터리 팩을 미리 결정된 전압 상태로 유지시키는 균형 유닛; 배터리 팩의 전류를 탐지하는 누설 전류 탐지 유닛; 누설 전류 탐지 유닛과 각각의 배터리 팩 사이를 전기적으로 개폐시키는 스위치 모듈; 및 서로 다른 전압에 따라 각각의 배터리 팩을 흐르는 전류를 비교하는 비교기; 및 비교기로부터 전송된 탐지 정보로부터 각각의 배터리 팩의 작동 상태를 판단하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 균형 유닛은 각각의 배터리 팩을 서로 다른 적어도 두 개의 전압 상태로 전환 가능하다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 누설 전류 탐지 유닛은 서로 다른 두 개의 배터리 팩 사이의 전류 누설을 탐지하는 단위 누설 탐지 유닛 및 다수 개의 배터리 팩으로 이루어진 배터리 모듈의 전류 누설을 탐지하는 모듈 누설 탐지 유닛으로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 각각의 배터리의 전극에 접촉되면서 작동 온도에 따라 접촉 상태가 변하는 접촉 탐지 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 각각의 배터리 팩을 형성하는 서로 다른 배터리는 연결 브래킷에 의하여 연결되고, 연결 브래킷은 두께를 가진 스트립 형상이 되면서 앞면 및 뒷면에 형성된 전극 접촉 부위 및 측면에 형성된 연결 홀을 포함한다.
본 발명에 따른 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치는 전원 장치가 작동되기 전 또는 작동 과정에서 배터리 모듈을 형성하는 각각의 배터리의 작동 오류 또는 작동 오류의 발생 가능성이 탐지되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 모듈에서 발생되는 다양한 형태의 배터리의 작동 오류의 탐지가 가능하도록 한다. 예를 들어 배터리 관리 장치는 배터리의 열화로 인한 작동 오류의 탐지가 가능하도록 하면서 이러한 배터리가 미리 교체될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에 적용되는 주기적인 탐지 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에 적용되는 작동 과정 오류의 탐지 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치가 적용되는 배터리 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에서 서로 다른 배터리를 연결하는 전극 연결 브래킷의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치는 다수 개의 배터리가 서로 연결되어 형성된 적어도 하나의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 연결되어 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 미리 결정된 전압 상태로 유지시키는 균형 유닛(11_1, 11_2, 11_L); 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전류를 탐지하는 누설 전류 탐지 유닛(13); 누설 전류 탐지 유닛(13)과 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이를 전기적으로 개폐시키는 스위치 모듈(12); 및 서로 다른 전압에 따라 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 흐르는 전류를 비교하는 비교기(14); 및 비교기(14)로부터 전송된 탐지 정보로부터 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 작동 상태를 판단하는 제어 모듈(15)을 포함하고, 상기 균형 유닛(11_1 내지 11_L)은 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 서로 다른 적어도 두 개의 전압 상태로 전환 가능하다.
배터리 관리 장치는 다수 개의 배터리가 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 또는 다수 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)이 서로 전기적으로 연결된 배터리 모듈의 작동 상태를 관리하는 기능을 가질 수 있다. 배터리 관리 장치는 충전 및 방전 과정을 감시하고, 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 교환 시기를 알려주고, 각각의 배터리의 제조 일자 또는 충전/방전의 회수를 저장하는 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 배터리 관리 장치는 각각의 배터리, 각각의 배터리 팩(BP1 내지 BP_L)에 대한 정보를 저장하면서 보관 및 작동 상태를 탐지하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 충전/방전 횟수가 정해진 배터리에 대한 정해진 횟수의 충전 또는 방전이 이루어지면 이에 대한 정보를 관리 서버(16) 또는 다른 관리 기기로 전송할 수 있다. 배터리 관리 장치는 배터리에 대한 전체 상태를 관리하는 기능을 가질 수 있지만 본 명세서에서 배터리의 상태를 탐지하는 기능에 대하여 설명이 된다. 그러나 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 관리와 관련된 다양한 기능을 가질 수 있고, 아래에서 설명되는 기능만을 가지는 것으로 이해되지 않아야 한다.
배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 서로 직렬 또는 병렬로 이루어진 다수 개의 배터리로 이루어질 수 있고, 다수 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 무정전 전원 장치의 전력 공급원이 되는 배터리 모듈을 형성할 수 있다. 다수 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 동일한 전압을 가지면서 서로 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 균형 유닛(11_1 내지 11_L)이 배치될 수 있다.
각각의 균형 유닛(11_1 내지 11_L)은 다수 개의 커패시터, 저항, 분기 회로 및 스위치를 포함할 수 있고, 이에 의하여 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 정해진 전압 상태로 유지시키거나, 서로 다른 전압 상태로 유지되도록 할 수 있다. 또한 서로 다른 배터리 팩(BL_1 내지 BL_P)이 동일 전압으로 유지되도록 할 수 있다. 각각의 균형 유닛(11_1 내지 11_L)과 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이에 스위치가 설치될 수 있고, 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 작동 시험 과정에서만 스위치에 의하여 서로 연결될 수 있다. 이후 시험이 완료되면 스위치의 작동에 의하여 균형 유닛(11_1 내지 11_L)과 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전기적 연결이 끊어질 수 있다. 다만 작동 과정에서 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전압이 일정하게 유지되는 것이 유리하므로 균형 유닛(11_1 내지 11_L)이 정전압 회로의 기능을 할 수 있다.
배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 시험 과정에서 서로 다른 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)이 스위치 모듈에 의하여 서로 연결이 되거나, 끊어질 수 있다. 예를 들어 1, 2 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)이 서로 연결되고, 1, 2 균형 유닛(11_1, 11_2)이 동일하거나, 서로 다른 전압으로 유지될 수 있다. 스위치 모듈(12)을 서로 다른 두 개의 배터리 팩(예를 들어 BP_1과 BP_2) 또는 다수 개의 배터리 팩(BP_1, BP_2, BP_3)을 서로 연결시킬 수 있고, 서로 연결된 배터리 팩(BP_1, BP_2, BP_3)은 대응되는 균형 유닛(11_1, 11_2, 11_3)에 의하여 동일하거나, 서로 다른 전압 상태로 유지될 수 있다. 그리고 누설 전류 탐지 유닛(13)에 의하여 동일하거나, 서로 다른 전압으로 유지되는 배터리 팩(11_1, 11_2 내지 11_L) 사이의 전류 흐름이 탐지될 수 있다. 이후 누설 전류 탐지 유닛(13)에 의하여 탐지된 전류 정보가 비교기(14)로 전송될 수 있다.
스위치 모듈(12)에 의하여 서로 다른 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이의 연결이 설정되면서 균형 유닛(11_1 내지 11_L)이 동일하거나, 서로 다른 전압 상태로 유지될 수 있다. 누설 전류 탐지 유닛(13)은 각각의 연결 또는 끊어짐 상태에서 전류의 흐름을 탐지하여 연결 상태, 전압 및 전류에 대한 정보를 비교기(14)로 전송할 수 있다. 비교기(14)는 설정 전압 상태에서 서로 다른 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이에 이론적인 전류 값과 탐지된 전류 값을 비교할 수 있다. 그리고 다양한 전압 조건에서 서로 다른 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이의 전류 값을 비교하여 이에 대한 데이터를 제어 모듈(15)로 전송할 수 있다. 이후 제어 모듈(15)은 비교기(14)에서 전송된 값을 분석하여 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 정상 여부를 참조할 수 있다. 예를 들어 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 서로 다른 전압 조건에서 열화로 인한 내부 저항으로 인하여 누설 전류가 발생될 수 있다. 각각의 균형 유닛(11_1 내지 11_L)의 전압은 적절한 외부 전원에 의하여 형성될 수 있고, 각각의 균형 유닛(11_1 내지 11_L)은 위에서 설명된 것처럼 커패시터와 같은 소자에 의하여 미리 결정된 전압 상태로 유지될 수 있다. 그리고 균형 유닛(11_1 내지 11_L)이 미리 결정된 전압으로 유지되는 상태에서 누설 전류 탐지 유닛(13)에서 측정된 전류의 이론값에 대한 오차 또는 규격 전류에 대한 오차에 따라 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 정상 여부가 판단될 수 있다. 예를 들어 제어 모듈(15)은 배터리의 수명, 제조일자 또는 충전/방전 회수와 같은 정보에 기초하여 오차 값이 허용된 범위에 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이와 동시에 이와 같은 오차가 무정전 전원 장치에 작동에 오류를 발생시킬 수 있는지 여부가 판단될 수 있다.
제어 모듈(15)은 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전체 작동 또는 시험 과정을 제어할 수 있고, 예를 들어 스위치 모듈(12)의 작동 또는 비교기(14)의 정보 전송 과정을 제어할 수 있다. 또한 비교기(14)에서 전송된 정보에 기초하여 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 정상 여부를 결정할 수 있다. 결정된 정보는 무정전 전원 장치를 관리하는 관리 서버(16)로 전송될 수 있다. 또한 제어 모듈(15)은 오류 발생 가능성이 있는 경우 예를 들어 관리 권한을 가진 휴대용 전자기기로 관련 정보를 전송할 수 있다. 필요에 따라 표시 스크린이 설치되어 탐지 조건, 탐지 정보 및 결과가 표시될 수 있다.
위에서 설명된 것처럼, 균형 유닛(11_1 내지 11_L)에 의하여 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)이 다양한 전압 조건으로 유지되면서 전류 흐름이 누설 전류 탐지 유닛(13)에 의하여 탐지될 수 있다. 스위치 모듈(12)에 의하여 서로 다른 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 다양한 방법으로 연결될 수 있고, 그에 따른 전류의 흐름이 탐지될 수 있다. 그리고 탐지 결과에 따라 배터리의 열화 상태 또는 연결 상태가 탐지되거나, 배터리의 작동 오류가 탐지될 수 있다.
제어 모듈(15)은 필요에 따라 균형 유닛(11_1 내지 11_L)을 다양한 전압 상태로 설정할 수 있고, 제어 모듈(15)은 다양한 정보에 기초하여 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 정상 상태 여부를 확인할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에 적용되는 주기적인 탐지 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 누설 탐지 유닛과 스위치 모듈은 다양한 형태로 만들어질 수 있고, 누설 탐지 유닛은 서로 다른 두 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이의 전류 누설을 탐지하는 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L) 및 다수 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)으로 이루어진 배터리 모듈의 전류 누설을 탐지하는 모듈 누설 탐지 유닛(22)으로 이루어질 수 있다.
서로 다른 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 동일한 전압을 가지도록 형성될 수 있고, 예를 들어 각각의 동일한 전압을 가지는 다수 개의 배터리(B1 내지 BK)가 동일한 방식으로 서로 연결될 수 있다. 예를 들어 세 개의 배터리(B1, B2, B3)가 서로 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다. 이에 따라 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)은 동일한 전압 상태로 유지될 수 있고, 서로 다른 두 개의 배터리 팩(예를 들어 BP_1과 BP_2) 사이에 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)이 배치될 수 있다. 그리고 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)과 병렬이 되도록 저항(R1, R2)이 배치될 수 있다. 각각의 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)에 미리 결정된 값을 가지는 단위 저항(R)이 연결되고, 각각의 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)은 단위 스위치를 포함할 수 있고, 선택적으로 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
제어 모듈(24)에 의하여 각각의 단위 스위치의 개폐가 제어될 수 있고, 필요에 따라 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)이 조절될 수 있다. 그리고 병렬로 연결이 된 저항(R1, R2)에서 전류가 탐지되거나, 또는 병렬로 연결이 된 저항(R1, R2)에서 전류가 흐르지 않는 커패시터의 전압이 탐지될 수 있다. 대안으로 단위 저항(R)을 흐르는 전류가 탐지되어 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전압이 탐지될 수 있다. 각각의 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)의 전압은 다양한 방법으로 설정될 수 있고, 각각의 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)에 설치된 각각의 스위치는 열리거나, 닫힐 수 있다. 그에 따라 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전압은 다양한 값으로 설정될 수 있고, 각각의 서로 다른 전압 값에 대하여 전체 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)으로부터 누설되는 전류가 탐지될 수 있다. 예를 들어 각각의 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)에 배치된 커패시터가 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전압과 동일한 상태로 유지되고, 그에 따라 병렬 저항(R1, R2)을 따라 흐르는 전체 누설 전류가 모듈 누설 탐지 유닛(22)에 의하여 탐지될 수 있고, 필요에 따라 모듈 누설 탐지 유닛(22)은 보호 저항(R3)에 의하여 연결될 수 있다.
단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L)의 다양한 전압 값에서 각각의 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L) 또는 모듈 누설 탐지 유닛(22)에서 탐지된 정보는 비교기(23)로 전송될 수 있고, 비교기(23)는 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 기준 값과 탐지 정보를 비교하여 결과를 산출할 수 있다. 그리고 비교 및 산출이 된 값이 제어 모듈(24)로 전송될 수 있다. 제어 모듈(24)은 비교기로부터 전송된 정보에 기초하여 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 정상 여부가 결정될 수 있다. 그리고 탐지 결과에 따라 경보 유닛(25)이 작동될 수 있다.
단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L) 또는 모듈 누설 탐지 유닛(22)은 다양한 구조로 만들어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에 적용되는 작동 과정 오류의 탐지 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 배터리 관리 장치는 각각의 배터리(B1, B2, BM)의 전극에 접촉되면서 작동 온도에 따라 접촉 상태가 변하는 접촉 탐지 유닛(31a, 31b, 32a, 32b)을 포함할 수 있다.
배터리 팩의 작동 상태는 배터리 모듈의 충전 또는 방전 과정에서 감시될 필요가 있고, 또한 전력 공급 과정에서 작동 상태가 탐지될 수 있다. 이와 같은 충전/방전 과정 또는 작동 과정의 감시를 위한 탐지 모듈이 추가적으로 배치되거나, 독립적으로 배치될 수 있다. 작동 탐지 모듈은 각각의 배터리(B1, B2, BM)의 각각의 하나의 전극을 서로 전기적으로 연결시키는 1 접촉 탐지 유닛(31a, 32a)과 각각의 배터리(B1, B2, BM)의 각각의 다른 전극을 서로 전기적으로 연결시키는 2 접촉 탐지 유닛(31b, 32b)을 포함할 수 있다. 1 접촉 탐지 유닛(31a, 32a) 및 2 접촉 탐지 유닛(31b, 32b)은 각각의 배터리(B1, B2, BM)의 전극에 접촉되는 전극 홀(311) 또는 전극 돌기(321)가 형성된 11 접촉 탐지 유닛(31a) 및 21 접촉 탐지 유닛(32b)을 포함할 수 있고, 또한 상대적으로 작은 열팽창 계수를 가지는 12 접촉 탐지 유닛(32a) 및 22 접촉 탐지 유닛(31b)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 11 접촉 탐지 유닛(31a)은 각각의 배터리(B1, B2, BM)의 양극에 접촉될 수 있고, 21 접촉 탐지 유닛(32b)은 각각의 배터리(B1, B2, BM)의 음극에 접할 수 있다. 서로 마주보는 접촉 탐지 유닛(31a와 32b 또는 32a와 32b)을 서로 연결시키는 전류 탐지 유닛(31) 및 각각의 전극 홀(311)과 전극 돌기(321)의 전기 저항을 탐지하는 저항 센서(34)로 이루어질 수 있다.
충전, 방전 또는 작동 과정에서 열화 수준에 따라 배터리(B1, B2, BM)에서 열이 발생될 수 있고, 그에 따라 배터리(B1, B2, BM)에 따라 서로 다른 저항을 나타낼 수 있다. 저항 센서(34)는 이와 같은 저항의 변화를 탐지하는 기능을 가질 수 있다. 또한 각각의 배터리(B1, B2, BM)의 전극 홀(311) 또는 전극 돌기(321)와 접촉하는 11 접촉 탐지 유닛(31a) 및 21 접촉 탐지 유닛(32b)은 큰 열팽창 계수를 가지는 전도성 소재 또는 금속 소재가 될 수 있다. 이에 비하여 11 접촉 탐지 유닛(31a) 및 21 접촉 탐지 유닛(32b)과 각각 접촉되는 12 접촉 탐지 유닛(32a)과 22 접촉 탐지 유닛(31b)은 각각 열팽창 계수가 작은 절연성 소재의 합성수지 소재 또는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 이로 인하여 상대적으로 높은 열화 수준을 가진 배터리(B1, B2 또는 BM)에 접촉된 전극 홀(311) 또는 전극 돌기(321)는 전극으로부터 분리될 수 있고, 전류 탐지 유닛(31) 또는 저항 센서(34)에 의하여 탐지될 수 있다. 전류 탐지 유닛(31) 또는 저항 센서(34)에서 탐지된 정보가 상태 분석 모듈(35)로 전송될 수 있고, 상태 분석 모듈(35)은 전송된 정보에 기초하여 각각의 배터리(B1, B2, BM)의 열화 수준을 탐지할 수 있다. 필요에 따라 온도 센서(33)가 설치되어 접촉 탐지 유닛(31a 내지 32b)의 온도 변화의 상태가 탐지되어 상태 분석 모듈(35)로 전송될 수 있지만 반드시 요구되는 것은 아니다. 상태 분석 모듈(35)에서 탐지된 정보에 따라 배터리(B1, B2, BM)가 교체되거나, 무정전 전원 장치의 작동 상태가 적절하게 조절될 수 있고, 필요에 따라 경고 표시 유닛(36)으로 전송되어 음성적으로 또는 시각적으로 경보가 발생될 수 있다.
충전, 방전 또는 작동 과정에서 배터리 팩 또는 배터리 모듈의 상태는 다양한 방법으로 탐지될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치가 적용되는 배터리 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 박스 형상의 하우징(41)의 내부에 모듈 케이스(42)가 수용될 수 있고, 하우징(41)은 상하로 층 분리가 될 수 있다. 하우징(41)의 위쪽 부분은 분리 가능한 덮개(43)에 의하여 밀폐될 수 있고, 하나의 층에 모듈 케이스(42)가 슬라이딩 방식으로 수용 또는 분리가 될 수 있고, 다른 층에 작동 모듈, 커넥터 또는 배선이 배치될 수 있다. 모듈 케이스(42)의 내부에 배터리 모듈이 배치될 수 있고, 모듈 케이스(42)의 천장 면을 형성하는 케이스 커버(44)에 다수 개의 방열 슬릿(441)이 배치될 수 있다. 그리고 모듈 케이스(42)의 내부에 고정되는 배터리 모듈은 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 다수 개의 배터리 팩 또는 배터리를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 관리 장치에서 서로 다른 배터리를 연결하는 전극 연결 브래킷의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_2)을 형성하는 서로 다른 배터리(B11 내지 B24)는 연결 브래킷(50, 50b)에 의하여 연결되고, 연결 브래킷(50, 50b)은 두께를 가진 스트립 형상이 되면서 앞면 및 뒷면에 형성된 전극 접촉 부위(511, 512) 및 측면에 형성된 연결 홀(515)을 포함한다.
도 5의 위쪽 부분은 서로 다른 배터리(B11, B12, B13, B14, B21, B22, B23, B24)의 동일 전극이 연결 브래킷(50, 50b)에 의하여 연결된 상태를 도시한 것이다. 연결 브래킷(50, 50b)은 적어도 하나의 단위 브래킷(51, 51_1, 51_2, 51_3, 51_4)을 포함할 수 있고, 각각의 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)은 스트립 또는 선형 기판 구조가 될 수 있고, 다수 개의 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)이 서로 연결되어 하나의 연결 브래킷(50, 50b)을 형성할 수 있다. 각각의 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)은 한쪽 면과 다른 쪽 면에 형성된 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514); 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)를 서로 연결시키는 전도 부분(513); 측면에 형성된 연결 홀(515)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)는 동일 전극 또는 서로 다른 전극에 접촉 가능한 구조로 만들어질 수 있고, 예를 들어 돌기, 홈, 이중 홈 또는 이중 돌기 구조로 만들어질 수 있다. 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)의 한쪽 면에 동일 전극을 서로 연결시킬 수 있는 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)가 형성되고, 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)의 다른 면에 서로 다른 전극을 서로 연결시킬 수 있는 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)가 형성될 수 있다. 그리고 서로 다른 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4)은 측면에 형성된 연결 홀(515)에 결합되는 체결 핀(516)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 연결 브래킷(50, 50b)은 합성수지 소재와 같은 절연 소재로 만들어진 중심 층과 중심 층의 양쪽에 배치되면서 위에서 설명된 한 쌍의 전극 접촉 부위(511, 512, 514)와 전도 부분(513)의 형성된 연결 층으로 이루어질 수 있다. 그리고 연결 홀(515)은 중심 층에 형성될 수 있고, 체결 핀(516)은 절연 소개의 견고한 합성수지 소재로 만들어질 수 있다. 도 5의 오른쪽 부분을 참조하면, 1, 3 단위 브래킷(51_1, 51_3)에 의하여 동일한 전극이 서로 연결될 수 있고, 2, 4 단위 브래킷(51_2, 51_4)에 의하여 서로 다른 전극이 서로 연결될 수 있다.
서로 다른 배터리(B11 내지 B24)는 다양한 구조를 가지는 단위 브래킷(51, 51_1 내지 51_4) 또는 연결 브래킷(50, 50b)에 의하여 서로 연결될 수 있고, 제시된 실시 예에 의하여 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치는 전원 장치가 작동되기 전 또는 작동 과정에서 배터리 모듈을 형성하는 각각의 배터리의 작동 오류 또는 작동 오류의 발생 가능성이 탐지되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 모듈에서 발생되는 다양한 형태의 배터리의 작동 오류의 탐지가 가능하도록 한다. 예를 들어 배터리 관리 장치는 배터리의 열화로 인한 작동 오류의 탐지가 가능하도록 하면서 이러한 배터리가 미리 교체될 수 있도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11_1, 11_2, 11_L: 균형 유닛 12: 스위치 모듈
13: 누설 전류 탐지 유닛 14: 비교기
15: 제어 모듈 16: 관리 서버
21_1 내지 21_L: 단위 누설 탐지 유닛
22: 모듈 누설 탐지 유닛 23: 비교기
24: 제어 모듈 25: 경보 유닛
31: 전류 탐지 유닛 31a, 32a: 11, 12 접촉 탐지 유닛
31b, 32b: 22, 21 접촉 탐지 유닛 33: 온도 센서
34: 저항 센서 35: 상태 분석 모듈
36: 경고 표시 유닛 41: 하우징
42: 모듈 케이스 43: 덮개
44: 케이스 커버 50, 50b: 연결 브래킷
51, 51_1, 51_2, 51_3, 51_4: 단위 브래킷
311: 전극 홀 321: 전극 돌기
441: 방열 슬릿 511, 512, 514: 전극 접촉 부위
513: 전도 부분 515: 연결 홀
516: 체결 핀 B1 내지 BK, BM: 배터리
B11 내지 B24: 배터리 BP_1 내지 BP_L: 배터리 팩
R: 단위 저항 R1, R2: 저항
R3: 보호 저항

Claims (4)

  1. 다수 개의 배터리가 서로 연결되어 형성된 적어도 하나의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)에 연결되어 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 미리 결정된 전압 상태로 유지시키는 균형 유닛(11_1, 11_2, 11_L);
    배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 전류를 탐지하는 누설 전류 탐지 유닛(13);
    누설 전류 탐지 유닛(13)과 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이를 전기적으로 개폐시키는 스위치 모듈(12); 및
    서로 다른 전압에 따라 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 흐르는 전류를 비교하는 비교기(14); 및
    비교기(14)로부터 전송된 탐지 정보로부터 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)의 작동 상태를 판단하는 제어 모듈(15)을 포함하고,
    상기 균형 유닛(11_1 내지 11_L)은 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)을 서로 다른 적어도 두 개의 전압 상태로 전환 가능하고, 각각의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_2)을 형성하는 서로 다른 배터리(B11 내지 B24)는 연결 브래킷(50, 50b)에 의하여 연결되고, 연결 브래킷(50, 50b)은 두께를 가진 스트립 형상이 되면서 앞면 및 뒷면에 형성된 전극 접촉 부위(511, 512) 및 측면에 형성된 연결 홀(515)을 포함하는 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 누설 전류 탐지 유닛(13)은 서로 다른 두 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L) 사이의 전류 누설을 탐지하는 단위 누설 탐지 유닛(21_1 내지 21_L) 및 다수 개의 배터리 팩(BP_1 내지 BP_L)으로 이루어진 배터리 모듈의 전류 누설을 탐지하는 모듈 누설 탐지 유닛(22)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치용 배터리 관리 장치.
  3. 삭제
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