KR-20260061962-A - Battery monitoring device and method for lead acid batteries

Abstract

납축전지용 배터리 모니터링 장치 및 방법이 개시된다. 무전원 전원 장치에 구비된 복수의 납축전지에 대한 모니터링을 수행하는 배터리 모니터링 장치는 복수의 납축전지 관련 상태정보를 수집하는 데이터 수집부 및 상태정보를 기반으로 무전원 전원 장치에 대한 제1 상태진단과 복수의 납축전지 각각에 대한 제2 상태진단을 수행하는 상태진단부를 포함한다.

Inventors

• 윤용호
• 정준호

Assignees

• 광주대학교산학협력단
• 주식회사 에스엠전자

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (9)

1. 무전원 전원 장치에 구비된 복수의 납축전지에 대한 모니터링을 수행하는 배터리 모니터링 장치에 있어서, 상기 복수의 납축전지 관련 상태정보를 수집하는 데이터 수집부; 및 상기 상태정보를 기반으로 상기 무전원 전원 장치에 대한 제1 상태진단과 상기 복수의 납축전지 각각에 대한 제2 상태진단을 수행하는 상태진단부; 를 포함하는 배터리 모니터링 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상태진단부는, 상기 복수의 납축전지 전체에 대한 배터리 출력, 배터리 전압, 충방전 전류, 충방전율, 잔존량, 수명, 최대/최소 배터리 전압, 최대/최소 배터리 전압의 식별 정보, 최대/최소 온도, 최대 온도편차, 선로의 누설전류, 선로의 절연저항 및 평균 배터리 내부저항 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 상태진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 상태진단부는, 상기 복수의 납축전지 각각에 대한 전압, 온도 및 내부저항 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제2 상태진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 상태진단부는, 상기 복수의 납축전지 각각에 대한 식별정보를 설정하고, 상기 설정된 식별정보에 대응되는 납축전지 각각의 상태가 나타나도록 상기 제2 상태진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제1 상태진단 및 상기 제2 상태진단을 기반으로 상기 무전원 전원 장치의 유지보수에 대한 가이드를 수행하는 가이드부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 가이드부는, 상기 제1 상태진단에 이상이 있는 경우, 상기 무전원 전원 장치의 구동을 일시 중지시키고, 상기 이상이 있는 부분의 점검이 이루어지도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
7. 제 5항에 있어서, 상기 가이드부는, 상기 제2 상태진단에 이상이 있는 경우, 상기 이상이 있는 납축전지의 교체가 이루어지도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
8. 제 5항에 있어서, 상기 가이드부는, 상기 제1 상태진단과 상기 제2 상태진단을 이용하여 각 납축전지별 교체 시점을 기 설정된 주기마다 산출하고, 상기 산출된 결과 중 교체가 필요한 납축전지가 있으면 해당 납축전지의 교체를 안내하는 알림 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모니터링 장치.
9. 무전원 전원 장치에 구비된 복수의 납축전지에 대한 모니터링을 수행하는 배터리 모니터링 장치에 의해 수행되는 배터리 모니터링 방법에 있어서, 상기 복수의 납축전지 관련 상태정보를 수집하는 단계; 및 상기 상태정보를 기반으로 상기 무전원 전원 장치에 대한 제1 상태진단과 상기 복수의 납축전지 각각에 대한 제2 상태진단을 수행하는 단계; 를 포함하는 배터리 모니터링 방법.

Description

납축전지용 배터리 모니터링 장치 및 방법{Battery monitoring device and method for lead acid batteries} 본 발명은 배터리 모니터링 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 납축전지를 사용하는 무정전 전원 장치(UPS)의 모니터링을 원격에서 지원하는 납축전지용 배터리 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다. 리튬이온 배터리와 같은 이차전지의 발달로 인해 기존에 상용되던 납축전지(Lead-acid)의 소비가 줄어드는 추세이다. 그러나 내연기관 차량의 배터리, 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power System, UPS), 통신 장비 등 여러 분야에서는 여전히 납축전지가 사용된다. 즉 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 제공하지만, 충전 및 방전 중에 과열, 과충전, 과방전 등에 의해 화재 및 인명피해를 입을 수 있기 때문이다. 이로 인해 리튬이온 배터리의 상용화와 함께 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS) 기술이 급격히 발전하게 되었다. 한편 납축전지는 비교적 안전하며 폭발 및 화재에 대한 위험이 낮은 관계로 온도 변화에 대한 저항력이 강하기 때문에 리튬이온 배터리에 비해 배터리 관리 시스템에 대한 필요성이 낮은 실정이다. 하지만 납축전지의 충전 상태, 온도, 전압, 전류 등을 모니터링하고 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템을 납축전지에도 적용하면 배터리의 수명과 성능 및 안정성을 향상할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 비상전원을 공급하기 위해 역사에 설치된 무정전 전원 장치에 적용할 수 있는 배터리 관리 시스템에 대한 연구가 필요한 실정이다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 설명하기 위한 구성도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 블록도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 납축전지의 전압 측정을 설명하기 위한 회로도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 납축전지의 온도 측정을 설명하기 위한 회로도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 납축전지의 내부저항 측정을 설명하기 위한 회로도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 납축전지의 전압, 전류, 절연저항이 수집되는 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 납축전지 관련 상태진단 중 정상상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 납축전지 관련 상태진단 중 이상상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 납축전지 관련 상태진단 중 방전상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 본 명세서 및 도면(이하 '본 명세서')에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다. 또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다. 또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모니터링 시스템을 설명하기 위한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 배터리 모니터링 시스템(400)은 복수의 납축전지를 사용하는 무정전 전원 장치(200)를 모니터링하여 비상시에도 부하가 정상 동작되도록 지원한다. 배터리 모니터링 시스템(400)은 배터리 모니터링 장치(100), 무정전 전원 장치(200) 및 사용자 단말(300)을 포함한다. 배터리 모니터링 장치(100)는 무정전 전원 장치(200)에 구비된 복수의 납축전지에 대한 모니터링을 수행한다. 이를 위해 배터리 모니터링 장치(100)는 복수의 납축전지 각각와 연결되고, 연결된 각 납축전지와 연결된 선로에 대한 상태정보를 수집한다. 배터리 모니터링 장치(100)는 수집된 상태정보를 이용하여 무정전 전원 장치(200)의 전체적인 관점과 각 납축전지의 개별적인 관점에 대해 상태진단 각각 수행한다. 배터리 모니터링 장치(100)는 상태진단된 결과 및 진단 결과 기반의 유지보수 가이드를 이용하여 모니터링 정보를 생성한다. 배터리 모니터링 장치(100)는 생성된 모니터링 정보를 출력하거나, 사용자 단말(300)로 전송하여 사용자 단말(300)에서 해당 정보가 출력되도록 지원한다. 무정전 전원 장치(200)는 복수의 납축전지를 포함하고, 복수의 납축전지 각각이 배터리 모니터링 장치(100)와 연결된다. 무정전 전원 장치(200)는 전원 공급되지 않는 비상시, 부하가 정상 동작되도록 전원을 공급한다. 즉 무정전 전원 장치(200)는 납축전지가 사용되는 다양한 분야에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 철도 역사용으로 적용될 수 있다. 예를 들어 철도 역사 내 무정전 전원 장치(200)는 사용전압이 110V이므로, 해당 전압에 맞춰 공칭전압 2V의 납축전지 55개를 직렬연결 구조로 이루어질 수 있다. 사용자 단말(300)은 사용자(또는 관리자)가 사용하는 단말로써, 배터리 모니터링 장치(100)로부터 모니터링 정보를 수신한다. 사용자 단말(300)은 수신된 모니터링 정보를 출력하여 사용자가 무정전 전원 장치(200)의 상태를 직관적으로 알 수 있도록 도와준다. 한편 배터리 모니터링 시스템(400)은 배터리 모니터링 장치(100), 무정전 전원 장치(200) 및 사용자 단말(300) 사이에 통신망(450)을 구축하여 서로 간의 통신이 이루어지도록 지원한다. 통신망(450)은 백본망과 가입자망으로 구성될 수 있다. 백본망은 X.25 망, Frame Relay 망, ATM망, MPLS(Multi-Protocol Label Switching) 망 및 GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switching) 망 등 중에 하나 또는 복수의 통합된 망으로 구성될 수 있다. 가입자망은 FTTH(Fiber To The Home), ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 케이블망, 지그비(zigbee), 블루투스(bluetooth), RS-485, Wireless LAN(IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n), Wireless Hart(ISO/IEC62591-1), ISA100.11a(ISO/IEC 62734), CoAP(Constrained Application Protocol), MQTT(Message Queuing Telemetry Transport), WIBro(Wireless Broadband), Wimax, 3G, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 4G, 5G 및 6G 등일 수 있다. 일부 실시예로, 통신망(450)은 인터넷망일 수 있고, 이동 통신망일 수 있다. 또한 통신망(450)은 기타 널리 공지되었거나 향후 개발될 모든 무선통신 또는 유선통신 방식을 포함할 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모니터링 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 납축전지의 전압, 전류, 절연저항이 수집되는 과정을 설명하기 위한 개략도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 납축전지의 전압 측정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 납축전지의 온도 측정을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 납축전지의 내부저항 측정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 배터리 모니터링 장치(100)는 통신부(10), 센서부(20), 제어부(30), 출력부(40) 및 저장부(50)를 포함한다. 통신부(10)는 사용자 단말(300)과 통신을 수행한다. 통신부(10)는 무전원 전원 장치(200) 관련 상태진단이 포함된 모니터링 정보를 사용자 단말(300)로 전송한다. 센서부(20)는 무전원 전원 장치(200)에 구비된 복수의 납축전지 관련 정보를 측정한다. 센서부(20)는 전체적인 납축전지에 대한 전압[V], 전류[A], 출력[kWh], 누설전류[A], 절연저항[mΩ] 등을 측정하고, 측정된 정보를 제어부(30)로 전달한다. 예를 들어 센서부(20)는 복수의 납축전지가 직렬로 연결된 선로에서 전