特許 6198778 バッテリーシステムの可変的断線装置及び可変的断線制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6198778

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】バッテリーシステムの可変的断線装置及び可変的断線制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20170911BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20170911BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20170911BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20170911BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 S

   H02J7/02 F

   H01M10/44 P

   H01M10/48 301

   H01M10/44 101

   H02H7/18

【請求項の数】19

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-137943(P2015-137943)

(22)【出願日】2015年7月9日

(62)【分割の表示】特願2013-531501(P2013-531501)の分割

【原出願日】2011年9月30日

(65)【公開番号】特開2015-228790(P2015-228790A)

(43)【公開日】2015年12月17日

【審査請求日】2015年7月23日

(31)【優先権主張番号】10-2010-0095338

(32)【優先日】2010年9月30日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】500239823

【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100122161

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 崇

(72)【発明者】

【氏名】ジュン−ス・カン

(72)【発明者】

【氏名】ヨン−ボ・チョ

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２３８６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４２３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８６６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０４２９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３０７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３０８１７４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５７−１７５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０４８９７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平６−２８３２１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｈ ７／１８

Ｈ０２Ｊ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のバッテリー間の接続を可変的に断線制御する可変的断線装置において、
前記複数のバッテリー間をそれぞれ連結する複数の配線のそれぞれに設けられ、前記複数の配線それぞれを電気的に接続または断線させる複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれの接続または断線状態を制御するスイッチ制御モジュールと、
前記複数のバッテリーに対する外部環境の危険状況を示すデータを感知して、前記データに基づいて判断された危険状況の危険程度が高いほど、前記複数のスイッチのいずれかにより連結された前記バッテリー全体の容量及び電圧状態が低容量及び低電圧状態に切り替えられるように、前記スイッチ制御モジュールを制御する断線制御モジュールと、を含むことを特徴とする可変的断線装置。

【請求項2】

前記バッテリーが、
外部電力の供給を受けて電力を貯蔵し、貯蔵した電力を外部に供給するバッテリーセル、複数の前記バッテリーセルが接続されて構成されるバッテリーモジュール、複数の前記バッテリーモジュールが接続されて構成されるバッテリーパック、複数の前記バッテリーパックが接続されて構成されるバッテリーシステム、及び複数の前記バッテリーシステムが接続されて構成されるバッテリープラントのうちいずれか１つまたはこれらの組合せである
ことを特徴とする請求項１に記載の可変的断線装置。

【請求項3】

前記危険状況を示すデータとして、温度、湿度、漏電、浸水及び地震のいずれか１つを感知し、感知した前記危険状況を示すデータを前記断線制御モジュールに伝送するセンサーモジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変的断線装置。

【請求項4】

前記センサーモジュールが、
温度、湿度、漏電、浸水及び地震のいずれか１つを含む前記危険状況を示すデータを感知し、感知した前記危険状況を示すデータを前記断線制御モジュールに伝送することを特徴とする請求項３に記載の可変的断線装置。

【請求項5】

前記断線制御モジュールは、前記スイッチ制御モジュールに制御対象になる前記スイッチを断線または接続に変更する制御信号を出力し、
前記制御信号は、開閉制御する少なくとも１つ以上の前記スイッチの識別情報を含むことを特徴とする請求項４に記載の可変的断線装置。

【請求項6】

前記断線制御モジュールが、
判断された前記危険状況の危険程度が高いほど、断線状態に制御される前記スイッチの個数を増加させて、前記配線を介して電気的に直列または並列に接続される前記バッテリーの数を少なくすることを特徴とする請求項５に記載の可変的断線装置。

【請求項7】

前記断線制御モジュールが、
管理者装置のデータ入力手段から入力された管理者命令または外部からネットワークを通じて伝送されたネットワーク命令を受信し、前記管理者命令または前記ネットワーク命令に応じて前記スイッチの接続または断線状態を制御する接続命令または断線命令を前記スイッチ制御モジュールに伝送することを特徴とする請求項６に記載の可変的断線装置。

【請求項8】

前記断線制御モジュールが、
前記管理者装置の画面出力手段及び前記データ入力手段と連結された入出力インターフェースと連結され、前記データ入力手段から入力された前記管理者命令を前記入出力インターフェースを通じて受信し、対応する前記接続命令及び前記断線命令を前記スイッチ制御モジュールに伝送する機能、及び通信手段と連結され、前記バッテリーの充電及び放電を制御する中央統制所から前記通信手段を通じて有線又は無線方式で前記接続命令及び前記断線命令を受信し、前記スイッチ制御モジュールに伝送する機能の少なくとも１つの機能を備えることを特徴とする請求項７に記載の可変的断線装置。

【請求項9】

前記断線制御モジュールが、
前記危険状況を示すデータとして浸水状況を示すデータを受信した場合、感電事故予防のためにバッテリーセル単位に断線する断線命令；
前記危険状況を示すデータを受信したものの前記バッテリーによる電力供給に問題がない場合、順次断線されたバッテリーに入れ替えて他のバッテリーを接続するため、複数の前記バッテリーによる並列連結の一部を断線して複数の前記バッテリーにおける一部のバッテリーのみを使用する断線命令；
バッテリー構成モジュールのメンテナンスのためにバッテリーシステムに作業者が入る場合、前記作業者の安全な作業を保障するために設定された安全許容値以下の電圧に前記電圧状態がなるように、前記スイッチの開閉状態を制御する断線命令；
前記バッテリーが配置されているバッテリー室に入退室するためのゲートが開放されたことを示す信号を受信したとき、前記電圧状態が前記安全許容値以下の電圧になるように１つ以上の前記スイッチを断線状態にさせる断線命令；
バッテリーシステムで予備用バッテリーとして活用するために前記バッテリー間の並列連結を前記スイッチによって任意に断線する断線命令
のうち少なくとも１つの断線命令を下すことを特徴とする請求項８に記載の可変的断線装置。

【請求項10】

請求項１または請求項２に記載の可変的断線装置と複数のバッテリーを備えるバッテリー集合単位とを含み、
可変的断線装置が、前記バッテリー間及び前記バッテリー集合単位間をそれぞれ電気的に接続または断線させる前記スイッチの接続及び断線を制御することを特徴とするバッテリー集合体。

【請求項11】

可変的断線装置を用いて複数のバッテリー間の接続を可変的に断線制御する可変的断線制御方法において、
（Ｓ１１）前記可変的断線装置のセンサーモジュールが前記バッテリーの外部で発生した危険状況を示すデータを感知して前記危険状況を示すデータを断線制御モジュールに伝送する段階と、
（Ｓ１２）断線制御モジュールが前記センサーモジュールから前記危険状況を示すデータを受信して前記危険状況を示すデータから危険状況を判断し、該判断された前記危険状況から断線レベルを決定し、該断線レベルに応じて、複数の配線を介して相互に接続された複数の前記バッテリー全体の容量及び電圧状態を制御するように、前記複数の配線それぞれを電気的に接続または断線させる複数のスイッチそれぞれの状態を決定する段階と、
（Ｓ１３）前記決定された複数のスイッチそれぞれの状態に基づいた断線命令または接続命令を、前記断線制御モジュールがスイッチ制御モジュールに伝送する段階と、
（Ｓ１４）スイッチ制御モジュールが前記断線命令または接続命令を受信し、前記断線命令または接続命令に応じて、前記複数のスイッチにおける前記断線命令または接続命令の対象となるスイッチの状態を切り替える段階と、
を含むことを特徴とする可変的断線制御方法。

【請求項12】

前記バッテリーが、
外部電力の供給を受けて電力を貯蔵し、貯蔵した電力を外部に供給するバッテリーセル、複数の前記バッテリーセルが接続されて構成されるバッテリーモジュール、複数の前記バッテリーモジュールが接続されて構成されるバッテリーパック、複数の前記バッテリーパックが接続されて構成されるバッテリーシステム、及び複数の前記バッテリーシステムが接続されて構成されるバッテリープラントのうちいずれか１つまたはこれらの組合せであることを特徴とする請求項１１に記載の可変的断線制御方法。

【請求項13】

前記センサーモジュールが、
温度、湿度、漏電、浸水及び地震のいずれか１つを含む前記危険状況を示すデータを感知し、感知した前記危険状況を示すデータを前記断線制御モジュールに伝送することを特徴とする請求項１２に記載の可変的断線制御方法。

【請求項14】

前記断線制御モジュールは、前記スイッチ制御モジュールに制御対象になる前記スイッチを断線または接続に変更する制御信号を出力し、
前記制御信号は、開閉制御する少なくとも１つ以上の前記スイッチの識別情報を含むことを特徴とする請求項１３に記載の可変的断線制御方法。

【請求項15】

前記断線制御モジュールが、
判断された前記危険状況の危険程度が高いほど、断線状態に制御される前記スイッチの個数を増加させて、前記配線を介して電気的に直列または並列に接続される前記バッテリーの数を少なくすることを特徴とする請求項１４に記載の可変的断線制御方法。

【請求項16】

前記断線制御モジュールが、
管理者装置のデータ入力手段から入力された管理者命令または外部からネットワークを通じて伝送されたネットワーク命令を受信し、前記管理者命令または前記ネットワーク命令に応じて前記スイッチの接続または断線状態を制御する接続命令または断線命令を前記スイッチ制御モジュールに伝送することを特徴とする請求項１５に記載の可変的断線制御方法。

【請求項17】

前記断線制御モジュールが、
前記管理者装置の画面出力手段及び前記データ入力手段と連結された入出力インターフェースと連結され、前記データ入力手段から入力された前記管理者命令を前記入出力インターフェースを通じて受信し、対応する前記接続命令及び前記断線命令を前記スイッチ制御モジュールに伝送する機能、及び通信手段と連結され、前記バッテリーの充電及び放電を制御する中央統制所から前記通信手段を通じて有線又は無線方式で前記接続命令及び前記断線命令を受信し、前記スイッチ制御モジュールに伝送する機能の少なくとも１つの機能を備えることを特徴とする請求項１６に記載の可変的断線制御方法。

【請求項18】

前記断線制御モジュールが、
前記危険状況を示すデータとして浸水状況を示すデータを受信した場合、感電事故予防のためにバッテリーセル単位に断線する断線命令；
前記危険状況を示すデータを受信したものの前記バッテリーによる電力供給に問題がない場合、順次断線されたバッテリーに入れ替えて他のバッテリーを接続するため、複数の前記バッテリーによる並列連結の一部を断線して複数の前記バッテリーにおける一部のバッテリーのみを使用する断線命令；
バッテリー構成モジュールのメンテナンスのためにバッテリーシステムに作業者が入る場合、前記作業者の安全な作業を保障するために設定された安全許容値以下の電圧に前記電圧状態がなるように、前記スイッチの開閉状態を制御する断線命令；
前記バッテリーが配置されているバッテリー室に入退室するためのゲートが開放されたことを示す信号を受信したとき、前記電圧状態が前記安全許容値以下の電圧になるように１つ以上の前記スイッチを断線状態にさせる断線命令；
バッテリーシステムで予備用バッテリーとして活用するために前記バッテリー間の並列連結を前記スイッチによって任意に断線する断線命令；
のうち少なくとも１つの断線命令を下すことを特徴とする請求項１７に記載の可変的断線制御方法。

【請求項19】

可変的断線装置が、前記バッテリー間と、複数の前記バッテリーから構成されるバッテリー集合単位間とを、それぞれ電気的に接続または断線させる前記スイッチの接続及び断線を制御することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の可変的断線制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーシステムにおいて外部状況を感知し、感知した危険状況に応じて可変的に個別バッテリー単位の物理的連結を断線して、低容量及び低電圧の安定状態に切り替えるバッテリーシステムの可変的断線装置及び可変的断線制御方法に関する。

【0002】

本出願は、２０１０年９月３０日出願の韓国特許出願第１０−２０１０−００９５３３８号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

【背景技術】

【0003】

従来、構築された電力網では個別的な電力消費主体の電力使用量を予測して電力を供給する。しかし、季節別、時間別に電力使用量が異なり、電力消費主体の増減に合わせて適正電力を供給することは容易ではない。

【0004】

そこで、既存の電力網で地域単位毎に遊休電力を貯蔵しておき、電力の超過需要が発生すれば、貯蔵した遊休電力を供給するスマートグリッドシステム（Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ）やマイクログリッドシステム（Ｍｉｃｒｏ Ｇｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ）が導入されている。スマートグリッドシステム（マイクログリッドシステム）とは、電力の生産、運搬、消費過程に情報通信技術を組み合わせることで、電力供給と消費との相互作用を通じて電力利用の効率性を高めようとする知能型電力網システムである。

【0005】

このようなスマートグリッドやマイクログリッドなどに使用される電力貯蔵用システムには、１つ以上の大型バッテリーシステムが設けられて電力の貯蔵及び供給を制御する。大型バッテリーシステムは、電力貯蔵及び供給の最小単位であるセル、複数のセルの集合体であるモジュール、複数のモジュールの集合体であるバッテリーパック、バッテリーパックの集合体であるシステム、及び複数のシステムの集合体であるプラント（ｐｌａｎｔ）などで構成される。このように、大型バッテリーシステムはバッテリー単位であるセル、モジュール、バッテリーパック、システムなどの物理的連結が多くなるほど高容量、高電圧の電力貯蔵及び供給が可能になる。

【0006】

通常、大型バッテリーシステムは、上述したように、バッテリー単位の物理的連結を増減させることで電力の容量及び電圧を調節できるが、初期設置から時間が経つほど、電力需要の増加と伴って大型化及び高電圧化する。したがって、大型バッテリーシステムの安定性がさらに求められる。しかし、大型バッテリーシステムの場合、その規模が増加することで自然災害（地震、浸水、台風）に晒されるか、または、火事、漏電などその他の事故に遭った場合、一層高い危険に直面することになる。

【0007】

例えば、バッテリーシステム内の一部のバッテリー単位で発生したちょっとした問題が、周辺のバッテリーに影響を及ぼすことで、感電、火事、爆発の大型事故につながる恐れがある。

【0008】

したがって、バッテリーシステムでは、必要に応じてバッテリー単位間の個別的及び地域的の連結及び断線を制御することで、高容量、高電圧状態と低容量、低電圧状態との間で相互切替できる技術が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００６−２３８６１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーシステムにおいてバッテリー単位の物理的連結を可変的に断線制御することで、低容量、低電圧状態に切り替えることを目的とする。

【0011】

また、本発明による断線制御は、管理者によって手動制御するか、または、外部危険状況を感知するセンサーを通じて感知した状況に応じて断線の程度を可変的に自動制御することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の目的を達成するため、本発明のバッテリーシステムの可変的断線装置によれば、バッテリー集合単位の物理的連結を可変的に断線制御する可変的断線装置において、バッテリー集合単位の連結配線に設けられ、配線を電気的に連結または断線させるスイッチ；前記スイッチにオンまたはオフ信号を印加するスイッチ制御モジュール；及び感知した危険水準に合わせて前記スイッチ制御モジュールを統制し、開閉スイッチの位置、個数及び断線間隔を可変させる断線制御モジュール；を含む。

【0013】

本発明において、前記バッテリー集合単位は、外部電力の供給を受けて貯蔵し、貯蔵した電力を外部に供給するバッテリーセル；複数のバッテリーセルの集合体に該当するバッテリーモジュール；複数のバッテリーモジュールの集合体に該当するバッテリーパック；複数のバッテリーパックの集合体に該当するバッテリーシステム；及び複数のバッテリーシステムの集合体に該当するバッテリープラントのうちいずれか１つまたはこれらの組合せである。

【0014】

また、前記可変的断線装置は、リアルタイムで現在状況を感知し、感知データを断線制御モジュールに伝送するセンサーモジュールをさらに含む。

【0015】

ここで、前記センサーモジュールは、バッテリー集合単位の構造体の内部または外部に設けられるかまたは遠距離に設けられ、温度、湿度、漏電、浸水及び地震のいずれか１つを含む危険状況を感知し、有無線連結によって感知した危険状況情報を断線制御モジュールに伝送する。

【0016】

また、前記断線制御モジュールは、スイッチ制御モジュールに可変的断線または接続の制御信号を出力し、前記制御信号は開閉制御する少なくとも１つ以上のスイッチの識別情報を含む。

【0017】

望ましくは、前記断線制御モジュールは、危険状況と判断される断線レベルであるほど、バッテリー集合単位の断線間隔を短くする。

【0018】

ここで、前記断線制御モジュールは、管理者の手動命令または外部ネットワーク命令を受信し、対応する接続命令または断線命令をスイッチ制御モジュールに伝送する。

【0019】

また、前記断線制御モジュールは、画面出力手段及びデータ入力手段と連結された入出力インターフェースと連結され、前記データ入力手段から入力された管理者の手動入力を前記入出力インターフェースを通じて受信し、対応する接続命令及び断線命令を前記スイッチ制御モジュールに伝送する機能；及び通信手段と連結され、中央統制所から前記通信手段を通じて有無線方式で接続命令及び断線命令を受信し、前記スイッチ制御モジュールに伝送する機能の少なくとも１つの機能を備える。

【0020】

より望ましくは、前記断線制御モジュールは、浸水状況が感知される場合、感電事故予防のためにバッテリーセル単位に断線する断線命令；危険状況を感知したものの電力供給に問題がない場合、順次断線されたバッテリー構成モジュールに入れ替えて接続するため、並列連結の一部を断線する断線命令；バッテリー構成モジュールのメンテナンスのためにバッテリーシステムに作業者が入る場合、管理者の手動命令で作業者の安全許容値以下の電圧単位に断線する断線命令；バッテリーシステム構造物のゲートと連動し、センサーモジュールからゲート開放の感知データを受信すれば自動的に作業者の安全許容値以下の電圧単位に断線する断線命令；またはバッテリーシステムで予備用バッテリーとして活用するために並列連結を任意に断線する断線命令；を下すことができる。

【0021】

上記の目的を達成するため、本発明のバッテリー集合体によれば、可変的断線装置とバッテリー集合単位とを含み、可変的断線装置がバッテリー集合単位及びバッテリー集合単位の任意の組合せに対して可変的断線を制御する。

【0022】

また、上記の目的を達成するため、本発明のバッテリーシステムの可変的断線制御方法によれば、可変的断線装置を用いてバッテリー集合単位の物理的連結を可変的に断線制御する可変的断線制御方法は、（Ｓ１１）前記可変的断線装置のセンサーモジュールが現在状況を感知して断線制御モジュールに伝送する段階；（Ｓ１２）断線制御モジュールが前記センサーモジュールから現在状況の感知データを受信して危険状況を判断した後、断線レベルを決定する段階；（Ｓ１３）決定された断線レベルが既に接続されているスイッチ制御モジュールの断線を示す場合、断線制御モジュールがスイッチ制御モジュールに断線命令を伝送する段階；（Ｓ１４）スイッチ制御モジュールが断線命令を受信し、対応するスイッチの物理的連結を断線に切り替える段階；（Ｓ１５）前記段階（Ｓ１２）の後、決定された断線レベルが既に断線されたスイッチ制御モジュールの断線を解除することを示す場合、断線制御モジュールがスイッチ制御モジュールに接続命令を伝送する段階；及び（Ｓ１６）スイッチ制御モジュールが接続命令を受信し、対応するスイッチの物理的連結を接続に切り替える段階；を含む。

【0023】

本発明によれば、大型バッテリーシステムに対して浸水、火事などの感電、爆発危険状況を感知し、バッテリー単位の物理的接続を可変的に断線及び連結制御することで、低容量、低電圧状態に安定化させることができる。

【0024】

また、季節別、時期別の電力需給状況に合わせて断線及び連結を制御することで、可変的に電源の需給を調節することができる。

【0025】

さらに、バッテリーシステムをメンテナンスするときにも、断線及び連結を制御することで、作業者が低容量、低電圧の安全状態で作業することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

【図1】本発明の一実施例によるバッテリーシステムにおける状況毎の可変的断線を示した概念図である。

【図2】本発明の一実施例によるバッテリーシステムにおける状況毎の可変的断線を示した概念図である。

【図3】本発明の一実施例によるバッテリー集合単位の概念図である。

【図4】本発明の一実施例によるバッテリーシステムの例示図である。

【図5】本発明の一実施例による可変的断線装置の概略的構成図である。

【図6】本発明の一実施例による断線制御モジュールの構成図である。

【図7】本発明の一実施例によるセンサーモジュールの実施概念図である。

【図8】本発明の一実施例による可変的断線制御方法を示した概略的フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

【0028】

＜１．装置構成＞
図１及び図２には、本発明の一実施例によるバッテリーシステムにおける状況毎の可変的断線装置の技術概念が示されている。

【0029】

本発明のバッテリーシステムにおいて、電力の貯蔵及び供給主体の最小単位はバッテリーセル１０１である。大型バッテリーシステムはバッテリーセル１０１単位を相互直列または並列で連結し、大容量高電圧の電力を供給することができる。

【0030】

本発明による可変的断線装置は、大型バッテリーシステムで地震、浸水、火事などの非常状況が発生するとき、その状況を感知して危険状況と判断されれば、感電や爆発などの災害事故を防止するため、可変的にバッテリーセル１０１間の連結を断線して低容量、低電圧の状態に切り替える。また、可変的断線装置は、大型バッテリーシステムのメンテナンスが必要なときや、一部のバッテリー単位に休止期を適用するときなど、必要に応じてバッテリーセル１０１の断線間隔を可変的に調整して断線することができる。

【0031】

まず、図１を参照すれば、「状況Ａ」では個別バッテリーセル１０１の間の連結を断線してバッテリーシステムを安定化させる。また、「状況Ｂ」では２個のバッテリーセル１０１からなるバッテリーセルグループの間の連結を断線してバッテリーシステムを安定化させる。ここで、「状況Ａ」が「状況Ｂ」より断線間隔が短いため、より安定的な状態にバッテリーシステムが切り替えられる。

【0032】

次に、図２を参照すれば、図１の「状況Ａ」及び「状況Ｂ」の直列連結の断線と違って、「状況Ｃ」ではグループ化されたバッテリーセル１０１の間の並列連結を断線してバッテリーシステムを安定化させる。一方、「状況Ｃ」では、総８個のバッテリーセル１０１が充電完了した状態で並列連結が断線されれば、上方４個のバッテリーセル１０１が使用され、断線された下方４個のバッテリーセル１０１は予備用バッテリーとして残される。その後、並列連結が回復した後、新たな電力供給の主体として使用することができる。

【0033】

図３は、本発明の一実施例によるバッテリー集合単位１００を階層的に示した概念図である。

【0034】

本発明の一実施例によるバッテリー集合単位１００は、その内部を構成するバッテリー単位で区分され、最小単位はバッテリーセル１０１である。ここで、バッテリーセルは正極、負極及びセパレータを含む単位セルであって、電力貯蔵及び供給の最小単位である。複数のバッテリーセル１０１が相互連結されて集合体を成せば、バッテリーモジュール１０２単位になる。複数のバッテリーモジュール１０２が相互連結されて集合体を成せば、バッテリーパック１０３になる。複数のバッテリーパック１０３が相互連結されて集合体を成せば、バッテリーシステム１０４になる。個別バッテリー集合単位及びそれらの任意組合せはバッテリー集合体を構成する。

【0035】

バッテリーシステム１０４は、本発明が適用される大型バッテリーシステム１０４に該当し、スマートグリッド（マイクログリッド）地域に設置し得る最小単位になる。また、複数のバッテリーシステム１０４が相互連結されれば、バッテリープラント（ｐｌａｎｔ）１０５になる。勿論、バッテリープラント１０５が最大の容量及び電圧を保有する電力源である。

【0036】

本発明による可変的断線装置は、バッテリー集合単位１００に該当するバッテリーセル１０１、バッテリーモジュール１０２、バッテリーパック１０３、バッテリーシステム１０４、バッテリープラント１０５及びこれらの組合せに対し、それぞれの下部バッテリー単位毎に可変的に連結を断線して大型バッテリーシステムの安定性を確保する。
説明の便宜上、図１、図２、図６ではバッテリーの断線単位をバッテリーセル１０１として示したが、実際の断線単位はバッテリーセル１０１は勿論、バッテリー集合単位１００に該当するバッテリーモジュール１０２、バッテリーパック１０３、バッテリーシステム１０４及びバッテリープラント１０５であり得る。

【0037】

図４には、本発明の一実施例によるバッテリーシステム１０４が示されている。

【0038】

バッテリーシステム１０４は、収容装置に複数のバッテリー単位が収容され、それぞれのバッテリー単位が並列または直列で連結された配線構造を有する。図４では、３個のバッテリーモジュール１０２が相互連結されて１層のバッテリーパック１０３を形成し、３層のバッテリーパック１０３が相互連結されてバッテリーシステム１０４を構成しているが、図示されたバッテリーシステム１０４は一例示に過ぎず、構成方式が限定されることはない。

【0039】

図５は、本発明の一実施例による可変的断線装置１を示した概略的構成図である。

【0040】

本発明の一実施例による可変的断線装置は、複数のスイッチ１１、スイッチ制御モジュール１２及び断線制御モジュール１４を含む。

【0041】

前記スイッチ１１はバッテリー集合単位１００の間を連結する配線に設けられるが、可変的断線（ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ）及び断線解除（ｃｏｎｎｅｃｔ）を行おうとする配線に選択的に設けられる。個別スイッチ１１としては、半導体スイッチや機械的リレースイッチなど配線の電気的連結を制御できると知られた公知のスイッチ手段であれば制限なく使用することができる。

【0042】

前記バッテリー集合単位１００は、バッテリーセル１０１、バッテリーモジュール１０２、バッテリーパック１０３、バッテリーシステム１０４及びバッテリープラント１０５からなる群より選択された少なくとも１つまたはこれらの組合せで構成することができる。したがって、前記スイッチ１１は、バッテリーセル１０１とセル１０１との間、バッテリーモジュール１０２とモジュール１０２との間、バッテリーパック１０３とパック１０３との間、バッテリーシステム１０４とシステム１０４との間、及びバッテリープラント１０５とプラント１０５との間に、所定の配置周期で設けることができる。ここで、配置周期とは、スイッチ１１が設けられる間隔を意味する。例えば、配置周期が３であれば、３個のバッテリー集合単位１００毎にスイッチ１１が１つずつ設けられることを意味する。また、前記配置周期は安定性、充電容量など必要に応じて可変的に調節することができる。

【0043】

前記スイッチ制御モジュール１２は、断線制御モジュール１３からスイッチ１１のオンまたはオフの動作制御信号の印加を受け、各スイッチ１１に開閉信号を印加し、スイッチ１１が設けられた配線の電気的連結を断線または断線解除（接続）させる。前記スイッチ制御モジュール１２は、アナログフロントエンド回路（ａｎａｌｏｇ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）のような通常のアナログ回路を使用して具現することができる。しかし、本発明がそれに限定されることはない。

【0044】

前記断線制御モジュール１４は、断線レベルを決定し、決定された断線レベルに従ってスイッチ制御モジュール１２に断線命令を伝送し、状況毎の水準に合わせた可変的断線を制御する。ここで、前記断線命令は、開閉制御される個別スイッチ１１を識別する情報を含み、スイッチ制御モジュール１２にスイッチ１１の開閉動作信号（ｃｏｎｎｅｃｔ ｏｒ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ）を印加する情報である。

【0045】

望ましくは、本発明の一実施例による可変的断線装置１は複数のセンサーで構成されるセンサーモジュール１３をさらに含むことができる。前記センサーモジュール１３は、温度、湿度、漏電、浸水、地震などを含む危険状況を感知し、リアルタイムで断線制御モジュール１４に伝送する。また、センサーモジュール１３はバッテリーシステムの構造体ゲートに設けられ、ゲート開閉状態を断線制御モジュール１４に伝送することができる。前記センサーモジュール１３の設置個数及び設置位置に特別な制限はなく、バッテリーシステムの内部に設けられても良く、遠距離位置に設けられても良い。また、センサーモジュール１３と断線制御モジュール１４との間のデータ通信は、有線通信であっても良く、無線通信であっても良い。

【0046】

さらに、前記断線制御モジュール１４は、管理者から手動入力を受け、スイッチ１１の開閉を制御することができる。管理者の手動制御のために、断線制御モジュール１４は入出力Ｉ／Ｆ１５と連結され、入出力Ｉ／Ｆ１５は画面出力手段１６及びデータ入力手段１７と連結される。したがって、管理者は画面出力手段１６（例えば、モニター）を通じてセンサーモジュール１３のセンサー値、バッテリー動作現況などのバッテリー運営情報をモニタリングする過程で、必要に応じてデータ入力手段１７（例えば、キーボード）より断線命令を入力することができる。

【0047】

より望ましくは、前記断線制御モジュール１４は外部端末から断線命令をネットワークを介して受信し、スイッチ１１の開閉を制御することができる。外部ネットワーク制御のため、断線制御モジュール１４は有線または無線の通信モジュール１８と連結され、通信モジュール１８から有無線伝送された断線命令を受信する。

【0048】

図６は、本発明の一実施例による断線制御モジュール１４の動作を例示する。

【0049】

前記断線制御モジュール１４は、可変的断線装置１の運用戦略、内／外部的危険程度、システムメンテナンスなどのイベント発生状況に応じて連結配線の断線及び接続を制御する。

【0050】

望ましくは、断線制御モジュール１４はセンサーモジュール１３が感知したイベント発生状況に応じて断線レベルを決定し、断線命令または接続命令をスイッチ制御モジュール１２に指令する。

【0051】

さらに、断線制御モジュール１４は、管理者からの手動入力を受けて対応する接続命令又は断線命令をスイッチ制御モジュール１２に伝送でき（ローカル指令）、遠距離中央統制所から有無線ネットワーク連結を介して接続命令及び断線命令を受信してスイッチ制御モジュール１２に伝送することができる（遠隔指令）。参考までに、前記有無線ネットワークは、代表的に移動通信網、インターネットのような有無線公衆網や専用網などのように多様なプロトコルを用いてデータ通信が可能な全ての通信網を含む。

【0052】

ここで、前記断線命令は、断線レベルに合わせて断線すべきスイッチ１１の識別情報を含むが、危険状況であるほどバッテリー集合単位１００の断線間隔を短くする。上述したように、図１では「状況Ａ」の断線間隔が「状況Ｂ」より短いため、「状況Ａ」が低容量、低電力の安定化状態である。

【0053】

他にも、断線制御モジュール１４は、次のような多様な状況毎の断線命令を指令することができる。浸水状況が感知される場合、感電事故を予防するため、最小単位であるバッテリーセル１０１単位で断線命令を下す。危険状況を感知したもののバッテリーの使用には問題がない場合、並列連結の一部を切って残りの連結されたバッテリーのみを使用し、順次断線されたバッテリーに入れ替えて連結回復させる接続命令を下す。バッテリーシステムで予備用バッテリーとして活用するために、並列連結を任意に断線する断線命令を下すこともある（図２参照）。また、バッテリー集合単位１００のメンテナンスのためにバッテリーシステムの内部に作業者が入る場合、安全を確保するために求められる電圧（例えば、３０ボルト以下）に断線するか、又は、バッテリーシステム構造物のゲートと連動し、センサーモジュールからゲート開放の感知データを受信すれば自動的に安全水準許容値以下に切り替える断線命令を下すことができる。

【0054】

図７には、本発明の一実施例によるセンサーモジュール１３の実施概念が示されている。

【0055】

図を参照すれば、前記センサーモジュール１３はバッテリー集合体１１０に直接設けることができる。ここで、バッテリー集合体１１０は本発明の可変断線装置によって制御されるバッテリーシステムを含む概念である。さらに、前記バッテリー集合体１１０は、複数のバッテリー集合単位１００が位置する構造体を含む概念まで拡張され得る。

【0056】

前記センサーモジュール１３の設置位置は、危険状況感知に好適な地点であれば特に限定されない。例えば、センサーモジュール１３は、バッテリーは勿論、構造体の内面、外面及びゲートに設けられて温度、湿度、漏電、浸水、地震などを含む危険状況を感知し、感知データを断線制御モジュール１４に伝送する。また、作業者が出入りするゲートに開閉感知用ゲートセンサーを設けることもできる。ゲートが開放された場合、断線制御モジュール１４がゲートセンサーから開放状態の感知データを受信した後、電圧を安定レベル以下（例えば、３０ボルト以下）に落とす断線措置を取ることができる。

【0057】

前記バッテリー集合体１１０は、複数のバッテリーシステムが集合されているバッテリープラントである。前記バッテリープラントは外部環境からバッテリーシステムを保護し得る空間に構築される。前記バッテリー集合体には、バッテリープラントの温度及び湿度を適した水準に維持するための空調装置、火事を消すための消化装置などが設けられることが望ましい。また、バッテリープラントには、バッテリープラントを構成するそれぞれのバッテリーシステムの充放電制御、画面モニタリング、各種保護動作、外部との通信、本発明による可変的断線動作を行う断線制御モジュール１４が設けられることが望ましい。

【0058】

上述した大型バッテリーシステムの可変的断線装置を構成する個別構成要素の詳細な機能及び動作は、後述する方法構成にて詳しく説明する。

【0059】

＜２．方法構成＞
本発明の一実施例によるバッテリーシステムの可変的断線制御方法は、上述した可変的断線装置の構築を通じて好適に実現することができる。

【0060】

図８には、本発明の一実施例による可変的断線制御方法の概略的なフローが示されている。

【0061】

バッテリーシステムでは、個別バッテリー集合単位１００を対象に、電力貯蔵及び供給を制御及び監視する。ここで、制御及び監視は自動化運用戦略に従って運用されることもでき、管理者の手動入力及び有無線ネットワークを介して中央統制所から伝送された指令に従って運用されることもできる。バッテリー集合単位１００の例示は、図３及び図４を参照して既に説明した。

【0062】

バッテリーシステムの電力需給運用過程において、本発明による可変的断線装置のセンサーモジュール１３は温度、湿度、漏電、浸水及び地震のいずれか１つを含む危険状況及びゲート開閉状態などの感知データを断線制御モジュール１４に伝送する（Ｓ１１）。センサーモジュール１３は複数のセンサーで構成でき、個別センサーはそれぞれ相異なる位置に設けることができ、有無線通信によって断線制御モジュール１４に感知データを伝送する。

【0063】

断線制御モジュール１４は、リアルタイムまたは定められた周期毎にセンサーモジュール１３から感知データを受信して危険状況を判断した後、断線レベルを決定する（Ｓ１２）。ここで、断線レベルは、制御対象のスイッチ１１、断線または接続如何、断線間隔などの情報を含む断線命令及び接続命令を決定する情報である。危険状況であるほど、最小単位であるバッテリーセル１０１単位のスイッチ１１の断線制御が発生し、その断線間隔も短くなる。

【0064】

断線レベルが断線命令である場合、断線制御モジュール１４はスイッチ制御モジュール１２に断線命令を伝送し、スイッチ制御モジュール１２が断線制御モジュール１４から断線命令を受信する（Ｓ１３）。スイッチ制御モジュール１２は制御対象のスイッチ１１に断線信号（スイッチオフ）を印加し、該当スイッチ１１は配線連結を断線する（Ｓ１４）。

【0065】

もし、断線レベルが接続命令である場合、断線制御モジュール１４はスイッチ制御モジュール１２に接続命令を伝送し、スイッチ制御モジュール１２は断線制御モジュール１４から接続命令を受信する（Ｓ１５）。その後、スイッチ制御モジュール１２は制御対象のスイッチ１１に接続信号（スイッチオン）を印加し、該当スイッチ１１は配線を連結する（Ｓ１６）。接続の後は、バッテリーシステムが断線以前の状態に復元する。

【0066】

ここで、前記断線命令及び接続命令は、図３に示したバッテリー集合単位１００のそれぞれのバッテリー単位毎に送信することができる。例えば、バッテリーシステム１０４単位で命令するより、バッテリーセル１０１単位で命令することが、より細かく電力の容量と電圧を制御することができる。また、断線間隔を短くするほど、低容量、低電圧単位の安定状態が得られる。

【0067】

一方、断線制御モジュール１４は、センサーモジュール１３が感知した外部状況データの断線レベルに合わせて自動で制御することができ、管理者から手動入力を受けてスイッチ制御モジュール１２の断線及び接続を制御することもできる。さらに、中央統制所からネットワークを介して命令を受信した後、断線または接続を制御することができる。

【0068】

上述したように、本発明による大型バッテリーシステムの可変的断線装置及び可変的断線制御方法の実施例が構成される。

【0069】

以上、本発明を限定された実施例と図面に基づいて説明したが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】