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KR200455333Y1 - 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템 - Google Patents

비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템 Download PDF

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KR200455333Y1
KR200455333Y1 KR2020110002576U KR20110002576U KR200455333Y1 KR 200455333 Y1 KR200455333 Y1 KR 200455333Y1 KR 2020110002576 U KR2020110002576 U KR 2020110002576U KR 20110002576 U KR20110002576 U KR 20110002576U KR 200455333 Y1 KR200455333 Y1 KR 200455333Y1
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KR
South Korea
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power supply
battery module
battery
power
unit
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KR2020110002576U
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Inventor
권오창
Original Assignee
주식회사 세경테크
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Publication date
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Abstract

본 고안은 무정전 전원공급장치를 사용하는 비상전원 공급시스템과 배터리 감시 시스템을 통합 구성하여 시스템을 간소화하고, 비상 전원 공급시스템에 적용되는 배터리 모듈의 전압, 전류, 온도 상태를 상용전원 사용시와 정전시에 상관없이 지속적으로 감시해줄 수 있도록 하여 상시 배터리 모듈의 상태를 양호하게 유지토록 한 배터리 감시기능을 겸비한 비상 전원 공급시스템에 관한 것이다.
이러한 본 고안은 상용 교류전원을 공급하는 전원공급부와; 전원공급부로부터 공급되는 전원을 사용하는 부하와; 전원공급부와 부하의 사이에 위치되어 전원공급부로부터 공급되는 전원을 부하측으로 연결해주는 유피에스와; 다수의 베터리 셀이 직렬 또는/및 병렬로 연결되고, 유피에스와 전기적으로 통하도록 연결되어 전원공급부로부터 인가된 교류전원이 유피에스를 통해 직류전원으로 변환되어 저장되는 배터리 모듈과; 전원공급부측에서 부하측으로 과전류가 흐를 경우 전원공급을 차단하도록 유피에스와 배터리 모듈의 사이에 위치되는 퓨즈를 갖는 퓨즈박스와; 퓨즈박스와 배터리 모듈을 연결하는 전원선상에 연결된 전압센서와 전류센서를 통해 배터리 모듈의 전압과 전류량을 감지하며, 배터리 모듈에 설치된 온도센서를 통해 배터리 모듈의 온도를 감지하고, 각 센서의 감지신호를 연산하여 외부로 표시하는 배터리 감시부로 구성된다.

Description

비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템{Emergency power supplying and battery monitoring total system}
본 고안은 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무정전 전원공급장치를 사용하는 비상전원 공급시스템과 배터리 감시 시스템을 통합 구성하여 시스템을 간소화하고, 비상 전원 공급시스템에 적용되는 배터리 모듈의 전압, 전류, 온도 상태를 상용전원 사용시와 정전시에 상관없이 지속적으로 감시해줄 수 있도록 하여 상시 배터리 모듈의 상태를 양호하게 유지토록 한 것이다.
주지하다시피, 이차전지로 된 배터리(이하, 배터리로 통칭함)는 충방전에 의해 내부 활물질이 산화-환원되는 전기화학적 반응을 통해 화학 에너지와 전기 에너지 간의 변환이 이루어진다. 이러한 배터리의 성능은 충전 방법, 방전 깊이, 보관 및 사용시의 온도, 부하율(load level) 및 충방전 횟수 등에 영향을 받는다.
또한, 최근의 배터리는 높은 에너지 밀도와 가벼운 질량을 갖는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 또는 연료 전지쪽으로 주로 개발되고 있으며, 산업용, 자동차용, 휴대용 또는 이동용 전원 장치에 다양하게 사용되고 있다.
이러한 배터리를 산업용으로 사용하는 경우에는 단일 배터리 셀을 직렬 및 또는 병렬로 연결하여 하나의 배터리 모듈을 형성하여 사용하게 된다.
최근에는 정전시에도 부하측에 안정적으로 전원을 공급하기 위해 배터리 모듈과 유피에스(Uninterruptible Power Supply, 무정전 전원공급장치)를 사용한 비상전원 공급시스템을 구축하여 사용하고 있는데, 이러한 비상전원 공급시스템은 한전으로부터 공급되는 전원이 유피에스를 거쳐 부하측으로 연결되도록 하고, 유피에스는 배터리 모듈과 전기적으로 연결되도록 하여 평상시에는 부하측으로 상용전원이 직접 공급되도록 함과 동시에 배터리 모듈을 부동충전으로 상시 만충전상태로 유지토록 하고, 정전발생시에는 유피에스를 통해 배터리 모듈의 직류전원을 교류전원으로 변환시켜 부하측에 공급되도록 함으로써 상시 안정적인 전원공급을 통해 정전으로 인한 부하측 피해가 발생되지 않도록 구성하게 된다.
그런데, 배터리 모듈은 1차 상용전원이 공급불능일 경우를 대비하여 사용하는 2차 예비전원으로서, 그 상태가 항상 양호하여야 함은 물론 설치되어진 용도에 맞게 본래의 성능을 가져야 하는데, 산업용으로 적용하기 위해 다수 개의 배터리 셀을 연결하여 하나의 배터리 모듈로 사용하는 경우 각 배터리 셀이 지닌 화학적 차이, 물성적 차이, 노후화의 차이 등으로 인해 해당 각 셀 간의 전압차가 발생하게 되며, 이것을 방치하고 그대로 배터리 셀을 사용하는 경우에는 시간이 지남에 따라 전압이 낮은 셀은 더욱 낮아지게 되고, 결국에 배터리 모듈 혹은 배터리 팩(Pack) 전체를 새것으로 교체해야 함으로써 전체적인 배터리 수명이 단축되어 경제적인 손실을 초래하게 되는 문제가 있다.
이를 감안하여 각 배터리 셀 또는 조단위의 배터리 모듈에 전압센서, 전류센서, 온도센서 등을 부착하고, 각 센서로부터 지속적으로 감지신호를 받아 각 배터리 셀 또는 조단위의 배터리 모듈의 전압, 전류 또는 온도의 이상 유무를 감시하는 배터리 감시 시스템을 일부 적용하고는 있으나, 이러한 배터리 감시 시스템과 유피에스를 사용한 비상전원 공급시스템이 각각 별도의 시스템으로 이루어지는 관계로 각각의 시스템 설치를 위한 설비비가 많이 소요될 수밖에 없으며, 배터리 셀의 이상이 발견되어 배터리를 교체할 때 배터리 모듈과 연결된 전원을 모두 오프시킨 상태에서 교체해주어야 하였으므로 배터리 교체시간 동안 부하에 전원을 공급하지 못하는 단점이 있을 수밖에 없다.
또한, 이차 전지로 된 배터리 셀은 과충전 및 과방전에 취약하고, 온도에 따른 전압의 변화가 생길 수 있으므로 유피에스로부터 배터리 모듈로 가해지는 전압과 전류 등을 충전시 또는 방전시와 상관없이 상시 감시하여 과충전 및 과방전을 방지해주는 것이 필요하며, 배터리 모듈의 온도 역시 실시간으로 감시하여 온도에 따른 배터리의 전압변화를 미리 예측할 수 있도록 함이 바람직한데, 비상전원 공급시스템과 배터리 감시 시스템이 별도로 이루어져 있게 되면 유피에스로부터 배터리 모듈에 가해지는 실시간 전압 또는 전류 변화량, 또 배터리 모듈의 온도를 직접적으로 감시하지 못하는 단점도 있었으며, 특히 정전이 발생되어 배터리 모듈의 전원이 부하측에 인가됨에 따라 발생되는 전압, 전류, 온도의 변화량 및 그 데이터를 실시간으로 감시하지 못함은 물론 정전 복구후 변화된 데이터를 실시간으로 파악하지 못하여 배터리의 관리가 제대로 이루어지지 못하는 단점도 있었다.
본 고안은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 무정전 전원공급장치를 사용하는 비상전원 공급시스템과 배터리 감시 시스템을 통합 구성하여 시스템을 간소화하고, 비상 전원 공급시스템에 적용되는 배터리 모듈의 전압, 전류, 온도 상태를 상용전원 사용시와 정전시에 상관없이 지속적으로 감시해줄 수 있도록 하여 상시 배터리 모듈의 상태를 양호하게 유지토록 한 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 고안은, 상용 교류전원을 공급하는 전원공급부; 상기 전원공급부로부터 공급되는 전원을 사용하는 부하; 상기 전원공급부와 상기 부하의 사이에 위치되어 상기 전원공급부로부터 공급되는 전원을 상기 부하측으로 연결해주는 유피에스; 다수의 베터리 셀이 직렬 또는/및 병렬로 연결되고, 상기 유피에스와 전기적으로 통하도록 연결되어 상기 전원공급부로부터 인가된 교류전원이 상기 유피에스를 통해 직류전원으로 변환되어 저장되는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈측에서 상기 부하측으로 과전류가 흐를 경우 전원공급을 차단하도록 상기 유피에스와 상기 배터리 모듈의 사이에 위치되는 퓨즈를 갖는 퓨즈박스; 및 상기 퓨즈박스와 상기 배터리 모듈을 연결하는 전원선상에 연결된 전압센서와 전류센서를 통해 상기 배터리 모듈의 전압과 전류량을 감지하며, 상기 배터리 모듈에 설치된 온도센서를 통해 상기 배터리 모듈의 온도를 감지하고, 상기 각 센서의 감지신호를 연산하여 외부로 표시하는 배터리 감시부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 배터리 감시부는 상기 각 센서의 감지신호를 연산하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서를 통해 연산된 정보를 수치적으로 외부로 표시해주는 디스플레이부를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 감시부에는 원격으로 중앙 감시반에 RS485로 된 직렬통신 및 TCP/IP를 이용한 인터넷통신을 통해 상기 배터리 모듈의 전압, 전류, 온도에 관한 데이터를 전달하는 인터페이스부가 더 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 퓨즈박스에는 상기 배터리 모듈의 수리 교체시 상기 배터리 모듈로 인가되는 전원을 차단하기 위한 배선용 차단기가 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 모듈과 상기 퓨즈박스 사이를 연결하는 전원선 중 어느 하나의 선상에는 션트저항이 직렬로 연결되고, 상기 션트저항은 상기 배터리 감시부의 전류센서와 연결되어 상기 배터리 모듈의 전류량을 감지토록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 감시부에는 상기 배터리 모듈의 이상 발생시 외부로 경보를 해주기 위한 경보음발생부가 더 구비될 수도 있다.
본 고안은 무정전 전원공급장치를 사용하는 비상전원 공급시스템과 배터리 감시 시스템이 통합 구성되는 것이므로 시스템이 매우 간소화되어 설비비를 절감할 수 있으며, 비상 전원 공급시스템에 적용되는 배터리 모듈의 전압, 전류, 온도 상태를 상용전원 사용시와 정전시에 상관없이 지속적으로 감시해줄 수 있어 상시 배터리 모듈의 상태를 양호하게 유지할 수 있음은 물론 배터리 모듈의 이상 발생시 조기에 발견하여 대처할 수 있는 것이며, 배터리 모듈의 이상이 발견되더라도 유피에스로부터 부하측으로 인가되는 전원은 차단하지 않고 배선용 차단기를 오프하여 배터리 모듈측으로 인가되는 전원만 차단한 상태에서 배터리 모듈 수리 교체작업이 이루어질 수 있어 안정적인 전원 공급이 가능해지는 이점도 있게 된다.
도 1은 본 고안에 따른 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템의 블록 구성도.
도 2는 본 고안에 따른 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템의 회로 구성도.
도 3은 본 고안에 따른 배터리 감시부의 사시도.
이하, 본 고안을 제시되는 실시예 및 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.
본 고안은 무정전 전원공급장치를 사용하는 비상전원 공급시스템과 배터리 감시 시스템이 통합 구성한 것으로, 도시한 바와 같이 한전과 같이 상용 교류전원을 공급하는 전원공급부(10)로부터 부하(20)측으로 전원을 공급할 때 전원공급부(10)와 부하(20)의 사이에는 유피에스(30)가 위치되어 전원공급부(10)로부터 공급되는 전원을 부하(20)측으로 연결해주게 된다.
유피에스(30)에는 상용전원이 정전될 때를 대비한 2차 예비전원으로서 배터리 모듈(40)이 연결되어 전원공급부(10)로부터 인가된 교류전원이 유피에스(30)를 통해 직류전원으로 변환되어 저장되도록 구성되고, 이러한 배터리 모듈(40)은 다수의 베터리 셀이 직렬 또는/및 병렬로 연결되어 이루어지게 된다. 물론, 이러한 배터리 모듈(40)은 배터리 셀이 직렬 또는/및 병렬로 연결되어 조를 이루고, 이러한 조단위로 된 것이 다수개 구성될 수도 있음은 자명하다.
또한, 배터리 모듈(40)측에서 부하(20)측으로 과전류가 흐를 경우 전원공급을 차단하여 부하(20)측을 보호할 수 있도록 유피에스(30)와 배터리 모듈(40)의 사이에는 퓨즈(51)를 갖는 퓨즈박스(50)가 위치되며, 퓨즈박스(50)에는 배선용 차단기(MCCB)(52)를 구비하여 배터리 모듈(40)의 수리 교체시 유피에스(30)에서 부하(20)측으로 인가되는 메인전원은 차단하지 않고 배선용 차단기(52)만 차단할 수 있도록 구성된다.
또한, 퓨즈박스(50)와 배터리 모듈(40)을 연결하는 전원선상에는 전압센서(61)와 전류센서(62)가 연결되고, 배터리 모듈(40)에는 온도센서(63)가 설치되며, 각 센서(61)(62)(63)의 감지신호를 연산하여 외부로 표시해주는 배터리 감시부(60)가 더 구비되는데, 배터리 감시부(60)는 도면에 도시한 바와 같이 박스 형태로 구성할 수 있으며, 각 센서(61)(62)(63)의 감지신호를 연산하는 마이크로 프로세서(64)와, 마이크로 프로세서(64)를 통해 연산된 정보를 수치적으로 외부로 표시해주는 LCD 등으로 이루어진 디스플레이부(65)를 구비하여 이루어진다.
이때, 배터리 감시부(60)의 전압센서(61)는 퓨즈박스(50)와 배터리 모듈(40)을 연결하는 전원선에 연결하여 그 전압을 그대로 감지하면 되지만 전류를 측정하기 위해서는 별도의 전류 측정용 저항이 필요하며, 이를 위해 본 고안에서는 배터리 모듈(40)과 퓨즈박스(50) 사이를 연결하는 전원선 중 어느 하나의 선상에 션트저항(53)을 직렬로 연결하고, 션트저항(53)에는 배터리 감시부(60)의 전류센서(62)를 연결하여 배터리 모듈(40)의 전류량을 감지토록 구성하게 된다.
또한, 배터리 감시부(60)에는 배터리 모듈(40)의 이상 발생시 외부로 경보를 해주기 위한 경보음발생부(66)를 더 구비하여 신속하게 대처할 수 있도록 구성할 수도 있다.
한편, 산업현장에서는 많은 작업장이 있으므로 각 작업장에 적용되는 비상전원 공급시스템의 배터리 모듈(40)의 상태를 중앙에서 제어할 수 있도록 구성할 필요가 있으며, 이를 위해 본 고안에서는 배터리 감시부(60)에 원격으로 중앙 감시반(70)에 RS485로 된 직렬통신 및 TCP/IP를 이용한 인터넷통신을 통해 당해 배터리 모듈(40)의 전압, 전류, 온도에 관한 데이터를 전달하는 인터페이스부(67)를 더 구비하여 관리의 편의성을 도모할 수 있도록 구성하게 된다.
이와 같이 구성된 상태에서 한전과 같은 전원공급부(10)로부터 교류전원이 유피에스(30)를 거쳐 부하(20)측으로 인가되어 사용자는 이러한 교류전원을 사용하여 작업을 수행할 수 있으며, 유피에스(30)에는 다수의 배터리 셀이 직렬 또는/및 병렬로 연결되어 이루어진 배터리 모듈(40)이 연결되어 있어 전원공급부(10)로부터 인가되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 배터리 모듈(40)에 축전시켜 상시 만충전 상태를 유지하게 된다.
이때, 배터리 감시부(60)에서는 퓨즈박스(50)와 배터리 모듈(40) 사이의 전원선상에 연결된 전압센서(61)와 전류센서(62)를 통해 상시 전압과 전류량을 감지하게 되며, 또 배터리 모듈(40)에 설치되어 있는 온도센서(63)를 통해서도 상시 배터리 모듈(40)의 온도를 감지하게 되며, 이러한 각 센서(61)(62)(63)의 감지신호가 배터리 감시부(60)의 마이크로 프로세서(64)에 전달되어 마이크로 프로세서(64)에서는 이를 연산하여 디스플레이부(65)를 통해 외부로 수치적으로 표시해주게 되므로 배터리 모듈(40)의 이상유무를 쉽게 파악할 수 있어 배터리 모듈(40)의 과충전 또는 과방전을 방지해줄 수 있는 것이다. 물론, 각 센서(61)(62)(63)의 측정간격은 최소 1분에서 최대 360분으로 적용장소에 맞게 최적화할 수 있음은 자명하다.
또한, 이러한 배터리 모듈(40)의 전압, 전류, 온도에 대한 데이터가 RS485로 된 직렬통신 및 TCP/IP를 이용한 인터넷통신으로 된 인터페이스부(67)를 통해 중앙 감시반(70)에 전달되어 원거리에서도 많은 수의 배터리 모듈(40)의 상태를 손쉽게 감시 및 관리할 수 있고, 배터리 모듈(40)의 이상 발생시 어느 위치의 배터리 모듈(40)에서 이상이 발생된 것인지를 정확하게 파악할 수 있어 신속한 대처가 가능해지게 된다.
또한, 배터리 모듈(40)의 전압, 전류, 온도 중 어느 하나라도 이상이 발생되면 배터리 감시부(60)의 마이크로 프로세서(64)에서는 경보음 발생부(66)를 통해 경보음을 발생시켜 외부에서 청각적으로 배터리 모듈(40)의 이상 여부를 신속하게 인지할 수 있도록 함으로써 배터리 모듈(40)의 이상시 보다 빠르게 대처할 수 있게 된다.
정전이 발생되면 전원공급부(10)로부터 전원이 인가되지 않으므로 이때에는 유피에스(30)에서 배터리 모듈(40)의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하측에 공급해주게 되며, 부하측에서는 전원 공급의 단절없이 지속적인 작업이 이루어질 수 있게 되는데, 이때에도 배터리 감시부(60)에서는 배터리 모듈(40)의 전압, 전원, 온도를 감지하여 이를 수치적으로 외부로 표시해줌과 동시에 중앙 감시부(70)에 그 데이터를 전달해주게 되므로 중앙 감시부(70)에서는 정전복구후 변화된 데이터를 쉽게 정리하여 후에 누적 데이터로 활용하기 편리해진다.
배터리 모듈(40)에서 이상이 발생되어 배터리 모듈(40)을 수리 교체해야 하는 경우에는 유피에스(30)에서 부하(20)측으로 인가되는 전원은 원래의 상태를 유지한 채 퓨즈박스(50)에 구비된 배선용 차단기(52)만 오프시켜 배터리 모듈(40)로 인가되는 전원만 차단해주게 되므로 부하(20)측에서는 배터리 모듈(40)의 수리교체와 상관없이 안정적인 작업이 이루어질 수 있는 이점도 있게 된다.
그리고, 본 고안에서는 설명하지 않았지만 배터리 감시부(60)의 모든 회로를 절연시켜주게 되면 유피에스(30)에서 발생되어지는 대전류에 의한 유도전기에도 영향을 받지않아 설치시 저압용 트레이를 따라 설치하지 않고 일반적인 트레이를 사용할 수 있어 설치가 용이한 이점이 있게 된다.
또한, 중앙 감시반(70)에서는 저장되어진 데이터를 수시검색하여 특정한 배터리 모듈(40)의 경보음 발생시간 및 지속시간을 확인하여 배터리 모듈(40)의 이상유무를 보다 정확하게 파악할 수 있으며, 배터리 모듈(40)의 교체시기를 예측할 수 있어 배터리 모듈의 관리가 더욱 편리해지는 이점도 있게 된다.
10 : 전원공급부 20 : 부하
30 : 유피에스 40 ; 배터리 모듈
50 ; 퓨즈박스 51 : 퓨즈
52 : 배선용 차단기 53 : 션트저항
60 : 배터리 감시부 61 : 전압센서
62 : 전류센서 63 : 온도센서
64 : 마이크로프로세서 65 : 디스플레이부
66 : 경보음 발생부 67 : 인터페이스부
70 : 중앙 감시반

Claims (6)

  1. 상용 교류전원을 공급하는 전원공급부;
    상기 전원공급부로부터 공급되는 전원을 사용하는 부하;
    상기 전원공급부와 상기 부하의 사이에 위치되어 상기 전원공급부로부터 공급되는 전원을 상기 부하측으로 연결해주는 유피에스;
    다수의 베터리 셀이 직렬 또는/및 병렬로 연결되고, 상기 유피에스와 전기적으로 통하도록 연결되어 상기 전원공급부로부터 인가된 교류전원이 상기 유피에스를 통해 직류전원으로 변환되어 저장되는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈측에서 상기 부하측으로 과전류가 흐를 경우 전원공급을 차단하도록 상기 유피에스와 상기 배터리 모듈의 사이에 위치되는 퓨즈를 갖는 퓨즈박스; 및
    상기 퓨즈박스와 상기 배터리 모듈을 연결하는 전원선상에 연결된 전압센서와 전류센서를 통해 상기 배터리 모듈의 전압과 전류량을 감지하며, 상기 배터리 모듈에 설치된 온도센서를 통해 상기 배터리 모듈의 온도를 감지하고, 상기 각 센서의 감지신호를 연산하여 외부로 표시하는 배터리 감시부를 포함하여서 된 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 감시부는 상기 각 센서의 감지신호를 연산하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서를 통해 연산된 정보를 수치적으로 외부로 표시해주는 디스플레이부를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리 감시부에는 원격으로 중앙 감시반에 RS485로 된 직렬통신 및 TCP/IP를 이용한 인터넷통신을 통해 상기 배터리 모듈의 전압, 전류, 온도에 관한 데이터를 전달하는 인터페이스부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 퓨즈박스에는 상기 배터리 모듈의 수리 교체시 상기 배터리 모듈로 인가되는 전원을 차단하기 위한 배선용 차단기가 구비된 것을 특징으로 하는 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈과 상기 퓨즈박스 사이를 연결하는 전원선 중 어느 하나의 선상에는 션트저항이 직렬로 연결되고, 상기 션트저항은 상기 배터리 감시부의 전류센서와 연결되어 상기 배터리 모듈의 전류량을 감지토록 구성된 것을 특징으로 하는 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 감시부에는 상기 배터리 모듈의 이상 발생시 외부로 경보를 해주기 위한 경보음발생부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 비상전원 공급과 배터리 감시 통합 시스템.
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