KR101245647B1 - Rapid charging system for a battery base on a photovoltaic generation system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3상 PWM(Pulse Width Modulation)컨버터의 전류제어를 통해 상용전원에서뿐만 아니라 태양광시스템의 MPPT(Maximum Power Point Tracking)제어를 수행하고, 이를 통해 최대전력을 공급받아, 급속 충전시스템의 정전압/정전류 병행 제어를 이용하여 배터리 급속 충전을 제어하는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일사량 및 온도에 따라 변화하는 태양전지의 출력을 상시 최대전력점으로 추종하여 태양전지로부터 입력되는 직류전압을 기 설정된 직류 출력전압으로 승압하는 승압용 DC/DC 컨버터부; DC링크부; 상기 DC링크부로부터 출력되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 계통에 공급하는 인버팅을 수행하고, 계통으로부터 전력을 공급받아 일정한 직류출력전압을 상기 DC링크부 및 배터리에 저장하는 컨버팅을 수행하는 3상 양방향 PWM 컨버터부; 및 상기 DC링크부 및 배터리에 저장된 에너지를 기 설정된 정전압/정전류모드로 제어하여 배터리에 전력을 전달하는 절연형 DC/DC 컨버터부; 를 포함한다.The present invention performs MPPT (Maximum Power Point Tracking) control of photovoltaic system as well as commercial power through current control of 3-phase PWM (Pulse Width Modulation) converter, and receives the maximum power through this, constant voltage of rapid charging system The present invention relates to a battery rapid charging system through linkage with a photovoltaic system that controls battery rapid charging using constant current / constant current control.
In order to achieve the above object, the present invention provides a boosted DC / DC for boosting a DC voltage input from a solar cell to a preset DC output voltage by following an output of a solar cell that varies with solar radiation and temperature at a maximum power point at all times. A converter unit; DC link unit; Inverting the DC voltage output from the DC link unit into a three-phase AC voltage and supplying it to the system, and converting the DC link unit and the battery to store a constant DC output voltage in the battery by receiving power from the system. A three-phase bidirectional PWM converter unit; And an isolated type DC / DC converter for controlling power stored in the DC link unit and the battery in a predetermined constant voltage / constant current mode to transfer power to the battery. .

Description

태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템{RAPID CHARGING SYSTEM FOR A BATTERY BASE ON A PHOTOVOLTAIC GENERATION SYSTEM} Battery Rapid Charging System through Linkage with Photovoltaic System {RAPID CHARGING SYSTEM FOR A BATTERY BASE ON A PHOTOVOLTAIC GENERATION SYSTEM}

본 발명은 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3상 PWM(Pulse Width Modulation)컨버터의 전류제어를 통해 상용전원에서뿐만 아니라 태양광시스템의 MPPT(Maximum Power Point Tracking)제어를 수행하고, 이를 통해 최대전력을 공급받아, 급속 충전시스템의 정전압/정전류 병행 제어를 이용하여 배터리 급속 충전을 제어하는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fast charging system for a battery through linkage with a photovoltaic power generation system, and more particularly, through the current control of a three-phase pulse width modulation (PWM) converter, as well as from a commercial power source, MPPT (Maximum Power) of a photovoltaic system. Point tracking) control, and the maximum power is supplied through this, and the fast charging system of the battery through linkage with the photovoltaic system that controls the fast charging of the battery using the constant voltage / constant current parallel control of the fast charging system .

세계 경제와 산업의 흐름은 화석연료의 고갈과 이의 사용으로 인한 지구 온난화로 인해 기상 이변과 에너지 비용으로 어려움을 겪고 있다. 이러한 대 변혁기에 대체에너지로 관심을 돌리는 것은 당연하며 전 세계는 경쟁적으로 신재생 에너지 개발 사업에 몰두하고 있다. Global economic and industrial flows are struggling with extreme weather and energy costs due to the depletion of fossil fuels and global warming due to their use. It is natural to turn attention to alternative energy during this revolution and the world is competitively engaged in renewable energy development.

자동차산업은 공해를 유발하며 에너지 소비 비중이 큰 산업으로서, 신재생 에너지 개발사업의 일환으로 전기자동차의 개발에 매진하고 있다. 전기자동차는 이차전지에 의한 전원으로 전기 모터를 구동하여 동력을 얻으므로 이차전지는 신재생 에너지 부분의 필수 불가결한 제품이다. 이차전지는 자동차 산업 외에 이동하는 모든 제품에 적용되며 환경공해를 해결하고 저비용화를 실현하며 단순함과 편리성을 더해준다.  The automobile industry is an industry that causes high pollution and consumes a lot of energy, and is devoted to developing electric vehicles as part of a renewable energy development project. Electric vehicles are powered by a secondary battery to drive electric motors, and thus, secondary batteries are an indispensable product of renewable energy. Secondary batteries are applied to all products moving in addition to the automotive industry, and solve environmental pollution, realize low cost, and add simplicity and convenience.

이러한 이차전지의 사용을 위해서는 충전기가 필수적으로 필요하며 최근에는 초 급속 대용량의 새로운 대체 이차 전지 전용 충전기가 필요하게 되었다. 그러나 현재 국내에는 새로운 대체 이차 전지용 충전기 관련기술이나 환경이 전무한 상태이고, 대용량의 배터리를 충전하기 위한 전력을 모두 계통에서 공급받기 때문에 에너지 소비가 심하며, 충전소 부지의 이용률이 저조한 단점이 있었다.In order to use such a secondary battery, a charger is indispensable, and recently, a new charger for a rechargeable secondary battery having a high capacity is required. However, at present, there is no new technology or environment related to a new rechargeable secondary battery charger, and since the power for charging a large capacity battery is supplied from the system, energy consumption is severe and the utilization rate of the charging station site is low.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 대용량 인버터방식의 충전토폴로지 및 초급속 충전을 위한 정전압/정전류 병행 충전제어기법을 이용하여 급속충전을 유도함으로서, 배터리의 긴 충전시간을 감소시키는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템을 제공함에 있다. The present invention has been made in view of the above problems, by inducing rapid charging using a constant voltage / constant current parallel charge control technique for a high-capacity inverter type charging topology and super-fast charging, reducing the long charging time of the battery In connection with the photovoltaic system is to provide a battery rapid charging system.

그리고 태양광발전시스템과의 연계를 통해 상용전원의 소비를 줄이고, 충전부지 이용률을 증가시키는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템을 제공함에 있다. In addition, the present invention provides a rapid charging system for a battery through a linkage with a solar power generation system that reduces the consumption of commercial power and increases the use of charging sites through linkage with the solar power generation system.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 일사량 및 온도에 따라 변화하는 태양전지의 출력을 상시 최대전력점으로 추종하여 태양전지로부터 입력되는 직류전압을 기 설정된 직류 출력전압으로 승압하는 승압용 DC/DC 컨버터부; 상기 승압용 DC/DC 컨버터부를 통해 태양전지로 부터 입력되는 전력, 3상 양방향 PWM 컨버터부를 통해 계통으로부터 입력 또는 계통으로 출력되는 전력 및 절연형 DC/DC 컨버터부를 통해 배터리를 충전하는 전력이 균형을 이룰 수 있도록 완충 역할을 하는 DC링크부; 상기 DC링크부로부터 출력되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 계통에 공급하는 인버팅을 수행하고, 계통으로부터 전력을 공급받아 일정한 직류출력전압을 상기 DC링크부에 저장하는 컨버팅을 수행하는 3상 양방향 PWM 컨버터부; 및 상기 DC링크부에 저장된 에너지를 기 설정된 정전압/정전류모드로 제어하여 배터리에 전력을 전달하는 절연형 DC/DC 컨버터부; 를 포함한다.According to the present invention for achieving the technical problem, the step-up DC / boosting the DC voltage input from the solar cell to the preset DC output voltage by following the output of the solar cell changes in accordance with the amount of solar radiation and temperature at all times the maximum power point A DC converter unit; The power input from the solar cell through the boosting DC / DC converter unit, the power input or output from the system through the three-phase bidirectional PWM converter unit and the power to charge the battery through the isolated DC / DC converter unit is balanced DC link portion that acts as a buffer to achieve; Inverting to convert the DC voltage output from the DC link unit to a three-phase AC voltage to supply to the system, and to convert the DC voltage received from the system to store a constant DC output voltage to the DC link unit 3 Phase bidirectional PWM converter unit; And an isolated type DC / DC converter for controlling power stored in the DC link unit in a predetermined constant voltage / constant current mode to transfer power to the battery. It includes.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 대용량 인버터방식의 충전토폴로지 및 초급속 충전을 위한 정전압/정전류 병행 충전제어기법을 이용하여 급속충전을 유도함으로서, 충전시간과 관련하여 SOC(State Of Charge; 배터리 충전상태) 80%까지 약 20분 이내에 충전이 가능하도록 제어할 수 있다. According to the present invention as described above, by inducing rapid charging by using a constant voltage / constant current parallel charge control technique for a high-speed inverter charging topology and super-fast charging, SOC (State Of Charge) in relation to the charging time Up to 80% can be controlled in about 20 minutes.

또한, 태양광발전시스템과의 연계를 통해 기존 계통만을 통한 배터리 충전시스템 보다 사용전원의 소비를 줄일 수 있으며, 충전소 부지에 태양전지 발전을 병합할 수 있는바, 신재생에너지의 이용률과 부지의 활용도를 높일 수 있다.In addition, by linking with the solar power generation system, it is possible to reduce the consumption of power used than the battery charging system through the existing system, and to integrate the solar cell power generation in the charging station site, the utilization rate of the renewable energy and the utilization of the site. Can increase.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속충전시스템의 기본 개념에 관한 일예시도.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속충전시스템의 회로도.
도 3 은 본 발명 일실시예에 따른 3상 양방향 PWM 컨버터의 전력흐름도으로서, 완속충전모드 전력흐름도(모드1, 도 3a), 급속충전모드 전력흐름도(모드2, 도 3b), 발전모드 전력흐름도(모드3, 도 3c), 저일사모드 전력흐름도(모드4, 도 3d)도.
도 4 는 본 발명 일실시예에 따른 절연형 DC/DC 컨버터부의 급속충전 프로파일에 대한 그래프.1 is an exemplary view illustrating a basic concept of a battery rapid charging system through linkage with a solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a circuit diagram of a battery rapid charging system through linkage with the solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
3 is a power flow diagram of a three-phase bidirectional PWM converter according to an embodiment of the present invention, a slow charge mode power flow diagram (mode 1, FIG. 3a), a fast charge mode power flow diagram (mode 2, FIG. 3b), a power generation mode power flow diagram (Mode 3, Fig. 3c), Low-illumination mode power flow diagram (Mode 4, Fig. 3d).
Figure 4 is a graph of the rapid charging profile of the isolated DC / DC converter unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. It is to be noted that the detailed description of known functions and constructions related to the present invention is omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템에 관한 것으로서, 도 1 내지 도 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
Regarding the rapid charging system of the battery through connection with the photovoltaic power generation system of the present invention, it will be described with reference to FIGS.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속충전시스템의 기본 개념으로서, 도시된 바와 같이 승압용 DC/DC 컨버터부(100), DC링크부(200), 3상 양방향 PWM 컨버터부(300), 절연형 DC/DC 컨버터부(400), 및 이를 제어하는 제어부로 구성되어 있다.1 is a basic concept of a rapid charging system for a battery through a connection with a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention, as shown in the boost DC / DC converter unit 100 and the DC link unit 200. , A three-phase bidirectional PWM converter 300, an isolated DC / DC converter 400, and a control unit for controlling the same.

여기서 제어부는 승압용 DC/DC 컨버터부(100), 3상 양방향 PWM 컨버터부(300), 절연형 DC/DC컨버터부 등 각각의 시스템을 모두 제어하고 PWM 신호를 발생시킨다.Here, the control unit controls all the respective systems such as the boost DC / DC converter unit 100, the three-phase bidirectional PWM converter unit 300, the isolated DC / DC converter unit, and generates a PWM signal.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속충전시스템의 회로도이다. 2 is a circuit diagram of a battery rapid charging system through linkage with a photovoltaic power generation system according to an embodiment of the present invention.

승압용 DC/DC 컨버터부(100)는 일사량 및 온도에 따라 변화하는 태양전지의 출력을 상시 최대전력점으로 추종하여 태양전지로부터 입력되는 직류전압을 기 설정된 직류 출력전압으로 승압한다. The step-up DC / DC converter 100 follows the output of the solar cell that changes according to the amount of insolation and temperature at all times to boost the DC voltage input from the solar cell to the preset DC output voltage.

승압용 DC/DC 컨버터부(100)는 태양광용 부스트 컨버터를 포함하여, 벅부스트 컨버터, 축 컨버터 및 인터리브 방식의 부스트 컨버터 등의 컨버터 수개를 포함하고 있는 컨버터부이다. 특히, 부스트 컨버터는 회로의 구성이 간단하고, 소자의 수가 적어 단가 면에서 유리할 뿐만 아니라 제어하기가 수월하여 본 회로를 구성하기에 적합하다.The boost DC / DC converter unit 100 is a converter unit including a solar boost converter and a plurality of converters such as a buck boost converter, an axial converter, and an interleaved boost converter. In particular, the boost converter has a simple circuit configuration, a small number of elements, which is advantageous in terms of unit cost and easy to control, and is suitable for constructing the present circuit.

보다 구체적으로, 상기 승압용 DC/DC 컨버터부(100)는 태양전지 표면의 일사량과 온도에 따라 발전되는 최대전력을 추종하여 입력측 직류전압을 330V 이상 380V 이하로 승압하는 기능을 한다. 또한, MPPT(Maximum Power Point Tracking)제어를 통해 태양전지로부터 상시 최대전력을 확보할 수 있다. More specifically, the step-up DC / DC converter 100 functions to boost the input DC voltage to 330V or more and 380V or less by following the maximum power generated according to the solar radiation and temperature of the solar cell surface. In addition, it is possible to secure the maximum power at all times from the solar cell through Maximum Power Point Tracking (MPPT) control.

상기 DC링크부(200)는 승압용 DC/DC 컨버터부(100), 상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300) 그리고 상기 절연형 DC/DC 컨버터부(400)를 중간에서 연결해주는 축전모듈로서, 상기 제시한 3개의 컨버터부의 입출력 전력을 일시적으로 충전 및 방전함으로써 시스템의 입출력 전력이 균형을 이룰 수 있도록 제어한다.The DC link unit 200 is a power storage module for connecting the step-up DC / DC converter 100, the three-phase bidirectional PWM converter 300 and the isolated DC / DC converter 400 in the middle, By temporarily charging and discharging the input and output power of the three converter units described above, the input and output power of the system is controlled to be balanced.

구체적으로, 상기 승압용 DC/DC 컨버터부(100)를 통해 태양전지로부터 입력되는 전력, 상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)를 통해 계통으로부터 입력 또는 계통으로 출력되는 전력 그리고 상기 절연형 DC/DC 컨버터부(400)를 통해 배터리를 충전하는 전력이 균형을 이룰 수 있도록 완충 역할을 한다.Specifically, the power input from the solar cell through the step-up DC / DC converter unit 100, the power input to or from the system through the three-phase bidirectional PWM converter unit 300 and the isolated DC / The DC charging unit 400 serves as a buffer so that the power of charging the battery can be balanced.

3상 양방향 PWM 컨버터부(300)는 상기 DC링크부(200)로부터 출력되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 계통에 공급하는 인버팅을 수행하고, 계통으로부터 전력을 공급받아 일정한 직류출력전압을 상기 DC링크부(200)에 저장하는 컨버팅을 수행한다.The three-phase bidirectional PWM converter unit 300 converts the DC voltage output from the DC link unit 200 into a three-phase AC voltage and performs inverting to supply the system, and receives a power from the system, thereby providing a constant DC output voltage. Converting is stored in the DC link unit 200.

상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)는 태양전지의 공급전력과 배터리 충전전력관계에 따라 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템을 크게 4가지 모드로 제어하는데, 모드에 따라서 인버팅과정과 컨버팅과정을 수행할 수 있다. The three-phase bidirectional PWM converter unit 300 controls the fast charging system of the battery by connecting with the photovoltaic system in largely four modes according to the relationship between the power supply of the solar cell and the battery charging power, inverting according to the mode Process and converting process.

구체적으로, (가) 태양전지의 공급전력과 배터리의 충전전력이 같은 경우(완속충전모드, 이하 모드1) (나) 배터리 충전을 급속으로 하여 태양전지의 공급전력이 배터리의 충전전력보다 작은 경우 (급속충전모드, 이하 모드2) (다) 태양전지의 공급전력이 배터리의 충전전력보다 큰 경우(발전모드 이하, 모드3) (라) 태양전지의 공급전력이 매우 작은 경우(저일사모드, 이하 모드4)로 나누어 제어한다.Specifically, (a) When the power supply of the solar cell and the charging power of the battery are the same (slow charge mode, hereinafter Mode 1) (b) When the battery is rapidly charged and the power supply of the solar cell is smaller than the charge power of the battery (Quick charging mode, below mode 2) (C) When the power supply of solar cell is higher than the charging power of battery (below power generation mode, mode 3) The control is divided into Mode 4).

(가) 태양전지의 공급전력과 배터리의 충전전력이 같은 경우(모드1)는 도면 3a의 전력흐름을 참고할 수 있다. 모드1은 태양전지의 공급전력과 배터리의 충전전력이 같은 경우로서, 태양전지의 발전전력을 상기 승압형 DC/DC 컨버터부(100)를 통해 상기 DC링크부(200) 전압을 380V로 승압시키고, 승압된 DC링크부(200) 전압을 상기 절연형 DC/DC 컨버터부(400)를 경유하여 배터리를 충전한다. 정상적인 상태에서의 충전방식으로서, 완속충전모드이다. (A) When the power supply of the solar cell and the charging power of the battery are the same (mode 1), the power flow of FIG. 3A may be referred to. Mode 1 is a case in which the power supply of the solar cell and the charging power of the battery are the same. The power generation of the solar cell is boosted by the voltage of the DC link unit 200 to 380V through the step-up DC / DC converter unit 100. The battery is charged through the boosted DC link unit 200 voltage through the insulated DC / DC converter unit 400. The charging method in a normal state is a slow charging mode.

(나) 배터리 충전을 급속으로 하여 태양전지의 공급전력이 배터리의 충전전력보다 작은 경우(이하 모드2)는 도면 3b의 전력흐름을 참고할 수 있다. 모드2는 태양전지의 공급전력이 배터리의 충전전력보다 작은 경우로서, 태양전지의 발전전력을 상기 승압형 DC/DC 컨버터부(100)와 상기 DC링크부(200) 및 상기 절연형 DC/DC컨버터부(400)를 경유하여 배터리를 충전하고, 부족한 전력을 상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)를 통해 계통으로부터 공급받아 배터리를 충전한다. 급속충전방식으로서, 태양전지의 공급전력이 작더라도 계통으로부터 전력을 공급받아 빠르게 배터리를 충전시킬 수 있다. (B) When the battery power is rapidly charged and the power supply of the solar cell is smaller than the battery charge power (hereinafter, Mode 2), the power flow of FIG. 3B may be referred to. Mode 2 is a case where the power supply of the solar cell is smaller than the charging power of the battery, and the power generation of the solar cell is converted into the boosted DC / DC converter unit 100, the DC link unit 200, and the insulated DC / DC. The battery is charged through the converter unit 400, and the insufficient power is supplied from the system through the three-phase bidirectional PWM converter unit 300 to charge the battery. As a fast charging method, even if the power supply of the solar cell is small, it is possible to charge the battery quickly by receiving power from the system.

(다) 태양전지의 공급전력이 배터리 충전전력보다 큰 경우(이하 모드3)는 도면 3c의 전력흐름을 참고할 수 있다. 모드3은 태양전지의 공급전력이 배터리 충전전력보다 큰 경우로서, 배터리를 충전하고 남은 에너지를 상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)를 통해 계통으로 발전시킨다. 이 경우는 상기 절연형 DC/DC 컨버터부(400)가 배터리를 충전시키고, 남은 에너지를 상기 3상 PWM 컨버터부(300)가 인버팅과정을 통해 계통으로 발전시킨다. (C) When the power supply of the solar cell is larger than the battery charging power (hereinafter, Mode 3), the power flow of FIG. 3C may be referred to. Mode 3 is a case where the power supply of the solar cell is greater than the battery charging power, and generates the remaining energy after charging the battery into the system through the three-phase bidirectional PWM converter unit 300. In this case, the insulated DC / DC converter 400 charges the battery, and the remaining energy is generated by the three-phase PWM converter 300 through the inverting process.

(라) 태양전지의 공급전력이 매우 작은 경우(이하 모드4)는 도면 3d의 전력흐름을 참고할 수 있다. 모드4는 태양전지의 출력이 발생하지 않는 일몰시 또는 구름이 많이 낀 경우로서, 태양전지의 공급전력이 매우 작은 경우 배터리의 모든 충전전력을 상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)의 컨버팅과정을 통해 계통으로부터 공급받아 상기 DC링크부(200)와 상기 절연형 DC/DC 컨버터부(400)를 경유하여 배터리를 충전한다. (D) If the supply power of the solar cell is very small (hereinafter, Mode 4), the power flow of FIG. 3D may be referred to. Mode 4 is a case of sunset or when there is a lot of clouds when the output of the solar cell does not occur, when the power supply of the solar cell is very small, converting all the charging power of the battery of the three-phase bi-directional PWM converter unit 300 The battery is charged through the DC link unit 200 and the insulated DC / DC converter unit 400 through the system.

상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)는 태양전지의 공급전력의 양을 인식하고 그에 따라 모드를 달리하면서, 태양전지발전전력과 계통의 발전전력을 적절히 사용하여 배터리를 충전을 제어한다. 태양전지의 발전전력이 많은 경우는 태양전지만을 이용하여 배터리를 충전하고 남은 것은 계통을 통해 발전시킬 수 있고, 또한 태양전지의 발전전력이 적은 경우는 계통으로부터 전력을 받아 배터리를 충전할 수 있기 때문에 계통만을 이용하여 배터리를 충전시키는 것보다 상용전원의 소비를 줄일 수 있고, 충전소 부지에 태양전지 발전을 병합하여 부지의 활용도도 높일 수 있다. The three-phase bidirectional PWM converter unit 300 recognizes the amount of power supply of the solar cell and changes the mode accordingly, while controlling the charging of the battery by appropriately using the solar cell power generation and the power generation of the system. If the solar cell has a large amount of power generated, only the solar cell can be used to charge the battery and the remaining power can be generated through the system.In addition, when the solar cell has little generated power, the battery can be charged by receiving power from the system. Rather than using only the system to charge the battery, the consumption of commercial power can be reduced, and the utilization of the site can be improved by integrating solar cell power generation at the charging station site.

절연형 DC/DC 컨버터부(400)는 상기 DC링크부(200)에 저장된 에너지를 기 설정된 정전압/정전류모드로 제어하여 배터리를 충전시키는 기능을 수행한다.The isolated DC / DC converter 400 controls the energy stored in the DC link unit 200 in a predetermined constant voltage / constant current mode to charge a battery.

상기 절연형 DC/DC 컨버터부(400)는 풀-브리지(Full-Bridge) 컨버터의 구조를 갖는다. 그 외에도 일반적으로 푸쉬풀 컨버터, 하프브리지 컨버터도 사용 가능하다. 본 시스템에서 절연형 컨버터를 사용한 이유는 급속충전장치의 규격인 배터리와 시스템간의 절연 때문에 사용한 것인데, 급속충전은 사용되는 토폴로지의 종류 보다는 사용되는 토폴로지의 제어시퀀스(시스템 동작제어)를 어떤 방식으로 하느냐에 따라 충전 여부가 결정된다. 본 발명은 CC/CV 방식의 제어를 통해서 급속충전을 제어한다.The isolated DC / DC converter 400 has a structure of a full-bridge converter. In addition, push-pull and half-bridge converters are generally available. The reason for using the isolated converter in this system is because of the isolation between the battery and the system, which is the standard of the fast charging device, and the fast charging is based on how the control sequence (system operation control) of the used topology is used rather than the type of topology used. It is determined whether or not charging. The present invention controls the fast charging through the control of the CC / CV method.

도면 4는 본 발명 일실시예에 따른 절연형 DC/DC 컨버터부(400)의 급속충전 프로파일에 대한 그래프이다. 상기 DC링크부(200)에 저장된 에너지를 일정전류(0A초과 120A이하)로 배터리를 충전하다가(CC모드), SOC(State Of Charge; 배터리의 충전상태)가 90~95%가 되는 지점에서 일정전압(300V이상 500V이하)으로 배터리를 충전하도록(CV모드) 제어함으로서, 급속충전을 가능하게 한다. 4 is a graph showing a rapid charging profile of the insulated DC / DC converter 400 according to an embodiment of the present invention. While charging the battery with a constant current (greater than 0A and less than 120A) of the energy stored in the DC link unit 200 (CC mode), the SOC (State Of Charge) is constant at a point where the state of charge becomes 90 to 95%. By controlling the battery to be charged at a voltage (300V or more and 500V or less) (CV mode), rapid charging is enabled.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be appreciated by those skilled in the art that numerous changes and modifications may be made without departing from the invention. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.

100; 승압형 DC/DC 컨버터부
200; DC링크부
300; 3상 양방향 PWM 컨버터부
400; 절연형 DC/DC 컨버터부100; Step-up DC / DC Converter
200; DC link section
300; 3-phase bidirectional PWM converter section
400; Isolated DC / DC Converter

Claims (7)

일사량 및 온도에 따라 변화하는 태양전지의 출력을 상시 최대전력점으로 추종하여 태양전지로부터 입력되는 직류전압을 기 설정된 직류 출력전압으로 승압하는 승압용 DC/DC 컨버터부(100);
상기 승압용 DC/DC 컨버터부(100)를 통해 태양전지로부터 입력되는 전력, 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)를 통해 계통으로부터 입력 또는 계통으로 출력되는 전력 및 절연형 DC/DC 컨버터부(400)를 통해 배터리를 충전하는 전력이 균형을 이룰 수 있도록 완충 역할을 하는 DC링크부(200);
상기 DC링크부(200)로부터 출력되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 계통에 공급하는 인버팅을 수행하고 계통으로부터 전력을 공급받아 일정한 직류출력전압을 상기 DC링크부(200)에 저장하는 컨버팅을 수행하며, 태양전지의 공급전력과 배터리의 충전전력을 비교하는 제어신호에 따라 태양전지의 공급전력과 배터리의 충전전력이 같은 경우, 완속충전모드로 동작하고, 배터리 충전을 급속으로 하여 태양전지의 공급전력이 배터리의 충전전력보다 작은 경우, 급속충전모드로 동작하며, 태양전지의 공급전력이 배터리의 충전전력보다 큰 경우, 발전모드로 동작하고, 태양전지의 공급전력이 상기 급속충전모드의 태양전지 공급전력보다 작은 경우, 저일사 모드로 나누어 제어하는 3상 양방향 PWM 컨버터부(300); 및
상기 급속충전모드 동작시, 상기 DC링크부(200)에 저장된 에너지를 기 설정된 정전압/정전류모드로 제어하여 배터리를 충전시키되, 0A초과 120A이하의 일정전류로 배터리를 충전하다가(CC모드), SOC가 90 ~ 95%되는 순간, 300V이상 500V이하의 일정전압으로 배터리를 충전하도록(CV모드) 제어하는 절연형 DC/DC 컨버터부(400); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템.
A boosting DC / DC converter unit 100 for boosting the DC voltage input from the solar cell to a preset DC output voltage by following the output of the solar cell that changes according to the amount of solar radiation and the temperature at a maximum power point at all times;
Power input from the solar cell through the boosting DC / DC converter unit 100, power input from the system through the three-phase bidirectional PWM converter unit 300 or output to the system and the isolated DC / DC converter unit 400 DC link unit 200 that acts as a buffer so that the power to charge the battery through the balance);
Inverting the DC voltage output from the DC link unit 200 into a three-phase AC voltage and supplying it to the system and receiving power from the system to store a constant DC output voltage in the DC link unit 200. If the supply power of the solar cell and the charging power of the battery are the same according to the control signal comparing the supply power of the solar cell and the charging power of the battery, the converting operation is performed in a slow charge mode, and the battery is rapidly charged When the supply power of the battery is less than the charging power of the battery, it operates in the fast charging mode, when the supply power of the solar cell is greater than the charging power of the battery, it operates in the power generation mode, the supply power of the solar cell is the rapid charging mode If less than the solar cell power supply of the three-phase bidirectional PWM converter unit 300 to control divided into low-solar mode; And
In the fast charge mode operation, the battery is charged by controlling the energy stored in the DC link unit 200 in a predetermined constant voltage / constant current mode, but charging the battery with a constant current greater than 0A and less than 120A (CC mode). Is 90 to 95%, the isolated DC / DC converter 400 for controlling to charge the battery at a constant voltage of 300V or more and 500V or less (CV mode); Fast charging system of the battery through the connection with the photovoltaic power generation system comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 승압용 DC/DC 컨버터부(100)는,
태양전지의 최대출력점을 찾아 기 설정된 직류 출력전압을 330V이상 380V이하로 하는 것을 특징으로 하는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템.
The method of claim 1,
The boost DC / DC converter unit 100,
Fast charging system of battery through linkage with photovoltaic power generation system which finds maximum output point of solar cell and sets preset DC output voltage to 330V or more and 380V or less.
제 1 항에 있어서,
상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)는,
태양전지의 공급전력과 배터리의 충전전력이 같은 경우(모드1), 태양전지의 발전전력을 상기 승압용 DC/DC 컨버터부(100)를 통해 상기 DC링크부(200) 전압을 380V로 승압시키고, 상기 승압된 DC링크부(200) 전압을 상기 절연형 DC/DC 컨버터부(400)를 경유하여 배터리를 완속충전하도록 제어하는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템.
The method of claim 1,
The three-phase bidirectional PWM converter unit 300,
When the power supply of the solar cell and the charging power of the battery are the same (mode 1), the power generation of the solar cell is boosted by the voltage of the DC link unit 200 to 380V through the step-up DC / DC converter unit 100. And a battery rapid charging system through linkage with the photovoltaic system for controlling the boosted DC link unit 200 to slowly charge the battery via the insulated DC / DC converter unit 400.
제 1 항에 있어서,
상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)는
급속충전으로 인하여 태양전지의 공급전력이 배터리의 충전전력보다 작은 경우(모드2), 태양전지의 발전전력을 상기 승압용 DC/DC 컨버터부(100)와 상기 DC링크부(200) 및 상기 절연형 DC/DC컨버터부(400)를 경유하여 배터리를 충전하고, 부족한 전력을 계통으로부터 공급받아 배터리를 급속충전 하도록 제어하는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템.
The method of claim 1,
The three-phase bidirectional PWM converter unit 300
When the power supply of the solar cell is smaller than the charging power of the battery due to rapid charging (mode 2), the power generation of the solar cell is converted into the boosted DC / DC converter unit 100, the DC link unit 200, and the insulation. The fast charging system of the battery through linkage with a photovoltaic system for charging the battery via the type DC / DC converter unit 400 and controlling the fast charging of the battery by supplying insufficient power from the system.
제 1 항에 있어서,
상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)는,
태양전지의 공급전력이 배터리 충전전력보다 큰 경우(모드3), 배터리를 충전하고 남은 에너지를 계통으로 발전하도록 제어하는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템.
The method of claim 1,
The three-phase bidirectional PWM converter unit 300,
When the power supply of the solar cell is greater than the battery charging power (mode 3), the battery fast charging system through linkage with the solar power generation system that controls the battery to charge and generate the remaining energy to the grid.
제 1 항에 있어서,
상기 3상 양방향 PWM 컨버터부(300)는,
태양전지의 출력이 발생하지 않는 일몰시 또는 구름이 많이 낀 경우로 인해 급속충전 모드의 태양전지 공급전력보다 작은 경우(모드4), 배터리의 모든 충전전력을 계통으로부터 공급받아 상기 DC링크부(200)와 상기 절연형 DC/DC 컨버터부(400)를 경유하여 배터리를 충전시키도록 제어하는 태양광발전시스템과의 연계를 통한 배터리 급속 충전 시스템.
The method of claim 1,
The three-phase bidirectional PWM converter unit 300,
When the output of the solar cell is less than the solar cell supply power of the fast charging mode due to the sunset or when there is a lot of clouds (mode 4), the DC link unit 200 receives all the charging power of the battery from the system And a fast charging system of the battery through linkage with a photovoltaic system for controlling the battery to be charged via the insulated DC / DC converter 400.
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