KR101299463B1 - Hybrid Energy Storage System and manage method thereof - Google Patents

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KR101299463B1
KR101299463B1 KR1020110089762A KR20110089762A KR101299463B1 KR 101299463 B1 KR101299463 B1 KR 101299463B1 KR 1020110089762 A KR1020110089762 A KR 1020110089762A KR 20110089762 A KR20110089762 A KR 20110089762A KR 101299463 B1 KR101299463 B1 KR 101299463B1
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Abstract

본 발명은 하이브리드 에너지 저장 시스템 및 그 시스템의 관리 방법에 관한 것으로, 배터리, 복수 개의 슈퍼캐패시터, 복수 개의 부하, 상기 배터리의 상태정보를 측정하여 제어부로 전송하는 배터리 센싱부, 상기 슈퍼캐패시터들의 상태정보를 각각 측정하여 상기 제어부로 전송하는 복수 개의 슈퍼캐패시터 센싱부, 각 부하의 전류정보를 측정 또는 예측하여 상기 제어부로 전송하는 복수 개의 부하 센싱부, 상기 배터리의 상태정보, 상기 슈퍼캐패시터들의 상태정보, 상기 부하들의 전류정보를 기반으로 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 제어부, 상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터들에 각각 연결되어, 상기 제어부에서 구해진 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 근거로 전원선을 통해 상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터들에 공급되는 전류를 각각 제어하는 복수 개의 DC/DC 컨버터를 포함한다.
따라서 본 발명에 따르면, 부하 정보, 배터리 상태정보 및 슈퍼캐패시터 상태정보를 기반으로 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 도출하는 최적화 기법을 제공함으로써, 배터리의 출력 안정화, 배터리 사용시간 및 수명 연장, 배터리 방전 방지, 누설 전류 최소화에 보다 나은 성능을 가져올 수 있다.The present invention relates to a hybrid energy storage system and a method for managing the system, the battery, a plurality of supercapacitors, a plurality of loads, a battery sensing unit for measuring and transmitting the state information of the battery to the control unit, the state information of the supercapacitors A plurality of supercapacitor sensing units for measuring and transmitting the respective information to the controller, a plurality of load sensing units for measuring or predicting current information of each load and transmitting the measured information to the controller, state information of the battery, state information of the supercapacitors, A controller for obtaining an optimal battery current value and an optimum supercapacitor current value based on the current information of the loads, respectively, is connected to the battery and the supercapacitors, and is based on the optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value obtained from the controller. The battery and the shoe through the power line It includes a plurality of DC / DC converter to control the current supplied to the per capacitors.
Therefore, according to the present invention, by providing an optimization technique for deriving the optimal battery current value and the optimal supercapacitor current value based on the load information, battery status information and supercapacitor status information, stabilizing the output of the battery, battery life time and life extension Better performance in preventing battery discharge and minimizing leakage current.

Description

하이브리드 에너지 저장 시스템 및 그 시스템의 관리 방법{Hybrid Energy Storage System and manage method thereof}Hybrid energy storage system and its management method

본 발명은 하이브리드 에너지 저장 시스템 및 그 시스템의 관리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수 개의 슈퍼캐패시터와 단일 배터리가 각각 DC/DC 컨버터를 통해 전원선에 연결되고, 복수 개의 부하가 전원선에 연결된 하이브리드 에너지 저장 시스템이 상기 슈퍼캐패시터들의 상태정보, 배터리의 상태 정보, 부하들의 전류정보를 측정하고, 상기 측정된 정보를 기반으로 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구한 후, 상기 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값에 따라 상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터들에 공급되는 전류를 제어하는 하이브리드 에너지 저장 시스템 및 그 시스템의 관리 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a hybrid energy storage system and a method for managing the system, and more particularly, a plurality of supercapacitors and a single battery are each connected to a power line through a DC / DC converter, and a plurality of loads are connected to the power line. The hybrid energy storage system measures the state information of the supercapacitors, the state information of the battery, and the current information of the loads, and obtains an optimum battery current value and an optimal supercapacitor current value based on the measured information, and then the optimum battery current. A hybrid energy storage system and a method for managing the system control the current supplied to the battery and the supercapacitors according to a value and an optimum supercapacitor current value.

배터리(battery)는 상대적으로 높은 에너지밀도(energy density)를 가진 반면 낮은 파워밀도(power density)를 가지고 있기 때문에, 순간적으로 높은 피크 전류가 흐르거나 전류의 변화가 심할 경우 배터리의 수명 단축을 가져오고, 심한 경우에는 배터리가 폭발할 수도 있다. 이러한 배터리의 특성을 보완하기 위해 배터리보다 에너지밀도는 낮지만 높은 파워밀도를 가지고 있는 슈퍼캐패시터(supercapacitor)가 함께 사용될 수 있다. 이렇게 배터리와 슈퍼캐패시터가 함께 사용되는 에너지 저장 시스템을 배터리-슈퍼캐패시터 하이브리드 에너지 저장 시스템(battery-supercapacitor HESS: Hybrid Energy Storage System)이라고 칭하나, 이하에서는 하이브리드 에너지 저장 시스템으로 하여 설명하기로 한다.Batteries have a relatively high energy density while having a low power density, which results in shortened battery life when instantaneous high peak currents or current fluctuates. In extreme cases, the battery may explode. In order to supplement the characteristics of the battery, a supercapacitor having a lower energy density than the battery but having a high power density may be used together. The energy storage system in which the battery and the supercapacitor are used together is called a battery-supercapacitor HESS (hybrid energy storage system), hereinafter, it will be described as a hybrid energy storage system.

상기 하이브리드 에너지 저장 시스템은 크게 수동적 하이브리드 에너지 저장시스템과 능동적 하이브리드 에너지 저장 시스템으로 나눌 수 있다. 수동적 하이브리드 에너지 저장 시스템은 배터리와 슈퍼캐패시터가 병렬로 직접 맞닿아 연결되어 있는 방식으로서, 구성이 간단하다는 장점이 있지만 파워 흐름 제어를 하는 데에는 한계를 보인다. 그 이유는 배터리와 슈퍼캐패시터가 같은 전압을 가져야 하고, 이에 따라 파워 흐름비가 내부 저항에 의해 결정되기 때문이다. 이러한 수동적 하이브리드 에너지 저장 시스템의 한계를 극복하기 위해, 능동적 하이브리드 에너지 저장 시스템은 DC/DC 컨버터를 통해 배터리와 슈퍼캐패시터를 연결하는 방식으로 이루어져 있다.The hybrid energy storage system can be largely divided into a passive hybrid energy storage system and an active hybrid energy storage system. Passive hybrid energy storage systems are directly connected in parallel with batteries and supercapacitors, which have the advantage of simplicity in configuration but have limited power flow control. The reason is that the battery and supercapacitor must have the same voltage, so the power flow ratio is determined by the internal resistance. To overcome the limitations of this passive hybrid energy storage system, an active hybrid energy storage system is constructed by connecting a battery and a supercapacitor through a DC / DC converter.

하이브리드 에너지 저장 시스템에서 파워 흐름을 제어할 때, 배터리에 흐르는 전류의 변화 및 최대값을 최소화함으로써 배터리 수명을 최대화하고, 에너지 손실을 최소화하여 방전시간을 최대화하는 두 가지 사항이 고려되어야 한다.When controlling power flow in a hybrid energy storage system, two considerations should be considered: maximizing battery life by minimizing changes and peaks in the battery and maximizing discharge time by minimizing energy loss.

그러나 종래의 능동적 하이브리드 에너지 저장 시스템에서는 배터리 전류 변화 및 최대 전류값의 최소화, 슈퍼캐패시터 파워손실의 최소화를 고려한 배터리 및 슈퍼캐패시터의 전류 제어 방식을 제안하지는 않았다.
However, the conventional active hybrid energy storage system does not propose a current control method of the battery and the supercapacitor considering the minimization of the battery current change and the maximum current value and the minimization of the supercapacitor power loss.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 배터리의 전류 변화 및 최대 전류값을 최소화하고 슈퍼캐패시터에서 발생하는 파워 손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 결정할 수 있는 하이브리드 에너지 저장 시스템 및 그 시스템의 관리 방법을 제공하는데 있다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to optimize the battery current value and the optimum supercapacitor current value to minimize the current change and maximum current value of the battery and to minimize the power loss occurring in the supercapacitor To provide a hybrid energy storage system and a management method of the system that can determine.

본 발명의 다른 목적은 배터리의 출력 안정화, 배터리 사용시간 및 수명 연장, 배터리 방전 방지, 누설 전류 최소화 등을 실현할 수 있는 하이브리드 에너지 저장 시스템 및 그 시스템의 관리 방법을 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide a hybrid energy storage system and a method of managing the system capable of realizing the output stabilization of the battery, extending the battery life and life, preventing battery discharge, minimizing leakage current and the like.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리, 복수 개의 슈퍼캐패시터, 복수 개의 부하, 상기 배터리의 상태정보를 측정하여 제어부로 전송하는 배터리 센싱부, 상기 슈퍼캐패시터들의 상태정보를 각각 측정하여 상기 제어부로 전송하는 복수 개의 슈퍼캐패시터 센싱부, 상기 각 부하의 전류정보를 측정 또는 예측하여 상기 제어부로 전송하는 복수 개의 부하 센싱부, 상기 배터리의 상태정보, 상기 슈퍼캐패시터들의 상태정보, 상기 부하들의 전류정보를 기반으로 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 제어부, 상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터들에 각각 연결되어, 상기 제어부에서 구해진 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 근거로 전원선을 통해 상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터들에 공급되는 전류를 각각 제어하는 복수 개의 DC/DC 컨버터를 포함하는 하이브리드 에너지 저장 시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention to achieve the above object, a battery sensing unit for measuring the state information of the battery, a plurality of supercapacitors, a plurality of loads, the battery and transmits to the control unit, measuring the state information of the supercapacitors, respectively A plurality of supercapacitor sensing units to be transmitted to the control unit, a plurality of load sensing units to measure or predict current information of each load, and to transmit them to the control unit, state information of the battery, state information of the supercapacitors, and the load The controller is configured to obtain an optimal battery current value and an optimal supercapacitor current value based on the current information, and is connected to the battery and the supercapacitors, respectively, based on the optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value obtained from the controller. To the battery and the supercapacitors Feeding a hybrid energy storage system including a plurality of DC / DC converters, each of which controls the current provided.

상기 하이브리드 에너지 저장 시스템은 상기 각 부하들을 상기 전원선과 연결하는 복수 개의 인버터를 더 포함할 수 있다. The hybrid energy storage system may further include a plurality of inverters connecting the respective loads to the power line.

상기 배터리의 상태정보는 배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 온도, 배터리 내부저항값, 배터리 수명, 배터리 SOC 중 적어도 하나일 수 있다. The state information of the battery may be at least one of a battery voltage, a battery current, a battery temperature, a battery internal resistance value, a battery life, and a battery SOC.

상기 슈퍼캐패시터의 상태정보는 슈퍼캐패시터 전압, 슈퍼캐패시터 전류, 슈퍼캐패시터 SOC, 슈퍼캐패시터 내부저항 값, 슈퍼캐패시터 수명 중 적어도 하나일 수 있다. The state information of the supercapacitor may be at least one of a supercapacitor voltage, a supercapacitor current, a supercapacitor SOC, a supercapacitor internal resistance value, and a supercapacitor lifetime.

상기 부하의 전류정보는 부하가 소모/발생시키는 소모/발생 전류값 또는 예측된 미래 부하 전류값을 포함한다. The current information of the load includes a consumed / generated current value or predicted future load current value consumed / generated by the load.

상기 제어부는 배터리 전류 크기 및 변화를 최소화 또는 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다. The control unit obtains an optimum battery current value and an optimum supercapacitor current value for minimizing battery current magnitude and change or minimizing supercapacitor power loss.

상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 배터리 전류 크기 및 변화가 최소화되는 최적 배터리 전류값과 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다. The controller obtains an optimal battery current value and a supercapacitor current value to minimize battery current magnitude and change using the following equation.

Figure 112011069265880-pat00001
Figure 112011069265880-pat00001

여기서, 상기

Figure 112011069265880-pat00002
는 배터리 전류 크기에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112011069265880-pat00003
는 배터리 전류 변화량에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112011069265880-pat00004
는 트레이드-오프 팩터 조절 파라미터,
Figure 112011069265880-pat00005
는 시간 윈도우 크기,
Figure 112011069265880-pat00006
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112011069265880-pat00007
는 시간 t 에서의 슈퍼캐피시터 전류,
Figure 112011069265880-pat00008
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112011069265880-pat00009
는
Figure 112011069265880-pat00010
의 캐패시턴스,
Figure 112011069265880-pat00011
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112011069265880-pat00012
은 부하 n,
Figure 112011069265880-pat00013
은
Figure 112011069265880-pat00014
의 등가 직렬 저항,
Figure 112011069265880-pat00015
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112011069265880-pat00016
는
Figure 112011069265880-pat00017
의 최대 허용 전압,
Figure 112011069265880-pat00018
는 단위 시간 간격,
Figure 112011069265880-pat00019
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112011069265880-pat00020
은 부하 개수,
Figure 112011069265880-pat00021
는 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00022
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112011069265880-pat00023
에 의한 전압 강하 부분을 의미한다.Here,
Figure 112011069265880-pat00002
Is the sum of the penalty function values based on the magnitude of the battery current,
Figure 112011069265880-pat00003
Is the sum of the penalty function values based on the amount of change in battery current,
Figure 112011069265880-pat00004
Is a trade-off factor adjustment parameter,
Figure 112011069265880-pat00005
Is the time window size,
Figure 112011069265880-pat00006
Is the battery current at time t,
Figure 112011069265880-pat00007
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112011069265880-pat00008
Is the load current at time t,
Figure 112011069265880-pat00009
The
Figure 112011069265880-pat00010
Capacitance,
Figure 112011069265880-pat00011
Is the supercapacitor k,
Figure 112011069265880-pat00012
Is the load n,
Figure 112011069265880-pat00013
silver
Figure 112011069265880-pat00014
Equivalent series resistance of,
Figure 112011069265880-pat00015
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112011069265880-pat00016
The
Figure 112011069265880-pat00017
Permissible voltage,
Figure 112011069265880-pat00018
Is the unit time interval,
Figure 112011069265880-pat00019
Is the number of supercapacitors,
Figure 112011069265880-pat00020
Is the number of loads,
Figure 112011069265880-pat00021
Is a supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00022
Internal equivalent series resistance
Figure 112011069265880-pat00023
It means the voltage drop part by.

또한, 상기 제어부는 다음의 수학식에 의한 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값과 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다. In addition, the controller obtains an optimum battery current value and a supercapacitor current value that minimizes the supercapacitor power loss according to the following equation.

Figure 112011069265880-pat00024
Figure 112011069265880-pat00024

여기서, 상기

Figure 112011069265880-pat00025
는 시간 t 에서의 슈퍼캐패시터 전류,
Figure 112011069265880-pat00026
은
Figure 112011069265880-pat00027
의 등가 직렬 저항,
Figure 112011069265880-pat00028
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112011069265880-pat00029
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112011069265880-pat00030
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112011069265880-pat00031
는
Figure 112011069265880-pat00032
의 캐패시턴스,
Figure 112011069265880-pat00033
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112011069265880-pat00034
은 부하 n,
Figure 112011069265880-pat00035
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112011069265880-pat00036
는
Figure 112011069265880-pat00037
의 최대 허용 전압,
Figure 112011069265880-pat00038
는 단위 시간 간격,
Figure 112011069265880-pat00039
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112011069265880-pat00040
은 부하 개수,
Figure 112011069265880-pat00041
는 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00042
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112011069265880-pat00043
에 의한 전압 강하 부분을 의미한다.Here,
Figure 112011069265880-pat00025
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112011069265880-pat00026
silver
Figure 112011069265880-pat00027
Equivalent series resistance of,
Figure 112011069265880-pat00028
Is the battery current at time t,
Figure 112011069265880-pat00029
Is the load current at time t,
Figure 112011069265880-pat00030
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112011069265880-pat00031
The
Figure 112011069265880-pat00032
Capacitance,
Figure 112011069265880-pat00033
Is the supercapacitor k,
Figure 112011069265880-pat00034
Is the load n,
Figure 112011069265880-pat00035
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112011069265880-pat00036
The
Figure 112011069265880-pat00037
Permissible voltage,
Figure 112011069265880-pat00038
Is the unit time interval,
Figure 112011069265880-pat00039
Is the number of supercapacitors,
Figure 112011069265880-pat00040
Is the number of loads,
Figure 112011069265880-pat00041
Is a supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00042
Internal equivalent series resistance
Figure 112011069265880-pat00043
It means the voltage drop part by.

또한, 상기 제어부는 다음의 수학식을 만족하는 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다. In addition, the controller obtains an optimum battery current value and an optimum supercapacitor current value satisfying the following equation.

Figure 112011069265880-pat00044
Figure 112011069265880-pat00044

여기서, 상기

Figure 112011069265880-pat00045
는 배터리 전류 크기에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112011069265880-pat00046
는 배터리 전류 변화량에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112011069265880-pat00047
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112011069265880-pat00048
는 트레이드-오프 팩터 조절 파라미터,
Figure 112011069265880-pat00049
는 시간 윈도우 크기,
Figure 112011069265880-pat00050
는 시간 t 에서의 슈퍼캐피시터 전류,
Figure 112011069265880-pat00051
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112011069265880-pat00052
는
Figure 112011069265880-pat00053
의 캐패시턴스,
Figure 112011069265880-pat00054
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112011069265880-pat00055
은 부하 n,
Figure 112011069265880-pat00056
은
Figure 112011069265880-pat00057
의 등가 직렬 저항,
Figure 112011069265880-pat00058
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112011069265880-pat00059
는
Figure 112011069265880-pat00060
의 최대 허용 전압,
Figure 112011069265880-pat00061
는 단위 시간 간격,
Figure 112011069265880-pat00062
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112011069265880-pat00063
은 부하 개수,
Figure 112011069265880-pat00064
는 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00065
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112011069265880-pat00066
에 의한 전압 강하 부분을 의미한다.Here,
Figure 112011069265880-pat00045
Is the sum of the penalty function values based on the magnitude of the battery current,
Figure 112011069265880-pat00046
Is the sum of the penalty function values based on the amount of change in battery current,
Figure 112011069265880-pat00047
Is the battery current at time t,
Figure 112011069265880-pat00048
Is a trade-off factor adjustment parameter,
Figure 112011069265880-pat00049
Is the time window size,
Figure 112011069265880-pat00050
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112011069265880-pat00051
Is the load current at time t,
Figure 112011069265880-pat00052
The
Figure 112011069265880-pat00053
Capacitance,
Figure 112011069265880-pat00054
Is the supercapacitor k,
Figure 112011069265880-pat00055
Is the load n,
Figure 112011069265880-pat00056
silver
Figure 112011069265880-pat00057
Equivalent series resistance of,
Figure 112011069265880-pat00058
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112011069265880-pat00059
The
Figure 112011069265880-pat00060
Permissible voltage,
Figure 112011069265880-pat00061
Is the unit time interval,
Figure 112011069265880-pat00062
Is the number of supercapacitors,
Figure 112011069265880-pat00063
Is the number of loads,
Figure 112011069265880-pat00064
Is a supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00065
Internal equivalent series resistance
Figure 112011069265880-pat00066
It means the voltage drop part by.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수 개의 슈퍼캐패시터와 단일 배터리가 각각 DC/DC 컨버터를 통해 전원선에 연결되고, 복수 개의 부하가 전원선에 연결된 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법에 있어서, 상기 슈퍼캐패시터들의 상태정보, 배터리의 상태 정보, 부하들의 전류정보를 측정하고, 상기 측정된 정보를 기반으로 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 단계, 상기 구해진 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값에 따라 상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터들에 공급되는 전류를 제어하는 단계를 포함하는 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, a plurality of supercapacitors and a single battery are each connected to a power line through a DC / DC converter, a plurality of loads in the management method of a hybrid energy storage system connected to the power line, the supercapacitor Measuring the state information of the battery, the state information of the battery, the current information of the loads, and obtaining an optimum battery current value and an optimum supercapacitor current value based on the measured information, and obtaining the optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value. In accordance with the present invention, there is provided a method of managing a hybrid energy storage system, the method including controlling a current supplied to the battery and the supercapacitors.

상기 배터리의 상태정보는 배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 온도, 배터리 내부저항값, 배터리 수명, 배터리 SOC 중 적어도 하나일 수 있다. The state information of the battery may be at least one of a battery voltage, a battery current, a battery temperature, a battery internal resistance value, a battery life, and a battery SOC.

상기 슈퍼캐패시터의 상태정보는 슈퍼캐패시터 전압, 슈퍼캐패시터 전류, 슈퍼캐패시터 SOC, 슈퍼캐패시터 내부저항 값, 슈퍼캐패시터 수명 중 적어도 하나일 수 있다. The state information of the supercapacitor may be at least one of a supercapacitor voltage, a supercapacitor current, a supercapacitor SOC, a supercapacitor internal resistance value, and a supercapacitor lifetime.

상기 부하의 전류정보는 부하가 소모/발생시키는 소모/발생 전류값 또는 예측된 미래 부하 전류값을 포함한다. The current information of the load includes a consumed / generated current value or predicted future load current value consumed / generated by the load.

상기 구해진 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값은 배터리 전류 크기 및 변화를 최소화 또는 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 값일 수 있다.
The obtained optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value may be values for minimizing battery current magnitude and change or minimizing supercapacitor power loss.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 부하 정보, 배터리 상태정보 및 슈퍼캐패시터 상태정보를 기반으로 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 도출하는 최적화 기법을 제공함으로써, 배터리의 출력 안정화, 배터리 사용시간 및 수명 연장, 배터리 방전 방지, 누설 전류 최소화에 보다 나은 성능을 가져올 수 있다.
As described above, the present invention provides an optimization technique for deriving an optimal battery current value and an optimal supercapacitor current value based on load information, battery state information, and supercapacitor state information, thereby stabilizing battery output and battery life time. And better performance for longer lifespan, battery discharge protection and minimal leakage current.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 에너지 저장 시스템이 에너지를 관리하는 방법을 나타낸 흐름도. 1 is a view showing the configuration of a hybrid energy storage system according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of managing energy in a hybrid energy storage system according to the present invention.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
The foregoing and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a hybrid energy storage system according to the present invention.

도 1을 참조하면, 하이브리드 에너지 저장 시스템(100)은 배터리(110), 복수 개의 슈퍼캐패시터(120a,.., 120K, 이하 120이라 칭함), 복수 개의 부하(130a,.., 130N, 이하 130이라 칭함), DC/DC 컨버터(140), 각 부하(130)를 DC 버스와 연결하는 복수 개의 인버터(150a,.., 150N, 이하 150이라 칭함), 배터리 센싱부(160), 복수 개의 슈퍼캐패시터 센싱부(170a,.., 170K, 이하 170이라 칭함), 복수 개의 부하 센싱부(180a,.., 180N, 이하 180이라 칭함), 제어부(190)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the hybrid energy storage system 100 includes a battery 110, a plurality of supercapacitors 120a,... 120K, hereinafter referred to as 120, a plurality of loads 130a,. ), A DC / DC converter 140, a plurality of inverters 150a,..., 150N, hereinafter referred to as 150 to connect each load 130 with a DC bus, a battery sensing unit 160, a plurality of supers The capacitor sensing unit 170a,..., 170K, hereinafter referred to as 170, a plurality of load sensing units 180a,..., 180N, hereinafter referred to as 180, and a controller 190.

상기 복수 개의 슈퍼캐패시터(120), 단일 배터리(110)는 DC/DC 컨버터(140)를 통해 DC 버스와 연결될 수 있고, 복수 개의 부하(130)는 인버터(150)를 통해 혹은 직접 DC 버스와 연결될 수 있다. The plurality of supercapacitors 120 and the single battery 110 may be connected to the DC bus through the DC / DC converter 140, and the plurality of loads 130 may be connected to the DC bus through the inverter 150 or directly. Can be.

상기 부하들(130)은 전류를 소모하거나 발생, 또는 소모와 발생이 모두 가능한 장치를 말하는 것으로, 예를 들면 전열기, 전등, 전동기, 전동기와 같은 동력원으로부터 동력을 얻는 발전기, 펌프, 팬 등을 말한다.The loads 130 refer to a device that consumes, generates, or consumes and generates current. For example, the loads 130 refer to a generator, a pump, a fan, and the like that receive power from a power source such as a heater, a lamp, an electric motor, and an electric motor. .

상기 슈퍼캐패시터(120)는 캐패시터의 성능 중 특히 전기 용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로서, 전지의 목적으로 사용하도록 한 부품이다. 따라서, 상기 슈퍼캐패시터(120)는 전기적으로 충전지와 같은 기능을 갖는다.The supercapacitor 120 mainly reinforces the performance of the capacitor, especially the capacity of the capacitor, and is a component that is used for the purpose of a battery. Therefore, the supercapacitor 120 has a function like an electrically rechargeable battery.

상기 부하(130)와 상기 슈퍼캐패시터(120)는 하나 이상의 개수가 병렬 연결되어 있다.One or more numbers of the load 130 and the supercapacitor 120 are connected in parallel.

상기 DC 버스는 상기 슈퍼캐패시터(120), 배터리(110), 부하(130)에 각각 전원을 공급하기 위한 전원선을 말한다. The DC bus refers to a power line for supplying power to the supercapacitor 120, the battery 110, and the load 130, respectively.

여기에서는 슈퍼캐패시터(120), 배터리(110), 부하(130)가 단일 DC 버스에 연결되는 방식을 도시하였지만, 다중 DC 버스를 이용한 보다 복잡한 형태의 연결방식도 사용될 수 있다.Here, although the supercapacitor 120, the battery 110, and the load 130 are shown in a manner of being connected to a single DC bus, a more complicated form of connection using a multiple DC bus may also be used.

상기 DC/DC 컨버터(140)는 배터리(110), 슈퍼캐패시터들(120)에 각각 연결되어, 전원 공급부(미도시)로부터의 전압을 DC 버스를 통해 상기 슈퍼캐패시터들(120)과 상기 배터리(110)에 각각 공급한다. 이때, 상기 DC/DC 컨버터(140)는 상기 제어부(190)에서 계산된 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값에 해당하는 전압이 공급되도록 상기 배터리(110) 및 상기 슈퍼캐패시터들(120)에 공급되는 전류를 제어한다. 다시 말하면, 상기 DC/DC 컨버터(140)는 상기 제어부(190)에서 구해진 최적 전류값을 바탕으로 상기 배터리(110)와 슈퍼캐패시터(120)에 공급되는 전류 흐름을 제어한다.The DC / DC converter 140 is connected to the battery 110 and the supercapacitors 120, respectively, so that a voltage from a power supply unit (not shown) is transferred through the DC bus to the supercapacitors 120 and the battery ( 110) respectively. In this case, the DC / DC converter 140 is supplied to the battery 110 and the supercapacitors 120 to supply a voltage corresponding to the optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value calculated by the controller 190. Control the current supplied. In other words, the DC / DC converter 140 controls the flow of current supplied to the battery 110 and the supercapacitor 120 based on the optimum current value obtained by the controller 190.

상기 배터리(110)에 연결된 DC/DC 컨버터(140)는 상기 제어부(190)로부터의 최적 배터리 전류값에 따른 전압이 공급되도록 전원 공급부(미도시)로부터의 전압을 상기 최적 배터리 전류값에 해당하는 전압으로 변환하여 상기 배터리(110)에 공급한다.The DC / DC converter 140 connected to the battery 110 may convert a voltage from a power supply unit (not shown) corresponding to the optimum battery current value so that a voltage corresponding to the optimum battery current value from the controller 190 is supplied. The voltage is converted into a voltage and supplied to the battery 110.

또한, 상기 슈퍼캐패시터(120)에 연결된 DC/DC 컨버터(140)는 상기 제어부(190)로부터의 최적 슈퍼캐패시터 전류값에 따른 전압이 공급되도록 전원 공급부(미도시)로부터의 전압을 상기 최적 슈퍼캐패시터 전류값에 해당하는 전압으로 변환하여 상기 슈퍼캐패시터(120)에 공급한다.In addition, the DC / DC converter 140 connected to the supercapacitor 120 receives the voltage from the power supply unit (not shown) so that the voltage according to the optimum supercapacitor current value from the controller 190 is supplied to the optimum supercapacitor. The voltage is converted into a voltage corresponding to a current value and supplied to the supercapacitor 120.

상기와 같은 역할을 수행하는 DC/DC 컨버터(140)는 bi-directional 컨버터, multi input 컨버터 등 어떠한 컨버터를 이용하여 구성될 수 있다.The DC / DC converter 140 performing the above role may be configured using any converter such as a bi-directional converter and a multi input converter.

상기 배터리 센싱부(160)는 배터리(110)의 상태정보를 측정하여 제어부(190)로 전송한다. 여기서, 상기 배터리의 상태정보는 배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 온도, 배터리 내부 저항값, 배터리 수명, 배터리 SOC(State Of Charge) 등을 말한다.The battery sensing unit 160 measures state information of the battery 110 and transmits it to the controller 190. Here, the state information of the battery refers to a battery voltage, a battery current, a battery temperature, a battery internal resistance value, a battery life, a battery state of charge (SOC), and the like.

상기 슈퍼캐패시터 센싱부(170)는 슈퍼캐패시터(110)의 상태정보를 측정하여 제어부(190)로 전송한다. 상기 슈퍼캐패시터의 상태정보는 슈퍼캐패시터 전압, 슈퍼캐패시터 전류, 슈퍼캐패시터 SOC, 슈퍼캐패시터 내부저항 값, 슈퍼캐패시터 수명 등을 말한다.  The supercapacitor sensing unit 170 measures the state information of the supercapacitor 110 and transmits the state information to the controller 190. The state information of the supercapacitor refers to a supercapacitor voltage, a supercapacitor current, a supercapacitor SOC, a supercapacitor internal resistance value, and a supercapacitor lifetime.

상기 슈퍼캐패시터 센싱부(170)는 슈퍼캐패시터들(120) 각각에 연결되어, 각 슈퍼캐패시터(120)의 상태정보를 측정한다. The supercapacitor sensing unit 170 is connected to each of the supercapacitors 120 and measures state information of each supercapacitor 120.

상기 부하 센싱부(180)는 부하가 소모/발생시키는 소모/발생 전류 값을 측정하고, 미래 부하 전류 값을 예측하여 상기 소모/발생 전류값과 상기 미래 부하 전류 예측값을 포함하는 부하 전류 정보를 상기 제어부(190)로 전송한다.The load sensing unit 180 measures the consumption / generated current value consumed / generated by the load, predicts a future load current value, and loads load current information including the consumption / generated current value and the future load current predicted value. The control unit 190 transmits.

이때, 상기 부하 센싱부(180)는 주변 상황 정보 및 전기 시스템 동작 정보 등을 이용하여 미래 부하 전류값을 예측한다. 예를 들어, 전기 자동차의 경우 주행하는 지형정보와 현재의 동작 정보를 이용하여 전기 자동차의 속도, 가속도 등의 주행정보를 구하고, 상기 주행 정보를 이용하여 목적지까지는 얼마만큼의 전류가 필요한지를 예측할 수 있다. 여기서, 상기 목적지까지 필요한 전류가 미래 부하 전류값을 말한다. In this case, the load sensing unit 180 predicts a future load current value by using surrounding situation information and electrical system operation information. For example, in the case of an electric vehicle, driving information such as speed and acceleration of the electric vehicle may be obtained using terrain information and current motion information to drive, and how much current is required to the destination using the driving information. have. Here, the current required to the destination refers to the future load current value.

상기 부하 센싱부(180)는 미래 부하 전류 값을 보다 정확하게 예측하기 위해 시스템 동작 환경을 센싱하는 장비와 연동될 수 있다. 예를 들어 전기자동차에 적용되는 경우 상기 부하 센싱부(180)는 GPS, 차량 속도계, 전후방 레이더 등과 연동되어 보다 정확하게 미래 부하 전류 값을 예측할 수 있다.The load sensing unit 180 may be linked with equipment for sensing a system operating environment in order to more accurately predict a future load current value. For example, when applied to an electric vehicle, the load sensing unit 180 may predict the future load current value more accurately by interlocking with a GPS, a vehicle speedometer, and a front and rear radar.

상기 제어부(190)는 상기 슈퍼캐패시터 센싱부(170)로부터의 슈퍼캐패시터 상태정보, 상기 배터리 센싱부(160)로부터의 배터리 상태정보, 상기 부하 센싱부(180)로부터의 부하 전류 정보를 기반으로 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다. The controller 190 is optimized based on the supercapacitor state information from the supercapacitor sensing unit 170, the battery state information from the battery sensing unit 160, and the load current information from the load sensing unit 180. Find the battery current value and the optimum supercapacitor current value.

즉, 상기 제어부(190)는 상기 슈퍼캐패시터 상태정보, 배터리 상태정보, 부하 전류 정보를 근거로 배터리 전류 변화 및 최대 전류 값을 최소화하고 슈패캐패시터에서 발생하는 파워 손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 일정 주기마다 또는 실시간으로 계산하고 이를 바탕으로 DC/DC 컨버터(140)를 제어한다.That is, the controller 190 may optimize the battery current value and the optimal value to minimize the battery current change and the maximum current value and minimize the power loss generated in the supercapacitor based on the supercapacitor state information, the battery state information, and the load current information. The supercapacitor current value is calculated at regular intervals or in real time and based on this, the DC / DC converter 140 is controlled.

또한, 상기 제어부(190)는 배터리의 출력 안정화, 배터리 사용시간 및 수명 연장, 배터리 방전 방지, 누설 전류 최소화 등을 위한 최적 배터리 전류값, 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 결정한다.In addition, the controller 190 determines an optimum battery current value and an optimum supercapacitor current value for stabilizing the output of the battery, extending the battery usage time and lifespan, preventing battery discharge, and minimizing leakage current.

상기 제어부(190)는 최적 배터리 전류값, 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 계산하기 위하여 패널티 함수(

Figure 112011069265880-pat00067
)(Penalty function)를 이용한다. 패널티 함수
Figure 112011069265880-pat00068
는 u에 관한 함수로 u가
Figure 112011069265880-pat00069
보다 클수록 큰 함수값을 나타낸다. 대표적인 페널티 함수로는
Figure 112011069265880-pat00070
-norm 함수, 데드존선형(deadzone-linearly)함수, 로그배리어(log-barrier)함수 등이 있다.The controller 190 may determine the optimal battery current value and the optimum supercapacitor current value by using a penalty function (
Figure 112011069265880-pat00067
(Penalty function). Penalty function
Figure 112011069265880-pat00068
Is a function of u
Figure 112011069265880-pat00069
Larger value indicates larger function value. Typical penalty functions include
Figure 112011069265880-pat00070
-norm function, deadzone-linearly function, log-barrier function.

상기

Figure 112011069265880-pat00071
-norm 함수는 수학식 1, 데드존 선형 함수는 수학식 2, 로그배리어 함수는 수학식 3과 같이 표현된다. remind
Figure 112011069265880-pat00071
The -norm function is represented by Equation 1, the dead zone linear function by Equation 2, and the log barrier function by Equation 3.

Figure 112011069265880-pat00072
Figure 112011069265880-pat00072

Figure 112011069265880-pat00073
Figure 112011069265880-pat00073

Figure 112011069265880-pat00074
Figure 112011069265880-pat00074

상기 제어부(190)는 상기와 같은 페널티 함수를 이용하여 배터리 전류 크기 및 변화를 최소화하거나 슈퍼캐패시터의 파워손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다.The controller 190 calculates an optimal battery current value and an optimum supercapacitor current value for minimizing battery current magnitude and change or minimizing power loss of the supercapacitor using the penalty function as described above.

즉, 상기 제어부(190)는 수학식 4를 이용하여 배터리 전류 크기 및 변화를 최소화하는 최적 배터리 전류값 및 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다. That is, the controller 190 obtains an optimal battery current value and a supercapacitor current value for minimizing the battery current magnitude and change using Equation 4.

Figure 112011069265880-pat00075
Figure 112011069265880-pat00075

여기서, 상기 함수

Figure 112011069265880-pat00076
는
Figure 112011069265880-pat00077
의 크기가 클수록 함수 값이 커지는 페널티 함수로,
Figure 112011069265880-pat00078
의 크기가
Figure 112011069265880-pat00079
보다 크면 함수 값이 급격히 커지도록 임의로 정의할 수 있다. 상기
Figure 112011069265880-pat00080
는 배터리 전류 크기에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112011069265880-pat00081
는 배터리 전류 변화량에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112011069265880-pat00082
는 트레이드-오프 팩터 조절 파라미터,
Figure 112011069265880-pat00083
는 시간 윈도우 크기를 의미한다. Where the function
Figure 112011069265880-pat00076
The
Figure 112011069265880-pat00077
Penalty function that increases the value of.
Figure 112011069265880-pat00078
The size of
Figure 112011069265880-pat00079
If it is larger, it can be arbitrarily defined so that the function value increases rapidly. remind
Figure 112011069265880-pat00080
Is the sum of the penalty function values based on the magnitude of the battery current,
Figure 112011069265880-pat00081
Is the sum of the penalty function values based on the amount of change in battery current,
Figure 112011069265880-pat00082
Is a trade-off factor adjustment parameter,
Figure 112011069265880-pat00083
Means the time window size.

상기

Figure 112011069265880-pat00084
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112011069265880-pat00085
는 시간 t 에서의 슈퍼캐피시터 전류,
Figure 112011069265880-pat00086
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112011069265880-pat00087
는
Figure 112011069265880-pat00088
의 캐패시턴스,
Figure 112011069265880-pat00089
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112011069265880-pat00090
은 부하 n,
Figure 112011069265880-pat00091
은
Figure 112011069265880-pat00092
의 등가 직렬 저항,
Figure 112011069265880-pat00093
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112011069265880-pat00094
는
Figure 112011069265880-pat00095
의 최대 허용 전압,
Figure 112011069265880-pat00096
는 단위 시간 간격,
Figure 112011069265880-pat00097
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112011069265880-pat00098
은 부하 개수,
Figure 112011069265880-pat00099
는 시간 윈도우 크기를 의미한다. 상기
Figure 112011069265880-pat00100
는 측정된 소모/발생 부하 전류값과 예측된 미래 부하 전류값을 포함하는 부하 전류이다. remind
Figure 112011069265880-pat00084
Is the battery current at time t,
Figure 112011069265880-pat00085
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112011069265880-pat00086
Is the load current at time t,
Figure 112011069265880-pat00087
The
Figure 112011069265880-pat00088
Capacitance,
Figure 112011069265880-pat00089
Is the supercapacitor k,
Figure 112011069265880-pat00090
Is the load n,
Figure 112011069265880-pat00091
silver
Figure 112011069265880-pat00092
Equivalent series resistance of,
Figure 112011069265880-pat00093
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112011069265880-pat00094
The
Figure 112011069265880-pat00095
Permissible voltage,
Figure 112011069265880-pat00096
Is the unit time interval,
Figure 112011069265880-pat00097
Is the number of supercapacitors,
Figure 112011069265880-pat00098
Is the number of loads,
Figure 112011069265880-pat00099
Means the time window size. remind
Figure 112011069265880-pat00100
Is the load current including the measured consumption / generated load current value and the predicted future load current value.

상기 수학식에서

Figure 112011069265880-pat00101
은 키르히호프 전류법칙을 의미하는 것으로, DC 버스 노드에 흘러 들어오는 전류와 흘러나가는 전류는 동일하다는 사실을 뜻한다. In the above equation
Figure 112011069265880-pat00101
Kirchhoff's current law means that the current flowing into the DC bus node and the current flowing out are the same.

상기

Figure 112011069265880-pat00102
은 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00103
에 흐르는 전류
Figure 112011069265880-pat00104
와 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00105
의 전압
Figure 112011069265880-pat00106
간의 일반적인 관계식을 의미한다. 여기서
Figure 112011069265880-pat00107
는 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00108
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112011069265880-pat00109
에 의한 전압 강하 부분이다. remind
Figure 112011069265880-pat00102
Silver supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00103
Current flowing in
Figure 112011069265880-pat00104
And supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00105
Voltage
Figure 112011069265880-pat00106
The general relationship between the liver. here
Figure 112011069265880-pat00107
Is a supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00108
Internal equivalent series resistance
Figure 112011069265880-pat00109
The voltage drop by

Figure 112011069265880-pat00110
은 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00111
의 초기 충전량은 마지막 충전량과 같음을 의미한다. 즉, 시스템이 동작하는 동안의 알짜 에너지 변화량은 0임을 나타낸다.
Figure 112011069265880-pat00110
Silver supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00111
Means that the initial charge of is equal to the last charge. In other words, the net change in energy during operation of the system is zero.

Figure 112011069265880-pat00112
은 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00113
의 전압
Figure 112011069265880-pat00114
의 범위를 나타낸다.
Figure 112011069265880-pat00112
Silver supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00113
Voltage
Figure 112011069265880-pat00114
Indicates the range of.

또한, 상기 제어부(190)는 수학식 5를 이용하여 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값 및 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다. In addition, the controller 190 calculates an optimal battery current value and a supercapacitor current value for minimizing the supercapacitor power loss using Equation 5.

Figure 112011069265880-pat00115
Figure 112011069265880-pat00115

여기서, 상기

Figure 112011069265880-pat00116
는 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00117
,
Figure 112011069265880-pat00118
는 시간 t 에서의 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00119
전류,
Figure 112011069265880-pat00120
는
Figure 112011069265880-pat00121
의 등가 직렬 저항이다.Here,
Figure 112011069265880-pat00116
The Supercapacitor
Figure 112011069265880-pat00117
,
Figure 112011069265880-pat00118
Supercapacitor at time t
Figure 112011069265880-pat00119
electric current,
Figure 112011069265880-pat00120
The
Figure 112011069265880-pat00121
Is the equivalent series resistance.

상기

Figure 112011069265880-pat00122
은 배터리 전류 크기의 범위, 상기
Figure 112011069265880-pat00123
은 배터리 전류 변화량의 범위를 의미한다.remind
Figure 112011069265880-pat00122
Is the range of battery current magnitude, said
Figure 112011069265880-pat00123
Is the range of the battery current change amount.

또한, 상기 제어부(190)는 수학식 6를 이용하여 배터리 전류 크기, 배터리 전류 변화량, 그리고 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값 및 슈퍼캐패시터 전류값을 구한다.In addition, the control unit 190 obtains an optimal battery current value and a supercapacitor current value for minimizing battery current magnitude, battery current variation amount, and supercapacitor power loss using Equation 6.

Figure 112011069265880-pat00124
Figure 112011069265880-pat00124

여기서, 상기

Figure 112011069265880-pat00125
는 배터리 전류 크기에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112011069265880-pat00126
는 배터리 전류 변화량에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112011069265880-pat00127
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112011069265880-pat00128
는 페널티 함수,
Figure 112011069265880-pat00129
는 트레이드-오프 팩터 조절 파라미터,
Figure 112011069265880-pat00130
는 시간 윈도우 크기,
Figure 112011069265880-pat00131
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112011069265880-pat00132
는 시간 t 에서의 슈퍼캐패시터
Figure 112011069265880-pat00133
전류,
Figure 112011069265880-pat00134
는
Figure 112011069265880-pat00135
의 등가 직렬 저항이다.Here,
Figure 112011069265880-pat00125
Is the sum of the penalty function values based on the magnitude of the battery current,
Figure 112011069265880-pat00126
Is the sum of the penalty function values based on the amount of change in battery current,
Figure 112011069265880-pat00127
Is the battery current at time t,
Figure 112011069265880-pat00128
Is the penalty function,
Figure 112011069265880-pat00129
Is a trade-off factor adjustment parameter,
Figure 112011069265880-pat00130
Is the time window size,
Figure 112011069265880-pat00131
The Supercapacitor k,
Figure 112011069265880-pat00132
Supercapacitor at time t
Figure 112011069265880-pat00133
electric current,
Figure 112011069265880-pat00134
The
Figure 112011069265880-pat00135
Is the equivalent series resistance.

또한, 상기 제어부(190)는 상기 구해진 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 바탕으로 DC/DC 컨버터(140)들을 제어하고 그 결과를 저장한다. 상기 저장된 최적 배터리 전류 및 최적 슈퍼캐패시터 전류는 에너지 관리 성능 향상과 연산량을 감소시키기 위한 목적으로 사용될 수 있다.In addition, the controller 190 controls the DC / DC converters 140 based on the obtained optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value and stores the result. The stored optimal battery current and optimal supercapacitor current may be used for the purpose of improving energy management performance and reducing computation amount.

상기에서 설명된 배터리 센싱부(160), 슈퍼캐패시터 센싱부(170), 부하 센싱부(180), DC/DC 컨버터(140), 제어부(190)는 일대일로 연결하는 방식으로 구성될 수도 있고, 통신 네트워크(예, Ethernet, CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), FlexRay, 등)를 이용하여 구성될 수도 있다.The battery sensing unit 160, the supercapacitor sensing unit 170, the load sensing unit 180, the DC / DC converter 140, and the controller 190 described above may be configured in a one-to-one connection. It may also be configured using a communication network (eg, Ethernet, Controller Area Network (CAN), Local Interconnect Network (LIN), FlexRay, etc.).

상기와 같이 구성된 하이브리드 에너지 저장 시스템은 전기 구동 시스템의 동작 및 주변 환경을 감시하고, 그 감시 결과를 상기 제어부(190) 또는 부하 센싱부(180)에 제공하는 시스템 동작 감시부(미도시), 시스템 동작 이상상태 발생시 관리자에게 이를 알리는 경고부(미도시), 배터리 상태를 출력하는 디스플레이부(미도시)를 더 포함할 수 있다. The hybrid energy storage system configured as described above is a system operation monitoring unit (not shown) for monitoring the operation of the electric drive system and the surrounding environment and providing the monitoring result to the control unit 190 or the load sensing unit 180. It may further include a warning unit (not shown) for notifying the administrator of an abnormal operation state, and a display unit (not shown) for outputting a battery state.

상기와 같이 구성된 하이브리드 에너지 저장 시스템은 자동차 구동에 필요한 전기에너지를 제어하는 자동차 에너지 관리 시스템, 전력망 운영에 필요한 전기에너지를 제어하는 전력망 에너지 관리 시스템 등에 이용될 수 있다.
The hybrid energy storage system configured as described above may be used for an automobile energy management system for controlling electrical energy required for driving a vehicle, a power grid energy management system for controlling electrical energy required for operating a grid, and the like.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 에너지 저장 시스템이 에너지를 관리하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of managing energy in a hybrid energy storage system according to the present invention.

도 2를 참조하면, 하이브리드 에너지 저장 시스템은 슈퍼캐패시터의 상태정보, 배터리의 상태 정보, 부하의 전류 정보를 측정한다(S202).Referring to FIG. 2, the hybrid energy storage system measures state information of a supercapacitor, state information of a battery, and current information of a load (S202).

여기서, 상기 배터리 상태정보는 배터리 센싱부를 통해 측정된 정보로서, 배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 온도, 배터리 내부저항값, 배터리 수명 또는 배터리 SOC 등을 말한다.Here, the battery state information is information measured through a battery sensing unit, and refers to a battery voltage, a battery current, a battery temperature, a battery internal resistance value, a battery life, or a battery SOC.

상기 슈퍼캐패시터 상태정보는 슈퍼캐패시터 센싱부를 통해 측정된 정보로서, 슈퍼캐패시터 전압, 슈퍼캐패시터 전류, 슈퍼캐패시터 SOC, 슈퍼캐패시터 내부저항 값, 슈퍼캐패시터 수명 등을 말한다.The supercapacitor state information is information measured through the supercapacitor sensing unit and refers to a supercapacitor voltage, a supercapacitor current, a supercapacitor SOC, a supercapacitor internal resistance value, and a supercapacitor lifetime.

상기 부하 전류 정보는 부하 센싱부를 통해 측정 또는 예측된 정보로서, 부하가 소모 또는 발생시키는 전류값, 미래 부하 전류 값을 말한다. The load current information is information measured or predicted by the load sensing unit and refers to a current value consumed or generated by the load and a future load current value.

상기 S202가 수행되면, 상기 하이브리드 에너지 저장 시스템은 상기 측정된 정보를 기반으로 배터리 전류 변화 및 크기 또는 슈퍼캐패시터 파워손실을 최소화하는 배터리 전류값과 슈퍼캐패시터 전류값을 계산한다(S204). 상기 배터리 전류값과 상기 슈퍼캐패시터 전류값을 계산하는 방법은 수학식 1 내지 수학식 6을 참조한다. When the S202 is performed, the hybrid energy storage system calculates a battery current value and a supercapacitor current value for minimizing battery current change and magnitude or supercapacitor power loss based on the measured information (S204). For the method of calculating the battery current value and the supercapacitor current value, refer to Equations 1 to 6.

상기 S204의 수행 후, 상기 하이브리드 에너지 저장 시스템은 상기 계산된 배터리 전류값과 슈퍼캐패시터 전류값에 따라 배터리와 슈퍼캐패시터들에 공급되는 전류를 각각 제어한다(S206).After performing the step S204, the hybrid energy storage system controls the current supplied to the battery and the supercapacitors according to the calculated battery current value and the supercapacitor current value, respectively (S206).

그러면, 상기 하이브리드 에너지 저장 시스템은 배터리에 흐르는 전류의 변화 및 최대값을 최소화함으로써 배터리 수명을 최대화할 수 있고, 에너지 손실을 최소화하여 방전시간을 최대화할 수 있다.
Then, the hybrid energy storage system may maximize battery life by minimizing changes and maximum values of current flowing through the battery, and maximize discharge time by minimizing energy loss.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100 : 하이브리드 에너지 저장 시스템 110 : 배터리
120 : 슈퍼캐패시터 130 : 부하
140 : DC/DC 컨버터 150 : 인터버
160 : 배터리 센싱부 170 : 슈퍼캐패시터 센싱부
180 : 부하 센싱부 190 : 제어부100: hybrid energy storage system 110: battery
120: supercapacitor 130: load
140: DC / DC converter 150: Interleaver
160: battery sensing unit 170: supercapacitor sensing unit
180: load sensing unit 190: control unit

Claims (17)

배터리;
슈퍼캐패시터;
부하;
상기 배터리의 상태정보를 측정하여 제어부로 전송하는 배터리 센싱부;
상기 슈퍼캐패시터의 상태정보를 각각 측정하여 상기 제어부로 전송하는 슈퍼캐패시터 센싱부;
상기 부하의 전류정보를 측정 또는 예측하여 상기 제어부로 전송하는 부하 센싱부;
상기 배터리의 상태정보, 상기 슈퍼캐패시터의 상태정보, 상기 부하의 전류정보를 기반으로 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 제어부; 및
상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터에 각각 연결되어, 상기 제어부에서 구해진 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 근거로 전원선을 통해 상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터에 공급되는 전류를 각각 제어하는 복수 개의 DC/DC 컨버터;를 포함하되,
상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 배터리 전류 크기 및 변화가 최소화되는 최적 배터리 전류값과 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템,
[수학식]
Figure 112013065757503-pat00347

여기서, 상기
Figure 112013065757503-pat00348
는 배터리 전류 크기에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112013065757503-pat00349
는 배터리 전류 변화량에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112013065757503-pat00350
는 트레이드-오프 팩터 조절 파라미터,
Figure 112013065757503-pat00351
,
Figure 112013065757503-pat00352
는 페널티 함수 값이 급격하게 증가하는 경계를 나타내는 상수,
Figure 112013065757503-pat00353
는 시간 윈도우 크기,
Figure 112013065757503-pat00354
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112013065757503-pat00355
는 시간 t 에서의 슈퍼캐피시터 전류,
Figure 112013065757503-pat00356
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112013065757503-pat00357
는
Figure 112013065757503-pat00358
의 캐패시턴스,
Figure 112013065757503-pat00359
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112013065757503-pat00360
은 부하 n,
Figure 112013065757503-pat00361
은
Figure 112013065757503-pat00362
의 등가 직렬 저항,
Figure 112013065757503-pat00363
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112013065757503-pat00364
는
Figure 112013065757503-pat00365
의 최대 허용 전압,
Figure 112013065757503-pat00366
는 단위 시간 간격,
Figure 112013065757503-pat00367
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112013065757503-pat00368
은 부하 개수,
Figure 112013065757503-pat00369
는 슈퍼캐패시터
Figure 112013065757503-pat00370
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112013065757503-pat00371
에 의한 전압 강하 부분을 의미함.
battery;
Supercapacitors;
Load;
A battery sensing unit measuring state information of the battery and transmitting the measured state information to the controller;
A supercapacitor sensing unit measuring state information of the supercapacitor and transmitting the measured state information to the controller;
A load sensing unit for measuring or predicting current information of the load and transmitting the measured current information to the controller;
A controller configured to obtain an optimal battery current value and an optimal supercapacitor current value based on the battery state information, the supercapacitor state information, and the load current information; And
A plurality of DCs / connected to the battery and the supercapacitor to respectively control currents supplied to the battery and the supercapacitor through a power line based on an optimum battery current value and an optimum supercapacitor current value obtained by the controller; Including; DC converter;
The controller calculates an optimal battery current value and a supercapacitor current value to minimize battery current magnitude and change by using the following equation,
[Mathematical Expression]
Figure 112013065757503-pat00347

Here,
Figure 112013065757503-pat00348
Is the sum of the penalty function values based on the magnitude of the battery current,
Figure 112013065757503-pat00349
Is the sum of the penalty function values based on the amount of change in battery current,
Figure 112013065757503-pat00350
Is a trade-off factor adjustment parameter,
Figure 112013065757503-pat00351
,
Figure 112013065757503-pat00352
Is a constant representing the boundary at which the penalty function value increases rapidly,
Figure 112013065757503-pat00353
Is the time window size,
Figure 112013065757503-pat00354
Is the battery current at time t,
Figure 112013065757503-pat00355
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112013065757503-pat00356
Is the load current at time t,
Figure 112013065757503-pat00357
The
Figure 112013065757503-pat00358
Capacitance,
Figure 112013065757503-pat00359
Is the supercapacitor k,
Figure 112013065757503-pat00360
Is the load n,
Figure 112013065757503-pat00361
silver
Figure 112013065757503-pat00362
Equivalent series resistance of,
Figure 112013065757503-pat00363
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112013065757503-pat00364
The
Figure 112013065757503-pat00365
Permissible voltage,
Figure 112013065757503-pat00366
Is the unit time interval,
Figure 112013065757503-pat00367
Is the number of supercapacitors,
Figure 112013065757503-pat00368
Is the number of loads,
Figure 112013065757503-pat00369
Is a supercapacitor
Figure 112013065757503-pat00370
Internal equivalent series resistance
Figure 112013065757503-pat00371
Means the voltage drop by
제1항에 있어서,
상기 부하를 상기 전원선과 연결하는 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템.
The method of claim 1,
And an inverter for connecting the load to the power line.
제1항에 있어서,
상기 배터리의 상태정보는 배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 온도, 배터리 내부 저항값, 배터리 수명, 배터리 SOC 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템.
The method of claim 1,
The state information of the battery is at least one of battery voltage, battery current, battery temperature, battery internal resistance value, battery life, battery SOC.
제1항에 있어서,
상기 슈퍼캐패시터의 상태정보는 슈퍼캐패시터 전압, 슈퍼캐패시터 전류, 슈퍼캐패시터 SOC, 슈퍼캐패시터 내부저항 값, 슈퍼캐패시터 수명 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템.
The method of claim 1,
The state information of the supercapacitor is at least one of a supercapacitor voltage, a supercapacitor current, a supercapacitor SOC, a supercapacitor internal resistance value, and a supercapacitor lifetime.
제1항에 있어서,
상기 부하의 전류정보는 부하가 소모/발생시키는 소모/발생 전류값 또는 예측된 미래 부하 전류값을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템.
The method of claim 1,
And the current information of the load includes a consumption / generated current value consumed / generated by the load or a predicted future load current value.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 배터리 전류 크기 및 변화를 최소화 또는 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템.
The method of claim 1,
And the control unit obtains an optimal battery current value and an optimum supercapacitor current value for minimizing battery current magnitude and change or minimizing supercapacitor power loss.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는 다음의 수학식에 의한 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 최적 배터리 전류값과 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템,
[수학식]
Figure 112013015376976-pat00273

여기서, 상기
Figure 112013015376976-pat00160
는 시간 t 에서의 슈퍼캐패시터 전류,
Figure 112013015376976-pat00161
은
Figure 112013015376976-pat00162
의 등가 직렬 저항,
Figure 112013015376976-pat00163
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112013015376976-pat00164
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112013015376976-pat00165
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112013015376976-pat00166
는
Figure 112013015376976-pat00167
의 캐패시턴스,
Figure 112013015376976-pat00168
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112013015376976-pat00169
은 부하 n,
Figure 112013015376976-pat00170
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112013015376976-pat00171
는
Figure 112013015376976-pat00172
의 최대 허용 전압,
Figure 112013015376976-pat00173
는 단위 시간 간격,
Figure 112013015376976-pat00174
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112013015376976-pat00175
은 부하 개수,
Figure 112013015376976-pat00176
는 슈퍼캐패시터
Figure 112013015376976-pat00177
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112013015376976-pat00178
에 의한 전압 강하 부분을 의미함.
The method of claim 1,
The control unit is a hybrid energy storage system, characterized in that to obtain the optimum battery current value and supercapacitor current value to minimize the supercapacitor power loss by the following equation,
[Mathematical Expression]
Figure 112013015376976-pat00273

Here,
Figure 112013015376976-pat00160
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112013015376976-pat00161
silver
Figure 112013015376976-pat00162
Equivalent series resistance of,
Figure 112013015376976-pat00163
Is the battery current at time t,
Figure 112013015376976-pat00164
Is the load current at time t,
Figure 112013015376976-pat00165
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112013015376976-pat00166
The
Figure 112013015376976-pat00167
Capacitance,
Figure 112013015376976-pat00168
Is the supercapacitor k,
Figure 112013015376976-pat00169
Is the load n,
Figure 112013015376976-pat00170
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112013015376976-pat00171
The
Figure 112013015376976-pat00172
Permissible voltage,
Figure 112013015376976-pat00173
Is the unit time interval,
Figure 112013015376976-pat00174
Is the number of supercapacitors,
Figure 112013015376976-pat00175
Is the number of loads,
Figure 112013015376976-pat00176
Is a supercapacitor
Figure 112013015376976-pat00177
Internal equivalent series resistance
Figure 112013015376976-pat00178
Means the voltage drop by
제1항에 있어서,
상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템,
[수학식]
Figure 112013015376976-pat00274

여기서, 상기
Figure 112013015376976-pat00180
는 배터리 전류 크기에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112013015376976-pat00181
는 배터리 전류 변화량에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112013015376976-pat00275
,
Figure 112013015376976-pat00276
는 페널티 함수 값이 급격하게 증가하는 경계를 나타내는 상수,
Figure 112013015376976-pat00182
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112013015376976-pat00183
는 트레이드-오프 팩터 조절 파라미터,
Figure 112013015376976-pat00184
는 시간 윈도우 크기,
Figure 112013015376976-pat00185
는 시간 t 에서의 슈퍼캐피시터 전류,
Figure 112013015376976-pat00186
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112013015376976-pat00187
는
Figure 112013015376976-pat00188
의 캐패시턴스,
Figure 112013015376976-pat00189
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112013015376976-pat00190
은 부하 n,
Figure 112013015376976-pat00191
은
Figure 112013015376976-pat00192
의 등가 직렬 저항,
Figure 112013015376976-pat00193
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112013015376976-pat00194
는
Figure 112013015376976-pat00195
의 최대 허용 전압,
Figure 112013015376976-pat00196
는 단위 시간 간격,
Figure 112013015376976-pat00197
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112013015376976-pat00198
은 부하 개수,
Figure 112013015376976-pat00199
는 슈퍼캐패시터
Figure 112013015376976-pat00200
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112013015376976-pat00201
에 의한 전압 강하 부분을 의미함.
The method of claim 1,
The controller calculates an optimal battery current value and an optimum supercapacitor current value by using the following equation,
[Mathematical Expression]
Figure 112013015376976-pat00274

Here,
Figure 112013015376976-pat00180
Is the sum of the penalty function values based on the magnitude of the battery current,
Figure 112013015376976-pat00181
Is the sum of the penalty function values based on the amount of change in battery current,
Figure 112013015376976-pat00275
,
Figure 112013015376976-pat00276
Is a constant representing the boundary at which the penalty function value increases rapidly,
Figure 112013015376976-pat00182
Is the battery current at time t,
Figure 112013015376976-pat00183
Is a trade-off factor adjustment parameter,
Figure 112013015376976-pat00184
Is the time window size,
Figure 112013015376976-pat00185
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112013015376976-pat00186
Is the load current at time t,
Figure 112013015376976-pat00187
The
Figure 112013015376976-pat00188
Capacitance,
Figure 112013015376976-pat00189
Is the supercapacitor k,
Figure 112013015376976-pat00190
Is the load n,
Figure 112013015376976-pat00191
silver
Figure 112013015376976-pat00192
Equivalent series resistance of,
Figure 112013015376976-pat00193
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112013015376976-pat00194
The
Figure 112013015376976-pat00195
Permissible voltage,
Figure 112013015376976-pat00196
Is the unit time interval,
Figure 112013015376976-pat00197
Is the number of supercapacitors,
Figure 112013015376976-pat00198
Is the number of loads,
Figure 112013015376976-pat00199
Is a supercapacitor
Figure 112013015376976-pat00200
Internal equivalent series resistance
Figure 112013015376976-pat00201
Means the voltage drop by
슈퍼캐패시터와 단일 배터리가 각각 DC/DC 컨버터를 통해 전원선에 연결되고, 부하가 전원선에 연결된 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법에 있어서,
상기 슈퍼캐패시터의 상태정보, 배터리의 상태 정보, 부하의 전류정보를 측정하고, 상기 측정된 정보를 기반으로 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 단계; 및
상기 구해진 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값에 따라 상기 배터리 및 상기 슈퍼캐패시터에 공급되는 전류를 제어하는 단계;를 포함하되,
상기 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 단계는,
다음의 수학식을 이용하여 배터리 전류 크기 및 변화가 최소화되는 최적 배터리 전류값을 구하고, 그 최적 배터리 전류값을 이용하여 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법,
[수학식]
Figure 112013065757503-pat00372

여기서, 상기
Figure 112013065757503-pat00373
는 배터리 전류 크기에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112013065757503-pat00374
는 배터리 전류 변화량에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112013065757503-pat00375
는 트레이드-오프 팩터 조절 파라미터,
Figure 112013065757503-pat00376
,
Figure 112013065757503-pat00377
는 페널티 함수 값이 급격하게 증가하는 경계를 나타내는 상수,
Figure 112013065757503-pat00378
는 시간 윈도우 크기,
Figure 112013065757503-pat00379
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112013065757503-pat00380
는 시간 t 에서의 슈퍼캐피시터 전류,
Figure 112013065757503-pat00381
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112013065757503-pat00382
는
Figure 112013065757503-pat00383
의 캐패시턴스,
Figure 112013065757503-pat00384
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112013065757503-pat00385
은 부하 n,
Figure 112013065757503-pat00386
은
Figure 112013065757503-pat00387
의 등가 직렬 저항,
Figure 112013065757503-pat00388
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112013065757503-pat00389
는
Figure 112013065757503-pat00390
의 최대 허용 전압,
Figure 112013065757503-pat00391
는 단위 시간 간격,
Figure 112013065757503-pat00392
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112013065757503-pat00393
은 부하 개수,
Figure 112013065757503-pat00394
는 슈퍼캐패시터
Figure 112013065757503-pat00395
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112013065757503-pat00396
에 의한 전압 강하 부분을 의미함.
In a method of managing a hybrid energy storage system in which a supercapacitor and a single battery are respectively connected to a power line through a DC / DC converter, and a load is connected to the power line,
Measuring the state information of the supercapacitor, the state information of the battery, and the current information of the load, and obtaining an optimum battery current value and an optimum supercapacitor current value based on the measured information; And
And controlling the current supplied to the battery and the supercapacitor according to the obtained optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value.
Obtaining the optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value,
A method of managing a hybrid energy storage system, comprising: obtaining an optimal battery current value that minimizes battery current magnitude and change by using the following equation, and obtains an optimal supercapacitor current value using the optimal battery current value;
[Mathematical Expression]
Figure 112013065757503-pat00372

Here,
Figure 112013065757503-pat00373
Is the sum of the penalty function values based on the magnitude of the battery current,
Figure 112013065757503-pat00374
Is the sum of the penalty function values based on the amount of change in battery current,
Figure 112013065757503-pat00375
Is a trade-off factor adjustment parameter,
Figure 112013065757503-pat00376
,
Figure 112013065757503-pat00377
Is a constant representing the boundary at which the penalty function value increases rapidly,
Figure 112013065757503-pat00378
Is the time window size,
Figure 112013065757503-pat00379
Is the battery current at time t,
Figure 112013065757503-pat00380
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112013065757503-pat00381
Is the load current at time t,
Figure 112013065757503-pat00382
The
Figure 112013065757503-pat00383
Capacitance,
Figure 112013065757503-pat00384
Is the supercapacitor k,
Figure 112013065757503-pat00385
Is the load n,
Figure 112013065757503-pat00386
silver
Figure 112013065757503-pat00387
Equivalent series resistance of,
Figure 112013065757503-pat00388
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112013065757503-pat00389
The
Figure 112013065757503-pat00390
Permissible voltage,
Figure 112013065757503-pat00391
Is the unit time interval,
Figure 112013065757503-pat00392
Is the number of supercapacitors,
Figure 112013065757503-pat00393
Is the number of loads,
Figure 112013065757503-pat00394
Is a supercapacitor
Figure 112013065757503-pat00395
Internal equivalent series resistance
Figure 112013065757503-pat00396
Means the voltage drop by
제10항에 있어서,
상기 배터리의 상태정보는 배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 온도, 배터리 내부저항값, 배터리 수명, 배터리 SOC 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법.
The method of claim 10,
The state information of the battery is at least one of a battery voltage, battery current, battery temperature, battery internal resistance value, battery life, battery SOC.
제10항에 있어서,
상기 슈퍼캐패시터의 상태정보는 슈퍼캐패시터 전압, 슈퍼캐패시터 전류, 슈퍼캐패시터 SOC, 슈퍼캐패시터 내부저항 값, 슈퍼캐패시터 수명 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법.
The method of claim 10,
The state information of the supercapacitor is at least one of a supercapacitor voltage, a supercapacitor current, a supercapacitor SOC, a supercapacitor internal resistance value, and a supercapacitor lifetime.
제10항에 있어서,
상기 부하의 전류정보는 부하가 소모/발생시키는 소모/발생 전류값 또는 예측된 미래 부하 전류값을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법.
The method of claim 10,
The current information of the load management method of a hybrid energy storage system, characterized in that it comprises a consumption / generation current value or the expected future load current value consumed / generated by the load.
제10항에 있어서,
상기 구해진 최적 배터리 전류값 및 최적 슈퍼캐패시터 전류값은 배터리 전류 크기 및 변화를 최소화 또는 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 값인 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법.
The method of claim 10,
The obtained optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value are values for minimizing battery current magnitude and change or minimizing supercapacitor power loss.
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 단계는,
다음의 수학식에 의한 슈퍼캐패시터 파워 손실을 최소화하는 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하고, 그 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 이용하여 최적 배터리 전류값을 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법,
[수학식]
Figure 112013015376976-pat00302

여기서, 상기
Figure 112013015376976-pat00303
는 시간 t 에서의 슈퍼캐패시터 전류,
Figure 112013015376976-pat00304
은
Figure 112013015376976-pat00305
의 등가 직렬 저항,
Figure 112013015376976-pat00306
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112013015376976-pat00307
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112013015376976-pat00308
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112013015376976-pat00309
는
Figure 112013015376976-pat00310
의 캐패시턴스,
Figure 112013015376976-pat00311
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112013015376976-pat00312
은 부하 n,
Figure 112013015376976-pat00313
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112013015376976-pat00314
는
Figure 112013015376976-pat00315
의 최대 허용 전압,
Figure 112013015376976-pat00316
는 단위 시간 간격,
Figure 112013015376976-pat00317
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112013015376976-pat00318
은 부하 개수,
Figure 112013015376976-pat00319
는 슈퍼캐패시터
Figure 112013015376976-pat00320
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112013015376976-pat00321
에 의한 전압 강하 부분을 의미함.
The method of claim 10,
Obtaining the optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value,
A method of managing a hybrid energy storage system, comprising: obtaining an optimal supercapacitor current value minimizing supercapacitor power loss by the following equation, and obtaining an optimal battery current value using the optimal supercapacitor current value;
[Mathematical Expression]
Figure 112013015376976-pat00302

Here,
Figure 112013015376976-pat00303
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112013015376976-pat00304
silver
Figure 112013015376976-pat00305
Equivalent series resistance of,
Figure 112013015376976-pat00306
Is the battery current at time t,
Figure 112013015376976-pat00307
Is the load current at time t,
Figure 112013015376976-pat00308
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112013015376976-pat00309
The
Figure 112013015376976-pat00310
Capacitance,
Figure 112013015376976-pat00311
Is the supercapacitor k,
Figure 112013015376976-pat00312
Is the load n,
Figure 112013015376976-pat00313
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112013015376976-pat00314
The
Figure 112013015376976-pat00315
Permissible voltage,
Figure 112013015376976-pat00316
Is the unit time interval,
Figure 112013015376976-pat00317
Is the number of supercapacitors,
Figure 112013015376976-pat00318
Is the number of loads,
Figure 112013015376976-pat00319
Is a supercapacitor
Figure 112013015376976-pat00320
Internal equivalent series resistance
Figure 112013015376976-pat00321
Means the voltage drop by
제10항에 있어서,
상기 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 단계는,
다음의 수학식을 만족하는 최적 배터리 전류값과 최적 슈퍼캐패시터 전류값을 구하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에너지 저장 시스템의 관리 방법,
[수학식]
Figure 112013015376976-pat00322

여기서, 상기
Figure 112013015376976-pat00323
는 배터리 전류 크기에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112013015376976-pat00324
는 배터리 전류 변화량에 따른 페널티 함수 값의 합,
Figure 112013015376976-pat00325
,
Figure 112013015376976-pat00326
는 페널티 함수 값이 급격하게 증가하는 경계를 나타내는 상수,
Figure 112013015376976-pat00327
는 시간 t 에서의 배터리 전류,
Figure 112013015376976-pat00328
는 트레이드-오프 팩터 조절 파라미터,
Figure 112013015376976-pat00329
는 시간 윈도우 크기,
Figure 112013015376976-pat00330
는 시간 t 에서의 슈퍼캐피시터 전류,
Figure 112013015376976-pat00331
는 시간 t에서의 부하 전류,
Figure 112013015376976-pat00332
는
Figure 112013015376976-pat00333
의 캐패시턴스,
Figure 112013015376976-pat00334
는 슈퍼캐패시터 k,
Figure 112013015376976-pat00335
은 부하 n,
Figure 112013015376976-pat00336
은
Figure 112013015376976-pat00337
의 등가 직렬 저항,
Figure 112013015376976-pat00338
은 시간 t에서의 슈퍼캐패시터 전압,
Figure 112013015376976-pat00339
는
Figure 112013015376976-pat00340
의 최대 허용 전압,
Figure 112013015376976-pat00341
는 단위 시간 간격,
Figure 112013015376976-pat00342
는 슈퍼캐패시터 개수,
Figure 112013015376976-pat00343
은 부하 개수,
Figure 112013015376976-pat00344
는 슈퍼캐패시터
Figure 112013015376976-pat00345
내부의 등가 직렬 저항
Figure 112013015376976-pat00346
에 의한 전압 강하 부분을 의미함.
The method of claim 10,
Obtaining the optimum battery current value and the optimum supercapacitor current value,
A method of managing a hybrid energy storage system, comprising: obtaining an optimal battery current value and an optimal supercapacitor current value satisfying the following equations,
[Mathematical Expression]
Figure 112013015376976-pat00322

Here,
Figure 112013015376976-pat00323
Is the sum of the penalty function values based on the magnitude of the battery current,
Figure 112013015376976-pat00324
Is the sum of the penalty function values based on the amount of change in battery current,
Figure 112013015376976-pat00325
,
Figure 112013015376976-pat00326
Is a constant representing the boundary at which the penalty function value increases rapidly,
Figure 112013015376976-pat00327
Is the battery current at time t,
Figure 112013015376976-pat00328
Is a trade-off factor adjustment parameter,
Figure 112013015376976-pat00329
Is the time window size,
Figure 112013015376976-pat00330
Is the supercapacitor current at time t,
Figure 112013015376976-pat00331
Is the load current at time t,
Figure 112013015376976-pat00332
The
Figure 112013015376976-pat00333
Capacitance,
Figure 112013015376976-pat00334
Is the supercapacitor k,
Figure 112013015376976-pat00335
Is the load n,
Figure 112013015376976-pat00336
silver
Figure 112013015376976-pat00337
Equivalent series resistance of,
Figure 112013015376976-pat00338
Is the supercapacitor voltage at time t,
Figure 112013015376976-pat00339
The
Figure 112013015376976-pat00340
Permissible voltage,
Figure 112013015376976-pat00341
Is the unit time interval,
Figure 112013015376976-pat00342
Is the number of supercapacitors,
Figure 112013015376976-pat00343
Is the number of loads,
Figure 112013015376976-pat00344
Is a supercapacitor
Figure 112013015376976-pat00345
Internal equivalent series resistance
Figure 112013015376976-pat00346
Means the voltage drop by
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101660009B1 (en) * 2013-10-31 2016-09-28 (주)엠피에스코리아 Method of controlling electric vehicle power supply
KR102074686B1 (en) 2017-05-19 2020-02-07 엘에스산전 주식회사 A hybrid energy storage system
KR102341330B1 (en) * 2019-10-02 2021-12-21 한국에너지기술연구원 Charge/discharge control apparatus and method of energy storage system
KR102656116B1 (en) * 2022-05-16 2024-04-12 울산대학교 산학협력단 Energy management system for hybrid electric tram driven by multi-set hybrid power source

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070060752A (en) * 2005-12-09 2007-06-13 현대자동차주식회사 Spuer-fuel cell stack hybrid bus system and init state control method thereof
KR20080040336A (en) * 2006-11-03 2008-05-08 현대자동차주식회사 Supercapacitor controller of fuel cell-super cap bus system
JP2009118727A (en) * 2007-11-08 2009-05-28 Honeywell Internatl Inc Hybrid power source
KR20110096119A (en) * 2008-11-07 2011-08-29 삭티3, 인크. Control of cells, modules, and pack comprised of hybridized electrochemistries

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070060752A (en) * 2005-12-09 2007-06-13 현대자동차주식회사 Spuer-fuel cell stack hybrid bus system and init state control method thereof
KR20080040336A (en) * 2006-11-03 2008-05-08 현대자동차주식회사 Supercapacitor controller of fuel cell-super cap bus system
JP2009118727A (en) * 2007-11-08 2009-05-28 Honeywell Internatl Inc Hybrid power source
KR20110096119A (en) * 2008-11-07 2011-08-29 삭티3, 인크. Control of cells, modules, and pack comprised of hybridized electrochemistries

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