KR101303164B1 - Battery charging device, energy stroge system having the same, and method for charging battery - Google Patents

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KR101303164B1 KR1020120001134A KR20120001134A KR101303164B1 KR 101303164 B1 KR101303164 B1 KR 101303164B1 KR 1020120001134 A KR1020120001134 A KR 1020120001134A KR 20120001134 A KR20120001134 A KR 20120001134A KR 101303164 B1 KR101303164 B1 KR 101303164B1
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Abstract

배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 배터리 충전시, 배터리를 소정의 정전류로 충전하다가 충전전압이 소정 기준전압에 도달하면 더 낮은 값의 정전류로 배터리를 충전하는 다단계 레벨을 갖는 최적 충전전류 패턴으로 배터리를 충전함으로써, 배터리 충전시간을 단축하고 배터리의 전체 수명을 증가시킬 수 있다. 여기서, 상기 최적 충전전류의 각 레벨의 최적 충전전류 값은 최적화 알고리즘을 반복적으로 사용하여 산출된다.A battery charging device, an energy storage system including the same, and a battery charging method are disclosed. According to an embodiment of the present invention, when charging a battery, the battery is charged with an optimal charging current pattern having a multi-level level of charging the battery with a predetermined constant current and then charging the battery with a lower constant current when the charging voltage reaches a predetermined reference voltage. By charging, the battery charging time can be shortened and the overall life of the battery can be increased. Here, the optimum charging current value of each level of the optimum charging current is calculated by using an optimization algorithm repeatedly.

Description

배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법{BATTERY CHARGING DEVICE, ENERGY STROGE SYSTEM HAVING THE SAME, AND METHOD FOR CHARGING BATTERY}Battery charging device, energy storage system including the same, and battery charging method {BATTERY CHARGING DEVICE, ENERGY STROGE SYSTEM HAVING THE SAME, AND METHOD FOR CHARGING BATTERY}

본 발명은 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법에 관한 것으로, 특히 배터리 충전시간 단축하면서 배터리 수명은 연장시킬 수 있는 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging device, an energy storage system including the same, and a battery charging method. In particular, a battery charging device capable of extending battery life while reducing battery charging time, an energy storage system including the same, and a battery charging method It is about.

에너지저장시스템에 적용되는 대용량, 고출력의 배터리는 높은 초기 투자비용 때문에, 배터리를 보다 오래 사용할 수 있는 방안을 연구하는데 있어서 기존의 방식을 개선하는 것이 효율적이다.Because of the high initial investment costs for large-capacity, high-output batteries used in energy storage systems, it is effective to improve existing methods in studying ways to use batteries longer.

일반적으로, 리튬-이온 배터리 충전장치는 정전류/정전압 충전방식으로 배터리를 충전한다. 예를 들어, 통상 배터리 전압이 기준전압(CC/CV 변곡점)인 4.2V 이하에서는 임의의 정전류로 충전하다가 충전에 따라 기준전압에 도달하면 4.2V 정전압으로 충전하는 방식을 가리킨다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 충전전류 곡선은 배터리 전압이 약 4.2V이하에서는 정전류로 일정하다가 배터리 전압이 4.2V에 도달하면 지수함수적으로 감소하는 형태를 갖는다. 또, 충전전압 곡선은 4.2V 변곡점을 중심으로 로그함수적으로 증가하다가 이후 4.2V로 일정하게 유지되는 형태를 갖는다. 그리고 배터리에 흐르는 충전전류가 점차 감소하다가 일정 전류값(예, 0.1C ~ 0.3C)에 도달하면 배터리가 완충된 것으로 판단하고 충전을 중단하게 된다.In general, a lithium-ion battery charger charges a battery by a constant current / constant voltage charging method. For example, when the battery voltage is 4.2V or less, which is a reference voltage (CC / CV inflection point), the battery is charged with a constant current and then charged with a 4.2V constant voltage when the reference voltage is reached. Accordingly, as shown in FIG. 3, the charging current curve has a form in which the battery voltage is constant as a constant current when the battery voltage is about 4.2V or less, and then decreases exponentially when the battery voltage reaches 4.2V. In addition, the charging voltage curve increases in a logarithmic manner around the 4.2V inflection point and then remains constant at 4.2V. When the charging current flowing through the battery decreases gradually and reaches a predetermined current value (for example, 0.1C to 0.3C), the battery is determined to be fully charged and charging is stopped.

하지만, 이와 같은 충전방식은 정전압 충전구간에서 배터리 특성상 배터리의 충전시간이 길어져서 전체 충전시간이 길어진다는 단점이 있다.However, such a charging method has a disadvantage in that the charging time of the battery becomes longer due to the characteristics of the battery in the constant voltage charging section.

또, 에너지저장시스템(ESS. Energy Storge System)에 적용되는 경우, 항상 전력 계통과 연결하여 동작되기 때문에 배터리 셀 내부에 과잉 열이 발생할 수 있고, 이로 인한 양극판의 연화 현상(전해액이 흘러나와서 극판에 달라붙는 현상)이 발생되어 배터리 수명이 단축된다는 문제가 있었다.
{대한민국 등록특허 10-1198698 "배터리 충전회로(2012.11.01)" 참조In addition, when applied to an energy storage system (ESS. Energy Storge System), since it is always operated in connection with the power system, excessive heat may be generated inside the battery cell, resulting in softening of the positive electrode plate (electrolyte flows out of the pole plate). Sticking) occurs to shorten the battery life.
{Republic of Korea Patent Registration 10-1198698 "Battery Charging Circuit (2012.11.01)"

이에, 본 발명의 실시예들은, 배터리를 정전류로 충전하다가 충전전압이 소정 기준전압에 도달하면 더 낮은 값의 정전류로 배터리를 충전하는 다단계 충전전류값으로 배터리를 충전함으로써, 배터리 충전시간을 단축하고 배터리의 전체 수명을 증가시킬 수 있는 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, embodiments of the present invention, by charging the battery with a constant current and charging the battery with a multi-level charging current value to charge the battery with a lower constant current when the charging voltage reaches a predetermined reference voltage, thereby reducing the battery charging time It is an object of the present invention to provide a battery charging device, an energy storage system including the same, and a battery charging method capable of increasing the overall life of a battery.

본 발명의 실시예에 따른 에너지저장시스템은, 전류원으로부터 공급되는 출력전원을 배터리 충전에 적합한 전원으로 변환하는 전원변환부와; 상기 전원변환부에 연결되어 전원을 충전하고, 제어신호에 따라 충전된 전원을 부하에 공급하는 배터리와; 상기 배터리의 충전 동작을 제어하는 배터리 충전 제어부를 포함하고, 상기 배터리 충전 제어부는, 배터리 충전신호에 따라 상기 배터리를 제1정전류 값으로 충전하고, 상기 배터리의 충전전압이 정해진 기준전압에 도달하면, 감소된 제2정전류 값으로 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.An energy storage system according to an embodiment of the present invention, the power conversion unit for converting the output power supplied from the current source into a power suitable for charging the battery; A battery connected to the power conversion unit to charge power and supplying charged power to a load according to a control signal; And a battery charging controller configured to control a charging operation of the battery, wherein the battery charging controller charges the battery to a first constant current value according to a battery charging signal, and when the charging voltage of the battery reaches a predetermined reference voltage, Charging the battery with a reduced second constant current value.

실시예에서, 상기 제2정전류 값은, 상기 제1정전류 값보다 작고 내장된 최적화 알고리즘을 반복적으로 수행하여 얻어지는 최적 충전전류 값인 것 특징으로 한다.In an embodiment, the second constant current value is smaller than the first constant current value and is characterized in that the optimum charging current value obtained by repeatedly performing the built-in optimization algorithm.

실시예에서, 상기 배터리 충전제어부는, 상기 최적화 알고리즘을 사용하여 산출된 복수의 레벨에 대한 각 최적 충전전류 값이 레벨이 증가할 때마다 단계적으로 감소되는 양상의 충전전류 패턴을 산출하고, 상기 충전전압이 정해진 기준전압에 도달하면, 상기 충전전류 패턴의 다음 레벨을 수행하도록 결정하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the battery charge control unit may calculate a charging current pattern in which an optimum charging current value for each of a plurality of levels calculated using the optimization algorithm is gradually decreased each time the level is increased, and the charging is performed. When the voltage reaches a predetermined reference voltage, it is determined to perform the next level of the charging current pattern.

실시예에서, 상기 산출된 충전전류 패턴으로 상기 배터리를 충전하기 위한 입력신호를 인가받는 입력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The electronic device may further include an input unit configured to receive an input signal for charging the battery with the calculated charging current pattern.

실시예에서, 상기 에너지저장시스템은, 상기 부하에 연결되어서, 상기 배터리의 충전상태에 따라 상기 부하에 보조전원을 공급하는 전력 계통을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the energy storage system further comprises a power system connected to the load to supply auxiliary power to the load according to the state of charge of the battery.

실시예에서, 상기 배터리 충전제어부는, 상기 배터리의 충전상태에 관한 정보를 수신하는 배터리 상태 관리부와; 상기 배터리에 공급되는 충전전류 값을 제어하는 전류제어부와; 충전전류의 공급에 따라 증가하는 충전전압의 크기를 검출하는 전압검출부와; 내장된 최적화 알고리즘을 사용하여 최적의 충전전류 값을 산출하는 충전전류 패턴 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the battery charge control unit may include: a battery state management unit configured to receive information regarding a state of charge of the battery; A current control unit controlling a charging current value supplied to the battery; A voltage detector detecting a magnitude of a charging voltage that increases with supply of a charging current; And a charging current pattern calculator configured to calculate an optimal charging current value using a built-in optimization algorithm.

실시예에서, 상기 에너지저장시스템은, 상기 전류제어부와 상기 배터리 사이에 구비되어, 상기 충전전류의 흐름을 단속하는 하나 이상의 출력스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In an embodiment, the energy storage system further comprises one or more output switches provided between the current control unit and the battery to regulate the flow of the charging current.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리충전장치는, 배터리에 공급되는 충전전류를 제어하는 전류제어부와; 상기 충전전류의 공급에 따라 증가하는 충전전압의 크기를 검출하는 전압검출부와; 내장된 최적화 알고리즘을 사용하여 단계적으로 감소되는 복수의 최적 충전전류 값을 갖는 충전전류 패턴을 산출하고, 상기 충전전압 값이 기준전압 값에 도달하면 다음 단계의 감소된 최적 충전전류 값을 상기 전류제어부에 제공하는 충전전류패턴 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention, and a current control unit for controlling the charging current supplied to the battery; A voltage detector detecting a magnitude of a charging voltage that increases with the supply of the charging current; The built-in optimization algorithm calculates a charging current pattern having a plurality of optimal charging current values that are gradually decreased, and when the charging voltage reaches a reference voltage value, the current control unit calculates a reduced optimal charging current value of a next step. Characterized in that it comprises a charging current pattern calculation unit provided to.

실시예에서, 상기 배터리충전장치는, 상기 산출된 충전전류 패턴으로 상기 배터리를 충전하기 위한 입력신호를 인가받는 입력수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the battery charging device may further include input means for receiving an input signal for charging the battery with the calculated charging current pattern.

실시예에서, 상기 전류제어부는, 상기 최적 충전전류 값을 상기 배터리에 정전류 방식으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
In an embodiment, the current controller is characterized in that for supplying the optimum charging current value to the battery in a constant current manner.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 배터리충전방법은, 배터리의 충전여부를 결정하는 단계와; 상기 배터리를 제1정전류 값으로 충전하는 단계와; 상기 배터리의 충전전압의 크기가 정해진 기준전압을 초과하는지를 감시하는 단계와; 상기 충전전압의 크기가 기준전압에 도달하면, 감소된 제2정전류 값으로 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the battery charging method according to an embodiment of the present invention, the step of determining whether the battery is charged; Charging the battery to a first constant current value; Monitoring whether the magnitude of the charge voltage of the battery exceeds a predetermined reference voltage; And when the magnitude of the charging voltage reaches the reference voltage, charging the battery with the reduced second constant current value.

실시예에서, 상기 제1정전류 및 상기 제2정전류는 내장된 최적화 알고리즘을 반복적으로 수행하여 산출되는 최적 충전전류 값들인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the first constant current and the second constant current may be optimal charging current values calculated by repeatedly executing a built-in optimization algorithm.

실시예에서, 상기 배터리충전방법은, 상기 산출된 최적 충전전류 값으로 상기 배터리를 충전하는 제어신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the battery charging method may further include receiving a control signal for charging the battery with the calculated optimal charging current value.

본 발명의 실시예에 따른 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법에 의하면, 배터리 충전시, 배터리를 소정의 정전류로 충전하다가 충전전압이 소정 기준전압에 도달하면 더 낮은 값의 정전류로 배터리를 충전하는 다단계 레벨로 이루어진 최적 충전전류 패턴으로 배터리를 충전함으로써, 배터리 충전시간을 단축하고 배터리의 전체 수명을 증가시키는 효과를 제공한다.
According to an embodiment of the present invention, a battery charging device, an energy storage system including the same, and a battery charging method may further include charging a battery at a predetermined constant current while charging the battery, and then lowering the charge voltage when the charging voltage reaches a predetermined reference voltage. Charging the battery with an optimal charge current pattern consisting of multiple levels of charging of the battery with a constant current provides the effect of shortening the battery charging time and increasing the overall life of the battery.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법에 의하면, 기존과 동일한 구조의 에너지저장시스템에 최척화 알고리즘을 사용하여 산출된 다단계 레벨을 갖는 최적 충전전류 패턴을 적용하도록 구현함으로써 사용자의 장치 구매 비용이 절감되는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the battery charging apparatus, the energy storage system including the same, and the battery charging method according to an embodiment of the present invention, the optimal charging having a multi-stage level calculated using a maximization algorithm in the energy storage system of the same structure as before Implementing to apply a current pattern has the same effect as reducing the user's device purchase cost.

도 1은 본 발명에 따른 에너지저장시스템의 일 예시 블록도;
도 2는 본 발명에 따른 배터리충전장치의 세부 구성 블록도;
도 3은 일반적인 정전류/정전압 충전방식으로 배터리를 충전하는 경우 충전전류 및 충전전압 값의 변화를 보인 그래프;
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 다단계의 최적 충전전류 패턴으로 배터리를 충전하는 경우 충전전류 및 충전전압의 변화를 보인 그래프;
도 6은 본 발명에 따른 충전방식을 사용하는 경우 배터리의 수명을 대략적으로 보인 그래프;
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 최적화 알고리즘을 사용하여 다단계 레벨을 갖는 최적 충전전류 패턴을 도출하는 과정을 보인 도면;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전장치를 포함한 에너지저장시스템의 구성을 보인 도면;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배터리충전방법의 예시 흐름도;
도 10은 도 9의 최적화 알고리즘을 사용하여 최적 충전전류 패턴을 산출하는 과정을 보인 예시 흐름도;
도 11은 최적화 알고리즘을 시뮬레이션하기 위한 배터리 모델링의 예시 회로도이다.1 is an exemplary block diagram of an energy storage system according to the present invention;
2 is a detailed block diagram of a battery charging apparatus according to the present invention;
3 is a graph showing a change in the charge current and the charge voltage value when the battery is charged in a general constant current / constant voltage charging method;
4 and 5 are graphs showing a change in the charging current and the charging voltage when the battery is charged with the optimal charging current pattern in multiple stages according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a graph showing roughly the life of the battery when using the charging method according to the present invention;
7 illustrates a process of deriving an optimal charging current pattern having a multi-level level using an optimization algorithm according to an embodiment of the present invention;
8 is a view showing the configuration of an energy storage system including a battery charging device according to an embodiment of the present invention;
9 is an exemplary flowchart of a battery charging method according to an embodiment of the present invention;
10 is an exemplary flowchart illustrating a process of calculating an optimal charging current pattern using the optimization algorithm of FIG. 9;
11 is an example circuit diagram of battery modeling for simulating an optimization algorithm.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention, an energy storage system including the same, and a battery charging method will be described in detail.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 에너지저장시스템을 도시한다. 도시된 바와 같이, 에너지저장시스템은 전류원(100), 전원변환부(200), 배터리(400), 배터리 충전제어부(300), 및 부하(500)를 포함하여 이루어진다. 또, 상기 에너지저장시스템은, 상기 배터리(400)와 연결된 BMS(450)와 상기 부하(500)에 연결된 전력계통(600)을 더 포함한다.First, referring to FIG. 1, FIG. 1 shows an energy storage system according to the present invention. As shown, the energy storage system includes a current source 100, a power conversion unit 200, a battery 400, a battery charge control unit 300, and a load 500. The energy storage system further includes a BMS 450 connected to the battery 400 and a power system 600 connected to the load 500.

상기 전류원(100)은 상기 배터리에 충전될 에너지를 공급하는 주전원으로, 예를 들어, 태양광에너지원, 풍력에너지원과 같은 신재생에너지원과 연료전지를 모두 포함한다.The current source 100 is a main power supply for supplying energy to be charged to the battery. For example, the current source 100 includes both a renewable energy source such as a solar energy source and a wind energy source and a fuel cell.

상기 전원변환부(200)는 상기 전류원(100)으로부터 공급되는 출력전원을 배터리 충전에 적합한 전원으로 변환한다. 도시된 바와 같이, 상기 전원변환부(200)는 DC/DC컨버터와, 양방향 DC/DC 컨버터 및 양방향 DC/AC 인버터와, 그 사이에 구비되는 직류 링크 캐패시터를 포함하여 이루어진다.The power conversion unit 200 converts the output power supplied from the current source 100 into a power suitable for charging the battery. As shown, the power converter 200 includes a DC / DC converter, a bidirectional DC / DC converter and a bidirectional DC / AC inverter, and a DC link capacitor provided therebetween.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 양방향 DC/DC컨버터는, 상기 전류원(100)로부터 발전된 전원을 변환하여 직류 링크 캐패시터에 제공한다. 또, 상기 양방향 DC/DC컨버터는, 소정의 제어명령에 근거하여, 상기 전류원(100), 예를 들어, 태양광 발전장치로부터 출력되는 발전전력의 MPPT(Maximum Power Point Tracking)를 제어할 수 있다. 여기서, 상기 MPPT제어란, 일사량에 크게 의존하는 태양광 발전장치의 특성에 따라, 변화하는 직류전압의 값이 특정 기준값을 추종하도록 제어하는 것을 가리킨다, 이를 위해 상기 양방향 DC/DC컨버터의 제어부는 전류원(100)인 태양광 발전장치의 최대 전력점을 추종하는 알고리즘을 내부에 포함할 수 있다. 이러한 MPPT제어는, 상기 양방향 DC/DC컨버터의 제어부의 구동에 따라 동작될 수 있다. More specifically, the bidirectional DC / DC converter converts power generated from the current source 100 and provides the DC link capacitor. In addition, the bidirectional DC / DC converter may control MPPT (Maximum Power Point Tracking) of the generated power output from the current source 100, for example, a solar power generator, based on a predetermined control command. . Here, the MPPT control refers to controlling the value of the changing DC voltage to follow a specific reference value according to the characteristics of the photovoltaic device that depends heavily on the amount of solar radiation. For this purpose, the controller of the bidirectional DC / DC converter is a current source. An algorithm for tracking the maximum power point of the photovoltaic device that is 100 may be included therein. The MPPT control may be operated according to the driving of the controller of the bidirectional DC / DC converter.

상기 양방향 DC/AC 컨버터는, 상기 직류 링크 캐패시터에 연결되어 상기 직류전원을 교류전원으로 변환한다. 또, 상기 양방향 DC/AC 컨버터는, 부하(500) 또는 전력계통(600)으로부터 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여서 직류 링크 캐패시터에 출력한다. The bidirectional DC / AC converter is connected to the DC link capacitor to convert the DC power into AC power. In addition, the bidirectional DC / AC converter converts AC power supplied from the load 500 or the power system 600 into DC power and outputs the DC power to the DC link capacitor.

상기 직류 링크 캐패시터는 입력받은 전원을 평활하고 직류 링크 전압 레벨로 저장한다. 구체적으로, 상기 직류 링크 캐패시터는, 상기 DC/DC 컨버터의 출력단과 양방향 DC/AC 컨버터의 입력단에 구비되어, 입력된 전원을 평활한다. 즉, 상기 직류 링크 캐패시터는, 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되거나 또는 상기 배터리(400)로부터 출력된 전원을 입력받아 평활화한 다음 직류 링크 전압 레벨로 저장한다.The DC link capacitor stores the input power at a smooth and DC link voltage level. Specifically, the DC link capacitor is provided at the output terminal of the DC / DC converter and the input terminal of the bidirectional DC / AC converter to smooth the input power. That is, the DC link capacitor receives the power output from the DC / DC converter or the battery 400, smoothes it, and stores the DC link voltage at the DC link voltage level.

또, 상기 양방향 DC/AC 인버터는 상기 직류 링크 캐패시터에 저장된 직류전원을 부하(500) 또는 전력계통(600)에 적합한 전원으로 변환하여 제공한다.In addition, the bidirectional DC / AC inverter converts and provides a DC power stored in the DC link capacitor into a power suitable for the load 500 or the power system 600.

계속해서, 도 1을 참조하면, 상기 배터리(400)는 상기 전원변환부(200), 예를 들어 직류 링크 캐패시터, 에 연결되어 전원을 충전한다. 또, 상기 배터리(400)는 소정의 제어신호에 따라 상기 배터리 전원을 부하(500)에 공급한다.Subsequently, referring to FIG. 1, the battery 400 is connected to the power conversion unit 200, for example, a DC link capacitor, to charge power. In addition, the battery 400 supplies the battery power to the load 500 according to a predetermined control signal.

상기 배터리(400)는 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성된 형태를 취할 수 있다. 보다 구체적으로, 도시되지는 않았지만 상기 배터리(400)는 복수의 배터리 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되는 형태로 구현될 수 있다. 또, 상기 배터리(400)는 배터리용 리액터(Lbatt) 및 배터리 내부에 저장된 에너지를 외부로 출력하는 적어도 하나의 IGBT스위칭 소자를 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같은 배터리는 여러 가지 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 니켈-카트뮴 전지, 납 축전지, 니켈-수소 전지, 리튬-이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등이 있을 수 있다.또, 상기 배터리(400)는 배터리와 연결되어 상기 배터리의 상태를 감시하는 BMS(Battery Management System)(450)를 더 포함한다. The battery 400 may take the form of a plurality of battery cells in one pack. More specifically, although not shown, the battery 400 may be implemented in a form in which a plurality of battery cells are connected in series or in parallel. In addition, the battery 400 may include a battery reactor (L batt ) and at least one IGBT switching device for outputting the energy stored in the battery to the outside. Such a battery may be implemented with various types of battery cells, for example, nickel-cadmium batteries, lead storage batteries, nickel-hydrogen batteries, lithium-ion batteries, lithium polymer batteries, and the like. The battery 400 further includes a battery management system (BMS) 450 connected to the battery and monitoring the state of the battery.

상기 BMS(450)는, 상기 배터리 충전 제어부(300)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여 배터리(400)의 실제 충방전 동작을 제어한다. 구체적으로, 상기 BMS(450)는 상기 배터리 충전 제어부(300)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여, 배터리(400)에 저장된 전원을 상기 양방향 DC/DC 컨버터에 방전한다. 또, 상기 BMS(450)는 상기 배터리 충전 제어부(300)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여, 상기 양방향 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 전원을 배터리(400)에 충전한다. The BMS 450 controls the actual charge / discharge operation of the battery 400 based on a control command received from the battery charge control unit 300. Specifically, the BMS 450 discharges the power stored in the battery 400 to the bidirectional DC / DC converter based on a control command received from the battery charge control unit 300. In addition, the BMS 450 charges the battery 400 with the power converted by the bidirectional DC / DC converter based on a control command received from the battery charging control unit 300.

여기서, 상기 배터리(400)와 BMS(450)는 일체로 구성되는 배터리 팩의 형태를 취할 수 있다. 또, 상기 BMS(450)는 배터리(400)에 연결되어서 상기 배터리(400)의 상태를 유지하고 관리한다.Here, the battery 400 and the BMS 450 may take the form of a battery pack that is integrally formed. In addition, the BMS 450 is connected to the battery 400 to maintain and manage the state of the battery 400.

상기 배터리 충전제어부(300)는, 상기 배터리(400)의 충전/방전 동작을 제어한다. 즉, 배터리 충전제어부(300)가 상기 배터리(400)의 충전/방전 동작을 제어하는 제어명령을 생성하여 상기 BMS(450)에 출력한다. The battery charge control unit 300 controls the charging / discharging operation of the battery 400. That is, the battery charge control unit 300 generates a control command for controlling the charging / discharging operation of the battery 400 and outputs it to the BMS 450.

상기 배터리 충전제어부(300)는, 배터리(400) 충전 동작을 수행하는 경우, 소정의 배터리 충전신호에 따라 상기 배터리(400)를 제1정전류 값으로 충전한다. 여기서 제1정전류 값은 예를 들어, 1C-rate 이상의 충전전류 값일 수 있다. When the battery charging controller 300 performs the charging operation, the battery charging controller 300 charges the battery 400 to a first constant current value according to a predetermined battery charging signal. Here, the first constant current value may be, for example, a charging current value of 1 C-rate or more.

또, 상기 배터리 충전제어부(300)는, 상기 배터리의 충전전압이 정해진 기준전압, 예를 들어, 140V 또는 4.2V/cell, 에 도달하면 감소된 제2정전류 값으로 상기 배터리(400)를 충전한다. 여기서, 상기 제2정전류 값은, 상기 제1정전류 값보다 작은 값이다. 또, 상기 제2정전류 값은 내장된 최적화 알고리즘을 반복적으로 수행하여 얻어지는 최적 충전전류 값에 해당한다.In addition, the battery charge controller 300 charges the battery 400 with a reduced second constant current value when the charge voltage of the battery reaches a predetermined reference voltage, for example, 140V or 4.2V / cell. . Here, the second constant current value is a value smaller than the first constant current value. In addition, the second constant current value corresponds to an optimal charging current value obtained by repeatedly performing a built-in optimization algorithm.

또, 상기 배터리 충전제어부(300)는, 내장된 최적화 알고리즘을 사용하여 산출된 최적 충전전류 값들이 레벨이 증가할 때마다 단계적으로 감소되는 양상의 충전전류 패턴을 산출한다. 또, 상기 배터리 충전제어부(300)는, 상기 충전전압이 정해진 기준전압, 예를 들어 140V 또는 4.2V/cell, 에 도달하면, 산출된 충전전류 패턴의 다음 레벨을 수행하도록 결정한다. In addition, the battery charge control unit 300 calculates a charging current pattern in which the optimal charging current values calculated using a built-in optimization algorithm are gradually decreased whenever the level increases. In addition, when the charging voltage reaches a predetermined reference voltage, for example, 140V or 4.2V / cell, the battery charge control unit 300 determines to perform the next level of the calculated charging current pattern.

보다 구체적으로, 도 4를 참조하여 기술하면, 먼저 소정의 정전류 값으로 배터리를 충전함에 따라 충전전압이 증가하여 기준전압, 예를 들어, 140V 또는 4.2V/cell, 에 도달하면, 충전전류 패턴의 다음 레벨을 수행한다. 즉, 상기 소정의 정전류 값을 일정 값만큼 감소시키고, 그에 따라 충전전압도 소정 값 감소된다. 다시 감소된 정전류 값으로 배터리를 충전함에 따라 충전전압이 다시 증가하다가 기준전압, 즉 140V 또는 4.2V/cell, 에 도달하면 충전전류 패턴의 다음 레벨을 수행한다. 이러한 과정이 충전이 완료될 때까지 반복된다. More specifically, referring to FIG. 4, first, when the battery is charged with a predetermined constant current value, the charging voltage increases to reach a reference voltage, for example, 140 V or 4.2 V / cell. Perform the next level. That is, the predetermined constant current value is reduced by a predetermined value, and thus the charging voltage is also reduced by a predetermined value. As the battery is charged again with the reduced constant current value, the charging voltage increases again and when the reference voltage, 140V or 4.2V / cell, is reached, the next level of the charging current pattern is performed. This process is repeated until charging is complete.

이를 그래프로 도시하면, 도 4에서와 같이 충전전류의 그래프는 배터리 충전에 따라 하향식 계단모양으로 변화하고, 충전전압의 그래프는 증가와 감소를 반복하는 물결모양으로 변화한다. 이때, 각 레벨에서의 충전전류 값, 즉 충전전압이 기준전압에 도달하는 경우, 이전 레벨의 최적 충전전류 값으로부터 현재레벨의 최적 충전전류 값을 얼마나 감소시킬지가 중요한데, 이는 이하에 기술되는 최적화 알고리즘을 사용하여 산출된다.As shown in the graph, as shown in Figure 4, the graph of the charging current is changed in a top-down step shape according to the battery charging, the graph of the charging voltage is changed in a wave shape repeating the increase and decrease. At this time, when the charging current value at each level, that is, the charging voltage reaches the reference voltage, it is important how much to reduce the optimal charging current value of the current level from the optimum charging current value of the previous level, which is the optimization algorithm described below Is calculated using

상기 배터리 충전제어부(300)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 상태 관리부(310), 전류제어부(320), 전압검출부(330), 및 충전전류 패턴 산출부(340)를 포함하여 이루어진다.As illustrated in FIG. 2, the battery charge controller 300 includes a battery state manager 310, a current controller 320, a voltage detector 330, and a charge current pattern calculator 340.

여기서, 상기 배터리 상태 관리부(310)는 상기 배터리(400)의 충전상태에 관한 정보를 수신하여 배터리 상태를 관리한다. 또, 상기 전류제어부(320)는, 상기 배터리(400)에 공급되는 충전전류 값을 제어한다. 또, 상기 전압검출부(330)는, 충전전류의 공급에 따라 증가하는 충전전압의 크기를 검출한다. 또, 상기 충전전류 패턴 산출부(340)는 내장된 최적화 알고리즘을 사용하여 최적의 충전전류 값을 산출한다. 여기서, 상기 전류제어부(320)와 상기 배터리(400) 사이에는 충전전류의 흐름을 단속하는 하나 이상의 출력스위치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 또, 상기 배터리 상태에 관한 정보와 충전전압의 크기에 관한 정보는 배터리(400)와 연결된 BMS(450)로부터 수신될 수 있다.Here, the battery state manager 310 manages a battery state by receiving information about the state of charge of the battery 400. In addition, the current controller 320 controls the charging current value supplied to the battery 400. In addition, the voltage detector 330 detects the magnitude of the charging voltage that increases with the supply of the charging current. In addition, the charging current pattern calculator 340 calculates an optimal charging current value using a built-in optimization algorithm. Here, one or more output switches (not shown) may be further provided between the current controller 320 and the battery 400 to control the flow of the charging current. In addition, the information on the battery state and the information on the magnitude of the charging voltage may be received from the BMS 450 connected to the battery 400.

또, 실시예에서, 상기 에너지저장시스템은, 상기 기술한 충전전류 패턴으로 배터리(400)를 충전하도록 하는 입력신호를 인가받는 소정의 입력수단(미도시)을 더 구비할 수 있다. 상기 입력수단로는, 예를 들어, 에뮬레이터, 캐패드, 버튼, 스위치 등이 포함될 수 있다.In an embodiment, the energy storage system may further include predetermined input means (not shown) to receive an input signal for charging the battery 400 with the above-described charging current pattern. The input means may include, for example, an emulator, a cap pad, a button, a switch, and the like.

상기 전력계통은(600)은 부하(500)와 연결되어, 배터리(400)의 충전상태에 따라 부하(500)에 보조전원을 공급한다. 예를 들어, 부하(500)에서의 요구전력이 전원보다 더 크거나, 배터리(400)에 저장된 전원이 없는 경우에는, 상기 전력계통(600)이 보조전원으로 기능하여서 부하(500)에 전원을 공급한다. The power system 600 is connected to the load 500, to supply auxiliary power to the load 500 in accordance with the state of charge of the battery 400. For example, when the required power at the load 500 is larger than the power or there is no power stored in the battery 400, the power system 600 functions as an auxiliary power to supply power to the load 500. Supply.

이와 같이 본 발명에 따른 에너지저장시스템에 의하면, 배터리의 충전시간이 단축될 수 있을 뿐만 아니라, 배터리의 수명 또한 연장될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6은 본 발명에 따른 최적 충전전류 패턴을 적용하여 배터리를 충전하는 경우 배터리의 수명을 대략적으로 보여준다. 도시된 바와 같이, 배터리의 초기용량 대비 약 80%가 감소할 때까지 수명 사이클이 증가하고 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 배터리의 수명이 약 20% 연장되는 효과를 얻을 수 있다.
Thus, according to the energy storage system according to the present invention, not only the charging time of the battery can be shortened, but also the life of the battery can be extended. In this regard, Figure 6 shows the approximate life of the battery when charging the battery by applying the optimum charging current pattern according to the present invention. As shown, it can be seen that the life cycle increases until about 80% of the initial capacity of the battery decreases. That is, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain an effect of extending the life of the battery by about 20%.

도 2는 본 발명에 따른 배터리충전장치(300)의 세부 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 배터리충전장치(300)는 전류제어부(320)와, 전압검출부(330)와, 충전전류 패턴 산출부(340)를 포함하고, 배터리의 충전상태를 모니터링하는 배터리 상태 관리부(310)를 더 포함할 수 있다.2 shows a detailed configuration of a battery charging device 300 according to the present invention. As shown, the battery charging device 300 includes a current controller 320, a voltage detector 330, and a charging current pattern calculator 340, the battery state management unit 310 for monitoring the state of charge of the battery ) May be further included.

상기 전류제어부(320)는 배터리(400)에 공급되는 충전전류를 제어한다. 구체적으로, 상기 전류제어부(320)는 상기 기술한 최적 충전전류 패턴의 각 최적 충전전류값으로 배터리(400)를 충전하도록 전류의 값을 제어한다. 또, 상기 전류제어부(320)는, 상기 최적 충전전류 값을 정전류 방식으로 상기 배터리(400)에 공급한다.The current controller 320 controls the charging current supplied to the battery 400. Specifically, the current control unit 320 controls the value of the current to charge the battery 400 with each optimum charging current value of the optimum charging current pattern described above. In addition, the current controller 320 supplies the optimum charging current value to the battery 400 in a constant current manner.

상기 전압검출부(330)는 충전전류의 공급에 따라 증가하는 충전전압의 크기를 검출한다. 본 발명에 따른 실시예에서, 복수의 레벨로 이루어진 충전전류 패턴의 다음 레벨을 수행하는 조건은 배터리(400)의 충전전압이 소정의 기준전압, 예를 들어, 140V 또는 4.2V/cell, 에 도달하였는지에 달려 있으므로, 전압검출부(330)는 충전전압의 크기를 실시간으로 검출할 수 있어야 한다. 실시예에서, 충전전압의 크기는 BMS(450)를 통해 수신될 수도 있다.The voltage detector 330 detects the magnitude of the charging voltage that increases with the supply of the charging current. In an embodiment according to the present invention, the condition of performing the next level of the charging current pattern consisting of a plurality of levels is that the charging voltage of the battery 400 reaches a predetermined reference voltage, for example, 140V or 4.2V / cell, Therefore, the voltage detector 330 should be able to detect the magnitude of the charging voltage in real time. In an embodiment, the magnitude of the charging voltage may be received via the BMS 450.

상기 충전전류 패턴 산출부(340)는 내장된 최적화 알고리즘을 사용하여 단계적으로 감소되는 복수의 최적 충전전류 값을 갖는 충전전류 패턴을 산출한다. 이와 같은 충전전류 패턴은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하향식 계단모양의 형태를 취한다. The charging current pattern calculator 340 calculates a charging current pattern having a plurality of optimal charging current values that are gradually decreased by using an embedded optimization algorithm. As shown in FIGS. 4 and 5, the charging current pattern has a top-down stepped shape.

또, 상기 충전전류 패턴 산출부(340)는 상기 충전전압 값이 기준전압 값, 예를 들어 140V 또는 4.2V/cell, 에 도달하면 다음 레벨의 최적 충전전류 상기 전류제어부(320)에 제공한다. 또, 도 5를 참조하면, 예를 들어, 초기 정전류 값이 약 7A인 경우에, 다음 레벨의 충전전류 값은 도시된 바와 같이 약 5~6A 일 수 있다. 이와 같이 충전전류 패턴의 레벨이 증가함에 따라 최적 충전전류의 값도 계속 감소한다. 그리고 충전전류 값이 마침내 0에 도달하거나 그에 근접하게 되면 배터리(400) 충전이 완료된 것으로 보고 충전동작이 종료된다.In addition, the charging current pattern calculator 340 provides the current controller 320 with an optimal charging current of a next level when the charging voltage reaches a reference voltage value, for example, 140V or 4.2V / cell. Referring to FIG. 5, for example, when the initial constant current value is about 7A, the next level of charging current value may be about 5-6A as shown. As the level of the charging current pattern increases, the value of the optimum charging current also decreases continuously. When the charging current value finally reaches or approaches 0, the charging operation is ended as the battery 400 is fully charged.

또, 상기 배터리충전장치(300)는 배터리(400) 충전시 상기 산출된 충전전류 패턴 모드로 충전하는 입력신호를 인가받는 입력수단을 더 포함할 수 있다. 이러한 입력수단의 예로는, 에뮬레이터, 키패드, 버튼, 스위치 등이 포함될 수 있으며, 이러한 입력수단을 통해, 배터리(400) 충전을 충전전류 패턴 모드로 충전할지 여부를 사용자가 결정하도록 구현할 수도 있다.
In addition, the battery charging device 300 may further include input means for receiving an input signal for charging in the calculated charging current pattern mode when the battery 400 is charged. Examples of such an input means may include an emulator, a keypad, a button, a switch, and the like, and may be implemented to allow a user to determine whether to charge the battery 400 in the charging current pattern mode through the input means.

도 8은 상기 배터리 충전장치(300)를 포함하는 에너지저장시스템의 전체 구성을 도시한다. 8 shows an overall configuration of an energy storage system including the battery charger 300.

도시된 바와 같이, 전체 에너지저장시스템은, 인터넷을 통해 원격 서버와 연결될 수 있다. 사용자는 원격 서버를 통해 에너지저장시스템을 관리 및 제어할 수 있다. 상기 에너지저장시스템은, 예를 들어 전류원으로부터 공급되는 전원을 변환하기 위한 인버터 및 컨버터를 구비하고, 배터리 보조전원의 기능을 수행하는 전력 계통과 연결된다. 또, 상기 에너지저장시스템의 배터리는 BMS 및 양방향컨버터와 연결된다. 본 발명의 실시예에 따라 산출된 최적 충전전류 패턴은, 예를 들어 상기 양방향 컨버터에 미리 탑재되어 배터리 충전시 적용될 수 있다. 그에 따라, 배터리 충전시간이 기존에 비해 절반으로 감소될 수 있으며, 전체 배터리의 수명은 약 20% 까지 연장될 수 있다.
As shown, the entire energy storage system can be connected to a remote server via the Internet. The user can manage and control the energy storage system through a remote server. The energy storage system includes, for example, an inverter and a converter for converting power supplied from a current source, and is connected to a power system that functions as a battery auxiliary power source. In addition, the battery of the energy storage system is connected to the BMS and the bi-directional converter. The optimal charging current pattern calculated according to an embodiment of the present invention may be pre-mounted in the bidirectional converter, for example, and applied when charging a battery. As a result, the battery charging time can be reduced by half, and the life of the entire battery can be extended by about 20%.

이하, 본 발명의 실시예에 따라 최적화 알고리즘을 사용하여 복수의 최적 충전전류값을 산출하고, 그로부터 다단계의 레벨로 이루어진 최적 충전전류 패턴을 도출하는 과정을 보다 상세하게 기술한다. Hereinafter, a process of calculating a plurality of optimal charging current values using an optimization algorithm according to an embodiment of the present invention and deriving an optimal charging current pattern having a multi-level level therefrom will be described in more detail.

먼저, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 최적화 알고리즘을 사용하여 다단계의 레벨을 갖는 최적 충전전류 패턴을 도출하는 과정을 도시한다. 도 7의 (a)는 가능한 청전전류 패턴의 다수의 조합들을 보여준다. 예를 들어, 5단계 레벨의 충전전류 값으로 배터리에 공급되는 충전전류 값을 제어하는 경우, 각 레벨에서 가능한 최적 충전전류 값은 조합결과 수십만 개가 도출될 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 (b)에서와 같이 배터리 모델링에 최적화 알고리즘을 반복적으로 적용하여서 (a)의 조합결과로부터 최적의 충전전류 패턴을 도출할 수 있다. 이와 같이 도출된 최적의 충전전류 패턴의 예시가 (c)에 도시된다.First, referring to FIG. 7, FIG. 7 illustrates a process of deriving an optimal charging current pattern having a multi-level level using an optimization algorithm according to an exemplary embodiment of the present invention. 7A shows a number of combinations of possible clean current patterns. For example, when the charging current value supplied to the battery is controlled by the charging current value of five levels, hundreds of thousands of optimal charging current values possible at each level may be derived. Accordingly, in the embodiment of the present invention, as shown in (b), an optimization algorithm may be repeatedly applied to battery modeling to derive an optimal charging current pattern from the combination result of (a). An example of the optimal charging current pattern derived in this way is shown in (c).

여기서, 최적화 알고리즘을 사용하기 위해 실제 배터리의 충전 및 방전을 반복적으로 테스트하여 최적의 충전전류 패턴을 도출하는 것은 시스템 구축의 비용과 시간이 많이 소요된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 배터리 모델링을 통해 최적화 알고리즘의 적용을 시뮬레이션함으로써 최적 충전전류 패턴을 도출하는 방식을 사용하기로 한다. Here, it is costly and time-consuming to construct the system to derive the optimal charging current pattern by repeatedly testing the charging and discharging of the actual battery to use the optimization algorithm. Therefore, in the preferred embodiment of the present invention, a method of deriving an optimal charging current pattern by simulating the application of the optimization algorithm through battery modeling will be used.

이와 같이 최적화 알고리즘을 시뮬레이션하기 위한 배터리 모델링의 예시 회로가 도 11에 도시된다. 도시된 PSPICE 배터리 모델링 프로그램에 최적화 알고리즘을 시뮬레이션해봄으로써 다단계의 레벨로 이루어진 최적 충전전류 패턴을 도출할 수 있다.An example circuit of battery modeling for simulating an optimization algorithm as such is shown in FIG. 11. By simulating the optimization algorithm in the illustrated PSPICE battery modeling program, it is possible to derive an optimal charge current pattern consisting of multiple levels.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 최적화 알고리즘으로 잘 알려진 ACS(Ant Colony System) 알로리즘이 사용될 수 있다. 상기 ACS(Ant Colony System)알로리의 수행과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. ACS알고리즘은, 먼저, 가능한 모든 경로 값을 계산하고 그로부터 최적의 경로값을 계산한다. 그런 다음 구해진 최적의 경로값을 합산하고, MAX-MIN 알고리즘을 적용하여서 모든 경로에 대한 확률값을 계산한다. 그런 다음 확률함수를 이용하여 최적 경로 패턴을 선택하고, 증발 공식을 적용하여 최종 최적값을 산출한다.
In addition, an ACS (Ant Colony System) algorithm, which is well known as an optimization algorithm according to an embodiment of the present invention, may be used. The process of performing the ACS (Ant Colony System) alkali will be described as follows. The ACS algorithm first calculates all possible path values and from there calculates an optimal path value. The best paths are then summed up and the MAX-MIN algorithm is applied to calculate probability values for all paths. Then, we select the optimal path pattern using the probability function and apply the evaporation formula to produce the final optimal value.

이하 도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명에 따른 배터리충전방법의 일 예시를 도시한다. 배터리 충전장치는 예컨대 BMS, 또는 배터리 충전 제어부를 통해 현재 배터리의 상태를 파악함으로써, 배터리 충전여부를 결정한다(S10). 이하, 배터리의 충전과정은 다음과 같다. 먼저, 제1정전류 값으로 배터리를 충전한다(S20). 그에 따라 배터리의 충전전압이 증가하게 되는데, 증가하는 충전전압을 실시간으로 검출하여 소정의 기준전압과 비교한다(S20). 즉, 배터리의 충전전압의 크기가 정해진 기준전압을 초과하는지 감시한다. 이때, 기준전압의 크기는 예를 들어 140 V ㄸ또또는 4.2V/cell일 수 있다. 단계(S20)의 비교 결과, 충전전압이 기준전압 값보다 작으면 제1정전류 값으로 배터리를 계속 충전한다(S20). 단계(S20)의 비교 결과, 충전전압이 기준전압에 도달하면, ACS 알고리즘을 반복적으로 수행하여서 최적의 충전전류 패턴을 산출한다(S40). 9, FIG. 9 shows an example of a battery charging method according to the present invention. The battery charger determines whether the battery is charged by, for example, checking the current state of the battery through the BMS or the battery charging controller (S10). Hereinafter, the charging process of the battery is as follows. First, the battery is charged with the first constant current value (S20). Accordingly, the charging voltage of the battery is increased, and the increasing charging voltage is detected in real time and compared with a predetermined reference voltage (S20). That is, it is monitored whether the magnitude of the charge voltage of the battery exceeds a predetermined reference voltage. In this case, the magnitude of the reference voltage may be 140 V Hz or 4.2 V / cell, for example. As a result of the comparison in step S20, when the charging voltage is less than the reference voltage value, the battery is continuously charged with the first constant current value (S20). As a result of the comparison in step S20, when the charging voltage reaches the reference voltage, the ACS algorithm is repeatedly performed to calculate the optimal charging current pattern (S40).

최적의 충전전류 패턴의 구체적인 산출과정은 이하 도 10에 도시된다. A detailed calculation process of the optimal charging current pattern is shown in FIG. 10 below.

도 10을 참조하면, 먼저, 배터리에 대한 선별검사(screening test)를 수행한다(S41). 상기 선별검사는 예를 들어, 미리 배터리에 대한 불만족 요소, 조건 또는 고장 원인 등을 제거하기 위해 단일 또는 복합적으로 실시하는 검사을 가리킨다. 이 과정은 도 9의 과정 초기에 수행될 수 있거나 또는 생략가능하다. 그런 다음 최적 충전전류 패턴을 위한 최적화 알고리즘인 ACS 알고리즘을 초기화한다(S42). 그런 다음 다단계 레벨의 충전전류로 이루어진 충전패턴으로 배터리를 충전해본다(S43). 그런 다음 이로부터 배터리 방전 및 적합성 값을 계산하여 출력한다(S44). 출력된 값에 대해 ACS알고리즘을 사용하여서 최적값을 도출한다(S45). 이와 같이 최적화 알고리즘에 해당하는 ACS알고리즘을 반복적으로 수행하여(S46, S47) 각 레벨에 대하여 최적의 충전전류 값을 갖는 최적 충전전류 패턴을 산출할 수 있다. Referring to FIG. 10, first, a screening test for a battery is performed (S41). The screening test, for example, refers to a test that is performed singly or in combination in order to eliminate a dissatisfaction factor, a condition, or a cause of failure of the battery in advance. This process may be performed early in the process of FIG. 9 or may be omitted. Then, the ACS algorithm, which is an optimization algorithm for the optimal charging current pattern, is initialized (S42). Then try to charge the battery with a charging pattern consisting of a multi-level charging current (S43). Then, it calculates and outputs a battery discharge and suitability value therefrom (S44). The optimal value is derived using the ACS algorithm for the output value (S45). As described above, an ACS algorithm corresponding to an optimization algorithm may be repeatedly performed (S46 and S47) to calculate an optimal charging current pattern having an optimal charging current value for each level.

다시 도 9를 참조하면, 산출된 최적의 충전전류 패턴의 다음 레벨로 넘어가서, 감소된 제2정전류 값으로 상기 배터리를 충전한다(S50). 그런 다음, 배터리의 충전전류 값이 0에 도달하였는지, 즉 만충상태인지를 판단한다(S60). 이때, 만충상태로 판단되면 배터리 충전이 완료된 것으로 보고 충전동작을 종료한다.Referring to FIG. 9 again, the process proceeds to the next level of the calculated optimal charging current pattern and charges the battery with the reduced second constant current value (S50). Then, it is determined whether or not the charging current value of the battery reaches 0, that is, a full state (S60). At this time, when it is determined that the battery is fully charged, the battery charging is completed and the charging operation ends.

한편, 만충상태가 아니면, 단계(S50)로 돌아가 최적 충전전류 패턴의 다음 단계, 즉 한단계 레벨 더 진행된 감소된 제2정전류 값으로 배터리를 충전한다. 이와 같이 충전전류값이 감소됨에 따라 충전전압의 크기도 다시 떨어지게 된다. 그런 다음 상기 감소된 제2정전류 값으로 배터리를 충전함에 따라 충전전압 값이 점점 커지다가, 기준전압, 예를 들어 140V 또는 4.2V/cell, 에 도달하게 되면, 최적 충전전류 패턴의 다음 레벨로 넘어가게 된다. 즉, 한단계 레벨 진행된 더욱 감소된 정전류 값으로 다시 배터리를 충전하게 된다. 이와 같은 최적 충전전류 패턴의 수행 레벨은, 예를 들어 5단계 레벨로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 기준전압의 크기, 부하의 요구전력, 최적 충전전류의 초기값 등에 따라 2단계 레벨 이상의 복수의 레벨을 갖도록 구현될 수 있다.On the other hand, if it is not in a full state, the process returns to step S50 to charge the battery with the reduced second constant current value that is advanced to the next step of the optimum charging current pattern, that is, one step further. As the charging current value decreases as described above, the magnitude of the charging voltage decreases again. Then, as the battery is charged with the reduced second constant current value, the charge voltage value increases gradually, and when the reference voltage, for example, 140 V or 4.2 V / cell, is reached, the next level of the optimum charge current pattern is transferred. I will go. That is, the battery is charged again with the reduced constant current value advanced by one level. The performance level of the optimal charging current pattern may be, for example, five levels, but is not limited thereto. For example, the performance level of the optimal charging current pattern may be two steps depending on the magnitude of the reference voltage, the required power of the load, and the initial value of the optimal charging current. It may be implemented to have a plurality of levels above the level.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전방법에 의하면, 배터리를 소정 정전류 값으로 충전하다가 충전전압이 소정 기준전압에 도달하면 더 낮은 값의 정전류로 배터리를 충전하도록 다단계 레벨의 충전전류 패턴으로 배터리를 충전함으로써, 배터리 충전시간을 단축하고 배터리의 전체 수명을 증가시킬 수 있다. 이때, 상기 최적 충전전류 패턴의 각 레벨에서의 최적 충전전류 값은 예를 들어 ACS 알고리즘와 같은 최적화 알고리즘을 반복적으로 사용하여 산출될 수 있다.As described above, according to the battery charging method according to the embodiment of the present invention, when the battery is charged with a predetermined constant current value and the charging voltage reaches the predetermined reference voltage, the battery is charged in a multi-level charging current pattern to charge the battery with a lower constant current. By charging the battery, the battery charging time can be shortened and the overall life of the battery can be increased. In this case, the optimum charging current value at each level of the optimum charging current pattern may be calculated by repeatedly using an optimization algorithm such as, for example, an ACS algorithm.

실시예에서, 상기 배터리 충전방법은 상기 배터리의 충전전압의 크기가 정해진 기준전압을 초과하는지를 감시하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 충전전압을 검출하는 수단과, 검출된 충전전압 및 소정의 기준전압 값을 비교하는 수단을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the battery charging method may further include monitoring whether the magnitude of the charging voltage of the battery exceeds a predetermined reference voltage. To this end, the method may further include means for detecting a charging voltage and means for comparing the detected charging voltage with a predetermined reference voltage value.

또, 실시예에서, 상기 제1정전류 및 상기 제2정전류는 내장된 최적화 알고리즘을 반복적으로 수행하여 산출되는 최적 충전전류 값들일 수 있다. 즉, 단계(S40)의 최적 충전전류 패턴의 산출과정이 제1정전류 값으로 배터리를 충전하는 단계(S20) 이전에 수행되는 것으로 구현될 수 있다.In addition, in an embodiment, the first constant current and the second constant current may be optimal charging current values calculated by repeatedly executing a built-in optimization algorithm. That is, the process of calculating the optimal charging current pattern in step S40 may be implemented before the step S20 of charging the battery with the first constant current value.

또, 실시예에서, 상기 배터리 충전방법은, 상기 산출된 최적 충전전류 값으로 상기 배터리를 충전하는 제어신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 배터리를 충전하기 위한 복수의 충전모드를 구비하고, 사용자 입력 또는 미리정해진 기준에 따라 선택적으로 본 발명에 따른 최적 충전전류 패턴 모드를 사용하도록 구현될 수 있다.
In an embodiment, the battery charging method may further include receiving a control signal for charging the battery with the calculated optimal charging current value. That is, it is provided with a plurality of charging modes for charging the battery, and can be implemented to selectively use the optimal charging current pattern mode according to the present invention according to a user input or a predetermined reference.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 본 발명의 실시예에 따른 배터리충전장치, 이를 포함하는 에너지저장시스템, 및 배터리충전방법에 의하면, 배터리 충전시, 배터리를 소정의 정전류로 충전하다가 충전전압이 소정 기준전압에 도달하면 더 낮은 값의 정전류로 배터리를 충전하는 다단계 레벨을 갖는 최적 충전전류 패턴으로 배터리를 충전함으로써, 배터리 충전시간을 단축하고 배터리의 전체 수명을 증가시키는 효과를 제공한다.As described above, according to the battery charging apparatus, the energy storage system including the same, and the battery charging method according to the embodiment of the present invention according to the present invention, when charging the battery, while charging the battery at a predetermined constant current, the charging voltage is predetermined When the reference voltage is reached, the battery is charged with an optimal charge current pattern with a multi-level level that charges the battery with a lower value of constant current, thereby shortening the battery charging time and increasing the overall life of the battery.

100 - 전류원 200 - 전원변환부
300 - 배터리 충전제어부(배터리충전장치)
310 - 배터리 상태 관리부 320 - 전류 제어부
330 - 전압 검출부 340 - 충전전류 패턴 산출부
400 - 배터리 450 - BMS
500 - 부하 600 - 전력계통100-current source 200-power converter
300-Battery charge control unit (battery charge device)
310-Battery status manager 320-Current controller
330-Voltage detector 340-Charge current pattern calculator
400-Battery 450-BMS
500-Load 600-Power System

Claims (13)

전류원으로부터 공급되는 출력전원을 배터리 충전에 적합한 전원으로 변환하는 전원변환부;
상기 전원변환부에 연결되어 전원을 충전하고, 제어신호에 따라 상기 충전된 전원을 부하에 공급하는 배터리; 및
상기 배터리의 충전 동작을 제어하는 배터리 충전제어부를 포함하고,
상기 배터리 충전제어부는, 배터리 충전신호에 따라 상기 배터리를 제1정전류 값으로 충전하고, 상기 배터리의 충전전압이 정해진 기준전압에 도달하면, 감소된 제2정전류 값으로 상기 배터리를 충전하되,
상기 제2정전류 값은, 상기 배터리에 해당하는 배터리 모델링을 근거로 최적화 알고리즘을 반복적으로 수행하여 얻어지는 최적 충전전류 값인 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.A power converter converting the output power supplied from the current source into a power suitable for charging the battery;
A battery connected to the power converter to charge power and supply the charged power to a load according to a control signal; And
It includes a battery charge control unit for controlling the charging operation of the battery,
The battery charging control unit charges the battery to a first constant current value according to a battery charging signal, and charges the battery to a reduced second constant current value when the charging voltage of the battery reaches a predetermined reference voltage.
The second constant current value is an energy storage system, characterized in that the optimum charge current value obtained by repeatedly performing the optimization algorithm based on the battery modeling corresponding to the battery. 제1 항에 있어서, 상기 최적화 알고리즘은,
ACS(Ant Colony System) 알로리즘인 것인 에너지저장시스템.The method of claim 1, wherein the optimization algorithm,
An energy storage system that is an ACS (Ant Colony System) algorithm. 제2 항에 있어서,
상기 배터리 충전제어부는,
상기 최적화 알고리즘을 사용하여 산출된 복수의 레벨에 대한 각 최적 충전전류 값이 레벨이 증가할 때마다 단계적으로 감소되는 양상의 충전전류 패턴을 산출하고,
상기 충전전압이 정해진 기준전압에 도달하면, 상기 충전전류 패턴의 다음 레벨을 수행하도록 결정하는 것을 특징으로 하는,
에너지저장시스템.The method of claim 2,
The battery charge control unit,
Calculating a charging current pattern in which an optimum charging current value for a plurality of levels calculated by using the optimization algorithm decreases step by step as the level increases,
When the charging voltage reaches a predetermined reference voltage, determining to perform a next level of the charging current pattern.
Energy storage system. 제3 항에 있어서,
상기 산출된 충전전류 패턴으로 상기 배터리를 충전하기 위한 입력신호를 인가받는 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
에너지저장시스템.The method of claim 3,
And an input unit receiving an input signal for charging the battery with the calculated charging current pattern.
Energy storage system. 제1 항에 있어서,
상기 부하에 연결되어, 배터리의 충전상태에 따라 상기 부하에 보조전원을 공급하는 전력계통을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
에너지저장시스템.The method according to claim 1,
It is connected to the load, characterized in that it further comprises a power system for supplying auxiliary power to the load in accordance with the state of charge of the battery,
Energy storage system. 제1 항에 있어서,
상기 배터리 충전제어부는,
상기 배터리의 충전상태에 관한 정보를 수신하는 배터리 상태 관리부;
상기 배터리에 공급되는 충전전류 값을 제어하는 전류제어부;
상기 충전전류의 공급에 따라 증가하는 충전전압의 크기를 검출하는 전압검출부; 및
내장된 최적화 알고리즘을 사용하여 복수의 레벨에 대한 각 최적 충전전류 값을 산출하는 충전전류 패턴 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
에너지저장시스템.The method according to claim 1,
The battery charge control unit,
A battery state manager configured to receive information regarding a state of charge of the battery;
A current controller for controlling a charging current value supplied to the battery;
A voltage detector detecting a magnitude of a charging voltage that increases with supply of the charging current; And
Characterized in that it comprises a charging current pattern calculation unit for calculating each optimum charging current value for a plurality of levels using a built-in optimization algorithm,
Energy storage system. 제6 항에 있어서,
상기 전류제어부와 상기 배터리 사이에 구비되어, 상기 충전전류의 흐름을 단속하는 하나 이상의 출력스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
에너지저장시스템.The method of claim 6,
And at least one output switch provided between the current control unit and the battery to control the flow of the charging current.
Energy storage system. 배터리에 공급되는 충전전류를 제어하는 전류제어부;
상기 충전전류의 공급에 따라 증가하는 충전전압의 크기를 검출하는 전압검출부; 및
내장된 최적화 알고리즘을 사용하여 단계적으로 감소되는 복수의 최적 충전전류 값을 갖는 충전전류 패턴을 산출하고, 상기 충전전압 값이 기준전압 값에 도달하면 다음 단계의 감소된 최적 충전전류 값을 상기 전류제어부에 제공하는 충전전류 패턴 산출부를 포함하되,
상기 최적 충전전류 값은, 상기 배터리에 해당하는 배터리 모델링을 근거로 최적화 알고리즘을 반복적으로 수행하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 배터리충전장치.A current control unit controlling a charging current supplied to the battery;
A voltage detector detecting a magnitude of a charging voltage that increases with supply of the charging current; And
The built-in optimization algorithm calculates a charging current pattern having a plurality of optimal charging current values that are gradually decreased, and when the charging voltage reaches a reference voltage value, the current control unit calculates a reduced optimal charging current value of a next step. Including a charging current pattern calculation unit provided to,
The optimum charging current value, characterized in that the battery charging device is obtained by repeatedly performing an optimization algorithm based on the battery modeling corresponding to the battery. 제8 항에 있어서,
상기 산출된 충전전류 패턴으로 상기 배터리를 충전하기 위한 입력신호를 인가받는 입력수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리충전장치.The method of claim 8,
And an input means for receiving an input signal for charging the battery with the calculated charging current pattern.
Battery charger. 제8 항에 있어서,
상기 전류제어부는, 상기 최적 충전전류 값을 상기 배터리에 정전류 방식으로 공급하는 것을 특징으로 하는,
배터리충전장치.The method of claim 8,
The current control unit, characterized in that for supplying the optimum charging current value to the battery in a constant current method,
Battery charger. 배터리의 충전여부를 결정하는 단계;
상기 배터리를 제1정전류 값으로 충전하는 단계;
상기 배터리의 충전전압의 크기가 정해진 기준전압을 초과하는지를 감시하는 단계; 및
상기 충전전압의 크기가 기준전압에 도달하면, 감소된 제2정전류 값으로 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하되,
상기 제2정전류 값은, 상기 배터리에 해당하는 배터리 모델링을 근거로 최적화 알고리즘을 반복적으로 수행하여 얻어지는 최적 충전전류 값인 것을 특징으로 하는 배터리충전방법.Determining whether the battery is charged;
Charging the battery to a first constant current value;
Monitoring whether the magnitude of the charging voltage of the battery exceeds a predetermined reference voltage; And
When the magnitude of the charging voltage reaches a reference voltage, charging the battery with a reduced second constant current value,
The second constant current value is a battery charging method, characterized in that the optimum charging current value obtained by repeatedly performing the optimization algorithm based on the battery modeling corresponding to the battery. 제11 항에 있어서, 상기 최적화 알고리즘은,
ACS(Ant Colony System) 알로리즘인 것인 배터리충전방법.The method of claim 11, wherein the optimization algorithm,
Battery charging method that is ACS (Ant Colony System) algorithm. 제12 항에 있어서,
상기 산출된 최적 충전전류 값으로 상기 배터리를 충전하는 제어신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리충전방법.The method of claim 12,
And receiving a control signal for charging the battery with the calculated optimal charging current value.
How to charge the battery.
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