KR101771396B1 - 병렬 모듈형 전력 변환 유닛의 효율 평준화 제어 및 출력전압 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 전력 변환 유닛들을 병렬로 운전하는 전력 변환 장치 및 방법을 제공한다. 상기 전력 변환 방법은, 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 전력을 공급하는 단계; 상기 제 1 전력 변환 유닛의 전력 공급량이 제 1 임계값에 도달하는 경우, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 상기 제 1 전력 공급량은 상기 제 2 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계; 및 상기 제 1 전력 변환 유닛 및 상기 제 2 전력 변환 유닛의 총 전력 공급량이 제 2 임계값에 도달하는 경우, 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 상기 제 2 전력 공급량은 상기 제 3 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값은 상기 부하의 총 요구 전력보다 작은 것을 특징으로 하며, 이로 인해 전력 변환 시스템의 평균 효율을 상승시킬 수 있다.

Description

병렬 모듈형 전력 변환 유닛의 효율 평준화 제어 및 출력전압 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING EFFICIENCY EQUALIZATION AND OUTPUT VOLTAGE OF PARALLEL POWER CONVERSION UNIT}
본 발명은 전력 변환 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 복수의 병렬로 연결된 전력 변환 유닛들의 평균적인 효율을 높이기 위한 기술에 관한 것이다.
전력 변환 시스템의 출력과 연결되는 부하들은 점점 고용량화 및 다양화가 되고, 전력 변환 시스템에 연결되는 부하들의 용량 및 계통에 따라 적절한 전력을 공급하는 기술이 요구되고 있다.
특히, 최근 전기 자동차의 시장은 점점 확대되고 있는 추세이나, 배터리 용량 문제, 충전 효율 문제, 계통 연계 문제 등 아직 해결해야 할 문제들이 많은 실정이다. 이에 따라, 전기 자동차 배터리의 고용량화 및 다양화에 대응하여 배터리를 효율적으로 충전하기 위한 기술이 요구되고 있다.
KR 10-1369692 B1
본 발명은 복수의 병렬로 연결된 전력 변환 유닛들을 포함하는 전력 변환 시스템에 있어서, 복수의 병렬로 연결된 전력 변환 유닛들의 일반적인 고효율 운용구간을 활용하여 전체 전력 변환 시스템의 동작의 평균적인 효율을 높이기 위한 것이다.
종래의 전력 변환 시스템은 하나의 시스템에 대해 정격 용량을 갖춘 하나의 컨버터만을 구비하여 정격 용량에 맞추어 운전하거나, 하나의 시스템에 대해 복수의 병렬로 연결된 컨버터들을 사용하여 전력 변환의 효율을 높이고자 하였으나, 이는 특정 구간의 효율을 개선할 뿐, 평균적인 효율을 개선할 수 없다는 단점이 있었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 개시되는 전력 변환 시스템은 인버터들을 선택적으로 구동하기 위해 적어도 하나의 기준값과 부하의 요구 전력을 비교하여 선택되는 인버터들의 개수를 최소화하도록 제어된다.
이와 같은 특허문헌 1에 개시되는 전력 변환 시스템은 부하에 따라 복수개의 인버터들을 스위치를 이용하여 on/off 하여 선택하는 방식을 채용하고 있어, 각각의 인버터가 가장 좋은 효율을 내는 구간이 고려되지 않는다는 문제점이 있었다. 따라서, 복수개의 인버터들은 전력 변환 시스템에 투입되고 난 뒤 최대 효율을 달성하기까지 오랜 시간이 걸리며, 시스템 전반적으로 평균적인 효율을 높여야 할 필요가 있었다.
이에, 본 발명은 부하에 전력을 공급하도록 전력 변환 유닛을 순차로 제어하는 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 전력을 공급하는 단계; 상기 제 1 전력 변환 유닛의 전력 공급량이 제 1 임계값에 도달하는 경우, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 상기 제 1 전력 공급량은 상기 제 2 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계; 및 상기 제 1 전력 변환 유닛 및 상기 제 2 전력 변환 유닛의 총 전력 공급량이 제 2 임계값에 도달하는 경우, 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 상기 제 2 전력 공급량은 상기 제 3 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값은 상기 부하의 총 요구 전력보다 작은, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 히스테리 마진에 따라 상기 제 1 전력 변환 유닛 전력 공급량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 히스테리 마진에 따라 상기 제 3 전력 변환 유닛 전력 공급량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 전력을 공급하는 단계로서, 상기 상기 제 1 전력 변환 유닛을 제외한 나머지 전력 변환 유닛들이 동시에 구동되는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 전력을 공급하는 동안, 상기 나머지 전력 변환 유닛들은 경부하로 구동될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 전력 변환 유닛들은 각각 상이한 정격 용량을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 전력 변환 유닛들은 단방향 AC-DC 전력 변환 유닛이고, 상기 부하에 CC-CV 방식에 따라 부하에 전력을 공급하는 단계; DC 부하를 분담하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 전력 변환 유닛들은 양방향 DC-AC 전력 변환 유닛이고, 계통 연계 동작에 따라 부하에 전력을 공급하는 단계; AC 부하를 분담하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 자동차의 OBC(On Board Charge)에서 수행될 수 있다.
본 발명은, 전기 자동차 충전소에서 수행될 수 있다.
다른 측면에 관한 본 발명은, 복수의 전력 변환 유닛들은 병렬로 연결되어 있고, 상기 복수의 전력 변환 유닛들을 구동하는 구동부; 상기 복수의 전력 변환 유닛들이 전력을 순차로 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 제 1 임계값 및 제 2 임계값을 결정하는 임계값 결정부로서, 상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값은 상기 부하의 총 요구 전력보다 작은, 상기 임계값 결정부; 제 1 전력 변환 유닛, 제 2 전력 변환 유닛, 및 제 3 전력 변환 유닛의 효율값을 결정하는 효율값 결정부; 제 1 전력 공급량 및 제 2 전력 공급량을 결정하는 전력 공급량 결정부를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 제 1 전력 변환 유닛의 전력 공급량이 제 1 임계값에 도달하는 경우, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단으로서, 상기 제 1 전력 공급량은 상기 제 2 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단; 상기 제 1 전력 변환 유닛 및 상기 제 2 전력 변환 유닛의 총 전력 공급량이 제 2 임계값에 도달하는 경우, 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 상기 제 2 전력 공급량은 상기 제 3 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단을 포함하는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단은, 히스테리 마진에 따라 상기 제 1 전력 변환 유닛 전력 공급량을 제어하는 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단은, 히스테리 마진에 따라 상기 제 3 전력 변환 유닛 전력 공급량을 제어하는 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 구동부는, 상기 복수의 전력 변환 유닛들을 동시에 구동할 수 있다.
여기서, 상기 구동부는 상기 복수의 전력 변환 유닛들을 경부하로 구동할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 전력 변환 유닛들은 각각 상이한 정격 용량을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 전력 변환 유닛들은 단방향 AC-DC 전력 변환 유닛이고, DC 부하를 분담하는 DC 부하 분담부를 더 포함하고, 상기 DC 부하 분담부는 CC-CV 제어 방식에 따라 부하에 전력을 공급할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 전력 변환 유닛들은 양방향 DC-AC 전력 변환 유닛이고, AC 부하를 분담하는 AC 부하 분담부를 더 포함하고, 상기 AC 부하 분담부는 계통 연계 동작에 따라 부하에 전력을 공급할 수 있다.
본 발명은, 상기 장치는 자동차의 OBC(On Board Charge)로서 사용될 수 있다.
본 발명은, 전기 자동차 충전소에서 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 복수의 병렬로 연결된 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하여, 특정 전력 변환 유닛의 부하 구간의 고효율보다는 전력 변환 유닛의 고빈도 부하 구간을 중점적으로 비교적 넓은 영역에서 높은 효율을 달성할 수 있다. 각 전력 변환 유닛의 일반적인 고효율 운용 구간에 기초하여 순차로 투입되는 전력 변환 유닛의 전력 공급량이 결정되므로, 전체적인 시스템의 평균적인 효율을 높일 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2 는 도 1 의 AC-DC 전력 변환 유닛을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3 은 도 2 의 제어 유닛을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4 는 2.2kW 급 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결하여 단순 동작한 경우의 효율 그래프이다.
도 5a 는 본 발명의 실시예에 따라 2.2kW 급 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결하여 순차 기동한 경우의 효율 그래프이다.
도 5b 는 2.2kW 급 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결하여 순차 기동을 실패한 경우의 효율 그래프이다.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 히스테리 마진을 적용하여 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어한 경우의 전력 그래프이다.
도 8 은 본 발명에 따라 전기 자동차 및 전기 자동차 충전소에서 사용되는 실시예를 도시한다.
본 발명은 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원의 "그린자동차 차량부품 개발 및 연구기반구축사업"의 지원을 받아 수행된 연구결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치는 AC 전원부 (100), 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들 (200), DC 부하부 (300) 를 포함한다. 도 1 에서는 편의상 전력 변환 장치는 단방향 AC-DC 전력 변환 장치만을 도시하고 있으나, 본원은 이에 한정되지 않는다.
상세히, AC 전원부 (100) 는 에너지원, 일 예로 발전소, 재생 가능한 에너지원을 이용하여 전력을 생산하는 시스템, 혹은 AC 전력을 공급할 수 있는 임의의 시스템일 수 있다. AC 전원부 (100) 는 발전소로부터 생산된 AC 전력을 AC-DC 전력 변환 유닛으로 공급한다.
한편, 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들 (200) 은 AC 전원부 (100) 및 DC 부하부 (300) 와 연결되어 있으며, 개별 전력 변환 유닛들 각각은 병렬로 연결되어 있다. 여기서 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들 (200) 은 편의상 3 개의 AC-DC 전력 변환 유닛으로 도시되었지만, 본원에 도시된 개수에 한정되지 않는다. 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들 (200) 은 AC 전원부 (100) 로부터 공급된 전력을 DC 부하에 전달할 수 있도록 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 역할을 수행한다.
한편, DC 부하부 (300) 는 AC-DC 전력 변환 유닛들로부터 변환된 출력 전력을 소비하는 것으로서, 가정, 공장 등일 수 있고, 혹은 전력 충전을 요구하는 배터리, 보다 바람직하게는 전기 자동차에 탑재된 배터리일 수 있다.
본 발명에 따른 전력 변환 장치는 복수의 단방향 AC-DC 전력 변환 유닛들, 복수의 단방향 DC-DC 전력 변환 유닛들, 복수의 양방향 AC-DC 전력 변환 유닛들, 복수의 양방향 DC-DC 전력 변환 유닛들로도 구현될 수 있다. 여기서, AC-DC 전력 변환 유닛은 정류기와 더불어 DC-DC 변환부를 포함할 수 있다. 복수의 단방향 AC-DC 전력 변환 유닛들 및 복수의 단방향 DC-DC 전력 변환 유닛들은 AC 전력을 DC 전력으로 변환할 수 있으며, 변환된 DC 전력을 부하에 공급하기 위해 DC 부하를 분담하는 DC 부하 분담부를 더 포함할 수 있으며, 상기 부하에 변환된 전력을 공급하는 경우 CC-CV 방식에 따라 전력을 공급할 수 있다. 복수의 양방향 AC-DC 전력 변환 유닛들 및 복수의 양방향 DC-DC 전력 변환 유닛들은 DC 전력을 AC 전력으로, 혹은 그 반대로 변환할 수 있으며, AC 부하에 전력을 공급하기 위해 AC 부하를 분담하는 AC 부하 분담부를 더 포함할 수 있다. 또한, AC 부하로 전력을 분담하는 경우 기존의 계통 전력과 연계시킬 수 있도록 계통 연계부를 더 포함할 수 있다.
도 2 는 도 1 에 도시된 AC-DC 전력 변환 유닛을 나타내는 블록도이다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 AC-DC 전력 변환 유닛은 파워 유닛 (210), 제어 유닛 (220) 을 포함하고, 제어 유닛 (220) 은 구동부 (240), 제어부 (230)를 포함하며, 파워 유닛 (210) 은 정류기 (201), DC 링크부 (202), DC-DC 변환부 (203)를 포함한다.
상세히, 파워 유닛 (210) 의 정류기 (201) 는 AC 전원부 (100) 로부터 공급된 AC 전압을 정류기 (201) 를 이용하여 DC 전압으로 변화시켜 출력하는 역할을 수행한다. 정류기 (201) 는 AC 를 정류하는 정류부 혹은 PFC (Power Factor Corrector) 로 구성될 수 있으며, AC 전원부 (100) 로부터 출력되는 교류전압으로부터 고조파를 제거하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다.
한편, DC 링크부 (202) 는 정류기 (201) 와 DC-DC 변환부 (203) 사이에 연결되어, 직류 링크 전압을 일정하게 유지시킨다. 정류기 (201) 를 통해 변환된 전압은 전력 변환 유닛의 안정적인 동작을 위하여 일정하게 유지될 필요가 있다. 이를 위해 DC 링크부 (202) 는, 예를 들면 알루미늄 전해 커패시터(Electrolytic Capacitor), 고압용 필름 커패시터(Polymer Capacitor), 고압 대전류용 적층 칩 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC) 등의 커패시터가 사용될 수 있다.
한편, DC-DC 변환부 (203) 는 DC 부하가 필요로 하는 전압의 크기 및 절연 조건에 만족하도록 DC 전압을 변환하는 역할을 수행한다. 변환된 DC 전압은 DC 부하부 (200) 에 연결되어, DC 전력을 필요로 하는 가정, 공장 등에 전력을 공급할 수 있고, 충전을 필요로 하는 배터리와 연결되어 충전 전력으로서 공급될 수 있다.
한편, 제어 유닛 (220) 에 관한 설명은 중복기재를 피하기 위해 아래 도 3 에서 자세히 설명한다.
도 3 은 도 2 에 도시된 제어 유닛 (220) 를 나타내는 블록도이다.
도 3 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛 (220) 은 제어부 (230) 및 구동부 (240) 을 포함하고, 제어부 (230) 는 임계값 결정부 (301), 효율값 결정부 (302), 전력 공급량 결정부 (303) 를 포함한다.
상세히, 제어부 (230) 는 AC-DC 전력 변환 유닛이 순차로 DC 부하부에 전력공급 하기 위한 기준값들을 설정하고, 상기 기준값들에 따라 구동부 (240) 가 각 AC-DC 전력 변환 유닛을 구동할 수 있도록 구동부 (240) 와 연결된다. 제어부 (230) 는 전압, 전류, 온도 등의 센서로부터 수신한 입력값에 따라 기준값들을 설정할 수 있고, 부하로부터 수신한 피드백을 통해 기준값을 재설정할 수도 있다.
보다 상세히, 임계값 결정부 (301) 는 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들 (200) 중 가장 먼저 전력 공급을 시작하는 제 1 AC-DC 전력 변환 유닛이 DC 부하에 전력 공급 하는 경우에, 제 1 AC-DC 전력 변환 유닛이 공급하고 있는 전력 공급량이 특정 전력 공급량에 도달한 경우, 제 2 AC-DC 전력 변환 유닛이 DC 부하에 전력 공급할 수 있도록 전력 공급하기 위한 시점을 결정하는 값에 해당한다. DC 부하에 전력 공급하고 있는 제 1 AC-DC 전력 변환 유닛의 전력 공급량이 제 1 임계값이 되면, 제 2 AC-DC 전력 변환 유닛을 투입한다.
이러한 방식으로, 임계값 결정부 (301) 가 결정하는 임계값은 현재 DC 부하에 전력을 공급하고 있는 AC-DC 전력 변환 유닛이 공급하고 있는 총 전력 공급량이 특정 전력 공급량에 도달한 경우, 다음 AC-DC 전력 변환 유닛이 DC 부하에 전력을 공급할 수 있도록, 다음 AC-DC 전력 변환 유닛이 전력 공급하기 위한 시점을 결정하는 값에 해당한다.
한편, 효율값 결정부 (302) 는 병렬로 연결된 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들 각각의 효율 곡선에 따른 효율값을 결정하는 역할을 수행한다. 여기서, 각각의 AC-DC 전력 변환 유닛의 정격 용량은 상이할 수 있으므로, 각각의 AC-DC 전력 변환 유닛의 효율 곡선은 상이할 수 있다. 효율값 결정부 (302) 는 각 AC-DC 전력 변환 유닛의 공급 전력량에 따른 효율값을 계산한다.
한편, 전력 공급량 결정부 (303) 는 효율값 결정부 (302) 에서 결정된 효율값에 따라 AC-DC 전력 변환 유닛의 공급 전력량을 결정한다. 효율값 결정부 (302) 로부터 결정된 제 2 AC-DC 전력 변환 유닛의 공급 전력량에 따른 효율값을 수신하고, 전력 공급량 결정부 (303) 는 상기 효율값에 대응하는 공급 전력량을 제 1 전력 공급량으로 특정하는 역할을 수행한다.
또한, 상세히, 구동부 (240) 는 제어부 (230) 로부터 수신한 임계값 및 전력 공급량에 따라 각각의 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 전력 공급하도록 제어하는 역할을 수행한다.
보다 상세히, 구동부 (240) 는 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들 중 가장 먼저 전력 공급을 시작하는 제 1 전력 변환 유닛의 전력 공급량이 임계값 결정부 (301) 에서 결정된 제 1 임계값에 도달하는 경우, 제 2 전력 변환 유닛이 전력 공급량 결정부 (303) 에서 결정된 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 전력 공급량은 제 2 전력 변환 유닛의 특정 효율값에 대응되는 공급 전력량을 나타내는 값으로서, 제 2 전력 변환 유닛은 특정 효율값 이상의 상태에서 DC 부하에 전력을 공급하도록 제어된다.
또한, 구동부 (240) 는 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛의 총 전력 공급량이 임계값 결정부 (301) 에서 결정된 특정 전력 공급량에 해당하는 제 2 임계값에 도달하는 경우, 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 2 전력 공급량은 제 3 전력 변환 유닛의 특정 효율값에 대응되는 전력 공급량을 나타내는 값으로서, 제 3 전력 변환 유닛은 특정 효율값 이상의 상태에서 DC 부하에 전력을 공급하도록 제어된다.
여기서, 제 1 전력 변환 유닛, 제 2 전력 변환 유닛, 및 제 3 전력 변환 유닛은 각각 동일한 용량 및 효율 곡선을 갖는 전력 변환 유닛일 수도 있고, 각각 상이한 용량 및 효율 곡선을 갖는 전력 변환 유닛일 수 있다. 따라서, 복수의 전력 변환 유닛들의 임계값 및 효율값은 동일하거나 상이할 수 있으며, 임계값 결정부 (301) 및 효율값 결정부 (302) 는 각각의 복수의 전력 변환 유닛들의 용량 및 효율 곡선에 적합하게 개별적으로 임계값 및 효율값을 결정할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 편의상 제 1 전력 변환 유닛 내지 제 3 전력 변환 유닛이 전력 공급하도록 제어되는 동작을 기술하였지만, 임계값 결정부 (301) 는 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들이 공급하는 총 전력 공급량에 따라 임계값을 결정하고, 효율값 결정부 (302) 및 전력 공급량 결정부 (303) 는 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들의 각각의 효율값 및 전력 공급량을 결정할 수 있고, 구동부 (240) 는 임계값 결정부 (301) 에서 결정된 임계값에 도달하면 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들의 각각의 효율값 및 전력 공급량에 따라 전력을 공급하도록 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 본원에 따른 전력 변환 시스템은 제 1 전력 변환 유닛으로부터 제 n 전력 변환 유닛까지 복수의 AC-DC 전력 변환 유닛들을 순차로 전력 공급하도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 먼저 투입된 AC-DC 전력 변환 유닛이 공급하고 있는 총 전력 공급량이 일정 임계값 이상에 도달한 경우, 다음으로 투입될 AC-DC 전력 변환 유닛을 특정 효율값 이상을 가지는 전력 공급량을 공급할 수 있는 상태에서 전력 공급하도록 제어하므로, 순차로 전력 공급되는 AC-DC 전력 변환 유닛들은 각각의 전력 변환 유닛의 고빈도 부하 구간에서 투입되어 비교적 넓은 영역에서 높은 효율을 달성할 수 있다. 각 전력 변환 유닛의 일반적인 고효율 운용 구간에 기초하여 순차로 전력 공급되므로, 전체적인 시스템의 평균적인 효율을 높일 수 있다.
도 4 는 기존의 2.2 kW 급 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결하여 단순 동작한 경우의 공급 전력에 따른 효율 그래프를 도시한다. 도시된 바와 같이, 곡선 (1) 은 6.6 kW 의 전력을 요구하는 부하에 전력 공급하기 위해, 6.6 kW 의 전력 변환 유닛 1 개를 사용하여 전력 공급했을 때의 공급 전력에 따른 효율을 나타낸다. 곡선 (2) 는 2.2 kW 의 전력 변환 유닛 3 개를 병렬로 연결하여 전력 공급했을 때의 공급 전력에 따른 효율을 나타낸다. 도 4 에서 도시된 바와 같이, 6.6 kW 의 대용량 전력 변환 유닛을 1 개만 사용하여 전력 공급한 경우보다, 2.2 kW 의 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결하여 전력 공급한 경우 특정 구간에서 더 좋은 효율을 달성할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 복수개의 전력 변환 유닛을 병렬 연결하여 단순 동작한 경우에는 초기 전력 공급 단계에서 1 개의 대용량 전력 변환 유닛을 사용한 경우보다 더 낮은 효율을 나타내는 구간이 있다는 단점도 있다. 따라서, 예를 들어 6.6 kW 의 전력을 요구하는 부하에 전력을 공급하기 위해 처음부터 2.2 kW 의 전력 변환 유닛 3개를 병렬 운전 하는 것은 특정 구간에서 더 낮은 효율을 가져올 수 있기 때문에, 바람직하지 않을 수 있다.
이러한 문제점에 대응하여, 본 발명은 복수의 병렬 연결된 전력 변환 유닛들을 순차로 전력 공급하도록 제어하는 방법 및 장치를 제안한다. 이러한 본 발명에 따른 실시예로서, 도 5a 및 도 5b 는 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결하여 순차 기동한 경우, 성공 사례 및 실패 사례를 도시한다. 여기서 도 5a 및 도 5b 에 도시된 전력 변환 유닛들은 편의상 3 개의 2.2 kW 급 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결한 전력 변환 시스템으로 도시되었지만, 본원에 도시된 개수에 한정되지 않으며, 전력 변환 유닛 3 개를 초과하여 병렬 연결될 수도 있다. 또한, 전력 변환 유닛들은 편의상 3 개의 동일한 2.2 kW 급 전력 변환 유닛으로 도시되었지만, 각각의 전력 변환 유닛들은 서로 상이한 용량의 전력 변환 유닛일 수도 있다.
도 5a 는 본 발명의 실시예에 따라 2.2kW 급 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결하여 순차 기동한 경우의 공급 전력에 따른 효율 그래프이다. 도시된 바와 같이, 곡선 (1) 은 6.6 kW 의 전력을 요구하는 부하에 전력 공급하기 위해, 6.6 kW 의 전력 변환 유닛 1 개를 사용하여 전력 공급했을 때의 공급 전력에 따른 효율을 나타낸다. 곡선 (2) 는 본 발명에 따른 방법에 따라 2.2 kW 의 전력 변환 유닛 3 개를 병렬로 연결하여 순차로 전력 공급했을 때의 공급 전력에 따른 효율을 나타낸다. 도 5a 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 순차 제어 방법은, 도 4 의 2.2 kW 의 전력 변환 유닛 3 개를 병렬로 연결하여 단순 전력 공급했을 때의 곡선 (2) 보다 초기 전력 공급 단계에서 더 좋은 효율을 가진다. 이는, 먼저 투입된 AC-DC 전력 변환 유닛이 공급하고 있는 총 전력 공급량이 일정 임계값 이상에 도달한 경우, 다음으로 투입될 AC-DC 전력 변환 유닛을 특정 효율값 이상을 가지는 전력 공급량을 공급할 수 있는 상태에서 전력 공급하도록 제어하므로, 순차로 전력 공급되는 AC-DC 전력 변환 유닛들은 각각의 전력 변환 유닛의 고빈도 부하 구간에서 투입되어 비교적 넓은 영역에서 높은 효율을 달성할 수 있기 때문이다.
도 5b 는 2.2kW 급 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결하여 순차 기동을 실패한 경우의 공급 전력에 따른 효율 그래프이다. 곡선 (1) 은 6.6 kW 의 전력을 요구하는 부하에 전력 공급하기 위해, 6.6 kW 의 전력 변환 유닛 1 개를 사용하여 전력 공급했을 때의 공급 전력에 따른 효율을 나타낸다. 곡선 (2) 는 2.2 kW 의 전력 변환 유닛 3 개를 병렬로 연결한 경우, 순차로 전력 변환 유닛을 제어하는 것을 실패했을 때의 공급 전력에 따른 효율을 나타낸다. 상기 도 5b 에서 도시된 바와 같이, 적절한 전력 공급 시점에 전력 공급되지 않는 경우, 대용량 전력 변환 유닛 1개를 단순 동작했을 때보다 더 낮은 효율을 가질 수 있다.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 본원에 따른 방법은 편의상 복수의 전력 변환 유닛들 중 제 1 전력 변환 유닛 내지 제 3 전력 변환 유닛이 전력 공급하는 방법을 도시하였지만, 이는 나머지 복수의 전력 변환 유닛들에 대하여도 동일한 방법으로 적용될 수 있음은 물론이다. 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 구동부 (240) 는 제 1 전력 변환 유닛, 제 2 전력 변환 유닛, 및 제 3 전력 변환 유닛을 구동시킨다 (S600). 여기서, 제 1 전력 변환 유닛, 제 2 전력 변환 유닛, 및 제 3 전력 변환 유닛은 구동부에 의해 동시에 구동될 수 있으며, 복수의 전력 변환 유닛들 중 제 1 전력 변환 유닛이 먼저 부하에 전력 공급하는 경우, 나머지 제 2 전력 변환 유닛 및 제 3 전력 변환 유닛은 경부하로 구동될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 경부하로 운전되는 제 2 전력 변환 유닛 및 제 3 전력 변환 유닛은 그들이 전력 공급해야 하는 시기에 각각의 효율값에 따른 전력 공급량을 적절하게 공급할 수 있다.
다음으로, 구동된 복수의 전력 변환 유닛들 중 가장 먼저 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 전력을 공급한다 (S601). 만약, 전력을 공급하는 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 공급하고 있는 전력 공급량이 제 1 임계값에 도달하는 경우 (예), 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급한다 (S602). 만약, 전력을 공급하는 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 공급하고 있는 전력 공급량이 제 1 임계값에 도달하지 못한 경우 (아니오), 제 1 전력 변환 유닛이 계속해서 전력을 공급한다 (S601).
상기 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 공급하고 있는 전력 공급량이 제 1 임계값에 도달하는 경우, 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛은 함께 부하에 전력을 공급하게 되고, 이 둘의 총 공급하는 전력 공급량이 제 2 임계값에 도달한 경우 (예), 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급한다 (S603). 만약, 이 둘의 총 공급하는 전력 공급량이 제 2 임계값에 도달하지 못한 경우 (아니오), 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛은 계속해서 부하에 전력을 공급한다 (S602).
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 히스테리 마진을 적용하여 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어한 경우의 시간에 따른 출력 전력 그래프이다. 여기서 도 7 에 도시된 전력 변환 유닛들은 편의상 3 개의 전력 변환 유닛 3 개를 병렬 연결한 전력 변환 시스템으로 도시되었지만, 본원에 도시된 개수에 한정되지 않으며, 전력 변환 유닛 3 개를 초과하여 병렬 연결될 수도 있다. 또한, 전력 변환 유닛들은 편의상 3 개의 동일한 용량을 가지는 전력 변환 유닛으로 도시되었지만, 각각의 전력 변환 유닛들은 서로 상이한 용량의 전력 변환 유닛일 수도 있다.
도 7을 참조하면, 단계 S602 에서, 제 1 전력 변환 유닛의 출력 전력이 부하가 요구하는 총 전력의 약 25% 에 도달하면 (제 1 임계값에 도달), 제 2 전력 변환 유닛이 부하에 전력 공급을 시작하고, 제 1 전력 변환 유닛은 히스테리 마진에 따라 자신의 전력 공급량을 제어할 수 있다. 제 1 전력 변환 유닛은 히스테리 마진에 따라 자신의 전력 공급량을 약간 감소하여 출력하고, 제 2 전력 변환 유닛은 미리 설정된 효율값에 기초한 제 1 전력량에 따라 전력을 공급하기 때문에, 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛이 공급하는 총 전력 공급량은 부하가 요구하는 총 전력의 약 27% 를 공급할 수 있다. 이러한 전력 공급 방법에 의하면, 제 1 전력 변환 유닛은 제 1 임계값에서 자신의 전력 공급량을 약간 감소하더라도 여전히 96% 이상의 효율을 달성할 수 있고, 제 1 임계값에서 전력을 공급하는 제 2 전력 변환 유닛도 약 96% 이상의 효율을 가지는 제 1 전력량에 따라 전력을 공급하기 때문에, 전체적인 전력 변환 장치의 평균적인 효율을 높일 수 있다.
마찬가지로, 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛 의 출력 전력이 부하가 요구하는 총 전력의 약 50% 에 도달하면 (제 2 임계값) 제 3 전력 변환 유닛이 부하에 전력 공급을 시작하고, 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛은 히스테리 마진에 따라 자신의 전력 공급량을 제어할 수 있다. 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛은 히스테리 마진에 따라 자신의 전력 공급량을 약간 감소하여 출력하고, 제 3 전력 변환 유닛은 미리 설정된 효율값에 기초한 제 2 전력량에 따라 전력을 공급하므로, 제 1 전력 변환 유닛, 제 2 전력 변환 유닛, 및 제 3 전력 변환 유닛이 공급하는 총 전력 공급량은 부하가 요구하는 총 전력의 약 52% 를 공급할 수 있다. 상기와 같은 전력 공급 방법에 의하면, 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛은 제 2 임계값에서 자신들의 전력 공급량을 약간 감소하더라도 여전히 96% 이상의 효율을 달성할 수 있고, 제 2 임계값에서 전력을 공급하는 제 3 전력 변환 유닛도 약 96% 이상의 효율을 가지는 제 2 전력량에 따라 전력을 공급하기 때문에, 전체적인 전력 변환 장치의 평균적인 효율을 높일 수 있다. 상기와 같은 본 발명의 방법에 의해, 히스테리 마진에 따른 전력 공급을 적용함으로써 전체 전력 변환 유닛의 출력 전력은 출력 전력이 100%에 도달할 때까지 높은 효율을 유지할 수 있다.
여기서, "약 25%" 와 관련하여, 제 1 전력 변환 유닛이 모든 부하를 담당하는 동안, 제 2 전력 변환 유닛 및 제 3 전력 변환 유닛이 구동되어 미소한 전력 (경부하) 을 공급하는 경우를 포함할 수 있기 때문에 "약" 이라는 표현을 사용하였다. 그러나, 제 2 전력 변환 유닛 및 제 3 전력 변환 유닛은 미소한 전력을 공급하는 것일 뿐, 대부분의 전력 공급은 제 1 전력 변환 유닛에서 이루어지며, 제 1 전력 변환 유닛이 제 1 임계값에 도달할 경우, 제 2 전력 변환 유닛이 전력 공급을 추가로 담당한다. 이와 동일한 취지로, "약 50%"와 관련하여, 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛이 모든 부하를 담당하는 동안, 제 3 전력 변환 유닛이 구동되어 미소한 전력을 공급하는 경우를 포함할 수 있기 때문에 "약" 이라는 표현을 사용하였다. 그러나, 제 3 전력 변환 유닛은 미소한 전력을 공급하는 것일 뿐, 대부분의 전력 공급은 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛에서 이루어지며, 제 1 전력 변환 유닛 및 제 2 전력 변환 유닛이 담당하고 있는 부하량이 제 2 임계값에 도달한 경우, 제 3 전력 변환 유닛이 전력 공급을 추가로 담당한다.
또한, 도 7 에서 도시된 바와 같이, 부하에서 요구되는 전력이 감소하는 경우에도, 전체 전력 변환 장치의 출력 전력은 서서히 감소하도록 제어하면서, 각 전력 변환 모듈들의 효율은 일정값 이상을 유지하도록 순차로 제어될 수 있다.
도 8 은 본 발명에 따라 전기 자동차 및 전기 자동차 충전소에서 사용되는 실시예를 도시한다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 변환 방법 및 장치는 전기 자동차 내 배터리 (OBC; On Board Charger) 를 충전하기 위한 전력 변환 장치로서 구현될 수 있으며, 전기 자동차의 충전소에서도 구현될 수 있으므로, 보다 효율적인 전기 자동차 충전이 가능하다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 명세서 전체에 걸친, "하나의 예", "하나의 특징", "일 예" 또는 "특징" 에 대한 언급은, 그 특징 및/또는 예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 청구된 요지의 적어도 하나의 특징 및/또는 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서의 여러 곳에서, 어구 "하나의 예에서", "일 예", "하나의 특징에서" 또는 "특징" 의 출현은 반드시 모두 동일한 특징 및/또는 예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 이상의 예들 및/또는 특징들에 결합될 수도 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이러한 예시들은 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
100: AC 전원부
200: AC-DC 전력 변환 유닛
300: DC 부하부

Claims (20)

  1. 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법에 있어서,
    제 1 전력 변환 유닛이 부하에 전력을 공급하는 단계;
    상기 제 1 전력 변환 유닛의 전력 공급량이 제 1 임계값에 도달하는 경우, 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 상기 제 1 전력 공급량은 상기 제 2 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 제 1 전력 변환 유닛 및 상기 제 2 전력 변환 유닛의 총 전력 공급량이 제 2 임계값에 도달하는 경우, 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 상기 제 2 전력 공급량은 상기 제 3 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값은 상기 부하의 총 요구 전력보다 작은, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 히스테리 마진에 따라 상기 제 1 전력 변환 유닛 전력 공급량을 제어하는 단계를 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 히스테리 마진에 따라 상기 제 3 전력 변환 유닛 전력 공급량을 제어하는 단계를 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 전력을 공급하는 단계로서, 상기 상기 제 1 전력 변환 유닛을 제외한 나머지 전력 변환 유닛들이 동시에 구동되는 단계를 포함하는, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전력 변환 유닛이 부하에 전력을 공급하는 동안, 상기 나머지 전력 변환 유닛들은 경부하로 구동되는, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 유닛들은 각각 상이한 정격 용량을 가지는, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 유닛들은 단방향 AC-DC 전력 변환 유닛이고,
    상기 부하에 CC-CV 방식에 따라 부하에 전력을 공급하는 단계; 및
    DC 부하를 분담하는 단계를 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 유닛들은 양방향 DC-AC 전력 변환 유닛이고,
    계통 연계 동작에 따라 부하에 전력을 공급하는 단계; 및
    AC 부하를 분담하는 단계를 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법은, 자동차의 OBC(On Board Charger)에서 수행되는, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법은, 전기 자동차 충전소에서 수행되는, 부하에 전력을 공급하도록 병렬로 연결된 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 방법.
  11. 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 유닛들은 병렬로 연결되어 있고,
    상기 복수의 전력 변환 유닛들을 구동하는 구동부; 및
    상기 복수의 전력 변환 유닛들이 전력을 순차로 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    제 1 임계값 및 제 2 임계값을 결정하는 임계값 결정부로서, 상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값은 상기 부하의 총 요구 전력보다 작은, 상기 임계값 결정부;
    제 1 전력 변환 유닛, 제 2 전력 변환 유닛, 및 제 3 전력 변환 유닛의 효율값을 결정하는 효율값 결정부; 및
    제 1 전력 공급량 및 제 2 전력 공급량을 결정하는 전력 공급량 결정부를 포함하고,
    상기 구동부는,
    상기 제 1 전력 변환 유닛의 전력 공급량이 제 1 임계값에 도달하는 경우, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단으로서, 상기 제 1 전력 공급량은 상기 제 2 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단; 및
    상기 제 1 전력 변환 유닛 및 상기 제 2 전력 변환 유닛의 총 전력 공급량이 제 2 임계값에 도달하는 경우, 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 단계로서, 상기 제 2 전력 공급량은 상기 제 3 전력 변환 유닛의 미리 설정된 효율값에 기초하여 결정되는, 상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단을 포함하는,
    부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 전력 변환 유닛이 제 1 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단은, 히스테리 마진에 따라 상기 제 1 전력 변환 유닛 전력 공급량을 제어하는 수단을 포함하는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 전력 변환 유닛이 제 2 전력 공급량에 따라 전력을 공급하는 수단은, 히스테리 마진에 따라 상기 제 3 전력 변환 유닛 전력 공급량을 제어하는 수단을 포함하는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 복수의 전력 변환 유닛들을 동시에 구동하는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 복수의 전력 변환 유닛들을 경부하로 구동하는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 유닛들은 각각 상이한 정격 용량을 가지는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  17. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 유닛들은 단방향 AC-DC 전력 변환 유닛이고,
    DC 부하를 분담하는 DC 부하 분담부를 더 포함하고,
    상기 DC 부하 분담부는 CC-CV 제어 방식에 따라 부하에 전력을 공급하는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  18. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 변환 유닛들은 양방향 DC-AC 전력 변환 유닛이고,
    AC 부하를 분담하는 AC 부하 분담부를 더 포함하고,
    상기 AC 부하 분담부는 계통 연계 동작에 따라 부하에 전력을 공급하는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  19. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 자동차의 OBC(On Board Charger)로서 사용되는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
  20. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 전기 자동차 충전소에서 사용되는, 부하에 전력을 공급하도록 복수의 전력 변환 유닛들을 순차로 제어하는 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015027210A (ja) * 2013-07-29 2015-02-05 株式会社 日立産業制御ソリューションズ 並列型電源装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015027210A (ja) * 2013-07-29 2015-02-05 株式会社 日立産業制御ソリューションズ 並列型電源装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101879675B1 (ko) * 2017-11-22 2018-07-18 주식회사 피에스엔 다중모듈 방식 전기 자동차 충전기 제어 시스템, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체

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