KR102140713B1 - Control system and Control method of Uninterruptible Power Supply using Lithium-ion Battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 교류 전원과 부하 사이에 구비되는 무정전 전원 장치를 통해서 상기 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지를 상기 부하에 일정한 전압으로 공급하도록 하는 무정전 전원 장치의 제어 시스템에 있어서, 상기 교류 전원과 상기 부하 사이의 제 1 노드에 연결되며, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자 및 상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자 사이에 연결 구비되며, 상기 교류 전원에서 상기 에너지 저장소자로 제공되는 전압 및 상기 에너지 저장소자에서 상기 부하로 제공되는 전압을 제어하는 스위칭부를 포함하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a control system for an uninterruptible power supply device using a lithium ion battery, and in particular, to supply the AC energy supplied from the AC power supply to the load at a constant voltage through an uninterruptible power supply device provided between the AC power supply and the load. In the control system of the uninterruptible power supply device to be connected to the first node between the AC power supply and the load, the energy reservoir consisting of a lithium ion battery to provide a voltage to the load and the first node and the energy It is provided between the reservoir, the control system of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery including a switching unit for controlling the voltage provided from the AC power source to the energy reservoir and the voltage provided from the energy reservoir to the load. It is about.
Description
본 발명은 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 비상시에 즉시 전력을 공급하는 무정전 전원 장치에 에너지 저장소자로 리튬 이온 배터리를 효율적으로 연계하며, 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 에너지 저장소자의 과충전 및 과방전을 효율적으로 방지하면서 부하로의 안정적인 전력 공급이 가능하게 하는 것이다.
The present invention relates to a control system and a control method of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery, and more specifically, to efficiently connect a lithium ion battery as an energy reservoir to an uninterruptible power supply that immediately supplies power in an emergency, lithium According to the state of charge (SOC) of the ion battery, it is to enable stable power supply to the load while effectively preventing overcharge and overdischarge of the energy reservoir.
통신, 방송, 병원 및 설비 등의 전원은 고도의 안정성과 신뢰성을 요구하고, 단시간의 정전도 허용하지 않는 경우가 대부분이다. 이것에 부응하기 위해서, 무정전 전원 장치(UPS, Uninterruptible Power Supply)를 사용하여 전력을 백업하게 된다. 다시 말하자면, 무정전 전원 장치는 정전이나 순간전인 전력의 불안정시 부하에 안정적인 전력을 공급하는 장치로서, 현재 무정전 전원 장치의 에너지 저장소자로 사용되는 대표적인 예로는 이차 납축 전지를 들 수 있다.Power sources for communication, broadcasting, hospitals, and facilities require a high degree of stability and reliability, and in most cases, even short-term power outages are not allowed. To respond to this, power is backed up using an uninterruptible power supply (UPS). In other words, an uninterruptible power supply device is a device that supplies stable power to a load when power is unstable, such as a power outage or an instantaneous power supply. A typical example used as an energy reservoir for an uninterruptible power supply is a secondary lead acid battery.
이러한 이차 납축 전지는 에너지 밀도가 20~120 Wh/kg로 높다는 장점이 있지만 출력 밀도자 50~250 W/kg으로 낮으며, 사이클 수명 특성이 500회로 낮다는 단점이 있다. 이로 인해, 이차 납축 전지를 이용하는 무정전 전원 장치는 높은 에너지 밀도로 인해 장시간의 전원 공급에는 탁월한 특성을 지니지만 낮은 수명 특성으로 인해 정기적인 유지 및 보수 비용이 발생하는 문제점이 있다.This secondary lead acid battery has the advantage of having a high energy density of 20 to 120 Wh/kg, but has a drawback of having a low power density of 50 to 250 W/kg and a low cycle life characteristic of 500 times. For this reason, an uninterruptible power supply using a secondary lead acid battery has excellent characteristics for long-time power supply due to its high energy density, but has a problem of regular maintenance and repair costs due to its low lifespan characteristics.
이에 따라, 최근에는 무정전 전원 장치의 에너지 저장소자로 리튬 이온 배터리를 적용하고 있는 추세이다.Accordingly, in recent years, lithium ion batteries are being used as energy storage devices for uninterruptible power supplies.
허나, 리튬 이온 배터리는 이차 납축 전지와 그 특성이 다르기 때문에, 종래의 무정전 전원 장치의 구조 변경 없이 리튬 이온 배터리와 연계할 경우 과충전 또는 과방전에 의한 폭발 위험성이 높은 단점이 있다.However, since lithium ion batteries have different characteristics from secondary lead acid batteries, there is a disadvantage in that the risk of explosion by overcharging or overdischarging is high when connected to lithium ion batteries without changing the structure of a conventional uninterruptible power supply.
본 발명은 과충전 또는 과방전에 의한 폭발 위험성으로 인해, 무정전 전원 장치의 구조 변경 없이 리튬 이온 배터리를 에너지 저장소자로 구비하는 것이 어려운 점에 착안한다.The present invention focuses on the difficulty of providing a lithium ion battery as an energy reservoir without changing the structure of the uninterruptible power supply due to the risk of explosion due to overcharging or overdischarging.
유럽 등록 특허 제0739075호 ("Power supply system", 이하 선행기술 1)에서는 과전류 보호 기능을 갖는 무정전 전원 장치를 개시하고 있으며, 선행기술 1은 에너지 저장소자로 축전지를 사용하고 있으며, 축전지의 사용으로 인해 발생하는 낮은 수명을 극복하기 위한 방안이 전혀 언급되어 있지 않다.
European Patent No. 0739075 (“Power supply system”, hereinafter referred to as prior art 1) discloses an uninterruptible power supply having an overcurrent protection function, and
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 비상시에 즉시 전력을 공급하는 무정전 전원 장치에 종래의 납축전지가 아닌 리튬 이온 배터리를 효율적으로 연계하여, 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 에너지 저장소자의 과충전 및 과방전을 효율적으로 방지함과 동시에 무정전 전원 장치의 부피를 효율적으로 줄이며, 대용량을 저장하여 안정적으로 부하로의 전력 공급이 가능하도록 하는 무정전 전원 장치의 제어 시스템을 제공하는 것이다.
The present invention has been devised to improve the prior art as described above, and efficiently connects a lithium ion battery other than a conventional lead acid battery to an uninterruptible power supply that immediately supplies power in an emergency, and the state of charge of the lithium ion battery (SOC , State Of charge), efficiently prevents overcharge and over-discharge of energy storage and at the same time efficiently reduces the volume of the uninterruptible power supply, saves large capacity, and enables uninterruptible power supply to stably supply power to the load. It is to provide a control system.
상기의 목적을 이루고 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템은, 교류 전원과 부하 사이에 구비되는 무정전 전원 장치를 통해서 상기 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지를 상기 부하에 일정한 전압으로 공급하도록 하는 무정전 전원 장치의 제어 시스템에 있어서, 상기 교류 전원과 상기 부하 사이의 제 1 노드에 연결되며, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자 및 상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자 사이에 연결 구비되며, 상기 교류 전원에서 상기 에너지 저장소자로 제공되는 전압 및 상기 에너지 저장소자에서 상기 부하로 제공되는 전압을 제어하는 스위칭부를 포함하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object and to solve the problems of the prior art, the control system of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to the present invention is supplied from the AC power through the uninterruptible power supply provided between the AC power supply and the load In the control system of the uninterruptible power supply to supply the AC energy to the load at a constant voltage, the energy is composed of a lithium ion battery connected to the first node between the AC power and the load, providing a voltage to the load It is preferably provided between the reservoir and the first node and the energy reservoir, and includes a switching unit that controls a voltage provided from the AC power source to the energy reservoir and a voltage provided from the energy reservoir to the load. Do.
상기 스위칭부는 상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자의 양단(+) 사이에 연결되는 제 1 스위치와, 제 2 스위치와, 제 3 스위치와, 저항기 및 다이오드로 구성되며, 상기 제 1 스위치는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 2 노드와 상기 제 1 노드와 직렬로 연결되고, 상기 저항기는 상기 제 1 스위치와 상기 제 1 노드 사이에 연결 구비되고, 상기 제 2 스위치는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 2 노드와 상기 제 1 노드와 병렬로 연결되고, 상기 다이오드는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 3 노드와 상기 제 1 노드와 병렬로 연결되어 상기 부하에서 상기 에너지 저장소자로의 역전류를 방지하며, 상기 제 3 스위치는 상기 다이오드와 상기 제 1 노드 사이에 연결 구비되는 것이 바람직하다.The switching unit is composed of a first switch, a second switch, a third switch, a resistor and a diode connected between the first node and both ends (+) of the energy reservoir, and the first switch is the energy storage The second node, which is the both ends of the ruler, is connected in series with the first node, the resistor is provided between the first switch and the first node, and the second switch is the second node, which is both ends of the energy reservoir. Connected in parallel with the first node, the diode is connected in parallel with the third node and the first node at both ends of the energy reservoir to prevent reverse current from the load to the energy reservoir, and the third switch It is preferable that a connection is provided between the diode and the first node.
상기 스위칭부는 상기 에너지 저장소자가 상기 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치에 최초 연결될 경우, 소정 시간 동안 상기 제 1 스위치를 연결(close)하고 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자와 상기 무정전 전원 장치의 인버터(inverter) 간의 전압을 일치시키는 것이 바람직하다.When the energy storage unit is first connected to the uninterruptible power supply using the lithium ion battery, the switching unit closes the first switch for a predetermined time and opens the second switch and the third switch to open the It is desirable to match the voltage between the energy reservoir and the inverter of the uninterruptible power supply.
상기 스위칭부는 상기 에너지 저장소자의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 상기 충전 상태가 완충전일 경우, 상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 것이 바람직하다.According to the state of charge (SOC) of the energy storage unit, the switching unit closes the third switch and opens the first switch and the second switch when the charging state is full. ) To supply the voltage to the load through the energy reservoir.
상기 스위칭부는 상기 에너지 저장소자의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 상기 충전 상태가 과방전일 경우, 상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서, 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 것이 바람직하다.According to the state of charge (SOC) of the energy storage unit, the switching unit closes the second switch and opens the first switch and the third switch when the charging state is overdischarge. It is preferable to charge the energy reservoir while providing a voltage from the AC power supply to the load.
본 발명에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법은, 제 1 스위치, 제 2 스위치 및 제 3 스위치로 구성되는 스위칭부의 제어를 통해서 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지가 부하에 일정한 전압으로 공급되도록 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 스위치를 연결(close)하고, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리인 에너지 저장소자와 무정전 전원 장치의 인버터(inverter) 간의 전압을 일치시키는 최초 연결 단계; 상기 에너지 저장소자의 충전 상태(SOC, State Of Charge)가 기설정된 제 1 설정값 이상인지 판단하는 제 1 판단 단계; 상기 제 1 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 1 설정값 이상이 아닐 경우, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 2 설정값 이하인지 판단하는 제 2 판단 단계; 상기 제 2 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 2 설정값 이하일 경우, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급하는지 판단하는 제 3 판단 단계; 상기 제 3 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급할 경우, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 3 설정값 이하인지 판단하는 제 4 판단 단계; 상기 제 4 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 3 설정값 이하일 경우, 상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계; 로 이루어지는 것이 바람직하다.In the control method of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to the present invention, AC energy supplied from AC power is supplied to a load at a constant voltage through control of a switching unit composed of a first switch, a second switch, and a third switch. In the control method of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery, the first switch is connected (close), the second switch and the third switch open (open) to provide a voltage to the load An initial connection step of matching the voltage between the energy reservoir, which is a lithium ion battery, and the inverter of the uninterruptible power supply; A first determining step of determining whether the state of charge (SOC) of the energy storage person is equal to or greater than a first preset value; A second determining step of determining whether the state of charge of the energy reservoir is equal to or less than a preset second set value when the state of charge of the energy reservoir is not equal to or greater than the first set value according to the determination result of the first determination step; A third determining step of determining whether a voltage is supplied to the load through the energy reservoir when the state of charge of the energy reservoir is less than or equal to the second set value according to the determination result of the second judgment step; A fourth determining step of determining whether the state of charge of the energy reservoir is equal to or less than a preset third set value when supplying a voltage to the load through the energy reservoir according to the determination result of the third judgment step; According to the determination result of the fourth determination step, when the state of charge of the energy reservoir is less than or equal to the third set value, the second switch is closed and the first switch and the third switch are opened. Over-discharge preventing step of charging the energy reservoir while providing a voltage from the AC power supply to the load; It is preferably made of.
상기 제 1 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 1 설정값 이상일 경우, 상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 과충전 방지 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.According to the determination result of the first determination step, when the state of charge of the energy reservoir is equal to or greater than the first set value, the third switch is closed and the first switch and the second switch are opened. Therefore, it is preferable to include an overcharge prevention step of supplying a voltage to the load through the energy reservoir.
상기 제 2 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 2 설정값 이하가 아닐 경우, 상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.According to the determination result of the second determination step, when the state of charge of the energy reservoir is not equal to or less than the second set value, the second switch is closed and the first switch and the third switch are opened ( It is preferable to consist of an over-discharge preventing step of charging the energy reservoir while providing a voltage from the AC power supply to the load.
상기 제 3 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급하지 않을 경우, 상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.According to the determination result of the third determination step, when the voltage is not supplied to the load through the energy reservoir, the second switch is closed and the first switch and the third switch are opened. Therefore, it is preferable to include an over-discharge prevention step of charging the energy reservoir while providing a voltage from the AC power supply to the load.
상기 제 4 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 3 설정값 이하가 아닐 경우, 상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 과충전 방지 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
According to the determination result of the fourth judging step, when the state of charge of the energy reservoir is not equal to or less than the third set value, the third switch is closed and the first switch and the second switch are opened ( It is preferable to consist of an overcharge prevention step of supplying a voltage to the load through the energy reservoir by opening).
본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 교류 전원과 부하 사이에 구비되어 비상시에 즉시 전력을 공급하는 무정전 전원 장치에 에너지 저장소자로 종래의 이차 납축 전지가 아닌 리튬 이온 배터리를 연계하여 무정전 전원 장치의 부피를 효율적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.According to a control system and a control method of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention, it is provided between an AC power source and a load, and is an energy storage device for an uninterruptible power supply device that immediately supplies power in an emergency It has an effect of efficiently reducing the volume of the uninterruptible power supply by connecting a lithium ion battery rather than a secondary lead acid battery.
더불어, 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 에너지 저장소자의 과충전 및 과방전을 효율적으로 방지하면서, 대용량의 전력을 저장하여 부하에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.In addition, depending on the state of charge (SOC) of the lithium ion battery, there is an effect of stably supplying power to a load by storing a large amount of power while effectively preventing overcharge and overdischarge of an energy reservoir.
또한, 복수 개의 에너지 저장소자 구성시, 자체적인 셀 밸런싱 및 충전 상태를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
In addition, when configuring a plurality of energy reservoirs, there is an effect that can easily control its own cell balancing and charging state.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 스위칭부를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 스위칭부의 동작 제 1 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 스위칭부의 동작 제 2 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 스위칭부의 동작 제 3 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a view briefly showing a control system of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing in detail the switching unit of the control system of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a first exemplary view of an operation of a switching unit of a control system of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a second exemplary view of an operation of a switching unit of a control system of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
5 is a third exemplary view of an operation of a switching unit of a control system of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, a control system and method for controlling the uninterruptible power supply using the lithium ion battery of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms. In addition, the same reference numerals throughout the specification indicate the same components.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.At this time, unless there are other definitions in the technical terms and scientific terms to be used, it has the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and the accompanying drawings. Descriptions of well-known functions and configurations that may be obscured are omitted.
더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.In addition, a system refers to a set of components, including devices, mechanisms and means, organized and regularly interacted to perform the necessary functions.
무정전 전원 장치는 평상시에 상용 교류 전원으로부터, 전력 변환 장치, 왜곡 보정 회로 등을 거쳐 부하에 교류 전력을 공급하고 있으며, 또한, 정류 장치 출력에 에너지 저장소자를 접속하여 동작시킴으로써, 정전시에는 에너지 저장소자로부터 인버터를 거쳐 중단없이 부하로 전력을 공급할 수 있도록 하는 것이다.The uninterruptible power supply normally supplies AC power to a load from a commercial AC power supply through a power conversion device, a distortion correction circuit, and the like, and also operates by connecting an energy storage device to the output of the rectifying device, thereby saving the energy storage device It is possible to supply power to the load without interruption through the inverter.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법은 교류 전원(10)에 전압 사고가 발생한 경우, 부하(20)로 일정한 전압을 공급할 수 있는 무정전 전원 장치(UPS, Uninterruptible Power Supply)에 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자가 안전하게 연계될 수 있도록 하는 제어 시스템 및 그 제어 방법이다.That is, the control system of the uninterruptible power supply device using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention and a control method thereof, in the event of a voltage accident in the
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 구성에 대해 간략하게 나타낸 도면이다. 도 1을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 구성에 대해 상세하게 설명한다.1 is a view briefly showing the configuration of a control system of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. The configuration of a control system of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템은 교류 전원(10)과 부하(20) 사이에 구비되는 무정전 전원 장치에 스위칭부(40)를 구비하여, 이를 통해서 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 에너지가 부하(20)에 일정한 전압으로 안정적으로 공급됨과 동시에, 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자(30)의 과충전 및 과방전을 신속하게 관리할 수 있도록 스위칭부(40)를 제어할 수 있다.The control system of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention includes a
도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템은 교류 전원(10), 부하(20), 컨버터(1), 인버터(2), 고정 스위치(3), 에너지 저장소자(30) 및 스위칭부(40)를 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in Figure 1, the control system of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery includes an
각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each configuration,
컨버터(1)는 교류 전원(10)에 연결되어 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지를 직류 전원으로 변환하여 인버터(2) 또는 에너지 저장소자(30)로 변환한 직류 전원을 전달하며,The
인버터(2)는 컨버터(1)에 연결되어 전달받은 직류 전원을 정전압, 정주파수의 교류 전원으로 변환하여 부하(20)에 전달하고,The
고정 스위치(3)는 인버터(2)의 사고 발생시, 부하(20)의 오작동 및 가동 정지를 방지하기 위해 에너지 저장소자(30)로부터 전원이 공급되게 부하(20)를 절체해 줄 수 있다.The
에너지 저장소자(30)는 교류 전원(10)과 부하(20) 사이의 제 1 노드(50)에 연결되며, 교류 전원(10)에서 부하(20)로 제공되는 전압이 허용 전압 범위를 벗어날 경우, 즉, 상술한 바와 같이, 어떠한 비상 상황에 의해 교류 전원(10)으로부터 부하(20)로의 전원 공급이 원활하게 이루어지지 않거나, 인버터(2)의 사고 발생으로 인해 정전압, 정주파수의 교류 전원 공급이 원활하게 이루어지지 않을 경우, 부하(20)로 전압을 제공할 수 있다.The
이 때, 본 발명의 에너지 저장소자(30)는 리튬 이온 배터리로 구성될 수 있다.At this time, the
리튬 이온 배터리는 종래의 이차 납축 전지에 비해 비싸지만, 부피가 4~5배 작아 공간 활용도가 높으며, 이차 납축 전지에 비해 온도 민감성도 덜하며, 저장 용량이 큰 장점이 있다.Lithium ion batteries are more expensive than conventional secondary lead acid batteries, but have a high volume utilization because they are 4 to 5 times smaller in volume, have less temperature sensitivity than secondary lead acid batteries, and have a large storage capacity.
이에 따라, 무정전 전원 장치의 운영 주기를 고려할 경우 이차 납축 전지에 비해 경제면, 성능면으로 월등한 효과가 있다.Accordingly, when considering the operation cycle of the uninterruptible power supply, there is a superior effect in terms of economy and performance compared to a secondary lead acid battery.
그러나, 리튬 이온 배터리는 과충전시 폭발 가능성이 높으며, 폭발이 일어날 경우 매우 위험하기 때문에, 종래의 이차 납축 전지와 연계하고 있는 무정전 전원 장치에 리튬 이온 배터리를 연계하기 위해서는 과충전을 제한하기 위한 새로운 연계 구조가 필요한 문제점이 있으나,However, since the lithium ion battery has a high possibility of explosion when overcharged and is very dangerous when an explosion occurs, a new linkage structure for limiting overcharge in order to link the lithium ion battery to the uninterruptible power supply connected to the conventional secondary lead acid battery There is a problem that requires
본 발명에서 스위칭부(40)를 구비함으로써 이를 해결할 수 있다.This can be solved by providing the
좀 더 자세히 알아보자면,To learn more,
스위칭부(40)는 제 1 노드(50)와 에너지 저장소자(30) 사이에 연결 구비되며, 교류 전원(10)에서 에너지 저장소자(30)로 제공되는 전압 및 에너지 저장소자(30)에서 부하(20)로 제공되는 전압을 제어할 수 있다.The switching
스위칭부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 노드(50)와 에너지 저장소자(30)의 양단(+) 사이에 연결 구비되는 제 1 스위치(41), 제 2 스위치(42), 제 3 스위치(43), 다이오드(44) 및 저항기(45)를 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 2, the switching
제 1 스위치(41)는 에너지 저장소자(30)의 양단인 제 2 노드(60)와 제 1 노드(50)와 직렬로 연결되며,The
상기 저항기(45)는 제 1 스위치(41)와 제 1 노드(50) 사이에 연결 구비되며,The
제 2 스위치(42)는 에너지 저장소자(30)의 양단이 제 2 노드(60)와 제 1 노드(50)와 병렬로 연결되며,In the
다이오드(44)는 에너지 저장소자(30)의 양단인 제 3 노드(70)와 제 1 노드(50)와 병렬로 연결되어 부하(20)에서 에너지 저장소자(30)로의 역전류를 방지하며,The
제 3 스위치(43)는 다이오드(44)와 제 1 노드(50) 사이에 연결 구비될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템은 상술한 바와 같이, 스위칭부(40)를 이용하여 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자(30)의 과충전을 용이하게 제한할 수 있으며, 복수 개의 에너지 저장 소자를 구비하여도 자체적인 셀 밸런싱이나 에너지 저장소자의 충전 상태를 자체적으로 용이하게 제어할 수 있다.As described above, the control system of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention facilitates overcharging of the
또한, 다이오드(44)를 제 1 노드(50)와 병렬로 연결함으로써, 전위차를 만들어 전압 사고 발생시, 다이오드(44)의 턴온(Turn-on) 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, by connecting the
스위칭부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 에너지 저장소자(30)가 무정전 전원 장치에 최초 연결될 경우, 또는 유지 보수 후 다시 연결될 경우,The switching
소정 시간 동안 제 1 스위치(41)를 연결(close)하고 제 2 스위치(42) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 에너지 저장소자(30)와 무정전 전원 장치의 인버터(2) 간의 전압을 일치시킬 수 있다.The
이 때, 소정 시간이란 1초 ~ 10초의 시간을 의미하며, 에너지 저장소자(30)의 전압 일치가 완료된 후, 다음 동작과 중첩되어 연속동작으로 이어지게 된다.At this time, the predetermined time means a time of 1 second to 10 seconds, and after the voltage matching of the
또한, 이러한 스위칭부(40)의 제어는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에서 이루어질 수 있다.In addition, the control of the switching
이후로, 배터리 관리 시스템으로부터 에너지 저장소자(30)인 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of Charge)를 전달받아,Thereafter, the state of charge (SOC) of the lithium ion battery that is the
에너지 저장소자(30)의 과충전을 방지하기 위해서, 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)로 전압을 제공하도록 할 수 있으며,In order to prevent overcharging of the
더불어, 에너지 저장소자(30)의 과방전을 방지하기 위해서, 교류 전원(10)에서 부하(20) 및 에너지 저장소자(30)에 동시에 전압을 공급할 수도 있다.In addition, in order to prevent over-discharge of the
자세히 알아보자면,To learn more,
스위칭부(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템으로부터 전달받은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 완충전 상태일 경우,The switching
제 3 스위치(43)를 연결(close)하고, 제 1 스위치(41) 및 제 2 스위치(42)를 개방(open)하여 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)에 전압을 공급하도록 할 수 있다. 이를 통해서 에너지 저장소자(30)의 과충전으로 인한 위험을 미연에 방지할 수 있다.The
이 때, 에너지 저장소자(30)의 과충전을 방지하기 위해, 스위칭부(40)의 제 3 스위치(43)를 연결하고 제 1 스위치(41) 및 제 2 스위치(42)를 개방하는 동작은, 에너지 저장소자(30)와 인버터(2) 간의 전압을 일치하기 위해, 소정 시간 동안 제 1 스위치(41)를 연결하고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 개방하고 있는 동작과 중첩되어 연속동작으로 이루어질 수 있다.At this time, in order to prevent the overcharge of the
더불어, 상술한 바와 같이 이러한 스위칭부(40)의 제어는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에서 이루어질 수 있다.In addition, as described above, control of the switching
또한, 스위칭부(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템으로부터 전달받은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 과방전 상태일 경우,In addition, the switching
제 2 스위치(42)를 연결(close)하고 제 1 스위치(41) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 교류 전원(10)에서 부하(20)로 전압을 제공하면서, 에너지 저장소자(30)를 충전시킬 수 있도록 한다. 이를 통해서, 에너지 저장소자(30)의 과방전을 신속하게 방지할 수 있다.The
이 때, 에너지 저장소자(30)의 과방전을 방지하기 위해, 스위칭부(40)의 제 2 스위치(42)를 연결하고 제 1 스위치(41) 및 제 3 스위치(43)를 개방하는 동작은, 에너지 저장소자(30)와 인버터(2) 간의 전압을 일치하기 위해, 소정 시간 동안 제 1 스위치(41)를 연결하고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 개방하고 있는 동작, 또는, 에너지 저장소자(30)의 과충전을 방지하기 위해, 스위칭부(40)의 제 3 스위치(43)를 연결하고 제 1 스위치(41) 및 제 2 스위치(42)를 개방하는 동작과 중첩되어 연속동작으로 이루어질 수 있다.At this time, in order to prevent over-discharge of the
더불어, 상술한 바와 같이 이러한 스위칭부(40)의 제어는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에서 이루어질 수 있다.In addition, as described above, control of the switching
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법의 단계에 대해 나타낸 순서도이다. 도 6을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법을 상세하게 설명한다.6 is a flowchart illustrating steps of a method of controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. A method of controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법은 교류 전원(10)과 부하(20) 사이에 구비되는 무정전 전원 장치에 스위칭부(40)를 구비하여, 이를 통해서 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 에너지가 부하(20)에 일정한 전압으로 안정적으로 공급됨과 동시에, 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자(30)의 과충전 및 과방전을 신속하게 관리할 수 있도록 스위칭부(40)를 제어할 수 있다.A method of controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention includes a
도 6에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법은 최초 연결 단계(S100), 제 1 판단 단계(S200), 제 2 판단 단계(S300), 제 3 판단 단계(S400), 제 4 판단 단계(S500), 과방전 방지 단계(S600) 및 과충전 방지 단계(S700)로 이루어질 수 있다.As shown in Figure 6, the control method of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery is the first connection step (S100), the first judgment step (S200), the second judgment step (S300), the third judgment step (S400) , The fourth determination step (S500), over-discharge prevention step (S600) and overcharge prevention step (S700).
각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each step,
최초 연결 단계(S100)는 에너지 저장소자(30)가 무정전 전원 장치에 최초 연결될 경우, 또는 유지 보수 후 다시 연결될 경우,In the initial connection step (S100), when the
소정 시간 동안 제 1 스위치(41)를 연결(close)하고 제 2 스위치(42) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 에너지 저장소자(30)와 무정전 전원 장치의 인버터(2) 간의 전압을 일치시킬 수 있다.The
제 1 판단 단계(S200)는 배터리 관리 시스템에서 에너지 저장소자(30)의 충전 상태(SOC, State Of Charge)이 미리 설정된 제 1 설정값 이상인지 판단할 수 있다.The first determining step S200 may determine whether the state of charge (SOC) of the
이 때, 제 1 설정값은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 완충 상태 또는 완충에 가까워서 부하(20)로 전압을 공급할 수 있을 정도의 충전값을 의미한다.At this time, the first set value means a charge value such that the state of charge of the
제 1 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 1 설정값 이상일 경우, 과충전 방지 단계(S700)를 수행할 수 있다.According to the determination result of the first determination step S200, when the state of charge of the
과충전 방지 단계(S700)는 제 3 스위치(43)를 연결(close)하고 제 1 스위치(41) 및 제 2 스위치(42)를 개방(open)하여 에너지 저장소자(30)인 리튬 이온 배터리를 통해서 부하(20)로 전압을 공급하게 된다.The overcharge prevention step (S700) is a third switch (43) (close) and the first switch (41) and the second switch (42) to open (open) through the lithium ion battery that is the energy storage (30) The voltage is supplied to the
이를 통해서, 에너지 저장소자(30)의 과충전을 방지함과 동시에 부하(20)로 일정한 전압을 지속적으로 공급할 수 있다.Through this, it is possible to prevent overcharging of the
제 2 판단 단계(S300)는 제 1 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 1 설정값 이상이 아닐 경우, 즉, 제 1 설정값 미만인 경우,In the second determination step S300, according to the determination result of the first determination step S200, when the state of charge of the
에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 미리 설정된 제 2 설정값 이하인지 다시 한번 판단할 수 있다.It may be determined once again whether the state of charge of the
이 때, 제 2 설정값은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 완충 상태도 방전 상태도 아닌 불안정한 중간 상태를 의미한다.At this time, the second set value means an unstable intermediate state in which the state of charge of the
즉, 추가적인 판단에 따라, 부하(20)로 전압을 공급하거나, 교류 전원(10)에 의해 충전이 이루어질 수도 있는 충전 상태를 의미하기 때문에, 제 2 설정값은 사용자가 임의로 조작 가능하다.That is, according to an additional determination, since the voltage is supplied to the
제 3 판단 단계(S400)는 제 2 판단 단계(S300)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 2 설정값 이하일 경우,In the third determination step (S400 ), according to the determination result of the second determination step (S300 ), when the state of charge of the
현재, 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)로 전압이 공급되고 있는 중인지 판단할 수 있다.Currently, it may be determined whether the voltage is being supplied to the
또한, 제 2 판단 단계(S300)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 2 설정값 이하가 아닐 경우, 즉, 제 2 설정값을 초과할 경우, 과방전 방지 단계(S600)를 수행할 수 있다.In addition, according to the determination result of the second determination step (S300), when the state of charge of the
과방전 방지 단계(S600)는 제 2 스위치(42)를 연결(close)하고 제 1 스위치(41) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 교류 전원(10)에서 부하(20)로 전압을 제공함과 동시에, 에너지 저장소자(30)를 충전시킬 수 있다.The over-discharge prevention step (S600) connects the
이를 통해서, 에너지 저장소자(30)의 과방전을 방지할 수 있다.Through this, it is possible to prevent over-discharge of the
제 4 판단 단계(S500)는 제 3 판단 단계(S400)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)로 전압이 공급되고 있을 경우,In the fourth determination step S500, when a voltage is supplied to the
현재, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 미리 설정된 제 3 설정값 이하인지 판단할 수 있다.Currently, it may be determined whether the state of charge of the
이 때, 제 3 설정값은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 방전에 가까운 상태로서, 더 이상의 부하(20)로의 전압 공급이 위험한 충전값을 의미한다.At this time, the third set value is a state in which the charging state of the
또한, 제 3 판단 단계(S400)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)로 전압을 공급하지 않을 경우, 에너지 저장소자(30)가 현재 부하(20)에 전압을 공급하지 않고 있으면서도, 충전 상태가 제 2 설정값 이하이기 때문에, 과방전의 위험이 있으므로, 이를 방지하기 위해서 과방전 방지 단계(S600)를 수행하게 된다.In addition, according to the determination result of the third determination step (S400 ), when the voltage is not supplied to the
즉, 제 2 스위치(42)를 연결(close)하고 제 1 스위치(41) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 교류 전원(10)에서 부하(20)로 전압을 제공하면서, 에너지 저장소자(30)를 충전시키게 된다.That is, the
더불어, 제 4 판단 단계(S500)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 3 설정값 이하일 경우, 즉, 현재 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 방전에 가까운 상태일 경우, 곧바로 과방전 방지 단계(S600)를 수행함으로써, 리튬 이온 배터리를 과방전으로부터 보호하게 된다.In addition, according to the determination result of the fourth determination step S500, when the state of charge of the
이와 반대로, 제 4 판단 단계(S500)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 3 설정값 이하가 아닐 경우, 즉, 제 3 설정값을 초과할 경우, 과충전 방지 단계(S700)를 지속적으로 수행하게 된다.On the contrary, if the state of charge of the
다시 말하자면, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 완충 상태는 아니지만, 지속적으로 부하(20)에 전압을 공급하고 있으며, 현재 상태가 방전에 가까운 상태가 아니므로 현재 상태를 유지하면서 방전 직전까지, 즉, 제 3 설정값에 도달하기 직전까지 부하(20)로 전압을 공급하게 할 수 있다.In other words, the state of charge of the
즉, 다시 말하자면, 본 발명인 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법은 에너지 저장소자(30)를 리튬 이온 배터리로 구성한 무정전 전원 장치에 있어서, 무정전 전원 장치와 에너지 저장소자(30) 간의 새로운 연계 구조를 구성할 필요 없을 뿐 만 아니라, 스위칭부(40)의 제어를 통해서 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자(30)인 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of Charge)에 따라, 에너지 저장소자(30)의 과충전 및 과방전을 효율적으로 제어할 수 있다.In other words, in other words, the control system of the uninterruptible power supply using the lithium ion battery of the present invention and the control method thereof are in an uninterruptible power supply device in which the
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in the present invention, it has been described by specific matters such as specific components, etc. and limited embodiment drawings, which are provided to help a more comprehensive understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above-described one embodiment. No, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are capable of various modifications and variations from these descriptions.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should not be determined, and all claims that are equivalent or equivalent to the scope of the present invention as well as the scope of the claims described below will be said to belong to the scope of the spirit of the invention. .
1 : 컨버터
2 : 인버터
3 : 고정 스위치
10 : 교류 전원
20 : 부하
30 : 에너지 저장소자
40 : 스위칭부
41 : 제 1 스위치 42 : 제 2 스위치
43 : 제 3 스위치 44 : 다이오드
45 : 저항기
50 : 제 1 노드
60 : 제 2 노드
70 : 제 3 노드1: converter
2: Inverter
3: Fixed switch
10: AC power
20: load
30: energy store
40: switching unit
41: first switch 42: second switch
43: third switch 44: diode
45: resistor
50: first node
60: second node
70: 3rd node
Claims (10)
상기 교류 전원과 상기 부하 사이의 제 1 노드에 연결되며, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자; 및
상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자 사이에 연결 구비되며, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태에 따라 상기 교류 전원에서 상기 에너지 저장소자로 제공되는 전압 및 상기 에너지 저장소자에서 상기 부하로 제공되는 전압을 제어하는 스위칭부;
를 포함하며,
상기 스위칭부는
상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자의 양단(+) 사이에 연결되는 제 1 스위치와, 제 2 스위치와, 제 3 스위치와, 저항기 및 다이오드로 구성되며,
상기 제 1 스위치는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 2 노드와 상기 제 1 노드와 직렬로 연결되고, 상기 저항기는 상기 제 1 스위치와 상기 제 1 노드 사이에 연결 구비되고, 상기 제 2 스위치는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 2 노드와 상기 제 1 노드와 병렬로 연결되고, 상기 제 3 스위치는 다이오드와 상기 제 1 노드 사이에 연결 구비되되, 상기 다이오드는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 3 노드와 상기 제 1 노드와 병렬로 연결되어 상기 부하에서 상기 에너지 저장소자로의 역전류를 방지하고 전위차를 발생시켜 턴온(turn-on) 속도를 향상시키며,
상기 에너지 저장소자가 상기 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치에 최초 연결 또는 유지 보수 후 다시 연결될 경우,
소정 시간 동안 상기 제 1 스위치를 연결(close)하고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 개방(open)하여 에너지 저장소자와 무정전 전원 장치의 인버터 간의 전압을 일치시키는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템.
In the control system of the uninterruptible power supply unit to supply the AC energy supplied from the AC power supply to the load at a constant voltage through the uninterruptible power supply device provided between the AC power supply and the load,
An energy reservoir connected to a first node between the AC power supply and the load, and configured of a lithium ion battery providing a voltage to the load; And
Switching is provided between the first node and the energy reservoir, and controls the voltage provided from the AC power source to the energy reservoir and the voltage provided from the energy reservoir to the load according to the state of charge of the energy reservoir. part;
It includes,
The switching unit
It is composed of a first switch, a second switch, a third switch, a resistor and a diode connected between both ends (+) of the first node and the energy reservoir,
The first switch is connected in series with the first node and a second node at both ends of the energy reservoir, the resistor is provided between the first switch and the first node, and the second switch is the energy The second node, which is the both ends of the reservoir, is connected in parallel with the first node, and the third switch is provided between the diode and the first node, wherein the diode is the third node and the third node that are both ends of the energy reservoir. It is connected in parallel with one node to prevent reverse current from the load to the energy reservoir and to generate a potential difference to improve turn-on speed,
When the energy reservoir is first connected to the uninterruptible power supply using the lithium ion battery or reconnected after maintenance,
Control of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery that matches the voltage between the energy reservoir and the inverter of the uninterruptible power supply by connecting the first switch for a predetermined time and opening the second switch and the third switch. system.
상기 스위칭부는
상기 에너지 저장소자가 완충전될 경우,
상기 제 3 스위치를 연결하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템.
According to claim 1,
The switching unit
When the energy reservoir is fully charged,
A control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery, characterized in that the third switch is connected and the first switch and the second switch are opened to supply a voltage to the load through the energy reservoir.
상기 스위칭부는
상기 에너지 저장소자가 과방전될 경우,
상기 제 2 스위치를 연결하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서, 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템.
According to claim 1,
The switching unit
When the energy reservoir is over-discharged,
Connecting the second switch and opening the first switch and the third switch to provide a voltage from the AC power supply to the load, while charging the energy reservoir, an uninterruptible power supply using a lithium ion battery. Control system.
상기 제 1 스위치를 연결하고, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방하여, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리인 에너지 저장소자와 무정전 전원 장치의 인버터간의 전압을 일치시키는 최초 연결 단계;
상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 1 설정값 이상인지 판단하는 제 1 판단 단계;
상기 제 1 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 1 설정값 이상일 경우,
상기 제 3 스위치를 연결하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하되, 에너지 저장소자와 인버터 간의 전압을 일치시키기 위해 소정 시간 동안 제 1 스위치를 연결하고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 개방하고 있는 동작과 중첩되어 연속동작을 수행하는 과충전 방지 단계;
상기 제 1 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 1 설정값 이상이 아닐 경우,
상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 2 설정값 이하인지 판단하는 제 2 판단 단계;
상기 제 2 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 2 설정값 이하일 경우,
상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급하는지 판단하는 제 3 판단 단계;
상기 제 3 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급할 경우,
상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 3 설정값 이하인지 판단하는 제 4 판단 단계;
상기 제 4 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 3 설정값 이하일 경우,
상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계;
로 이루어지되,
상기 다이오드는 상기 에너지 저장 소자의 양단(+)과 병렬로 연결되어, 부하에서 상기 에너지 저장 소자로의 역전류를 방지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.
Controlling the voltage provided from the AC power source to the energy reservoir and the voltage provided from the energy reservoir to the load according to the state of charge of the energy reservoir through the control of the switching unit consisting of the first switch, the second switch, the third switch and the diode In the control method of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery,
An initial connection step of connecting the first switch, opening the second switch and the third switch to match the voltage between the energy reservoir, which is a lithium ion battery providing voltage to the load, and the inverter of the uninterruptible power supply;
A first determining step of determining whether the state of charge of the energy reservoir is equal to or greater than a first preset value;
According to the determination result of the first determination step, when the state of charge of the energy reservoir is greater than or equal to the first set value,
Connecting the third switch and opening the first switch and the second switch to supply a voltage to the load through the energy reservoir, but the first switch for a predetermined time to match the voltage between the energy reservoir and the inverter. An overcharge prevention step of overlapping with the operation of connecting and opening the second switch and the third switch to perform a continuous operation;
According to the determination result of the first determination step, when the state of charge of the energy reservoir is not equal to or greater than the first set value,
A second determination step of determining whether the state of charge of the energy reservoir is equal to or less than a preset second set value;
According to the determination result of the second determination step, when the state of charge of the energy reservoir is less than or equal to the second set value,
A third determining step of determining whether a voltage is supplied to the load through the energy reservoir;
When supplying a voltage to the load through the energy reservoir according to the determination result of the third determination step,
A fourth determining step of determining whether the state of charge of the energy reservoir is equal to or less than a preset third set value;
According to the determination result of the fourth determination step, when the state of charge of the energy reservoir is less than or equal to the third set value,
An over-discharge preventing step of closing the second switch and opening the first switch and the third switch to charge the energy reservoir while providing a voltage from the AC power to the load;
It consists of,
The diode is connected in parallel with both ends (+) of the energy storage element, the control method of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery, characterized in that to prevent a reverse current from the load to the energy storage element.
상기 제 2 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 2 설정값 이하가 아닐 경우,
상기 제 2 스위치를 연결하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.
The method of claim 6,
According to the determination result of the second determination step, when the state of charge of the energy reservoir is not less than the second set value,
An over-discharge preventing step of connecting the second switch and opening the first switch and the third switch to charge the energy reservoir while providing a voltage from the AC power to the load;
Control method of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery, characterized in that consisting of.
상기 제 3 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급하지 않을 경우,
상기 제 2 스위치를 연결하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.
The method of claim 6,
When the voltage is not supplied to the load through the energy reservoir according to the determination result of the third determination step,
An over-discharge preventing step of connecting the second switch and opening the first switch and the third switch to charge the energy reservoir while providing a voltage from the AC power to the load;
Control method of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery, characterized in that consisting of.
상기 제 4 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 3 설정값 이하가 아닐 경우,
상기 제 3 스위치를 연결하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 과충전 방지 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.The method of claim 6,
According to the determination result of the fourth determination step, when the state of charge of the energy reservoir is not less than the third set value,
An overcharge prevention step of connecting the third switch and opening the first switch and the second switch to supply a voltage to the load through the energy reservoir;
Control method of the uninterruptible power supply using a lithium ion battery, characterized in that consisting of.
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