KR102288879B1 - Battery charging device - Google Patents

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KR102288879B1 KR1020190167988A KR20190167988A KR102288879B1 KR 102288879 B1 KR102288879 B1 KR 102288879B1 KR 1020190167988 A KR1020190167988 A KR 1020190167988A KR 20190167988 A KR20190167988 A KR 20190167988A KR 102288879 B1 KR102288879 B1 KR 102288879B1
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Abstract

복잡한 회로 구조와 많은 수의 소자를 사용하지 않고 적은 단가로 제작 가능한 배터리 충전 장치를 개시한다. 본 발명은 전력을 생성하는 전원부; 상기 전원부로부터 생성되는 전력을 전달받아 충전되는 복수개의 배터리와 상기 복수개의 배터리 각각에 연결되는 충전 스위치를 포함하는 배터리부; 및 상기 충전 스위치의 온오프를 제어하는 제어부;를 포함한다.Disclosed is a battery charging device that can be manufactured at a low unit cost without using a complex circuit structure and a large number of elements. The present invention is a power supply unit for generating power; a battery unit including a plurality of batteries charged by receiving power generated from the power supply unit and a charging switch connected to each of the plurality of batteries; and a control unit for controlling on/off of the charging switch.

Figure R1020190167988
Figure R1020190167988

Description

배터리 충전 장치{Battery charging device}Battery charging device

본 발명은 전원부로부터 배터리로 최대 전력이 전달하기 위해, 각 배터리의 충전상태에 따라 전원부와 연결될 배터리를 선택할 수 있는 배터리 충전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging device capable of selecting a battery to be connected to a power supply unit according to the state of charge of each battery in order to transmit maximum power from a power supply unit to a battery.

최근, 동력원으로 충방전이 가능한 전기 배터리를 사용하는 전기 자동차(EV)나, 전기 배터리와 다른 동력원을 함께 사용하는 하이브리드 자동차(HEV)가 친환경 자동차로서 상용화되고 있다. 이러한 전기자동차의 큰 단점 중 하나는 충전시간이 길다는 것으로서, 자동차 모델별로 차이는 있으나 완속 충전은 최소 4시간에서 최대 10시간이 소요되고, 급속 충전은 최소 30분에서 최대 1시간이 소요된다.Recently, an electric vehicle (EV) using an electric battery capable of being charged and discharged as a power source or a hybrid vehicle (HEV) using an electric battery and another power source together has been commercialized as an eco-friendly vehicle. One of the major drawbacks of these electric vehicles is that they have a long charging time. Although there are differences by car model, slow charging takes at least 4 to 10 hours, and fast charging takes at least 30 minutes and up to 1 hour.

이처럼, 급속 충전의 최소 시간도 일반 자동차의 평균 주유 시간인 10분에 비해 약 3배 길다는 문제가 있고, 더군다나 급속 충전시에는 배터리 수명을 고려해 배터리 용량의 80%까지만 충전해야 한다는 문제가 있다.As such, there is a problem that the minimum time for fast charging is also about three times longer than the average refueling time of a general car of 10 minutes, and furthermore, there is a problem that fast charging requires only charging up to 80% of the battery capacity in consideration of the battery life.

이러한 문제점을 극복하기 위해 배터리 교체 방식의 전기자동차와 전기자동차 충전소가 대안이 될 수 있으며, 공개특허공보 제10-2019-0046159호에서는 상술한 바와 같은 개념의 배터리 교체타입 전기자동차의 전원공급방법 및 그 시스템을 개시하고 있다.In order to overcome this problem, an electric vehicle of a battery replacement method and an electric vehicle charging station can be an alternative. The system is disclosed.

한편, 태양광 발전 시스템이 이러한 배터리 교체 충전소에 설치되어 배터리를 충전하기 위해 사용될 수 있다.On the other hand, a photovoltaic system may be installed in such a battery replacement charging station and used to charge the battery.

종래의 태양광 발전 시스템에 포함된 전력제어 회로의 경우, 온도와 일사량의 변화에 따라 변경되는 태양광 패널의 전류-전압(I-V) 곡선에 따른 최대 전력을 출력하기 위해 최대 전력 동작점을 순시적으로 제어하도록 구성되어 있다.In the case of the power control circuit included in the conventional photovoltaic system, the maximum power operating point is instantaneously set to output the maximum power according to the current-voltage (IV) curve of the photovoltaic panel, which is changed according to the change in temperature and insolation. is configured to be controlled.

하지만, 이러한 전력제어 회로는 복잡한 구조로 구성되고, 많은 수의 소자 및 많은 수의 제어기를 갖기 때문에 필연적으로 설치비용과 고장률이 높아질 수밖에 없고, 상술한 배터리 교체타입 전기 자동차 충전소가 보급되는 데 걸림돌이 될 수 있다.However, since such a power control circuit has a complex structure and has a large number of elements and a large number of controllers, the installation cost and failure rate are inevitably increased, and it is an obstacle to the spread of the above-described battery replacement type electric vehicle charging stations. can be

공개특허공보 제10-2019-0046159호Unexamined Patent Publication No. 10-2019-0046159

본 발명은 적은 단가로 구성할 수 있는 간단한 전력제어 회로 구조만으로도 배터리 충전시의 전력 전달 효율을 높일 수 있는 배터리 충전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a battery charging device capable of increasing power transfer efficiency when charging a battery only with a simple power control circuit structure that can be configured at a low unit cost.

본 발명은 복잡한 회로 구조와 많은 수의 소자를 사용하지 않고 적은 단가로 제작 가능한 배터리 충전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a battery charging device that can be manufactured at a low cost without using a complex circuit structure and a large number of elements.

또한, 본 발명은 운영시 고장률을 낮출 수 있는 배터리 충전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a battery charging device capable of reducing a failure rate during operation.

또한, 본 발명은 높은 전력 전달 효율을 갖는 배터리 충전 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a battery charging device having high power transfer efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배터리 충전 장치는, 전력을 생성하는 전원부; 상기 전원부로부터 생성되는 전력을 전달받아 충전되는 복수개의 배터리와 상기 복수개의 배터리 각각에 연결되는 충전 스위치를 포함하는 배터리부; 및 상기 충전 스위치의 온오프를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 충전 스위치의 온오프를 제어하여, 상기 복수개의 배터리 중 상기 전원부로부터 생성되는 전력이 전달될 배터리를 선택하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a battery charging apparatus according to the present invention includes a power supply unit for generating power; a battery unit including a plurality of batteries charged by receiving power generated from the power supply unit and a charging switch connected to each of the plurality of batteries; and a control unit for controlling on/off of the charging switch, wherein the control unit controls on/off of the charging switch to select a battery to which power generated from the power unit is to be transmitted among the plurality of batteries do.

여기서, 상기 배터리부는 상기 전원부와 접지 사이에 마련되어 각각 직렬로 연결되는 복수개의 충전모듈을 포함하고, 상기 충전모듈은 병렬로 연결된 복수개의 충전유닛을 포함하며, 상기 충전유닛은 하나의 배터리와 상기 하나의 배터리에 연결된 하나의 충전 스위치를 포함할 수 있다.Here, the battery unit includes a plurality of charging modules provided between the power supply unit and the ground and respectively connected in series, the charging module includes a plurality of charging units connected in parallel, and the charging unit includes one battery and the one It may include one charging switch connected to the battery of

또한, 상기 충전모듈은 상기 복수개의 충전유닛과 병렬로 연결되는 바이패스 스위치를 더 포함할 수 있다.In addition, the charging module may further include a bypass switch connected in parallel with the plurality of charging units.

상기 제어부는 상기 전원부의 출력 전압 및 상기 전원부의 출력 전류를 모니터링하여, 상기 배터리 충전 장치 외부의 온도 및 상기 전원부에 공급되는 일사량에 따른 최대 전력 동작점의 전압을 산출할 수 있다.The controller may monitor an output voltage of the power supply and an output current of the power supply, and calculate a voltage of a maximum power operating point according to an external temperature of the battery charging device and an amount of solar radiation supplied to the power supply.

또한, 상기 제어부는, 상기 복수개의 배터리 각각의 전압을 모니터링하고, 상기 산출된 최대 전력 동작점의 전압 및 상기 모니터링한 복수개의 배터리 각각의 전압을 이용하여 상기 복수개의 배터리 중 상기 전원부로부터 생성되는 전력이 전달될 배터리를 선택하고, 상기 선택된 배터리에 연결된 충전 스위치를 온시킬 수 있다.In addition, the control unit monitors the voltage of each of the plurality of batteries, and using the calculated voltage of the maximum power operating point and the monitored voltage of each of the plurality of batteries, power generated from the power supply unit among the plurality of batteries A battery to be transferred may be selected, and a charging switch connected to the selected battery may be turned on.

한편, 상기 배터리부는 상기 산출된 최대 전력 동작점의 전압과 상기 배터리부 양단의 전압간 차이를 보상하는 제어용 배터리를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the battery unit may further include a control battery for compensating for a difference between the calculated maximum power operating point voltage and voltages across the battery unit.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템은, 상기 전원부와 상기 배터리부 사이에 마련되는 차단 스위치를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부가 상기 차단 스위치를 오프로 제어하는 경우, 상기 전원부로부터 생성되는 전력이 상기 배터리부로 전달되어 상기 배터리의 충전이 이루어지고, 상기 제어부가 상기 차단 스위치를 온으로 제어하는 경우, 상기 전원부와 상기 배터리부가 차단되어 상기 배터리의 충전이 이루어지지 않는 것을 특징으로 한다.In addition, the power system according to an embodiment of the present invention may further include a cut-off switch provided between the power supply unit and the battery unit, and when the control unit controls the cut-off switch to be off, the Power is transferred to the battery unit to charge the battery, and when the control unit controls the cut-off switch to be turned on, the power supply unit and the battery unit are cut off so that the battery is not charged.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 시스템은, 상기 전원부와 상기 배터리부 사이에 마련되어, 상기 배터리부로부터 상기 전원부로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 역전류 방지 소자 더 포함할 수 있다.In addition, the power system according to an embodiment of the present invention may further include a reverse current prevention device provided between the power supply unit and the battery unit to prevent a reverse current from flowing from the battery unit to the power supply unit.

본 발명은 배터리와 스위치를 포함하는 충전유닛을 매트릭스 구조로 구성한 배터리 충전 장치를 제시함으로써, 복잡한 회로 구조와 많은 수의 소자를 사용하지 않고 적은 단가로 제작 가능한 배터리 충전 장치를 제공할 수 있다. The present invention provides a battery charging device in which a charging unit including a battery and a switch is configured in a matrix structure, thereby providing a battery charging device that can be manufactured at a low cost without using a complex circuit structure and a large number of elements.

또한, 본 발명은 많은 수의 소자를 사용하지 않는 배터리 충전 장치를 제공함으로써 상기 배터리 충전 장치 운영시의 고장률을 낮출 수 있다.In addition, the present invention provides a battery charging device that does not use a large number of devices, thereby reducing the failure rate during operation of the battery charging device.

또한, 본 발명은 각 배터리의 충전상태에 따라 스위치를 온오프 제어하여, 전원부로부터 최대 전력을 전달받을 수 있는 배터리를 선택할 수 있으므로, 배터리 충전시의 전력 전달 효율을 높일 수 있다.In addition, the present invention can select a battery that can receive the maximum power from the power supply by controlling the on/off switch according to the state of charge of each battery, so that the power transfer efficiency when charging the battery can be improved.

도 1a는 일사량이 1kW/m2일 때 온도 변화에 따른 전류-전압(I-V) 곡선을 나타낸 것이다.
도 1b는 온도가 25°C일 때 일사량 변화에 따른 전류-전압(I-V) 곡선을 나타낸 것이다.
도 2는 변경되는 전류-전압(I-V)곡선에서 최대 전력 동작점을 나타낸 것이다.
도 3a는 일사량이 1kW/m2일 때 온도 변화에 따른 전력-전압(P-V) 곡선을 나타낸 것이다.
도 3b는 온도가 25°C일 때 일사량 변화에 따른 전력-전압(P-V) 곡선을 나타낸 것이다.
도 4는 종래의 태양광 발전 시스템의 전력제어 회로의 구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치의 개략도이다.
도 6은 배터리 전압과 대응되는 충전상태(State Of Charge; SOC)를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 75°C, 일사량 1kW/m2인 경우의 배터리 충전 장치의 동작을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 0°C, 일사량 1kW/m2인 경우의 배터리 충전 장치의 동작을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 25°C, 일사량 1kW/m2인 경우의 배터리 충전 장치의 동작을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 25°C, 일사량 200W/m2인 경우의 배터리 충전 장치의 동작을 나타낸 것이다.
1A shows a current-voltage (IV) curve according to a temperature change when the amount of insolation is 1 kW/m2.
Figure 1b shows the current-voltage (IV) curve according to the change in insolation when the temperature is 25 °C.
Fig. 2 shows the maximum power operating point in the changed current-voltage (IV) curve.
Figure 3a shows the power-voltage (PV) curve according to the temperature change when the amount of insolation is 1kW/m 2 .
Figure 3b shows the power-voltage (PV) curve according to the change in insolation when the temperature is 25 °C.
4 shows the structure of a power control circuit of a conventional solar power generation system.
5 is a schematic diagram of a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 shows a state of charge (SOC) corresponding to a battery voltage.
7 illustrates the operation of the battery charging device in the case of a temperature of 75°C and an insolation amount of 1kW/m 2 according to an embodiment of the present invention.
8 illustrates the operation of the battery charging device when the temperature is 0°C and the insolation is 1 kW/m 2 according to an embodiment of the present invention.
9 shows the operation of the battery charging device in the case of a temperature of 25 °C and an insolation amount of 1 kW/m 2 according to an embodiment of the present invention.
10 illustrates the operation of the battery charging device when the temperature is 25°C and the amount of insolation is 200W/m 2 according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다. Hereinafter, the accompanying drawings are provided by way of example only so that the technical idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those of ordinary skill in the art, and the present invention is not limited to the drawings presented below and is embodied in any other form. can be

또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the '... Terms such as 'unit' and 'module' mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.

도 1a는 일사량이 1kW/m2일 때 온도 변화에 따른 전류-전압(I-V) 곡선을 나타낸 것이고 도 1b는 온도가 25°C일 때 일사량 변화에 따른 전류-전압(I-V) 곡선을 나타낸 것이며, 도 2는 변경되는 전류-전압(I-V)곡선에서 최대 전력 동작점을 나타낸 것이다.Figure 1a shows the current-voltage (IV) curve according to the temperature change when the amount of insolation is 1kW/m2, and Figure 1b shows the current-voltage (IV) curve according to the change in the amount of insolation when the temperature is 25 °C, Fig. 2 shows the maximum power operating point in the changed current-voltage (IV) curve.

배터리 충전소의 태양광 발전 시스템에서 사용하는 태양전지 패널은 일사량과 온도에 따라 출력전력이 변한다. 태양전지 패널의 성능은 출력전력을 결정하는 출력 전류와 출력 전압을 나타내는 I-V 곡선과 출력전력과 출력 전압을 나타내는 P-V 곡선을 통해 나타낼 수 있다.The solar panel used in the solar power generation system of the battery charging station changes its output power according to the amount of insolation and temperature. The performance of the solar panel can be expressed through an I-V curve representing the output current and output voltage that determines the output power, and a P-V curve representing the output power and output voltage.

도 1a, 도 1b를 참조하면, 태양광 발전 시스템이 설치되는 곳의 일사량과 온도 변화 및 구름, 이슬, 기타물질 유무 여부에 따라 태양전지 패널의 출력 전압, 출력 전류 곡선이 변경되어 출력전력이 변하는 것을 알 수 있고, 도 2를 참조하면 최대 전력 동작점에 의해 형성되는 사각형의 넓이는 해당 I-V 곡선에서 출력할 수 있는 최대 전력을 의미한다는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B , the output voltage and output current curves of the solar cell panel change depending on the amount of insolation and temperature changes and the presence or absence of clouds, dew, and other substances where the solar power generation system is installed, so that the output power is changed. It can be seen that, referring to FIG. 2 , it can be seen that the area of the rectangle formed by the maximum power operating point means the maximum power that can be output from the corresponding IV curve.

도 3a는 일사량이 1kW/m2일 때 온도 변화에 따른 전력-전압(P-V) 곡선을 나타낸 것이고, 도 3b는 온도가 25°C일 때 일사량 변화에 따른 전력-전압(P-V) 곡선을 나타낸 것이다.Figure 3a shows the power-voltage (PV) curve according to the temperature change when the insolation amount is 1kW/m 2 , and Figure 3b shows the power-voltage (PV) curve according to the insolation change when the temperature is 25 °C .

도 3a 및 도 3b에서 확인할 수 있듯이 종래 전력제어 회로는 온도와 일사량의 변화에 따라 변경되는 P-V 곡선의 최대 전력 동작점을 추적하기 위해 태양광 패널의 출력과 연결되는 컨버터의 입력측 전압을 가변하는 MPPT 제어를 한다.As can be seen in FIGS. 3A and 3B , the conventional power control circuit is an MPPT that varies the input voltage of the converter connected to the output of the solar panel in order to track the maximum power operating point of the PV curve that is changed according to the change in temperature and solar radiation. take control

여기서, MPPT제어란 태양광 발전의 효율을 극대화시키기 위한 제어로서, 시스템을 항상 최대 전력 동작점(Maximum Power Point, MPP)에서 동작하게 하여 전력을 최대로 이용할 수 있는 제어이다.Here, the MPPT control is a control for maximizing the efficiency of photovoltaic power generation, and it is a control that allows the system to always operate at a maximum power point (MPP) so that power can be used to the maximum.

이러한, 최대 전력 동작점 추종 제어를 위한 방법으로 P&O(Perturbation and Obsevation, 섭동후 추정) 방법, InCond(Incremental Conductance) 방법 등의 다양한 MPPT 알고리즘이 공지되어 있다.Various MPPT algorithms such as Perturbation and Obsevation (P&O) method and Incremental Conductance (InCond) method are known as methods for controlling the maximum power operating point tracking control.

도 4는 종래의 태양광 발전 시스템의 전력제어 회로의 구조를 나타낸 것이다.4 shows the structure of a power control circuit of a conventional solar power generation system.

전기자동차 배터리 충전소에 설치되는 종래 태양광 발전 시스템의 전력제어 회로의 경우 온도와 일사량의 변화에 따라 변경되는 태양전지 패널의 I-V 곡선에 맞게 최대 전력을 출력하기 위해 상술한 MPPT 알고리즘을 이용하여 최대 전력 동작점을 순시적으로 제어하도록 구성되어 있다.In the case of a power control circuit of a conventional solar power generation system installed in an electric vehicle battery charging station, the maximum power using the above-described MPPT algorithm is used to output the maximum power according to the IV curve of the solar panel that is changed according to changes in temperature and solar radiation. It is configured to instantaneously control the operating point.

이러한 전력제어 회로는 태양전지 패널에서 생성할 수 있는 최대 전력을 출력함에 있어서 높은 정밀함을 갖는 회로로서, 태양전지 패널에서 생성된 전력이 통과하는 전력단의 경우 입력 커패시터, 입력 인덕터, 스위치, 출력 다이오드, 출력 캐패시터, 전류/전압 센싱부의 총 6개 이상의 소자를 사용한다. 또한 전력단 입력 측의 전류, 전압을 센싱하여 스위치 제어 신호를 생성하는 제어단의 경우 최대 전력 동작점 추적 제어기, PI 제어기, 스위치 제어 신호 생성기 등을 사용한다. This power control circuit is a circuit with high precision in outputting the maximum power that can be generated from the solar cell panel. In the case of a power stage through which the power generated from the solar cell panel passes, an input capacitor, an input inductor, a switch, and an output diode , output capacitors, and a total of 6 or more elements of the current/voltage sensing unit are used. In addition, in the case of a control stage that generates a switch control signal by sensing the current and voltage at the input side of the power stage, a maximum power operating point tracking controller, a PI controller, a switch control signal generator, etc. are used.

더불어, 실제 사용시에는 출력 전류 리플을 줄이기 위해 도 4의 회로를 2개를 병렬로 인터리빙(interleaving)하게 된다. 즉 실제 사용시에는 도 4의 회로구조에 사용된 소자가 2배로 사용되는 것이다.In addition, in actual use, two circuits of FIG. 4 are interleaved in parallel to reduce output current ripple. That is, in actual use, the element used in the circuit structure of FIG. 4 is doubled.

하기 표 1은 2015년 생산기술연구원에서 조사한 태양광발전 설비 설치비용 구성 비율을 나타낸다.Table 1 below shows the percentage of solar power installation cost composition surveyed by the Institute of Production Technology in 2015.

설치비 구성 항목Installation cost configuration items 가격 구성 비율(%)Price composition ratio (%) 태양전지 패널 모듈solar panel module 3838 전력제어 회로 및 외함Power control circuit and enclosure 1717 접속반 및 모니터링 장치Junction panel and monitoring device 55 설치구조물 및 설치 공사Installation structure and installation work 1717 전기 설계 및 전기 공사/피뢰/접지Electrical design and electrical work/lightning/grounding 1414 안전진단/감리Safety Diagnosis/Supervision 44 관리/경비management/expense 55 total 100100

상기 표 1을 참조하면, 도 4와 같은 많은 수의 소자 및 많은 수의 제어기를 갖는 복잡한 전력제어 회로는, 태양광 발전 설비 비용의 약 17%를 차지하고 있다.Referring to Table 1, a complex power control circuit having a large number of elements and a large number of controllers as shown in FIG. 4 accounts for about 17% of the cost of the solar power generation facility.

하기 표 2는 2012년 일본 경제산업성 에너지청에서 조사한 태양광 발전 시스템의 고장률을 나타낸다.Table 2 below shows the failure rate of the solar power generation system investigated by the Energy Agency of the Ministry of Economy, Trade and Industry in Japan in 2012.

구성 항목configuration items 고장률(%)Failure rate (%) 태양전지 패널 모듈solar panel module 1919 전력제어 회로power control circuit 6565 접속함junction box 1One 모니터링 장치monitoring device 1515 total 100100

상기 표 2를 참조하면, 많은 수의 소자 및 많은 수의 제어기를 갖는 도 4의 전력제어 회로를 사용하는 태양광 발전 시스템에 있어서, 고장률의 약 65%는 전력제어 회로가 차지하고 있다.Referring to Table 2, in the photovoltaic power generation system using the power control circuit of FIG. 4 having a large number of elements and a large number of controllers, about 65% of the failure rate is occupied by the power control circuit.

이상 표 1 및 표 2에서 확인한 바와 같이, 배터리 충전소의 태양광 발전 시스템에 도 4와 같은 복잡한 구조의 전력제어 회로를 포함하는 것은 설치 및 유지 보수 비용 측면에서 사용자에게 부담이 되는 것을 알 수 있다.As confirmed in Tables 1 and 2 above, it can be seen that the inclusion of the power control circuit having a complex structure as shown in FIG. 4 in the solar power generation system of the battery charging station is a burden to the user in terms of installation and maintenance costs.

배터리 교체 방식 전기자동차 충전소의 경우 배터리 수와 배터리 충전 상태가 상황에 따라 다르기 때문에 종래의 복잡한 전력제어 회로 구조에 의해 항상 필요 이상의 높은 정밀함을 갖는 최대 전력 동작점 추적 제어 방식을 적용한 태양광 발전 시스템을 사용하기보다는, 최대 전력 동작점 추적 제어 성능은 유지하되 회로 구조와 제어 방식을 단순화하여 비용과 고장률을 절감한 회로를 적용한 배터리 충전 장치를 도입할 필요가 있다.Battery replacement method In the case of electric vehicle charging stations, since the number of batteries and the state of battery charge vary depending on the situation, the solar power generation system that applies the maximum power operating point tracking control method that always has higher precision than necessary by the conventional complex power control circuit structure. Rather than using it, it is necessary to introduce a battery charging device with a circuit that reduces cost and failure rate by simplifying the circuit structure and control method while maintaining the maximum power operating point tracking control performance.

이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 .

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치는 전원부(1000), 배터리부(2000) 및 제어부(3000)를 포함한다.Referring to FIG. 5 , the battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention includes a power supply unit 1000 , a battery unit 2000 , and a control unit 3000 .

전원부(1000)는 전력을 생성하는 구성으로서, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 패널일 수 있고, 이때 태양광 패널은 태양광을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있는 태양전지 모듈의 조합으로 구성될 수 있다. 상기 태양전지 모듈은 태양전지의 직렬 연결, 병렬 연결 또는 직병렬 연결의 조합으로 이루어질 수 있다.The power supply unit 1000 is a component that generates power, and may be a solar panel that converts light energy into electrical energy, and in this case, the solar panel is a combination of solar cell modules that can convert sunlight into DC power and output it. can be configured. The solar cell module may be formed of a combination of series connection, parallel connection, or series-parallel connection of solar cells.

배터리부(2000)는 전원부(1000)로부터 생성되는 전력을 전달받아 충전되는 복수개의 배터리(Bij)와 상기 복수개의 배터리 각각에 연결되는 충전 스위치(SWij)를 포함한다. 이때, 1≤i≤M 이고, 1≤j≤N이며 i, j, M, N은 자연수이다. The battery unit 2000 includes a plurality of batteries B ij charged by receiving power generated from the power supply unit 1000 and a charging switch SW ij connected to each of the plurality of batteries. In this case, 1≤i≤M, 1≤j≤N, and i, j, M, and N are natural numbers.

여기서 배터리 각각(Bij)은 전기자동차의 방전된 배터리로서 완충된 배터리와 교체된 후 충전소에 남겨진 배터리이다.Here, each battery (B ij ) is a discharged battery of the electric vehicle, and is a battery left in a charging station after being replaced with a fully charged battery.

본 발명의 일 실시예에서는 배터리를 전기자동차의 전원공급용 충전 물체로서만 한정하여 설명하고 있으나 연료전지, 배터리와 같은 충전 물체를 내재한 이동체 또는 전장품 등의 전류, 전압 인가를 통해 충전이 가능한 객체를 모두 포함하는 개념이다.In an embodiment of the present invention, the battery is limitedly described as a charging object for power supply of an electric vehicle, but an object that can be charged through the application of current or voltage to a moving object or an electric device containing a charging object such as a fuel cell or battery. It is a concept that includes all

이때, 각각의 배터리(Bij)의 충전 상태(State Of Charge; SOC)는 서로 상이할 수 있는데 어느 배터리는 많이 방전된 상태로 교체되는 경우가 있고 어느 배터리는 약간만 방전된 상태로 교체되는 경우가 있기 때문이다. 즉, 각각의 배터리(Bij)의 전압 또한 서로 상이할 수 있다.At this time, the state of charge (SOC) of each battery B ij may be different from each other. In some cases, a battery is replaced with a heavily discharged state and a certain battery is replaced with a slightly discharged state. because there is That is, the voltages of each battery B ij may also be different from each other.

충전 스위치(SWij)는 각각의 배터리(Bij)의 양극단자에 연결되어 온으로 동작시 연결된 배터리(Bij)를 회로라인에 연결하고, 오프로 동작시 연결된 배터리(Bij)를 회로라인에서 차단시킬 수 있다.The charging switch (SW ij ) is connected to the positive terminal of each battery (B ij ) and connects the connected battery (B ij ) to the circuit line when operating on, and connects the connected battery (B ij ) to the circuit line when operating off can be blocked from

이때, 충전 스위치(SWij)는 도통(온 상태) 또는 비도통(오프 상태)이 되어 전류를 흐르게 할지 여부를 결정하는 소자라면 어느 것이든 사용될 수 있다.At this time, the charging switch SW ij may be any device as long as it becomes conductive (on state) or non-conduction (off state) to determine whether to flow a current.

보다 구체적으로, 배터리부(2000)는 하나의 충전 스위치(SWij)와 하나의 배터리(Bij)로 이루어진 충전유닛(CUij)을 포함하는데, 이러한 충전유닛(CUij)이 복수개 병렬 연결되어 충전모듈(2100-i)을 구성하며, 충전모듈(2100-i)은 각각 직렬로 연결되어 전원부(1000)와 접지 사이에 마련된다.More specifically, the battery unit 2000 includes a charging unit (CU ij ) consisting of one charging switch (SW ij ) and one battery (B ij ), and a plurality of these charging units (CU ij ) are connected in parallel. The charging module 2100-i constitutes, and the charging modules 2100-i are respectively connected in series and are provided between the power supply unit 1000 and the ground.

또는, 도 5에서와 같이 M번째 행의 배터리들에만 접지가 연결되는 것이 아니라, 배터리부(2000)에 포함된 모든 각 배터리들이 접지와의 추가 스위치 구성을 통해 연결 또는 차단되도록 구성할 수도 있다.Alternatively, the ground may not be connected only to the batteries in the M-th row as shown in FIG. 5 , but all batteries included in the battery unit 2000 may be configured to be connected or disconnected through an additional switch configuration with the ground.

이때, 도 5에서도 알 수 있듯이, 충전유닛(CUij)은 M개의 행(row)과 N개의 열(column)로 구성된 매트릭스 형태이고, 매트릭스 내의 위치에 따라 충전유닛(CUij), 배터리(Bij) 및 충전 스위치(SWij)가 순차적으로 넘버링될 수 있다.At this time, as can be seen from FIG. 5 , the charging unit CU ij is in the form of a matrix consisting of M rows and N columns, and the charging unit CU ij , the battery B ij ) and the charging switch SW ij may be sequentially numbered.

예를 들어, 3번째 행의 2번째 열에 위치하는 충전유닛은 CU32 , 배터리는 B32, 충전 스위치는 SW32로 넘버링되어 표현될 수 있다.For example, the charging unit located in the second column of the third row may be numbered and expressed as CU 32 , the battery as B 32 , and the charging switch as SW 32 .

충전모듈(2100-i)은 하나의 행에 병렬로 연결된 복수개의 충전유닛(CUij)을 포함하는데 각각의 충전유닛(CUij)에 포함된 충전 스위치(SWij)가 온 되면 해당 충전 스위치(SWij)에 연결된 배터리(Bij)로 전류가 흐르면서 배터리(Bij)가 충전된다. 이와 같이 충전될 배터리(Bij)는 각각의 충전모듈(2100-i)에서 하나 이상 선택될 수 있다.The charging module 2100-i includes a plurality of charging units (CU ij ) connected in parallel in one row. When the charging switch (SW ij ) included in each charging unit (CU ij ) is turned on, the charging switch ( a battery (B ij) is charged with a current to the battery (B ij) is connected to the SW ij) flows. In this way, one or more batteries B ij to be charged may be selected from each charging module 2100 - i .

한편, 충전모듈(2100-i)은, 복수개의 충전유닛(CUij)과 병렬로 연결되는 바이패스 스위치(2300-i)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the charging module 2100 - i may further include a bypass switch 2300 - i connected in parallel to the plurality of charging units CU ij .

여기서, 바이패스 스위치(2300-i)는 충전모듈(2100-i)에서 어느 배터리도 충전하지 않기 위해 우회경로를 형성하는 스위치이다. 도 5에서도 알 수 있듯이 바이패스 스위치(2300-i)는 어느 배터리와도 연결되지 않는 스위치이므로, 바이패스 스위치(2300-i)가 온 되면 해당 바이패스 스위치(2300-i)가 포함된 충전모듈(2100-i)에서는 어느 배터리도 회로라인에 연결되지 않는다.Here, the bypass switch 2300 - i is a switch that forms a detour path in order not to charge any battery in the charging module 2100 - i . As can be seen from FIG. 5 , since the bypass switch 2300-i is a switch that is not connected to any battery, when the bypass switch 2300-i is turned on, the charging module including the bypass switch 2300-i In (2100-i), neither battery is connected to the circuit line.

제어부(3000)는 충전유닛(CUij)에 포함된 충전 스위치(SWij)의 온오프를 제어하여, 복수개의 배터리(Bij) 중 전원부(1000)로부터 생성되는 전력이 전달될 배터리(Bij)를 선택할 수 있는 구성이다.The controller 3000 controls the on/off of the charging switch SW ij included in the charging unit CU ij to receive the power generated from the power supply unit 1000 among the plurality of batteries B ij , B ij ) is a selectable configuration.

보다 구체적으로, 제어부(3000)는 전원부(1000)의 출력 전압(Vp) 및 출력 전류(Ip)를 모니터링하여, 배터리 충전 장치 외부의 온도 및 전원부(1000)에 공급되는 일사량에 따른 최대 전력 동작점의 전압을 산출할 수 있다.More specifically, the control unit 3000 monitors the output voltage (V p ) and the output current (I p ) of the power supply unit 1000 , and the maximum power according to the temperature outside the battery charging device and the amount of insolation supplied to the power supply unit 1000 . The voltage at the operating point can be calculated.

앞서 상술한 바 있듯이, 태양광 패널의 최대 전력 동작점을 추적 제어하기 위해서는 전압 또는 전류의 동작 점을 이동시켜야 한다.As described above, in order to track and control the maximum power operating point of the solar panel, the operating point of voltage or current needs to be moved.

또한, 온도 및 일사량에 따라 최대 전력을 생성하여 전달할 수 있는 동작점 및 동작점의 전압이 변경되므로, 이러한 최대 전력을 전달할 수 있는 동작점은 도 1a 및 도 1b와 같은 온도와 일사량에 따른 전류-전압(I-V)곡선에 의해 산출할 수 있다.In addition, since the operating point and voltage of the operating point that can generate and transmit the maximum power are changed according to the temperature and the amount of insolation, the operating point that can transmit the maximum power is the current according to the temperature and the amount of insolation as shown in FIGS. 1A and 1B- It can be calculated by the voltage (IV) curve.

따라서 제어부(3000)는, 배터리 충전 장치 외부의 온도, 전원부(1000)에 공급되는 일사량, 전원부(1000)에서 출력되는 출력 전류(Ip) 및 출력 전압(Vp)을 이용하여 상기 최대 전력 동작점의 전압을 산출할 수 있다.Therefore, the control unit 3000, the maximum power operation using the temperature outside the battery charging device, the amount of solar radiation supplied to the power supply unit 1000, the output current (I p ) and the output voltage (V p ) output from the power supply unit 1000 . The voltage at the point can be calculated.

이때, 제어부(3000)는 상기 일사량, 온도, 출력 전류(Ip) 및 출력 전압(Vp)을 직접 모니터링할 수도 있고, 외부 장치로부터 측정된 값을 전달받을 수도 있다.In this case, the controller 3000 may directly monitor the amount of insolation, temperature, output current I p , and output voltage V p , or may receive measured values from an external device.

또한, 제어부(3000)는 배터리부(2000)에 포함된 복수개의 배터리(Bij) 각각의 전압을 모니터링하고, 앞서 산출한 최대 전력 동작점의 전압 및 상기 모니터링한 복수개의 배터리(Bij) 각각의 전압을 이용하여 복수개의 배터리(Bij) 중 전원부(1000)로부터 생성되는 전력이 전달될 배터리(Bij)를 선택하고, 선택된 배터리(Bij)에 연결된 충전 스위치(SWij)를 온시킬 수 있다. In addition, the control unit 3000 monitors the voltage of each of the plurality of batteries B ij included in the battery unit 2000 , and the voltage of the maximum power operating point calculated above and the monitored plurality of batteries B ij , respectively. using a voltage to select the battery (B ij), electric power is delivered is generated from the power supply section 1000 of the plurality of battery (B ij), and turns on the charging switch (SW ij) connected to a battery (B ij), can

앞서, 최대 전력 전달 동작점의 전압이 산출되었으므로, 제어부(3000)는, 각각의 배터리(Bij)의 충전 전압(Vij)을 모니터링한 후, 최대 전력을 전달하기 위해 필요한 전압을 구성할 수 있는 배터리(Bij)를 하나 이상 선택하여 충전 스위치(SWij)를 온 시킨다.Previously, since the voltage of the maximum power transmission operating point was calculated, the controller 3000 monitors the charging voltage V ij of each battery B ij , and then configures a voltage required to transmit the maximum power. Select one or more batteries (B ij ) and turn on the charging switch (SW ij ).

이때, 각 충전모듈(2100-i)별로 하나 이상의 배터리(Bij)가 선택 될 수 있고 각 충전모듈(2100-i)별로 선택된 배터리(Bij)는 직렬로 연결되어 전원부(1000)로부터 접지까지 연결되는 전력 전달 경로를 형성하게 된다.At this time, one or more batteries B ij may be selected for each charging module 2100-i, and the batteries B ij selected for each charging module 2100-i are connected in series from the power supply unit 1000 to the ground. A power transmission path to be connected is formed.

앞서 도 4를 통해 설명한 것처럼 종래 태양광 발전 시스템의 전력 제어 회로는 최대 전력 동작점을 추적하기 위해 공지된 MPPT 알고리즘에 따라 태양전지 패널의 출력 전압 또는 출력 전류를 직접 변경하여 높은 정밀도로 최대 전력 동작점을 추적한다.As described above with reference to FIG. 4 , the power control circuit of the conventional solar power generation system directly changes the output voltage or output current of the solar panel according to the known MPPT algorithm to track the maximum power operating point, thereby operating the maximum power with high precision. track the points

다만, MPPT 제어방식은 정밀도는 높지만 복잡한 회로구조를 구성해야 하고 많은 수의 소자 및 제어기가 필요하므로 제작 단가 및 고장률이 높다는 단점이 있으며, 본 발명은 이러한 단점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 SOC를 가지는 부하들(여기서는 서로 상이한 레벨로 방전된 배터리들을 의미한다)의 현재 전압을 확인하여 최대 전력 동작점 추적을 위해 필요한 전압을 구성하도록 연결한다면 간단한 회로구조만으로도 MPPT 제어를 하는 것과 유사한 성능을 달성할 수 있음에 착안한 것이다.However, although the MPPT control method has high precision, it has to configure a complex circuit structure and requires a large number of elements and controllers, so the manufacturing cost and failure rate are high. If you check the current voltage of the loads (here, it means batteries discharged to different levels) and connect to configure the voltage required for tracking the maximum power operating point, you can achieve similar performance to MPPT control with a simple circuit structure. It is based on the fact that

한편, 본 발명의 배터리 충전 장치에 있어서, 배터리부(2000)는 산출된 최대 전력 동작점의 전압과 배터리부(2000) 양단의 전압간 차이를 보상하는 제어용 배터리(2550)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, in the battery charging apparatus of the present invention, the battery unit 2000 may further include a control battery 2550 for compensating for a difference between the calculated maximum power operating point voltage and the voltage across the battery unit 2000 . .

이때, 제어용 배터리(2550)는 다른 배터리들(Bij)처럼 충전 후 사용자에게 제공되는 용도가 아닌, 최대 전력 동작점의 전압과 배터리부(2000) 양단의 전압간의 차이가 소정의 정해진 오차범위를 만족하도록 보상하는 역할을 하는 구성으로서, 각 충전모듈(2100-i)에 포함된 어느 충전유닛(CUij)이라도 제어용 배터리(2550)를 포함할 수 있다.At this time, the control battery 2550 is not used to be provided to the user after charging like other batteries B ij , but the difference between the voltage at the maximum power operating point and the voltage across the battery unit 2000 is within a predetermined error range. As a configuration that serves to compensate for satisfaction, any charging unit CU ij included in each charging module 2100 - i may include a control battery 2550 .

예를 들어, 도 5와 같이 첫번째 충전모듈(2100-1)의 N번째 열에 위치한 충전유닛(2500)에 제어용 배터리(2550)가 포함될 수 있다.For example, as shown in FIG. 5 , the control battery 2550 may be included in the charging unit 2500 located in the N-th column of the first charging module 2100-1.

종래의 태양광 발전 시스템의 전력 제어 회로는, 일사량이 거의 없는 구름이 많이 낀 흐린 날씨에서 출력되는 매우 낮은 출력 전압에서는 전압 이득이 모자라 동작을 전혀 할 수 없는 구간이 생길 수 있다.The power control circuit of the conventional photovoltaic power generation system may have a section in which it cannot operate at all due to insufficient voltage gain at a very low output voltage output in cloudy and cloudy weather with little insolation.

하지만 본 발명은 최대 전력 동작점 전압을 구성하기 위해 필요한 전압을 공급하는 제어용 배터리(2500)의 전압을 흐린 날씨에서 전원부(1000)가 출력하는 전압과 유사하게 기 설정하여 놓음으로써 흐린 날씨에서도 전원부(1000)가 출력하는 전력을 얻을 수 있다.However, in the present invention, the voltage of the control battery 2500 that supplies the voltage necessary to configure the maximum power operating point voltage is preset to be similar to the voltage output by the power supply unit 1000 in cloudy weather, so that the power supply unit ( 1000) output power can be obtained.

또한, 본 발명의 배터리 충전 장치는, 전원부(1000)와 배터리부(2000) 사이에 마련되는 차단 스위치(4000)를 더 포함할 수 있다.In addition, the battery charging apparatus of the present invention may further include a cut-off switch 4000 provided between the power supply unit 1000 and the battery unit 2000 .

여기서, 제어부(3000)가 차단 스위치(4000)를 오프로 제어하는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 제어부(3000)에 의한 충전 스위치(SWij)의 온오프 제어를 통해 전원부(1000)로부터 생성되는 전력이 배터리부(2000)로 전달되고, 충전 스위치(SWij)가 온 되어 있는 배터리(Bij)의 충전이 이루어진다.Here, when the control unit 3000 controls the cutoff switch 4000 to be off, as described above, the power generated from the power supply unit 1000 through the on/off control of the charging switch SW ij by the control unit 3000 is It is transferred to the battery unit 2000 and the battery B ij in which the charging switch SW ij is turned on is charged.

반대로, 제어부(3000)가 차단 스위치(4000)를 온으로 제어하는 경우, 전원부(1000)에서 출력되는 전류가 차단 스위치(4000)를 통해 접지로 흐르게 되므로, 전원부(1000)와 배터리부(2000)가 차단되고, 전원부(1000)로부터 배터리부(2000)로의 전력 공급이 중단되어 충전을 간단히 차단할 수 있다.Conversely, when the control unit 3000 controls the cut-off switch 4000 to be on, the current output from the power supply unit 1000 flows to the ground through the cut-off switch 4000, so the power supply unit 1000 and the battery unit 2000) is cut off, power supply from the power supply unit 1000 to the battery unit 2000 is stopped, so that charging can be simply cut off.

이때, 차단 스위치(4000)는 도통(온 상태) 또는 비도통(오프 상태)이 되어 전류를 흐르게 할지 여부를 결정하는 소자로서 예를 들어, 반도체 스위치인 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)이 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.At this time, the cut-off switch 4000 is a device that determines whether to flow a current by conducting (on state) or non-conducting (off state). For example, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) as a semiconductor switch is used. may be, but is not limited thereto.

또한, 본 발명의 배터리 충전 장치는, 전원부(1000)와 배터리부(2000) 사이에 마련되어, 배터리부(2000)로부터 전원부(1000)로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 역전류 방지 소자(5000)를 더 포함할 수 있다.In addition, the battery charging device of the present invention is provided between the power supply unit 1000 and the battery unit 2000, the reverse current preventing element 5000 for preventing the reverse current from flowing from the battery unit 2000 to the power supply unit 1000. may include more.

여기서, 역전류 방지 소자(5000)는 도 5에 도시된 것과 같이 다이오드일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.Here, the reverse current prevention device 5000 may be a diode as shown in FIG. 5 , but is not limited thereto.

이하에서는, 도 6 내지 도 10를 참고하면서 본 발명의 배터리 충전 장치에 대해 더욱 구체적인 예를 들어 설명한다.Hereinafter, a more specific example of the battery charging device of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 10 .

도 6은 배터리 전압과 대응되는 충전상태(State Of Charge; SOC)를 나타낸 것이다.6 illustrates a state of charge (SOC) corresponding to a battery voltage.

여기서, 도 6은 단지 도 7 내지 도 10에서 설명하는 구체적인 실시예의 이해를 돕기 위한 것으로서 배터리 그림 별 SOC는 배터리 제조 회사에 따라 상이할 수 있다는 것은 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 분명한 사항이다.Here, FIG. 6 is only for helping the understanding of the specific embodiment described in FIGS. 7 to 10, and it is clear to those skilled in the art that the SOC for each battery picture may be different depending on the battery manufacturer. am.

도 7 내지 도 10에서는 편의상 3행 7열(M=3, N=7)의 매트릭스 형태로 구성된 배터리부(2000)를 예로 들어 설명한다. 이때, 도 7 내지 도 10에는 차단 스위치(4000) 및 역전류 방지 소자(5000)가 도시되어 있으나 이는 필수 구성은 아니며, 본 발명의 실시예는 전원부(1000), 배터리부(2000) 및 제어부(3000, 도 7 내지 도 10에서 미도시)로만 구성될 수 있다.7 to 10, for convenience, the battery unit 2000 configured in the form of a matrix of 3 rows and 7 columns (M=3, N=7) will be described as an example. At this time, although the cut-off switch 4000 and the reverse current prevention device 5000 are illustrated in FIGS. 7 to 10 , this is not an essential configuration, and the embodiment of the present invention includes the power supply unit 1000, the battery unit 2000 and the control unit ( 3000 (not shown in FIGS. 7 to 10) may be configured.

또한, 도 7 내지 도 10에서 매트릭스 구조를 가지는 배터리부(2000)의 마지막 행의 배터리들에만 접지가 연결된 것으로 도시되어 있으나 배터리부(2000)에 포함된 모든 각 배터리들이 추가 스위치 구성을 통해 접지와 연결 또는 차단되도록 구성될 수도 있다.In addition, although it is illustrated that the ground is connected only to the batteries in the last row of the battery unit 2000 having a matrix structure in FIGS. 7 to 10 , all batteries included in the battery unit 2000 are connected to the ground and ground through an additional switch configuration. It may also be configured to connect or block.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 75°C, 일사량 1kW/m2인 경우의 배터리 충전 장치의 동작을 나타낸 것이다.7 illustrates the operation of the battery charging device in the case of a temperature of 75°C and an insolation amount of 1kW/m 2 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 배터리 충전 장치의 외부 온도가 75°C이고, 전원부(1000)에 공급되는 일사량이 1kW/m2인 경우 최대 전력 동작점의 전압은 약 325V인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7 , when the external temperature of the battery charging device is 75°C and the amount of solar radiation supplied to the power supply unit 1000 is 1kW/m 2 , it can be seen that the voltage at the maximum power operating point is about 325V.

제어부(3000)는, 각각의 배터리(Bij)의 SOC를 모두 모니터링하고 있으므로, 배터리부(2000) 양단의 전압을 최대한 325V에 가깝게 만들 수 있는 배터리(Bij)를 선택할 수 있다. 여기서, 최대한 가깝게라는 것은 기 설정된 오차범위를 만족한다는 의미일 수 있다.Control unit 3000 is, since each of both the SOC of the battery (B ij) monitor, it is possible to select a battery (B ij) that can be created close to the voltage across the battery unit (2000) to the maximum 325V. Here, as close as possible may mean that a preset error range is satisfied.

제어부(3000)는 전원부(1000)의 출력 전압 및 출력 전류를 전달받아 배터리 충전 장치의 외부 온도 및 전원부(1000)에 공급되는 일사량에 따른 최대 전력 동작점을 산출하고, 현재 전압이 300V인 배터리(B13)를 선택할 수 있다. 이후, 제어부(3000)는 상기 선택된 배터리(B13)와 연결된 충전 스위치(SW13)를 온 시키고, 나머지 충전모듈(2100-2,2100-3)의 바이패스 스위치들(2300-2,2300-3)을 온 시킴으로써 도 7과 같은 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.The control unit 3000 receives the output voltage and output current of the power supply unit 1000, calculates the maximum power operating point according to the external temperature of the battery charging device and the amount of solar radiation supplied to the power supply unit 1000, and the current voltage is 300V battery ( B 13 ) can be selected. Then, the controller 3000 turns on the charging switch SW 13 connected to the selected battery B 13 , and the bypass switches 2300-2,2300- of the remaining charging modules 2100-2,2100-3 3) is turned on to form a power transmission path as shown in FIG. 7 .

이때, 제어부(3000)는 차단 스위치(4000)를 오프시킨 상태이다.At this time, the control unit 3000 is in a state in which the cutoff switch 4000 is turned off.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 0°C, 일사량 1kW/m2인 경우의 배터리 충전 장치의 동작을 나타낸 것이다.8 illustrates the operation of the battery charging device when the temperature is 0°C and the insolation is 1 kW/m 2 according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 배터리 충전 장치의 외부 온도가 0°C이고, 전원부(1000)에 공급되는 일사량이 1kW/m2인 경우 최대 전력 동작점의 전압은 약 475V인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8 , when the external temperature of the battery charging device is 0°C and the amount of solar radiation supplied to the power supply unit 1000 is 1kW/m 2 , it can be seen that the voltage at the maximum power operating point is about 475V.

제어부(3000)는 도 8과 같이 현재 전압이 240V인 배터리 두 개(B25,B31)를 선택하여 배터리부(2000) 양단의 전압을 480V로 만들 수 있다. 이후, 제어부(3000)는 상기 선택된 배터리(B25,B31)와 연결된 충전 스위치들(SW25,SW31)을 온 시키고, 나머지 충전모듈(2100-1)의 바이패스 스위치(2300-1)를 온 시킴으로써 도 8과 같은 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.As shown in FIG. 8 , the controller 3000 may select two batteries B 25 , B 31 having a current voltage of 240V to make the voltage across the battery unit 2000 480V. Then, the control unit 3000 turns on the charging switches SW 25 , SW 31 connected to the selected batteries B 25 , B 31 , and the bypass switch 2300-1 of the remaining charging module 2100-1. By turning on the power transmission path as shown in FIG. 8 can be formed.

이때, 제어부(3000)는 차단 스위치(4000)를 오프시킨 상태이다.At this time, the control unit 3000 is in a state in which the cutoff switch 4000 is turned off.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 25°C, 일사량 1kW/m2인 경우의 배터리 충전 장치의 동작을 나타낸 것이다.9 shows the operation of the battery charging device in the case of a temperature of 25 °C and an insolation amount of 1 kW/m 2 according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 배터리 충전 장치의 외부 온도가 25°C이고, 전원부(1000)에 공급되는 일사량이 1kW/m2인 경우 최대 전력 동작점의 전압은 약 425V인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9 , when the external temperature of the battery charging device is 25°C and the amount of solar radiation supplied to the power supply unit 1000 is 1 kW/m 2 , it can be seen that the voltage at the maximum power operating point is about 425V.

제어부(3000)는 도 9와 같이 현재 전압이 180V인 배터리(B11)와 240V인 배터리(B31)를 선택하여 배터리부(2000) 양단의 전압을 420V로 만들 수 있다. 이후, 제어부(3000)는 상기 선택된 배터리(B11,B31)와 연결된 충전 스위치들(SW11,SW31)을 온 시키고, 나머지 충전모듈(2100-2)의 바이패스 스위치(2300-2)를 온 시킴으로써 도 9와 같은 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.As shown in FIG. 9 , the controller 3000 may select a battery B 11 having a current voltage of 180V and a battery B 31 having a current voltage of 240V to set the voltage across the battery unit 2000 to 420V. Thereafter, the control unit 3000 turns on the charging switches SW 11 , SW 31 connected to the selected battery B 11 , B 31 , and the bypass switch 2300-2 of the remaining charging module 2100-2. By turning on the power transmission path as shown in FIG. 9 can be formed.

이때, 제어부(3000)는 차단 스위치(4000)를 오프시킨 상태이다.At this time, the control unit 3000 is in a state in which the cutoff switch 4000 is turned off.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 25°C, 일사량 200W/m2인 경우의 배터리 충전 장치의 동작을 나타낸 것이다.10 illustrates the operation of the battery charging device when the temperature is 25°C and the amount of insolation is 200W/m 2 according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 배터리 충전 장치의 외부 온도가 25°C이고, 전원부(1000)에 공급되는 일사량이 200W/m2인 경우 최대 전력 동작점의 전압은 약 400V인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10 , when the external temperature of the battery charging device is 25°C and the amount of solar radiation supplied to the power supply unit 1000 is 200W/m 2 , it can be seen that the voltage at the maximum power operating point is about 400V.

제어부(3000)는 도 10과 같이 현재 전압이 390V인 배터리(B27)를 선택하여 배터리부(2000) 양단의 전압을 390V로 만들 수 있다. 이후, 제어부(3000)는 상기 선택된 배터리(B27)와 연결된 충전 스위치(SW27)를 온 시키고, 나머지 충전모듈(2100-1,2100-3)의 바이패스 스위치들(2300-1,2300-3)을 온 시킴으로써 도 10과 같은 전력 전달 경로를 형성할 수 있다.As shown in FIG. 10 , the controller 3000 may select a battery B 27 having a current voltage of 390V and make the voltage across the battery unit 2000 to 390V. Thereafter, the controller 3000 turns on the charging switch SW 27 connected to the selected battery B 27 , and the bypass switches 2300-1, 2300- of the remaining charging modules 2100-1,2100-3 3) is turned on to form a power transmission path as shown in FIG. 10 .

이때, 제어부(3000)는 차단 스위치(4000)를 오프시킨 상태이다.At this time, the control unit 3000 is in a state in which the cutoff switch 4000 is turned off.

이상과 같이, 본 발명에 따르면 배터리와 스위치를 포함하는 충전유닛을 매트릭스 구조로 구성한 배터리 충전 장치를 제시함으로써, 복잡한 회로 구조와 많은 수의 소자를 사용하지 않고 적은 단가로 제작 가능한 배터리 충전 장치를 제공할 수 있고, 많은 수의 소자를 사용하지 않는 배터리 충전 장치를 제공함으로써 상기 배터리 충전 장치 운영시의 고장률을 낮출 수 있다.As described above, according to the present invention, by presenting a battery charging device comprising a charging unit including a battery and a switch in a matrix structure, a battery charging device that can be manufactured at a low cost without using a complex circuit structure and a large number of elements is provided. It is possible to reduce the failure rate during operation of the battery charging device by providing a battery charging device that does not use a large number of elements.

또한, 본 발명은 각 배터리의 충전상태에 따라 스위치를 온오프 제어하여, 전원부로부터 최대 전력을 전달받을 수 있는 배터리를 선택할 수 있으므로, 배터리 충전시의 전력 전달 효율을 높일 수 있다. In addition, the present invention can select a battery that can receive the maximum power from the power supply by controlling the on/off switch according to the state of charge of each battery, so that the power transfer efficiency when charging the battery can be improved.

뿐만 아니라, 종래 MPPT를 사용한 전력 제어 회로 구조에서는 회로 구조에 포함된 컨버터의 손실로 인해 약 5% 내외의 전력 변환 손실이 발생하지만 본 발명에서는 전력 전달 경로에 역전류 방지 소자로서 다이오드만이 포함되거나, 또는 전력 전달 경로에 여타 회로 소자가 포함되지 않으므로 전력 전달시의 손실을 최소화할 수 있다.In addition, in the power control circuit structure using the conventional MPPT, a power conversion loss of about 5% occurs due to the loss of the converter included in the circuit structure, but in the present invention, only a diode is included as a reverse current prevention device in the power transmission path, or , or other circuit elements are not included in the power transmission path, so that loss during power transmission can be minimized.

이는, 본 발명에 따른 매트릭스 구조로 구성한 배터리 충전 장치가 종래의 MPPT 제어를 하는 전력 제어 회로 구조와 같이 최대 전력 동작점의 전압 값을 정밀하게 조절하지 않더라도 전력 변환 효율은 더 높아 최종 출력되는 전력량이 더 클 수 있다는 것을 의미한다.This is because even if the battery charging device configured with the matrix structure according to the present invention does not precisely control the voltage value of the maximum power operating point as in the conventional power control circuit structure for performing MPPT control, the power conversion efficiency is higher, so that the final output power is It means it could be bigger.

이상 본 발명의 설명을 위하여 예시로 든 실시예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태로 조합이 가능하다. 따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 특징이 있다고 할 것이다.The embodiments given as examples for the purpose of description of the present invention are merely one embodiment in which the present invention is embodied, and combinations are possible in various forms in order to realize the gist of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and as claimed in the claims below, anyone with ordinary skill in the art to which the invention pertains can implement various modifications without departing from the gist of the present invention. It will be said that there are technical features of the present invention to the extent.

1000 : 전원부
2000 : 배터리부
2100-i : 충전모듈
CUij : 충전유닛
Bij : 배터리
SWij : 충전 스위치
2500 : 충전유닛
2550 : 제어용 배터리
2300-i : 바이패스 스위치
3000: 제어부
4000: 차단 스위치
5000: 역전류 방지 소자
1000: power supply
2000: battery unit
2100-i : charging module
CUij : Charging unit
Bij: battery
SWij: charging switch
2500: charging unit
2550: battery for control
2300-i : Bypass switch
3000: control
4000: disconnect switch
5000: reverse current prevention device

Claims (8)

전력을 생성하는 전원부;
상기 전원부로부터 생성되는 전력을 전달받아 충전되는 복수개의 배터리와 상기 복수개의 배터리 각각에 연결되는 충전 스위치를 포함하는 배터리부; 및
상기 충전 스위치의 온오프를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 충전 스위치의 온오프를 제어하여, 상기 복수개의 배터리 중 상기 전원부로부터 생성되는 전력이 전달될 배터리를 선택하고,
상기 전원부의 출력 전압 및 상기 전원부의 출력 전류를 모니터링하여, 상기배터리 충전 장치 외부의 온도 및 상기 전원부에 공급되는 일사량에 따른 최대 전력 동작점의 전압을 산출하며,
상기 복수개의 배터리 각각의 전압을 모니터링하고, 상기 산출된 최대 전력 동작점의 전압 및 상기 모니터링한 복수개의 배터리 각각의 전압을 이용하여 상기 복수개의 배터리 중 상기 전원부로부터 생성되는 전력이 전달될 배터리를 선택하고, 상기 선택된 배터리에 연결된 충전 스위치를 온시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
a power supply unit for generating power;
a battery unit including a plurality of batteries charged by receiving power generated from the power supply unit and a charging switch connected to each of the plurality of batteries; and
Including; a control unit for controlling the on-off of the charging switch;
The control unit selects a battery to which power generated from the power supply unit is to be transmitted among the plurality of batteries by controlling on/off of the charging switch,
By monitoring the output voltage of the power supply and the output current of the power supply, calculating the voltage of the maximum power operating point according to the temperature outside the battery charging device and the amount of solar radiation supplied to the power supply,
The voltage of each of the plurality of batteries is monitored, and a battery to which power generated from the power supply unit is to be transmitted is selected from among the plurality of batteries using the calculated voltage of the maximum power operating point and the monitored voltage of each of the plurality of batteries. and turning on a charging switch connected to the selected battery.
제1항에 있어서,
상기 배터리부는,
상기 전원부와 접지 사이에 마련되어 각각 직렬로 연결되는 복수개의 충전모듈을 포함하고,
상기 충전모듈은 병렬로 연결된 복수개의 충전유닛을 포함하며,
상기 충전유닛은 하나의 배터리와 상기 하나의 배터리에 연결된 하나의 충전 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
According to claim 1,
The battery unit,
and a plurality of charging modules provided between the power supply unit and the ground and connected in series, respectively,
The charging module includes a plurality of charging units connected in parallel,
The charging unit comprises one battery and one charging switch connected to the one battery.
제2항에 있어서,
상기 충전모듈은,
상기 복수개의 충전유닛과 병렬로 연결되는 바이패스 스위치를 더 포함하는 배터리 충전 장치.
3. The method of claim 2,
The charging module is
The battery charging device further comprising a bypass switch connected in parallel with the plurality of charging units.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 배터리부는,
상기 산출된 최대 전력 동작점의 전압과 상기 배터리부 양단의 전압간 차이를 보상하는 제어용 배터리를 더 포함하는 배터리 충전 장치.
According to claim 1,
The battery unit,
The battery charging device further comprising a control battery for compensating for a difference between the calculated maximum power operating point voltage and the voltage across the battery unit.
제1항에 있어서,
상기 전원부와 상기 배터리부 사이에 마련되는 차단 스위치를 더 포함하고,
상기 제어부가 상기 차단 스위치를 오프로 제어하는 경우, 상기 전원부로부터 생성되는 전력이 상기 배터리부로 전달되어 상기 배터리의 충전이 이루어지고,
상기 제어부가 상기 차단 스위치를 온으로 제어하는 경우, 상기 전원부와 상기 배터리부가 차단되어 상기 배터리의 충전이 이루어지지 않는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
According to claim 1,
Further comprising a cut-off switch provided between the power supply unit and the battery unit,
When the control unit controls the cut-off switch to be off, the power generated from the power supply unit is transferred to the battery unit to charge the battery,
When the control unit controls the cut-off switch to be on, the power supply unit and the battery unit are cut off so that the battery is not charged.
전력을 생성하는 전원부;
상기 전원부로부터 생성되는 전력을 전달받아 충전되는 복수개의 배터리와 상기 복수개의 배터리 각각에 연결되는 충전 스위치를 포함하는 배터리부;
상기 충전 스위치의 온오프를 제어하는 제어부; 및
상기 전원부와 상기 배터리부 사이에 마련되어, 상기 배터리부로부터 상기 전원부로 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 역전류 방지 소자;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 충전 스위치의 온오프를 제어하여, 상기 복수개의 배터리 중 상기 전원부로부터 생성되는 전력이 전달될 배터리를 선택하고,
상기 전원부의 출력 전압 및 상기 전원부의 출력 전류를 모니터링하여, 상기배터리 충전 장치 외부의 온도 및 상기 전원부에 공급되는 일사량에 따른 최대 전력 동작점의 전압을 산출하며,
상기 복수개의 배터리 각각의 전압을 모니터링하고, 상기 산출된 최대 전력 동작점의 전압 및 상기 모니터링한 복수개의 배터리 각각의 전압을 이용하여 상기 복수개의 배터리 중 상기 전원부로부터 생성되는 전력이 전달될 배터리를 선택하고, 상기 선택된 배터리에 연결된 충전 스위치를 온시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
a power supply unit for generating power;
a battery unit including a plurality of batteries charged by receiving power generated from the power supply unit and a charging switch connected to each of the plurality of batteries;
a control unit for controlling on/off of the charging switch; and
a reverse current prevention device provided between the power supply unit and the battery unit to prevent a reverse current from flowing from the battery unit to the power supply unit;
The control unit is
By controlling on/off of the charging switch, selecting a battery to which power generated from the power supply unit is transmitted among the plurality of batteries,
By monitoring the output voltage of the power supply and the output current of the power supply, calculating the voltage of the maximum power operating point according to the temperature outside the battery charging device and the amount of solar radiation supplied to the power supply,
The voltage of each of the plurality of batteries is monitored, and a battery to which power generated from the power supply unit is to be transmitted is selected from among the plurality of batteries using the calculated voltage of the maximum power operating point and the monitored voltage of each of the plurality of batteries. and turning on a charging switch connected to the selected battery.
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