KR102336746B1 - 신재생 에너지원의 전력 제어 회로 - Google Patents

신재생 에너지원의 전력 제어 회로 Download PDF

Info

Publication number
KR102336746B1
KR102336746B1 KR1020200007588A KR20200007588A KR102336746B1 KR 102336746 B1 KR102336746 B1 KR 102336746B1 KR 1020200007588 A KR1020200007588 A KR 1020200007588A KR 20200007588 A KR20200007588 A KR 20200007588A KR 102336746 B1 KR102336746 B1 KR 102336746B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
power control
current
control circuit
terminal
Prior art date
Application number
KR1020200007588A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210093687A (ko
Inventor
이동희
Original Assignee
경성대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경성대학교 산학협력단 filed Critical 경성대학교 산학협력단
Priority to KR1020200007588A priority Critical patent/KR102336746B1/ko
Publication of KR20210093687A publication Critical patent/KR20210093687A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102336746B1 publication Critical patent/KR102336746B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582Buck-boost converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/123Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving renewable energy sources
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/14Energy storage units

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 신재생 에너지원의 전력 제어 회로에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 벅-부스트 모드로 동작하는 제어 회로는, 신재생 에너지원이 연결되는 입력 단자, 일측에는 출력 전류를 검출하기 위한 제1 전류센서가 연결되고 타측에는 배터리 및 외부 부하가 연결되는 제1 출력 단자, 외부 부하와 연결되는 제2 출력 단자, 일측에는 배터리의 충방전 전류를 검출하기 위한 제2 전류 센서가 연결되고 타측에는 배터리가 연결되는 제1 센싱 단자 및 일측에는 제2 전류 센서가 연결되는 제2 센싱 단자를 포함한다.

Description

신재생 에너지원의 전력 제어 회로{POWER CONTROL CIRCUIT OF RENEWABLE ENERGY SOURCE}
본 발명은 신재생 에너지원의 전력 제어 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 및 압전소자 모듈 등과 같이 다양한 신재생 에너지원으로부터 병렬로 전력을 공급하는 경우, 배터리를 포함하여 배터리의 충전 및 방전 상태에 따라 전력을 제어하는 기술에 관한 것이다.
최근 신재생 에너지의 활용이 크게 증가하고 있고, 다양한 신재생 에너지원으로부터 전력을 공급 받는 시스템이 적용되고 있다. 태양광(photovoltaic, PV)의 경우 쉽게 전력을 태양광으로부터 생산할 수 있는 장점은 있지만, 태양광이 없는 경우나 약한 경우에 전력을 공급하지 못하기 때문에, 대부분의 신재생 발전은 중간에 배터리 등을 활용하는 ESS(Energy Storage System)을 사용하여 전력 공급의 효율성을 높이고 있다.
단일 개체로부터 신재생 에너지원을 연결하는 경우에는 전력 제어 장치에서 전류 및 전압의 계측이 가능하므로 배터리 충전 전압과 충전 전류를 판단하여, 배터리의 상태를 고려한 충전 및 방전 제어가 가능하지만, 2개 이상의 신재생 에너지원으로부터 병렬로 배터리를 연결하는 경우에는 각 회로에서 각각의 충전 및 방전 전류가 흐르게 되므로 병렬로 제어하기가 어렵고, 통신이나 별도의 계측 회로를 통해서 배터리의 전압 및 전류를 제어해야 하는 단점이 있다.
도 1은 종래의 태양광 연계 전력 제어 장치의 일 예를 나타낸 회로도이다. 도 1을 참조하면, 각 전력 제어 장치는 태양광인 신재생 전력원(20)으로부터 전력을 입력 받는다. 신재생 전력원으로부터 입력되는 전압의 크기가 작은 경우, 부스터 회로를 사용하기 위해서 부스터 전력용 스위치(105), 인덕터(103) 및 부스터 다이오드(104)를 통해서 출력전압을 승압시킨다. 신재생 전력원으로부터 입력되는 전압의 크기가 큰 경우, 초퍼 회로로 동작하기 위해서 벅-모드 스위치(102)를 통해서 출력전압을 제어 한다. 회로의 보호를 위해서 필터(101) 및 출력단 다이오드(106) 또는 출력단 인덕터가 회로에 적용된다. 출력단 단자(108A, 108B)는 외부 부하에 연결고, 배터리는 배터리 연결단자(115)에 연결된다. 각 라인의 전류를 검출하기 위한 전류센서들(107A, 107B)은 출력단 단자와 배터리 연결단자와 연결된다.
도 1의 좌측 하나의 회로(100)만이 배터리 및 부하에 연결되는 경우, 상부 전류센서(107A)에서는 부하전류와 배터리 전류의 합이 검출되고, 배터리 연결단자(115)의 하부 전류센서(107B)에서 배터리의 충전 및 방전 전류가 검출될 수 있다. 즉, 전류센서들(107A, 107B)을 통해 검출된 전류를 기초로 전력 제어 장치에서 공급해야 하는 전류를 배터리의 상태에 따라 제어할 수 있다. 이때, 각 센서에서 검출되는 전류는 다음의 [식 1]과 같다.
[식 1]
Figure 112020006615611-pat00001
이때, 회로가 하나인 경우에는 배터리 연결단자(115)의 검출전류 ib1이 ibat로 배터리의 충전 및 방전전류와 동일하게 되므로, 배터리의 충전 및 방전 제어에 문제가 발생하지 않는다. 하지만, 도 1과 같이 병렬로 2개 이상의 회로가 배터리와 병렬로 연결되는 경우, 각각의 회로에서 검출되는 전류는 전류 경로(127A)에 따라 다음과 같다.
[식 2]
Figure 112020006615611-pat00002
각 제어 회로(100)에서 검출 가능한 전류는 is1와 ib1, is2와 ib2이므로, 각 제어 회로(100)에서는 배터리의 총 충전 및 방전전류 ibat를 계측할 수 없다. 따라서, 종래의 도 1과 같은 제어 회로(100)에서는 별도의 전류 계측회로를 추가하거나, 각 회로(100)를 통신으로 연결하여 서로 계측된 전류를 합하여 사용해야 하는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0142979호 (2016.12.14)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양광 및 압전소자 모듈 등과 같이 다양한 신재생 에너지원으로부터 병렬로 전력을 공급하는 경우, 배터리의 충전 및 방전 전압과 전류를 제어하기 위해서 병렬로 연결되는 각 전력회로에서 정확하게 배터리 전압 및 전류를 계측하고 제어할 수 있는 회로 및 제어 방법을 제공함에 목적이 있다.
삭제
본 발명의 일 실시 예에 따른 벅-부스트 모드로 동작하는 신재생 에너지원의 전력 제어 회로는, 신재생 에너지원이 연결되는 입력단자, 일측에는 출력전류를 검출하기 위한 제 1 전류센서가 연결되고, 타측에는 배터리 및 외부 부하가 연결되는 제 1 출력단자, 외부 부하와 연결되는 제 2 출력단자, 일측에는 배터리의 충방전 전류를 검출하기 위한 제 2 전류센서가 연결되고, 타측에는 배터리가 연결되는 제 1 센싱단자 및 일측에는 제 2 전류센서가 연결되는 제 2 센싱단자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 하나의 전력 제어 회로만이 배터리와 연결되는 경우, 제 2 센싱단자의 타측은 제 2 출력단자와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수개의 전력 제어 회로들이 배터리와 병렬로 연결되는 경우, 복수개의 전력 제어 회로들 중 하나의 제 1 센싱단자의 타측에는 배터리가 아닌 나머지 회로의 제 2 센싱단자가 연결되며, 복수개의 전력 제어 회로들 중 하나의 제 2 센싱단자의 타측은 복수개의 전력 제어 회로들의 제 2 출력단자와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 복수개의 전력 제어 회로들 각각은, 배터리의 충전 최대전류와 제 2 전류센서에 의해 측정된 배터리의 충방전 전류의 크기를 비교하여 외부 부하에 흐르는 전류 및 출력전류들의 합이 배터리의 충방전 전류의 크기와 일치하는 범위 내에서 출력전류들의 크기를 개별적으로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 신재생 에너지원으로부터의 입력전압의 변화하는 경우, 복수개의 전력 제어 회로들 각각이 입력전압과 배터리의 충방전전압의 크기를 비교하여 벅-모드 또는 부스트-모드로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 벅-부스트 모드로 동작하는 신재생 에너지원의 전력 제어 회로를 이용한 전력 제어 방법은, 배터리와 병렬로 연결된 복수개의 전력 제어 회로들 각각이 제 1 전류센서를 통해 출력전류를 검출하는 단계, 복수개의 전력 제어 회로들 각각이 제 2 전류센서를 통해 배터리의 충방전 전류를 검출하는 단계 및 복수개의 전력 제어 회로들 각각이 배터리의 충전 최대전류와 제 2 전류센서에 의해 측정된 배터리의 충방전 전류의 크기를 비교하여 외부 부하에 흐르는 전류 및 출력전류들의 합이 배터리의 충방전 전류의 크기와 일치하는 범위 내에서 출력전류들의 크기를 개별적으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 방법은, 신재생 에너지원으로부터의 입력전압의 변화하는 경우, 복수개의 전력 제어 회로들 각각이 입력전압과 배터리의 충방전전압의 크기를 비교하여 벅-모드 또는 부스트-모드로 동작하는 단계를 더 포함할 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시 예로서 제공되는 제어 회로 및 방법에 따르면, 신재생 에너지 원에 연계하여 배터리를 통해서 부하로 전력을 병렬로 공급하는 경우에, 배터리의 충방전 전류를 정확하게 각각의 제어 회로에서 검출 할 수 있는 전류 센서의 배치와 결선 방식 및 전력제어 회로의 제어 방식을 제공함으로써, 배터리를 연결하는 전력 제어 회로에서 안정적인 배터리의 충전 및 방전 제어를 전력 제어 회로에서 직접 수행할 수 있다.
삭제
도 1은 종래의 태양광 연계 전력 제어 장치의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 2는 신재생 에너지원와 연결된 배터리의 충방전 제어에 의한 전압 및 전력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로의 벅-부스트 모드 동작 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로의 병렬 제어에 대한 검증 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로의 제어 모드 변경에 대한 검증 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 방법의 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 구성을 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 신재생 에너지원와 연결된 배터리의 충방전 제어에 의한 전압 및 전력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2의 배터리 단자 충전전압(61)을 살펴보면, 배터리 충전 최대전압(55)에 도달하기 전까지는 전류제어 모드를 사용하게 되고, 전류제어 모드에 따라 배터리의 충전상태(State of Charge, SOC)는 상승곡선(52A)으로 형성한다. 배터리 충전전압(61)이 배터리 최대 전압(55)에 도달하게 되면, 도달시점부터 전압제어 모드로 변경되어, 충전전류는 감소하게 되고, 충전이 완료된 상태에서 충전전류는 0이 된다. 따라서, 배터리를 충전 및 방전 제어를 하기 위해서는 배터리의 충전전압과 충전전류를 정확하게 제어하여야 한다. 다만, 도 1과 같은 종래의 회로에서는 전술한 제어를 위해 2개 회로의 전류의 합을 따로 연산하거나, 별도의 계측회로로 계측하거나, 통신으로 연산하는 방식을 사용할 수 밖에 없다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로(110)를 구성하는 기본적인 소자의 배치 구조는 도 1과 같은 벅-부스트 모드로 동작 가능한 구조를 가지나, 도 1과는 달리 배터리(200)의 충방전 전류를 정확하게 검출하기 위한 전류센서가 연결되는 새로운 센싱단자들을 포함하며, 출력단의 단자들의 연결 방식에 있어 도 1과는 다른 구조를 가진다. 예를 들어, 전력 제어 회로(110)는 일측에는 출력전류를 검출하기 위한 제 1 전류센서(117A)가 연결되고, 타측에는 배터리(200) 및 외부 부하(220)가 연결되는 제 1 출력단자(118A), 외부 부하(220)와 연결되는 제 2 출력단자(118B), 일측에는 배터리(200)의 충방전 전류를 검출하기 위한 제 2 전류센서(117B)가 연결되고, 타측에는 배터리(200)가 연결되는 제 1 센싱단자(120A) 및 일측에는 제 2 전류센서(117B)가 연결되는 제 2 센싱단자(120B)를 포함할 수 있다.
단일 전력 제어 회로(110)만이 배터리(200)와 연결되는 경우, 제 2 센싱단자(120B)가 전력 제어 회로(110)의 그라운드(ground)로서 역할을 수행하는 제 2 출력단자(118B)와 연결됨으로써, 단일 전력 제어 회로가 배터리 충방전 전류 ibat를 곧바로 제 2 전류센서(117B)로부터 검출할 수 있다. 즉, 도 3의 좌측에 위치한 압전소자 모듈만이 전력 제어 회로(110)를 통해 배터리(200) 및 외부 부하(220)와 연결되는 경우, 제 1 출력단자(118A)를 통과한 출력전류만이 배터리(200)의 충방전에 이용되므로, 제 2 전류센서(117B)에서 검출된 전류인 ibat이 곧 배터리(200)의 충방전 전류가 된다.
복수개의 전력 제어 회로들(110)이 배터리(200)와 병렬로 연결되는 경우, 복수개의 전력 제어 회로들(110) 중 하나의 제 1 센싱단자(120A)의 타측에는 배터리(200)가 아닌 나머지 회로의 제 2 센싱단자(120B)가 연결되며, 복수개의 전력 제어 회로들(110) 중 하나의 제 2 센싱단자(120B)의 타측은 복수개의 전력 제어 회로들(110)의 제 2 출력단자(118B)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이 압전소자 모듈과 태양광 모듈 각각에 연결된 2개의 전력 제어 회로(110)가 배터리(200)와 병렬로 연결되는 경우, 압전소자 모듈 측 회로(110)의 제 1 센싱단자(120A)는 배터리(200)와 직접 연결되고, 제 2 센싱단자(120B)는 태양광 모듈 측 회로(110)의 제 1 센싱단자(120A)와 연결될 수 있다. 또한, 태양광 모듈 측 회로(110)의 제 2 센싱단자(120B)는 양 측 회로(110)의 제 2 출력단자(118B)와 연결될 수 있다. 이때, 2개의 전력 제어 회로(110)에서 전류 경로를 따라 각각 검출 되는 전류는 다음의 [식 3]과 같다.
[식 3]
Figure 112020006615611-pat00003
전술한 연결 관계에 따라 압전소자 모듈 측 회로(110)와 태양광 모듈 측 회로(110) 모두 배터리 충방전 전류를 공유하게 되므로, 각 전력 제어 회로(110)는 각각의 제 2 전류센서(117B)로 직접 동일한 크기의 배터리 충방전 전류 ibat의 검출이 가능하다. 따라서, 도 1과 같은 종래 회로(100)와는 달리 별도의 계측회로를 구축하거나 통신을 통한 연산을 수행하지 않더라도, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 회로(110)는 제 2 전류센서(117B)를 통해 개별적으로 배터리 전류 ibat을 검출하여 배터리(200)의 충방전 제어 및 신재생 에너지원으로부터 공급된 전력의 제어에 사용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리(200)의 충전 제어에서 충전전압(61)에 따른 충전 최대 전류(51)는 배터리 충방전 전류 ibat의 값이 되므로, 도 3에서의 각 전력 제어 회로(110)에서의 출력전류 is1과 is2는 배터리 충방전 전류 ibat의 크기가 고려되어 제어될 수 있다. 예를 들어, 배터리(200)의 용량에 의해 결정되는 충전 최대전류에 비해 배터리 충방전 전류 ibat의 크기가 큰 경우, 각 전력 제어 회로(110)의 출력전류 is1과 is2는 감소하는 방향으로 제어될 수 있다. 반대로 배터리(200)의 용량에 의해 결정되는 충전 최대전류에 비해 배터리 충방전 전류 ibat의 크기가 작은 경우, 각 전력 제어 회로(110)의 출력전류 is1과 is2는 증가하는 방향으로 제어될 수 있다. 이때, 회로(110)의 구조 상 출력전류 is1과 is2 및 부하로 흐르는 전류 iL의 합은 배터리 충방전 전류 ibat과 일치해야므로, 출력전류 is1과 is2는 전술한 조건 하에서 상호 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로의 벅-부스트 모드 동작 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 각 전력 제어 회로(110)에서 구현하는 실제적인 전력 제어 방식을 나타내고 있다. 도 4를 참조하면, 압전소자 모듈 및 태양광 모듈 등의 신재생 에너지원의 입력전압(54)과 배터리 방전전압(55A) 및 충전전압(55B)과의 교차점(57A, 57B)을 기준으로 전력 제어 회로(110)의 벅-부스트 모드의 동작이 결정됨을 알 수 있다. 즉, 전력 제어 회로(110)는 입력전압(54)이 방전전압(55A) 또는 충전전압(55B)보다 높으면, 벅-모드로 동작하고, 방전전압(55A) 또는 충전전압(55B)보다 낮으면, 부스트-모드로 동작하도록 전력용 스위치(102, 105)를 온/오프시킨다. 또한, 도 2를 함께 참조하면, 전력 제어 회로(110)는 배터리 충전전류 ibat의 크기를 고려하여 충전전압 최대점(55)에 도달하기 이전에는 전류제어 모드로 동작하고, 최대점(55)에서는 전압제어 모드로 변경하여 일정한 충 전압을 유지한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로의 병렬 제어에 대한 검증 결과를 나타낸 그래프, 도 6은 전력 제어 회로의 제어 모드 변경에 대한 검증 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 하나의 전압 입력 Vin1이 있는 경우, 배터리 충전전류 Ibat는 낮게 유지되고 있다가, 다른 전력 제어 회로(110)에서 입력 Vin2가 입력되면서 상승하게 된다. 이때, Vin1이 입력되는 전력 제어 회로(110)에서는 제 2 전류센서(117B)를 통해 Ibat이 상승하는 것을 검출하게 되므로, Vin2가 입력됨과 동시에 입력전류 Iin1이 감소하는 효과를 보임을 알 수 있다. 또한, 부하 전류 Iload는 새로운 전력 제어 회로(110)가 연결되더라도 각 회로(110)의 배터리 전류의 정확한 검출에 의해 일정한 상태를 유지하도록 출력전류가 분담되어 제어 되고 있음을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 입력전압이 변동할 때, 전력 제어 회로(110)의 제어 모드가 벅-모드와 부스트-모드로 변경되어 정상적으로 제어되고 있음을 알 수 있다. 또한, 부하 전류 Iload가 변경되더라도, 각 전력 제어 회로(110)의 배터리 충방전 전류에 대한 제어가 잘 이루어지고 있음을 알 수 있다. 즉, 전술한 도 5 및 도 6의 검증 결과를 통해 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로(110)는 배터리(200)를 통해 부하로 전력을 병렬로 공급하는 과정에서 전력 제어 회로(110) 간의 추가적인 구성없이도 배터리 충방전 전류를 정확하게 검출하여 상호 제어할 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 회로(110)를 이용한 전력 제어 방법은 제 1 전류센서(117A)를 통해 회로(110)의 출력전류를 검출하는 단계(S10), 제 2 전류센서(117B)를 통해 배터리(200)의 충방전 전류를 검출하는 단계(S20) 및 배터리(200)의 충방전 전류를 기초로 출력전류의 크기를 조절하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. 이는 배터리(200)와 병렬로 연결된 복수개의 전력 제어 장치들에서 개별적으로 수행되는 제어 과정을 의미한다. 각 단계에 관한 구체적인 내용은 도 3 내지 도 4를 통해 전술한 회로(110)에 관한 내용으로 갈음하도록 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 필터 102: 벅-모드 스위치
103: 인덕터 104: 부스터 다이오드
105: 부스터 전력용 스위치
110: 전력 제어 회로 117A: 제 1 전류센서
117B: 제 2 전류센서 118A: 제 1 출력단자
118B: 제 2 출력단자 120A: 제 1 센싱단자
120B: 제 2 센싱단자 127B: 전류 경로
200: 배터리 220: 외부 부하

Claims (7)

  1. 벅-부스트 모드로 동작하는 신재생 에너지원의 전력 제어 회로에 있어서,
    신재생 에너지원이 연결되는 입력 단자;
    일측에는 출력 전류를 검출하기 위한 제1 전류 센서가 연결되고, 타측에는 배터리 및 외부 부하가 연결되는 제1 출력 단자;
    상기 외부 부하와 연결되는 제2 출력 단자;
    일측에는 배터리의 충방전 전류를 검출하기 위한 제2 전류 센서가 연결되고, 타측에는 배터리가 연결되는 제1 센싱 단자; 및
    일측에는 상기 제2 전류 센서가 연결되는 제2 센싱 단자
    를 포함하고,
    복수 개의 전력 제어 회로들이 상기 배터리와 병렬로 연결되는 경우, 상기 복수 개의 전력 제어 회로들 중 하나의 제1 센싱 단자의 타측에는 상기 배터리가 아닌 나머지 회로의 제2 센싱 단자가 연결되며, 상기 복수 개의 전력 제어 회로들 중 하나의 제2 센싱 단자의 타측은 상기 복수 개의 전력 제어 회로들의 제2 출력 단자와 연결되는 것인, 전력 제어 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    하나의 전력 제어 회로만이 상기 배터리와 연결되는 경우,
    상기 제2 센싱 단자의 타측은 상기 제2 출력 단자와 연결되는 것인, 전력 제어 회로.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수 개의 전력 제어 회로들 각각은, 상기 배터리의 충전 최대 전류와 상기 제2 전류 센서에 의해 측정된 배터리의 충방전 전류의 크기를 비교하여 상기 외부 부하에 흐르는 전류 및 출력 전류들의 합이 상기 배터리의 충방전 전류의 크기와 일치하는 범위 내에서 상기 출력 전류들의 크기를 개별적으로 조절하는 것인, 전력 제어 회로.
  5. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 신재생 에너지원으로부터의 입력 전압이 변화하는 경우, 상기 입력 전압과 상기 배터리의 충방전 전압의 크기를 비교하여 벅-모드 또는 부스트-모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 회로.
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020200007588A 2020-01-20 2020-01-20 신재생 에너지원의 전력 제어 회로 KR102336746B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200007588A KR102336746B1 (ko) 2020-01-20 2020-01-20 신재생 에너지원의 전력 제어 회로

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200007588A KR102336746B1 (ko) 2020-01-20 2020-01-20 신재생 에너지원의 전력 제어 회로

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210093687A KR20210093687A (ko) 2021-07-28
KR102336746B1 true KR102336746B1 (ko) 2021-12-06

Family

ID=77126339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200007588A KR102336746B1 (ko) 2020-01-20 2020-01-20 신재생 에너지원의 전력 제어 회로

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102336746B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240044623A (ko) * 2022-09-29 2024-04-05 김동완 발전량의 증대를 위한 하이브리드 병렬형 전력변환기
KR20240044631A (ko) * 2022-09-29 2024-04-05 김동완 발전량의 증대를 위한 하이브리드 병렬형 전력변환 시스템
KR20240044626A (ko) * 2022-09-29 2024-04-05 김동완 발전량의 증대를 위한 하이브리드 병렬형 전력변환기의 전력제어 방법
KR102650607B1 (ko) * 2022-09-29 2024-03-26 김동완 발전량의 증대를 위한 오토인코더 기반 딥러닝 신경망 모델을 이용한 하이브리드 병렬형 전력변환시스템의 이상징후 감지 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101766433B1 (ko) * 2016-12-15 2017-08-08 지투파워 (주) 태양광 발전전력과 배터리 충방전 전력의 전력계통 연계운전을 위한 전력변환장치가 포함된 에너지저장 시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2641783B1 (en) * 2012-03-20 2016-04-20 Samsung SDI Co., Ltd. Battery pack and method of controlling the same
KR20160142979A (ko) 2015-06-04 2016-12-14 김현철 타이머기능으로 태양광 모듈관리를 이용한 태양광 관리 장치.
KR102512619B1 (ko) * 2015-11-10 2023-03-23 삼성전자주식회사 전자 장치 및 전자 장치에서 충전 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101766433B1 (ko) * 2016-12-15 2017-08-08 지투파워 (주) 태양광 발전전력과 배터리 충방전 전력의 전력계통 연계운전을 위한 전력변환장치가 포함된 에너지저장 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210093687A (ko) 2021-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102336746B1 (ko) 신재생 에너지원의 전력 제어 회로
TWI451112B (zh) 電池管理系統
JP5390925B2 (ja) 電池パック
US9871403B2 (en) Power feeding apparatus for solar cell, and solar cell system
JP6300905B2 (ja) エネルギ蓄積装置
EP3091658A1 (en) Solar cell testing apparatus and solar cell testing method
JP2008166690A (ja) アナログ光発電回路
CN102958245A (zh) 点亮装置、前照灯单元和车辆
US20110031926A1 (en) Battery charger for a phtovoltaic system, a controller therefor and a method of controlling the same
US20120106013A1 (en) Current sense circuit and battery over-current protection controller
US11001150B2 (en) Battery pack
US9979226B2 (en) Solar battery controller
US20180269688A1 (en) Method and device for recognising faults in a photovoltaic (pv) generator
KR101877564B1 (ko) 배터리 팩
US9780234B2 (en) Photovoltaic bypass and output switching
JP6275194B2 (ja) 光電池と光度測定デバイスを有するシステム及び光電池が受けた光度を測定する方法
US20150042348A1 (en) Capacitor power supply, voltage monitoring device, method of monitoring voltage, and method of manufacturing capacitor power supply
CN101842958B (zh) 用来给至少一个可重复充电的能量储存器充电的充电器
US9697961B2 (en) Photovoltaic bypass switching
KR102158259B1 (ko) 시스템과 배터리 결합 시 배터리 팩의 불량 분석 방법 및 시스템
JP2005168231A (ja) 並列モニタを有する電気二重層キャパシタ用充電回路
JPH07111740A (ja) 太陽電池用蓄電池の過充電防止回路
US20230344222A1 (en) Droop control in a dc operated system
CN219085102U (zh) 检测选通模块、电池管理系统及电池管理芯片
CN214626468U (zh) 功率器件及电池管理系统

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant