KR102534172B1 - 외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 dc-dc 컨버터 - Google Patents

외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 dc-dc 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 입력단에 신재생에너지 발전전류가 입력되고, 출력단에 부하와 배터리가 병렬 결선되는 DC-DC 컨버터에 있어서, DC-DC 컨버터의 출력단에 형성되어 DC-DC 컨버터의 출력전류를 측정하는 제1 전류계와; DC-DC 컨버터에 설치되어 외부전류를 측정할 수 있는 제2 전류계와; 상기 제1 전류계와 제2 전류계의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 상기 제2 전류계에서 측정되는 외부전류에 따라 DC-DC 컨버터의 출력전류를 제어시키는 제어부를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여 배터리 충/방전 전류의 순시 제어를 통한 배터리 보호가 가능하고, 부하전류 제어를 통한 부하전력의 실시간 분담 제어가 가능하므로, 신재생 에너지 전력시스템과 연계하여 안정적인 전력공급이 가능한 외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 DC-DC 컨버터가 제공되는 이점이 있다.

Description

외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 DC-DC 컨버터{DC-DC converter that instantaneously controls output current in conjunction with external current}
본 발명은 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 복수 개의 컨버터가 동시에 배터리와 부하에 전력을 공급하는 경우에 각 컨버터에서 효율적으로 전력을 관리할 수 있도록 하는 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
자원의 고갈과 환경보호를 위하여 태양광, 풍력과 같은 신재생 에너지에 대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 신재생 에너지는 기후와 같은 환경적인 요인에 크게 영향을 받아 연속적인 발전이 어려우므로, 이를 위하여 배터리와 같은 ESS(Energy Storage System)을 함께 결합하여 사용한다. 이러한 배터리는 발전된 전력을 충전하였다가, 불연속 발전 구간에서 연속적으로 전력을 공급한다.
이처럼, 신재생 에너지의 이용을 위한 컨버터로 낮은 전압과 높은 전압에 대해서 모두 일정한 전압 및 전류를 생성할 수 있는 벅-부스터 컨버터가 널리 활용되고 있다. 하지만, 하나의 컨버터로는 배터리 충전이나 전력 공급이 원활하지 않으므로, 복수 개의 컨버터를 병렬로 구동하여 배터리를 충전하거나, 부하에 전력을 공급하는 것이 일반적이며, 이때 부하의 공급을 분담하기 위한 병렬 제어 기술이 필수적이다.
또한, 배터리의 보호를 위해서는 배터리로부터 충전되는 전류와 방전되는 전류는 반드시 제한된 값 이내에서 이루어져야 하므로, 배터리의 충전 및 방전 전류를 검출하여 컨버터를 제어하는 것이 필수적이다.
이러한 기술로서, '태양광 연계 에너지 저장 시스템용 DC-DC 컨버터 및 그 제어방법(공개번호 : 10-2019-0137246)'에서는 태양광 연계 에너지 저장 시스템에서, 최소화된 기능만을 유지하여 배터리 소모를 최소화 하는 슬립모드와 배터리와 연결된 회로를 물리적으로 차단하여 배터리 과방전을 방지하는 차단모드를 적절히 전환하여 배터리의 과방전을 차단하는 DC-DC 컨버터 및 그 제어 방법을 개시하고 있다.
그러나 이러한 방법으로는 배터리에 공급되는 실제 충/방전 전류와 부하로 공급되는 부하전류를 따로 구분하여 확인할 수 없고, 단지 컨버터의 출력전류만을 확인할 수 있으므로 배터리의 충/방전 전류와 부하전류를 용이하게 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.
특히, 배터리의 충/방전 전류가 과다하게 입력되거나 과충전되는 경우 배터리의 수명이 급격하게 감소하고, 배터리 소손이 발생할 수 있다. 추가로, DC-DC 컨버터가 복수 개 병렬 연결되는 경우에는 각 컨버터에서 부하전류의 제어가 용이하지 않아 부하를 균일하게 분담하기에는 한계가 있으므로 이에 대한 새로운 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 시점이다.
KR 10-2019-0137246 A
병렬 연결되는 DC-DC 컨버터에서 배터리 충/방전 전류와 부하전류를 각각 산출하여 각 컨버터에서 배터리의 충전 및 방전 전류를 순시 제어함과 동시에 부하전류 제어를 통해 각 컨버터의 균일한 부하 분담이 가능한 DC-DC 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입력단에 신재생에너지 발전전류가 입력되고, 출력단에 부하와 배터리가 병렬 결선되는 DC-DC 컨버터에 있어서, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 DC-DC 컨버터 출력단에 형성되어 DC-DC 컨버터의 출력전류를 측정하는 제1 전류계와; 상기 DC-DC 컨버터에 설치되어 외부전류를 측정할 수 있는 제2 전류계와; 상기 제1 전류계와 제2 전류계의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 상기 제2 전류계에서 측정되는 외부전류에 따라 DC-DC 컨버터의 출력전류를 제어시키는 제어부를; 포함하여 구성되며, 복수 개의 상기 DC-DC 컨버터를 각 DC-DC 컨버터의 출력단은 상기 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 상기 제1 전류계에서는 각 DC-DC 컨버터의 출력전류가 측정되게 연결하고, 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계는 상기 배터리의 일측 전류선로에 직렬 연결시켜 배터리 충/방전 전류가 측정되게 연결하여 복수 개의 각 DC-DC 컨버터에서 독립적으로 DC-DC 컨버터의 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 감지하여 DC-DC 컨버터의 출력전류를 독립 제어시키는 것을 특징으로 하는 외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 DC-DC 컨버터를 기술적 요지로 한다.
본 발명은 또한, 상기 DC-DC 컨버터에 외부전류를 측정하여 상기 제어부로 전달하는 제3 전류계를; 더 포함하여 구성되어 각 DC-DC 컨버터의 출력단은 상기 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 각 DC-DC 컨버터의 제1 전류계에서 각 DC-DC 컨버터의 출력전류가 측정되게 하고, 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계는 상기 배터리의 접지측 전류선로에 직렬 연결시켜 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계에서 독립적으로 배터리 충/방전 전류가 측정되게 하며 각 DC-DC 컨버터의 제3 전류계는 상기 제2 전류계들의 직렬 연결 선로에 연속해서 직렬 연결시키고, 상기 제2 전류계들과 제3 전류계들의 직렬 연결 사이에는 부하의 접지 선로를 연결시켜, 각 DC-DC 컨버터의 제3 전류계에서 배터리 충/방전 전류와 부하전류의 합전류가 측정되게 함으로써, 각 DC-DC 컨버터의 제어부에서 독립적으로 각 DC-DC 컨버터의 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 연산하여 각 DC-DC 컨버터의 출력전류를 독립 제어시키는 것을 특징으로 하는 외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 DC-DC 컨버터로 되는 것이 바람직하다.
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상기 과제의 해결수단에 의한 본 발명은, 각 컨버터에서 출력전류와 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 각각 측정할 수 있다는 효과가 있다.
따라서 배터리 충/방전 전류의 순시 제어를 통한 배터리 보호가 가능하고, 부하전류 제어를 통한 부하전력의 실시간 분담 제어가 가능하다는 효과가 있다.
또한, 신재생 에너지 전력시스템과 연계하여 안정적인 전력공급이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 감지하기 위한 회로 구조도.
도 2는 종래에 2개의 컨버터를 병렬 연결시킨 경우를 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 컨버터를 병렬 연결시킨 경우 컨버터 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 감지하기 위한 회로도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 감지하기 위한 회로 구조도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 컨버터를 병렬 연결시킨 경우 컨버터 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 감지하기 위한 회로 구조도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 컨버터를 병렬 연결시킨 경우 컨버터 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 감지하기 위한 회로도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2개의 컨버터를 병렬 연결시킨 경우 컨버터 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 감지하기 위한 회로도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 병렬연결 회로에서 배터리 전류 및 부하 분담을 위한 제어 블록도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 신재생에너지 발전단, 전류계, 컨버터 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 DC-DC 컨버터를 포함하는 전기회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 신재생에너지 발전단(100), DC-DC 컨버터(200), 배터리(300) 및 부하(400)를 포함하여 이루어진다. 신재생에너지 발전단(100)에서 생성된 전류가 DC-DC 컨버터(200 : 이하 '컨버터')를 통과하면서 제어되어 배터리(300)와 부하(400)로 공급되는 것이다.
여기서 컨버터(200)는 벅-부스터형 컨버터를 예로 들어 설명하기로 한다. 벅-부스터형 컨버터는 높은 입력전압에 대하여 출력전압을 스위칭하여 조절하기 위한 벅 스위치와 보호용 다이오드로 구성되고, 낮은 입력전압에 대하여 출력전압을 유지하기 위한 부스트 스위치와 부스트 인덕터 및 다이오드가 포함된다. 또한, 컨버터의 출력전류를 검출하기 위하여 전류 센서와 같은 전류계가 포함된다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 벅-부스터형 컨버터를 나타내고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 컨버터에 적용 가능하다.
종래의 컨버터(200)는 복수 개 사용되는 경우, 도 2와 같이 출력단을 공유하여 간단하게 병렬 회로를 구성하여 부하(400)와 배터리(300)에 연결할 수 있다는 장점이 있으나, 각 컨버터(200)에서 배터리(300)에 충전되는 실제 충/방전 전류(iB)와 부하(400)로 공급되는 부하전류(iL)를 따로 구분하여 확인할 수 없고, 단지 컨버터의 출력단에 형성된 전류센서(210-1, 210-2)에서 검출되는 출력전류 (iC1, iC2)만을 확인할 수 있으므로, 컨버터(200)에서 배터리의 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL)를 제어할 수 없는 단점이 있다.
그런데, 배터리(300)의 경우 과충전이 되거나, 충/방전 전류가 과다하게 입력되는 경우에는 배터리(300)의 수명이 급격하게 감소하고, 배터리(300) 소손이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 배터리(300)의 과충전 및 충/방전 전류로 인한 소손과 수명 단축을 방지하기 위해서는 컨버터(200)에서 배터리의 충/방전 전류(iB)를 별도로 검출하고, 검출된 배터리의 충/방전 전류(iB)에 따라 컨버터(200)의 출력전류를 제어하는 것이 바람직하다.
이를 위하여 본 발명은 도 1에서 보여주는 바와 같이 상기 컨버터(200)에 컨버터(200)의 출력전류(iC)를 검출하는 제1 전류계(210), 외부전류를 검출하는 제2 전류계(220) 및 제1 전류계(210)와 제2 전류계(220)의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 컨버터(200)의 출력전류(iC)를 제어하는 제어부(240)를 포함하여 구성되도록 한다.
이때, 배터리(300)의 일측 전류선로를 상기 제2 전류계(220)에 연결시키면 제2 전류계(220)에서 검출하는 외부전류는 배터리(300)의 충/방전 전류(iB)가 된다.
상기 제어부(240)는 컨버터(200)의 출력전류(iC)와 배터리 충/방전 전류(iB)를 동시에 감지하여 배터리 충/방전 전류(iB)에 따라 컨버터(200)의 출력전류(iC)를 제어시킴으로써 배터리의 과충전을 방지할 수 있게 된다.
추가로, 부하(400)에 24시간 일정한 전력이 공급되어야 하는 경우와 같이 배터리(300)의 전류제어보다 부하(400)의 전류제어가 더 중요한 경우에는, 컨버터(200)의 제2 전류계(220)에 배터리(300)의 일측 전류선로가 아닌 부하(400)의 일측 전류선로를 연결시킬 수도 있다.
즉, 제2 전류계(220)에 부하(400) 일측 전류선로를 연결시키면 제2 전류계(220)에 연결되는 외부전류는 부하전류(iL)가 되며, 상기 제어부(240)는 컨버터(200)의 출력전류(iC)와 부하전류(iL)를 감지하며 부하전류(iL)에 따라 컨버터(200)의 출력전류(iC)를 제어시키게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면 배터리(300)의 보호와 부하(400) 분담 중 더 중요한 사항에 따라 배터리(300)의 일측 전류선로 또는 부하(400)의 일측 전류선로를 상기 제2 전류계(220)에 연결되는 외부전류로 선택하면, 상기 외부전류에 따라 컨버터(200)의 출력전류(iC)가 제어되는 장치가 제공된다.
한편, 도 3에서 보여지는 바와 같이 복수 개의 컨버터(200-1, 200-2)가 배터리(300)와 부하(400)에 연결되는 경우, 종래기술방식과 같이 복수 개의 컨버터(200-1, 200-2) 출력단을 배터리(300)와 부하(400)에 병렬 연결시켜 사용된다.
이러한 경우에 도 3에 도시된 바와 같이 배터리(300) 일측 전류선로를 각 컨버터(200-1, 200-2)의 제2 전류계(220-1, 220-2)들에 직렬 연결시키면, 각 컨버터(200-1, 200-2) 모두에서 독립적으로 컨버터(200)의 출력전류(iC)와 배터리(300)의 충/방전 전류(iB)를 측정하여 제어부로 전달된다.
이에 대하여 도 3과 함께 자세하게 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 컨버터(200) 2개를 병렬 연결시키는 실시예이다.
도 3에서 보여지는 바와 같이 2개의 컨버터(200-1, 200-2) 모두에서 동시에 배터리 충/방전 전류(iB)를 검출하기 위하여 배터리(300)의 일측 전류선로에서 각 컨버터(200-1, 200-2)의 제2 전류계(220-1, 220-2)가 직렬 연결되어, 각 컨버터(200-1, 200-2)의 제2 전류계(220-1, 220-2)에서 배터리(300)의 충/방전 전류(iB)가 독립적으로 검출된다.
상술한 바와 같이 각 컨버터(200)에서는 컨버터의 출력전류(iC)와 배터리 충/방전 전류(iB)를 검출하면 배터리 충/방전 전류(iB)에 따라 제어부(240)에서 컨버터의 출력전류(iC)를 제어시킴으로써 배터리(300)의 충/방전 전류(iB)를 제어할 수 있으므로 배터리(300)의 과충전을 방지할 수 있으며, 이를 통하여 배터리(300)의 소손 및 수명 감소를 억제할 수 있다.
그런데, 도 3과 같은 회로 결선에서는 각 컨버터(200)에서 다른 컨버터(200)의 출력전류(iC)나 부하전류(iL)는 검출할 수 없으므로(구체적으로, 배터리 충/방전 전류(iB)를 외부전류로 선택하여 제2 전류계(220-1, 220-2)에 연결시키면, 컨버터(200-1)에서는 컨버터(200-2)의 출력전류(iC2)나 부하전류(iL)을 검출할 수 없다.), 정확한 부하 분담이 불가능하며, 이는 컨버터(200) 상태에 따라 수시로 바뀌므로 부하(400) 분담 제어는 이루어지지 않는 문제점이 여전히 존재한다.
이를 해결하기 위하여 본 발명의 컨버터(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 외부전류를 측정하여 제어부로 전달하는 제3 전류계(230)를 더 포함하여 구성되어, 제2 전류계(220)와 제3 전류계(230)를 배터리(300)의 접지측 전류선로에 직렬로 연결시키고, 제2 전류계(220)와 제3 전류계(230) 사이에는 부하(400)의 접지측 전류선로를 연결시킨다.
이에 의하면, 도 4에서 보여지는 바와 같이 제1 전류계(210)에서는 컨버터(200)의 출력전류(iC)를, 제2 전류계(220)에서는 배터리 충/방전 전류(iB)를, 제3 전류계(230)에서는 배터리 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL)의 합전류(iB + iL)를 검출할 수 있게 된다.
제어부(240)에서는 이렇게 검출된 배터리 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL)가 더해진 합전류(iB + iL)에서 배터리 충/방전 전류(iB)를 연산하면 부하전류(iL)를 산출할 수 있다.
즉, 이러한 방법으로 컨버터(200)에서는 컨버터의 출력전류(iC), 배터리 충/방전 전류(iB), 부하전류(iL)를 각각 산출할 수 있다.
상술한 바와 같이 컨버터(200)에서 컨버터의 출력전류(iC)와 배터리 충/방전 전류(iB), 부하전류(iL)를 검출하면 배터리(300)의 충전전류량과 컨버터(200)의 부하(400) 분담에 따라 제어부(240)에서 컨버터의 출력전류(iC)를 제어할 수 있으므로, 배터리(300)의 과충전을 방지하고, 균등한 부하(400) 분담이 가능하다.
한편, 복수 개의 컨버터(200)를 배터리(300)와 부하(400)에 병렬 연결시켜 사용하는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 각 컨버터(200)의 제2 전류계(220)들을 먼저 직렬 연결시킨다.
도 5는 3개의 컨버터(200-1, 200-2, 200-3)를 배터리(300)와 부하(400)에 병렬 연결시켜 사용하는 실시예이다.
도 5의 실시예에서 보여지는 바와 같이 상기 제2 전류계(220)들을 직렬 연결시킨 선로를 배터리전류 감지선로(250)로 정의하면, 상기 배터리전류 감지선로(250)의 일측단에는 배터리(300)의 접지측 단자와 연결된다.
또한, 도 5에서 보여지는 바와 같이, 각 컨버터(200)의 제3 전류계(230)들 역시 전부 직렬 연결되며, 상기 제3 전류계(230)들을 직렬 연결시킨 선로를 부하전류 감지선로(260)로 정의하면, 상기 부하전류 감지선로(260)의 일측단은 상기 배터리전류 감지선로(250)의 타측단 및 부하의 접지단자와 연결되고, 부하전류 감지선로(260)의 타측단은 접지와 연결된다.
이와 같은 결선에 의하면, 각 컨버터(200-1, 200-2, 200-3)의 제1 전류계(210-1, 210-2, 210-3)에서는 각 컨버터(200-1, 200-2, 200-3)의 출력전류(iC1, iC2, iC3)가 독립 측정되고, 각 컨버터(200-1, 200-2, 200-3)의 제2 전류계(220-1, 220-2, 220-3)에서는 배터리 충/방전 전류(iB)가 독립 측정되고, 각 컨버터(200-1, 200-2, 200-3)의 제3 전류계(230-1, 230-2, 230-3)에서는 배터리 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL)가 더해진 합전류(iB + iL)가 독립 측정된다.
각 컨버터(200-1, 200-2, 200-3)의 제어부(240-1, 240-2, 240-3)에서는 이렇게 검출된 배터리 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL)가 더해진 합전류(iB + iL)에서 배터리 충/방전 전류(iB)를 이용하여 부하전류(iL)를 산출할 수 있다.
즉, 이러한 방법으로 n(n은 자연수)개의 컨버터가 사용되는 경우, 각 컨버터(200-1, 200-2, 200-3, ....200-n))에서는 컨버터의 출력전류(iC1, iC2, iC3, ...iCn), 배터리 충/방전 전류(iB), 부하전류(iL)를 각각 산출할 수 있는 것이다.
이하, 도 5의 회로 결선을 구체화시킨 도 6과 함께 자세히 살펴보기로 한다.
도 6은 2개의 컨버터(200-1, 200-2)를 병렬 연결시켜 사용하는 실시예로서, 2개의 컨버터(200-1, 200-2) 모두에서 동시에 배터리 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL)를 검출하기 위한 회로가 도시되어 있다.
도 6에서 보여지는 바와 같이 배터리(300)의 접지측 전류선로는 양측 컨버터(200-1, 200-2)의 각 제2 전류계(220-1, 220-2)들에 직렬 연결된 후, 각 제3 전류계(230-1, 230-2)들에 직렬 연결되고 접지된다.
또한, 배터리(300)의 접지측 전류선로 중 제2 전류계(220-1, 220-2)의 직렬연결 선로와 제3 전류계(230-1, 230-2)의 직렬 연결 선로를 연결시킨 부분에 부하(400)의 접지측 전류선로를 연결시킨다.
즉, 각 제2 전류계(220-1, 220-2)를 직렬 연결시킨 배터리전류 감지선로(250)와 각 제3 전류계(230-1, 230-2)를 직렬 연결시킨 부하전류 감지선로(260) 사이에 부하(400)의 접지측 전류선로가 연결된다.
이에 따라, 각 제2 전류계(220-1, 220-2)에서는 배터리 충/방전 전류(iB)가 검출되고, 각 제3 전류계(230-1, 230-2)에서는 배터리 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL)가 더해진 합전류(iB + iL)가 검출되므로 각 컨버터(200-1, 200-2)의 제어부(240-1, 240-2 : 도 6에는 미도시됨)에서는 연산을 통해 부하전류(iL)을 검출할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 도 7과 함께 살펴보면, 도 7에서는 부하전류(iL)의 연산부담을 제어부(240)에 부담시키지 않고, 제3 전류계(230)에서 직접 검출되도록 하는 결선방법을 제시하고 있다.
도 7에서 보여지는 바와 같이 배터리(300)의 접지측 전류선로가 양측 컨버터(200-1, 200-2)의 각 제2 전류계(220-1, 220-2)에 직렬 연결되도록 하는 배터리전류 감지선로(250)를 결선시키고, 부하(400)측 전류선로는 양측 컨버터(200-1, 200-2)의 각 제3 전류계(230-1, 230-2)에 직렬 연결시키면, 각 제2 전류계(220-1, 220-2)에서는 배터리 충/방전 전류(iB)가 검출되고, 각 제3 전류계(230-1, 230-2)에서는 부하전류(iL)만 검출된다.
도 6에서 제시하는 방법과는 달리, 도 7에서 제시하는 방법에 의한 결선은 제2 전류계(220)에서는 배터리 충/방전 전류(iB)를, 제3 전류계(230)에서는 부하전류(iL)를 각각 검출하므로, 제어부(240)의 부하전류(iL) 연산 부담이 줄어드는 이점이 있다.
도 8은 도 7의 제어부(240)에서 실제 배터리 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL) 분담을 위한 것으로서, 컨버터(200)의 지령 전압을 생성하기 위한 제어부(240)의 실시예를 나타낸다.
입력값인 iC1, iC2, iB, IB * 은 각각 도 7에서 컨버터(200-1)의 출력전류(iC1), 컨버터(200-2)의 출력전류(iC2), 배터리 충/방전 전류(iB), 배터리 지령전류(IB * )를 나타내며, 도 7에서 두 컨버터(200-1, 200-2)의 출력전류의 합은 배터리 충/방전 전류(iB)와 부하전류(iL)의 합과 같으므로, 각 컨버터(200)에서 다른 컨버터(200)의 출력전류는 다음과 같이 산출될 수 있다.
컨버터(200-1)에서 연산하는 컨버터(200-2)의 출력전류 : iC2 = iL + iB - iC1
컨버터(200-2)에서 연산하는 컨버터(200-1)의 출력전류 : iC1 = iL + iB - iC2
또한, 배터리 충/방전 전류(iB)를 제어하기 위한 오차ΔiB는 다음과 같이 산출될 수 있다.
ΔiB = IB * - iB
이때, IB * 은 배터리(300)의 충/방전 전류 지령치이고, iB는 제2 전류계(220)로부터 구해지는 실제 배터리(300)의 충/방전 전류를 나타내고 있다.
부하 분담을 위한 두 컨버터(200-1, 200-2) 사이의 오차 ΔiC 는 컨버터(200-1)에서 본 오차이므로, 다음과 같이 산출될 수 있다.
ΔiC = iC1 - iC2
따라서, 도 8의 컨버터(200a, 200b) 제어부(240)로부터 출력되는 제어출력전압 Vo *는 다음과 같이 수학식 1로 계산될 수 있다.
Figure 112022013644028-pat00001
단, Kpcc는 제어기의 비례이득(10)이고, Kicc은 제어기의 적분이득(20)이며, Kacc는 제어기의 안티-와인드업 제어이득(30)을 나타낸다. 제어출력전압 V* ox는 제어부(240)의 전압 제한에 의해서 제한되어 최종 지령전압 Vo *가 벅-부스터 컨버터의 지령전압으로 결정된다. 이때 전압 제한값 Vmin과 Vmax는 사용자의 부하(400) 상태나 배터리(300)의 최대 충전 및 최대 방전 전압을 고려하여 결정 될 수 있다.
삭제
이러한 방법으로 신재생에너지 발전단(100)을 위한 벅-부스터 컨버터(200)와 배터리(300) 등의 ESS를 결합한 병렬 시스템에서, 배터리(300)의 충전 및 방전 전류를 순시 제어함과 동시에 부하(400) 전류에 대한 부하 분담을 각 컨버터(200)에서 동시에 수행할 수 있도록 병렬 회로를 결선할 수 있다.
이를 통해 복수 개의 컨버터(200)가 동시에 배터리(300)와 부하(400)에 전력을 공급하는 경우 각 컨버터(200)에서 균일하게 부하(400)를 제어할 수 있는 장점이 있고, 효율적인 전력 관리가 가능하다는 효과가 있다. 또한, 배터리(300)의 보호를 위해서 순시적으로 배터리(300) 충/방전 전류를 실시간으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 충전전류 및 부하분담 제어를 위한 DC-DC 컨버터를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
100: 신재생에너지 발전단
200: 컨버터
210: 제1전류계
220: 제2전류계
230: 제3전류계
240: 제어부
250: 배터리전류 감지선로
260: 부하전류 감지선로
300: 배터리
400: 부하

Claims (6)

  1. 입력단에 신재생에너지 발전전류가 입력되고, 출력단에 부하와 배터리가 병렬 결선되는 DC-DC 컨버터에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는
    상기 DC-DC 컨버터 출력단에 형성되어 DC-DC 컨버터의 출력전류를 측정하는 제1 전류계와;
    상기 DC-DC 컨버터에 설치되어 외부전류를 측정할 수 있는 제2 전류계와;
    상기 제1 전류계와 제2 전류계의 측정 전류값을 입력받아 연산하고 상기 제2 전류계에서 측정되는 외부전류에 따라 DC-DC 컨버터의 출력전류를 제어시키는 제어부를; 포함하여 구성되어
    복수 개의 상기 DC-DC 컨버터를
    각 DC-DC 컨버터의 출력단은 상기 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 상기 제1 전류계에서는 각 DC-DC 컨버터의 출력전류가 측정되게 연결하고,
    각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계는 상기 배터리의 일측 전류선로에 직렬 연결시켜 배터리 충/방전 전류가 측정되게 연결하여
    복수 개의 각 DC-DC 컨버터에서 독립적으로 DC-DC 컨버터의 출력전류와 배터리 충/방전 전류를 감지하여 DC-DC 컨버터의 출력전류를 독립 제어시키는 것을 특징으로 하는 외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터에는,
    외부전류를 측정하여 상기 제어부로 전달하는 제3 전류계를;
    더 포함하여 구성되어
    각 DC-DC 컨버터의 출력단은 상기 배터리와 부하에 병렬 연결시켜 각 DC-DC 컨버터의 제1 전류계에서 각 DC-DC 컨버터의 출력전류가 측정되게 하고,
    각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계는 상기 배터리의 접지측 전류선로에 직렬 연결시켜 각 DC-DC 컨버터의 제2 전류계에서 독립적으로 배터리 충/방전 전류가 측정되게 하며
    각 DC-DC 컨버터의 제3 전류계는 상기 제2 전류계들의 직렬 연결 선로에 연속해서 직렬 연결시키고, 상기 제2 전류계들과 제3 전류계들의 직렬 연결 사이에는 부하의 접지 선로를 연결시켜, 각 DC-DC 컨버터의 제3 전류계에서 배터리 충/방전 전류와 부하전류의 합전류가 측정되게 함으로써,
    각 DC-DC 컨버터의 제어부에서 독립적으로 각 DC-DC 컨버터의 출력전류, 배터리 충/방전 전류, 부하전류를 연산하여 각 DC-DC 컨버터의 출력전류를 독립 제어시키는 것을 특징으로 하는 외부전류 연동식 출력전류 순시제어형 DC-DC 컨버터.
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