KR20070072825A

KR20070072825A - 직류회생방식의 충방전 시스템

Info

Publication number: KR20070072825A
Application number: KR1020060108493A
Authority: KR
Inventors: 나종국; 김영준; 김만래
Original assignee: (주)갑진
Priority date: 2006-01-02
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2007-07-05
Also published as: WO2007078053A1; KR100854707B1

Abstract

본 발명은 충방전 시스템에 관한 것으로, DC전력공급유닛(A)의 DC전력공급라인에 적어도 2개 이상의 충방전기(B1∼Bn)가 연결되고, 상기 방전용 부하(D)가 DC전력공급유닛(A)의 DC전력공급라인에 연결되어서, 충방전기(B1∼Bn)가 DC전력공급라인으로부터 DC전력을 입력받아서 2차전지(E1∼En)를 충전하고, 충전된 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전력을 DC전력공급라인으로 회생하되, 방전용 부하(D)가 DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출하여 DC전력공급라인의 전류 및 전압이 허용치 이상으로 상승되면 DC전력공급라인의 전력을 소비하는 방식을 취하고 있으므로, 충방전 시스템의 전력소비가 획기적으로 감소되는 효과가 있다.

Description

직류회생방식의 충방전 시스템{Charge and discharge system of a direct current regenerative form}

도 1은 본 발명에 따른 충방전 시스템을 도시한 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 충방전 시스템을 구성하는 충방전유닛의 제2실시예를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 충방전 시스템을 구성하는 충방전유닛의 제3실시예를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 충방전 시스템을 구성하는 충방전유닛의 제4실시예를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 충방전 시스템을 구성하는 충방전유닛의 제5실시예를 도시한 도면이다.

- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어 설명 -

A ; DC전력공급유닛, B1∼Bn ; 충방전기,

C ; 메인 제어유닛, D ; 방전용 부하,

E,E1∼En ; 2차전지, F1,F2 ; 스위칭유닛,

110∼150 ; 충방전유닛, 111 ; 충전유닛,

111a ; 전력변환부, 111b ; 정류부,

112 ; 방전유닛, 112a ; 전력변환부,

112b ; 정류부, 200 ; 충방전 제어유닛,

a1∼a3 ; 권선, b1∼b11 ; 스위치,

c1∼c5 ; 다이오드, d1∼d5 ; 인덕터.

본 발명은 충방전 시스템에 관한 것으로, 특히 방전 전력을 회생해서 2차전지 충전에 사용할 수 있는 DC회생방식의 충방전 시스템에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 2차전지는, 작용물질의 화학변화가 끝나면 수명(壽命)을 다하여 재생할 수 없는 1차전지와는 달리, 전기에너지를 방출하여 작용물질이 변화한 후에 전지에 전기에너지를 공급하면, 즉 충전하면 작용물질이 다시 재생되어 이를 되풀이할 수 있는 장점으로 인해 축전지로 주로 사용된다.

이러한 2차전지는 제조과정에서 충방전 시스템을 매개로 충방전을 반복하여 2차전지의 제품 성능을 테스트한 후, 최종적으로 2차전지를 충전하여 제품 완성한다.

종래 충방전 시스템은, DC전력을 감압하여 2차전지를 충전하고, 충전된 2차전지로부터의 DC전력을 방전용 부하를 통해 소비시켜서 방전하는 방식을 취하고 있다.

그러나, 종래 충방전 시스템은, 방전용 부하가 충방전 시스템을 구성하는 충방전기의 방전유닛에 각각 독립적으로 설치되어, 방전 DC전력 모두가 방전용 부하를 통해서 소비되도록 되어 있어서, 전력 소비가 크게 발생되었다.

또한, 종래 충방전 시스템은, 상기 방전용 부하가 충방전기에 각각 개별적으로 자체 구비되어 있으므로, 2차전지의 방전시에 방전용 부하가 고온으로 가열되면 충방전기를 구성하고 있는 주변 구성요소들이 고온에 의해 열손상되는 문제가 초래된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해서 발명된 것으로, 방전 전력을 회생해서 2차전지의 충전에 사용할 수 있는 DC회생방식의 충방전 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 2차전지 충전용 DC전력을 DC전력공급라인을 통해 충방전기로 공급하되, DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출 하여 DC전력을 안정적으로 공급하는 DC전력공급유닛과 ; DC전력공급유닛으로부터 DC전력을 공급받아서 2차전지를 충전하거나, 충전된 2차전지를 방전하는 충방전기 ; 충방전기의 작동을 제어하는 메인 제어유닛 및; 충방전기로부터의 방전 전력을 소비하는 방전용 부하를 갖춘 충방전 시스템에 있어서, 상기 DC전력공급유닛의 DC전력공급라인에 적어도 2개 이상의 충방전기가 연결되고, 상기 방전용 부하가 DC전력공급유닛의 DC전력공급라인에 연결되어서, 충방전기가 DC전력공급라인으로부터 DC전력을 입력받아서 2차전지를 충전하고, 충전된 2차전지로부터의 DC전력을 DC전력공급라인으로 회생하되, 방전용 부하가 DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출하여 DC전력공급라인의 전류 및 전압이 허용치 이상으로 상승되면 DC전력공급라인의 전력을 소비하는 것을 특징으로 하는 구조로 되어 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1에 의하면 본 발명에 따른 충방전 시스템은, 2차전지(E1∼En) 충전용 DC전력을 DC전력공급라인을 통해 충방전기(B1∼Bn)로 공급하되, DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출하여 DC전력을 안정적으로 공급하는 DC전력공급유닛(A)과 ; DC전력공급유닛(A)으로부터 DC전력을 공급받아서 2차전지(E1∼En)를 충전하거나, 충전된 2차전지(E1∼En)를 방전하는 충방전기(B1∼Bn) ; 충방전기(B1∼Bn)의 작동을 제어하는 메인 제어유닛(C) 및; 충방전기(B1∼Bn)로부터의 방전 전력을 소비하는 방전용 부하(D)를 갖춘 구조를 이룬다.

여기서, 본 발명의 경우에는, 상기 DC전력공급유닛(A)의 DC전력공급라인에 적어도 2개 이상의 충방전기(B1∼Bn)가 연결되고, 상기 방전용 부하(D)가 DC전력공급유닛(A)의 DC전력공급라인에 연결되어서, 충방전기(B1∼Bn)가 DC전력공급라인으로부터 DC전력을 입력받아서 2차전지(E1∼En)를 충전하고, 충전된 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전력을 DC전력공급라인으로 회생하되, 방전용 부하(D)가 DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출하여 DC전력공급라인의 전류 및 전압이 허용치 이상으로 상승되면 DC전력공급라인의 전력을 소비하는 것을 특징으로 하고 있다는 점을 주목할 필요가 있다.

상기 DC전력공급유닛(A)은 DC전력 공급이 안정적으로 이루어지도록, DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출하여 피드백 제어할 수 있는 것이라면 공지의 어떠한 것이라도 모두 적용가능하다. 이처럼 피드백 제어할 수 있는 DC전력공급유닛(A)은 당해 업계에 이미 널리 공지되어서 공연 실시되고 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 충방전기(B1∼Bn)는 DC전력공급라인으로부터의 DC전력을 감압하여 2차전지(E1∼En)를 충전하고, 충전된 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전력을 승압하여 DC전력공급라인으로 회생하는 충방전유닛과 ; 메인 제어유닛(C)에 의해 작동 제어되고, 2차전지(E1∼En)의 충전전류 및 충전전압과, 방전전류 및 방전전압을 검출하여, 충방전유닛의 작동을 제어하는 충방전 제어유닛(200)으로 이루어진다.

본 실시예의 경우, 상기 충방전유닛(110)은, 충방전 제어유닛(200)에 의해 작동 제어되어서 DC전력공급라인으로부터의 DC전력을 AC로 변환하면서 감압하는 전력변환부(111a)와, 전력변환부(111a)로부터의 감압된 AC전력을 DC전력으로 정류하 여 2차전지(E1∼En)로 출력하는 정류부(111b)로 이루어진 충전유닛(111)과 ; 충방전 제어유닛(200)에 의해 작동 제어되어서 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전력을 AC로 변환하면서 승압하는 전력변환부(112a)와, 전력변환부(112a)로부터의 승압된 AC전력을 DC전력으로 정류하여 DC전력공급라인으로 출력하는 정류부(112b)로 이루어진 방전유닛(112)으로 구성된 것을 적용하였다. 상기 충방전 제어유닛(200)은 2차전지(E1∼En)의 충방전이 적절하게 이루어지도록, 2차전지(E1∼En)의 충전전류 및 충전전압과, 방전전류 및 방전전압을 검출하여 피드백 제어할 수 있는 것이라면 공지의 어떠한 것이라도 모두 적용가능하다. 이처럼 피드백 제어할 수 있는 충방전 제어유닛(200)은 당해 업계에 이미 널리 공지되어서 공연 실시되고 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 메인 제어유닛(C)은 충방전기(B1∼Bn)의 작동을 제어하는 제어수단으로서, 충방전기(B1∼Bn)의 충방전 제어유닛(200)을 작동 제어해서 충방전유닛(110)의 작동을 간접적으로 제어한다. 이러한 메인 제어유닛(C)은 충방전기(B1∼Bn)별로 2차전지(E1∼En)의 충전전류 및 충전전압과, 방전전류 및 방전전압을 검출해서 해당 충방전기(B1∼Bn)가 제대로 작동하고 있는가를 감시한다. 한편, 상기 충방전기(E1∼En)의 갯수가 적은 경우에는, 아날로그 신호인 2차전지(E1∼En)로부터의 충방전전류 및 충방전전압을 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D컨버터[ 도시안됨 ; 메인 제어유닛(C)을 구성하는 구성요소임 ]를 충방전기(E1∼En)당 1개씩 개별적으로 설치할 수도 있지만, 충방전기(E1∼En)의 갯수가 많은 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 메인 제어유닛(C)에 의해 작동 제어되는 충방전전류 검출용 스위칭 유닛(F1)과 충방전전압 검출용 스위칭유닛(F2)을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 충방전전류 검출용 스위칭유닛(F1)에 각 충방전기(E1∼En)로부터의 충방전전류 검출라인을 연결하고, 충방전전압 검출용 스위칭유닛(F2)에 각 충방전기(E1∼En)로부터의 충방전전압 검출라인을 연결해서, 충방전기(E1∼En)로부터의 충방전전류와 충방전전압을 순차적이면서 연속적으로 검출하면, 1개의 충방전전류 검출용 A/D컨버터와, 1개의 충방전전압 검출용 A/D컨버터만으로도 모든 충방전기(E1∼En)의 충방전전류와 충방전전압을 검출할 수 있는 장점이 있다. 참고로, 상기 메인 제어유닛(C)이 2차전지(E1∼En)의 충전전류 및 충전전압과, 방전전류 및 방전전압을 검출하는 이유는 해당 충방전기(B1∼Bn)가 제대로 작동하고 있는가를 감시하기 위함이므로, 모든 충방전기(B1∼Bn)의 작동을 실시간으로 동시에 검출해야 할 필요가 없다.

상기 방전용 부하(D)는, DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출해서, DC전력공급라인의 전류 및 전압이 허용치 이상으로 상승되는 경우에만 DC전력공급라인의 전력을 소비하는 것이라면 공지의 어떠한 것이라도 모두 적용 가능하다. 이러한, 방전용 부하(D) 역시도 당해 업계에 이미 널리 공지되어서 공연 실시되고 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 충방전 시스템의 작동 상태를 설명해 보면 다음과 같다.

우선, 각 충방전기(B1∼Bn)의 충방전유닛(110)에 충전할 2차전지(E1∼En)가 설치되고, DC전력공급유닛(A)으로부터의 DC전력이 DC전력공급라인을 통해서 충전유닛(111)의 전력변환부(111a)로 입력되는 상태에서, 메인 제어유닛(C)으로부터 충전신호가 충방전 제어유닛(200)으로 입력되면, 충전유닛(111)의 전력변환부(111a)는 충방전 제어유닛(200)에 의해 가동되고, 방전유닛(112)의 전력변환부(112a)는 충방전 제어유닛(200)에 의해 작동정지된다. 이처럼 충전유닛(111)의 전력변환부(111a)가 가동되면, DC전력공급라인으로부터의 DC전력이 전력변환부(111a)에 의해서 AC로 변환되면서 감압되어 정류부(111b)로 출력되고, 전력변환부(111a)로부터의 AC전력은 정류부(111b)에 의해서 DC전력으로 정류되어 해당 2차전지(E1∼En)로 출력된다. 이때, 상기 방전유닛(112)의 전력변환부(112a)는 작동정지되어서 정류부(112b)로의 방전라인이 차단된 상태이므로, 2차전지(E1∼En)는 해당 충전유닛(111)의 정류부(111b)로부터의 DC전력을 입력받아서 충전된다. 상기 2차전지(E1∼En)의 충전시, 충방전 제어유닛(200)은 2차전지(E1∼En)로의 충전전류와 충전전압을 검출해서, 전류오차와 전압오차가 보상되도록 충전유닛(111)의 작동을 적절히 제어한다.

반면, 각 충방전기(B1∼Bn)의 충방전유닛(110)에 방전할 2차전지(E1∼En)가 설치되고, DC전력공급유닛(A)으로부터의 DC전력이 DC전력공급라인을 통해서 충전유닛(111)의 전력변환부(111a)로 입력되는 상태에서, 메인 제어유닛(C)으로부터 방전신호가 충방전 제어유닛(200)으로 입력되면, 충전유닛(111)의 전력변환부(111a)는 충방전 제어유닛(200)에 의해 작동정지되고, 방전유닛(112)의 전력변환부(112a)는 충방전 제어유닛(200)에 의해 가동된다. 이처럼 충전유닛(111)의 전력변환 부(111a)가 작동정지되어 DC전력공급라인으로부터의 충전라인이 차단된 상태에서, 방전유닛(112)의 전력변환부(112a)가 가동되면, 해당 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전력이 전력변환부(112a)에 의해서 AC로 변환되면서 승압되어 정류부(112b)로 출력되고, 전력변환부(111a)로부터의 AC전력은 정류부(112b)에 의해서 DC전력으로 정류되어 DC전력공급라인으로 회생된다. 상기 2차전지(E1∼En)의 방전시에도, 충방전 제어유닛(200)은 2차전지(E1∼En)로부터의 방전전류와 방전전압을 검출해서, 전류오차와 전압오차가 보상되도록 방전유닛(112)의 작동을 적절히 제어한다.

본 발명에 따른 충방전 시스템의 경우에는, 상기 메인 제어유닛(C)에 의해 모든 충방전기(B1∼Bn)가 해당 2차전지(E1∼En)를 충전하는 경우에는, 모든 충방전기(B1∼Bn)로의 충전 전력이 오직 DC전력공급유닛(A)으로부터 공급된다.

또한, 상기 메인 제어유닛(C)에 의해 모든 충방전기(B1∼Bn)가 해당 2차전지(E1∼En)를 방전하는 경우에는, 모든 충방전기(B1∼Bn)로부터의 방전 전력 대부분이 방전용 부하(D)를 통해서 소비된다{DC전력공급라인으로 회생되는 방전 전력에 의해서 DC전력공급라인의 전류 및 전압이 허용치 이상으로 상승되므로}.

특히, 본 발명에 따른 충방전 시스템의 경우, 일부 충방전기는 해당 2차전지를 충전하고, 나머지 일부 충방전기는 해당 2차전지를 방전하면, DC전력공급라인으로 회생되는 방전 전력의 일부 또는 전부가 2차전지 충전에 사용되므로, 충방전 시스템의 전력소비를 크게 줄일 수 있다는 점을 주목할 필요가 있다.

또한, 본 발명에 따른 충방전 시스템의 경우, 방전용 부하(D)가 충방전기(B1 ∼Bn)와는 독립적으로 DC전력공급라인에 설치되므로, 방전용 부하(D)가 고온으로 온도 상승되는 방전용 부하(D)에 의해서 충방전기(B1∼Bn)가 열손상되는 문제는 발생되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 충방전 시스템을 구성하는 충방전유닛의 제2실시예를 도시하고 있는데, 이에 의하면 충방전유닛(120)은, 1차 제1권선(a1)과 ; 충전용 1차 제1권선(a1)에 직렬 연결되는 1차 제2권선(a2) ; 1차 제1권선(a1)과 1차 제2권선(a2) 사이에 연결되어 1차 제1권선(a1)으로의 전력 공급을 통제하는 1차 제1스위치(b1) ; 1차 제2권선(a2)에 직렬 연결되어 1차 제1권선(a1) 및 1차 제2권선(a2)으로부터 전력 방출을 통제하는 1차 제2스위치(b2) ; 1차 제1권선(a1)보다 권선수가 적은 2차 권선(a3) 및; 2차 권선(a3)에 직렬 연결되어, 2차 전지(E ; E1~En)로의 전력 공급과, 2차 전지(E ; E1~En)로부터의 전력 방출을 통제하는 2차 스위치(b3)로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 1차 제1스위치(b1)와 1차 제2스위치(b2) 및 2차 스위치(b3)는 상기 충방전 제어유닛(200)에 의해 단속 제어된다.

도 2를 참조하여 제2실시예에 따른 충방전유닛(120)의 작동 상태를 설명해 보면 다음과 같다.

우선, 상기 1차 제2스위치(b2)가 오프(OFF)된 상태에서, 1차 제1스위치(b1)를 적절히 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하면서, 이와 동시에 2차 스위치(c1)를 이의 역으로 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하면, DC전력공 급라인으로부터의 DC전력이 단속 제어되는 1차 제1스위치(b1)에 의해서 1차 제1권선(a1)으로 흘렀다 멈췄다를 반복하게 되고, 이에 상응하는 전력이 2차 권선(a3)에 전자기유도되어, 2차전지(E)가 2차 권선(a3)으로부터의 DC전력에 의해 충전된다. 본 실시예의 경우, 상기 1차 제1스위치(b1)와 2차 스위치(c1)가 상호 역으로 연동되어서 단속 제어되므로, 2차측에 별도의 정류기를 설치하지 않더라도 전자기유도된 전력이 자연스럽게 정류된다는 점을 주목할 필요가 있다. 한편, 1차측의 전압이 2차측의 전압보다 커야 하므로, 상기 1차 제1권선(a1)의 권선수가 상기 2차 권선(a3)의 권선수보다 반드시 커야 한다.

반면, 상기 1차 제1스위치(b1)가 오프(OFF)된 상태에서, 2차 스위치(b3)를 적절히 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하면서, 이와 동시에 1차 제2스위치(b2)를 이의 역으로 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하면, 2차전지(E)로부터의 DC전력이 단속 제어되는 2차 스위치(b3)에 의해서 2차 권선(a3)으로 흘렀다 멈췄다를 반복하게 되고, 이에 상응하는 전력이 1차 제1권선(a1) 및 1차 제2권선(a2)으로 전자기유도되어, DC전력공급라인으로 회생된다. 본 실시예의 경우, 상기 2차 스위치(b3)와 1차 제2스위치(b2)가 상호 역으로 연동되어서 단속 제어되므로, 2차측에 별도의 정류기를 설치하지 않더라도 전자기유도된 전력이 자연스럽게 정류된다는 점을 주목할 필요가 있다. 한편, 전압이 낮은 2차측의 전압을 이에 비해 상대적으로 상당히 높은 전압으로 승압해서 방전 전력을 DC전력공급라인으로 회생하기 위해서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 제1스위치(b1)를 오프시켜서 1차측의 권선수를 충분히 늘려야 한다.

한편, 필요에 따라서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 1차 제2권선(a2)과 1차 제2스위치(b2) 사이에 정류 다이오드(c1)를 설치할 수도 있는데, 이러한 경우에는, 1차 제1스위치(b1)가 오프(OFF)되고 1차 제2스위치(b2)가 온(ON)된 상태에서, 2차 스위치(b3)만을 적절히 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하는 것만으로도 방전 전력이 DC전력공급라인으로 회생되므로, 굳이 2차 스위치(b3)와 1차 제2스위치(b2)를 역으로 동기 제어할 필요가 없게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 충방전 시스템을 구성하는 충방전유닛의 제3실시예를 도시하고 있는데, 이에 의하면 충방전유닛(130)은, 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되는 충전용 제1·2스위치(b4,b5)와 ; 충전용 제1스위치(b4) 및 충전용 제2스위치(b5) 사이에 연결되어서, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력을 감압하여 감압된 충전 전력을 2차 전지(E ; E1~En)로 출력하는 충전용 인덕터(d1) ; 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되어서, 한 쌍의 충전용 제1·2스위치(b4,b5)에 병렬 연결되는 방전용 제1·2스위치(b6,b7) ; 방전용 제1스위치(b6) 및 방전용 제2스위치(b7) 사이에 연결되어서, 2차 전지(E ; E1~En)로부터의 방전 전력을 승압하여 승압된 방전 전력을 DC전력공급라인으로 회생하는 방전용 인덕터(d2)로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 충전용 제1·2스위치(b4,b5)와, 방전용 제1·2스위치(b6,b7)는 상기 충방전 제어유닛(200)에 의해 단속 제어된다.

도 3를 참조하여 제3실시예에 따른 충방전유닛(130)의 작동 상태를 설명해 보면 다음과 같다.

우선, 상기 방전용 제1·2스위치(b6,b7)가 오프(OFF)된 상태에서, 충전용 제1스위치(b4)를 적절히 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하면서, 이와 동시에 충전용 제2스위치(b5)를 이의 역으로 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하면, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력이 충전용 인덕터(d1)에 의해서 감압된 후에 2차 전지(E)로 출력되어, 2차 전지(E)가 충전용 인덕터(d1)로부터의 감압된 충전 전력에 의해 충전된다. 참고로, 상기 충전용 제1스위치(b4)가 오프(OFF)로 전환할 때 충전용 제2스위치(b5)를 온(ON)으로 전환하면, 충전용 인덕터(d1)에서 발생하는 역기전력이 다시 역으로 돌려지므로, 충전용 제1스위치(b4)가 오프(OFF)된 상태에서도 충전용 인덕터(d1)에 의한 충전이 연속적으로 이루어진다.

반면, 상기 충전용 제1·2스위치(b4,b5)가 오프(OFF)된 상태에서, 방전용 제1스위치(b6)를 적절히 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하면서, 이와 동시에 방전용 제2스위치(b7)를 이의 역으로 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하면, 2차 전지(E)로부터의 방전 전력이 방전용 인덕터(d2)에 의해서 승압된 후에 DC전력공급라인으로 회생된다. 참고로, 상기 방전용 제1스위치(b6)가 오프(OFF)일 때 방전용 제2스위치(b7)를 온(ON)으로 하면, 방전용 인덕터(d2)에서 발생하는 역기전력이 다시 역으로 돌려지므로, 방전용 제1스위치(b6)가 오프(OFF)된 상태에서도 방전용 인덕터(d2)에 의한 방전이 연속적으로 이루어진다.

도 4는 본 발명에 따른 충방전 시스템을 구성하는 충방전유닛의 제4실시예를 도시하고 있는데, 이에 의하면 충방전유닛(140)은, 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되는 충전용 스위치(b8) 및 충전용 회생 다이오드(c2)와 ; 충전용 스위치(b8) 및 충전용 회생 다이오드(c2) 사이에 연결되어서, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력을 감압하여 감압된 충전 전력을 2차 전지(E ; E1~En)로 출력하는 충전용 인덕터(d3) ; 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되어서, 한 쌍을 이루는 충전용 스위치(b8) 및 충전용 회생 다이오드(c2)에 병렬 연결되는 방전용 스위치(b9) 및 방전용 회생 다이오드(c3) 및; 방전용 스위치(b8) 및 방전용 회생 다이오드(c3) 사이에 연결되어서, 2차 전지(E ; E1~En)로부터의 방전 전력을 승압하여 승압된 방전 전력을 DC전력공급라인으로 회생하는 방전용 인덕터(d4)로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 충전용 스위치(b8)와 방전용 스위치(b9)는 상기 충방전 제어유닛(200)에 의해 단속 제어된다.

도 4를 참조하여 제4실시예에 따른 충방전유닛(140)의 작동 상태를 설명해 보면 다음과 같다.

우선, 상기 방전용 스위치(b9)가 오프(OFF)된 상태에서, 충전용 스위치(b8)를 적절히 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하면, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력이 충전용 인덕터(d3)에 의해서 감압된 후에 2차 전지(E)로 출력되어, 2차 전지(E)가 충전용 인덕터(d3)로부터의 감압된 충전 전력에 의해 충전된다. 참고로, 상기 충전용 회생 다이오드(c2)는 충전용 스위치(b8)가 오프(OFF)일 때 충 전용 인덕터(d3)에서 발생하는 역기전력을 다시 역으로 돌려서 충전용 스위치(b8)가 오프(OFF)된 상태에서도 충전용 인덕터(d3)에 의한 충전이 연속적으로 이루어지도록 하는 역할을 한다.

반면, 상기 충전용 스위치(b8)가 오프(OFF)된 상태에서, 방전용 스위치(b9)를 적절히 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하면, 2차 전지(E)로부터의 방전 전력이 방전용 인덕터(d4)에 의해서 승압된 후에 DC전력공급라인으로 회생된다. 참고로, 상기 방전용 회생 다이오드(c3)는 방전용 스위치(b9)가 오프(OFF)일 때 방전용 인덕터(d4)에서 발생하는 역기전력을 다시 역으로 돌려서 방전용 스위치(b9)가 오프(OFF)된 상태에서도 방전용 인덕터(d4)에 의한 방전이 연속적으로 이루어지도록 하는 역할을 한다.

도 5는 본 발명에 따른 충방전 시스템을 구성하는 충방전유닛의 제5실시예를 도시하고 있는데, 이에 의하면 충방전유닛(150)은, 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되는 충방전용 제1·2스위치(b10,b11)와 ; 충방전용 제1스위치(b10) 및 충방전용 제2스위치(b11) 사이에 연결되어서, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력을 감압하여 감압된 충전 전력을 2차 전지(E ; E1~En)로 출력하고, 2차 전지(E ; E1~En)로부터의 방전 전력을 승압하여 승압된 방전 전력을 DC전력공급라인으로 회생하는 충방전용 인덕터(d5)로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 방충전용 제1·2스위치(b10,b11)는 상기 충방전 제어유닛(200)에 의해 단속 제어된다.

도 5를 참조하여 제5실시예에 따른 충방전유닛(150)의 작동 상태를 설명해 보면 다음과 같다.

상기 충방전용 제1·2스위치(b10,b11)가 오프(OFF)된 상태에서, 충방전용 제1스위치(b10)를 적절히 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하면서, 이와 동시에 충방전용 제2스위치(b11)를 이의 역으로 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하면, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력이 충방전용 인덕터(d5)에 의해서 감압된 후에 2차 전지(E)로 출력되어, 2차 전지(E)가 충방전용 인덕터(d5)로부터의 감압된 충전 전력에 의해 충전된다.

반면, 상기 충방전용 제1·2스위치(b10,b11)가 오프(OFF)된 상태에서, 충방전용 제2스위치(b11)를 적절히 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하면서, 이와 동시에 충방전용 제1스위치(b10)를 이의 역으로 단속 제어[ 오프·온(OFF·ON) 듀티 제어 ]하면, 2차 전지(E)로부터의 방전 전력이 충방전용 인덕터(d5)에 의해서 승압된 후에 DC전력공급라인으로 회생된다.

여기서, 상기 충방전용 제1·2스위치(b10,b11)가 오프(OFF)된 상태에서, 충방전용 제1·2스위치(b10,b11)를 상호 역으로 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하되, 충방전용 제1스위치(b10)를 먼저 온(ON) 시키면 충전이, 충방전용 제2스위치(b11)를 먼저 온(ON) 시키면 방전이 이루어진다는 점을 주목할 필요가 있다.

또한, 필요에 따라서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 충방전용 제2스위치(b11)에 충전용 회생 다이오드(c4)를 병렬 연결하고, 충방전용 제1스위치(b10)에 방전용 회생 다이오드(c5)를 병렬 연결할 수도 있다.

이러한 경우, 상기 충방전용 제2스위치(b11)가 오프(OFF)된 상태에서, 충방전용 제1스위치(b10)를 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하면, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력이 충방전용 인덕터(d5)에 의해서 감압된 후에 2차 전지(E)로 출력되어, 2차 전지(E)가 충전용 인덕터(d5)로부터의 감압된 충전 전력에 의해 충전된다. 참고로, 상기 충전용 회생 다이오드(c4)는 충방전용 제1스위치(b10)가 오프(OFF)일 때 충방전용 인덕터(d5)에서 발생하는 역기전력을 다시 역으로 돌려서 충방전용 제1스위치(b10)가 오프(OFF)된 상태에서도 충방전용 인덕터(d5)에 의한 충전이 연속적으로 이루어지도록 하는 역할을 한다.

반면, 상기 충방전용 제1스위치(b10)가 오프(OFF)된 상태에서, 충방전용 제2스위치(b11)를 적절히 단속 제어[ 온·오프(ON·OFF) 듀티 제어 ]하면, 2차 전지(E)로부터의 방전 전력이 충방전용 인덕터(d5)에 의해서 승압된 후에 DC전력공급라인으로 회생된다. 참고로, 상기 방전용 회생 다이오드(c5)는 충방전용 제2스위치(b11)가 오프(OFF)일 때 충방전용 인덕터(d5)에서 발생하는 역기전력을 다시 역으로 돌려서 충방전용 제2스위치(b11)가 오프(OFF)된 상태에서도 충방전용 인덕터(d5)에 의한 방전이 연속적으로 이루어지도록 하는 역할을 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서, 보다 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

일예로, 도 5에 도시된 실시예에 있어서, 상기 충방전용 제2스위치(b11)에 충전용 회생 다이오드(c4)만을 병렬 연결하거나, 충방전용 제1스위치(b10)에 방전용 회생 다이오드(c5)만을 병렬 연결할 수도 있다.

또한, 필요에 따라서는 DC전력공급유닛(A)이나 메인 제어유닛(C), 또는 방전용 부하(D)를 복수개 적용해서 충방전 시스템을 임의대로 확장할 수도 있음은 물론이다.

이상 상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, DC전력공급유닛(A)의 DC전력공급라인에 적어도 2개 이상의 충방전기(B1∼Bn)가 연결되고, 상기 방전용 부하(D)가 DC전력공급유닛(A)의 DC전력공급라인에 연결되어서, 충방전기(B1∼Bn)가 DC전력공급라인으로부터 DC전력을 입력받아서 2차전지(E1∼En)를 충전하고, 충전된 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전력을 DC전력공급라인으로 회생하되, 방전용 부하(D)가 DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출하여 DC전력공급라인의 전류 및 전압이 허용치 이상으로 상승되면 DC전력공급라인의 전력을 소비하는 방식을 취하고 있으므로, 충방전 시스템의 전력소비가 획기적으로 감소되는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 충방전 시스템의 경우, 방전용 부하(D)가 충방전기(B1∼Bn)와는 독립적으로 DC전력공급라인에 설치되므로, 방전용 부하(D)가 고온으로 온도 상승되는 방전용 부하(D)에 의해서 충방전기(B1∼Bn)가 열손상되는 문제는 더이상 발생되지 않게 된다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같은 일체형 충방전유닛을 적용하면, 충방전기(B1 ∼Bn)의 구조가 대폭 단순화되는 효과가 기대된다.

Claims

2차전지(E1∼En) 충전용 DC전력을 DC전력공급라인을 통해 충방전기(B1∼Bn)로 공급하되, DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출하여 DC전력을 안정적으로 공급하는 DC전력공급유닛(A)과 ; DC전력공급유닛(A)으로부터 DC전력을 공급받아서 2차전지(E1∼En)를 충전하거나, 충전된 2차전지(E1∼En)를 방전하는 충방전기(B1∼Bn) ; 충방전기(B1∼Bn)의 작동을 제어하는 메인 제어유닛(C) 및; 충방전기(B1∼Bn)로부터의 방전 전력을 소비하는 방전용 부하(D)를 갖춘 충방전 시스템에 있어서,

상기 DC전력공급유닛(A)의 DC전력공급라인에 적어도 2개 이상의 충방전기(B1∼Bn)가 연결되고, 상기 방전용 부하(D)가 DC전력공급유닛(A)의 DC전력공급라인에 연결되어서, 충방전기(B1∼Bn)가 DC전력공급라인으로부터 DC전력을 입력받아서 2차전지(E1∼En)를 충전하고, 충전된 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전력을 DC전력공급라인으로 회생하되, 방전용 부하(D)가 DC전력공급라인의 전류 및 전압을 검출하여 DC전력공급라인의 전류 및 전압이 허용치 이상으로 상승되면 DC전력공급라인의 전력을 소비하는 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.
제1항에 있어서, 상기 충방전기(B1∼Bn)는, DC전력공급라인으로부터의 DC전력을 감압하여 2차전지(E1∼En)를 충전하고, 충전된 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전 력을 승압하여 DC전력공급라인으로 회생하는 충방전유닛과 ; 메인 제어유닛(C)에 의해 작동 제어되고, 2차전지(E1∼En)의 충전전류 및 충전전압과, 방전전류 및 방전전압을 검출하여, 충방전유닛(10)의 작동을 제어하는 충방전 제어유닛(200)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.
제2항에 있어서, 상기 충방전유닛(110)은, 충방전 제어유닛(200)에 의해 작동 제어되어서 DC전력공급라인으로부터의 DC전력을 AC로 변환하면서 감압하는 전력변환부(111a)와, 전력변환부(111a)로부터의 감압된 AC전력을 DC전력으로 정류하여 2차전지(E1∼En)로 출력하는 정류부(111b)로 이루어진 충전유닛(111)과 ; 충방전 제어유닛(200)에 의해 작동 제어되어서 2차전지(E1∼En)로부터의 DC전력을 AC로 변환하면서 승압하는 전력변환부(112a)와, 전력변환부(112a)로부터의 승압된 AC전력을 DC전력으로 정류하여 DC전력공급라인으로 출력하는 정류부(112b)로 이루어진 방전유닛(112)으로 구성된 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.
제2항에 있어서, 상기 충방전유닛(120)은, 1차 제1권선(a1)과 ; 충전용 1차 제1권선(a1)에 직렬 연결되는 1차 제2권선(a2) ; 1차 제1권선(a1)과 1차 제2권선(a2) 사이에 연결되어 1차 제1권선(a1)으로의 전력 공급을 통제하는 1차 제1스위치(b1) ; 1차 제2권선(a2)에 직렬 연결되어 1차 제1권선(a1) 및 1차 제2권선(a2)으 로부터 전력 방출을 통제하는 1차 제2스위치(b2) ; 1차 제1권선(a1)보다 권선수가 적은 2차 권선(a3) 및; 2차 권선(a3)에 직렬 연결되어, 2차 전지(E ; E1~En)로의 전력 공급과, 2차 전지(E ; E1~En)로부터의 전력 방출을 통제하는 2차 스위치(b3)로 이루어진 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.
제4항에 있어서, 상기 1차 제2권선(a2)과 1차 제2스위치(b2) 사이에 정류 다이오드(c1)가 보강 설치되어진 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.
제2항에 있어서, 상기 충방전유닛(130)은, 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되는 충전용 제1·2스위치(b4,b5)와 ; 충전용 제1스위치(b4) 및 충전용 제2스위치(b5) 사이에 연결되어서, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력을 감압하여 감압된 충전 전력을 2차 전지(E ; E1~En)로 출력하는 충전용 인덕터(d1) ; 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되어서, 한 쌍의 충전용 제1·2스위치(b4,b5)에 병렬 연결되는 방전용 제1·2스위치(b6,b7) ; 방전용 제1스위치(b6) 및 방전용 제2스위치(b7) 사이에 연결되어서, 2차 전지(E ; E1~En)로부터의 방전 전력을 승압하여 승압된 방전 전력을 DC전력공급라인으로 회생하는 방전용 인덕터(d2)로 이루어진 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.
제2항에 있어서, 상기 충방전유닛(140)은, 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되는 충전용 스위치(b8) 및 충전용 회생 다이오드(c2)와 ; 충전용 스위치(b8) 및 충전용 회생 다이오드(c2) 사이에 연결되어서, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력을 감압하여 감압된 충전 전력을 2차 전지(E ; E1~En)로 출력하는 충전용 인덕터(d3) ; 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되어서, 한 쌍을 이루는 충전용 스위치(b8) 및 충전용 회생 다이오드(c2)에 병렬 연결되는 방전용 스위치(b9) 및 방전용 회생 다이오드(c3) 및; 방전용 스위치(b8) 및 방전용 회생 다이오드(c3) 사이에 연결되어서, 2차 전지(E ; E1~En)로부터의 방전 전력을 승압하여 승압된 방전 전력을 DC전력공급라인으로 회생하는 방전용 인덕터(d4)로 이루어진 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.
제2항에 있어서, 상기 충방전유닛(150)은, 한 쌍을 이루며 상호 직렬 연결되는 충방전용 제1·2스위치(b10,b11)와 ; 충방전용 제1스위치(b10) 및 충방전용 제2스위치(b11) 사이에 연결되어서, DC전력공급라인으로부터의 공급 전력을 감압하여 감압된 충전 전력을 2차 전지(E ; E1~En)로 출력하고, 2차 전지(E ; E1~En)로부터의 방전 전력을 승압하여 승압된 방전 전력을 DC전력공급라인으로 회생하는 충방전용 인덕터(d5)로 이루어진 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.
제8항에 있어서, 상기 충방전용 제2스위치(b11)에 충전용 회생 다이오드(c4)가 병렬 연결되거나, 충방전용 제1스위치(b10)에 방전용 회생 다이오드(c5)가 병렬 연결되거나, 또는 충방전용 제2스위치(b11)에 충전용 회생 다이오드(c4)가 병렬 연결되면서 충방전용 제1스위치(b10)에 방전용 회생 다이오드(c5)가 병렬 연결되어진 것을 특징으로 하는 DC회생방식의 충방전 시스템.