KR20150033882A - Control system and Control method of Uninterruptible Power Supply using Lithium-ion Battery - Google Patents

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KR20150033882A KR20130113712A KR20130113712A KR20150033882A KR 20150033882 A KR20150033882 A KR 20150033882A KR 20130113712 A KR20130113712 A KR 20130113712A KR 20130113712 A KR20130113712 A KR 20130113712A KR 20150033882 A KR20150033882 A KR 20150033882A
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Abstract

The present invention relates to a system for controlling an uninterruptible power supply using a lithium-ion battery and, more particularly, to a system for controlling an uninterruptible power supply to supply AC energy, which is supplied from an AC power source, to a load at a constant voltage through the uninterruptible power supply provided between the AC power source and the load. The system for controlling an uninterruptible power supply using a lithium-ion battery comprises: an energy storage device connected to a first node between an AC power source and a load and consisting of a lithium-ion battery to supply a voltage to the load; and a switching unit connected between the first node and the energy storage device and controlling the voltage supplied from the AC power source to the energy storage device and the voltage supplied from the energy storage device to the load.

Description

리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법 {Control system and Control method of Uninterruptible Power Supply using Lithium-ion Battery}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery,

본 발명은 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 비상시에 즉시 전력을 공급하는 무정전 전원 장치에 에너지 저장소자로 리튬 이온 배터리를 효율적으로 연계하며, 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 에너지 저장소자의 과충전 및 과방전을 효율적으로 방지하면서 부하로의 안정적인 전력 공급이 가능하게 하는 것이다.
The present invention relates to a control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery and a control method thereof, and more particularly, to an uninterruptible power supply that immediately supplies power in an emergency, (SOC, State Of charge) of the ion battery, it is possible to efficiently supply the stable power to the load while effectively preventing overcharge and overdischarge of the energy reservoir.

통신, 방송, 병원 및 설비 등의 전원은 고도의 안정성과 신뢰성을 요구하고, 단시간의 정전도 허용하지 않는 경우가 대부분이다. 이것에 부응하기 위해서, 무정전 전원 장치(UPS, Uninterruptible Power Supply)를 사용하여 전력을 백업하게 된다. 다시 말하자면, 무정전 전원 장치는 정전이나 순간전인 전력의 불안정시 부하에 안정적인 전력을 공급하는 장치로서, 현재 무정전 전원 장치의 에너지 저장소자로 사용되는 대표적인 예로는 이차 납축 전지를 들 수 있다.Power supplies for communication, broadcasting, hospitals, and facilities require high stability and reliability, and often do not allow short interruptions. To meet this demand, power is backed up using an uninterruptible power supply (UPS). In other words, the uninterruptible power supply is a device that supplies stable power to the load in case of power failure or momentary power instability. A typical example of a current uninterruptible power supply used as an energy storage device is a secondary lead-acid battery.

이러한 이차 납축 전지는 에너지 밀도가 20~120 Wh/kg로 높다는 장점이 있지만 출력 밀도자 50~250 W/kg으로 낮으며, 사이클 수명 특성이 500회로 낮다는 단점이 있다. 이로 인해, 이차 납축 전지를 이용하는 무정전 전원 장치는 높은 에너지 밀도로 인해 장시간의 전원 공급에는 탁월한 특성을 지니지만 낮은 수명 특성으로 인해 정기적인 유지 및 보수 비용이 발생하는 문제점이 있다.This secondary lead-acid battery has the advantage of high energy density of 20 ~ 120 Wh / kg, but it has a low output density of 50 ~ 250 W / kg and a low cycle life characteristic of 500. Accordingly, the uninterruptible power supply using the secondary lead-acid battery has excellent characteristics for long-time power supply due to its high energy density, but has a problem of regular maintenance and repair costs due to its low life characteristics.

이에 따라, 최근에는 무정전 전원 장치의 에너지 저장소자로 리튬 이온 배터리를 적용하고 있는 추세이다.Accordingly, in recent years, lithium-ion batteries have been applied to energy storage devices of uninterruptible power supplies.

허나, 리튬 이온 배터리는 이차 납축 전지와 그 특성이 다르기 때문에, 종래의 무정전 전원 장치의 구조 변경 없이 리튬 이온 배터리와 연계할 경우 과충전 또는 과방전에 의한 폭발 위험성이 높은 단점이 있다.However, since the lithium ion battery has characteristics different from those of the secondary lead-acid battery, there is a high risk of explosion due to overcharging or overdischarge in connection with the lithium ion battery without changing the structure of the conventional uninterruptible power supply.

본 발명은 과충전 또는 과방전에 의한 폭발 위험성으로 인해, 무정전 전원 장치의 구조 변경 없이 리튬 이온 배터리를 에너지 저장소자로 구비하는 것이 어려운 점에 착안한다.The present invention addresses the difficulty of providing a lithium ion battery as an energy storage device without changing the structure of the uninterruptible power supply unit due to the risk of explosion due to overcharge or overdischarge.

유럽 등록 특허 제0739075호 ("Power supply system", 이하 선행기술 1)에서는 과전류 보호 기능을 갖는 무정전 전원 장치를 개시하고 있으며, 선행기술 1은 에너지 저장소자로 축전지를 사용하고 있으며, 축전지의 사용으로 인해 발생하는 낮은 수명을 극복하기 위한 방안이 전혀 언급되어 있지 않다.
European Patent No. 0739075 ("Prior Art 1") discloses an uninterruptible power supply having an overcurrent protection function. Prior art 1 uses a battery as an energy storage device, and due to the use of a battery There is no mention at all of how to overcome the low life that occurs.

유럽 등록 특허 0739075호 (등록일자 1999.03.03.)European Registered Patent No. 0739075 (Registered Mar. 3, 1999)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 비상시에 즉시 전력을 공급하는 무정전 전원 장치에 종래의 납축전지가 아닌 리튬 이온 배터리를 효율적으로 연계하여, 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 에너지 저장소자의 과충전 및 과방전을 효율적으로 방지함과 동시에 무정전 전원 장치의 부피를 효율적으로 줄이며, 대용량을 저장하여 안정적으로 부하로의 전력 공급이 가능하도록 하는 무정전 전원 장치의 제어 시스템을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to provide an uninterruptible power supply which immediately supplies power in an emergency, efficiently connecting a lithium- , State Of charge), which effectively prevents overcharge and overdischarge of the energy storage device, efficiently reduces the volume of the uninterruptible power supply, stores the large capacity, and stably supplies power to the load. And to provide a control system of the same.

상기의 목적을 이루고 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템은, 교류 전원과 부하 사이에 구비되는 무정전 전원 장치를 통해서 상기 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지를 상기 부하에 일정한 전압으로 공급하도록 하는 무정전 전원 장치의 제어 시스템에 있어서, 상기 교류 전원과 상기 부하 사이의 제 1 노드에 연결되며, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자 및 상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자 사이에 연결 구비되며, 상기 교류 전원에서 상기 에너지 저장소자로 제공되는 전압 및 상기 에너지 저장소자에서 상기 부하로 제공되는 전압을 제어하는 스위칭부를 포함하는 것이 바람직하다.According to an aspect of the present invention, there is provided a control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery, the system comprising: an uninterruptible power supply unit provided between an ac power source and a load; A control system for an uninterruptible power supply apparatus that supplies AC energy to a load at a constant voltage, the control system comprising: a first energy storage unit connected to a first node between the AC power source and the load, And a switching unit which is connected between the first node and the energy storage element and controls a voltage supplied to the energy storage unit from the AC power supply and a voltage supplied to the load from the energy storage unit Do.

상기 스위칭부는 상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자의 양단(+) 사이에 연결되는 제 1 스위치와, 제 2 스위치와, 제 3 스위치와, 저항기 및 다이오드로 구성되며, 상기 제 1 스위치는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 2 노드와 상기 제 1 노드와 직렬로 연결되고, 상기 저항기는 상기 제 1 스위치와 상기 제 1 노드 사이에 연결 구비되고, 상기 제 2 스위치는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 2 노드와 상기 제 1 노드와 병렬로 연결되고, 상기 다이오드는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 3 노드와 상기 제 1 노드와 병렬로 연결되어 상기 부하에서 상기 에너지 저장소자로의 역전류를 방지하며, 상기 제 3 스위치는 상기 다이오드와 상기 제 1 노드 사이에 연결 구비되는 것이 바람직하다.Wherein the switching unit comprises a first switch connected between the first node and both ends (+) of the energy reservoir, a second switch, a third switch, a resistor and a diode, Wherein the second switch is connected in series with the first node and a second node on both ends of the energy storage, the resistor is connected between the first switch and the first node, Wherein the diode is connected in parallel with a third node across the energy reservoir and the first node to prevent reverse current flow from the load to the energy reservoir, Is preferably connected between the diode and the first node.

상기 스위칭부는 상기 에너지 저장소자가 상기 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치에 최초 연결될 경우, 소정 시간 동안 상기 제 1 스위치를 연결(close)하고 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자와 상기 무정전 전원 장치의 인버터(inverter) 간의 전압을 일치시키는 것이 바람직하다.Wherein the switching unit closes the first switch and opens the second switch and the third switch for a predetermined time when the energy store is first connected to the uninterruptible power supply using the lithium ion battery, It is preferable to match the voltage between the energy storage element and the inverter of the uninterruptible power supply.

상기 스위칭부는 상기 에너지 저장소자의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 상기 충전 상태가 완충전일 경우, 상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 것이 바람직하다.Wherein the switching unit closes the third switch and opens the first switch and the second switch according to a state of charge of the energy store, And supplies the voltage to the load through the energy reservoir.

상기 스위칭부는 상기 에너지 저장소자의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 상기 충전 상태가 과방전일 경우, 상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서, 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 것이 바람직하다.Wherein the switching unit closes the second switch and opens the first switch and the third switch in accordance with a state of charge (SOC) of the energy store, ) To charge the energy reservoir, while providing a voltage from the ac power source to the load.

본 발명에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법은, 제 1 스위치, 제 2 스위치 및 제 3 스위치로 구성되는 스위칭부의 제어를 통해서 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지가 부하에 일정한 전압으로 공급되도록 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 스위치를 연결(close)하고, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리인 에너지 저장소자와 무정전 전원 장치의 인버터(inverter) 간의 전압을 일치시키는 최초 연결 단계; 상기 에너지 저장소자의 충전 상태(SOC, State Of Charge)가 기설정된 제 1 설정값 이상인지 판단하는 제 1 판단 단계; 상기 제 1 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 1 설정값 이상이 아닐 경우, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 2 설정값 이하인지 판단하는 제 2 판단 단계; 상기 제 2 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 2 설정값 이하일 경우, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급하는지 판단하는 제 3 판단 단계; 상기 제 3 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급할 경우, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 3 설정값 이하인지 판단하는 제 4 판단 단계; 상기 제 4 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 3 설정값 이하일 경우, 상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계; 로 이루어지는 것이 바람직하다.A control method of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to the present invention is a control method of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery, wherein AC power supplied from an AC power source is supplied to a load at a constant voltage through control of a switching unit comprising a first switch, A method of controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery, the method comprising: closing the first switch; opening the second switch and the third switch to provide a voltage to the load; An initial connection step of matching the voltage between the energy storage device, which is a lithium ion battery, and the inverter of the uninterruptible power supply; A first determination step of determining whether a state of charge (SOC) of the energy store is equal to or greater than a predetermined first set value; A second determining step of determining whether the charged state of the energy reservoir is equal to or less than a predetermined second set value when the charging state of the energy reservoir is not equal to or greater than the first set value according to a result of the determination of the first determination step; A third determination step of determining whether the voltage is supplied to the load through the energy reservoir when the charge state of the energy reservoir is equal to or less than the second set value according to the determination result of the second determination step; A fourth determination step of determining whether the charged state of the energy reservoir is equal to or less than a predetermined third set value when the voltage is supplied to the load through the energy reservoir according to the determination result of the third determination step; Wherein when the state of charge of the energy reservoir is equal to or less than the third set value, the second switch is closed and the first switch and the third switch are opened according to a result of the fourth determination, An overdischarge prevention step of charging the energy reservoir while supplying a voltage from the AC power source to the load; .

상기 제 1 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 1 설정값 이상일 경우, 상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 과충전 방지 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.Wherein when the state of charge of the energy reservoir is equal to or greater than the first set value, the third switch is closed and the first switch and the second switch are opened according to the determination result of the first determination step, And an overcharge prevention step of supplying a voltage to the load through the energy reservoir.

상기 제 2 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 2 설정값 이하가 아닐 경우, 상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.And when the state of charge of the energy reservoir is not equal to or less than the second set value, the second switch is closed and the first switch and the third switch are opened and an overdischarge prevention step of charging the energy reservoir while supplying a voltage from the AC power source to the load.

상기 제 3 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급하지 않을 경우, 상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.Wherein when the voltage is not supplied to the load through the energy reservoir according to the determination result of the third determination step, the second switch is closed and the first switch and the third switch are opened, And an overdischarge prevention step of charging the energy reservoir while supplying a voltage from the AC power source to the load.

상기 제 4 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 3 설정값 이하가 아닐 경우, 상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 과충전 방지 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
And when the charge state of the energy reservoir is not equal to or less than the third set value, the third switch is closed and the first switch and the second switch are opened and an overcharge preventing step of supplying a voltage to the load through the energy reservoir.

본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 교류 전원과 부하 사이에 구비되어 비상시에 즉시 전력을 공급하는 무정전 전원 장치에 에너지 저장소자로 종래의 이차 납축 전지가 아닌 리튬 이온 배터리를 연계하여 무정전 전원 장치의 부피를 효율적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the control system of the uninterruptible power supply apparatus using the lithium ion battery and the control method thereof, the uninterruptible power supply apparatus provided between the alternating current power source and the load for immediately supplying power in case of emergency, It is possible to effectively reduce the volume of the uninterruptible power supply unit by connecting the lithium ion battery rather than the secondary lead-acid battery.

더불어, 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of charge)에 따라, 에너지 저장소자의 과충전 및 과방전을 효율적으로 방지하면서, 대용량의 전력을 저장하여 부하에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the state of charge (SOC) of the lithium ion battery, it is possible to efficiently supply power to the load by storing a large amount of power while effectively preventing overcharge and overdischarge of the energy reservoir.

또한, 복수 개의 에너지 저장소자 구성시, 자체적인 셀 밸런싱 및 충전 상태를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
Further, when a plurality of energy storage elements are constituted, it is possible to easily control own cell balancing and charging states.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 스위칭부를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 스위칭부의 동작 제 1 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 스위칭부의 동작 제 2 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 스위칭부의 동작 제 3 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
FIG. 1 is a schematic diagram of a control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a detailed block diagram of a switching unit of a control system of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a first exemplary operation of a switching unit of a control system of an uninterruptible power supply unit using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a second exemplary operation of a switching unit of a control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a third example of the operation of the switching unit of the control system of the uninterruptible power supply unit using the lithium ion battery according to the embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a control system and method for controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. Also, throughout the specification, like reference numerals designate like elements.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the technical and scientific terms used herein will be understood by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.

더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.In addition, a system refers to a collection of components, including devices, mechanisms, and means that are organized and regularly interact to perform the required function.

무정전 전원 장치는 평상시에 상용 교류 전원으로부터, 전력 변환 장치, 왜곡 보정 회로 등을 거쳐 부하에 교류 전력을 공급하고 있으며, 또한, 정류 장치 출력에 에너지 저장소자를 접속하여 동작시킴으로써, 정전시에는 에너지 저장소자로부터 인버터를 거쳐 중단없이 부하로 전력을 공급할 수 있도록 하는 것이다.The uninterruptible power supply unit normally supplies AC power to the load through a commercial AC power source, a power conversion device, a distortion correction circuit, etc. In addition, by connecting an energy storage device to the output of the rectifier device and operating the energy storage device, So that power can be supplied to the load through the inverter without interruption.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법은 교류 전원(10)에 전압 사고가 발생한 경우, 부하(20)로 일정한 전압을 공급할 수 있는 무정전 전원 장치(UPS, Uninterruptible Power Supply)에 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자가 안전하게 연계될 수 있도록 하는 제어 시스템 및 그 제어 방법이다.That is, the control system and method for controlling the uninterruptible power supply using the lithium ion battery according to an embodiment of the present invention is a system and method for controlling the uninterruptible power supply using an uninterruptible power supply capable of supplying a constant voltage to the load (20) A control system and a control method for enabling an energy reservoir composed of a lithium ion battery to be safely connected to a power supply unit (UPS).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 구성에 대해 간략하게 나타낸 도면이다. 도 1을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템의 구성에 대해 상세하게 설명한다.FIG. 1 is a simplified diagram illustrating a configuration of a control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a configuration of a control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템은 교류 전원(10)과 부하(20) 사이에 구비되는 무정전 전원 장치에 스위칭부(40)를 구비하여, 이를 통해서 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 에너지가 부하(20)에 일정한 전압으로 안정적으로 공급됨과 동시에, 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자(30)의 과충전 및 과방전을 신속하게 관리할 수 있도록 스위칭부(40)를 제어할 수 있다.The control system of the uninterruptible power supply using the lithium ion battery according to the embodiment of the present invention is provided with the switching unit 40 in the uninterruptible power supply unit provided between the AC power source 10 and the load 20, The AC power supplied from the power source 10 is stably supplied to the load 20 at a constant voltage and at the same time the switching power is supplied to the switching unit 20 so that the overcharge and overdischarge of the energy storage device 30, (40).

도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템은 교류 전원(10), 부하(20), 컨버터(1), 인버터(2), 고정 스위치(3), 에너지 저장소자(30) 및 스위칭부(40)를 포함하여 이루어질 수 있다.1, a control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery includes an AC power source 10, a load 20, a converter 1, an inverter 2, a fixed switch 3, (30) and a switching unit (40).

각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each configuration,

컨버터(1)는 교류 전원(10)에 연결되어 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지를 직류 전원으로 변환하여 인버터(2) 또는 에너지 저장소자(30)로 변환한 직류 전원을 전달하며,The converter 1 is connected to the AC power source 10 and converts AC energy supplied from the AC power source to DC power and transfers the DC power converted into the inverter 2 or the energy storage device 30,

인버터(2)는 컨버터(1)에 연결되어 전달받은 직류 전원을 정전압, 정주파수의 교류 전원으로 변환하여 부하(20)에 전달하고,The inverter 2 is connected to the converter 1 and converts the received direct current power into an alternating current power of a constant voltage and a constant frequency and transfers it to the load 20,

고정 스위치(3)는 인버터(2)의 사고 발생시, 부하(20)의 오작동 및 가동 정지를 방지하기 위해 에너지 저장소자(30)로부터 전원이 공급되게 부하(20)를 절체해 줄 수 있다.The fixed switch 3 can switch the load 20 so that power is supplied from the energy storage element 30 to prevent malfunction and shutdown of the load 20 when an accident occurs in the inverter 2. [

에너지 저장소자(30)는 교류 전원(10)과 부하(20) 사이의 제 1 노드(50)에 연결되며, 교류 전원(10)에서 부하(20)로 제공되는 전압이 허용 전압 범위를 벗어날 경우, 즉, 상술한 바와 같이, 어떠한 비상 상황에 의해 교류 전원(10)으로부터 부하(20)로의 전원 공급이 원활하게 이루어지지 않거나, 인버터(2)의 사고 발생으로 인해 정전압, 정주파수의 교류 전원 공급이 원활하게 이루어지지 않을 경우, 부하(20)로 전압을 제공할 수 있다.The energy storage element 30 is connected to the first node 50 between the AC power supply 10 and the load 20 and when the voltage supplied to the load 20 from the AC power supply 10 is out of the allowable voltage range The power supply from the AC power source 10 to the load 20 is not smoothly performed due to any emergency situation or the AC power supply of the constant voltage and the constant frequency due to the accident occurrence of the inverter 2 The voltage can be supplied to the load 20. In this case,

이 때, 본 발명의 에너지 저장소자(30)는 리튬 이온 배터리로 구성될 수 있다.At this time, the energy storage element 30 of the present invention may be constituted by a lithium ion battery.

리튬 이온 배터리는 종래의 이차 납축 전지에 비해 비싸지만, 부피가 4~5배 작아 공간 활용도가 높으며, 이차 납축 전지에 비해 온도 민감성도 덜하며, 저장 용량이 큰 장점이 있다.Lithium ion batteries are more expensive than conventional lead-acid batteries, but they are 4 to 5 times smaller in volume and have higher space utilization, less temperature sensitivity than secondary lead-acid batteries, and greater storage capacity.

이에 따라, 무정전 전원 장치의 운영 주기를 고려할 경우 이차 납축 전지에 비해 경제면, 성능면으로 월등한 효과가 있다.Accordingly, when the operating cycle of the UPS is taken into consideration, the secondary battery has superior economy and performance.

그러나, 리튬 이온 배터리는 과충전시 폭발 가능성이 높으며, 폭발이 일어날 경우 매우 위험하기 때문에, 종래의 이차 납축 전지와 연계하고 있는 무정전 전원 장치에 리튬 이온 배터리를 연계하기 위해서는 과충전을 제한하기 위한 새로운 연계 구조가 필요한 문제점이 있으나,However, lithium ion batteries are highly likely to explode when overcharged and are very dangerous in the event of an explosion. Therefore, in order to connect a lithium ion battery to an uninterruptible power supply unit connected to a conventional secondary lead-acid battery, However,

본 발명에서 스위칭부(40)를 구비함으로써 이를 해결할 수 있다.The present invention can solve this problem by providing the switching unit 40.

좀 더 자세히 알아보자면,To be more specific,

스위칭부(40)는 제 1 노드(50)와 에너지 저장소자(30) 사이에 연결 구비되며, 교류 전원(10)에서 에너지 저장소자(30)로 제공되는 전압 및 에너지 저장소자(30)에서 부하(20)로 제공되는 전압을 제어할 수 있다.The switching unit 40 is connected between the first node 50 and the energy storage element 30 and generates a voltage to be supplied to the energy storage element 30 from the AC power supply 10 and a voltage It is possible to control the voltage supplied to the battery 20.

스위칭부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 노드(50)와 에너지 저장소자(30)의 양단(+) 사이에 연결 구비되는 제 1 스위치(41), 제 2 스위치(42), 제 3 스위치(43), 다이오드(44) 및 저항기(45)를 포함하여 이루어질 수 있다.2, the switching unit 40 includes a first switch 41, a second switch 42, and a third switch 42 connected between the first node 50 and the both ends (+) of the energy storage element 30, A third switch 43, a diode 44, and a resistor 45. [

제 1 스위치(41)는 에너지 저장소자(30)의 양단인 제 2 노드(60)와 제 1 노드(50)와 직렬로 연결되며,The first switch 41 is connected in series with the second node 60, which is both ends of the energy storage element 30, and the first node 50,

상기 저항기(45)는 제 1 스위치(41)와 제 1 노드(50) 사이에 연결 구비되며,The resistor 45 is connected between the first switch 41 and the first node 50,

제 2 스위치(42)는 에너지 저장소자(30)의 양단이 제 2 노드(60)와 제 1 노드(50)와 병렬로 연결되며,The second switch 42 is connected in parallel with the second node 60 and the first node 50 at both ends of the energy storage element 30,

다이오드(44)는 에너지 저장소자(30)의 양단인 제 3 노드(70)와 제 1 노드(50)와 병렬로 연결되어 부하(20)에서 에너지 저장소자(30)로의 역전류를 방지하며,The diode 44 is connected in parallel with the third node 70 and the first node 50 at both ends of the energy storage element 30 to prevent reverse current from the load 20 to the energy storage element 30,

제 3 스위치(43)는 다이오드(44)와 제 1 노드(50) 사이에 연결 구비될 수 있다.The third switch 43 may be connected between the diode 44 and the first node 50.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템은 상술한 바와 같이, 스위칭부(40)를 이용하여 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자(30)의 과충전을 용이하게 제한할 수 있으며, 복수 개의 에너지 저장 소자를 구비하여도 자체적인 셀 밸런싱이나 에너지 저장소자의 충전 상태를 자체적으로 용이하게 제어할 수 있다.The control system of the uninterruptible power supply using the lithium ion battery according to the embodiment of the present invention can easily overcharge the energy storage element 30 composed of the lithium ion battery by using the switching unit 40, And it is possible to easily control its own cell balancing or charge state of the energy storage device itself even if a plurality of energy storage devices are provided.

또한, 다이오드(44)를 제 1 노드(50)와 병렬로 연결함으로써, 전위차를 만들어 전압 사고 발생시, 다이오드(44)의 턴온(Turn-on) 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, by connecting the diode 44 in parallel with the first node 50, there is an advantage that a potential difference can be created to improve the turn-on speed of the diode 44 when a voltage accident occurs.

스위칭부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 에너지 저장소자(30)가 무정전 전원 장치에 최초 연결될 경우, 또는 유지 보수 후 다시 연결될 경우,3, when the energy storage element 30 is first connected to the uninterruptible power supply or when it is reconnected after maintenance,

소정 시간 동안 제 1 스위치(41)를 연결(close)하고 제 2 스위치(42) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 에너지 저장소자(30)와 무정전 전원 장치의 인버터(2) 간의 전압을 일치시킬 수 있다.The first switch 41 is closed for a predetermined time and the second switch 42 and the third switch 43 are opened to disconnect the energy storage element 30 and the inverter 2 of the uninterruptible power supply unit The voltage can be matched.

이 때, 소정 시간이란 1초 ~ 10초의 시간을 의미하며, 에너지 저장소자(30)의 전압 일치가 완료된 후, 다음 동작과 중첩되어 연속동작으로 이어지게 된다.In this case, the predetermined time is a time of 1 second to 10 seconds, and after the voltage matching of the energy storage element 30 is completed, the next operation is overlapped and continuous operation is continued.

또한, 이러한 스위칭부(40)의 제어는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에서 이루어질 수 있다.In addition, the control of the switching unit 40 may be performed in a battery management system (BMS).

이후로, 배터리 관리 시스템으로부터 에너지 저장소자(30)인 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of Charge)를 전달받아,Thereafter, the state of charge (SOC) of the lithium ion battery, which is the energy storage element 30, is received from the battery management system,

에너지 저장소자(30)의 과충전을 방지하기 위해서, 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)로 전압을 제공하도록 할 수 있으며,In order to prevent overcharging of the energy storage element 30, it may be possible to provide a voltage to the load 20 via the energy storage element 30,

더불어, 에너지 저장소자(30)의 과방전을 방지하기 위해서, 교류 전원(10)에서 부하(20) 및 에너지 저장소자(30)에 동시에 전압을 공급할 수도 있다.In addition, in order to prevent overdischarge of the energy storage element 30, the AC power supply 10 may supply the load 20 and the energy storage element 30 with a voltage at the same time.

자세히 알아보자면,More specifically,

스위칭부(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템으로부터 전달받은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 완충전 상태일 경우,4, when the charging state of the energy storage element 30 received from the battery management system is fully charged,

제 3 스위치(43)를 연결(close)하고, 제 1 스위치(41) 및 제 2 스위치(42)를 개방(open)하여 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)에 전압을 공급하도록 할 수 있다. 이를 통해서 에너지 저장소자(30)의 과충전으로 인한 위험을 미연에 방지할 수 있다.The third switch 43 is closed and the first switch 41 and the second switch 42 are opened to supply the voltage to the load 20 through the energy storage element 30 . The risk of overcharging of the energy storage element 30 can be prevented in advance.

이 때, 에너지 저장소자(30)의 과충전을 방지하기 위해, 스위칭부(40)의 제 3 스위치(43)를 연결하고 제 1 스위치(41) 및 제 2 스위치(42)를 개방하는 동작은, 에너지 저장소자(30)와 인버터(2) 간의 전압을 일치하기 위해, 소정 시간 동안 제 1 스위치(41)를 연결하고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 개방하고 있는 동작과 중첩되어 연속동작으로 이루어질 수 있다.At this time, the operation of connecting the third switch 43 of the switching unit 40 and opening the first switch 41 and the second switch 42 to prevent the overcharge of the energy storage element 30, The first switch 41 is connected for a predetermined time and the second switch and the third switch are opened in order to match the voltage between the energy storage element 30 and the inverter 2, have.

더불어, 상술한 바와 같이 이러한 스위칭부(40)의 제어는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에서 이루어질 수 있다.In addition, as described above, the control of the switching unit 40 may be performed in a battery management system (BMS).

또한, 스위칭부(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템으로부터 전달받은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 과방전 상태일 경우,5, when the charging state of the energy storage element 30 received from the battery management system is in an over-discharge state,

제 2 스위치(42)를 연결(close)하고 제 1 스위치(41) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 교류 전원(10)에서 부하(20)로 전압을 제공하면서, 에너지 저장소자(30)를 충전시킬 수 있도록 한다. 이를 통해서, 에너지 저장소자(30)의 과방전을 신속하게 방지할 수 있다.While the second switch 42 is closed and the first switch 41 and the third switch 43 are opened to supply the voltage from the AC power supply 10 to the load 20, (30). Thus, overdischarge of the energy storage element 30 can be quickly prevented.

이 때, 에너지 저장소자(30)의 과방전을 방지하기 위해, 스위칭부(40)의 제 2 스위치(42)를 연결하고 제 1 스위치(41) 및 제 3 스위치(43)를 개방하는 동작은, 에너지 저장소자(30)와 인버터(2) 간의 전압을 일치하기 위해, 소정 시간 동안 제 1 스위치(41)를 연결하고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 개방하고 있는 동작, 또는, 에너지 저장소자(30)의 과충전을 방지하기 위해, 스위칭부(40)의 제 3 스위치(43)를 연결하고 제 1 스위치(41) 및 제 2 스위치(42)를 개방하는 동작과 중첩되어 연속동작으로 이루어질 수 있다.At this time, the operation of connecting the second switch 42 of the switching unit 40 and opening the first switch 41 and the third switch 43 to prevent overdischarge of the energy storage element 30 , The operation of connecting the first switch 41 and opening the second switch and the third switch for a predetermined time in order to match the voltage between the energy storage element 30 and the inverter 2, 30 and the third switch 43 of the switching unit 40 and open the first switch 41 and the second switch 42 to prevent overcharging of the first and second switches 30 and 30 .

더불어, 상술한 바와 같이 이러한 스위칭부(40)의 제어는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에서 이루어질 수 있다.In addition, as described above, the control of the switching unit 40 may be performed in a battery management system (BMS).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법의 단계에 대해 나타낸 순서도이다. 도 6을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법을 상세하게 설명한다.6 is a flowchart illustrating steps of a method for controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a method of controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법은 교류 전원(10)과 부하(20) 사이에 구비되는 무정전 전원 장치에 스위칭부(40)를 구비하여, 이를 통해서 교류 전원(10)으로부터 공급되는 교류 에너지가 부하(20)에 일정한 전압으로 안정적으로 공급됨과 동시에, 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자(30)의 과충전 및 과방전을 신속하게 관리할 수 있도록 스위칭부(40)를 제어할 수 있다.A method of controlling an uninterruptible power supply using a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention includes a switching unit 40 in an uninterruptible power supply unit provided between an AC power source 10 and a load 20, The AC power supplied from the power source 10 is stably supplied to the load 20 at a constant voltage and at the same time the switching power is supplied to the switching unit 20 so that the overcharge and overdischarge of the energy storage device 30, (40).

도 6에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법은 최초 연결 단계(S100), 제 1 판단 단계(S200), 제 2 판단 단계(S300), 제 3 판단 단계(S400), 제 4 판단 단계(S500), 과방전 방지 단계(S600) 및 과충전 방지 단계(S700)로 이루어질 수 있다.6, the control method of the uninterruptible power supply unit using the lithium ion battery may include a first connecting step S100, a first determining step S200, a second determining step S300, a third determining step S400, , A fourth determination step (S500), an overdischarge prevention step (S600), and an overcharge prevention step (S700).

각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each step,

최초 연결 단계(S100)는 에너지 저장소자(30)가 무정전 전원 장치에 최초 연결될 경우, 또는 유지 보수 후 다시 연결될 경우,The initial connection step (S100) is performed when the energy storage element (30) is initially connected to the uninterruptible power supply, or reconnected after maintenance,

소정 시간 동안 제 1 스위치(41)를 연결(close)하고 제 2 스위치(42) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 에너지 저장소자(30)와 무정전 전원 장치의 인버터(2) 간의 전압을 일치시킬 수 있다.The first switch 41 is closed for a predetermined time and the second switch 42 and the third switch 43 are opened to disconnect the energy storage element 30 and the inverter 2 of the uninterruptible power supply unit The voltage can be matched.

제 1 판단 단계(S200)는 배터리 관리 시스템에서 에너지 저장소자(30)의 충전 상태(SOC, State Of Charge)이 미리 설정된 제 1 설정값 이상인지 판단할 수 있다.The first determination step S200 may determine whether the state of charge (SOC) of the energy storage device 30 in the battery management system is equal to or greater than a preset first preset value.

이 때, 제 1 설정값은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 완충 상태 또는 완충에 가까워서 부하(20)로 전압을 공급할 수 있을 정도의 충전값을 의미한다.In this case, the first set value means a charge value at which the energy storage element 30 is in a buffered state or in a buffered state to supply a voltage to the load 20.

제 1 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 1 설정값 이상일 경우, 과충전 방지 단계(S700)를 수행할 수 있다.According to the determination result of the first determination step S200, when the state of charge of the energy storage element 30 is equal to or greater than the first set value, the overcharge prevention step S700 may be performed.

과충전 방지 단계(S700)는 제 3 스위치(43)를 연결(close)하고 제 1 스위치(41) 및 제 2 스위치(42)를 개방(open)하여 에너지 저장소자(30)인 리튬 이온 배터리를 통해서 부하(20)로 전압을 공급하게 된다.The overcharge protection step S700 may be performed by closing the third switch 43 and opening the first switch 41 and the second switch 42 to open the lithium storage battery 30 through the lithium ion battery And the voltage is supplied to the load 20.

이를 통해서, 에너지 저장소자(30)의 과충전을 방지함과 동시에 부하(20)로 일정한 전압을 지속적으로 공급할 수 있다.In this way, overcharge of the energy storage element 30 can be prevented and a constant voltage can be continuously supplied to the load 20.

제 2 판단 단계(S300)는 제 1 판단 단계(S200)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 1 설정값 이상이 아닐 경우, 즉, 제 1 설정값 미만인 경우,The second determining step S300 is a step of determining whether or not the charged state of the energy storage element 30 is equal to or less than the first set value according to a result of the first determining step S200,

에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 미리 설정된 제 2 설정값 이하인지 다시 한번 판단할 수 있다.It can be determined again whether the state of charge of the energy storage element 30 is equal to or less than the preset second set value.

이 때, 제 2 설정값은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 완충 상태도 방전 상태도 아닌 불안정한 중간 상태를 의미한다.In this case, the second set value means an unstable intermediate state in which the charged state of the energy storage element 30 is neither a buffer state nor a discharge state.

즉, 추가적인 판단에 따라, 부하(20)로 전압을 공급하거나, 교류 전원(10)에 의해 충전이 이루어질 수도 있는 충전 상태를 의미하기 때문에, 제 2 설정값은 사용자가 임의로 조작 가능하다.That is, since it means a charging state in which a voltage is supplied to the load 20 or the charging can be performed by the AC power supply 10 in accordance with the additional judgment, the second setting value can be arbitrarily manipulated by the user.

제 3 판단 단계(S400)는 제 2 판단 단계(S300)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 2 설정값 이하일 경우,In the third determination step (S400), when the state of charge of the energy storage element (30) is equal to or lower than the second set value in accordance with the determination result of the second determination step (S300)

현재, 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)로 전압이 공급되고 있는 중인지 판단할 수 있다.It is possible to judge whether a voltage is being supplied to the load 20 through the energy storage element 30 at present.

또한, 제 2 판단 단계(S300)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 2 설정값 이하가 아닐 경우, 즉, 제 2 설정값을 초과할 경우, 과방전 방지 단계(S600)를 수행할 수 있다.If the state of charge of the energy storage element 30 is not equal to or less than the second set value, that is, exceeds the second set value, according to the result of the second determination step S300, S600).

과방전 방지 단계(S600)는 제 2 스위치(42)를 연결(close)하고 제 1 스위치(41) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 교류 전원(10)에서 부하(20)로 전압을 제공함과 동시에, 에너지 저장소자(30)를 충전시킬 수 있다.The over-discharge preventing step S600 is a step of closing the second switch 42 and opening the first switch 41 and the third switch 43 to disconnect the AC power source 10 from the AC power source 10 to the load 20 And at the same time, the energy storage element 30 can be charged.

이를 통해서, 에너지 저장소자(30)의 과방전을 방지할 수 있다.Thus, overdischarge of the energy storage element 30 can be prevented.

제 4 판단 단계(S500)는 제 3 판단 단계(S400)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)로 전압이 공급되고 있을 경우,In the fourth determination step S500, when the voltage is supplied to the load 20 through the energy storage element 30 according to the determination result of the third determination step S400,

현재, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 미리 설정된 제 3 설정값 이하인지 판단할 수 있다.At this time, it is possible to determine whether the charging state of the energy storage element 30 is equal to or less than a preset third set value.

이 때, 제 3 설정값은 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 방전에 가까운 상태로서, 더 이상의 부하(20)로의 전압 공급이 위험한 충전값을 의미한다.At this time, the third set value means a state in which the charging state of the energy storage element 30 is close to the discharge, and the supply of the voltage to the load 20 is dangerous.

또한, 제 3 판단 단계(S400)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)를 통해서 부하(20)로 전압을 공급하지 않을 경우, 에너지 저장소자(30)가 현재 부하(20)에 전압을 공급하지 않고 있으면서도, 충전 상태가 제 2 설정값 이하이기 때문에, 과방전의 위험이 있으므로, 이를 방지하기 위해서 과방전 방지 단계(S600)를 수행하게 된다.When the voltage is not supplied to the load 20 through the energy storage element 30 according to the determination result of the third determination step (S400), the energy storage element 30 applies a voltage to the current load 20 Since the state of charge is not equal to the second set value and there is a risk of overdischarge, the overdischarge prevention step S600 is performed in order to prevent this.

즉, 제 2 스위치(42)를 연결(close)하고 제 1 스위치(41) 및 제 3 스위치(43)를 개방(open)하여 교류 전원(10)에서 부하(20)로 전압을 제공하면서, 에너지 저장소자(30)를 충전시키게 된다.That is, while the second switch 42 is closed and the first switch 41 and the third switch 43 are opened to supply the voltage from the AC power supply 10 to the load 20, The storage element 30 is charged.

더불어, 제 4 판단 단계(S500)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 3 설정값 이하일 경우, 즉, 현재 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 방전에 가까운 상태일 경우, 곧바로 과방전 방지 단계(S600)를 수행함으로써, 리튬 이온 배터리를 과방전으로부터 보호하게 된다.If the state of charge of the energy storage element 30 is equal to or less than the third set value, that is, if the state of charge of the current energy storage element 30 is close to the discharge state according to the result of the fourth determination step S500 , The lithium ion battery is protected from over discharge by performing the over discharge preventing step S600 immediately.

이와 반대로, 제 4 판단 단계(S500)의 판단 결과에 따라, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 제 3 설정값 이하가 아닐 경우, 즉, 제 3 설정값을 초과할 경우, 과충전 방지 단계(S700)를 지속적으로 수행하게 된다.On the contrary, if the state of charge of the energy storage element 30 is not less than the third set value, that is, exceeds the third set value, according to the result of the fourth determination step S500, S700).

다시 말하자면, 에너지 저장소자(30)의 충전 상태가 완충 상태는 아니지만, 지속적으로 부하(20)에 전압을 공급하고 있으며, 현재 상태가 방전에 가까운 상태가 아니므로 현재 상태를 유지하면서 방전 직전까지, 즉, 제 3 설정값에 도달하기 직전까지 부하(20)로 전압을 공급하게 할 수 있다.In other words, although the charged state of the energy storage element 30 is not a buffer state, the voltage is continuously supplied to the load 20, and since the current state is not a state close to the discharge, That is, the voltage can be supplied to the load 20 immediately before reaching the third set value.

즉, 다시 말하자면, 본 발명인 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템 및 그 제어 방법은 에너지 저장소자(30)를 리튬 이온 배터리로 구성한 무정전 전원 장치에 있어서, 무정전 전원 장치와 에너지 저장소자(30) 간의 새로운 연계 구조를 구성할 필요 없을 뿐 만 아니라, 스위칭부(40)의 제어를 통해서 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자(30)인 리튬 이온 배터리의 충전 상태(SOC, State Of Charge)에 따라, 에너지 저장소자(30)의 과충전 및 과방전을 효율적으로 제어할 수 있다.That is, in other words, the control system for the uninterruptible power supply apparatus using the lithium ion battery and the control method thereof according to the present invention is characterized in that the uninterruptible power supply apparatus and the energy storage element 30 (SOC) of the lithium ion battery, which is the energy storage element 30 composed of the lithium ion battery, through the control of the switching unit 40, Accordingly, overcharge and overdischarge of the energy storage element 30 can be efficiently controlled.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

1 : 컨버터
2 : 인버터
3 : 고정 스위치
10 : 교류 전원
20 : 부하
30 : 에너지 저장소자
40 : 스위칭부
41 : 제 1 스위치 42 : 제 2 스위치
43 : 제 3 스위치 44 : 다이오드
45 : 저항기
50 : 제 1 노드
60 : 제 2 노드
70 : 제 3 노드
1: Converter
2: Inverter
3: Fixed switch
10: AC power source
20: Load
30: Energy storage element
40:
41: first switch 42: second switch
43: third switch 44: diode
45: Resistor
50: First node
60: second node
70: Third node

Claims (10)

교류 전원과 부하 사이에 구비되는 무정전 전원 장치를 통해서 상기 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지를 상기 부하에 일정한 전압으로 공급하도록 하는 무정전 전원 장치의 제어 시스템에 있어서,
상기 교류 전원과 상기 부하 사이의 제 1 노드에 연결되며, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리로 구성되는 에너지 저장소자; 및
상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자 사이에 연결 구비되며, 상기 교류 전원에서 상기 에너지 저장소자로 제공되는 전압 및 상기 에너지 저장소자에서 상기 부하로 제공되는 전압을 제어하는 스위칭부;
를 포함하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템.
A control system for an uninterruptible power supply apparatus which supplies AC power supplied from an AC power source through an uninterruptible power supply unit provided between an AC power source and a load at a constant voltage to the load,
An energy storage element connected to a first node between the AC power source and the load, the energy storage element comprising a lithium ion battery for providing a voltage to the load; And
A switching unit connected between the first node and the energy storage element, for controlling a voltage supplied to the energy storage from the AC power supply and a voltage supplied from the energy storage element to the load;
A control system for an uninterruptible power supply using a lithium ion battery including a battery.
제 1항에 있어서,
상기 스위칭부는
상기 제 1 노드와 상기 에너지 저장소자의 양단(+) 사이에 연결되는 제 1 스위치와, 제 2 스위치와, 제 3 스위치와, 저항기 및 다이오드로 구성되며,
상기 제 1 스위치는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 2 노드와 상기 제 1 노드와 직렬로 연결되고,
상기 저항기는 상기 제 1 스위치와 상기 제 1 노드 사이에 연결 구비되고,
상기 제 2 스위치는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 2 노드와 상기 제 1 노드와 병렬로 연결되고,
상기 다이오드는 상기 에너지 저장소자의 양단인 제 3 노드와 상기 제 1 노드와 병렬로 연결되어 상기 부하에서 상기 에너지 저장소자로의 역전류를 방지하며,
상기 제 3 스위치는 상기 다이오드와 상기 제 1 노드 사이에 연결 구비되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The switching unit
A first switch connected between the first node and both ends (+) of the energy reservoir, a second switch, a third switch, a resistor and a diode,
Wherein the first switch is connected in series with a second node, both ends of the energy reservoir, and the first node,
The resistor being connected between the first switch and the first node,
The second switch being connected in parallel with a second node, both ends of the energy reservoir, and the first node,
Wherein the diode is connected in parallel with a third node, both ends of the energy reservoir, to the first node to prevent reverse current flow from the load to the energy reservoir,
And the third switch is connected between the diode and the first node. The control system of the uninterruptible power supply using the lithium ion battery.
제 2항에 있어서,
상기 스위칭부는
상기 에너지 저장소자가 상기 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치에 최초 연결될 경우,
소정 시간 동안 상기 제 1 스위치를 연결(close)하고 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자와 상기 무정전 전원 장치의 인버터(inverter) 간의 전압을 일치시키는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템.
3. The method of claim 2,
The switching unit
When the energy reservoir is first connected to the uninterruptible power supply using the lithium ion battery,
The first switch is closed for a predetermined time and the second switch and the third switch are opened to match the voltage between the energy storage element and the inverter of the uninterruptible power supply. Control system for uninterruptible power supply using lithium ion battery.
제 2항에 있어서,
상기 스위칭부는
상기 에너지 저장소자가 완충전될 경우,
상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템.
3. The method of claim 2,
The switching unit
When the energy reservoir is fully charged,
Wherein the third switch is closed and the first switch and the second switch are opened to supply a voltage to the load through the energy reservoir. Control system.
제 2항에 있어서,
상기 스위칭부는
상기 에너지 저장소자가 과방전될 경우,
상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서, 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 시스템.
3. The method of claim 2,
The switching unit
When the energy store is overdischarged,
And the energy storage device is charged while providing the voltage from the AC power source to the load by closing the second switch and opening the first switch and the third switch. Control System for Uninterruptible Power System Using.
제 1 스위치, 제 2 스위치 및 제 3 스위치로 구성되는 스위칭부의 제어를 통해서 교류 전원으로부터 공급되는 교류 에너지가 부하에 일정한 전압으로 공급되도록 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 제 1 스위치를 연결(close)하고, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여, 상기 부하로 전압을 제공하는 리튬 이온 배터리인 에너지 저장소자와 무정전 전원 장치의 인버터(inverter) 간의 전압을 일치시키는 최초 연결 단계;
상기 에너지 저장소자의 충전 상태(SOC, State Of Charge)가 기설정된 제 1 설정값 이상인지 판단하는 제 1 판단 단계;
상기 제 1 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 1 설정값 이상이 아닐 경우,
상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 2 설정값 이하인지 판단하는 제 2 판단 단계;
상기 제 2 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 2 설정값 이하일 경우,
상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급하는지 판단하는 제 3 판단 단계;
상기 제 3 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급할 경우,
상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 기설정된 제 3 설정값 이하인지 판단하는 제 4 판단 단계;
상기 제 4 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 3 설정값 이하일 경우,
상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.
A control method of an uninterruptible power supply using a lithium ion battery in which AC energy supplied from an AC power source is supplied to a load at a constant voltage through control of a switching unit including a first switch, a second switch and a third switch,
An energy storage device, which is a lithium ion battery that closes the first switch, opens the second switch and the third switch to provide a voltage to the load, and an inverter of the uninterruptible power supply, An initial connection step of matching the voltages between the electrodes;
A first determination step of determining whether a state of charge (SOC) of the energy store is equal to or greater than a predetermined first set value;
When the charge state of the energy reservoir is not equal to or greater than the first set value according to the determination result of the first determination step,
A second determination step of determining whether the charged state of the energy reservoir is lower than a predetermined second set value;
When the state of charge of the energy reservoir is equal to or less than the second set value in accordance with the determination result of the second determination step,
A third determination step of determining whether the voltage is supplied to the load through the energy reservoir;
When the voltage is supplied to the load through the energy reservoir according to the determination result of the third determination step,
A fourth determination step of determining whether the charged state of the energy reservoir is lower than a predetermined third set value;
When the charge state of the energy reservoir is equal to or less than the third set value according to the determination result of the fourth determination step,
An overdischarge preventing step of closing the second switch and opening the first switch and the third switch to charge the energy reservoir while providing a voltage from the AC power source to the load;
And a control unit for controlling the uninterruptible power supply using the lithium ion battery.
제 6항에 있어서,
상기 제 1 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 1 설정값 이상일 경우,
상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 과충전 방지 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.
The method according to claim 6,
When the state of charge of the energy reservoir is equal to or greater than the first set value in accordance with the determination result of the first determination step,
An overcharge prevention step of closing the third switch and opening the first switch and the second switch to supply a voltage to the load through the energy reservoir;
And a control unit for controlling the uninterruptible power supply using the lithium ion battery.
제 6항에 있어서,
상기 제 2 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 2 설정값 이하가 아닐 경우,
상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.
The method according to claim 6,
When the charge state of the energy reservoir is not equal to or less than the second set value according to the determination result of the second determination step,
An overdischarge preventing step of closing the second switch and opening the first switch and the third switch to charge the energy reservoir while providing a voltage from the AC power source to the load;
And a control unit for controlling the uninterruptible power supply using the lithium ion battery.
제 6항에 있어서,
상기 제 3 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하로 전압을 공급하지 않을 경우,
상기 제 2 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치를 개방(open)하여 상기 교류 전원에서 상기 부하로 전압을 제공하면서 상기 에너지 저장소자를 충전시키는 과방전 방지 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.
The method according to claim 6,
When the voltage is not supplied to the load through the energy reservoir according to the determination result of the third determination step,
An overdischarge preventing step of closing the second switch and opening the first switch and the third switch to charge the energy reservoir while providing a voltage from the AC power source to the load;
And a control unit for controlling the uninterruptible power supply using the lithium ion battery.
제 6항에 있어서,
상기 제 4 판단 단계의 판단 결과에 따라, 상기 에너지 저장소자의 충전 상태가 상기 제 3 설정값 이하가 아닐 경우,
상기 제 3 스위치를 연결(close)하고 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 개방(open)하여 상기 에너지 저장소자를 통해서 상기 부하에 전압을 공급하는 과충전 방지 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 배터리를 이용한 무정전 전원 장치의 제어 방법.
The method according to claim 6,
When the charging state of the energy reservoir is not equal to or less than the third set value according to the determination result of the fourth determination step,
An overcharge prevention step of closing the third switch and opening the first switch and the second switch to supply a voltage to the load through the energy reservoir;
And a control unit for controlling the uninterruptible power supply using the lithium ion battery.
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