KR20190012283A - 발전기 회전속도 제어에 의한 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 제어 시스템을 갖는 발전기 시스템 - Google Patents

발전기 회전속도 제어에 의한 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 제어 시스템을 갖는 발전기 시스템 Download PDF

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박성준
임상길
정다움
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Abstract

본 발명은 발전기 회전속도 제어에 의한 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 시스템을 갖는 발전기 시스템에 관한 것으로 상기 배터리 충전용 제어 시스템은 발전기에서 출력되는 출력전압을 스위칭 소자를 통해 변환하지 않고 상기 발전기의 회전수를 제어하여 상기 발전기에서 출력되는 전압 자체를 제어하여 배터리를 충전할 수 있는 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 시스템을 갖는 발전기 시스템에 관한 것이다.

Description

발전기 회전속도 제어에 의한 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 제어 시스템을 갖는 발전기 시스템{A control system for battery charging by generator rotational speed control and generator system having the control system}
본 발명은 발전기 회전속도 제어에 의한 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 시스템을 갖는 발전기 시스템에 관한 것으로 상기 배터리 충전용 제어 시스템은 발전기에서 출력되는 출력전압을 스위칭 소자를 통해 변환하지 않고 상기 발전기의 회전수를 제어하여 상기 발전기에서 출력되는 전압 자체를 제어하여 배터리를 충전할 수 있는 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 시스템을 갖는 발전기 시스템에 관한 것이다.
최근 친환경적인 에너지 전력망에 대한 관심이 증가하면서 마이크로 그리드에 관한 연구와 개발이 활발히 이루어지고 있다.
상기 마이크로 그리드는 태양광, 풍력, 연료 전지 등 친환경 에너지원을 기초로 하여 전력을 수급하며, 상기 에너지원을 저장할 수 있는 배터리 기반 에너지 저장 장치가 필수적이다.
한편, 친환경 에너지는 주변 환경의 조건 및 변화에 영향을 많이 받아 발전량이 일정하지 않으므로 발전 에너지가 수요 에너지보다 적은 경우에는 자체 발전기를 통해 필요한 에너지를 공급받게 된다.
일반적으로 상기 마이크로 그리드의 자체 발전기는 디젤 엔진과 같은 엔진 및 교류 발전기로 구성되고 상기 교류 발전기에서 출력되는 교류 전력을 AC/DC 컨버터를 통해 직류로 변환하여 에너지 저장 장치에 저장하는 시스템을 갖는다.
도 1은 종래의 직류 마이크로 그리드에서의 자체 발전기 시스템의 구조를 보여주는 도면으로, 도 1을 참조하면, 종래의 발전기 시스템(10)은 엔진 및 교류 발전기를 포함하는 발전기(11), LLC 공진형 컨버터(12), 커패시터(13), 벅 컨버터(14) 및 배터리(15)로 이루어져 있다.
또한, 상기 발전기 시스템(10)은 상기 발전기(11)의 엔진 회전에 의해 발생된 교류 전압을 상기 LLC 공진형 컨버터(12)를 통해 직류 전압으로 변환하고 상기 커패시터(13)에 변환된 직류 전압이 저장된다.
또한, 상기 커패시터(13)의 직류 전압은 상기 벅 컨버터(14)를 통해 크기가 변환되어 상기 배터리(15)에 공급되어 충전된다.
한편, 상기 LLC 공진형 컨버터(12)와 상기 벅 컨버터(14)는 전력 변환을 위해 스위칭 소자를 이용하는데 상기 스위칭 소자는 ON/OFF 할 때 전력 손실을 발생시켜 시스템의 효율 저하 및 신뢰성 악화를 초래하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 발전기 시스템에 있어서, 교류 전압에서 직류 전압으로 변환 시 발생하는 리플 현상을 최소화하고 스위칭 소자를 사용할 때 발생하는 스위칭 손실을 없애 전력 손실을 최소화하면서 배터리에 전압을 충전할 수 있는 배터리 충전용 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 발전기의 출력 전압을 입력받아 정류하는 브릿지 다이오드; 상기 브릿지 다이오드에서 정류된 전압을 입력받아 평활하여 배터리에 전압을 충전하는 커패시터; 및 상기 커패시터 양단의 전압값과 상기 배터리로 흐르는 전류값을 입력받아 상기 발전기의 회전수를 제어하는 제어기;를 포함하고 상기 발전기에서 출력되는 출력전압을 스위칭하여 변환하지 않고 상기 발전기의 회전수를 조절하여 상기 커패시터의 전압값을 제어하는 배터리 충전용 제어 시스템을 제공하는 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어기는 상기 커패시터 전압값과 상기 배터리로 흐르는 전류값을 입력받고 상기 전압값과 상기 전류값이 지령치 전압값과 지령치 전류값이 되게하는 듀티값을 계산하며 상기 듀티값에 대응하는 회전수로 상기 발전기가 회전한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어기는 PI제어기를 통해 상기 듀티값을 계산한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어기는 외부의 마스터 제어기로부터 상기 지령치 전압값 및 상기 지령치 전류값을 입력받을 수 있다.
또한, 본 발명은 전압을 생산하여 출력하는 발전기; 상기 발전기로부터 출력된 전압을 저장하여 충전하는 배터리; 및 상기 발전기의 회전수를 제어하여 상기 발전기의 출력 전압이 상기 배터리에 저장되게 하는 배터리 충전용 제어 시스템;을 포함하는 발전기 시스템을 제공한다.
본 발명의 발전기 회전속도 제어에 의한 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 시스템을 갖는 발전기 시스템에 의하면 스위칭 소자를 갖는 LLC 공진형 컨버터와 벅 컨버터를 사용하지 않고 제어기를 통해 발전기에서 출력된 전압을 변환하는 것이 아니라 상기 발전기의 엔진 회전속도를 제어하여 상기 발전기 자체의 출력 전압을 제어하고 상기 발전기에서 출력되는 교류 전압을 브릿지 다이오드만으로 정류하여 직류 전압을 출력할 수 있으므로 스위칭 손실이 발생하지 않고 리플 현상을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 마이크로 그리드 발전기 시스템의 구조를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 시스템을 보여주는 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 시스템을 보여주는 것으로, 도 2를 참조하면 상기 발전기 시스템(100)은 마이크로 그리드 시스템에서 친환경 에너지원의 부족을 보조하여 전력을 생산하고 저장하기 위한 시스템으로써, 엔진의 회전에 의해 교류 전압을 생성하는 발전기(11), 상기 발전기(11)에서 생성된 교류 전압을 입력받아 직류 전압 변환 및 상기 발전기(11)를 제어하는 배터리 충전용 제어 시스템(110), 상기 배터리 충전용 제어 시스템(110)에서 출력된 직류 전압을 공급받아 저장하는 배터리(15)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 배터리 충전용 제어 시스템(110)은 상기 발전기 시스템(100)에서 별도로 분리되어 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 충전용 제어 시스템(110)은 브릿지 다이오드(111), 커패시터(112) 및 제어기(113)를 포함한다.
또한, 상기 브릿지 다이오드(111)는 상기 발전기(11)에서 출력되는 교류 전압을 입력받아 정류하여 전압을 출력한다.
또한, 상기 커패시터(112)는 상기 브릿지 다이오드(111)에서 정류된 전압을 입력받아 평활하여 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 상기 직류 전압을 상기 배터리(15)로 공급한다.
한편, 상기 제어기(113)는 상기 커패시터(112)의 양단 전압값(Vdc)과 상기 배터리(15)로 흐르는 전류값(Ibat)을 실시간으로 입력받는다.
또한, 상기 제어기(113)는 입력받은 상기 전압값(Vdc)과 상기 전류값(Ibat)이 지령치 전압값(Vc)과 지령치 전류값(Ic)이될 수 있도록 발전기(11)의 엔진 회전수(rpm)를 제어하기 위한 듀티값을 계산한다.
또한, 상기 제어기(113)는 마스터 제어기(16)로부터 상기 지령치 전압값(Vc)과 상기 지령치 전류(Ic)를 입력받을 수 있다.
또한, 상기 제어기(113)는 상기 듀티값을 계산하기 위해 PI 제어기(113a)를 사용한다.
즉, 상기 제어기(113)는 상기 마스터 제어기(16)로부터 출력하고자 하는 지령치 전압값(Vc)와 지령치 전류값(Ic)을 입력받고 상기 커패시터(120)의 양단 전압값(Vdc)과 상기 배터리(15)로 흐르는 전류값(Ibat)을 입력받아 상기 PI 제어기(113a)가 상기 전압값(Vdc)과 상기 전류값(Ibat)이 지령치 전압값(Vc)과 지령치 전류값(Ic)에 도달할 수 있는 듀티값을 계산하여 상기 발전기(11)의 엔진 회전수(rpm)를 제어함으로써 상기 커패시터(120)의 양단에 걸리는 전압(Vdc)을 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 배터리 충전용 제어 시스템(110)은 스위칭 소자를 갖는 LLC 공진 컨버터와 벅 컨버터를 이용하여 상기 발전기(11)에서 출력되는 전압을 변환하는 것이 아니라 상기 제어기(113)를 통해 상기 발전기(11)의 엔진 회전수(rpm)를 제어하여 상기 발전기(11)에서 출력되는 전압을 제어하고 상기 발전기(11)에서 출력되는 교류 전압을 상기 브릿지 다이오드(111)만을 이용하여 직류 전압으로 변환함으로써 스위칭 손실이 발생하지 않고 리플 현상을 최소화할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110:배터리 충전용 제어기 111:브릿지 다이오드
112:커패시트 113:제어기
113a:PI제어기

Claims (5)

  1. 발전기의 출력 전압을 입력받아 정류하는 브릿지 다이오드;
    상기 브릿지 다이오드에서 정류된 전압을 입력받아 평활하여 배터리에 전압을 충전하는 커패시터; 및
    상기 커패시터 양단의 전압값과 상기 배터리로 흐르는 전류값을 입력받아 상기 발전기의 회전수를 제어하는 제어기;를 포함하고
    상기 발전기에서 출력되는 출력전압을 스위칭하여 변환하지 않고 상기 발전기의 회전수를 조절하여 상기 커패시터의 전압값을 제어하는 배터리 충전용 제어 시스템
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 커패시터 전압값과 상기 배터리로 흐르는 전류값을 입력받고 상기 전압값과 상기 전류값이 지령치 전압값과 전류값이 되게하는 듀티값을 계산하며 상기 듀티값에 대응하는 회전수로 상기 발전기가 회전하게 하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전용 제어 시스템
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 PI제어기를 통해 상기 듀티값을 계산하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전용 제어 시스템
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 외부의 마스터 제어기로부터 상기 지령치 전압값 및 상기 지령치 전류값을 입력받는것을 특징으로 하는 배터리 충전용 제어 시스템
  5. 전압을 생산하여 출력하는 발전기;
    상기 발전기로부터 출력된 전압을 저장하여 충전하는 배터리; 및
    상기 발전기의 회전수를 제어하여 상기 발전기의 출력 전압이 상기 배터리에 저장되게 하는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 한의 배터리 충전용 제어 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 시스템
KR1020170094465A 2017-07-26 2017-07-26 발전기 회전속도 제어에 의한 배터리 충전용 제어 시스템 및 그 제어 시스템을 갖는 발전기 시스템 KR20190012283A (ko)

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